半導(dǎo)體清洗設(shè)備制程技術(shù)與設(shè)備市場(chǎng)分析

1、半導(dǎo)體沖刷設(shè)備制程技術(shù)與設(shè)備市場(chǎng)解析半導(dǎo)體沖刷設(shè)備制程技術(shù)與設(shè)備市場(chǎng)解析14/14半導(dǎo)體沖刷設(shè)備制程技術(shù)與設(shè)備市場(chǎng)解析v1.0可編寫可更正半導(dǎo)體沖刷設(shè)備制程技術(shù)與設(shè)備市場(chǎng)解析（臺(tái)灣）自?動(dòng)?化?產(chǎn)?業(yè)?技?術(shù)?與?市?場(chǎng)?資?訊?專?輯要點(diǎn)詞?多槽全自動(dòng)沖刷設(shè)備Wetstation?單槽沖刷設(shè)備Singlebath?單晶圓沖刷設(shè)備Singlewafer?微粒particle目前在半導(dǎo)體濕式?jīng)_刷制程中，主要應(yīng)用項(xiàng)目包括晶圓沖刷與濕式蝕刻兩項(xiàng)，晶圓(濕式)沖刷制程主若是希望藉由化學(xué)藥品與沖刷設(shè)備，除去來自周圍環(huán)境所附著在晶圓表面的臟污，以達(dá)到半導(dǎo)體組件電氣特色的要求與可靠度。至于臟污的本源，不外乎

2、設(shè)備自己資料產(chǎn)生、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)員或制程工程師人體自己與動(dòng)作的影響、化學(xué)資料或制程藥劑殘留或不純度的發(fā)生，以及制程反應(yīng)產(chǎn)生物的結(jié)果，特別是制程反應(yīng)產(chǎn)生物一項(xiàng)，更成為制程污染主要本源，因此如何改進(jìn)制程中所產(chǎn)生污染，便成為沖刷制程中研究主要的課題。過去RCA多槽濕式?jīng)_刷素來是晶圓沖刷的主要技術(shù)，但是隨著近來幾年來制程與沖刷設(shè)備的演進(jìn)，不僅在沖刷制程中不斷產(chǎn)生新的技術(shù)，也隨著半導(dǎo)體后段封裝技術(shù)的演進(jìn)，沖刷設(shè)備也逐漸進(jìn)入封裝廠的生產(chǎn)線中。以下本文即針對(duì)沖刷設(shè)備與技術(shù)作一深入介紹，并解析沖刷設(shè)備發(fā)展的要點(diǎn)機(jī)遇及未來的發(fā)展趨勢(shì)。晶圓表面所殘留臟污的種類特別多，約略可分成微粒、金屬離子、1v1.0可編寫可更正有機(jī)

3、物與自然氧化物。而這些污染物中，以金屬離子對(duì)半導(dǎo)體組件的電氣特色有相當(dāng)?shù)挠绊懥Γ渲刑貏e是重金屬離子所惹起的不純度，將嚴(yán)重影響閘氧化層的臨界崩潰電壓、初步電壓漂移與P-N接合電壓，進(jìn)而造成制程良率的降低。因此，針對(duì)制程所使用的化學(xué)品與純水，必定進(jìn)行嚴(yán)格的純度控制以有效降低生產(chǎn)過程所產(chǎn)生的污染源。由于集成電路隨著制作集積度更高的電路，其化學(xué)品、氣體與純水所需的純度也將越高，為提升化學(xué)品的純度與操作良率，各家廠商無不積極改進(jìn)循環(huán)過濾與回收系統(tǒng)，如FSI公司提出point-of-generation（點(diǎn)產(chǎn)生）與point-of-use（點(diǎn)使用）相結(jié)合，比起傳統(tǒng)化學(xué)瓶的供給方式，有著更佳的純度。（注：

