泛半导体设备洗净服务行业概况
思瀚产业研究院 富乐德    2022-12-27

精密洗净服务行业是工业清洗行业的重要分支，它是伴随着现代工业和科学技术的快速发展，以及精密生产设备日常维护的需要而产生和建立。各种不同类型的精密生产设备在长期连续运行中，无一例外地都会受到环境因素的影响。这些设备在其降温送风系统和自身的电磁场作用下，环境中的灰尘、潮气、静电、带电粒子、各种腐蚀性物质和气体等，会逐渐对这些设备的正常稳定运行造成不利影响（如由这些污染物形成的附加―微电路‖效应引起的―软性故障‖、对设备的缓慢腐蚀和氧化、沾污产品影响良率等）。

在当今的高科技产业中，精密洗净服务已成为精密生产设备部件组装前的先决条件，也是制程设备的日常保养和维护的先决条件。精密设备部件洗净的质量直接影响产品生产良率和生产成本。

随着国内半导体和显示面板产业的快速发展，精密清洗服务将发挥愈加重要的作用。在国内企业承接新一轮国际产业转移进程中，精密洗净服务企业配合下游客户设备部件的国产化进程，助力下游客户逐步打破高端精密设备部件制造的国外垄断，保障国内半导体和显示面板更高阶产线设备的稳定运行，进一步助力泛半导体行业的进口替代。

（1）精密洗净服务行业概述

工业清洗指工业产品或零部件在工业生产中表面受到物理、化学或生物的作用而形成污染物或覆盖层，去除这些污染物或覆盖层而使其恢复原表面状态的过程。随着生产的发展和科学的进步，在工业清洗领域不断有专门化的新洗净技术出现，精密洗净服务随之逐步发展起来。

精密洗净意味着按照非常严格的标准进行清洗，对剩余颗粒或其他污染物的容忍度非常低（颗粒尺寸小于 0.3 微米），通常在环境严格控制的洁净室进行清洁。在半导体、显示面板、航空航天和医疗等高科技行业的许多重要应用中，精密洗净服务是新制造部件组装前的先决条件，也是制程设备的日常保养和维护的先决条件。

以芯片制造为例，如果在制造过程中有沾污现象，将影响芯片上器件的正常功能，因而提高生产设备部件的洁净度是保障芯片生产良率的重要一环。在芯片刻蚀、化学气相沉积、扩散等制程，设备部件上会附着金属杂质、有机物、颗粒、氧化物等各种沾污杂质层，经过一段时间后会有剥落现象；对于芯片制造企业，沾污杂质导致芯片电学失效，导致芯片报废，进而影响产品良率与质量。

通常影响精密洗净服务价格的关键因素包括洗净部件的市场价值、厚度、材质、几何形状和该部件工艺研发成本，以及沾污杂质的类型、洁净度要求等。专业精密洗净服务厂商根据制程、机台设备品牌、部件材质与镀层要求等进行分类并提供精密清洗与衍生处理服务，以配合客户提升产品良率及提高制造设备的稼动率。

1）半导体设备洗净服务对象

半导体专用设备泛指用于生产各类半导体产品所需的生产设备，属于半导体行业产业链的支撑环节。半导体专用设备是半导体产业的技术先导者，芯片设计、晶圆制造和封装测试等需在设备技术允许的范围内设计和制造，设备的技术进步又反过来推动半导体产业的发展。以半导体产业链中技术难度最高、附加值最大、工艺最为复杂的集成电路为例，应用于集成电路领域的设备通常可分为前道工艺设备（晶圆制造）和后道工艺设备（封装测试，暂时非洗净服务对象）两大类。

其中，在前道晶圆制造中，共有七大工艺步骤，分别为氧化/ 扩 散 （ ThermalProcess）、光刻（Photo-lithography）、刻蚀（Etch）、离子注入（Ion Implant）、薄膜生长（Dielectric and Metal Deposition）、清洗与抛光（Clean & CMP）、金属化（Metalization），所对应的专用设备主要包括氧化/扩散设备、光刻设备、刻蚀设备、清洗设备、离子注入设备、薄膜沉积设备、机械抛光设备等。晶圆制造设备的市场规模占比超过集成电路设备整体市场规模的 80%，其中，刻蚀设备、光刻设备、薄膜生长设备是集成电路前道生产工艺中最重要的三类设备。

上述集成电路制造过程中的氧化/扩散（扩散炉、氧化炉、外延生长设备）、 光刻（溶胶显影设备、涂胶设备）、刻蚀（介质、金属、边缘刻蚀设备）、离子 注入、薄膜生长（金属沉淀设备、介质层沉积设备、原子层沉积设备、电镀设备）、 机械抛光等设备均系公司洗净服务对象，几乎涵盖集成电路 2/3 工序的生产设备 定期维护。

2）显示面板专用设备洗净服务对象

TFT 显示面板专用设备泛指基于 TFT 薄膜晶体管作为驱动单元发展起来的用于生产各类显示面板类产品所需的生产设备，主流产品有 LCD 和 OLED 两种类型，属于集成电路行业显示技术领域的重要组成部分。其中：LCD 显示技术 是 20 世纪八十年代之后逐步发展兴盛起来的采用液晶作为显示单元的显示面板 技术。LCD 显示面板器的主体结构包含透明基板、偏光片、滤光片、液晶层、 TFT 阵列等，经过三十多年的高速发展，整个生产技术及产业链已经成熟稳定， 但面板制造、封装测试工艺制程中的专用设备供应仍以进口为主。OLED 显示技 术是 21 世纪之后逐步发展起来的一种新型的显示技术，其主体结构包含透明基 板（可柔性）、空穴/电子注入层、空穴/电子传输层、有机发光层、TFT 阵列等， 经过近十年的快速发展，与 LCD 相比，具有功耗低、视角宽、响应速度快等更 优的显示性能，为国际社会中显示技术角逐的重点。

