Устройство для обработки полупроводниковых пластин

Изобретение относится к производству изделий электронной техники и может быть использовано, например, на операциях очистки полупроводниковых пластин с помощью щеток и мегазвука. Сущность изобретения: устройство для обработки полупроводниковых пластин содержит загрузочную и разгрузочную кассеты, механизмы их вертикального перемещения, механизм извлечения пластины из кассеты, механизм загрузки обработанной пластины в кассету, механизм горизонтального перемещения пластин, блок обработки, включающий центрифугу, установленную в технологической ванне, щетку. Механизм вертикального перемещения разгрузочной кассеты установлен под углом к горизонтальной плоскости в направлении подачи пластин, а механизм извлечения пластин из кассеты и механизм загрузки обработанных пластин в кассету выполнены в виде присоски с вакуумным столиком, установленной на каретке с возможностью продольного перемещения, при этом присоска механизма извлечения пластин из кассеты установлена с возможностью поворота на заданный угол на каретке, закрепленной под тем же углом к горизонтальной плоскости, что и механизм вертикального перемещения разгрузочной кассеты, кроме того, механизм горизонтального перемещения пластин выполнен в виде двух манипуляторов с возможностью поворота в горизонтальной плоскости, каждый из которых снабжен носителем в виде кольца с внутренней конусной поверхностью. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства и качества обработки, а также упрощение конструкции. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к производству изделий электронной техники и может быть использовано, например, на операциях очистки полупроводниковых пластин с помощью щеток и мегазвука.

Широко известны различные устройства для обработки полупроводниковых пластин [1-3], содержащие один или несколько блоков обработки пластин, разгрузочные и загрузочные устройства, транспортирующие в горизонтальной плоскости механизмы, манипуляторы.

Однако известные устройства позволяют транспортировать пластины на позицию обработки либо с помощью пассиков [1] или с помощью вакуумных захватов, манипуляторов [2]. Это приводит к возможному загрязнению пластин после их обработки, что недопустимо при изготовлении изделий электронной техники с повышенными требованиями, например, при изготовлении БИС и СБИС. Кроме того, в известных устройствах пластины, установленные в пазах кассеты, не имеют четкого положения и при извлечении их из кассеты и транспортировки пластин на рабочую позицию отсутствуют четкие координаты их расположения. Это приводит к необходимости использования дополнительных устройств для четкого координирования пластин, например оптических датчиков [3], что усложняет устройства и не обеспечивает надежность позиционирования. Способ задания положения полупроводниковой пластины с помощью величины усилия вакуумного присоса [4] не позволяет точно рассчитать величину этого усилия в зависимости от хаотичного положения пластины, а значит и не обеспечивает точность позиционирования ее. Кроме того, известные устройства [5] имеют большие габариты из-за громоздкости транспортных средств между блоками обработки, расположенными по ходу технологического процесса, и наличия отдельных рычагов и манипуляторов для передачи и удержания пластин, а также отдельного блока для задания положения перемещаемых пластин и дополнительных транспортных средств, связывающих этот блок с другими блоками. Все это усложняет как конструкцию устройства, так и алгоритм работы его, снижает надежность.

Из известных наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для обработки полупроводниковых пластин [6], содержащее загрузочную и разгрузочную кассеты, механизмы их шагового вертикального перемещения, механизм извлечения пластин из кассеты и перемещения их на рабочую позицию, блок обработки, включающий, например, центрифугу, установленную в технологической ванне, щетку. При этом механизм извлечения пластин из кассеты выполнен в виде двух роликов нажимного механизма, расположенного с противоположной стороны взаимодействующего с ним рычага для захвата пластин снизу и транспортировки его на рабочую позицию. Рычаг содержит участок дугообразной формы для центрирования пластин.

Недостатки известного устройства заключаются в том, что оно требует использования дополнительного механизма извлечения из кассеты пластин, которые установлены в ней хаотично, а конструкция рычага не обеспечивает надежное центрирование пластин при загрузке их на рабочую позицию. Кроме того, перемещение пластин между различными блоками обработки, установленными по ходу технологического процесса, а также загрузка пластин в кассету после их обработки осуществляется с помощью других дополнительных транспортных средств, например, выполненных в виде держателей, рычагов, манипуляторов. Это также усложняет конструкцию устройства, снижает надежность.

