專利名稱：改進的化學干燥和凈化系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于干燥和/或凈化半導體、光學、電子設備及其它物品表面的化學系統。
背景技術：
在制造半導體片、電氣或光學元件或印刷電路板時，工件必須經受一次或多次凈化和干燥過程，其中，理想情況是，將所有不打算包括在工件中的外來物質除去。含有強酸、強堿或氧化劑如HCl、H2SO4、HNO3、H2PO3、HF、NH4OH和H2O2的化學凈化槽常常用作凈化過程的一部分。這些物質常是有毒、化學性質活潑、有腐蝕性和/或生物積累性的，并且必須作為危險物處理和清除。
某些作者提出了利用熱的或過熱的氣體來干燥部件(其中包括集成電路)的方法。一種有吸引力的方法是利用熱異丙醇(IPA)的干燥蒸汽，該異丙醇與水形成最低沸點的共沸混和物，并且認為能置換晶片表面的水份，而蒸汽從一端流入容器，同時從另一端流出該容器。
另一些作者提出用許多個以交錯位置設置的強聲束換能器來凈化薄片。每個換能器在固定方向上發射具有未加規定(很高)頻率的振動強聲束，并且換能器位置如此選擇，以便將聲束收集輻照，并因而凈化了室內全部薄片表面，薄片如何配置無關緊要。
另一些作者提出在化學凈化槽中利用超聲波換能器來協同除去半導體片、醫療器械及其它有關物體中的污染物和不想要的材料層。還有一些作者提出了利用超聲波換能器來將所希望的材料涂敷、噴涂、沉淀或用其它方法加到物體表面上，或者用于超聲霧化。
這些方法利用熱的或過熱的氣體或直接的光束照射來干燥或凈化物體表面；或者它們利用超聲波束和活性化學凈化槽的協同作用，來從物體表面除去污染物，或者將所希望的材料加到物體表面上。這些方法很復雜，通常要求在高溫下操作、常常需要1到幾分鐘的處理時間、并且對處理室常常需要用特別穩定的室壁。所有的化學藥品常常被稱為危險物，需要特殊處理。
需要的是一種系統，該系統用無危險的物質來化學凈化和/或干燥工件，并且它對基本上除去所有粒徑范圍超過如0.1-0.5μm的外來物質相當有效。最好是，該系統對對比較短的時間間隔內除去來自工件的液體，并干燥和凈化工件，也應是有效的。最好是，所用的化學藥品應可再循環使用，并且對用于凈化或干燥方法的能量要求應該適度。
第二處理液具有很低的表面張力，比水和大多數其它液體的表面張力低很多，并且它具有比水高的液體密度，因此，當工件露出的表面積增加時，就從露出的表面除去外來物質，并且具有較高表面張力的水和其它液體被第二液體置換。這種操作手續的其中一個結果是，工件表面常常可以在約1-60sec(或者如果希望的話更長)的時間間隔內被凈化而同時干燥。
附圖的簡要說明
圖1示出本發明在一個實施例中的應用。
圖2A-2D示出HFE的可能化學構型。
圖3是示出按照本發明的干燥操作手續的流程圖。
圖4A-4F示出用于干燥工件的適合操作手續。
圖5是用于HFE或eth-HFE的適合分配器側視圖，該分配器與圖4A-4F所示的方法一起使用。
圖6示出用于將HFE或eth-HFE液體輸送到工件上的裝置。
圖7示出按照本發明的4區域干燥層。
圖8A-8C示出另一種實施本發明的方法。
圖9、12、13、14、15和16示出一些可供選擇的裝置，用于將HFE或eth-HFE液體分配到垂直或水平移動的工件上。
圖10是示意曲線圖，示出在增加壓頭用來噴霧或輸送HFE或eth-HFE液體的情況下，干燥效果的改善。
圖11是示意曲線圖，示出最小孔徑寬度△w0隨噴射液體表面張力的變化。
圖17A-17E示出另一種將HFE或eth-HFE輸送到工件上的方法。
本發明最佳方式的說明在圖1中，化學凈化槽或容器11裝有一種選定的第一處理液13，該第一處理液13在浴槽溫度范圍T(浴溫)=10～90℃內一選定的溫度下配制，可選擇地用一個容器加熱器15加溫。(第一)處理液13可以是去離子(DI)水或某種別的合適溶液。第一液體13最好是惰性的，并且最好是具有比較高的表面張力。DI水表面張力(室溫下)約為80達因/cm，在此處它能很好地工作。IPA具有比較低的表面張力17.6達因/cm，它在此處也能很好地工作。將一個或多個工件17A、17B、17C完全浸入或沉入液體13中一選定的時間間隔，時間范圍為△t=1-600秒。可供選擇地，不必將工件浸入第一處理液中。第一液體13可選擇地經受超聲波振動作用，超聲波振動由一個或多個超聲波換能器19A、19B產生，該超聲波換能器19A、18B位于槽11的外壁處或內壁處或底壁上，或者位于第一液體13本身的內部。超聲波振動的頻率最好是在20kHz至750kHz之間的范圍內，但如果希望的話可以更高。可從NeW Ultrasonics買到的超聲波換能器能夠產生一個超聲波頻率序列，其中包括40、72、104和136kHz。另一些超聲波換能器可以產生更高的超聲波頻率，而某些裝置也可產生低達20kHz的超聲波頻率。
