CN1805802A - 用于微粒清除的均匀空化 - Google Patents

Abstract

一种用于促进基本均匀空化场的系统和方法。利用包括分隔容器(103)的膜片(109)的系统(100)，产生对应于因空穴C破裂而产生的第一能量脉冲的第二能量脉冲，并用来确定是否要调节相应的变换器121－k。在系统16中，空穴产生单元(11)包含变换器15－i的组件，该空穴产生单元在变换器试验以后可从试验液移动到微粒清除(PR)液中。在另一系统中，具有传感器171－j阵列的传感器板(170)提供虚拟晶片。通过空穴增强液或变换器能量调节，可保持基本均匀的空化场。物体夹持机构产生基本均匀的空化作用。容器内相对的变换器具有单调下降和/或单调上升的空化密度，这些变换器产生基本均匀的空化密度。

Description

用于微粒清除的均匀空化

技术领域

本发明涉及控制液体空化(cavitation)以清除表面上的微粒。

背景技术

在处理例如半导体晶片和芯片的清洗过程中，一种用于清除细小微粒引人注目的方法是利用液体中的声空化作用：由此在液体中产生孔隙(voids)或空穴，随后引起内裂，进行微声流动，或者以另外方式把能量从空穴转移到一个或多个邻接(前)空穴的微粒。如果这些(不想要的)微粒位于或暂时附着在例如半导体晶片或芯片邻接表面上，则可通过破坏空穴的力或微声流动来清除这些微粒。用于在液体中诱发成空化的频率通常数量级是1MHz，因而有时把相应的空化系统称之为兆声波系统(megasonic systems)。

然而，在目前可用的系统中，把空化用于清除微粒涉及两个问题：(i)在破裂发生之前，产生的空穴或孔隙的尺寸和密度是不均匀的；和(ii)局部微粒的清除是不均匀的。因此，需要这样的系统和方法：它们在声空化密度上提供和保持合理的均匀性；和使典型的空化密度能按照要从表面清除的微粒的性质而改变。

本发明的公开内容

本发明满足这些需要，它提出系统和有关方法：(i)对产生的空穴或孔隙的初始尺寸提供某种控制；(ii)对初始空穴尺寸提供合理的均匀性；和(iii)通过单独地或成批地监测这样产生的空穴，保持尺寸的均匀性。

通过单独地试验和调节变换器(transducers)，把象空穴尺寸之类的相关参数偏离额定值减至最小，从而促进或加强均匀性。提供单独的表面处理和批量处理。

在一种系统和方法中，用空穴产生单元(CCU)产生空穴和控制空穴尺寸；该单元包括多个小间距的变换器，这些变换器在含有固体表面的液体邻接部分中侵入CCU时，相应地产生多个声空穴，以便从固体表面清除附着的微粒。在用CCU清除表面的微粒期间，CCU被暂时隔离，并且分别试验每个变换器，以确定由该变换器产生的空穴的尺寸和范围。分别地调节施加到每个变换器上的功率和/或激发信号，以便在空穴尺寸和涉及微粒清除的任何其它参数方面保持其均匀性。

用包括膜片的系统和方法促进均匀空化，该膜片把液体容器分成第一和第二部分。在第一部分中，变换器声空化产生由于至少一个空穴破裂引起的和由膜片接收的第一能量脉冲。随着膜片接收第一能量脉冲，在液体的第二部分中产生第二能量脉冲。可用声致冷光响应(sonoluminescent response)形式测量第二能量脉冲。如果声致冷光响应超出容许范围，则调节位于容器第二部分中相应位置的变换器。

此外，还公开了一些对置的变换器，其中每个变换器产生的空化密度或者随着离开每个变换器的距离的增加而单调地增加，或者随着离开每个变换器的距离的增加而单调地减小，以达到接近均匀的空化作用。触发这些变换器使在微粒清除液体中产生空化密度，这种空化密度沿着相对容器壁之间延伸的直线段是接近均匀的。还可利用有透镜的变换器促进均匀的空化密度。

此外，确定一个或多个变换器的性能是否合格。在液体容器中设置一传感器阵列(array)，并在容器壁上设置一个或多个变换器。触发变换器阵列，随时检测传感声空穴的空间分布，以作出确定。

利用以特定方式提供变换器功率和/或利用提供空穴增强液体的机构导致更均匀的空化。此外，还可确定关于产生预定清洗功率所需的变换器数量。

产生均匀空化的机构包括在夹持器(holder)上夹持物体，在夹持器中容许物体在0.1倍物体厚度的范围内横向移动。此外，其上放置物体的可高频振动的轴(ditherable shaft)接近自由晶片，从而平均来说，在物体上没有区域受到显著多或显著少的空化作用。

附图简述

图1-3，8-10和13表示用于实施本发明的系统。

图4A和4B用曲线图表示测量空穴密度随着输入能量E(f)的增加而增加。

图5表示预破裂的空穴及其直径。

图6和7是用于实施本发明方法的流程图。

图11用曲线图表示两种变换器结构的估计空化密度。

图12概略表示在微粒清除液中一些变换器和一个有着传感器陈列的板。

图14用曲线图表示空化活动性(activity)与变换器功率的关系。

图15a表示用于角高频振动，使声效应随机化的装置。

图15b表示沿图15a中B-B线剖取的装置截面图。

图16用曲线图表示空化亮度随着相邻有源变换器数目的增加而增加。

实施本发明的最佳模式

图1示出可用于实施本发明的空穴产生单元(CCU)11的透视图。在这个实施例中，CCU11包括一个多边形(例如三边形、四边形、五边形等)的棒(bar)或曲线形的棒13，棒13包括两个或多个变换器15-i(i＝1，…，I；I≥2)，其中每个变换器都能在浸没变换器的液体中产生一个或多个空穴。变换器15-i由能源17单独地驱动，从而可单独地调节输送到各个变换器的能量。最好能源17包括控制机构，以容许调节(i)每单位时间输送到各个变换器15-i的能量；和(ii)驱动各个变换器的频率。最好能源17能够提供两个或多个用于各个变换器15-i的不同驱动频率。

如图2中的俯视图所示，CCU11是组件21的一部分，该组件21包括：CCU11和变换器(图2中未示出)；顶部部分或全部敞开的液体容器23；该容器内选择的液体25；一个或多个浸没在该液体内的表面27，从该表面上清除一个或多个附着的微粒；CCU的再定向机构29，它(i)将CCU11定位于液体25上在第一位置P1中，和(ii)把CCU11转动到第二位置P2，使与容器23和液体25彼此隔开，以对变换器进行试验和调节；和容器转动机构31，使容器23围绕选择的垂直轴线V-V，最好是通过容器中心的垂直轴线，以选择的角速度ω转动。

在第二位置P2，CCU棒13浸没在第二选择液体26(最好，但不一定是与第一液体25相同的液体)的第二容器33中，以便单独或成组试验变换器15-i(图1)的作用，下面结合图3予以描述。

图3是二个或多个变换器试验组件的组中的一个变换器试验组件16的断面侧视图，该组件16可用作图1和/或2中所示CCU的一部分。变换器组件16包括CCU处壳(housing)41，该外壳41可以是中空圆柱体，其具有横向外壳延伸部分43和支承变换器15-i的薄膜片45(厚度h1≈0.1-1mm)，变换器15-i以一个或多个选择的输出频率用选择的输出能量E(f)振动。

在100-3000KHz范围内，f＝f_n。在第二位置P2，变换器15-i电气连接到伺服控制模块47上，以调节一个或多个(1)输出能量E(f)，和(2)输出频率。

根据在伺服控制模块47上接收的选择反馈信号，f＝f_n。伺服控制单元47连接到图像处理模块49，该模块49接收来自ICCD图像形成模块51的信号。按照CCU监测模式，膜片49和外壳41底部的一小部分浸没在小厚度h2的第二液体26中，液体厚度h2≈0.1-5mm。

