CN102105973A - 夹具干燥设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了晶片承载器清洗和干燥设备，特别用于半导体工业。

Description

夹具干燥设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求Christopher Schneller等于2008年5月28日递交的名称为″FIXTURE DRYING PROCEDURE AND APPARATUS″的美国临时专利申请序列号No.61/056,755的优先权和权益，通过引用将其说明书结合于此。

技术领域

本发明的各实施方式涉及用于在已经清洗过制造夹具之后基本上干燥并减少干燥时间的设备和方法，优选为包括但不限于前端开口标准晶片盒或晶片运送器(FOUP)夹具的晶片承载器。本发明还可以用在要求加速干燥或去除流体的制成品、加工夹具和其它元件上。

发明内容

本发明的实施方式涉及用于清洗和干燥承载器的设备，其包括能够保持承载器的腔体，所述腔体包括所述腔体内部的承载器-内部喷射系统和承载器-外部喷射系统，所述承载器-外部喷射系统包括将流体喷射在承载器的外表面上的至少一个槽孔，并且所述内部喷射系统包括将流体喷射在承载器内部的至少一个槽孔。承载器可以为半导体晶片承载器和/或半导体晶片承载器的盖。流体可以为液体或气体。喷射系统可以彼此垂直移动，以防止承载器移动。承载器-外部喷射系统和/或承载器-外部喷射系统可以是至少部分可旋转的。

在一种实施方式中，所述喷射系统中的一个或二者以扫描运动方式振荡或来回移动。此外，可以设置用于使承载器旋转的马达。还可以设置至少一个加热系统，并且所述加热系统包括至少一个加热垫。可选地，所述设备可以设置在微清洁环境内。在一种实施方式中，多个设备可以设置在室内。

本发明的实施方式还涉及一种清洗和干燥承载器的方法，该方法包括可以下述步骤：将承载器设置在腔体中的步骤；采用外部喷射系统喷射液体在承载器的外部上的步骤；采用内部喷射系统喷射液体在承载器的内部上的步骤；采用外部喷射系统喷射气体在承载器的外部上的步骤；以及采用内部喷射系统喷射气体在承载器的内部上的步骤。可选地，以彼此垂直地运动的方式喷射承载器的外部和内部。所述喷射步骤中的至少一个可以包括以扫描运动的方式喷射。

附图说明

作为结合并形成说明书的一部分的图示和描述的附图1-39图示了本发明的一种或多种实施方式，并与说明书一起用来说明本发明的原理。附图仅仅是用于图示本发明的一个或多个优选实施方式的目的，且将不解释为限制本发明。在附图中：

图1为图示了安装有晶片承载器的清洗和干燥体腔的实施方式的正面透视图；

图2为图示图1实施方式的正面透视图，其中门关闭；

图3为图示图1实施方式的透视图，其中门被移除了；

图4为图示图1实施方式的正视图，其中门关闭；

图5为图示图1实施方式的侧视图；

图6为图示图1实施方式的背面透视图；

图7为图示本发明的实施方式的后视图；

图8为图示没有侧板的体腔的实施方式的透视图；

图9为图示本发明的一种实施方式中的晶片承载器的正面的正视图；

图10为图示根据本发明的一种实施方式的内部喷射系统横截面侧视图；

图11为图示本发明的一种实施方式的顶视图；

图12为图示本发明的一种实施方式的各元件的分解图；

图13为图示本发明的一种实施方式的各元件的分解透视图；

图14A-G为图示晶片承载器的不同视图的附图；

图15为晶片承载器的底侧视图；

图16为图示晶片承载器的顶视图；

图17A和B分别为气刀组件的正视图和分解图；

图18为气刀组件的局部分解图；

图19为图示图1中的的实施方式的正视图，其中未显示正门；

图20为底架的分解图；

图21A-B为图示蝶形阀的视图；

图22为根据本发明的一种实施方式的盖式腔体的正面透视图；

图23为图22中的实施方式的正面透视图，其中门打开了；

图24为图示图22中的实施方式的透视图，其中门从腔体上分解下来了；

图25为图示图22中的实施方式的正视图，其中门关闭。

图26为图示图22中的实施方式的侧视图；

图27为图示图22中的实施方式的背面透视图；

图28为图示图22中的实施方式的后视图；

图29为图示拆除了后板的一种实施方式的后视图；

图30图示了一种实施方式的透视图，其拆除了前门并示出晶片承载器盖；

图31图示了一种实施方式的正视图，其中拆除了前门并示出晶片承载器盖；

图32为图示盖式腔体组件的一种实施方式的剖视图；

图33为图示盖式腔体组件的一种实施方式的顶视图；

图34为图示盖式腔体组件的一种实施方式的分解顶视图；

图35为盖式腔体组件的一种实施方式的各元件的分解图；

图36为图示微环境的一种实施方式的透视图；

图37为图示微环境的腔室的一种实施方式的透视图；

图38为图示腔室的一种实施方式的剖视图；以及

图39为图示具有机械手的微环境中的腔室的一种实施方式的透视图。

具体实施方式

如图1-21所示，本发明的实施方式包括夹具清洗和干燥体设备腔，优选用于清洗和干燥晶片承载器型制造夹具。图22-35图示了本发明的盖式腔的实施方式。图36-39图示了微环境和腔室的实施方式。

