JP4156520B2 - ラジアルパワーメガソニックトランスデュサー - Google Patents

Description

本発明は、１メガヘルツ前後の周波数範囲の音響エネルギーを発生するトランスデュサーに関し、特に、回転している円形の被処理体の表面に均一な大きさの音響エネルギーを与えるシステムに関する。

０．４ないし２．０メガヘルツの周波数範囲の音波は、液体中に伝播され、破損に対して敏感な基板から粒状物質を洗浄するために使用され得ることが良く知られている。このような周波数範囲は、ほとんどメガヘルツの範囲に近いので、この洗浄処理は、一般に、メガソニッククリーニングと称されている。このような処理で洗浄され得る物品の中には、半導体装置の製造プロセスの種々の工程での半導体ウエハと、コンパクトデスクや光デスクを含むデスク状駆動媒体と、フラットパネルディスプレイと、これら以外の敏感な基板とがある。

メガソニック音響エネルギーは、結晶をラジオ周波数のＡＣ電圧で励起することにより一般的に発生される。この結晶により発生された音響エネルギーは、エネルギー伝播部材を通って洗浄流体の中に入る。このエネルギー伝播部材は、度々、洗浄流体を収容している容器の壁であり、複数の被処理物品が、洗浄のためにこの容器内に置かれている。例えば、米国特許Ｎｏ．５，３５５，０４８は、幾つかの装着層により水晶の窓に装着された水晶からなるメガソニックトランスデュサーを開示している。このメガソニックトランスデュサーは、約８５０ＫＨｚで動作する。同様に、米国特許Ｎｏ．４，８０４，００７は、水晶、サファイヤ、ボロン、窒素、ステンレススチール、もしくはタンタルにより構成されたエネルギー伝播部材が、エポキシ樹脂を使用して圧電性結晶に接着されているメガソニックトランスデュサーを開示している。

また、メガソニック洗浄システムが、個々の半導体ウエハのような単一の物品を洗浄するために使用可能であることが知られている。例えば、米国特許Ｎｏ．６，０２１，７８５は、回転しているウエハの一面に水平に近接して配置される小型の超音波発振機の使用を開示している。ここでは、水流がウエハの面に射出されて、音響エネルギーを音響洗浄のためのデスクの表面に結合させるのと除去される粒子を排出するのとの両者のために使用されている。同様に、米国特許Ｎｏ．６，０３９，０５９は、洗浄流体がウエハに噴霧され、かつメガソニックエネルギーがプローブを励起するように使用されている間に、ウエハの表面に近接して配置されるソリッドな円筒形プローブの使用を開示している。

他の例において、米国特許Ｎｏ．６，０２１，７８９は、ライン状に配設された複数のトランスデュサーを使用している単一ウエハ洗浄システムを開示している。この例では、液体が、ウエハの表面に流され、複数のトランスデュサーが、ウエハのエッジへと除去される粒子を運ぶ進行メガソニック波を発生するように動作される。

主に、本発明は、回転している円形被処理体の表面のあらゆるポイントにほぼ均一な大きさの音響エネルギーを与えるトランスデュサーに関してである。このトランスデュサーは、共振器に取着された圧電性結晶を有している。この結晶の両側の導電層が、結晶を駆動する電界を発生させるために使用されている。好ましくは、トランスデュサーは、０．４ないし２．０ＭＨｚの周波数範囲の音響エネルギーを発生する。

一実施の形態において、トランスデュサーの結晶は、結晶の表面領域が、回転される被処理体の半径が大きくなるのに従って大きくなるように成形されたウエッジ形状である。このことは、被処理体に与えられる音響エネルギーが、半径が長くなるのに従って多くなることを意味している。しかし、被処理体の領域をトランスデュサーの下で動かす周波数は、半径とは反対に変化するので、被処理体の費用面の表面領域の各ユニットに与えられる音響エネルギーのトータル量は、同じである。このことは、音響エネルギーが、被処理体の表面で生じるある種の化学反応をアシストするために使用される場合に有用である。また、全表面に渡って均一に化学反応が進行することが望ましい。

他の実施の形態において、結晶は、矩形であるけれども、結晶の両側の導電層は、ウエッジ形状をしている。このことは、この結晶が、結晶自身がウエッジ形状であるかのように、半径が大きくなるのに従って大きくなる音響エネルギーを被処理体に与えるのを可能にしている。

