專利名稱：以恒定的最大效率自動(dòng)調(diào)諧射頻發(fā)生器來提高兆頻超聲波清洗效率的制作方法
發(fā)明人John Boyd、Thomas W.Anderson、Andras Kuthi、William Thie、Michael G.R.Smith和Robert Knop發(fā)明背景1.發(fā)明領(lǐng)域[1]本發(fā)明通常涉及調(diào)諧射頻發(fā)生器的系統(tǒng)和方法，更確切地說，涉及用于自動(dòng)調(diào)諧基片清洗系統(tǒng)的射頻發(fā)生器的方法和系統(tǒng)。
2.相關(guān)技術(shù)說明[2]聲能的使用是一個(gè)非常先進(jìn)的、無接觸的清洗技術(shù)，用于從諸如不同制造狀態(tài)的半導(dǎo)體片、平板顯示器、微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS)、微光機(jī)電系統(tǒng)(MOEMS)等等之類的基片上去除微粒。清洗過程一般包括聲能經(jīng)由液態(tài)介質(zhì)傳播以便從基片表面去除顆粒從而達(dá)到清洗的效果。兆頻超聲波(megasonic)能量一般在從大約700kHz(0.7兆赫(MHz))到大約1.0MHz的頻率范圍中傳播(包含首尾范圍)。液態(tài)介質(zhì)可以是去離子水或多種基片清洗化學(xué)制品中的任何一種或多種以及它們的組合。主要經(jīng)由溶解在液態(tài)介質(zhì)中的氣體氣泡的形成和破裂(在此被稱為空穴效應(yīng)(cavitation))、微液流、和化學(xué)制品被用作經(jīng)由改進(jìn)的水體遷移(mass transport)的液態(tài)介質(zhì)時(shí)增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)，或提供活化能來推動(dòng)化學(xué)反應(yīng)，聲能經(jīng)由液態(tài)介質(zhì)的傳播實(shí)現(xiàn)了無接觸的基片清洗。圖1A是典型的分批基片清洗系統(tǒng)10的一個(gè)示意圖。圖1B是分批基片清洗系統(tǒng)10的一個(gè)俯視圖。槽11充滿諸如去離子水或其它基片清洗化學(xué)制品之類的清洗液16?；d體12(一般是一個(gè)基片盒)容納一批要被清洗的基片14。一個(gè)或多個(gè)換能器(transducer)18A、18B、18C產(chǎn)生經(jīng)由清洗液16傳播的發(fā)射聲能15。經(jīng)由使用接觸和定位載體12的定位夾具19A、19B，基片14和換能器18A、18B和18C之間的相對(duì)位置和距離一般從一批基片14到另一批基片大概恒定。發(fā)射能15(有或沒有用來控制顆粒再粘附的適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)過程)經(jīng)由空穴效應(yīng)、聲流和當(dāng)使用清洗化學(xué)制品時(shí)增強(qiáng)水體遷移實(shí)現(xiàn)了基片清洗。分批的基片清洗過程一般需要漫長(zhǎng)的處理時(shí)間，并且還可能耗費(fèi)過量的清洗化學(xué)制品16。另外，很難實(shí)現(xiàn)連貫性和基片到基片的控制。諸如“陰影”和“熱點(diǎn)”之類的情況在分批或其它的基片兆頻超聲波處理中是很普遍的。陰影由于發(fā)射能15的反射和/或相長(zhǎng)和相消干涉而發(fā)生，并且與多個(gè)基片14的附加基片表面積、處理槽的器壁等等發(fā)生混合。由于使用多個(gè)換能器和由于反射而產(chǎn)生相長(zhǎng)干涉，熱點(diǎn)的出現(xiàn)(主要是相長(zhǎng)干涉的結(jié)果)還可能隨著附加的多個(gè)基片表面積而增加。這些發(fā)生的問題一般通過依賴基片上的多次聲能反射的平均效應(yīng)來解決，其可能造成基片表面的平均功率較低。為了補(bǔ)償該較低的平均功率并提供有效的清洗和顆粒清除，增加換能器的功率，因而加大了發(fā)射能15并增強(qiáng)了空穴效應(yīng)和聲流，從而來增加了清洗的有效性。另外，脈沖調(diào)制多個(gè)換能器陣列18A、18B和18C被使用(即提供一個(gè)工作循環(huán)，比如將換能器開啟20ms，然后關(guān)閉10ms)。換能器18A、18B和18C可以被異相地操作(例如順序地激活)以降低混合反射和干涉。圖1C是向一個(gè)或多個(gè)換能器18A、18B、18C提供的現(xiàn)有技術(shù)射頻電源的示意圖30?？烧{(diào)壓控振蕩器(VCO)32以一個(gè)選定頻率向射頻發(fā)生器34輸出信號(hào)33。射頻發(fā)生器34放大信號(hào)33以產(chǎn)生具有增強(qiáng)功率的信號(hào)35。信號(hào)35被輸出到換能器18B。功率傳感器36監(jiān)控信號(hào)35。換能器18B輸出發(fā)射能15。換能器18B的精確阻抗可以取決于許多變量而變化，比如載體12中基片14的數(shù)量、大小和間隔以及基片14和換能器18B之間的距離。換能器18B的精確阻抗還可以隨著換能器18B的重復(fù)使用從而老化而變化。舉例來說，如果信號(hào)33、35的頻率大約為1MHz，則在諸如清洗液16之類的去離子水介質(zhì)中波長(zhǎng)大約為1.5mm(0.060英寸)。從而再參見圖1A，如果基片14和載體12之間的距離大約為0.5mm(0.020英寸)乃至更小，則換能器18B的阻抗實(shí)質(zhì)上會(huì)發(fā)生變化。此外，如果基片24、24A被旋轉(zhuǎn)，則阻抗可能循環(huán)地變化。通過改變頻率并因此改變信號(hào)33、35的波長(zhǎng)和發(fā)射能15，調(diào)節(jié)VCO的頻率可以調(diào)節(jié)換能器18B的阻抗。一般來說，裝載基片14的載體12被置于槽11中并且VCO 32被調(diào)節(jié)以改變信號(hào)33、35的頻率和發(fā)射能15，直到換能器18B的阻抗被匹配為止，如功率計(jì)36檢測(cè)到反射信號(hào)38的最小值所指示的。一旦VCO 32已經(jīng)被調(diào)節(jié)到實(shí)現(xiàn)最小的反射信號(hào)38，除非要對(duì)基片清洗系統(tǒng)10進(jìn)行重要的修理或維護(hù)，否則VCO 32一般就不再被調(diào)節(jié)。當(dāng)換能器18B的阻抗不匹配時(shí)，從換能器18B發(fā)出的一部分發(fā)射能17(即，波)被反射回到換能器18B。在換能器18B的表面上，反射能17可能干涉發(fā)射能15從而導(dǎo)致相長(zhǎng)和相消干涉。相消干涉降低了發(fā)射能15的有效清洗功率，因?yàn)橐徊糠职l(fā)射能15事實(shí)上被反射能17抵消。結(jié)果就降低了射頻發(fā)生器34的效率。相長(zhǎng)干涉可能引起過剩能，其可能引起正被清洗的基片14表面上的熱點(diǎn)。熱點(diǎn)可能超出基片14的能量閾值并可能損壞基片14。圖1D是一個(gè)典型的換能器18B。圖1E是換能器18B的能量分布圖100。曲線102是在X軸上通過換能器18B發(fā)射的能量的一條曲線。曲線104是在Y軸上通過換能器18B發(fā)射的能量的一條曲線。曲線120是在X軸和Y軸上通過換能器18B發(fā)射的合成能量的一條曲線。由于已知變化(例如基片位置、換能器老化和與相對(duì)換能器旋轉(zhuǎn)基片的擺動(dòng)等等)引起換能器18B的阻抗變化，在X軸和Y軸上通過換能器18B發(fā)射的合成能量一般可能在曲線120和曲線122之間變化。閾能級(jí)別T是(一個(gè)或多個(gè))基片14的損壞閾值。一般來說，射頻信號(hào)35的最高功率和換能器18B輸出的最終發(fā)射能15被降低到一個(gè)級(jí)別，以使得最大相長(zhǎng)干涉產(chǎn)生的頂點(diǎn)幅值(即曲線120的頂點(diǎn))小于基片14的能量閾值T，從而防止對(duì)基片14的損壞。然而，降低射頻信號(hào)35和發(fā)射能15的功率增加了達(dá)到所期望的清洗結(jié)果所需的清洗處理時(shí)間。在某些情況下，降低信號(hào)35和發(fā)射能15的功率不足以從基片14除去一些目標(biāo)顆粒。如圖所示，有效的發(fā)射能可能變成一個(gè)低得多的級(jí)別(由曲線122中的谷值表示)，因此清洗過程的有效性受到了嚴(yán)重的影響(因?yàn)橛行芎艿?大約為3))，并因此產(chǎn)生了一個(gè)在能量標(biāo)度上所示的大約從3延伸到17的能量窗。換能器18B一般是一個(gè)諸如晶體之類的壓電器件。由反射能17引起的相長(zhǎng)和相消干涉影響到換能器18B的表面，其足夠使換能器18B產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的反射信號(hào)38。功率傳感器36可以檢測(cè)到從換能器18B反射到射頻發(fā)生器34的反射信號(hào)38。反射信號(hào)38可能與從射頻發(fā)生器34輸出的信號(hào)35發(fā)生相長(zhǎng)或相消干涉，從而進(jìn)一步降低射頻發(fā)生器34的效率。鑒于上文，需要一個(gè)改進(jìn)的兆頻超聲波清洗系統(tǒng)，其增加了射頻發(fā)生器的效率并減小了被發(fā)射聲能的能量窗口，還降低了基片的損壞概率。

發(fā)明內(nèi)容
概括地講，本發(fā)明通過提供一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)諧的射頻發(fā)生器來滿足這些需要，其不斷地被調(diào)諧以保持換能器的共振和來自于換能器的發(fā)射能。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以用包括過程、設(shè)備、系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)可讀媒介或器件在內(nèi)的很多方式來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的幾個(gè)發(fā)明實(shí)施例被描述如下。
