TW202313215A - 清洗淨化之裝置及方法 - Google Patents

Abstract

一種清洗淨化之裝置及方法係應用超音波產生超空蝕螺旋推進(Super cavitation propeller SCP)效應具清洗淨化之裝置，其包含有加工件載體該形式可為承載盤或輸送帶運行型式，水和清洗等液體浸沒或管路滴入或噴灑至超音波發射器之端面與晶圓基板或工件等端面之間，並由超音波產生器生成相位之不同之音波或震動，藉由超音波產生調節裝置調節輸出相位之不同之音波或震動，並輸出至該超音波發射器，可由超音波產生調節裝置產生更密集的頻率振盪經傳至該超音波發射器之端面可於該液體形成空蝕效應(Cavitation)至超空蝕效應(Super cavitation)，在該端面噴射出大量的微小氣泡，依氣泡運動力學的瑞力(Rayleigh)運動方程式，進而形成超空蝕螺旋推進(Super cavitation propeller SCP)效應，崩潰後產生大量微噴流作用和高速聲衝流液體及粒子射流衝擊被清洗表面促使晶圓基板或被清洗之工件表面產生崩壞並移除之清洗作用

Description

清洗淨化之裝置及方法

本發明係與一種清洗淨化之裝置及方法，特別是指一種利用空蝕效應(Cavitation)和強化的超空蝕效應(Super cavitation)形成超空蝕螺旋推進(Super cavitation propeller SCP)效應產生螺旋聲衝流噴射現象，來進行處理之清潔淨化及移除作用的裝置。

超音波洗淨是以每秒四萬六千次高速震盪在液體中傳導，在液體分子間產生30微米左右真空氣泡，形成空穴效應(Cavitation)的作用清洗，頻率28KHz―800KHz之間，一般使用28KHz―40KHz左右。對小間隙、狹縫、深孔的零件清洗，使用高頻，一般40KHz以上或甚至幾百KHz。清洗液量多少、液面至少需高於振動子表面100mm以上，且放置清洗零件位置需確認在波幅處和使用頻率及時間，否則易造成清洗不均；另外清洗籃、清洗液是否溢流或溫度選擇也都會影響清洗效果。

按，任何商業上能取得的百萬赫超音波轉換器，典型地可在500KHz至5MHz間的頻率範圍裡產生超音波能量，百萬赫超音波清洗法被廣泛地使用在半導體製程操作上，且能用在一整批晶圓基板和或單一片晶圓基板的清洗程序上。對於一整批晶圓基板的清洗程序，百萬赫超音波轉換器的振動，在一置放有一整組半導體晶圓基板的清洗槽中的液體裡，製造出聲的壓力波。單一晶圓基板的百萬赫超音波清洗程序則使用一相對較小的轉換器置於一旋轉的晶圓基板上，其中此轉換器會掃描過這片晶圓基板，或在完全浸沒的情況下，其主要的粒子移除機構是由於產生空穴效應與頻率衝流之故。空穴效應是來自於，當對一液態介質施加頻率振盪時，從溶解的氣體所產生之顯微氣泡的快速生成與崩解。由於微小氣泡的崩解，釋出了有助於移除粒子的能量，這些能量是透過頻率振盪將黏著到半導體或基板的各種異物，而幫助異物或汙染的移除。聲衝流是指，當對一壓電轉換器施加射頻動力時，透過此流體(水或清潔液)，由聲波引導出的流動的狀態,並利用流動的狀態造成清洗的效果，並可藉由離心過濾或各種濾芯。

一般在使用時，會透過轉換器以接近1 MHz的頻率透過聲能製造出壓力波。這些壓力波會與適當的清洗液協力控制異物或汙染避免其再黏著，而提供清洗的動作，因為傳遞到清洗槽裡的晶圓基板的百萬赫超音波能量不一致，因此會因相長干擾而產生「熱點」，或因相消干擾而產生「冷點」，不論是哪一種情形都是由百萬赫超音波的反射所引起的，而這些反射來自於晶圓基板與百萬赫超音波清洗槽。互相干擾會對晶圓基板上的圖案或敏感的特徵部造成損傷，因此，其平均能量必須被降低以確保任何敏感且脆弱的熱點都低於會被損傷的門檻。對於冷點而言，由於會產生清洗不完全的情形，因此，必須施用一較高的百萬赫超音波能量，又或有用一刷子等物作用清潔配合超音波換能器約20KHz至300KHz又或以約0.6MHz至2MHz，使其能到達晶圓基板的所有區域。由於存在上述的情形，因此必須有一折衷的做法，使能將損失減到最低，而又同時能夠提供夠高的平均能量以達到完全清洗的效果，且裝卸施作時只能定點或定位承載，無法符合輸送帶運行自動化的需求。

