Устройство для химической обработки изделий Советский патент 1992 года по МПК C23G3/00 

При повороте ванны на угол (р к вертикали в сторону горизонтальной щели через штуцер из бака подготовки травильного раствора травильный раствор насосом подается в ванну, излишки которого через щель сливаются в бак подготовки раствора. По истечении заданного времени тра вильный раствор быстро отсасывается в бак подготовки, после чего ванна 4 поворачивается на угол р в другую сторону и

через другой штуцер в ванну подается моющая жидкость. После промывки жидкость отсасывается, а привод вращения загрузочного устройства перемещает кассету с изделиями вверх для снятия и демонтажа. Такая конструкция устройства за счет использования единой ванны позволяет снизить трудоемкость, повысить производительность, уменьшить габариты и упростить конструкцию устройства. 6 ил.

Изобретение относится к устройствам для химической обработки изделий. Цель изобретения - повышение производительности и упрощение конструкции. Устройство для химической обработки изделий включает стол 1 с кронштейнами 2 и 3. в подшипниках которых установлена ванна 4. На боковых стенках ванны 4 смонтированы на штуцерах гибкие шланги. Ванна 4 может поворачиваться на угол р до совмещения с горизонтальными щелями. В верхней части ванны установлены подвижные крышки 26 и 27. При опускании обрабатываемых изделий в ванну 4 кассета, в которой они находятся, получает .вращательное движение.

Изобретение относится к устройствам для химической обработки изделий и может найти применение в электронной, радио-, приборе-, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Известны и нашли широкое применение устройства для химической обработки изделий, в т.ч. для обезжиривания, проявления рисунка, травления, очистки и т.п. Эти устройства в совокупности аналогичны предлагаемому. Они содержат ванны (баки), загрузочно-разгрузочные и транспортные механизмы, каждая ванна предназначена для заполнения при помощи насосов рабочей жидкостью. Ванны установлены последовательно по технологическому процессу. Поддержание в заданных пределах состава, температуры и параметров движения рабочей жидкости или обрабатываемых деталей осуществляется непосредственно в рабочих ваннах. Объем ванн, их конструкция определяются требованиями технологического процесса, габаритными размерами и материалом обрабатываемых изделий. Загрузочные и транспортные механизмы представляют собой подвешенные на транспортерах захваты или корзины, изго- товленые из стойких к соответствующей рабочей жидкости материалов, при помощи которых обрабатываемые изделия перемещаются из ванны в ванну по технологическому маршруту с выдержкой времени нахождения 8 каждой из ванн, обусловленной технологическим процессом.

Известны устройства для травления в барабанах, состоящие из ряда баков, в которых вращаются перфорированные барабаны. Обрабатываемые изделия загружают через воронку в первом барабане и далее транспортируют их шнеком, приваренным к внутренней поверхности барабана. Отдельные барабаны соединены один с другим вращающимися фланцами. Барабаны опираются на ролики с шарикоподшипниками.

Технологический процесс изготовления изделий при помощи химического травления, где требуется высокая точность их геометрических параметров, например групповое травление пластин монокристаллического кремния в растворе едкого калия (конц. 25%) с целью создания профиля упругих элементов и разделения пластин на кристаллы при изготовления интегральных преобразователей датчиков энергетических параметров, обусловливается относительно жесткими требованиями к составу травильного раствора и времени нахождения обрабатываемых изделий в нем, а также значительным сокращением времени (и его стабильностью) между переходами в технологическом процессе, т.е. времени переноса обрабатываемых изделий из травильного раствора в промывочный. В ряде случаев точность поддержания температуры травильного раствора не должна быть ниже 1°С в диапазоне рабочих температур 85-105°С.

а точность времени травления не должна быть ниже 1 с. В известных устройствах эти требования не обеспечиваются. Кроме того, наличие вращательных элементов с опорами непосредственно в рабочих жидкостях

предъявляет дополнительные требования к их защите от окружающей среды, усложняет конструкцию и увеличивает габариты рабочих ванн, ухудшает условия их работы, а следовательно, их надежность.