一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)把射頻發(fā)生器動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)到換能器的即時(shí)共振頻率的方法。該方法包括從射頻發(fā)生器的振蕩器輸入一個(gè)射頻輸入信號(hào)。該射頻輸入信號(hào)的輸入電壓第一相位被測(cè)量。從射頻發(fā)生器輸出的射頻信號(hào)的電壓第二相位被測(cè)量。來自射頻發(fā)生器的射頻信號(hào)輸出被耦合到換能器的輸入端。當(dāng)?shù)谝幌辔徊坏扔诘诙辔粫r(shí)產(chǎn)生一個(gè)頻率控制信號(hào)。頻率控制信號(hào)被施加到振蕩器的頻率控制輸入端。
測(cè)量第一相位可以包括定標(biāo)(scale)被測(cè)量的第一相位電壓。測(cè)量第二相位可以包括定標(biāo)被測(cè)量的第二相位電壓。把頻率控制信號(hào)施加到振蕩器的頻率控制輸入端可以包括定標(biāo)頻率控制信號(hào)。
把頻率控制信號(hào)施加到振蕩器的頻率控制輸入端還可以包括合并頻率控制信號(hào)與設(shè)定值(set point)控制信號(hào)。
當(dāng)?shù)谝幌辔徊坏扔诘诙辔粫r(shí)，產(chǎn)生頻率控制信號(hào)可以包括如果第一相位落后于第二相位，則頻率控制信號(hào)降低振蕩器的頻率；如果第一相位領(lǐng)先于第二相位，則頻率控制信號(hào)提高振蕩器的頻率；并且如果第一相位等于第二相位，則頻率控制信號(hào)不改變振蕩器的頻率。換能器共振隨著換能器和目標(biāo)之間距離的變化而變化。
第一相位和第二相位被測(cè)量并且為射頻輸入信號(hào)每個(gè)周期產(chǎn)生頻率控制信號(hào)。該方法還可以包括把比例控制信號(hào)和積分(integral)控制信號(hào)中的至少一個(gè)施加到頻率控制信號(hào)。
另一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)向換能器提供射頻的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個(gè)振蕩器、一個(gè)射頻發(fā)生器和一個(gè)電壓鑒相器。振蕩器具有一個(gè)頻率控制輸入端和一個(gè)射頻信號(hào)輸出端。射頻發(fā)生器具有一個(gè)耦合到振蕩器射頻信號(hào)輸出端的輸入端和一個(gè)耦合到換能器的射頻發(fā)生器輸出端。電壓鑒相器包括一個(gè)耦合到振蕩器的射頻信號(hào)輸出端的第一相位輸入端，一個(gè)耦合到射頻發(fā)生器輸出端的第二相位輸入端，和一個(gè)耦合到振蕩器頻率控制電壓輸入端的頻率控制信號(hào)輸出端。
第一相位輸入端可以經(jīng)由一個(gè)定標(biāo)器件被耦合到振蕩器的射頻信號(hào)輸出端。第二相位輸入端可以經(jīng)由一個(gè)定標(biāo)器件被耦合到射頻發(fā)生器的輸出端。
頻率控制信號(hào)輸出可以經(jīng)由一個(gè)控制放大器被耦合到振蕩器頻率控制輸入?？刂品糯笃骺梢园詈系筋l率控制信號(hào)輸出端的第一輸入端，耦合到設(shè)定值控制信號(hào)的第二輸入端，和耦合到振蕩器頻率控制輸入的一個(gè)輸出端。射頻發(fā)生器可以是E類射頻發(fā)生器。
換能器可以面向一個(gè)與換能器的距離不斷變化的目標(biāo)。換能器可以被包括在一個(gè)兆頻超聲波清洗室內(nèi)。該目標(biāo)可以是一個(gè)半導(dǎo)體基片。射頻發(fā)生器可以在大約400kHz到大約2MHz的范圍中操作。
另一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)換能器射頻源，其包括一個(gè)壓控振蕩器(VCO)、一個(gè)E類射頻發(fā)生器、一個(gè)電壓鑒相器。壓控振蕩器具有一個(gè)頻率控制電壓輸入端和一個(gè)輸出端。E類射頻發(fā)生器具有一個(gè)耦合到VCO輸出端的輸入端和一個(gè)耦合到具有變化阻抗的換能器的射頻發(fā)生器輸出端。電壓鑒相器包括一個(gè)耦合到壓控振蕩器輸出端的第一相位輸入端，一個(gè)耦合到射頻發(fā)生器輸出端的第二相位輸入端，和一個(gè)經(jīng)由控制放大器耦合到VCO頻率控制電壓輸入端的電壓控制信號(hào)輸出端。控制放大器包括一個(gè)耦合到電壓控制信號(hào)輸出端的第一輸入端，耦合到設(shè)定值控制信號(hào)的第二輸入端，和一個(gè)耦合到VCO頻率控制電壓輸入端的輸出端。
一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)清洗基片的方法，其包括把頻率f的射頻信號(hào)施加到換能器。換能器面向基片，因此換能器向基片發(fā)射一個(gè)頻率為f的聲能?；幌鄬?duì)于換能器移動(dòng)。射頻信號(hào)被動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)以保持聲能的共振。
動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)頻率f可以包括在射頻信號(hào)每個(gè)周期內(nèi)自動(dòng)地調(diào)節(jié)頻率f。相對(duì)換能器移動(dòng)基片可以包括旋轉(zhuǎn)基片。
基片還可以被浸入清洗液中。清洗液可以是去離子水。清洗液可以包括多個(gè)清洗化學(xué)制品中的一個(gè)或多個(gè)。動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)射頻信號(hào)以保持聲能共振可以包括保持施加到換能器的射頻信號(hào)的恒定電壓。
射頻發(fā)生器可以把射頻信號(hào)施加到換能器，而且保持施加到換能器的射頻信號(hào)的恒定電壓可以包括測(cè)量射頻信號(hào)的第一電壓，把第一電壓與一個(gè)期望的設(shè)定值電壓相比較，和把一個(gè)控制信號(hào)輸入可變直流電源以便于調(diào)節(jié)可變直流電源的輸出電壓，可變直流電源向射頻發(fā)生器提供直流電源。動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)射頻信號(hào)以保持聲能共振可以包括動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)被施加到換能器的射頻信號(hào)的頻率f。
射頻發(fā)生器可以把射頻信號(hào)施加到換能器，而且動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)被施加到換能器的射頻信號(hào)的頻率f可以包括測(cè)量施加到射頻發(fā)生器的電源電壓，測(cè)量跨越包括在射頻發(fā)生器內(nèi)的輸出放大器的峰值電壓，當(dāng)峰值電壓不等于電源電壓的選定比時(shí)產(chǎn)生一個(gè)頻率控制信號(hào)，并且向產(chǎn)生射頻信號(hào)的振蕩器的頻率控制輸入端施加該頻率控制信號(hào)。
射頻發(fā)生器可以向換能器施加射頻信號(hào)，動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)被施加到換能器的射頻信號(hào)的頻率f可以包括把來自于振蕩器的射頻輸入信號(hào)輸入射頻發(fā)生器并在射頻發(fā)生器中放大射頻信號(hào)。射頻輸入信號(hào)的輸入電壓第一相位被測(cè)量，從射頻發(fā)生器輸出的射頻信號(hào)的電壓第二相位被測(cè)量。當(dāng)?shù)谝幌辔徊坏扔诘诙辔粫r(shí)產(chǎn)生一個(gè)頻率控制信號(hào)。頻率控制信號(hào)被施加到振蕩器的頻率控制輸入端。
另一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)用于清洗基片的系統(tǒng)，包括一個(gè)包括換能器和基片在內(nèi)的清洗室。換能器面向基片?？勺兙嚯xd分隔換能器和基片。該系統(tǒng)還包括一個(gè)動(dòng)態(tài)可調(diào)的射頻發(fā)生器，其具有一個(gè)耦合到換能器的輸出端和一個(gè)耦合到可調(diào)射頻發(fā)生器的控制輸入端的反饋電路?；梢员恍D(zhuǎn)。當(dāng)基片被旋轉(zhuǎn)時(shí)，距離d可以大約變化從射頻發(fā)生器輸出的射頻信號(hào)的1/2波長(zhǎng)。
動(dòng)態(tài)可調(diào)的射頻發(fā)生器可以包括一個(gè)可變的直流電源，它具有一個(gè)控制輸入端和一個(gè)耦合到射頻發(fā)生器的直流輸出端。反饋電路可以包括一個(gè)第一比較器，其包括耦合到設(shè)定值控制信號(hào)的第一輸入端，耦合到射頻發(fā)生器射頻輸出端的第二輸入端，和耦合到可調(diào)射頻發(fā)生器的控制輸入端的控制信號(hào)輸出端?？刂戚斎攵税勺兊闹绷麟娫瓷系碾妷嚎刂戚斎攵?。
動(dòng)態(tài)可調(diào)的射頻發(fā)生器可以包括一個(gè)振蕩器、一個(gè)耦合到振蕩器輸出端和負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的輸出放大器。振蕩器具有一個(gè)控制信號(hào)輸入端和一個(gè)射頻信號(hào)輸出端。負(fù)載網(wǎng)絡(luò)耦合在輸出放大器的輸出端和射頻發(fā)生器的輸出端之間。反饋電路可以包括一個(gè)峰值電壓檢測(cè)器和第二比較器。該峰值電壓檢測(cè)器可以被耦合在輸出放大器兩端。第二比較器包括耦合到可變直流電源的輸出端的第三輸入端，耦合到峰值電壓檢測(cè)器的輸出端的第四輸入端，和耦合到可調(diào)射頻發(fā)生器的控制輸入端的第二比較器的輸出端。控制輸入端可能包括振蕩器的控制信號(hào)輸入端。
