(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響エネルギーを発生させるための装置であって、
圧電物質から造られる複数のピラーを含んでおり、
前記ピラーは、隣接したピラー間に空間が存在するように離隔方式で配列されており、
前記ピラーは、幅と、上面と底面との間で延びる高さとを有しており、
前記ピラーの前記高さは、前記ピラーの前記幅よりさらに大きく、隣接した前記ピラー間の前記空間と前記ピラーの前記幅とは、実質的に同一であり、
前記空間は、複合アセンブリーを形成するように弾性物質で満たされており、
前記複合アセンブリーは、凸曲率半径を有する底面と、上面とを有し、
前記複合アセンブリーは、音響的に非活性な領域によって円周方向に分離された、２つの音響的に活性な領域を備える、
装置。
【請求項２】
前記ピラーの前記高さは、前記ピラーの前記幅の少なくとも２倍である、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ピラーの前記高さは、前記ピラーの前記幅の略２倍である、
請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記複合アセンブリーの前記底面上の第１電極と、
前記複合アセンブリーの前記上面上の第２電極と、
前記音響的に活性な領域が、前記複合アセンブリーの前記底面から音波を発生させるように前記第１電極と前記第２電極とに作動可能に結合される電気のソースと、
をさらに含んでいる、
請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記複合アセンブリーの前記底面上の第１電極と、
前記複合アセンブリーの前記上面上の第２電極と、
前記音響的に活性な領域が、前記複合アセンブリーの前記底面から周波数と波長とを有する音波を発生させるように前記第１電極と前記第２電極とに作動可能に結合される電気のソースと、
をさらに含んでおり、
前記ピラーの前記幅と隣接したピラー間の前記空間とは、前記音波の前記波長よりさらに小さい、
請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記音波の前記周波数は、メガソニック範囲にある、
請求項７に記載の装置。
【請求項７】
前記複合アセンブリーの前記上面と前記底面との上の電極と、
前記電極に作動可能に結合される電気のソースと、
をさらに含んでおり、
前記複合アセンブリーの前記上面上の前記電極は、電極が存在しない領域によって分離された２つの領域を含んでいる、
請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記音響的に活性な領域は、少なくとも４５°の角度をもって、前記音響的に非活性な領域により分離されている、
請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記複合アセンブリーの前記底面上の第１電極と、
前記複合アセンブリーの前記上面上の第２電極と、
独立的な音波が平面波として共に作用するようにする方式で前記音響的に活性な領域の各々が前記独立的な音波を発生させるように、前記第１電極と前記第２電極とに作動可能に結合され、さらに適合させられた電気のソースと、
をさらに含んでいる、
請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記複合アセンブリーの前記底面に接合される伝達物質をさらに含んでいる、
請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記伝達物質は、ポリマーフィルムである、
請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記伝達物質と前記複合アセンブリーの前記底面との間にインピーダンス整合レイヤーをさらに含んでいる、
請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記インピーダンス整合レイヤーは、エポキシである、
請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
カップリング流体と接触する前記伝達物質の外面は、前記カップリング流体に向けて表面張力を減少させるように処理される、
請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
前記複合アセンブリーの前記上面と前記底面とに作動可能に接続される電極と、
凸外面と凹内面を有する伝達構造と、
をさらに含んでおり、
前記複合アセンブリーは、前記伝達構造の前記凹内面に接合された前記電極を含んでいる、
請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記複合アセンブリーは、密閉された空間内に位置されている、
請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記密閉された空間は、音響減衰物質で満たされている、
請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記伝達構造は、空洞の棒状構造である、
請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
音響エネルギーを発生させるための装置の製造方法であって、
支持物質のレイヤーを提供するステップと、
前記支持物質のレイヤーの上に圧電物質を位置させるステップと、
圧電物質を切断し、隣接するピラー間に空間が存在し、かつ、前記空間と前記ピラーの幅とが実質的に同一になるように、複数の前記ピラーを形成するステップと、
複合アセンブリーを形成するように前記空間を弾性物質で満たすステップと、
前記複合アセンブリーの底面が凸曲率半径を有するように、前記複合アセンブリーを形成するステップと、を含み、
前記複合アセンブリーは、音響的に非活性な領域により円周方向に分離された、２つの音響的に活性な領域を備えている、
装置の製造方法。
【請求項２０】
前記ピラーは、幅と高さとを有しており、前記高さは、前記幅よりさらに大きい、
請求項１９に記載の装置の製造方法。
【請求項２１】
前記ピラーの前記高さは、前記ピラーの前記幅の少なくとも２倍である、
請求項１９に記載の装置の製造方法。
【請求項２２】
