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受生成式AI、高性能計(jì)算、5G、自動(dòng)駕駛等新興應(yīng)用的強(qiáng)勁需求牽引，芯片制造工藝持續(xù)向微縮化方向演進(jìn)。例如，半導(dǎo)體IP龍頭Arm正積極推進(jìn)3納米物理設(shè)計(jì)技術(shù)，AI芯片巨頭英偉達(dá)和AMD的下一代GPU芯片也瞄準(zhǔn)3納米制程，晶圓代工巨頭臺(tái)積電和三星則馬不停蹄地攻堅(jiān)2納米和1納米工藝節(jié)點(diǎn)，競(jìng)相搶購(gòu)下一代High-NA EUV光刻機(jī)。
然而，芯片制造工藝的突破并非一蹴而就，僅憑光刻機(jī)技術(shù)突破是不夠的，互聯(lián)、散熱、新材料、新封裝等方面都亟待攻克。因此，先進(jìn)工藝芯片的制造需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的共同努力和支持。
在這個(gè)背景下，我們要探討的是一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域——過濾器在芯片制造中的重要性。隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸的減小，芯片制造的過程將極為嚴(yán)苛，可以說“整個(gè)過程容不得一粒雜質(zhì)或污染物”。芯片制造所用的水、化學(xué)品、溶劑和氣體都需要達(dá)到千萬(wàn)億分之一的純度水平。因此，能否確保水、化學(xué)品、溶劑和氣體不含有亞微米或納米級(jí)顆粒、金屬、離子和有機(jī)污染物等等，顯得至關(guān)重要。這就需要過濾器來“層層把關(guān)”。
近日，全球領(lǐng)先的過濾、分離和純化解決方案專家頗爾公司(Pall Corporation)宣布，其位于新加坡的新工廠將于今年正式投入運(yùn)營(yíng)！該工廠總投資1.5億美元，新增Litho光刻和WET濕法化學(xué)兩條重要產(chǎn)品線，將為亞太地區(qū)先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)的邏輯和存儲(chǔ)芯片制造提供強(qiáng)有力的支持。新加坡工廠將作為頗爾亞太地區(qū)客戶的區(qū)域樞紐，滿足日益增長(zhǎng)的亞太尤其是中國(guó)地區(qū)的快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)第三季度即可向中國(guó)客戶交付產(chǎn)品。
頗爾新加坡工廠實(shí)際圖
芯片制造中的“過濾”之道
芯片制造被視為最復(fù)雜和最精細(xì)的工業(yè)過程之一。一個(gè)芯片的制造需要經(jīng)過晶圓加工、氧化、光刻、刻蝕、薄膜沉積、互連、測(cè)試和封裝等主要步驟。在芯片生產(chǎn)多個(gè)流程中，過濾器都扮演著不可或缺的角色。尤其在光刻和濕法化學(xué)工藝中，過濾器的作用尤為重要。
光刻技術(shù)作為半導(dǎo)體制造工藝中的關(guān)鍵步驟，其重要性早已經(jīng)不言而喻。在芯片光刻流程當(dāng)中，第一步就是涂光刻膠。如下圖所示。光刻膠是將光學(xué)圖案轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體晶圓上的關(guān)鍵材料，其純凈度直接影響光刻工藝的成敗。光刻膠中的微小顆粒和雜質(zhì)不僅會(huì)導(dǎo)致圖案轉(zhuǎn)移的缺陷，還可能引發(fā)生產(chǎn)設(shè)備的損耗和停機(jī)。因此，需要使用高效過濾器來去除光刻膠中的雜質(zhì)，確保生產(chǎn)過程的高效和可靠。
芯片制造光刻流程
