Установка для ориентированной резки монокристаллов Советский патент 1992 года по МПК B28D5/04 

Изобретение относится к оборудованию для рентгеноструктурного анализа монокристаллов и их механической обработки, в частности к рентгендифрактометрической ориентировке и ориентированной резке слитков полупроводниковых материалов, и может быть использовано в производстве монокристальных элементов полупроводниковых приборов, преимущественно при ориентированной резке слитков пластичных и хрупких полупроводниковых материалов, а также слитков с незакономерной ориентацией структуры монокристаллов по отношению к огранке слитков

Известны также установки для ориентированной резки монокристаллов, включающие рентгеновский аппарат (дифрак- тометр), режущее устройство и ориентирующую приставку к гониометру рентгеновского аппарата, при этом связь между

рентгеновским аппаратом и режущим устройством обеспечивается либо наличием согласованных базовых элементов на рентгеновском аппарате и режущем устройстве, на которых устанавливается съемная ориентирующая приставка с закрепленным в ней слитком 1, либо непосредственным соединением ориентирующей приставки с режущим устройством с помощью вспомогательного устройства 2.

Недостатки таких установок являются следствием закрепления слитка в процессе его резания в ориентирующей приставке. Во-первых, ввиду закрепления конца слитка, противоположного поверхности, по которой производится ориентировка, возникающие в процессе резания механические нагрузки распределяются по всему объему слитка, что в случае пластичных и хрупких монокристальных материалов веvi о

о

00

ел

дет к внесению в объем монокристаллов структурных нарушений. Во-вторых, крепление слитка к приставке ограничивает диапазон возможных направлений резания, который может быть достаточно широким в случае ориентированной резки слитков с незакономерной (не контролируемой в процессе выращивания) ориентировкой монокристаллов по отношению к огранке слитка. В-третьих/использование ориентирующей приставки в качестве держателя разрезаемого слитка снижает производительность комплекса, особенно существенным такое снижение является в случае ориентированной резки слитков пластичных и хрупких материалов, технологией резания которых предусмотрено использование станков с малыми скоростями резания, например проволочных или жилковых (химических) пил. Кроме того, использование ориентирующей приставки в качестве держателя ведет к усложнению ее конструкции ввиду необходимости сочетания высоких требований к точности ориентирующих поворотов слитка с аналогичными требованиями к жесткости конструкции и защите ее от воздействия агрессивных сред, в которых производится резание.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является установка для ориентированной резки монокристаллов, включающая рентгеновский аппарат, режущее устройство, ориентирующую приставку к рентгеновскому гониометру рентгеновского аппарата и монтажный столик, содержащий монтажный суппорт и подъемный столик с закрепленными на его базовых элементах и идентичных базовых элементах режущего устройства монтажными пластинами. Входящая в состав комплекса ориентирующая приставка состоит из двух шарнирных соединений с рукояткой, обеспечивающих необходимую для осуществления с помощью данного устройства возможность вращения кристалла вокруг трех взаимно перпендикулярных осей 3.

Недостатками рассматриваемого устройства являются низкая производительность и высокая трудоемкость выполнения операции кристаллографической ориентировки слитков с незакономерной ориентацией монокристаллов по отношению к огранке слитка, что вытекает из отсутствия гарантии быстрого достижения ориентации слитка, отвечающей условию регистрации дифракционного отражения, поворотом каждого из двух шарниров вокруг соответствующей устанавливаемой вертикально оси, если в начальном положении слитка

вектор дифракции заданного рентгеновского отражения отклонен от оси рукоятки ориентирующей приставки в произвольном направлении на угол, превышающий величину аппертуры детектора рентгеновского излучения, вероятность указанной ситуации особенно велика в случае невозможности предварительной (грубой) ориентировки слитка, предусматриваемой реализуемым с

0 помощью устройства-прототипа способом, по рудиментарным граням роста или иным признакам.

Другой недостаток прототипа состоит в снижении точности и производительности

5 за счет переноса ориентирующей приставки с опор гониометра на опоры суппорта монтажного столика, который выполняет роль связующего элемента между рентгеновским дифрактометром и режущим устройством,

0 при этом снижение производительности обусловлено выполнением операций освобождения приставки из опор гониометра и крепления в опорах суппорта, а снижение точности связано с погрешностями уста5 новок сверочного цилиндра в обеих опорах, а также неточностями формы и расположения перечисленных конструктивных элементов.

Указанный выше недостаток прототипа

0 связан также с тем, что ориентирующая приставка последнего содержит три поворотные оси, каждая из которых в процессе ориентирования требует стопорения и характеризуется погрешностями поворотов,

5 увеличивающими конечную погрешность кристаллографической ориентации плоскости реза.

На фиг.1 схематически показана конструкция и схема монтажа входящего в состав

0 предлагаемой установки кристаллосъемни- ка, вид сверху на дифрактометрическую стойку рентгеновского аппарата; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.З - схема крепления монтажной пластины на подъемном столи5 ке, выносной элемент I на фиг.2.