本发明的实施方式涉及用于清洗和干燥夹具的设备和方法，特别用于晶片承载器。必须在超净环境中清洁晶片承载器。本发明的实施方式包括体腔组件和盖式腔体组件。晶片承载器设备体腔10(图1)为用于清洗和干燥晶片承载器的本体的腔体。

如在整个说明书和权利要求书中使用的术语″腔″包括但不限于“至少基本封闭的空间”的含义″。

体腔10的实施方式(参见图1)可以由聚偏氟乙稀(PVDF)板或类似的材料构成，可选地约25.5英寸深×约21英寸宽，约26英寸高，但尺寸可以改变。在一种实施方式中，本发明可以模块化和可缩放的。如图1所示，体腔10优选具有门12和移动外部喷射杆18的带轮驱动轮(pulley drivendrive)22(还参见图12)。体腔10优选包括通过传动带26连接至喷射杆集合管20的驱动轮22。体腔10还具有用于清洗和干燥优选直接被驱动的晶片承载器的内部的内部喷射杆54(图10)。晶片承载器本体14优选位于框架16上。优选设置角部支撑件，并且最优选地，角部支撑件是稍微倾斜的，以防止水聚积和颗粒聚沉。框架16的所有露出侧面在顶部都是斜面，也是防止水聚积和颗粒聚沉。外部喷射杆18优选包含沿着管道的面向晶片承载器本体14和腔体10壁的侧面定位的孔和/或槽孔19。虽然可以通过本领域技术人员熟知的方式形成槽孔19，但最优选采用激光形成槽孔14，并且所述槽孔用作清洗周期期间的水喷嘴以及在气刀和干燥周期期间的通风空气喷嘴。优选地，内部喷射杆54包括覆盖晶片承载器14本体的内部的孔和两个通水喷嘴。体腔10、外部喷射杆18和内部喷射杆54优选用水工作，且采用槽孔19清除颗粒，随后用吹走水滴的空气或压缩空气净化和/或干燥。体腔10优选包括多个板24和蝶形阀23，但是其它阀型当然可以代替蝶形阀23使用。体腔10优选构造为具有通风位置，以确保在运行期间具有轻微的正压力。

在图2中图示的实施方式中，带轮驱动轮22连接至外部喷射杆集合管20，外部喷射杆集合管20还包含用于空气和水的进口连接装置。该实施方式帮助防止由压力变化和管道材料(其可以但不限于由PVDF制成)的伸缩引起的喷射杆的不对准或偏移。优选地，蝶形排气阀23控制腔体10内的压力。在清洗周期期间，不像应受到高的气压和大的空气体积的气刀周期期间一样重要地具有高压释放。可选地，蝶形阀23经由空气致动打开，随后压力释放关闭。还如在图21A-B中的实施方式中图示的那样，隔膜的设计允许在关闭时被抽出最少量的废气。本发明的实施方式包括颗粒的在线监控，以确保洁净度。

图2图示了体腔10的一个实施方式，其前门12闭合。带轮驱动轮22由皮带26连接至外部喷射杆集合管20。门12具有铰链28和腔体空气阀30。板24最优选用来形成腔体10的顶部、底部和侧面。

图3图示了体腔10的局部分解图。外部喷射杆19优选包括大量部件，所有的部件优选由PVDF和/或特氟纶等制成。体腔10包括门12。门12优选具有包括但不限于门组件34的多个元件，图3还示出了门锁组件36。流体喷雾(在一种实施方式中优选为水)优选在喷射出喷射槽孔19(参见图1)时被加热至约130°F至150°F之间，并在喷射时稍微冷却。流体穿过旋转接头，且最优选是超纯净的，且通过过滤净化。O型环和旋转接头优选使用将不会污染流体的材料设计和构造。

图4-7图示了本发明的实施方式的不同透视图。在一种实施方式中，体腔10优选包括：门12；板24；进水口管道38；门锁36；门组件34；进气口管道42；和蝶形阀23。可选地，水管道38具有用以防止污染物回流的豆状收集器(pea trap)。图8图示了一个不具有侧板的实施方式。集合管40优选将带轮驱动轮22、进气口42和进水口38、以及喷射杆18连接在一起。三个大的孔122(参见图17A和B)优选允许空气和水流入外部喷射杆18，而不会由旋转产生压力。固定支架46优选焊接或以其它方式固定地固定至管道，并防止干扰或阻塞槽孔，以便使空气和水充分接触承载器本体14。带轮驱动轮22的驱动侧优选利用限位开关44(以及80，图12)防止外部喷射杆18过旋转和损坏管道。外部喷射杆18优选以扫描运动从后向前和从前向后旋转约270°。可替换地，外部喷射杆19可以是静止的或振荡或来回移动的。

图8图示出体腔10的透视图。集合管驱动装置40和切换集合管46优选帮助控制至系统的流体的流量。体腔10还包括腔体框架50。

图9图示了在内部具有晶片承载器14的腔体10。图10图示了横截面侧视图，其中体腔10包括承载器56、内部板58、内部喷射杆54、进气口62和水管道60。

图11和12图示了体腔的实施方式的顶视图。进气口64(图11)和分解图，具有稳定器66、管道连接器68和管道70、驱动装置72、板74、开关80、活塞84、皮带轮88和外部喷射杆78。

