CN1008659B - 旋转干燥设备 - Google Patents

Abstract

一种用于干燥半导体圆片的旋转干燥设备，其中该圆片只是在其边缘部分由多个径向延伸臂所夹持，且其中设置用以防止在旋转干燥期间由于该臂的旋转，像扇子一样，而产生湍流空气流，及由于旋转干燥设备本身的操作所搅动的杂质重新污染已清洗干净及干燥的圆片表面。

Description

本发明涉及制造半导体元件过程中，用于干燥如半导体圆片等片状或圆片元件的旋转干燥设备。应用生产集成电路的圆片是经过多个制造工艺步骤，包括刻蚀、涂敷、掺杂、覆镀等步骤，直至获得所需的多层构型。经过这些工艺步骤之后，需要对圆片进行清洗，以便清除杂质及在先前操作中产生的颗粒，而为继后的生产操作准备圆片。该圆片往往需进行两面清洗，清洗时一般采用液体清洗剂。经过清洗后的圆片不得在表面上留下杂质，对该圆片干燥后的清洁度要求是很高的，即使是由清洗液的蒸汽所产生的薄膜或污斑也会是有害的。

迄今圆片的离心干燥法曾被认为是干燥半导体圆片的最佳方法，因为离心力有利于克服表面张力及由其它方式干燥在圆片边缘产生水分粘附的现象。在其先有技术中，旋转干燥法通常是利用真空吸盘在圆片的底表面吸住该圆片。现已发现以这种方式固定圆片会在其表面上产生污斑。因为在吸盘和圆片表面之间会淤积液体，它们既无法清除，又不可能在旋转时从吸盘中泄出，从而布满在圆片的表面上，在干燥时留下不受欢迎的污斑。

此外，现已发现利用增加圆片的尺寸改善半导体生产效率，用真空吸盘安全固定圆片增加了很多困难，较大尺寸的圆片上出现的任何不平衡性会导致迅速产生克服真空吸力的抵抗力，而使圆片由吸盘上甩下造成圆片的损坏。

解决此问题的一个方案是利用旋转干燥器，在旋转时紧紧夹持着圆 片的边缘。采用紧夹圆片边缘的旋转器的一个代表性类型，已公开在IBM技术公开公报（1975年11月，第18卷，第6期，1979和1980页）中。该装置包括多个从中心轴向外延伸的旋臂，该中心轴与驱动装置连接，以使旋臂和夹持在该臂上的圆片做旋转运动。然而，已发现采用这种径向延伸臂并在其边缘支承圆片的旋转干燥器，在旋转时，该臂产生相当大的湍流空气，而湍流空气所夹带的杂质颗粒（固体或液体）重又沉积在清洗过的和/或干燥过的圆片表面上。随着半导体芯片复杂性的增加，以及由该半导体芯片制成的相应部件尺寸的不断减小，不仅为保证圆片充分地被清洗和干燥，而且也为避免在清洗和干燥过程中不重新被杂质所污染。这是个越来越重要的问题。倘若，已清洗和干燥的圆片表面被旋转干燥设备本身搅动的杂质重新污染，从而降低了半导体器件的生产率，很显然，这是极其不能令人满意的。

因此，本发明提供了一种用于干燥半导体圆片的旋转干燥设备，其中该圆片只在其边缘处与多个径向延伸的臂接触。其中提供一种装置用以防止在旋转干燥时，由于臂的旋转而产生像扇风一样的效果。

按照本发明的一个方面，提供一种用于干燥诸如半导体圆片的片状元件的旋转干燥设备，该设备包括一个轴，在其下端装有驱动旋转的马达，而在另一端装有旋转顶部组件，该顶部组件包括一顶部元件，同轴地安装在该轴的端部，该组件有多个从该轴向外延伸的旋臂。多个可动臂与该旋臂一一对应枢轴地连接，且各有一个与片状元件的啮合部位。提供一偏置装置，用以使可动臂的啮合片状元件的部位偏置到啮合片状元件的位置。同时提供一种使移动可动臂能抗拒偏置装置的力的装置，以使啮合片状元件的部位能有选择地移动到啮合片状元件的位置。一个包容装置紧密地围绕着径向延伸臂，和包括一基本上能清除因径向延伸臂旋转而在片状元件周围产生空气流动的盖罩元件。