本發明係提供一種具清洗淨化之裝置及方法，其係包含有一加工件載體其可為承載盤或輸送帶運行方式，其內承載晶圓或各式基母板、工件等加工件，具清洗淨化之液體經由蠕動泵浦、沉浸或噴灑方式，使該液體位於超音波發射器端面和加工件端面之間，配合超音波器產生器約1KHz至20KHz又或以約25KHz至50KHz，該超音波發射器可於該液體內產生非常微小且數量龐大的微小氣泡造成空蝕效應(Cavitation)至超空蝕效應(Super cavitation)並進而形成超空蝕推進(Super cavitation propeller SCP)現象，使該液體氣泡產生具螺旋方向的頻率振盪衝流及噴射的反作用力。

本發明之具清洗淨化之裝置及方法，其由超音波產生器生成相位之不同之音波或震動，例如由超音波產生器產生二者相位之不同正弦波(Sine wave)和餘弦波(Cosine wave)，藉由超音波產生調節裝置調節輸出相位之不同正弦波(Sine wave)和餘弦波(Cosine wave)，並輸出至該超音波發射器 ，藉由超音波產生調節裝置以密集、交錯、間斷、輸出相位之不同之正弦波(Sine wave)和餘弦波(Cosine wave)，致超音波發射器之端面和加工件端面之間，因超音波產生調節裝置以密集、交錯、間斷、輸出相位之不同之正弦波(Sine wave)和餘弦波(Cosine wave)之相位波動造成之水錘效應，使其超音波發射器端面和加工件端面之間之液體，因水錘效應產生之衝擊波，達到較小之輸出卻快速形成空蝕效應(Cavitation)至超空蝕效應(Super cavitation)，更因超空蝕效應(Super cavitation)而產生更大量佈滿端面的氣泡，並因水錘效應產生之衝擊波得使氣泡生成形成朝晶圓或各式基母板或加工件表面方向發生崩潰之螺旋高速頻率振盪衝流，使該發射器之端面與晶圓或各式基母板或加工件表面未接觸之前，即可產生有高效率的清潔淨化效果，且透過微小氣泡崩潰並產生螺旋頻率振盪衝流噴流作用並加上微小氣泡衝擊並崩解後，可以更深入更微小間隙進行更有效率的清潔移除，且不會發生殘留。

超音波產生器生成相位之不同之音波或震動，例如產生二者相位之不同正弦波(Sine wave)和餘弦波(Cosine wave)，並由超音波產生調節裝置調節產生更密集的頻率振盪經傳至該超音波發射器正弦波(Sine wave)和餘弦波(Cosine wave)，以二者相位之不同可由調節器產生更密集的頻率振盪經傳至該發射器，使該發射器在該端面之間液體形成空蝕效應(Cavitation)至超空蝕效應(Super cavitation)，而產生更大量佈滿端面的氣泡，並得使氣泡生成形成方向使發生崩潰之螺旋高速頻率振盪衝流，使發射器該端面與晶圓或各式基母板表面未接觸之前，即可產生有高效率的清潔淨化效果，且透過微小氣泡崩潰並產生螺旋頻率振盪衝流噴流作用並加上微小氣泡衝擊並崩解後，可以更深入更微小間隙進行更有效率的清潔移除，且不會發生殘留。

清洗淨化之方法係利用產生超空蝕推進(Super cavitation propeller SCP)現象之方法，係由超音波產生器生成相位之不同之音波或震動，藉由超音波產生調節裝置以密集、交錯、間斷、輸出相位之不同之正弦波(Sine wave)和餘弦波(Cosine wave)，致超音波發射器之端面和加工件端面之間，因超音波產生調節裝置以密集、交錯、間斷、輸出相位之不同之正弦波(Sine wave)和餘弦波(Cosine wave)之相位波動造成之水錘效應之衝擊波，進而達到快速產生第1空蝕，並持續超音波產生調節裝置以密集、交錯、間斷、輸出相位之不同之正弦波(Sine wave)和餘弦波，因相位之不同衝擊波加速氣體氣泡衝擊碰撞產生氣體分子爆發粉碎之第2空蝕，藉由衝擊波加速二個空蝕的複合所產生之超空蝕，而產生更大量佈滿端面的氣泡，並得使氣泡生成形成方向朝晶圓或各式基母板或加工件表面方向發生崩潰之螺旋高速頻率振盪衝流。