將工件17A、17B、17C從第一處理液13中向上拉出，并將工件的露出表面噴射一片第二處理液(在圖1中未清楚地示出)，以便達到快速的工件干燥和/或凈化。第二液體最好是包括一種氟代烴(甲基九氟丁基醚或甲氧基九氟丁烷，為便于參考，此處將它們看作是HFE)，或一種乙基化的氟代烴(eth-HFE)，它們可從3M Company作為HFE-7100或HFE-7200購買，或是作為氟代烴或乙基化氟代烴與一種或兩種別的化學藥品如反式-1，2-二氯乙烯、H2Cl C-CClH2(產生一種HFE的共沸混合物)或另外的含鹵素烯烴的混合物購買。氟代烴具有一種化學組成，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)或是這些組成的混合物。這些組成之中的頭4個分別在圖2A-2D中示出，并且這4個組成中的頭兩個一起似乎是提供接近100％的分數。HFE的凝固點和沸點分別約為T=-135℃和T=60℃。HFE具有密度和表面張力分別為1.52gm/cm3和13.6達因/cm。另一些HFE配方具有沸點范圍為38℃-約80℃。相比之下，異丙醇(IPA)和水具有表面張力分別約為17.6達因/cm和80達因/cm。因此，當將工件從凈化槽中拉出或噴射第二種液體時，HFE可以從工件表面置換IPA、水及大多數其它表面張力適用的液體物質。第二種液體可以作為普通液體提供，或是作為蒸汽、煙、“霧”或其它合適的液體形式(此處集體稱作第二“液體)提供，不過普通液體形式是優選的。
eth-HFE具有一種化學組成，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)或是這些組成的混合物。這些組成其中頭4個組成分別在圖1A-1D中示出，而這16個組成其中第一和第六個組成在一起，似乎提供接近100％的分數。
牽拉工件穿過第二液體或是將工件從第二液體中拉出的線性速度最好是在0.5-10cm/sec范圍內，但可以稍快或稍慢，并且當浸入工件時，第二液體可選擇地經受超聲波振動。HFE和eth-HFE的分子量分別約為364和378，比水的分子量(18，同時364/18=20.2＞＞1)或異丙醇分子量(60)高得多，因此，當牽拉著工件穿過第二液體時，第二液體的較高密度和較低表面張力使該液體能夠(1)很容易從工件表面置換任何具有較高表面張力參數的液滴；和(2)向下將工件(部分)露出的表面移入第一-第二液體在下面混合。如果采用超聲波振動，則工件從第二液體中移出之后，工件表面在30sec內干燥；而如果不用超聲波振動，則工件從第二液體中移出之后，在稍長時間如30-45sec內工件表面干燥。用這種方法，通過除去露出表面的殘留物，也凈化了工件。
當第二液體(包括HFE或eth-HFE)保持在10℃≤T≤80℃范圍的溫度下時，對具有正常露出的液體表面的罐來說，由于揮發作用，至多損失這種液體為幾ml/min。第二液體可以從容器11中抽出，穿過過濾器21并再回到它的容器中，以便除去殘留物并使第二液體再循環，用于在干燥和/或凈化中再用。
圖3是個流程圖，它示出用于實施本發明的合適操作手續其中一個實施例。在步驟31中，將一個工件(電子部件)完全浸入一(最好是惰性的)第一處理液中，如去離子(DI)水或IPA，在T=10-90℃范圍選定的溫度下，浸入時間間隔范圍(可選擇地)選定為△t=0-600sec。在步驟33中，對其中大部分或全部的浸入時間間隔，第一液體可選擇地在20-750kHz范圍內的一個或多個選定的超聲波頻率下經受超聲波動。在步驟35中，在完成浸入的時間間隔之后，最好是在0.5-5cm/min之間的線性拉速下，和最好是在潔凈室或惰性環境中，將工件從第一處理液凈化槽中緩慢拉出。在步驟37中，將一選定的第二處理液如HFE或eth-HFE輸送到工件露出的表面上并清除掉。在步驟39(可選擇地)，將選定的液體過濾，或另外凈化并返回該容器中，或返回到另一容器中，供在另一個化學凈化槽中再使用。圖2所示的操作手續將提供某種工件的凈化，并且在露到HFE或eth-HFE中之后，通常將在不超過1-30sec之內使工件干燥(整個方法為1-60sec)。如果只希望工件干燥，則步驟33可以省去。
步驟37中第二液體的輸送可以通過將第二液體噴到工件的露出表面上，例如，作為一行或一條噴霧液體；或是通過一液體源將該液體滴流到其中一個或多個表面上來進行，該液體源位于工件的上方、其側面或附近。
圖4A-4F示出一種合適的方法，供在電子部件片干燥和凈化中，利用HFE或eth-HFE，并再循環該液體其中大部分或全部。在圖4A和4B中，利用一個或多個工件臂43A和43B，將一個或(最好是)許多工件41，如半導體片、印刷電路板等拾起，并將這些工件定位在第一槽或罐45中，該第一槽或罐45在頂部敞開，并且在其底部有一排泄口47。最好是，該槽起初裝去離子(DI)水49，最好是在10-90℃范圍的溫度下，并且工件41完全浸入DI水中。最好是，DI水裝到第一槽45的頂部，并從該第一槽45中稍微溢流，以便通過溢出除去使DI水中不想要的材料的積累減至最少。可供選擇地，工件臂43A和43B可以用暫時抓住并夾持工件41的一個或多個真空吸盤(優選的)或磁盤或粘著盤代替。
在圖4C中，第二槽或罐51裝有第二液體50(如HFE或eth-HFE或它們的共沸混合物)，該槽或罐51最好是相對于周圍環境保持在10-100psi之間的壓力P下，并保持在10-80℃(對eth-HFE)或10-60℃(對HFE)的溫度范圍下，上述第二槽或罐51位于第一槽41的上方、側面或附近。
