使用声能处理基板的系统、设备和方法
【专利说明】使用声能处理基板的系统、设备和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求以下申请的优先权:2013年2月2日提交的美国临时专利申请序号N0.61/760，052，该文献的整个内容在此引入作为参考。
发明领域
[0003]本发明总体上涉及一种产生声能以处理基板的系统、设备和方法，例如半导体芯片、原料硅基底、平板显示器、太阳能电池板、光掩膜、盘片、磁头或任何需要很高的加工精度的其它制品。具体地，本发明涉及一种声音产生设备，或一种结合该设备的系统，或一种处理扁平制品的方法，这可以对包含精细器件的扁平制品提供高水平的颗粒去除效率，能够使对精细器件的损伤最小化。
[0004]发明背景
[0005]在半导体制造领域，已经公认，自工业生产以来，在制造过程中除去半导体芯片中的颗粒是生产有效益的高质量芯片的重要条件。虽然这些年来已经开发了除去半导体芯片中的颗粒的许多不同的系统和方法，但这些系统和方法很多未达到预期，因为它们会导致芯片损伤。因此，从芯片中除去颗粒必须与清洗方法和/或系统对芯片造成的损伤量相平衡。
[0006]现有技术从半导体芯片的表面清除颗粒是利用化学和机械工艺的结合。本领域中使用的一种典型的化学清洁是标准清洁I ( “SCI”)，这是一种氢氧化铵、过氧化氢和水的混合物。SCl氧化并刻蚀芯片的表面。这种蚀刻工艺称为底切，它降低了颗粒和表面结合的物理接触面积，从而便于去除。然而，仍然需要机械工艺以实际上从芯片表面去除颗粒。
[0007]对于较大的颗粒和较大的器件，已经使用洗涤器来物理地将颗粒从芯片表面刷下。然而，随着器件的尺寸缩小，洗涤器和其它形式的物理清洁器已经不适用，因为它们与芯片的物理接触会对较小的设备导致灾难性的损坏。
[0008]在湿加工过程中应用声能实现粒子去除已获得了广泛的接受，特别是在半导体生产线中从正在制作的芯片(或其它扁平制品)上清洁亚微米颗粒。将声能施加于基板已经证实是一种去除颗粒以及提高其它工艺步骤效率的非常有效的方法，但如同任何机械方法，仍然可能对基板和其上的设备造成损坏。具体地，在使用现有系统中，芯片的中心区域一般比芯片的外部区域接收更高量的声能，这是由清洗时芯片的旋转速度引起的，其影响均匀性并可能损坏芯片的中央区域。因此，基板的声学清洁面临传统物理清洁相同的损伤的问题。因此，需要一种清洁方法、设备或系统，可以从半导体芯片的精细表面上清除颗粒，而不损坏器件结构并同时提高清洗的均匀性。
【发明内容】
[0009]根据本发明的示例性实施例涉及一种使用声能处理扁平制品(例如半导体芯片和基板)的系统、设备和方法。这样的系统可以包括支架，其用于支撑待处理的扁平制品，分配器，其将液体施加到扁平制品的表面上，以及一种换能器组件。换能器组件可以包括传输结构和其上的换能器，该换能器产生声能。换能器的各种配置可以增强扁平制品的颗粒去除并提高所有清洁的均匀性，同时最小化对扁平制品表面的损伤。
[0010]在一个方面，本发明可以是一种处理扁平制品的系统，包括:支架，其用于支撑扁平制品；分配器，其用于将液体施加到支架上的扁平制品的第一表面；换能器组件，包括:具有纵向轴线的传输结构；第一组换能器，其用于产生声能，第一组换能器在纵向轴线的第一侧以间隔开的方式声学地联接到传输结构；第二组换能器用于产生声能，第二组换能器在纵向轴线的第二侧上以间隔开的方式声学地联接到传输结构；第一组和第二组换能器沿纵向轴线交错；并且换能器组件配置成使得当分配器将液体施加到支架上的扁平制品的第一表面时，在传输结构和扁平制品的第一表面之间形成液体薄膜。
