CN101959620B - 超声波清洗装置及超声波清洗方法 - Google Patents

超声波清洗装置及超声波清洗方法 Download PDF

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Abstract

本发明为超声波清洗装置，至少具有：清洗槽，收容有清洗液，以浸渍并清洗被清洗物；超声波传递槽，收容有将超声波传递至清洗槽的传递水；振动板，设在超声波传递槽下部且根据振动件将超声波重叠在传递水中；保持夹具，用以将要清洗的被清洗物保持在清洗槽中；被清洗物被保持夹具保持并被浸于清洗槽的清洗液中，清洗槽被浸在超声波传递槽内的传递水中，且使根据振动板而重叠的超声波经传递水传递至清洗槽，由此对被清洗物进行超声波清洗，该装置配有传递槽摇动机构，用以使超声波传递槽在水平面内摇动。由此提供超声波清洗装置及超声波清洗方法，能抑制超声波清洗中被清洗物的清洗不均的情况并能减少清洗槽数量而降低装置成本，而能有效除去微粒。

Description

超声波清洗装置及超声波清洗方法
技术领域
本发明是涉及一种超声波清洗装置及超声波清洗方法，将以半导体芯片为代表的半导体零件等的被清洗物浸渍于药液中，进而照射超声波来进行清洗。
背景技术
以往，当进行工业零件或半导体零件等的清洗时，通常是采用超声波清洗装置来进行清洗。
图3是表示以往通常的超声波清洗装置的一个例子的概略图。
如图3所示，以往通常的超声波清洗装置101包括：清洗槽102，其收容有用于清洗被清洗物104的清洗液107；超声波传递槽103，其收容有用于将超声波传递至该清洗槽102中的传递水108；振动板105，其被配置在该超声波传递槽103的外壁面，且通过例如由陶瓷制造的压电组件所构成的超声波振动件109将超声波重叠在传递水108中。另外，被清洗物104被保持夹具106等保持在清洗槽102中，并被浸渍于清洗槽102内的清洗液中。另外，清洗槽102被浸在超声波传递槽内的传递水108中。
而且，通过振动板105而被重叠后的超声波经由传递水108而被传递至清洗槽102中，并以清洗液107的液面和清洗槽的壁面等作为边界形成驻波。此时，碰上驻波的波腹(anti-node)的清洗液会大幅地振动，而利用此振动所产生的声压来清洗被清洗物104。
然而，清洗液107中的驻波的波形是根据清洗槽102的形状、超声波振动件109的设置位置和频率、清洗液107的液体种类、液温、液深等来决定的，因而在上述条件为固定的情况下，驻波的波腹与波节的位置也没有变化。因此，在驻波的波节的位置，清洗液107几乎没有振动，所以，被清洗物104的位于驻波位置的部分，没有被充分地清洗。
于是，存在无法均匀地清洗整个被清洗物而清洗不均等的问题。
对于此种问题，公开一种超声波清洗装置，通过使收容有半导体零件的收容盒在清洗槽内作二维的摇动动作，能高效地进行清洗(参照日本特开平9-260334号公报)。
另外，公开一种基板清洗装置，将被清洗物即多个基板的各主面与多个棒构件(在其单侧端部配设有超声波振动件)，大约平行地相向配置(配置成面对面)，并通过一边使所述基板与所述棒构件相对地平行移动，一边进行超声波清洗，从而能对整个基板的表面充分地除去污染物质(参照日本特开2002-59095号公报)。
近年，例如从除去芯片的微粒的效果、提高微粒质量这样的观点出发，半导体零件等的被清洗物的超声波清洗使用1MHz这样的高频率的超声波。但是，所使用的超声波的频率越高，超声波的指向性越强，从而会对于上述清洗不均的问题产生很大的影响。
