EP1984125A1 - Ultraschallaktor zur reinigung von objekten - Google Patents

Ultraschallaktor zur reinigung von objekten

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Publication number
EP1984125A1
EP1984125A1 EP07721911A EP07721911A EP1984125A1 EP 1984125 A1 EP1984125 A1 EP 1984125A1 EP 07721911 A EP07721911 A EP 07721911A EP 07721911 A EP07721911 A EP 07721911A EP 1984125 A1 EP1984125 A1 EP 1984125A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coupling
ultrasound
ultrasonic actuator
cleaning
ultrasonic
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07721911A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Degel
Anette Jakob
Franz Josef Becker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP1984125A1 publication Critical patent/EP1984125A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • B08B3/12—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration by sonic or ultrasonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B3/04—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency involving focusing or reflecting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/02—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by distortion, beating, or vibration of the surface to be cleaned
    • B08B7/026—Using sound waves
    • B08B7/028—Using ultrasounds
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P72/00—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof
    • H10P72/04—Apparatus for manufacture or treatment
    • H10P72/0402—Apparatus for fluid treatment
    • H10P72/0406—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like
    • H10P72/0411—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for wet cleaning or washing
    • H10P72/0416—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for wet cleaning or washing with the semiconductor substrates being dipped in baths or vessels

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic actuator for cleaning objects, which has a propagation volume for ultrasound and one or more ultrasonic transducers for coupling ultrasound into the propagation volume.
  • a particular problem is the cleaning of finely structured components, for example of etched wafers from microsystems technology.
  • the increasingly smaller structures mean that particularly small particles pose a major threat to the functionality of the components.
  • the adhesion forces of a surface on a near-surface particle increase sharply with decreasing particle size, so that these particles are very difficult to remove from the surface.
  • Ultrasonic cleaning has been a common method in industrial cleaning technology for a long time. While ultrasonic frequencies in the range of up to 100 kHz are used to clean surfaces of larger particles, ultrasound frequencies in the range of 1 MHz are required for very small particles. The cleaning with these high Ultrasonic frequencies are also known by the term Megaschal1 purification.
  • the object of the present invention is to provide an ultrasonic actuator for cleaning objects, in particular for cleaning components with small structures, which allows gentle cleaning with little use of cleaning fluid.
  • the present ultrasonic actuator comprises a propagation volume for ultrasound and one or more ultrasound transducers arranged at the propagation volume for coupling ultrasound waves into the propagation volume during operation.
  • the propagation volume is limited by an acoustic coupling-out window with a coupling surface for the acoustic coupling of an object to be cleaned and by one or more reflection surfaces for coupled-in ultrasound.
  • the one or more ultrasonic transducers are arranged on the propagation volume such that the coupled-in ultrasound does not arrive until after one or more reflections the reflection surfaces via the coupling window from the propagation volume exits. The ultrasonic transducers thus direct the ultrasound not directly to the coupling-out window, but to the one or more reflection surfaces.
  • the one or more reflection surfaces are designed such that a predeterminable distribution of the ultrasound energy without intensity peaks results at the coupling-out window. This may be a uniform distribution or even another predefinable distribution, for example with a maximum in the central region of the coupling-out window for more intensive cleaning of the object in this area.
  • a uniform distribution may u.U. already be achieved by a multiple reflection on plan reflection surfaces.
  • the reflection surfaces can also be curved, for example concave.
  • a cleaning device with the present ultrasonic actuator can, for example, be configured as described in WO 2004/114372 A1, the disclosure content of which with regard to the design of the cleaning device is included in the present patent application.
  • the present ultrasonic actuator replaces the second plate with the ultrasonic elements, as can be seen for example in Figures 1 and 2 of WO 2004/114372 Al.
  • Fig. 2 schematically shows a second example of an embodiment of the present ultrasonic actuator
  • FIG. 4 shows an example of a cleaning device with the ultrasonic actuator in a highly schematic representation
  • Fig. 5 shows schematically an example of the outer
  • FIG. 1 schematically shows a first example of an embodiment of the present ultrasound actuator.
  • the ultrasonic actuator consists in this example of a metal body 3, which forms the propagation volume for ultrasound.
  • Coupling surface of the acoustic decoupling window 8 is formed hemispherical. Between the ball and the coupling surface of the coupling-out window 8, a coupling liquid 2 is introduced.