図１は、共振器１４とトランスデュサーのハウジング１６とにより構成されたトランスデュサー１０を示している。このハウジング１６は、本体１８とカバープレート２０を備えている。この好ましい実施の形態では、ハウジング１６は、ステンレススチールでできているけれども、プラスチック、セラミック、石英、もしくはアルミニウムのような他の材料が使用され得る。表された構成において、前記共振器は、長さ“Ｌ”を有する。複数の第１のばねコネクター２２が、結晶２４とプリント回路基板（ＰＣＢ）２５との間に配置されている。１もしくは複数の第２のばねコネクター２６が、段部領域２７と接触している。ハウジング１６の一端に形成されたねじ穴２８は、標準のＢＮＣコネクターを受けるようにサイズが設定されている。

図２は、前記本体１８が、１もしくは複数の圧電性結晶２４を支持するキャビティ３２を有することを示している。前記共振器１４は、スロット３８を貫通して本体１８中に延び、ここで、前記結晶２４に装着されている。前記カバープレート２０は、キャビティ３２に対して液密シールを形成するように、ねじ、ボルトもしくは他の手段のような装着手段により、本体１８に装着されている。好ましくは、前記共振器１４とスロット３８との間の装着は、スロット３８を通ってキャビティ３２内に液体が入るのを充分に防止できるように密である。ガスケット４４は、湿気からキャビティ３２をシールする機能に加えて、キャビティ３２内の汚染物質が逃げることを防止している。幾つかの実施の形態において、リップ部４５が、キャビティをシールする助けをなすように、共振器１４に形成されている。

前記共振器１４は、基端部４６と先端部５０とを有する。前記第１のばねコネクター２２は、結晶２４とＰＣＢ２５との間に配置されている。このばねコネクター２２は、ベースボタン部６２と接触ボタン部６４とを有し、これらボタン部６２，６４間にばね６６が配置されている。前記ばねコネクター２２は、後で詳述されるように、結晶２４との電気的な接触を果たすように使用されている。

図３は、共振器１４が、複数の層（正しい寸法ではない）により、結晶２４に接続されていることを、示している。一実施の形態においては、この結晶２４は、第１のぬれ層７２と第１の接着層７４とによって、ボンデング層７０に接続されている。この第１のぬれ層７２は、前記ボンデング層７０に近接するように配置され、また、第１の接着層７４は、前記結晶２４に近接するように配置されている。第２のぬれ層７６と第２の接着層７８とが、ボンデング層７０と共振器１４との間に配置されている。この第２のぬれ層７６は、共振器に近接するように配置されている。また、第３の接着層８０が、第１の接着層７４とは反対側の、結晶２４の側に配置されており、金属層８２が、この第３の接着層８０の上に配置されている。

図３において、前記ボンデング層７０は、インジウム、錫、インジウム合金、もしくは錫合金のような半田材料により形成されている。純粋なインジウムは、ボンデング層７０として特に好ましい。図３に示されている他の層の構成と目的とは、米国特許Ｎｏ．６，２２２，３０５の図５に示されている層と同じである。特に、第１並びに第２のぬれ層７２、７６は、銀により形成されており、各々は、約５０００Åの厚さを有している。しかし、他の材料並びに／もしくは厚さがぬれ層のために使用され得る。これらぬれ層７２、７６の機能は、ボンデング層７０の溶融インジウム（もしくは錫）のためのぬれ表面を生じさせることであり、このことは、ボンデング層７０が第１の接着層７４と第２の接着層７８との夫々に接着するのを助けることを意味している。

一実施の形態において、第１ないし第３の接着層７４，７８，８０は、各々、クロムとニッケル銅合金ととからなる約５０００Åの厚さの合金層でできている。例えば、前記層７４，７８、８０は、５０％のクロムと５０％のニッケル銅合金とから形成され得る。許容できるニッケル銅合金は、Ｎｉｃｋｅｌ４００もしくはＭＯＮＥＬの商標名で市販されているものを含んでいる。ＭＯＮＥＬは、３２％の銅と６８％のニッケルからなる銅ニッケル合金である。しかし、他の材料並びに／もしくは厚さも、接着層７４，７８，８０として使用され得る。例えば、これら接着層７４，７８，８０の幾つかか全部は、クロムニッケル合金を含むクロムにより形成され得る。前記層８０は、オプションとしてであり、完全に除去することが可能である。前記層８２は、好ましくは銀で形成されるが、ニッケルもしくは銀合金を含む他の導電材料によっても形成され得る。

好ましい実施の形態において、前記結晶２４は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）の結晶のような圧電性結晶である。しかし、チタン酸バリウム、水晶、もしくはポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）のような多くの他の圧電材料が、この分野で良く知られているように使用され得る。好ましくは、結晶２４は、０．４ないし２．０ＭＨｚの周波数範囲の音響エネルギーを発生することができる。

トランスデュサー１０は、米国特許Ｎｏ．６，２２２，３０５に記載された基礎技術を使用して構成されている。錫がボンデング層７０と使用される場合には、錫の比較的高い融点が考慮されなければならない。

