CN101395700B - 用于流体处理板状物品的装置 - Google Patents
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Abstract
本文公开了一种用于流体处理板状物品的装置,其包括用于保持并围绕基本上垂直旋转轴转动板状物品的回转头;用于悬浮并驱动回转头且不接触的驱动机构,该悬浮并驱动回转头的机构围绕回转头径向地布置;基本上圆柱形侧壁,其基本上与旋转轴同心,其中,圆柱形侧壁被布置在回转头与驱动机构之间,且插入回转头与驱动机构之间的空隙中;用于将回转头与壁面彼此相对地升起和下降的升降机构。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于流体处理板状物品的装置,更具体地说,本发明涉及一种用于流体处理板状物品的装置,该装置包括用于保持并围绕旋转轴转动板状物品的回转头和用于悬浮并驱动回转头且不接触的驱动机构,这种驱动机构围绕回转头径向地布置。
背景技术
这种板状物品可以是碟形物品,例如半导体晶圆或光碟以及多角形物品,如平面显示器。术语流体包括液体(例如用于蚀刻、洗涤或冲洗)以及气体,但也包含其他流体,如超临界流体(例如超临界CO2),或者两相或多相系统(例如液化气体)。
这种驱动组件及其在半导体业中的应用本技术领域众所周知,例如US6485531。驱动组件包括回转头和用于悬浮并驱动回转头且不接触的驱动机构。回转头的支撑及径向轴承以及转速由多个沿圆周布置的电磁线圈来控制。支撑轴承也可利用永久磁铁完成。这种由驱动机构来悬浮和驱动且不接触的回转头可称为浮动式旋压夹头。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于处理旋转时板状物品的改进系统。
本发明通过提供一种用于流体处理板状物品的装置达到上述目的,所述装置包括用于保持并围绕旋转轴转动板状物品的回转头;用于悬浮并驱动回转头且不接触的驱动机构,该驱动机构围绕回转头径向地布置;基本上圆柱形壁,其基本上与旋转轴同心,其中,圆柱形壁被布置在回转头与驱动机构之间,且插入回转头与驱动机构之间的间隙中;以及用于使回转头与壁沿着旋转轴彼此相对地轴向移动的轴向移动机构。
这种回转头也称为旋压夹头(spin chuck)。回转头可利用其边缘上接触板状物品的圆环保持板状物品,板状物品的加速及减速仅通过摩擦力进行,这种板状物品的保持可由插销或卡爪支撑,它们在板状物品的边缘处接触板状物品。插销可为活动式,以便夹住板状物品。这种插销可通过齿轮偏心地移动,例如US4903717中所述的那样。然而,这种齿轮可利用磁性开关,通过圆柱形壁以不接触方式进行切换。在US5989342中,偏心插销利用磁力直接切换。例如在US5788453或US5845662中公开了另一种插销移动机构。EP1067590A2中公开了另一种用于开启或关闭插销的方法,其中,插销利用离心力关闭,而通过重力开启。在US5375291中,当卡盘加速或减速时,夹紧卡爪关闭,其中,所述移动利用可旋转安装的惯性体(inert mass)进行驱动。
轴向地推动浮动式旋压夹头的优点在于改变板状物品到一元件(例如板)的距离,这种元件可以是例如用于声波处理或加热的板。另一个优点在于将旋压夹头升到高位,以使板状物品能轻易地放置或从旋压夹头中取出。这使其能够在装有液体、气体或其他任何流体的封闭室中处理板状物品,且仅用顶盖便将该室关闭。
轴向移动机构可选自液压缸、气压缸、球轴、线性马达、皮带驱动装置的种类。这种轴向移动机构轴向地移动驱动机构,并随即间接地移动回转头。在另一实施例中,轴向移动机构是驱动机构的一部分,其中,回转头的支撑轴承设置为一种线性马达,由此回转头能相对于圆柱形壁轴向地移动且不移动驱动机构。