  • This coupling fluid for acoustic coupling can be supplied either from the outside or via a channel 10 optionally provided in the metal body 3, as indicated in FIG.
  • a plurality of ultrasonic transducers 5 are attached to the metal body 3 in such a way that they do not direct the ultrasound to the coupling-out window 8, but rather to a reflector surface 6 of the metal body 3 formed on the rear side.
  • This reflector surface 6 is formed by structuring the back surface of the
  • the ultrasonic transducers 5 are formed in this example as piezo actuators for a high frequency range (megasonic), which introduce the required sound energy into the metal body 3.
  • the introduced energy is distributed due to the reflections on the reflector surface 6 and other boundary surfaces in the metal body 3 and can only emerge in the region of the coupling window 8 by the production of an acoustically conductive contact, for example by the cleaning or coupling liquid 2, and on the object 1 to be cleaned impinge. Due to the diffuse reflections, a uniform distribution of the energy in the region of the decoupling window and thus a gentle and uniform cleaning of the surface of the object 1 is achieved.
  • the metal body 3 is in this example still embedded in a foam material 11 with flat outer surfaces to facilitate its handling.
  • FIG 2 shows another example of an ultrasonic actuator according to the present invention, in which a cubic object 1 is to be cleaned.
  • the coupling surface of the acoustic decoupling window 8 is adapted to the shape of the surface of the object 1.
  • the propagation volume is filled by a gas 4 and is limited in the front region by the coupling-out window 8 and in the rear region by a flexible membrane 7.
  • the remaining boundary walls 9 are made of a plastic material to which the ultrasonic transducers 5 are attached.
  • the reflector surface is formed in this example by the membrane 7, which is set in motion due to the coupling of the ultrasound and thus causes a diffuse reflection of the incident ultrasonic waves due to the constant movement. Even with such a configuration, the coupled-in ultrasonic energy is thus distributed approximately uniformly by the diffuse reflection, so that no intensity peaks occur at the coupling-out window 8.
  • the ultrasonic actuator can also be used advantageously for the cleaning of disc-shaped objects, as indicated in FIG.
  • the coupling surface of the acoustic decoupling window 8 is executed in this case to adapt to the disc-shaped object 12 plan.
  • a coupling liquid 2 is also conducted in this example, which, for example, can also assume an additional cleaning function as a cleaning fluid.
  • FIG. 4 shows an example of a cleaning device with the ultrasound actuator 16 in a highly schematic representation.
  • the device has a holder 14 for the disc-shaped objects 12 to be cleaned, for example wafers, and a rotary drive 15 for this holder 14.
  • the holder 14 is in this case formed with corresponding not shown in the figure gripping elements.
  • the ultrasonic actuator 16, which is opposite the holder 14, is formed in this example according to FIG. This device allows the rotation of the object 12 to be cleaned during cleaning.
  • FIG. 5 schematically shows an example of the external shape of the ultrasound actuator 16 or of the body forming the propagation volume in perspective view, as it can also be used, for example, in the device according to FIG. 4.
  • This polyhedral body has a first 17 and a second surface 18 which are parallel to each other, as well as a plurality of side surfaces 19 which each form an acute angle to the first surface 17.
  • the ultrasonic vibrators are acoustically coupled to the side surfaces 19 of the polyhedral body, which may, for example, be a prismatic stump.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cleaning By Liquid Or Steam (AREA)
  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallaktor zur Reinigung von Objekten, der ein Ausbreitungsvolumen (3, 4, 13) für Ultraschall aufweist, an dem ein oder mehrere Ultraschallwandler (5) angeordnet sind. Das Ausbreitungsvolumen (3, 4, 13) ist von einem akustischen Auskoppelfenster (8) mit einer Koppelfläche zur akustischen Ankopplung eines zu reinigenden Objektes (1, 12) und von einer oder mehreren Reflexionsflächen (6, 7) für eingekoppelten Ultraschall begrenzt. Die Ultraschallwandler (5) sind derart am Ausbreitungsvolumen (3, 4, 13) angeordnet, dass der eingekoppelte Ultraschall erst nach ein oder mehreren Reflexionen an den Reflexionsflächen (6, 7) über das Auskoppelf enster (8) aus dem Ausbreitungsvolumen (3, 4, 13) austritt. Die Reflexionsflächen sind derart ausgebildet, dass sich am Auskoppelfenster (8) eine vorgebbare Verteilung der Ultraschallenergie ohne Intensitätsspitzen ergibt. Mit dem vorliegenden Ultraschallaktor wird eine schonende Reinigung der Objekte bei geringem Einsatz an Reinigungsflüssigkeit erreicht.