对于此种问题，如上述的基板清洗装置，摇动用以保持被清洗物的保持夹具、设置多个清洗槽且错开保持夹具在该清洗槽内的位置或在清洗中改变用以配置保持夹具的清洗槽，以此方式来一边使碰上被清洗物的超声波的驻波的波节位置变化，一边进行清洗。但是，即便是以此种方式来进行超声波清洗，被清洗物的清洗不均的抑制效果、微粒的除去效果等也是不充分的，而在设置多个清洗槽的情况，则有增加装置的成本这样的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而开发出来，其目的是提供一种超声波清洗装置及超声波清洗方法，其能够抑制在高频率的超声波清洗中成为问题的由于强指向性所造成的被清洗物的清洗不均，并能减少清洗槽的数量来降低装置的成本，并能有效地除去微粒。
为了达成上述目的，本发明提供一种超声波清洗装置，至少具有：清洗槽，其收容有清洗液，用于浸渍并清洗被清洗物；超声波传递槽，其收容有用于将超声波传递至该清洗槽中的传递水；振动板，其被配置在所述超声波传递槽的下部，且根据振动件，将超声波重叠在所述传递水中；保持夹具，其用以将要进行清洗的被清洗物保持在所述清洗槽中；所述被清洗物被所述保持夹具保持，并被浸渍于所述清洗槽内的清洗液中，所述清洗槽则被浸在所述超声波传递槽内的传递水中，且使根据所述振动板而重叠后的超声波经由传递水而传递至清洗槽中，由此对所述被清洗物进行超声波清洗，其中，该超声波清洗装置配备有传递槽摇动机构，用以使所述超声波传递槽在水平面内摇动。
如此，本发明的超声波清洗装置由于具有传递槽摇动机构，用以使所述超声波传递槽在水平面内摇动，所以通过使所述超声波传递槽在水平面内摇动来使被传递至所述被清洗物上的超声波均匀化，而能抑制所述被清洗物的清洗不均的情况，并能有效地除去微粒。另外，由于利用一个清洗槽便能均匀地清洗所述被清洗物，所以能降低装置的成本。进而，当使所述超声波传递槽摇动时，也具有完全不会污染所述清洗槽的清洗液这样的优点。
此时，优选具有保持夹具摇动机构，用以使所述保持夹具在水平面内摇动。
如此，利用具有用以使所述保持夹具在水平面内摇动的保持夹具摇动机构，来使所述保持夹具也在水平面内摇动，由此，能更有效地抑制所述被清洗物的清洗不均的情况，并能更有效地除去微粒。
另外，此时，所述超声波传递槽和保持夹具能相互地在水平面内向正交方向摇动。
如此，所述超声波传递槽和保持夹具若相互地在水平面内向正交方向摇动，则能更加有效地抑制所述被清洗物的清洗不均，并能更加有效地除去微粒。
另外，本发明提供一种超声波清洗方法，将用于浸渍并清洗被清洗物的清洗液，收容于清洗槽内，并将用于将超声波传递至所述清洗槽中的传递水收容于超声波传递槽内，根据振动件而将超声波重叠在所述传递水中的振动板配置在所述超声波传递槽的下部，并且，利用保持夹具来保持所述被清洗物，并将该被清洗物浸渍于所述清洗槽内的清洗液中，且将所述清洗槽浸在所述超声波传递槽内的传递水中，使根据所述振动板而重叠后的超声波经由传递水而被传递至清洗槽中，由此对所述被清洗物进行超声波清洗，其中，一边使所述超声波传递槽在水平面内摇动，一边对被清洗物进行超声波清洗。
如此，若一边使所述超声波传递槽在水平面内摇动，一边对被清洗物进行超声波清洗，则能使被传递至所述被清洗物上的超声波均匀化，而能抑制所述被清洗物的清洗不均的情况，并能有效地除去微粒。另外，由于利用一个清洗槽便能均匀地清洗所述被清洗物，所以能降低装置的成本。进而，当使所述超声波传递槽摇动时，也具有完全不会污染所述清洗槽的清洗液这样的优点。
此时，优选使所述保持夹具在水平面内摇动。
如此，通过使所述保持夹具在水平面内摇动，能更有效地抑制所述被清洗物的清洗不均的情况，并能更有效地除去微粒。
另外，此时，所述超声波传递槽和保持夹具能相互地在水平面内向正交方向摇动。
