TWI548468B - 超音波清潔方法及超音波清潔裝置 - Google Patents

超音波清潔方法及超音波清潔裝置 Download PDF

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Description

超音波清潔方法及超音波清潔裝置
本發明係關於一種超音波清潔方法和一種超音波清潔裝置，特別是通過利用超音波照射其中溶解有氣體的液體來清潔該液體中的待清潔物體的超音波清潔方法和超音波清潔裝置。
在製造諸如矽晶圓等基板的方法中，為了從基板上去除會在半導體器件中導致缺陷的有機物質、金屬雜質、顆粒、天然氧化物膜等，傳統上進行浸沒式、單晶圓式等基板清潔方法。
在基板清潔方法中，取決於其目的，使用各種類型的清潔方法。特別是當採用浸沒式清潔方法來去除諸如顆粒等外來物質時，採用的方法是把基板浸泡在容納於清潔槽中的清潔液中，並且用頻率為約1兆赫茲(MHz)的超音波照射其中浸泡基板的清潔液，該超音波稱為兆頻超音波(megasonic)。一般認為利用頻率約為1兆赫茲的超音波時，可以降低對基板的損壞，並提高對基板表面上亞微米細顆粒(submicron-size fine particles)的清潔效果。
已知清潔液中溶解氣體的濃度會影響去除諸如顆粒等外來物質的效果。已經發現當把超純水用作清潔液、並用兆頻 超音波照射超純水以從基板去除顆粒時，例如，從基板上的顆粒去除率係受到清潔液中溶解氮濃度的影響。更具體地，當清潔液中的溶解氣體濃度在規定的範圍內，從基板上的顆粒去除率相對較高(特開平10-109072 A號公報和特開2007-250726A號公報)。因此，藉由在清潔過程中監測清潔液中溶解氣體的濃度，諸如溶解氮氣的濃度，並將清潔液中溶解氣體的濃度控制在一定的範圍內，理論上可以高效去除顆粒。
另一方面，有報告稱從基板去除顆粒的行為由於某 種原因與用超音波照射清潔液時發生的弱光發射(聲致發光)行為有關("Behaviour of a Well Designed Megasonic Cleaning System"，Solid State Phenomena第103-104期第155-158頁(2005)；"Megasonics：A cavitation driven process"，Solid State Phenomena第103-104期第159-162頁(2005))。
根據發明人對過去進行的基板的超音波清潔的研究結果，已經發現，即使在相同的溶解氣體濃度和相同的超音波照射條件下，顆粒去除率可能或高或低。因此，僅簡單的藉由調節溶解氣體的濃度和超音波照射的條件，將難以以穩定的方式實現具有高顆粒去除率的狀態。
本發明因考慮到上述問題而產生，本發明的目的是提供一種超音波清潔方法和超音波清潔裝置，由此以穩定方式獲得高顆粒去除率。
本發明的發明人認真地研究了液體振動強度與顆粒 去除率之間的關係，結果得到了以下結論。具體地，本發明的發明人發現可以藉由以下方法提高液體的顆粒去除率：在對該液體施加超音波以使得該液體在該超音波的第四階頻率(fourth-order frequency)時的振動強度除以該液體在該超音波的基頻時的振動強度所得的比值大於0.8/1000時，清潔該待清潔物體(W)。因此，本發明的發明人達成了本發明。
根據本發明的超音波清潔方法是一種藉由超音波照 射液體，在溶解有氣體的液體中清潔待清潔的物體的超音波清潔方法，該方法包括以下步驟：製備其中溶解有氣體的液體；在對該液體施加超音波以使得該液體在該超音波的第四階頻率(fourth-order frequency)時的振動強度除以該液體在該超音波的基頻時的振動強度所得的比值大於0.8/1000時，清潔該待清潔物體。因此，可以以穩定的方式獲得高顆粒去除率。
較佳地，在該超音波清潔方法中，清潔待清潔物體 的步驟包括：對該液體施加超音波，以使得該液體在該超音波的第五階頻率(fifth-order frequency)時的振動強度大於該液體在該第四階頻率時的振動強度。因此，可以以更穩定的方式獲得高顆粒去除率。
較佳地，該超音波清潔方法還包括液體測量在該第 四階頻率時的振動強度。可以測量液體在第四階頻率時的振動強度來確定液體的狀態。
