專利名稱：用兆頻聲波能量處理基片的方法和設(shè)備的制作方法
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背景技術(shù)：
兆頻聲波能量對基片濕式處理的應(yīng)用已經(jīng)被廣泛接收，特別是在半導(dǎo)體構(gòu)造中。隨著裝置/特征尺寸縮小，并且隨著基片結(jié)構(gòu)變得更易受損壞，兆頻聲波系統(tǒng)的頻率已經(jīng)增大，并且趨向于兆赫茲范圍。
具有接近和超過一兆赫茲的頻率的聲波能量的應(yīng)用常常稱作兆頻聲波處理。這些較高頻率試圖用來移去較小污染物顆粒和減小與氣泡形成/破滅有關(guān)的局部能量釋放(氣穴和可能的微小氣穴)，一些人已經(jīng)理論化的該氣泡形成/破滅能導(dǎo)致對于低頻超聲波清洗機(jī)已經(jīng)觀察到的基片損壞。
在歷史上，批量-處理系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計(jì)成平行于基片表面引入兆頻聲波。在尋求更快的處理時(shí)，特別是對于推進(jìn)單晶片處理，兆頻聲波設(shè)計(jì)已經(jīng)趨向于借助于垂直于基片表面引入能量的高能量系統(tǒng)。這已經(jīng)導(dǎo)致關(guān)于對敏感結(jié)構(gòu)的兆頻聲波損壞的擔(dān)心。
因此希望找到應(yīng)用兆頻聲波能量的更溫和方式，該方式將快速除去更小的污染物。

發(fā)明內(nèi)容
可以單獨(dú)或組合地采用各種技術(shù)，以增強(qiáng)在處理基片與施加的兆頻聲波能量之間的接觸。按照新發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使振動板與基片的一個(gè)表面緊密接觸，同時(shí)清洗或處理流體接觸另一個(gè)表面。按照本發(fā)明的可選擇實(shí)施例，可以提供反射表面，以使發(fā)出的能量反射回近場中并使它更均勻。按照本發(fā)明的另一個(gè)可選擇實(shí)施例，對于與基片表面正交或在入射角的臨界范圍內(nèi)的兆頻聲波能量的入射，能量可以穿過在兩側(cè)由液體約束的基片傳輸。按照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，產(chǎn)生的膨脹波在接觸基片之前可以轉(zhuǎn)換成表面波。按照本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，產(chǎn)生的膨脹波在接觸基片之后、或在基片本身內(nèi)可以轉(zhuǎn)換成表面波。
一種按照本發(fā)明實(shí)施例的、構(gòu)造成用兆頻聲波能量處理基片的設(shè)備，包括處理區(qū)，構(gòu)造成接收處理流體；兆頻聲波能量源；及振動部件，與兆頻聲波能量源和與接近處理區(qū)的元件的至少一部分物理接觸。元件和振動部件的組合厚度是由源施加的兆頻聲波能量的奇數(shù)個(gè)四分之一波長的約+/-30％，以便穿過元件傳輸兆頻聲波能量。
按照本發(fā)明處理基片的一種方法的實(shí)施例包括把至少一個(gè)基片放入到處理容器中；進(jìn)行在基片的至少一部分與振動部件的至少一部分之間的接觸；及把至少一種處理流體引入到處理容器中。基片的至少一部分與處理流體的至少一種相接觸，并且施加兆頻聲波能量，其中在引入處理流體步驟之前、期間及之后的至少其中之一，出現(xiàn)施加兆頻聲波能量的步驟。
按照本發(fā)明用兆頻聲波能量處理基片的一種設(shè)備的實(shí)施例包括處理區(qū)，構(gòu)造成接收處理流體；兆頻聲波能量源；及振動部件，與兆頻聲波能量源接觸，并且相對于在處理區(qū)內(nèi)定位的元件在約18-58°之間的臨界角范圍內(nèi)定向，以便穿過元件傳輸兆頻聲波能量。
按照本發(fā)明用來處理基片的一種方法的實(shí)施例包括把至少一個(gè)基片放入到處理容器中；把至少一種處理流體引入到處理容器中，以接觸基片的至少一部分；及相對于基片的表面以在約18-58°之間施加兆頻聲波能量，從而兆頻聲波能量的大部分穿過基片傳輸。在施加兆頻聲波能量的步驟之前、期間及之后，可以出現(xiàn)引入處理流體步驟。
按照本發(fā)明構(gòu)造成用兆頻聲波能量處理基片的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例包括處理區(qū)，構(gòu)造成接收處理流體；流動部件，構(gòu)造成控制在槽內(nèi)的處理流體的路徑；及兆頻聲波能量源，構(gòu)造成向槽施加兆頻聲波能量，從而兆頻聲波能量的方向與路徑一致。
按照本發(fā)明用來用兆頻聲波能量處理基片的一種方法的可選擇實(shí)施例包括使處理流體在包含基片的槽中流動；和對于槽施加兆頻聲波能量，從而兆頻聲波能量的方向與處理流體的路徑一致。
按照本發(fā)明構(gòu)造成用兆頻聲波能量處理基片的一種設(shè)備的另一個(gè)可選擇實(shí)施例包括處理區(qū)，構(gòu)造成接收處理流體；兆頻聲波能量源；及楔狀振動部件，具有與兆頻聲波能量源接觸并且構(gòu)造成從其接收能量的第一正面。楔狀振動部件具有相對于第一正面成角度定向的第二正面，并且構(gòu)造成把從兆頻聲波能量源接收的能量發(fā)射到定位在處理區(qū)內(nèi)的基片上。
按照本發(fā)明用來處理基片的一種方法的可選擇實(shí)施例包括步驟把基片放置到處理區(qū)中；把至少一種處理流體引入到基片；及使包括板的振動部件的至少一部分接觸楔形振動部件的第一正面的至少一部分。兆頻聲波能量從楔形振動部件的第二正面施加到基片上，其中在引入處理流體步驟之前、期間及之后的至少其中之一，出現(xiàn)施加兆頻聲波能量的步驟。
按照本發(fā)明構(gòu)造成用兆頻聲波能量處理基片的一種設(shè)備的另一個(gè)可選擇實(shí)施例包括處理區(qū)，構(gòu)造成接收處理流體；振動部件，與兆頻聲波能量源物理接觸，并且構(gòu)造成在第一方向上從振動部件入射的兆頻聲波能量的近場內(nèi)的處理區(qū)中支撐基片；及元件，構(gòu)造成把兆頻聲波能量從與第一方向不同的第二方向引導(dǎo)到近場。
按照本發(fā)明構(gòu)造成用兆頻聲波能量處理基片的一種設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例包括處理區(qū)，構(gòu)造成接收處理流體；和兆頻聲波能量源，構(gòu)造成把具有用戶控制的和可變的頻率、功率、及脈沖寬度的至少一個(gè)的兆頻聲波能量輸出到在處理區(qū)內(nèi)存在的基片上。
按照本發(fā)明用來處理基片的一種方法的實(shí)施例包括改變從第一能量源施加到與處理流體相接觸的基片上的超聲波能量的頻率、功率、及脈沖寬度的至少一個(gè)，從而通過移動高能節(jié)點(diǎn)和低能零點(diǎn)的至少一個(gè)改進(jìn)在近場區(qū)中的能量的均勻性；使在高和低能量點(diǎn)的幅值之間的差最小，及延遲高和低能量點(diǎn)的形成。
按照本發(fā)明用來用兆頻聲波能量處理基片的一種方法的實(shí)施例包括把基片布置成與處理流體相接觸；把兆頻聲波能量施加到基片上，以建立靠近基片表面的建設(shè)性和破壞性干涉的點(diǎn)；及改變建設(shè)性和破壞性干涉的點(diǎn)的位置，以便增強(qiáng)基片暴露于聲波能量的均勻性。
按照本發(fā)明用來處理基片的一種方法的實(shí)施例包括步驟把基片支撐在支架中；與處理部件的一部分相鄰地定位基片；及在基片處理步驟之前、期間、或之后的至少其中之一，引起在基片與處理部件之間的相對移動。把基片帶入與處理部件表面接觸和緊密隔開的至少一個(gè)中。固體、流體、及混合物的一種在基片與處理部件之間，并且能量傳輸?shù)皆诨c處理部件之間的界面，以修改基片表面的處理。
按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的實(shí)施例包括容器，構(gòu)造成包含電化學(xué)流體；電壓源；及支撐部，構(gòu)造成定位與電化學(xué)流體相接觸的基片，支撐部和基片之一與電壓源的第一終端電氣連通。電極與電化學(xué)浴槽和與電壓源的第二終端電氣連通，并且聲波能量源穿過電極、穿過基片、及沿基片的正面之一與基片電氣連通。
按照本發(fā)明用來處理基片的一種方法的實(shí)施例包括步驟提供與電化學(xué)浴槽電氣連通的電極；把基片布置在電化學(xué)浴槽內(nèi)；穿過電化學(xué)浴槽在基片與電極之間施加電位差；及穿過電極和基片之一把聲波能量施加到基片的表面上。
用來用聲波能量處理基片的一種液體的實(shí)施例包括溶解在液體成分中的氣體，該氣體在液體成分中呈現(xiàn)的溶解度至少與在同等溫度和壓力條件下該氣體在去離子水中的溶解度一樣大。
用來用聲波能量處理基片的一種液體的可選擇實(shí)施例包括溶解在液體成分中的氣體，該氣體在液體成分中呈現(xiàn)的溶解度至少與在同等溫度和壓力條件下空氣在去離子水中的溶解度一樣大。
按照本發(fā)明用來用聲波能量處理基片的一種方法的實(shí)施例包括使氣體溶解在液體成分中，該成分呈現(xiàn)氣體的溶解度，該溶解度至少與在同等溫度和壓力條件下該氣體在去離子水中的溶解度一樣大。基片暴露于液體成分，并且聲波能量施加到在液體成分中的基片上。
按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的實(shí)施例包括容器，構(gòu)造成支撐基片；源，構(gòu)造成把包括能量或物質(zhì)的射流對準(zhǔn)基片的表面；及振動能量源，與基片連通。
按照本發(fā)明用來處理基片的一種方法的實(shí)施例包括把基片布置在處理容器內(nèi)；把包括能量或物質(zhì)的射流對準(zhǔn)基片的表面；及在射流的施加之前、期間或之后的至少其中之一，把聲波能量施加到基片上。
按照本發(fā)明用來利用超聲能量處理基片的一種設(shè)備的實(shí)施例包括槽，具有壁，構(gòu)造成包含液體浴槽；能量源，與液體浴槽聲波連通；及基片支架，構(gòu)造成支撐在液體浴槽內(nèi)的基片，基片支架的部件和槽的特征的至少一個(gè)位于能量源與基片的一部分之間。反射表面與液體浴槽相接觸，并且構(gòu)造成接收從源以大于26°的角度入射的超聲能量，并把超聲能量反射到基片部分。
按照本發(fā)明用來利用超聲能量處理基片的一種方法的實(shí)施例包括在具有壁的槽內(nèi)提供液體浴槽；把在液體浴槽內(nèi)的基片支撐在支架上；及把超聲能量引導(dǎo)到基片，從而槽的一部分和基片支架的一部分的至少一個(gè)位于能量源與基片的一部分之間。以大于26°的角度入射到表面上的超聲能量被反射以接觸基片部分。
按照本發(fā)明用來干燥基片的一種方法的實(shí)施例包括把基片定位在處理腔室內(nèi)；由引入到腔室中的氣體和蒸汽和處理液體的至少一種加壓處理腔室；及濕潤基片的表面的至少一部分，包括浸沒、把液體噴射和凝結(jié)到基片上的一種。表面張力降低成分集中在氣體-液體界面處，相對于基片和氣體-液體界面的一個(gè)移動基片和處理液體液位的一個(gè)，從而在包括在基片表面上的彎液面的液體與處理液體的剩余部分之間產(chǎn)生表面張力梯度，其中表面張力梯度把液體從基片表面吸到大量處理液體中。輻射施加到基片的一部分的至少一個(gè)和在基片表面上處理液體的至少一個(gè)上。加壓步驟可以出現(xiàn)在輻射施加步驟之前、之后或期間，并且施加輻射步驟可以出現(xiàn)在移動步驟之前、之后或期間。
通過參照說明書的其余部分和附圖可以實(shí)現(xiàn)在這里公開的本發(fā)明的性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)的進(jìn)一步理解。


圖1A表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的實(shí)施例的橫截面圖，其中兆頻聲波能量直接從振動部分經(jīng)基片傳輸?shù)皆诹硪槐砻嫔系那逑椿蛱幚硪后w中。
圖1B表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中借助于真空通過在振動部件中的系列小孔可以貼著與晶體接觸的振動部件緊密地保持基片。
圖1BA表示圖1B的實(shí)施例的放大視圖。
圖2A表示按照本發(fā)明把空氣-液體界面用作反射表面的一種設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖2B表示按照本發(fā)明把面對基片的隨機(jī)凹痕表面用作反射表面的一種設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖2C表示按照本發(fā)明把振動板用作反射表面的一種設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖2D表示按照本發(fā)明把轉(zhuǎn)動板用作反射表面的一種設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖3A-B表示按照本發(fā)明利用與兆頻聲波能量的反射相聯(lián)合的流體引入的設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖3C-D表示按照本發(fā)明利用與兆頻聲波能量的反射相聯(lián)合的流體引入和除去的設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖4A表示按照本發(fā)明用來進(jìn)行刷子刷洗的一種設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖4B表示按照本發(fā)明用來進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的一種設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖4C表示按照本發(fā)明用來進(jìn)行與兆頻聲波噴嘴相結(jié)合的雙重刷子刷洗的一種設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖4D表示按照本發(fā)明類似于圖4C的、但具有在處理期間經(jīng)抽吸除去流體的能力的一種設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖4E表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖，表示基于平板振動部件設(shè)計(jì)的寬區(qū)域兆頻聲波噴嘴。
圖4F表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖，表示基于具有多重壓電晶體或振動元件的楔狀元件設(shè)計(jì)的寬區(qū)域兆頻聲波噴嘴。
圖4G表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖，表示基于具有彎曲流體接觸正面的小楔狀元件的窄區(qū)域兆頻聲波噴嘴。
圖5A表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的垂直實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中處理流體經(jīng)噴射噴嘴引入。
圖5B表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的水平實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中處理流體經(jīng)噴射噴嘴引入。
圖6A表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中垂直于在兩側(cè)由液體約束的基片入射施加的兆頻聲波能量。
圖6B表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中對于入射兆頻聲波以適當(dāng)角度定位基片，以使穿過基片的能量傳輸最大。
圖6C表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中一個(gè)基片具有與振動部件接觸的表面，而另一個(gè)基片沒有。
圖6D表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中第一基片相對于振動部件的角度，相對于第二基片對于同一振動部件的角度被改變或“搖擺”。
圖7A表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中能量從壓電晶體經(jīng)實(shí)心楔傳輸?shù)奖∑桨逯小?br> 圖7B表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中基片能被轉(zhuǎn)動。
圖7C表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中楔挖空有通道并且用冷卻流體沖洗。
圖7D表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中能量從在多于一個(gè)正面上存在的多個(gè)壓電晶體經(jīng)實(shí)心楔傳輸?shù)奖∑桨逯小?br> 圖7E表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中能量從壓電晶體經(jīng)多個(gè)實(shí)心楔裝置傳輸?shù)奖∑桨逯小?br> 圖7F表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中能量從壓電晶體經(jīng)放置在薄平板的相對端部處多個(gè)實(shí)心楔裝置傳輸。
圖7G表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中能量從壓電晶體經(jīng)實(shí)心楔裝置傳輸?shù)酱┻^填充有液體的間隙的平基片中。
圖7HA-C表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化立體、端部、及側(cè)視圖，其中能量從壓電晶體經(jīng)實(shí)心楔裝置傳輸?shù)骄哂性诮切螜M截面的傳輸部件中，傳輸?shù)酱┻^填充有液體的間隙的基片中。
圖7I表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中能量從壓電晶體經(jīng)三角形實(shí)心楔裝置的多個(gè)邊緣、穿過流體填充間隙及進(jìn)入到基片中傳輸。
圖7JA-D表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中能量從具有各種形狀的細(xì)長部件、穿過流體填充間隙傳輸及進(jìn)入到基片中傳輸。
圖7KA表示按照本發(fā)明的楔結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的簡化立體圖，特征在于填充有液體的空心楔，液體經(jīng)多個(gè)孔或噴嘴出去。
圖7KB表示圖7KA的兆頻聲波噴嘴結(jié)構(gòu)的橫截面圖，其中能量從壓電晶體經(jīng)楔傳輸?shù)交?br> 圖8A表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中楔或裝置用來借助于與楔的一個(gè)正面直接接觸的基片把兆頻聲波壓力波轉(zhuǎn)換成用于處理的表面波，并且液體噴射。
圖8B表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中特殊冷卻部件與楔相鄰。
圖8C表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中楔設(shè)計(jì)成包括用于冷卻的空心或流體填充通道。
圖8D表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中壓電晶體布置在楔結(jié)構(gòu)的兩個(gè)正面上，并且基片接觸第三正面。
圖8E表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中壓電晶體布置在楔結(jié)構(gòu)的兩個(gè)正面上，并且第三正面接觸處理容器的壁。
圖8F表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中壓電晶體布置在楔結(jié)構(gòu)的兩個(gè)正面上，使處理容器與楔的頂側(cè)相接觸。
圖8G表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中壓電晶體布置在多邊形結(jié)構(gòu)的多個(gè)正面上，該多邊形結(jié)構(gòu)具有與頂側(cè)形成直角的側(cè)面并且處理容器與這個(gè)頂側(cè)的一部分相接觸。
圖8H表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中壓電晶體布置在多邊形結(jié)構(gòu)的多個(gè)正面上，該多邊形結(jié)構(gòu)的側(cè)面與頂側(cè)形成直角，頂側(cè)的一部分與處理容器相接觸。
圖8I表示楔結(jié)構(gòu)的簡化立體圖，通過底側(cè)通過薄液體層或彎液面使壓電晶體在兩個(gè)正面上，這兩個(gè)正面與頂和底側(cè)成直角并且與基片相接觸。
圖8J表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化立體圖，類似于在圖8I中表示的，不同之處在于，楔的側(cè)面與楔的頂和底側(cè)形成角度。
圖8KA-C表示按照本發(fā)明的楔結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的簡化立體圖。
圖8LA-B分別表示按照本發(fā)明的楔結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施例的簡化立體和邊緣圖。
圖9A-B表示按照本發(fā)明的設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，該設(shè)備利用換能器的直接冷卻。
圖10表示按照本發(fā)明的利用聲波能量進(jìn)行障礙后面的處理的一種超聲波處理設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖11描繪按照本發(fā)明的一種超聲波處理設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中彎曲的槽壁提供用于入射超聲波能量的反射表面。
圖12表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中入射聲波能量的反射出現(xiàn)在由氣體包圍的槽的彎曲壁處。
圖13表示包括容易能夠反射聲波能量的空心、氣體填充管或板的部件的簡化橫截面圖。
圖14表示包括呈現(xiàn)半圓形橫截面的簡化橫截面圖，其中聲波能量在用于能量傳輸?shù)膬?yōu)選角度范圍內(nèi)入射。
圖15表示呈現(xiàn)橢圓橫截面的部件的簡化橫截面圖，其中聲波能量在用于能量傳輸?shù)膬?yōu)選角度范圍外入射，并且反射離開該部件。
圖16表示常規(guī)盒設(shè)計(jì)的簡化立體圖。
圖17表示另一種常規(guī)盒設(shè)計(jì)的簡化立體圖。
圖18A表示按照本發(fā)明的一種盒的一個(gè)實(shí)施例的簡化端視圖。
圖18B表示在圖18A中表示的盒的簡化等軸測圖。
圖18C表示矩形板元件支撐部件的簡化放大側(cè)視圖，該支撐部件具有周期凹槽以包含多個(gè)基片的邊緣。
圖19表示按照本發(fā)明的一種盒的可選擇實(shí)施例的簡化端視圖。
圖20A表示三支撐布置的簡化橫截面圖。
圖20B表示圖20A的盒的V形支撐部的簡化放大橫截面圖。
圖21表示非矩形支撐部件的簡化放大橫截面圖。
圖22表示一種典型矩形支撐部件的簡化放大橫截面圖，該支撐部件包括第一內(nèi)部材料和第二外部材料的復(fù)合。
圖23A和23B分別表示倒V形支撐部件的簡化立體和橫截面圖，該支撐部件包括板元件，該板元件具有用來支撐晶片的邊緣的凹槽，并且允許流體流動。
圖24表示用于平底槽的寬矩形支撐部件的簡化橫截面圖，該平底槽具有底部安裝的換能器。
圖25表明按照本發(fā)明的可選擇實(shí)施例，其中盒包括多個(gè)垂直定向的支撐板元件。
圖26表示采用這樣一種流體動力支撐部件的以繞該部件移動聲波移動的本發(fā)明的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖27表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中處理流體的流動繞開待處理的基片，并且聲波能量跟隨流體路徑。
圖28表示待處理的、浸沒在傳統(tǒng)處理槽中的周圍液體中的部件的簡化橫截面圖。
圖29A-B分別表示橫截面圖和示意圖，表明在近場的生成能量場中的不均勻性。
圖30表示包括換能器的兆頻聲波能量源的簡化橫截面圖，該換能器包括多個(gè)單獨(dú)的壓電晶體。
圖31表示兆頻聲波發(fā)生器的簡化橫截面圖，該兆頻聲波發(fā)生器的特征在于，修改的換能器與順序啟動發(fā)生器相連通，該順序啟動發(fā)生器順序啟動各個(gè)壓電晶體。
圖32表示傳統(tǒng)兆頻聲波清洗系統(tǒng)的簡化橫截面圖，該兆頻聲波清洗系統(tǒng)構(gòu)造成把能量施加到在槽中的部件上，使發(fā)射的能量平行于基片的表面。
圖33表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖，該設(shè)備的特征在于，第二換能器元件相對于布置在槽的底部上的第一換能器元件以90°或接近90°包括在垂直壁上。
圖34表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖，該設(shè)備的特征在于，第一換能器元件一個(gè)傾斜底壁上，而第二換能器元件布置在另一個(gè)壁上。
圖35表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖36表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖，該設(shè)備的特征在于，輔助元件添加到在V形上方的突出物上，以允許能量穿過槽的壁的傾斜側(cè)的正面發(fā)射。
圖37表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖，該設(shè)備的特征在于，振動部件與基片分離一段距離。
圖38表示按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖，包括彼此平行對準(zhǔn)并且借助于插入在它們之間的基片隔開的兩個(gè)振動部件。
圖39表示用來采用振動能量以增強(qiáng)基片的處理的一種設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖40表示按照本發(fā)明的用來采用振動能量以增強(qiáng)基片的處理的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖41表示按照本發(fā)明的采用振動能量以增強(qiáng)基片的處理的一種設(shè)備的另一個(gè)可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖42表示按照本發(fā)明的用于振動能量的施加以增強(qiáng)基片的處理的一種設(shè)備的又一個(gè)可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖43表示按照本發(fā)明的、包括用來產(chǎn)生振動的機(jī)械結(jié)構(gòu)的一種處理設(shè)備的再一個(gè)可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖44表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的另一個(gè)可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖45表示按照本發(fā)明的、包括構(gòu)造成在正確的角度范圍內(nèi)操作以產(chǎn)生振動聲波噴嘴的一種處理設(shè)備的另一個(gè)可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖46表示按照本發(fā)明用于電化學(xué)處理的一種處理設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖47表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的另一個(gè)可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖48表示按照本發(fā)明用來進(jìn)行電化學(xué)處理的一種設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖49表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中電極相對于從振動部件入射的聲波能量的方向以位于臨界角范圍之間的角度布置。
圖50表示按照本發(fā)明的一種電化學(xué)處理設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖51表示按照本發(fā)明的一種電化學(xué)處理設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中轉(zhuǎn)動基片支架，該支架在化學(xué)浴槽內(nèi)支撐基片。
圖52表示按照本發(fā)明的利用開口電極結(jié)構(gòu)的一種電化學(xué)處理設(shè)備的實(shí)施例的簡化立體圖。
圖53表示一種處理設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，該處理設(shè)備類似于在圖48中表示的設(shè)備，但其特征在于基片在浴槽內(nèi)支撐在電極上方，電極對于流體流動敞開。
圖54表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的另一個(gè)可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，該設(shè)備相對于在圖53中表示的設(shè)備被顛倒，而其特征還在于機(jī)械振動器而不是壓電晶體。
圖55表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的又一個(gè)可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖56表示按照本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中成形電極呈現(xiàn)淚滴或翼狀輪廓，以便促進(jìn)浴槽流體以層流而不是紊流流動的平穩(wěn)或穩(wěn)定流線特性循環(huán)。
圖57表示按照本發(fā)明的利用產(chǎn)生壓降的一種設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖58表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的又一個(gè)可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖59描繪實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中基片和電極由薄流體層分離，而不完全浸沒在液體浴槽內(nèi)。
圖60表示按照本發(fā)明的利用微波能量的一種設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖61A-B分別表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的垂直和水平定向?qū)嵤├暮喕瘷M截面圖，其中超聲波能量直接從振動部件經(jīng)基片傳輸?shù)皆诹硪粋€(gè)表面上的殘余液體中。
圖62表示按照本發(fā)明的使用比較不可壓縮流體的一種設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中間隙變得很大并且仍然具有顯著的能量傳輸發(fā)生。
圖63表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的又一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中能量穿過在兩側(cè)由液體約束的基片傳輸，從而基片的厚度應(yīng)該匹配偶數(shù)倍四分之一波長。
圖64表示用來用二氧化碳雪狀物(干冰)和/或低溫氬氣溶膠的射流進(jìn)行基片的清洗的一種設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖65表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖，該設(shè)備用來進(jìn)行激光沖擊清洗。
圖66表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中基片通過真空抽吸夾持在基片支架上。
圖67表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中基片定位在利用機(jī)械振動的基片支架中。
圖68表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的又一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中液體層形成在基片的表面上，該基片固定在組合基片支架/振動部件上。
圖69表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖，該設(shè)備的特征在于，用于氣體/液體/固體射流的超聲波噴嘴用來在射流撞擊基片的表面之前在氣體/液體/固體射流中形成壓力脈沖。
圖70表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖，該設(shè)備的特征在于，與振動部件一起使用兆頻聲波噴嘴。
圖71表示按照本發(fā)明的包括微波能量的一種處理設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖72表示按照本發(fā)明的包括基片支架冷卻器或加熱器的一種處理設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖73表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中在處理期間基片包含在加壓到大氣壓力以上的外罩內(nèi)。
圖74表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖，該設(shè)備的特征在于，壓電晶體附加到處理腔室的至少一個(gè)壁的外部上，使該壁的厚度選擇成近似等于施加的聲波能量的奇數(shù)倍四分之一波長，以使能量耦合最大。
圖75表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖，該設(shè)備的特征在于，晶體約束到振動板上，該振動板剛性地附加到腔室壁上。
圖76表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的一種設(shè)計(jì)的簡化橫截面圖，其中來自移動反射器的反射撞擊在靜止基片上。
圖77表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的一種設(shè)計(jì)的簡化橫截面圖，其中聲波能量彈離基片和彈離容器的壁。
圖78表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的簡化橫截面圖，其中基片在移動中，并且同時(shí)從在容器外的壓電晶體接收聲波能量。
圖79表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，該設(shè)備的特征在于有射流，該設(shè)備包括超臨界流體的獨(dú)特物理和化學(xué)性質(zhì)及具有流體射流的流體動力性質(zhì)的聲波能量的好處。
圖80表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中均勻低速度的部分可凝結(jié)氣體溢過基片的正面。
圖81表示按照本發(fā)明的、具有為穿過基片能量傳輸定向的振動部件的一種基片處理設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖82表示按照本發(fā)明的、具有為穿過基片能量傳輸定向的振動部件同時(shí)提供基片轉(zhuǎn)動的一種基片處理設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖83表示按照本發(fā)明的、具有在槽的高度隔開的換能器形式的多個(gè)振動部件的一種基片處理設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖。
圖84表示按照本發(fā)明的一種基片處理設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，該設(shè)備的特征在于，換能器對形式的多個(gè)振動部件與具有三角形橫截面的楔相物理接觸。
圖85表示按照本發(fā)明的一種基片處理設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，該設(shè)備的特征在于，多個(gè)換能器形式的多個(gè)振動部件與具有多邊形橫截面的楔相物理接觸。
圖86表示按照本發(fā)明的一種基片處理設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中多個(gè)振動部件構(gòu)造成進(jìn)行水平支撐的基片的處理。
圖87表示按照本發(fā)明的一種基片處理設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，該設(shè)備利用單個(gè)處理液體射流噴射和來自具有多個(gè)聲波噴嘴元件的平板寬區(qū)域聲波噴嘴設(shè)計(jì)的多個(gè)振動源。