Description

Ultraschallaktor zur Reinigung von Objekten
Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallaktor zur Reinigung von Objekten, der ein Ausbreitungsvolumen für Ultraschall sowie einen oder mehrere Ultraschallwandler zur Einkopplung von Ultraschall in das Ausbreitungsvolumen aufweist.
Die Reinigung von Bauteilen spielt in vielen technischen Bereichen eine wesentliche Rolle. Ein besonderes Problem stellt die Reinigung von feinstrukturierten Bauteilen dar, bspw. von geätzten Wafern aus der Mikrosystemtechnik. Die zunehmend kleineren Strukturen führen dazu, dass besonders kleine Partikel eine große Gefahr für die Funktionalität der Bauteile darstellen. Die Adhäsionskräfte einer Oberfläche auf einen nahe der Oberfläche befindlichen Partikel steigen mit abnehmender Partikelgröße stark an, so dass diese Partikel auch nur sehr schwer von der Oberfläche zu entfernen sind.
Stand der Technik
Sie Ultraschallreinigung stellt seit langem eine gängige Methode in der industriellen Reinigungstechnik dar. Während für die Reinigung von Oberflächen bei größeren Partikeln Ultraschallfrequenzen im Bereich von bis zu 100 kHz eingesetzt werden, sind für sehr kleine Partikel Ultraschallfrequenzen im Bereich um 1 MHz erforderlich. Die Reinigung mit diesen hohen Ultraschallfrequenzen ist auch unter dem Begriff der Megaschal1-Reinigung bekannt.
Viele technische Lösungen zur Reinigung von Bauteilen nutzen die sog. Tauchtechnik, bei der die zu reinigenden Bauteile in ein flüssiges Medium eingetaucht werden, in das die Ultraschallwellen eingekoppelt werden. Diese Technik leidet jedoch zum einen an einer ungleichmäßigen Reinigungswirkung und erfordert zum anderen eine große Menge an Reinigungs- flüssigkeit mit den damit verbundenen Kosten und Problemen hinsichtlich der umweltgerechten Entsorgung. Ein Beispiel für ein Reinigungssystem auf Basis der Tauchtechnik ist in der EP 0546685 A2 beschrieben. Die zu reinigenden Bauteile werden hierbei in einen mit der Reinigungsflüssigkeit gefüllten Tank eingebracht, in dem ein rohrförmig ausgebildeter Ultraschallaktor unterhalb der Bauteile angeordnet ist. Der Ultraschall- aktor weist hierbei ein rohrförmiges Gehäuse auf, an dessen Innenwandung im oberen Bereich Ultraschall- wandler angebracht sind. Die Abstrahlung der Ultraschallwellen im Frequenzbereich um 1 MHz erfolgt durch das rohrförτnige Gehäuse hindurch in Richtung der im Tank befindlichen Objekte.
Neben dieser Tauchtechnik sind auch andere Lösungen bekannt, bei denen die Ultraschallaktoren in unmittelbarer Nähe der zu reinigenden Bauteile angeordnet sind. Diese Anwendungen erfordern nur eine geringe Menge an Reinigungsflüssigkeit. Allerdings können hierbei lokal sehr hohe Intensitäten auftreten, die neben dem gewünschten Reinigungseffekt auch zur Zerstörung der empfindlichen Strukturen führen können. Ein Beispiel für eine derartige Technik ist der WO 00/21692 Al zu entnehmen, die einen großflächigen Ultraschallwandler parallel und in unmittelbarer Nähe des in diesem Fall zu reinigenden Wafers einsetzt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Ultraschallaktor zur Reinigung von Objekten anzugeben, insbesondere zur Reinigung von Bauteilen mit kleinen Strukturen, der eine schonende Reinigung bei geringem Einsatz an Reinigungsflüssigkeit ermöglicht.
