不同晶圆清洗技术的介绍与分析比较
1. 晶圆表面湿式清洗技术
半导体晶圆对微污染物的存在非常敏感，为了达成晶圆表面无污染物的目标，必须移除表面的污染物并避免在制程前让污染物重新残余在晶圆表面。因此半导体晶圆在制造过程中，需要经过多次的表面清洗步骤，以去除表面附着的金属离子、原子、有机物及微粒。
目前晶圆清洗技术大致可分为湿式与干式两大类，仍以湿式清洗法为主流。所谓湿式化学清洗(wet chemical cleaning)技术，是以液状酸碱溶剂与去离子水之混合物清洗晶圆表面，随后加以润湿再干燥的程序。
(1) 湿式化学清洗
在清洗程序上，去除有机物为第一步骤，因为有机物会让表面形成疏水性，造成水溶液的清洗效果不佳，去除有机物可利用NH4OH-H2O2
溶液(RCA StandardCleaning-1，SC-1)或铬酸-硫酸混合液清洗，其中铬酸-硫酸混合液比较不受欢迎，是因为有关铬离子废弃物丢弃的问题。
当有机物被去除后，水溶液就可比较容易的去除无机残余物，无机残余物可能与晶圆表面的二氧化硅层复合，可使用稀薄的氢氟酸溶液进行第二步骤的清洗，以便去移除二氧化硅薄膜层。故清洗程序的第三个步骤为移除无机残余物，过氧化氢酸的溶液可用来达成这个目的。特别是含氢氯酸的过氧化氢溶液(RCAStandard Cleaning-2,
SC-2)，氢氯酸对去除铁原子、钠原子及硫特别有效。假使SC-1伴随着SC-2 使用，则必须小心两者的蒸气混合物，以避免氯化铵微粒产生。最后必须再以去离子水润湿(rinse)以清洗残余的HF，最后干燥(dry)完成整个湿式清洗程序。
基本上在ULSI 制程中会有许多微粒产生，而湿式清洗法有时不但不能去除微粒，更会增加微粒在晶圆表面附着的可能，而在湿式清洗程序中，微粒污染主要是来自润湿槽及旋转干燥器(spin dryer)，利用各种不同润湿方法以减低微粒污染，亦为清洗技术发展的重点，最新的干燥技术为利用IPA来干燥晶圆，可以减低微粒的污染，但IPA燃点低，会有工业安全的问题产生。
(2) 湿式程序中清除微粒的技术
如果能结合微粒去除的技术，则湿式清洗即可成为具有吸引力的清洗程序，一般使用在湿式程序中的微粒清除技术如下：
A. 擦洗(Scrubbing)
擦洗是利用刷子在晶圆表面滚动而去除微粒及有机薄膜的一种机械方法，当使用此种技术擦洗晶圆表面时，刷毛并不直接接触晶圆表面，因为刷毛与晶圆中间隔一层清洗溶液的薄膜，晶圆表面最好是疏水性的，如此在亲水性刷毛周围的溶液会被晶圆所排斥，而将悬浮在薄膜上的微粒扫除。而擦洗的溶液经常为去离子水加上一些清洁剂，以降低水的表面张力。将双边的擦洗系统运用于晶圆物理化学研磨制程后或见证晶圆回收的清洗以去除晶圆上的微粒显的非常有效。
B. 高压液体喷洒(High pressure fluid jets)
利用液体喷洒在物体表面以清除微粒已发展许多年了，此法是利用液体与微粒间的应剪力将微粒清除，故与边界层的厚度及流体的速度有很大的关系。典型的液体压力为100 psig，以去除微粒，但如此高压会对晶圆表面产生伤害此法受限于表面边界层的影响，对于较小微粒而言，去除效率并不高。
C. 超音波(Ultrasonic)
此法是将晶圆置于液体中，使用超音波传送器产生超音波，以音波震动的能量去除晶圆表面的微粒，其振动频率通常在20 kHz 左右，音波传送器产生的振动波会在液体中形成小气泡并快速膨胀，而产生孔蚀的现象，有助于微粒的去除，但由于孔蚀气泡的形成难以控制，故可能会对晶圆产生损害。音波振动所使用的介质通常为去离子水，
Menon et al曾研究不同清洗液体下，对不同微粒在硅晶圆的去除效率的影响。
D. 百万赫次超音波(Megasonic)
