本願に開示する実施形態は、基板を処理するための製造作業用の装置及び方法を提供する。しかしながら、当業者ならば、これらの特定の細部の幾つか又は全てを用いることなく本発明を実施できることは明白であろう。他の場合には、本発明を不必要に不明瞭にしないため、良く知られている処理作業を詳細には説明しない。
以下に説明する実施形態は、処理作業後のワークピースを乾燥させる装置及びシステムを有する。一実施形態では、装置は、データを記憶する磁気ディスクを乾燥させるのに使用される。本発明の実施形態が、は磁気ディスクの乾燥に限定されるものではなく、任意の半導体回路デバイス、フラットパネルディスプレイ又は取扱いを必要とする他の基板を乾燥させてもよいことを認識すべきである。本明細書で使用する用語「ワークピース(work piece)」は、処理される任意の基板をいう。本発明の装置は、ウェットのままである支持体、即ち、ネストと、ドライのままである別の支持体、即ち、ネストを有する。一実施形態では、ウェット/ドライ界面を横切る移送ネスト/支持体が含まれる。ドライ支持体は、複数のアーム延長部を有し、アーム延長部は、ワークピースを容易に掴むために、各アーム延長部が枢動部の回りで外方及び内方に移動することができるように枢動可能に取付けられる。ウェット支持体のアームがワークピースを浴の外に持上げたとき、ドライ支持体のアームは、基板を掴む。ドライ支持体アームは、上位置から下降することによって、ワークピースを掴み、下降している間、アーム延長部を移動させて、ワークピースの中心線よりも下の位置でワークピースを掴む。延長アームを互いに近づくように戻し、ドライ支持体のアームを支持しているキャリッジを上昇させ、それにより、各延長アームの底面をワークピースに接触させる。次いで、ワークピースをウェット支持体のアームからドライ支持体のアームに搬送する。
図1Aは、本発明の一実施形態による2つのハンドオフを有する乾燥装置の概略図である。ドライヤ100は、流体を収容するタンクを有し、ワークピース106が流体内に沈められる。当業者は、流体が、磁気ディスク、集積回路又はフラットパネルディスプレイの洗浄に一般に使用されている洗浄流体であることを認識すべきである。ワークピース106は、ウェットネスト102及び移送ネスト104によって支持され、ウェットネスト102及び移送ネスト104は一緒になって、ワークピースを洗浄流体中に支持する下側ネストを構成する。ワークピースが洗浄流体中に沈められるとき、ウェットネスト102及び移送ネスト104は、ワークピース106の重量を支持する。図示のように、ワークピース106を支持する3つの接触箇所が設けられる。一実施形態では、接触箇所は、ワークピース106との接触面積を最小にするために、ナイフエッジであるが、ワークピースとの接触箇所に任意適当な形状を適用することができる。図1Aにおいて、1つのワークピースが示されているが、典型的には、図1Dに示すように、複数のワークピースを一度に処理することを、当業者は認識すべきである。
図1Bは、本発明の一実施形態に従ってワークピースをウェット状態からドライ状態に移送した、図1Aの装置の概略図である。図1Bに示すように、ウェットネスト102は部分的に上昇され、ウェット状態からドライ状態に移送されている。ワークピースが液中にある時点で、移送ネスト104がウェットネスト102から分離し、即ち、離れて、支持体を形成し、それにより、ワークピース106を上昇させて、ドライネスト108に接触させる。いったんドライネスト108がワークピース106と接触させたら、ドライネスト108は、ウェットネスト102がワークピースと係合していたときよりも前に行われていていたように整列する。移送ネスト104は、ワークピース106の重量を支持する。一実施形態では、移送ネスト104は、ワークピース106を支持するための多数の空気流スロットを有し、このスロットは、ナイフエッジで形成され、又は、大きい角度をなす。加えて、移送ネスト構造は、灯心材料(wicking)を支持する。図1Cにおいて、ワークピース106は、チャンバ100の乾燥領域内に完全に移送されている。かくして、この時点で、移送ネスト104及びドライネスト108は、チャンバ100内の液体の外にある。ワークピースがチャンバ100の乾燥領域内にあるとき、空気流が供給されてワークピース106の乾燥を促進させることを理解すべきである。一実施形態では、窒素がチャンバ100の一番上の領域から15〜20立方フィート/分(4.24〜5.66立方メートル/分)の流量で供給され、チャンバ内の気体と液体の界面よりも上方の側部領域から排出される。他の実施形態では、乾燥のために、窒素が大気温度よりも高い温度に加熱される。任意の不活性ガスを、乾燥工程を促進させるのに使用できること、及び、実施形態は窒素を使用することに限定されないことを理解すべきである。
