CN103492092A - 改进的超声处理方法和装置 - Google Patents
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Abstract
用于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使用运行在千兆声波域中的压电式换能器。谐振器组件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。
Description
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
图9示意性地描绘了装备有根据前述实施方式中任一实施方式的声波谐振器组件的用于单个晶片湿法处理的装置。
具体实施方式
当高频谐振器接触液体时，该液体的强流出现在谐振器的振动部件的前面。这些流被称为声流或更具体地被称为爱卡（Eckart）或瑞利（Rayleigh）流，因为它们源自由流体中的声波干扰引起的二阶效应。
这种声流促进下列现象：
1）启动或维持流，这有利于输送或混合；
2）增强接触面处的扩散受限反应，这有利于电化学反应（比如Cu的沉积）、蚀刻、冲洗；以及
3）在接触面处产生剪应力，这可例如导致颗粒污染从表面被去除。
用于根据本发明的谐振器的操作频率优选地被选择在100MHz到5GHz的范围内且操作功率达到10W/cm2。在这些较高的频率和这些功率电平下，在谐振器和衬底之间的液体中基本上没有空穴发生。这种空穴会对工艺产生负面影响，如前面所讨论的。
在该实施例中，高频谐振器是一种设备，其将电能转变成机械能。这意味着振荡电信号会使恰当选择的压电材料经历几何变化方面的振荡。如果充分耦合，则压电材料的位移会在相邻媒介中激起声波。该波会从谐振器传播到所述媒介中。当该声波传播穿过所述媒介时，它们可被吸收。结果，从声场吸收的动量会将自身显示为液体在声场方向上的流，将其称为声流。
流速适用于大多数类型的流体并跨越与声波强度和声波衰减系数成比例的大的频率范围。声波衰减系数α可表示为：
α=ω2/(2ρ0c0 3)[4/3μ+μ′]
其中ω是角速度，ρ0是液体密度的平衡值，c0是声波的平衡速度，μ是剪切粘度且μ′是膨胀粘度。因此，高流速会需要高频率谐振器。结合大约100μm到1000μm或更大的可接受的衰减长度，100MHz和5GHz之间的频率是最适合的。
通常，具有达到1m/s的速率的流旋涡可被产生，且这靠近衬底（<100μm），从而在衬底导致极高的剪切率（高于10000l/s）。这些旋涡在增强扩散受限工艺（比如一些蚀刻工艺和大多数电化学工艺）以加速冲洗工艺（从而将污染物传输离开衬底）以及从衬底去除颗粒污染的过程中起到重要作用。
现在参考附图，图1示出了第一种实施方式的换能器板的示意性侧视图。声波谐振器层叠150被设置为与衬底100相邻。衬底100可以是例如放置在用于单个晶片湿法处理的工艺模块中的300mm半导体晶片。谐振器主体110和衬底之间的距离d1通常在100μm到1000μm之间变化并用液体140填充（例如，500μm，但出于说明的目的，该距离在图1中被放大了）。声波谐振器层叠150包括可以是例如蓝宝石、硅或石英的谐振器主体110，且在背面上存在夹在两个电极120之间的可以是例如氮化铝、PZT（锆钛酸铅）、铌酸锂或氧化锌的压电材料层160。当这种声波谐振器层叠被电力驱动时，在所述液体中产生声波，并因此在所述液体中出现声流130。
本文提及的谐振器主体或谐振器板意味着从压电层向处理液发射超声波的固体构件。本文所称诸如谐振器岛之类的部件也可被称为谐振器区域，且这些术语一般意指只覆盖谐振器的部分而非整个谐振器的压电层。压电层通常包括具有压电性质的多个层，且也可被称为压电层叠（stack）。因此，声波谐振器组件包括主体（或板）、压电层、以及用于电气搅动压电层的两个相对的电极。术语换能器一般是指谐振器板和压电层叠。
主体110具有优选的厚度，范围从20μm（为了确保该器件的足够的机械强度）至675μm（可获得衬底的厚度），在该实施例中使用500μm厚的蓝宝石。
每一个声波谐振器层叠150通常由主体、电极和压电材料构成。如前面所讨论的，主体可由蓝宝石、硅、石英或者这些材料的组合制成，此外，石英薄层可任选地被沉积在蓝宝石的正面和/或背面上。电极通常由铝、铜、钨、钼或铂/钛制成，而压电材料可例如是ZnO、AlN、GaAs或PZT。因此，许多不同的层叠可通过组合这些不同的材料而创建。
谐振器层叠150可使用在电信领域中使用的联系体声波（BAW）滤波器进行描述的技术来制造，更特别地，使用联系薄膜体声波谐振器（FBAR）进行描述的技术来制造。
替代地，两个电极120可被设置在压电层160的同一侧上，在这种情况下，它们优选地被配置为叉合阵列（interdigitated array），如联系电信领域中的表面声波（SAW）滤波器所描述的。
图2a和图2b示出了谐振器板的替代实施方式，其中声波谐振器层叠250包括许多小型压电岛220。所述岛，如图3中所示，通常设定尺寸在约150μm乘150μm且以串联的阵列进行二维排列。多个这种岛的尺寸有利地上达约1cm乘1cm。