圖88A表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的實(shí)施例的簡化橫截面圖，該設(shè)備的特征在于，在聲波能量源與基片之間有衍射格柵。
圖88B表示按照本發(fā)明的實(shí)施例的衍射格柵的一個(gè)例子的平面圖。
圖88C表示按照本發(fā)明的實(shí)施例的使用的衍射格柵的另一個(gè)例子的平面圖。
圖88D表示圖88C的一部分的放大圖。
圖88E表示按照本發(fā)明的利用衍射格柵的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖。
具體實(shí)施例方式一種包括兆頻聲波能量的加壓處理系統(tǒng)，公開在為了所有目的由此包括的美國非分案專利申請No.10/150,748中。一種用于在加壓系統(tǒng)中的快速、有效及高效率的基片加熱的技術(shù)，公開在也為了所有目的通過參考包括在這里的美國非分案專利申請No.10/456,995中。也為了所有目的通過參考包括在這里的是出版的美國專利申請no.2001/0013355A1。
按照本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)備一般涉及兆頻聲波能量的施加以增強(qiáng)借助于流體的基片的處理。基片布置在構(gòu)造成接收處理流體的處理區(qū)內(nèi)，并且暴露于兆頻聲波能量。
基片不必浸沒在處理流體中，該流體能在基片表面上以小滴或薄膜(彎液面)的形式存在。另外，處理區(qū)可以，但不必，由壁或槽部分地或完全地封閉，以便包含流體。此外，處理區(qū)能，但不必，封閉在處理容器內(nèi)，以允許在升高或降低的壓力下處理。
在傳統(tǒng)上，術(shù)語“兆頻聲波”用來描述具有約700-1800kHz頻率的超聲波聲能，而術(shù)語超聲波已經(jīng)用來描述當(dāng)應(yīng)用于半導(dǎo)體基片處理時(shí)約20-200kHz的較低頻率范圍。為了本申請的目的，術(shù)語“兆頻聲波”用來描述可以應(yīng)用于處理各種基片的具有約10-10,000kHz頻率的聲能。因此，術(shù)語“兆頻聲波”在本專利申請中與“超聲波”可互換地使用。
一般地說，為了實(shí)現(xiàn)基片的有效和高效率清洗和處理，重要的是，均勻地施加兆頻聲波能量。在歷史上，壓電晶體已經(jīng)附加到振動板上，或直接附加到槽壁上。振動板或有源槽壁已經(jīng)聲學(xué)地或聲波地與處理或清洗溶液耦合。這些振動部件一般位于處理槽的底部中或最近多在側(cè)壁上。當(dāng)以RF頻率激勵(lì)壓電晶體時(shí)，它們使振動板振動，這又使一系列壓力或膨脹波經(jīng)溶液傳播。待處理或清洗的基片懸在溶液中。對于半導(dǎo)體基片，壓力波在兩側(cè)、平行于晶片表面向上流動，使清洗或反應(yīng)發(fā)生。
為了從振動部件向基片高效地傳輸能量，在振動部件與基片之間的有效聲波耦合應(yīng)該發(fā)生。這一般通過把能量從振動板傳輸?shù)饺芤?、和然后從溶液傳輸?shù)交鴮?shí)現(xiàn)。對于更好的耦合，輸入到壓電晶體中的較多能量傳輸?shù)教幚砣萜鳎⑶易罱K傳輸?shù)交?。對于較差的能量耦合，較多能量當(dāng)它反射回發(fā)生器時(shí)被浪費(fèi)或轉(zhuǎn)化成熱量，使晶體的冷卻和更堅(jiān)固的發(fā)生器設(shè)計(jì)成為必要。作為較差耦合的結(jié)果，較少實(shí)際能量可能施加到給定基片上，這導(dǎo)致更長的清洗和處理時(shí)間。
按照本發(fā)明的實(shí)施例提供以減輕對于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)提到的擔(dān)心和限制的方式把兆頻聲波能量引到基片表面的設(shè)計(jì)。本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例提供在把非常均勻的能量場輸送到各種基片表面的方面的很大靈活性，以及提供可選擇的能量波圖案，特別是在基片的表面上。例如，大多數(shù)兆頻聲波設(shè)計(jì)基于經(jīng)對于基片表面的流體邊界產(chǎn)生和發(fā)射的膨脹波(也稱作縱向或壓力波)。這里公開的新發(fā)明的實(shí)施例的一些也基于產(chǎn)生和使用剪力和表面波。在基片中由這些不同波類型產(chǎn)生的波模式，能與以前對于其中從振動部件僅發(fā)出縱向波的傳統(tǒng)兆頻聲波系統(tǒng)看到的不同地，沖擊在基片表面上的顆粒。
在新發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使振動板與基片的一個(gè)表面緊密接觸，同時(shí)清洗或處理流體接觸另一個(gè)表面。這個(gè)實(shí)施例表示在圖1A中，其中兆頻聲波能量直接從振動部件104經(jīng)基片102傳輸?shù)皆诹硪槐砻嫔系那逑椿蛱幚硪后w110中。
保證在基片102與提供合理能量傳輸?shù)恼駝硬考g的適當(dāng)接觸的多種方法是可能的。例如，對于光滑基片表面和光滑振動部件表面，基片102可以借助于真空通過在振動部件中的一系列小孔和真空管114緊密地保持貼著與晶體106接觸的振動部件105，如在圖1B-1BA的實(shí)施例中表示的那樣。另外，如圖1BA中所示，凹坑116能加到振動部件中，以與待處理的基片的橫截面相匹配。
良好的物理接觸本身不會保證在基片與振動部件之間的良好能量耦合。當(dāng)基片與振動部件緊密接觸時(shí)為得到最佳能量耦合的一種有效方式，是使振動部件的和基片的厚度之和等于兆頻聲波能量波的奇數(shù)倍四分之一波長(nλ/4，其中n＝1，3，7…)。必須考慮聲在每種材料中的速度，以確定對于該材料的對應(yīng)厚度。與這個(gè)最佳厚度的偏差越大，耦合越差并且傳輸?shù)哪芰吭缴?，即使對于顯著的物理接觸也是這樣。在多個(gè)實(shí)施例中，具有在這個(gè)希望基片厚度的+/-30％內(nèi)的波長的兆頻聲波能量的傳輸可能足以把適當(dāng)?shù)哪芰總鬏數(shù)交?br> 在理論上，當(dāng)壓電晶體具有正確厚度并且在其固有諧振頻率下操作時(shí)，振動部件的厚度、或振動部件和接觸基片的組合，應(yīng)該等于入射輻射的波長的四分之一。然而，在實(shí)際中，壓電晶體能部分類似于振動產(chǎn)生元件和部分類似于振動部件起作用。
這種結(jié)果改變振動部件的優(yōu)選厚度稍微離開理論值，特別是當(dāng)晶體不在其固有諧振頻率下操作時(shí)。為了本發(fā)明的目的，在理論與實(shí)際厚度之間的輕微差別對于每個(gè)可能實(shí)施例沒有被量化。然而，這些厚度差別常常較小，并且一般落在以上列出的規(guī)定范圍內(nèi)。
為了本專利申請的目的，“振動部件”定義為對其附加諸如壓電晶體或機(jī)械致動器之類的振動元件的部件，如槽壁、平板或楔正面；或該部件和振動元件的組合。因而振動部件的厚度可能僅指承載振動元件的部件的厚度，或者可以指該部件加上振動元件的組合厚度。
基片通過全部或部分浸沒由處理流體濕潤，或者使流體直接噴射到基片上，或者使揮發(fā)性氣體或蒸汽隨著在處理容器內(nèi)的溫度變化而凝結(jié)。特別是對于浸沒手段，當(dāng)兆頻聲波能量從振動部件發(fā)出到液體中，或者從彼此緊密接觸的基片和振動部件的組合發(fā)出到液體中時(shí)，在從基片的表面進(jìn)入液體中的距離處，能量場不可能均勻。由于能量波的局部增強(qiáng)和抵消，在這個(gè)距離內(nèi)能建立駐波。這些駐波能導(dǎo)致不均勻性的斑點(diǎn)。這個(gè)不均勻場強(qiáng)度的區(qū)常常稱作近場，并且依據(jù)入射能量的頻率和強(qiáng)度，一般延伸到遠(yuǎn)離振動表面在十個(gè)波長的量級上的距離。對于水，在800KHz頻率下的十個(gè)波長轉(zhuǎn)換成近似1.85cm的距離。多種常規(guī)批量處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)成保持基片離開振動部件(或槽壁)大于這個(gè)量，以便避免近場的不均勻本質(zhì)。
在其中基片和振動部件緊密接觸的另一個(gè)實(shí)施例中，提供反射表面，以使發(fā)出的能量反射回近場中，并且使它更均勻。反射裝置的各種例子表示在圖2A、2B、2C及2D中。裝置的一些是靜態(tài)的，如圖2A的空氣-液體界面202、或面對圖2B的基片的隨機(jī)凹痕表面204。
如這里使用那樣，術(shù)語“靜態(tài)”不必指靜止。它的意思是指其中部件不經(jīng)受主動機(jī)械擾動或重復(fù)移動的情形。
在圖2A的空氣-液體界面202的情況下，在操作期間當(dāng)液體的表面移動時(shí)，能量在這個(gè)界面處被比較隨機(jī)地反射回。這個(gè)界面可能出現(xiàn)在處理容器內(nèi)的流體液位的頂部處，或者當(dāng)氣泡被產(chǎn)生或引入到在能量路徑內(nèi)的處理流體中時(shí)可能出現(xiàn)。
在其它情況下，反射裝置是動態(tài)的或移動的，如圖2C的振動反射板206或圖2D的轉(zhuǎn)動反射板208。動態(tài)裝置把能量反射回，以抵消在場內(nèi)的不均勻性的斑點(diǎn)。在重復(fù)的同時(shí)，這些移動反射裝置往往掃過穿過近場的穿過基片的表面的聲波能量的建設(shè)性和破壞性干涉的點(diǎn)。盡管不是真正的隨機(jī)反射，但在整個(gè)時(shí)間上它們往往使在近場中的能量圖案和接觸基片那些能量圖案更均勻。
無論移動還是靜止，反射部件都應(yīng)該構(gòu)造成反射而不是發(fā)射兆頻聲波。當(dāng)與振動部件分離時(shí)，有效的反射部件可以由具有近似等于能量波的奇數(shù)倍的四分之一波長的厚度，如果反射部件與振動部件緊密接觸則供給很強(qiáng)能量耦合的相同組合厚度，的實(shí)心材料構(gòu)造。不管反射部件的厚度，特征在于在反射部件的另一側(cè)上有氣體或真空的實(shí)施例將產(chǎn)生有效反射，很像關(guān)于在氣體-液體界面處的情形。
圖3A和3B表示按照本發(fā)明的實(shí)施例，其中流體引入與兆頻聲波能量的反射相耦合。反射與流體引入的結(jié)合不僅能使能量場更均勻，而且也可以增加靠近基片的表面的加工化學(xué)的均勻性。當(dāng)希望受控的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在基片表面處時(shí)，在基片表面處的均勻深度和溫度變得更重要。
圖3C和3D表示按照本發(fā)明的實(shí)施例，其中流體引入不僅與兆頻聲波能量的反射而且與流體除去相耦合。像圖3A-B的實(shí)施例，流體經(jīng)導(dǎo)管302引入。然而，在圖3C-D的實(shí)施例中，流體同時(shí)或以后經(jīng)局部導(dǎo)管304除去。因而能實(shí)現(xiàn)處理，其中流體都被局部地引入和除去。
至此，以上描述著重于反射聲波能量的使用，以增強(qiáng)在近場區(qū)中的處理的質(zhì)量。然而，按照本發(fā)明的實(shí)施例也可以利用反射的聲波能量以實(shí)現(xiàn)基片區(qū)的處理，這些基片區(qū)否則被遮擋免于接收該能量，例如由介入的基片支撐部件遮擋。
下面在章節(jié)A中提供利用反射聲波能量的這樣的可選擇實(shí)施例的討論。下面在章節(jié)B中提供用來避免基片區(qū)的聲波遮擋的其它手段的討論。
并且盡管以上描述著重于反射聲波能量的使用以增強(qiáng)在近場區(qū)中的處理，但按照本發(fā)明的可選擇實(shí)施例可以利用其它技術(shù)。一種這樣的可選擇手段是改變施加的聲波能量的特性，并且下面在章節(jié)C中詳細(xì)討論。
按照本發(fā)明實(shí)施例的特別感興趣的兩種應(yīng)用是刷子刷洗和化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)處理。圖4A和4B分別表示用于刷子刷洗和CMP的實(shí)施例，其中兆頻聲波能量穿過基片發(fā)射，并且直接進(jìn)入刷子402或墊404中。以這種方式，機(jī)械能量和兆頻聲波能量同時(shí)聚焦在基片的單個(gè)斑點(diǎn)或區(qū)處。
在圖4A和4B中表示的手段的一個(gè)好處可能在于，當(dāng)刷子402正在從光滑基片表面部分除去宏觀顆粒時(shí)，兆頻聲波能量同時(shí)把顆粒升到諸如溝槽和通路之類的凹坑外。相反，常規(guī)系統(tǒng)限于把兆頻聲波能量施加到諸如刷子或CMP墊之類的機(jī)械部件的側(cè)面或周緣上，因?yàn)檫@些機(jī)械部件一般不利于能量的傳輸。因而這些常規(guī)系統(tǒng)只能順序地而不是同時(shí)地把機(jī)械和兆頻聲波能量施加到基片上。
按照本發(fā)明的一個(gè)另外實(shí)施例能包括局部液體進(jìn)給，使液體經(jīng)抽吸除去。這樣一個(gè)實(shí)施例有助于從諸如溝槽和通路之類的基片凹下區(qū)除去有害材料。下面敘述處理液體的同時(shí)添加/除去的進(jìn)一步討論。
按照本發(fā)明的實(shí)施例不要求基片完全浸沒在液體中。在圖5A中表示的另一個(gè)實(shí)施例中，在基片500和振動部件502緊密接觸的地方，由于液體504的噴射，處理流體可以濕潤暴露的表面。
盡管圖5A描述垂直定位的基片和振動部件，但它們能可選擇地水平定位，如圖5B中所示。連續(xù)噴射504補(bǔ)充在基片500的表面上的處理流體的膜，從而能量在基片表面處能化學(xué)相互作用。這個(gè)實(shí)施例能在設(shè)計(jì)單晶片處理設(shè)備時(shí)使用。
在可選擇實(shí)施例中，能量可以穿過在兩側(cè)由液體602約束的基片600傳輸，使兆頻聲波能量604的入射與基片表面正交。圖6A表示這樣一個(gè)實(shí)施例，其中基片厚度應(yīng)該匹配施加的兆頻聲波能量的四分之一波長的偶數(shù)倍(nλ/4，其中n＝2，4，6，8…)。常規(guī)兆頻聲波清洗系統(tǒng)在穿過或穿過硅晶片傳輸能量方面不是非常成功，因?yàn)樗鼈兪褂靡蟊葘?shí)際的厚得多的晶片的兆頻聲波頻率/波長。
在另一個(gè)實(shí)施例中，能量可以有效地穿過浸沒在液體中的比較薄的基片傳輸，即使基片厚度不接近剛才描述的四分之一波長的偶數(shù)倍。如圖6B中所示，當(dāng)對于入射兆頻聲波以適當(dāng)角度定位基片600時(shí)，這可以實(shí)現(xiàn)。對于流體/基片/流體排列，這個(gè)入射角度應(yīng)該位于第一與第二臨界角之間。
在用于非破壞性測試的聲波理論中，術(shù)語第一和第二臨界角可以具有良好限定的意思。例如，當(dāng)在一種介質(zhì)中行進(jìn)的入射膨脹波撞擊具有更高阻抗的第二材料的表面時(shí)，入射波能在第二材料中形成膨脹波和剪力波。
當(dāng)對于第二材料的表面的入射波的角度增大時(shí)，產(chǎn)生的折射膨脹和剪力波的角度也增大。當(dāng)膨脹波折射到90°時(shí)的角度(與第二材料的表面相平行)命名為第一臨界角。當(dāng)折射剪力波對于表面成90°時(shí)，第二臨界角出現(xiàn)。
然而，為了本專利申請的目的，第一臨界角定義為入射角，當(dāng)基片浸沒在液體中并且不垂直于能量入射定位時(shí)，在該入射角下穿過基片傳輸顯著部分的入射能量。第二臨界角定義為標(biāo)志顯著能量傳輸?shù)耐Ｖ沟娜肷浣恰?br> 臨界入射角最佳范圍在不同條件下可能不同。在聲波能量施加到由液體包圍的部件上的場合，臨界角將在約18-58°之間的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在約25-50°之間，及最優(yōu)選地在約30-45°之間。在這樣的入射角下，顯著量的能量穿過基片傳輸，而如果兆頻聲波以在這些范圍外的角度撞擊在基片上，則期望較少能量傳輸。
例如，當(dāng)角度變得更大或更小時(shí)，傳輸較少能量并且反射較多能量，特別是對于接近90°(與到基片表面的法線偏離0°)的角度，其中對于與偶數(shù)倍四分之一波長的以上敘述規(guī)則不相符的厚度的基片，出現(xiàn)很少耦合。
按照本發(fā)明借助于能量的穿過晶片傳輸?shù)牧硗鈨?yōu)點(diǎn)在于，能同時(shí)處理多個(gè)基片。這對于圖6B的實(shí)施例是真實(shí)的，其中液體接觸基片的兩個(gè)表面。這對于在圖6C中表示的實(shí)施例也是真實(shí)的，其中一個(gè)基片600a具有一個(gè)與振動部件相接觸的表面，并且另一個(gè)基片600b沒有。
單個(gè)波能穿透的基片的數(shù)量不是無限制的。由于基片的每一個(gè)的厚度、和基片之間的液體條件，出現(xiàn)信號的某種衰減。
按照本發(fā)明的另一個(gè)潛在優(yōu)點(diǎn)在于，在表面處的波動力學(xué)和相互作用不同于對于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)所出現(xiàn)的。這些新的和不同的相互作用可以在基片表面處在污染物顆粒上生成不同的力。
不想由任何特定理論約束，穿過基片能量傳輸可以按如下設(shè)想。當(dāng)在液體中的傳播膨脹兆頻聲波以適當(dāng)角度碰到基片表面時(shí)，它在實(shí)心基片中/上轉(zhuǎn)換成剪力波。在基片中的剪力波當(dāng)它從基片的相反側(cè)發(fā)出時(shí)，然后轉(zhuǎn)換回膨脹或壓力波。在除液體之外的氣體或真空存在于基片另一側(cè)上的場合，剪力波能沿基片作為剪力或表面波繼續(xù)，或者被部分或全部反射。
包括入射、反射、折射及模式轉(zhuǎn)換的波動力學(xué)的概念在古典聲學(xué)和彈性理論中是熟知的。這些概念描述到，膨脹波涉及在與波傳播的相同方向上的粒子移動。對于僅在固體中出現(xiàn)的剪力波，粒子移動與傳播的方向成直角。對于在固體半空隙上的自由表面，粒子移動是復(fù)雜的，并且遠(yuǎn)離表面迅速衰減。表面波也能形成在薄基片中，常常形成在包括多個(gè)薄層的基片中。
在表示穿過其厚度不近似于施加的兆頻聲波能量的偶數(shù)倍四分之一波長的基片的能量傳輸?shù)牧硪粋€(gè)實(shí)施例中，兆頻聲波能量可以取向成垂直于基片的表面。同時(shí)，大量流體移動可以產(chǎn)生與基片表面平行的流體速度。流體速度被調(diào)節(jié)，從而在其下兆頻聲波能量撞擊基片表面的合成角度在有利于穿過基片能量傳輸?shù)慕嵌确秶鷥?nèi)。例如，在兆頻聲波能量在近似一兆赫茲的頻率下的場合，估計(jì)能選擇近似每秒六米的水流體速度，以產(chǎn)生可接收的合成角度。因?yàn)楹铣山嵌鹊姆秶鷮τ诖┻^基片能量傳輸是可接收的，所以能利用在每個(gè)頻率下的流體速度范圍。如下面更詳細(xì)討論的那樣，沒有顯著混合的處理流體的穩(wěn)定流動是優(yōu)選的，以在液體內(nèi)保持聲波能量的傳送的完整性。
大量流體移動能以各種方式產(chǎn)生，包括但不限于泵送、重力進(jìn)給、及在適當(dāng)角度下第二兆頻聲波的引入。希望使由兩個(gè)獨(dú)立波的相交產(chǎn)生的能量圖案的合成角度，對于可接收穿過基片能量傳輸落在可接收角度范圍內(nèi)。當(dāng)?shù)谝徽最l聲波和第二兆頻聲波的頻率類似時(shí)，兩個(gè)波的相交能為接近直角。由于聲沖流速度是頻率和強(qiáng)度的函數(shù)，所以不相似的頻率和強(qiáng)度能以其它角度生成。
可選擇地，能建立在基片與振動部件之間的相對移動，以產(chǎn)生在上述流體速度的量級上的相對速度。相對移動能是直線的、或在轉(zhuǎn)動情況下的角度的。這些手段的任一種能導(dǎo)致增強(qiáng)的穿過基片的能量傳輸，其中基片的厚度不與上述的施加兆頻聲波能量的1/4λ的近似偶數(shù)倍不相符。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可以移動或振動對于來自振動部件的兆頻聲波能量的入射以角度定位的第一基片。這種移動能沿x和y軸出現(xiàn)。這種移動能表示在圖6D中，其中第一基片600a相對于振動部件角度，相對于第二基片對于同一振動部件606的角度被改變或“搖擺”。作為這種“搖擺”的結(jié)果，穿過這個(gè)第一基片傳輸和接觸第二基片的合成能量場變化。
場的這種變化能包括強(qiáng)度以及方位的變化。當(dāng)?shù)谝换哂薪普最l聲波能量的四分之一波長的偶數(shù)倍的厚度時(shí)，場的合成變化能特別明顯。變化的場基本上引起穿過第二基片的表面的能量的連續(xù)掃過。第二基片能是任何厚度，或者甚至平行于振動部件定位。能量場不均勻性因而能在整個(gè)時(shí)間上在周圍移動，基本上使生成的時(shí)間平均場更均勻，這在某些條件下可能又導(dǎo)致更均勻的處理。
盡管在圖6D中振動基片表示為均勻厚度的平板狀物體，但振動基片可以具有變化的厚度。它可以成形為凹或凸透鏡狀結(jié)構(gòu)。另外，盡管表示為平行于振動部件保持，但第一基片能以某一選擇的角度定位，或者允許在某一角度范圍上擺動。
在基片與振動部件之間直接接觸的另一個(gè)好處是，只要求基片和振動部件的厚度之和近似等于兆頻聲波能量的奇數(shù)倍四分之一波長。因而當(dāng)基片厚度變化時(shí)，振動部件的厚度能容易地被調(diào)節(jié)以便補(bǔ)償。這避免要求新的產(chǎn)生頻率，新的產(chǎn)生頻率當(dāng)今可能難以或不可能實(shí)現(xiàn)成本有效。
在圖7A中表示的另一個(gè)實(shí)施例中，能量從壓電晶體700經(jīng)實(shí)心楔702傳輸?shù)奖∑桨?04中。以適當(dāng)?shù)慕嵌?，由安裝在振動部件上的壓電晶體產(chǎn)生的膨脹或縱向壓力波經(jīng)實(shí)心楔傳輸，并且在薄實(shí)心板中轉(zhuǎn)換成剪力或表面波。當(dāng)接觸板的厚度在一個(gè)波長或更小的量級上時(shí)，表面/剪力波有時(shí)稱作Lamb波。對于較厚的板，這些表面波可以叫做Rayleigh波。對于具有一層比一層薄的多層板，合成表面波可以叫做Love波。波動力學(xué)在每種情形下可以不同。
另外有沿板的長度傳輸?shù)呐で蛽锨?。每種類型的波有其自己的特定表面移動，該表面移動能轉(zhuǎn)換成施加到表面粒子上的不同的力。盡管其它長度和厚度對于處理可能是有效的，但為了對于不同的用途使沿平板的能量傳輸最大化，其厚度和長度一般應(yīng)該控制到一定倍數(shù)的四分之一波長值。
對于在圖7A中描繪的楔/平板實(shí)施例，待清洗或處理的基片708保持成與振動板部件相平行，并且保持在形成間隙的分離距離處。在基片與振動部件之間的間隙填充有處理液體。能量從振動部件經(jīng)液體706傳輸?shù)交?。理想地，間隙應(yīng)該在施加的兆頻聲波能量的偶數(shù)倍1/4λ的量級上。在實(shí)際中，由于間隙填充有較不可壓縮的液體，其厚度能大大地變化?？蛇x擇地，基片能與板振動部件直接接觸。
當(dāng)楔挖空有通道710并且用冷卻流體沖洗時(shí)，出現(xiàn)這樣一種楔布置的另外優(yōu)點(diǎn)，如在圖7C的實(shí)施例中表示的那樣。壓電晶體往往在操作期間變熱。能量耦合的效率越低，操作溫度越高。而且，較高的施加功率密度往往產(chǎn)生較高的晶體操作溫度。因?yàn)樵诟鞣N膠粘材料與壓電晶體和振動部件之間的不同膨脹，較高的操作溫度使得更難以保持附加到振動部件上的壓電晶體。在過高溫度下，晶體甚至可能釋放其起作用的能力。因此在操作期間冷卻它們的高效方式是重要的。
作為對于在楔內(nèi)的冷卻通道的選擇例，另一種類型的冷卻結(jié)構(gòu)能附加到表面之一上，這樣一種可選擇的冷卻結(jié)構(gòu)可包括Peltier(熱-電)冷卻器或某種其它無液體裝置。
[218]按照本發(fā)明的另外實(shí)施例表示在圖7D的簡化橫截面圖中，其中壓電晶體700放置在楔設(shè)計(jì)702的多側(cè)702a-b上。晶體可以以相同或以不同的頻率操作。這些晶體的操作頻率的變化能導(dǎo)致在整個(gè)時(shí)間上增強(qiáng)能量場均勻性。
盡管圖7A至7D的實(shí)施例表示單個(gè)楔裝置，但本發(fā)明不要求這一點(diǎn)。第二裝置703可能存在，如在圖7E-F的簡化橫截面圖中表明的那樣。在圖7E中，在第一楔裝置702和傳輸板704下直接添加第二楔裝置703。在圖7F中，第二楔裝置703能放置在傳輸板704的相對端部上，使基片位于它們之間。
可選擇地，人們能把楔裝置與平板振動部件相組合。當(dāng)用于基片處理時(shí)，楔裝置和平板振動部件的這樣一種組合可以產(chǎn)生非常規(guī)聲波能量圖案。這些圖案可以包括同時(shí)導(dǎo)致復(fù)雜波形、和在波形與污染物顆粒之間的復(fù)雜相互作用的表面和壓力波。
盡管圖7A-F的實(shí)施例的楔裝置的橫截面形狀表示為直角三角形，但這也不是由本發(fā)明所要求的。例如，按照一個(gè)可選擇實(shí)施例，楔裝置的橫截面輪廓能呈現(xiàn)30°的兩個(gè)角度、和120°的另一個(gè)。
況且，盡管圖7A-F的實(shí)施例的楔裝置的橫截面輪廓表示為三角形，但這也不是由本發(fā)明所要求的。對于離開晶體、經(jīng)表面以某一非零角度作用的能量波，其它形狀可能是有利的。不僅能使用小于30°或大于60°的角度，而且如圖8F-H中所示，甚至在一定條件下能使用90°的角度。
這樣的楔狀裝置可以呈現(xiàn)由常規(guī)平板振動部件不能實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)有用特性。首先，各個(gè)晶體的能量強(qiáng)度在用于能量傳輸?shù)恼嫔夏芙M合成單一較大能量輸出。
第二，來自各個(gè)晶體的能量可以比較均勻地在目標(biāo)正面上散開。盡管一般大于各個(gè)晶體的面積，但它也能較小。因而在有源正面上的能量強(qiáng)度(能量密度)能與在各個(gè)晶體上的能量密度大不相同。這與其中在兆頻聲波頻率下的聲波能量被良好準(zhǔn)直、并且通過板在能量發(fā)射的邊緣(晶體外形)外迅速減小的常規(guī)平板振動部件相反。
第三，有可能在相似或不同頻率下操作各個(gè)晶體，導(dǎo)致用于基片處理的組合波形。常規(guī)壓電晶體在激勵(lì)時(shí)像大量分離和獨(dú)特的振動點(diǎn)源作用，導(dǎo)致在近和遠(yuǎn)場中的各種波干涉相互作用。當(dāng)來自各個(gè)或多個(gè)晶體的輸出波穿過適當(dāng)角度通過模式轉(zhuǎn)換時(shí)，如在楔狀結(jié)構(gòu)中，認(rèn)為或許從其發(fā)射聲波能量的生成致動表面實(shí)際上可以有點(diǎn)更像在由組合波形支配的條件下作用的均勻點(diǎn)源集。
而且，桿僅提供用于與振動元件相接觸的很小橫截面面積，以便沿其長度傳輸能量。這樣一種很小能量傳輸橫截面要求，振動元件以高能量密度或強(qiáng)度操作，以便沿桿傳輸足夠的能量以完成處理。
本發(fā)明的楔設(shè)計(jì)與美國專利6,463,938(“′938專利”)相反，其中來自附加到細(xì)長桿的端部上的壓電晶體的膨脹波沿桿的長度傳輸。只是桿而不是板，在任何時(shí)間僅能出現(xiàn)在桿與基片之間的很小相互作用面積。在′938專利中為了處理或覆蓋整個(gè)基片表面，必須轉(zhuǎn)動基片。
然而，對于當(dāng)前發(fā)明的實(shí)施例，不需要基片轉(zhuǎn)動。圖7B表示這樣的可選擇轉(zhuǎn)動的實(shí)施例的簡化橫截面圖。
對于產(chǎn)生剪力或表面波的楔設(shè)計(jì)，不僅不同的波形用來傳輸能量，而且在基片與振動部件之間的很大接觸面積也能存在。盡管基片的轉(zhuǎn)動或移動、或振動部件的轉(zhuǎn)動或移動也有可能增強(qiáng)處理，但它不是要求的。
按照本發(fā)明的可選擇實(shí)施例可以利用用于與振動元件接觸的較大表面面積、大得多的振動元件、或甚至以較低能量強(qiáng)度或密度操作的幾個(gè)振動元件、或這些方面的組合。振動元件的較低能量密度操作一般轉(zhuǎn)換成要求較少冷卻的較低操作溫度。
′938專利描述了利用各種形狀的桿把能量從壓電晶體傳輸?shù)交砻?。然而，按照本發(fā)明的實(shí)施例，能使用各種各樣的形狀，包括各種細(xì)長傳輸部件。
例如，在圖7G、7H、7I、及7K中，傳輸部件的橫截面是三角形的。在圖7G中，兩個(gè)傾斜邊(相對于基片表面傾斜)的每一個(gè)以可能實(shí)際增強(qiáng)施加聲波能量穿過基片708的厚度的傳輸?shù)慕嵌榷ㄎ?。在一定處理?xiàng)l件下，能量的傾斜入射可能導(dǎo)致更好的清洗或減小的損壞。
在圖7H的實(shí)施例中，不是像在圖7G的實(shí)施例中那樣把晶體直接附加到三角形的頂部上，而是使楔裝置702與三角形部件720的頂部表面相接觸。在圖7I中表明的傳輸部件722具有與在圖7G中表示的相類似的橫截面形狀，不同之處在于晶體700附加到傾斜邊的一個(gè)或兩個(gè)上，并且第三邊被轉(zhuǎn)動180°并且保持與基片表面708相平行。在圖7G的實(shí)施例中與基片表面平行但與它隔開的平邊，代之以靠近基片表面定位。
在圖7J的實(shí)施例中，使用呈現(xiàn)“w”形的傳輸部件72。按照這個(gè)實(shí)施例，晶體700能或者直接附加到部件724上，或者附加到楔上，該楔附加到該部件上。
盡管圖7G至7J的實(shí)施例已經(jīng)表示了呈現(xiàn)三角形橫截面的能量傳輸部件，但這不是由本發(fā)明所要求的。其它形狀也可能是有用的。這樣的其它形狀能包括使一個(gè)角部倒圓或弄平的三角形形狀(圖7JC)，或者能包括具有如圖7JB和7JD中表明的下凹和/或上凸部分的橫截面。
大多數(shù)常規(guī)批量型兆頻聲波系統(tǒng)利用平板振動部件，該平板振動部件具有附加到適當(dāng)厚度的平板上的、或附加到適當(dāng)厚度的槽壁上的壓電晶體。在傳統(tǒng)上，接觸處理流體的這些振動部件表面是光滑的和平的。當(dāng)希望穿過基片的能量傳輸時(shí)，對于某些用途非平板設(shè)計(jì)可能是希望的。在這樣的情況下，接觸處理流體的振動部件的表面(平板或內(nèi)側(cè)槽壁)能具有成輪廓的橫截面。
例如，在圖7JB和7JD中表示的橫截面能延伸到廣泛得多的結(jié)構(gòu)。多種其它輪廓是可接收的。
在這樣的情況下，生成振動板表面可能顯得具有鋸齒或洗衣板(波紋)橫截面。重復(fù)的“波動”表面能使流體以各種角度被推離振動板表面。這樣的成輪廓橫截面也能應(yīng)用于楔型裝置，不僅僅是平板振動部件。
初看上去，構(gòu)造有意產(chǎn)生能量和流體流動場干涉圖案的振動部件可能似乎是與直覺相反。明確地說，現(xiàn)有技術(shù)一般強(qiáng)調(diào)使能量干涉最小的設(shè)計(jì)。在按照本發(fā)明的一定實(shí)施例中，有意產(chǎn)生干涉圖像的設(shè)計(jì)是可接收的，并且甚至是優(yōu)選的。然而，由于建立這樣的各種流體和聲波干涉圖案，所以施加聲波能量的頻率和強(qiáng)度的變化能用來使“有效”能量場對于基片處理更均勻。施加聲波能量的這種變化的使用下面在章節(jié)C中討論。
按照本發(fā)明的另外實(shí)施例，傳輸部件能構(gòu)造有孔或通道，以允許與來自單個(gè)或多個(gè)噴嘴或射流的聲波能量的施加同時(shí)的處理流體的排出。這樣一個(gè)實(shí)施例表明在簡化橫截面圖中作為圖7K的結(jié)構(gòu)754。作為這些射流752離開孔750的流體被超聲波致動。下面詳細(xì)討論用于聲波噴嘴的設(shè)計(jì)，包括利用楔結(jié)構(gòu)的聲波噴嘴。
用于能量傳輸?shù)母鞣N其它形狀是可能的，只要能量能容易地傳輸?shù)讲考?，而不?qiáng)迫能量唯一地沿桿的長度只經(jīng)桿的橫截面?zhèn)鬏敚鐚τ凇?38專利那樣。
在另一個(gè)實(shí)施例中，處理流體經(jīng)兆頻聲波噴嘴施加到基片上，該兆頻聲波噴嘴設(shè)置成以選擇角度把兆頻聲波能量輸送到基片表面。當(dāng)從適當(dāng)?shù)慕嵌确秶x擇時(shí)，當(dāng)基片至少部分浸沒在處理流體中時(shí)，能發(fā)生穿過基片的顯著能量傳輸。可選擇地，當(dāng)基片不浸沒，或者與支撐部件接觸時(shí)，以適當(dāng)角度來自兆頻聲波噴嘴的兆頻聲波能量的施加能導(dǎo)致波模式轉(zhuǎn)換。離開兆頻聲波噴嘴的膨脹或壓力波能在基片中轉(zhuǎn)換成表面波。依據(jù)頻率和基片和/或支撐厚度，這些表面波能具有Rayleigh、Lamb、或Love波的形式，最后的波形類型下面聯(lián)系圖8A描述。
能從兆頻聲波能量的這種模式轉(zhuǎn)換受益的一種用途是雙刷子刷洗，其中兩個(gè)刷子450和452跨過基片直接彼此相對，如在圖4C的簡化橫截面圖中表示的那樣。在早先對于在圖4A中表示的單刷子實(shí)施例提到的用途中，兆頻聲波能量穿過基片直接傳輸?shù)剿⒆?基片接觸區(qū)域中以及同時(shí)傳輸在該區(qū)域的兩側(cè)上。對于雙刷子例子，相同方式的穿過基片能量傳輸可能不發(fā)生。
因此為了得到同時(shí)輸送到刷子/基片/刷子接觸區(qū)域的兆頻聲波能量，利用兆頻聲波噴嘴456。噴嘴456以在第一與第二臨界角之間的角度引導(dǎo)到基片400的表面，其中在離開噴嘴的液體流中的壓力波在基片中被轉(zhuǎn)換成剪力或表面波。這些剪力或表面波然后傳入刷子/基片/刷子接觸區(qū)域中。這允許聲波能量和雙刷子的刷洗作用到單個(gè)基片或基片區(qū)域上的同時(shí)局部引入。
為了覆蓋整個(gè)接觸區(qū)域，噴嘴能相鄰刷子之一前后移動，或者能使用多個(gè)噴嘴。噴嘴能面對基片的頂部或底部表面，或者多個(gè)噴嘴能同時(shí)引導(dǎo)到在兩個(gè)表面處。圖4D表示一種處理設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中由噴嘴456施加的液體由通過出口458的抽吸除去。
一種超聲波噴嘴的可選擇實(shí)施例表示在圖4B中，圖4B描繪使液體401離開多孔或液體可透過換能器板460的寬廣有源區(qū)域。在這個(gè)實(shí)施例中，液體泵入振動板460的空心截面462中，并且強(qiáng)迫同時(shí)經(jīng)多個(gè)小孔或開口464出去。板460的外表面的厚度選擇成聲波能量的四分之一波長的偶數(shù)倍，以保證來自浸沒在液體中的振動部件的表面的能量的顯著傳輸。當(dāng)不完全浸沒時(shí)，或者當(dāng)流體的高速射流離開振動部件的表面時(shí)，流體在它離開凹腔時(shí)被聲波地局部激勵(lì)。流體能與振動部件表面相垂直地或以某一角度離開，以增強(qiáng)穿過基片能量傳輸或?qū)崿F(xiàn)更有效的處理，如圖87中所示。
在按照本發(fā)明的實(shí)施例中，不必把在振動部件內(nèi)的流體間隙厚度選擇成偶數(shù)倍四分之一波長。然而，當(dāng)間隙比較窄(即幾個(gè)波長厚度)時(shí)，與平板振動部件的使用一起的這樣一種設(shè)計(jì)可以增強(qiáng)穿過內(nèi)部液體層的能量傳輸。
在振動部件中的孔能具有任何形狀，導(dǎo)致離開流體的最大穩(wěn)定流動的形狀常常是優(yōu)選的。成形孔以空氣動力地增強(qiáng)流體流動和使在流體流動中的混合和紊流或渦流的產(chǎn)生最小，也可能是優(yōu)選的。另外，也能采用在處理期間用來把液體吸離基片表面的各種端口。
盡管至此把振動部件已經(jīng)表明為平板結(jié)構(gòu)，但這不是由本發(fā)明所要求的。也能利用具有三角形或多邊緣多邊形橫截面輪廓的楔，如在圖4F的可選擇實(shí)施例中表明的那樣。
并且盡管在振動部件內(nèi)的凹腔一般已經(jīng)描繪成矩形形狀，但這也不是由本發(fā)明所要求的。能利用其它各種尺寸的形狀。
況且，對于作為其中能量波以角度而不是垂直地與表面相交的非平板狀振動部件結(jié)構(gòu)，如楔裝置，流體凹腔的頂部的厚度不必如對于平板振動部件建議的那樣具有偶數(shù)倍四分之一波長厚度。
圖4G表明基于楔狀裝置的窄區(qū)域超聲波噴嘴480的簡化橫截面圖。流體當(dāng)其方向在噴嘴中被改變時(shí)保持在穩(wěn)定的流動狀態(tài)下，導(dǎo)致離開噴射的聲波致動。寬區(qū)域噴嘴布置也能制有類似設(shè)計(jì)。
并且盡管由兆頻聲波源施加的能量離開的正面或側(cè)面(“致動正面”)一般已經(jīng)描繪成平的，但這不是要求的。各種輪廓是可能的。例如，在大或小區(qū)域聲波噴嘴中，楔裝置的第三正面能是彎曲的而不是平的(直的)。這樣一種彎曲正面可能有助于促進(jìn)穩(wěn)定的流動。因而致動正面能是全部或部分平的、具有恒定或可變曲率半徑的下凹或上凸。
利用楔或裝置的概念調(diào)節(jié)到板上的兆頻聲波能量的入射角的另一個(gè)實(shí)施例表明在圖8A中?；?02和振動板804處于緊密接觸并且在適當(dāng)角度下，以得到從縱向到剪力波的模式轉(zhuǎn)換。當(dāng)剪力波形成在包括薄和厚度截面的多層振動部件中時(shí)，它集中在薄層中，并且命名為Love波。處理液體噴射到基片表面上，允許形成獨(dú)特的表面能量圖案并且與污染顆粒相互作用?？蛇x擇實(shí)施例包括與楔相鄰的分立冷卻部件806(圖8B)，并且把楔設(shè)計(jì)成包括用于冷卻的空心或流體填充通道810(圖8C)。可選擇地，能構(gòu)造真空吸盤布置(孔的復(fù)合)，以保持基片與振動部件的良好機(jī)械接觸。
利用楔裝置概念的又一個(gè)實(shí)施例表明在圖8D中，其中壓電晶體812同時(shí)附加到楔8xx的多于一個(gè)側(cè)面上。使基片802與三角形楔裝置804的第三正面(斜邊)804a密切接觸。由晶體產(chǎn)生的膨脹波同樣轉(zhuǎn)換成進(jìn)行基片處理的表面波。由在相鄰側(cè)面的每一個(gè)上以不同頻率操作的多個(gè)晶體能產(chǎn)生復(fù)合波形。處理流體能至少通過噴射、霧或浸入施加到處理正面上。
利用楔裝置的另外實(shí)施例表明在圖8E中，使在兩個(gè)表面804b-c和第三正面(斜邊)804上的晶體與槽814直接接觸。聲波能量容易從楔裝置傳輸?shù)教幚聿壑?。如圖8E中所示，通過使楔“更厚”或更深，可以使用任何數(shù)量的晶體。具用幾乎任何縱橫比的晶體能在任何楔正面上的任何方向上定向。
如以前敘述的那樣使槽壁或甚至基片與振動直接接觸的優(yōu)點(diǎn)之一在于，能容易地補(bǔ)償基片的厚度，以產(chǎn)生穿過基片或者進(jìn)入處理容器或槽中的最大能量傳輸。
