專利名稱：用于使用相控換能器陣列的超聲波清洗的系統和方法
技術領域：
本發明通常涉及超聲波清洗。更加具體地，本發明涉及使用相控換能器陣列的超聲波清洗。本發明具體地但非專門地用于使用定向超聲波能量在基片表面上建立目標壓力以有效清洗表面。
背景技術：
超聲波清洗系統是眾所周知的，并且目前廣泛用于各種應用以清洗各種類型的基片表面(例如半導體晶片上的表面、具有復雜表面幾何形狀的部件、電子器件等等)。在典型的布置中，清洗系統包括貯槽，其保持諸如水溶液之類的流體介質。水溶液通常包括增強系統的清洗性能的諸如表面活性劑和清潔劑之類的添加劑。
在簡單的超聲波系統中，提供換能器，其典型地為電致伸縮或磁致伸縮換能器，以響應電信號輸入而在清洗槽中生成高頻振動。如在此使用的那樣，術語“超聲波”及其派生是指具有在大約15kHz之上的波頻率的聲波，并且既包括傳統的超聲波頻譜，其頻率從大約15kHz延伸到400kHz，又包括近來使用的兆聲波(megasonic)頻譜，其頻率從大約500kHz延伸到大約3MHz。
一旦生成，換能器振動就通過清洗槽中的流體介質傳播，直到它們到達將要被清洗的基片為止。更加具體地，振動在流體介質之內生成超聲波，其中，沿著波的每個點都在最大壓力(壓縮)和最小壓力(稀疏)之間的壓力范圍之內振蕩。當最小壓力在流體介質的蒸汽壓力之下時，超聲波能夠導致空化氣泡在流體介質中形成。
作為換能器振動產生的時變壓力場的結果，當現場壓力下降到流體的蒸汽壓力之下并且接近最小壓力時，空化氣泡在流體介質中的現場形成。當所述現場從最小壓力向最大壓力過渡時，這些空化氣泡隨后破裂(亦即內爆)。在氣泡內爆期間，周圍的流體迅速地流向并填充破裂氣泡產生的空隙，并且這種流動導致了強激波，其獨特地適合于基片表面清洗。具體地，在基片表面或附近發生的氣泡內爆將生成激波，其能夠從基片表面去除污染物和其他臟物。基片表面附近的許多氣泡的隨著時間的內爆導致了強烈的擦洗作用，其在清洗諸如存儲磁盤、半導體晶片、LCD器件等等之類的器件方面非常有效。
在幾乎所有的清洗應用中，控制空化能量都很重要。如果提供了不足量的空化能量，則可能需要不希望的長處理時間以獲得預期水平的清洗，或者在某些情況下，預期水平的表面清洗可能無法實現。另一方面，具有精密表面或部件的基片附近的過多的空化能量會造成基片損傷。基片損傷的例子包括在基片表面上形成凹點和/或坑。影響空化氣泡的尺寸和相應的空化能量的一個因素是超聲波的頻率。具體地，在較高的波頻率下存在較少的用于氣泡生長的時間。結果是較小的氣泡和空化能量的相應減少。
影響空化能量的另一個因素是(一個或多個)換能器產生的超聲波的強度(亦即波幅)。更加詳細地，較高的波強度導致沿著波的每個點在(稀疏和壓縮之間的)較大壓力范圍之上振蕩，這又會產生較大的空化氣泡和較大的空化能量。這樣一來，在超聲波的強度、流體介質在其間振蕩的壓力范圍以及空化能量之間就存在直接相關。流體介質在其間振蕩的壓力范圍可以表征為具有相對于當超聲波不存在時的流體介質中的周圍壓力的壓力峰值。因此，壓力峰值可以用作空化能量的適當量度。應當考慮的另外一個因素是下述事實超聲波的強度將隨著波通過流體介質傳播而減少。這樣一來，空化能量通常是與換能器的距離的函數。因此，位于與超聲波能量源的不同距離處的基片的部分，將經受不同水平的空化能量。結果，均勻地清洗具有復雜表面幾何形狀的基片就有點具有挑戰性。如在此使用的那樣，術語“復雜表面幾何形狀”是指不是基本平坦的任何表面。