压电岛220通常通过将在小的定义区域的沉积电极和它们之间的电气连接件图案化在主体210上而产生，如图3中更详细示出的。每一个岛可将声波发射到存在于衬底200和声波谐振器层叠250之间的液体240中。这会引起声流230的产生。
图3示出了作为换能器板300的部件的三个独立的谐振器岛305的横截面。每一个岛具有150μm×150μm的典型宽度且通过图案化沉积电极303而创建。为了以串行或并行方式电力驱动所述岛，所述图案化还包括各个岛之间的电气连接件304的形成，电气连接件304彼此分隔50μm的距离。
在该实施例中，电极303a和303b由铝制成且被溅镀并图案化在由Al2O3（蓝宝石）制成的主体301上。AlN（氮化铝）被沉积为压电材料302且再被另一图案化的铝层覆盖。
如果所述电极是由铜而非铝制成，则所述电极和至所述电极的连接件有利地通过首先在形成于由蓝宝石之类制成的主体上的绝缘层中形成相应的通孔和沟槽进行制造。接着用铜填充所述通孔和沟槽且多余的铜由CMP移除，如已联系用于在半导体器件中制造互连层的双镶嵌技术（dual damascene techniques）所描述的。
如上所述，根据本发明的换能器阵列可通过基于用于制造BAW滤波器的那些技术的技术进行制造，如例如在Lakin的“薄膜谐振器技术”（IEEE 2003 FCS-EFTF Paper We1A-4（2003））中所描述的。
在第一步骤中，使用蓝宝石晶片（500μm的厚度）作为主体，在该主体上沉积100nm的SiO2。在下一步骤中，300nm的铝膜通过DC溅射被沉积在该SiO2层上并对应于谐振器的所设计的下电极图案303a进行图案化，成为互连线304a和有源区域。
在后续的步骤中，AlN层通过RF溅射被沉积作为谐振器。谐振器层的厚度优选地被选择为将在液体媒介中产生的声波的波长的大约一半，或者该半波长的奇数倍，在该实施例中，该半波长的厚度是约3μm。谐振器层的厚度在它的整个表面上优选地基本恒定。
在接下来的步骤中，另一300nm的铝层通过DC溅射被沉积作为第二电极层303b，并根据上电极图案进行图案化，以产生第二组互连线304b和有源区域303b。
然后，电极303可直接连接到频率发生器。
表1中给出了沉积的换能器层叠的材料的实施例：
表1
| 实施例 | 主体 | 电极 | 互连线 | 谐振器层 |
| 1 | 蓝宝石 | Al | Al | AlN |
| 2 | 硅 | Al | Al | AlN |
| 3 | 石英 | Al | Al | AlN |
| 4 | 蓝宝石 | Al | Al | PZT |
| 5 | 硅 | Al | Al | PZT |
| 6 | 石英 | Al | Al | PZT |
| 7 | 蓝宝石 | Al | Al | ZnO |
| 8 | 硅 | Al | Al | ZnO |
| 9 | 石英 | Al | Al | ZnO |
主体、电极和压电层的图案化可各自通过光刻工艺执行，所述光刻工艺涉及形成使待移除区域暴露的掩模。之后，通常通过干法蚀刻（如等离子体蚀刻）移除所述待移除区域。
图4示出了由一系列谐振器400（全部都在1.9GHz同时驱动）在液体460中产生的声流430。荧光颗粒被添加到该液体流，以便使该系统的流体力学原理可视化。在谐振器上面，可观察到尺寸约100μm的许多旋涡。每一个旋涡代表谐振器的一个压电岛。
图5示出了用于主体的替代配置。由限定量的谐振器组成的特超声构建块560（hypersonic building block）以特定的角度（相对于衬底500在0到45度之间）倾斜。这可在液体540中在优先方向上创建例如大规模的串流效应570（streaming effect）。
图6是具有一系列特超声构建块640的主体600的实施例，其包括一或多个谐振器。衬底W围绕轴M旋转，其面向上面的主表面平行于固体构件且面向谐振器。另外，工艺液体入口602可被并入主体600中以供应所需数量的工艺液体。
图7中给出了一个替代设计，其中主体700具有一系列特超声构建块740，其包括一或多个谐振器。当衬底在谐振器上面或下面在直线M上移动时，并入主体700中的一系列工艺液体入口702和工艺液体出口703使得衬底W能润湿和去湿。
图8示出了扩散受限非均相反应831的实施例。在第一步骤中，试剂1穿过液体840朝固体表面800扩散832且其发生反应831以形成产物2。在接下来的步骤中，产物2自所述表面扩散离开832。如果该反应是扩散受限的，则由谐振器810产生的声流833的存在会增强试剂1朝所述表面的扩散以及产物2自所述表面的扩散离开。
图9示意性地描绘了谐振器阵列920，其可如同联系前述实施方式中的任一实施方式或者根据本发明的其他实施方式所描述的那样进行构建，其相对于衬底W进行设置，所述衬底W在该实施例中是半导体晶片，例如300mm半导体晶片。晶片W被置于旋转卡盘900上，旋转卡盘900进而被安装在用于单个晶片湿法处理的工艺模块910内。
频率发生器915驱动声波谐振器组件920的压电元件。如果声波谐振器组件装有如前所述的液体供应开口，则915也可构成这些开口的液体源。
参考例如图1的实施方式，当被安装在如图9所示的装置中时，工艺液体140会存在于晶片W的上表面和主体150面向下面的表面之间的空间中，而声波谐振器组件面向上面的表面会优选地被暴露于处理室中的气态环境且不被浸没在工艺液体中。
