晶圓清洗工藝是半導(dǎo)體制造中的關(guān)鍵步驟，用于去除晶圓表面的污染物（如顆粒、有機物、金屬離子和氧化物），確保后續(xù)工藝（如光刻、沉積、刻蝕）的良率和器件性能。根據(jù)清洗介質(zhì)、工藝原理和設(shè)備類型的不同，晶圓清洗工藝可分為以下幾類：

1. 濕法清洗（Wet Cleaning）

（1）槽式清洗（Batch Cleaning）

• 原理：
  將多片晶圓（通常25-50片）放入化學(xué)槽中，依次浸泡于不同化學(xué)液中進(jìn)行清洗。
• 典型流程：
  • SC1堿洗（NH?OH/H?O?/DIW）：去除有機物和金屬污染。
  • SC2酸洗（HCl/H?O?/DIW）：去除氧化層和重金屬。
  • DHF處理（稀HF）：腐蝕化學(xué)氧化層，避免界面污染。
• 適用場景：
  • 批量處理，成本低，但存在交叉污染風(fēng)險（需嚴(yán)格DIW沖洗）。
  • 適用于成熟制程（如>1μm節(jié)點）。

（2）單片清洗（Single-Wafer Cleaning）

• 原理：
  單片晶圓通過噴淋臂或旋轉(zhuǎn)刷洗的方式，在封閉腔體內(nèi)完成清洗。
• 技術(shù)特點：
  • 高潔凈度：化學(xué)液單向流動，無交叉污染。
  • 精準(zhǔn)控制：噴淋壓力、流量和溫度可實時調(diào)節(jié)（如DNS技術(shù)）。
  • 適用先進(jìn)制程：如3nm以下節(jié)點，對顆粒和金屬污染控制更嚴(yán)。
• 典型設(shè)備：
  • 噴淋式清洗機（Spray Tool，如TEL CLEAN TRACK）。
  • 旋轉(zhuǎn)刷洗機（Brush Cleaner，用于邊緣清潔）。

（3）超聲波清洗（Ultrasonic Cleaning）

• 原理：
  利用高頻超聲波（≥20kHz）產(chǎn)生空化效應(yīng)，剝離晶圓表面顆粒和有機物。
• 適用場景：
  • 去除頑固顆粒（如光刻膠碎片）或窄縫污染物（如TSV孔內(nèi)殘留）。
  • 常與化學(xué)清洗結(jié)合（如先超聲波預(yù)清洗，再槽式清洗）。

2. 干法清洗（Dry Cleaning）

（1）等離子體清洗（Plasma Cleaning）

• 原理：
  通過輝光放電產(chǎn)生等離子體，利用活性粒子（如O?、CF?）與污染物反應(yīng)生成揮發(fā)性物質(zhì)。
• 典型工藝：
  • O? Plasma：去除有機殘留（如光刻膠）。
  • CF? Plasma：去除金屬污染（如Al、Cu）。
• 優(yōu)點：
  • 無液體殘留，適合對水敏感的工藝（如EUV光刻前處理）。
  • 低溫（＜100℃），避免熱損傷。
• 缺點：
  • 可能引入電荷損傷（需靜電消除措施）。
  • 設(shè)備成本高（如電容耦合等離子體CCP設(shè)備）。

（2）氣相清洗（Vapor Cleaning）

• 原理：
  利用化學(xué)試劑蒸汽（如HMDS蒸汽）與污染物反應(yīng)，或通過冷凝吸附去除雜質(zhì)。
• 適用場景：
  • 去除光刻膠殘留（如HMDS蒸汽溶解未曝光膠）。
  • 替代濕法清洗，避免水分引入（如干燥環(huán)境下的金屬層清洗）。

3. 物理清洗（Physical Cleaning）

（1）刷洗（Brush Cleaning）

• 原理：
  使用軟質(zhì)刷子（如PVA刷）配合化學(xué)液，通過機械摩擦去除顆粒和有機物。
• 適用場景：
  • 邊緣清潔（如去除晶圓背面切割殘留）。
  • 窄縫或凹陷區(qū)域（如3D IC結(jié)構(gòu)）。
• 技術(shù)要點：
  • 刷子壓力控制（通常＜1N/cm2），避免劃傷表面。
  • 刷子材料需耐磨且低顆粒釋放（如多晶金剛石刷）。

（2）兆聲波清洗（Megasonic Cleaning）

• 原理：
  利用高頻聲波（1-3MHz）產(chǎn)生微射流，剝離亞微米級顆粒（如＞0.1μm）。
• 優(yōu)點：
  • 非接觸式清洗，無機械損傷風(fēng)險。
  • 可針對特定顆粒尺寸優(yōu)化頻率（如1MHz對應(yīng)0.5μm顆粒）。
• 應(yīng)用：
  • 光刻后清洗（如EUV光刻膠殘留）。
  • 先進(jìn)封裝（如TSV、Bumping工藝）。

4. 復(fù)合清洗（Hybrid Cleaning）

（1）濕法+干法組合

• 示例：
  • 槽式清洗（去顆粒）→ 等離子體清洗（去有機物）→ 兆聲波清洗（去殘留）。
• 優(yōu)勢：
  • 結(jié)合濕法的高去除效率和干法的無殘留特性。
  • 滿足先進(jìn)制程對潔凈度的嚴(yán)苛要求（如＜0.1μm顆粒/cm2）。

（2）化學(xué)機械拋光（CMP）后清洗

• 流程：
  • CMP拋光（去除表面層）→ 濕法清洗（去除磨料顆粒）→ 兆聲波清洗（去殘留）。
• 技術(shù)難點：
  • 需避免CMP后的表面粗糙度（Ra＜1nm）被二次污染。

5. 特殊工藝清洗

（1）光刻膠去除（Photoresist Stripping）

• 方法：
  • 濕法：臭氧硫酸（H?SO?/H?O?）或NMethylpyrrolidone（NMP）溶劑。
  • 干法：O? Plasma灰化（需控制功率以避免CD偏移）。

（2）金屬污染控制（如Cu、Al去除）

• 方法：
  • 濕法：稀硝酸（HNO?）或EDTA絡(luò)合劑清洗。
  • 干法：Cl?/BCl?等離子體刻蝕。

（3）原子層沉積（ALD）前清洗

• 要求：
  • 去除前驅(qū)體殘留（如Al?O? ALD前的羥基化表面處理）。
  • 采用原位清洗技術(shù)（如遠(yuǎn)程等離子體+濕法聯(lián)動）。

6. 未來趨勢

• 智能化監(jiān)控：集成AI算法實時優(yōu)化清洗參數(shù)（如化學(xué)濃度、溫度、時間）。
• 綠色清洗：減少化學(xué)用量（如超臨界CO?清洗）或回收廢液（如電化學(xué)再生技術(shù)）。
• 原子級潔凈：面向3nm以下節(jié)點，開發(fā)更低缺陷密度的清洗工藝（如等離子體增強濕法清洗）。

晶圓清洗工藝的選擇需綜合考慮污染物類型、晶圓尺寸、制程節(jié)點和成本效益。濕法清洗仍是主流，但干法和復(fù)合工藝在先進(jìn)制程中的應(yīng)用比例逐漸提升。未來方向?qū)⑹歉邼崈舳?、更低損傷和更環(huán)保的技術(shù)融合。