CN114388348A - 一种晶圆的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶圆的处理方法,包括:提供化学机械研磨后的晶圆;对所述晶圆进行第一颗粒物清洗,所述第一颗粒物清洗采用的清洗液包括氢氟酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液或柠檬酸溶液;对所述晶圆进行第二颗粒物清洗,所述第二颗粒物清洗采用的清洗液包括氨水溶液和过氧化氢溶液的混合溶液。本发明通过第一颗粒物清洗降低晶圆表面的金属浓度,可以改善第二颗粒物清洗的清洗效果,减少清洗后晶圆表面残留的污染颗粒,提高晶圆的良率。

Description

一种晶圆的处理方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域,具体涉及一种晶圆的处理方法。
背景技术
化学机械研磨(Chemical-Mechanical Polishing,缩写CMP),又称化学机械平坦化(Chemical-Mechanical Planarization),是半导体器件制造工艺中的一种技术,用来对正在加工中的晶圆或其它衬底材料进行平坦化处理。基本原理是将待研磨工件在一定的下压力及研磨液(由超细研磨颗粒、化学氧化剂、有机物和液体介质组成的混合液)的存在下相对于一个研磨垫作旋转运动,借助磨粒的机械磨削及化学氧化剂的腐蚀作用来完成对工件表面的材料去除,并获得光洁表面。但是在化学机械平坦化的研磨过程中,研磨液内的大量细微研磨颗粒和化学助剂,以及晶圆磨耗所剥离的碎屑可能会附着于晶圆表面。一般晶圆在研磨后常见的污染物为金属离子、有机化合物或研磨颗粒等。
在半导体制造领域,化学清洗是指清除吸附在半导体、金属材料以及用具等物体表面上的各种有害杂质的工艺过程。若无有效的清洗程序去除上述污染物,则将影响后续制程的进行并降低元件的良率及可靠度。所以在化学机械研磨工艺后,去除残留在晶片表面的金属离子、研磨颗粒以及有机物,降低表面缺陷是非常必要的。现有技术利用氨水的弱碱性活化硅晶圆及研磨颗粒表面,使晶圆表面与研磨颗粒间产生相互排斥,同时氨水与部分金属离子形成可溶性络合物,去除金属不溶物。这种方法对铜的去除具有良好效果,但是难以去除铁、铝(存在形式包括金属氧化物,离子)等,降低了晶圆的良率。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题在于克服现有晶圆清洗后残留颗粒较多导致降低良率的缺陷,进而提供一种晶圆的处理方法。
本发明提供一种晶圆的处理方法,包括:提供化学机械研磨后的晶圆;对所述晶圆进行第一颗粒物清洗,所述第一颗粒物清洗采用的清洗液包括氢氟酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液或柠檬酸溶液;对所述晶圆进行第二颗粒物清洗,所述第二颗粒物清洗采用的清洗液包括氨水溶液和过氧化氢溶液的混合溶液。
可选的,所述第一颗粒物清洗的过程中的氢氟酸溶液的浓度为4.5%~5.5%,所述第一颗粒物清洗的过程中的盐酸溶液的浓度为5%~6%,所述第一颗粒物清洗的过程中的硫酸溶液的浓度为5.5%~6.5%,所述第一颗粒物清洗的过程中的过氧化氢溶液的浓度为15%~20%,所述第一颗粒物清洗的过程中的柠檬酸溶液的浓度为20%~50%。