Целью предложенного изобретения является повышение надежности работы устройства и качества обработки, упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем загрузочную и разгрузочную кассеты, механизмы их вертикального перемещения, механизм извлечения пластины из кассеты, механизм загрузки обработанной пластины в кассету, механизм горизонтального перемещения пластин, блок обработки, включающий центрифугу, установленную в технологической ванне, щетку, механизм вертикального перемещения разгрузочной кассеты установлен под углом к горизонтальной плоскости в направлении подачи пластин, а механизм извлечения пластин из кассеты и механизм загрузки обработанных пластин в кассету выполнены в виде присоски с вакуумным столиком, установленной на каретке с возможностью продольного перемещения, при этом присоска механизма извлечения пластины из кассеты установлена на каретке с возможностью поворота на заданный угол, закрепленной под тем же углом к горизонтальной плоскости, что и механизм вертикального перемещения разгрузочной кассеты, кроме того, механизм горизонтального перемещения пластин выполнен в виде двух манипуляторов с возможностью поворота в горизонтальной плоскости, каждый из которых снабжен носителем в виде кольца с внутренней конусной поверхностью, имеющего радиальный вырез α≤25° и диаметр, больший диаметра вакуумного столика присоски и столика центрифуги, а технологическая ванна дополнительно снабжена устройством для мегазвуковой очистки пластин с мегазвуковой головкой, установленным на корпусе ванны, при этом оси симметрии щетки и мегазвуковой головки проходят через ось симметрии ванны под углом друг к другу.

Выполнение механизма вертикального перемещения разгрузочной кассеты под углом к горизонтальной плоскости позволяет пластинам занимать строго определенное положение в кассете под действием силы тяжести и не требует дополнительных ориентирующих устройств.

Носитель, выполненный в виде кольца, выполняет две функции: надежно центрирует пластины и транспортирует отцентрированные пластины на рабочие позиции. Конусная поверхность носителя повышает точность центрирования, так как пластины на конусе центрируются независимо от отклонения диаметра пластины от номинального.

Выполнение выреза кольца α≤25°, с одной стороны, не нарушает центрирования пластин, а с другой, позволяет носителю после загрузки (выгрузки) пластин на столик центрифуги выходить из зоны загрузки (выгрузки).

Наличие мегазвуковой головки, установленной на корпусе ванны таким образом, что ее ось симметрии и ось симметрии ванны проходят под углом друг к другу, позволяет на одной и той же рабочей позиции совместить две технологические операции: очистку щеткой, а затем мегазвуком. Это повышает качество очистки, уменьшает габариты устройства, исключает необходимость применения дополнительных механизмов для транспортировки пластин между блоками.

Таким образом, предложенная совокупность признаков является новой, обеспечивает новый технический эффект и не вытекает очевидным образом из известного уровня техники. Следовательно, она соответствует критерию "изобретательский уровень" и "новизна".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены:

на фиг.1 - общий вид устройства;

на фиг.2 - механизм извлечения пластин из кассеты, разрез по А-А;

на фиг.3 - механизм отмывки щеткой, разрез Б-Б;

на фиг.4 - устройство для мегазвуковой очистки пластин с мегазвуковой головкой;

на фиг.5 - механизм загрузки пластин после обработки;

на фиг.6 - манипулятор горизонтального перемещения пластин в положении ниже пластин;

на фиг.7 - манипулятор горизонтального перемещения пластин в положении захвата пластин.

Устройство (фиг.1, 2, 5) содержит механизм шагового перемещения разгрузочной 1 и загрузочной 2 кассет, установленных на платформах 3 и 4 с возможностью вертикального перемещения от приводов 5 и 6, винтов 7 и 8, направляющих 9 и 10.

Механизм шагового перемещения разгрузочной кассеты 1 установлен на корпусе 11 под углом к горизонтальной плоскости в направлении подачи пластин 12. Механизм перемещения загрузочной кассеты 2 установлен на корпусе 13. Механизм извлечения пластин 12 из кассеты 1 (фиг.2) выполнен в виде присоски 14, установленной с возможностью поворота на заданный угол с помощью механизма поворота 15, установленного на каретке 16, имеющей возможность продольного перемещения. Каретка 16 установлена на корпусе 11 под тем же углом к горизонтальной плоскости, что и механизм шагового перемещения разгрузочной кассеты 1.

