CN109075103B - 清洗半导体衬底的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种使用超声波或兆声波装置(1003,2003)清洗半导体衬底(1010,2010)且不损伤半导体衬底(1010,2010)上的图案化结构的方法，包括：将液体喷射到半导体衬底(1010,2010)和超声波或兆声波装置(1003,2003)之间的间隙中；设置超声波或兆声波电源的频率为f1，功率为P1以驱动超声波或兆声波装置(1003,2003)；在液体中的气穴振荡损伤半导体衬底(1010,2010)上的图案化结构之前，设置超声波或兆声波电源的输出为零；待气泡内的温度下降到设定温度后，再次设置超声波或兆声波电源的频率为f1，功率为P1；分别检测频率为f1，功率为P1时的通电时间和断电时间或者检测超声波或兆声波电源每个输出波形的振幅；将检测到的通电时间和预设时间τ1进行比较，或者将检测到的断电时间和预设时间τ2进行比较，或者将检测到的每个波形的振幅和预设值进行比较；如果检测到的通电时间比预设时间τ1长，或者检测到的断电时间比预设时间τ2短，或者检测到的任一波形的振幅比预设值大，则关闭超声波或兆声波电源并发出报警信号。

Description

清洗半导体衬底的方法和装置
技术领域
本发明涉及清洗半导体衬底的方法和装置，尤其涉及控制在清洗过程中超声波或兆声波装置产生的气穴振荡以在整片衬底上获得稳定或可控的气穴振荡，有效去除微粒，而不损伤衬底上的器件结构。
背景技术
半导体器件是在半导体衬底上经过一系列不同的加工步骤形成晶体管和互连线而制成。近来，晶体管的建立由两维到三维，例如鳍型场效应晶体管。为了使晶体管终端能和半导体衬底电连接在一起，需要在半导体衬底的介质材料上做出导电的(例如金属)槽、孔及其他类似的结构作为器件的一部分。槽和孔可以在晶体管之间、内部电路以及外部电路传递电信号和能量。
为了在半导体衬底上形成鳍型场效应晶体管和互连结构，半导体衬底需要经过多个步骤，如掩膜、刻蚀和沉积来形成所需的电子线路。特别是，多层掩膜和等离子体刻蚀步骤可以在半导体衬底的电介质层形成鳍型场效应晶体管和/或凹陷区域的图案作为晶体管的鳍和/或互连结构的槽和通孔。为了去除刻蚀或光刻胶灰化过程中在鳍结构和/或槽和通孔中产生的颗粒和污染，必须进行湿法清洗。特别是，当器件制造节点不断接近或小于14或16nm，鳍和/或槽和通孔的侧壁损失是维护临界尺寸的关键。为了减少或消除侧壁损失，应用温和的，稀释的化学试剂，或有时只用去离子水非常重要。然而，稀释的化学试剂或去离子水通常不能有效去除鳍结构和/或槽和通孔内的微粒，因此，需要使用机械力来有效去除这些微粒，例如超声波或兆声波。超声波或兆声波会产生气穴振荡来为衬底结构提供机械力，这些猛烈的气穴振荡例如不稳定的气穴振荡或微喷射将损伤这些图案化结构。维持稳定或可控的气穴振荡是控制机械力损伤限度并有效去除微粒的关键参数。
在美国专利No.4,326,553中提到可以运用兆声波能量和喷嘴结合来清洗半导体衬底。流体被加压，兆声波能量通过兆声传感器施加到流体上。特定形状的喷嘴喷射出像带状的液体，在衬底表面上以兆声波频率振动。
在美国专利No.6,039,059中提到一个能量源通过振动一根细长的探针将声波能量传递到流体中。在一个例子中，流体喷射到衬底正反两面，而将一根探针置于靠近衬底上表面的位置。另一个例子中，将一根短的探针末端置于靠近衬底表面的位置，在衬底旋转过程中，探针在衬底表面移动。
在美国专利No.6,843,257B2中提到一个能量源使得一根杆绕平行于衬底表面的轴振动。杆的表面被刻蚀成曲线树枝状，如螺旋形的凹槽。
为了有效去除微粒，而不损伤衬底上的器件结构，需要一种好的方法来控制在清洗过程中超声波或兆声波装置产生的气穴振荡以在整片衬底上获得稳定或可控的气穴振荡。
发明内容
本发明提出了一种使用超声波或兆声波清洗衬底时通过维持稳定的气穴振荡来实现对衬底上的图案化结构无损伤。稳定的气穴振荡受控于设置声波电源在时间间隔小于τ1内功率为P1，设置声波电源在时间间隔大于τ2内功率为P2，重复上述步骤直到衬底被清洗干净，其中，功率P2等于0或远小于功率P1，τ1是气泡内的温度上升到临界内爆温度的时间间隔，τ2是气泡内的温度下降到远低于临界内爆温度的时间间隔。
本发明提出了另一种使用超声波或兆声波清洗衬底时通过维持稳定的气穴振荡来实现对衬底上的图案化结构无损伤。稳定的气穴振荡受控于设置声波电源在时间间隔小于τ1内频率为f1，设置声波电源在时间间隔大于τ2内频率为f2，重复上述步骤直到衬底被清洗干净，其中，f2远大于f1，最好是f1的2倍或4倍，τ1是气泡内的温度上升到临界内爆温度的时间间隔，τ2是气泡内的温度下降到远低于临界内爆温度的时间间隔。
本发明还提出了一种使用超声波或兆声波清洗衬底时通过维持稳定的气穴振荡来实现对衬底上的图案化结构无损伤，气泡的尺寸小于图案化结构之间的间距。具有气泡尺寸小于图案化结构之间间距的稳定的气穴振荡受控于设置声波电源在时间间隔小于τ1内功率为P1，设置声波电源在时间间隔大于τ2内功率为P2，重复上述步骤直到衬底被清洗干净，其中，功率P2等于0或远小于功率P1，τ1是气泡的尺寸增大到临界尺寸的时间间隔，该临界尺寸等于或大于图案化结构之间的间距，τ2是气泡的尺寸减小到远小于图案化结构之间间距的值的时间间隔。
本发明还提出了一种使用超声波或兆声波清洗衬底时通过维持稳定的气穴振荡来实现对衬底上的图案化结构无损伤，气泡的尺寸小于图案化结构之间的间距。具有气泡尺寸小于图案化结构之间间距的稳定的气穴振荡受控于设置声波电源在时间间隔小于τ1内频率为f1，设置声波电源在时间间隔大于τ2内频率为f2，重复上述步骤直到衬底被清洗干净，其中，f2远大于f1，最好是f1的2倍或4倍，τ1是气泡的尺寸增大到临界尺寸的时间间隔，该临界尺寸等于或大于图案化结构之间的间距，τ2是气泡的尺寸减小到远小于图案化结构之间间距的值的时间间隔。
本发明还提出了一种使用超声波或兆声波清洗衬底时通过检测超声波或兆声波电源的工作状态以维持稳定的气穴振荡，从而实现对衬底上的图案化结构无损伤。该方法包括以下步骤：将液体喷射到半导体衬底和超声波或兆声波装置之间的间隙中；设置超声波或兆声波电源的频率为f1，功率为P1以驱动超声波或兆声波装置；在液体中的气穴振荡损伤半导体衬底上的图案化结构之前，设置超声波或兆声波电源的输出为零；待气泡内的温度下降到设定温度后，再次设置超声波或兆声波电源的频率为f1，功率为P1；分别检测频率为f1，功率为P1时的通电时间和断电时间；将在频率为f1，功率为P1时检测到的通电时间和预设时间τ1进行比较，如果检测到的通电时间比预设时间τ1长，则关闭超声波或兆声波电源并发出报警信号；将检测到的断电时间和预设时间τ2进行比较，如果检测到的断电时间比预设时间τ2短，则关闭超声波或兆声波电源并发出报警信号；重复上述步骤直到半导体衬底被洗净。