第二槽51連接到一塊、兩塊或多塊薄板53上，薄板53其中具有長方形孔或其它合適的孔55(在圖5的側視圖中示出)。孔55如此取向，以便當讓加壓的第二液體50從第二槽51中流出時，該第二液體以近似水平、垂直或斜的方式，從這些孔中噴射出來(霧化或沒有霧化)。位于孔55前面的任何物體都將被來自第二液體50的液體、蒸汽或霧噴射或用別的方法覆蓋。
可供選擇地、第二槽51可以位于第一槽41的上方，并且當工件從第一液槽中浸入時，第二液體可以滴流到工件的露出表面上，同時注意，輸送到工件露出表面的第二液體體積，在第二液體流出這些表面之前，足夠蓋住這些表面。
HFE液體具有比密度約為1.52 gm/cm3，它比DI水的比密度(≈1.0gm/cm3)重得多，HFE是一種比較非極性的分子(與高度極性的水分子相比)，并且HFE的表面張力13.6達因/cm比水的表面張力(≈80達因/cm)小得多。乙基化的HFE具有稍高的比密度。由于這些差別，所以如果在圖3C中用HFE或eth-HFE作為第二液體50，對落入第一液體49中的大部分HFE或eth-HFE最終將沉到第一槽45中(混合)液體的底部。沿著第一液槽上方工件41露出表面通過的這部分HFE或eth-HFE可以凈化和/或干燥工件露出的表面。
在圖4D和4E中，現在利用一個或多個“推進器”臂53，在第一液體內將工件31向上推。當工件41的將近一半位于第一液體上表面的上方時，用工件臂43A和43B(或真空吸盤或磁盤或粘著盤)夾住工件，并以0.5-10cm/sec范圍內的優選線速度，將工件從第一槽45中的第一液體49緩慢向上拉。隨著工件41向上移動，它穿過一個區域，在此處工件受到從長方形孔55將第二液體50(通過噴射、滴流或其它合適的輸送方法)輸送于其上的作用。由于第二液體如HFE或eth-HFE的表面張力比第一液體(比如，DI水或IPA)的表面張力小得多，所以第二液體將置換工件41表面的第一液體。HFE(或eth-HFE)及類似的第二液體還十分容易揮發，它們具有比較低的蒸發熱(對HFE和eth-HFE約為30卡/克)和高的蒸汽壓(約195mmHg柱)，因此置換工件表面上第一液體的任何部分第二液體將最終揮發，并因此快速干燥工件41露出表面的相鄰部分。在圖4F中，已完全將工件41從第一槽45內的第一液體中拉出。
大部分或全部未從工件41露出的表面蒸發掉的第二液體(HFE或eth-HFE)將落入第一液體，并且將沉落第一槽的底部及在該處收集，在此處可以利用第一槽的底部孔移出這種(主要是第二)液體，用于第二液體的再循環。如果圖4A-4F中所示的裝置所處的周圍環境，例如用干冷的N2或CO使其保持干燥和惰性的，則從工件表面蒸發的這部分第二液體還可以回收、再循環和再用。即使在周圍環境不是干燥和惰性的，再用也是可能的。
圖6示出供利用第二液體來干燥和凈化電子零件的裝置的合適配置。兩個空心圓筒61A和61B在它們的縱向軸近似平行的情況下設置。圓筒61A和61B其中每個都分別具有一個或多個縱向取向的長方形孔63A和63B，其中槽寬度h最好是在0.02-0.5mm范圍內。每個圓筒61A和61B都連接到增壓的HFE或eth-HFE或其它合適第二液體的源頭65上。如果此壓力足夠高，則迫使第二液體穿過長方形孔，并形成一個薄片或霧狀物67，這些霧狀物呈圓筒的一片或扇面形狀，它們與位于長方形孔63A和63B之間的工件69碰撞并覆蓋該工件69。HFE或eth-HFE或其它合適的第二液體，當從長方形孔中射出時，可以適度地加熱(比如，加熱到T≈30-50℃)，以便當第二液體與工件69的表面碰撞時，第二液體將更快地蒸發，因而使工件干燥。如果噴霧速度足夠大，則HFE或eth-HFE還可以從工件69的那部分露出表面上除去不想要的殘留物，因而凈化了該工件69。空心圓筒61A和61B最好是利用一機械旋轉裝置71，以每秒2π-100π弧度范圍內的角速度ω，圍繞它們各自的縱向軸，以相同方向或相反方向旋轉。
用HFE或eth-HFE或HFE的共沸混合物液體，按照前述操作手續凈化工件的表面，似乎除去了大部分或全部粒徑大于約0.1μm的污染物微粒，正如目前對用于半導體、光學和電子設備表面的表面凈化方法所要求的。在按照前述操作手續的試驗中，觀察到在從第一液體中取出工件后，工件表面立刻變干，因此工件表面的干燥和凈化幾乎同時進行。
按照3M公司HFE的研制者所提供的產品技術規格，HFE和eth-HFE其中每種都預定用作近30年來各種應用中所用的含氯氟烴類(CFCs)及類似化學藥品的無毒替代物。HFE在急性致死吸入濃度超過100，000ppm情況下，基本上是無毒的。HFE現在未劃歸有毒物質一類。然而，HFE和另外化學藥品的混合物可能更活潑。例如，HFE共沸混合物是揮發性的，并且HFE共沸混合物排放到水源中可能要求遵照危險廢物規定。對eth-HFE還沒有發布相應數字。
DI水和HFE或eth-HFE二者之一很容易形成含少量混合物的液/液二元體系(例如，DI水中含20ppm HFE；HFE中含90ppm DI水)，這部分是由于水的高極性和HFE或eth-HFE比較低的極性，及它們之間分子量的差別。因此，HFE或eth-HFE很容易與DI水或任何其它惰性的、較輕、較高極性的液體如IPA分開，用于過濾和再用或用于處理HFE或eth-HFE。
