CN104043609A - 在液体超声清洁系统中在孔中产生驻波以改善孔的清洁 - Google Patents

Abstract

本发明提供了在液体超声清洁系统中在孔中产生驻波以改善孔的清洁的方法，以及被配置为清洁物件的至少一个孔的方法和液体超声清洁系统。所述方法包括在所述至少一个孔内建立至少一个压力梯度以将靠近于驻波节点的颗粒移向驻波的波腹，该驻波具有与至少一个孔的中心轴平行的传播轴。在一些实施方式中，所述方法可以包括在至少一个孔内建立一个或多个空化位点。

Description

在液体超声清洁系统中在孔中产生驻波以改善孔的清洁

技术领域

本发明涉及液体超声清洗装置及使用该装置清洁物件的方法，并且更具体地涉及使用驻波清洗物件中的一个或多个孔的方法。

背景技术

在许多工业处理中，控制污染通常是重要的。例如，在等离子体处理室中处理半导体衬底材料（如硅晶片），其中内部和面向内部的部件的表面暴露于沉积、蚀刻和剥离的环境。因此，通常观察到在处理室部件的表面的无机和有机污染物的积累，并可能导致衬底材料的污染，降低加工效率，或两者。因此，新的处理室部件的表面必须在第一次使用前进行清洁，并随着时间的推移，这样的部件表面必须进行清洁为了它们能继续有用。否则，这样的部件（或其部分）必须更换。尽管与更换相关联的成本支持清洁组件，但某些部件是难以清洁的，尤其是那些具有孔、腔、通道、穿孔、洞、穴，气孔、或其它开口（统称为“孔”或“孔”）的部件。

通过半导体衬底材料的处理，有机材料（例如，手指油（fingeroils）、油脂、颗粒和有机化合物）；金属（例如，铝、钼和钨）；电介质材料（例如，二氧化硅和氮化硅）；以及其他无机材料可以沉积到处理室部件的表面。这样的污染物通常是从在液体超声清洗系统（如超声浴）中的部件清洗出的。然而，传统的系统和清洁方法遭受无法提供无颗粒或始终如一地无颗粒的效果。这在该部件具有一个或多个孔时尤其如此，颗粒会积聚在该一个或多个孔。不受限地，这样的部件的一个例子是等离子体处理室的电极。

无论清洁等离子体处理室组件还是其他物件（包括那些在不是等离子体处理的工业生产过程中使用的物件），仍不断需要用于获得超洁净物件的更好的装置和方法。

发明内容

本发明在各种实施方式中提供了清洁物件的一个或多个孔的方法，以及因此配置的液体超声清洁系统。更特别地，所提供的系统和方法利用驻波来清洁物件的一个或多个孔。

在各种的实施方式中的一些实施方式中，所述方法包括（i）提供超声清洁系统，所述系统能操作以造成设置在所述系统的包含流体的声室中的物件的谐振；（ii）定位具有待清洁的至少一个孔的物件在所述声室的所述流体中；以及（iii）通过施加足以造成具有平行于中心孔轴的传播轴的超声驻波的形成的声能，在所述至少一个孔中建立至少一个压力梯度。因此，所述方法包括沿着或靠近相应的孔的中心轴形成通过孔的长度的超声驻波。作为以相反方向行进的入射和反射波的结果，超声驻波产生。产生的这两个波的叠加形成驻波，并产生超声辐射力。所提供的方法利用这种力来在至少一个孔中建立至少一个压力梯度以将靠近所述驻波的节点的颗粒向所述驻波的波腹移动。在一些实施方式中，所施加的声能的频率为：

$f_n=\frac{\mathrm{nC}}{2L}\mathrm{Hz}$

n=正整数>0；C=所述流体中的声速；和L=孔的长度。

因此，可以在所述至少一个孔中形成具有一个、两个、三个或更多个节点的驻波。因此，也可以建立一个以上的压力梯度。

在各种实施方式中的一些实施方式中，所述方法包括在至少一个孔中建立空化的一个或多个位点，空化的位点靠近至少一个驻波波腹。利用空化，在孔中的清洁流体的气体和/或流体含量是隔离的或通过靠近超声驻波的波腹存在的低压汽化，以产生微气泡核，微气泡核生长成较大的气泡，并利用微爆炸裂开。因此，空化产生可用于与松动并移动在所述至少一个孔中的颗粒的力。建立空化位点可通过施加声能来实现，该声能具有频率：

$f_n=\frac{\mathrm{nC}}{2L}\mathrm{Hz}$

n=正整数≥2；C=所述流体中的声速；和L=孔的长度。可以在所述孔中建立一个或更多个波腹（和相应的空化位点）。例如，在所述孔中可建立两个、三个、四个、五个或六个波腹。

在各种实施方式中的一些实施方式中，所提供的方法包括在设置在声室的流体中的物件的多个孔中形成超声驻波。这可以通过确定对应存在物件中或物件内的多个孔的孔的长度（L）的范围、用确定的L值计算f_n值的范围、并在f_n值的范围施加声能来实现。

