专利名称：改进的化学干燥和净化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于干燥和/或净化半导体、光学、电子设备及其它物品表面的化学系统。
背景技术：
在制造半导体片、电气或光学元件或印刷电路板时，工件必须经受一次或多次净化和干燥过程，其中，理想情况是，将所有不打算包括在工件中的外来物质除去。含有强酸、强碱或氧化剂如HCl、H2SO4、HNO3、H2PO3、HF、NH4OH和H2O2的化学净化槽常常用作净化过程的一部分。这些物质常是有毒、化学性质活泼、有腐蚀性和/或生物积累性的，并且必须作为危险物处理和清除。
某些作者提出了利用热的或过热的气体来干燥部件(其中包括集成电路)的方法。一种有吸引力的方法是利用热异丙醇(IPA)的干燥蒸汽，该异丙醇与水形成最低沸点的共沸混和物，并且认为能置换晶片表面的水份，而蒸汽从一端流入容器，同时从另一端流出该容器。
另一些作者提出用许多个以交错位置设置的强声束换能器来净化薄片。每个换能器在固定方向上发射具有未加规定(很高)频率的振动强声束，并且换能器位置如此选择，以便将声束收集辐照，并因而净化了室内全部薄片表面，薄片如何配置无关紧要。
另一些作者提出在化学净化槽中利用超声波换能器来协同除去半导体片、医疗器械及其它有关物体中的污染物和不想要的材料层。还有一些作者提出了利用超声波换能器来将所希望的材料涂敷、喷涂、沉淀或用其它方法加到物体表面上，或者用于超声雾化。
这些方法利用热的或过热的气体或直接的光束照射来干燥或净化物体表面；或者它们利用超声波束和活性化学净化槽的协同作用，来从物体表面除去污染物，或者将所希望的材料加到物体表面上。这些方法很复杂，通常要求在高温下操作、常常需要1到几分钟的处理时间、并且对处理室常常需要用特别稳定的室壁。所有的化学药品常常被称为危险物，需要特殊处理。
需要的是一种系统，该系统用无危险的物质来化学净化和/或干燥工件，并且它对基本上除去所有粒径范围超过如0.1-0.5μm的外来物质相当有效。最好是，该系统对对比较短的时间间隔内除去来自工件的液体，并干燥和净化工件，也应是有效的。最好是，所用的化学药品应可再循环使用，并且对用于净化或干燥方法的能量要求应该适度。
第二处理液具有很低的表面张力，比水和大多数其它液体的表面张力低很多，并且它具有比水高的液体密度，因此，当工件露出的表面积增加时，就从露出的表面除去外来物质，并且具有较高表面张力的水和其它液体被第二液体置换。这种操作手续的其中一个结果是，工件表面常常可以在约1-60sec(或者如果希望的话更长)的时间间隔内被净化而同时干燥。
附图的简要说明
图1示出本发明在一个实施例中的应用。
图2A-2D示出HFE的可能化学构型。
图3是示出按照本发明的干燥操作手续的流程图。
图4A-4F示出用于干燥工件的适合操作手续。
图5是用于HFE或eth-HFE的适合分配器侧视图，该分配器与图4A-4F所示的方法一起使用。
图6示出用于将HFE或eth-HFE液体输送到工件上的装置。
图7示出按照本发明的4区域干燥层。
图8A-8C示出另一种实施本发明的方法。
图9、12、13、14、15和16示出一些可供选择的装置，用于将HFE或eth-HFE液体分配到垂直或水平移动的工件上。
图10是示意曲线图，示出在增加压头用来喷雾或输送HFE或eth-HFE液体的情况下，干燥效果的改善。
图11是示意曲线图，示出最小孔径宽度△w0随喷射液体表面张力的变化。
图17A-17E示出另一种将HFE或eth-HFE输送到工件上的方法。
本发明最佳方式的说明在图1中，化学净化槽或容器11装有一种选定的第一处理液13，该第一处理液13在浴槽温度范围T(浴温)=10～90℃内一选定的温度下配制，可选择地用一个容器加热器15加温。(第一)处理液13可以是去离子(DI)水或某种别的合适溶液。第一液体13最好是惰性的，并且最好是具有比较高的表面张力。DI水表面张力(室温下)约为80达因/cm，在此处它能很好地工作。IPA具有比较低的表面张力17.6达因/cm，它在此处也能很好地工作。将一个或多个工件17A、17B、17C完全浸入或沉入液体13中一选定的时间间隔，时间范围为△t=1-600秒。可供选择地，不必将工件浸入第一处理液中。第一液体13可选择地经受超声波振动作用，超声波振动由一个或多个超声波换能器19A、19B产生，该超声波换能器19A、18B位于槽11的外壁处或内壁处或底壁上，或者位于第一液体13本身的内部。超声波振动的频率最好是在20kHz至750kHz之间的范围内，但如果希望的话可以更高。可从NeW Ultrasonics买到的超声波换能器能够产生一个超声波频率序列，其中包括40、72、104和136kHz。另一些超声波换能器可以产生更高的超声波频率，而某些装置也可产生低达20kHz的超声波频率。
