为声能源供电的系统和方法及其在基板处理中的使用的制作方法

专利名称：为声能源供电的系统和方法及其在基板处理中的使用的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及使用声能处理基板的系统和方法，并且尤其涉及控制半导 体晶片处理中使用的声能源的系统和方法。但是，本发明也可应用于制造原晶 片、引线框、医疗设备、磁盘和磁头、平板显示器、微电子掩模和其它需要高 清洁度的装置。
背景技术：
在半导体制造领域中，从产业一开始人们就认识到在制造过程中从半导体 晶片除去微粒对生产质量上乘的晶片而言是关键要求。尽管多年来已研发出许 多不同的系统和方法以从半导体晶片除去微粒，然而这些系统和方法中许多是 不理想的，因为它们会对晶片造成损伤。因此，必须在从晶片除去微粒与由清 洗方法和/或系统对晶片造成的损伤量之间取得平衡。因此需要一种能使微粒从 脆弱的半导体晶片脱落而不会对器件结构造成损伤的清洗方法或系统。现有的使微粒从半导体晶片的表面脱落的技术利用化学和机械工艺的结 合。业内使用的一种典型的清洗化学剂是标准清洗剂1 ( "SC1")，它是氢 氧化铵、过氧化氢和水的混合物。SC1氧化并腐蚀晶片的表面。被称为基蚀的 该腐蚀过程减少微粒粘连于表面的物理接触面积，由此便于去除。然而，仍然 需要一种机械工艺以实际地将微粒从晶片表面去除。对于较大的微粒和较大的器件，已使用擦洗器将微粒从晶片表面物理地刷 下。然而，随着器件尺寸縮小，擦洗器和其它形式的物理清洗器将不能胜任， 因为它们与晶片的物理接触会对较小的器件造成灾难性损伤。最近，在化学处理期间已通过将声学/声能作用于晶片来代替物理擦洗以实 现微粒的去除。基板处理中使用的声能是通过声能源产生的。典型地，该声能 源包括由压电晶体制成的换能器。在工作时，该换能器耦合于电源(即电能源)。 电能信号(即电)被提供给换能器。换能器将该电能信号转换成振动机械能(即 声能)，该机械能随后被发射至所处理的基板。从电源提供给换能器的电能信 号的特性决定了由换能器产生的声能的特性。例如，电能信号的频率和/或振幅 的增大将导致由换能器产生的声能的频率和/或振幅的增大。另外，声能频率和除去的微粒尺寸之间的关系是己知的。本质上，较高的 频率去除较小尺寸的微粒更为有效，而较低的频率去除较大尺寸的微粒更为有效。如今，在清洗过程中典型的传递的声能范围从500kHz至略高于lMHz。 兆频超声(Megasonic)能已被证明为去除微粒的有效方法，但与任何机械工 艺一样，该方法可能造成损伤，并且兆频超声面对与传统物理清洗方法和装置 相同的损伤问题。为了改善清洗并减少由应用兆频超声能而对晶片造成的损伤，兆频超声的 提供者已实现了多种控制声能频率、声能振幅和将声能作用于晶片的角度的方 案。然而，即使使用这些控制，仍然会产生损伤。参照图1，其中示出了现有技术的兆频超声功率控制系统100。现有技术 的兆频超声功率控制系统100包括频率发生器10、具有模拟信号控制能力的功 率控制20、放大器30、换能器40以及系统控制器50。频率发生器10和功率 控制20可操作地耦合于放大器30。系统控制器50可操作地耦合于功率控制 20以便控制和与之通信。现有技术的系统100仅能对提供给换能器40的电信 号的振幅进行模拟电平控制。在现有技术系统100的工作中，频率发生器10产生基带信号15并将其传 送至放大器30，基带信号15规定由放大器30输出/产生的电信号35的频率。 所输出的电信号35具有恒定频率。放大器30还由功率控制20控制，功率控 制20经由振幅控制信号25规定电信号35的振幅。通过适当编程，系统控制 器50控制功率控制20以使放大器30以合需的恒定峰值振幅输出电信号35。
输出的电信号35被传送至换能器40。输出的电信号35具有恒定频率和恒定峰值振幅。输出的电信号35被换能器40接收并被转换成具有与电信号35的恒定频 率和恒定峰值振幅对应的恒定频率和恒定峰值振幅的声能45。由换能器40产 生的声能45随后被发射至基板或其它物件以便于处理(未图示)。当使用现有技术的系统100在启动过程中最初产生声能时，放大器30以 类似阶跃函数的形式从不产生信号(即零振幅的信号)变成立即产生具有预定 恒定峰值振幅的电信号35。换句话说，放大器30仅仅具有"关"和"开"两 种状态。这可能导致电信号35的前端的振幅具有不理想的尖峰，进而导致被 传递至基板的声能45的振幅中产生不理想的尖峰。这种尖峰会对基板上的器 件造成损伤。如果处理过程中电信号35的峰值振幅改变(即，增大或减小)，则存在 相同的问题。例如，如果电信号35的振幅从40瓦增大至100瓦，则放大器30 使电信号35的振幅以单步函数形式从40瓦跳到100瓦。这种振幅跳跃会产生 可能对所处理基板上的器件造成灾难性损伤的不理想的功率尖峰。现有技术的兆频超声功率控制系统100的另一缺点是它不能改变输出的电 信号35的频率。发明内容因此本发明的一个目的是提供一种为声能源供电的系统和方法，用来减少 和/或消除由所产生的声能对基板造成的损伤。本发明的另一目的是提供一种为声能源供电的系统和方法，用来减少和/ 或消除产生的声能的振幅中的尖峰。本发明的又一目的是提供一种为声能源供电的系统和方法，用来增加对基 板的微粒去除。本发明的又一目的是提供一种为声能源供电的系统和方法，用来调节微粒 除去过程中产生的声能的频率和/或振幅。本发明的又一目的是提供一种为声能源供电的系统和方法，用来增加受所
