УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОЧИСТКИ ПЛАСТИН Российский патент 2002 года по МПК B08B3/12 

Изобретение относится к технике ультразвуковой очистки изделий и может быть использовано в производстве полупроводниковых приборов на операциях очистки полупроводниковых пластин с помощью ультразвука, а также мегазвука.

Широко известны способы и устройства для ультразвуковой (УЗ) очистки изделий [1, 2], в которых ультразвуковой преобразователь установлен на дне ванны. УЗ-колебания от преобразователя передаются жидкости, в результате чего происходит отмывка изделий. Однако, поскольку пластины находятся в разных условиях отмывки вследствие неравномерности распределения УЗ-поля, известные устройства не обеспечивают равномерную очистку поверхности пластин. Применение рефлектора [2] с неровной отражающей поверхностью, наклоненной под определенным углом к источнику УЗ-колебаний, усложняет конструкцию и не обеспечивает качество отмывки из-за использования ослабленных отраженных УЗ-волн.

Известно также ультразвуковое чистящее устройство [3] для чистки в статических условиях, содержащее резервуар, в котором находятся моющий раствор и подлежащие чистке полупроводниковые пластины, устанавливаемые вертикально в держателе параллельно одна другой, при этом каждая пластина отделена от соседней зазором определенной ширины. В нижней стенке держателя имеется отверстие, вытянутое на всю длину ряда установленных пластин, причем ширина этого отверстия меньше диаметра пластин, в результате чего только центральная часть последних находится непосредственно над отверстием. На дне резервуара под держателем расположена линза, одна поверхность которой открыта наружу в полость резервуара, а другая, выполненная плоской, обращена вниз. На плоской поверхности закреплен преобразователь, соединенный с генератором УЗ-колебаний. Поток УЗ-энергии, излучаемой преобразователем, расходящимся пучком направлен снизу вверх в направлении продольного отверстия в дне держателя, в результате чего достигается воздействие энергии на обе стороны каждой пластины, в том числе тех участков, которые расположены непосредственно над отверстием, что обеспечивает чистку неподвижных пластин.

Однако вследствие расфокусирования пучка УЗ-энергии снижается эффективность очистки пластин и не обеспечивается равномерная очистка пластин вследствие того, что поверхности пластины находятся в разных условиях очистки. Все это не обеспечивает хорошее качество процесса очистки.

Эта задача частично решается в устройстве для ультразвуковой обработки пластин [4] за счет возвратно-поступательного перемещения излучателя. Упомянутое выше устройство для обработки поверхностей полупроводниковых пластин содержит открытый сверху контейнер с рабочей жидкостью, куда погружают кассету с несколькими пластинами, установленными вертикально. Кассета с пластинами полностью погружена в жидкость. В нижней части контейнера расположен держатель с ультразвуковым преобразователем, формирующим ультразвуковой луч, направленный вверх по вертикальной плоскости пластины. Этот держатель в процессе обработки перемещают поперек контейнера параллельно поверхностям пластин, вследствие чего ультразвуковой луч обрабатывает поверхности пластин по всей их площади. Хотя излучатель и совершает возвратно-поступательное перемещение, озвучивая всю поверхность пластин, этому устройству также присуща неравномерность обработки пластин, обусловленная неравномерностью распределения ультразвуковой энергии по вертикали пластины.

Из известных наиболее близким по технической сущности является устройство для отмывки полупроводниковых пластин [5]. Устройство содержит ванну с моющим раствором, куда помещают кассету с пластинами, УЗ-преобразователь, установленный на дне ванны, механизм перемещения пластин, выполненный в виде ленточного привода. Недостаток известного устройства заключается в сложности аппаратурной реализации его, так как ленточный привод позволяет вращать только одну пластину. Для одновременного вращения всех пластин в кассете необходима широкая лента и соответствующий привод, который перекрывал бы зону действия ультразвуковых колебаний. При этом привод установлен и в рабочей ванне, и вне ее и он попеременно то входит в рабочую ванну, то выходит из нее, что требует дополнительных уплотняющих средств в стенке ванны и приводит к загрязнению моющего раствора. А это сказывается на качестве отмывки пластин, Кроме того, конструкция привода не позволяет получить вращение пластин с базовым срезом. Базовый срез упирается при этом в стенку кассеты и затормаживается. То есть это устройство имеет ограниченное применение и для массового производства непригодно.

Предложенное устройство позволяет устранить указанные недостатки и получить технический результат, выражающийся в повышении равномерности и качества очистки пластин, расширении технологических возможностей и упрощении конструкции.