本发明还提出了一种使用超声波或兆声波清洗衬底时通过检测超声波或兆声波电源的工作状态以维持稳定的气穴振荡，从而实现对衬底上的图案化结构无损伤。该方法包括以下步骤：将液体喷射到半导体衬底和超声波或兆声波装置之间的间隙中；设置超声波或兆声波电源的频率为f1，功率为P1以驱动超声波或兆声波装置；在液体中的气穴振荡损伤半导体衬底上的图案化结构之前，设置超声波或兆声波电源输出为零；待气泡内的温度下降到设定温度后，再次设置超声波或兆声波电源的频率为f1，功率为P1；检测超声波或兆声波电源输出的每个波形的振幅；将检测到的每个波形的振幅与预设值进行比较，如果检测到的任一波形的振幅比预设值大，则关闭超声波或兆声波电源并发出报警信号，其中预设值大于正常工作时的波形振幅；重复上述步骤直到半导体衬底被洗净。
附图说明
图1A-1B为采用超声波或兆声波装置的晶圆清洗装置的示范性实施例；
图2A-2G为超声波或兆声波传感器的各种形状；
图3为晶圆清洗过程中的气穴振荡；
图4A-4B为在清洗过程中不稳定的气穴振荡损伤晶圆上的图案化结构；
图5A-5C为在清洗过程中气泡内部热能的变化；
图6A-6C为晶圆清洗方法的示范性实施例；
图7A-7C为晶圆清洗方法的又一示范性实施例；
图8A-8D为晶圆清洗方法的又一示范性实施例；
图9A-9D为晶圆清洗方法的又一示范性实施例；
图10A-10B为晶圆清洗方法的又一示范性实施例；
图11A-11B为晶圆清洗方法的又一示范性实施例；
图12A-12B为晶圆清洗方法的又一示范性实施例；
图13A-13B为晶圆清洗方法的又一示范性实施例；
图14A-14B为晶圆清洗方法的又一示范性实施例；
图15A-15C为在清洗过程中稳定的气穴振荡损伤晶圆上的图案化结构；
图16为采用超声波或兆声波装置的晶圆清洗装置的另一示范性实施例；
图17为采用超声波或兆声波装置的晶圆清洗装置的实施例；
图18A-18C为晶圆清洗方法的另一示范性实施例；
图19为晶圆清洗方法的又一示范性实施例；
图20为监测声波电源工作状态的控制系统的示范性实施例；
图21为监测声波电源工作状态的检测系统的示范性实施例；
图22为监测声波电源工作状态的检测系统的另一示范性实施例；
图23A-23C为监测声波电源工作状态的电压衰减电路的示范性实施例；
图24A-24C为监测声波电源工作状态的整形电路的示范性实施例；
图25A-25C为监测声波电源工作状态的主控制器的示范性实施例；
图26为主机关闭声波电源后声波电源继续振荡几个周期；
图27A-27C为监测声波电源工作状态的振幅检测电路的示范性实施例。
具体实施方式
图1A-1B示意了采用超声波或兆声波装置的晶圆清洗装置。该晶圆清洗装置包括晶圆1010、由转动驱动装置1016驱动旋转的晶圆卡盘1014、喷洒清洗液化学试剂或去离子水1032的喷头1012、超声波或兆声波装置1003及超声波或兆声波电源。超声波或兆声波装置1003进一步包括压电式传感器1004及与其配对的声学共振器1008。传感器1004通电后振动，共振器1008会将高频声能量传递到液体中。由超声波或兆声波能量产生的气穴振荡使晶圆1010表面的微粒松动，污染物因此从晶圆1010表面脱离，进而通过由喷头1012提供的流动液体1032将其从晶圆表面移除。
图2A-2G示意了本发明的超声波或兆声波装置的俯视图。图1A-1B所示的超声波或兆声波装置1003可以被不同形状的超声波或兆声波装置2003所代替，如图2A所示的三角形或馅饼形，图2B所示的矩形，图2C所示的八边形，图2D所示的椭圆形，图2E所示的半圆形，图2F所示的四分之一圆形，以及图2G所示的圆形。
图3示意了在压缩过程中的气穴振荡。气泡3052的形状逐渐从球形A压缩至苹果形G，最终气泡3052到达内爆状态I并形成微喷射。如图4A和4B所示，微喷射很猛烈(可达到上千个大气压和上千摄氏度)，会损伤半导体晶圆4010上的精细结构4034，特别是当特征尺寸缩小到70nm及更小时。
图5A-5C示意了本发明的气穴振荡的简化模型。当声波正压作用于气泡时，气泡减小其体积。在体积减小过程中，声波压力PM对气泡做功，机械功转换为气泡内部的热能，因此，气泡内的气体和/或蒸汽的温度增加。
理想气体方程式可以表示如下：
p0v0/T0＝pv/T (1)
其中，P0是压缩前气泡内部的压强，V0是压缩前气泡的初始体积，T0是压缩前气泡内部的气体温度，P是受压时气泡内部的压强，V是受压时气泡的体积，T是受压时气泡内部的气体温度。
为了简化计算，假设压缩或压缩非常慢时气体的温度没有变化，由于液体包围了气泡，温度的增加可以忽略。因此，一次气泡压缩过程中(从体积N单位量至体积1单位量或压缩比为N)，声压PM所做的机械功Wm可以表达如下：
wm＝∫0 x0-1pSdx＝∫0 x0-1(S(x0p0)/(x0-x))dx＝Sx0p0∫0 x0-1dx/(x0-x)
＝-Sx0p0ln(x0-x)│0 x0-1＝Sx0p0ln(x0) (2)
其中，S为汽缸截面的面积，x0为汽缸的长度，p0为压缩前汽缸内气体的压强。方程式(2)不考虑压缩过程中温度增长的因素，因此，由于温度的增加，气泡内的实际压强会更高，实际上由声压做的机械功要大于方程式(2)计算出的值。
假设声压做的机械功部分转化为热能，部分转换成气泡内高压气体和蒸汽的机械能，这些热能完全促使气泡内部气体温度的增加(没有能量转移至气泡周围的液体分子)，假设压缩前后气泡内气体质量保持不变，气泡压缩一次后温度增量ΔT可以用下面的方程式表达：
ΔT＝Q/(mc)＝βwm/(mc)＝βSx0p0ln(x0)/(mc) (3)
其中，Q是机械功转换而来的热能，β是热能与声压所做的总机械功的比值，m是气泡内的气体质量，c是气体的比热系数。将β＝0.65，S＝1E-12m2，x0＝1000μm＝1E-3m(压缩比N＝1000)，p0＝1kg/cm2＝1E4kg/m2，氢气的质量m＝8.9E-17kg，c＝9.9E3J/(kg°k)代入方程式(3)，那么ΔT＝50.9℃。
一次压缩后气泡内的气体温度T1可以计算得出：
T1＝T0+ΔT＝20℃+50.9℃＝70.9℃ (4)