产生的声能作用的基板的器件产出。又一个目的是提供一种为声能源供电的系统和方法，用来为受所产生的声 能作用的基板提供擦洗动作。本发明的又一目的是提供一种为声能源供电的系统和方法，用来提供对工 艺化学的气体浓縮更好的控制。本发明的又一目的是提供一种为声能源供电的系统和方法，用来产生最小化所产生的兆频超声能的波节形成(nodeing)的扫描频率的紧带宽。还有一个目的是提供一种处理基板的系统和方法，用来提高处理效率和/ 或微粒的去除。这些和其它的目的由本发明满足。本发明利用由换能器产生(并随后作用 于基板)的声能的特性可通过控制驱动这些换能器的电信号(即，功率信号) 的相应特性来控制这一概念。重要的是，这些特性包括频率和/或振幅。通过利 用此概念，本发明的系统和方法提供将电信号提供给换能器的附加控制层。本 发明允许使用者控制传递给换能器晶体并进而有效地传递给基板的功率的频 率和/或振幅。根据本发明的一个实施例，该系统和方法不是仅对提供给换能器的功率进 行模拟电平控制，而是能提供对由换能器产生的声能的振幅和/或频率的主动控 制。在一个方面，本发明是用声能处理基板的方法，该方法包括a)将至少一 块基板支承在处理腔内；b)产生基带电信号；c)将基带电信号传送至放大器， 该放大器将基带电信号转换成具有峰值振幅的输出电信号；d)将输出电信号传 送至换能器，该换能器将输出电信号转换成相应的声能；e)将声能作用于支承 在处理腔内的至少一块基板；以及f)使输出电信号的峰值振幅斜变(ramping)。由于已发现在例如清洗等兆频超声处理过程中对基板(例如半导体晶片) 造成的至少一些损伤是由于声能产生振幅尖峰造成的。如上面简单讨论的那 样，已发现这些尖峰一般发生在声换能器的启动期间和/或来自由于化学剂槽中 的声波反射在功率中产生波节和波腹的反射驻波。因此，在本发明的一个实施 例中，将在用于基板处理的换能器的启动期间进行输出电信号的峰值振幅的斜
变。在本实施例中，斜变可包括将输出电信号的峰值振幅从基本为零的值增大 至工作值。使输出电信号从基本为零的值斜变至工作值所花费的确切时间取决 于处理基板所希望的功率以及兆频超声清洗系统中使用的换能器/传射器的样 式。启动期间电信号的斜变导致基板处理期间换能器的逐渐启动，由此消除作 用于基板的声能中的振幅尖峰。换句话说，通过控制提供给换能器的电信号的 前沿，就可控制兆频超声换能器的启动特性，由此消除已被证明为与功率共同 瞬变的起始功率尖峰。当在基板处理期间使用时，斜变可用来执行"声波擦洗"动作。在本实施 例中，斜变步骤将包括以循环方式在预定范围内重复地增大和减小输出电信号 的峰值振幅。这导致由换能器作用于基板的声能的振幅也以相应方式重复增大 和减小。由声能产生的声波擦洗动作在提高了微粒除去效率，同时最小化对基 板上脆弱期间的损伤。其它能力包括(l)在高功率短脉冲串能量的基板清洗期 间，迅速地提升声能的振幅；(2)缓和至低振幅清洗；以及(3)低振幅除气阶段， 用来对化学气体浓縮更好的控制。较佳地，在"声波擦洗"技术中输出电信号斜变的预定范围处于输出电信 号的工作值和该工作值的小于100%的某百分数之间。更佳地，该百分数大于 或等于约10%并小于100%。通过在"声波擦洗"中的任何时间使输出电信号 的范围保持在或工作值或以下，基板不会经受可能损伤脆弱器件的过大的声能 功率电平。最佳地，"声波擦洗"期间的斜变包括以循环方式在最小值和工作值之间 重复地增大和减小输出电信号的峰值振幅。通过仅仅避免电信号的全部关断， 就可避免诸如系统不稳定等不理想效果，同时允许振幅可斜变的最大范围。将 少量功率驱动到压电晶体中定义了放大器必须驱动的压电晶体的阻抗，由此提 供可具有较快斜变速率的稳定系统。最小值可以例如低于工作值的1%。最小值的准确瓦特数最终将取决于所用硬件的特性以及驱动它所需的功率。不管输出电信号的峰值振幅的斜变是被认为是启动控制还是"声波擦洗"， 斜变都不是阶跃函数。峰值振幅的斜变可采用直线、抛物线或S曲线函数。然
而本发明不局限于任何斜变曲线。电信号的峰值振幅的斜变可以多种方式实 现，包括但不局限于(l)将先前斜变的基带电信号传送至放大器；以及(2)在 步骤f)的转换期间，通过放大器自身的控制使输出电信号斜变。在一个实施例中，模拟波形发生器可操作地耦合于放大器以实现基带电信 号至输出电信号的转换。最佳地，声能处于兆频超声范围内。本发明还利用改变驱动换能器的电信号的频率导致产生和作用于基板的 声能的相应变化这一事实。由于已发现改变声能频率导致具有多种大小的微粒 的更有效去除，因此这在清洗工艺中尤其有益。参照低频率对清除大微粒有效 而较高的频率对去除较小的微粒有效这一事实，本发明的变频方面允许一个清 洗模块对较大的微粒尺寸范围有效。根据本发明一实施例还能将频率控制扩展 至频率调制，其中系统提供对发生器的控制以产生最小化声能波节形成的扫描频率的紧带宽。该能力的优点在于减少了峰值功率传递并因此降低损伤可能 性。变频技术或可单独使用，或可与上述振幅斜变技术结合使用。当与振幅斜 变结合使用时，本发明的上述方法还将包括在将声能作用于基板期间改变输出 电信号的频率。输出电信号的频率可以这样一种方式变化以获得各种处理技术，包括"扫 频"和/或"跳频"。当利用"扫频"技术时，本发明的变频步骤还包括在预定 范围内重复地增大和/或减小输出电信号的频率。该预定范围较佳地在换能器的 主工作频率的+/-10%内(当换能器包括压电'晶体时)。最佳的是，预定范围在 换能器的主工作频率的+/-1 %内。当利用"跳频"技术时，本发明的变频步骤还包括将输出电信号的频率从 换能器的主工作频率改变至换能器的至少一个副工作频率。改变输出电信号的频率较佳地通过在发生期间采用可变频率发生器等改 变基带电信号的频率来实现。如上所述，变频技术可独立于振幅斜变使用。当如此使用时，本发明在另 一方面可以是一种以声能处理基板的方法，该方法包括a)将至少一块基板支 承在处理腔内；b)生成具有一频率的电信号；C)将该电信号传送至声能源；d) 声能源将该电信号转换成频率与电信号频率对应的声能；e)将该声能作用于基板表面；以及f)当电信号的同时改变电信号频率，由此相应地改变作用于基板 的声能的频率。