УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЕГАЗВУКОВОЙ ОЧИСТКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН Российский патент 2001 года по МПК B08B3/12 

Изобретение относится к технике индивидуальной очистки изделий и может быть использовано, например, в производстве полупроводниковых приборов на операциях мегазвуковой очистки пластин кремния, а также фотошаблонов.

Широко известны способы и устройства ультразвуковой очистки пластин в специальных ваннах [1], в которых УЗ-преобразователь (пьезоизлучатель), как правило, присоединяют к дну или стенкам ванны с жидкостью, что вызывает их вибрацию, посылая УЗ-волны в жидкость. В результате в ней возникает кавитация, обеспечивающая интенсивную очистку изделий. Очистка изделий в этом случае производится в объеме и является групповой, что не обеспечивает качественную очистку изделий из-за всевозможных вносимых загрязнений. Кроме того, при применении УЗ-очистки на низких частотах 20 - 100 кГц в результате кавитации в жидкости происходит разрушение мелкоструктурных соединений и элементов на пластинах и фотошаблонах. Таким образом, низкочастотные системы оказываются непригодными при изготовлении структур с небольшими размерами.

В настоящее время на финишной очистке полупроводниковых пластин используют очистку щетками и струей высокого давления. Использование щеток наиболее эффективно лишь при очистке гладких пластин без топологического рисунка. При обработке пластин с топологическим рисунком используют струю высокого давления [2] . Однако очистка пластины струей высокого давления малопроизводительна, особенно для пластин большого диаметра и, кроме того, требует сложную аппаратурную реализацию, используя насос высокого давления, форсунку, фильтр, блок управления. Кроме того, очистка струей жидкости уже не дает желаемого результата в смысле качества очистки, так как вода, проходя через множество каналов, теряет свое качество.

Известна УЗ-установка для очистки поверхности изделия с помощью струи жидкости [3]. Это устройство совпадает с наибольшим количеством признаков и технической сущностью предлагаемого изобретения и потому выбрано заявителем в качестве прототипа. Известное устройство содержит ванну для очистки пластин с вакуумным столиком для их закрепления, цилиндрический корпус емкости, нижняя часть которого присоединена к соплу с помощью сварки, а другая - верхняя - к пьезоэлементу (пьезоизлучателю), укрепленному на фланце, служащем корпусом пьезоизлучателя, предназначением для удержания корпуса емкости и прикрепленном к держателю с помощью болтов. В боковой стенке корпуса емкости выполнена трубка для воды.

Очистка поверхности изделия, например полупроводниковой пластины, осуществляется на центрифуге с помощью струи жидкости, вытекающей из цилиндрического корпуса через сопло, выполненное скошенным таким образом, что придает струе форму плоской ленты. Жидкость под большим давлением, возбуждаемая УЗ-преобразователем с частотой 0,2 - 5 МГц направляется по нормали к поверхности пластины. Причем плоскость струи ориентирована по радиусу вращения пластины.

Недостатки известного устройства заключаются в следующем. Так как ультразвуковые колебания пьезоэлемента (пьезоизлучателя) распределяются неравномерно и также неравномерно они распределяются и по длине щели, из которой вытекает озвученная жидкость, то различные участки пластины очищаются неодинаково.

Кроме того, в известном устройстве пьезоизлучатель установлен с помощью фланца непосредственно на верхнем открытом основании корпуса емкости, что создает большую вероятность образования воздушных пузырьков на его поверхности, то есть между плоскостью пьезоизлучателя и озвучиваемой жидкостью, что приводит к значительному затуханию колебаний и, следовательно, ухудшает степень очистки полупроводниковых пластин. Значительное ослабление (затухание) колебаний наблюдается из-за очень малой ширины щели сопла, что приводит к неоправданным энергозатратам, связанным с необходимостью увеличения мощности генератора для получения нужного качества очистки пластин. Большие энергозатраты связаны и с большим размером сопла. При переходе на очистку пластин большего диаметра необходимо изменять размер сопла. Получение же узкой равномерной щели сопла достаточно трудная задача. При этом громоздкая система, установленная над обрабатываемой пластиной, является дополнительным источником загрязнений и дорога в изготовлении.