将工件17A、17B、17C从第一处理液13中向上拉出，并将工件的露出表面喷射一片第二处理液(在图1中未清楚地示出)，以便达到快速的工件干燥和/或净化。第二液体最好是包括一种氟代烃(甲基九氟丁基醚或甲氧基九氟丁烷，为便于参考，此处将它们看作是HFE)，或一种乙基化的氟代烃(eth-HFE)，它们可从3M Company作为HFE-7100或HFE-7200购买，或是作为氟代烃或乙基化氟代烃与一种或两种别的化学药品如反式-1，2-二氯乙烯、H2Cl C-CClH2(产生一种HFE的共沸混合物)或另外的含卤素烯烃的混合物购买。氟代烃具有一种化学组成，它或者是CF3-CF2-CF2-CF2-O-CF3或(CF3)2-CF-CF2-O-CF3或CF3-CF2-CF2-O-CF2-CF3或(CF3)2-CF-O-CF2-CF3或C5OF12(通用分子式)或是这些组成的混合物。这些组成之中的头4个分别在图2A-2D中示出，并且这4个组成中的头两个一起似乎是提供接近100％的分数。HFE的凝固点和沸点分别约为T=-135℃和T=60℃。HFE具有密度和表面张力分别为1.52gm/cm3和13.6达因/cm。另一些HFE配方具有沸点范围为38℃-约80℃。相比之下，异丙醇(IPA)和水具有表面张力分别约为17.6达因/cm和80达因/cm。因此，当将工件从净化槽中拉出或喷射第二种液体时，HFE可以从工件表面置换IPA、水及大多数其它表面张力适用的液体物质。第二种液体可以作为普通液体提供，或是作为蒸汽、烟、“雾”或其它合适的液体形式(此处集体称作第二“液体)提供，不过普通液体形式是优选的。
eth-HFE具有一种化学组成，亦即或是CF3-CF2-CF2-CF2-O-CH2-CF3或CF3-CF2-CF2-CF2-CH2-O-CF3或CF3-CF2-CF2-CH2-CF2-O-CF3或CF3-CF2-CH2-CF2-CF2-O-CF3或CF3-CH2-CF2-CF2-CF2-O-CF3或(CF3)2-CF-CF2-O-CH2-CF3或(CF3)2-CF-CF2-CH2-O-CF3或(CF3)2-CF-CH2-CF2-O-CF3或CF3-CF2-CF2-O-CF2-CH2-CF3或CF3-CF2-CF2-O-CH2-CF2-CF3或CF3-CF2-CF2-CH2-O-CF2-CF3或CF3-CF2-CH2-CF2-O-CF2-CF3或CF3-CH2-CF2-CF2-O-CF2-CF3或(CF3)2-CF-O-CF2-CH2-CF3或(CF3)2-CF-O-CH2-CF2-CF3或(CF3)2-CF-CH2-O-CF2-CF3或C6H2OF12(通用分子式)或是这些组成的混合物。这些组成其中头4个组成分别在图1A-1D中示出，而这16个组成其中第一和第六个组成在一起，似乎提供接近100％的分数。
牵拉工件穿过第二液体或是将工件从第二液体中拉出的线性速度最好是在0.5-10cm/sec范围内，但可以稍快或稍慢，并且当浸入工件时，第二液体可选择地经受超声波振动。HFE和eth-HFE的分子量分别约为364和378，比水的分子量(18，同时364/18=20.2＞＞1)或异丙醇分子量(60)高得多，因此，当牵拉着工件穿过第二液体时，第二液体的较高密度和较低表面张力使该液体能够(1)很容易从工件表面置换任何具有较高表面张力参数的液滴；和(2)向下将工件(部分)露出的表面移入第一-第二液体在下面混合。如果采用超声波振动，则工件从第二液体中移出之后，工件表面在30sec内干燥；而如果不用超声波振动，则工件从第二液体中移出之后，在稍长时间如30-45sec内工件表面干燥。用这种方法，通过除去露出表面的残留物，也净化了工件。
当第二液体(包括HFE或eth-HFE)保持在10℃≤T≤80℃范围的温度下时，对具有正常露出的液体表面的罐来说，由于挥发作用，至多损失这种液体为几ml/min。第二液体可以从容器11中抽出，穿过过滤器21并再回到它的容器中，以便除去残留物并使第二液体再循环，用于在干燥和/或净化中再用。
图3是个流程图，它示出用于实施本发明的合适操作手续其中一个实施例。在步骤31中，将一个工件(电子部件)完全浸入一(最好是惰性的)第一处理液中，如去离子(DI)水或IPA，在T=10-90℃范围选定的温度下，浸入时间间隔范围(可选择地)选定为△t=0-600sec。在步骤33中，对其中大部分或全部的浸入时间间隔，第一液体可选择地在20-750kHz范围内的一个或多个选定的超声波频率下经受超声波动。在步骤35中，在完成浸入的时间间隔之后，最好是在0.5-5cm/min之间的线性拉速下，和最好是在洁净室或惰性环境中，将工件从第一处理液净化槽中缓慢拉出。在步骤37中，将一选定的第二处理液如HFE或eth-HFE输送到工件露出的表面上并清除掉。在步骤39(可选择地)，将选定的液体过滤，或另外净化并返回该容器中，或返回到另一容器中，供在另一个化学净化槽中再使用。图2所示的操作手续将提供某种工件的净化，并且在露到HFE或eth-HFE中之后，通常将在不超过1-30sec之内使工件干燥(整个方法为1-60sec)。如果只希望工件干燥，则步骤33可以省去。
步骤37中第二液体的输送可以通过将第二液体喷到工件的露出表面上，例如，作为一行或一条喷雾液体；或是通过一液体源将该液体滴流到其中一个或多个表面上来进行，该液体源位于工件的上方、其侧面或附近。
图4A-4F示出一种合适的方法，供在电子部件片干燥和净化中，利用HFE或eth-HFE，并再循环该液体其中大部分或全部。在图4A和4B中，利用一个或多个工件臂43A和43B，将一个或(最好是)许多工件41，如半导体片、印刷电路板等拾起，并将这些工件定位在第一槽或罐45中，该第一槽或罐45在顶部敞开，并且在其底部有一排泄口47。最好是，该槽起初装去离子(DI)水49，最好是在10-90℃范围的温度下，并且工件41完全浸入DI水中。最好是，DI水装到第一槽45的顶部，并从该第一槽45中稍微溢流，以便通过溢出除去使DI水中不想要的材料的积累减至最少。可供选择地，工件臂43A和43B可以用暂时抓住并夹持工件41的一个或多个真空吸盘(优选的)或磁盘或粘着盘代替。