本發明的方法具有3或4個干燥區域，如圖7所示工件81表面上所圖示出的。隨著將工件從第一液體中拉出，底部區域81A仍然浸沒在第一液體中。第二區域81鄰近底部區域81A，它已上升到第一液體的上方，但在表面上有空氣和/或處理液體的微粒。第三區域81C鄰近第二區域81B，它具有通過噴霧或滴流輸送到該區域的第二液體，并且第二液體形成一第二液體的流體片(液體和/或霧化的氣體微粒)，它與露出的表面上留下的空氣和/或處理液體微粒混合，并置換它們。在鄰近第三區域81C的第四區域81D中，第二液體的薄流體片通常在30 sec或更短時間內揮發，同時在該區域留下干燥的工件表面。如果希望的話，可以通過在罐中處理液露出的表面稍上方形成第二液體流體片，來消除第二區域81B。
在圖8A-8C中示出用于實施本發明的另一種操作手續。在圖8A中，將剛從第一處理液(比如，DI水或IPA，未顯出)中取出的工件91，浸入裝有第二處理液95，如HFE或eth-HFE或HFE的共沸混合物的罐93中，將該第二處理液95加熱到低于其沸點的溫度(一般，對HFE T≈60-80℃)。將工件91浸入第二液體95一選定的時間間隔，最好是在5-120sec范圍內，或者如果希望的話浸入更長時間。對最低限度的一部分浸沒時間間隔(比如，最低限度5-10sec)，使工件91經受超聲振動作用，該超聲振動由設置在罐93內部、或外部及鄰近罐93的超聲波發生器97產生。超聲振動有助于低表面張力的第二液體95置換工件91露出的表面上的材料殘留物、空氣和第一液體。在浸入時間間隔結束后，如圖8B所示，以優選范圍為0.5-10cm/sec的線性拉速，將工件91從第二液體95中拉入一受控制的環境，如真空、凈化室或主要含N2或CO的環境中。在工件完全拉出(圖8C)之后，留在工件91露出表面上的任何第二液體，通常都在從第二液體95拉出工件后1-30sec內揮發。
如圖9所示，可以在兩個增壓裝置103A和103B之間垂直地(在矢量V方向上)將工件101拉出，增壓裝置103A、103B具有縱向取向的孔104A1、104A2，104B1和104B2，它們相對于工件表面，以選定的入射角φ，將HFE或eth-HFE液體噴射到工件的一邊或對置的兩邊上。HFE或eth-HFE液體105保留在流體容器107中，該容器107經過加壓泵109或其它合適裝置連接到上述孔上，加壓泵109用一可控制的壓頭將HFE或eth-HFE液體輸送到孔103A和103B上。未揮發的噴射液體及任何別的處理液體(比如，水)及從工件表面除去的其它殘留物，收集在收集器110中，該收集器位于工件101的下方，用于可能的凈化和再循環，或是用于處理。
可供選擇地，工件101可以相對于垂線呈α角取向(圖9中示出為工件101′)，此處α角的范圍從幾度到約80°，而所有其它方面情況均保持相同。
我們發現，在孔寬度或間隙△w約為0.05mm情況下，對HFE或eth-HFE來說，約40psi的壓頭值△p就足夠干燥受HFE或eth-HFE作用只不過5-7sec的工件表面。我們估計，孔寬度可以將△w減少至低速0.02mm，而HFE或eth-HFE在通過孔103A和103B之后，仍形成可以接受的連續噴射，這是由于低表面張力和其它特點都與HFE或eth-HFE有關。如果HFE或eth-HFE液體被另一種具有較高表面張力的液體，如IPA或DI水取代，我們估計，只要連續噴射保持在約40 psi的適度壓頭下，孔寬度△w就不會減少到低于約0.05mm。
在保持高溫如40℃的HFE或eth-HFE液體與這種結構一起使用的地方，我們發現，我們可以在5-7sec內(線性拉速約29mm/sec)從液體中拉出200mm直徑的半導體片。在這種第二拉出周期結束時，我們發現，根據“裸眼”檢查，大多數半導體片完全干燥，并且在從HFE液體中移出最后一塊半導體片之后的幾秒鐘之內，半導體片完全干燥。我們認為，如果將HFE或eth-HFE液體溫度升到較高的溫度，如50-56℃，則半導體片可以在較短時間如3-5sec內拉出，并且半導體片一弄干液體，它就完全干燥了。HFE或eth-HFE液體在室溫下有比較高的蒸汽壓(210mmHg柱)，保證了在移出半導體片之后留下，但不能用“裸眼”檢驗看到的任何HFE或eth-HFE液體將很快揮發。
某些參數可用來優化在圖9所示結構中應用的HFE干燥和凈化特點。第一是溫度，這在上面已經論述過了。當HFE液體溫度升高時，干燥過程及獨立地，凈化過程似乎更快發生。第二個優化參數是角度φ，在該角度φ下，噴射(一側或兩側)朝向并撞擊工件101。我們認為，這里在掠射入射(φ=0°)和近垂直入射(φ≈90°)之間某處的角度φ是最佳的。
第三個優化參數是對孔后面HFE液體施加的壓頭△p。隨著壓頭△p增加，工件干燥和/或凈化似乎得到改善，但這種改善似乎越來越飽和，正如圖10中所示的選定的干燥特性τ(干燥時間)-△p示意曲線圖中所顯示的那樣。