[0011]在另一方面，本发明可以是产生声能的装置，包括:传输结构，其具有纵向轴线；第一组换能器，其用于产生声能，第一组换能器在纵向轴线的第一侧以间隔开的方式声学地联接到传输结构；第二组换能器，其用于产生声能，第二组换能器在纵向轴线的第二侧上以间隔开的方式声学地联接到传输结构；第一组和第二组换能器沿纵向轴线交错。
[0012]在又一方面，本发明可以是用于处理扁平制品的系统，包括:支架，其用于支撑扁平制品；分配器，其用于将液体施加到支架上的扁平制品的第一表面；换能器组件，包括:具有纵向轴线的传输结构；第一组换能器，其用于产生声能，第一组换能器在纵向轴线的第一侧以间隔开的方式声学地联接到传输结构；第二组换能器，其用于产生声能，第二组换能器在纵向轴线的第二侧上以间隔开的方式声学地联接到传输结构；第一组和第二组换能器沿纵向轴线成对设置，使得第一组换能器的每个换能器是与第二组换能器的换能器之一横向排成一列；并且换能器组件配置成使得当分配器将液体施加到支架上的扁平制品的第一表面时，在传输结构和扁平制品的第一表面之间形成液体薄膜。
[0013]在另一方面，本发明可以是用于处理扁平制品的系统，包括:支架，其用于支撑扁平制品；分配器，其用于将液体施加到支架上的扁平制品的第一表面；换能器组件，其包括一个传输结构和用于产生声能的多个换能器，多个换能器中的每一个声学地联接到传输结构并可单独地驱动，其中，换能器组件配置成使得当分配器将液体施加到支架上的扁平制品的第一表面时，在传输结构和扁平制品的第一表面之间形成液体薄膜；致动器可操作地联接至换能器组件；控制器，其可操作地连接到致动器，并配置为相对于扁平制品在以下位置之间移动换能器组件:(1)第一位置，在该位置，多个换能器中的每一个声学地联接到液体薄膜；和(2)第二位置，在该位置，多个换能器的至少一个声学地与液体薄膜解除联接；并且，其中在第二位置，多个换能器中的至少一个停用。
[0014]在本发明的又一方面，本发明可以是用于处理扁平制品的方法，包括:将扁平制品配置在支架上并旋转扁平制品；将液体分配到扁平制品的第一表面上；将换能器组件置于相邻扁平制品的第一表面，从而在换能器组件的传输结构和扁平制品的第一表面之间形成液体薄膜，该换能器组件包括的多个换能器声学地联接到传输结构，多个换能器单独地驱动；相对于扁平制品在以下位置之间移动换能器组件:(I)第一位置，在该位置，多个换能器中的每一个声学地联接到液体薄膜；和(2)第二位置，在该位置，多个换能器中的至少一个声学地与液体薄膜解除联接；并且，在多个换能器中的至少一个变为声学地与液体薄膜解除联接，多个换能器中的至少一个停用。
[0015]在一个更进一步的方面，本发明可以是用于处理扁平制品的系统，包括:支架，其用于支撑扁平制品；分配器，其用于将液体施加到支架上的扁平制品的第一表面；换能器组件，其包括:传输结构包括第一弯曲表面和第二表面，第二表面在第一弯曲表面对面；第二表面包括第一平面部分和第二平面部分，第一平面部分和第二平面部分相对于彼此成非零角度布置；第一换能器用于产生声能，第一换能器声学地联接到第一平面部分；并且，第二换能器用于产生声能，第二换能器声学联接到第二平面部分；换能器组件配置成使得当分配器将液体施加到支架上的扁平制品的第一表面时，在传输结构的第一弯曲表面和扁平制品的第一表面之间形成液体薄膜。