以 LCD 和 OLED 为主流的显示面板技术，生产工序可以分为三大步骤：TFT阵列、cell 成盒、后端组装。其中，TFT 阵列生产包含基板清洗、镀膜、曝光、显影、刻蚀剥离等工艺制程，cell 成盒包含 TFT 清洗、CF 基板加工（LCD）、拼合（LCD）、灌晶（LCD）、蒸镀（OLED）、封装（OLED）、检测等工艺制程，后端组装包含 cell 清洗、偏光片贴附、IC 绑定、FPC/PCB、TP 贴合等工艺制程。

所对应的专用设备主要包括蒸镀设备（OLED）、光刻设备、刻蚀设备、清 洗设备、离子注入设备等。

LCD/OLED 显示技术主要工艺制程如下：

上述 TFT 面板制造过程中的镀膜、曝光、显影、刻蚀、CF 基板加工（LCD）、蒸镀（OLED）等设备均系公司洗净服务对象。

（2）沾污杂质介绍

沾污杂质是指泛半导体产品制造过程中引入的任何危害芯片成品率及电学性能的物质。据估计，大部分的芯片电学失效都是由沾污带来的缺陷引起的。一般精密洗净的沾污杂质分为以下几类：

1）颗粒。颗粒能引起电路开路或短路。从尺寸上来说，半导体制造中，颗粒必须小于最小器件特征尺寸的一半，大于这个尺寸的颗粒会引起致命缺陷。从数量上来说，硅片表面的颗粒密度代表了特定面积内的颗粒数，颗粒数越多，产生致命缺陷的可能性也越大。一道工序引入到硅片中超过某一关键尺寸的颗粒数，术语表征为每步每片上的颗粒数（PWP），随着先进制程的进步，PWP 指标要求越来越高。

2）金属杂质。危害半导体工艺的典型金属杂质是碱金属，如钠、钾、锂等；重金属也会导致金属污染，如铁、铜、铝、铬、钨、钛等。金属杂质可能来自化学溶液或者半导体制造中的各种工序，如离子注入等，也可能来自化学品与传输管道和容器的反应。

3）有机物。有机物主要指包含碳的物质，它们可能来自于细菌、润滑剂、蒸汽、清洁剂、溶剂和潮气等。

4）自然氧化层。自然氧化层一方面妨碍其他工艺步骤，如单晶薄膜的生长；另一方面增加接触电阻，减少甚至阻止电流流过。

（3）主要洗净方法

根据清洗方法的不同，精密洗净可分为物理清洗和化学清洗。物理清洗是指利用力学、声学、光学、电学、热学的原理，依靠外来能量的作用，如机械摩擦、超声波、负压、高压冲击、紫外线、蒸汽等去除物体表面污垢的方法；化学清洗是指依靠化学反应的作用，利用化学溶剂清除物体表面污垢的方法。在实际应用过程中，通常将两者结合起来使用，以获得更好的洗净效果。

常见的精密洗净方法有：

1）化学溶剂清洗

化学溶剂清洗是指把硝酸、氢氧化钾、双氧水、氨水等按照技术要求配制成相应浓度的溶液，然后把零部件放在清洗槽内浸泡以去除表面金属膜质。

2）熔射涂层

熔射是指利用热源将金属或非金属材料进行熔化，并以一定速度喷射到基体表面形成涂层的方法。在操作过程中若有需要，对零部件表面进行喷铝，增加表面粗糙度。

3）电解法清洗

将要清洗的设备器件挂在阴极或阳极上置于电解液中，当通以直流电时，由于极化作用，金属与电解质溶液的界面张力降低，溶液渗透到工件表面的污物下面，界面上起氧化或还原作用，并产生大量的气泡，当气泡聚集形成气流从污物与金属的间隙中溢出时，起鼓动和搅拌作用，使污物从工件表面上脱落，达到退除污物及清洗表面的目的。

根据设备器件挂在阳、阴极的不同位置分成阴极电解和阳极电解法。电解法清洗用途很广，可以除氧化膜、除旧镀膜和漆膜等金属或非金属附着物，而且获得很好的清除效果，清洗效率高且较彻底。

4）蒸气法清洗

蒸气法清洗又分为水蒸气清洗和溶剂蒸气清洗两种。水蒸气清洗是一种比较普遍而又简单的清洗工艺，主要利用蒸汽的热气流蒸发到设备器件的表面，并充分与设备器件表面接触，由于水蒸气的温度高，有一定的压力和冲击力，所以有一定的清洗效果。溶剂蒸气清洗则是一种用有机溶剂蒸发蒸气进行清洗的方法。由于溶剂的温度高，且蒸发时形成气流把污渍溶解并带走。

5）纯水清洗和高压水洗

纯水清洗是指把零部件放在纯水清洗槽内浸泡，以去除产品内部可能残留的药液成分；高压水洗是指高压水洗枪吹扫零部件表面，去除零部件表面具有一定粘附力的颗粒、熔射灰、粉尘等。

6）超声波清洗

超声波清洗是指在浸泡清洗工件的液体中发射超声波，使液体产生超声波振荡。液体内部某一瞬间压力突然增大或突然减小，这样不断地反复进行。当压力突然减小时，溶液内会产生许多真空的、很小的空穴，溶解在溶液内的气体被吸入空穴内，形成气泡。小气泡形成后，由于压力突然增大而被压破并产生冲击波，这种冲击波又能使金属表面的污物、氧化皮等在界面上受到剥离，并脱离工件表面，达到比一般除污方法快的清洗效果。

超声波清洗可以和化学除污、电化学除污、酸洗除金属镀层等结合，提高除污的效果和清洗的质量。