CN100583398C - 对物品进行处理尤其对半导体元件进行清洁的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用超声对物品尤其是半导体元件进行的连续的清洁，其中有待清洁的物品布置在液体中。此外本发明涉及一种用于实施按本发明的方法的装置。本发明的一个重要构思是，有待清洁的物品(2)的表面在装有流体的池(5)中得到至少一次最大振动，所述最大振动由至少一个设置在所述池(5)中的声源(8a)发出。在此按照一种实施方式将布置在所述池(5)中的声源区(8)倾斜于输送方向(4)的平面进行布置。

Description

对物品进行处理尤其对半导体元件进行清洁的方法和装置

技术领域

本发明涉及用超声对物品尤其是对半导体元件进行的清洁，其中有待清洁的物品布置在一种液体中。此外本发明涉及一种用于实施按本发明的方法的装置。

背景技术

借助于超声波进行的清洁已经众所周知。超声清洁主要应用在工业上的零件制造并且尤其用在电子技术、精密机械技术、金属加工中或者也用在印制电路板制造中。其它典型的用于这种类型的物体清洁的应用领域在于照相业及医疗技术中。超声的使用用于去除尤其存在于物品上面的污垢颗粒，并且在用机械清洁设备如刷子或抛光剂只能很不充分地接触到脏物并使其脱落时提供使用。

对于按现有技术公开的以及按本发明的方法的超声清洁来说，有必要将有待清洁的物品布置在一种液体中，使得由超声发生器通过合适的超声振动器发出的声波可以通过所述液体介质传递到有待清洁的物品上。所谓的声源区发送声波，所述声波冲击有待清洁的物体。

尤其在半导体制造过程中需要进行不同的清洁步骤，用于去除污垢颗粒以及因加工产生的半导体比如晶片或盘片的微粒。这些尤其在对半导体元件(基片)进行机械加工时比如在锯削时产生的微粒可能是锯削颗粒，所述锯削微粒由所述基片的材料组成。同样经常使用一种所谓的“浆(Slurry)”或者金刚砂-乳剂。所述浆在一种包含乙二醇和油的混合物中包括碳化硅或者氧化铝。这些杂质(微粒、颗粒、有机化合物的残余物等)必须在一个或多个清洁步骤中去除，以便能够保证所期望的产品性能。

从现有技术中公开了一种方法，在该方法中有待清洁的物品如晶片或盘片首先在支承装置中分类。随后要么用手要么自动地将这些物品浸入放有相应液体的池中，其中所述支承装置静止地得到固定，或者作为替代方案要么用操纵装置要么用手在清洁池内运动。

为得到更好的清洁结果，在多数情况下提供多个不同的池，比如10到20个池，这些池具有不同的液体和/或不同的声源。所述声源本身以不同的频率进行发射，从而可以在各个池中获得不同的清洁结果。

为支持清洁作用，在多数情况下使这些池热运行，其中通常将温度设置在30℃到60℃之间。频率处于超声范围内并且由声源发送出去，所述声源通常布置在清洁池的底部上而且也部分地布置在清洁池的壁上。作为替代方案或附加方案，使用所谓的浸入式振动器，所述浸入式振动器优选安置在清洁池中的相应位置上，从所述相应位置可以期望实现声波在清洁池中尽可能均匀的分布。根据一种在现有技术中优选的方案，所述浸入式振动器构造为板式振动器并且大多数放置在有待清洁的物体的下面。所述板式振动器通常用在大面积的部件上，用于保证声波也覆盖整个物体。

这样的清洁过程包括干燥的典型的总持续时间大约为一小时，并且大多数要求多次手动的或者机械支持的转换过程，由此出现较高的破损率。因此尤其在将来的具有200毫米的棱边长度以及低于200微米的厚度的晶片的加工方面，存在着对作为替代方案的清洁方法的需求，利用所述作为替代方案的清洁方法可以更快更有利并且更加小心地处理有待清洁的物品。

从US-B 4979994中公开了用于对印制电路板进行清洁的方法和装置。在此在液体中用声波对印制电路板进行处理。为了也在布置在电气元件和印制电路板之间的小室中进行清洁，使声源区倾斜地定向，更确切地说相对于印制电路板的垂直线以处于-60和+60度之间的角度定向。而后通过反射到达这些如此构成的侧凹。所述相应的声源区以及接受声波辐射的印制电路板彼此间保持静止。

