TW201505729A - 液體超音波處理清潔系統中在孔中產生駐波以促進孔中之清潔效果 - Google Patents

Abstract

本發明提供配置為清潔物件之至少一孔洞的液體超音波處理系統及方法。該方法包含以下步驟：在該至少一孔洞內建立至少一壓力梯度，以使鄰近駐波之節點的微粒朝駐波之反節點移動，該駐波具有平行於該至少一孔洞之中心軸的傳播軸。在某些實施例中，該方法可包含以下步驟：在該至少一孔洞內建立一或更多空穴現象位點（sites of cavitation）。

Description

液體超音波處理清潔系統中在孔中產生駐波以促進孔中之清潔效果

本揭露內容係關於液體超音波處理清潔設備及使用此種設備來清潔物件的方法，且更具體而言，係關於使用駐波來清潔物件之一或更多孔洞的方法。

在許多工業處理中，控制污染通常係重要的。舉例來說，半導體基板材料（例如矽晶圓）係在電漿處理腔室（其中內部及面內部之元件表面係曝露於沉積、蝕刻、及剝離處理環境）中進行處理。因此，常可觀察到在處理腔室元件表面上的無機及有機污染物之累積，且其會導致基板材料之污染、處理效率的降低、或二者皆有。因此，新的處理腔室元件表面在第一次使用前必須被清潔，且隨著時間推移，為了使此種元件之表面持續可以使用，其必須被清潔。否則，此種元件（或其部分）必須更換。雖然與更換相關的成本使清潔元件較為有利，但某些元件係不容易清潔的，特別是那些具有孔洞（holes）、凹穴（cavities）、通道（passages）、穿孔（perforations）、孔口（orifices）、開孔（apertures）、細孔（pores）、或其他開口（統稱為「孔洞（holes）」或「孔洞（hole）」）者。

通過半導體基板材料的處理，有機材料（例如手指油、油脂、微粒、及有機化合物）；金屬（例如鋁、鉬、及鎢）；介電質材料（例如二氧化矽及氮化矽）；及其他無機材料會沉積至處理腔室元件表面上。通常係在液體超音波處理清潔系統中將此種汙染物自元件清潔移除，液體超音波處理清潔系統例如為超音波浴。然而，傳統的系統及清潔方法係遭受無法提供無微粒或始終無微粒結果之困難。這點在元件具有一或更多孔洞（其中微粒可以累積）時特別真確。在非限制的情況下，此種元件之一範例為電漿處理腔室的電極。

無論是清潔電漿處理腔室元件或其他物件（包含那些在除了電漿處理之外的工業處理中所使用者），仍存在著對更佳的設備及方法之持續需求，以獲得極潔淨之物件。

在各種實施例中，本揭露內容提供清潔物件之一或更多孔洞的方法、及因而配置的液體超音波處理清潔系統。更具體而言，所提供之系統及方法係利用駐波來清潔物件之一或更多孔洞。

在各種實施例之若干者中，該方法包含以下步驟：（i）提供液體超音波處理清潔系統，其可操作以引起配置於該系統之含流體的聲波腔室中之物件的共振；（ii）將具有待清潔之至少一孔洞的物件設置於聲波腔室的流體中；及（iii）藉由施加聲波能量而在該至少一孔洞內建立至少一壓力梯度，該聲波能量足以導致具有平行於中心孔洞軸之傳播軸的超音波駐波之建立。因此，該方法包含以下步驟：沿著或鄰近孔洞的對應之中心軸而建立遍及孔洞長度的超音波駐波。超音波駐波係由於在相反方向上行進的入射波及反射波而發生。此二波的最終疊加形成了駐波並產生超音波輻射力。所提供之方法利用此種力而在該至少一孔洞中建立至少一壓力梯度，以使鄰近駐波之節點的微粒朝駐波之反節點移動。在某些實施例中，所施加之聲波能量的頻率為： n=大於0的正整數；C=流體中的聲速；及L=孔洞長度。因此，可在該至少一孔洞內建立具有一、二、三、或更多節點的駐波。因此，亦可有超過一個的壓力梯度被建立。

在各種實施例之若干者中，該方法包含以下步驟：在該至少一孔洞內建立一或更多空穴現象位點（sites of cavitation），該空穴現象位點係鄰近於至少一駐波反節點。在具有空穴現象的情況下，孔洞中的清潔流體之氣體及/或流體成分係藉由存在於超音波駐波之反節點附近的低壓而分離或蒸發以產生微氣泡核，該微氣泡核會成長為較大的氣泡並隨著微爆炸而破開。因此，空穴現象會產生可用以驅逐及移動該至少一孔洞內之微粒的力。建立空穴現象位點可藉由施加具有如下之頻率的聲波能量來實現： n=正整數且≥2；C=流體中的聲速；及L=孔洞長度。可在孔洞內建立一或更多反節點（及對應之空穴現象位點）。例如，可在孔洞內建立二、三、四、五、或六個反節點。

在各種實施例之若干者中，所提供之方法包含以下步驟：在位於聲波腔室之流體中的物件之複數個孔洞中建立超音波駐波。這可以藉由以下步驟來實現：判定對應於存在該物件內或上之複數個孔洞的孔洞長度（L）之範圍、以所判定的L之值來計算f_n 之值的範圍、及遍以全部f_n 之值的範圍來施加聲波能量。

雖然本揭露內容並非欲受限於特定之待清潔物件或特定之應用，但在某些實施例中，所提供之方法及設備係配置為清潔電漿處理腔室的一或更多元件。例如且非以限制的方式，此種元件之一類型為電極。因此，在某些實施例中，所提供之方法及設備可配置為清潔電漿處理腔室的噴淋頭電極。此外，此種設備及方法可配置以提供極潔淨之噴淋頭電極。類似地，在某些實施例中，所提供之方法及設備可配置為清潔不同類型的噴淋頭，例如在電鍍應用中所使用者。