如此，若使所述超声波传递槽和保持夹具相互地在水平面内向正交方向摇动，则能更加有效地抑制所述被清洗物的清洗不均，并能更加有效地除去微粒。
在本发明中，超声波清洗装置一边使超声波传递槽在水平面内摇动，一边对被清洗物进行超声波清洗，所以能使被传递至所述被清洗物上的超声波均匀化，而能抑制所述被清洗物的清洗不均的情况，并能有效地除去微粒。另外，由于利用一个清洗槽便能均匀地清洗所述被清洗物，所以能降低装置的成本。
附图说明
图1A是表示本发明的超声波清洗装置的一个例子的概略主视图。
图1B是表示本发明的超声波清洗装置的一个例子的概略侧视图。
图2是表示在本发明的超声波清洗装置中，使保持夹具与超声波清洗槽相互地在水平面内向正交方向摇动的状态的俯视概要图。
图3是表示以往的超声波清洗装置的一个例子的概略图。
图4是表示实施例与比较例中的清洗后的芯片表面的微粒状态的图；图4中的(A)是实施例1的芯片表面，图4中的(B)是实施例2的芯片表面，图4中的(C)是比较例的芯片表面。
具体实施方式
以下，说明有关本发明的实施方式，但是本发明并未限定于此实施方式。
近年，针对半导体零件等的被清洗物的超声波清洗，利用1MHz这样的高频率的超声波进行清洗，但是，所利用的超声波的频率越高，超声波的指向性越强，而会受到在清洗槽内的用以保持被清洗物的保持夹具和超声波振动件的位置等的影响，而产生清洗不均，并对被清洗物的微粒质量造成影响。
针对此问题，在以往的超声波清洗装置中，摇动用以保持被清洗物的保持夹具、设置多个清洗槽且错开保持夹具在该清洗槽内的位置或在清洗中改变用以配置保持夹具的清洗槽，以此方式来进行清洗，但是，被清洗物的清洗不均的抑制效果、微粒的除去效果等并不充分，而在设置多个清洗槽的情况下，有增加装置的成本这样的问题。除此以外，仅摇动保持夹具的情况，虽然可某程度地改善清洗不均的情况，但是，有可能新产生污染清洗液本身的问题，另外，清洗液有可能由于波动起伏而从清洗槽溢出。
因此，本发明人为了解决此种问题而反复地进行深入研究。结果，想到了以下的技术：针对采用高频率的超声波而实行的超声波清洗，若使设有振动板的超声波传递槽在水平面内摇动，则不用设置多个清洗槽，便能将要被传递至整个被清洗物上的超声波均匀化，而可抑制被清洗物的清洗不均，并能提高微粒的除去效果。若是此种超声波清洗装置，则利用一个清洗槽便能均匀地清洗被清洗物，不用担心清洗液的污染和振动等的问题。此时，关于清洗不均，若同时也使保持夹具摇动，并相互地在水平面内向正交方向摇动，则可得到更均匀的清洗效果。而且，仔细调查用于实施这些清洗的最佳方式，而完成本发明。
图1A是表示本发明的超声波清洗装置的一个例子的概略主视图，图1B是其侧视图。
如图1A和图1B所示，本发明的超声波清洗装置1设有：清洗槽2，其收容有清洗液7，用于浸渍并清洗例如半导体芯片等的被清洗物4；超声波传递槽3，其收容有用于将超声波传递至该清洗槽2中的传递水8；振动板5，其被配置在所述超声波传递槽3的下部，且根据振动件9，将超声波重叠在所述传递水8中；保持夹具6，其用以将要进行清洗的被清洗物4保持在所述清洗槽2中。
清洗液7被收容在所述清洗槽2中。此处，清洗液7例如能使用SC-1(氨水+过氧化氢水+纯水的混合物)等的药液，也能使用纯水。另外，清洗液的液温例如能设为5～90℃。所述清洗液7由设在所述清洗槽2的清洗液供给口(未图示)供给，而从清洗液排出口(未图示)排出。
如图1A和图1B所示，在本发明的超声波清洗装置1中，振动件9和振动板5是被配置在超声波传递槽3的下部。根据此振动板5，能将由振动件9所产生的超声波振动重叠在所述传递水8中。