ICCD模块51设置成：ICCD传感器53面向膜片45和变换器15-i(图1)，并且在变换器15-i触发时使液体L中产生的一个或多个声空穴形成图像。ICCD传感器53主要是测量或另外检测声空穴的体积密度ρ(cav)，ρ(cav)可在输入频率f下随着能量输入E(f)发生线性或非线性的变化。由变换器15-i产生预先破裂的空穴最大直径随着输入频率f＝f_n的增加而单调地减小，并且取决于液体的相关特性，例如液体中波传播速度和液体的表面张力。输入频率f＝f_n的变化可间接地引起体积密度ρ(cav)的变化；例如，随着最大的预破裂直径增加，则降低体积密度。

图4A和4B用曲线图显示传感器的测量；横跨两个相邻变换器的场(间距＝0.5-5cm)，用输入频率f＝f_n＝1MHz产生的声空穴，输入能量相当于(1)40伏和40伏(图4A)，和(2)40伏和20伏(图4B)。40伏的最大空穴密度约7倍于20伏空穴体积密度那么大。对于这个实验来说，空穴密度表现为随着输入能量E(f)的增加而非线性地增加。

图5表示空穴C，其由触发变换器产生，并具有预破裂直径d_cav(在空穴破裂之前)；该直径由输出频率f_n和一个或多个液体参数，例如图中示出的标记25或26，部分或全部确定。在空穴内是真空的。理想地，由每个变换器15-i产生的每个空穴具有其数值精确地相同或基本上相同(例如25μm)的预破裂空穴直径d_cav。变换器输出频率fn的优选范围是100-3,000KHz，这可产生0.1-1mm范围的预破裂空穴直径d_cav。

实际上，由给定变换器15-i(图1)产生的平均空穴密度ρ(cav)由于变换器老化而随时间发生变化；并且因为一些环境因素，在变换器与变换器之间也会发生变化。图3所示的系统在CCU棒13处于第二位置时试验各个变换器15-i，以确定由这个变换器在当时产生的空穴平均密度ρ(cav；i)，并且比较这个密度与基准或“理想”空穴密度ρ(cav；ref)。如果差值|ρ(cav；i)-ρ(cav；ref)|，大于选择的正阈值Δρ_thr(可以是零)，则调节能量输出E(f)和/或输出频率f＝f_n(分别对各个变换器)，以便把差值减小到不大于Δρ_thr，或者在该差值不能减小到不大于Δρ_thr时把差值减至最小。当试验了各个变换器15-i并且相应地调节了各个变换器的输入能量E(f)和/或输入频率f＝f_n以后，把CCU11和相关的变换器15-i移动到图3中的第一位置P1，并且清洗在第一液体25中浸没的一个或多个表面27。最好在清洗每个表面27以前，重新试验和调节各个变换器15-i(图1)。试验和调节所需的时间可以在大约15秒到大约45秒之间变化，或在需要时更长。

作为第一个替换方案，可在清洗完N表面27以后，进行上述试验和调节方法，其中N是选择大于1的整数。作为第二个替换方案，可对全部变换器15-i′随机选择的子集(subset)进行上述试验和调节；并且如果这个子集中的各个变换器15-i′满足|ρ(cav；i′)-ρ(cav；ref)|≤Δρ_thr，则终止试验和调节方法，并使CCU11和相关的变换器返回到用于表面清洗的第一位置P1。

图6是实施本发明的方法和流程图。在步骤61，把包括两个或多个变换器的CCU装入装有选择试验液体的试验槽(例如图2中的容器33)中。在步骤63，预置计数指数(counting index)i(例如i＝1)，指数具有范围i＝1，…，I，其中I(≥2)是变换器棒上的变换器号数。在步骤65，触发变换器号数i，在试验液体中形成一个或多个预破裂空穴。在步骤67，最好使用象图3中ICCD模块51之类的成像机构，估计典型的空穴密度ρ(cav)。在步骤69，计算密度差值Δρ(i)＝|ρ(cav；i)-ρ(cav；ref)|，并且与选择的正阈值密度差Δρ_thr进行比较。在步骤71，该系统确定是否Δρ(i)≤Δρ_thr。如果步骤71中询问的回答为“是”，则该系统转到步骤73，以确定计数指数是否满足i≥I。如果步骤73中询问的回答为“是”；则在步骤75，该系统随意地把CCU移出试验液体，移动或重新定向CCU，把CCU浸没在微粒清除液中，再使用调节好的全部变换器以在微粒清除液中产生两个或多个空穴。

如果步骤73中询问的回答为“否”；则系统增加i(i→i+1)，并返回到步骤65，而且至少重复一遍步骤65至71。如果步骤71中询问的回答为“否”，则在步骤77，该系统改变以下参数至少其中之一：(i)与变换器编号i有关的输出能量E(f)和(ii)变换器编号i的输出频率f＝f_n，直至下面两个条件中的至少一个满足为止：(1)密度差值Δρ(i)＝|ρ(cav；i)-ρ(cav；ref)|降低到不大于阈值差值Δρ_thr的数值，和(2)密度差值Δρ(i)＝|ρ(cav；i)-ρ(cav；ref)|减至最小。然后，该系统转到步骤73。

图7是用于实施本发明替换程序的流程图。步骤81，83，85和87对应于相关的步骤61，63，65和67。在步骤89，随机选择一个子集，该子集具有I变换器集中元件(编号i′＝1，…，I′，1≤I′＜I)的选择编号1′。

在步骤91，当i′＝1，…，I′时计算空化密度差Δρ(i′)＝|ρ(cav；i′)-ρ(cav；ref)|，并且根据一个或多个差值Δρ(i′)，计算典型的平均值D(Δρ(1′)，…，Δρ(I′))。在步骤93，该系统确定D(Δρ(1′)，…，Δρ(I′))是否大于选择的阈值差Δρ_thr。

举例来说，典型的平均值D可以是加权的线性或非线性平均值，例如：

$D(\mathrm{\Δ\ρ}\left(1\right),...,\mathrm{\Δ\ρ}\left(I\right))={\{\underset{i=1}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}w\left(i\right)\×{\left\{\mathrm{\Δ\ρ}\left(i\right)\right\}}^p\}}^{1/p}---\left(1\right)$

式中，ρ是选择的正数，并且w(I′)是正加权系数，满足

$\underset{i=1}{\overset{1}{\mathrm{\Σ}}}w\left(i\right)=1---\left(2\right)$

量

             D(Δρ(1)，…，Δρ(I))

表示用于I′变换器中随机选择的子集差值平均数。如果容许指数ρ无限地增大，并且假定当ρ为很大数值时对于子集中的全部指数i′，w(i′)＞0，则式(1)中量D近似于

$D(\mathrm{\Δ\ρ}\left(1\right),...,\mathrm{\Δ\ρ}\left(I\right))\≅\mathrm{\Δ\ρ}(i;\max )=\max \{\mathrm{\Δ\ρ}\left(1\right),...,\mathrm{\Δ\ρ}\left(I\right)\}---\left(3\right)$

因此，当指数ρ为很大数值时，量

              D(Δρ(1)…Δρ(I))

近似于差值中的最大值，并且该数与阈值差Δρ_thr相比。在这种极限情况下，最大值差Δρ(i′；max)与选择的阈值差相比。当指数ρ为较小值时，量

              D(Δρ(1)，…Δρ(I))提供其它的平均数。例如，若选择ρ＝1，则典型的平均值

              D(Δρ(1)，…，Δρ(I))成为密度差Δρ(i′)的普通加权平均值。若选择ρ＝2，则典型的平均值

                D(Δρ(1)，…Δρ(I))成为密度差Δρ(i′)的加权均方平均值。

如果步骤93询问的回答为“是”，则该系统终止变换器试验过程，并且在步骤95按原样使用变换器15-i′(i′＝1，…，I′)群(collection)；并且在步骤97，把CCU棒任选地移出试验液，移动或重新定向CCU棒，把CCU棒浸没在微粒清除液中，再使用调节好的全部变换器在微粒清除液中产生两个或多个声空穴。如果步骤95询问的回答为“否”，则在步骤99，该系统回转到图5中步骤63开始的程序。

在图6和7的一个或两个程序中，试验液和微粒清除液可以是相同的，也可以是不同的。适宜的微粒清除液包括：DI水，氨(NH₃)，过氧化氢(H₂O₂)，硫酸(H₂SO₄)，和DI水中的臭氧(O₃)，或其混合物。