第四個優化參數是孔寬度△w。隨著△w減少，射向工件表面的HFE或eth-HFE液體的量將減少，如果保持壓頭△p不變，則使用什么液體無關緊要。當孔寬度△w減少到低于被認為是閾值或最小值△w0時，連續噴射作用將讓路于不穩定和不可控制的液體噴射，孔寬度△w取決于液體溫度、液體表面張力、壓力及也許其它的變量。發生這種轉變時的閾孔寬度△w0將近似單調地隨表面張力降低而降低，正如圖11中△w0-液體表面張力示意曲線圖所顯示的。因此，對HFE，閾孔寬度△w0應低于IPA的△w0，它應低于DI水的△w0。因此，HFE或eth-HFE液體具有比諸如IPA或DI水更大范圍的有關操作參數，如△p和△w，用于干燥和/或凈化。
第五個優化參數是工件穿過液體噴射的線性拉速r。此處，規定的干燥和/或凈化特性凈隨著拉速r降低而持續改善，但這必須通過考慮理想的工件干燥和/或凈化時間來加以平衡，隨著速度r降低，該干燥和/或凈化時間將近似與1/r成正比。
第六個優化參數是在一側用來將HFE或eth-HFE液體噴射到工件上的孔數目N。在圖8中，每一側設置N=2噴射器。人們可以選擇N=1，2，3或任何其它合理的數目，并且，如果在規定一側的噴射器保持足夠遠，以致它們互不干擾的話，則干燥和/或凈化特性應隨著增加N而改善。如果兩個相鄰的噴射器位置靠近到足以相互干擾，則這可以增加有效的工件干燥時間，不過凈化特性可以改善或降低，這取決于工件和周圍環境。
如圖12中所示，工件111-1，111-2、111-3的順序可以在兩個增壓裝置113A和113B之間的曲線路線P中近乎垂直地(在路線矢量V方向上)移出，兩個增壓裝置113A和113B具有縱向取向的孔114A1、114A2、114B1和114B2，這些孔以相對于工件表面一個選定的入射角φ，將HFE或eth-HFE液體噴射到工件的一邊或兩個對置的邊上。HFE或eth-HFE液體存貯在流體容器117中，容器117經過一個增壓泵119或其它合適的裝置連接到孔上，增壓泵119用一可控制的壓頭△p將HFE液體輸送到孔113A和113B中。
如圖13所示，工件121可以在兩個增壓裝置123A和123B之間水平地(在矢量V的方向上)牽拉，每個增壓裝置都有一個或多個垂直取向的孔124A和124B，它們以相對于工件表面選定的入射角，將HFE或eth-HFE液體噴射到工件的一側或對置的兩側上。HFE或eth-HFE液體125貯存在流體容器127中，該容器127經過一增壓泵129或其它合適的裝置連接到孔上，增壓泵129用一可控制的壓頭△p將HFE或eth-HFE輸送到孔124A和124B中。將未揮發的噴射液體和任何其它處理液(比如，水)及其它從工件表面除去的殘留物收集在收集器130中，該收集器130位于工件121的下方，用于可能的凈化和再循環，或用于處理。
壓頭△p、孔寬度△w、液體溫度T、工件水平移動的線性速度r及其它參數的選擇，基本上和圖9或12中的一樣。與圖9中的垂直結構相比，圖12或13的結構其中一個優點是，可以如此連續地移動兩個或多個工件121經過噴射口，以便干燥和/或凈化過程可以象單工件連續法那樣操作，其中各工件移動穿過一噴射連續進行的區域。圖13所示的水平法其中一個可能的缺點是，噴射出的HFE或eth-HFE液體在撞擊工件時不能立即揮發，它們可能垂直向下沿工件流動，并與大約同時噴射到工件相鄰部分上的另一部分HFE或eth-HFE液體相互作用或影響后者。
利用如圖14所示的水平移動/斜向噴射結構，如果不能消除這種可能的缺點，也能使它減至最小。在圖14的結構中，工件131是在第一斜向孔134A和第二斜向孔(未示出)之間，以一個線速度r(矢量V的方向上)水平牽拉，以便將HFE或eth-HFE液體噴射到工件的一側或對置的兩側上。工件每一側上的液體噴射沿著一條斜線接觸工件，該斜線具有如圖所示的相關斜角θ。HFE或eth-HFE液體135存貯在流體容器137中，該容器137經過一增壓泵139或其它合適裝置連接到各孔上，增壓泵139將HFE或eth-HFE液體輸送到第一增壓裝置133A和第二增壓裝置(未示出)上，該第一和第二增壓裝置具有相應的第一和第二孔，增壓泵139具有可通過孔寬度為△w的孔控制壓頭△p。未揮發的噴射液體和任何其它處理液(如水)及用工件表面除去的其它殘留物都收集在位于工件131下方的收集器140中，用于可能的凈化和再循環，或用于處理。壓頭△p、孔寬度△w、液體溫度T、工件水平移動的線速度r及其它參數的選擇基本上與圖9、12或13中的一樣。圖14的結構能象圖13中那樣進行單個工件處理或成批處理，但在其中一部分噴射過的工件處的未揮發HFE或eth-HFE液體，基本上不影響HFE或eth-HFE液體噴射到工件的相鄰部分上。
圖14的結構有一第七優化參數，即供噴射液體應用的斜角θ。最佳斜角θ(可選擇地)似乎取決于線速度r，及取決于有代表性的速度s(垂直地)，以線速度r將工件水平牽拉經過噴射器，未揮發的HFE或eth-HFE液體在有代表性的速度s下，可以垂直地向下運行到工件131的表面隨著s(垂直地)增加，該方法可以在無液-液干擾情況下工作的最小斜角θ似乎也增加。
圖15示出另一種用于干燥和/或凈化工件141的可供選擇的結構。將工件141輸送通過一處理區域142，在該區域，一股或多股第二液體的近似圓形移動流(噴霧或大部分液體)C1、C2跨過每個欲處理的工件表面移動。近似圓形移動流C1、C2其中每個的名義上圓心c1、c2最好是遠離工件表面設置，以便工件上的每一點都經受具有非零液體速度的液流C1、C2。可供選擇地，液流C1、C2的名義中心c1、c2可以位于工件141的露出表面上。
