專(zhuān)利名稱(chēng)：兆聲波清洗頭及具有該清洗頭的兆聲波清洗系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體清洗工藝領(lǐng)域，特別地涉及一種兆聲波清洗頭及具有該清洗頭的兆聲波清洗系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著亞微米及深亞微米超大規(guī)模集成電路(ULSI)遵循著“摩爾定律”迅速發(fā)展， 設(shè)計(jì)線寬急劇減小，半導(dǎo)體芯片的體積也越來(lái)越小，如何控制硅片表面材料的機(jī)械損傷，以及在保護(hù)硅片表面平整度的前提下最大限度的減少硅片缺陷密度、控制其不良率，這已經(jīng)成了當(dāng)今半導(dǎo)體清洗技術(shù)的一大挑戰(zhàn)。65納米節(jié)點(diǎn)以下控制電極與電容結(jié)構(gòu)越來(lái)越脆弱。 當(dāng)集成電路線寬越變?cè)叫?，可影響硅片不良率的粒子也越?lái)越小，而顆粒越小越難清洗。在芯片上如何避免微結(jié)構(gòu)損傷也是一個(gè)很具挑戰(zhàn)的難題，現(xiàn)今的清洗技術(shù)有很多種，兆聲波清洗以它特殊的能量作用方式一直被關(guān)注。兆聲波清洗的機(jī)理是由高能頻振效應(yīng)并結(jié)合化學(xué)清洗劑的化學(xué)反應(yīng)對(duì)硅片進(jìn)行清洗的。在清洗時(shí)，由換能器發(fā)出波長(zhǎng)為ι μ m頻率為0. 8 兆赫的高能聲波，溶液分子在這種聲波的推動(dòng)下作加速運(yùn)動(dòng)，最大瞬時(shí)速度可達(dá)到30cm/s。 因此，形成不了超聲波清洗那樣的氣泡，而只能以高速的流體波連續(xù)沖擊晶片表面，使硅片表面附著的污染物的細(xì)小微粒被強(qiáng)制除去并進(jìn)入到清洗液中。兆聲波清洗拋光片可去掉晶片表面上小于0. 2μπι的粒子，這種方法能同時(shí)起到機(jī)械擦片和化學(xué)清洗兩種方法的作用。 但對(duì)于兆聲波能量的方向和均勻度的控制還存在一定的缺陷，在清洗過(guò)程中，產(chǎn)生的垂直于硅柵的能量使其受到剪切力易產(chǎn)生彎曲變形甚至根部斷裂，對(duì)半導(dǎo)體造成損傷。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在清洗過(guò)程中減少對(duì)半導(dǎo)體造成損傷的兆聲波清洗頭及具有該清洗頭的兆聲波清洗系統(tǒng)。( 二 )技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種兆聲波清洗頭，包括換能器；諧振器，用于傳播來(lái)自換能器的能量；該諧振器具有上表面和下表面，上表面耦合至換能器，諧振器內(nèi)部具有不通透上表面、下表面的真空的孔陣列。優(yōu)選地，所述孔陣列中的孔的幾何形狀包括但不限于圓柱式、蜂窩式。優(yōu)選地，圓柱式孔的長(zhǎng)度與等效直徑比為5 1到10 1。優(yōu)選地，所述換能器包括上殼體，具有電纜接頭，通過(guò)電纜接頭能夠與功率放大器連接；耦合層，包括壓電晶體和耦合片，壓電晶體與耦合片的上表面緊密連接，耦合層通過(guò)耦合片與上殼體耦合。優(yōu)選地，所述上殼體還具有一進(jìn)氣孔和一排氣孔，并且內(nèi)部具有一帶有多個(gè)均布凹槽的環(huán)狀凸臺(tái)將上殼體內(nèi)部分為內(nèi)外兩環(huán)；由進(jìn)氣孔通入的冷卻氣，通過(guò)上殼體的內(nèi)環(huán)和凹槽能夠使耦合層被均勻冷卻后由排氣孔排除，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)耦合層的均勻冷卻。優(yōu)選地，所述耦合層還包括密封圈，設(shè)于耦合片上，用于將耦合片與上殼體耦合的耦合處密封。優(yōu)選地，所述耦合片由單一介質(zhì)或多介質(zhì)制成，厚度為1/4波長(zhǎng)的整數(shù)倍。優(yōu)選地，該兆聲波清洗頭及所述耦合層的形狀為但不限于圓柱形、長(zhǎng)方形或橢圓形。優(yōu)選地，所述諧振器內(nèi)的孔陣列的面積略大于壓電晶體的有效面積。優(yōu)選地，所述諧振器作為下殼體，與耦合片的下表面耦合，并通過(guò)連接釘與上殼體連接。本發(fā)明還提供一種具有上述兆聲波清洗頭的兆聲波清洗系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括安裝支架，所述兆聲波清洗頭固定地或可移動(dòng)地安裝于安裝支架上。(三)有益效果本發(fā)明兆聲波清洗頭采用內(nèi)部具有圓柱形或其它幾何形狀的不通透的真空的孔陣列的諧振器，通過(guò)兆聲波在其內(nèi)部的多次反射起到補(bǔ)償消耗的作用，消除振動(dòng)波的不均勻性，實(shí)現(xiàn)兆聲波能量的均勻分布。當(dāng)半導(dǎo)體上噴有超純水或者化學(xué)液時(shí)，通過(guò)兆聲波產(chǎn)生的均勻的流體波將半導(dǎo)體上的雜質(zhì)沖掉，并經(jīng)由液體的流動(dòng)被帶走，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體的清洗，并且對(duì)半導(dǎo)體的破壞較小。


