技术领域
[0001] 本
发明涉及用于板状物件的
超声波湿法处理的装置和方法，包含：
[0002] 固体元件，连接于换能器，用于以超声波
能量来处理该板状物件，其中间隙形成于该固体元件与该板状物件之间，该间隙具有介于0.1mm至15mm之间的距离d2；
[0003] 液体分配装置，用于将液体引入该固体元件与该板状物件之间。
[0004] 若该固体元件至该板状物件的距离是在
波长λ(即，d2≤10＊入)或以下的范围内，则其被称为近场超声波。
[0005] 该用于湿法处理板状物件的装置可包含：作为该固体元件的板，保持装置，用于保持一个板状物件大致平行于该板，以及分配装置，用于在处理时将液体引入该第一板与板状物件之间的第一间隙。所述作为固体元件的板可
覆盖整个板状物件或仅只覆盖其一部分。若只有该板状物件的一部分被覆盖，则该板状固体元件可为圆形(pie)。
[0006] 但是，此固体元件也可为伸长的探针(即杆或轴)，该
超声波换能器连接到该固体元件。
[0007] 若在以下有使用术语晶片，则是指上述板状物件。
[0008] 该板状物件可为例如
半导体晶片或光碟的碟状物件以及例如平板显示器或中间掩模的多边形物件等。
[0009] 在此无论何时使用了术语超声波，应理解此处包括了兆赫声波作为超声波的一种特定形式，即1MHz以上。
背景技术
[0010] WO2004/114372A1公开了一种兆赫声波清洁器，其中板状物件被保持在两个板之间(一个板保持超声波换能器)，板状物件与换能器板彼此相对旋转。
[0011] 尽管此系统带来了非常良好的清洁效果，但有时会发生对晶片上的半导体器件和结构的损伤。
[0012] 因此本发明的一个目的是提供一种装置及方法，其能被更好地监视，且必要时甚至能被控制，从而改良其处理结果。
发明内容
[0013] 本发明通过提供用于板状物件的超声波湿法处理的装置来达到所述目的，其包含：
[0014] 固体元件，连接于换能器用于以超声波能量处理板状物件，其中在固体元件与板状物件之间形成间隙，间隙具有0.1mm和15mm之间的距离d2；
[0015] 液体分配装置，用于在处理时将液体引入固体元件与板状物件之间的间隙中；
[0016] 用于控制距离d2的装置，用于控制距离的装置包含用于测量距离d2的装置，用于比较所测出距离与所需距离d0的装置，及用于据此来调整距离的距离调整装置。
[0017] 固体元件连接于用于以超声波能量来处理板状物件的换能器，从而使固体元件通过处理液体向板状物件发射超声波能量。此连接是可将固体元件和换能器
烧结或粘接在一起，或以耦合液体来将换能器耦合于固体元件。
[0018] 可根据不同的
实施例选择液体分配装置。若固体元件是大致平行于板状物件的板，则具有开孔的液体管靠近于板状物件的中心。靠近于中心在此是指开孔的中心离板状物件的中心相隔不大于20mm。
[0019] 若固体元件是杆，或不完全覆盖板状物件，则液体能被以自由流动的方式分配于板状物件。
[0020] 若固体元件和板状物件被浸在槽内，则液体分配装置是用于将液体馈入槽内的馈
流管。由此填充固体元件与板状物件之间的间隙。
[0021] 所需距离d0典型地是如下的至板状物件的距离，在该距离处，微粒去除效率(PRE)位于可能的最高
水准，且同时只有低损害(例如断掉电的线路/连接)或更好地没有损害发生。所需距离d0可为λ/2、λ、λ/4、或3λ/4。但是，d0取决于许多不同的参数，例如板状物件的材料、板状物件的表面特性、固体元件的阻抗、换能器的种类。因此，对
指定的装置构造与指定的板状物件而言，d0典型是被经验地决定的。
[0022] 此外，取决于系统和所需的处理结果及板状物件，确定所需的最大偏差(Δd＝d2-d0)。为了控制距离d2，其实际距离会被测出，算出(d，且若偏差高于所需，则利用距离调整装置来改变该距离，直到距离落入所需范围内为止。此控制循环典型是以计算机或
