芯片掩膜清洗的原理是通过物理和化学手段结合，去除掩膜版表面的污染物（如颗粒、有机物、金属离子等），同时避免损伤掩膜图形结构和基底材料。以下是具体原理和关键技术：
一、清洗的核心目标
去除污染物
颗粒：光刻胶残渣、硅片碎屑、空气中的尘埃；
有机物：光刻胶、显影液残留、指纹油脂；
金属杂质：工艺设备或环境中引入的Fe、Al、Na等。
保护图形完整性
避免损伤铬层（Cr）、氧化铁（FeOx）或二元结构（如MoSi）；
防止腐蚀透明基底（如石英或玻璃）。
二、清洗原理与技术分类
1. 物理清洗原理
超声波空化效应
原理：通过高频超声波（≥40kHz）在液体中产生空化泡，空化泡破裂时释放的能量剥离颗粒与表面的结合力。
适用场景：去除纳米级颗粒（如光刻胶碎片），配合去离子水或IPA（异丙醇）使用。
示例：兆声波清洗（MHz级频率）可精准清除亚微米颗粒，避免损伤图形。
流体力学冲刷
原理：通过高压喷淋或流体剪切力冲走松散污染物。
适用场景：预清洗阶段去除大颗粒，或配合化学溶剂增强清洗效果。
CO₂雪射流清洗
原理：高速固态CO₂颗粒（雪）撞击表面，物理击落颗粒，随后气化无残留。
优势：适用于敏感掩膜（如电子束曝光后的铬版），避免液体污染。
2. 化学清洗原理
氧化分解有机物
常用配方：
SC1溶液（NH₄OH/H₂O₂）：碱性环境氧化有机物，钝化表面；
jrhz.info食人鱼溶液（H₂SO₄/H₂O₂）：强氧化性分解顽固光刻胶残渣。
反应机制：羟基自由基（·OH）氧化有机物为CO₂和H₂O。
酸液溶解金属污染物
常用配方：
SC2溶液（HCl/H₂O₂）：盐酸与金属反应生成可溶性氯化物，双氧水促进氧化；
稀释硝酸（HNO₃）：针对特定金属（如Fe、Cr）的腐蚀。
注意：需控制酸液浓度和温度，避免腐蚀铬层或基底。
络合金属离子
原理：使用EDTA（乙二胺四乙酸）等络合剂与金属离子结合，形成水溶性络合物。
适用场景：去除RCA清洗后残留的微量金属污染。
3. 等离子体清洗原理
氧等离子体（O₂ Plasma）
原理：高能氧离子与有机物反应生成CO₂和H₂O，同时氧化金属污染物。
适用场景：去除光刻胶薄残留或碳污染，不影响基底材料。
氩等离子体（Ar Plasma）
原理：通过物理轰击（氩离子加速）剥离牢固颗粒，避免化学腐蚀。
适用场景：二元掩膜（MoSi）的颗粒清除。
4. 紫外线/臭氧清洗（UV/O₃）
原理：深紫外光（UV）打断有机物化学键，臭氧（O₃）进一步氧化残留污染物。
优势：低温处理，避免热损伤，适用于光刻后敏感掩膜。
三、典型清洗流程示例
日常维护清洗
步骤：丙酮浸泡（去有机残留）→ IPA超声清洗（去颗粒）→ 去离子水冲洗 → N₂吹扫干燥。
适用：轻度污染的常规维护。
重度污染处理
步骤：食人鱼溶液（H₂SO₄/H₂O₂）高温清洗 → SC2溶液去金属 → 氧等离子体钝化 → CO₂雪射流干燥。
适用：光刻胶厚残留或金属污染严重的掩膜。
二元掩膜专用清洗
步骤：中性水基清洗剂超声 → Ar等离子体清洗 → UV/O₃处理。
优势：避免酸/碱腐蚀MoSi结构，温和高效。
四、关键注意事项
材料兼容性
铬版掩膜避免长时间接触强酸（如HF），石英基底需控制氢氟酸浓度；
二元掩膜（MoSi）优先选择中性或弱碱性清洗剂。
干燥控制
采用真空干燥或N₂吹扫，防止水渍残留导致缺陷；
温度<50℃，避免光刻胶变形或铬层氧化。
洁净度保障
清洗后需在Class 1000以上洁净室操作，避免二次污染；
定期更换清洗液，工具使用PFA/石英材质。
