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晶圆清洗概述 晶圆经切割后，表面常附着大量由聚合物、光致抗蚀剂及蚀刻杂质等组成的颗粒物，这些物质会对后续工序中芯片的几何特征与电性能产生不良影响。颗粒物与晶圆表面的粘附力主要来自范德华力的物理吸附作用，因此业界主要采用物理或化学方法对颗粒物进行底切处理，通过逐步减小其与晶圆表面的接触面积，最终实现脱附。 随着半导体制程的不断进步，颗粒物尺寸逐渐向纳米级趋近，导致去除难度显著增加。与此同时，颗粒尺寸的减小使得晶圆表面残留颗粒数量激增，叠加晶圆图形尺寸的持续缩小，进一步加剧了清洗工作的复杂性。在此背景下，高性能晶圆清洗设备的重要性日益凸显。 晶圆清洗原理 主要分为湿法清洗和干法清洗两类。目前，湿法清洗占据市场主导地位，市场份额约占85%。湿法清洗在可预见的未来仍将是半导体清洗的主流技术，但其份额可能随干法技术成熟进一步小幅下降，但湿法清洗依然是目前的主流选择，尤其在 3D NAND 堆叠结构清洗、铜互连工艺等场景中不可替代。该方法通过液体化学溶剂对晶圆表面的金属附着、有机物及金属离子等污染物进行氧化、蚀刻和溶解，具体可分为刷洗类和化学清洗类。 刷洗类清洗设备以刷洗器为核心组件，能够有效清除硅片表面1μm及以上的颗粒物，主要应用于硅片切割或抛光后的清洗场景。这类设备通常由专用刷洗器、化学清洗液（如超纯水或异丙醇胺）构成。以聚乙烯醇（PVA）材质的刷洗器为例，其工作时与晶圆表面形成一层化学清洗液薄膜，由于晶圆表面的疏水性，溶液会被排斥，从而将悬浮于薄膜上的污染物带走。 化学清洗类设备主要包括浸入式湿法清洗槽、兆声清洗槽和旋转喷淋清洗设备等，其清洗原理基于RCA清洗技术及其衍生工艺。RCA湿法清洗技术借助溶剂、酸、表面活性剂和水，通过喷射、净化、氧化、蚀刻和溶解等过程去除表面污染。浸入式湿法清洗槽的典型结构为：硅片置于专用清洗花篮后放入化学槽，经化学液清洗后取出，再转入水槽冲洗。化学槽材质根据酸碱性和加热需求，可选用聚丙烯（NPP）、聚偏氟乙烯（PVDF）或石英玻璃等。常温化学槽多采用NPP材料，溶液可加热至180℃以上，通常由石英槽、保温层和NPP外槽组成，通过石英槽外的加热膜或涂层对溶液加热，槽内的温度和液位传感器则用于防止加热器干烧。PVDF加热槽常用于氢氟酸（HF）溶液清洗，支持盘管式或平板式浸入加热。 兆声清洗槽是在浸入式湿法清洗槽基础上增加兆声能量，可减少30%以上的化学用液和超纯水消耗，缩短晶片浸蚀时间，降低对电路特征的影响并延长清洗液使用寿命。其常用频率为800kHz~1MHz，功率100~600W。兆声换能器作为核心部件安装于槽体底部，分为平板式和圆弧板式等类型，其中圆弧板式换能器因能量传播和分布更优，清洗效果更佳。石英槽采用水浴设计以避免清洗液腐蚀换能器，底部10°~15°的倾斜坡度可促使气泡在浮力作用下沿槽底上浮，减少对兆声波能量的吸收，水浴外槽则采用不锈钢或石英材质。 旋转喷淋清洗设备是浸入式清洗的升级版本，新增自动喷液系统、清洗腔体和废液回收系统。自动喷液系统可实时混合不同化学试剂，确保清洗液新鲜度；旋转和喷淋功能使溶液分布更均匀，密封腔体则能隔绝化学液挥发，减少损耗和环境危害，整体药液使用量可降低约30%。 干法清洗是近年来发展的新型技术，无需液体溶剂，通过气相化学反应或离子轰击实现清洗，具有无废液、可局部选择性清洗等优点，主要包括热氧化法和等离子清洗法。热氧化法利用氧化炉导入热气体，通过真空泵抽走反应生成的挥发性产物；等离子清洗法则通过真空等离子清洗机，使带电污染物因电荷排斥脱离晶圆表面。此外，机械擦洗、束流清洗等其他清洗手段也在特定场景中得到应用。 晶圆清洗发展 从发展历程看，20世纪50年代半导体IC制程初步建立时，晶圆清洗以简单刷洗为主。1965年，RCA公司研发出RCA清洗法，1970年进一步推出尼龙材质刷洗器及配套设备，有效解决了抛光后金属微粒的清洗问题。此后，刷洗器材料逐步转向聚丙烯（PP）、聚乙烯醇（PVA）等低损伤材质，结构也向疏松多孔设计优化。20世纪70年代初，首台浸入式湿法清洗机问世，单次可清洗4片晶圆。70至90年代，湿法清洗机通过引入兆声清洗槽、旋转清洗槽提升清洗效果，并增加腔室数量（前沿机型达12腔室，产能375片/小时）以提高效率。90年代后，随着铜布线工艺普及，稀酸清洗工艺取代强酸溶剂，臭氧与兆频超声波的结合进一步提升了清洗精度。2010年以来，随着制程进入14nm及以下节点，干法清洗因低损伤特性逐渐应用，但目前仍不成熟，湿法清洗仍是主流。成熟的清洗设备系统包括湿法清洗机、部件清洗机、药液系统和辅助设备（如干燥、存储设备）等。 集成电路制程微缩和3D结构升级将推动清洗设备市场发展。一方面，线宽缩小导致清洗量增加，需进一步提升设备效率；另一方面，3D结构要求清洗深入内部且无损，对设备技术提出了全新挑战。 END 转载内容仅代表作者观点
