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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verschlußsystem, das
eine Verbindung zwischen zwei Räumen öffnet und verschließt.
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So ist es beispielsweise bei einem Halbleiterplättchen-
Waschverfahren in einer
Halbleiterplättchen-Herstellungsanlage in dem Verfahren erforderlich, ein Halbleiterplättchen
aus einem Behälter, der reines Wasser enthält, in einen
Behälter zu transportieren, der eine Reinigungslösung
enthält, und umgekehrt. Bei diesen Transportvorgängen wird eine
Öffnung, die in einer Trennwand, die die beiden Behälter
trennt, ausgebildet ist, mittels einer Verschlußeinrichtung
geöffnet und geschlossen. Wenn das Halbleiterplättchen
transportiert wird, wird die Öffnung geöffnet, und wenn der
Transport vollzogen ist, wird die Öffnung geschlossen.
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Idealerweise sollte, wenn das Halbleiterplättchen durch die
nicht verschlossene Öffnung in der Trennwand aus einem Raum
(Behälter) in den anderen geführt wird, keine Flüssigkeit in
den nächsten Raum fließen. Wenn reines Wasser durch die
Öffnung in den Raum fließt, der die Reinigungslösung enthält,
wird die Reinigungslösung verdünnt und verliert ihre
Reinigungskraft. Um dieses Strömen von Flüssigkeit zu verhindern,
sind die Pegel der Flüssigkeiten in den aneinandergrenzenden
Räumen so eingestellt, daß die entsprechenden Drücke der
Flüssigkeiten an der Öffnung einander ungefähr gleich sind.
Das heißt, wenn die relative Dichte der Reinigungslösung
größer ist als die relative Dichte des reinen Wassers, wird
der Pegel des reinen Wassers höher eingestellt als der Pegel
der Reinigungslösung.
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Darüber hinaus macht es die Turbulenz der Flüssigkeiten, die
durch dieses Strömen van Flüssigkeiten, die das
transportierte Halbleiterplättchen umgeben, hervorgerufen wird,
schwierig, hohe Oberflächenqualität des Halbleiterplättchens
zu erreichen.
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Jedoch erzeugt bei den herkömmlichen Verschlußsystemen die
Bewegung des Schiebers der Verschlußeinrichtung und anderer
Bauteile durch die Flüssigkeit unweigerlich Vermischung
durch Strömung und Turbulenz der Flüssigkeit, wodurch die
Oberflächengüte des Plättchens verringert wird.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben
aufgeführten Probleme gemacht, und daher besteht eine Aufgabe der
Erfindung darin, ein Verschlußsystem zu schaffen, das in der
Lage ist, einen Verbindungsdurchgang zwischen zwei Räumen zu
öffnen und zu schließen, ohne Vermischung durch Turbulenz
oder durch Strömen der Flüssigkeiten hervorzurufen.
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Um die oben genannte Aufgabe und andere zu erfüllen, schafft
die vorliegende Erfindung ein Verschlußsystem mit zwei
Räumen, die Flüssigkeiten enthalten, einer Trennwand, die
zwischen den beiden Räumen vorhanden ist, einer
Veschlußeinrichtung zum Öffnen und Schließen einer in der Trennwand
vorhandenen Öffnung, wobei die Öffnung einen Rand mit einer
bündigen Kante aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verschlußeinrichtung einen Rahmenkörper und eine
Abdichtfolie umfaßt, die aus einem dünnen Film besteht und durch
den Rahmenkörper parallel zu der bündigen Kante des Randes
der Öffnung gehalten wird und sich über und parallel zu der
bündigen Kante bewegen kann, eine Druckeinrichtung, die die
Abdichtfolie an die bündige Kante des Randes der Öffnung
drückt, eine erste Antriebseinrichtung, die die Abdichtfolie
über und parallel zu der bündigen Kante verschiebt, sowie
eine zweite Antriebseinrichtung, die die Druckeinrichtung
antreibt und sie auf den Rand der Öffnung in der Trennwand
zu bewegt.
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Die Druckeinrichtung besteht vorzugsweise aus einem Hebel,
der sich um eine Drehwelle dreht, sowie aus einem
Antriebsmechanismus, der den Hebel dreht.