頗爾新加坡工廠中新增的光刻膠litho產(chǎn)品線，擁有多樣濾膜材質(zhì)，可以幫助去除光刻膠配方中所用原材料中的顆粒和金屬離子，如聚合物，樹脂，溶劑等。據(jù)悉，頗爾HDPE（高密度聚乙烯）過濾器可以達(dá)到亞1納米的高精度，實(shí)現(xiàn)高潔凈度，能夠有效去除微小顆粒和雜質(zhì)；Nylon 6，6過濾器可達(dá)2納米的高精度，此外還有高非對(duì)稱性和大流量的特點(diǎn)，其獨(dú)特的極性使其能夠有效吸附凝膠；Ionkleen過濾器專門用于去除溶劑等材料中的金屬離子，以確保生產(chǎn)過程的高純凈度。同時(shí)，這些高精度的顆粒過濾器在光刻膠合成后還可進(jìn)一步對(duì)顆粒過濾，以滿足不同維度的過濾需求。
濕法刻蝕和濕法清洗工藝在如今的芯片制造中重要性也在凸顯。隨著3D堆疊和Chiplet等復(fù)雜芯片設(shè)計(jì)的興起，這些芯片通常由多層結(jié)構(gòu)組成（例如3D NAND更是達(dá)到了上百層），每層都需要通過濕法刻蝕來形成特定的圖案和結(jié)構(gòu)。因此，每增加一層都需要進(jìn)行一次刻蝕。而每個(gè)制造步驟后，晶圓表面可能會(huì)殘留微小顆粒、金屬離子、有機(jī)物和其他污染物，在每個(gè)主要工藝步驟（如光刻、刻蝕、沉積、摻雜等）之間，濕法清洗是必不可少的步驟，以確保晶圓表面潔凈，防止交叉污染。
由于濕法刻蝕和濕法清洗在不同工藝階段多次使用，每次使用的化學(xué)品純度直接影響芯片制造的質(zhì)量。在濕電子化學(xué)品領(lǐng)域，頗爾擁有兩大主要產(chǎn)品系列，分別是XpressKleen系列PTFE過濾器和HAPAS聚芳砜過濾器。XpressKleen系列PTFE過濾器的過濾精度可達(dá)2納米，具有高潔凈度和高兼容性。HAPAS聚芳砜過濾器具有高非對(duì)稱性和高流量特點(diǎn)，過濾精度同樣可達(dá)2納米，但成本遠(yuǎn)低于同精度的PTFE產(chǎn)品，因此在高精度和成本效益之間提供了更優(yōu)的選擇。這些過濾器從膜制備到最終產(chǎn)品，全部由頗爾公司自主研發(fā)和生產(chǎn)，品質(zhì)可靠有保障。
此外，芯片制造過程還需要?dú)怏w和化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）研磨液的純度。在這方面，頗爾的Gaskleen產(chǎn)線非常適合用于集成氣體輸送系統(tǒng)，并且易于在安裝基板上進(jìn)行檢修和更換，可用于多種接口，包括通過C型密封和W型密封連接的接口。
化學(xué)機(jī)械拋光使用的研磨液如果含有微小顆粒，將嚴(yán)重影響拋光效果和晶圓表面的平整度。頗爾所生產(chǎn)的Profile II熔噴濾芯，能夠覆蓋0.3um及以上精度范圍的CMP研磨液過濾，提供10寸、20寸不同尺寸、不同端口的形式，能夠滿足多樣化CMP生產(chǎn)需求。
總體而言，為了實(shí)現(xiàn)最佳芯片性能和能源效率，半導(dǎo)體芯片必須以最高純度制造，尤其是在汽車和醫(yī)療設(shè)備等新應(yīng)用中，這些潛在缺陷所造成的安全隱患可能代價(jià)高昂。高效的過濾技術(shù)不僅可以確保芯片制造工藝的質(zhì)量和可靠性，還可以減少對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的損耗，降低生產(chǎn)成本，為最終芯片制造的成功保駕護(hù)航。
中國(guó)制造業(yè)蓬勃發(fā)展，頗爾做好堅(jiān)實(shí)后盾
近年來，中國(guó)制造業(yè)以驚人的速度蓬勃發(fā)展，成為全球制造業(yè)的重要一環(huán)。頗爾新加坡廠的落成，彰顯了對(duì)中國(guó)制造業(yè)市場(chǎng)的堅(jiān)定信心和深切關(guān)注。
據(jù)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(huì)集成電路分會(huì)理事長(zhǎng)、中國(guó)集成電路創(chuàng)新聯(lián)盟副理事長(zhǎng)兼秘書長(zhǎng)葉甜春先生在第26屆集成電路制造年會(huì)暨供應(yīng)鏈創(chuàng)新發(fā)展大會(huì)(CICD)上的演講報(bào)告中指出，從2008年到2023年，中國(guó)集成電路制造業(yè)銷售額增長(zhǎng)了9.86倍，2023年中國(guó)集成電路制造業(yè)的規(guī)模達(dá)到3875億元。