電気的導電物質が適用されていない領域により隔離された２つの分離した領域を形成するように、前記電気的導電物質を前記複合アセンブリーの上面の少なくとも一部に適用するステップと、
電気的導電物質を前記複合アセンブリーの前記底面の少なくとも一部に適用するステップと
をさらに含んでいる、
請求項１９に記載の装置の製造方法。
【請求項２３】
前記支持物質は、ワックス又は接着剤である、
請求項１９に記載の装置の製造方法。
【請求項２４】
伝達物質を前記複合アセンブリーの前記底面上の前記電気的導電物質に接合するステップをさらに含んでいる、
請求項２２に記載の装置の製造方法。
【請求項２５】
前記伝達物質は、サファイア又は石英である、
請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記伝達物質は、ポリマーフィルムである、
請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記伝達物質は、凸外面を有している、
請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
流体でそれの表面張力を減少させるように前記伝達物質の前記外面を処理するステップをさらに含んでいる、
請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記伝達物質は、前記複合アセンブリーが位置されている内部キャビティーを形成し、
前記内部キャビティーを減衰物質で満たすステップをさらに含んでいる、
請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、２００７年１１月６日に出願された米国仮特許出願第６０／９８５，９４７号、２００８年３月５日に出願された米国仮特許出願第６１／０３４，１４２号を優先権主張する。上記すべての出願は、本開示において参照によって取り込まれる。
本発明は、一般的に、半導体ウエハー、加工していないシリコン基板、フラットパネルディスプレイ、ソーラーパネル、フォトマスク、ディスク、磁気ヘッド、又は高いレベルの処理正確度を要求するある他のアイテムのような基板の処理のための音響エネルギーを発生させるための装置及びシステムに関する。具体的に、本発明は、敏感なデバイスへの損傷を最小化する、敏感なデバイスを含有する基板から高いレベルの粒子除去効率を提供することができる、音響発生装置、又はそれを組み込むシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造分野において、その産業の開始以来、製造処理の間に半導体ウエハーから粒子を除去することは、質のよいウエハーを生産するにあたって重要な要件であると認識されてきた。多くの他のシステム及び方法が、半導体ウエハーから粒子を除去するのに数年にかけて開発されてきたが、多くのこのようなシステム及び方法は、それらがウエハーに損傷を起こすため、望ましくなかった。従って、ウエハーからの粒子の除去は、クリーニング方法及び／又はシステムによってウエハーに生じさせられる損傷の量に対してバランスがとられなければならない。従って、クリーニング方法又はシステムは、デバイス構造に損傷を起こすことなく、敏感な半導体ウエハーから粒子を除去することができるようにすることが望ましい。
【０００３】
半導体ウエハーの表面から粒子を除去する現存する技術は、化学的処理と機械的処理との組み合わせを用いる。従来技術で用いられる典型的なクリーニングケミストリーは、スタンダードクリーン１（「ＳＣ１」）であり、これは、水酸化アンモニウムと過酸化水素と水との混合物である。ＳＣ１は、ウエハーの表面を酸化させエッチングする。アンダーカッティングと知られている、このエッチング処理は、粒子が表面に結合する物理的な接触領域を減らし、従って、除去を促進する。しかし、ウエハーの表面から粒子を実際に除去するのに、機械的な処理が依然として要求される。
【０００４】
より大きい粒子及びより大きいデバイスに対しては、スクラバーがウエハーの表面から粒子を物理的に払い落とすのに用いられてきた。しかし、デバイスのサイズが小さくなることによって、スクラバー及び他の形態の物理的なクリーナーは、それらとウエハーとの物理的な接触がさらに小さいデバイスに致命的な損傷を起こすため、不適切になった。
【０００５】
ウェット処理の間に行う音響エネルギーの適用は、粒子除去を達成するのに、特に半導体処理ラインで製造されるウエハー（又はプレート）からサブミクロン粒子をクリーニングするのに幅広く受け入れられてきた。基板処理で用いられる音響エネルギーは、音響エネルギーのソースを通して発生される。典型的に、ソニックエネルギーのこのソースは、セラミックス又はクリスタルのような圧電物質で造られるトランスデューサーを含んでいる。作動において、トランスデューサーは、電気エネルギーのソースに結合されている。電気エネルギー信号（すなわち、電気）は、トランスデューサーに提供される。トランスデューサーは、この電気エネルギー信号を振動機械エネルギー（すなわち、音響エネルギー）に変換し、その後、振動機械エネルギーは、処理されている基板に伝達される。トランスデューサーから基板までの音響エネルギーの伝達は、トランスデューサーを基板に音響的に結合する流体によって典型的に達成され、音響エネルギー伝達の可能な物質が圧電物質上の電気的接触の「短絡」を避けるように、トランスデューサー自分と流体カップリングレイヤーとの間に位置されていることも典型的である。この伝達物質は、薄いレイヤー、剛性プレート、棒状プローブ、レンズなどを含む多様な構造的配列を取ることができる。伝達物質は、基板の汚染を避けるために流体カップリングレイヤーに対して不活性の物質で通常生産される。
【０００６】
基板への音響エネルギーの適用は、粒子を除去し、他の処理ステップの効率性を改善するのに非常に効率的な方法であると証明されてきたが、基板とデバイスとに対する損傷が依然として起こりえる機械的処理もある。従って、基板の音響クリーニングは、従来の物理的クリーニングと同一の損傷問題をかかえている。
【０００７】
