本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路加工清洗設(shè)備領(lǐng)域，更具體地，涉及一種通過(guò)將具有不同固有頻率的壓電材料整合在一起構(gòu)成的超聲波/兆聲波清洗裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形晶圓的無(wú)損傷超聲波/兆聲波清洗。

背景技術(shù)：

隨著半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的高速發(fā)展，集成電路芯片的圖形特征尺寸已進(jìn)入到深亞微米階段，而造成芯片上超細(xì)微電路失效或損壞的關(guān)鍵沾污物(例如顆粒)的特征尺寸也隨之大為減小。

在集成電路的生產(chǎn)加工工藝過(guò)程中，半導(dǎo)體晶圓通常都會(huì)經(jīng)過(guò)諸如薄膜沉積、刻蝕、拋光等多道工藝步驟。而這些工藝步驟就成為沾污物產(chǎn)生的重要場(chǎng)所。為了保持晶圓表面的清潔狀態(tài)，消除在各個(gè)工藝步驟中沉積在晶圓表面的沾污物，必須對(duì)經(jīng)受了每道工藝步驟后的晶圓進(jìn)行清洗處理。因此，清洗工藝成為集成電路制作過(guò)程中最普遍的工藝步驟，其目的在于有效地控制各步驟的沾污水平，以實(shí)現(xiàn)各工藝步驟的目標(biāo)。

為了有效地清除晶圓表面的沾污物，在進(jìn)行單晶圓濕法清洗工藝處理時(shí)，晶圓將被放置在清洗設(shè)備的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(例如旋轉(zhuǎn)卡盤(pán))上，并按照一定的速度旋轉(zhuǎn)；同時(shí)向晶圓的表面噴淋一定流量的化學(xué)藥液，對(duì)晶圓表面進(jìn)行清洗。

在通過(guò)清洗達(dá)到去除沾污物目的的同時(shí)，最重要的是要保證對(duì)晶圓、尤其是對(duì)于圖形晶圓表面圖形的無(wú)損傷清洗。

隨著集成電路圖形特征尺寸的縮小，晶圓表面更小尺寸的沾污物的去除難度也不斷加大。很多新型清洗技術(shù)在清洗設(shè)備上已得到應(yīng)用。其中，最重要的一種是超聲波/兆聲波清洗技術(shù)。但是，采用超聲波/兆聲波清洗技術(shù)在提高了沾污物去除效率的同時(shí)，也不可避免地帶來(lái)了對(duì)于圖形晶圓的損傷問(wèn)題。這主要是由于傳播方向與晶圓表面不垂直的超聲波/兆聲波能量對(duì)圖形晶圓表面圖形橫向的作用力大于表面圖形與晶圓的附著力，導(dǎo)致在超聲波/兆聲波清洗時(shí)對(duì)表面圖形的破壞。

同時(shí)，現(xiàn)有的超聲波/兆聲波清洗技術(shù)，是通過(guò)將具有單一頻率的電信號(hào)導(dǎo)入至壓電材料，使其產(chǎn)生高速的伸縮振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波/兆聲波振蕩能量進(jìn)行晶圓清洗的。在超聲波/兆聲波清洗過(guò)程中，聲波能量在晶圓的上表面，下表面，以及一些不同介質(zhì)的接觸面都會(huì)產(chǎn)生折射和發(fā)射，這些折射和反射的聲波與從壓電晶體振子發(fā)出的單一頻率聲波的干涉會(huì)導(dǎo)致局部區(qū)域的能量過(guò)強(qiáng)，造成晶圓表面精細(xì)圖形結(jié)構(gòu)的損傷。

另一方面，超聲波/兆聲波在清洗介質(zhì)中產(chǎn)生的氣蝕和直進(jìn)流都會(huì)加速顆粒污染物從晶片表面的脫離過(guò)程，實(shí)現(xiàn)清洗效率的提高。但是，從目前業(yè)內(nèi)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，氣蝕作用產(chǎn)生的氣泡不斷長(zhǎng)大，最終破裂所帶來(lái)的物理能量的大小難以控制，很容易造成晶片表面精細(xì)圖形結(jié)構(gòu)的損傷。因而行業(yè)內(nèi)技術(shù)人員更希望利用直進(jìn)流作用實(shí)現(xiàn)對(duì)晶圓的無(wú)損傷清洗。

因此，需要采用一些新的技術(shù)手段控制氣蝕的產(chǎn)生，以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的晶圓無(wú)損傷清洗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種組合式多頻率超聲波/兆聲波清洗裝置，在對(duì)晶圓進(jìn)行超聲波/兆聲波清洗時(shí)，能夠消除傳播方向與晶圓表面不垂直的超聲波/兆聲波能量對(duì)圖形晶圓表面圖形橫向作用力的破壞性影響，并可以使超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的超聲波/兆聲波振動(dòng)頻率動(dòng)態(tài)變化，以防止在清洗藥液中產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉作用及氣泡破裂現(xiàn)象，控制氣蝕的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形晶圓的無(wú)損傷清洗。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種組合式多頻率超聲波/兆聲波清洗裝置，包括：

本體，其中空的內(nèi)部設(shè)有超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)和底部石英部件，所述超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)設(shè)有若干壓電材料，各所述壓電材料具有不同的固有頻率，并均勻組合在一起形成整體，所述壓電材料連接本體外的信號(hào)源，所述底部石英部件設(shè)有由多個(gè)垂直棒狀石英結(jié)構(gòu)組成的石英微共振腔陣列，所述石英微共振腔陣列自所述本體下端面的開(kāi)口伸出；

超聲波/兆聲波頻率控制單元，連接設(shè)于信號(hào)源和壓電材料之間，用于控制將形成的與各壓電材料固有頻率一一對(duì)應(yīng)的信號(hào)源輸出電信號(hào)隨機(jī)導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的各壓電材料；

其中，所述壓電材料接收電信號(hào)產(chǎn)生超聲波能量，經(jīng)底部石英部件向下傳導(dǎo)，并經(jīng)石英微共振腔陣列的選擇性去除后，通過(guò)沒(méi)入圖形晶圓上清洗藥液中的所述石英微共振腔陣列的下端面垂直傳導(dǎo)至圖形晶圓表面，帶動(dòng)清洗藥液振蕩，以進(jìn)行超聲波/兆聲波移動(dòng)清洗，同時(shí)，通過(guò)所述超聲波/兆聲波頻率控制單元將不同頻率的電信號(hào)隨機(jī)導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的壓電材料，使超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的超聲波/兆聲波振動(dòng)頻率動(dòng)態(tài)變化，以防止在清洗藥液中產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉作用及氣泡破裂現(xiàn)象。