较佳地，电信号的频率在预定范围内改变，这导致在以将各种尺寸的微粒 从受到该声能作用的基板上去除为目的的频率范围内产生声能。在清洗处理或系统中可采纳本发明的任何实施例。在这样一个实施例中， 本发明的方法还包括在支承于处理腔中的基板表面上涂敷清洁液薄膜，该基 板被支承在基本水平的方向上；其中换能器可操作地耦合于发射器，该发射器 耦合于该清洗液薄膜；并且其中发射器发射声能通过该清洗液薄膜至基板表 面。在又一方面，本发明是一种为声能源供电的方法，该方法包括a)产生一 基带电信号；b)将基带电信号传送至放大器；c)放大器将基带电信号转换成具 有峰值振幅的输出电信号；d)将输出电信号传送至声能源；e)声能源将输出电 信号转换成相应的声能；以及f)使输出电信号的峰值振幅斜变。在又一方面，本发明是一种为换能器供电以产生声能的系统，该系统包括 电信号发生器；可操作地耦合于电信号发生器的放大器，该放大器用于接收由 电信号发生器产生的电信号并将该电信号转换成具有峰值振幅的输出电信号； 可操作地耦合于该放大器的功率控制，该功率控制用于使输出电信号的峰值振 幅斜变；以及可操作地耦合于该放大器的至少一个换能器，该换能器用于从放 大器接收输出电信号并将输出电信号转换成相应的声能。在另一方面中，本发明可以是一种用于处理至少一块基板的系统，该系统 包括具有用于支承至少一块基板的支承件的处理腔；用于向定位于该支承件 上的基板产生具有峰值振幅的声能的装置；用于使由产生装置产生的声能的峰 值振幅斜变的装置；以及用于控制作用声能的装置的系统控制器。在又一方面，本发明是一种将功率提供给换能器以产生声能的系统，该系 统包括电信号发生器；可操作地耦合于电信号发生器的放大器，该放大器用 来接收由电信号发生器产生的电信号并将电信号转换成具有峰值振幅的输出 电信号；可操作地耦合于放大器的功率控制，该功率控制用于使输出电信号的
峰值振幅斜变；以及至少一个可操作地耦合于放大器的换能器，该换能器用来 接收来自放大器的输出电信号，并将输出电信号转换成相应的声能。功率控制可以是模拟波形发生器。在一个实施例中，系统控制器可操作地 耦合于功率控制和电信号发生器。电信号发生器可以是可变频率发生器。在本实施例中，电信号较佳地以变化的频率产生。这导致由换能器产生的声能具有 相应的变化的频率。在又一方面中，本发明是一种为换能器供电以产生声能的系统，该系统包 括用于产生具有一频率的电信号的可变频率发生器；至少一个可操作地耦合 于可变频率发生器的换能器，该换能器用来接收电信号并将其转换成相应的声能；以及系统控制器，该系统控制器可操作地耦合于可变频率发生器并用来改 变所产生的电信号的频率，由此导致由换能器产生的声能具有相应的变化的频 率。较佳地，该系统还包括可操作地耦合于放大器的功率控制，其中该功率控 制用于将由放大器接收的电信号转换成具有峰值振幅的模拟电信号。功率控制 可使离开放大器的模拟电信号的峰值振幅斜变。更佳地，功率控制还包括模拟 波形发生器。在另一方面，本发明是一种用于处理至少一块基板的系统，该系统包括 具有用于支承至少一块基板的支承件的处理腔；用于将具有峰值振幅的声能作 用于定位于支承件上的基板的装置；用于在将声能作用于基板期间使声能的峰 值振幅斜变的装置；以及适于控制用于作用声能的装置的系统控制器。用于作用声能的装置较佳地包括电信号发生器；可操作地耦合于电信号 发生器的放大器，该放大器用来接收由电信号发生器产生的电信号；可操作地 耦合于放大器和系统控制器的功率控制，该功率控制用于将由放大器接收的电 信号转换成具有峰值振幅的输出电信号；至少一个可操作地耦合于放大器的换 能器，该换能器用来接收来自放大器的输出电信号并将该输出电信号转换成声 能，该声能的峰值振幅与输出电信号的峰值振幅对应；并且该功率控制还用来 响应来自系统控制器的控制信号使离开放大器的输出电信号的峰值振幅斜变。 较佳地，该功率控制包括模拟波形发生器。 当在启动过程中使用时，功率控制将通过响应从系统控制器接收的启动信 号将输出电信号的峰值振幅逐渐从基本为零的值增大至较高的工作值来使输 出电信号的峰值振幅斜变。当用来执行声波擦洗动作时，功率控制将较佳地通 过重复地增大和减小输出电信号的峰值振幅来使峰值振幅斜变。如上所述，输 出电信号的这种重复增大和减小导致声能的峰值振幅相应地增大和减小。可任选地，电信号发生器可以是可变频率发生器。在本实施例中，可变频 率发生器较佳地用于以变化的频率产生电信号，由此导致由换能器产生的声能 具有相应的变化的频率。在又一方面中，本发明是一种用于处理至少一块基板的系统，它包括具 有用于支承至少一块基板的支承件的处理腔；用以将一频率的声能作用于定位 于支承件上的基板的装置，该用于作用声能的装置用来在将声能作用于基板期 间改变声能的频率；以及用于控制该用于作用声能的装置的系统控制器。本发明的所有必要动作和/或调整可通过使用系统控制器来自动化。系统控 制器可以是用于过程控制的适宜的基于微处理器的可编程逻辑控制器、个人计 算机等，并较佳地包括各种输入/输出端口，用来提供与本发明系统中需要控制 并与之通信的各个部件的连接。该系统控制器还较佳地包括足够的存储器以存 储处理方案和其它数据。所需系统控制器的具体类型取决于采纳该系统控制器 的系统(及其功能)的需要。本发明的方法不限于在任何具体类型的兆频超声处理工具中实现，而是能 为漂洗槽、晾干器或能执行单块晶片和/或成批晶片处理的任何类型的基板处理 腔采纳或实现。此外，本发明的系统不受所使用的处理槽/腔的类型的限制，并 能与单块晶片处理腔或成批晶片处理腔结合使用。尽管在一些实施例中，该系统包括具有用来支承至少一块基板的支承件的处理腔，然而该处理腔也可以是 单块晶片腔或成批沉浸腔。支承件可以将多块晶片或一块晶片支承在任何方向 上，包括基本水平的方向或基本垂直的方向。