圖1為本發(fā)明兆聲波清洗頭一實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明兆聲波清洗頭一實(shí)施例的組裝圖；圖3為本發(fā)明兆聲波清洗頭一實(shí)施例中上殼的結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明兆聲波清洗頭一實(shí)施例中耦合層的組裝圖；圖5為本發(fā)明兆聲波清洗頭一實(shí)施例中下殼體內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖；圖6為本發(fā)明的應(yīng)用示意圖。圖中標(biāo)號(hào)1-上殼體；11-凹槽；2-密封圈；3-電纜接頭；4-壓電晶體；5_耦合片； 6-下殼體；61-不通透的柱狀孔陣列；7-連接釘；8-進(jìn)氣接頭；81-進(jìn)氣孔；9-排氣接頭； 91-排氣孔；10-兆聲波清洗頭；20-硅片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不是限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明所述的兆聲波清洗頭，包括換能器和諧振器，諧振器用于傳播來(lái)自換能器的能量；該諧振器具有上表面和下表面，上表面耦合至換能器，諧振器內(nèi)部具有不通透上表面、下表面的真空的孔陣列。如圖1-2所示，本發(fā)明所述的兆聲波清洗頭一實(shí)施例包括上殼體1、耦合層以及下殼體6 ；在本實(shí)施例中，換能器包括上殼體1和耦合層，諧振器即為下殼體6 ；如圖1-3所示，上殼體1 (材料為PVDF或其它抗腐蝕性高并且強(qiáng)度較好的非金屬材料)具有電纜接頭3，通過(guò)電纜接頭3能夠與功率放大器連接，并且一側(cè)上下分別具有進(jìn)氣孔81、排氣孔91以及內(nèi)部的一個(gè)帶有均布凹槽11的凸臺(tái)，進(jìn)氣孔81、排氣孔91分別通過(guò)進(jìn)氣接頭8和排氣接頭9與外部連通；如圖2和圖4所示，耦合層包括壓電晶體4(常用材料為經(jīng)過(guò)極化處理的鋯鈦酸鉛)、耦合片5和密封圈2 ；壓電晶體4通過(guò)導(dǎo)電膠與耦合片5緊密粘結(jié)在一起，其中耦合片5由單一介質(zhì)或多介質(zhì)制成，其厚度為1/4波長(zhǎng)的整數(shù)倍，并且其上表面可以通過(guò)螺釘壓線連接電纜；密封圈2設(shè)于耦合片5上，用于將耦合片5與上殼體1耦合的耦合處密封；下殼體6 (材料為石英或紅寶石等兆聲波傳播性能較好可機(jī)加性較高的材質(zhì))的上表面與耦合片5耦合，并通過(guò)連接釘7與上殼體連接；如圖1和5所示，在下殼體6的內(nèi)部采用激光熔爆技術(shù)加工不通透的圓柱式真空的孔陣列61 (也可以是蜂窩式或其它幾何形狀)， 孔陣列61的面積略大于壓電晶體4的有效面積，圓柱孔的長(zhǎng)度與等效直徑比為5 1到 10 1，使傳入的兆聲波通過(guò)多次反射其不均勻性被充分消除，同時(shí)，下殼體也不宜過(guò)厚， 過(guò)厚會(huì)使兆聲波的有效能量在到達(dá)清洗表面之前衰減過(guò)多，清洗效果降低。該兆聲波清洗頭及耦合層的形狀可以為圓柱形、長(zhǎng)方形或橢圓形等其他幾何形狀。通過(guò)電纜接頭3與功率放大器連接對(duì)壓電晶體4施加一頻率為IMHz的交變電壓， 壓電晶體4在交變電壓的作用下產(chǎn)生振動(dòng)形成兆聲波，兆聲波通過(guò)耦合片5和下殼體6傳播。當(dāng)硅片上噴有超純水或者化學(xué)液時(shí)，通過(guò)兆聲波產(chǎn)生的均勻的流體波將硅片上的雜質(zhì)沖掉，并經(jīng)由液體的流動(dòng)被帶走，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片的清洗，并且對(duì)硅柵破壞較小。在工作過(guò)程中，由進(jìn)氣孔81通入的冷卻氣，通過(guò)上殼體的內(nèi)環(huán)和凹槽11能夠使耦合層被均勻冷卻后由排氣孔91排除，增加耦合層的使用周期，并且通過(guò)連接釘?shù)倪B接，環(huán)狀凸臺(tái)能夠壓緊耦合層，使其與下殼體6的連接緊密。本發(fā)明所述的兆聲波清洗系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括安裝支架。