СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЕГАЗВУКОВОЙ ОЧИСТКИ ПОДЛОЖЕК Российский патент 2004 года по МПК B08B3/12 

Изобретение относится к технике индивидуальной очистки изделий и может быть использовано, например, при мегазвуковой очистке полупроводниковых пластин, а также фотошаблонов.

Известны способы и устройства ультразвуковой очистки пластин в специальных ваннах [1], в которых УЗ-преобразователь (пьезоизлучатель) присоединяют ко дну или стенкам ванны с жидкостью, вызывая в ней кавитацию. 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 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.

Известна УЗ-установка для очистки поверхности изделия с помощью струи жидкости [2], 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 кГц, направляется по нормали к поверхности пластины, закрепленной на вакуумном столике. При этом плоскость струи ориентирована по радиусу вращения пластины от центрифуги.

Но так как ультразвуковые колебания пьезоэлемента распределяются неравномерно и также неравномерно они распределяются и по длине щели, из которой вытекает озвученная жидкость, то различные участки пластины очищаются неодинаково. Кроме того, из-за очень малой ширины щели сопла наблюдается значительное ослабление (затухание) колебаний. Это ухудшает степень очистки полупроводниковых пластин, а также приводит к неоправданным энергозатратам, связанным с необходимостью увеличения мощности генератора.

Из известных наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному изобретению является способ и устройство для мегазвуковой очистки полупроводниковых пластин [3].

Известное 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, установленный в корпусе. Корпус емкости установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно ванны в плоскости обрабатываемой пластины от периферии к центру ее и наоборот.

Способ реализуют следующим образом. Обрабатываемую пластину размещают на вакуумном столике центрифуги и вращают от привода. В емкость под давлением подают воду, озвучивают от пьезоизлучателя, который вырабатывает колебания с частотой f=1 МГц. Озвученная вода выходит из сопла и омывает поверхность обрабатываемой пластины, вращающейся от центрифуги. За счет мегазвуковых колебаний с поверхности пластины удаляются загрязнения. Устройство обеспечивает равномерную обработку всей поверхности пластины за счет того, что струя жидкости, вытекающая из сопла, совершает колебания от периферии к центру пластины.

Однако известные способ и устройство для мегазвуковой очистки пластин обеспечивает лишь одностороннюю обработку их. Кроме того, в известном способе и устройстве наблюдаются потери мегазвуковой энергии вследствие того, что часть ее проходит через толщину подложки и отражается от границы раздела сред. Это снижает эффективность очистки.

Предложенный способ и устройство для его реализации позволяют устранить указанные недостатки и получить технический результат, выражающийся в повышении функциональной возможности способа и устройства и повышении эффективности очистки.

Технический результат достигается тем, что в способе мегазвуковой очистки подложек, заключающемся в том, что поверхность обрабатываемой подложки сканируют струей моющей жидкости, озвученной мегазвуком, по радиусу поверхности подложки от центра к периферии и обратно, при этом подложку вращают относительно струи в плоскости, перпендикулярной направлению подачи ее, а с обратной стороны подложки по всей траектории сканирования озвученной струи создают поток жидкости, омывающий поверхность подложки с обратной стороны, озвучивают его через толщину подложки и затем воздействуют озвученной жидкостью на обратную сторону подложки.

В устройстве, реализующем предложенный способ и содержащем корпус, ванну с установленным в ней на валу привода электродвигателя подложкодержателем, форсунку с мегазвуковым пьезоизлучателем, соединенным с генератором мегазвуковых колебаний, установленную над подложкой с возможностью возвратно-поступательного перемещения по радиусу от центра к периферии, средства для подачи моющей жидкости в форсунку и ванну, подложкодержатель выполнен в виде ротора с держателями, внутри которого установлена дополнительная ванна, размеры которой соизмеримы с траекторией сканирования струи озвученной жидкости сопла форсунки и которая закреплена на верхней части полого стержня, коаксиально установленного внутри вала привода и закрепленного на корпусе, при этом верхняя часть полого стержня выполнена глухой, а дно дополнительной ванны содержит радиальный канал, соединенный с поперечными каналами, также выполненными в дне дополнительной ванны, кроме того, в месте крепления дополнительной ванны на полом стержне выполнены радиальные отверстия, а в ванне - цилиндрическая проточка и пазы, соединенные с радиальным каналом дна ванны. Создание потока жидкости, омывающего поверхность подложки с обратной стороны ее, и озвучивание его позволяют в совокупности с другими признаками очищать подложку с обратной стороны ее и, кроме того, позволяют эффективно использовать мегазвуковую энергию и не требуют использования дополнительного пьезоизлучателя.

