一种超声波清洗装置的制作方法

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种超声波清洗装置。

背景技术：

在半导体及其它电子行业中，对表面洁净度的要求严格，大量使用超声波进行表面清洗。超声波清洗是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对液体和污物直接、间接的作用，使污物层被分散、乳化、剥离而达到清洗目的。

超声波清洗得到广泛应用，但现在使用的超声波清洗机存在以下问题：超声波会产生反射、干涉和共振现象，出现波的叠加作用，在器件清洗过程中造成不利影响。

因此，为了解决目前工艺中存在的问题需要对所述超声清洗装置进行改进，以减少驻波的破坏力量。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了克服目前存在的问题，本发明提供了一种超声波清洗装置，所述超声波清洗装置包括清洗槽，在所述清洗槽外表面上设置有若干移动式的超声波振子，所述超声振子能相对所述清洗槽外表面运动以实现清洗物的均匀清洗。

可选地，所述清洗槽包括位于所述清洗槽顶部的顶盖，在所述顶盖上设置若干所述超声波振子。

可选地，若干所述超声振子的频率相同，和/或若干所述超声振子的振幅相同。

可选地，所述超声波清洗装置还包括超声波发生器以及两端分别连接所述超声波发生器和所述超声波振子的振动连接装置，所述振动连接装置牵引所述超声波振子进行移动。

可选地，所述振动连接装置包括连接杆，所述连接杆的两端分别连接所述超声波发生器和所述超声波振子。

可选地，所述超声波清洗装置还包括移动方向控制器，所述移动方向控制器与所述振动连接装置连接，以控制所述振动连接装置的移动方向。

可选地，所述振动连接装置与所述超声波发生器的连接方式为：能以所述超声波发生器为基点，做平行于所述外表面的摆动。

可选地，所述振动连接装置与所述超声波发生器的连接方式为：能以所述超声波发生器为基点，做平行于所述外表面的伸缩。

可选地，所述超声波振子包括相互连接的换能器与变幅杆。

可选地，所述换能器包括压电陶瓷的夹心式换能器。

本发明所述超声波清洗装置中所述超声波振子不再采用目前工艺中的固定振子的设置方式，所述超声波清洗装置包括清洗槽，在所述清洗槽外表面上设置有若干移动式的超声波振子，所述超声振子能相对所述清洗槽外表面运动以实现清洗物的均匀清洗。通过所述改进可以使清洗物(如晶圆)表面的能量是一样的大小，从而解决超声波驻波对清洗物(如晶圆)表面图形的局部破坏性或是局部清洗不充分。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为本发明的一个实施例的一种超声波清洗装置的结构示意图；

图2为本发明的一个实施例的一种超声波清洗装置中超声波振子的结构示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本发明的范围。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

目前工艺中超声波会产生反射、干涉和共振现象，出现波的叠加作用，于是在液体内形成驻波声场，会造成清洗波在被清洗物(例如晶圆)某处的振幅大大增加，从而获得更大的超声能量，超声波的驻波现象导致在驻波固定的地方表面清洗不完全，而另外的地方由于能量太大导致破坏(如晶圆表面的图形破损)。

针对该问题，发明人对所述驻波产生的原因进行了分析：驻波(standingwave)为两个振幅、波长、周期皆相同的正弦波相向行进干涉而成的合成波。此种波的波形无法前进，因此无法传播能量。

驻波通过时，每一个质点皆作简谐运动。各质点振荡的幅度不相等，振幅为零的点称为节点或波节(node)，振幅最大的点位于两节点之间，称为腹点或波腹(antinode)。由于节点静止不动，所以波形没有传播。能量以动能和势能的形式交换储存，亦传播不出去。

目前的超声清洗装置是将超声波振子粘于(或布阵在)不锈钢水槽底部，选择合理的声参数(频率、声强、功率等)，使换能器纵向振动产生的能量辐射到清洗槽中，在液体内部形成高强度的超声场以实现清洗目的。清洗效果的好坏除与超声波参数的选取有关外，液体内声场的分布也是非常重要的一个因素。

目前的超声清洗装置存在的问题声波在液面处发生理想反射时,反射波与入射波传播方向相反,而振幅与频率相同。选取相同的坐标原点和计时起点，可用下面两式分别描述入射声波和反射声波:pi＝pcos(ωt-kx)，pr＝pcos(ωt+kx)，此两列波的合成波p表示为:p＝pi+pr＝2pcos2πλxcosωt。可见合成波的频率仍为ω，其振幅(2pcos2πλx)随x作周期变化。当x＝nλ2/2(n＝0,1,2,…)时，合成波振幅最大，在这些空间点上质点的振动最为剧烈，称为波腹；而当x＝(2n+1)λ1/4时，合成振幅为0，在这些空间点上点静止不动，称为节点。于是在液体内形成驻波声场，超声波的驻波现象导致在固定的地方表面清洗不完全，而另外的地方由于能量太大导致破坏。