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Die Öffnung hat vorzugsweise einen Rand mit einer bündigen
Kante, die parallel zur Trennwand verläuft.
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Da die Abdichtfolie eine geringe Dicke aufweist und parallel
zur Trennwand gehalten wird, ist der Fluidwiderstand, wenn
sie sich auf ihrem Weg zum Verschließen oder Öffnen der
Öffnung in der Trennwand parallel zur Trennwand durch ein Fluid
bewegt, erfindungsgemäß so gering, daß fast keine Strömung
oder Turbulenz der Flüssigkeit um die Abdichtfolie herum
verursacht wird.
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Dabei besteht ein Erfordernis bei der Anwendung der
vorliegenden Erfindung darin, daß die Drücke der Flüssigkeiten an
der Öffnung in der Trennwand einander annähernd gleich sind,
so daß kein Strömen von Flüssigkeiten zwischen den beiden
Räumen stattfindet, wenn die Öffnung geöffnet wird, und so
daß keine Verformung der filmartigen Abdichtfolie auftritt,
wenn die Öffnung mit der Abdichtfolie verschlossen wird.
Wenn diese Voraussetzung eingehalten wird, funktioniert die
Abdichtfolie zuverlässig und wird nicht beschädigt, auch
wenn sie aus einem weichen Film besteht.
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Fig. 1 ist eine teilweise als Schnitt ausgeführte
Vorderansicht einer erfindungsgemäßen
Verschlußeinrichtung;
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Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die gleiche
Verschlußeinrichtung;
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Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie III-III in Fig.
1, der ein erfindungsgemäßes Verschlußsystem
darstellt;
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Fig. 4 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3, wobei die
Verschlußeinrichtung eine offene Stellung
einnimmt;
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Fig. 5 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht der
gleichen Verschlußeinrichtung; und
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Fig. 6 ist ein Diagramm, das der Erläuterung der
Verteilung des Drucks an einer Abdichtfolie der gleichen
Verschlußeinrichtung dient.
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Eine Ausführung der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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In Fig. 2 und Fig. 3 bezeichnen die Bezugszeichen S&sub1; und S&sub2;
Behälter, die durch eine senkrechtstehende Trennwand 30
voneinander getrennt sind, wobei S&sub1; reines Wasser 31 enthält
und S&sub2; Reinigungslösung 32 enthält. Dabei ist die relative
Dichte γ &sub2; der Reinigungslösung 32 größer als γ &sub1;, die
(=1,000 kg/m³) des reinen Wassers 31, d. h. γ &sub2; > γ &sub1;.
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Eine erfindungsgemäße Verschlußeinrichtung 1 ist an der
Trennwand 30 vorhanden, und eine horizontale Grundplatte 2
der Verschlußeinrichtung 1 ist an der Oberseite der
Trennwand 30 mittels Bolzen 3, 3 befestigt. Eine Trageplattform 4
ist am Mittelabschnitt der Grundplatte 2 mittels Bolzen 5, 5
befestigt. Zwei vertikale Luftzylinder 6 und 7 sind mittels
Bolzen 8, 8 an der Trageplattform 4 befestigt.
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Über der Grundplatte 2 ist eine längliche runde Welle 9
vorhanden, die sich horizontal in Richtung der Breite der
Grundplatte 2 (d. h. vertikal zur Ebene des Blattes in Fig.
3) erstreckt und die an ihren Enden von Lagern 10, 10 so
getragen wird, daß sich die Welle 9 um ihre Achse drehen kann.
L-förmige Hebel 11, 11 (Fig. 3) sind an den Endabschnitten
(jedoch innerhalb der Lager 10) der Welle 9 angebracht, die
durch die Hebel 11, 11 an ihrem gekrümmten Abschnitt
verläuft. Ein runder Stab 12 erstreckt sich parallel zur Welle
9, wobei seine Enden fest in den Enden der L-förmigen Hebel
11, 11 aufgenommen sind, die sich ungefähr auf der gleichen
Höhe wie die gekrümmten Abschnitte der Hebel 11, 11
befinden. Ein Halteblock 13 mit einer horizontalen Ausparung 13a
ist am unteren Ende einer sich hin- und herbewegenden Stange
7a angebracht, die sich von dem Luftzylinder 7 erstreckt,
und die Aussparung 13a ist mit dem Mittelabschnitt der Welle
12 im Eingriff, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.
