专利名称：以恒定的最大效率自动调谐射频发生器来提高兆频超声波清洗效率的制作方法
发明人John Boyd、Thomas W.Anderson、Andras Kuthi、William Thie、Michael G.R.Smith和Robert Knop发明背景1.发明领域[1]本发明通常涉及调谐射频发生器的系统和方法，更确切地说，涉及用于自动调谐基片清洗系统的射频发生器的方法和系统。
2.相关技术说明[2]声能的使用是一个非常先进的、无接触的清洗技术，用于从诸如不同制造状态的半导体片、平板显示器、微电机系统(MEMS)、微光机电系统(MOEMS)等等之类的基片上去除微粒。清洗过程一般包括声能经由液态介质传播以便从基片表面去除颗粒从而达到清洗的效果。兆频超声波(megasonic)能量一般在从大约700kHz(0.7兆赫(MHz))到大约1.0MHz的频率范围中传播(包含首尾范围)。液态介质可以是去离子水或多种基片清洗化学制品中的任何一种或多种以及它们的组合。主要经由溶解在液态介质中的气体气泡的形成和破裂(在此被称为空穴效应(cavitation))、微液流、和化学制品被用作经由改进的水体迁移(mass transport)的液态介质时增强化学反应，或提供活化能来推动化学反应，声能经由液态介质的传播实现了无接触的基片清洗。图1A是典型的分批基片清洗系统10的一个示意图。图1B是分批基片清洗系统10的一个俯视图。槽11充满诸如去离子水或其它基片清洗化学制品之类的清洗液16。基片载体12(一般是一个基片盒)容纳一批要被清洗的基片14。一个或多个换能器(transducer)18A、18B、18C产生经由清洗液16传播的发射声能15。经由使用接触和定位载体12的定位夹具19A、19B，基片14和换能器18A、18B和18C之间的相对位置和距离一般从一批基片14到另一批基片大概恒定。发射能15(有或没有用来控制颗粒再粘附的适当的化学过程)经由空穴效应、声流和当使用清洗化学制品时增强水体迁移实现了基片清洗。分批的基片清洗过程一般需要漫长的处理时间，并且还可能耗费过量的清洗化学制品16。另外，很难实现连贯性和基片到基片的控制。诸如“阴影”和“热点”之类的情况在分批或其它的基片兆频超声波处理中是很普遍的。阴影由于发射能15的反射和/或相长和相消干涉而发生，并且与多个基片14的附加基片表面积、处理槽的器壁等等发生混合。由于使用多个换能器和由于反射而产生相长干涉，热点的出现(主要是相长干涉的结果)还可能随着附加的多个基片表面积而增加。这些发生的问题一般通过依赖基片上的多次声能反射的平均效应来解决，其可能造成基片表面的平均功率较低。为了补偿该较低的平均功率并提供有效的清洗和颗粒清除，增加换能器的功率，因而加大了发射能15并增强了空穴效应和声流，从而来增加了清洗的有效性。另外，脉冲调制多个换能器阵列18A、18B和18C被使用(即提供一个工作循环，比如将换能器开启20ms，然后关闭10ms)。换能器18A、18B和18C可以被异相地操作(例如顺序地激活)以降低混合反射和干涉。图1C是向一个或多个换能器18A、18B、18C提供的现有技术射频电源的示意图30。可调压控振荡器(VCO)32以一个选定频率向射频发生器34输出信号33。射频发生器34放大信号33以产生具有增强功率的信号35。信号35被输出到换能器18B。功率传感器36监控信号35。换能器18B输出发射能15。换能器18B的精确阻抗可以取决于许多变量而变化，比如载体12中基片14的数量、大小和间隔以及基片14和换能器18B之间的距离。换能器18B的精确阻抗还可以随着换能器18B的重复使用从而老化而变化。举例来说，如果信号33、35的频率大约为1MHz，则在诸如清洗液16之类的去离子水介质中波长大约为1.5mm(0.060英寸)。从而再参见图1A，如果基片14和载体12之间的距离大约为0.5mm(0.020英寸)乃至更小，则换能器18B的阻抗实质上会发生变化。此外，如果基片24、24A被旋转，则阻抗可能循环地变化。通过改变频率并因此改变信号33、35的波长和发射能15，调节VCO的频率可以调节换能器18B的阻抗。一般来说，装载基片14的载体12被置于槽11中并且VCO 32被调节以改变信号33、35的频率和发射能15，直到换能器18B的阻抗被匹配为止，如功率计36检测到反射信号38的最小值所指示的。一旦VCO 32已经被调节到实现最小的反射信号38，除非要对基片清洗系统10进行重要的修理或维护，否则VCO 32一般就不再被调节。当换能器18B的阻抗不匹配时，从换能器18B发出的一部分发射能17(即，波)被反射回到换能器18B。在换能器18B的表面上，反射能17可能干涉发射能15从而导致相长和相消干涉。相消干涉降低了发射能15的有效清洗功率，因为一部分发射能15事实上被反射能17抵消。结果就降低了射频发生器34的效率。相长干涉可能引起过剩能，其可能引起正被清洗的基片14表面上的热点。热点可能超出基片14的能量阈值并可能损坏基片14。图1D是一个典型的换能器18B。图1E是换能器18B的能量分布图100。曲线102是在X轴上通过换能器18B发射的能量的一条曲线。曲线104是在Y轴上通过换能器18B发射的能量的一条曲线。曲线120是在X轴和Y轴上通过换能器18B发射的合成能量的一条曲线。由于已知变化(例如基片位置、换能器老化和与相对换能器旋转基片的摆动等等)引起换能器18B的阻抗变化，在X轴和Y轴上通过换能器18B发射的合成能量一般可能在曲线120和曲线122之间变化。阈能级别T是(一个或多个)基片14的损坏阈值。一般来说，射频信号35的最高功率和换能器18B输出的最终发射能15被降低到一个级别，以使得最大相长干涉产生的顶点幅值(即曲线120的顶点)小于基片14的能量阈值T，从而防止对基片14的损坏。然而，降低射频信号35和发射能15的功率增加了达到所期望的清洗结果所需的清洗处理时间。在某些情况下，降低信号35和发射能15的功率不足以从基片14除去一些目标颗粒。如图所示，有效的发射能可能变成一个低得多的级别(由曲线122中的谷值表示)，因此清洗过程的有效性受到了严重的影响(因为有效能很低(大约为3))，并因此产生了一个在能量标度上所示的大约从3延伸到17的能量窗。换能器18B一般是一个诸如晶体之类的压电器件。由反射能17引起的相长和相消干涉影响到换能器18B的表面，其足够使换能器18B产生对应的反射信号38。功率传感器36可以检测到从换能器18B反射到射频发生器34的反射信号38。反射信号38可能与从射频发生器34输出的信号35发生相长或相消干涉，从而进一步降低射频发生器34的效率。鉴于上文，需要一个改进的兆频超声波清洗系统，其增加了射频发生器的效率并减小了被发射声能的能量窗口，还降低了基片的损坏概率。
发明内容