当气泡达到最小值1微米时，如图5B所示。在如此高温下，气泡周围的液体蒸发，随后，声压变为负值，气泡开始增大。在这个反过程中，具有压强PG的热气体和蒸汽将对周围的液体表面做功。同时，声压PM朝膨胀方向拉伸气泡，如图5C所示。因此，负的声压PM也对周围的液体做部分功。由于共同作用的结果，气泡内的热能不能全部释放或转化为机械能，因此，气泡内的气体温度不能降低到最初的气体温度T0或液体温度。如图6B所示，气穴振荡的第一周期完成后，气泡内的气体温度T2将在T0和T1之间。T2可以表达如下：
T2＝T1-δT＝T0+ΔT-δT (5)
其中，δT是气泡膨胀一次后的温度减量，δT小于ΔT。
当气穴振荡的第二周期达到最小气泡尺寸时，气泡内的气体或蒸汽的温度T3为：
T3＝T2+ΔT＝T0+ΔT-δT+ΔT＝T0+2ΔT-δT (6)
当气穴振荡的第二周期完成后，气泡内的气体或蒸汽的温度T4为：
T4＝T3-δT＝T0+2ΔT-δT-δT＝T0+2ΔT-2δT (7)
同理，当气穴振荡的第n个周期达到最小气泡尺寸时，气泡内的气体或蒸汽的温度T2n-1为：
T2n-1＝T0+nΔT–(n-1)δT (8)
当气穴振荡的第n个周期完成后，气泡内的气体或蒸汽的温度T2n为：
T2n＝T0+nΔT-nδT＝T0+n(ΔT-δT) (9)
随着气穴振荡的周期数n的增加，气体和蒸汽的温度也会增加，因此气泡表面越来越多的分子蒸发到气泡6082内部，气泡6082也会变大，如图6C所示。最终，压缩过程中气泡内的温度将会达到内爆温度Ti(通常内爆温度Ti高达几千摄氏度)，形成猛烈的微喷射6080，如图6C所示。
根据公式(8)，内爆的周期数ni可以表达如下：
ni＝(Ti-T0-ΔT)/(ΔT–δT)+1 (10)
根据公式(10)，内爆时间τi可以表达如下：
τi＝nit1＝t1((Ti-T0-ΔT)/(ΔT–δT)+1)
＝ni/f1＝((Ti-T0-ΔT)/(ΔT–δT)+1)/f1 (11)
其中，t1为循环周期，f1为超声波或兆声波的频率。
根据公式(10)和(11)，内爆周期数ni和内爆时间τi可以被计算出来。表1为内爆周期数ni、内爆时间τi和(ΔT–δT)的关系，假设Ti＝3000℃，ΔT＝50.9℃，T0＝20℃，f1＝500KHz，f1＝1MHz，及f1＝2MHz。
表1
Figure BDA0001815219910000071
为了避免对晶圆上的图案化结构造成损伤，需要保持稳定的气穴振荡，避免气泡内爆和微喷射。图7A-7C为本发明提出的一种使用超声波或兆声波清洗晶圆时通过维持稳定的气穴振荡来实现不损伤晶圆上的图案化结构。图7A为电源输出波形；图7B为每个气穴振荡周期所对应的温度曲线；图7C为每个气穴振荡周期对应的气泡的膨胀大小。本发明的避免气泡内爆的操作工艺步骤如下所述：
步骤1：将超声波或兆声波装置置于设置在卡盘或溶液槽上的晶圆或衬底表面附近；
步骤2：将晶圆和超声波或兆声波装置之间充满化学液体或掺了气体(氢气、氮气、氧气或二氧化碳)的水；
步骤3：旋转卡盘或振动晶圆；
步骤4：设置电源频率为f1，功率为P1；
步骤5：在气泡内的气体或蒸汽温度达到内爆温度Ti之前(或时间达到τ1<τi，τi由公式(11)计算出来)，设置电源的输出功率为0瓦特，因此，由于液体或水的温度远低于气体温度，气泡内气体温度开始下降。
步骤6：气泡内气体温度降低至常温T0或时间(零功率的时间)达到τ2后，再次设置电源频率为f1，功率为P1；
步骤7：重复步骤1至步骤6直到晶圆洗净。
步骤5中，为了避免气泡内爆，时间τ1必须小于τi，可以由公式(11)计算出τi。
步骤6中，气泡内的气体温度并不一定要冷却到常温或液体的温度，可以是高于常温或液体的温度的一个特定温度，但最好远低于内爆温度τi。
根据公式8和9，如果知道(ΔT-δT)，就可以计算出τi。但通常来说，(ΔT-δT)不太容易被计算出或直接得到，以下步骤可以通过实验得到内爆时间τi。
步骤1：基于表1，选择五个不同的时间τ1作为实验设定(DOE)的条件；
步骤2：选择至少是τ1十倍的时间τ2，在第一次测试时最好是100倍的τ1。
步骤3：使用确定的功率P0运行以上五种条件来分别清洗具有图案化结构的晶圆。此处，P0是在连续不间断模式(非脉冲模式)下确定会对晶圆的图案化结构造成损伤的功率。
步骤4：使用检测仪器SEMS或晶圆图案损伤查看工具来检查以上五种晶圆的损坏程度，如应用材料的SEMVision或日立IS3000，然后内爆时间τi可以被确定在某一范围。
重复步骤1至步骤4来缩小内爆时间τi的范围。知道了内爆时间τi，τ1可以在安全系数下设置为小于0.5τi的值。以下为举例描述实验数据：
图案化结构为55nm的多晶硅栅线，超声波或兆声波的频率为1MHZ，使用Prosys制造的超声波或兆声波装置，采用间隙振荡模式(在PCT/CN2008/073471中披露)操作以在晶圆内和晶圆间获得更均匀能量分布。以下表2总结了其他试验参数以及最终的图案损伤数据：
表2
Figure BDA0001815219910000091
从上表可以看出，在55nm的特征尺寸下，τ1＝2ms(或周期数为2000)时，对图案化结构造成的损伤高达1216个点；但是τ1＝0.1ms(或周期数为100)时，对图案化结构造成的损伤为0。因此τ1为0.1ms与2ms之间的某个数值，为了缩小这个范围需要做更进一步的实验。显然，周期数与超声波或兆声波的功率密度和频率有关，功率密度越大，周期数越小；频率越低，周期数越小。从以上实验结果可以预测出无损伤的周期数应该小于2000，假设超声波或兆声波的功率密度大于0.1watts/cm2，频率小于或等于1MHZ。如果频率增大到大于1MHZ或功率密度小于0.1watts/cm2，那么可以预测周期数将会增加。
知道时间τ1后，τ2也可以基于与上述相似的DOE方法来缩短。确定时间τ1，逐步缩短时间τ2来运行DOE，直到可以观察到图案化结构被损伤。由于时间τ2被缩短，气泡内的气体或蒸汽的温度不能被足够冷却，从而会引起气泡内的气体或蒸汽的平均温度的逐步上升，最终将会触发气泡内爆，触发时间称为临界冷却时间。知道临界冷却时间τc后，为了增加安全系数，时间τ2可以设置为大于2τc的值。
图8A-8D示意了本发明的使用超声波或兆声波装置清洗晶圆的方法。该方法与图7A示意的方法相似，除了步骤4设置超声波或兆声波电源的频率为f1，功率为具有振幅变化的波形。图8A示意了另一清洗方法，为在步骤4中设置超声波或兆声波电源的频率为f1，功率为具有振幅不断增大的波形。图8B示意了另一清洗方法，为在步骤4中设置超声波或兆声波电源的频率为f1，功率为具有振幅不断减小的波形。图8C示意了另一清洗方法，为在步骤4中设置超声波或兆声波电源的频率为f1，功率为具有振幅先减小后增大的波形。图8D示意了另一清洗方法，为在步骤4中设置超声波或兆声波电源的频率为f1，功率为具有振幅先增大后减小的波形。
