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众所周知，超声波清洗是一种常见的高效快捷的物理清洗方法，其清洗效果显著而且操作简单，降低了由于复杂的化学清洗过程中二次污染的可能性，而且对于复杂器件也可以达到清洗目的，故此被广泛用于各种工业、医疗、民用等领域。超声波清洗的核心原理是利用超声波在液体中的空化效应对物体表面的污渍进行去除剥离。那什么是超声空化效应呢？超声波的高频机械振动在液体中会产生微小的气泡，这些微小气泡会迅速膨胀，然后突然闭合，在闭合时会产生强大的冲击波，这种膨胀、闭合、震荡的动力学过程就被称为超声波的“空化效应”。“空化效应”不仅为清洗过程中的化学、物理反应提供了足够的能量，且产生的瞬间高压不断地冲击清洗工件的表面，也使得被清洗物表面以及缝隙中的异物脏污迅速剥离。但超声波空化作用过强也会对物体表面造成一定损伤，如在对半导体器件、光学精密件等精密元器件的清洗中，由于器件表面有一些微结构，传统的超声波清洗就会对其表面造成一定程度的损坏。同时超声频率越高空化泡也越小，去除剥离杂质颗粒的粒径也越小，也就是清洗精度越高。传统的超声波换清洗换能器的频率都在20kHz-100kHz之间，此频率范围内的空化效应较大，会对精密元器件造成损坏，并且也很难清除1微米以下的杂质颗粒。
频率高于400kHz的超声波在液体中传播时，能使被清洗件表面附近形成速度梯度很大且极薄的声学边界层，其杂质粒子受到液体兆赫频的震荡作用从器件表面脱落，能够清洗掉元器件表面微米、亚微米级的杂质颗粒，实现超精密清洗过程。此外，高频超声波清洗过程由于极低的空化效应，对被清洗件表面不会产生损伤，能够有效解决精密元器件清洗后造成的腐蚀或损伤破坏等现象。所以能发射兆赫兹级别的超声波装置被广泛应用于半导体制造领域，并且其除了有清洗作用外，还可以在化学机械抛光、显影、除胶、金属剥离、刻蚀等关键工艺中起到重要作用。兆赫兹级别频率下的超声波又常常被业内称为“兆声波”，所以在此频率段内的超声清洗也被称为兆声清洗
图1：喷淋式兆声清洗示意图
现有的兆声清洗技术主要分为槽式兆声波振板、喷淋式兆声喷头、贴合式兆声清洗头三种。槽式兆声清洗与传统超声波清洗相似，一般将兆声发射装置置于水槽底部，清洗时晶圆放置在水槽中。该种方式的优点是使用方便，可对产品进行批量清洗，故此又被称为“批量式”兆声清洗。目前对晶圆的批量清洗、化学机械抛光、刻蚀、显影等湿法处理多采用槽式兆声装置。喷淋式兆声清洗是将兆声发射器做成喷嘴的形式，兆声随着水流下落到被清洗的物体上（如晶圆），相对于放置在处理槽底部的槽式兆声装置有更高的声传输效率，并可避免二次污染，特别适合于单个器件高精度的处理。但喷淋式的缺陷是兆声发生器距离清洗物体（晶圆）较远，声能传输效率依然会受到一定损失，并且需要大流量的清洗液才可以工作，从而造成清洗液浪费较多。贴合式兆声是在喷淋式和槽式的基础上进行整合改进而得到的更优化方式。其通常将兆声发射装置非常靠近与清洗物体（晶圆）表面，只留不超过3mm的间隙，清洗液从间隙流过从而完成清洗。由于兆声发射面与晶圆很近，所以其声波能量的传输效率很高，兆声发射面的功率密度只需要2W/cm2即可达到非常好的处理效果，而喷淋式通常需要3-4 W/cm2，槽式兆声装置则需要5 W/cm2 甚至更高的功率密度。另外贴合式仅需要很少的清洗液即可完成清洗，相比另外两种方式可大大节省清洗液的使用。为了使晶圆旋转时整个晶圆面获得的声场是均匀的，兆声发射装置可通过制成扇形结构的兆声装置实现，这样保证在晶圆旋转时边缘向圆心收到的兆声能量线性减弱，从而获得正面均匀的声能。典型的贴合式兆声装置如图所示，兆声发射装置固定不动，被清洗物体（晶圆）旋转，由单独的供液装置不断向被清洗物体（晶圆）表面输送清洗液。
东方金荣超声电器有限公司Siansonic凭借其在应用超声波特别是高频水声换能器方面近40年的技术积累以及多年专项产品研发，现已推出槽式、喷淋式、贴合式等各种规格及方式的兆声清洗产品家族，向国内外半导体制造领域企业提供全方位的兆声波解决方案。