概括地讲，本发明通过提供一个动态调谐的射频发生器来满足这些需要，其不断地被调谐以保持换能器的共振和来自于换能器的发射能。应当理解，本发明可以用包括过程、设备、系统、计算机可读媒介或器件在内的很多方式来实现。本发明的几个发明实施例被描述如下。
一个实施例包括一个把射频发生器动态调节到换能器的即时共振频率的方法。该方法包括从射频发生器的振荡器输入一个射频输入信号。该射频输入信号的输入电压第一相位被测量。从射频发生器输出的射频信号的电压第二相位被测量。来自射频发生器的射频信号输出被耦合到换能器的输入端。当第一相位不等于第二相位时产生一个频率控制信号。频率控制信号被施加到振荡器的频率控制输入端。
测量第一相位可以包括定标(scale)被测量的第一相位电压。测量第二相位可以包括定标被测量的第二相位电压。把频率控制信号施加到振荡器的频率控制输入端可以包括定标频率控制信号。
把频率控制信号施加到振荡器的频率控制输入端还可以包括合并频率控制信号与设定值(set point)控制信号。
当第一相位不等于第二相位时，产生频率控制信号可以包括如果第一相位落后于第二相位，则频率控制信号降低振荡器的频率；如果第一相位领先于第二相位，则频率控制信号提高振荡器的频率；并且如果第一相位等于第二相位，则频率控制信号不改变振荡器的频率。换能器共振随着换能器和目标之间距离的变化而变化。
第一相位和第二相位被测量并且为射频输入信号每个周期产生频率控制信号。该方法还可以包括把比例控制信号和积分(integral)控制信号中的至少一个施加到频率控制信号。
另一个实施例包括一个向换能器提供射频的系统。该系统包括一个振荡器、一个射频发生器和一个电压鉴相器。振荡器具有一个频率控制输入端和一个射频信号输出端。射频发生器具有一个耦合到振荡器射频信号输出端的输入端和一个耦合到换能器的射频发生器输出端。电压鉴相器包括一个耦合到振荡器的射频信号输出端的第一相位输入端，一个耦合到射频发生器输出端的第二相位输入端，和一个耦合到振荡器频率控制电压输入端的频率控制信号输出端。
第一相位输入端可以经由一个定标器件被耦合到振荡器的射频信号输出端。第二相位输入端可以经由一个定标器件被耦合到射频发生器的输出端。
频率控制信号输出可以经由一个控制放大器被耦合到振荡器频率控制输入。控制放大器可以包括耦合到频率控制信号输出端的第一输入端，耦合到设定值控制信号的第二输入端，和耦合到振荡器频率控制输入的一个输出端。射频发生器可以是E类射频发生器。
换能器可以面向一个与换能器的距离不断变化的目标。换能器可以被包括在一个兆频超声波清洗室内。该目标可以是一个半导体基片。射频发生器可以在大约400kHz到大约2MHz的范围中操作。
另一个实施例包括一个换能器射频源，其包括一个压控振荡器(VCO)、一个E类射频发生器、一个电压鉴相器。压控振荡器具有一个频率控制电压输入端和一个输出端。E类射频发生器具有一个耦合到VCO输出端的输入端和一个耦合到具有变化阻抗的换能器的射频发生器输出端。电压鉴相器包括一个耦合到压控振荡器输出端的第一相位输入端，一个耦合到射频发生器输出端的第二相位输入端，和一个经由控制放大器耦合到VCO频率控制电压输入端的电压控制信号输出端。控制放大器包括一个耦合到电压控制信号输出端的第一输入端，耦合到设定值控制信号的第二输入端，和一个耦合到VCO频率控制电压输入端的输出端。
一个实施例包括一个清洗基片的方法，其包括把频率f的射频信号施加到换能器。换能器面向基片，因此换能器向基片发射一个频率为f的声能。基片被相对于换能器移动。射频信号被动态地调节以保持声能的共振。
动态地调节频率f可以包括在射频信号每个周期内自动地调节频率f。相对换能器移动基片可以包括旋转基片。
基片还可以被浸入清洗液中。清洗液可以是去离子水。清洗液可以包括多个清洗化学制品中的一个或多个。动态地调节射频信号以保持声能共振可以包括保持施加到换能器的射频信号的恒定电压。
射频发生器可以把射频信号施加到换能器，而且保持施加到换能器的射频信号的恒定电压可以包括测量射频信号的第一电压，把第一电压与一个期望的设定值电压相比较，和把一个控制信号输入可变直流电源以便于调节可变直流电源的输出电压，可变直流电源向射频发生器提供直流电源。动态地调节射频信号以保持声能共振可以包括动态地调节被施加到换能器的射频信号的频率f。
射频发生器可以把射频信号施加到换能器，而且动态地调节被施加到换能器的射频信号的频率f可以包括测量施加到射频发生器的电源电压，测量跨越包括在射频发生器内的输出放大器的峰值电压，当峰值电压不等于电源电压的选定比时产生一个频率控制信号，并且向产生射频信号的振荡器的频率控制输入端施加该频率控制信号。
射频发生器可以向换能器施加射频信号，动态地调节被施加到换能器的射频信号的频率f可以包括把来自于振荡器的射频输入信号输入射频发生器并在射频发生器中放大射频信号。射频输入信号的输入电压第一相位被测量，从射频发生器输出的射频信号的电压第二相位被测量。当第一相位不等于第二相位时产生一个频率控制信号。频率控制信号被施加到振荡器的频率控制输入端。
另一个实施例包括一个用于清洗基片的系统，包括一个包括换能器和基片在内的清洗室。换能器面向基片。可变距离d分隔换能器和基片。该系统还包括一个动态可调的射频发生器，其具有一个耦合到换能器的输出端和一个耦合到可调射频发生器的控制输入端的反馈电路。基片可以被旋转。当基片被旋转时，距离d可以大约变化从射频发生器输出的射频信号的1/2波长。
动态可调的射频发生器可以包括一个可变的直流电源，它具有一个控制输入端和一个耦合到射频发生器的直流输出端。反馈电路可以包括一个第一比较器，其包括耦合到设定值控制信号的第一输入端，耦合到射频发生器射频输出端的第二输入端，和耦合到可调射频发生器的控制输入端的控制信号输出端。控制输入端包括可变的直流电源上的电压控制输入端。
动态可调的射频发生器可以包括一个振荡器、一个耦合到振荡器输出端和负载网络的输出放大器。振荡器具有一个控制信号输入端和一个射频信号输出端。负载网络耦合在输出放大器的输出端和射频发生器的输出端之间。反馈电路可以包括一个峰值电压检测器和第二比较器。该峰值电压检测器可以被耦合在输出放大器两端。第二比较器包括耦合到可变直流电源的输出端的第三输入端，耦合到峰值电压检测器的输出端的第四输入端，和耦合到可调射频发生器的控制输入端的第二比较器的输出端。控制输入端可能包括振荡器的控制信号输入端。
动态可调的射频发生器可以包括一个振荡器和一个耦合到振荡器射频信号输出端的射频发生器输入端。振荡器具有一个频率控制输入端和一个射频信号输出端。反馈电路可以包括一个电压鉴相器。电压鉴相器可以包括一个耦合到振荡器的射频信号输出端的第一相位输入端，一个耦合到射频发生器输出端的第二相位输入端，和一个耦合到可调射频发生器的控制输入端的频率控制信号输出端。控制输入端可能包括振荡器的频率控制电压输入端。