Механизм загрузки пластин в кассету 2 после их обработки также выполнен в виде присоски 17, установленной на каретке 18 с возможностью горизонтального перемещения.

Узел обработки пластин включает в себя центрифугу 19 со столиком 20, установленную в технологической ванне 21 с возможностью вращения от привода 22. На плите 23 ванны 21 установлен механизм вертикального 24 и механизм продольного 25 перемещения щетки 26, а также ультразвуковая форсунка 27, закрепленная на кронштейне 28 с возможностью перемещения в вертикальной плоскости (фиг.4) с помощью механизма 29 и в горизонтальной плоскости с помощью механизма 30. При этом оси симметрии щетки и форсунки размещены под углом α друг к другу в горизонтальной плоскости.

Перемещение пластин 12 в зону обработки и из нее осуществляется с помощью манипуляторов 31 и 32 (фиг.1, 6, 7), содержащих носители 33 и 34, выполненные в виде кольца с внутренней конусной поверхностью 35 и имеющего радиальный вырез 36 β≤25° (фиг.1, 9).

Носители 33, 34 установлены на штангах 37 и 38 с возможностью поворота от приводов 39 и 40 и с возможностью вертикального перемещения от механизма 41, 42. Диаметр Д носителей 33, 34 выполнен больше диаметра столика 20 центрифуги 19 и вакуумных столиков 43, 44 присосок 14, 17. Все механизмы и узлы размещены на каркасе 45.

Работа устройства происходит следующим образом. Кассета 1 с пластинами 12 устанавливается на платформу 3 механизма вертикального перемещения кассеты. Перемещение кассеты 1 осуществляется с помощью привода 5, винта 7 и направляющей 9. При перемещении кассета 1 скользит по дополнительной фторопластовой направляющей 46. Поскольку кассета с пластинами наклонена к горизонтальной плоскости в направлении подачи, то пластины под собственным весом занимают определенное одинаковое положение в пазах кассеты.

Присоска 14 механизма извлечения пластины поворачивается на заданный угол механизмом поворота 15 и каретка 16 перемещает присоску 14 по направлению к кассете 1. Присоска 14 заходит под пластину 12, кассета 1 опускается на шаг и пластина укладывается на присоску 14, удерживаясь на ней с помощью вакуума. Затем каретка 16 перемещает присоску 14 с пластиной 12 в крайнее правое положение. Механизм 15 поворачивает присоску 14 с пластиной 12 и пластина 12 устанавливается горизонтально, а вакуум на присоске 14 отключают.

Механизм вертикального перемещения 41 первого манипулятора 31 опускает привод 39 поворота штанги 37 с носителем 33 вниз, а привод 39 поворачивает штангу 37 с носителем на определенный угол таким образом, что носитель 33 устанавливается под столиком 48 присоски 17 (фиг.6). Затем привод 41 первого манипулятора поднимает привод 39, штангу 17, носитель 33 вверх. Носитель 33 при подъеме вверх своей внутренней конусной поверхностью 35 взаимодействует с круговым торцом пластины 12 и, центрируя ее в нужном положении, снимает со столика присоски 14 (фиг.6). (Момент взятия пластины 12 со столика изображен на фиг.7). А присоска 14, поворачиваясь, уходит за следующей пластиной. Привод 39 первого манипулятора поворачивает штангу 17 с носителем 33 и пластиной 12 на угол, при котором центр носителя 33 совпадает с осью центрифуги 19. После чего привод 41 опускает привод 39, штангу 37, носитель 33 с пластиной 12 вниз. Момент укладки пластины 12 на столик изображен на фиг.6. Пластина 12 закрепляется на столике 20 центрифуги 19 с помощью вакуума, а носитель 33 первого манипулятора уходит в исходное положение благодаря наличию у носителя выреза 36 (фиг.1, 9). Затем конус 46 центрифуги поднимается (фиг.3) и столик 20 с пластиной 12 начинает вращаться от привода 22. Щетка 26 с помощью механизма вертикального перемещения 24 и механизма продольного перемещения 25 устанавливается над пластиной 12 и начинает вращаться от привода 47.