优选地,回转头与驱动机构之间的间隙在2-10mm的范围内,较大的间隙导致磁性驱动组件的转子和定子之间的相互磁力作用不良。
在一项实施例中,圆柱形壁是封闭室的一部分,以使板状物品能在不同于大气压力的选择性压力下进行处理。这种不同于大气压力的压力可为高达数巴(例如2-10巴,或者如果使用超临界流体,甚至高达1000巴)的高压或真空(例如低至某MPa或更少)。优选地,封闭室包括贴着圆柱形壁密封的可开启盖,这种可开启盖使易于接近封闭室从中取出板状物品并将其置于回转头上。
为了简化结构,用于开启可开启盖的机构可同时用作轴向移动机构,在这种情况下,回转头与盖一起轴向地移动。
在另一项实施例中,用于开启可开启盖的机构与轴向移动机构相互分开,这种分开使回转头到盖的距离能改变,这样如果有一些功能元件(例如超声波转换器、或加热元件、或多个液体分配器、或发光元件(例如UV光))安装至盖上,以便处理板状物品时,可能格外有用。这种有用的原因在于,当流体处理期间,从板状物品到盖的距离可能选择使其小于将板状物品取出或置于回转头的距离。
在有利的实施例中,可开启盖安装成可翻转的,以使盖的每一面在板状物品处理时能选择面向板状物品。如果使用这种可翻转盖,则盖的每一面可装备不同的功能元件(例如超声波转换器、或加热元件、或多个液体分配器、或发光元件(例如UV光))。例如,一面可装备液体分配喷嘴和振动元件(超声波转换器),而相对面装备加热元件和气源。例如,可在高压(例如2巴)下进行液体超声波处理,接着在高温(例如高达200-500℃)下进行真空气体处理。
当板状物品面向可开启盖的侧面将用流体处理时,最好将可开启盖连接至第一介质源上,接着通过可开启盖中的单一喷嘴或多个喷嘴分配流体。
在另一实施例中,设置了第二介质供应机构,以将介质供应给板状物品的第二面,如果板状物品的两侧均要处理,则这样是有利的。
在又一实施例中,轴向移动机构、壁、回转头和驱动机构相互布置,以使回转头能沿着旋转轴移动,这样将板状物品移到不在由圆柱形侧壁包围的空间的内部的一个位置。这有助于利用运输机构(例如机器人末端执行器)轻易达到装入和卸下板状物品。如果将液体抛离板状物品而进入不在圆柱形壁之内的一区域内,这可能也是有用的。这还可能有助于后续的干燥过程(例如在封闭室处理之后的Marangoni干燥与旋转干燥的组合)。
有利地,装置包括基本上平行于板状物品且在处理时面向所述板状物品的第一板。所述板可为盖的一部分,或者可在盖的对面并因此面向板状物品的侧面,此时板状物品并未面向盖。板状物品可利用轴向移动机构靠近板,且板状物品与板之间的距离d1可选自数厘米(例如5cm)到0.1mm,乃至0mm,以和板状物品接触。在第一板装备有超声波转换器的情况下,可选择特定距离d1,例如以达到最佳超声波效能。
如果第一板是底部元件的一部分,由此则和圆柱形壁一起形成杯状物。当杯状物装有液体时,回转头和板状物品可完全浸入液体中,这导致单件晶圆技术与浸液技术的合理组合。这种杯状物可与可开启盖一起使用或不与其一起使用。
有利地,第一板声耦合至振动元件,其中,第一板可以是盖的一部分,或者在盖的对面,并由此面向板状物品的侧面,此时,板状物品并未面向盖。
除了第一板之外,还可设置第二板,其中,第二板基本上平行于板状物品,然而,在处理时,第二板相对于板状物品在第一板的对面。因此,两个板可邻近板状物品布置,用于同时或交替地处理板状物品的两侧。
上述装置以及方法的实施例的各种可想象组合被认为包括在本发明的范围内。
附图说明
图1示出本发明的第一实施例在开启状态的示意横截面图。
图2示出本发明的第一实施例在开启状态用于装入板状物品的示意横截面图。
图3示出本发明的第一实施例在开启状态的示意横截面图。
图4示出本发明的第二实施例在开启状态的示意横截面图。