动态可调射频发生器可以包括一个电压电源，一个具有控制信号输入端和射频信号输出端的振荡器，一个耦合到振荡器输出端的输出放大器，耦合在输出放大器的输出端和射频发生器的输出端之间的负载网络。反馈电路可以包括一个被耦合在输出放大器两端的峰值电压检测器，和一个比较器电路。该比较器电路可以包括耦合到电压电源的第一输入端，耦合到峰值电压检测器输出端的第二输入端，和耦合到可调射频发生器的控制输入端的比较器输出端。控制输入端可以包括振荡器控制信号输入端。
动态可调的射频发生器可以包括一个振荡器，一个耦合到振荡器射频信号输出端的射频发生器输入端，并且反馈电路可以包括一个电压鉴相器。振荡器具有一个频率控制输入端和一个射频信号输出端。电压鉴相器包括一个耦合到振荡器的射频信号输出端的第一相位输入端，一个耦合到射频发生器输出端的第二相位输入端，和一个耦合到可调射频发生器的控制输入端的频率控制信号输出端。控制输入端可以包括振荡器频率控制电压输入端。
换能器可以包括两个或更多的换能器。动态可调射频发生器可以包括两个或更多的动态可调射频发生器，每个都具有一个各自的耦合到两个或多个换能器之一的输出端。换能器可以包括面向基片工作面的第一换能器和面向基片非工作一侧的第二换能器。
一个实施例包括一个把射频发生器动态调节到换能器的即时共振频率的方法。该方法包括把来自于振荡器的射频输入信号提供给射频发生器并测量施加到射频发生器的电源电压。射频发生器的峰值电压被测量。当峰值电压不等于电源电压的一个选定比时，产生一个频率控制信号。频率控制信号被施加到振荡器的频率控制输入端。
测量峰值电压可以包括测量射频输入信号每个周期中的峰值电压。测量峰值电压可以包括测量包括在射频发生器内的输出放大器两端。输出放大器可以是一个CMOS器件并且峰值电压等于输出放大器的漏极到源极的电压。测量施加到射频发生器的电源电压可以包括定标被测量的电源电压。测量峰值电压还可以包括定标被测量的峰值电压。
峰值电压与电源电压的选定比可以在大约3比1和大约6比1的范围中。更确切地说，峰值电压与电源电压的选定比可以等于大约4比1或3.6比1。该方法还可以包括把比例控制信号和积分控制信号中的至少一个施加到频率控制信号。该方法还可以包括把从射频发生器输出的放大射频信号施加到换能器，换能器面向一个目标，换能器和目标之间的距离是一个可变的距离。
另一个实施例包括一个用于产生射频的系统，该系统包括一个电压电源、一个振荡器、一个输出放大器、一个负载网络、一个峰值电压检测器和一个比较器电路。振荡器具有一个控制信号输入端和一个射频信号输出端。输出放大器耦合到振荡器的输出端。负载网络被耦合在输出放大器的输出端和射频发生器的输出端之间。峰值电压检测器跨越输出放大器被耦合。比较器电路可以包括耦合到电压电源的第一输入端，耦合到峰值电压检测器输出端的第二输入端，和耦合到振荡器控制信号输入端的比较器输出端。射频发生器的输出端还可以被耦合到换能器。
当电源电压不等于由峰值电压检测器输出的峰值电压选定比时，控制信号可以从比较器的输出端被输出。峰值电压检测器可以包括与第二电容器串联的第一电容器和与该第二电容器并联的二极管。比较器的第一输入端经由第一定标器件被耦合到电压电源。峰值电压检测器可以包括第二定标器件。比较器可以包括一个运算放大器。振荡器可以在大约400kHz到大约2MHz的范围中操作。
另一个实施例包括一个射频发生器系统，该系统包括一个电压电源、一个具有控制电压输入端和输出端的压控振荡器(VCO)以及一个耦合到VCO输出端的输出放大器。一个耦合在输出放大器的输出端和射频发生器的输出端之间的E类负载网络也被包括在内。峰值电压检测器可以跨越输出放大器被耦合。比较器电路包括耦合到电压电源的第一输入端，耦合到峰值电压检测器的输出端的第二输入端，耦合到VCO控制电压输入端的比较器输出端，当电源电压不等于由峰值电压检测器输出的与峰值电压的大约3.6比1的比率时，一个控制电压从比较器的输出端输出。换能器被耦合到射频发生器的输出端。
一个实施例包括一个保持对换能器的恒定输入电压的方法。该方法包括从射频发生器向换能器施加一个射频信号，测量该射频信号的第一电压，比较第一电压与一个期望的设定值电压，和把一个控制信号输入可变的直流电源以便调节可变直流电源的输出电压，可变直流电源向射频发生器提供直流电源。测量第一电压可以包括定标被测量的第一电压。
第一电压是换能器阻抗的一个函数。换能器阻抗随着换能器和目标之间距离的变化而变化。
比较第一电压与期望的设定值电压可以包括确定一个控制信号。该控制信号大约等于第一电压和期望的设定值电压之间的差。
调节可变直流电源的输出电压可以包括向控制信号应用比例控制和积分控制中的至少一个。该方法还可以包括把换能器面向一个目标，换能器和该目标之间的距离是一个可变的距离。
另一个实施例包括一个用于产生射频的系统，该系统包括一个射频发生器、一个可变的直流电源和一个比较器。射频发生器具有一个耦合到换能器输入端的射频输出端。可变的直流电源具有一个控制输入端和一个耦合到射频发生器的直流输出端。比较器包括耦合到设定值控制信号的第一输入端，耦合到射频发生器的射频输出端的第二输入端，和耦合到可变直流电源上的电压控制输入端的控制信号输出端。
第二输入端通过电压定标器件耦合到射频发生器的射频输出端。比较器还可以包括比例控制输入端和积分控制输入端中的至少一个。射频发生器可以是E类射频发生器。射频信号的电压是换能器阻抗的函数。换能器阻抗随着换能器和换能器目标之间距离的变化而变化。
换能器可以被包括在一个兆频超声波清洗室内。换能器的目标可以是一个半导体基片。比较器可以是一个运算放大器。
另一个实施例包括一个换能器射频源，其包括一个E类射频发生器、一个可变的直流电源和一个比较器。E类的射频发生器具有一个耦合到兆频超声波清洗室中的兆频超声波换能器输入端的射频输出端。可变的直流电源具有一个控制输入端和一个耦合到射频发生器的直流输出端。比较器包括耦合到设定值电压电源的第一输入端，耦合到射频发生器的射频输出端的第二输入端，和耦合到可变直流电源上的电压控制输入端的控制信号输出端。
本发明提供了极大地降低清洗处理时间的优点，因为更高功率的声能可以被使用而不会损坏正在被清洗的基片(例如不会引起声能“热点”)。因此，本发明降低了由于向基片过度施加声能而引起的受损基片的数量。
自动调谐的射频发生器也可以自动地根据过程的变化来调节，比如不同的清洗化学过程，基片的不同的位置等等，因此提供了一个更灵活和可靠的清洗过程。
本发明的其它方面和优点将参考用举例来说明本发明原则的附图并通过以下详细说明而变得明显。
本发明通过连同附图的以下详细说明而很容易被理解，其中，相同的附图标记表示相同的结构元件。
图1A是一个典型的分批基片清洗系统的示意图。
图1B是一个分批基片清洗系统的俯视图。
图1C是一个给一个或多个换能器提供电力的现有技术射频电源的示意图。
图1D是一个典型的换能器18B。
图1E是一个跨换能器的能量分布图。
