УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНЯТИЯ ФАСКИ ПРИ ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН Российский патент 2001 года по МПК H01L21/304 

Изобретение может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов, а также в машиностроении.

Наиболее близким является устройство для снятия фаски при финишной обработке полупроводниковых пластин (патент A 2 0515036 от 21.04.92 г., EP), в котором полупроводниковая пластина, закрепленная в вакуумном держателе, может перемещаться по окружности вокруг оси держателя; при этом она прижимается торцом к поверхности стола со шлифующей поверхностью. Обработка пластины начинается, когда пластина наклонена к поверхности стола под углом, близким к 0^o. В процессе обработки угол наклона пластины непрерывно или ступенчато увеличивается, достигая к концу обработки значения, близкого к 180^o. Устройство имеет два привода для вращения стола и пластины и один привод для изменения угла наклона держателя пластины.

Недостатками данного устройства являются: сложное вакуумное крепление пластины к держателю, наличие трех приводов взаимного перемещения пластины и стола со шлифующей поверхностью, что уменьшает надежность устройства, ограниченный участок пластины, к которому прикладывается усилие шлифования, что вызывает концентрацию напряжений в материале пластины и, как следствие, увеличивает бой пластин на последующих стадиях обработки.

Техническая задача изобретения - повышение процента выхода годных изделий, уменьшение стоимости обработки, сокращение времени вспомогательных операций.

Техническая задача достигается тем, что в устройстве для снятия фаски с пластин, содержащем корпус, привод вращения пластины и шлифующую поверхность, корпус содержит центральную - цилиндрическую и периферийную - кольцевую пневматические камеры, разделенные цилиндрической перегородкой, сообщающиеся с магистралями подачи сжатого воздуха через регулируемые пневмоклапаны, которые соединены с устройством управления; привод вращения пластины выполнен в виде усеченного конуса, боковая поверхность которого неподвижна и одновременно представляет собой шлифующую поверхность, а в меньшем основании усеченного конуса - в дне конического гнезда - выполнены центральное отверстие и наклонные сопла, направленные по касательной к окружности, концентричной конической шлифующей поверхности, и соединенные, соответственно, с центральной и периферийной пневматическими камерами, расположенными под дном конического гнезда, в котором установлен датчик скорости вращения полупроводниковой пластины.

Устройство содержит корпус 1 (фиг. 1 и фиг.2), коническое гнездо 2, боковая поверхность которого одновременно является шлифующей. В дне 3 конического гнезда выполнены наклонные сопла 4 (фиг. 3), равномерно расположенные по окружности, меньшей, чем диаметр дна 3 конического гнезда 2, и соединенные с периферийной пневмокамерой 5, которая имеется в корпусе 1. Устройство также содержит центральное отверстие 9 для регулирования давления под пластиной (фиг. 4), при котором она могла бы одновременно вращаться и прижиматься к шлифующей поверхности (см. статьи: Абрамов Г. В. Исследование влияния воздушной прослойки на устойчивость вращения изделия на воздушной прослойке. // Теоретические основы проектирования технологических систем и оборудования автоматизированных производств. Межвузовский сборник научных трудов. Выпуск 2. - Воронеж, 1996; Кочетов В.И., Кущев Б.И., Попов Г.В. Влияние конструктивных параметров на кинематику пневмовихревых устройств технохимической обработки деталей типа "тонкий сплошной диск". // Электронная промышленность. 1989 г. - Выпуск 6 - с. 22-23). Центральное отверстие 9 соединено с центральной пневмокамерой 6, расположенной в корпусе 1. Привод вращения пластины выполнен в виде конического гнезда 2 с наклонными соплами 4 в дне 3 конического гнезда 2. Помимо этого дно конического гнезда содержит датчик 7 определения скорости вращения пластины 10, например фотодиод, связанный с устройством управления 8. При этом радиус расположения датчика 7 в дне конического гнезда должен быть больше, чем расстояние от центра до базового среза пластины, и меньше радиуса пластины. Также устройство управления соединено с пневмоклапанами (пневматическими исполнительными механизмами) 11 и 12, регулирующими подачу сжатого воздуха из магистрали 13 в пневмокамеры 5 и 6.

Устройство работает следующим образом. Пластина 10 по пневмотранспортеру (не показан) перемещается в коническое гнездо 3. В это время периферийная пневмокамера 5 посредством пневмоклапана 11 соединена с воздушной магистралью 13 и сжатый воздух поступает в наклонные сопла 4, из которых наклонные струи воздуха выходят по касательной к окружности, на которой расположены сопла, и создают между пластиной и коническим гнездом пневмовихревую прослойку, увлекая ее во вращение. Расход воздуха подбирается таким образом, что через промежуток времени t₀ пластина начинает вращаться с постоянной угловой скоростью w₀, при этом воздух выдувается из-под пластины и под нею создается вакуум. Причем образующееся разрежение достаточно для вращения пластины и прижатия ее к шлифующей поверхности.