優(yōu)選地，所述超聲波/兆聲波頻率控制單元包括一個(gè)信號(hào)通道選擇開(kāi)關(guān)器，所述信號(hào)通道選擇開(kāi)關(guān)器設(shè)于數(shù)量相等的若干信號(hào)源和壓電材料之間，每個(gè)信號(hào)源分別對(duì)應(yīng)一個(gè)與其輸出電信號(hào)頻率一致的壓電材料，所述信號(hào)通道選擇開(kāi)關(guān)器在每一時(shí)刻僅開(kāi)通一路信號(hào)源與對(duì)應(yīng)壓電材料之間的連接，并隨機(jī)切換不同的信號(hào)源與對(duì)應(yīng)壓電材料連接通道的開(kāi)關(guān)，使超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的超聲波/兆聲波振動(dòng)頻率動(dòng)態(tài)變化。

優(yōu)選地，所述超聲波/兆聲波頻率控制單元包括依次設(shè)于信號(hào)源和若干壓電材料之間的一個(gè)變頻器和一個(gè)通道選擇器，通過(guò)所述變頻器改變信號(hào)源輸出的電信號(hào)頻率，以輸出若干不同頻率的電信號(hào)，并與各壓電材料的固有頻率一一對(duì)應(yīng)，所述通道選擇器根據(jù)變頻器隨機(jī)輸出的電信號(hào)頻率，打開(kāi)對(duì)應(yīng)頻率壓電材料的連接通道開(kāi)關(guān)，使超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的超聲波/兆聲波振動(dòng)頻率動(dòng)態(tài)變化。

優(yōu)選地，所述本體具體包括：

上、下殼體，其連接形成本體的中空密封腔，所述密封腔在下殼體的下端面形成開(kāi)口；

超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)，設(shè)于密封腔內(nèi)，包括上下緊貼設(shè)置的壓電材料和耦合層，所述耦合層下部緊貼底部石英部件上部，所述壓電材料、耦合層和底部石英部件通過(guò)在上殼體頂部與壓電材料之間依次所設(shè)的壓緊彈簧和壓緊彈簧導(dǎo)向柱進(jìn)行壓緊，所述耦合層側(cè)部、壓電材料側(cè)部和頂部與密封腔內(nèi)壁之間具有間隙，所述上殼體裝有壓電材料接線柱，用于將外部電信號(hào)導(dǎo)入至壓電材料，并通過(guò)連接耦合層接線柱形成回路，以產(chǎn)生超聲波/兆聲波振蕩能量；

底部石英部件，設(shè)于密封腔內(nèi)，包括一形成向下開(kāi)口凹槽的環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈，以及一個(gè)上端連接設(shè)于凹槽底部、下端為自由端的石英微共振腔陣列，所述環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈上部緊貼耦合層下部，其側(cè)部與密封腔位于下殼體部分的內(nèi)壁之間密封連接，其凹槽下端由下殼體下端面的開(kāi)口伸出，所述石英微共振腔陣列的下端面不高于凹槽的下端面。

優(yōu)選地，所述上殼體設(shè)有氣體入口和出口，其連通由密封腔內(nèi)壁和超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)外壁組成的冷卻腔，用于通過(guò)氣體入口通入冷卻氣體，對(duì)超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)進(jìn)行冷卻，并由氣體出口排出。

優(yōu)選地，所述下殼體側(cè)部連通設(shè)有保護(hù)氣體入口和出口，所述保護(hù)氣體出口為一圈下傾的氣孔或狹縫，用作通過(guò)保護(hù)氣體入口通入保護(hù)氣體，并由保護(hù)氣體出口噴出，以在圖形晶圓表面形成一個(gè)氣體保護(hù)層。

優(yōu)選地，所述上殼體設(shè)有氣體入口，所述下殼體側(cè)部設(shè)有氣體出口，所述氣體出口為一圈下傾的氣孔或狹縫，所述氣體入口和出口連通由密封腔內(nèi)壁和超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)外壁組成的冷卻腔，用于通過(guò)氣體入口通入冷卻氣體，對(duì)超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)進(jìn)行冷卻，并在通過(guò)氣體出口傾斜向下排出的同時(shí)，在圖形晶圓表面形成一個(gè)氣體保護(hù)層。

優(yōu)選地，所述環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈的凹槽側(cè)壁設(shè)有一至若干開(kāi)孔，用于使清洗藥液自由進(jìn)出石英微共振腔陣列與圖形晶圓表面之間的間隙。

優(yōu)選地，所述石英微共振腔陣列棒狀石英結(jié)構(gòu)的形狀包括圓形、三角形、五邊形或長(zhǎng)方形，各棒狀石英結(jié)構(gòu)按照一定的規(guī)則分布，或者按照隨機(jī)方式分布。

優(yōu)選地，所述本體以及超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)、底部石英部件的輪廓為扇形、三角形、五邊形或者是長(zhǎng)條形。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)通過(guò)合理設(shè)計(jì)底部石英部件的石英微共振腔陣列結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)去除其它方向上的超聲波/兆聲波能量，只保留傳播方向與待清洗晶圓表面垂直的超聲波/兆聲波能量的目的，保證在超聲波/兆聲波清洗過(guò)程中，超聲波/兆聲波的能量不會(huì)造成圖形晶圓表面圖形的損傷；

2)在超聲波/兆聲波清洗過(guò)程中，通過(guò)采用多個(gè)信號(hào)源代替單一的信號(hào)源，或者采用改變單一信號(hào)源發(fā)出的電信號(hào)頻率，以形成幾種不同頻率的電信號(hào)，并分別對(duì)應(yīng)一個(gè)與其頻率一致的壓電材料，在每一個(gè)時(shí)刻僅使一種固有頻率的壓電材料工作，并在各壓電材料之間隨機(jī)切換，使超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的超聲波/兆聲波頻率動(dòng)態(tài)變化，這樣可以防止穩(wěn)定干涉的產(chǎn)生；同時(shí)，由于不同壓電材料工作時(shí)產(chǎn)生的聲波頻率發(fā)生變化，其聲波的波長(zhǎng)也將隨之變化，前一個(gè)聲波產(chǎn)生的氣泡在長(zhǎng)大的過(guò)程中還沒(méi)有達(dá)到破裂的極限時(shí)，聲波的頻率已經(jīng)切換，新的氣泡在另一個(gè)位置產(chǎn)生，原有的氣泡則不會(huì)進(jìn)一步長(zhǎng)大和破裂；在這樣的循環(huán)過(guò)程中，隨著聲波頻率的不斷變化，氣泡不斷地產(chǎn)生和消失，但不會(huì)發(fā)生破裂，可以防止氣泡破裂產(chǎn)生的氣蝕作用造成晶圓表面精細(xì)圖形結(jié)構(gòu)的損傷；

