Устройство для перемещения полупроводниковых пластин и удаления капельной влаги с их поверхности

 

Для удаления капельной влаги предлагается устройство, которое представляет собой толкатель, выполненный в виде полого цилиндра с продольной прорезью по всей длине цилиндра в области, где установлены пластины. При перемещении пластин до выхода их из жидкости, капли стекаемые на нижний край пластины, попадая в прорезь заполненную водой, контактируют с ней и в момент ухода вода отрывает каплю с края пластины за счет сил поверхностного натяжения и создаваемого потока жидкости в полости горизонтального цилиндра, создавая при этом турбулентность горизонтального потока.

В описании полезной модели даны технологические и конструктивные особенности устройства, позволяющего при выходе пластин через разделительный слой газовая фаза-жидкость, удалять капельную влагу.

Полезная модель основана на использовании эффекта Марангони, т.е. растекания жидкости с меньшим поверхностным натяжением по жидкости с большим поверхностным натяжением. Скорость поверхностного течения раствора тем выше, чем больше активность растворенного вещества и чем больше разность концентраций в направлении движения. Эффект играет существенную роль в процессах массопереноса.

Таким образом полезная модель основана на принципе нанотехнологии. В описании полезной модели указаны область применения, краткое описание и конструктивные особенности установки, где должно применяться данное устройство, приведен алгоритм функционирования устройства в составе установки отмывки и сушки пластин.

Статика и динамика работы устройства показаны графически.

Область техники, где возможно применение.

Отмывки и сушка полупроводниковых пластин.

Отмывка и сушка стеклянных, сапфировых пластин-подложек.

Отмывка и сушка стеклянных пластин заготовок для производства фотошаблонов и самих фотошаблонов.

Отмывка и сушка заготовок в производстве жестких компакт-дисков. Отмывка и сушка экранных стекол и других плоских стеклянных заготовок.

Все плоские изделия должны извлекаться из промывочной жидкости, в частности, деионизованной воды и проходить, через границу раздела фаз вертикально, т.е. перпендикулярно поверхности жидкости, границе раздела газовой среды (пары изопропанола с азотом) с деионизованной водой (см. Графическую модель на рис.1). В связи с разницей поверхностного натяжения изопропанола и воды на поверхности воды создается поверхностный слой, состоящий из изопропанола, абсорбированного поверхностным слоем воды. Формирование такого слоя определяемое силами поверхностного натяжения двух жидких сред изопропанола и воды характеризуется эффектом Марангони. В месте выхода пластины из жидкости формируется мениск, при этом в верхней части мениска концентрация изопропанола абсорбированного поверхностью воды значительно больше, чем в нижней части мениска, благодаря чему коэффициент поверхностного натяжения в верхней части мениска резко отличается от коэффициента поверхностного натяжения в нижней части мениска, что и приводит к очистке поверхности пластины.

Ближайшими аналогами, где применяется отмывка и сушка пластин с использованием эффекта Марангони, являются установки NEO-RD 1500; 2000 и NEO-FRD 1500; 2000, производимые фирмой «Apet Co., LTD» (http://www.apet.co.kr/product/product01.htm; http://www.apet.co.kr/produc/product02.htm).

Данные установки защищены патентом США 6.779.534132 от 24 августа 2004 г.

Эффект Марангони широко применяется для финишной очистки и сушки пластин в оборудовании ведущих мировых производителей. Значительное уменьшение привносимой дефектности, по сравнению с отмывкой и сушкой центрифугированием, применяемой в настоящее время в производстве, позволяет успешно применять такое оборудование для пластин с минимально возможной топологией.

Сущность эффекта Марангони заключается в использовании высокой очищающей способности реакционной зоны, например, паров изопропанола с водой на границе раздела фаз. По сравнению с отмывкой и сушкой центрифугированием, эффект отмывки и сушки с использованием эффекта Марангони лучше удаляет с поверхности пластин частицы размером до 90 нм в 7,5 раз, до 65 нм в 20 раз, до 40 нм в 21 раз. Кроме того, однородность поверхности пластины обработанной по методу с использованием Марангони значительно превосходит однородность, получаемую при обработке центрифугированием как при индивидуальной обработке пластины, так и, тем более, при групповом центрифугировании пластин в кассете.

В установках фирмы Apet Co, LTD при выходе обрабатываемых изделий из ванны отмывки, оставшуюся на нижнем крае изделия каплю, удерживаемую электростатическим зарядом и силами поверхностного натяжения, предлагается снимать, заземляя жидкость, а через жидкость - заземлять и толкатель (см. Графическое изображение удаления капельной влаги с поверхности полупроводниковых пластин посредством заземления моющей жидкости на рис.2 а, б).