对于在大约相同的时间表面清洗一个或几个表面，例如半导体表面来说，上述的开发是适当的。图8概略示出系统100，用于清洗一个晶片表面或一批两个或多个表面101-j，编号j＝1，…J(J≥2)，最好表面基本是平的。在容器或槽103中，表面101-j互相接近平行地定向；容器或槽103具有敞开的上表面，并装有足够数量的选择微粒清除液105完全浸没各个表面，而且清除液延伸到薄膜片109(厚度h3≈0.1-1mm)。

在膜片109的上方，在各个顺序的试验单元(test cells)113-i(i＝1，…，I；I≥2)中提供试验液111(它可以是，但不一定是与微粒清除液105相同)，这些单元邻接膜片109，如图所示。试验单元材料包括：例如钽，熔凝硅石，或塑料。通过迷宫式液体进入系统115供给用于试验单元113-i的试验液111，进入系统115容许液体通过，但不容许单元外部产生的任何光进入单元。这就是说，单元113-i最好是不透光的。在试验液体111(例如DI水)中含有最好是或接近饱和浓度的惰性气体(例如，Ar，Ne，Kr或Xe)或其它物质，以便根据清除液105中声空化产生的能量波接收情况(从膜片109)促进或助长单元113-i内的声致冷光放电。

用一个有顶的不透光罩117覆盖试验单元113-i组件，该顶包括ICCD模块119，用来形成试验液声致冷光响应的多个图像，以确定每个变换器是否在容许范围内起作用。在膜片109上方给定位置产生并由ICCD模块119检测的声致冷光场反映在膜片109下方相应位置上清除液中产生的声场。

由K个变换器121-k，编号k＝1，…，K(K≥2)产生清除液105中的声空化。这些K变换器都位于容器103的一侧，以便在相邻表面101-j之间的缝隙空间中在清除液内产生空穴。每个变换器121-k都提供一个声场，以便在容器103内对两个相邻表面101-j之间的一个、两个或多个缝隙空间进行清洗。如果一个或多个变换器121-k运行的不正常，则试验液111中膜片109上方检测的相应声致冷光响应将不在容许响应范围内，并且ICCD模块119将检测到这种情况。在这种情况下，调节能量输入E(f)和/或输入频率f＝f_n，以便按照类似于有关图2和3阐述的方法的方式，使这部分的声致冷光响应达到容许范围内。

在清除液105中产生的声空化场不大可能在Z坐标轴方向是均匀的，尤其是当要清洗的表面101-j在Z方向具有较大的长度时更是如此。声空化可能随着Z的增加而近似单调地下降，因为与产生空化的变换器的距离增加了。

图9概略示出另一个系统140，用于促进微粒清除液105内声空穴密度的近似均匀性。在图9中，还在其侧观看表面101-j，第一组变换器141-h1(h1＝1，…，H1；H1≥2)设在表面101-i的第一端，而第二组变换器142-h2(h2＝1，…，H2；H2≥2)设在表面101-i的第二相对端。单个变换器141-h1或142-h2产生的声激发EW强度将随着与这个变换器的距离的增加而单调地下降。作为第一近似法，采用吸收用的比耳定律，根据该定律，由一个变换器141-h1产生的声场振幅A(y)近似为

             AO×e^{-αy}式中，AO是初振幅，α(＞0)是振幅衰变参数，可随着输入频率f和/或清除液体的化学和物理性质的不同而改变。在具有坐标值y(0≤y≤L)的清除液中的任何位置上，来自一侧的变换器141-h1和来自另一侧的变换器142-h2的作用(contributions)总和构成总振幅

A(y)＝AO×e^{-αy}+AO×e^(-α(L-y)}

$=2\×\mathrm{AO}\×e^{\{-\frac{\mathrm{\αL}}{2}\}}\×\cosh \left\{\mathrm{\α}(y-L/2)\right\}$

$\≈2\×\mathrm{AO}\×e^{\{-\mathrm{\αL}/2\}}\×[1-\frac{{\left(\mathrm{\α}(y-L/2)\right)}^2}{2}+O\left({(y-L/2)}^4\right)]---\left(4\right)$

A(y)在y＝L/2具有最小值，并随着坐标值|y-L/2|的增加而缓慢地增加。假定这时比耳定律吸收近似正确，则声场振幅的最大相对差(fractional difference)变成

{A(y＝0)-A(y＝L/2)}/A(y＝L/2)＝cosh{α(L/2)}-1

                                            (5)

函数cos h{α(L/2)}-1随变量αL/2单调地增加，并且例如当αL/2＝0.44时具有0.0984的值；平均声空化密度当αL/2≤0.44时是在均匀的10％范围内。

对于固定的表面长度L，可通过适当地选择清除液，使该差值更小，其中优选小数值的衰变参数α。图9所示的实施例可用于清洗单个的表面或用于清洗成批的表面。在图9所示的实施例中，通过在一个表面或一个表面组件两个相对端的每一端上对称地布置变换器促进由变换器产生的声场振幅均匀性。

在图10的系统150中，概略示出改进平均声空化密度均匀性的另一方法。如图所示，还在其侧观看表面101-j，在表面101-j的第一端设有第一组变换器151-h1(h1＝1，…，H1；H1≥2)；在表面101-j的第二相对端，设有第二组变换器152-h2(h2＝1，…，H2；H2≥2)；在表面101-j的第一端，设有第三组变换器153-h3(h3＝1，…，H3；H3≥2)，该组变换器具有相应的变换器透镜155-h3；在表面101-j的第二端，设有第四组变换器154-h4(h4＝1，…，H4；H4≥2)，该组变换器具有相应的变换器透镜156-h4。

各个变换器透镜155-h3是以与第一端的正距离Δy＝L/2“聚焦”的，而各个变换器156-h4是以与第二端的正距离Δy＝L/2“聚焦”的。第三和第四组聚焦的变换器153-h3和154-h4共同产生一个平均声空化密度，估计该密度接近为

$B\left(y\right)\≈B0\×e^{\left({-\mathrm{\β}}^2{(y-L/2)}^2\right)---\left(6\right)}$

B(y)在y＝L/2具有最大值，并且随着差值y＝|y-L/2|的增加而单调地下降。凡是只有第三和第四组(聚焦的)变换器155-h3，154-h4，155-h3和156-h4的地方；平均声空化密度均匀性的合理量度是

$\{B(y=L/2)-B(y=0)\}/B(y=L/2)=1-e^{\{-{(\mathrm{\βL}/2)}^2\}}---\left(7\right)$

该量度可与在(5)式中表述的均匀性量度相比。

图11用曲线图表示密度估量A(y)和B(y)随着位置坐标y的变化。各个A(y)和B(y)大约对称在全位置值y＝L/2的范围内；随着|y-L/2|值的增加A(y)单调地上升，B(y)单调地下降。

凡是同时激发第一和第二组变换器与第三和第四组聚焦的变换器的地方，产生的平均声空化密度接近总和

      D(y)＝A(y)+B(y)

$=2\×A0\×e^{\{-\mathrm{\αL}/2\}}\×\cosh \left\{\mathrm{\α}(y-L/2)\right\}+B0\×e^{\{-{\mathrm{\β}}^2{(y-L/2)}^2\}}---\left(8\right)$

理想地，参数AO，BO，α和β安排成满足

     0≤|dA/dy+dB/dy|min{|dA/dy|，|dB/dy|}

                                          (9)

因此，作为变量y的函数用于组合的第一、第二、第三和第四组变换器的平均声空化密度，要比第一/第二组变换器或第三/第四组变换器的相应密度更加均匀。在包括Δy＝0在内的坐标差值Δy＝|y-L/2|的小范围内，斜率值|dA/dy|至少要有斜率值|dB/dy|那样大。在重新整理诸项以后，在这个范围(例如，|Δy|≤Δy0)内，要求：

(AO/BO)sinh{αΔy}/αΔy

＝(AO/BO){1+(αΔy)²/6+O(αΔy)⁴}/αΔy

$\≥{(\mathrm{\β}/\mathrm{\α})}^2{e}^{\{-{(\mathrm{\β}/\mathrm{\α})}^2{\left(\mathrm{\α\Δy}\right)}^2\}}$

