一种多重兆声聚焦喷淋清洗装置及其使用方法
阅读说明：本技术 一种多重兆声聚焦喷淋清洗装置及其使用方法 (Multi-megasonic focusing spraying cleaning device and using method thereof ) 是由 殷振 张鹏 张坤 刘子豪 曹自洋 田勇博 黄彦瑛 黄志蕾 戴晨伟 苗情 于 2021-08-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多重兆声聚焦喷淋清洗装置,包括机床部件、多重兆声聚焦喷淋清洗部件、喷淋清洗液泵入装置、电气控制装置；机床部件包括底座、工件固定平台、二维运动平台、粗调机构、微调机构；多重兆声聚焦喷淋清洗部件包括夹持连接装置、兆声聚焦陶瓷晶片、晶片被衬、兆声耦合液、喷淋清洗液泵入口；喷淋清洗液泵入装置包括喷淋清洗液槽、清洗液泵和清洗液管路；本发明采用多组兆声聚焦陶瓷晶片,对喷淋清洗液进行多重兆声聚焦喷淋从而实现对工件的清洗,可以有效清洗晶原等零部件上的微纳米颗粒,提高清洗效率和清洗质量。(The invention discloses a multi-megasonic focusing spraying cleaning device, which comprises a machine tool part, a multi-megasonic focusing spraying cleaning part, a spraying cleaning liquid pumping device and an electric control device, wherein the machine tool part is connected with the machine tool part through a pipeline; the machine tool component comprises a base, a workpiece fixing platform, a two-dimensional motion platform, a coarse adjustment mechanism and a fine adjustment mechanism; the multi-megasonic focusing spray cleaning component comprises a clamping connecting device, a megasonic focusing ceramic wafer, a wafer lining, megasonic coupling liquid and a spray cleaning liquid pump inlet; the spraying cleaning liquid pumping device comprises a spraying cleaning liquid groove, a cleaning liquid pump and a cleaning liquid pipeline; the invention adopts a plurality of groups of megasonic focusing ceramic wafers to carry out multiple megasonic focusing spraying on the sprayed cleaning solution so as to clean the workpiece, can effectively clean micro-nano particles on parts such as crystal sources and the like, and improves the cleaning efficiency and the cleaning quality.)
