Устройство для снятия фаски при финишной обработке полупроводниковых пластин

 

Использование: при изготовлении полупроводниковых приборов, а также в машиностроении. Сущность изобретения: устройство состоит из корпуса, который содержит центральную - цилиндрическую и периферийную - кольцевую пневматические камеры, разделенные цилиндрической перегородкой, сообщающиеся с магистралями подачи сжатого воздуха через регулируемые пневмоклапаны, которые соединены с устройством управления; привода вращения пластины, выполненного в виде усеченного конуса, боковая поверхность которого неподвижна и одновременно представляет собой шлифующую поверхность, а в меньшем основании усеченного конуса - в дне конического гнезда - выполнены центральное отверстие и наклонные сопла, направленные по касательной к окружности, концентричной конической шлифующей поверхности, и соединенные соответственно с центральной и периферийной пневматическими камерами, расположенными под дном конического гнезда, в котором установлен датчик скорости вращения пластины. Техническим результатом изобретения является повышение процента выхода годных изделий, уменьшение стоимости обработки, сокращение времени вспомогательных операций. Данное устройство обладает рядом преимуществ: отсутствие механически движущихся частей, снятие фаски сразу по всему периметру пластины, возможность одновременного охлаждения при шлифовке пластины, простота контроля и регулирования усилия прижатия пластины к шлифующей поверхности. 4 ил.

Изобретение может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов, а также в машиностроении.

Наиболее близким является устройство для снятия фаски при финишной обработке полупроводниковых пластин (патент A 2 0515036 от 21.04.92 г., EP), в котором полупроводниковая пластина, закрепленная в вакуумном держателе, может перемещаться по окружности вокруг оси держателя; при этом она прижимается торцом к поверхности стола со шлифующей поверхностью. Обработка пластины начинается, когда пластина наклонена к поверхности стола под углом, близким к 0^o. В процессе обработки угол наклона пластины непрерывно или ступенчато увеличивается, достигая к концу обработки значения, близкого к 180^o. Устройство имеет два привода для вращения стола и пластины и один привод для изменения угла наклона держателя пластины.

Недостатками данного устройства являются: сложное вакуумное крепление пластины к держателю, наличие трех приводов взаимного перемещения пластины и стола со шлифующей поверхностью, что уменьшает надежность устройства, ограниченный участок пластины, к которому прикладывается усилие шлифования, что вызывает концентрацию напряжений в материале пластины и, как следствие, увеличивает бой пластин на последующих стадиях обработки.

Техническая задача изобретения - повышение процента выхода годных изделий, уменьшение стоимости обработки, сокращение времени вспомогательных операций.

Техническая задача достигается тем, что в устройстве для снятия фаски с пластин, содержащем корпус, привод вращения пластины и шлифующую поверхность, корпус содержит центральную - цилиндрическую и периферийную - кольцевую пневматические камеры, разделенные цилиндрической перегородкой, сообщающиеся с магистралями подачи сжатого воздуха через регулируемые пневмоклапаны, которые соединены с устройством управления; привод вращения пластины выполнен в виде усеченного конуса, боковая поверхность которого неподвижна и одновременно представляет собой шлифующую поверхность, а в меньшем основании усеченного конуса - в дне конического гнезда - выполнены центральное отверстие и наклонные сопла, направленные по касательной к окружности, концентричной конической шлифующей поверхности, и соединенные, соответственно, с центральной и периферийной пневматическими камерами, расположенными под дном конического гнезда, в котором установлен датчик скорости вращения полупроводниковой пластины.

Устройство содержит корпус 1 (фиг. 1 и фиг.2), коническое гнездо 2, боковая поверхность которого одновременно является шлифующей. В дне 3 конического гнезда выполнены наклонные сопла 4 (фиг. 3), равномерно расположенные по окружности, меньшей, чем диаметр дна 3 конического гнезда 2, и соединенные с периферийной пневмокамерой 5, которая имеется в корпусе 1. Устройство также содержит центральное отверстие 9 для регулирования давления под пластиной (фиг. 4), при котором она могла бы одновременно вращаться и прижиматься к шлифующей поверхности (см. статьи: Абрамов Г. В. Исследование влияния воздушной прослойки на устойчивость вращения изделия на воздушной прослойке. // Теоретические основы проектирования технологических систем и оборудования автоматизированных производств. Межвузовский сборник научных трудов. Выпуск 2. - Воронеж, 1996; Кочетов В.И., Кущев Б.И., Попов Г.В. Влияние конструктивных параметров на кинематику пневмовихревых устройств технохимической обработки деталей типа "тонкий сплошной диск". // Электронная промышленность. 1989 г. - Выпуск 6 - с. 22-23). Центральное отверстие 9 соединено с центральной пневмокамерой 6, расположенной в корпусе 1. Привод вращения пластины выполнен в виде конического гнезда 2 с наклонными соплами 4 в дне 3 конического гнезда 2. Помимо этого дно конического гнезда содержит датчик 7 определения скорости вращения пластины 10, например фотодиод, связанный с устройством управления 8. При этом радиус расположения датчика 7 в дне конического гнезда должен быть больше, чем расстояние от центра до базового среза пластины, и меньше радиуса пластины. Также устройство управления соединено с пневмоклапанами (пневматическими исполнительными механизмами) 11 и 12, регулирующими подачу сжатого воздуха из магистрали 13 в пневмокамеры 5 и 6.