現存するトランスデューサーアセンブリーによって発生される音響エネルギーは、頻繁に、電気回路を構成するいくらかの壊れやすい構造が損傷される（すなわち、電気回路を構成するいくらかの壊れやすい構造が除去されたり部分的に除去され、回路がこれ以上機能しなくなる）ことを引き起こすほど十分に活動的である。現在使われているトランスデューサーアセンブリーと、関連する音響特性との長期的な研究を通して、現在の発明者は、無数の問題点が、圧電物質の構造と、現存するトランスデューサーアセンブリーによって伝えられる音波の方向及び向きとの両方に存在することが分かった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の目的は、ソニックエネルギーを用いて基板をクリーニングするシステム及び方法を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、基板上のデバイスに損傷を減らすソニックエネルギーを用いて基板を処理するシステム及び方法を提供することである。
【００１０】
本発明のさらなる他の目的は、適切な粒子除去効率を達成すると共に、基板上のデバイスに損傷を減らすソニックエネルギーを用いて基板をクリーニングするシステム及び方法を提供することである。
【００１１】
本発明のさらなる他の目的は、処理流体内にキャビテーションを制御するソニックエネルギーを用いて基板を処理するシステム及び方法を提供することである。
【００１２】
本発明のさらなる他の目的は、トランスデューサーと処理される基板との間で、さらに少ないエネルギー損失をもたらす基板を処理するためのシステム及び方法を提供することである。
【００１３】
本発明のさらなる他の目的は、基板の表面上にさらに均一なエネルギー分布をもたらす基板を処理するためのシステム及び方法を提供することである。
【００１４】
本発明は、ウエハーの前及び／又は後に適用される流体音響伝達媒質に効率的に、かつ、正確に結合する音波を発生させるように互いに接続されることができる個々の音響発生ピラーで構成されるように、放射形区域内に形成され分けられるセラミックス圧電物質を用いて形成された音響発生デバイスを有する。圧電要素の放射状性質は、音響エネルギーが音響伝達流体に、かつ、ウエハー（又はプレート） 表面上に向け、発生されるソースから離れるように反射するように設計される。その結果、高エネルギー及び低エネルギーのノードが抑制されている。高いエネルギー地域は構造損傷を引き起こすことになり、低いエネルギー地域は粒子の除去を減少させてしまう。このような２つの状態は、このようなトランスデューサーの使用において望ましくない。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
一観点で、本発明は、音響エネルギーを発生させるための装置であって、圧電物質で造られる複数のピラーを含んでいる。ピラーは、隣接したピラー間に空間が存在するように離隔方式で配列されている。ピラーは、幅と、上面と底面との間で延びる高さとを有しており、ピラーの高さは、ピラーの幅よりさらに大きい。空間は、複合アセンブリーを形成するように弾性物質で満たされている。
【００１６】
他の観点で、本発明は、音響エネルギーで物品を処理するための装置であって、トランスデューサーアセンブリーを含んでいる。トランスデューサーアセンブリーは、凹内面と凸外面とを有している伝達構造と、伝達構造の凹内面に接合されている凸底面を有している第１トランスデューサーと、伝達構造の凹内面に接合されている凸底面を有している第２トランスデューサーと、を含んでいる。活性の第２トランスデューサーは、非活性音響エネルギー領域が第１トランスデューサーと第２トランスデューサーとの間の伝達構造上に存在するように活性の第１トランスデューサーから離れている。
【００１７】
さらなる他の観点で、本発明は、音響エネルギーを発生させるための装置を製造する方法であって、支持物質のレイヤーを提供するステップと、接着物質のレイヤー上に圧電物質を位置させるステップと、隣接するピラー間に空間が存在するように圧電物質のピラーを切るステップと、複合アセンブリーを形成するように空間を弾性物質で満たすステップと、を含んでいる。
【００１８】
さらなる他の観点で、本発明は、物品を処理する方法であって、支持部上の物品を支持するステップと、凹内面と凸外面とを有している伝達構造と、伝達構造の凹内面に接合される凸底面を有している第１トランスデューサーと、伝達構造の凹内面に接合される凸底面を有している第２トランスデューサーと、を含んでおり、活性の第２トランスデューサーは、非活性音響エネルギー領域が第１トランスデューサーと第２トランスデューサーとの間の伝達構造上に存在するように活性の第１トランスデューサーから離れている、トランスデューサーアセンブリーを備えるステップと、トランスデューサーアセンブリーを支持部上の物品の表面に隣接するように位置させ、伝達構造の非活性音響領域を、物品の表面を向き合う向きで位置させるステップと、伝達構造の凸底面が物品の表面に流動的に結合されるように物品の表面に流体を適用するステップと、発生される音波が、トランスデューサーアセンブリーから遠ざかる、反射された音波となる、垂直ではない角度で物品の表面で伝えられるように第１及び／又は第２トランスデューサーを作動させるステップと、を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、従来のトランスデューサーの概略図である。
【図２】図２は、ノード及びアンチノードを有する、図１の従来のトランスデューサーによって発生される音波を示した概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の一実施形態に係る、ワックスベース上に支持されトランスデューサーを作り出すのに用いられる圧電気ピラーの配列の正面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの圧電気ピラーの配列の側面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ａの圧電気ピラーの配列の斜視図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の一実施形態に係る、弾性材料で満たされたピラー間に空間を有する図３Ａの圧電気ピラーの配列の側面図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、本発明の一実施形態に係る、図３Ｄに示されたように弾性物質で満たされたピラー間に空間を有する圧電ピラーを含む複合アセンブリーの側面図であり、ワックスベースが除去されている。