動(dòng)態(tài)可調(diào)的射頻發(fā)生器可以包括一個(gè)振蕩器和一個(gè)耦合到振蕩器射頻信號(hào)輸出端的射頻發(fā)生器輸入端。振蕩器具有一個(gè)頻率控制輸入端和一個(gè)射頻信號(hào)輸出端。反饋電路可以包括一個(gè)電壓鑒相器。電壓鑒相器可以包括一個(gè)耦合到振蕩器的射頻信號(hào)輸出端的第一相位輸入端，一個(gè)耦合到射頻發(fā)生器輸出端的第二相位輸入端，和一個(gè)耦合到可調(diào)射頻發(fā)生器的控制輸入端的頻率控制信號(hào)輸出端?？刂戚斎攵丝赡馨ㄕ袷幤鞯念l率控制電壓輸入端。
動(dòng)態(tài)可調(diào)射頻發(fā)生器可以包括一個(gè)電壓電源，一個(gè)具有控制信號(hào)輸入端和射頻信號(hào)輸出端的振蕩器，一個(gè)耦合到振蕩器輸出端的輸出放大器，耦合在輸出放大器的輸出端和射頻發(fā)生器的輸出端之間的負(fù)載網(wǎng)絡(luò)。反饋電路可以包括一個(gè)被耦合在輸出放大器兩端的峰值電壓檢測(cè)器，和一個(gè)比較器電路。該比較器電路可以包括耦合到電壓電源的第一輸入端，耦合到峰值電壓檢測(cè)器輸出端的第二輸入端，和耦合到可調(diào)射頻發(fā)生器的控制輸入端的比較器輸出端?？刂戚斎攵丝梢园ㄕ袷幤骺刂菩盘?hào)輸入端。
動(dòng)態(tài)可調(diào)的射頻發(fā)生器可以包括一個(gè)振蕩器，一個(gè)耦合到振蕩器射頻信號(hào)輸出端的射頻發(fā)生器輸入端，并且反饋電路可以包括一個(gè)電壓鑒相器。振蕩器具有一個(gè)頻率控制輸入端和一個(gè)射頻信號(hào)輸出端。電壓鑒相器包括一個(gè)耦合到振蕩器的射頻信號(hào)輸出端的第一相位輸入端，一個(gè)耦合到射頻發(fā)生器輸出端的第二相位輸入端，和一個(gè)耦合到可調(diào)射頻發(fā)生器的控制輸入端的頻率控制信號(hào)輸出端。控制輸入端可以包括振蕩器頻率控制電壓輸入端。
換能器可以包括兩個(gè)或更多的換能器。動(dòng)態(tài)可調(diào)射頻發(fā)生器可以包括兩個(gè)或更多的動(dòng)態(tài)可調(diào)射頻發(fā)生器，每個(gè)都具有一個(gè)各自的耦合到兩個(gè)或多個(gè)換能器之一的輸出端。換能器可以包括面向基片工作面的第一換能器和面向基片非工作一側(cè)的第二換能器。
一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)把射頻發(fā)生器動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)到換能器的即時(shí)共振頻率的方法。該方法包括把來自于振蕩器的射頻輸入信號(hào)提供給射頻發(fā)生器并測(cè)量施加到射頻發(fā)生器的電源電壓。射頻發(fā)生器的峰值電壓被測(cè)量。當(dāng)峰值電壓不等于電源電壓的一個(gè)選定比時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)頻率控制信號(hào)。頻率控制信號(hào)被施加到振蕩器的頻率控制輸入端。
測(cè)量峰值電壓可以包括測(cè)量射頻輸入信號(hào)每個(gè)周期中的峰值電壓。測(cè)量峰值電壓可以包括測(cè)量包括在射頻發(fā)生器內(nèi)的輸出放大器兩端。輸出放大器可以是一個(gè)CMOS器件并且峰值電壓等于輸出放大器的漏極到源極的電壓。測(cè)量施加到射頻發(fā)生器的電源電壓可以包括定標(biāo)被測(cè)量的電源電壓。測(cè)量峰值電壓還可以包括定標(biāo)被測(cè)量的峰值電壓。
峰值電壓與電源電壓的選定比可以在大約3比1和大約6比1的范圍中。更確切地說，峰值電壓與電源電壓的選定比可以等于大約4比1或3.6比1。該方法還可以包括把比例控制信號(hào)和積分控制信號(hào)中的至少一個(gè)施加到頻率控制信號(hào)。該方法還可以包括把從射頻發(fā)生器輸出的放大射頻信號(hào)施加到換能器，換能器面向一個(gè)目標(biāo)，換能器和目標(biāo)之間的距離是一個(gè)可變的距離。
另一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)用于產(chǎn)生射頻的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)電壓電源、一個(gè)振蕩器、一個(gè)輸出放大器、一個(gè)負(fù)載網(wǎng)絡(luò)、一個(gè)峰值電壓檢測(cè)器和一個(gè)比較器電路。振蕩器具有一個(gè)控制信號(hào)輸入端和一個(gè)射頻信號(hào)輸出端。輸出放大器耦合到振蕩器的輸出端。負(fù)載網(wǎng)絡(luò)被耦合在輸出放大器的輸出端和射頻發(fā)生器的輸出端之間。峰值電壓檢測(cè)器跨越輸出放大器被耦合。比較器電路可以包括耦合到電壓電源的第一輸入端，耦合到峰值電壓檢測(cè)器輸出端的第二輸入端，和耦合到振蕩器控制信號(hào)輸入端的比較器輸出端。射頻發(fā)生器的輸出端還可以被耦合到換能器。
當(dāng)電源電壓不等于由峰值電壓檢測(cè)器輸出的峰值電壓選定比時(shí)，控制信號(hào)可以從比較器的輸出端被輸出。峰值電壓檢測(cè)器可以包括與第二電容器串聯(lián)的第一電容器和與該第二電容器并聯(lián)的二極管。比較器的第一輸入端經(jīng)由第一定標(biāo)器件被耦合到電壓電源。峰值電壓檢測(cè)器可以包括第二定標(biāo)器件。比較器可以包括一個(gè)運(yùn)算放大器。振蕩器可以在大約400kHz到大約2MHz的范圍中操作。
另一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)射頻發(fā)生器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)電壓電源、一個(gè)具有控制電壓輸入端和輸出端的壓控振蕩器(VCO)以及一個(gè)耦合到VCO輸出端的輸出放大器。一個(gè)耦合在輸出放大器的輸出端和射頻發(fā)生器的輸出端之間的E類負(fù)載網(wǎng)絡(luò)也被包括在內(nèi)。峰值電壓檢測(cè)器可以跨越輸出放大器被耦合。比較器電路包括耦合到電壓電源的第一輸入端，耦合到峰值電壓檢測(cè)器的輸出端的第二輸入端，耦合到VCO控制電壓輸入端的比較器輸出端，當(dāng)電源電壓不等于由峰值電壓檢測(cè)器輸出的與峰值電壓的大約3.6比1的比率時(shí)，一個(gè)控制電壓從比較器的輸出端輸出。換能器被耦合到射頻發(fā)生器的輸出端。
一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)保持對(duì)換能器的恒定輸入電壓的方法。該方法包括從射頻發(fā)生器向換能器施加一個(gè)射頻信號(hào)，測(cè)量該射頻信號(hào)的第一電壓，比較第一電壓與一個(gè)期望的設(shè)定值電壓，和把一個(gè)控制信號(hào)輸入可變的直流電源以便調(diào)節(jié)可變直流電源的輸出電壓，可變直流電源向射頻發(fā)生器提供直流電源。測(cè)量第一電壓可以包括定標(biāo)被測(cè)量的第一電壓。
第一電壓是換能器阻抗的一個(gè)函數(shù)。換能器阻抗隨著換能器和目標(biāo)之間距離的變化而變化。
比較第一電壓與期望的設(shè)定值電壓可以包括確定一個(gè)控制信號(hào)。該控制信號(hào)大約等于第一電壓和期望的設(shè)定值電壓之間的差。
調(diào)節(jié)可變直流電源的輸出電壓可以包括向控制信號(hào)應(yīng)用比例控制和積分控制中的至少一個(gè)。該方法還可以包括把換能器面向一個(gè)目標(biāo)，換能器和該目標(biāo)之間的距離是一個(gè)可變的距離。
另一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)用于產(chǎn)生射頻的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)射頻發(fā)生器、一個(gè)可變的直流電源和一個(gè)比較器。射頻發(fā)生器具有一個(gè)耦合到換能器輸入端的射頻輸出端?？勺兊闹绷麟娫淳哂幸粋€(gè)控制輸入端和一個(gè)耦合到射頻發(fā)生器的直流輸出端。比較器包括耦合到設(shè)定值控制信號(hào)的第一輸入端，耦合到射頻發(fā)生器的射頻輸出端的第二輸入端，和耦合到可變直流電源上的電壓控制輸入端的控制信號(hào)輸出端。
第二輸入端通過電壓定標(biāo)器件耦合到射頻發(fā)生器的射頻輸出端。比較器還可以包括比例控制輸入端和積分控制輸入端中的至少一個(gè)。射頻發(fā)生器可以是E類射頻發(fā)生器。射頻信號(hào)的電壓是換能器阻抗的函數(shù)。換能器阻抗隨著換能器和換能器目標(biāo)之間距離的變化而變化。
換能器可以被包括在一個(gè)兆頻超聲波清洗室內(nèi)。換能器的目標(biāo)可以是一個(gè)半導(dǎo)體基片。比較器可以是一個(gè)運(yùn)算放大器。
另一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)換能器射頻源，其包括一個(gè)E類射頻發(fā)生器、一個(gè)可變的直流電源和一個(gè)比較器。E類的射頻發(fā)生器具有一個(gè)耦合到兆頻超聲波清洗室中的兆頻超聲波換能器輸入端的射頻輸出端。可變的直流電源具有一個(gè)控制輸入端和一個(gè)耦合到射頻發(fā)生器的直流輸出端。比較器包括耦合到設(shè)定值電壓電源的第一輸入端，耦合到射頻發(fā)生器的射頻輸出端的第二輸入端，和耦合到可變直流電源上的電壓控制輸入端的控制信號(hào)輸出端。
本發(fā)明提供了極大地降低清洗處理時(shí)間的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楦吖β实穆暷芸梢员皇褂枚粫?huì)損壞正在被清洗的基片(例如不會(huì)引起聲能“熱點(diǎn)”)。因此，本發(fā)明降低了由于向基片過度施加聲能而引起的受損基片的數(shù)量。
自動(dòng)調(diào)諧的射頻發(fā)生器也可以自動(dòng)地根據(jù)過程的變化來調(diào)節(jié)，比如不同的清洗化學(xué)過程，基片的不同的位置等等，因此提供了一個(gè)更靈活和可靠的清洗過程。