較佳地，測量該液體在該第四階頻率時的振動強度 和該液體在該基頻時的振動強度的步驟，以及計算該液體在四階 頻率時的振動強度與該液體在基頻時的振動強度間的比值的步驟。可以計算在四階頻率時的液體振動強度和在基頻時的液體振動強度的比值來確定液體的狀態。
較佳地，關於該超音波清潔方法，在清潔待清潔物 體的步驟中，根據該液體在第四階頻率時的振動強度來調節該液體，以實現在液體中連續產生含有該氣體的氣泡的狀態。由此，可以有效地調節具有穩定方式的高顆粒去除率的液體。
較佳地，在該超音波清潔方法中，其中該清潔該待 清潔物體的步驟包括發生聲致發光的步驟。因此，以更穩定的方式獲得高顆粒去除率。
優選較佳地，在該超音波清潔方法中，該氣體為氮氣，並且該液體中的溶解的氣體濃度大於或等於為5 ppm或以上。
根據本發明的超音波清潔裝置是一種超音波清潔裝 置，用於在溶解有氣體的液體中使用超音波照射該液體以清潔待清潔的物體，該裝置包括照射設備、容器和器件。照射設備能夠將超音波施用於液體。容器能夠容納液體。器件能夠測量在超音波的四階頻率時的液體振動強度。
根據本發明的超音波清潔裝置包括能夠測量在超音 波的第四階頻率時的液體振動強度的器件。由此可以確定液體狀態。
較佳地，該超音波清潔裝置包括調節機構，該調節 機構能夠根據該液體在第四階頻率時的振動強度以實現在液體中連續產生含有氣體的氣泡的狀態。因此，可以有效地調節具有穩定方式的高顆粒去除率的液體。
根據本發明，可以提供以穩定的方式獲得高顆粒去除率的超音波清潔方法和超音波清潔裝置。
5‧‧‧水聽器探針
10‧‧‧供應設備
11‧‧‧第一供應閥
12‧‧‧第二供應閥
20‧‧‧清潔槽
21‧‧‧間接水箱
22‧‧‧固定部分
23‧‧‧液體導入管
30‧‧‧照射設備
40‧‧‧監測設備
41‧‧‧抽出管
42‧‧‧泵
43‧‧‧溶解氮濃度計
45‧‧‧液體調節機構
50‧‧‧暗室
60‧‧‧發光探測裝置
61‧‧‧影像處理裝置
70‧‧‧測量儀器
71‧‧‧測量液體的振動強度的器件
100‧‧‧超音波清潔裝置
W‧‧‧晶圓
a、b、c、d、e‧‧‧頻率
z‧‧‧頻率區域
第1圖係根據本發明一實施態樣的超音波清潔裝置的示意圖。
第2圖為觀察到聲致發光時的裝置構造的一實例。
第3圖為使用根據比較實施例的超音波清潔裝置時，測量液體的振動強度時的振動強度頻譜。
第4圖為使用根據本發明之一實施態樣的超音波清潔裝置時，測量液體的振動強度時的振動強度頻譜。
第5圖為溶解的氮濃度與存在霧狀氣泡與否之間的關係的示意圖。
第6圖為根據本發明的一個實施態樣的超音波清潔方法的流程圖。
第7圖為關於根據本發明之一實施態樣的超音波清潔方法之溶解氣體濃度與時間之間的關係圖。
第8圖為關於根據本發明之一實施態樣的超音波清潔方法之溶解氣體濃度與時間之間的關係圖。
實施本發明的最佳方式
以下將參照附圖來描述本發明的實施態樣，其中對相同或相應的部分給予相同的附圖標記，並且不再對其複述。
首先，將描述根據本發明之一實施態樣的超音波清 潔裝置的構造。
如第1圖中所示，根據本實施態樣的超音波清潔裝置100具有：清潔槽20，其中裝有諸如超純水的清潔液；供應設備10，用於向該清潔槽20提供清潔液；間接水槽21，貯存清潔槽20；照射設備30，其設置在間接水槽21的底部，並能夠施加超音波；監測設備40，用於監測提供到清潔槽20中的清潔液中的溶解的氮濃度；以及器件71，能測量液體的振動強度。供應設備10包括用於把其中溶解有氮氣的超純水提供到清潔槽20的第一供應閥11，和用於向清潔槽20提供脫氣超純水的第二供應閥12。
第一供應閥11連接到未顯示的第一槽。溶解有氮氣的超純水儲存在第一槽中。第二供應閥12連接到未顯示的脫氣水製造裝置。超純水提供給脫氣水製造裝置，其中超純水中的溶解氣體可以通過脫氣膜去除。因為連接到第一供應閥11和第二供應閥12的管在第一供應閥11和第二供應閥12的下游側合併成一個管，溶解有氮氣的超純水和脫氣的超純水混合。混合槽(未顯示)可以設置在第一供應閥11和第二供應閥12的下游側。在此情況下，溶解有氮氣的超純水和脫氣超純水可以在該混合槽中完全混合。