控制器来执行的，其是公知的。控制装置(例如计算机)接收测出的距离
信号，并算出所需的距离调整信号。
[0023] 利用此装置，则使用被优化且可持续或周期性地监视的处理来处理例如
半导体晶片的板状物件，且若需要也能进行调整。
[0024] 距离调整装置可包含线性
电机，被电机(例如步进电机、
伺服电机)所驱动的
转轴，液压电机，
气动电机，液压汽缸、气压缸、和/或压电电机或
驱动器。
[0025] 若板状物件与板状固体元件或杆状固体元件之间的平行充分，则只需存在距离调整装置。
[0026] 若平行不充分而应被修正——以使距离在所需的偏差范围内，则一个以上的距离调整装置会较有利。若固体元件是板距离测量装置，则有利地包含某些元件以使板状物件与固体元件之间的距离能在至少三个不同的测量点处被测出。优选是一个距离调整装置对应于每个测量点。可选的，提供一个距离调整装置，以及提供两个
角度调整装置。每个角度调整装置可绕倾斜轴倾斜板，其中各个倾斜轴不垂直于板，且其中两个倾斜轴也不互相平行。
[0027] 若固体元件是杆状或伸长的元件，则距离测量优选包含某些元件，以使板状物件与固体元件之间的间距能在至少两个不同的测量点处被测量。因此优选有至少两个调整装置，而其中至少一个是距离调整装置。另一调整装置是距离调整装置或角度调整装置。
[0028] 在装置的一个实施例中，用于测量距离d2的装置包含光学距离测量元件。所述光学距离测量元件可包含激光距离测量元件。在此情况下，光可由元件射出，其附接于固体元件面向板状物件的表面上，而光会被板状物件反射并被附接于该表面上的另一元件检测。优选发光元件和检测元件不会妨害固体元件面向板状物件的表面的平滑性；换言之，无论发光或检测元件均不会从表面突出或排斥超过0.2mm。
[0029] 优选用于测量距离d2的装置包含超声波测量元件，超声波测量元件含有用于发送距离测量信号(例如半波、波、正弦或矩形或脉冲信号)的超声波换能器及用于检测距离测量信号的超声波检测器。
[0030] 用于发送距离测量信号的超声波换能器可被同时用于检测距离测量信号。可供以超声波能量处理板状物件的超声波换能器(处理换能器)可被同时用于发送和/或检测距离测量信号。若处理换能器被用于发送脉冲信号，则超声波处理
频率必须被脉冲信号重叠。若处理换能器被用于检测距离测量信号，则由处理换能器接收的检测信号必须被分割以过滤检测信号。
[0031] 在一个实施例中，用于测量距离的超声波换能器不是用于板状物件的湿法处理的同一个换能器。
[0032] 在另一实施例中，用于测量距离的超声波检测器同时是用于发送距离测量信号的超声波换能器。
[0033] 若提供至少三个用于测量距离的超声波换能器，则不只距离能被检测，而且板状物件相对于板状固体元件的平行也能被监测。
[0034] 本发明的另一方面是一种用于板状物件的超声波湿法处理的方法，包含：
[0035] 引入固体元件，其在板状物件的表面附近连接于换能器，以使间隙形成于固体元件与板状物件之间，间隙具有0.1mm和15mm之间的距离d2，其中利用液体填充间隙；
[0036] 通过测量距离d2，比较所测出距离与所需距离d0，以及据此调整距离，从而控制距离d2。
[0037] 间隙能通过分配用于填充固体元件和板状物件之间的间隙的液体而被填充。可选的，间隙当板状物件浸入槽内时被填充。
[0038] 在方法的一个实施例中，用于测量距离d2的装置包含光学测量元件。可选的，距离测量也能以电容性或电感性的测量装置来进行。假使距离测量是在处理开始之前进行，则甚至机械式测量也能被使用。
[0039] 优选用于测量距离d2的装置包含超声波测量元件，超声波测量元件含有用于发送距离测量信号的超声波换能器及用于检测距离测量信号的超声波检测器。