为了解决上述问题，本发明对所述超声清洗设备进行了改进，改进后的所述超声清洗装置包括清洗槽，在所述清洗槽外表面上设置有若干移动式的超声波振子，所述超声振子能相对所述清洗槽外表面运动以实现清洗物的均匀清洗。

可选地，所述超声波清洗槽为任何形状的槽体，用于盛放清洗液和被清洗物体。

可选地，所述清洗槽包括位于所述清洗槽顶部的顶盖，在所述顶盖上设置若干所述超声波振子。

可选地，将所述超声波振子直接放置在所述顶盖上即可，不需要任何固定和连接。

进一步，所述顶盖的边缘还可以设置凸起的阻挡结构，用于防止所述超声波振子从所述顶盖上滑落。

其中，所述顶盖卡套于所述清洗槽上，并且与所述清洗槽的边缘全部接触，以更好的将振动传至所述清洗槽的清洗液中。

其中，所述超声波振子可以包括平行设置的若干行，在每一行中有设置有多个所述超声波振子，以形成方形的超声波阵列，但是并不局限于所述设置方式。

其中，所述超声波清洗装置还包括超声波发生器以及两端分别连接所述超声波发生器和所述超声波振子的振动连接装置，所述振动连接装置牵引所述超声波振子进行移动。

可选地，所述振动连接装置包括连接杆，所述连接杆的两端分别连接所述超声波发生器和所述超声波振子，但并不局限于连接杆这种示例。

可选地，所述振动连接装置与所述超声波发生器的连接方式为：能以所述超声波发生器为基点，做平行于所述外表面的摆动。

具体地，所述振动连接装置的两端分别连接所述超声波发生器和所述超声波振子后，可以带动所述超声波振子在所述清洗槽外表面(例如所述顶盖上)摆动，在摆动的过程中所述超声波振子始终与所述清洗槽外表面接触，并且以所述超声波发生器为基点进行摆动，以实现相对所述清洗槽外表面运动。

其中，所述摆动的轨迹可以圆周形状、或者直线形状等，并不局限于某一种。

可选地，所述振动连接装置与所述超声波发生器的连接方式为：能以所述超声波发生器为基点，做平行于所述外表面的伸缩。

具体地，所述振动连接装置的两端分别连接所述超声波发生器和所述超声波振子后，可以带动所述超声波振子在所述清洗槽外表面(例如所述顶盖上)作伸缩运动，其中所述伸缩是指远离或者靠近所述基点，以实现相对所述清洗槽外表面运动，且在伸缩的过程中所述超声波振子始终与所述清洗槽外表面接触。

当然所述振动连接装置的运动轨迹并不局限于上述示例，所述振动连接装置的运动方向可以为任意方向。

可选地，所述超声波清洗装置还包括移动方向控制器，所述移动方向控制器与所述振动连接装置连接，以控制所述振动连接装置的移动方向。

所述移动方向控制器控制所述振动连接装置在任意方向上进行移动。

本发明所述超声波清洗装置中所述超声波振子不再采用目前工艺中的固定振子的设置方式，所述超声波清洗装置包括清洗槽，在所述清洗槽外表面上设置有若干移动式的超声波振子，所述超声振子能相对所述清洗槽外表面运动以实现清洗物的均匀清洗。通过所述改进可以使清洗物(如晶圆)表面的能量是一样的大小，从而解决超声波驻波对清洗物(如晶圆)表面图形的局部破坏性或是局部清洗不充分。

实施例一

为了解决该问题，本发明提供了一种超声波清洗装置，下面结合附图对所述超声波清洗装置作进一步的说明。其中，图1为本发明的一个实施例的一种超声波清洗装置的结构示意图；图2为本发明的一个实施例的一种超声波清洗装置中超声波振子的结构示意图。