本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將參考用舉例來說明本發(fā)明原則的附圖并通過以下詳細(xì)說明而變得明顯。


本發(fā)明通過連同附圖的以下詳細(xì)說明而很容易被理解，其中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的結(jié)構(gòu)元件。
圖1A是一個(gè)典型的分批基片清洗系統(tǒng)的示意圖。
圖1B是一個(gè)分批基片清洗系統(tǒng)的俯視圖。
圖1C是一個(gè)給一個(gè)或多個(gè)換能器提供電力的現(xiàn)有技術(shù)射頻電源的示意圖。
圖1D是一個(gè)典型的換能器18B。
圖1E是一個(gè)跨換能器的能量分布圖。
圖2A和2B根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出一個(gè)動(dòng)態(tài)的單基片清洗系統(tǒng)。
圖2C是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在上述圖2A和2B中所說明的兆頻超聲波清洗系統(tǒng)中使用的自動(dòng)調(diào)諧射頻發(fā)生器系統(tǒng)的方法操作流程圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的自動(dòng)調(diào)諧射頻發(fā)生器系統(tǒng)的一個(gè)框圖。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖4是自動(dòng)調(diào)諧射頻發(fā)生器系統(tǒng)的一個(gè)方法操作流程圖，射頻發(fā)生器當(dāng)時(shí)正在向換能器提供射頻信號(hào)。
圖5A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的峰值Vds檢測(cè)器的一個(gè)示意圖。
圖5B是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)由峰值電壓檢測(cè)器檢測(cè)到的峰值電壓(Vds)的波形圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的自動(dòng)調(diào)諧射頻發(fā)生器系統(tǒng)的一個(gè)框圖。
圖7是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的自動(dòng)調(diào)諧射頻發(fā)生器系統(tǒng)的方法操作流程圖。
圖8A-8C根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出了相位P1和相位P2之間關(guān)系的三個(gè)示例圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的自動(dòng)調(diào)諧射頻發(fā)生器系統(tǒng)的一個(gè)框圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)自動(dòng)調(diào)諧射頻發(fā)生器系統(tǒng)的方法操作流程圖。
圖11是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的兆頻超聲波模塊的一個(gè)示意圖。
圖12是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的跨換能器的能量分布圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將被描述自動(dòng)且動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)施加到換能器的射頻信號(hào)的幾個(gè)可仿效實(shí)施例。對(duì)于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見的是，無需在這里闡明的部分或全部細(xì)節(jié)也可實(shí)踐本發(fā)明。
如上所述，非常重要的是增加基片清洗系統(tǒng)的清洗有效性、效率和吞吐速率，而同時(shí)要降低基片的損壞概率。這些要求通過不斷地縮小器件的大小以及許多清洗系統(tǒng)被開發(fā)成單基片清洗系統(tǒng)的這個(gè)事實(shí)而被加重。
圖2A和2B根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例示出一個(gè)動(dòng)態(tài)的單基片清洗系統(tǒng)200。圖2A示出該動(dòng)態(tài)的單基片清洗系統(tǒng)200的側(cè)視圖。圖2B示出該動(dòng)態(tài)的單基片清洗系統(tǒng)200的俯視圖?；?02沉浸在清洗室206內(nèi)包含的清洗液204中。清洗液204可以是去離子水(DI水)或其它在本領(lǐng)域中所熟知的清洗化學(xué)制品，或它們的結(jié)合。
基片202基本上是圓的并且被三個(gè)或更多的拉邊器(edgeroller)208A、208B、208C(或類似的邊緣夾持裝置)所夾持，因此基片202可以在對(duì)基片202進(jìn)行清洗的過程中旋轉(zhuǎn)(例如以209A的方向)。三個(gè)拉邊器208A、208B和208C中的一個(gè)或多個(gè)可以(例如以方向209B)被驅(qū)動(dòng)以便于在方向209A中旋轉(zhuǎn)基片202。基片202可以以最多大約500RPM的速率被旋轉(zhuǎn)。
換能器210還作為清洗室206的一部分而被包括。換能器210可以是一個(gè)諸如晶體之類的壓電器件，其可以把射頻信號(hào)220轉(zhuǎn)換成發(fā)射到清洗液204中的聲能214。換能器210可以由諸如壓電陶瓷、鉛鋯錫鉭鐵礦(lead zirconium tintanate)、壓電石英、鎵磷酸鹽之類的壓電材料組成，其中，壓電材料被焊接到一個(gè)諸如陶瓷、碳化硅、不銹鋼或鋁或石英之類的共振器。
如圖2B中所示，換能器210可能比基片202小很多。較小的換能器可以更廉價(jià)地被制造并且還可以增強(qiáng)對(duì)基片202的更小區(qū)域的控制，從較小的換能器210發(fā)射的發(fā)射能214沖擊該更小區(qū)域?；?02的工作面218(即上面具有工作裝置的表面)一般面對(duì)著換能器210。然而，工作面218在某些實(shí)施例中可能是在基片202對(duì)著換能器210的反面上。
三個(gè)拉邊器208A、208B、208C夾持著基片202，使其在旋轉(zhuǎn)經(jīng)過換能器210的時(shí)候與換能器210有一個(gè)近似固定的距離d1。距離d1可以在只有幾毫米及至大約100毫米或更長(zhǎng)的范圍之內(nèi)。距離d1被選擇為一個(gè)匹配換能器210的阻抗的距離。在一個(gè)實(shí)施例中，距離d1被選為一個(gè)發(fā)射能214的頻率的共振距離。替換地，發(fā)射能214的頻率可以被如此選擇以使距離d1是一個(gè)共振距離。在任何一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)共振時(shí)，最小的反射能216從基片202反射回?fù)Q能器210。如上所述，反射能216可能干涉發(fā)射能214，從而可能降低射頻信號(hào)220的功率效率，并可能降低基片210上的降低清洗有效性(例如干涉特性)。
然而，基片202可能多少會(huì)“擺動(dòng)”，因此當(dāng)基片202旋轉(zhuǎn)經(jīng)過換能器210時(shí)，基片202和換能器210之間的距離可以在第一距離d1和第二距離d2之間變化。第一距離d1和第二距離d2之間的差可以達(dá)到大約0.5毫米(0.020英寸)乃至更大。雖然改進(jìn)的拉邊器208A、208B、208C及其它類似的技術(shù)也許能將基片202和換能器210保持一個(gè)更一致的距離d1，但是改進(jìn)的拉邊器也不能保證絕對(duì)恒定的距離d1，因此距離d1仍然可能會(huì)發(fā)生變化。此外，基片202和換能器210之間的距離也可能由于其它原因而發(fā)生變化(例如拉邊器208A、208B、208C內(nèi)的基片202的放置等等)。在下面將要更詳細(xì)地說明的是，基片202和換能器210之間距離的變化可能嚴(yán)重地影響清洗系統(tǒng)200的性能和效率。
換能器210耦合到射頻發(fā)生器212。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例并如在上述的圖2A和2B中所說明的，圖2C是在兆頻超聲波清洗系統(tǒng)200中使用的自動(dòng)調(diào)諧射頻發(fā)生器系統(tǒng)的方法操作流程圖250。在操作255中，射頻發(fā)生器把射頻信號(hào)220提供到換能器210。射頻信號(hào)220的頻率可以在大約400kHz到大約2MHz之間，但是一般來說是在大約700kHz到大約1MHz之間。從換能器210發(fā)出的高頻率聲能214的波長(zhǎng)在清洗液204中大約是1.5毫米(0.060英寸)。
在操作260中，到目標(biāo)(例如基片202)的距離隨著目標(biāo)相對(duì)換能器210的移動(dòng)而變化。因?yàn)榘l(fā)射能214在距離d1改變的時(shí)候并不總是處于諧振(即換能器210的阻抗失配)，所以反射能216的能量也會(huì)隨著距離d1的變化而變化。在操作270中，射頻發(fā)生器212被自動(dòng)且動(dòng)態(tài)地調(diào)諧，因此射頻信號(hào)220被不斷地調(diào)諧以便在距離d1改變時(shí)修正任何阻抗失配。
