辐射能量兆赫兹超声波换能器.pdf

一种换能器(90)，其包括声音能量发生装置(24)和振荡器(14)。声音能量发生装置产生频率范围在0.4到2.0MHz的声音能量，并且当基材(103)旋转时，声音能量发生装置适用于在规定的时间段内传递数量大致均匀的声音能量到旋转基材(103)上每个单元的表面面积。声音能量发生装置(24)的表面积比基材(103)的表面积要小，并可以包括楔形压电晶体(24)。连接到声音能量发生装置(24)上的振荡器(14)用于将声音能量传输给基材(103)。

1、  一种换能器，包括：
一种声音能量发生装置，其用来产生频率范围在0.4到2.0MHz之间的声音能量，当旋转所述基材时，所述声音能量发生装置适于在规定的时间段内传递数量大致均匀的声音能量到基材表面面积上的每个单元，所述声音能量发生装置具有的表面面积比所述基材上的表面面积要小。
连接到所述声音能量发生装置上的振荡器，其用于传输所述声音能量给基材。

2、  依照权利要求1的换能器，其中所述声音能量发生装置包括楔形压电晶体。

3、  依照权利要求1的换能器，其中所述声音能量发生装置包括两个或更多配置有楔形的压电晶体部分。

4、  依照权利要求1的换能器，其中所述声音能量发生装置包括具有至少一个楔形电极的压电晶体。

5、  依照权利要求1的换能器，其中所述振荡器包括从一组原料中选择出的材料，所述一组原料包括石英、刚玉、碳化硅，氮化硅，陶瓷、铝和不锈钢。

6、  依照权利要求1的换能器，进一步包括：
定位在所述声音能量发生装置和所述振荡器之间以连接所述振荡器到所述声音能量发生装置上的连接层。

7、  依照权利要求6的换能器，其中所述连接层包括从一组原料中选择出的材料，所述一组原料包括铟、锡、铟合金以及锡合金。

8、  依照权利要求6的换能器，其中所述连接层包括环氧树脂。

9、  依照权利要求1的换能器，其中所述基材包括半导体晶片。

10、  依照权利要求2的换能器，其中所述楔形压电晶体包括平面，该平面包括第一侧面、第二侧面和弯曲侧面，并具有将第一侧面和第二侧面分开的角度，并且所述弯曲侧面连接所述第一侧面和所述第二侧面。

辐射能量兆赫兹超声波换能器
技术领域
本发明涉及在一兆赫兹左右的频率范围中产生声音能量的换能器，更具体的，涉及一种传输均匀数量的声音能量给旋转的圆形物体表面的装置。
背景技术
众所周知，可以将频率范围在0.4到2.0兆赫兹(MHz)的声波传输入液体中，并常常用其从损坏的敏感基材中清洁某些特定的物质。由于该频率范围主要位于兆赫兹范围附近，清洁步骤通常指的是兆赫超声波清洁。可由这一工艺进行清洁的元件当中包括在半导体装置生产过程的不同阶段产生的半导体晶片，磁盘驱动介质，包括硬盘和光盘、平板显示器和其它敏感基材。
通常通过激励具有射频AC电压的晶体产生兆赫兹超声波声音能量。由晶体产生的声音能量通过能量传输部件部件(振荡器)进入清洁液体。通常，能量传输部件是用来容纳清洁液体的容器的壁，而且多个物体放在容器中用于清洁。例如美国专利NO.5355048中就给出了超声波换能器，该超声波换能器包括通过几个连接层与石英玻璃连接的压电晶体。兆赫兹超声波换能器以大约850KHz的频率工作。类似的，美国专利NO.4804007中也公开了一种兆赫兹超声波换能器，其中能量传输部件包括利用环氧脂粘合到压电晶体上的石英、刚玉、氮化硼、不锈钢或钽。
众所周知，可以利用兆赫兹超声波清洁系统来清洁单独的物体，比如单独的半导体晶片。比如美国专利NO.6021785中就给出了定位在水平接近旋转晶片表面的小型超声发射装置的用途。将一股水喷射到晶片的表面，并将声音能量到圆盘的表面，从而进行超声波清洁，并运走沉积的颗粒。类似的，美国专利NO.6039059中给出了当清洁液体喷溅到晶片上并利用兆赫兹超声波能量来激励探针时，放置在晶体表面附近的固体柱形探针的用途。在另一个例子中，美国专利NO.6021789给出了利用多个排列在一条线上的换能器的单独的晶片清洁装置。将液体施加到晶片表面并开动换能器，以产生前进的超声波，从而运载沉积颗粒使其离开晶片的边缘。