4、POUCG點(diǎn)再生）在半導(dǎo)系統(tǒng)程中，無論是在去光阻、化學(xué)氣相沈淀、氧化擴(kuò)散、晶圓研磨今后等各階段制程都需屢次沖刷步驟，而在晶圓沖刷部分也大體分為前后段沖刷兩部分(在晶圓生產(chǎn)辦理過程中大體可區(qū)分為前段與后段制程，前后段以金屬制作蒸鍍、濺鍍?yōu)榉纸?，在前段制程沖刷方面，如Preclean、擴(kuò)散、氧化層與氮化層的去除、復(fù)晶硅蝕刻與去除。后制程段沖刷方面，包括金屬間介電層與金屬蝕刻后之沖刷、光阻去除前后的沖刷、CMP制程后之沖刷等。由于晶圓污染本源除一般微粒(particle)附著于晶圓表面上，并可能是污染物與晶圓表面之間產(chǎn)生連接，包括如多種化學(xué)鍵結(jié)，甚至于臟污被氧化層或有機(jī)物薄膜所深埋，即使經(jīng)過多次的

5、物理力洗濯或沖刷，均無法完好去除此臟污，并有可能產(chǎn)生回污或交互污染。因2v1.0可編寫可更正此，沖刷的方法除了物理力或溶解的洗凈外，對(duì)于晶圓表面施予微量蝕刻(Micro-etching)的化學(xué)沖刷方式(以下表一)，便成了不能夠或缺的要點(diǎn)技術(shù)。半導(dǎo)體沖刷設(shè)備以沖刷方式目前依分類大體可分為：(1)多槽全自動(dòng)沖刷設(shè)備(WetStation)；(2)單槽沖刷(SingleBath)設(shè)備；(3)單晶圓沖刷(SingleWafer)設(shè)備等幾大類。表一沖刷液種類與其使用目的沖刷液名稱目的1.APM：NH4OH/H2O2/H2O去除微粒、金屬離子與輕有機(jī)物。2.HPM：HCl/H2O2/H2O去除重金屬離子、

6、堿金屬離子與金屬的氫氧化物。3.DHF：HF/DI去除自然的二氧化硅層、硅玻璃(PSG,BPSG)以及銅以外的金屬離子便裸露硅層供給其他化學(xué)液作用。4.SPM：H2SO4/H2O2去除重有機(jī)物與氧化物。5.FPM：HF/H2O2/H2O去除自然的二氧化硅層。6.BHF：HF/NH4F去除氧化薄膜。7.HotH3PO4氮化硅層之圖案制作或去除。資料來源：工研院機(jī)械所；工研院IEK(2003/12)一、多槽全自動(dòng)沖刷設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱WetStation)WetStation架構(gòu)上由于藥液槽和純水的沖刷槽是完好獨(dú)立的，因此多槽且占地大便成為其主要特色，而藥液槽中平時(shí)擁有溫度控制器、流量控制器、液面感知

7、器以及循環(huán)系統(tǒng)等。導(dǎo)因于不相同藥液分置3v1.0可編寫可更正于不相同的槽中，且以后必然接有一純水沖刷槽，再加上最后的沖刷槽與干燥槽，整個(gè)沖刷系統(tǒng)不龐多半很難。但是其優(yōu)點(diǎn)為應(yīng)用范圍較廣、產(chǎn)能高且產(chǎn)品技術(shù)成熟度高；而其缺點(diǎn)為潔凈室占地大、化學(xué)品與純水耗量多、蝕刻均勻度控制不易、晶圓間互污嚴(yán)重、設(shè)備靈巧調(diào)整彈性度不高。由于此種沖刷方式之設(shè)備發(fā)展較早，因此產(chǎn)品應(yīng)用相看作熟，如DNS、TEL、Kaijo、Mattson、SCP、SEZ等廠商皆有推出WetStatation的產(chǎn)品，目前市場(chǎng)的產(chǎn)品仍以日制為主。就目前整體市場(chǎng)來說，全球WetStatation沖刷設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模2002年市場(chǎng)規(guī)模為億美元，較20