3)石英微共振腔陣列棒狀石英結(jié)構(gòu)的形狀可包括圓形以及其它的一些形狀,例如三角形，五邊形，長(zhǎng)方形等；同時(shí)，各棒狀石英結(jié)構(gòu)的排列可以按照一定的規(guī)則分布，也可以完全隨機(jī)分布，以防止裝置隨噴淋臂擺動(dòng)時(shí)在特定區(qū)域形成能量較高的區(qū)域，使超聲波/兆聲波的能量分布更加的均勻；

4)在環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈上開(kāi)有開(kāi)孔，可使清洗藥液自由進(jìn)出石英微共振腔陣列與圖形晶圓表面之間的間隙，以消除晶圓表面清洗藥液的表面張力作用，改善清洗藥液的置換效果，加快新、舊藥液的交換過(guò)程，提高清洗的效果；

5)裝置可以設(shè)計(jì)成為扇形、三角形，五邊形或者是長(zhǎng)條形，可提高裝置的覆蓋面積，從而可以提高裝置的清洗效率；

6)在清洗工藝過(guò)程中，利用保護(hù)氣體在晶圓上方形成一個(gè)氣體保護(hù)層，可使晶圓與氧氣隔絕，防止晶圓表面硅材料被氧化；在干燥過(guò)程中，由于晶圓全部處于保護(hù)氣體的覆蓋下，當(dāng)晶圓高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以更好地實(shí)現(xiàn)整個(gè)晶圓范圍的干燥，防止水痕缺陷的產(chǎn)生，也可以更好地實(shí)現(xiàn)晶圓邊緣的干燥。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例中的一種組合式多頻率超聲波/兆聲波清洗裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例中的底部石英部件的結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖3是圖2底部石英部件的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖1裝置的外形結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的裝置與噴淋臂的一種配合狀態(tài)示意圖；

圖6a-圖6b是本發(fā)明實(shí)施例中的兩種超聲波/兆聲波頻率控制單元結(jié)構(gòu)原理圖；

圖7a-圖7e是本發(fā)明實(shí)施例中的具有不同固有頻率的壓電材料的幾種整合狀態(tài)示意圖；

圖8是本發(fā)明的石英微共振腔陣列選擇性去除部分超聲波/兆聲波能量的原理示意圖；

圖9是本發(fā)明一實(shí)施例中的一種具有氣體保護(hù)作用的組合式多頻率超聲波/兆聲波清洗裝置的結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖10是圖9的外形結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11是本發(fā)明另一實(shí)施例中的一種具有氣體保護(hù)作用的組合式多頻率超聲波/兆聲波清洗裝置的結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖12是圖11的外形結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13是本發(fā)明一實(shí)施例中的設(shè)有開(kāi)孔的環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14是本發(fā)明一實(shí)施例中規(guī)則分布的三角形棒狀石英結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15是本發(fā)明一實(shí)施例中隨機(jī)分布的長(zhǎng)方形棒狀石英結(jié)構(gòu)示意圖；

圖16是本發(fā)明一實(shí)施例中的扇形石英微共振腔陣列示意圖；

圖17是本發(fā)明一實(shí)施例中的長(zhǎng)方形石英微共振腔陣列示意圖。

圖中Ⅰ.本體，10.石英微共振腔陣列，11.石英微共振腔保護(hù)圈，11’.石英微共振腔保護(hù)圈開(kāi)孔，12.底部石英部件，13.密封墊，14.壓電材料，15.上殼體，16.噴淋臂固定用螺栓孔，17.壓緊彈簧導(dǎo)向柱，18.接線柱，19.壓緊彈簧，20.耦合層，21.密封圈，22.下殼體，23/23-1/23-2.信號(hào)源，24.超聲波/兆聲波頻率控制單元，24-1.信號(hào)通道選擇開(kāi)關(guān)器，24-2.變頻器，24-3.通道選擇器，25.冷卻氣體入口，26/26’.冷卻氣體出口，27.噴淋臂，28.固定支架，29.清洗藥液，30.晶圓，30’.晶圓表面圖形結(jié)構(gòu)，31.保護(hù)氣體入口，32.保護(hù)氣體出口，33.上下殼體固定孔，A.傳播方向與晶圓表面不垂直的超聲波/兆聲波能量，B.傳播方向與晶圓表面垂直的超聲波/兆聲波能量。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

需要說(shuō)明的是，在下述的具體實(shí)施方式中，在詳述本發(fā)明的實(shí)施方式時(shí)，為了清楚地表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)以便于說(shuō)明，特對(duì)附圖中的結(jié)構(gòu)不依照一般比例繪圖，并進(jìn)行了局部放大、變形及簡(jiǎn)化處理，因此，應(yīng)避免以此作為對(duì)本發(fā)明的限定來(lái)加以理解。

在以下本發(fā)明的具體實(shí)施方式中，先請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明一實(shí)施例中的一種組合式多頻率超聲波/兆聲波清洗裝置結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的一種組合式多頻率超聲波/兆聲波清洗裝置，可移動(dòng)懸設(shè)于清洗設(shè)備內(nèi)的圖形晶圓上方，用于對(duì)放置在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上的圖形晶圓進(jìn)行超聲波/兆聲波藥液清洗。所述裝置包括本體Ⅰ和超聲波/兆聲波頻率控制單元24。

本體Ⅰ為中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)有超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)14、20和底部石英部件12。所述超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)設(shè)有若干壓電材料14，各所述壓電材料具有不同的固有頻率，并均勻地組合在一起形成一個(gè)整體；所述壓電材料14連接本體外的信號(hào)源23。所述底部石英部件12設(shè)有由多個(gè)垂直棒狀石英結(jié)構(gòu)組成的石英微共振腔陣列10，所述石英微共振腔陣列10的下端面自所述本體下端面具有的開(kāi)口伸出本體。

超聲波/兆聲波頻率控制單元24連接設(shè)于信號(hào)源23和壓電材料14之間，例如，超聲波/兆聲波頻率控制單元可安裝在本體外，并一端連接信號(hào)源，另一端連接本體內(nèi)超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)的壓電材料。信號(hào)源23輸出的電信號(hào)通過(guò)超聲波/兆聲波頻率控制單元24導(dǎo)入超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)的壓電材料14。超聲波/兆聲波頻率控制單元24用于控制將形成的與各壓電材料固有頻率一一對(duì)應(yīng)的信號(hào)源輸出電信號(hào)隨機(jī)導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的各壓電材料14。

請(qǐng)參閱圖1。本體具體可包括上、下殼體15、22，以及安裝在上、下殼體內(nèi)的超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)14、20和底部石英部件12。上、下殼體14、20可采用可拆卸方式進(jìn)行連接，例如可通過(guò)螺栓對(duì)上、下殼體進(jìn)行固定連接，并在連接后在其內(nèi)部形成密封腔。所述密封腔在下殼體的下端面具有開(kāi)口(即本體下端面的開(kāi)口)。為了保證安裝后的上、下殼體密封性能，在上、下殼體的結(jié)合部之間可裝有密封墊13。