尽管本公开并非旨在被限定于特定的待清洁的物件或特定的应用，但在一些实施方式中，所提供的方法和装置被配置成清洁等离子体处理室中的一个或多个组件。例如，并且不是限制，该组件的一种类型是电极。因此，在一些实施方式中，所提供的方法和装置可被配置成清洁等离子体处理室的喷头电极。此外，这样的装置和方法可以被配置成提供超洁净的喷头电极。类似地，在一些实施方式中，所提供的方法和装置可以被配置成清洁不同类型的喷头，如那些在电镀应用中使用的喷头。

附图说明

当结合附图考虑，通过参照下面的详细描述，将更好地理解本发明的许多实施方式时，同样很容易地获得对本发明的许多实施方式的更完整的理解，其中：

图1示出了所提供的方法的一个例子；

图2示出了所提供的方法的某些实施方式，即如何通过形成具有位于物件的待清洁的至少一个孔中的一个节点的驻波，能在该孔内建立压力梯度；以及

图3示出了所提供的方法的某些实施方式，即如何通过形成具有位于在物件中的待清洁的至少一个孔内的至少一个节点和至少一个波腹的驻波，能在该孔内建立至少一个压力梯度和空化的至少一个位点。

具体实施方式

现在将描述本发明的具体实施方式。但是，本发明可以以不同的形式体现并且不应被解释为限于本文所阐述的实施方式。更确切地说，提供这些实施方式使得本公开将是彻底和完整的，并将完整地传达本公开的范围给本领域的技术人员。

除非另有定义，否则本文所使用的所有技术和科学术语具有与由本公开所属领域的普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。在本发明中所使用的术语仅用于描述特定实施方式，并不旨在进行限制。如说明书和权利要求书中所用，单数形式“一（a）”，“一个（an）”和“所述（the）”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地指示。

值得注意的是，本文叙述的“至少一个”部件、元件等，不应该被用来产生冠词“一”或“一个”的选择使用应被限制在单一的部件、元件等这样的结论。

值得注意的是，本发明的组件被“配置”成体现特定的属性或以特定的方式运行的本文的叙述是结构性的叙述，与目的性用途的叙述相对。更具体地，本文中提及的部件被“配置”的方式表示该部件的现有物理状态，并因此，将被视为对部件的结构特征的明确叙述。

值得注意的是，本文所用的术语“优选地”、“通常地”和“典型地”不用于限制所要求保护的本发明的范围或者暗示某些特征对所要求保护的发明的结构或功能是关键的、必要的、或甚至重要的。相反，这些术语仅仅旨在标识本公开的一实施方式的特定方面或强调可能会或可能不会在本公开的特定的实施方式中使用的替代或额外的特征。

还应当注意，本文中使用的术语“基本”和“约”表示固有的不确定的程度，这种不确定的程度可以归因于任何数量的比较、估值、测量、或者其他的表述。本文中也利用术语“基本”或“约”表示定量表述相对于所描述的参考值的变化程度，该变化程度不会导致相关的主题的基本功能的变化。

术语“超声”、“超音速”和“超声波”是指频率高于可听频率（16千赫或更高）的声波，以及可听声波。

如本文所用的术语“声能”是指涉及作为波发射的任何频率的振动的能量。声能包括但不限于超声能。此外，术语“声能产生元件”是指将电能或机械能转换成声能的装置。不受限地，这样的装置可以是换能器，如压电换能器。

除非另有说明，否则在本说明书和权利要求书中使用的表示数量、属性、条件等的所有数字都应当理解为在所有情况下由术语“约”修饰。此外，在本说明书和权利要求书中的公开的任何范围应被理解为包括了范围本身和也包含在其中的任何事物、以及端点。尽管阐述本公开的宽范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实施方式中阐述的数值被尽可能准确地报道。但是，任何数值固有地包含一些误差，这些误差必然地从各自的测量中发现的误差产生。

方法

在本发明的各种实施方式中，提供了清洁物件的方法。这样的方法包括提供液体超声清洁系统，其可操作以使布置在该系统的含有流体的声室中的物件谐振。并且，这样的方法包括将具有待清洁的至少一个孔的物件适当地定位和/或定向在声室的流体中。此外，这样的方法包括通过形成具有平行于所述至少一个孔的中心轴的传播轴的超声驻波，在所述至少一个孔中建立至少一个压力梯度。因此，这样的方法包括沿着或靠近相应的中心孔轴（即，该孔的纵向轴）形成通过所述至少一个孔的长度的超声驻波。建立在至少一个孔中的所述至少一个压力梯度提供了力以将靠近于驻波的节点的颗粒朝向驻波的波腹移动。在孔中可建立一个以上的压力梯度。例如，可以在孔中建立一个以上的节点，每个节点都与压力梯度相关联。