图9A-9D示意了本发明的使用超声波或兆声波装置清洗晶圆的方法。该方法与图7A示意的方法相似，除了步骤4设置超声波或兆声波电源的频率不断变化。图9A示意了另一清洗方法，为在步骤4中设置超声波或兆声波电源的频率先为f1，后为f3，且f1高于f3。图9B示意了另一清洗方法，为在步骤4中设置超声波或兆声波电源的频率先为f3，后为f1，且f1高于f3。图9C示意了另一清洗方法，为在步骤4中设置超声波或兆声波电源的频率先为f3，后为f1，最后再为f3，且f1高于f3。图9D示意了另一清洗方法，为在步骤4中设置超声波或兆声波电源的频率先为f1，后为f3，最后再为f1，且f1高于f3。
与图9C示意的方法相似，在步骤4中，设置超声波或兆声波电源的频率先为f1，后为f3，最后为f4，且f4小于f3，f3小于f1。
与图9C示意的方法相似，在步骤4中，设置超声波或兆声波电源的频率先为f4，后为f3，最后为f1，且f4小于f3，f3小于f1。
与图9C示意的方法相似，在步骤4中，设置超声波或兆声波电源的频率先为f1，后为f4，最后为f3，且f4小于f3，f3小于f1。
与图9C示意的方法相似，在步骤4中，设置超声波或兆声波电源的频率先为f3，后为f4，最后为f1，且f4小于f3，f3小于f1。
与图9C示意的方法相似，在步骤4中，设置超声波或兆声波电源的频率先为f3，后为f1，最后为f4，且f4小于f3，f3小于f1。
与图9C示意的方法相似，在步骤4中，设置超声波或兆声波电源的频率先为f4，后为f1，最后为f3，且f4小于f3，f3小于f1。
图10A-10B示意了本发明的使用超声波或兆声波清洗晶圆时通过维持稳定的气穴振荡来实现对晶圆上的图案化结构零损伤。图10A为电源输出的波形，图10B为与气穴振荡的每个周期相对应的温度曲线。本发明所提出的操作工艺步骤如下：
步骤1：将超声波或兆声波装置置于设置在卡盘或溶液槽上的晶圆或衬底表面附近；
步骤2：将晶圆和超声波或兆声波装置之间充满化学液体或掺气体的水；
步骤3：旋转卡盘或振动晶圆；
步骤4：设置电源频率为f1，功率为P1；
步骤5：在气泡内的气体或蒸汽温度达到内爆温度Ti(总时间τ1逝去)之前，设置电源输出频率为f1，功率为P2，且P2小于P1，因此，由于液体或水的温度远低于气体温度，气泡内的气体温度开始下降；
步骤6：气泡内的气体温度降低到接近常温T0或时间(零功率的时间)达到τ2，再次设置电源频率为f1，功率为P1；
步骤7：重复步骤1至步骤6直到晶圆洗净。
步骤6中，由于功率为P2，气泡内气体的温度无法降到室温，需要有一个温度差ΔT2存在于时间区间τ2，如图10B所示。
图11A-11B示意了本发明的使用超声波或兆声波装置的晶圆清洗方法。与图10A示意的方法相似，除了步骤5设置超声波或兆声波电源的频率为f2，功率为P2，其中，f2小于f1，P2小于P1。由于f2小于f1，气泡内的气体或蒸汽温度快速上升，因此P2应该远小于P1，为了降低气泡内气体或蒸汽的温度，两者最好相差5倍或10倍。
图12A-12B示意了本发明的使用超声波或兆声波装置的晶圆清洗方法。与图10A示意的方法相似，除了步骤5设置超声波或兆声波电源的频率为f2，功率为P2，其中，f2大于f1，P2等于P1。
图13A-13B示意了本发明的使用超声波或兆声波装置的晶圆清洗方法。与图10A示意的方法相似，除了步骤5设置超声波或兆声波电源的频率为f2，功率为P2，其中，f2大于f1，P2小于P1。
图14A-14B示意了本发明的使用超声波或兆声波装置的晶圆清洗方法。与图10A示意的方法相似，除了步骤5设置超声波或兆声波电源的频率为f2，功率为P2，其中，f2大于f1，P2大于P1。由于f2大于f1，气泡内的气体或蒸汽温度上升缓慢，因此，P2可以略大于P1，但要确保在时间区间τ2内气泡内气体或蒸汽的温度与时间区间τ1比要减小，如图14B。
图4A-4B示意了图案化结构被猛烈地微喷射所损伤。图15A-15B示意了稳定的气穴振荡也能够损伤晶圆上的图案化结构。由于气穴振荡持续，气泡内的气体或蒸汽温度上升，因此气泡15046的尺寸也不断增大，如图15A。当气泡15048的尺寸变得大于图15B所示的晶圆15010上图案化结构之间的间距W时，气穴振荡的膨胀将对图案化结构15034造成损伤，如图15C。以下为本发明所提出的又一种清洗方法：
步骤1：将超声波或兆声波装置置于设置在卡盘或溶液槽上的晶圆或衬底表面附近；
步骤2：将晶圆和超声波或兆声波装置之间充满化学液体或掺气体的水；
步骤3：旋转卡盘或振动晶圆；
步骤4：设置电源频率为f1，功率为P1；
步骤5：在气泡的尺寸达到图案化结构之间的间距W之前(时间τ1逝去)，设置电源的输出功率为0瓦特，由于液体或水的温度远低于气体温度，气泡内的气体温度开始下降；
步骤6：气泡内气体温度冷却到常温T0或时间(零功率的时间)达到τ2后，再次设置电源频率为f1，功率为P1；
步骤7：重复步骤1至步骤6直到晶圆洗净。
步骤6中，气泡内的气体温度不一定要降到室温，可以是任何温度，但最好远低于内爆温度Ti。步骤5中，气泡的尺寸可以略大于图案化结构之间间距的大小，只要气泡的膨胀力不损坏图案化结构。时间τ1可以通过以下方法来确定：
步骤1：类似表1，选择5个不同的时间τ1作为实验设定(DOE)的条件；
步骤2：选择至少是τ1 10倍的时间τ2，首次测试最好选择100τ1；
步骤3：使用确定的功率P0运行以上五种条件来分别清洗具有图案化结构的晶圆，此处，P0是在连续不间断模式(非脉冲模式)下确定会对晶圆的图案化结构造成损伤的功率；
步骤4：使用检测仪器SEMS或晶圆图案损伤查看工具来检查以上五种晶圆的损坏程度，如应用材料的SEMVision或日立IS3000，然后损伤时间τi可以被确定在某一范围；
重复步骤1至步骤4来缩小损伤时间τd的范围。知道了损伤时间τd，τ1可以在安全系数下设置为小于0.5τd的值。
图7至图14所描述的所有方法均适用于此或者与图15所描述的方法相结合。
图16所示为采用超声波或兆声波装置清洗晶圆的装置的实施例。晶圆清洗装置包括晶圆16010、由转动驱动装置16016驱动旋转的晶圆卡盘16014、喷洒清洗液化学试剂或去离子水16060的喷头16064、与喷头16064相结合的超声波或兆声波装置16062及超声波或兆声波电源。超声波或兆声波装置16062产生的超声波或兆声波能量通过喷头16064喷出的化学试剂或去离子水液柱16060传递到晶圆。图7至图15所描述的所有清洗方法均适用于图16所示的清洗装置。