Предложенное устройство устраняет указанные недостатки и позволяет получить технический результат, выражающийся в обеспечении равномерности очистки пластин, следовательно, в повышении качества очистки, упрощении устройства, снижении энергозатрат. Технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем ванну для очистки с вакуумным столиком для закрепления их, цилиндрический корпус емкости со штуцером для подачи воды, сопло, закрепленное на корпусе емкости, пьезоизлучатель, корпус пьезоизлучателя, пьезоизлучатель размещен с помощью нажимного контакта пружины и диэлектрической шайбы на дне корпуса пьезоизлучателя, выполненного цилиндрической формы и установленного коаксиально в корпусе емкости таким образом, что боковые стенки упомянутых корпусов образуют кольцевую полость выше наружной плоскости дна корпуса пьезоизлучателя, при этом на внутренней и наружной поверхности дна корпуса пьезоизлучателя выполнены кольцевые канавки, а корпус емкости установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения его относительно ванны в плоскости обрабатываемой пластины. Закрепление пьезоизлучателя на дне корпуса его о помощью нажимного контакта, диэлектрической шайбы и пружины исключает применение специальных клеев и смол, приводящих к потере мегазвуковой энергии, и обеспечивает хорошее прилегание пьезоизлучателя к внутренней поверхности дна корпуса за счет притирки его, исключает необходимость использования трудновыполнимых закругленных краев нижней стенки, тем самым позволяет также уменьшить потери энергии.

Выполнение кольцевых канавок позволяет получить узкую перемычку в дне корпуса пьезоизлучателя, что уменьшает жесткость ее и исключает потери энергии на боковую стенку корпуса, обеспечивая передачу колебаний жидкости с меньшими потерями.

Образуемая боковыми стенками корпусов полость выше нижней плоскости дна корпуса пьезоизлучателя исключает образование пузырьков воздуха на ней, так как воздух под давлением воды смещается в верхнюю часть. Следовательно, исключаются потери энергии и повышается качество очистки.

Возможность сканирования корпуса по радиусу в плоскости обрабатываемой пластины от периферии к центру и обратно в процессе ее центрифугирования обеспечивает равномерность взаимодействия мегазвуковых волн с пластиной и равномерную очистку ее по всей плоскости.

Выполнение сопла в сечении небольших размеров (порядка 3 - 4 мм) обеспечивает концентрацию энергии в небольшом пучке, что в совокупности с другими признаками обеспечивает качественную очистку пластин с топологическим рисунком в несколько микрон.

Простота и легкость конструкции обеспечивают удобство и надежность в эксплуатации, снижают стоимость устройства.

Таким образом, предложенная совокупность существенных признаков является новой, обеспечивает технический результат и не вытекает очевидным образом из известного уровня техники. Следовательно, она соответствует критерию "изобретательский уровень".

Устройство для мегазвуковой очистки полупроводниковых пластин изображено на фиг.1 и фиг.2, где на фиг.1 показано схематично устройство в разрезе, на фиг.2 - вид сверху.

Устройство (фиг. 1) состоит из цилиндрического корпуса 1 емкости 2 со встроенным штуцером 3 для подачи воды, цилиндрического корпуса 4 пьезоизлучателя 5, коаксиально установленного в корпусе 1, образуя полость 6. Пьезоизлучатель 5 установлен на дне корпуса 4 с помощью нажимного контакта 7, диэлектрической шайбы 8, пружины 9. Подвод энергии от генератора 10 (фиг.2) к излучателю осуществляется через разъем 11. На верхней и нижней плоскости дна корпуса 4 выполнены кольцевые канавки 12. В нижней части корпуса 1 жестко установлено коническое сопло 13. Корпус 1 установлен на кронштейне 14, соединенном с приводным механизмом (не показано), обеспечивающим возвратно-поступательное перемещение его по радиусу в плоскости обрабатываемой пластины 15 от периферии к центру, и наоборот. Пластина 15 установлена с возможностью вращения от привода 16 на вакуумном столике 17 ванны 18.