Установка включает рентгеновский дифрактометр, в пределах дифрактометри- ческой стойки которого на плите 1 располагается рентгеновский гониометр 2 с

0 детектором 3 рентгеновского излучения, источник 4 рентгеновского излучения, установленный на поворотной плите 5, ориентирующую приставку для кристаллографической ориентировки слитков монокристальных материалов, установленную на

5 поворотной (относительно оси гониометра) плите 6, которая через переходную втулку 7 закреплена на столике образцов гониометра 2, а также вспомогательное устройство - кристаллосъемник, обеспечивающее возможность переклеивания сориентированного слитка 8 на поверхность монтажной пластины 9, являющейся связующим элементом между дифрактометром и входящим в состав предлагаемого устройства станком для резки монокристаллов.

Кристаллосьемник представляет собой сборную конструкцию, один конец которой опирается на поворотную плиту 10, идентичную плите 5, а второй на подшипник 11, внешнее кольцо которого установлено во втулке 7 так, что ось его вращения совпадает с осью поворота гониометра 2 и втулки 7. Кристаллосъемник состоит из закрепленного на плите 10 кронштейна 12, подвижного относительно него по установленным вертикально линейным направляющим кронштейна 12, перемещаемого вращением винта 14 с возможностью отсчета величины перемещения по закрепленному на кронштейне 13 индикатору 15 часового типа, несущей плиты 16, опирающейся одним концом через полуось 17 на подшипник 11, а другим на верхний срез кронштейна 13 и установленной горизонтально с возможностью обеспечиваемого винтом 18 поворота (в пределах 1-2 угловых градусов) вокруг оси гониометра и отсчета углов поворота с помощью закрепленного на кронштейне 13 индикатора 19 часового типа, кронштейна

20,перемещаемого по линейным направляющим плиты 16 в радиальном (по отношению к оси гониометра) направлении посредством реечной передачи, на валу зубчатого колеса которого закреплен маховик

21,перемещаемого по установленным на кронштейне 20 вертикально линейным направляющим с помощью винта 22 подъемного столика 23, на горизонтальной плоскости которого установлена монтажная пластина 9. Плита 16 снабжена противовесом 24, компенсирующим нагрузки кристал- лосъемника и ориентирующей приставки на столик образцов гониометра.

Воспроизводимость ориентации монтажной пластины 9 относительно положения гониометра и плоскости реза режущего устройства обеспечивается установкой столика на базовые элементы.

В рассматриваемом варианте конструкции базовыми элементами пластины являются его опорная (нижняя) поверхность и три базовых штифта 25 подъемного столика 23, при этом наклоны базовой поверхности монтажной пластины 9 относительно экваториальной плоскости гониометра контролируются положением посадочной поверхности подъемного столика 23, а повороты в базовой плоскости - штифтами 25. Подъемный столик станка для резки монокристаллов снабжен идентичными базовыми элементами, причем базовая поверхность расположена перпендикулярно плоскости реза, а расположение базовых штифтов обеспечивает соответствие перпендикуляра к плоскости реза направлению перемещения пластины 9 при перемещении кронштейна 20 по направляющим плиты 16 кристаллосъемника.

0 Посадка (и съем) монтажной пластины 9 на подъемный столик 23 обеспечивается винтом 26, установленным на кронштейне столика 23 с возможностью вращения вокруг собственной оси. Вращение винта 26,

5 головка которого представляет собой зубчатое колесо, осуществляется водном из крайних положений кронштейна 20 и столика 23, в котором зубья головки винта 26 находятся в зацеплении с зубьями промежуточной ше0 стерни 27, закрепленной на плите 16 через полуось 28 и приводимой во вращение червяком 29, на валу которого закреплен маховик 30.

Ориентирующая приставка 31, позволя5 ющая вращать закрепленный в ней слиток вокруг оси, лежащей в экваториальной плоскости и перпендикулярной оси гониометра, установлена на подвижной относительно плиты 6 в радиальном (относительно

0 оси гониометра) направлении платформе 32.

Установка работает следующим образом.

Перед ориентировкой партии слитков

5 постоянного состава детектор 3 рентгеновского излучения устанавливают таким образом, что его входная щель расположена в экваториальной плоскости гониометра под расчетным углом (брэгговский угол

0 отражения для заданной кристаллографической плоскости) к направлению распространения падающего пучка рентгеновского излучения. Поворотом плиты 10 Кристаллосъемник устанавливают в такое положение,

5 что направление перемещения кронштейна 20 по направляющим плиты 16 совпадает с биссектрисой угла между направлениями из оптического центра гониометра к входным щелям гониометра и детектора рентге0 невского излучения. Монтажную пластину устанавливают посадочными отверстиями на штифты 25 и фиксируют ее рабочее положение, затягивая винт 26 поворотом маховика 30.