每個環形運動的液流C1、C2由一循環機構143，如機械驅動式或磁力驅動式液體攪拌器形成，該循環機構143部分或全部浸入到第二液體中。與每個近似圓形流動方式C1、C2有關的角速度ω可以在從每秒不到1弧度(比如，0.2弧度/秒(rad/sec))至每秒幾百弧度(比如，500rad/sec)范圍內選擇。第二液體144最好是貯存在流體容器145中，并且在選定的時間間隔內由泵146輸送到工件處理區域142，在此處循環機構143使第二液體以近似圓形的方式運動。
工件141通過一個或多個機械臂147A和147B(或一個真空吸盤或磁盤或粘著盤工件夾具)移動穿過處理區域142，并受到第二液體的圓形運動流C1、C2作用。可供選擇地，工件141可以保持固定不動，并且可以使圓形運動流C1、C2掃過欲處理的工件表面。在工件表面已經用第二液體處理過之后，在這種場合使用的第二液體可選擇地流入或是另外存放在消耗液體的增壓裝置148中，并且或是排入或者(最好是)打循環穿過液體過濾機構149并存放在流體容器145中。
在工件141只受到一個第二液體圓形運動流C1或C2作用的地方，這種流動方式的名義半徑r1或r2最好是大于欲處理工件表面的直徑。在工件141受到兩個或多個圓形運動流C1和C2作用的地方，這些流動方式的其中之一或二者的名義半徑r1和/或r2可選擇地選定稍大于工件直徑的一半，并且兩股液流C1、C2協同工作，以便移動跨過欲處理的工件表面并完全將該工件表面覆蓋，如圖14所示。然后如此設置液流C1和C2的名義中心c1和c2，以便欲處理的工件表面在這些名義中心之間移動。
如圖16所示裝置中所顯示的，兩個或多個工件151和152可以彼此接近或相鄰定位，而三個壓頭153A、153B和153C可以如圖所示，鄰近這些工件定位，以便凈化和干燥工件露出的表面。外部壓頭153A和153C其中每個都分別具有一個或多個噴射孔154A和154C，以便提供相鄰工件其中一個露出表面的干燥和/或凈化。中間或內部壓頭153B具有一個或多個噴射孔154B1和154B2，它們位于其每一側上，以便分別噴射相鄰工件的露出表面151和152。孔150還包括一個第二液體155的容器或供應罐157和壓力泵159，該壓力泵159將增壓的第二液體輸送到壓頭153A、153B和153C。一個液體收集器160位于噴射區域中工件151和152的下方，它收集滴離工件的液體，用于可能的再循環和再用。
若按圖16中所述的方式進行，則可以同時干燥和/或凈化兩個或多個彼此相鄰設置的工件，正如在實際批量法中也許會發生的情況。兩個相鄰的工件151和152之間的分開距離D1和/或D2，應保持至少等于選定的最小分離距離D(min)，以便提供足夠的容隙距離D(間隙，1)和D(間隙，2)，用于壓頭153B和有關的噴射孔154B1和154B2，在相鄰的工件151和152之間通過。這些容隙距離最好是包括每個噴射孔154B1和154B2與相鄰工件的相應露出表面的退回(back off)距離。
噴射口154A、154B1、154B2和154C可以是水平式定向、垂直式定向或斜式定向，如圖9、13和14中所示，并且可以對每種噴射方式進行單獨選擇。例如，由于工件151兩個露出表面的不同性質，由孔154A和154B1所形成的噴射方式，分別可以是垂直的或呈斜角的。對圖6、9、12、13、14、15和16中的工件，在兩個露出表面其中每個上面所限定的噴射方式，可以單獨選擇。可供選擇地，如果希望的話，可以只干燥和/或凈化圖6、9、12、13、14、15和16其中之一露出的表面或側面。
圖17A-17E示出另一種將HFE或eth-HFE液體輸送到工件上的方法。在圖17A中，工件161的露出表面，以選定的角頻率ω繞穿過露出表面的選定旋轉軸旋轉，并且隨著表面旋轉，將一片或多片163-n(n=1，2，3…)HFE基液體(比如，HFE或eth-HFE液體)噴射到工件表面上，這些層HFE基液體在表面上以線條示意示出。各層163-n中每一片都可以有相同的HFE基液體。可供選擇地，各片163一n其中兩片或多片可以用不同的HFE基液體作為噴射材料，以便利用工件表面上的污染物對不同的HFE基液體有不同的響應。
圖17A中的兩片或多片HFE基液體165-n不必相互平行，并且可以是平面片(165-1)或曲線片(165-2、165-3)或平面片和曲線層的混合物；而如果這些片不相互平行，如圖17B所示，則這些片液體在工件161的旋轉中心處或附近不必彼此相交。
在圖17C中，兩片或多片不同的HFE基液體167-1和167-2沿著不同的線段噴射到旋轉工件161的表面上，最好是當工件表面以選定的角速度ω，繞一穿過露出表面的選定旋轉軸旋轉時，每個線段都蓋住整個工件表面。如圖17A所示，兩片167-1和167-2可以具有相同的HFE基液體作為噴射液。可從選擇地，兩片167-1和167-2可以各具有不同的HFE基液體，以便利用工件表面上的污染物對不同的HFE基液體有不同的響應。