Технический результат достигается тем, что механизм перемещения пластин выполнен в виде вала, имеющего в сечении форму четырехгранника, кинематически связанного с приводом вращения и установленного в передней и задней стойке механизма перемещения вне зоны действия мегазвуковых колебаний, при этом на одной из ребер четырехгранника выполнен продольный паз, в котором установлена эластичная пластина, выполненная из стойкого к моющему раствору материала, а сам четырехгранник выполнен из фторопласта.

Выполнение механизма перемещения в виде вала, имеющего в сечении форму четырехгранника, обеспечивает возвратно-поступательное перемещение пластин в вертикальной плоскости с одновременным вращением ее, что в совокупности с использованием ультразвука на частоте f≈l МГц (мегазвука) обеспечивает интенсификацию процесса, а также равномерность и качество очистки пластин. Кроме того, такое выполнение механизма перемещения не требует дополнительного второго привода, что упрощает конструкцию.

При повороте пластины наблюдается застревание ее в кассете. Эффект застревания пластин с базовым срезом устраняется благодаря действию на пластину одновременно двух перемещений (возвратно-поступательного и вращательного) за счет выполнения четырехгранного вала с эластичной пластиной на одной из граней. Это по сравнению с прототипом, предусматривающим обработку только круглых пластин, расширяет технологические возможности устройства. А выполнение эластичной пластины из стойкого к моющему раствору материала и четырехгранника из фторопласта исключает нарушение обрабатываемой пластины и исключает попадание загрязнений в рабочий объем.

Механизм перемещения, кинематически связанный с приводом вращения посредством промежуточных шестерен и установленный в его передней и задней стойках, образует в устройстве автономный блок с возможностью его демонтажа, что упрощает обслуживание его и устройства в целом по сравнению с ленточным приводом. Кроме прочего, размещение четырехгранника вне зоны действия излучателя, установленного на дне ванны по центру, исключает перекрытие ультразвуковых волн, что сказывается на равномерности распределения и воздействии их на пластины.

Таким образом, предложенная совокупность признаков является новой, обеспечивает положительный эффект, указанный в цели изобретения, и не вытекает очевидным образом из известного уровня техники.

Следовательно, она соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично изображены:
на фиг.1 - ванна для очистки пластин;
на фиг.2 - ванна для очистки пластин, вид сверху;
на фиг.3 - привод вращения механизма перемещения пластин;
на фиг.4 - схема распределения УЗ-энергии на частоте f≈1 МГц (мегазвука) по пластине.

Предлагаемое устройство для УЗ-очистки пластин (фиг.1-4) содержит ванну 1 с рабочей жидкостью, кассету 2 с пластинами 3, мегазвуковой излучатель 4. Пьезокерамический излучатель 4 приклеивают эпоксидной смолой к кварцевому стеклу 5, к которому в свою очередь приклеивают металлическую рамку 6. Весь блок в составе излучателя 4, стекла 5, рамки 6 прикрепляют ко дну ванны 1 с помощью винтов 7 через уплотнение 8.

Для предохранения пьезокерамического излучателя 4 от перегрева на излучатель подают поток азота через штуцер 9. Крышка 10, уплотнение 11 служат для защиты пьезокерамического излучателя от вредных паров. Для установки кассет 2 с пластинами 3 служат стойки поперечные 12. Перемещение пластин осуществляется с помощью механизма перемещения, выполненного в виде вала 13, имеющего форму четырехгранника и установленного с возможностью вращения в посадочных местах передней 14 и задней 15 стенок механизма перемещения (фиг. 2), стягиваемых с помощью планок 16.

Четырехгранный вал 13 (фиг.1, 2, 3) через ведущую шестерню 17, промежуточную шестерню 18, установленную на оси 19, взаимодействует с электродвигателем через ведущий вал 20.

На одном из ребер четырехгранника 13 выполнен продольный паз, в котором установлена эластичная пластина 21, выполненная из стойкого к рабочей жидкости материала (например, полиуретана), высотой h≈1,5 мм с коэффициентом трения, обеспечивающим преодоление сил трения базового среза пластины и стенки кассеты, что исключает застревание пластин в кассете при их вращении. Четырехгранник 13 выполнен из фторопласта.

Механизм перемещения автономно установлен вне зоны действия излучателя с возможностью демонтажа, что упрощает конструкцию устройства в целом, а также упрощает обслуживание его.