К недостаткам известных устройств следует также отнести то, что при транспортировании обрабатываемых изделий в условиях резко ограниченного времени происходит увеличенный расход травильной

жидкости (отсутствие времени на ее стека- ние) и выброс паров травильного раствора в окружающую среду, а использование для каждого рабочего раствора отдельной ванны и транспортных механизмов, в т.ч. поворотных, усложняет конструкцию и увеличивает габариты устройства.

Указанные недостатки свойственны и установке для травления, содержащей ванны травления и промывки, штангу с коромыслом и кассетой, механизм поворота и подъема-опускания штанги, привод и блок управления, в которой при меняющемся

уровне травильной жидкости применено устройство в виде телескопической стойки с регулируемым стержневым контактом, электрически соединенным с блоком управления, механизмом поворота и подъема- опускания штанги с коромыслом и упором, жестко закрепленным на коромысле с возможностью взаимодействия с управляющим устройством, при этом механизм поворота и подъема-опускания штанги вы- полней в виде фрикциона с водилом, мальтийского креста и кулачка, взаимодействующего с фиксирующим диском, закрепленным совместно с мальтийским крестом на направляющей полой стойке.

Известное устройство выбрано в качестве прототипа как наиболее близкое по технической сути к предлагаемому.

Целью изобретения является повыше- ние качества изготовления изделий, заключающегося в достижении высокой точности геометрических параметров их за счет повышения точности поддержания технологических режимов, в т.ч. времени выполнения перехода, температуры травильного раствора, и сокращении времени смены рабочего раствора, а также поддержании постоянства состава рабочих жидкостей и глубины погружения обрабатываемых изде- лий, обеспечении дополнительных требований технологического процесса (вращение обрабатываемых изделий) и упрощении конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в известных устройствах для химической обработки изделий, содержащих емкость для рабочих жидкостей, в т.ч. травильного раствора и промывочной жидкости, загрузочно- разгрузочные, и транспортные механизмы, систему управления технологическим процессом, емкость, выполненная в виде ванны для рабочих жидкостей с наклонным днищем, установлена на опоре с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси на оп- ределенный угол р к вертикали. В нижней части днища ванны у боковых ее стенок расположены штуцера, отверстия которых вместе с подвижными вдоль их осей штангами, управляемыми от приводов, располо- женных вне рабочей жидкости, образуют клапаны подачи и отсоса рабочей жидкости, и соединены каждый соответственно с баком травильного раствора и баком моющей жидкости. На прилегающей к каждому шту- церу боковой стенке имеется горизонтальная щель, соединенная с тем баком, с которым соединен прилегающий к этой боковой стенке штуцер, и каждая щель расположена так, что горизонтальная плоскость,

проходящая через нее, при повороте ванны на угол р в сторону щели располагается выше обрабатываемых в ванне изделий.

Одна рабочая ванна обеспечивает выполнение как непосредственно процесса травления, так и процесса промывки, сохраняя при этом достаточно неизменные значения состава, температуры, уровня и движения потока рабочей жидкости.

Загрузочно-разгрузочный механизм имеет возможность ограниченного возвратно-поступательного перемещения в вертикальном направлении и состоит из двух подвесок в виде гибкой связи каждая, например непрерывного ремня, и соответствующих пазов на ведущем диске привода вращения держателя подвесок и ведомом диске кассеты с обрабатываемыми изделиями, ось которой совпадает с осью качания ванны. На торцовых стенках ванны выполнены горизонтальные щели, соединенные с системой отсоса газообразных продуктов, выделяющихся при травлении, и паров рабочих жидкостей, а на боковых стенках ванны в шарнирах расположены поворотные управляемые крышки с пазами для прохождения подвесок.