可选的,所述第一颗粒物清洗的时间为20秒~30秒。
可选的,所述第一颗粒物清洗采用的清洗液的流量为100ml/min~200ml/min。
可选的,所述第一颗粒物清洗采用的清洗液中加入浓度为15%~20%的过氧化氢溶液。
可选的,所述第二颗粒物清洗的过程中的氨水溶液的浓度为12%~22%,所述第二颗粒物清洗的过程中的过氧化氢溶液的浓度为15%~20%,所述第二颗粒物清洗的过程中的氨水溶液和过氧化氢溶液的体积比为3.5:1~5:1。
可选的,所述第二颗粒物清洗的时间为25秒~35秒。
可选的,所述第一颗粒物清洗的方式包括旋转刷洗、喷淋或振动清洗中的任意一种或两种以上的组合;所述第二颗粒物清洗的方式包括旋转刷洗、喷淋或振动清洗中的任意一种或两种以上的组合。
可选的,所述振动清洗包括兆声波清洗。
可选的,所述兆声波清洗的频率为450赫兹~550赫兹。
可选的,对所述晶圆进行第二颗粒物清洗之后,还包括:对所述晶圆进行第一刷洗,所述第一刷洗采用的清洗液包括氢氟酸溶液。
可选的,所述第一刷洗的过程中的氢氟酸溶液的浓度为4.5%~5.5%。
可选的,所述第一刷洗的时间为15秒~25秒。
可选的,对所述晶圆进行第一刷洗之后,还包括:对所述晶圆进行第二刷洗,所述第二刷洗采用的清洗液包括氨水溶液。
可选的,所述第二刷洗的过程中的氨水溶液的浓度为12%~22%。
可选的,所述第二刷洗的时间为25秒~35秒。
可选的,对所述晶圆进行第一颗粒物清洗之后,对所述晶圆进行第二颗粒物清洗之前,还包括:对所述晶圆进行第一去离子水清洗。
可选的,所述第一去离子水清洗的时间为15秒~20秒。
可选的,对所述晶圆进行第一颗粒物清洗之后,对所述晶圆进行第一刷洗之前,还包括:对所述晶圆进行第二去离子水清洗。
可选的,所述第二去离子水清洗的时间为20秒~25秒。
可选的,对所述晶圆进行第一刷洗之后,对所述晶圆进行第二刷洗之前,还包括:对所述晶圆进行第三去离子水清洗。
可选的,所述第三去离子水清洗的时间为10秒~25秒。
可选的,对所述晶圆进行第二刷洗之后,还包括:对所述晶圆进行第四去离子水清洗。
可选的,所述第四去离子水清洗的时间为10秒~25秒。
可选的,对所述晶圆进行第四去离子水清洗之后,对所述晶圆进行干燥。
可选的,所述干燥的过程包括氮气吹干,和/或旋转甩干。
本发明技术方案,具有如下优点:
本发明的晶圆的处理方法,包括:提供化学机械研磨后的晶圆;对所述晶圆进行第一颗粒物清洗,所述第一颗粒物清洗采用的清洗液包括氢氟酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液或柠檬酸溶液;对所述晶圆进行第二颗粒物清洗,所述第二颗粒物清洗采用的清洗液包括氨水溶液和过氧化氢溶液的混合溶液。化学机械研磨的研磨液中阳离子主要包括铝离子,硼离子,钙离子,铁离子,钾离子,且研磨液呈弱碱性。在研磨过程中部分阳离子形成难溶金属氧化物,如氧化铁,氧化铝,氧化钙等,会在化学机械研磨后的晶圆表面残留,通过第一颗粒物清洗可以将这类碱性氧化物溶解、去除。通过第二颗粒物清洗利用氨水溶液的弱碱性活化晶圆及污染颗粒表面,使晶圆表面与污染颗粒间产生相互排斥,使污染颗粒容易去除,且氨水溶液与污染颗粒中的部分金属离子能够形成可溶性络合物,达到去除污染颗粒的效果。此外,过氧化氢具有氧化晶圆表面的作用,然后氨水溶液对氧化层进行微刻蚀,去除嵌入晶圆表面的污染颗粒,污染颗粒随氧化层落入清洗液。由于第二颗粒物清洗的过程中晶圆表面的金属浓度受清洗液中金属浓度影响,是一个吸附与脱附动态平衡的过程,清洗液中金属浓度越低,则晶圆表面的金属浓度越低。因此通过第一颗粒物清洗降低晶圆表面的金属浓度,可以改善第二颗粒物清洗的清洗效果,减少清洗后晶圆表面残留的污染颗粒,提高晶圆的良率。
