半导体单片清洗机结构组成介绍

半导体单片清洗机是芯片制造中的关键设备，用于去除晶圆表面的颗粒、有机物、金属污染和氧化物。其结构设计需满足高精度、高均匀性、低损伤等要求，以下是其核心组成部分的详细介绍：

一、主要结构组成

清洗槽（Cleaning Tank）

功能：容纳清洗液（如SC-1、SC-2、DHF等），提供化学清洗环境。

类型：

槽式清洗：晶圆浸泡在溶液中，适用于大批量处理。

喷淋式清洗：通过喷嘴将清洗液均匀喷洒到晶圆表面，适用于单片清洗。

材质：耐腐蚀材料（如PFA、PTFE、石英），避免与酸/碱反应。

流体分配系统（Fluid Distribution System）

喷淋臂（Spray Nozzles）：

将清洗液以特定流量和角度喷洒到晶圆表面，确保覆盖均匀。

可配置多向喷嘴（如上下、侧向），减少阴影效应。

超声波/兆声波发生器（Ultrasonic/Megasonic Generator）：

通过高频振动（超声波：40kHz；兆声波：>1MHz）增强清洗效果，去除顽固颗粒。

兆声波空化效应更温和，适合精密结构（如3D NAND）。

液体循环系统：

过滤、加热和泵送清洗液，维持温度、浓度均匀性。

配备去离子水（DIW）冲洗模块，去除残留化学品。

机械传输系统（Mechanical Transport System）

晶圆承载台（Wafer Carrier）：

采用真空吸附或机械夹持，确保晶圆在清洗过程中稳定不动。

材质多为陶瓷或塑料，避免划伤晶圆。

传送机构：

自动化机械臂或传送带，实现晶圆在不同工序间的转移（如清洗、冲洗、干燥）。

支持单片或多片连续处理，兼容不同尺寸（如200mm、300mm、450mm晶圆）。

温控与加热系统（Temperature Control System）

加热模块：

精确控制清洗液温度（如SC-2工艺需70~80℃），提升化学反应速率。

采用电热或蒸汽加热，搭配PID控制器实现±0.5℃精度。

冷却系统：

通过热交换器或制冷循环快速降温，适用于高温工艺后的快速冷却。

干燥系统（Drying System）

旋干法（Spin Drying）：

高速旋转（3000~10000rpm）甩干晶圆表面液体，适用于大多数清洗工艺。

缺点：离心力可能导致微小颗粒重新附着。

气吹式干燥（N₂ Blow）：

使用高纯氮气吹扫晶圆表面，避免水渍残留，常用于最后一步干燥。

IPA（异丙醇）脱水法：

先用IPA置换水分，再通过旋干或气吹去除IPA，适合对水渍敏感的工艺。

控制系统（Control System）

人机界面（HMI）：

触摸屏操作，设置工艺参数（时间、温度、流速、旋转速度等）。

PLC与自动化程序：

控制各模块协同工作，支持配方存储、实时监控和故障报警。

传感器与监测模块：

在线监测参数：pH值、电导率、温度、液体流速、晶圆位置等。

颗粒检测：光学传感器（如激光散射）实时监控清洗后洁净度。

废气处理与环保系统

酸碱中和装置：

处理废液中的酸性/碱性物质，避免直接排放污染环境。

废气吸附系统：

通过活性炭过滤或化学洗涤去除挥发性有机物（VOCs）和酸性气体。

废液回收模块：

部分设备支持废液分类回收（如HF、H₂O₂分离处理），降低环保成本。

二、关键设计特点

均匀性保障：

喷淋臂对称分布，配合流体仿真优化流速，确保晶圆边缘与中心清洗一致。

兆声波或超声波覆盖整个表面，避免局部清洗不足。

低损伤设计：

非接触式传输（如气浮或磁悬浮承载台），避免机械刮擦。

兆声波替代传统刷洗，减少物理应力。

兼容性与扩展性：

模块化设计，可集成多种清洗工艺（如RCA、DHF、SPM）。

支持升级至更大晶圆尺寸（如从200mm升级到300mm）。

数据追溯与智能化：

记录每片晶圆的清洗参数（如时间、温度、流速），支持SPC统计分析。

部分设备集成AI算法，自动调整参数以优化清洗效果。

审核编辑 黄宇