專利名稱：使用受控的氣溶膠及氣體來干燥和清潔物體的改進的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用由聲波或超聲波裝置生成的氣溶膠來干燥和清潔所制造物體，包括電子元件的改進。
一些工人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用受熱或過熱氣體來干燥部件，包括集成電路的方法。這些方法采用受熱或過熱氣體，或直射束輻射來干燥物體表面；或者他們使用一超聲波射束與一活性化學(xué)槽相結(jié)合的方式來除去物體表面的雜質(zhì)，或施加一預(yù)期的材料給物體表面。這些方法是復(fù)雜的，通常需要在高溫下操作，經(jīng)常需要幾分鐘的處理時間，且經(jīng)常需要采用具有特殊抵抗性的室壁用于處理室。
人們所需要的是一種用于干燥和清潔制造過程中物體的方法及相關(guān)裝置，其在室溫下工作良好且簡單，其效果確實是完全的，沒有任何顯著的殘留物，其能在短至一分鐘的時間內(nèi)完成，其能在一室壁由幾乎任何材料制成的室內(nèi)進行，且其僅需要使用非常少量的干燥劑，同時最小的能量消耗，特別是熱能。理想的情況是，在一寬的溫度范圍內(nèi)該處理過程都是可完成的，且可輕易地按比例變化適用于任何的尺寸表面。
本發(fā)明滿足了這些需要。通過使用少量的低表面張力液體加上(可選擇)簡單地應(yīng)用一種可循環(huán)的清潔劑，本發(fā)明提供了對干燥和/或清潔物體的一種方法及相關(guān)裝置的改進。在一個實施例中，所要干燥的物體浸在室中的沖洗液里，例如水。沖洗液表面覆蓋著一種低表面張力選定液例如異丙醇(“IPA”)的一非常薄膜，其由聲波或超聲波振動一小股選定液而生成的氣溶膠形成。其它合適的液體包括乙醇，甲醇，四氫呋喃，丙酮，全氟己烷，己烷和乙醚。薄膜隨著需要連續(xù)補充，同時覆蓋所要干燥物體的沖洗液緩慢地排出。隨著沖洗液與薄膜的排出，選定液暫時地接觸物體表面并通過以下將要討論的一“化學(xué)刮刷”過程除去水殘留物?？蛇x擇的，在室被排空后，用一種熱的或環(huán)境溫度下的清潔液，例如干燥的N2，CO或CO2氣體對物體進行一額外的室凈化或干燥過程?？蛇x擇的，在沖洗液自室中排出時，室壓維持在接近或高于外界壓強。
在第一個改進中，高速率的補充氣體流使選定液的擴張可以被控制，并生成具有減小的氣溶膠直徑及改進的干燥和/或清潔作用的“霧”。
在第二個改進中，經(jīng)控制的補充氣體流與一障板相結(jié)合生成具有減小的氣溶膠直徑及改進的干燥和/或清潔作用的霧，障板用于捕獲較重的選定液微粒(例如，帶有直徑＞10μm的氣溶膠的那些微粒)。
在第三個改進中，選定液持續(xù)地循環(huán)及過濾以連續(xù)地基本上除去直徑大于一選定值，如0.05μm的所有雜質(zhì)。
在第四個改進中，在選定液輸送系統(tǒng)上采用一閘板以抑制或基本消除在輸送裝置的起動階段中出現(xiàn)的雜質(zhì)微?！胺逯怠?。
在第五個改進中，提供一采用一惰性粒子形成表面的改進的氣溶膠粒生成系統(tǒng)，其能夠改進對氣溶膠直徑控制以及生成許多更小直徑的氣溶膠。
可變化以控制處理的處理參數(shù)包括由選定液生成氣溶膠粒的振動頻率，一代表性的氣溶膠粒直徑，選定液的輸送速率及輸送選定液以生成氣溶膠粒的溫度，所用的(如果有)干燥液的溫度，以及所用的選定液與干燥液(如果有)的選擇。
本發(fā)明僅需要少至1-2毫升(ml)的選定液以干燥在容積為10-20升的一個室內(nèi)的物體，如果需要，室的體積可以更小或更大。該方法具有幾個好處。首先，該處理在或接近室溫下進行，能量消耗很少，且不需要使用受熱或過熱的液體或氣體來干燥。第二，該處理在一大容量沖洗液(10-20升)中使用非常少量的選定液，這樣沖洗液與選定液的混合能正常完成而不經(jīng)過需要有害材料的特定處理程序。第三，可使用多種廉價的選定液。第四，使用選定液的覆蓋膜使排液后室內(nèi)殘留的沖洗液蒸氣減至最少。第五，該處理易于按比例增加或減少，而沒有任何裝置上的實質(zhì)性變動。第六，該處理除去了那些未化學(xué)性粘結(jié)在物體表面的大直徑雜質(zhì)。
發(fā)明最優(yōu)方式的說明

圖1表示了有利于實現(xiàn)本發(fā)明的裝置10的一個實施例。封閉室11由外殼12限定并具有一支架(可選擇的)用以支撐物體13A，13B，13C等所要干燥的物體。經(jīng)由一可移式的、鉸接的或其它可操作的入口15將物體13A，13B，13C放入及移出室11，該入口15為外殼12的一部分。當(dāng)入口15關(guān)閉或嚙合時，室就被封閉，最好采用氣密式，同時可選擇性的除去室內(nèi)任何的殘留氣體。第一通道口21及相應(yīng)的第一閥23連接在外殼12上并與一水源25或其它合適的沖洗液27相連通，物體13A，13B，13C最初浸沒在該水或沖洗液內(nèi)。第二通道口31及相應(yīng)的第二閥33連接在外殼12上并與一選定干燥液體或流體37(“選定液”)的選定液源35，例如一壓力維持在5-50psi的加壓罐相連通，該選定干燥液體或流體主要用來干燥物體13A，13B，13C。
可與第一通道口21及第一閥23相同的第三通道41及相應(yīng)的第三閥43連接在外殼12上并與第一液體或流體罐或其它合適的第一排液接收器45相連通，該第一排液接收器45用來接收和排出來自室11中的沖洗液27及被吸收的選定液37?？膳c第二通道口31及第二閥33相同的第四通道口51及相應(yīng)的第四閥53連接在外殼12上并與第二液體或流體罐或其它合適的第二排液裝置55相連通，該第二排液裝置55用來接收和排出來自室11中的選定液37及選定液中的氣溶膠滴39。