进一步,所述第一颗粒物清洗采用的清洗液中加入浓度为15%~20%的过氧化氢溶液。适宜浓度的硫酸溶液与过氧化氢溶液配合,可以通过氧化反应有效清除晶圆表面残留的有机物。适宜浓度的氟化氢溶液与过氧化氢溶液配合,可以通过在晶圆表面形成二氧化硅层,再利用氟化氢溶液易将二氧化硅溶解且不与硅反应的特性,腐蚀掉二氧化硅层的同时将表面残留污染颗粒去除。
进一步,所述振动清洗包括兆声波清洗。兆声波清洗可以去除大于或等于0.2微米的颗粒,能够在室温下达到良好的去除颗粒效果,同时可以避免如超声清洗镜片产生的损伤。
进一步,对所述晶圆进行第二颗粒物清洗之后,还包括:对所述晶圆进行第一刷洗,所述第一刷洗采用的清洗液包括氢氟酸溶液。通过氢氟酸溶液可以将第二颗粒物清洗中形成的氧化层完全除去,且不对硅晶圆产生腐蚀。
进一步,对所述晶圆进行第一刷洗之后,还包括:对所述晶圆进行第二刷洗,所述第二刷洗采用的清洗液包括氨水溶液。通过氨水溶液将第一刷洗中残留的氢氟酸溶液中和掉。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的晶圆的处理方法的流程示意图;
图2为本发明实施例中旋转刷洗装置和喷淋装置组合的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实施例提供一种晶圆的处理方法,如图1所示,包括如下步骤:
步骤S1:提供化学机械研磨后的晶圆;
步骤S2:对所述晶圆进行第一颗粒物清洗,所述第一颗粒物清洗采用的清洗液包括氢氟酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液或柠檬酸溶液;
步骤S3:对所述晶圆进行第二颗粒物清洗,所述第二颗粒物清洗采用的清洗液包括氨水溶液和过氧化氢溶液的混合溶液。
化学机械研磨的研磨液中阳离子主要包括铝离子,硼离子,钙离子,铁离子,钾离子,且研磨液呈弱碱性。在研磨过程中部分阳离子形成难溶金属氧化物,如氧化铁,氧化铝,氧化钙等,会在化学机械研磨后的晶圆表面残留,通过第一颗粒物清洗可以将这类碱性氧化物溶解、去除。通过第二颗粒物清洗利用氨水溶液的弱碱性活化晶圆及污染颗粒表面,使晶圆表面与污染颗粒间产生相互排斥,使污染颗粒容易去除,且氨水溶液与污染颗粒中的部分金属离子能够形成可溶性络合物,达到去除污染颗粒的效果。此外,过氧化氢具有氧化晶圆表面的作用,然后氨水溶液对氧化层进行微刻蚀,去除嵌入晶圆表面的污染颗粒,污染颗粒随氧化层落入清洗液。由于第二颗粒物清洗的过程中晶圆表面的金属浓度受清洗液中金属浓度影响,是一个吸附与脱附动态平衡的过程,清洗液中金属浓度越低,则晶圆表面的金属浓度越低。因此通过第一颗粒物清洗降低晶圆表面的金属浓度,可以改善第二颗粒物清洗的清洗效果,减少清洗后晶圆表面残留的污染颗粒,提高晶圆的良率。