发明内容
本发明主要是一种可以传输数量大致均匀的声音能量到旋转的圆形物体表面上的每一点的换能器。换能器包括粘合在振荡器上的压电晶体。利用晶体每一侧上的电传导层产生驱动晶体的电场。优选的，换能器产生的声音能量频率范围在0.4到2.0MHz之间。
在一个实施例中，换能器中的晶体是楔形(wedge shaped)的，以使晶体的表面面积沿着旋转物体半径的增大而增加。这就意味着传输到物体上的声音能量的数量随着半径的增大而增加。然而，由于物体在换能器下面移动区域内的频率与半径成反比，因而传输到物体表面的表面积上每个单元的声音能量的总量是相等的。这在利用声音能量以辅助发生在物体表面上的某些种类的化学反应时是有用的，而且理想的情况是：在整个表面上进行的化学反应是均匀的。
在另一个实施例中，晶体具有矩形形状，但将晶体任何一侧上的电传导层设计成楔形。这使晶体传输给物体的声音能量的数量随着半径的增大而增加，正如晶体本身呈楔形一样。
附图说明
图1是依照本发明的声音换能器的侧面图；
图2是沿着图1的线2-2切开的声音换能器的横截面图；
图3是依照本发明的声音换能器的横截面示意图；
图4是依照本发明的楔形晶体的顶部示意图；
图5是依照本发明的声音换能器的顶部示意图；
图6是依照本发明的声音换能器地等比例的示意图；
图7是依照本发明的声音换能器的顶部示意图；
图8是依照本发明的声音换能器的顶部示意图；
图9是依照本发明的声音换能器的顶部示意图；
图10是依照本发明的声音换能器的顶部示意图；
图11是依照本发明的声音换能器的顶部示意图；
具体实施方式
图1给出了包括振荡器14和换能器外罩16的声音换能器10。外罩16包括主体结构18和盖板20。在优选实施例中，外罩16由不锈钢制成，此外也可以使用诸如塑料、陶瓷、石英或者铝等其它原材料。在典型的结构中，振荡器具有长度“L”。多个第一弹簧连接装置22定位在晶体24和印刷电路板(PCB)25之间。一个或多个第二弹簧连接装置26与步进区域27相接触。设置外罩16一端的螺纹孔28的尺寸使其可以容纳标准的BNC连接装置。
图2给出了包括一个可以容纳一个或多个压电晶体34的腔室32。振荡器14通过狭缝38向上延伸进入主体结构18，并在主体结构18中与晶体24连接。盖板20通过诸如螺丝钉、插销或其它方式的固定装置42与主体结构18连接，从而在腔室32上面形成液体的紧密密封。优选的，振荡器14和狭缝38之间的配合要足够的紧密，使其可以阻止液体通过狭缝38进入腔室32。密封垫44可以用来对腔室32进行密封以防潮，也阻止了腔室32中污染物的任何泄漏。在一些实施例中，在振荡器14中设置了唇缘45以帮助密封腔室32。
振荡器14包括近端46和远端50。在晶体24和PCB25之间定位第一弹簧连接装置22。弹簧连接装置22包括底部按钮62和接触按钮64，弹簧66定位在圆形端头62和64之间。弹簧连接装置22用于与晶体24进行电气连接，这将在随后作更加详细地描述。
图3给出了振荡器14通过多个层结构(没有按比例示出)与晶体24的连接。在一个实施例中，通过第一变湿层72和第一粘附层74，晶体24连接到粘合层70上。第一变湿层72位于最接近粘合层70的位置，第一粘附层74位于最接近晶体24的位置。第二变湿层76和第二粘附层78定位于粘合层70和振荡器14之间。第二变湿层76位于最接近粘合层70的位置，第二粘附层78位于最接近振荡器14的位置。第三粘附层80位于相对于第一粘附层74，晶体24的另外一侧，金属层82位于第三粘附层80上。