图2A和2B根据本发明的一个实施例示出一个动态的单基片清洗系统。
图2C是根据本发明的一个实施例在上述图2A和2B中所说明的兆频超声波清洗系统中使用的自动调谐射频发生器系统的方法操作流程图。
图3是根据本发明实施例的自动调谐射频发生器系统的一个框图。
根据本发明的一个实施例，图4是自动调谐射频发生器系统的一个方法操作流程图，射频发生器当时正在向换能器提供射频信号。
图5A是根据本发明一个实施例的峰值Vds检测器的一个示意图。
图5B是根据本发明一个实施例的一个由峰值电压检测器检测到的峰值电压(Vds)的波形图。
图6是根据本发明实施例的自动调谐射频发生器系统的一个框图。
图7是一个根据本发明实施例的自动调谐射频发生器系统的方法操作流程图。
图8A-8C根据本发明的一个实施例示出了相位P1和相位P2之间关系的三个示例图。
图9是根据本发明实施例的自动调谐射频发生器系统的一个框图。
图10是根据本发明一个实施例的一个自动调谐射频发生器系统的方法操作流程图。
图11是根据本发明实施例的兆频超声波模块的一个示意图。
图12是一个根据本发明实施例的跨换能器的能量分布图。
具体实施例方式现在将被描述自动且动态地调节施加到换能器的射频信号的几个可仿效实施例。对于所属领域的技术人员来说显而易见的是，无需在这里阐明的部分或全部细节也可实践本发明。
如上所述，非常重要的是增加基片清洗系统的清洗有效性、效率和吞吐速率，而同时要降低基片的损坏概率。这些要求通过不断地缩小器件的大小以及许多清洗系统被开发成单基片清洗系统的这个事实而被加重。
图2A和2B根据本发明的一个实施例示出一个动态的单基片清洗系统200。图2A示出该动态的单基片清洗系统200的侧视图。图2B示出该动态的单基片清洗系统200的俯视图。基片202沉浸在清洗室206内包含的清洗液204中。清洗液204可以是去离子水(DI水)或其它在本领域中所熟知的清洗化学制品，或它们的结合。
基片202基本上是圆的并且被三个或更多的拉边器(edgeroller)208A、208B、208C(或类似的边缘夹持装置)所夹持，因此基片202可以在对基片202进行清洗的过程中旋转(例如以209A的方向)。三个拉边器208A、208B和208C中的一个或多个可以(例如以方向209B)被驱动以便于在方向209A中旋转基片202。基片202可以以最多大约500RPM的速率被旋转。
换能器210还作为清洗室206的一部分而被包括。换能器210可以是一个诸如晶体之类的压电器件，其可以把射频信号220转换成发射到清洗液204中的声能214。换能器210可以由诸如压电陶瓷、铅锆锡钽铁矿(lead zirconium tintanate)、压电石英、镓磷酸盐之类的压电材料组成，其中，压电材料被焊接到一个诸如陶瓷、碳化硅、不锈钢或铝或石英之类的共振器。
如图2B中所示，换能器210可能比基片202小很多。较小的换能器可以更廉价地被制造并且还可以增强对基片202的更小区域的控制，从较小的换能器210发射的发射能214冲击该更小区域。基片202的工作面218(即上面具有工作装置的表面)一般面对着换能器210。然而，工作面218在某些实施例中可能是在基片202对着换能器210的反面上。
三个拉边器208A、208B、208C夹持着基片202，使其在旋转经过换能器210的时候与换能器210有一个近似固定的距离d1。距离d1可以在只有几毫米及至大约100毫米或更长的范围之内。距离d1被选择为一个匹配换能器210的阻抗的距离。在一个实施例中，距离d1被选为一个发射能214的频率的共振距离。替换地，发射能214的频率可以被如此选择以使距离d1是一个共振距离。在任何一个实施例中，当共振时，最小的反射能216从基片202反射回换能器210。如上所述，反射能216可能干涉发射能214，从而可能降低射频信号220的功率效率，并可能降低基片210上的降低清洗有效性(例如干涉特性)。
然而，基片202可能多少会“摆动”，因此当基片202旋转经过换能器210时，基片202和换能器210之间的距离可以在第一距离d1和第二距离d2之间变化。第一距离d1和第二距离d2之间的差可以达到大约0.5毫米(0.020英寸)乃至更大。虽然改进的拉边器208A、208B、208C及其它类似的技术也许能将基片202和换能器210保持一个更一致的距离d1，但是改进的拉边器也不能保证绝对恒定的距离d1，因此距离d1仍然可能会发生变化。此外，基片202和换能器210之间的距离也可能由于其它原因而发生变化(例如拉边器208A、208B、208C内的基片202的放置等等)。在下面将要更详细地说明的是，基片202和换能器210之间距离的变化可能严重地影响清洗系统200的性能和效率。
换能器210耦合到射频发生器212。根据本发明的一个实施例并如在上述的图2A和2B中所说明的，图2C是在兆频超声波清洗系统200中使用的自动调谐射频发生器系统的方法操作流程图250。在操作255中，射频发生器把射频信号220提供到换能器210。射频信号220的频率可以在大约400kHz到大约2MHz之间，但是一般来说是在大约700kHz到大约1MHz之间。从换能器210发出的高频率声能214的波长在清洗液204中大约是1.5毫米(0.060英寸)。
在操作260中，到目标(例如基片202)的距离随着目标相对换能器210的移动而变化。因为发射能214在距离d1改变的时候并不总是处于谐振(即换能器210的阻抗失配)，所以反射能216的能量也会随着距离d1的变化而变化。在操作270中，射频发生器212被自动且动态地调谐，因此射频信号220被不断地调谐以便在距离d1改变时修正任何阻抗失配。
因为发射能214的波长大约为1.5毫米(0.060英寸)，所以仅仅0.50毫米(0.020英寸)的移动会引起显著的阻抗变化，例如会导致差不多50％的电压变动并导致功率在大约25％和100％之间变化。如果没有自动调谐的射频发生器来补偿d1的变化，那么发射能214的峰值能量级别必须被降低到一个足够低的值，基片202的能量吸收能力(能量阈值)不超过这个值以便于防止峰值发射能214损坏基片202。
自动调谐的射频发生器212可以被自动地调谐以经由不同的方法来补偿距离d1的变化。在一个实施例中，峰值电压被检测以便于将射频发生器212保持在射频信号220的一个阻抗优化频率。在另一个实施例中，电压相位被保持不变以便于产生射频信号220的一个阻抗优化频率。在又一个实施例中，电源可以被调节以用于射频信号220的阻抗优化。不同的实施例还可以在一个自动调谐的射频发生器系统内被结合使用。