図1Dは、ワークピースが本発明の一実施形態に従って上昇位置にあるときのチャンバを側方から見た概略的な断面図である。図示のように、ウェットネスト102は、チャンバ100の流体部分内にあり、移送ネスト104から分離しており、ワークピース106を支持している移送ネスト104及びドライネスト108は、チャンバ100の乾燥領域内にある。ウェットネスト102と移送ネスト104との間の分離距離は、リードねじを駆動するモータを用いて達成されるのがよいことを認識すべきである。一実施形態では、アーム110が用いられ、このアーム110は、その中の別々の同心のチューブを用いて、ウェットネスト102、移送ネスト104及びドライネスト106を支持する。図1B及び図1Cを参照すれば、いったんウェットネスト102と移送ネスト104との間にある程度の分離が形成されたら、この分離を図1Cに示すように一定に維持し、その後、移送ネストを下降させて、ウェットネストと再係合させるのがよいことに注目すべきである。当業者は、この機能を達成するために、普通に利用できる機械的技術、例えば機械的停止部を採用すればよいことを認識すべきである。
図2は、本発明の一実施形態に従ってワークピースを処理するためのウェット移送支持体及びドライ移送支持体を有する乾燥装置の全体的な概略図である。乾燥装置200は、ドライ移送支持体202と、水平方向移送装置206と、ウェット移送支持体204を有している。乾燥装置200は、タンク207及び乾燥領域212を備えたチャンバ218を有している。当業者は、図2の装置が、図示の目的で、ドライ移送支持体202及びウェット移送支持体204がチャンバ218の外にあるように示されていることを理解すべきである。チャンバ218は、任意適当な洗浄流体を収容し、かかる洗浄流体は、半導体基板、磁気ディスク、フラットパネルディスプレイ等の製造に使用される脱イオン水を含む。
引続き図2を参照すると、ドライ移送支持体202は、キャリッジ支持体208に連結され、このキャリッジ支持体208は、内側チューブ216に連結されている。ウェット移送支持体204は、キャリッジ210に連結され、このキャリッジ210は、外側チューブ214に連結されている。外側チューブ214及び内側チューブ216は2つの同心のチューブであり、これらのチューブは、駆動機構の形態に従って、互いに独立的に移動してもよいし、互いに結合して移動してもよいことを認識すべきである。かくして、外側チューブ214及び内側チューブ216は、それぞれのチューブを駆動する独立のモータを有していてもよいし、2つのチューブを駆動する共通のモータを有していてもよいし、ウェット移送支持体204及びドライ移送支持体202の作動の機能及びタイミングを達成するために、普通に知られている駆動機構を採用してもよい。ドライ移送支持体202はまた、ワークピースの移送のためにウェット移送支持体204と同期させるために、キャリッジ210に連結されている。水平方向移送機構206は、処理後のワークピースを取出し且つ処理前のワークピースを供給するように機能する。処理後、ドライ移送支持体202は、ワークピースを水平方向移送機構206の上に置く。処理前、ウェット移送支持体204は、ワークピースを水平方向移送機構206から受取る。チャンバ218は、更に、乾燥処理を行う乾燥領域212内において、空気流を増強させるように構成されている。一実施形態では、加熱されていてもよいし加熱されていなくてもよい窒素が、チャンバ218の一番上の領域から供給され、乾燥領域212の側面の下部から出る。他の実施形態では、ドライ移送支持体202は、ワークピースがドライ移送支持体内に保持されている間、空気流を更に増強する孔203を有する。孔203は選択的であることに注目すべきである。フレーム211は、本明細書で説明する種々の機械的特徴を有している。当業者は、コントローラを使用して、機械的アームの移動及び本明細書で説明する作動シーケンスのタイミングを制御するのがよいことを認識すべきである。加えて、実施形態は、キャリッジ支持体をそれぞれ移動させる2つの同心のチューブに限定されず、2つの同心のチューブをその他の普通に知られている駆動機構に代えてもよい。
