本實(shí)用新型屬于光電信息技術(shù)和精密機(jī)械制造領(lǐng)域，具體涉及一種自動化干法清洗裝置。適用于半導(dǎo)體制造、光機(jī)電器件制造中對半導(dǎo)體器件、光學(xué)鏡片、金屬器件等表面微米、亞微米級殘留物的去除。

背景技術(shù)：

在光電信息技術(shù)和精密機(jī)械制造領(lǐng)域，隨著行業(yè)制造技術(shù)的縱深發(fā)展，對制造精度的要求越來越高，其最高加工精度達(dá)到亞微米或納米量級。對加工器件表面污染物的控制是隨著加工精度的提高而興起的。表面殘留的顆粒污染物會對加工后產(chǎn)品的表面質(zhì)量以及產(chǎn)品的光學(xué)性能、電子學(xué)性能產(chǎn)生一定的影響，嚴(yán)重時(shí)會造成產(chǎn)品報(bào)廢。在半導(dǎo)體器件、光學(xué)器件的精密加工過程中，通常對表面殘留污染物的控制會要求限制到微米或亞微米量級。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織最新出版的標(biāo)準(zhǔn)中也將表面顆粒殘留物的可控制范圍向下延伸到亞微米量級，足以說明對超細(xì)顆粒污染物的嚴(yán)格控制在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科研工作中受到的重視程度越來越高。

半導(dǎo)體器件、光學(xué)鏡片、金屬器件等在生產(chǎn)加工過程中不可避免地會產(chǎn)生顆粒污染物，去除表面殘留顆粒污染物則是生產(chǎn)加工后的一道極其重要的工序。目前，在精密制造行業(yè)去除表面殘留顆粒污染物的方法很多，如噴涂擦拭清洗、超聲波清洗、高壓噴淋清洗、化學(xué)試劑清洗、風(fēng)刀吹掃、激光清洗等都是非常有效的清洗方法。但針對微米、亞微米級顆粒污染物，由于顆粒與表面分子之間的靜電引力、范德瓦爾斯力等相對較大，清洗較為困難。針對這部分顆粒污染物通常采用兆聲波清洗法、二氧化碳雪清洗法等。兆聲波清洗法屬于濕法清洗，二氧化碳雪清洗法屬于干法清洗。大多數(shù)光學(xué)鏡片、金屬器件等適用濕法清洗，但少數(shù)特殊材料制成的光學(xué)鏡片、半導(dǎo)體器件、金屬器件不適合濕法清洗，需要用到干法清洗。二氧化碳雪清洗法是新興的干式清洗方法，它的核心部件為一個(gè)文丘里管，高壓二氧化碳?xì)怏w通過文丘里管后物質(zhì)狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，形成固體、液體、氣體混合物，固態(tài)二氧化碳顆粒到達(dá)工件表面由于溫度驟然升高瞬間升華以致發(fā)生微區(qū)域爆炸，在發(fā)生爆炸的微小區(qū)域形成巨大沖擊力，該沖擊力將粘附于工件表面的顆粒污染物剝離表面并將其去除。目前，二氧化碳雪清洗常用手持噴槍的方式清洗，清洗參數(shù)人為控制，無法保證清洗效果的穩(wěn)定性，清洗效率也低，清洗過程中也不能進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，無法保證理想的清洗效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種自動化干法清洗裝置。

本實(shí)用新型的自動化干法清洗裝置包含高壓二氧化碳?xì)馄?、控壓閥、電控閥門、空氣過濾器、智能噴射探頭、長焦距顯微鏡、工作站、五自由度電位移臺、圖像轉(zhuǎn)換控制器、五自由度電位移臺控制器、電控閥門控制器、智能噴射探頭控制器；其中，所述的智能噴射探頭含有文丘里管、二極管激光器、四象限光電二極管、距離感應(yīng)器、線纜轉(zhuǎn)換器、定位板、絕緣轉(zhuǎn)接板；所述的五自由度電位移臺含有水平旋轉(zhuǎn)電位移臺、俯仰角度旋轉(zhuǎn)電位移臺、x軸方向電動平移臺、y軸方向電動平移臺、z軸方向電動平移臺、載物臺；