Надежно и достаточно точно обеспечивается время травления за счет достижения быстрого заполнения, отсоса травильной жидкости и заполнения моющей жидкостью ванны при помощи реверсивных насосов и управляемых клапанов. Поворот ванны на угол р позволяет надежно разделить и обеспечить циркуляцию травильного раствора и моющей жидкости, обеспечивая при этом заданный уровень каждой жидкости за счет слива ее через боковые щели в свою емкость. Температурный режим и состав обеспечиваются подачей травильного раствора в теплоизолированную ванну из бака подготовки травильного раствора и ее циркуляцией в нем. В баке подготовки травильной жидкости состав и температура жидкости автоматически поддерживаются в заданных пределах. Наличие подвижных крышек и горизонтальных щелей в торцовых стенках ванны для постоянного отсоса продуктов выделения из ванны позволяет сохранить постоянный режим теплопередачи, и, тем самым, практически не изменяет температурный режим травильной жидкости. Наличие одной рабочей ванны упрощает конструкцию, исключает необходимость в транспортном механизме, улучшает условия ее эксплуатации и уменьшает габаритные размеры установки в целом. Расположение привода вращения и опоры групповой кассеты с обрабатываемыми из

делиями вне рабочей ванны и применение подвесок из материала, стойкого к травильной жидкости, позволяет легко устанавливать и снимать групповую кассету с обрабатываемыми изделиями, обеспечивая при этом вращательное движение ее при выполнении технологического процесса. Устройство легко может быть выполнено в пожаро-взрывобезопасном варианте.

На фиг. 1 представлен рабочий орган устройства химической обработки изделий, общий вид; на фиг. 2 - то же, продольный разрез; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4-6 схемно показаны положения элементов рабочего органа устройства химической обработки изделий в процессе выполнения технологических переходов.

На столе 1 укреплены кронштейны 2 и 3, в подшипниках которых при помощи цапф установлена ванна А, имеющая возможность поворота вокруг горизонтальной оси на угол (р влево и вправо относительно вертикальной оси при помощи привода (например, пневматического) 5 (фиг. 2), наружные стенки ванны 5 термоизолированы. Днище б ванны расположено наклонно по отношению к горизонтали в направлении от одной торцовой стенки к другой. В нижней части его, в зоне пересечения боковых стенок 7 и 8 ванны 4 с торцовой стенкой вварены два штуцера 9 и 10 (фиг. 3), на которые надевают гибкие шланги 11 и 12. Соосно с отверстиями штуцеров 9 и 10 на торцовой стенке ванны в направляющих установлены две подвижные штанги, нижняя часть которых является клапанами 13 и 14, а верхняя часть сопряжена с поршнями в односторонних пневмоцилиндрах 15 и 16, имеющих возможность перемещаться вод действием сжатого воздуха вниз. В цилиндрах 15 и 16 установлены пружины 17 и 18 для перемещения поршней вверх при отсутствии в пневмоцилиндрах 15 и 16 соответственно сжатого воздуха. На боковых стенках 7, 8 ванны выполнены щели 19 и 20, выходящие снаружи в приемники 21 и 22, в нижних стенках которых установлены штуцеры с гибкими штангами 23 и 24. Щель 19 выполнена в горизонтальной плоскости, проходящей над обрабатываемыми изделиями 25, когда ванна 4 повернута на угол у влево, а щель 20 - когда ванна 4 повернута на угол р вправо. В верхней части ванны А установлены подвижные крышки 26 и 27, оси вращения которых расположены у кромок ее боковых поверхностей с возможностью поворота от пневмо- (или другого вида) приводов 28 и 29. Каждая крышка имеет два паза 30 и 31, обеспечивающих свободный проход

подвесок 32 и 33 загрузочного устройства. На каждой из торцовых стенок ванны имеются пазы 34 и 35, которые через коллекторы 36 и 37 и гибкие штанги 38 и 39 соединены

с системой отсоса газообразных продуктов, выделяющихся при выполнении технологического процесса. Групповая кассета 40, в которой закреплены обрабатываемые изделия 25, например кремниевые пластины для

0 изготовления полупроводниковых интегральных микроприборов при их анизотропном химическом травлении, при выполнении технологического процесса имеет возможность вращаться вокруг своей

5 оси с определенной скоростью. Групповая кассета 40 состоит из двух дисков 41 и связывающих их штанг 42, в.пазах которых закреплены обрабатываемые изделия 25. Диски 41 служат одновременно несущими