【図３Ｆ】図３Ｆは、本発明の一実施形態に係る図３Ｅの複合アセンブリーを組み込むトランスデューサーの側面図であり、伝達物質が底電極に接合されている。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の一実施形態に係る図３Ｆのトランスデューサーの概略図であり、電極は個々のピラーが音響エネルギー波を発生させているように電圧が与えられている。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の一実施形態に係る図３Ｆのトランスデューサーを示す概略図であり、電極は、ピラーの個々の音響エネルギー波が効率的に組み合わせられ平面波の特性を形成するように電圧が与えられている。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る複合トランスデューサーの側面図であり、インピーダンス整合レイヤーが加えられている。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係る、湾曲した複合トランスデューサーの横断側面図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態に係る音響処理システムの斜視図である。
【図８】図８は、斜視図のVIII-VIIIに沿う図７の音響処理システムのトランスデューサーアセンブリーの横断面図である。
【図９】図９は、望ましい寸法で設定されたものを示す、図８のトランスデューサーアセンブリーのダイヤグラムである。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態に係る音響処理システムの斜視図であり、小さい複合トランスデューサーアセンブリーが支持部ロッドによってウエハーの表面を横切って動いている。
【図１１】図１１は、本発明の第３実施形態に係る音響処理システムの斜視図であり、複合トランスデューサーアセンブリーは、ウエハーの全径を横切って延びている。
【図１２】図１２は、四角形パネルを処理する、図１１の音響処理システムの斜視図である。
【図１３】図１３は、本発明に係る湾曲した複合トランスデューサーが造られることができる、他の形状を示した図である。
【図１４】図１４は、本発明に係るトランスデューサーアセンブリーと３つの従来技術のトランスデューサー構成に対してウエハーに沿って多様な距離において発生される音響レベルを比較するグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１を参照すると、現在用いられている音響処理システムに用いられる典型的な従来のトランスデューサー１が示されている。産業において用いられる従来のトランスデューサー１の正確な形状及び向きは多様であるが、従来周知のトランスデューサー１はすべて、大きいフラットプレート構造である。このような従来のトランスデューサー１は、それらがプレートの対向する側の上で電極２、３によって駆動され圧電物質４がその固有の圧電効果によってオシレーションされる時に、結果として生じたオシレーションがフラットプレート構造の正確な形状に依存するマルチノードとなる傾向があるという問題点を有することが見出された。図２から見られるように、これは実際に複雑な音波５を送り出す。この音波５は不均一のエネルギーパターンを有している。
【００２１】
しかも、トランスデューサー１が、それの主表面が、処理される基板に平行になるように位置される場合（すなわち、音波５が基板の表面に直角の方向に伝えられる場合）、音波５は、ウエハーの表面に反射され、トランスデューサー１に向けて戻ってくる。これは、定常波を作り出す。事実上、定常波の問題は、音響エネルギー波がウエハーの表面に平行に伝達されるトランスデューサー配列にさえ存在すると考えられる。音響エネルギー波がウエハーに垂直である半径方向成分を有しているからである。
【００２２】
定常波は、ノードとアンチノードとからなっており、そのため、エネルギーの観点で、ウエハーを高いエネルギーポイントと低いエネルギーポイントの局地的な領域の影響を受けるようにさせる。トランスデューサー１に戻ってくる波は、トランスデューサー１の内に熱を消散させ、その結果、液体及び／又はガス、ある形態の冷却を要求する。冷却無しには、コンストラクションと連関されている要素の一部は、速く劣化されることがある。又、典型的なセラミックス又はクリスタル圧電物質のインピーダンスは、温度の関数として変化する。温度が電源（５０オーム負荷に固定された整合）に整合される温度から変化する場合、圧電物質は、物質内に熱として付加のエネルギーを消散させる。これは、トランスデューサー１をさらに加熱してインピーダンスにさらに大きい変化を引き起こす。チェックせずにそのまま置くと、これはトランスデューサー１の欠陷を引き起こす。
【００２３】
図３Ａ乃至図３Ｆを参照し、本発明の一実施形態に係る複合トランスデューサー１００とそのコンストラクションとが説明される。まず、圧電物質の典型的なフラットストックピース（flat stock piece）が備えられている（図示せず）。圧電物質は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換することができるセラミックス、クリスタル又はある他の物質であることができる。圧電物質のフラットストックピースは、その後、接着剤のようなワックスベース１０や他の支持物質上に置かれるようになる。一実施形態において、支持物質は、電極（後述）であることができる。支持物質は、以下で説明する支持機能を遂行することができるある物質又は構造である。
【００２４】
図３Ａ乃至図３Ｃのみを参照すると、フラットストック圧電物質がワックスベース１０ 上に配置される時に、圧電物質は、ＸとＹの平面をばらばらに切ることによって、圧電物質のピラー２０の配列を形成する。カッティング処理の間、鋸は、望ましくはワックスベース１０ではなくフラットストック圧電物質のみを切る。ワックスベース１０のピラー２０の保持は、ピラー２０の離隔される向きで、そして一般的に直立の向きで適所で行われる。複数の交差するチャンネルがピラー２０間に形成されており、そのため、隣接したピラー２０間にスペース３０を備えている。ピラー２０は、示された実施形態において、同一に離隔された配列構成にある一方、他の構成及び幾何学的パターンが達成されることができる。しかも、望ましくは、ピラー２０は、円筒形、放射形セグメント、目形状を含む、他の幾何学的な形状を採用することができる。混乱を避けるために、ピラー２０とスペース３０のうちいくつかのみに図面符号が付されている。