其連接關(guān)系是，所述的高壓二氧化碳?xì)馄?、控壓閥、電控閥門、空氣過濾器、智能噴射探頭的文丘里管通過高壓氣管依次連接；智能噴射探頭中的文丘里管通過螺釘固定在定位板上，二極管激光器、四象限光電二極管、距離感應(yīng)器固定在絕緣轉(zhuǎn)接板上，電二極管、距離感應(yīng)器固定在絕緣轉(zhuǎn)接板上，絕緣轉(zhuǎn)接板通過螺釘固定在定位板上，線纜轉(zhuǎn)換器固定在定位板上，二極管激光器、四象限光電二極管、距離感應(yīng)器的控制線連接至線纜轉(zhuǎn)換器。五自由度電位移臺的水平旋轉(zhuǎn)電位移臺、俯仰角度旋轉(zhuǎn)電位移臺、x軸方向電動平移臺、y軸方向電動平移臺、z軸方向電動平移臺從下往上依次固定連接，水平旋轉(zhuǎn)電位移臺與俯仰角度旋轉(zhuǎn)電位移臺的中軸線正交，水平旋轉(zhuǎn)電位移臺與z軸方向電動平移臺同軸設(shè)置，x軸方向電動平移臺、y軸方向電動平移臺、z軸方向電動平移臺相互垂直且交于同一點(diǎn)，載物臺固定在z軸方向電動平移臺上。被清洗工件固定在載物臺上，被清洗工件的法線方向與y軸方向一致。

所述的智能噴射探頭與長焦距顯微鏡位于被清洗工件的同一側(cè)。電控閥門、電控閥門控制器、工作站通過信號傳輸電纜依次連接，長焦距顯微鏡、圖像轉(zhuǎn)換控制器、工作站通過信號傳輸電纜依次連接，五自由度電位移臺、五自由度電位移臺控制器、工作站通過信號傳輸電纜依次連接，智能噴射探頭的線纜轉(zhuǎn)換器、智能噴射探頭控制器、工作站通過信號傳輸電纜依次連接。清洗介質(zhì)二氧化碳?xì)怏w由高壓二氧化碳?xì)馄枯敵?，?jīng)高壓氣管輸送，依次通過控壓閥、電控閥門、空氣過濾器、智能噴射探頭；智能噴射探頭中的文丘里管，噴射出固體、液體、氣體混合物到達(dá)被清洗工件表面。

所述的五自由度電位移臺的水平旋轉(zhuǎn)電位移臺、俯仰角度旋轉(zhuǎn)電位移臺、x軸方向電動平移臺、y軸方向電動平移臺、z軸方向電動平移臺的連接關(guān)系設(shè)置為x軸方向電動平移臺、y軸方向電動平移臺、z軸方向電動平移臺從下往上依次固定連接，水平旋轉(zhuǎn)電位移臺、俯仰角度旋轉(zhuǎn)電位移臺固定在z軸方向電動平移臺上，水平旋轉(zhuǎn)電位移臺與俯仰角度旋轉(zhuǎn)電位移臺的中軸線正交，水平旋轉(zhuǎn)電位移臺與z軸方向電動平移臺同軸，x軸方向電動平移臺、y軸方向電動平移臺、z軸方向電動平移臺相互垂直且交于同一點(diǎn)，載物臺固定在俯仰角度旋轉(zhuǎn)電位移臺上。