在一些实施方式中，所施加的声能的频率为：

$f_n=\frac{\mathrm{nC}}{2L}\mathrm{Hz}$

其中，n=正整数>0；C=声音在流体中的速度；且L=孔的长度。通常，f_n会是从约1至约1000千赫，但也可以是高达2000千赫。因此，在一些实施方式中，f_n可以是1-100千赫、100-200千赫、200-300千赫、300-400千赫、400-500千赫、500-600千赫、600-700千赫、700-800千赫、800-900千赫、900-1000千赫、1000-1100千赫、1100-1200千赫、1200-1300千赫、1300-1400千赫、1400-1500千赫、1500-1600千赫、1600-1700千赫、1700-1800千赫、1800-1900千赫、1900-2000千赫。在一些实例中，f_n可以从7.5-750千赫。技术人员将认识到，f_n的值取决于n、C、和L的值，在一些实施方式中，n可以是1、2、3、4、5、或更大。所选择的n的值将取决于所需的特定的清洁应用和待清洁的物件等。C（声音在清洁流体中的速度）的值将根据所选择的清洁流体的不同而变化。在一些实施方式中，所述清洁流体是水且C=1500米/秒（在20℃）。L的值将根据至少一个孔的长度的不同而变化。在一些实施方式中，L可以是从0.001至0.1米（m）。因此，L可以是1-10毫米、10-20毫米、20-30毫米、30-40毫米、40-50毫米、50-60毫米，60-70毫米、70-80毫米、80-90毫米、90-100毫米。在一些实例中，L=0.010米。技术人员应理解，在一些实施方式中，这些方法可以包括，施加多个f_n值的声能，各f_n值与n、L、或它们的组合的不同的值相关联。

在一些不同的实施方式中，这些方法包括，在至少一个孔中建立空化（cavitation）的一个或多个位点，空化的位点靠近至少一个驻波的波腹。在空化的情况下，在孔中的清洁流体的气体和/或流体含量是孤立的或通过靠近于超声驻波的波腹存在的低压（低于流体的蒸气压）蒸发以产生微气泡核，微气泡核生长到较大的气泡并破裂/爆裂，由此产生力。因此，空化从至少一个波腹（在孔中）产生向外扩张的力，该力可被用于松动并移动至少一个孔中的颗粒。此外，空化暂时扰乱了驻波，因为流体变为液体和蒸气的混合物，从而改变C的值。因此，随着反复地扰乱驻波和重新形成驻波，从孔释放出的抽力有助于将颗粒从孔推出。建立空化位点可通过施加具有以下频率的声能来实现：

$f_n=\frac{\mathrm{nC}}{2L}\mathrm{Hz}$

n=正整数≥2，C=声音在清洁流体中的速度；且L=孔的长度。

一个或多个波腹（和空化的相应位点）可以在孔内建立。例如，两个、三个、四个、五个或六个波腹可在孔内建立。在一些实施方式中，n可以是2、3、4、5、或更大。C的值将根据选择的清洁流体不同而变化。在一些实施方式中，所述清洁流体是水且C=1500米/秒（在20℃）。L的值将根据至少一个孔的长度不同而变化。在一些实施方式中，L可以是0.001m至0.1m。技术人员应理解，在一些实施方式中，这些方法可以包括，通过施加多个f_n值的声能，在单孔内建立多个空化位点，每个f_n值都与不同的n值相关联。技术人员还应理解，在一些实施方式中，这些方法可以包括，通过施加多个f_n值的声能，在多个孔内建立至少一个空化位点，每一个f_n值都与不同的L值相关联。另外，技术人员应理解，在一些实施方式中，这些方法可以包括，通过施加多个f_n值的声能，在多个孔内建立多个空化位点，每一个f_n值都与不同的n和L值相关联。

在所提供的方法的一些实施方式中，可以在待清洁的至少一个孔内创造一个或多个条件。例如，可以在孔内形成驻波，这样的驻波具有在孔内的一个节点和靠近所述孔的每个端部的波腹。因此，压力梯度在孔内得以建立，该梯度包括靠近所述孔中的节点的压力较高区和靠近孔的端部处的波腹的压力较低区。在这种条件下，空化不在孔内建立，而是可以在靠近所述孔的端部建立。因此，这样的条件仅依赖于压力梯度来提供动力，从而使颗粒从孔内朝向孔的端部移动。在一些实施方式中，这种条件可以辅之以流体流。作为可以创造的条件的另一个例子，驻波可以形成在孔内，这样的波在孔内具有至少一个波腹。因此，除了在孔内建立至少一个压力梯度外，在孔内靠近所述至少一个波腹发生空化。因此，这样的条件利用空化松动孔内的颗粒，并提供动力来移动这样的颗粒，这样的动力补充由至少一个压力梯度建立的动力。在一些实施方式中，这种条件可以辅之以流体流。

在一些实施方式中，所提供的方法包括利用在至少一个孔内创造的各种条件。例如，物件的至少一个孔可以经历上述的第一条件（无空化），接着经历上述的第二条件（有空化）。作为另一个例子，物件的至少一个孔可以经历上述的第二条件（有空化），接着经历上述的第一条件（无空化）。所述第一和第二条件的其他组合也是在所提供方法的范围内。特别是，涉及这两种条件之间循环的方法尤其值得考虑。

所提供的方法可以被配置为清洁各种类型的包含孔的物件。这种物件的一个非限制性的例子是在等离子体处理或电镀应用中使用的喷头。因此，在一些实施方式中，所提供的方法可以被配置为清洁等离子体处理室的喷头电极。如本领域技术人员将理解的，喷头可包括会让颗粒或其它污染物驻留的一个或更多的孔。例如，喷头可以包括一个或多个通道（从电极的正面延伸到电极的背面）、一个或多个凹槽（形成在电极的背面）、或其组合。因此，在一些实施方式中，所提供的方法被配置为清洁喷头的通道、凹槽、或两者。