图17为采用超声波或兆声波装置的清洗晶圆的装置的实施例。晶圆清洗装置包括晶圆17010、溶液槽17074、放置在溶液槽17074中用来支撑晶圆17010的晶圆盒17076、清洗液化学试剂17070、设置在溶液槽17074外壁上的超声波或兆声波装置17072及超声波或兆声波电源。至少有一个入口用来向溶液槽17074内供应清洗液化学试剂17070以浸没晶圆17010。图7至图15所描述的所有清洗方法均适用于图17所示的清洗装置。
图18A-18C示意了本发明的使用超声波或兆声波装置清洗晶圆的方法的实施例。该方法与图7A所示的方法相似，除了步骤5，在气泡内的气体或蒸汽温度达到内爆温度Ti(或时间达到τ1<τi，τi由公式(11)计算出来)之前，设置电源输出值为正值或负的直流值来保持或停止超声波或兆声波装置的振动。因此，由于液体或水的温度远低于气体温度，气泡内气体温度开始下降。此处的正值或负值可以大于、等于或小于功率P1。
图19示意了本发明的使用超声波或兆声波装置清洗晶圆的方法的实施例。与图7A所示意的方法相似，除了步骤5，在气泡内的气体或蒸汽温度达到内爆温度Ti(或时间达到τ1<τi，τi由公式(11)计算出来)之前，设置电源的输出频率与f1相同，相位与f1的相位相反以快速停止气泡的气穴振荡。因此，由于液体或水的温度远低于气体温度，气泡内的气体温度开始下降。此处的正值或负值可以大于、等于或小于功率P1。在上述操作过程中，电源的输出频率可以与频率f1不同但相位与f1的相位相反以快速停止气泡的气穴振荡。
通常来说，频率范围在0.1MHZ-10MHZ之间的超声波或兆声波可以应用到本发明所提出的方法中。
在上述所有实施例中，声波电源的全部关键工艺参数预先在电源控制器中设置，如功率、频率、通电时间(τ1)、断电时间(τ2)，但没有在晶圆清洗过程中提供实时监测。在晶圆清洗过程中，如果声波电源发生非正常工作，将不可避免的对图案化结构造成损伤。因此，需要一种设备和方法来实时监测声波电源的工作状态。如果参数不在正常范围内，声波电源应该被关闭并发出报警信号。
图20示意了本发明的使用超声波或兆声波装置清洗晶圆过程中监测声波电源运行参数的具有检测系统的控制系统的实施例。该实施例的控制系统包括主机2080、声波电源2082、声波传感器2003、检测系统2086和通信电缆2088。主机2080发送声波的参数设定值到声波电源2082，例如功率设定值P1、通电时间设定值τ1、功率设定值P2、断电时间设定值τ2、频率设定值和控制指令，例如电源开启指令。声波电源2082在接收到上述指令后产生声波波形，并发送声波波形到声波传感器2003来清洗晶圆2010。同时，主机2080发送的参数设定值和声波电源2082实际输出值被检测系统2086读取。检测系统2086将声波电源2082实际输出值和主机2080发送的参数设定值进行比较后，通过通信电缆2088发送比较结果到主机2080。如果声波电源2082实际输出值与主机2080发送的参数设定值不同，则检测系统2086将发送报警信号到主机2080。主机2080接收到报警信号后关闭声波电源2082来阻止对晶圆2010上的图案化结构的进一步损伤。
图21示意了本发明的使用超声波或兆声波装置清洗晶圆过程中监测声波电源运行参数的检测系统的实施例。该检测系统包括电压衰减电路2190、整形电路2192、主控制器(FPGA)2194、通信电路(RS 232或485)2196和电源电路2198。
图23A-23C示意了本发明的电压衰减电路的实施例。当声波电源2082输出的声波信号首次被读取时，该声波信号具有相对较高的振幅值，如图23B。电压衰减电路2190使用两个运算放大器23102和23104来减小波形的振幅值，如图23C所示。电压衰减电路2190的衰减率的设置范围在5-100之间，优选20。电压衰减可以用如下公式表达：
Vout＝(R2/R1)*Vin
假设R1＝200k,R2＝R3＝R4＝10K,Vout＝(R2/R1)*Vin＝Vin/20
其中Vout是电压衰减电路2190输出的振幅值，Vin是电压衰减电路2190输入的振幅值，R1、R2、R3、R4是两个运算放大器23102和23104的电阻。
电压衰减电路2190的输出端与整形电路2192相连。电压衰减电路2190输出的波形输入到整形电路2192，整形电路2192将正弦波转化为方波以便主控器(FPGA)处理。图24A-24C示意了本发明的整形电路的实施例。如图24A，整形电路2192包括窗口比较器24102及或门24104。当Vcal-<Vin<Vcal+时，Vout＝0；否则，Vout＝1。其中Vcal-和Vcal+为两个阈值，Vin为整形电路2192的输入值，Vout为整形电路的输出值。波形通过电压衰减电路2190后，波形(正弦波)输入到整形电路2192，整形电路2192将正弦波转换为方波，如图24C所示。
整形电路2192输出的方波输入到主控制器(FPGA)2194。图25A-25C示意了本发明的主控制器(FPGA)的实施例。如图25A，主控制器(FPGA)包括脉冲转换模块25102和周期测量模块25104。脉冲转换模块25102用来将τ1时间的脉冲信号转换为高电平信号，τ2时间的低电平信号保持不变，如图25B-25C。图25A示意了脉冲转换模块25102的电路符号，其中，Clk_Sys为50MHz时钟信号，Pulse_In为输入信号，Pulse_Out为输出信号。周期测量模块25104采用计数器测量高电平和低电平的时间。图25A示意了周期测量模块25104的电路符号，其中，Clk_Sys为50MHz时钟信号，Pulse_In为输入信号，Pulse_Out为输出信号。
τ1＝Counter_H*20ns,τ2＝Counter_L*20ns
其中，Counter_H为高电平的数量，Counter_L为低电平的数量。
主控制器(FPGA)2194比较计算出的通电时间和预设时间τ1，如果计算出的通电时间比预设时间τ1长，主控制器(FPGA)2194发送报警信号到主机2080，主机2080接收到报警信号则关闭声波电源2082。主控制器(FPGA)2194比较计算出的断电时间和预设时间τ2，如果计算出的断电时间比预设时间τ2短，主控制器(FPGA)2194发送报警信号到主机2080，主机2080接收到报警信号则关闭声波电源2082。主控制器(FPGA)2194的型号可以选择AlteraCycloneⅣEP4CE22F17C6N。
如图26所示，由于装置自身的特性，主机2080关闭声波电源2082后，声波电源2082仍然会继续振荡多个周期。主控制器(FPGA)2194也会测量出该多个周期的时间τ3，时间τ3可以通过试验取得。因此，实际的通电时间等于τ-τ3，其中，τ为周期测量模块20104计算出的时间，τ3为主机2080关闭声波电源2082后，声波电源2082继续振荡多个周期的时间。主控制器(FPGA)2194比较实际通电时间和预设时间τ1，如果实际通电时间比预设时间τ1长，则主控制器(FPGA)2194发送报警信号到主机2080。
