半导体清洗设备项目可行性研究报告
1、清洗设备市场分析
根据Gatner数据，2021年全球半导体清洗设备市场规模达到39.18亿美金，2021年我国半导体清洗设备市场规模为15亿美金，占全球规模的39.28%。长期以来，海外巨头垄断着清洗设备领域，迪恩士（SCREEN）、TEL、LAM与细美事（SEMES，三星子公司）四家公司市占率合计高达90%以上，其中迪恩士（SCREEN）一家市占率就高达50%以上，寡头垄断格局十分明显。
中国半导体清洗设备市场高度集中，日系厂商是市场的主力军，2020年DNS和TEL占据了60%以上的半导体清洗设备市场份额。
国内的半导体清洗设备厂商主要有盛美上海、至纯科技、北方华创和芯源微：
盛美上海：清洗设备是主要产品，22年实现营收20.78亿元，占总营收73.23%。清洗设备包括SAPS兆声波单片清洗设备、TEBO兆声波单片清洗设备、高温单片SPM设备、单片槽式组合清洗设备、单片背面清洗设备、边缘湿法刻蚀设备、前道刷洗设备和全自动槽式清洗设备。盛美上海在SAPS兆声波单片清洗技术、 TEBO兆声波单片清洗技术和单晶圆槽式组合
Tahoe高温硫酸清洗技术方面达到国际先进或领先水平。
至纯科技：清洗设备包括湿法槽式清洗设备和湿法单片式清洗设备，目前产品可以满足28nm全部湿法工艺需求，2022年进一步突破，14nm及以下制程中交付4台设备。另外，公司提供SPM高温硫酸、去胶、晶背清洗高端设备，单片高温SPM工艺被公认是28nm/14nm性能要求最高的工艺，至纯科技在这方面打破国外垄断。目前晶背清洗工艺用到的设备大多是国外的，至纯科技的相关设备有所突破，截至22年底，核心工序的高阶设备累计交付20台。
北方华创：拥有单片清洗、槽式清洗两大技术平台，主要应用于 12 吋集成电路领域。单片清洗机覆盖 Al/Cu 制程全部工艺，用于后段工艺；槽式清洗机已覆盖 RCA、Gate、PR strip、磷酸、Recycle 等工艺制程，并在多家客户端实现量产。
芯源微：2018年发布前道物理清洗机Spin Scrubber设备，产品发布后迅速打破国外垄断，并确立了市场领先优势。目前已广泛应用于中芯国际、上海华力、青岛芯恩、广州粤芯、上海积塔、厦门士兰等一线大厂，另外，公司还在积极开发化学清洗机。
2、清洗是贯穿整个半导体产业链，随着工艺制程的进步清洗工序数量和重要性增加
半导体清洗是指针对不同的工艺需求对晶圆表面进行无损伤清洗以去除半导体制造过程中的颗粒、自然氧化层、金属污染、有机物、牺牲层、抛光残留物等杂质的工序。
清洗贯穿半导体产业链的重要工艺环节，避免杂质影响芯片良率和芯片产品性能。晶圆制造过程中的清洗过程包含扩散前清洗、刻蚀后清洗、离子注入后清洗、去胶清洗、成膜前/后清洗、机械抛光后清洗等，除此之外，半导体硅片制造过程和封装阶段也会用到清洗。
当前的芯片制造流程在光刻、刻蚀、沉积等重复性工艺后均设置了清洗工序，清洗步骤数量约占芯片制造工序步骤的30%以上，是所有芯片制造工艺步骤中占比最大的工序，且随着技术节点的进步，清洗工序的数量和重要性将继续随之提升，在实现相同芯片制造产能的情况下，对清洗设备的需求量也将相应增加。
半导体制造流程中的污染物来源及危害：
污染物来源及危害：
1）颗粒：来源于环境、其他工艺工程中产生，主要危害影响后续光刻、干法刻蚀工艺，造成器件短路
2）自然氧化层：来源于环境，主要危害影响后续氧化、沉积工艺，造成器件失效
3）金属污染：来源于环境、其他工艺工程中产生，主要危害影响后续氧化工艺，造成器件电性失效
4）有机物：来源于干法刻蚀副产物、环境，主要危害影响后续沉积工艺，造成器件电性失效
5)牺牲层：来源于氧化/沉积工艺，主要危害影响后续特定工艺，造成器件电性失效
6)抛光残留物：来源于研磨液，主要危害影响后续特定工艺，造成器件电性失效
3 、清洗技术分为湿法清洗和干法清洗，其中湿法清洗是主流工艺
根据清洗介质的不同，半导体清洗技术主要分为湿法清洗和干法清洗，其中湿法清洗是
主流技术路线，湿法清洗步骤数量占芯片制造中清洗步骤数量的90%以上：