起初，將物體13A，13B，13C放置到室11中的一支架或盒(未表示)上，關(guān)閉或嚙合入口15，室具有等于或稍高于大氣壓的壓強，然后沖洗液27經(jīng)由第一通道口21及第一閥23導(dǎo)入室內(nèi)，這樣物體完全浸沒在沖洗液里。接著第一閥23關(guān)閉。選擇性的，物體13A，13B，13C可以部分浸沒在沖洗液27里，這樣物體表面的一部分就暴露在沖洗液顯露表面的上方。
接著一小股選定液37流過第二通道口31及第二閥33并由一壓電驅(qū)動頭61及振動的聲波或超聲波噴嘴63接收，該聲波或超聲波噴嘴63以一選定的頻率f振動，f位于范圍10KHz≤f≤10,000KHz內(nèi)，最好位于更窄的范圍20KHz≤f≤100KHz內(nèi)。驅(qū)動頭61與一頻率發(fā)生器64相連并受其驅(qū)動，該頻率發(fā)生器64最好位于室11外部并允許在指示范圍內(nèi)選擇一振動頻率f。當(dāng)選定液37到達振動噴嘴63時，噴嘴開始振動，將選定液轉(zhuǎn)化為許多氣溶膠滴39，氣溶膠滴進入室11并占據(jù)了室中還沒有被沖洗液27填充且未浸有物體13A，13B，13C的上部分11U的大部分或全部。
圖2A表示了能用于圖1所示裝置的一合適驅(qū)動頭61A及振動噴嘴63A。振動噴嘴63A最好在其內(nèi)形成有一直徑d(柱)≈200μm的空心柱65A，選定液37(畫有交叉陰影線的)經(jīng)由空心柱流動。接著振動噴嘴“抖落”選定液37的小滴39，其形成大致圓柱形狀的氣溶膠滴并進入沖洗液上方的室11部分。
圖2B表示了另一合適的驅(qū)動頭61B及振動噴嘴63B，其內(nèi)包括一細(xì)長空心柱65B，選定液37經(jīng)由該空心柱65B流動。一外殼67B環(huán)繞噴嘴63B并將一圈熱或冷的惰性氣體69B導(dǎo)向氣溶膠滴39，氣溶膠滴以圓錐形或其它需要的形狀進入室內(nèi)以加速氣溶膠滴在整個室內(nèi)的分配。這兒也能采用許多其它的驅(qū)動頭/振動噴嘴的組合。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)采用一較高的頻率f易于產(chǎn)生具有較小平均直徑d(平均)的氣溶膠滴39。對于范圍在20KHz≤f≤100KHz內(nèi)的一振動頻率，我們預(yù)計平均氣溶膠滴直徑的范圍為10μm≤d(平均)≤50μm。平均滴直徑可通過改變膜孔66的直徑d(膜)及改變振動噴嘴63A或63B的振動頻率而變化。
選定液37應(yīng)不與物體13A，13B，13C及室11的壁發(fā)生反應(yīng)并應(yīng)具有一與沖洗液的表面張力相比充分低的表面張力。合適的選定液包括異丙醇，乙醇，甲醇，四氫呋喃，丙酮，全氟己烷，己烷和乙醚，以及許多其它的低表面張力液體和流體。采用這些物質(zhì)中的任何一種作為選定液都不需要提供由特殊耐蝕材料制成的室壁。
選定液可以比大氣壓高5-50psi的壓強保存在選定液源35內(nèi)以便于輸送及抑制選定液的少量揮發(fā)，否則揮發(fā)會自然發(fā)生。最好的沖洗液脫離子水在T≈20℃具有一表面張力σ＝73dynes/cm，有機分子比如甲醇，乙醇，異丙醇，n-己烷和乙醚在T＝20℃時具有范圍在17dynes/cm≤σ≤23dynes/cm的表面張力，這樣在室溫下σ(選定液)＜＜σ(沖洗液)。
這兒最好采用處于或接近室溫的選定液37。采用較高溫度的選定液37會相對于選定液37的表面張力減小沖洗液27的表面張力，從而妨礙這個過程所依賴的化學(xué)刮刷效果。
氣溶膠粒是一群或一堆選定液37的分子，其未經(jīng)歷轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝问降南嘧?。因此，由振動噴嘴提供的，將一克選定液37轉(zhuǎn)變?yōu)闅馊苣z滴39所需要的能量E(氣溶膠)(對于一典型的聲波頭為1.6瓦特，或在2ml/min的流速下小于100Joules/gm)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于用于加熱將一克選定液37轉(zhuǎn)變?yōu)槠湔魵庑问剿枰钠蹺(汽化)。我們預(yù)計比率E(氣溶膠)/E(汽化)小于2％。氣溶膠粒的生成可在室溫或接近室溫下進行，在這個過程中采用一相當(dāng)高的溫度，例如T＝60-200℃，既沒有必要也不可取。此外，僅需要小數(shù)量的選定液37，低至1-5ml，來干燥室11中的幾個物體13A，13B，13C。
氣溶膠滴39移動至室11，這些滴中的許多落在沖洗液27的一暴露表面29(最好是平穩(wěn)的)上成為具有一可變厚度h(氣溶膠)的薄膜30。預(yù)計形成該薄膜30需要的時間為40-60秒。與膜30相結(jié)合的氣溶膠滴39中的一部分將擴散至沖洗液27內(nèi)，這樣若未以額外的氣溶膠滴補充該膜，膜30將迅速且完全地消失。最好是，調(diào)節(jié)選定液37相對振動噴嘴63的容積流量率r(選定液)，從而使氣溶膠滴39與膜30結(jié)合的速度足夠快以維持或增大膜的一選定厚度h(氣溶膠)。膜厚度h(氣溶膠)的一優(yōu)選范圍為0.5mm≤h(氣溶膠)≤5mm，但通過增大容積流量率r(選定液)可增大該厚度。對于一個具有大約900cm2面積的用于沖洗液27的暴露(上)表面室11而言，容積流量率r(選定液)＝r2＝每分鐘1-5ml選定液37就足夠了。通常容積流量率r2＝1-2ml/min就足夠高了。對于直徑10-20cm的一半導(dǎo)體晶片而言，以5mm/sec的排出率排空室所需要的時間大約為20-40秒。因此，在形成膜和排空室所需要的時間間隔(60-100秒)的過程中，非常少的選定液37被吸收或擴散至沖洗液27內(nèi)。
