[31]图1A表示按照本发明的一种设备的实施例的横截面图，其中兆频 声波能量直接从振动部分经基片传输到在另一表面上的清洗或处理液 体中。
[32]图1B表示按照本发明的一种设备的实施例的简化横截面图，其中 借助于真空通过在振动部件中的系列小孔可以贴着与晶体接触的振动 部件紧密地保持基片。
[33]图1BA表示图1B的实施例的放大视图。
[34]图2A表示按照本发明把空气-液体界面用作反射表面的一种设备 的实施例的简化横截面图。
[35]图2B表示按照本发明把面对基片的随机凹痕表面用作反射表面的 一种设备的实施例的简化横截面图。
[36]图2C表示按照本发明把振动板用作反射表面的一种设备的实施例 的简化横截面图。
[37]图2D表示按照本发明把转动板用作反射表面的一种设备的实施例 的简化横截面图。
[38]图3A-B表示按照本发明利用与兆频声波能量的反射相联合的流体 引入的设备的实施例的简化横截面图。
[39]图3C-D表示按照本发明利用与兆频声波能量的反射相联合的流体 引入和除去的设备的实施例的简化横截面图。
[40]图4A表示按照本发明用来进行刷子刷洗的一种设备的实施例的简 化横截面图。
[41]图4B表示按照本发明用来进行化学机械抛光的一种设备的实施例 的简化横截面图。
[42]图4C表示按照本发明用来进行与兆频声波喷嘴相结合的双重刷子 刷洗的一种设备的实施例的简化横截面图。
[43]图4D表示按照本发明类似于图4C的、但具有在处理期间经抽吸 除去流体的能力的一种设备的实施例的简化横截面图。
[44]图4E表示按照本发明的一种设备的实施例的简化横截面图，表示 基于平板振动部件设计的宽区域兆频声波喷嘴。
[45]图4F表示按照本发明的一种设备的实施例的简化横截面图，表示 基于具有多重压电晶体或振动元件的楔状元件设计的宽区域兆频声波 喷嘴。
[46]图4G表示按照本发明的一种设备的实施例的简化横截面图，表示 基于具有弯曲流体接触正面的小楔状元件的窄区域兆频声波喷嘴。
[47]图5A表示按照本发明的一种设备的垂直实施例的简化横截面图， 其中处理流体经喷射喷嘴引入。
[48]图5B表示按照本发明的一种设备的水平实施例的简化横截面图， 其中处理流体经喷射喷嘴引入。
[49]图6A表示按照本发明的一种设备的实施例的简化横截面图，其中 垂直于在两侧由液体约束的基片入射施加的兆频声波能量。
[50]图6B表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中对于入射兆频声波以适当角度定位基片，以使穿过基片的能 量传输最大。
[51]图6C表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中一个基片具有与振动部件接触的表面，而另一个基片没有。
[52]图6D表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中第一基片相对于振动部件的角度，相对于第二基片对于同一 振动部件的角度被改变或“摇摆”。
[53]图7A表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中能量从压电晶体经实心楔传输到薄平板中。
[54]图7B表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中基片能被转动。
[55]图7C表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中楔挖空有通道并且用冷却流体冲洗。
[56]图7D表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中能量从在多于一个正面上存在的多个压电晶体经实心楔传输 到薄平板中。
[57]图7E表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中能量从压电晶体经多个实心楔装置传输到薄平板中。
[58]图7F表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中能量从压电晶体经放置在薄平板的相对端部处多个实心楔装 置传输。
[59]图7G表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中能量从压电晶体经实心楔装置传输到穿过填充有液体的间隙 的平基片中。
[60]图7HA-C表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化立 体、端部、及侧视图，其中能量从压电晶体经实心楔装置传输到具有 在角形横截面的传输部件中，传输到穿过填充有液体的间隙的基片中。
[61]图7I表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面图， 其中能量从压电晶体经三角形实心楔装置的多个边缘、穿过流体填充 间隙及进入到基片中传输。
[62]图7JA-D表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截 面图，其中能量从具有各种形状的细长部件、穿过流体填充间隙传输 及进入到基片中传输。
[63]图7KA表示按照本发明的楔结构的一个实施例的简化立体图，特 征在于填充有液体的空心楔，液体经多个孔或喷嘴出去。
[64]图7KB表示图7KA的兆频声波喷嘴结构的横截面图，其中能量从 压电晶体经楔传输到基片。
[65]图8A表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中楔或装置用来借助于与楔的一个正面直接接触的基片把兆频 声波压力波转换成用于处理的表面波，并且液体喷射。
[66]图8B表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中特殊冷却部件与楔相邻。
[67]图8C表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中楔设计成包括用于冷却的空心或流体填充通道。
[68]图8D表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中压电晶体布置在楔结构的两个正面上，并且基片接触第三正 面。
[69]图8E表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中压电晶体布置在楔结构的两个正面上，并且第三正面接触处 理容器的壁。
[70]图8F表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中压电晶体布置在楔结构的两个正面上，使处理容器与楔的顶 侧相接触。
[71]图8G表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中压电晶体布置在多边形结构的多个正面上，该多边形结构具 有与顶侧形成直角的侧面并且处理容器与这个顶侧的一部分相接触。
[72]图8H表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中压电晶体布置在多边形结构的多个正面上，该多边形结构的 侧面与顶侧形成直角，顶侧的一部分与处理容器相接触。
[73]图8I表示楔结构的简化立体图，通过底侧通过薄液体层或弯液面 使压电晶体在两个正面上，这两个正面与顶和底侧成直角并且与基片 相接触。
[74]图8J表示按照本发明的一种处理设备的可选择实施例的简化立体 图，类似于在图8I中表示的，不同之处在于，楔的侧面与楔的顶和底 侧形成角度。
[75]图8KA-C表示按照本发明的楔结构的实施例的简化立体图。
[76]图8LA-B分别表示按照本发明的楔结构的另一个实施例的简化立 体和边缘图。
[77]图9A-B表示按照本发明的设备的可选择实施例的简化横截面图， 该设备利用换能器的直接冷却。
[78]图10表示按照本发明的利用声波能量进行障碍后面的处理的一种 超声波处理设备的一个实施例的简化横截面图。
[79]图11描绘按照本发明的一种超声波处理设备的另一个实施例的简 化横截面图，其中弯曲的槽壁提供用于入射超声波能量的反射表面。
[80]图12表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中入射声波能量的反射出现在由气体包围的槽的弯曲壁处。
[81]图13表示包括容易能够反射声波能量的空心、气体填充管或板的 部件的简化横截面图。
[82]图14表示包括呈现半圆形横截面的简化横截面图，其中声波能量 在用于能量传输的优选角度范围内入射。
[83]图15表示呈现椭圆横截面的部件的简化横截面图，其中声波能量 在用于能量传输的优选角度范围外入射，并且反射离开该部件。
[84]图16表示常规盒设计的简化立体图。
[85]图17表示另一种常规盒设计的简化立体图。
[86]图18A表示按照本发明的一种盒的一个实施例的简化端视图。
[87]图18B表示在图18A中表示的盒的简化等轴测图。
[88]图18C表示矩形板元件支撑部件的简化放大侧视图，该支撑部件具 有周期凹槽以包含多个基片的边缘。
[89]图19表示按照本发明的一种盒的可选择实施例的简化端视图。
[90]图20A表示三支撑布置的简化横截面图。
[91]图20B表示图20A的盒的V形支撑部的简化放大横截面图。
[92]图21表示非矩形支撑部件的简化放大横截面图。
[93]图22表示一种典型矩形支撑部件的简化放大横截面图，该支撑部 件包括第一内部材料和第二外部材料的复合。
[94]图23A和23B分别表示倒V形支撑部件的简化立体和横截面图， 该支撑部件包括板元件，该板元件具有用来支撑晶片的边缘的凹槽， 并且允许流体流动。
[95]图24表示用于平底槽的宽矩形支撑部件的简化横截面图，该平底 槽具有底部安装的换能器。
[96]图25表明按照本发明的可选择实施例，其中盒包括多个垂直定向 的支撑板元件。
[97]图26表示采用这样一种流体动力支撑部件的以绕该部件移动声波 移动的本发明的可选择实施例的简化横截面图。
[98]图27表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中处理流体的流动绕开待处理的基片，并且声波能量跟随流体 路径。
[99]图28表示待处理的、浸没在传统处理槽中的周围液体中的部件的 简化横截面图。
[100]图29A-B分别表示横截面图和示意图，表明在近场的生成能量场 中的不均匀性。
[101]图30表示包括换能器的兆频声波能量源的简化横截面图，该换能 器包括多个单独的压电晶体。
[102]图31表示兆频声波发生器的简化横截面图，该兆频声波发生器的 特征在于，修改的换能器与顺序启动发生器相连通，该顺序启动发生 器顺序启动各个压电晶体。
[103]图32表示传统兆频声波清洗系统的简化横截面图，该兆频声波清 洗系统构造成把能量施加到在槽中的部件上，使发射的能量平行于基 片的表面。
[104]图33表示按照本发明的一种设备的实施例的简化横截面图，该设 备的特征在于，第二换能器元件相对于布置在槽的底部上的第一换能 器元件以90°或接近90°包括在垂直壁上。
[105]图34表示按照本发明的一种设备的另一个实施例的简化横截面 图，该设备的特征在于，第一换能器元件一个倾斜底壁上，而第二换 能器元件布置在另一个壁上。
[106]图35表示按照本发明的一种设备的另一个实施例的简化横截面 图。
[107]图36表示按照本发明的一种设备的另一个实施例的简化横截面 图，该设备的特征在于，辅助元件添加到在V形上方的突出物上，以 允许能量穿过槽的壁的倾斜侧的正面发射。
[108]图37表示按照本发明的一种设备的另一个实施例的简化横截面 图，该设备的特征在于，振动部件与基片分离一段距离。
[109]图38表示按照本发明的另一个实施例的简化横截面图，包括彼此 平行对准并且借助于插入在它们之间的基片隔开的两个振动部件。
[110]图39表示用来采用振动能量以增强基片的处理的一种设备的一个 实施例的简化横截面图。
[111]图40表示按照本发明的用来采用振动能量以增强基片的处理的一 种设备的可选择实施例的简化横截面图。
[112]图41表示按照本发明的采用振动能量以增强基片的处理的一种设 备的另一个可选择实施例的简化横截面图。
[113]图42表示按照本发明的用于振动能量的施加以增强基片的处理的 一种设备的又一个可选择实施例的简化横截面图。
[114]图43表示按照本发明的、包括用来产生振动的机械结构的一种处 理设备的再一个可选择实施例的简化横截面图。
[115]图44表示按照本发明的一种处理设备的另一个可选择实施例的简 化横截面图。
[116]图45表示按照本发明的、包括构造成在正确的角度范围内操作以 产生振动声波喷嘴的一种处理设备的另一个可选择实施例的简化横截 面图。
[117]图46表示按照本发明用于电化学处理的一种处理设备的一个实施 例的简化横截面图。
[118]图47表示按照本发明的一种处理设备的另一个可选择实施例的简 化横截面图。
[119]图48表示按照本发明用来进行电化学处理的一种设备的另一个实 施例的简化横截面图。
[120]图49表示按照本发明的一种设备的可选择实施例的简化横截面 图，其中电极相对于从振动部件入射的声波能量的方向以位于临界角 范围之间的角度布置。
[121]图50表示按照本发明的一种电化学处理设备的另一个实施例的简 化横截面图。
[122]图51表示按照本发明的一种电化学处理设备的实施例的简化横截 面图，其中转动基片支架，该支架在化学浴槽内支撑基片。
[123]图52表示按照本发明的利用开口电极结构的一种电化学处理设备 的实施例的简化立体图。
[124]图53表示一种处理设备的可选择实施例的简化横截面图，该处理 设备类似于在图48中表示的设备，但其特征在于基片在浴槽内支撑在 电极上方，电极对于流体流动敞开。
[125]图54表示按照本发明的一种处理设备的另一个可选择实施例的简 化横截面图，该设备相对于在图53中表示的设备被颠倒，而其特征还 在于机械振动器而不是压电晶体。
[126]图55表示按照本发明的一种处理设备的又一个可选择实施例的简 化横截面图。
[127]图56表示按照本发明的一种结构的可选择实施例的简化横截面 图，其中成形电极呈现泪滴或翼状轮廓，以便促进浴槽流体以层流而 不是紊流流动的平稳或稳定流线特性循环。
[128]图57表示按照本发明的利用产生压降的一种设备的一个实施例的 简化横截面图。
[129]图58表示按照本发明的一种处理设备的又一个可选择实施例的简 化横截面图。
[130]图59描绘实施例的简化横截面图，其中基片和电极由薄流体层分 离，而不完全浸没在液体浴槽内。
[131]图60表示按照本发明的利用微波能量的一种设备的另一个实施例 的简化横截面图。
[132]图61A-B分别表示按照本发明的一种设备的垂直和水平定向实施 例的简化横截面图，其中超声波能量直接从振动部件经基片传输到在 另一个表面上的残余液体中。
[133]图62表示按照本发明的使用比较不可压缩流体的一种设备的实施 例的简化横截面图，其中间隙变得很大并且仍然具有显著的能量传输 发生。
[134]图63表示按照本发明的一种处理设备的又一个实施例的简化横截 面图，其中能量穿过在两侧由液体约束的基片传输，从而基片的厚度 应该匹配偶数倍四分之一波长。
[135]图64表示用来用二氧化碳雪状物(干冰)和/或低温氩气溶胶的射 流进行基片的清洗的一种设备的一个实施例的简化横截面图。
[136]图65表示按照本发明的一种设备的实施例的简化横截面图，该设 备用来进行激光冲击清洗。
[137]图66表示按照本发明的一种处理设备的可选择实施例的简化横截 面图，其中基片通过真空抽吸夹持在基片支架上。
[138]图67表示按照本发明的一种设备的另一个实施例的简化横截面 图，其中基片定位在利用机械振动的基片支架中。
[139]图68表示按照本发明的一种设备的又一个实施例的简化横截面 图，其中液体层形成在基片的表面上，该基片固定在组合基片支架/振 动部件上。
[140]图69表示按照本发明的一种设备的另一个实施例的简化横截面 图，该设备的特征在于，用于气体/液体/固体射流的超声波喷嘴用来在 射流撞击基片的表面之前在气体/液体/固体射流中形成压力脉冲。
[141]图70表示按照本发明的一种设备的另一个实施例的简化横截面 图，该设备的特征在于，与振动部件一起使用兆频声波喷嘴。
[142]图71表示按照本发明的包括微波能量的一种处理设备的实施例的 简化横截面图。
[143]图72表示按照本发明的包括基片支架冷却器或加热器的一种处理 设备的一个实施例的简化横截面图。
[144]图73表示按照本发明的一种处理设备的可选择实施例的简化横截 面图，其中在处理期间基片包含在加压到大气压力以上的外罩内。
[145]图74表示按照本发明的一种处理设备的实施例的简化横截面图， 该设备的特征在于，压电晶体附加到处理腔室的至少一个壁的外部上， 使该壁的厚度选择成近似等于施加的声波能量的奇数倍四分之一波 长，以使能量耦合最大。
[146]图75表示按照本发明的一种处理设备的实施例的简化横截面图， 该设备的特征在于，晶体约束到振动板上，该振动板刚性地附加到腔 室壁上。
[147]图76表示按照本发明的一种处理设备的一种设计的简化横截面 图，其中来自移动反射器的反射撞击在静止基片上。
[148]图77表示按照本发明的一种处理设备的一种设计的简化横截面 图，其中声波能量弹离基片和弹离容器的壁。
[149]图78表示按照本发明的一种处理设备的简化横截面图，其中基片 在移动中，并且同时从在容器外的压电晶体接收声波能量。
[150]图79表示按照本发明的一种处理设备的可选择实施例的简化横截 面图，该设备的特征在于有射流，该设备包括超临界流体的独特物理 和化学性质及具有流体射流的流体动力性质的声波能量的好处。
[151]图80表示按照本发明的一种处理设备的可选择实施例的简化横截 面图，其中均匀低速度的部分可凝结气体溢过基片的正面。
[152]图81表示按照本发明的、具有为穿过基片能量传输定向的振动部 件的一种基片处理设备的可选择实施例的简化横截面图。
[153]图82表示按照本发明的、具有为穿过基片能量传输定向的振动部 件同时提供基片转动的一种基片处理设备的可选择实施例的简化横截 面图。
[154]图83表示按照本发明的、具有在槽的高度隔开的换能器形式的多 个振动部件的一种基片处理设备的可选择实施例的简化横截面图。
[155]图84表示按照本发明的一种基片处理设备的可选择实施例的简化 横截面图，该设备的特征在于，换能器对形式的多个振动部件与具有 三角形横截面的楔相物理接触。
[156]图85表示按照本发明的一种基片处理设备的可选择实施例的简化 横截面图，该设备的特征在于，多个换能器形式的多个振动部件与具 有多边形横截面的楔相物理接触。
[157]图86表示按照本发明的一种基片处理设备的可选择实施例的简化 横截面图，其中多个振动部件构造成进行水平支撑的基片的处理。
[158]图87表示按照本发明的一种基片处理设备的可选择实施例的简化 横截面图，该设备利用单个处理液体射流喷射和来自具有多个声波喷 嘴元件的平板宽区域声波喷嘴设计的多个振动源。
[159]图88A表示按照本发明的一种设备的实施例的简化横截面图，该 设备的特征在于，在声波能量源与基片之间有衍射格栅。
[160]图88B表示按照本发明的实施例的衍射格栅的一个例子的平面图。
[161]图88C表示按照本发明的实施例的使用的衍射格栅的另一个例子 的平面图。
[162]图88D表示图88C的一部分的放大图。
[163]图88E表示按照本发明的利用衍射格栅的一种设备的可选择实施 例的简化横截面图。

[164]一种包括兆频声波能量的加压处理系统，公开在为了所有目的由此 包括的美国非分案专利申请No.10/150,748中。一种用于在加压系统中 的快速、有效及高效率的基片加热的技术，公开在也为了所有目的通 过参考包括在这里的美国非分案专利申请No.10/456,995中。也为了所 有目的通过参考包括在这里的是出版的美国专利申请no.2001/0013355 A1。
[165]按照本发明实施例的设备一般涉及兆频声波能量的施加以增强借 助于流体的基片的处理。基片布置在构造成接收处理流体的处理区内， 并且暴露于兆频声波能量。
[166]基片不必浸没在处理流体中，该流体能在基片表面上以小滴或薄膜 (弯液面)的形式存在。另外，处理区可以，但不必，由壁或槽部分 地或完全地封闭，以便包含流体。此外，处理区能，但不必，封闭在 处理容器内，以允许在升高或降低的压力下处理。
[167]在传统上，术语“兆频声波”用来描述具有约700-1800kHz频率 的超声波声能，而术语超声波已经用来描述当应用于半导体基片处理 时约20-200kHz的较低频率范围。为了本申请的目的，术语“兆频声 波”用来描述可以应用于处理各种基片的具有约10-10,000kHz频率的 声能。因此，术语“兆频声波”在本专利申请中与“超声波”可互换 地使用。
[168]一般地说，为了实现基片的有效和高效率清洗和处理，重要的是， 均匀地施加兆频声波能量。在历史上，压电晶体已经附加到振动板上， 或直接附加到槽壁上。振动板或有源槽壁已经声学地或声波地与处理 或清洗溶液耦合。这些振动部件一般位于处理槽的底部中或最近多在 侧壁上。当以RF频率激励压电晶体时，它们使振动板振动，这又使一 系列压力或膨胀波经溶液传播。待处理或清洗的基片悬在溶液中。对 于半导体基片，压力波在两侧、平行于晶片表面向上流动，使清洗或 反应发生。
[169]为了从振动部件向基片高效地传输能量，在振动部件与基片之间的 有效声波耦合应该发生。这一般通过把能量从振动板传输到溶液、和 然后从溶液传输到基片而实现。对于更好的耦合，输入到压电晶体中 的较多能量传输到处理容器，并且最终传输到基片。对于较差的能量 耦合，较多能量当它反射回发生器时被浪费或转化成热量，使晶体的 冷却和更坚固的发生器设计成为必要。作为较差耦合的结果，较少实 际能量可能施加到给定基片上，这导致更长的清洗和处理时间。
[170]按照本发明的实施例提供以减轻对于传统设计提到的担心和限制 的方式把兆频声波能量引到基片表面的设计。本发明的多个实施例提 供在把非常均匀的能量场输送到各种基片表面的方面的很大灵活性， 以及提供可选择的能量波图案，特别是在基片的表面上。例如，大多 数兆频声波设计基于经对于基片表面的流体边界产生和发射的膨胀波 (也称作纵向或压力波)。这里公开的新发明的实施例的一些也基于 产生和使用剪力和表面波。在基片中由这些不同波类型产生的波模式， 能与以前对于其中从振动部件仅发出纵向波的传统兆频声波系统看到 的不同地，冲击在基片表面上的颗粒。
[171]在新发明的一个实施例中，使振动板与基片的一个表面紧密接触， 同时清洗或处理流体接触另一个表面。这个实施例表示在图1A中，其 中兆频声波能量直接从振动部件104经基片102传输到在另一表面上 的清洗或处理液体110中。
[172]保证在基片102与提供合理能量传输的振动部件之间的适当接触 的多种方法是可能的。例如，对于光滑基片表面和光滑振动部件表面， 基片102可以借助于真空通过在振动部件中的一系列小孔和真空管114 紧密地保持贴着与晶体106接触的振动部件105，如在图1B-1BA的实 施例中表示的那样。另外，如图1BA中所示，凹坑116能加到振动部 件中，以与待处理的基片的横截面相匹配。
[173]良好的物理接触本身不会保证在基片与振动部件之间的良好能量 耦合。当基片与振动部件紧密接触时为得到最佳能量耦合的一种有效 方式，是使振动部件的和基片的厚度之和等于兆频声波能量波的奇数 倍四分之一波长(nλ/4，其中n＝1，3，7…)。必须考虑声在每种材料 中的速度，以确定对于该材料的对应厚度。与这个最佳厚度的偏差越 大，耦合越差并且传输的能量越少，即使对于显著的物理接触也是这 样。在多个实施例中，具有在这个希望基片厚度的+/-30％内的波长的 兆频声波能量的传输可能足以把适当的能量传输到基片。
[174]在理论上，当压电晶体具有正确厚度并且在其固有谐振频率下操作 时，振动部件的厚度、或振动部件和接触基片的组合，应该等于入射 辐射的波长的四分之一。然而，在实际中，压电晶体能部分类似于振 动产生元件和部分类似于振动部件起作用。
[175]这种结果改变振动部件的优选厚度稍微离开理论值，特别是当晶体 不在其固有谐振频率下操作时。为了本发明的目的，在理论与实际厚 度之间的轻微差别对于每个可能实施例没有被量化。然而，这些厚度 差别常常较小，并且一般落在以上列出的规定范围内。
[176]为了本专利申请的目的，“振动部件”定义为对其附加诸如压电晶 体或机械致动器之类的振动元件的部件，如槽壁、平板或楔正面；或 该部件和振动元件的组合。因而振动部件的厚度可能仅指承载振动元 件的部件的厚度，或者可以指该部件加上振动元件的组合厚度。
[177]基片通过全部或部分浸没由处理流体湿润，或者使流体直接喷射到 基片上，或者使挥发性气体或蒸汽随着在处理容器内的温度变化而凝 结。特别是对于浸没手段，当兆频声波能量从振动部件发出到液体中， 或者从彼此紧密接触的基片和振动部件的组合发出到液体中时，在从 基片的表面进入液体中的距离处，能量场不可能均匀。由于能量波的 局部增强和抵消，在这个距离内能建立驻波。这些驻波能导致不均匀 性的斑点。这个不均匀场强度的区常常称作近场，并且依据入射能量 的频率和强度，一般延伸到远离振动表面在十个波长的量级上的距离。 对于水，在800KHz频率下的十个波长转换成近似1.85cm的距离。多 种常规批量处理系统设计成保持基片离开振动部件(或槽壁)大于这 个量，以便避免近场的不均匀本质。