Устройство работает следующим образом. Кассету 2 с пластинами 3 (фиг.1, 2) помещают в ванну 1 и устанавливают на стойки 12. При этом пластины 3 опираются на вал 13 и приподнимаются над опорной площадкой (фиг.1). Включают генератор (не показан), и на пьезокерамический излучатель подается напряжение. Излучатель начинает работать. Волны УЗ-энергии на частоте f≈1 МГц (мегазвук) направляются вдоль поверхности полупроводниковых пластин. Высокочастотные волны периодически ударяют частицы, находящиеся на поверхности пластин. Жидкость при этом пробивается между частицами и поверхностью пластин пока частицы не оторвутся от поверхности и не попадут в раствор во взвешенном состоянии. Все 100% энергии пьезокерамического излучателя направляются на поверхность пластин в одном направлении в отличие от известных. График распределения этого излучения представлен на фиг.4, из которого видно, что мегазвуковое излучение имеет вид направленного пучка энергии небольшой ширины.

Для равномерной обработки пластин 3 включают электродвигатель (не показан) вращения ведущего вала 20, который через промежуточную шестерню 18, шестерню 17 вращает четырехгранный вал 13. Вал 13 начинает взаимодействовать с пластинами 3, которые совершают одновременно возвратно-поступательное перемещение в вертикальной плоскости и вращательное движение. Когда базовый срез 22 пластины 3 (фиг.4) упирается в стенку кассеты 2 и препятствует вращению пластин, эффективно проявляется действие эластичной пластины 21, которая заставляет пластину 3 преодолеть препятствие в виде базового среза 22 за счет повышенных сил трения между торцом обрабатываемой пластиной и эластичной пластиной. Пластину 3 диаметром 150 мм вращают со скоростью 1 об/мин в течение 10 мин. Этого достаточно для озвучивания всей поверхности пластины. Так как пластина 3 совершает одновременно возвратно-поступательное и вращательное перемещение, то обеспечивается интенсификация процесса при сравнительно небольших затратах мощности и повышается эффективность взаимодействия мегазвукового поля с пластинами. Это позволяет повысить качество очистки пластин. Устройство позволяет осуществлять мегазвуковую очистку пластин не только одной кассеты, но и двух (фиг.2).

На предприятии разработано устройство для ультразвуковой очистки пластин диаметром 150 мм (модуль химической очистки SC1 с мегазвуком, ЩЦМ 3.240.014), используемое в линии химической очистки пластин ("Лада-150").

Источники информации
1. Заявка Японии 60-36099, кл. H 01 L 21/304, опубл. 1985 г.

2. Заявка Японии 61-194727, кл. H 01 L 21/304, опубл. 1987 г.

3. Патент США 869278, кл. В 08 В 3/10, опубл. 1989 г.

4. РСТ 89/11730, кл. H 01 L 21/00, опубл. 1989 г.

5. Заявка Японии 61-220434, кл. H 01 L 21/304, опубл. 1986 г. (прототип).

Изобретение относится к технике ультразвуковой очистки изделий и может быть использовано в производстве полупроводниковых приборов на операциях очистки полупроводниковых пластин с помощью ультразвука, а также мегазвука. Устройство содержит ванну для очистки моющим раствором, ультразвуковой излучатель, установленный на дне ванны, кассету с пластинами и механизм перемещения пластин, выполненный в виде вала, имеющего в сечении форму четырехгранника, кинематически связанного с приводом вращения и установленного в передней и задней стойках механизма перемещения вне зоны действия излучателя. На одном из ребер четырехгранника выполнен продольный паз, в котором установлена эластичная пластина, выполненная из стойкого к моющему раствору материала, а сам четырехгранник выполнен из фторопласта. Устройство обеспечивает повышение равномерности и качества очистки пластин, расширение технологических возможностей и упрощение конструкции. 4 ил.

Устройство для ультразвуковой очистки пластин, содержащее ванну для очистки моющим раствором, ультразвуковой излучатель, установленный на дне ванны, кассету с пластинами и механизм перемещения пластин, отличающееся тем, что механизм перемещения пластин выполнен в виде вала, имеющего в сечении форму четырехгранника, кинематически связанного с приводом вращения и установленного в передней и задней стойках механизма перемещения вне зоны действия излучателя, при этом на одном из ребер четырехгранника выполнен продольный паз, в котором установлена эластичная пластина, выполненная из стойкого к моющему раствору материала, а сам четырехгранник выполнен из фторопласта.