旋轉干燥設備的制作方法

專利名稱:旋轉干燥設備的制作方法
本發明涉及制造半導體元件過程中用于干燥諸如半導體圓片等片狀或圓片元件的旋轉干燥設備。應用生產集成電路的圓片是經過多個制造工藝步驟，包括刻蝕、涂敷、摻雜、覆鍍等步驟，直至獲得所需的多層構型。經過這些多個步驟之后，需要對圓片進行清洗，以便清除雜質及在先前操作中產生的其它粒子而為繼后的生產操作準備圓片。該圓片往往需進行兩面清洗，清洗時一般采用液體清洗劑。經過清洗步驟之后，需以不在圓片的表面上遺留下雜質的方式將該圓片干燥。半導體圓片的清潔度的要求需達到這樣的程度，即使是清潔液體的蒸汽所產生的薄膜或污斑也會成為有害的雜質。
迄今圓片的離心干燥法曾被認為是干燥半導體圓片的最佳方法，因為離心力可協助用以克服表面張力及可協助用以克服由其它形式的干燥方法造成的在圍繞著圓片的邊緣生成的水分的依附現象。在其先有技術中，旋轉干燥法通常是利用在圓片的底部表面的真空夾盤夾持該圓片的。現已發現這樣方式夾持圓片時，造成圓片的表面產生污斑。因為在旋轉過程中被陷在夾盤和圓片表面之間的液體若不是不能清除便從夾盤中漏出，并在該液體覆蓋在圓片的表面上而被干燥時，在圓片上遺留下不受歡迎的污斑。
此外，目前利用增加圓片的尺寸以改善半導體生產效率，發現增加了用真空夾盤安全夾持圓片的困難。較大尺寸的圓片上出現的任何不平衡性，會導致迅速產生克服真空吸力的抵抗力，而使圓片由夾盤上被甩下，致使造成圓片的損壞。
解決這問題的答案在于用一設計成旋轉時緊夾圓片的邊緣的旋轉干燥器。采用邊緣緊夾的旋轉器的一個代表性類型，已公開在1BM技術公開公報1975年11月第18卷第6期第1979和1980頁中。該裝置包括多個從一中心軸向外延伸的旋臂，該中心軸耦合到一驅動裝置以向該旋臂和夾持在該臂上的圓片賦予旋轉運動。然而，已發現用這種采用徑向延伸臂以在其邊緣支承圓片的旋轉干燥器類型時，在旋轉時，該臂產生相當大的湍流空氣流雜質顆粒(固體或液體)可被湍流空氣所揀拾，又再沉積于清洗過的和/或干燥過的圓片表面上。隨著半導體芯片的復雜性的增加以及由該半導體芯片制成的相應部件的尺寸不斷地減小，為保證圓片不只是充分地被清洗和干燥，而且也避免在清洗和干燥操作過程期間到處被雜質重新污染，這是個越來越重要的問題。因此，已清洗和干燥的圓片表面被旋轉干燥設備本身攪動的雜質重新污染，很顯然是極其不能令人滿意的，也減少了半導體器件的生產率。
因此，本發明的目的在于提供用于干燥半導體圓片的旋轉干燥設備，其中該圓片只在其邊緣處被一多個徑向延伸的臂接觸，其中所提供的裝置用以防止在旋轉干燥工藝中由臂的旋轉產生的扇狀影響(fan-likeeffect)。
按照本發明的一個方面，提供以用于干燥諸如半導體圓片的片狀元件的旋轉干燥設備，該設備包括一個軸，安排成其一端有驅動馬達而在另一端有旋轉頂部組件以供旋轉運動之用。該頂部組件包括一頂部元件，同軸地安置在該軸的一端部上，該組件有一多個從該軸向外延伸的旋臂。一多個可動臂與該旋臂一對一樞軸地連接，且各有一片-接合部分。提供一偏移裝置用以偏移可動臂的片一接合部分到另一片-接合位置，并提供以用于移動可動臂反抗偏移裝置的力的裝置以從片一接合位置選擇地移動該片一接合部分。緊密圍繞徑向延伸臂和包括一用以基本上消除由于所述徑向延伸臂的旋轉而在片狀元件的周圍產生空氣流動的蓋罩元件的抑制裝置。