Darstellung der Erfindung Die Aufgabe wird mit dem Ultraschallaktor gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Ultraschallaktors sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
Der vorliegende Ultraschallaktor umfasst ein Ausbreitungsvolumen für Ultraschall sowie ein oder mehrere Ultraschallwandler, die am Ausbreitungsvolumen angeordnet sind, um beim Betrieb Ultraschallwellen in das Ausbreitungsvolumen einzukoppeln. Das Ausbreitungs- volumen ist von einem akustischen Auskoppelfenster mit einer Koppelfläche zur akustischen Ankopplung eines zu reinigenden Objektes und von einer oder mehreren Reflexionsflächen für eingekoppelten Ultraschall begrenzt. Die ein oder mehreren Ultraschallwandler sind bei dem vorliegenden Ultraschallaktor derart am Ausbreitungsvolumen angeordnet, dass der eingekoppelte Ultraschall erst nach ein oder mehreren Reflexionen an den Reflexionsflächen über das Auskoppelfenster aus dem Ausbreitungsvolumen austritt . Die Ultraschallwandler richten somit den Ultraschall nicht direkt auf das Auskoppelfenster, sondern auf die eine oder mehreren Reflexionsflächen. Die eine oder mehreren Reflexionsflächen sind derart ausgebildet, dass sich am Auskoppelfenster eine vorgebbare Verteilung der Ultraschallenergie ohne Intensitätsspitzen ergibt. Hierbei kann es sich um eine gleichmäßige Verteilung oder auch um eine andere vorgebbare Verteilung, beispielsweise mit einem Maximum im zentralen Bereich des Auskoppelfensters zur intensiveren Reinigung des Objektes in diesem Bereich, handeln.
Eine gleichmäßige Verteilung kann u.U. bereits durch eine Mehrfachreflexion an planen Reflexionsflächen erreicht werden. Für eine bestimmte räumliche bzw. flächige Verteilung der Schallenergie am Auskoppelfenster können die Reflexionsflächen auch gekrümmt, beispielsweise konkav geformt sein.
Vorzugsweise sind die Reflexionsflächen für eine diffuse Reflexion des Ultraschalls beim Betrieb des Ultraschallaktors ausgebildet.
Durch diese Ausgestaltung des Ultraschallaktors mit den Reflexionsflächen, insbesondere zur diffusen Reflexion des Ultraschalls, wird eine Verteilung der eingesetzten Schallenergie am Auskoppelfenster ohne Intensitätsspitzen erreicht, beispielsweise eine gleichmäßige Verteilung. Das zu reinigende Objekt wird im Bereich der Koppelfläche platziert und, wenn notwenig, mit einem Medium angekoppelt. Dieses Medium kann eine Prozess- oder Reinigungsflüssigkeit sein. Der vorliegende Ultraschallaktor, der Bestandteil einer Reinigungsvorrichtung für Objekte sein kann, erfordert beim Einsatz zur Reinigung eines Objektes somit keine oder nur eine geringe Menge an Reinigungs- oder Koppel- flüssigkeit.
Eine Reinigungsvorrichtung mit dem vorliegenden Ultraschallaktor kann beispielsweise so ausgestaltet sein, wie sie in der WO 2004/114372 Al beschrieben ist, deren Offenbarungsgehalt hinsichtlich der Ausgestaltung der Reinigungsvorrichtung in die vorliegende Patentanmeldung einbezogen wird. Bei einer derartigen Ausgestaltung ersetzt der vorliegende Ultraschallaktor die zweite Platte mit den Ultraschall-Elementen, wie sie beispielsweise in den Figuren 1 und 2 der WO 2004/114372 Al zu erkennen ist.
Das AusbreitungsVolumen mit seinen Begrenzungs- flächen kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. In einer Ausgestaltung des vorliegenden
Ultraschallaktors wird das Ausbreitungsvolumen durch einen Festkörper, bspw. aus einem Metall oder einer Keramik, gebildet. Die Reflexionsflächen können hierbei durch eine Oberflächenstrukturierung von Oberflächen- bereichen des Festkörpers erhalten werden.
In einer anderen Ausgestaltung des vorliegenden Ultraschallaktors wird das Ausbreitungsvolumen von einem Gas oder einer Flüssigkeit eingenommen. Die Reflexionsflächen können hierbei durch geeignet strukturierte oder geformte Wände aus einem Festkörpermaterial gebildet sein. Vorzugsweise ist zumindest eine der Reflexionsflächen derart flexibel ausgebildet, dass sie beim Betrieb des Ultraschall- aktors ständig wechselnde Reflexionsbedingungen erzeugt, die zu einer entsprechenden diffusen Reflexion des Ultraschalls führen. Dies kann bspw. durch den Einsatz einer Membran erreicht werden, die durch den eingekoppelten Ultraschall automatisch in Bewegung versetzt wird. Selbstverständlich sind jedoch auch andere veränderliche, bspw. flüssige, Begrenzungsflächen möglich, die für entsprechend wechselnde Reflexionsbedingungen und damit für eine sich ändernde Energieverteilung sorgen.