因?yàn)榘l(fā)射能214的波長(zhǎng)大約為1.5毫米(0.060英寸)，所以僅僅0.50毫米(0.020英寸)的移動(dòng)會(huì)引起顯著的阻抗變化，例如會(huì)導(dǎo)致差不多50％的電壓變動(dòng)并導(dǎo)致功率在大約25％和100％之間變化。如果沒有自動(dòng)調(diào)諧的射頻發(fā)生器來補(bǔ)償d1的變化，那么發(fā)射能214的峰值能量級(jí)別必須被降低到一個(gè)足夠低的值，基片202的能量吸收能力(能量閾值)不超過這個(gè)值以便于防止峰值發(fā)射能214損壞基片202。
自動(dòng)調(diào)諧的射頻發(fā)生器212可以被自動(dòng)地調(diào)諧以經(jīng)由不同的方法來補(bǔ)償距離d1的變化。在一個(gè)實(shí)施例中，峰值電壓被檢測(cè)以便于將射頻發(fā)生器212保持在射頻信號(hào)220的一個(gè)阻抗優(yōu)化頻率。在另一個(gè)實(shí)施例中，電壓相位被保持不變以便于產(chǎn)生射頻信號(hào)220的一個(gè)阻抗優(yōu)化頻率。在又一個(gè)實(shí)施例中，電源可以被調(diào)節(jié)以用于射頻信號(hào)220的阻抗優(yōu)化。不同的實(shí)施例還可以在一個(gè)自動(dòng)調(diào)諧的射頻發(fā)生器系統(tǒng)內(nèi)被結(jié)合使用。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的自動(dòng)調(diào)諧的射頻發(fā)生器系統(tǒng)300的一個(gè)框圖。自動(dòng)調(diào)諧的射頻發(fā)生器302向壓控振蕩器(VCO)306提供一個(gè)反饋控制信號(hào)以便于調(diào)節(jié)從VCO 306輸出的VCO RF信號(hào)310的頻率。VCO 306還可以被包括為射頻發(fā)生器302的一部分。直流電源312被包括在內(nèi)并在射頻發(fā)生器302中提供直流功率以用于放大VCO RF信號(hào)310。自動(dòng)調(diào)諧的射頻發(fā)生器302包括一個(gè)射頻發(fā)生器302輸入端部分中的電感器314。放大VCORF信號(hào)310的一個(gè)或多個(gè)放大器320也被包括在射頻發(fā)生器302內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，放大器320是一個(gè)CMOS并且VCO RF信號(hào)310被施加到柵極G。漏極D被耦合到直流偏置軌(rail)322并且源極S被耦合到地電勢(shì)軌324。漏源峰值電壓(峰值Vds)檢測(cè)器326被耦合在放大器320的漏極D和源極S這兩端，以便于捕捉放大器320的漏源峰值電壓。
放大器320的輸出端被耦合到E類負(fù)載網(wǎng)絡(luò)330的輸入端。E類負(fù)載網(wǎng)絡(luò)330是本領(lǐng)域中所熟知的一個(gè)通用器件，用于在射頻源(即射頻發(fā)生器302)和射頻負(fù)載(即換能器332)之間執(zhí)行大范圍的阻抗匹配。E類負(fù)載網(wǎng)絡(luò)330一般包括一個(gè)LC網(wǎng)絡(luò)。E類負(fù)載網(wǎng)絡(luò)330的輸出被耦合到換能器332的輸入端。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖4是自動(dòng)調(diào)諧射頻發(fā)生器系統(tǒng)300的一個(gè)方法操作400的流程圖，射頻發(fā)生器302當(dāng)時(shí)正在向換能器332提供射頻信號(hào)220。在操作405中，直流電源電壓被比較器器件340測(cè)量或檢測(cè)。分壓器網(wǎng)絡(luò)342也可以被包括在內(nèi)來把從直流電源312耦合到比較器器件340的各個(gè)電壓幅值定標(biāo)或降低到一個(gè)比較器器件340可用的電平。比例、差分和積分控制也可以被包括在比較器器件340內(nèi)以便于選擇控制信號(hào)的變化率和變化量。
在操作410中，峰值Vds被峰值Vds檢測(cè)器326檢測(cè)，并且被施加到比較器器件340的第二輸入端。峰值Vds檢測(cè)器326也可以包括電路，其用于把從峰值Vds檢測(cè)器326耦合到比較器器件340的電壓幅值定標(biāo)或降低到一個(gè)比較器器件340可用的電平。
舉例來說，直流電源312可以輸出200VDC并且比較器器件340能夠比較5VDC的信號(hào)，因此分壓器網(wǎng)絡(luò)342可以把直流電源電壓從200VDC定標(biāo)到在比較器器件340中表示200VDC的5VDC的電壓。類似地，峰值Vds檢測(cè)器326也可以包括諸如分壓器網(wǎng)絡(luò)之類的定標(biāo)器件，因此被施加到比較器器件340的實(shí)際峰值Vds電壓大約為5VDC。
在操作415中，比較器器件340比較峰值Vds和來自于直流電源312的直流電源電壓。如果直流電源電壓是期望的峰值Vds的比值，則將不從比較器器件輸出校正信號(hào)并且該方法操作在上述操作405中繼續(xù)。
替換地，如果直流電源電壓不是峰值Vds的期望比值，則該方法操作在操作420中繼續(xù)。在操作420中，一個(gè)對(duì)應(yīng)的校正信號(hào)從比較器器件340被輸出到VCO 306來調(diào)節(jié)VCO輸出信號(hào)310的頻率，然后該方法操作在上述的操作405中繼續(xù)。校正信號(hào)可以根據(jù)需要把VCO RF信號(hào)310的頻率調(diào)節(jié)到一個(gè)較高或較低的頻率。
直流電源電壓與峰值Vds的期望比取決于射頻發(fā)生器302和換能器332中不同分量的特定值，諸如上述圖2的基片清洗系統(tǒng)200之類的系統(tǒng)可以包括射頻發(fā)生器302和換能器332。在一個(gè)實(shí)施例中，期望比在大約3∶1到6∶1的范圍內(nèi)，其中，峰值Vds是一個(gè)比直流電源電壓大的電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，期望比大約是4∶1，并且更確切地說大約是3.6∶1，其中，峰值Vds大約等于直流電源電壓的3.6倍。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖5A是峰值Vds檢測(cè)器326的一個(gè)示意圖。串聯(lián)的電容器502、504被耦合在放大器320的漏極D和源極S這兩端。二極管506與電容器504并聯(lián)耦合在一起。在操作中，電容器502把被放大射頻信號(hào)的每個(gè)周期的峰值Vds耦合到電容器504。電容器504存儲(chǔ)從放大器320輸出的放大射頻信號(hào)的每個(gè)周期的峰值Vds。二極管506捕獲峰值Vds并且經(jīng)由峰值Vds終端來耦合峰值Vds到比較器器件340。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖5B是一個(gè)由峰值電壓檢測(cè)器326檢測(cè)到的峰值電壓(Vds)的波形圖550。當(dāng)放大器器件320導(dǎo)電時(shí)，峰值電壓檢測(cè)器326不會(huì)檢測(cè)到高電壓，這是因?yàn)樵诜糯笃?20上幾乎沒有壓降。當(dāng)放大器停止導(dǎo)通時(shí)，當(dāng)前存儲(chǔ)在射頻發(fā)生器302以及負(fù)載網(wǎng)絡(luò)330的電容器和電感器中的電荷被放電，產(chǎn)生一個(gè)被峰值電壓檢測(cè)器326檢測(cè)到的電壓波形552、554、556。放大器320被如此設(shè)計(jì)以至于放大器320兩端的電壓(Vds)跌至零，放大器320開始導(dǎo)電從而創(chuàng)建一個(gè)調(diào)諧的放大電路。被調(diào)諧的放大電路受換能器332共振中的任何變化的影響(例如，基片202相對(duì)換能器332的任何移動(dòng))，其經(jīng)由負(fù)載網(wǎng)絡(luò)330反射從而改變檢測(cè)到的波形552、554、556。當(dāng)處于諧振時(shí)，放大器320充當(dāng)一個(gè)良好調(diào)諧的E類放大器并且波形554發(fā)生。當(dāng)非共振時(shí)，換能器332可能具有導(dǎo)致容抗或感抗增加的容抗或感抗，其使得E類負(fù)載網(wǎng)絡(luò)330失調(diào)。失調(diào)的E類負(fù)載網(wǎng)絡(luò)330導(dǎo)致產(chǎn)生波形552或556，它們分別具有一個(gè)過高或過低的峰值電壓V1或V3。
經(jīng)由實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)峰值電壓(Vds)是換能器332共振的函數(shù)并且峰值Vds與被施加的直流偏置電壓相比具有一個(gè)共振比，這個(gè)共振比是射頻發(fā)生器電路302的分量的函數(shù)。例如在一個(gè)典型的射頻發(fā)生器中，峰值電壓與來自直流電源的直流偏置電壓的比值大約為4∶1，或再次聲明，大約為來自于直流電源312的偏壓4倍的峰值Vds指示換能器332處于諧振。
圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的自動(dòng)調(diào)諧射頻發(fā)生器系統(tǒng)600的一個(gè)框圖。從VCO 306輸出的射頻信號(hào)310的電壓相位P1與輸入到換能器332的電壓相位P2相比較。如果電壓相位P1和P2不匹配，則一個(gè)校正信號(hào)被施加到VCO 306的頻率控制輸入端。射頻發(fā)生器系統(tǒng)600包括一個(gè)射頻發(fā)生器602。射頻發(fā)生器602可以是本領(lǐng)域中已知的任何類型的射頻發(fā)生器。鑒相器604包括兩個(gè)輸入端606、608。第一和第二輸入端606、608還可以包括各自的定標(biāo)電路610、612(例如分壓器網(wǎng)絡(luò))，它們可以把已檢測(cè)信號(hào)(例如相位P1和相位P2)定標(biāo)到一個(gè)鑒相器604可用的電平。鑒相器604可以是本領(lǐng)域中已知的任何類型的鑒相器，其可以檢測(cè)和比較各個(gè)輸入電壓信號(hào)的相位。現(xiàn)有技術(shù)的鑒相器比較輸出射頻信號(hào)220的電壓和電流的相位。測(cè)試已經(jīng)顯示，電壓相位P1和P2的比較可以更簡(jiǎn)單和容易地完成并且提供了相應(yīng)地調(diào)節(jié)VCO 306所需的信號(hào)。