按照在圖8F中的簡化橫截面圖中表示的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，槽或容器可以接觸楔裝置的側(cè)面(頂部或底部)，而不是像在圖8E的實(shí)施例中那樣接觸第三正面。在這樣一個(gè)實(shí)施例中，晶體812可以排列在楔804的多個(gè)正面或側(cè)面上。在圖8F的實(shí)施例中，能量意想不到地垂直于從晶體發(fā)出的膨脹或壓力波的平面流入楔中，并且然后流入上置的槽814中。對于處理，可以利用噴射、浸入或與槽的接觸。
盡管圖8F的實(shí)施例表示晶體在兩個(gè)側(cè)面上，但這不是由本發(fā)明所要求的。在按照本發(fā)明的可選擇實(shí)施例中，晶體能僅在一個(gè)側(cè)面上，或者按需要在三個(gè)或多個(gè)側(cè)面上。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，在圖8I中表明的修改楔裝置804的底部表面804d與轉(zhuǎn)動基片802的頂部或底表面平行地放置。其中安裝晶體的楔的側(cè)面與底部表面成直角(90°)。使底部表面804d和基片802比較密切地彼此靠近，使間隙填充有處理液體的薄膜880。
按照在圖8J中表示的本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，使晶體附加到以在圖8I的實(shí)施例中表示的90°之外的角度傾斜的側(cè)壁上的基片結(jié)構(gòu)的底部表面，定位在基片上方。從晶體發(fā)出的聲波能量以角度撞擊楔的底部。傾斜入射同樣把來自晶體的膨脹波轉(zhuǎn)換成在楔底部上的表面波。表面波然后穿過薄液體層或彎液面與基片相互作用。
按照本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例，在傳輸裝置設(shè)計(jì)中能使用除三角形橫截面的楔之外的形狀。圖8G表明裝配有多個(gè)晶體812的多邊形形狀882。能量可以如表示的那樣從裝置的側(cè)面直接傳輸?shù)讲壑小?br> 盡管圖8G的實(shí)施例表示晶體安裝在與施加聲波的表面成直角的邊緣上，但這不是由本發(fā)明所要求的。代之以，邊緣能與側(cè)面成角度地構(gòu)造，如在圖8H的實(shí)施例中的表示的那樣，由此可能允許更多的能量到裝置882的頂部側(cè)882b的傳輸。
圖8LA-B分別表示按照本發(fā)明的一種振動部件的可選擇實(shí)施例的立體和邊緣視圖。圖8LA-B表示能量傳輸表面能延伸過多邊形結(jié)構(gòu)的側(cè)面，在該側(cè)面上附加振動部件。而且，多邊形結(jié)構(gòu)不必是規(guī)則的。每個(gè)側(cè)面能具有不同的長度。
在其中薄液體膜或變液面形成在基片的表面上的公開的這個(gè)和其它實(shí)施進(jìn)一步改善中，氣體氣氛能充有各種物質(zhì)以增強(qiáng)處理。例如，為了除去有機(jī)顆粒，臭氧氣體能引入到氣體空間中。臭氧分子然后能容易地穿過在基片的表面上的液體層擴(kuò)散，并且與表面或在表面上的污染物反應(yīng)。
為了增強(qiáng)臭氧傳輸?shù)乃俾?，能加壓氣相。這樣一種手段與在大氣壓力下操作的常規(guī)工業(yè)過程相反。
代之以臭氧，過氧化氫能添加處理液體中，或者噴射到在基片表面上的薄液體膜上。也能選擇其它的處理化學(xué)制品，如有機(jī)酸、無機(jī)酸、堿、氧化劑、還原劑。它們能處于固體、液體、或氣體的形式。
當(dāng)與兆頻聲波能量的引入相結(jié)合時(shí)，液體膜層能打破并且迅速地混合，增加氣體物質(zhì)從大氣到基片的表面的傳輸，不管在升高壓力還是在平衡大氣壓力下操作。兆頻聲波能量也能幫助從基片表面除去釋放的材料。這樣一種處理機(jī)理當(dāng)應(yīng)用于多個(gè)處理步驟時(shí)是有幫助的，但當(dāng)用于諸如光致抗蝕劑剝離之類的過程時(shí)特別便利。另外，兆頻聲波能量的施加導(dǎo)致在處理流體中或在基片表面上的希望化學(xué)物質(zhì)的形成。
振動部件和基片的厚度可以由其它約束條件支配或設(shè)置。如果它們的各個(gè)厚度的結(jié)合沒有累加到用于在給定頻率下的良好能量耦合的希望厚度，則可能希望調(diào)節(jié)頻率。按常規(guī)，這只能在壓電晶體的各種諧波頻率周圍的較窄范圍上實(shí)現(xiàn)，以產(chǎn)生兆頻聲波能量的希望奇數(shù)倍四分之一波長。對于由Fremont，California的PCT Systems Inc.制造的兆頻聲波發(fā)生器，然而，按照本發(fā)明的實(shí)施例，適應(yīng)微小厚度差別或變化的各個(gè)晶體的某種程度的頻率調(diào)節(jié)是可能的。對于使用對于各個(gè)晶體不能變化的RF輸出的發(fā)生器的多種常規(guī)固定頻率系統(tǒng)，這種類型的調(diào)節(jié)可能是不可能的。
在某些用途中，比最佳能量傳輸少可能是可接收的，并且只有部分能量傳輸可能適于進(jìn)行處理。例如，在最佳能量傳輸?shù)那闆r下，在振動部件與基片之間沒有間隙或空隙存在。然而，實(shí)際上，由于機(jī)器公差、或要求分離的機(jī)器設(shè)計(jì)，某些間隙或空隙可能存在。這樣的用途中，可能特別重要的是，間隙或空隙不應(yīng)該填充有可壓縮流體，如氣體。
當(dāng)在振動部件與基片之間的不可避免間隙或空隙填充有諸如水之類的比較不可壓縮流體時(shí)，通常能發(fā)生可接收的能量傳輸。在使用比較不可壓縮流體的用途中，間隙能變得很大(＞1m)，并且仍然顯示顯著的能量傳輸，特別是對于包含較低值的溶解氣體的流體。圖6A是這樣一種實(shí)施例的代表。
在實(shí)際中，在振動部件與基片之間的間隙可以填充有包含顯著量的溶解氣體的溶液。當(dāng)施加兆頻聲波能量時(shí)，因?yàn)樵趬毫Σㄎ策吘壣系臏p小壓力區(qū)，該氣體的一些以氣泡的形式釋出。
這些釋出氣泡可能干擾經(jīng)溶液的最佳能量傳輸。然而，對于借助于倍增的晶體操作出現(xiàn)的高強(qiáng)度能量波動，氣泡可能有效地被“推”出聲波路徑，從而對于這樣的溶液遇到很少問題。
在歷史上，高流體速度已經(jīng)用來試圖把氣泡掃出活動能量場，以便增強(qiáng)能量傳輸。然而，基于強(qiáng)制高流體速度的這樣的設(shè)計(jì)只獲得有限成功。非常大的流體速度可以用來從激勵(lì)/振動表面移去某些氣泡。如果流體速度變得太大，或者如果在流體中產(chǎn)生大的紊流或渦流，則可能不利地影響經(jīng)流體的能量傳輸。
因而在另一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)在增大壓力下操作以克服這些限制。增大的操作壓力起作用，以減小形成的任何氣泡的體積、和增大在給定溫度下可能溶解在液體中的氣體的濃度。因此，由兆頻聲波能量形成的任何氣泡往往較小，并且更迅速地強(qiáng)迫回到溶液中。這導(dǎo)致更好的能量傳輸，并且也能導(dǎo)致更均勻的處理，特別是當(dāng)活性氣體物質(zhì)溶解在液體中時(shí)。
作為結(jié)果，現(xiàn)在可以有效地利用具有高溶解氣體含量的溶液。這些高氣體濃度能增強(qiáng)化學(xué)活性。另外，它們能促進(jìn)可能有助于基片清洗的增加微小氣穴。而且，增大壓力能強(qiáng)迫溶液進(jìn)入比在大氣壓力下流體的表面張力單獨(dú)允許的更小的縫隙中。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在基片與振動部件緊密接觸的場合，電化學(xué)反應(yīng)可以與兆頻聲波能量的施加同時(shí)或間斷地進(jìn)行。并且在基片與振動部件分離并且浸沒在流體中具有允許穿過基片或穿過電極能量傳輸?shù)恼最l聲波入射角度的場合，電化學(xué)反應(yīng)可以在兆頻聲波能量的施加期間同時(shí)或間斷地進(jìn)行。在任一種情況下，穿過基片和/或穿過電極的能量傳輸可能是重要的，以使在小直徑孔、通道、及窄溝中的流體交換最大，以產(chǎn)生更均勻的處理。
下面的章節(jié)D呈現(xiàn)按照本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行基片的電化學(xué)處理的超聲波能量的施加的詳細(xì)討論。
在上述各種實(shí)施的某些中，可能優(yōu)選的是，基片前側(cè)，而不是后側(cè)，接觸振動部件。況且，當(dāng)完全浸沒基片時(shí)，基片前側(cè)或后側(cè)可以背離振動部件。這些構(gòu)造可能是重要的，其中穿過基片能量傳輸有助于清除諸如通道和溝之類的表面空穴。當(dāng)能量從基片的后側(cè)進(jìn)入時(shí)，穿過基片能量傳輸可能有助于把污染物推出基片的前側(cè)。相反，對于其中能量與基片表面平行的常規(guī)處理，結(jié)果是在凹坑或空穴內(nèi)的很小或沒有清洗作用，因?yàn)檫@些特征與能量的流動成直角地定位。況且，對于其中與基片表面垂直地取向能量的常規(guī)處理，大部分施加能量可能向振動部件反射回，可能把污染物更深地推入空穴和縫隙中。
如以上提到的那樣，抽吸能與兆頻聲波能量處理順序或同時(shí)施加。當(dāng)流體引導(dǎo)到基片表面(多個(gè)進(jìn)給噴嘴)并且經(jīng)抽吸除去(單個(gè)或多個(gè)抽吸噴嘴)時(shí)，有較大可能性在高縱橫比的溝和通道內(nèi)的流體能更容易或更頻繁地交換。兩個(gè)效果都能導(dǎo)致增強(qiáng)的處理。
根據(jù)按照本發(fā)明的可選擇實(shí)施例，兆頻聲波能量可以首先在一個(gè)方向上穿過基片傳輸，并且然后在另一個(gè)方向上穿過基片傳輸，因而用能量和動量處理基片的兩側(cè)。例如，美國專利no.6,098,643(“′643專利”)為了所有目的通過參考由此包括。
′643專利描述了可以修改以產(chǎn)生穿過基片能量傳輸?shù)牟?。定位在槽?nèi)的基片可以使其方位在水平面中從在′643專利中表示的方位轉(zhuǎn)動90°。對于從基片載體的端部的穿過晶片能量傳輸，兆頻聲波能量因而以適當(dāng)角度撞擊晶片的表面，代之以能量沿基片載體的長度與基片表面相平行地引導(dǎo)。
當(dāng)首先從V狀底部槽的側(cè)面的一側(cè)并且然后從另一側(cè)順序啟動壓電晶體時(shí)，兆頻聲波能量首先從載體的一端并且然后從另一端穿過晶片。因而基片的兩側(cè)可以由兆頻聲波能量脈沖串等同地處理。這能同時(shí)用于單晶片以及多晶片的批量處理。
如以上描述的那樣，有能量在它穿過每個(gè)基片和分離基片的空間時(shí)的某種衷減。因此，能量密度從盒的一端到另一端不必恒定。
在其中基片的兩側(cè)都用兆頻聲波能量的脈沖串處理的布置中，在盒的每一端處的基片從一個(gè)方向接收高能量密度脈沖串，并且從另一個(gè)方向接收低能量密度脈沖串。這往往均勻化(even out)全部施加的聲波能量。為了最有效的處理，可能希望使用保持少于50或者甚至25個(gè)基片的載體。
按照本發(fā)明的實(shí)施例不限于使用任何一種類型的兆頻聲波發(fā)生器或操作模式。例如，兆頻聲波發(fā)生器能是其中壓電晶體被單一啟動、或幾個(gè)被同時(shí)或以重復(fù)順序啟動的類型。兆頻聲波發(fā)生器能以固定頻率、編程可變頻率、或隨機(jī)波動頻率產(chǎn)生。因而盡管描述在V狀底部槽中的操作的以上實(shí)施例專門指順序啟動在槽一側(cè)上的一個(gè)換能器和然后離開槽的另一側(cè)的換能器，但其它操作模式也是可能的。
在某些用途中，處理流體可以保持在高溫下，該高溫能損壞兆頻聲波換能器或其附加方法，或者能導(dǎo)致不良的兆頻聲波性能。在這樣的用途中，能采用壓電晶體的直接冷卻。壓電晶體的這種直接冷卻在當(dāng)要求很高兆頻聲波能量密度的情況下也可能是有用的，很高兆頻聲波能量密度會引起很高的操作換能器溫度，同樣導(dǎo)致可能損壞或不良性能。
圖9A和9B表明換能器的直接冷卻的兩個(gè)實(shí)施例，其中流體填充的冷卻部件904用粘合劑或其它粘結(jié)裝置、夾持和其它保持裝置附加到壓電晶體906的后側(cè)上。為了使傳輸?shù)嚼鋮s部件中的兆頻聲波能量(并且或許在冷卻流體中失去)的量最小，把冷卻部件的殼層的厚度選擇成近似是超聲波能量的偶數(shù)倍四分之一波長。
在實(shí)際中，如果殼層的厚度較靠近奇數(shù)倍四分之一波長，則潛在地可能出現(xiàn)某種損失，促進(jìn)進(jìn)入冷卻部件的能量傳輸。即使如此，傳輸?shù)嚼鋮s部件中的能量的某些部分可能從在冷卻部件后側(cè)上的空氣-殼層界面反射回振動部件中，使兆頻聲波能量的實(shí)際損失最小。
殼層材料能包括多種材料，包括但不限于金屬、塑料、及其復(fù)合和組合。一般當(dāng)在冷卻部件與換能器本體之間能保證良好的電氣絕緣時(shí)，因?yàn)槎喾N金屬的一般較高導(dǎo)熱率，所以金屬可能是優(yōu)選的。非導(dǎo)電殼層材料常常能放置成與換能器直接物理接觸，而不用分離它們的任何輔助電氣絕緣層或膜。
在冷卻部件中的冷卻或熱傳輸流體也能包括多種材料，包括但不限于導(dǎo)電和非導(dǎo)電流體。這些流體能作為氣體、液體或固體引入。它們可以保持在其初始狀態(tài)下，或者當(dāng)從換能器吸收熱量時(shí)，它們可以經(jīng)歷相變。而且，它們也能包括在半導(dǎo)體處理和其它工業(yè)中商業(yè)使用的處理和沖洗流體。諸如由3M制造的Galden之類的全氟化流體能用作經(jīng)冷卻部件循環(huán)的流體，或者能直接噴射到暴露換能器本體的背面上，引起換能器的快速冷卻。當(dāng)對付相對于入射能量呈現(xiàn)角度(即除平板振動部件之外)的結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)使用促進(jìn)顯著穿過基片能量傳輸?shù)臈l件時(shí)，改變厚度的限制。
在圖9A-B的實(shí)施例中，以及對于已經(jīng)公開的多種其它實(shí)施例，考慮到物理參數(shù)，像楊氏模量、密度、及聲在不同材料中的速度，這個(gè)主題的更嚴(yán)格討論可能包括阻抗術(shù)語而不僅僅是厚度標(biāo)準(zhǔn)。
按照本發(fā)明實(shí)施例的處理對于單個(gè)處理步驟可能出現(xiàn)在單個(gè)腔室中，或者對于各種化學(xué)性質(zhì)能包括多個(gè)處理步驟。可選擇地，處理可能在多個(gè)腔室中順序地進(jìn)行。處理能包括濕式處理、干式處理、及濕式和干式處理的組合。
與兆頻聲波能量相耦合，各種輻射類型對于不同的用途可能是有用的。施加輻射的類型包括但不限于微波、紫外線、紅外線、及電磁感應(yīng)。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，輻射可以加熱基片或在基片表面上的處理液體，因而促進(jìn)更迅速的反應(yīng)而不必加熱整個(gè)處理腔室。微波、紅外線、及電磁感應(yīng)在加熱處理液體或基片時(shí)可能是有用的。
在另一個(gè)實(shí)施例中，輻射可能促進(jìn)在基片表面處的特定反應(yīng)。在這樣一種手段中，紫外線輻射的施加能提供特定的優(yōu)點(diǎn)。氧化劑能與輻射相組合地使用，以增強(qiáng)殘余污染物的退化或改性表面。有用氧化劑的例子包括但不限于臭氧、過氧化氫、及氮的氧化物。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在基片表面上的殘余處理液體通過兆頻聲波能量的添加能從表面汽化。關(guān)于其它實(shí)施例的多個(gè)，殘余處理液體可以處于小滴或甚至覆蓋基片表面的膜的形式。在某些情況下，在基片內(nèi)的非常小的凹腔中可能也填充有處理液體。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過向基片直接或間接地施加兆頻聲波能量，液體的薄膜或小滴能迅速地汽化，使基片表面干燥。下面在章節(jié)E中提供按照本發(fā)明實(shí)施例施加聲波能量以實(shí)現(xiàn)基片干燥的詳細(xì)描述。
下面在章節(jié)F中提供按照本發(fā)明實(shí)施例施加聲波能量以實(shí)現(xiàn)其它處理施加的詳細(xì)描述。下面在章節(jié)G中提供在兆頻聲波處理中使用不同類型的流體的詳細(xì)描述。
為了本專利申請的目的，術(shù)語“楔裝置”能定義為包括具有各種橫截面的裝置。例如，楔裝置能包括具有三個(gè)正面和兩個(gè)側(cè)面(頂部/底部)的三角形橫截面，或者能包括具有大量正面的多邊形結(jié)構(gòu)。
特別是在楔裝置的情況下，從其能量發(fā)出的正面或側(cè)面顯現(xiàn)與一排點(diǎn)源順序啟動相像的更均勻振動圖案，而不是像在平板振動部件中更典型的那樣多個(gè)隨機(jī)啟動的點(diǎn)源。這種特性能轉(zhuǎn)換成對于在各種容器和支架構(gòu)造內(nèi)的一些基片的更均勻處理。
在楔裝置中的能量往往散布在整個(gè)表面上。因此，在裝置的一個(gè)或多個(gè)側(cè)面上的多個(gè)晶體的順序啟動能導(dǎo)致基本覆蓋感興趣的整個(gè)楔/正面的能量波。這樣一種布置會導(dǎo)致倍增發(fā)生器設(shè)計(jì)，其中晶體被順序啟動，顯得像使用相同總瓦數(shù)輸出的發(fā)生器，該發(fā)生器使所有晶體以減小的能量密度連續(xù)地激勵(lì)。代之以產(chǎn)生連續(xù)的能量輸出，這樣一種布置導(dǎo)致連續(xù)能量脈沖，該連續(xù)能量脈沖具有等于每個(gè)晶體在切換到下一個(gè)晶體之前被啟動的時(shí)間長度的持續(xù)時(shí)間。
對于經(jīng)流體傳輸?shù)恼最l聲波能量，當(dāng)晶體首先被激勵(lì)時(shí)，壓力波的初始幅值增大到最大值，并且然后依據(jù)脈沖持續(xù)時(shí)間在能量脈沖的剩余部分上減小。對于楔裝置的晶體倍增在以上描述的脈動、“始終通”特性因而對于基片處理可能是有益的，對于每個(gè)晶體在每個(gè)通持續(xù)時(shí)間期間有連續(xù)功率和峰值波動。
為了防止來自單個(gè)晶體的能量散布在槽或處理容器的整個(gè)底部上，楔裝置能由多個(gè)較窄楔裝置元件804而不是單個(gè)較大裝置構(gòu)造，如在圖8KA-C的側(cè)視圖和立體圖中表明的那樣。借助于在相鄰楔裝置804之間的微小氣隙、或比它們之間的最佳耦合小，能使從一個(gè)裝置元件到下一個(gè)的能量傳輸最小，因而借助于倍增系統(tǒng)保持在每一個(gè)個(gè)別部分上的較高能量密度。借助于在相鄰部分之間的某種適當(dāng)限制傳輸(能量重疊)，在元件之間沒有完全死區(qū)(不均勻區(qū)域)，該完全死區(qū)不利地影響局部基片處理。
一般地，聲波噴嘴用來導(dǎo)向在非浸沒表面處的很小、激勵(lì)流體流。這種手段是成功的，其中噴嘴比較靠近表面，并且能實(shí)現(xiàn)在噴嘴與表面之間的連續(xù)液體柱或流。然而，大于幾厘米的分離距離一般導(dǎo)致不足的能量傳輸。
按照本發(fā)明的可選擇實(shí)施例，噴嘴可以包括在完全浸沒的處理器中。因而，不僅兆頻聲波能量從振動部件傳輸?shù)交?，而且在兩者之間產(chǎn)生顯著的高流體速度分布。在某些情況下，兆頻聲波能量跟隨來自射流的流體脈沖，就像對于兆頻聲波噴嘴那樣。兆頻聲波能量和高局部流體速度的這種組合可以大大地增強(qiáng)在某些條件下的處理，特別是其中大量傳輸是重要問題的那些。作為高流體速度的結(jié)果的增強(qiáng)處理的例子，甚至缺少兆頻聲波能量的添加，由共同待決美國專利申請no.10/150,748的光致抗蝕劑剝離的增強(qiáng)速率是明顯的。
聲在材料中的速度可以根據(jù)波類型而不同。例如，膨脹或壓力波在多種材料中相對于在同一材料中的剪力或表面波常常呈現(xiàn)近似兩倍的聲速。因而，對于入射膨脹波的模式轉(zhuǎn)換或折射，生成波形的速度可能顯著地不同，或許導(dǎo)致不同的處理性能。
對于楔裝置，由壓電和其它晶體類型產(chǎn)生的膨脹或壓力波，不僅依據(jù)波碰到的角度而且依據(jù)波必須傳過的環(huán)境，能轉(zhuǎn)換成各種波形。在圖7C中的實(shí)施例中，例如，即使對于流體填充區(qū)，膨脹波也在致動正面或在附加板中轉(zhuǎn)換成剪力或表面波。
相反，在圖8E的實(shí)施例的有些類似的楔裝置形狀中，能量波以與致動表面相垂直的方位離開該表面，并且進(jìn)入處理槽。這種模式轉(zhuǎn)換可能出現(xiàn)在大角度范圍上。
在大角度范圍上的這種模式轉(zhuǎn)換可能與膨脹或壓力波在窄得多的入射角范圍上穿過浸沒基片傳輸?shù)哪芰ο鄬αⅰ＠?，如果圖7C的實(shí)施例的流體填充楔與延伸板分離，并且流體置于已經(jīng)與板直接接觸的楔的正面上，則如果楔的殼很薄，則可能難以預(yù)計(jì)穿過致動正面的生成能量傳輸類型和圖案。
依據(jù)經(jīng)在楔內(nèi)的流體發(fā)射的膨脹波在撞擊致動表面的殼時(shí)的入射角度，模式轉(zhuǎn)換和傳輸可能都發(fā)生。在一種入射角度范圍下，穿過薄殼的能量傳輸可能是主要的。在另一種入射角度范圍下，到表面波的模式轉(zhuǎn)換可能發(fā)生。在又一種入射角度范圍下，變化程度的內(nèi)部反射可能發(fā)生。對于這樣一種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，測試可能以較高精度揭示在各種角度下施加聲波能量的結(jié)果。
圖81表明按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖，該實(shí)施例包括具有為穿過基片能量傳輸定向的振動部件的單晶片處理器。定位在相對側(cè)上的振動部件8100a和8100b被順序地、而不是同時(shí)地激勵(lì)。基片8105在槽8107內(nèi)由支撐部8109支撐。來自每個(gè)振動部件的能量經(jīng)流體8102傳播，并且以適于穿過其的合理能量傳輸?shù)慕嵌茸矒艋?104的表面。
穿過基片傳輸?shù)哪芰恳员容^直的線在另一側(cè)上的液體中繼續(xù)，直到它撞擊兩個(gè)反射側(cè)壁8106的一個(gè)。傳輸?shù)哪芰咳缓笙蚧瓷浠?。能量再次以用于顯著穿過基片能量傳輸?shù)恼_角度撞擊基片的表面，并且再次在較高點(diǎn)處穿過基片。能量繼續(xù)反射離開另一側(cè)壁并且在槽內(nèi)更高的點(diǎn)處又一次經(jīng)基片反射回。
每當(dāng)能量穿過基片時(shí)發(fā)生一些衰減，它在液體中進(jìn)一步傳播，并且每次它反射離開側(cè)壁。當(dāng)能量從槽的底部到頂部傳播時(shí)，基片處理的特征因而能變化。
為了提高處理的整體均勻性，在處理期間能轉(zhuǎn)動基片，從而基片的所有區(qū)域暴露于類似的能量撞擊。這樣一種設(shè)備表明在圖82中的簡化橫截面。
盡管在圖81中表示的實(shí)施例的振動部件描述為順序啟動，但這不是由本發(fā)明所要求的?？蛇x擇地，兩個(gè)振動部件能同時(shí)啟動。由這種同時(shí)啟動產(chǎn)生的任何合成干涉圖案能以適當(dāng)頻率和功率變化動來動去，因而允許基片的均勻處理。
盡管以上實(shí)施例表示為僅有兩個(gè)振動部件，但這不是由本發(fā)明所要求的。多個(gè)振動部件能在槽的高度附近隔開。這樣一種設(shè)計(jì)的截面表明在圖83的簡化橫截面中。振動部件8302的這種多級8300的使用減小了為了實(shí)現(xiàn)更均勻的處理轉(zhuǎn)動晶片8304的需要。
圖84和85表明按照本發(fā)明的基片處理設(shè)備的另外實(shí)施例的一部分的簡化和放大橫截面圖。圖84的設(shè)備8400類似于在圖83中表示的設(shè)備，不同之處在于，簡單平板換能器已經(jīng)用與具有三角形橫截面的楔結(jié)構(gòu)8404相接觸的一對換能器8402代替。圖85的設(shè)備8500類似于在圖83中表示的設(shè)備，不同之處在于，簡單換能器已經(jīng)用與具有橫截面輪廓的楔結(jié)構(gòu)8504相接觸的多個(gè)換能器8502代替。圖85的實(shí)施例分別產(chǎn)生兩條入射聲波能量路徑8506和8508。盡管聲波能量路徑8508可以出現(xiàn)在處理容器中的任何深度處，它也能出現(xiàn)在槽的頂部處的氣體/液體界面處。因而，基片在它正在從處理液體退出的同時(shí)，能接收聲波能量。
按照本發(fā)明的用來進(jìn)行水平處理的一種設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例表明在圖86中。在圖86的實(shí)施例中，基片8600定位得比較靠近多個(gè)振動部件8602，多個(gè)振動部件8602以適當(dāng)角度定向以得到高效的穿過基片能量傳輸。在振動部件8602與基片8600之間的間隙8604填充有液體8608。基片8600的頂部表面8600a能承載薄液體層，或者暴露于在處理器內(nèi)的環(huán)境，或者能用來自噴嘴8610的液體噴射濕潤。
基片8600能選擇性被轉(zhuǎn)動?；?600的前側(cè)8600a或后側(cè)8600b能面對振動部件8602。可以同時(shí)處理基片8600的前側(cè)8600a和后側(cè)8600b。盡管噴嘴8610表示為產(chǎn)生處理液體的液體噴射，但噴嘴也能包括構(gòu)造成聲波激勵(lì)離開液體的兆頻聲波噴嘴。噴嘴甚至能定向成在促進(jìn)穿過基片的能量傳輸?shù)慕嵌确秶鷥?nèi)操作。
用于水平單基片處理的設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例表明在圖87的實(shí)施例中的簡化橫截面中。明確地說，圖86的振動部件用具有液體進(jìn)口8701的單一寬區(qū)域聲波噴嘴8700代替，從而為了穿過基片8704的一些能量傳輸，射流8702以適當(dāng)角度導(dǎo)向。選擇性地，基片能轉(zhuǎn)動、浸沒、暴露于大氣或用液體噴射濕潤。基片的前側(cè)和后側(cè)的處理能同時(shí)發(fā)生。
當(dāng)在寬區(qū)域聲波噴嘴與基片之間的間隙不完全填充有液體時(shí)，能量可以經(jīng)各種液體射流傳輸。能量經(jīng)在射流流中的液體傳播，只要射流流包括在振動部件與基片之間的連續(xù)液體流。當(dāng)間隙完全填充有液體時(shí)，通過借助于射流的能量傳輸和從振動部件表面經(jīng)填充液體到基片的直接傳輸能發(fā)生能量傳輸。
添加到近場的物理液體流動準(zhǔn)直裝置可以修改兆頻聲波系統(tǒng)的處理性能。這樣一種準(zhǔn)直裝置的一種類型能像具有用于液體和能量傳輸?shù)谋容^小開口的格柵。在某些實(shí)施例中，在一個(gè)波長或更小量級上的開口可能是優(yōu)選的。在其它實(shí)施例中，大于一個(gè)波長的開口可能是優(yōu)選的。格柵的厚度能從小于一個(gè)波長到幾十個(gè)波長或更大變化。
依據(jù)包括但不限于氣體飽和程度的流體的特性，格柵的較小開口可能在操作期間由于在兆頻聲波能量場中產(chǎn)生的氣泡而有害地變“瞎”。在一些實(shí)施例中，這能通過利用具有不同表面張力特性的氣體、或利用較高壓差強(qiáng)迫流體流過開口而避免。當(dāng)改變施加的超聲波能量的頻率或強(qiáng)度時(shí)，能重新溶解形成的氣泡。
當(dāng)試圖形成均勻的能量場時(shí)，通過在格柵中的窄槽或開口的能量波的衍射可能似乎與直覺相反。然而，當(dāng)與適當(dāng)?shù)念l率或功率變化一起采用時(shí)，不均勻性的點(diǎn)能通過約束液體空間動來動去，有效地使聲波處理更好或更均勻。一般地說，希望考慮具有能量均勻性的液體流動/速度分布。
圖88A表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備8800的實(shí)施例的簡化橫截面圖，該設(shè)備的特征在于，在基片8804和與多個(gè)換能器8808相接觸的振動部件8806之間有衍射格柵。圖88B表示按照本發(fā)明的實(shí)施例的使用的衍射格柵的一個(gè)例子的平面圖，該衍射格柵包括限定比入射聲波能量的一個(gè)波長大得多的開口8812的篩網(wǎng)。
可選擇地，格柵能包括具有比較大縱橫比的薄板，這些薄板彼此平行分離在小于約6mm量級上的距離。當(dāng)聲波能量在板元件之間向上移動時(shí)，在這個(gè)近場區(qū)中的能量場變化，并且變得更準(zhǔn)直。當(dāng)頻率或功率級變化時(shí)，場不均勻性的點(diǎn)動來動去，可能使有效的基片處理更滿意。待處理的基片能定位在一般平行或某種其它排列的這些板的頂部邊緣上。
圖88C表示按照本發(fā)明的實(shí)施例使用的衍射格柵8814的另一個(gè)例子的平面圖，該衍射格柵8814包括限定各種形狀和尺寸的開口。圖88D表示圖88C的衍射格柵一部分的放大圖。
盡管圖88A的實(shí)施例表示與振動部件分離一段距離的衍射格柵，但這不是由本發(fā)明所要求的。圖88E表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，該設(shè)備利用與振動部件直接物理接觸的衍射格柵8816。
A.反射能量[329]在多種兆頻聲波清洗和處理用途中，在處理槽內(nèi)聲波能量的不均勻分布可能由其中各種障礙的存在而造成，各種障礙例如為用于基片載體的內(nèi)裝支撐部、或基片載體本身的結(jié)構(gòu)部件。在這樣的障礙后面的處理基片的部分可能被“聲波遮擋”，免于接收傳輸?shù)讲壑械某暡芰康耐耆珱_擊。
這些年來，已經(jīng)提出各種處理槽和基片載體的設(shè)計(jì)，以使歸因于聲波遮擋的這種不均勻能量分布較小。一種常規(guī)手段講授了通過給予在基片與聲波能量源之間的相對移動消除遮擋，例如通過移動能量源、移動基片、或兩者。然而，這樣的處理設(shè)備設(shè)計(jì)可能在機(jī)械方面復(fù)雜，提供較高維護(hù)成本的缺點(diǎn)。涉及多種移動零件的設(shè)計(jì)的其它缺點(diǎn)包括另外的空間要求、有害的顆粒產(chǎn)生、及在浴槽內(nèi)液體的不均勻流動。
減小超聲波遮擋的另一種常規(guī)手段涉及設(shè)計(jì)槽，以促進(jìn)超聲波能量的反射而處理否則被遮擋在包括載體支撐部的各種障礙后面的區(qū)域。一種這樣的手段在為了所有目的通過參考包括在這里的美國專利no.美國專利6,523,557中表示和描述。
該專利表明一種其中處理槽的側(cè)壁包括上凸部分的設(shè)計(jì)，使聲波能量反射離開上凸部分進(jìn)入否則被聲波遮擋的區(qū)中。這種特定設(shè)計(jì)要求撞擊彎曲壁的聲波能量的入射角小于對于該材料的臨界角。對于石英，這個(gè)臨界角是26°。
這樣一種設(shè)計(jì)的一個(gè)限制是，由于保持很小入射角的限制(例如對于石英小于～26°)，彎曲區(qū)域必須比較大。這迫使處理槽變得較大，并因此構(gòu)造更困難且構(gòu)造成本更高。例如，對于石英，把很大彎曲構(gòu)造在槽壁中就比由平板構(gòu)造槽困難和昂貴得多。
在這個(gè)專利中描述的比較小入射角也強(qiáng)迫反射表面在浴槽內(nèi)比較大，這可能干涉流體流動和在槽體積內(nèi)空間的高效利用。
關(guān)于常規(guī)反射型超聲波處理系統(tǒng)的另外限制當(dāng)施加的超聲波束比較寬、或者同時(shí)啟動多個(gè)壓電晶體時(shí)，成為明顯的。在這樣的情況下，波束的反射部分可能干涉波束的未反射部分。這能導(dǎo)致局部建設(shè)性和破壞性干涉，產(chǎn)生高和低能量強(qiáng)度的點(diǎn)。在能量場中的這種不均勻性能對應(yīng)地導(dǎo)致不均勻方式的基片處理。如下面描述的那樣，按照本發(fā)明的實(shí)施例通過相對于時(shí)間改變這樣的高和低能量強(qiáng)度點(diǎn)的位置可以解決這樣的不均勻處理。
克服這種建設(shè)性和破壞性干涉的一種手段是把槽設(shè)計(jì)成，反射離開載體和槽壁的能量引導(dǎo)到在槽內(nèi)的液體表面。一種這樣的設(shè)計(jì)公開在為了所有目的通過參考包括在這里的美國專利6,098,643中。
減小常規(guī)超聲波/兆頻聲波處理系統(tǒng)的聲波遮擋的另一種常規(guī)手段，把壓電晶體放置在處理槽或容器的多于一個(gè)壁或位置上，由此保證被遮擋免于從一個(gè)換能器接收能量的區(qū)域也不會被遮擋成免于從另一個(gè)換能器接收能量。提供這樣的特征的槽設(shè)計(jì)公開在美國專利no.5,279,316、no.6,098,643及no.6,595,224中，其每一個(gè)為了所有目的通過參考包括在這里。
消除在超聲波/兆頻聲波處理系統(tǒng)中的聲波遮擋的又一種常規(guī)手段減小基片載體的支撐部件的尺寸、形狀、及/或數(shù)量。例如，美國專利no.6,209,555講授到，基片載體結(jié)構(gòu)部件由平板材料構(gòu)造成，該平板材料具有等于傳播過浴槽的聲波能量的部分波長的精確倍數(shù)的厚度。這種設(shè)計(jì)促進(jìn)穿過載體的載體結(jié)構(gòu)支撐的能量傳輸，而不是通過支撐部的入射超聲波能量的吸收或反射。
然而，不同的系統(tǒng)利用施加超聲波能量的不同頻率。因而，這種常規(guī)手段的一個(gè)缺點(diǎn)是，板元件的厚度需要與施加的超聲波能量的具體頻率相匹配，或者反之亦然，減小了裝置操作的靈活性。
況且，通過具體材料的聲速取決于其組成。因而這種常規(guī)手段的另一個(gè)缺點(diǎn)是，板元件的厚度也需要與板元件的組成相匹配，或者反之亦然，也減小了裝置構(gòu)造和操作的靈活性。
因此，存在對克服關(guān)于當(dāng)前設(shè)計(jì)固有的限制以保證借助于各種頻率的超聲波能量的均勻基片處理的槽設(shè)計(jì)和盒設(shè)計(jì)的需要。
按照本發(fā)明實(shí)施例的、用來支撐在兆頻聲波處理浴槽中的單個(gè)或多個(gè)基片的槽和基片載體，允許引入浴槽中的超聲波能量從表面反射，以便處理位于聲波阻擋部件后面的基片部分。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，反射表面的另一側(cè)可以與諸如空氣之類的氣體相接觸，由此保證在寬角度范圍下入射的聲波能量的反射。按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，在反射同另一側(cè)與液體相接觸的場合，將實(shí)現(xiàn)聲波能量的反射，其中入射角小于第一臨界角或大于第二臨界角。反射表面能是平的、或者以恒定或可變曲率半徑部分或全部彎曲(上凸或下凹)。通過控制在槽內(nèi)流體的流動方向可以增強(qiáng)對于遮擋區(qū)的反射超聲波能量的定向。
按照本發(fā)明實(shí)施例用來在流體浴槽中用超聲波能量處理基片的一種工具，允許引入浴槽中的某些量的超聲波能量反射離開反射表面，以處理位于聲波阻擋部件后面的基片部分。按照一些實(shí)施例，聲波能量相對于反射表面的入射角小于第一臨界角或大于第二臨界角。在其它實(shí)施例中，氣體存在于與入射超聲能量相對的反射表面?zhèn)壬?，從而發(fā)生反射而與入射角無關(guān)。
圖10表示按照本發(fā)明的一種超聲波處理設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖。槽1000包括與側(cè)壁1030相接觸的壁1020，該側(cè)壁1030彼此相對地傾斜。超聲波換能器1040與側(cè)壁1030相接觸。
超聲能量1060從換能器1040向由部件110支撐的基片1080發(fā)射。能量1060從壁1020向基片1080的以前遮擋部分S反射，該部分S否則由于插入支撐部件110的存在而被遮擋。
盡管在圖10中表明的特定實(shí)施例把槽的反射表面描繪為平的，但這不是由本發(fā)明所要求的。圖11描繪按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中提供用于入射超聲波能量1102的反射表面的槽壁1100是彎曲的。
并且盡管圖11的實(shí)施例表示對于是下凹和連續(xù)的反射表面的超聲波能量的施加，但這也不是由本發(fā)明所要求的?？蛇x擇實(shí)施例能采用僅部分彎曲的反射表面，并且該反射表面可以呈現(xiàn)具有恒定或可變曲率半徑的上凸或下凹形狀。
按照本發(fā)明的實(shí)施例克服對于基片處理設(shè)備的已知設(shè)計(jì)的多種限制。明確地說，按照本發(fā)明的實(shí)施例在一定條件下可以便利地利用比第一臨界角大且比第二臨界角小的角度。例如，當(dāng)反射表面的一側(cè)與氣體(即，包圍槽的空氣)接觸時(shí)，在接收入射超聲波能量的反射表面?zhèn)扰c液體接觸(即，在處理浴槽內(nèi))的同時(shí)，基本上所有入射聲波能量反射回液體中。
這樣一種實(shí)施例表示在圖12中的簡化橫截面中，其中入射聲波能量的反射出現(xiàn)在由氣體包圍的槽1202的彎曲壁1200處。不像例如其中彎曲槽壁包括石英并且撞擊壁的聲波能量的入射角小于～26°的常規(guī)手段，如果氣體存在于反射表面的相對側(cè)上，則不必施加以任何特定角度或角度范圍入射的超聲能量。
按照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，入射聲波能量由填充有氣體的管狀結(jié)構(gòu)的壁反射，從而呈現(xiàn)內(nèi)部反射。在這樣的實(shí)施例中，接收以大于第一臨界角且小于第二臨界角的角度入射的超聲波能量的表面，能把顯著量的能量反射回液體中。
如以前描述的那樣，依據(jù)固體反射表面的材料組成，各種量的入射超聲波能量可以直接由該材料吸收，并因此不適于反射。在幾乎所有條件下，諸如PTFE之類的聚合物非晶材料都吸收能量而沒有顯著的反射或傳輸。相反，諸如石英之類的固體結(jié)晶材料、或諸如不銹鋼之類的金屬，依據(jù)入射角和反射/透射表面的只一側(cè)還是兩側(cè)與液體接觸，反射或透射聲波能量。多種構(gòu)造材料，如結(jié)晶聚合物材料，呈現(xiàn)部分吸收性和反射或透射性。
因而用來對于施加的超聲波能量選擇正確的入射角范圍的一個(gè)因素是反射表面在一側(cè)上還是在兩側(cè)上與液體相接觸。如果固體部件的表面在兩側(cè)上都有液體，則當(dāng)入射角大于第一臨界角且小于第二臨界角時(shí)，引導(dǎo)到這些側(cè)之一的聲波能量實(shí)際上穿過部件傳輸。在施加的超聲波能量以小于第一臨界角或大于第二臨界角的角度入射時(shí)，聲波能量的反射占優(yōu)勢。
