TWI774498B

TWI774498B - 超音波清洗方法

Info

Publication number: TWI774498B
Application number: TW110128263A
Authority: TW
Inventors: 麥可柯比; 蘭德茲耶斯莫多; 宗像広志
Original assignee: 日商雅馬哈智能機器控股股份有限公司
Priority date: 2021-08-02
Filing date: 2021-08-02
Publication date: 2022-08-11
Also published as: TW202306656A

Abstract

本發明的課題是抑制清洗對象物的損傷且利用簡單的結構進行清洗對象物的清洗。本發明的超音波清洗方法包括：清洗液塗佈步驟(S101)，於保持於清洗載台的電子零件的表面塗佈清洗液；剝離步驟(S103)，自安裝於音響頭的超音波揚聲器將超音波照射至塗佈了清洗液的電子零件的表面，使附著於表面的異物自表面剝離；以及吸引步驟(S104)，使自超音波揚聲器產生的超音波在殼體與清洗載台的保持面之間的空隙集中，於殼體的中央下部形成壓力比大氣壓低的低壓區域，將自電子零件的表面剝離的異物與塗佈於表面的清洗液吸引至低壓區域。

Description

超音波清洗方法

本發明是有關於一種使用超音波來對清洗對象物的表面進行清洗的超音波清洗方法。

要求去除附著於影像感測器等半導體元件的表面的異物。作為此種異物去除的方法，可利用使用液體二氧化碳(CO₂)來去除半導體元件的異物的技術。所述方法是自噴射噴嘴向清洗對象物的表面噴射液體二氧化碳，使藉由噴射時的絕熱膨脹進行凍結而成為乾冰的乾冰粒子碰撞清洗對象物，並進行表面的異物的去除(例如，參照專利文獻1)。

另外，亦大多使用如下超音波清洗機：於清洗槽充滿清洗液且使清洗對象物浸漬於清洗液中，對清洗液照射超音波來進行清洗對象物的清洗(例如，參照專利文獻2)。

[現有技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2000-117201號公報

[專利文獻2]日本專利第6307684號說明書

但是，如專利文獻1中記載般的方法中，需要使高純度的乾冰結冰的機構部，裝置為大型且變得複雜。另外，有時於噴塗乾冰的粒子時會損傷半導體元件。另外，專利文獻2中記載的使用清洗槽的超音波清洗機需要使清洗對象物出入清洗槽，因此難以組裝至接合裝置等半導體製造裝置中。

因此，本發明的目的在於抑制清洗對象物的損傷且利用簡單的結構進行清洗對象物的清洗。

本發明的超音波清洗方法是對清洗對象物的表面進行清洗的超音波清洗方法，其特徵在於包括：準備步驟，準備包括清洗載台及音響頭的音響式清洗裝置，所述清洗載台於保持面保持清洗對象物，所述音響頭與清洗載台隔開配置且包括具有指向性的多個超音波產生器、以及殼體，所述殼體以使自多個超音波產生器產生的多個超音波集中的方式安裝有多個超音波產生器；清洗液塗佈步驟，於保持於清洗載台的清洗對象物的表面塗佈清洗液；剝離步驟，於清洗液塗佈步驟之後，將自安裝於音響頭的多個超音波產生器產生的多個超音波照射至塗佈有清洗液的清洗對象物的表面，使附著於表面的異物自表面剝離；以及吸引步驟，使自安裝於音響頭的多個超音波產生器產生的多個超音波在殼體與清洗載台的保持面之間的空隙集中，於空隙形成壓力比大氣壓低的低壓區域，將自清洗對象物的表面剝離的異物與塗佈於表面的清洗液吸引至低壓區域。

如此，將自超音波產生器產生的多個超音波照射至塗佈有清洗液的清洗對象物的表面，藉此可使清洗液產生氣穴(cavitation)，且藉由泡壓壞時的壓力、振動而使附著於清洗對象物的表面的異物自表面剝離。而且，藉由在殼體與清洗載台之間的空隙形成低壓區域，且將自清洗對象物的表面剝離的異物與塗佈於表面的清洗液吸引至低壓區域，可自清洗對象物的表面去除異物與清洗液，使清洗對象物的表面為潔淨狀態。本發明的超音波清洗方法可以與清洗對象物的表面不接觸的方式進行異物的去除，可抑制清洗對象物的損傷。可利用簡單的結構進行清洗對象物的表面的清洗。

