УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВУХСТОРОННЕЙ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ПОДЛОЖЕК КВАДРАТНОЙ ИЛИ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ
DEVICE FOR INDIVIDUAL DOUBLE-SIDE PROCESSING OF SQUARE OR RECTANGULAR SUBSTRATES

Изобретение относиться к производству изделий электронной техники и может быть использовано для двухсторонней обработки стеклянных подложек квадратной или прямоугольной формы, используемых, например, в производстве при изготовлении фотошаблонов, а также жидкокристаллических экранов (ЖКЭ) на операциях очистки их щетками, а затем мегазвуком с последующей сушкой.
Известны различные устройства для обработки пластин [1-3], содержащие блок обработки пластин, загрузочные и разгрузочные устройства, транспортирующие механизмы. Эти устройства предназначены только для односторонней горизонтальной обработки пластин. В качестве транспортирующих механизмов используют либо пассики, либо грейферы [3], а в качестве держателей - вакуумные захваты. Причем для загрузки пластин в блок обработки и выгрузки уже обработанных пластин используют одни и те же механизмы, что не обеспечивает хорошее качество обработки их из-за вносимых загрязнений.
Устройство для двухсторонней очистки пластин с помощью щеток [4] предусматривает ручную загрузку-выгрузку пластин и не позволяет автоматизировать процесс обработки. Для передачи пластины с одной рабочей позиции на другую требуются дополнительные механизмы.
Автоматическая высокоскоростная транспортировка плоских изделий, например полупроводниковых пластин, с помощью транспортера, перегрузчика - вакуумного захвата, манипулятора для подачи пластин из кассеты [5] требует наличия множества перегрузочных и транспортирующих средств, приводов и механизмов, усложняет конструкцию устройства в целом, увеличивает ее габариты, что неприемлемо в условиях «чистой комнаты», снижает надежность работы. Применение вакуумных захватов, держателей сказывается на качестве обработки пластин из-за возможных загрязнений.
Известный захват [6] для переноса плоских пластин, например, фотошаблонов обеспечивает удержание их за счет усилия сжатия по торцам их. Это не позволяет использовать его для транспортировки хрупких стеклянных пластин квадратной или прямоугольной формы, так как из-за возможных сколов, царапин при обработке пластин щетками снижается качество их обработки.
Из известных наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для двухсторонней очистки пластин [7]. Известное устройство содержит установленные на основании разгрузочную и загрузочную кассеты, два механизма шагового их перемещения, механизм вертикального перемещения пластин из разгрузочной кассеты, механизм вертикального перемещения пластин в загрузочную кассету, механизм горизонтального перемещения пластин, выполненный в виде двух подвижных транспортеров с носителями пластин, технологические блоки очистки пластин, снабженные держателями в виде профилированных роликов.
Недостаток известного устройства заключается в том, что оно позволяет очищать пластины только круглой формы и не позволяет обрабатывать подложки квадратной или прямоугольной формы больших размеров (порядка 500 мм).
Техническим результатом предложенного изобретения является расширение технологических возможностей устройства за счет возможности обработки пластин квадратной и прямоугольной формы больших размеров, повышение качества обработки и производительности.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для двухсторонней индивидуальной обработки подложек квадратной или прямоугольной формы, содержащее разгрузочную и приемную кассеты для подложек, установленные соответственно на механизмах шагового их перемещения, механизм выгрузки подложек из кассеты, механизм загрузки обработанных подложек в кассету, технологические блоки гидромеханической очистки и блок мегазвуковой очистки с держателями подложек, первый и второй транспортеры с носителями подложек, дополнительно снабжено вторым блоком гидромеханической очистки подложек и блоком сушки подложек с помощью нагревателя с держателями подложек, а носители транспортеров выполнены в виде штанги с двумя вертикальными выступами, на каждом из которых на соответствующих осях установлен вертикальный ряд роликов с круговыми канавками и заходными фасками и с регулируемым расстоянием между рядами, причем центры осей симметрии роликов лежат на одной вертикальной оси симметрии соответствующего ряда, а штанга снабжена фиксирующим устройством, смещенным относительно оси симметрии расположения вертикальных выступов, при этом выступы штанги с рядами роликов снабжены защитным кожухом, кроме того, держатели подложек всех технологических блоков выполнены также в виде двух вертикальных рядов роликов аналогично рядам роликов на носителях транспортеров.
Ротор центрифуги блока мегазвуковой очистки снабжен двумя опорными штифтами и установленным противоположно ему относительно подложки фиксатором, при этом вал ротора снабжен ориентатором. А нагреватель блока сушки выполнен подвижным в горизонтальной плоскости и с регулируемым зазором между ним и плоскостью подложки, установленной на держателе.