图3是根据本发明实施例的自动调谐的射频发生器系统300的一个框图。自动调谐的射频发生器302向压控振荡器(VCO)306提供一个反馈控制信号以便于调节从VCO 306输出的VCO RF信号310的频率。VCO 306还可以被包括为射频发生器302的一部分。直流电源312被包括在内并在射频发生器302中提供直流功率以用于放大VCO RF信号310。自动调谐的射频发生器302包括一个射频发生器302输入端部分中的电感器314。放大VCORF信号310的一个或多个放大器320也被包括在射频发生器302内。
在一个实施例中，放大器320是一个CMOS并且VCO RF信号310被施加到栅极G。漏极D被耦合到直流偏置轨(rail)322并且源极S被耦合到地电势轨324。漏源峰值电压(峰值Vds)检测器326被耦合在放大器320的漏极D和源极S这两端，以便于捕捉放大器320的漏源峰值电压。
放大器320的输出端被耦合到E类负载网络330的输入端。E类负载网络330是本领域中所熟知的一个通用器件，用于在射频源(即射频发生器302)和射频负载(即换能器332)之间执行大范围的阻抗匹配。E类负载网络330一般包括一个LC网络。E类负载网络330的输出被耦合到换能器332的输入端。
根据本发明的一个实施例，图4是自动调谐射频发生器系统300的一个方法操作400的流程图，射频发生器302当时正在向换能器332提供射频信号220。在操作405中，直流电源电压被比较器器件340测量或检测。分压器网络342也可以被包括在内来把从直流电源312耦合到比较器器件340的各个电压幅值定标或降低到一个比较器器件340可用的电平。比例、差分和积分控制也可以被包括在比较器器件340内以便于选择控制信号的变化率和变化量。
在操作410中，峰值Vds被峰值Vds检测器326检测，并且被施加到比较器器件340的第二输入端。峰值Vds检测器326也可以包括电路，其用于把从峰值Vds检测器326耦合到比较器器件340的电压幅值定标或降低到一个比较器器件340可用的电平。
举例来说，直流电源312可以输出200VDC并且比较器器件340能够比较5VDC的信号，因此分压器网络342可以把直流电源电压从200VDC定标到在比较器器件340中表示200VDC的5VDC的电压。类似地，峰值Vds检测器326也可以包括诸如分压器网络之类的定标器件，因此被施加到比较器器件340的实际峰值Vds电压大约为5VDC。
在操作415中，比较器器件340比较峰值Vds和来自于直流电源312的直流电源电压。如果直流电源电压是期望的峰值Vds的比值，则将不从比较器器件输出校正信号并且该方法操作在上述操作405中继续。
替换地，如果直流电源电压不是峰值Vds的期望比值，则该方法操作在操作420中继续。在操作420中，一个对应的校正信号从比较器器件340被输出到VCO 306来调节VCO输出信号310的频率，然后该方法操作在上述的操作405中继续。校正信号可以根据需要把VCO RF信号310的频率调节到一个较高或较低的频率。
直流电源电压与峰值Vds的期望比取决于射频发生器302和换能器332中不同分量的特定值，诸如上述图2的基片清洗系统200之类的系统可以包括射频发生器302和换能器332。在一个实施例中，期望比在大约3∶1到6∶1的范围内，其中，峰值Vds是一个比直流电源电压大的电压。在一个实施例中，期望比大约是4∶1，并且更确切地说大约是3.6∶1，其中，峰值Vds大约等于直流电源电压的3.6倍。
根据本发明的一个实施例，图5A是峰值Vds检测器326的一个示意图。串联的电容器502、504被耦合在放大器320的漏极D和源极S这两端。二极管506与电容器504并联耦合在一起。在操作中，电容器502把被放大射频信号的每个周期的峰值Vds耦合到电容器504。电容器504存储从放大器320输出的放大射频信号的每个周期的峰值Vds。二极管506捕获峰值Vds并且经由峰值Vds终端来耦合峰值Vds到比较器器件340。
根据本发明的一个实施例，图5B是一个由峰值电压检测器326检测到的峰值电压(Vds)的波形图550。当放大器器件320导电时，峰值电压检测器326不会检测到高电压，这是因为在放大器320上几乎没有压降。当放大器停止导通时，当前存储在射频发生器302以及负载网络330的电容器和电感器中的电荷被放电，产生一个被峰值电压检测器326检测到的电压波形552、554、556。放大器320被如此设计以至于放大器320两端的电压(Vds)跌至零，放大器320开始导电从而创建一个调谐的放大电路。被调谐的放大电路受换能器332共振中的任何变化的影响(例如，基片202相对换能器332的任何移动)，其经由负载网络330反射从而改变检测到的波形552、554、556。当处于谐振时，放大器320充当一个良好调谐的E类放大器并且波形554发生。当非共振时，换能器332可能具有导致容抗或感抗增加的容抗或感抗，其使得E类负载网络330失调。失调的E类负载网络330导致产生波形552或556，它们分别具有一个过高或过低的峰值电压V1或V3。
经由实验和计算，已经发现峰值电压(Vds)是换能器332共振的函数并且峰值Vds与被施加的直流偏置电压相比具有一个共振比，这个共振比是射频发生器电路302的分量的函数。例如在一个典型的射频发生器中，峰值电压与来自直流电源的直流偏置电压的比值大约为4∶1，或再次声明，大约为来自于直流电源312的偏压4倍的峰值Vds指示换能器332处于谐振。
图6是根据本发明实施例的自动调谐射频发生器系统600的一个框图。从VCO 306输出的射频信号310的电压相位P1与输入到换能器332的电压相位P2相比较。如果电压相位P1和P2不匹配，则一个校正信号被施加到VCO 306的频率控制输入端。射频发生器系统600包括一个射频发生器602。射频发生器602可以是本领域中已知的任何类型的射频发生器。鉴相器604包括两个输入端606、608。第一和第二输入端606、608还可以包括各自的定标电路610、612(例如分压器网络)，它们可以把已检测信号(例如相位P1和相位P2)定标到一个鉴相器604可用的电平。鉴相器604可以是本领域中已知的任何类型的鉴相器，其可以检测和比较各个输入电压信号的相位。现有技术的鉴相器比较输出射频信号220的电压和电流的相位。测试已经显示，电压相位P1和P2的比较可以更简单和容易地完成并且提供了相应地调节VCO 306所需的信号。
图7是一个根据本发明实施例的自动调谐射频发生器系统600的方法操作流程图。在操作705中，来自VCO 306的输入射频信号310被施加到射频发生器602，然后射频发生器602放大输入射频信号310并把被放大的射频信号220耦合到换能器332。
在操作710中，第一输入端606把从VCO 306输出的射频信号310的第一相位(P1)的电压耦合到鉴相器604。在操作715中，第二输入端608把输入到换能器332的信号的第二相位(P2)的电压耦合到鉴相器604。