如上所述，优选的是，衬底和声波谐振器组件之间的距离在100μm到1000μm之间。如果谐振器和衬底之间的距离过大（例如，数毫米），则由GHz级的谐振器引起的声流不能对非均相工艺（比如清洗、蚀刻和沉积）施加所希望的影响。
本发明上述的实施方式允许对将靠近衬底的小的液体容积空间内的具有高速率的串流引入到衬底进行控制，无需尽可能多的移动部件，例如，喷嘴或泵，且无需存在声波刺激气泡，其会遮蔽一些待处理区域或者在瞬态空化情况下有损衬底的表面或在衬底上存在的结构。
要理解的是，本文所示的前述记载和具体实施方式对本发明及其原理仅仅是说明性的，且本领域技术人员可容易地进行修改和添加而不背离本发明的精神和范围，所以，可以理解，本发明的精神和范围只受限于所附权利要求的范围。
Claims (15)
1.一种用于处理衬底的装置，其包括：
用于所述衬底的保持器；
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；和
声能的源，其能够为所述声波谐振器组件供应具有至少约100MHz的频率的声能。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述保持器是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。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述声能的源为所述声波谐振器组件供应具有至少500MHz的、优选地至少1GHz的、且更优选地在从500MHz到5GHz的范围内的频率的声能。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述声波谐振器组件包括具有从200nm到20微米的、优选地从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层。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述声波谐振器组件相对于所述保持器进行设置，使得当衬底被所述保持器支撑时，所述预定距离在从100μm到1000μm的范围内。
6.根据权利要求4所述的装置，其中所述至少一个压电层是包括选自由AlN、锆钛酸铅（PZT）、ZnO和GaAs组成的组中的至少一种压电材料的多个层，所述多个层被耦合到面向所述保持器的谐振器板；其中所述多个层与成对的电极接触，其中第一电极被设置在所述多个层的一侧上，而第二电极被设置在所述多个层的相对侧上。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述谐振器板包括选自由蓝宝石、硅和石英组成的组中的至少一种材料。
8.一种用于处理衬底的方法，其包括：
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。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述保持器是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。
10.根据权利要求8所述的方法，其中将具有至少500MHz的、优选地至少1GHz的、且更优选地在从500MHz到5GHz的范围内的频率的声能供应给所述声波谐振器组件。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述声波谐振器组件包括具有从200nm到20μm的、优选地从500nm到10μm的、且更优选地1-5μm的范围内的厚度的至少一个谐振器岛。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述预定距离小于0.2mm，且优选地在从100μm到1000μm的范围内。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述至少一个谐振器岛被耦合到面向所述保持器的谐振器板，且其中所述谐振器板包括选自由蓝宝石、硅和石英组成的组中的至少一种材料。
14.根据权利要求9所述的方法，其中所述处理液是选自由去离子水、酒精、酸和碱组成的组中的用于清洗所述半导体晶片的表面的液体。
15.根据权利要求9所述的方法，其中所述处理液是含有金属离子的、优选地是铜离子的溶液，以用于将金属，优选地是铜，电沉积到所述半导体衬底的表面上。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107570482A (zh) * | 2017-07-06 | 2018-01-12 | 天津大学 | 界面的非特异性吸附物的去除装置及方法 |
| CN110711739A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-01-21 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种用于深紫外CaF2光学基底的清洗方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8957564B1 (en) * | 2010-06-29 | 2015-02-17 | Silicon Light Machines Corporation | Microelectromechanical system megasonic transducer |