图13图示了分离的体腔10和后部98的分解图。图13还图示了加热覆盖层或加热垫108。加热覆盖层或加热垫108优选加热所述腔的壁。本发明的实施方式可选地采用一个和/或多个加热覆盖层或加热垫以加热腔体10的PVDF板24。板24吸收并将热量辐射到腔体10中。可替换的实施方式包括但不限于使用其它传热材料作为板和/或用于壁内的夹层加热元件或它们的任何组合。可选地，加热覆盖层或加热垫108用于目标加热和/或围绕腔体或它们的任何组合。优选地，腔体10在清洗和干燥周期之间不被冷却，以便提高清洁过程的效率。

图14A-G和15图示了可以与本发明的实施方式结合使用的晶片承载器。工业标准规定了晶片承载器14的尺寸，但取决于制造厂商，在设计和复杂度方面会存在差异。多个晶片承载器为由聚碳酸盐构成的单次注射模制容器，其具有焊接到外部和内部的附件(参见图14A-G)。晶片承载器具有至少三个不同的附件/特征：机器人凸缘(图14G)、晶片格或晶片巢状物(wafer comb)和运动凸缘(图14E)。机器人凸缘(图14G)是可用来从一个位置或空间到另一个位置或空间操作晶片承载器的机器人运送和工具。晶片格将容器中的晶片隔开，以防止运送期间的损坏，通常的晶片承载器可以容纳25片晶片。运动凸缘(图14E和图15)用作用以稳定晶片承载器的基座。运动凸缘保持与晶片承载器的容量、制造以及锁定集合管118(图14G)相关的信息。

图17B和18图示了还用作干燥过程期间的气刀的外部喷射杆126的分解图。集合管128优选连接带轮驱动轮130、132、134和136。三个大的孔122优选允许空气流动，支架120防止阻塞或干扰槽孔用于水充分接触。

图19图示了内部具有承载器14的体腔10的正视图。

体腔内部喷射杆144(图20)优选为直接驱动装置，其还优选采用限位开关。内部喷射杆144优选为简单的熔焊管(fusion welded pipe)和弯管，其顶部钻有较小尺寸的孔，在侧面钻有较大尺寸的孔。喷射杆144优选在底架146的前围缘140中的孔138中自由转动。内部喷射杆144优选以约180°的扫描运动从一侧转动到另一侧。优选地，使用两种不同的扫描运动，以便不单向或逆向地推动晶片承载器，如果强制进行，这会损坏边缘。晶片承载器本体的移动优选采用角部支撑件142来防止，其中两个侧面上的短小突出部将晶片承载器保持在合适的位置。可选地采用电容传感器143，以帮助检测运动。传感器143可以非常靠近但不接触承载器，以检测承载器是否偏离角部支撑件142。如果出现偏离，不仅会损坏晶片承载器本体，而且会损坏内部和外部喷射杆。

图21A-B图示了优选用作压力阀的蝶形阀150的侧视图和正视图。

为了在指定时间内干燥晶片承载器本体，优选保持腔体10是热的。在一种实施方式中，晶片承载器14优选具有位于聚碳酸盐上的涂层，其帮助防止在运送期间对承载器的损坏，并且该涂层不能被加热到60℃(14O°F)以上，否则会发生翘曲。因此，为了维持在合理的温度下需要的热，可选地添加加热覆盖层108(参见图13)至腔体的外部。优选地，覆盖层108设为大约180°F，并将腔体10加热至约160°F。可以在腔体10侧面上设置红外传感器，其监测晶片承载器14的最靠近承载器变得最热的顶部的温度。在其中晶片承载器14和腔体10的温度急剧下降的净化和气刀周期期间，在清洗周期之后腔体10的加热变得关键。从两个喷射杆的流体喷射优选是双向的。因此，通过使干燥周期也被加热，返回到腔体的期望的内部温度，这维持规定的工艺时间。在本发明的实施方式中，用于清洁晶片承载器本体的优选方法和时间选择为：

1.体腔门打开(T＝0)

2.机器人将晶片承载器本体放置到框架上(T＝40秒)

3.体腔门闭合并锁定(T＝60秒)

4.清洗周期(T＝61秒)

5.净化周期(T＝121秒)

6.气刀周期(T＝131秒)

7.加热的CDA干燥周期(T＝371秒)

8.喷射杆返回原位置(T＝731秒)

9.体腔门打开(T＝732秒)

从一个加载端口到另一个加载端口，包括清洁过程的整个工艺时间在约10分钟和约21分钟之间，更优选在约10分钟和约17分钟之间，最优选在约12分钟和约14分钟之间，其中清洁工艺时间约12分钟。采用这种工艺操作过程，可以实现在启动时每小时约21个晶片承载器和持续地每小时约25个晶片承载器的优化产出。本发明的实施方式优选模块化和可调整的，并且可以适应任何操作。可替换地，取决于情况需求，输出或产出(output)可以变化。

在清洗和干燥周期期间，盖158(参见图22)以不同的速度和方向旋转。由于盖158的复杂性，清洗和干燥优选采用旋转操作，以到达夹具的所有区域。在整个清洗周期中，盖158优选缓慢地旋转，以允许水进入门并洗掉已经收集的任何颗粒。在一种实施方式中，在干燥周期期间，门优选以大约300转每分钟(RPM)的速度顺时(CW)旋转5分钟，在干燥周期的剩余时间逆时针(CCW)旋转。盖158的高速旋转帮助排出可能在清洗周期期间收集在门内的水滴。在一种实施方式中，所使用的马达优选具有减慢当不停止在合适的原位置的能力。因此，存在可以由空气启动的停止装置，以将马达锁定在合适的原位置。