如图21所示，通信电路2196被设为主机2080的接口，通信电路2196和主机2080实现了RS232或RS485的串行通信来读取主机2080发送的参数设定值和发送比较结果到主机2080。
如图21所示，为了给整个系统提供1.2V、3.3V和5V的直流电压，电源电路2198将15V直流电压转换为目标电压。
图22示意了本发明的使用超声波或兆声波装置清洗晶圆过程中监测声波电源运行参数的检测系统的另一种实施例。该检测系统包括电压衰减电路2290、振幅检测电路2292、主控制器(FPGA)2294、通信电路(RS 232或485)2296和电源电路2298。
图23A-23C示意了本发明的电压衰减电路的实施例。当声波电源2082输出的声波信号首次被读取时，声波信号具有相对较高的振幅值，如图23B。电压衰减电路2290使用两个运算放大器23102和23104来减小波形的振幅值，如图23C所示。电压衰减电路2290的衰减率的设置范围在5-100之间，优选20。
图27A-27C示意了本发明的振幅检测电路的实施例。振幅检测电路2292包括参考电压生成电路和比较电路。如图27B所示，参考电压生成电路使用D/A转换器27118将主控制器(FPGA)2294的数字输入信号转换为模拟直流参考电压Vref+和Vref-，如图27C所示。比较电路使用窗口比较器27114及与门27116来比较电压衰减电路2190输出的振幅Vin和参考电压Vref+和Vref-。如果衰减后的振幅Vin超过参考电压Vref+和Vref-，那么振幅检测电路2292发送报警信号到主机2080，主机2080接收到报警信号则关闭声波电源2082来避免对晶圆2010上的图案化结构造成损伤。
本发明提供了一种使用超声波或兆声波清洗衬底且不会对衬底上的图案化结构造成损伤的方法，包括以下步骤：
步骤1：将液体喷射到衬底和超声波或兆声波装置之间的间隙中；
步骤2：设置超声波或兆声波电源的频率为f1，功率为P1来驱动超声波或兆声波装置；
步骤3：在液体中的气穴振荡损伤衬底上的图案化结构之前，设置超声波或兆声波电源的输出为零；
步骤4：待气泡内的温度下降到设定温度后，再次设置超声波或兆声波电源的频率为f1，功率为P1；
步骤5：分别检测频率为f1，功率为P1时的通电时间和断电时间；
步骤6：比较在频率为f1，功率为P1时检测到的通电时间和预设时间τ1，如果检测到的通电时间比预设时间τ1长，则关闭超声波或兆声波电源并发出报警信号；
步骤7：比较检测到的断电时间和预设时间τ2，如果检测到的断电时间比预设时间τ2短，则关闭超声波或兆声波电源并发出报警信号；
步骤8：重复步骤1至步骤7直到衬底被洗净。
在一个实施例中，步骤5进一步包括：衰减超声波或兆声波电源输出波形的振幅；将振幅衰减后的正弦波转换为方波；将通电时间的脉冲信号转化为高电平信号，断电时间的低电平信号保持不变；测量出高电平和低电平的时间并分别与预设时间τ1和预设时间τ2作比较。
衰减率的范围设置在5-100之间，优选20。
在一个实施例中，实际通电时间等于τ-τ3，其中，τ为测量出的高电平的时间，τ3为关闭超声波或兆声波电源后，超声波或兆声波电源继续振荡多个周期的时间。将实际通电时间和预设时间τ1进行比较，如果实际通电时间比预设时间τ1长，则关闭超声波或兆声波电源并发出报警信号。
本发明提供了使用超声波或兆声波清洗衬底且不会对衬底上的图案化结构造成损伤的另一种方法，包括以下步骤：
步骤1：将液体喷射到衬底和超声波或兆声波装置之间的间隙中；
步骤2：设置超声波或兆声波电源的频率为f1，功率为P1来驱动超声波或兆声波装置；
步骤3：在液体中的气穴振荡损伤衬底上的图案化结构之前，设置超声波或兆声波电源的输出为零；
步骤4：待气泡内的温度下降到设定温度后，再次设置超声波或兆声波电源的频率为f1，功率为P1；
步骤5：检测超声波或兆声波电源输出的每个波形的振幅；
步骤6：将检测到的每个波形的振幅与预设值相比较，如果检测到的任一波形的振幅比预设值大，则关闭超声波或兆声波电源并发出报警信号，其中预设值大于正常工作时的波形振幅；
步骤7：重复步骤1至步骤6直到衬底被洗净。
在一个实施例中，该方法进一步包括：衰减超声波或兆声波电源输出波形的振幅；获得模拟直流参考电压Vref+和Vref-；将衰减后的振幅Vin和参考电压Vref+、Vref-相比较，如果衰减后的振幅Vin超过Vref+和Vref-，则关闭超声波或兆声波电源并发出报警信号。
本发明提供了一种使用超声波或兆声波清洗半导体衬底的装置，包括卡盘、超声波或兆声波装置、至少一个喷嘴、超声波或兆声波电源、主机和检测系统。卡盘支撑半导体衬底。超声波或兆声波装置置于半导体衬底附近。至少一个喷嘴向半导体衬底以及半导体衬底与超声波或兆声波装置之间的空隙中喷洒化学液体。主机设置超声波或兆声波电源以频率f1、功率P1驱动超声波或兆声波装置，在液体中的气穴振荡损伤半导体衬底上的图案化结构之前，将超声波或兆声波电源的输出设为零，待气泡内的温度下降到设定温度后，再次设置超声波或兆声波电源的频率为f1，功率为P1。检测系统分别检测频率为f1，功率为P1时的通电时间和断电时间，将在频率为f1，功率为P1时检测到的通电时间和预设时间τ1进行比较，如果检测到的通电时间比预设时间τ1长，检测系统发送报警信号到主机，主机接收到报警信号则关闭超声波或兆声波电源；比较检测到的断电时间和预设时间τ2，如果检测到的断电时间比预设时间τ2短，检测系统发送报警信号到主机，主机接收到报警信号则关闭超声波或兆声波电源。
在一个实施例中，超声波或兆声波装置与喷嘴相结合并置于半导体衬底附近，超声波或兆声波装置的能量通过喷嘴喷出的液柱传递到半导体衬底。
本发明提供了另一种使用超声波或兆声波清洗半导体衬底的装置，包括卡盘、超声波或兆声波装置、至少一个喷嘴、超声波或兆声波电源、主机和检测系统。卡盘支撑半导体衬底。超声波或兆声波装置置于半导体衬底附近。至少一个喷嘴向半导体衬底和半导体衬底与超声波或兆声波装置之间的空隙中喷洒化学液体。主机设置超声波或兆声波电源以频率f1、功率P1驱动超声波或兆声波装置，在液体中的气穴振荡损伤半导体衬底上的图案化结构之前，将超声波或兆声波电源的输出设为零，待气泡内的温度下降到设定温度后，再次设置超声波或兆声波电源的频率为f1，功率为P1。检测系统检测超声波或兆声波电源输出的每个波形的振幅，将检测到的每个波形的振幅与预设值相比较，如果检测到任一波形的振幅比预设值大，检测系统发送报警信号到主机，主机接收到报警信号则关闭超声波或兆声波电源，其中预设值大于正常工作时的波形振幅。