技术领域
本发明涉及喷淋清洗
技术领域
，具体说是一种多重兆声聚焦喷淋清洗装置及其使用方法。背景技术
半导体晶片制造中不可避免会引入一些颗粒、有机物、金属和氧化物等污染物，为了减少杂质对芯片良率的影响，实际生产中不仅需要提高单次的清洗效率，还需要在几乎所有制程前后都频繁的进行清洗，清洗步骤约占整体步骤的33%。常用兆声清洗的兆声换能器有平板式、圆弧板式等，兆声换能器可直接安装于槽体底部，工作频率在800kHz—1MHz之间，功率在100W-600W之间。为了提高兆声换能器的清洗能力，本发明采用了一种多重兆声聚焦喷淋清洗结构，可有效提高兆声能量的传播方向和能量密度，使清洗效果更加显著。
发明内容
本发明提供了一种新型的多重兆声聚焦喷淋清洗装置，目的是为了克服现有的兆声清洗存在的问题，提高清洗效率和清洗质量。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种多重兆声聚焦喷淋清洗装置，其特征在于，包括机床部件、多重兆声聚焦喷淋清洗部件、喷淋清洗液泵入装置、电气控制装置。
机床部件包括底座、二维运动平台、工件固定平台、粗调机构、微调机构。
底座设置在多重兆声聚焦喷淋清洗装置的最下方，二维运动平台设置在底座上方，工件固定平台设置在二维运动平台上方，工件设置在工件固定平台上方，二维运动平台可以驱动工件固定平台和工件进行平面二维运动；粗调机构设置在底座的一侧，下端与底座相连接，上端与微调机构连接，微调机构与多重兆声聚焦喷淋清洗部件相联结；粗调机构可驱动微调机构以及多重兆声聚焦喷淋清洗部件进行上下大距离运动，微调机构则可驱动多重兆声聚焦喷淋清洗部件进行上下小距离运动。
多重兆声聚焦喷淋清洗部件包括兆声聚焦陶瓷晶片、晶片被衬、兆声耦合液、密封锥套、夹持连接装置、喷淋清洗液泵入口、兆声控制器。
多重兆声聚焦喷淋清洗部件中有三组或者更多组兆声聚焦陶瓷晶片，所有兆声聚焦陶瓷晶片同球心且同回转轴线设置，每两组兆声聚焦陶瓷晶片之间均充满兆声耦合液，每两组兆声聚焦陶瓷晶片之间的距离为兆声聚焦陶瓷晶片进行兆声振动波长的整数倍，即a= n1λ，b=n2λ，c=n3λ，其中λ为兆声聚焦陶瓷晶片进行振动的波长，n1、n2、n3为正整数；最外层兆声聚焦陶瓷晶片的背面设置有晶片被衬；所有的兆声聚焦陶瓷晶片、兆声耦合液均被设置在密封锥套内，密封锥套设置有喷淋清洗液泵入口；夹持连接装置一端与密封锥套相连接，另一端与微调机构相连接；兆声聚焦陶瓷晶片均与兆声控制器相连接。
喷淋清洗液泵入装置包括喷淋清洗液槽、清洗液泵和清洗液管路，清洗液泵可将喷淋清洗液槽中的喷淋清洗液泵入到密封锥套上的喷淋清洗液泵入口。
电气控制装置用来控制机床部件中二维运动平台的二维平面运动、粗调机构和微调机构的上下位移、喷淋清洗液泵入装置的启停、兆声聚焦陶瓷晶片的振动启停。
机床部件中的二维运动平台是直线电机驱动形式的工作移动平台或滚珠丝杠驱动形式的工作移动平台。
机床部件中驱动电机是步进电机或者伺服电机；机床部件所述的竖直微调电机是步进电机或者伺服电机。
所述的兆声聚焦陶瓷晶片的工作频率为0.8MHz-5.0MHz。
电气控制装置用来控制机床部件中二维运动平台的二维平面运动、粗调机构和微调机构的上下位移、喷淋清洗液泵入装置的启停、兆声聚焦陶瓷晶片的振动启停。
所述的多重兆声聚焦喷淋清洗装置，其使用方法步骤如下：
步骤一、打开电气控制装置总电源开关，启动机床部件的数控系统，操作机床部件，把多重兆声聚焦喷淋清洗部件返回到机床部件的机械坐标原点；
步骤二、装夹工件：将需要喷淋清洗的工件放置在工件固定平台上，该工件固定平台为角度可调装置，可对工件的六个自由度进行调节；
步骤三、在数控系统中编制工件二维平面运动喷淋清洗程序并保存；