在干燥周期期间，压缩气体，最优选空气，可以指向或引向夹具之上和之内，因为进入内部允许促进残留的清洗流体的去除。可选地，压缩气体被加热，并被定向或引导通过至少一个周期旋转分配管、导管、集合管或本领域熟知的其它气体分配构件。替换地，用于压缩空气的分配系统的一部分可以振荡或来回移动而不是旋转。

图22-23图示了盖式(lid)腔体156的实施例。盖158可以具有复杂的内部设计，具有复杂的锁定机构和晶片格，晶片格分开并在运送期间支撑单独的晶片。在盖158的正面具有用于引导机器人的装置(endifector)到达钥匙孔的两个孔(参见图15和16)。为了确保盖158紧密地固定在晶片承载器14，在内部存在衬垫。盖式腔体156的实施方式可以具有类似于应用于斜面156的体腔的结构。

图22图示了盖式腔体156，其具有门160、晶片承载器盖158、板162、进气和进水口164，图23还图示了门销168和门铰链166。清洁盖158包括但不限于将空气注入到孔(上文所述)并通过开口。图23图示了加热覆盖层或加热垫163。

图24图示了具有门组件170和门锁172的盖式腔体156。图25图示了盖式腔体156和进水口174的一个实施例的正视图。

图26图示了包括进气口176和进水口174的盖式腔体156。图27图示了具有安装的门锁组件172、蝶形阀178和支撑件180的盖式腔体156。图28图示了盖式腔体156的一个实施例的后视图，图29图示了拆除板并示出进气口元件182的后视图。

图30图示了盖式腔体156的一个实施例。一旦从晶片承载器本体上分离，则门158被放入装配有支架夹具157的清洗和干燥腔156中。支架夹具157(图35)包括用来将门158稳定地保持在合适的位置同时在周期之后旋转的夹持设备。支架夹具157优选为粉末涂覆的铝，并且夹持设备159优选整个由聚偏氟乙稀(PVDF)或类似物制成。夹持设备159(图35)夹持盖158，盖158包括包含用于盖158锁定机构的槽孔的复杂结构。当锁定机构启动时，它优选打开空气流入门158内部的路径。这是优选使用的，因为在清洗周期期间，水进入门内部，这收集需要被吹走的水滴。因此，支架夹具优选装配为经由如图32-34中看到的马达轴184和190连接至马达188。空气优选通过马达中的连接进入，该连接优选由耐高温复合材料(Ultem)制成，其中连接经由导管连接至夹持机构，如图33-35中看到的那样。

晶片承载器盖式腔体156可以由与体腔相同的材料构成。以类似于体腔的方式，盖式腔体156优选包含清洗和干燥门158和腔体156的四个喷射杆186、189(参见图32-35)。两个下喷射杆189优选采用喷嘴187清洗和干燥门。在一种实施方式中，优选在盖式腔体中使用喷嘴，因为门由容易受到高压损坏的薄聚碳酸盐材料构成，由此通过使用喷嘴，可以控制压力。两个上喷射杆优选帮助干燥腔壁。类似于体腔，可选地，盖式腔体具有直接放置在外壁上的加热覆盖层或加热垫，用以保持腔体被加热，并辅助干燥过程。

图36示出了微环境的实施方式。为了保持该过程尽可能地干净，优选的是获得将空气微粒数维持为接近ISO标准3或1级的微环境。微环境194优选容纳超低微粒空气(ULPA)过滤器195，其产生从天花板至地板的超净层流。层流有助于防止微粒聚沉在格栅式微环境地板下面，并将可能粘附至晶片承载器的任何大颗粒推出该环境，而不是收集在各个腔中。在一种实施方式中，微环境优选由约2″×约2″的经过粉末涂敷的不锈钢梁制成，并且地板由格栅式聚丙烯压板构成。在一种实施方式中，微环境优选容纳六轴清洁室机器人198。机器人198将晶片承载器本体196和门操纵到它们的适合的腔200中，用于清洁。

如整个在说明书中定义的术语″层流″包括但不限于非湍流。

图37-39图示了盖和本体室202的实施方式。盖和本体室202优选由约2英寸×约2英寸的304不锈钢框架构成，其优选整个由Corzan G2和/或类似物包封。每个盖和本体室优选分别保持6个盖和体腔204。可选地，这些设备或工具通过顶部进入室202，并下降到排气管道旁边的工具的中间。室优选在206完全排空，以防止由加热覆盖层或加热垫和干净干燥空气(CDA)加热器带来的过度加热。所述室优选在内部面的底部具有格栅式排放口208，以捕获可能从腔中泄漏的任何水。在一种实施方式中，室202还优选包括具有泄漏传感器的排出口，如果所有六个室同时泄漏(参见图38)，则该排出口能够排出所有的水(参见图38)。替换地，盖和体腔室可以保持任何数量的盖和/或体腔。

室202优选是模块化的。图38图示了室202的一种实施方式，其中每个腔体210配备有可以拆除用于维护和更换的一组阀和电子元件。各个腔体210还优选，在需要用于维护和更换时是可拆除的。在一种实施方式中，优选地，除了其上的门向左或向右打开之外，腔体210都是相同的。如果必要，腔体210可以在室202内随着门方向的改变而四处移动。可选地，腔体210可以被旋转地模制，以得到局部光滑的角部，减少接缝，并允许接缝布置，由此降低污染的可能。图39图示了包括机器人214、腔体216和晶片承载器218的微环境212的横截面。