在一个实施例中，超声波或兆声波装置与喷嘴相结合并置于半导体衬底附近，超声波或兆声波装置的能量通过喷嘴喷出的液柱传递到半导体衬底。
本发明还提供了一种使用超声波或兆声波清洗半导体衬底的装置，包括晶圆盒、溶液槽、超声波或兆声波装置、至少一个入口、超声波或兆声波电源、主机和检测系统。晶圆盒装有至少一片半导体衬底。溶液槽容纳晶圆盒。超声波或兆声波装置设置在溶液槽的外壁。至少一个入口用来向溶液槽内注满化学液体，化学液体浸没半导体衬底。主机设置超声波或兆声波电源以频率f1、功率P1驱动超声波或兆声波装置，在液体中的气穴振荡损伤半导体衬底上的图案化结构之前，将超声波或兆声波电源的输出设为零，待气泡内的温度下降到设定温度后，再次设置超声波或兆声波电源的频率为f1，功率为P1。检测系统分别检测频率为f1，功率为P1时的通电时间和断电时间，比较在频率为f1，功率为P1时检测到的通电时间和预设时间τ1，如果检测到的通电时间比预设时间τ1长，检测系统发送报警信号到主机，主机接收到报警信号则关闭超声波或兆声波电源；比较检测到的断电时间和预设时间τ2，如果检测到的断电时间比预设时间τ2短，检测系统发送报警信号到主机，主机接收到报警信号则关闭超声波或兆声波电源。
本发明还提供了一种使用超声波或兆声波清洗半导体衬底的装置，包括晶圆盒、溶液槽、超声波或兆声波装置、至少一个入口、超声波或兆声波电源、主机和检测系统。晶圆盒装有至少一片半导体衬底。溶液槽容纳晶圆盒。超声波或兆声波装置设置在溶液槽的外壁。至少一个入口用来向溶液槽内注满化学液体，化学液体浸没半导体衬底。主机设置超声波或兆声波电源以频率f1、功率P1驱动超声波或兆声波装置，在液体中的气穴振荡损伤半导体衬底上的图案化结构之前，将超声波或兆声波电源的输出设为零，待气泡内的温度下降到设定温度后，再次设置超声波或兆声波电源的频率为f1，功率为P1。检测系统检测超声波或兆声波电源输出的每个波形的振幅，将检测到的每个波形的振幅与预设值相比较，如果检测到任一波形的振幅比预设值大，检测系统发送报警信号到主机，主机接收到报警信号则关闭超声波或兆声波电源，其中预设值大于正常工作时的波形振幅。
尽管本发明以特定的实施方式、举例、应用来说明，本领域内显而易见的改动和替换将依旧落入本发明的保护范围。

Claims (41)

1.用于清洁包括图案结构特征的半导体晶片的方法，该方法包括：
在该半导体晶片上施加液体；
基于定时器控制换能器的电源，从而在预定的第一时段以第一频率和第一功率水平向该液体传递声能；以及
基于定时器控制换能器的电源，从而在预定的第二时段不向该液体传递声能，其中以预定数目的循环将该第一和第二时段先后交替施加；
检测电源在所述循环中的每一个通电时间；以及
当通电时间超过第一预设值时关闭电源以避免损伤所述图案结构特征。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括当通电时间超过第一预设值时发送报警信号。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
检测电源的断电时间；以及
当断电时间小于第二预设值时关闭电源。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括当断电时间小于第二预设值时发送报警信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其中检测电源的通电时间包括：
衰减电源输出波形的振幅；
将衰减的波形转换为方波；
将方波的上电部分转换为高电平信号；以及
测量高电平信号的长度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中振幅衰减的比率在5至100之间。
7.根据权利要求5所述的方法，其中通电时间被确定为一个值，该值小于测量的高电平信号的长度。
8.根据权利要求7所述的方法，其中通电时间被确定为τ-τ3，其中τ是测量的高电平信号的长度，τ3是电源关闭后，电源振荡数个周期的时间。
9.用于清洁包括图案结构特征的半导体晶片的方法，该方法包括：
在该半导体晶片上施加液体；
基于定时器控制换能器的电源，从而在预定的第一时段以第一频率和第一功率水平向该液体传递声能；以及
基于定时器控制换能器的电源，从而在预定的第二时段不向该液体传递声能，其中以预定数目的循环将该第一和第二时段先后交替施加；
检测电源在所述循环中的每一个断电时间；以及
当断电时间小于预设值时关闭电源以避免损伤所述图案结构特征。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括当断电时间小于预设值时发送报警信号。
11.用于清洁包括图案结构特征的半导体晶片的方法，该方法包括：
在该半导体晶片上施加液体；
基于定时器控制换能器的电源，从而在预定的第一时段以第一频率和第一功率水平向该液体传递声能；以及
基于定时器控制换能器的电源，从而在预定的第二时段不向该液体传递声能，其中以预定数目的循环将该第一和第二时段先后交替施加；
检测电源在所述循环中输出的每一个波形的振幅；以及
当振幅超过预设振幅时关闭电源以避免损伤所述图案结构特征。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括当振幅超过预设振幅时发送报警信号。
13.根据权利要求11所述的方法，其中检测振幅包括：
衰减电源输出波形的振幅；
将衰减波形的正最大值与第一参考电压进行比较；以及
将衰减波形的负最大值与第二参考电压进行比较。
14.根据权利要求11所述的方法，其中预设振幅大于正常操作时的波形振幅。
15.用于清洁包括图案结构特征的半导体晶片的装置，该装置包括：
晶片支架，被配置为支持该半导体晶片；
入口，被配置为在该半导体晶片上施加液体；
换能器；被配置为向该液体传递声能；
该换能器的电源；
用于该电源的控制器，该控制器包括定时器，该控制器被配置为基于该定时器控制该换能器：
在预定的第一时段以第一频率和第一功率水平向该液体传递声能；以及
在预定的第二时段不向该液体传递声能；
其中该控制器被配置为以预定数目的循环将该第一和第二时段先后交替施加；以及
检测系统，被配置为：
检测电源在所述循环中的每一个通电时间；以及
当通电时间超过第一预设值时关闭电源以避免损伤所述图案结构特征。
16.根据权利要求15所述的装置，其中检测系统进一步被配置为当通电时间超过第一预设值时发送报警信号。