請(qǐng)參閱圖1。在密封腔內(nèi)部設(shè)有一個(gè)超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)14和20。超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)的上部和側(cè)部與密封腔的內(nèi)壁之間具有間隙，從而形成了一個(gè)冷卻腔。在超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)的下方以緊密貼合方式安裝有一個(gè)底部石英部件12。底部石英部件包括上下連接設(shè)置的一個(gè)環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈11和一個(gè)石英微共振腔陣列10。環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈11具有向下形成開(kāi)口的凹槽結(jié)構(gòu)，石英微共振腔陣列10安裝在凹槽結(jié)構(gòu)內(nèi)；石英微共振腔陣列10的上端連接凹槽底部，下端為自由端；石英微共振腔陣列10由多個(gè)垂直的棒狀石英結(jié)構(gòu)組成一個(gè)微共振腔陣列。

底部石英部件12通過(guò)環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈11的頂部與超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)14和20的底部形成緊密貼合連接；并且，底部石英部件12通過(guò)環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈11的側(cè)部與下殼體22部分的密封腔內(nèi)壁進(jìn)行臺(tái)階式安裝配合。同樣地，為了保證安裝后的下殼體22與底部石英部件12之間的密封性能，在下殼體22與環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈11的結(jié)合部之間可裝有密封圈21。

請(qǐng)參閱圖1。環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈11的凹槽下端為自由端，其由下殼體22下端面的開(kāi)口處向下伸出下殼體。所述石英微共振腔陣列10的下端面不高于環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈凹槽的下端面，即所述石英微共振腔陣列10的下端面可以低于或等于環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈11的凹槽下端面。圖示為一種石英微共振腔陣列下端面低于環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈凹槽下端面的情形。

請(qǐng)參閱圖2和圖3，圖2是本發(fā)明一實(shí)施例中的底部石英部件的結(jié)構(gòu)剖視圖，圖3是圖2底部石英部件的立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2和圖3所示，在底部石英部件12中，其石英微共振腔陣列10的各棒狀石英結(jié)構(gòu)的下端面具有相同的高度，并且都低于環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈11的凹槽下端面。各棒狀石英結(jié)構(gòu)可形成均勻分布的石英微共振腔陣列。

在底部石英部件12的安裝、調(diào)試、測(cè)試過(guò)程中，可以手持環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈，避免直接接觸強(qiáng)度較弱的棒狀石英結(jié)構(gòu)，造成棒狀石英結(jié)構(gòu)的損傷。底部石英部件底面上的石英微共振腔陣列按與晶圓表面方向垂直設(shè)置，棒狀石英結(jié)構(gòu)的尺寸可為直徑在0.5-5mm之間，長(zhǎng)度在2mm以上，可根據(jù)超聲波/兆聲波工作頻率的不同進(jìn)行相應(yīng)配置。棒狀石英結(jié)構(gòu)的數(shù)量和分布密度也可以根據(jù)實(shí)際需要和加工能力進(jìn)行相應(yīng)的配置。

請(qǐng)繼續(xù)參閱圖1。所述超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)可選用基于壓電材料的超聲波/兆聲波發(fā)生器。在本實(shí)施例中，所述超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)可包括上下緊貼連接的壓電材料14和耦合層20。耦合層可采用金屬制作。所述耦合層20的下部緊密貼合環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈11的上部。為保證連接效果和對(duì)中性，所述耦合層20的下部與環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈11的上部之間可采用圖示的槽形連接方式。所述耦合層20的側(cè)部、壓電材料14的側(cè)部和頂部與密封腔的內(nèi)壁之間具有一定的間隙，以利于進(jìn)行氣體冷卻。

在上殼體15內(nèi)頂部與壓電材料14之間依次裝有若干壓緊彈簧19和壓緊彈簧導(dǎo)向柱17，在壓緊彈簧導(dǎo)向柱17的導(dǎo)向作用下，壓緊彈簧19在豎直方向上處于壓緊狀態(tài)，并將壓電材料14、耦合層20向下壓，使之與下部的環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈11和裝置下殼體22之間沒(méi)有縫隙，便于超聲波/兆聲波能量的有效傳輸。

所述上殼體裝有壓電材料接線柱18，用于將外部信號(hào)源23產(chǎn)生的電信號(hào)導(dǎo)入至壓電材料14，并通過(guò)連接耦合層接線柱形成回路，以產(chǎn)生超聲波/兆聲波振蕩能量。壓電材料14接收電信號(hào)以后產(chǎn)生高速的伸縮振動(dòng)，形成超聲波/兆聲波振蕩，并將振蕩能量向下傳導(dǎo)至耦合層20內(nèi)。

所述耦合層20為單一金屬或多種金屬制成，其厚度為壓電材料所產(chǎn)生的超聲波/兆聲波波長(zhǎng)的整數(shù)倍加1/4波長(zhǎng)。耦合層20可通過(guò)導(dǎo)電膠與壓電材料14粘合。壓電材料和耦合層表面可涂覆耐腐蝕涂層，防止清洗藥液對(duì)耦合層金屬和壓電材料產(chǎn)生腐蝕。

所述耦合層20與環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈11之間可通過(guò)導(dǎo)電膠、或者低熔點(diǎn)合金、或者硬度較軟的金或銀等金屬薄片連接，以保證二者之間沒(méi)有縫隙。

請(qǐng)參閱圖4，圖4是圖1裝置的外形結(jié)構(gòu)示意圖(圖中略去了超聲波/兆聲波頻率控制單元和信號(hào)源，下同)。如圖4所示，上殼體15設(shè)有冷卻氣體入口25和出口26，其連通由密封腔內(nèi)壁和超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)外壁組成的冷卻腔?？赏ㄟ^(guò)冷卻氣體入口25將冷卻氣體引入由裝置上殼體15、裝置下殼體22、耦合層20、以及底部石英部件12組成的裝置內(nèi)部空腔，完成與壓電材料14和耦合層20的熱量交換后，由冷卻氣體出口26排出，以實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)的壓電材料和耦合層進(jìn)行有效冷卻。

請(qǐng)參閱圖5，圖5是本發(fā)明的裝置與噴淋臂的一種配合狀態(tài)示意圖。如圖5所示，可將本發(fā)明裝置的本體上殼體15通過(guò)固定支架28與噴淋臂27進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)噴淋臂帶動(dòng)清洗裝置在晶圓表面作往復(fù)圓弧運(yùn)動(dòng)進(jìn)行超聲波/兆聲波移動(dòng)清洗，并實(shí)現(xiàn)晶圓表面超聲波/兆聲波能量的均勻覆蓋。

