SPM 清洗(Sulfuric Acid and Hydrogen Peroxide Mixture:硫酸過氧化氫混合液清洗)是使用濃硫酸(H₂SO₄)與過氧化氫(H₂O₂)混合而成的清洗液(也稱為食人魚溶液),去除晶圓表面有機物、光阻殘留與金屬汙染的清洗製程。在曝光、蝕刻後的去光阻工程中被標準使用,是半導體製造清洗工程中處理液用量最多的清洗方法之一。
SPM 清洗的原理在於強氧化作用。H₂SO₄ 與 H₂O₂ 混合時產生的過氧單硫酸(Caro's acid:H₂SO₅)可瞬間氧化分解有機物,連光阻的主要成分(酚醛樹脂・PAC)以及硬烤後碳化的光阻都能去除。處理溫度標準為 120~150℃,溫度越高,反應速度與清洗效率越好。處理後接著以 UPW(超純水)沖洗並乾燥(旋轉乾燥・IPA 蒸氣乾燥)。
先進製程中 SPM 清洗的課題是圖形倒塌與金屬汙染。在 3nm 以下的 FinFET・GAA 中形成了高深寬比的微細結構,SPM 清洗後沖洗與乾燥時因表面張力造成的圖形倒塌(Pattern Collapse)已成為問題。對策方面,正在研究超臨界 CO₂ 乾燥、IPA 置換乾燥、冷凍乾燥等方法。此外,硫酸中的金屬(Fe・Cu・Na 等)汙染會影響元件特性,因此必須使用超高純度硫酸(金屬濃度 ppb 等級以下)。
SPM 清洗設備分為單晶圓式與批次式。單晶圓式(single wafer)的主要供應商是 SCREEN、TEL、LAM,透過逐1片處理,將藥液的帶入與帶出降到最低,在先進節點的汙染管理方面表現優異。批次式一次處理多片晶圓,產能高,多用於重視生產力的成熟節點。隨著環保法規趨嚴,降低 H₂SO₄ 用量與回收再利用(SPM 回收系統)也逐漸導入。
在清洗化學品市場中,SPM 用的超高純度硫酸與過氧化氫具有穩定的需求。三菱化學、Stella Chemifa、關東化學、BASF、Entegris 是主要供應商。在先進節點,每1批次的化學品成本持續上升,SPM 化學品再生利用(closed-loop recycling)系統的普及,對晶圓廠降低環境負荷與成本都有貢獻。