在操作720中，鉴相器比较相位P1和相位P2以确定相位P1是否匹配相位P2。根据本发明的一个实施例，图8A-8C示出了相位P1和P2之间关系的三个示例图。在图8A中，图800示出了相位P1领先于相位P2(例如，相位P1在时间T1达到峰值而相位P2在随后的时间T2达到峰值)。这表明换能器332的阻抗不匹配，而且换能器332正把反射信号222施加到射频发生器602中。
在图8B中，图820示出相位P1落后于相位P2(例如，相位P2在时间T1达到峰值而相位P1在随后的时间T2达到峰值)。这表明换能器332的阻抗不匹配，而且换能器332又正把反射信号222施加到射频发生器602中。换能器332输出的反射信号可以与从射频发生器602输出的信号相长干涉或相消干涉。
在图8C中，图850示出相位P1等于相位P2(例如，相位P1和相位P2都在时间T1达到峰值)。这表明换能器332的阻抗是匹配的，而且换能器332没有把任何反射信号222施加到射频发生器602中。
如果相位P1和相位P2在操作720中是相等的，则方法操作在操作705中继续(重复)。然而，如果操作720中的相位P1和相位P2不相等，则方法操作在操作730中继续。在操作730中，一个适当的控制信号被施加到VCO 306的频率控制输入端以相应地调节射频信号310的频率，并因此方法操作在操作705中继续(重复)。响应于相位P1领先于相位P2的情况，被施加到VCO 306的频率控制输入端的控制信号可以把频率调整到一个较高频率。替换地，响应于相位P1落后于相位P2的情况，被施加到VCO306的频率控制输入端的控制信号可以把频率调整到一个较低频率。
自动调谐的射频发生器系统600还可以包括一个控制放大器620，其可以把鉴相器604输出的控制信号定标到正确的信号电平以控制VCO 306。控制放大器620还可以包括一个设定值输入端，因此控制放大器620可以结合设定值输入端和来自于鉴相器的控制信号输入端。用这个方法，VCO RF信号310可以由设定值来选择，然后鉴相器604输出的控制信号可以自动地调整被选择的设定值。
上述的图3到8C中说明的系统和方法可以自动地以一个很高的校正率来调谐射频发生器302、602(例如，在输入射频信号310的每个周期可以在射频信号310的频率和输出射频信号220中促成一个随后的校正)。从而，例如在基片202每个旋转期间，输入射频信号310的频率可以被校正多次，并因此提供了对施加到基片202的声能214的精确得多的控制。
举例来说，如果基片202正以60RPM(即每秒钟1转)被旋转并且射频信号310大约为1MHz，则在基片202的每次旋转过程中，射频信号310的频率可以每秒被调节大约一百万次(即每微秒调节一次)。对施加到基片202的声能214的增加的控制意味着平均能量可以很接近发射能214的最低能量谷值和最大能量峰值。因此，一个较高的平均能量可以被施加到基片202，因此极大地降低了清洗过程的时间并提高了清洗的有效性。
图9是根据本发明一个实施例的自动调谐射频发生器系统900的一个框图。系统包括一个被耦合到射频发生器602输入端的VCO 306。可变的直流电源902被耦合到射频发生器602并为射频发生器提供直流功率以放大来自于VCO 306的射频信号310。射频发生器602的输出端被耦合到换能器332。
典型的现有技术声能清洗系统集中于保持一个输入到换能器332的恒定净功率(即，射频信号220的正向功率小于反射信号222的反射功率)。通过实验，已经发现如果射频信号220的电压被保持为一个恒定电压，则从换能器332输出的发射极能量214的幅度基本上地是恒定的。此外，把射频信号220的电压保持在一个低于基片202的能量阈值限制的恒定水平保护基片免遭损坏，同时也允许一个最大的声能214将被施加到基片202。
根据本发明的一个实施例，图10是一个自动调谐的射频发生器系统900的方法操作流程图。在操作1005中，射频发生器602向换能器332输出一个射频信号。在操作1010中，输出到换能器332的射频信号的电压被测量并被耦合到比较器904。
在操作1015中，比较器904比较从射频发生器602输出的射频信号的电压与期望的设定值电压。如果输出电压等于期望的设定值电压，则方法操作在操作1010中继续。替换地，如果输出电压不等于设定值电压，则方法操作在操作1030中继续。
在操作1030中，比较器904向可变的直流电源902上的控制输入端输出一个控制信号。举例来说，如果输出电压太高(即大于期望的设定值电压)，则控制信号将降低从可变的直流电源902输出的直流电压，从而降低发生在射频发生器602内的放大增益，从而降低了射频发生器602输出的射频信号的幅度。比例、差分和积分控制也可以被包括在比较器904内以便可以选择控制信号中的变化率和变化量。
一个定标电路906也可以被包括在内以把从射频发生器602输出的电压定标到一个更容易与设定值信号比较的电平。举例来说，定标电路906可以把200V的射频信号定标到5V以用于与5V的设定值信号相比较。定标电路906可以包括一个分压器。定标电路906还可以包括一个整流器，用于把从射频发生器602输出的射频信号220的电压整流成一个与直流设定值信号相比较的直流电压。
如上所述，上述图3到8C中说明的方法可以自动地以很高的校正率来调谐射频发生器302、602(例如，射频信号310的每几个周期校正一次)。反之，图9和10中说明的系统和方法也可以自动地调谐射频发生器602，只是以比图3中说明的速率较慢的速率进行，但是这仍然比由于基片202的运动引起的换能器332的可能的阻抗变化快。图9和10中说明的系统和方法多少要慢一些，部分原因是由于包括在可变的直流电源902内的迟滞。
图9和10中说明的系统和方法可以与上述图3到8C中说明的一个或多个系统和方法结合使用。同样地，图9和10中说明的系统和方法可用来提供一个很宽范围以把射频发生器调谐到换能器332的动态谐振，而上述图3到8C中说明的系统和方法能被用来提供射频发生器调谐的非常精密的控制和调节。
图11是根据本发明一个实施例的兆频超声波模块1100的一个示意图。兆频超声波模块1100可以是诸如于2002年9月26日申请的共同拥有的美国专利申请10/259,023中说明的材料之类的兆频超声波模块，该申请标题为“Megasonic Substrate Processing Module(兆频超声波基片处理模块)”，其内容通过引用被合并在此用于所有用途。
兆频超声波模块1100包括一个基片处理槽1102(以下称之为槽1102)，和一个槽盖1104(以下称为盖1104)。盖兆频超声波换能器1108和槽兆频超声波换能器1106被分别置于盖1104上和槽1102中，并提供兆频超声波能量来同时处理基片1110的工作面和背面。基片1110被置于驱动轮1112中，并通过基片稳定臂/轮1114被固定在适当位置。在一个实施例中，基片稳定臂/轮1114通过致动器1120和定位杆1122来定位以打开/关闭稳定臂/轮1114来接收、固定和释放将在兆频超声波模块1100中处理的基片1110。盖1104可以通过致动器系统(未示出)被置于打开或关闭位置，致动器系统在槽1102保持稳定的同时升高和降低盖1104。替换地，槽1102可以被移动来与盖1104紧密接合。
