在半導(dǎo)體芯片制造行業(yè)，在晶圓的化學(xué)物理處理過程中，無論是在拋光還是研磨等環(huán)節(jié)，由于化學(xué)反應(yīng)以及研磨微粒的存在，必然會(huì)對(duì)晶圓引入表面玷污。因此在晶圓制程中必須要進(jìn)行有效清洗。超聲波清洗作為濕法清洗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其清洗效果的好壞直接影響最終的晶圓清洗效果。

超聲清洗原理

超聲清洗的原理是由超聲波發(fā)生器發(fā)出高頻振蕩電流，經(jīng)由壓電陶瓷換能器轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)波傳入到清洗介質(zhì)中，從而在液態(tài)介質(zhì)中產(chǎn)生空化作用和聲波流兩種現(xiàn)象，在這兩種現(xiàn)象的合力下將附著在晶元表面的污染顆粒去除用以達(dá)到理想的清洗效果。

空化作用

空化作用是指液體中的微小氣泡核在超聲場(chǎng)中震動(dòng)、生長(zhǎng)并不斷聚集聲場(chǎng)能量，當(dāng)能量達(dá)到某個(gè)閾值時(shí)，空化氣泡急劇崩潰閉合。氣泡的壽命約0.1μs，它在急劇崩潰時(shí)可釋放出巨大的能量，并產(chǎn)生速度約為110m/s、有強(qiáng)大沖擊力的微射流，致使碰撞密度高達(dá)1.5kg/cm ²，在此沖擊力的作用下，可將附著在晶圓表面的污染顆粒剝離到清洗介質(zhì)中，再被不斷流動(dòng)的清洗液帶走。

聲波流是指清洗液在振動(dòng)能量的作用下產(chǎn)生快速流動(dòng)�？焖倭鲃�(dòng)的液體可以對(duì)附著在圓表面的顆粒產(chǎn)生剝離力，當(dāng)剝離力大于同時(shí)作用于顆粒的范德華力以及靜電力時(shí)，顆粒即被剝離晶圓表面，并被快速流動(dòng)的液體帶走。顆粒的受力模型如圖1 所示，圖中MR 表示顆粒受到的剝離力矩，MA 為粘附力矩，F(xiàn)Drag 為剝離力，F(xiàn)Adhesion 為粘附力（靜電力及范德華力），F(xiàn)elec double layer 為雙電層力，R 為顆粒半徑，a 為顆粒與晶圓表面的接觸半徑。

根據(jù)流體力學(xué)，由于分子間摩擦力的作用，在晶圓與液體的接觸面上會(huì)存在一個(gè)靜止或緩慢移動(dòng)的邊界層，小的顆�？赡鼙贿@層界面保護(hù)而難收到聲波流產(chǎn)生的推力。邊界層的厚度與振動(dòng)頻率密切相關(guān)，頻率越高，邊界層越薄，從而可去除的顆粒尺寸越小。一般超聲清洗適用于清除的顆粒大小在0.4μm 以上。