[發(fā)明專利]改進的超聲處理方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280019485.8
• 申請日: 2012-04-26
• 公開（公告）號: CN103492092A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 弗蘭克·盧德維格·霍爾斯蒂斯;亞歷山大·利珀特
• 申請（專利權(quán)）人: 朗姆研究公司
• 主分類號: B08B3/12
• 分類號: B08B3/12
• 代理公司: 上海勝康律師事務(wù)所 31263
• 代理人: 李獻忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及襯底表面的超聲波（包括兆聲波和千兆聲波）處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

從半導(dǎo)體襯底去除顆粒污染物可通過超聲清洗完成。當(dāng)超聲波的頻率接近或高于1000kHz（1MHz）時，其往往被稱為“兆聲波”。當(dāng)超聲波的頻率接近或高于1000MHz（1GHz）時，其可被稱為“千兆聲波”。用于半導(dǎo)體晶片的超聲清洗的常規(guī)技術(shù)依賴空化效應(yīng)，其中超聲能量引起小氣泡的形成，所述小氣泡的破裂將大量能量釋放到周圍的流體中，并促進襯底的清潔。

但是，在具有精細(xì)表面或部件的襯底附近的過多空化能量也可導(dǎo)致襯底受損。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了使用諧振器將超聲波施加到半導(dǎo)體襯底的方法和裝置，所述諧振器的頻域（frequency?domain）在周圍媒介中引起聲流卻不導(dǎo)致大量空穴（cavitation）。這些諧振器包括諧振器板，在所述諧振器板上通過諸如PVD（物理氣相沉積）、CVD（化學(xué)氣相沉積）和濺射等薄膜技術(shù)形成換能器元件。

聲能的源的一個示例是耦合到諧振器板的壓電元件，所述壓電元件由高頻發(fā)生器驅(qū)動。

比如在電化學(xué)反應(yīng)（例如銅在半導(dǎo)體晶片上的沉積）、蝕刻以及沖洗的過程中，根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置不僅可用于清洗襯底，還可用于增強接觸面處的擴散受限反應(yīng)。

根據(jù)本發(fā)明的裝置可包括用于襯底的保持器、設(shè)置為與被所述保持器保持時的襯底間隔預(yù)定距離的聲波諧振器組件、用于供應(yīng)液體到被所述保持器保持時的所述襯底和所述聲波諧振器之間的間隙中的分配器以及聲能的源，所述聲能的源能夠為所述聲波諧振器組件供應(yīng)具有至少約100MHz的、優(yōu)選地至少500MHz的、更優(yōu)選地至少1GHz的、且最優(yōu)選地在從500MHz到5GHz的范圍內(nèi)的頻率的聲能。

本發(fā)明的裝置的特別有用的實施方式在于用于在用于單個晶片濕法處理的工藝模塊中支撐半導(dǎo)體晶片的旋轉(zhuǎn)卡盤。

聲波諧振器組件優(yōu)選地包括具有從200nm到20微米的、優(yōu)選地500nm到10微米的、且更優(yōu)選地1-5微米的范圍內(nèi)的厚度的至少一個壓電元件。所述壓電元件可以是在薄膜體聲波諧振器（FBAR）濾波器中形成的層。

當(dāng)這種聲波諧振器組件被設(shè)置在距襯底100μm到1000μm的范圍內(nèi)的距離時，在處理液中可引起聲流，比如愛卡（Eckart）或瑞利（Rayleigh）流，卻不會在該液體中形成大量的相關(guān)的空穴和氣泡。

根據(jù)本發(fā)明的處理襯底的方法可包括將襯底放置在保持器上、距所述襯底的表面預(yù)定距離設(shè)置聲波諧振器組件、將處理液分配到所述聲波諧振器組件和所述襯底之間的間隙中、以及將具有至少約100MHz的頻率的聲能供應(yīng)給所述聲波諧振器組件。

如果本發(fā)明的方法被用于襯底清洗，則所述處理液可以是例如去離子水，而當(dāng)所述方法被用于增強襯底-液體接觸面處的擴散受限反應(yīng)時，那么所述處理液可以是例如含有金屬離子（優(yōu)選地是銅離子）的溶液，以用于將金屬（優(yōu)選地是銅）電沉積到襯底（例如半導(dǎo)體晶片）的表面上。

所以，本發(fā)明的優(yōu)選實施方式提供了用于使用運行在千兆聲波域（gigasonic?domain）中的壓電式換能器清洗襯底和增強襯底表面處的擴散受限反應(yīng)的改進的方法和裝置。諧振器組件優(yōu)選地包括多個換能器層疊，每一個換能器層疊包括耦合到面向襯底的諧振器板的薄膜壓電元件。在所使用的公開的頻率和功率，在液態(tài)處理媒介中可引起愛卡（Eckart）或瑞利（Rayleigh）流卻不大量產(chǎn)生空穴。

附圖說明

附圖被包括來提供對本發(fā)明的更充分的理解。附圖示出了本發(fā)明的實施方式，并連同說明書一起用于更充分地闡釋本發(fā)明的實施方式的原理。

圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施方式的相對于待處理襯底設(shè)置的聲波諧振器的示意性側(cè)視圖；

圖2a和圖2b分別是聲波諧振器組件的替代實施方式的示意性仰視圖和側(cè)視圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明進一步的實施方式的作為換能器層疊（transducer?stack）的部件的三個獨立的諧振器島305的橫截面；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施方式的由一系列諧振器在液體中產(chǎn)生的聲流的顯微圖；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明進一步的實施方式的用于聲波諧振器組件的替代配置；

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明進一步的實施方式的用于聲波諧振器組件的另一配置；

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的用于聲波諧振器組件的更進一步的配置；

圖8示出了擴散受限非均相反應(yīng)的實施例；以及