在一个实施例中,所述第一颗粒物清洗的过程中的氢氟酸溶液的浓度为4.5%~5.5%,例如4.5%、5%或5.5%,所述第一颗粒物清洗的过程中的盐酸溶液的浓度为5%~6%,例如5%、5.5%或6%,所述第一颗粒物清洗的过程中的硫酸溶液的浓度为5.5%~6.5%,例如5.5%、6%或6.5%,所述第一颗粒物清洗的过程中的过氧化氢溶液的浓度为15%~20%,例如15%、16%、17%、18%、19%或20%,所述第一颗粒物清洗的过程中的柠檬酸溶液的浓度为20%~50%,例如20%、30%、40%或50%。具体的,所述第一颗粒物清洗的时间为20秒~30秒,例如20秒、25秒或30秒。具体的,所述第一颗粒物清洗采用的清洗液的流量为100ml/min~200ml/min,例如100ml/min、130ml/min、160ml/min或200ml/min。通过调节第一颗粒物清洗的过程中清洗液的浓度、清洗液的流量和清洗时间,可以将晶圆表面的碱性氧化物溶解、去除。
在一个实施例中,所述第一颗粒物清洗的方式包括旋转刷洗、喷淋或振动清洗中的任意一种或两种以上的组合。在一个具体的实施例中,如图2所示,所述第一颗粒物清洗的方式为用清洗刷1夹紧晶圆,机械旋转,同时晶圆也通过滚轴2进行旋转,配合喷淋清洗液对晶圆表面金属离子及其他残留物进行清洗,喷淋设备可以精确调整清洗液的流量,同时喷向晶圆的液体对晶圆表面有一定冲压作用,配合机械旋转的刷洗,可以获得更好的清洗效果。
本实施例中,所述第一颗粒物清洗采用的清洗液中加入浓度为15%~20%,例如15%、16%、17%、18%、19%或20%的过氧化氢溶液。适宜浓度的硫酸溶液与过氧化氢溶液配合,可以通过氧化反应有效清除晶圆表面残留的有机物。适宜浓度的氟化氢溶液与过氧化氢溶液配合,可以通过在晶圆表面形成二氧化硅层,再利用氟化氢溶液易将二氧化硅溶解且不与硅反应的特性,腐蚀掉二氧化硅层的同时将表面残留颗粒去除。
在一个实施例中,对所述晶圆进行第一颗粒物清洗之后,对所述晶圆进行第二颗粒物清洗之前,还包括:对所述晶圆进行第一去离子水清洗。所述第一去离子水清洗可以将第一颗粒物清洗后的晶圆表面的残留废液去除。具体的,所述第一去离子水清洗的时间为15秒~20秒,例如15秒、17秒或20秒。
在一个实施例中,所述第二颗粒物清洗的过程中的氨水溶液的浓度为12%~22%,例如12%、15%、18%、20%或22%,所述第二颗粒物清洗的过程中的过氧化氢溶液的浓度为15%~20%,例如15%、16%、17%、18%、19%或20%,所述第二颗粒物清洗的过程中的氨水溶液和过氧化氢溶液的体积比为3.5:1~5:1,例如3.5:1、4:1、4.5:1或5:1。具体的,所述第二颗粒物清洗的时间为25秒~35秒,例如25秒、30秒或35秒。
在一个实施例中,所述第二颗粒物清洗的方式包括旋转刷洗、喷淋或振动清洗中的任意一种或两种以上的组合。具体的,所述振动清洗包括兆声波清洗。兆声波清洗可以去除大于或等于0.2微米的颗粒,能够在室温下达到良好的去除颗粒效果,同时可以避免如超声清洗镜片产生的损伤。具体的,所述兆声波清洗的频率为450赫兹~550赫兹,例如450赫兹、480赫兹或500赫兹。
在一个实施例中,对所述晶圆进行第一颗粒物清洗之后,对所述晶圆进行第一刷洗之前,还包括:对所述晶圆进行第二去离子水清洗。所述第二去离子水清洗可以将第二颗粒物清洗后的晶圆表面的残留废液去除。具体的,所述第二去离子水清洗的时间为20秒~25秒,例如20秒、22秒或25秒。