[178]在其中基片和振动部件紧密接触的另一个实施例中，提供反射表 面，以使发出的能量反射回近场中，并且使它更均匀。反射装置的各 种例子表示在图2A、2B、2C及2D中。装置的一些是静态的，如图 2A的空气-液体界面202、或面对图2B的基片的随机凹痕表面204。
[179]如这里使用那样，术语“静态”不必指静止。它的意思是指其中部 件不经受主动机械扰动或重复移动的情形。
[180]在图2A的空气-液体界面202的情况下，在操作期间当液体的表面 移动时，能量在这个界面处被比较随机地反射回。这个界面可能出现 在处理容器内的流体液位的顶部处，或者当气泡被产生或引入到在能 量路径内的处理流体中时可能出现。
[181]在其它情况下，反射装置是动态的或移动的，如图2C的振动反射 板206或图2D的转动反射板208。动态装置把能量反射回，以抵消在 场内的不均匀性的斑点。在重复的同时，这些移动反射装置往往扫过 穿过近场的穿过基片的表面的声波能量的建设性和破坏性干涉的点。 尽管不是真正的随机反射，但在整个时间上它们往往使在近场中的能 量图案和接触基片那些能量图案更均匀。
[182]无论移动还是静止，反射部件都应该构造成反射而不是发射兆频声 波。当与振动部件分离时，有效的反射部件可以由具有近似等于能量 波的奇数倍的四分之一波长的厚度，如果反射部件与振动部件紧密接 触则供给很强能量耦合的相同组合厚度，的实心材料构造。不管反射 部件的厚度，特征在于在反射部件的另一侧上有气体或真空的实施例 将产生有效反射，很像关于在气体-液体界面处的情形。
[183]图3A和3B表示按照本发明的实施例，其中流体引入与兆频声波 能量的反射相耦合。反射与流体引入的结合不仅能使能量场更均匀， 而且也可以增加靠近基片的表面的加工化学的均匀性。当希望受控的 化学反应发生在基片表面处时，在基片表面处的均匀深度和温度变得 更重要。
[184]图3C和3D表示按照本发明的实施例，其中流体引入不仅与兆频 声波能量的反射而且与流体除去相耦合。像图3A-B的实施例，流体经 导管302引入。然而，在图3C-D的实施例中，流体同时或以后经局部 导管304除去。因而能实现处理，其中流体都被局部地引入和除去。
[185]至此，以上描述着重于反射声波能量的使用，以增强在近场区中的 处理的质量。然而，按照本发明的实施例也可以利用反射的声波能量 以实现基片区的处理，这些基片区否则被遮挡免于接收该能量，例如 由介入的基片支撑部件遮挡。
[186]下面在章节A中提供利用反射声波能量的这样的可选择实施例的 讨论。下面在章节B中提供用来避免基片区的声波遮挡的其它手段的 讨论。
[187]并且尽管以上描述着重于反射声波能量的使用以增强在近场区中 的处理，但按照本发明的可选择实施例可以利用其它技术。一种这样 的可选择手段是改变施加的声波能量的特性，并且下面在章节C中详 细讨论。
[188]按照本发明实施例的特别感兴趣的两种应用是刷子刷洗和化学机 械抛光(CMP)处理。图4A和4B分别表示用于刷子刷洗和CMP的 实施例，其中兆频声波能量穿过基片发射，并且直接进入刷子402或 垫404中。以这种方式，机械能量和兆频声波能量同时聚焦在基片的 单个斑点或区处。
[189]在图4A和4B中表示的手段的一个好处可能在于，当刷子402正 在从光滑基片表面部分除去宏观颗粒时，兆频声波能量同时把颗粒升 到诸如沟槽和通路之类的凹坑外。相反，常规系统限于把兆频声波能 量施加到诸如刷子或CMP垫之类的机械部件的侧面或周缘上，因为这 些机械部件一般不利于能量的传输。因而这些常规系统只能顺序地而 不是同时地把机械和兆频声波能量施加到基片上。
[190]按照本发明的一个另外实施例能包括局部液体进给，使液体经抽吸 除去。这样一个实施例有助于从诸如沟槽和通路之类的基片凹下区除 去有害材料。下面叙述处理液体的同时添加/除去的进一步讨论。
[191]按照本发明的实施例不要求基片完全浸没在液体中。在图5A中表 示的另一个实施例中，在基片500和振动部件502紧密接触的地方， 由于液体504的喷射，处理流体可以湿润暴露的表面。
[192]尽管图5A描述垂直定位的基片和振动部件，但它们能可选择地水 平定位，如图5B中所示。连续喷射504补充在基片500的表面上的处 理流体的膜，从而能量在基片表面处能化学相互作用。这个实施例能 在设计单晶片处理设备时使用。
[193]在可选择实施例中，能量可以穿过在两侧由液体602约束的基片 600传输，使兆频声波能量604的入射与基片表面正交。图6A表示这 样一个实施例，其中基片厚度应该匹配施加的兆频声波能量的四分之 一波长的偶数倍(nλ/4，其中n＝2，4，6，8…)。常规兆频声波清洗 系统在穿过或穿过硅晶片传输能量方面不是非常成功，因为它们使用 要求比实际的厚得多的晶片的兆频声波频率/波长。
[194]在另一个实施例中，能量可以有效地穿过浸没在液体中的比较薄的 基片传输，即使基片厚度不接近刚才描述的四分之一波长的偶数倍。 如图6B中所示，当对于入射兆频声波以适当角度定位基片600时，这 可以实现。对于流体/基片/流体排列，这个入射角度应该位于第一与第 二临界角之间。
[195]在用于非破坏性测试的声波理论中，术语第一和第二临界角可以具 有良好限定的意思。例如，当在一种介质中行进的入射膨胀波撞击具 有更高阻抗的第二材料的表面时，入射波能在第二材料中形成膨胀波 和剪力波。
[196]当对于第二材料的表面的入射波的角度增大时，产生的折射膨胀和 剪力波的角度也增大。当膨胀波折射到90°时的角度(与第二材料的表 面相平行)命名为第一临界角。当折射剪力波对于表面成90°时，第二 临界角出现。
[197]然而，为了本专利申请的目的，第一临界角定义为入射角，当基片 浸没在液体中并且不垂直于能量入射定位时，在该入射角下穿过基片 传输显著部分的入射能量。第二临界角定义为标志显著能量传输的停 止的入射角。
[198]临界入射角最佳范围在不同条件下可能不同。在声波能量施加到由 液体包围的部件上的场合，临界角将在约18-58°之间的范围内，更优 选地在约25-50°之间，及最优选地在约30-45°之间。在这样的入射角 下，显著量的能量穿过基片传输，而如果兆频声波以在这些范围外的 角度撞击在基片上，则期望较少能量传输。
[199]例如，当角度变得更大或更小时，传输较少能量并且反射较多能量， 特别是对于接近90°(与到基片表面的法线偏离0°)的角度，其中对于 与偶数倍四分之一波长的以上叙述规则不相符的厚度的基片，出现很 少耦合。
[200]按照本发明借助于能量的穿过晶片传输的另外优点在于，能同时处 理多个基片。这对于图6B的实施例是真实的，其中液体接触基片的两 个表面。这对于在图6C中表示的实施例也是真实的，其中一个基片 600a具有一个与振动部件相接触的表面，并且另一个基片600b没有。
[201]单个波能穿透的基片的数量不是无限制的。由于基片的每一个的厚 度、和基片之间的液体条件，出现信号的某种衰减。
[202]按照本发明的另一个潜在优点在于，在表面处的波动力学和相互作 用不同于对于传统设计所出现的。这些新的和不同的相互作用可以在 基片表面处在污染物颗粒上生成不同的力。
[203]不想由任何特定理论约束，穿过基片能量传输可以按如下设想。当 在液体中的传播膨胀兆频声波以适当角度碰到基片表面时，它在实心 基片中/上转换成剪力波。在基片中的剪力波当它从基片的相反侧发出 时，然后转换回膨胀或压力波。在除液体之外的气体或真空存在于基 片另一侧上的场合，剪力波能沿基片作为剪力或表面波继续，或者被 部分或全部反射。
[204]包括入射、反射、折射及模式转换的波动力学的概念在古典声学和 弹性理论中是熟知的。这些概念描述到，膨胀波涉及在与波传播的相 同方向上的粒子移动。对于仅在固体中出现的剪力波，粒子移动与传 播的方向成直角。对于在固体半空隙上的自由表面，粒子移动是复杂 的，并且远离表面迅速衰减。表面波也能形成在薄基片中，常常形成 在包括多个薄层的基片中。
[205]在表示穿过其厚度不近似于施加的兆频声波能量的偶数倍四分之 一波长的基片的能量传输的另一个实施例中，兆频声波能量可以取向 成垂直于基片的表面。同时，大量流体移动可以产生与基片表面平行 的流体速度。流体速度被调节，从而在其下兆频声波能量撞击基片表 面的合成角度在有利于穿过基片能量传输的角度范围内。例如，在兆 频声波能量在近似一兆赫兹的频率下的场合，估计能选择近似每秒六 米的水流体速度，以产生可接收的合成角度。因为合成角度的范围对 于穿过基片能量传输是可接收的，所以能利用在每个频率下的流体速 度范围。如下面更详细讨论的那样，没有显著混合的处理流体的稳定 流动是优选的，以在液体内保持声波能量的传送的完整性。
[206]大量流体移动能以各种方式产生，包括但不限于泵送、重力进给、 及在适当角度下第二兆频声波的引入。希望使由两个独立波的相交产 生的能量图案的合成角度，对于可接收穿过基片能量传输落在可接收 角度范围内。当第一兆频声波和第二兆频声波的频率类似时，两个波 的相交能为接近直角。由于声冲流速度是频率和强度的函数，所以不 相似的频率和强度能以其它角度生成。
[207]可选择地，能建立在基片与振动部件之间的相对移动，以产生在上 述流体速度的量级上的相对速度。相对移动能是直线的、或在转动情 况下的角度的。这些手段的任一种能导致增强的穿过基片的能量传输， 其中基片的厚度不与上述的施加兆频声波能量的1/4λ的近似偶数倍不 相符。
[208]在另一个实施例中，可以移动或振动对于来自振动部件的兆频声波 能量的入射以角度定位的第一基片。这种移动能沿x和y轴出现。这 种移动能表示在图6D中，其中第一基片600a相对于振动部件角度， 相对于第二基片对于同一振动部件606的角度被改变或“摇摆”。作 为这种“摇摆”的结果，穿过这个第一基片传输和接触第二基片的合 成能量场变化。
[209]场的这种变化能包括强度以及方位的变化。当第一基片具有近似兆 频声波能量的四分之一波长的偶数倍的厚度时，场的合成变化能特别 明显。变化的场基本上引起穿过第二基片的表面的能量的连续扫过。 第二基片能是任何厚度，或者甚至平行于振动部件定位。能量场不均 匀性因而能在整个时间上在周围移动，基本上使生成的时间平均场更 均匀，这在某些条件下可能又导致更均匀的处理。
[210]尽管在图6D中振动基片表示为均匀厚度的平板状物体，但振动基 片可以具有变化的厚度。它可以成形为凹或凸透镜状结构。另外，尽 管表示为平行于振动部件保持，但第一基片能以某一选择的角度定位， 或者允许在某一角度范围上摆动。
[211]在基片与振动部件之间直接接触的另一个好处是，只要求基片和振 动部件的厚度之和近似等于兆频声波能量的奇数倍四分之一波长。因 而当基片厚度变化时，振动部件的厚度能容易地被调节以便补偿。这 避免要求新的产生频率，新的产生频率当今可能难以或不可能实现成 本有效。
[212]在图7A中表示的另一个实施例中，能量从压电晶体700经实心楔 702传输到薄平板704中。以适当的角度，由安装在振动部件上的压电 晶体产生的膨胀或纵向压力波经实心楔传输，并且在薄实心板中转换 成剪力或表面波。当接触板的厚度在一个波长或更小的量级上时，表 面/剪力波有时称作Lamb波。对于较厚的板，这些表面波可以叫做 Rayleigh波。对于具有一层比一层薄的多层板，合成表面波可以叫做 Love波。波动力学在每种情形下可以不同。
[213]另外有沿板的长度传输的扭曲和挠曲波。每种类型的波有其自己的 特定表面移动，该表面移动能转换成施加到表面粒子上的不同的力。 尽管其它长度和厚度对于处理可能是有效的，但为了对于不同的用途 使沿平板的能量传输最大化，其厚度和长度一般应该控制到一定倍数 的四分之一波长值。
[214]对于在图7A中描绘的楔/平板实施例，待清洗或处理的基片708保 持成与振动板部件相平行，并且保持在形成间隙的分离距离处。在基 片与振动部件之间的间隙填充有处理液体。能量从振动部件经液体706 传输到基片中。理想地，间隙应该在施加的兆频声波能量的偶数倍1/4λ 的量级上。在实际中，由于间隙填充有较不可压缩的液体，其厚度能 大大地变化。可选择地，基片能与板振动部件直接接触。
[215]当楔挖空有通道710并且用冷却流体冲洗时，出现这样一种楔布置 的另外优点，如在图7C的实施例中表示的那样。压电晶体往往在操作 期间变热。能量耦合的效率越低，操作温度越高。而且，较高的施加 功率密度往往产生较高的晶体操作温度。因为在各种胶粘材料与压电 晶体和振动部件之间的不同膨胀，较高的操作温度使得更难以保持附 加到振动部件上的压电晶体。在过高温度下，晶体甚至可能释放其起 作用的能力。因此在操作期间冷却它们的高效方式是重要的。
[216]作为对于在楔内的冷却通道的选择例，另一种类型的冷却结构能附 加到表面之一上，这样一种可选择的冷却结构可包括Peltier(热-电) 冷却器或某种其它无液体装置。
[217]
[218]按照本发明的另外实施例表示在图7D的简化横截面图中，其中压 电晶体700放置在楔设计702的多侧702a-b上。晶体可以以相同或以 不同的频率操作。这些晶体的操作频率的变化能导致在整个时间上增 强能量场均匀性。
[219]尽管图7A至7D的实施例表示单个楔装置，但本发明不要求这一 点。第二装置703可能存在，如在图7E-F的简化横截面图中表明的那 样。在图7E中，在第一楔装置702和传输板704下直接添加第二楔装 置703。在图7F中，第二楔装置703能放置在传输板704的相对端部 上，使基片位于它们之间。
[220]可选择地，人们能把楔装置与平板振动部件相组合。当用于基片处 理时，楔装置和平板振动部件的这样一种组合可以产生非常规声波能 量图案。这些图案可以包括同时导致复杂波形、和在波形与污染物颗 粒之间的复杂相互作用的表面和压力波。
[221]尽管图7A-F的实施例的楔装置的横截面形状表示为直角三角形， 但这也不是由本发明所要求的。例如，按照一个可选择实施例，楔装 置的横截面轮廓能呈现30°的两个角度、和120°的另一个。
[222]况且，尽管图7A-F的实施例的楔装置的横截面轮廓表示为三角形， 但这也不是由本发明所要求的。对于离开晶体、经表面以某一非零角 度作用的能量波，其它形状可能是有利的。不仅能使用小于30°或大于 60°的角度，而且如图8F-H中所示，甚至在一定条件下能使用90°的角 度。
[223]这样的楔状装置可以呈现由常规平板振动部件不能实现的几个有 用特性。首先，各个晶体的能量强度在用于能量传输的正面上能组合 成单一较大能量输出。
[224]第二，来自各个晶体的能量可以比较均匀地在目标正面上散开。尽 管一般大于各个晶体的面积，但它也能较小。因而在有源正面上的能 量强度(能量密度)能与在各个晶体上的能量密度大不相同。这与其 中在兆频声波频率下的声波能量被良好准直、并且通过板在能量发射 的边缘(晶体外形)外迅速减小的常规平板振动部件相反。
[225]第三，有可能在相似或不同频率下操作各个晶体，导致用于基片处 理的组合波形。常规压电晶体在激励时像大量分离和独特的振动点源 作用，导致在近和远场中的各种波干涉相互作用。当来自各个或多个 晶体的输出波穿过适当角度通过模式转换时，如在楔状结构中，认为 或许从其发射声波能量的生成致动表面实际上可以有点更像在由组合 波形支配的条件下作用的均匀点源集。
[226]而且，杆仅提供用于与振动元件相接触的很小横截面面积，以便沿 其长度传输能量。这样一种很小能量传输横截面要求，振动元件以高 能量密度或强度操作，以便沿杆传输足够的能量以完成处理。
[227]本发明的楔设计与美国专利6,463,938(“′938专利”)相反，其 中来自附加到细长杆的端部上的压电晶体的膨胀波沿杆的长度传输。 只是杆而不是板，在任何时间仅能出现在杆与基片之间的很小相互作 用面积。在′938专利中为了处理或覆盖整个基片表面，必须转动基片。
[228]然而，对于当前发明的实施例，不需要基片转动。图7B表示这样 的可选择转动的实施例的简化横截面图。
[229]对于产生剪力或表面波的楔设计，不仅不同的波形用来传输能量， 而且在基片与振动部件之间的很大接触面积也能存在。尽管基片的转 动或移动、或振动部件的转动或移动也有可能增强处理，但它不是要 求的。
[230]按照本发明的可选择实施例可以利用用于与振动元件接触的较大 表面面积、大得多的振动元件、或甚至以较低能量强度或密度操作的 几个振动元件、或这些方面的组合。振动元件的较低能量密度操作一 般转换成要求较少冷却的较低操作温度。
[231]′938专利描述了利用各种形状的杆把能量从压电晶体传输到基片 表面。然而，按照本发明的实施例，能使用各种各样的形状，包括各 种细长传输部件。
[232]例如，在图7G、7H、7I、及7K中，传输部件的横截面是三角形 的。在图7G中，两个倾斜边(相对于基片表面倾斜)的每一个以可能 实际增强施加声波能量穿过基片708的厚度的传输的角度定位。在一 定处理条件下，能量的倾斜入射可能导致更好的清洗或减小的损坏。
[233]在图7H的实施例中，不是像在图7G的实施例中那样把晶体直接 附加到三角形的顶部上，而是使楔装置702与三角形部件720的顶部 表面相接触。在图7I中表明的传输部件722具有与在图7G中表示的 相类似的横截面形状，不同之处在于晶体700附加到倾斜边的一个或 两个上，并且第三边被转动180°并且保持与基片表面708相平行。在 图7G的实施例中与基片表面平行但与它隔开的平边，代之以靠近基片 表面定位。
[234]在图7J的实施例中，使用呈现“w”形的传输部件72。按照这个 实施例，晶体700能或者直接附加到部件724上，或者附加到楔上， 该楔附加到该部件上。
[235]尽管图7G至7J的实施例已经表示了呈现三角形横截面的能量传输 部件，但这不是由本发明所要求的。其它形状也可能是有用的。这样 的其它形状能包括使一个角部倒圆或弄平的三角形形状(图7JC)，或 者能包括具有如图7JB和7JD中表明的下凹和/或上凸部分的横截面。
[236]大多数常规批量型兆频声波系统利用平板振动部件，该平板振动部 件具有附加到适当厚度的平板上的、或附加到适当厚度的槽壁上的压 电晶体。在传统上，接触处理流体的这些振动部件表面是光滑的和平 的。当希望穿过基片的能量传输时，对于某些用途非平板设计可能是 希望的。在这样的情况下，接触处理流体的振动部件的表面(平板或 内侧槽壁)能具有成轮廓的横截面。
[237]例如，在图7JB和7JD中表示的横截面能延伸到广泛得多的结构。 多种其它轮廓是可接收的。
[238]在这样的情况下，生成振动板表面可能显得具有锯齿或洗衣板(波 纹)横截面。重复的“波动”表面能使流体以各种角度被推离振动板 表面。这样的成轮廓横截面也能应用于楔型装置，不仅仅是平板振动 部件。
[239]初看上去，构造有意产生能量和流体流动场干涉图案的振动部件可 能似乎是与直觉相反。明确地说，现有技术一般强调使能量干涉最小 的设计。在按照本发明的一定实施例中，有意产生干涉图像的设计是 可接收的，并且甚至是优选的。然而，由于建立这样的各种流体和声 波干涉图案，所以施加声波能量的频率和强度的变化能用来使“有效” 能量场对于基片处理更均匀。施加声波能量的这种变化的使用下面在 章节C中讨论。
[240]按照本发明的另外实施例，传输部件能构造有孔或通道，以允许与 来自单个或多个喷嘴或射流的声波能量的施加同时的处理流体的排 出。这样一个实施例表明在简化横截面图中作为图7K的结构754。作 为这些射流752离开孔750的流体被超声波致动。下面详细讨论用于 声波喷嘴的设计，包括利用楔结构的声波喷嘴。
[241]用于能量传输的各种其它形状是可能的，只要能量能容易地传输到 部件，而不强迫能量唯一地沿杆的长度只经杆的横截面传输，如对于 ′938专利那样。
[242]在另一个实施例中，处理流体经兆频声波喷嘴施加到基片上，该兆 频声波喷嘴设置成以选择角度把兆频声波能量输送到基片表面。当从 适当的角度范围选择时，当基片至少部分浸没在处理流体中时，能发 生穿过基片的显著能量传输。可选择地，当基片不浸没，或者与支撑 部件接触时，以适当角度来自兆频声波喷嘴的兆频声波能量的施加能 导致波模式转换。离开兆频声波喷嘴的膨胀或压力波能在基片中转换 成表面波。依据频率和基片和/或支撑厚度，这些表面波能具有 Rayleigh、Lamb、或Love波的形式，最后的波形类型下面联系图8A 描述。
[243]能从兆频声波能量的这种模式转换受益的一种用途是双刷子刷洗， 其中两个刷子450和452跨过基片直接彼此相对，如在图4C的简化横 截面图中表示的那样。在早先对于在图4A中表示的单刷子实施例提到 的用途中，兆频声波能量穿过基片直接传输到刷子/基片接触区域中以 及同时传输在该区域的两侧上。对于双刷子例子，相同方式的穿过基 片能量传输可能不发生。
[244]因此为了得到同时输送到刷子/基片/刷子接触区域的兆频声波能 量，利用兆频声波喷嘴456。喷嘴456以在第一与第二临界角之间的角 度引导到基片400的表面，其中在离开喷嘴的液体流中的压力波在基 片中被转换成剪力或表面波。这些剪力或表面波然后传入刷子/基片/刷 子接触区域中。这允许声波能量和双刷子的刷洗作用到单个基片或基 片区域上的同时局部引入。
[245]为了覆盖整个接触区域，喷嘴能相邻刷子之一前后移动，或者能使 用多个喷嘴。喷嘴能面对基片的顶部或底部表面，或者多个喷嘴能同 时引导到在两个表面处。图4D表示一种处理设备的可选择实施例的简 化横截面图，其中由喷嘴456施加的液体由通过出口458的抽吸除去。
[246]一种超声波喷嘴的可选择实施例表示在图4B中，图4B描绘使液 体401离开多孔或液体可透过换能器板460的宽广有源区域。在这个 实施例中，液体泵入振动板460的空心截面462中，并且强迫同时经 多个小孔或开口464出去。板460的外表面的厚度选择成声波能量的 四分之一波长的偶数倍，以保证来自浸没在液体中的振动部件的表面 的能量的显著传输。当不完全浸没时，或者当流体的高速射流离开振 动部件的表面时，流体在它离开凹腔时被声波地局部激励。流体能与 振动部件表面相垂直地或以某一角度离开，以增强穿过基片能量传输 或实现更有效的处理，如图87中所示。
[247]在按照本发明的实施例中，不必把在振动部件内的流体间隙厚度选 择成偶数倍四分之一波长。然而，当间隙比较窄(即几个波长厚度) 时，与平板振动部件的使用一起的这样一种设计可以增强穿过内部液 体层的能量传输。
[248]在振动部件中的孔能具有任何形状，导致离开流体的最大稳定流动 的形状常常是优选的。成形孔以空气动力地增强流体流动和使在流体 流动中的混合和紊流或涡流的产生最小，也可能是优选的。另外，也 能采用在处理期间用来把液体吸离基片表面的各种端口。
[249]尽管至此把振动部件已经表明为平板结构，但这不是由本发明所要 求的。也能利用具有三角形或多边缘多边形横截面轮廓的楔，如在图 4F的可选择实施例中表明的那样。
[250]并且尽管在振动部件内的凹腔一般已经描绘成矩形形状，但这也不 是由本发明所要求的。能利用其它各种尺寸的形状。
[251]况且，对于作为其中能量波以角度而不是垂直地与表面相交的非平 板状振动部件结构，如楔装置，流体凹腔的顶部的厚度不必如对于平 板振动部件建议的那样具有偶数倍四分之一波长厚度。
[252]图4G表明基于楔状装置的窄区域超声波喷嘴480的简化横截面 图。流体当其方向在喷嘴中被改变时保持在稳定的流动状态下，导致 离开喷射的声波致动。宽区域喷嘴布置也能制有类似设计。
[253]并且尽管由兆频声波源施加的能量离开的正面或侧面(“致动正 面”)一般已经描绘成平的，但这不是要求的。各种轮廓是可能的。 例如，在大或小区域声波喷嘴中，楔装置的第三正面能是弯曲的而不 是平的(直的)。这样一种弯曲正面可能有助于促进稳定的流动。因 而致动正面能是全部或部分平的、具有恒定或可变曲率半径的下凹或 上凸。
[254]利用楔或装置的概念调节到板上的兆频声波能量的入射角的另一 个实施例表明在图8A中。基片802和振动板804处于紧密接触并且在 适当角度下，以得到从纵向到剪力波的模式转换。当剪力波形成在包 括薄和厚度截面的多层振动部件中时，它集中在薄层中，并且命名为 Love波。处理液体喷射到基片表面上，允许形成独特的表面能量图案 并且与污染颗粒相互作用。可选择实施例包括与楔相邻的分立冷却部 件806(图8B)，并且把楔设计成包括用于冷却的空心或流体填充通 道810(图8C)。可选择地，能构造真空吸盘布置(孔的复合)，以 保持基片与振动部件的良好机械接触。
[255]利用楔装置概念的又一个实施例表明在图8D中，其中压电晶体812 同时附加到楔8xx的多于一个侧面上。使基片802与三角形楔装置804 的第三正面(斜边)804a密切接触。由晶体产生的膨胀波同样转换成 进行基片处理的表面波。由在相邻侧面的每一个上以不同频率操作的 多个晶体能产生复合波形。处理流体能至少通过喷射、雾或浸入施加 到处理正面上。
[256]利用楔装置的另外实施例表明在图8E中，使在两个表面804b-c和 第三正面(斜边)804上的晶体与槽814直接接触。声波能量容易从楔 装置传输到处理槽中。如图8E中所示，通过使楔“更厚”或更深，可 以使用任何数量的晶体。具用几乎任何纵横比的晶体能在任何楔正面 上的任何方向上定向。
[257]如以前叙述的那样使槽壁或甚至基片与振动直接接触的优点之一 在于，能容易地补偿基片的厚度，以产生穿过基片或者进入处理容器 或槽中的最大能量传输。
[258]按照在图8F中的简化横截面图中表示的本发明的另一个实施例， 槽或容器可以接触楔装置的侧面(顶部或底部)，而不是像在图8E的 实施例中那样接触第三正面。在这样一个实施例中，晶体812可以排 列在楔804的多个正面或侧面上。在图8F的实施例中，能量意想不到 地垂直于从晶体发出的膨胀或压力波的平面流入楔中，并且然后流入 上置的槽814中。对于处理，可以利用喷射、浸入或与槽的接触。