本發明的超音波清洗方法中，可於準備步驟中準備的音響式清洗裝置包括移動機構，所述移動機構使音響頭相對於保持於清洗載台的清洗對象物相對移動，剝離步驟中，一邊使音響頭與保持於清洗載台的清洗對象物隔著空隙沿著表面相對移動，一邊向清洗對象物的表面照射多個超音波，吸引步驟中，一邊使低壓區域於保持於清洗載台的清洗對象物的表面的上方沿著表面相對移動，一邊將自清洗對象物的表面剝離的異物與塗佈於表面的清洗液吸引至低壓區域。

藉此，可連續地對清洗對象物的表面進行清洗。

本發明的超音波清洗方法中，可於剝離步驟中，以低壓區域距表面的高度比超音波的半波長高的方式使音響頭移動，吸引步驟中，以低壓區域距表面的高度成為超音波的半波長以下的方式使音響頭移動，於剝離步驟之後執行吸引步驟。

藉由來自清洗對象物的超音波的反射，低壓區域固定於距清洗對象物的表面為1/4波長至半波長的高度。低壓區域是保持為壓力比大氣壓低的低壓狀態的區域且為超音波的振動引起的壓力的變化少的區域。因此，剝離步驟中，藉由以低壓區域距表面的高度比超音波的半波長高的方式使音響頭移動，可使超音波引起的壓力變動大的區域到達清洗對象物的表面，且使清洗液有效地產生氣穴，促進異物的剝離。而且，藉由於異物的剝離結束後，以低壓區域距表面的高度成為超音波的半波長以下的方式且以清洗對象物的表面接近低壓區域的方式使音響頭移動，可使自清洗對象物的表面剝離的異物與清洗液有效地吸引至低壓區域。

本發明的超音波清洗方法中，可以低壓區域距表面的高度比超音波的半波長高且比一波長低的方式使音響頭移動，同時執行剝離步驟與吸引步驟。

藉此，可使塗佈於清洗對象物的表面的清洗液產生氣穴的同時將自表面剝離的異物吸引至低壓區域，因此可提高清洗速度。

本發明可抑制清洗對象物的損傷且利用簡單的結構進行清洗對象物的清洗。

10:清洗載台

10a:保持面

11:基板

12:影像感測器

13:電子零件

14:空隙

15:表面

16:異物廢棄部

20:音響頭

21:超音波揚聲器

21a:軸

22:殼體

23:驅動單元

24:超音波

25:開放面

26:球中心

30:移動機構

31:導軌

32:X方向移動機構

33:滑動器

34:Y方向移動機構

35:Z方向移動機構

36:臂

40:低壓區域

50:控制部

51:CPU

52:存儲部

60:清洗液噴出噴嘴

61:清洗液

62:氣泡

90:異物

91:白色箭頭

92:箭頭

100:音響式清洗裝置

h1、h2:高度

θ:指向角度

S101~S107:步驟

圖1是表示執行實施方式的超音波清洗方法的音響式清洗裝置的結構的立面圖。

圖2是表示使用圖1所示的音響式清洗裝置執行實施方式的超音波清洗方法時的各步驟的流程圖。

圖3是表示執行實施方式的超音波清洗方法的清洗液塗佈步驟的過程中的音響式清洗裝置的立面圖。

圖4是表示執行實施方式的超音波清洗方法的剝離步驟的過程中的音響式清洗裝置的立面圖。

圖5是表示執行實施方式的超音波清洗方法的吸引步驟的過程中的音響式清洗裝置的立面圖。

圖6是表示執行實施方式的超音波清洗方法的廢棄步驟的過程中的音響式清洗裝置的立面圖。

圖7是表示執行實施方式的超音波清洗方法的廢棄步驟的過程中的音響式清洗裝置的立面圖。

以下，參照圖示對實施方式的超音波清洗方法進行說明。最初，參照圖1對執行實施方式的超音波清洗方法的音響式清洗裝置100的結構進行說明。如圖1所示，音響式清洗裝置100包括清洗載台10、音響頭20、移動機構30、異物廢棄部16、以及清洗液噴出噴嘴60。再者，於以下的說明中，將與圖1的紙面垂直的方向作為X方向，將在水平面與X方向正交的方向作為Y方向，將上下方向作為Z方向進行說明。

清洗載台10安裝於未圖示的基座。清洗載台10於上側的保持面10a吸附保持作為清洗對象物的電子零件13。電子零件13例如可為安裝於基板11上的影像感測器12。清洗載台10可於X方向上搬運電子零件13。另外，於清洗載台10的旁邊配置有異物廢棄部16。異物廢棄部16例如包括朝向下方的真空吸引機構。