8、01年衰落%，其中北美市場(chǎng)規(guī)模億美元，為全球最大WetStatation市場(chǎng)，其次為臺(tái)灣與日本市場(chǎng)，市場(chǎng)規(guī)模分別為億與億美元。就主要廠商來說，目前DNS握有最大市場(chǎng)占有率，其次為SCPGlobal、TEL。表二WetStation市場(chǎng)規(guī)模單位：百萬美元地區(qū)別2000200120022002市場(chǎng)比重(%)北美日本南韓臺(tái)灣亞洲與其他地區(qū)歐洲4v1.0可編寫可更正全球市場(chǎng)1,1,資料來源：Dataquest；工研院IEK(2003/12)在國(guó)內(nèi)廠商方面包括弘塑、嵩展科技已推出RCA沖刷制程產(chǎn)品，目前已生產(chǎn)應(yīng)用于IC半導(dǎo)體及光電通訊用4吋、6吋、8吋芯片制程用化學(xué)沖刷蝕刻、光阻去除、Batch式Wet

9、Station、零件沖刷等設(shè)備，其中弘塑科技并于2002年開發(fā)出12吋晶圓制程的Batch式WetStation沖刷設(shè)備機(jī)臺(tái)。二、單槽沖刷設(shè)備單槽式(SingleBath或OneBath)沖刷設(shè)備是因應(yīng)12吋晶圓時(shí)代來臨，減少占地面積、減少?zèng)_刷步驟，以及降低化學(xué)液用量之新式?jīng)_刷設(shè)備。此類設(shè)備將藥液槽和純水的沖刷槽結(jié)合在一起，因此單槽且占地小便成為其主要特色。其優(yōu)點(diǎn)為較佳的環(huán)境制程與微?？刂颇芰?、潔凈室占地小、化學(xué)品與純水耗量較少、設(shè)備靈巧調(diào)整彈性度較高;而其產(chǎn)能較低、晶圓間仍有互污為主要缺點(diǎn)，目前較少?gòu)S商采用此種類的設(shè)計(jì)。在單槽沖刷設(shè)備主要供貨商方面，有DNS、CFM、Steag與FSIInt

10、ernational四家公司。三、單晶圓沖刷設(shè)備單晶圓沖刷設(shè)備為這幾年來各設(shè)備廠開發(fā)相當(dāng)積極的設(shè)備，其主要優(yōu)點(diǎn)包括提升制程環(huán)境控制能力與微粒去除率、設(shè)備占地小、化學(xué)品與純水耗量少、極富彈性的制程調(diào)整能力等特色，使其擁有成為未來IC晶圓廠沖刷設(shè)備的主流的架勢(shì)，特別單晶圓旋轉(zhuǎn)沖刷設(shè)備在5v1.0可編寫可更正Metal后的沖刷，因其能有效解決Pattern經(jīng)沖刷后所造成腐化破壞的現(xiàn)象，進(jìn)而改和藹率的下降，而WetStation與單槽沖刷設(shè)備還沒有法戰(zhàn)勝此一問題。其他單晶圓沖刷設(shè)備并可依照需求，能夠分為：旋轉(zhuǎn)沖刷與高壓噴灑；(2)超音波洗漱等方式，單晶圓沖刷設(shè)備特色包括：每片的制程時(shí)間短，亦即數(shù)秒的噴