[0040] 在此方法中，用于测量距离的超声波换能器同时是用于板状物件的湿法处理的换能器。可选的，用于测量距离的超声波换能器并非用于板状物件的湿法处理的同一个换能器。
[0041] 用于测量距离的超声波检测器同时可为用于发送距离测量信号的超声波换能器和/或用于板状物件的湿法处理的换能器。
[0042] 可以提供至少三个用于测量距离的超声波换能器，若板被用作固体元件时其可用于提供处理板状物件所需的超声波能量。
[0043] 在方法的一个优选实施例中，用于控制距离的装置还包括控制器(例如计算机)用于自动地调整距离d2。
[0044] 在本发明的另一方面中，用于超声波湿法处理板状物件的装置包含：
[0045] 固体元件，其连接于换能器用于以超声波能量处理板状物件，其中间隙形成于固体元件与板状物件之间，间隙具有0.1mm和15mm之间的距离d2；
[0046] 液体分配装置，用于在处理时将液体引入固体元件与板状物件之间的间隙中；
[0047] 用于测量超声波的装置包含超声波检测器。
[0048] 超声波检测器可选自
压电换能器，或水下测声仪。
[0049] 用于测量超声波的装置可为用于距离测量的元件和/或超声波成像系统。
[0050] 超声波检测器可同时是用于超声波湿法处理板状物件的换能器，或也可不是用于板状物件的湿法处理的同一个换能器。
[0051] 在优选实拖例中，超声波检测器是超声波功率监测系统的一部分，其可用于监测已被所述清洁换能器耦合于清洁液体中的超声波。针对所述监测，并不需要具有特定的超声波信号(例如脉冲信号)施加于清洁液体。功率监测系统只会简单地检测和监视已被系统反射并偏转的超声波。监测可通过控制器(譬如计算机)来完成，其是例如可自动地调整参数(例如距离d2或超声波产生器参数)。故控制器可以调整距离d2，即使并没有测出实际距离d2，而只是通过比较所监测的信号与所需的信号。
[0052] 若用于超声波湿法处理的换能器是同时用于检测信号，则所检测的信号应被
电子地过滤。
[0053] 在一个实施例中，超声波检测器是超声波成像系统的一部分。此影像可在板状物件被处理时用于全面监视其处理状况，和/或用于检查换能器组件的状态和其是否妥当地耦合于固体元件。
[0054] 本发明的另一方面是一种用于板状物件的超声波湿法处理的方法，包含：
[0055] 引入固体元件，其在板状物件的表面附近连接于换能器，以使间隙形成于固体元件与板状物件之间，间隙具有0.1mm和15mm之间的距离d2，其中利用液体填充间隙；
[0056] 检测超声波。
[0057] 间隙可通过分配用于填充固体元件与板状物件之间间隙的液体而被填充。可选的，间隙在板状物件浸入槽内时被填充。
[0058] 在此用于超声波湿法处理的方法中，检测超声波是在超声波湿法处理之前进行的。这可以在间隙中没有液体，或在间隙中有特定的测试液，及/或在间隙中有实际处理液时来进行。
[0059] 当在实际处理步骤之前进行时，将能以较低功率来进行此测试步骤。
[0060] 依据用于超声波湿法处理的方法的一个实施例，所述超声波的检测是在超声波湿法处理之前当固体元件与板状物件的间隙未填充液体时进行的。这主要是为了测试设备(换能器的功能以及至固体元件的恰当耦合)而进行的。因此设备的
缺陷将能在设备损坏要处理的板状物件之前，或在设备丧失其实际处理(例如清洁)板状物件的能
力之前被检测出。
[0061] 有利地提供了用于超声波湿法处理的方法，其中所述超声波的检测是在当固体元件与板状物件的间隙中未填充液体时来与超声波湿法处理同时地进行的。这只是为了处理控制和处理监视。故被用于板状物件的超声波处理的超声波会被检测，和/或额外发射的脉冲或非脉冲信号会被检测。