現將描述本揭露內容之具體實施例。然而，本發明可以不同的形式來加以實施，且不應被解釋為受限於本文中所闡述的實施例。反之，可提供這些實施例以使本揭露內容變得完善且完整、並可將本揭露內容的範疇完整地傳達給那些熟習本技藝者。

除非另有定義，否則本文中所使用的所有技術及科學術語係具有與本揭露內容所屬之技術領域中具有通常知識者所一般理解相同的意義。本揭露內容中所使用的術語僅用於描述特定實施例而非意圖限制。如在本說明書及隨附之申請專利範圍中所使用者，單數形式「一（a）」、「一（an）」、及「該（the）」亦意欲包含複數形式，除非上下文另有明確指明。

應注意的是，在本文中，「至少一（at least one）」元件、構件等等之敘述不應用以產生以下推論：冠詞「一（a）」或「一（an）」的替代使用須受限於單一元件、構件等等。

應注意的是，在本文中，本揭露內容之元件係「配置（configured）」以實現特定屬性、或以特定方式來作用的敘述，係為結構敘述而非預期用途的敘述。更具體而言，在本文中，對元件被「配置」之方式的描述表示該元件的既有物理狀態，且因此，此描述被視為該元件之結構特徵的明確描述。

應注意的是，當在本文中使用諸如「較佳（preferably）」、「一般（commonly）」、及「典型（typically）」等用語時，這些用語並非用以限制所請發明之範圍、或暗示某些特徵對於所請發明之結構或功能係關鍵的、必要的、或甚至重要的。反之，這些用語僅旨在識別本揭露內容之實施例的特定實施態樣、或是強調本揭露內容之特定實施例中可能會或可能不會使用的替代或額外特徵。

進一步應注意的是，在本文中係利用「實質（substantially）」與「大致（approximately）」等用語來表示固有的不確定程度，該固有的不確定程度可歸因於任何定量比較、值、量測、或其他表述。在本文中，用語「實質（substantially）」與「大致（approximately）」亦用以表示在未導致所討論標的之基本功能發生改變的情況下，定量表示可能由所述參考點偏移的程度。

用語「超音波（ultrasound）」、「超音波的（ultrasonic）」、及「超音波（ultrasound wave）」係指頻率高於可聽見之頻率（16 kHz或更高）的聲波、以及可聽見之聲波。

如本文中所使用的用語「聲波能量（acoustic energy）」係指與作為波動所傳送的任何頻率之振動有關的能量。聲波能量包含但不限於超音波能量。此外，用語「聲波能量產生元件（acoustic energy generating element）」係指可將電能量或機械能量轉換成聲波能量的裝置，在非限制的情況下，此種裝置可為換能器，例如壓電換能器。

除非另有指明，否則如在本說明書與申請專利範圍中所使用之所有表示數量、特性、條件等等的數字，應被理解為在所有情況下均被用語「約（about）」所修飾。此外，本說明書與申請專利範圍中之任何範圍的揭露內容係被理解為包含：該範圍本身及包含於其中的任何事物、以及端點。儘管闡述了本揭露內容之廣泛範圍的數值範圍及參數係為近似值，但在特定範例中所提出的數值係被盡可能精確地報導。然而，任何數值固有地包含必然地由其個別量測中所發現之錯誤所導致的某些誤差。 方法

在本揭露內容的各種實施例中，所提供的是清潔物件的方法。此種方法包含：提供液體超音波處理清潔系統，其可操作以引起配置於該系統之含流體的聲波腔室中之物件的共振。進一步，此種方法包含：將具有待清潔之至少一孔洞的物件適當地定位及/或定向於聲波腔室之流體中。此外，此種方法包含：藉由建立具有與該至少一孔洞之中心軸平行的傳播軸之超音波駐波而在該至少一孔洞內建立至少一壓力梯度。因此，該方法包含：沿著或鄰近對應之中心孔洞軸（即，孔洞的縱向軸）而建立遍及該至少一孔洞之長度的超音波駐波。建立在該至少一孔洞中的至少一壓力梯度會提供一個力以使鄰近駐波之節點的微粒朝駐波之反節點移動。超過一個的壓力梯度可建立在孔洞中。舉例來說，可有超過一個的節點建立在孔洞中，其各者係與一壓力梯度相關聯。

在某些實施例中，所施加之聲波能量的頻率為： 其中，n=大於0的正整數；C=流體中的聲速；及L=孔洞長度。通常，f_n 會是由約1至約1000 kHz，但可高至2000 kHz。因此，在某些實施例中，f_n 可為1-100 kHz、100-200 kHz、200-300 kHz、300-400 kHz、400-500 kHz、500-600 kHz、600-700 kHz、700-800 kHz、 800-900 kHz、900-1000 kHz、1000-1100 kHz、1100-1200 kHz、1200-1300 kHz、1300-1400kHz、1400-1500 kHz、1500-1600kHz、1600-1700 kHz、1700-1800 kHz、1800-1900 kHz、1900-2000 kHz。在某些範例中，f_n 可為由7.5-750 kHz。熟習本技藝者應理解，f_n 之值係取決於n、C、及L之值。在某些實施例中，n可為1、2、3、4、5、或更大。除了其他因素外，所選定的n之值還取決於所需之特定清潔應用及待清潔物件。C之值（清潔流體中的聲速）會依據清潔流體的選擇而變化。在某些實施例中，清潔流體為水且C=1500 m/s（在20℃下）。L之值會依據至少一孔洞的長度而變化。在某些實施例中，L可為由0.001至0.1公尺（m）。因此，L可為1-10 mm、10-20 mm、20-30 mm、30-40 mm、40-50 mm、50-60 mm、60-70 mm、70-80 mm、80-90 mm、90-100 mm。在某些範例中，L=0.010m。具通常知識者應當理解，在某些實施例中，該方法可包含：遍以複數個f_n 之值來施加聲波能量，其各者係與不同的n、L、或其組合之值相關聯。

