一、設備定義與核心用途

晶圓清洗機是半導體制造中用于去除晶圓表面污染物（如顆粒、有機物、金屬殘留、光刻膠、氧化物等）的關鍵設備，通過物理或化學手段確保晶圓表面達到納米級潔凈度。其核心用途包括：

前道工藝：光刻后去除光刻膠殘留、蝕刻后清除副產物、沉積前清潔基底。

后道工藝：CMP（化學機械拋光）后去除磨料殘留、封裝前清潔晶圓表面。

其他領域：光伏電池、LED、MEMS器件的表面污染控制。

二、技術原理與清洗方式

物理清洗技術

超聲波/兆聲波清洗：
利用高頻聲波產生空化效應，微小氣泡破裂釋放沖擊力，剝離復雜結構（如深孔、溝槽）中的顆粒和膠體殘留。兆聲波（MHz級）相較于傳統超聲（kHz級）更均勻，可精準控制力度，避免損傷低k介質或銅互連線等脆弱結構。

流體沖刷與噴淋：
高壓噴淋或定向流體沖刷去除表面污染物，部分設備采用旋轉噴淋臂或多角度噴頭，覆蓋晶圓邊緣區域，增強化學液接觸效率。

化學清洗技術

酸性溶液（H?SO?/H?O?）：去除有機物、金屬氧化層及原生氧化層（SiO?）。

堿性溶液（NH?·H?O）：清除顆粒殘留或金屬污染。

緩沖氧化物蝕刻液（BOE）：針對低k介質層，避免過度腐蝕。

濕法腐蝕：
根據污染物類型選用配方，如：

臭氧水消毒（O?）：
強氧化性殺滅微生物，并在晶圓表面形成羥基化鈍化層，防止二次污染。

復合工藝

干法+濕法結合：先通過等離子體灰化氧化污染物，再利用化學液溶解殘留物，適用于制程（如14nm及以下）。

CMP后清洗：去除拋光液顆粒和劃傷缺陷，結合化學腐蝕與超聲強化修復表面粗糙度。

三、設備特點與技術優勢

高精度與可控性

參數獨立調節：支持超聲功率、溫度、噴淋壓力、化學液流量等參數的獨立調控，適配不同制程需求（如邏輯芯片、存儲芯片）。

數字化監控：集成顆粒傳感器、pH計、電導率儀等在線監測系統，實時反饋清洗液狀態，確保工藝穩定性。

高效與兼容性

單片處理模式：逐片清洗避免晶圓間交叉污染，尤其適用于EUV光刻后清洗等場景。

多槽聯動設計：典型流程包括預清洗→化學腐蝕→超聲清洗→漂洗→干燥，各槽體獨立控溫并支持化學液回收，提升環保性與成本效益。

安全與環保設計

防腐蝕材料：清洗槽采用PFA、PTFE或陶瓷內襯，耐受強酸/堿腐蝕。

潔凈度保障：設備內部按ISO 5級以上潔凈室標準設計，配備HEPA過濾器防止顆粒污染。

干燥技術：采用離心旋轉干燥、氮氣吹掃或異丙醇（IPA）脫水，避免水漬殘留導致缺陷。

智能化與自動化

PLC全程序控制：觸摸屏操作界面，支持預設多種清洗程序，減少人為干預。

AI工藝優化：部分設備集成機器學習算法，動態調整參數（如超聲頻率）以提升良率。

四、應用場景與分類

按技術分類

濕法清洗機：適用于去除光刻膠、蝕刻副產物及顆粒污染，廣泛應用于前道光刻、刻蝕與CMP后清洗。

干法清洗機：采用氧等離子體灰化或紫外激光燒蝕，無液體接觸，適用于敏感材料（如GaN、low-k介質）。

混合式清洗機：結合干法灰化與濕法清洗，適用于制程（如14nm及以下）。

按自動化程度分類

全自動在線式：集成機械手臂、真空吸附卡盤與多槽模塊，支持與光刻機、刻蝕機聯機作業，適用于12英寸晶圓量產線。

半自動/手動型：結構緊湊，操作靈活，適合研發實驗室或小批量試產（如化合物半導體、功率器件）。

核心應用領域

邏輯芯片：清除EUV光刻后的光阻殘留及3D鰭片結構污染物。

存儲芯片（DRAM/NAND）：深孔刻蝕與CMP后清洗側壁殘留物，確保存儲單元可靠性。

化合物半導體：GaN功率器件、SiC二極管的外延生長后清洗，避免基底位錯擴展。

封裝：清洗TSV（硅通孔）與RDL（再布線層）污染物，提升Chiplet互聯良率。

五、未來趨勢與挑戰

技術挑戰

污染物多樣性：制程縮小導致光阻殘留、金屬污染（如銅、鎢）及復合污染物增多，需開發多步驟復合清洗工藝。

缺陷控制：納米級顆粒殘留或表面粗糙度超標可能導致良率下降，需提升清洗均勻性（如邊緣到中心一致性）。

創新方向

環保化：水性清洗液、低溫工藝減少能耗，超臨界二氧化碳清洗替代傳統溶劑。

智能化升級：AI算法優化工藝參數，物聯網（IoT）實現遠程監控與預測性維護。

晶圓清洗機是半導體制造的“潔凈衛士”，其技術演進與制程節點突破緊密相關。從早期簡單沖洗到融合超聲、兆聲波、干法灰化的復合工藝，設備不斷向高精度、高純凈、高自動化方向發展。未來，隨著Chiplet與下一代存儲技術（如MRAM、ReRAM）的興起，清洗工藝需進一步兼顧效率與兼容性，同時推動綠色制造與智能化升級，為半導體產業提供堅實支撐。