用于压缩气体的分配系统还可以利用分配构件中的节流通气口(restricted orifice)。该通气口优选与不同尺寸的标准喷嘴结合。优选地，通气口的尺寸形成为维持足够的压力和作用力，用于从夹具上转移走残留的清洗流体，并促进蒸发。具有喷嘴的分配系统构件可选地采用各种喷射图案成型特征或部件。

可选地，使用压缩空气分配系统或类似但独立的气体分配系统来冷却夹具，如果需要，同时使用制冷空气、氮气、二氧化碳、一氧化二氮或熟知的冷却气体，但最优选是氮气。采用如图1-35所示的双用途清洗和干燥腔，正被干燥的夹具的本体温度可以被冷却。通过关闭加热元件，并通过使用未被加热的和/或如前所述的冷却气体，夹具本体温度可以在从干燥腔拆除之前冷却。被冷却的、未被加热的或被加热的气体可以通过压缩气体干燥分配系统、类似的但独立的气体分配系统或净化清洗流体分配系统引入到干燥腔。

在本发明的实施方式中，之前已经被清洗过的承载器或盖可以从清洗腔体手动地或更优选通过机器人拆除。可选地，还可以通过一系列倾斜、旋转和摇动运动操纵夹具，以去除残留的清洗流体。

优选地，承载器或盖随后被放入用于干燥的腔体，如果这种腔体也至少为用于干燥的双用途腔体，则该用于干燥的腔体可以为用于清洗的腔体。或者承载器或盖可以放入独立的干燥腔，更优选地，放入周期加热的空气周期的专用的干燥腔。优选地，本发明的实施方式为全自动的。然而，可替换的实施方式包括手动和半自动实施方式。

本发明的实施方式可以包括单个清洗和干燥腔。可替换地，可以在类似于图1-35中描述的那些腔体的独立腔体中进行清洗和干燥。在另一种实施方式中，用于晶片承载器的名义清洗和干燥周期持续时间优选在约5分钟至约1小时的范围，更优选在约10分钟至约40分钟的范围内，最优选在约15分钟至约30分钟的范围内。在一种实施方式中，本发明使用晶片承载器清洁设备，其中，通过采用下述可替换方法中的一种或多种，干燥工艺持续时间被最小化，且该工艺的效率提高：

在清洗周期之后，可以由机器人将晶片承载器从清洗腔体中移除，并且可选地，机器人对晶片承载器进行一系列操作，可以包括倾斜、转动、抖动和摇动，其中从晶片承载器上去除残留清洗流体。操作的速率、持续时间和程度优选通过编程的机器人指令控制。晶片承载器随后可以优选由同一机器人转移至同一或不同的用于干燥的腔体。

这种无论是手动还是由机器人进行的操作的一个可行例子可以包括以下描述的动作用于缩短夹具干燥持续时间。虽然所述系列以顺时针(CW)旋转开始，但很明显旋转方向可以相反，并且代替以逆时针(CCW)旋转开始。接下来描述了干燥方法的一种可替换实施方式：

1.打开腔体门(T＝O秒)

2.取出晶片承载器本体(T＝4秒)

3.使机械臂旋转，以使夹具以大约30°的角指向下(T＝5秒)

4.以约120°/秒的速度使晶片承载器本体缓慢地顺时针滚动至其被反转的位置(约180°)(T＝6秒)

5.以约120°/秒的速度使晶片承载器本体缓慢地逆时针滚动约360°(T＝9秒)

6.以约120°/秒的速度使晶片承载器本体缓慢地顺时针滚动约360°(T＝12秒)

7.以约120°/秒的速度使晶片承载器本体缓慢地逆时针滚动约360°(T＝15秒)

8.抖动晶片承载器本体，以摇掉所有水滴

9.以约120°/秒的速度使晶片承载器本体缓慢地顺时针滚动至水平面(T＝17秒)

10.使机械臂旋转，以使夹具以约30°的角指向上(T＝18秒)

11.以约120°/秒的速度使晶片承载器本体缓慢地顺时针滚动至它被反转的位置(约180°)(T＝20秒)

12.以约120°/秒的速度使晶片承载器本体缓慢地逆时针滚动约360°(T＝23秒)

13.抖动晶片承载器本体，以摇掉任何水滴

14.将晶片承载器本体返回至腔体外部的正常的水平位置(T＝24秒)

15.将晶片承载器本体放回腔体中，并关闭门(T＝30秒)

采用如图1-35所示的替换的清洗和干燥腔，通过首先采用上述系列操作或从晶片承载器上物理地去除多余的液体的其它操作，可以减少通常30分钟的干燥周期。

在清洗周期之后，优选在前述系列的机器人操作之后，可以将晶片承载器放入专用干燥腔，与典型的双用途清洗和干燥腔不同，专用干燥腔具有起初干燥的内部。

冷空气或其它气体被以选定的间隔引入到干燥腔，以加快干燥周期阶段的冷却，并降低晶片承载器的温度。

凸轮驱动装置或其它可移动系统被用来使压缩空气或气体分配系统的运动与简单的旋转运动一起振荡或来回移动，或代替简单的旋转运动。

可以采用喷射喷嘴，其可以控制引入的压缩气体的体积、压力、温度和方向。喷嘴可选地对用于压缩气体供给要求的普通钻孔提供更好的控制，并对压力、体积、温度和目标特性提供更好的控制。