0 конструктивными элементами и обеспечивают вращательное движение кассеты при помощи гибкой связи - подвесок 32 и 33, для чего на наружной по диаметру поверхности их выполнения V-образные пазы (при при5 менении в качестве гибкой связи ремней) или зубья (при применении в качестве гибкой связи цепей). Привод вращения загрузочного устройства 43 расположен на определенном расстоянии от ванны 4 трае0 ления, обеспечивая достаточное удобство при эксплуатации установки, и имеет возможность ограниченного возвратно-поступательного перемещения в вертикальном направлении. На дисках привода вращения

5 загрузочного устройства 44 и (45) также выполнены V-образные пазы (или зубья), обеспечивающие передачу движения подвескам 32 и 33. Для удержания подвесок от выпадания на корпусе привода загрузочного уст0 ройства установлены козырьки 46. Перегородка 47 расположена у торцовой стенки ванны 4 и клапанов 13 и 14 для ограничения перемещения групповой кассеты 40 в рабочей зоне ванны 4. Перегородка 48

5 установлена в нижней части ванны 4 у ее торцовой стенки и клапанов 13 и 14 и обеспечивает нужное направление потока рабочей жидкости. Ванна 4 через штуцер 9 и шланг 11 сообщается посредством ревер0 сивного насоса 49 с баком хранения и обеспечения заданных параметров травильного раствора, штуцер ТО ванны 4 через шланг 12 сообщается посредством реверсивного насоса с баком хранения и обеспечения задан- 5 ных параметров денонсированной воды.

Работа устройства заключается в следующем.

Приготовленный травильный раствор заданной концентрации, например 25% КОН. заливают в бак хранения и обеслечения заданных параметров травильного раствора, где он нагревается до определенной температуры, которая затем автоматически поддерживается в процессе работы установки с точностью ±1°С. В бак хранения и обеспечения заданных параметров деиони- зированной воды заливают деионизирован- ную воду. На пульте управления устанавливают значения параметров технологического процесса. Включают систему отсоса, которая через гибкие шланги 38 и 39, коллекторы 36 и 37 и щели 34 и 35 удаляет газообразные продукты, выделяющиеся в процессе травления. Обрабатываемые изделия, например круглые кремниевые пластины 25, устанавливают в соответствующие пазы штанг 42, которые закреплены в дисках 41, т.е. образуют групповую кассету 40.

Рабочие органы устройства находятся в исходном положении (фиг. 4-а). Вручную групповую кассету 40 при помощи V-образ- ных пазов (или зубцов) на дисках 41 устанавливают в подвески 32 и 33. По команде оператора начинается автоматический процесс выполнения операции. Привод вращения загрузочного устройства 43 перемещается вниз (фиг. 4-6), вводит групповую кассету 40 в ванну 4, располагая ее в рабочей зоне, ограниченной боковыми стенками 7 и 8, торцовой стенкой и перегородкой 48, и исключая его касание к последним, при этом обеспечивается совпадение -осей вращения ванны 4 в кронштейнах 2 и

3,укрепленных на столе 1, с осью вращения групповой кассеты 40. Далее при пемощи пневмоприводов 28 и 29 закрывают крышки 26 и 27 с пазами 30 и 31, обеспечивающими свободное без заеданий прохождение подвесок 32 и 33 (фиг. 4-В). Включается привод вращения загрузочного устройства 43 (фиг. 4-г), e.V-образных пазах (или зубьях) дисков 44 и 45 расположены подвески 32 и 33. Таким образом, вращение передается групповой кассете 40, обеспечивая требования технологического процесса. Одновременно выпускается воздух из пневмоцилиндра 15, под действием пружины 15 клапан открывает проход травильному раствору в ванну

4,включается насос 49 подачи травильного раствора через шланг 11 в режиме максимального расхода до получения команды поплавкового пневмодатчика (не показан), отрегулированного по уровню перекрытия травильным раствором обрабатываемых деталей. Получив команду пневмодатчика, насос 49 переходит в режим подачи травильного раствора, обеспечивающий поддержание его технологических параметров, в т.ч. состава, температуры и уровня.

