專利名稱：用于流體處理板狀物品的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于流體處理板狀物品的裝置，更具體地說，本 發(fā)明涉及一種用于流體處理板狀物品的裝置，該裝置包括用于保持并 圍繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動板狀物品的回轉(zhuǎn)頭和用于懸浮并驅(qū)動回轉(zhuǎn)頭且不接觸 的驅(qū)動4幾構(gòu)，這種驅(qū)動才幾構(gòu)圍繞回轉(zhuǎn)頭徑向地布置。
背景技術(shù)：
這種板狀物品可以是碟形物品，例如半導(dǎo)體晶圓或光碟以及多角 形物品，如平面顯示器。術(shù)語流體包括液體(例如用于蝕刻、洗滌或
沖洗)以及氣體，但也包含其他流體，如超臨界流體(例如超臨界co2), 或者兩相或多相系統(tǒng)(例如液化氣體)。
這種驅(qū)動組件及其在半導(dǎo)體業(yè)中的應(yīng)用本技術(shù)領(lǐng)域眾所周知，例
如US6485531。驅(qū)動組件包括回轉(zhuǎn)頭和用于懸浮并驅(qū)動回轉(zhuǎn)頭且不接 觸的驅(qū)動機構(gòu)。回轉(zhuǎn)頭的支撐及徑向軸承以及轉(zhuǎn)速由多個沿圓周布置 的電磁線圏來控制。支撐軸承也可利用永久磁鐵完成。這種由驅(qū)動機 構(gòu)來懸浮和驅(qū)動且不接觸的回轉(zhuǎn)頭可稱為浮動式旋壓夾頭。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種用于處理旋轉(zhuǎn)時板狀物品的改進 系統(tǒng)。
本發(fā)明通過提供一種用于流體處理板狀物品的裝置達到上述目
的，所述裝置包括用于保持并圍繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動板狀物品的回轉(zhuǎn)頭；用 于懸浮并驅(qū)動回轉(zhuǎn)頭且不接觸的驅(qū)動機構(gòu)，該驅(qū)動機構(gòu)圍繞回轉(zhuǎn)頭徑 向地布置；基本上圓柱形壁，其基本上與旋轉(zhuǎn)軸同心，其中，圓柱形 壁被布置在回轉(zhuǎn)頭與驅(qū)動機構(gòu)之間，且插入回轉(zhuǎn)頭與驅(qū)動機構(gòu)之間的 間隙中；以及用于使回轉(zhuǎn)頭與壁沿著旋轉(zhuǎn)軸彼此相對地軸向移動的軸 向移動才幾構(gòu)。
這種回轉(zhuǎn)頭也稱為旋壓夾頭(
spinchuck)。 回轉(zhuǎn)頭可利用其邊緣 上接觸板狀物品的圓環(huán)保持板狀物品，板狀物品的加速及減速僅通過 摩擦力進行，這種板狀物品的保持可由插銷或卡爪支撐，它們在板狀 物品的邊緣處接觸板狀物品。插銷可為活動式，以便夾住板狀物品。 這種插銷可通過齒輪偏心地移動，例如US4903717中所述的那樣。然 而，這種齒輪可利用磁性開關(guān)，通過圓柱形壁以不接觸方式進行切換。 在US5989342中，偏心插銷利用磁力直接切換。例如在US5788453 或US5845662中公開了另 一種插銷移動機構(gòu)。EP1067590A2中公開了 另一種用于開啟或關(guān)閉插銷的方法，其中，插銷利用離心力關(guān)閉，而 通過重力開啟。在US5375291中，當(dāng)卡盤加速或減速時，夾緊卡爪關(guān) 閉，其中，所述移動利用可旋轉(zhuǎn)安裝的慣性體(inert mass )進行驅(qū)動。
軸向地推動浮動式旋壓夾頭的優(yōu)點在于改變板狀物品到一元件 (例如板)的距離，這種元件可以是例如用于聲波處理或加熱的板。 另一個優(yōu)點在于將旋壓夾頭升到高位，以使板狀物品能輕易地放置或 從旋壓夾頭中取出。這使其能夠在裝有液體、氣體或其他任何流體的 封閉室中處理板狀物品，且僅用頂蓋便將該室關(guān)閉。
軸向移動機構(gòu)可選自液壓缸、氣壓缸、球軸、線性馬達、皮帶驅(qū) 動裝置的種類。這種軸向移動機構(gòu)軸向地移動驅(qū)動機構(gòu)，并隨即間接 地移動回轉(zhuǎn)頭。在另一實施例中，軸向移動機構(gòu)是驅(qū)動機構(gòu)的一部分， 其中，回轉(zhuǎn)頭的支撐軸承設(shè)置為一種線性馬達，由此回轉(zhuǎn)頭能相對于