11、酸完后便迅速以DI水洗凈，使得化學(xué)藥液與Layer來不及反應(yīng)，而不致造成Pattern的破壞。較高的制程控制環(huán)境，使得晶圓能獲得較高的均勻度與低污染。每片晶圓均是以新鮮的酸與DI來沖刷，故再現(xiàn)性高且不會(huì)有化學(xué)品污染的問題。(4)若采旋轉(zhuǎn)沖刷方式則能在Deeptrench或HighAspectratio的接觸窗中產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓，使得殘留的化學(xué)品與反應(yīng)產(chǎn)物能被吸出，而不會(huì)造成腐化或污染的問題。離心力能破壞化學(xué)品或DI水的表面張力，使得酸或水能輕易進(jìn)入溝洞中，以利化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)生。目前在單晶圓沖刷設(shè)備市場(chǎng)包括DNS、FSI、Semitool、SEZ、TEL、Verteq等公司。就目前整體市場(chǎng)來說，整體濕

12、式?jīng)_刷設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模2002年市場(chǎng)規(guī)模為億美元，較2001年衰落%，日本市場(chǎng)規(guī)模7900萬美元為全球最大的市場(chǎng)，其次為美國(guó)與臺(tái)灣。而就單晶圓清洗設(shè)備主要廠商方面，目前SEZ握有四成最大市場(chǎng)占有率，2002年6v1.0可編寫可更正銷售金額約達(dá)億美元，其次為FSI與Semitool公司，各約占兩成的市占率。SEZ在單晶圓設(shè)備最大之優(yōu)勢(shì)為其化學(xué)品供給與使用機(jī)構(gòu)，SEZ在單晶圓沖刷設(shè)備項(xiàng)目擁有化學(xué)品可重復(fù)使用之專利，因此可大量節(jié)省化學(xué)品之用量。國(guó)內(nèi)沖刷設(shè)備廠商弘塑、嵩展科技，近兩年亦積極發(fā)展單晶圓沖刷制程之生產(chǎn)設(shè)備，其中弘塑沖刷單晶圓沖刷設(shè)備UFO200mm系列產(chǎn)品于昨年并進(jìn)入晶圓大廠進(jìn)行試產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)

13、單晶圓清洗市場(chǎng)規(guī)模為6,100萬美元，其中12吋單晶圓沖刷型式將是今明兩年國(guó)內(nèi)沖刷設(shè)備市場(chǎng)的主力需求。表三單晶圓沖刷設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模單位：百萬美元地區(qū)別2000200120022002市場(chǎng)比重(%)北美日本南韓臺(tái)灣亞洲與其他地區(qū)歐洲全球市場(chǎng)資料來源：Dataquest；工研院經(jīng)資中心(2003/12)沖刷設(shè)備之技術(shù)與市場(chǎng)趨勢(shì)一、單晶圓沖刷設(shè)備之發(fā)展7v1.0可編寫可更正目前沖刷設(shè)備依照制程應(yīng)用上來說，WetStation機(jī)臺(tái)主要運(yùn)用在Pre-clean、Pre-furnaceCVDclean、WetPRstrip、Post-CMPclean與Pre-metalclean等制程；而單晶圓沖刷設(shè)備則主

14、要用在Post-Dep.clean、Post-metalclean與Post-CMPclean；單槽清洗設(shè)備則運(yùn)用在Pre-clean、Pre-furnaceCVDclean與Post-CMPclean。在Post-Metal沖刷方面，單晶圓設(shè)備占有較大之競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，主若是對(duì)晶圓廠而言，Post-Metal沖刷步驟較重視于腐化(Corrosion)與微粒(Particle)問題，而批量式型態(tài)(Batchtype)由于是濕式陶醉(WetImmersion)方式，故較易產(chǎn)生腐化的問題。誠(chéng)然目前WetStation的價(jià)格較高，機(jī)臺(tái)尺寸也最大，但晶圓廠優(yōu)先考慮產(chǎn)能與制程技術(shù)牢固性下，故仍有必然的市場(chǎng)；但