図3Aは、本発明の一実施形態による図2の装置の支持体のための駆動機構の概略的な斜視図である。外側チューブ214は、ウェット移送支持体204のための支持体を構成するキャリッジ210に連結されている。ウェット移送支持体204に支持されているワークピース106が示されている。もちろん、複数のワークピースが支持されてもよいが、ここでは、図面の簡単のために、単一のワークピースが示されている。ウェット移送支持体204を図2に示す装置のタンク207内に移動させるために、モータ220を制御することによって、外側チューブ214を、チャンバ218内の流体と空気の間の界面の平面に対して垂直方向の運動で移動させるのがよい。ドライ移送支持体202を支持するキャリッジ208に連結された内側チューブ216を駆動するのに、モータ222を使用するのがよい。もちろん、内側チューブ216及び外側チューブ218の両方の運動を制御するのにモータ220を使用してもよく、図3Bに示すように、モータ222が、ウェット移送支持体204とドライ移送支持体202との間の分離距離を変化させるように構成されていてもよい。図3Bにおいて、モータ222は、ウェット移送支持体204とドライ移送支持体202との間の分離距離の変化を生じさせる。図2に示すように、ワークピースがチャンバのタンク内にあるとき、この位置を使用するのがよいことを認識すべきである。
図3Aに戻って説明すると、更なる乾燥及び他の処理への移動のために、内側チューブ216の垂直方向移送により、ドライ移送支持体202を垂直方向位置に伸長させ、ワークピース106をウェット移送支持体204から捕捉する。ドライ移送支持体202は洗浄液に接触しないので、ドライ移送支持体がワークピース106と接触する前、ドライ移送支持体が乾燥するのを待つ必要がないことを認識すべきである。一実施形態では、ワークピース106が洗浄流体から離れるとき、マランゴニ効果により、ワークピースの迅速な乾燥を促進させる。当業者は、乾燥処理において助けとなる蒸気の存在下でワークピースをゆっくりと取出すことによって、マランゴニ効果が迅速な乾燥を容易にすることを認識すべきである。かくして、ドライ移送支持体がワークピース106と係合するとき、ワークピースは係合箇所において乾燥しており、その結果、この処理によってワークピース上にウォータマークが残ることはない。
図4Aは、本発明の一実施形態に従ってワークピースを乾燥させる装置の全体的な概略図である。図4Aにおいて、構成要素、即ち、ウェット移送支持体204及びドライ移送支持体202は、タンク207及び処理チャンバ218の乾燥領域212の外側の上位置にある。処理シーケンスの開始時、ワークピースを搭載したウェット移送支持体204を、図4Bに示すように、処理チャンバ218のタンク207内に下降させる。一実施形態では、同様に、ドライ移送支持体202が、処理チャンバ218内の液体と空気の間の界面の直ぐ上方の位置まで下降する。当業者は、メガソニック洗浄、バッチケミカル洗浄等の任意適当な洗浄技術をタンクに適用できることを認識すべきである。いったん洗浄サイクルが完了したら、ウェット移送支持体204により、ワークピースをチャンバ218内の流体と気体の間の界面まで上昇させる。いったんワークピースがこの界面よりも上に位置したら、ドライ移送支持体がワークピースを捕捉して、ワークピースをチャンバ218の乾燥領域212内に上昇させる。使用される配合表及び乾燥されるワークピースに応じて、ドライ移送支持体202を処理チャンバ218から出す前に、ドライ移送支持体202を或る時間だけ乾燥領域内に留め、ワークピースを水平方向搬送部206の上に置いてもよい。移送支持体を昇降させる種々のやり方が使用され、かかるやり方は、例えば、速度、或る時点での休止である。