在图4C中，第二槽或罐51装有第二液体50(如HFE或eth-HFE或它们的共沸混合物)，该槽或罐51最好是相对于周围环境保持在10-100psi之间的压力P下，并保持在10-80℃(对eth-HFE)或10-60℃(对HFE)的温度范围下，上述第二槽或罐51位于第一槽41的上方、侧面或附近。
第二槽51连接到一块、两块或多块薄板53上，薄板53其中具有长方形孔或其它合适的孔55(在图5的侧视图中示出)。孔55如此取向，以便当让加压的第二液体50从第二槽51中流出时，该第二液体以近似水平、垂直或斜的方式，从这些孔中喷射出来(雾化或没有雾化)。位于孔55前面的任何物体都将被来自第二液体50的液体、蒸汽或雾喷射或用别的方法覆盖。
可供选择地、第二槽51可以位于第一槽41的上方，并且当工件从第一液槽中浸入时，第二液体可以滴流到工件的露出表面上，同时注意，输送到工件露出表面的第二液体体积，在第二液体流出这些表面之前，足够盖住这些表面。
HFE液体具有比密度约为1.52 gm/cm3，它比DI水的比密度(≈1.0gm/cm3)重得多，HFE是一种比较非极性的分子(与高度极性的水分子相比)，并且HFE的表面张力13.6达因/cm比水的表面张力(≈80达因/cm)小得多。乙基化的HFE具有稍高的比密度。由于这些差别，所以如果在图3C中用HFE或eth-HFE作为第二液体50，对落入第一液体49中的大部分HFE或eth-HFE最终将沉到第一槽45中(混合)液体的底部。沿着第一液槽上方工件41露出表面通过的这部分HFE或eth-HFE可以净化和/或干燥工件露出的表面。
在图4D和4E中，现在利用一个或多个“推进器”臂53，在第一液体内将工件31向上推。当工件41的将近一半位于第一液体上表面的上方时，用工件臂43A和43B(或真空吸盘或磁盘或粘着盘)夹住工件，并以0.5-10cm/sec范围内的优选线速度，将工件从第一槽45中的第一液体49缓慢向上拉。随着工件41向上移动，它穿过一个区域，在此处工件受到从长方形孔55将第二液体50(通过喷射、滴流或其它合适的输送方法)输送于其上的作用。由于第二液体如HFE或eth-HFE的表面张力比第一液体(比如，DI水或IPA)的表面张力小得多，所以第二液体将置换工件41表面的第一液体。HFE(或eth-HFE)及类似的第二液体还十分容易挥发，它们具有比较低的蒸发热(对HFE和eth-HFE约为30卡/克)和高的蒸汽压(约195mmHg柱)，因此置换工件表面上第一液体的任何部分第二液体将最终挥发，并因此快速干燥工件41露出表面的相邻部分。在图4F中，已完全将工件41从第一槽45内的第一液体中拉出。
大部分或全部未从工件41露出的表面蒸发掉的第二液体(HFE或eth-HFE)将落入第一液体，并且将沉落第一槽的底部及在该处收集，在此处可以利用第一槽的底部孔移出这种(主要是第二)液体，用于第二液体的再循环。如果图4A-4F中所示的装置所处的周围环境，例如用干冷的N2或CO使其保持干燥和惰性的，则从工件表面蒸发的这部分第二液体还可以回收、再循环和再用。即使在周围环境不是干燥和惰性的，再用也是可能的。
图6示出供利用第二液体来干燥和净化电子零件的装置的合适配置。两个空心圆筒61A和61B在它们的纵向轴近似平行的情况下设置。圆筒61A和61B其中每个都分别具有一个或多个纵向取向的长方形孔63A和63B，其中槽宽度h最好是在0.02-0.5mm范围内。每个圆筒61A和61B都连接到增压的HFE或eth-HFE或其它合适第二液体的源头65上。如果此压力足够高，则迫使第二液体穿过长方形孔，并形成一个薄片或雾状物67，这些雾状物呈圆筒的一片或扇面形状，它们与位于长方形孔63A和63B之间的工件69碰撞并覆盖该工件69。HFE或eth-HFE或其它合适的第二液体，当从长方形孔中射出时，可以适度地加热(比如，加热到T≈30-50℃)，以便当第二液体与工件69的表面碰撞时，第二液体将更快地蒸发，因而使工件干燥。如果喷雾速度足够大，则HFE或eth-HFE还可以从工件69的那部分露出表面上除去不想要的残留物，因而净化了该工件69。空心圆筒61A和61B最好是利用一机械旋转装置71，以每秒2π-100π弧度范围内的角速度ω，围绕它们各自的纵向轴，以相同方向或相反方向旋转。
用HFE或eth-HFE或HFE的共沸混合物液体，按照前述操作手续净化工件的表面，似乎除去了大部分或全部粒径大于约0.1μm的污染物微粒，正如目前对用于半导体、光学和电子设备表面的表面净化方法所要求的。在按照前述操作手续的试验中，观察到在从第一液体中取出工件后，工件表面立刻变干，因此工件表面的干燥和净化几乎同时进行。
按照3M公司HFE的研制者所提供的产品技术规格，HFE和eth-HFE其中每种都预定用作近30年来各种应用中所用的含氯氟烃类(CFCs)及类似化学药品的无毒替代物。HFE在急性致死吸入浓度超过100，000ppm情况下，基本上是无毒的。HFE现在未划归有毒物质一类。然而，HFE和另外化学药品的混合物可能更活泼。例如，HFE共沸混合物是挥发性的，并且HFE共沸混合物排放到水源中可能要求遵照危险废物规定。对eth-HFE还没有发布相应数字。