$={(\mathrm{\β}/\mathrm{\α})}^2\{1-{(\mathrm{\β}/\mathrm{\α})}^2{\left(\mathrm{\α\Δy}\right)}^2+O{(\mathrm{\β}/\mathrm{\α})}^4{\left(\mathrm{\α\Δy}\right)}^4\}---\left(10\right)$

如果满足约束

                   (AO/BO)≥(β/α)²

                                     (11)

则对于在其内部包括αΔy＝0在内的变量αΔy的适度范围来说，满足式(10)中的约束。

更一般地说，对于变量αΔy值的某一非零范围来说，满足式(10)中的约束。通过适当选择参数AO、BO、α和β，可保证差值

{D(y＝L/2)-D(y＝0)}/D(y＝L/2)

＝{A(y)+B(y)-A(L/2)-B(L/2)}/{A(L/2)+B(L/2)}(0≤Δy≤Δy₀)

                                                  (12)

满足式(9)，从而通过在一起使用第一/第二组变换器或者使用第三/第四组变换器，改进组合的平均声空化均匀性。更一般地说，可以把在内部位置(例如y＝L/2，中点)附近分别具有单调上升的空化密度和单调下降的空化密度的第一组变换器与第二组变换器组合起来，以提供具有更均匀空化密度的变换器组合组。可用图9和10中所示的变换器系统，使平均声空化密度在各个x、y和z坐标方向上达到接近均匀。这些产生声空化密度A(y)或B(y)或A(y)+B(y)组合的变换器系统可用来促进试验液和/或微粒清除液平均声空化密度的均匀性。

另一方面，可使一个或多个有透镜的变换器155-h3和/或156-h4发生转动，从而使用于图10中清除液105内的那个变换器最大强度的位置在y，z平面上以接近圆形区型式(circular sector pattern)进行移动。这将造成对应于该转动变换器的最大强度位置(x，y，z)max沿着这个圆形区变化，在该圆形区引起多个有透镜的变换器这样转动。

图10中的各个有透镜的变换器155-h3和156-h4，可用图12所示的一个或多个非平面形状的变换器157-h5替换或补充，最好变换器157-h5的凹面或起伏形状因数(undulating shape factor)h＝h(z)使在微粒清除液105内任何位置(x，y，z)上接收的变换器能量获得最大值，该最大值不靠近侧壁(x≈0)，但在选择的正距离x＝d_max(z)处，该距离可沿侧壁随着距离z而变化。例如，如果形状因数接近正弦曲线(例如，h(z)≈h0-h1 sin k2)，则距离d_max(z)也将随着周期2π/k而近似周期地改变，如图13所示。

在图13中，在装有微粒清除液173的容器172中设置装有声空穴传感器171-j(j＝1，…，J；J≥2)阵列的传感器板170。在容器172的壁175上设置声空穴变换器174-k(k＝1，…，K；K≥2)阵列，并且传感器板170的平面基本上平行于变换器壁175的平面，其所选择的间隔距离d(≈0.5-5cm)。变换器例如是有一定形状(非平面)的。该变换器174-k阵列被激发，从而在微粒清除液173内产生声空穴176的两维空间分布D(x，y；t)，该声空穴176被检测并在选择的瞬时t(avg)，例如0.5-15秒的时间间隔内形成时间平均数D(x，y；avg)。为了理想分布空穴D(x，y；avg)提出一种空穴的基准或理想分布，并且形成选择的正组合式(combination)C{D(x，y；avg)，D(x，y；ref)}，并与变换器174-k阵列上或其相邻的I个位置(I≥2)的选择序列{(xi，yi)}i用的阈值C_thr相比较。组合式C在如下意义上优选为β度均匀，即

C{αD(x，y；avg)，αD(x，y；ref)}

＝|α|^βCD(x，y；avg)，D(x，y；avg；ideal)

                                               (13)

式中，α是任意实数；β是固定实数(包括0)，也就是组合式C的特征。理想地，当所测分布与基准分布相同时，组合式C是0；并且任选地，

C{D(x，y，test)，D(x，y，test)}＝0

                                                (14)

对于空穴的任何(任意)试验分布D(x，y；test)都用(14)式。

如果组合式C例如是差数，则把阈值要求表示为

$C\{D(x,y;\mathrm{avg}),D(x,y,\mathrm{ref})\}=\left\{\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i\right|D(x_i,y_i;\mathrm{avg})-D(x_i,y_i,\mathrm{ref}){|}^{\mathrm{\μ}}{\}}^{1/\mathrm{\μ}}\≤C_{\mathrm{thr}}---\left(15\right)$

式中，{wi}i是正加权系数的选择集(总和＝1)，μ是选择的非零常数(正或负)，和C_thr是全部对偶(x，y)范围内空间平均值＜D(x，y；avg，ref)＞的适宜小分数。通过当全部i和μ＝1时选择wi＝1/I，要求该差数的总和不得大于C_thr。如果组合式C是比率，则阈值要求是

$C\{D(x,y;\mathrm{avg}),D(x,y,\mathrm{ref})\}=\left\{\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i\right|D(x_i,y_i;\mathrm{avg})/D(x_i,y_i,\mathrm{ref})-1{|}^{\mathrm{\μ}}{\}}^{1/\mathrm{\μ}}\≤C_{\mathrm{thr}}---\left(16\right)$

式中，C′_thr是适宜小分数，例如0.1。另一个适当的组合式C和相关的阈值要求是

$C\{D(x,y;\mathrm{avg}),D(x,y,\mathrm{ref})\}=$ $\left\{\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i\right|D(x_i,y_i;\mathrm{avg})/D(x_i,y_i,\mathrm{ref}){|}^{\mathrm{\μ}}{\}}^{1/\mathrm{\μ}}\≥C_{\mathrm{thr}}---\left(17\right)$

式中，C”_thr是适当的分数，例如0.9。更一般地说，组合式C可以定义为

$C\{D(x,y;\mathrm{avg}),D(x,y,\mathrm{ref})\}=\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{i}F\{D(x_i,y_i;\mathrm{avg})/D(x_i,y_i,\mathrm{ref})\}---\left(18\right)$

式中，F(r)在相应的阈值条件(C≤C_thr或C≥C_thr)下是变量r的单调上升函数或单调下降函数。

如果组合式C的值满足相关的阈值试验，则变换器阵列是可接受的；否则，就确定变换器阵列的性能是不可接受的。这方法提供一种虚拟晶片，板170用于监测变换器阵列产生的声空穴分布。

为形成声空化场开始所需的变换器作用可以不同于为保持该场所需的(或足够的)变换器作用。凡是在开始与保持的变换器作用不同的地方，则在开始形成该场以后，改变一个或多个变换器的参数(例如触发能量和/或变换器频率)。例如，在场形成以后，可能需要减小变换器触发能量，如FERRELL，G.，等人发表“一种新颖的空化探头设计及其对兆声波清洗应用的一些初步测量”，J.Acoust.Soc.Am..2002，vol.112，P.1196-1202中报导的一些实验结果提出的那样。如图14中用曲线图所示空化亮度与50、100、200、300、400和500瓦变换器功率电平的时间关系曲线，过大的空化负担可能干扰声场的传播，这种干扰可能增加空化密度的不均匀性，不良效应，或由于物体表面初始平行线的畸变引起物体表面的损坏。

第一种替换方法是把象Ne或Ar之类的惰性流体最初添加到初始试验液或微粒清除液中，以助长初始形成声空穴；此后排出惰性流体，或者例如通过排出含有惰性流体的液体，以定期的方式改变惰性流体的浓度。当声空化场开始形成并随后保持时，一个或多个变换器参数的定期变化可在第四维，时间方面促进近似均匀的空化密度。

在第二种替换方法中，对空化能量的施加可以给予“软开始”，其中变换器功率缓慢向上倾斜，而不是显著地瞬间变化，以便抑制观测光子的急剧最大值出现(如图14所示)，并且抑制这种干扰。