之後，混合的超純水通過連接到前述第一供應閥11和第二供應閥12下游側、並且佈置在清潔槽20內的管提供給液體導入管23。液體導入管23設置在清潔槽20底表面的外圍末端附近。藉由調節第一供應閥11和第二供應閥12的開啟程度，可以控制導入到清潔槽20的超純水中的溶解氮濃度及其供應量。
液體導入管23配備有多個未顯示的噴嘴。作為清潔 液的超純水通過這些噴嘴從液體導入管23提供到清潔槽20中。多個噴嘴沿著液體導入管23的延伸方向互相間隔排。這些噴嘴設置成能將清潔液幾乎朝清潔槽20的中央部分(固定晶圓W的區域，晶圓W為待清潔的物體)注射。
清潔槽20是能夠容納清潔液的容器，用於固定晶圓 W的固定部分22設置在清潔槽20內。晶圓W例如是半導體晶圓。晶圓W通過固定部分22固定在清潔槽20中時，把由前述混合的超純水組成的清潔液從液體導入管23供應到清潔槽20。
如上所述，液體導入管23設置在清潔槽20的下部(在 底壁附近或是在位於連接底壁和側壁的底壁外圍部分的區域內)。從液體導入管23將規定量的清潔液(混合的超純水)供應到清潔槽20中。調節清潔液的供應量，使清潔槽20充滿清潔液，並且規定量的清潔液從清潔槽20的上部溢出。結果，晶圓W如第1圖中所示浸泡在清潔槽20內的清潔液中。
用於一種介質的供應線(未顯示)連接到間接水槽 21，該介質不同於上述供應設備10所供應的介質。用作該介質的水從該供應線供應到間接水槽21中。至少上述清潔槽20的底壁與儲存在間接水槽21中的水接觸。把規定量的水從該供應線連續供應到間接水槽21，從而使一定量的水從間接水槽21溢出。
照射設備30設置成連接到間接水槽21的底壁。照射 設備30用超音波超射間接水槽21內的水。施加的超音波通過間接水槽21內的水和與該水接觸的部分清潔槽20(例如，底壁)施加到清潔槽20內的清潔液和晶圓W。
照射設備30可以產生，例如頻率為20千赫茲(kHz) 或更高至2兆赫茲(MHz)或更低、且功率密度為0.05瓦/平方公分或更高至7.0瓦/平方公分或更低的超音波。因為清潔液和晶圓W以這種方式用超音波照射，使浸泡在清潔液中的晶圓W能夠得到有效清潔。較佳使用頻率範圍在400千赫茲或更高至1兆赫茲或更低的超音波作為照射設備30所施加的超音波。
監測設備40包括：抽出(extraction)管41，其從清 潔槽20內抽出規定量的清潔液；連接到抽出管41的泵42，用於把清潔液引入到溶解氮濃度計43；和連接到泵42下游一側的溶解氮濃度計43。清潔液中測得的溶解氮濃度資料從溶解氮濃度計43輸出到包含在溶解氮濃度計43中的顯示單元。可以使用任意構造的裝置作為溶解氮濃度計43。例如，可以使用這樣的測量裝置：其中包含在清潔液中的溶解氣體組分通過聚合物膜引入到接收器中，並根據該接收器中熱傳導率的變化計算氣體組分的濃度。
清潔槽20係用例如厚度為3.0毫米的石英玻璃製 成。清潔槽20可以具有任意形狀。例如，可以使用內部尺寸為寬度270毫米、深度69毫米且高度270毫米的方形水槽作為清潔槽20。具有該尺寸的清潔槽20的容量為5公升。
形成清潔槽20底壁的石英玻璃板材料的厚度較佳視情況進行調節，情況取決於從照射設備30發出的超音波的頻率。例如，當從照射設備30發出的超音波頻率為950千赫茲時，形成底壁的板材料厚度較佳為3.0毫米。例如，當從照射設備30發出的超音波頻率為750千赫茲時，形成底壁的板材料厚度較佳為4.0毫米。
從供應設備10供應到清潔槽20的清潔液(混合的超純水)的量可以是5公升/分鐘。如上所述，照射設備30施加的超音 波頻率可以是950千赫茲和750千赫茲，並且其輸出可以是1200瓦(功率密度為5.6瓦/平方公分)。照射設備30中的振動板照射面的大小可以是80毫米×270毫米。
能夠測量液體的振動強度的器件71包括水聽器探針(hydrophone probe)5和測量儀器70。提供水聽器探針5以觀察液體的振動強度(即，液體中的聲波強度)。舉例來說，水聽器探針5是諸如壓電組件的轉換器，能夠把因液體密度變化所致的液體的振動強度轉換成電信號。
測量儀器70係供測量由水聽器探針5將強度所轉換成的電信號，並供測量液體的振動強度的頻率特性。測量儀器70例如是能夠進行快速傅立葉轉換的頻譜分析器或示波器。因此，提供能夠測量液體的振動強度的器件71，以便能夠通過水聽器探針5和測量儀器70的組合來測量液體的振動強度的頻率特性。