按照本发明的另一方面，提供用于干燥半导体圆片的旋转干燥设备， 该设备包括为旋转运动而设置的垂直空心轴，在其下端具有驱动马达，而在其上端具有旋转顶部组件。该顶部组件包括同轴安装在空心轴上端的空心顶部元件，及若干个该元件向外延伸的间隔着的旋臂对。多个T形臂在其外端部的每对旋臂之间枢轴地连接一个旋臂。各T形臂具有一轴向延伸啮合圆片的支架部位，另一个支架部位在旋臂对之间径向延伸到所述顶部元件内。提供一致动装置，该装置包括一个同轴设置在空心轴中的传动杆，以及在顶部元件中用以啮合T形臂的径向延伸部分内端部的装置。提供用作将与轴同轴致动装置向电动机偏置的装置，以将啮合圆片的支架部位向顶部组件的中央移动到啮合圆片的位置。在穿过传动杆的下端设置销钉，该销钉穿过轴向外延伸并附装在轴衬上，该轴衬可被放置在轴附近的叉形件所啮合，设置驱动器在轴向上移动叉形件使其啮合轴衬，并使致动装置向上移动以抗拒偏置装置的偏置力，从而将啮合圆片的支架部分从啮合圆片的位置向外移动。第一包容装置四周围绕住旋转顶部组件，该包容装置有一直径大于旋转顶部组件的向上开口。该包容装置在邻近T形臂的啮合圆片的支架部位的地方有一向下且向外的倾斜部分，而在该装置的下部还设置一排水装置。第二包容装置紧贴固定在旋转臂的周围，并从第一包容装置的下部向内加以隔开。第二包容装置终止于上端部，其位置恰好在其顶部组件的臂间枢轴连接的上方。对第二包容装置设置盖罩部件，该部件连接到顶部组件，从顶部组件的中央向外延伸超过轴向延伸的T形臂的啮合圆片的支架部位，且在极接近第二包容装置的上端终止。第二包容装置和盖罩部件基本上能防止圆片周围的空气流，若无此装置和部件，则会因顶部组件的旋转而产生该空气流。给T形臂设置平衡块，将其放置在枢轴连接件啮合圆片支架部位的相对位置，该平衡块由于顶部组件的旋转而产生离心力，该力基本上等于或稍大于啮合圆片支架部位的旋转离心力。因此，平衡块的离心力致使啮合圆片的支架部位能夹紧该圆片。也设置一升降装置，将旋转 顶部组件提升到使其啮合圆片的支架部位被放置在第一包容装置的开口上部位置，使第一对喷咀在旋转操作循环的第一阶段内将液体喷射到圆片的两个表面上，而第二对喷咀则在旋转操作过程的第二阶段内将惰性气体喷射到圆片的两个表面上。

实践本发明的各种装置及本发明装置的各种特点和优点，将由下述详细说明本发明的最佳实施装置及参考附图而变为明显。

图1为本发明旋转干燥器的顶视图。

图2为沿图1中2-2线剖取的部分剖面正视图。

现参照图1和2说明最佳旋转干燥器的实施装置。该旋转干燥器包括旋转顶部组件130，将其安装在垂直空心的可旋转轴126的上端。该旋转顶部组件130包括一个圆柱状的空心顶部部件160，该部件连接在轴126的上端，并从该部件向外延伸设置若干个相间隔的旋臂对124。若干个T形臂122是枢轴地安装在各旋臂对124之间的123处。各T形臂包括一轴向延伸的啮合圆片的支架部位，而在其外端部具有啮合圆片的端点125，及一径向延伸到顶部部件160内的支架部位。设置在该T形臂的轴向延伸部分的外端上的啮合圆片的端点125只啮合圆片的边缘，以在旋转干燥时将圆片夹持在其位置上。

