良率戰(zhàn)爭(zhēng)的隱形贏家：頗爾如何用過(guò)濾技術(shù)破解先進(jìn)制程難題？

在半導(dǎo)體制造這條復(fù)雜而精密的鏈條中，有一種力量長(zhǎng)期處在聚光燈之外，卻幾乎參與了每一顆芯片的誕生。它既不屬于光刻、刻蝕這樣的核心設(shè)備，也不在當(dāng)下最炙手可熱的材料名單之中——但如果缺了它，先進(jìn)制程幾乎無(wú)從談起。

它就是過(guò)濾。

當(dāng)工藝從5納米、3納米繼續(xù)逼近2納米、1.4納米，芯片內(nèi)部的結(jié)構(gòu)已細(xì)若蛛絲，任何微小的污染顆粒，都可能讓整片晶圓瞬間失效。在這樣的尺度下，過(guò)濾不再只是“輔助環(huán)節(jié)”，而開(kāi)始成為決定良率與穩(wěn)定性的關(guān)鍵變量——它正在從幕后走到臺(tái)前。

而在這場(chǎng)無(wú)聲的技術(shù)革命中，頗爾公司（Pall Corporation）已經(jīng)深耕了整整八十年。

一粒顆粒，一場(chǎng)良率戰(zhàn)爭(zhēng)

對(duì)于半導(dǎo)體制造來(lái)說(shuō)，過(guò)濾變得越來(lái)越不可或缺。

在28納米時(shí)代，工藝窗口相對(duì)寬松，對(duì)污染的容忍度也更高，過(guò)濾更多只是保障潔凈度的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。但當(dāng)制程邁入7納米、5納米，乃至更先進(jìn)節(jié)點(diǎn)，這種邊界被迅速打破。

此時(shí)，晶體管的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)已經(jīng)逼近原子尺度，工藝不再允許任何多余變量的存在——哪怕只是幾個(gè)納米級(jí)的顆粒，也可能在絕緣層中形成漏電路徑，直接導(dǎo)致器件失效，甚至拖累整片晶圓的良率。

頗爾中國(guó)微電子事業(yè)部負(fù)責(zé)人陳磊在與半導(dǎo)體行業(yè)觀察的交流中表示：“即使是亞納米級(jí)的顆粒，都會(huì)影響半導(dǎo)體良率，而頗爾的亞納米級(jí)過(guò)濾方案能夠控制污染度，保障客戶良率，扮演了一個(gè)純凈守護(hù)者的角色。”

這并不是一種夸張的說(shuō)法。在光刻工藝中，光刻膠中混入的金屬離子、凝膠微橋缺陷會(huì)直接影響圖形精度；在濕法刻蝕工序里，化學(xué)藥液的污染會(huì)導(dǎo)致蝕刻速率下降甚至引發(fā)器件短路；在CMP（化學(xué)機(jī)械拋光）這一實(shí)現(xiàn)晶圓全局平坦化的核心工藝中，研磨液里一旦出現(xiàn)顆粒團(tuán)聚，輕則晶圓表面出現(xiàn)劃傷，重則造成百萬(wàn)級(jí)的直接經(jīng)濟(jì)損失。

更值得關(guān)注的是，3D NAND等先進(jìn)存儲(chǔ)芯片已發(fā)展至上百層堆疊結(jié)構(gòu)，每形成一層都必須經(jīng)歷精細(xì)的濕法刻蝕工藝。在如此高密度、高復(fù)雜度的制造流程中，每道關(guān)鍵工序之間的濕法清洗已成為防止缺陷累積的最后防線。

可以說(shuō)，如今的過(guò)濾不再只是生產(chǎn)流程中的一個(gè)輔助環(huán)節(jié)，而是貫穿整條制造鏈路、直接決定良率上限的關(guān)鍵變量。

八十年積淀，四條技術(shù)線

1946年，頗爾公司在美國(guó)誕生，起點(diǎn)是一項(xiàng)并非為商業(yè)目的而生的實(shí)驗(yàn)室發(fā)明。從航空航天領(lǐng)域起步，憑借精密過(guò)濾技術(shù)逐步切入生物制藥、微電子等高壁壘行業(yè)，頗爾用數(shù)十年時(shí)間構(gòu)建起橫跨多個(gè)產(chǎn)業(yè)的過(guò)濾解決方案體系。