[0016]在另一方面，本发明可以是用于处理扁平制品的系统，包括:支架，其用于支撑扁平制品，其中扁平制品包括不同半径的多个参考环；分配器，其用于将液体施加到支架上的扁平制品的第一表面；换能器组件包括具有多个部分的传输结构和用于产生声能的多个换能器，多个换能器中的至少一个声学地联接到传输结构的部分的每一个；其中，换能器组件配置成使得当分配器将液体施加到支架上的第一表面的扁平制品时，在传输结构和扁平制品的第一表面之间形成液体薄膜；致动器，其可操作地联接至换能器组件；和控制器，其可操作地联接到致动器，并且配置为相对于扁平制品在以下位置之间移动换能器组件:(I)第一位置，在该位置，传输结构的部分的至少一个定位到每个参考环内；和(2)第二位置，在该位置，传输结构的至少两个部分定位到具有最大半径的参考环内。
[0017]本发明的进一步的应用领域将从下面提供的详细描述变得显明。应该理解的是，尽管详细描述和具体示例指出了本发明的优选实施例，但仅是为了说明的目的，而不旨在限制本发明的范围。
[0018]附图简述
[0019]从详细描述和附图中将能更全面地理解本发明，其中:
[0020]图1是根据本发明的第一实施例用于处理扁平制品的系统的示意图；
[0021]图2是图1的系统的芯片、分配器和换能器组件的示意图；
[0022]图3A是根据本发明的一个实施例的图2的换能器组件和芯片的示意性俯视图；
[0023]图3B是根据本发明的另一实施例的图2的换能器组件和芯片的示意性俯视图；
[0024]图3C是又根据本发明的另一实施例的图2的换能器组件的示意性俯视图
[0025]图4是图2的换能器组件的透视图；
[0026]图5是沿图4的V-V线截取的剖视图；
[0027]图6A是图4的V1-VI线截取的剖视图；
[0028]图6B是图6A可替换的结构；
[0029]图7是产生声能的图2的换能器组件的示意性表示；
[0030]图8A是根据本发明的另一个实施例的换能器组件和芯片的示意性俯视图，其中换能器组件处于第一位置；
[0031]图SB是图8A的换能器组件和芯片的示意性俯视图，其中换能器组件处于第二位置；
[0032]图9A是根据本发明的又一实施例的换能器组件和芯片的示意性俯视图，其中换能器组件处于第一位置；
[0033]图9B是图9A的换能器组件和芯片的示意性俯视图，其中，换能器组件处于第二位置；
[0034]图1OA是根据本发明的再一个实施例的换能器组件和芯片的示意性俯视图，其中换能器组件处于第一位置；
[0035]图1OB是图1OA的换能器组件和芯片的示意性俯视图，其中换能器组件处于第二位置；
[0036]图11A-11E是产生的声能的功率电平的不同图形表示；
[0037]图12A是根据本发明的另一个实施例示出了换能器组件和芯片的示意性俯视图，其中换能器组件处于第一位置；和
[0038]图12B是图12A的换能器组件和芯片的示意性俯视图，其中，换能器组件处于第二位置。
【具体实施方式】
[0039]以下对优选实施例的描述在本质上仅是示例性的，并且决不旨在限制本发明、其应用、或用途。
[0040]根据本发明的原理对说明性实施例的描述旨在结合附图理解，它们将认为是整个书面描述的一部分。在此处所公开的本发明的实施例的描述中，任何提及方向或取向仅仅是为了便于说明，而不是意欲以任何方式限制本发明的范围。相对的术语，例如，“上面”、“下面”、“水平”、“垂直”、“在……之上”、“在……之下”、“向上”、“向下”、“上”和“下”以及它们的衍生物(例如，“水平地”、“向下地”、“向上地”等)应解释为指的是讨论中的附图内所描述或显示的方向。这些相对的术语是为了便于描述而不需要一个特定的方向来构造或操作装置，除非如此明确指示。术语例如“附加”、“附着”、“连接”、“联接”、“连通”以及类似指的是其中的构件是直接或者间接地通过插入构件固定到或是连接彼此的一种关系，或者两者可移动或刚性连接或关系，除非另外声明。此外，本发明的特征和益处通过参考示例性实施例进行说明。相应地，本发明明确地不应局限于这些说明一些可能的非限制性特征的组合的示例性的实施例，这些特征可单独或者以特征的其它组合的形式存在；本发明的范围由所附权利要求书来限定。
