CN113302004A - 声波清洁系统和声波清洁工件的方法 - Google Patents

声波清洁系统和声波清洁工件的方法 Download PDF

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CN113302004A CN202080009826.8A CN202080009826A CN113302004A CN 113302004 A CN113302004 A CN 113302004A CN 202080009826 A CN202080009826 A CN 202080009826A CN 113302004 A CN113302004 A CN 113302004A
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王建奇
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Abstract

在一些实施方式中，一种声波清洁系统包括：罐，配置成接收能够传播声波的液体；和圆柱形插入件，位于罐内。圆柱形插入件包括具有第一开口的第一端和与第一端相对的第二端。第二端具有第二开口。圆柱形插入件配置成将工件悬挂在第一开口和第二开口之间。声波清洁系统包括位于圆柱形插入件内的声波换能器。

Description

声波清洁系统和声波清洁工件的方法
技术领域
本公开内容的实施方式涉及一种设备和方法，且更具体地涉及一种声波清洁系统和声波清洁工件的方法。
背景技术
在半导体工业中使用的工件(诸如处理腔室部件及类似者)经常需要频繁清洁，以便从工件去除颗粒和其他不想要的材料。例如，在薄膜沉积在处理腔室中的基板上的期间，工件可能被污染。例如，污染物可能掉落到正在处理腔室中处理的基板上，且可能导致在基板处理期间形成的最终装置中的缺陷。
声波清洁系统包括用于清洁这样的工件的罐，填充有液体。高频声波经由转换器产生，并通过液体传播到位于罐中的工件。声波在工件附近引起气蚀(cavitation)，这从工件释放出颗粒(诸如灰尘和油脂)。
本领域中的声波清洁系统的一个缺点是声波在清洁期间没有适当地聚焦在工件上。在传统的声波清洁系统中，由转换器产生的超声波和/或兆声波被转换器所位于的罐的角落衰减。例如，罐的角落分散或以其他方式衰减由超声波换能器产生的超声和/或兆声波。另外，传统的声波清洁系统具有比位于其中的工件大得多的罐。在这些罐中，超声波和/或兆声波通过大型罐而分散，且没有充分聚焦在工件上。因此，在传统的声波清洁系统中由超声波换能器产生的能量不能有效地传递到工件，且声波清洁效率很低。
因此，在本领域中所需要的是具有改进的声波聚焦在工件上的设备和方法。
发明内容
于此的实施方式包括用于声波清洁的设备和方法。设备和方法改善了声波在工件上的聚焦，从而改善了工件的清洁度。
在一个实施方式中，提供了一种声波清洁系统。声波清洁系统包括：罐，配置成容纳能够传播声波的液体；和插入件，设置于罐内。插入件包括具有第一开口的第一端和与第一端相对的第二端。第二端具有第二开口。插入件配置成将工件接收在第一开口和第二开口之间。声波清洁系统进一步包括紧邻第二开口设置的声波换能器。
在另一个实施方式中，提供了一种声波清洁工件的方法。方法包括以下步骤：用液体填充罐，其中罐包括声波换能器和插入件；将工件放置在插入件中；和致动声波换能器。
在又一个实施方式中，提供了一种声波清洁系统。声波清洁系统包括：罐，配置成容纳能够传播声波的液体；和插入件，设置在罐内。插入件包括具有第一开口的第一端和与第一端相对的第二端。第二端具有第二开口。插入件配置成在第一开口和第二开口之间接收工件，且插入件是圆柱形的。声波清洁系统进一步包括位于圆柱形插入件内的声波换能器。
附图说明
为了可详细地理解本公开内容的上述特征的方式，可通过参考实施方式来获得以上简要概述的本公开内容进行更详细的描述，其中一些实施方式显示在附随的附图中。然而，应注意附随的附图仅显示了示例性实施方式并因此不应被认为是对其范围的限制，且可允许其他同等有效的实施方式。
图1显示了根据一个实施方式的声波清洁系统的等距视图。
图2显示了根据一个实施方式的罐的顶视平面图。
图3显示了根据一个实施方式的图2中的罐的插入件的等距视图。