具体实施方式
通过优选实施例的详细说明,可了解本发明的进一步细节及优点。
图1示出本发明用于流体处理板状物品W的装置1的第一实施例在开启状态的示意横截面图。下框板4通过球轴3连接至上框板2上,球轴3一方面是框架部件,另一方面也是轴向移动机构的一部分。为了增强稳定性,可设置额外的框架部件(未示出)。
封闭室的底板7在下框板4的上部平行于下框板4被附接。圆柱形侧壁5以其基本上平行于球轴3的旋转轴A附接至底板7上。圆柱形侧壁5气密地连接至底板上,例如可通过将部件焊接在一起或用螺丝固定或将侧壁5夹在底板7上,并用O-形环密封来完成。另一种作法是,圆柱形侧壁5和底板7可用整体件制成。
卡盘单元10可轴向活动地连接至球轴3上。卡盘单元10包括仅具有围绕圆柱形侧壁5的圆环形状的定子11,和浮动回转头14。定子11包括多个用于驱动并用于旋压夹头的支撑及径向轴承的电磁线圈12。另一种作法是,永久磁铁可用于支撑轴承。回转头14为环形,具有多个沿圆周布置在回转头外周边的永久磁铁15。将定子11的内径与回转头14的外径选择成使转子与定子之间的间隙g1在2-5mm的范围内。由于侧壁与转子之间以及侧壁与定子之间将有气隙,因此侧壁之厚度稍小于间隙g1(例如1.5-4.5mm),这种含有浮动转子的驱动组件称为无轴承圆盘马达或具有磁轴承的马达,其细节可从US6355998、US6249067或US6222290中得知。
定子11用球轴驱动装置13沿着球轴3轴向地被驱动,当升起定子11时,回转头14并随即板状物品W相对于圆柱形侧壁5升起,由此使回转头14和定子11都不接触圆柱形侧壁5。
回转头14包括用于保持板状物品(晶圆W)的夹紧销18。如上所述,这种夹紧销可以是固定式、倾斜式或偏心活动式。
盖单元20位于圆柱形侧壁5的上边缘与基本上垂直于圆柱形侧壁5的旋转轴A的上框板2之间。盖单元20包括用于盖21的框架和盖板22,盖单元20通过球轴驱动装置23可轴向活动地连接至球轴3上,球轴驱动装置23因此可沿球轴3垂直地移动盖单元20。当盖单元20向下移动时,其由位于盖板中的环形槽内的O-形环密封件19贴着圆柱形侧壁5的上边缘密封。
多个超声波转换器25布置在上盖板22中,然而,这种超声波转换器也可附接在与其声连接的盖板的外面。所述多个超声波转换器25仅覆盖板状物品的半径或板状物品的扇形区,因此,在板状物品旋转一次的时间顺序内,板状物品的整个表面由超声波转换器处理。
第一介质供应源M1将第一介质供给到封闭室6,介质供应源M1与盖板22中的中心介质供应喷嘴(箭头表示)连接,以将流体供应至面向盖板的板状物品的表面上。介质供应源M1通过阀门V1切换。另一种作法是,可设置级联阀门装置,以便在数种不同介质之间快速切换,且不会将这些介质互相混合。这种介质例如可以是液体、气体或其他流体。因此,液体供应步骤可快速接着干燥步骤进行,在干燥步骤中供应气体,并接着再进行液体供应步骤。
第二介质供应源M2与封闭室6流体连通。介质供应源M2与底板7中的介质供应喷嘴(箭头表示)连接,以将流体供应至面向底板的板状物品的表面上。因此,板状物品的两面可由相同或不同液体同时或交替处理。如果板状物品的两面以不同液体交替处理或两面以相同液体同时处理,则可将液体收集起来,且不混合,因此,可重复使用。当不同之液体同时用于每一面时,这些液体将混合,并因此不能再使用。介质供应源M2由阀门V2切换。
流体通过由阀门V4切换的排泄管D排出。然而,流体也可通过将有关供应管抽成真空经由介质供应源M1或M2排出。
参看图1-3,图中示出操作中的装置。盖单元20被升起而打开封闭室。同时,卡盘单元10如图2中所示也被升起,以使转子通过机械人末端执行器(未示出,例如叉状物、晶圆夹具)可易于接近。将板状物品W置于回转头14上面,此后,将回转头降至工作位置,关闭盖(图3),开始处理过程。
