引言

單晶片兆頻超聲波清洗機的聲音分布通過晶片清洗測試、視覺觀察、聲音測量和建模結果來表征。該清潔器由一個水平晶圓旋轉器和一個兆頻超聲波換能器/發射器組件組成。聲音通過液體彎月面從換能器組件傳輸到水平石英棒到晶片。聲音可以從石英棒沿徑向和軸向傳播。通過改變換能器和傳輸部件的參數，可以控制來自石英棒的徑向和軸向聲音傳輸的程度。

雖然兆頻超聲波清洗在半導體工業中被廣泛使用，但是基本的物理過程還沒有被完全理解。除了了解顆粒去除的機理，還通過實驗和建模研究了清潔室內的聲音分布。

實驗

清洗實驗是在VERTEQ金手指，一個單一的晶片，兆頻超聲波清洗機(圖1和2)中完成的。

?

圖1 清潔模塊顯示晶圓棒突出在晶片上

?

圖2 巨氣子能量傳播和液體分布示意圖

該模塊包括:(1)晶片卡盤和旋轉器，(2)兆頻超聲波換能器組件和(3)化學輸送系統。兆頻超聲波組件由壓電換能器組件組成，該組件連接到石英棒上。

晶圓制備：

漿料污染的氧化物晶片通過以下方法制備:(1)在水中預濕晶片，(2)在Cabot SS-25漿料浴中浸漬10秒，(3)去除并置于稀釋的表面活性劑溶液(Wako)中10秒，和(4)使用前在旋轉干燥器中干燥。

聲音測量：

用兆頻超聲波空化儀測量液體中空化的能量密度。該儀器由一個連接到電子外殼的傳感探頭組成。該儀表測量內爆溶液氣泡的氣穴現象以及壓力傳感器產生的聲波。電表每秒測量兩次能量。

建模：

使用有限差分法計算二維聲波方程的近似解。用戶定義的參數包括幾何形狀（聲源、發射器和接收器）、材料的物理特性、邊界條件、聲源條件、接收器條件和控制模擬的參數。

結果和討論

在正常處理過程中，晶片在施加兆頻超聲波能量的同時旋轉。為了更好地理解聲音分布，進行了“靜態”晶片清潔測試，在此期間晶片沒有旋轉。圖3所示為在這種條件下處理受漿料污染的晶片后的缺陷圖。缺陷圖是三種不同傳感器設置條件下處理的代表性示例。圖3還顯示了石英棒和液體分配器的方向。不同的傳感器條件產生不同的聲音模式。徑向分量與軸向分量的比率可以有很大的改變。

?

圖3 “靜態”晶片試驗-傳感器和液體分配方向；3種不同的傳感器設置的晶片缺陷圖

使用實驗部分描述的探針進行聲音測量。圖4顯示了圖3中傳感器條件A和B的歸一化強度值.晶片上的清潔區域和聲音探頭的高信號區域之間有很強的相關性。與晶圓清洗測試一樣，傳感器條件A的軸向分量明顯高于條件B。

圖4 兆頻超聲波探頭強度測量-標準化

聲音通過石英棒的透射率也用商業軟件模擬(2D)。網格示意圖如圖5所示，輸入換能器、石英棒、晶片、水層和接收器的幾何和物理參數。石英棒形狀近似為矩形，沒有考慮連接到換能器組件的彎曲部分。換能器形狀也是近似的。石英棒的長度和寬度、水層和晶片的厚度與實驗值一致。接收器放置在棒下的水層中，靠近石英棒的末端。這樣做是為了幫助理解前面實驗中看到的不同軸向和徑向分量。歸一化為聲源幅度1，換能器條件A在接收器1處產生0.2的信號.由于這個接收器正好放在桿的內部，低幅度信號表明很少聲音反射回桿中。換句話說，聲音在軸向上被有效地傳輸。這與晶圓清洗測試一致。另一方面，傳感器條件B產生了接收器1的歸一化信號為1.1，表明徑向傳輸效率低。這也與晶圓清洗數據一致。

圖5 用于二維模擬的示意圖

還評估了沒有石英棒的換能器組件的聲音分布。圓柱形傳感器底座的平面水平放置，并覆蓋有水。打開傳感器電源后，觀察水流模式。

圖6顯示了傳感器狀態A、B和c的照片。水的振動模式與清洗試驗有明顯的相關性。條件A顯示軸向振動；“靜態”晶圓清洗測試也顯示了同樣的情況。條件B主要顯示徑向振動。條件C顯示軸向和徑向分布。

圖6 在沒有石英棒傳感器的情況下，水被放置在傳感器組件上

總結

已經證明了對單晶片兆頻超聲波清洗機的聲音分布控制。這是通過改變傳感器組件的工作條件來實現的。晶片清洗測試、聲音探針測量、視覺觀察和建模顯示了徑向:軸向聲強的定性相關性。單晶片清潔器可以與前端和后端應用中的互補處理工具集成。對于特定應用的清潔挑戰，可能需要不同的操作條件。

審核編輯：符乾江