在图3中，粘合层70可以包括像焊接材料的原材料，比如铟、锡、铟合金或锡合金。用纯铟制作粘合层70时效果就特别好。图3中给出的其它层结构的成分和效果与在美国专利No.6222305中的图5给出的层结构相同。具体的，第一和第二变湿层72和76可以包括镀银层，并且每层镀银层的厚度约为5000A°。但是，其它金属和/或厚度也可用于变湿层。变湿层72和76可以起到为粘合层70中的熔融铟(或锡)提供湿的表面的作用，也就是说，变湿层可以帮助粘合层70分别粘附在第一粘附层74和第二粘附层78上。
在一个实施例中，第一、第二和第三粘附层74、78和80中的每一个都包括一个厚度约为5000A°的合金层，该合金层包括铬和镍铜合金。例如，粘附层74、78、80可以包括50％的铬和50％的镍铜合金。可接受的镍铜合金包括市场上的商标为Nickel400^TM或MONEL^TM的合金。Nickel400^TM和MONEL^TM是包括了32％的铜和68％的镍的镍铜合金。此外，其它金属和/或厚度也可以用来制作粘附层74，78和80。例如，任何一个或者全部的粘附层74、78和80都可以包括铬，包括铬镍合金。层结构80是可选择的，并且可被完全排除。层结构82优选的是银，但也可以包括其它传导性金属，包括镍或银合金。
在优选实施例中，晶体24是诸如包括锆钛酸铅的(PZT)晶体的压电晶体。此外，也可使用其它压电材料，如在本领域所熟知的钛酸钡、石英或聚偏二氟乙烯脂(PVDF)等。优选的，晶体24能够产生频率范围在0.4到2.0MHz之间的声音能量。
可以利用美国专利No.6222305中给出的基本技术来构造换能器10。如果使用锡制作粘合层70，必须考虑到锡的较高熔点。
基于特定的清洁工作的需要，振荡器14的成分可从一组化学上的惰性原材料中选择。例如，制作振荡器14效果较好的惰性原材料包括：刚玉、石英、金刚砂，氮化硅，陶瓷、不锈钢和铝。此外，可以在非惰性原材料上涂覆化学上的惰性原材料，诸如Teflon^TM、Halar^TM、Kynar^TM或PFA等来作为化学上的惰性原材料制造振荡器14。由于振荡器14与清洁液体发生化学反应难以接受，化学惰性物质材料是理想的。这样用来制作振荡器14的原材料通常或至少部分上取决于清洁液体的性质。当通过换能器10进行清洁的物体要求区域每万亿的纯度(part pertrillion purity)时，刚玉是制作振荡器14的理想原材料。比如半导体晶片就要求这种纯度。基于清洁液体的氢氟酸(HF)可用于半导体晶片的清洁过程。
振荡器14具有高度“k”。通常选择“k”的高度，从而将声音能量的反射系数降到最低，比如可将“k”设置为晶体24所发出的声音能量的波长的一倍半的倍数。
除了图3中给出的层结构外，可以理解，可以有多种将振荡器14连接到晶体24上的方法。例如，可以使用合成层结构取代层结构76和78来将振荡器14连接到晶体24上。在这一实施例中，合成层是帖敷到振荡器14上的传导性的银银乳浊液(糊状物)。可接受的乳浊液是与2617D低温银导体有关的，通过商业手段可以获得的产品，可由，Pennsylvania，Montgomeryville的EMCA-REMAX产品制造公司获得。利用丝网印刷技术可以将层结构140直接帖敷于振荡器14。在该实施例中，可在步进区域27中(如图1所示)利用合成层的一个区域来与弹簧连接装置26接触。
在另一个实施例中，使用环氧树脂将振荡器14连接到晶体24上。环氧树脂可以取代先前描述的像焊接材料的原材料用于粘合层70。环氧树脂可以包括任何合适的电传导性的环氧树脂。