在一个实施例中，基片稳定臂/轮1114被配置来在水平定向中固定和支撑基片1110以用于处理，并允许基片1110旋转。在其它的实施例中，基片处理在垂直定向中对基片1110执行。驱动轮1112接触基片1110的外围边缘并在处理过程中旋转基片1110。基片稳定臂/轮1114可以包括一个允许基片1110旋转的自由旋压轮，同时将基片1110支撑在水平定向中。
一旦基片1110被置于槽1102中，槽1102就用包括去离子(DI)水的处理流体来填充，或根据需要包括处理化学制品。一旦关闭的兆频超声波模块1100充满所期望的处理流体，并且基片1110被浸入其中，那么基片1110的兆频超声波处理就通过槽兆频超声波换能器1106和盖兆频超声波换能器1108完成，该槽兆频超声波换能器1106向基片1110的面对槽兆频超声波换能器1106的表面引导兆频超声波能量，并且该盖兆频超声波换能器1108向基片1110的面对盖兆频超声波换能器1108的表面引导兆频超声波能量。基片1110浸入处理化学制品之后，驱动轮1112旋转基片1110以确保在基片1110的工作面和背面(整个表面)上进行完整和均匀的处理。在一个实施例中，驱动马达1116被提供来经由机械耦合1118(例如传动带、齿轮、链轮和链等等)来驱动所述驱动轮1112。
在上述图3-10中说明的自动调谐射频发生器系统可以被耦合到盖换能器1108和槽换能器1106之一或其二者，因此当基片1110被旋转时，各自的换能器1108、1106被不断地和自动地调谐以便实现各自换能器1108、1106的动态阻抗。
图12是一个根据本发明实施例的换能器的能量分布图1200。与由曲线120和122示出的现有技术能量窗相比较，自动调谐的射频发生器可以在曲线1210和曲线1212之间产生一个狭窄很多的能量窗1202。因为能量窗1202狭窄很多，那么该能量窗可以向上移动以接近基片能量阈值T并从而提供更有效的声能清洗过程。
在此关于本发明说明使用的术语“大约”意指+/-10％。举例来说，词组“大约250”指出一个225和275之间的范围。还应当理解，由图4、7和10中的操作表示的指令不要求用被说明的顺序来执行，并且由操作表示的所有处理都不一定是实践本发明所必需的。
尽管上述的本发明已经为了清楚理解的目的而被相当详细地说明，然而在附加权利要求的范畴内显然可以做出某些改变和修改。因此，所给出的实施例被认为是说明性的而非限制性的，并且本发明将不会被限制于自此给出的细节，而是可以在附加权利要求的范围和等效物内做出修改。
权利要求
1.一个动态地把射频发生器调节到换能器的即时共振频率的方法，包括把来自于振荡器的射频输入信号输入射频发生器；测量射频输入信号的输入电压的第一相位；测量从射频发生器输出并被耦合到换能器输入端的射频信号的电压第二相位；当第一相位不等于第二相位时产生一个频率控制信号；和把频率控制信号施加到振荡器的频率控制输入端。
2.权利要求1的方法，其中，把频率控制信号施加到振荡器的频率控制输入端包括结合频率控制信号与设定值控制信号。
3.权利要求1的方法，其中，当第一相位不等于第二相位时，产生频率控制信号包括如果第一相位落后于第二相位，则频率控制信号降低振荡器的频率；如果第一相位领先于第二相位，则频率控制信号提高振荡器的频率；和如果第一相位等于第二相位，则频率控制信号不改变振荡器的频率。
4.权利要求1的方法，其中，第一相位和第二相位被测量并且频率控制信号在射频输入信号的每个周期都被产生。
5.一个换能器射频源，包括一个具有频率控制输入端和射频信号输出端的振荡器；一个具有耦合到振荡器射频信号输出端的输入端和耦合到换能器的射频发生器输出端的射频发生器；一个电压鉴相器，包括一个耦合到振荡器的射频信号输出端的第一相位输入端；一个耦合到射频发生器输出端的第二相位输入端；和一个耦合到振荡器频率控制电压输入端的频率控制信号输出端。
6.权利要求5的换能器射频源，其中，频率控制信号输出端经由一个控制放大器被耦合到振荡器频率控制输入端。
7.权利要求6的换能器射频源，其中，控制放大器包括耦合到频率控制信号输出端的第一输入端；耦合到设定值控制信号的第二输入端；和耦合到振荡器频率控制输入端的一个输出端。
8.权利要求5的换能器射频源，其中，换能器被包括在一个兆频超声波清洗室内。
9.换能器射频源，包括压控振荡器(VCO)，具有一个频率控制电压输入端和一个输出端；E类射频发生器，具有一个耦合到VCO输出端的输入端和一个耦合到具有一个变化阻抗的换能器的射频发生器输出端；一个电压鉴相器，包括一个耦合到VCO输出端的第一相位输入端；一个耦合到射频发生器输出端的第二相位输入端；和一个经由控制放大器耦合到VCO频率控制电压输入端的电压控制信号输出端，控制放大器包括耦合到电压控制信号输出端的第一输入端；耦合到设定值控制信号的第二输入端；和耦合到VCO频率控制电压输入端的输出端。
10.一个清洗基片的方法，包括向换能器施加一个频率为f的射频信号，换能器被面向基片因此换能器以频率f向基片发射一个声能；相对于换能器移动基片；动态地调节射频信号以保持声能共振。
11.权利要求10的方法，其中，动态地调节射频信号以保持声能共振包括保持被施加到换能器的射频信号的恒定电压。
12.权利要求10的方法，其中，射频发生器向换能器施加射频信号，并且保持被施加到换能器的射频信号的恒定电压包括测量射频信号的第一电压；比较第一电压与期望的设定值电压；和向可变的直流电源输入一个控制信号以便于调节可变直流电源的输出电压，可变的直流电源向射频发生器提供直流功率。
13.权利要求10的方法，其中，动态地调节射频信号以保持声能共振包括动态地调节被施加到换能器的射频信号的频率f。
14.权利要求13的方法，其中，射频信号由射频发生器来施加，并且动态地调节被施加到换能器的射频信号的频率f包括测量被施加到射频发生器的电源电压；测量跨越包括在射频发生器内的输出放大器的峰值电压；当峰值电压不等于电源电压的一个选定比时，产生一个频率控制信号；和向产生射频信号的振荡器的频率控制输入端施加频率控制信号。
15.权利要求13的方法，其中，射频信号由射频发生器来施加，并且动态地调节被施加到换能器的射频信号的频率f包括把来自于振荡器的射频输入信号输入射频发生器，并在射频发生器中放大该射频信号；测量射频输入信号的输入电压的第一相位；测量从射频发生器输出的射频信号的电压的第二相位；当第一相位不等于第二相位时产生一个频率控制信号；和把频率控制信号施加到振荡器的频率控制输入端。