考慮到上述情況，可以使用換能器元件陣列以將超聲波能量引向基片表面上的定位區域。具體地，可以對驅動每個換能器元件的電信號的相位進行選擇性延遲，以導致基片表面上的定位區域接收相對強烈的超聲波能量，而基片表面上的周圍區域接收顯著較少的超聲波能量。強烈的超聲波能量的定位區域是換能器元件生成的超聲波之間的干涉(相長和相消)的結果。通過調整隨著時間的相位延遲，強烈的超聲波能量的區域能夠通過空間被電子掃描。例如，2003年4月29日頒發給Birang等人的美國專利號6,554,003披露了換能器陣列和用于調整每個換能器產生的能量波以沿著薄盤的表面掃描“最大能量波”的方法。然而，本發明認識到，僅僅沿著表面掃描“最大能量波”并不必然確保表面上的每個點都經受相同的空化能量。例如，位于相距換能器的不同距離的基片的部分將經受不同水平的空化能量，因為超聲波的強度隨著其通過流體介質傳播而減少。同樣，并且重要地，位于關于換能器有不同角度的基片的部分將經受不同水平的空化能量，因為超聲波的強度是轉向角(steering angle)(或聚焦角)的函數。這樣一來，當沿著平坦表面掃描“最大能量波”時，就存在空化能量的不希望的變化，并且可以意識到，對于通過沿著基片表面掃描“最大能量波”來清洗的具有復雜表面幾何形狀的基片，發生了甚至更大的空化能量變化。
根據上述情況，本發明的目的是提供適合于下述目標的系統和方法定向超聲波能量以建立目標壓力峰值，并從而在基片表面上的位置處建立目標空化能量，以便有效地清洗表面。本發明的另一個目的是提供系統和方法，用于均勻地清洗包括具有復雜表面幾何形狀的基片表面在內的基片表面。
發明內容
本發明針對用于使用超聲波能量的清洗基片表面的系統和方法。清洗系統包括以陣列方式布置的“N”多個換能器元件。典型的布置包括換能器元件的線性陣列、換能器元件的矩陣陣列(例如n×m陣列)或元件的不規則陣列。以每個驅動器連接到各個換能器元件的方式提供多個驅動器。每個驅動器生成電信號SN，其被輸入到各個換能器元件以驅動各個元件。每個電信號SN可以被表征為具有包括電壓VN和相位θN的信號參數。每個換能器元件響應其各自的輸入電信號SN而振動，并從而生成各自的超聲波。
清洗系統進一步包括流體介質，其被置于陣列和基片表面之間。提供流體介質以將陣列生成的超聲波向基片表面傳送。在流體介質中，每個換能器元件生成的超聲波相互作用(亦即相長或相消地干涉)，以在流體介質中產生時變壓力場。
提供計算機子系統以控制輸入到每個換能器元件的包括電壓VN和相位θN的電信號參數。具體地，控制信號參數，以便在基片表面上的多個預先選擇的位置處建立基本一致的空化能量。在大多數情況下，預先選擇的位置聯合以在基片表面上形成相連區域。這樣一來，在相連區域之上就能夠實現一致的清洗。如上面指示的那樣，某一位置處的空化能量和該位置處的(稀疏和壓縮之間的)壓力振蕩的范圍成比例。該壓力范圍可以被表征為具有壓力峰值。
在清洗系統的第一實施中，首先識別基片表面上的第一位置(相對于陣列)的坐標。接著，計算機子系統確定在第一位置處獲得預先選擇的(亦即目標)壓力峰值所需的包括電壓VN和相位θN的電信號參數。例如，可以建立信號參數以將超聲波能量從陣列向第一位置聚焦。這典型地在第一位置位于陣列的近場時進行。
可選擇地，可以建立信號參數以將超聲波能量從陣列向第一位置轉向。這典型地在第一位置位于陣列的遠場時進行。為了計算電信號參數，計算機子系統能夠使用以下中的一些或全部作為輸入換能器元件的數目、類型、布置和元件間的間隔；流體介質的特性；以及第一位置的坐標。然后對于典型地鄰近第一位置的第二位置、鄰近第二位置的第三位置等等，重復這個過程。這樣一來，就在保持一致的空化能量的同時，從位置到位置地“電子掃描”了(例如聚焦的或轉向的)定向超聲波能量。