图4显示了根据一个实施方式的具有插入件和工件的罐的截面图。
图5显示了根据一个实施方式的用于声波清洁工件的方法操作的流程图。
为促进理解，在可能的地方使用了相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。可预期的是一个实施方式的元件和特征可有益地并入其他实施方式中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
于此的实施方式一般涉及声波清洁系统和声波清洁工件的方法。声波清洁系统包括填充有液体的一个或多个罐，其中高频波(如，声波)通过液体传播。将一个或多个要清洁的工件放入液体中。高频声波(诸如由超声波换能器)产生，并通过液体传播到工件。声波在工件附近引起气蚀，这从工件释放出颗粒(诸如灰尘和油脂)。罐的角落可能会使声波衰减或分散，这会阻止声波中的能量到达工件，从而导致工件清洁效率低下。
如于此所用，术语“约”是指自标称值+/-10％的变化。应该理解这种变化可包括在于此提供的任何值中。
图1显示了根据一个实施方式的声波清洁系统100的等距视图。如图所示，声波清洁系统100包括一个或多个罐104。图1中所示的声波清洁系统100包括四个罐104，被分别称为罐104A-104D。尽管在图1中显示了四个罐104A-104D，声波清洁系统100可包括任意数量的罐104。罐104的每一者可为单独的声波清洁系统的至少一部分。罐104可彼此隔离。罐104的每一者可单独地填充有液体(诸如去离子水)，其能够传播超声波和/或兆声波。在一些实施方式中，液体包括一种或多种溶剂、清洁溶液(诸如标准清洁剂1(SC-1)和/或氢氧化氨(NH4OH)和/或过氧化氢(H2O2))、选择性沉积去除剂(SDR)、表面活性剂、酸、碱或可从工件去除污染物和/或微粒的任何其他化学物质。工件的实例是晶片制造装备的部件。
声波清洁系统100包括一个或多个电源106。例如，罐104的每一者可与电源106的一者相关联。如图1所示，声波清洁系统100包括四个电源106，分别称为电源106A-106D。每个单独的罐104A-104D可与单独的电源106A-106D的一者相关联。可使用更少或更多的电源。如下面更详细描述的，电源106可向位于罐104中的转换器(图1中未显示)供应射频(RF)功率。
图2显示了根据一个实施方式的罐104A的顶部平面图。罐104A包括壁208，诸如四个壁208A-208D。如图2所示，当从顶部观察时，罐104可为正方形或矩形。正方形和矩形罐易于制造，因为形成壁208A-208D的平坦的材料片可被紧固(如焊接)在一起以形成罐104A。壁208A-208D可包括刚性材料，诸如不锈钢或其他金属。壁208A-208D中可使用其他材料。正方形和矩形罐104还提供了结构完整性，且可容易地合并到较大的结构(诸如保持和/或支撑正方形和/或矩形罐104的框架及类似者(未显示))中。正方形和矩形罐104可进一步包括堰(weirs)(未显示)(诸如可调节堰)，堰提供来自罐104的溢流。罐104可具有其他形状，包括任意数量的侧面，诸如三个侧面、五个侧面和六个侧面。
壁208A-208D在角落210A-210D处相交。罐104的其他实施方式可包括具有形成角落的壁(如，平坦壁)的不同形状。例如，罐104包括五个或六个侧面，其中侧面的至少一些形成角落。
声波换能器214，位于罐104A内。声波换能器214配置成将超声波和/或兆声波发射到罐104A中的液体中，以促进工件218的清洁。声波换能器214可包括压电致动器或在特定振幅的超声波和/或兆声波频率下产生振动的任何其他合适的机构。声波换能器214可为单个转换器或可包括转换器的阵列。声波换能器214定向成将超声波能量引导到工件218所定位的位置。在一些实施方式中，声波换能器214配置成在垂直于工件218的边缘的方向上或相对于垂直方向成一定角度地引导超声波和/或兆声波。在一些实施方式中，声波换能器214经调整尺寸以在长度上大约等于工件218的平均直径或外径或尺寸。在其他实施方式中，声波换能器214的长度大于工件218的长度。由电源106A将功率施加到转换器。例如，RF功率由电源106A供应给超声波换能器。