轴126是通过在其下端部由联轴器129连接的步进马达128驱动。轴126设有中心孔，一传动杆162延伸通过该孔。该传动杆162在顶部元件160的空腔中有一加大的上端部分164。该端部分164设有环状凹槽166，该凹槽与T形臂122的径向部分的内端部168接合。一偏置装置，诸如压缩弹簧170放置在轴126上端部一扩大孔172内，并环绕传动杆162。弹簧170压缩在上端轴肩174和在下端与传动杆162连接的轴衬176之间。因此，弹簧170在传动杆162上施加一向下的力，以便向下地旋转T形臂122的水平径向部分，从而把啮合圆片的端部125拉向顶部组件的中心而进到啮合圆片的位置。传动杆162的下端部延伸到轴 126的下端，并由一滑动啮合的轴套178来终止。在传动杆162的下端上方，在轴126上设置一对位置正相反的穿过轴壁的狭槽180。一水平销钉182在此处穿过传动杆162，与传动杆162连接，并穿过轴126中的狭槽180，向外延伸与轴衬208连接。

致动装置184（可为电磁线圈，也可为气缸或液压缸）如图2所示，设置在远离轴126处，具有一个与轴126并行向上延伸的操作杆（未示出）。在传动轴的上端提供一恰好在轴衬208下方，其臂围绕轴126的两边延伸的叉形件186。在致动器184工作时，将叉形件提升与轴衬208啮合，在轴126中设有提升杆162。当上端部164被提升时，T形臂122的径向延伸支柱部分也就向上枢轴转动，从而使在臂122的轴向延伸支柱部分的上端部的啮合圆片的端点125向外地旋转，从而放松它们对圆片的夹持，或能将新的圆片按要求***到该旋转设备中。当致动器184断电时，叉形件186降低与轴衬208脱开，弹簧170迫使传动杆162下降，使臂122的径向延伸支柱部分绕枢轴123转动，从而啮合圆片的端点125再回到啮合圆片的位置上。

在枢轴123下方臂122的127处是精心设计的用以平衡与抵消在旋转操作期间，臂的上部被离心力往外拉而可能产生减少夹持圆片的力的趋向。该平衡块最好是这样构成的，使作用于平衡块部分的离心力大体上等于或稍稍大于在啮合圆片的端点125的离心力，从而使平衡块的离心力趋向于使啮合圆片的端点用至少等于，或稍稍大于单独由弹簧170所提供的力来夹持圆片。

旋转顶部组件130是由第一包容装置所包围。该装置包括一固定的圆筒形收集筒132，其开口的上端部直径大于旋转顶部组件的直径，使该收集筒能以下文叙述的方式向上地移动而接收卸下圆片。该收集筒132在邻近T形臂的啮合圆片的端点125处设置成向下并向外倾斜的中间部分133。设置收集筒是用以限制任何从圆片上因离心而产生的水分，并 防止这些水分逃逸到旋转干燥器周围的其它设备中，或重新沉积在圆片的表面上。因此，从圆片表面因离心而排除的任何固体或液体颗粒在撞击到收集筒的倾斜部分133时向下偏转到收集筒的底部，在该处由提供在包容装置底部（图中未示出）的排水装置来清除。

如上所述，已发现在此处叙述的利用旋臂夹持圆片边缘的离心旋转干燥器类型，会遇到由于旋转的旋臂的离心抽吸作用所产生空气流的问题。已发现该空气流在圆片的周围产生湍流，该湍流夹带的颗粒状液体和/或固体物料又重新沉积到圆片的表面上。以本发明的设备，这种空气抽吸和湍流空气流大体上被第二包容装置所消除。该装置包括一固定的圆筒状内屏蔽部件200，该部件是固定在顶部组件的径向延伸臂的周围。该屏蔽部件是安装在轴126的固定外壳206上，并从圆筒状收集筒132的下部向内地进行隔开。圆筒状屏蔽部件的上端部恰在径向臂124与T形臂122之间的枢轴连接123的上方终止。第二包容装置的盖罩元件202是安装在顶部组件160上，并从其中心向外延伸直至超过T形臂的径向延伸的啮合圆片的支架部位，而在紧贴屏蔽部件200的上端部处终止。盖罩元件202与顶部组件一起旋转。如图中所示，该盖罩元件202设置成倾斜的***边，并在围绕轴向延伸支柱部分设置成开口，使其大小足以容许为啮合或脱开圆片所需完成的动作。