| US20150144502A1 (en) * | 2013-11-27 | 2015-05-28 | The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona | Electrochemically-assisted megasonic cleaning systems and methods |
| US20200294821A1 (en) * | 2019-03-14 | 2020-09-17 | Chen-Hao WU | Post cmp cleaning apparatus and post cmp cleaning methods |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1092783A (ja) * | 1996-09-10 | 1998-04-10 | Shibaura Eng Works Co Ltd | 超音波振動装置およびそれを用いた超音波洗浄装置 |
| CN1371531A (zh) * | 1999-08-27 | 2002-09-25 | 产品系统公司 | 化学惰性的兆赫声波换能器系统 |
| WO2004103014A2 (en) * | 2003-05-09 | 2004-11-25 | The Crest Group, Inc. | Advanced ceramics in ultrasonic transducerized devices |
| CN1655884A (zh) * | 2002-03-29 | 2005-08-17 | 兰姆研究有限公司 | 使用兆频超声波换能器谐振器的原位局部加热 |
| CN1750892A (zh) * | 2003-02-20 | 2006-03-22 | 兰姆研究有限公司 | 图案化基板之百万赫超音波清洗方法与设备 |
| CN1809913A (zh) * | 2003-06-24 | 2006-07-26 | Sez股份公司 | 湿处理盘状基片的部件和方法 |
| CN1871768A (zh) * | 2003-10-30 | 2006-11-29 | 阿瓦戈科技通用Ip(新加坡)股份有限公司 | 具有增强的共模抑制的薄膜声耦合变压器 |
| JP2009082900A (ja) * | 2007-09-10 | 2009-04-23 | Kazumasa Onishi | 超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法 |
| WO2010066081A1 (en) * | 2008-12-12 | 2010-06-17 | Acm Research (Shanghai) Inc. | Methods and apparatus for cleaning semiconductor wafers |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6039059A (en) | 1996-09-30 | 2000-03-21 | Verteq, Inc. | Wafer cleaning system |
| US5938612A (en) | 1997-05-05 | 1999-08-17 | Creare Inc. | Multilayer ultrasonic transducer array including very thin layer of transducer elements |
| TW499329B (en) * | 1999-09-17 | 2002-08-21 | Product System Inc | Chemically inert megasonic transducer system |
| US7105985B2 (en) * | 2001-04-23 | 2006-09-12 | Product Systems Incorporated | Megasonic transducer with focused energy resonator |
| US6720844B1 (en) | 2001-11-16 | 2004-04-13 | Tfr Technologies, Inc. | Coupled resonator bulk acoustic wave filter |
| US7358831B2 (en) | 2003-10-30 | 2008-04-15 | Avago Technologies Wireless Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Film bulk acoustic resonator (FBAR) devices with simplified packaging |