Выполнение стержня полым, а в верхней части глухим и установленным коаксиально внутри вала привода, а также наличие в месте крепления на нем дополнительной ванны радиального отверстия обеспечивает подачу моющей жидкости в дополнительную ванну. Конструкция дополнительной ванны, в частности наличие радиального канала, соединенного с поперечными каналами, выполненными в дне упомянутой ванны, а также выполнение в ней цилиндрической проточки и пазов, соединенных с радиальным каналом, позволяют получить постоянный поток жидкости толщиной h между нижней поверхностью подложки и торцом ванны.

Таким образом, предложенная совокупность существенных признаков является новой, обеспечивает достижение технического результата и не вытекает очевидным образом из известного уровня техники.

Следовательно, она соответствует критерию “изобретательский уровень”.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены:

на фиг.1 - общий вид устройства очистки подложек;

на фиг.2 - принцип очистки;

на фиг.3 - разрез устройства по А-А;

на фиг.4 - крепление квадратных и прямоугольных подложек;

на фиг.5 - крепление круглых подложек;

на фиг.6, 7 - механизм подачи моющей жидкости в дополнительную ванну (разрез В-В, Б-Б).

Устройство содержит ванну 1 (фиг.1, 2) со сливным отверстием 2 и отражающим конусом 3. Внутри ванны вращается ротор 4, на котором закреплены держатели изделия 5. Ротор 4 закреплен на валу 6, установленном в корпусе 7 на подшипниках 8 и приводимом во вращение от электродвигателя 9 через шкивы 10, 11 и клиновой ремень 12.

Во внутренней полости вала коаксиально установлен неподвижно полый стержень 13, закрепленный с помощью кронштейна 14 на корпусе 7. В верхней части стержень 13 выполнен глухим и снабжен четырьмя радиальными отверстиями 15 (фиг.2, 3, 7). Внутри ротора 4 на стержне 13 установлена дополнительная ванна 16 вытянутой формы (фиг.1, 2). В месте стыковки ванны 16 со стержнем 13 в ванне выполнена проточка 17 (фиг.2, 3), соединенная с радиальным каналом 18, выполненным в дне ванны 16. Канал 18 закрыт пробкой 19. С продольным каналом 18 соединены поперечные каналы 20. В месте стыковки ванны 16 со стержнем 13 имеются четыре паза 21 (фиг.2, 3, 6).

Подложку 22 (полупроводниковая пластина или фотошаблон) устанавливают на держатели 5 (фиг.1, 2, 4, 5). Количество держателей выбирается из конструктивных соображений и формы подложки. Над поверхностью подложки 22 размещена мегазвуковая форсунка 23, закрепленная на кронштейне 24 с возможностью возвратно-поступательного перемещения от привода 25.

Пьезоэлемент форсунки 23 с помощью электрического кабеля 26 соединен с генератором мегазвуковых колебаний 27. Через шланг 28 в форсунку подается моющая жидкость, а через канал 29 жидкость подается на обратную сторону подложки. Размер дополнительной ванны выбирают соизмеримым с траекторией перемещения струи моющей жидкости сопла форсунки.

Устройство работает следующим образом. Подложку 22 устанавливают на держатели 5 ротора 4. Количество держателей зависит от формы подложки (фиг.4, 5). Для подложек квадратной или прямоугольной формы используют восемь держателей (фиг.4). Для подложек круглой формы с базовым срезом (полупроводниковая пластина) используют шесть держателей (фиг.5). Ротор 4 с держателями 5 и подложкой 22 вращают от привода электродвигателя 9. В форсунку 23 через шланг 28 подают моющую жидкость, а затем от генератора 27 через электрический кабель 26 возбуждают пьезоизлучатель, установленный в корпусе форсунки. Жидкость, выходящая через сопло форсунки, озвучивается мегазвуковыми колебаниями. Форсунка 23 совершает возвратно-поступательное перемещение от центра подложки к ее периферии и обратно. При этом совокупность движения форсунки и вращения подложки обеспечивает равномерную очистку верхней поверхности подложки, на которой все время присутствует слой жидкости 30.

Одновременно с подачей моющей жидкости в форсунку подают жидкость и в канал 29 стержня 13, которая, заполняя ванну 16 и переливаясь через края ванны, образует постоянный переливной слой жидкости 31 высотой, всегда большей расстояния h (фиг.2) между плоскостью обратной стороны подложки и торцом ванны 16. Высоту перелива выбирают при настройке работы устройства без изделия (подложки).

Наличие постоянного слоя жидкости между обратной плоскостью подложки и торцом ванны создает хорошие условия перехода мегазвуковых колебаний от форсунки через толщину подложки на обратную сторону ее согласно условиям акустической прозрачности изделий [4], ультразвук будет проходить через него без отражения, если оно имеет толщину, кратную половине длины волны nλ/2. По скорости звука в подложке и по соотношению nλ/2 подбирают необходимую частоту.