上殼體1頂部有三個(gè)螺紋孔可以與系統(tǒng)的安裝支架(未示出)相連，清洗頭10通過(guò)其上的螺紋孔與相應(yīng)的安裝支架螺裝固定，與硅片20表面保持一定的距離(一般為3mm)，如圖6所示。清洗頭與硅片之間不僅能夠進(jìn)行圓周的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而且能夠?qū)崿F(xiàn)徑向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以通過(guò)支架沿硅片徑向運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)兆聲波清洗頭運(yùn)動(dòng)，也可以是支架固定，清洗頭與支架上的滑塊固定連接，通過(guò)滑塊運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)清洗頭運(yùn)動(dòng)等多種方式實(shí)現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種兆聲波清洗頭，其特征在于，包括換能器；諧振器，用于傳播來(lái)自換能器的能量；該諧振器具有上表面和下表面，上表面耦合至換能器，諧振器內(nèi)部具有不通透上表面、下表面的真空的孔陣列。
2.如權(quán)利要求1所述的兆聲波清洗頭，其特征在于，所述孔陣列中的孔的幾何形狀包括但不限于圓柱式、蜂窩式。
3.如權(quán)利要求2所述的兆聲波清洗頭，其特征在于，圓柱式孔的長(zhǎng)度與等效直徑比為 5 1 至Ij 10 1。
4.如權(quán)利要求1所述的兆聲波清洗頭，其特征在于，所述換能器包括上殼體，具有電纜接頭，通過(guò)電纜接頭能夠與功率放大器連接；耦合層，包括壓電晶體和耦合片，壓電晶體與耦合片的上表面緊密連接，耦合層通過(guò)耦合片與上殼體耦合。
5.如權(quán)利要求4所述的兆聲波清洗頭，其特征在于，所述上殼體還具有一進(jìn)氣孔和一排氣孔，并且內(nèi)部具有一帶有多個(gè)均布凹槽的環(huán)狀凸臺(tái)將上殼體內(nèi)部分為內(nèi)外兩環(huán)；由進(jìn)氣孔通入的冷卻氣，通過(guò)上殼體的內(nèi)環(huán)和凹槽能夠使耦合層被均勻冷卻后由排氣孔排除， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)耦合層的均勻冷卻。
6.如權(quán)利要求4所述的兆聲波清洗頭，其特征在于，所述耦合層還包括密封圈，設(shè)于耦合片上，用于將耦合片與上殼體耦合的耦合處密封。
7.如權(quán)利要求4所述的兆聲波清洗頭，其特征在于，所述耦合片由單一介質(zhì)或多介質(zhì)制成，厚度為1/4波長(zhǎng)的整數(shù)倍。
8.如權(quán)利要求4所述的兆聲波清洗頭，其特征在于，該兆聲波清洗頭及所述耦合層的形狀為但不限于圓柱形、長(zhǎng)方形或橢圓形。
9.如權(quán)利要求4所述的兆聲波清洗頭，其特征在于，所述諧振器內(nèi)的孔陣列的面積略大于壓電晶體的有效面積。
10.如權(quán)利要求4所述的兆聲波清洗頭，其特征在于，所述諧振器作為下殼體，與耦合片的下表面耦合，并通過(guò)連接釘與上殼體連接。
11.一種具有如權(quán)利要求1-10中任意一項(xiàng)所述的兆聲波清洗頭的兆聲波清洗系統(tǒng)，其特征在于，還包括安裝支架，所述兆聲波清洗頭固定地或可移動(dòng)地安裝于安裝支架上。
全文摘要
本發(fā)明為一種兆聲波清洗頭及包括該清洗頭的兆聲波清洗系統(tǒng)，該清洗頭包括換能器；諧振器，用于傳播來(lái)自換能器的能量；該諧振器具有上表面和下表面，上表面耦合至換能器，諧振器內(nèi)部具有不通透上表面、下表面的真空的孔陣列。本發(fā)明兆聲波清洗頭采用內(nèi)部具有圓柱形或其它幾何形狀的不通透的真空的孔陣列的諧振器，通過(guò)兆聲波在其內(nèi)部的多次反射起到補(bǔ)償消耗的作用，消除振動(dòng)波的不均勻性，實(shí)現(xiàn)兆聲波能量的均勻分布。當(dāng)半導(dǎo)體上噴有超純水或者化學(xué)液時(shí)，通過(guò)兆聲波產(chǎn)生的均勻的流體波將半導(dǎo)體上的雜質(zhì)沖掉，并經(jīng)由液體的流動(dòng)被帶走，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體的清洗，并且對(duì)半導(dǎo)體的破壞較小。
文檔編號(hào)B08B3/12GK102327883SQ20111030471
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月10日
發(fā)明者初國(guó)超, 吳儀 申請(qǐng)人:北京七星華創(chuàng)電子股份有限公司