請(qǐng)參閱圖6a-圖6b，圖6a-圖6b是本發(fā)明實(shí)施例中的兩種超聲波/兆聲波頻率控制單元結(jié)構(gòu)原理圖。如圖6a所示，超聲波/兆聲波頻率控制單元設(shè)置有一個(gè)信號(hào)通道選擇開(kāi)關(guān)器24-1。同時(shí)，采用多個(gè)可輸出不同頻率的信號(hào)源23-1，每個(gè)信號(hào)源分別對(duì)應(yīng)一個(gè)與信號(hào)源發(fā)出的電信號(hào)頻率一致的壓電材料14。所有信號(hào)源與對(duì)應(yīng)的壓電材料之間的連接線路均通過(guò)一個(gè)信號(hào)通道選擇開(kāi)關(guān)器24-1進(jìn)行控制。本實(shí)施例中采用三個(gè)不同頻率的信號(hào)源K1-K3分別對(duì)應(yīng)三個(gè)不同固有頻率的壓電材料P1-P3。所述信號(hào)通道選擇開(kāi)關(guān)器的作用是在每一時(shí)刻僅開(kāi)通一路信號(hào)源與對(duì)應(yīng)壓電材料之間的連接，而關(guān)閉其他通道的連接；同時(shí)，按照特定的算法隨機(jī)切換不同的信號(hào)源與對(duì)應(yīng)壓電材料連接通道的開(kāi)關(guān)，使超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的超聲波/兆聲波振動(dòng)頻率發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。

作為優(yōu)選，信號(hào)通道選擇開(kāi)關(guān)器的切換時(shí)間間隔可控制在幾微秒至幾百個(gè)微秒之間，以此來(lái)保證前一個(gè)信號(hào)源產(chǎn)生的超聲波/兆聲波沒(méi)有足夠的時(shí)間完成氣泡的長(zhǎng)大和破裂過(guò)程。

在上述解決方法中，采用了多個(gè)具有不同固有頻率的壓電材料，分別與不同的信號(hào)源產(chǎn)生的電信號(hào)一一對(duì)應(yīng)。這樣可以避免由于壓電材料的工作頻率與信號(hào)源的電信號(hào)頻率不一致而產(chǎn)生能量損耗。

請(qǐng)參閱圖6b，其顯示另一種超聲波/兆聲波頻率控制單元結(jié)構(gòu)原理。如圖6b所示，超聲波/兆聲波頻率控制單元在信號(hào)源23-2和若干壓電材料14之間設(shè)置有一個(gè)變頻器24-2和一個(gè)通道選擇器24-3。在本解決方法中，采用單一的信號(hào)源23-2和三個(gè)具有不同固有頻率的壓電材料P1-P3。從信號(hào)源23-2發(fā)出的信號(hào)首先經(jīng)過(guò)變頻器24-2，變頻器可以改變信號(hào)源發(fā)出的電信號(hào)的頻率，輸出幾種不同頻率的電信號(hào)，這些電信號(hào)的頻率與裝置末端的各壓電材料P1-P3的固有頻率一一對(duì)應(yīng)。在變頻器與不同的壓電材料之間連接有通道選擇器24-3，其作用是根據(jù)前端變頻器24-2輸出的電信號(hào)的頻率，對(duì)應(yīng)地打開(kāi)具有相同固有頻率的壓電材料P1或P2或P3的連接通道開(kāi)關(guān)，使超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的超聲波/兆聲波振動(dòng)頻率發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。

作為優(yōu)選，變頻器改變電信號(hào)頻率的周期間隔可控制在幾微秒至幾百個(gè)微秒之間，以此來(lái)保證前一個(gè)頻率形成的電信號(hào)產(chǎn)生的超聲波/兆聲波沒(méi)有足夠的時(shí)間完成氣泡的長(zhǎng)大和破裂過(guò)程。同樣地，通道選擇器在變頻器完成一個(gè)頻率變換以后，也需要立即切換至相應(yīng)的通道，也即要求變頻器和通道選擇器需要具有同樣數(shù)量級(jí)的切換時(shí)間間隔，才能有效地實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)改變清洗所用超聲波/兆聲波頻率的目的。

請(qǐng)參閱圖7a-圖7e，圖7a-圖7e是本發(fā)明實(shí)施例中的具有不同固有頻率的壓電材料的幾種整合狀態(tài)示意圖。上述具有不同固有頻率的壓電材料P1-P3，在實(shí)際的超聲波/兆聲波清洗裝置中是整合在一起的，需要將具有不同固有頻率的壓電材料整合為一個(gè)整體。具體的整合方式可以根據(jù)超聲波/兆聲波清洗裝置的形狀進(jìn)行不同組合。圖7a-圖7e顯示了不同的壓電材料P1-P3的幾種具體組合方式，分別為當(dāng)清洗裝置本體的形狀為長(zhǎng)方形，正方形，圓形或者扇形時(shí)，壓電材料P1-P3經(jīng)整合后所對(duì)應(yīng)具有的長(zhǎng)方形，正方形，圓形或者扇形組合方式前視剖面圖。

本發(fā)明裝置可選擇性地去除部分超聲波/兆聲波能量，其工作原理可通過(guò)圖8來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明。如圖8所示，當(dāng)壓電材料14接收到電信號(hào)以后產(chǎn)生超聲波/兆聲波振蕩，超聲波/兆聲波能量通過(guò)耦合層20向下傳導(dǎo)至底部石英部件12上，并進(jìn)一步向下傳播至石英微共振腔陣列10上。超聲波/兆聲波能量在石英微共振腔內(nèi)部傳播時(shí)，傳播方向與晶圓表面垂直的超聲波/兆聲波能量B可以順利到達(dá)晶圓30表面的清洗藥液層29內(nèi)，帶動(dòng)清洗藥液振蕩，實(shí)現(xiàn)去除沾污物的目的。而傳播方向與晶圓表面不垂直的超聲波/兆聲波能量A會(huì)在石英微共振腔10的側(cè)壁上發(fā)生折射和反射，在這個(gè)過(guò)程中，一部分能量被消耗以熱能或其它形式釋放。經(jīng)過(guò)在石英微共振腔的側(cè)壁上的多次折射和反射后，傳播方向與晶圓表面不垂直的超聲波/兆聲波能量A逐漸被耗盡，實(shí)現(xiàn)只保留傳播方向與晶圓表面垂直的超聲波/兆聲波能量B的目的，從而可保證在超聲波/兆聲波清洗過(guò)程中，超聲波/兆聲波的能量不會(huì)造成圖形晶圓表面圖形結(jié)構(gòu)30’的損傷。

