一种基于光声作用的可视化芯片超声定点清洗设备制造技术

本发明专利技术涉及一种基于光声作用的可视化芯片超声定点清洗设备，皮秒激光系统产生脉冲激光，通过同轴光路聚焦使芯片本身或者吸收体产生振荡；同轴光路照明系统将照明光源发出的光束进行准直，准直后的光束两次通过分束镜与皮秒激光光路重合，最终为

【技术实现步骤摘要】
一种基于光声作用的可视化芯片超声定点清洗设备


[0001]本专利技术涉及激光清洗
，特别涉及一种基于光声作用的可视化芯片超声定点清洗设备
。

技术介绍

[0002]芯片加工制作的工艺中，光刻
、
化学机械抛光等过程需要使用光刻胶
、
抛光剂的等辅助材料，难免会有纳米
、
微米量级的残余物附着
。
由于裸芯片本身的特殊性，表面线条十分脆弱，对清洗工艺有十分严格的要求
。
目前超声清洗是芯片焊后清洗的主流工艺
。
超声波是一种频率超出人类听觉范围
20 kHz
以上的声波
。
超声波由机械振动产生，目前半导体及晶圆等高精密行业零件清洗一般选用
120KHz
超声波，随着超声波的频率的升高，其穿透能力逐渐变小，不易腐蚀清洗件表面，且随超声波频率的升高其方向性逐渐升高，对器件的清洗更加有针对性
。
当前使用激光器通过光声作用产生超声波受到大家关注
。
光声作用是当物质受到周期性强度调制的光照射时，产生机械波的现象
。
通过光声作用产生的超声波频率更高，方向性更好
。
超声波的清洗原理主要是依靠超声波引起质点振动，产生强大的作用力
,
在液体中传播时
,
会产生声空化
。
在空化气泡突然闭合时发出的冲击波可实现对残留物的反复冲击，从而破坏残留物与芯片表面的吸附<br/>,
使残留物分散到清洗液中
。
高频超声波在清洗液中空化强度低而空化密度大，清洗的穿透力强，适合清洗凹槽
、
细缝等零件
。
由于超声波清洗芯片效果好，安全可靠，被广泛应用于军工
、
电子和机械等领域
。
[0003]然而现有的超声清洗设备一般需要对芯片进行长时间的整体清洗，且由于零件本身微小凹槽等结构难以保证零件清洗的均匀性
。
另外清洗过程的不可视化以及零件清洗的不均匀性，导致操作人员难以控制清洗时间
。
如果长时间处于较强声压下清洗，芯片易产生空化腐蚀的问题，从而造成芯片损伤；如果超声清洗时间过短则会导致清洗效果不理想
。
且基于当前超声整体清洗设备清洗清洗效果及经济性考虑，芯片清洗频率一般选在
80kHz
‑
120kHz
，对凹槽
、
细缝处理效果不强
。
超声整体清洗设备不能满足人们对芯片清洗高精度
、
高效率
、
高质量的需求，因此现如今市面上缺少一种能够同时满足芯片清洗需求且灵活可视的超声定点清洗设备
。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了弥补现有技术中的不足，提供了一种基于光声作用的可视化芯片超声定点清洗设备，通过该设备可灵活地对芯片进行定点清洗，同时清洗过程的可视化，能够保证清洗质量，解决了人们在芯片清洗过程中清洗不均匀
、
无法把控清洗时间的难题，满足了人们的需求
。
在目前光声或者光声流清洗设备中，通常采用能量较大的纳秒激光器，这类激光器在长时间清洁流程中，会产生大量热效应，导致清洗部件周围温度上升，甚至破坏清洗部件
。
除此之外，纳秒激光光源产生光声作用效果有限，为提升超声波产生效率，往往采用在清洗部件浸润在有吸收体的溶液中，吸收体将会成为新的污染物，难免在工艺中有残留
。
为此，本专利技术使用皮秒激光，通过光学非线性吸收效应进而高效产生超声波，不需要使用吸
收体，避免二次污染
。
[0005]一种基于光声作用的可视化芯片超声定点清洗设备，包括皮秒激光系统
、
同轴光路照明系统和运动控制系统，其特征在于：所述皮秒激光系统产生脉冲激光，通过同轴光路聚焦使芯片本身或者吸收体产生振荡；所述同轴光路照明系统将照明光源发出的光束进行准直，准直后的光束两次通过分束镜与皮秒激光光路重合，最终为
CCD
成像提供充分照明；所述运动控制系统用于控制芯片的位置移动
。