由于處理中使用如此少的選定液37，選定液源35可具有一相對小的體積，如20-25ml一樣小，同時選定液源35可置于距室11相當(dāng)遠(yuǎn)的位置，如1-4米。運增強了處理的安全性，該處理中所使用的選定液具有一低著火點或其可引發(fā)一場爆炸。
在最好是室溫的處理溫度下，基于該溫度時選定液的平衡蒸汽壓系數(shù)，非常少量的選定液37會自然汽化。在室溫時密封的室11內(nèi)該汽化部分會相對更少，同時選定液37的汽化部分會迅速地與液膜及選定液37的氣溶膠部分達到平衡。采用遠(yuǎn)高于室溫的處理溫度會產(chǎn)生具有中等較高的平衡蒸汽壓系數(shù)的選定液37和較多的選定液蒸汽。該小部分選定液37的自然汽化不認(rèn)為是干燥過程的有用部分。
在沖洗液27的表面29上生成一氣溶膠滴的膜30后，這可能需要40-60秒，經(jīng)由第三通道口41及第三閥43緩慢地將沖洗液27自室11排至排液罐45內(nèi)。對于一容納有10-20升沖洗液27的室而言，排空沖洗液27預(yù)計需要20-40秒。排出率r(排出)的一優(yōu)選范圍為每秒室11內(nèi)沖洗液27的高度減少3-10mm，對于該過程r(排出)＝5mm/sec是一合適的排出率。排液緩慢地進行以維持在沖洗液暴露表面29上的選定液37的薄膜30。隨著沖洗液27排出的進行，小股的選定液37流過振動噴嘴63連續(xù)地生成氣溶膠滴39。選定液37的容積流量率r(選定液)可隨著排出沖洗液27(及被吸收的氣溶膠滴39)的進行而調(diào)高或調(diào)低。
圖2C表示改進的超聲波驅(qū)動裝置，其輸送用于清洗和/或干燥物體的選定液，氣溶膠形式的117和119(例如，室溫時的IPA)。第一傳液線101自一選定液源103輸送選定液至一軸向室105的第一端，軸向室由一近似圓柱形的超聲波噴嘴107限定，該超聲波噴嘴以位于一選定的頻率范圍，如10KHz≤f≤10,000KHz內(nèi)的頻率f振動。噴嘴107由可包括幾個載流線圈的一超聲波驅(qū)動頭109驅(qū)動。隨著線圈電流方向的反復(fù)交變，可包括一壓電材料的噴嘴107在線圈電流的交變作用下開始振動并“抖落”選定液的小氣溶膠粒。
圖2C中裝置還包括第二傳液線111，其由一惰性氣體源113供給并輸送氣體至一惰性氣體充氣間114，以及在接近軸向室105的第二端處具有一小孔116的充氣壁115。傳液線111最好在約室溫下以2-10升每分鐘(LPM)的流率輸送如N2或CO的惰性氣體至充氣間114。一部分或全部惰性氣體在充氣室孔116處自充氣室114中以一選定(向外)的方向噴出，產(chǎn)生一局部降低的總氣壓從而導(dǎo)致選定液氣溶膠粒的一擴張流117。若沒有惰性氣體流過充氣室孔116，則僅出現(xiàn)選定液氣溶膠粒119，且僅在噴嘴107第二端以下及環(huán)繞噴嘴軸AA的中央?yún)^(qū)域。加入流過充氣室孔116的惰性氣體，氣溶膠粒就在比沒有惰性氣體存在時更大的“錐形角”θc，C內(nèi)流動。
圖2D也表示改進的超聲波驅(qū)動裝置，其輸送用于清洗和/或干燥物體的選定液，氣溶膠形式的137和139。第一傳液線121，一選定液源123，由一近似圓柱形的超聲波噴嘴127限定的一軸向室125，一超聲波驅(qū)動頭129，第二傳液線131，一惰性氣體源133，一惰性氣體充氣間134，一充氣壁135，以及充氣室孔136與圖2C中裝置的相應(yīng)部件101，103，105，107，109，111，113，114，115，以及116起到相同的用途。圖2D中所示實施例將生成具有比沒有惰性氣體存在時更大的相關(guān)“錐形角”θc，D的氣溶膠粒137。
在圖2D中，惰性氣體連續(xù)以大略一致的充氣壓，或以如圖2E所示隨時間在一最小壓力值和一最大壓力值間大致周期性變化的一充氣壓p(充氣壓)自充氣室孔136中噴出。壓力變動產(chǎn)生了具有繞充氣室孔136的相關(guān)壓力梯度的惰性氣體壓力波141。該壓力波141使遠(yuǎn)離噴嘴127中央?yún)^(qū)域的氣溶膠粒117分離成更小的群體，因而生成更小的氣溶膠粒并在一更寬的相關(guān)錐形角θc，D內(nèi)向外擴張。所生成的其中央?yún)^(qū)域靠近噴嘴127的軸的氣溶膠粒139將保持他們較大的粒直徑并被位于噴嘴127下端中央?yún)^(qū)域內(nèi)的一個或多個粒障板或吸收器141和143捕獲。由粒障板141和143捕獲的選定液氣溶膠粒139排至一貯存槽144內(nèi)，如果希望可循環(huán)使用。圖2D中所示實施例將生成具有較大相關(guān)錐形角θc，D及較小平均粒直徑的氣溶膠粒137，因為較大直徑的氣溶膠粒趨向于平行于噴嘴軸AA移動并趨向于被放置在中央的一個或多個粒障板141和143捕獲。
圖3中隨著沖洗液27自室11中排出，物體13A，13B，13C的表面14A，14B，14C逐漸地暴露在外露沖洗液表面29及覆蓋膜30的上方，同時室的上部分11U內(nèi)的氣溶膠滴39落在暴露表面14A，14B，14C上，如圖3所示。選定液37的膜30的一部分也落在物體表面14A，14B，14C的暴露部分上，而沒有隨著沖洗液27朝向第三通道41移動。選定液37經(jīng)過挑選使其具有比沖洗液27的表面張力σ(沖洗液)更小的表面張力σ(選定液)。若沖洗液27為水，則在室溫下相應(yīng)的表面張力為σ(沖洗液)＝73dynes/cm。在這種情況下，選定液37可以為異丙醇(“IPA”)或乙醇或甲醇，其在室溫下表面張力分別為σ＝21.7dynes/cm，22.6dynes/cm，以及22.8dynes/cm。選定液37還經(jīng)過挑選，要其在采用任何處理溫度下都具有取代或溶解沖洗液的能力。這里可采用室溫(T＝20℃)，甚至更低的溫度。該處理在稍微較高的溫度下也能夠令人滿意地工作。
