Устройство для крепления полупроводниковой пластины на держателе полупроводниковых пластин

Полезная модель относится к микроэлектронике и может быть использована при получении монокристаллического карбида кремния SiC, используемого для изготовления интегральных микросхем.
Известны различные модификации настольных прессов (Режим доступа: https://www.kuvalda.ru/catalog/6553/ Дата обращения 08.05.2019).
Среди недостатков данных конструкций следует отметить то, что они не оснащены нагревательной плитой и прижимным механизмом.
Известен пресс гидравлический, содержащий станину рамного типа, смонтированный на станине гидроцилиндр, создающий осевое усилие, ползун, взаимосвязанный с винтом для перемещения ползуна, верхнюю и нижнюю штамповые плиты. Гидроцилиндр установлен в верхней поперечине станины, шток гидроцилиндра выполнен за одно целое с винтом, на котором смонтирован ползун с возможностью вращения и возвратно-поступательного перемещения вдоль оси винта (RU 93332, МПК B30B 3/00, опубл. 27.04.2010).
Недостатком известной конструкции является то, что устройство имеет большой вес и габариты, также на нижней станине отсутствует нагревательная плита.
Технический результат заключается в повышении эксплуатационных свойств устройства за счет применения каркаса и равномерно распределенной нагрузки на приклеиваемую во время нагрева полупроводниковую пластину (ППП).
Технический результат достигается тем, что устройство для крепления ППП на держателе ППП включает станину рамного типа, на верхней поперечине которой смонтирован гидроцилиндр. Устройство снабжено двумя ползунами, установленными с возможностью перемещения в нижней части станины, и расположенной на ползунах траверсой, на которой размещена нагревательная плита и установлен с возможностью перемещения по направляющим каркас с пружинами и кварцевыми стержнями, расположенными в каркасе с возможностью прижатия полупроводниковой пластины к держателю.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства для крепления ППП на держателе ППП, на фиг. 2 - каркас, на фиг. 3 - нагревательная плита.
Устройство для крепления ППП на держателе ППП (фиг. 1) включает станину рамного типа 1. На верхней поперечине станины 1 смонтирован гидроцилиндр 2, создающий осевое усилие. Два ползуна 3 установлены в нижней части станины 1 с возможностью перемещения. На ползунах 3 расположена траверса 4. На траверсе 4 находится нагревательная плита 5 и каркас 6.
Каркас 6 (фиг. 2) представляет собой механизм, включающий в себя металлический каркас 7, пружины 8 и кварцевые стержни 9. Пружины 8 и стержни 9 располагаются специальным образом для плоскопараллельного прижатия образца и исключения возможных изгибов и деформаций ППП во время прижатия. Каркас 6 может свободно перемещаться по трем направляющим. Направляющие установлены на стальную плиту для исключения возможных вибраций при работе.
Нагревательная плита (фиг. 3) представляет собой керамический держатель 10 с пазом для укладывания спирали 11, который устанавливают на теплоизоляционный материал 12 (например, графитовый войлок и т.п.). Изоляцию располагают на нижней металлической пластине 13 толщиной 2-5 мм и диаметром 190-240 мм. Сверху керамический держатель 10 накрывают теплоизоляционным материалом 14 (например, асбестовая ткань и т.п.) для исключения возможности замыкания витков и равномерного радиального нагрева верхней пластины 15, которая контактирует с графитовыми компонентами для приклейки. С торцов керамический держатель 10 закрывают теплоизоляционным материалом 16. Верхняя 15 и нижняя 13 пластины стягивают в четырех точках по краю на равных радиусах металлическими шпильками 17, которые устанавливают в ножки 18. В нижней пластине 13 располагают отверстие под термопару 19, имеющую тепловой контакт с верхней пластиной 15. Нагревательную плиту монтируют на нижнюю платформу каркаса 6 и закрепляют для исключения перемещения и вибраций при работе на заявленном устройстве.
Выводы нихромовой спирали через керамическую колодку (ток до 25 А) подключаются к пропорционально-интегрально-дифференцирующему регулятору и реле. Регулятор управляет реле, которое подает напряжение на нагревательную спираль. Соединение реле и регулятора выполнено из термостойкого провода, с максимальной рабочей температурой 450 °С.
Пример 1. Вариант реализации заявленного решения
Длина пружин 8 без нагрузки - 30 мм. Рабочий ход прижимного механизма 6-15 мм. Суммарная максимальная нагрузка до соприкосновения витков ~ 60 кг. Для позиционирования и сжатия опорных пружин (на фиг. позицией не обозначены) используют возвратный гидроцилиндр 2. Отсчет нагрузки осуществляют по специальной шкале, расположенной на вертикальной оси движения механизма. Используют опорные пружины с внутренним диаметром на 1 мм больше диаметра направляющей и максимальной нагрузкой до соприкосновения витков более 100 кг.
Заявленная полезная модель может быть использована в способе выращивания слитков монокристаллического карбида кремния, при котором на стороне пластины затравочного монокристалла, не предназначенной для выращивания слитка монокристаллического карбида кремния, формируют защитный слой, после чего наносят адгезивный слой, склеивают поверхности держателя и пластины затравочного монокристалла и выращивают слиток монокристаллического карбида кремния на свободной поверхности пластины затравочного монокристалла, а также в способе выращивания слитков монокристаллического карбида кремния, при котором закрепление пластины затравочного монокристалла проводят с помощью клея-адгезива на основе бакелитового лака на графитовом держателе с промежуточной прокладкой из терморасширенного графита.
Устройство для крепления ППП на держателе ППП работает следующим образом. На нижнюю нагревательную плиту 5 помещают держатель ППП (затравки, используемой в процессе роста объемного кристалла) и наносят слой специального сыпучего клеящего состава на основе органических соединений (сахар, обезвоженная глюкоза и т.д.). На клеевую основу помещают ППП, и система нагревается до температуры расплавления клеящего вещества (~110-180 °С). После того, как клеящий состав переходит  в жидкое состояние без включения воздушных пузырей, производят прижим ППП к держателю ППП с помощью каркаса 6.
После прикладывания усилия и выхода части клеящего состава из зазора ППП-держатель увеличивается температура нижней нагревательной плиты для проведения процесса искусственной карбонизации. При этой температуре органические соединения карбонизируется в течение 15-30 мин и в итоге между ППП и ППП - держателем образуется равномерный графитовый слой. После окончания процесса отключают нагрев нижней плиты и снимают нагрузку.
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет повысить эксплуатационные свойства устройства за счет применения каркаса и равномерно распределенной нагрузки на приклеиваемую во время нагрева ППП.