從結合附屬說明的附圖中，將最好地理解關于其結構及其操作的本發明的新穎特征以及本發明本身，其中同樣的參考數字指示同樣的部分，并且其中圖1是超聲波清洗系統的透視圖；圖2是換能器元件的線性陣列的示意圖；圖3是換能器元件的線性陣列和該線性陣列的典型視場的簡化透視圖；圖4是顯示被轉向到位的陣列的模擬壓力分布圖的圖形；圖5是顯示被轉向到位的陣列的模擬壓力分布圖的圖形；圖6是顯示用于聚焦的用于計算換能器元件延遲的尺寸和角度的線性陣列的示意圖，其中陣列可以具有奇數或偶數個換能器元件；圖7A顯示了對于以30度的轉向角在近場中轉向的N＝16的線性陣列，使用數值模擬生成的壓力對角度的曲線；圖7B顯示了對于以30度的聚焦角在近場中聚焦的N＝16的線性陣列，使用數值模擬生成的壓力對角度的曲線；圖8是換能器元件的二維陣列和該二維陣列的典型視場的簡化透視圖；圖9是用于數值模擬中以確定相控陣列壓力分布的示意圖，其中陣列被模擬為以每個源由無限數目個點源組成的方式的多個線源的總體；以及圖10A-C是顯示對于分別用VN＝1以0°、VN＝1以30°和VN＝1.3175以30°定向的聚焦束，作為角度的函數的壓力的曲線圖。
具體實施例方式
參考圖1，顯示了清洗系統，并且其通常被指示為20。功能上，提供系統20以使用超聲波能量來清洗基片22。如圖1所示，系統20包括容器24，其保持基片22的部分或全部沉浸在其內的流體介質26。系統20進一步包括多元件換能器陣列28，其沉浸在流體介質26中，并且電連接到計算機子系統30。
圖2顯示了具有16個(N＝16)換能器元件32的線性換能器陣列28，其中示范性換能器元件32a-c已用參考數字標記。如圖2所示，陣列28的參數包括每個元件32的寬度(a)；中心到中心的元件間的間隔(d)；總的縫隙尺寸(D)；以及高度尺寸(L)。如下面進一步詳述的那樣，陣列28能夠用于產生定向超聲波能量。如在此使用的那樣，術語“定向超聲波能量”及其派生包括但并非必然地限于聚焦超聲波能量和轉向超聲波能量。考慮到這一點，圖3顯示了線性陣列幾何形狀和典型的視場。具體地，圖3顯示了相對于陣列28的軸向、方位角和仰角。
如圖2所示，系統20能夠包括多個驅動器34，其中示范性驅動器34a-c已用參考數字標記。如顯示的那樣，每個驅動器34連接到各個換能器元件32并生成電信號S1-S16，其被輸入到各個換能器元件32以驅動各個元件32。每個電信號SN可以被表征為具有包括電壓VN和相位θN的信號參數。典型地，共同的頻率(f)用于每個電信號S1-S16。每個換能器元件32響應其各自的輸入電信號SN而振動，并從而在流體介質26(圖1中顯示的流體介質26)中生成各自的超聲波。
對于系統20，電信號SN能夠用于定向超聲波能量。通過控制每個換能器元件32的相位θN，能夠完成相位轉向(見圖4)。可以將聲束傳播的方向重新取向為任何方位角(見圖3)。流體介質中的聲場可以被表達為從每個元件32發射的惠更斯波。所有的單獨波陣面相加以沿著預期的方向產生最大聲強。能夠用下式計算用于轉向超聲波場的恒定元件間延遲Δτ0＝d sinθsc，其中Δτ0是相鄰元件之間的時間延遲，d是元件之間的距離，θs是需要的轉向角，而c是流體介質中的波速。圖4顯示了以30°轉向的陣列的模擬數值壓力分布圖。具體地，圖4顯示了每個元件34傳播的波的軌跡，并且顯示了轉向聲波波陣面所需的波相互作用的惠更斯原理。
可選擇地，系統20能夠通過聚焦定向超聲波能量。具體地，電信號SN能夠用于控制每個換能器元件32的相位θN，并從而將超聲波能量聚焦到空間中的點(見圖5)。通過聯合球面定時關系和線性定時關系能夠完成聚焦超聲波能量，以便聚焦(從陣列28的)給定范圍的和以特定方位角(見圖3)傳播的超聲波能量。使用下式能夠計算具有奇數個元件34的陣列28的聚焦延遲Δtn=Fc{1-[1+(ndF)2-2ndFsinθs]1/2}+t0]]>其中Δtn是第N個元件需要的延遲，F是焦距，而t0是保持延遲為正的常數。圖5顯示了在10cm的焦距下被聚焦30°的陣列的數值壓力分布圖。
除了主波瓣(primary lobe)之外，其他波瓣由于惠更斯波的相長加強也可以存在。這些恒定相位的另外平面被稱作柵瓣，并且能夠通過使元件間的間隔小于dmax來消除，其中dmax=λ1+sin(θs)maxN-1N]]>其中(θs)max是預期的最大操作轉向角。