圖7是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的自動(dòng)調(diào)諧射頻發(fā)生器系統(tǒng)600的方法操作流程圖。在操作705中，來自VCO 306的輸入射頻信號(hào)310被施加到射頻發(fā)生器602，然后射頻發(fā)生器602放大輸入射頻信號(hào)310并把被放大的射頻信號(hào)220耦合到換能器332。
在操作710中，第一輸入端606把從VCO 306輸出的射頻信號(hào)310的第一相位(P1)的電壓耦合到鑒相器604。在操作715中，第二輸入端608把輸入到換能器332的信號(hào)的第二相位(P2)的電壓耦合到鑒相器604。
在操作720中，鑒相器比較相位P1和相位P2以確定相位P1是否匹配相位P2。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖8A-8C示出了相位P1和P2之間關(guān)系的三個(gè)示例圖。在圖8A中，圖800示出了相位P1領(lǐng)先于相位P2(例如，相位P1在時(shí)間T1達(dá)到峰值而相位P2在隨后的時(shí)間T2達(dá)到峰值)。這表明換能器332的阻抗不匹配，而且換能器332正把反射信號(hào)222施加到射頻發(fā)生器602中。
在圖8B中，圖820示出相位P1落后于相位P2(例如，相位P2在時(shí)間T1達(dá)到峰值而相位P1在隨后的時(shí)間T2達(dá)到峰值)。這表明換能器332的阻抗不匹配，而且換能器332又正把反射信號(hào)222施加到射頻發(fā)生器602中。換能器332輸出的反射信號(hào)可以與從射頻發(fā)生器602輸出的信號(hào)相長(zhǎng)干涉或相消干涉。
在圖8C中，圖850示出相位P1等于相位P2(例如，相位P1和相位P2都在時(shí)間T1達(dá)到峰值)。這表明換能器332的阻抗是匹配的，而且換能器332沒有把任何反射信號(hào)222施加到射頻發(fā)生器602中。
如果相位P1和相位P2在操作720中是相等的，則方法操作在操作705中繼續(xù)(重復(fù))。然而，如果操作720中的相位P1和相位P2不相等，則方法操作在操作730中繼續(xù)。在操作730中，一個(gè)適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)被施加到VCO 306的頻率控制輸入端以相應(yīng)地調(diào)節(jié)射頻信號(hào)310的頻率，并因此方法操作在操作705中繼續(xù)(重復(fù))。響應(yīng)于相位P1領(lǐng)先于相位P2的情況，被施加到VCO 306的頻率控制輸入端的控制信號(hào)可以把頻率調(diào)整到一個(gè)較高頻率。替換地，響應(yīng)于相位P1落后于相位P2的情況，被施加到VCO306的頻率控制輸入端的控制信號(hào)可以把頻率調(diào)整到一個(gè)較低頻率。
自動(dòng)調(diào)諧的射頻發(fā)生器系統(tǒng)600還可以包括一個(gè)控制放大器620，其可以把鑒相器604輸出的控制信號(hào)定標(biāo)到正確的信號(hào)電平以控制VCO 306。控制放大器620還可以包括一個(gè)設(shè)定值輸入端，因此控制放大器620可以結(jié)合設(shè)定值輸入端和來自于鑒相器的控制信號(hào)輸入端。用這個(gè)方法，VCO RF信號(hào)310可以由設(shè)定值來選擇，然后鑒相器604輸出的控制信號(hào)可以自動(dòng)地調(diào)整被選擇的設(shè)定值。
上述的圖3到8C中說明的系統(tǒng)和方法可以自動(dòng)地以一個(gè)很高的校正率來調(diào)諧射頻發(fā)生器302、602(例如，在輸入射頻信號(hào)310的每個(gè)周期可以在射頻信號(hào)310的頻率和輸出射頻信號(hào)220中促成一個(gè)隨后的校正)。從而，例如在基片202每個(gè)旋轉(zhuǎn)期間，輸入射頻信號(hào)310的頻率可以被校正多次，并因此提供了對(duì)施加到基片202的聲能214的精確得多的控制。
舉例來說，如果基片202正以60RPM(即每秒鐘1轉(zhuǎn))被旋轉(zhuǎn)并且射頻信號(hào)310大約為1MHz，則在基片202的每次旋轉(zhuǎn)過程中，射頻信號(hào)310的頻率可以每秒被調(diào)節(jié)大約一百萬次(即每微秒調(diào)節(jié)一次)。對(duì)施加到基片202的聲能214的增加的控制意味著平均能量可以很接近發(fā)射能214的最低能量谷值和最大能量峰值。因此，一個(gè)較高的平均能量可以被施加到基片202，因此極大地降低了清洗過程的時(shí)間并提高了清洗的有效性。
圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的自動(dòng)調(diào)諧射頻發(fā)生器系統(tǒng)900的一個(gè)框圖。系統(tǒng)包括一個(gè)被耦合到射頻發(fā)生器602輸入端的VCO 306?？勺兊闹绷麟娫?02被耦合到射頻發(fā)生器602并為射頻發(fā)生器提供直流功率以放大來自于VCO 306的射頻信號(hào)310。射頻發(fā)生器602的輸出端被耦合到換能器332。
典型的現(xiàn)有技術(shù)聲能清洗系統(tǒng)集中于保持一個(gè)輸入到換能器332的恒定凈功率(即，射頻信號(hào)220的正向功率小于反射信號(hào)222的反射功率)。通過實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如果射頻信號(hào)220的電壓被保持為一個(gè)恒定電壓，則從換能器332輸出的發(fā)射極能量214的幅度基本上地是恒定的。此外，把射頻信號(hào)220的電壓保持在一個(gè)低于基片202的能量閾值限制的恒定水平保護(hù)基片免遭損壞，同時(shí)也允許一個(gè)最大的聲能214將被施加到基片202。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖10是一個(gè)自動(dòng)調(diào)諧的射頻發(fā)生器系統(tǒng)900的方法操作流程圖。在操作1005中，射頻發(fā)生器602向換能器332輸出一個(gè)射頻信號(hào)。在操作1010中，輸出到換能器332的射頻信號(hào)的電壓被測(cè)量并被耦合到比較器904。
在操作1015中，比較器904比較從射頻發(fā)生器602輸出的射頻信號(hào)的電壓與期望的設(shè)定值電壓。如果輸出電壓等于期望的設(shè)定值電壓，則方法操作在操作1010中繼續(xù)。替換地，如果輸出電壓不等于設(shè)定值電壓，則方法操作在操作1030中繼續(xù)。
在操作1030中，比較器904向可變的直流電源902上的控制輸入端輸出一個(gè)控制信號(hào)。舉例來說，如果輸出電壓太高(即大于期望的設(shè)定值電壓)，則控制信號(hào)將降低從可變的直流電源902輸出的直流電壓，從而降低發(fā)生在射頻發(fā)生器602內(nèi)的放大增益，從而降低了射頻發(fā)生器602輸出的射頻信號(hào)的幅度。比例、差分和積分控制也可以被包括在比較器904內(nèi)以便可以選擇控制信號(hào)中的變化率和變化量。
一個(gè)定標(biāo)電路906也可以被包括在內(nèi)以把從射頻發(fā)生器602輸出的電壓定標(biāo)到一個(gè)更容易與設(shè)定值信號(hào)比較的電平。舉例來說，定標(biāo)電路906可以把200V的射頻信號(hào)定標(biāo)到5V以用于與5V的設(shè)定值信號(hào)相比較。定標(biāo)電路906可以包括一個(gè)分壓器。定標(biāo)電路906還可以包括一個(gè)整流器，用于把從射頻發(fā)生器602輸出的射頻信號(hào)220的電壓整流成一個(gè)與直流設(shè)定值信號(hào)相比較的直流電壓。
如上所述，上述圖3到8C中說明的方法可以自動(dòng)地以很高的校正率來調(diào)諧射頻發(fā)生器302、602(例如，射頻信號(hào)310的每幾個(gè)周期校正一次)。反之，圖9和10中說明的系統(tǒng)和方法也可以自動(dòng)地調(diào)諧射頻發(fā)生器602，只是以比圖3中說明的速率較慢的速率進(jìn)行，但是這仍然比由于基片202的運(yùn)動(dòng)引起的換能器332的可能的阻抗變化快。圖9和10中說明的系統(tǒng)和方法多少要慢一些，部分原因是由于包括在可變的直流電源902內(nèi)的遲滯。
圖9和10中說明的系統(tǒng)和方法可以與上述圖3到8C中說明的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)和方法結(jié)合使用。同樣地，圖9和10中說明的系統(tǒng)和方法可用來提供一個(gè)很寬范圍以把射頻發(fā)生器調(diào)諧到換能器332的動(dòng)態(tài)諧振，而上述圖3到8C中說明的系統(tǒng)和方法能被用來提供射頻發(fā)生器調(diào)諧的非常精密的控制和調(diào)節(jié)。
圖11是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的兆頻超聲波模塊1100的一個(gè)示意圖。兆頻超聲波模塊1100可以是諸如于2002年9月26日申請(qǐng)的共同擁有的美國專利申請(qǐng)10/259,023中說明的材料之類的兆頻超聲波模塊，該申請(qǐng)標(biāo)題為“Megasonic Substrate Processing Module(兆頻超聲波基片處理模塊)”，其內(nèi)容通過引用被合并在此用于所有用途。