【００２５】
ピラー２０の各々は、それの底面２１とそれの上面２２との間の距離によって定義された高さＨを有している。又、ピラーの各々は、幅Ｗを有している。ピラー２０の高さＨは、幅Ｗよりさらに大きいことがいっそう望ましい。高さＨは、幅Ｗの二倍又はそれより大きいことがいっそう望ましい。ピラーの幅Ｗとスペース３０の幅とは、略同一であるか、又は、少なくとも同じ大きさである。他の実施形態において、スペース３０の幅は、ピラー２０の幅Ｗよりさらに小さいことが望ましい。
【００２６】
しかも、機能性の観点から、ピラー２０の幅Ｗとスペース３０の幅とは、複合トランスデューサー１００によって発生される音響エネルギー波の波長よりさらに小さいことが望ましい。例えば、１ＭＨｚ周波数で作動するピラー２０に対して、望ましい寸法は、ピラー２０の高さＨが略１.６ｍｍであり、ピラー２０の幅Ｗが略０.８ｍｍ又はそれ未満であり、周りのスペース３０の幅が活性領域で０.８ｍｍ又はそれ未満である。後述する他の実施形態において、音響的に活性領域を有していないことが望ましい。後述する活性及び非活性音響発生領域を作り出す多様な手段がある。
【００２７】
図３Ｄを参照すると、ピラー２０が造られる時、スペース３０は硬化性充填材４０で再び満たされる。一実施形態において、硬化性充填材は、望ましくは弾性物質４０である。硬化性充填材の他の例は、エラストマーとエポキシとを含む。充填材４０が硬化される時、ワックスベース１０は除去され、そのため、複合アセンブリー５０が、充填材４０によって分離される圧電素子のピラー２０によって形成されるようになる。複合アセンブリーは、図３Ｅに示されている。
【００２８】
図３Ｅを参照すると、複合アセンブリー５０は、底面５１と上面５２とを含んでいる。以下で詳細に説明されるように、複合アセンブリー５０が曲率を有するように形成されるか、又は、後に曲率を有する形状で作られることができる。
【００２９】
図３Ｆを参照すると、複合アセンブリー５０が所望の形状（示された実施形態でフラット）である時、電気導電物質は、複合アセンブリー５０の底面５１と上面５２とに適用され、そのため、電極６１、６２が形成される。その結果、本発明の一実施形態に係るトランスデューサー１００が形成される。電極６１、６２を形成するのに用いられる電気導電物質は、銀のような金属、電気導電エポキシ、又は圧電ピラー２０を励磁する電流を導電することができるある物質であることができる。
【００３０】
以下にさらに詳細に説明されるように、ある状況では、圧電ピラー２０のあるものやサブセットに単に電圧を与えることが望ましい。従って、電極６１、６２が複合アセンブリー５０の底面５１と上面５２との全体に適用されるように見える一方、他の実施形態において、電極６１、６２は、互いから電気的に絶縁された、選択された領域のみをカバーする（図６の実施形態で見えるものと同様）。
【００３１】
トランスデューサー１００が物品のウェット処理に関連して用いられる時、処理流体の不足及び／又は汚染を避けるように、処理流体からトランスデューサー１００（及びそれの電極）を遮蔽することが望ましい。これは伝達構造７０（一般的に示されている）をトランスデューサー１００に接合することによって達成されることができる。図３Ｆに示されているように、伝達構造７０は、トランスデューサー１００に直接的に接合されている。伝達構造７０は、非常に多様な物質、形状及び寸法を有するように造られることができる。意図された機能によって、伝達構造は堅固な構造又は薄いフィルム又はホイルであることができる。伝達構造７０に対して適切な物質は、意図された処理を促進する音響エネルギーを効率的に伝達することができるポリマー、石英、サファイア、窒化ホウ素非結晶炭化物、ステンレス鋼、又はある他の物質を含む。
【００３２】
一実施形態において、伝達構造７０は、ポリマーフィルムであることが望ましい。適切なポリマーは、Ｈａｌａｒ（ＥＣＴＦＥ）、 ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリスルホン、又は他のポリマーのような物質を含んでいる。ポリマーフィルムの厚さは、望ましくは０.１ｍｉｌ乃至１８ｍｉｌの範囲、さらに望ましくは１ｍｉｌ乃至５ｍｉｌの範囲であることができる。このようなポリマーフィルムは、処理流体に向けて低い表面張力を供給する物質の表面特性を改善するように化学的に処理されることができるか、又は製造されることができる。
【００３３】
図４Ａを参照すると、音響エネルギーを発生させるように電圧が与えられるトランスデューサー１００が概略的に示されている。電気が、電気のソースに作動可能に接続されているワイヤによって電極６１、６２に供給される。電気は、圧電ピラー２０の各々によって独立的な音波８０に変換される。見られるように、ピラー２０は、独立的なピストンとして作用し、その高さＨに実質的に平行の方向に、それ自体の独立的な音波８０を各々発生させる。
【００３４】
しかし、図４Ｂから見られるように、音波８０の全体的な効果は、アンチノードとノードとがない平面波を送り出すことである。ピラー２０が圧電効果によってそれらの軸方向に（すなわち、それらの高さＨに沿って垂直に）延びる時、ピラー２０はポアソン比によって左右方向に（すなわち、それらの幅Ｗに沿って水平に）収縮する。同様に、ピラー２０が圧電効果によってそれらの軸方向に収縮する時、ピラー２０はポアソン比によって左右方向に膨脹する。しかし、スペース３０は、弾性物質で満たされているため、左右方向に発生させられるいずれの波も非常に弱くなるか、又は除去される。これは、実際にトランスデューサー１００の表面から平面波を送り出す。
【００３５】
上述したように、ピラー２０は、音響的に活性領域及び音響的に非活性領域を作り出すように独立的に電圧が与えられることができるか、又は、サブセットでグループ化されることができる。対向する電極を有していないか、又は対向する電極に電圧が与えられていないピラー２０は、圧電効果を有しておらず、音波を送り出さない。従って、音響的に活性領域の規模は、所望の正確な状況に合わせられることができる。さらに、トランスデューサー１００（又はデバイスが用いられるアセンブリー）の領域が、音響的に活性であることが要求されない場合、このような部分は、複合アセンブリーから除去されて弾性物質が満たされるか又は空洞として残される圧電ピラー２０を有することができる。
