2025年半导体湿法清洗设备行业的技术特点
思瀚产业研究院 亚电科技    2025-08-25

（1）清洗是半导体前道晶圆制造过程中步骤占比最高的工序，清洗工序数量随半导体技术进步呈持续增长趋势，清洗设备是晶圆制造核心工艺装备之一

清洗是贯穿于半导体前道晶圆制造的重要工艺环节，对半导体器件性能以及良率产生重要影响。晶圆在经过氧化/扩散、光刻、刻蚀、掺杂、成膜等不同工序加工期间，会不断的产生颗粒、金属、有机物、氧化物等污染物，从而沾污晶圆表面，影响芯片性能，严重时可能造成器件的失效，因此，在晶圆制造的每一道工序前后几乎均需要清洗工艺，以去除晶圆表面的污染物，保证晶圆表面的洁净度和均匀性。同时，随着制程节点的不断进步，晶体管尺寸逐渐微缩、结构愈加复杂，晶圆表面洁净度要求也越来越高，实现的难度也随之攀升。

此外，清洗工艺不仅能够去除晶圆表面的污染物，还能通过化学反应对特定物质进行刻蚀、为后续工艺步骤做好表面准备等。造成晶圆污染的原因分为两大类，一类是制造工艺本身引起的，另一类是洁净室、晶圆接触的材料，以及工艺设备等环境引起的。针对制造工艺本身引起的污染，根据所处工序阶段、污染物种类等的不同，需要通过不同清洗工艺进行去除。

比如，对于前段工序（FEOL）阶段的晶圆，主要为单晶硅或多晶硅，无裸露金属区域，需要通过化学清洗工艺对此类耐腐蚀材料进行彻底清洁，以防止杂质渗透至衬底材料；对于后段布线工序（BEOL）阶段的晶圆，由于存在暴露的金属区域，且常与低密度或多孔低介电常数薄膜共存，需要采用等离子体化学、气相化学、超临界 CO2 等清洗工艺去除有机物残留和颗粒物杂质，以保证不损伤暴露的敏感材料；

在刻蚀以及离子注入之后，晶圆表面会残留光刻胶等有机物，通常需要通过去胶清洗工艺（PR Strip）进行去除，一般使用硫酸和双氧水（SPM）、EKC 或 ACT940 等清洗液，利用清洗液的强酸性、氧化性和溶解性将其清除干净。半导体清洗过程中主要污染物、来源、主要危害、清洗原理及工艺如下所示：

清洗是半导体前道晶圆制造过程中步骤占比最高的工序，约占所有晶圆制造工序的 30%，在半导体后道封装工艺、晶片制备、晶片回收等环节亦存在广泛应用。

随着成熟制程半导体新材料、新结构、新器件的发展，以及先进制程半导体沿着摩尔定律发展，对特殊清洗工艺需求越来越多，对污染物的敏感度越来越高，清洗工艺的难度、工序的数量以及重要性也随之提升。因此，半导体技术进步持续推进清洗工艺需求增长，清洗设备在半导体制造中的重要性也在持续提升。

综上所述，清洗设备在保障半导体器件性能和良率方面发挥着至关重要的作用，贯穿于半导体制造工艺的多个关键环节。随着半导体技术进步持续推进，其重要性愈发凸显，已成为晶圆制造核心工艺装备之一。

（2）槽式清洗设备与单片式清洗设备具有不同应用场景，槽式设备在成熟制程领域具有显著应用优势，单片设备在先进制程领域广泛应用

按设备结构类型划分，当前市场主流半导体前道湿法清洗设备，主要可分为槽式清洗设备和单片式清洗设备两大类。槽式清洗设备又称批量式清洗设备，可一次性将 25 片或 50 片晶圆浸泡于槽体的药液内进行清洗，可实现较高的单位时间产能，具有显著的性价比、使用成本较低、特殊工艺适用性较强等优势，主要在 40 nm 及以上工艺节点广泛应用，在成熟制程领域具有更大的产业应用优势。

单片式清洗设备将单片晶圆置于旋转机构上并随之旋转，通过喷头将清洗药液喷洒在晶圆表面，对单个晶圆进行独立清洗，在制程工艺节点、晶圆结构及工艺需求更为精密和复杂的场景，具有更高的清洗均匀性和精度，使用成本较高，主要应用于 40 nm 以下工艺节点，在先进制程领域广泛应用。