在各種實施例之若干者中，該方法包含：在至少一孔洞內建立一或更多空穴現象位點，該空穴現象位點係鄰近於至少一駐波反節點。在具有空穴現象的情況下，孔洞中的清潔流體之氣體及/或流體成分係藉由存在於超音波駐波之反節點附近的低壓（當低於流體的蒸氣壓時）而分離或蒸發以產生微氣泡核，該微氣泡核會成長為較大的氣泡並瓦解/內爆，從而產生一個力。因此，空穴現象會產生由該至少一反節點（在孔洞中）朝外膨脹的力，其可用以驅逐及移動該至少一孔洞內的微粒。此外，空穴現象會暫時擾亂駐波，因為流體係變為液體及蒸汽的混合物，其會改變C之值。因此，隨著駐波一再地被擾亂及重建，由孔洞發出的抽取力可幫助將微粒推出孔洞。建立空穴現象位點可藉由施加具有如下之頻率的聲波能量來實現： n=正整數且≥2；C=清潔流體中的聲速；及L=孔洞長度。

可在孔洞內建立一或更多反節點（及對應之空穴現象位點）。例如，可在孔洞內建立二、三、四、五、或六個反節點。在某些實施例中，n可為2、3、4、5、或更大。C之值會依據清潔流體的選擇而變化。在某些實施例中，清潔流體為水且C=1500 m/s（在20℃下）。L之值會根據該至少一孔洞的長度而變化。在某些實施例中，L可為由0.001 m至0.1 m。具通常知識者應當理解，在某些實施例中，該方法可包含：藉由遍以複數個f_n 之值（其各者係與不同的n之值相關聯）來施加聲波能量而在單一孔洞內建立複數個空穴現象位點。具通常知識者亦當理解，在某些實施例中，該方法可包含：藉由遍以複數個f_n 之值（其各者係與不同的L之值相關聯）來施加聲波能量而在複數個孔洞內建立至少一空穴現象位點。此外，具通常知識者應當理解，在某些實施例中，該方法可包含：藉由遍以複數個f_n 之值（其各者係與不同的n及L之值相關聯）來施加聲波能量而在複數個孔洞內建立複數個空穴現象位點。

在所提供之方法的某些實施例中，可在待清潔之至少一孔洞中建立一或更多條件。例如，可在孔洞中建立駐波，此種波具有在孔洞內的一節點及鄰近孔洞之各端部的反節點。因此，壓力梯度係建立於孔洞內，該梯度包含鄰近孔洞內之節點的較高壓力區域及鄰近在孔洞的端部之反節點的較低壓力區域。在此種條件下，空穴現象並非建立在孔洞內但可建立於鄰近孔洞之端部。因此，此種條件僅依賴壓力梯度來提供動力以使微粒由孔洞內朝向孔洞之端部移動。在某些實施例中，可藉由流體流來補足此條件。如可被建立的條件之另一範例，駐波可建立於孔洞中，此種波在孔洞內具有至少一反節點。因此，除了在孔洞內所建立之至少一壓力梯度外，空穴現象亦建立於孔洞內且鄰近至少一反節點。因此，此種條件係利用空穴現象來驅逐孔洞內的微粒並提供動力來移動此微粒，此種動力可增補由至少一壓力梯度所建立的動力。在某些實施例中，可藉由流體流來補足此條件。

在某些實施例中，所提供之方法包含：利用在至少一孔洞內所建立的各種條件。舉例來說，物件之至少一孔洞可經受上述之第一條件（沒有空穴現象）、並接著經受上述之第二條件（具有空穴現象）。作為另一範例，物件之至少一孔洞可經受上述之第二條件（具有空穴現象）、並接著經受上述之第一條件（沒有空穴現象）。所述之第一與第二條件的其他組合亦在所提供之方法的範圍內。尤其，可特別考慮包括在此兩種條件之間循環的方法。

所提供之方法可配置為清潔包含孔洞的各種類型物件。此種物件之一非限制性範例為用於電漿處理或電鍍應用中的噴淋頭。因此，在某些實施例中，所提供之方法可配置為清潔電漿處理腔室的噴淋頭電極。如在本技術領域中具有通常知識者所理解，噴淋頭可包含其中可能存留微粒或其他污染物的一或更多孔洞。舉例來說，噴淋頭可包含一或更多通道（由電極的背側延伸至前側）、一或更多凹穴（形成於電極的背側中）、或其組合。因此，在某些實施例中，所提供之方法可配置為清潔噴淋頭的通道、凹穴、或此兩者。

所提供之方法適用於清潔各種成分材料的噴淋頭，各種成分材料包含那些包括單晶矽、多晶矽、氮化矽、碳化矽、碳化硼、氮化鋁、氧化鋁、或其組合者。此種成分材料可例如用於噴淋頭電極中。在某些實施例中，所提供之方法亦適用於清潔其他成分材料的噴淋頭，例如那些由金屬（例如鋁或鋁合金）、塑膠（例如聚對苯二甲酸乙二酯、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯、聚偏氟乙烯、或聚偏二氟乙烯）、或其組合所製成者。此種成分材料可例如用於電鍍應用中所使用之噴淋頭中。所提供之方法亦適用於清潔各種組態的噴淋頭電極，其包含但不限於單件式噴淋頭組態（例如圓形）或多零件式噴淋頭組態。在某些範例中，後者組態之電極可包含圓形的中心電極及配置在中心電極之周邊的一或更多外圍電極。