圓柱形壁軸向地移動且不移動驅(qū)動機構(gòu)。
優(yōu)選地，回轉(zhuǎn)頭與驅(qū)動才幾構(gòu)之間的間隙在2-10mm的范圍內(nèi)，較
在一項實施例中，圓柱形壁是封閉室的一部分，以使板狀物品能 在不同于大氣壓力的選擇性壓力下進行處理。這種不同于大氣壓力的 壓力可為高達數(shù)巴(例如2-10巴，或者如果使用超臨界流體，甚至高 達1000巴)的高壓或真空(例如低至某MPa或更少)。優(yōu)選地，封閉 室包括貼著圓柱形壁密封的可開啟蓋，這種可開啟蓋使易于接近封閉 室從中取出板狀物品并將其置于回轉(zhuǎn)頭上。
為了簡化結(jié)構(gòu)，用于開啟可開啟蓋的機構(gòu)可同時用作軸向移動機 構(gòu)，在這種情況下，回轉(zhuǎn)頭與蓋一起軸向地移動。
在另一項實施例中，用于開啟可開啟蓋的機構(gòu)與軸向移動機構(gòu)相 互分開，這種分開使回轉(zhuǎn)頭到蓋的距離能改變，這樣如果有一些功能 元件(例如超聲波轉(zhuǎn)換器、或加熱元件、或多個液體分配器、或發(fā)光
元件(例如uv光))安裝至蓋上，以便處理板狀物品時，可能格外有
用。這種有用的原因在于，當(dāng)流體處理期間，從板狀物品到蓋的距離 可能選擇使其小于將板狀物品取出或置于回轉(zhuǎn)頭的距離。
在有利的實施例中，可開啟蓋安裝成可翻轉(zhuǎn)的，以使蓋的每一面 在板狀物品處理時能選擇面向板狀物品。如果使用這種可翻轉(zhuǎn)蓋，則 蓋的每一面可裝備不同的功能元件(例如超聲波轉(zhuǎn)換器、或加熱元件、
或多個液體分配器、或發(fā)光元件(例如uv光))。例如， 一面可裝備
液體分配噴嘴和振動元件(超聲波轉(zhuǎn)換器)，而相對面裝備加熱元件和
氣源。例如，可在高壓(例如2巴)下進行液體超聲波處理，接著在 高溫(例如高達200-500。C )下進行真空氣體處理。
當(dāng)板狀物品面向可開啟蓋的側(cè)面將用流體處理時，最好將可開啟 蓋連接至第一介質(zhì)源上，接著通過可開啟蓋中的單一噴嘴或多個噴嘴 分配流體。
在另一實施例中，設(shè)置了第二介質(zhì)供應(yīng)機構(gòu)，以將介質(zhì)供應(yīng)給板 狀物品的第二面，如果板狀物品的兩側(cè)均要處理，則這樣是有利的。
在又一實施例中，軸向移動機構(gòu)、壁、回轉(zhuǎn)頭和驅(qū)動機構(gòu)相互布 置，以使回轉(zhuǎn)頭能沿著旋轉(zhuǎn)軸移動，這樣將板狀物品移到不在由圓柱 形側(cè)壁包圍的空間的內(nèi)部的一個位置。這有助于利用運輸機構(gòu)(例如 機器人末端執(zhí)行器)輕易達到裝入和卸下板狀物品。如果將液體拋離 板狀物品而進入不在圓柱形壁之內(nèi)的一區(qū)域內(nèi)，這可能也是有用的。 這還可能有助于后續(xù)的干燥過程(例如在封閉室處理之后的 Marangoni干燥與旋轉(zhuǎn)千燥的組合)。
有利地，裝置包括基本上平行于板狀物品且在處理時面向所述板 狀物品的第一板。所述板可為蓋的一部分，或者可在蓋的對面并因此
面向板狀物品的側(cè)面，此時^1狀物品并未面向蓋。^反狀物品可利用軸 向移動機構(gòu)靠近板，且板狀物品與板之間的距離dl可選自數(shù)厘米(例
:i口 5 cm )到0.1 mm) 乃至0mm) 以和板狀物品接觸0 在第一板裝備 有超聲波轉(zhuǎn)換器的情況下，可選擇特定距離dl，例如以達到最佳超聲 波效能。
如果第一板是底部元件的一部分，由此則和圓柱形壁一起形成杯 狀物。當(dāng)杯狀物裝有液體時，回轉(zhuǎn)頭和板狀物品可完全浸入液體中， 這導(dǎo)致單件晶圓技術(shù)與浸液技術(shù)的合理組合。這種杯狀物可與可開啟 蓋一起使用或不與其一起使用。
有利地，第一板聲耦合至振動元件，其中，第一板可以是蓋的一 部分，或者在蓋的對面，并由此面向板狀物品的側(cè)面，此時，板狀物 品 并未面向蓋。