在晶圓制造領(lǐng)域，中國(guó)晶圓制造業(yè)主要企業(yè)營(yíng)收總和不斷增長(zhǎng)，內(nèi)資企業(yè)的數(shù)量和占比不斷增長(zhǎng)，外資企業(yè)的數(shù)量雖然也呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，但是占比逐漸下降，表明中國(guó)集成電路制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局正在發(fā)生變化。
當(dāng)下，中國(guó)集成電路正迎制造和工藝突破發(fā)展之際，頗爾公司始終致力于為中國(guó)客戶提供高質(zhì)量、高性能的過濾器解決方案。與此同時(shí)，中國(guó)已成為頗爾在全球高速增長(zhǎng)的一個(gè)區(qū)域，頗爾微電子事業(yè)部更是在過去五年中取得了迅猛的增長(zhǎng)。
頗爾能夠在中國(guó)市場(chǎng)取得如此驕人的成績(jī)，離不開其幾十年來持續(xù)深耕中國(guó)市場(chǎng)的戰(zhàn)略布局和不懈努力。
早在上世紀(jì)90年代，頗爾中國(guó)的北京工廠就已經(jīng)開始扎根中國(guó)，1994年，頗爾北京工廠作為一個(gè)生產(chǎn)基地在馬駒橋投產(chǎn)。
2004年，北京工廠搬遷至亦莊并擴(kuò)大了生產(chǎn)規(guī)模，引入了日本的濾殼制造標(biāo)準(zhǔn)，在業(yè)內(nèi)享有非常高端的濾殼加工水平，并逐步增加了過濾器濾芯產(chǎn)品的制造。
2020年，頗爾正式宣布Gas應(yīng)用產(chǎn)品在北京投入生產(chǎn)，將美國(guó)工廠的產(chǎn)線復(fù)制到北京，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性，更好地服務(wù)中國(guó)本地的客戶。
2023年，北京工廠增加投產(chǎn)Gas應(yīng)用頂部安裝式的過濾器Gaskleen產(chǎn)線，并新增CMP產(chǎn)線，擴(kuò)充了產(chǎn)品類別以滿足多樣化的市場(chǎng)需求。
憑借其產(chǎn)品的一致性、可靠性、過程控制和高質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)，頗爾的過濾器產(chǎn)品贏得了廣大中國(guó)客戶的信賴。協(xié)同頗爾北京工廠和新落成的新加坡工廠，兩大制造基地將共同為中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)有力的后方支持。
寫在最后
在全球芯片競(jìng)爭(zhēng)如此激烈、地緣政治影響日益深遠(yuǎn)的當(dāng)下，頗爾公司于新加坡新建工廠的投產(chǎn)，猶如一劑強(qiáng)心針，將為亞太尤其是中國(guó)地區(qū)提供更加穩(wěn)定可靠的供應(yīng)鏈保障。這座耗資約1.5億美元的工廠，是頗爾堅(jiān)定亞太市場(chǎng)擴(kuò)張的強(qiáng)有力證明。隨著兩條光刻膠和濕法重要過濾器產(chǎn)線的落成，頗爾在亞太地區(qū)的四大產(chǎn)品線項(xiàng)目產(chǎn)能將得到大幅提升，供應(yīng)鏈也將迎來全面升級(jí)。
幾十年來的持續(xù)投入和蓬勃發(fā)展，彰顯了頗爾對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的堅(jiān)定承諾。隨著中國(guó)芯片制造工藝的不斷進(jìn)步，頗爾高效的過濾技術(shù)將發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用，憑借著深厚的技術(shù)積累和卓越的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，頗爾將繼續(xù)深耕中國(guó)市場(chǎng)，助力中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)邁向更高水平。