ドライ移送支持体202を約0.1mm/秒と約10mm/秒の間の速度で上昇させ、ウェット移送支持体204を同様の速度で上昇させる。ドライ移送支持体202をウェット移送支持体204よりも高速で上昇させるとき、ドライ移送支持体は、ウェット移送支持体204を引離して、ワークピースを持上げる。ドライ移送支持体202を、ワークピースをウェット移送支持体204から受取る位置、即ち、取る位置まで下降させるとき、ドライ移送支持体を、100mm/秒の速度で下降させるのがよいことを認識すべきである。加えて、ドライ移送支持体202がワークピースを完全に制御し、ワークピースを水平方向移送機構に移動させるとき、ドライ移送支持体の移動速度は、約0.5mm/秒〜170mm/秒の範囲内にあるのがよい。
図4Bは、移送支持体が下降位置にある図4Aの装置の概略図である。ウェット移送支持体204及びドライ移送支持体202は、駆動モータの作用により下降される。かくして、ウェット移送支持体204は、タンク207内に位置し、ドライ移送支持体は、チャンバ218内の気液界面よりも上方に位置する。一実施形態では、ワークピースと接触する部分の構成材料は、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等の熱可塑性プラスチックである。しかしながら、本明細書で説明する実施形態と一緒に、ワークピースと適合した任意適当な材料及び処理条件を採用してもよい。
図5Aは、本発明の一実施形態によるドライ移送支持体202を側方から見た概略的な斜視図である。ウェット移送支持体から持上げられたワークピースを支持するために、ドライ移送支持体202は、2つのアーム300a、300bを有し、2つのアーム300a、300bは、各アームの底部のところに櫛状支持部を有している。トルクロッド314a、314bが2つの支持アームの各頂端部から延び、すなわち、トルクロッド314a、314bは、櫛状支持部302の反対側に位置している。ドライ移送支持体202はまた、ドライ移送支持体202の平面図である図5Bにより良く示されているベローズ306a、306bを含む。櫛状支持部302は、ワークピースを支持する複数のナイフエッジ形突出部として構成されているけれどもり、突出部の任意の形状を使用してもよいことは、当業者に明らかである。櫛状支持部とワークピースとの間の接触面積を最小にする形状を構成することが好ましい。
引続き図5Aを参照すると、撓み枢動部310−1、310−2が設けられ、撓み枢動部310−1、310−2は、ワークピースを掴むためにアーム300a、300bが外方及び内方に移動するように、トルクロッド314a、314b回りの枢動箇所として機能する。2つの追加の撓み枢動部が、トルクロッド314a、314bの反対側の端部に設けられることを認識すべきである。従って、ドライ移送支持体202のための撓み枢動部が、全部で4つある。撓み枢動部は、C-Flex Bearing社(Frankfort、ニューヨーク州)から商業的に入手できる。撓み枢動部は、撓み式ベアリングであり、交差する平らなスプリングを内部に有し、円筒状のハウジング内に収容されており、低ヒステリシスで摩擦ロスの少ない正確な回転が得られる。ベローズクランク316が、ベローズ306a、306bを支持し且つベローズ306a、306bによって開始される運動を変換するのを補助する。アーム300a、300bは、ベローズ306a、306bを介して開始される運動に基づいて、広がったり閉じたりする。
図5Bは、本発明の一実施形態によるドライ移送支持体202を正面から見た斜視図である。ベローズ306a、306bによる運動に応答して、ベローズクランク316は、押されて移動する。一実施形態では、ベローズ306a、306bは、これらのベローズ306a、306bによりアーム300a、300bがどれほどの大きさで開閉することを可能にするかに関して調整される。例えば、一実施形態では、ベローズ306a、306bは、アーム300a、300bの開閉を3度に制限するように調整される。この3度の開閉は、対応するベローズの約0.2インチ(5.1ミリメートル)未満の伸縮に変換される。この実施形態では、ベローズ306a、306bはそれぞれ、0.2インチ(5.1ミリメートル)未満で伸長及び短縮するように調整される。当業者は、汚染物質を発生する回転部品又はその他の移動部品が全く存在せず、図5A〜図5Cに示すドライ移送アームが非常にクリーンな移送技術を提供することを理解すべきである。他の実施形態では、ワークピースがドライ移送支持体202内に捕捉されている間のワークピースの乾燥を促進させるために、アーム300a、300bは、孔あけされていてもよい。