用于超聲波/兆頻聲波處理的常規(guī)手段講授到，在窄角度范圍內(nèi)接收能量的很大、緩慢傾斜上凸表面的存在、或設(shè)計(jì)成把能量反射到液體的表面的平平面表面的存在防止干涉。然而，按照本發(fā)明的實(shí)施例利用各種形狀的表面。這些形狀能包括上凸、下凹及平面，或者甚至包括復(fù)合設(shè)計(jì)。彎曲半徑能保持恒定或可以變化。
而且，按照本發(fā)明的實(shí)施例描述這樣的實(shí)施例，其中能量可以與由常規(guī)手段描述的“臨界角或角度范圍”不同地撞擊表面，并且仍然容易地反射回液體中。按照本發(fā)明的可選擇實(shí)施例，具有預(yù)定厚度的結(jié)構(gòu)可以定向成接收在臨界角范圍以外的入射聲波能量。對于石英，這些臨界角在約26°與60°之間的范圍內(nèi)。在小于約26°或大于約60°的角度下，撞擊表面的大部分聲波能量從石英表面反射。對于在反射部件的兩側(cè)上的液體在約26-60°之間的角度下，顯著能量能穿過部件直接傳輸。當(dāng)液體僅接觸一個(gè)表面并且氣體接觸另一個(gè)時(shí)，大部分聲波能量被反射，而與入射角無關(guān)。
并且盡管某些現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)的特征在于，在換能器與槽的底部之間有水邊界層，但這不是按照本發(fā)明的實(shí)施例所要求的，但當(dāng)有用時(shí)可以采用。例如，換能器板或各個(gè)壓電晶體能直接粘結(jié)到槽或處理容器的壁上，或者構(gòu)造有水邊界層，而不脫離按照本發(fā)明的實(shí)施例的精神和講授。
而且，按照本發(fā)明的不同實(shí)施例也展望兆頻聲波系統(tǒng)的利用，該兆頻聲波系統(tǒng)同時(shí)或順序地激勵(lì)在換能器或換能器陣列內(nèi)的各個(gè)壓電晶體。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，用于晶片載體的支撐部可以由促進(jìn)顯著量的聲波能量穿過這些結(jié)構(gòu)傳輸?shù)牟牧虾驮O(shè)計(jì)與槽壁整體地構(gòu)造。
例如，不是使用圓形實(shí)心桿料構(gòu)造晶片載體支撐部，或者依賴于在槽內(nèi)的分離反射表面，可以代之以使用呈現(xiàn)橢圓橫截面的支撐料。這樣一種實(shí)施例表示在圖15中表示的簡化橫截面中。
具有這樣一種橢圓橫截面的基片支架部件或基片支架支撐部1500可以定向，以保證桿的顯著量的表面區(qū)域位于在第一與第二臨界角之間的角度范圍內(nèi)，由此使直接穿過桿的聲波能量傳輸最大。相反，如果部件或支撐部定向成，桿的顯著量的表面區(qū)域位于小于第一臨界角或大于第二臨界角下，則使能量反射最大。
按照本發(fā)明的其它實(shí)施例可以利用在另一個(gè)方向上平穩(wěn)地反射或重新取向流體流動的設(shè)計(jì)。反射器結(jié)構(gòu)能是平面的、彎曲的上凸或下凹、橢圓、或否則促進(jìn)平穩(wěn)流體流過、或離開形狀的空氣動力學(xué)的結(jié)構(gòu)表面。
通過借助于其中流體流動的重新取向不引起紊流或混合的平穩(wěn)流線和路線保持穩(wěn)定流動，聲波能量沿這些線跟隨。流體流動能由聲學(xué)流、或由諸如由泵送生成的強(qiáng)迫流體流動而生成。
可選擇地，如果代之以是實(shí)心的，則桿是空心的并且被氣體填充，橢圓的定向是這樣的，從而入射聲波能量以大于第一但小于第二臨界角撞擊表面，并且仍然反射能量的大部分。按照本發(fā)明的其它實(shí)施例因而可以利用能夠反射聲波能量的空心、氣體填充管或其它結(jié)構(gòu)。
這樣一個(gè)實(shí)施例表示在圖13中的簡化橫截面中。按照本發(fā)明實(shí)施例包括氣體1302的這樣一種反射結(jié)構(gòu)1300，允許撞擊結(jié)構(gòu)的表面的入射聲波能量1304的顯著反射而不是吸收或透射，不管入射聲波能量是否位于正確的角度范圍內(nèi)。
圖13表示在空心反射結(jié)構(gòu)1300與由液體包圍的實(shí)心反射表面1306之間的行為的對比。明確地說，實(shí)心反射表面1306往往透射以在臨界范圍內(nèi)的角度(例如26-60°)入射的超聲波能量，反射以在該臨界范圍外的角度入射的超聲波能量。
按照本發(fā)明的另外實(shí)施例，復(fù)合形狀可以用來構(gòu)造晶片載體。例如，可以使用具有半圓形橫截面的桿。這樣一個(gè)實(shí)施例表示在圖14中的簡化橫截面中。
在這個(gè)實(shí)施例中，半圓形桿1400可以定向成，聲波能量1402以在第一與第二臨界角之間的角度撞擊平平面表面1400a。能量穿過桿的橫截面?zhèn)鬏?，從彎曲的桿表面1400b發(fā)出。其它橫截面輪廓能呈現(xiàn)具有上凸或下凹形狀的表面。
B.穿過部件的聲波能量的傳輸[368]在多種工業(yè)中，超聲波能量可以施加到液體浴槽上，以便增強(qiáng)基片處理。超聲能量的使用在電子元件的制造中已經(jīng)變得特別普遍。隨著在基片上的結(jié)構(gòu)變得更小和更精細(xì)并且更容易損壞，已經(jīng)采用更高的超聲波頻率以除去更小的污染物顆粒，而不損害下面的結(jié)構(gòu)。
在歷史上，多個(gè)基片(常常多達(dá)25至50)以一般平行定向保持在部分密封的單個(gè)盒或載體中，在相鄰基片之間有均勻間隔。圖16表示這樣一種傳統(tǒng)盒設(shè)計(jì)的立體圖。
在處理期間，這個(gè)加載盒降入裝有引入超聲波能量的裝置的液體浴槽中。多種早期槽設(shè)計(jì)的特征在于，超聲波換能器一般位于矩形槽的底部或側(cè)面中。由于在比較低的超聲波頻率下，能量圖案在槽內(nèi)幾乎是全方向的，所以容易地得到與基片相互作用的能量，即使當(dāng)基片保持在部分封閉的盒結(jié)構(gòu)中也是如此。
然而，當(dāng)施加的超聲波能量的頻率已經(jīng)增大得靠近兆赫茲范圍以除去更小的顆粒和引起較小基片損壞時(shí)，生成的能量波變得更準(zhǔn)直，并且經(jīng)浴槽在一般直線路徑中傳播。這允許兆頻聲波以一般與基片平面相平行的定向經(jīng)在盒內(nèi)的基片之間的浴槽升高。
當(dāng)超聲波遇到諸如盒的結(jié)構(gòu)部件之類的障礙時(shí)，波典型地或者被吸收或者被反射，導(dǎo)致在障礙后面的區(qū)域被遮擋免受超聲波能量。這種遮擋又能實(shí)現(xiàn)穿過基片表面的不均勻處理，因?yàn)槟承┍砻鎱^(qū)接收與其它表面不同的能量量。
以前，已經(jīng)采納幾種手段以提高到達(dá)基片表面的超聲波能量的均勻性。一種手段是物理地轉(zhuǎn)動晶片。然而，這導(dǎo)致較大和更復(fù)雜的盒結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)常常上昂貴和笨重的。盒也是潛在的顆粒生產(chǎn)源，因?yàn)榛吘壞Σ梁械慕Y(jié)構(gòu)部件。
保證超聲波能量均勻施加的另一種常規(guī)手段通過僅使用三個(gè)或四個(gè)隔開的桿支撐基片而打通盒。這樣的設(shè)計(jì)省去早先盒設(shè)計(jì)的常規(guī)側(cè)壁、板及指狀部件。圖17表示具有四個(gè)支撐桿的常規(guī)低輪廓盒。
盡管這樣的盒設(shè)計(jì)允許更均勻的能量覆蓋，但留有直接位于支撐桿后面的遮擋區(qū)域。另外，在基片與盒之間的減小接觸導(dǎo)致基片更容易由流體脈沖串或氣泡拋離適當(dāng)?shù)姆轿?。其它常?guī)盒設(shè)計(jì)稍微打開和關(guān)閉支架(由此增加和減小在相鄰支撐之間的分離)，從而在處理期間約束基片免于跳出它們在載體內(nèi)的希望安置槽，而當(dāng)完成處理時(shí)容易除去。這樣一種順從盒設(shè)計(jì)的例子存在于為所有目的通過參考包括在這里的美國專利no.6,041,938和no.6,153,533中。
對于盒設(shè)計(jì)的又一種常規(guī)手段是由臨界厚度的材料構(gòu)造支撐部，以匹配施加的超聲波能量的倍數(shù)部分波長。更明確地說，物理理論講授到，盒部件的厚度應(yīng)該等于施加的兆頻聲波能量的四分之一波長的偶數(shù)倍(n1/4λ，n＝偶數(shù)≥2)。希望顯著量的能量透過具有這種特定厚度的支撐部件，由此部分消除在它們后面的聲波遮擋。這些盒設(shè)計(jì)和支持理論要求施加的超聲波能量對于盒支撐部件的表面以近似直角(90°)碰到支撐部件。
然而，因?yàn)樵诔暡ㄏ到y(tǒng)之間頻率變化，所以要求不同厚度的支撐部。這導(dǎo)致用于每種超聲波處理系統(tǒng)的專用、唯一支架。因而用于在特定頻率下操作的一種系統(tǒng)構(gòu)造的盒不能用于在不同頻率下操作的另一種系統(tǒng)中。另外，由按要求的精確材料厚度降低了在選擇用于盒構(gòu)造的材料時(shí)的靈活性。這轉(zhuǎn)換成成本更高和更不靈活的盒。
在再一種常規(guī)手段中，專門設(shè)計(jì)和構(gòu)造具有傾斜側(cè)壁的槽，從而超聲波能量從幾乎彼此正交的兩個(gè)方向碰到基片，以消除在障礙后面的任何遮擋區(qū)域。這樣一種設(shè)計(jì)公開在為所有目的通過參考包括在這里的美國專利No.6,098,643中。
然而，仍然存在對于一種克服當(dāng)前設(shè)計(jì)所固有的限制以對于各種頻率的超聲波能量保證均勻基片處理的盒的需要。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，用來在兆頻聲波處理浴槽中支撐單個(gè)或多個(gè)基片的盒或晶片載體允許引導(dǎo)到支撐基片的顯著量的入射超聲波能量透過在聲波能量的路徑中的盒結(jié)構(gòu)支撐部，由此減小在直接位于支撐部后面的基片表面上的聲波遮擋。按照本發(fā)明的載體的實(shí)施例包括連接形成結(jié)構(gòu)的端面板的側(cè)面或底部支撐部，以在處理期間把基片保持在希望方位中。載體的側(cè)面和/或底支撐部的至少一個(gè)由板元件形成。板元件的表面相對于兆頻聲波換能器的表面保持在第一與第二臨界角之間。選擇角度以允許最大量的發(fā)射兆頻聲波能量透過板元件。通過不吸收或反射所有入射超聲波能量，板元件不會產(chǎn)生支撐基片的全部遮擋。
盒的側(cè)面和底部支撐部由任何方便厚度的比較窄的板形成，并且可以由單種材料或多種材料的復(fù)合物構(gòu)造。當(dāng)以適當(dāng)?shù)呐R界角定位時(shí)，在任何頻率下的入射兆頻聲波能量的顯著部分能透過支撐部。窄板的特征也可能在于孔和切口，以使對于在盒內(nèi)和在其中保持的基片周圍的均勻流體流動的破壞最小。
按照本發(fā)明的實(shí)施例包括用來支撐在超聲波或兆頻聲波處理路徑中的單個(gè)或多個(gè)基片的基片盒或載體。按照本發(fā)明實(shí)施例的盒設(shè)計(jì)允許顯著量的入射施加超聲波能量透過在聲波能量的路徑中的盒的這些結(jié)構(gòu)支撐部，由此相對于由現(xiàn)有技術(shù)利用的設(shè)計(jì)，減小直接在這樣的支撐部后面的基片表面上的聲波遮擋。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，在臨界角范圍上對于支撐部件的平面表面施加入射的聲波能量能導(dǎo)致穿過支撐部件的顯著能量傳輸。特征在于面對超聲波/兆頻聲波換能器的入射平面表面的這樣的支撐部件在這里稱作“板元件”。即使當(dāng)支撐元件的厚度在寬范圍上變化時(shí)，也觀察到穿過按照本發(fā)明的板元件的能量傳輸。
穿過部件傳輸施加聲波能量的能力高度取決于構(gòu)成部件的材料。例如，包括含氟聚合物PFA(全氟烷氧基)和PTFE(聚四氟乙烯)的部件可能不允許與包括石英的部件一樣多的傾斜入射能量。對于某些材料，與具有偶數(shù)倍四分之一波長的厚度的部件的表面相垂直的能量入射，能導(dǎo)致比如果入射在臨界角范圍內(nèi)的更大的能量傳輸。如果對于以臨界角施加的能量發(fā)生在壓力與表面波之間的轉(zhuǎn)換，則這特別有可能。
通過未能吸收和反射所有入射超聲波能量，板元件避免在載體內(nèi)支撐的基片部分的全部聲遮擋。這種結(jié)果是意外的，并且與現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)完全相反，現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)要求超聲波能量對于支撐表面以近似直角或正交地撞擊板支撐部件的表面，并且也要求盒支撐部件對于每種施加的超聲波頻率具有非常精確的厚度。
圖18A表示按照本發(fā)明的一種盒1800的一個(gè)實(shí)施例的端視圖。盒1800具有用于平底槽1804的四個(gè)支撐部件1802，該平底槽1804具有位于槽底部1804a上的兆頻聲波換能器元件1806。圖18B表示在圖18A中表示的盒的等軸測圖。
盒或載體1800包括連接到形成結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)單端面板1808上的單個(gè)側(cè)面或底部支撐部1802，以在處理期間把基片1810保持在希望方位中。一般地，兩個(gè)、三個(gè)、或在某些情況下更多的側(cè)面/底部支撐部用來為盒提供適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
載體1800的側(cè)面/底部支撐部1802的至少一個(gè)由板元件形成。板元件包括具有入射施加的聲波能量的平面表面的部件。圖18C表示矩形板元件支撐部件1802的放大側(cè)視圖，該支撐部件1802具有周期凹槽1812以包含多個(gè)基片1810的邊緣。
為了有效地穿過中等厚度的板元件透射聲波能量，板元件的表面相對于兆頻聲波換能器的表面保持在正確的角度范圍內(nèi)。按照本發(fā)明的實(shí)施例，對于板元件的入射平面表面的法線相對于對兆頻聲波換能器的表面的法線以在第一與第二臨界角之間的角度保持。
對于諸如包括硅的晶片之類的結(jié)構(gòu)，這些第一和第二臨界角典型地分別在約18°與58°之間。其它材料可能呈現(xiàn)不同的臨界角范圍。
這種方位表示在圖18A中，其中支撐板元件1800的入射表面相對于在處理槽1804的底部處存在的兆頻聲波換能器元件1802以38°的角度定向。板元件的入射表面的法線因而相對于兆頻聲波換能器元件以52°的角度定向。
圖19表示按照本發(fā)明的一種盒的可選擇實(shí)施例的端視圖。圖19的盒與圖18a的盒類似，不同之處在于，支撐板元件部件1900和1902的兩個(gè)的相對方位被顛倒。然而，所有板元件的入射表面相對于位于處理槽的底部中的兆頻聲波換能器的平面在約α的臨界角范圍內(nèi)保持傾斜。
盡管圖18A-19表示由包括單個(gè)板表面的板元件形成的盒結(jié)構(gòu)，但這不是按照本發(fā)明的實(shí)施例所要求的。圖20表示三支撐布置的橫截面圖，底部支撐部2000包括用于平底槽的倒V形部件，使兆頻聲波換能器2002定位在底部上。
x[394]如圖20A中所示，具有矩形橫截面的兩個(gè)板元件2004沿一個(gè)橫向表面粘結(jié)在一起，形成允許使用薄板元件的V形橫截面，該薄板元件否則不會呈現(xiàn)適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度。為了起盒支撐部的作用，對于每個(gè)個(gè)別片的表面之一的法線與對于兆頻聲波換能器的表面的法線形成適當(dāng)角度。
圖20B表示圖20A的盒的V形支撐部的放大橫截面圖，表明相對于支撐部和換能器表面的法線的正確角度。V形支撐結(jié)構(gòu)2000的頂點(diǎn)2000a能引導(dǎo)到或背離由超聲波/兆頻聲波換能器的表面限定的平面。
并且盡管圖18A-B和19把支撐板表示成具有導(dǎo)致入射超聲波能量以相同角度離開板的后表面的矩形橫截面，但這不是由本發(fā)明所要求的。按照其它實(shí)施例，板的一個(gè)表面能是平的，而相對表面能是彎曲的、上凸的或下凹的或者處于另一種更復(fù)雜的形狀。
圖21表示非矩形支撐部件2100的放大橫截面圖。在圖21的情況下，能量離開板的角度能與入射角不同。
多種類型的材料能用來形成按照本發(fā)明實(shí)施例的板元件支撐部。材料類型的選擇可以基于其希望的物理特性，如強(qiáng)度和柔性。一般地說，與呈現(xiàn)較高能量衰減的部件相比，較多聲波能量能透過呈現(xiàn)較低能量衰減的較厚部件。
例如，與能透過呈現(xiàn)比較大能量衰減的相同厚度的非晶聚合物材料相比，較大聲波能量可以透過呈現(xiàn)比較低能量衰減的相同厚度的金屬或高度結(jié)晶材料。諸如石英之類的比較剛硬材料與諸如聚四氟乙烯(PTFE)之類的較軟材料相比，允許較大的能量傳輸。通過各種材料的聲波能量的衰減的討論由Buckin和O′Driscoll，“Ultrasonic Waves andMaterial AnalysisRecent Advances and Future Trends”，LabPlusInternational(2002年6月)呈現(xiàn)，并且也由McClements，“UltrasonicMeasurement in Particle Size Analysis”，from Encyclopedia of AnaylticalChemisty，Robert A.Meyers，Ed.(John Wiley & Sons)呈現(xiàn)，為了所有目的這兩個(gè)通過參考包括在這里。
況且，按照本發(fā)明實(shí)施例的支撐板元件不必由單種材料產(chǎn)生。能使用由多種材料構(gòu)造的復(fù)合結(jié)構(gòu)，記住剛才討論的關(guān)于物理性質(zhì)和能量衰減的考慮。因而按照本發(fā)明的一些實(shí)施例，呈現(xiàn)具有低能量衰減的希望結(jié)構(gòu)性質(zhì)的一種材料能與呈現(xiàn)優(yōu)良耐腐蝕性和比較高能量衰減的另一種材料相結(jié)合，以產(chǎn)生呈現(xiàn)可接收結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和能量傳輸性能的支撐元件。
這樣一個(gè)可選擇實(shí)施例表示在圖22中。圖22表示一種典型矩形支撐部件2200的放大橫截面圖，該支撐部件2200包括第一內(nèi)部材料2202和第二外部材料2204的復(fù)合。盡管圖22的復(fù)合支撐結(jié)構(gòu)描繪成包括實(shí)心材料，但這不是由本發(fā)明所要求的。按照可選擇實(shí)施例，支撐部能包括填充有流體的實(shí)心外殼。以這種方式，能利用呈現(xiàn)各種橫截面輪廓的空心管。
根據(jù)按照本發(fā)明的其它可選擇實(shí)施例，板元件能包含孔和切口，以使在盒內(nèi)的和在被處理的基片周圍的均勻流體流動的破壞最小。對于基片處理，不均勻的局部流體速度和能量密度能導(dǎo)致不均勻的基片處理，不管該處理是清洗、蝕刻還是其它的基片表面改性。因而對于一些用途，優(yōu)選的是基片支撐的特征在于孔或切口。
這樣的開口或切口的尺寸能變化。在某些情況下，開口能比較大，或者顯著大于施加能量的一個(gè)波長。對于借助于氣體飽和溶液的處理，依據(jù)處理流體的表面張力，在處理期間產(chǎn)生的氣泡可能容納在小尺寸開口中，干涉聲波能量經(jīng)設(shè)備到基片的有效傳輸。
因而，圖23A和23B分別表示倒V形支撐部件2300的立體圖和橫截面圖，該支撐部件2300包括板元件2302，該板元件2302具有用來支撐晶片的邊緣的凹槽2304。支撐部件2300進(jìn)一步限定在板元件2302之間的切口2306。切口2306促進(jìn)在使用期間在支撐板元件之間的處理流體的循環(huán)。
在其它實(shí)施例中，可能希望切口或開口定尺寸成近似等于或小于施加的聲波能量的波長。在這樣一種構(gòu)造中，碰到盒的入射超聲波能量可能被衍射。這種衍射能潛在地具有有益的結(jié)果，提高超聲波處理的均勻性或有效性。
以前表示和描述的實(shí)施例的一些描繪包括由比較窄的板元件形成的側(cè)面和底部支撐部的晶片支撐結(jié)構(gòu)，但這不是由本發(fā)明所要求的。盡管在一些實(shí)施例中，比較窄的板元件可能是優(yōu)選的以使在流體流動中的局部破壞最小，但在其它用途中，當(dāng)希望不同的流體流動時(shí)，能可選擇地使用寬得多的板。這樣一種可選擇實(shí)施例描繪在圖24中，圖24表示用于平底槽的寬矩形支撐部件2400的橫截面圖，該平底槽具有底部安裝的換能器2402。
并且盡管圖18A-19的實(shí)施例表明特征在于板元件相對于定位在處理槽的底部處的公共平面中的聲波換能器定向的晶片支撐結(jié)構(gòu)，但這種構(gòu)造不是由本發(fā)明所要求的。圖25表明按照本發(fā)明的可選擇實(shí)施例，其中盒25000包括多個(gè)垂直定向的支撐板元件25002。處理槽25004的特征在于V形底部，使換能器25006安裝在槽底部的側(cè)面25004a上。處理槽的側(cè)面相對于包括盒的垂直定向支撐板元件以臨界角傾斜。
按照本發(fā)明的實(shí)施例提供優(yōu)于常規(guī)手段的多個(gè)可能優(yōu)點(diǎn)。例如，不像常規(guī)基片支撐設(shè)計(jì)，按照本發(fā)明的板元件支撐部件的厚度不必是施加的超聲波波長的任何特定倍數(shù)。因而當(dāng)頻率變化時(shí)，用于新發(fā)明的支撐部的厚度不必改變。
按照本發(fā)明的可選擇實(shí)施例，支撐部件可以設(shè)計(jì)成在流過它們的流體中產(chǎn)生具有平滑流線(路徑線)的穩(wěn)定流動。繞支撐結(jié)構(gòu)的這種平滑流體流線允許施加的聲波能量繞結(jié)構(gòu)流動，代之以直接透過或穿過它們。支撐部件的橫截面可以流動動力地設(shè)計(jì)以提供最小阻力，允許流體流線在前邊緣處平滑地分開，并且然后在后邊緣處平滑地重新接合，而沒有渦或紊流的形成。以這種方式，按照本發(fā)明實(shí)施例的部件能被成形，以允許顯著量的聲波能量基本上繞它們“彎曲”。
在流體中的聲波能量的流動引起這里稱作“聲學(xué)流束”的流體移動。這種聲學(xué)流束包括涉及大量流體流動和移動的宏觀流束、以及微觀流束(幾種類型的局部流束)。當(dāng)包含聲波能量的聲學(xué)流束的流體流線(路徑線)平滑地分開并且然后平滑地重新結(jié)合時(shí)，能量的大部分與流體流動一起保持，有效地允許繞適當(dāng)成形結(jié)構(gòu)的聲波能量的傳輸。
采用這樣一種流體動力支撐部件的本發(fā)明的可選擇實(shí)施例表示在圖26中的簡化橫截面中。支撐部件2602定位在槽內(nèi)在振動部件2606與待處理的基片2604之間。支撐部件2602呈現(xiàn)促進(jìn)流體動力流體流動的淚滴形狀，從而表明的流線2600繞支撐部件2602分開和重新結(jié)合，而沒有紊流和混合。成形的支撐部件2602不必以某種臨界角定位，而是成形為，它平滑地分離和重新結(jié)合流線/路徑線。
在圖26中表示的具體支撐部件2602代表不與支撐晶片2604直接物理接觸的基片支撐結(jié)構(gòu)的一部分。然而，按照可選擇實(shí)施例，流體動力成形的支撐部件能與晶片直接接觸，例如把晶片支撐在淚滴形部件2602的末端上。
并且盡管支撐部2602表示成實(shí)心的，但這不是要求的。支撐部能選擇性地包括空心管。管然后能是空的或是流體填充的。流體能是氣體或液體。只要部件的橫截面輪廓不導(dǎo)致生成混合的流線破壞，繞支撐部件的顯著聲波能量傳輸就能出現(xiàn)。
流體動力結(jié)構(gòu)可以相對于聲學(xué)流束流動的方向定向，從而在其后邊緣處不產(chǎn)生紊流。流體動力結(jié)構(gòu)的定向也應(yīng)該考慮到不由聲波能量引起的任何顯著流體速度分量，例如由泵送作用引起的流體的流動。在設(shè)計(jì)處理槽時(shí)因而應(yīng)該小心，以使流體動力流動對聲學(xué)流束的不利影響最小，并且反之亦然。
按照本發(fā)明實(shí)施例的聲學(xué)流束可能不限于在穿過支撐基片的方向上的超聲波能量的透射。圖27表示按照本發(fā)明的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中遇到結(jié)構(gòu)2704的處理流體2702的流動2700繞開待處理的基片2706。根據(jù)聲學(xué)流束機(jī)理，流體流動2700通過結(jié)構(gòu)2704的這種偏轉(zhuǎn)可能伴隨有貼著基片2706由振動部件2710發(fā)射的聲波能量2708的類似偏轉(zhuǎn)。
總之，與具有施加能量的四分之一波長的偶數(shù)倍的厚度的部件的表面相垂直地施加的聲波能量，導(dǎo)致穿過部件傳輸能量。如果聲波能量相對于部件的表面在第一與第二臨界角之間施加，則如果兩側(cè)都有液體，則能量能穿過部件傳輸。如果在部件的兩側(cè)上都存在有氣體，則能產(chǎn)生模式轉(zhuǎn)換。如果在部件的一側(cè)上有液體并且在部件的另一側(cè)有氣體，則能量從部件反射，而與在液體側(cè)的入射角無關(guān)。
C.改進(jìn)的近場均勻性[418]在多種工業(yè)中，超聲波能量可以施加到液體浴槽上，以便增強(qiáng)定位在其中的基片的處理。超聲能量的使用在電子元件的制造中已經(jīng)變得特別普遍。圖28表示待處理的、浸沒在常規(guī)處理槽2805中的周圍液體2802中的部件2800的簡化橫截面圖。超聲波能量束2804從振動源2806施加到液體2802上，液體2802又把能量發(fā)射到部件2800。在液體2802與部件2800的表面之間的界面又響應(yīng)接收的超聲波能量而振動。氣穴、微小氣穴、聲學(xué)流束、及各種類型的微小流束都能出現(xiàn)在這個(gè)界面處或其附近，并且對于促進(jìn)部件2800的清洗和處理可能是有用的。
近場2807是從振動源2806到周圍浴槽中延伸距離X的區(qū)。近場2807的特征在于生成能量場的不均勻性，如圖29A和29B中所示。能量場延伸到液體中的距離和它呈現(xiàn)的不均勻性的程度是頻率、強(qiáng)度、及振動部件設(shè)計(jì)的函數(shù)。明確地說，當(dāng)駐波和在相互作用波之間的各種干涉圖案在近場區(qū)2807中發(fā)展時(shí)，高和低能量強(qiáng)度的位置貫穿近場區(qū)2807發(fā)展和分散。
盡管不希望由任何具體的操作理論所約束，但僅為了理解的原因討論如下例子和解釋。認(rèn)為高和低能量強(qiáng)度的這些點(diǎn)一般由導(dǎo)致能量波的抵消和加強(qiáng)的駐波和干涉圖案產(chǎn)生。這些干涉圖案能產(chǎn)生，因?yàn)樵趩蝹€(gè)振動部件壓電晶體內(nèi)逐點(diǎn)可能有輕微局部材料變化或不均勻性。這種局部不均勻性能導(dǎo)致不是在振動部件的正面上的所有點(diǎn)都以相同頻率諧振。代之以整個(gè)壓電晶體作為單一均勻振動點(diǎn)源振動，它能作為一群多個(gè)個(gè)別點(diǎn)源而振動。因而，在給定發(fā)生器頻率下，不是所有點(diǎn)都以相同的強(qiáng)度振動，因?yàn)槟承⒃诔鼈兊闹C振動頻率之外處被激勵(lì)。甚至可能有由晶體的不均勻性引入的在各個(gè)晶體上的點(diǎn)之間的施加或驅(qū)動電壓的輕微相位移動。
即使在振動部件晶體上的所有點(diǎn)源的確在同一諧振頻率下、以同一振幅振動，并且彼此完全同相地被激勵(lì)，從每個(gè)點(diǎn)源到在大量液體2802內(nèi)的部件2800的表面上的選擇點(diǎn)的距離也可能不同。從每個(gè)點(diǎn)源發(fā)出到液體中的波基于包括頻率、強(qiáng)度、及振動部件的形狀的多個(gè)因素，在它們遠(yuǎn)離振動部件傳播時(shí)往往展開到變化的程度。
在給定頻率下，振動部件在液體中將產(chǎn)生具有良好限定的波長。如果從在單個(gè)晶體上的兩個(gè)靠近隔開的點(diǎn)源到在浴槽內(nèi)的給定位置的距離不同，則即使波彼此同相地產(chǎn)生，它們也在稍微不同的時(shí)刻到達(dá)給定點(diǎn)。因此來自各個(gè)點(diǎn)源的波能以變化程度的相位對準(zhǔn)或一致到達(dá)在部件2800的表面附近的選擇點(diǎn)處。
在離振動元件的一定距離處(在圖28中表示的近場與遠(yuǎn)場之間的劃分線，生成能量場的強(qiáng)度變得比較均勻。近場2806外的區(qū)稱作遠(yuǎn)場2810。遠(yuǎn)場2810的特征在于場均勻性和對于離振動部件2806的距離的場衰減。明確地說，隨著離振動元件的表面的距離增大，能量場的強(qiáng)度依據(jù)局部液體性質(zhì)以很均勻的速率降低。近場的長度，或它從振動部件延伸到液體中的距離，隨增大頻率和增大施加強(qiáng)度而增大。
在基片與周圍處理浴槽之間的相互作用的質(zhì)量部分取決于在基片/浴槽界面處的能量場。因而在超聲波能量施加在處理浴槽在近場區(qū)內(nèi)的基片上的場合，在近場中的不均勻能量可能導(dǎo)致基片或基片的部分的不均勻清洗和處理。
因而，在技術(shù)上有保證基片處理的均勻性的、對用來把超聲波能量施加到基片上的方法和設(shè)備的需要。
在同時(shí)啟動的晶體元件之間的頻率、功率、相位；及/或施加到在處理浴槽內(nèi)的基片上的超聲波能量的脈沖寬度，可以相對于時(shí)間變化，試圖使近場更均勻。相對于時(shí)間的這種變化引起建設(shè)性和破壞性干涉的點(diǎn)位置的、或在近場中高和低能量強(qiáng)度的局部點(diǎn)的移動。作為施加超聲波能量的變化特征，使在近場中能量的整體或有效強(qiáng)度、和因此在近場區(qū)中基片的處理，更均勻。
如圖30中所示，兆頻聲波能量源3000包括換能器3002，該換能器3002包括多個(gè)單獨(dú)的壓電晶體3004。按照本發(fā)明的實(shí)施例，兆頻聲波能量源3000操作以順序啟動這些單獨(dú)的壓電晶體3004。特別是，在選擇或諧振頻率和幅值下的電壓施加到各個(gè)壓電晶體3004上，在該諧振頻率和選擇幅值附近以均勻或預(yù)定方式變化。典型地，對于在陣列中的每個(gè)壓電晶體選擇不同的頻率，試圖匹配該晶體的諧振頻率，該諧振頻率使晶體的性能最大化。施加電壓的幅值確定由每個(gè)晶體產(chǎn)生的振動強(qiáng)度。
作為變化施加到壓電晶體上的電壓的頻率和幅值的結(jié)果，在浴槽內(nèi)由壓電晶體3004產(chǎn)生的振蕩的頻率和強(qiáng)度也變化。
像具有其多個(gè)發(fā)射器點(diǎn)的相控陣?yán)走_(dá)，每個(gè)壓電晶體包括多個(gè)振動點(diǎn)源。當(dāng)在相控陣中在各種發(fā)射體之間的頻率/相位變化時(shí)，從每個(gè)發(fā)射體送出的能量束的方向輕微地變化。
如果頻率是周期的，則發(fā)出波束往往與燃燒蠟燭相像地移動或“閃變”。在對于在處理浴槽中的超聲波發(fā)生這種“閃變”的場合，它具有在近場區(qū)內(nèi)逐個(gè)位置移動各種節(jié)點(diǎn)(高能量強(qiáng)度的點(diǎn))和零點(diǎn)(低能量強(qiáng)度的點(diǎn))的效果。在歷史上，兆頻聲波處理發(fā)出與基片的表面相平行的能量波。對于使顯著能量直接穿過基片部件厚度傳輸?shù)膶?shí)施例，變化振動頻率也修改從待處理的基片的離開側(cè)或表面發(fā)出的超聲波/兆頻聲波近場。
沒有這樣的頻率變化，稱作近場的不均勻能量場會建立在離開振動部件的前側(cè)、或基片的離開側(cè)，延伸到在槽中的大量液體中高達(dá)幾英寸。這種不均勻場會導(dǎo)致基片的不均勻清洗和處理或在不均勻場區(qū)域內(nèi)飽和的基片部分。
當(dāng)產(chǎn)生駐波時(shí)，最大加強(qiáng)的點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))能具有在單個(gè)自由波中看到的強(qiáng)度的兩倍大(第一波的振幅添加到第二波的振幅上)。在最大抵消的點(diǎn)(零點(diǎn))處，波強(qiáng)度變到零(第一波抵消第二波)。在恒定頻率下，這些抵消和加強(qiáng)點(diǎn)在浴槽內(nèi)不移動。僅當(dāng)頻率/相位/功率等變化時(shí)，這些點(diǎn)的位置才移動。用來測量場強(qiáng)度和甚至局部場強(qiáng)度的各種方法和設(shè)備在工業(yè)和學(xué)術(shù)界是公知的，并且容易得到。為了測量強(qiáng)度的粗略值，常常使用水聽器。
當(dāng)頻率輕微地變化時(shí)，超聲波能量波的強(qiáng)度、方向、及波長也輕微地變化。方向、強(qiáng)度、及波長的這種微變化能導(dǎo)致在近場中正和負(fù)加強(qiáng)點(diǎn)的位置的變化，但甚至也可能有防止駐波一起形成的條件。當(dāng)這些高和低能量強(qiáng)度的位置變化，或在它們之間的差值的幅值最小化時(shí)，基片的整個(gè)表面更可能經(jīng)歷類似的處理。通過暴露于高和低強(qiáng)度點(diǎn)，當(dāng)這些點(diǎn)在基片表面附近移動時(shí)，生成的處理可能比這些點(diǎn)在浴槽內(nèi)靜止的情況下更均勻。
在某種意義上，高和低能量點(diǎn)的這種移動產(chǎn)生相對于一段時(shí)間呈現(xiàn)較大能量均勻性或平滑性的近場區(qū)。這個(gè)時(shí)間段是施加電壓的頻率和幅值變化的速率的函數(shù)。例如，某些壓電晶體可以用在750kHz頻率下操作的500VAC的恒定施加電壓適當(dāng)?shù)丶?lì)。依據(jù)槽特性在近場區(qū)并且或許甚至在遠(yuǎn)場區(qū)中將產(chǎn)生高和低能量強(qiáng)度的點(diǎn)。
例如，代之以保持恒定，施加電壓的頻率可能在值之間循環(huán)。如果在748與752kHz之間每秒一次地循環(huán)，則當(dāng)頻率是748kHz時(shí)在液體中建立的高和低強(qiáng)度的點(diǎn)將每秒切換到與752kHz有關(guān)的新點(diǎn)。如果施加電壓的頻率的變化速率現(xiàn)在升到每秒十萬次循環(huán)，則將出現(xiàn)在與748kHz有關(guān)的節(jié)點(diǎn)位置到與752kHz有關(guān)的節(jié)點(diǎn)位置之間的迅速前后切換、或移動。
可選擇地切換能出現(xiàn)在五個(gè)分立頻率之間，例如748、749、750、751及752kHz。在這五個(gè)分立頻率的每一個(gè)下形成的節(jié)點(diǎn)和零點(diǎn)的位置將不同。當(dāng)頻率從一個(gè)值變到另一個(gè)值時(shí)，節(jié)點(diǎn)和零點(diǎn)將相應(yīng)地移動。頻率從一個(gè)值到另一個(gè)值切換得越迅速，節(jié)點(diǎn)和零點(diǎn)變化位置越快。
另外可選擇地，能在一個(gè)范圍上連續(xù)地改變和掃過頻率，使在近場中的節(jié)點(diǎn)和零點(diǎn)從一個(gè)位置到另一個(gè)位置連續(xù)地移動。在這樣一種連續(xù)變化手段中，甚至對于非常差地設(shè)計(jì)的槽在遠(yuǎn)場中也不會建立駐波，因?yàn)樵谶h(yuǎn)場中的駐波在這樣的變化條件下甚至不能形成。
在近場內(nèi)的節(jié)點(diǎn)和零點(diǎn)的位置也是場強(qiáng)度的函數(shù)，該場強(qiáng)度由對于每個(gè)壓電晶體的施加電壓的幅值確定。因此，改變施加電壓的幅值也能導(dǎo)致產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)和零點(diǎn)的移動。如果這樣一種強(qiáng)度變化連續(xù)地出現(xiàn)，則節(jié)點(diǎn)和零點(diǎn)可能似乎有效地消失。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，被處理的晶片的后側(cè)可以放置成與修改的換能器直接接觸，由此形成單個(gè)振動元件。兆頻聲波發(fā)生器是順序啟動各個(gè)壓電晶體的順序啟動發(fā)生器，包括修改的換能器。修改換能器的這樣一個(gè)實(shí)施例表示在圖31中。
在圖31的實(shí)施例中，由產(chǎn)生器3100施加到每個(gè)晶體3104上的電壓頻率或者隨機(jī)地或者預(yù)定步進(jìn)地或以其它方式被改變。這種電壓頻率變化預(yù)定量不僅增大從晶片3106的前側(cè)發(fā)出的近場的均勻性，而且也增大每個(gè)晶體的每個(gè)部分在其諧振頻率周圍在至少部分時(shí)間期間操作的可能性。施加電壓的頻率的這種變化的頻率能在從每秒僅幾個(gè)循環(huán)到兆赫茲范圍的范圍內(nèi)。它以平滑正弦或其它方式能在設(shè)置點(diǎn)頻率以上和以下改變相等的量，或者能在某一預(yù)置范圍內(nèi)隨機(jī)地變化。
可選擇地，它能循環(huán)方式步進(jìn)地變化。例如，施加電壓的頻率能在單個(gè)步驟中跳到設(shè)置點(diǎn)頻率以上一定數(shù)量的千赫。這些步驟能在每秒僅幾個(gè)的速率到在兆赫茲上的速率發(fā)生。
壓電晶體常常能在多于單個(gè)頻率下被激勵(lì)。能激勵(lì)晶體的這些各種頻率常常稱作諧振諧波頻率。像這樣，有可能使施加電壓的頻率變化發(fā)生在不同的諧波頻率之間而不只是在單個(gè)諧振頻率附近循環(huán)。
除通過改變由發(fā)生器供給的施加電壓的頻率而改變換能器的壓電晶體的振動頻率之外，能改變能量束的脈沖寬度。這能通過以隨機(jī)的或預(yù)定步進(jìn)的或其它方式迅速地接通和斷開發(fā)生器輸出電壓而實(shí)現(xiàn)。脈沖寬度能連續(xù)地到以在兆赫范圍內(nèi)的頻率接通和斷開而變化。這種切換頻率不必是恒定的，并且也能以步進(jìn)或其它方式變化。
通過改變施加電壓的幅值有可能改變在近場中的超聲波能量的強(qiáng)度均勻性。關(guān)于施加電壓的頻率的變化，施加電壓的幅值的這種變化能采取以上描述的任何數(shù)量的連續(xù)或離散變化形式。
還有可能同時(shí)改變施加能量的頻率和功率或幅值、或甚至頻率、強(qiáng)度及脈沖寬度。隨機(jī)地或以預(yù)定步進(jìn)或其它方式改變施加電壓的頻率和幅值、或者如以上描述的那樣另外改變脈沖寬度實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)。
頻率、功率及脈沖寬度變化不限于各個(gè)壓電晶體的順序啟動。對于設(shè)計(jì)成在單個(gè)頻率下同時(shí)連續(xù)地啟動多個(gè)晶體的系統(tǒng)，也能便利地施加頻率變化。在這樣一種實(shí)施例中，在單個(gè)頻率下，不是所有晶體都在其各個(gè)諧振動頻率下啟動。當(dāng)頻率變化時(shí)，所有晶體和或許所有晶體的所有點(diǎn)在其各個(gè)諧振動頻率下在至少時(shí)間部分期間被啟動的可能性增加。并且，類似于采用壓電晶體的順序啟動的實(shí)施例，當(dāng)高和低能量強(qiáng)度的點(diǎn)變化位置時(shí)，近場也將經(jīng)歷平均或平滑。
