[发明专利]改进的超声处理方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及衬底表面的超声波（包括兆声波和千兆声波）处理领域。

背景技术

从半导体衬底去除颗粒污染物可通过超声清洗完成。当超声波的频率接近或高于1000kHz（1MHz）时，其往往被称为“兆声波”。当超声波的频率接近或高于1000MHz（1GHz）时，其可被称为“千兆声波”。用于半导体晶片的超声清洗的常规技术依赖空化效应，其中超声能量引起小气泡的形成，所述小气泡的破裂将大量能量释放到周围的流体中，并促进衬底的清洁。

但是，在具有精细表面或部件的衬底附近的过多空化能量也可导致衬底受损。

发明内容

本发明提供了使用谐振器将超声波施加到半导体衬底的方法和装置，所述谐振器的频域（frequency domain）在周围媒介中引起声流却不导致大量空穴（cavitation）。这些谐振器包括谐振器板，在所述谐振器板上通过诸如PVD（物理气相沉积）、CVD（化学气相沉积）和溅射等薄膜技术形成换能器元件。

声能的源的一个示例是耦合到谐振器板的压电元件，所述压电元件由高频发生器驱动。

比如在电化学反应（例如铜在半导体晶片上的沉积）、蚀刻以及冲洗的过程中，根据本发明的方法和装置不仅可用于清洗衬底，还可用于增强接触面处的扩散受限反应。

根据本发明的装置可包括用于衬底的保持器、设置为与被所述保持器保持时的衬底间隔预定距离的声波谐振器组件、用于供应液体到被所述保持器保持时的所述衬底和所述声波谐振器之间的间隙中的分配器以及声能的源，所述声能的源能够为所述声波谐振器组件供应具有至少约100MHz的、优选地至少500MHz的、更优选地至少1GHz的、且最优选地在从500MHz到5GHz的范围内的频率的声能。

本发明的装置的特别有用的实施方式在于用于在用于单个晶片湿法处理的工艺模块中支撑半导体晶片的旋转卡盘。

声波谐振器组件优选地包括具有从200nm到20微米的、优选地500nm到10微米的、且更优选地1-5微米的范围内的厚度的至少一个压电元件。所述压电元件可以是在薄膜体声波谐振器（FBAR）滤波器中形成的层。

当这种声波谐振器组件被设置在距衬底100μm到1000μm的范围内的距离时，在处理液中可引起声流，比如爱卡（Eckart）或瑞利（Rayleigh）流，却不会在该液体中形成大量的相关的空穴和气泡。

根据本发明的处理衬底的方法可包括将衬底放置在保持器上、距所述衬底的表面预定距离设置声波谐振器组件、将处理液分配到所述声波谐振器组件和所述衬底之间的间隙中、以及将具有至少约100MHz的频率的声能供应给所述声波谐振器组件。

如果本发明的方法被用于衬底清洗，则所述处理液可以是例如去离子水，而当所述方法被用于增强衬底-液体接触面处的扩散受限反应时，那么所述处理液可以是例如含有金属离子（优选地是铜离子）的溶液，以用于将金属（优选地是铜）电沉积到衬底（例如半导体晶片）的表面上。

所以，本发明的优选实施方式提供了用于使用运行在千兆声波域（gigasonic domain）中的压电式换能器清洗衬底和增强衬底表面处的扩散受限反应的改进的方法和装置。谐振器组件优选地包括多个换能器层叠，每一个换能器层叠包括耦合到面向衬底的谐振器板的薄膜压电元件。在所使用的公开的频率和功率，在液态处理媒介中可引起爱卡（Eckart）或瑞利（Rayleigh）流却不大量产生空穴。

附图说明

附图被包括来提供对本发明的更充分的理解。附图示出了本发明的实施方式，并连同说明书一起用于更充分地阐释本发明的实施方式的原理。

图1是根据本发明一实施方式的相对于待处理衬底设置的声波谐振器的示意性侧视图；

图2a和图2b分别是声波谐振器组件的替代实施方式的示意性仰视图和侧视图；

图3示出了根据本发明进一步的实施方式的作为换能器层叠（transducer stack）的部件的三个独立的谐振器岛305的横截面；

图4是根据本发明实施方式的由一系列谐振器在液体中产生的声流的显微图；

图5示出了根据本发明进一步的实施方式的用于声波谐振器组件的替代配置；

图6示出了根据本发明进一步的实施方式的用于声波谐振器组件的另一配置；

图7示出了根据本发明实施方式的用于声波谐振器组件的更进一步的配置；

图8示出了扩散受限非均相反应的实施例；以及