所提供的方法适用于清洁由各种材料的组合物制成的喷头，包括包含下述材料的组合物制成的喷头：单晶硅、多晶硅、氮化硅、碳化硅、碳化硼、氮化铝、氧化铝、或它们的组合。例如，在喷头电极中，可以使用这些材料的组合物。在一些实施方式中，所提供的方法还适用于清洁由其它材料的组合物制成的喷头，如由金属（例如，铝或铝合金）、塑料（例如，聚乙烯对苯二甲酸酯、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、聚偏氟乙烯、或聚偏二氟乙烯）、或它们的组合形成的那些喷头。例如，在电镀应用中使用的喷头中，可以使用这些材料的组合物。所提供的方法还适用于清洁各种结构的喷头电极，该各种结构包括但不限于，单件式喷头结构（如圆形）或者多部件的喷头结构。在一些实例中，后者结构的电极可以包括圆形的中心电极和围绕中心电极的外周布置的一个或多个外围电极。

无论待清洁的物件是喷头电极还是其他物件，在所提供的方法的一些实施方式中，物件可容纳在声室内，并且该清洁流体随后被引入到声室中。替代地，所述声室可以在将物件容纳在声室中之前容纳清洁流体。同样，在所提供的方法的一些实施方式中，在将物件容纳在声室中之前在该室中产生声能。替代地，可以将物件容纳在声室中，并随后产生声能。

在所提供的方法中所用的清洁流体可以是适合于该应用并适合于与超声一起使用的任何流体。在一些实施方式中，所述清洁流体是水。然而，也可使用有机溶剂、酸性溶液或碱性溶液。例如，清洁流体可以选自：水（包括，但不限于，去离子水）、甲醇（CH₃OH）、乙醇（C₂H₅OH）、异丙醇（C₃H₇OH）、丙酮（C₃H₆O）、氢氧化铵（NH₄OH）、过氧化氢（H₂O₂）、氢氧化钾（KOH）、盐酸（HCl）、氢氟酸（HF）、硝酸（HNO₃）、乙酸（C₂H₄O₂）、或它们的组合。在所提供的方法中，一种清洁流体（或清洁流体的组合）可以被引入到声室以及与其接触的物件，随后从声室冲洗该清洁流体并随后将不同的清洁流体（或清洁流体的组合）引入到声室中。

一旦将清洁流体引入声室中，由超声波将其激发。所使用的超声波功率的电平可以是适合于特定的应用和物件的电平。例如，可以选择功率，使得空化仅发生在物件的孔内。功率也将根据在声室中的流体体积的不同而变化。例如，功率密度可以是0-10W/in²,10-20W/in²,20-30W/in²,30-40W/in²,40-50W/in²,50-60W/in²,60-70W/in²,或70-80W/in²。在一些实施方式中，可以以连续的功率密度（例如，连续地在25W/in²）引入超声波。在一些实施方式中，装置的超声波源可以具有将要生成的可调频率或强度的波并以可变功率密度（例如，最初在15W/in²并随后在25W/in²）引入这样的波。循环时间（与超声波的接触时间）也可以适合于特定的应用和待清洁的物件。作为非限制性实施例，循环时间可以是1、2、3、4、5、6、7、8、9、或10分钟。技术人员也应理解，循环时间可小于一分钟。

在这些实施方式中，其中所提供的系统可以被配置为引导在声室中的清洁流体流，所提供的方法可以包括定位在声室中的物件，使得流体流基本平行于或基本垂直于至少一个孔的中心轴。也可以设想，流体流可以是既平行于又垂直于所述至少一个孔的中心轴，并且所提供的系统可以被相应地配置。不管室内的物件取向的特定组合如何，将至少一个孔（在所提供的方法中）定向成使得超声驻波在孔内形成。更具体地，形成驻波，使得其传播（和反射）轴平行于孔的中心轴。因此，传播轴可以是与孔的中心轴相同的。在一些实施方式中，所提供的方法被配置用于清洁喷头电极。在这样的方法中，声室中容纳喷头电极，使得待清洁的至少一个孔的中心轴定向为平行于超声波的传播轴。因此，该至少一个孔可以被定向为基本上垂直于声波产生元件。然而，技术人员将理解，至少一个孔相对于该产生元件的取向可以变化而不偏离所提供的方法的范围，只要所述超声波的传播轴与至少一个孔的中心轴保持平行。