於清洗載台10的上方，與清洗載台10隔開配置有音響頭20。音響頭20包含殼體22與安裝於殼體22的多個超音波揚聲器21。音響頭20的殼體22與移動機構30連接，所述移動機構30使音響頭20相對於吸附保持於清洗載台10上的電子零件13相對移動。

移動機構30包含：導軌31，於X方向上可移動地安裝於未圖示的基座；以及滑動器33，沿著導軌31於Y方向上移動。導軌31構成為藉由X方向移動機構32於X方向上可移動。滑動器33構成為於內部包括Y方向移動機構34，且被導軌31引導而於Y方向上可移動。音響頭20的殼體22藉由沿Z方向延伸的臂36而與滑動器33連接。滑動器33構成為於內部包括於Z方向上驅動臂36的Z方向移動機構35，且使音響頭20於Z方向上可移動。因此，移動機構30構成為，可使音響頭20相對於吸附保持於清洗載台10上的電子零件13於XYZ方向上相對移動。另外，移動機構30構成為可將音響頭20移動至異物廢棄部16的上方。

音響頭20的殼體22為球形的圓頂狀且下方的清洗載台側開放。構成殼體22的球面的球中心26於較下側的開放面25更靠下方的殼體22的中央下部，位於殼體22與清洗載台10的保持面10a之間的空隙14。超音波揚聲器21是具有指向性的超音波產生器，以超音波24於軸21a的方向上在以軸21a為中心的指向角度θ的範圍內傳播的方式產生超音波24。多個超音波揚聲器21以各軸21a於殼體22的球面的球中心26交叉的方式安裝於殼體22。因此，自多個超音波揚聲器21產生的各超音波24於球中心26所位於的殼體22的中央下部交叉。球中心26位於與清洗載台10的保持面10a之間的空隙14，因此各超音波24於空隙14集中。

驅動超音波揚聲器21的驅動單元23分別連接於各超音波揚聲器21。各驅動單元23可調整所連接的超音波揚聲器21產生的超音波24的相位。另外，多個驅動單元23構成驅動電路，所述驅動電路驅動包含多個超音波揚聲器21的超音波揚聲器組。

於清洗載台10的旁邊配置有可於載置於清洗載台10上的電子零件13的表面15上進退的清洗液噴出噴嘴60。清洗液噴出噴嘴60被未圖示的驅動機構支撐，以於XY方向上掃描影像感測器12的表面15上方的方式移動，自前端將清洗液61塗佈於影像感測器12的表面15。

移動機構30的X方向移動機構32、Y方向移動機構34、Z方向移動機構35、驅動各超音波揚聲器21的驅動單元23及清洗液噴出噴嘴60的驅動機構與控制部50連接並根據控制部50的指令進行驅動。控制部50是包括作為於內部進行信息處理的處理器的中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)51與保存控制程序或控制用資料的存儲部52的電腦。

其次，參照圖2至圖7對以如上方式構成的音響式清洗裝置100的動作進行說明。預先準備最初先說明的音響式清洗裝置100(準備步驟)。

控制部50如圖2的步驟S101、圖3所示藉由移動機構30使音響頭20移動至清洗載台10的旁邊，驅動未圖示的清洗液噴出噴嘴60的驅動機構，一邊自前端噴出清洗液61，一邊使清洗液噴出噴嘴60的前端於影像感測器12的表面15的上方於XY方向上掃描移動並將清洗液61塗佈於影像感測器12的表面15。作為清洗液61，可使用各種液體，例如亦可使用界面活性劑的溶液(清洗液塗佈步驟)。

如圖4所示，控制部50驅動未圖示的清洗液噴出噴嘴60的驅動機構，使清洗液噴出噴嘴60移動至清洗載台10的旁邊，且使音響頭20移動至清洗載台10上。而且，控制部50如圖2的步驟S102所示藉由驅動單元23自各超音波揚聲器21分別產生規定頻率的超音波24。各超音波揚聲器21具有指向性，於各軸21a的方向上在以軸21a為中心的指向角度θ的範圍內傳播。各超音波揚聲器21以各軸21a在位於殼體22的中央下部的球中心26交叉的方式安裝於殼體22，因此自各超音波揚聲器21產生的超音波 24於殼體22的中央下部或空隙14交叉、集中並重疊。藉由所述超音波24的重疊，於殼體22的中央下部形成壓力比大氣壓低的低壓區域40。低壓區域40的直徑為超音波24的半波長左右的大小。

其次，控制部50如圖2的步驟S103、圖4所示執行如下剝離步驟：一邊使音響頭20於保持於清洗載台10上的影像感測器12的表面15的上方沿著表面15移動，一邊將自安裝於音響頭20的多個超音波揚聲器21產生的多個超音波24照射至塗佈有清洗液61的影像感測器12的表面15，使附著於表面15的異物90自表面15剝離。