[259]尽管图8F的实施例表示晶体在两个侧面上，但这不是由本发明所 要求的。在按照本发明的可选择实施例中，晶体能仅在一个侧面上， 或者按需要在三个或多个侧面上。
[260]按照本发明的另一个实施例，在图8I中表明的修改楔装置804的 底部表面804d与转动基片802的顶部或底表面平行地放置。其中安装 晶体的楔的侧面与底部表面成直角(90°)。使底部表面804d和基片 802比较密切地彼此靠近，使间隙填充有处理液体的薄膜880。
[261]按照在图8J中表示的本发明的又一个实施例，使晶体附加到以在 图8I的实施例中表示的90°之外的角度倾斜的侧壁上的基片结构的底 部表面，定位在基片上方。从晶体发出的声波能量以角度撞击楔的底 部。倾斜入射同样把来自晶体的膨胀波转换成在楔底部上的表面波。 表面波然后穿过薄液体层或弯液面与基片相互作用。
[262]按照本发明的再一个实施例，在传输装置设计中能使用除三角形横 截面的楔之外的形状。图8G表明装配有多个晶体812的多边形形状 882。能量可以如表示的那样从装置的侧面直接传输到槽中。
[263]尽管图8G的实施例表示晶体安装在与施加声波的表面成直角的边 缘上，但这不是由本发明所要求的。代之以，边缘能与侧面成角度地 构造，如在图8H的实施例中的表示的那样，由此可能允许更多的能量 到装置882的顶部侧882b的传输。
[264]图8LA-B分别表示按照本发明的一种振动部件的可选择实施例的 立体和边缘视图。图8LA-B表示能量传输表面能延伸过多边形结构的 侧面，在该侧面上附加振动部件。而且，多边形结构不必是规则的。 每个侧面能具有不同的长度。
[265]在其中薄液体膜或变液面形成在基片的表面上的公开的这个和其 它实施进一步改善中，气体气氛能充有各种物质以增强处理。例如， 为了除去有机颗粒，臭氧气体能引入到气体空间中。臭氧分子然后能 容易地穿过在基片的表面上的液体层扩散，并且与表面或在表面上的 污染物反应。
[266]为了增强臭氧传输的速率，能加压气相。这样一种手段与在大气压 力下操作的常规工业过程相反。
[267]代之以臭氧，过氧化氢能添加处理液体中，或者喷射到在基片表面 上的薄液体膜上。也能选择其它的处理化学制品，如有机酸、无机酸、 碱、氧化剂、还原剂。它们能处于固体、液体、或气体的形式。
[268]当与兆频声波能量的引入相结合时，液体膜层能打破并且迅速地混 合，增加气体物质从大气到基片的表面的传输，不管在升高压力还是 在平衡大气压力下操作。兆频声波能量也能帮助从基片表面除去释放 的材料。这样一种处理机理当应用于多个处理步骤时是有帮助的，但 当用于诸如光致抗蚀剂剥离之类的过程时特别便利。另外，兆频声波 能量的施加导致在处理流体中或在基片表面上的希望化学物质的形 成。
[269]振动部件和基片的厚度可以由其它约束条件支配或设置。如果它们 的各个厚度的结合没有累加到用于在给定频率下的良好能量耦合的希 望厚度，则可能希望调节频率。按常规，这只能在压电晶体的各种谐 波频率周围的较窄范围上实现，以产生兆频声波能量的希望奇数倍四 分之一波长。对于由Fremont，California的PCT Systems Inc.制造的兆 频声波发生器，然而，按照本发明的实施例，适应微小厚度差别或变 化的各个晶体的某种程度的频率调节是可能的。对于使用对于各个晶 体不能变化的RF输出的发生器的多种常规固定频率系统，这种类型的 调节可能是不可能的。
[270]在某些用途中，比最佳能量传输少可能是可接收的，并且只有部分 能量传输可能适于进行处理。例如，在最佳能量传输的情况下，在振 动部件与基片之间没有间隙或空隙存在。然而，实际上，由于机器公 差、或要求分离的机器设计，某些间隙或空隙可能存在。这样的用途 中，可能特别重要的是，间隙或空隙不应该填充有可压缩流体，如气 体。
[271]当在振动部件与基片之间的不可避免间隙或空隙填充有诸如水之 类的比较不可压缩流体时，通常能发生可接收的能量传输。在使用比 较不可压缩流体的用途中，间隙能变得很大(＞1m)，并且仍然显示 显著的能量传输，特别是对于包含较低值的溶解气体的流体。图6A是 这样一种实施例的代表。
[272]在实际中，在振动部件与基片之间的间隙可以填充有包含显著量的 溶解气体的溶液。当施加兆频声波能量时，因为在压力波尾边缘上的 减小压力区，该气体的一些以气泡的形式释出。
[273]这些释出气泡可能干扰经溶液的最佳能量传输。然而，对于借助于 倍增的晶体操作出现的高强度能量波动，气泡可能有效地被“推”出 声波路径，从而对于这样的溶液遇到很少问题。
[274]在历史上，高流体速度已经用来试图把气泡扫出活动能量场，以便 增强能量传输。然而，基于强制高流体速度的这样的设计只获得有限 成功。非常大的流体速度可以用来从激励/振动表面移去某些气泡。如 果流体速度变得太大，或者如果在流体中产生大的紊流或涡流，则可 能不利地影响经流体的能量传输。
[275]因而在另一个实施例中，系统在增大压力下操作以克服这些限制。 增大的操作压力起作用，以减小形成的任何气泡的体积、和增大在给 定温度下可能溶解在液体中的气体的浓度。因此，由兆频声波能量形 成的任何气泡往往较小，并且更迅速地强迫回到溶液中。这导致更好 的能量传输，并且也能导致更均匀的处理，特别是当活性气体物质溶 解在液体中时。
[276]作为结果，现在可以有效地利用具有高溶解气体含量的溶液。这些 高气体浓度能增强化学活性。另外，它们能促进可能有助于基片清洗 的增加微小气穴。而且，增大压力能强迫溶液进入比在大气压力下流 体的表面张力单独允许的更小的缝隙中。
[277]在另一个实施例中，在基片与振动部件紧密接触的场合，电化学反 应可以与兆频声波能量的施加同时或间断地进行。并且在基片与振动 部件分离并且浸没在流体中具有允许穿过基片或穿过电极能量传输的 兆频声波入射角度的场合，电化学反应可以在兆频声波能量的施加期 间同时或间断地进行。在任一种情况下，穿过基片和/或穿过电极的能 量传输可能是重要的，以使在小直径孔、通道、及窄沟中的流体交换 最大，以产生更均匀的处理。
[278]下面的章节D呈现按照本发明的实施例进行基片的电化学处理的 超声波能量的施加的详细讨论。
[279]在上述各种实施的某些中，可能优选的是，基片前侧，而不是后侧， 接触振动部件。况且，当完全浸没基片时，基片前侧或后侧可以背离 振动部件。这些构造可能是重要的，其中穿过基片能量传输有助于清 除诸如通道和沟之类的表面空穴。当能量从基片的后侧进入时，穿过 基片能量传输可能有助于把污染物推出基片的前侧。相反，对于其中 能量与基片表面平行的常规处理，结果是在凹坑或空穴内的很小或没 有清洗作用，因为这些特征与能量的流动成直角地定位。况且，对于 其中与基片表面垂直地取向能量的常规处理，大部分施加能量可能向 振动部件反射回，可能把污染物更深地推入空穴和缝隙中。
[280]如以上提到的那样，抽吸能与兆频声波能量处理顺序或同时施加。 当流体引导到基片表面(多个进给喷嘴)并且经抽吸除去(单个或多 个抽吸喷嘴)时，有较大可能性在高纵横比的沟和通道内的流体能更 容易或更频繁地交换。两个效果都能导致增强的处理。
[281]根据按照本发明的可选择实施例，兆频声波能量可以首先在一个方 向上穿过基片传输，并且然后在另一个方向上穿过基片传输，因而用 能量和动量处理基片的两侧。例如，美国专利no.6,098,643(“′643专 利”)为了所有目的通过参考由此包括。
[282]′643专利描述了可以修改以产生穿过基片能量传输的槽。定位在槽 内的基片可以使其方位在水平面中从在′643专利中表示的方位转动 90°。对于从基片载体的端部的穿过晶片能量传输，兆频声波能量因而 以适当角度撞击晶片的表面，代之以能量沿基片载体的长度与基片表 面相平行地引导。
[283]当首先从V状底部槽的侧面的一侧并且然后从另一侧顺序启动压 电晶体时，兆频声波能量首先从载体的一端并且然后从另一端穿过晶 片。因而基片的两侧可以由兆频声波能量脉冲串等同地处理。这能同 时用于单晶片以及多晶片的批量处理。
[284]如以上描述的那样，有能量在它穿过每个基片和分离基片的空间时 的某种衷减。因此，能量密度从盒的一端到另一端不必恒定。
[285]在其中基片的两侧都用兆频声波能量的脉冲串处理的布置中，在盒 的每一端处的基片从一个方向接收高能量密度脉冲串，并且从另一个 方向接收低能量密度脉冲串。这往往均匀化(even out)全部施加的声 波能量。为了最有效的处理，可能希望使用保持少于50或者甚至25 个基片的载体。
[286]按照本发明的实施例不限于使用任何一种类型的兆频声波发生器 或操作模式。例如，兆频声波发生器能是其中压电晶体被单一启动、 或几个被同时或以重复顺序启动的类型。兆频声波发生器能以固定频 率、编程可变频率、或随机波动频率产生。因而尽管描述在V状底部 槽中的操作的以上实施例专门指顺序启动在槽一侧上的一个换能器和 然后离开槽的另一侧的换能器，但其它操作模式也是可能的。
[287]在某些用途中，处理流体可以保持在高温下，该高温能损坏兆频声 波换能器或其附加方法，或者能导致不良的兆频声波性能。在这样的 用途中，能采用压电晶体的直接冷却。压电晶体的这种直接冷却在当 要求很高兆频声波能量密度的情况下也可能是有用的，很高兆频声波 能量密度会引起很高的操作换能器温度，同样导致可能损坏或不良性 能。
[288]图9A和9B表明换能器的直接冷却的两个实施例，其中流体填充 的冷却部件904用粘合剂或其它粘结装置、夹持和其它保持装置附加 到压电晶体906的后侧上。为了使传输到冷却部件中的兆频声波能量 (并且或许在冷却流体中失去)的量最小，把冷却部件的壳层的厚度 选择成近似是超声波能量的偶数倍四分之一波长。
[289]在实际中，如果壳层的厚度较靠近奇数倍四分之一波长，则潜在地 可能出现某种损失，促进进入冷却部件的能量传输。即使如此，传输 到冷却部件中的能量的某些部分可能从在冷却部件后侧上的空气-壳层 界面反射回振动部件中，使兆频声波能量的实际损失最小。
[290]壳层材料能包括多种材料，包括但不限于金属、塑料、及其复合和 组合。一般当在冷却部件与换能器本体之间能保证良好的电气绝缘时， 因为多种金属的一般较高导热率，所以金属可能是优选的。非导电壳 层材料常常能放置成与换能器直接物理接触，而不用分离它们的任何 辅助电气绝缘层或膜。
[291]在冷却部件中的冷却或热传输流体也能包括多种材料，包括但不限 于导电和非导电流体。这些流体能作为气体、液体或固体引入。它们 可以保持在其初始状态下，或者当从换能器吸收热量时，它们可以经 历相变。而且，它们也能包括在半导体处理和其它工业中商业使用的 处理和冲洗流体。诸如由3M制造的Galden之类的全氟化流体能用作 经冷却部件循环的流体，或者能直接喷射到暴露换能器本体的背面上， 引起换能器的快速冷却。当对付相对于入射能量呈现角度(即除平板 振动部件之外)的结构时，当使用促进显著穿过基片能量传输的条件 时，改变厚度的限制。
[292]在图9A-B的实施例中，以及对于已经公开的多种其它实施例，考 虑到物理参数，像杨氏模量、密度、及声在不同材料中的速度，这个 主题的更严格讨论可能包括阻抗术语而不仅仅是厚度标准。
[293]按照本发明实施例的处理对于单个处理步骤可能出现在单个腔室 中，或者对于各种化学性质能包括多个处理步骤。可选择地，处理可 能在多个腔室中顺序地进行。处理能包括湿式处理、干式处理、及湿 式和干式处理的组合。
[294]与兆频声波能量相耦合，各种辐射类型对于不同的用途可能是有用 的。施加辐射的类型包括但不限于：微波、紫外线、红外线、及电磁 感应。在本发明的另一个实施例中，辐射可以加热基片或在基片表面 上的处理液体，因而促进更迅速的反应而不必加热整个处理腔室。微 波、红外线、及电磁感应在加热处理液体或基片时可能是有用的。
[295]在另一个实施例中，辐射可能促进在基片表面处的特定反应。在这 样一种手段中，紫外线辐射的施加能提供特定的优点。氧化剂能与辐 射相组合地使用，以增强残余污染物的退化或改性表面。有用氧化剂 的例子包括但不限于臭氧、过氧化氢、及氮的氧化物。
[296]在另一个实施例中，在基片表面上的残余处理液体通过兆频声波能 量的添加能从表面汽化。关于其它实施例的多个，残余处理液体可以 处于小滴或甚至覆盖基片表面的膜的形式。在某些情况下，在基片内 的非常小的凹腔中可能也填充有处理液体。已经发现，通过向基片直 接或间接地施加兆频声波能量，液体的薄膜或小滴能迅速地汽化，使 基片表面干燥。下面在章节E中提供按照本发明实施例施加声波能量 以实现基片干燥的详细描述。
[297]下面在章节F中提供按照本发明实施例施加声波能量以实现其它 处理施加的详细描述。下面在章节G中提供在兆频声波处理中使用不 同类型的流体的详细描述。
[298]为了本专利申请的目的，术语“楔装置”能定义为包括具有各种横 截面的装置。例如，楔装置能包括具有三个正面和两个侧面(顶部/底 部)的三角形横截面，或者能包括具有大量正面的多边形结构。
[299]特别是在楔装置的情况下，从其能量发出的正面或侧面显现与一排 点源顺序启动相像的更均匀振动图案，而不是像在平板振动部件中更 典型的那样多个随机启动的点源。这种特性能转换成对于在各种容器 和支架构造内的一些基片的更均匀处理。
[300]在楔装置中的能量往往散布在整个表面上。因此，在装置的一个或 多个侧面上的多个晶体的顺序启动能导致基本覆盖感兴趣的整个楔/正 面的能量波。这样一种布置会导致倍增发生器设计，其中晶体被顺序 启动，显得像使用相同总瓦数输出的发生器，该发生器使所有晶体以 减小的能量密度连续地激励。代之以产生连续的能量输出，这样一种 布置导致连续能量脉冲，该连续能量脉冲具有等于每个晶体在切换到 下一个晶体之前被启动的时间长度的持续时间。
[301]对于经流体传输的兆频声波能量，当晶体首先被激励时，压力波的 初始幅值增大到最大值，并且然后依据脉冲持续时间在能量脉冲的剩 余部分上减小。对于楔装置的晶体倍增在以上描述的脉动、“始终通” 特性因而对于基片处理可能是有益的，对于每个晶体在每个通持续时 间期间有连续功率和峰值波动。
[302]为了防止来自单个晶体的能量散布在槽或处理容器的整个底部上， 楔装置能由多个较窄楔装置元件804而不是单个较大装置构造，如在 图8KA-C的侧视图和立体图中表明的那样。借助于在相邻楔装置804 之间的微小气隙、或比它们之间的最佳耦合小，能使从一个装置元件 到下一个的能量传输最小，因而借助于倍增系统保持在每一个个别部 分上的较高能量密度。借助于在相邻部分之间的某种适当限制传输(能 量重叠)，在元件之间没有完全死区(不均匀区域)，该完全死区不 利地影响局部基片处理。
[303]一般地，声波喷嘴用来导向在非浸没表面处的很小、激励流体流。 这种手段是成功的，其中喷嘴比较靠近表面，并且能实现在喷嘴与表 面之间的连续液体柱或流。然而，大于几厘米的分离距离一般导致不 足的能量传输。
[304]按照本发明的可选择实施例，喷嘴可以包括在完全浸没的处理器 中。因而，不仅兆频声波能量从振动部件传输到基片，而且在两者之 间产生显著的高流体速度分布。在某些情况下，兆频声波能量跟随来 自射流的流体脉冲，就像对于兆频声波喷嘴那样。兆频声波能量和高 局部流体速度的这种组合可以大大地增强在某些条件下的处理，特别 是其中大量传输是重要问题的那些。作为高流体速度的结果的增强处 理的例子，甚至缺少兆频声波能量的添加，由共同待决美国专利申请 no.10/150,748的光致抗蚀剂剥离的增强速率是明显的。
[305]声在材料中的速度可以根据波类型而不同。例如，膨胀或压力波在 多种材料中相对于在同一材料中的剪力或表面波常常呈现近似两倍的 声速。因而，对于入射膨胀波的模式转换或折射，生成波形的速度可 能显著地不同，或许导致不同的处理性能。
[306]对于楔装置，由压电和其它晶体类型产生的膨胀或压力波，不仅依 据波碰到的角度而且依据波必须传过的环境，能转换成各种波形。在 图7C中的实施例中，例如，即使对于流体填充区，膨胀波也在致动正 面或在附加板中转换成剪力或表面波。
[307]相反，在图8E的实施例的有些类似的楔装置形状中，能量波以与 致动表面相垂直的方位离开该表面，并且进入处理槽。这种模式转换 可能出现在大角度范围上。
[308]在大角度范围上的这种模式转换可能与膨胀或压力波在窄得多的 入射角范围上穿过浸没基片传输的能力相对立。例如，如果图7C的实 施例的流体填充楔与延伸板分离，并且流体置于已经与板直接接触的 楔的正面上，则如果楔的壳很薄，则可能难以预计穿过致动正面的生 成能量传输类型和图案。
[309]依据经在楔内的流体发射的膨胀波在撞击致动表面的壳时的入射 角度，模式转换和传输可能都发生。在一种入射角度范围下，穿过薄 壳的能量传输可能是主要的。在另一种入射角度范围下，到表面波的 模式转换可能发生。在又一种入射角度范围下，变化程度的内部反射 可能发生。对于这样一种复杂的结构设计，测试可能以较高精度揭示 在各种角度下施加声波能量的结果。
[310]图81表明按照本发明的另一个实施例的简化横截面图，该实施例 包括具有为穿过基片能量传输定向的振动部件的单晶片处理器。定位 在相对侧上的振动部件8100a和8100b被顺序地、而不是同时地激励。 基片8105在槽8107内由支撑部8109支撑。来自每个振动部件的能量 经流体8102传播，并且以适于穿过其的合理能量传输的角度撞击基片 8104的表面。
[311]穿过基片传输的能量以比较直的线在另一侧上的液体中继续，直到 它撞击两个反射侧壁8106的一个。传输的能量然后向基片反射回。能 量再次以用于显著穿过基片能量传输的正确角度撞击基片的表面，并 且再次在较高点处穿过基片。能量继续反射离开另一侧壁并且在槽内 更高的点处又一次经基片反射回。
[312]每当能量穿过基片时发生一些衰减，它在液体中进一步传播，并且 每次它反射离开侧壁。当能量从槽的底部到顶部传播时，基片处理的 特征因而能变化。
[313]为了提高处理的整体均匀性，在处理期间能转动基片，从而基片的 所有区域暴露于类似的能量撞击。这样一种设备表明在图82中的简化 横截面。
[314]尽管在图81中表示的实施例的振动部件描述为顺序启动，但这不 是由本发明所要求的。可选择地，两个振动部件能同时启动。由这种 同时启动产生的任何合成干涉图案能以适当频率和功率变化动来动 去，因而允许基片的均匀处理。
[315]尽管以上实施例表示为仅有两个振动部件，但这不是由本发明所要 求的。多个振动部件能在槽的高度附近隔开。这样一种设计的截面表 明在图83的简化横截面中。振动部件8302的这种多级8300的使用减 小了为了实现更均匀的处理转动晶片8304的需要。
[316]图84和85表明按照本发明的基片处理设备的另外实施例的一部分 的简化和放大横截面图。图84的设备8400类似于在图83中表示的设 备，不同之处在于，简单平板换能器已经用与具有三角形横截面的楔 结构8404相接触的一对换能器8402代替。图85的设备8500类似于 在图83中表示的设备，不同之处在于，简单换能器已经用与具有横截 面轮廓的楔结构8504相接触的多个换能器8502代替。图85的实施例 分别产生两条入射声波能量路径8506和8508。尽管声波能量路径8508 可以出现在处理容器中的任何深度处，它也能出现在槽的顶部处的气 体/液体界面处。因而，基片在它正在从处理液体退出的同时，能接收 声波能量。
[317]按照本发明的用来进行水平处理的一种设备的另一个实施例表明 在图86中。在图86的实施例中，基片8600定位得比较靠近多个振动 部件8602，多个振动部件8602以适当角度定向以得到高效的穿过基片 能量传输。在振动部件8602与基片8600之间的间隙8604填充有液体 8608。基片8600的顶部表面8600a能承载薄液体层，或者暴露于在处 理器内的环境，或者能用来自喷嘴8610的液体喷射湿润。
[318]基片8600能选择性被转动。基片8600的前侧8600a或后侧8600b 能面对振动部件8602。可以同时处理基片8600的前侧8600a和后侧 8600b。尽管喷嘴8610表示为产生处理液体的液体喷射，但喷嘴也能 包括构造成声波激励离开液体的兆频声波喷嘴。喷嘴甚至能定向成在 促进穿过基片的能量传输的角度范围内操作。
[319]用于水平单基片处理的设备的另一个实施例表明在图87的实施例 中的简化横截面中。明确地说，图86的振动部件用具有液体进口8701 的单一宽区域声波喷嘴8700代替，从而为了穿过基片8704的一些能 量传输，射流8702以适当角度导向。选择性地，基片能转动、浸没、 暴露于大气或用液体喷射湿润。基片的前侧和后侧的处理能同时发生。
[320]当在宽区域声波喷嘴与基片之间的间隙不完全填充有液体时，能量 可以经各种液体射流传输。能量经在射流流中的液体传播，只要射流 流包括在振动部件与基片之间的连续液体流。当间隙完全填充有液体 时，通过借助于射流的能量传输和从振动部件表面经填充液体到基片 的直接传输能发生能量传输。
[321]添加到近场的物理液体流动准直装置可以修改兆频声波系统的处 理性能。这样一种准直装置的一种类型能像具有用于液体和能量传输 的比较小开口的格栅。在某些实施例中，在一个波长或更小量级上的 开口可能是优选的。在其它实施例中，大于一个波长的开口可能是优 选的。格栅的厚度能从小于一个波长到几十个波长或更大变化。
[322]依据包括但不限于气体饱和程度的流体的特性，格栅的较小开口可 能在操作期间由于在兆频声波能量场中产生的气泡而有害地变“瞎”。 在一些实施例中，这能通过利用具有不同表面张力特性的气体、或利 用较高压差强迫流体流过开口而避免。当改变施加的超声波能量的频 率或强度时，能重新溶解形成的气泡。
[323]当试图形成均匀的能量场时，通过在格栅中的窄槽或开口的能量波 的衍射可能似乎与直觉相反。然而，当与适当的频率或功率变化一起 采用时，不均匀性的点能通过约束液体空间动来动去，有效地使声波 处理更好或更均匀。一般地说，希望考虑具有能量均匀性的液体流动/ 速度分布。
[324]图88A表示按照本发明的一种设备8800的实施例的简化横截面 图，该设备的特征在于，在基片8804和与多个换能器8808相接触的 振动部件8806之间有衍射格栅。图88B表示按照本发明的实施例的使 用的衍射格栅的一个例子的平面图，该衍射格栅包括限定比入射声波 能量的一个波长大得多的开口8812的筛网。
[325]可选择地，格栅能包括具有比较大纵横比的薄板，这些薄板彼此平 行分离在小于约6mm量级上的距离。当声波能量在板元件之间向上移 动时，在这个近场区中的能量场变化，并且变得更准直。当频率或功 率级变化时，场不均匀性的点动来动去，可能使有效的基片处理更满 意。待处理的基片能定位在一般平行或某种其它排列的这些板的顶部 边缘上。
[326]图88C表示按照本发明的实施例使用的衍射格栅8814的另一个例 子的平面图，该衍射格栅8814包括限定各种形状和尺寸的开口。图88D 表示图88C的衍射格栅一部分的放大图。
[327]尽管图88A的实施例表示与振动部件分离一段距离的衍射格栅， 但这不是由本发明所要求的。图88E表示按照本发明的一种设备的可 选择实施例的简化横截面图，该设备利用与振动部件直接物理接触的 衍射格栅8816。
[328]A.反射能量
[329]在多种兆频声波清洗和处理用途中，在处理槽内声波能量的不均匀 分布可能由其中各种障碍的存在而造成，各种障碍例如为用于基片载 体的内装支撑部、或基片载体本身的结构部件。在这样的障碍后面的 处理基片的部分可能被“声波遮挡”，免于接收传输到槽中的超声波 能量的完全冲击。
[330]这些年来，已经提出各种处理槽和基片载体的设计，以使归因于声 波遮挡的这种不均匀能量分布较小。一种常规手段讲授了通过给予在 基片与声波能量源之间的相对移动消除遮挡，例如通过移动能量源、 移动基片、或两者。然而，这样的处理设备设计可能在机械方面复杂， 提供较高维护成本的缺点。涉及多种移动零件的设计的其它缺点包括 另外的空间要求、有害的颗粒产生、及在浴槽内液体的不均匀流动。
[331]减小超声波遮挡的另一种常规手段涉及设计槽，以促进超声波能量 的反射而处理否则被遮挡在包括载体支撑部的各种障碍后面的区域。 一种这样的手段在为了所有目的通过参考包括在这里的美国专利no.美 国专利6,523,557中表示和描述。
[332]该专利表明一种其中处理槽的侧壁包括上凸部分的设计，使声波能 量反射离开上凸部分进入否则被声波遮挡的区中。这种特定设计要求 撞击弯曲壁的声波能量的入射角小于对于该材料的临界角。对于石英， 这个临界角是26°。
[333]这样一种设计的一个限制是，由于保持很小入射角的限制(例如对 于石英小于～26°)，弯曲区域必须比较大。这迫使处理槽变得较大，并 因此构造更困难且构造成本更高。例如，对于石英，把很大弯曲构造 在槽壁中就比由平板构造槽困难和昂贵得多。
[334]在这个专利中描述的比较小入射角也强迫反射表面在浴槽内比较 大，这可能干涉流体流动和在槽体积内空间的高效利用。
[335]关于常规反射型超声波处理系统的另外限制当施加的超声波束比 较宽、或者同时启动多个压电晶体时，成为明显的。在这样的情况下， 波束的反射部分可能干涉波束的未反射部分。这能导致局部建设性和 破坏性干涉，产生高和低能量强度的点。在能量场中的这种不均匀性 能对应地导致不均匀方式的基片处理。如下面描述的那样，按照本发 明的实施例通过相对于时间改变这样的高和低能量强度点的位置可以 解决这样的不均匀处理。
[336]克服这种建设性和破坏性干涉的一种手段是把槽设计成，反射离开 载体和槽壁的能量引导到在槽内的液体表面。一种这样的设计公开在 为了所有目的通过参考包括在这里的美国专利6,098,643中。