在第三种替换方法中，变换器功率缓慢向上倾斜；并且在空化能量接近渐近线以后，把第一种方法的惰性流体引入试验液或微粒清除液中。

在第四种替换方法中，为了避免损伤物体表面，变换器功率向上倾斜到所需的最终值，没有物体要清洗；然后把物体浸没在试验液或微粒清除液中；并且按照前面所述继续该过程。

当晶片从声波受到液体空化时，该晶片不应当紧密地附着于晶片夹持器上。这种晶片紧密附着于晶片夹持器会在晶片表面上容许或助长具有永久峰谷位置的等效牛顿环的发展，这是由于部分地被声波“照射”一部分约束的晶片表面造成的，与一部分约束的膜片机械激发情况类似。在晶片被很松弛地保持在晶片夹持器上之处，使得晶片表面上没有地点是固定位置的永久结点，声波将提供随时间变化的无规图样(rondom patterns)，从而平均来说，在晶片表面上没有区域比晶片表面上任何其他区域受到显著多或显著少的声空化效应。在晶片表面上有或多或少固定位置的等效牛顿环的发展将在晶片表面的不同区域上产生时间平均空化密度效应的不良和显著差异。

在消除或抑制出现有固定位置的等效牛顿环效应的第一种方法中，可使保持于晶片夹持器上的晶片在0.1-5倍于晶片厚度的范围(或更大该范围)内横向移动，以便晶片接近完全自由，从而避免出现有固定位置的等效牛顿环。

在消除或抑制出现有固定位置的等效牛顿环效应的第二种方法中，按照0.2°-10°范围(最好不大于约2°)内的角度Δφ，及时高频振动一个垂直于限定晶片表面的平面π的矢量，使晶片接近完全自由。在图16中，晶片237连接于晶片夹头(chuck)239和/或轴241上，并且使用轴的随机或伪随机角度定向型式，高频振动轴角度Δφ。轴241可以在夹头支架243内转动和高频振动。晶片夹头具有电子反馈，以便在转轴中进行位置控制。枢转机构227具有电子反馈，以便在角轴中进行位置控制。枢转机构227使轴241以枢转点245枢转。可以在一种例如装在盘(未示出)中的微粒清除液内浸没晶片和夹头。

当触发声空化变换器的数目增加时，其中装有变换器的清洗液在感觉上变得“较亮”，使得与声波场相关的平均色值(color value)从“暗”色值(不触发变换器)单调地增加到相当于连续地较亮空化声波场的较高色值。这种色值的增加是接近线性的，但不是严格的线性的，如图16曲线所示，该图表示在1MHz的输出频率和相当于约4伏的各个变换器输入功率情况下，色值随着试验液或清洗液内相邻触发的变换器数目的增加而改变。

在本发明的一个实施例中，由声空化波场产生光(光子计数)，这里在清洗液(此处是DI水)中触发u＝3，5，7和9相邻的变换器。与触发变换器位置相邻的第一区较亮于较暗的第二区。第一区的数字面积及其相关亮度随着触发变换器数目u而增加，其增加速度快于线性速度(约为数目u的平方)。这是意想不到的，表示存在一个或多个涉及相邻触发变换器数目u的协合效应(synergistic effects)。如果各个触发变换器与各个其它触发变换器基本上隔离，则第一区的数字面积很可能随u而线性增加，而相关的亮度则很可能随u的增加而近似恒定。

这种亮度随着相邻触发变换器数目的增加而单调地增加，表达为

＝f(u)              (19)

可与估计相组合

X＝g(β)              (20)

相当于亮度的声空化场的清洗能力。这种组合式将提供相邻触发变换器数目u的估计，这是提供给定清洗能力X(例如每单位表面面积和每单位时间从一个表面清除微粒的平均数目)所需的，通过转换表达式

X＝g{f(u)}                (21)

以得到作为X的函数的u。

可通过观测得出式(19)中对u的关系式。而式(20)中X对的关系式则需要对相关的各个微粒清除液、各个变换器功率电平、各种要清除的微粒类型、以及各个重要物体表面(例如晶片表面)，用实验方法来确定。凡是只能把短的时间间隔(例如15秒)专用于给定表面上的微粒清除之处，相邻触发变换器的数目u，相对于用于较长暴露时间(例如60秒)的数目，则需要增加。

以不同的电压比较9个变换器阵列的空化密度。在对各个变换器外加电压从3、4伏变到4、7伏的地方，与对各个变换器外加电压都一致为5伏的地方相比，达到更加均匀的密度。在电压一致为5伏的地方，看到存在一些“热点”和“冷点”，从而空化密度可产生(i)对物体表面的损伤，和/或(ii)在物体表面上保持的微粒有不可接受的变化。

显著声空化的出现是一种阈值事件，这取决于一些变量的存在，并非全部变量已经等同。已知影响显著声空化的存在与否的变量包括：有源和相邻变换器的数目；施加到各个有源变换器上的电功率；所用的变换器频率；有助于促进空化的流体的存在(或不存在)和浓度；微粒清除液或试验液的表面张力；以及微粒清除液或试验液的温度。这些变量之一的非最佳值的使用可通过使用一个或多个其它变量的额外最佳值取得补偿。

本说明书说明的实施例适合于单个晶片处理或成批晶片处理(尤其是图8-10和12-15中说明的那些晶片的处理)。通过随晶片表面上的位置而平缓地改变声空化密度，可调节该密度，以补偿晶片表面不同小区域的线性速度V的效应，这里V是随与晶片转动轴的径向距离r而(接近线性地)变化的。

Claims (63)

1.一种用于清除表面上一个或多个微粒的方法，所述方法包括：

提供I个可触发变换器的组件，I≥2，各个变换器都能在选择的微粒清除液中产生至少一个空穴，在此，产生的空穴随后破裂，并且提供一机构，用于清除在微粒清除液中悬挂的表面上的至少一个微粒；

在选择的试验液内浸没变换器组件；

触发所述变换器组件的至少一个变换器；

测量由至少一个变换器产生的空穴密度；

确定是否要调节所述至少一个变换器的至少一个参数；

从试验液中移出变换器组件，并且把该变换器组件浸没在微粒清除液中；和

触发微粒清除液中的至少一个变换器，并且使至少一个变换器产生的至少一个空穴能破裂，从而在微粒清除液中浸没的表面上的至少一个微粒得到清除。

2.根据权利要求1的方法，还包括：

把所述变换器组件电气连接于伺服控制单元上，所述伺服控制单元在调节发生时调节所述至少一个参数。

3.根据权利要求2的方法，还包括：

在触发微粒清除液中的至少一个所述变换器之前，从所述伺服控制单元断开所述变换器组件。

4.根据权利要求1的方法，还包括：

把所述微粒清除液和所述试验液选择成基本上相同的液体。

5.根据权利要求1的方法，还包括：

从由溶解于DI水中的H₂O、NH₃、H₂O₂、H₂SO₄和O₃组成的液体组中，选择所述微粒清除液。

6.根据权利要求1的方法，还包括：

从由DI水和DI水加上从Ne、Ar、Kr和Xe中得到的惰性流体组成的液体组中，选择所述试验液。

7.根据权利要求1的方法，还包括：

使所述至少一个变换器中的每一个在所述微粒清除液中发射选择的输出频率，其中每个选择的频率在100-3000KHz的范围内。

8.根据权利要求1的方法，还包括：

当触发所述至少一个变换器时，在所述微粒清除液中悬挂至少一个第二表面；和

使所述至少一个变换器产生的至少一个外加的空穴能破裂，从而在所述微粒清除液中浸没的第二表面上的至少一个微粒得到清除。

9.一种用于清除表面上一个或多个微粒的方法，所述方法包括：

提供两个或多个可触发变换器的组件，各个变换器都能在选择的微粒清除液中产生至少一个空穴，在此，产生的空穴随后破裂，并且提供一机构，用于清除在微粒清除液中悬挂的表面上的至少一个微粒；

在选择的试验液内浸没变换器组件；

触发该组件中的第一变换器，以在试验液内产生至少一个空穴，估计由第一变换器产生的第一典型空化密度ρ_cav(1)，并且计算第一差值|ρ_cav(1)-ρ_cav(ref)|，式中，ρ_cav(ref)是选择的基准空化密度；

当第一差值大于选择的差值阈Δρ_thr时，调节第一变换器的至少一个参数，以满足至少一个下述条件：(i)第一差值减小到不大于差值阈，和(ii)第一差值减至最小；

触发该组件中的第二变换器，以在试验液内产生至少一个空穴，估计由第二变换器产生的第二典型空化密度ρ_cav(2)，并且计算第二差值|ρ_cav(2)-ρ_cav(ref)|；