Grundsätzlich können die Reflexionsflächen bei dem vorliegenden Ultraschallaktor sowohl regelmäßig als auch zufällig verteilt um das Ausbreitungsvolumen herum angeordnet sein. Das Auskoppelfenster bzw. dessen Koppelfläche ist beim vorliegenden Ultraschallaktor vorzugsweise an die Form der Oberfläche des zu untersuchenden Objektes angepasst. Weiterhin können ein oder mehrere Kanäle im Ultraschallaktor ausgebildet sein, die in die Koppelfläche münden, so dass ein flüssiges Koppel- oder Reinigungsmedium über die Kanäle zwischen die Koppelfläche und die Objektoberfläche eingebracht werden kann.
Der vorliegende Ultraschallaktor lässt sich vorteilhaft zur Reinigung von Bauteilen mit kleinen Strukturen anwenden, die von kleinen Partikeln im Größenbereich von 1 μm oder darunter gereinigt werden müssen. In diesem Fall werden Ultraschallwandler eingesetzt, die Ultraschall im Wellenlängenbereich von > 500 kHz aussenden. Selbstverständlich lässt sich der vorliegende Ultraschallaktor jedoch auch zur Reinigung von Objekten einsetzen, die mit größeren Partikeln verschmutzt sind. In diesem Fall werden vorzugsweise Ultraschallfrequenzen unterhalb von 500 kHz für die Reinigung eingesetzt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Der vorliegende Ultraschallaktor wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des durch die Patentansprüche vorgegebenen Schutzbereichs nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 schematisch ein erstes Beispiel einer Ausgestaltung des vorliegenden
Ultraschallaktors ;
Fig. 2 schematisch ein zweites Beispiel einer Ausgestaltung des vorliegenden Ultraschallaktors;
Fig. 3 schematisch ein weiteres Beispiel einer Ausgestaltung des vorliegenden Ultraschallaktors ;
Fig. 4 ein Beispiel für eine Reinigungs- vorrichtung mit dem Ultraschallaktor in stark schematisierter Darstellung; sowie
Fig. 5 schematisch ein Beispiel für die äußere
Form des Ultraschallaktors. Wege zur Ausführung der Erfindung
In Figur 1 ist schematisch ein erstes Beispiel für eine Ausgestaltung des vorliegenden Ultraschallaktors dargestellt. Der Ultraschallaktor besteht in diesem Beispiel aus einem Metallkörper 3, der das Ausbreitungsvolumen für Ultraschall bildet.
Dieser Metallkörper kann bspw. aus Aluminium bestehen. Im vorderen Bereich, an dem das zu reinigende Objekt 1 platziert wird, weist der Metallkörper 3 ein akustisches Auskoppelfenster 8 auf, dessen äußere Oberfläche, in der vorliegenden Patentanmeldung als Koppelfläche bezeichnet, an die Form des zu reinigenden Objektes angepasst ist. Im Beispiel der Fig. 1 ist das zu reinigende Objekt 1 eine Kugel, so dass die
Koppelfläche des akustischen Auskoppelfensters 8 halbkugelförmig ausgeformt ist. Zwischen die Kugel und die Koppelfläche des Auskoppelfensters 8 wird eine Koppelflüssigkeit 2 eingebracht. Diese Koppelflüssig- keit zur akustischen Ankopplung kann entweder von außen oder über einen optional im Metallkörper 3 vorgesehenen Kanal 10 zugeführt werden, wie er in der Figur 1 angedeutet ist.