DI水和HFE或eth-HFE二者之一很容易形成含少量混合物的液/液二元体系(例如，DI水中含20ppm HFE；HFE中含90ppm DI水)，这部分是由于水的高极性和HFE或eth-HFE比较低的极性，及它们之间分子量的差别。因此，HFE或eth-HFE很容易与DI水或任何其它惰性的、较轻、较高极性的液体如IPA分开，用于过滤和再用或用于处理HFE或eth-HFE。
本发明的方法具有3或4个干燥区域，如图7所示工件81表面上所图示出的。随着将工件从第一液体中拉出，底部区域81A仍然浸没在第一液体中。第二区域81邻近底部区域81A，它已上升到第一液体的上方，但在表面上有空气和/或处理液体的微粒。第三区域81C邻近第二区域81B，它具有通过喷雾或滴流输送到该区域的第二液体，并且第二液体形成一第二液体的流体片(液体和/或雾化的气体微粒)，它与露出的表面上留下的空气和/或处理液体微粒混合，并置换它们。在邻近第三区域81C的第四区域81D中，第二液体的薄流体片通常在30 sec或更短时间内挥发，同时在该区域留下干燥的工件表面。如果希望的话，可以通过在罐中处理液露出的表面稍上方形成第二液体流体片，来消除第二区域81B。
在图8A-8C中示出用于实施本发明的另一种操作手续。在图8A中，将刚从第一处理液(比如，DI水或IPA，未显出)中取出的工件91，浸入装有第二处理液95，如HFE或eth-HFE或HFE的共沸混合物的罐93中，将该第二处理液95加热到低于其沸点的温度(一般，对HFE T≈60-80℃)。将工件91浸入第二液体95一选定的时间间隔，最好是在5-120sec范围内，或者如果希望的话浸入更长时间。对最低限度的一部分浸没时间间隔(比如，最低限度5-10sec)，使工件91经受超声振动作用，该超声振动由设置在罐93内部、或外部及邻近罐93的超声波发生器97产生。超声振动有助于低表面张力的第二液体95置换工件91露出的表面上的材料残留物、空气和第一液体。在浸入时间间隔结束后，如图8B所示，以优选范围为0.5-10cm/sec的线性拉速，将工件91从第二液体95中拉入一受控制的环境，如真空、净化室或主要含N2或CO的环境中。在工件完全拉出(图8C)之后，留在工件91露出表面上的任何第二液体，通常都在从第二液体95拉出工件后1-30sec内挥发。
如图9所示，可以在两个增压装置103A和103B之间垂直地(在矢量V方向上)将工件101拉出，增压装置103A、103B具有纵向取向的孔104A1、104A2，104B1和104B2，它们相对于工件表面，以选定的入射角φ，将HFE或eth-HFE液体喷射到工件的一边或对置的两边上。HFE或eth-HFE液体105保留在流体容器107中，该容器107经过加压泵109或其它合适装置连接到上述孔上，加压泵109用一可控制的压头将HFE或eth-HFE液体输送到孔103A和103B上。未挥发的喷射液体及任何别的处理液体(比如，水)及从工件表面除去的其它残留物，收集在收集器110中，该收集器位于工件101的下方，用于可能的净化和再循环，或是用于处理。
可供选择地，工件101可以相对于垂线呈α角取向(图9中示出为工件101′)，此处α角的范围从几度到约80°，而所有其它方面情况均保持相同。
我们发现，在孔宽度或间隙△w约为0.05mm情况下，对HFE或eth-HFE来说，约40psi的压头值△p就足够干燥受HFE或eth-HFE作用只不过5-7sec的工件表面。我们估计，孔宽度可以将△w减少至低速0.02mm，而HFE或eth-HFE在通过孔103A和103B之后，仍形成可以接受的连续喷射，这是由于低表面张力和其它特点都与HFE或eth-HFE有关。如果HFE或eth-HFE液体被另一种具有较高表面张力的液体，如IPA或DI水取代，我们估计，只要连续喷射保持在约40 psi的适度压头下，孔宽度△w就不会减少到低于约0.05mm。
在保持高温如40℃的HFE或eth-HFE液体与这种结构一起使用的地方，我们发现，我们可以在5-7sec内(线性拉速约29mm/sec)从液体中拉出200mm直径的半导体片。在这种第二拉出周期结束时，我们发现，根据“裸眼”检查，大多数半导体片完全干燥，并且在从HFE液体中移出最后一块半导体片之后的几秒钟之内，半导体片完全干燥。我们认为，如果将HFE或eth-HFE液体温度升到较高的温度，如50-56℃，则半导体片可以在较短时间如3-5sec内拉出，并且半导体片一弄干液体，它就完全干燥了。HFE或eth-HFE液体在室温下有比较高的蒸汽压(210mmHg柱)，保证了在移出半导体片之后留下，但不能用“裸眼”检验看到的任何HFE或eth-HFE液体将很快挥发。
某些参数可用来优化在图9所示结构中应用的HFE干燥和净化特点。第一是温度，这在上面已经论述过了。当HFE液体温度升高时，干燥过程及独立地，净化过程似乎更快发生。第二个优化参数是角度φ，在该角度φ下，喷射(一侧或两侧)朝向并撞击工件101。我们认为，这里在掠射入射(φ=0°)和近垂直入射(φ≈90°)之间某处的角度φ是最佳的。
