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在半導(dǎo)體器件的制造過程中，目前已經(jīng)開發(fā)出了許多清洗方法，包括激光誘導(dǎo)沖擊波清洗、液態(tài)二氧化碳清洗（雪花清洗）、濕法清洗、兆聲波清洗等用于去除硅片表面的顆粒。但隨著顆粒尺寸的減小，無論使用哪種方法，清洗過程都會(huì)變得更加困難。因?yàn)椋S著顆粒尺寸的減小，顆粒和基底之間的距離也隨之減小，這導(dǎo)致粘附力的增加，從而顯著影響顆粒去除效率。因此，為了去除納米顆粒，通常會(huì)使用化學(xué)方法，然而化學(xué)方法會(huì)導(dǎo)致過量的材料損失，所以對(duì)于半導(dǎo)體工藝來說，這并不是一個(gè)好的選擇，于是利用物理力進(jìn)行清洗是更好的選擇，比如兆聲波清洗。

圖1.兆聲波清洗設(shè)備清洗晶圓

對(duì)于清洗精細(xì)的納米級(jí)圖案化結(jié)構(gòu)中的納米顆粒，任何形式的物理接觸都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成損壞。兆聲波清洗是一種非接觸式的清洗過程，可以去除顆粒，甚至是溝槽中的顆粒。但是，在進(jìn)行兆聲波清洗的過程中會(huì)產(chǎn)生的強(qiáng)大物理力-空化，所以控制圖案的損傷也是非常必要的。兆聲功率、頻率以及超聲脈沖等各種參數(shù)都會(huì)影響空化現(xiàn)象，影響空化氣泡的特性及尺寸。無論是低頻還是高頻超聲波，都會(huì)產(chǎn)生空化現(xiàn)象，氣泡可以以穩(wěn)定的方式振蕩，也可以以瞬態(tài)的方式振蕩。比如，超聲波頻率引起的差異是共振下氣泡的大小，兆聲波產(chǎn)生的空化氣泡大小在微米級(jí)，而低頻超聲波產(chǎn)生的空化氣泡大小在亞毫米級(jí)。如果水中含有亞毫米大小的非均勻氣泡核，那么低頻超聲可以更容易地觸發(fā)空化氣泡核，對(duì)于瞬態(tài)空化的情況，劇烈的氣泡坍塌將會(huì)導(dǎo)致被清洗物表面損傷。但在使用較高頻率超聲波的情況下，空化氣泡的尺寸會(huì)變小，這有助于更穩(wěn)定的振蕩，從而減少對(duì)被清洗物表面的侵蝕。對(duì)于硅片的清洗，具有更小空化侵蝕的兆聲波清洗顯然是更好的選擇。當(dāng)然，這些參數(shù)同時(shí)也會(huì)影響顆粒去除效率。

兆聲波清洗需要克服的粘附力主要是被清洗物表面和污染物之間的范德華力、靜電和共價(jià)力。聲空化導(dǎo)致的清洗過程決定了兆聲波清洗性能，這可以通過控制氣泡動(dòng)力學(xué)來引起穩(wěn)定的空化和瞬態(tài)空化來實(shí)現(xiàn)。穩(wěn)定的空化可以產(chǎn)生顆粒去除力，而瞬態(tài)空化則會(huì)產(chǎn)生破壞力。相對(duì)于通過降低頻率等物理參數(shù)來增加待清洗物體附近的氣泡從而提高清洗效率來說，改變化學(xué)環(huán)境是更可取的方式，因?yàn)樘砑幽承┗瘜W(xué)成分可以使氣泡更加穩(wěn)定，并保持所需的頻率。而且，在化學(xué)方面進(jìn)行優(yōu)化比對(duì)兆聲波清洗系統(tǒng)的物理參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化會(huì)更加容易。比如，添加溶解氣體可以大大增加空化強(qiáng)度，而為了減少這種較高的空化，還可以利用表面活性劑的特性來減少空化，當(dāng)然這也可能會(huì)導(dǎo)致表面張力降低從而改善聲流，但與空化效應(yīng)相比，這種效應(yīng)并不顯著。

在實(shí)際的半導(dǎo)體工業(yè)過程中，污染程度非常低，但是，從精細(xì)圖案中去除這種污染是具有挑戰(zhàn)性的。已有研究者對(duì)化學(xué)控制的兆聲波清洗機(jī)制進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在去離子水中加入氫氣可以提高顆粒去除效率，但是同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的圖案損壞。為了最大限度地減少圖案損壞，研究者們在去離子水中加入陰離子表面活性劑，發(fā)現(xiàn)在非常低的表面活性劑的添加下，顆粒去除效率會(huì)提高，但在提高了表面活性劑的濃度之后（100ppm），顆粒去除效率會(huì)急劇下降至零。相反，圖案損壞情況會(huì)隨著表面活性劑的濃度增加而持續(xù)下降。通過高速相機(jī)結(jié)果證實(shí)，在20ppm的表面活性劑濃度下，氣泡的種群較大，但在100ppm的表面活性劑濃度下，氣泡群可以忽略不計(jì)，因?yàn)樵?00ppm濃度下，氣泡核被表面活性劑覆蓋，表現(xiàn)得像固體顆粒。在去離子水-氫氣中進(jìn)行兆聲波清洗工作，由于氣泡的高生長速率和團(tuán)聚，可以觀察到顆粒去除效率以及圖案損壞情況都比較高。這表明，微流化、氣泡的數(shù)量和氣泡的聚集在決定兆聲波清洗液對(duì)于硅片表面的顆粒去除效率和圖案損壞方面起著關(guān)鍵作用。所以，對(duì)于半導(dǎo)體清洗中的兆聲波清洗工藝，除了需要找到合適的頻率和功率參數(shù)，同時(shí)也要注意控制清洗液中的氣泡數(shù)量。

北京東方金榮為CMP化學(xué)機(jī)械拋光、鍵合前清洗、掩膜清洗、顯影、去膠、金屬剝離、濕法刻蝕等領(lǐng)域提供多種類型的兆聲波清洗系統(tǒng)，包括貼合式兆聲波清洗系統(tǒng)、噴淋式兆聲波清洗噴頭以及槽式兆聲波清洗設(shè)備。