摘要：由于半导体行业体系庞大，理论知识繁杂，我们将通过多个期次和专题进行全面整理讲解。本专题主要从晶圆清洗设备到底能洗掉什么？进行讲解，让大家更准确和全面的认识半导体地整个行业体系。我们分为半导体知识、半导体“芯”闻几个模块，欢迎各位大佬交流学习。晶圆清洗是指在不造成伤害的情况下去除附着于晶圆片表面的异物的工艺。根据清洗介 质的不同，目前半导体清洗技术主要分为湿法清洗和干法清洗两种工艺路线。湿法清洗是指针对不同的工艺需求，采用特定的化学药液和去离子水，对晶圆表面进行 无损伤清洗，以去除集成电路制造过程中的颗粒、自然氧化层、有机物、金属污染、牺牲层 和抛光残留物等物质，主要分为物理清洗和化学清洗。制程微缩推动湿法清洗设备演进。最初的湿法清洗是槽式清洗机，由美国无线电公司 RCA于1970年提出，通过多个化学槽体、去离子水槽体和干燥槽体的配合完成晶圆清洗工 艺。随着集成电路线宽的不断缩小，对污染颗粒大小及数量、金属污染控制等要求越来越严 格，单片式清洗机、刷洗机陆续出现，单片清洗逐渐占据清洗市场主要份额目前单片式清洗设备已广泛用于集成电路制造前道FEOL和后道BEOL制程。涉及工艺 包括成膜前清洗、成膜后清洗、等离子体刻蚀后清洗、离子注入后清洗、化学机械抛光后清 洗和金属沉积后清洗。单片式清洗设备可以兼容除高温磷酸工艺外的所有清洗工艺。单片式清洗设备一般由主体框架、晶圆传输系统、腔体模块、化学药液供给传输模块以 及软件系统和电控模块六大模块组成。 主体框架：主要包括工艺腔体配置及腔体的布局。为了提升产能，一般配置多个腔体， 目前配置较多的是8或12个，也有厂商开始推出24个腔体的设备。腔体的位置摆放以保证 晶圆在内部的传输路径短、工艺便利的同时可以尽可能小的使用无尘室的面积，提升产能是 当前设备厂商最需要解决的问题。 晶圆传输系统：主要由装卸端口（LoadPort）、设备前端模块（EquipmentFrontEnd Module, EFEM）和晶圆传输机械手组成。设备前端模块需要安装高效空气颗粒过滤器，并满 足不同技术节点对颗粒大小控制的要求。晶圆传输机械手用于传送清洗前后的晶圆，必须要 保证晶圆在传输的过程中没有颗粒的增加，也需避免静电的产生。 腔体模块：执行晶圆清洗干燥的区域。旋转喷淋方法是单片湿法设备的工艺基础，其利 用电动机驱动等机械方法将晶圆以较高速度旋转，在旋转过程中，通过向晶圆表面喷淋清洗 液等流体介质，利用高速旋转的离心作用，实现流体介质的均匀覆盖和脱离的过程。高温SPM清洗工艺：主要用在刻蚀以及离子注入之后的有机物清洗，目的是把晶圆表 面反应后残余的光刻胶聚合物清除干净。单片SPM工艺应用贯穿整个先进半导体的前、中 段工艺，清洗工艺次数超过30道，是所有湿法工艺中应用最多的一种设备。SPM工艺被广泛应用在浅槽隔离（STI）、接触孔刻蚀后（CT）等高深宽结构，以及鳍式晶体管（FinFET） 、电容（capacitor）等高度复杂图形区域。 晶圆背面（Backside）清洗工艺：主要用于对晶圆背部杂质的去除。金属污染是半导体 生产过程中最严重的污染形式，尤其是在进入光刻机之前，需要对晶圆正面与背面进行全部 清洗以满足洁净需求，避免光刻机因晶圆背面缺陷问题(金属和颗粒)而停机。随着工艺进步和 金属层增加，晶圆背部清洗的需求持续增长。 纳米喷射（NANOSpray）清洗技术：在二流体雾化喷嘴的两端分别通入液体介质和高 纯氮气，使用高压气体为动力，辅助液体微雾化成极微细的液体粒子，并喷射到晶圆表面， 以去除颗粒。氮气的流量和清洗液的流量是纳米喷射清洗的核心工艺参数，液滴数量和喷雾 颗粒决定喷雾液滴与晶圆接触的概率和可清洗的图形尺寸，液滴速度决定了对晶圆表面污染 物的冲击力和去除效果。兆声波清洗技术：该方式通常使用频率800kHz~3MHz的兆声波，由兆声波发生器产生， 传递到清洗液中对晶圆进行清洗。作为一种机械波，在传输的液体介质中产生周期性的压缩 或者拉伸，当低压相中兆声波的强度超过液体的固有拉伸强度时，液体将被拉开从而产生空 穴，液体中溶解的气体会向空穴扩散，空穴现象可以显著提升清洗效果。此外，由于兆声波 边界层厚度小，空穴的流动在晶圆表面较近位置产生局部流体流动，形成微流现象。微流和 空穴破碎产生的冲击波可有效将污染颗粒去除，尤其适合去除小颗粒，该技术用于高深宽比 的图形清洗上优势同样显著。
