全自动单片晶圆清洗机是半导体制造中用于高效、精准清洁晶圆表面的关键设备，其技术发展与工艺创新直接影响芯片良率和生产效率。以下是对该设备的详细介绍：

一、核心功能与技术原理

清洗目标

去除晶圆表面的颗粒、有机物、金属离子及氧化层，确保表面洁净度满足光刻、蚀刻等后续工艺需求。

适用于8-12英寸晶圆，兼容硅片、化合物半导体（如GaN、SiC）及先进封装基板。

技术原理

物理与化学协同作用：结合兆声波（MHz级高频声波）空化效应、化学药液（如SC1、DHF）腐蚀、二流体（去离子水+N₂）喷射及离心甩干等技术，实现亚微米级颗粒剥离和分子级污染清除。

单片独立处理：逐片清洗避免交叉污染，尤其适合14nm以下节点的FinFET或GAA结构晶圆

二、关键模块与创新设计

传输与校正系统

高精度机械手（定位精度±0.1mm）配合视觉对位系统，实现晶圆无损抓取与校正，避免移位误差。

中转校正机构通过弧形夹持板调整晶圆位置，确保清洗工艺对准。

多槽工艺配置

典型流程包括预清洗、主清洗、漂洗、干燥等单元，部分设备支持12个以上工艺槽（如SC1碱洗、DHF蚀刻、IPA干燥），适应复杂制程需求。

模块化设计允许快速切换工艺（如从铜制程切换为氮化镓清洗）。

清洗与干燥技术

背面清洗：采用离心夹持组件（限位座+挡针+离心搭扣）固定晶圆，配合毛刷摆臂或二流体喷嘴去除颗粒。

正面清洗：真空吸盘吸附晶圆，高压去离子水摆臂或兆声波清洗去除有机物，避免表面损伤。

干燥技术：表面张力梯度干燥（Marangoni drying）或异丙醇（IPA）蒸汽干燥，减少水痕残留，确保表面含水量低于5个分子层。

智能控制系统

在线监测电导率、pH值、颗粒数量，实时调整药液浓度（偏差≤±2%）和工艺参数。

部分设备集成AI算法优化参数（如降低过氧化氢消耗15%），提升效率与环保性。

三、应用优势与典型场景

核心优势

高洁净度：缺陷密度降低30%以上，满足28nm及以下节点要求。

高效率：单片清洗周期短（如60秒），产能可达200片/小时（8腔体配置）。

低损耗：真空吸附与离心夹持避免晶圆破损，良率提升显著。

应用场景

前道制程：光刻胶去除、蚀刻后清洗、沉积前表面准备。

先进封装：TSV硅通孔、3D堆叠结构的深孔清洗，污染物去除率超99.9%。

化合物半导体：GaN、SiC晶圆的特定工艺清洗，支持斜面喷射与真空抽吸。