在传统的声波清洁系统中，由转换器产生的超声波和/或兆声波被转换器所位于的罐的角落衰减。例如，罐的角落分散或以其他方式衰减由超声波换能器所产生的超声和/或兆声波。另外，传统的声波清洁系统具有比位于其中的工件大得多的罐。在这些罐中，超声波和/或兆声波通过大型罐而分散，且没有充分聚焦在工件上。因此，在传统的声波清洁系统中由超声波换能器产生的能量不能有效地传递到工件，并且声波清洁效率很低。
于此公开的声波清洁系统100可通过在罐104中包括插入件130(如，圆柱形或其他形状的插入件)来克服传统声波清洁系统的缺陷。一个或多个工件(如，工件218)位于插入件130内。在一些实施方式中，一个或多个罐104包括插入件130，而一个或多个罐104不包括插入件。如图1所示，所有罐104都包括插入件130，被分别称为插入件130A-130D。如下面更详细描述的，插入件130反射由声波换能器214发出的波，因此由声波换能器214产生的能量保持在工件218附近。例如，由声波换能器214(图2)产生的波基本上不会被罐104A的角落210A-210D衰减或分散通过罐104A的整个容积。
图3显示了根据一个实施方式的插入件130A的等距视图。在一些实施方式中，插入件130A包括刚性材料(诸如金属)。在一些实施方式中，插入件130A包括铝、钛、不锈钢和/或合金材料，反射和/或聚焦在罐中的液体中传播的声波。插入件130A可包括其他材料，诸如柔性材料。插入件130A中使用的材料与罐104A中的液体兼容(即，插入件的材料基本上不被液体腐蚀或以其他方式被化学改变)。在图3所示的实施方式中，插入件130A是圆柱形的。圆柱形状聚焦和/或将超声波和/或兆声波反射到工件218。然而，可设想插入件130A的其他形状，诸如多边形插入件。在图3所示的实施方式中，插入件130A为环绕工件218的套筒的形式。然而，可想到工件210可放置在插入件130A的外侧。在一些实施方式中，插入件130A的壁是实心的。
如图3所示，插入件130A包括第一端332A(如，顶端)和相对的第二端332B(如，底端)。壁334在第一端332A和第二端332B之间延伸。壁334包括内表面334A和外表面334B。插入件130A包括位于第一端332A附近的第一开口336A(如，顶部开口)和位于第二端332B附近的相对的第二开口336B(如，底部开口)。在一些实施方式中，第一开口336A和第二开口336B都具有相同的尺寸。在一些实施方式中，通道333在第一端332A和第二端332B之间延伸越过插入件130A。当从第一端332A观察时，插入件130A是圆形或椭圆形的，如图2和图3所示。在其他实施方式中，当从第一端332A观察时，插入件130A具有其他形状，包括八边形和六边形。
图4显示了根据一个实施方式的具有插入件130A和工件218的罐104A的截面图。如图所示，罐104A包括能够支撑插入件130A和声波换能器214的底板408。罐104A至少部分地填充有液体440。液体440能够使由声波换能器214产生的超声波和/或兆声波至少部分地在整个液体440中传播。在一些实施方式中，液体440包括去离子水。在一些实施方式中，液体440包括一种或多种溶剂、清洁溶液(诸如标准清洁剂1(SC-1)和/或氢氧化氨(NH4OH)和/或过氧化氢(H2O2))、选择性沉积去除剂(SDR)、表面活性剂、酸、碱或可从工件去除污染物和/或微粒的任何其他化学物质。罐104A可填充有其他液体。在一些实施方式中，液体440的水平(level)高于插入件130A的第一端332A。在一些实施方式中，液体440的水平低于插入件130A的第一端332A，这将波保持在插入件130A内并改善了对工件218的清洁。例如，液体440的水平在插入件130A的第一端332A下方的约2.54cm和约15.24cm之间(在约1.0英寸和约6.0英寸之间)。在其他实施方式中，液体440的水平和第一端332A具有相同高度。
如图2和图4所示，工件218设置在插入件130A内，以便被液体440完全浸没并包围。如图4所示，工件218悬挂在插入件130A内。例如，绳索444或类似装置将工件218悬挂在插入件130A内。绳索444以一般意义使用，并可包括带、索、链、线和其他柔性连杆的任何组合。在一些实施方式中，声波清洁系统100包括绳索444附接到其上的支撑件445，诸如高架梁或类似的支撑件。支撑件445是(例如)位于声波换能器214和液体440的上方的罐104A的顶部处的金属棒。因此，支撑件445和绳索444配置成将工件悬挂在插入件130A内。在其他实施方式中，采用其他装置以将工件218悬挂在插入件130A内。在其他实施方式中，工件218没有悬挂在插入件130A内。