無論待清潔物件為噴淋頭電極或其他物件，在所提供之方法的某些實施例中，該物件可以容納於聲波腔室內，並隨後將清潔流體引入至聲波腔室中。或者，在使該物件容納於聲波腔室中之前，聲波腔室可以包含清潔流體。類似地，在所提供之方法的某些實施例中，在使該物件容納於此種腔室中之前，聲波能量係在聲波腔室內產生。或者，可以使該物件容納於聲波腔室中並隨後產生聲波能量。

在所提供之方法中所使用的清潔流體可以是適合此應用及適合與超音波配合使用的任何流體。在某些實施例中，清潔流體為水。然而，亦可使用有機溶劑、酸性溶液、或鹼性溶液。舉例來說，清潔流體可選自於水（包含但不限於去離子水）、甲醇（CH₃ OH）、乙醇（C₂ H₅ OH）、異丙醇（C₃ H₇ OH）、丙酮（C₃ H₆ O）、氫氧化銨（NH₄ OH）、過氧化氫（H₂ O₂ ）、氫氧化鉀（KOH）、鹽酸（HCl）、氫氟酸（HF）、硝酸（HNO₃ ）、醋酸（C₂ H₄ O₂ ）、或其組合。在所提供之方法中，可以將一清潔流體（或清潔流體之組合）引入至聲波腔室中而該物件係與其相接觸，接著進行來自聲波腔室之此種清潔流體的沖洗，並隨後將不同的清潔流體（或清潔流體之組合）引入至聲波腔室中。

一旦清潔流體被引入至聲波腔室中，其係由超音波所激發。所使用之超音波功率的位準可以適用於特定的應用及物件。例如，可以選定功率俾使空穴現象僅發生於物件的孔洞中。該功率亦會依據聲波腔室中的流體體積而變化。例如，功率密度可為0-10 W/in² 、10-20 W/in² 、20-30 W/in² 、30-40 W/in² 、40-50 W/in² 、50-60 W/in² 、60-70 W/in² 、或70-80 W/in² 。在某些實施例中，可以連續的功率密度（例如，連續以25 W/in² ）將超音波引入。在某些實施例中，該設備的超音波來源可具有可調整的待產生波之頻率或強度，且係以可變的功率密度（例如，最初以15 W/in² 而後續以25 W/in² ）將此種波引入。亦能使循環時間（超音波的接觸時間）適合於特定的應用及待清潔物件。作為非限制性範例，循環時間可以是1、2、3、4、5、6、7、8、9、或10分鐘。具有通常知識者亦應理解到，循環時間可以小於一分鐘。

在所提供之系統可配置為在聲波腔室中引導清潔流體之流動的那些實施例中，所提供之方法可包含：在聲波腔室內將該物件定向俾使流體流係實質地平行於或實質地垂直於至少一孔洞的中心軸。亦可預期的是，流體流可以是平行以及垂直於至少一孔洞之中心軸，且所提供之系統可以相應地配置。不管腔室內之物件朝向的特定組合，至少一孔洞將──在所提供之方法中──被定向俾以在孔洞內建立超音波駐波。更具體而言，係建立該駐波俾使其傳播（及反射）軸平行於孔洞的中心軸。因此，傳播軸可與孔洞之中心軸相同。在某些實施例中，所提供之方法係配置為清潔噴淋頭電極。在此種方法中，噴淋頭電極係容納於聲波腔室內，俾使待清潔之至少一孔洞的中心軸被定向為平行於超音波的傳播軸。因此，至少一孔洞可定向為實質地垂直於聲波產生元件。然而，具通常知識者應理解到，在未悖離所提供的方法之範圍的情況下，相對於產生元件的至少一孔洞之方向可以改變，只要超音波的傳播軸保持平行於至少一孔洞的中心軸。

在各種實施例中，所提供之方法包含：在複數個物件孔洞中建立超音波駐波。為了如此做，係判定L之值的範圍，其各值係對應於複數個孔洞之一者。然而，具通常知識者應理解到，並非總是必須要實際量測複數個孔洞之各孔洞的長度。舉例來說，一物件可被製造成具有長度為Y的複數個孔洞，但當計入標準製造公差時，該等孔洞可具有範圍為由X-Z的複數個長度。一旦L之值的範圍已經判定，則可以藉由所判定的L之值來計算f_n 之值的範圍。在某些實施例中，對於各L之值而言，判定f_n 之值（其各與不同的n之值相關聯）的範圍係所期望的。一但f_n 之值的範圍已經判定，則遍以全部f_n 之值的範圍來將聲波能量施加至聲波腔室及配置於其中的物件，因而在複數個物件孔洞中建立（一或更多f_n 的）超音波駐波。在某些實施例中，這可以使用在一定範圍內振動的掃描頻率換能器來實現。例如，在所判定之f_n 的5-7%內。在某些實施例中，所提供之方法係配置為清潔噴淋頭電極。在此種方法中，係遍以全部所判定的f_n 之值的範圍來將聲波能量施加至聲波腔室及配置於其中的噴淋頭電極，因而在噴淋頭電極的複數個孔洞中建立（一或更多f_n 的）超音波駐波。 設備

在本揭露內容之各種實施例中，所提供的是一種液體超音波處理清潔系統，其配置為引起設置於其中之物件的共振。此種系統可包含超音波浴。

在各種實施例之若干者中，所提供之系統包含耦合於聲波腔室的至少一聲波能量產生元件，聲波腔室係配置為包含流體。因此，所提供之系統可包含耦合於超音波槽的超音波換能器，該超音波槽包含清潔流體。相對於聲波腔室的聲波能量產生元件之各種組態係經過特別考慮。例如，該產生元件可位於腔室的底部或一或更多側面中。