在各种实施方式中，提供的方法包括：在多个物件的孔内建立超声驻波。要做到这一点，确定L值的范围，每个值对应于该多个孔中的一个。然而，技术人员会明白，物理测量多个孔中的每个孔的长度并不总是必要的。例如，物件可被制造成具有长度为Y的多个孔，但考虑标准制造公差时，这些孔可以具有范围从X-Z的多个长度。一旦确定L值的范围，就可以利用所确定的L值计算f_n值的范围。在一些实施方式中，对于每一个L值，确定f_n值的范围也可能是可取的，各f_n值与不同的n值相关联。一旦已经确定f_n值的范围，就将f_n值的范围内的声能施加到声室和设置在其内的物件，从而在多个物件孔内形成（一个或多个f_n的）超声驻波。在一些实施方式中，这可以通过使用在一定范围内振动的扫频换能器来实现。例如，在所确定的f_n的5-7％内。在一些实施方式中，所提供的方法被配置用于清洁喷头电极。在这类方法中，在所确定的f_n值的范围，将声能施加至声室以及布置在其中的喷头电极，从而在喷头电极的多个孔内形成（一个或多个f_n的）超声驻波。

装置

在本公开的各种实施方式中，提供了一种液体超声清洁系统，其被配置为使设置在其中的物件谐振。这样的系统可以包括超声浴。

在一些不同的实施方式中，所提供的系统包括耦合到配置成容纳流体的声室的至少一个声能产生元件。因而，所提供的系统可以包括耦合到包括清洁流体的超声容器的超声换能器。相对于所述声室，声能产生元件的各种配置是能具体构思的。例如，该产生元件可以是在室的底部或在室中的一个或多个侧面。

该声能产生元件可以是可变频率发生器或多频率发生器。尽管声能产生元件通常是为本领域技术人员所熟悉的，但用于所提供的系统的合适的声能产生元件是压电换能器，该压电换能器能够为预期的应用提供合适的功率密度以及必要的频率（f_n）。声室的大小和形状是选择合适的产生元件的一些要素。无论声室的大小和形状如何，声能产生元件必须能够产生具有根据下式计算的频率的声能：

$f_n=\frac{\mathrm{nC}}{2L}\mathrm{Hz}$

其中，n=正整数>0；C=声音在清洁流体中的速度；且L=物件孔长度。通常，f_n会是从约1至约1000千赫，但也可以是高达2000千赫。因此，在一些实施方式中，本发明提供的装置必须足以产生下述频率范围的f_n：1-100千赫，100-200千赫，200-300千赫，300-400千赫，400-500千赫，500-600千赫，600-700千赫，700-800千赫，800-900千赫，900-1000千赫，1000-1100千赫，1100-1200千赫，1200-1300千赫，1300-1400千赫，1400-1500千赫，1500-1600千赫，1600-1700千赫，1700-1800千赫，1800-1900千赫，1900-2000千赫。另外，在一些实施方式中，所提供的装置被配置为施加多个f_n值的声能。在一些实施方式中，声能产生元件可以是在平均频率的一定范围内振动的扫频换能器。

该系统能操作以引起设置在所述声室内的物件和包含在其中的流体谐振，谐振因通过物件的一个或多个孔的入射波和反射波而发生。驻波产生通过该一个或多个孔的超声辐射压力，这样的压力被利用以有助于清洁一个或多个孔中的颗粒。因而，所提供的系统必须能够形成通过物件的待清洁的至少一个孔的至少一个驻波。

在一些实施方式中，所提供装置被配置为在待清洁的至少一个孔中建立空化（cavitation）的一个或多个位点，空化的每一个位点靠近所述至少一个驻波的波腹。在一些实施方式中，该装置可以被配置为仅在物件的孔中产生空化。因此，所提供的系统可以被配置为施加具有以下频率的声能到声室（和置于其中的物件）：

$f_n=\frac{\mathrm{nC}}{2L}\mathrm{Hz}$

n=正整数≥2，C=声音在清洁流体中的速度；且L=孔的长度。因此，该系统可以被配置为在物件孔内建立一个或多个波腹（和空化的相应位点）。例如，可在孔内形成两个、三个、四个、五个或六个波腹，每个波腹靠近空化的一个或多个位点。技术人员应理解，在一些实施方式中，所提供的装置可以被配置为，通过施加多个f_n值的声能以在单个孔中建立多个空化位点，每一个f_n值都与不同的n值相关联。技术人员还应理解，在一些实施方式中，所提供的装置可以被配置为，通过施加多个f_n值的声能，在多个孔内建立至少一个空化位点，每一个f_n值都与不同的L值相关联。另外，技术人员应理解，在一些实施方式中，所提供的装置可以被配置为，通过施加多个f_n值的声能，在多个孔内建立多个空化位点，每一个f_n值都与不同的n和L值相关联。

除了声能产生元件和声室，在一些实施方式中，所提供的系统还可包括至少一个声能接收器。在与物体接触时，从产生元件所产生的并具有传播轴的声能波沿传播轴被反射回来，产生驻波。声能接收器可以检测反射波，反射波包括但不限于驻波。在一些实施方式中，接收器不同于声能产生元件。然而，在一些实施方式中，声能产生元件可以是能够产生声能以及检测反射波的收发器。在一些实施方式中，声能接收器被耦合到反馈机构（诸如传感器），由此，当检测到与物件的至少一个孔的所实现的谐振相关联的增大的声压幅值时，生成电信号。因此，声能接收器可以被用于检测、监视和/或控制物件的孔的清洁。例如，可提高功率直到检测到谐振，然后保持，以使谐振保持活跃。在不期望有空化的那些实施方式中，也可以使用该反馈，以确保功率不会增大到导致发生空化的点。在期望有空化的那些实施方式中，该反馈可以用来监视驻波和空化的循环。此外，在期望仅仅在物件的孔中具有空化的那些实施方式中，该反馈可以用于控制功率，使得只有所需的空化模式出现。

