УСТРОЙСТВО ДЛЯ МЕГАЗВУКОВОЙ ОЧИСТКИ ПОДЛОЖЕК

Полезная модель относится к технике очистки поверхности плоских изделий с помощью ультразвука, мегазвука и может быть использована в полупроводниковом производстве при изготовлении ИС, БИС и СБИС, на операциях очистки пластин кремния и фотошаблонов.
Известны различные устройства очистки полупроводниковых пластин с помощью мегазвука в специальных ваннах.
Пьезокерамический излучатель, как правило, устанавливается на дне ванны [1]. В ванну помещают кассету с пластинами, обработка ведется в объеме сразу всех пластин, помещенных в кассету. Групповая обработка в этом случае не обеспечивает качественную очистку пластин из-за вносимых загрязнений.
В устройстве индивидуальной очистки пластин и шаблонов [2] очистка поверхности пластин осуществляется на центрифуге с помощью струи жидкости, вытекающей из специальной камеры через сопло. Сопло придает струе форму плоской ленты. Жидкость под давлением, возбуждаемая УЗ-преобразователем с частотой 0,2-5 МГц, направляется по магистрали к поверхности пластины. При этом плоскость струи ориентирована по радиусу вращения пластины. Но так, как ультразвуковые колебания пьезоизлучателя распределяются по длине щели, из которой вытекает озвученная жидкость, то различные участки пластины очищаются неодинаково. Получить же узкую, равномерную щель достаточно трудная проблема. Кроме того, громоздкость системы над обрабатываемой поверхностью пластины является дополнительным источником загрязнений и делает устройство дорогим в изготовлении.
В ультразвуковой струйной моечной установке [3] в баке из кварцевого стекла перегородкой разделены верхняя камера с ультразвуковым вибратором и нижняя камера с отверстием в данной стенке.
В верхнюю камеру подают воду для охлаждения вибратора, а в нижнюю камеру - моющий раствор. Через отверстие в данной стенке струю моющего раствора под действием энергии ультразвуковых колебаний от вибратора подают на поверхность обрабатываемого изделия.
Устройство требует наличия отдельного канала для подачи охлаждающей жидкости для вибраторов, отличается сложностью аппаратурной реализации.
Из известных наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для мегазвуковой очистки полупроводниковых пластин [4].
Устройство содержит ванну для очистки пластин с вакуумным столиком для закрепления их, цилиндрический корпус форсунки с каналом для подачи деионизованной воды, сопло, закрепленное на корпусе форсунки с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно ванны, пьезоэлемент излучателем, генератор УЗ-колебаний, включающий блок питания, блок задающего генератора, усилитель мощности.
Недостатки известного устройства заключается в том, что наличие одного канала для подачи воды делает его невозможным для одновременной подачи различных растворов для очистки. При использовании же канала для подачи растворов, его необходимо тщательно промыть деионизованной водой, что увеличивает время обработки пластины и значительно увеличивает расход дорогостоящей воды. А возможность попадания промывочной воды на обратную сторону пластины снижает качество обработки. Отсутствие контроля расхода воды через форсунку отражается на качестве очистки и лишает возможность оператору контролировать процесс очистки.
Техническим результатом предложенной полезной модели является повышение качества очистки подложек, повышение, производительности, надежности работы устройства, а также улучшение удобства работы оператора.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для мегазвуковой очистки подложек, центрифугу с вакуумным столиком, корпус форсунки с магистралью подвода деионизованной воды, сопло, выполненное на конусе форсунки, закрепленной с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно ванны на держателе форсунки, генератор мегазвуковых колебаний, форсунка снабжена насадкой со сквозным отверстием, выполненным соосно соплу корпуса форсунки, установленной на держателе корпуса, содержащей радиальное отверстие, выполненное под углом к горизонтальной плоскости, в котором установлен штуцер магистрали для подачи растворов, при этом вакуумный столик центрифуги снабжен по периферии кольцевой канавкой с четырьмя диаметрально-противоположно расположенными друг другу сквозными отверстиями, выполненными перпендикулярно основанию кольцевой канавки. В магистрали подвода деионизованной воды в полости форсунки установлен дроссель и датчик расхода деионизованной воды. Генератор мегазвуковых колебаний снабжен блоком контроля расхода деионизованной воды с индикатором отклонения расхода воды от заданного значения.