特別な洗浄仕事の要求に応じて、共振器１４の構成材料は、化学的に不活性な材料のグループから選定される。例えば、共振器１４として良く働く不活性材料は、サファイア、水晶、シリコンカーバイト、窒化シリコン、セラミック、ステンレススチール、並びにアルミニウムを含んでいる。更に、共振器１４は、Ｔｅｆｌｏｎ（商標名）、Ｈａｌａｒ（商標名）、Ｋｙｎａｒ（商標名）、もしくはＰＦＡ（商標名）のような化学的に不活性な材料で、非不活性な材料をコーテングすることにより、化学的に不活性にされ得る。このような化学的な不活性は、共振器１４が洗浄流体と化学的に反応することは許容され得ないので、望ましい。かくして、共振器１４に使用される材料は、一般的には、洗浄流体の性質によって、少なくとも部分的に決定される。トランスデュサー１０により洗浄される被処理体に対して、パーツパートリリオンの純度が要求されている場合には、サファイアが、共振器１４に対して好ましい材料である。フッ化水素酸（ＨＦ）をベースとした洗浄液が、半導体ウエハのためのきの形式の洗浄プロセスで使用され得る。

前記共振器１４は、高さ“ｋ”を有している。一般的に、この高さ“ｋ”は、例えば、結晶２４から射出される音響エネルギーの波長の１／２の整数倍に“ｋ”をすることにより、音響エネルギーの反射率を最小とするように選定される。

図３に示された層に加えて、共振器１４を結晶２４に接続する多くの方法があることは、認識されなければならない。例えば、共振器１４は、前記層７６，７８の代わりに、組合わせた層を使用して結晶２４に接続されることができる。この実施の形態において、この組合わせた層は、共振器１４に塗布される導電性銀エマルジョン（ペースト）である。使用され得るエマルジョンは、ペンシルバニア州のモントゴメリービルにあるＥＭＣＡ−ＲＥＭＡＸ Ｐｒｏｄｕｃｔｓから入手可能な゜２６１７Ｄ低温銀導体と称される一般に入手可能な製品である。層１４０が、スクリーンプリント技術を使用して共振器１４に直接形成されている。この実施の形態において、組合わせた層の一領域が、ばねコネクター２６と接触するように段部領域２７（図１に示されている）に使用される。

他の実施の形態において、前記共振器１４は、エポキシ樹脂を使用して結晶２４に接続されている。このエポキシ樹脂は、前述された半田状の材料の代わりに、ボンデング層７０に使用されている。このようなエポキシ樹脂は、適当に導電性のあるエポキシ樹脂で良い。

トランスデュサー１０は、所定の時間、回転している基板の表面領域の各ユニットにほぼ均一な量の音響エネルギーを与えるように、デザインされている。代表的には、基板は、半導体ウエハの面のように、円形をしており、この結果、基板が回転しているときに、基板が受ける音響エネルギーの強度（エネルギー／単位時間）は、円形領域の半径に対応した方向で変化する。かくして、所定の時間、基板の表面領域の各ユニットに均一な量の音響エネルギーをトランスデュサー１０が与えるためには、トランスデュサー１０は、音響エネルギーの可変強度フィールドを射出しなければならない。一般的に、この可変強度フィールドは、以下の４つの異なる方法の１つを使用して得られる。第１の方法では、結晶２４が、可変強度フィールドを与えるような形状にされている。第２の方法では、結晶２４の表面に設けられた電極が、所望の可変強度フィールドを与えるような形状にされている。第３の方法では、結晶２４のセグメントが、所望の可変強度フィールドを与えるように異なるパワーレベルで駆動される。そして、第４の方法では、前記第１ないし第３の方法の組合せが、可変強度フィールドを与えるように使用される。

図４は、第１の方法を示している。図４において、結晶２４は、ウエッジ形９０をしている。このウエッジ形９０は、湾曲辺９２と、鈍い辺９４と、第１の傾斜辺９６と、第２の傾斜辺９８とを有している。また、このウエッジ形９０は、前記湾曲辺９２に近接した広い端部と、前記鈍い辺９４に近接した狭い端部１０２とを有している。角度θが、両辺９６，９８間に形成されている。このようなウエッジ形９０は、被処理体の全表面領域をカバーするトランスデュサーを使用することがなく、トランスデュサー１０が、所望の時間に回転している被処理体の円形表面の各ユニットにほぼ等しい量のエネルギーを与えることが必要な場合には、有用である。一般的に、ウエッジ形９０は、被処理体の表面領域の４０％以下をカバーしている。