本实施例中,对所述晶圆进行第二颗粒物清洗之后,还包括:对所述晶圆进行第一刷洗,所述第一刷洗采用的清洗液包括氢氟酸溶液。通过氢氟酸溶液可以将第二颗粒物清洗中形成的氧化层完全除去,且不对硅晶圆产生腐蚀。由于晶圆表面在第二颗粒物清洗时被过氧化氢溶液氧化形成的氧化层只有部分被氨水溶液腐蚀去除,残留的氧化层在后续蚀刻工艺中与硅晶圆的蚀刻速率相差很大,因此即便残留氧化层的厚度很薄,也会对后续蚀刻工艺造成很大的影响。而且在第二颗粒物清洗的过程中,氨水溶液选择性腐蚀使清洗后晶圆表面形成的氧化层厚度不均匀,将引起后续蚀刻工艺后的图形线宽不稳定,也会引起不同晶圆的关键尺寸(Critical Dimension,CD)和同晶圆不同位置的关键尺寸存在较大差异等问题,这些将影响晶圆的整体良率以及性能。具体的,所述第一刷洗的过程中的氢氟酸溶液的浓度为4.5%~5.5%,例如4.5%、5%或5.5%。具体的,所述第一刷洗的时间为15秒~25秒,例如15秒、20秒或25秒。
在一个实施例中,对所述晶圆进行第一刷洗之后,对所述晶圆进行第二刷洗之前,还包括:对所述晶圆进行第三去离子水清洗。所述第三去离子水清洗可以将第一刷洗后的晶圆表面的残留废液去除,此处废液主要为氢氟酸与氟硅酸。具体的,所述第三去离子水清洗的时间为10秒~15秒,例如10秒、12秒或15秒。
本实施例中,对所述晶圆进行第一刷洗之后,还包括:对所述晶圆进行第二刷洗,所述第二刷洗采用的清洗液包括氨水溶液。通过氨水溶液将第一刷洗的过程中残留的氢氟酸溶液中和掉。具体的,所述第二刷洗的过程中的氨水溶液的浓度为12%~22%,例如12%、15%、18%、20%或22%。具体的,所述第二刷洗的时间为25秒~35秒,例如25秒、30秒或35秒。
本实施例中,对所述晶圆进行第二刷洗之后,还包括:对所述晶圆进行第四去离子水清洗。所述第四去离子水清洗可以将第二刷洗后的晶圆表面的残留废液去除,此处废液主要为氨水。具体的,所述第四去离子水清洗的时间为10秒~15秒,例如10秒、12秒或15秒。
本实施例中,对所述晶圆进行第四去离子水清洗之后,对所述晶圆进行干燥。具体的,所述干燥的过程包括氮气吹干,和/或旋转甩干。甩干结束后,将晶圆传回晶盒。
本实施例的晶圆的处理方法适用于8寸或12寸化学机械研磨机台,并适用于各种工艺要求,包括铜工艺、氧化物工艺、钨工艺、多晶硅工艺、浅沟槽隔离(STI)等。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种晶圆的处理方法,其特征在于,包括:
提供化学机械研磨后的晶圆;
对所述晶圆进行第一颗粒物清洗,所述第一颗粒物清洗采用的清洗液包括氢氟酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液或柠檬酸溶液;
对所述晶圆进行第二颗粒物清洗,所述第二颗粒物清洗采用的清洗液包括氨水溶液和过氧化氢溶液的混合溶液。
2.根据权利要求1所述的晶圆的处理方法,其特征在于,所述第一颗粒物清洗的过程中的氢氟酸溶液的浓度为4.5%~5.5%,所述第一颗粒物清洗的过程中的盐酸溶液的浓度为5%~6%,所述第一颗粒物清洗的过程中的硫酸溶液的浓度为5.5%~6.5%,所述第一颗粒物清洗的过程中的过氧化氢溶液的浓度为15%~20%,所述第一颗粒物清洗的过程中的柠檬酸溶液的浓度为20%~50%;
优选的,所述第一颗粒物清洗的时间为20秒~30秒;