工件218可被悬挂以便位于插入件130A的第一端332A和第二端332B之间。这样，工件218仅与液体440和绳索444直接接触，而不与其他部件(诸如声波换能器214或插入件130A)直接接触。传统的声波清洁系统包括支撑工件的机架或类似物。这些机架及类似物衰减或吸收由超声波和/或兆声波传送的能量。通过将工件218悬挂在插入件130A内，与传统的声波清洁系统相比，更多的能量传送到工件218附近以清洁工件218。例如，可用更多的超声波和/或超声波形式的能量来使靠近工件218的液体气蚀。
在一些实施方式中，声波换能器214至少部分地位于插入件130A内。例如，声波换能器214可位于第二开口336B附近、至少部分地位于第二开口336B内、至少部分地位于插入件130A内或位于插入件130A内。通过将声波换能器214至少部分地定位在第二开口336B内和/或至少部分地定位在插入件130A内或插入件130A内，由声波换能器214发射的超声波和/或兆声波在插入件130A内传播，并释放靠近工件218的能量。例如，由声波换能器214发射的超声波和/或兆声波从插入件130A的内表面334A朝着工件218反射。因此，由声波换能器214产生的超声波和/或兆声波不会被罐104A的角落210A-210D衰减。另外，超声波及/或兆声波没有分散通过位于插入件130A外侧的罐104A的容积。
在一些实施方式中，转换器支撑件446位于罐104A的底板408与声波换能器214之间。转换器支撑件446将声波换能器214从底板408升高预定距离，以在声波换能器与底板408之间形成空间。例如，转换器支撑件446升高声波换能器214，使得声波换能器214至少部分地位于插入件130A内和/或至少部分地位于第二开口336B内。在声波换能器214和底板408之间的空间可使声波换能器214与罐104A的壁208A-208D和底板408机械隔离。在一些实施方式中，在底板408和声波换能器214之间的空间小于约15.24cm(约6英寸)。可使用更大或更小的间距。在一些实施方式中，发射超声波和/或兆声波的超声波换能器的一部分高于插入件130A的第二端332B，这将波保持在插入件130A内。
在一些实施方式中，插入件支撑件448从底板408升高插入件130A的第二端332B。从底板408升高第二端332B会在第二端332B和底板408之间产生空间450。空间450在插入件130A的内部和外部之间提供液体440的流动。空间450还使插入件130A与罐104A的壁208A-208D和底板408隔离(如，机械隔离)。在一些实施方式中，空间450小于约10.16cm(约4英寸)。在一些实施方式中，空间450小于约2.54cm(约1英吋)。在一些实施方式中，空间450小于约1.27cm(0.5英寸)。在一些实施方式中，第二端332B位于底板408附近和/或与底板408接触。
在使用声波清洁系统100期间，如上所述，罐104的一个或多个至少部分地填充有液体440。参照罐104A的操作，工件218可由绳索444或其他装置悬挂在插入件130A内。声波换能器214被致动并在液体440内发射超声波和/或兆声波。因为声波换能器214至少部分地位于插入件130A内，所以声波换能器214发射的波的大部分保持在插入件130A内。例如，波没有被罐104A的角落210A-210D实质衰减和/或分散。另外，由声波换能器214产生的波从插入件130A的弯曲的内表面334A反射离开并朝向工件218反射。因此，与传统的声波清洁系统相比，更多的能量在工件218附近传送，导致比传统的声波清洁系统更多的气蚀。
除了前述内容之外，工件218可悬挂在插入件130A内，如图4所示。因此，可衰减和/或分散由声波换能器214产生的波的机架和其他装置并未位于插入件130A内。结果是在工件218附近有更多的气蚀，且因此改善了工件的清洁度。