例えば、図５において、円形の表面を有する被処理体１０３が、一定の速度で、トランスデュサー１０の下で回転されている。中心点１０６は、表面１０４の中心を示している。結晶２４のウエッジ形９０は、表面１０４がウエッジ形９０の下で（即ち、結晶２４の下で）回転しているときに、半径１０８に沿って可変な強度を有する音響エネルギーの均一なフィールドを射出するであろう。この強度は、ウエッジ形９０の前記狭い端部１０２が、広い端部１００よりも少量のエネルギーを表面１０４に向けて射出するために、変化する。これは、トランスデュサー１０により伝播されるパワー（エネルギー／ｃｍ^２）は、均一であるけれども、広い端部１００の表面領域が、狭い端部１０２の表面領域よりも大きいからである。被処理体１０３が回転しているときに、広い端部１００の下で回転している表面１０４の表面領域の第１のユニットは、広い端部から、狭い端部１０２の下で回転している表面領域の第２のユニットと同じ量のエネルギーを受ける。これは、表面領域の第１のユニットが、より大きい線形速度で動いていてでもある。回転に対して、被処理体１０３は、固定が保たれ、トランスデュサー１０が回転されても良いことを気付くべきである。これは、被処理体１０３とトランスデュサー１０との間の相対動が必要であるといえる。

図５には、表面１０４の複数の領域１１２，１１４，１１６、１１８が示されている。これら領域１１２，１１４，１１６、１１８の全ては、同じ面積である。領域１１２は、領域１１８よりも中心点１０６から大きい半径の所に位置されているので、この領域１１２は、被処理体１０３が回転しているときには、領域１１８よりも早い線形速度でトランスデュサー１０の下を通過する。単位時間当り等しい量の音響エネルギーをトランスデュサー１０は両領域１１２，１１４に与えることが望まれているので、トランスデュサー１０からの全出力は、半径１０８に沿って変化しなければならない。トランスデュサー１０が均一なパワー出力（ワット／単位面積）を有している場合には、半径方向での結晶２４の表面領域の増加（中心点１０６から外側に向う）は、トランスデュサーからの全パワー出力において所望の増加を与えるであろう。前記ウエッジ形９０は、この形態を示している。

図６は、図３に示された層の各々がウエッジ形９０を有しているトランスデュサー１０の実施の形態を示している。特に、第３の接着層８０と、金属層８２と、結晶２４と、第１の接着層７４と、第１のぬれ層７２と、ボンデング層７０と、第２のぬれ層７６と、第２の接着層７８と、共振器１４との全てがウエッジ形９０を有している。しかし、このような形態は、径方向に沿う可変強度の効果を得るためには、必要ではない。ウエッジ形９０を有さなければならない層は結晶２４のみである。他の層と共振器とは、これらが完全に結晶２４をカバーしているのであれば、異なる形状でも良い。

図７は、所定の時間の間に、回転している基板の表面領域の各ユニットに均一な量の音響エネルギーを与えるトランスデュサー１０の第２の実施の形態を示している。図７において、前に説明した部材と同じ部材は、同じ参照符号で示されている。図７に示すように、結晶２４は、矩形である。さらに、結晶２４と金属層８２との間の、層８０のような他の導電層は、これが使用される場合には、ウエッジ形１２６を有する必要がある。このウエッジ形１２６は、図４に示されたウエッジ形９０と同じ形状であり、湾曲辺１２８と、鈍い辺１３２と、第１の傾斜辺１３６と、第２の傾斜辺１３８とを有している。図５で既に説明されたように、円形の表面１０４を有する被処理体１０３は、図７では、一定の速度でトランスデュサー１０の下で回転される。代って、トランスデュサー１０が、被処理体１０３に対して一定速度で回転されても良い。

金属層８２をウエッジ形１２６にした結果は、結晶２４をウエッジ形９０にした場合と同じである。これは、結晶２４が、電界で励起される領域からのみ音響エネルギーを射出するからである。トランスデュサー１０において、前記電界は、後述されるように、ＲＦ電圧がばねコネクター２２，２６に印加されたときに、金属層８２と第１のぬれ層７２との間に生じる電位差により発生される。かくして、金属層８２がウエッジ形１２６を有し、結晶２４を覆っていると、結晶２４から射出される音響エネルギーは、表面１０４がウエッジ形１２６の下（即ち、結晶２４の下）で回転しているときに、半径１０８に沿う可変の強度を有する。好ましくは、第１のぬれ層７２と、層７４のように、ボンデング層７０と結晶２４との間の他の導電層とは、また、ウエッジ形１２６を有する。

