Установка для двухсторонней вертикальной очистки поверхности круглых пластин полупроводниковых и оптических материалов

Установка для двухсторонней вертикальной очистки поверхности круглых пластин полупроводниковых и оптических материалов

Реферат

Изобретение относится к области производства пластин, которые в дальнейшем применяются для изготовления различных оптико-электронных элементов и устройств. Выращенные кристаллы проходят достаточно сложный технологический цикл, связанный с разрезанием кристаллов на отдельные пластины, их шлифованием и полированием. Финишной операцией, предшествующей, например, нанесению эпитаксиальных слоев, является очистка поверхности полированных пластин. Для осуществления очистки применяются различные химические и механические установки.

Известно устройство для очистки полупроводниковых и стеклянных пластин, содержащее опорный механизм, имеющий вертикальные стойки для поддержки подлежащих очистке пластин в горизонтальном положении, два чистящих валика, которые размещаются оппозитно с обеих сторон пластин, и приводной механизм, обеспечивающий вращательное движение валиков [US №5675856, 15/97, опубл. 14.10.1997).

При работе устройства очищаемый диск вращается под действием валиков, которые крутятся в противоположных направлениях. При этом «всплытие» диска над поверхностью опор обеспечивается в результате подачи воздуха под давлением через отверстия, расположенные в вертикальных стойках опорного механизма. Валики также имеют возможность совершения возвратно-поступательного перемещения. Чистящий состав или воду подают из форсунок, установленных с обеих сторон очищаемой пластины.

Данное известное решение принято в качестве прототипа для заявленного объекта.

Недостатком известного устройства является его сложность. Горизонтальное расположение очищаемой пластины в форме диска требует использования специального пневматического устройства для обеспечения «всплытия» диска в процессе чистки. Другим недостатком является невысокая степень очистки, поскольку загрязняющие пластину вещества и твердые частицы, оставшиеся после полировки (предшествующей данной операции), внедряются в поверхность упругих валиков, что может в дальнейшем привести к их повторному нанесению на поверхность очищаемых пластин. Для избежания такого нежелательного эффекта требуется частая замена валиков.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по созданию простой по конструкции и эффективной установки для очистки пластин после завершения их механической обработки.

Технический результат изобретения выражается в повышении степени чистоты очистки пластин, увеличении производительности, повышении срока службы чистящих элементов.

Поставленный технический результат достигается тем, что в установке для очистки пластин, содержащей чистящие щетки, размещенные по обеим сторонам пластины, устройства для подачи моющего раствора и деионизованной воды, опорно-направляющий механизм для поддержки пластины и приводной механизм чистящих щеток, имеется механизм поочередной выгрузки пластин из кассеты и перемещения их на позицию обработки, опорно-направляющий аппарат размещен в вертикальной плоскости и имеет несколько размещенных по окружности роликов, один из которых является ведущим, образующим центрифугу, а с одной из сторон опорно-направляющего аппарата на расстоянии 5÷20 мм от поверхности пластины размещена форсунка генератора мегазвуковых колебаний, совершающая возвратно-поступательные движения от центра к краю пластины и очищающая поверхность пластины струей деионизованной воды с наложением мегазвуковых колебаний с последующей двухсторонней промывкой деионизованной водой на центрифуге, сушкой центрифугованием с подачей азота, а также имеется механизм поочередной выгрузки пластин с позиции обработки и загрузки их в кассету.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.

На чертеже показана блок-схема установки для двухсторонней вертикальной очистки поверхности круглых пластин полупроводниковых и оптических материалов.

Согласно настоящему изобретению рассматривается конструкция установки, предназначенной для индивидуальной автоматической двусторонней вертикальной очистки поверхности круглых пластин полупроводниковых и оптических материалов с помощью щеток и мегазвука.

Установка содержит чистящие элементы, размещаемые по обеим сторонам обрабатываемой пластины, устройства для подачи моющего раствора на обе стороны обрабатываемой пластины, опорно-направляющий механизм для поддержки обрабатываемой пластины и приводной механизм для чистящих элементов, механизм поочередной выгрузки подлежащих обработке пластин из кассеты и перемещения их на позицию обработки, центрифугу, с одной из сторон которой на расстоянии 5÷20 мм от поверхности пластины размещена форсунка генератора мегазвуковых колебаний, выполненная с возможностью возвратно-поступательного движения от центра к краю обрабатываемой пластины для очистки поверхности обрабатываемой пластины струей деионизованной воды с наложением мегазвуковых колебаний с последующей двухсторонней промывкой деионизованной водой и сушкой центрифугованием в среде азота, механизм поочередной выгрузки пластин с позиции обработки и загрузки их в кассету, при этом опорно-направляющий механизм выполнен с возможностью поддержки обрабатываемой пластины в вертикальной плоскости.