隨著物體表面14A，14B，14C的暴露部分接收選定液37的氣溶膠滴39，在這些暴露部分上形成了選定液37或氣溶膠滴39的新膜16A，16B，16C。隨著沖洗液27自室11內(nèi)繼續(xù)排出，以及在完全排空后，在膜16A，16B，16C中的選定液37取代了大部分或全部地殘留在物體表面14A，14B，14C暴露部分上的沖洗液27，這主要是因為選定液37的的表面張力σ(選定液)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于沖洗液27的表面張力σ(沖洗液)。被選定液取代的沖洗液27沿物體13A，13B，13C的暴露表面14A，14B，14C流下并與室內(nèi)大多數(shù)沖洗液27一起排走。在物體13A，13B，13C的暴露表面14A，14B，14C上形成膜的選定液37也沿這些表面流下并與大多數(shù)沖洗液27一起排走。選定液37的膜16A，16B，16C就作為“化學(xué)刮刷”自物體13A，13B，13C的暴露表面14A，14B，14C上除去沖洗液27及選定液37。
該對物體暴露表面14A，14B，14C的化學(xué)刮刷還有另一個好處。該處理不僅干燥了物體表面還自這些表面上除去了多數(shù)較大的雜質(zhì)微粒，只要這些雜質(zhì)微粒沒有化學(xué)粘結(jié)至主體表面。我們在施加化學(xué)刮刷處理前檢查了一些裸硅表面，發(fā)現(xiàn)在這些表面上有許多直徑至少為0.3μm的雜質(zhì)微粒，如表1中第(2)欄所示。接著我們施加化學(xué)刮刷處理，檢查了在化學(xué)刮刷處理完成后的同樣表面，發(fā)現(xiàn)在化學(xué)刮刷處理完成后雜質(zhì)微粒的數(shù)量減少了，如表1中第(3)欄所示。這些結(jié)果表示僅化學(xué)刮刷就除去了12-100％的直徑大于0.3μm的雜質(zhì)微粒，除去多少取決于其尺寸。
表1.化學(xué)刮刷除去大雜質(zhì)微粒微粒尺寸化學(xué)刮刷前化學(xué)刮刷后0.329-0.517μm 8 70.518-0.810 7 20.811-1.270 7 21.271-1.990 3 11.991-3.130 6 13.131-4.910 6 0在接近沖洗液27自室11中全部排出及物體13A，13B，13C的表面14A，14B，14C完全暴露時，關(guān)閉第二通道口31及第二閥33，關(guān)閉振動噴嘴63，并打開第四通道口51及第四閥53。接著殘留的選定液37，氣溶膠滴39，沖洗液27，以及沖洗液與選定液產(chǎn)生的任何蒸氣經(jīng)由第四通道口51自室11中除去。這一部分處理可能又需要10-20秒。但如果希望可持續(xù)更長的時間間隔以自膜16A，16B，16C及室11中完全除去殘留的選定液37和任何殘留的沖洗液27。對物體13A，13B，13C的干燥現(xiàn)在就徹底完成了。
選擇性的，熱或室溫的干燥氮氣N2，一氧化碳CO，二氧化碳CO2或其它惰性氣體可經(jīng)由第五通道口71及相應(yīng)的第五閥73導(dǎo)入室11以吹掃室11和/或清除物體13A，13B，13C暴露表面14A，14B，14C上的任何殘留物質(zhì)。室11接收自一吹掃氣罐75而來的熱吹掃氣，且吹掃氣經(jīng)由可分別與第五通道口71及相應(yīng)的第五閥73相同的第六通道81及相應(yīng)的第六閥83移出。一廢吹掃氣罐85接收來自室11內(nèi)的熱吹掃氣以循環(huán)使用、處理或處置。這部分處理如果包括在內(nèi)可能又需要30-60秒。
圖4為表示本發(fā)明一個實施例所采取的操作步驟的流程圖。步驟91中，將要被干燥和/或清潔的物體13A，13B，13C放入室內(nèi)，接著關(guān)閉室。步驟93中，沖洗液27被導(dǎo)入室內(nèi)以部分或(最好)完全浸沒物體。步驟95中，在室內(nèi)形成選定液37的氣溶膠滴，同時在沖洗液的暴露表面上形成并保持有一層選定液的膜。步驟97中，自室中緩慢地排出沖洗液27及任何被吸收的選定液37以最終將物體表面暴露在氣溶膠滴中，并在物體表面上形成選定液的膜；選擇性的，維持室壓于接近或高于外界環(huán)境氣壓。步驟99中，物體表面上選定液的膜進行化學(xué)刮刷以自物體表面上除去任何殘留的沖洗液27及殘留的選定液37及雜質(zhì)微粒。步驟101中(選擇性的)，自室中除去任何殘留的選定液37及沖洗液27。步驟103中(選擇性的)，一吹掃氣經(jīng)過室以自室中除去任何殘留的氣體和/或液體微?！，F(xiàn)在已被干燥和/或清潔的物體可自室中移出或可在室中進行進一步處理。
無論排出率r1選擇多少，室11內(nèi)沖洗液27的移出將在室內(nèi)產(chǎn)生一部分真空，該真空不會通過在室內(nèi)接收自驅(qū)動頭61及振動噴嘴63的少量選定液而得到完全緩解。若室11是絕對氣密性的，則很少或沒有外界氣體隨著真空的產(chǎn)生而進入室內(nèi)。但許多室都不是絕對氣密性的；在這種情況下，一適當(dāng)數(shù)量的外界氣體，可能會與該氣體一起帶有一個或多個雜質(zhì)微粒會進入室內(nèi)，這些雜質(zhì)微粒會落在選定物體13A，13B，13C的暴露表面14A，14B，14C上。這種情況在對這兒公開的步驟和裝置的測試中的一些，但不是全部中已經(jīng)觀察到了。