提供能夠測量液體的振動強度的器件71，以便能夠測量在從照射設備30施加到液體的超音波的頻率(基頻)時的液體振動強度，並且能夠測量在該基頻的整數倍(例如，第四階諧波)時的液體振動強度。例如，能夠測量液體振動強度的器件71係能夠測量在不小於20千赫茲且不大於20兆赫茲的頻率帶內的液體振動強度。
超音波清潔裝置100可以具有液體調節機構45。液體調節機構45是指例如能夠將氣體引入到液體中的機構。能夠將氣體引入到液體中的機構，具有例如氣泡導入管(未顯示)。氣泡導入管的一端位於靠近清潔槽20底表面的位置，並且浸泡在液體中。氣泡導入管的另一端則例如連接到氣體饋送器(未顯示)。該 氣體饋送器配置成能夠通過氣泡導入管向液體饋送氣體。氣泡導入管的一端的開口尺寸為例如大約5毫米層級。氣體饋送器能夠注入例如約1毫升至10毫升層級的氣體。
液體調節機構45也可以是攪拌液體的機構。用於攪 拌液體的機構包括例如攪拌單元(未顯示)。攪拌單元具有本體和槳葉部分。槳葉部分浸泡在液體中。本體的一端例如連接到一諸如馬達的驅動器(未顯示)。攪拌單元構造成可以圍繞旋轉軸旋轉，旋轉軸為本體的中心軸。具體地，攪拌單元構造成能夠攪拌液體。槳葉部分的直徑為約25毫米，高度為約40毫米。槳葉部分的槳葉數量為例如六片。攪拌單元由例如聚四氟乙烯(PTFE，也以Teflon®的商標名為人所知)製成。
液體調節機構45可以進一步具有回饋機構，該回饋 機構能夠基於由能夠測量液體振動強度的器件71所測量的液體振動強度，實現含有溶解有氣體的液體的氣泡在液體中連續產生的狀態。具體來說，回饋機構為如下機構：藉助於能夠測量液體振動強度的器件71來測量例如在第四階頻率時的液體振動強度，並根據振動強度值來攪拌液體或把氣泡引入液體中。
以下參照第2圖描述觀察到聲致發光(發光現象)的 裝置構造。首先，將超音波清潔裝置100和發光檢測裝置60設置在暗室50內。發光檢測裝置60連接到影像處理裝置61。用作發光檢測裝置60的圖像增強單元(能夠感測極弱的光並進行加強的單元)是一種用於感測極弱的光並進行加強的裝置，以得到有反差的圖像。具體地，可以採用Hamamatsu Photonics K.K.製造的圖像增強器(V4435U-03)的單元作為此單元。在此單元中，光電表面由 Cs-Te製成，靈敏度波長範圍從160至320奈米，最高靈敏度波長為250奈米。據信，用超音波照射水時的發光是由羥基基團(OH自由基團)引起的，其發光波長在大約309奈米的紫外線區域。因此，可使用具有光電表面材料(Cs-Te)並且以前述波長作為靈敏度波長範圍的圖像增強器。可以使用光電倍增器(photomultiplier)作為發光探測裝置60。該裝置的條件包括例如，超音波頻率、超音波強度、用於容納溶液的水槽的設計、和溶液的供應量等。
接下來，將描述根據本實施態樣的超音波清潔方法。
將參照第6圖來描述根據本實施態樣的超音波清潔方法。根據本實施態樣的超音波清潔方法是用超音波照射液體清潔晶圓W(待清潔的物體)的方法，該晶圓W浸泡在溶解有諸如氮氣的氣體的液體中，並且該方法主要包括以下步驟。
首先，進行液體製備步驟(S10)。例如，採用如第1圖中所示的清潔裝置，混合其中溶解有氮氣的超純水和脫氣超純水，以及製備好具有第一溶解氣體濃度(C1：參見第7圖)的液體(清潔液)。液體中的溶解氮濃度較佳為5 ppm或以上。
接下來，進行液體振動強度測量步驟(S20)。具體來說，參照第1圖，藉助於浸沒液體的水聽器探針5和用於測量信號(即，水聽器探針5把測量的液體振動強度所轉化成電信號)的測量儀器70來測量液體振動強度。
參照第4圖描述測量液體的振動強度的實施例。頻率a是施加到液體的超音波頻率(基頻)，而且是在清潔待清潔物時的超音波頻率。頻率b、頻率c、頻率d和頻率e分別是兩倍基頻、三倍基頻、四倍基頻和五倍基頻。即，頻率b、頻率c、頻率d和頻 率e是第二階頻率、第三階頻率、第四階頻率和第五階頻率。
藉由超音波照射的液體，測量液體在超音波頻率(基 頻)時的振動強度和液體在四倍超音波頻率(第四階頻率)時的振動強度。較佳地，測量液體在超音波的第四階或更高階頻率(第4圖中的頻率區域z)時的振動強度。