所述的高壓二氧化碳?xì)馄恐袣怏w壓強(qiáng)的范圍為1MPa~50MPa。

所述的距離感應(yīng)器為激光距離感應(yīng)器或超聲波距離感應(yīng)器。

所述的文丘里管采用不銹鋼、鋁合金、銅中的一種制作。

所述的定位板采用α3鋼、不銹鋼、鋁合金、聚四氟乙烯中的一種制作。

本實(shí)用新型的自動化干法清洗裝置的工作流程是，所述的被清洗工件被固定在五自由度電位移臺上。二氧化碳?xì)怏w由高壓二氧化碳?xì)馄枯敵?，并?jīng)高壓氣管輸送，順序通過控壓閥、電控閥門、空氣過濾器、智能噴射探頭。所述的控壓閥用于控制輸出二氧化碳?xì)怏w的壓強(qiáng)。所述的工作站發(fā)出通氣/斷氣信號，通過電控閥門控制器轉(zhuǎn)換成模擬信號通知電控閥門控制高壓二氧化碳?xì)怏w的接通或斷開。所述的空氣過濾器用于過濾二氧化碳?xì)怏w中所含雜質(zhì)。所述的智能噴射探頭含有文丘里管、二極管激光器、四象限光電二極管、距離感應(yīng)器、線纜轉(zhuǎn)換器、定位板、絕緣轉(zhuǎn)接板。文丘里管通過螺釘固定在定位板上，二極管激光器、四象限光電二極管、距離感應(yīng)器固定在絕緣轉(zhuǎn)接板上，絕緣轉(zhuǎn)接板通過螺釘固定在定位板上，線纜轉(zhuǎn)換器固定在定位板上，二極管激光器、四象限光電二極管、距離感應(yīng)器的控制線連接至線纜轉(zhuǎn)換器，文丘里管、二極管激光器、四象限光電二極管、距離感應(yīng)器之間的相對位置固定。二氧化碳?xì)怏w通過文丘里管噴出成為固體、液體、氣體三相混合物到達(dá)被清洗工件，清除表面殘留顆粒污染物。所述的距離感應(yīng)器用于監(jiān)測被清洗工件與文丘里管之間的距離，其監(jiān)測數(shù)據(jù)由智能噴射探頭控制器接收，并傳遞至工作站。所述的工作站根據(jù)傳回的距離信息判斷被清洗工件與文丘里管之間的距離是否為最佳清洗距離，并作出是否調(diào)整距離的判斷，由工作站發(fā)出調(diào)整信號至五自由度電位移臺控制器，控制y軸方向電動平移臺做出調(diào)整動作。所述的二極管激光器、四象限光電二極管用于監(jiān)測智能噴射探頭與被清洗工件之間的角度在清洗過程中是否會因?yàn)槭艿骄薮鬀_擊力而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。其中的二極管激光器發(fā)射出激光束，經(jīng)被清洗工件表面垂直反射，四象限光電二極管接收反射的激光光斑，根據(jù)光斑在四象限光電二極管的四個(gè)光電二極管上的能量分布判斷反射光束的角度是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)，由智能噴射探頭控制器接收信號并傳遞至工作站，由工作站判斷是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)，若發(fā)生偏轉(zhuǎn)則發(fā)出調(diào)整信號至五自由度電位移臺控制器，繼而控制五自由度電位移臺中的水平旋轉(zhuǎn)電位移臺、俯仰角度旋轉(zhuǎn)電位移臺調(diào)整被清洗工件的姿態(tài)。五自由度電位移臺中的x軸方向電動平移臺和z軸方向電動平移臺帶動被清洗工件分別在橫向和縱向上作連續(xù)運(yùn)動，從而自動完成整個(gè)工件表面的清洗工作。所述的長焦距顯微鏡的觀察范圍與文丘里管噴射出的二氧化碳?xì)饬髟诒磺逑垂ぜ砻娴母采w區(qū)域一致，用于實(shí)時(shí)觀察和記錄清洗效果，所采集的圖像或視頻信號經(jīng)圖像轉(zhuǎn)換控制器傳回工作站，并由工作站進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示或回放。

本實(shí)用新型的有益效果是，有效地解決了利用二氧化碳雪干法清洗半導(dǎo)體器件、光學(xué)鏡片、金屬器件表面殘留的微米、亞微米顆粒工藝中清洗效率和清洗后工件表面潔凈度穩(wěn)定性問題。利用高壓二氧化碳?xì)怏w通過文丘里管后形成的固體、液體、氣體三相混合物，將粘附于工件表面的顆粒污染物剝離表面并將其去除。將文丘里管、二極管激光器、四象限光電二極管、距離感應(yīng)器集成于一個(gè)智能噴射探頭中，在清洗過程中對被清洗件位置、角度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整，便于在清洗過程中保持清洗參數(shù)的一致性。長焦距顯微鏡的觀察范圍與文丘里管噴射出的二氧化碳?xì)饬髟诒磺逑垂ぜ砻娴母采w區(qū)域一致，用于實(shí)時(shí)觀察和記錄清洗效果，實(shí)現(xiàn)了精密清洗與表面潔凈度檢測的同步。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的自動化干法清洗裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型中的智能噴射探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型中的五自由度電位移臺的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1.高壓二氧化碳?xì)馄?2.控壓閥 3.電控閥門 4.空氣過濾器 5.智能噴射探頭 6.長焦距顯微鏡 7.工作站 8.五自由度電位移臺 9.被清洗工件 10.圖像轉(zhuǎn)換控制器 11.五自由度電位移臺控制器 12.電控閥門控制器 13. 智能噴射探頭控制器 51.文丘里管 52.二極管激光器 53.四象限光電二極管 54.距離感應(yīng)器 55.線纜轉(zhuǎn)換器 56.定位板 57.絕緣轉(zhuǎn)接板 81.水平旋轉(zhuǎn)電位移臺 82.俯仰角度旋轉(zhuǎn)電位移臺 83.x軸方向電動平移臺 84.y軸方向電動平移臺 85.z軸方向電動平移臺 86.載物臺。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做具體描述。