図5Cは、本発明の一実施形態によるドライ移送支持体202を後方から見た斜視図である。この斜視図では、トルクロッド314b及び撓み枢動部310−3を見ることができる。一実施形態では、ベローズ306bが伸長して、ベローズクランク316をベローズ306bの近傍において外方に押す。この押す力は、次いで、撓み枢動部を介して変換され、それにより、回転力を対応トルクロッドに付与し、アーム300a、300bを広げる。かくして、この広げ位置において、ドライ移送支持体を、ウェット移送アームによって上昇されているワークピースの上に降下させることができる。ドライ移送支持体202をワークピースの上に配置し、ベローズ306aが伸長して、ベローズクランク316をベローズ306aの近傍で外方に押す。これにより、アーム300a、300bが互いに向かって近づき、その結果、ドライ移送アーム202は、ワークピースをウェット移送アームから持上げるために閉じることができる。ベローズ306aの作動は、基本的には、ベローズ306bの作動の効果と逆である。一実施形態では、ワークピースは、両移送アームの間の移送の間、移動、すなわち、上昇することを停止しない。すなわち、ウェット移送アームがワークピースを流体界面よりも上方に上昇させ、ドライ移送アームが開き、それにより、ワークピースの中心線がドライ移送支持体202の櫛状支持部302よりも下方に位置するように、ワークピースが上昇し続けることを可能にする。次いで、ドライ移送支持体202のアームは、内向きに閉じ、ウェット移送支持体よりも高速で上方に移動し、ワークピースをウェット移送アームから取出す。一実施形態では、ドライ移送支持体202を上昇させる前、ワークピースを水平方向搬送部に置くために、ドライ移送支持体202は、チャンバの乾燥領域内に或る時間だけ留まる。
要約すれば、上記実施形態は、ワークピースを効率的なやり方で、しかも、いかなる欠陥も残すことなしに乾燥させる方法及び装置を提供する。第1実施形態では、ワークピースを液浴から出して上昇させる間、即ち、ワークピースを乾燥領域内に移送する間、下側ネストを第1部分と第2部分とに分離させる。この場合、第2部分は、ワークピースの重量を支持しており、ワークピースが乾燥領域内に入った後、ドライネスト支持体は、ワークピースの上縁に接触する。ドライネスト支持体は、洗浄浴からのワークピースの取出しのために安定性を付与する。他の実施形態では、下側ネストがワークピースを洗浄浴から乾燥領域内に移送させるとき、下側ネストは一体ピースのままであり、ドライネストをワークピース上に下降させる。次いで、ドライネストを、下側ネストが上昇する速度よりも速い速度で上昇させて、ワークピースを取り、下側ネストが洗浄浴中に位置している間に乾燥サイクルを完了させる。
本発明の一部を形成する上記作動はいずれも、有用な機械作動である。本発明はまた、これらの作動を行うデバイス又は装置に関する。本発明の装置は、要求される目的のために特別に構成されてもよいし、記憶されたコンピュータプログラムによって作動され又は構成される汎用コンピュータであってもよい。特に、種々の汎用機械が、本明細書の教示に従って書かれたコンピュータプログラムを使用することができるのがよく、また、より特殊化された装置を構成して、要求される作動を行うことがより便利であるのがよい。
上記本発明は、理解を明瞭にする目的で幾分詳細に説明したが、特許請求の範囲内で或る変更を行うことができることは明白であろう。従って、本発明の実施形態は単なる例示であって制限的なものではないと考えるべきであり、本発明は本願に開示した詳細に限定されるものではなく、特許請求の範囲内及びその均等物の範囲内で変更できるものである。特許請求の範囲の記載において、特許請求の範囲に明記したものを除き、要素及び/又は段階はいかなる特定作動順序を暗示するものではない。