此後，計算液體在第四階頻率時的振動強度與液體 在基頻時的振動強度之間的比值。還可以計算液體在第五階頻率時的振動強度與液體在基頻時的振動強度之間的比值。
接下來，進行液體調節步驟(S30)。具體地，在液 體調節步驟中，在用超音波照射液體的同時將氣體引入到液體中。例如，使用氣泡導入管將氣體從外部引入到液體中，從而在液體中產生氣泡。雖然引入液體的氣體是例如氮氣，該氣體不限於此。引入到液體的氣體可以是例如氬(Ar)、氦(He)、空氣等。從液體中產生氣泡的角度來看，希望使用在水中(即該液體中)溶解度低的氣體。
引入液體的氣體的體積例如為10毫升。較佳地，引 入液體的氣體的體積為1毫升或更多。氣體的壓力可以是任何壓力，只要其能克服液體壓力並能形成氣泡。
在液體調節步驟(S30)中，還可以例如在利用超音 波照射液體的同時攪拌該液體。較佳地，可以在液體中驅動攪拌單元，導致溶解在該液體中的氣體產生氣泡。具體地，使浸泡在液體的攪拌單元，例如由馬達旋轉，從而攪拌液體。攪拌單元的轉數例如為1400 rpm(轉/分鐘)。較佳地，攪拌單元的轉數為1400 rpm或更高。攪拌液體包括攪動液體。舉例來說，可以垂直或水平 地移動攪拌單元來攪拌液體。
在液體調節步驟(S30)中，例如參照第7圖，還可 以進一步進行將溶解氣體濃度從第一溶解氣體濃度(C1)改變成第二溶解氣體濃度(C2)的步驟。溶解氣體濃度的改變可以通過例如調節如第1圖中所示的超音波清潔裝置100的第一供應閥11，從而減少其中溶解有氮氣的超純水的量。溶解氣體濃度的改變還可以通過調節超音波清潔裝置100的第二供應閥12，從而增加其中沒有溶解氮氣的超純水的供應量。此外，可以調節第一供應閥11和第二供應閥12這二者來調節液體的溶解氣體濃度。在液體中的溶解氣體濃度從第一溶解氣體濃度(C1)改變成第二溶解氣體濃度(C2)時，繼續利用超音波照射該液體。在利用超音波照射液體時，可以持續出現聲致發光的狀態。
在此，將描述如何測量第一溶解氣體濃度(C1)和 第二溶解氣體濃度(C2)。舉例言之，製備各自溶解氣體濃度互不相同的清潔液，並且將待清潔的晶圓W浸泡在清潔液中。然後，在除了清潔液的溶解氣體濃度以外，其他條件相同的情況下，用超音波照射清潔液，清潔晶圓W。可提供最高清潔效率的清潔液的溶解氣體濃度定義為最佳溶解氣體濃度，並確定該濃度為第二溶解氣體濃度。因為晶圓W最終在具有第二溶解氣體濃度的液體中清潔，所以第二溶解氣體濃度較佳接近於最佳溶解氣體濃度的濃度。然而，只要第二溶解氣體濃度能導致聲致發光，該第二溶解氣體濃度也可以不是最佳溶解氣體濃度。第一溶解氣體濃度定義為高於第二溶解氣體濃度的濃度。
在液體調節步驟(S30)中，例如參照第8圖，可進 一步進行使溶解氣體濃度從第三溶解氣體濃度(C3)改變成第一溶解氣體濃度(C1)的步驟。第三溶解氣體濃度是低於上述第一溶解氣體濃度的濃度。第三溶解氣體濃度可以基本上等於上述第二溶解氣體濃度。第三溶解氣體濃度可以高於或低於第二溶解氣體濃度。例如，通過把具有較高的溶解氣體濃度的液體供應到含有晶圓W的清潔槽20，以改變溶解氣體溶度。在液體的溶解氣體濃度從第三溶解氣體濃度(C3)改變成第一溶解氣體濃度(C1)時，繼續將超音波施加到該液體。當液體的溶解氣體濃度是第三溶解氣體濃度(C3)時，未出現聲致發光且這是非發光狀態。在第三溶解氣體濃度(C3)改變成第一溶解氣體濃度(C1)時，發生聲致發光並達到發光狀態。
然後，進行把溶解氣體濃度從第一溶解氣體濃度 (C1)改變成第二溶解氣體濃度(C2)的步驟。在液體中的溶解氣體濃度從第一溶解氣體濃度(C1)改變成第二溶解氣體濃度(C2)的同時，用超音波連續照射該液體。在利用超音波照射液體時，發生聲致發光的狀態可以繼續。
在液體調節步驟(S30)中，可以繼續進行液體振動 強度測量步驟(S20)。具體來說，在液體的溶解氣體濃度正在改變時，可以測量液體在超音波頻率時的振動強度和液體在超音波的第四階頻率時的振動強度。
較佳地，在液體調節步驟(S30)中，液體調節機構 45根據在液體振動強度測量步驟(S20)中測量的液體在第四階頻率時的振動強度來調節液體，以實現在該液體中連續產生含有該氣體的氣泡的狀態。具體來說，液體調節機構45調節液體的溶解 氣體濃度，以使得液體在超音波的第四階頻率時的振動強度除以液體在超音波的基頻時的振動強度所得的比值大於0.8/1000。