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Ein Paar koaxialer, horizontaler Zapfen 14 sind so
angebracht, daß sie sich vom unteren Teil von Seitenwänden 33,
33 des Behälters S&sub1; nach innen erstrecken und sie mit
entsprechenden Aussparungen 15a im Eingriff sind, die an den
unteren Kanten des Druckkörpers 15 ausgebildet sind. Dieser
Druckkörper 15 kann um die Zapfen 14 geschwenkt werden und
hat ein Paar ausgesparter Einschnitte 15b, 15b in der Nähe
seiner oberen Kanten. Ein runder horizontaler Zapfen 16 ist
über jedem der Einschnitte 15 so angebracht, daß sie koaxial
zueinander und parallel zur Welle 9 sind. Die Zapfen 16 sind
mit entsprechenden Aussparungen 11a im Eingriff, die am
unteren Ende der Hebel 11 ausgebildet sind. Ungefähr in der
mittleren Höhe des Druckkörpers 15 sind fünf kreisrunde
Bohrungen 15c in einer horizontalen Reihe in regelmäßigen
Abständen ausgeformt. Am unteren Teil dieser Seite des
Druckkörpers 15, die der Trennwand 30 gegenüberliegt, ist ein
längliches Druckteil 17 angeschweißt, das sich über die
Breite des Druckkörpers 15 erstreckt. Eine längliche,
horizontale Schlitzöffnung 18, die sich über die Breite des
Druckkörpers 15 erstreckt, ist so ausgeformt, daß sie den
Druckkörper 15 und das Druckteil 17 durchdringt.
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Am unteren Teil dieser Seite der Trennwand 30, die auf der
Seite des Behälters S&sub1; liegt, ist ein längliches,
geschlitztes Auflageteil 19 mit im wesentlichen der gleichen Form und
Größe wie das Druckteil 17 so angeschweißt, daß der Schlitz
des Druckteils 17 mit dem Schlitz des Auflagestücks 19
fluchtend ist. Des weiteren ist eine Schlitzöffnung 20 so in
der Trennwand 30 ausgeformt, daß die Schlitzöffnung 18 und
die Schlitzöffnung 20 einen einheitlichen Schlitz bilden,
der den Druckkörper 15, das Druckteil 17, das Auflageteil 19
und die Trennwand 30 durchdringt.
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Ein rechteckiger Verschlußkörper 21 in der Form einer Platte
befindet sich zwischen dem Druckkörper 15 und der Trennwand
30. Der Verschlußkörper 21 ist vertikal beweglich. Der
Verschlußkörper 21 ist mit einer sich hin- und her bewegenden
Stange 6a verbunden, die sich vom Luftzylinder 6 über eine
teilweise im Mittelabschnitt der Oberseite des
Verschlußkörpers 21 eingebettete Spannschraube erstreckt, und wird von
ihr gehalten. Die Spannschraube kann gedreht werden, um so
die Höhenposition des Verschlußkörpers 21 beliebig
einzustellen.
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Ein länglicher, ausgesparter Einschnitt 21a ist, wie in Fig.
5 dargestellt, an der unteren Kante des Verschlußkörpers 21
ausgebildet und erstreckt sich in Richtung der Breite
desselben, und ein dünner Film aus Abdichtfolie 21, die aus
Polyether-Etherketon (PEEK) besteht, dehnt sich über den
Einschnitt 21a. Das rechte und das linke Ende der
Abdichtfolie 23 sind zwischen den Verschlußkörper 21 und die
entsprechenden Haltestücke 24, 24 gepaßt, die mittels Bolzen 25
auf die ausgesparten unteren Kanten des Verschlußkörpers 21
gedrückt werden. Ein Paar vertikaler Führungswellen 26, 26
ist mit der Oberkante des Verschlußkörpers 21 verbunden und
gleitend in Führungsbuchsen 27, 27 eingeführt, die in der
Grundplatte 2 vorhanden sind.