實(shí)施例1

圖1是本實(shí)用新型的自動化干法清洗裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本實(shí)用新型中的智能噴射探頭的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本實(shí)用新型中的五自由度電位移臺的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1~圖3中，本實(shí)用新型的自動化干法清洗裝置，包含高壓二氧化碳?xì)馄?、控壓閥2、電控閥門3、空氣過濾器4、智能噴射探頭5、長焦距顯微鏡6、工作站7、五自由度電位移臺8、圖像轉(zhuǎn)換控制器10、五自由度電位移臺控制器11、電控閥門控制器12、智能噴射探頭控制器13。其中，所述的智能噴射探頭5含有文丘里管51、二極管激光器52、四象限光電二極管53、距離感應(yīng)器54、線纜轉(zhuǎn)換器55、定位板56、絕緣轉(zhuǎn)接板57。所述的五自由度電位移臺8含有水平旋轉(zhuǎn)電位移臺81、俯仰角度旋轉(zhuǎn)電位移臺82、x軸方向電動平移臺83、y軸方向電動平移臺84、z軸方向電動平移臺85、載物臺86。

其連接關(guān)系是，所述的高壓二氧化碳?xì)馄?、控壓閥2、電控閥門3、空氣過濾器4、智能噴射探頭5的文丘里管51通過高壓氣管依次連接。智能噴射探頭5中的文丘里管51通過螺釘固定在定位板56上，二極管激光器52、四象限光電二極管53、距離感應(yīng)器54固定在絕緣轉(zhuǎn)接板57上，絕緣轉(zhuǎn)接板57通過螺釘固定在定位板56上，線纜轉(zhuǎn)換器55固定在定位板56上，二極管激光器52、四象限光電二極管53、距離感應(yīng)器54的控制線連接至線纜轉(zhuǎn)換器55。五自由度電位移臺8的水平旋轉(zhuǎn)電位移臺81、俯仰角度旋轉(zhuǎn)電位移臺82、x軸方向電動平移臺83、y軸方向電動平移臺84、z軸方向電動平移臺85從下往上依次固定連接，水平旋轉(zhuǎn)電位移臺81與俯仰角度旋轉(zhuǎn)電位移臺82的中軸線正交，水平旋轉(zhuǎn)電位移臺81與z軸方向電動平移臺85同軸設(shè)置，x軸方向電動平移臺83、y軸方向電動平移臺84、z軸方向電動平移臺85相互垂直且交于同一點(diǎn)，載物臺86固定在z軸方向電動平移臺85上。被清洗工件9固定在載物臺86上，被清洗工件9的法線方向與y軸方向一致。

所述的智能噴射探頭5與長焦距顯微鏡6位于被清洗工件的同一側(cè)。電控閥門3、電控閥門控制器12、工作站7通過信號傳輸電纜依次連接，長焦距顯微鏡6、圖像轉(zhuǎn)換控制器10、工作站7通過信號傳輸電纜依次連接，五自由度電位移臺8、五自由度電位移臺控制器11、工作站7通過信號傳輸電纜依次連接，智能噴射探頭5的線纜轉(zhuǎn)換器55、智能噴射探頭控制器13、工作站7通過信號傳輸電纜依次連接。所使用的清洗介質(zhì)二氧化碳?xì)怏w由高壓二氧化碳?xì)馄?輸出，并經(jīng)高壓氣管輸送，依次通過控壓閥2、電控閥門3、空氣過濾器4、智能噴射探頭5的文丘里管51，噴射出固體、液體、氣體混合物到達(dá)被清洗工件9表面。