今天，頗爾針對(duì)半導(dǎo)體制造的解決方案覆蓋氣體純化、光刻過(guò)濾、濕法工藝過(guò)濾和CMP過(guò)濾這四大核心方向，分別指向了制造流程中最容易出現(xiàn)污染的薄弱環(huán)節(jié)。

氣體純化是第一道關(guān)口。晶圓廠中的惰性氣體、稀有氣體、腐蝕性氣體等工藝氣體，若攜帶水分、氧氣或二氧化碳等微量雜質(zhì)，將破壞后續(xù)沉積、刻蝕等工藝的穩(wěn)定性。頗爾的氣體純化方案通過(guò)定制化濾材與集成化設(shè)計(jì)，在不引入二次污染的前提下實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)去雜，為光刻、沉積等核心工藝筑起一道氣體屏障。

光刻過(guò)濾則是良率爭(zhēng)奪最激烈的戰(zhàn)場(chǎng)之一。作為芯片制造的核心環(huán)節(jié)，光刻工藝對(duì)化學(xué)品純凈度極為敏感——晶圓表面的微小顆粒、光刻膠中的殘留金屬離子，任何一點(diǎn)瑕疵都可能導(dǎo)致圖形失真。頗爾的光刻工藝過(guò)濾方案通過(guò)高效濾膜攔截污染物、消除微泡、縮短沖洗時(shí)間，力求讓每一道曝光工序都能在最干凈的化學(xué)環(huán)境中完成。

濕法工藝過(guò)濾應(yīng)對(duì)的是刻蝕與清洗環(huán)節(jié)中的化學(xué)品管控難題。濕法工序使用的HF、BOE等腐蝕性化學(xué)品一旦受到顆粒或離子污染，將直接拖累蝕刻均勻性，造成批次良率波動(dòng)。頗爾的濕式工藝方案能適配多種腐蝕性化學(xué)品，精準(zhǔn)控制臨界尺寸顆粒，將金屬離子析出量壓至極低水平。

CMP過(guò)濾則是技術(shù)難度最高、行業(yè)影響最深的一個(gè)方向。在CMP工藝中，研磨液里含有30到100納米的氧化鋁、二氧化硅等有效研磨顆粒，這些顆粒必須保留；而工藝中產(chǎn)生的大顆粒團(tuán)聚物和環(huán)境污染物則必須去除。

“頗爾始終圍繞先進(jìn)制程持續(xù)深耕過(guò)濾與純化技術(shù)，在光刻、濕法蝕刻、CMP等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)亞納米級(jí)顆粒控制，以支撐先進(jìn)節(jié)點(diǎn)下的良率與工藝穩(wěn)定性。”陳磊說(shuō)道。

四款重磅產(chǎn)品，直指亞納米前沿

在今年的SEMICON China展會(huì)上，頗爾集中發(fā)布了四款聚焦先進(jìn)制程的重磅產(chǎn)品，將過(guò)濾精度的邊界再度向前推進(jìn)。

XpressKleen? 1nm過(guò)濾器采用1納米PTFE膜技術(shù)，不僅能高效清除液體中的有機(jī)污染物和表面顆粒，其超低析出特性還能顯著壓縮沖洗時(shí)間，幫助晶圓廠在使用點(diǎn)（POU）和制程點(diǎn)（POP）快速達(dá)到監(jiān)測(cè)目標(biāo)值——在追求生產(chǎn)節(jié)拍的量產(chǎn)環(huán)境中，這直接轉(zhuǎn)化為更低的化學(xué)品消耗和更高的設(shè)備利用率。

Gaskleen? 1.5nm過(guò)濾器針對(duì)光刻、沉積等對(duì)氣體潔凈度極為敏感的工序而來(lái)。通過(guò)PTFE與鍍膜材料的復(fù)合技術(shù)，它將過(guò)濾精度壓縮至1.5納米，可有效攔截氣體中的超細(xì)顆粒。其背后是嚴(yán)格的質(zhì)量控制體系與清潔程序——每一片濾芯的完整性與潔凈度都經(jīng)過(guò)嚴(yán)格驗(yàn)證。