因此，從超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)的壓電材料傳導(dǎo)出的超聲波/兆聲波能量，經(jīng)石英微共振腔的選擇性去除后，通過(guò)沒(méi)入圖形晶圓上的清洗藥液中的棒狀石英結(jié)構(gòu)的下端，即可垂直傳導(dǎo)至圖形晶圓表面，從而在噴淋臂的帶動(dòng)下進(jìn)行超聲波/兆聲波移動(dòng)清洗。同時(shí)，所述超聲波/兆聲波頻率控制單元通過(guò)采用多個(gè)信號(hào)源代替單一的信號(hào)源，或者采用改變單一信號(hào)源發(fā)出的電信號(hào)頻率，以形成幾種不同頻率的電信號(hào)，并分別對(duì)應(yīng)一個(gè)與其頻率一致的壓電材料的方式，在每一個(gè)時(shí)刻僅使一種固有頻率的壓電材料工作，并在各壓電材料之間隨機(jī)切換，使超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的超聲波/兆聲波頻率動(dòng)態(tài)變化，這樣可以防止穩(wěn)定干涉的產(chǎn)生；并且，由于不同壓電材料工作時(shí)產(chǎn)生的聲波頻率發(fā)生變化，其聲波的波長(zhǎng)也將隨之變化，前一個(gè)聲波產(chǎn)生的氣泡在長(zhǎng)大的過(guò)程中還沒(méi)有達(dá)到破裂的極限時(shí)，聲波的頻率已經(jīng)切換，新的氣泡在另一個(gè)位置產(chǎn)生，原有的氣泡則不會(huì)進(jìn)一步長(zhǎng)大和破裂；在這樣的循環(huán)過(guò)程中，隨著聲波頻率的不斷變化，氣泡不斷地產(chǎn)生和消失，但不會(huì)發(fā)生破裂，可以防止氣泡破裂產(chǎn)生的氣蝕作用造成晶圓表面精細(xì)圖形結(jié)構(gòu)的損傷。

與上述組合式多頻率超聲波/兆聲波清洗裝置相應(yīng)的工藝方法如下：

首先連接超聲波/兆聲波信號(hào)發(fā)生器，功率放大器，阻抗匹配器等外部電路和該清洗裝置，設(shè)定超聲波/兆聲波工作頻率和功率；設(shè)定超聲波/兆聲波頻率控制單元信號(hào)通道選擇開(kāi)關(guān)器切換的時(shí)間間隔，或者變頻器改變電信號(hào)頻率的周期間隔/對(duì)應(yīng)的通道選擇器切換至相應(yīng)通道的切換時(shí)間間隔。

接著設(shè)定噴淋臂擺動(dòng)軌跡，清洗藥液流量、溫度，清洗藥液管路位置，清洗時(shí)間，冷卻氣流量，以及該清洗裝置與晶圓的間隙等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)超聲波/兆聲波能量在晶圓表面的均勻覆蓋。

然后運(yùn)行清洗菜單，壓電材料接收到電信號(hào)以后，發(fā)生高頻伸縮形變，形成超聲波/兆聲波振蕩；該振蕩能量向下經(jīng)由耦合層傳導(dǎo)至裝置底部石英部件內(nèi)部；超聲波/兆聲波能量經(jīng)由石英微共振腔傳播以后，只保留了傳播方向與晶圓表面垂直的超聲波/兆聲波能量，并進(jìn)一步向下傳導(dǎo)至清洗藥液層內(nèi)。

此時(shí)，在清洗藥液中只存在傳播方向與晶圓表面垂直，也即與晶圓表面圖形縱向方向平行的振動(dòng)能量。該能量帶動(dòng)清洗藥液振動(dòng)，加快晶圓表面圖形之間的沾污物脫離晶圓表面以及向外質(zhì)量傳遞的過(guò)程，提高晶圓表面沾污物的去除效率，縮短清洗工藝時(shí)間。同時(shí)，經(jīng)過(guò)裝置底部石英部件上石英微共振腔陣列的傳播以后，傳播方向與晶圓表面不垂直的超聲波/兆聲波能量被去除。因此，在清洗藥液層內(nèi)不存在對(duì)于晶圓表面圖形結(jié)構(gòu)的橫向剪切力，同時(shí)也消除了聲波的穩(wěn)定干涉作用以及使氣蝕的產(chǎn)生得到切實(shí)控制，因此可有效地保護(hù)圖形結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)圖形晶圓的無(wú)損傷清洗。

目前的單片清洗設(shè)備主要是通過(guò)在高速旋轉(zhuǎn)的晶圓(wafer)表面上噴射清洗液來(lái)達(dá)到清洗的目的。在清洗過(guò)程中，晶圓受到安裝在圓形卡盤(pán)主體上的多個(gè)夾持部件夾持，夾持部件夾持著晶圓以進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)。同時(shí),在晶圓的上方,清洗設(shè)備還設(shè)有噴射臂,可通過(guò)噴射臂向晶圓表面噴射清洗介質(zhì)。

在化學(xué)藥液和超純水清洗過(guò)程中，晶圓表面材料更容易受到損傷或發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng)。例如，在DHF清洗工藝中，先通過(guò)噴射臂向晶圓表面噴射DHF，將晶圓表面的自然氧化層完全腐蝕掉；然后噴射超純水對(duì)晶圓表面進(jìn)行沖洗，將晶圓表面的殘留藥液和反應(yīng)產(chǎn)物沖掉；最后，再通過(guò)噴射N(xiāo)₂對(duì)晶圓表面進(jìn)行干燥完成整個(gè)工藝過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，晶圓表面的裸硅材料與工藝腔室中的氧氣非常容易發(fā)生反應(yīng)，生成二氧化硅，導(dǎo)致晶圓表面材料發(fā)生變化，對(duì)后續(xù)的工藝造成影響。因此，需要在工藝過(guò)程中，對(duì)整個(gè)腔室中的氧氣含量進(jìn)行控制。

另一方面，在晶圓N₂干燥過(guò)程中，如果工藝控制得不好，會(huì)在晶圓表面出現(xiàn)Watermark(水痕)缺陷。Watermark形成的主要機(jī)理是在N₂干燥過(guò)程中，因干燥不完全而殘余在晶圓表面的水中融入了與氧反應(yīng)而生成的SiO₂，并進(jìn)一步形成H₂SiO₃或HSiO₃-的沉淀。當(dāng)晶圓表面的水揮發(fā)后，這些沉淀即形成平坦?fàn)畹乃邸４送?，在上述清洗過(guò)程中，還經(jīng)常出現(xiàn)晶圓邊緣棱上有液滴未干燥徹底的現(xiàn)象，這對(duì)于晶圓清洗質(zhì)量也造成了一定的影響。因此，需要對(duì)干燥工藝進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)整個(gè)晶圓范圍的完全干燥。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)點(diǎn)是在圖形晶圓無(wú)損傷清洗的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)氣體保護(hù)的功能。在工藝過(guò)程中，利用保護(hù)氣體在晶圓上方形成一個(gè)氣體保護(hù)層，保護(hù)氣體可以是氮?dú)饣蛘邭鍤獾榷栊詺怏w。這樣的優(yōu)點(diǎn)是：(1)在工藝過(guò)程中，使晶圓與氧氣隔絕，防止晶圓表面硅材料被氧化；(2)在干燥過(guò)程中，由于晶圓全部處于保護(hù)氣體的覆蓋下，當(dāng)晶圓高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以更好的實(shí)現(xiàn)整個(gè)晶圓范圍的干燥，防止水痕缺陷的產(chǎn)生，也可以更好的實(shí)現(xiàn)晶圓邊緣的干燥。