Am Metallkörper 3 sind weiterhin mehrere Ultraschallwandler 5 derart angebracht, dass sie den Ultraschall nicht auf das Auskoppelfenster 8, sondern auf eine rückseitig ausgebildete Reflektorfläche 6 des Metallkörpers 3 richten. Diese Reflektorfläche 6 ist durch Strukturierung der rückseitigen Oberfläche des
Metallkörpers 3 derart ausgeformt, dass der auf- treffende Ultraschall von dieser Reflektorfläche diffus reflektiert wird. Die Ultraschallwandler 5 sind in diesem Beispiel als Piezoaktoren für einen hohen Frequenzbereich (Megaschall) ausgebildet, die die erforderliche Schallenergie in den Metallkörper 3 einbringen. Die eingebrachte Energie verteilt sich aufgrund der Reflexionen an der Reflektorfläche 6 und anderen Begrenzungsflächen im Metallkörper 3 und kann lediglich im Bereich des Auskoppelfensters 8 durch die Herstel- lung eines akustisch leitenden Kontaktes, bspw. durch die Reinigungs- bzw. Koppelflüssigkeit 2, austreten und auf das zu reinigende Objekt 1 auftreffen. Aufgrund der diffusen Reflexionen wird eine gleichmäßige Verteilung der Energie im Bereich des Auskoppelfensters und somit ein schonendes und gleichmäßiges Reinigen der Oberfläche des Objektes 1 erreicht. Der Metallkörper 3 ist in diesem Beispiel noch in ein Schaumstoffmaterial 11 mit planen Außenflächen eingebettet, um seine Handhabung zu erleichtern.
Figur 2 zeigt ein weiteres Beispiel für einen Ultraschallaktor gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem ein kubisches Objekt 1 gereinigt werden soll. Auch hier ist die Koppelfläche des akustischen Auskoppel- fensters 8 an die Form der Oberfläche des Objektes 1 angepasst. In diesem Beispiel ist das Ausbreitungsvolumen von einem Gas 4 ausgefüllt und wird im vorderen Bereich durch das Auskoppelfenster 8 und im rückwärtigen Bereich durch eine flexible Membran 7 begrenzt. Die restlichen Begrenzungswände 9 bestehen aus einem Kunststoffmaterial, an dem auch die Ultraschallwandler 5 angebracht sind. Die Reflektorfläche wird in diesem Beispiel durch die Membran 7 gebildet, die aufgrund der Einkopplung des Ultraschalls in Bewegung versetzt wird und somit aufgrund der ständigen Bewegung eine diffuse Reflexion der auftreffenden Ultraschallwellen bewirkt . Auch bei einer derartigen Ausgestaltung wird somit die eingekoppelte Ultraschallenergie durch die diffuse Reflexion annähernd gleichmäßig verteilt, so dass am Auskoppelfenster 8 keine Intensitätsspitzen mehr auftreten.
Der Ultraschallaktor lässt sich auch vorteilhaft für die Reinigung von scheibenförmigen Gegenständen einsetzen, wie in Figur 3 angedeutet. Die Koppelfläche des akustischen Auskoppelfensters 8 ist in diesem Falle zur Anpassung an den scheibenförmigen Gegenstand 12 plan ausgeführt. Zwischen den zu reinigenden Gegenstand 12 und die Koppelfläche des Auskoppelfensters 8 wird auch in diesem Beispiel eine Koppelflüssigkeit 2 geleitet, die bspw. als Reinigungsfluid auch eine zusätzliche Reinigungsfunktion übernehmen kann. Die Zuführung der Koppelflüssigkeit 2 erfolgt über einen
Kanal 10, der im Ausbreitungsvolumen 13 mit den Reflektionsflachen ausgebildet ist. In der Figur sind auch die am Ausbreitungsvolumen 13 angeordneten Ultraschallwandler 5 angedeutet.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine Reinigungsvorrichtung mit dem Ultraschallaktor 16 in stark schematisierter Darstellung. Die Vorrichtung weist eine Halterung 14 für die zu reinigenden scheibenförmigen Gegenstände 12, beispielsweise Wafer, sowie einen rotatorischen Antrieb 15 für diese Halterung 14 auf. Die Halterung 14 ist hierbei mit entsprechenden in der Figur nicht dargestellten Greifelementen ausgebildet. Der Ultraschallaktor 16, der der Halterung 14 gegenüber liegt, ist in diesem Beispiel gemäß Figur 3 ausgebildet. Diese Vorrichtung ermöglicht die Rotation des zu reinigenden Gegenstandes 12 während der Reinigung.
Fig. 5 zeigt schließlich schematisch ein Beispiel für die äußere Form des Ultraschallaktors 16 bzw. des das Ausbreitungsvolumen bildenden Körpers in perspektivischer Darstellung, wie er beispielsweise auch in der Vorrichtung gemäß Fig. 4 zum Einsatz kommen kann. Dieser vielflächige Körper weist eine erste 17 und eine zweite Fläche 18 auf, die zueinander parallel sind, sowie eine Vielzahl von Seitenflächen 19, die jeweils zu der ersten Fläche 17 einen spitzen Winkel einschließen. Die Ultraschallschwinger sind akustisch an die Seitenflächen 19 des vielflächigen Körpers angekoppelt, bei dem es sich bspw. um einen Prismenstumpf handeln kann.