第三个优化参数是对孔后面HFE液体施加的压头△p。随着压头△p增加，工件干燥和/或净化似乎得到改善，但这种改善似乎越来越饱和，正如图10中所示的选定的干燥特性τ(干燥时间)-△p示意曲线图中所显示的那样。
第四个优化参数是孔宽度△w。随着△w减少，射向工件表面的HFE或eth-HFE液体的量将减少，如果保持压头△p不变，则使用什么液体无关紧要。当孔宽度△w减少到低于被认为是阈值或最小值△w0时，连续喷射作用将让路于不稳定和不可控制的液体喷射，孔宽度△w取决于液体温度、液体表面张力、压力及也许其它的变量。发生这种转变时的阈孔宽度△w0将近似单调地随表面张力降低而降低，正如图11中△w0-液体表面张力示意曲线图所显示的。因此，对HFE，阈孔宽度△w0应低于IPA的△w0，它应低于DI水的△w0。因此，HFE或eth-HFE液体具有比诸如IPA或DI水更大范围的有关操作参数，如△p和△w，用于干燥和/或净化。
第五个优化参数是工件穿过液体喷射的线性拉速r。此处，规定的干燥和/或净化特性净随着拉速r降低而持续改善，但这必须通过考虑理想的工件干燥和/或净化时间来加以平衡，随着速度r降低，该干燥和/或净化时间将近似与1/r成正比。
第六个优化参数是在一侧用来将HFE或eth-HFE液体喷射到工件上的孔数目N。在图8中，每一侧设置N=2喷射器。人们可以选择N=1，2，3或任何其它合理的数目，并且，如果在规定一侧的喷射器保持足够远，以致它们互不干扰的话，则干燥和/或净化特性应随着增加N而改善。如果两个相邻的喷射器位置靠近到足以相互干扰，则这可以增加有效的工件干燥时间，不过净化特性可以改善或降低，这取决于工件和周围环境。
如图12中所示，工件111-1，111-2、111-3的顺序可以在两个增压装置113A和113B之间的曲线路线P中近乎垂直地(在路线矢量V方向上)移出，两个增压装置113A和113B具有纵向取向的孔114A1、114A2、114B1和114B2，这些孔以相对于工件表面一个选定的入射角φ，将HFE或eth-HFE液体喷射到工件的一边或两个对置的边上。HFE或eth-HFE液体存贮在流体容器117中，容器117经过一个增压泵119或其它合适的装置连接到孔上，增压泵119用一可控制的压头△p将HFE液体输送到孔113A和113B中。
如图13所示，工件121可以在两个增压装置123A和123B之间水平地(在矢量V的方向上)牵拉，每个增压装置都有一个或多个垂直取向的孔124A和124B，它们以相对于工件表面选定的入射角，将HFE或eth-HFE液体喷射到工件的一侧或对置的两侧上。HFE或eth-HFE液体125贮存在流体容器127中，该容器127经过一增压泵129或其它合适的装置连接到孔上，增压泵129用一可控制的压头△p将HFE或eth-HFE输送到孔124A和124B中。将未挥发的喷射液体和任何其它处理液(比如，水)及其它从工件表面除去的残留物收集在收集器130中，该收集器130位于工件121的下方，用于可能的净化和再循环，或用于处理。
压头△p、孔宽度△w、液体温度T、工件水平移动的线性速度r及其它参数的选择，基本上和图9或12中的一样。与图9中的垂直结构相比，图12或13的结构其中一个优点是，可以如此连续地移动两个或多个工件121经过喷射口，以便干燥和/或净化过程可以象单工件连续法那样操作，其中各工件移动穿过一喷射连续进行的区域。图13所示的水平法其中一个可能的缺点是，喷射出的HFE或eth-HFE液体在撞击工件时不能立即挥发，它们可能垂直向下沿工件流动，并与大约同时喷射到工件相邻部分上的另一部分HFE或eth-HFE液体相互作用或影响后者。
利用如图14所示的水平移动/斜向喷射结构，如果不能消除这种可能的缺点，也能使它减至最小。在图14的结构中，工件131是在第一斜向孔134A和第二斜向孔(未示出)之间，以一个线速度r(矢量V的方向上)水平牵拉，以便将HFE或eth-HFE液体喷射到工件的一侧或对置的两侧上。工件每一侧上的液体喷射沿着一条斜线接触工件，该斜线具有如图所示的相关斜角θ。HFE或eth-HFE液体135存贮在流体容器137中，该容器137经过一增压泵139或其它合适装置连接到各孔上，增压泵139将HFE或eth-HFE液体输送到第一增压装置133A和第二增压装置(未示出)上，该第一和第二增压装置具有相应的第一和第二孔，增压泵139具有可通过孔宽度为△w的孔控制压头△p。未挥发的喷射液体和任何其它处理液(如水)及用工件表面除去的其它残留物都收集在位于工件131下方的收集器140中，用于可能的净化和再循环，或用于处理。压头△p、孔宽度△w、液体温度T、工件水平移动的线速度r及其它参数的选择基本上与图9、12或13中的一样。图14的结构能象图13中那样进行单个工件处理或成批处理，但在其中一部分喷射过的工件处的未挥发HFE或eth-HFE液体，基本上不影响HFE或eth-HFE液体喷射到工件的相邻部分上。
图14的结构有一第七优化参数，即供喷射液体应用的斜角θ。最佳斜角θ(可选择地)似乎取决于线速度r，及取决于有代表性的速度s(垂直地)，以线速度r将工件水平牵拉经过喷射器，未挥发的HFE或eth-HFE液体在有代表性的速度s下，可以垂直地向下运行到工件131的表面随着s(垂直地)增加，该方法可以在无液-液干扰情况下工作的最小斜角θ似乎也增加。