其中，超声波清洗机主要由超声波发生器111、超声波振子112、清洗槽110和振动连接装置113组成，其结构如图1。

在本发明中在所述清洗槽外表面上设置有若干移动式的超声波振子，用于形成均匀清洗波形进行清洗。

可选地，所述超声波清洗槽为任何形状的槽体，用于盛放清洗液和被清洗物体。

可选地，所述清洗槽包括位于所述清洗槽顶部的顶盖，在所述顶盖上设置若干所述超声波振子。

可选地，将所述超声波振子直接放置在所述顶盖上即可，不需要任何固定和连接。

进一步，所述顶盖的边缘还可以设置凸起的阻挡结构，用于防止所述超声波振子从所述顶盖上滑落。

其中，所述顶盖卡套于所述清洗槽上，并且与所述清洗槽的边缘全部接触，以更好的将振动传至所述清洗槽的清洗液中。

其中，所述超声波振子可以包括平行设置的若干行，在每一行中有设置有多个所述超声波振子，以形成方形的超声波阵列，但是并不局限于所述设置方式。

其中，所述超声波清洗装置还包括超声波发生器以及两端分别连接所述超声波发生器和所述超声波振子的振动连接装置，所述振动连接装置牵引所述超声波振子进行移动。

可选地，所述振动连接装置包括连接杆，所述连接杆的两端分别连接所述超声波发生器和所述超声波振子，但并不局限于连接杆这种示例。

可选地，所述振动连接装置与所述超声波发生器的连接方式为：能以所述超声波发生器为基点，做平行于所述外表面的摆动。

具体地，所述振动连接装置的两端分别连接所述超声波发生器和所述超声波振子后，可以带动所述超声波振子在所述清洗槽外表面(例如所述顶盖上)摆动，在摆动的过程中所述超声波振子始终与所述清洗槽外表面接触，并且以所述超声波发生器为基点进行摆动，以实现相对所述清洗槽外表面运动。

其中，所述摆动的轨迹可以圆周形状、或者直线形状等，并不局限于某一种。

可选地，所述振动连接装置与所述超声波发生器的连接方式为：能以所述超声波发生器为基点，做平行于所述外表面的伸缩。

具体地，所述振动连接装置的两端分别连接所述超声波发生器和所述超声波振子后，可以带动所述超声波振子在所述清洗槽外表面(例如所述顶盖上)作伸缩运动，其中所述伸缩是指远离或者靠近所述基点，以实现相对所述清洗槽外表面运动，且在伸缩的过程中所述超声波振子始终与所述清洗槽外表面接触。

当然所述振动连接装置的运动轨迹并不局限于上述示例，所述振动连接装置的运动方向可以为任意方向。

可选地，所述超声波清洗装置还包括移动方向控制器，所述移动方向控制器与所述振动连接装置连接，以控制所述振动连接装置的移动方向。

所述移动方向控制器控制所述振动连接装置在任意方向上进行移动。

其中，所述超声波发生器(电源)：采用功率mos管超声波发生器，电路先进，结构完整，辅以灵敏可靠的集成控制系统，保证了超声波清洗机在各种负载下稳定工作。所述超声波发生器体积小巧，外观新颖，操作十分简便。

其中，超声波发生器111将工频电转变成28khz以上的高频电信号，通过电缆输送到超声波振子112上。一般超声波振子112是固定在清洗槽的底板上，而在本申请中所述超声波振子112采用可移动式的超声波振子112，其并非固定设置，而是可移动设置，可移动式的超声波振动结构，故意扰乱波形，使其不能形成驻波，形成均匀的波形。故而达到清洗物(如晶圆)表面的能量是一样的大小，从而解决超声波驻波对清洗物(如晶圆)表面图形的局部破坏性或是局部清洗不充分的问题。

其中，所述清洗槽内装满了液体，当换能器被加上高频电压后，它的压电陶瓷元件在电场作用下便产生纵向振动。

所述超声波振子(又称声头)是一种高效率的换能元件，能将电能转换成强有力的超声波振动，在产生超声波振动时，仿佛是一个小的活塞，振幅很小，约只有几微米。但这个振动加速度很大(几十至几千个)；所述清洗槽槽上具有许多个超声波振子，施加相同的频率及相位的电能时，就合成了一个巨大的活塞进行往复振动，这种振动的现象，即超声波。

其中，所述超声波振子为将换能器1121与变幅杆1122连接后的整体。超声波振子由压电陶瓷的压电效应实现电能与机械能(声波振动)的相互转换，并通过声阻抗匹配的前后辐射盖块进行放大的器件。

超声波振子由超声波换能器和超声波变幅杆组成。超声波换能器是一种能把高频电能转化为机械能的装置，超声波变幅杆是一个无源器件，本身不产生振动，只是将超声波换能器输入的振动改变振幅后再传递出去，完成了阻抗变换。

其中，所述换能器1211采用特种锆酸钛酸铅pzt压电陶瓷片组成的三明治式的振动头具有效率高、寿命长、不易发生故障的优点。换能器采用特种耐高温、耐振动、高粘度的树脂胶辅以特殊的方法加以固定绝不脱落，且可耐受100℃-150℃的高温。