【００３６】
図５を参照すると、トランスデューサー１００の実施形態が示されており、整合レイヤー７５が伝達構造７０と電極との間に加えられている。整合レイヤー７５（又はレイヤー）は、望ましくは、音響エネルギーを処理流体に伝達する間にエネルギー損失を減少させるインピーダンス整合レイヤーとして作用するように選択される。言い換えて、整合レイヤー７５は、音波が伝達流体に効率的に結合されインターフェースで反射されないように音響的に設計されている。例えば、音響的透過性を有するＶＡ波エポキシ整合レイヤー（略 0.029"）と、音響透過性のある非常に薄いポリマー（Ｈａｌａｒフィルム）が整合レイヤー７５と伝達構造７０として各々用いられることができる。設計多様性において、外部のポリマーフィルム厚さが増加されて音響レイヤーの部分として見えることによって、そのようになると、ポリマーフィルムは整合レイヤーとして含まれ、すべてのレイヤー厚さ及び特徴は、音響エネルギーを圧電ピラー２０から処理流体に効率的に伝達するように調整される。
【００３７】
図６を参照すると、曲率半径を有するトランスデューサー１００が本発明の一実施形態に係って示されている。物品のある処理適用においては、トランスデューサー１００が音響エネルギー制御及び物品との流体カップリングを達成する湾曲した形状を取ることが望ましい。
【００３８】
図６の湾曲したトランスデューサー１００は、上記で言及したステップの間、曲率半径を有する複合アセンブリー５０を形成するか、又はフラット形状に形成された直後の複合アセンブリー５０を操作することによって形成されることができる。電極６１、６２と伝達構造７０（そしてある整合レイヤー）とは、湾曲が形成される前や後に複合アセンブリー５０に接合されることができる。図６において、このような物質は、湾曲を形成する前に接合される。他のコンストラクションの手順として、複合アセンブリー５０が単独に湾曲した形態に形成されることができ、その後、電極６１、６２と伝達構造７０（そして、インピーダンス整合レイヤーがある場合）とが、後のステップで接合されることができる。伝達構造７０は、湾曲形成の処理後にアセンブリーの次のステップで典型的に含まれている。
【００３９】
伝達構造７０は、凸外面７１と凹内面７２とを含んでいる。トランスデューサー１００は、凹内面７２に接合されている。図に示すように、上端電極６２は、複合アセンブリー５０の上面上の２つの絶縁された地域として適用されている。従って、トランスデューサーが電気信号を電極６１、６２に適用することによって電圧が与えられる時、電極６２によって覆われる唯一のそのようなピラー２０は、音響エネルギーを発生させ、そのため、２つの分離された、音響的に活性領域Ａ、Ｂとなる。なぜなら、複合アセンブリー５０の中心領域は、その領域で電極６２がないことの結果として電気信号を受けないため、その領域でピラー２０は音響エネルギーを発生させず、その結果、音響的に非活性領域Ｃとなる。音響的に活性領域Ａ、Ｂは、非活性領域Ｃによって音響的に円周方向に分離されている。
【００４０】
活性の圧電ピラー２０を作り出す電極６１、６２のパターンは、音響エネルギーパターンをある所望の構成に変えるように変更されることができる。又、減少される電極パターン領域は、与えられた領域で効率的な音響強度を減少させることができる。しかも、音響エネルギーが要求されない複合アセンブリー５０の領域は、その領域で電極を省略することによって非活性的になることができるだけでなく、又、その領域がパワーを受けない電極を有することができ、又は、このような領域は、除去され及び／又は空洞として残されるか又は弾性物質で取り替えられた複合アセンブリー５０を有することができる。他の実施形態で、圧電ピラー２０はグループ化されることができ、各々のグループはその自分の電極６１、６２とパワー／コントロールワイヤとを有する。これは、ピラー２０の各々のグループが外部のコントローラーによって独立的に制御されることを許容する。これはピラーの各々のグループがその自分のパワーレベル、駆動周波数、オン／オフサイクルタイムを有するように許容する。他の実施形態で、外側の電極は、多数の領域に分けられることができる。各々の電極は、その自分のパワー／コントロールワイヤを有している。これは、デバイスの活性領域を制御するための他の方法である。
【００４１】
図７を参照すると、フラット物品４００を処理するためのメガソニックシステム１０００が示されている。メガソニックシステム１０００は、物品が一般的に水平方向に支持され回転されるロータリー支持部（図示せず）を含んでいる。又、メガソニックシステム１０００は、物品４００の上面４０１に隣接し対向するように位置されたトランスデューサーアセンブリー２００を含んでいる。トランスデューサーアセンブリー２００は、ブロック２１０で一般的に示された、支持メカニズムによって片持ち梁方式で支持されている。必要に応じて、支持メカニズムは並進運動及び／又はピボット運動を可能とすることができる。トランスデューサーアセンブリー２００は、物品の表面４０１に十分に接近して支持されているため、ディスペンサー３００がウエハーの表面に液体を適用する時に、液体の液体フィルムがトランスデューサーアセンブリー２００を表面４０１に結合し、トランスデューサーアセンブリー２００によって発生される音響エネルギーが、物品４００に伝達されることができる。そのようなシングル−物品の音響−補助処理システムの一般的な概念は、従来技術で知られており、そして、米国特許第６，６８４，８９１号（発明者: Mario Bran）に開始されており、それの全体が参照としてここに取り込まれる。
【００４２】
トランスデューサーアセンブリー２００は、物品４００の表面４０１に実質的に平行に支持されている。トランスデューサーアセンブリー２００は細長い棒状のプローブとして示されているが、本発明は、これに限られるものではない。トランスデューサーアセンブリーは、多様な形状、向き及び構造配列を取ることができる。
【００４３】
図８を参照すると、トランスデューサーアセンブリー２００の横断面図が示されている。トランスデューサーアセンブリー２００は、インピーダンス整合レイヤー７５が組み込まれており伝達構造７０が本実施形態で管状エレメントの形状であるということを除くと、上記した図６に図示される湾曲したトランスデューサーを組み込んでおり、伝達構造７０は、デバイス内で音響的に役割を果たさない支持構造９０を越して延びる保護ポリマーフィルムであるが、堅固さと構造的な強化とを供給する。他の実施形態で、伝達構造７０は、支持のための、必要な構造的な強化を提供するように十分に堅固な物質及び／又は厚さで造られることができる。例えば、伝達構造７０は、石英、サファイア、溶融シリカ、又は工程で用いられる化学薬品及び／又は液体に不活性である他の物質で造られることができる。