图15示出另一种用于干燥和/或净化工件141的可供选择的结构。将工件141输送通过一处理区域142，在该区域，一股或多股第二液体的近似圆形移动流(喷雾或大部分液体)C1、C2跨过每个欲处理的工件表面移动。近似圆形移动流C1、C2其中每个的名义上圆心c1、c2最好是远离工件表面设置，以便工件上的每一点都经受具有非零液体速度的液流C1、C2。可供选择地，液流C1、C2的名义中心c1、c2可以位于工件141的露出表面上。
每个环形运动的液流C1、C2由一循环机构143，如机械驱动式或磁力驱动式液体搅拌器形成，该循环机构143部分或全部浸入到第二液体中。与每个近似圆形流动方式C1、C2有关的角速度ω可以在从每秒不到1弧度(比如，0.2弧度/秒(rad/sec))至每秒几百弧度(比如，500rad/sec)范围内选择。第二液体144最好是贮存在流体容器145中，并且在选定的时间间隔内由泵146输送到工件处理区域142，在此处循环机构143使第二液体以近似圆形的方式运动。
工件141通过一个或多个机械臂147A和147B(或一个真空吸盘或磁盘或粘着盘工件夹具)移动穿过处理区域142，并受到第二液体的圆形运动流C1、C2作用。可供选择地，工件141可以保持固定不动，并且可以使圆形运动流C1、C2扫过欲处理的工件表面。在工件表面已经用第二液体处理过之后，在这种场合使用的第二液体可选择地流入或是另外存放在消耗液体的增压装置148中，并且或是排入或者(最好是)打循环穿过液体过滤机构149并存放在流体容器145中。
在工件141只受到一个第二液体圆形运动流C1或C2作用的地方，这种流动方式的名义半径r1或r2最好是大于欲处理工件表面的直径。在工件141受到两个或多个圆形运动流C1和C2作用的地方，这些流动方式的其中之一或二者的名义半径r1和/或r2可选择地选定稍大于工件直径的一半，并且两股液流C1、C2协同工作，以便移动跨过欲处理的工件表面并完全将该工件表面覆盖，如图14所示。然后如此设置液流C1和C2的名义中心c1和c2，以便欲处理的工件表面在这些名义中心之间移动。
如图16所示装置中所显示的，两个或多个工件151和152可以彼此接近或相邻定位，而三个压头153A、153B和153C可以如图所示，邻近这些工件定位，以便净化和干燥工件露出的表面。外部压头153A和153C其中每个都分别具有一个或多个喷射孔154A和154C，以便提供相邻工件其中一个露出表面的干燥和/或净化。中间或内部压头153B具有一个或多个喷射孔154B1和154B2，它们位于其每一侧上，以便分别喷射相邻工件的露出表面151和152。孔150还包括一个第二液体155的容器或供应罐157和压力泵159，该压力泵159将增压的第二液体输送到压头153A、153B和153C。一个液体收集器160位于喷射区域中工件151和152的下方，它收集滴离工件的液体，用于可能的再循环和再用。
若按图16中所述的方式进行，则可以同时干燥和/或净化两个或多个彼此相邻设置的工件，正如在实际批量法中也许会发生的情况。两个相邻的工件151和152之间的分开距离D1和/或D2，应保持至少等于选定的最小分离距离D(min)，以便提供足够的容隙距离D(间隙，1)和D(间隙，2)，用于压头153B和有关的喷射孔154B1和154B2，在相邻的工件151和152之间通过。这些容隙距离最好是包括每个喷射孔154B1和154B2与相邻工件的相应露出表面的退回(back off)距离。
喷射口154A、154B1、154B2和154C可以是水平式定向、垂直式定向或斜式定向，如图9、13和14中所示，并且可以对每种喷射方式进行单独选择。例如，由于工件151两个露出表面的不同性质，由孔154A和154B1所形成的喷射方式，分别可以是垂直的或呈斜角的。对图6、9、12、13、14、15和16中的工件，在两个露出表面其中每个上面所限定的喷射方式，可以单独选择。可供选择地，如果希望的话，可以只干燥和/或净化图6、9、12、13、14、15和16其中之一露出的表面或侧面。
图17A-17E示出另一种将HFE或eth-HFE液体输送到工件上的方法。在图17A中，工件161的露出表面，以选定的角频率ω绕穿过露出表面的选定旋转轴旋转，并且随着表面旋转，将一片或多片163-n(n=1，2，3…)HFE基液体(比如，HFE或eth-HFE液体)喷射到工件表面上，这些层HFE基液体在表面上以线条示意示出。各层163-n中每一片都可以有相同的HFE基液体。可供选择地，各片163一n其中两片或多片可以用不同的HFE基液体作为喷射材料，以便利用工件表面上的污染物对不同的HFE基液体有不同的响应。
图17A中的两片或多片HFE基液体165-n不必相互平行，并且可以是平面片(165-1)或曲线片(165-2、165-3)或平面片和曲线层的混合物；而如果这些片不相互平行，如图17B所示，则这些片液体在工件161的旋转中心处或附近不必彼此相交。
在图17C中，两片或多片不同的HFE基液体167-1和167-2沿着不同的线段喷射到旋转工件161的表面上，最好是当工件表面以选定的角速度ω，绕一穿过露出表面的选定旋转轴旋转时，每个线段都盖住整个工件表面。如图17A所示，两片167-1和167-2可以具有相同的HFE基液体作为喷射液。可从选择地，两片167-1和167-2可以各具有不同的HFE基液体，以便利用工件表面上的污染物对不同的HFE基液体有不同的响应。