Выполнение носителей «в виде штанги с двумя вертикальными выступами, на каждом из которых установлен вертикальный ряд роликов с круговыми канавками и заходными фасками и регулируемым расстоянием между рядами…» позволяет плавно устанавливать на носители подложки квадратной и прямоугольной формы разных размеров и переносить их на технологические операции. Наличие защитного кожуха предохраняет подложки от преждевременного высыхания и загрязнений.
Фиксирующее устройство на штанге предохраняет подложку от выпадения в процессе ее транспортировки.
«Держатели подложек всех технологических блоков выполнены также в виде двух вертикальных рядов роликов аналогично рядам роликов на носителях транспортеров…» позволяют обрабатывать подложки с двух сторон и обеспечивают минимальный контакт подложки с держателем, что сказывается на качестве их обработки.
Совмещение осей симметрии ряда роликов на носителе и держателе технологического блока позволяет осуществлять двухстороннюю очистку подложки в блоке гидромеханической очистки в процессе ее движения вверх и загрузки в носитель. Это повышает качество очистки, а также производительность.
Наличие второго блока гидромеханической очистки позволяет очищать подложки деионизованной водой после очистки ее раствором в первом блоке гидромеханической очистки, что также улучшает качество обработки и повышает производительность обработки благодаря разделению операций.
«Ротор центрифуги блока мегазвуковой очистки снабжен двумя опорными штифтами и фиксатором…» исключает выпадение подложки в процессе ее обработки на центрифуге.
Выполнение нагревателя блока сушки «подвижным с регулируемым зазором между нагревателем и плоскостью подложки» позволяет вести нагрев ее постепенно в два этапа, чтобы исключить тепловое разрушение хрупких стеклянных подложек, например, при изготовлении ЖКЭ.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены:
на фиг.1 - общий вид устройства для индивидуальной обработки подложек квадратной или прямоугольной формы;
на фиг.2 - устройство для индивидуальной обработки подложек квадратной или прямоугольной формы, вид А;
на фиг.3 - момент расположения носителя первого транспортера при выгрузке подложки из разгрузочной кассеты;
на фиг 4. - подложка зафиксирована в носителе первого транспортера;
на фиг.5 - момент расположения носителя второго транспортера при загрузке обработанной подложки в приемную кассету;
на фиг.6 - носитель первого транспортера, разрез В-В;
на фиг.7 - носитель первого транспортера, разрез Б-Б;
на фиг.8 - фиксирующее устройство первого транспортера, разрез Г-Г;
на фиг.9 - момент расположения носителя первого транспортера с подложкой пред загрузкой подложки в блок гидромеханической очистки;
на фиг.10 - момент расположения носителя первого транспортера с подложкой пред загрузкой ее на ротор центрифуги;
на фиг.11 - вал ротора центрифуги с роликом ориентатора, разрез Д-Д;
на фиг.12 - момент загрузки подложки на ротор центрифуги перед обработкой;
на фиг.13 - положение ролика ориентатора, разрез Е-Е;
на фиг.14 - ротор центрифуги, вид Ж;
на фиг.15 - момент загрузки подложки в камеру сушки;
на фиг.16 - носитель второго транспортера, разрез К-К;
на фиг.17 - носитель второго транспортера, разрез Л-Л;
на фиг.18 - фиксирующее устройство носителя второго транспортера, разрез Н-Н;
на фиг.19 - момент обработки подложки на блоке центрифуги.
Устройство для двухсторонней индивидуальной обработки подложек квадратной или прямоугольной формы (фиг.1,2) содержит разгрузочную 1 и приемную 2 кассеты для подложек 3, установленные соответственно на механизмах их шагового перемещения 4 и 5, механизм выгрузки подложек 6 из кассеты 1, механизм загрузки обработанных подложек 7 в кассету 2, блок двухсторонней гидромеханической очистки подложек 8 в растворе, блок гидромеханической очистки подложек 9 в деионизованной воде, блок мегазвуковой очистки 10, блок сушки подложек 11 с помощью нагревателя, первый транспортер 12 с носителем подложек 13, второй транспортер 14 с носителем подложек 15.
Разгрузочная кассета 1 (фиг.1, 2) с подложками 3 установлена на платформе 16 механизма шагового перемещения 4.
Приемная (пустая) кассета 2 установлена на платформе 17 механизма перемещения 5.
Механизм выгрузки подложек 6 из кассеты 1 содержит каретку 18 с толкателем 19, которые имеют возможность совершать вертикальные перемещения вверх и вниз. Механизм загрузки обработанных подложек 7 в приемную кассету 2 содержит каретку 20 с толкателем 21, которые имеют возможность совершать вертикальные перемещения вверх и вниз. Платформы 16 и 17 имеют смещенное окно 22 для перемещения соответственно толкателей 19 и 21 (фиг.3, 5).