当第二差值大于Δρ_thr时，调节第二变换器的至少一个参数，以满足至少一个下述条件；(i)第二差值减小到不大于差值阈，和(ii)第二差值减至最小；

从试验液中移出变换器组件，并且把变换器组件浸没在微粒清除液中；和

触发微粒清除液内的至少第一和第二变换器，并且使第一和第二变换器中至少一个产生的至少一个空穴能破裂，从而在微粒清除液中浸没的表面上的至少一个微粒得到清除。

10.一种用于清除表面上一个或多个微粒的方法，所述方法包括：

提供I个可触发变换器的组件，I≥2，各个变换器都能在选择的微粒清除液中产生至少一个空穴，在此，产生的空穴随后破裂，并且提供一机构，用于清除在微粒清除液中悬挂的表面上的至少一个微粒；

在选择的试验液内浸没变换器组件；

触发该组件中I′个变换器子集中的每一个，编号i′＝1，...，I′，1＜I′≤I，以使该子集中各个触发的变换器在试验液中产生至少一个空穴，估计由变换器编号i′产生的典型空化密度ρ_cav(i′)，并且为i′＝1，...，I′中的每一个计算密度差值Δρ(i′)＝|ρ_cav(i′)-ρ_cav(ref)|，式中，ρ_cav(ref)是选择的基准空化密度；

形成I′个密度差值的统计平均值D{Δρ(i1)，...，Δρ(I′)}；

当统计平均值D{Δρ(i1)，...，Δρ(I′)}大于选择的差值阈Δρ_thr时，为I′个变换器中的至少一个调节至少一个参数，以满足至少一个下述条件：(i)统计平均值D{Δρ(i1)，...，Δρ(I′)}在调节以后减小到不大于差值阈的数值，和(ii)统计平均值D{Δρ(i1)，...，Δρ(I′)}减至最小；

从试验液中移出变换器组件，并且把变换器组件浸没在微粒清除液中；和

触发微粒清除液中的至少I′个变换器，并且使I′个变换器中至少一个产生的至少一个空穴能破裂，从而在微粒清除液中浸没的表面上的至少一个微粒得到清除。

11.根据权利要求10的方法，还包括：

选择要由下式近似给出的所述统计平均值：

$D(\mathrm{\Δ\ρ}\left(1\right),...,\mathrm{\Δ\ρ}\left(I\right))={\{\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}w\left(i\right)\×\{\mathrm{\Δ\ρ}\left(i\right){\}}^p\}}^{1/p}$

式中，p是选择的正数，w(i′)是满足下述约束的正加权系数：

$\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}w\left(i\right)=1$

12.一种用于清除表面上一个或多个微粒的系统，所述系统包括：

容纳两个或多个可触发变换器组件的选择试验液的容器，各个变换器都能在选择的微粒清除液中产生至少一个空穴，在此，产生的空穴随后破裂，并且提供一机构，用于清除在微粒消除液中悬挂的表面上的至少一个微粒；

第一变换器触发和测量机构，用于触发该组件中的第一变换器，以在试验液中产生至少一个空穴，估计由第一变换器产生的第一典型声空化密度ρ_cav(1)，和计算第一差值|ρ_cav(1)-ρ_cav(ref)|，式中，ρ_cav(ref)是选择的基准空穴直径；

第一变换器调节机构，其构造成：当第一差值大于选择的差值阈Δρ_thr时，调节第一变换器的至少一个参数，以满足至少一个下述条件：(i)第一差值减小到不大于差值阈，和(ii)第一差值减至最小；

第二变换器触发和测量机构，用于触发该组件中的第二变换器，以在试验液中产生至少一个空穴，估计典型的预破裂空穴直径ρ_cav(2)和计算第二差值|ρ_cav(2)-ρ_cav(ref)|；

第二变换器调节机构，其构造成：当第二差值大于Δρ_thr时，调节第二变换器的至少一个参数，以满足至少一个下述条件：(i)第二差值减小到不大于差值阈，和(ii)第二差值减至最小；

组件再定位机构，用于从试验液中移出变换器组件，并且把该变换器组件浸没在微粒清除液中；和

变换器组件触发机构，用于触发微粒清除液中的至少第一和第二变换器，并且使第一和第二变换器中的至少一个产生的至少一个空穴能破裂，从而在微粒清除液中浸没的表面上的至少一个微粒得到清除。

13.一种用于清除表面上一个或多个微粒的系统，所述系统包括：

I个可触发变换器的组件，I≥2，各个变换器都能在选择的微粒清除液中产生至少一个空穴，在此，产生的空穴随后破裂，并且提供一机构，用于清除在微粒清除液中悬挂的表面上的至少一个微粒；

选择试验液的第一容器，可在该试验液中浸没变换器组件；

变换器触发机构，用于触发该组件中I′个变换器子集中的每一个，编号i′＝1，...，I′，1＜I′≥I，以使该子集中各个触发的变换器在试验液中产生至少一个空穴，在此，所述触发机构估计由变换器编号i′产生的典型空化密度ρ_cav(i′)，并且为i′＝1，...，I′中的每一个计算密度差值Δρ(i′)＝|ρ_cav(i′)-ρ_cav(ref)|，式中，ρ_cav(ref)是选择的基准空化密度；

计算装置，其程序设计成：接收估计的典型空化密度r_cav(i′)，和形成I′个密度差值的统计平均值D{Δρ(i1)，...，Δρ(I′)}；并且当统计平均值D{Δρ(i1)，...，Δρ(I′)}大于选择的差值阈Δρ_thr时，为I′个变换器中的至少一个调节至少一个参数，以满足至少一个下述条件：(i)统计平均值D{Δρ(i1)，...，Δρ(I′)}在调节以后减小到不大于差值阈的数值，和(ii)统计平均值D{Δρ(i1)，...，Δρ(I′)}减至最小；

组件移动机构，用于从试验液中移出变换器组件，并且把变换器组件浸没在装有微粒清除液的第二容器中；和

这里，所述变换器触发机构触发微粒清除液中的至少I′个变换器，并且使I′个变换器中至少一个产生的至少一个空穴能破裂，从而在微粒清除液中浸没的表面上的至少一个微粒得到清除。

14.一种用于清除表面上一个或多个微粒的方法，所述方法包括：

提供装有选择的微粒清除液的第一液体容器；

提供(i)在第一容器壁上的第一变换器，和(ii)在第二容器壁上的第二变换器，所述第二容器壁同所述第一容器壁隔开，并且面对所述第一容器壁；

在所述容器中放置物体；和

分别以第一和第二触发水平触发第一和第二变换器，从而使所述清除液中产生的所述声空穴浓度沿着所述第一容器壁与第二容器壁之间延伸的线段接近均匀。

15.根据权利要求14的方法，还包括：

将所述第一变换器和所述第二变换器构造成使：(1)由所述第一变换器产生的所述声空穴的所述浓度随着所述线段上的位置从所述第一容器壁向所述线段的中心移动而近似单调地下降，和(2)由所述第二变换器产生的所述声空穴的所述浓度随着所述线段上的位置从所述第二容器壁向所述线段的中心移动而近似单调地下降。

16.根据权利要求15的方法，还包括：

提供(iii)第三变换器，它在所述第一容器壁上，相邻于所述第一变换器；和(iv)第四变换器，它在所述第二容器壁上，相邻于所述第二变换器；

这里，所述第三和第四变换器构造成使：(3)由所述第三变换器产生的所述声空穴的浓度随着所述线段上的位置从所述第一容器壁向所述线段的所述中心移动而近似单调地上升；和(4)由所述第四变换器产生的所述声空穴的浓度随着所述线段上的位置从所述第二容器壁向所述线段的中心移动而近似单调地上升。

17.根据权利要求15的方法，还包括：

使所述第一变换器和第二变换器中至少一个产生的声场，在一个含有于所述第一容器壁与第二容器壁之间延伸的所述线段的平面内，随着时间的消逝而转动，从而在所述微粒清除液内产生的所述声空穴的浓度，随着时间的消逝而变化。