Наличие «насадки со сквозным отверстием, выполненным соосно соплу конуса форсунки и дополнительной магистрали для подачи растворов», и «штуцера магистрали для подачи растворов, установленного в радиальном отверстии держателя корпуса», обеспечивает смешивание подаваемого раствора с озвученной деионизованной водой не внутри конуса форсунки, а в полости насадки. Это исключает загрязнение внутренней полости конуса и необходимость его промывки, что сокращает время обработки.
Кроме того, поскольку расстояние между торцем насадки и плоскостью обрабатываемой подложки выбирается не более 0,5-1 мм, то подаваемый раствор не сразу удаляется из зоны обработки.
Благодаря малому зазору между вращающейся подложкой и торцем насадки, перемещающейся возвратно-поступательному по радиусу, происходит равномерное распределение подаваемого раствора по поверхности подложки. Это обеспечивает качественную мегазвуковую очистку подложки.
Признак «вакуумный столик центрифуги снабжен по периферии кольцевой канавкой со сквозными отверстиями...» исключает попадание раствора на обратную сторону обрабатываемой подложки из-за наличия вакуума, что сказывается на качестве очистки.
Введение блока контроля расхода деионизованной воды с индикатором отклонения расхода воды от заданного в генератор мегазвуковых колебаний, а также наличие дросселя и датчика расхода, установленных в магистрали подвода деионизованой воды позволяют не только контролировать расход дорогостоящей деионизованой воды, но и управлять (выбирать оптимальный расход) процессом очистки.
Таким образом, предложенная совокупность существенных признаков является новой и обеспечивает технический результат, выражающийся в повышении качества очистки и производительности, а также в повышении надежности работы устройства.
Следовательно, она соответствует критериям патентоспособности полезной модели: «новизна», «технический эффект» и «промышленная применимость».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где схематично изображены:
на фиг.1 - общий вид устройства;
на фиг.2 - форсунка и ванна с вакуумным столиком;
на фиг.3 - вакуумный столик, разрез по А-А;
на фиг.4 - блок индикации расхода деионизованной воды на мегазвуковом генераторе;
на фиг.5 - блок-схема устройства для мегазвуковой очистки подложек.
Предлагаемое устройство для мегазвуковой очистки подложек (фиг.1, фиг.2) содержит форсунку 1, вакуумный столик 2, на котором располагают обрабатываемую подложку 3, ванну 4, корпус 5, в котором на ванну 6 установлена центрифуга с помощью подшипников 7, 8, вакуумного уплотнения 9.
В корпус 5 установлен штуцер для подвода вакуума на вакуумный столик 2.
Привод 11, установленный на корпусе 5 приводит во вращение вал 6 через шкивы 12, 13 и ремень 14.
Форсунка 1 установлена на держателе 15 с возможностью радиального перемещения ее в процессе очистки от привода 16. На держателе 15 закреплена магистраль подвода раствора 17 к цилиндру 18 (фиг.2), установленному в насадке 19 форсунки 1.
Генератор мегазвуковых колебаний 20 через высоковольтный кабель 21 соединен с пьезокерамическим элементом 22 через контакты 23, 24, расположенные на диэлектрической пластине 25, и лепесток 26, контактирующий с центральным электродом пьезокерамического элемента 22. Генератор 20 через кабель 27 соединен с датчиком расхода 28 деионизованной воды, на которой установлен также дроссель 30. Магистраль 29 соединена со штуцером 31, установленным на корпусе 32 форсунки 1 (фиг.2).
Пьезокерамический элемент 22 зажат между корпусом форсунки 32 и контактирующим элементом 33 с помощью гайки 34. Высококачественная полость форсунки закрыта крышкой 35. В корпусе 32 форсунки 1 установлен конус 36, который закреплен с помощью держателя 37.