聲波能量產生元件可為可變頻率或多頻率產生器。雖然聲波能量產生元件對那些熟習本技藝者而言通常係熟悉的，但適合於所提供之系統之一者為壓電換能器，其能夠為預期應用提供適當的功率密度及必要的頻率（f_n ）。在適當之產生元件的選擇上，聲波腔室的尺寸及形狀係為一些因素。不論聲波腔室的尺寸及形狀為何，聲波能量產生元件必須能夠產生具有根據下式之頻率的聲波能量： 其中，n=大於0的正整數；C=清潔流體中的聲速；及L=物件孔洞長度。通常，f_n 會是由約1至約1000 kHz，但可高至2000 kHz。因此，在某些實施例中，所提供之設備必須足以產生1-100 kHz、100-200 kHz、200-300 kHz、300-400 kHz、400-500 kHz、500-600 kHz、600-700 kHz、700-800 kHz、 800-900 kHz、900-1000 kHz、1000-1100 kHz、1100-1200 kHz、1200-1300 kHz、1300-1400kHz、1400-1500 kHz、1500-1600kHz、1600-1700 kHz、1700-1800 kHz、1800-1900 kHz、1900-2000 kHz的f_n 。此外，在某些實施例中，所提供之設備係配置為遍以複數個f_n 之值來施加聲波能量。在某些實施例中，聲波能量產生元件可為在平均頻率之一定範圍內振動的掃描頻率換能器。

該系統可操作以引起配置於聲波腔室內之物件、及包含於聲波腔室內之流體的共振，該共振係由於入射波與反射波通過該物件之一或更多孔洞而發生。該駐波在一或更多孔洞各處產生超音波輻射壓力，此種壓力係用以幫助將微粒由一或更多孔洞清除。因此，所提供之系統必須能夠在待清潔物件之至少一孔洞各處建立至少一駐波。

在某些實施例中，所提供之設備係配置為在待清潔之至少一孔洞內建立一或更多空穴現象位點，各空穴現象位點係鄰近於至少一駐波反節點。在某些實施例中，該設備可以配置為僅在物件的孔洞中建立空穴現象。因此，所提供之系統可配置為將具有如下之頻率的聲波能量施加至聲波腔室（及配置於其中的物件）： n=正整數且≥2；C=清潔流體中的聲速；及L=孔洞長度。因此，該系統可配置為在物件孔洞內建立一或更多反節點（及對應之空穴現象位點）。例如，可在孔洞內建立二、三、四、五、或六個反節點，各反節點係鄰近一或更多空穴現象位點。具通常知識者應理解，在某些實施例中，所提供之設備可配置為藉由遍以複數個f_n 之值（其各者係與不同的n之值相關聯）來施加聲波能量而在單一孔洞內建立複數個空穴現象位點。具通常知識者亦應理解，在某些實施例中，所提供之設備可配置為藉由遍以複數個f_n 之值（其各者係與不同的L之值相關聯）來施加聲波能量而在複數個孔洞內建立至少一空穴現象位點。此外，具通常知識者應理解，在某些實施例中，所提供之設備可配置為藉由遍以複數個f_n 之值（其各者係與不同的n及L之值相關聯）來施加聲波能量而在複數個孔洞內建立複數個空穴現象位點。

除了聲波能量產生元件及聲波腔室之外，在某些實施例中，所提供之系統還包含至少一聲波能量接收器。在與物件接觸後，由產生元件所發出且具有傳播軸的聲波能量波沿著傳播軸被反射回來而產生駐波。聲波能量接收器可以偵測反射波（包含但不限於駐波）。在某些實施例中，該接收器係與聲波能量產生元件不同。然而，在某些實施例中，聲波能量產生元件可為能夠產生聲波能量以及偵測反射波的收發器。在某些實施例中，聲波能量接收器係耦合於回授機構（例如換能器），藉以在偵測到與所到達物件之至少一孔洞之共振相關聯的增加之聲壓振幅後，產生電信號。因此，聲波能量接收器可用以偵測、監測、及/或控制物件孔洞的清潔。例如，可以增加功率直到偵測到共振、並接著維持功率以便保持共振有效。在空穴現象係不樂見的那些實施例中，此回授能用以確保功率並未增加至發生空穴現象的點。在空穴現象係所期望的那些實施例中，此回授能用以監測駐波與空穴現象的循環。此外，在期望空穴現象僅位在物件之孔洞中的那些實施例中，此回授能用以控制功率，俾使只有所期望之空穴現象模式發生。

如所示，接收器可作為回授機構的基礎。此種接收器可為光接收器、或可與光接收器結合使用。舉例來說，與影像處理軟體相結合的一或更多照相機可用以監測孔洞（為了空穴現象）。光接收器亦可用以提供品質控制機制，以確知所有孔洞均經受空穴現象一特定時間長度。

在某些實施例中，所提供之系統係配置為引導清潔流體以將由物件移除的微粒運離該物件。因此，所提供之系統可包含用於輸送清潔流體的一或更多流體入口，此入口係與聲波腔室流體連通。在某些實施例中，該系統係配置為具有通過聲波腔室的流體流，其實質地垂直於待清潔物件之至少一孔洞。因此，當微粒由此孔洞移除並由此孔洞之一或二端部出現時，其被在實質上垂直於孔洞的中心軸之方向上的流體流捲走。在某些實施例中，該系統係配置為具有通過聲波腔室的流體流，其實質地平行於待清潔物件之至少一孔洞。因此，當微粒由此孔洞移除時，其被通過孔洞的流體流捲走並由此孔洞之一或二端部出現。在本技術領域中具通常知識者應理解，通過聲波腔室的流體流可配置為垂直於以及平行於至少一孔洞。此外，具通常知識者亦當理解，亦可考慮其他的流體流組態。