現在參考圖6，將陣列28聚焦到基片22的表面38上的第一位置36的延遲可以被計算如下，其中所述陣列28可以具有任何數目的元件34(亦即奇數或偶數個元件)，此處元件n＝0，1，...，N-1，其中N是元件總的數目(Fcosθs)2+[Fsinθs-(nd-N-12d)]2=[F-(tn-t0)c]2]]>注意在圖3中，第一元件(n＝0)在陣列的右手側開始。求解tn，我們得到tn=Fc{1-[1+(dF(n-N-12))2-2sinθsdF(n-N-12)]1/2}+t0]]>[方程1]通過將邊界條件(對于n＝0，tn＝0)代入上面的[方程1]，能夠確定常數t0，這導致t0=-Fc{1-[1+(dF(-N-12))2-2sinθsdF(-N-12)]1/2}]]>[方程2]將[方程2]代入[方程1]，可得tn=Fc{1-[1+(dF(n-N-12))2-2dF(n-N-12)sinθs]1/2}]]>-Fc{1-[1+(dF(-N-12))2-2dF(-N-12)sinθs]1/2}]]>簡化后，需要的元件聚焦延遲的通解能夠被寫成tn=Fc{[1+(N‾dF)2+2N‾dFsinθs]1/2-[1+((n-N‾)dF)2-2(n-N‾)dFsinθs]1/2}]]>其中N＝(N-1)/2，tn是元件n的需要的延遲，其中n＝0，1，...，N-1，d是元件之間的中心到中心的間隔，F是從陣列的中心的焦距，θs是從陣列的中心的轉向角，N是元件總的數目(偶數或奇數)，而c是波速。這個通用化的聚焦時間延遲公式對任何數目的陣列元件(偶數或奇數)都是有效的。進而，通過消去常數t0，該公式保證了不必比必要的還要大的正時間延遲。
聚焦到超越由ZTR=D24λ]]>規定的過渡范圍ZTR的范圍，產生了類似于轉向的壓力分布圖。在這個方程中，D是陣列的總體尺寸，而λ是流體介質中的波長。過渡范圍分開了陣列28的近場和遠場。對于陣列28的近場之內的目標位置(亦即小于ZTR的距離處)，聚焦可以用于增加系統分辨率。另一方面，在遠場中，聚焦的方向性會聚成轉向的方向性。例如，圖7A顯示了對于以30度的轉向角在近場中轉向的d＝9.4mm、N＝16的線性陣列，壓力對角度的曲線。為了比較，圖7B顯示了對于以30度的聚焦角在近場中聚焦到從陣列0.3m的點的d＝18.8mm、N＝16的線性陣列，壓力對角度的曲線。兩個曲線都使用數值模擬生成，并且針對介質中的80kHz超聲波，其中波速為1500m/s。比較圖7A和圖7B，能夠看到，和轉向相比，聚焦能夠用于在近場中產生更好的方向性。
圖2中顯示的線性陣列28能夠用于在方位角方向上產生二維轉向和聚焦。另外，通過修改陣列28的高度(L)，能夠控制仰角寬度。具體地，高度(L)越大，束在仰角方向上將越窄。圖8顯示了具有換能器元件132的二維(矩陣)陣列128，其能夠用在系統20中以在仰角和方位角上定向超聲波能量。盡管只顯示了線性和矩陣陣列，但是可以意識到，在系統20中能夠使用諸如環形陣列或不規則陣列之類的其他陣列配置以定向超聲波能量，并且能夠將在此披露的公式擴展到這些二維和三維陣列。
使用現在規定的延遲公式，能夠以解析形式導出壓力分布。對于單個元件34，壓力分布能夠被表達為