專為CMP場(chǎng)景設(shè)計(jì)的UCA 30nm過(guò)濾器采用熔噴工藝制造，精準(zhǔn)去除Oxide、W和Copper CMP研磨液中的團(tuán)聚顆粒與凝膠。這款產(chǎn)品的意義不僅在于提升研磨液純度，更在于幫助客戶將工藝缺陷率壓降至可控水平，讓先進(jìn)制程中的晶圓平坦化工藝擁有更穩(wěn)定的工作基礎(chǔ)。

而Nylon high-flow 2nm過(guò)濾器則是光刻膠純化領(lǐng)域的一次突破。采用Nylon膜材，轉(zhuǎn)為高精度過(guò)濾和超潔凈應(yīng)用而生，流量大、攔截精度高，可助力客戶實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

四款產(chǎn)品橫跨氣體、濕法化學(xué)品、CMP研磨液和光刻膠四個(gè)關(guān)鍵介質(zhì)，共同指向同一個(gè)目標(biāo)：用更精密的過(guò)濾，保住每一顆先進(jìn)芯片的良率。

鐵三角，一條韌性供應(yīng)鏈

技術(shù)實(shí)力需要供應(yīng)鏈來(lái)承載，而供應(yīng)鏈的穩(wěn)健性在當(dāng)前的地緣產(chǎn)業(yè)格局下，已經(jīng)成為半導(dǎo)體生態(tài)中不可忽視的競(jìng)爭(zhēng)要素。

頗爾在亞太區(qū)的戰(zhàn)略布局，正是圍繞供應(yīng)鏈韌性展開(kāi)的。以北京工廠、日本工廠、新加坡工廠為節(jié)點(diǎn)，頗爾構(gòu)建起一個(gè)分工協(xié)作的亞太鐵三角體系。北京工廠聚焦氣體過(guò)濾（GAS）和化學(xué)機(jī)械研磨（CMP）產(chǎn)品；日本工廠與新加坡工廠承接光刻（Litho）和濕法工藝（WET）產(chǎn)品線，后者于2024年建成，完全復(fù)制日本工廠的產(chǎn)能、產(chǎn)品線及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

陳磊表示：“頗爾正通過(guò)全球產(chǎn)能與技術(shù)體系的協(xié)同重構(gòu)，將關(guān)鍵過(guò)濾能力進(jìn)一步向亞太區(qū)域布局和延伸，以此來(lái)支撐中國(guó)及亞太客戶不斷增長(zhǎng)的需求與快速迭代的技術(shù)節(jié)奏。”

這種分布式布局意味著任何單一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，整個(gè)供應(yīng)鏈仍可保持運(yùn)轉(zhuǎn)，而三點(diǎn)之間的技術(shù)共享與協(xié)同開(kāi)發(fā)，則形成了一種“產(chǎn)能互備、技術(shù)共生”的良性生態(tài)。

北京工廠是這個(gè)鐵三角中歷史最悠久、與中國(guó)市場(chǎng)聯(lián)系最深的節(jié)點(diǎn)。1993年建立，2003年遷至北京亦莊經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，這座工廠見(jiàn)證了中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從起步到躍升的完整歷程。2022年，頗爾投入1100萬(wàn)美元對(duì)北京工廠實(shí)施現(xiàn)代化擴(kuò)產(chǎn)，次年，Gaskleen和Profile II雙過(guò)濾器產(chǎn)線正式投產(chǎn)——美國(guó)的CMP、Gas產(chǎn)線相繼向北京轉(zhuǎn)移，本土制造能力得到實(shí)質(zhì)性提升。

從買產(chǎn)品到共研發(fā)：

本土化的深度進(jìn)化

頗爾進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)已逾三十年，這段歷程本身就是一部從本地化銷售到本土化創(chuàng)新的演進(jìn)史。