按照本發明的另一個方面，提供以用于干燥半導體圓片的旋轉干燥設備，該設備包括用于旋轉運動安置的一垂直的空心軸，在其下端部具有一驅動馬達，而在其上端部具有一旋轉頂部組件。該頂部組件包括一空心頂部元件同軸地安排在空心軸的上端部，及若干個從該元件向外延伸的間隔著的旋臂對。一多個T形臂在其外端部的每對旋臂之間樞軸地連接一個旋臂。各T形臂具有一軸向延伸的圓片一接合支架部分及其它的在旋臂對之間徑向延伸到所述頂部元件內的支架部分。提供以一致動裝置，該裝置包括一同軸地放置在空心軸中的傳動桿，以及在頂部元件中用以接合T形臂的徑向延伸部分的內端部的裝置。提供以用作將與軸同軸的致動裝置向電動機偏移的裝置以將圓片一接合支架部分朝向該頂部組件的中央移動到一圓片-接合位置。將銷釘裝置放置在穿過傳動桿的下端部，該銷釘裝置穿過軸向外延伸并附裝在一軸襯，該軸襯可被一放置在圍繞主軸的叉形件裝置所接合，一傳動器裝置安置在軸的向上移動叉形件裝置以接合該軸襯并向上移動致動裝置以反抗偏移裝置的力，從而將圓片-接合支架部分從圓片-接合位置向外移動。一第一抑制裝置周邊地圍繞住旋轉的頂部組件，該抑制裝置有一直徑大于旋轉的頂部組件的直徑的開口的上端部。該抑制裝置在鄰近T形臂的圓片一接合支架部分的地方有一向下的且向外的傾斜的中間部分，而在該裝置的下部部分還放置一排水裝置。一第二抑制裝置緊貼地并固定地放置在放置臂的周圍，并從第一抑制裝置的下部部分向內地加以隔開。第二抑制裝置終止于一上端部，其位置恰好在其頂部組件的臂間的樞軸連接的上方。對第二抑制裝置備有蓋罩元件，該元件被連接到頂部組件從頂部組件的中央向外延伸超過軸向延伸的T形臂的圓片-接合支架部分且在極接近第二抑制裝置的上端部終止。第二抑制裝置和蓋罩元件大體上防止在圓片的周圍的空氣流，若無此裝置和元件則會因頂部組件的旋轉而產生該空氣流。該T形臂被提供以放置在從圓片一接合支架部分的樞軸連接的相對邊的平衡塊，該平衡塊由于頂部組件的旋轉提供一離心力，該力基本上等于或稍大于轉動中圓片-接合支架部分上的離心力。因此，平衡塊的離心力趨向于使圓片-接合支架部分夾緊該片部件。也提供以用作升舉旋轉頂部組件到其中圓片-接合支架部分被放置在第一抑制裝置的開口上端部的位置的裝置，及第一對噴咀裝置被安置在旋轉操作過程的第一部分期間將液體射向圓片的兩個表面上，而一第二對噴咀裝置則在旋轉操作過程的第二部分期間將惰性氣體射向圓片的兩個表面上。
實踐本發明的各種裝置及本發明裝置的各種特點和優點，將由下述詳細說明本發明的最佳實施例及參考附圖而變為明顯。
圖1為按照本發明的旋轉干燥器的一頂視圖。
圖2為沿圖1中2-2線截取的部分剖面的正視圖。
現參照圖1和2說明一最佳的旋轉干燥器設備的實施例。該旋轉干燥器包括一旋轉的頂部組件130是放置在一大體上垂直的空心可旋轉軸126的上端部。該旋轉的頂部組件130包括一個大體上為圓柱體狀的空心頂部部件160，該部件被連接在軸126的上端部，并提供從該部件向外延伸的若干個間隔的旋臂對124。若干個T形臂122是樞軸地安裝在各旋臂對124之間的123處。各T形臂包括一軸向延伸的圓片-接合支柱部分而在外端部具有一圓片一接合端點125及一延伸到頂部元件160內的徑向延伸支柱部分。該T形臂的軸向延伸部分的外端部上的圓片-接合端點125被安置成只接合一圓片的邊緣用以在旋轉干燥時將圓片夾持在它的位置上。