优选的,所述第一颗粒物清洗采用的清洗液的流量为100ml/min~200ml/min。
3.根据权利要求1所述的晶圆的处理方法,其特征在于,所述第一颗粒物清洗采用的清洗液中加入浓度为15%~20%的过氧化氢溶液。
4.根据权利要求1所述的晶圆的处理方法,其特征在于,所述第二颗粒物清洗的过程中的氨水溶液的浓度为12%~22%,所述第二颗粒物清洗的过程中的过氧化氢溶液的浓度为15%~20%,所述第二颗粒物清洗的过程中的氨水溶液和过氧化氢溶液的体积比为3.5:1~5:1;
优选的,所述第二颗粒物清洗的时间为25秒~35秒。
5.根据权利要求1所述的晶圆的处理方法,其特征在于,所述第一颗粒物清洗的方式包括旋转刷洗、喷淋或振动清洗中的任意一种或两种以上的组合;所述第二颗粒物清洗的方式包括旋转刷洗、喷淋或振动清洗中的任意一种或两种以上的组合;
优选的,所述振动清洗包括兆声波清洗;
优选的,所述兆声波清洗的频率为450赫兹~550赫兹。
6.根据权利要求1所述的晶圆的处理方法,其特征在于,对所述晶圆进行第二颗粒物清洗之后,还包括:对所述晶圆进行第一刷洗,所述第一刷洗采用的清洗液包括氢氟酸溶液;
优选的,所述第一刷洗的过程中的氢氟酸溶液的浓度为4.5%~5.5%;
优选的,所述第一刷洗的时间为15秒~25秒。
7.根据权利要求6所述的晶圆的处理方法,其特征在于,对所述晶圆进行第一刷洗之后,还包括:对所述晶圆进行第二刷洗,所述第二刷洗采用的清洗液包括氨水溶液;
优选的,所述第二刷洗的过程中的氨水溶液的浓度为12%~22%;
优选的,所述第二刷洗的时间为25秒~35秒。
8.根据权利要求1所述的晶圆的处理方法,其特征在于,对所述晶圆进行第一颗粒物清洗之后,对所述晶圆进行第二颗粒物清洗之前,还包括:对所述晶圆进行第一去离子水清洗;
优选的,所述第一去离子水清洗的时间为15秒~20秒。
9.根据权利要求6所述的晶圆的处理方法,其特征在于,对所述晶圆进行第一颗粒物清洗之后,对所述晶圆进行第一刷洗之前,还包括:对所述晶圆进行第二去离子水清洗;
优选的,所述第二去离子水清洗的时间为20秒~25秒。
10.根据权利要求7所述的晶圆的处理方法,其特征在于,对所述晶圆进行第一刷洗之后,对所述晶圆进行第二刷洗之前,还包括:对所述晶圆进行第三去离子水清洗;
优选的,所述第三去离子水清洗的时间为10秒~15秒。
11.根据权利要求7所述的晶圆的处理方法,其特征在于,对所述晶圆进行第二刷洗之后,还包括:对所述晶圆进行第四去离子水清洗;
优选的,所述第四去离子水清洗的时间为10秒~15秒。
12.根据权利要求11所述的晶圆的处理方法,其特征在于,对所述晶圆进行第四去离子水清洗之后,对所述晶圆进行干燥;
优选的,所述干燥的过程包括氮气吹干,和/或旋转甩干。
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CN115295402A (zh) * 2022-10-09 2022-11-04 广州粤芯半导体技术有限公司 一种晶圆清洗方法及清洗设备
CN115602530A (zh) * 2022-11-01 2023-01-13 河北同光半导体股份有限公司(Cn) 碳化硅晶圆表面颗粒动态清洗方法

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