图1是使用模拟振幅控制的现有技术的兆频超声功率控制系统的示意图。
图2是根据本发明第一实施例的、采纳功率控制系统的兆频超声清洗系统 的示意图。
图3是根据本发明第二实施例的、采纳功率控制系统的兆频超声清洗系统 的示意图，其中功率控制通过控制放大器来使电信号斜变。
图4是根据本发明第三实施例的、采纳功率控制系统的兆频超声清洗系统 的示意图，其中功率控制器通过控制可变频率发生器来使电信号斜变。
图5是根据本发明第四实施例的、采纳功率控制系统的兆频超声清洗系统 的示意图，其中功率控制通过控制衰减器来使电信号斜变。
具体实施例方式
参照图2，其中示出根据本发明一个实施例的、具有振幅斜变和变频控制 的兆频超声清洗系统200。清洗系统200包括功率控制模块260和处理腔270。 处理腔270被图示为单块晶片系统。然而本发明不局限于此。本领域内技术人 员可以理解本发明的原理也能适用于成批处理和/或沉浸槽系统。
处理腔270包括将基板90支承在基本水平的方向上的基板支承件271。 基板支承件271啮合基板90的外缘以最小化两者之间的接触面积。基板支承 件271通过轴273耦合于电动机272。在处理期间，基板90可根据需要转动。
处理腔270还包括用于向基板90上表面供给处理液薄膜91的喷嘴274。 喷嘴274可操作地并流体耦合于一个或多个处理液源(未示出)。尽管将结合 喷嘴274向基板90的上表面供给的清洗液薄膜91的兆频超声清洗处理对本发 明诸个方面进行了描述，然而本发明可用于执行各种不同的处理步骤，其中声 能的使用包括但不限于微粒去除、介电膜腐蚀、光阻材料剥离、晾干等。所使 用的确切处理液取决于所执行的处理步骤。这里使用的术语"流体"包括但不 局限于液体、气体、液-液混合物、液-气溶剂和气-气混合物。
处理腔270还包括可操作地耦合于换能器240的长形探头发射器275。发 射器275较佳地由能够有效地发射由换能器240产生的声能的材料构成。适宜 的材料包括，但不局限于石英、氮化硼和蓝宝石。然而也可使用其它材料，例 如金属(包括铝和不锈钢)、聚合物(包括PVDF、特氟隆(Teflon)、海拉
尔(Halar)等)以及诸如特氟隆膜覆铝等多种材料的组合。尽管发射器275 被例示为大致圆柱形的长探头，然而发射器可采用几乎任何形状，包括但不局 限于饼形、板形、透镜形等。换能器240可包括一个或多个压电晶体，该压电晶体具有主工作频率和通 常称为高Q频率的一个或多个副工作频率。换能器240的主工作频率和副工作 频率的确切值随着换能器的不同而变化，并且由诸如压电晶体的质量、压电晶 体的材料、压电晶体的大小和形状、以及用于发射声能的材料的大小和形状和 处理液的性质等因素决定。换能器240电耦合于功率控制模块260。换能器240将接收自功率控制模 块260的电信号转换成具有与驱动换能器240的电信号的特性对应的特性的声 能。更具体地说，换能器240将由功率控制模块260输出的电信号235转换成 振幅和频率与电信号235的振幅和频率对应的声能。输出电信号235随时间变 化的曲线沿电连接示意地示出以便于理解。发射器275以使当换能器240将输出电信号235转换成声能时该声能进一 步由发射器275发射的方式耦合于换能器240。当液体薄膜91被涂覆于基板 90时，发射器275与该薄膜91接触。当换能器240被启动时，所产生的声能 由发射器275通过该处理液薄膜91发射至基板90。功率控制模块260包括可变频率发生器210、具有可变模拟信号控制能力 的功率控制单元220、放大器230和系统控制器250。功率控制模块260能通 过控制输出电信号235的振幅和/或频率来提供对由换能器240产生的声能的振 幅和/或频率的主动控制。系统控制器250可操作地耦合于可变频率发生器210和功率控制单元220 以提供对可变频率发生器210和功率控制单元220的控制并提供与它们的通 信。系统控制器250可以是用于过程控制的适宜的基于微处理器的可编程逻辑 控制器、个人计算机等，并较佳地包括各种输入/输出端口，用来提供与本发明 的系统中需要控制并与之通信的各个部件的连接。系统控制器250较佳地包括 足够的存储器以存储处理方案和其它数据。所需系统控制器的具体类型取决于 采纳该系统控制器的系统(及其功能)的需要。
如上所述，功率控制模块260通过控制由放大器230输出并提供给换能器 240的电信号235 (即，功率信号)的频率和/或振幅来控制由换能器240产生 的声能的频率和/或振幅。相比现有技术的系统，功率控制系统260提供将电信 号235提供给换能器240的附加控制层。具体地说，功率控制模块260允许使 用者控制传递给换能器240的电信号235的振幅和/或频率(并进而控制所产生 并提供给基板90的相应声能)，而不是象现有技术的系统那样仅提供对传递 给换能器的功率的模拟电平控制。可将功率控制模块260的所有硬件集成到一个壳体或箱体内。放大器230 可内建固定的软件斜变和/或可在此后编程其它振幅变化。放大器230可以是例 如A类或AB类放大器，例如AR Kalmus 75A250放大器。放大器230还可包括用以确定所产生的功率和所反射的功率两者的功率监视器，以使系统能根据 功率转换的最大效率进行调整。可变频率发生器210可以是例如HP3312A任意波形发生器等，例如Agilient 33220A。功率控制单元220例如可以是模拟波形发生器。可变频率发生器210和功率控制单元220经来自较佳为主机系统计算机的系统控制器250的软件控制，该软件运行驱动对产品、化学剂和处理需要最优清洗方法的控制算法。下面将对根据本发明一个实施例的、兆频超声清洗系统200在执行清洗方 法时的操作进行说明。首先，将基板90定位在处理腔270中并在支承件271 上被支承在基本水平的方向上。