设计换能器10使其在规定的时间段内传递数量大致均匀的声音能量到旋转基材表面区域的每个单元。通常，基材是圆形的，比如半导体晶片的表面，这样当它旋转时，基材通过的声音能量的密度(能量/单位时间)沿着与圆形区域半径对应的方向发生改变。因此，为了使换能器10在规定的时间段内传递数量大致均匀的声音能量到旋转基材表面区域的每个单元，换能器10必须发射密度区域可变的声音能量。通常，可利用以下四种方法中的一种来获得可变的密度区域。在第一种方法中，设置晶体24的形状以传递可变的密度区域。在第二种方法中，设置晶体24表面上的电极层的形状以传递期望的可变密度区域。在第三种方法中，在不同的能量水平上驱动晶体24的部分以传递期望的可变密度区域。在第四种方法中，结合使用一到三种方法以传递期望可变的密度区域。
图4给出了第一种方法。在图4中，晶体24具有楔形90。楔形90包括弯曲侧面92、直的侧面94、第一锥形侧面96和第二锥形侧面98。楔形90具有与弯曲侧面92毗邻的宽的端部100和与钝的侧面94毗邻的狭窄端部102。在侧面96和98之间形成夹角θ。当换能器10需要在规定的时间段内传递数量大致均匀的能量到旋转物体的圆形表面上的每个单元区域，且不使用覆盖物体整个表面区域的换能器时，楔形90是有用的。通常楔形90覆盖物体的40％或者更少的表面区域。
例如，图5中的物体103具有在换能器10下面以均匀速率旋转的圆形表面104。中心点106表示表面104的中心。当表面104在楔形90下面(比如在晶体24下面)旋转时，晶体24的楔形90传递密度沿着半径108可变的声音能量的均匀场。由于与宽的端部100相比，楔形90的狭窄端部102给表面104传递的能量数量较少，因而密度可以发生变化。这是因为通过换能器10发射的能量(能量/cm²)是均匀的，但宽的端部100的表面区域比狭窄端部102的表面区域要大。当物体103旋转时，即使表面区域的第一单元移动时具有较大的线速度，在宽的端部100下面旋转的表面104上的表面区域的第一单元从宽的端部接收的能量数量与在狭窄端部102下面旋转的表面区域的第二单元接收的能量数量相同。在旋转方面，需要指出的是103需保持静止，并且需要旋转换能器10。这对物体103和换能器10之间的相对运动是重要的。
在图5中给出了表面104上的多个区域112、114、116和118。区域112、114、116和118都具有相同的区域。由于从中心点106定位的区域112比区域118具有较大的半径，当物体103旋转时，区域112相比较于区域118可以以较大的线速度在换能器10的下面经过。由于期望使换能器10在每个单位时间传递相同数量的声音能量给区域112和114，换能器10的输出总量必须沿着半径108变化。如果换能器10具有均匀的能量输出(瓦特/单位面积)，那么在半径方向(从中心点106向外)上增大晶体24的表面面积将会给出从换能器输出的能量总量的预期的增加。楔形90反应了这种结构。
图6给出了换能器10的实施例，在这里图3中给出的每个层结构具有楔形90。具体的，第三粘附层80、金属层82、晶体24、第一粘附层74、第一变湿层72、粘合层70、第二变湿层76、第二粘附层78和振荡器14都具有楔形90。然而，这样的构型不需获得沿着半径方向变化的密度的效果。唯一必须具有楔形90的层结构是晶体24。其它层结构和振荡器14可以具有不同的形状，只要它们至少能完全覆盖晶体24。
图7给出了换能器10在规定的时间段内传递数量均匀的声音能量到旋转基材表面面积上的每个单元的第二个实施例。在图7中，与前面所描述的元件相同的元件以同样的识别数字表示。在图7中，晶体24是矩形的。金属层82具有楔形126。此外，如果在晶体24和金属层82之间使用其它任何电传导性的层结构，比如层结构80，都需要具有楔形126。楔形126和图4中给出的楔形90具有同样的形状，包括弯曲侧面128、直的侧面132、第一锥面136和第二锥面138。如同先前在图5中所描述的，物体103具有圆形表面104，并可在换能器10的下面以图7中的均匀速率旋转。可选择的，换能器10可以相对于物体103以均匀速率旋转。