如图所示，接收器可以是反馈机构的基础。这样的接收器可以是光接收器，或可以与光接收器一起使用。例如，一个或多个摄像机与视频处理软件相结合，可以用来监视空化的孔。光接收器也可以被用来提供质量控制机制，以便知道所有孔在指定的时间长度内经历空化。

在一些实施方式中，所提供的系统配置为引导清洁流体，使得从物件去除的颗粒被携带远离物件。因此，所提供的系统可以包括一个或多个流体入口用于输送清洁流体，这样的入口与声室流体连通。在一些实施方式中，该系统被配置为具有通过声室的流体流，该流体流基本上垂直于物件的待清洁的至少一个孔。因此，当颗粒从这样的孔移除，并从孔的一个或两个端部出现时，通过以基本上垂直于孔的中心轴的方向的流体流将它们扫除。在一些实施方式中，该系统被配置为具有通过所述声室的流体流，该流体流基本上平行于物件的待清洁的至少一个孔。因此，当颗粒从这样的孔移除时，经由通过孔的并从孔的一个或两个端部出现的流体流将它们扫除。本领域技术人员应理解，通过声室的流体流可被配置为既垂直于又平行于所述至少一个孔。此外，技术人员还应理解，其它的流体流配置也可以考虑。

为了帮助清洁布置在声室中的物件，在一些实施方式中，所提供的系统可包含一个或多个物件支撑件。因此，可以通过在声室的底部上方的清洁流体中的支撑件来保持待清洁的物件。此外，可以将支撑件配置为以相对于声能量生成器、相对于声能接收器、或相对于两者的特定的方向保持物件（和其孔）。例如，支撑件可以被配置为将一个或多个孔定位成与声能产生元件垂直。此外，可以将支撑件配置为以相对于清洁流体流的特定的方向保持物件（和其孔）。例如，支撑件可以被配置为将一个或多个孔定位成与声室中的流体流垂直。

在一些实施方式中，所提供的系统专门配置成接收和清洁等离子体处理室部件，该部件包括但不限于喷头电极。在这样的实施方式中，所述声室被配置成接收包括至少一个待清洁孔的喷头电极。喷头电极可以包括待清洁的多个孔。不论待清洁孔的数目如何，该系统都被配置为接收喷头电极，使得超声驻波形成，其传播的轴与至少一个孔的中心轴平行，所述中心轴跨越孔的长度。在这种实施方式中，至少孔的内部接触超声波。任选地，该喷头电极的其它部分也可接触超声波。在任一情况下，该系统被配置成从孔去除颗粒并从该喷头电极孔将这些颗粒去除。因此，该系统适合用于提供超洁净的喷头电极。

在一些实施方式中，所提供的系统可以特别地被配置成接收和清洁电镀应用中使用的喷头。该系统的结构将基本上类似于相对于喷头电极所描述的结构。

实施例

所描述的实施方式通过参考下述实施例将可以更好地理解，这些实施例是以举例说明的方式提供的，并且本领域技术人员将认识到这些实施例不是限制性的。

实施例1

在本公开的各种实施方式的一些中，提供了清洁物件的一个或多个孔的方法。如图1所示，在一个示例100中，这样的方法可以包括110提供液体超声清洁系统。这样的系统可以包括至少一个声能产生元件、含有流体的声室、以及（可选的）至少一个声能接收器。这样的方法100可以进一步包括120将具有待清洁的至少一个孔的物件定位在声室的流体中，使得在该至少一个孔内可以形成驻波。在一些实施方式中，可以将该至少一个孔定向成基本上垂直于声能产生元件。此外，这样的方法100可以进一步包括在该至少一个孔中建立至少一个压力梯度。可以通过施加声能到声室以及设置在声室中的物件来建立至少一个压力梯度，以产生具有以下特征的超声驻波310：（i）传播的轴平行于孔长度的轴（中心轴）；以及（ii）以下频率：

$f_n=\frac{\mathrm{nC}}{2L}\mathrm{Hz}$

n=正整数>0；C=声音在流体中的速度；且L=孔的长度。采用的频率将取决于130确定空化与否是所需要的。

在一些实施方式中，方法100可以包括140在至少一个孔中建立空化的一个或多个位点。通过施加声能到声室以及设置在声室中的物件来建立空化的一个或多个位点，使得超声驻波具有频率：

$f_n=\frac{\mathrm{nC}}{2L}\mathrm{Hz}$

n=正整数≥2，C=声音在流体中的速度；且L=孔的长度。因此，所述空化位点靠近建立在所述至少一个孔中的一个或多个波腹。

如果空化是不需要的，则方法100包括160在至少一个孔中建立驻波节点，但在该至少一个孔中没有波腹。在这样的实施方式中，n=1。

在一些实施方式中，方法100可以进一步包括150在（i）使得节点而不是波腹在至少一个孔中建立的条件，和（ii）使得至少一个节点和至少一个波腹在至少一个孔中建立的条件之间的循环。该循环可以进行一次、两次、三次、四次、或更多次。