Устройство работает следующим образом. Пластина 10 по пневмотранспортеру (не показан) перемещается в коническое гнездо 3. В это время периферийная пневмокамера 5 посредством пневмоклапана 11 соединена с воздушной магистралью 13 и сжатый воздух поступает в наклонные сопла 4, из которых наклонные струи воздуха выходят по касательной к окружности, на которой расположены сопла, и создают между пластиной и коническим гнездом пневмовихревую прослойку, увлекая ее во вращение. Расход воздуха подбирается таким образом, что через промежуток времени t₀ пластина начинает вращаться с постоянной угловой скоростью ₀, при этом воздух выдувается из-под пластины и под нею создается вакуум. Причем образующееся разрежение достаточно для вращения пластины и прижатия ее к шлифующей поверхности.

Для обоснования возможности создания такого давления под пластиной воспользуемся уравнением для максимального усилия, притягивающего пластину к дну конического гнезда (см. статью: Абрамов Г. В. К вопросу о разработке адаптивного устройства нанесения полимерных покрытий на подложки центрифугированием. Теоретические основы проектирования аэродинамических систем оборудования автоматизированных производств. / Вузовский сборник трудов, Воронеж: ВТИ, 1993. - с. 162-170): где R_п - радиус пластины; P(r) - распределение давления вдоль радиуса пластины; r - текущая радиальная координата; ρ - плотность воздуха; Q₁ - расход воздуха через периферийную пневмокамеру; S₁ - площадь сечения сопла; N - количество сопел; α - угол наклона сопел, создающих вращение пластины;
Q₂ - расход воздуха через периферийную пневмокамеру;
S₂ - площадь центрального отверстия.

Распределение давления P(r) можно найти путем численного интегрирования уравнения:

где h - толщина воздушной прослойки между пластиной и корпусом;
ν - коэффициент кинематической вязкости воздуха;
угловая скорость вращения пластины.

В качестве граничного условия использовалось равенство давления на краю пластины атмосферному. (См. статью: Абрамов Г. В., Битюков В. К., Попов Г. В. Математическое моделирование процесса управления пневмовихревой центрифугой. // Автоматизация проектирования и управления в технологических системах: Межвузовский сборник научных трудов - Воронеж, ВГУ, 1990. - с. 79-82).

После засветки датчика 7 (сигнала о том, что пластина находится в коническом гнезде) устройство управления 8 посредством пневмоклапана 12 подключает центральную пневмокамеру 6 к воздушной магистрали 13 для регулирования давления под пластиной, при котором она вращается, прижимаясь к шлифующей поверхности. Потом отсчитывается промежуток времени t₀. После засветки датчика 7 базовым срезом пластины (момент времени t₁) устройство управления дает команду пневмоклапану 11 на отключение периферийной пневмокамеры 5 от воздушной магистрали 13. Сжатый воздух перестает поступать в наклонные сопла 4. Устройство управления отсчитывает промежуток времени t₂, в течение которого пластина, прижимаемая к шлифуемой поверхности, останавливается и снимается с устройства. Остальные элементы устройства приводятся в исходное положение.

Данное устройство обладает рядом преимуществ: отсутствие механически движущихся частей, снятие фаски сразу по всему периметру пластины, возможность одновременного охлаждения при шлифовке пластины, простота контроля и регулирования усилия прижатия пластины к шлифующей поверхности, что все вместе уменьшает выход бракованных пластин.

Формула изобретения

Устройство для снятия фаски при финишной обработке полупроводниковых пластин, содержащее корпус, привод вращения обрабатываемой пластины, шлифующую поверхность, отличающееся тем, что корпус содержит центральную - цилиндрическую и периферийную - кольцевую пневматические камеры, разделенные цилиндрической перегородкой, сообщающиеся с магистралями подачи сжатого воздуха через регулируемые пневмоклапаны, которые соединены с устройством управления, привод вращения пластины выполнен в виде усеченного конуса, боковая поверхность которого неподвижна и одновременно представляет собой шлифующую поверхность, а в меньшем основании усеченного конуса - в дне конического гнезда выполнены центральное отверстие и наклонные сопла, направленные по касательной к окружности, концентричной конической шлифующей поверхности и соединенные, соответственно, с центральной и периферийной пневматическими камерами, расположенными под дном конического гнезда, в котором установлен датчик скорости вращения пластины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4