[0041]首先，参看图1，根据本发明的一个实施例示出了处理或清洁扁平制品的系统100(在下文中称为“清洁系统100”)的图解。为了便于讨论，本发明的附图的系统和方法将讨论关于半导体芯片的清洁。然而，本发明不限于此，而是可以用于任何期望的任何扁平制品的湿处理。
[0042]清洁系统100通常包括可旋转支架10，其用于在基本水平方向上支撑半导体芯片50，换能器组件200和分配器13。示例性实施例还描述了底部分配器14，但底部分配器14在某些实施例中可省略。优选地，半导体芯片50设置在支架10上，使得芯片50的第一表面51 (即，顶面)是芯片50的设备侧，同时芯片50的第二表面52 ( S卩，底面)是芯片50的非设备侧。当然，如果需要的话，可以将芯片50支撑，使得顶面51是非设备侧，而底面52是设备侧。
[0043]在示例性实施例中，可旋转支架10设计成在执行其支撑功能中仅仅接触并且接合基板50的周边。然而，可旋转支架10的结构的确切细节并不是对本发明的限制，可以使用各种其它支撑结构，如卡盘、支撑板等，另外，同时优选的是，支架结构在基本水平方向上支撑并旋转该半导体芯片，在本发明的其它实施例中，系统可构造成在其它方向上支撑半导体芯片，例如垂直或成一个角度。在这样的实施例中，清洁系统100的其余部件，包括换能器组件200，可以在系统中相应地重新配置，以便能够执行所需的功能和/或关于如下所述的系统的其它部件所需的相对配置。
[0044]旋转支架10可操作地联接到马达11，以便于芯片50在支架的水平面内沿箭头W的方向转动(即，顺时针)或绕旋转轴线V-V沿相反方向(S卩，逆时针)转动(见图2)。马达11最好是变速马达，其可在任何所需旋转速度ω下旋转支架10。马达11电气地且可操作地连接到控制器12。控制器12控制马达11的操作，确保实现所需的旋转速度ω和所需的旋转持续时间。
[0045]如上所述，清洁系统100还包括分配器13。分配器13经由供液管线17可操作地并流体地联接到供液子系统16。供液子系统16又与贮液器15流体连接。供液子系统16控制液体供给到分配器13，并且分配器13将液体施加到芯片50的第一表面51 (其在所示例的实施例中是顶面)。
[0046]为简单起见，供液子系统16示意性地显示为框，包括所需排列的所有必需的栗、阀门、管道、连接器和换能器，用于控制在整个清洁系统100中的液体流动和传输。液体流动的方向由在供给管线17上的箭头表示。本领域技术人员将认识到，供液子系统16的不同部件的存在、布局和功能将取决于清洁系统100的需要和期望在其上实施的工艺，并且可以相应地调整。供液子系统16的部件可操作地连接到并由控制器12控制。
[0047]贮液器15容纳所需液体以提供给芯片50用于将要进行的处理。对于清洁系统100，贮液器15将容纳清洁液体，例如去离子水(“0頂”)、标准清洁1( “SCI”)、标准清洁2( “SC2”)、臭氧化去离子水(“D103”)、稀释或超稀释的化学物质、以及通常用于半导体芯片清洗和/或它们的组合的任何其它液体。如本文中使用的术语“液体”至少包括液体、液体-液体混合物、液体-气体混合物