前記金属層８２を結晶２４にウエッジ形１２６で設けるのは、以下のようにしてなされる。ウエッジ形１２６の、結晶２４の領域が、マスクにより覆われないように、結晶２４が、Ｋａｐｔｏｎ（商標名）テープのような不活性材でマスクされる。そして、金属層８２が、アルゴンスパッタリングのような物理的蒸着（ＰＶＤ）技術を使用して、堆積される。一般的に、結晶２４は、ぬれ層８０が上にスパッタリングされる前にマスクされるので、ぬれ層８０と金属層８２との両方は、ウエッジ形１２６を有する。また、メッキ技術のような他の技術が、金属層８２を堆積するために使用され得る。好ましくは、この金属層は、銀で形成されるが、他の導電材料も使用可能である。同様のマスキング技術が、層７２，７４をウエッジ形１２６にするために使用される。

前記結晶２４を駆動するためのバワーは、１０００ワットのＲＦ発生器のような高周波（ＲＦ）発生器（図示せず）により与えられる。好ましくは、結晶に印加されるＲＦ電圧は、約９２５ＫＨｚの範囲の周波数を有する。しかし、約０．４ないし２．０ＭＨｚの範囲ＲＦ電圧が、使用され得る。このＲＦパワーは、ねじ穴２８の中に適合する標準のＢＮＣコネクターに接続された同軸ケーブルによって、トランスデュサー１０に供給される。そして、このＲＦ電圧は、第１のばねコネクター２２と１もしくは複数の第２のばねコネクター２６とによって、結晶２４に供給される。前記ＢＮＣコネクターは、ＲＦ電圧を前記コネクター２２，２６に供給することを可能にするプリント回路基板ＰＣＢ２５に電気的に接続される。

前記第２のばねコネクター２６は、ＰＣＢ２８と層７６（図３に示されている）との間の電気的接続を果たす。また、前記第１のばねコネクター５４は、ＰＣＢ２８と結晶２４上の層８２（図３に示されている）との間の電気的接続を果たす。このような配列において、複数の第１のばねコネクター２２は、ＲＦ発生器への実際の接続を果たし、また、第２のばねコネクター２６は、ＲＦ発生器への接地接続を果たしている。

トランスデュサー１０は、前述されたように段部領域２７を有している。この段部領域２７は、前記第２のばねコネクター２６に接触され得る、層７６のような、共振器１４上の導電領域である。この層７６と結晶２４との間の層の全ては、導電性（即ち、層７０，７２，７４）なので、段部領域２７との接触は、共振器１４に近接した、結晶の表面との接触と電気的に等価である。前記第１のばねコネクター２２は、結晶２４を駆動するための回路を完成するように、金属層８２と電気的に接触する。

図８は、所定の時間の間に、回転している基板の表面領域の各ユニットにほぼ均一な量の音響エネルギーを与えるトランスデュサー１０の第３の実施の形態を示している。図８において、前に説明した部材と同じ部材は、同じ参照符号で示されている。図８に示すように、結晶２４は、矩形であり、長さ“Ｌ”と幅“Ｗ”とを有している。一般的に、この長さ“Ｌ”は、前記半径１０８と等しいが、この長さ“Ｌ”は、表面１０４を完全に覆うことを確実にするために、半径１０８よりも少し長くても良い。結晶２４は、セグメント１４６、セグメント１４８、セグメント１５０、並びに、セグメント１５２のように、複数のセグメントに分けられている。これらセグメント１４６、１４８，１５０，１５２は、結晶２４の分かれた片である。換言すれば、この結晶２４は、セグメント１４６、１４８，１５０，１５２として機能する４つの別々の片に切断されている。これらセグメント１４６、１４８，１５０，１５２の各々は、図３に示されている複数の層のような別々のセットの装着用層によって、共振器１４に取着されており、この結果、これらセグメントは、短絡もしくは電気的カップリングをしない。また、これらセグメント１４６、１４８，１５０，１５２の各々は、各セグメントのための別々のばねコネクター２２を使用することによるような、ＲＦ発生器への別々の電気接続を有している。この実施の形態において、共振器１４（図３に示されている）は、依然として１つの連続した片である。

図８に示された実施の形態において、別々に制御可能なセグメントを使用することにより、トランスデュサー１０は、幾つかの方法で使用され得る。第１に、セグメント１４６、１４８，１５０，１５２の各々は、同じ面積を有することができ、異なるパワー（ワット／ｃｍ^２）で駆動される。セグメント１５２は、セグメント１５０よりも大きいパワーで駆動される。また、セグメント１５０は、セグメント１４８よりも大きいパワーで駆動され、そして、セグメント１４８は、セグメント１４６よりも大きいパワーで駆動される。このように、半径の増加に伴うパワーの増加は、セグメント１５２の下を通る、表面１０４の表面領域のユニットが、セグメント１４６の下を通る、表面領域のユニットと等しい全量のエネルギーを受けるであろうことを意味している。このことは、前記両ユニットが、同じ時間結晶の下に位置していないのにも係わらずになされる。さらに、セグメント１４６、１４８，１５０，１５２の各々がオンする時間は、変更され得る。