p(r,θ,t)=p0rsinkasinθ2ksinθ2exp(-jkasinθ2)exp[j(wt-kr)]]]>根據惠更斯原理，用于聚焦和轉向的相控陣列的壓力分布是單個元件的壓力的疊加p(r,θ,t)=Σn=0N-1pn(r,θ,t)]]>=Σn=0n-1p0rsin(kasinθ2)ksinθ2exp(-jkasinθ2)exp[j(wtn-krn)]]]>≈Σn=0N-1p0rsin(kasinθ2)ksinθ2exp(-jkasinθ2)exp[j(w(t-Δtn)-k(r-ndsinθ))]]]>這導致了用于束聚焦的壓力分布的最終解析表達式p(r,θ,t)]]>=p0arsin(kasinθ2)kasinθ2exp(-jkasinθ2)(Σn=0N-1exp[j(An+Bn2)])exp[j(wt-kr)]]]>其中A=c(N-1)2Ftan2θsΔτ02-ωΔτ0+kdsinθ]]>B=cΔτ022Ftan2θs]]>用于束轉向的壓力分布的最終解析表達式為
p(r,θ,t)]]>=p0arsin(kasinθ2)kasinθ2exp(-jkasinθ2)exp[j(ωt-kr)]Σj=0N-1exp[j(-ωΔτ02+kdsinθ)]]]>=p0arsin(kasinθ2)kasinθ2sin[(ωΔτ0-kdsinθ2)N]sin(ωΔτ0-kdsinθ2)exp[-j(kasinθ2)]]]>×exp[-j(ωΔτ0-kdsinθ2)(N-1)]exp[j(ωt-kr)]]]>盡管不能將用于聚焦的壓力分布簡化成封閉形式，但是數值方法能夠用于計算任何位置(r，θ)處的壓力。
能夠基于惠更斯原理進行數值模擬，這表明，通過相加若干單個源貢獻的相位和振幅，能夠分析波相互作用。圖9顯示了通過相加組成給定元件的離散數目的單個源的貢獻是如何能夠獲得任意給定點處的壓力的。每個都由余弦包絡(cosine envelope)的乘積修改的所有元件的貢獻然后被加起來。對于聚焦，包括在近場中的聚焦，從源的給定距離處的壓力能夠被計算如下p(r,θ,t)=p0rexp[j(ωt-kr)-αr](cosθ)]]>其中p0是初始壓力(Pa)，α是衰減系數(Np/m)，而r是從源的徑向距離(m)。類似地，對于遠場中的轉向或聚焦，從源的給定距離處的壓力能夠被計算如下p(r,θ)=p0aj(λ)1/2e2jπr/λsin(πasinθλ)(πasinθλ)cosθ]]>操作用對圖1和6的初始交叉參考能夠最好地意識到清洗系統20的操作。首先，識別基片22的表面38上的第一位置36(相對于陣列)的坐標。在系統20的一個實施中，通過分析來自陣列28生成的定向超聲波能量的反射回波，能夠確定基片22的表面38上的第一位置36和其他需要清洗的位置的坐標。使用已知的第一位置36的坐標，計算機子系統使用上面提供的數學表達式計算在第一位置36處獲得預先選擇的(亦即目標)壓力峰值所需的包括電壓VN和相位θN的電信號參數SN(同樣見圖2)。可選擇地，能夠配置信號參數SN以在第一位置處獲得預先選擇的(亦即目標)波速梯度，其中波速梯度v能夠被計算如下ν(r，θ，t)＝ν0+p0(r，θ，t)/ρc其中ρ是流體介質26的密度，c是流體介質26中的波速，v0是初始速度狀態，而p0是初始壓力狀態。控制波速梯度能夠用于控制包括所謂的斯列茨汀流的聲流。聲流有利于污染物從基片表面轉移，并從而增強了清洗。
能夠建立信號參數以從陣列28向第一位置36定向(例如聚焦或轉向)超聲波能量。當第一位置位于陣列28的近場時，信號參數被典型地計算用于聚焦的超聲波能量。另一方面，對于位于陣列28的遠場的第一位置36，能夠有效地使用聚焦或轉向。
如圖2所示，一旦計算了參數，每個驅動器34就生成電信號SN，其被輸入到各個換能器元件34以驅動各個元件34。典型地，使用連續的(亦即非脈沖的)超聲波能量一段預期的時間，直到第一位置36已被清洗到足夠水平的清潔度為止。然而，系統20能夠用于定向具有預先選擇的忙閑度的脈沖超聲波能量以清洗第一位置36。注意在某種情況下，每個信號的電壓VN對于所有的元件34可以不是相同的，另外，可以計算信號參數以克服陰影的影響(亦即一個或多個元件34可能由于基片22的幾何形狀而不和表面40上的位置處于瞄準線上)。