使金属层82具有楔形126的结果和使晶体24具有楔形90的结果相同。这是由于晶体24仅在被电场激励的区域发出声音能量。在换能器10中，当如下面给出的，当RF电压施加给弹簧连接装置22和26时，通过存在于金属层82和第一变湿层72之间的电势差施加电场。因此，当金属层82具有楔形126并覆盖了晶体24时，在表面104在楔形126下面(比如在晶体24的下面)旋转时，从晶体发出的声音能量就具有沿着半径108变化的密度。优选的，在粘合层70和晶体24之间的第一变湿层72和任何其它电传导性的层结构，比如层结构74，也具有楔形126。
施加金属层82到楔形126中的晶体24将以如下方式完成。给晶体24涂覆惰性原材料，比如Kapton带，以使具有楔形126的晶体24的区域不被掩膜覆盖。然后用物理气相沉淀(PVD)技术，比如氩溅射法对金属层82进行沉积。通常，在溅射变湿层80之前对晶体24进行涂覆，从而使变湿层80和金属层82都具有楔形126。也可以利用比如电镀技术的其它技术来沉淀金属层82。优选的，金属层为银，但也可使用其它的传导材料。可以使用相同的涂覆技术使层结构72和74具有楔形126。
通过射频(RF)发生装置(未给出)提供驱动晶体24的能量，比如1000瓦特的RF发生装置。优选的，施加给晶体的RF电压具有大致在925KHz范围的频率。但是也可使用大致在0.4到2.0MHz范围的RF电压。通过同轴电缆，该同轴电缆与装配在螺纹孔28中的标准的BNC连接装置相连，RF能量传输给换能器10。通过第一弹簧连接装置22和一个或更多第二弹簧连接装置26传输RF电压给晶体24。BNC连接装置电连接至印刷电路板PCB25，从而允许将RF电压传输给连接装置22和26。
第二弹簧连接装置26提供了PCB58和层结构76(在图3中给出)之间的电连接。第一弹簧连接装置54提供了PCB58和晶体24上的层结构82(在图3中给出)之间的电连接。有了这种设置，多个第一弹簧连接装置22为RF发生装置提供了活性连接，而且第二弹簧连接装置26为RF发生装置提供了接地连接。
换能器10包括步进区域27。步进区域27是在振荡器14上的电传导区域，比如层结构76，它可通过第二弹簧连接装置26对其进行连接。由于层结构76和晶体24之间的所有层结构都是电传导性的(例如，层结构70、72和74)，与步进区域27的接触是电接触的，这和与振荡器14毗邻的晶体24的表面的接触是等同的。第一弹簧连接装置22与金属层82进行电接触以构成驱动晶体24的电路。
图8给出了换能器10在规定的时间段内传递数量均匀的声音能量到旋转基材表面面积上的每个单元的第三实施例。在图8中，与前面所描述的元件相同的元件以同样的识别数字表示。在图8中，晶体24是矩形的，并具有长度“L”和宽度“W”。通常，长度“L”与半径108相等，但是长度“L”也可以比半径108稍长，以确保完全覆盖表面104。将晶体24分成多个部分，比如部分146、部分148、部分150和部分152。部分146、148、150和152中的每一个都包括晶体24的单独片结构。换句话说，晶体24被切成四个单独的片结构作为部分146、148、150和152。通过连接层结构的单独设置，比如在图3中给出的层结构，部分146、148、150和152的每一个都连接到振荡器14上，从而使这些部分不会短路或电耦合。部分146、148、150和152的每一个都具有与RF发生装置连接的单独的电连接结构，比如通过使用用于每个部分的单独的弹簧连接装置22。在该实施例中，振荡器14(在图3中给出)仍然是一个连续的片结构。
在图8给出的实施例中，使用单独的可控制部分允许以几种方式使用换能器10。首先，部分146、148、150和152的每一个都可以具有相等的面积并以不同的能量(watts/cm²)驱动。以比驱动部分150更大的能量驱动部分152，以比驱动部分148更大的能量驱动部分150，并以比驱动部分146更大的能量驱动部分148。随着半径的增加而增大能量意味着在部分152下面经过的表面104上的单位表面面积将与在部分146下面经过的表面上的同等单位面积接收总量相同的能量，即使两个单位面积在晶体24下面的时间数量不同。此外，部分146、148、150和152的每一个上的时间可以变化。
