Устройство для снятия фаски при финишной обработке полупроводниковых пластин

 

Использование: при изготовлении полупроводниковых приборов, а также в машиностроении. Сущность изобретения: корпус устройства для снятия фаски содержит центральную - цилиндрическую и периферийную - кольцевую пневматические камеры, разделенные цилиндрической перегородкой, сообщающиеся с магистралью подачи сжатого воздуха, привод вращения пластины выполнен в виде усеченного конического гнезда, в меньшем основании которого выполнены центральное отверстие и наклонные сопла, направленные по касательным к окружности, концентричной основанию усеченного конического гнезда, и соединенные, соответственно, с центральной и периферийной пневматическими камерами, расположенными под основанием усеченного конического гнезда, которое соединено по большему основанию с коническим сектором, расположенным над усеченным коническим гнездом, шлифующие боковые поверхности усеченного конического гнезда и конического сектора изготовлены из абразивного материала, углы наклона, высоты, диаметры больших и меньших оснований которых равны, причем корпус устройства выполнен с наклоном в сторону установленного конического сектора под углом 10-45° к горизонтали, а в основании усеченного конического гнезда установлен датчик скорости вращения пластины. Техническим результатом изобретения является повышение процента выхода годных изделий, уменьшение стоимости обработки, сокращение времени вспомогательных операций. 1 с.п. ф-лы, 3 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 А2 0515036 от 21.04.92 г., ЕР), 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, новым является то, что корпус содержит центральную - цилиндрическую и периферийную - кольцевую пневматические камеры, разделенные цилиндрической перегородкой, сообщающиеся с магистралью подачи сжатого воздуха, привод вращения пластины выполнен в виде усеченного конического гнезда, в меньшем основании которого выполнены центральное отверстие и наклонные сопла, направленные по касательным к окружности, концентричной основанию усеченного конического гнезда и соединенные, соответственно, с центральной и периферийной пневматическими камерами, расположенными под основанием усеченного конического гнезда, которое соединено по большему основанию с коническим сектором, расположенным над усеченным коническим гнездом, шлифующие боковые поверхности усеченного конического гнезда и конического сектора изготовлены из абразивного материала, углы наклона, высоты, диаметры больших и меньших оснований которых равны, причем корпус устройства наклонен в сторону установленного конического сектора под углом 10-45^o к горизонтали, а в основании усеченного конического гнезда установлен датчик скорости вращения пластины.

Устройство, наклоненное под углом 10-45^o к горизонтали в сторону установленного конического сектора 9 (угол наклона выбирается в зависимости от требуемого усилия прижатия пластины к шлифующей поверхности конического сектора 9 и к шлифующей поверхности усеченного конического гнезда 2) содержит корпус 1 (фиг. 1), конический сектор 9, усеченное коническое гнездо 2 со шлифующей поверхностью. В основании 3 усеченного конического гнезда 2 выполнены наклонные сопла 4 (фиг. 3), равномерно расположенные по окружности, меньшей, чем диаметр основания 3 усеченного конического гнезда 2, и соединенные с периферийной пневмокамерой 5, которая имеется в корпусе 1. Устройство также содержит центральное отверстие 8 для регулирования давления под пластиной 10, при котором она могла бы одновременно вращаться, так чтобы ее ось вращения стремилась бы совпасть с осью всего устройства и прижималась бы к шлифующим поверхностям конического сектора 9 и усеченного конического гнезда 2 (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. - вып. 6 - с. 22-23). Центральное отверстие 8 соединено с центральной пневмокамерой 6, расположенной в корпусе 1. Привод вращения пластины выполнен в виде усеченного конического гнезда 2 с наклонными соплами 4 в его основании. Помимо этого основание усеченного конического гнезда содержит датчик 7 определения того, что находится ли пластина в усеченном коническом гнезде 2 и ее скорости вращения, например, фотодиод. При этом радиус расположения датчика 7 в основании 3 усеченного конического гнезда 2 должен быть больше, чем расстояние от центра до базового среза пластины и меньше радиуса пластины.

Устройство работает следующим образом. Пластина 10 по пневмотранспортеру (не показан) перемещается в усеченное коническое гнездо 2. В это время периферийная пневмокамера 5 соединяется с воздушной магистралью 11 и сжатый воздух поступает в наклонные сопла 4, из которых наклонные струи воздуха выходят по касательным к окружности, на которой расположены сопла и создают между пластиной и усеченным коническим гнездом пневмовихревую прослойку, увлекая ее во вращение. Расход воздуха подбирается таким, чтобы пластина начала вращаться, при этом воздух будет выдуваться из-под пластины, так что под ней будет образовываться разрежение, достаточное для вращения пластины и прижатия ее нижней стороной к шлифующей поверхности усеченного конического гнезда 2. Так как устройство наклонено, то под действием собственного веса пластина будет при вращении смещаться в сторону конического сектора 9 и прижиматься своей верхней поверхностью к его шлифующей конической поверхности. Причем чем больше угол наклона устройства, тем больше усилие прижатия пластины 10 к коническому сектору 9, но при угле наклона устройства меньше 10^o пластина слабо прижимается к коническому сектору, а при угле наклона устройства больше 45^o изменяются параметры пневмовихревой прослойки и пластина перестает вращаться.

Для обоснования возможности создания такого давления под пластиной воспользуемся уравнением для максимального усилия, притягивающего пластину к основанию усеченного 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; - плотность воздуха; Q₁ - расход воздуха через периферийную пневмокамеру; S₁ - площадь сечения сопла; N - количество сопел; - 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;
- 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 усеченном коническом гнезде) необходимо подключить центральную пневмокамеру 6 к воздушной магистрали 11 для регулирования давления под пластиной, при котором она будет вращаться, прижимаясь к шлифующим поверхностям. После снятия фаски необходимого размера необходимо отключить периферийную пневмокамеру 5 от воздушной магистрали 11. При этом сжатый воздух перестанет поступать в наклонные сопла 4, а пластина остановится.

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

Формула изобретения

Устройство для снятия фаски при финишной обработке полупроводниковых пластин, содержащее корпус, привод вращения обрабатываемой пластины, шлифующие поверхности, отличающееся тем, что корпус содержит центральную - цилиндрическую и периферийную - кольцевую пневматические камеры, разделенные цилиндрической перегородкой, сообщающиеся с магистралью подачи сжатого воздуха, привод вращения пластины выполнен в виде усеченного конического гнезда, в меньшем основании которого выполнены центральное отверстие и наклонные сопла, направленные по касательным к окружности, концентричной основанию усеченного конического гнезда и соединенные, соответственно, с центральной и периферийной пневматическими камерами, расположенными под основанием усеченного конического гнезда, которое соединено по большему основанию с коническим сектором, расположенным над усеченным коническим гнездом, шлифующие боковые поверхности усеченного конического гнезда и конического сектора изготовлены из абразивного материала, углы наклона, высоты, диаметры больших и меньших оснований которых равны, причем корпус устройства выполнен с наклоном в сторону установленного конического сектора под углом 10 - 45^o к горизонтали, а в основании усеченного конического гнезда установлен датчик скорости вращения пластины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3