氣體保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)可以采取以下兩種不同的方式。

請(qǐng)參閱圖9和圖10，圖9是本發(fā)明一實(shí)施例中的一種具有氣體保護(hù)作用的組合式多頻率超聲波/兆聲波清洗裝置的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖10是圖9的外形結(jié)構(gòu)示意圖。如圖9和圖10所示，可采用組合式多頻率超聲波/兆聲波清洗裝置本身的冷卻氣體作為保護(hù)氣體。在裝置上殼體15設(shè)有冷卻氣體入口25，作為冷卻氣體和保護(hù)氣體的共同入口；在下殼體22的側(cè)壁靠近底面處，加工一圈環(huán)形下傾的狹縫，或者也可以是一圈氣孔，作為冷卻氣體和保護(hù)氣體的共同出口26’。冷卻氣體由氣體入口25進(jìn)入清洗裝置內(nèi)部，即由密封腔內(nèi)壁和超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)外壁組成的冷卻腔，完成對(duì)壓電材料和耦合層的冷卻后，從一圈氣體出口26’噴出，同時(shí)在晶圓表面形成一個(gè)氣體保護(hù)層，控制清洗工藝過(guò)程中腔室內(nèi)的氧氣含量，防止晶圓與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。在干燥工藝時(shí)，冷卻氣體保持打開(kāi)，起到噴射保護(hù)氣體實(shí)現(xiàn)晶圓表面干燥的目的，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)單獨(dú)的噴射干燥氣體的噴射臂，使清洗設(shè)備腔室結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化。干燥時(shí)，具有氣體保護(hù)的清洗裝置可以固定在晶圓中心噴射，也可以在噴淋臂的帶動(dòng)下在晶圓表面沿圓弧擺動(dòng)噴射。

請(qǐng)參閱圖11和圖12，圖11是本發(fā)明另一實(shí)施例中的一種具有氣體保護(hù)作用的組合式多頻率超聲波/兆聲波清洗裝置的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖12是圖11的外形結(jié)構(gòu)示意圖。如圖11和圖12所示，氣體保護(hù)功能的另一種實(shí)現(xiàn)方式，是采用單獨(dú)的一個(gè)保護(hù)氣體入口31通入保護(hù)氣體。同樣，在裝置下殼體的側(cè)壁靠近底面的位置加工一個(gè)環(huán)形下傾的狹縫或者是一圈氣孔，作為保護(hù)氣體的出口32。通過(guò)保護(hù)氣體入口31通入保護(hù)氣體，并由保護(hù)氣體出口32噴出，即可在晶圓表面形成一個(gè)氣體保護(hù)層，從而控制腔室中的氧氣含量，并在干燥工藝時(shí)，更好地實(shí)現(xiàn)晶圓表面的整體干燥。

圍繞石英微共振腔陣列設(shè)置的環(huán)形石英微共振腔保護(hù)圈的作用是在底部石英部件的安裝、調(diào)試、測(cè)試過(guò)程中，可以手持環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈，避免直接接觸強(qiáng)度較弱的棒狀石英結(jié)構(gòu)，造成棒狀石英結(jié)構(gòu)的損傷。同時(shí)，石英微共振腔保護(hù)圈還需保證清洗藥液能夠自由進(jìn)出，并充滿石英微共振腔陣列與晶圓表面之間的空隙，使超聲波/兆聲波能量能夠有效地傳遞至晶圓表面的清洗藥液薄層內(nèi)。

當(dāng)石英微共振腔保護(hù)圈的高度與石英微共振腔陣列的高度一致時(shí)，在圖形晶圓無(wú)損傷清洗裝置工作時(shí)，裝置距離晶圓表面有一定的距離，清洗藥液可以進(jìn)入到石英微共振腔和晶圓表面的間隙內(nèi)。但是由于液體表面張力的作用，清洗藥液的置換效果會(huì)比較差，影響新、舊藥液的交換過(guò)程，導(dǎo)致清洗效果較差。

作為進(jìn)一步優(yōu)化的方案可以有多種，例如，如圖2-圖3所示，可以使石英微共振腔保護(hù)圈11的下端面高度略小于石英微共振腔陣列10的下端面高度，以便于清洗藥液進(jìn)出石英微共振腔陣列與晶圓表面之間的間隙。但這種優(yōu)化方案中，石英微共振腔陣列的底面低于石英微共振腔保護(hù)圈的底面，對(duì)于石英微共振腔的保護(hù)效果較差。

因此，可以進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化，例如使石英微共振腔保護(hù)圈的高度與石英微共振腔陣列的高度一致，但是在保護(hù)圈的凹槽側(cè)壁上開(kāi)有特定形狀的開(kāi)孔，使清洗藥液可以自由進(jìn)出石英微共振腔陣列和晶圓表面之間的間隙。一些實(shí)施例包括：如圖13所示，在石英微共振腔保護(hù)圈11的凹槽側(cè)壁上開(kāi)有長(zhǎng)方形的開(kāi)孔11’；或者可以將長(zhǎng)方形開(kāi)孔采用拱形開(kāi)孔以及其他形式的門(mén)狀或窗狀開(kāi)孔進(jìn)行替代。

作為其他的改進(jìn)點(diǎn)，石英微共振腔陣列中棒狀石英結(jié)構(gòu)的形狀可包括圓形以及其它的一些形狀，例如三角形，五邊形，長(zhǎng)方形等實(shí)心棒結(jié)構(gòu)。同時(shí)，各棒狀石英結(jié)構(gòu)的排列可以按照一定的規(guī)則分布，也可以完全隨機(jī)分布，以防止裝置隨噴淋臂擺動(dòng)時(shí)在特定區(qū)域形成能量較高的區(qū)域，使超聲波/兆聲波的能量分布更加的均勻。例如，如圖14所示，其為本發(fā)明一實(shí)施例中石英微共振腔陣列10具有規(guī)則分布的三角形棒狀石英結(jié)構(gòu)的底部石英部件示意圖。再如圖15所示，其為本發(fā)明一實(shí)施例中石英微共振腔陣列10具有隨機(jī)分布排列的長(zhǎng)方形棒狀石英結(jié)構(gòu)的底部石英部件示意圖。