[0062] 优选的，所述超声波的检测被用于监测超声波功率，即已被所述清洁换能器耦合于清洁液体中的超声波的功率。针对此监测并不需具有特定的超声波信号(例如脉冲信号)施加于清洁液体。简单地检测和监测已被所述清洁换能器发射且随后被系统反射和/或偏转的超声波。取决于所监测的超声波功率参数，清洁处理可被人工地和/或自动地调整。
[0063] 优选是距离d2会改变直到被监测的超声波功率变得尽可能的低为止。因此PRE能被最大化，而不必增加所产生的馈送至清洁换能器的超声波功率。
附图说明
[0064] 图1示出了根据本发明的装置实施例的截面侧视图(沿图2的I-I线)。
[0065] 图2示出了根据本发明的装置实施例的截面侧视图(沿图1的II-II线)。
[0066] 图3示出了沿图1的截面III的详图。
[0067] 图4～7示出了基于图3的详图，其示出了清洁换能器、信号发送换能器、及检测换能器等的可选配置。
[0068] 图8为可选实施例的截面侧视图，其中液体自由流动地分配在晶片上。
[0069] 图9～11为可选实施例的截面侧视图，其中供应超声波至晶片的固体元件是轴。
具体实施方式
[0070] 图1，2及3示出了依据本发明的湿法处理装置1。具有垂直
旋转轴线A的中空轴电机8被安装在具有中央开孔42的水平安装板41上。中空轴电机包含
定子8s，
转子8r，及固定于所述转子8r的中空转轴23。
[0071] 中空轴23的下端突出穿过第一安装板41的中央开孔，并连接于垂直所述中空轴23的第一板31。所述第一板31具有圆盘形状，且中空轴23的中
心轴线A穿过板31的中心。第一板31是抓持装置(旋转夹头)的一部分，其还包含可偏心地移动的抓持销35等。
所述销35通过
齿轮(未示出)偏心地移动，例如在US4903717中描述了该销。可选的销移动机构记载在例如US5788453或US5156174中。所示的实施例包含六个销。或者也可只用三个销，其中只有一个销足可偏心地移动用于牢固地夹住晶片。若使用其它的抓持(夹持)部件，则数目能被减至两个，具有一个移动部件。第一板31面朝下方，故所述销35向下突出用于保持第一板31之下的晶片W。若销能在抓持装置旋转期间被张开(例如通过伺服电机使电机移动，或通过
磁性开关来移动各个销)，则晶片可以自由地浮动于两个
流体承垫之间。
[0072] 第二板32被设在下方，并大致平行于所述第一板31。第二板32具有圆盘形状，且中空轴23的中心轴线A通过第二板32的中心。第二板32被环状的液体收集器10周绕地包围，其也可被分别称为盖、盖碗、或防溅罩。以O形环密封(未示出)靠着液体收集器封闭第二板32，或第二板32是液体收集器的一部分。液体收集器包含环形导道14用于收集液体，所述液体是晶片在湿法处理期间的冲浸液(flung)，且液体会由靠近环形导道14底部的开孔(未示出)排出。液体收集器还包括环形的抽气口12，其朝内引导至环形导道14上方，用于接收由湿法处理所产生的环境气体和水气。液体收集器10的上部的内径仅稍大于第一板31的外径，从而使第一板能被插入液体收集器内，留下0.1～5.0mm的圆周间隙。间隙应小得足以在处理期间相对于外界环境密封晶片，但又大得足以在第一板被旋转期间能避免第一板31与液体收集器10之间的摩擦。
[0073] 液体收集器10连接于第二安装板43。第二安装板43通过升高装置45连接于第一安装板41。升高装置用于改变两个安装板41和43彼此相向的垂直
位置。若第二安装板43连接于机器
框架(未示出)，则升高装置45能够连同包含抓持装置35的旋转夹头和第一板31一起地升高及降低第一安装板41。若第一安装板41连接于机器框架，则升高装置45能够连同液体收集器10和第二板32一起地升高及降低第二安装板43。垂直移动以箭头2来表示。