15、另一方面，單晶圓沖刷設(shè)備業(yè)者也不會(huì)坐視市場(chǎng)大餅而不能夠動(dòng)，積極將設(shè)備作最好的改進(jìn)，比方由單反應(yīng)室(SingleChamber)改為多反應(yīng)室(MultiChamber)，不但產(chǎn)能提升加倍，機(jī)臺(tái)尺寸亦不致增加過多，且其價(jià)格亦擁有競(jìng)爭(zhēng)力。其他，由于銅制程辦理完成后也需要沖刷制程，配合半導(dǎo)體銅制程的迅速發(fā)展，銅制程CMP后之沖刷設(shè)備也是單晶圓沖刷設(shè)備型態(tài)中成長(zhǎng)相當(dāng)大的一部份。CMP需利用沖刷制程去除外來污染物與研磨產(chǎn)生之表面?zhèn)?，利用不相同之研磨漿料組成及研磨材質(zhì)如二氧化硅、鎢、鋁銅合金、銅等資料進(jìn)行沖刷，以保證后續(xù)薄膜聚積、微影等制程良率，此部份將是單晶圓沖刷的主要應(yīng)用之一。目前此部份主要以8v1.

16、0可編寫可更正單晶圓為主的設(shè)計(jì)架構(gòu)，采雙面沖刷(DoubleSideclean)方式受到廠商的歡迎，DNS與LamRC為PostCMPclean的主要廠商。若再?gòu)膯尉A型態(tài)與WetStation的市場(chǎng)規(guī)模進(jìn)行解析比較，2002年由于景氣不好整體設(shè)備需求下滑，WetStation與單晶圓清洗設(shè)備市場(chǎng)皆表現(xiàn)市場(chǎng)衰落情況，但是若以兩者的衰落幅度比較，單晶圓沖刷設(shè)備衰落幅度約在三成左右，而WetStation高出四成的衰落幅度，并且WetStation市場(chǎng)可能連續(xù)遇到單晶圓的挑戰(zhàn)而進(jìn)一步下滑，因此能夠預(yù)示單晶圓沖刷技術(shù)將是未來晶圓廠的主流沖刷型態(tài)。但是以目前半導(dǎo)體沖刷制程情況來解析，要將所有洗凈制程以

17、單晶圓型態(tài)沖刷仍有其困難。比方在transistor產(chǎn)品于熱辦理前(FEOL)的洗凈上，以及若要使用黏綢性較高的沖刷液(如SPM配方)進(jìn)行單晶圓旋轉(zhuǎn)沖刷，目前都仍有一些辦理上的困難點(diǎn)。因此，對(duì)于未來半導(dǎo)體廠于沖刷設(shè)備的配置上，在晶圓廠面對(duì)少很多樣產(chǎn)品的生產(chǎn)型態(tài)，WetStation仍有其發(fā)展空間，但是整體來看，沖刷設(shè)備將以單晶圓型式為主體，再搭配批次型WetStation的組成結(jié)構(gòu)，會(huì)是未來晶圓廠于沖刷設(shè)備的主要需求趨勢(shì)。二、WetStation于后段封裝凸塊制程中的新市場(chǎng)機(jī)遇未來電子產(chǎn)品在散熱性、電氣特色、腳數(shù)、以及封裝后體積日益嚴(yán)格的要求下，新一代以凸塊(以下簡(jiǎn)稱Bumping)為主的覆晶

18、封裝技術(shù)在近兩年迅速發(fā)展，由于國(guó)內(nèi)各大封裝廠商皆看好覆晶與Bimping技術(shù)的應(yīng)用市場(chǎng)，在2002年主要半導(dǎo)體前后段業(yè)者連續(xù)投9v1.0可編寫可更正入大量資源于覆晶相關(guān)技術(shù)的研發(fā)。目前主要投入焊錫凸塊生產(chǎn)的廠商，包括前段晶圓龍頭大廠臺(tái)積電，封測(cè)業(yè)者則有日月光、硅品、悠立、米輯等廠商。在覆晶技術(shù)中，Bumping的制作為覆晶技術(shù)的成敗要點(diǎn)，Bumping制程主要可有四種方式制作，包括蒸鍍法、電鍍法(Electro-plating)以及印刷法(Printing)與StudBump等方式，其中蒸鍍法、電鍍法的在Bumping制程與半導(dǎo)體前段制程近似，其主要制程步驟如表四所示。表四蒸鍍與電鍍的Bump