实施例2

如图2所示，所提供的装置和方法可被配置成清洁物件中的至少一个孔200。可以通过施加声能在至少一个孔200内建立至少一个压力梯度，以形成具有以下特征的超声驻波210：（i）传播的轴（未标示）平行于孔长度的轴220；以及（ii）以下频率：

$f_n=\frac{\mathrm{nC}}{2L}\mathrm{Hz}$

n=正整数>0，C=声音在流体中的速度；且L=孔的长度。

例如，如果清洁流体是水，孔长度为0.010m，则频率将是：

$f_1=\frac{\left(1\right)(1500m/s)}{\left(2\right)\left(0.010m\right)}=\mathrm{75,000}\mathrm{Hz}$

如图所示，施加具有f₁=75000赫兹的声能将在孔200内形成具有节点230的驻波210和邻近于孔200的端部（未标示）的波腹240、250。节点230是较高压力的位点，波腹240、250是较低压力的位点，并且因此，在孔200内建立了压力梯度260。从而，产生动力以将颗粒从压力较高区（孔200内）向压力较低区（靠近波腹240、250）移动。在所示的条件下，空化在孔200内没有发生，或者如果存在空化，它仅仅靠近端部。因此，这样的条件依赖于压力梯度260提供动力以去除颗粒。然而，在一些实施方式中，去除颗粒可以借助于通过孔200的流体流、垂直于孔200的流体流、或两者。

实施例3

正如图3所示，所提供的装置和方法可被配置成清洁物件中的至少一个孔300。可以通过施加声能在至少一个孔300内建立至少一个压力梯度，以形成具有以下特征的超声驻波310：（i）传播的轴（未标示）平行于孔长度的轴320；以及（ii）以下频率：

$f_n=\frac{\mathrm{nC}}{2L}\mathrm{Hz}$

n=正整数≥2，C=声音在流体中的速度；且L=孔的长度。

例如，如果清洁流体是水并且孔长度为0.010m，则频率将是：

$f_2=\frac{\left(2\right)(1500m/s)}{\left(2\right)\left(0.010m\right)}=\mathrm{150,000}\mathrm{Hz}$

如图所示，施加具有f₂=150000赫兹的声能将在孔300内建立具有一个以上的节点330、340的驻波310和在孔300内的至少一个波腹350，以及邻近于孔300的端部（未标示）的波腹360、370。节点330、340是较高压力的位点，而波腹350、360、370是较低压力的位点，因此，至少一个压力梯度380、390建立在孔300内。因此，产生动力以使颗粒从压力较高区（在孔300内）向压力较低区（靠近波腹350、360、370）移动。在所示的条件下，在孔300内靠近设置于其中的至少一个波腹350以及靠近端部没有发生空化。因此，这样的条件依赖于至少一个压力梯度380、390以及空化作用从而从该孔300松动颗粒并使颗粒朝向端部移动。在一些实施方式中，颗粒的去除可以借助于通过孔300的流体流、垂直于孔300的流体流、或两者。在进一步的实施方式中，附加的波腹（和空化位点）可以通过增加在公式f_n中的“n”的值来在孔300中形成。

本公开内容不应被视为仅限于本文所述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，显而易见的是，本发明可以应用于各种修改、等同工艺以及许多结构和装置。本领域技术人员应理解，可以进行各种改变而不脱离本公开的范围，本公开的范围不应被视为受限于说明书中描述的内容。

Claims (20)

1.一种清洁物件中的一个或多个孔的方法，其包括：

提供包括至少一个声能产生元件、包含流体的声室的液体超声清洁系统，所述系统能操作以造成设置在所述声室中的物件的谐振；

定位具有待清洁的至少一个孔的物件在所述声室的所述流体中，使得所述至少一个孔相对于所述声能产生元件定向，从而使得所述至少一个孔在施加声能到其上时能够谐振；

通过将声能施加到所述声室和设置在其中的物件，在所述至少一个孔中建立至少一个压力梯度，以产生超声驻波，该超声驻波具有（i）平行于孔的长度的轴的传播轴；以及（ii）频率：

$f_n=\frac{\mathrm{nC}}{2L}\mathrm{Hz}$

n=正整数>0；C=所述流体中的声速；和L=孔的长度；以及

其中，所述至少一个压力梯度提供力以将靠近所述驻波的节点的颗粒向所述驻波的波腹移动。

2.根据权利要求1所述的方法，其包括通过施加声能到所述声室和设置在其中的物件，在所述至少一个孔内建立空化的一个或多个位点，使得所述超声驻波具有频率：

$f_n=\frac{\mathrm{nC}}{2L}\mathrm{Hz}$

n=正整数≥2；C=所述流体中的声速；和L=孔的长度；以及

其中空化的所述位点靠近所述至少一个孔内建立的至少一个波腹并产生力以松动并移动在其中的颗粒。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述声能产生元件是可变频率或多频率的超声波发生器。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体超声清洁系统被配置为具有通过所述声室的流体流，该流体流基本上垂直于所述物件的所述至少一个孔、基本上平行于所述物件的所述至少一个孔、或两者。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述液体超声清洁系统包括声能接收器、光接收器、或两者，所述方法包括使用所述接收器监测所述至少一个孔的清洁。