16.一个清洗系统，包括一个包括换能器和基片的清洗室，换能器面向基片，可变的距离d分隔换能器和基片；动态可调的射频发生器，具有一个耦合到换能器的输出端；和一个耦合到可调射频发生器的控制输入端的反馈电路。
17.权利要求16的清洗系统，其中，基片可以被旋转，并且当基片被旋转时，距离d大约变化从射频发生器输出的射频信号的1/2波长。
18.权利要求16的清洗系统，其中，动态可调的射频发生器包括可变的直流电源，具有一个控制输入端和一个耦合到射频发生器的直流输出端；和所述反馈电路包括第一比较器，包括耦合到设定值控制信号的第一输入端；耦合到射频发生器的射频输出端的第二输入端；和耦合到可调射频发生器的控制输入端的控制信号输出端，控制输入端包括可变直流电源上的电压控制输入端。
19.权利要求18的清洗系统，其中，动态可调的射频发生器包括一个具有控制信号输入端和射频信号输出端的振荡器；一个耦合到振荡器输出端的输出放大器；和一个耦合在输出放大器的输出端和射频发生器的输出端之间的负载网络；和所述反馈电路包括耦合在输出放大器两端的峰值电压检测器；和第二比较器，包括耦合到可变直流电源的输出端的第三输入端；耦合到峰值电压检测器的输出端的第四输入端；和耦合到可调射频发生器的控制输入端的第二比较器输出端，控制输入端包括振荡器控制信号输入端。
20.权利要求18的清洗系统，其中，动态可调的射频发生器包括一个具有频率控制输入端和射频信号输出端的振荡器；和一个耦合到振荡器的射频信号输出端的射频发生器输入端；和所述反馈电路包括一个电压鉴相器，包括一个耦合到振荡器的射频信号输出端的第一相位输入端；一个耦合到射频发生器输出端的第二相位输入端；和一个耦合到可调射频发生器的控制输入端的频率控制信号输出端，控制输入端包括振荡器的频率控制电压输入端。
21.权利要求16的清洗系统，其中，动态可调的射频发生器包括一个电压电源；一个具有控制信号输入端和射频信号输出端的振荡器；一个耦合到振荡器输出端的输出放大器；一个耦合在输出放大器的输出端和射频发生器的输出端之间的负载网络；和所述反馈电路包括一个跨输出放大器耦合的峰值电压检测器；和一个比较器电路，包括耦合到电压电源的第一输入端；耦合到峰值电压检测器的输出端的第二输入端；和耦合到可调射频发生器的控制输入端的比较器输出端，控制输入端包括振荡器控制信号输入端。
22.权利要求16的清洗系统，其中，动态可调的射频发生器包括一个具有频率控制输入端和射频信号输出端的振荡器；一个耦合到振荡器的射频信号输出端的射频发生器输入端；和所述反馈电路，包括一个电压鉴相器，包括一个耦合到振荡器的射频信号输出端的第一相位输入端；一个耦合到射频发生器输出端的第二相位输入端；和一个耦合到可调射频发生器的控制输入端的频率控制信号输出端，控制输入端包括振荡器的频率控制电压输入端。
23.一个动态地把射频发生器调节到换能器的即时共振频率的方法，包括向射频发生器提供一个来自于振荡器的射频输入信号；测量被施加到射频发生器的电源电压；测量射频发生器中的峰值电压；当峰值电压不等于电源电压的一个选定比时，产生一个频率控制信号；和把频率控制信号施加到振荡器的频率控制输入端。
24.权利要求23的方法，测量峰值电压包括测量包括在射频发生器内的输出放大器两端的峰值电压。
25.权利要求23的方法，其中，峰值电压与电源电压的选定比的范围在大约3比1和大约6比1之间。
26.一个射频发生器，包括一个电压电源；一个具有控制信号输入端和射频信号输出端的振荡器；一个耦合到振荡器输出端的输出放大器；一个耦合在输出放大器的输出端和射频发生器的输出端之间的负载网络；一个耦合在输出放大器两端的峰值电压检测器；和一个比较器电路，包括耦合到电压电源的第一输入端；耦合到峰值电压检测器的输出端的第二输入端；和耦合到振荡器控制信号输入端的比较器输出端。
27.权利要求26的射频发生器，其中，当电源电压不等于由峰值电压检测器输出的峰值电压的选择比时，一个控制信号从比较器输出端被输出。
28.一个射频发生器，包括一个电压电源；一个具有控制电压输入端和输出端的压控振荡器(VCO)；耦合到VCO输出端的输出放大器；一个耦合在输出放大器的输出端和射频发生器的输出端之间的E类负载网络；一个跨输出放大器耦合的峰值电压检测器；一个比较器电路，包括耦合到电压电源的第一输入端；耦合到峰值电压检测器的输出端的第二输入端；耦合到VCO控制电压输入端的比较器输出端，当电源电压不等于由峰值电压检测器输出的峰值电压的大约3.6比1的比值时从比较器输出端输出一个控制电压；和一个耦合到射频发生器输出端的换能器。
29.一个保持到换能器的恒定输入电压的方法，包括从射频发生器向换能器施加一个射频信号；测量射频信号的第一电压；比较第一电压与期望的设定值电压；和向可变的直流电源输入一个控制信号以便调节可变直流电源的输出电压，可变的直流电源向射频发生器提供直流功率。
30.权利要求29的方法，其中，第一电压是换能器阻抗的函数，并且换能器阻抗随着换能器和目标之间距离的变化而变化。
31.权利要求29的方法，其中，比较第一电压与期望的设定值电压包括确定一个控制信号，并且其中，控制信号大约等于第一电压和期望的设定值电压之间的差。
32.一个换能器射频源，包括射频发生器，具有一个耦合到换能器输入端的射频输出端；可变的直流电源，具有一个控制输入端和一个耦合到射频发生器的直流输出端；一个比较器，包括耦合到设定值控制信号的第一输入端；耦合到射频发生器的射频输出端的第二输入端；和耦合到可变直流电源上的电压控制输入端的控制信号输出端。
33.一个换能器射频源，包括E类射频发生器，具有一个耦合到兆频超声波清洗室中的兆频超声波换能器的输入端的射频输出端；可变的直流电源，具有一个控制输入端和一个耦合到射频发生器的直流输出端；一个比较器，包括耦合到设定值电压电源的第一输入端；耦合到射频发生器的射频输出端的第二输入端；和耦合到可变直流电源上的电压控制输入端的一个控制信号输出端。
全文摘要
一个用于清洗基片(202)的系统及其方法，包括一个包括换能器(210)和基片(202)在内的兆频超声波室(206)。换能器(210)面向基片(202)。一个可变的距离d分隔换能器(210)和基片(202)。该系统(200)还包括一个动态可调的射频发生器(212)，其具有一个耦合到换能器的输出端。动态可调的射频发生器(212)可以通过比较振荡器输出端(306)的电压的相位和射频发生器输出端电压的相位来控制。动态可调的射频发生器(212)还可以通过监控输出信号的峰值电压和控制射频发生器而把峰值电压保持在预定的电压范围内来控制。动态可调的射频发生器(212)还可以通过动态地控制可变的直流电源电压来控制。
文档编号B06B1/02GK1759471SQ200380110213
公开日2006年4月12日 申请日期2003年12月23日 优先权日2003年2月6日
发明者J·柏伊, A·库提, W·尤, M·G·R·史密斯, R·诺普, T·W·安德森 申请人:兰姆研究有限公司