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 А2 0515036 от 21.04.92 г., ЕР), 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, новым является то, что корпус содержит центральную - цилиндрическую и периферийную - кольцевую пневматические камеры, разделенные цилиндрической перегородкой, сообщающиеся с магистралью подачи сжатого воздуха, привод вращения пластины выполнен в виде усеченного конического гнезда, в меньшем основании которого выполнены центральное отверстие и наклонные сопла, направленные по касательным к окружности, концентричной основанию усеченного конического гнезда и соединенные, соответственно, с центральной и периферийной пневматическими камерами, расположенными под основанием усеченного конического гнезда, которое соединено по большему основанию с коническим сектором, расположенным над усеченным коническим гнездом, шлифующие боковые поверхности усеченного конического гнезда и конического сектора изготовлены из абразивного материала, углы наклона, высоты, диаметры больших и меньших оснований которых равны, причем корпус устройства наклонен в сторону установленного конического сектора под углом 10-45^o к горизонтали, а в основании усеченного конического гнезда установлен датчик скорости вращения пластины.

Устройство, наклоненное под углом 10-45^o к горизонтали в сторону установленного конического сектора 9 (угол наклона выбирается в зависимости от требуемого усилия прижатия пластины к шлифующей поверхности конического сектора 9 и к шлифующей поверхности усеченного конического гнезда 2) содержит корпус 1 (фиг. 1), конический сектор 9, усеченное коническое гнездо 2 со шлифующей поверхностью. В основании 3 усеченного конического гнезда 2 выполнены наклонные сопла 4 (фиг. 3), равномерно расположенные по окружности, меньшей, чем диаметр основания 3 усеченного конического гнезда 2, и соединенные с периферийной пневмокамерой 5, которая имеется в корпусе 1. Устройство также содержит центральное отверстие 8 для регулирования давления под пластиной 10, при котором она могла бы одновременно вращаться, так чтобы ее ось вращения стремилась бы совпасть с осью всего устройства и прижималась бы к шлифующим поверхностям конического сектора 9 и усеченного конического гнезда 2 (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. - вып. 6 - с. 22-23). Центральное отверстие 8 соединено с центральной пневмокамерой 6, расположенной в корпусе 1. Привод вращения пластины выполнен в виде усеченного конического гнезда 2 с наклонными соплами 4 в его основании. Помимо этого основание усеченного конического гнезда содержит датчик 7 определения того, что находится ли пластина в усеченном коническом гнезде 2 и ее скорости вращения, например, фотодиод. При этом радиус расположения датчика 7 в основании 3 усеченного конического гнезда 2 должен быть больше, чем расстояние от центра до базового среза пластины и меньше радиуса пластины.

Устройство работает следующим образом. Пластина 10 по пневмотранспортеру (не показан) перемещается в усеченное коническое гнездо 2. В это время периферийная пневмокамера 5 соединяется с воздушной магистралью 11 и сжатый воздух поступает в наклонные сопла 4, из которых наклонные струи воздуха выходят по касательным к окружности, на которой расположены сопла и создают между пластиной и усеченным коническим гнездом пневмовихревую прослойку, увлекая ее во вращение. Расход воздуха подбирается таким, чтобы пластина начала вращаться, при этом воздух будет выдуваться из-под пластины, так что под ней будет образовываться разрежение, достаточное для вращения пластины и прижатия ее нижней стороной к шлифующей поверхности усеченного конического гнезда 2. Так как устройство наклонено, то под действием собственного веса пластина будет при вращении смещаться в сторону конического сектора 9 и прижиматься своей верхней поверхностью к его шлифующей конической поверхности. Причем чем больше угол наклона устройства, тем больше усилие прижатия пластины 10 к коническому сектору 9, но при угле наклона устройства меньше 10^o пластина слабо прижимается к коническому сектору, а при угле наклона устройства больше 45^o изменяются параметры пневмовихревой прослойки и пластина перестает вращаться.

Для обоснования возможности создания такого давления под пластиной воспользуемся уравнением для максимального усилия, притягивающего пластину к основанию усеченного 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;
ω - 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 усеченном коническом гнезде) необходимо подключить центральную пневмокамеру 6 к воздушной магистрали 11 для регулирования давления под пластиной, при котором она будет вращаться, прижимаясь к шлифующим поверхностям. После снятия фаски необходимого размера необходимо отключить периферийную пневмокамеру 5 от воздушной магистрали 11. При этом сжатый воздух перестанет поступать в наклонные сопла 4, а пластина остановится.

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

Использование: при изготовлении полупроводниковых приборов, а также в машиностроении. Сущность изобретения: корпус устройства для снятия фаски содержит центральную - цилиндрическую и периферийную - кольцевую пневматические камеры, разделенные цилиндрической перегородкой, сообщающиеся с магистралью подачи сжатого воздуха, привод вращения пластины выполнен в виде усеченного конического гнезда, в меньшем основании которого выполнены центральное отверстие и наклонные сопла, направленные по касательным к окружности, концентричной основанию усеченного конического гнезда, и соединенные, соответственно, с центральной и периферийной пневматическими камерами, расположенными под основанием усеченного конического гнезда, которое соединено по большему основанию с коническим сектором, расположенным над усеченным коническим гнездом, шлифующие боковые поверхности усеченного конического гнезда и конического сектора изготовлены из абразивного материала, углы наклона, высоты, диаметры больших и меньших оснований которых равны, причем корпус устройства выполнен с наклоном в сторону установленного конического сектора под углом 10-45° к горизонтали, а в основании усеченного конического гнезда установлен датчик скорости вращения пластины. Техническим результатом изобретения является повышение процента выхода годных изделий, уменьшение стоимости обработки, сокращение времени вспомогательных операций. 1 с.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство для снятия фаски при финишной обработке полупроводниковых пластин, содержащее корпус, привод вращения обрабатываемой пластины, шлифующие поверхности, отличающееся тем, что корпус содержит центральную - цилиндрическую и периферийную - кольцевую пневматические камеры, разделенные цилиндрической перегородкой, сообщающиеся с магистралью подачи сжатого воздуха, привод вращения пластины выполнен в виде усеченного конического гнезда, в меньшем основании которого выполнены центральное отверстие и наклонные сопла, направленные по касательным к окружности, концентричной основанию усеченного конического гнезда и соединенные, соответственно, с центральной и периферийной пневматическими камерами, расположенными под основанием усеченного конического гнезда, которое соединено по большему основанию с коническим сектором, расположенным над усеченным коническим гнездом, шлифующие боковые поверхности усеченного конического гнезда и конического сектора изготовлены из абразивного материала, углы наклона, высоты, диаметры больших и меньших оснований которых равны, причем корпус устройства выполнен с наклоном в сторону установленного конического сектора под углом 10 - 45^o к горизонтали, а в основании усеченного конического гнезда установлен датчик скорости вращения пластины.