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Im folgenden wird die Funktion der Verschlußeinrichtung 1
erläutert.
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Fig. 3 stellt einen Zustand dar, in dem die Verbindung
zwischen dem Behälter S&sub1; und dem Behälter S&sub2; durch die
Verschlußeinrichtung
unterbrochen ist. In diesem Zustand nimmt
der Verschlußkörper 21, wie dargestellt, eine untere
Stellung ein, und die Abdichtfolie 23, die im Verschlußkörper 21
ausgedehnt ist, liegt an dem geschlitzten Auflageteil 19 an
und verschließt die Schlitzöffnung 20, die durch das
Auflageteil 19 und die Trennwand 30 hindurch ausgebildet ist.
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Dabei wird die Abdichtfolie 23 mittels des Druckteils 17 auf
die Ränder der Schlitzöffnung 20 des Auf lageteils 19
gedrückt, so daß die Öffnung 20 durch die Abdichtfolie 23
vollständig verschlossen ist.
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Der Pegel h&sub1; des reinen Wassers, das in dem Behälter S&sub1;
enthalten ist, und der Pegel h&sub2; der Reinigungslösung 32, die in
dem Behälter S&sub2; enthalten ist, werden so gesteuert, daß die
Flüssigkeitsdrücke, die auf beide Seiten der Abdichtfolie 23
wirken, die in Fig. 3 eine Verschlußstellung einnimmt, im
wesentlichen gleich sind. Die Verteilung der Drücke des
reinen Wassers 31 und der Reinigungslösung 32, die auf die
Trennwand 30 und die Abdichtfolie 23 wirken, ist in Fig. 6
dargestellt. Das reine Wasser 31 und die Reinigungslösung 32
drücken über die Öffnungen 18 bzw. 20 auf die Abdichtfolie
23.
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Die Kraft (Gesamtdruck) des reinen Wassers 31, die auf die
Abdichtfolie 23 wirkt, bei P&sub1;, und die Kraft (Gesamtdruck)
der Reinigungslösung 32 sei P&sub2;; des weiteren sei die
Öffnungsfläche der Öffnungen 18, 20 A, und die Höhe des
Schwerpunkts G der Abdichtfolie 23 sei η; dann sind die Kräfte P&sub1;
und P&sub2; durch die folgenden Gleichungen (1) bzw. (2) gegeben.
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Die Kräfte P&sub1; und P&sub2; werden, wie oben beschrieben, so
gesteuert, daß sie annähernd gleich sind, und um dies zu
erreichen, sollte die folgende Annäherung (3) gelten:
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Der Pegel h&sub1; des reinen Wassers 31 und der Pegel h&sub2; der
Reinigungslösung 32 werden also auf solche Werte eingestellt,
daß die Annäherung (3) erfüllt ist. Tatsächlich wird, wie in
Fig. 6 dargestellt, wenn die spezifische Dichte γ &sub2; der
Reinigungslösung 32 größer ist als die spezifische Dichte γ &sub1;
des reinen Wassers 31 (γ &sub2; > γ &sub1;) , der Pegel h&sub1; des reinen
Wassers 31 höher eingestellt als der Pegel h&sub2; der
Reinigungslösung 32.
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Dabei liegt der Angriffspunkt oder die Spitze des
Druckkegels der Kräfte P&sub1; und P&sub2; tatsächlich etwas tiefer als der
Schwerpunkt G.
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Wenn also die Verschlußeinrichtung 31 die Verschlußstellung
einnimmt, wirken die einander ausgleichenden Kräfte P&sub1; und
P&sub2; mit annähernd identischen Beträgen auf die Abdichtfolie
23 aus dünnem Film, so daß die Abdichtfolie 23, obwohl sie
dünn und weich ist, nicht verformt oder beschädigt wird.
Dadurch wirkt die Abdichtfolie 23 zuverlässig als die
Verschlußeinrichtung.