操作者从用户界面(未示出)选择清洗方法， 从而启动系统200。 一旦系统启动，系统控制器250就从内存中检取所选择的 清洗方法并执行存储于其中的命令。系统控制器250启动适当的泵以将例如脱离子水("DI水")、臭氧化DI 水("DI03" )、 SC1或SC2等清洗液经由喷嘴274提供至基板90的上表面。 基板90通过电动机272以合需的每分钟转数("RPM")启动来转动。清洗液在 基板90上形成薄膜/层91。薄膜/层91与发射器275接触。在清洗方案的适宜时间，系统控制器250将启动命令发送至功率控制模块 260。 一旦接收到启动信号，可变频率发生器210就产生基带电信号215并将 其传送至放大器230。根据具体处理要求，基带电信号215可具有恒定频率或可变频率。在图2中沿电连接示出基带电信号215的曲线以便理解。如图所示， 基带信号215具有随时间增大的频率并具有恒定振幅。在可变频率发生器210被启动的同时，功率控制单元也被系统控制器250 启动。作为响应，功率控制单元220产生可变模拟控制信号225并将其传送至 放大器230。图2中沿电连接示出可变模拟控制信号225的曲线以便理解。放大器230接收来自可变频率发生器230的基带电信号215以转换成输出 电信号235 (它将驱动换能器240)。同时，功率控制单元220控制来自放大 器230的电信号235输出的振幅。可变模拟控制信号225。功率控制单元220 能通过与放大器230的耦合来使输出电信号235的振幅斜升和/或斜降。输出电 信号235的振幅的所有斜变较佳地为非阶跃函数。峰值振幅的斜变可采取例如 直线、抛物线或S曲线形式。然而本发明不局限于任何具体曲线。在任何情况 下使用的确切曲线可由诸如定时要求、功率电平、所用处理液类型等因素确定。在启动过程中，功率控制单元220 (通过其对放大器230的控制)使输出 电信号235的振幅从基本为零的值斜升到工作值。确切的工作值是视处理情况 而确定的，并取决于例如基板上的半导体器件的尺寸和类型、清洁度要求、所 使用的传送器和/或换能器的尺寸、样式和数量等因素。电信号235的峰值振幅 的工作值典型地在1瓦至500瓦范围内变化。例如，当处理腔为单块基板腔时， 峰值振幅的工作值可在1到20瓦的范围内，而当处理腔为成批处理腔时，峰 值振幅的工作值可以在200到500瓦的范围内。然而本发明不局限于特定值。启动斜变时间较佳地在0.0001到IO秒范围内，更佳地落在0.001到1秒 范围内。其确切时间视情况而定，并要考虑诸如工作值的振幅、所用发射器类 型、处理时间约束、清洗要求等因素。输出电信号235的峰值振幅的启动斜变随时间变化的曲线将是象图2所示 信号曲线的向上线性斜变部分的形式。在斜变过程中，输出电信号235被传送至换能器240以转换成声能。 一旦 由换能器240接收到，电信号235即被转换成频率和振幅特性与输出电信号235 的频率和振幅特性对应的声能。因此，换能器240产生的声能也具有输出电信 号235的斜变特性/曲线。如上所述，由换能器240产生的声能经由发射器275 通过该清洗液层91被发射至基板表面90。根据本发明，输出电信号235的峰值振幅可通过各种方法实现斜变。任何 系统合需的方法由该系统的硬件决定。此类方法包括(l)控制频率发生器自身 (即DDS芯片)的振幅输出；(2)提供模拟控制信号以控制电信号的前置放大 器增益；(3)向衰减器提供模拟信号，(其中前置放大器在衰减器之前引入固定 增益)；(4)将模拟信号提供给放大器内的衰减器；和/或(5)将模拟信号提供给放 大器以调整放大器增益。下面将结合图3到图5所示的系统对这些方法中的一 些进行说明。如有需要。兆频超声功率控制模块260能够改变频率并使电信号235的峰 值振幅斜变。或者，可操作兆频超声功率控制模块260以相互独立地仅使频率 变化或仅使峰值振幅斜变。确切的需要由处理要求确定。在基板90处理过程 中，峰值振幅的斜变和/或频率的变化可进行一次或重复进行。可变地控制电信 号235的峰值振幅并调制其频率的能力显著地提高了微粒去除效率而不会对受 到相应声能245作用的基板上的脆弱器件造成损伤。一旦启动斜变完成，功率控制系统260即执行对输出电信号235的振幅和 /或频率的各种其它操纵以实现更好的清洗和/或减少对基板的损伤。如将在下文中更详细说明的那样，此类操纵包括"声波擦洗"、"扫频"和"跳频"。 这些技术可独立于启动斜变处理或与之结合地实现。此外，这些技术的任何一 种可单独使用或与其它技术结合使用。下面将结合兆频超声清洗系统200对这些技术的每一种的性能进行说明。 声波擦洗"声波擦洗"是功率控制系统260以循环方式在预定范围内重复增大和减 小输出电信号235的峰值振幅的动作。当然输出电信号235的峰值振幅的增大 和减小在本质上是斜变的。图2所示的输出电信号235的曲线是"声波擦洗" 动作的单次循环的一个实施例。输出电信号235斜变的细节与上面结合启动斜 变过程讨论的内容相同。