槽式清洗设备和单片式清洗设备具有不同的设备结构及工作技术原理，在应用场景上存在差异化的特点，各自具有独特的产品专有技术和研发壁垒，相互之间不存在替代的关系。下游客户通常根据半导体器件类别、制程节点、工艺环节、材料及晶圆结构等因素对清洗工艺需求的差异，灵活选择相应的清洗设备。在部分晶圆制造工艺场景，存在槽式、单片式清洗设备配套使用的情形。

（3）基于成熟制程及先进制程半导体的技术发展特点差异，特殊清洗工艺及先进制程为牵引湿法清洗设备技术发展的两大并行路径

在半导体行业内，成熟制程（28 nm 及以上）半导体工艺制程涵盖 28 nm至 1 μm 以上，主要包括功率器件、存储、模拟及电源管理、射频芯片等，在消费电子、汽车电子、显示面板和工业领域应用广泛，占据全球半导体市场主要产能规模；先进制程（28 nm 以下）主要包括先进逻辑及存储芯片，应用于高性能计算、人工智能、消费及汽车电子、通信、物联网等领域。基于成熟制程及先进制程半导体遵循差异化的技术发展路径，在此基础上，形成了半导体湿法清洗设备在特殊清洗工艺及先进制程两大方向并行的发展驱动力。

成熟制程半导体的技术发展主要以“拓展摩尔定律”为指导，不完全依赖缩小晶体管特征尺寸（即工艺制程节点），主要通过聚焦新材料、新结构、新器件的研发创新与运用，强调特色 IP 定制能力和技术品类多元性，在晶圆制造端形成不同品类芯片的制造工艺平台，通过持续优化器件结构与制造工艺，最大化发挥不同器件的物理特性，以提升产品性能及可靠性，持续对半导体湿法清洗工艺、设备产生新增特殊工艺技术创新需求。

以该技术发展路径为牵引，新结构、新材料、新器件的涌现驱动湿法清洗设备，沿着特殊清洗工艺的方向不断实现创新。如为减少功率损耗、提升散热效率，绝缘栅双极晶体管结构IGBT 晶圆存在减薄工艺需求。

经减薄后，晶圆因应力易造成翘曲或弯曲，对清洗设备的晶圆翘曲度兼容能力提出了工艺创新需求；此外，与硅材料相比，碳化硅新材料制造晶圆具有更高硬度、更具易碎性及更高亲水性等特点，碳化硅MOSFET 晶圆在碎片率控制、晶圆干燥无水痕控制等清洗、干燥环节均对设备提出了更高的技术挑战。

先进制程半导体沿着摩尔定律发展，侧重于不断缩小晶体管线宽，追求更小的工艺制程节点，以实现芯片的超高集成度及晶体管密度。随着工艺制程节点不断缩小，芯片对污染物的容忍度越来越低。例如，微米级的污染物对于纳米级工艺节点芯片的失效影响显著高于微米级芯片。污染物尺寸越小，去除难度越大，对清洗工序和清洗设备的要求也越来越高，20 nm 制程晶圆所需的清洗工序（多达 215 道）亦成倍于 90 nm 制程晶圆所需的清洗工序（约为 90道）。

随着先进制程芯片单位面积内晶体管密度空前提高（如 7 nm 工艺节点晶体管密度可达 1 亿个/平方毫米），超高的晶体管密度带来芯片超级精密的内部结构，对湿法清洗过程中药液的刻蚀不足或刻蚀过度均极度敏感，进而对清洗设备在刻蚀选择比、清洗时间、药液浓度、温度等技术方面的精密控制要求越来越高。

随着半导体工艺制程持续演进，晶体管尺寸的微缩已接近物理极限。在此背景下，芯片技术架构变革、先进制造集成技术均会催生湿法清洗设备特殊工艺技术的产生与发展，如存储器技术架构由 2D 向 3D 转变，3D NAND 等芯片的 TSV 通孔高深宽比结构，对清洗和干燥工艺均提出了更高要求。当前湿法清洗技术主要通过兆声波清洗的方式予以解决。

但随着芯片堆叠层数的增加、TSV 通孔精度的提高、深宽比进一步增加，传统的兆声波工艺将难以有效清洗和干燥，对无液体表面张力的超临界二氧化碳清洗工艺的需求将增加，进而对清洗设备和工艺的升级迭代提出新的需求。

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