从DE-C 1078406中公开了一种用于借助于超声对金属进行清洁的装置。所述装置包括一个旋转的、构造为漏斗状的滚筒。在此静止地布置声源区，该声源区的位置可沿所述滚筒的外侧面进行定位。

从DE 19222423C2中公开了一种用于对基片尤其半导体晶片进行处理的装置。所述基片在一个流体池中支承在构造为连接片类型的支撑元件上。为了达到更高的清洁效率，所述支撑元件可以与基片一起提升和下降，从而在声源区和基片之间可选择产生更大的或更小的间距。

发明内容

本发明的任务是提出一种方法和/或一种装置，利用所述方法和/或装置可以借助于声波尤其对易破裂的物品进行清洁。

本发明的主要构思在于，提出一种方法以及一种装置，通过其设计方案来保证有待清洁的物品的表面在清洁池中得到至少一次最大振动，所述最大振动由至少一个布置在池中的声源发出。所述最大振动相当于所谓的“振动波幅”。

相应地，为解决该任务，提出一种按权利要求1所述的方法和/或一种按权利要求2所述的装置。

按本发明，如以下所解释的一样用不同的手段来实现任务的解决方案。这些作为替代方案的实施方式的共同特征是，相应的具有最大振幅的最大振动冲击到有待清洁的物品上。此外必须能够将在声源和有待处理的物品之间的机械间距精确地调节到几毫米。与现有技术相比，这种进入到清洁池的液体中的超声输入得到优化，这种超声输入在所有的实施方式中都同样得到保证。

在液体中的超声的典型波长λ在10毫米和80毫米之间，其中频率在20kHz到132kHz之间，并且液体是水(举例：在频率为25kHz时，在水中的波长大约为59毫米)。

优选将所述声源构造为所谓的声源区。以下利用声源区这一概念指代这样的由多个振动源组成的装置，所述振动源至少对其本身来说同相发射。尤其这样的声源区可以是具有平坦表面的板式振动器。

除了克服现有技术的上述缺点之外，根据一种优选的实施方式，本发明的一个主要优点在于可以连续地对物品进行清洁，而不必进行手动的或机械支持的移位或重新分选。

按本发明，这一点优选通过以下方法来实现，即借助于输送装置将有待清洁的物品输送通过液体。一种所述的输送系统的例子在WO2003/086913A1中得到公开。在其输送过程中，使所述物品从依次布置的调节到不同频率上的声源旁边经过，其中这些声源布置在清洁液的内部并且发送在超声范围内的频率。通过在作为替代方案的实施方式中实现的、在声源区和有待清洁的物品的表面之间的精确的空间关系来保证所述声波以其最大振动冲击到所述有待清洁的物品上。如下文所解释的一样，这可以直接或间接地进行。

在机械方面可以在一个装有液体的池内部相对于有待清洁的物品以指定的间距布置声源区。

但是不仅所述液体的成分和温度以及其它设置在池内部的安装件而且在有待清洁的物品上可能出现的反射通常都导致差异，通过所述差异会使给定的振动波幅偏移，从而尽管存在最佳的机械前提但存在这样的危险，即不能保证至少一个声波振动波幅以最大的振幅冲击到所述有待清洁的物品上。

现在根据第一方面，本发明重要的构思在于，所述单个的声源区不是平行于输送方向而是倾斜地进行布置，有待清洁的物品优选通过所述输送装置从所述单个的声源区旁边经过。倾斜在这种情况下意味着，所述声源区的表面不是平行于由有待清洁的物品形成的平面定向，而是在所述声源区的平面和有待清洁的物品的平面之间存在一个指定的倾角。所述倾角在此不依赖于输送方向。这意味着，可以沿输送方向进行倾斜，也就是说所述声源区到有待输送的物品的平面之间的间距越来越大或相反。

在另一种改进方案中，按本发明提出，在物品从池中穿过的输送过程中设置一个以上的声源区。在此可以规定，用不同的频率来触发这些声源区。优选通过池界限使所述单个的以相同的频率触发的声源区彼此分开。在第一清洁步骤开始时提出以低的频率(比如25kHz)开始，用于去除粗糙的和较大的颗粒。沿输送方向根据具体的任务优选逐步地使用更高的频率(比如40kHz以及更高的频率)，从而连续地逐渐首先去除在开始区域中的粗糙颗粒直到在末端区域中的非常细小的颗粒。这些频率可以一直加到兆赫声波范围，其中所述兆赫声波范围利用从800kHz到2MHz的频率。在此所述单个的声波区的倾角及单个声波区到有待清洁的物品的输送平面的间距可以是不同的。