軸126是通過在其下端部的聯接器129連接到步進馬達128并由該馬達驅動。軸126被提供以中心孔，一傳動桿162通過該孔而延伸。該傳動桿162在頂部元件160的空腔中有一加寬的上端部分164。該端部分164被提供以一環狀凹槽166，該凹槽與T形臂122的徑向部分的內端部168接合。一位移裝置諸如壓縮彈簧170被放置在軸126的上端部中一擴大了的孔172內的環繞傳動桿162的上端位置。彈簧170是在壓縮在上端部的一個軸臂174與下端部的連接到傳動桿162的一軸襯176之間。因此，彈簧170向傳動桿162施加一向下的力，以便向下地旋轉水平的T形臂122的徑向部分，從而把圓片-接合端部125拉向頂部組件的中心而進到圓片-接合位置。傳動桿162的下端部延伸到軸126的下端部并用一滑動接合的套筒178來終止。僅在傳動桿162的下端部的上方，軸126被提供以一對在直徑的相對位置上穿過軸壁的狹槽180。一水平銷釘182穿過傳動桿162在該點上與傳動桿162連接，并穿過軸126中的狹槽180向外延伸，及連接到一軸襯208。
致動裝置184(不是電磁線圈就是氣缸或液壓缸)如圖2所示被放置在軸126的遠處一邊，與軸126并行操作桿(未示出)向上延伸的以電磁線圈或一氣缸或液壓缸。在傳動軸的上端部上提供以一恰好在軸襯208下方其臂圍繞軸126的兩邊延伸的叉形件186。在傳動器184工作時，將叉形件被提升與軸襯208接合，并在軸126中升舉傳動桿162。由于上端部164被提升，T形臂122的徑向延伸支柱部分被向上樞軸轉動，從而使在臂122的軸向延伸支柱部分的上端部的圓片-接合端點125向外地旋轉，從而放松著它們對于圓片的夾持，或預期插入新的圓片到該旋轉設備中。當致動器184為斷能時，叉形件186被下降，從軸襯208脫開，容許彈簧170迫使傳動桿162下降，使臂122的徑向延伸支柱部分繞樞軸123轉動，從而圓片一接合端點125再回到圓片一接合位置上。
在樞軸123下方臂122的部分127是精心設計以平衡與抵消臂的上部部分在旋轉操作期間任何被離心力往外拉而可能產生的減少夾持圓片的力的趨向。最好，該平衡塊是這樣構成的，使作用于平衡塊部分的離心力大體上相等或稍大于在圓片-接合端點125的離心力，從而使平衡塊的離心力趨向于使圓片-接合端點用至少相等于，或稍大于單獨由彈簧170所提供的力來夾持圓片。
旋轉頂部組件130是由第一抑制裝置所包圍。該裝置包括一固定的有一開口的上端部直徑較旋轉頂部組件的直徑更大的圓柱體狀收集皿132，使該收集皿能以將于下文敘述的方式向上地移動而接收卸下的圓片。該收集皿132被提供以在鄰近T形臂的圓片-接合端點125處的一向下的和向外的傾斜的中間部分133。該收集皿被安排成用以限制任何從圓片上離心地清除的水分并防止這水分逃逸到圍繞旋轉干燥器的其它設備中，或重新沉積在圓片的表面上。因此，不論任何從圓片的一表面離心排除的固體或液體顆粒在撞擊收集皿的傾斜的臺肩部分133并被向下偏轉到收集皿的底部，在該處由提供在該抑制裝置的底部而在圖中未示出的適宜的排水裝置來清除。
