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晶圓清洗設備是半導體制造中的關鍵工藝設備,用于去除晶圓表面的顆粒、有機物、金屬污染及氧化層等污染物,確保后續制程的良率與可靠性。其技術涵蓋濕法化學清洗(如硫酸/雙氧水配方)、兆聲波空化剝離、刷洗與噴淋組合等,核心參數包括顆粒控制(新增量<10ea/0.1μm)、金屬殘留(Fe/Cu等<5ppb)及缺陷率(<0.1/cm²)。
晶圓清洗設備是半導體制造前道工藝(FEOL)與后道工藝(BEOL)中的核心設備,用于去除晶圓表面的顆粒、有機物、金屬污染及氧化層等污染物,確保光刻、蝕刻、沉積等關鍵制程的良率與芯片性能。隨著制程節點邁入3nm以下,清洗設備需滿足原子級潔凈度、低缺陷率及圖案穩定性的嚴苛要求,技術復雜度與設備性能同步提升
一、技術原理與清洗方式
濕法化學清洗
RCA標準工藝:通過硫酸-雙氧水(SPM)去除有機物,氨水-雙氧水(APM)去除金屬殘留,氫氟酸(HF)腐蝕氧化層,分步實現晶圓表面潔凈化。
定制化配方:針對制程需求,開發無氟環保配方(如檸檬酸、過氧化氫混合液)或高濃度酸性溶液(如DHF),減少對脆弱膜層(如Low-k介電層)的損傷。
噴淋與浸泡結合:高壓噴淋去除大顆粒,槽式浸泡處理頑固污染物,配合兆聲波增強空化效應,提升清洗均勻性。
物理清洗技術
兆聲波清洗:高頻(MHz級)聲波產生微米級氣泡爆破,精準剝離顆粒且避免機械應力損傷柵極結構(如GAA FET)。
刷洗系統:軟質刷毛(如PVA材質)配合旋轉晶圓,清除邊緣或背面殘留污染物,需精確控制刷壓(<10g/cm2)以防劃傷。
流體力學優化:通過CFD仿真設計流道,減少湍流導致的二次顆粒沉積。
干燥技術
旋轉甩干(Spin Dry):高速旋轉(≥3000rpm)甩去表面水分,適用于常規制程。
真空干燥:抽真空至<10Pa,低溫(<80℃)除濕,防止熱損傷。
超臨界CO?干燥(機型):利用超臨界態CO?替代液態干燥過程,實現干燥,避免表面張力損傷納米結構。
二、核心功能與性能指標
潔凈度控制
顆粒管控:清洗后表面顆粒新增量<10ea(@0.1μm),符合SEMI F47標準,支持激光顆粒計數器在線監測。
金屬污染:Fe、Cu、Cr等殘留量<5ppb(ICP-MS檢測),通過化學鈍化與DIW沖洗雙重保障。
缺陷率:<0.1缺陷/cm2(掃描電鏡檢測),滿足EUV多層膜與3D封裝的潔凈度需求。
工藝兼容性
晶圓尺寸:覆蓋2英寸至12英寸(300mm)晶圓,兼容矩形(如面板級扇出封裝)與異形基底。
膜層保護:針對銅互連、Low-k介電層、高深寬比結構(如TSV)提供差異化清洗方案,避免腐蝕或塌陷。
自動化集成:全自動機型支持多槽位串聯(如預洗→酸洗→漂洗→干燥),兼容MES系統對接,實現工藝參數實時上傳與追溯。
檢測與反饋
在線檢測:集成激光顆粒計數器、光學顯微鏡或AFM,實時監測潔凈度并反饋至控制系統。
數據追溯:記錄每片晶圓的清洗時間、化學濃度、溫度等參數,支持SPC統計分析與良率優化。
三、設備配置與選型要點
關鍵參數
產能:全自動設備單次處理1-6片(視晶圓尺寸而定),半自動機型1-3片,適配8英寸/12英寸產線。
電源與氣源:功率20-50kW(含加熱/真空系統),需配套CDA、N?氣源及排風系統(流量500-1000m3/h)。
環境要求:Class 10潔凈度,溫濕度可控(溫度22±2℃,濕度<40%)。
選型建議
制程匹配:制程(如3nm EUV)優先選擇兆聲波+超臨界干燥的高配機型;成熟制程可選超聲波+化學清洗組合。
缺陷管控:優先配備在線檢測與AI缺陷分類功能的設備。
成本優化:評估化學回收系統(如溶劑再生裝置)與耗材壽命(如PFA槽體耐腐蝕性)。
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