步骤四、进行多重兆声聚焦喷淋清洗部件高度调零：首先启动微调机构的驱动电机，驱动多重兆声聚焦喷淋清洗部件进行上下移动，待多重兆声聚焦喷淋清洗部件焦点接近工件时，驱动电机停止，竖直微调电机启动对多重兆声聚焦喷淋清洗部件焦点进行微调，直至工件表面处于多重兆声聚焦喷淋清洗部件焦点附近，控制其精度误差在0.5mm以内，多重兆声聚焦喷淋清洗部件高度调零结束；
步骤五、打开喷淋清洗液泵入装置，喷淋清洗液从喷淋清洗液槽经过清洗液泵、清洗液管路、喷淋清洗液泵入口进入多重兆声聚焦喷淋清洗部件内，并充满多重兆声聚焦喷淋清洗部件内部，然后经多重兆声聚焦喷淋清洗部件下端喷口流出；
步骤六、兆声控制器打开，多重兆声聚焦喷淋清洗部件内的兆声聚焦陶瓷晶片开始工作；
步骤七、执行孔加工程序：加工过程中，保持工件静止不动，多重兆声聚焦喷淋清洗部件保持竖直状态进行移动，始终保持工件表面处于多重兆声聚焦喷淋清洗部件焦点附近，根据所编制保存的孔加工程序，多重兆声聚焦喷淋清洗部件进行相应的移动，多重兆声聚焦喷淋清洗部件水平移动速度为0.01-500mm/min可调节；程序执行完毕，工件喷淋清洗结束；
步骤八、兆声控制器关闭，多重兆声聚焦喷淋清洗部件内的兆声聚焦陶瓷晶片停止工作；关闭喷淋清洗液泵入装置，喷淋清洗液停止喷出；多重兆声聚焦喷淋清洗部件回到机床坐标原点。
本发明公开了一种多重兆声聚焦喷淋清洗装置，本发明采用多组兆声聚焦陶瓷晶片，对工件进行多重兆声聚焦喷淋清洗，提高兆声能量的传播方向、能量密度，可以有效清洗晶原等零部件上的微纳米颗粒，有效提高清洗效率和清洗质量；且采用喷淋的方式进行清洗，避免了在水槽中进行清洗时，清洗液会对被清洗零件造成二次污染的问题。
附图说明
图1为本发明的一种多重兆声聚焦喷淋清洗装置示意图；
图2为本发明的多重兆声聚焦喷淋清洗部件示意图；
图3为本发明的喷淋清洗液泵入装置示意图；
图中，1-多重兆声聚焦喷淋清洗部件，2-喷淋清洗液泵入装置，3-微调机构，4-粗调机构，5-工件，6-工件固定平台，7-二维运动平台，8-底座；
101-多重兆声聚焦喷淋清洗部件焦点，102-密封锥套，103-兆声聚焦陶瓷晶片，104-兆声聚焦陶瓷晶片，105-夹持连接装置，106-兆声聚焦陶瓷晶片，107-兆声耦合液，108-晶片被衬，109-喷淋清洗液泵入口，110-喷口，111-兆声控制器；
201-喷淋清洗液槽，202-清洗液泵，203-清洗液管路，204-清洗液。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明：
一种多重兆声聚焦喷淋清洗装置包括机床部件、多重兆声聚焦喷淋清洗部件1、喷淋清洗液泵入装置2、电气控制装置。
机床部件包括底座8、二维运动平台7、工件固定平台6、粗调机构4、微调机构3。
底座8设置在多重兆声聚焦喷淋清洗装置的最下方，二维运动平台7设置在底座8上方, 二维运动平台7工作行程为400mm×400mm，工件固定平台6设置在二维运动平台7上方，工件固定平台6面积为420mm×420mm，工件固定平台6上方设置工件5，二维运动平台7可以驱动工件固定平台6和工件5进行平面二维运动；粗调机构4设置在底座8的一侧，粗调机构4的行程为300mm，下端与底座8相连接，上端与微调机构3连接，微调机构3与多重兆声聚焦喷淋清洗部件1相连接，微调机构3的行程为50mm。
多重兆声聚焦喷淋清洗部件1包括兆声聚焦陶瓷晶片（103、104、106）、晶片被衬108、兆声耦合液107、密封锥套102、夹持连接装置105、喷淋清洗液泵入口109。