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Im folgenden wird beschrieben, wie die Öffnung 20 geöffnet
wird. Zunächst wird der Luftzylinder 7 angetrieben und
drückt die Stange 7a nach unten. Wenn sich die Stange 7a so
unten bewegt, dreht sich der Hebel 11, wie in Fig. 4
dargestellt, im Uhrzeigersinn um die Welle 9 herum, wodurch der
Druckkörper 15 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Zapfen 14
geneigt wird, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Dadurch
wird, wie dargestellt, ein Spalt δ zwischen dem Druckteil 17
an dem Druckkörper 15 und dem Auflageteil 19 an der
Trennwand 30 erzeugt.
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Anschließend wird der andere Luftzylinder 6 angetrieben und
drückt die Stange 6a nach oben, wodurch der Verschlußkörper
21 angehoben wird und die an dem Verschlußkörper 21
angebrachte Abdichtfolie 23 durch den Spalt ä zwischen dem
Druckteil 17 und dem Auflageteil 19 nach oben gleitet,
woraufhin die Schlitzöffnung 20 geöffnet wird. Dadurch werden
die Behälter S&sub1; und S&sub2; über die Schlitzöffnung 20
miteinander in Verbindung gebracht, und ein in das reine Wasser 31
in dem Behälter S&sub1; eingetauchtes Halbleiterplättchen W wird
durch die Schlitzöffnung 18, 20 in den Behälter S&sub2;
transportiert und im Behälter S&sub2; mit der Reinigungslösung 32
gewaschen.
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Wenn der Transport des Halbleiterplättchens W vollzogen ist,
wird der Luftzylinder 6 angetrieben und drückt die Stange 6a
nach unten, wodurch der Verschlußkörper 20 zusammen mit der
Abdichtfolie 23 nach unten bewegt wird, die in den Spalt δ
zwischen dem Druckteil 17 und dem Auflageteil 19 gleitet,
wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Danach wird der andere
Luftzylinder 7 angetrieben und drückt die Stange 7a nach
oben, wodurch sich der Hebel 11 entgegen dem Uhrzeigersinn
um die Welle 9 dreht und sich dadurch der Druckkörper 15
zusammen mit dem an dem Druckkörper 15 angebrachten
Druckteil 17 im Uhrzeigersinn um die Zapfen 14 dreht und so die
Abdichtfolie 23 auf die Kanten der Schlitzöffnung 20 des
Auflageteils 19 drückt, woraufhin die Schlitzöffnung 20 mit
der Abdichtfolie 13 völlig geschlossen und die Verbindung
zwischen den Behältern S&sub1; und S&sub2; unterbrochen wird.
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Öffnen und Schließen der Schlitzöffnung 20 wird, wie oben
beschrieben, durch vertikale Verschiebung der Abdichtfolie
23 bewirkt; und da die Abdichtfolie 23 sehr geringe Dicke
aufweist, erzeugt ihre vertikale Bewegung keine Turbulenz in
den umgebenden Flüssigkeiten, so daß die Oberflächengüte der
Halbleiterplättchen auf einem hohen Niveau gehalten wird.
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Da, wie oben beschrieben, der Druck des reinen Wassers 31
und der der Reinigungslösung an der Öffnung 20 des weiteren
annähernd gleich sind, kommt es, auch wenn die Öffnung 20,
wie in Fig. 4 dargestellt, geöffnet ist, zu keinem
erheblichen Strömen einer Flüssigkeit aus dem Behälter S&sub1; in den
Behälter S&sub2; oder umgekehrt.
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Daher wird keine der Flüssigkeiten mit der anderen verdünnt;
so wird beispielsweise die Reinigungslösung 32 nicht mit dem
reinen Wasser 31 verdünnt.
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Es ist übrigens, auch wenn die oben beschriebene Ausführung
der Erfindung in einer Waschvorrichtung auf dem Gebiet der
Halbleiterplättchenherstellung eingesetzt wird, möglich, die
gleiche Erfindung in jeder beliebigen Vorrichtung auf jedem
beliebigen Gebiet einzusetzen, in der zwei verschiedene
Flüssigkeiten miteinander in Kontakt kommen, solange dafür
gesorgt wird, daß die Flüssigkeitsdrücke an der
Schnittstelle im Gleichgewicht gehalten werden.
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Es sollte klar sein, daß sich das Obenstehende nur auf eine
bevorzugte Ausführung der Erfindung bezieht.