在圖17D中，一股或多股HFE基液體的液流169，隨著工件表面以一選定的角速度ω，繞穿過露出表面的旋轉軸旋轉，而存貯在旋轉工件161表面上一個選定的位置上，并且通過工件表面的旋轉(離心力等)作用，使HFE基液體能跨過部分或整個工件表面展開。
在圖17E中，將欲凈化的工件161的露出表面(未示出)，安放成接觸HFE基液體171槽的露出表面，或浸入該槽中。露出的表面以一選定的角速度ω，繞一穿過露出表面的選定旋轉軸旋轉。在上述旋轉表面和相鄰的HFE基液體之間，形成一種(1)上述表面暴露于HFE基液體之下與(2)剪切力的組合。剪切力可以利用HFE基液體易于“旋出”到所述表面的旋轉速度而變少。剪切力大小可以通過使工件露出的表面繞HFE基液體槽內部移動來保持很高，因此目前相鄰的液體沒有時間來完全“快速旋轉”到旋轉露出表面的角速度。
權利要求
1．用于干燥或凈化工件的方法，該方法其特征在于以下步驟將一種處理液輸送到工件其中至少一個露出的表面上，該處理液具有小于17達因/cm的表面張力，它是揮發性的，并具有一種比水密度大很多的處理液密度；因而，在不超過30-45秒的時間范圍內，從工件的其中至少一個露出的表面上，除去液體和污染物的其中一種。
2．如權利要求1所述的方法，還包括以下步驟，即從由氟代烴、氟代烴的共沸混合物、乙基化氟代烴、乙基化氟代烴的共沸混合物等構成的這類物質中選擇上述處理液，該處理液保持在10-80℃范圍內一選定的溫度下。
3．如權利要求2所述的方法，還包括以下步驟在上述處理液輸送到工件其中至少一個露出的表面之前，將工件浸入一選定的漂洗液中，該漂洗液保持在范圍約20-60℃內一選定的溫度下；及在一選定的0.5-5cm/sec拉速下，將上述工件從漂洗液中拉出。
4．如權利要求1所述的方法，其中將處理液輸送到工件露出的表面上的步驟，其特征在于將上述處理液噴射到工件選定的那部分露出表面上。
5．如權利要求4所述的方法，其特征在于上述將處理液輸送到工件其中至少一個露出表面上的步驟，包括以下步驟在選定的方向上，將一片上述處理液對準工件的其中至少一個露出的表面，以便上述至少一個露出表面的選定方向被一片處理液體浸濕，該選定的方向具有相對于垂直方向選定的取向；和如此移動上述工件至少其中之一和一片處理液，以便工件其中至少一個露出表面的基本上全部區域，都被上述一片第二液體浸濕。
6．如權利要求5所述的方法，還包括下述步驟從包括垂直取向、水平取向和傾斜取向的這一類定向中，選擇上述選定區域選定的取向。
7．如權利要求5所述的方法，還包括以下步驟在一選定的方向上，將一第二片上述處理液對準工件的其中第二個露出的表面，以便該第二露出表面的第二選定區域被第二片處理液浸濕，該第二選定區域具有相對于垂直方向的第二選定的取向；及如此移動上述工件至少其中之一和第二片上述處理液，以便工件的第二露出表面基本上所有區域都被處理液浸濕。
8．如權利要求7所述的方法，還包括以下步驟從包括垂直取向、水平取向和傾斜取向的第一類取向中，選擇上述選定區域其中第一選定的取向；和從包括垂直取向、水平取向和傾斜取向的第二類取向中，選擇上述選定區域其中第二選定的取向。
9．如權利要求5所述的方法，還包括以下步驟，即將處理液片相對于工件的選定方向如此旋轉，以使上述工件其中至少一個露出的表面基本上所有區域都被處理液片浸濕。
10．如權利要求1所述的方法，其特征在于上述將處理液輸送到工件露出表面的步驟，包括將第二種液體滴流到工件露出表面的選定區域上。
11．如權利要求1所述的方法，其特征在于上述將處理液輸送到工件露出表面上的步驟包括將上述露出表面以一選定的角速度繞穿過該露出表面的選定旋轉軸旋轉；及隨著露出表面旋轉，將處理液噴射到該露出表面的選定部分上。
12．如權利要求1所述的方法，其特征在于上述將處理液輸送到工件露出表面上的步驟包括將上述露出表面以一選定的角速度繞穿過該露出表面的選定旋轉軸旋轉；將上述露出表面浸入處理液中一段時間，約50-60秒；及從處理液中取出露出的表面。
13．用于干燥或凈化工件的方法，該方法包括以下步驟以一選定的拉速，從具有第一液體密度的第一處理液中拉出工件，并在工件的表面上形成暫時的第一、第二和第三區，這里，第一區浸入第一液體并用第一液體覆蓋，第二區不浸入第一液體，而至少有一部分用第二處理液覆蓋，第三區不浸入第一液體，并且基本上沒有第一液體和第二液體，第二區位于第一區和第三區之間，并且第二液體的極性比第一液體小，它具有小于17達因/cm的表面張力，是揮發性的，并且具有比第一液體密度大很多的第二液體密度；因而，在范圍不超過30-45秒的一段時間內，在第三區中，從工件其中至少一個露出表面除去液體和污染物的至少其中一種。
14．如權利要求13所述的方法，還包括以下步驟，即從由氟代烴、氟代烴的共沸混合物、乙基化氟代烴及乙基化氟代烴的共沸混合物等構成的這類物質中選擇上述第二液體，該第二液體在10-80℃范圍內保持在一選定的溫度下。
15．如權利要求13所述的方法，還包括以0.5-5cm/sec的拉速，從上述第一液體中拉出工件的步驟。
16．如權利要求13所述的方法，還包括以下步驟從上述第一液體中拉出工件，并在該工件的表面上形成一暫時的第四區，該第四區位于上述第一區和第二區之間，它未浸入第一液體，但在第四區中有第一液體的殘留物存在。