而且，如果同時(shí)啟動多個(gè)晶體，則有可能改變在由晶體的每一個(gè)產(chǎn)生的波之間的相位。以隨機(jī)樣式改變在這些同時(shí)啟動的多個(gè)晶體之間的相位角、或根據(jù)某種步進(jìn)或其它方式改變，能導(dǎo)致增強(qiáng)的均勻性，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)和零動來動去或者或許甚至被防止形成。
頻率、功率及脈沖寬度變化用來平滑近場的不均勻性不限于具有基片接觸，或者成為換能器振動部件的部分。傳統(tǒng)兆頻聲波清洗系統(tǒng)把能量施加到在槽中的部件上，使發(fā)射的能量平行于基片的表面，如圖32中所示。在這樣的系統(tǒng)中，基片3200沒有定位得太靠近振動表面3206，因?yàn)樵谶@個(gè)區(qū)中經(jīng)歷不均勻的清洗。離振動表面的這個(gè)間距增加處理槽的尺寸，比允許基片密切靠近振動表面的構(gòu)造消耗更多的化學(xué)制品。通過改變兆頻聲波束的頻率、強(qiáng)度及脈沖寬度，在這個(gè)區(qū)中改進(jìn)“有效的”場均勻性。
按照本發(fā)明的另一個(gè)可選擇實(shí)施例，使用振動元件的順序啟動，第二元件能定位在離第一元件的近場區(qū)的一段距離處。當(dāng)?shù)谝辉粍訒r(shí)，這個(gè)第二元件把兆頻聲波能量送到第一元件的近場區(qū)中。第二元件因而在其遠(yuǎn)場中提供兆頻聲波能量，以清洗和處理在第一元件的原始近場中存在的基片。
第一和第二振動元件的這樣一種結(jié)合能布置在平底或V狀底的槽中。在圖33的平底槽的情況下，第二元件3304b能相對于位于在槽3300的底部上的第一換能器元件3304a以90°或接近90°包括在垂直壁上。這樣一個(gè)實(shí)施例表示在圖34中。對于這個(gè)實(shí)施例的一種可接收槽設(shè)計(jì)公開在為所有目的通過參考包括在這里的美國專利no.6,595,224中。
在V狀底槽的情況下，第一換能器元件3304a能位于一個(gè)傾斜底壁上，而第二換能器元件3304b能位于另一個(gè)上，如圖34中所示。這樣一種槽設(shè)計(jì)公開在US 6,098,643中，并且為所有目的通過參考包括在這里。另外，在圖34中表示的換能器能加寬，或者輔助元件能添加到V形上方的突出物上，以允許能量穿過槽的傾斜側(cè)壁的正面發(fā)射。這樣的可選擇實(shí)施例分別表示在圖35和36中。
在圖33-36中表示的設(shè)計(jì)手段也能應(yīng)用于同時(shí)啟動所有振動元件的兆頻聲波單元上。在歷史上，當(dāng)波束同時(shí)從多個(gè)角度引導(dǎo)時(shí)，期望某種波束干涉和生成抵消和加強(qiáng)。然而，通過改變施加超聲波能量的頻率、功率、相位角、或脈沖寬度，高和低強(qiáng)度的點(diǎn)能在浴槽內(nèi)移動，為了處理或清洗的目的有效地使整個(gè)浴槽更均勻。
按照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，單個(gè)基片定向成，其表面保持與振動部件的表面相平行。在部分或全部浸沒在處理流體中的同時(shí)，可以使基片密切靠近振動部件但不與其直接接觸。分離振動部件與基片的距離能在約1μm到約幾英寸或更大的范圍內(nèi)。這樣一種布置表示在圖37中。
在圖6A中，表示類似的概念，不同之處在于，基片厚度應(yīng)該接近施加兆頻聲波能量的四分之一波長的偶數(shù)倍，以便完成穿過基片的顯著能量傳輸。一般地說，半導(dǎo)體晶片的厚度不會促進(jìn)在單晶片兆頻聲波處理器中常規(guī)采用的頻率下的能量傳輸。借助于離開背向振動部件的晶片表面發(fā)生的兆頻聲波能量的初級反射，能建立非常強(qiáng)和明顯的駐波。因?yàn)榫３制叫杏谡駝硬考?，這種駐波包括建設(shè)性和破壞性干涉的固定點(diǎn)陣，導(dǎo)致不是最佳的晶片處理。
為了在處理期間克服這樣的不均勻能量暴露的缺點(diǎn)，本發(fā)明的實(shí)施例公開了用來消除建設(shè)性和破壞性干涉的點(diǎn)、使它們之間的能量差最小、或相對于時(shí)間改變它們的位置的物理位置的技術(shù)。提高在這樣一種情形下的均勻性一種手段是以適當(dāng)方式改變施加兆頻聲波能量的頻率或強(qiáng)度。提高均勻性的另一種手段是改變晶片相對于能量源的位置，例如通過搖擺或擺動。兩種手段在本申請的早先章節(jié)中都被詳細(xì)地描述。
圖38表示按照本發(fā)明的實(shí)施例，包括彼此平行對準(zhǔn)并且借助于插入在它們之間的基片3800隔開的兩個(gè)振動部件3802a和3802b。在振動部件之間的間隙完全填充有處理流體3802。處理流體能從振動部件一端到另一端流過基片，或者可以經(jīng)定位在相鄰壓電晶體3804之間的一個(gè)或兩個(gè)振動部件中的槽進(jìn)入在振動部件之間的間隙中。
改變頻率和/功率級能起作用，以弄平不均勻近場區(qū)的負(fù)效應(yīng)，這導(dǎo)致基片的不均勻處理。并且幸運(yùn)的是，頻率、功率、相位角、及脈沖寬度的某種組合的變化也減小在近和遠(yuǎn)場中對于在基片的表面上的敏感結(jié)構(gòu)的損壞。
在按照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，基片可以與振動部件不平行地定位，并且與振動部件分離一段距離。當(dāng)在基片表面與振動元件的表面之間的角度位于一定范圍內(nèi)時(shí)，顯著部分的撞擊超聲波能量穿過基片的厚度傳輸。然而，在這個(gè)臨界范圍外的角度下，能量的大部分反射離開基片的表面。在前一種情況下，按照本發(fā)明的實(shí)施例可能有助于使近場不均勻性的不利影響最小，其中適當(dāng)?shù)馗淖冾l率、功率、相位角、及脈沖寬度。
在按照本發(fā)明的任何實(shí)施例中，基片能呈現(xiàn)相對于振動元件表面的移動。這種相對移動能具有轉(zhuǎn)動、橫向移動、靠近或遠(yuǎn)離移動、或轉(zhuǎn)動、橫向、及其它移動的組合的形式。基片相對于振動元件的移動依據(jù)處理的階段，能是均勻的或可變的。
例如，對于抗蝕劑剝離步驟，不浸沒有槽中、而代之以由噴射噴嘴濕潤的單晶片的快速轉(zhuǎn)動，可能是希望的。快速轉(zhuǎn)動往往減小在基片表面上的液體層的厚度。較薄的液體層能允許諸如臭氧氣體之類的氣體成分從周圍氣氛到晶片表面的較快擴(kuò)散，其中它可能參加希望的反應(yīng)。
相反，在以后步驟中，可能希望通過把晶片完全浸沒有槽中的液體中，在SC1溶液中清洗晶片并且在DI水中沖洗晶片。對于這兩個(gè)步驟，更慢的轉(zhuǎn)動或甚至前后移動可能是優(yōu)選的。在其中浸沒基片的處理步驟中，對于在晶片表面處的反應(yīng)希望的任何成分需要溶解在液體中。浸沒晶片的轉(zhuǎn)動相對于由超聲波能量的使用單獨(dú)地或與轉(zhuǎn)動相結(jié)合地形成的聲學(xué)邊界層的厚度，不會可觀地減小在晶片表面上的流動動力邊界層，除非轉(zhuǎn)動速度非常高。因此，轉(zhuǎn)動不會可觀地增大在大量流體中溶解物質(zhì)到基片表面的擴(kuò)散速率。
另外，在改變頻率、功率、或脈沖寬度的超聲波能量的施加之前、隨后、或期間，各種化學(xué)制品能接觸基片表面。例如，基本上包括DI水的液體的細(xì)霧或噴射能與超聲波能量一起同時(shí)施加到基片表面上，同時(shí)把氧化氣體引入到基片周圍的氣氛中?？蛇x擇地，液體能包括溶解在DI水中的有機(jī)酸或無機(jī)堿。
盡管以前實(shí)施例和例子已經(jīng)處置了在電子元件基片的制造中普遍使用的頻率下的超聲的應(yīng)用，但本發(fā)明不限于這些頻率或元件。例如，也可以便利地使用在傳統(tǒng)超聲波和兆頻聲波處理范圍外的頻率。在歷史上，在從幾千赫到幾百千赫的范圍中的頻率常常稱作超聲波處理頻率，并且從幾百千赫至幾千千赫的那些稱作兆頻聲波處理頻率。為了本發(fā)明的目的，術(shù)語超聲波和兆頻聲波頻率可能指任何頻率范圍。不脫離本發(fā)明的精神和意圖，也能使用比這些高得多的頻率，甚至在常規(guī)微波處理范圍中的頻率。
各種基片的微波處理的例子公開在美國專利申請10/150,748中，并且為了所有目的通過參考包括在這里。這個(gè)包括申請的各種實(shí)施例公開了基片的處理，甚至此時(shí)它們不完全或甚至部分地浸沒在液體中。對于微波處理，在處理腔室中能建立各種駐波圖案。通過改變多個(gè)源的頻率、功率、相位角；及/或施加能量的脈沖寬度，能最小化或甚至消除這些駐波與其伴隨的高能量和低能量點(diǎn)的負(fù)面影響。
另外，處理能出現(xiàn)在高于大氣壓的壓力下，并且包括兆頻聲波能量的施加。這樣的處理公開在美國專利申請10/456,995中，為了所有目的通過參考包括在這里。而且，公開了各種處理化學(xué)性質(zhì)和處理順序，它們能與這個(gè)當(dāng)前申請的本發(fā)明一起便利地使用。
而且，按照本發(fā)明的實(shí)施例，也能便利地用聲波能量處理除電子元件之外的基片。這樣的基片能來自各行各業(yè)，如來自盤驅(qū)動器、光學(xué)、平面板、醫(yī)學(xué)、微生物及藥業(yè)等等。
另外，按照本發(fā)明的實(shí)施例不限于按描述的方式改變聲波能量的特征以實(shí)現(xiàn)在近場中的更均勻處理。按照本發(fā)明的可選擇實(shí)施例，也可以按描述的方式改變施加輻射的其它形式的特征，如微波輻射，以實(shí)現(xiàn)接收施加輻射的基片的更均勻處理。況且，能同時(shí)或順序地施加多種形式的輻射，以實(shí)現(xiàn)希望的處理。
盡管在電子元件基片處理中使用的最普通振動元件包括粘結(jié)到板狀結(jié)構(gòu)上的壓電晶體，但也可以使用其它類型的晶體、材料、及結(jié)構(gòu)，而不脫離本發(fā)明的精神和講授。多種這些可選擇換能器元件材料在工業(yè)中是熟知的。
況且，對于按照本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)，也可以使用把壓力脈沖施加到處理流體上并且處理流體/基片界面的其它方法，包括但不限于脈動高壓射流和由機(jī)械振蕩移動的振動表面。
并且盡管以上描述著重于改進(jìn)在靠近振動部件的近場區(qū)中的處理的均勻性，但按照本發(fā)明的實(shí)施例不限于這種用途。例如，在本發(fā)明的可選擇實(shí)施例中，兆頻聲波能從振動部件施加到位于遠(yuǎn)場區(qū)中的基片上，由此產(chǎn)生建設(shè)性和破壞性干涉的區(qū)。以后，利用諸如至少1)能量反射、2)多個(gè)能量源的使用、或3)從兆頻聲波能量源發(fā)射的能量的特征的改變之類的技術(shù)，能相對于時(shí)間改變建設(shè)性和破壞性干涉的點(diǎn)的位置，由此提高在振動部件近場外的遠(yuǎn)場區(qū)中處理的均勻性。
D.機(jī)械和電化學(xué)處理[472]對于大多數(shù)常規(guī)化學(xué)機(jī)械拋光或平面化(CMP)型處理，基片被夾緊在裝置中，并且然后設(shè)置在與很大轉(zhuǎn)動研磨墊相鄰的轉(zhuǎn)動移動中?；脱心|都可以處于相對于機(jī)器以及相對于彼此的移動中)。
當(dāng)使基片與研磨墊相接觸時(shí)，各種處理膏引入到墊的表面上，以有且于均勻磨削和從基片表面除去有害材料。由于在基片與研磨墊之間的相對速度，跨過基片的直徑(或長度，不是厚度)建立各種壓力分布。
典型地，建立的壓力分布跨過整個(gè)基片不是均勻的。有時(shí)接觸墊的基片的最初部分向研磨墊下垂，而接觸墊的基片的最后部分進(jìn)一步遠(yuǎn)離墊升起。在其它用途中，基片的引導(dǎo)表面可能升起或掠過，而滯后表面下垂。
壓力分布跨過基片的整個(gè)直徑或長度常常是非線性的，具有包含最小值和/或最大值的彎曲表面的形式。局部壓力在離開基片的表面的前邊緣時(shí)能增大或建立，并且然后當(dāng)接近另一端或后邊緣時(shí)減小。可選擇地，局部壓力可以從基片的一側(cè)到另一側(cè)首先減小，并且然后增大。
常規(guī)手段試圖施加超聲波，以從研磨墊的表面清除累積砂粒。由于這些墊一般由容易吸收振動能量的聚合物材料構(gòu)造，所以一般難以穿過它們傳輸振動或聲波能量。
當(dāng)墊和/或基片正在移動或旋轉(zhuǎn)時(shí)，在研磨拋光或平面化過程期間的聲波能量的這種傳輸進(jìn)一步復(fù)雜。用于拋光單元的一種常規(guī)設(shè)計(jì)利用用于研磨墊的帶/環(huán)設(shè)計(jì)。帶以與皮帶式砂光機(jī)類似的方式連續(xù)地環(huán)繞驅(qū)動皮帶輪?；３朱o止，并且允許與研磨帶相接觸。
在這種操作期間可以把超聲波施加到帶的頂側(cè)，意圖是使某一小部分能量穿過聚合物帶傳輸?shù)皆趲c基片之間的界面，有助于從帶處理或清洗累積的砂粒。因?yàn)榇┻^柔性聚合物材料的不良能量傳輸，這樣的常規(guī)設(shè)計(jì)僅獲得有限成功。
因而，在現(xiàn)有技術(shù)中存在對用來施加聲波或振動以增強(qiáng)半導(dǎo)體構(gòu)造過程的方法和設(shè)備的需要。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，把振動能量施加到經(jīng)受化學(xué)機(jī)械平面化或某種其它形式的處理的基片或工件上。按照一個(gè)實(shí)施例，振動能量通過與靜止能量傳輸部件的接觸可以從能量源傳給工件。按照本發(fā)明的可選擇實(shí)施例，振動能量可以經(jīng)其特征在于諸如軸承之類的轉(zhuǎn)動元件的能量傳輸部件傳給工件。按照本發(fā)明的振動能量的施加可以改變由與研磨部件相接觸的基片經(jīng)歷的壓力分布，由此影響生成處理的質(zhì)量。
按照本發(fā)明的實(shí)施例一般涉及與振動能量的施加一起通過處理改性工件的表面。施加的振動能量可以具有各種形式，并且可以由各種源產(chǎn)生。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，機(jī)械振動、聲波/超聲波、或微波形式的振動能量可以在基片處理之前、期間、或之后施加到基片上，以改進(jìn)局部或整個(gè)基片處理的均勻性。按照本發(fā)明的一種特定用途涉及半導(dǎo)體工件的平面化，一般對于整個(gè)晶片，或者對于在該表面上存在的個(gè)別特征。
其它較普通形式的平面化和表面改性包括機(jī)械拋光、研磨、磨削(通過磨蝕除去材料)、及涉及由于在表面上的電化學(xué)板除去材料/平面化的電化學(xué)加工過程?？蛇x擇地，按照本發(fā)明的實(shí)施例能在把材料添加到工件上以及從其除去材料的過程中，把振動能量施加到基片上。這種另外的聲波輔助過程包括但不限于電鍍和各種形式的涂敷。
在CMP處理的特定場中，在平面化/處理期間把振動能量引入到基片中和/或經(jīng)其引入能量，可以使在基片與接觸研磨墊之間產(chǎn)生的局部壓力分布更均勻。這種更均勻的壓力分布可能又導(dǎo)致從基片表面更均勻地除去材料。
在電化學(xué)加工的領(lǐng)域中，振動能量的引入可以導(dǎo)致靠近基片表面的更均勻濃度和溫度分布。更均勻的分布可能導(dǎo)致更均勻和迅速地從基片表面除去材料或更均勻和迅速的反應(yīng)。
施加的振動能量也可以減小流體邊界層的厚度，該邊界層在施加超聲波能量的情況下稱作聲學(xué)邊界層，或者在強(qiáng)迫流體流動的情況下稱作流體動力邊界層。當(dāng)涉及質(zhì)量傳輸限制步驟時(shí)，這樣的變薄流體/流動動力/聲學(xué)邊界層可能導(dǎo)致穿過諸層到基片的更快質(zhì)量傳輸，并且對應(yīng)地加速處理。這種效果一般能在整個(gè)表面上出現(xiàn)，或者僅限于特定局部區(qū)域，或者在不同的局部區(qū)域中不同地作用。
例如，在處理期間，在與活性表面相鄰的流體邊界層中能減小感興趣的特定離子物質(zhì)的濃度。各個(gè)離子在施加的電位下，不能與在大量流體中借助于大量流體流動一樣快地，擴(kuò)散或移動到流體邊界層中和經(jīng)其擴(kuò)散或移動。特定離子在流體邊界層中的生成稀釋常常稱作濃度極化，并且導(dǎo)致更慢和不均勻的處理。
通過按照本發(fā)明的實(shí)施例通過振動或聲波能量的施加減小流體邊界層的厚度，增大希望離子物質(zhì)在反應(yīng)表面處適用的速率。
對于涉及平面化的基片處理，能觀察到不利效果。明確地說，按照本發(fā)明具有通過振動能量的施加減小的厚度的流體邊界層，允許從基片表面除去的物質(zhì)更迅速地進(jìn)入大量流體。這導(dǎo)致更快和更均勻的處理。
按照本發(fā)明的實(shí)施例施加以增強(qiáng)處理的振動能量能由任何便利的機(jī)械/電氣源產(chǎn)生。例子的范圍從呈現(xiàn)比較低頻率的活塞/偏心裝置，到呈現(xiàn)適中頻率的超聲波壓電晶體的電子激勵(lì)，到更高頻率微波能量的產(chǎn)生和施加。這些產(chǎn)生的振動可以以各種方式通到在基片與處理實(shí)體(即研磨墊和/或處理化學(xué)物)之間界面。
如以前描述的那樣，在研磨過程中可以采用的聚合物墊可能吸收振動能量。因此，代之以試圖穿過這樣一種柔性能量吸收元件傳輸顯著量的能量，按照本發(fā)明的實(shí)施例直接穿過比較剛硬的基片和/或基片支架傳輸顯著量的振動能量，其中很少的能量被吸收和損失。
以上描述了用來實(shí)現(xiàn)這種振動能量施加的一種特定設(shè)計(jì)。明確地說，通過直接穿過基片傳輸大量能量而不是穿過研磨墊僅傳輸很小的量，在墊與基片之間的界面處得到更多能量，以修改初始產(chǎn)生的局部壓力分布。
盡管不希望由任何具體理論所約束，但施加的振動能量在基片處理期間可能破壞或修改產(chǎn)生的局部壓力分布。對于中等頻率振動能量的施加，可以防止由常規(guī)處理設(shè)備機(jī)器/單元生成的跨過整個(gè)基片的完全壓力分布完全形成，因?yàn)樵谡駝用}沖之間的時(shí)間太短，不允許不均勻壓力分布的完全發(fā)展。
對于在液體浴槽中的基片的常規(guī)兆頻聲波處理可以描述一種類似情形。當(dāng)流體流過靜止基片時(shí)，流體動力邊界層形成在基片上方，其中流體速度在從在基片表面處的零到在從基片表面移開某一距離處的大量流體速度的范圍內(nèi)。這種分布隨流體沿板流動得較遠(yuǎn)而在厚度上增長或發(fā)展。因此，在生成流體邊界層中的“減小”流體速度的分布靠近基片的頭部較薄，并且靠近尾部較厚。
然而，通過在處理期間施加兆頻聲波能量，絕不允許完全局部分布完全發(fā)展。結(jié)果，聲學(xué)確定的邊界層可以小于流體動力確定的邊界層的1/1000厚度。以這種方式，兆頻聲波能量的施加能促進(jìn)清洗或處理操作，其中質(zhì)量必須穿過流體邊界層傳輸。
由按照本發(fā)明的實(shí)施例解決的一個(gè)問題是在基片正在轉(zhuǎn)動或移動的同時(shí)穿過基片傳輸振動能量的困難。按照本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，而也不要求振動能量源也移動。振動能量源的這種移動通過要求可動動力連接會增加設(shè)備的復(fù)雜性。
圖39表示用來采用振動能量以增強(qiáng)基片的處理的一種設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖。圖39的處理設(shè)備3900表示實(shí)心部件3902，實(shí)心部件3902具有配合有振動能量源的一端3902a，例如包括與動力源3907電氣連通的壓電晶體3905。實(shí)心部件3902的第二端經(jīng)基片支撐板3908與基片3906相接觸。能量經(jīng)實(shí)心能量傳輸部件、基片傳輸，并且在膏3912存在的情況下進(jìn)入在基片3906與研磨墊3910之間的界面3910中。實(shí)心部件3902是靜止的，并且在研磨墊3910與基片相接觸地轉(zhuǎn)動的同時(shí)，不轉(zhuǎn)動或移動。
圖40表示按照本發(fā)明的用來采用振動能量以增強(qiáng)基片的處理的一種設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖。圖40的設(shè)備與圖39的第一實(shí)施例的設(shè)備類似，不同之處在于傳輸部件4002包括可轉(zhuǎn)動軸承4004。軸承4004允許與振動源4008相接觸的實(shí)心部件4002的頂部4002a保持靜止，而與基片支撐部4006相接觸的底部4002b自由地旋轉(zhuǎn)。
能允許與基片支架的轉(zhuǎn)動同時(shí)的振動能量傳輸?shù)母鞣N軸承設(shè)計(jì)是已知的。這樣的軸承設(shè)計(jì)的例子包括但不限于機(jī)械軸承和低摩擦滑動表面。
盡管圖40沒有清晰地表明基片支架如何能轉(zhuǎn)動，但能用來實(shí)現(xiàn)這種移動的多種方法在工業(yè)中是熟知的。用來產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的這樣的機(jī)構(gòu)的例子包括但不限于皮帶/皮帶輪、齒輪、及與其它移動部件的摩擦。
圖41表示按照本發(fā)明的用來采用振動能量以增強(qiáng)基片的處理的一種設(shè)備的另一個(gè)可選擇實(shí)施例的橫截面圖。在圖41中表示的設(shè)備類似于在圖40中表示的設(shè)備，不同之處在于機(jī)械振動器4002用作振動元件。
盡管基片支架在圖41中表示成靜止的，但這不是由本發(fā)明所要求的。按照其它實(shí)施例，當(dāng)機(jī)械振動器操作時(shí)，振動傳輸元件能轉(zhuǎn)動。
液體作為用于振動和聲波能量的傳輸?shù)慕橘|(zhì)是熟知的。因而，圖42表示按照本發(fā)明的用于振動能量的施加的一種設(shè)備的又一個(gè)可選擇實(shí)施例的橫截面圖。設(shè)備4200與軸承/密封結(jié)構(gòu)4206一起利用填充有液體404的空心振動能量傳輸部件4202，以利于在處理期間振動能量到基片支撐4208的傳輸。按照本發(fā)明使用的這樣一種軸承/密封結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子是鐵磁流體密封結(jié)構(gòu)。
在圖42中表示的特定實(shí)施例中，可能優(yōu)選的是，采用脫氣液體以限制氣泡形成，氣泡形成會減小從源4210至基片4212的聲波能量的傳輸。
圖43表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的再一個(gè)可選擇實(shí)施例的橫截面圖。圖43的設(shè)備結(jié)合來自具有在中等頻率(例如，～0.7-1MHz)下激勵(lì)的晶體的兆頻聲波單元4304的振動能量，利用來自在比較低頻率(例如，～1-1000Hz或～1-10kHz)下致動的機(jī)械振動器4302的振動能量。按照另外的實(shí)施例，也可以施加微波或其它更高頻率能量脈沖，或者與低和中等頻率能量結(jié)合，或者代替這些其它能量頻率。
圖44表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的另一個(gè)可選擇實(shí)施例的橫截面圖。圖44的設(shè)備利用滑環(huán)結(jié)構(gòu)4402，以允許從動力的靜止源(未表示)到轉(zhuǎn)動移動振動元件4404(例如，壓電晶體)的電氣能量的傳輸。滑環(huán)4402的特征可以在于，觸點(diǎn)包括諸如水銀之類的導(dǎo)電液體，或者由諸如銅金屬之類的實(shí)心導(dǎo)體形成。在圖44中所示的這樣一種布置允許研磨墊4406以及基片4408本身的轉(zhuǎn)動，而不需要經(jīng)其必須傳輸振動能量的軸承或軸承表面。
圖45表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的另一個(gè)可選擇實(shí)施例的橫截面圖。圖45的設(shè)備4500包括相對于基片4504的前或后表面、或保持或支撐板4506的表面定位在特定角度范圍(θ1-θ2)內(nèi)的兆頻聲波噴嘴4502。在特定角度范圍(θ1-θ2)內(nèi)，發(fā)生模式轉(zhuǎn)換，其中離開兆頻聲波噴嘴4502的膨脹壓力波4505轉(zhuǎn)換成在基片、基片支架、或基片支撐部中的表面波。
圖46表示按照本發(fā)明一種處理設(shè)備的又一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖。設(shè)備4600構(gòu)成為進(jìn)行電化學(xué)拋光或加工。不是利用研磨墊進(jìn)行基片平面化，在設(shè)備4600中，電解液4602起把各種離子物質(zhì)傳輸?shù)交?604的表面上和從其傳輸這些物質(zhì)的介質(zhì)的作用。利用恒定電流或恒定電壓操作模式的電化學(xué)過程特別適于利用由按照本發(fā)明的實(shí)施例提供的好處。
盡管圖46的實(shí)施例表示穿過基片的厚度傳輸振動能量，但這不是由本發(fā)明所要求的。按照可選擇實(shí)施例，振動能量能平行于基片表面取向，以便減小任何有關(guān)流體邊界層的厚度。
并且盡管圖46的實(shí)施例表示大電極平行于基片表面定位，但這不是由本發(fā)明所要求的。因?yàn)殡娊馊芤旱膶?dǎo)電性，按照可選擇實(shí)施例，電極可以定位成離基片表面某一距離，并且/或者處于相對于其不平行的方位中。
盡管電化學(xué)處理一般在使基片部分或完全浸沒的槽中進(jìn)行，但這也不是由本發(fā)明所要求的。按照本發(fā)明的另外其它實(shí)施例，可能優(yōu)選的是，僅在與基片密切隔開的電極之間采用薄流體層。這樣一種布置在施加微波能量時(shí)當(dāng)電極對于微波能量比較透明時(shí)特別有用。
例如，多種半導(dǎo)體基片材料對于微波能量比較透明。這樣的基片材料也可能擁有足夠的導(dǎo)電性，或者可以包含傳導(dǎo)軌跡或其它足夠傳導(dǎo)的特征，以允許基片起電極的作用。因而按照本發(fā)明的可選擇實(shí)施例，可以施加高頻率微波，以便增強(qiáng)電化學(xué)處理。
圖47表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的另一個(gè)可選擇實(shí)施例的橫截面圖。圖47的設(shè)備4700表示利用波導(dǎo)管4712從微波源4710到在研磨墊4704與基片4706之間的界面4708的微波能量4702的輸送。波導(dǎo)管把微波能量輸送到希望的施加點(diǎn)，以使直接到基片/墊界面的能量傳輸最大。在圖47中表示的具體實(shí)施例中，在界面908處和/或在基片支架的表面上的薄液體層能便利地用來吸收從源施加的微波能量。
盡管圖47表示微波輻射由與基片表面和由此限定的基片/墊界面相平行的波導(dǎo)管取向，但這不是由本發(fā)明所要求的。按照可選擇實(shí)施例，波導(dǎo)管能相對于基片表面以角度布置，以使能量到基片/墊界面的傳輸最大。波形的模式轉(zhuǎn)換能發(fā)生在適當(dāng)條件下。
盡管上述實(shí)施例已經(jīng)描繪了處理基片定位在處理部件上方，但這不是由本發(fā)明所要求的。按照可選擇實(shí)施例，基片能布置在處理部件下面或旁邊。
在按照本發(fā)明的聲波輔助處理步驟的進(jìn)行之前、期間或之后，可以開始第二處理步驟。這個(gè)第二處理步驟可以包括電化學(xué)處理，電化學(xué)處理包括電鍍、電拋光或電加工。把任何頻率的振動能量，但特別是超聲波和微波頻率能量，包括到在基片與任何接觸液體之間的界面中，能在減小在基片表面上形成的任何有關(guān)流體邊界層的厚度方向具有重大益處。
按照本發(fā)明的這樣的流體邊界層的減小能導(dǎo)致更迅速和/或更均勻的處理，特別是對于涉及質(zhì)量傳輸限制步驟的處理。另外，流體邊界層的厚度減小使與基片表面接觸的流體濃度和溫度更均勻。這又導(dǎo)致更均勻的處理，并且能證明對于處理基片的不平表面特別有效。
還要注意，在各種以上實(shí)施例中描述的處理步驟能按任何順序進(jìn)行，并且仍然保持在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，在處理之前、期間、或之后可以施加振動能量以增強(qiáng)效果。
電化學(xué)處理在半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造中正在越來越多地使用。一種流行的使用是在互連結(jié)構(gòu)的銅鍍的形成中。在這樣的鑲嵌用途中，銅通過電鍍淀積在形成在介電材料的凹坑中。
在這樣的電化學(xué)處理中，可能難以得到/保持對呈現(xiàn)復(fù)雜地貌的基片表面的材料的添加或除去。對于常規(guī)電化學(xué)處理遇到的一個(gè)困難在于，各種離子和其它活性化學(xué)物質(zhì)的濃度、和流體流動速度分布，跨過在基片表面處或在其上存在的凹下特征內(nèi)的流體動力邊界層變化。因而，對于金屬層在基片上的電鍍，可能難以在呈現(xiàn)高縱橫比的溝特征的下部上形成均勻厚度的層，或保證這樣的特征被均勻地填充而沒有空穴的包含或產(chǎn)生。
具體地說，當(dāng)電解流體流過凹下特征時(shí)，流體在基片表面上形成流體動力邊界層，并且填充溝的流體可能成為停滯的。在溝中的流體因而不能迅速地經(jīng)流體對流傳輸或者正常地用疊在邊界層上的新鮮大量流體置換。在某些情況下，可能形成在溝內(nèi)的渦流，引起在溝內(nèi)的局部流體循環(huán)，但否則防止包含在其中的流體與周圍大量流體混合。在這樣的情況下，穿過停滯區(qū)運(yùn)輸各種離子和其它化學(xué)物質(zhì)的機(jī)理可能限于一般十分緩慢的擴(kuò)散。
可選擇地或與擴(kuò)散運(yùn)輸相聯(lián)系地，化學(xué)物質(zhì)可能在施加電位的影響下穿過停滯區(qū)。在這樣的條件下，在這些停滯區(qū)中產(chǎn)生的濃差極化能被放大。這樣的濃差極化可能導(dǎo)致緩慢和不均勻處理，特別是在尖邊緣周圍或在結(jié)構(gòu)內(nèi)的角部中。
在使電化學(xué)處理更均勻的嘗試中，各種添加劑按常規(guī)引入在電解槽中。一些添加劑可能增強(qiáng)或加速在選擇區(qū)域中材料的淀積或除去，如在其中離子濃度已經(jīng)顯著降低的流體停滯區(qū)域中。其它添加劑可能延緩或減慢在其中流體速度和離子濃度被升高的區(qū)域中的淀積或除去。添加劑的結(jié)合可以用來使最終淀積材料層或表面更平，特別是跨過具有高縱橫比特征的非平面基片。
盡管在有添加劑的情況下處理均勻性得以改進(jìn)，但處理可能仍然呈現(xiàn)顯著的不均勻性。這樣的不均勻性能使在某些位置中除去或添加材料、和補(bǔ)償在其它位置中形成的空穴的輔助處理步驟成為必要。這樣的輔助步驟減小了生產(chǎn)率并且增加費(fèi)用。
諸如增強(qiáng)劑、阻滯劑及調(diào)平劑之類的添加劑的引入也能用作另一種污染源，這種污染在能實(shí)施進(jìn)一步的處理步驟之前必須從基片除去。這樣的污染除去步驟也能減小生產(chǎn)率并且增加費(fèi)用。
已知聲波能量的引入能減小流體動力邊界層的厚度。在一定情況下，由在接近1MHz下聲波能量的引入生成的聲學(xué)邊界層可能只是原始流體動力邊界厚度的～1/1000。流體邊界層的有效厚度的這種減小，在呈現(xiàn)高縱橫比的基片表面上的溝、通道、或其它結(jié)構(gòu)的處理中可能特別重要。
正確頻率的聲波能量的引入能減小流體邊界層的有效厚度，由此增大在這些區(qū)域中流體流動/化學(xué)運(yùn)輸?shù)乃俾?。在流體流動基本上不存在、或者僅局部循環(huán)的場合，防止出自特征到周圍大量流體的流體傳輸。聲波能量能用來破壞這樣的局部渦流，并且增強(qiáng)在停滯區(qū)域與大量流體之間的流體傳輸。
然而，在電化學(xué)處理期間使用聲波能量來減小流體邊界層的厚度的常規(guī)嘗試典型地獲得有限成功。在一定情況下，這些常規(guī)手段證明不能有效地穿過與基片表面平行定位的電極傳輸能量。對于其中電極不與基片表面平行地定位、并且不定位在基片與振動部件之間的設(shè)計(jì)，常常導(dǎo)致不均勻的處理。
因而，在現(xiàn)有技術(shù)中存在對用于半導(dǎo)體基片的改進(jìn)電化學(xué)處理的方法和設(shè)備的需要。
按照本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體工件的電化學(xué)處理，可以通過穿過電極的厚度，特別是在基片與振動聲波能量源和脈動流體流動之間定位的電極，施加包括聲波能量的各種形式的能量而增強(qiáng)。按照本發(fā)明的實(shí)施例，聲波能量可以穿過具有實(shí)心、復(fù)合、開口(即，網(wǎng)眼)、或多孔結(jié)構(gòu)的電極傳輸。按照本發(fā)明實(shí)施例的電化學(xué)處理也可能由脈動流體流動完成或者伴隨有脈動流體流動，以進(jìn)一步減小流體動力邊界層的厚度和該層對于處理有效性和均勻性的影響。
按照本發(fā)明的實(shí)施例公開了用來穿過實(shí)心、以及復(fù)合、開口、或多孔電極結(jié)構(gòu)單獨(dú)地或與脈動流體流動組合地把能量傳輸?shù)交砻娴姆椒ê驮O(shè)備。按照本發(fā)明的實(shí)施例減小流體邊界層的厚度，并且增強(qiáng)這些層的均勻性，及防止在高縱橫比結(jié)構(gòu)中的流體停滯。按照本發(fā)明的實(shí)施例因而導(dǎo)致更快和更均勻的處理，同時(shí)消除或減小對添加劑的需要。
圖48表示按照本發(fā)明用來進(jìn)行電化學(xué)處理的一種設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖。與壓電晶體4812直接物理接觸的振動部件4810部分或全部浸入在電化學(xué)處理浴槽4814中，該浴槽4814包含在處理容器4818的壁4816內(nèi)。電極4820定位在與振動部件4810隔開的浴槽4814中?；?822定位在與電極4820隔開的浴槽4814中，并且在電極4820的相對側(cè)上。
壓電晶體4812與RF電源的4824電氣連通。電極4820和基片4822分別與電壓源4826的相對極4826a和4826b電氣連通。
在處理期間，跨過基片482和電極4820由電源4826施加電位差。這個(gè)電位差產(chǎn)生致動浴槽4814的化學(xué)物質(zhì)以處理基片表面的電場。這個(gè)電位差依據(jù)希望完成的特定處理能保持恒定，允許變化幅值，或甚至在正與負(fù)值之間改變。按照本發(fā)明的實(shí)施例，利用恒定或可變電流操作的電化學(xué)處理模式是可能的。
在電位差的施加之前或期間，壓電晶體4812從RF源4824接收電壓，并且開始振動。壓電晶體4812的振動能量又傳給相鄰振動部件4810。振動部件4810又把振動能量通到電化學(xué)浴槽4814。
作為振動能量施加到浴槽4814的結(jié)果，顯著減小在基片表面和電極上的流體動力邊界層。這促進(jìn)化學(xué)物質(zhì)到和從基片表面和電極的傳輸。
按照本發(fā)明實(shí)施例的處理設(shè)備的特征可以在于，電極專門設(shè)計(jì)成促進(jìn)其傳導(dǎo)超聲波能量。例如，實(shí)心電極可以設(shè)計(jì)成具有施加聲波能量的波長的四分之一的偶數(shù)倍的厚度(即，厚度＝nλ/4，n＝2，4，6…)。
盡管圖48表示電極布置成與從振動部件入射的聲波能量正交，但這不是由本發(fā)明所要求的。圖49表示可選擇實(shí)施例，其中電極4900相對于從振動部件4902入射的聲波能量的方向以位于臨界角范圍θ1-θ2之間的角度θ布置。以圖49中表示的方式以角度定位電極允許振動能量穿過電極發(fā)射，而不像在圖48中表示的情形那樣，要求電極的厚度近似等于偶數(shù)倍四分之一波長。
在圖49的實(shí)施例中，對于電極厚度沒有限制，并且只要電極的表面相對于振動部件的表面在適當(dāng)角度下，穿過電極的能量傳輸就將發(fā)生。盡管圖49描繪在電極與基片之間、以及在電極與振動部件之間的角度，但這是不要求的?；梢云叫杏陔姌O，或者對于它以任何角度定向。而且，在電極與基片之間的角度可以保持恒定，或者可以在處理期間變化。在電極與振動部件之間的角度也可以保持恒定，或者可以在處理期間變化。
圖50表示按照本發(fā)明的一種電化學(xué)處理設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖。明確地說，圖50的設(shè)備與在圖48和49中表示的設(shè)備類似，不同之處在于，電極5000與包括壓電晶體5004的振動部件5002直接物理接觸。組合的電極/振動部件結(jié)構(gòu)5000/5002能以多種方式設(shè)計(jì)，以優(yōu)化振動能量從部件5002穿過電極5000的傳輸。
例如，盡管電極5000不必呈現(xiàn)任何具體厚度，但生成電極振動部件組合的厚度應(yīng)該近似是施加振動能量的四分之一波長的奇數(shù)倍的厚度(厚度＝nλ/4，n＝1，3，5…)。這個(gè)奇數(shù)倍四分之一波長厚度對于來自振動部件的聲波能量進(jìn)入流體中的有效耦合是希望的。
在一定的電化學(xué)過程中，可能消耗電極材料的部分，由此相對于時(shí)間改變電極的整體厚度。在這樣的用途中，在電極元件的厚度不包括電極/振動部件組合的整體厚度的顯著％的場合，電極厚度的變化不會大大地影響組件操作。例如，如果振動部件的厚度是電極厚度的四倍，則電極厚度的50％的減小將只減小電極/振動部件的整體厚度的10％。盡管在某些條件下大到+/-50％的組合的整體厚度變化可能是可接收的，但小于+/-30％的變化一般是優(yōu)選的。
況且，一定的聲波能量發(fā)生器允許壓電晶體的啟動頻率的調(diào)節(jié)。相對于時(shí)間，壓電晶體的啟動頻率能被調(diào)節(jié)，由此補(bǔ)償電極材料厚度的變化。
按照本發(fā)明的另外其它實(shí)施例，振動部件可以包括電極本身。明確地說，振動部件能由適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料構(gòu)造，從而電位差的施加產(chǎn)生希望電場和生成電化學(xué)處理。在其中振動由電流對于與振動部件相接觸的壓電晶體的施加生成的實(shí)施例中，壓電晶體能電氣地，但不是機(jī)械地，與振動部件絕緣。
