1 兆聲清洗技術背景

Schwartzman等人，1993在SC1、SC2清洗時使用了兆頻超聲技術，獲得前所未有的清洗效果，使得該方法在清洗工藝中被廣泛采用，也引發了對超聲波增強清洗效果的規律與機理的研究。1995年Busnaina的研究表明，兆頻超聲波去除粒子的能力與溶液的組成、粒子的大小、超聲波的功率及處理時間有關。1997年Olim發現兆頻超聲去除粒子的效率與粒子直徑的立方成正比，并由此推斷兆頻超聲無法去除0.1μm以下的粒子。但是，兆聲波清洗拋光片可去掉晶片表面上＜0.2μm的粒子，起到超聲波起不到的作用。這種方法能同時起到機械擦片和化學清洗兩種方法的作用。兆聲波清洗方法已成為拋光片清洗的一種有效方法。但是，隨著頻率升高，聲傳播的效率會降低，所以兆聲波清洗技術效果并不是頻率越高越好。目前，一般用的頻率范圍是（700～1000）kHz。

2 兆聲波清洗原理簡介

聲能在液體內傳播時，液體會沿聲傳播的方向運動，形成聲學流（Acousticstreaming），聲學流是由聲波生產的力和液體的聲學阻力以及其他的氣泡阻力形成的液體的流動的效果，兆聲波清洗就是利用聲能產生的液體流動來去除硅片表面的污染物，其原理見圖1。

兆聲波清洗是由高頻（700～1000kHz）的波長短（1.5μm左右）的高能聲波推動溶液做加速運動，使溶液以加速的流體形式連續沖擊硅片表面，使硅片表面的顆粒等污染物離開硅片進入溶液中，達到去除污染物的目的。隨著聲能的增高，表面張力會下降，這可改善浸潤效果及小顆粒的浸潤。而且，能量越高，聲學流的速度越快，硅片表面被帶走的顆粒也隨之增多反應速率也會升高，這可降低反應時間，同時，也可以降低化學液的濃度。隨著頻率升高，空洞現象的閥值會升高，所以兆聲不會像超聲一樣會產生氣泡而損傷硅片表面。

而根據超聲頻率的高低對應的去除污染物顆粒大小的能力，選用的頻率見表1。

3 兆聲波清洗技術的特點

（1）美國VEＲTEQ公司的M.Olesen.Y.Fan等人研究發現，兆聲技術有如下特點。

能大大降低邊界層的厚度，使其具有清除深亞微米顆粒的能力，可滿足現行工藝以及0.1μm（線寬）技術對清洗工藝的需求。有兆聲時邊界厚度的對比（見圖2）。

（2）可以極大的提高清洗效率，從圖3有無兆聲時的清洗效率對比圖中可以看到，當兆聲關閉時，用30s的時間清洗效率只能達到20%，有兆聲時，只需10s的時間清洗效率就可達到99.99%。

（3）由于兆聲波清洗可以使用稀釋倍數大的化學液，從而大大減少了化學藥品的用量和消耗，降低了清洗工序的工藝成本，有效減少了化學液的污染，保護環境。圖3是在極低濃度的化學液中有無兆聲的清洗效果對比圖。

由于兆聲波清洗具備以上諸多優點，因此使得兆聲波清洗很快成為硅片清洗行業中廣泛應用于去除微細顆粒的重要手段。

4 兆聲波清洗技術在清洗設備中的應用

結合常規的濕法清洗工藝開發出適合相關工藝階段的兆聲清洗設備，按照這些設備的不同結構，大體可分為兩類，一類是融匯在濕法清洗機兆聲清洗槽或兆聲漂洗槽，它們作為設備的一部分，只完成單個的清洗或漂洗過程。另一類則是以獨立的設備形式出現。這就是兆聲清洗機，該種設備通常配備兩個槽體，一個清洗槽和一個沖洗槽，清洗槽是在兆聲環境下用化學液來去除硅片表面的微細顆粒及化學污染物等，沖洗槽則是對清洗完的硅片用去離子水進行沖洗，從而達到生產需要的潔凈度。

但是由于兆聲傳播是一種介質傳播，聲音傳播中的能量會轉化成介質的動能，因此在使用兆聲清洗的同時會產生兆聲能量的衰減。導致能量衰減的因素，首先是兆波的反射，如圖4所示。

兆聲能量的衰減可通過以下公式計算：

衰減系數γ可表示為：γ=γ吸收+γ分散；γ分散在液體中，不在計算內。在水液體中，γ吸收系數（dB/m）=0.2F2（MHz）。

由此計算可得，在頻率為950kHz時，衰減度約為0.002dB/m；在頻率為40kHz時，衰減度約為0.000003dB/m，在水液體中，兆聲波衰減約為低頻超聲波衰減的1000倍，如圖5所示。因此，在兆聲清洗中，液位不能超過500mm。而在低頻超聲波中，超聲波能量可傳至（1.5～2）m高。

安裝時，石英缸底部有一定傾斜角度更利于高頻兆聲波的傳播，由圖7中角度與聲壓的關系可知，當θ=2°時，最有利于兆聲波的傳播。

由于聲波傳播時一種介質傳播，因此在不同的頻率下石英缸作為傳遞介質，它的厚度也對兆聲的傳播有一定影響。

通過下面公式可以計算出不同介質中聲波的傳播率D：

從圖8可見，當厚度t=3mm時，兆聲波在石英中具備更好的傳播率。

兆聲發生器在石英循環溢流槽中的安裝原理見圖9。

5 兆聲清洗技術應用領域

由于兆聲波能去除硅片表面的微小顆粒，并且不會對硅片表面造成損傷，近幾年兆聲波清洗被大量的應用在清洗工藝中。兆聲波用在SC－1中，可提高去除顆粒尤其是小顆粒的效果；用在DHF，臭氧水、純水中都能起到增強清洗效果的作用。目前兆聲清洗技術被廣泛應用于液晶、手機鏡片、光學器件照相機鏡頭制造業，汽車、摩托車制造業，電子、微電子、電子電器元器件制造業，五金業、機械的零件業，航天、航空清洗精密零部件業，鐘表、眼境、珠寶制造業，家電產品制造業，電鍍業，鐵路機車造業等各個行業。（轉）

具體應用涉及：

• 帶圖案或不帶圖案的掩模版和晶圓片

• Ge, GaAs以及InP晶圓片清洗

• CMP處理后的晶圓片清洗

• 晶圓框架上的切粒芯片清洗

• 等離子刻蝕或光刻膠剝離后的清洗

• 帶保護膜的分劃版清洗

• 掩模版空白部位或接觸部位清洗

• X射線及極紫外掩模版清洗

• 光學鏡頭清洗

• ITO涂覆的顯示面板清洗

• 兆聲輔助的剝離工藝