半导体清洗设备制程技术与设备市场分析（台湾）自•動•化•產•業•技•術•與•市•場•資•訊•專•輯关键词•多槽全自动清洗设备Wet station•单槽清洗设备Single bath•单晶圆清洗设备Single wafer•微粒particle目前在半导体湿式清洗制程中，主要应用项目包含晶圆清洗与湿式蚀刻两项，晶圆(湿式) 清洗制程主要是希望藉由化学药品与清洗设备，清除来自周遭环境所附着在晶圆表面的脏污，以达到半导体组件电气特性的要求与可靠度。

至于脏污的来源，不外乎设备本身材料产生、现场作业员或制程工程师人体自身与动作的影响、化学材料或制程药剂残留或不纯度的发生，以及制程反应产生物的结果，尤其是制程反应产生物一项，更成为制程污染主要来源，因此如何改善制程中所产生污染，便成为清洗制程中研究主要的课题。

过去RCA 多槽湿式清洗一直是晶圆清洗的主要技术，不过随着近年来制程与清洗设备的演进，不但在清洗制程中不断产生新的技术，也随着半导体后段封装技术的演进，清洗设备也逐渐进入封装厂的生产线中。

以下本文即针对清洗设备与技术作一深入介绍，并分析清洗设备发展的关键机会及未来的发展趋势。

晶圆表面所残留脏污的种类非常多，约略可分成微粒、金属离子、有机物与自然氧化物。

而这些污染物中，以金属离子对半导体组件的电气特性有相当的影响力，其中尤其是重金属离子所引发的不纯度，将严重影响闸氧化层的临界崩溃电压、起始电压漂移与P-N 接合电压，进而造成制程良率的降低。

所以，针对制程所使用的化学品与纯水，必须进行严格的纯度控制以有效降低生产过程所产生的污染源。

由于集成电路随着制作集积度更高的电路，其化学品、气体与纯水所需的纯度也将越高，为提升化学品的纯度与操作良率，各家厂商无不积极改善循环过滤与回收系统，如FSI 公司提出point-of-generation （点产生）与point-of-use （点使用）相结合，比起传统化学瓶的供应方式，有着更佳的纯度。

（注：POUCG点再生）在半导体制程中，无论是在去光阻、化学气相沈淀、氧化扩散、晶圆研磨以后等各阶段制程都需反复清洗步骤，而在晶圆清洗部分也概略分为前后段清洗两部分(在晶圆生产处理过程中大致可区分为前段与后段制程，前后段以金属制作蒸镀、溅镀为分界)，在前段制程清洗方面，如Preclean、扩散、氧化层与氮化层的去除、复晶硅蚀刻与去除。

后制程段清洗方面，包含金属间介电层与金属蚀刻后之清洗、光阻去除前后的清洗、CMP 制程后之清洗等。

由于晶圆污染来源除一般微粒(particle) 附着于晶圆表面上，并可能是污染物与晶圆表面之间产生连接，包含如多种化学键结，甚至于脏污被氧化层或有机物薄膜所深埋，即使经过多次的物理力洗濯或冲刷，均无法彻底去除此脏污，并有可能产生回污或交互污染。

因此，清洗的方法除了物理力或溶解的洗净外，对于晶圆表面施予微量蚀刻(Micro-etching) 的化学清洗方式(如下表一)，便成了不可或缺的关键技术。

半导体清洗设备以清洗方式目前依分类大致可分为：(1)多槽全自动清洗设备(Wet Station)；(2)单槽清洗(Single Bath) 设备；(3)单晶圆清洗(Single Wafer) 设备等几大类。