利用在一個(gè)或多個(gè)元件與周圍電化學(xué)浴槽之間的相對移動，可以增強(qiáng)按照本發(fā)明實(shí)施例的聲波輔助電化學(xué)處理。圖51表示一個(gè)這種實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中轉(zhuǎn)動基片支架5100，該支架5100在化學(xué)浴槽5104內(nèi)支撐基片5102。這種相對移動用來進(jìn)一步減小在基片與周圍大量流體之間的流體動力邊界層的厚度，由此增強(qiáng)在處理期間離子和其它化學(xué)物質(zhì)到和從基片表面的傳輸。
或許更重要地，相對移動也能增加處理的均勻性，特別是當(dāng)基片和電極比較彼此靠近地定位時(shí)。處理均勻性的這種增加能由各種設(shè)備元件通過不均勻能量場的相對移動生成。以這種方式，在不均勻場中產(chǎn)生的高和低能量強(qiáng)度的節(jié)點(diǎn)在整個(gè)處理工序期間不會集中到基片上的固定點(diǎn)上。
例如，如果施加的電位場包含局部不均勻性，則基片/電極/振動部件的移動能使對于處理的負(fù)面影響最小。沒有相對移動，位于高能量強(qiáng)度節(jié)點(diǎn)中的在基片表面上的點(diǎn)可能經(jīng)歷增大的材料添加速率，而在低能量強(qiáng)度節(jié)點(diǎn)中的點(diǎn)可能經(jīng)歷減小的材料添加速率。相對移動往往弄平這些高和低強(qiáng)度節(jié)點(diǎn)對處理不均勻性的影響。
類似地，相對移動也可以使不均勻聲波場的負(fù)面影響最小，當(dāng)聲波能量離開振動表面時(shí)可能產(chǎn)生該不均勻聲波場?？拷駝颖砻娴膮^(qū)常常命名為近場，并且其特征在于場不均勻性。這種不均勻性依據(jù)由頻率、強(qiáng)度、和幾何形狀施加的約束條件可能從振動表面延伸高達(dá)幾英寸。
盡管圖51表示在基片與周圍浴槽之間傳遞相對移動，但這不是由本發(fā)明所要求的。按照其它實(shí)施例，電極或振動部件的之一或兩者，單獨(dú)地或者與基片的移動組合地，能經(jīng)歷在浴槽內(nèi)的移動。這樣的相對移動往往使在施加電位場中、或在從振動表面發(fā)出的產(chǎn)生聲波場中對不均勻性處理的不利影響最小。
并且盡管圖51表示在基片與周圍浴槽之間傳遞相對移動，但這也不是要求的?？梢圆捎贸D(zhuǎn)動移動之外的相對移動形式，例如橫向移動或振動移動。
上述特定實(shí)施例著重于實(shí)心電極結(jié)構(gòu)的使用。然而，按照可選擇實(shí)施例，可以采用除實(shí)心電極之外的電極，以增強(qiáng)按照本發(fā)明的電化學(xué)處理。
例如，圖52表示按照本發(fā)明的利用開口電極結(jié)構(gòu)的一種處理設(shè)備的實(shí)施例的簡化立體圖。電化學(xué)處理設(shè)備5200與在圖48中表示的設(shè)備類似，不同之處在于，電極5202的特征在于開口5204和5206的圖案。開口5204和5206允許和導(dǎo)向電化學(xué)處理浴槽的流體通過電極的流動，由此促進(jìn)在大量流體中化學(xué)和離子物質(zhì)的均勻分布。電極板5202的整體厚度或方位保持在上述希望范圍內(nèi)，從而振動能量穿過電極5202傳輸。
在電極5202中開口5204和5206的尺寸和數(shù)量設(shè)計(jì)成使在基片表面處接收的聲波能量的任何不均勻性最小。在一定實(shí)施例中，開口的寬度能大于或等于入射聲波能量的一個(gè)波長(或多個(gè)波長)，以便允許能量波的通過。
在其它實(shí)施例中，在電極中開口的寬度能設(shè)計(jì)成小于一個(gè)完整波長。這樣一種電極結(jié)構(gòu)能導(dǎo)致聲波或其它能量類型的入射波的衍射，產(chǎn)生各種衍射干涉圖案。通過改變?nèi)肷渎暡芰康念l率、功率級、及相位角，能使這樣的干涉圖案相對于時(shí)間變化，產(chǎn)生不同的處理效果。
圖53表示一種處理設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，該處理設(shè)備類似于在圖52中表示的設(shè)備，但其特征在于基片5300在浴槽5302內(nèi)支撐在電極5304上方。在圖53中表明的橫截面圖也表示電化學(xué)處理流體經(jīng)在電極5304中的開口5304a循環(huán)。
不像建議流體直通電極的流動的圖52，圖53描繪在操作期間強(qiáng)加流體流動方向的變化的電極。流動流體的方向的這種變化的范圍能從僅幾度的單次移動到可能由靜態(tài)混合器的操作導(dǎo)致的重復(fù)變化。
圖54表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的另一個(gè)可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，該處理設(shè)備類似于在圖52中表示的設(shè)備，但其特征在于，機(jī)械振動器5400，而不是壓電晶體，與振動部件5400相接觸。在這個(gè)實(shí)施例中，大量電化學(xué)處理流體5402經(jīng)在電極5406中的開口流到基片5404。當(dāng)希望比較低的振動頻率時(shí)，這樣一種機(jī)械振動器設(shè)計(jì)可能特別有效，特別是如果這樣的振動伴隨有振動部件的大振幅或位移。
圖55表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的又一個(gè)可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖。圖55的設(shè)備5500類似于在圖53中表示的設(shè)備，但其特征在于，電極5502與在歧管5504中的5504a直接接觸，從而產(chǎn)生流出電極的流體射流。
在圖55中表示的實(shí)施例的進(jìn)一步改進(jìn)中，流體的流動能啟動和停止。泵(未表示)能用來產(chǎn)生脈動流體流動。產(chǎn)生的流體脈動可以粗略地模擬在以前例子中存在的壓力脈沖，該壓力脈沖由壓電晶體的移動、或由與振動部件耦合的機(jī)械振動器引起。
脈動流體流動不僅能有效地減小在系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)元件的表面上存在的流體動力邊界層的厚度，而且也可以特別有效地破壞在基片表面上的凹下特征內(nèi)存在的停滯流體中已經(jīng)產(chǎn)生的渦流。
按照本發(fā)明的實(shí)施例可以使流體脈動的頻率與凹下特征的尺寸相匹配，以便使在凹坑與大量流體之間的混合和流體傳輸最大。例如，如果脈動的頻率太高或太低，則在凹下特征與周圍流體之間可以發(fā)生次最佳流體傳輸。
圖58表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的又一個(gè)可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖。圖58的設(shè)備5800類似于在圖55中表示的設(shè)備，但其特征在于，部件5802與歧管5804直接物理接觸。因而，由泵源(未表示)產(chǎn)生的流體脈沖能與來自壓電晶體(未表示)或與振動部件5802耦合的機(jī)械振動器(未表示)的壓力脈沖一起增大。這樣一種布置能導(dǎo)致多模式振動頻率。因而，有可能同時(shí)產(chǎn)生在高、中及低頻率下的振動，每種振動頻率具有不同的強(qiáng)度。
上述按照本發(fā)明的設(shè)備的實(shí)施例著重于是實(shí)心或具有開口的電極部件的利用。然而，按照可選擇實(shí)施例，可以利用不是由實(shí)心材料制成的電極。例如，多孔導(dǎo)電材料用作在燃料電池中的電極。這樣的電極常常與各種離子交換隔膜和分離器組合。按照本發(fā)明的實(shí)施例也能利用由這樣的材料形成的電極、隔膜、及分離器。由這樣一種電極結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)的多孔性，以與聯(lián)系開口電極結(jié)構(gòu)在以上描述的類似的方式，增強(qiáng)大量電化學(xué)處理流體穿過電極的流動。
而且，離子交換隔膜和分離器的包括實(shí)際上能防止或禁止包含在大量流體中的有害化學(xué)物質(zhì)到基片表面的傳輸，同時(shí)促進(jìn)希望物質(zhì)的傳輸。因而，在電化學(xué)處理池內(nèi)不同的反應(yīng)可能同時(shí)發(fā)生。
更進(jìn)一步可選擇地，聯(lián)系本發(fā)明的實(shí)施例利用的電極結(jié)構(gòu)可以由材料的復(fù)合形成。例如，電極可以是空心的或流體填充的，以增強(qiáng)聲波能量的傳輸?？蛇x擇地，電極可以部分地或完全地填充或涂敷有聚合物材料，也提高其傳輸施加聲波能量的能力，同時(shí)產(chǎn)生希望的電化學(xué)反應(yīng)。
盡管以前的圖已經(jīng)把電極描繪成平面部件，但這不是由本發(fā)明所要求的。按照可選擇實(shí)施例，電極能呈現(xiàn)不同的形狀。例如，在處理基片的表面呈現(xiàn)彎曲形狀的場合，電極能類似地成形以與其一致。
按照其它另外的實(shí)施例，電極可以成形為促進(jìn)流體的平滑流動。因而，圖56表示按照本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)的可選擇實(shí)施例，其中成形電極5600呈現(xiàn)淚滴或翼狀輪廓，以便促進(jìn)浴槽流體以層流而不是紊流流動的平滑流線特性循環(huán)。電極的形狀可以進(jìn)一步促進(jìn)聲波能量沿與這些流體流線相一致的路徑的傳輸。這樣一種電極形狀促進(jìn)聲波能量繞在電化學(xué)浴槽中諸如電極或支撐部件之類的障礙傳播，由此防止導(dǎo)致不均勻處理的聲波遮擋。盡管在圖56中表示為單個(gè)大電極，但活性電極表面實(shí)際上能包括多個(gè)較小流體動力成形元件。
如在美國非分案專利申請no.10/150,748中更充分描述的那樣，在升高壓力下進(jìn)行電化學(xué)處理可能涉及流體的脈動流動。壓力脈動操作也能包括壓力/釋放操作，其中當(dāng)系統(tǒng)或局部壓力降低時(shí)，在較高壓力下的溶解氣體作為氣流釋放。這能包括作為在槽內(nèi)高速流體流動的結(jié)果的壓力降的包括。圖57表示利用產(chǎn)生壓降的一個(gè)實(shí)施例。能使兩個(gè)閥5700和5702的打開/關(guān)閉定序，以產(chǎn)生在槽內(nèi)的各種壓力和流體脈動操作。氣泡的產(chǎn)生也能影響在槽內(nèi)的流體不均勻性。
按照本發(fā)明的實(shí)施例不限于穿過在電化學(xué)處理浴槽中浸沒的電極的聲波能量的傳輸。圖59描繪實(shí)施例，其中基片5900和電極5902由薄流體層5904分離，但不完全浸沒在液體浴槽內(nèi)。這個(gè)薄流體層5904允許電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。用來把新鮮流體引入到在電極5902與基片5900之間的界面的特定設(shè)備能包括來自窄或?qū)拝^(qū)域噴嘴或射流的強(qiáng)迫流體流動、來自垂直操作的重力或來自多孔電極和/或振動部件的引入。電極5902能是實(shí)心的，開口的或多孔的設(shè)計(jì)。振動部件5906能裝有壓電晶體或裝有機(jī)械振動器。
圖60表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例。明確地說，圖60的設(shè)備6000包括接近和平行于基片6004的表面6004a定向的電極6002。不是部分浸沒在電解液中，液體的薄層6006提供在電極6002與基片6004之間。
在處理期間，電位差施加在電極6002與基片6004之間以促進(jìn)電化學(xué)處理。也在這種過程期間，來自源(未表示)的微波能量6008經(jīng)微波回路6010傳輸?shù)诫姌O6002的后側(cè)6002a。這種微波能量6008穿過電極6002傳輸，并且撞擊基片6004的表面。在電化學(xué)處理期間穿過電極對于基片表面的微波能量的施加能有效地提高生成電化學(xué)處理的速度或均勻性。微波能量的這種施加可以或不必伴隨有聲波能量的施加。
盡管圖60表示只通過電極的微波能量的引入，但這不是要求的。按照本發(fā)明的可選擇實(shí)施例，微波能量能通過基片或相對于電極或基片以某一角度引入。這些角度能包括相對于電極或基片平行、垂直、或以某一角度定向的能量的引入。
盡管電化學(xué)處理討論的大部分考慮穿過電極的能量傳輸，但應(yīng)該理解這不是要求的。能量也能反射離開電極結(jié)構(gòu)，并且仍然落在本發(fā)明的精神內(nèi)。而且，代之以利用以表示的方式穿過電極傳輸?shù)哪芰?，能把這些實(shí)施例修改成表明穿過基片或基片支架的能量傳輸。
E.基片干燥[575]在各種濕處理步驟之后半導(dǎo)體基片的干燥隨特征尺寸的收縮變得更加重要。不完全或無效干燥能留下水印，水印導(dǎo)致裝置缺陷和減小的生產(chǎn)率。一些早期的干燥器基于熱氣體的使用以直接從基片表面蒸發(fā)水和其它處理流體。其它基于有機(jī)溶劑的使用以移動殘余的水或處理液體。殘余溶劑膜然后通過借助于加加熱氣體流動的蒸發(fā)除去。
這種基于溶劑的干燥技術(shù)最終由有時(shí)稱作marangoni干燥的表面張力梯度(STG)干燥器技術(shù)代替。盡管與較早的干燥器設(shè)計(jì)相比更有效，但當(dāng)前STG設(shè)計(jì)具有緩慢處理速度、短效醇和溶液散發(fā)、及潛在火險(xiǎn)的缺點(diǎn)。
因而，在現(xiàn)有技術(shù)中有對用來迅速和有效地干燥處理基片的方法和設(shè)備的需要。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，單獨(dú)或組合地利用多種技術(shù)可以增強(qiáng)暴露于液體處理溶液的基片的干燥。按照一個(gè)實(shí)施例，基片干燥過程發(fā)生在升高壓力下，以增大表面張力減小成分的濃度。按照另一個(gè)實(shí)施例，在干燥過程期間施加的、并且特別是在彎液面處施加的輻射可以減小表面張力。按照又一個(gè)實(shí)施例，在干燥過程期間可以施加超聲波能量，以從基片表面蒸發(fā)殘余液體。
本發(fā)明解決了對于這些各種較早干燥器設(shè)計(jì)的上述限制。本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例提供在克服這些限制方面的靈活性。加壓STG干燥器的實(shí)施例公開在共同待決美國非分案專利申請no.10/150,748(“′748申請”)中。在處理期間基片的快速、有效及高效率加熱的使用公開在美國非分案專利申請no 10/456,995中，該申請為了所有目的通過參考包括在這里。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，基于壓力的STG干燥器可以包括基片表面的輻射加熱和改性。通過在壓力下操作，可以強(qiáng)迫表面張力降低成分以較快速率進(jìn)入在氣體-液體界面處的溶液中。增加溶解的速率能導(dǎo)致在有限時(shí)間內(nèi)增加量的成分溶解在氣體-液體界面處的液體中。增加在這個(gè)界面處的處理流體中的溶解的成分的量能導(dǎo)致較低的局部表面張力。在流體中特別是在彎液面區(qū)域中的較低局部表面張力，能導(dǎo)致較大表面張力梯度或在該表面張力與大量處理流體的表面張力之間的差。這種較大表面張力梯度能導(dǎo)致更快和更有效與更高效率的干燥。
有時(shí)在常規(guī)STG干燥中遇到的一個(gè)問題是，當(dāng)基片升出處理流體時(shí)氣體和蒸汽在基片表面上的凝結(jié)。因而按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，在實(shí)際上不冷卻處理流體的同時(shí)或者在實(shí)際上冷卻處理流體的同時(shí)，可以加熱STG氣體。
在這樣一個(gè)可選擇實(shí)施例中，當(dāng)基片離開處理液體時(shí)，加熱的STG氣體加熱基片，這防止水蒸汽或STG氣體成分在暴露的基片表面上的凝結(jié)。由于STG氣體的熱容率與處理液體的熱容率相比較小，所以即使加熱氣體，也不會明顯升高處理液體的溫度。保持處理液體的溫度低，保證在處理液體中的STG氣體的溶解度比較恒定，或者在處理液體的冷卻的情況下增大。
按照本發(fā)明的實(shí)施例可以在約1與10ATM的升高壓力下操作，盡管在高于10ATM和高達(dá)100ATM或較高的壓力下的操作是可能的。在升高壓力下的操作可以通過使氣體、處理流體、及/或沖洗流體流入封閉或大體封閉的處理容器中完成，如在′748申請中一般描述的那樣。
適當(dāng)?shù)谋砻鎻埩档驮噭┠茏鳛楣腆w、流體、蒸汽、和氣體、及其組合存在。表面張力降低氣體或者能局部地施加在氣體-液體界面處，或者它們整體施加在蒸汽空間中。在某些情況下，試劑可以施加到大量液體相本身，以減小所有處理流體的表面張力。這些試劑的某些與某些液體和固體一樣呈現(xiàn)較低蒸汽壓力，而其它試劑能呈現(xiàn)與極易揮發(fā)氣體有關(guān)的高蒸汽壓力。通過在封閉腔室或系統(tǒng)中的處理，很少的揮發(fā)性表面張力降低試劑能逃逸到大氣中。如果希望，也容易回收和再用這些試劑。當(dāng)必須處理或破壞使用的或過多的STG試劑時(shí)，它們能在最大濃度點(diǎn)處處理，避免對處理整個(gè)空氣處理系統(tǒng)所要求的昂貴處理系統(tǒng)的安裝和使用的需要。
在另一個(gè)實(shí)施例中，能利用在處理液體中具有有限溶解度的表面張力降低成分。例如，二氧化碳和臭氧氣體在大多數(shù)普通水基溶液中表現(xiàn)出有限的溶解度。當(dāng)操作壓力增大時(shí)，不僅這些部分可溶解表面張力降低成分進(jìn)入處理溶液中的速率增大，而且其量也增大。由增大壓力生成的較高溶解度能導(dǎo)致減小的局部表面張力、和在氣體-液體界面處的液體與大量流體的那些之間的增大表面張力差或梯度。
按照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，STG氣體能溶解在載體液體中。載體液體然后能不混合地添加到處理液體的表面，以保持在處理液體頂部上的STG富載體液體的分離和清晰層。然后把基片穿過載體液體層升起。
在各種實(shí)施例中，載體液體和處理液體可以是相同或不同的材料。STG氣體不是要求的。能使用具有與處理液體不同的表面張力的載體液體，而不用分離STG氣體成分的添加。載體液體能具有與處理液體相同或不同的溫度。盡管處理液體或載體液體可以是水基的或在含水溶液中可混溶的，但這不是要求的。而且，載體液體和處理液體之一可以是水混溶的，而其它液體不是混溶的。諸如密度之類的物理性質(zhì)的差別也可以用來幫助保持層分離。
按照另外其它的實(shí)施例，輻射可以局部施加到基片和/或處理液體，特別是在彎液面的區(qū)域中，以便提高表面張力梯度。這種施加輻射能導(dǎo)致基片的或在這種彎注面區(qū)中的處理液體的局部加熱。對于多種處理流體，溫度的升高降低表面張力。例如，微波輻射能加熱含水溶液和硅基片。
當(dāng)硅基片從含水溶液露出時(shí)，施加的微波能量加熱基片和溶液。沒有浸沒在含水溶液中的基片部分比大量溶液或仍然浸沒在大量溶液中的基片部分升溫要快得多。這種加熱差別歸因于與大量溶液的熱容率相比暴露基片的較小熱容率。因此，即使微波能量與硅基片耦合得比與溶液差，給定輻射通量也能引起暴露基片的快得多的加熱。
另外，在彎液面區(qū)中的流體也比大量溶液加熱得快。不僅在彎液面區(qū)域中的溶液體積非常小(表面面積/體積在彎液面中比大量溶液大)，在這個(gè)區(qū)域中的溶液也從熱暴露基片接收能量。因此在彎液面中的溶液加熱得較快，并且其表面張力降低。在另一個(gè)實(shí)施例中，大量溶液本身可以在浸沒基片的除去之前加熱。
溫度變化能影響多種適用試劑的溶解度。按照又一個(gè)實(shí)施例，對于某些部分可溶解表面張力降低氣體，當(dāng)液體溫度增高時(shí)，它們在這些液體中的溶解度降低。通過增加過程壓力，強(qiáng)迫更多的表面張力降低氣體進(jìn)入溶液。這種由增大壓力生成的增大溶解度能起作用，以彌補(bǔ)或補(bǔ)償在較高溫度下的減小溶解度。這種增大的溶解度也允許較高表面張力梯度的產(chǎn)生，導(dǎo)致增強(qiáng)的干燥。這種增大的溶解度也進(jìn)一步允許某些以前不適用的表面張力降低成分的使用。
另外，多種處理流體的化學(xué)活性是過程溫度的函數(shù)。這樣，可能希望在處理期間改變溫度或壓力，以在組合地使用幾種時(shí)，利用不同成分的特性。在某些實(shí)施例中，可能希望用一種試劑隨后由第二種進(jìn)行處理。在另一個(gè)實(shí)施例中，可能希望在單個(gè)容器中進(jìn)行處理。在又一個(gè)實(shí)施例中，處理可能在順序過程中發(fā)生在多個(gè)容器中。
對于不同的用途，各種輻射類型可能是有用的。這些能包括但不限于微波、紫外線、紅外線、及電磁感應(yīng)。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，輻射可以加熱基片或在基片表面上的處理液體，因而促進(jìn)較快蒸發(fā)。例如，微波、紅外線、及電磁感應(yīng)作為在加熱時(shí)有用的各種類型能量可能是有用的。
在另一個(gè)實(shí)施例中，輻射能促進(jìn)在基片表面上存在的有機(jī)干燥液體的分解。殘余干燥液體能被部分地或完全地氧化，因而增加從基片清除液體的速率。在這樣一個(gè)實(shí)施例中，紫外線輻射的施加能提供一定的優(yōu)點(diǎn)。而且，氧化劑也能與輻射結(jié)合地利用，以增強(qiáng)殘余液體的降解。有用氧化劑的例子包括但不限于臭氧、過氧化氫、及氮的氧化物。
在另外其它的實(shí)施例中，在基片表面上的殘余處理液體能通過超聲波能量的施加蒸發(fā)離開表面。關(guān)于其它實(shí)施例的多個(gè)，殘余處理液體能處于小滴或甚至覆蓋基片表面的膜的形式。在某些情況下，在基片內(nèi)非常小的凹腔中也可能包含處理液體。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過向基片直接施加超聲波能量，液體的薄膜或小滴能迅速地汽化，使基片表面干燥。
為了有效和高效率地從振動部件向基片傳輸能量，在振動部件與基片之間的有效聲波耦合應(yīng)該發(fā)生。能量然后應(yīng)該在基片與殘余液體之間耦合。能量然后引起液體蒸發(fā)或形成離開基片表面的霧。
保證最佳耦合的一種有效方式，是使基片與振動部件緊密接觸，并且使它們的各個(gè)厚度之和等于超聲波能量波的奇數(shù)倍四分之一波長(基片加振動部件厚度＝nλ/4，n＝1，3，7…)。必須考慮聲在每種材料中的速度。與這個(gè)厚度的偏差越大，耦合越差并且傳輸?shù)哪芰吭缴伲謩e在圖61B和61A中表示的水平和垂直定向的實(shí)施例中，超聲波能量直接從振動部件6100經(jīng)基片6108傳輸?shù)皆诹硪粋€(gè)表面上的殘余液體中。
在某些實(shí)施例中，具有最佳能量傳輸可能不是基本的，并且僅部分能量傳輸可能是適當(dāng)?shù)囊赃M(jìn)行可接收的干燥。例如，在最佳情況下，在振動部件與基片之間沒有間隙。在多種實(shí)際用途中，因?yàn)橐蠓蛛x的機(jī)器公差或機(jī)器設(shè)計(jì)，出現(xiàn)某些間隙。在這些情況下，一般可能重要的是，間隙不填充有諸如氣體之類的可壓縮流體。當(dāng)這些間隙填充有諸如水之類的比較不可壓縮流體時(shí)，可接收的能量傳輸能發(fā)生。圖62代表使用比較不可壓縮流體6206的實(shí)施例，其中間隙變得很大(＞1m)并且仍然具有顯著的能量傳輸發(fā)生。
在又一個(gè)可選擇實(shí)施例中，當(dāng)穿過在兩側(cè)由流體約束的基片傳輸能量時(shí)，基片厚度應(yīng)該與四分之一波長的偶數(shù)倍匹配(基片厚度＝nλ/4，n＝2，4，6，8…)。圖63表明這樣一個(gè)實(shí)施例。因?yàn)閷τ诋?dāng)今一般采用的兆頻聲波能量要求晶片6302要厚得多，所以這可能是常規(guī)兆頻聲波清洗系統(tǒng)穿過或通過硅晶片具有有限成功的傳輸能量的一個(gè)原因。當(dāng)與振動部件直接接觸時(shí)，只要求基片和振動部件的厚度之和近似等于奇數(shù)倍四分之一波長。
況且，振動部件和基片的厚度可能由其它約束條件支配。如果其各個(gè)厚度的組合對于在給定頻率下的希望能量耦合沒有添加到希望厚度，則可能希望調(diào)節(jié)頻率以產(chǎn)生等于其組合厚度之和的超聲波能量的奇數(shù)倍四分之一波長。盡管按照本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)選兆頻聲波系統(tǒng)，適應(yīng)厚度差或變化的某種程度的各個(gè)晶體的頻率調(diào)節(jié)是希望的，但這不是要求的。這樣的頻率調(diào)節(jié)一般不適用于多種常規(guī)固定頻率系統(tǒng)，但也能使它們滿意地操作。
盡管這些實(shí)施例對于處理和干燥基片是有用的，但在基片清洗和處理用途中，由與正確厚度的振動部件的接觸生成的通過基片的能量傳輸也能是有用的。單晶片處理設(shè)備特別良好地適于便利地采用本發(fā)明的實(shí)施例。這些和其它實(shí)施例在化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)、通過刷子刷洗的晶片清洗、及電化學(xué)處理中也能特別有用。
通過對于產(chǎn)生的超聲波應(yīng)用反射、透射、折射及模式轉(zhuǎn)換的原理，聲學(xué)的其它概念能用來使本發(fā)明的新實(shí)施例得益。特別感興趣的是利用模式轉(zhuǎn)換把縱向或膨脹波轉(zhuǎn)換成表面波的設(shè)計(jì)。這些表面波能包括Rayleigh、Lamb、及Love波。這些波的每一種在振動物體的表面上產(chǎn)生不同的波圖案。這些不同的波圖案能具有與基片和在基片上的污染物的獨(dú)特的相互作用。當(dāng)裝置特征尺寸收縮時(shí)，變得更重要的是，求出不引起裝置損壞的施加超聲波能量的“較柔和”方式。另外，模式轉(zhuǎn)換在穿過浸入在含水浴槽中的硅晶片有效地傳輸在工業(yè)適用頻率下的能量中能起重大作用。
盡管按照本發(fā)明的實(shí)施例可能涉及在半導(dǎo)體裝置的制造期間利用的基片的化學(xué)處理，例如基片包括硅、SiGe、GaAs、Si、GaAs、GaInP、及GaN等等。然而，本發(fā)明不限于半導(dǎo)體基片的處理，并且其它材料可以在處理期間經(jīng)受微波加熱。利用本發(fā)明的用于化學(xué)處理的其它選擇例的例子包括但不限于硬盤和硬盤基片；諸如鏡、透鏡、或波導(dǎo)管之類的光學(xué)裝置；及在微小機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、液晶顯示裝置、生物醫(yī)學(xué)載片、光學(xué)裝置、鏡、透鏡、波導(dǎo)管、用于DNA或遺傳標(biāo)記的基片、液晶顯示器、及其它介質(zhì)的構(gòu)造中利用的基片。
F.其它兆頻聲波處理用途[605]利用定向力(即，能量或物質(zhì)的流動)、或利用超臨界流體處理基片可以通過聲波能量的同時(shí)施加增強(qiáng)，聲波能量引起基片或接觸流體的振動位移。與聲波能量一起或代替聲波能量，也能施加包括機(jī)械振動和微波的其它形式的能量。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，以較大有效性和均勻性使聲波或振動能量與基片耦合可以增強(qiáng)用超臨界二氧化碳對基片的處理。
按照本發(fā)明可以完成的不同類型的基片處理包括但不限于清洗或除去顆粒和污染物；涂敷或淀積材料；蝕刻或除去材料；及化學(xué)或電氣地改性各種基片表面、結(jié)構(gòu)和層。
按照本發(fā)明的實(shí)施例也可以用于增強(qiáng)利用多種不同技術(shù)的處理基片效果。一種這樣的處理技術(shù)是氣體、液體、固體、或其混合物的射流對于基片的施加。
按照一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明有用的是，用二氧化碳雪狀物(干冰)、和/或低溫氬氣溶膠的射流增強(qiáng)基片的清洗。圖64表示用來進(jìn)行這種處理的一種設(shè)備6400的一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖。振動部件6402與壓電晶體6404機(jī)械地連通。在其表面上載有污染顆粒6408的基片6406安置在振動部件6402上。噴嘴6410對基片表面發(fā)射低溫氣溶膠的射流6412，由此從基片表面物理地移動顆粒6408。
為了用干冰或雪狀物清洗基片，允許氣態(tài)或液態(tài)二氧化碳在噴嘴6410中膨脹(例如，以等焓)，由此把氣體和液體冷卻到固體二氧化碳顆粒形成在氣體流/射流6412中的點(diǎn)。這些凝結(jié)二氧化碳顆粒引導(dǎo)到基片表面，并且從基片表面撞落污染顆粒。
已經(jīng)建議，固體二氧化碳顆粒的一些由于與污染顆?；蚧砻娴呐鲎采傻淖冃味刍Ｉ傻摹耙后w”二氧化碳提供用來從基片表面溶解和移動污染物的良好溶劑。熔化的干冰顆粒在它彈回離開基片時(shí)然后可能重新固化，借助于它攜帶污染物。
當(dāng)處理進(jìn)行時(shí)，冷流/射流的撞擊也能導(dǎo)致基片表面的顯著冷卻。能量能引入到基片以防止通常的冷卻，并且使水汽或其它蒸汽的凝結(jié)最小。這樣的處理一般在大氣壓力下執(zhí)行，盡管這不是要求的。
對于借助于氬的低溫氣溶膠，氣態(tài)氬一般允許在噴嘴中膨脹(例如，絕熱膨脹/冷卻)到保持在顯著小于大氣壓力下的腔室中，由此使氬氣的一些轉(zhuǎn)換成小凝結(jié)氬顆粒。在氣態(tài)氬流/射流中推進(jìn)的這些凝結(jié)顆粒被類似地引導(dǎo)到基片表面，以撞落顆粒和其它污染物。同樣，在處理期間顯著的基片冷卻能發(fā)生。
盡管不希望由任何具體理論約束，但有可能按照本發(fā)明實(shí)施例的處理可能由如下機(jī)理增強(qiáng)。當(dāng)基片的表面振動，并且其在空間中的位置重復(fù)變化時(shí)，改進(jìn)借助于不同技術(shù)發(fā)生的各種處理事件的動態(tài)。
例如，在包括冷氬氣和凝結(jié)氬顆粒的低溫氣溶膠貼著基片表面施加的場合，改變在這些凝結(jié)氬顆粒與在基片表面上的污染顆粒之間的相互作用的本質(zhì)。在基片表面靜止的場合，特定碰撞動態(tài)在凝結(jié)氬顆粒與污染顆粒之間存在，導(dǎo)致特定的動量交換和顆粒變形和回彈。
當(dāng)基片表面/顆粒的振動或快速移動發(fā)生時(shí)，可以修改碰撞的動態(tài)。因而，依據(jù)振動頻率，在碰撞事件的一部分期間(即，顆粒對顆粒相互作用的持續(xù)時(shí)間)，表面和載在其上的污染物可能向進(jìn)來的凝結(jié)氬顆粒加速。然而，在碰撞事件的另一部分期間，遠(yuǎn)離進(jìn)來的凝結(jié)氬顆?？梢约铀俦砻?污染物。相互作用能量/力對于向進(jìn)來顆粒的加速增大，并且在遠(yuǎn)離進(jìn)來顆粒的加速期間減小。
況且，對于高頻率振動，在表面/污染物的加速方向上的幾種變化在單個(gè)碰撞事件期間可能發(fā)生。因而代之以涉及單次碰撞和對應(yīng)動量傳輸，高頻振動在碰撞時(shí)間周期期間實(shí)際上可以提供施加到顆粒上的力的重復(fù)增大和減小。生成的動量傳輸可以以與風(fēng)鎬相似的方式呈現(xiàn)脈動本質(zhì)。
在這里討論的處理工藝和技術(shù)的幾種可以使基片/表面在操作期間振動。在歷史上，沒有把這樣的處理誘導(dǎo)振動的生成頻率、強(qiáng)度、及不均勻性變到能用來增強(qiáng)處理的更希望頻率、強(qiáng)度、及不均勻性的便利方式。因此，需要調(diào)節(jié)或修改各種基片的振動的頻率、強(qiáng)度、及不均勻性的便利方式。
在處理期間調(diào)節(jié)基片振動的特征的一種手段是有效地把聲波和其它振動引起能量與基片相耦合。以上已經(jīng)公開了表現(xiàn)聲波能量與各種基片的增大耦合的幾種方法和設(shè)備。與基片的增強(qiáng)聲波耦合能對于基片的前側(cè)、后側(cè)、或邊緣發(fā)生。在后一種情況下，聲波能量的施加平行于基片表面。
在處理期間調(diào)節(jié)基片振動的特征的另一種手段是提高從振動表面發(fā)出的能量的均勻性。以上也公開了表現(xiàn)從振動表面發(fā)出的能量場的增加均勻性的方法和設(shè)備。這樣的增加場均勻性能對應(yīng)地導(dǎo)致基片表面的處理的增大均勻性。
呈現(xiàn)寬范圍頻率、強(qiáng)度、及均勻性的其它類型的施加能量可以增強(qiáng)處理。這樣的可選擇形式的能量包括但不限于熱、微波、機(jī)械振動、IR、UV、流體動力或流體流動。
熱能的施加能引起基片溫度的變化。能添加能量，導(dǎo)致基片加熱?？蛇x擇地，能除去能量，導(dǎo)致基片冷卻。當(dāng)溫度改變時(shí)，能修改各種顆粒和污染物對于基片表面的粘著特性。
對于某些基片，微波和紅外輻射能用來增加基片溫度，而其它基片可能要求在基片與加熱元件之間的直接接觸。通過使基片與包含能夠接收液體氮的通道的冷卻部件緊密接觸，能有效地實(shí)現(xiàn)冷卻。
在升高或減小壓力下的處理可能是有益的，特別是對于包括二氧化碳的各種處理流體在臨界點(diǎn)以上的條件下。利用不同技術(shù)可以引起基片在各種頻率下振動。這些手段包括但不限于通過與振動部件的直接接觸或間接通過插入流體層的聲波耦合；與流動或脈動流體的接觸；及在振蕩或脈動電氣、RF或磁場內(nèi)的存在。能量能以相對于基片表面的任何角度耦合到或撞擊在基片表面的任何側(cè)或表面上。
按照某些實(shí)施例，在某些角度下，施加能量可以從基片表面反射，而在其它角度下，能量可能穿過基片傳輸。在另外其它的施加角度下，依據(jù)基片周圍的環(huán)境，一種形式的能量波(如膨脹壓力波)能轉(zhuǎn)換成另一種(如表面或剪力波)。
通過進(jìn)一步的例子，通過把聲波能量耦合到也表示在圖1中的基片的后側(cè)上，能使基片表面/污染物振動。這通過使基片與振動部件的一個(gè)橫向表面直接接觸完成。這個(gè)振動部件能包括具有附加到相對橫向表面上的壓電晶體的板。板能由各種材料構(gòu)造，這些材料包括但不限于這樣廣泛不同的材料，如鋁、不銹鋼、石英、及陶瓷。壓電晶體能用在接近1MHz的頻率下交變的施加電位激勵(lì)。一旦振動，二氧化碳雪狀物的射流能引導(dǎo)到載有污染顆粒的基片表面。
對于可接收振動頻率的范圍沒有上限或下限。然而，在實(shí)際中，可用頻率可能位于從1Hz至1GHz的范圍內(nèi)。在一定條件下也能使用具有甚至更高操作頻率的其它類型的能量，如常規(guī)微波。
可選擇地，代之以具有在基片與振動部件之間的直接接觸，當(dāng)振動部件與基片分離時(shí)，可以使用耦合流體。各種耦合和能量傳輸方法包括聲波噴嘴的使用。某些方法允許與基片的前表面的耦合，而其它允許與基片的后表面的耦合。其它方法允許能量穿過基片的厚度傳輸，并且其它另外的方法導(dǎo)致能量的反射。一些方法把基片完全浸沒在處理流體中，而其它僅需要薄流體膜的施加。
在圖69中表示的另一個(gè)實(shí)施例中，用于氣體/液體/固體射流6902的超聲波噴嘴6900用來在射流撞擊基片6904的表面之前在氣體/液體/固體射流中形成壓力脈沖。在這個(gè)實(shí)施例中，壓電晶體包括在用氬的低溫氣溶膠清洗中使用的膨脹噴嘴6900中。盡管這種施加一般在低于大氣壓力下執(zhí)行，但這不是由其它類型的射流清洗所要求的。在某些情況下，大氣壓以上的壓力可能是希望的。
在圖70中表示的可選擇實(shí)施例中，兆頻聲波噴嘴7002能與振動部件7004一起使用。在圖71中表示的另一個(gè)可選擇實(shí)施例中，兆頻聲波噴嘴7112能與微波能量的施加一起使用。在圖70-71中表示的實(shí)施例的任一個(gè)中，在基片與噴嘴之間的相對移動是可能的。
按照另一個(gè)實(shí)施例，在能量或物質(zhì)的射流的引入之前、期間、及/或之后，可以冷卻基片。盡管射流能包括上述的氣體和凝結(jié)顆粒的典型混合物，但在一定實(shí)施例中，射流可以包括氣體、液體、或兩者的組合。聲波能量或基片表面振動可以使用，但不是所要求的。
這種冷卻能以多種方式實(shí)現(xiàn)，并且依據(jù)基片和污染顆粒的各個(gè)特性在各種速率下和對于不同溫度進(jìn)行。圖72表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備7200的一個(gè)實(shí)施例的簡化橫截面圖?；Ъ?202的特征在于冷卻通道的迷宮7204。液態(tài)或氣態(tài)氮引入通道7204中，以把基片7206的溫度迅速減小到低溫范圍?？焖倮鋮s可以導(dǎo)致在基片表面與污染顆粒之間的粘著力的減小，有利于顆粒除去。
在圖80中表示的另一個(gè)實(shí)施例中，均勻低速度的部分可凝結(jié)氣體8000溢過其上具有污染顆粒8200的基片正面8010。冷吸盤8030被迅速冷卻。當(dāng)氣體8000的一些在基片表面8010與污染顆粒8020之間冷凝或凝結(jié)時(shí)，在基片8010與顆粒8020之間的約束被打破。選擇性的高速流體射流(未表示)把移動污染顆粒8020吹離基片表面8010，同時(shí)壓電晶體8050向基片8010提供高頻振動。
與要求熔化覆蓋冰層相比，一般需要較小能量打破在冰與基片之間的約束。因而按照本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，在可凝結(jié)氣體已經(jīng)在顆粒和基片表面上形成冰層之后，足夠能量可以施加以加熱基片和打破在冰與基片之間的約束，但不足以完全熔化冰層。一旦打破基片-冰約束，就能更容易地吹離或除去冰和污染物，希望像包含污染顆粒的薄片或吸盤。
按再一個(gè)實(shí)施例，在包括氣體、液體、固體、或其污染物的至少一種的能量或物質(zhì)的射流的引入之前，可以加熱基片。對于能夠接收微波能量的那些基片，微波能量可能是迅速加熱基片的有效手段。
另外，微波加熱某些基片，而不加熱一定的氣體和固體。這能允許基片保持在希望溫度下，而在與基片接觸之前不加熱進(jìn)來的材料射流。
圖71表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備7100的實(shí)施例的簡化橫截面圖?；?102支撐在處理腔室7104內(nèi)?；?102的后側(cè)7102b暴露于來自源7106的微波能量，并且由此被加熱。載有污染顆粒7108的基片7102的前側(cè)7102a暴露于來自噴嘴7112的低溫氣溶膠的射流7110。