作為另外的改進(jìn)點(diǎn)，為提高清洗裝置的清洗效率，可對(duì)清洗裝置形狀進(jìn)行優(yōu)化，即對(duì)包括超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)、底部石英部件在內(nèi)的本體整體外形進(jìn)行優(yōu)化，以提高清洗裝置的覆蓋面積。例如，本體的水平輪廓可以設(shè)計(jì)成為扇形、三角形、五邊形或者是長(zhǎng)條(方)形，即使得超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)、底部石英部件的下端面輪廓形成扇形、三角形、五邊形或者是長(zhǎng)條(方)形；進(jìn)一步使得壓電材料和耦合層、環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈和石英微共振腔陣列的下端面輪廓形成扇形、三角形、五邊形或者是長(zhǎng)條(方)形。例如，如圖16所示，其為本發(fā)明一實(shí)施例中具有扇形外形石英微共振腔陣列10的清洗裝置示意圖，該裝置中可具有扇形的壓電材料和耦合層、扇形的環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈和石英微共振腔陣列，上下殼體可通過(guò)上下殼體固定孔33進(jìn)行裝配。此裝置結(jié)構(gòu)可以覆蓋從晶圓圓心到晶圓邊緣的一個(gè)扇形區(qū)域，保證該區(qū)域內(nèi)的晶圓表面可以同時(shí)得到清洗，以此來(lái)提高清洗效率，改善清洗均勻性。又如圖17所示，其為本發(fā)明一實(shí)施例中具有長(zhǎng)條(方)形外形石英微共振腔陣列10的清洗裝置示意圖，該裝置中可具有長(zhǎng)條形的壓電材料和耦合層、長(zhǎng)條形的環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈和石英微共振腔陣列，從而可以覆蓋從晶圓圓心到晶圓邊緣的一個(gè)長(zhǎng)條形區(qū)域。

綜上所述，本發(fā)明通過(guò)在組合式多頻率超聲波/兆聲波清洗裝置本體的中空殼體內(nèi)設(shè)置基于壓電材料的超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生超聲振蕩，并通過(guò)超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)下方連接的沒(méi)入晶圓上清洗藥液中的石英微共振腔陣列，將傳播方向與晶圓表面不垂直的超聲波/兆聲波能量進(jìn)行選擇性去除，使超聲波/兆聲波能量垂直傳導(dǎo)至晶圓，保證了在超聲波/兆聲波清洗過(guò)程中，超聲波/兆聲波的能量不會(huì)造成圖形晶圓表面圖形的損傷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圖形晶圓的無(wú)損傷超聲波/兆聲波移動(dòng)清洗。同時(shí)，通過(guò)超聲波/兆聲波頻率控制單元在壓電材料的固有頻率附近不斷改變通過(guò)的信號(hào)源輸出電信號(hào)的頻率，使壓電材料產(chǎn)生的超聲波/兆聲波振動(dòng)頻率動(dòng)態(tài)變化，可以防止在清洗藥液中產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉作用，并可以防止氣泡破裂產(chǎn)生的氣蝕作用造成晶圓表面精細(xì)圖形結(jié)構(gòu)的損傷。

本發(fā)明的上述組合式多頻率超聲波/兆聲波清洗裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)通過(guò)合理設(shè)計(jì)底部石英部件的石英微共振腔陣列結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)去除其它方向上的超聲波/兆聲波能量，只保留傳播方向與待清洗晶圓表面垂直的超聲波/兆聲波能量的目的，保證在超聲波/兆聲波清洗過(guò)程中，超聲波/兆聲波的能量不會(huì)造成圖形晶圓表面圖形的損傷；

2)在超聲波/兆聲波清洗過(guò)程中，通過(guò)采用多個(gè)信號(hào)源代替單一的信號(hào)源，或者采用改變單一信號(hào)源發(fā)出的電信號(hào)頻率，以形成幾種不同頻率的電信號(hào)，并分別對(duì)應(yīng)一個(gè)與其頻率一致的壓電材料，在每一個(gè)時(shí)刻僅使一種固有頻率的壓電材料工作，并在各壓電材料之間隨機(jī)切換，使超聲波/兆聲波發(fā)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的超聲波/兆聲波頻率動(dòng)態(tài)變化，這樣可以防止穩(wěn)定干涉的產(chǎn)生；同時(shí)，由于不同壓電材料工作時(shí)產(chǎn)生的聲波頻率發(fā)生變化，其聲波的波長(zhǎng)也將隨之變化，前一個(gè)聲波產(chǎn)生的氣泡在長(zhǎng)大的過(guò)程中還沒(méi)有達(dá)到破裂的極限時(shí)，聲波的頻率已經(jīng)切換，新的氣泡在另一個(gè)位置產(chǎn)生，原有的氣泡則不會(huì)進(jìn)一步長(zhǎng)大和破裂；在這樣的循環(huán)過(guò)程中，隨著聲波頻率的不斷變化，氣泡不斷地產(chǎn)生和消失，但不會(huì)發(fā)生破裂，可以防止氣泡破裂產(chǎn)生的氣蝕作用造成晶圓表面精細(xì)圖形結(jié)構(gòu)的損傷；

3)石英微共振腔陣列棒狀石英結(jié)構(gòu)的形狀可包括圓形以及其它的一些形狀,例如三角形，五邊形，長(zhǎng)方形等；同時(shí)，各棒狀石英結(jié)構(gòu)的排列可以按照一定的規(guī)則分布，也可以完全隨機(jī)分布，以防止裝置隨噴淋臂擺動(dòng)時(shí)在特定區(qū)域形成能量較高的區(qū)域，使超聲波/兆聲波的能量分布更加的均勻；

4)在環(huán)狀石英微共振腔保護(hù)圈上開(kāi)有開(kāi)孔，可使清洗藥液自由進(jìn)出石英微共振腔陣列與圖形晶圓表面之間的間隙，以消除晶圓表面清洗藥液的表面張力作用，改善清洗藥液的置換效果，加快新、舊藥液的交換過(guò)程，提高清洗的效果；

5)裝置可以設(shè)計(jì)成為扇形、三角形，五邊形或者是長(zhǎng)條形，可提高裝置的覆蓋面積，從而可以提高裝置的清洗效率；

6)在清洗工藝過(guò)程中，利用保護(hù)氣體在晶圓上方形成一個(gè)氣體保護(hù)層，可使晶圓與氧氣隔絕，防止晶圓表面硅材料被氧化；在干燥過(guò)程中，由于晶圓全部處于保護(hù)氣體的覆蓋下，當(dāng)晶圓高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以更好地實(shí)現(xiàn)整個(gè)晶圓范圍的干燥，防止水痕缺陷的產(chǎn)生，也可以更好地實(shí)現(xiàn)晶圓邊緣的干燥。

以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。