单圆片清洗设备是基于传统的RCA清洗方法设计的，其工艺目的是清洗颗粒、有机物、自然氧化层、金属杂质等污染物。从工艺应用上来说，单圆片清洗设备目前已广泛应用干集成电路制造前道(FEOL) 和后道(BEOL) 工艺过程，包括成膜前、后的清洗( Pre-Depositin Clean, Post Deposition Clean).等高子体刻蚀后清洗(Past FEtch Clean)、离子注人后清洗( Post -Implant Clean)、化学机械抛光后清洗( Post-CMP Clean)和金属沉积后清洗等。除高温磷酸工艺之外，单圆片清洗设备已经基本上可以兼容所有的清洗工艺。

随着清洗工艺要求的不断提升，单纯的旋转喷淋法已无法满足工艺的需求。在这种情况下，各种辅助的清洗手段应运而生，其中最常见的包括如下2种。

1.纳米喷射(Nano Spray)清洗

从清洗原理来说，纳米喷射是在二流体雾化喷嘴的两端分别通人液体介质和高纯氮气，使用高压气体为动力，辅助液体微雾化成极微细的液体粒子，并将其喷射至圆片表面，从而达到去除颗粒的效果。日本的DNS公司是集成电路工艺中最早开发和使用纳米喷射技术的设备厂商。目前使用较多的液体媒介是SCI和DIW。图8-173所示为纳米喷射清洗示意图。

纳米喷射清洗技术中的重要影响因素为喷雾粒径(即喷雾液滴的平均粒子直径)、喷射至圆片表面的液滴数量、液滴喷射速度、喷雾角度和喷射高度。液滴数量和喷雾粒径决定着喷雾液滴与圆片接触的概率和可清洗的图形尺寸。液滴速度决定着对圆片表面污染物的冲击力和去除效果。喷雾角度(喷雾进行时最接近两侧的喷雾夹角角度)与喷雾高度 (喷嘴口至圆片的距离)决定着喷雾覆盖面积的大小。因此，在纳米喷射清洗中，最重要的工艺参数为氮气流量和清洗液流量。由于这种清洗技术主要基于物理的冲击力，早期的设计无法应用于图形片(Patterm Wafer)的清洗。2010 年后，DNS 公司更新升级后的Nanoepray2和Namospray3技术减轻了清洗时对元件的损伤程度，已拓展了其应用范围。

2.兆声波(Megasonie)清洗

美国无线电公司(RCA)于1979年提出兆声波辅助圆片清洗工艺。兆声波社介DIW成SCI可以非常有效地去除颗粒，同时能品著降低化学药液的使用量。仲树是对于小尺寸颗粒的去除，效果更加明显。为了获得好的清洗效果，同时进免对圆片(特别是有图形的圆片)产生损伤，需要选择特定的兆声波掘临频水范围。

通常使用的兆声波频率为80kHz 3MHz。 兆声波由兆声波发生器产生，传通到清洗液体中，然后对圆片进行清洗。兆声波是一种机械波， 在传输

的液体介质中产生周期性的压缩或拉伸。当低压相中兆南波的强度超过液体的固有拉伸强度时，液体将会被拉开而形成一一个空穴，液体中溶解的气体会向空穴中扩散，在一个循环周期中空穴的体积会逐渐变大，这个现象被称为空穴(irinto)现象。空穴现象可产生显著的清洗效果。由于在兆声波中边界层厚度非常小，空穴的运动可以在距离圆片表面非常近的位置产生局部流体流动，这个现象被称为微流(Mero Sermin.这种流动和空穴破碎所产生的冲击波可将颗粒从圆片表面去除。

盛美半导体设备(上海)有限公司成功开发了用于单片清洗的空间交变相位移兆声波(SAPS MegPio)技术。通过控制兆声波发生器与圆片之间的距离，SAPS兆声波技术可以很好地控制兆声波能量均匀分布在圆片表面，避免兆声波对圆片表面图形的损伤。图8- 174所示为SAPS兆声波技术示意图。SAPS 兆声波技术主要采用扇形兆声波发生器(MegPie) 对低速旋转的表面附有液体膜的四片进行清洗。圆片旋转速度、液体膜的厚度和MegPie的位置及能量是关键的工艺参数。

SAPS兆声波技术除了在小颗粒的去除上有良好的效果，在高深宽比的图形清洗上也具有优势。当圆片表面的图形具有高深宽比时，特别是在TSV结构的清洗中，清洗化学成分在沟槽内部的物质交换仅由扩散来决定。图形深度越大，扩散路径就变得越长，清洗效率越低。在传统的清洗工艺中，圆片表面的清洗液边界层厚度比较大，圆片表面的液体运动无法影响图形内部，不能形成对流。而在兆声波的作用下，圆片表面的边界层厚度变得非常薄，液体能够以对流方式进人图形内部，形成搅拌的作用，从而加快清洗化学成分的交换，提高清洗效率。