5 Ориентируемый слиток 8 закрепляют на оси поворота ориентирующей приставки так, что ось слитка (или направление удлинения) совпадает или параллельна этой оси поворота. Перемещением платформы 32 с установленной на ней ориентирующей приставкой 31 совмещают поверхность слитка 8 с оптическим центром гониометра, т.е. точкой пересечения экваториальной плоскости с осью гониометра. Облучают эту поверхность пучком характеристического рентгеновского излучения, приводят слиток во вращение вокруг оси приставки 31 и одновременно поворачивают плиту 6 с приставкой 31 вокруг оси гониометра 2. После достижения отражающего положения слитка прекращают поворотное и вращательное движение слитка, тонкими поворотами слитка вокруг осей приставки 31 и гониометра 2 добиваются максимальной интенсивности дифракционного отражения, регистрируемого детектором 3. При этом отражающая кристаллографическая плоскость устанавливается перпендикулярно экваториальной плоскости гониометра под углом к падающему и отраженному пучкам (на фиг. 1-3 это положение условно показано направлением штриховки слитка 8), Перемещают столик образцов вдоль плиты 16 вращением маховика 21 и приставку 31 с платформой 32 навстречу друг другу, добиваясь такого положения, что слиток 8 находится над монтажной пластиной 9. Поворотом винта 22 поднимают столик 32 до образования минимального зазора между поверхностями пластины 9 и слитка 8. Переклеивают слиток 8 на поверхность пластины 9 и освобождают слиток из приставки 31. Поворотом маховика 21 и винта 22 переводят кронштейн в положение, в котором головка винта 26 находится в зацеплении с шестерней 27, и поворотом маховика 30 осуществляют съем монтажной пластины с закрепленным на ней слитком. Переносят монтажную пластину на подъемный столик станка для проволочной или химической резки и отрезают пробную пластину монокристалла. Измеряют разориентацию поверхности реза относительно заданной кристаллографической плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях, одно из которых параллельно, а второе перпендикулярно опорной поверхности стопи- ка образцов. При необходимости проводят корректировку положения базовых элементов кристаллосьемника, которая осуществляется поворотами винтов 14 и 18, величины корректирующих поворотов отсчитывают по показаниям индикаторов 13 и 19. После этого проводят ориентированную резку всех слитков партии

Другой вариант предлагаемого устройства отличается тем, что на подвижной плите 32 установлена ориентирующая приставка. При этом кристаллографическая ориентировка плоскостей, наклоненных под малыми углами к оси слитка, осуществляется согласно описанию указанного предполагаемого изобретения. После достижения максимальной интенсивности отражения слиток переклеивается на поверхность монтажной пластины и освобождается от роликового зажимного устройства. Пластина 9 переносится на подъемный столик режущего устройства и режется на пластины. При этом также достигается цель настоящего изобретения.

Дополнительное повышение производительности предлагаемой установки достигается включением в его состав нескольких режущих устройств, подъемные столики которых снабжены идентичными

базовыми элементами для крепления взаимозаменяемых монтажных пластин 9. В этом варианте корректировка положения базовых элементов кристаллосъемника по результатам измерения разориентации плоскостей пробных срезов производится для каждого из режущих устройств и показания индикаторов 13 и 19 восстанавливаются перед переклеиванием слитков на монтажные пластины, устанавливаемые впоследствии

на соответствующем режущем устройстве. В альтернативном варианте выполнения ориентированного резания с использованием предлагаемого комплекса согласование положений базовых элементов осуществляется доворотами подъемных столиков режущих устройств.

Формула изобретения

1. Установка для ориентированной

резки монокристаллов, включающая рентгеновский аппарат с гониометром, ориентирующую приставку, установленную на гониометре, режущее устройство и кристал- лосъемник, на подъемном столике которого

размещены базовые элементы и монтажная пластина, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности за счет повышения точности ориентированной резки монокристаллов, кристаллосъемник

жестко закреплен на рентгеновском аппарате относительно гониометра, а подъемный столик кристаллосъемника выполнен с возможностью плоскопараллельного движения относительно оси гониометра.

2 Установка по п. 1, о т л и ч а ю щ а я - с я тем, что ориентирующая приставка выполнена одноосной.

Использование: в оборудовании для рентгендифрактометрической ориентировки и ориентированной резки слитков монокристальных материалов, преимущественно пластичных и хрупких, а также слитков с незакономерной ориентацией структуры кристаллов по отношению к огранке слитков. Сущность изобретения: установка включает режущее устройство, рентгеновский дифрактометр, ориентирующую приставку к его гониометру и подъемный столик с базовыми элементами для крепления съемных монтажных пластин, на которые переклеиваются сориентированные слитки. Новизна предпагаемого устройства заключается в том, что положение подъемного столика относительно рентгеновского гониометра фиксировано, что, в свою очередь, допускает использование ориентирующих приставок с одной поворотной осью, расположенной под прямым углом к оси гониометра. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л С

16 18 21 2022 23

Фиг.

Sug A

Фиг.2

20

н 27 26 K/

fcw -

29

- ГСТ-3 -Г1 -i

--УЗ

н K/