此处，所述振动件9的固有振动频率例如能设为750KHz～1.5MHz。这些条件，只要依照清洗目的来决定即可，并没有特别地限定，但是利用1MHz程度的高频率的超声波能提高微粒的除去效果。
另外，如图1B所示，清洗槽2的底面也能作成倾斜的形状。
另外，在所述超声波传递槽3中，如上所述，收容有用于将超声波传递至清洗槽2中的传递水8。而且，清洗槽2被浸在超声波传递槽3内的传递水8中。
这样的将超声波传递槽3设在清洗槽2的外侧且将传递水8供给至所述清洗槽2与所述超声波传递槽3之间的结构，有益于解决直接将超声波振动件设在清洗槽中这样的结构的超声波清洗装置中引起的清洗液升温时的超声波振动件的耐热性问题和清洗液的污染等的问题。
此处，所述保持夹具6的形状并没有特别地限定，例如图1A和图1B所示，能以从下方来支持被清洗物4的支持构件10及棒构件11来构成，该棒构件11与该支持构件连接，并往上方延伸。而且，多个被清洗物被放置且保持在保持夹具6的支持构件10上。
而且，根据振动板5而被重叠后的超声波经由传递水8而被传递至清洗槽2中，并以清洗液的液面和清洗槽2的壁面等作为边界，形成驻波，于是，碰上驻波的波腹(anti-node)的清洗液会大幅地振动，而利用此振动所产生的声压，来清洗被清洗物4。
本发明的超声波清洗装置设有传递槽摇动机构12，用于使所述超声波传递槽3在水平面内摇动。
如图1B所示，传递槽摇动机构12具有驱动马达13和偏心凸轮14，从驱动马达13来的驱动力被传至偏心凸轮14，而能使超声波传递槽3在水平面内摇动。
本发明的超声波清洗装置采用此种传递槽摇动机构12，使超声波传递槽3在水平面内摇动，而使振动件9及振动板5的位置相对于被清洗物4作相对移动，由此，能使被传递至被清洗物4的表面上的超声波均匀化，并能抑制所述被清洗物4的清洗不均，而能有效地除去微粒。另外，由于被传递至被清洗物4上的超声波变得均匀，所以不需要设置多个清洗槽而在清洗时将由保持夹具6所保持的被清洗物4变换地放入相异的清洗槽内，而只要设置一个清洗槽即可，因此，能降低装置的成本。另外，在清洗槽内，也不需要设置用于使保持夹具摇动的空间。
此处，超声波传递槽3摇动的方向只要是在水平面内，何种方向都可以，例如可以作左右反复运动，也可以作旋转运动。
此时，如图1A所示，优选具有保持夹具摇动机构15，用以使所述保持夹具6在水平面内摇动。
保持夹具摇动机构15具有驱动马达16和滚珠螺杆17，从驱动马达16来的驱动力被传至滚珠螺杆17，而能使保持夹具6在水平面内摇动。
如此，通过具有用以使所述保持夹具6在水平面内摇动的保持夹具摇动机构15，来使所述保持夹具6也在水平面内摇动，由此，能更有效地抑制被清洗物4的清洗不均的情况，并能更有效地除去微粒。
此处，保持夹具6摇动的方向只要是在水平面内，何种方向都可以，例如可以作左右反复运动，也可以作旋转运动。为了避免使清洗液7发生波动起伏，理想是相对于图1A的方向，在水平面内，向垂直方向即被清洗物4的面方向移动。若以此种方式来进行摇动，具有碰触被清洗物4表面的清洗液7变得更均匀的优点。
另外，此时，如图2所示，超声波传递槽3和保持夹具6能相互地在水平面内向正交方向摇动。
如此，所述超声波传递槽3和保持夹具6若相互地在水平面内向正交方向摇动，则能更加有效地抑制被清洗物4的清洗不均，并能更加有效地除去微粒。
此处，超声波传递槽3和保持夹具6摇动的距离并没有特别地限定，例如，超声波传递槽3摇动的距离能设为振动板5的摇动方向的长度的1/2。另外，同样地，保持夹具6摇动的距离能设为保持夹具的摇动方向的振动板的长度的1/2。若设为此种距离，能更有效地使被传递至被清洗物的表面上的超声波均匀化，而能更有效地抑制被清洗物的清洗不均。
接着，说明有关本发明的超声波清洗方法。