在"声波擦洗"动作期间，输出电信号235的峰值振幅较佳地在工作值和 工作值的一个百分数之间增大和减小。在一个实施例中，该百分数大于或等于 约腦。最佳地，"声波擦洗"包括以循环方式在最小值和工作值之间重复增大和减小输出电信号235的峰值振幅。通过仅仅避免输出电信号235的关断，就可 避免诸如系统不稳定之类的不理想效果，同时允许振幅在最大可能范围上斜 变。将少量功率驱动到压电晶体中定义了放大器必须驱动的压电晶体的阻抗， 由此提供可具有更快斜变速率的稳定系统。最小值例如可以小于工作值的1%。 最小值的确切瓦特数最终将取决于所使用的硬件的特性和驱动它所需的功率。 通过重复地增大和减小输出电信号235的峰值振幅，作用于基板90的声 波能量的峰值振幅也重复地增大和减小，由此实现对基板表面的声波擦洗动 作。峰值振幅的这种重复增大和减小也可结合诸如剥离等其它基板处理步骤使 用。扫频如上面提到的那样，功率控制模块260可通过控制基带电信号215的频率 来调整电信号235的频率。在这种情形下，系统控制器250调节可变频率发生 器210以实现所需的基带电信号215的变频。如图2中的基带电信号215的曲 线所示那样，基带电信号215的频率随着时间而增加。改变基带电信号215的 频率导致输出电信号235频率的相应改变，这进而导致由换能器240产生并最 终作用于基板90的声能的相应改变。在"扫频"技术中，输出电信号235的频率在预定范围内被重复增大和/ 或减小。为了最小化能量损失并改善结果，该预定范围较佳地在压电晶体换能 器240的主工作频率的+/-10%内。最佳地，该预定范围在换能器的主工作频率 的+/-1%内。然而本发明不局限于此，并能使用其它带宽。例如可使用围绕压 电晶体换能器的一个或多个的副工作频率的带宽。可选择扫频的预定范围以将特定尺寸的微粒从基板上除去。
跳频兆频超声清洗系统200利用频率变化以改善基板处理的另一种方法是通过"跳频"技术。在这种技术中，功率控制模块260将输出电信号235的频率 从换能器240的主工作频率迅速改至换能器的至少一个副工作频率或者反之。 较佳地，输出电信号235的峰值振幅和/或频率的所有改变是在不中止将 声能作用于基板90的情况下进行的。换句话说，启动斜变、"声波擦洗"、 "跳频"和/或"扫频"是不中断将电信号235提供给换能器240地进行的。结 果，在基板卯的连续兆频超声处理期间，当场进行所有的变化。替换的硬件/控制实施例现在参阅图3，其中示出根据本发明第二实施例的、采纳功率控制模块 260A的兆频超声清洗系统200A。除了某些例外以外，兆频超声清洗系统200A 与图2中的兆频超声清洗系统200相似。由此，将使用相同的标号来表示相同 元件，其例外是在数字标号之后添加字母后缀"A"。为了避免重复说明，仅 对兆频超声清洗系统200A区别于兆频超声清洗系统200的那些重要方面作详 细说明。功率控制模块260A可执行上述输出信号235A控制技术的任何一种， 包括启动斜变、"声波擦洗"、"扫频"和/或"跳频"。与图2的功率控制模块260相似，图3的功率控制模块260A通过可操作 地耦合于放大器230A的功率控制单元220A控制其输出电信号235A的特性。 重要的是，在虚线圈中示出每级处各电信号的曲线以便理解。兆频超声清洗系统200A利用声能实现基板90的清洗。然而，兆频超声 清洗系统200A还被设计成减少提供给例如换能器240A等声能源的输出电信 号235A中存在的噪声/杂讯，例如信号畸变和杂波内容等。清洗系统200A包括处理腔270A和功率控制模块260A。功率控制模块 260耦合于用户接口 280A。功率控制模块260A包括系统控制器250A、可变 频率发生器210A、功率控制单元220A、前置放大器281A、衰减器282A和放 大器230A。所有部件如图所示那样可操作地电耦合。用户接口 280A经由系统 控制器250A可操作地耦合于功率控制模块260A。放大器230A可操作地耦合 于衰减器5A以接收基带电信号215A。放大器230A还耦合于系统控制器250A以传送用于功率控制的代表前向/ 反射功率反馈的数据。系统控制器250A监视反馈的前向和反射功率测量以经 由线路231A控制功率。还可由外部定向耦合器和/或独立的电压和电流传感器 提供该反馈。系统控制器250A将控制输出电信号235A的功率电平以确保其 不超过目标值，从而防止对基板90的潜在损坏。功率控制模块260A负责经由可变频率发生器210A产生基带电信号 215A。在基板清洗操作期间，用户通过将启动命令输入至用户接口 280A来启 动兆频超声清洗系统200A。可变频率发生器210A可以是直接数字合成芯片(DDS芯片)。其它频率 发生方法和硬件也是可行的，包括独立的频率发生器。一旦由频率发生器210A生成，基带电信号215A就被传送至前置放大器 281A和衰减器282A,在那里基带电信号215A被转换成中间电信号215A'。 前置放大器281A和衰减器282A对基带电信号215A的振幅提供某种微控，但 不使振幅斜变或改变频率。中间电信号215A'随后被传送至放大器230A,在那里中间电信号215A， 如上所述那样被斜变以产生输出电信号235A。输出电信号235A的频率与基带 电信号215A的频率(不管是可变的还是稳定的)对应并能够通过调节频率发 生器210A来改变。现在参阅图、，其中示出根据本发明第三实施例的、采纳功率控制模块 260B的兆频超声清洗系统200B。除了某些例外以外，兆频超声清洗系统200B 与图3中的兆频超声清洗系统200A相同。由此，将使用相同的标号来表示相 似部件，其例外是将使用字母后缀"B"。为了避免重复说明，仅对兆频超声 清洗系统200B区别于兆频超声清洗系统200A的那些重要方面进行说明。功 率控制模块260B可执行上述输出信号235B控制技术的任何一种，包括启动 斜变、"声波擦洗"、"扫频"和/或"跳频"。与图2的功率控制模块260A不同，图4的功率控制模块260B通过可操 作地耦合于可变频率发生器210B的功率控制单元220B控制其输出电信号