別々の制御可能なセグメントが使用され得る前記第２の方法は、セグメント１４６、１４８，１５０，１５２の面積を異ならせ、可変の時間で異なるパワーで各セグメントを駆動させる。

図８に示された実施の形態のための異なるデザインは、結晶２４を１つの連続した片のままにしておいて、金属層８２を前記セグメント１４６、１４８，１５０，１５２と類似した別々のセグメントに分割することである。このような金属層８２のセグメント化は、ウエッジ形１２６を形成するための、図７を参照して既に説明されたのと同じ技術を使用してなされる。この金属層のセグメント化は、図８を参照して既に説明されたのと同じ方法で、可変の時間の長さでセグメントの長手方向に沿って異なるパワーレベルで駆動されることを可能にしている。

図９は、所定の時間の間に、回転している基板の表面領域の各ユニットに均一な量の音響エネルギーを与えるトランスデュサー１０の第４の実施の形態を示している。図９において、前に説明した部材と同じ部材は、同じ参照符号で示されている。図９に示すように、結晶２４は、図４で既に説明されたようにウエッジ形９０を有している。この結晶２４は、また、セグメント１６０、セグメント１６４、並びに、セグメント１６８のような複数のセグメントに分けられている。これらセグメント１６０、１６４、１６８の各々は、同じ面積の、結晶２４の分かれた片である。ウエッジ形９０を使用する技術と結晶２４をセグメント化する技術とを組み合わせる理由は、所定の時間に回転している表面１０４の表面領域の各ユニットに均一な量の音響エネルギーを与えるための比較的高度の制御を可能にすることである。

前記セグメント１６０、１６４、１６８の各々は、図３で説明された層のような別々のセットの取着層により、共振器１４に取着されているので、短絡もしくは電気的結合が生じない。また、セグメント１６０、１６４、１６８の各々は、各セグメントのための別々のばねコネクター２２を使用することによるようにして、ＲＦ発生器に別々に電気的に接続される。この実施の形態において、共振器１４（図３に示されている）は、依然として１つの連続した片である。

図９に示された実施の形態において、別々に制御可能なセグメントを使用することにより、トランスデュサー１０は、幾つかの方法で使用され得る。第１に、セグメント１６０、１６４，１６８の各々は、セグメント１６８がセグメント１６０よりも大きいパワーで駆動されるようにして、図８を参照して既に説明されたように、異なるパワー（ワット／ｃｍ^２）で駆動される。このように、半径の増加に伴うパワーの増加は、セグメント１６８の下を通る、表面１０４の表面領域のユニットが、セグメント１６０の下を通る、表面領域のユニットと等しい全量のエネルギーを受けるであろうことを意味している。このことは、前記両ユニットが、同じ時間結晶の下に位置していないのにも係わらずになされる。さらに、セグメント１６０、１６４，１６８の各々は、同じ時間か変更され得る時間で駆動され得る。さらに、各セグメントは、異なる時間オンもしくはオフされ得る。

第２に、セグメント１６０、１６４，１６８の各々は、同じパワーで駆動され得る。しかし、この実施の形態において、パワーが各セグメントに供給される時間の長さは、異なっている。第３の使用において、セグメント１６０、１６４，１６８の各々は、等しいパワーで駆動されるが、特別なセグメントがオンされるときのシーケンスは、変更される。一般的に、２つのセグメントが同じ時間にオンされることはないが、１つのセグメントがオンされるときに、このセグメントは、もう一方のセグメントと同じ時間の長さオンする。

図９に示された実施の形態のための異なるデザインは、結晶２４を１つの連続した片のままにしておいて、金属層８２を前記セグメント１６０、１６４，１６８と類似した別々のセグメントに分割することである。このような金属層８２のセグメント化は、図７並びに８を参照して既に説明されたのと同じ技術を使用してなされる。この金属層のセグメント化は、図９を参照して既に説明されたのと同じ方法で、可変の時間の長さでセグメントの長手方向に沿って異なるパワーレベルで駆動されることを可能にしている。

図１０は、結晶２４が、ウエッジ形９０に代えて三角形１７０を有する、図９に示された実施の形態の変形例を示している。この結晶２４は、セグメント１７２、セグメント１７６、並びに、セグメント１７８のような複数のセグメントに分けられている。これらセグメント１７２、１７６、１７８の各々は、同じ面積の、結晶２４の分かれた片である。ウエッジ形９０を使用する技術と結晶２４をセグメント化する技術とを組み合わせる理由は、所定の時間に回転している表面１０４の表面領域の各ユニットに均一な量の音響エネルギーを与えるための比較的高度の制御を可能にすることである。

