单片旋转喷淋清洗机：单片旋转喷淋清洗机（single spray tool）有代表性的厂商是LAM公司的型号DV系列、AMAT公司的SEMITOOL、DNS/型号SU系列等，如图所示。它们配置2～12个独立的处理室，可同时处理多达12片晶片，完成多个不同化学清洗制程。
在单片清洗机上，每个处理室是独立的操作单元，对于要求高的出货量，可选用8个或更多处理室，使用同一个程式；而对于研究开发（R&D），则使用不同处理室、不同化学品、不同程式，如下图所示。
8个处理室单片旋转喷淋清洗机俯视简图
LAM的DV系列清洗机，https://www.lamresearch.com/product/dv-prime-da-vinci/
晶片一般正面朝上，放在有多个紧固销且中间通N2 的旋转平台上，当旋转平台处于最低层位置1，启动转动，化学喷头移到晶片上方，摆动喷洒药液，甩出的药液，流到收集槽1，有泵带动循环使用，喷完之后，化学喷头移走；平台上升到最高层位置3，去离子水喷头移到晶片上方，移动喷洒去离子水，同时转速提升，去离子水和药液的混合液被甩到相应排出管，冲洗完之后，去离子水喷头移走（有时需要第二步化学品处理，旋转平台下降到中间层位置2，其他步骤如同第一个化学品）；转速进一步提升，N2 管头移到晶片上方，喷出高速N2 ，由晶片中心向边缘扫描，反复几次，晶片表面就会变干。这种化学清洗优点是制程时间短，节约药品和纯水，耗费低；单片清洗，交叉污染少；颗粒回粘几率小，去除干刻蚀后的残渣效果好。
现在普遍应用在制程的后段，但32nm以后的制程，单片清洗也逐渐走向前段。不难发现，这种单片清洗的处理室是开放式，在药液处理完之后，用去离子水喷洗，N2 干燥。
单片旋转喷淋室
还有一种单片清洗方法，处理室是封闭式，如下图所示，在药液处理完之后，是去离子水喷洗，干燥用N2 或N2 携带IPA蒸汽吹干，它的特点：可制造无氧环境，在处理过程中，防止金属（如Cu）暴露于空气而被氧化；IPA的干燥更彻底。
批旋转喷淋清洗机：批旋转喷淋清洗机（batch spray tool）的典型代表是FSI公司的ZETA系列，如下图所示，清洗室如同一个有顶盖密封的静止锅，中间和室壁装配有固定静止的液体喷柱，喷柱上从上到下有很多喷嘴，两个专用的PFA晶片盒置于PFA转盘上，并对称于中间喷柱，转盘转动最大可达500r/min。药液、纯水和氮气都可从喷柱喷出，药液配置在混合器里进行，比例由制程程序设定和精密流速控制器控制，红外线加热器可对药液在喷出前加热，溶液温度可由安装在室壁上的热感测定，便于制程优化。当制程开始，混合器配好的药液由喷柱喷向旋转晶片，在晶片上弥漫、流动，并被甩出，进入排出管，随后是纯水清洗和热的氮气干燥。使用的药液始终是新鲜的，没有循环使用带来金属污染和颗粒回粘的可能。
批旋转喷淋清洗机的特点是：①化学品喷出后，不需要循环回收，直接排出，晶片上始终接触的是新鲜的药品，可消除浸泡式清洗常见的循环污染或药品功效降低的影响。②晶片处理、冲洗和干燥可在一个处理室一次完成，避免浸泡式清洗晶片在药槽、水槽和干燥槽之间转换的麻烦。③制程环境小，可精细控制。该机在CMOS金属硅化物形成清洗中，有独到的应用。
批浸泡式清洗机：批浸泡式清洗机（wet bench）是最早使用并被广泛普及的，同时它也随着半导体的发展得到不断的提升和完善。有代表性的厂商是DNS/FC系列，SES/BW系列等。清洗机处理槽分布实例如表所示。如果制程顺序是DHF→DI→SPM→DI→SC1→DI→IPA，那么晶片从槽1（Tank1）开始，依次经过表中的每个槽。这个制程功能为：首先是膜层刻蚀或干刻蚀后氧化硅外壳清除，接着是光阻或灰化残余物去除，最后是颗粒去除和晶片干燥。
浸泡式清洗机处理槽分布
1）溢流冲洗（Overflow，OF）：晶片放进满水槽底部的晶片架上，如图所示，去离子水从底部供入，水流经过晶片，并逐渐上移，而后越过晶片，再后来溢出水槽内缘，而流到外槽，进入排出系统，同时清洗并带走晶片上的药液和残留物，持续不断流动、冲洗，最终达到清洁晶片的目的。如果配置N2 鼓泡，会增强清洗效果和改善清洗能力。
溢流冲洗槽
2）快速倾倒冲洗（Quick Dump Rinse，QDR）：快速倾倒冲洗类似溢流冲洗，不同之处是在水槽顶部两侧各装一排喷头，且槽的底部可自由打开，如图所示。开始晶片放进空的水槽，水槽上的喷头启动喷淋，晶片上的药液被快速冲掉，同时水槽底部的水管注入去离子水，当槽注满后，槽底瞬间打开，清洗水流入排水管，如此反复几次，晶片得到彻底清洗。