為了幫助配置於聲波腔室中之物件的清潔，在某些實施例中，所提供之系統可包含一或更多物件支撐物。因此，待清潔物件可藉由支撐物而維持在清潔流體中、且在聲波腔室的底部上方。此外，支撐物可配置為將該物件（及其孔洞）相對於聲波能量產生器、聲波能量接收器、或此兩者而保持在特定方向上。舉例來說，支撐物可配置為將一或更多孔洞定向為垂直於聲波能量產生元件。此外，支撐物可配置為將該物件（及其孔洞）相對於清潔流體之流動而保持在特定方向上。舉例來說，支撐物可配置為將一或更多孔洞定向為垂直於聲波腔室中的流體流。

在某些實施例中，所提供之系統係特別配置為容納及清潔電漿處理腔室元件，該電漿處理腔室元件包含但不限於噴淋頭電極。在此種實施例中，聲波腔室係配置為容納包含待清潔之至少一孔洞的噴淋頭電極。噴淋頭電極可包含待清潔之複數個孔洞。不論待清潔之孔洞的數目為何，該系統係配置為容納噴淋頭電極，俾建立具有一傳播軸之超音波駐波，該傳播軸平行於該至少一孔洞之中心軸，該中心軸係延伸於該孔洞之長度。在此種實施例中，至少該孔洞的內部係與超音波接觸。選擇性地，噴淋頭電極的其他部分亦可與超音波接觸。在任一情況下，該系統係配置為將微粒由孔洞移除、並將微粒運離噴淋頭電極孔洞。因此，該系統適合用於提供極潔淨之噴淋頭電極。

在某些實施例中，所提供之系統可特別配置為容納及清潔用於電鍍應用中的噴淋頭。該系統的組態實質上係類似於對於噴淋頭電極所描述者。範例

所描述之實施例將可藉由參照下列以說明方式所提供的範例而更加瞭解，且在本技術領域中具通常知識者應理解，其並非意欲為具限制性的。範例 1

在本揭露內容的各種實施例之若干者中，所提供的是清潔物件之一或更多孔洞的方法。如圖1中所示，在一範例100中，此種方法可包含步驟110：提供液體超音波處理清潔系統。此種系統可包含至少一聲波能量產生元件、包含流體的聲波腔室、及（選擇性地）至少一聲波能量接收器。該方法100可進一步包含步驟120：將具有待清潔之至少一孔洞的物件設置於聲波腔室的流體中，俾使駐波可建立於至少一孔洞中。在某些實施例中，可將至少一孔洞定向為實質地垂直於聲波能量產生元件。此外，該方法100可進一步包含以下步驟：在至少一孔洞內建立至少一壓力梯度。該壓力梯度係藉由以下步驟來建立：將聲波能量施加至聲波腔室及配置於其中的物件以產生超音波駐波，該超音波駐波具有：（i）平行於孔洞長度軸（中心軸）的傳播軸；及（ii）如下之頻率： n=大於0的正整數；C=流體中的聲速；及L=孔洞長度。所施加之頻率係取決於步驟130：判定空穴現象是否係所期望的。

在某些實施例中，該方法100可包含步驟140：在至少一孔洞內建立一或更多空穴現象位點。該一或更多空穴現象位點係藉由以下方法來建立：將聲波能量施加至聲波腔室及配置於其中的物件，俾使超音波駐波具有如下之頻率： n=正整數且≥2；C=流體中的聲速；及L=孔洞長度。因此，該空穴現象位點係鄰近於建立在至少一孔洞內的一或更多反節點。

若空穴現象並非所期望的，則方法100包含步驟160：在至少一孔洞內建立駐波（在至少一孔洞內有節點但沒有反節點）。在此種實施例中，n=1。

在某些實施例中，方法100可進一步包含步驟150：在（i）有節點但沒有反節點建立於至少一孔洞內的條件；及（ii）至少一節點及至少一反節點建立於至少一孔洞內的條件之間循環。該循環可進行一、二、三、四、或更多次。範例 2

如圖2中所示，所提供之設備及方法可配置為清潔物件之至少一孔洞200，至少一壓力梯度可藉由以下步驟而建立於至少一孔洞200內：施加聲波能量以產生超音波駐波210，超音波駐波210具有（i）平行於孔洞長度軸220的傳播軸（未標示）；及（ii）如下之頻率： n=大於0的正整數；C=流體中的聲速；及L=孔洞長度。

例如，若清潔流體為水且孔洞長度為0.010 m，則頻率會是：   f₁ =( 1) (1500 m/s) = 75,000 Hz               (2) (0.010 m)

如圖所示，施加具有f₁ =75,000Hz的聲波能量會建立駐波210，駐波210具有在孔洞200內的節點230、及鄰近孔洞200之端部（未標示）的反節點240、250。節點230為具有較高壓力的位點，而反節點240、250為具有較低壓力的位點，且因此，壓力梯度260係建立於孔洞200內。因此，動力被建立以使微粒由較高壓力區域（在孔洞200內）朝較低壓力區域（在反節點240、250附近）移動。在所描述的條件下，空穴現象並不會在孔洞200內發生，或若其發生，則僅是鄰近於端部。因此，此種條件係依靠壓力梯度260來提供動力以移除微粒。然而，在某些實施例中，微粒的移除可藉著通過孔洞200、垂直於孔洞200、或二者皆有的流體流加以輔助。範例 3

如圖3中所示，所提供之設備及方法可配置為清潔物件之至少一孔洞300。至少一壓力梯度可藉由以下步驟而建立於至少一孔洞300內：施加聲波能量以產生超音波駐波310，超音波駐波310具有（i）平行於孔洞長度軸320的傳播軸（未標示）；及（ii）如下之頻率： n=正整數且≥2；C=流體中的聲速；及L=孔洞長度。

例如，若清潔流體為水且孔洞長度為0.010 m，則頻率會是：   f₂ =( 2) (1500 m/s) = 150,000 Hz               (2) (0.010 m)