Одновременно с вращением щетки 26 и пластины 12 подаются соответствующие растворы, которые затем попадают в ванну 21 и удаляются через сливное отверстие 48. После очистки пластины 12 щеткой 26 щетка отводится в исходное положение механизмами 24, 25. А вместо щетки 26 над поверхностью пластины 12 устанавливается форсунка 27, размещенная на кронштейне 28 (фиг.4) с возможностью перемещения в вертикальной плоскости с помощью механизма 29 и по горизонтали с помощью механизма 30 и установленная на том же корпусе 23 ванны, что и щетка 26. Через форсунку 27 подают деионизованную воду или раствор, озвученные мегазвуком. При этом форсунка 27 начинает сканирование от центра пластины 12 до ее периферии с помощью механизма 30. После окончания мегазвуковой очистки форсунка 27 отводится в исходное положение механизмами 29, 30. Столик 20 с пластиной продолжает вращение от привода 22 на больших оборотах. Пластина высушивается, и центрифуга останавливается, вакуум отключается, конус 46 опускается.

Носитель 34 второго манипулятора 32 (фиг.1, 7) подводят под пластину 12 и он, поднимаясь, захватывает пластину, переносит ее на определенный угол и останавливается над столиком 44 второй присоски 17. Затем носитель 34 опускается вниз, укладывает пластину 12 на столике 44 и уходит в исходное положение. На присоску 17 подают вакуум, и пластина 12 закрепляется на столике. После чего пластина с помощью механизма 18 заносится в кассету 2. Вакуум на присоске отключается, а кассета 2 с помощью привода 6, винта 8, направляющей 10 поднимается вверх, снимая пластину с присоски и подготавливая следующий паз кассеты 2 для загрузки. Присоска 17 уходит в исходное положение.

Источники информации

1. Пат. США №4534695, кл. B 65 G 25/00, пуб. 1985 г. "Устройство для транспортировки изделий".

2. Пат. США №4465, кл. B 25 J 3/00, пуб. 1984 г. "Устройство для обработки подложек для ИС".

3. Пат. Японии №6056864, кл. H 01 L 21/68. Заявл. 21.10.87, пуб. 0125.15.104.97 "Устройство для задания положения при транспортировке полупроводниковых пластин".

4. Пат. Японии №6038447, кл. H 01 L 21/68. Заявл. 29.05.87, пуб. 0095.07.104.97 "Способ задания положения полупроводниковых пластин".

5. Пат. Японии №6069062, кл. H 01 L 21/68. Заявл. 28.11.85, пуб. 0149.21.104.97 "Устройство для автоматической высокоскоростной транспортировки плоских изделий".

6. Пат. Японии №6066375, кл. H 01 L 21/68. Заявл. 30-03.87, пуб. 02.48.20.104.97 "Способ и устройство для транспортировки полупроводниковых пластин" (прототип).

1. Устройство для обработки полупроводниковых пластин, содержащее загрузочную и разгрузочную кассеты, механизмы их вертикального перемещения, механизм извлечения пластин из кассеты, механизм загрузки обработанных пластин в кассету, механизм горизонтального перемещения пластин, блок обработки, включающий центрифугу, установленную в технологической ванне, щетку, отличающееся тем, что механизм вертикального перемещения разгрузочной кассеты установлен под углом к горизонтальной плоскости в направлении подачи пластин, а механизм извлечения пластин из кассеты и механизм загрузки обработанных пластин в кассету выполнены в виде присоски с вакуумным столиком, установленной на каретке с возможностью продольного перемещения, при этом присоска механизма извлечения пластин из кассеты установлена на каретке с возможностью поворота на заданный угол, закрепленной под тем же углом к горизонтальной плоскости, что и механизм вертикального перемещения разгрузочной кассеты, кроме того, механизм горизонтального перемещения пластин выполнен в виде двух манипуляторов с возможностью поворота в горизонтальной плоскости, каждый из которых снабжен носителем в виде кольца с внутренней конусной поверхностью, имеющего радиальный вырез α≤25° и диаметр, больший диаметра вакуумного столика присоски и столика центрифуги.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что технологическая ванна дополнительно снабжена устройством для мегазвуковой очистки пластин с мегазвуковой головкой, установленным на корпусе ванны, при этом оси симметрии щетки и мегазвуковой головки проходят через ось симметрии вакуумного столика под углом друг к другу.