在本實施態樣中，在執行液體調節步驟(S30)之後， 在液體中產生霧狀氣泡。霧狀氣泡是含有溶解在液體內的氣體(在本實施態樣中為氮氣)的氣泡。因而，可實現含有氮氣的氣泡連續產生的狀態。
在液體製備步驟(S10)中，可以直接製備其中連續 產生含有氮氣的氣泡的液體。在此情況下，可以跳過液體調節步驟(S30)。
在根據本實施態樣的超音波清潔方法中，在液體調 節步驟(S30)之後出現聲致發光。如第2圖中所示，可以通過圖像增強器或光電倍增器來檢測聲致發光。在液體調節步驟(S30)中，足以實現在液體中連續產生含有氮氣的氣泡的狀態，液體中可不發生聲致發光。
接下來，進行清潔步驟(S40)。在清潔步驟中，晶 圓W為待清潔的物體，其在含有氮氣的氣泡連續產生的狀態中被清潔。在清潔步驟中，在利用超音波照射液體時清潔待清潔物，以使得液體在超音波的第四階頻率時的振動強度除以液體在超音波的基頻時的振動強度所得的比值大於0.8/1000。如第4圖中所示，在清潔待清潔物的步驟中，較佳地，利用超音波照射液體，以使得液體在超音波的第五階頻率時的振動強度大於液體在第四階頻率時的振動強度。較佳地，係在清潔步驟中產生聲致發光。
現在將說明按照以下方式清潔待清潔的物體時能夠 以穩定的方式得到高的顆粒去除率的機制的有關假設，該方式係 用超音波照射液體以使得在超音波的四階頻率時的液體振動強度除以在超音波的基頻時的液體振動強度所得的比值大於0.8/1000的同時，清潔待清潔物體。
用來在液體中通過超音波去除顆粒的機構被認為與 氣穴(cavitation)現象有關。氣穴現象被認為是由液體的分度區中的壓力變化(密度變化)而不斷產生氣泡的現象。當液體中高效地發生氣穴現象時，認為可以有效去除顆粒。
還考慮到在有效地出現氣穴現象的情況下，當氣泡 收縮時，產生相對較大量的四階或更高階諧波。即，例如，藉由調節液體以產生第四階或更高階諧波，可以達到以穩定的方式獲得較高的顆粒去除率的狀態。
接下來，將描述本實施態樣的功能和效果。
根據本實施態樣的超音波清潔方法，在利用超音波 照射液體，以使得液體在超音波的第四階頻率時的振動強度除以液體在超音波的基頻時的振動強度所得的比值大於0.8/1000時，清潔待清潔物體。以此方式，可以用穩定的方式獲得較高的顆粒去除率。
根據本實施態樣的超音波清潔方法，在清潔待清潔 物的步驟中，利用超音波照射液體以使得液體在超音波的第五階頻率時的振動強度較佳為大於液體在第四階頻率時的振動強度。以此方式，可以用穩定的方式獲得較高的顆粒去除率。
此外，本實施態樣的超音波清潔方法還包括測量液 體在第四階頻率時的振動強度和液體在基頻時的振動強度的步驟，以及計算液體在第四階頻率時的振動強度與液體在基頻時的 振動強度之間的比值的步驟。可以計算液體在第四階頻率時的振動強度與液體在基頻時的振動強度之間的比值來確定液體的狀態。
此外，根據本實施態樣的超音波清潔方法，在清潔 待清潔物的步驟中，根據液體在第四階頻率時的振動強度來調節液體，從而實現含有氣體的氣泡在液體中連續產生的狀態。以此方式，可以用穩定的方式有效地調節具有較高的顆粒去除率的液體。
此外，根據本實施態樣的超音波清潔方法，清潔待 清潔物的步驟包括其中出現聲致發光的步驟。因而，用更穩定的方式獲得較高的顆粒去除率。
根據本實施態樣的超音波清潔裝置100包括能夠測 量液體在超音波的第四階頻率時的振動強度的器件71。因而可以確定液體的狀態。
本實施態樣的超音波清潔裝置100還包括液體調節 機構45，該液體調解機構能夠根據液體在第四階頻率時的振動強度而實現含有氣體的氣泡在液體中連續產生的狀態。因而，可以用穩定的方式有效地調節具有較高的顆粒去除率的液體。
實施例1
在此，本實驗的目的是檢查清潔液在第四階頻率時 的振動強度與清潔液在基頻時的振動強度之間的比值和顆粒去除率之間的關係。
首先，製備好分別具有1.6 ppm、5.2 ppm、6.7 ppm、 7.8 ppm和15.7 ppm的溶解的氮濃度的五種不同的清潔液。對這五 種不同的清潔液中的每一種清潔液施加超音波，同時藉助氣泡導入管把氮氣引入清潔液中。引入的氮氣的體積大約為10毫升。在把氮氣引入清潔液之後，觀察在清潔液內是否產生霧狀氣泡。在把氮氣引入清潔液之前或之後，在對清潔液施加超音波的同時測量清潔液在超音波的第四階頻率時的的振動強度與清潔液在超音波的基頻時的振動強度之間的比值。