在处理期间,通过介质供应源M1和M2将洗涤液分配至板状物品的两个表面上,液体经由排泄管D排出。为了进行超声波处理(例如1.5MHz),板状物品与盖板之间的距离d1,包括超声波转换器25在内,要减至例如1mm。距离d1可以定期改变(例如在0.5到1.5之间)。另外,可施加压力(例如1.5巴,高于大气压力大约0.5巴),而最后,定期地改变压力(例如用10Hz+/-0.2巴的频率)。另一种作法是,这种定期改变的压力可采用1巴以下或大约1巴(因此,从高压到真空定期切换)。在用DI-水完成进一步冲洗步骤之后,不是直接用气体(例如IPA/N2)取代液体,就是用第二冲洗液(例如异丙醇)取代。此后,用气体(例如N2)取代该第二冲洗液。另外,可通过排空封闭室来支持干燥。当用惰性气体清洗封闭室之后,开启封闭室,并从回转头上取出板状物品。
图4示出本发明的第二实施例,该第二实施例具有两个附加器件,然而,这两个器件可分别应用。
第一个附加器件是用于盖21的翻转式框架,其可围绕水平轴H翻转。除了第一盖板22之外,第二盖板24也附接至盖21的框架上。加热元件26是第二盖板的元件,并且介质源M3与中心喷嘴流体连通。另一种作法是,可使用盖板22或24中的任何一个。这种用于盖的翻转式框架不仅可用于顶盖,而且还可用于底盖或者顶盖及底盖两者都使用。
示于图4中的第二附加器件是中心底板27,其形状和尺寸选择成使其紧靠在板状物品上。距离d2可为0.5-2mm。底板27装备有超声波转换器28,另外或另一种作法是,可设置一些加热元件。
Claims (12)
1.一种用于流体处理板状物品的装置,其包括:
·用于保持并围绕旋转轴转动板状物品的回转头;
·用于悬浮并驱动回转头且不接触回转头的驱动机构,该驱动机构围绕回转头径向地布置;
·用于将介质供应到板状物品的第一面的第一介质供应机构;
·圆柱形壁,其基本上与旋转轴同心,其中,该圆柱形壁被布置在回转头与驱动机构之间,且插入在回转头与驱动机构之间的间隙中;其中所述圆柱形壁是封闭室的一部分,以使板状物品能在不同于大气压力的可选择压力下被处理;以及
·轴向移动机构,其用于使回转头与圆柱形壁沿着旋转轴彼此相对地轴向移动,
其中,封闭室包括靠着圆柱形壁密封的可开启盖,用于将板状物品取出和置于回转头上,其中,轴向移动机构、圆柱形壁、回转头和驱动机构相互布置,使得回转头能沿着旋转轴移动,这样将板状物品移到不在由圆柱形壁包围的空间的内部的一个位置。
2.如权利要求1所述的装置,其中,轴向移动机构选自由液压缸、气压缸、球轴、线性马达、带驱动装置中构成的组。
3.如权利要求1所述的装置,其中,回转头与驱动机构之间的间隙在2-10mm的范围内。
4.如权利要求1所述的装置,其中,轴向移动机构用作开启可开启盖的机构。
5.如权利要求1所述的装置,其中,用于开启可开启盖的机构与轴向移动机构互相分开。
6.如权利要求1所述的装置,其中,可开启盖可被翻转安装,以使可开启盖的每一侧在板状物品被处理时能被选择以面向板状物品。
7.如权利要求1所述的装置,其中,可开启盖连接至第一介质供应机构上。
8.如权利要求1所述的装置,其中,该装置具有第二介质供应机构,用于将介质供给到板状物品的第二面。
9.如权利要求1所述的装置,其中,第一板基本上平行于板状物品,且在板状物品被处理时面向所述板状物品。
10.如权利要求9所述的装置,其中,第一板与圆柱形壁一起形成杯状物,该第一板作为杯状物的底部部分。
11.如权利要求9所述的装置,其中,第一板声耦合至振动元件。
12.如权利要求9所述的装置,其中,第二板基本上平行于板状物品。
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