表一清洗液种类与其使用目的清洗液名称目的1. APM：NH4OH/H2O2/H2O 去除微粒、金属离子与轻有机物。

2. HPM：HCl/H2O2/H2O 去除重金属离子、碱金属离子与金属的氢氧化物。

3. DHF：HF/DI 去除自然的二氧化硅层、硅玻璃( PSG, BPSG) 以及铜以外的金属离子便裸露硅层提供其它化学液作用。

4. SPM：H2SO4/H2O2 去除重有机物与氧化物。

5. FPM：HF/H2O2/H2O 去除自然的二氧化硅层。

6. BHF：HF/NH4F 去除氧化薄膜。

7. Hot H3PO4 氮化硅层之图案制作或去除。

資料來源：工研院機械所；工研院 IEK(2003/12)一、多槽全自动清洗设备(以下简称Wet Station)Wet Station 架构上由于药液槽和纯水的清洗槽是完全独立的，所以多槽且占地大便成为其主要特征，而药液槽中通常具有温度控制器、流量控制器、液面感知器以及循环系统等。

导因于不同药液分置于不同的槽中，且其后必定接有一纯水清洗槽，再加上最后的清洗槽与干燥槽，整个清洗系统不庞大都很难。

然而其优点为应用范围较广、产能高且产品技术成熟度高；而其缺点为洁净室占地大、化学品与纯水耗量多、蚀刻均匀度控制不易、晶圆间互污严重、设备机动调整弹性度不高。

由于此种清洗方式之设备发展较早，因此产品应用相当成熟，如DNS、TEL、Kaijo、Mattson、SCP、SEZ 等厂商皆有推出Wet Statation 的产品，目前市场的产品仍以日制为主。

就目前整体市场来说，全球Wet Statation 清洗设备市场规模2002 年市场规模为亿美元，较2001 年衰退%，其中北美市场规模亿美元，为全球最大Wet Statation 市场，其次为台湾与日本市场，市场规模分别为亿与亿美元。

就主要厂商来说，目前DNS 握有最大市场占有率，其次为SCP Global、TEL。

表二Wet Station 市场规模单位：百万美元地区别2000 2001 2002 2002 市场比重(%) 北美日本南韩台湾亚洲与其它地区欧洲全球市场1, 1,資料來源：Dataquest；工研院 IEK(2003/12)在国内厂商方面包含弘塑、嵩展科技已推出RCA 清洗制程产品，目前已生产应用于IC 半导体及光电通讯用4 吋、6 吋、8 吋芯片制程用化学清洗蚀刻、光阻去除、Batch 式Wet Station、零件清洗等设备，其中弘塑科技并于2002 年开发出12 吋晶圆制程的Batch 式Wet Station 清洗设备机台。

二、单槽清洗设备单槽式(Single Bath 或One Bath) 清洗设备是因应12 吋晶圆时代来临，减少占地面积、减少清洗步骤，以及降低化学液用量之新式清洗设备。

此类设备将药液槽和纯水的清洗槽结合在一起，所以单槽且占地小便成为其主要特征。

其优点为较佳的环境制程与微粒控制能力、洁净室占地小、化学品与纯水耗量较少、设备机动调整弹性度较高;而其产能较低、晶圆间仍有互污为主要缺点，目前较少厂商采用此类型的设计。

在单槽清洗设备主要供货商方面，有DNS、CFM、Steag 与FSI International 四家公司。

三、单晶圆清洗设备单晶圆清洗设备为这几年来各设备厂开发相当积极的设备，其主要优点包含提高制程环境控制能力与微粒去除率、设备占地小、化学品与纯水耗量少、极富弹性的制程调整能力等特色，使其具有成为未来IC 晶圆厂清洗设备的主流的架势，尤其单晶圆旋转清洗设备在Metal 后的清洗，因其能有效解决Pattern 经清洗后所造成腐蚀破坏的现象，进而改善良率的下降，而Wet Station 与单槽清洗设备尚无法克服此一问题。

另外单晶圆清洗设备并可根据需求，可以分为：(1)旋转清洗与高压喷洒；(2)超音波刷洗等方式，单晶圆清洗设备特色包括：(1)每片的制程时间短，亦即数秒的喷酸完后便迅速以DI 水洗净，使得化学药液与Layer 来不及反应，而不致造成Pattern 的破坏。