將參照第1圖來描述在此實驗中的清潔裝置。把由厚 度為3.0毫米的石英玻璃製成的正方形水槽用作該實驗中的清潔槽20。水槽的內部尺寸為寬270毫米、深69毫米並且高285毫米。形成底壁的板材料的厚度為4.0毫米。清潔槽20的容量為5公升。
把從供應設備10供應到清潔槽20的清潔液(混合的 超純水)的量設定為5公升/分鐘。把從照射設備30施加的超音波頻率設定為750千赫茲，其輸出被設定為1200瓦(功率密度為5.6瓦/平方公分)。照射設備30中的振動板的照射表面的大小是80毫米×270毫米。照射設備30發出的超音波施加到清潔槽20的整個底表面上。
控制調節溶解有氮氣的超純水供應量的第一供應閥 11和調節脫氣水供應量的第二供應閥，從而以5公升/分鐘向清潔槽20提供溶解有氮氣的超純水。通過監測設備40對水箱中的超純水取樣，並測量溶解氮濃度。
接下來，將描述用來測量顆粒去除率的待清潔物體。
使用直徑為200毫米的p型矽晶圓，作為待清潔的物 體。通過旋塗將二氧化矽顆粒附著到p型矽晶圓的鏡面上。在顆粒為110奈米或更大的情況下，附著顆粒的量為2000至3000個顆粒。
接下來，將描述用於測量顆粒去除率的方法。
將其上附著了二氧化矽顆粒的晶圓浸泡在水箱中， 並清潔10分鐘。然後，通過旋轉乾燥機乾燥晶圓2分鐘。以用清潔之後減少的顆粒數量除以清潔之前附著於晶圓的顆粒數量獲得的值，作為得到的顆粒去除率，該值用百分比來表示。使用日立先端科技股份有限公司(Hitachi High-Technologies Corporation)製造的LS6500來測量附著顆粒的量。
將參照表1來描述本實驗的結果。其中在清潔液中產 生霧狀氣泡的狀態在本說明書中稱為模式-A，而在清潔液中未產生霧狀氣泡的狀態在本說明書中稱為模式-B。模式-A也是大約30.0%的高顆粒去除率的狀態，且模式-B也是大約18.8%的低顆粒去除率的狀態。
當溶解的氮濃度為1.6 ppm或更低時，在清潔液中未 觀察到霧狀氣泡(模式-B)。當溶解的氮濃度不低於5.2 ppm且不高於7.8 ppm時，在藉助於氣泡導入管把氮氣引入清潔液之前，在清潔液內不產生霧狀氣泡(模式-B)。然而，在藉助於氣泡導入管把氮氣引入清潔液之後，在清潔液內產生霧狀氣泡(模式-A)。此外，當溶解的氮濃度為15.7 ppm時，在藉助於氣泡導入管把氮氣引入清潔液之前和之後，在清潔液內產生霧狀氣泡(模式-A)。
第4圖顯示了在溶解的氮濃度為5.2 ppm的模式-A中，清潔液的振動強度的頻率特性。與之相比，第3圖顯示了在溶解的氮濃度為5.2 ppm的模式-B中清潔液的振動強度的頻率特性。第3圖和第4圖中的在頻率a(基頻)時的清潔液的振動強度基本上彼此相同。然而，模式-A中的清潔液在頻率d(第四階頻率)時的 振動強度大於模式-B中的清潔液在頻率d(第四階頻率)時的振動強度。在模式-A中，清潔液在第四階頻率時的振動強度與清潔液在基頻時的振動強度之間的比值大約為5/1000。在模式-B中，清潔液在第四階頻率時的振動強度與清潔液在基頻時的振動強度之間的比值大約為0.8/1000。
如表1中所示，在模式-A中，清潔液在第四階頻率時的振動強度與清潔液在基頻時的振動強度之間的比值大於0.8/1000。在模式-B中，清潔液在第四階頻率時的振動強度與清潔液在基頻時的振動強度之間的比值小於或等於0.8/1000。從以上結果，可以認為通過使清潔液在第四階頻率時的振動強度與清潔液在基頻時的振動強度之間的比值大於0.8/1000可以實現模式-A。
實施例2
在此，本實驗的目的是檢查用於在清潔液內產生霧狀氣泡的溶解的氮濃度範圍。
首先，分別地製備溶解氮濃度為1.9 ppm、4.9 ppm、6.0 ppm、7.8 ppm、9.6 ppm、11.0 ppm和15.7 ppm的七種不同清潔液。在攪拌單元轉動攪拌清潔液的同時，施加超音波於這七種不同清潔液的每一種。攪拌單元的轉數設定為1400 rpm。施加的超音波頻率設定為750千赫茲，並且其輸出設定為1200瓦。觀察在清 潔液被攪拌之後，清潔液中是否產生霧狀氣泡。