湿法清洗：针对不同的工艺需求，采用特定的化学药液和去离子水，对晶圆表面进行无
损伤清洗，以去除晶圆制造过程中的颗粒、自然氧化层、有机物、金属污染、牺牲层、
抛光残留物等物质，可同时采用超声波、加热、真空等辅助技术手段；
干法清洗：不使用化学溶剂的清洗技术，主要包括等离子清洗、超临界气相清洗、束流清洗等技术。干法清洗主要是采用气态的氢氟酸刻蚀不规则分布的有结构的晶圆二氧化硅层，虽然具有对不同薄膜有高选择比的优点，但可清洗污染物比较单一，目前在28nm及以下技术节点的逻辑产品和存储产品有应用。
晶圆制造产线上通常以湿法清洗为主，少量特定步骤采用湿法和干法清洗相结合的方式互补所短，构建清洗方案。未来清洗设备的湿法工艺与干法工艺仍将并存发展，均在各自领域内向技术节点更先进、功能多样化、体积小、效率高、能耗低等方向发展，在短期内湿法工艺和干法工艺无相互替代的趋势。
清洗方法及工艺简介
湿法清洗：
1）溶液浸泡法：
清洗介质化学药液，主要用于槽式清洗设备，将待清洗晶圆放入溶液中浸泡，通过溶液与晶圆表面及杂质的化学反应达到去除污染物的目的
2）机械刷洗法：
清洗介质去离子水，主要配置专用刷洗器，配合去离子水利用刷头与晶圆表面的摩擦力以达到去除颗粒的清洗方法
3）二流体清洗
清洗介质SC-1溶液，去离子水等，在喷嘴的两端分别通入液体介质和高纯氮气，使用高纯氮气为动力，辅助液体微雾化成极微细的液体粒子被喷射至晶圆表面，从而达到去除颗粒的效果
4）超声波清洗
清洗介质化学溶剂加超声辅助，在20-40kHz超声波下清洗，内部产生空腔泡，泡消失时将表面的杂质解吸
5）兆声波清洗
清洗介质化学溶剂加兆声波辅助，与超声波清洗类似，但使用1-3MHz工艺频率的兆声波
6)批式旋转喷淋法
清洗介质高压喷淋去离子水或清洗液，清洗室腔配置转盘，可一次装载至少两个晶圆盒，
载旋转过程中通过液体喷柱不断向圆片表面喷淋液体去除表面杂质
干法清洗
1）等离子清洗
清洗介质氧气等离子体，在强电场的作用下，使得以前那个其产生等离子体，迅速使光刻胶气化成为可挥发性气体状态物质并被抽走
2）气相清洗
清洗介质化学试剂的气相等效物，
利用液体工艺中对应物质的气相等效物与圆片表面的玷污物质相互作用
3)束流清洗
清洗介质高能束流状物质，利用高能量的呈束流状的物质流与圆片表面的玷污杂质发生相互作用而达到清楚圆片表面杂质的作用
4 湿法清洗工艺路线下，主流的清洗设备中单片清洗设备市场份额最高
在湿法清洗工艺路线下，目前主流的清洗设备主要包括单片清洗设备、槽式清洗设备、组合式清洗设备和批式旋转喷淋清洗设备等，其中单片清洗设备市场份额占比最高。湿法清洗工艺路线下主流的清洗设备存在先进程度的区分，主要体现在可清洗颗粒大小，金属污染，腐蚀均一性以及干燥技术等标准。
在集成电路制造的先进工艺中，单片清洗已逐步取代槽式清洗成为主流。首先，单片清洗能够在整个制造周期提供更好的工艺控制，改善了单个晶圆和不同晶圆间的均匀性，提高了产品良率；其次，更大尺寸的晶圆和更先进的工艺对于杂质更敏感，槽式清洗出现交叉污染的影响会更大，进而危及整批晶圆的良率，会带来高成本的芯片返工支出。此外，单片槽式组合清洗技术的出现，可以综合单片清洗和槽式清洗的优点，在提高清洗能力及效率的同时，减少硫酸的使用量。
清洗设备以及清洗方式
1）单片式清洗设备
清洗方式：旋转喷淋，兆声波清洗，二流体清洗，机械刷洗等
应用特点：具有极高的工艺环境控制能力与微粒去除能力，有效解决晶圆之间交叉污染的问题；每个腔体每次只能清洗单片晶圆，设备产能较低
2）槽式清洗设备
清洗方式：溶液浸泡，兆声波清洗等
应用特点：清洗产能高，适合大批量生产；但颗粒、湿法刻蚀控制速度控制差；交叉污染风险大
3）组合式清洗设备
清洗方式：溶液浸泡+旋转喷淋组合清洗
应用特点：产能较高，清洗精度较高，并可大幅降低浓硫酸使用量；产品造价较高
4）批式旋转喷淋清洗设备
清洗方式：旋转喷淋
应用特点：相对传统槽式清洗设备，批式旋转设备可以实现120oC以上甚至达到200oC高温硫酸工艺要求；各项工艺参数控制困难，晶圆碎片后整个清洗腔室内所有晶圆均有报废风险