Megasonic所使用的振动频率约在750-900kHz，当SC-1 溶液结合megasonic的能量一起使用时，对晶圆表面微粒的去除效果可增加很多，由于两个音波间的间隔时间太短，因此不会产生孔蚀的气泡，实验结果指出，当RCA溶液结合megasonic一起使用时，在四分钟内，沈积的0.3 ?m Al2O3微粒可大部份被去除。Menon et al.曾研究不同的微粒在不同的清洗液中的去除效率，发现微粒清除效率在使用SC-1
与megasonic一起使用时最高。
Buanaina和Dai (1997)[13]的实验结果指出，megasonic输入的功率是影响Si3N4微粒去除最大的因子，其最适当的功率值在420~480
Watt 间，_______时间为12~15 min，温度为28~34oC，Si3N4微粒的去除效率可达99 %以上。Ohmi 使用HFH2O2-H2O Mixture (FPM)加界面活性剂跟megasonic一起使用，去除晶圆上的PSL微粒，与其它的清洗方法比较，发现其去除效率最高，显示微粒去除在液态清洗溶液中加上接口活性剂可增加微粒的去除效率。
综合以上湿式清除微粒技术，目前以SC-1 加上megasonic或超音波震荡的去除效率较高，而不至于破坏晶圆，其余的湿式清洗法都无法有效去除晶圆表面的微粒。
E. 全部室温湿式清洗(Total room temperature wet cleaning)
目前Ohmi (1996)[14]已发展出不同的清洗程序，与标准的RCA程序相比，用水量可减少至1/20，此程序称之为全部室温湿式清洗指出此种程序可达成下列三种标准：(a)所有的清洗步骤皆在室温操作，可减少化学药品及去离子水的蒸发，并使清洗溶液的组成变化很小易于操作，(b)制程步骤可减至最小，减少药品及去离子水的消耗，(c)化学药品废弃物可完全回收及再生。TRTWC与RCA清洗的程序比较如图1所示。
故目前湿式清洗技术已逐渐朝减少去离子水及化学药品用量的方向改进，且已有清除微粒的湿式清除技术，但仍有不能符合cluster
tool 的概念的疑虑，故仍有必要发展干式清洗技术。
2. 干式表面清洗技术
(1) 干式表面污染物清除技术
就干式晶圆清除技术而言，去除的方式主要有三： (a)将污染物转换成挥发性化合物。 (b)利用动量使污染物直接扬起而去除。 (c)应用加速离子，使污染物破碎。
对于有机物或金属污染物等化学键结的污染物，需用化学方法去除，对于微粒而言，物理作用力是去除微粒的主要作用力。对所处理的对象污染物种不同，选择的化学物种也有所不同，所形成的挥发性化合物可藉升高温度、减轻压力，使挥发性污染物脱离晶圆表面，达到污染物脱离晶圆表面之目的。
表1 所列为各种干式清除技术的作用原理及反应因子。由表1 显示，除了纯粹使用物理方法破碎残留的氧化物外，其余干式清除方式皆需特定的反应因子产生源，以利去除固定对象的表面污染物。
A. 物理清除法(Physical cleaning)
物理清除法乃应用动量交换，使污染微粒直接扬起或破碎，但也可能造成污染微粒再沉积，或破坏晶圆表面结构，形成缺陷。例如，以冷冻Ar气胶清除晶圆表面微粒的方式。
B. 热处理法(Thermally enhanced cleaning)
热处理法是以加热方式(700~850oC)产生热能，使气体分子(HCl、N2、H2、H2O)转变为高能阶的原子状态，而与晶圆表面的杂质或金属反应，配合低压条件下操作，可达到更好效果，可见热处理法包含物理与化学作用。但此法易形成挥发性的SiO2，且有金属微粒在晶圆表面时，高温的环境下易造成金属微粒陷入硅晶层中，产生缺陷晶圆。
C. 蒸气清除法(Vapor-gas cleaning)
蒸气清除法系利用气相化学物质与污染微粒反应，取代液相处理方式即在充满N2气体的反应槽中，应用HF 及H2O 蒸气与SiO2 反应生成H2SiF6 气体，达到清洗效果。Cooper利用CO气体充满封装容器发现可减少晶圆受金属微粒污染。
D. 电浆清除法(Plasma cleaning)