如圖所示，施加具有f₂ =150,000Hz的聲波能量會建立駐波310，駐波310具有在孔洞300內之超過一個的節點330、340，及在孔洞300內的至少一反節點350，以及鄰近孔洞300之端部（未標示）的反節點360、370。節點330、340為具有較高壓力的位點，而反節點350、360、370為具有較低壓力的位點，且因此，至少一壓力梯度380、390係建立於孔洞300內。因此，動力被建立以使微粒由較高壓力區域（在孔洞300內）朝較低壓力區域（在反節點350、360、370附近）移動。在所描述的條件下，空穴現象會發生於孔洞300內之鄰近配置於其中的至少一反節點350處、以及鄰近端部處。因此，此種條件係依靠至少一壓力梯度380、390以及空穴現象來使微粒由孔洞300內朝端部移動及驅逐。在某些實施例中，微粒的移除可藉著通過孔洞300、垂直於孔洞300、或二者皆有的流體流加以輔助。在進一步的實施例中，可以藉由增加公式f_n 中的「n」之值而在孔洞300中建立額外的反節點（及空穴現象位點）。

本揭露內容不應被認為係受限於本文中所描述的特定範例。本揭露內容可適用之各種變型、均等程序、以及眾多的結構與裝置對於那些在本技術領域中具通常知識者而言將是顯而易見的。那些熟習本技藝者應當瞭解，在未悖離本揭露內容之範圍的情況下可進行各種改變，而本揭露內容不應被認為係受限於本說明書中所描述者。

100‧‧‧方法（範例）
110、120、130、140、150、160‧‧‧步驟
200‧‧‧孔洞
210‧‧‧（超音波）駐波
220‧‧‧孔洞長度軸
230‧‧‧節點
240、250‧‧‧反節點
260‧‧‧壓力梯度
300‧‧‧孔洞
310‧‧‧（超音波）駐波
320‧‧‧孔洞長度軸
330、340‧‧‧節點
350、360、370‧‧‧反節點
380、390‧‧‧壓力梯度

隨著本揭露內容藉由結合隨附圖式思考並參考以下詳細說明而變得更好理解，將可輕易獲得本揭露內容之許多實施例的更完整理解，其中：

圖1顯示所提供之方法的一範例；

圖2顯示所提供之方法的某些實施例，亦即，如何藉由建立具有一位於孔洞中之節點的駐波，而在待清潔物件之至少一孔洞內建立壓力梯度；及

圖3顯示所提供之方法的某些實施例，亦即，如何藉由建立具有位於孔洞中之至少一反節點及至少一節點的駐波，而在待清潔物件之至少一孔洞內建立至少一壓力梯度及至少一空穴現象位點。

100‧‧‧方法(範例)

110、120、130、140、150、160‧‧‧步驟

Claims (20)