所述的高壓二氧化碳?xì)馄恐袣怏w壓強(qiáng)為50MPa。

所述的文丘里管采用不銹鋼制作。

所述的距離感應(yīng)器為激光距離感應(yīng)器。

所述的定位板采用α3鋼制作。

本實(shí)用新型的自動化干法清洗裝置的工作流程是，被清洗工件被固定在五自由度電位移臺8上。二氧化碳?xì)怏w由高壓二氧化碳?xì)馄?輸出，并經(jīng)高壓氣管輸送，順序通過控壓閥2、電控閥門3、空氣過濾器4、智能噴射探頭5。所述的控壓閥2用于控制輸出二氧化碳?xì)怏w的壓強(qiáng)。所述的工作站7發(fā)出通氣/斷氣信號，通過電控閥門控制器12轉(zhuǎn)換成模擬信號通知電控閥門3控制高壓二氧化碳?xì)怏w的接通或斷開。所述的空氣過濾器4用于過濾二氧化碳?xì)怏w中所含雜質(zhì)。所述的智能噴射探頭5含有文丘里管51、二極管激光器52、四象限光電二極管53、距離感應(yīng)器54、線纜轉(zhuǎn)換器55、定位板56、絕緣轉(zhuǎn)接板57。文丘里管51通過螺釘固定在定位板56上，二極管激光器52、四象限光電二極管53、距離感應(yīng)器54固定在絕緣轉(zhuǎn)接板57上，絕緣轉(zhuǎn)接板57通過螺釘固定在定位板56上，線纜轉(zhuǎn)換器55固定在定位板56上，二極管激光器52、四象限光電二極管53、距離感應(yīng)器54的控制線連接至線纜轉(zhuǎn)換器55，文丘里管51、二極管激光器52、四象限光電二極管53、距離感應(yīng)器54之間的相對位置固定。二氧化碳?xì)怏w通過文丘里管51噴出成為固體、液體、氣體三相混合物到達(dá)被清洗工件，清除表面殘留顆粒污染物。所述的距離感應(yīng)器54用于監(jiān)測被清洗工件9與文丘里管51之間的距離，其監(jiān)測數(shù)據(jù)由智能噴射探頭控制器13接收，并傳遞至工作站7。所述的工作站7根據(jù)傳回的距離信息判斷被清洗工件9與文丘里管51之間的距離是否為最佳清洗距離，并作出是否調(diào)整距離的判斷，由工作站7發(fā)出調(diào)整信號至五自由度電位移臺控制器11，控制y軸方向電動平移臺84做出調(diào)整動作。所述的二極管激光器52、四象限光電二極管53用于監(jiān)測智能噴射探頭5與被清洗工件9之間的角度在清洗過程中是否會因?yàn)槭艿骄薮鬀_擊力而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。其中的二極管激光器52發(fā)射出激光束，經(jīng)被清洗工件9的表面垂直反射，四象限光電二極管53接收反射的激光光斑，根據(jù)光斑在四象限光電二極管53的四個(gè)光電二極管上的能量分布判斷反射光束的角度是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)，由智能噴射探頭控制器13接收信號并傳遞至工作站7，由工作站7判斷是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)，若發(fā)生偏轉(zhuǎn)則發(fā)出調(diào)整信號至五自由度電位移臺控制器11，繼而控制五自由度電位移臺8中的水平旋轉(zhuǎn)電位移臺81、俯仰角度旋轉(zhuǎn)電位移臺82調(diào)整被清洗工件的姿態(tài)。五自由度電位移臺8中的x軸方向電動平移臺83和z軸方向電動平移臺85帶動被清洗工件分別在橫向和縱向上作連續(xù)運(yùn)動，從而自動完成整個(gè)工件表面的清洗工作。所述的長焦距顯微鏡6的觀察范圍與文丘里管51噴射出的二氧化碳?xì)饬髟诒磺逑垂ぜ砻?的覆蓋區(qū)域一致，用于實(shí)時(shí)觀察和記錄清洗效果，所采集的圖像或視頻信號經(jīng)圖像轉(zhuǎn)換控制器10傳回工作站7，并由工作站7進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示或回放。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，不同之處是，所述的五自由度電位移臺8的水平旋轉(zhuǎn)電位移臺81、俯仰角度旋轉(zhuǎn)電位移臺82、x軸方向電動平移臺83、y軸方向電動平移臺84、z軸方向電動平移臺85的連接關(guān)系設(shè)置為x軸方向電動平移臺83、y軸方向電動平移臺84、z軸方向電動平移臺85從下往上依次固定連接，水平旋轉(zhuǎn)電位移臺81、俯仰角度旋轉(zhuǎn)電位移臺82固定在z軸方向電動平移臺85上，水平旋轉(zhuǎn)電位移臺81與俯仰角度旋轉(zhuǎn)電位移臺82的中軸線正交，水平旋轉(zhuǎn)電位移臺81與z軸方向電動平移臺85同軸，x軸方向電動平移臺83、y軸方向電動平移臺84、z軸方向電動平移臺85相互垂直且交于同一點(diǎn)，載物臺86固定在俯仰角度旋轉(zhuǎn)電位移臺82上。

所述的高壓二氧化碳?xì)馄恐袣怏w壓強(qiáng)為10MPa。

實(shí)施例3

本實(shí)施例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)相同，不同之處是所述的清洗介質(zhì)為乙醚蒸汽。

實(shí)施例4

本實(shí)施例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)相同，不同之處是所述的文丘里管采用鋁合金制作。

實(shí)施例5

本實(shí)施例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)相同，不同之處是所述的距離感應(yīng)器為超聲波距離感應(yīng)器。

實(shí)施例6

本實(shí)施例與實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)相同，不同之處是所述的定位板采用聚四氟乙烯制作。