[337]减小常规超声波/兆频声波处理系统的声波遮挡的另一种常规手 段，把压电晶体放置在处理槽或容器的多于一个壁或位置上，由此保 证被遮挡免于从一个换能器接收能量的区域也不会被遮挡成免于从另 一个换能器接收能量。提供这样的特征的槽设计公开在美国专利no. 5,279,316、no.6,098,643及no.6,595,224中，其每一个为了所有目的通 过参考包括在这里。
[338]消除在超声波/兆频声波处理系统中的声波遮挡的又一种常规手段 减小基片载体的支撑部件的尺寸、形状、及/或数量。例如，美国专利 no.6,209,555讲授到，基片载体结构部件由平板材料构造成，该平板材 料具有等于传播过浴槽的声波能量的部分波长的精确倍数的厚度。这 种设计促进穿过载体的载体结构支撑的能量传输，而不是通过支撑部 的入射超声波能量的吸收或反射。
[339]然而，不同的系统利用施加超声波能量的不同频率。因而，这种常 规手段的一个缺点是，板元件的厚度需要与施加的超声波能量的具体 频率相匹配，或者反之亦然，减小了装置操作的灵活性。
[340]况且，通过具体材料的声速取决于其组成。因而这种常规手段的另 一个缺点是，板元件的厚度也需要与板元件的组成相匹配，或者反之 亦然，也减小了装置构造和操作的灵活性。
[341]因此，存在对克服关于当前设计固有的限制以保证借助于各种频率 的超声波能量的均匀基片处理的槽设计和盒设计的需要。
[342]按照本发明实施例的、用来支撑在兆频声波处理浴槽中的单个或多 个基片的槽和基片载体，允许引入浴槽中的超声波能量从表面反射， 以便处理位于声波阻挡部件后面的基片部分。按照本发明的一个实施 例，反射表面的另一侧可以与诸如空气之类的气体相接触，由此保证 在宽角度范围下入射的声波能量的反射。按照本发明的另一个实施例， 在反射同另一侧与液体相接触的场合，将实现声波能量的反射，其中 入射角小于第一临界角或大于第二临界角。反射表面能是平的、或者 以恒定或可变曲率半径部分或全部弯曲(上凸或下凹)。通过控制在 槽内流体的流动方向可以增强对于遮挡区的反射超声波能量的定向。
[343]按照本发明实施例用来在流体浴槽中用超声波能量处理基片的一 种工具，允许引入浴槽中的某些量的超声波能量反射离开反射表面， 以处理位于声波阻挡部件后面的基片部分。按照一些实施例，声波能 量相对于反射表面的入射角小于第一临界角或大于第二临界角。在其 它实施例中，气体存在于与入射超声能量相对的反射表面侧上，从而 发生反射而与入射角无关。
[344]图10表示按照本发明的一种超声波处理设备的一个实施例的简化 横截面图。槽1000包括与侧壁1030相接触的壁1020，该侧壁1030彼 此相对地倾斜。超声波换能器1040与侧壁1030相接触。
[345]超声能量1060从换能器1040向由部件110支撑的基片1080发射。 能量1060从壁1020向基片1080的以前遮挡部分S反射，该部分S否 则由于插入支撑部件110的存在而被遮挡。
[346]尽管在图10中表明的特定实施例把槽的反射表面描绘为平的，但 这不是由本发明所要求的。图11描绘按照本发明的另一个实施例的简 化横截面图，其中提供用于入射超声波能量1102的反射表面的槽壁 1100是弯曲的。
[347]并且尽管图11的实施例表示对于是下凹和连续的反射表面的超声 波能量的施加，但这也不是由本发明所要求的。可选择实施例能采用 仅部分弯曲的反射表面，并且该反射表面可以呈现具有恒定或可变曲 率半径的上凸或下凹形状。
[348]按照本发明的实施例克服对于基片处理设备的已知设计的多种限 制。明确地说，按照本发明的实施例在一定条件下可以便利地利用比 第一临界角大且比第二临界角小的角度。例如，当反射表面的一侧与 气体(即，包围槽的空气)接触时，在接收入射超声波能量的反射表 面侧与液体接触(即，在处理浴槽内)的同时，基本上所有入射声波 能量反射回液体中。
[349]这样一种实施例表示在图12中的简化横截面中，其中入射声波能 量的反射出现在由气体包围的槽1202的弯曲壁1200处。不像例如其 中弯曲槽壁包括石英并且撞击壁的声波能量的入射角小于～26°的常规 手段，如果气体存在于反射表面的相对侧上，则不必施加以任何特定 角度或角度范围入射的超声能量。
[350]按照本发明的又一个实施例，入射声波能量由填充有气体的管状结 构的壁反射，从而呈现内部反射。在这样的实施例中，接收以大于第 一临界角且小于第二临界角的角度入射的超声波能量的表面，能把显 著量的能量反射回液体中。
[351]如以前描述的那样，依据固体反射表面的材料组成，各种量的入射 超声波能量可以直接由该材料吸收，并因此不适于反射。在几乎所有 条件下，诸如PTFE之类的聚合物非晶材料都吸收能量而没有显著的反 射或传输。相反，诸如石英之类的固体结晶材料、或诸如不锈钢之类 的金属，依据入射角和反射/透射表面的只一侧还是两侧与液体接触， 反射或透射声波能量。多种构造材料，如结晶聚合物材料，呈现部分 吸收性和反射或透射性。
[352]因而用来对于施加的超声波能量选择正确的入射角范围的一个因 素是反射表面在一侧上还是在两侧上与液体相接触。如果固体部件的 表面在两侧上都有液体，则当入射角大于第一临界角且小于第二临界 角时，引导到这些侧之一的声波能量实际上穿过部件传输。在施加的 超声波能量以小于第一临界角或大于第二临界角的角度入射时，声波 能量的反射占优势。
[353]用于超声波/兆频声波处理的常规手段讲授到，在窄角度范围内接 收能量的很大、缓慢倾斜上凸表面的存在、或设计成把能量反射到液 体的表面的平平面表面的存在防止干涉。然而，按照本发明的实施例 利用各种形状的表面。这些形状能包括上凸、下凹及平面，或者甚至 包括复合设计。弯曲半径能保持恒定或可以变化。
[354]而且，按照本发明的实施例描述这样的实施例，其中能量可以与由 常规手段描述的“临界角或角度范围”不同地撞击表面，并且仍然容 易地反射回液体中。按照本发明的可选择实施例，具有预定厚度的结 构可以定向成接收在临界角范围以外的入射声波能量。对于石英，这 些临界角在约26°与60°之间的范围内。在小于约26°或大于约60°的角 度下，撞击表面的大部分声波能量从石英表面反射。对于在反射部件 的两侧上的液体在约26-60°之间的角度下，显著能量能穿过部件直接 传输。当液体仅接触一个表面并且气体接触另一个时，大部分声波能 量被反射，而与入射角无关。
[355]并且尽管某些现有技术设计的特征在于，在换能器与槽的底部之间 有水边界层，但这不是按照本发明的实施例所要求的，但当有用时可 以采用。例如，换能器板或各个压电晶体能直接粘结到槽或处理容器 的壁上，或者构造有水边界层，而不脱离按照本发明的实施例的精神 和讲授。
[356]而且，按照本发明的不同实施例也展望兆频声波系统的利用，该兆 频声波系统同时或顺序地激励在换能器或换能器阵列内的各个压电晶 体。
[357]按照本发明的另一个实施例，用于晶片载体的支撑部可以由促进显 著量的声波能量穿过这些结构传输的材料和设计与槽壁整体地构造。
[358]例如，不是使用圆形实心杆料构造晶片载体支撑部，或者依赖于在 槽内的分离反射表面，可以代之以使用呈现椭圆横截面的支撑料。这 样一种实施例表示在图15中表示的简化横截面中。
[359]具有这样一种椭圆横截面的基片支架部件或基片支架支撑部1500 可以定向，以保证杆的显著量的表面区域位于在第一与第二临界角之 间的角度范围内，由此使直接穿过杆的声波能量传输最大。相反，如 果部件或支撑部定向成，杆的显著量的表面区域位于小于第一临界角 或大于第二临界角下，则使能量反射最大。
[360]按照本发明的其它实施例可以利用在另一个方向上平稳地反射或 重新取向流体流动的设计。反射器结构能是平面的、弯曲的上凸或下 凹、椭圆、或否则促进平稳流体流过、或离开形状的空气动力学的结 构表面。
[361]通过借助于其中流体流动的重新取向不引起紊流或混合的平稳流 线和路线保持稳定流动，声波能量沿这些线跟随。流体流动能由声学 流、或由诸如由泵送生成的强迫流体流动而生成。
[362]可选择地，如果代之以是实心的，则杆是空心的并且被气体填充， 椭圆的定向是这样的，从而入射声波能量以大于第一但小于第二临界 角撞击表面，并且仍然反射能量的大部分。按照本发明的其它实施例 因而可以利用能够反射声波能量的空心、气体填充管或其它结构。
[363]这样一个实施例表示在图13中的简化横截面中。按照本发明实施 例包括气体1302的这样一种反射结构1300，允许撞击结构的表面的入 射声波能量1304的显著反射而不是吸收或透射，不管入射声波能量是 否位于正确的角度范围内。
[364]图13表示在空心反射结构1300与由液体包围的实心反射表面1306 之间的行为的对比。明确地说，实心反射表面1306往往透射以在临界 范围内的角度(例如26-60°)入射的超声波能量，反射以在该临界范 围外的角度入射的超声波能量。
[365]按照本发明的另外实施例，复合形状可以用来构造晶片载体。例如， 可以使用具有半圆形横截面的杆。这样一个实施例表示在图14中的简 化横截面中。
[366]在这个实施例中，半圆形杆1400可以定向成，声波能量1402以在 第一与第二临界角之间的角度撞击平平面表面1400a。能量穿过杆的横 截面传输，从弯曲的杆表面1400b发出。其它横截面轮廓能呈现具有 上凸或下凹形状的表面。
[367]B.穿过部件的声波能量的传输
[368]在多种工业中，超声波能量可以施加到液体浴槽上，以便增强基片 处理。超声能量的使用在电子元件的制造中已经变得特别普遍。随着 在基片上的结构变得更小和更精细并且更容易损坏，已经采用更高的 超声波频率以除去更小的污染物颗粒，而不损害下面的结构。
[369]在历史上，多个基片(常常多达25至50)以一般平行定向保持在 部分密封的单个盒或载体中，在相邻基片之间有均匀间隔。图16表示 这样一种传统盒设计的立体图。
[370]在处理期间，这个加载盒降入装有引入超声波能量的装置的液体浴 槽中。多种早期槽设计的特征在于，超声波换能器一般位于矩形槽的 底部或侧面中。由于在比较低的超声波频率下，能量图案在槽内几乎 是全方向的，所以容易地得到与基片相互作用的能量，即使当基片保 持在部分封闭的盒结构中也是如此。
[371]然而，当施加的超声波能量的频率已经增大得靠近兆赫兹范围以除 去更小的颗粒和引起较小基片损坏时，生成的能量波变得更准直，并 且经浴槽在一般直线路径中传播。这允许兆频声波以一般与基片平面 相平行的定向经在盒内的基片之间的浴槽升高。
[372]当超声波遇到诸如盒的结构部件之类的障碍时，波典型地或者被吸 收或者被反射，导致在障碍后面的区域被遮挡免受超声波能量。这种 遮挡又能实现穿过基片表面的不均匀处理，因为某些表面区接收与其 它表面不同的能量量。
[373]以前，已经采纳几种手段以提高到达基片表面的超声波能量的均匀 性。一种手段是物理地转动晶片。然而，这导致较大和更复杂的盒结 构，该结构常常上昂贵和笨重的。盒也是潜在的颗粒生产源，因为基 片边缘摩擦盒的结构部件。
[374]保证超声波能量均匀施加的另一种常规手段通过仅使用三个或四 个隔开的杆支撑基片而打通盒。这样的设计省去早先盒设计的常规侧 壁、板及指状部件。图17表示具有四个支撑杆的常规低轮廓盒。
[375]尽管这样的盒设计允许更均匀的能量覆盖，但留有直接位于支撑杆 后面的遮挡区域。另外，在基片与盒之间的减小接触导致基片更容易 由流体脉冲串或气泡抛离适当的方位。其它常规盒设计稍微打开和关 闭支架(由此增加和减小在相邻支撑之间的分离)，从而在处理期间 约束基片免于跳出它们在载体内的希望安置槽，而当完成处理时容易 除去。这样一种顺从盒设计的例子存在于为所有目的通过参考包括在 这里的美国专利no.6,041,938和no.6,153,533中。
[376]对于盒设计的又一种常规手段是由临界厚度的材料构造支撑部，以 匹配施加的超声波能量的倍数部分波长。更明确地说，物理理论讲授 到，盒部件的厚度应该等于施加的兆频声波能量的四分之一波长的偶 数倍(n1/4λ，n＝偶数≥2)。希望显著量的能量透过具有这种特定厚 度的支撑部件，由此部分消除在它们后面的声波遮挡。这些盒设计和 支持理论要求施加的超声波能量对于盒支撑部件的表面以近似直角 (90°)碰到支撑部件。
[377]然而，因为在超声波系统之间频率变化，所以要求不同厚度的支撑 部。这导致用于每种超声波处理系统的专用、唯一支架。因而用于在 特定频率下操作的一种系统构造的盒不能用于在不同频率下操作的另 一种系统中。另外，由按要求的精确材料厚度降低了在选择用于盒构 造的材料时的灵活性。这转换成成本更高和更不灵活的盒。
[378]在再一种常规手段中，专门设计和构造具有倾斜侧壁的槽，从而超 声波能量从几乎彼此正交的两个方向碰到基片，以消除在障碍后面的 任何遮挡区域。这样一种设计公开在为所有目的通过参考包括在这里 的美国专利No.6,098,643中。
[379]然而，仍然存在对于一种克服当前设计所固有的限制以对于各种频 率的超声波能量保证均匀基片处理的盒的需要。
[380]按照本发明的一个实施例，用来在兆频声波处理浴槽中支撑单个或 多个基片的盒或晶片载体允许引导到支撑基片的显著量的入射超声波 能量透过在声波能量的路径中的盒结构支撑部，由此减小在直接位于 支撑部后面的基片表面上的声波遮挡。按照本发明的载体的实施例包 括连接形成结构的端面板的侧面或底部支撑部，以在处理期间把基片 保持在希望方位中。载体的侧面和/或底支撑部的至少一个由板元件形 成。板元件的表面相对于兆频声波换能器的表面保持在第一与第二临 界角之间。选择角度以允许最大量的发射兆频声波能量透过板元件。 通过不吸收或反射所有入射超声波能量，板元件不会产生支撑基片的 全部遮挡。
[381]盒的侧面和底部支撑部由任何方便厚度的比较窄的板形成，并且可 以由单种材料或多种材料的复合物构造。当以适当的临界角定位时， 在任何频率下的入射兆频声波能量的显著部分能透过支撑部。窄板的 特征也可能在于孔和切口，以使对于在盒内和在其中保持的基片周围 的均匀流体流动的破坏最小。
[382]按照本发明的实施例包括用来支撑在超声波或兆频声波处理路径 中的单个或多个基片的基片盒或载体。按照本发明实施例的盒设计允 许显著量的入射施加超声波能量透过在声波能量的路径中的盒的这些 结构支撑部，由此相对于由现有技术利用的设计，减小直接在这样的 支撑部后面的基片表面上的声波遮挡。
[383]按照本发明的实施例，在临界角范围上对于支撑部件的平面表面施 加入射的声波能量能导致穿过支撑部件的显著能量传输。特征在于面 对超声波/兆频声波换能器的入射平面表面的这样的支撑部件在这里称 作“板元件”。即使当支撑元件的厚度在宽范围上变化时，也观察到 穿过按照本发明的板元件的能量传输。
[384]穿过部件传输施加声波能量的能力高度取决于构成部件的材料。例 如，包括含氟聚合物PFA(全氟烷氧基)和PTFE(聚四氟乙烯)的部 件可能不允许与包括石英的部件一样多的倾斜入射能量。对于某些材 料，与具有偶数倍四分之一波长的厚度的部件的表面相垂直的能量入 射，能导致比如果入射在临界角范围内的更大的能量传输。如果对于 以临界角施加的能量发生在压力与表面波之间的转换，则这特别有可 能。
[385]通过未能吸收和反射所有入射超声波能量，板元件避免在载体内支 撑的基片部分的全部声遮挡。这种结果是意外的，并且与现有技术设 计完全相反，现有技术设计要求超声波能量对于支撑表面以近似直角 或正交地撞击板支撑部件的表面，并且也要求盒支撑部件对于每种施 加的超声波频率具有非常精确的厚度。
[386]图18A表示按照本发明的一种盒1800的一个实施例的端视图。盒 1800具有用于平底槽1804的四个支撑部件1802，该平底槽1804具有 位于槽底部1804a上的兆频声波换能器元件1806。图18B表示在图18A 中表示的盒的等轴测图。
[387]盒或载体1800包括连接到形成结构的至少一个单端面板1808上的 单个侧面或底部支撑部1802，以在处理期间把基片1810保持在希望方 位中。一般地，两个、三个、或在某些情况下更多的侧面/底部支撑部 用来为盒提供适当的结构强度。
[388]载体1800的侧面/底部支撑部1802的至少一个由板元件形成。板 元件包括具有入射施加的声波能量的平面表面的部件。图18C表示矩 形板元件支撑部件1802的放大侧视图，该支撑部件1802具有周期凹 槽1812以包含多个基片1810的边缘。
[389]为了有效地穿过中等厚度的板元件透射声波能量，板元件的表面相 对于兆频声波换能器的表面保持在正确的角度范围内。按照本发明的 实施例，对于板元件的入射平面表面的法线相对于对兆频声波换能器 的表面的法线以在第一与第二临界角之间的角度保持。
[390]对于诸如包括硅的晶片之类的结构，这些第一和第二临界角典型地 分别在约18°与58°之间。其它材料可能呈现不同的临界角范围。
[391]这种方位表示在图18A中，其中支撑板元件1800的入射表面相对 于在处理槽1804的底部处存在的兆频声波换能器元件1802以38°的角 度定向。板元件的入射表面的法线因而相对于兆频声波换能器元件以 52°的角度定向。
[392]图19表示按照本发明的一种盒的可选择实施例的端视图。图19的 盒与图18a的盒类似，不同之处在于，支撑板元件部件1900和1902 的两个的相对方位被颠倒。然而，所有板元件的入射表面相对于位于 处理槽的底部中的兆频声波换能器的平面在约α的临界角范围内保持 倾斜。
[393]尽管图18A-19表示由包括单个板表面的板元件形成的盒结构，但 这不是按照本发明的实施例所要求的。图20表示三支撑布置的横截面 图，底部支撑部2000包括用于平底槽的倒V形部件，使兆频声波换能 器2002定位在底部上。
x[394]如图20A中所示，具有矩形横截面的两个板元件2004沿一个横向 表面粘结在一起，形成允许使用薄板元件的V形横截面，该薄板元件 否则不会呈现适当的强度。为了起盒支撑部的作用，对于每个个别片 的表面之一的法线与对于兆频声波换能器的表面的法线形成适当角 度。
[395]图20B表示图20A的盒的V形支撑部的放大横截面图，表明相对 于支撑部和换能器表面的法线的正确角度。V形支撑结构2000的顶点 2000a能引导到或背离由超声波/兆频声波换能器的表面限定的平面。
[396]并且尽管图18A-B和19把支撑板表示成具有导致入射超声波能量 以相同角度离开板的后表面的矩形横截面，但这不是由本发明所要求 的。按照其它实施例，板的一个表面能是平的，而相对表面能是弯曲 的、上凸的或下凹的或者处于另一种更复杂的形状。
[397]图21表示非矩形支撑部件2100的放大横截面图。在图21的情况 下，能量离开板的角度能与入射角不同。
[398]多种类型的材料能用来形成按照本发明实施例的板元件支撑部。材 料类型的选择可以基于其希望的物理特性，如强度和柔性。一般地说， 与呈现较高能量衰减的部件相比，较多声波能量能透过呈现较低能量 衰减的较厚部件。
[399]例如，与能透过呈现比较大能量衰减的相同厚度的非晶聚合物材料 相比，较大声波能量可以透过呈现比较低能量衰减的相同厚度的金属 或高度结晶材料。诸如石英之类的比较刚硬材料与诸如聚四氟乙烯 (PTFE)之类的较软材料相比，允许较大的能量传输。通过各种材料 的声波能量的衰减的讨论由Buckin和O′Driscoll，“Ultrasonic Waves and Material Analysis：Recent Advances and Future Trends”，LabPlus International(2002年6月)呈现，并且也由McClements，“Ultrasonic Measurement in Particle Size Analysis”，from Encyclopedia of Anayltical Chemisty，Robert A.Meyers，Ed.(John Wiley & Sons)呈现，为了所有目 的这两个通过参考包括在这里。
[400]况且，按照本发明实施例的支撑板元件不必由单种材料产生。能使 用由多种材料构造的复合结构，记住刚才讨论的关于物理性质和能量 衰减的考虑。因而按照本发明的一些实施例，呈现具有低能量衰减的 希望结构性质的一种材料能与呈现优良耐腐蚀性和比较高能量衰减的 另一种材料相结合，以产生呈现可接收结构强度和能量传输性能的支 撑元件。
[401]这样一个可选择实施例表示在图22中。图22表示一种典型矩形支 撑部件2200的放大横截面图，该支撑部件2200包括第一内部材料2202 和第二外部材料2204的复合。尽管图22的复合支撑结构描绘成包括 实心材料，但这不是由本发明所要求的。按照可选择实施例，支撑部 能包括填充有流体的实心外壳。以这种方式，能利用呈现各种横截面 轮廓的空心管。
[402]根据按照本发明的其它可选择实施例，板元件能包含孔和切口，以 使在盒内的和在被处理的基片周围的均匀流体流动的破坏最小。对于 基片处理，不均匀的局部流体速度和能量密度能导致不均匀的基片处 理，不管该处理是清洗、蚀刻还是其它的基片表面改性。因而对于一 些用途，优选的是基片支撑的特征在于孔或切口。
[403]这样的开口或切口的尺寸能变化。在某些情况下，开口能比较大， 或者显著大于施加能量的一个波长。对于借助于气体饱和溶液的处理， 依据处理流体的表面张力，在处理期间产生的气泡可能容纳在小尺寸 开口中，干涉声波能量经设备到基片的有效传输。
[404]因而，图23A和23B分别表示倒V形支撑部件2300的立体图和横 截面图，该支撑部件2300包括板元件2302，该板元件2302具有用来 支撑晶片的边缘的凹槽2304。支撑部件2300进一步限定在板元件2302 之间的切口2306。切口2306促进在使用期间在支撑板元件之间的处理 流体的循环。
[405]在其它实施例中，可能希望切口或开口定尺寸成近似等于或小于施 加的声波能量的波长。在这样一种构造中，碰到盒的入射超声波能量 可能被衍射。这种衍射能潜在地具有有益的结果，提高超声波处理的 均匀性或有效性。
[406]以前表示和描述的实施例的一些描绘包括由比较窄的板元件形成 的侧面和底部支撑部的晶片支撑结构，但这不是由本发明所要求的。 尽管在一些实施例中，比较窄的板元件可能是优选的以使在流体流动 中的局部破坏最小，但在其它用途中，当希望不同的流体流动时，能 可选择地使用宽得多的板。这样一种可选择实施例描绘在图24中，图 24表示用于平底槽的宽矩形支撑部件2400的横截面图，该平底槽具有 底部安装的换能器2402。
[407]并且尽管图18A-19的实施例表明特征在于板元件相对于定位在处 理槽的底部处的公共平面中的声波换能器定向的晶片支撑结构，但这 种构造不是由本发明所要求的。图25表明按照本发明的可选择实施例， 其中盒25000包括多个垂直定向的支撑板元件25002。处理槽25004的 特征在于V形底部，使换能器25006安装在槽底部的侧面25004a上。 处理槽的侧面相对于包括盒的垂直定向支撑板元件以临界角倾斜。
[408]按照本发明的实施例提供优于常规手段的多个可能优点。例如，不 像常规基片支撑设计，按照本发明的板元件支撑部件的厚度不必是施 加的超声波波长的任何特定倍数。因而当频率变化时，用于新发明的 支撑部的厚度不必改变。
[409]按照本发明的可选择实施例，支撑部件可以设计成在流过它们的流 体中产生具有平滑流线(路径线)的稳定流动。绕支撑结构的这种平 滑流体流线允许施加的声波能量绕结构流动，代之以直接透过或穿过 它们。支撑部件的横截面可以流动动力地设计以提供最小阻力，允许 流体流线在前边缘处平滑地分开，并且然后在后边缘处平滑地重新接 合，而没有涡或紊流的形成。以这种方式，按照本发明实施例的部件 能被成形，以允许显著量的声波能量基本上绕它们“弯曲”。
[410]在流体中的声波能量的流动引起这里称作“声学流束”的流体移动。 这种声学流束包括涉及大量流体流动和移动的宏观流束、以及微观流 束(几种类型的局部流束)。当包含声波能量的声学流束的流体流线 (路径线)平滑地分开并且然后平滑地重新结合时，能量的大部分与 流体流动一起保持，有效地允许绕适当成形结构的声波能量的传输。
[411]采用这样一种流体动力支撑部件的本发明的可选择实施例表示在 图26中的简化横截面中。支撑部件2602定位在槽内在振动部件2606 与待处理的基片2604之间。支撑部件2602呈现促进流体动力流体流 动的泪滴形状，从而表明的流线2600绕支撑部件2602分开和重新结 合，而没有紊流和混合。成形的支撑部件2602不必以某种临界角定位， 而是成形为，它平滑地分离和重新结合流线/路径线。
[412]在图26中表示的具体支撑部件2602代表不与支撑晶片2604直接 物理接触的基片支撑结构的一部分。然而，按照可选择实施例，流体 动力成形的支撑部件能与晶片直接接触，例如把晶片支撑在泪滴形部 件2602的末端上。
[413]并且尽管支撑部2602表示成实心的，但这不是要求的。支撑部能 选择性地包括空心管。管然后能是空的或是流体填充的。流体能是气 体或液体。只要部件的横截面轮廓不导致生成混合的流线破坏，绕支 撑部件的显著声波能量传输就能出现。
[414]流体动力结构可以相对于声学流束流动的方向定向，从而在其后边 缘处不产生紊流。流体动力结构的定向也应该考虑到不由声波能量引 起的任何显著流体速度分量，例如由泵送作用引起的流体的流动。在 设计处理槽时因而应该小心，以使流体动力流动对声学流束的不利影 响最小，并且反之亦然。
[415]按照本发明实施例的声学流束可能不限于在穿过支撑基片的方向 上的超声波能量的透射。图27表示按照本发明的可选择实施例的简化 横截面图，其中遇到结构2704的处理流体2702的流动2700绕开待处 理的基片2706。根据声学流束机理，流体流动2700通过结构2704的 这种偏转可能伴随有贴着基片2706由振动部件2710发射的声波能量 2708的类似偏转。