[0074] 设有三个升高装置45，以使得晶片W(板状物件)与第二板32之间的距离d2能在三个不同的点处被改变。假使晶片W和第二板32两者均充分地平坦，则距离d2能被改变以使距离d2于所有各点处均在所需的范围内。因此三个升高装置45可被单独地驱动。在所示实施例中，每个升高装置45都有两个不同的功能。第一功能是用于从换能器板32升高晶片，以便将晶片装入装置和由装置取出。对于第一功能，升高装置应能够改变晶片与换能器板之间的距离至少2cm。升高装置的第二功能是调整晶片至换能器板的距离，以便使距离d2于所有点处均在所需范围内。对于该第二功能，升高装置应能够以至少±0.1mm的
精度来调整距离。优选的精度是至少±0.01mm。用于所述升高装置的适当的驱动器为
线性电机，具有步进电机的轴，气动扬升器或上述驱动器的组合。
[0075] 多个超声波振动元件4(清洁换能器)附接于第二板32，设在板32相反于第一板31的一侧的腔穴中，且由此被声学地耦合于第二板32。所述振动元件4被排列为实质上完全覆盖第二板32在湿法处理时覆盖晶片的部份的整个直径，或振动元件4分布在整个第二板上。所述振动元件4典型是压电换能器。
[0076] 另外有三个检测器换能器82附接于第二板。每个检测器换能器对应于一个升高装置45。被检测器换能器检测到的信号被用来计算晶片与第二板之间的距离。其被馈入控制器(计算机)中用于单独地控制各升高装置。
[0077] 距离测量信号由换能器4提供。其是重叠实际处理信号的脉冲信号。可选的，可以在超声波清洁处理开始之前发送该距离测量信号，以使超声波清洁开始之前在所有各点处的距离d2已经在所需范围内。由此可以防止对晶片上的结构的损坏，且可以可再现地实现最大的微粒去除效率。
[0078] 偏心于第一板31可围绕旋转的旋转轴线A，下分配器6附接于第二板32，并开口于第一与第二板31和32之间的腔室。下分配器6被构制成朝晶片W的底面分配液体或气体，以完全地填充第二板与晶片W之间的间隙G2，这将振动元件4产生的超声波耦合于晶片W。下分配器6的开口被设置为偏离旋转轴线A，以使振动元件能被设置在紧靠晶片中心。因此晶片的所有区域都能被超声波达到。下分配器6连接于多口
阀(未示出)，其进一步连接于至少一个液体源及至少一个气体源。因此可选择性地施加不同的液体(清洁剂)和不同的气体(例如氮)。多口阀可为多个单螺线管阀的套组。
[0079] 上分配系统包含两个同轴设置的管21和22，引导通过附接于第一板31的中空轴23，并开口于第一板31和第二板32之间的腔室。内管21用于分配液体，而内管21和外管
22之间的空间用于分配气体。两个管21、22均能与中空轴23一起旋转。为将液体引入内管21中，提供了液体旋转连接5。气体经由气体旋转连接7来被馈入管21与22之间的空间内。
[0080] 如在图3(图1中的详图III)中可见的，用于清洁晶片的换能器4也是超声波信号发射元件，而换能器82是超声波信号检测元件。检测换能器82检测由各
边界层所反射的回声。因此不仅换能器板(固体元件，第二板)32与晶片W之间的第二间隙G2的距离d2能被测出，且第一板31与晶片W之间的第一间隙的距离d1也能被测出。此系统能被用来在晶片存在或不存在时测试装置，或者能用于监视或控制处理。
[0081] 在可选模式中，检测换能器82也被用作信号发射换能器。
[0082] 实施本发明的模式
[0083] 依据第3中的详图III，图4～7公开了实施本发明的可选模式。
[0084] 图4示出了系统，其中检测换能器被装在第一板31中，其与含有清洁换能器4的第二板32相对。因此检测器82会检测传输穿过间隙G2、晶片W和间隙G1的超声波信号。信号会依据不同材料(第一板31、第二板32、第一间隙G1中的液体、第二间隙G2中的液体，及板状物件W)的阻抗而被折射。此系统也可在晶片W不存在时被用来测试装置。