將參照第5圖來描述本實驗的結果。其中在清潔液中產生霧狀氣泡的狀態在此處稱為模式-A，而在清潔液中未產生霧狀氣泡的狀態在此處稱為模式-B。模式-A也是大約30.0%的高顆粒去除率的狀態，且模式-B也是大約18.8%的低顆粒去除率的狀態。在模式-A中，特別是在顆粒去除率較高的情況下，出現聲致發光。在模式-B中，不會出現聲致發光。在模式-A中，清潔液在第四階頻率時的振動強度與清潔液在基頻時的振動強度之間的比值大約為5/1000。在模式-B中，清潔液在第四階頻率時的振動強度與清潔液在基頻時的振動強度之間的比值大約為0.8/1000。
當溶解氮濃度為4.9 ppm或更低時，在清潔液中未觀察到霧狀氣泡(模式-B)。當溶解氮濃度為不低於6.0 ppm至不高於9.6 ppm時，在清潔液用攪拌單元攪拌之前，在清潔液中未產生霧狀氣泡(模式-B)。然而在用攪拌單元攪拌清潔液之後，該清潔液中產生了霧狀氣泡(模式-A)。當溶解氮濃度為不低於11.0 ppm至不高於15.7 ppm的情況下，用攪拌單元攪拌清潔液之前和之後，清潔液中都產生了霧狀氣泡(模式-A)。根據上述實驗可知，在清潔液的溶解氮濃度為不低於5 ppm至不高於11 ppm的情況下，通過攪拌清潔液，清潔液的狀態可以從模式-B改變為模式-A。亦可知在清潔液的溶解氮濃度為5 ppm或以上的情況下，可以實現模式-A。
應當理解，本說明書中公開的實施態樣和實施例在任何方面都是舉例說明的和非限制性的。本發明的保護範圍由權利要求條款限定，而不是由以上的實施態樣和實施例限定。

Claims (9)

  1. 一種超音波清潔方法，用於在溶解有氣體的液體中清潔待清潔的物體(W)，該方法係使用超音波照射該液體，並包含以下步驟：- 製備其中溶解有該氣體的該液體；- 在對該液體施加超音波時，清潔該待清潔物體(W)；- 測量該液體在該第四階頻率時的液體中的聲波強度和該液體在該基頻時的液體中的聲波強度；- 計算該液體在該第四階頻率時的液體中的聲波強度與該液體在該基頻時的液體中的聲波強度間的比值；以及- 改變該溶解氣體的濃度或攪拌該液體，以實現在該液體中連續產生含有該氣體的氣泡的狀態，以使得該液體在該超音波的第四階頻率(fourth-order frequency)時的振動強度除以該液體在該超音波的基頻時的振動強度所得的比值大於0.0008。
  2. 如請求項1所述之超音波清潔方法，其中在該清潔該待清潔物體(W)的步驟中，對該液體施加超音波，以使得該液體在該超音波的第五階頻率(fifth-order frequency)時的振動強度大於該液體在該第四階頻率時的振動強度。
  3. 如請求項1或2所述之超音波清潔方法，更包含測量該液體在該第四階頻率時的振動強度的步驟。
  4. 如請求項3所述之超音波清潔方法，其中在該清潔該待清潔的物體(W)的步驟中，根據該液體在該第四階頻率時的振動強度來調節該液體，以實現在該液體中連續產生含有該氣 體的氣泡的狀態。
  5. 如請求項1所述之超音波清潔方法，其中在該清潔該待清潔的物體(W)的步驟中，根據該液體在該第四階頻率時的振動強度來調節該液體，以實現在該液體中連續產生含有該氣體的氣泡的狀態。
  6. 如請求項1或2所述之超音波清潔方法，其中該清潔該待清潔的物體(W)的步驟包括發生聲致發光(sonoluminescence)的步驟。
  7. 如請求項1或2所述之超音波清潔方法，其中該氣體為氮氣，且該液體中的溶解的氣體濃度為5ppm或以上。
  8. 一種超音波清潔裝置(100)，用於在溶解有氣體的液體中使用超音波照射該液體以清潔待清潔的物體(W)，該裝置包含：照射設備(30)，其能夠用超音波照射該液體；一容器(20)，其能夠容納該液體；以及一器件(71)，其能夠測量該液體在該超音波的第四階頻率時的振動強度。
  9. 如請求項8所述之超音波清潔裝置(100)，包含一調節機構(45)，其能根據該液體在該第四階頻率時的振動強度來實現在該液體中連續產生含有該氣體的氣泡的狀態。
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