整个旋转组件包括电动机128设置成可被气动或液动缸134所提升，以便使啮合圆片的端点125升到收集筒132之上，以便接收和卸下来自旋转干燥器设备中的圆片。该旋转干燥器设备由一对垂直导向杆190支承并导向以作垂直方向的运动。两对轴承座192和194由旋转组件的侧边延伸，并在支承导向杆190上设置轴承。气缸134设置在导向杆190之间，并用托架196连接到旋转组件的侧边。活塞杆（隐蔽在导向杆190之后）的上端固定在旋转组件的安装构架上。因此，当气缸开动时，活塞杆携带旋转组件一起直至啮合圆片的端头125达到收集筒的上部边 缘之上方的虚线位置，在此处靠近圆片传输机构，以便将圆片传送给旋转干燥组件或从该组件上移走。

设置两对喷洒喷嘴136、138与139、140，以向圆片的两表面进行喷洒。第一对喷嘴136和138设置成向圆片的两表面喷洒干净的液体，如水，以便在进行干燥循环之前进行最后的冲洗工作。第二对喷嘴139和140向圆片的两表面喷洒惰性气体，如氮气，以加速圆片在旋转干燥过程中的干燥。在一优选的操作循环中，首先，以足够长的时间由喷嘴136和138用水冲洗低速旋转的圆片，然后，增加电动机的转速，由喷嘴139和140向圆片的两表面喷洒惰性气体，以加速干燥过程中的离心干燥。

由此可见，本发明提供的旋转干燥设备，其优点在于该设备只在圆片边缘上夹持该圆片，且避免了由于旋转的旋臂的空气抽吸作用而重新污染圆片的问题。

旋转干燥器的控制***由于采用了步进电动机128来控制旋转过程以及啮合圆片臂的停止位置而得利。因此，旋转顶部组件的停止位置可选择成使得啮合圆片的臂不阻挠圆片传输机构从旋转干燥机构中取或放圆片的动作。

Claims (9)

1、用于干燥片状元件的旋转干燥设备，所述设备包括一个作旋转运动的轴(126)，并在其一端装有驱动马达(128)，而在其另一端装有旋转的顶部组件(130)，其特征在于：

-所述顶部组件包括一个顶部元件(160)，同轴地安装在所述轴的另一端，并具有多个由轴向外延伸的旋臂(124)，

-多个可动臂(122)与各个所述旋臂枢轴连接，并具有啮合圆片的部位(125)，

-用以偏置所述可动臂的啮合圆片的部位至啮合圆片的位置的偏置装置(170)；

-用以抗拒所述偏置装置的力从所述啮合圆片的位置移动可动臂的装置(184，186)，及

-紧紧围绕所述径向延伸臂的包容装置(200)，包括一盖罩元件(202)，用以基本消除因径向延伸臂旋转而在片状元件周围产生的气流。

2、按权利要求1的设备，其特征在于：其中所述可动臂为T形。

3、按权利要求2所述的设备，其特征在于，其中各个所述T形臂具有轴向延伸的第一支架部分，及径向延伸的第二支柱部分，和其中所述轴向延伸支架部分穿过所述包容盖延伸出去。

4、按权利要求3所述的设备，其特征在于，其中所述可动臂是在所述轴向延伸支柱部分与径向延伸支架部分的接合点处与旋臂枢轴地连接。

5、按权利要求3所述的设备，其特征在于，其中所述可动臂的轴向延伸支柱部分包括啮合圆片的部位。

6、按权利要求3所述的设备，其特征在于，其中所述T形臂包括在与所述轴向延伸支柱部分的枢轴连接处相对一边设置平衡块（127），该平衡块在所述顶部组件旋转时提供与轴向延伸支架旋转离心力大至相等或稍大的离心力，从而使所述平衡块的离心力趋于使轴向延伸支架部分能夹持住片状元件。

7、用于干燥片状元件的旋转干燥设备，所述设备包括一个用作旋转运动的轴（126），并于其一端装有驱动马达（128），另一端装有旋转的顶部组件（130），其特征在于：

-所述顶部组件包括一顶部元件（160），同轴地安装在所述轴的另一端，并具有多个从轴向外延伸的旋臂（124），

-多个T形臂（122），分别与所述旋臂枢轴连接，T形臂各具有一轴向延伸的啮合圆片的支架部位，及延伸到顶部元件的径向延伸支架部分，

-包括放置在所述轴中的传动杆及在顶部元件中用以接合T形臂内端装置的传动装置（162，164，166），

-用以偏置所述传动装置至所述马达以移动T形臂的啮合圆片的支架部位到啮合圆片的位置的偏置装置（170），

-用以抗拒所述偏置装置的力移动所述传动装置以将所述啮合圆片的支架部位移离所述啮合圆片的位置的装置（184，186），

-围绕所述旋转顶部组件及具有上端开口的第一包容装置（132，133）所述第一包容装置在邻近所述T形臂的啮合圆片的支架部位处具有向下及向外倾斜的中间部分（133），