19、ing制程主要制程蒸鍍制程電鍍制程步驟一In-situsputtercleanWaferClean步驟二MetalMaskUBMDeposition步驟三UBMEvaporationEletroplatingofSolder步驟四SolderEvaporation步驟五SolderBalling（資料來源：FCT公司技術(shù)資料；工研院IEK(2004/02)由于Bumping制程也是由曝光、顯影、蝕刻等制程制作，因此在制程進(jìn)行中也是需要濕式?jīng)_刷的設(shè)備。如Sputter前沖刷、上光阻后、電鍍后、UBM電鍍后之MetalEtch均可使用濕式?jīng)_刷方式，由于其Bumping制程需求不若前段制程精巧，加上

20、成本上的考慮，因此WetStation在Bumping制程上有不錯(cuò)的發(fā)展空間。但由于在10v1.0可編寫可更正后段主要沖刷的主要包括銅、鎳、鈦等污染物與前段不盡相同，因此在后段Bumping之沖刷所使用的沖刷溶液也與前段有所不相同。目前就Bumping制程來說，國(guó)際的設(shè)備大廠分別組成SECAP與APIA兩大締盟競(jìng)逐，其中沖刷設(shè)備方面誠(chéng)然也有廠商如SEZ在APIA締盟中供給以單晶圓沖刷設(shè)備進(jìn)行Bumping后之沖刷，目前Bumping生產(chǎn)線而言，由于在成本與制程上考慮主要半導(dǎo)體廠商多使用WetStation進(jìn)行Bumping后之沖刷，而在此項(xiàng)設(shè)備方面，目前國(guó)內(nèi)也有嵩展、弘塑等廠商推出WetSta

21、tion設(shè)備于Bumping制程中所使用。廠商未來發(fā)展趨勢(shì)與國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商發(fā)展機(jī)遇沖刷設(shè)備在主要沖刷物質(zhì)依制程不相同而除去對(duì)象而有所差異，WetStation主要除去物質(zhì)為污染微粒、Organic與MetalIon、NativeOxide等；而單晶圓設(shè)備則對(duì)污染微粒與金屬有較佳的去除收效。但是，隨著半導(dǎo)體廠重視于縮短時(shí)間、降低成本、更好的制程表現(xiàn)、低污染與低耗能等訴求，目前全球各大設(shè)備廠也不斷以單芯片沖刷設(shè)備為主要研發(fā)機(jī)種。就單晶圓沖刷設(shè)備來說，誠(chéng)然成本較高，但在前段12吋晶圓與微米以下的制程發(fā)展趨勢(shì)下，未來的主要應(yīng)用在反應(yīng)大將重申平坦度、均勻度，沖刷過程中化學(xué)藥液、純水使用減量等因素，而在這個(gè)部分廠商試一試以引入臭氧水、界面活性劑與megasonic震蕩的沖刷技術(shù)完成此目標(biāo)。以目前12吋單晶圓沖刷設(shè)備來說，而純水的耗資11v1.0可編寫可更正量?jī)H為批次式設(shè)備的10分之1，硅及氧化硅耗資也低于批次式技術(shù)。為了增加單晶圓沖刷設(shè)備的產(chǎn)出，多反應(yīng)室的架構(gòu)(Mutichamber)的單晶圓沖刷設(shè)備也有好多廠商進(jìn)行開發(fā)，將較傳統(tǒng)批次式技術(shù)縮短約2030%生產(chǎn)周期，目前SEZ、DNS皆有推出RCA配方進(jìn)行單晶圓前段、后段的沖刷設(shè)備。其他，目前并有大廠以TotalSolution為訴求進(jìn)