參照圖3，選擇性的提供一完全惰性替代氣體122如N2，CO或CO2的一貯存槽121，其與室11液連通。貯存槽121內(nèi)的惰性氣體122經(jīng)過一通道口123及一相應(yīng)的閥和壓力控制裝置125而進入室11。該閥與壓力控制裝置125檢測室11內(nèi)隨著沖洗液27自室中由通道41及閥43排出而產(chǎn)生的變化壓力。響應(yīng)于該變化壓力，閥及壓力控制裝置125允許充足的惰性氣體122自惰性氣體貯存槽121進入室內(nèi)以將室壓維持在一壓強p≈p(外界)，其中p(外界)近似等于室外的局部壓力，或一較高的壓力。若室不是絕對氣密性的，這里的室壓p最好稍高于局部外壓p(外界)以使一些惰性氣體122易于自室11中移出進入外界并阻礙外界氣體的流入。選擇性的，室11內(nèi)維持的壓強p可稍低于p(外界)，可能低如0.8p(外界)，仍能阻礙氣體自外界進入室內(nèi)。在沖洗液27全部自室11內(nèi)排出及選定物體13A，13B，13C的表面14A，14B，14C完全干燥和/或清潔后，在處理選定物體的下一步驟進行前可自室內(nèi)除去惰性氣體122至一惰性氣體貯存槽127。
可選擇的，若將沖洗液27自室11的排出率r1控制得非常好，閥及壓力控制裝置125就沒有必要檢測室11的內(nèi)部壓力。在這種方法中，閥及壓力控制裝置125允許惰性氣體122以一程序控制的容積流量率r3自惰性氣體貯存槽121流出，其中隨著沖洗液27自室中排出，r3能夠維持室11的內(nèi)部壓強p≈p(外界)或較高于P(外界)。
惰性氣體122的溫度T最好等于或接近沖洗液的溫度，沖洗液的溫度通常為室溫或稍冷于或稍熱于室溫。吹掃氣體貯存槽75也可作為惰性氣體貯存槽121，同時需要包括閥及壓力控制裝置125。
圖5表示改進的流動過濾裝置，其目的是使選定液(IPA或其它)與尺寸大于一相對小直徑的雜質(zhì)相對分離。一選定液(例如，IPA或其它)存放在SL貯存槽151內(nèi)并沿第一傳液線153被吸引，在一排液泵157的作用下通過第一止回閥155，該定容填充泵具有室溫下最好在范圍1-10LPM內(nèi)的容積流量率。第一線153內(nèi)的選定液經(jīng)過第一過濾器159，該第一過濾器159最好具有許多直徑在范圍0.1-0.2μm內(nèi)的孔，接著經(jīng)過第二過濾器161，該第二過濾器161最好具有許多直徑在范圍0.2-0.1μm內(nèi)的孔(更可取的≈0.05μm)。第一過濾器159除去選定液中直徑大于第一過濾器孔直徑的多數(shù)或全部雜質(zhì)微粒。第二過濾器161除去選定液中直徑大于第二過濾器孔直徑的多數(shù)或全部雜質(zhì)微粒，更特別地是除去了直徑大于第一過濾器孔直徑的所有殘余的雜質(zhì)微粒?？蛇x擇的，可刪去第一和第二過濾器159和161中的一個。
接著選定液沿第一線153傳到第一線與第二傳液線165及第三傳液線167相交的結(jié)點163。第二線165中的選定液經(jīng)過第二止回閥169回到SL貯存槽151。第三線167中的選定液經(jīng)過第三止回閥171(最好一針形閥)，再經(jīng)過具有許多直徑在范圍0.02-0.1μm內(nèi)的孔(更可取的≈0.05μm)的第三過濾器175。接著一已濾SL貯存槽179接收第三線167中的選定液，該已濾SL貯存槽179是通過由一惰性氣體源183供應(yīng)的一惰性氣體線181中的惰性氣體增壓的，該惰性氣體源183可以存放N2，CO或其它合適的惰性氣體。接著三次過濾后的選定液經(jīng)過一振動頭和噴嘴185以清潔和/或干燥一物體。選擇性的，SL貯存槽151具有一壓力傳感器和調(diào)節(jié)器187，該壓力傳感器和調(diào)節(jié)器187通過壓力反饋來維持該貯存槽內(nèi)近似不變的壓力。
三個過濾器159，161和175中的每一個都最好為一徑跡蝕刻聚碳酸脂過濾器。第一及第二傳液線153及165最好為內(nèi)直徑在范圍0.125-0.25mm內(nèi)的聚四氟乙烯管。第三傳液線167最好為內(nèi)直徑在范圍0.1-0.2mm內(nèi)的聚四氟乙烯管。
當(dāng)?shù)诙够亻y169開啟且第三止回閥171關(guān)閉時，選定液經(jīng)過第一及第二過濾器159及161，在第一及第二傳液線153及165內(nèi)流動，并回到SL貯存槽151。當(dāng)?shù)诙够亻y169關(guān)閉且第三止回閥171開啟時，選定液充分地經(jīng)過第一，第二及第三過濾器159，161及175，在第一及第三傳液線153及167內(nèi)流動，并通過噴嘴185。任何時候至少第二及第三止回閥169及171之一開啟，這樣過濾操作就不會停止，選定液充分連續(xù)地經(jīng)過二或三個過濾器循環(huán)流通。選定液中的大多數(shù)雜質(zhì)微粒在第一線-第二線液體路線中除去。另外的雜質(zhì)微粒，如果存在的話，在第一線-第三線液體路線中除去，該路線作為一分路移走已經(jīng)過濾的選定液中的一選定部分以進一步過濾。