藉由來自影像感測器12的表面15的超音波24的反射，低壓區域40固定於距影像感測器12的表面15為1/4波長至半波長的高度。低壓區域40是保持為壓力比大氣壓低的低壓狀態的區域且為超音波24的振動引起的壓力的變化少的區域。因此，控制部50藉由以低壓區域40距影像感測器12的表面15的高度h1比超音波24的半波長高的方式保持音響頭20，使超音波24引起的壓力變動大的區域到達影像感測器12的表面15，且使清洗液61有效地產生氣穴，促進異物90的剝離。

例如，於超音波24的頻率為40kHz的情況下，半波長為4.25mm，1/4波長為2.125mm，因此剝離步驟中，控制部50以低壓區域40的高度h1成為距影像感測器12的表面15為5mm以上的上方的方式保持音響頭20並使其於XY方向上掃描移動。

如此，於將各超音波24照射至影像感測器12的表面15時，如圖4所示，藉由超音波24於清洗液61中產生由氣穴引起的氣泡62。而且，藉由所述氣泡62壓壞時的壓力變動、溫度，可使附著於影像感測器12的表面15的異物90自表面15剝離。另外，藉由氣穴，可將附著於影像感測器12的表面15的有機物去除，使表面15為清洗狀態。

其次，控制部50如圖2的步驟S104、圖5所示執行吸引步驟。吸引步驟中，一邊使低壓區域40於保持於清洗載台10上的影像感測器12的表面15的上方沿著表面15相對移動，一邊於殼體22的中央下部形成低壓區域40，將自影像感測器12的表面15剝離的異物90與塗佈於表面15的清洗液61吸引至低壓區域40。

此時，控制部50以低壓區域40距影像感測器12的表面15的高度h2成為超音波24的半波長以下的方式使移動機構30運行，使音響頭20於影像感測器12的上方於XY方向上掃描移動。如上所述，於超音波24的頻率為40kHz的情況下，半波長為4.25mm，因此控制部50以低壓區域40的高度成為距影像感測器12的表面15為1mm~5mm左右的位置的方式保持，並於XY方向上掃描音響頭20。藉此，低壓區域40接近影像感測器12的表面15，因此如圖5的白色箭頭91所示，可將自影像感測器12的表面15剝離的異物90與清洗液61作為一體地吸引至低壓區域40並自表面15去除。被吸引至低壓區域40的異物90與清洗液 61於被捕捉至低壓區域40中並懸浮的狀態下與音響頭20一起移動。

控制部50於影像感測器12的上方於XY方向上掃描音響頭20後，如圖2的步驟S105、圖6所示，使音響頭20移動至異物廢棄部16的上方。而且，控制部50如圖2的步驟S106所示，使異物廢棄部16的朝向下方的真空吸引機構運行，如圖2的步驟S107所示，停止驅動單元23對超音波揚聲器21的驅動。如此，如圖7所示，低壓區域40消失，被低壓區域40捕捉的異物90與清洗液61在箭頭92的方向上被下側的異物廢棄部16真空吸引而於外部廢棄(廢棄步驟)。

如以上所說明般，實施方式的超音波清洗方法可以與影像感測器12的表面15不接觸的方式進行異物90的去除，可抑制影像感測器12的損傷，且可利用簡單的結構進行影像感測器12的表面15的清洗，因此可組裝至接合裝置等中。

於以上的說明中，以如下形式進行了說明：剝離步驟中，以低壓區域40距影像感測器12的表面15的高度h1比超音波24的半波長高的方式保持音響頭20並於XY方向上掃描，吸引步驟中，以低壓區域40距影像感測器12的表面15的高度h2為超音波24的半波長以下的方式保持音響頭20並於XY方向上掃描，但並不限定於此。

例如，亦可以使低壓區域40距影像感測器12的表面15的高度比超音波24的半波長高且比一波長低的方式保持音響頭 20，並於XY方向上進行掃描。

如上所述，低壓區域40固定於距影像感測器12的表面15為1/4波長至半波長的高度。因此，以低壓區域40距影像感測器12的表面15的高度比超音波24的半波長高且比一波長低的方式保持音響頭20。藉此，雖然低壓區域40距表面15稍微變遠，且吸引力與之前說明的實施方式相比亦降低，但藉由比半波長高，可促進附著於表面15的異物90的剝離。藉此，可同時執行剝離步驟與吸引步驟，可於短時間內進行電子零件13的表面15的清洗。