【００４４】
伝達構造７０は、円筒状のチューブ形状であり、外面７１と内面７２とを含んでいる。勿論、伝達構造７０は、レンズ、湾曲プレート、パーシリンドリカルトラフなど、他の湾曲した実施形態を取ることができる。
【００４５】
電気ワイヤ６３、６４は、電極６１、６２に作動可能に接続されており、トランスデューサーアセンブリー２００を通して外部に送られ、そこでそれらが電気信号のソースに接続されている。電気のソースは、音響エネルギーの波８０を発生させる複合トランスデューサー１００の活性領域Ａ、Ｂに位置される圧電ピラー２０を駆動する電気信号を供給する。望ましくは、音響エネルギーの波８０は、メガソニック範囲にある周波数、さらに望ましくは、５００ＫＨｚと５ＭＨｚとの間の範囲の周波数を有している。
【００４６】
複合トランスデューサー１００は、底円周の一部で伝達構造７０の内面７２に接合されているため、複合トランスデューサー１００の音響的に活性区域Ａ、Ｂによって発生される音響エネルギーの波８０が、物品表面４０１上の液体３１０のレイヤー内に伝達される。トランスデューサーアセンブリー２００と、圧電ピラー２０の音響的に活性区域Ａ、Ｂ間の円周の空間との回転向きの組み合わせによって、音響エネルギーの平面波８０は、液体レイヤー３１０を通して斜めに物品４００の表面４０１に伝達するため、波８０がトランスデューサーアセンブリー２００に再び反射されない。代りに、波８０は、物品４００に反射され、トランスデューサーアセンブリー２００から遠く被害を与えないように曲がりながら進む。
【００４７】
言い換えて、電気的に活性の２つの上側縁の上に単にそのようなピラー２０を有することによって、このようなピラー２０から送り出される音波はトランスデューサー１００に再び反射されず、そのため、定常波を抑制する。定常波を発生させるピラー２０（音響的に非活性領域Ｃでのもの）は、電極と電気的に接続されていない。
【００４８】
伝達構造７０は内部キャビティー９５を形成し、空気又は他のガスが満たされる空洞として残すことができるか、又はこのコンストラクション内にトランスデューサー１００の後部に適用されることができる音響エネルギーを減衰させる減衰物質で満たされることができる。減衰物質の存在は、ある所望しない音響エネルギーを抑制する。伝達構造７０は、液体３１０がキャビティー９５を貫通することができず、キャビティー９５の内側の物質が液体３１０と潜在的に物品とを汚染させようと外側に出ることができないようにシールされている。ここで、物品は、精密構造を有する半導体ウエハー又はソーラーパネルであることができる。
【００４９】
又、伝達構造７０の外面が伝達液体３１０に対して低い表面張力を有するように処理されるか、又は変更されることが望ましく、その結果、最小限の部分的なウェティングが起こる。エアポケット、バブル、又は空洞は、トランスデューサーに戻る音響エネルギーの反射を引き起こす。
【００５０】
図７及び図８を同時に参照して、システム１０００を用いる半導体ウエハー４００をクリーニングする方法が説明される。まず、半導体ウエハー４００は、一般的に水平向きに支持されている、回転可能な支持部上に位置されている。ウエハー４００が、その後、矢印で示すように回転される。液体媒質３１０は、その後、ディスペンサー３００を通してウエハー４００の上面４０１上に分配される。液体は、ＤＩウォーター、ＤＩウォーターをオゾン処理したＳＣ１、ＳＣ２のように、ウエハーを処理するのに用いられるある化学薬品、溶液などであることができる。
【００５１】
トランスデューサーアセンブリー２００がウエハーの表面４０１に隣接して位置されているため、小さいギャップが伝達構造７０の底とウエハー４００の表面４０１との間に存在する。トランスデューサーアセンブリーは、ウエハー４００の半径よりさらに大きい。例えば、３００ｍｍシリコンウエハーに対して、トランスデューサーアセンブリー２００は、活性音響長さ１５０ｍｍを有する２４０ｍｍの長い棒である。
【００５２】
ウエハー４００が回転することによって、表面４０１に供給される液体３１０は、トランスデューサーアセンブリー２００をウエハー４００に流動的に結合する液体３１０のレイヤーを形成する。電気は、その後、活性領域Ａ、Ｂでピラー２０を励磁するワイヤ６３、６４を通して供給され、そのため、所望の周波数とパワーレベルとで音響エネルギー波８０を発生させる。音響エネルギーの波８０は、その後、傾斜方式でトランスデューサーアセンブリー２００を通して外方に伝達され、液体レイヤー３１０に入って、結局はウエハーの表面４０１と接触する。トランスデューサーアセンブリー２００の下のチャック上のウエハー４００を回転させることは、表面４０１の完全な音響の範囲を提供する。音響エネルギー波８０は、ウエハーの表面４０１から粒子を除去し、そのため、クリーニングを達成する。
【００５３】
図９から見られるように、音響的に活性領域Ａ、Ｂは、少なくとも４５度又はそれ以上の、音響的に非活性領域Ｃによって分離されている。これは、波８０がトランスデューサーアセンブリー２００に再び反射されないということを保証する。勿論、非活性領域Ｃのサイズは、構造の湾曲及び他の特徴によって影響を受ける。さらに、伝達構造７０の外面７１と内面７２とが湾曲した表面として見える一方、本発明の傾斜波の適用技術は、互いに対して傾斜した平らな表面を用いることによって果たされることができる。従って、「湾曲した、凸、凹」という用語は、実施形態をカバーするために意図されるものであり、平らな表面は、同一の効果を達成するために互いに対して角を成すように向いている。
【００５４】
図１０を参照すると、本発明に係るシステム２０００の第２実施形態が示されている。本の実施形態で、複合トランスデューサーアセンブリー２００は、第１システム１０００のトランスデューサーアセンブリーの短いセグメントである。この短いセグメントトランスデューサー２００は、回転チャックを放射状に横切る支持アーム９０に取り付けられている。放射状スキャンは、トランスデューサーが外側縁に向けて動くことによって、増加するウエハーの領域を占めるようにプログラムが作成されることができる。音響伝達媒質３１０は、流体カップリングを達成するように、上述したようにウエハーの表面４０１ 上に分配される。音響デバイス２００は、活性音響長さ２０ｍｍを有する２４ｍｍの長い棒である。
