RCA清洗機臺是半導體制造中用于晶圓表面清潔的關鍵設備，基于RCA（Radio Corporation of America）標準工藝，通過化學濕法清洗去除有機物、金屬污染和氧化物，為后續制程（如光刻、蝕刻、薄膜沉積）提供超潔凈表面。以下是其技術原理、核心配置及應用場景的詳細介紹：

一、工藝原理與清洗步驟

RCA清洗基于兩種經典化學配方：

SC-1（堿性清洗）：

NH?OH提供堿性環境，分解有機物并皂化油脂；

H?O?氧化金屬雜質（如Al、Cu），生成可溶性化合物；

協同作用去除顆粒殘留，同時鈍化表面形成氫氧終止層。

成分：NH?OH（氨水） + H?O? + H?O（典型比例1:1:5~1:2:7）。

作用：

SC-2（酸性清洗）：

HCl腐蝕原生氧化層，去除鈉離子等堿性污染物；

H?O?氧化殘留有機物并促進氯離子溶解；

防止堿洗后表面再次吸附顆粒。

成分：HCl（鹽酸） + H?O? + H?O（典型比例1:1:6~1:2:8）。

作用：

可選補充步驟：

DHF處理：在SC-2后增加稀HF（Hydrofluoric Acid）浸泡，去除化學氧化生成的薄氧化層，避免引入新的金屬污染。

兆聲波輔助：在清洗槽中加入高頻兆聲波（>1MHz），增強液體空化效應，提升顆粒去除效率。

二、設備核心配置與技術特點

槽體結構與材質：

采用石英、PFA或PTFE涂層槽體，耐強酸/堿腐蝕，避免金屬離子污染。

多槽設計（通常4-8槽），支持SC-1→DIW沖洗→SC-2→DIW沖洗→干燥的全流程。

自動化控制系統：

溫度控制：PID加熱模塊，精準調節藥液溫度（SC-1: 70-80℃, SC-2: 60-70℃）。

液體循環：離心泵+過濾系統（0.1-0.2μm濾芯），保持藥液均勻性和潔凈度。

機械手傳輸：全自動晶圓搬運，支持6-12英寸晶圓，兼容FOUP（前開式晶圓盒）。

干燥模塊：

IPA蒸氣干燥：利用異丙醇蒸汽冷凝置換水分，結合離心甩干（200-500rpm）實現無水漬殘留。

熱氮烘干：可選配高溫氮氣（<100℃）吹掃，加速揮發性物質去除。

安全與環保設計：

封閉式腔體+排氣系統，防止H?O?分解產生氧氣積累；

藥液回收裝置，降低化學品消耗（如H?O?回收率>80%）；

LECD（泄漏檢測）與緊急排空功能，確保操作安全。

三、應用場景與優勢

典型用途：

去除光刻膠殘留、蝕刻后聚合物、金屬污染（如Al、Cu）；

預處理薄膜沉積前的晶圓表面（如CVD、PVD前清潔）；

修復存儲或運輸中的氧化損傷。

技術優勢：

高潔凈度：顆粒去除效率>99%，表面粗糙度<0.3nm；

工藝兼容性：支持節點（如3D NAND、FinFET）的復雜圖案清洗；

成本優化：藥液可再生利用，單片清洗成本低于干法清洗（如等離子體）。

四、挑戰與改進方向

當前局限：

堿洗可能導致硅片表面微粗糙（需優化NH?OH濃度）；

H?O?分解產氧可能引入氣泡缺陷；

高頻使用下槽體磨損（需定期更換石英部件）。

技術升級趨勢：

配方優化：降低NH?OH濃度（如SC-1改良版SC-1A），減少氫脆風險；

混合工藝：結合超聲波、臭氧或等離子體增強清洗效果；

智能化控制：AI算法實時調整參數（如根據晶圓污染度動態調節H?O?流量）。

RCA清洗機臺是半導體濕法工藝的核心設備，憑借成熟的化學配方、模塊化設計和自動化控制，廣泛應用于晶圓制造的前道清洗環節。隨著芯片制程向更高精度發展，其技術正朝著高潔凈度、低損傷、節能環保方向迭代，例如集成兆聲波、IPA蒸氣干燥和藥液回收系統，以滿足封裝（如Chiplet）和存儲芯片的嚴苛需求。