Для процессов финишной отмывки пластин этот метод съема заряда непригоден, т.к. Процесс отмывки осуществляется высокоомной деионизованной водой 3 (рис.3а, б, в, г) максимально очищенной от ионных примесей сопротивлением 16-18 Мом*см. В виду высокого сопротивления воды, заземлить ее не представляется возможным. Поэтому эффект от заземления будет нулевым, как в первом, так и во втором случаях.

Кроме того после сушки изделия возвращаются в исходную технологическую кассету, смоченную водой при проведении технологического процесса отмывки. Так как кассета имеет много конструктивных выступов и углублений, то она сохраняет остаточную воду, которая снова высаживается на высушенных пластинах.

Для того, чтобы высушить пустую технологическую кассету, необходимо применить длительный процесс сушки технологической кассеты и проводить процесс при пониженном давлении. Все это в значительной мере удлиняет процесс сушки пластин и усложняет оборудование.

Описание установки, включающее устройство для перемещения полупроводниковых пластин и удаления капельной влаги.

Установка предназначена для выполнения технологических операций отмывки пластин деионизованной водой (ДИ), с их последующей очисткой и сушкой за счет сил поверхностного натяжения, возникающих на границе раздела фаз: «ДИ-пары изопропанола» (т.н. Эффект Марангони).

Установка (см. рис.3а) имеет блочную конструкцию (ванна финишной отмывки и, расположенный над ней, герметично ее закрывающий, блок сушки в парах изопропанола (ИПС) и горячего азота. Все технологические процессы, происходящие в установке, кроме ручной загрузки-выгрузки, выполняются автоматически, под управлением микропроцессорной системы. Операция загрузки-выгрузки кассет выполняется вручную. В состав оборудования входят (рис.3а, б):

- станина (на рисунках условно не показана);

- ванна финишной отмывки ДИ водой с устройством для перемещения полупроводниковых пластин и удаления капельной влаги;

- колпак (блок сушки) 6;

- блок подготовки и подачи паро-газовой смеси;

- пульт управления;

* блок подготовки и подачи паро-газовой смеси и пульт управления условно не показаны.

Алгоритм работы установки следующий:

Две стандартные кассеты с пластинами, после открытия крышки, которая выполнена в виде колпака 6 (рис.3а), выполняющего функцию приема пластин извлеченных из ванны финишной отмывки и подвергнутых сушке пластин с использованием эффекта Марангони, вручную помещаются на дно ванны финишной отмывки, после этого крышка закрывается и в ванну подается ДИ вода. После проведения финишной отмывки пластин (контроль качества отмывки осуществляется по показаниям удельного сопротивления воды на входе и на выходе из ванны), над поверхностью жидкости в ванне создается поток газовой смеси азота и паров изопропанола. Через несколько секунд после этого пластины, специальным устройством подъема, поднимаются из жидкости в пазы транспортных кассет установленных в колпаке блока сушки. При прохождении границы жидкость/газ происходит их сушка (рис.3б, в, г). После поднятия, пластины размещаются в сухих транспортных кассетах в колпаке (блоке сушки) и фиксируются продольным фиксатором от выпадения при открывании крышки-колпака.

Транспортные кассеты с высушенными пластинами извлекаются из установки. Пустые технологические кассеты в ванне финишной отмывки, заменяются новыми с пластинами для отмывки и сушки. В крышку-колпак устанавливаются новые сухие транспортные кассеты. Крышка-колпак закрывается и начинается новый технологический процесс отмывки/сушки пластин.

Проблема решаемая полезной модели

Удаление капель воды, удерживаемые электростатическим зарядом, в точке отрыва от жидкой фазы полупроводниковой или стеклянной пластины, в совокупности с силами поверхностного натяжения на нижнем крае пластины при вертикальном выходе из воды после отмывки их в ванне с водой при прохождении через границу раздела фаз: воды-газовая среда растворяемая в воде. Например, в нашем случае, парогазовой фазой будет пары изопропанола в смеси с азотом. Предлагаемая полезная модель являющаяся устройством для перемещения полупроводниковых пластин и удаления капельной влаги с их поверхности решает проблему удаления остаточных капель без загрязнения отмывающей жидкости (ДИ-воды) ионами обеспечивающими проводимость воды, которые необходимы для стока заряда, а, следовательно, и отмывки. Удаление капельной влаги с пластин за счет электропроводящих толкателей, которые контактируют с заземленной ДИ-водой, которая должна иметь ионные примеси, чтобы обеспечивать электропроводность ее согласно Патента США 6.779 534 132 от 24 августа 2004 г.