[416]总之，与具有施加能量的四分之一波长的偶数倍的厚度的部件的表 面相垂直地施加的声波能量，导致穿过部件传输能量。如果声波能量 相对于部件的表面在第一与第二临界角之间施加，则如果两侧都有液 体，则能量能穿过部件传输。如果在部件的两侧上都存在有气体，则 能产生模式转换。如果在部件的一侧上有液体并且在部件的另一侧有 气体，则能量从部件反射，而与在液体侧的入射角无关。
[417]C.改进的近场均匀性
[418]在多种工业中，超声波能量可以施加到液体浴槽上，以便增强定位 在其中的基片的处理。超声能量的使用在电子元件的制造中已经变得 特别普遍。图28表示待处理的、浸没在常规处理槽2805中的周围液 体2802中的部件2800的简化横截面图。超声波能量束2804从振动源 2806施加到液体2802上，液体2802又把能量发射到部件2800。在液 体2802与部件2800的表面之间的界面又响应接收的超声波能量而振 动。气穴、微小气穴、声学流束、及各种类型的微小流束都能出现在 这个界面处或其附近，并且对于促进部件2800的清洗和处理可能是有 用的。
[419]近场2807是从振动源2806到周围浴槽中延伸距离X的区。近场 2807的特征在于生成能量场的不均匀性，如图29A和29B中所示。能 量场延伸到液体中的距离和它呈现的不均匀性的程度是频率、强度、 及振动部件设计的函数。明确地说，当驻波和在相互作用波之间的各 种干涉图案在近场区2807中发展时，高和低能量强度的位置贯穿近场 区2807发展和分散。
[420]尽管不希望由任何具体的操作理论所约束，但仅为了理解的原因讨 论如下例子和解释。认为高和低能量强度的这些点一般由导致能量波 的抵消和加强的驻波和干涉图案产生。这些干涉图案能产生，因为在 单个振动部件压电晶体内逐点可能有轻微局部材料变化或不均匀性。 这种局部不均匀性能导致不是在振动部件的正面上的所有点都以相同 频率谐振。代之以整个压电晶体作为单一均匀振动点源振动，它能作 为一群多个个别点源而振动。因而，在给定发生器频率下，不是所有 点都以相同的强度振动，因为某些将在除它们的谐振动频率之外处被 激励。甚至可能有由晶体的不均匀性引入的在各个晶体上的点之间的 施加或驱动电压的轻微相位移动。
[421]即使在振动部件晶体上的所有点源的确在同一谐振频率下、以同一 振幅振动，并且彼此完全同相地被激励，从每个点源到在大量液体2802 内的部件2800的表面上的选择点的距离也可能不同。从每个点源发出 到液体中的波基于包括频率、强度、及振动部件的形状的多个因素， 在它们远离振动部件传播时往往展开到变化的程度。
[422]在给定频率下，振动部件在液体中将产生具有良好限定的波长。如 果从在单个晶体上的两个靠近隔开的点源到在浴槽内的给定位置的距 离不同，则即使波彼此同相地产生，它们也在稍微不同的时刻到达给 定点。因此来自各个点源的波能以变化程度的相位对准或一致到达在 部件2800的表面附近的选择点处。
[423]在离振动元件的一定距离处(在图28中表示的近场与远场之间的 划分线，生成能量场的强度变得比较均匀。近场2806外的区称作远场 2810。远场2810的特征在于场均匀性和对于离振动部件2806的距离 的场衰减。明确地说，随着离振动元件的表面的距离增大，能量场的 强度依据局部液体性质以很均匀的速率降低。近场的长度，或它从振 动部件延伸到液体中的距离，随增大频率和增大施加强度而增大。
[424]在基片与周围处理浴槽之间的相互作用的质量部分取决于在基片/ 浴槽界面处的能量场。因而在超声波能量施加在处理浴槽在近场区内 的基片上的场合，在近场中的不均匀能量可能导致基片或基片的部分 的不均匀清洗和处理。
[425]因而，在技术上有保证基片处理的均匀性的、对用来把超声波能量 施加到基片上的方法和设备的需要。
[426]在同时启动的晶体元件之间的频率、功率、相位；及/或施加到在 处理浴槽内的基片上的超声波能量的脉冲宽度，可以相对于时间变化， 试图使近场更均匀。相对于时间的这种变化引起建设性和破坏性干涉 的点位置的、或在近场中高和低能量强度的局部点的移动。作为施加 超声波能量的变化特征，使在近场中能量的整体或有效强度、和因此 在近场区中基片的处理，更均匀。
[427]如图30中所示，兆频声波能量源3000包括换能器3002，该换能 器3002包括多个单独的压电晶体3004。按照本发明的实施例，兆频声 波能量源3000操作以顺序启动这些单独的压电晶体3004。特别是，在 选择或谐振频率和幅值下的电压施加到各个压电晶体3004上，在该谐 振频率和选择幅值附近以均匀或预定方式变化。典型地，对于在阵列 中的每个压电晶体选择不同的频率，试图匹配该晶体的谐振频率，该 谐振频率使晶体的性能最大化。施加电压的幅值确定由每个晶体产生 的振动强度。
[428]作为变化施加到压电晶体上的电压的频率和幅值的结果，在浴槽内 由压电晶体3004产生的振荡的频率和强度也变化。
[429]像具有其多个发射器点的相控阵雷达，每个压电晶体包括多个振动 点源。当在相控阵中在各种发射体之间的频率/相位变化时，从每个发 射体送出的能量束的方向轻微地变化。
[430]如果频率是周期的，则发出波束往往与燃烧蜡烛相像地移动或“闪 变”。在对于在处理浴槽中的超声波发生这种“闪变”的场合，它具 有在近场区内逐个位置移动各种节点(高能量强度的点)和零点(低 能量强度的点)的效果。在历史上，兆频声波处理发出与基片的表面 相平行的能量波。对于使显著能量直接穿过基片部件厚度传输的实施 例，变化振动频率也修改从待处理的基片的离开侧或表面发出的超声 波/兆频声波近场。
[431]没有这样的频率变化，称作近场的不均匀能量场会建立在离开振动 部件的前侧、或基片的离开侧，延伸到在槽中的大量液体中高达几英 寸。这种不均匀场会导致基片的不均匀清洗和处理或在不均匀场区域 内饱和的基片部分。
[432]当产生驻波时，最大加强的点(节点)能具有在单个自由波中看到 的强度的两倍大(第一波的振幅添加到第二波的振幅上)。在最大抵 消的点(零点)处，波强度变到零(第一波抵消第二波)。在恒定频 率下，这些抵消和加强点在浴槽内不移动。仅当频率/相位/功率等变化 时，这些点的位置才移动。用来测量场强度和甚至局部场强度的各种 方法和设备在工业和学术界是公知的，并且容易得到。为了测量强度 的粗略值，常常使用水听器。
[433]当频率轻微地变化时，超声波能量波的强度、方向、及波长也轻微 地变化。方向、强度、及波长的这种微变化能导致在近场中正和负加 强点的位置的变化，但甚至也可能有防止驻波一起形成的条件。当这 些高和低能量强度的位置变化，或在它们之间的差值的幅值最小化时， 基片的整个表面更可能经历类似的处理。通过暴露于高和低强度点， 当这些点在基片表面附近移动时，生成的处理可能比这些点在浴槽内 静止的情况下更均匀。
[434]在某种意义上，高和低能量点的这种移动产生相对于一段时间呈现 较大能量均匀性或平滑性的近场区。这个时间段是施加电压的频率和 幅值变化的速率的函数。例如，某些压电晶体可以用在750kHz频率下 操作的500VAC的恒定施加电压适当地激励。依据槽特性在近场区并 且或许甚至在远场区中将产生高和低能量强度的点。
[435]例如，代之以保持恒定，施加电压的频率可能在值之间循环。如果 在748与752kHz之间每秒一次地循环，则当频率是748kHz时在液体 中建立的高和低强度的点将每秒切换到与752kHz有关的新点。如果施 加电压的频率的变化速率现在升到每秒十万次循环，则将出现在与748 kHz有关的节点位置到与752kHz有关的节点位置之间的迅速前后切 换、或移动。
[436]可选择地切换能出现在五个分立频率之间，例如748、749、750、 751及752kHz。在这五个分立频率的每一个下形成的节点和零点的位 置将不同。当频率从一个值变到另一个值时，节点和零点将相应地移 动。频率从一个值到另一个值切换得越迅速，节点和零点变化位置越 快。
[437]另外可选择地，能在一个范围上连续地改变和扫过频率，使在近场 中的节点和零点从一个位置到另一个位置连续地移动。在这样一种连 续变化手段中，甚至对于非常差地设计的槽在远场中也不会建立驻波， 因为在远场中的驻波在这样的变化条件下甚至不能形成。
[438]在近场内的节点和零点的位置也是场强度的函数，该场强度由对于 每个压电晶体的施加电压的幅值确定。因此，改变施加电压的幅值也 能导致产生的节点和零点的移动。如果这样一种强度变化连续地出现， 则节点和零点可能似乎有效地消失。
[439]按照本发明的一个实施例，被处理的晶片的后侧可以放置成与修改 的换能器直接接触，由此形成单个振动元件。兆频声波发生器是顺序 启动各个压电晶体的顺序启动发生器，包括修改的换能器。修改换能 器的这样一个实施例表示在图31中。
[440]在图31的实施例中，由产生器3100施加到每个晶体3104上的电 压频率或者随机地或者预定步进地或以其它方式被改变。这种电压频 率变化预定量不仅增大从晶片3106的前侧发出的近场的均匀性，而且 也增大每个晶体的每个部分在其谐振频率周围在至少部分时间期间操 作的可能性。施加电压的频率的这种变化的频率能在从每秒仅几个循 环到兆赫兹范围的范围内。它以平滑正弦或其它方式能在设置点频率 以上和以下改变相等的量，或者能在某一预置范围内随机地变化。
[441]可选择地，它能循环方式步进地变化。例如，施加电压的频率能在 单个步骤中跳到设置点频率以上一定数量的千赫。这些步骤能在每秒 仅几个的速率到在兆赫兹上的速率发生。
[442]压电晶体常常能在多于单个频率下被激励。能激励晶体的这些各种 频率常常称作谐振谐波频率。像这样，有可能使施加电压的频率变化 发生在不同的谐波频率之间而不只是在单个谐振频率附近循环。
[443]除通过改变由发生器供给的施加电压的频率而改变换能器的压电 晶体的振动频率之外，能改变能量束的脉冲宽度。这能通过以随机的 或预定步进的或其它方式迅速地接通和断开发生器输出电压而实现。 脉冲宽度能连续地到以在兆赫范围内的频率接通和断开而变化。这种 切换频率不必是恒定的，并且也能以步进或其它方式变化。
[444]通过改变施加电压的幅值有可能改变在近场中的超声波能量的强 度均匀性。关于施加电压的频率的变化，施加电压的幅值的这种变化 能采取以上描述的任何数量的连续或离散变化形式。
[445]还有可能同时改变施加能量的频率和功率或幅值、或甚至频率、强 度及脉冲宽度。随机地或以预定步进或其它方式改变施加电压的频率 和幅值、或者如以上描述的那样另外改变脉冲宽度实现这点。
[446]频率、功率及脉冲宽度变化不限于各个压电晶体的顺序启动。对于 设计成在单个频率下同时连续地启动多个晶体的系统，也能便利地施 加频率变化。在这样一种实施例中，在单个频率下，不是所有晶体都 在其各个谐振动频率下启动。当频率变化时，所有晶体和或许所有晶 体的所有点在其各个谐振动频率下在至少时间部分期间被启动的可能 性增加。并且，类似于采用压电晶体的顺序启动的实施例，当高和低 能量强度的点变化位置时，近场也将经历平均或平滑。
[447]而且，如果同时启动多个晶体，则有可能改变在由晶体的每一个产 生的波之间的相位。以随机样式改变在这些同时启动的多个晶体之间 的相位角、或根据某种步进或其它方式改变，能导致增强的均匀性， 因为节点和零动来动去或者或许甚至被防止形成。
[448]频率、功率及脉冲宽度变化用来平滑近场的不均匀性不限于具有基 片接触，或者成为换能器振动部件的部分。传统兆频声波清洗系统把 能量施加到在槽中的部件上，使发射的能量平行于基片的表面，如图 32中所示。在这样的系统中，基片3200没有定位得太靠近振动表面 3206，因为在这个区中经历不均匀的清洗。离振动表面的这个间距增 加处理槽的尺寸，比允许基片密切靠近振动表面的构造消耗更多的化 学制品。通过改变兆频声波束的频率、强度及脉冲宽度，在这个区中 改进“有效的”场均匀性。
[449]按照本发明的另一个可选择实施例，使用振动元件的顺序启动，第 二元件能定位在离第一元件的近场区的一段距离处。当第一元件不动 时，这个第二元件把兆频声波能量送到第一元件的近场区中。第二元 件因而在其远场中提供兆频声波能量，以清洗和处理在第一元件的原 始近场中存在的基片。
[450]第一和第二振动元件的这样一种结合能布置在平底或V状底的槽 中。在图33的平底槽的情况下，第二元件3304b能相对于位于在槽3300 的底部上的第一换能器元件3304a以90°或接近90°包括在垂直壁上。 这样一个实施例表示在图34中。对于这个实施例的一种可接收槽设计 公开在为所有目的通过参考包括在这里的美国专利no.6,595,224中。
[451]在V状底槽的情况下，第一换能器元件3304a能位于一个倾斜底壁 上，而第二换能器元件3304b能位于另一个上，如图34中所示。这样 一种槽设计公开在US 6,098,643中，并且为所有目的通过参考包括在 这里。另外，在图34中表示的换能器能加宽，或者辅助元件能添加到 V形上方的突出物上，以允许能量穿过槽的倾斜侧壁的正面发射。这 样的可选择实施例分别表示在图35和36中。
[452]在图33-36中表示的设计手段也能应用于同时启动所有振动元件的 兆频声波单元上。在历史上，当波束同时从多个角度引导时，期望某 种波束干涉和生成抵消和加强。然而，通过改变施加超声波能量的频 率、功率、相位角、或脉冲宽度，高和低强度的点能在浴槽内移动， 为了处理或清洗的目的有效地使整个浴槽更均匀。
[453]按照本发明的又一个实施例，单个基片定向成，其表面保持与振动 部件的表面相平行。在部分或全部浸没在处理流体中的同时，可以使 基片密切靠近振动部件但不与其直接接触。分离振动部件与基片的距 离能在约1μm到约几英寸或更大的范围内。这样一种布置表示在图37 中。
[454]在图6A中，表示类似的概念，不同之处在于，基片厚度应该接近 施加兆频声波能量的四分之一波长的偶数倍，以便完成穿过基片的显 著能量传输。一般地说，半导体晶片的厚度不会促进在单晶片兆频声 波处理器中常规采用的频率下的能量传输。借助于离开背向振动部件 的晶片表面发生的兆频声波能量的初级反射，能建立非常强和明显的 驻波。因为晶片保持平行于振动部件，这种驻波包括建设性和破坏性 干涉的固定点阵，导致不是最佳的晶片处理。
[455]为了在处理期间克服这样的不均匀能量暴露的缺点，本发明的实施 例公开了用来消除建设性和破坏性干涉的点、使它们之间的能量差最 小、或相对于时间改变它们的位置的物理位置的技术。提高在这样一 种情形下的均匀性一种手段是以适当方式改变施加兆频声波能量的频 率或强度。提高均匀性的另一种手段是改变晶片相对于能量源的位置， 例如通过摇摆或摆动。两种手段在本申请的早先章节中都被详细地描 述。
[456]图38表示按照本发明的实施例，包括彼此平行对准并且借助于插 入在它们之间的基片3800隔开的两个振动部件3802a和3802b。在振 动部件之间的间隙完全填充有处理流体3802。处理流体能从振动部件 一端到另一端流过基片，或者可以经定位在相邻压电晶体3804之间的 一个或两个振动部件中的槽进入在振动部件之间的间隙中。
[457]改变频率和/功率级能起作用，以弄平不均匀近场区的负效应，这 导致基片的不均匀处理。并且幸运的是，频率、功率、相位角、及脉 冲宽度的某种组合的变化也减小在近和远场中对于在基片的表面上的 敏感结构的损坏。
[458]在按照本发明的又一个实施例中，基片可以与振动部件不平行地定 位，并且与振动部件分离一段距离。当在基片表面与振动元件的表面 之间的角度位于一定范围内时，显著部分的撞击超声波能量穿过基片 的厚度传输。然而，在这个临界范围外的角度下，能量的大部分反射 离开基片的表面。在前一种情况下，按照本发明的实施例可能有助于 使近场不均匀性的不利影响最小，其中适当地改变频率、功率、相位 角、及脉冲宽度。
[459]在按照本发明的任何实施例中，基片能呈现相对于振动元件表面的 移动。这种相对移动能具有转动、横向移动、靠近或远离移动、或转 动、横向、及其它移动的组合的形式。基片相对于振动元件的移动依 据处理的阶段，能是均匀的或可变的。
[460]例如，对于抗蚀剂剥离步骤，不浸没有槽中、而代之以由喷射喷嘴 湿润的单晶片的快速转动，可能是希望的。快速转动往往减小在基片 表面上的液体层的厚度。较薄的液体层能允许诸如臭氧气体之类的气 体成分从周围气氛到晶片表面的较快扩散，其中它可能参加希望的反 应。
[461]相反，在以后步骤中，可能希望通过把晶片完全浸没有槽中的液体 中，在SC1溶液中清洗晶片并且在DI水中冲洗晶片。对于这两个步 骤，更慢的转动或甚至前后移动可能是优选的。在其中浸没基片的处 理步骤中，对于在晶片表面处的反应希望的任何成分需要溶解在液体 中。浸没晶片的转动相对于由超声波能量的使用单独地或与转动相结 合地形成的声学边界层的厚度，不会可观地减小在晶片表面上的流动 动力边界层，除非转动速度非常高。因此，转动不会可观地增大在大 量流体中溶解物质到基片表面的扩散速率。
[462]另外，在改变频率、功率、或脉冲宽度的超声波能量的施加之前、 随后、或期间，各种化学制品能接触基片表面。例如，基本上包括DI 水的液体的细雾或喷射能与超声波能量一起同时施加到基片表面上， 同时把氧化气体引入到基片周围的气氛中。可选择地，液体能包括溶 解在DI水中的有机酸或无机碱。
[463]尽管以前实施例和例子已经处置了在电子元件基片的制造中普遍 使用的频率下的超声的应用，但本发明不限于这些频率或元件。例如， 也可以便利地使用在传统超声波和兆频声波处理范围外的频率。在历 史上，在从几千赫到几百千赫的范围中的频率常常称作超声波处理频 率，并且从几百千赫至几千千赫的那些称作兆频声波处理频率。为了 本发明的目的，术语超声波和兆频声波频率可能指任何频率范围。不 脱离本发明的精神和意图，也能使用比这些高得多的频率，甚至在常 规微波处理范围中的频率。
[464]各种基片的微波处理的例子公开在美国专利申请10/150,748中，并 且为了所有目的通过参考包括在这里。这个包括申请的各种实施例公 开了基片的处理，甚至此时它们不完全或甚至部分地浸没在液体中。 对于微波处理，在处理腔室中能建立各种驻波图案。通过改变多个源 的频率、功率、相位角；及/或施加能量的脉冲宽度，能最小化或甚至 消除这些驻波与其伴随的高能量和低能量点的负面影响。
[465]另外，处理能出现在高于大气压的压力下，并且包括兆频声波能量 的施加。这样的处理公开在美国专利申请10/456,995中，为了所有目 的通过参考包括在这里。而且，公开了各种处理化学性质和处理顺序， 它们能与这个当前申请的本发明一起便利地使用。
[466]而且，按照本发明的实施例，也能便利地用声波能量处理除电子元 件之外的基片。这样的基片能来自各行各业，如来自盘驱动器、光学、 平面板、医学、微生物及药业等等。
[467]另外，按照本发明的实施例不限于按描述的方式改变声波能量的特 征以实现在近场中的更均匀处理。按照本发明的可选择实施例，也可 以按描述的方式改变施加辐射的其它形式的特征，如微波辐射，以实 现接收施加辐射的基片的更均匀处理。况且，能同时或顺序地施加多 种形式的辐射，以实现希望的处理。
[468]尽管在电子元件基片处理中使用的最普通振动元件包括粘结到板 状结构上的压电晶体，但也可以使用其它类型的晶体、材料、及结构， 而不脱离本发明的精神和讲授。多种这些可选择换能器元件材料在工 业中是熟知的。
[469]况且，对于按照本发明的实施例的优点，也可以使用把压力脉冲施 加到处理流体上并且处理流体/基片界面的其它方法，包括但不限于脉 动高压射流和由机械振荡移动的振动表面。
[470]并且尽管以上描述着重于改进在靠近振动部件的近场区中的处理 的均匀性，但按照本发明的实施例不限于这种用途。例如，在本发明 的可选择实施例中，兆频声波能从振动部件施加到位于远场区中的基 片上，由此产生建设性和破坏性干涉的区。以后，利用诸如至少1)能 量反射、2)多个能量源的使用、或3)从兆频声波能量源发射的能量 的特征的改变之类的技术，能相对于时间改变建设性和破坏性干涉的 点的位置，由此提高在振动部件近场外的远场区中处理的均匀性。
[471]D.机械和电化学处理
[472]对于大多数常规化学机械抛光或平面化(CMP)型处理，基片被夹 紧在装置中，并且然后设置在与很大转动研磨垫相邻的转动移动中。 基片和研磨垫都可以处于相对于机器以及相对于彼此的移动中)。
[473]当使基片与研磨垫相接触时，各种处理膏引入到垫的表面上，以有 且于均匀磨削和从基片表面除去有害材料。由于在基片与研磨垫之间 的相对速度，跨过基片的直径(或长度，不是厚度)建立各种压力分 布。
[474]典型地，建立的压力分布跨过整个基片不是均匀的。有时接触垫的 基片的最初部分向研磨垫下垂，而接触垫的基片的最后部分进一步远 离垫升起。在其它用途中，基片的引导表面可能升起或掠过，而滞后 表面下垂。
[475]压力分布跨过基片的整个直径或长度常常是非线性的，具有包含最 小值和/或最大值的弯曲表面的形式。局部压力在离开基片的表面的前 边缘时能增大或建立，并且然后当接近另一端或后边缘时减小。可选 择地，局部压力可以从基片的一侧到另一侧首先减小，并且然后增大。
[476]常规手段试图施加超声波，以从研磨垫的表面清除累积砂粒。由于 这些垫一般由容易吸收振动能量的聚合物材料构造，所以一般难以穿 过它们传输振动或声波能量。
[477]当垫和/或基片正在移动或旋转时，在研磨抛光或平面化过程期间 的声波能量的这种传输进一步复杂。用于抛光单元的一种常规设计利 用用于研磨垫的带/环设计。带以与皮带式砂光机类似的方式连续地环 绕驱动皮带轮。基片保持静止，并且允许与研磨带相接触。
[478]在这种操作期间可以把超声波施加到带的顶侧，意图是使某一小部 分能量穿过聚合物带传输到在带与基片之间的界面，有助于从带处理 或清洗累积的砂粒。因为穿过柔性聚合物材料的不良能量传输，这样 的常规设计仅获得有限成功。
[479]因而，在现有技术中存在对用来施加声波或振动以增强半导体构造 过程的方法和设备的需要。
[480]按照本发明的实施例，把振动能量施加到经受化学机械平面化或某 种其它形式的处理的基片或工件上。按照一个实施例，振动能量通过 与静止能量传输部件的接触可以从能量源传给工件。按照本发明的可 选择实施例，振动能量可以经其特征在于诸如轴承之类的转动元件的 能量传输部件传给工件。按照本发明的振动能量的施加可以改变由与 研磨部件相接触的基片经历的压力分布，由此影响生成处理的质量。
[481]按照本发明的实施例一般涉及与振动能量的施加一起通过处理改 性工件的表面。施加的振动能量可以具有各种形式，并且可以由各种 源产生。
[482]按照本发明的一个实施例，机械振动、声波/超声波、或微波形式 的振动能量可以在基片处理之前、期间、或之后施加到基片上，以改 进局部或整个基片处理的均匀性。按照本发明的一种特定用途涉及半 导体工件的平面化，一般对于整个晶片，或者对于在该表面上存在的 个别特征。
[483]其它较普通形式的平面化和表面改性包括机械抛光、研磨、磨削(通 过磨蚀除去材料)、及涉及由于在表面上的电化学板除去材料/平面化 的电化学加工过程。可选择地，按照本发明的实施例能在把材料添加 到工件上以及从其除去材料的过程中，把振动能量施加到基片上。这 种另外的声波辅助过程包括但不限于电镀和各种形式的涂敷。
[484]在CMP处理的特定场中，在平面化/处理期间把振动能量引入到基 片中和/或经其引入能量，可以使在基片与接触研磨垫之间产生的局部 压力分布更均匀。这种更均匀的压力分布可能又导致从基片表面更均 匀地除去材料。
[485]在电化学加工的领域中，振动能量的引入可以导致靠近基片表面的 更均匀浓度和温度分布。更均匀的分布可能导致更均匀和迅速地从基 片表面除去材料或更均匀和迅速的反应。
[486]施加的振动能量也可以减小流体边界层的厚度，该边界层在施加超 声波能量的情况下称作声学边界层，或者在强迫流体流动的情况下称 作流体动力边界层。当涉及质量传输限制步骤时，这样的变薄流体/流 动动力/声学边界层可能导致穿过诸层到基片的更快质量传输，并且对 应地加速处理。这种效果一般能在整个表面上出现，或者仅限于特定 局部区域，或者在不同的局部区域中不同地作用。
[487]例如，在处理期间，在与活性表面相邻的流体边界层中能减小感兴 趣的特定离子物质的浓度。各个离子在施加的电位下，不能与在大量 流体中借助于大量流体流动一样快地，扩散或移动到流体边界层中和 经其扩散或移动。特定离子在流体边界层中的生成稀释常常称作浓度 极化，并且导致更慢和不均匀的处理。
[488]通过按照本发明的实施例通过振动或声波能量的施加减小流体边 界层的厚度，增大希望离子物质在反应表面处适用的速率。
[489]对于涉及平面化的基片处理，能观察到不利效果。明确地说，按照 本发明具有通过振动能量的施加减小的厚度的流体边界层，允许从基 片表面除去的物质更迅速地进入大量流体。这导致更快和更均匀的处 理。
[490]按照本发明的实施例施加以增强处理的振动能量能由任何便利的 机械/电气源产生。例子的范围从呈现比较低频率的活塞/偏心装置，到 呈现适中频率的超声波压电晶体的电子激励，到更高频率微波能量的 产生和施加。这些产生的振动可以以各种方式通到在基片与处理实体 (即研磨垫和/或处理化学物)之间界面。
[491]如以前描述的那样，在研磨过程中可以采用的聚合物垫可能吸收振 动能量。因此，代之以试图穿过这样一种柔性能量吸收元件传输显著 量的能量，按照本发明的实施例直接穿过比较刚硬的基片和/或基片支 架传输显著量的振动能量，其中很少的能量被吸收和损失。
[492]以上描述了用来实现这种振动能量施加的一种特定设计。明确地 说，通过直接穿过基片传输大量能量而不是穿过研磨垫仅传输很小的 量，在垫与基片之间的界面处得到更多能量，以修改初始产生的局部 压力分布。
