[发明专利]为声能源供电的系统和方法及其在基板处理中的使用

说明书

相关专利申请的参照

本申请要求提交于2004年9月15日的美国临时专利申请60/610,633号的优先权，其全部内容通过引用而包括在本文中。

技术领域

本发明一般涉及使用声能处理基板的系统和方法，并且尤其涉及控制半导体晶片处理中使用的声能源的系统和方法。但是，本发明也可应用于制造原晶片、引线框、医疗设备、磁盘和磁头、平板显示器、微电子掩模和其它需要高清洁度的装置。

背景技术

在半导体制造领域中，从产业一开始人们就认识到在制造过程中从半导体晶片除去微粒对生产质量上乘的晶片而言是关键要求。尽管多年来已研发出许多不同的系统和方法以从半导体晶片除去微粒，然而这些系统和方法中许多是不理想的，因为它们会对晶片造成损伤。因此，必须在从晶片除去微粒与由清洗方法和/或系统对晶片造成的损伤量之间取得平衡。因此需要一种能使微粒从脆弱的半导体晶片脱落而不会对器件结构造成损伤的清洗方法或系统。

现有的使微粒从半导体晶片的表面脱落的技术利用化学和机械工艺的结合。业内使用的一种典型的清洗化学剂是标准清洗剂1(“SC1”)，它是氢氧化铵、过氧化氢和水的混合物。SC1氧化并腐蚀晶片的表面。被称为基蚀的该腐蚀过程减少微粒粘连于表面的物理接触面积，由此便于去除。然而，仍然需要一种机械工艺以实际地将微粒从晶片表面去除。

对于较大的微粒和较大的器件，已使用擦洗器将微粒从晶片表面物理地刷下。然而，随着器件尺寸缩小，擦洗器和其它形式的物理清洗器将不能胜任，因为它们与晶片的物理接触会对较小的器件造成灾难性损伤。

最近，在化学处理期间已通过将声学/声能作用于晶片来代替物理擦洗以实现微粒的去除。基板处理中使用的声能是通过声能源产生的。典型地，该声能源包括由压电晶体制成的换能器。在工作时，该换能器耦合于电源(即电能源)。电能信号(即电)被提供给换能器。换能器将该电能信号转换成振动机械能(即声能)，该机械能随后被发射至所处理的基板。从电源提供给换能器的电能信号的特性决定了由换能器产生的声能的特性。例如，电能信号的频率和/或振幅的增大将导致由换能器产生的声能的频率和/或振幅的增大。

另外，声能频率和除去的微粒尺寸之间的关系是已知的。本质上，较高的频率去除较小尺寸的微粒更为有效，而较低的频率去除较大尺寸的微粒更为有效。如今，在清洗过程中典型的传递的声能范围从500kHz至略高于1MHz。兆频超声(Megasonic)能已被证明为去除微粒的有效方法，但与任何机械工艺一样，该方法可能造成损伤，并且兆频超声面对与传统物理清洗方法和装置相同的损伤问题。

为了改善清洗并减少由应用兆频超声能而对晶片造成的损伤，兆频超声的提供者已实现了多种控制声能频率、声能振幅和将声能作用于晶片的角度的方案。然而，即使使用这些控制，仍然会产生损伤。

参照图1，其中示出了现有技术的兆频超声功率控制系统100。现有技术的兆频超声功率控制系统100包括频率发生器10、具有模拟信号控制能力的功率控制20、放大器30、换能器40以及系统控制器50。频率发生器10和功率控制20可操作地耦合于放大器30。系统控制器50可操作地耦合于功率控制20以便控制和与之通信。现有技术的系统100仅能对提供给换能器40的电信号的振幅进行模拟电平控制。

在现有技术系统100的工作中，频率发生器10产生基带信号15并将其传送至放大器30，基带信号15规定由放大器30输出/产生的电信号35的频率。所输出的电信号35具有恒定频率。放大器30还由功率控制20控制，功率控制20经由振幅控制信号25规定电信号35的振幅。通过适当编程，系统控制器50控制功率控制20以使放大器30以合需的恒定峰值振幅输出电信号35。输出的电信号35被传送至换能器40。输出的电信号35具有恒定频率和恒定峰值振幅。

输出的电信号35被换能器40接收并被转换成具有与电信号35的恒定频率和恒定峰值振幅对应的恒定频率和恒定峰值振幅的声能45。由换能器40产生的声能45随后被发射至基板或其它物件以便于处理(未图示)。

当使用现有技术的系统100在启动过程中最初产生声能时，放大器30以类似阶跃函数的形式从不产生信号(即零振幅的信号)变成立即产生具有预定恒定峰值振幅的电信号35。换句话说，放大器30仅仅具有“关”和“开”两种状态。这可能导致电信号35的前端的振幅具有不理想的尖峰，进而导致被传递至基板的声能45的振幅中产生不理想的尖峰。这种尖峰会对基板上的器件造成损伤。