[0085] 图5示出了系统，其中使用了用于发送测量信号(例如脉冲信号)的单独的换能器81。发送换能器81和检测换能器82均为与清洁换能器板(第二板32)相对的第一板31的元件。检测换能器同时被用于检测由信号换能器81发射的超声波的回声，以及用于监测由清洁换能器4发出的超声波。
[0086] 可选的，发送换能器81和检测换能器82均可为第二板32(换能器板)的元件，如图6所示。若未使用第一板时(类似于第8圈所示的实施例)，也可以使用此构造。
[0087] 图7示出系统，其中信号发射换能器是第一板31的元件，而检测换能器82是换能器板32的元件。
[0088] 图8示出系统，其中晶片W被抓持销71所保持，抓持销71是安装于环70。环70是中空轴电机(未示出)的旋转内部构件(转子)，晶片能够利用该构件旋转。因此可以通过
喷嘴90无阻地分配液体。故液体
弯月面L1形成于晶片W的顶面上。在该晶片W之下，换能器板32被设在靠近晶片W(0.5～15mm)。多个换能器4声学地耦合于换能器板32。换能器板32通过升高装置(未示出)连接于中空轴电机的定子。因此晶片W与换能器板32之间的距离d2能够被改变和调整。三个超声波检测器82声学地耦合于换能器板。间隙G2经由分配器91被填充液体I2。在清洁处理之后，通过经由同一个分配器91以气体g直接置换液体来清除间隙G2的液体。
[0089] 检测器82可以检测换能器4所发出的超声波信号。检测器能监测所述换能器的活动和/或检测由换能器4所发出的脉冲超声波信号的回声。故此，该信号能被用来测量距离d2，其进一步可被用来控制距离d2。
[0090] 针对图4或图7中所示的模式，当信号发射换能器4或81与信号检测换能器82相对时，则必须考虑当第一板31和第二板32彼此相对旋转时，所述发射和检测换能器可能会相对移动。如果发射换能器和检测换能器互相非常靠近——互相分开不超过2cm，将能达到良好的测量条件。
[0091] 图9示出了依据US5365960中所示装置的本发明的另一模式的超声波清洁装置。晶片W可被安装在旋转夹头上，该旋转夹头具有面对晶片的夹盘板75。旋转夹头可为
真空夹头，仅边缘
接触的抓持夹头，或所谓的Bernoulli夹头。可选的，晶片可为浮动的，且在液体或气体的承垫上旋转。液体被分配在晶片上，由此形成液体弯月面L1。杆状探针(固体元件)65会被带到晶片表面附近并平行于晶片表面，从而使其部分地浸入液体弯月面中。
杆状探针声学地耦合于声波换能器4。第二液体可通过中央液体分配器(未示出；类似于图8的液体分配器91)被分配至晶片与夹盘板75之间的间隙G2中。
[0092] 超声波测量信号发射换能器81及超声波测量信号检测换能器82是杆状探针的元件，并面向晶片W。向信号发射换能器81供电且用于来自检测换能器82的检测信号的线路被引导通过杆状探针。所述换能器81和82均被压入杆状探针的腔穴内。探针(固体元件)仅需要在换能器组件81、82上充分地平行于晶片以用于测量固体元件与晶片之间的距离d2。如果还校正平行，则第二换能器组件81、82是有用的。
[0093] 图10示出了依据图9所示模式的可选模式，其中信号发射换能器81及检测换能器82位于夹盘板75中。第二液体被中央液体分配器(未示出；类似于图8中的液体分配器91)分配至晶片与夹盘板75之间的间隙G2中。因夹盘板是可旋转的，故至杆状探针的距离只能在所述换能器组件81、82位于杆状探针之下时来测量。此测量可在清洁处理开始之前进行，或在换能器组件通过杆状探针时夹盘板75每次旋转一圈的情况下进行。
[0094] 图11示出了依据图10所示模式的可选模式，其中清洁换能器4被用作信号发射换能器，以及多个检测换能器82(此截面图示出了两个检测换能器82)被设在夹盘板75中。在杆状探针靠近于检测换能器82时进行测量。测量信号来自清洁换能器4，且由杆状探针65发射。