振動或其它形式的能量添加是選擇性的。另外，液體噴嘴與低溫氣溶膠清洗射流一起包括或者代替低溫氣溶膠清洗射流，以進(jìn)一步擴(kuò)展可能處理的范圍。
為了在振動期間使基片表面的位移最大，可能有益的是，物理地保持基片與振動元件接觸。這能以多種方式實(shí)現(xiàn)，包括真空吸盤或其它保持夾具的使用。也能采用不依賴于真空的各種保持和夾持設(shè)計(jì)。
圖66表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備6600的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中基片6602通過真空抽吸夾持在基片支架6604上。壓電晶體6606附加到振動部件6612的背面，振動部件6612又與6604的背面相接觸。晶體6606以高頻6602被激勵(lì)，而支架6604轉(zhuǎn)動，以在氣溶膠射流與基片表面之間引入相對移動。可選擇地，射流能移動，而基片和支架保持靜止。
機(jī)械振動能用來代替聲波能量，或者與其結(jié)合。在圖67的簡化橫截面圖中表示的按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，基片6700定位在基片支架6702中。機(jī)械振動器6706耦合到基片支架的背面上，基片支架也用作振動部件6704以允許振動能量從振動器6706到基片6700的傳輸，引起基片表面和在其上存在的污染物6708的位移。低溫氣溶膠6710從噴嘴6712引導(dǎo)到基片表面。
基片表面能面對任何方向，或者處于任何方位，并且仍然按照本發(fā)明的實(shí)施例操作。在一定實(shí)施例中，基片表面可能優(yōu)選地面向上，并且在其它實(shí)施例中可以面向下或者相對于垂直面處于某一角度。
以類似樣式，射流能以范圍從垂直到平行的任何角度引導(dǎo)到基片表面。在處理期間，這個(gè)角度不必保持恒定。射流相對于基片表面以適當(dāng)角度的定位可以導(dǎo)致離開射流噴嘴的脈動壓力波到在基片中的振動表面波的模式轉(zhuǎn)換。
在圖68的簡化橫截面圖中表示的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，液體層6800形成在基片6802的表面6802a上，該基片固定在組合基片支架/振動部件6804上。通過把壓電晶體6806附加到組合基片支架/振動部件6804的背側(cè)上，把聲波能量耦合到基片6802的背側(cè)上。氣溶膠射流6808引導(dǎo)到基片6802的前表面，該前表面覆蓋有薄流體層6800。
盡管射流6808可以是低溫氣溶膠類型的，但這是不要求的。射流6808能只包括氣體，而不包括凝結(jié)固體顆粒，或者可以只包括液體，或者可以包括兩相的組合。處理能在任何壓力或溫度下完成。
按照本發(fā)明的實(shí)施例不限于固態(tài)、液態(tài)、或氣態(tài)顆粒的施加。按照本發(fā)明的實(shí)施例可以增強(qiáng)的另一種處理技術(shù)是借助于來自激光器的能量的基片表面的處理。這樣的激光處理的例子包括沖擊清洗、干式清洗、及沸騰蒸發(fā)。
圖65表示按照本發(fā)明的一種設(shè)備6500的一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖，該設(shè)備可以用來進(jìn)行激光沖擊清洗(LSC)。當(dāng)激光器6502正好聚焦在支撐在與壓電晶體6508機(jī)械連通的振動部件6506上的基片6504的表面6504a以上時(shí)。來自激光器6502的聚焦光束6510通過迅速加熱在基片表面6504a以上的氣氛的局部部分產(chǎn)生熱沖擊波6512。這種沖擊波在基片6504的表面6504a上傳播，從其移動污染顆粒6514。
同樣，不希望由任何具體理論約束，對于借助于材料射流的處理，按照以上描述的機(jī)理可以增強(qiáng)借助于激光能量的基片處理。因而對于LSC，表面/污染物的適當(dāng)頻率和強(qiáng)度的振動能改進(jìn)在沖擊波與在基片表面上的污染顆粒之間的相互作用。在沖擊波與各個(gè)顆?；蛭廴疚锞植肯嗷プ饔玫臅r(shí)間段期間的基片表面/污染物的快速、重復(fù)移動能改變顆粒和污染物去除的有效性和效率，允許施加能量的強(qiáng)度的變化。
圖73表示按照本發(fā)明的一種處理設(shè)備的可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，其中在LSC處理期間，基片7300包含在加壓到大氣壓力以上的外罩7302內(nèi)。這種升高的操作壓力改變沖擊波7304的傳播速度和強(qiáng)度，由此生成在沖擊波7304與基片7300的表面7300a之間的不動態(tài)相互作用。在再一個(gè)實(shí)施例中，能減壓外罩，由此減小激光誘導(dǎo)沖擊波的強(qiáng)度。
圖65的設(shè)備可以用來進(jìn)行除LSC之外的激光處理。例如，能采用激光干式清洗，其特征在于使用激光直接燒蝕/損壞直接離開基片表面的顆粒，或者改性該表面。可選擇地，能實(shí)施沸騰蒸發(fā)，它當(dāng)激光聚焦到在基片表面上的醇/水混合物的薄層中引起混合物的劇烈蒸發(fā)/爆炸時(shí)發(fā)生。生成的“爆炸”波前傳播過基片表面，從其移動污染顆粒。
按照另一個(gè)實(shí)施例，基片被冷卻，并且在激光沖擊的施加之前引入振動。盡管一般在大氣壓力下進(jìn)行，但依據(jù)表面和顆粒特性及希望的碰撞動態(tài)，激光沖擊也能在高于或低于大氣壓力下實(shí)現(xiàn)。除由構(gòu)造材料和設(shè)備設(shè)計(jì)施加的限制之外，對于操作壓力沒有理論上限和下限。在工業(yè)中已知的是，設(shè)備能夠在超過每英寸幾千磅的壓力下操作。
按照本發(fā)明實(shí)施例增強(qiáng)的又一種處理技術(shù)，是借助于超臨界流體例如二氧化碳(CO2)的基片處理。在特定流體的臨界點(diǎn)以上的溫度和壓力下，材料成為超臨界流體。
在這樣的條件下，材料在技術(shù)上是氣體、液體而不是固體。在超臨界狀態(tài)下的二氧化碳呈現(xiàn)氣體狀態(tài)的低表面張力特性，但也呈現(xiàn)液體狀態(tài)的升高密度特性。盡管高速射流能增強(qiáng)處理，但即使沒有高速射流，由在超臨界條件以上存在的流體的獨(dú)特特性也能導(dǎo)致有用的處理。
在處理設(shè)備的一定常規(guī)設(shè)計(jì)中，超臨界二氧化碳幾乎在處理腔室內(nèi)停滯。基片存在于超臨界流體內(nèi)，該超臨界流體起從基片表面除去污染的溶劑的作用。
在其它常規(guī)設(shè)備設(shè)計(jì)中，二氧化碳被連續(xù)地泵送過處理腔室，試圖產(chǎn)生有助于除去污染的微小流體動力力。代之以保持系統(tǒng)的操作壓力恒定，在處理期間可以使系統(tǒng)的操作壓力波動或脈動。這些壓力脈沖能全部在超臨界點(diǎn)以上，或者能在超臨界與亞超臨界水平之間循環(huán)。在亞超臨界條件下，諸如二氧化碳之類的流體例如能成為氣體、液體、或固體，并且然后當(dāng)重新建立超臨界條件時(shí)變換回超臨界流體。
已經(jīng)建議，把聲波能量引入到超臨界二氧化碳中可以增強(qiáng)基片處理。然而，因?yàn)槌R界流體不處于流體或固體狀態(tài)下，通過超臨界流體的聲波能量的傳輸可能大大地減小或衰減。一般地說，在介質(zhì)中的衰減按聲波能量的頻率的平方變化。因而，當(dāng)半導(dǎo)體工業(yè)向除去較小顆粒的更高頻率聲波能量的施加遷移時(shí)，變得越來越難以通過介質(zhì)傳輸顯著量的聲波能量。
當(dāng)基片尺寸增大時(shí)，在超臨界處理的范圍中施加振動能量的困難變得更麻煩。當(dāng)在與基片表面相平行的方向上施加聲波能量時(shí)這種效果特別明顯，如在浴槽處理中已經(jīng)傳統(tǒng)進(jìn)行的那樣。直接穿過基片傳輸顯著量的聲波能量的歷史嘗試已經(jīng)由為了最大傳輸使基片厚度與壓力波的偶數(shù)倍四分之一波長相匹配的要求所妨礙。例如，因?yàn)槠浒雽?dǎo)體晶片的較小厚度，要求頻率是當(dāng)前用于處理的那些頻率的三或四倍。
在利用在大氣壓力下的含水溶液的常規(guī)批量處理和清洗中，超聲波能量與基片表面平行地已經(jīng)傳輸過很長距離。然而，因?yàn)樯婕暗牟牧系穆暡ㄌ匦?，這樣的手段不能在超臨界處理的范圍內(nèi)進(jìn)行。因此，變得更加重要的是，使基片與振動部件之間的能量耦合最大，并且使聲波能量必須在流體中傳輸?shù)母呔嚯x最小。直接穿過基片厚度的高效能量傳輸特別有用，允許基片的一個(gè)表面與振動部件的直接接觸或與其靠近地隔開。這樣一種布置使聲波能量必須傳過高衰減流體的距離最小。
在超臨界流體與振動表面的材料的聲波阻抗之間的不良阻抗匹配能防止足夠量的聲波能量的傳輸。因而，具有適當(dāng)厚度的材料的選擇變得很重要，以使在常規(guī)處理中典型觀察到的阻抗誤匹配最小。
按照本發(fā)明實(shí)施例增強(qiáng)的超臨界處理能包括可以稱作共溶劑的具有超臨界流體的各種氣體和液體混合物的使用?？蛇x擇地，除二氧化碳之外的物質(zhì)能用于在其臨界點(diǎn)以上條件下的處理。并且盡管一般希望超臨界處理流體包括形成均勻相的多種成分，但這不是要求的。按照可選擇實(shí)施例，處理化學(xué)性質(zhì)能包括兩相或多相。能利用兩相或更多相化學(xué)性質(zhì)。
聲波能量能作為一系列壓力波經(jīng)介質(zhì)傳輸。因而，不管來自機(jī)械振動器的比較低頻率，還是來自壓電晶體的比較高頻率，聲波能量都可以看作在超臨界處理中在歷史上利用的較慢壓力脈沖的延伸。按照本發(fā)明的實(shí)施例，現(xiàn)在有可能使在多個(gè)頻率下的脈沖同時(shí)引入，以更進(jìn)一步增強(qiáng)處理。
在一個(gè)實(shí)施例中，聲波能量可以引入到在超臨界條件下操作的處理腔室。如圖74的簡化橫截面圖中所示，這可以通過把壓電晶體7400附加到腔室7404的至少一個(gè)壁7402的外部上實(shí)現(xiàn)，使該壁的厚度選擇成近似等于施加的聲波能量的奇數(shù)倍四分之一波長，以使能量耦合最大。由于圖74中的能量正在穿過容器壁傳輸而不是在容器本身內(nèi)產(chǎn)生，所以避免與離開高壓環(huán)境的密封電氣引線、與在壓電晶體74000與處理化學(xué)性質(zhì)之間的兼容性有關(guān)的問題。
盡管圖74的實(shí)施例描繪使流體進(jìn)口7406和出口1008定向成如建議與基片表面7410的表面相平行的流體流動的腔室，但高速射流可以相對于基片表面以任何角度利用和取向。
圖79表示這樣一個(gè)可選擇實(shí)施例的簡化橫截面圖，該實(shí)施例包括超臨界流體的獨(dú)特物理和化學(xué)性質(zhì)及具有流體射流的流體動力性質(zhì)的聲波能量的好處。如在以前實(shí)施例的幾個(gè)中那樣，射流7900a-c提供對于污染顆粒傳輸動量的便利方式。而且，如果希望，多個(gè)射流能定序以掃過基片7902。這能與包括順序或連續(xù)啟動的多個(gè)壓電晶體的兆頻聲波系統(tǒng)相組合。
按照另一個(gè)可選擇實(shí)施例，在容器壁的厚度由其它約束條件確定的場合，能調(diào)節(jié)壓電晶體的激勵(lì)頻率，以使給定壁厚等于希望的奇數(shù)倍四分之一波長，如在以上參考申請中公開的那樣。
進(jìn)一步選擇性地，代之以把晶體直接粘結(jié)到腔室壁的外部上，晶體能粘結(jié)到振動板上，該振動板然后剛性地附加到腔室壁上，如在圖75的簡化橫截面圖中表示的那樣。與槽壁7502緊密接觸的振動板7500的厚度的、并且理想地也包括基片厚度的生成之和，應(yīng)該等于施加能量的奇數(shù)倍四分之一波長。盡管振動部件7500在圖75中表示成粘結(jié)到腔室壁7502的外部上，但振動部件能選擇性地粘結(jié)到腔室壁的內(nèi)側(cè)上。然而，這樣一種可選擇實(shí)施例會使建立與振動元件的可靠電氣連接稍加困難，并且能產(chǎn)生在包括振動部件的材料與它對其暴露的周圍處理化學(xué)性質(zhì)之間的潛在相容性問題。
在這樣一個(gè)可選擇實(shí)施例中，基片可以懸在腔室內(nèi)超臨界流體中，或者可以如圖74和75中表示的那樣與腔室壁直接接觸。當(dāng)與腔室壁直接接觸或密切靠近時(shí)，能利用振動頻率或強(qiáng)度的變化破壞近場效果和增強(qiáng)處理的均勻性。
在基片與傳輸聲波能量的腔室壁(或振動部件)直接接觸的場合，在最大化能量傳輸中可能需要考慮基片的厚度以及腔室壁(或振動部件)的厚度。在這樣的用途中，基片和腔室壁(或振動部件)的組合厚度，考慮到每個(gè)元件的材料組分，應(yīng)該近似與在操作頻率下的奇數(shù)倍四分之一波長導(dǎo)向線(guideline)相一致。盡管不要求準(zhǔn)確的厚度匹配，但一般在導(dǎo)向線值+/-50％內(nèi)是優(yōu)選的。
可以選擇或調(diào)節(jié)聲波能量的頻率或腔室壁(和/或振動部件)的厚度，以使穿過基片的聲波能量的傳輸最大。由Fremont，California的PCT系統(tǒng)Inc.制造的兆頻聲波發(fā)生器允許這種調(diào)節(jié)。
由于聲速能隨材料大大地變化，所以每種材料或諸種材料的組合將要求與選擇頻率相匹配的唯一總厚度、或與生成厚度和相匹配的唯一最佳頻率。例如，盡管在鋁中的聲速近似是6380m/s，但在不銹鋼中它僅是5780m/s。因而為了保證最佳能量耦合，要求厚度比不銹鋼板大的鋁板。
當(dāng)基片不與腔室壁直接接觸時(shí)，基片可以相對于壁的任一個(gè)以任何角度定向。當(dāng)對于入射聲波能量定位在角度范圍內(nèi)時(shí)，穿過基片的聲波能量的傳輸也能發(fā)生。在這個(gè)角度范圍外，可以從基片表面反射聲波能量。圖77表示用于一種處理設(shè)備的設(shè)計(jì)，其中聲波能量7700彈離基片7702和彈離容器7704的壁7706。
盡管基片在圖77中表示成與容器壁直接接觸，但為了得到離開基片表面的希望反射這是不要求的。當(dāng)壓力波的入射角如以上討論的那樣在第一與第二臨界角之間時(shí)，能量或者能穿過基片傳輸，或者入射壓力波能轉(zhuǎn)換成表面或剪力波，很少或沒有反射。
如以前討論的那樣，在其上發(fā)生從膨脹到表面或剪力波的顯著模式轉(zhuǎn)換、或許包括某種膨脹衍射的角度范圍，可能比在其上發(fā)生穿過基片的能量傳輸?shù)慕嵌确秶?。關(guān)于與多種材料的任何波相互作用，即使在其上發(fā)生顯著穿過基片傳輸或甚至模式轉(zhuǎn)換的角度范圍的部分內(nèi)也可能發(fā)生某種反射。
當(dāng)能量穿過基片傳輸時(shí)，例如當(dāng)基片與振動部件的表面直接接觸、具有適當(dāng)厚度或者以適當(dāng)角度定向時(shí)，腔室可以便利地設(shè)計(jì)成向基片表面反射回傳輸?shù)穆暡ā＿@樣的反射能來自靜止或移動表面。圖76表示一種這樣的設(shè)計(jì)7600的簡化橫截面圖，使來自移動反射器7604的反射7602撞擊在靜止基片7606上。
按照可選擇實(shí)施例，基片能處于移動中。如在圖78的簡化橫截面圖中表示的那樣，基片7800處于移動中，并且同時(shí)從在容器7802外的壓電晶體7804接收聲波能量。盡管圖78的特定實(shí)施例表示產(chǎn)生聲波能量的壓電晶體，但按照其它實(shí)施例，機(jī)械振動器能可選擇地用于該目的。在基片與腔室或入射聲波能量之間的相對移動，因而能包括在處理中。
在其中聲波能量添加到在超臨界條件下操作的處理腔室的另一個(gè)實(shí)施例中，振動部件可以存在于處理腔室內(nèi)。在這樣一個(gè)實(shí)施例中，聲波能量不穿過腔室壁傳輸，并且腔室壁的厚度不必等于施加聲波能量的奇數(shù)倍四分之一波長。而是，腔室壁的厚度只需提供適當(dāng)強(qiáng)度，以包含在超臨界操作中牽連的升高壓力。
當(dāng)聲波能量透過非常厚的壁或基片時(shí)，功率衰減可能發(fā)生。通過不要求聲波能量穿過厚容器壁傳輸，更多能量可能適用于傳輸?shù)今v在容器內(nèi)的基片中或穿過基片傳輸。
盡管在優(yōu)選方法和結(jié)構(gòu)方面已經(jīng)描述了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員要理解，不脫離本發(fā)明可以對公開的實(shí)施例進(jìn)行多種修改和變更。例如，盡管以上描述和附圖著重于其中振動部件與基片直接物理接觸的方法和設(shè)備，但這不是由本發(fā)明所要求的。
基片能放置成與振動部件直接接觸或與它分離。當(dāng)處于直接接觸，并且腔室較小時(shí)，可能希望使能量反射離開腔室壁向基片表面返回。為了增強(qiáng)反射并且使通過腔室壁的能量損失最小，應(yīng)該以適當(dāng)?shù)慕嵌冗M(jìn)行反射。這能在靜止模式或動態(tài)模式中完成，其中有在基片與某一表面之間的相對移動。該表面是腔室壁或某一輔助能量反射表面。
盡管以上描述已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了通過聲波能量施加的處理增強(qiáng)，但也能利用其它類型的能量。這樣的其它類型或形式的施加能量能包括流體動力、微波、紅外線、紫外線及熱。在熱能的情況下，你能具有能量的添加(加熱)或能量的除去(冷卻)。
F.軟兆頻聲波流體[681]當(dāng)較小特征尺寸的半導(dǎo)體處理成為必要時(shí)，在較大特征尺寸下不是問題的損壞變得更關(guān)切。
空化閾值壓力與產(chǎn)生空化事件、或產(chǎn)生導(dǎo)致來自那些事件的可見損壞的空化事件要求的功率密度相對應(yīng)。根據(jù)古典超聲波理論，大多數(shù)批量兆頻聲波系統(tǒng)在遠(yuǎn)低于在這些給定頻率下傳統(tǒng)上認(rèn)為是空化閾值壓力的功率密度下操作。
空化閾值隨施加聲波能量的增加頻率而增大。對于兆頻聲波處理，在處理中使用的典型功率密度遠(yuǎn)低于期望空化的。即使這樣，在這些較高兆頻聲波頻率下仍報(bào)告有對于脆弱半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的損壞。
盡管不希望由任何具體的理論約束，研究在兆頻聲波處理中利用的較高操作頻率的最近超聲波理論討論幾個(gè)輔助參數(shù)或可能的子過程，包括顯微空化和除傳統(tǒng)聲學(xué)流束之外的微小流束。在某些條件下，這些子過程可能導(dǎo)致增強(qiáng)的清洗和處理。在其它條件下，可能導(dǎo)致?lián)p壞。
對于脆弱多晶硅線，可以看到兆頻聲波處理損壞的例子。在傳統(tǒng)批量或單晶片兆頻聲波處理之后的檢查可以揭示脫離基片、或完全丟失的線的部分。依據(jù)對于處理容器的聲波能量的引入的條件和方法，這種損壞可能由空化；顯微空化；微小流束；或甚至僅僅傳播過撞擊在基片表面上、或直接撞擊在多晶線上的流體的壓力引起。
明確的說，當(dāng)在線、線中的缺陷、或線與基片結(jié)合的區(qū)域的附近發(fā)生空化事件時(shí)，由空穴和微小空穴破滅釋放的能量可能以高速流體射流的形式顯現(xiàn)。這些高速射流能使線推離或甚至移離基片。
可選擇地，當(dāng)氣體氣泡在基片與線之間形成并且增長時(shí)，線或其它特征可能升離或撬離基片。
當(dāng)聲波能量傳過流體時(shí)，在波的低壓后邊緣處，氣體氣泡可能常常由溶解在液體中的氣體形成。當(dāng)多個(gè)順序氣泡形成事件發(fā)生時(shí)，在基片與懸置線之間新形成和增長的氣泡的每一個(gè)可能引起更多的線升離或移離基片。
一般地說，在液體中的氣體含量越高，空化閾值壓力越低，并且發(fā)生的損壞越少。液體的較高氣體含量可以提供更多的空化和顯微空化成核點(diǎn)，以形成大量更小和更穩(wěn)定的空穴和氣泡，每個(gè)在破滅時(shí)產(chǎn)生較小能量。對于包含很少或沒有溶解氣體的流體，需要較高的功率密度在流體中形成空穴。在高空化閾值壓力和比較低的頻率下，空穴能填充有蒸汽而不是氣體。
蒸汽填充空穴比氣體填充空穴(氣泡)更劇烈地破滅，并且能引起更嚴(yán)重的損壞。蒸汽填充空穴也可能比氣體填充空穴大，并且能存儲在破滅期間釋放的更多能量。這可以解釋為什么在比較低頻率下觀察到宏觀損壞，而在較高頻率下觀察到形成擔(dān)心的類型的微觀損壞。
在DI水中的超聲波處理與在酮或醇中的等效超聲波處理相比，對于薄金屬箔能產(chǎn)生更多損壞。理論認(rèn)為，由于在水分子的相鄰包之間的很高內(nèi)部結(jié)合力，水產(chǎn)生更多損壞，因?yàn)榉蛛x的流體包在較高吸引能量下被拉回在一起更猛。因此，具有較小內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度的流體應(yīng)該產(chǎn)生較小損壞，甚至具有較小的顯微空化事件。
最近，半導(dǎo)體處理已經(jīng)利用各種處理化學(xué)制品的更稀溶液，最終目標(biāo)是在接近室溫下在DI水中處理半導(dǎo)體基片。這種趨勢由制備必需純度的化學(xué)制品的、和以環(huán)境友好方式處置用過的化學(xué)制品的費(fèi)用所驅(qū)動。
同時(shí)，工業(yè)方向已經(jīng)趨向于越來越小的裝置特征和結(jié)構(gòu)的制造。使用更稀含水溶液處理更小特征的趨勢的會合已經(jīng)提高了關(guān)于由兆頻聲波處理使特征遭受的潛在損壞的細(xì)查水平。
也已經(jīng)建議，水的使用比多種其它流體的使用導(dǎo)致更大損壞，因?yàn)樗畬τ诙喾N氣體呈現(xiàn)比較低的溶解度，而同時(shí)擁有高導(dǎo)熱率。較高氣體溶解度為較小能量密集空化事件提供更多的空化成核點(diǎn)。并且在用聲致發(fā)光事件產(chǎn)生的高溫下，擁有高導(dǎo)熱率的流體可以更容易地把局部高能傳輸?shù)交砻?，?dǎo)致增加的損壞。
因此，存在對于用在兆頻聲波中的流體的需要，該流體把較小損壞傳給在處理基片的表面上的很小和脆弱特征。
按照本發(fā)明的各種實(shí)施例，單獨(dú)地或組合地利用各種技術(shù)，可以減小由濕式兆頻聲波處理造成的對于小特征的損壞。根據(jù)一種技術(shù)，兆頻聲波能量可以施加到較不易產(chǎn)生空化和顯微空化損壞的液體上，例如包括除水之外的顯著成分的液體，如甲醇或酮。根據(jù)另一種技術(shù)，由空化和顯微空化事件產(chǎn)生的損壞可以通過微小氣泡在處理流體內(nèi)的存在而減小。根據(jù)又一種技術(shù)，在控制夾帶的微小氣泡的空隙比和作用、控制衰減程度、空化閾值壓力、及清洗和處理性能的溫度或壓力條件下，可以進(jìn)行兆頻聲波處理。
按照本發(fā)明的方法、設(shè)備、及組成的實(shí)施例單獨(dú)或結(jié)合地利用(1)可選擇兆頻聲波流體類型、(2)微小氣泡的引入、及(3)在升高/減小壓力或溫度條件下的處理，以減小在兆頻聲波處理期間傳給基片特征的損壞。
在超聲波處理中，對于某些流體觀察到比其它流體的小的空化損壞。例如，在像甲醇或酮之類的流體中，與水相比，施加的聲波能量對于鋁金屬箔能產(chǎn)生較小損壞，或者在煤油中產(chǎn)生更小程度的損壞。
在使在兆頻聲波處理期間遭受的損壞最小的嘗試中，已經(jīng)提出，考慮不會引起太大空化和顯微空化損壞、或者能夠更好地包含小或微小尺寸氣泡的可選擇流體。
因而，按照本發(fā)明的第一種技術(shù)利用對于氣體或氣體混合物呈現(xiàn)溶解度的流體，該溶解度超過它們在諸如去離子(DI)水之類的傳統(tǒng)處理流體中的溶解度。這樣的可選擇兆頻聲波處理流體的成分能包括但不限于諸如甲醇、乙醇、及異丙醇(IPA)之類的醇；諸如丙酮和MEK之類的酮；諸如烴之類的其它類型的有機(jī)溶劑；及諸如全氟溶劑之類的更奇異材料，包括這些各種成分的各種組合?？梢钥紤]多種這樣的流體溶液，例如基于其化學(xué)性質(zhì)(與基片的活性)，或基于其物理性質(zhì)(氣體溶解度和導(dǎo)熱率)。
支持這種第一手段的目標(biāo)在于，與在DI水中的氣體溶解度相比，得到在液體中的比較高氣體溶解度。這樣增加的氣體含量應(yīng)該有利于空化和顯微空化，降低空化閾值壓力，及在處理期間導(dǎo)致較小損壞。
另外，溶解在流體中的具體氣體或氣體混合物的本性也構(gòu)成重要的處理參數(shù)。之所以是這樣，不僅因?yàn)榭蛇x擇氣體可能在處理流體中呈現(xiàn)較高溶解度，而且因?yàn)榭蛇x擇氣體可以導(dǎo)致在聲波能量場中的不同離子物質(zhì)的形成，特別是當(dāng)聲致發(fā)光發(fā)生時(shí)。
按照本發(fā)明實(shí)施例的第二技術(shù)講授到，把小氣泡、優(yōu)選地微小氣泡引入到靠近基片表面的處理流體中。引入到處理流體中的小或微小氣泡能減緩或緩沖的確發(fā)生的空化或顯微空化。其它的理論講授到，微小氣泡實(shí)際上有利于小顆粒的除去、或清洗和各種聲波處理。
引入和分散在處理流體中的較大宏觀氣泡可能衰減聲波能量傳輸，同時(shí)減小來自空化沖擊波的損壞。分散在處理流體中的較小微觀氣泡的引入不應(yīng)該顯著地衰減聲波能量。另外，小氣泡可能仍然能夠吸收在流體內(nèi)由空化事件、特別是在基片表面上或附近的顯微空化事件產(chǎn)生的損壞沖擊波。
按照本發(fā)明實(shí)施例把小氣泡引入到處理流體中，也可以用作以前描述的第一種手段的擴(kuò)展，因?yàn)樵诹黧w內(nèi)的氣泡可以提供使在流體中的溶解氣體的濃度最大的分散氣相庫。
在一定情況下，提高的氣體濃度也可能有助于清洗。根據(jù)某些理論，流過小或微小氣泡的聲波能量的壓力波往往使微小氣泡迅速地振蕩，這又導(dǎo)致流體速度的很小、局部變化。生成的局部流體速度梯度可以從靠近這些振蕩氣泡的基片表面除去顆粒。由聲波壓力波引起的小氣泡的迅速振蕩常常稱作在流體內(nèi)的微小流束。
有多種在處理流體內(nèi)產(chǎn)生和引入小氣泡或微小氣泡的方式。用來引入小氣泡的手段的范圍能從在容器中的流體與液體/流體界面的有力剪切混合、到使用文丘利混合器把氣體引入到迅速加速的流體中。
對于以上討論的兩種手段，液體和溶解在其中的氣體的化學(xué)特性可能不僅影響空化和顯微空化閾值壓力(聲波瓦特密度)，而且也影響兆頻聲波液體形成和保持小和微小尺寸氣泡足夠時(shí)間長度以利于有用處理的能力。這樣的化學(xué)特性包括但不限于在分子或分子團(tuán)之間的內(nèi)部結(jié)合力、溶解的固體、溶解的氣體、表面張力、表面張力降低劑、粘度、及密度。當(dāng)這些參數(shù)的一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)或與其它組合地變化時(shí)，生成處理的性質(zhì)可能變化。
用來軟化兆頻聲波流體的作用的第三種技術(shù)涉及控制處理發(fā)生的條件。升高或降低的操作壓力或壓力能用來不僅控制夾帶微小氣泡的空隙比，而且也控制化學(xué)反應(yīng)的速率。這允許對衰減的程度、以及對空化和顯微空化閾值壓力對可選擇處理流體的影響實(shí)施控制。
如下概括關(guān)于對基片損壞的變化處理?xiàng)l件的影響的一般方針。首先，空化閾值壓力的增大可以導(dǎo)致氣泡更劇烈地和以更大的能量強(qiáng)度破滅。這又能導(dǎo)致很小、脆弱裝置結(jié)構(gòu)的較大損壞。
氣體在液體中的溶解度基于在液體以上的該氣體的濃度和壓力(部分壓力)。大氣壓力以上或以下的處理也可以控制部分可溶解氣體的溶解氣體含量。
這種較高氣體溶解度對于在每種液體中的每種可接收氣體不是絕對的。某些氣體只是部分可溶解的，并且在DI水中可溶解到不同的程度(例如，氮＜氧＜臭氧)。其它氣體只是部分可溶解的，但當(dāng)氣體的一些轉(zhuǎn)化成另一種物質(zhì)時(shí)，例如當(dāng)二氧化碳轉(zhuǎn)化成碳酸時(shí)，建立化學(xué)平衡。另外的氣體在DI水中是完全可混溶的(HCL或HF)，但在除DI水之外的液體，如苯，中可能呈現(xiàn)大不相同的溶解度特性。
在密閉容器中可能需要保持特定氣壓以保持在液體上方的具體氣體的高濃度，以便保持溶解在液體中的該氣體的比較高濃度。例如，由于升高壓力以升高濃度溶解在DI水中的二氧化碳當(dāng)壓力降低時(shí)將涌出，或者如果留在敞開器具中將擴(kuò)散出，使空氣代替二氧化碳的一些。關(guān)于允許與可氧化材料二次反應(yīng)的溶解臭氧的情形，溶解的二氧化碳可以形成能改變處理流體pH值和影響處理的碳酸。
在大氣壓力以上或以下的壓力下的處理可以用來控制在流體中小氣泡的尺寸和體積分?jǐn)?shù)，控制能量衰減，及改進(jìn)空化和顯微空化閾值壓力、和處理流體的表面張力變化的影響。
因而，升高/降低壓力的使用通過按希望改變各種流體的空化容易程度、由氣泡占據(jù)的任何體積分?jǐn)?shù)、及氣體飽和程度等能修改它們的性能。
除壓力之外，按照本發(fā)明的實(shí)施例，溫度是確定可以被控制以軟化兆頻聲波處理的氣體溶解度和一般流體性質(zhì)的另一個(gè)參數(shù)。因而根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，兆頻聲波處理能在較高/較低溫度(即較靠近沸騰溫度或較遠(yuǎn))下操作，以使兆頻聲波損壞最小。
如對于各種流體(特別是在DI水的情況下)由損壞相對于溫度曲線證明的那樣，趨勢不必是完全線性的?？赡苡性趯τ诎雽?dǎo)體濕式處理使用的傳統(tǒng)溫度范圍上出現(xiàn)的最大值。因此，純粹從損壞觀點(diǎn)出發(fā)，在接近流體沸點(diǎn)的溫度下的操作使得更容易形成產(chǎn)生較小損壞的空化和顯微空化。這種考慮應(yīng)該與較高溫度導(dǎo)致包括有害反應(yīng)的各種化學(xué)反應(yīng)的較高速率的趨勢相平衡。
控制溫度可能是重要的，不僅影響氣體溶解度，而且因?yàn)橹T如表面張力腐蝕特性之類的其它溶液特性可能是溫度的函數(shù)。因此，按照本發(fā)明的另外其它實(shí)施例，借助于添加劑的使用，單獨(dú)地或與以上概括的三種手段一起，可以修改諸如處理流體的表面張力之類的溶液特性。
盡管大多數(shù)兆頻聲波處理發(fā)生在流體浴槽中，但這不是由本發(fā)明所要求的?？蛇x擇實(shí)施例能用在單晶片處理設(shè)備中，其中薄流體層形成在基片表面上，并且通過液體彎液面施加兆頻聲波能量。按照本發(fā)明的另外可選擇實(shí)施例可以使用噴射處理作為另一種過程，該過程可變以影響兆頻聲波液體的“硬度”和對于基片特征的生成損壞。
按照本發(fā)明的另外其它可選擇實(shí)施例可以與上述手段之一組合地使用施加聲波能量的參數(shù)，以影響處理液體的軟度?？梢钥刂频倪@樣的聲波能量參數(shù)的例子包括但不限于施加能量的頻率、相位、功率密度、及持續(xù)時(shí)間。
按照本發(fā)明的另外可選擇實(shí)施例，通過相對于基片穿過移動的大量液體產(chǎn)生具有低表面張力的材料(常常是溶解氣體)的加濃表面層，可以實(shí)現(xiàn)兆頻聲波或表面張力梯度干燥。這種移動使殘余水滴拉離基片表面進(jìn)入大量流體中。按照一定的實(shí)施例，醇/水混合物能用來不僅減小損壞，而且也有助于基片的干燥，而不留下水印或留下較少水印。
例如，醇和水的混合物，特別是如果在頂部上或在醇加濃表面層的地方，將呈現(xiàn)比大量流體低的表面張力。當(dāng)大量流體包括醇/水混合物，該大量溶液將呈現(xiàn)比純水低的表面張力。
盡管從這樣的混合物除去基片不太像穿過加濃層移動它，但憑借單獨(dú)減小的表面張力，與僅從單獨(dú)的水中拉出相比，更容易以更早干燥狀態(tài)拉出基片。表面張力越低，以后在基片表面上留下大液滴或水印形成的趨勢越小。
大液滴因?yàn)槠浔容^小的表面積對體積比率所以可能用很長時(shí)間蒸發(fā)。當(dāng)液滴停留在表面上較長時(shí)，它們具有較長時(shí)間蝕刻表面。當(dāng)液滴最終蒸發(fā)時(shí)，蝕刻的(溶解的)材料淀積回基片表面上成為水印。如果處理流體傾向于在基片表面上形成更多非常薄的液體層，而不是大液滴，則液體由于很大的表面積對體積比率能比較迅速地蒸發(fā)，并且水印不大可能形成。
況且，一旦以對于基片的較小損壞發(fā)生按照本發(fā)明實(shí)施例在醇/水混合物中的處理，就在除去基片時(shí)能升高浴槽的表面層的濃度。幸運(yùn)地，與具有較小損壞的處理相結(jié)合因而可以實(shí)現(xiàn)更好的干燥。
盡管在優(yōu)選方法和結(jié)構(gòu)方面已經(jīng)描述了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，不脫離本發(fā)明對公開的實(shí)施例可以進(jìn)行多種修改和變更。所以，這些修改和變更打算認(rèn)為在由附屬權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種構(gòu)造成用兆頻聲波能量處理基片的設(shè)備，該設(shè)備包括處理區(qū)，構(gòu)造成接收處理流體；兆頻聲波能量源；及振動部件，與兆頻聲波能量源和與接近處理區(qū)的元件的至少一部分物理接觸，元件和振動部件的組合厚度是由源施加的兆頻聲波能量的奇數(shù)個(gè)四分之一波長的約+/-30％，以便穿過元件傳輸兆頻聲波能量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，元件包括待處理的基片、基片支撐部、電極、化學(xué)機(jī)械拋光墊、刷子、限定處理區(qū)的壁、及基片盒部件中的一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，兆頻聲波能量源包括壓電晶體、機(jī)械換能器、及兆頻聲波噴嘴中的一個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中元件包括待處理的基片，該基片具有與振動部件物理接觸的第一側(cè)的至少一部分；并且該設(shè)備還包括接近與第一側(cè)相對的基片的第二側(cè)的處理部件，處理部件從包括電極、化學(xué)機(jī)械拋光墊、衍射格柵、噴射噴嘴、兆頻聲波噴嘴射流、及刷洗刷的組中選擇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中元件包括待處理的基片；并且該設(shè)備還包括構(gòu)造成相對于基片支撐部和處理流體中的至少一個(gè)把移動傳給基片的機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括動反射表面和構(gòu)造成向基片反射兆頻聲波能量的氣體/液體界面中的至少一個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，處理區(qū)封閉在多個(gè)壁內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，多個(gè)壁允許在處理區(qū)內(nèi)以除了大氣壓力之外的壓力的處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，處理流體包括氣體、液體、蒸汽、固體、及其組合中的至少一種。
10.一種處理基片的方法，所述方法包括步驟把至少一個(gè)基片放入到處理容器中；進(jìn)行在基片的至少一部分與振動部件的至少一部分之間的接觸；把至少一種處理流體引入到處理容器中；使基片的至少一部分與處理流體的至少一種相接觸；及施加兆頻聲波能量，其中在引入處理流體步驟之前、期間以及之后的至少其中之一，出現(xiàn)施加兆頻聲波能量的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，基片的厚度和振動部件的厚度之和等于在施加兆頻聲波能量的奇數(shù)倍四分之一波長(nλ/4，n＝1，3，5…)的+/-30％內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，反射部件、容器表面、第二兆頻聲波能量源、及氣體-液體界面的至少一個(gè)把兆頻聲波能量反射回基片。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，反射部件包括厚度等于在施加的兆頻聲波能量的奇數(shù)倍四分之一波長的+/-30％內(nèi)的材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，在反射部件與基片、處理流體、及容器的中至少一個(gè)之間有相對移動。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，至少一種處理流體是通過在反射部件和振動部件的至少一個(gè)中的孔、凹槽、凹腔及管的至少一種引入和除去的至少一種。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，化學(xué)機(jī)械拋光步驟和刷子清洗步驟中的一個(gè)在兆頻聲波能量的施加之前、期間、及之后的至少其中之一操作。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，處理流體的引入使基片的至少一部分通過浸入、噴射、及蒸汽的冷凝的至少一種濕潤。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，在兆頻聲波能量的施加之前、期間、及之后的至少其中之一向處理容器加壓。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，最大壓力在1至500大氣壓的范圍中。
20.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，在兆頻聲波能量的施加之前、期間、及之后的至少其中之一進(jìn)行電化學(xué)處理。
21.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，基片的后側(cè)的至少一部分接觸振動部件。
22.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，在兆頻聲波能量的施加之前、期間、及之后的至少其中之一施加輻射。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，輻射的施加用來從基片除去污染顆粒和處理流體的至少一種，或者用來改性基片表面的一部分。