Установка состоит из следующих основных узлов:

Поз.1 - механизм перемещения кассеты;

Поз.2 - механизм выгрузки пластин из кассеты (лифт "1");

Поз.3 - механизм очистки пластин щетками;

Поз.4 - центрифуга;

Поз.5 - механизм загрузки пластин в ванну и выгрузки из ванны (лифт "2");

Поз.6 - транспортер "1";

Поз.7 - транспортер "2";

Поз.8. - механизм перемещения форсунки;

Поз.9 - механизм загрузки пластин в центрифугу (лифт "3");

Поз.10 - механизм выгрузки пластин из центрифуги (лифт "4");

Поз.11 - фиксатор;

Поз.12 - толкатель;

Поз.13 - механизм загрузки пластин в кассету (лифт "5").

Управление установкой осуществляется от микропроцессора. Технологическая программа работы установки задается с помощью блока управления и задания программы, содержащего клавиатуру и плоский малогабаритный дисплей. На данной установке выполняются следующие операции:

а) автоматическая выгрузка из кассеты пластины и перемещение ее на позицию обработки.

б) Выполнение операций:

- индивидуальная 2-сторонняя очистка щетками с подачей моющих растворов или деионизованной воды;

- индивидуальная мегазвуковая очистка с деионизованной водой;

- двухсторонняя промывка деионизованной водой;

- сушка центрифугованием с подачей азота.

в) Снятие пластины с транспортера и загрузка ее в кассету.

Установка снабжена бидоном-термостатом для подачи теплого раствора на позицию обработки.

В случае полной готовности установки к проведению процесса обработки (обеспечена энергетика, задана программа, подготовлен раствор и т.д.) порядок работы осуществляется следующим образом:

Механизм выгрузки пластин 2 (лифт 1) при перемещении вверх забирает пластину из кассеты и перемещает ее в зону действия транспортера 6. Транспортер 6 своим носителем подходит под пластину, расположенную на носителе лифта 1, и лифт перемещается вниз. При этом пластина остается на носителе транспортера 6, а лифт 1 опускается до исходного положения.

Далее транспортер 6 перемещает пластину в зону действия механизма 5 (лифт 2) и останавливается. Лифт 2 поднимает свой носитель вверх и снимает пластину с носителя транспортера 6, приподнимая ее вверх.

Транспортер 6 уводит свой носитель в исходное положение, а лифт 2 опускает пластину в ванну обработки щетками и устанавливает ее торцом на два ролика. При этом носитель лифта 2 уходит ниже уровня роликов и занимает положение, не касаясь пластины.

Ролики, на которых располагается пластина, начинают вращаться, заставляя вращаться пластину. Вращающиеся щетки подводятся с двух сторон к пластине. Подается моющий раствор и происходит двухсторонняя отмывка поверхности пластины. После промывки в растворе пластина промывается в деионизованной воде. Раствор и вода подаются на обе стороны пластины. Скорость вращения пластин и щеток регулируются. Прижим щеток к пластине можно задавать по программе. После окончания процесса отмывки пластины щетками щетки отводятся в сторону и вращение роликов, на которых расположена пластина, прекращается.

Лифт 2 поднимает свой носитель вверх и по пути, захватывая пластину, снимает ее с роликов и поднимает вверх в зону действия транспортера 6. Транспортер 6 своим носителем подходит под пластину, расположенную на лифте 2, и останавливается. Лифт 2 опускается вниз, оставляя пластину на носителе транспортера 6. Транспортер 6 переносит пластину на следующую позицию обработки - центрифугу 4, в зону действия механизма загрузки пластин в центрифугу 9 (лифт 3) и механизма выгрузки пластин из центрифуги 10 (лифт 4). Лифт 3 поднимается вверх (планшайба центрифуги при этом находится в ориентированном положении) и по пути снимает пластину с транспортера 6. Транспортер 6 уходит за следующей пластиной, для того чтобы загрузить механизм очистки щетками, а лифт 3 опускает пластину вниз в ванну и устанавливает ее на планшайбу центрифуги, при этом пластина располагается на планшайбе на роликах. Лифт 3, оставляя пластину на планшайбе, уходит дальше вниз, чтобы не мешать выполнению процесса обработки.