在一种实施方式中，晶片承载器清洗和干燥周期可以包括将晶片承载器的两部分(本体和片盒)分开，将晶片承载器放入双用途清洗和干燥腔(优选通过机器人)，清洗，干燥，从腔中移出晶片承载器，并将片盒和本体块重新连接在一起。

采用直接驱动马达或其它系统使空气分配杆、管、集合管或其它空气分配构件旋转可以允许压缩气体流过正被干燥的夹具和干燥腔内壁。

采用振荡或来回移动凸轮驱动马达系统可以将更多的压缩空气分配至正被干燥的夹具的本体，而不直接和受益地吹在所述腔的壁上。约70°-110°范围的往复旋转允许将压缩空气有效地引导至夹具本体上。

成功干燥晶片承载器的一种方法可以包括将在干燥周期后即刻的密封的晶片承载器内的湿度与在稳定约两个小时之后的同一晶片承载器内的湿度进行比较。小于约10％，更优选小于约7％，最优选小于约5％的湿度增加可以认为是成功干燥的晶片承载器。例如，如果晶片承载器在干燥近之后具有31％的内部湿度，并且在约两小时之后具有36％或更小的内部湿度，则晶片承载器可以被认为是合格地干燥了。如果干燥过程在晶片承载器内部留下视觉上可以看到的清洗流体，则通常可以发现测量到的湿度的增大值为约10％至约22％，因为被认为是失败的或不完全的干燥过程。外部可见的清洗流体滴也是否决干燥过程的根据，并且表示需要采用其它气体喷嘴或其它方法。

压缩气体分配构件可以具有通过增大钻孔直径而加大的通气口。增大通气口直径可以增大传递至夹具本体的气体的体积，但不用气体供给改变，并且取决于初始供给配置，这种修改可以降低气流速率，由此降低干燥系统的效率，因此延长干燥持续时间。例如，通过使导向夹具外部的干燥杆孔的直径加倍，从约1/32英寸的直径增大到约1/16英寸的直径，并且将夹具内部干燥构件通气口从约1/16英寸的直径增加至约3/32英寸的直径，与由较小尺寸得到的干燥时间相比，增加了所需的干燥时间。

对于组合的清洗和干燥腔，外表面(上部)清洗喷射杆优选被净化，以防止液体滴落到晶片承载器上。阀和喷射杆之间管道的长度的缩短还可以帮助降低可能滴在晶片承载器上(伴随清洁过程)的液体的量。晶片承载器本体的内表面和外表面优选同时进行清洗，由此节约约1至1.5分钟。作为一种可行的例子，采用传送带系统的清洗周期可以具有接近2分钟的内部清洗，接着接近1分钟的外部清洗。

使干燥腔快速地降温可以减少在后处理湿度测量时腔体中的湿度。采用单个单元非传送带式腔体，晶片承载器本体固定器不需要是壁装式的。因此，昂贵的涂层加工部件优选由简单且便宜的晶片承载器本体固定器代替。

在清洗之后且在从清洗腔移除晶片承载器之前，可以引入约12秒的延迟。这允许内部喷射杆调整到其静止位置。晶片承载器的一些具体模型可以得益于沿着该本体的前下脊指向以去除积聚的水滴的一个或多个其它喷嘴。

预加热晶片承载器可以提高工艺可靠性。这可以包括采用热水进行清洗，和/或在脏晶片承载器本体等待处理时将加热的气体吹向它们。柔性轴联接器可以减少马达问题。

类似于增大通气口直径，在没有其它的变化且取决于初始供给配置的情况下增大干燥杆中的孔可以通过降低速率而降低干燥晶片承载器本体的效率，因此降低从分配构件通气口传递的气体的作用力。对于在分配构件中钻的平孔优选通过采用标准喷嘴来控制通气口尺寸。

在干燥过程开始之前采用一种或多种热流体(特别是为气体或容易蒸发的流体)预加热晶片承载器缩短了干燥工艺持续时间。例如，如果被加热的水用来在清洗周期期间加热晶片承载器，则与采用室温水清洗相比，这可以更容易恰当地干燥晶片承载器本体。

冷却干燥腔和/或晶片承载器本体对后处理湿度结果具有可测量的影响。在通过干燥周期是重要的情形中，冷却方法可以改善干燥结果。仅仅加热至触摸程度的干燥晶片承载器本体通常将经过两小时后处理湿度测试。

在干燥周期降温完成之后重新加热晶片承载器干燥腔通常是有有利的。晶片承载器干燥腔在使用后通常温度约30°-35℃。为了使腔体在下一次周期开始之前快速地重新升温，关掉吸入气体缩短腔体加热时间。例如，代替采用约8-10分钟加热腔体，关闭吸入气体可以将重新加热时间缩短至约5-6分钟。

腔体尺寸会影响干燥时间。无论腔体是否具有分开的或共用的清洗和干燥周期，较小的腔体具有小的容积，并且如果提供与较大的腔体一样大小的功率，则较小的腔体可以较快地进行干燥。较小腔体的较紧密的限制还可以推动空气更靠近晶片承载器本体的表面流动。较小腔体尺寸的另一个优点在于，对于需要这种工具的产品形式的厂商来说，较小的覆盖区(footprint)可能是希望的。