接著，清洗第二位置(例如圖6中顯示的位置40)，其典型地但非必然地鄰近第一位置36。為了清洗第二位置40，計算機子系統30獲得了第二位置40的坐標。這些坐標能夠被預編程到用于具有已知表面幾何形狀的基片22的數據庫中，使用反射回波測量，或者使用相關技術中已知的任何其他技術確定。使用第二位置40的坐標，計算機子系統30計算在第二位置40處獲得預先選擇的(亦即目標)壓力峰值所需的包括電壓VN和相位θN的電信號參數SN(同樣見圖2)。典型地，希望在相連區域之上的一致清洗。為此，可以控制信號參數，以在基片22的表面38上的多個預先選擇的位置處建立基本一致的空化能量(亦即，目標壓力峰值對于位置36、40是相同的)。隨著第二位置被清洗，然后如希望的那樣對于另外的位置重復上述過程。
例如，考慮圖6中顯示的位置36和42的清洗。位置42處于0度的角度θs和從陣列280.3m的距離，而位置36處于30度的角度θs和從陣列280.3464m的距離。圖10A顯示了對于聚焦束的位置42處的計算的壓力，其中所有的元件34具有1的輸入電壓VN。如圖10A所示，結果是3.2871(任意壓力單位)的峰值壓力。圖10B顯示了對于聚焦束的位置36處的計算的壓力，其中所有的元件34具有1的輸入電壓VN(亦即和用于生成圖10A相同的輸入電壓)。如顯示的那樣，結果是2.4948(任意壓力單位)的峰值壓力，這不同于對位置42所計算的峰值壓力。為了在位置36處獲得3.2871的峰值壓力，上面披露的方程能夠用于計算需要的輸入電壓VN。在這種情況下，需要輸入電壓VN＝1.3175以在位置36處獲得3.2871的峰值壓力。具體地，圖10C顯示了對于聚焦束的位置36處的計算的壓力，其中所有的元件34具有輸入電壓VN＝1.3175。注意圖10A-C中顯示的計算的壓力是針對在介質中生成80kHz超聲波的具有d＝9.4mm、N＝16的線性陣列，其中波速為1500m/s。
如圖1所示，傳感器42，其可以例如是空化儀、水聽器或聲致發光探測器，能夠用于代替或者添加到上述的計算方法中，以確定在基片22的表面38上的位置(例如圖6中顯示的位置36)處獲得預先選擇的(亦即目標)壓力峰值所需的包括電壓VN和相位θN的電信號參數SN。另外，能夠進行標準的表面清潔度測試，以確保已在位置處獲得了預先選擇的(亦即目標)壓力峰值。
在另一個實施中，計算相位θN以向位置定向超聲波能量，并且在該位置處進行傳感器測量。接著，使用測量結果調整包括電壓VN和相位θN的陣列參數，直到在該位置處獲得預期的峰值壓力為止。這樣一來，在這個實施中，就沒有使用計算。在又一個實施中，如上所述計算電壓VN和相位θN，并且傳感器42用于驗證獲得了目標峰值壓力(亦即，傳感器42用于校準陣列28和計算機子系統30)。必要時，傳感器測量能夠用于調整電壓VN，直到獲得目標峰值壓力為止。
盡管如在此顯示和詳細披露的那樣，用于使用相控換能器陣列的超聲波清洗的特定系統和方法，足以能夠達到目的并提供聲明之前在此的優點，但是可以理解，這僅僅是說明性的本發明的優選實施例，并且除了如附加的權利要求中說明的那樣之外，并不打算限于在此顯示的構造或設計的細節。
權利要求
1.一種用于清洗基片表面的系統，所述系統包括以陣列方式布置的“N”多個換能器元件，每個所述換能器元件用于傳播各自的超聲波；多個驅動器，每個所述驅動器用于向各個換能器元件提供電信號SN以驅動所述元件，每個所述電信號SN具有電壓VN和相位θN；流體介質，其被置于所述陣列和所述基片之間，以從所述陣列向所述基片傳送所述超聲波；以及用于控制提供給每個所述元件的所述信號SN的所述電壓VN和相位θN的裝置，以在所述基片表面上的多個預先選擇的位置處建立預先選擇的壓力峰值，以便用基本一致的空化能量清洗所述位置。
2.如權利要求1所述的系統，其中，所述預先選擇的位置合并而在所述基片表面上形成相連區域。
