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）。