如上所述，已發現在此處敘述的利用旋臂夾持圓片的邊緣的離心旋轉干燥器類型，會遇到由于旋轉的旋臂的離心抽吸作用所產生空氣流的問題。已發現該空氣流在圓片的周圍產生一湍流，該湍流吸入顆粒的液體和/或固體材料，然后再沉積到圓片的表面上。以本發明的設備，這種空氣抽吸和湍流空氣流大體上被第二抑制裝置所消除，該裝置包括一固定的內部圓柱體狀屏蔽部件200，該部件是放置在圍繞頂部組件的徑向延伸的臂。該屏蔽部件是安裝在軸126的固定外殼206上，并從圓柱體狀收集皿132的低下部分向內地進行隔開。圓柱體狀屏蔽部件的上端部恰在徑向臂124與T形臂122之間的樞軸連接123的上方終止。第二抑制裝置的蓋罩元件202是安裝在頂部組件160上并從其中心向外延伸直至超過T形臂的徑向延伸的圓片一接合支架部分而在緊貼屏蔽部件200的上端部處終止。蓋罩元件202是安排成與頂部組件一起旋轉。如圖中所示，該蓋罩元件202被提供以傾斜的外圍邊并在圍繞軸向延伸支柱部分被提供以開口使其大小足以容許為接合或脫開一圓片所需完成的運動。
整個旋轉組件包括電動機128是安排成可被一氣動或液動缸134所升舉以便升舉圓片一接合端點125到收集皿132之上方用以接收和卸下從旋轉干燥器設備中的圓片。該旋轉干燥器設備被一對垂直導向桿190支承和導向以作垂直方向的運動。兩對軸承座192和194由旋轉組件的側邊延伸并提供以支承導向桿190的軸承。氣缸134是放置在導向桿190之間，并用一托架196連接到旋轉組件的側邊。活塞桿(隱蔽在導向桿190之后)的上端部是固定在旋轉組件的安裝構架上。因此，當氣缸被傳動時，它塊靠近活塞桿，攜帶旋轉組件一起直至圓片一接合端頭125達到收集皿的上部邊緣之上方的虛線位置，在此處為一圓片傳輸機構所達到以便傳輸圓片到旋轉干燥組件或從該組件移走。
提供以兩對噴灑噴咀136、138與139、140用以向圓片的兩表面進行噴灑。第一對噴咀136和138被安排成向圓片的兩表面噴灑干凈的液體如水以便在干燥操作過程之前提高一最后的沖洗工作。第二對噴咀139和140向圓片的兩表面噴灑惰性氣體如氮氣以協助圓片旋轉干燥過程中進行干燥工作。在一優選的操作過程中，首先以足夠長的時間從噴咀136和138用水噴灑來沖洗圓片兩表面的過程中圓片是以低轉速旋轉的，然后，增加電動機的轉速以便用噴咀139和140噴灑惰性氣體到圓片的兩表面協助干燥過程中的離心干燥工作。
由此可見，本發明提供一旋轉干燥設備，其優點在于該設備只在圓片邊緣上夾持該圓片，且避免了由于旋轉的旋臂的空氣抽吸作用而重新污染圓片的問題。
旋轉干燥器的控制系統由于采用了步進電動機128以控制旋轉過程以及圓片-接合臂的停止位置而得利。因此，旋轉頂部的停止位置可選擇成使得圓片一接合臂不阻撓圓片傳輸機構從旋轉干燥機構取或放圓片的動作。
權利要求
