半导体清洗设备制程技术与设备市场分析(2)

(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 2.7 亿美元，较 2001 年衰退 30.9%，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 1.1 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 92.5 79.8 68.0 24.7 日本 122.1 135.9 79.3 28.8 南韩 13.6 13.8 7.1 2.6 台湾 63.1 41.5 61.7 22.4 亚洲与其它地区 65.3 36.6 22.4 8.1 欧洲 103.4 91.0 36.6 13.3 全球市场 460.0 398.6 275.1 100.0

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。目前此部份主要以单晶圆为主的设计架构 ，采双面清洗(Double Side clean) 方式受到厂商的欢迎，DNS 与LamRC 为 Post CMP clean 的主要厂商。

若再从单晶圆型态与Wet Station 的市场规模进行分析比较，2002 年由于景气不佳整体设备需求下滑，Wet Station 与单晶圆清洗设备市场皆呈现市场衰退情况，不过若以两者的衰退幅度比较，单晶圆清洗设备衰退幅度约在三成左右，而 Wet Station 超过四成的衰退幅度，并且 Wet Station 市场可能持续遭到单晶圆的挑战而进一步下滑，因此可以预见单晶圆清洗技术将是未来晶圆厂的主流清洗型态。

不过以目前半导体清洗制程情况来分析，要将所有洗净制程以单晶圆型态清洗仍有其困难。例如在 transistor 产品于热处理前 (FEOL) 的洗净上，以及若要使用黏绸性较高的清洗液 (如 SPM 配方) 进行单晶圆旋转清洗，目前都仍有一些处理上的困难点。因此，对于未来半导体厂于清洗设备的配置上，在晶圆厂面对少量多样产品的生产型态，Wet Station仍有其发展空间，然而整体来看，清洗设备将以单晶圆型式为主体，再搭配批次型 Wet Station 的组成结构，会是未来晶圆厂于清洗设备的主要需求趋势。

二、Wet Station 于后段封装凸块制程中的新市场机会

未来电子产品在散热性、电气特性、脚数、以及封装后体积日益严苛的要求下，新一代以凸块 (以下简称 Bumping) 为主的覆晶封装技术在近两年快速发展，由于国内各大封装厂商皆看好覆晶与Bimping 技术的应用市场，在 2002 年主要半导体前后段业者持续投入大量资源于覆晶相关技术的研发。目前主要投入焊锡凸块生产的厂商，包括前段晶圆龙头大厂台积电，封测业者则有日月光、硅品、悠立、米辑等厂商。

在覆晶技术中，Bumping 的制作为覆晶技术的成败关键，Bumping 制程主要可有四种方式制作，包含蒸镀法、电镀法 (Electro-plating) 以及印刷法(Printing) 与 Stud Bump 等方式，其中蒸镀法、电镀法的在 Bumping 制程与半导体前段制程类似，其主要制程步骤如表四所示。

表四 蒸镀与电镀的 Bumping 制程

主要制程 蒸镀制程 电镀制程 步骤一 In-situ sputter clean Wafer Clean 步骤二 Metal Mask UBM Deposition 步骤三 UBM Evaporation Eletroplating of Solder 步骤四 Solder Evaporation 步骤五 Solder Balling

（資料來源：FCT 公司技術資料；工研院 IEK(2004/02)

由于 Bumping 制程也是由曝光、显影、蚀刻等制程制作，因此在制程进行中也是需要湿式清洗的设备。如Sputter 前清洗、上光阻后、电镀后、UBM电镀后之 Metal Etch 均可使用湿式清洗方式，由于其 Bumping 制程需求不若前段制程精细，加上成本上的考虑，因此Wet Station 在 Bumping 制程上有不错的发展空间。但由于在后段主要清洗的主要包含铜、镍、钛等污染物与前段不尽相同，因此在后段Bumping 之清洗所使用的清洗溶液也与前段有所不同。

目前就 Bumping 制程来说，国际的设备大厂分别组成 SECAP 与 APIA 两大联盟竞逐，其中清洗设备方面虽然也有厂商如 SEZ 在 APIA 联盟中提供以单晶圆清洗设备进行 Bumping 后之清洗 ，目前Bumping 生产线而言，由于在成本与制程上考虑主要半导体厂商多使用Wet Station 进行 Bumping 后之清洗，而在此项设备方面，目前国内也有嵩展、弘塑等厂商推出Wet Station 设备于 Bumping 制程中所使用。

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