17．用于干燥或凈化工件的方法，該方法包括以下步驟相對于垂直取向，以選定的取向將工件定位；將選定的處理液輸送到工件其中至少一個露出表面的選定部分上，此處液體具有小于17達因/cm的表面張力，它是揮發性的，并具有比水的密度大很多的液體密度；及如此移動工件其中至少一個露出表面的選定部分，以便該至少一個露出表面的基本上全部區域都被液體浸濕；因而，在不超過30-45秒的一段時間內，從工件的其中至少一個露出的表面除去液體和污染物其中至少一種。
18．如權利要求17所述的方法，還包括以下步驟，即從由氟代烴、氟代烴的共沸混合物、乙基化氟代烴和乙基化氟代烴的共沸混合物構成的這類物質中選擇處理液，該處理液保持在10-80℃范圍內的一個選定溫度下。
19．如權利要求17所述的方法，還包括以下步驟，即將工件其中至少一個露出表面的其中一部分，選擇是一個近似水平取向的已選定條寬的窄條，該窄條跨過上述工件的其中至少一個露出的表面延伸。
20．如權利要求17所述的方法，還包括以下步驟，即將工件其中至少一個露出表面的其中一部分，選擇是一個近似垂直取向的已選定條寬的窄條，該窄條跨過上述工件其中至少一個露出的表面延伸。
21．如權利要求17所述的方法，還包括以下步驟，即將工件其中至少一個露出表面的其中一部分，選擇是一種選定條寬的窄條，該窄條以斜的方向跨過上述工件其中至少一個露出的表面延伸。
22．如權利要求17所述的方法，其特征在于將處理液輸送到上述工件露出表面上的步驟包括以選定的角速度繞穿過上述露出表面的選定旋轉軸旋轉露出的表面；及隨著露出的表面旋轉，將處理液噴射到上述露出表面的選定部分上。
23．如權利要求17所述的方法，其特征在于上述將處理液輸送到工件的露出表面上的步驟包括以選定的角速度繞穿過上述露出表面的旋轉軸旋轉該露出的表面；及將露出的表面浸入處理液中一段選定的時間，該段時間范圍約5-60秒；及從處理液中取出露出的表面。
24．用于干燥或凈化工件的方法，該方法包括以下步驟將工件浸入選定的處理液中，此處該液體具有小于17達因/cm的表面張力，它是揮發性的，并具有比水的密度大很多的液體密度；跨過工件其中至少一個露出的表面的其中至少一部分，形成選定的近似圓形的液體流動方式，用于一選定的時間間隔；及從液體中取出工件，因而，在不超過30-45秒這段時間范圍內，從上述工件至少其中一個露出的表面上，除去液體和污染物的至少其中之一。
25．如權利要求24所述的方法，還包括以下步驟，即從由氟代烴、氟代烴的共沸混合物、乙基化的氟代烴、及乙基化氟代烴的共沸混合物等構成的這類物質中選擇處理液，該處理液保持在10-80℃范圍內的一個選定的溫度下。
26．如權利要求24所述的方法，還包括以下步驟，即選擇流動方式具有用于上述近似圓形流動的近似中心，該近似圓形流動與工件間隔開。
27．如權利要求24所述的方法，還包括以下步驟，即選擇流動方式具有用于上述近似圓形流動的近似中心，該近似圓形流動位于上述工件其中至少一個露出表面的其中至少一部分的內部。
28．如權利要求24所述的方法，還包括下述步驟，即用每秒0.2-500弧度范圍內的有關角速度，形成上述近似圓形的流動方式。
29．如權利要求27所述的方法，還包括下述步驟，即跨過上述工件其中至少一個露出表面的其中至少第二部分，形成近似是圓形的第二選定的液體流動方式，用于第二選定的時間間隔，這里上述工件其中至少一個露出的表面第一部分和第二部分相互重疊。
30．用于干燥或凈化工件的方法，該方法包括以下步驟將工件浸入一選定的處理液中，該處理液具有小于17達因/cm的表面張力，它是揮發性的，并具有比水的密度大很多的液體密度，這里將液體加熱到一個選定的溫度，該溫度低于液體的沸點，選定的浸入時間間隔為至少5秒；在液體內部，使工件經受一選定頻率范圍的超聲波振動，用于至少一部分浸入時間間隔；及以選定的拉速從液體中拉出工件；因而，在不超過30-45秒的這段時間間隔內，從工件其中至少一個露出表面上除去液體和污染物的至少其中之一。
31．如權利要求30所述的方法，還包括以下步驟，即從由氟代烴、氟代烴的共沸混合物、乙基化氟代烴及乙基化氟代烴的共沸混合物構成的這類物質中選擇處理液，該處理液保持在10-80℃范圍內一個選定的溫度下。
32．如權利要求30所述的方法，還包括以下步驟，即以0.5-5cm/sec范圍內的拉速，從所述液體中拉出工件。
全文摘要
一種系統(11),用于干燥和/或凈化工件(17A),如電子部件、半導體片、印刷電路板等。當從處理液或漂洗液(13)中拉出工件時,將一種選定的干燥和/或凈化液體,如氯代烴(HFE)、乙基化的氯代烴、或氟代烴或乙基化氟代烴的共沸混合物噴射、滴流、或用別的方法輸送到工件的露出表面上,上述干燥和/或凈化液體具有很小的表面張力、是揮發性的,并具有比處理液密度大很多的密度。在大多數情況下,工件可以在7—45秒、或更短時間內干燥,并可以用本發明凈化。干燥和/或凈化可以用單工件法、單工件、連續法、或批量法進行。
文檔編號F26B5/00GK1284159SQ98811068
公開日2001年2月14日 申請日期1998年9月22日 優先權日1997年9月23日
發明者格雷·W·費雷爾, 羅伯特·J·埃爾森, 約翰·F·希珀 申請人:格雷·W·費雷爾