235B的特性。更具体地说，功率控制单元220B通过控制由频率发生器210B 自身(例如DDS芯片)输出的基带电信号215的振幅特性来控制/斜变输出电 信号235B的振幅。在虚线圈中示出每级处各信号的曲线以便理解。现在参阅图5，其中示出根据本发明第三实施例的、采纳功率控制模块 260C的兆频超声清洗系统200C。除了某些例外以外，兆频超声清洗系统200C 与图3中的兆频超声清洗系统200A相同。由此，将使用相同的标号来表示相 似部件，其例外是将使用字母后缀"C"。为了避免重复说明，仅对兆频超声 清洗系统200C区别于兆频超声清洗系统200A的那些重要方面进行说明。功 率控制模块260C可执行上述输出信号235C控制技术的任何一种，包括启动 斜变、"声波擦洗"、"扫频"和/或"跳频"。与图2的功率控制模块260A不同，图5的功率控制模块260C通过可操 作地耦合于衰减器282C的功率控制单元220C控制其输出电信号235C的特性。 更具体地说，功率控制单元220C通过将模拟信号提供给衰减器282C来控制/ 斜变输出电信号235C的振幅。在虚线中示出每级处各信号的曲线以便理解。尽管在某些优选实施例和范例的背景中公开了本发明，然而本领域内技术 人员可以理解，本发明可从具体公开的实施例拓展至本发明的其它替换实施例 和/或用途以及明显的修改及其等效方案。因此，在本文中公开的本发明的范围 不受上面具体公开的实施例的限制，而是仅通过理解所附权利要求来确定。具体而非限定性地来说，处理腔可以是任何类型的腔，包括单块晶片非沉 浸式处理腔或成批型沉浸处理槽/腔。基板处理要求将规定所使用的处理腔、处 理液/化学剂以及换能器组件的确切类型。在工作期间，可将基板支承在任何方 向上，包括水平方向和垂直方向。此外，基板可以转动或固定。换能器组件可 以采取任何形状，包括板形组件、透镜形组件或饼形组件。
权利要求
1. 一种用声能处理基板的方法，包括a) 将至少一块基板支承在处理腔内；b) 产生基带电信号；C)将所述基带电信号传送至放大器，所述放大器将所述基带电信号转换成 具有峰值振幅的输出电信号；d) 将所述输出电信号传送至换能器，所述换能器将所述输出电信号转换 成相应的声能；e) 将所述声能作用于支承在所述处理腔内的所述至少一块基板；以及f) 使所述输出电信号的峰值振幅斜变。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤f)包括在启动过程中将所述 输出电信号的峰值振幅从基本为零的值增大至工作值。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤f)是在0.0001到10秒的时间范围内进行的。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤f)是在0.001到1秒的时间 范围内执行。
5. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述峰值振幅的工作值在1到20 瓦的范围内，所述处理腔是单块基板腔。
6. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述峰值振幅的工作值在200到 500瓦的范围内，所述处理腔是成批处理腔。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述斜变步骤f)是通过在步骤c) 期间将斜变的基带电信号传送至所述放大器来执行的。
8. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述斜变步骤f)是在步骤c)的所 述转换处理期间由所述放大器执行的。
9. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，步骤f)中的所述峰值振幅的斜变 不是阶跃函数。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤f)中的所述峰值振幅的斜变 是直线、抛物线或S曲线函数。
11. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，步骤f)包括以循环方式在预定范 围内重复地增大和减小所述输出电信号的峰值振幅。
12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述预定范围在工作值和所述 工作值的一个百分数之间，所述百分数大于或等于10%。
13. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，步骤f)包括以循环方式在最小值和工作值之间重复地增大和减小所述输出电信号的峰值振幅。
14. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述输出电信号具有一频率，所述方法还包括在将所述声能作用于所述基板期间改变所述输出电信号的频率。
15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述输出电信号的频率从所述 换能器的主工作频率改变至所述换能器的至少一个副工作频率。
16. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述改变输出电信号频率的步 骤是通过在生成期间改变所述基带电信号的频率来实现的。
17. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述输出电信号的频率在旨在 协助将不同尺寸的微粒从所述基板上去除的预定范围内变化。
18. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述改变步骤包括在所述预定 范围内重复地增大和/或减小所述输出电信号的频率。
19. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述预定范围在所述换能器的 主工作频率的+/-10%内，所述换能器由压电晶体构成。
20. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述预定范围在所述换能器的 主工作频率的+/-1%内，所述换能器由压电晶体构成。
21. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，步骤c)的所述转换是由可操作地 耦合于所述放大器的模拟波形发生器执行的。
22. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，还包括 将清洗液薄膜涂覆于支承在所述处理腔中的所述基板表面上，所述基板被支承在基本水平的方向上；其中所述换能器可操作地耦合于发射器，所述发射器耦合于所述清洗液薄膜； 其中步骤e)包括由所述发射器通过所述清洗液薄膜将所述声能发射至所述基板的表面。
23. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，还包括 将清洗液薄膜涂覆于支承在所述处理腔中的所述基板的表面上，所述基板被支承在基本水平的方向上；在将所述声能作用于所述基板期间，改变所述输出电信号的频率； 其中所述换能器可操作地耦合于一发射器，所述发射器耦合于所述清洗液薄膜；其中步骤e)包括由所述发射器通过所述清洗液薄膜将所述声能发射至所 述基板的表面；其中步骤f)包括在启动过程中将所述输出电信号的峰值振幅从基本为零的值增大至工作值；其中步骤f)是在0.001至1秒的时间范围内进行的； 其中所述峰值振幅的工作值处于1至20瓦的范围内； 其中步骤f)中的所述峰值振幅的斜变是线性函数；以及 其中所述输出电信号的频率在旨在协助将不同尺寸的微粒从所述基板上去除的预定范围内变化。
24. —种为声能源供电的方法，包括a) 产生一基带电信号；b) 将所述基带电信号传送至放大器；c) 所述放大器将所述基带电信号转换成具有峰值振幅的输出电信号；d) 将所述输出电信号传送至声能源，e) 所述声能源将所述输出电信号转换成相应的声能；以及f) 使所述输出电信号的峰值振幅斜变。
25. —种用声能处理基板的方法，包括a) 将至少一块基板支承在处理腔内；b) 产生具有一频率的电信号；c) 将所述电信号传送至声能源； d) 所述声能源将所述电信号转换成频率与所述电信号的频率对应的声能；e) 将所述声能作用于所述基板的一个表面；以及f) 在改变电信号的同时改变电信号的频率，由此使作用于基板的声能频率 相应改变。
26. 如权利要求25所述的方法，其特征在于，还包括 将清洗液薄膜涂覆于所述基板表面；以及其中所述电信号的频率在旨在协助将不同尺寸的微粒从所述基板上除去 的预定范围内改变。
27. 如权利要求25所述的方法，其特征在于，步骤f)包括在预定范围内重复 地增大和减小所述输出电信号的频率。
28. 如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述预定范围在所述声能源的 主工作频率的+/-10%内，所述声能源由压电晶体构成。
29. 如权利要求28所述的方法，其特征在于，所述预定范围在所述声能源的 主工作频率的+/-1%内，所述声能源由压电晶体构成。
30. 如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述声能源包括具有一主工作 频率和至少一个副工作频率的压电晶体，步骤f)包括使所述电信号的频率从所 述压电晶体的主工作频率跳至所述压电晶体的副工作频率之一，或反之。
31. —种为换能器供电以产生声能的系统，包括 电信号发生器；可操作地耦合于所述电信号发生器的放大器，所述放大器适用于接收由所 述电信号发生器产生的电信号并将所述电信号转换成具有峰值振幅的输出电 信号；可操作地耦合于所述放大器的功率控制，所述功率控制适用于使所述输出 电信号的峰值振幅斜变；以及可操作地耦合于所述放大器的至少一个换能器，所述换能器适用于从所述 放大器接收所述输出电信号并将所述输出电信号转换成相应的声能。
32. —种用于处理至少一块基板的系统，包括 具有用于支承至少一块基板的支承件的处理腔； 向定位在所述支承件上的基板产生具有峰值振幅的声能的装置；使由所述产生装置产生的所述声能的峰值振幅斜变的装置；以及用来控制所述作用声能的装置的系统控制器。
33.如权利要求32所述的系统，其特征在于，所述作用声能的装置包括电 信号发生器；可操作地耦合于所述电信号发生器的放大器，所述放大器适用于 接收由所述电信号发生器产生的电信号；可操作地耦合于所述放大器和所述系 统控制器的功率控制，所述功率控制将由所述放大器接收的电信号转换成具有 峰值振幅的输出电信号；可操作地耦合于所述放大器的至少一个换能器，所述 换能器从所述放大器接收输出电信号并将所述输出电信号转换成所述声能，所 述声能的峰值振幅与所述输出电信号的峰值振幅对应；并且所述功率控制还响应来自所述系统控制器的控制信号使离开所述放大器的输出电信号的峰值振 幅斜变。
全文摘要
一种为声能源供电的系统和方法，它能使处理过程中对基板器件的损伤最少，同时提高处理效率和/或效果。该系统和方法利用这样的原理使驱动声能源的电信号的振幅斜变和/或频率改变，由此导致作用于基板的结果所得的声能的振幅和频率的相应斜变和/或改变。一种用声能处理基板的方法包括a)将至少一块基板支承在处理腔内；b)产生一基带电信号；c)将基带电信号传送至放大器，该放大器将基带电信号转换成具有峰值振幅的输出电信号；d)将输出电信号传送至换能器，该换能器将输出电信号转换成相应的声能；e)将声能作用于支承在处理腔内的该至少一块基板；以及f)使输出电信号的峰值振幅斜变。
文档编号B08B7/04GK101124053SQ200580030943
公开日2008年2月13日 申请日期2005年9月15日 优先权日2004年9月15日
发明者I·卡什科什, J·沃柯特, J·科贝勒, M·彼得斯 申请人:艾奎昂技术股份有限公司