Bezugszeichenliste
1 Obj ekt
2 Koppelflüssigkeit
3 Metallkörper
4 Gas
5 Ultraschallwandler
6 Reflektorfläche
7 Membran
8 Auskoppelfenster
9 Wandung
10 Kanal
11 Schaumstoff
12 scheibenförmiger Gegenstand
13 Ausbreitungsvolumen
14 Halterung
15 rotatorischer Antrieb
16 Ultraschallaktor
17 erste Fläche
18 zweite Fläche
19 Seitenflächen

Claims

Patentansprüche
1. Ultraschallaktor zur Reinigung von Objekten,
- mit einem Ausbreitungsvolumen (3, 4, 13) für Ultraschall, das von einem akustischen Auskoppelfenster (8) mit einer Koppelfläche zur akustischen Ankopplung eines zu reinigenden Objektes (l, 12) und von einer oder mehreren Reflexionsflächen (6, 7) für eingekoppelten Ultraschall begrenzt ist, - und mit einem oder mehreren Ultraschallwandlern (5) , die zur Einkopplung von Ultraschall derart am Ausbreitungsvolumen (3, 4, 13) angeordnet sind, dass der eingekoppelte Ultraschall erst nach ein oder mehreren Reflexionen an den Reflexionsflächen (6, 7) über das Auskoppelfenster (8) aus dem Ausbreitungsvolumen (3, 4, 13) austritt,
- wobei die eine oder mehreren Reflexionsflächen (6, 7) derart ausgebildet sind, dass sich am
Auskoppelfenster (8) eine vorgebbare Verteilung der Ultraschallenergie ohne Intensitätsspitzen ergibt .
2. Ultraschallaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Reflexionsflächen (6, 7) für eine diffuse Reflexion des Ultraschalls ausgebildet sind.
3. Ultraschallaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbreitungsvolumen (3, 4, 13) durch einen Festkörper gebildet ist, von dem ein oder mehrere Oberflächenbereiche zur Erzeugung der Reflexionsflächen mit diffuser Reflexion strukturiert sind.
4. Ultraschallaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausbreitungsvolumen (3, 4, 13) von einer Flüssigkeit oder einem Gas (4) eingenommen wird.
5. Ultraschallaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Reflexionsflächen (6, 7) derart flexibel ausgebildet ist, dass sie beim Betrieb des Ultraschallaktors durch Bewegung ständig wechselnde Reflexionsbedingungen erzeugt .
6. Ultraschallaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Reflexionsfläche (6, 7) eine Membran ist .
7. Ultraschallaktor nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die Koppelfläche des Auskoppelfensters (8) zumindest ein Kanal (10) für die Zuführung eines flüssigen Koppelmediums (2) mündet.
8. Ultraschallaktor nach Anspruch einem der Ansprüche
1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallwandler (5) zur Erzeugung von Ultraschall im Bereich ≥ 500 kHz ausgebildet sind.
9. Verwendung eines Ultraschallaktors nach einem oder mehreren der vorangehenden Patentansprüche zur Reinigung eines Objektes (1, 12) , bei der die Koppelfläche an die Form des Objektes (1, 12) angepasst ist und zwischen das Objekt (1, 12) und die Koppelfläche ein dünner Film eines flüssigen Reinigungs- und/oder Koppelmediums (2) eingebracht wird.
10. Vorrichtung zum Reinigen von scheibenförmigen Gegenständen (12) , die einen Ultraschallaktor (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 enthält .
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, mit einer Halterung (14) für einen scheibenförmigen Gegenstand (12) und einem rotatorischen Antrieb (15) , der mit der Halterung (14) oder dem Ultraschallaktor (16) verbunden ist, um während einer Reinigung eine rotatorische Relativbewegung zwischen dem scheibenförmigen Gegenstand (12) und dem Ultraschallaktor (16) zu erzeugen.
EP07721911A 2006-02-17 2007-02-09 Ultraschallaktor zur reinigung von objekten Withdrawn EP1984125A1 (de)

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DE102006033372A DE102006033372B4 (de) 2006-02-17 2006-07-19 Ultraschallaktor zur Reinigung von Objekten
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