-紧紧固定在所述旋转臂周围，并与第一包容装置下部向内加以间隔的第二包容装置（200），所述第二包容装置终止于上端恰好在所述臂的枢轴连接的上方，

-用以将所述第二包容装置连接到所述顶部组件，并从所述顶部组件向外延伸超过T形臂的轴向延伸啮合圆片的支架部位，及在接近所述第二包容装置上端终止的盖罩装置（202），从而使所述第二装置和盖罩装置基本上能消除因顶部组件旋转在片状元件周围产生空气流，及

-用以提升所述旋转顶部组件的啮合圆片的支架部位到第一包容装置开口上方位置的装置（134，190，192，194，196）。

8、按权利要求7的设备，其特征在于，其中所述T形臂包括设置在从轴向延伸支架部分的枢轴连接的相对边的平衡块（127），该平衡块在顶部组件旋转时提供与轴向延伸支架部分旋转时的离心力基本相等或稍大的离心力，从而平衡块的离心力趋向于使轴向延伸的支架部分能夹持住片状元件。

9、用于干燥半导体圆片的旋转干燥设备，该设备包括一个垂直空心的用作旋转运动的轴（126），其下端装有驱动马达（128），其上端装有旋转顶部组件（130），其特征在于：

-所述顶部组件包括一个空心顶部元件（160），同轴地安装在所述空心轴的上端，并具有多个从该空心轴向外延伸的间隔着的旋臂对（124），

-多个T形臂（122），每个T形臂放置在旋臂对的两臂之间，并枢轴地连接到旋臂的外端部，所述T形臂各具有一轴向延伸的啮合圆片的支架，各T形臂的其它支架在旋臂对之间径向延伸到顶部元件内，

-包括同轴地设置在空心轴中的传动杆（162），及在顶部元件中用以接合所述T形臂内端的传动装置（162，164，166），

-用以将与轴同轴的传动装置偏移向马达以将所述啮合圆片的支架部位朝向顶部组件的中央移动到啮合圆片的位置的偏置装置（170），

-穿过传动杆的下端和轴，而向外延伸，并接到轴衬的销钉（182），

-在所述轴周围安装选择性接合轴衬的叉形件装置（186），驱动器装置（184）将轴的轴向叉形件移动与轴衬啮合，并向上移动传动装置，以抗拒所述偏置装置在从啮合圆片的支架位置向外移动啮合圆片支架时产生的力，

-围绕所述旋转顶部组件并具有直径较旋转顶部组件的直径稍大开口的第一包容装置（132，133），该包容装置在邻近T形臂的啮合圆片的支架部位具有向下并向外倾斜的中间部分（133），在所述第一包容装置的下部设置排水装置，

-紧紧固定在旋转臂周围并与第一包容装置的下部向内加以隔开的第二包容装置（200），该第二包容装置终止于上端，恰好在所述臂之间的枢轴连接之上方，

-用于所述第二包容装置的盖罩装置（202）连接到顶部组件，并从顶部组件的中央向外延伸超过轴向延伸的所述T形臂的啮合圆片的支架部位，并在极接近第二包容装置的上端终止，从而使所述第二包容装置和所述盖罩装置基本上能防止由于顶部组件旋转在圆片周围产生气流，

-在T形臂上设置的平衡块（127）与枢轴连接的啮合圆片的支架部位相对，该平衡块在顶部组件旋转时提供与啮合圆片的支架部位旋转产生的离心力基本相等或稍大的离心力，从而该平衡块的离心力趋向于使啮合圆片支架部位能夹持住片状部件，

-用以将所述旋转顶部组件提升到某一位置的装置（134，190，192，194和196），在此位置，啮合圆片的支架部位刚好置于第一包容装置的开口上方，

-用以在旋转循环第一阶段将液体喷向所述圆片的两表面上的第一对喷嘴装置（136，138），及

-用以在旋转循环第二阶段将惰性气体喷向所述圆片两表面上的第二对喷嘴装置（139，140）。