| JP4344822B2 (ja) * | 2003-12-03 | 2009-10-14 | 学校法人桐蔭学園 | 水中マイクロホン及びその製造に用いる装置 |
| WO2005099091A1 (ja) | 2004-04-08 | 2005-10-20 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 弾性境界波フィルタ |
| US7284558B2 (en) * | 2005-02-15 | 2007-10-23 | Infineon Technologies Ag | Enhanced megasonic based clean using an alternative cleaning chemistry |
| JP2007266194A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体基板の洗浄方法及びそれを用いた半導体基板の洗浄装置 |
| KR101226071B1 (ko) | 2007-11-06 | 2013-01-24 | 아크리온 테크놀로지즈 인코포레이티드 | 음향 에너지를 발생시키기 위한 장치, 및 그것을 만드는 방법 |
-
2011
- 2011-04-28 US US13/096,809 patent/US8551251B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2012
- 2012-04-25 TW TW101114691A patent/TWI473669B/zh not_active IP Right Cessation
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Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1092783A (ja) * | 1996-09-10 | 1998-04-10 | Shibaura Eng Works Co Ltd | 超音波振動装置およびそれを用いた超音波洗浄装置 |
| CN1371531A (zh) * | 1999-08-27 | 2002-09-25 | 产品系统公司 | 化学惰性的兆赫声波换能器系统 |
| CN1655884A (zh) * | 2002-03-29 | 2005-08-17 | 兰姆研究有限公司 | 使用兆频超声波换能器谐振器的原位局部加热 |
| CN1750892A (zh) * | 2003-02-20 | 2006-03-22 | 兰姆研究有限公司 | 图案化基板之百万赫超音波清洗方法与设备 |
| WO2004103014A2 (en) * | 2003-05-09 | 2004-11-25 | The Crest Group, Inc. | Advanced ceramics in ultrasonic transducerized devices |
| CN1809913A (zh) * | 2003-06-24 | 2006-07-26 | Sez股份公司 | 湿处理盘状基片的部件和方法 |
| CN1871768A (zh) * | 2003-10-30 | 2006-11-29 | 阿瓦戈科技通用Ip(新加坡)股份有限公司 | 具有增强的共模抑制的薄膜声耦合变压器 |
| JP2009082900A (ja) * | 2007-09-10 | 2009-04-23 | Kazumasa Onishi | 超音波洗浄装置及び超音波洗浄方法 |
| WO2010066081A1 (en) * | 2008-12-12 | 2010-06-17 | Acm Research (Shanghai) Inc. | Methods and apparatus for cleaning semiconductor wafers |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107570482A (zh) * | 2017-07-06 | 2018-01-12 | 天津大学 | 界面的非特异性吸附物的去除装置及方法 |
| CN110711739A (zh) * | 2019-09-29 | 2020-01-21 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种用于深紫外CaF2光学基底的清洗方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101420994B1 (ko) | 2014-07-17 |
| JP5693785B2 (ja) | 2015-04-01 |
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Granted publication date: 20160921 Termination date: 20210426 |
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