晶片承载器固定部件可以为捕获不想要的残留清洗流体的源，并且可以通过设计改进来解决。一些可行的整体设计改进包括但不限于：

1)用塑料形成晶片承载器固定器代替加工的并且专门涂敷的铝结构的晶片承载器固定器。

2)使晶片承载器固定器脚类似于单晶片承载器测试胞元脚可以减少在晶片承载器中收集潮气的潜在的源。这种改进可以与晶片承载器本体固定系统的其它改进结合。

3)被干燥的单元优选经受对清洗流体滴的肉眼检查以及后续的湿度测试。在一种实施方式中，任何晶片承载器本体内部中的清洗流体滴被认为失败，其中视觉上可看到的流体通常将湿度向上增加约10％。

本发明的可替换实施方式包括但不限于采用专用干燥腔，或者确保双用途清洗和干燥腔的内部在把将要干燥的夹具放置在该腔中之前是干燥的可以缩短干燥周期持续时间。在腔体用作干燥腔之前从该腔体的壁上清除清洗流体提高了干燥过程的效率。从腔体的内表面上清除多余的液体允许改进夹具的干燥环境。减小双用途腔体的尺寸还可以减小可能的流体覆盖区域的大小，并提高干燥效率。而且，减小干燥腔的尺寸可以提高气体循环速率，由此提高效率。

工业应用性：

通过接下来的非限制性的实施例进一步说明本发明。接下来的实施例包括其后跟着干燥周期的清洗周期，其中晶片承载器和晶片承载器盖安装在类似于图1-35中图示的腔体中。此外，已经将腔室和微环境构造成与图36-39中图示的类似。

实施例1

体腔由具有25.5英寸深×21英寸宽以及26英寸高的聚偏氟乙稀(PVDF)板制成和构成。该体腔具有用于该腔左侧上的外部喷射杆的侧开门和从动轮驱动轮。体腔还具有被直接驱动的内部喷射杆。晶片承载器本体位于允许内部由内部喷射杆清洁的框架上。角部支撑件稍微倾斜，以防止水聚积和颗粒聚沉。框架的所有露出侧面在顶部都是斜面，也用以防止水聚积和颗粒聚沉。外部喷射杆包括沿着面向晶片承载器本体和腔体壁的管道的侧面定位的0.010英寸宽×0.080英寸长的槽孔。槽孔采用激光形成，并用作清洗周期期间的水喷嘴，并用作气刀和干燥周期期间的通风喷嘴。内部喷射杆包括0.03125英寸和0.0625英寸的孔和覆盖晶片承载器本体的内部的两个通水喷嘴。

带轮驱动轮连接至外部喷射杆集合管，外部喷射杆集合管也包括用于空气和水的进口连接装置。这是体腔的重要方面，因为它帮助防止由压力变化和管道材料(其为PVDF)伸缩引起的喷射杆的偏移。体腔的另一个重要方面是控制腔内的压力的蝶形排气阀。在清洗周期期间，不像应受到高的气压和大的空气体积的气刀周期期间一样重要地具有大的压力释放。蝶形阀经由空气启动打开，随后压力释放而关闭。隔膜的设计允许在闭合时将要被抽出的排气的量最小。

体腔外部喷射杆为独特的装置。外部喷射杆由都由PVDF和特氟纶制成的大量部件构成。集合管将带轮驱动轮、进气口和进水口以及喷射杆连接在一起。三个大的孔允许空气和水流入外部喷射杆，而不会由旋转产生压力。固定支架焊接至管道，并防止阻塞或干扰槽孔，以便使空气和水充分接触承载器本体。带轮驱动轮的驱动侧利用限位开关防止外部喷射杆过旋转和损坏管道。外部喷射杆以扫描运动的方式从后向前和从前向后旋转约270°。

体腔内部喷射杆构造为也采用限位开关的直接驱动装置。内部喷射杆为简单的熔焊管和弯管，其在顶部钻有较小尺寸的孔，在侧面钻有较大尺寸的孔。喷射杆在底架的前围缘中的孔中自由地转动。内部喷射杆垂直于外部喷射杆，以约180°的扫描运动从一侧到另一侧转动。使用两种不同的扫描运动，以便不单向或逆向推动晶片承载器。使用角部支撑件还可以防止或阻止晶片承载器本体的运动，其中两个侧面上的短小突出部将晶片承载器保持在合适的位置。采用电容传感器以帮助检测运动。传感器可以非常靠近但不接触承载器，以检测承载器是否偏离角部支撑件。如果出现偏离，不仅损坏晶片承载器本体，而且会损坏内部和外部喷射杆。

为了在指定时间内干燥晶片承载器本体，有必要保持腔体是尽可能热的。晶片承载器具有位于聚碳酸盐上的涂层，其帮助防止在运送期间对承载器的损坏，并且该涂层不能被加热到60℃(14O°F)以上。否则将发生翘曲。因此，为了将需要的热维持在合理的温度，添加加热覆盖层或加热垫至腔体的外部。这些覆盖层设为约180°F，并将腔体加热至约160°F。可以在腔体侧面上设置红外传感器，其监测晶片承载器的最靠近承载器变得最热的顶部的温度。在其中晶片承载器和腔体的温度急剧下降的净化和气刀周期期间，在清洗周期之后腔体的加热变得关键。因此，通过使干燥周期被加热，返回腔体的期望的内部温度，这维持规定的工艺时间。用于清洁晶片承载器本体的过程如下：

10.体腔门打开(T＝0)

11.机器人将晶片承载器本体放置到框架上(T＝40秒)

12.体腔门闭合并锁定(T＝60秒)

13.清洗周期(T＝61秒)

14.净化周期(T＝121秒)

15.气刀周期(T＝131秒)

