在半導(dǎo)體芯片制造行業(yè)，在晶圓的化學物理處理過程中，無論是在拋光還是研磨等環(huán)節(jié)，由于化學反應(yīng)以及研磨微粒的存在，必然會對晶圓引入表面玷污。因此在晶圓制程中必須要進行有效清洗。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)換為機械振動波傳入到清洗介質(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中震動、生長并不斷聚集聲場能量，當能量達到某個閾值時，空化氣泡急劇崩潰閉合。氣泡的壽命約0.1μs，它在急劇崩潰時可釋放出巨大的能量，并產(chǎn)生速度約為110m/s、有強大沖擊力的微射流，致使碰撞密度高達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，再被不斷流動的清洗液帶走。

聲波流是指清洗液在振動能量的作用下產(chǎn)生快速流動。快速流動的液體可以對附著在圓表面的顆粒產(chǎn)生剝離力，當剝離力大于同時作用于顆粒的范德華力以及靜電力時，顆粒即被剝離晶圓表面，并被快速流動的液體帶走。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，由于分子間摩擦力的作用，在晶圓與液體的接觸面上會存在一個靜止或緩慢移動的邊界層，小的顆�？赡鼙贿@層界面保護而難收到聲波流產(chǎn)生的推力。邊界層的厚度與振動頻率密切相關(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。