24.一種構(gòu)造成用兆頻聲波能量處理基片的一種設(shè)備，該設(shè)備包括處理區(qū)，構(gòu)造成接收處理流體；兆頻聲波能量源；及振動部件，與兆頻聲波能量源接觸，并且相對于在處理區(qū)內(nèi)定位的元件在約18-58°之間的臨界角范圍內(nèi)定向，以便穿過元件傳輸兆頻聲波能量。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中，元件包括待處理的基片、基片支架、電極、化學(xué)機(jī)械拋光墊、限定處理區(qū)的壁、及基片盒部件中的一個(gè)。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中，兆頻聲波能量源包括壓電晶體、機(jī)械換能器、及兆頻聲波噴嘴中的一個(gè)。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中元件包括待處理的基片，該基片具有接近振動部件的第一側(cè)；并且設(shè)備還包括接近與第一側(cè)相對的基片的第二側(cè)的處理部件，處理部件從包括電極、化學(xué)機(jī)械拋光墊、衍射格柵、噴射噴嘴、及刷洗刷的組中選擇。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中元件包括待處理的基片；并且該設(shè)備還包括構(gòu)造成相對于處理流體和基片支架的至少一個(gè)把移動傳給基片的機(jī)構(gòu)。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，還包括動反射表面和構(gòu)造成向基片反射兆頻聲波能量的氣體/液體界面中的至少一個(gè)。
30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中，處理區(qū)封閉在多個(gè)壁內(nèi)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中，多個(gè)壁允許在處理區(qū)內(nèi)以除了大氣壓力之外的壓力的處理。
32.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中，元件相對于振動部件在約25-50°之間的臨界角范圍定向。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中，元件相對于振動部件在約30-45°之間的臨界角范圍定向。
34.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中，元件包括基片，該基片構(gòu)造成是浸沒在處理流體中和用處理流體噴射的至少其中之一。
35.一種處理基片的方法，包括步驟把至少一個(gè)基片放入到處理容器中；把至少一種處理流體引入到處理容器中，以接觸基片的至少一部分；及以相對于基片的表面約18-58°之間施加兆頻聲波能量，從而兆頻聲波能量的大部分穿過基片傳輸，其中，在施加兆頻聲波能量的步驟之前、期間及之后的至少其中之一，出現(xiàn)引入處理流體的步驟。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，以在約30-45°之間的角度施加兆頻聲波能量。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，處理流體的引入使基片的至少一部分通過浸入、噴射、及蒸汽的冷凝的至少一種濕潤。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，在基片與處理流體、處理容器及兆頻聲波能量對于基片的入射角中的至少一個(gè)之間有相對移動。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中，相對移動包括轉(zhuǎn)動、振動、及橫向移動的至少一種。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中，基片的相對移動引起接觸第二基片的能量場的變化。
41.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，基片的厚度是施加的兆頻聲波能量的偶數(shù)倍四分之一波長(nλ/4，n＝2，4，6…)的+/-30％。
42.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，在施加兆頻聲波能量之前、期間、及之后的至少其中之一施加輻射。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中，輻射包括微波、紫外線、紅外線及電磁感應(yīng)的至少一種。
44.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，在施加兆頻聲波能量之前、期間、及之后的至少其中之一發(fā)生電化學(xué)處理。
45.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，通過氣體、處理液體及流體流動的至少一種加壓處理容器。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，在施加兆頻聲波能量之前、期間、及之后的至少其中之一加壓處理容器。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，處理容器加壓到在1至500大氣壓的范圍中的最大壓力。
48.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，在施加兆頻聲波能量之前、期間、及之后的至少其中之一產(chǎn)生一般與基片表面平行的流體速度。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中，流體速度使兆頻聲波以第一臨界角與第二臨界角之間的角度沖擊基片表面。
50.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中，流體速度由大量流體移動和由第二兆頻聲波能量源引起的聲學(xué)流束的至少一種生成。
51.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，兆頻聲波能量從兆頻聲波噴嘴、與基片的至少一部分直接接觸的振動部件、以及經(jīng)接觸基片的流體介質(zhì)傳輸兆頻聲波能量的振動部件中的至少一個(gè)輸送到基片。
52.一種構(gòu)造成用兆頻聲波能量處理基片的設(shè)備，該設(shè)備包括處理區(qū)，構(gòu)造成接收處理流體；流動部件，構(gòu)造成控制在槽內(nèi)的處理流體的路徑；及兆頻聲波能量源，構(gòu)造成向槽施加兆頻聲波能量，從而兆頻聲波能量的方向與路徑一致。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的設(shè)備，其中，流動部件呈現(xiàn)流線橫截面輪廓，該輪廓構(gòu)造成允許流體通過部件到基片。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的設(shè)備，其中，流動部件包括基片支撐部、盒部件、電極、振動部件、拋光墊、及刷洗刷中的至少一個(gè)。
55.根據(jù)權(quán)利要求52所述的設(shè)備，其中，流動部件包括構(gòu)造成對著基片反射流體的傾斜表面和彎曲表面中的一個(gè)。
56.一種用兆頻聲波能量處理基片方法，該方法包括使處理流體在包含基片的槽中流動；和對于槽施加兆頻聲波能量，從而兆頻聲波能量的方向與處理流體的路徑一致。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，其中，兆頻聲波能量與繞具有流線橫截面輪廓的部件到基片的處理流體的流動相一致。
58.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，其中，兆頻聲波能量與從傾斜表面和彎曲表面之一反射的到基片的處理流體的流動相一致。
59.一種構(gòu)造成用兆頻聲波能量處理基片的設(shè)備，該設(shè)備包括處理區(qū)，構(gòu)造成接收處理流體；兆頻聲波能量源；及楔狀振動部件，具有與兆頻聲波能量源接觸并構(gòu)造成從其接收能量的第一正面，并且具有相對于第一正面成角度定向并構(gòu)造成把從兆頻聲波能量源接收的能量發(fā)射到定位在處理區(qū)內(nèi)的基片的第二正面。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的設(shè)備，其中，楔狀振動部件呈現(xiàn)三角形橫截面。
61.根據(jù)權(quán)利要求59所述的設(shè)備，其中，楔狀振動部件呈現(xiàn)除三角形橫截面之外的橫截面。
62.根據(jù)權(quán)利要求59所述的設(shè)備，其中，楔狀振動部件包括內(nèi)部腔室。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的設(shè)備，其中，內(nèi)部腔室與位于第二正面中的孔口流體連通。
64.根據(jù)權(quán)利要求59所述的設(shè)備，其中，楔狀振動部件包括五個(gè)或更多個(gè)正面。
65.根據(jù)權(quán)利要求59所述的設(shè)備，還包括第二楔狀振動部件，該第二楔狀振動部件具有與第二兆頻聲波能量源相接觸并且構(gòu)造成從其接收能量的第一正面，并且具有相對于第一正面成角度定向并構(gòu)造成把從第二兆頻聲波能量源接收的能量發(fā)射到基片的第二正面。
66.一種處理基片的方法，包括步驟把基片放置到處理區(qū)中；把至少一種處理流體引入到基片；使包括板的振動部件的至少一部分接觸楔形振動部件的第一正面的至少一部分；及把兆頻聲波能量從楔形振動部件的第二正面施加到基片上，其中在引入處理流體步驟之前、期間及之后的至少其中之一，出現(xiàn)施加兆頻聲波能量的步驟。
67.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中，基片與第二正面相接觸。
68.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中，在楔形振動部件的第一正面與第二正面之間的角度在第一臨界角與第二臨界角之間。
69.根據(jù)權(quán)利要求68所述的方法，其中，第一臨界角是90°或更小。
70.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中，當(dāng)施加兆頻聲波能量時(shí)，在楔形振動部件的第一正面與第二正面之間的角度使剪力波長和表面波的至少一種形成在第二正面上。
71.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中，基片與板振動部件間隔開，并且保持成與板振動部件平行或成角度的二者之一。
72.根據(jù)權(quán)利要求71所述的方法，其中，在基片與板振動部件之間的間隙的至少一部分填充有處理流體。
73.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中，處理流體包括氣體、液體、固體及其組合中的至少一種。
74.根據(jù)權(quán)利要求71所述的方法，其中，間隙小于1米。
75.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中，處理流體通過浸沒基片、噴射基片、及把蒸汽或氣體冷凝到基片中的至少一種濕潤基片的至少一部分。
76.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中，在兆頻聲波能量的施加之前、期間、及之后的至少其中之一加壓處理容器。
77.根據(jù)權(quán)利要求76所述的方法，其中，處理容器加壓到在約1至500大氣壓之間。
78.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中，在施加兆頻聲波能量之前、期間、及之后的至少其中之一施加輻射。
79.根據(jù)權(quán)利要求78所述的方法，其中，輻射包括微波、紫外線、紅外線及電磁感應(yīng)的至少一種。
80.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中，在施加兆頻聲波能量之前、期間、及之后的至少其中之一發(fā)生電化學(xué)處理。
81.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中，在施加兆頻聲波能量之前、期間、及之后的至少其中之一，發(fā)生化學(xué)機(jī)械拋光處理、刷子刷洗、氣溶膠射流清洗、及激光沖擊處理的至少一種。
82.一種構(gòu)造成用兆頻聲波能量處理基片的設(shè)備，包括處理區(qū)，構(gòu)造成接收處理流體；振動部件，與兆頻聲波能量源物理接觸，并且構(gòu)造成在第一方向上從振動部件入射的兆頻聲波能量的近場內(nèi)的處理區(qū)中支撐基片；及元件，構(gòu)造成把兆頻聲波能量從與第一方向不同的第二方向引導(dǎo)到近場。
83.根據(jù)權(quán)利要求82所述的設(shè)備，其中，元件包括構(gòu)造成把兆頻聲波能量反射回近場的表面。
84.根據(jù)權(quán)利要求83所述的設(shè)備，其中，表面包括加工的、成形的、及粗糙化的表面中的至少一種。
85.根據(jù)權(quán)利要求83所述的設(shè)備，其中，表面包括彎曲板。
86.根據(jù)權(quán)利要求83所述的設(shè)備，其中，表面包括氣體/液體界面。
87.根據(jù)權(quán)利要求83所述的設(shè)備，其中，表面構(gòu)造成相對于基片移動。
88.根據(jù)權(quán)利要求82所述的設(shè)備，其中，元件包括在第二方向上定向的第二兆頻聲波能量源。
89.一種構(gòu)造成用兆頻聲波能量處理基片的設(shè)備，包括處理區(qū)，構(gòu)造成接收處理流體；和兆頻聲波能量源，構(gòu)造成把具有用戶控制的和可變的頻率、功率、及脈沖寬度的至少一個(gè)的兆頻聲波能量輸出到在處理區(qū)內(nèi)存在的基片上。
90.根據(jù)權(quán)利要求89所述的設(shè)備，還包括與基片聲波連通的第二兆頻聲波能量源，從而來自第二源的撞擊基片的兆頻聲波能量的遠(yuǎn)場重疊來自第一源的撞擊離開基片的兆頻聲波能量的近場。
91.根據(jù)權(quán)利要求89所述的設(shè)備，其中，兆頻聲波能量源構(gòu)造成，根據(jù)正弦信號、隨機(jī)波動信號、及步進(jìn)序列中的至少一種在設(shè)置點(diǎn)附近改變驅(qū)動電壓的幅值、頻率、及脈沖寬度中的至少一個(gè)。
92.一種處理基片的方法，包括改變從第一能量源施加到與處理流體相接觸的基片上的超聲波能量的頻率、功率、及脈沖寬度中的至少一個(gè)，從而通過移動高能節(jié)點(diǎn)和低能零點(diǎn)中的至少一個(gè)改進(jìn)在近場區(qū)中的能量的均勻性，使在高和低能量點(diǎn)的幅值之間的差最小，及延遲高和低能量點(diǎn)的形成。
93.根據(jù)權(quán)利要求92所述的方法，其中，至少部分基片接觸處理流體，該處理流體包括液體、蒸汽、氣體、及固體中的一種。
94.根據(jù)權(quán)利要求92所述的方法，還包括把聲波能量從第二能量源施加到與處理流體接觸的基片上，從而來自第二能量源的能量的遠(yuǎn)場重疊來自第一能量源的近場區(qū)。
95.根據(jù)權(quán)利要求92所述的方法，其中，施加到至少一個(gè)振動部件上的驅(qū)動電壓的頻率在頻率設(shè)置點(diǎn)附近循環(huán)。
96.根據(jù)權(quán)利要求95所述的方法，其中，循環(huán)驅(qū)動電壓頻率改變在處理槽內(nèi)生成聲波能量的幅值。
97.根據(jù)權(quán)利要求95所述的方法，其中，根據(jù)正弦信號、隨機(jī)波動信號、及預(yù)定步進(jìn)序列中的至少一種，驅(qū)動電壓的頻率在頻率設(shè)置點(diǎn)附近循環(huán)。
98.根據(jù)權(quán)利要求92所述的方法，其中，根據(jù)正弦信號、隨機(jī)波動信號、及步進(jìn)序列中的至少一種，在電壓幅值設(shè)置點(diǎn)附近改變施加到至少一個(gè)振動部件的驅(qū)動電壓的幅值。
99.根據(jù)權(quán)利要求92所述的方法，其中，借助于正弦信號、隨機(jī)波動信號、及步進(jìn)序列中的至少一種，通過在脈沖寬度設(shè)置點(diǎn)附近循環(huán)施加電壓的脈沖寬度的至少一個(gè)，改變施加到至少一個(gè)振動部件上的驅(qū)動電壓的脈沖寬度。
100.根據(jù)權(quán)利要求92所述的方法，其中，借助于正弦信號、隨機(jī)波動信號、及預(yù)定步進(jìn)序列中的至少一種，通過在脈沖寬度設(shè)置點(diǎn)附近改變施加的驅(qū)動電壓的脈沖寬度而改變施加到至少一個(gè)振動部件上的驅(qū)動電壓的脈沖寬度，改變在處理槽內(nèi)生成聲波能量的幅值和特性中的至少一個(gè)。
101.根據(jù)權(quán)利要求92所述的方法，其中，在小于、大于及等于大氣壓力的至少一種情況下進(jìn)行處理。
102.根據(jù)權(quán)利要求92所述的方法，其中，至少兩個(gè)單獨(dú)的振動元件被順序激勵(lì)。
103.根據(jù)權(quán)利要求92所述的方法，其中，至少兩個(gè)單獨(dú)的振動元件被同時(shí)激勵(lì)。
104.根據(jù)權(quán)利要求103所述的方法，其中，根據(jù)正弦信號、隨機(jī)波動信號、及步進(jìn)序列的至少一種在相位角度設(shè)置點(diǎn)附近改變在施加到振動元件上的驅(qū)動電壓之間的相位角度。
105.根據(jù)權(quán)利要求104所述的方法，其中，相位角度設(shè)置點(diǎn)大于0°并且小于180°。
106.根據(jù)權(quán)利要求105所述的方法，其中，相位角度設(shè)置點(diǎn)在大于十分之一赫茲并且小于10兆赫茲的速率下變化。
107.根據(jù)權(quán)利要求105所述的方法，其中，施加的驅(qū)動電壓的頻率的變化速率、和施加驅(qū)動電壓的脈沖寬度的變化速率中的至少一個(gè)大于十分之一赫茲并且小于10兆赫茲。
108.根據(jù)權(quán)利要求92所述的方法，其中，脈沖寬度大于一皮秒。
109.根據(jù)權(quán)利要求92所述的方法，還包括在聲波能量的施加之前、期間、及之后的至少其中之一施加微波能量。
110.一種用兆頻聲波能量處理基片的方法，該方法包括把基片布置成與處理流體相接觸；把兆頻聲波能量施加到基片上，以建立靠近基片表面的建設(shè)性和破壞性干涉的點(diǎn)；及改變建設(shè)性和破壞性干涉的點(diǎn)的位置，以便增強(qiáng)基片暴露于聲波能量的均勻性。
111.根據(jù)權(quán)利要求110所述的方法，其中，通過改變施加地兆頻聲波能量的頻率、功率、相位角、及脈沖寬度中的至少一個(gè)，改變建設(shè)性和破壞性干涉的點(diǎn)的位置。
112.根據(jù)權(quán)利要求111所述的方法，其中，根據(jù)正弦信號、隨機(jī)波動信號、及步進(jìn)序列的至少一種，在設(shè)置點(diǎn)附近改變兆頻聲波能量源的驅(qū)動電壓的幅值、頻率、相位角、及脈沖寬度的至少一個(gè)。
113.根據(jù)權(quán)利要求111所述的方法，其中，按大于約0.1Hz且小于約10MHz的速率，改變兆頻聲波能量的頻率、功率、相位角、及脈沖寬度的至少一個(gè)的變化速率。
114.根據(jù)權(quán)利要求110所述的方法，其中，通過改變基片相對于施加兆頻聲波能量的源的方位，改變建設(shè)性和破壞性干涉的點(diǎn)的位置。
115.根據(jù)權(quán)利要求110所述的方法，其中，通過改變基片相對于施加兆頻聲波能量的源的距離，改變建設(shè)性和破壞性干涉的點(diǎn)的位置。
116.根據(jù)權(quán)利要求110所述的方法，其中，在兆頻聲波能量的源的近場區(qū)中改變建設(shè)性和破壞性干涉的點(diǎn)的位置。
117.根據(jù)權(quán)利要求110所述的方法，其中，在兆頻聲波能量的源的遠(yuǎn)場區(qū)中改變建設(shè)性和破壞性干涉的點(diǎn)的位置。
118.一種處理基片的方法，包括步驟把基片支撐在支架中；與處理部件的一部分相鄰地定位基片；在基片處理步驟之前、期間、或之后的至少其中之一，引起在基片與處理部件之間的相對移動；使基片與處理部件表面接觸和緊密隔開至少其一；把固體、流體、及混合物的一種置于基片與處理部件之間；及把能量傳輸?shù)皆诨c處理部件之間的界面，以修改基片表面的處理。
119.根據(jù)權(quán)利要求118所述的方法，其中，基片處理步驟從包括磨削、拋光、研磨、化學(xué)-機(jī)械平面化(CMP)、電化學(xué)加工、清洗、刷子刷洗、及改性基片表面的組中選擇。
120.根據(jù)權(quán)利要求118所述的方法，其中，改性基片表面包括電鍍、電拋光、把材料添加到基片表面、從基片表面除去材料、及化學(xué)改性基片表面的至少一種。
121.根據(jù)權(quán)利要求118所述的方法，其中，發(fā)射能量包括聲波和微波能量的至少一種。
122.根據(jù)權(quán)利要求118所述的方法，其中，處理部件的表面是研磨、平滑、不規(guī)則、成輪廓、及這些特征的組合的至少一種。
123.根據(jù)權(quán)利要求118所述的方法，其中，能量的至少一部分穿過厚度和沿基片表面、基片支架、電極、研磨帶、及拋光墊的一種傳輸。
124.根據(jù)權(quán)利要求118所述的方法，其中，能量的施加導(dǎo)致壓力分布、流體速度分布、流體濃度分布、及跨過基片一部分的表面濃度分布的至少一種的修改。
125.根據(jù)權(quán)利要求121所述的方法，其中，在約1kHz與20MHz之間的范圍內(nèi)施加能量。
126.根據(jù)權(quán)利要求121所述的方法，其中，在約0.10Hz與1kHz之間的范圍內(nèi)施加能量。
127.根據(jù)權(quán)利要求121所述的方法，其中，在大于約20MHz的頻率下施加能量。
128.根據(jù)權(quán)利要求118所述的方法，其中，基片與處理部件隔開約10cm或更小。
129.根據(jù)權(quán)利要求118所述的方法，其中，流體包括空氣、惰性氣體、反應(yīng)氣體、流體、固體、膏、乳狀液、混合物、水、CMP膏、表面活性劑、研磨顆粒、表面電荷改性化學(xué)制品、潤滑劑、酸、及堿的至少一種。
130.根據(jù)權(quán)利要求118所述的方法，其中，能量的施加使累積的砂粒從處理部件的表面去除。
131.根據(jù)權(quán)利要求118所述的方法，還包括在第一處理步驟之前、期間、及之后的至少其中之一進(jìn)行第二處理步驟。
132.一種處理設(shè)備容器，構(gòu)造成包含電化學(xué)流體；電壓源；支撐部，構(gòu)造成定位與電化學(xué)流體相接觸的基片，支撐部和基片之一與電壓源的第一終端電氣連通；電極，與電化學(xué)浴槽和與電壓源的第二終端電氣連通；及聲波能量源，穿過電極、穿過基片、及沿基片正面之一，與基片電氣連通。
133.根據(jù)權(quán)利要求132所述的處理設(shè)備，其中，電極具有近似等于施加的聲波能量的偶數(shù)倍四分之一波長的厚度。
134.根據(jù)權(quán)利要求132所述的設(shè)備，其中，電極和基片的一個(gè)與聲波能量源直接物理接觸，并且電極厚度、和基片與聲波能量源的組合厚度中的一個(gè)近似等于施加的聲波能量的四分之一波長的偶數(shù)倍。
135.根據(jù)權(quán)利要求132所述的設(shè)備，其中，電極限定開口以允許處理流體和聲波能量的至少一種的流動。
136.根據(jù)權(quán)利要求132所述的設(shè)備，其中，電極相對于施加聲能的方向呈現(xiàn)流體動力輪廓。
137.根據(jù)權(quán)利要求132所述的設(shè)備，其中，聲波能量從在浴槽內(nèi)的振動部件施加。
138.根據(jù)權(quán)利要求137所述的設(shè)備，其中，振動部件與電極和基片的一個(gè)直接物理接觸。
139.一種處理基片的方法，包括步驟提供與電化學(xué)浴槽電氣連通的電極；把基片布置在電化學(xué)浴槽內(nèi)；穿過電化學(xué)浴槽在基片與電極之間施加電位差；及穿過電極和基片之一把聲波能量施加到基片的表面上。
140.根據(jù)權(quán)利要求139所述的方法，還包括在電化學(xué)浴槽中使流體流動脈動。
141.根據(jù)權(quán)利要求139所述的方法，還包括在電化學(xué)浴槽與基片、電極及與聲波能量源聲學(xué)連通的振動部件中至少一個(gè)之間產(chǎn)生移動。
142.根據(jù)權(quán)利要求139所述的方法，還包括在至少部分電化學(xué)處理期間保持升高、降低、和大氣壓力中的一個(gè)。
143.根據(jù)權(quán)利要求139所述的方法，還包括在聲波能量的施加期間使在化學(xué)浴槽中的液體的流動速度度脈動。
144.一種用來用聲波能量處理基片的液體，該液體包括溶解在液體成分中的氣體，該氣體在液體成分中呈現(xiàn)的溶解度至少與在同等溫度和壓力條件下該氣體在去離子水中的溶解度一樣大。
145.根據(jù)權(quán)利要求144所述的液體，其中，從醇、酮、及有機(jī)溶劑中選擇液體成分。
146.根據(jù)權(quán)利要求144所述的液體，其中，液體成分呈現(xiàn)不大于去離子水的熱容率。
147.根據(jù)權(quán)利要求144所述的液體，還包括去離子水。
148.一種用來用聲波能量處理基片的液體，該液體包括溶解在液體成分中的氣體，該氣體在液體成分中呈現(xiàn)的溶解度至少與在同等溫度和壓力條件下空氣在去離子水中的溶解度一樣大。
149.根據(jù)權(quán)利要求148所述的液體，其中，從酸、堿、醇、酮、及有機(jī)溶劑中選擇液體成分。
150.根據(jù)權(quán)利要求148所述的液體，其中，液體成分呈現(xiàn)不大于去離子水的熱容率。
151.根據(jù)權(quán)利要求148所述的液體，還包括去離子水。
152.一種用聲波能量處理基片的方法，該方法包括使氣體溶解在液體成分中，該成分呈現(xiàn)氣體的溶解度，該溶解度至少與在同等溫度和壓力條件下該氣體在去離子水中的溶解度一樣大；把基片暴露于液體成分；及把聲波能量施加到在液體成分中的基片上。
153.根據(jù)權(quán)利要求152所述的方法，還包括把氣泡引入液體中。
154.根據(jù)權(quán)利要求152所述的方法，還包括改變溫度和壓力的一種，以提高氣體在成分中的溶解度。
155.根據(jù)權(quán)利要求152所述的方法，還包括把表面活性劑引入液體中。
156.一種處理設(shè)備，包括容器，構(gòu)造成支撐基片；源，構(gòu)造成把包括能量或物質(zhì)的射流對準(zhǔn)基片的表面；及振動能量源，與基片連通。
157.根據(jù)權(quán)利要求156所述的設(shè)備，其中，容器能加壓到在10-4-104psi范圍內(nèi)的壓力。
158.根據(jù)權(quán)利要求157所述的設(shè)備，其中，容器包含流體，并且流體達(dá)到超臨界狀態(tài)。
159.根據(jù)權(quán)利要求158所述的設(shè)備，其中，射流包括超臨界二氧化碳。
160.根據(jù)權(quán)利要求156所述的設(shè)備，其中，振動部件的厚度是施加振動能量的奇數(shù)倍四分之一波長。
161.根據(jù)權(quán)利要求156所述的設(shè)備，其中，射流包括低溫氣溶膠、液體噴射、氣體噴射、激光、及激光誘導(dǎo)爆炸的至少一種。
162.一種處理基片的方法，該方法包括把基片布置在處理容器內(nèi)；把包括能量或物質(zhì)的射流對準(zhǔn)基片的表面；及在射流的施加之前、期間或之后的至少其中之一，把聲波能量施加到基片上。
163.根據(jù)權(quán)利要求162所述的方法，其中，定向射流包括定向超臨界二氧化碳的射流。
164.根據(jù)權(quán)利要求162所述的方法，其中，定向射流包括定向低溫氣溶膠的射流，該低溫氣溶膠包括雪狀物、干冰、及氮的至少一種。
165.一種用來利用超聲能量處理基片的設(shè)備，該設(shè)備包括槽，具有壁，構(gòu)造成包含液體浴槽；能量源，與液體浴槽聲波連通；及基片支架，構(gòu)造成支撐在液體浴槽內(nèi)的基片，基片支架的部件和槽的特征的至少一個(gè)位于能量源與基片的一部分之間；和反射表面，與液體浴槽相接觸，并且構(gòu)造成接收從源以大于26°的角度入射的超聲能量，并把超聲能量反射到基片部分。
166.根據(jù)權(quán)利要求165所述的設(shè)備，其中，反射表面呈現(xiàn)平面的、上凸的、及下凹的形狀的至少一種。
167.根據(jù)權(quán)利要求166所述的設(shè)備，其中，反射表面的彎曲形狀呈現(xiàn)恒定和變化曲率半徑的一種。
168.根據(jù)權(quán)利要求165所述的設(shè)備，其中，接近能量源的反射表面的第一側(cè)與流體浴槽接觸，并且與第一側(cè)相對的反射表面的第二側(cè)與氣體接觸。
169.根據(jù)權(quán)利要求168所述的設(shè)備，其中，反射表面包括槽壁的一部分。
170.根據(jù)權(quán)利要求168所述的設(shè)備，其中，反射表面包括空心結(jié)構(gòu)。
171.根據(jù)權(quán)利要求165所述的設(shè)備，其中接近能量源的反射表面的第一側(cè)與流體浴槽接觸；與第一側(cè)相對的反射表面的第二側(cè)與液體接觸；及聲波能量以58°或更大角度入射到第一側(cè)。
172.根據(jù)權(quán)利要求171所述的設(shè)備，其中，反射表面包括石英。
173.一種利用超聲能量處理基片的方法，該方法包括在具有壁的槽內(nèi)提供液體浴槽；把在液體浴槽內(nèi)的基片支撐在支架上；及把超聲能量引導(dǎo)到基片，從而槽的一部分和基片支架的一部分的至少一個(gè)位于能量源與基片的一部分之間；及反射以大于26°的角度入射到表面上的超聲能量，以接觸基片部分。
174.根據(jù)權(quán)利要求173所述的方法，其中，超聲能由具有平面的、上凸的、及下凹的形狀之一的反射表面反射。
175.根據(jù)權(quán)利要求173所述的方法，其中，超聲能由反射表面反射，該反射表面具有接近能量源的與流體浴槽接觸的反射表面第一側(cè)，以及與第一側(cè)相對的與氣體接觸的第二側(cè)。
176.根據(jù)權(quán)利要求173所述的方法，其中，超聲能由槽壁的一部分反射。
177.根據(jù)權(quán)利要求173所述的方法，其中，反射表面包括石英。
178.一種浸入在兆頻聲波處理浴槽中的基片盒，包括側(cè)支撐部，該側(cè)支撐部包括板元件，該板元件具有相對于兆頻聲波換能器以臨界角傾斜的入射表面，由此允許從兆頻聲波換能器施加的超聲波能量穿過側(cè)支撐部發(fā)射到基片。
179.根據(jù)權(quán)利要求178所述的基片盒，其中，臨界角位于約18°與58°之間。
180.根據(jù)權(quán)利要求178所述的基片盒，還包括與側(cè)支撐部物理接觸的一對端板，端板構(gòu)造成允許在至少一對側(cè)支撐之間的順從移動，其中由盒保持的基片在側(cè)支撐部稍微被強(qiáng)迫在一起時(shí)被約束，并且在側(cè)支撐部稍微被強(qiáng)迫分開時(shí)可以從盒除去。
181.根據(jù)權(quán)利要求178所述的基片盒，其中，側(cè)支撐包括兩個(gè)板元件，這兩個(gè)板元件沿一個(gè)邊緣接合，形成呈V形橫截面的結(jié)構(gòu)。
182.根據(jù)權(quán)利要求181所述的基片盒，其中，V形橫截面的頂點(diǎn)和側(cè)面之一構(gòu)造成接觸基片邊緣。
183.根據(jù)權(quán)利要求178所述的基片盒，其中，側(cè)支撐部的至少一個(gè)的厚度不等于施加兆頻聲波能量的偶數(shù)倍四分之一波長。
184.根據(jù)權(quán)利要求178所述的基片盒，其中，換能器水平地定位在槽的底部處，并且板元件相對于槽底部傾斜。
185.根據(jù)權(quán)利要求178所述的基片盒，其中，換能器定位在槽的傾斜壁上，并且板元件相對于槽中的液體的表面垂直地、水平地、或成角度地至少其一被定向。
186.一種干燥基片的方法，包括把基片定位在處理腔室內(nèi)；由引入到腔室中的氣體和蒸汽和處理液體的至少一種加壓處理腔室；濕潤基片表面的至少一部分，包括浸沒、噴射和凝結(jié)液體到基片上的其中一種；把表面張力降低成分集中在氣體-液體界面處；相對于基片和氣體-液體界面中之一移動基片和處理液體液位中的一個(gè)，從而在包括在基片表面上的彎液面的液體與處理液體的剩余部分之間產(chǎn)生表面張力梯度，其中表面張力梯度把液體從基片表面吸到大量處理液體中；把輻射施加到基片的一部分的至少一個(gè)和在基片表面上的處理液體的至少一個(gè)上；其中加壓步驟出現(xiàn)在輻射施加步驟之前、之后或期間中的其一；及其中施加輻射步驟出現(xiàn)在移動步驟之前、之后或期間中的其一。
187.根據(jù)權(quán)利要求186所述的方法，其中，在基片表面的和處理液體的至少部分之間形成的彎液面中集中表面張力降低成分。
188.根據(jù)權(quán)利要求187所述的方法，其中，表面張力降低成分被引入到處理腔室中，作為加壓氣體、加壓蒸汽、液體噴射、霧、及粉塵中的一種。
189.根據(jù)權(quán)利要求186所述的方法，其中，包括彎液面的液體的表面張力由施加的輻射減小。
190.根據(jù)權(quán)利要求186所述的方法，其中，施加的輻射包括微波、UV、IR、RF、及電磁感應(yīng)中的至少一種。
191.一種干燥基片的方法，包括把基片定位在處理腔室內(nèi)；由引入到腔室中氣體和處理液體的至少一種加壓處理腔室；濕潤基片表面的至少一部分，包括浸沒、噴射和凝結(jié)液體到基片上中的一種；相對于基片和氣體-液體界面之一移動基片和液體液位中的一個(gè)；把輻射施加到基片的一部分和彎液面及液體膜的至少一個(gè)上，彎液面和液體膜都包括接觸基片表面的處理液體的至少一種成分；其中加壓步驟出現(xiàn)在施加輻射步驟之前、之后或與其同時(shí)中的其一；及其中施加輻射步驟出現(xiàn)在移動步驟之前、之后或期間中的其一。
192.根據(jù)權(quán)利要求191所述的方法，其中，施加輻射引起加熱基片一部分的至少一種，和加熱與分解二者其一處理液體的至少一種成分。
193.根據(jù)權(quán)利要求191所述的方法，其中，包括彎液面的液體的表面張力由施加的輻射減小。
194.根據(jù)權(quán)利要求191所述的方法，其中，施加的輻射包括微波、紫外線(UV)、紅外線(IR)、射頻(RF)、及電磁感應(yīng)的一種。
195.根據(jù)權(quán)利要求191所述的方法，其中，超聲波能量施加到處理腔室、處理液體、基片、及與基片接觸的基片支撐部件的至少一個(gè)上。
196.一種干燥基片的方法，包括把基片定位在處理腔室內(nèi)；由引入到腔室中氣體和處理液體的至少一種加壓處理腔室；濕潤基片表面的至少一部分，包括浸沒、把液體噴射和凝結(jié)到基片上中的一種；把超聲波能量施加到基片的部分和處理液體的至少一個(gè)上，由此使與基片接觸的液體進(jìn)行蒸發(fā)和逸出的至少一種。
197.根據(jù)權(quán)利要求196所述的方法，其中，兆頻聲波能量施加到處理腔室、處理液體、基片、及與基片接觸的基片支撐部件的至少一個(gè)上。
198.根據(jù)權(quán)利要求196所述的方法，其中，基片的至少一個(gè)表面與超聲波振動部件直接接觸。
199.根據(jù)權(quán)利要求196所述的方法，還包括調(diào)節(jié)驅(qū)動換能器組件的RF頻率，以產(chǎn)生近似等于振動部件厚度和基片厚度之和的超聲波能量的奇數(shù)倍四分之一波長。
200.根據(jù)權(quán)利要求196所述的方法，其中，薄液體層涂敷基片，作為用液滴噴射和氣態(tài)成分凝結(jié)在基片上的一種的結(jié)果。
201.一種干燥基片的方法，包括把基片定位在處理腔室內(nèi)；由引入到腔室中的氣體、處理液體及沖洗液體的至少一種把處理腔室加壓到大于大氣壓力；濕潤至少部分基片表面，包括浸沒、把液體噴射和凝結(jié)到基片上中的一種；相對于氣體-液體界面移動基片；及施加輻射以加熱基片層和在至少部分基片上的液體膜中的至少一個(gè)，導(dǎo)致液體以蒸發(fā)和汽化中的一種離開基片，其中加壓步驟出現(xiàn)在施加輻射步驟之前、之后和與其同時(shí)中的之一處。
202.一種用來進(jìn)行半導(dǎo)體基片的處理的方法，包括把基片插入到處理腔室中；通過把氣體、霧、蒸汽、粉塵、處理化學(xué)物、處理流體、及沖洗流體的至少一種引入到腔室中加壓處理腔室；及施加輻射以加熱至少一基片層和沖洗流體中的至少一個(gè)，由此減小在基片表面處沖洗流體的表面張力。
203.根據(jù)權(quán)利要求202所述的方法，其中，施加的輻射包括微波、UV、IR、及電磁感應(yīng)的至少一種。
204.根據(jù)權(quán)利要求203所述的方法，其中，浸沒基片。
205.根據(jù)權(quán)利要求203所述的方法，其中，至少部分基片進(jìn)行涂覆和接觸的至少其中之一，所述涂覆和接觸是指涂覆和接觸沖洗流體膜與層和處理流體層中的至少一種。
206.根據(jù)權(quán)利要求203所述的方法，其中，兆頻聲波能量施加到基片上。
207.根據(jù)權(quán)利要求203所述的方法，其中，基片與振動部件相接觸。
208.根據(jù)權(quán)利要求207所述的方法，其中，振動部件的和基片的厚度在施加的兆頻聲波能量的奇數(shù)個(gè)四分之一波長的約±30％內(nèi)。
全文摘要
可以單獨(dú)或組合地采用各種技術(shù)，以增強(qiáng)在處理基片與施加兆頻聲波能量之間的接觸。按照新發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使振動板與基片的一個(gè)表面緊密接觸，同時(shí)清洗或處理流體接觸另一個(gè)。按照本發(fā)明的可選擇實(shí)施例，可以提供反射表面以使發(fā)出的能量反射回近場中并且使它更均勻。按照本發(fā)明的另一個(gè)可選擇實(shí)施例，借助于或者與基片表面正交或者在臨界入射角范圍內(nèi)的兆頻聲波能量的入射，能量可以穿過在兩側(cè)由流體約束的基片傳輸。在又一個(gè)實(shí)施例中，產(chǎn)生的膨脹波在接觸基片之前可以轉(zhuǎn)換成表面波。
文檔編號B05C3/00GK1822905SQ200480020178
公開日2006年8月23日 申請日期2004年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月6日
發(fā)明者加里·L·蒙蒂耶思, 亨利·R·米蘭達(dá), 謝里爾·L·馬拉維奧維, 艾哈邁德·A·布思奈納 申請人:P.C.T.系統(tǒng)公司