17.根据权利要求15所述的装置，其中检测系统进一步被配置为：
检测电源的断电时间；以及
当断电时间小于第二预设值时关闭电源。
18.根据权利要求17所述的装置，其中检测系统进一步被配置为当断电时间小于第二预设值时发送报警信号。
19.根据权利要求15所述的装置，其中检测系统包括：
电压衰减电路，被配置为衰减电源输出波形的振幅；
整形电路，被配置为将衰减的波形转换为方波；
脉冲转换电路，被配置为将方波的上电部分转换为高电平信号；以及
周期测量电路，被配置为测量高电平信号的长度。
20.根据权利要求19所述的装置，其中电压衰减电路的衰减率在5至100之间。
21.根据权利要求19所述的装置，其中检测系统被配置为确定通电时间为一个值，该值小于测量的高电平信号的长度。
22.根据权利要求21所述的装置，其中通电时间被确定为τ-τ3，其中τ是测量的高电平信号的长度，τ3是电源关闭后，电源振荡数个周期的时间。
23.根据权利要求19所述的装置，其中检测系统进一步包括电源电路，该电源电路被配置为脉冲转换电路供电。
24.根据权利要求23所述的装置，其中电源电路被配置为将15V直流电压转换为目标电压。
25.根据权利要求15所述的装置，其中检测系统进一步包括通信电路，该通信电路被配置为将关闭信号发送到控制器。
26.根据权利要求25所述的装置，其中通信电路实现RS232或RS485串行通信。
27.根据权利要求15所述的装置，其中换能器进一步与入口耦合并且邻近半导体晶片定位，换能器的声能通过从入口流出的液柱传输到半导体晶片上。
28.用于清洁包括图案结构特征的半导体晶片的装置，该装置包括：
晶片支架，被配置为支持该半导体晶片；
入口，被配置为在该半导体晶片上施加液体；
换能器；被配置为向该液体传递声能；
该换能器的电源；
用于该电源的控制器，该控制器包括定时器，该控制器被配置为基于该定时器控制该换能器：
在预定的第一时段以第一频率和第一功率水平向该液体传递声能；以及
在预定的第二时段不向该液体传递声能；
其中该控制器被配置为以预定数目的循环将该第一和第二时段先后交替施加；以及
检测系统，被配置为：
检测电源在所述循环中的每一个断电时间；以及
当断电时间小于预设值时关闭电源以避免损伤所述图案结构特征。
29.根据权利要求28所述的装置，其中检测系统进一步被配置为当断电时间小于预设值时发送报警信号。
30.用于清洁包括图案结构特征的半导体晶片的装置，该装置包括：
晶片支架，被配置为支持该半导体晶片；
入口，被配置为在该半导体晶片上施加液体；
换能器；被配置为向该液体传递声能；
该换能器的电源；
用于该电源的控制器，该控制器包括定时器，该控制器被配置为基于该定时器控制该换能器：
在预定的第一时段以第一频率和第一功率水平向该液体传递声能；以及
在预定的第二时段不向该液体传递声能；
其中该控制器被配置为以预定数目的循环将该第一和第二时段先后交替施加；以及
检测系统，被配置为：
检测电源在所述循环中输出的每一个波形的振幅；以及
当振幅超过预设振幅时关闭电源以避免损伤所述图案结构特征。
31.根据权利要求30所述的装置，其中检测系统进一步被配置为当振幅超过预设振幅时发送报警信号。
32.根据权利要求30所述的装置，其中检测系统包括：
电压衰减电路，被配置为衰减电源输出波形的振幅；以及
振幅检测电路，被配置为：
将衰减波形的正最大值与第一参考电压进行比较；以及
将衰减波形的负最大值与第二参考电压进行比较。
33.根据权利要求30所述的装置，其中换能器进一步与入口耦合并且邻近半导体晶片定位，换能器的声能通过从入口流出的液柱传输到半导体晶片上。
34.用于清洁包括图案结构特征的半导体晶片的装置，该装置包括：
晶片盒，被配置为支持至少一片半导体晶片；
溶液槽，被配置为容纳晶片盒；
至少一个入口，被配置为使溶液槽内充满液体以浸没半导体晶片；
换能器；被配置为向该液体传递声能；
该换能器的电源；
用于该电源的控制器，该控制器包括定时器，该控制器被配置为基于该定时器控制该换能器：
在预定的第一时段以第一频率和第一功率水平向该液体传递声能；以及
在预定的第二时段不向该液体传递声能；
其中该控制器被配置为以预定数目的循环将该第一和第二时段先后交替施加；以及
检测系统，被配置为：
检测电源在所述循环中的每一个通电时间；以及
当通电时间超过第一预设值时关闭电源以避免损伤所述图案结构特征。
35.根据权利要求34所述的装置，其中检测系统进一步被配置为当通电时间超过第一预设值时发送报警信号。
36.根据权利要求34所述的装置，其中检测系统进一步被配置为：
检测电源的断电时间；以及
当断电时间小于第二预设值时关闭电源。
37.根据权利要求36所述的装置，其中检测系统进一步被配置为当断电时间小于第二预设值时发送报警信号。
38.用于清洁包括图案结构特征的半导体晶片的装置，该装置包括：
晶片盒，被配置为支持至少一片半导体晶片；
溶液槽，被配置为容纳晶片盒；
至少一个入口，被配置为使溶液槽内充满液体以浸没半导体晶片；
换能器；被配置为向该液体传递声能；
该换能器的电源；
用于该电源的控制器，该控制器包括定时器，该控制器被配置为基于该定时器控制该换能器：
在预定的第一时段以第一频率和第一功率水平向该液体传递声能；以及
在预定的第二时段不向该液体传递声能；
其中该控制器被配置为以预定数目的循环将该第一和第二时段先后交替施加；以及
检测系统，被配置为：
检测电源在所述循环中的每一个断电时间；以及
当断电时间小于预设值时关闭电源以避免损伤所述图案结构特征。
39.根据权利要求38所述的装置，其中检测系统进一步被配置为当断电时间小于预设值时发送报警信号。
40.用于清洁包括图案结构特征的半导体晶片的装置，该装置包括：
晶片盒，被配置为支持至少一片半导体晶片；
溶液槽，被配置为容纳晶片盒；
至少一个入口，被配置为使溶液槽内充满液体以浸没半导体晶片；
换能器；被配置为向该液体传递声能；
该换能器的电源；
用于该电源的控制器，该控制器包括定时器，该控制器被配置为基于该定时器控制该换能器：
在预定的第一时段以第一频率和第一功率水平向该液体传递声能；以及
在预定的第二时段不向该液体传递声能；
其中该控制器被配置为以预定数目的循环将该第一和第二时段先后交替施加；以及
检测系统，被配置为：
检测电源在所述循环中输出的每一个波形的振幅；以及
当振幅超过预设振幅时关闭电源以避免损伤所述图案结构特征。
41.根据权利要求40所述的装置，其中检测系统进一步被配置为当振幅超过预设振幅时发送报警信号。
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