圖6表示裝置用于抑制或消除當(dāng)選定液(SL)輸送裝置經(jīng)過一段相當(dāng)時間靜止后起動時所出現(xiàn)的一“峰值”雜質(zhì)微粒。一SL源195經(jīng)由一SL液線193供液給一SL貯存槽191。該SL貯存槽191也由一惰性氣體增壓，惰性氣體源199經(jīng)由一惰性氣體線197供給該惰性氣體。SL貯存槽具有一噴嘴或其它液體輸出端201以使SL以一可控制的速率輸送用于清潔和/或干燥一物體。具有一敞開部分205及一不透明部分207的一液流障板203鄰近噴嘴201設(shè)置并在一馬達或其它手動或自動障板移動機構(gòu)209的作用下可在垂直于SL流的方向上橫向移動。改方向后的SL液在回到SL源195之前經(jīng)過一個或多個SL過濾器208。障板203以類似于照相機里焦面快門作用的方式工作，并最好由一相對惰性的材料例如Gore-Tex制成?？墒褂闷渌魏蔚囊后w改向裝置以引導(dǎo)初始數(shù)量的SL經(jīng)過一(特別的)SL過濾器從而除去在系統(tǒng)最初起動時出現(xiàn)的峰值雜質(zhì)微粒中的多數(shù)或全部。
當(dāng)SL輸送裝置，SL貯存槽191是其的一部分，在未使用一段相當(dāng)時間后起動時，為干擾及改向初始SL流，將障板203的不透明部分對著噴嘴201放置。初始(系統(tǒng)起動后即時)流動的SL中可能具有多于平常數(shù)量的雜質(zhì)微粒，其可能是在先前的靜止階段中在SL輸送裝置(SL貯存槽，SL輸送線，等)內(nèi)積聚的。該初始SL流中的選定液最好改向經(jīng)過一單獨的液體過濾系統(tǒng)(圖6中未表示)以除去液體中多于平常數(shù)量的雜質(zhì)微粒。經(jīng)過一選定的時間間隔后，其可短至幾秒又可長至60-120秒，障板203在移動機構(gòu)209的作用下橫向移動使障板203的敞開部分207置于自噴嘴201而來的SL流的正常軌線上。在這一點，使SL自SL貯存槽191流過噴嘴201及正常通道以輸送用于清潔和/或干燥一物體的SL。
圖7表示改進的氣溶膠生成裝置。從一SL貯存槽213來的選定液(SL)的較大滴211由一或多條傳液線215輸送并落在一合適的實體接收器217的暴露表面上。傳液線215最好提供0.1-10ml/min的SL流率。SL滴的尺寸可小到SL表面張力允許的程度，或者如果希望可加大。實體接收器217最好是一種化學(xué)惰性材料，例如氮化硅(Si3N4)，氮氫化硅(SixNyHz)或其它任何合適的材料。實體接收器217的一側(cè)上或底部鄰接有一壓電(PZT)晶體219。該PZT晶體219通過兩或多個電極221A及221B電驅(qū)動，該兩或多個電極輪流由一交變電壓裝置223驅(qū)動。優(yōu)選的，交變電壓裝置223提供范圍在20-5,000KHz間一個或多個頻率的交變電壓，更可取的在范圍20-750KHz間。
當(dāng)PZT晶體219響應(yīng)于所施加的交變電壓而膨脹及收縮時，實體接收器217就振動，將SL211的沉積滴分裂成許多直徑最好在范圍1-50μm內(nèi)的較小(氣溶膠)粒225。這些較小氣溶膠粒225自實體接收器217脫去或離開，隨后用于清潔和/或干燥物體。隨著PZT晶體219驅(qū)動頻率f的增大，該裝置所生成的氣溶膠粒的平均直徑將減小。
權(quán)利要求
1.用于完成至少干燥物體和清潔物體之一處理的裝置，該裝置的特征在于一用于接收和容納要干燥的選定物體的封閉室，該封閉室具有一可開啟的、將選定物體放入或移出封閉室的通道，封閉室具有與沖洗液源液連通的第一孔，該第一孔輸送具有一選定表面張力的沖洗液至封閉室內(nèi)以將選定物體的部分或全部浸在沖洗液中，以及封閉室具有第二孔，該第二孔允許沖洗液以第一選定容積流動范圍內(nèi)的一容積流率r1流出封閉室；以及一振動頭，具有一頭軸且具有與封閉室液連通以接收選定液的第三孔，選定液具有比沖洗液的表面張力更小的表面張力，其中振動頭以第二選定容積流動范圍內(nèi)的一容積流率r2接收選定液并振動以使選定液在封閉室內(nèi)形成氣溶膠粒。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，進一步包括一惰性氣體源，設(shè)置用于在接近所述振動頭和一個或多個選定的方向?qū)攵栊詺怏w，從而使所述氣溶膠粒以相對所述振動頭軸、相對沒有惰性氣體時所述氣溶膠粒的移動而言增大的角度遠(yuǎn)離所述振動頭。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，進一步的特征在于一障板，設(shè)置在所述室內(nèi)以接收離開所述振動頭且基本上平行于所述振動頭軸行進的粒子。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，進一步的特征在于所述惰性氣體源具有一壓力調(diào)節(jié)器，其使惰性氣體以一可控制的、隨時間變化的氣壓接近所述振動頭導(dǎo)入。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，進一步的特征在于所述隨時間變化的氣壓對時間近似具有周期性。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，進一步的特征在于所述振動頭以至少在范圍10KHz≤f≤10,000KHz內(nèi)的一頻率f振動。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于所述頻率f經(jīng)過挑選以使至少一個所述氣溶膠粒具有范圍在10μm≤d≤50μm內(nèi)的直徑d。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，進一步的特征在于所述振動頭以至少在范圍20KHz≤f≤80KHz內(nèi)的一頻率f振動。