兆頻超聲波模塊1100包括一個(gè)基片處理槽1102(以下稱之為槽1102)，和一個(gè)槽蓋1104(以下稱為蓋1104)。蓋兆頻超聲波換能器1108和槽兆頻超聲波換能器1106被分別置于蓋1104上和槽1102中，并提供兆頻超聲波能量來同時(shí)處理基片1110的工作面和背面。基片1110被置于驅(qū)動(dòng)輪1112中，并通過基片穩(wěn)定臂/輪1114被固定在適當(dāng)位置。在一個(gè)實(shí)施例中，基片穩(wěn)定臂/輪1114通過致動(dòng)器1120和定位桿1122來定位以打開/關(guān)閉穩(wěn)定臂/輪1114來接收、固定和釋放將在兆頻超聲波模塊1100中處理的基片1110。蓋1104可以通過致動(dòng)器系統(tǒng)(未示出)被置于打開或關(guān)閉位置，致動(dòng)器系統(tǒng)在槽1102保持穩(wěn)定的同時(shí)升高和降低蓋1104。替換地，槽1102可以被移動(dòng)來與蓋1104緊密接合。
在一個(gè)實(shí)施例中，基片穩(wěn)定臂/輪1114被配置來在水平定向中固定和支撐基片1110以用于處理，并允許基片1110旋轉(zhuǎn)。在其它的實(shí)施例中，基片處理在垂直定向中對(duì)基片1110執(zhí)行。驅(qū)動(dòng)輪1112接觸基片1110的外圍邊緣并在處理過程中旋轉(zhuǎn)基片1110?；€(wěn)定臂/輪1114可以包括一個(gè)允許基片1110旋轉(zhuǎn)的自由旋壓輪，同時(shí)將基片1110支撐在水平定向中。
一旦基片1110被置于槽1102中，槽1102就用包括去離子(DI)水的處理流體來填充，或根據(jù)需要包括處理化學(xué)制品。一旦關(guān)閉的兆頻超聲波模塊1100充滿所期望的處理流體，并且基片1110被浸入其中，那么基片1110的兆頻超聲波處理就通過槽兆頻超聲波換能器1106和蓋兆頻超聲波換能器1108完成，該槽兆頻超聲波換能器1106向基片1110的面對(duì)槽兆頻超聲波換能器1106的表面引導(dǎo)兆頻超聲波能量，并且該蓋兆頻超聲波換能器1108向基片1110的面對(duì)蓋兆頻超聲波換能器1108的表面引導(dǎo)兆頻超聲波能量?；?110浸入處理化學(xué)制品之后，驅(qū)動(dòng)輪1112旋轉(zhuǎn)基片1110以確保在基片1110的工作面和背面(整個(gè)表面)上進(jìn)行完整和均勻的處理。在一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)1116被提供來經(jīng)由機(jī)械耦合1118(例如傳動(dòng)帶、齒輪、鏈輪和鏈等等)來驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)輪1112。
在上述圖3-10中說明的自動(dòng)調(diào)諧射頻發(fā)生器系統(tǒng)可以被耦合到蓋換能器1108和槽換能器1106之一或其二者，因此當(dāng)基片1110被旋轉(zhuǎn)時(shí)，各自的換能器1108、1106被不斷地和自動(dòng)地調(diào)諧以便實(shí)現(xiàn)各自換能器1108、1106的動(dòng)態(tài)阻抗。
圖12是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的換能器的能量分布圖1200。與由曲線120和122示出的現(xiàn)有技術(shù)能量窗相比較，自動(dòng)調(diào)諧的射頻發(fā)生器可以在曲線1210和曲線1212之間產(chǎn)生一個(gè)狹窄很多的能量窗1202。因?yàn)槟芰看?202狹窄很多，那么該能量窗可以向上移動(dòng)以接近基片能量閾值T并從而提供更有效的聲能清洗過程。
在此關(guān)于本發(fā)明說明使用的術(shù)語“大約”意指+/-10％。舉例來說，詞組“大約250”指出一個(gè)225和275之間的范圍。還應(yīng)當(dāng)理解，由圖4、7和10中的操作表示的指令不要求用被說明的順序來執(zhí)行，并且由操作表示的所有處理都不一定是實(shí)踐本發(fā)明所必需的。
盡管上述的本發(fā)明已經(jīng)為了清楚理解的目的而被相當(dāng)詳細(xì)地說明，然而在附加權(quán)利要求的范疇內(nèi)顯然可以做出某些改變和修改。因此，所給出的實(shí)施例被認(rèn)為是說明性的而非限制性的，并且本發(fā)明將不會(huì)被限制于自此給出的細(xì)節(jié)，而是可以在附加權(quán)利要求的范圍和等效物內(nèi)做出修改。
權(quán)利要求
1.一個(gè)動(dòng)態(tài)地把射頻發(fā)生器調(diào)節(jié)到換能器的即時(shí)共振頻率的方法，包括把來自于振蕩器的射頻輸入信號(hào)輸入射頻發(fā)生器；測(cè)量射頻輸入信號(hào)的輸入電壓的第一相位；測(cè)量從射頻發(fā)生器輸出并被耦合到換能器輸入端的射頻信號(hào)的電壓第二相位；當(dāng)?shù)谝幌辔徊坏扔诘诙辔粫r(shí)產(chǎn)生一個(gè)頻率控制信號(hào)；和把頻率控制信號(hào)施加到振蕩器的頻率控制輸入端。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，把頻率控制信號(hào)施加到振蕩器的頻率控制輸入端包括結(jié)合頻率控制信號(hào)與設(shè)定值控制信號(hào)。
3.權(quán)利要求1的方法，其中，當(dāng)?shù)谝幌辔徊坏扔诘诙辔粫r(shí)，產(chǎn)生頻率控制信號(hào)包括如果第一相位落后于第二相位，則頻率控制信號(hào)降低振蕩器的頻率；如果第一相位領(lǐng)先于第二相位，則頻率控制信號(hào)提高振蕩器的頻率；和如果第一相位等于第二相位，則頻率控制信號(hào)不改變振蕩器的頻率。
4.權(quán)利要求1的方法，其中，第一相位和第二相位被測(cè)量并且頻率控制信號(hào)在射頻輸入信號(hào)的每個(gè)周期都被產(chǎn)生。
5.一個(gè)換能器射頻源，包括一個(gè)具有頻率控制輸入端和射頻信號(hào)輸出端的振蕩器；一個(gè)具有耦合到振蕩器射頻信號(hào)輸出端的輸入端和耦合到換能器的射頻發(fā)生器輸出端的射頻發(fā)生器；一個(gè)電壓鑒相器，包括一個(gè)耦合到振蕩器的射頻信號(hào)輸出端的第一相位輸入端；一個(gè)耦合到射頻發(fā)生器輸出端的第二相位輸入端；和一個(gè)耦合到振蕩器頻率控制電壓輸入端的頻率控制信號(hào)輸出端。
6.權(quán)利要求5的換能器射頻源，其中，頻率控制信號(hào)輸出端經(jīng)由一個(gè)控制放大器被耦合到振蕩器頻率控制輸入端。
7.權(quán)利要求6的換能器射頻源，其中，控制放大器包括耦合到頻率控制信號(hào)輸出端的第一輸入端；耦合到設(shè)定值控制信號(hào)的第二輸入端；和耦合到振蕩器頻率控制輸入端的一個(gè)輸出端。
8.權(quán)利要求5的換能器射頻源，其中，換能器被包括在一個(gè)兆頻超聲波清洗室內(nèi)。
9.換能器射頻源，包括壓控振蕩器(VCO)，具有一個(gè)頻率控制電壓輸入端和一個(gè)輸出端；E類射頻發(fā)生器，具有一個(gè)耦合到VCO輸出端的輸入端和一個(gè)耦合到具有一個(gè)變化阻抗的換能器的射頻發(fā)生器輸出端；一個(gè)電壓鑒相器，包括一個(gè)耦合到VCO輸出端的第一相位輸入端；一個(gè)耦合到射頻發(fā)生器輸出端的第二相位輸入端；和一個(gè)經(jīng)由控制放大器耦合到VCO頻率控制電壓輸入端的電壓控制信號(hào)輸出端，控制放大器包括耦合到電壓控制信號(hào)輸出端的第一輸入端；耦合到設(shè)定值控制信號(hào)的第二輸入端；和耦合到VCO頻率控制電壓輸入端的輸出端。
10.一個(gè)清洗基片的方法，包括向換能器施加一個(gè)頻率為f的射頻信號(hào)，換能器被面向基片因此換能器以頻率f向基片發(fā)射一個(gè)聲能；相對(duì)于換能器移動(dòng)基片；動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)射頻信號(hào)以保持聲能共振。
11.權(quán)利要求10的方法，其中，動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)射頻信號(hào)以保持聲能共振包括保持被施加到換能器的射頻信號(hào)的恒定電壓。
12.權(quán)利要求10的方法，其中，射頻發(fā)生器向換能器施加射頻信號(hào)，并且保持被施加到換能器的射頻信號(hào)的恒定電壓包括測(cè)量射頻信號(hào)的第一電壓；比較第一電壓與期望的設(shè)定值電壓；和向可變的直流電源輸入一個(gè)控制信號(hào)以便于調(diào)節(jié)可變直流電源的輸出電壓，可變的直流電源向射頻發(fā)生器提供直流功率。
13.權(quán)利要求10的方法，其中，動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)射頻信號(hào)以保持聲能共振包括動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)被施加到換能器的射頻信號(hào)的頻率f。
14.權(quán)利要求13的方法，其中，射頻信號(hào)由射頻發(fā)生器來施加，并且動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)被施加到換能器的射頻信號(hào)的頻率f包括測(cè)量被施加到射頻發(fā)生器的電源電壓；測(cè)量跨越包括在射頻發(fā)生器內(nèi)的輸出放大器的峰值電壓；當(dāng)峰值電壓不等于電源電壓的一個(gè)選定比時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)頻率控制信號(hào)；和向產(chǎn)生射頻信號(hào)的振蕩器的頻率控制輸入端施加頻率控制信號(hào)。