在图17D中，一股或多股HFE基液体的液流169，随着工件表面以一选定的角速度ω，绕穿过露出表面的旋转轴旋转，而存贮在旋转工件161表面上一个选定的位置上，并且通过工件表面的旋转(离心力等)作用，使HFE基液体能跨过部分或整个工件表面展开。
在图17E中，将欲净化的工件161的露出表面(未示出)，安放成接触HFE基液体171槽的露出表面，或浸入该槽中。露出的表面以一选定的角速度ω，绕一穿过露出表面的选定旋转轴旋转。在上述旋转表面和相邻的HFE基液体之间，形成一种(1)上述表面暴露于HFE基液体之下与(2)剪切力的组合。剪切力可以利用HFE基液体易于“旋出”到所述表面的旋转速度而变少。剪切力大小可以通过使工件露出的表面绕HFE基液体槽内部移动来保持很高，因此目前相邻的液体没有时间来完全“快速旋转”到旋转露出表面的角速度。
权利要求
1．用于干燥或净化工件的方法，该方法其特征在于以下步骤将一种处理液输送到工件其中至少一个露出的表面上，该处理液具有小于17达因/cm的表面张力，它是挥发性的，并具有一种比水密度大很多的处理液密度；因而，在不超过30-45秒的时间范围内，从工件的其中至少一个露出的表面上，除去液体和污染物的其中一种。
2．如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤，即从由氟代烃、氟代烃的共沸混合物、乙基化氟代烃、乙基化氟代烃的共沸混合物等构成的这类物质中选择上述处理液，该处理液保持在10-80℃范围内一选定的温度下。
3．如权利要求2所述的方法，还包括以下步骤在上述处理液输送到工件其中至少一个露出的表面之前，将工件浸入一选定的漂洗液中，该漂洗液保持在范围约20-60℃内一选定的温度下；及在一选定的0.5-5cm/sec拉速下，将上述工件从漂洗液中拉出。
4．如权利要求1所述的方法，其中将处理液输送到工件露出的表面上的步骤，其特征在于将上述处理液喷射到工件选定的那部分露出表面上。
5．如权利要求4所述的方法，其特征在于上述将处理液输送到工件其中至少一个露出表面上的步骤，包括以下步骤在选定的方向上，将一片上述处理液对准工件的其中至少一个露出的表面，以便上述至少一个露出表面的选定方向被一片处理液体浸湿，该选定的方向具有相对于垂直方向选定的取向；和如此移动上述工件至少其中之一和一片处理液，以便工件其中至少一个露出表面的基本上全部区域，都被上述一片第二液体浸湿。
6．如权利要求5所述的方法，还包括下述步骤从包括垂直取向、水平取向和倾斜取向的这一类定向中，选择上述选定区域选定的取向。
7．如权利要求5所述的方法，还包括以下步骤在一选定的方向上，将一第二片上述处理液对准工件的其中第二个露出的表面，以便该第二露出表面的第二选定区域被第二片处理液浸湿，该第二选定区域具有相对于垂直方向的第二选定的取向；及如此移动上述工件至少其中之一和第二片上述处理液，以便工件的第二露出表面基本上所有区域都被处理液浸湿。
8．如权利要求7所述的方法，还包括以下步骤从包括垂直取向、水平取向和倾斜取向的第一类取向中，选择上述选定区域其中第一选定的取向；和从包括垂直取向、水平取向和倾斜取向的第二类取向中，选择上述选定区域其中第二选定的取向。
9．如权利要求5所述的方法，还包括以下步骤，即将处理液片相对于工件的选定方向如此旋转，以使上述工件其中至少一个露出的表面基本上所有区域都被处理液片浸湿。
10．如权利要求1所述的方法，其特征在于上述将处理液输送到工件露出表面的步骤，包括将第二种液体滴流到工件露出表面的选定区域上。
11．如权利要求1所述的方法，其特征在于上述将处理液输送到工件露出表面上的步骤包括将上述露出表面以一选定的角速度绕穿过该露出表面的选定旋转轴旋转；及随着露出表面旋转，将处理液喷射到该露出表面的选定部分上。
12．如权利要求1所述的方法，其特征在于上述将处理液输送到工件露出表面上的步骤包括将上述露出表面以一选定的角速度绕穿过该露出表面的选定旋转轴旋转；将上述露出表面浸入处理液中一段时间，约50-60秒；及从处理液中取出露出的表面。
13．用于干燥或净化工件的方法，该方法包括以下步骤以一选定的拉速，从具有第一液体密度的第一处理液中拉出工件，并在工件的表面上形成暂时的第一、第二和第三区，这里，第一区浸入第一液体并用第一液体覆盖，第二区不浸入第一液体，而至少有一部分用第二处理液覆盖，第三区不浸入第一液体，并且基本上没有第一液体和第二液体，第二区位于第一区和第三区之间，并且第二液体的极性比第一液体小，它具有小于17达因/cm的表面张力，是挥发性的，并且具有比第一液体密度大很多的第二液体密度；因而，在范围不超过30-45秒的一段时间内，在第三区中，从工件其中至少一个露出表面除去液体和污染物的至少其中一种。
14．如权利要求13所述的方法，还包括以下步骤，即从由氟代烃、氟代烃的共沸混合物、乙基化氟代烃及乙基化氟代烃的共沸混合物等构成的这类物质中选择上述第二液体，该第二液体在10-80℃范围内保持在一选定的温度下。
15．如权利要求13所述的方法，还包括以0.5-5cm/sec的拉速，从上述第一液体中拉出工件的步骤。
16．如权利要求13所述的方法，还包括以下步骤从上述第一液体中拉出工件，并在该工件的表面上形成一暂时的第四区，该第四区位于上述第一区和第二区之间，它未浸入第一液体，但在第四区中有第一液体的残留物存在。