为得到良好的清洁结果并且解决使至少一次最大振动冲击到所述从声源区旁边经过的物品上这一任务，按本发明提出，使声源区相对于物品的输送平面的倾角明显小于λ/2，其中λ是声源区发射声波所使用的波长。对振动波幅的在振动区的中心上方的理论位置进行调节，并且使整个声源区倾斜一个明显小于λ/2的数值，事实表明这样做十分有利。如果所述声源区相对于有待输送的物品的平面的倾角为λ/4或者甚至λ/8，那就获得特别有效的清洁结果。作为替代方案，声源区的倾斜位置在平行布置该声源区时通过提供必要时聚焦的反射面来实现，在此在声源区和有待处理的物品之间布置所述反射面，使得声波具有上述传播特征。这种实施方式的另一种替代方案在于，有待清洁的物品在水平布置声源区时至少暂时地从其水平的位置转换到一个倾斜位置中。

另一种实施方式在于，所述倾斜调节的声源区至少部分地平行于输送平面导向并且由此相对于输送方向运动。

根据本发明的另一方面，上述发明的基本构思也可以通过将所述声源区平行于输送平面水平布置来实现，只要所述声源区构造为可运动的并且能够相对于物品进行相对运动。水平布置的声源区的位置可以关于清洁目标进行变化，这种做法在实践中的用处在于使声波的振动波幅在运动过程中至少有一次以最大的振幅冲击到有待处理的物品上。

根据一种优选的实施方式，所述声源区因此按照可运动的并且平行于有待清洁的物品的输送方向的方式进行布置，其中所述运动垂直于输送方向进行。

为了实现均匀的清洁，根据另一种实施方式可以优选规定，所述运动垂直于以及水平(平行)于输送方向进行，其中所述垂直的和水平的运动可以先后或同时进行。

另一种实施方式在于，提供一种上述实施方式的组合方案。这意味着进行所述声源区的三维运动。比如按照一种优选的组合方案，所述声源区按照可运动的并且倾斜于有待清洁的物品的输送方向的方式进行布置，其中所述运动要么垂直于要么垂直并且水平于输送方向进行。通过这种组合式处理方式也保证至少一次最大振动冲击到有待清洁的物品上。

在早已提到的按本发明的实施方式中，所述声源区相对于有待清洁的物品平行于输送方向或输送平面运动，在这种实施方式中优选缓慢地进行所述相对运动，以便构建尽可能稳定的声场。这里存在的典型的垂直于输送方向的振幅明显小于λ/2，其中λ是所述声源区发射的波长。按照一种特别优选的实施方式，垂直于输送方向的振幅为λ/4。在有待清洁的物品在池中的停留过程中要经过至少一次这种振幅。

根据本发明的一种实施方式，将物品放置到一个输送系统上，比如一个辊子输送系统上。在这种情况下，借助于多个前后布置的并且水平定向的输送辊来输送物品。将单个的输送辊优选如此布置在流体中，使得所述辊子的相应的上棱边大致处于流体表面的高度上，也就是说处于流体的上面的液体边缘的高度上，使得相应的物品的下侧面通过与流体表面的直接接触得到润湿。在这种情况下，可以在物品棱边上形成弯液面。而后重力和表面张力的共同作用将物品往下拉，并且使其与所述辊子保持接触，而不会浮起。由此可以用所述辊子输送系统来有控制地并且按指定方式地输送物品。

根据一种特别优选的实施方式，在输送辊上有至少两个支承件，所述支承件可以优选在输送辊上布置在两条凹槽的区域中。在所述支承件之间的间距通过有待处理的物品的宽度来预先确定。在声源区的范围内力求给有待清洁的物品以足够的自由度。因此，恰好在这个范围内导向元件间隔较远，并且与所述输送辊对置布置的并且将有待清洁的物品包围在其间的压料器具有更大的运动可能性，从而可以将可能出现的力从物品导送出去。由此实现向有待清洁的物品施加尽可能少的力这一目的。由此显著降低破损率。