Избыток травильного раствора через щель 19 сливается в приемник 21 и далее через штуцер с гибким шлангом 23 - в бак подготовки травильного раствора. Конструкция

торцовых стенок и стенок 6-8 ванны 4 обеспечивает достаточную теплоизоляцию и в сочетании с оптимальным расходом травильного раствора стабильно поддерживает его температурный режим. Перегородка 48

спрофилирована так, чтобы обеспечить равномерную скорость движения жидкости в различных точках рабочей зоны ванны. По истечении заданного времени насос 49 переключается в режим реверса (фиг. 5-а) и

откачивает травильный раствор в соответствующий бак. По завершении откачки травильного раствора (фиг. 5-6) клапан 13 под действием сжатого воздуха в пневмоцилин- дре 15 запирает отверстие штуцера 9, апривод 5 поворачивает ванну 4 вправо на угол р к вертикальной оси. Затем (фиг. 5-в) выпускается воздух из пневмоцилиндра 16; под действием пружины 18 клапан 14 открывает отверстие в штуцере 10 подачи деионизированной воды, которая при помощи насоса через шланг 12 подается в ванну 4-в режиме максимального расхода до получения команды от поплавкового пневмодатчика (не показан), отрегулированного по уровню перекрытия деионизированной водой обрабатываемых деталей. Получив команду пневмодатчика, насос переходит на работу .в режиме подачи деионизированной воды,, обеспечивающем достаточное качество

промывки обрабатываемых изделий. Избыток деионизированной воды через щель 20 сливается в приемник 22 и далее через штуцер с гибким шлангом 24 - в бак подготовки деионизированной воды. По истечении заданного времени насос переключается в режим реверса (фиг. 5-г) и откачивает деионизированную воду из ванны 4 в соответствующий бак. По окончании этого процесса подается сжатый воздух в цилиндр 16

(фиг. 6-а) и клапан 14 Запирает отверстие штуцера 10, прекращается вращение дисков 44 и 45 привода вращения загрузочного устройства 43 и, соответственно, вращение групповой кассеты 40 с обрабатываемыми

деталями 25. Одновременно при помощи пневмо-(или другого) привода 28 и 29 крыш-. ки 26 и 27 поворачиваются в положение Открыто, а при помощи привода 5 ванна 4 поворачивается влево на угол р к вертикальной оси. Затем привод вращения загрузочного устройства 43 перемещается вверх (фиг. 6-6), групповая кассета 40 с обработанными изделиями 25 извлекается из подвесок 32 и 33, которые в свою очередь

удерживаются от выпадания козырьками 46 и 47, и укладывается на стол оператора для демонтажа и контроля качества произведенной операции травления изделия.

Для обработки следующей партии изделий процесс повторяется.

Использование предлагаемого устройства позволит более эффективно осуществить прецизионный процесс химической обработки изделий как из металлов, так и из неметаллов, значительно повысить, процент выхода годных изделий, уменьшить трудоемкость изготовления устройств, их материалоемкость, габариты и улучшить условия их эксплуатации. Предварительный расчет технико-экономической эффективности, полученной от применения предлагаемого устройства при анизотропном химическом травлении кремниевых пластин для производства полупроводниковых микроприборов, показал, что себестоимость единицы изделия снижается почти в 2,2 раза за счет использования преимуществ предлагаемого устройства.

Формула изобретения Устройство для химической обработки изделий, содержащее ванну для рабочих растворов с наклонным дном, баки для подготовки и поддержания заданных параметров рабочих растворов, разгрузочно-загрузочный механизм и блок управления, отличающееся тем, что. с целью повышения производительности и упрощения конструкции, оно

снабжено штуцерами, смонтированными в нижней части ванны у боковых стенок, штангами, установленными с возможно стью взаимодействия с отверстиями штуцеров при возвратно-поступательном

движении, при этом загрузочно-разгрузоч- ный механизм выполнен в виде двух гибких замкнутых подвесок с приводными дисками и съемной кассеты с ведомыми дисками, установленной с возможностью перемещения

в вертикальной плоскости, причем в верхних боковых стенках ванны, прилегающих к каждому штуцеру, выполнена горизонтальная щель для соединения с соответствующим баком, а ванна установлена с

возможностью поворота.

2f

Рие. Z

Фиг.З