图5显示了根据一个实施方式的用于声波清洁工件的方法500操作的流程图。尽管结合图1-图5描述了方法500的操作，于本领域技术人员将理解，配置成以任何顺序执行方法操作的任何系统都落入于此所述的实施方式的范围内。方法500可作为含有指令的计算机可读介质存储或可被声波清洁系统100的系统控制器(未显示)访问，当指令由系统控制器的处理器执行时，使声波清洁系统执行方法。方法500的单独操作的任一个都可在上述声波清洁系统100的罐104中的任一个中执行。
方法500在操作506处开始，其中在罐(如，罐104A)中填充有液体(如，液体440)。罐包括声波换能器(如，声波换能器214)和插入件(如，插入件130A)。
在操作510处，将工件(如，工件218)放置在罐中。可通过任何常规方法(诸如用手或通过配置成放置工件的机械装置)来放置工件。
在操作512处，声波换能器被致动以清洁工件。一旦完成清洁，即可停用声波换能器。
如上所述，声波清洁系统包括填充有液体的一个或多个罐，其中高频波(如，声波)通过液体传播。将要清洁的一个或多个工件放入液体中。一种声波清洁工件的方法，包括将工件放置在罐内的插入件中的步骤。高频声波(诸如，由超声波换能器)产生，并通过液体传播到工件。声波在工件附近引起气蚀，这从工件释放出颗粒(诸如灰尘和油脂)。
罐的角落可能使声波衰减或分散，这阻止了声波中的能量到达工件，从而导致工件的清洁效率低下。然而，于此公开的声波清洁系统通过将声波朝向工件反射和/或将声波聚焦在工件上而减少了罐中的能量损失，这提高了声波清洁系统的清洁效率。
前面的描述仅公开了示例实施方式。对于本领技术人员而言，落在本公开内容的范围内的上面公开的设备和方法的修改将是显而易见的。

Claims (15)

1.一种声波清洁系统，包含：
罐，配置成容纳能够传播声波的液体；
插入件，设置于所述罐内，所述插入件包括具有第一开口的第一端和与所述第一端相对的第二端，所述第二端具有第二开口，其中所述插入件配置成将工件接收在所述第一开口和所述第二开口之间；和
声波换能器，紧邻所述第二开口设置。
2.如权利要求1所述的声波清洁系统，其中所述声波换能器至少部分地位于所述插入件内。
3.如权利要求1所述的声波清洁系统，其中所述声波换能器至少部分地位于所述第二开口内。
4.如权利要求1所述的声波清洁系统，其中所述罐包含底板，且其中所述声波换能器位于距所述底板一定距离处。
5.如权利要求1所述的声波清洁系统，其中所述罐包含底板，且其中所述插入件的所述第二端位于距所述底板一定距离处。
6.如权利要求1所述的声波清洁系统，其中所述插入件包含第一材料，其中所述第一材料反射超声波和兆声波的至少一种。
7.如权利要求1所述的声波清洁系统，其中所述插入件是圆柱形的。
8.如权利要求1所述的声波清洁系统，其中所述插入件配置成将所述工件悬挂在所述插入件内。
9.一种声波清洁工件的方法，包含以下步骤：
用液体填充罐，其中所述罐包含：
声波换能器；和
插入件；
将所述工件放置在所述插入件中；和
致动所述声波换能器。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述声波换能器至少部分地位于所述插入件内。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述声波换能器位于所述插入件内。
12.如权利要求9所述的方法，所述声波换能器与所述罐的底板间隔开一定距离。
13.如权利要求9所述的方法，其中所述插入件是圆柱形插入件，具有第一端和第二端，所述第一端具有第一开口，所述第二端具有第二开口，所述第二端与所述第一端相对，且所述方法进一步包含以下步骤：将所述第二端定位成邻近所述罐的底板。
14.如权利要求9所述的方法，其中将所述工件放置在所述插入件中的步骤包含：将所述工件悬挂在所述插入件中。
15.一种声波清洁系统，包含：
罐，配置成容纳能够传播声波的液体；
插入件，设置在所述罐内，所述插入件包括具有第一开口的第一端和与所述第一端相对的第二端，所述第二端具有第二开口，其中所述插入件配置成在所述第一开口和所述第二开口之间接收工件，且其中所述插入件是圆柱形的；和
声波换能器，位于所述圆柱形插入件内。
CN202080009826.8A 2019-01-20 2020-01-06 声波清洁系统和声波清洁工件的方法 Pending CN113302004A (zh)

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