Пример конкретной реализации. В качестве подложек выбирались фотошаблоны размерами 127×127 мм в количестве 40 штук толщиной 3-0,5 мм. Отмывка фотошаблонов осуществлялась на установке отмывки фотошаблонов УЭФ-153. Фотошаблоны устанавливались на держатели ротора и приводились во вращательное движение со скоростью 300-600 об/мин. Через сопло форсунки и через канал держателя подавали моющую жидкость под давлением 0,5 атм с расходом 1,5 л/мин. Озвучивали ее с частотой f=0,950 МГц и производили двухстороннюю отмывку подложки в течение 30-40 с.

На предприятии разработан макет устройства для обработки подложек, проведены испытания. Получены положительные результаты.

Источники информации

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

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

3. Патент РФ 2173587, кл. В 08 В 3/12, 1998 (прототип).

4. Матаушек И. Ультразвуковая техника. / Под ред. Д.С.Шрайбера. - М., 1962, с. 228.

Изобретение относится к технике индивидуальной очистки изделий и может быть использовано при мегазвуковой очистке, например, полупроводниковых пластин и фотошаблонов. Способ заключается в том, что поверхность подложек сканируют струей озвученной моющей жидкости по радиусу поверхности ее от центра к периферии и обратно. Подложку вращают относительно струи в плоскости, перпендикулярной направлению ее подачи. С обратной стороны подложки по всей траектории сканирования озвученной струи создают поток жидкости, омывающий поверхность подложки с обратной стороны, озвучивают его через толщину подложки и затем воздействуют озвученной жидкостью на обратную сторону подложки. Устройство для реализации предложенного способа содержит корпус, ванну с установленным в ней на валу привода подложкодержателем, форсунку с соплом для подачи моющей жидкости, установленную над подложкой с возможностью возвратно-поступательного перемещения по радиусу от центра к периферии и средства для подачи моющей жидкости в форсунку и ванну. Подложкодержатель выполнен в виде ротора с держателями, внутри которого установлена дополнительная ванна, размеры которой соизмеримы с траекторией сканирования струи озвученной жидкости сопла форсунки и которая закреплена на верхней части полого стержня, коаксиально установленного внутри вала привода и закрепленного на корпусе. При этом верхняя часть полого стержня выполнена глухой, а дно дополнительной ванны содержит радиальный канал, соединенный с поперечными каналами, также выполненными в дне дополнительной ванны. Кроме того, в месте крепления дополнительной ванны на полом стержне выполнены радиальные отверстия, а в ванне -цилиндрическая проточка и пазы, соединенные с радиальным каналом дна ванны. Такое выполнение обеспечивает двухстороннюю мегазвуковую очистку подложек при использовании одного пьезоизлучателя и, следовательно, повышает эффективность очистки. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ мегазвуковой очистки подложек, заключающийся в том, что поверхность обрабатываемой подложки сканируют струей моющей жидкости, озвученной мегазвуком, по радиусу поверхности подложки от центра к периферии и обратно, при этом подложку вращают относительно струи в плоскости, перпендикулярной направлению подачи ее, отличающийся тем, что с обратной стороны подложки по всей траектории сканирования озвученной струи создают поток жидкости, омывающий поверхность подложки с обратной стороны, озвучивают его через толщину подложки и воздействуют озвученной жидкостью на обратную сторону подложки.2. Устройство для мегазвуковой очистки подложек, содержащее корпус, ванну с установленным в ней на валу привода электродвигателя подложкодержателем, форсунку с соплом для подачи моющей жидкости и установленную над подложкой с возможностью возвратно-поступательного перемещения по радиусу от центра к периферии, пьезоизлучатель, установленный в корпусе форсунки и соединенный с генератором мега-звуковых колебаний, средства для подачи моющей жидкости в форсунку и ванну, отличающееся тем, что подложкодержатель выполнен в виде ротора с держателями, внутри которого установлена дополнительная ванна, размеры которой соизмеримы с траекторией сканирования струи озвученной жидкости сопла форсунки и которая закреплена на верхней части полого стержня, коаксиально установленного внутри вала привода и закрепленного на корпусе, при этом верхняя часть полого стержня выполнена глухой, а дно дополнительной ванны содержит радиальный канал, соединенный с поперечными каналами, также выполненными в дне дополнительной ванны, кроме того, в месте крепления дополнительной ванны на полом стержне выполнены радиальные отверстия, а в ванне - цилиндрическая проточка и пазы, соединенные с радиальным каналом дна ванны.