【００５５】
図１１及び図１２を参照すると、本発明に係るシステム３０００の第３実施形態が示されており、他の形状の物品が処理される。本の実施形態で、複合トランスデューサー２００は、処理されるオブジェクト４００の全径（又は幅）に対応している。トランスデューサー２００は、適所で保持されることができ、オブジェクト（ウエハー、プレートなど）は、トランスデューサー２００の下側で線形にスキャンされることができる。音響伝達媒質は、ウエハー／プレート表面上に分配される。
【００５６】
各々の例で、所望の目標は、音響エネルギーが粒子を除去するように十分なエネルギーを依然として有しており、表面に適用される音響エネルギーから構造損傷を抑制することである。又、複合圧電物質を用いると、多くのセグメント（複合パターンを延ばす）で構成されたトランスデューサーを作り、その長さが原則的にある寸法であるようにすることが可能である。しかも、一般的な形状は、円形のロッドであることが要求されず、デバイスの形状において他の変形は、図１３に図示されるように、デバイスの特徴を向上させることができる。
【００５７】
本発明の望ましい実施形態の説明は、図示と説明の目的のために示されたものである。これは、完全であると意図されず、又は、開始された正確な形態で本発明を制限することが意図されない。多くの変更及び変形が上記内容を考慮して可能である。本発明の範囲は、上記詳細な説明によらず、後述する特許請求の範囲によって限られることが意図される。
出願当初の請求項２３に記載の装置は、
音響エネルギーで物品を処理するための装置であって、
凹内面と凸外面とを有している伝達構造と、
前記伝達構造の前記凹内面に接合されている凸底面を有している第１トランスデューサーと、
前記伝達構造の前記凹内面に接合されている凸底面を有している第２トランスデューサーと、
を含むトランスデューサーアセンブリーを含んでおり、
活性の前記第２トランスデューサーは、非活性音響エネルギー領域が前記第１トランスデューサーと前記第２トランスデューサーとの間の前記伝達構造上に存在するように活性の前記第１トランスデューサーから離れている。
出願当初の請求項２４に記載の装置は、請求項２３に記載の装置であり、
前記第１トランスデューサーと前記第２トランスデューサーとは、前記凹内面の少なくとも４５度、互いから離れている。
出願当初の請求項２５に記載の装置は、請求項23に記載の装置であり、
処理される物品を支持するための支持部と、
前記物品の表面に流体を適用するための導管と、
をさらに含み、
前記トランスデューサーアセンブリーは、前記流体が前記導管によって前記物品の前記表面に適用される時に前記伝達構造の前記凸底面が前記物品の前記表面に流動的に結合されるように、前記物品の前記表面に隣接し向き合うように位置されており、
前記トランスデューサーアセンブリーは、前記伝達構造の前記非活性音響領域が前記物品の前記表面を向けるようになっている。
出願当初の請求項２６に記載の装置は、請求項２５に記載の装置であり、
前記支持部は、回転可能な支持部である。
出願当初の請求項２７に記載の装置は、請求項２５に記載の装置であり、
前記支持部は、並進運動支持部である。
出願当初の請求項２８に記載の装置は、請求項２５に記載の装置であり、
前記トランスデューサーアセンブリーは、前記第１トランスデューサーと前記第２トランスデューサーとによって発生される音波が前記トランスデューサーアセンブリーから遠ざかる、反射された音波となる、垂直ではない角度で前記物品の前記表面に伝えられるように向いている。
出願当初の請求項２９に記載の装置は、請求項２３に記載の装置であり、
前記第１トランスデューサーと前記第２トランスデューサーとの各々は、圧電物質で造られる複数のピラーを含んでいる複合アセンブリーによって形成されており、
前記ピラーは、隣接したピラー間に空間が存在するように離隔方式で配列されており、幅と、上面と底面との間で延びる高さとを有しており、
前記ピラーの前記高さは、前記ピラーの前記幅よりさらに大きく、
前記空間は、複合アセンブリーを形成するように弾性物質で満たされている。
出願当初の請求項４４に記載の方法は、
物品を処理する方法であって、
支持部上の物品を支持するステップと、
凹内面と凸外面とを有している伝達構造と、前記伝達構造の前記凹内面に接合される凸底面を有している第１トランスデューサーと、前記伝達構造の前記凹内面に接合される凸底面を有している第２トランスデューサーとを含んでおり、活性の前記第２トランスデューサーは、非活性音響エネルギー領域が前記第１トランスデューサーと前記第２トランスデューサーとの間の前記伝達構造上に存在するように活性の前記第１トランスデューサーから離れている、トランスデューサーアセンブリーを備えるステップと、
前記トランスデューサーアセンブリーを前記支持部上の前記物品の表面に隣接するように位置させ、前記伝達構造の前記非活性音響領域を前記物品の前記表面を向き合う向きで位置させるステップと、
前記伝達構造の前記凸底面が前記物品の前記表面に流動的に結合されるように前記物品の前記表面に流体を提供するステップと、
発生される音波が、前記トランスデューサーアセンブリーから遠ざかる、反射された音波となる、垂直ではない角度で前記物品の前記表面に伝えられるように第１及び／又は第２トランスデューサーを作動させるステップと、
を含んでいる。
出願当初の請求項４５に記載の方法は、請求項４４に記載の方法であって、
前記第１トランスデューサーと前記第２トランスデューサーとの各々は、圧電物質で造られる複数のピラーを含む複合アセンブリーによって形成され、
前記ピラーは、隣接したピラー間に空間が存在するように離隔方式で配列されており、
前記ピラーは、幅と、上面と底面との間で延びる高さとを有しており、
前記ピラーの前記高さは、前記ピラーの前記幅よりさらに大きく、
前記空間は、複合アセンブリーを形成するように弾性物質で満たされている。
出願当初の請求項４６に記載の方法は、請求項４４に記載の方法であって、前記支持部は、前記物品の回転又は並進が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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