Устройство работает следующим образом. Обрабатываемую пластину 15 (фиг. 1, фиг. 2) размещают на вакуумном столике 17 и вращают от привода 16. Через штуцер 3 в устройство подают воду под давлением, которая заполняет полость 6 и емкость 2 и выходит из сопла 13, попадая на обрабатываемую пластину 15. От генератора 10 (фиг.2) на пьезоизлучатель 5 подают напряжение, и пьезоизлучатель начинает вырабатывать колебания с частотой 1 мГц, озвучивая воду, находящуюся в полости 6 и емкости 2. Озвученная вода, выходящая из сопла 13, омывает поверхность обрабатываемой пластины и смывает загрязнения за счет мегазвуковых колебаний с поверхности пластин. Для равномерной обработки всей поверхности пластины устройство совершает колебания от периферии к центру пластины, и наоборот. После окончания времени обработки центрифуга останавливается, генератор выключается, и устройство отходит в исходное положение.

Промышленное применение устройства позволит повысить качество очистки полупроводниковых пластин для структур с размерами элементов порядка нескольких микрон, кроме того, позволит использовать его для пластин и фотошаблонов большого диаметра, снизить энергозатраты и упростить изготовление его.

Проведены лабораторные испытания устройства. Получены положительные результаты.

Источники информации
1. Березин М. И. Технология и оборудование для очистки деталей и узлов изделий электронной техники// Обзоры по электронной технике, 1978, с. 2-4.

2. Патент США 3990462, кл. B 08 B 3/02, 1976.

3. Патент США 4326553, кл. В 08 B 3/00, 1980 (прототип).

Изобретение относится к технике индивидуальной очистки изделий и может быть использовано, например, в производстве полупроводниковых приборов на операциях мегазвуковой очистки пластин кремния, а также фотошаблонов. Устройство содержит ванну для очистки с вакуумным столиком для закрепления пластин, цилиндрический корпус емкости со штуцером для подачи воды, сопло, закрепленное на корпусе емкости, пьезоизлучатель, размещенный с помощью нажимного контакта пружины и диэлектрической шайбы на дне корпуса пьезоизлучателя, выполненного цилиндрической формы и установленного коаксиально в корпусе емкости таким образом, что боковые стенки упомянутых корпусов образуют кольцевую полость выше наружной плоскости дна корпуса пьезоизлучателя. На внутренней и наружной поверхности дна корпуса пьезоизлучателя выполнены кольцевые канавки, а корпус емкости установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения его относительно ванны в плоскости обрабатываемой пластины. Такое выполнение повышает качество очистки пластин, снижает энергозатраты, упрощает устройство. 2 ил.

Устройство для мегазвуковой очистки полупроводниковых пластин, содержащее ванну для очистки пластин с вакуумным столиком для закрепления их, цилиндрический корпус емкости со штуцером для подачи воды, сопло, закрепленное на корпусе емкости, пьезоизлучатель, корпус пьезоизлучателя, отличающееся тем, что пьезоизлучатель размещен с помощью нажимного контакта, пружины и диэлектрической шайбы на дне корпуса пьезоизлучателя, выполненного цилиндрической формы и установленного коаксиально в корпусе емкости таким образом, что боковые стенки упомянутых корпусов образуют кольцевую полость выше наружной плоскости дна корпуса пьезоизлучателя, при этом на внутренней и наружной поверхности дна корпуса пьезоизлучателя выполнены кольцевые канавки, а корпус емкости установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения его относительно ванны в плоскости обрабатываемой пластины.