18.根据权利要求15的方法，还包括：

由所述第一变换器和第二变换器中的至少一个产生所述声空穴，从而使所述空穴的浓度沿着所述微粒清除液内至少一个第二线段不均匀；所述第二线段基本上平行于所述第一容器壁和所述第二容器壁中的至少一个延伸。

19.根据权利要求14的方法，还包括：

把所述第一变换器和所述第二变换器构造成使：(1)由所述第一变换器产生的所述声空穴的浓度随着所述线段上的位置从所述第一容器壁向所述线段的中心移动而近似单调地上升；和(2)由所述第二变换器产生的所述声空穴的浓度随着所述线段上的位置从所述第二容器壁向所述线段的中心移动而近似单调地上升。

20.根据权利要求14的方法，还包括：

把所述第一变换器和所述第二变换器构造成使：在所述微粒清除液内产生的所述声空穴的浓度近似等于a+b·cosh{α(x-L/2)}；

式中，a、b和α是选择的常数，b和α为正值，x是沿着所述第一与第二容器壁之间延伸的方向测量的位置坐标，L是所述第一与第二容器壁之间的间隔距离。

21.根据权利要求14的方法，还包括：

把所述第一变换器和所述第二变换器构造成使：在所述微粒清除液内产生的所述声空穴的浓度近似正比于a+c·exp{-β2(x-L/2)2}；

式中，a、c和β是常数，c和β为正值，x是沿着所述第一与第二容器壁之间延伸的方向测量的位置坐标，L是所述第一与第二容器壁之间的间隔距离。

22.根据权利要求14的方法，还包括：

把所述第一变换器和所述第二变换器构造成使：在所述微粒清除液内产生的所述声空穴的浓度近似正比于

$a+b\×\cosh \left\{\mathrm{\α}(x-L/2)\right\}+c{\×e}^{\left\{{-\mathrm{\β}}^2{(x-L/2)}^2\right\}}$

式中，a、b、c、α和β是常数，b、c、α和β为正值，X是沿着所述第一与第二容器壁之间延伸的方向测量的位置坐标，L是所述第一与第二容器壁之间的间隔距离。

23.根据权利要求19的方法，还包括：

使所述第一变换器和所述第二变换器中至少一个产生的声场在含有于所述第一容器壁与第二容器壁之间延伸的所述线段的平面内随着时间的消逝而转动，从而在所述微粒清除液内产生的所述声空穴的浓度随着时间的消逝而变化。

24.根据权利要求19的方法，其中：

由所述第一变换器和所述第二变换器中至少一个产生的所述声空穴的浓度沿着所述微粒清除液内的至少一个第二线段不均匀；所述第二线段基本上平行于所述第一容器壁和所述第二容器壁中的至少一个延伸。

25.一种用于清除表面上一个或多个微粒的系统，所述系统包括：

装有选择的微粒清除液的第一液体容器；

在第一容器壁上的第一变换器；和

在第二容器壁上的第二变换器，所述第二容器壁同所述第一容器壁隔开，并且面对所述第一容器壁；

其中，分别以第一和第二触发水平触发所述第一和第二变换器，从而使所述清除液中产生的所述声空穴浓度沿着所述第一容器壁与第二容器壁之间延伸的线段接近均匀。

26.一种用于清除表面上一个或多个微粒的方法，所述方法包括：

在液体容器内选择的微粒清除液中浸没表面的至少一部分，所述表面具有至少一个要从该表面清除的微粒；

设置一个或多个同清除液和容器中的至少一个相接触的可触发变换器；这里，各个变换器都能在清除液中产生至少一个空穴，并且在此，产生的空穴随后破裂，并且提供一机构，用于清除在微粒清除液中悬挂的表面上的至少一个微粒；

把选择浓度的选择空穴增强液引入清除液中；

把一个或多个变换器触发到选择的能量级，以便在组合的清除液和空穴增强液内开始产生多个空穴；

当在清除液中形成选择的空穴密度时，减小下述两个参数中的至少一个，即(i)把空穴增强液的浓度减小到选择的减小浓度水平，和(ii)把一个或多个变换器的触发能量减小到选择的减小触发能量。

27.根据权利要求26的方法，还包括：

在把变换器触发到选择的能量级以后，在选择的微粒清除液中浸没表面或表面的一部分。

28.根据权利要求26的方法，其中：

将变换器触发至所选择的能量级缓慢地发生。

29.根据权利要求26的方法，其中：

在空化能量接近渐近线以后，引入惰性流体。

30.根据权利要求26的方法，其中：

所述一个或多个变换器包括两个或多个变换器的组件。

31.一种用于清除表面上一个或多个微粒的系统，所述系统包括：

液体容器，其装有选择的微粒清除液，且构造成容纳表面的至少一部分，所述表面具有要从该表面清除的至少一个微粒；

一个或多个可触发变换器，其设置成与清除液和容器中的至少一个相接触，在此，每个变换器都能在清除液中产生至少一个空穴，在此，产生的空穴随后破裂，并且提供一机构，用于清除在微粒清除液中悬挂的表面上的至少一个微粒，并且在此，所述清除液开始包括选择浓度的选择空穴增强液；和

可控变换器触发机构，用于把一个或多个变换器触发到选择的能量级，以便在组合的清除液和空穴增强液内开始产生多个空穴，其中，当在清除液内形成选择的空穴密度时，采取下述两个行动中的至少一个：(i)把空穴增强液的浓度减小到选择的减小浓度水平，和(ii)把一个或多个变换器的触发能量减小到选择的减小触发能量。

32.一种用于清除表面上一个或多个微粒的方法，所述方法包括：

提供装有选择微粒清除液的液体容器，这里，所述容器具有至少一个容器壁，所述壁包含至少一个可触发变换器的阵列，所述变换器能够在清除液内产生声空穴；

在清除液内设置至少两个隔开的声空穴传感器的阵列，所述阵列与包括至少一个变换器的容器壁隔开；

触发至少一个变换器，以便在清除液内产生一系列的声空穴，并且确定空穴分布的时间平均值D(x，y；avg)，这些空穴是在至少一个变换器与至少两个空穴传感器之间的I选择位置产生的，在此，(I≥2)，(x，y)＝{(x_i，y_i)}i；

把在选择位置检测的空穴时间平均分布与在相应位置上空穴基准分布D(x，y；ref)进行比较；和

当空穴的时间平均分布由于在该选择位置大于阈值而不同于空穴的基准分布时，则认为这种情况表示：变换器阵列没有合格地运行。

33.根据权利要求32的方法，还包括：

当空穴的所述时间平均分布由于在所述选择位置不大于所述阈值而不同于空穴的所述基准分布时，则认为这种情况表示：所述变换器阵列运行合格。

34.根据权利要求32的方法，其中：

所述空穴时间平均分布D(x，y；avg)与所述空穴基准分布D(x，y；ref)不同的程度通过下述方法确定：

形成选择的组合式C{D(x，y；avg)，D(x，y；ref)}，这里，在所述选择位置的所述时间平均分布和所述基准分布中，在选择的均匀度b(≥0)情况下，所述组合式是均匀的；并且对于以所述选择位置限定的所述空穴的任意试验分布D(x，y；test)来说，所选择的组合式C满足C{D(x，y；test)，D(x，y；test)}＝0。

35.根据权利要求34的方法，还包括：

所述空穴时间平均分布和所述空穴基准分布的所述选择组合式C选择为：

$C\{D(x,y;\mathrm{avg}),D(x,y;\mathrm{ref})\}={\left\{\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{|D(x_i,y_i;\mathrm{avg})-D(x_i,y_i;\mathrm{ref})|}^m\right\}}^{1/m}$

式中，{w_i}i是选择的正加权系数的序列，其总和等于1，m是选择的正常数。

36.根据权利要求34的方法，还包括：

所述空穴时间平均分布和所述空穴基准分布的所述选择组合式C选择为：

$C\{D(x,y;\mathrm{avg}),D(x,y;\mathrm{ref})\}={\left\{\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{|D(x_i,y_i;\mathrm{avg})/D(x_i,y_i;\mathrm{ref})-1|}^m\right\}}^{1/m}$