除了第一板之外，還可設(shè)置第二板，其中，第二板基本上平行于 板狀物品，然而，在處理時，第二板相對于板狀物品在第一板的對面。 因此，兩個板可鄰近板狀物品布置，用于同時或交替地處理板狀物品 的兩側(cè)。
上述裝置以及方法的實施例的各種可想象組合被認(rèn)為包括在本發(fā) 明的范圍內(nèi)。
圖1示出本發(fā)明的第一實施例在開啟狀態(tài)的示意橫截面圖。 圖2示出本發(fā)明的第一實施例在開啟狀態(tài)用于裝入板狀物品的示 意橫截面圖。
圖3示出本發(fā)明的第一實施例在開啟狀態(tài)的示意橫截面圖。 圖4示出本發(fā)明的第二實施例在開啟狀態(tài)的示意橫截面圖。
具體實施例方式
通過優(yōu)選實施例的詳細說明，可了解本發(fā)明的進一步細節(jié)及優(yōu)點。 圖1示出本發(fā)明用于流體處理板狀物品W的裝置1的第 一實施例 在開啟狀態(tài)的示意橫截面圖。下框板4通過球軸3連接至上框板2上， 球軸3—方面是框架部件，另一方面也是軸向移動機構(gòu)的一部分。為了增強穩(wěn)定性，可設(shè)置額外的框架部件(未示出)。
封閉室的底板7在下框板4的上部平行于下框板4被附接。圓柱 形側(cè)壁5以其基本上平行于球軸3的旋轉(zhuǎn)軸A附接至底板7上。圓柱 形側(cè)壁5氣密地連接至底板上，例如可通過將部件焊接在一起或用螺 絲固定或?qū)?cè)壁5夾在底板7上，并用O-形環(huán)密封來完成。另一種作 法是，圓柱形側(cè)壁5和底板7可用整體件制成。
卡盤單元10可軸向活動地連接至球軸3上?？ūP單元10包括僅 具有圍繞圓柱形側(cè)壁5的圓環(huán)形狀的定子11,和浮動回轉(zhuǎn)頭14。定子 11包括多個用于驅(qū)動并用于旋壓夾頭的支撐及徑向軸承的電磁線圏 12。另一種作法是，永久磁鐵可用于支撐軸承?；剞D(zhuǎn)頭14為環(huán)形，具 有多個沿圓周布置在回轉(zhuǎn)頭外周邊的永久磁鐵15。將定子11的內(nèi)徑 與回轉(zhuǎn)頭14的外徑選擇成使轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙gl在2-5 mm的 范圍內(nèi)。由于側(cè)壁與轉(zhuǎn)子之間以及側(cè)壁與定子之間將有氣隙，因此側(cè) 壁之厚度稍小于間隙gl(例如1.5-4.5mm )，這種含有浮動轉(zhuǎn)子的驅(qū)動 組件稱為無軸承圓盤馬達或具有磁軸承的馬達，其細節(jié)可從 US6355998、 US6249067或US6222290中得知。
定子11用球軸驅(qū)動裝置13沿著球軸3軸向地被驅(qū)動，當(dāng)升起定 子11時，回轉(zhuǎn)頭14并隨即板狀物品W相對于圓柱形側(cè)壁5升起，由 此使回轉(zhuǎn)頭14和定子11都不接觸圓柱形側(cè)壁5。
回轉(zhuǎn)頭14包括用于保持板狀物品(晶圓W)的夾緊銷18。如上 所述，這種夾緊銷可以是固定式、傾斜式或偏心活動式。
蓋單元20位于圓柱形側(cè)壁5的上邊緣與基本上垂直于圓柱形側(cè)壁 5的旋轉(zhuǎn)軸A的上框板2之間。蓋單元20包括用于蓋21的框架和蓋 板22，蓋單元20通過球軸驅(qū)動裝置23可軸向活動地連接至球軸3上， 球軸驅(qū)動裝置23因此可沿球軸3垂直地移動蓋單元20。當(dāng)蓋單元20 向下移動時，其由位于蓋板中的環(huán)形槽內(nèi)的O-形環(huán)密封件19貼著圓 柱形側(cè)壁5的上邊緣密封。
多個超聲波轉(zhuǎn)換器25布置在上蓋板22中，然而，這種超聲波轉(zhuǎn) 換器也可附接在與其聲連接的蓋板的外面。所述多個超聲波轉(zhuǎn)換器25
僅覆蓋板狀物品的半徑或板狀物品的扇形區(qū)，因此，在板狀物品^走轉(zhuǎn) 一次的時間順序內(nèi)，板狀物品的整個表面由超聲波轉(zhuǎn)換器處理。