输送辊优选构造为至少双构件的，并且包括一个轴元件和至少一个将该轴元件包围的跟踪元件。所述单个输送辊的轴元件在声源区的范围内间隔较远，以便使由所述声源区发出的声波可以更好地冲击有待清洁的物品。所述轴由一种仅仅很少防止声波传播的材料制成。

根据本发明的另一方面，提供一种用于实施按本发明的方法的装置。这种装置的主要特征由上述关于过程控制的说明中获得并且归纳在权利要求2中。

所述按本发明的方法的实施除了提供早已提到的优点之外，还提供与公知的方法相比明显减少过程持续时间这样的优点。事实已经表明，按本发明可以将普通的比如一个小时的过程持续时间缩减到大约十分钟。

本发明的另一主要优点在于，在按本发明的方法中可以放弃在清洁池中通常使用化学试剂这样的做法。此外，本发明能够将清洁液的温度调节到室温，也就是说可以调节到处于大约15℃和大约25℃之间的数值上，而不必担心按本发明获得的突出的清洁效果会降低。

一种替代方案在于，将部分脱盐的或消电离的水用作清洁介质。

但是在这方面要明确指出，在清洁液中使用传统的温度和/或使用化学试剂当然按本发明也包含在内。

附图说明

其它优点由以下说明、附图及权利要求获得。附图示出：

图1是一种用于实施按本发明的方法的装置的示意图，该装置用于对物品尤其在构造晶片或者说盘片时对半导体元件进行清洁，

图2是图1的局部示意图，该示意图用于说明有待清洁的物品的输送。

具体实施方式

在图1示意示出了一个按本发明的装置1，该装置1用于对物品2尤其在构造盘片时对晶片进行清洁。

物品2通过输送装置3沿输送方向4从池5中运动而过。所述池5中装有一种液体6。所述输送装置3本身优选包括驱动辊3a以及压料器3b(图2)，其中所述驱动辊3a由于其沿箭头方向7的旋转运动用于沿输送方向4驱动所述物品2。所述沿反向方向(反向于箭头方向7)旋转的压料器3b则使所述物品2不会在液体6中浮起。

所述池5划分为不同的区域，也就是划分为所谓的区段5a、5b、5c。所有区段5a、5b、5c可以按流体方式彼此相连接，并且通过输送装置3进行操作。在这里所示出的实施例中，在每个区段5a、5b、5c内部布置了至少一个声源区8。这个声源区8从其声源8a朝相应地布置在所述声源区上方的物品2的方向发送声波8b。由于所述将相应的声源区8包围的液体6，所述由声源区8产生的声波输入到液体中并且传递给物品2。

在另一种未详细示出的实施例中，也可以在所述区段内部布置一个或多个声源区8。

不仅对所述按本发明的方法的实施来说而且对所述装置来说，所述区段5a、5b、5c均非绝对必要。它们仅仅用于可以更加简单地确定单个区域，并且确定不同的清洁区域。按本发明也没有规定所示出的区段的数目，并且在考虑具体要求的情况下可自由选择区段数目。

在所述区段5a、5b、5c内部布置了所述声源区8，使得其并非平行于输送方向4定向，而是具有一个倾角。这意味着，所述区段5a、5b、5c相对于输送方向4倾斜布置，其中原则上可以沿两个方向(顺着输送方向或者反向于输送方向)构设这种倾斜布置方式。由于这种倾斜布置方式，在沿输送方向4的水平平面9和由相应的声源区8展开的平面10之间产生一个角度α。这种指定的倾角优选小于λ/2，其中λ是所述声源区8发射产生的声波所使用的波长。

在本实施例中，所述声源区8刚性地布置在相应的区段5a、5b、5c内部。

方法

在第一区域A中将单个的物品2这里比如是构造为平坦的或者说扁平的晶片放入(或者从另一个处理过程中转送到)所述输送装置3中，并且借助于所述输送装置3(输送辊3a以及压料器3b)沿输送方向4运动。在经过一个相应的起动阶段之后，有待清洁的物品2到达第一区段5a中，并且越过第一声源区8。在越过所述第一声源区8的过程中，由于所述声源区8的按本发明的布置方式，至少一次具有最大振幅的振动波幅冲击所述物品的表面。所述物品2连续地从这个区段5a转移到另一个区段5b等中。在每个声源区8上面重复进行这一过程。