以单独可控制的部分使用便换装置10的第二种方法使部分146、148、150和152的面积不同，并且在可变时间量中以不同的能量驱动每一部分。
图8所示实施例的可选择的设计是将晶体24设置为连续的片结构，但是将金属层82分成与部分146、148、150和152类似的单独部分。金属82的部分可用先前参照图7描述的同样的技术实现，从而产生楔形126。金属层的部分允许晶体24沿着它的长度，在时间长度可变的情况下，使用先前参照图8描述的同样的技术，以不同的能量水平对晶体24进行驱动。
图9给出了换能器10在规定的时间段内传递数量均匀的声音能量到旋转基材表面面积上的每个单元的第四实施例。在图9中，与前面所描述的元件相同的元件以同样的识别数字表示。在图9中，晶体24具有先前参照图4描述的楔形90。晶体24也被分成多个部分，比如部分160、部分164和部分168。部分160、164、和168的每一个都包括晶体24的一个单独的片结构，并且每部分具有相同的面积。将使用楔形90的技术和对晶体24进行分区技术的结合的原因是它允许了在规定的时间段内可对传递数量均匀的声音能量到旋转基材表面面积上的每个单元进行更强程度的控制。
通过连接层结构的单独设置，比如在图3中给出的层结构，部分160、164和168的每一个都连接到振荡器14上，从而使这些部分不会短路或电耦合。通过使用如用于每个部分的单独的弹簧连接装置22，部分160、164和168的每一个都具有与RF发生装置连接的单独的电连接结构。在该实施例中，振荡器14(在图3中给出)仍然是一个连续的片结构。
在图9给出的实施例中，单独的可控制部分的使用允许以几种方式使用换能器10。首先，可以以不同的能量(watts/cm²)驱动部分160、164和168的每一个，如先前参照图8描述的，以比驱动部分160更大的能量驱动部分168。随着半径的增加而增大能量意味着在部分152下面经过的表面104上的单位表面面积将与在部分146下面经过的表面上同等单位面积接收总量相同的能量，即使两个单位面积在晶体24的下面的时间数量不同。部分160、164和168的每一个在相同的时间量下或可变的时间量下都是活性的。此外，每一部分都可在不同的时间进行开启或关闭。
第二，可以以相同的能量驱动部分160、164和168的每一个。但是，在该实施例中，对每个部分施加能量的时间长度是不同的。在第三种使用方法中，可以以相同的能量驱动部分160、164和168的每一个，但具体某个部分的施加次序是不同的。通常没有两个部分是在同一时间上的，但当施加于一个部分时，它的施加时间长度与其它部分是相同的。
图9所示实施例的可选择设计是将晶体24设置为一个连续的片结构，但是将金属层82分成与部分160、164和168类似的单独部分。金属层82的分区可用先前参照图7和8描述的同样的技术实现。金属层的分区允许以先前参照图9描述的同样的技术，沿着它的长度以不同的能量水平和次数对晶体24进行驱动。
图10给出了在图9中示出的实施例的变形例，在这里晶体具有三角形170而不是楔形90。晶体24也被分成多个部分，比如部分172、部分176和部分178。部分172、176和178的每一个都包括晶体24的单独片结构，并且每个片结构具有相同的面积。将使用楔形90的技术和对晶体24进行分区技术的结合的原因是它允许了在规定的时间段内可对传递数量均匀的声音能量给旋转基材表面面积上的每个单元进行更强程度的控制。