16.加热的CDA干燥周期(T＝371秒)

17.喷射杆返回原位置(T＝731秒)

18.体腔门打开(T＝732秒)

从一个加载端口到另一个加载端口，整个工艺时间为14分钟，其中清洁工艺时间约12分钟。采用这种工艺时间，可以实现在启动时每小时约21个晶片承载器和连续不断地每小时约25个晶片承载器的优化产出或输出。

微环境：

为了保持该过程尽可能地干净，需要获得将空气微粒数维持为接近ISO标准3或1级的微环境。微环境容纳超低微粒空气(ULPA)过滤器，其产生从天花板至地板的超净层流。层流帮助防止微粒聚沉在格栅式微环境地板下面，并将可能粘附至晶片承载器的任何大颗粒推出该环境，而不是收集在各个腔中。微环境由2″×2″的粉末涂敷的不锈钢梁制成，并且地板由格栅式聚丙烯压板构成。微环境容纳六轴清洁室机器人。机器人将晶片承载器本体和门操纵到它们的适合的腔中，用于清洁。

盖和本体室

盖和本体室由2英寸×2英寸的304不锈钢框架构成，其整个由CorzanG2包封。对于每个盖和本体室，尺寸为108英寸高×60英寸深×82.5英寸宽。每个盖和本体室分别保持6个盖和体腔。这些设备或工具通过顶部进入室，并下降到排气管道旁边的工具的中间。室被完全排空，以防止来自加热覆盖层或加热垫和干净干燥空气(CDA)加热器的过度加热。所述室在内部面的底部具有格栅式排放口，以捕获可能已经从腔中泄漏的任何水。室还包括具有泄漏传感器的排出口，该排出口能够在所有六个室同时泄漏排出所有的水。

每个腔体配备有可以拆除用于维护和更换的一组阀和电子元件。各个腔体还是可拆除的，在需要时用于维护和更换。除了门打开的侧边，向左或向右打开之外，体腔都是相同的，如室的附图所示。这对于所有的盖式腔都是相同的。因此，如果必要，腔体可以在室内随着门方向的改变而四处移动。

独立清洗和干燥腔体与组合的腔体对比：

在一个实验中，采用如图2所示的双用途清洗和干燥腔并预加热至约135°F(57℃)的温度，手动进行如前所述的一系列操作。发现整体干燥时间的总的缩短约为4分钟。在插入晶片承载器之前预加热腔体减少了来自腔体壁的残留流体。

实施例2

在干燥处理期间供给腔内冷却气体：

发现关闭腔体热源在第一分钟内将腔体温度降低近10℃，随后影响逐渐减小。将冷却气体同时输送至夹具本体的外部和内部快速地降低夹具本体温度。使用发射大约室温的干净干燥空气的1/4英寸的喷嘴和两个18英寸的气刀，并且发现在约2分钟内冷却晶片承载器。

通过取代本发明的大致或具体描述的在之前的实施例中使用的元件和/或操作条件，可以以类似的成功重复前述实施例。

虽然已经特别参考这些优选实施方式详细描述了本发明，但其它实施方式可以实现相同的结果。本发明的各种变化和修改将对本领域技术人员是明显的，并且是要在随附的权利要求中涵盖所有这种修改和等同物。因此通过引用将上文引用的所有参考、申请、专利和公开文件的全部内容结合于此。

Claims (20)

1.一种用于清洗和干燥承载器的设备，该设备包括：

能够保持承载器的腔体；

所述腔体包括所述腔体内部的承载器-内部喷射系统和承载器-外部喷射系统；

所述承载器-外部喷射系统包括将流体喷射在承载器的外表面上的至少一个槽孔；并且

所述内部喷射系统包括将流体喷射到承载器的内部的至少一个槽孔。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述承载器包括半导体晶片承载器。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述承载器包括承载器盖。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述流体包括液体。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述流体包括气体。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述喷射系统彼此垂直地移动，以防止承载器移动。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述喷射系统以扫描运动的方式振荡或来回移动。

8.根据权利要求1所述的设备，还包括用于使承载器旋转的马达。

9.根据权利要求1所述的设备，还包括至少一个加热系统。

10.根据权利要求9所述的设备，其中加热系统包括至少一个加热垫。

11.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备设置在微清洁环境内。

12.根据权利要求1所述的设备，其中多个设备设置在室内。

13.根据权利要求1所述的设备，其中所述承载器-外部喷射系统是至少部分可旋转的。

14.根据权利要求1所述的设备，其中所述承载器-内部喷射系统是至少部分可旋转的。

15.一种清洗和干燥承载器的方法，该方法包括下述步骤：

将承载器设置在腔体中的步骤；

采用外部喷射系统将液体喷射在承载器的外部上的步骤；

采用内部喷射系统将液体喷射在承载器的内部上的步骤；

采用外部喷射系统将气体喷射在承载器的外部上的步骤；以及

采用内部喷射系统将气体喷射在承载器的内部上的步骤。

16.根据权利要求15所述的方法，其中设置承载器的步骤包括设置半导体晶片承载器。

17.根据权利要求15所述的方法，其中设置承载器的步骤包括设置承载器盖。

18.根据权利要求15所述的方法，还包括加热腔体的外部的步骤。

19.根据权利要求15所述的方法，其中以彼此垂直的运动方式喷射承载器的外部和内部。

20.根据权利要求15所述的方法，其中所述喷射步骤中的至少一个包括以扫描运动的方式喷射。

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