在这里所示出的方法以及这里所示出的装置1中，所述单个的声源区8安置在单个的区段5a、5b、5c中并且优选如此构造，使得频率随着在所述按本发明的装置内的行程的增加而逐级增加或者从一个声源区8到另一个声源区8线性增加。在按本发明的装置的末端E上，可以将相应的在连续过程中处理的经过清洁的物品取出或者转送给另一个装置。

附图标记列表

1    装置

2    物品(晶片)

3    输送装置

     3a输送辊

     3b压料器

4    输送方向

5    池

     5a区段

     5b区段

     5c区段

6    液体

7    箭头(旋转方向)

8    声源区

     8a声源

     8b声波

9    平面(输送平面，输送方向4的平面)

10   (声源区8的)平面

A    开头

E    末端

α   角度

λ   波长

Claims (16)

1.用于在装有液体(6)并设有至少一个声源区的池(5)中对物品进行处理的方法，其中所述物品(2)在输送装置(3)上连续地输送通过所述池(5)，并且所述至少一个包括多个将声波(8b)同相地输入到液体(6)中的振动源(8a)的声源区(8)可选占据以下位置中的一个：

I.按照静止的并且倾斜于所述有待清洁的物品(2)的平面(9)定向的方式布置所述至少一个声源区(8)；或者

II.按照可运动的并且倾斜于所述有待清洁的物品(2)的平面(9)定向的方式布置所述至少一个声源区(8)，其中所述运动平行于所述输送方向(4)进行；或者

III.按照可运动的并且平行于所述有待清洁的物品(2)的平面(9)定向的方式布置所述至少一个声源区(8)，其中所述运动垂直于所述输送方向(4)进行；或者

IV.按照可运动的并且平行于所述有待清洁的物品(2)的平面(9)定向的方式布置所述至少一个声源区(8)，其中所述运动垂直于以及水平于所述输送方向(4)进行；或

V.按照可运动的并且倾斜于所述有待清洁的物品(2)的平面(9)定向的方式布置所述至少一个声源区(8)，其中所述运动要么垂直于要么垂直和水平于所述输送方向(4)进行，

其中，相对于有待清洁的物品(2)布置所述至少一个声源区(8)，使得由所述至少一个声源区(8)产生的声波(8b)以其最大振动冲击到所述有待清洁的物品(2)的平面(9)上。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述方案I，II和V中，在所述至少一个声源区(8)的平面和有待清洁的物品的平面(9)之间存在一个指定的倾角。

3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少一个声源区(8)倾斜小于λ/2地放置，其中λ表示有待发送的声波(8b)的波长。

4.按权利要求1所述的方法，其特征在于使用多个分别具有多个振动源的声源区(8)，所述振动源将声波(8b)同相地输入到所述液体(6)中。

5.按权利要求4所述的方法，其特征在于，所述声源区(8)以不同的频率发送。

6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，由所述声源区(8)发送的频率沿输送方向(箭头4)越来越高。

7.用于实施按权利要求1所述的方法的装置。

8.按权利要求7所述的装置，其特征在于，在所述方案I，II和V中，在所述至少一个声源区(8)的平面和有待清洁的物品的平面(9)之间存在一个指定的倾角。

9.按权利要求8所述的装置，其特征在于，所述至少一个声源区(8)倾斜小于λ/2地放置，其中λ表示有待发送的声波(8b)的波长。

10.按权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置包括多个分别具有多个振动源的声源区(8)，所述振动源将声波(8b)同相地输入到所述液体(6)中。

11.按权利要求10所述的装置，其特征在于，所述声源区(8)以不同的频率发送。

12.按权利要求11所述的装置，其特征在于，由所述声源区(8)发送的频率沿输送方向(箭头4)越来越高。

13.按权利要求7所述的装置，其特征在于，所述输送装置(3)为接纳所述物品(2)而包括输送元件，所述输送元件横向于输送方向(4)延伸并且彼此间隔开地布置。

14.按权利要求10所述的装置，其特征在于，所述声源区(8)沿输送方向(4)连续地先后布置。

15.按权利要求14所述的装置，其特征在于，所述声源区(8)相对于所述输送方向(4)的平面具有相同的倾角α。

16.按权利要求14所述的装置，其特征在于，所述声源区(8)相对于所述输送方向(4)的平面具有不同的倾角α。

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