多重兆声聚焦喷淋清洗部件1中有三组兆声聚焦陶瓷晶片（103、104、106），最下端兆声聚焦陶瓷晶片103半径为50.24mm，中间兆声聚焦陶瓷晶片104半径为75.36mm，最上端兆声聚焦陶瓷晶片106半径为100.48mm，三组兆声聚焦陶瓷晶片（103、104、106）开口角度均为83度，三组兆声聚焦陶瓷晶片（103、104、106）相邻两片之间的间隔均为25.12mm，所有兆声聚焦陶瓷晶片同球心且同回转轴线设置，每两组晶片之间均充满兆声耦合液107，最上端兆声聚焦陶瓷晶片106的背面设置有晶片被衬108，晶片被衬108材料为硅胶，厚度为3mm；所有的兆声聚焦陶瓷晶片（103、104、106）、兆声耦合液107均被设置在密封锥套102内，密封锥套102上设置有喷淋清洗液泵入口109；夹持连接装置105一端与密封锥套102相连接，另一端与微调机构3相连接；所有的兆声聚焦陶瓷晶片（103、104、106）均与兆声超声波相连接。
喷淋清洗液泵入装置2包括喷淋清洗液槽201、清洗液泵202和清洗液管路203，喷淋清洗液槽201为400mm×400mm×500mm，清洗液泵202可将喷淋清洗液槽201中的清洗液泵入到密封锥套102上的喷淋清洗液泵入口109，清洗液泵202最大功率为0.25kw。
机床部件中的二维运动平台7是直线电机驱动形式的工作移动平台。
机床部件中驱动电机是伺服电机；机床部件所述的竖直微调电机是伺服电机。
所述的兆声聚焦陶瓷晶片的工作频率为2.0MHz。
使用所述的多重兆声聚焦喷淋清洗装置，使用步骤如下：
步骤一、打开电气控制装置总电源开关，启动机床部件的数控系统，操作机床部件，把多重兆声聚焦喷淋清洗部件1返回到机床部件的机械坐标原点；
步骤二、装夹晶元工件5：晶元直径150mm，将需要喷淋清洗的晶元工件5放置在工件固定平台6中间，该工件固定平台6为角度可调装置，可对晶元工件5的六个自由度进行调节，通过调节装置调节工件5水平；
步骤三、在数控系统中编制工件5二维平面运动喷淋清洗程序并保存；
步骤四、进行多重兆声聚焦喷淋清洗部件1高度调零：首先启动微调机构3的驱动电机，待多重兆声聚焦喷淋清洗部件焦点1接近晶元工件5时，驱动电机停止，竖直微调电机启动对多重兆声聚焦喷淋清洗部件焦点1进行微调，直至晶元工件5表面处于多重兆声聚焦喷淋清洗部件焦点1附近，控制其精度误差在0.5mm以内，多重兆声聚焦喷淋清洗部件1高度调零结束；
步骤五、打开喷淋清洗液泵入装置2，喷淋清洗液204从喷淋清洗液槽201经过清洗液泵202、清洗液管路203、喷淋清洗液泵入口109进入多重兆声聚焦喷淋清洗部件1内，并充满多重兆声聚焦喷淋清洗部件1内部，然后经多重兆声聚焦喷淋清洗部件1下端喷口110流出；
步骤六、兆声控制器111打开，多重兆声聚焦喷淋清洗部件1内的兆声聚焦陶瓷晶片（103、104、106）开始工作；
步骤七、执行孔加工程序：加工过程中，保持工件5静止不动，多重兆声聚焦喷淋清洗部件1保持竖直状态进行移动，始终保持晶元工件5表面处于多重兆声聚焦喷淋清洗部件焦点1附近，根据所编制保存的孔加工程序，多重兆声聚焦喷淋清洗部件1进行相应的移动，多重兆声聚焦喷淋清洗部件1水平移动速度为50mm/min；程序执行完毕，工件5喷淋清洗结束；
步骤八、兆声控制器111关闭，多重兆声聚焦喷淋清洗部件1内的兆声聚焦陶瓷晶片（103、104、106）停止工作；关闭喷淋清洗液泵入装置2，喷淋清洗液204停止喷出；多重兆声聚焦喷淋清洗部件1回到机床坐标原点。
本发明采用多组兆声聚焦陶瓷晶片（103、104、106），对工件5进行多重兆声聚焦喷淋清洗，可以有效清洗晶元等零部件上的微纳米颗粒，有效提高清洗效率和清洗质量，相对普通清洗槽式超声清洗，其清洗直径10微米以下微纳颗粒的效率可提高2倍，且采用喷淋的方式进行清洗，避免了在水槽中清洗液204对被清洗零件造成二次污染，提高了清洗质量。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
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