17．用于干燥或净化工件的方法，该方法包括以下步骤相对于垂直取向，以选定的取向将工件定位；将选定的处理液输送到工件其中至少一个露出表面的选定部分上，此处液体具有小于17达因/cm的表面张力，它是挥发性的，并具有比水的密度大很多的液体密度；及如此移动工件其中至少一个露出表面的选定部分，以便该至少一个露出表面的基本上全部区域都被液体浸湿；因而，在不超过30-45秒的一段时间内，从工件的其中至少一个露出的表面除去液体和污染物其中至少一种。
18．如权利要求17所述的方法，还包括以下步骤，即从由氟代烃、氟代烃的共沸混合物、乙基化氟代烃和乙基化氟代烃的共沸混合物构成的这类物质中选择处理液，该处理液保持在10-80℃范围内的一个选定温度下。
19．如权利要求17所述的方法，还包括以下步骤，即将工件其中至少一个露出表面的其中一部分，选择是一个近似水平取向的已选定条宽的窄条，该窄条跨过上述工件的其中至少一个露出的表面延伸。
20．如权利要求17所述的方法，还包括以下步骤，即将工件其中至少一个露出表面的其中一部分，选择是一个近似垂直取向的已选定条宽的窄条，该窄条跨过上述工件其中至少一个露出的表面延伸。
21．如权利要求17所述的方法，还包括以下步骤，即将工件其中至少一个露出表面的其中一部分，选择是一种选定条宽的窄条，该窄条以斜的方向跨过上述工件其中至少一个露出的表面延伸。
22．如权利要求17所述的方法，其特征在于将处理液输送到上述工件露出表面上的步骤包括以选定的角速度绕穿过上述露出表面的选定旋转轴旋转露出的表面；及随着露出的表面旋转，将处理液喷射到上述露出表面的选定部分上。
23．如权利要求17所述的方法，其特征在于上述将处理液输送到工件的露出表面上的步骤包括以选定的角速度绕穿过上述露出表面的旋转轴旋转该露出的表面；及将露出的表面浸入处理液中一段选定的时间，该段时间范围约5-60秒；及从处理液中取出露出的表面。
24．用于干燥或净化工件的方法，该方法包括以下步骤将工件浸入选定的处理液中，此处该液体具有小于17达因/cm的表面张力，它是挥发性的，并具有比水的密度大很多的液体密度；跨过工件其中至少一个露出的表面的其中至少一部分，形成选定的近似圆形的液体流动方式，用于一选定的时间间隔；及从液体中取出工件，因而，在不超过30-45秒这段时间范围内，从上述工件至少其中一个露出的表面上，除去液体和污染物的至少其中之一。
25．如权利要求24所述的方法，还包括以下步骤，即从由氟代烃、氟代烃的共沸混合物、乙基化的氟代烃、及乙基化氟代烃的共沸混合物等构成的这类物质中选择处理液，该处理液保持在10-80℃范围内的一个选定的温度下。
26．如权利要求24所述的方法，还包括以下步骤，即选择流动方式具有用于上述近似圆形流动的近似中心，该近似圆形流动与工件间隔开。
27．如权利要求24所述的方法，还包括以下步骤，即选择流动方式具有用于上述近似圆形流动的近似中心，该近似圆形流动位于上述工件其中至少一个露出表面的其中至少一部分的内部。
28．如权利要求24所述的方法，还包括下述步骤，即用每秒0.2-500弧度范围内的有关角速度，形成上述近似圆形的流动方式。
29．如权利要求27所述的方法，还包括下述步骤，即跨过上述工件其中至少一个露出表面的其中至少第二部分，形成近似是圆形的第二选定的液体流动方式，用于第二选定的时间间隔，这里上述工件其中至少一个露出的表面第一部分和第二部分相互重叠。
30．用于干燥或净化工件的方法，该方法包括以下步骤将工件浸入一选定的处理液中，该处理液具有小于17达因/cm的表面张力，它是挥发性的，并具有比水的密度大很多的液体密度，这里将液体加热到一个选定的温度，该温度低于液体的沸点，选定的浸入时间间隔为至少5秒；在液体内部，使工件经受一选定频率范围的超声波振动，用于至少一部分浸入时间间隔；及以选定的拉速从液体中拉出工件；因而，在不超过30-45秒的这段时间间隔内，从工件其中至少一个露出表面上除去液体和污染物的至少其中之一。
31．如权利要求30所述的方法，还包括以下步骤，即从由氟代烃、氟代烃的共沸混合物、乙基化氟代烃及乙基化氟代烃的共沸混合物构成的这类物质中选择处理液，该处理液保持在10-80℃范围内一个选定的温度下。
32．如权利要求30所述的方法，还包括以下步骤，即以0.5-5cm/sec范围内的拉速，从所述液体中拉出工件。
全文摘要
一种系统(11),用于干燥和/或净化工件(17A),如电子部件、半导体片、印刷电路板等。当从处理液或漂洗液(13)中拉出工件时,将一种选定的干燥和/或净化液体,如氯代烃(HFE)、乙基化的氯代烃、或氟代烃或乙基化氟代烃的共沸混合物喷射、滴流、或用别的方法输送到工件的露出表面上,上述干燥和/或净化液体具有很小的表面张力、是挥发性的,并具有比处理液密度大很多的密度。在大多数情况下,工件可以在7—45秒、或更短时间内干燥,并可以用本发明净化。干燥和/或净化可以用单工件法、单工件、连续法、或批量法进行。
文档编号F26B5/00GK1284159SQ98811068
公开日2001年2月14日 申请日期1998年9月22日 优先权日1997年9月23日
发明者格雷·W·费雷尔, 罗伯特·J·埃尔森, 约翰·F·希珀 申请人:格雷·W·费雷尔