前記セグメント１７２、１７６、１７８の各々は、図９を参照して既に説明されたように、別々のセットの取着層により、共振器１４に取着され、また、ＲＦ発生器に別々に電気的に接続される。この結果、これらセグメント１７２、１７６、１７８は、図９を参照して既に説明されたように、時間の異なる長さの間に、異なるパワー（ワット／ｃｍ^２）レベルで駆動され得る。図１０に示された実施の形態の異なるデザインは、図９を参照して既に説明されたように、共振器１４を１つの連続した片のままにしておいて、金属層８２を前記セグメント１７２、１７６，１７８と類似した別々のセグメントに分割することである。

図１１は、図４を参照して既に説明したトランスデュサー１０の変形例を示している。図１１において、前に説明した部材と同じ部材は、同じ参照符号で示されている。図１１は、トランスデュサー１０がウエッジ形９０を有する第１の結晶１８２と、ウエッジ形９０を有する第２の結晶１８４とにより構成され得ることを、示している。この実施の形態において、トランスデュサー１０は、表面１０４の直径に渡って延びている。これら結晶１８２、１８４の各々は、図４を参照して既に説明されたように、共振器１４に取着されて、同じように機能する。両結晶１８２、１８４は、矩形形状でも良く、ウエッジ形９０は、図７を参照して既に説明されたように、層８２，７６にウエッジ形９０にすることにより、与えられ得る。同様に、結晶１８２，１８４は、図９並びに１０を参照して既に説明されたように、セグメント化されていても良い。

図４，８，９，１０，１１の説明から、ウエッジ形９０、矩形、並びに三角形以外の形状がラジアルパワートランスデュサー１０に使用され得ることが、明らかであろう。しかし、一般的に、トランスデュサー１０は、被処理体１０３の表面領域の４０％以下を覆っている。

トランスデュサー１０が、所定の時間の間に回転している基板の表面領域の各ユニットにほぼ均一な量の音響エネルギーを与えるように変更され得る他のパラメータは、図３に示されているボンデング層７０の厚さである。この層７０の厚さを半径１０８の方向に沿って変えることにより、トランスデュサー１０により射出されるパワーは、変わる。このような現象は、層の厚さが変わるのに従って音響エネルギーの反射特性が変わる結果と考えられる。

トランスデュサー１０は、多くの方法で形成されることが、明らかである。一般的に説明すると、トランスデュサーは、０．４ないし２．０ＭＨｚの周波数範囲で音響エネルギーを発生するための音響エネルギー発生手段を有する。この音響エネルギー発生手段は、所定の時間の間に、回転している基板の表面領域の各ユニットにほぼ均一な量の音響エネルギーを与え、また、基板の表面領域よりも小さい表面領域を有している。共振器は、音響エネルギーを洗浄処理で使用されている液体を通して基板に伝播させるように、音響エネルギー発生手段に取着されている。また、この音響エネルギー発生手段は、図４ないし６、並びに１１に示されたウエッジ形の結晶、図７に示されたウエッジ形の電極を備えた矩形の結晶、図８に示された別々に制御可能な複数のセグメントからなる矩形の結晶、もしくは、図９、１０に示された別々に制御可能な複数のセグメントからなるウエッジ形の結晶を含む多くの形態を取ることが可能である。

このトランスデュサー１０は、所定の時間の間に、回転している基板の表面領域の各ユニットにほぼ均一な量の音響エネルギーを与えて、線状処理もしくは化学的処理をアシストする、メガソニック洗浄処理（もしくは、液体化学が基板の表面に適用される他の処理）に使用される。また、このトランスデュサー１０は、バッチ処理での洗浄が困難な個々の物品を洗浄するのに、特に有効である。これら物品は、大型の半導体ウエハ、特注で作られたもしくは実験のチップのような低製造ランからの半導体ウエハ、フラットパネルディスプレイ、並びに他の大型のフラット基板を含んでいる。

このような形式の個々の物品を洗浄するための洗浄処理は、被処理体の表面に洗浄もしくは処理流体を与えた後に、トランスデュサー１０の下で被処理体を回転させることを、含んでいる。この場合、共振器１４から射出された音響エネルギーが、処理流体に伝播されて、洗浄を生じさせる。これとは異なる方法では、トランスデュサー１０が、回転されて被処理体が固定を維持され得るか、両者が回転され得る。

実用上、異なる複数の処理流体が、異なる洗浄任務のために使用される。多くの処理流体の正確な成分は、流体を製造している会社に依存している。しかし、代表的な処理流体は、蒸留水と、水酸化アンモニア、過酸化水素、塩酸、硝酸、酢酸、もしくはフッ化水素酸の水溶液と、これら反応物の組み合わせとを含んでいる。一般的に使用されている処理流体の成分は、ＳＣ−１並びにＳＣ−２のように称されている。