[493]尽管不希望由任何具体理论所约束，但施加的振动能量在基片处理 期间可能破坏或修改产生的局部压力分布。对于中等频率振动能量的 施加，可以防止由常规处理设备机器/单元生成的跨过整个基片的完全 压力分布完全形成，因为在振动脉冲之间的时间太短，不允许不均匀 压力分布的完全发展。
[494]对于在液体浴槽中的基片的常规兆频声波处理可以描述一种类似 情形。当流体流过静止基片时，流体动力边界层形成在基片上方，其 中流体速度在从在基片表面处的零到在从基片表面移开某一距离处的 大量流体速度的范围内。这种分布随流体沿板流动得较远而在厚度上 增长或发展。因此，在生成流体边界层中的“减小”流体速度的分布 靠近基片的头部较薄，并且靠近尾部较厚。
[494]然而，通过在处理期间施加兆频声波能量，绝不允许完全局部分布 完全发展。结果，声学确定的边界层可以小于流体动力确定的边界层 的1/1000厚度。以这种方式，兆频声波能量的施加能促进清洗或处理 操作，其中质量必须穿过流体边界层传输。
[496]由按照本发明的实施例解决的一个问题是在基片正在转动或移动 的同时穿过基片传输振动能量的困难。按照本发明的几个实施例实现 这个目标，而也不要求振动能量源也移动。振动能量源的这种移动通 过要求可动动力连接会增加设备的复杂性。
[497]图39表示用来采用振动能量以增强基片的处理的一种设备的一个 实施例的横截面图。图39的处理设备3900表示实心部件3902，实心 部件3902具有配合有振动能量源的一端3902a，例如包括与动力源3907 电气连通的压电晶体3905。实心部件3902的第二端经基片支撑板3908 与基片3906相接触。能量经实心能量传输部件、基片传输，并且在膏 3912存在的情况下进入在基片3906与研磨垫3910之间的界面3910中。 实心部件3902是静止的，并且在研磨垫3910与基片相接触地转动的 同时，不转动或移动。
[498]图40表示按照本发明的用来采用振动能量以增强基片的处理的一 种设备的可选择实施例的简化横截面图。图40的设备与图39的第一 实施例的设备类似，不同之处在于传输部件4002包括可转动轴承4004。 轴承4004允许与振动源4008相接触的实心部件4002的顶部4002a保 持静止，而与基片支撑部4006相接触的底部4002b自由地旋转。
[499]能允许与基片支架的转动同时的振动能量传输的各种轴承设计是 已知的。这样的轴承设计的例子包括但不限于机械轴承和低摩擦滑动 表面。
[500]尽管图40没有清晰地表明基片支架如何能转动，但能用来实现这 种移动的多种方法在工业中是熟知的。用来产生转动的这样的机构的 例子包括但不限于皮带/皮带轮、齿轮、及与其它移动部件的摩擦。
[501]图41表示按照本发明的用来采用振动能量以增强基片的处理的一 种设备的另一个可选择实施例的横截面图。在图41中表示的设备类似 于在图40中表示的设备，不同之处在于机械振动器4002用作振动元 件。
[502]尽管基片支架在图41中表示成静止的，但这不是由本发明所要求 的。按照其它实施例，当机械振动器操作时，振动传输元件能转动。
[503]液体作为用于振动和声波能量的传输的介质是熟知的。因而，图 42表示按照本发明的用于振动能量的施加的一种设备的又一个可选择 实施例的横截面图。设备4200与轴承/密封结构4206一起利用填充有 液体404的空心振动能量传输部件4202，以利于在处理期间振动能量 到基片支撑4208的传输。按照本发明使用的这样一种轴承/密封结构的 一个例子是铁磁流体密封结构。
[504]在图42中表示的特定实施例中，可能优选的是，采用脱气液体以 限制气泡形成，气泡形成会减小从源4210至基片4212的声波能量的 传输。
[505]图43表示按照本发明的一种处理设备的再一个可选择实施例的横 截面图。图43的设备结合来自具有在中等频率(例如，～0.7-1MHz) 下激励的晶体的兆频声波单元4304的振动能量，利用来自在比较低频 率(例如，～1-1000Hz或～1-10kHz)下致动的机械振动器4302的振动 能量。按照另外的实施例，也可以施加微波或其它更高频率能量脉冲， 或者与低和中等频率能量结合，或者代替这些其它能量频率。
[506]图44表示按照本发明的一种处理设备的另一个可选择实施例的横 截面图。图44的设备利用滑环结构4402，以允许从动力的静止源(未 表示)到转动移动振动元件4404(例如，压电晶体)的电气能量的传 输。滑环4402的特征可以在于，触点包括诸如水银之类的导电液体， 或者由诸如铜金属之类的实心导体形成。在图44中所示的这样一种布 置允许研磨垫4406以及基片4408本身的转动，而不需要经其必须传 输振动能量的轴承或轴承表面。
[507]图45表示按照本发明的一种处理设备的另一个可选择实施例的横 截面图。图45的设备4500包括相对于基片4504的前或后表面、或保 持或支撑板4506的表面定位在特定角度范围(θ1-θ2)内的兆频声波喷 嘴4502。在特定角度范围(θ1-θ2)内，发生模式转换，其中离开兆频 声波喷嘴4502的膨胀压力波4505转换成在基片、基片支架、或基片 支撑部中的表面波。
[508]图46表示按照本发明一种处理设备的又一个实施例的横截面图。 设备4600构成为进行电化学抛光或加工。不是利用研磨垫进行基片平 面化，在设备4600中，电解液4602起把各种离子物质传输到基片4604 的表面上和从其传输这些物质的介质的作用。利用恒定电流或恒定电 压操作模式的电化学过程特别适于利用由按照本发明的实施例提供的 好处。
[509]尽管图46的实施例表示穿过基片的厚度传输振动能量，但这不是 由本发明所要求的。按照可选择实施例，振动能量能平行于基片表面 取向，以便减小任何有关流体边界层的厚度。
[510]并且尽管图46的实施例表示大电极平行于基片表面定位，但这不 是由本发明所要求的。因为电解溶液的导电性，按照可选择实施例， 电极可以定位成离基片表面某一距离，并且/或者处于相对于其不平行 的方位中。
[511]尽管电化学处理一般在使基片部分或完全浸没的槽中进行，但这也 不是由本发明所要求的。按照本发明的另外其它实施例，可能优选的 是，仅在与基片密切隔开的电极之间采用薄流体层。这样一种布置在 施加微波能量时当电极对于微波能量比较透明时特别有用。
[512]例如，多种半导体基片材料对于微波能量比较透明。这样的基片材 料也可能拥有足够的导电性，或者可以包含传导轨迹或其它足够传导 的特征，以允许基片起电极的作用。因而按照本发明的可选择实施例， 可以施加高频率微波，以便增强电化学处理。
[513]图47表示按照本发明的一种处理设备的另一个可选择实施例的横 截面图。图47的设备4700表示利用波导管4712从微波源4710到在 研磨垫4704与基片4706之间的界面4708的微波能量4702的输送。 波导管把微波能量输送到希望的施加点，以使直接到基片/垫界面的能 量传输最大。在图47中表示的具体实施例中，在界面908处和/或在基 片支架的表面上的薄液体层能便利地用来吸收从源施加的微波能量。
[514]尽管图47表示微波辐射由与基片表面和由此限定的基片/垫界面相 平行的波导管取向，但这不是由本发明所要求的。按照可选择实施例， 波导管能相对于基片表面以角度布置，以使能量到基片/垫界面的传输 最大。波形的模式转换能发生在适当条件下。
[515]尽管上述实施例已经描绘了处理基片定位在处理部件上方，但这不 是由本发明所要求的。按照可选择实施例，基片能布置在处理部件下 面或旁边。
[516]在按照本发明的声波辅助处理步骤的进行之前、期间或之后，可以 开始第二处理步骤。这个第二处理步骤可以包括电化学处理，电化学 处理包括电镀、电抛光或电加工。把任何频率的振动能量，但特别是 超声波和微波频率能量，包括到在基片与任何接触液体之间的界面中， 能在减小在基片表面上形成的任何有关流体边界层的厚度方向具有重 大益处。
[517]按照本发明的这样的流体边界层的减小能导致更迅速和/或更均匀 的处理，特别是对于涉及质量传输限制步骤的处理。另外，流体边界 层的厚度减小使与基片表面接触的流体浓度和温度更均匀。这又导致 更均匀的处理，并且能证明对于处理基片的不平表面特别有效。
[518]还要注意，在各种以上实施例中描述的处理步骤能按任何顺序进 行，并且仍然保持在本发明的范围内。例如，在处理之前、期间、或 之后可以施加振动能量以增强效果。
[519]电化学处理在半导体装置的构造中正在越来越多地使用。一种流行 的使用是在互连结构的铜镀的形成中。在这样的镶嵌用途中，铜通过 电镀淀积在形成在介电材料的凹坑中。
[520]在这样的电化学处理中，可能难以得到/保持对呈现复杂地貌的基 片表面的材料的添加或除去。对于常规电化学处理遇到的一个困难在 于，各种离子和其它活性化学物质的浓度、和流体流动速度分布，跨 过在基片表面处或在其上存在的凹下特征内的流体动力边界层变化。 因而，对于金属层在基片上的电镀，可能难以在呈现高纵横比的沟特 征的下部上形成均匀厚度的层，或保证这样的特征被均匀地填充而没 有空穴的包含或产生。
[521]具体地说，当电解流体流过凹下特征时，流体在基片表面上形成流 体动力边界层，并且填充沟的流体可能成为停滞的。在沟中的流体因 而不能迅速地经流体对流传输或者正常地用叠在边界层上的新鲜大量 流体置换。在某些情况下，可能形成在沟内的涡流，引起在沟内的局 部流体循环，但否则防止包含在其中的流体与周围大量流体混合。在 这样的情况下，穿过停滞区运输各种离子和其它化学物质的机理可能 限于一般十分缓慢的扩散。
[522]可选择地或与扩散运输相联系地，化学物质可能在施加电位的影响 下穿过停滞区。在这样的条件下，在这些停滞区中产生的浓差极化能 被放大。这样的浓差极化可能导致缓慢和不均匀处理，特别是在尖边 缘周围或在结构内的角部中。
[523]在使电化学处理更均匀的尝试中，各种添加剂按常规引入在电解槽 中。一些添加剂可能增强或加速在选择区域中材料的淀积或除去，如 在其中离子浓度已经显著降低的流体停滞区域中。其它添加剂可能延 缓或减慢在其中流体速度和离子浓度被升高的区域中的淀积或除去。 添加剂的结合可以用来使最终淀积材料层或表面更平，特别是跨过具 有高纵横比特征的非平面基片。
[524]尽管在有添加剂的情况下处理均匀性得以改进，但处理可能仍然呈 现显著的不均匀性。这样的不均匀性能使在某些位置中除去或添加材 料、和补偿在其它位置中形成的空穴的辅助处理步骤成为必要。这样 的辅助步骤减小了生产率并且增加费用。
[525]诸如增强剂、阻滞剂及调平剂之类的添加剂的引入也能用作另一种 污染源，这种污染在能实施进一步的处理步骤之前必须从基片除去。 这样的污染除去步骤也能减小生产率并且增加费用。
[526]已知声波能量的引入能减小流体动力边界层的厚度。在一定情况 下，由在接近1MHz下声波能量的引入生成的声学边界层可能只是原 始流体动力边界厚度的～1/1000。流体边界层的有效厚度的这种减小， 在呈现高纵横比的基片表面上的沟、通道、或其它结构的处理中可能 特别重要。
[527]正确频率的声波能量的引入能减小流体边界层的有效厚度，由此增 大在这些区域中流体流动/化学运输的速率。在流体流动基本上不存在、 或者仅局部循环的场合，防止出自特征到周围大量流体的流体传输。 声波能量能用来破坏这样的局部涡流，并且增强在停滞区域与大量流 体之间的流体传输。
[528]然而，在电化学处理期间使用声波能量来减小流体边界层的厚度的 常规尝试典型地获得有限成功。在一定情况下，这些常规手段证明不 能有效地穿过与基片表面平行定位的电极传输能量。对于其中电极不 与基片表面平行地定位、并且不定位在基片与振动部件之间的设计， 常常导致不均匀的处理。
[529]因而，在现有技术中存在对用于半导体基片的改进电化学处理的方 法和设备的需要。
[530]按照本发明实施例的半导体工件的电化学处理，可以通过穿过电极 的厚度，特别是在基片与振动声波能量源和脉动流体流动之间定位的 电极，施加包括声波能量的各种形式的能量而增强。按照本发明的实 施例，声波能量可以穿过具有实心、复合、开口(即，网眼)、或多 孔结构的电极传输。按照本发明实施例的电化学处理也可能由脉动流 体流动完成或者伴随有脉动流体流动，以进一步减小流体动力边界层 的厚度和该层对于处理有效性和均匀性的影响。
[531]按照本发明的实施例公开了用来穿过实心、以及复合、开口、或多 孔电极结构单独地或与脉动流体流动组合地把能量传输到基片表面的 方法和设备。按照本发明的实施例减小流体边界层的厚度，并且增强 这些层的均匀性，及防止在高纵横比结构中的流体停滞。按照本发明 的实施例因而导致更快和更均匀的处理，同时消除或减小对添加剂的 需要。
[532]图48表示按照本发明用来进行电化学处理的一种设备的一个实施 例的简化横截面图。与压电晶体4812直接物理接触的振动部件4810 部分或全部浸入在电化学处理浴槽4814中，该浴槽4814包含在处理 容器4818的壁4816内。电极4820定位在与振动部件4810隔开的浴 槽4814中。基片4822定位在与电极4820隔开的浴槽4814中，并且 在电极4820的相对侧上。
[533]压电晶体4812与RF电源的4824电气连通。电极4820和基片4822 分别与电压源4826的相对极4826a和4826b电气连通。
[534]在处理期间，跨过基片482和电极4820由电源4826施加电位差。 这个电位差产生致动浴槽4814的化学物质以处理基片表面的电场。这 个电位差依据希望完成的特定处理能保持恒定，允许变化幅值，或甚 至在正与负值之间改变。按照本发明的实施例，利用恒定或可变电流 操作的电化学处理模式是可能的。
[535]在电位差的施加之前或期间，压电晶体4812从RF源4824接收电 压，并且开始振动。压电晶体4812的振动能量又传给相邻振动部件 4810。振动部件4810又把振动能量通到电化学浴槽4814。
[536]作为振动能量施加到浴槽4814的结果，显著减小在基片表面和电 极上的流体动力边界层。这促进化学物质到和从基片表面和电极的传 输。
[537]按照本发明实施例的处理设备的特征可以在于，电极专门设计成促 进其传导超声波能量。例如，实心电极可以设计成具有施加声波能量 的波长的四分之一的偶数倍的厚度(即，厚度＝nλ/4，n＝2，4，6…)。
[538]尽管图48表示电极布置成与从振动部件入射的声波能量正交，但 这不是由本发明所要求的。图49表示可选择实施例，其中电极4900 相对于从振动部件4902入射的声波能量的方向以位于临界角范围θ1-θ2 之间的角度θ布置。以图49中表示的方式以角度定位电极允许振动能 量穿过电极发射，而不像在图48中表示的情形那样，要求电极的厚度 近似等于偶数倍四分之一波长。
[539]在图49的实施例中，对于电极厚度没有限制，并且只要电极的表 面相对于振动部件的表面在适当角度下，穿过电极的能量传输就将发 生。尽管图49描绘在电极与基片之间、以及在电极与振动部件之间的 角度，但这是不要求的。基片可以平行于电极，或者对于它以任何角 度定向。而且，在电极与基片之间的角度可以保持恒定，或者可以在 处理期间变化。在电极与振动部件之间的角度也可以保持恒定，或者 可以在处理期间变化。
[540]图50表示按照本发明的一种电化学处理设备的另一个实施例的简 化横截面图。明确地说，图50的设备与在图48和49中表示的设备类 似，不同之处在于，电极5000与包括压电晶体5004的振动部件5002 直接物理接触。组合的电极/振动部件结构5000/5002能以多种方式设 计，以优化振动能量从部件5002穿过电极5000的传输。
[541]例如，尽管电极5000不必呈现任何具体厚度，但生成电极振动部 件组合的厚度应该近似是施加振动能量的四分之一波长的奇数倍的厚 度(厚度＝nλ/4，n＝1，3，5…)。这个奇数倍四分之一波长厚度对于 来自振动部件的声波能量进入流体中的有效耦合是希望的。
[542]在一定的电化学过程中，可能消耗电极材料的部分，由此相对于时 间改变电极的整体厚度。在这样的用途中，在电极元件的厚度不包括 电极/振动部件组合的整体厚度的显著％的场合，电极厚度的变化不会 大大地影响组件操作。例如，如果振动部件的厚度是电极厚度的四倍， 则电极厚度的50％的减小将只减小电极/振动部件的整体厚度的10％。 尽管在某些条件下大到+/-50％的组合的整体厚度变化可能是可接收 的，但小于+/-30％的变化一般是优选的。
[543]况且，一定的声波能量发生器允许压电晶体的启动频率的调节。相 对于时间，压电晶体的启动频率能被调节，由此补偿电极材料厚度的 变化。
[544]按照本发明的另外其它实施例，振动部件可以包括电极本身。明确 地说，振动部件能由适当的导电材料构造，从而电位差的施加产生希 望电场和生成电化学处理。在其中振动由电流对于与振动部件相接触 的压电晶体的施加生成的实施例中，压电晶体能电气地，但不是机械 地，与振动部件绝缘。
[545]利用在一个或多个元件与周围电化学浴槽之间的相对移动，可以增 强按照本发明实施例的声波辅助电化学处理。图51表示一个这种实施 例的简化横截面图，其中转动基片支架5100，该支架5100在化学浴槽 5104内支撑基片5102。这种相对移动用来进一步减小在基片与周围大 量流体之间的流体动力边界层的厚度，由此增强在处理期间离子和其 它化学物质到和从基片表面的传输。
[546]或许更重要地，相对移动也能增加处理的均匀性，特别是当基片和 电极比较彼此靠近地定位时。处理均匀性的这种增加能由各种设备元 件通过不均匀能量场的相对移动生成。以这种方式，在不均匀场中产 生的高和低能量强度的节点在整个处理工序期间不会集中到基片上的 固定点上。
[547]例如，如果施加的电位场包含局部不均匀性，则基片/电极/振动部 件的移动能使对于处理的负面影响最小。没有相对移动，位于高能量 强度节点中的在基片表面上的点可能经历增大的材料添加速率，而在 低能量强度节点中的点可能经历减小的材料添加速率。相对移动往往 弄平这些高和低强度节点对处理不均匀性的影响。
[548]类似地，相对移动也可以使不均匀声波场的负面影响最小，当声波 能量离开振动表面时可能产生该不均匀声波场。靠近振动表面的区常 常命名为近场，并且其特征在于场不均匀性。这种不均匀性依据由频 率、强度、和几何形状施加的约束条件可能从振动表面延伸高达几英 寸。
[549]尽管图51表示在基片与周围浴槽之间传递相对移动，但这不是由 本发明所要求的。按照其它实施例，电极或振动部件的之一或两者， 单独地或者与基片的移动组合地，能经历在浴槽内的移动。这样的相 对移动往往使在施加电位场中、或在从振动表面发出的产生声波场中 对不均匀性处理的不利影响最小。
[550]并且尽管图51表示在基片与周围浴槽之间传递相对移动，但这也 不是要求的。可以采用除转动移动之外的相对移动形式，例如横向移 动或振动移动。
[551]上述特定实施例着重于实心电极结构的使用。然而，按照可选择实 施例，可以采用除实心电极之外的电极，以增强按照本发明的电化学 处理。
[552]例如，图52表示按照本发明的利用开口电极结构的一种处理设备 的实施例的简化立体图。电化学处理设备5200与在图48中表示的设 备类似，不同之处在于，电极5202的特征在于开口5204和5206的图 案。开口5204和5206允许和导向电化学处理浴槽的流体通过电极的 流动，由此促进在大量流体中化学和离子物质的均匀分布。电极板5202 的整体厚度或方位保持在上述希望范围内，从而振动能量穿过电极 5202传输。
[553]在电极5202中开口5204和5206的尺寸和数量设计成使在基片表 面处接收的声波能量的任何不均匀性最小。在一定实施例中，开口的 宽度能大于或等于入射声波能量的一个波长(或多个波长)，以便允 许能量波的通过。
[554]在其它实施例中，在电极中开口的宽度能设计成小于一个完整波 长。这样一种电极结构能导致声波或其它能量类型的入射波的衍射， 产生各种衍射干涉图案。通过改变入射声波能量的频率、功率级、及 相位角，能使这样的干涉图案相对于时间变化，产生不同的处理效果。
[555]图53表示一种处理设备的可选择实施例的简化横截面图，该处理 设备类似于在图52中表示的设备，但其特征在于基片5300在浴槽5302 内支撑在电极5304上方。在图53中表明的横截面图也表示电化学处 理流体经在电极5304中的开口5304a循环。
[556]不像建议流体直通电极的流动的图52，图53描绘在操作期间强加 流体流动方向的变化的电极。流动流体的方向的这种变化的范围能从 仅几度的单次移动到可能由静态混合器的操作导致的重复变化。
[557]图54表示按照本发明的一种处理设备的另一个可选择实施例的简 化横截面图，该处理设备类似于在图52中表示的设备，但其特征在于， 机械振动器5400，而不是压电晶体，与振动部件5400相接触。在这个 实施例中，大量电化学处理流体5402经在电极5406中的开口流到基 片5404。当希望比较低的振动频率时，这样一种机械振动器设计可能 特别有效，特别是如果这样的振动伴随有振动部件的大振幅或位移。
[558]图55表示按照本发明的一种处理设备的又一个可选择实施例的简 化横截面图。图55的设备5500类似于在图53中表示的设备，但其特 征在于，电极5502与在歧管5504中的5504a直接接触，从而产生流出 电极的流体射流。
[559]在图55中表示的实施例的进一步改进中，流体的流动能启动和停 止。泵(未表示)能用来产生脉动流体流动。产生的流体脉动可以粗 略地模拟在以前例子中存在的压力脉冲，该压力脉冲由压电晶体的移 动、或由与振动部件耦合的机械振动器引起。
[560]脉动流体流动不仅能有效地减小在系统的一个或多个元件的表面 上存在的流体动力边界层的厚度，而且也可以特别有效地破坏在基片 表面上的凹下特征内存在的停滞流体中已经产生的涡流。
[561]按照本发明的实施例可以使流体脉动的频率与凹下特征的尺寸相 匹配，以便使在凹坑与大量流体之间的混合和流体传输最大。例如， 如果脉动的频率太高或太低，则在凹下特征与周围流体之间可以发生 次最佳流体传输。
[562]图58表示按照本发明的一种处理设备的又一个可选择实施例的简 化横截面图。图58的设备5800类似于在图55中表示的设备，但其特 征在于，部件5802与歧管5804直接物理接触。因而，由泵源(未表 示)产生的流体脉冲能与来自压电晶体(未表示)或与振动部件5802 耦合的机械振动器(未表示)的压力脉冲一起增大。这样一种布置能 导致多模式振动频率。因而，有可能同时产生在高、中及低频率下的 振动，每种振动频率具有不同的强度。
[563]上述按照本发明的设备的实施例着重于是实心或具有开口的电极 部件的利用。然而，按照可选择实施例，可以利用不是由实心材料制 成的电极。例如，多孔导电材料用作在燃料电池中的电极。这样的电 极常常与各种离子交换隔膜和分离器组合。按照本发明的实施例也能 利用由这样的材料形成的电极、隔膜、及分离器。由这样一种电极结 构呈现的多孔性，以与联系开口电极结构在以上描述的类似的方式， 增强大量电化学处理流体穿过电极的流动。
[564]而且，离子交换隔膜和分离器的包括实际上能防止或禁止包含在大 量流体中的有害化学物质到基片表面的传输，同时促进希望物质的传 输。因而，在电化学处理池内不同的反应可能同时发生。
[565]更进一步可选择地，联系本发明的实施例利用的电极结构可以由材 料的复合形成。例如，电极可以是空心的或流体填充的，以增强声波 能量的传输。可选择地，电极可以部分地或完全地填充或涂敷有聚合 物材料，也提高其传输施加声波能量的能力，同时产生希望的电化学 反应。
[566]尽管以前的图已经把电极描绘成平面部件，但这不是由本发明所要 求的。按照可选择实施例，电极能呈现不同的形状。例如，在处理基 片的表面呈现弯曲形状的场合，电极能类似地成形以与其一致。
[567]按照其它另外的实施例，电极可以成形为促进流体的平滑流动。因 而，图56表示按照本发明的一种结构的可选择实施例，其中成形电极 5600呈现泪滴或翼状轮廓，以便促进浴槽流体以层流而不是紊流流动 的平滑流线特性循环。电极的形状可以进一步促进声波能量沿与这些 流体流线相一致的路径的传输。这样一种电极形状促进声波能量绕在 电化学浴槽中诸如电极或支撑部件之类的障碍传播，由此防止导致不 均匀处理的声波遮挡。尽管在图56中表示为单个大电极，但活性电极 表面实际上能包括多个较小流体动力成形元件。
[568]如在美国非分案专利申请no.10/150,748中更充分描述的那样，在 升高压力下进行电化学处理可能涉及流体的脉动流动。压力脉动操作 也能包括压力/释放操作，其中当系统或局部压力降低时，在较高压力 下的溶解气体作为气流释放。这能包括作为在槽内高速流体流动的结 果的压力降的包括。图57表示利用产生压降的一个实施例。能使两个 阀5700和5702的打开/关闭定序，以产生在槽内的各种压力和流体脉 动操作。气泡的产生也能影响在槽内的流体不均匀性。
[569]按照本发明的实施例不限于穿过在电化学处理浴槽中浸没的电极 的声波能量的传输。图59描绘实施例，其中基片5900和电极5902由 薄流体层5904分离，但不完全浸没在液体浴槽内。这个薄流体层5904 允许电化学反应发生。用来把新鲜流体引入到在电极5902与基片5900 之间的界面的特定设备能包括来自窄或宽区域喷嘴或射流的强迫流体 流动、来自垂直操作的重力或来自多孔电极和/或振动部件的引入。电 极5902能是实心的，开口的或多孔的设计。振动部件5906能装有压 电晶体或装有机械振动器。
[570]图60表示按照本发明的一种设备的另一个实施例。明确地说，图 60的设备6000包括接近和平行于基片6004的表面6004a定向的电极 6002。不是部分浸没在电解液中，液体的薄层6006提供在电极6002 与基片6004之间。