Пластина устанавливается на планшайбе центрифуги, фиксируется на планшайбе с помощью фиксатора 11, который перемещает ограничительный штифт на планшайбе, тем самым сохраняя пластину от выпадения при обработке. Ротор центрифуги освобождается от фиксации в ориентированном положении. Заслонка ванны центрифуги закрывается, и начинается вращение планшайбы вместе с пластиной с заданным числом оборотов. Подается вода на форсунку мегазвуковую, и форсунка начинает сканирование в радиальном направлении, одновременно включается генератор и подача деионизованной воды на обратную сторону пластины. Происходит мегазвуковая очистка пластины с заданным временем. После выполнения мегазвуковой очистки сканирование форсунки прекращается, и форсунка останавливается напротив центра пластины. Генератор отключается. Но на пластину с обеих сторон продолжает подаваться деионизованная вода. Вращение пластины также продолжается, т.е. совершается операция промывки пластины с заданным временем. После выполнения операции промывки подача деионизованной воды прекращается.

Планшайба центрифуги с пластиной переходит на повышенные обороты, и начинается операция сушки пластины методом центрифугования с заданным числом оборотов и с заданным временем обработки. После окончания времени сушки ротор центрифуги с планшайбой и пластиной останавливается. Планшайба с пластиной ориентируется в определенном положении. Заслонка отходит в сторону, освобождая место для пластины и носителя механизма выгрузки пластины 10 (лифт 4) из центрифуги. Толкатель совершает движение, освобождая пластину на планшайбе.

Носитель транспортера 7 уходит влево за плоскость размещения обрабатываемой пластины, лифт 4 опускается в ванну центрифуги, перемещает горизонтально под пластину свой носитель и поднимается вверх, по пути снимая пластину с роликов планшайбы и поднимая ее в зону действия транспортера 7.

Транспортер 7 перемещает свой носитель под пластину, и лифт 4 опускается, оставляя пластину на роликах носителя транспортера. Транспортер 7 переносит пластину в сторону механизма перемещения приемной кассеты и останавливается над носителем механизма загрузки пластин в кассету 13 (лифт 5). Лифт поднимает свой носитель вверх и снимает пластину с транспортера 7. Транспортер 7 отходит в сторону и носитель лифта 5 опускается вниз, по пути укладывая обработанную пластину в очередную ячейку приемной кассеты. На этом процесс обработки пластины заканчивается.

Пластины обрабатываются одна за одной, в порядке их размещения в разгрузочной кассете.

На позиции обработки пластин щетками имеется механизм разведения и сведения щеток, который имеет привод от шагового электродвигателя. Благодаря этому обстоятельству имеется возможность регулировки прижима щеток к пластине.

В реализованной на практике установке при очистке поверхности полированных пластин сапфира диаметром 50,8 и 76,2 мм число оборотов планшайбы в режимах чистки и промывки меняли в диапазоне от 300 до 1800 об/мин, а в режиме сушки от 3000 до 10000 об/мин. В качестве моющего раствора использовали 0,05% водный раствор синтанола. Диаметр сопел 2÷4 мм. Расход моющего раствора и воды, подаваемых через сопла, изменяли от 0,1 до 1,5 л/мин. Частота колебаний, создаваемых мегазвуковым генератором, 1600 кГц, а диапазон изменения мощности 20-50 Вт. Время полной обработки одной пластины в зависимости от выбранного режима составляло от 1 до 3 минут.

Проведенная серия испытаний подтвердила промышленную применимость установки.

Установка для двухсторонней вертикальной очистки поверхности круглых пластин полупроводниковых и оптических материалов, содержащая чистящие элементы, размещаемые по обеим сторонам обрабатываемой пластины, устройства для подачи моющего раствора на обе стороны обрабатываемой пластины, опорно-направляющий механизм для поддержки обрабатываемой пластины и приводной механизм для чистящих элементов, отличающаяся тем, что она снабжена механизмом поочередной выгрузки подлежащих обработке пластин из кассеты и перемещения их на позицию обработки, центрифугой, с одной из сторон которой на расстоянии 5÷20 мм от поверхности пластины размещена форсунка генератора мегазвуковых колебаний, выполненная с возможностью возвратно-поступательного движения от центра к краю обрабатываемой пластины для очистки поверхности обрабатываемой пластины струей деионизованной воды с наложением мегазвуковых колебаний с последующей двухсторонней промывкой деионизованной водой и сушкой центрифугованием в среде азота, а также механизмом поочередной выгрузки пластин с позиции обработки и загрузки их в кассету, при этом опорно-направляющий механизм выполнен с возможностью поддержки обрабатываемой пластины в вертикальной плоскости.