RCA清洗機(jī)是半導(dǎo)體制造中用于晶圓表面潔凈處理的關(guān)鍵設(shè)備，基于標(biāo)準(zhǔn)RCA工藝（SC-1硫酸/雙氧水去有機(jī)物、SC-2氫氟酸去氧化層），通過化學(xué)濕法結(jié)合兆聲波、噴淋或刷洗技術(shù)，去除納米級(jí)顆粒、金屬污染及有機(jī)物殘留。其核心目標(biāo)為：

確保光刻、蝕刻等后續(xù)制程的良率；

避免缺陷（如顆粒、劃痕、金屬污染）影響芯片性能；

兼容制程（如EUV光刻、3D封裝）對潔凈度的嚴(yán)苛要求。

一、技術(shù)原理與工藝步驟

RCA工藝原理

DHF處理：高濃度氫氟酸（如50% HF）用于去除頑固氧化物；

兆聲波輔助：高頻聲波（MHz級(jí)）增強(qiáng)空化效應(yīng)，剝離深孔或窄縫中的顆粒。

SC-1清洗：硫酸（H?SO?）與雙氧水（H?O?）混合液，在高溫（80-120℃）下分解有機(jī)物（如光刻膠殘留），同時(shí)氧化金屬污染物（如Al、Cu）。

SC-2清洗：氫氟酸（HF）溶液腐蝕晶圓表面氧化層（SiO?），防止金屬氧化物堆積導(dǎo)致缺陷。

二、關(guān)鍵組成部分

機(jī)械結(jié)構(gòu)

腔體設(shè)計(jì)：多槽模塊化（通常4-8槽），材質(zhì)為耐腐蝕PFA/PTFE，支持2-12英寸晶圓；

傳動(dòng)系統(tǒng)：機(jī)械臂或旋轉(zhuǎn)盤精準(zhǔn)輸送晶圓，避免碰撞損傷；

干燥模塊：旋轉(zhuǎn)甩干（3000rpm）或真空干燥（＜10Pa），部分型采用超臨界CO?干燥防水印。

液體供應(yīng)與循環(huán)系統(tǒng)

化學(xué)分配：自動(dòng)配比SC-1/SC-2溶液，實(shí)時(shí)監(jiān)測濃度（如HF在線傳感器）；

過濾與回收：核殼式過濾器（0.1μm精度）循環(huán)酸液，降低耗材成本；

超純水系統(tǒng)：18.2MΩ·cm DI水多級(jí)噴淋，杜絕二次污染。

控制系統(tǒng)

自動(dòng)化操作：PLC或工業(yè)計(jì)算機(jī)控制溫度、時(shí)間、流速，支持SECS/GEM協(xié)議對接產(chǎn)線；

數(shù)據(jù)追溯：記錄每片晶圓的清洗參數(shù)（如SC-1溫度、HF濃度），便于良率分析。

安全與環(huán)保模塊

防護(hù)裝置：防腐蝕護(hù)罩、緊急停機(jī)按鈕、酸堿泄漏傳感器；

廢氣處理：酸霧凈化塔（堿液噴淋）吸收HF、H?SO?霧氣，排放符合SEMI標(biāo)準(zhǔn)；

廢液處理：中和系統(tǒng)調(diào)節(jié)pH至6-9，或集成蒸發(fā)濃縮技術(shù)減少危廢量。

三、性能指標(biāo)與選型要點(diǎn)

核心參數(shù)

潔凈度：顆粒新增量＜10ea（@0.1μm），金屬污染（Fe/Cu等）＜5ppb；

產(chǎn)能：全自動(dòng)機(jī)型處理150-300片/小時(shí)（視晶圓尺寸），半自動(dòng)機(jī)型50-100片/小時(shí)；

均勻性：膜厚損失差異＜5%（如Low-k介電層保護(hù)）。

選型建議

制程（3nm以下）：優(yōu)先選擇兆聲波+真空干燥的高配機(jī)型，支持低損傷無氟配方；

成熟制程（28nm以上）：常規(guī)噴淋+刷洗組合即可滿足需求。

制程匹配：

缺陷管控：需配備在線檢測（如激光計(jì)數(shù)器、AFM）實(shí)時(shí)監(jiān)控顆粒與劃痕。

成本優(yōu)化：評(píng)估化學(xué)回收率（如90%以上）、耗材壽命（如PFA槽體耐腐蝕性＞5年）。