[571]在处理期间，电位差施加在电极6002与基片6004之间以促进电化 学处理。也在这种过程期间，来自源(未表示)的微波能量6008经微 波回路6010传输到电极6002的后侧6002a。这种微波能量6008穿过 电极6002传输，并且撞击基片6004的表面。在电化学处理期间穿过 电极对于基片表面的微波能量的施加能有效地提高生成电化学处理的 速度或均匀性。微波能量的这种施加可以或不必伴随有声波能量的施 加。
[572]尽管图60表示只通过电极的微波能量的引入，但这不是要求的。 按照本发明的可选择实施例，微波能量能通过基片或相对于电极或基 片以某一角度引入。这些角度能包括相对于电极或基片平行、垂直、 或以某一角度定向的能量的引入。
[573]尽管电化学处理讨论的大部分考虑穿过电极的能量传输，但应该理 解这不是要求的。能量也能反射离开电极结构，并且仍然落在本发明 的精神内。而且，代之以利用以表示的方式穿过电极传输的能量，能 把这些实施例修改成表明穿过基片或基片支架的能量传输。
[574]E.基片干燥
[575]在各种湿处理步骤之后半导体基片的干燥随特征尺寸的收缩变得 更加重要。不完全或无效干燥能留下水印，水印导致装置缺陷和减小 的生产率。一些早期的干燥器基于热气体的使用以直接从基片表面蒸 发水和其它处理流体。其它基于有机溶剂的使用以移动残余的水或处 理液体。残余溶剂膜然后通过借助于加加热气体流动的蒸发除去。
[576]这种基于溶剂的干燥技术最终由有时称作marangoni干燥的表面张 力梯度(STG)干燥器技术代替。尽管与较早的干燥器设计相比更有效， 但当前STG设计具有缓慢处理速度、短效醇和溶液散发、及潜在火险 的缺点。
[577]因而，在现有技术中有对用来迅速和有效地干燥处理基片的方法和 设备的需要。
[578]按照本发明的实施例，单独或组合地利用多种技术可以增强暴露于 液体处理溶液的基片的干燥。按照一个实施例，基片干燥过程发生在 升高压力下，以增大表面张力减小成分的浓度。按照另一个实施例， 在干燥过程期间施加的、并且特别是在弯液面处施加的辐射可以减小 表面张力。按照又一个实施例，在干燥过程期间可以施加超声波能量， 以从基片表面蒸发残余液体。
[579]本发明解决了对于这些各种较早干燥器设计的上述限制。本发明的 多个实施例提供在克服这些限制方面的灵活性。加压STG干燥器的实 施例公开在共同待决美国非分案专利申请no.10/150,748(“′748申请”) 中。在处理期间基片的快速、有效及高效率加热的使用公开在美国非 分案专利申请no 10/456,995中，该申请为了所有目的通过参考包括在 这里。
[580]按照本发明的一个实施例，基于压力的STG干燥器可以包括基片 表面的辐射加热和改性。通过在压力下操作，可以强迫表面张力降低 成分以较快速率进入在气体-液体界面处的溶液中。增加溶解的速率能 导致在有限时间内增加量的成分溶解在气体-液体界面处的液体中。增 加在这个界面处的处理流体中的溶解的成分的量能导致较低的局部表 面张力。在流体中特别是在弯液面区域中的较低局部表面张力，能导 致较大表面张力梯度或在该表面张力与大量处理流体的表面张力之间 的差。这种较大表面张力梯度能导致更快和更有效与更高效率的干燥。
[581]有时在常规STG干燥中遇到的一个问题是，当基片升出处理流体 时气体和蒸汽在基片表面上的凝结。因而按照本发明的另一个实施例， 在实际上不冷却处理流体的同时或者在实际上冷却处理流体的同时， 可以加热STG气体。
[582]在这样一个可选择实施例中，当基片离开处理液体时，加热的STG 气体加热基片，这防止水蒸汽或STG气体成分在暴露的基片表面上的 凝结。由于STG气体的热容率与处理液体的热容率相比较小，所以即 使加热气体，也不会明显升高处理液体的温度。保持处理液体的温度 低，保证在处理液体中的STG气体的溶解度比较恒定，或者在处理液 体的冷却的情况下增大。
[583]按照本发明的实施例可以在约1与10ATM的升高压力下操作，尽 管在高于10ATM和高达100ATM或较高的压力下的操作是可能的。 在升高压力下的操作可以通过使气体、处理流体、及/或冲洗流体流入 封闭或大体封闭的处理容器中完成，如在′748申请中一般描述的那样。
[584]适当的表面张力降低试剂能作为固体、流体、蒸汽、和气体、及其 组合存在。表面张力降低气体或者能局部地施加在气体-液体界面处， 或者它们整体施加在蒸汽空间中。在某些情况下，试剂可以施加到大 量液体相本身，以减小所有处理流体的表面张力。这些试剂的某些与 某些液体和固体一样呈现较低蒸汽压力，而其它试剂能呈现与极易挥 发气体有关的高蒸汽压力。通过在封闭腔室或系统中的处理，很少的 挥发性表面张力降低试剂能逃逸到大气中。如果希望，也容易回收和 再用这些试剂。当必须处理或破坏使用的或过多的STG试剂时，它们 能在最大浓度点处处理，避免对处理整个空气处理系统所要求的昂贵 处理系统的安装和使用的需要。
[585]在另一个实施例中，能利用在处理液体中具有有限溶解度的表面张 力降低成分。例如，二氧化碳和臭氧气体在大多数普通水基溶液中表 现出有限的溶解度。当操作压力增大时，不仅这些部分可溶解表面张 力降低成分进入处理溶液中的速率增大，而且其量也增大。由增大压 力生成的较高溶解度能导致减小的局部表面张力、和在气体-液体界面 处的液体与大量流体的那些之间的增大表面张力差或梯度。
[586]按照本发明的又一个实施例，STG气体能溶解在载体液体中。载体 液体然后能不混合地添加到处理液体的表面，以保持在处理液体顶部 上的STG富载体液体的分离和清晰层。然后把基片穿过载体液体层升 起。
[587]在各种实施例中，载体液体和处理液体可以是相同或不同的材料。 STG气体不是要求的。能使用具有与处理液体不同的表面张力的载体 液体，而不用分离STG气体成分的添加。载体液体能具有与处理液体 相同或不同的温度。尽管处理液体或载体液体可以是水基的或在含水 溶液中可混溶的，但这不是要求的。而且，载体液体和处理液体之一 可以是水混溶的，而其它液体不是混溶的。诸如密度之类的物理性质 的差别也可以用来帮助保持层分离。
[588]按照另外其它的实施例，辐射可以局部施加到基片和/或处理液体， 特别是在弯液面的区域中，以便提高表面张力梯度。这种施加辐射能 导致基片的或在这种弯注面区中的处理液体的局部加热。对于多种处 理流体，温度的升高降低表面张力。例如，微波辐射能加热含水溶液 和硅基片。
[589]当硅基片从含水溶液露出时，施加的微波能量加热基片和溶液。没 有浸没在含水溶液中的基片部分比大量溶液或仍然浸没在大量溶液中 的基片部分升温要快得多。这种加热差别归因于与大量溶液的热容率 相比暴露基片的较小热容率。因此，即使微波能量与硅基片耦合得比 与溶液差，给定辐射通量也能引起暴露基片的快得多的加热。
[590]另外，在弯液面区中的流体也比大量溶液加热得快。不仅在弯液面 区域中的溶液体积非常小(表面面积/体积在弯液面中比大量溶液大)， 在这个区域中的溶液也从热暴露基片接收能量。因此在弯液面中的溶 液加热得较快，并且其表面张力降低。在另一个实施例中，大量溶液 本身可以在浸没基片的除去之前加热。
[591]温度变化能影响多种适用试剂的溶解度。按照又一个实施例，对于 某些部分可溶解表面张力降低气体，当液体温度增高时，它们在这些 液体中的溶解度降低。通过增加过程压力，强迫更多的表面张力降低 气体进入溶液。这种由增大压力生成的增大溶解度能起作用，以弥补 或补偿在较高温度下的减小溶解度。这种增大的溶解度也允许较高表 面张力梯度的产生，导致增强的干燥。这种增大的溶解度也进一步允 许某些以前不适用的表面张力降低成分的使用。
[592]另外，多种处理流体的化学活性是过程温度的函数。这样，可能希 望在处理期间改变温度或压力，以在组合地使用几种时，利用不同成 分的特性。在某些实施例中，可能希望用一种试剂随后由第二种进行 处理。在另一个实施例中，可能希望在单个容器中进行处理。在又一 个实施例中，处理可能在顺序过程中发生在多个容器中。
[593]对于不同的用途，各种辐射类型可能是有用的。这些能包括但不限 于微波、紫外线、红外线、及电磁感应。在本发明的另一个实施例中， 辐射可以加热基片或在基片表面上的处理液体，因而促进较快蒸发。 例如，微波、红外线、及电磁感应作为在加热时有用的各种类型能量 可能是有用的。
[594]在另一个实施例中，辐射能促进在基片表面上存在的有机干燥液体 的分解。残余干燥液体能被部分地或完全地氧化，因而增加从基片清 除液体的速率。在这样一个实施例中，紫外线辐射的施加能提供一定 的优点。而且，氧化剂也能与辐射结合地利用，以增强残余液体的降 解。有用氧化剂的例子包括但不限于臭氧、过氧化氢、及氮的氧化物。
[595]在另外其它的实施例中，在基片表面上的残余处理液体能通过超声 波能量的施加蒸发离开表面。关于其它实施例的多个，残余处理液体 能处于小滴或甚至覆盖基片表面的膜的形式。在某些情况下，在基片 内非常小的凹腔中也可能包含处理液体。已经发现，通过向基片直接 施加超声波能量，液体的薄膜或小滴能迅速地汽化，使基片表面干燥。
[596]为了有效和高效率地从振动部件向基片传输能量，在振动部件与基 片之间的有效声波耦合应该发生。能量然后应该在基片与残余液体之 间耦合。能量然后引起液体蒸发或形成离开基片表面的雾。
[597]保证最佳耦合的一种有效方式，是使基片与振动部件紧密接触，并 且使它们的各个厚度之和等于超声波能量波的奇数倍四分之一波长 (基片加振动部件厚度＝nλ/4，n＝1，3，7…)。必须考虑声在每种材 料中的速度。与这个厚度的偏差越大，耦合越差并且传输的能量越少， 分别在图61B和61A中表示的水平和垂直定向的实施例中，超声波能 量直接从振动部件6100经基片6108传输到在另一个表面上的残余液 体中。
[598]在某些实施例中，具有最佳能量传输可能不是基本的，并且仅部分 能量传输可能是适当的以进行可接收的干燥。例如，在最佳情况下， 在振动部件与基片之间没有间隙。在多种实际用途中，因为要求分离 的机器公差或机器设计，出现某些间隙。在这些情况下，一般可能重 要的是，间隙不填充有诸如气体之类的可压缩流体。当这些间隙填充 有诸如水之类的比较不可压缩流体时，可接收的能量传输能发生。图 62代表使用比较不可压缩流体6206的实施例，其中间隙变得很大(＞1 m)并且仍然具有显著的能量传输发生。
[599]在又一个可选择实施例中，当穿过在两侧由流体约束的基片传输能 量时，基片厚度应该与四分之一波长的偶数倍匹配(基片厚度＝nλ/4， n＝2，4，6，8…)。图63表明这样一个实施例。因为对于当今一般采 用的兆频声波能量要求晶片6302要厚得多，所以这可能是常规兆频声 波清洗系统穿过或通过硅晶片具有有限成功的传输能量的一个原因。 当与振动部件直接接触时，只要求基片和振动部件的厚度之和近似等 于奇数倍四分之一波长。
[600]况且，振动部件和基片的厚度可能由其它约束条件支配。如果其各 个厚度的组合对于在给定频率下的希望能量耦合没有添加到希望厚 度，则可能希望调节频率以产生等于其组合厚度之和的超声波能量的 奇数倍四分之一波长。尽管按照本发明实施例的优选兆频声波系统， 适应厚度差或变化的某种程度的各个晶体的频率调节是希望的，但这 不是要求的。这样的频率调节一般不适用于多种常规固定频率系统， 但也能使它们满意地操作。
[601]尽管这些实施例对于处理和干燥基片是有用的，但在基片清洗和处 理用途中，由与正确厚度的振动部件的接触生成的通过基片的能量传 输也能是有用的。单晶片处理设备特别良好地适于便利地采用本发明 的实施例。这些和其它实施例在化学机械抛光(CMP)、通过刷子刷 洗的晶片清洗、及电化学处理中也能特别有用。
[602]通过对于产生的超声波应用反射、透射、折射及模式转换的原理， 声学的其它概念能用来使本发明的新实施例得益。特别感兴趣的是利 用模式转换把纵向或膨胀波转换成表面波的设计。这些表面波能包括 Rayleigh、Lamb、及Love波。这些波的每一种在振动物体的表面上产 生不同的波图案。这些不同的波图案能具有与基片和在基片上的污染 物的独特的相互作用。当装置特征尺寸收缩时，变得更重要的是，求 出不引起装置损坏的施加超声波能量的“较柔和”方式。另外，模式 转换在穿过浸入在含水浴槽中的硅晶片有效地传输在工业适用频率下 的能量中能起重大作用。
[603]尽管按照本发明的实施例可能涉及在半导体装置的制造期间利用 的基片的化学处理，例如基片包括硅、SiGe、GaAs、Si、GaAs、GaInP、 及GaN等等。然而，本发明不限于半导体基片的处理，并且其它材料 可以在处理期间经受微波加热。利用本发明的用于化学处理的其它选 择例的例子包括但不限于硬盘和硬盘基片；诸如镜、透镜、或波导管 之类的光学装置；及在微小机电系统(MEMS)、液晶显示装置、生物 医学载片、光学装置、镜、透镜、波导管、用于DNA或遗传标记的基 片、液晶显示器、及其它介质的构造中利用的基片。
[604]F.其它兆频声波处理用途
[605]利用定向力(即，能量或物质的流动)、或利用超临界流体处理基 片可以通过声波能量的同时施加增强，声波能量引起基片或接触流体 的振动位移。与声波能量一起或代替声波能量，也能施加包括机械振 动和微波的其它形式的能量。按照本发明的一个实施例，以较大有效 性和均匀性使声波或振动能量与基片耦合可以增强用超临界二氧化碳 对基片的处理。
[606]按照本发明可以完成的不同类型的基片处理包括但不限于清洗或 除去颗粒和污染物；涂敷或淀积材料；蚀刻或除去材料；及化学或电 气地改性各种基片表面、结构和层。
[607]按照本发明的实施例也可以用于增强利用多种不同技术的处理基 片效果。一种这样的处理技术是气体、液体、固体、或其混合物的射 流对于基片的施加。
[608]按照一个实施例，本发明有用的是，用二氧化碳雪状物(干冰)、 和/或低温氩气溶胶的射流增强基片的清洗。图64表示用来进行这种处 理的一种设备6400的一个实施例的简化横截面图。振动部件6402与 压电晶体6404机械地连通。在其表面上载有污染颗粒6408的基片6406 安置在振动部件6402上。喷嘴6410对基片表面发射低温气溶胶的射 流6412，由此从基片表面物理地移动颗粒6408。
[609]为了用干冰或雪状物清洗基片，允许气态或液态二氧化碳在喷嘴 6410中膨胀(例如，以等焓)，由此把气体和液体冷却到固体二氧化 碳颗粒形成在气体流/射流6412中的点。这些凝结二氧化碳颗粒引导到 基片表面，并且从基片表面撞落污染颗粒。
[610]已经建议，固体二氧化碳颗粒的一些由于与污染颗粒或基片表面的 碰撞生成的变形而熔化。生成的“液体”二氧化碳提供用来从基片表 面溶解和移动污染物的良好溶剂。熔化的干冰颗粒在它弹回离开基片 时然后可能重新固化，借助于它携带污染物。
[611]当处理进行时，冷流/射流的撞击也能导致基片表面的显著冷却。 能量能引入到基片以防止通常的冷却，并且使水汽或其它蒸汽的凝结 最小。这样的处理一般在大气压力下执行，尽管这不是要求的。
[612]对于借助于氩的低温气溶胶，气态氩一般允许在喷嘴中膨胀(例如， 绝热膨胀/冷却)到保持在显著小于大气压力下的腔室中，由此使氩气 的一些转换成小凝结氩颗粒。在气态氩流/射流中推进的这些凝结颗粒 被类似地引导到基片表面，以撞落颗粒和其它污染物。同样，在处理 期间显著的基片冷却能发生。
[613]尽管不希望由任何具体理论约束，但有可能按照本发明实施例的处 理可能由如下机理增强。当基片的表面振动，并且其在空间中的位置 重复变化时，改进借助于不同技术发生的各种处理事件的动态。
[614]例如，在包括冷氩气和凝结氩颗粒的低温气溶胶贴着基片表面施加 的场合，改变在这些凝结氩颗粒与在基片表面上的污染颗粒之间的相 互作用的本质。在基片表面静止的场合，特定碰撞动态在凝结氩颗粒 与污染颗粒之间存在，导致特定的动量交换和颗粒变形和回弹。
[615]当基片表面/颗粒的振动或快速移动发生时，可以修改碰撞的动态。 因而，依据振动频率，在碰撞事件的一部分期间(即，颗粒对颗粒相 互作用的持续时间)，表面和载在其上的污染物可能向进来的凝结氩 颗粒加速。然而，在碰撞事件的另一部分期间，远离进来的凝结氩颗 粒可以加速表面/污染物。相互作用能量/力对于向进来颗粒的加速增 大，并且在远离进来颗粒的加速期间减小。
[616]况且，对于高频率振动，在表面/污染物的加速方向上的几种变化 在单个碰撞事件期间可能发生。因而代之以涉及单次碰撞和对应动量 传输，高频振动在碰撞时间周期期间实际上可以提供施加到颗粒上的 力的重复增大和减小。生成的动量传输可以以与风镐相似的方式呈现 脉动本质。
[617]在这里讨论的处理工艺和技术的几种可以使基片/表面在操作期间 振动。在历史上，没有把这样的处理诱导振动的生成频率、强度、及 不均匀性变到能用来增强处理的更希望频率、强度、及不均匀性的便 利方式。因此，需要调节或修改各种基片的振动的频率、强度、及不 均匀性的便利方式。
[618]在处理期间调节基片振动的特征的一种手段是有效地把声波和其 它振动引起能量与基片相耦合。以上已经公开了表现声波能量与各种 基片的增大耦合的几种方法和设备。与基片的增强声波耦合能对于基 片的前侧、后侧、或边缘发生。在后一种情况下，声波能量的施加平 行于基片表面。
[619]在处理期间调节基片振动的特征的另一种手段是提高从振动表面 发出的能量的均匀性。以上也公开了表现从振动表面发出的能量场的 增加均匀性的方法和设备。这样的增加场均匀性能对应地导致基片表 面的处理的增大均匀性。
[620]呈现宽范围频率、强度、及均匀性的其它类型的施加能量可以增强 处理。这样的可选择形式的能量包括但不限于热、微波、机械振动、IR、 UV、流体动力或流体流动。
[621]热能的施加能引起基片温度的变化。能添加能量，导致基片加热。 可选择地，能除去能量，导致基片冷却。当温度改变时，能修改各种 颗粒和污染物对于基片表面的粘着特性。
[622]对于某些基片，微波和红外辐射能用来增加基片温度，而其它基片 可能要求在基片与加热元件之间的直接接触。通过使基片与包含能够 接收液体氮的通道的冷却部件紧密接触，能有效地实现冷却。
[623]在升高或减小压力下的处理可能是有益的，特别是对于包括二氧化 碳的各种处理流体在临界点以上的条件下。利用不同技术可以引起基 片在各种频率下振动。这些手段包括但不限于：通过与振动部件的直 接接触或间接通过插入流体层的声波耦合；与流动或脉动流体的接触； 及在振荡或脉动电气、RF或磁场内的存在。能量能以相对于基片表面 的任何角度耦合到或撞击在基片表面的任何侧或表面上。
[624]按照某些实施例，在某些角度下，施加能量可以从基片表面反射， 而在其它角度下，能量可能穿过基片传输。在另外其它的施加角度下， 依据基片周围的环境，一种形式的能量波(如膨胀压力波)能转换成 另一种(如表面或剪力波)。
[625]通过进一步的例子，通过把声波能量耦合到也表示在图1中的基片 的后侧上，能使基片表面/污染物振动。这通过使基片与振动部件的一 个横向表面直接接触完成。这个振动部件能包括具有附加到相对横向 表面上的压电晶体的板。板能由各种材料构造，这些材料包括但不限 于这样广泛不同的材料，如铝、不锈钢、石英、及陶瓷。压电晶体能 用在接近1MHz的频率下交变的施加电位激励。一旦振动，二氧化碳 雪状物的射流能引导到载有污染颗粒的基片表面。
[626]对于可接收振动频率的范围没有上限或下限。然而，在实际中，可 用频率可能位于从1Hz至1GHz的范围内。在一定条件下也能使用具 有甚至更高操作频率的其它类型的能量，如常规微波。
[627]可选择地，代之以具有在基片与振动部件之间的直接接触，当振动 部件与基片分离时，可以使用耦合流体。各种耦合和能量传输方法包 括声波喷嘴的使用。某些方法允许与基片的前表面的耦合，而其它允 许与基片的后表面的耦合。其它方法允许能量穿过基片的厚度传输， 并且其它另外的方法导致能量的反射。一些方法把基片完全浸没在处 理流体中，而其它仅需要薄流体膜的施加。
[628]在图69中表示的另一个实施例中，用于气体/液体/固体射流6902 的超声波喷嘴6900用来在射流撞击基片6904的表面之前在气体/液体/ 固体射流中形成压力脉冲。在这个实施例中，压电晶体包括在用氩的 低温气溶胶清洗中使用的膨胀喷嘴6900中。尽管这种施加一般在低于 大气压力下执行，但这不是由其它类型的射流清洗所要求的。在某些 情况下，大气压以上的压力可能是希望的。
[629]在图70中表示的可选择实施例中，兆频声波喷嘴7002能与振动部 件7004一起使用。在图71中表示的另一个可选择实施例中，兆频声 波喷嘴7112能与微波能量的施加一起使用。在图70-71中表示的实施 例的任一个中，在基片与喷嘴之间的相对移动是可能的。
[630]按照另一个实施例，在能量或物质的射流的引入之前、期间、及/ 或之后，可以冷却基片。尽管射流能包括上述的气体和凝结颗粒的典 型混合物，但在一定实施例中，射流可以包括气体、液体、或两者的 组合。声波能量或基片表面振动可以使用，但不是所要求的。
[631]这种冷却能以多种方式实现，并且依据基片和污染颗粒的各个特性 在各种速率下和对于不同温度进行。图72表示按照本发明的一种处理 设备7200的一个实施例的简化横截面图。基片支架7202的特征在于 冷却通道的迷宫7204。液态或气态氮引入通道7204中，以把基片7206 的温度迅速减小到低温范围。快速冷却可以导致在基片表面与污染颗 粒之间的粘着力的减小，有利于颗粒除去。
[632]在图80中表示的另一个实施例中，均匀低速度的部分可凝结气体 8000溢过其上具有污染颗粒8200的基片正面8010。冷吸盘8030被迅 速冷却。当气体8000的一些在基片表面8010与污染颗粒8020之间冷 凝或凝结时，在基片8010与颗粒8020之间的约束被打破。选择性的 高速流体射流(未表示)把移动污染颗粒8020吹离基片表面8010，同 时压电晶体8050向基片8010提供高频振动。
[633]与要求熔化覆盖冰层相比，一般需要较小能量打破在冰与基片之间 的约束。因而按照本发明的又一个实施例，在可凝结气体已经在颗粒 和基片表面上形成冰层之后，足够能量可以施加以加热基片和打破在 冰与基片之间的约束，但不足以完全熔化冰层。一旦打破基片-冰约束， 就能更容易地吹离或除去冰和污染物，希望像包含污染颗粒的薄片或 吸盘。
[634]按再一个实施例，在包括气体、液体、固体、或其污染物的至少一 种的能量或物质的射流的引入之前，可以加热基片。对于能够接收微 波能量的那些基片，微波能量可能是迅速加热基片的有效手段。
[635]另外，微波加热某些基片，而不加热一定的气体和固体。这能允许 基片保持在希望温度下，而在与基片接触之前不加热进来的材料射流。
[636]图71表示按照本发明的一种处理设备7100的实施例的简化横截面 图。基片7102支撑在处理腔室7104内。基片7102的后侧7102b暴露 于来自源7106的微波能量，并且由此被加热。载有污染颗粒7108的 基片7102的前侧7102a暴露于来自喷嘴7112的低温气溶胶的射流 7110。
[637]振动或其它形式的能量添加是选择性的。另外，液体喷嘴与低温气 溶胶清洗射流一起包括或者代替低温气溶胶清洗射流，以进一步扩展 可能处理的范围。
[638]为了在振动期间使基片表面的位移最大，可能有益的是，物理地保 持基片与振动元件接触。这能以多种方式实现，包括真空吸盘或其它 保持夹具的使用。也能采用不依赖于真空的各种保持和夹持设计。
[639]图66表示按照本发明的一种处理设备6600的可选择实施例的简化 横截面图，其中基片6602通过真空抽吸夹持在基片支架6604上。压 电晶体6606附加到振动部件6612的背面，振动部件6612又与6604 的背面相接触。晶体6606以高频6602被激励，而支架6604转动，以 在气溶胶射流与基片表面之间引入相对移动。可选择地，射流能移动， 而基片和支架保持静止。
[640]机械振动能用来代替声波能量，或者与其结合。在图67的简化横 截面图中表示的按照本发明的另一个实施例中，基片6700定位在基片 支架6702中。机械振动器6706耦合到基片支架的背面上，基片支架 也用作振动部件6704以允许振动能量从振动器6706到基片6700的传 输，引起基片表面和在其上存在的污染物6708的位移。低温气溶胶6710 从喷嘴6712引导到基片表面。
[641]基片表面能面对任何方向，或者处于任何方位，并且仍然按照本发 明的实施例操作。在一定实施例中，基片表面可能优选地面向上，并 且在其它实施例中可以面向下或者相对于垂直面处于某一角度。
[642]以类似样式，射流能以范围从垂直到平行的任何角度引导到基片表 面。在处理期间，这个角度不必保持恒定。射流相对于基片表面以适 当角度的定位可以导致离开射流喷嘴的脉动压力波到在基片中的振动 表面波的模式转换。
[643]在图68的简化横截面图中表示的本发明的另一个实施例中，液体 层6800形成在基片6802的表面6802a上，该基片固定在组合基片支架 /振动部件6804上。通过把压电晶体6806附加到组合基片支架/振动部 件6804的背侧上，把声波能量耦合到基片6802的背侧上。气溶胶射 流6808引导到基片6802的前表面，该前表面覆盖有薄流体层6800。
[644]尽管射流6808可以是低温气溶胶类型的，但这是不要求的。射流 6808能只包括气体，而不包括凝结固体颗粒，或者可以只包括液体， 或者可以包括两相的组合。处理能在任何压力或温度下完成。
[645]按照本发明的实施例不限于固态、液态、或气态颗粒的施加。按照 本发明的实施例可以增强的另一种处理技术是借助于来自激光器的能 量的基片表面的处理。这样的激光处理的例子包括冲击清洗、干式清 洗、及沸腾蒸发。