В этом случае, при очистке и сушке полупроводниковых пластин 1 (рис.3а) с использованием эффекта Марангони пластины вертикально перемещаются в ванне 2 с деионизованной водой 3 на поверхности которой создается реакционная зона, например из смеси паров изопропанола и азота. При прохождении пластин через слой реакционной зоны и происходит их очистка и сушка (рис.3а, б, г).

Однако после полного выхода пластин из воды и реакционной зоны на нижнем крае пластин остаются капли воды, удерживающиеся за счет электростатического заряда, создаваемого при движении полупроводниковых пластин через слой деионизованной воды, а также за счет сил поверхностного натяжения на нижнем крае пластины.

По предлагаемому способу пластины выводятся из воды толкателем 4 (рис.3а), выполненным в виде полого стержня, в данном случае цилиндра, размещенного горизонтально и прикрепленного к штоку 5 механизма вертикального перемещения. На толкателе имеются впадины Б (рис.3г) ограничивающие горизонтальное перемещение пластин, сохраняя постоянное расстояние между пластинами. В толкателе также имеется продольная сквозная полость В (рис.3г) открытая по торцам и сквозная прорезь Г (рис.3а), соединенная с полостью В.

При выходе толкателя 4 из деионизованной воды, продольный поток, создаваемый в горизонтальной цилиндрической полости В ускоряется, так как зависит от сечения полости, которое меняется в связи с выходом толкателя в реакционную зону. Поток жидкости ускоряется. Ускоренный поток жидкости приводит к созданию турбулентности в продольном пазу толкателя за счет входящих в прорезь нижних краев пластин, вертикально входящих в прорезь и омываемых уходящим горизонтальным потоком жидкости, тем самым, обеспечивая срыв капель на пластинах, удерживаемых электростатическим зарядом и силами поверхностного натяжения.

Полость толкателя разделена платформой 7 (рис.3г) для штока вертикального перемещения. Этот элемент конструкции толкателя выполнен так, что он изменяет сечение полости, уменьшает его и, таким образом, увеличивает скорость истечения жидкости из полости при выходе толкателя из жидкости в правую и левую стороны.

В этом заключается преимущественная особенность конструкции толкателя 4.

Ширина прорези Г должна быть таковой, чтобы силами поверхностного натяжения жидкость не удерживалась между стенками прорези. Одновременно она должна быть таковой, чтобы создавался максимально быстрый турбулентный поток жидкости при выходе толкателя в газовую среду. Экспериментальным путем получен эффект удаления капель воды при ширине прорези равной 4-5 мм. Ширина прорези Г и диаметра цилиндрической полости В толкателя должна быть в соотношении 1:(4-5).

Кроме того, при выходе толкателя 4 из жидкости прорезь Г с нижним краем пластины попадает в зону растекания воды с меньшим поверхностным натяжением, которая соединяется с водой в полости В толкателя, обладающей большим поверхностным натяжением, чем усиливается эффект Марангони обеспечивающей отрыв капель с пластин, удерживаемых на пластинах силами поверхностного натяжения вода-твердое тело электрическим статзарядом.

Динамика процесса удаления капли показана на рис.1

Технический результат, достигаемый такой конструкцией устройства перемещения пластин состоит в практически полном удалении следов капельной влаги на пластинах, что значительно снижает привносимую дефектность при их обработке.

Устройство для перемещения полупроводниковых пластин и удаления капельной влаги с их поверхности при сушке с использованием эффекта Марангони, отличающееся тем, что оно выполнено в виде толкателя, имеющего форму полого стержня из неметаллического материала, в данном случае, из полипропилена, размещенного горизонтально и прикрепленного к штоку механизма вертикального перемещения, на толкателе имеются впадины, ограничивающие горизонтальное перемещение пластин, сохраняя постоянное расстояние между пластинами, в толкателе имеется продольная сквозная полость, открытая по торцам, и сквозная прорезь, соединенная с полостью, при выходе толкателя из жидкости прорезь с нижним краем пластины попадает в зону растекания воды с меньшим поверхностным натяжением, которая соединяется с водой в полости толкателя, обладающей большим поверхностным натяжением, чем усиливается эффект Марангони, обеспечивая отрыв капель с пластин, удерживаемых на пластинах силами поверхностного натяжения вода - твердое тело электрическим статзарядом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полупроводниковым приборам и, в частности к устройствам для охлаждения с помощью жидкости
Наверх