1.用于干燥片狀元件的旋轉干燥設備，所述設備包括一軸被安排成用以作旋轉運動，并在其一端部上有一驅動馬達，及在其另一端部上有一旋轉的頂部組件，其特征在于-所述頂部組件包括一頂部元件同軸地安排在所述軸的另一端部上并具有一多個從該軸上向外延伸的旋臂；-一多個可動臂與各個所述旋臂樞軸連接并具有圓片一接合部分；-用以偏移所述可動臂的圓片一接合部分至圓片一接合位置的偏移裝置；-用以移動可動臂以反抗所述偏移裝置從所述圓片一接合位置移動可動臂的所述圓片一接合部分的裝置，及-緊密地圍繞所述徑向延伸臂的抑制裝置包括一蓋罩元件用以大體上消除由于所述徑向延伸臂的旋轉而在所述片狀元件的周圍產生的氣流。
2.按權利要求
1所述的發明，其特征在于，其中所述可動臂大體上為T形。
3.按權利要求
2所述的發明，其特征在于，其中各個所述T形可動臂具有一通常是軸向延伸的第一支架部分及一通常是徑向延伸的第二支柱部分，和其中所述軸向延伸支架部分穿過所述抑制蓋罩裝置延伸出去。
4.按權利要求
3所述的發明，其特征在于，其中所述可動臂是在所述軸向延伸支柱部分與徑向延伸支架部分的接合點上與所述旋臂樞軸地連接。
5.按權利要求
3所述的發明，其特征在于，其中所述可動臂的所述軸向延伸支柱部分包括所述圓片一接合部分。
6.按權利要求
3所述的發明，其特征在于，其中所述T形臂包括放置在從所述軸向延伸支柱部分的樞軸連接處的相對邊上的平衡塊，所述平衡塊在所述頂部組件旋轉時提供一大體上與在旋轉時所述軸向延伸的支架部分上的離心力相等或稍大的離心力，從而使所述平衡塊的離心力趨向于使軸向延伸支架部分夾持所述片狀元件。
7.用于干燥片狀元件的旋轉干燥設備，所述設備包括一軸安排成用以作旋轉運動并于其一端部具有一驅動馬達，及于其另一端部上有一旋轉的頂部組件，其特征在于，-所述頂部組件包括一頂部元件同軸地安排在所述軸的另一端部上并具有一多個從該軸向外延伸的旋臂;-多個T形臂，一對一地與所述旋臂樞軸連接，所述T形臂各具有一軸向延伸的圓片一接合支架部分，及一延伸到所述頂部元件的徑向延伸支架部分;-包括放置在所述軸中的傳動桿及在所述頂部元件中用以接合所述T形臂的內端部的裝置的致動裝置;-用以偏移所述致動裝置朝向所述電動機以移動所述T形臂的圓片一接合支架部分到一圓片一接合位置的偏移裝置;-用以移動所述致動裝置以反抗所述偏移裝置從所述圓片一接合位置移動所述圓片-接合支架部分的裝置;-圍繞所述旋轉頂部組件及具有一開口的上端部的第一抑制裝置，所述第一抑制裝置在鄰近所述T形臂的圓片一接合支架部分處具有一向下的及向外的傾斜的中間部分;-緊貼地并固定地放置在環繞所述旋轉臂周圍并從所述第一抑制裝置的下部部分向內加以間隔的第二抑制裝置，所述第二抑制裝置終止于一上端部恰好在所述臂的所述樞軸連接的上方;-一用以所述第二抑制裝置連接到所述頂部組件并從所述頂部組件向外延伸并超過所述T形臂的軸向延伸圓片一接合支架部分及在極接近所述第二抑制裝置的上端部終止的蓋罩裝置，從而使所述第二裝置和所述蓋罩裝置大體上消除由于所述頂部組件的旋轉而在所述片狀元件的周圍空氣流的產生，及-一用以升舉所述旋轉的頂部組件至一其中所述圓片一接合支架部分被放置在所述第一抑制裝置的開口的上端部的上方的位置的裝置。
8.按權利要求
7所述的發明，其特征在于，其中所述T形臂包括放置在從所述軸向延伸支架部分的樞軸連接的相對邊的平衡塊，所述平衡塊在所述頂部組件的旋轉提供一大體上與所述軸向延伸支架部分上在旋轉時的離心力相等或稍大的離心力，從而使所述平衡塊的力離心力趨向于使軸向延伸的支架部分夾持所述片狀元件。