15.權(quán)利要求13的方法，其中，射頻信號(hào)由射頻發(fā)生器來施加，并且動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)被施加到換能器的射頻信號(hào)的頻率f包括把來自于振蕩器的射頻輸入信號(hào)輸入射頻發(fā)生器，并在射頻發(fā)生器中放大該射頻信號(hào)；測(cè)量射頻輸入信號(hào)的輸入電壓的第一相位；測(cè)量從射頻發(fā)生器輸出的射頻信號(hào)的電壓的第二相位；當(dāng)?shù)谝幌辔徊坏扔诘诙辔粫r(shí)產(chǎn)生一個(gè)頻率控制信號(hào)；和把頻率控制信號(hào)施加到振蕩器的頻率控制輸入端。
16.一個(gè)清洗系統(tǒng)，包括一個(gè)包括換能器和基片的清洗室，換能器面向基片，可變的距離d分隔換能器和基片；動(dòng)態(tài)可調(diào)的射頻發(fā)生器，具有一個(gè)耦合到換能器的輸出端；和一個(gè)耦合到可調(diào)射頻發(fā)生器的控制輸入端的反饋電路。
17.權(quán)利要求16的清洗系統(tǒng)，其中，基片可以被旋轉(zhuǎn)，并且當(dāng)基片被旋轉(zhuǎn)時(shí)，距離d大約變化從射頻發(fā)生器輸出的射頻信號(hào)的1/2波長(zhǎng)。
18.權(quán)利要求16的清洗系統(tǒng)，其中，動(dòng)態(tài)可調(diào)的射頻發(fā)生器包括可變的直流電源，具有一個(gè)控制輸入端和一個(gè)耦合到射頻發(fā)生器的直流輸出端；和所述反饋電路包括第一比較器，包括耦合到設(shè)定值控制信號(hào)的第一輸入端；耦合到射頻發(fā)生器的射頻輸出端的第二輸入端；和耦合到可調(diào)射頻發(fā)生器的控制輸入端的控制信號(hào)輸出端，控制輸入端包括可變直流電源上的電壓控制輸入端。
19.權(quán)利要求18的清洗系統(tǒng)，其中，動(dòng)態(tài)可調(diào)的射頻發(fā)生器包括一個(gè)具有控制信號(hào)輸入端和射頻信號(hào)輸出端的振蕩器；一個(gè)耦合到振蕩器輸出端的輸出放大器；和一個(gè)耦合在輸出放大器的輸出端和射頻發(fā)生器的輸出端之間的負(fù)載網(wǎng)絡(luò)；和所述反饋電路包括耦合在輸出放大器兩端的峰值電壓檢測(cè)器；和第二比較器，包括耦合到可變直流電源的輸出端的第三輸入端；耦合到峰值電壓檢測(cè)器的輸出端的第四輸入端；和耦合到可調(diào)射頻發(fā)生器的控制輸入端的第二比較器輸出端，控制輸入端包括振蕩器控制信號(hào)輸入端。
20.權(quán)利要求18的清洗系統(tǒng)，其中，動(dòng)態(tài)可調(diào)的射頻發(fā)生器包括一個(gè)具有頻率控制輸入端和射頻信號(hào)輸出端的振蕩器；和一個(gè)耦合到振蕩器的射頻信號(hào)輸出端的射頻發(fā)生器輸入端；和所述反饋電路包括一個(gè)電壓鑒相器，包括一個(gè)耦合到振蕩器的射頻信號(hào)輸出端的第一相位輸入端；一個(gè)耦合到射頻發(fā)生器輸出端的第二相位輸入端；和一個(gè)耦合到可調(diào)射頻發(fā)生器的控制輸入端的頻率控制信號(hào)輸出端，控制輸入端包括振蕩器的頻率控制電壓輸入端。
21.權(quán)利要求16的清洗系統(tǒng)，其中，動(dòng)態(tài)可調(diào)的射頻發(fā)生器包括一個(gè)電壓電源；一個(gè)具有控制信號(hào)輸入端和射頻信號(hào)輸出端的振蕩器；一個(gè)耦合到振蕩器輸出端的輸出放大器；一個(gè)耦合在輸出放大器的輸出端和射頻發(fā)生器的輸出端之間的負(fù)載網(wǎng)絡(luò)；和所述反饋電路包括一個(gè)跨輸出放大器耦合的峰值電壓檢測(cè)器；和一個(gè)比較器電路，包括耦合到電壓電源的第一輸入端；耦合到峰值電壓檢測(cè)器的輸出端的第二輸入端；和耦合到可調(diào)射頻發(fā)生器的控制輸入端的比較器輸出端，控制輸入端包括振蕩器控制信號(hào)輸入端。
22.權(quán)利要求16的清洗系統(tǒng)，其中，動(dòng)態(tài)可調(diào)的射頻發(fā)生器包括一個(gè)具有頻率控制輸入端和射頻信號(hào)輸出端的振蕩器；一個(gè)耦合到振蕩器的射頻信號(hào)輸出端的射頻發(fā)生器輸入端；和所述反饋電路，包括一個(gè)電壓鑒相器，包括一個(gè)耦合到振蕩器的射頻信號(hào)輸出端的第一相位輸入端；一個(gè)耦合到射頻發(fā)生器輸出端的第二相位輸入端；和一個(gè)耦合到可調(diào)射頻發(fā)生器的控制輸入端的頻率控制信號(hào)輸出端，控制輸入端包括振蕩器的頻率控制電壓輸入端。
23.一個(gè)動(dòng)態(tài)地把射頻發(fā)生器調(diào)節(jié)到換能器的即時(shí)共振頻率的方法，包括向射頻發(fā)生器提供一個(gè)來自于振蕩器的射頻輸入信號(hào)；測(cè)量被施加到射頻發(fā)生器的電源電壓；測(cè)量射頻發(fā)生器中的峰值電壓；當(dāng)峰值電壓不等于電源電壓的一個(gè)選定比時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)頻率控制信號(hào)；和把頻率控制信號(hào)施加到振蕩器的頻率控制輸入端。
24.權(quán)利要求23的方法，測(cè)量峰值電壓包括測(cè)量包括在射頻發(fā)生器內(nèi)的輸出放大器兩端的峰值電壓。
25.權(quán)利要求23的方法，其中，峰值電壓與電源電壓的選定比的范圍在大約3比1和大約6比1之間。
26.一個(gè)射頻發(fā)生器，包括一個(gè)電壓電源；一個(gè)具有控制信號(hào)輸入端和射頻信號(hào)輸出端的振蕩器；一個(gè)耦合到振蕩器輸出端的輸出放大器；一個(gè)耦合在輸出放大器的輸出端和射頻發(fā)生器的輸出端之間的負(fù)載網(wǎng)絡(luò)；一個(gè)耦合在輸出放大器兩端的峰值電壓檢測(cè)器；和一個(gè)比較器電路，包括耦合到電壓電源的第一輸入端；耦合到峰值電壓檢測(cè)器的輸出端的第二輸入端；和耦合到振蕩器控制信號(hào)輸入端的比較器輸出端。
27.權(quán)利要求26的射頻發(fā)生器，其中，當(dāng)電源電壓不等于由峰值電壓檢測(cè)器輸出的峰值電壓的選擇比時(shí)，一個(gè)控制信號(hào)從比較器輸出端被輸出。
28.一個(gè)射頻發(fā)生器，包括一個(gè)電壓電源；一個(gè)具有控制電壓輸入端和輸出端的壓控振蕩器(VCO)；耦合到VCO輸出端的輸出放大器；一個(gè)耦合在輸出放大器的輸出端和射頻發(fā)生器的輸出端之間的E類負(fù)載網(wǎng)絡(luò)；一個(gè)跨輸出放大器耦合的峰值電壓檢測(cè)器；一個(gè)比較器電路，包括耦合到電壓電源的第一輸入端；耦合到峰值電壓檢測(cè)器的輸出端的第二輸入端；耦合到VCO控制電壓輸入端的比較器輸出端，當(dāng)電源電壓不等于由峰值電壓檢測(cè)器輸出的峰值電壓的大約3.6比1的比值時(shí)從比較器輸出端輸出一個(gè)控制電壓；和一個(gè)耦合到射頻發(fā)生器輸出端的換能器。
29.一個(gè)保持到換能器的恒定輸入電壓的方法，包括從射頻發(fā)生器向換能器施加一個(gè)射頻信號(hào)；測(cè)量射頻信號(hào)的第一電壓；比較第一電壓與期望的設(shè)定值電壓；和向可變的直流電源輸入一個(gè)控制信號(hào)以便調(diào)節(jié)可變直流電源的輸出電壓，可變的直流電源向射頻發(fā)生器提供直流功率。
30.權(quán)利要求29的方法，其中，第一電壓是換能器阻抗的函數(shù)，并且換能器阻抗隨著換能器和目標(biāo)之間距離的變化而變化。
31.權(quán)利要求29的方法，其中，比較第一電壓與期望的設(shè)定值電壓包括確定一個(gè)控制信號(hào)，并且其中，控制信號(hào)大約等于第一電壓和期望的設(shè)定值電壓之間的差。
32.一個(gè)換能器射頻源，包括射頻發(fā)生器，具有一個(gè)耦合到換能器輸入端的射頻輸出端；可變的直流電源，具有一個(gè)控制輸入端和一個(gè)耦合到射頻發(fā)生器的直流輸出端；一個(gè)比較器，包括耦合到設(shè)定值控制信號(hào)的第一輸入端；耦合到射頻發(fā)生器的射頻輸出端的第二輸入端；和耦合到可變直流電源上的電壓控制輸入端的控制信號(hào)輸出端。
33.一個(gè)換能器射頻源，包括E類射頻發(fā)生器，具有一個(gè)耦合到兆頻超聲波清洗室中的兆頻超聲波換能器的輸入端的射頻輸出端；可變的直流電源，具有一個(gè)控制輸入端和一個(gè)耦合到射頻發(fā)生器的直流輸出端；一個(gè)比較器，包括耦合到設(shè)定值電壓電源的第一輸入端；耦合到射頻發(fā)生器的射頻輸出端的第二輸入端；和耦合到可變直流電源上的電壓控制輸入端的一個(gè)控制信號(hào)輸出端。
全文摘要
一個(gè)用于清洗基片(202)的系統(tǒng)及其方法，包括一個(gè)包括換能器(210)和基片(202)在內(nèi)的兆頻超聲波室(206)。換能器(210)面向基片(202)。一個(gè)可變的距離d分隔換能器(210)和基片(202)。該系統(tǒng)(200)還包括一個(gè)動(dòng)態(tài)可調(diào)的射頻發(fā)生器(212)，其具有一個(gè)耦合到換能器的輸出端。動(dòng)態(tài)可調(diào)的射頻發(fā)生器(212)可以通過比較振蕩器輸出端(306)的電壓的相位和射頻發(fā)生器輸出端電壓的相位來控制。動(dòng)態(tài)可調(diào)的射頻發(fā)生器(212)還可以通過監(jiān)控輸出信號(hào)的峰值電壓和控制射頻發(fā)生器而把峰值電壓保持在預(yù)定的電壓范圍內(nèi)來控制。動(dòng)態(tài)可調(diào)的射頻發(fā)生器(212)還可以通過動(dòng)態(tài)地控制可變的直流電源電壓來控制。
文檔編號(hào)B06B1/02GK1759471SQ200380110213
公開日2006年4月12日 申請(qǐng)日期2003年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月6日
發(fā)明者J·柏伊, A·庫提, W·尤, M·G·R·史密斯, R·諾普, T·W·安德森 申請(qǐng)人:蘭姆研究有限公司