式中，{w_i}i是选择的正加权系数的序列，其总和等于1，m是选择的非零常数。

37.根据权利要求34的方法，还包括：

通过确定C{D(x，y；avg)，D(x，y；ref)}是否大于选择的阈值C_thr来确定所述时间平均分布是否由于大于所述阈值而不同于所述基准分布。

38.根据权利要求34的方法，还包括：

所述空穴时间平均分布和所述空穴基准分布的所述选择组合式C选择为：

$C\{D(x,y;\mathrm{avg}),D(x,y;\mathrm{ref})\}={\left\{\underset{i=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}{w}_i{|D(x_i,y_i;\mathrm{avg})/D(x_i,y_i;\mathrm{ref})|}^m\right\}}^{1/m}$

式中，{w_i}i是选择的正加权系数的序列，其总和等于1，m是选择的非零常数。

39.根据权利要求34的方法，还包括：

通过确定C{D(x，y；avg)，D(x，y；ref)}是否小于选择的阈值C_thr来确定所述时间平均分布是否由于大于所述阈值而不同于所述基准分布。

40.一种用于清除表面上一个或多个微粒的系统，所述系统包括：

至少两个声空穴传感器的阵列，所述阵列与在微粒清除液中包括至少一个变换器的表面隔开；

变换器试验机构，用于触发至少一个变换器，以便在清除液中产生一系列的声空穴；和用于确定空穴分布时间平均值D(x，y；avg)，在至少一个变换器与至少两个空穴传感器之间的I个选择位置(I≥2)，(x，y)＝{(x_i，y_i)}i(i＝1，...，I)产生所述空穴；和

比较机构，用于对在选择位置检测的空穴时间平均分布与在相应位置的空穴基准分布D(x，y；ref)进行比较，从而当空穴时间平均分布由于在选择位置大于阈值而不同于空穴基准分布时，所述比较机构认为这种情况表示：变换器阵列没有合格地运行。

41.一种用于清除表面上一个或多个微粒的方法，所述方法包括：

提供装有选择微粒清除液的第一液体容器；

在清除液暴露的表面提供选择材料薄片，以使清除液接触该薄片的第一表面；

提供至少一个邻接于容器上选择的第一壁的变换器；

在第一容器中定位第一物体的第一表面，这里，第一表面具有第一端和第二端，第一表面的第一端邻接于至少一个变换器，第一表面的第二端邻接于薄片，并且第一表面具有要从该第一表面清除的至少一个微粒；

提供试验液，所述试验液接触薄片的第二表面，并且位于与薄片第一表面相对的薄片侧上；

设置邻接于试验液暴露表面的光传感器，以接收和检测在试验液中产生的光；和

触发至少一个变换器，从而在清除液内产生至少一个声空穴并使该声空穴能破裂，由此在薄片第一表面接收由于至少一个空穴破裂而产生的第一能量脉冲，并且在试验液内根据在薄片第一表面上接收的第一能量脉冲产生第二能量脉冲。

42.根据权利要求41的方法，还包括：

在第一容器内定位第二物体的第一表面，该第二物体与第一物体隔开并且基本上平行于第一物体；

这里，第二表面具有第一端和第二端，第二表面的第一端邻接于至少一个变换器，第二表面的第二端邻接于薄片，并且第二表面具有要从该第二表面清除的至少一个微粒。

43.根据权利要求41的方法，还包括：

形成对应于第一能量脉冲的第二能量脉冲的光图像。

44.根据权利要求43的方法，还包括：

把所述光图像转换成信号；和

如果所述信号超出容许的范围，则调节所述至少一个变换器的至少一个参数。

45.根据权利要求41的方法，其中：

所述试验液位于试验单元内。

46.根据权利要求45的方法，其中：

所述试验单元是不透光的。

47.根据权利要求41的方法，其中：

所述试验液包含惰性气体。

48.根据权利要求41的方法，还包括：

通过液体导入系统引入所述试验液。

49.一种用于清除表面上一个或多个微粒的系统，所述系统包括：

装有选择微粒清除液的第一液体容器；

选择的材料薄片，定位于清除液的暴露表面，从而清除液接触薄片的第一表面；

至少一个变换器，设置邻接于选择的容器第一壁；

这里，第一容器在其中容纳第一物体的第一表面，第一表面具有第一端和第二端，第一表面的第一端邻接于至少一个变换器，第一表面的第二端邻接于薄片，并且第一表面具有要从该第一表面清除的至少一个微粒；

装有试验液的第二液体容器，所述试验液接触薄片的第二表面，并且位于与薄片第一表面相对的薄片侧上；

设置邻接于试验液暴露表面的光传感器，以接收和检测在试验液中产生的光；和

变换器触发装置，以触发至少一个变换器，从而在清除液内产生至少一个声空穴并使该声空穴能破裂，由此在薄片第一表面接收由于至少一个空穴破裂而产生的第一能量脉冲，并且在试验液内根据在薄片第一表面上接收的第一能量脉冲产生第二能量脉冲。

50.一种用于清除表面上一个或多个微粒的系统，所述系统包括：

轴，其上布置具有物体平面的物体，所述物体具有在物体表面上的一个或多个微粒，所述轴和所述物体定位成在选择液中浸没所述物体的至少一部分，所述轴按照规定的角度范围来回于垂直所述物体平面的位置进行高频振动；和

至少一个变换器，该变换器能够在选择的微粒清除液内产生至少一个空穴，在此，产生的空穴随后破裂，并且提供一机构，用于清除附着于液体中悬挂的表面上的至少一个微粒。

51.根据权利要求50的系统，其中：

所述规定的角度范围是0.2-10度。

52.根据权利要求50的系统，其中：

所述物体是晶片。

53.根据权利要求52的系统，还包括：

晶片夹头，其上放置所述晶片，所述夹头连接于所述轴。

54.根据权利要求50的设备，还包括：

枢转机构。

55.根据权利要求54的设备，还包括：

轴转动装置。

56.根据权利要求54的设备，其中：

所述液体是清洗液。

57.一种用于清除表面上一个或多个微粒的方法，所述方法包括：

提供一轴，其上布置具有物体平面的物体，所述物体在其表面上具有一个或多个微粒；

在选择液中浸没所述物体的至少一部分；

使所述轴按照规定的角度范围，来回于垂直所述物体平面的位置进行高频振动；和

提供至少一个变换器，该变换器能够在选择液内产生至少一个空穴，在此，产生的空穴随后破裂，并且提供一机构，用于清除在微粒清除液中悬挂的表面上的至少一个颗粒。

58.一种用于清除附着于表面上一个或多个微粒的方法，所述方法包括：

在物体夹持器上夹持具有物体厚度的物体；和

在所述物体由所述物体夹持器夹持和所述物体正在受到液体空化作用的同时，使所述物体能横向移动至少0.1倍物体厚度的距离。

59.根据权利要求58的方法，其中：

使所述物体能横向移动0.1-5倍物体厚度的距离。

60.根据权利要求58的方法，其中：

所述物体是晶片。

61.一种用于清除附着于表面上一个或多个微粒的系统，所述系统包括：

物体夹持装置，用于夹持具有物体厚度的物体，物体表面上具有至少一个颗粒，所述物体夹持装置设置成在选择液内浸没所述物体的至少一部分，在所述物体由所述物体夹持器夹持和所述物体正在容器中受到液体空化作用的同时，所述物体夹持装置使物体能横向移动至少0.1倍物体厚度的距离；和

至少一个变换器，该变换器能够在选择液内产生至少一个空穴，在此，产生的空穴随后破裂，并且提供一机构，用于清除在液体内悬挂的表面上的至少一个颗粒。

62.一种用于清除表面上一个或多个微粒的方法，所述方法包括：

确定所需的清洗功率X，用该功率X清除在选择微粒清除液中悬挂的表面上的至少一个微粒；

计算相邻变换器的数目μ，该数目是用表达式X＝g{f(u)}逆运算得出所述预定清洗功率X所要求的；

在选择微粒清除液内悬挂该表面；

在微粒清除液内浸没所计算数目μ的相邻变换器；和

在微粒清除液内触发所计算数目μ的相邻变换器，从而在选择微粒清除液内产生至少一个声空穴并且使该声空穴能破裂，以在所述预定清洗功率下清除表面上至少一个微粒。

63.根据权利要求62的系统，其中：

相邻变换器的计算数目μ是3，5，7或9。

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