[0006]进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述皮秒脉冲激光器的输出的激光波长为
532nm
或
1064nm、
脉宽为
5ps、
重复频率在
1kHz
‑
10MHz
可调谐，皮秒脉冲激光器的平均功率为
10~800mW。
[0007]进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述皮秒激光系统包括皮秒脉冲激光器，皮秒激光器的后方设置快门，快门的后方设置衰减片，衰减片的后方设置第一分束镜，第一分束镜的后方设置长焦距显微物镜，长焦距显微物镜对准芯片
。
所述同轴光路照明系统包括外光源，外光源的一侧设置透镜，透镜的一侧设置第二分束镜，第二分束镜的一侧设置第一分束镜
、
另一侧设置成像物镜，成像物镜的一侧设置
CCD
相机
。
[0008]进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述运动控制系统包括夹持芯片的机械臂，机械臂夹持芯片后伸入到盛有清洗液的容器中，容器放置在三维电动平台上，所有的电气元件全部连接有计算机
。
[0009]进一步地，为了更好的实现本专利技术，所述运动控制系统实现对芯片的高精度移动和翻转；所述三维电动平台实现对清洗容器和放置在容器中的精密期间的自由移动，由计算机输入代码对其移动速度和位置进行精确控制，其可根据计算机设定的运行方式沿
X,Y,Z
轴高精度运动
。
[0010]本专利技术的有益效果是：现有技术下，超声清洗对芯片进行整体清洗，对残留物的针对性不强
。
本专利技术提供针对性更强，可以不通过吸收体，直接引起芯片晶圆材料的共振，产生超声波，精确地的对具有残留物的范围内产生较高声压
。
同时适应现有具有金
、
银等贵金属吸收体清洗工艺，吸收体在皮秒激光的作用下，将产生更强的光声效应，进而产生强度更大的超声波
。
在不改变工艺流程的基础上，可以直接替换设备，实现清洗效果的改善
。
[0011]与现有技术相比，本专利技术采用皮秒激光器产生脉冲激光，通过光声作用产生更高的超声波频率，穿透力更小不易损伤芯片，方向性更好，清洗精确度更高，更适合芯片的脆弱的精密机构
。
[0012]与现有技术相比清洗过程中增加运动控制系统和三维电动平台，灵活控制清洗区域，实现芯片定点清洗，提高芯片清洗效率
。
[0013]同时利用同轴光路照明系统，将芯片表面情况收集，通过
CCD
进行成像，实现清洗过程和清洗程度可视化，避免出现空化腐蚀以及清洗效果不好的问题，提高芯片清洗质量
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于光声作用的可视化芯片超声定点清洗设备，包括皮秒激光系统
、
同轴光路照明系统和运动控制系统，其特征在于：所述皮秒激光系统产生脉冲激光，通过同轴光路聚焦使芯片（
10
）本身或者吸收体产生振荡；所述同轴光路照明系统将照明光源发出的光束进行准直，准直后的光束两次通过分束镜与皮秒激光光路重合，最终为
CCD
成像提供充分照明；所述运动控制系统用于控制芯片（
10
）的位置移动
。2.
根据权利要求1所述的基于光声作用的可视化芯片超声定点清洗设备，其特征在于：所述皮秒脉冲激光器（1）的输出的激光波长为
532nm
或
1064nm、
脉宽为
5ps、
重复频率在
1kHz
‑
10MHz
可调谐，皮秒脉冲激光器（1）的平均功率为
10~800mW。3.
根据权利要求1所述的基于光声作用的可视化芯片超声定点清洗设备，其特征在于：所述皮秒激光系统包括皮秒脉冲激光器（1），皮秒激光器（1）的后方设置快门（2），快门（2）的后方设置衰减片（3），衰减片（3）的后方设置第一分束镜（7），第一分束镜（7）的后方设置长焦距显微物镜（4），长焦距显微物镜（4）对准芯片（
10
）
。4.
根据权利要求1所述的基于光声作用...

【专利技术属性】
技术研发人员：于梦涵，程晨，陈铎，周玉翔，王妍，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：发明
国别省市：