本发明的超声波清洗方法，采用图1A和图1B所示的超声波清洗装置1，在清洗槽2内收容有清洗液7，用于浸渍被清洗物4并将其清洗。此处，清洗液7例如能使用SC-1等的药液，也能使用纯水。另外，清洗液7的液温例如能设为5～90℃。这些条件只要依照清洗目的来作选择即可。而且，在超声波传递槽3内收容有传递水8，用于将超声波传递至清洗槽2中，且将所述清洗槽2浸在所述超声波传递槽内的传递水108中。另外，利用保持夹具6来保持被清洗物4，并将该被清洗物4浸渍在所述清洗槽2内的清洗液7中。
如图1A和图1B所示，在本发明的超声波清洗装置1中，振动件9和振动板5被配置在超声波传递槽3的下部。根据此振动板5，能将由振动件9所产生的超声波振动重叠在所述传递水8中。根据此振动板5而重叠后的超声波经由传递水8而传递至清洗槽2中。
此处，所述振动件9的固有振动频率例如能设为750KHz～1.5MHz。这些条件并没有特别地限定，但是利用1MHz程度的高频率的超声波能提高微粒的除去效果。
而且，本发明的超声波清洗方法一边使所述超声波传递槽3在水平面内摇动，一边对被清洗物4进行超声波清洗。
如此，若一边使所述超声波传递槽3在水平面内摇动，一边对被清洗物4进行超声波清洗，则使被传递至所述被清洗物4上的超声波均匀化，能抑制所述被清洗物4的清洗不均，并能有效地除去微粒。另外，由于被传递至被清洗物4上的超声波变得均匀，所以不需要设置多个清洗槽而在清洗时将由保持夹具6所保持的被清洗物4变换地放入相异的清洗槽内，而只要设置一个清洗槽便可以，因此，能降低装置的成本。
此处，超声波传递槽3摇动的方向只要是在水平面内，何种方向都可以，例如可以作左右反复运动，也可以作旋转运动。
此时，为了抑制清洗不均的情况，优选使所述保持夹具6也在水平面内摇动。
如此，通过使所述保持夹具6也在水平面内摇动，能更有效地抑制被清洗物4的清洗不均，并能更有效地除去微粒。
此处，保持夹具6摇动的方向只要是在水平面内，何种方向都可以，例如可以作左右反复运动，也可以作旋转运动。为了避免使清洗液7发生波动起伏，理想是相对于图1A的方向，在水平面内，向垂直方向即被清洗物4的面方向移动。若以此种方式来进行摇动，会具有碰触被清洗物4表面的清洗液7变得更均匀的优点。
另外，此时，如图2所示，能使所述超声波传递槽3和保持夹具6相互地在水平面内向正交方向摇动。
如此，若使所述超声波传递槽3和保持夹具6相互地在水平面内向正交方向摇动，则能更加有效地抑制所述被清洗物4的清洗不均，并能更加有效地除去微粒。
此处，超声波传递槽3和保持夹具6摇动的距离并没有特别地限定，例如，超声波传递槽3摇动的距离能设为振动板5的摇动方向的长度的1/2。另外，同样地，保持夹具6摇动的距离能设为保持夹具的摇动方向的振动板的长度的1/2。若设为此种距离，能更有效地使被传递至被清洗物的表面上的超声波均匀化，而能更有效地抑制被清洗物的清洗不均。
如以上所述，在本发明中，超声波清洗装置一边使超声波传递槽在水平面内摇动，一边对被清洗物进行超声波清洗，所以能抑制所述被清洗物的清洗不均，并能有效地除去微粒。另外，由于利用一个清洗槽便能对被清洗物作均匀的超声波清洗，所以能降低装置的成本。另外，也具有当使超声波传递槽摇动时，不会污染清洗槽的清洗液，不会波动起伏等的优点。
以下，表示本发明的实施例和比较例，更具体地说明本发明，但是本发明并未被限定于这些例子。
(实施例1)
采用图1A和图1B所示的本发明的超声波清洗装置，对镜面研磨后的3片直径300mm的硅芯片一边摇动超声波传递槽一边进行10分钟的超声波清洗，然后利用芯片表面检查装置来测定清洗后的芯片的微粒。所使用的清洗液设为氨水、过氧化氢水和水的混合液(SC-1)，其混合比设为1∶1∶10。另外，将清洗液的温度设为50℃。另外，将超声波的频率设为1MHz。
