酷尔森：雪花清洗机在芯片应用

雪花清洗机（又称二氧化碳雪花清洗机）是芯片制造领域的超精密干式物理清洗技术，通过液态 CO₂转化为微米级雪花颗粒（粒径 40-190μm），以超音速（约 300m/s）非接触式喷射，实现纳米级污染物的无损清理，完美适配先进制程对洁净度与零损伤的双重要求。

一、工作原理

雪花清洗基于四重物理机制协同作用，实现深度清洁：

整个过程无废水、无化学残留、无需额外干燥工序，CO₂完全升华，符合绿色制造标准。

二、芯片行业应用场景

1. 晶圆制造关键环节清洗

• 光刻胶剥离后清洗：替代传统 RCA 化学湿法清洗，去除光刻胶残留与蚀刻副产物，减少颗粒缺陷率超 90%
• CMP 抛光后清洗：去除抛光液残留、金属离子污染，保护晶圆表面平整度，提升良率
• EUV 光刻后清洗：专门针对极紫外光刻后难以处理的金属有机残留物，清洗率 > 99.9%，且对 EUV 光罩膜零损伤
• 晶圆切割 / 划片后清洗：去除切割粉尘、硅屑，避免划片边缘微裂纹扩大

2. 先进封装制程清洗

• 3D 封装结构清洗：针对铜柱、微凸点、TSV 通孔等精密结构，柔性冲击避免损伤，保障信号传输稳定性
• 封装载板清洗：去除玻璃 / 陶瓷载板表面的有机污染物、金属颗粒，提高芯片与基板的结合力
• 引线框架清洗：去除框架表面油污、氧化层，确保焊线连接可靠性

3. 特殊芯片类型清洗

• 光芯片 / 光通信器件：清洗 InP 基激光器芯片、硅光芯片，表面颗粒度达标率从 92% 提升至 99.8%，光功率稳定性提高 15%
• MEMS 传感器清洗：保护悬臂梁等微结构，去除释放过程中的聚合物残留，不影响传感器灵敏度
• 混合信号芯片清洗：对硅、磷化铟、图案化芯片等精密样品无结构性损伤

4. 半导体设备维护清洗

• 光刻机关键部件：清洗掩模版、光学镜片、晶圆传输机器人手臂，避免污染影响光刻精度
• 沉积 / 蚀刻设备：去除反应腔内壁、喷头表面的薄膜沉积，延长设备维护周期
• 测试探针卡清洗：去除探针表面的氧化层与接触残留物，提升测试准确性

三、相比传统清洗技术的主要优势

雪花清洗解决了湿法清洗与传统干法清洗的关键痛点，成为先进制程的推荐方案：

• 零损伤清洗：非接触式操作，对晶圆、微结构、光学元件无物理 / 化学损伤，保护芯片精密结构
• 全干式工艺：无废水、无化学残留，减少处理成本，符合环保标准，缩短生产周期（无需干燥工序）
• 超高洁净度：有效去除 10nm 以下纳米级污染物，满足 7nm、5nm 及以下先进制程要求
• 精细可控：雪花粒径、喷射压力、温度均可精确调节，适配不同材料与污染类型
• 通用性强：适用于硅、磷化铟、化合物半导体、聚合物等多种材料，覆盖芯片制造全流程

四、典型应用案例

• 光芯片封装前清洗：某国际光通信企业采用 DS-03S 机型清洗 InP 基激光器芯片，表面颗粒度检测达标率从 92% 提升至 99.8%，光功率稳定性提高 15%，年节省化学清洗剂成本 120 万元
• 12 英寸晶圆厂应用：替代传统 RCA 清洗，避免金属离子污染，提升良率 2-3 个百分点，同时减少 60% 的化学品使用量
• MEMS 传感器清洗：Eco-Snow 系统在 MEMS 加速度计生产中，成功去除悬臂梁表面微小颗粒，同时保留防粘润滑剂，提升产品可靠性

五、未来发展趋势

• 随着芯片制程进入 3nm 及以下，以及先进封装技术（如 Chiplet）的普及，雪花清洗技术将向以下方向发展：
• 智能化集成：与 AI 视觉检测结合，实现污染类型自动识别与清洗参数智能优化
• 微型化定制：开发针对 Chiplet 微互联结构的专属喷嘴，实现局部精细清洗
• 绿色高效：优化 CO₂利用率，降低能耗，进一步提升清洁效率，满足更高产能需求
• 复合清洗：与等离子体清洗、超临界 CO₂清洗等技术融合，解决复杂混合污染物问题

六、总结

雪花清洗机已成为芯片制造从微米级到纳米级洁净度跨越的关键支撑技术，其无损清洁、绿色环保、高效精细的特性，完美契合先进半导体产业对制程可靠性与可持续发展的双重追求，是未来超精密清洗领域的主流方向之一。