ほぼ均一な量の音響エネルギーが、所定の時間の間に回転している基板の表面領域の各ユニットに与えられなければならない理由は、洗浄処理もしくは化学処理の有効性が、流体に伝播される音響エネルギーの量に従って変化するからである。かくして、ウエハの表面の異なる領域が、異なる量の音響エネルギーを受けると、洗浄の程度が異なる。これは、処理流体の化学特性が洗浄作用をアシストしている場合には、特に重要である。このような状態では、このトランスデュサー１０の使用が望ましい。

本発明は、現在好ましい実施の形態について説明されたけれども、このような説明は、制限するようになされたものではない。種々の変更と変形とが、上記説明を読んだ後に当業者にとってなされることは明らかであろう。従って、添付の請求項は、本発明の真の範囲内にあるような変更と変形との全てをカバーするように規定されることを意図している。

本発明に係わる音響トランスデュサーの側面図である。 図１の２−２線に沿って切断された音響トランスデュサーの断面図である。 本発明に係わる音響トランスデュサーの概略的な断面図である。 本発明に係わるウエッジ形状の結晶の概略的な上面図である。 本発明に係わる音響トランスデュサーの概略的な上面図である。 本発明に係わる音響トランスデュサーの概略的な斜視図である。 本発明に係わる音響トランスデュサーの概略的な上面図である。 本発明に係わる音響トランスデュサーの概略的な上面図である。 本発明に係わる音響トランスデュサーの概略的な上面図である。 本発明に係わる音響トランスデュサーの概略的な上面図である。 本発明に係わる音響トランスデュサーの概略的な上面図である。

Claims (11)

1. 音響エネルギーを発生し、基板とトランスデュサーとが相対的に回転しているときに、所定の時間の間に、音響エネルギーにさらされる基板の特定の面の表面領域の各ユニットにほぼ均一な量の音響エネルギーを与えるようになっている音響エネルギー発生手段であって、この音響エネルギー発生手段は、前記特定の面の中心からの距離が長く複数のポイントに対して前記相対的な回転によって生じる線形速度の増加を補償するように、音響エネルギー発生手段からの可変の音響エネルギーを与えるようにデザインされており、また、この音響エネルギー発生手段は、前記特定の面の１００パーセント未満を被っている、音響エネルギー発生手段と、
   前記基板に音響エネルギーを伝播するように、前記音響エネルギー発生手段に装着された共振器とを具備するトランスデュサー。
2. 前記音響エネルギー発生手段は、圧電性結晶を有し、この圧電性結晶の第１の端が圧電性結晶の第２の端よりも広くなった、圧電性結晶のウエッジ形のデザイン形態を有している請求項１のトランスデュサー。
3. 前記音響エネルギー発生手段は、複数の圧電性結晶セグメントからなるアッセンブリを有し、アッセンブリの第１の端がアッセンブリの第２の端よりも広くなった、アッセンブリのウエッジ形のデザイン形態を有している請求項１のトランスデュサー。
4. 前記音響エネルギー発生手段は、少なくとも１つの電極を備えた圧電性結晶を有し、この電極の第１の端が電極の第２の端よりも広くなった、電極のウエッジ形のデザイン形態を有している請求項１のトランスデュサー。
5. 前記共振器は、水晶、サファイア、シリコンカーバイト、窒化シリコン、セラミック、アルミニウム並びにステンレススチールからなるグループから選ばれた材料により形成されている請求項１のトランスデュサー。
6. 前記音響エネルギー発生手段と共振器との間に配置され、共振器を音響エネルギー発生手段に装着させるための取着層をさらに具備する請求項１のトランスデュサー。
7. 前記取着層は、インジウム、錫、インジウム合金、並びに錫合金からなるグループから選ばれた材料により形成されている請求項６のトランスデュサー。
8. 前記取着層は、エポキシ樹脂により形成されている請求項６のトランスデュサー。
9. 前記基板は、半導体ウエハを含んでいる請求項１のトランスデュサー。
10. 前記音響エネルギー発生手段は、ウエッジ形の圧電性結晶を有し、この圧電性結晶は、第１の辺と、第２の辺と、狭い辺と、広い辺と、第２の辺から第１の辺を分ける角とを有する平面を備え、前記角は、圧電性結晶が前記特定の面の４０パーセント以下を覆っているウエッジ形のである請求項１のトランスデュサー。
11. 前記音響エネルギーは、０．４ないし２．０ＭＨｚの周波数範囲にある請求項１ないし１０のいずれか１のトランスデュサー。

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