其中，所述清洗槽用于盛放待洗工件，其可以由不锈钢制成，可安装加热及控温装置。

为了实现超声波清洗的高效率，应当选择最佳的声强、频率及清洗槽声场分布等参数。工作频率选在20～50khz之间。低频声波的空化气泡大、数量少，易于清洗较粗糙物品。高频声波空化气泡小，易于清洗精细且形状复杂的物品。拟采用6组换能器，分别由单独开关控制，声强及频率均可调节。

换能器将高频电能转换成机械能之后，会产生振幅极小的高频震动并传播到清洗槽内的溶液中，在换能器的作用下，清洗液的内部将不断地产生大量微小的气泡并瞬间破裂，每个气泡的破裂都会产生数百度的高温和近千个大气压的冲击波，从而将工件冲刷干净。

其中，各种超声波发生装置可独立工作，亦可多组并联使用，以完成大规模清洗工程。维修简单，若有一组发生故障时，不影响其它各组的工作，此点对于生产线来说，更为重要。

此外，所述超声波发生装置还包括设置在清洗槽的一侧上的散热风扇，以施行强制冷风，确保长期工作的安全性。

所述超声波发生装置还包括加热及温度控制系统：加热器采用铸铝加热片，可耐酸碱，寿命长。加热的目的是将清洗剂加热以增加清洗机的洗涤效果，温度自动控制，可在适当范围内随意调整。

可选地，所述超声波发生装置还包括清洗槽液循环过滤系统：在该系统中设有过滤器，对槽液进行动态过滤，以维持槽液的清洁度。当工件出槽，经过过滤的液体流经槽体上部的喷淋环节对工件进行一次冲洗，以便冲掉工件出槽，以避免其对下道槽液造成污染。

进一步，所述超声波发生装置还包括输送系统：根据被清洗工件的形状、体积、批量等确定超声波清洗机的输送方式及控制方式。典型的输送方式有——悬链、网带、双链、步进、电葫芦、自行葫芦、滚筒、转盘、龙门架、机械手、吊篮、推盘等等。

进一步，所述超声波发生装置还包括喷淋漂洗系统：根据被清洗工件的表面状况，有的清洗机配备喷淋漂洗工序，将超声波清洗和喷淋清洗有机地结合起来。

进一步，所述超声波发生装置还包括烘干系统：根据被清洗工件的状况，有的清洗机配备烘干系统，烘干系统主要由加热器、风机、吹风喷嘴等组成，温度自动控制。

可选地，超声波清洗装置所用的清洗剂多为液体洗涤剂，组成模式为：表面活性剂、赘合剂、其他助剂，还有其它有机溶剂如三氯乙烯。某物质当其溶于水即使浓度很小时，能显著降低水同空气的表面张力，或水同其他物质的界面张力，则该物质称为表面活性剂。

水溶性表面活性剂的分子结构都具有不对称的、极性的特点。向吸附在水溶液同其他相的界面上，这样大大改变了体系的物理性质，特别是各相界面的界面张力。根据表面活性剂溶于水时亲水基团所表现出来的电性，可把表面活性剂分为阴离子、阳离子、中性及两性表面活性剂。

在超声波清洗装置工作时是将超声波发生器将高于20khz频率的有震荡信号进行电功率放大后经超声波换能器(震头)的逆压电效应转换成高频机械振动能量通过清洗介质中的声辐射，使清洗液分子振动并产生无数微小气泡。气泡沿超声传播方向在负压区形成、生长，并在正压区迅速闭合而产生上千个大气压的瞬间高压而爆破，形成无数微观高压冲击波作用于被清洗工件表面。此即超声波清洗中的“空化效应”。超声波清洗机就是基于“空化效应”的基本原理工作的，也因此，超声清洗对具有内外结构复杂、微观不平表面、狭缝、小孔、拐角、死角、元件密集等特点的工件均具有卓越的洗净能力，是其他清洗方法无可比拟的。随着超声频率的提高，气泡数量增加而爆破冲击力减弱，设备因此，高频超声特别适用于小颗粒污垢的清洗而不破环其工件表面。

本发明所述超声波清洗装置中所述超声波振子不再采用目前工艺中的固定振子的设置方式，所述超声波清洗装置包括清洗槽，在所述清洗槽外表面上设置有若干移动式的超声波振子，所述超声振子能相对所述清洗槽外表面运动以实现清洗物的均匀清洗。通过所述改进可以使清洗物(如晶圆)表面的能量是一样的大小，从而解决超声波驻波对清洗物(如晶圆)表面图形的局部破坏性或是局部清洗不充分。本发明所述超声波清洗装置的优点在于：

(1)对机台的硬件要求不高，可实现性很强.

(2)软件方面不需要较大的改变即可应用于此项新的构造。

(3)设备改造费用较低。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。