光刻是制造半导体器件和集成电路微图形结构的关键工艺，其工艺质量直接影响着器件成品率、可靠性、器件性能以及使用寿命等参数指标。光罩是光刻工艺中的一个重要环节，光刻版必须非常洁净，所有硅片上的电路元件都来自版图。如果光刻版不洁净，存在污染颗粒，这些颗粒就会被复制到硅片表面的光刻胶上，造成器件性能的下降。然而，光刻版在使用过程中不可避免的会粘上灰尘、光刻胶等污染物，这些污染物的存在直接影响到光刻的效果。
为了保证光刻版洁净，必须定期对光刻版进行清洗，而清洗的效果与清洗工艺以及各清洗工艺在设备上的合理配置有着密切的联系。
本文对全自动光刻版清洗机进行了介绍，主要包括清洗的工艺原理和清洗的工作过程。
1工艺原理
1.1清洗药液
1.1.1丙酮溶液
对于光刻胶及其他有机污染物，比较常见的方法是通过有机溶剂将其溶解的方法将其去除，例如利用丙酮浸泡光刻版，在浸泡的同时，可以采用超声，提高浸泡效果。对于比较干净的光刻版，浸泡基本就能将有机污染物去除干净。对于光刻胶较多的光刻版，浸泡只能将光刻胶泡软，还需要用无尘布或无尘棉，蘸取丙酮轻轻擦洗，或在光刻版清洗设备中采用毛刷刷洗，通过外力将顽固的光刻胶去除掉。
1.1.2浓硫酸+双氧水
浓硫酸加双氧水的混合物，对于所有的有机材料都是有效的。它采用浓硫酸和过氧化氢的混合物，之后是去离子水（DI）冲洗，称为Piranha刻蚀。这种方法对于特别难去除的光刻胶或由于接触过高温等环境导致已经变性的光刻胶非常有效，并且可以得到很高的去胶效率。随后的清洁即去除图案化，检查和修复任何残留在光刻版表面的光刻胶或颗粒污染物。在最有效的工艺中，强氧化剂清洗之后是氢氧化铵喷雾，以抵消残留酸（从而形成硫酸铵，一种易去除的盐）；然后用去离子水冲洗以消除硫酸铵。
1.1.3其他药液
由于用户的工艺环境、工艺方法不同，所使用的药液也不尽相同，很多用户都根据自己工艺特点，设计了满足自身工艺需求的清洗药液。另外，科研工作者正积极探索新型光刻版清洗药液。
1.2清洗方式
1.2.1毛刷刷洗
利用毛刷对光刻版进行刷洗，通过机械摩擦，用外力将顽固的光刻胶去除掉，可以达到很好的清洗效果。毛刷材料为PVA或尼龙。毛刷进行刷洗时，卡盘承载光刻版以角速度ω1匀速旋转，安装有毛刷的摆臂下降，使毛刷接触到光刻版表面，并具有一定压力，然后摆臂以角速度ω2匀速往复摆动。喷嘴向光刻版表面喷洒丙酮等化学液，使得光刻胶由于溶解而变得松软。光刻版与毛刷产生相对运动，对光刻版表面起到刷洗作用。毛刷刷洗通常有两种方式：方式一如图1所示，利用常规毛刷对光刻版进行刷洗；方式二如图2所示，利用滚柱毛刷对光刻版进行刷洗。
1.2.2高压冲洗
刷洗完成后，通常采用高压DI水冲洗光刻版，通过高压微细水滴的冲击力去除仍然吸附在光刻版表面的剩余光刻胶。高压DI水的压力可以设定。
1.2.3兆声清洗
对于较大颗粒的去除，前面所述的有机溶剂去胶方式和氧化剂氧化方式都会紧接着用DI水冲洗或辅助高压水冲洗，大颗粒已经去除干净。对于较小颗粒［（0.2～0.5）μm］，由于光刻版表面静流层（Viscousboundarylayer）的存在，普通的DI水冲洗的方式无法将其去除。通常采用在DI水中加兆声的方式，利用兆声产生高速水分子流动，清洗微小颗粒。利用兆声喷头对光刻版进行清洗的原理如图3所示。兆声喷头喷洒的水柱与光刻版具有一定倾斜角度θ，以达到最佳的清洗效果。在利用兆声清洗时，卡盘承载光刻版以角速度ω1匀速旋转，安装有兆声喷头的摆臂下降，使兆声喷头接近到光刻版表面，并具有一定距离，然后摆臂以角速度ω2匀速往复摆动，兆声喷嘴向光刻版表面喷洒DI水溶液。
1.3干燥方式
在手工清洗工艺中，一般采用氮气喷枪将光刻版吹干，这种方式受人为因素影响大，人手接触光刻版时可能将其再次污染，氮气喷枪使用不当导致液体飞溅，易在光刻版表面残留水渍。目前比较成熟的干燥方式是在单片旋转清洗设备上采用高速旋转产生的离心力将光刻版甩干，在这个过程中可以采用氮气喷头提高干燥速度。若仍需要提高效率，氮气也可以采用加热的方式或氮气喷头在光刻版表面做扫描运动。