结果，微粒的数量在芯片1中为301，在芯片2中为286，而在芯片3中为281。另外，图4中的(A)是表示清洗后的芯片表面的微粒的状态的图。
如此，相较于后述的比较例，确认已改善了除去微粒的效果，并可抑制芯片的清洗不均的情况。
(实施例2)
除了与实施例1同样的条件以外，如图2所示，一边同时地使保持夹具移动，一边对芯片进行超声波清洗，然后，利用与实施例1同样的方法来测定微粒。
结果，微粒的数量在芯片1中为196，在芯片2中为171，而在芯片3中为154。另外，图4中的(B)是表示清洗后的芯片表面的微粒的状态的图。
如此，相较于后述的比较例，确认已改善了除去微粒的效果，并可更进一步地抑制芯片的清洗不均的情况。
(比较例)
采用图3所示的以往的超声波清洗装置，除了以没有摇动超声波传递槽和保持夹具的方式来进行清洗以外，利用与实施例1同样的条件来清洗芯片，然后测定微粒。
结果，微粒的数量在芯片1中为2994，在芯片2中为2749，而在芯片3中为1545。另外，图4中的(C)是表示清洗后的芯片表面的微粒的状态的图。
如图4中的(C)所示的结果，在超声波微弱的部份残留有被认为是由研磨剂所带来的微粒。
在表1中，集中表示实施例和比较例中的实施结果。
〔表1〕
  芯片1   芯片2   芯片3
  比较例1   2994   2749   1545
  实施例1   301   286   281
  实施例2   196   171   154
另外，本发明并未限定于上述实施方式。上述实施方式只是例示，凡是具有与被记载于本发明的权利要求中的技术思想实质上相同的构成，能得到同样的作用效果的发明，不论为何者，都被包含在本发明的技术范围内。

Claims (6)

1.一种超声波清洗装置，至少具有：清洗槽，其收容有清洗液，用于浸渍并清洗被清洗物；超声波传递槽，其收容有用于将超声波传递至该清洗槽中的传递水；振动板，其被配置在所述超声波传递槽的下部，且根据振动件，将超声波重叠在所述传递水中；保持夹具，其用以将要进行清洗的被清洗物保持在所述清洗槽中；所述被清洗物被所述保持夹具保持，并被浸渍在所述清洗槽内的清洗液中，所述清洗槽被浸在所述超声波传递槽内的传递水中，且使根据所述振动板而重叠后的超声波经由传递水而传递至清洗槽中，由此对所述被清洗物进行超声波清洗，其中，该超声波清洗装置具有传递槽摇动机构，用以使所述超声波传递槽在水平面内摇动。
2.如权利要求1所述的超声波清洗装置，其中，具有保持夹具摇动机构，用以使所述保持夹具在水平面内摇动。
3.如权利要求2所述的超声波清洗装置，其中，所述超声波传递槽和保持夹具相互地在水平面内向正交方向摇动。
4.一种超声波清洗方法，将用于浸渍并清洗被清洗物的清洗液收容于清洗槽内，并将用于将超声波传递至所述清洗槽中的传递水收容于超声波传递槽内，根据振动件而将超声波重叠在所述传递水中的振动板配置在所述超声波传递槽的下部，并且，利用保持夹具来保持所述被清洗物，并将该被清洗物浸渍于所述清洗槽内的清洗液中，且将所述清洗槽浸在所述超声波传递槽内的传递水中，使根据所述振动板而重叠后的超声波经由传递水而被传递至清洗槽中，由此对所述被清洗物进行超声波清洗，其中，一边使所述超声波传递槽在水平面内摇动，一边对被清洗物进行超声波清洗。
5.如权利要求4所述的超声波清洗方法，其中，使所述保持夹具在水平面内摇动。
6.如权利要求5所述的超声波清洗方法，其中，使所述超声波传递槽和保持夹具相互地在水平面内向正交方向摇动。
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