3.如權利要求1所述的系統，其中，所述壓力峰值是所述流體介質中的最小壓力。
4.如權利要求1所述的系統，其中，所述控制裝置在所述多個預先選擇的位置處建立預先選擇的波速梯度。
5.如權利要求1所述的系統，其中，以線性陣列的方式布置所述換能器元件。
6.如權利要求1所述的系統，其中，以二維平面陣列的方式布置所述換能器元件。
7.如權利要求1所述的系統，進一步包括傳感器，其用于檢測所述流體介質中的位置處的性質以校準所述控制裝置，所述傳感器從由空化儀、水聽器和聲致發光探測器組成的傳感器組中選擇。
8.如權利要求1所述的系統，其中，配置所述控制裝置以順序地向每個所述位置轉向超聲波能量。
9.如權利要求1所述的系統，其中，配置所述控制裝置以順序地在每個所述位置處聚焦超聲波能量。
10.一種用于清洗基片表面的方法，所述方法包括以下步驟將“N”多個換能器元件布置成陣列，每個所述換能器元件用于傳播各自的超聲波；向每個換能器元件提供各自的電信號SN以振動每個所述元件，每個所述電信號SN具有包括電壓VN和相位θN的信號參數；將流體介質置于所述陣列和所述基片之間，以從所述陣列向所述基片傳送所述超聲波；控制提供給每個所述元件的所述信號參數，以向所述基片表面上的第一位置定向超聲波能量，并且在所述第一位置處建立壓力峰值；以及改變提供給每個所述元件的所述信號參數，以向所述基片表面上的第二位置定向超聲波能量，并且在所述第二位置處建立壓力峰值，所述第一位置處的所述壓力峰值基本上等于所述第二位置處的所述壓力峰值。
11.如權利要求10所述的方法，進一步包括以下步驟確定所述第一和第二位置相對于所述陣列的坐標，并且通過從每個所述換能器元件聚焦所述超聲波來將所述超聲波能量定向到所述坐標。
12.如權利要求11所述的方法，其中，所述布置步驟將所述第一位置放置在所述陣列的近場中。
13.如權利要求10所述的方法，其中，通過從每個所述換能器元件轉向所述超聲波來定向所述超聲波能量。
14.如權利要求10所述的方法，其中，所述壓力峰值足以在所述流體中造成空化氣泡。
15.如權利要求10所述的方法，其中，所述布置步驟以線性陣列的方式安置所述換能器元件。
16.如權利要求10所述的方法，其中，所述布置步驟以二維平面陣列的方式安置所述換能器元件。
17.一種用于清洗基片表面的方法，所述方法包括以下步驟將“N”多個換能器元件布置成陣列，每個所述換能器元件用于傳播各自的超聲波；將流體介質置于所述陣列和所述基片之間，以從所述陣列向所述基片傳送所述超聲波；向每個換能器元件輸入各自的電信號SN以驅動每個所述元件并向所述基片表面上的位置定向超聲波能量，每個所述電信號SN具有包括電壓VN和相位θN的信號參數；在所述位置處測量表示峰值壓力的性質；以及使用所述性質測量結果來修改提供給每個所述元件的所述信號參數，并在所述位置處獲得預先選擇的峰值壓力。
18.如權利要求17所述的方法，其中，使用從由空化儀、水聽器和聲致發光探測器組成的傳感器組中選擇的傳感器來完成所述測量步驟。
19.如權利要求17所述的方法，其中，使用表面清潔度測試來完成所述測量步驟。
20.如權利要求17所述的方法，其中，所述布置步驟以陣列配置的方式安置所述換能器元件，所述陣列配置從由線性陣列和二維平面陣列組成的陣列配置組中選擇。
21.如權利要求17所述的方法，進一步包括以下步驟通過分析所述陣列生成的定向超聲波能量的反射回波來確定所述位置的坐標。
全文摘要
使用超聲波能量清洗基片表面(22)的系統(20)包括“N”個換能器元件的陣列。提供具有包括電壓V
文檔編號B08B3/12GK1795057SQ200480014083
公開日2006年6月28日 申請日期2004年5月17日 優先權日2003年5月22日
發明者勞倫斯·阿扎爾 申請人:勞倫斯·阿扎爾