請參閱圖1至圖2所示，其係為本發明所提供之較佳實施例；其係為一裝置30，包含有：

一承槽10中具一以上之加工件載體11該加工件載體11係為一種可用於承載加工物件112之載體，亦可為承載盤或輸送帶之形式，加工物件112可為晶圓或各式基母板或半導體物件，及清潔液111該清潔液111會用點滴或噴灑於加工物件112之端面，或將加工物件112整體浸入清潔液111內，清潔液111可依照加工物件112施作實際需求選用適合的液體。

一超音波發射器20，並且具有一端面21，其形狀和尺寸係可視需求作用依施作方式作調整，該端面21係與加工物件112之端面可保持間隙，也就是兩者之間不接觸，該超音波發射器20在該端面21於清潔液111接觸時形成空蝕效應(Cavitation)至超空蝕效應(Super cavitation)氣泡進而產生超空蝕推進(Super cavitation propeller SCP)效應，生成螺旋頻率振盪衝流噴射作用力及液體內粒子衝擊作用能量，請配合參閱圖2所示，該超音波發射器20及該端面21的材料及形狀和尺寸係不限定，可以針對使用功能為清潔、淨化和移除或其他需求作用而不同，使用功率1KHz至20KHz又或約25KHz至50KHz也可配合需要調整；形成越多具螺旋方向的微小氣泡,相對在越小尺寸和微小線路及間隙的清潔作用,所產生的移除、淨化功效越大。

一超音波產生調節裝置30，請配合參閱圖3至圖6所示，其具有一調節器32一超音波產生器31以及一超音波發射器20，透過該超音波產生器31產生正弦波(Sine wave)和餘弦波(Cosine wave)之超音波經調節器32後傳送至該超音波發射器20，該超音波發射器20並與該端面21連接；同時，該超音波產生器3131所產生不同相位的正弦波(Sine wave)和餘弦波(Cosine wave)可由調節器32形成更密集的頻率振幅，使該超音波產生方向振盪形成螺旋噴射作用效應。

使用時，選擇適當超音波發射器20和端面21的形狀和尺寸裝設於該清洗淨化之裝置40上，並將清潔液111以沉浸及點滴或噴灑等方式於端面21即可製造出空蝕效應(Cavitation)至超空蝕效應(Super cavitation)氣泡進而產生超空蝕推進(Super cavitation propeller SCP)效應生成螺旋頻率振盪衝流噴射作用力；當該端面21與加工物件112之端面之間形成大量微小氣泡時，並發生崩潰，崩潰的氣泡會產生微細頻率振盪衝流並形成極大的螺旋頻率振盪衝流噴流作用和液體內粒子衝擊作用能量，使撞擊到該加工物件112之端面時，使超音波發射器20和端面21可在加工物件112之端面未接觸的情形下，可對加工物件112之端面進行高效的清潔淨化和移除作用。

其中清潔液111亦可替換為研磨液或研磨粉，使超音波發射器20和端面21可在加工物件112之端面未接觸的情形下，可對加工物件112之端面達到進行研磨拋光之作用。

本發明之具清洗淨化之裝置40產生超空蝕推進(Super cavitation propeller SCP)現象之方法，係由超音波產生器31生成相位之不同之音波或震動，藉由超音波產生調節裝置30以密集、交錯、間斷、輸出相位之不同之正弦波(Sine wave)和餘弦波(Cosine wave)，致超音波發射器20之端面21和加工物112件端面之間，因超音波產生調節裝置30以密集、交錯、間斷、輸出相位之不同之正弦波(Sine wave)和餘弦波(Cosine wave)之相位波動造成之水錘效應之衝擊波，進而達到快速產生第1空蝕，並持續超音波產生調節裝置30以密集、交錯、間斷、輸出相位之不同之正弦波(Sine wave)和餘弦波，因相位之不同衝擊波加速氣體氣泡衝擊碰撞產生氣體分子爆發粉碎之第2空蝕，藉由衝擊波加速二個空蝕的複合所產生之超空蝕，而產生更大量佈滿端面的氣泡，並得使氣泡生成形成方向朝加工物件112表面方向發生崩潰之螺旋高速頻率振盪衝流，進行達到對加工物件112高效的清潔淨化和移除或研磨之作用。

綜上所述，當知本發明具有產業上利用性與進步性，且本創作未見於任何刊物，亦具新穎性，當符合專利法之規定，爰依法提出發明專利申請，懇請　貴審查委員惠准專利為禱。

唯以上所述者，僅為本發明之可行實施例而已，當不能以之限定本發明實施之範圍；即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