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，進一步的特征在于所述選定液完全不與所述選定物體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述選定液自一類基本上不反應(yīng)的液體中挑出，包括異丙醇，乙醇，甲醇，四氫呋喃，丙酮，全氟己烷，己烷和乙醚。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述第一選定范圍內(nèi)的所述速率r1是經(jīng)過挑選的，以使所述封閉室內(nèi)所述沖洗液的深度以3mm/sec至10mm/sec間的一速率減少。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述第二選定范圍內(nèi)的所述速率r2位于范圍1ml/min≤r2≤5ml/min內(nèi)。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述選定液以范圍在5psi≤p≤50psi內(nèi)的壓強被接收至封閉室內(nèi)。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，進一步的特征在于一所述選定液源，其與所述振動頭相連通并置于所述封閉室外部。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，進一步的特征在于所述選定液的所述源置于距所述封閉室至少一米處。
16.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于所述選定液的所述源容納不大于25ml的體積V的所述選定液。
17.如權(quán)利要求1所述的裝置，進一步的特征在于微粒分散裝置，其位于所述封閉室內(nèi)并接近所述振動頭，其用于當(dāng)所述氣溶膠粒從所述振動頭上移離時在所述封閉室內(nèi)分散所述氣溶膠粒。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，進一步的特征在于所述微粒分散裝置包括一維持在范圍20℃≤T≤i00℃的溫度T下的增壓氣體源，并具有一用于導(dǎo)向增壓氣體的氣體導(dǎo)向裝置以使所述氣溶膠粒從所述振動噴嘴上移離時改變方向。
19.如權(quán)利要求1所述的裝置，進一步的特征在于基本上所有的所述氣溶膠粒都在所述封閉室內(nèi)形成且沒有經(jīng)過所述選定液的相態(tài)變化。
20.如權(quán)利要求1所述的裝置，進一步的特征在于所述氣溶膠粒在所述封閉室內(nèi)以少于2焦耳每秒的能量消耗形成。
21.如權(quán)利要求1所述的裝置，進一步的特征在于一完全惰性氣體源；所述封閉室內(nèi)的第四孔，其與受熱的惰性氣體源相連通，其允許惰性氣體自所述受熱的惰性氣體源進入所述封閉室；以及可與第四孔相同的所述封閉室內(nèi)的第五孔，其允許所述封閉室內(nèi)的惰性氣體自所述封閉室排出。
22.如權(quán)利要求1所述的裝置，進一步的特征在于第二完全惰性氣體源；所述封閉室內(nèi)的第四孔，其與第二惰性氣體源相連通，其允許第二惰性氣體自第二惰性氣體源進入所述封閉室；可與第四孔相同的所述封閉室內(nèi)的第五孔，其允許所述封閉室內(nèi)的第二惰性氣體自所述封閉室排出；以及氣體進入裝置，其與第二惰性氣體源相連通，用于當(dāng)所述沖洗液自所述封閉室中排出時，允許及控制第二惰性氣體進入所述封閉室和維持所述封閉室內(nèi)的總氣壓接近或高于外界氣壓。
23.如權(quán)利要求1所述的裝置，進一步的特征在于一所述選定液的貯存槽；以及液體過濾裝置，其與選定液貯存槽相連通且充分連續(xù)地運作，以除去所述選定液中的雜質(zhì)微粒并使多數(shù)或全部所述選定液在過濾后返回至選定液貯存槽。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，進一步的特征在于第二液體過濾裝置，其與所述第一液體過濾裝置相連通，以接收所述過濾后的選定液的一選定部分并對接收的所述液進行進一步過濾；以及自第二液體過濾裝置接收所述液的第二貯存槽，其中所述第一選定液貯存槽和第二選定液貯存槽中至少一個向所述振動頭供給所述選定液。
25.如權(quán)利要求1所述的裝置，進一步的特征在于一液流轉(zhuǎn)向裝置，當(dāng)所述裝置經(jīng)過一段時期的靜止后起動時，其在一選定的時間間隔內(nèi)使全部所述選定液改向，并在選定時間間隔后允許所述選定液無阻礙地流動；以及接收和過濾從液流轉(zhuǎn)向裝置中來的所述選定液的過濾裝置。
26.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述振動頭的進一步特征為具有一表面的一選定的實體材料塊，該表面接收至少一滴所述選定液并振動以生成所述選定液的氣溶膠粒，其中該選定的實體材料在包括氮化硅及氮氫化硅一類的實體材料中挑中；以及一壓電晶體，其與選定的實體材料塊鄰接設(shè)置并與一交變電壓源相連以在該選定的實體材料塊內(nèi)產(chǎn)生振動。
