SPM的工艺控制与安全

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工艺技术

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发布时间：

2026-05-22

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SPM（硫酸-过氧化氢混合物）凭借其强氧化性和高效去胶能力，被广泛应用于半导体晶圆清洗工艺。其核心反应是H₂SO₄与H₂O₂生成卡罗酸（Caro’s Acid），从而氧化分解有机污染物。然而，SPM在实际应用中面临工艺窗口窄、化学品消耗大、操作风险高等挑战。

一、工艺关键参数控制

1.温度控制

温度是SPM清洗效果的最关键参数。通常控制在120~150℃范围内：

温度过低：去胶不净，残留有机物影响后续工艺。
温度过高：H₂O₂分解加速，氧化活性迅速丧失，导致清洗失效。

实际生产中需配备高精度温控系统，并实时监测槽液温度波动。

2.配比与氧化强度

H₂SO₄与H₂O₂的体积配比直接影响卡罗酸的生成量及混合液的氧化性：

H₂SO₄比例越高，混合液温度越高、氧化性越强。
但H₂O₂比例过低会减少卡罗酸生成，降低清洗效率。

常用配比范围（H₂SO₄:H₂O₂）为2:1 ~ 4:1，具体需根据污染物类型和工艺要求优化。

3.H₂O₂稳定性与槽液寿命

H₂O₂在高温下不稳定，半衰期较短。槽液通常仅能维持数小时的有效活性。为保证清洗一致性，生产中需：

定期补加H₂O₂或直接更换新液。
通过在线浓度监测或定时取样分析，判定更换时机。

4.先进制程中的单晶圆处理模式

传统槽式SPM清洗存在化学品消耗大、均匀性差等问题。在先进制程中，引入单晶圆处理（Single Wafer）模式：

精确控制每个晶圆上的SPM用量和温度。
显著减少化学品总消耗，降低废液排放。
提升工艺重复性和颗粒去除效率。

二、安全操作规范

1.混合操作的严苛顺序

SPM混合过程释放大量热量，易引发爆沸或飞溅。必须严格执行以下操作：

将H₂O₂缓慢加入H₂SO₄中，并持续搅拌。
严禁反向操作（即H₂SO₄加入H₂O₂），否则会导致瞬间剧烈放热和喷溅事故。

2.个人防护与应急设施

操作人员接触SPM时必须穿戴：

耐酸手套、防护面罩、防化服。
必要时使用正压呼吸器（高浓度酸雾环境）。
设备及作业场所须配备：
紧急淋浴装置和洗眼器。
通风橱且排气系统需经酸碱洗涤塔专门处理，避免酸雾直排。

三、废液处理与环保技术

1.废液排放前处理

SPM废液具有强酸性和强氧化性，直接排放会严重腐蚀管道并污染水体。必须：

先将废液冷却至室温。
用大量水稀释，再采用中和剂（如NaOH或石灰乳）调节pH至中性。
确认氧化性残余物已被还原后，方可排入废水处理系统。

2.回收再生技术

为降低化学品消耗和废液排放量，半导体工厂正探索SPM回收再生技术：

采用电化学方法再生废液中的H₂O₂。
通过过滤和纯化步骤回用H₂SO₄。
该技术可减少30%~50% 的新鲜化学品采购量，同时减轻环保压力。

结论

SPM清洗工艺在半导体制造中不可或缺，但其“威力越强，控制要求越高”的特性决定了工艺、安全、环保三者必须协同管理。合理设定温度与配比、采用单晶圆模式可提升清洗效果与效率；严格遵守混合顺序及个人防护准则可避免安全事故；规范废液处理并推广回收再生技术则有助于实现绿色制造。未来，随着在线监测与自动化补液系统的普及，SPM工艺将向更智能、更安全、更环保的方向发展。

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