[646]图65表示按照本发明的一种设备6500的一个实施例的横截面图， 该设备可以用来进行激光冲击清洗(LSC)。当激光器6502正好聚焦 在支撑在与压电晶体6508机械连通的振动部件6506上的基片6504的 表面6504a以上时。来自激光器6502的聚焦光束6510通过迅速加热在 基片表面6504a以上的气氛的局部部分产生热冲击波6512。这种冲击 波在基片6504的表面6504a上传播，从其移动污染颗粒6514。
[647]同样，不希望由任何具体理论约束，对于借助于材料射流的处理， 按照以上描述的机理可以增强借助于激光能量的基片处理。因而对于 LSC，表面/污染物的适当频率和强度的振动能改进在冲击波与在基片 表面上的污染颗粒之间的相互作用。在冲击波与各个颗粒或污染物局 部相互作用的时间段期间的基片表面/污染物的快速、重复移动能改变 颗粒和污染物去除的有效性和效率，允许施加能量的强度的变化。
[648]图73表示按照本发明的一种处理设备的可选择实施例的简化横截 面图，其中在LSC处理期间，基片7300包含在加压到大气压力以上的 外罩7302内。这种升高的操作压力改变冲击波7304的传播速度和强 度，由此生成在冲击波7304与基片7300的表面7300a之间的不动态相 互作用。在再一个实施例中，能减压外罩，由此减小激光诱导冲击波 的强度。
[649]图65的设备可以用来进行除LSC之外的激光处理。例如，能采用 激光干式清洗，其特征在于使用激光直接烧蚀/损坏直接离开基片表面 的颗粒，或者改性该表面。可选择地，能实施沸腾蒸发，它当激光聚 焦到在基片表面上的醇/水混合物的薄层中引起混合物的剧烈蒸发/爆 炸时发生。生成的“爆炸”波前传播过基片表面，从其移动污染颗粒。
[650]按照另一个实施例，基片被冷却，并且在激光冲击的施加之前引入 振动。尽管一般在大气压力下进行，但依据表面和颗粒特性及希望的 碰撞动态，激光冲击也能在高于或低于大气压力下实现。除由构造材 料和设备设计施加的限制之外，对于操作压力没有理论上限和下限。 在工业中已知的是，设备能够在超过每英寸几千磅的压力下操作。
[651]按照本发明实施例增强的又一种处理技术，是借助于超临界流体例 如二氧化碳(CO2)的基片处理。在特定流体的临界点以上的温度和压 力下，材料成为超临界流体。
[652]在这样的条件下，材料在技术上是气体、液体而不是固体。在超临 界状态下的二氧化碳呈现气体状态的低表面张力特性，但也呈现液体 状态的升高密度特性。尽管高速射流能增强处理，但即使没有高速射 流，由在超临界条件以上存在的流体的独特特性也能导致有用的处理。
[653]在处理设备的一定常规设计中，超临界二氧化碳几乎在处理腔室内 停滞。基片存在于超临界流体内，该超临界流体起从基片表面除去污 染的溶剂的作用。
[654]在其它常规设备设计中，二氧化碳被连续地泵送过处理腔室，试图 产生有助于除去污染的微小流体动力力。代之以保持系统的操作压力 恒定，在处理期间可以使系统的操作压力波动或脉动。这些压力脉冲 能全部在超临界点以上，或者能在超临界与亚超临界水平之间循环。 在亚超临界条件下，诸如二氧化碳之类的流体例如能成为气体、液体、 或固体，并且然后当重新建立超临界条件时变换回超临界流体。
[655]已经建议，把声波能量引入到超临界二氧化碳中可以增强基片处 理。然而，因为超临界流体不处于流体或固体状态下，通过超临界流 体的声波能量的传输可能大大地减小或衰减。一般地说，在介质中的 衰减按声波能量的频率的平方变化。因而，当半导体工业向除去较小 颗粒的更高频率声波能量的施加迁移时，变得越来越难以通过介质传 输显著量的声波能量。
[656]当基片尺寸增大时，在超临界处理的范围中施加振动能量的困难变 得更麻烦。当在与基片表面相平行的方向上施加声波能量时这种效果 特别明显，如在浴槽处理中已经传统进行的那样。直接穿过基片传输 显著量的声波能量的历史尝试已经由为了最大传输使基片厚度与压力 波的偶数倍四分之一波长相匹配的要求所妨碍。例如，因为其半导体 晶片的较小厚度，要求频率是当前用于处理的那些频率的三或四倍。
[657]在利用在大气压力下的含水溶液的常规批量处理和清洗中，超声波 能量与基片表面平行地已经传输过很长距离。然而，因为涉及的材料 的声波特性，这样的手段不能在超临界处理的范围内进行。因此，变 得更加重要的是，使基片与振动部件之间的能量耦合最大，并且使声 波能量必须在流体中传输的高距离最小。直接穿过基片厚度的高效能 量传输特别有用，允许基片的一个表面与振动部件的直接接触或与其 靠近地隔开。这样一种布置使声波能量必须传过高衰减流体的距离最 小。
[658]在超临界流体与振动表面的材料的声波阻抗之间的不良阻抗匹配 能防止足够量的声波能量的传输。因而，具有适当厚度的材料的选择 变得很重要，以使在常规处理中典型观察到的阻抗误匹配最小。
[659]按照本发明实施例增强的超临界处理能包括可以称作共溶剂的具 有超临界流体的各种气体和液体混合物的使用。可选择地，除二氧化 碳之外的物质能用于在其临界点以上条件下的处理。并且尽管一般希 望超临界处理流体包括形成均匀相的多种成分，但这不是要求的。按 照可选择实施例，处理化学性质能包括两相或多相。能利用两相或更 多相化学性质。
[660]声波能量能作为一系列压力波经介质传输。因而，不管来自机械振 动器的比较低频率，还是来自压电晶体的比较高频率，声波能量都可 以看作在超临界处理中在历史上利用的较慢压力脉冲的延伸。按照本 发明的实施例，现在有可能使在多个频率下的脉冲同时引入，以更进 一步增强处理。
[661]在一个实施例中，声波能量可以引入到在超临界条件下操作的处理 腔室。如图74的简化横截面图中所示，这可以通过把压电晶体7400 附加到腔室7404的至少一个壁7402的外部上实现，使该壁的厚度选 择成近似等于施加的声波能量的奇数倍四分之一波长，以使能量耦合 最大。由于图74中的能量正在穿过容器壁传输而不是在容器本身内产 生，所以避免与离开高压环境的密封电气引线、与在压电晶体74000 与处理化学性质之间的兼容性有关的问题。
[662]尽管图74的实施例描绘使流体进口7406和出口1008定向成如建 议与基片表面7410的表面相平行的流体流动的腔室，但高速射流可以 相对于基片表面以任何角度利用和取向。
[663]图79表示这样一个可选择实施例的简化横截面图，该实施例包括 超临界流体的独特物理和化学性质及具有流体射流的流体动力性质的 声波能量的好处。如在以前实施例的几个中那样，射流7900a-c提供对 于污染颗粒传输动量的便利方式。而且，如果希望，多个射流能定序 以扫过基片7902。这能与包括顺序或连续启动的多个压电晶体的兆频 声波系统相组合。
[664]按照另一个可选择实施例，在容器壁的厚度由其它约束条件确定的 场合，能调节压电晶体的激励频率，以使给定壁厚等于希望的奇数倍 四分之一波长，如在以上参考申请中公开的那样。
[665]进一步选择性地，代之以把晶体直接粘结到腔室壁的外部上，晶体 能粘结到振动板上，该振动板然后刚性地附加到腔室壁上，如在图75 的简化横截面图中表示的那样。与槽壁7502紧密接触的振动板7500 的厚度的、并且理想地也包括基片厚度的生成之和，应该等于施加能 量的奇数倍四分之一波长。尽管振动部件7500在图75中表示成粘结 到腔室壁7502的外部上，但振动部件能选择性地粘结到腔室壁的内侧 上。然而，这样一种可选择实施例会使建立与振动元件的可靠电气连 接稍加困难，并且能产生在包括振动部件的材料与它对其暴露的周围 处理化学性质之间的潜在相容性问题。
[666]在这样一个可选择实施例中，基片可以悬在腔室内超临界流体中， 或者可以如图74和75中表示的那样与腔室壁直接接触。当与腔室壁 直接接触或密切靠近时，能利用振动频率或强度的变化破坏近场效果 和增强处理的均匀性。
[667]在基片与传输声波能量的腔室壁(或振动部件)直接接触的场合， 在最大化能量传输中可能需要考虑基片的厚度以及腔室壁(或振动部 件)的厚度。在这样的用途中，基片和腔室壁(或振动部件)的组合 厚度，考虑到每个元件的材料组分，应该近似与在操作频率下的奇数 倍四分之一波长导向线(guideline)相一致。尽管不要求准确的厚度匹配， 但一般在导向线值+/-50％内是优选的。
[668]可以选择或调节声波能量的频率或腔室壁(和/或振动部件)的厚 度，以使穿过基片的声波能量的传输最大。由Fremont，California的PCT 系统Inc.制造的兆频声波发生器允许这种调节。
[669]由于声速能随材料大大地变化，所以每种材料或诸种材料的组合将 要求与选择频率相匹配的唯一总厚度、或与生成厚度和相匹配的唯一 最佳频率。例如，尽管在铝中的声速近似是6380m/s，但在不锈钢中 它仅是5780m/s。因而为了保证最佳能量耦合，要求厚度比不锈钢板 大的铝板。
[670]当基片不与腔室壁直接接触时，基片可以相对于壁的任一个以任何 角度定向。当对于入射声波能量定位在角度范围内时，穿过基片的声 波能量的传输也能发生。在这个角度范围外，可以从基片表面反射声 波能量。图77表示用于一种处理设备的设计，其中声波能量7700弹 离基片7702和弹离容器7704的壁7706。
[671]尽管基片在图77中表示成与容器壁直接接触，但为了得到离开基 片表面的希望反射这是不要求的。当压力波的入射角如以上讨论的那 样在第一与第二临界角之间时，能量或者能穿过基片传输，或者入射 压力波能转换成表面或剪力波，很少或没有反射。
[672]如以前讨论的那样，在其上发生从膨胀到表面或剪力波的显著模式 转换、或许包括某种膨胀衍射的角度范围，可能比在其上发生穿过基 片的能量传输的角度范围大。关于与多种材料的任何波相互作用，即 使在其上发生显著穿过基片传输或甚至模式转换的角度范围的部分内 也可能发生某种反射。
[673]当能量穿过基片传输时，例如当基片与振动部件的表面直接接触、 具有适当厚度或者以适当角度定向时，腔室可以便利地设计成向基片 表面反射回传输的声波。这样的反射能来自静止或移动表面。图76表 示一种这样的设计7600的简化横截面图，使来自移动反射器7604的 反射7602撞击在静止基片7606上。
[674]按照可选择实施例，基片能处于移动中。如在图78的简化横截面 图中表示的那样，基片7800处于移动中，并且同时从在容器7802外 的压电晶体7804接收声波能量。尽管图78的特定实施例表示产生声 波能量的压电晶体，但按照其它实施例，机械振动器能可选择地用于 该目的。在基片与腔室或入射声波能量之间的相对移动，因而能包括 在处理中。
[675]在其中声波能量添加到在超临界条件下操作的处理腔室的另一个 实施例中，振动部件可以存在于处理腔室内。在这样一个实施例中， 声波能量不穿过腔室壁传输，并且腔室壁的厚度不必等于施加声波能 量的奇数倍四分之一波长。而是，腔室壁的厚度只需提供适当强度， 以包含在超临界操作中牵连的升高压力。
[676]当声波能量透过非常厚的壁或基片时，功率衰减可能发生。通过不 要求声波能量穿过厚容器壁传输，更多能量可能适用于传输到驻在容 器内的基片中或穿过基片传输。
[677]尽管在优选方法和结构方面已经描述了本发明，但对于本领域的技 术人员要理解，不脱离本发明可以对公开的实施例进行多种修改和变 更。例如，尽管以上描述和附图着重于其中振动部件与基片直接物理 接触的方法和设备，但这不是由本发明所要求的。
[678]基片能放置成与振动部件直接接触或与它分离。当处于直接接触， 并且腔室较小时，可能希望使能量反射离开腔室壁向基片表面返回。 为了增强反射并且使通过腔室壁的能量损失最小，应该以适当的角度 进行反射。这能在静止模式或动态模式中完成，其中有在基片与某一 表面之间的相对移动。该表面是腔室壁或某一辅助能量反射表面。
[679]尽管以上描述已经强调了通过声波能量施加的处理增强，但也能利 用其它类型的能量。这样的其它类型或形式的施加能量能包括流体动 力、微波、红外线、紫外线及热。在热能的情况下，你能具有能量的 添加(加热)或能量的除去(冷却)。
[680]F.软兆频声波流体
[681]当较小特征尺寸的半导体处理成为必要时，在较大特征尺寸下不是 问题的损坏变得更关切。
[682]空化阈值压力与产生空化事件、或产生导致来自那些事件的可见损 坏的空化事件要求的功率密度相对应。根据古典超声波理论，大多数 批量兆频声波系统在远低于在这些给定频率下传统上认为是空化阈值 压力的功率密度下操作。
[683]空化阈值随施加声波能量的增加频率而增大。对于兆频声波处理， 在处理中使用的典型功率密度远低于期望空化的。即使这样，在这些 较高兆频声波频率下仍报告有对于脆弱半导体结构的损坏。
[684]尽管不希望由任何具体的理论约束，研究在兆频声波处理中利用的 较高操作频率的最近超声波理论讨论几个辅助参数或可能的子过程， 包括显微空化和除传统声学流束之外的微小流束。在某些条件下，这 些子过程可能导致增强的清洗和处理。在其它条件下，可能导致损坏。
[685]对于脆弱多晶硅线，可以看到兆频声波处理损坏的例子。在传统批 量或单晶片兆频声波处理之后的检查可以揭示脱离基片、或完全丢失 的线的部分。依据对于处理容器的声波能量的引入的条件和方法，这 种损坏可能由空化；显微空化；微小流束；或甚至仅仅传播过撞击在 基片表面上、或直接撞击在多晶线上的流体的压力引起。
[686]明确的说，当在线、线中的缺陷、或线与基片结合的区域的附近发 生空化事件时，由空穴和微小空穴破灭释放的能量可能以高速流体射 流的形式显现。这些高速射流能使线推离或甚至移离基片。
[687]可选择地，当气体气泡在基片与线之间形成并且增长时，线或其它 特征可能升离或撬离基片。
[688]当声波能量传过流体时，在波的低压后边缘处，气体气泡可能常常 由溶解在液体中的气体形成。当多个顺序气泡形成事件发生时，在基 片与悬置线之间新形成和增长的气泡的每一个可能引起更多的线升离 或移离基片。
[689]一般地说，在液体中的气体含量越高，空化阈值压力越低，并且发 生的损坏越少。液体的较高气体含量可以提供更多的空化和显微空化 成核点，以形成大量更小和更稳定的空穴和气泡，每个在破灭时产生 较小能量。对于包含很少或没有溶解气体的流体，需要较高的功率密 度在流体中形成空穴。在高空化阈值压力和比较低的频率下，空穴能 填充有蒸汽而不是气体。
[690]蒸汽填充空穴比气体填充空穴(气泡)更剧烈地破灭，并且能引起 更严重的损坏。蒸汽填充空穴也可能比气体填充空穴大，并且能存储 在破灭期间释放的更多能量。这可以解释为什么在比较低频率下观察 到宏观损坏，而在较高频率下观察到形成担心的类型的微观损坏。
[691]在DI水中的超声波处理与在酮或醇中的等效超声波处理相比，对 于薄金属箔能产生更多损坏。理论认为，由于在水分子的相邻包之间 的很高内部结合力，水产生更多损坏，因为分离的流体包在较高吸引 能量下被拉回在一起更猛。因此，具有较小内部结合强度的流体应该 产生较小损坏，甚至具有较小的显微空化事件。
[692]最近，半导体处理已经利用各种处理化学制品的更稀溶液，最终目 标是在接近室温下在DI水中处理半导体基片。这种趋势由制备必需纯 度的化学制品的、和以环境友好方式处置用过的化学制品的费用所驱 动。
[693]同时，工业方向已经趋向于越来越小的装置特征和结构的制造。使 用更稀含水溶液处理更小特征的趋势的会合已经提高了关于由兆频声 波处理使特征遭受的潜在损坏的细查水平。
[694]也已经建议，水的使用比多种其它流体的使用导致更大损坏，因为 水对于多种气体呈现比较低的溶解度，而同时拥有高导热率。较高气 体溶解度为较小能量密集空化事件提供更多的空化成核点。并且在用 声致发光事件产生的高温下，拥有高导热率的流体可以更容易地把局 部高能传输到基片表面，导致增加的损坏。
[695]因此，存在对于用在兆频声波中的流体的需要，该流体把较小损坏 传给在处理基片的表面上的很小和脆弱特征。
[696]按照本发明的各种实施例，单独地或组合地利用各种技术，可以减 小由湿式兆频声波处理造成的对于小特征的损坏。根据一种技术，兆 频声波能量可以施加到较不易产生空化和显微空化损坏的液体上，例 如包括除水之外的显著成分的液体，如甲醇或酮。根据另一种技术， 由空化和显微空化事件产生的损坏可以通过微小气泡在处理流体内的 存在而减小。根据又一种技术，在控制夹带的微小气泡的空隙比和作 用、控制衰减程度、空化阈值压力、及清洗和处理性能的温度或压力 条件下，可以进行兆频声波处理。
[697]按照本发明的方法、设备、及组成的实施例单独或结合地利用：(1) 可选择兆频声波流体类型、(2)微小气泡的引入、及(3)在升高/减 小压力或温度条件下的处理，以减小在兆频声波处理期间传给基片特 征的损坏。
[698]在超声波处理中，对于某些流体观察到比其它流体的小的空化损 坏。例如，在像甲醇或酮之类的流体中，与水相比，施加的声波能量 对于铝金属箔能产生较小损坏，或者在煤油中产生更小程度的损坏。
[699]在使在兆频声波处理期间遭受的损坏最小的尝试中，已经提出，考 虑不会引起太大空化和显微空化损坏、或者能够更好地包含小或微小 尺寸气泡的可选择流体。
[700]因而，按照本发明的第一种技术利用对于气体或气体混合物呈现溶 解度的流体，该溶解度超过它们在诸如去离子(DI)水之类的传统处 理流体中的溶解度。这样的可选择兆频声波处理流体的成分能包括但 不限于诸如甲醇、乙醇、及异丙醇(IPA)之类的醇；诸如丙酮和MEK 之类的酮；诸如烃之类的其它类型的有机溶剂；及诸如全氟溶剂之类 的更奇异材料，包括这些各种成分的各种组合。可以考虑多种这样的 流体溶液，例如基于其化学性质(与基片的活性)，或基于其物理性 质(气体溶解度和导热率)。
[701]支持这种第一手段的目标在于，与在DI水中的气体溶解度相比， 得到在液体中的比较高气体溶解度。这样增加的气体含量应该有利于 空化和显微空化，降低空化阈值压力，及在处理期间导致较小损坏。
[702]另外，溶解在流体中的具体气体或气体混合物的本性也构成重要的 处理参数。之所以是这样，不仅因为可选择气体可能在处理流体中呈 现较高溶解度，而且因为可选择气体可以导致在声波能量场中的不同 离子物质的形成，特别是当声致发光发生时。
[703]按照本发明实施例的第二技术讲授到，把小气泡、优选地微小气泡 引入到靠近基片表面的处理流体中。引入到处理流体中的小或微小气 泡能减缓或缓冲的确发生的空化或显微空化。其它的理论讲授到，微 小气泡实际上有利于小颗粒的除去、或清洗和各种声波处理。
[704]引入和分散在处理流体中的较大宏观气泡可能衰减声波能量传输， 同时减小来自空化冲击波的损坏。分散在处理流体中的较小微观气泡 的引入不应该显著地衰减声波能量。另外，小气泡可能仍然能够吸收 在流体内由空化事件、特别是在基片表面上或附近的显微空化事件产 生的损坏冲击波。
[705]按照本发明实施例把小气泡引入到处理流体中，也可以用作以前描 述的第一种手段的扩展，因为在流体内的气泡可以提供使在流体中的 溶解气体的浓度最大的分散气相库。
[706]在一定情况下，提高的气体浓度也可能有助于清洗。根据某些理论， 流过小或微小气泡的声波能量的压力波往往使微小气泡迅速地振荡， 这又导致流体速度的很小、局部变化。生成的局部流体速度梯度可以 从靠近这些振荡气泡的基片表面除去颗粒。由声波压力波引起的小气 泡的迅速振荡常常称作在流体内的微小流束。
[707]有多种在处理流体内产生和引入小气泡或微小气泡的方式。用来引 入小气泡的手段的范围能从在容器中的流体与液体/流体界面的有力剪 切混合、到使用文丘利混合器把气体引入到迅速加速的流体中。
[708]对于以上讨论的两种手段，液体和溶解在其中的气体的化学特性可 能不仅影响空化和显微空化阈值压力(声波瓦特密度)，而且也影响 兆频声波液体形成和保持小和微小尺寸气泡足够时间长度以利于有用 处理的能力。这样的化学特性包括但不限于在分子或分子团之间的内 部结合力、溶解的固体、溶解的气体、表面张力、表面张力降低剂、 粘度、及密度。当这些参数的一个或多个单独或与其它组合地变化时， 生成处理的性质可能变化。
[709]用来软化兆频声波流体的作用的第三种技术涉及控制处理发生的 条件。升高或降低的操作压力或压力能用来不仅控制夹带微小气泡的 空隙比，而且也控制化学反应的速率。这允许对衰减的程度、以及对 空化和显微空化阈值压力对可选择处理流体的影响实施控制。
[710]如下概括关于对基片损坏的变化处理条件的影响的一般方针。首 先，空化阈值压力的增大可以导致气泡更剧烈地和以更大的能量强度 破灭。这又能导致很小、脆弱装置结构的较大损坏。
[711]气体在液体中的溶解度基于在液体以上的该气体的浓度和压力(部 分压力)。大气压力以上或以下的处理也可以控制部分可溶解气体的 溶解气体含量。
[712]这种较高气体溶解度对于在每种液体中的每种可接收气体不是绝 对的。某些气体只是部分可溶解的，并且在DI水中可溶解到不同的程 度(例如，氮＜氧＜臭氧)。其它气体只是部分可溶解的，但当气体的 一些转化成另一种物质时，例如当二氧化碳转化成碳酸时，建立化学 平衡。另外的气体在DI水中是完全可混溶的(HCL或HF)，但在除 DI水之外的液体，如苯，中可能呈现大不相同的溶解度特性。
[713]在密闭容器中可能需要保持特定气压以保持在液体上方的具体气 体的高浓度，以便保持溶解在液体中的该气体的比较高浓度。例如， 由于升高压力以升高浓度溶解在DI水中的二氧化碳当压力降低时将涌 出，或者如果留在敞开器具中将扩散出，使空气代替二氧化碳的一些。 关于允许与可氧化材料二次反应的溶解臭氧的情形，溶解的二氧化碳 可以形成能改变处理流体pH值和影响处理的碳酸。
[714]在大气压力以上或以下的压力下的处理可以用来控制在流体中小 气泡的尺寸和体积分数，控制能量衰减，及改进空化和显微空化阈值 压力、和处理流体的表面张力变化的影响。
[715]因而，升高/降低压力的使用通过按希望改变各种流体的空化容易 程度、由气泡占据的任何体积分数、及气体饱和程度等能修改它们的 性能。
[716]除压力之外，按照本发明的实施例，温度是确定可以被控制以软化 兆频声波处理的气体溶解度和一般流体性质的另一个参数。因而根据 本发明的实施例，兆频声波处理能在较高/较低温度(即较靠近沸腾温 度或较远)下操作，以使兆频声波损坏最小。
[717]如对于各种流体(特别是在DI水的情况下)由损坏相对于温度曲 线证明的那样，趋势不必是完全线性的。可能有在对于半导体湿式处 理使用的传统温度范围上出现的最大值。因此，纯粹从损坏观点出发， 在接近流体沸点的温度下的操作使得更容易形成产生较小损坏的空化 和显微空化。这种考虑应该与较高温度导致包括有害反应的各种化学 反应的较高速率的趋势相平衡。
[718]控制温度可能是重要的，不仅影响气体溶解度，而且因为诸如表面 张力腐蚀特性之类的其它溶液特性可能是温度的函数。因此，按照本 发明的另外其它实施例，借助于添加剂的使用，单独地或与以上概括 的三种手段一起，可以修改诸如处理流体的表面张力之类的溶液特性。
[719]尽管大多数兆频声波处理发生在流体浴槽中，但这不是由本发明所 要求的。可选择实施例能用在单晶片处理设备中，其中薄流体层形成 在基片表面上，并且通过液体弯液面施加兆频声波能量。按照本发明 的另外可选择实施例可以使用喷射处理作为另一种过程，该过程可变 以影响兆频声波液体的“硬度”和对于基片特征的生成损坏。
[720]按照本发明的另外其它可选择实施例可以与上述手段之一组合地 使用施加声波能量的参数，以影响处理液体的软度。可以控制的这样 的声波能量参数的例子包括但不限于施加能量的频率、相位、功率密 度、及持续时间。
[721]按照本发明的另外可选择实施例，通过相对于基片穿过移动的大量 液体产生具有低表面张力的材料(常常是溶解气体)的加浓表面层， 可以实现兆频声波或表面张力梯度干燥。这种移动使残余水滴拉离基 片表面进入大量流体中。按照一定的实施例，醇/水混合物能用来不仅 减小损坏，而且也有助于基片的干燥，而不留下水印或留下较少水印。
[722]例如，醇和水的混合物，特别是如果在顶部上或在醇加浓表面层的 地方，将呈现比大量流体低的表面张力。当大量流体包括醇/水混合物， 该大量溶液将呈现比纯水低的表面张力。
[723]尽管从这样的混合物除去基片不太像穿过加浓层移动它，但凭借单 独减小的表面张力，与仅从单独的水中拉出相比，更容易以更早干燥 状态拉出基片。表面张力越低，以后在基片表面上留下大液滴或水印 形成的趋势越小。
[724]大液滴因为其比较小的表面积对体积比率所以可能用很长时间蒸 发。当液滴停留在表面上较长时，它们具有较长时间蚀刻表面。当液 滴最终蒸发时，蚀刻的(溶解的)材料淀积回基片表面上成为水印。 如果处理流体倾向于在基片表面上形成更多非常薄的液体层，而不是 大液滴，则液体由于很大的表面积对体积比率能比较迅速地蒸发，并 且水印不大可能形成。
[725]况且，一旦以对于基片的较小损坏发生按照本发明实施例在醇/水 混合物中的处理，就在除去基片时能升高浴槽的表面层的浓度。幸运 地，与具有较小损坏的处理相结合因而可以实现更好的干燥。
[726]尽管在优选方法和结构方面已经描述了本发明，但对于本领域的技 术人员应该理解，不脱离本发明对公开的实施例可以进行多种修改和 变更。所以，这些修改和变更打算认为在由附属权利要求书限定的本 发明的精神和范围内。
相关申请的交叉引用
[1]本非分案专利申请要求来自如下分案专利申请的优先权，这些申请 的每一个为了所有目的通过参考包括在这里：提交于2003年6月6日 的60/476,845；提交于2003年6月6日的60/476,527；提交于2003年 12月16日的60/530,194；提交于2003年10月8日的60/510,054；提 交于2004年2月20日的60/546,383；提交于2003年11月3日的 60/517,255；提交于2003年12月10日的60/528,941；及提交于2003 年11月26日的60/525,435。