如先前参照图9描述的，通过连接层结构的单独设置，部分172、176和178的每一个都连接到振荡器14上，并且具有到RF发生装置的单独电连接装置，。这允许在不同的时间长度内以不同的能量(watts/cm²)驱动部分172、176和178的每一个，如先前参照图9描述的。此外，图10所示实施例的可选择设计是将晶体24设置为连续的片结构，但是将金属层82分成与部分172、176和178类似的单独部分，如先前参照图9描述的。
图11给出了先前参照图4中描述的换能器10的变形举例。在图11中，与前面所描述的元件相同的元件以同样的识别数字表示。图11给出的换能器10包括具有楔形90的第一晶体182和具有楔形90的第二晶体184。在该实施例中，换能器10沿表面104的直径延伸。每个晶体面182和184如先前参照图4描述的那样连接到振荡器14上，并以相同的方式获得效果。晶体182和184可以是矩形的，并可通过赋于层结构82和76以楔形90以得到楔形90，就如先前参照图7描述的相同。同样，可以如先前参照图9和10描述的，将晶体182和184分成多个部分。
从图4，8，9，10和11的论述中可以清晰了解，除了楔形90之外的其它形状，矩形和三角形也可用于辐射能量换能器10。然而通常，换能器10覆盖40％或者更少的物体10的表面面积。
可以改变另一个参量，即图3中给出的粘合层70的厚度，从而使换能器10在规定的时间段内传递数量均匀的声音能量到旋转基材表面面积上的每个单元。通过改变沿着半径108的方向的层结构70的厚度，可以改变换能器10发出的能量。当改变层结构的厚度时，可以认为该现象导致了不同的声音能量的反射特性。
显然，可由多种方法形成换能器10。通常规定换能器包括产生频率范围在0.4到2.0MHz的声音能量的声音能量发生装置。声音能量发生装置在规定的时间段内传递数量大致均匀的声音能量到旋转基材表面面积上的每个单元，并且其具有的表面面积比基材上的表面面积要小。通过在清洁步骤中使用的液体，振荡器连接到声音能量发生装置以传输声音能量给基材。声音能量发生装置可以具有多种形式，包括在图4-6和11中给出的楔形晶体，图7所示的具有楔形电极的矩形晶体，图8所示的具有单独的可控制部分的矩形晶体，或者图9和10所示的具有单独的可控制部分的楔形晶体。
换能器10可广泛应用于兆赫兹超声波清洁步骤(或者其它的施加液体化学材料到基材的表面的步骤)，其中在规定的时间段内必须传递数量大致均匀的声音能量到旋转基材表面区域上的每个单元，以辅助清洁或化学过程。换能器10在清洁那些成批清洁比较困难的单独的元件时特别的有用。这些元件包括大的半导体晶片，从低的流水作业中获得半导体晶片，比如定做或实验用芯片，平板显示器以及其它大的平面基材。
用于清洁此种单独元件的这种清洁步骤包括施加清洁或处理液到物体的表面，并且旋转换能器10下面的物体。从振荡器14发出的声音能量传输进入处理液，并导致清洁的发生。在可选择的方法中，可以旋转换能器10，并且保持物体固定，或者二者都可旋转。
在实践中，不同的处理液用于不同的清洁任务。许多处理液的准确组成是生产这些液体的公司所有的。然而典型处理液包括蒸馏水，氢氧化铵的水溶液、过氧化氢、盐酸、硝酸、醋酸、或氢氟酸以及这些反应物的组合。通常使用的处理液成分参照SC-1和SC-2。
必须在规定的时间段内传递数量大致均匀的声音能量到旋转基材表面面积上的每个单元的原因是清洁或化学过程的效果随着传输进入液体的声音能量的数量而改变。因此，如果晶片的表面上的不同区域接收不同数量的声音能量，清洁的效果就发生改变。这在处理液的化学试剂有助于清洁工作时尤其明显。在这些情况下，转换装置10的使用就是理想的。
尽管已经根据目前的优选实施例描述出了本发明，可以理解，这些说明不认为是来限制本发明的。各种变更和修改对读过上面的描述之后的本领域熟练技术人员毋庸置疑都是显而易见的。相应的，试图通过说明的附加权利要求覆盖落入本发明的真实范围中的所有变更和修改。