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眾所周知，超聲波清洗是一種常見(jiàn)的高效快捷的物理清洗方法，其清洗效果顯著而且操作簡(jiǎn)單，降低了由于復(fù)雜的化學(xué)清洗過(guò)程中二次污染的可能性，而且對(duì)于復(fù)雜器件也可以達(dá)到清洗目的，故此被廣泛用于各種工業(yè)、醫(yī)療、民用等領(lǐng)域。超聲波清洗的核心原理是利用超聲波在液體中的空化效應(yīng)對(duì)物體表面的污漬進(jìn)行去除剝離。那什么是超聲空化效應(yīng)呢？超聲波的高頻機(jī)械振動(dòng)在液體中會(huì)產(chǎn)生微小的氣泡，這些微小氣泡會(huì)迅速膨脹，然后突然閉合，在閉合時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波，這種膨脹、閉合、震蕩的動(dòng)力學(xué)過(guò)程就被稱為超聲波的“空化效應(yīng)”。“空化效應(yīng)”不僅為清洗過(guò)程中的化學(xué)、物理反應(yīng)提供了足夠的能量，且產(chǎn)生的瞬間高壓不斷地沖擊清洗工件的表面，也使得被清洗物表面以及縫隙中的異物臟污迅速剝離。但超聲波空化作用過(guò)強(qiáng)也會(huì)對(duì)物體表面造成一定損傷，如在對(duì)半導(dǎo)體器件、光學(xué)精密件等精密元器件的清洗中，由于器件表面有一些微結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的超聲波清洗就會(huì)對(duì)其表面造成一定程度的損壞。同時(shí)超聲頻率越高空化泡也越小，去除剝離雜質(zhì)顆粒的粒徑也越小，也就是清洗精度越高。傳統(tǒng)的超聲波換清洗換能器的頻率都在20kHz-100kHz之間，此頻率范圍內(nèi)的空化效應(yīng)較大，會(huì)對(duì)精密元器件造成損壞，并且也很難清除1微米以下的雜質(zhì)顆粒。

頻率高于400kHz的超聲波在液體中傳播時(shí)，能使被清洗件表面附近形成速度梯度很大且極薄的聲學(xué)邊界層，其雜質(zhì)粒子受到液體兆赫頻的震蕩作用從器件表面脫落，能夠清洗掉元器件表面微米、亞微米級(jí)的雜質(zhì)顆粒，實(shí)現(xiàn)超精密清洗過(guò)程。此外，高頻超聲波清洗過(guò)程由于極低的空化效應(yīng)，對(duì)被清洗件表面不會(huì)產(chǎn)生損傷，能夠有效解決精密元器件清洗后造成的腐蝕或損傷破壞等現(xiàn)象。所以能發(fā)射兆赫茲級(jí)別的超聲波裝置被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，并且其除了有清洗作用外，還可以在化學(xué)機(jī)械拋光、顯影、除膠、金屬剝離、刻蝕等關(guān)鍵工藝中起到重要作用。兆赫茲級(jí)別頻率下的超聲波又常常被業(yè)內(nèi)稱為“兆聲波”，所以在此頻率段內(nèi)的超聲清洗也被稱為兆聲清洗

圖1：噴淋式兆聲清洗示意圖

現(xiàn)有的兆聲清洗技術(shù)主要分為槽式兆聲波振板、噴淋式兆聲噴頭、貼合式兆聲清洗頭三種。槽式兆聲清洗與傳統(tǒng)超聲波清洗相似，一般將兆聲發(fā)射裝置置于水槽底部，清洗時(shí)晶圓放置在水槽中。該種方式的優(yōu)點(diǎn)是使用方便，可對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行批量清洗，故此又被稱為“批量式”兆聲清洗。目前對(duì)晶圓的批量清洗、化學(xué)機(jī)械拋光、刻蝕、顯影等濕法處理多采用槽式兆聲裝置。噴淋式兆聲清洗是將兆聲發(fā)射器做成噴嘴的形式，兆聲隨著水流下落到被清洗的物體上（如晶圓），相對(duì)于放置在處理槽底部的槽式兆聲裝置有更高的聲傳輸效率，并可避免二次污染，特別適合于單個(gè)器件高精度的處理。但噴淋式的缺陷是兆聲發(fā)生器距離清洗物體（晶圓）較遠(yuǎn)，聲能傳輸效率依然會(huì)受到一定損失，并且需要大流量的清洗液才可以工作，從而造成清洗液浪費(fèi)較多。貼合式兆聲是在噴淋式和槽式的基礎(chǔ)上進(jìn)行整合改進(jìn)而得到的更優(yōu)化方式。其通常將兆聲發(fā)射裝置非?？拷c清洗物體（晶圓）表面，只留不超過(guò)3mm的間隙，清洗液從間隙流過(guò)從而完成清洗。由于兆聲發(fā)射面與晶圓很近，所以其聲波能量的傳輸效率很高，兆聲發(fā)射面的功率密度只需要2W/cm2即可達(dá)到非常好的處理效果，而噴淋式通常需要3-4 W/cm2，槽式兆聲裝置則需要5 W/cm2 甚至更高的功率密度。另外貼合式僅需要很少的清洗液即可完成清洗，相比另外兩種方式可大大節(jié)省清洗液的使用。為了使晶圓旋轉(zhuǎn)時(shí)整個(gè)晶圓面獲得的聲場(chǎng)是均勻的，兆聲發(fā)射裝置可通過(guò)制成扇形結(jié)構(gòu)的兆聲裝置實(shí)現(xiàn)，這樣保證在晶圓旋轉(zhuǎn)時(shí)邊緣向圓心收到的兆聲能量線性減弱，從而獲得正面均勻的聲能。典型的貼合式兆聲裝置如圖所示，兆聲發(fā)射裝置固定不動(dòng)，被清洗物體（晶圓）旋轉(zhuǎn)，由單獨(dú)的供液裝置不斷向被清洗物體（晶圓）表面輸送清洗液。

東方金榮超聲電器有限公司Siansonic憑借其在應(yīng)用超聲波特別是高頻水聲換能器方面近40年的技術(shù)積累以及多年專項(xiàng)產(chǎn)品研發(fā)，現(xiàn)已推出槽式、噴淋式、貼合式等各種規(guī)格及方式的兆聲清洗產(chǎn)品家族，向國(guó)內(nèi)外半導(dǎo)體制造領(lǐng)域企業(yè)提供全方位的兆聲波解決方案。