3）Marangoni干燥：Marangoni干燥技术由飞利浦研发实验室在1990年公布实施，它取自一位意大利科学家的名字（这位科学家是19世纪从事流体动力学的先驱）。其方法如图所示，晶片放进一个密封的水槽，槽内水面上方空间通入IPA+N2 ，冲洗一段时间后，以约5mm/s的速度慢慢提拉晶片，进入含有高浓度IPA的空间，此时，晶片表面水膜呈现月牙形，在区域1，较薄的水膜吸附并溶入较高浓度IPA，而区域2有较低的浓度，高浓度IPA的水膜有较低的表面张力，结果区域1和区域2之间就产出一个表面张力梯度，使得它在晶片上升时向下拉月牙形水膜到水槽，晶片从而变得干燥又干净。
Marangoni干燥原理
污染清洗中的测量与表征
衡量晶片是否达到洁净标准，或者评估清洗及湿法刻蚀是否有效，都需要合适的测量与表征颗粒量测：光散射技术被工业界广泛用于测量平面晶片表面的颗粒污染。方法是被检测的晶片在聚焦激光束下旋转，大体上可形成一个反应晶片表面特点的螺旋状图案。当激光束投射到一颗缺陷上，一少部分的入射光将向各个方向散射。一般来说，缺陷越大，散射的光就越强。通过这种方法，就可统计晶片上的所有缺陷。散射光强超过平均背景光的缺陷点被称作光点缺陷（LPDs），基于使用散射聚苯乙烯乳胶球（PLS）制作的校正曲线，表面检测技术可报告出晶片表面缺陷浓度和那些缺陷的PLS-等同直径分布。KLA-Tencor Surfscan系列是工业界最常用的系统，如最先进的系统SP2，在极其平坦的晶片表面上可计数小到40nm的颗粒。
有图案的晶片缺陷可通过光散射技术或光反射技术检测。为了检查局部区域的缺陷，有时需要高放大率，而扫描电子显微镜（SEM）或穿遂电子显微镜（TEM）常被用到。
金属离子检测：全反射X荧光光谱（TXRF）常用来检测晶片表面金属组分浓度。由来自灯丝的电子，轰击钨或钼阳极，产生单色准直X光束，照射到晶片表面，入射角小于临界角（临界角为1.3mrad），即可产生全反射，X光的穿透深度只有几个nm（传统的XRF约为10nm），对晶片表面的元素很敏感，它可以激发样品原子产生荧光，这些二次X射线（荧光）可被硅（锂）能量色散检测器侦测。而二次X射线对每种元素是特定的，因此各种元素可同时得到检测。采用一个镍的校正晶片的强度测定，并有一个相对敏感因子的数据库，基于每个峰的X射线强度，便可定量计算元素的浓度。
四探针厚度测量：四探针是一个测量薄膜或扩散层片电阻的简单装置。片电阻是一个膜上的方块电阻，以Ω/方块为单位测量。四探针使用全电阻测量技术：两对分离的电流和电压电极被用到如图所示的测量中，恒定电流流过样品上探针1和4间的长度，假若样品有电阻，那么当电流流过样品时，就会有一个电势降落，如图中探针2和3之间的电势降。探针2和3间的电压可用伏特计测量，探针2和3间的电阻就是伏特计上电压读数除以电流的比值。
测量刻蚀前后的片电阻，就可测定厚度损失。例如，一个样品刻蚀前厚度t0 ，电阻Rs0 ，刻蚀后电阻Rs1 ，因为电阻率是恒定的，那么新的厚度可比照如下关系计算。即：
ρ0 =ρ1，t0*Rs0 =t1*Rs1，t1 =（t0*Rs0 ）/Rs1
椭圆偏光厚度测量：椭偏仪是一种可反映薄膜特性的光学仪器，它用一个偏光仪，产生线性的偏光，以一个大的入射角照射到样品上，而后，收集反射光并分析 ，如图所示。
椭偏仪简图
由于样品的厚度和折射率对偏振的影响，分析仪就测量这种偏振的变化。在椭偏仪上，线性偏光被反射成椭圆偏光，由此而得名。椭圆偏光有两个成分P （垂直偏振）和S （水平偏振），并有各自的振幅R P、R S 和相位差Δ，分析仪测量这些矢量组分比，即：
为了把Ψ 和Δ 转化成样品的光学常数，需要建立一个膜层样本，这个膜层样本包含光学常数（折射率或介电函数张量）、每层厚度、膜的正确堆叠顺序。使用重复步骤（最小二乘最小化），改变厚度参数，用菲涅儿公式得到Ψ 和Δ ，如果Ψ 和Δ 计算值能与实验数据相符，那么它可提供样品的光学参数和厚度。
可以用一个模型（model）来描述测量的样品，这个模型包含了每个材料的多个平面，包括基底。在测量的光谱范围内，用厚度和光学常数（n和k）来描述每一个层，对未知的参数先做一个初始假定。椭偏仪数据处理模型的建立是至关重要的一步 ,如果不能建立一个与参数匹配良好的模型，前面的测试就毫无意义，甚至如果建立一个错误的模型 ,其结果将与真实值就相去甚远。
其他度量：
Quantox或汞探针用来测定静电电荷，这些电荷常在湿法清洗制程时产生在非导电层上。二次离子质谱仪（SMIS）用来量测掺质的化学浓度，AUGER用来测量晶片表面的有机物，FTIR和折射率被用来测量低（超低）介电常数的改变，接触角广泛用来测定晶片表面特性变化。