На цилиндрической части держателя 37 соосно форсунки установлена насадка 19 с радиальным отверстием, в котором установлен штуцер 18.
Вакуумный столик 2 снабжен вакуумной полостью 39 для закрепления обрабатываемой подложки. По периферии вакуумного столика 2 выполнена кольцевая канавка 40 с четырьмя отверстиями 41, 42, 43, 44, выполненными диаметрально - противоположно друг другу. Оси кольцевых отверстий совпадают с осью канавки 40 и направлены перпендикулярно основанию кольцевой канавки 40.
Генератор мегазвуковых колебаний (фиг.4, 5) снабжен блоком контроля расхода 45 деионизованной воды со световыми индикаторами 46, 47, 48 показывающими расход деионизованной воды через форсунку 1. Один выход блока контроля расхода 45 соединен с первым выходом блока питания 49, а другой - с датчиком расхода 28 деионизованной воды. Второй выход блока питания 49 подключен к входу задающего генератора 50, выходом соединенного с усилителем мощности 51, один выход которого подключен к электродам пьезоэлемента 22, а второй - к блоку задания мощности излучения 52. Второй вход усилителя мощности 51 соединен с выходом пьезоэлемента 22.
Работа устройства происходит следующим образом.
Обрабатываемую подложку 3 (например, кремниевую пластину или фотошаблон) укладывают на вакуумный столик 2, где она с помощью вакуума закрепляется. Затем вакуумный столик 2 с закрепленной на нем подложкой 3 начинают вращать от привода 11 через шкивы 12, 13, ремень 14, вал 6.
В форсунку 1 (фиг.1) через дроссель 30, подают деионизованную воду и включают генератор 20 мегазвуковых колебаний. Кроме того, форсунка начинает совершать возвратно-поступательные перемещение в горизонтальной плоскости с помощью пневмопривода 16.
Дросселем 30 с помощью датчика 28 и блока контроля 45 генератора 20 устанавливают необходимый оптимальный расход деионизованной воды через форсунку, при котором достигаются наилучшие результаты очистки.
При необходимости использования какого-либо раствора в процессе очистки раствор подают по магистрали 17 через штуцер 18 в полость Б насадки 19.
В полости Б происходит смешивание раствора с озвученной деионизованной водой. Расстояние между торцем насадки 19 и поверхностью обрабатываемой подложки 3 и выбирают не более 0,5÷1 мм, т.е. подаваемый раствор не сразу удаляется из зоны обработки. Благодаря малому зазору между торцем насадки 19 и поверхностью обрабатываемой подложки 3, а также совокупности движений обрабатываемой подложки (вращение) и форсунки 1 (возвратно-поступательное сканирование в радиальном направлении от периферии подложки к ее центру) происходит равномерное распределение подаваемого раствора по поверхности обрабатываемой подложки и осуществляется очистка поверхности за счет мегазвуковых колебаний и кинематической энергии жидкости.
По истечении заданного времени подача раствора прекращается, подложка продолжает вращаться и также продолжает подаваться озвученная мегазвуковая деионизованная вода, осуществляя окончательную очистку поверхности.
Так как раствор не попадает во внутрь конуса 36 форсунки 1, то нет загрязнения внутренней полости конуса и нет необходимости промывки полости конуса от остатков раствора. Таким образом, сокращается время обработки, за счет чего увеличивается производительность процесса очистки, так как исключается вероятность наличия остатков раствора.
За счет наличия на периферии столика кольцевой канавки со сквозными отверстиями исключается попадание раствора на обратную сторону подложки, так как отсутствует эффект затягивания.
Источники информации принятые во внимание:
1. Патент США 4804007, Кл. В 08 В 3/00, 1989 г.
2. Патент США 4326553, Кл. В 08 В 3/00, 1980 г.
3. Патент Япония 6073657, Кл. В 08 В 3/12, 1997 г.
4. Патент РФ 30102, Кл. В 08 В 3/00, 2002 г.