2工作过程
2.1设备结构介绍
包括上下料单元、清洗单元、翻转单元、光刻版传输单元、定位单元、药液供给与循环单元和温度控制单元等几个模块。可以单片手动工作模式的运行，也可以自动批量处理。
2.1.1上下料单元
包括片盒A和片盒B，用于承载待清洗和已经清洗的光刻版。光刻版传输单元从上下料单元抓取待清洗的光刻版，放入清洗单元进行清洗处理，处理结束后，放回上下料单元。片盒A和片盒B的具体作用可以通过软件进行任意设定。
2.1.2清洗单元
是一个封闭的腔室，腔室内具有如下结构：承载光刻版旋转的卡盘；安装有药液喷嘴、毛刷、兆声喷头、高压DI水喷嘴、常压DI水喷嘴、氮气喷管，并且可以往复摆动的多个摆臂；防溅腔；自动门等。在全自动光刻版清洗机中可以设计多个清洗腔室，以提高清洗效率。
2.1.3翻转单元
是一个翻转机构，对光刻版进行翻转。用户往往需要对光刻版的正反两面进行清洗。在清洗光刻版的正面后，光刻版传输单元将光刻版置于翻转单元内，光刻版翻转后，传输单元将背面朝上的光刻版置于清洗腔内，对光刻版背面进行刷洗，达到光刻版正反两面清洗的效果。
2.1.4光刻版传输单元
是一个折臂抓取机械手，用于传输光刻版，抓取部分为气缸夹持。同时，具有扫描识别光刻版位置的功能。
2.1.5定位单元
用于光刻版位置的校正。
2.1.6药液供给与循环单元
将丙酮、浓硫酸等清洗液从供液罐或是储液槽输送到清洗单元的喷嘴。同时，具有药液循环过滤、回收利用等功能。
2.1.7温度控制单元
用于药液的温度控制，将药液控制在合理的工艺温度范围内。
全自动光刻版清洗机设备外形和工作台面布局如图4所示。
2.2工作过程
下面以丙酮和IPA溶液作为清洗溶液，介绍全自动光刻版清洗机对光刻版进行清洗的过程。
其工作过程为：将待清洗的光刻版置于上下料单元，对设备进行初始化，确认系统状态正常。编辑工艺文件，设定工艺参数。启动自动工艺处理程序。机械手对片盒A、片盒B进行扫描，控制器记录光刻版的位置；机械手从片盒A取片，置于定位机构；定位机构对光刻版位置进行校正后，机械手从定位机构抓取光刻版，置于1号腔内的卡盘上。全自动光刻版清洗机根据设定好的工艺文件，开始执行清洗工艺。
工艺步骤1首先进行40s的丙酮刷洗工艺，启动摆臂11，对光刻版喷洒丙酮2s，同时进行毛刷刷洗。为了节省丙酮溶液的用量，在喷洒丙酮溶液2s后，停止喷洒2s；然后再重新喷洒丙酮2s，再停止喷洒2s，……；直到40s刷洗工艺时间结束。丙酮喷洒和停止喷洒的时间间隔可以根据用户的工艺需求，任意设定。
工艺步骤2当第1步丙酮刷洗结束后，进行15s的IPA清洗。IPA溶液也可以通过程序设定，进行间隔喷洒。
工艺步骤330s的DI水清洗。
工艺步骤445s的氮气吹干，进行干燥。
用户还可以根据实际的工艺需求，增加高压DI水冲洗、兆声清洗等工艺步骤，改善光刻版的清洗效果。
上述清洗工艺结束后，承载光刻版的卡盘停止旋转，机械手从卡盘抓取光刻版，置于翻转机构中。光刻版翻转后，机械手将背面朝上的光刻版取走，置于2号腔中，进行背面的清洗工艺。机械手将第2片光刻版置于1号腔中，同时处理第2片光刻版正面的清洗。第1片光刻版背面清洗结束后，机械手将其置于片盒B中，第1片光刻版清洗结束。按照上述工艺处理顺序，每片光刻版依次进行正反两面清洗，直至所有光刻版清洗结束。可以通过修改程序参数，任意设定光刻版的清洗顺序。
图5是光刻版清洗前后的对比照片，沾有光刻胶的光刻版经过全自动光刻版清洗机的清洗后，光刻胶被去除，光刻版洁净，满足光刻工艺要求。大量工艺试验证明，全自动光刻版清洗机工作效率高、节省药液、工艺一致性好。
3结束语
介绍了常用的光刻版清洗工艺，并详细讲解了全自动光刻版清洗机的工作过程。该设备自用户投入使用以来，大量的产品证明，采用全自动光刻版清洗机对光刻版进行清洗，光刻版洁净度高，工艺效果理想，工艺参数稳定，自动化程度高，批量处理能力强，可以广泛用于工业生产之中。