第一介質(zhì)供應(yīng)源Ml將第一介質(zhì)供給到封閉室6，介質(zhì)供應(yīng)源Ml 與蓋板22中的中心介質(zhì)供應(yīng)噴嘴(箭頭表示)連接，以將流體供應(yīng)至 面向蓋板的板狀物品的表面上。介質(zhì)供應(yīng)源Ml通過閥門VI切換。 另一種作法是，可設(shè)置級聯(lián)閥門裝置，以便在數(shù)種不同介質(zhì)之間快速 切換，且不會將這些介質(zhì)互相混合。這種介質(zhì)例如可以是液體、氣體 或其他流體。因此，液體供應(yīng)步驟可快速接著干燥步驟進行，在干燥 步驟中供應(yīng)氣體，并接著再進行液體供應(yīng)步驟。
第二介質(zhì)供應(yīng)源M2與封閉室6流體連通。介質(zhì)供應(yīng)源M2與底 板7中的介質(zhì)供應(yīng)噴嘴(箭頭表示)連接，以將流體供應(yīng)至面向底板 的板狀物品的表面上。因此，板狀物品的兩面可由相同或不同液體同 時或交替處理。如果板狀物品的兩面以不同液體交替處理或兩面以相 同液體同時處理，則可將液體收集起來，且不混合，因此，可重復(fù)使 用。當(dāng)不同之液體同時用于每一面時，這些液體將混合，并因此不能 再4吏用。介質(zhì)供應(yīng)源M2由閥門V2切換。
流體通過由閥門V4切換的排泄管D排出。然而，流體也可通過 將有關(guān)供應(yīng)管抽成真空經(jīng)由介質(zhì)供應(yīng)源Ml或M2排出。
參看圖l-3，圖中示出操作中的裝置。蓋單元20被升起而打開封 閉室。同時，卡盤單元IO如圖2中所示也被升起，以使轉(zhuǎn)子通過才幾械 人末端執(zhí)行器(未示出，例如叉狀物、晶圓夾具)可易于接近。將板 狀物品W置于回轉(zhuǎn)頭14上面，此后，將回轉(zhuǎn)頭降至工作位置，關(guān)閉 蓋(圖3)，開始處理過程。
在處理期間，通過介質(zhì)供應(yīng)源Ml和M2將洗滌液分配至寺反狀物 品的兩個表面上，液體經(jīng)由排泄管D排出。為了進行超聲波處理(例 如1.5 MHz),板狀物品與蓋板之間的距離dl，包括超聲波轉(zhuǎn)換器25 在內(nèi)，要減至例如1 mm。距離dl可以定期改變(例如在0.5到l.5 之間)。另外，可施加壓力(例如1.5巴，高于大氣壓力大約0.5巴)， 而最后，定期地改變壓力(例如用10 Hz+/-0.2巴的頻率)。另一種作
法是，這種定期改變的壓力可采用1巴以下或大約1巴(因此，從高
壓到真空定期切換)。在用DI-水完成進一步?jīng)_洗步驟之后，不是直接 用氣體(例如IPA/N2)取代液體，就是用第二沖洗液(例如異丙醇) 取代。此后，用氣體(例如N2)取代該第二沖洗液。另外，可通過排 空封閉室來支持干燥。當(dāng)用惰性氣體清洗封閉室之后，開啟封閉室， 并從回轉(zhuǎn)頭上取出板狀物品。
圖4示出本發(fā)明的第二實施例，該第二實施例具有兩個附加器件， 然而，這兩個器件可分別應(yīng)用。
第一個附加器件是用于蓋21的翻轉(zhuǎn)式框架，其可圍繞水平軸H 翻轉(zhuǎn)。除了第一蓋板22之外，第二蓋板24也附接至蓋21的框架上。 加熱元件26是第二蓋板的元件，并且介質(zhì)源M3與中心噴嘴流體連通。 另一種作法是，可使用蓋板22或24中的任何一個。這種用于蓋的翻 轉(zhuǎn)式框架不僅可用于頂蓋，而且還可用于底蓋或者頂蓋及底蓋兩者都 使用。
示于圖4中的第二附加器件是中心底板27，其形狀和尺寸選擇成 使其緊靠在板狀物品上。距離d2可為0.5-2mm。底板27裝備有超聲 波轉(zhuǎn)換器28，另外或另一種作法是，可設(shè)置一些加熱元件。
權(quán)利要求
1. 一種用于流體處理板狀物品的裝置，其包括·用于保持并圍繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動板狀物品的回轉(zhuǎn)頭；·用于懸浮并驅(qū)動回轉(zhuǎn)頭且不接觸回轉(zhuǎn)頭的驅(qū)動機構(gòu)，該驅(qū)動機構(gòu)圍繞回轉(zhuǎn)頭徑向地布置；·基本上圓柱形壁，其基本上與旋轉(zhuǎn)軸同心，其中，該圓柱形壁被布置在回轉(zhuǎn)頭與驅(qū)動機構(gòu)之間，且插入在回轉(zhuǎn)頭與驅(qū)動機構(gòu)之間的間隙中；以及·軸向移動機構(gòu)，其用于使回轉(zhuǎn)頭與壁沿著旋轉(zhuǎn)軸彼此相對地軸向移動。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，軸向移動機構(gòu)選自由液壓缸、 氣壓缸、球軸、線性馬達、帶驅(qū)動裝置中構(gòu)成的組。
3. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，回轉(zhuǎn)頭與驅(qū)動機構(gòu)之間的間 隙在2-10mm的范圍內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述壁是封閉室的一部分， 以使板狀物品能在不同于大氣壓力的可選擇壓力下被處理。
5. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，封閉室包括靠著圓柱形壁密 封的可開啟蓋。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，用于開啟可開啟蓋的機構(gòu)同 時是軸向移動機構(gòu)。
7. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，用于開啟可開啟蓋的機構(gòu)與 軸向移動機構(gòu)互相分開。
8. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，可開啟蓋可被翻轉(zhuǎn)安裝，以 使蓋的每一側(cè)在板狀物品被處理時能被選擇以面向板狀物品。
9. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，可開啟蓋連接至第一介質(zhì)源上。
10. 如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，該裝置具有笫二介質(zhì)供應(yīng) 機構(gòu)，用于將介質(zhì)供給到板狀物品的第二面。
11. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，軸向移動機構(gòu)、壁、回轉(zhuǎn) 頭和驅(qū)動機構(gòu)相互布置，使得回轉(zhuǎn)頭能沿著旋轉(zhuǎn)軸移動，這樣將板狀 物品移到不在由圓柱形側(cè)壁包圍的空間的內(nèi)部的一個位置。
12. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，第一板基本上平行于板狀 物品，且在板狀物品被處理時面向所述板狀物品。
13. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，第一板是底部元件的一部 分，由此與壁一起形成杯狀物。
14. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，第一板聲耦合至振動元件。
15. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其中，第二板基本上平行于板狀 物品。
全文摘要
本文公開了一種用于流體處理板狀物品的裝置，其包括用于保持并圍繞基本上垂直旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動板狀物品的回轉(zhuǎn)頭；用于懸浮并驅(qū)動回轉(zhuǎn)頭且不接觸的驅(qū)動機構(gòu)，該懸浮并驅(qū)動回轉(zhuǎn)頭的機構(gòu)圍繞回轉(zhuǎn)頭徑向地布置；基本上圓柱形側(cè)壁，其基本上與旋轉(zhuǎn)軸同心，其中，圓柱形側(cè)壁被布置在回轉(zhuǎn)頭與驅(qū)動機構(gòu)之間，且插入回轉(zhuǎn)頭與驅(qū)動機構(gòu)之間的空隙中；用于將回轉(zhuǎn)頭與壁面彼此相對地升起和下降的升降機構(gòu)。
文檔編號H01L21/687GK101395700SQ200780008133
公開日2009年3月25日 申請日期2007年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月8日
發(fā)明者R·奧博維格 申請人:Sez股份公司