9.用于干燥半導體圓片的旋轉干燥設備，所述設備包括一垂直的空心軸安排成用以作旋轉運動并于其下端部具有一驅動馬達，及于其上端部有一旋轉的頂部組件，其特征在于，-所述頂部組件包括一空心頂部元件同軸地安排在所述空心軸的上端部并具有一多個從該空心軸向外延伸的間隔著的旋臂對;-一多個T形臂，以一個T形臂放置于一旋臂對的兩臂之間并樞軸地連接到所述旋臂的外端部，所述T形臂各具有一軸向延伸的圓片一接合支架，各所述T形臂的其它支架在所述旋臂對之間徑向延伸到所述頂部元件內;-包括同軸地放置在所述空心軸中的傳動桿及在所述頂部元件中用以接合所述T形臂的內端部的致動裝置;-用以將與所述軸同軸的致動裝置偏移向所述電動機的裝置以將所述圓片-接合支架部分朝向所述頂部組件的中央移動到一圓片-接合位置的偏移裝置;-放置在穿過所述傳動桿和穿過所述軸向外延伸并連接到一軸襯;-放置在圍繞所述軸并安排成選擇性接合所述軸襯的叉形件裝置;傳動器裝置安排成在所述軸的軸向上移動所述叉形件以接合所述軸襯并向上地移動所述致動裝置以反抗位移裝置的力，從而將所述圓片一接合支架部分從圓片-接合位置向外地移動;-周邊地圍繞所述旋轉頂部組件并具有直徑較所述旋轉頂部組件的直徑為大的開口的上端部的第一抑制裝置，所述第一抑制裝置在鄰近所述T形臂的所述圓片-接合支架部分具有向下的和向外的傾斜的中間部分，在所述第一抑制裝置的下部部分放置排水裝置;-緊貼地并固定地放置在圍繞所述旋轉臂并從所述第一抑制裝置的下部部分向內地加以隔開的第二抑制裝置，所述第二抑制裝置終止于上端部恰好在所述臂之間的所述樞軸連接之上方;-一用于所述第二抑制裝置的蓋罩裝置連接到所述頂部組件并從所述頂部組件的中央向外延伸超過軸向延伸的所述T形臂的圓片-接合支架部分，并在極接近第二抑制裝置的上端部終止，從而使所述第二抑制裝置和所述蓋罩裝置大體上防止了由于所述頂部的旋轉在圍繞所述圓片所產生的氣流;-所述T形臂被提供以放置在從所述圓片一接合支架部分的所述樞軸連接的相對邊的平衡塊，所述平衡塊由于頂部組件的旋轉提供一大體上與在旋轉時所述圓片-接合支架部分上的離心力相等或稍大的離心力，從而所述平衡塊的離心力趨向于使所述圓片-接合支架部分夾持所述片狀部件;-用以升舉所述旋轉頂部組件至一其中所述圓片-接合支架部分被放置在所述第一抑制裝置的開口上端部的位置的裝置，及-一第一對噴咀裝置用以在旋轉操作過程的第一部分將液體射向所述圓片的兩表面上，及-一第二對噴咀裝置用以在旋轉操作過程的第二部分將惰性氣體射向所述圓片的兩表面上。
專利摘要
一用于干燥半導體圓片的旋轉干燥設備。其中該圓片只是在其邊緣部分被一多個徑向延伸臂所接觸，且其中提供以用以防止在旋轉干燥步驟期間由于該臂的旋轉的扇狀影響而產生湍流空氣流及由于旋轉干燥設備本身的操作所攪動的雜質重新污染已清洗干凈及干燥的圓片表面。
文檔編號F26B21/14GK87103644SQ87103644
公開日1987年12月2日 申請日期1987年5月16日
發明者杰拉爾德·馬丁·卡爾 申請人:伊斯曼柯達公司