晶圓清洗設(shè)備是半導體制造前道工藝（FEOL）與后道工藝（BEOL）中的核心設(shè)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(guān)鍵制程的良率與芯片性能。隨著制程節(jié)點邁入3nm以下，清洗設(shè)備需滿足原子級潔凈度、低缺陷率及圖案穩(wěn)定性的嚴苛要求，技術(shù)復雜度與設(shè)備性能同步提升
一、技術(shù)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(xiàn)晶圓表面潔凈化。
定制化配方：針對制程需求，開發(fā)無氟環(huán)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(jié)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(shù)
兆聲波清洗：高頻（MHz級）聲波產(chǎn)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(jié)構(gòu)（如GAA FET）。
刷洗系統(tǒng)：軟質(zhì)刷毛（如PVA材質(zhì)）配合旋轉(zhuǎn)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(yōu)化：通過CFD仿真設(shè)計流道，減少湍流導致的二次顆粒沉積。
干燥技術(shù)
旋轉(zhuǎn)甩干（Spin Dry）：高速旋轉(zhuǎn)（≥3000rpm）甩去表面水分，適用于常規(guī)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(tài)CO?替代液態(tài)干燥過程，實現(xiàn)干燥，避免表面張力損傷納米結(jié)構(gòu)。
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(shù)器在線監(jiān)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(jié)構(gòu)（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(lián)（如預洗→酸洗→漂洗→干燥），兼容MES系統(tǒng)對接，實現(xiàn)工藝參數(shù)實時上傳與追溯。
檢測與反饋
在線檢測：集成激光顆粒計數(shù)器、光學顯微鏡或AFM，實時監(jiān)測潔凈度并反饋至控制系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)追溯：記錄每片晶圓的清洗時間、化學濃度、溫度等參數(shù)，支持SPC統(tǒng)計分析與良率優(yōu)化。
三、設(shè)備配置與選型要點
關(guān)鍵參數(shù)
產(chǎn)能：全自動設(shè)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(chǎn)線。
電源與氣源：功率20-50kW（含加熱/真空系統(tǒng)），需配套CDA、N?氣源及排風系統(tǒng)（流量500-1000m3/h）。
環(huán)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(yōu)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(yōu)先配備在線檢測與AI缺陷分類功能的設(shè)備。
成本優(yōu)化：評估化學回收系統(tǒng)（如溶劑再生裝置）與耗材壽命（如PFA槽體耐腐蝕性）。