1. 一種清潔物件之一或更多孔洞的方法，包含以下步驟： 提供一液體超音波處理清潔系統，其包含至少一聲波能量產生元件、包括一流體的聲波腔室，該液體超音波處理清潔系統可操作以引起配置於該聲波腔室中之物件的共振； 將具有待清潔之至少一孔洞的物件設置於該聲波腔室的流體中，俾將該至少一孔洞相對於該聲波能量產生元件而定向，以使該至少一孔洞能夠在對其施加聲波能量時共振； 藉由以下步驟而在該至少一孔洞內建立至少一壓力梯度：將聲波能量施加至該聲波腔室及配置於其中的物件以產生一超音波駐波，該超音波駐波具有（i）平行於一孔洞長度軸的傳播軸；及（ii）如下之頻率： n=大於0的正整數；C=該流體中的聲速；及L=孔洞長度；及 其中，該至少一壓力梯度會提供一力以使鄰近該超音波駐波之節點的微粒朝該超音波駐波之反節點移動。
2. 如申請專利範圍第1項之清潔物件之一或更多孔洞的方法，更包含以下步驟：藉由以下步驟而在該至少一孔洞內建立一或更多空穴現象位點（sites of cavitation）：將聲波能量施加至該聲波腔室及配置於其中的物件，俾使該超音波駐波具有如下之頻率： n=正整數且≥2；C=該流體中的聲速；及L=孔洞長度；及 其中，該空穴現象位點係鄰近於建立在該至少一孔洞內的至少一反節點，並會產生一力以驅逐及移動其中的微粒。
3. 如申請專利範圍第1項之清潔物件之一或更多孔洞的方法，其中，該聲波能量產生元件為可變頻率或多頻率的超音波產生器。
4. 如申請專利範圍第1項之清潔物件之一或更多孔洞的方法，其中，該液體超音波處理清潔系統係配置為具有通過該聲波腔室的流體流，該流體流係實質地垂直於該物件之該至少一孔洞、實質地平行於該物件之該至少一孔洞、或二者皆有。
5. 如申請專利範圍第1項之清潔物件之一或更多孔洞的方法，其中，該液體超音波處理清潔系統包含一聲波能量接收器、一光接收器、或二者皆有，且該方法包含以下步驟：使用該接收器來監測該至少一孔洞的清潔。
6. 如申請專利範圍第1項之清潔物件之一或更多孔洞的方法，更包含以下步驟：藉由以下步驟而在該物件之複數個孔洞中建立超音波駐波：（a）判定對應於該複數個孔洞的L之值的範圍；（b）以所判定的L之值來計算f_n 之值的範圍；及（c）遍以全部f_n 之值的範圍將聲波能量施加至該聲波腔室及配置於其中的物件。
7. 如申請專利範圍第6項之清潔物件之一或更多孔洞的方法，其中，n≥2。
8. 如申請專利範圍第1項之清潔物件之一或更多孔洞的方法，其中，該物件為一噴淋頭。
9. 一種清潔噴淋頭之一或更多孔洞的方法，包含以下步驟： 提供一液體超音波處理清潔系統，其包含至少一可變頻率或多頻率的超音波產生元件、包括一流體的聲波腔室、及選自於超音波接收器及光接收器的至少一接收器，該液體超音波處理清潔系統可操作以引起配置於該聲波腔室中之噴淋頭的共振； 將具有待清潔之至少一孔洞的噴淋頭設置於該聲波腔室的流體中，俾將該至少一孔洞定向為實質地垂直於該超音波產生元件，該至少一孔洞能夠在對其施加超音波能量時共振； 藉由以下步驟而在該至少一孔洞內建立一或更多空穴現象位點：將超音波能量施加至該聲波腔室及配置於其中的噴淋頭以產生一超音波駐波，該超音波駐波具有（i）平行於一孔洞長度軸的傳播軸；（ii）位於該至少一孔洞內的至少一反節點；及（iii）如下之頻率： n=正整數且≥2；C=該流體中的聲速；及L=孔洞長度；及 其中，該空穴現象位點係鄰近於至少一反節點，並會在該至少一孔洞內產生一力以驅逐及移動其中的微粒。
10. 如申請專利範圍第9項之清潔噴淋頭之一或更多孔洞的方法，更包含以下步驟：藉由以下步驟而在該至少一孔洞內建立至少一壓力梯度：將超音波能量施加至該聲波腔室及配置於其中的噴淋頭，俾使該超音波駐波具有如下之頻率： n=1；C=該流體中的聲速；及L=孔洞長度； 其中，該至少一壓力梯度會提供一力以使鄰近該至少一孔洞內的該超音波駐波之節點的微粒朝鄰近該至少一孔洞之端部的該超音波駐波之反節點移動。
11. 如申請專利範圍第9項之清潔噴淋頭之一或更多孔洞的方法，更包含以下步驟：使用該至少一接收器來監測該至少一孔洞的清潔。
12. 如申請專利範圍第9項之清潔噴淋頭之一或更多孔洞的方法，其中，該液體超音波處理清潔系統係配置為具有通過該聲波腔室的流體流，該流體流係實質地垂直於該噴淋頭之該至少一孔洞、實質地平行於該至少一孔洞、或二者皆有。
13. 如申請專利範圍第9項之清潔噴淋頭之一或更多孔洞的方法，更包含以下步驟：藉由以下步驟而在該噴淋頭之複數個孔洞中建立超音波駐波：（a）判定對應於該複數個孔洞的L之值的範圍；（b）以所判定的L之值來計算f_n 之值的範圍；及（c）遍以全部f_n 之值的範圍將聲波能量施加至該聲波腔室及配置於其中的噴淋頭。
14. 如申請專利範圍第10項之清潔噴淋頭之一或更多孔洞的方法，更包含以下步驟：藉由以下步驟而在該噴淋頭之複數個孔洞中建立超音波駐波：（a）判定對應於該複數個孔洞的L之值的範圍；（b）以所判定的L之值來計算f_n 之值的範圍；及（c）遍以全部f_n 之值的範圍將聲波能量施加至該聲波腔室及配置於其中的噴淋頭。
15. 一種清潔噴淋頭電極之一或更多孔洞的方法，包含以下步驟： 提供一液體超音波處理清潔系統，其包含至少一可變頻率或多頻率的超音波產生元件、包括一流體的聲波腔室、及選自於超音波接收器及光接收器的至少一接收器，該液體超音波處理清潔系統可操作以引起配置於該聲波腔室中之噴淋頭電極的共振； 將具有待清潔之複數個孔洞的噴淋頭電極設置於該聲波腔室的流體中，俾使該複數個孔洞係實質地垂直於該超音波產生元件而對準，各孔洞能夠在對其施加超音波能量時共振； 判定對應於該複數個孔洞的L之值的範圍，並以所判定的L之值來計算f_n 之值的範圍； 其中， ； n=大於0的正整數；C=該流體中的聲速；及L=孔洞長度；及 將超音波能量施加至該聲波腔室及配置於其中的噴淋頭電極以在各孔洞內引起：（a）具有平行於一孔洞長度軸之傳播軸的超音波駐波；及（b）下列之一或二者：（i）至少一壓力梯度，其會提供一力以使鄰近該超音波駐波之節點的微粒朝該超音波駐波之反節點移動；及（ii）一或更多空穴現象位點，其會產生一力以驅逐及移動微粒，該空穴現象位點係鄰近位於該孔洞內的至少一反節點，n係≥2。
16. 如申請專利範圍第15項之清潔噴淋頭電極之一或更多孔洞的方法，更包含以下步驟：施加超音波能量，俾以建立一壓力梯度，該壓力梯度具有在各孔洞內的單一節點及鄰近孔洞之端部的反節點，但在該孔洞內並未建立空穴現象位點。
17. 如申請專利範圍第15項之清潔噴淋頭電極之一或更多孔洞的方法，更包含以下步驟：施加超音波能量，俾以在各孔洞內建立一或更多空穴現象位點，但具有n＜2的壓力梯度並未被建立。
18. 如申請專利範圍第15項之清潔噴淋頭電極之一或更多孔洞的方法，其中，該液體超音波處理清潔系統係配置為具有通過該聲波腔室的流體流，該流體流係實質地垂直於該複數個孔洞、實質地平行於該複數個孔洞、或二者皆有。
19. 如申請專利範圍第15項之清潔噴淋頭電極之一或更多孔洞的方法，更包含使用該超音波接收器來監測該複數個孔洞的清潔。
20. 如申請專利範圍第15項之清潔噴淋頭電極之一或更多孔洞的方法，更包含使用該光接收器來監測該複數個孔洞的清潔。