早年，頗爾向中國(guó)客戶提供的主要是標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，技術(shù)支持也更多依賴全球經(jīng)驗(yàn)的本地移植。但隨著中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)加速升級(jí)，這種模式的局限性逐漸顯現(xiàn)——本土晶圓廠使用的設(shè)備、化學(xué)品與海外客戶存在差異，催生出獨(dú)特的工藝路線，全球通用的解決方案未必能精準(zhǔn)匹配本地工況。

對(duì)此，陳磊指出：“隨著中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)升級(jí)，客戶因?yàn)樵O(shè)備、化學(xué)品與全球客戶不同，誕生了新的工藝路線，這就要求我們的技術(shù)團(tuán)隊(duì)不能僅依賴全球經(jīng)驗(yàn)，需要結(jié)合本土技術(shù)優(yōu)勢(shì)與全球先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，基于客戶工藝痛點(diǎn)持續(xù)改善產(chǎn)品，提供定制化解決方案。”

這一判斷直接推動(dòng)了頗爾“In Region, for Region”戰(zhàn)略的落地——將中國(guó)從市場(chǎng)終端定位升格為創(chuàng)新源頭，讓本土實(shí)驗(yàn)室、工程團(tuán)隊(duì)與客戶需求之間形成直接的反饋回路。在CMP、濕法、光刻等關(guān)鍵工藝領(lǐng)域，客戶的極致需求可以直接輸入頗爾全球研發(fā)體系，反向驅(qū)動(dòng)核心技術(shù)的迭代。而在中國(guó)市場(chǎng)驗(yàn)證成熟的方案，也有機(jī)會(huì)反哺全球，成為下一代半導(dǎo)體工藝的通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

這種雙向流動(dòng)，使中國(guó)市場(chǎng)的地位發(fā)生了根本性轉(zhuǎn)變。

在具體執(zhí)行層面，頗爾推出的CIP（客戶改進(jìn)項(xiàng)目）是這種深度協(xié)作的最典型體現(xiàn)。當(dāng)客戶遭遇顆粒污染或離子污染導(dǎo)致良率下滑時(shí)，頗爾的工程團(tuán)隊(duì)不是簡(jiǎn)單地替換一款型號(hào)，而是深入分析客戶的工藝參數(shù)、污染特征和性能瓶頸，給出真正"量身定制"的升級(jí)方案。

與之配套的，是頗爾專業(yè)的SLS（銷售、實(shí)驗(yàn)室、服務(wù)）團(tuán)隊(duì)——從產(chǎn)品選型的專業(yè)咨詢，到生產(chǎn)過(guò)程中的快速問(wèn)題響應(yīng)，再到周期性技術(shù)培訓(xùn)，形成全鏈條的技術(shù)服務(wù)閉環(huán)。

“我們這支團(tuán)隊(duì)的能力可以概括為三個(gè)維度，分別是對(duì)半導(dǎo)體工藝的深度理解，對(duì)前沿過(guò)濾技術(shù)的持續(xù)研究，以及快速迭代與定制的執(zhí)行力，真正做到了貼近客戶的需求，想客戶之所想。”陳磊說(shuō)道。

頗爾的關(guān)鍵技術(shù)押注

“摩爾定律失靈了”，這是近年來(lái)在行業(yè)中反復(fù)被提起的判斷。每當(dāng)制程演進(jìn)放緩，或關(guān)鍵技術(shù)遭遇瓶頸，這一論調(diào)便會(huì)重新浮現(xiàn)。

陳磊對(duì)此并不認(rèn)同。在他看來(lái)，高階制程仍在沿著摩爾定律的內(nèi)在邏輯推進(jìn)：“從5納米到2納米，再到1.4納米，線寬持續(xù)收縮。與此同時(shí)，頗爾的過(guò)濾精度也在同步演進(jìn)，亞納米級(jí)產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入2納米工藝。”

這一判斷的背后，是持續(xù)的技術(shù)投入與路線延展。目前，頗爾正推進(jìn)更高階亞納米級(jí)產(chǎn)品的研發(fā)，以滿足先進(jìn)制程對(duì)高通量、低壓降與高效率的綜合要求。同時(shí)，智能化過(guò)濾監(jiān)測(cè)、綠色材料以及可回收濾芯等方向，也在其技術(shù)版圖中逐步成形——既回應(yīng)產(chǎn)業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的長(zhǎng)期趨勢(shì)，也為傳統(tǒng)過(guò)濾體系打開(kāi)新的增長(zhǎng)空間。