Для обоснования возможности создания такого давления под пластиной воспользуемся уравнением для максимального усилия, притягивающего пластину к дну конического гнезда (см. статью: Абрамов Г. В. К вопросу о разработке адаптивного устройства нанесения полимерных покрытий на подложки центрифугированием. Теоретические основы проектирования аэродинамических систем оборудования автоматизированных производств. / Вузовский сборник трудов, Воронеж: ВТИ, 1993. - с. 162-170):

где R_п - радиус пластины;
P(r) - распределение давления вдоль радиуса пластины;
r - текущая радиальная координата;
ρ - плотность воздуха;
Q₁ - расход воздуха через периферийную пневмокамеру;
S₁ - площадь сечения сопла;
N - количество сопел;
α - угол наклона сопел, создающих вращение пластины;
Q₂ - расход воздуха через периферийную пневмокамеру;
S₂ - площадь центрального отверстия.

Распределение давления P(r) можно найти путем численного интегрирования уравнения:

где h - толщина воздушной прослойки между пластиной и корпусом;
ν - коэффициент кинематической вязкости воздуха;
угловая скорость вращения пластины.

В качестве граничного условия использовалось равенство давления на краю пластины атмосферному. (См. статью: Абрамов Г. В., Битюков В. К., Попов Г. В. Математическое моделирование процесса управления пневмовихревой центрифугой. // Автоматизация проектирования и управления в технологических системах: Межвузовский сборник научных трудов - Воронеж, ВГУ, 1990. - с. 79-82).

После засветки датчика 7 (сигнала о том, что пластина находится в коническом гнезде) устройство управления 8 посредством пневмоклапана 12 подключает центральную пневмокамеру 6 к воздушной магистрали 13 для регулирования давления под пластиной, при котором она вращается, прижимаясь к шлифующей поверхности. Потом отсчитывается промежуток времени t₀. После засветки датчика 7 базовым срезом пластины (момент времени t₁) устройство управления дает команду пневмоклапану 11 на отключение периферийной пневмокамеры 5 от воздушной магистрали 13. Сжатый воздух перестает поступать в наклонные сопла 4. Устройство управления отсчитывает промежуток времени t₂, в течение которого пластина, прижимаемая к шлифуемой поверхности, останавливается и снимается с устройства. Остальные элементы устройства приводятся в исходное положение.

Данное устройство обладает рядом преимуществ: отсутствие механически движущихся частей, снятие фаски сразу по всему периметру пластины, возможность одновременного охлаждения при шлифовке пластины, простота контроля и регулирования усилия прижатия пластины к шлифующей поверхности, что все вместе уменьшает выход бракованных пластин.

Использование: при изготовлении полупроводниковых приборов, а также в машиностроении. Сущность изобретения: устройство состоит из корпуса, который содержит центральную - цилиндрическую и периферийную - кольцевую пневматические камеры, разделенные цилиндрической перегородкой, сообщающиеся с магистралями подачи сжатого воздуха через регулируемые пневмоклапаны, которые соединены с устройством управления; привода вращения пластины, выполненного в виде усеченного конуса, боковая поверхность которого неподвижна и одновременно представляет собой шлифующую поверхность, а в меньшем основании усеченного конуса - в дне конического гнезда - выполнены центральное отверстие и наклонные сопла, направленные по касательной к окружности, концентричной конической шлифующей поверхности, и соединенные соответственно с центральной и периферийной пневматическими камерами, расположенными под дном конического гнезда, в котором установлен датчик скорости вращения пластины. Техническим результатом изобретения является повышение процента выхода годных изделий, уменьшение стоимости обработки, сокращение времени вспомогательных операций. Данное устройство обладает рядом преимуществ: отсутствие механически движущихся частей, снятие фаски сразу по всему периметру пластины, возможность одновременного охлаждения при шлифовке пластины, простота контроля и регулирования усилия прижатия пластины к шлифующей поверхности. 4 ил.

Устройство для снятия фаски при финишной обработке полупроводниковых пластин, содержащее корпус, привод вращения обрабатываемой пластины, шлифующую поверхность, отличающееся тем, что корпус содержит центральную - цилиндрическую и периферийную - кольцевую пневматические камеры, разделенные цилиндрической перегородкой, сообщающиеся с магистралями подачи сжатого воздуха через регулируемые пневмоклапаны, которые соединены с устройством управления, привод вращения пластины выполнен в виде усеченного конуса, боковая поверхность которого неподвижна и одновременно представляет собой шлифующую поверхность, а в меньшем основании усеченного конуса - в дне конического гнезда выполнены центральное отверстие и наклонные сопла, направленные по касательной к окружности, концентричной конической шлифующей поверхности и соединенные, соответственно, с центральной и периферийной пневматическими камерами, расположенными под дном конического гнезда, в котором установлен датчик скорости вращения пластины.