电浆去除法利用电浆产生自由基(Free radical)与污染物反应，再以气流将生成物带出反应槽。应用的电浆种类因污染物而异，例如：O2电浆可去除光阻物质和细小有机物；HCl和Ar 混合电浆用来去除金属污染物；NF3、H2及Ar 电浆可解决各种氧化物污染问题。
E. 光化学清除法(Photochemically enhanced cleaning)
光化学去除法系利用紫外线照射气体分子，使其裂解成高能量的自由基，产生的自由基再与被处理物反应，达到清除效果。使用的系统包含UV/O2、UV/O3、UV/N2O或UV/H2，去除对象为有机污染物；雷射/HF3/H2系统可去除SiO2微粒。
结合干式去除无机物制程如使用紫外光激发纯氯气方式，可变成全干式的清洗过程，可符合下世代半导体设计的要求。与电浆去除法比较，可产生较少的辐射损害(radiation damage)且较易控制。
(2) 干式表面微粒清除技术
纯粹应用物理作用去除表面微粒方式大致可分为㈤种：(1)雷射辅助系统清除微粒技术 (2)高速气流喷射法 (3)离心力去除微粒技术(4)静电方法 (5)其它干式去除微粒的方法。
A. 雷射辅助系统微粒清除技术
雷射表面微粒清除技术能去除0.1μm 或更小的微粒，且能符合cluster tool 观念，故非常具有吸引力。雷射清除技术依微粒去除机制不同，或可以说依雷射能量照射位置不同可分成三类：(a)入射雷射光由表面基质吸收，而导致表面热膨胀或者是基质上能量传递介质因吸收能量而导致爆炸性蒸发，而去除微粒。(b)微粒因吸收雷射能量，会产生热膨胀，当吸收能量足以使微粒脱离基质表面时，则会导致微粒去除。(c)雷射能量直接由在微粒周围的介质膜（如水膜）吸收，蒸发而去除微粒
(a) 藉由加热基质的雷射清除技术
此种技术可分为两种型式，一种是雷射直接照射干的基质，另一种方式是利用能量传递介质的爆炸性蒸发而移除微粒。Magee et al.
(1991)[36]利用XeCl 雷射照射在干基质上，以去除微粒，当激光脉冲的频率为5 Hz且能量宽度为0.2?0.3 J/cm2时，可去除微粒及有机薄膜，化学金属污染物也是去除的目标。Tam et al (1992)[37]之研究与Magee et al (1991)[36]类似，他们认为微粒去除主要由基质表面，因雷射照射而突然膨胀有关。
Tam et al 在雷射照射前，在基质上加一层薄膜可加强雷射清除微粒的效果。液状薄膜会吸收雷射产生爆炸性的蒸发因而加强微粒的去除效果，而实验所用之液体薄膜成分为80％水及20％之?醇，使用之雷射为KrF，宣称0.1μm 之微粒几乎可以完全被去除。Tam et al 实验所用的能量密度相当低，对基质几乎不会造成损害，基质损害对雷射微粒清除技术而言是一项非常重要的课题，但是由于此项技术本身是对基质加热，因此微粒的去除效率与基质的材质有关。Engelsberg et
al. (1997)[38]使用之雷射为KrF， 0.3μm 钨微粒去除效率可达90 %以上，以㈧英吋硅晶圆为例，此设备清洗晶圆的速度为每小时60 片左右。
(b) 藉由雷射加热微粒以清除微粒
假使雷射能量是由沈降在基质上的微粒吸收，则微粒会因加热膨胀而导致微粒的去除。Kelly et al使用此法照射微粒以清除微粒，此实验使用的基质材质为LiNbD3硅及氟化钙，微粒为1-2μm 的钨及磊晶微粒，在100 次的激光脉冲后，95％的钨微粒可被移除，但epoxy微粒仅约移除5％。Kelly et al (1993)[39]同时发展出微粒由于受热膨胀后所产生加速度的模式，此模式可将实验数据解释的相当好。
(c) 藉由能量传递介质加热清除微粒
此技术利用雷射加热能量传递介质，导致爆炸性的蒸发，因此移除微粒。此项技术最早由Allen (1991)[40]发展，并由Imen et al.