在此基礎(chǔ)上，頗爾進(jìn)一步將過(guò)濾能力延伸至AI相關(guān)領(lǐng)域，尤其是以HBM為代表的先進(jìn)存儲(chǔ)環(huán)節(jié)。作為算力體系中的關(guān)鍵組件，HBM依賴高密度三維堆疊與超寬帶寬，其制造過(guò)程對(duì)潔凈度的要求極為嚴(yán)苛。微小顆粒一旦進(jìn)入垂直互聯(lián)結(jié)構(gòu)，便可能引發(fā)短路或斷路，而這類缺陷往往在封裝完成后才暴露，代價(jià)高昂。

“HBM對(duì)潔凈度的要求是極致的，微小顆粒就可能導(dǎo)致器件失效，”陳磊表示，“這使得過(guò)濾不再只是輔助環(huán)節(jié)，而成為影響良率與性能的關(guān)鍵變量，也帶來(lái)了新的市場(chǎng)空間。”

圍繞這一趨勢(shì)，頗爾正從多個(gè)層面展開(kāi)布局：一方面，與產(chǎn)業(yè)鏈伙伴協(xié)同開(kāi)發(fā)適配3D堆疊工藝的分級(jí)過(guò)濾方案；另一方面，將其在其他高純度應(yīng)用領(lǐng)域積累的能力延伸至AI產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵介質(zhì)處理；同時(shí)，也前瞻性切入數(shù)據(jù)中心液冷體系中的流體過(guò)濾環(huán)節(jié)。隨著高密度算力持續(xù)提升，這一領(lǐng)域的需求正在快速放大。

從先進(jìn)制程到AI算力基礎(chǔ)設(shè)施，過(guò)濾技術(shù)的邊界仍在延展，而它的重要性，也在不斷被重新衡量。

八十年，一條不斷提純的路

1946年，一項(xiàng)誕生于實(shí)驗(yàn)室的過(guò)濾技術(shù)，開(kāi)啟了頗爾的歷史。八十年后，這家公司已在全球過(guò)濾、分離與純化領(lǐng)域占據(jù)舉足輕重的地位，其足跡遍及半導(dǎo)體、生物制藥、航空航天、食品飲料、工業(yè)水處理等幾乎所有對(duì)純凈度有極致要求的行業(yè)。

對(duì)于這八十年，陳磊的總結(jié)簡(jiǎn)潔而有力：頗爾的成功，源于對(duì)技術(shù)研發(fā)的持續(xù)投入，以及對(duì)不同行業(yè)需求的深度理解。

站在新的歷史節(jié)點(diǎn)上，AI算力的爆發(fā)式增長(zhǎng)正在重新定義半導(dǎo)體制造的難度上限，芯片的每一次迭代都在向過(guò)濾技術(shù)提出更苛刻的挑戰(zhàn)。而頗爾的答案，是用更小的過(guò)濾孔徑、更本土的創(chuàng)新能力、更深度的客戶協(xié)作，將“純凈守護(hù)者”的角色在亞納米時(shí)代繼續(xù)堅(jiān)守下去。

時(shí)光淬煉，濾動(dòng)芯生。這八個(gè)字，或許正是對(duì)頗爾八十年最貼切的注解。

4月16日14:00，頗爾將帶來(lái)以“半導(dǎo)體過(guò)濾技術(shù)的突破”為主題的線上直播，屆時(shí)還將送出神秘福利，歡迎掃碼預(yù)約，鎖定席位！

*免責(zé)聲明：本文由作者原創(chuàng)。文章內(nèi)容系作者個(gè)人觀點(diǎn)，半導(dǎo)體行業(yè)觀察轉(zhuǎn)載僅為了傳達(dá)一種不同的觀點(diǎn)，不代表半導(dǎo)體行業(yè)觀察對(duì)該觀點(diǎn)贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯(lián)系半導(dǎo)體行業(yè)觀察。

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