6.根据权利要求1所述的方法，其包括通过（a）确定对应于多个物件孔的L值的范围；（b）用所确定的L值计算f_n值的范围；和（c）在f_n值的所述范围施加声能到所述声室和设置在其中的物件来在所述多个物件孔中形成超声驻波。

7.根据权利要求6所述的方法，其中n≥2。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述物件是喷头。

9.一种清洁喷头中的一个或多个孔的方法，其包括：

提供包括至少一个可变频率或多频率超声产生元件、包含流体的声室、以及选自超声接收器和光学接收器中的至少一个接收器的液体超声清洁系统，所述系统能操作以造成设置在所述声室中的喷头的谐振；

定位具有待清洁的至少一个孔的喷头在所述声室的所述流体中，使得所述至少一个孔基本垂直于所述超声产生元件定向，所述至少一个孔在施加声能到其上时能够谐振；

通过将超声能施加到所述声室和设置在其中的喷头，在所述至少一个孔内建立空化的一个或多个位点，以产生超声驻波，该超声驻波具有（i）平行于孔的长度的轴的传播轴；（ii）位于所述至少一个孔内的至少一个波腹；以及（iii）频率：

$f_n=\frac{\mathrm{nC}}{2L}\mathrm{Hz}$

n=正整数≥2；C=所述流体中的声速；和L=孔的长度；以及

其中，空化的所述位点靠近至少一个波腹并在至少一个孔内产生力以松动和移动其中的颗粒。

10.根据权利要求9所述的方法，其还包括通过施加超声能到所述声室和设置在其中的喷头，在所述至少一个孔中建立至少一个压力梯度，使得所述超声驻波具有频率：

$f_n=\frac{\mathrm{nC}}{2L}\mathrm{Hz}$

n=1；C=所述流体中的声速；和L=孔的长度；

其中，所述至少一个压力梯度提供力以将靠近所述至少一个孔内的所述驻波的节点的颗粒向靠近所述至少一个孔的端部的所述驻波的波腹移动。

11.根据权利要求9所述的方法，其包括使用所述至少一个接收器监控所述至少一个孔的清洁。

12.根据权利要求9所述的方法，其中所述液体超声清洁系统被配置为具有通过所述声室的流体流，该流体流基本上垂直于所述喷头的所述至少一个孔、基本上平行于所述至少一个孔、或两者。

13.根据权利要求9所述的方法，其包括通过（a）确定对应于多个喷头孔的L值的范围；（b）用所确定的L值计算f_n值的范围；和（c）在f_n值的所述范围施加声能到所述声室和设置在其内的喷头来在所述多个喷头孔中形成超声驻波。

14.根据权利要求10所述的方法，其包括通过（a）确定对应于多个喷头孔的L值的范围；（b）用所确定的L值计算f_n值的范围，和（c）在f_n值的所述范围施加声能到所述声室和设置在其内的喷头来在所述多个喷头孔中形成超声驻波。

15.一种清洁喷头电极中的一个或多个孔的方法，其包括：

提供包括至少一个可变频率或多频率超声产生元件、包含流体的声室、以及选自超声接收器和光学接收器中的至少一个接收器的液体超声清洁系统，所述系统能操作以造成设置在所述声室中的喷头电极的谐振；

定位具有待清洁的多个孔的喷头电极在所述声室的所述流体中，使得所述多个孔基本垂直于所述超声产生元件排列，每个孔在施加声能到其上时能够谐振；

确定对应于所述多个孔的L值的范围并用所确定的L值计算f_n值的范围；

其中 $f_n=\frac{\mathrm{nC}}{2L}\mathrm{Hz};$

n=正整数>0；C=所述流体中的声速；和L=孔的长度；以及

施加超声能到所述声室和设置在其中的喷头电极以在每个孔中造成（a）具有平行于孔的长度的轴的传播轴的超声驻波；以及（b）以下的一者或两者：（i）至少一个压力梯度，其提供力来将靠近所述驻波的节点的颗粒向所述驻波的波腹移动；及（ii）空化的一个或多个位点，其产生力以松动和移动颗粒，空化的位点靠近位于所述孔内的至少一个波腹，n≥2。

16.根据权利要求15所述的方法，其包括施加所述超声能使得建立具有在每个孔内的单个节点以及靠近孔端部的波腹的压力梯度，但不建立在孔内的空化的位点。

17.根据权利要求15所述的方法，其包括施加所述超声能，使得空化的一个或多个位点在每个孔内建立，但不建立具有n<2的压力梯度。

18.根据权利要求15所述的方法，所述液体超声清洁系统被配置为具有通过所述声室的流体流，该流体流基本上垂直于所述多个孔、基本上平行于所述多个孔、或两者。

19.根据权利要求15所述的方法，其包括用超声接收器监控所述多个孔的清洁。

20.根据权利要求15所述的方法，其包括用光学接收器监控所述多个孔的清洁。