10:承槽 11:加工件載體 111:清潔液 112:加工物件 20:超音波發射器 21:端面 22:端面中心 30:超音波產生調節裝置 31:超音波產生器 32:調節器 40:清洗淨化之裝置

圖1 係本發明之裝置示意圖。 圖2 係本發明之發射器尺寸形狀變化示意圖。 圖3 係本發明產生超空蝕推進效應之方法。 圖4 係本發明旋波輸出產生超空蝕推進效應之方法。 圖5 係本發明輸出相位之不同之正弦波示意圖。 圖6 係本發明輸出相位之不同之正弦波另一實施示意圖。

10:承槽

11:加工件載體

111:清潔液

112:加工件

20:超音波發射器

21:端面

22:端面中心

30:超音波產生調節裝置

31:超音波產生器

32:調節器

40:清洗淨化之裝置

Claims (19)

1. 一種清洗淨化之裝置其係包含有； 一用於容置加工件載體及清潔液之槽體，一加工件載體，係可承載加工物件；一超音波產生器，用於產生不同相位之音波或震動；一超音波產生調節裝置，以密集、交錯、間斷、輸出超音波產生器產生相位之不同之音波或震動至超音波發射器。一超音波發射器，其具有一端面 該端面輸出超音波產生調節裝置產生不同相位之音波或震動至清潔液，對加工物件進行清潔淨化和移除或研磨之加工。
2. 如請求項1所述清洗淨化之裝置，其中該發射器與該端面可不限 定材料和形狀及尺寸，亦可針對使用功能為清潔淨化和移除或其他需求作用不同而調整選擇。
3. 如請求項1所述之清洗淨化之裝置，其中該超音波發射器連接有 一調節器。
4. 如請求項1所述之清洗淨化之裝置，其中該超音波產生器係產生 不同相位之音波或震動，經由該調節器調節輸出頻率振盪，產生高於現行超音波清洗應用的效率和更低的能源使用及更少的水或清洗液體的消耗。
5. 如請求項1所述之清洗淨化之裝置，其有一超音波產生器及一調 節器和一超音波發射器；該超音波產生器產生超音波經該調節器後傳至該發射器，經該發射器端面對加工件間形成超空蝕推進(Super cavitation propeller SCP)效應形成螺旋頻率振盪衝流之作用力進行加工。
6. 如請求項1所述之清洗淨化之裝置，其中該超音波產生器係可產 生兩者相位不同有一正弦波(Sine wave)和一餘弦波(Cosine wave)。
7. 如請求項6所述之清洗淨化之裝置，其中該正弦波(Sine wave)和 該餘弦波(Cosine wave)兩者相位不同，經由該調節器形成密集的頻率振盪，產生高於現行超音波清洗應用的效率和更低的能源使用及更少的水或清洗液體的消耗。
8. 如請求項1所述之清洗淨化之裝置，其中該超音波產生調節裝置 可配合需要調整輸出使用功率。
9. 如請求項1所述之清洗淨化之裝置，其中該超音波產生調節裝置 調整輸出使用功率為1KHz至20KHz。
10. 如請求項1所述之清洗淨化之裝置，其中該超音波產生調節裝 置調整輸出使用功率為25KHz至50KHz。
11. 如請求項1所述之清洗淨化之裝置，其中該加工物件可為晶圓 或各式基母板或半導體物件。
12. 如請求項1所述之清洗淨化之裝置，其中該清潔液可為液體或 粉狀。
13. 如請求項1所述之清洗淨化之裝置，其中該加工件載體可為承 載盤或輸送帶之形式。
14. 一種清洗淨化之方法，係由超音波產生器生成相位之不同之音 波或震動，藉由超音波產生調節裝置輸出相位之不同之音波或震動，至超音波發射器之端面和加工物件端面之間，因超音波產生調節裝置輸出相位之不同之相位波動造成之衝擊波，進而對加工物件產生超空蝕推進(Super cavitation propeller SCP)效應形成螺旋頻率振盪衝流之作用力。
15. 如請求項14所述之清洗淨化之方法，其中超音波產生器生成相 位之不同之音波或震動，可為正弦波(Sine wave)和餘弦波。
16. 如請求項14所述之清洗淨化之方法，其中超音波產生調節裝置 係可以密集、交錯、間斷、調解輸出相位之不同之音波或震動。
17. 如請求項14所述之清洗淨化之方法，其中超音波產生器係可產 生不同相位之音波。
18. 請求項14所述之清洗淨化之方法，其中超音波產生器係可產生 不同相位之震波。
19. 如請求項14所述之清洗淨化之方法，其中該超音波產生調節裝 置可配合需要調整輸出使用功率。

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