27.一種用于完成至少干燥物體和清潔物體之一處理的方法，該方法的特征在于將要干燥的選定物體放置在一封閉室內(nèi)；允許足夠數(shù)量的具有一選定表面張力的沖洗液進入封閉室以使選定物體部分或全部浸在沖洗液中；以位于一選定容積流范圍內(nèi)的一容積流率r2將一選定液引入封閉室內(nèi)，該選定液具有比沖洗液表面張力更低的表面張力；在封閉室內(nèi)形成選定液的氣溶膠粒；使一部分氣溶膠粒在沖洗液的暴露表面上形成一層選定液膜；以在一選定容積流范圍內(nèi)的一容積流率r1自封閉室排出沖洗液，并在選定物體的暴露表面上形成一層選定液膜；以及使選定液膜置換選定物體暴露表面上的沖洗液。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，進一步的特征在于將一惰性氣體從一或多個方向?qū)蛩鰵馊苣z粒以使所述氣溶膠粒在所述室內(nèi)以相對選定方向、相對沒有惰性氣體源時所述氣溶膠粒的移動而言增大的角度從該選定方向上移離。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，進一步的特征在于除去在所述室內(nèi)所述選定方向上移動的至少一個所述氣溶膠粒。
30.如權(quán)利要求27所述的方法，進一步的特征在于在一可控制的、隨時間變化的氣壓下引入所述惰性氣體。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，進一步的特征在于改變所述隨時間變化的氣壓以產(chǎn)生一對時間近似周期性的氣壓。
32.如權(quán)利要求27所述的方法，其中形成所述氣溶膠粒的所述過程的進一步的特征在于使所述選定液經(jīng)過一振動噴嘴，該振動噴嘴以范圍10KHz≤f≤10,000KHz內(nèi)的一選定頻率f振動。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，進一步的特征在于在范圍20KHz≤f≤80KHz內(nèi)選擇所述頻率f。
34.如權(quán)利要求32所述的方法，進一步的特征在于選擇所述頻率f使至少一個所述氣溶膠粒的直徑d(選定液)在范圍10μm≤d(選定液)≤50μm內(nèi)。
35.如權(quán)利要求27所述的方法，進一步的特征在于選擇所述選定液使其完全不與所述選定物體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，進一步的特征在于在一類基本上不反應(yīng)的液體中選擇所述選定液，包括異丙醇，乙醇，甲醇，四氫呋喃，丙酮，全氟己烷，己烷和乙醚。
37.如權(quán)利要求27所述的方法，進一步的特征在于選擇所述速率r1以使在所述封閉室內(nèi)的所述沖洗液的深度以3mm/sec至10mm/sec之間的一速率減少。
38.如權(quán)利要求27所述的方法，進一步的特征在于在所述第二選定范圍1ml/min≤r2≤5ml/min內(nèi)選擇所述速率r2。
39.如權(quán)利要求27所述的方法，進一步的特征在于在所述封閉室內(nèi)沒有經(jīng)過所述選定液的相態(tài)變化形成基本上全部的所述氣溶膠粒。
40.如權(quán)利要求27所述的方法，進一步的特征在于所述封閉室內(nèi)以少于2焦耳每秒的能量消耗形成所述氣溶膠粒。
41.如權(quán)利要求27所述的方法，進一步的特征在于在所述沖洗液從所述封閉室中排出后，從所述封閉室內(nèi)除去基本上全部氣體。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，進一步的特征在于在所述沖洗液自所述封閉室中排出后，使受熱的選定的吹掃氣經(jīng)過所述封閉室。
43.如權(quán)利要求27所述的方法，進一步的特征在于在所述沖洗液自所述封閉室中排出時，允許一選定的替代氣進入所述封閉室；以及當(dāng)所述沖洗液自所述封閉室中排出時，控制該選定的替代氣進入所述封閉室的速率以使所述室內(nèi)的總氣壓接近或高于外界壓力。
44.如權(quán)利要求27所述的方法，進一步的特征在于基本上連續(xù)地過濾選定液以除去所述選定液中的雜質(zhì)微粒并使多數(shù)或全部所述選定液在過濾后返回至一用于所述選定液的貯存槽。
45.如權(quán)利要求44所述的方法，進一步的特征在于接收所述過濾后的選定液的一選定部分并對接收的所述液進行進一步過濾；以及采用經(jīng)過進一步過濾后的所述選定液形成所述氣溶膠粒。
46.如權(quán)利要求27所述的方法，進一步的特征在于當(dāng)所述裝置經(jīng)過一段時期的靜止后起動時，在一選定的時間間隔內(nèi)使全部所述選定液改向；過濾經(jīng)改向的所述選定液；以及在選定時間間隔后使所述選定液無阻礙地流動并用來形成所述氣溶膠粒。
全文摘要
用于清潔和/或干燥在生產(chǎn)過程中被弄濕或污染的物體的方法及裝置。物體浸在一封閉室(11)內(nèi)的沖洗液(27)里，然后一選定液的氣溶膠粒(39)引入室內(nèi)沖洗液表面(29)的上方，在該表面上形成一薄膜(30)。當(dāng)緩慢地排出沖洗液時，一些氣溶膠粒落在物體暴露表面(14A，14B，14C)上，并通過“化學(xué)刮刷”效應(yīng)置換并除去暴露表面上的沖洗液殘渣。依靠該過程同時也除去了表面雜質(zhì)。當(dāng)沖洗液自室中排出時，室壓維持在等于或接近外界壓強。使用惰性氣體流以在室內(nèi)提供更小尺寸和/或更廣分散的氣溶膠粒。采用連續(xù)過濾及分流過濾(159，161，175)以除去選定液中的大部分雜質(zhì)。一流體轉(zhuǎn)向器使選定液的初始流向改變至一輔助過濾器，以除去在系統(tǒng)開始起動時出現(xiàn)的雜質(zhì)微粒“峰值”中的大部分。提供了用于生成氣溶膠粒的一改進表面。
文檔編號B05B17/06GK1398206SQ9981701
公開日2003年2月19日 申請日期1999年10月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月12日
發(fā)明者加里·W·費雷爾 申請人:加里·W·費雷爾