(2)较高的制程控制环境，使得晶圆能获得较高的均匀度与低污染。

(3)每片晶圆均是以新鲜的酸与DI 来清洗，故再现性高且不会有化学品污染的问题。

(4)若采旋转清洗方式则能在Deep trench 或High Aspect ratio 的接触窗中产生一个负压，使得残留的化学品与反应产物能被吸出，而不会造成腐蚀或污染的问题。

(5)离心力能破坏化学品或DI 水的表面张力，使得酸或水能轻易进入沟洞中，以利化学反应的产生。

目前在单晶圆清洗设备市场包括DNS、FSI、Semitool、SEZ、TEL、Verteq 等公司。

就目前整体市场来说，整体湿式清洗设备市场规模2002 年市场规模为亿美元，较2001 年衰退%，日本市场规模7900 万美元为全球最大的市场，其次为美国与台湾。

而就单晶圆清洗设备主要厂商方面，目前SEZ 握有四成最大市场占有率，2002 年销售金额约达亿美元，其次为FSI 与Semitool 公司，各约占两成的市占率。

SEZ 在单晶圆设备最大之优势为其化学品供给与使用机构，SEZ 在单晶圆清洗设备项目具有化学品可重复使用之专利，因此可大量节省化学品之用量。

国内清洗设备厂商弘塑、嵩展科技，近两年亦积极发展单晶圆清洗制程之生产设备，其中弘塑清洗单晶圆清洗设备UFO 200mm 系列产品于去年并进入晶圆大厂进行试产。

目前国内单晶圆清洗市场规模为6,100 万美元，其中12 吋单晶圆清洗型式将是今明两年国内清洗设备市场的主力需求。

表三单晶圆清洗设备市场规模单位：百万美元地区别2000 2001 2002 2002 市场比重(%) 北美日本南韩台湾亚洲与其它地区欧洲全球市场資料來源：Dataquest；工研院經資中心(2003/12)清洗设备之技术与市场趋势一、单晶圆清洗设备之发展目前清洗设备根据制程应用上来说，Wet Station机台主要运用在Pre-clean、Pre-furnace CVD clean、Wet PR strip、Post-CMP clean 与Pre-metal clean 等制程；而单晶圆清洗设备则主要用在Post-Dep.clean、Post-metal clean 与Post-CMP clean；单槽清洗设备则运用在Pre-clean、Pre-furnace CVD clean 与Post-CMP clean。

在Post-Metal 清洗方面，单晶圆设备占有较大之竞争优势，主要是对晶圆厂而言，Post-Metal 清洗步骤较着重于腐蚀(Corrosion) 与微粒(Particle)问题，而批量式型态(Batch type) 由于是湿式沉浸(Wet Immersion) 方式，故较易产生腐蚀的问题。

虽然目前Wet Station 的价格较高，机台尺寸也最大，但晶圆厂优先考虑产能与制程技术稳定性下，故仍有一定的市场；但另一方面，单晶圆清洗设备业者也不会坐视市场大饼而不行动，积极将设备作最好的改善，例如由单反应室(Single Chamber)改为多反应室(Multi Chamber)，不仅产能提升加倍，机台尺寸亦不致增加过多，且其价格亦具有竞争力。

另外，由于铜制程处理完成后也需要清洗制程，配合半导体铜制程的快速发展，铜制程CMP后之清洗设备也是单晶圆清洗设备型态中成长相当大的一部份。

CMP 需利用清洗制程去除外来污染物与研磨产生之表面损伤，利用不同之研磨浆料组成及研磨材质如二氧化硅、钨、铝铜合金、铜等材料进行清洗，以确保后续薄膜沉积、微影等制程良率，此部份将是单晶圆清洗的主要应用之一。