Носитель 13 транспортера 12 выполнен в виде плоской штанги с двумя вертикальными выступами 23, 24 (фиг.7), на каждом из которых установлен вертикальный ряд роликов 25 на соответствующих осях 26. Ролики 25 имеют круговую канавку 27 с заходными фасками 28 (фиг.8). Центры осей симметрии роликов 25 на каждом выступе 23 и 24 расположены на одной вертикальной оси симметрии соответствующего ряда. Расстояние между двумя рядами роликов зависит от размера обрабатываемой подложки. Носитель 13 с роликами закрыт кожухом 29 (фиг.3-6).
Носитель 13 снабжен фиксирующим устройством 30 (фиг.8), включающим в себя корпус 31, поршень 32, шток 33 с пластмассовым колпачком 34 и полости 35 и 36. Устройство 30 расположено на носителе со смещением вправо от оси симметрии расположения вертикальных выступов 23, 24 на расстоянии, зависящем от геометрических размеров толкающих механизмов.
Носитель 13 установлен на каретке 37 транспортера 12. Все оси симметрии круговых канавок роликов 25 совпадают с осью симметрии 38 их соответствующего ряда (фиг.3)
Блок гидромеханической очистки 8 содержит ванну 39, держатель 40 с двумя рядами роликов 41, щетки 42, 43, коллекторы для подачи растворов 44, 45, блок раздвижения щеток 46, блок вращения щеток 47 (фиг.1, 9), механизм вертикального перемещения подложек 48, каретку 49, толкатель 50, окно 51 в крышке ванны и сливное отверстие 52 (фиг.9).
Блок гидромеханической очистки 9 (фиг.1) конструктивно повторяет блок 8. Отличие заключается в том, что в коллекторы 44, 45 подают деионизованную воду, то есть осуществляют чистовую гидромеханическую обработку, что значительно повышает качество обработки.
Блок мегазвуковой очистки на центрифуге (фиг.10) содержит ванну 53 с окном 54, ротор 55 с двумя параллельными рядами роликов 56 на соответствующих осях 57, причем центры осей симметрии роликов в каждом ряду лежат на одной вертикальной оси симметрии соответствующего ряда роликов 58, 59 (фиг.14). Ротор снабжен двумя опорными штифтами 60, 61 (фиг.10, 14), установленными симметрично оси симметрии ротора на расстоянии, позволяющем проходить толкателю 62 (фиг.10), а также выдвижным фиксатором 63. Ротор 55 установлен на валу 64 (фиг.13). На этом же валу закреплен ориентатор, выполненный в виде диска 65 с V-образной канавкой 66. Внутри вала 64 помещен коллектор 66 для подачи деионизованной воды на обратную сторону подложки 3. На лицевую сторону подложки 3 деионизованную воду подают через форсунку 67 (фиг.10). Ванна 53 имеет сливное отверстие 68 (фиг.12).
Блок центрифуги содержит пневмопривод 69 (фиг.10, 12, 19), привод заслонки 70, пневмопривод 71 со штоком 72 для перемещения фиксатора 63, пневмопривод 73 с толкателем 74, пневмопривод 75 с толкателем 76, роликом 77. Механизм вертикального перемещения 78 подложки содержит каретку 79 с закрепленным толкателем 62.
Блок сушки (фиг.15, 16) содержит камеру сушки 80, окно 81, нагреватель 82, держатель 83 с двумя вертикальными рядами роликов 84 на соответствующих осях, пневмопривод 88, механизм вертикального перемещения 89 с кареткой 90, на которой закреплен толкатель 91. Ролики 84 снабжены круговой канавкой 86 с заходными фасками 87. Расстояние между двумя вертикальными рядами роликов зависит от размера обрабатываемых подложек.
Второй транспортер 14 содержит каретку 92, на которой закреплен носитель 15, имеющий два вертикальных выступа 93, 94 (фиг.17), на каждом из которых установлен вертикальный ряд роликов 95 на соответствующих осях 96. Центры осей симметрии роликов на каждом выступе лежат на оси симметрии 97, 98 соответствующего ряда роликов.
Расстояния между двумя рядами роликов зависит от размера обрабатываемых подложек. Носитель 15 закрыт кожухом 99 и снабжен фиксирующим устройством 100 (фиг.15, 17, 18), включающим в себя корпус 101, поршень 102, шток 103 с пластмассовым колпачком 104, полости 105, 106. Устройство 100 установлено на носителе со смещением вправо от оси симметрии вертикальных выступов 93, 94 на расстояние, зависящее от геометрических размеров толкающих механизмов.
Работа устройства происходит следующим образом.
Разгрузочную кассету 1 (фиг.1, 2) с подложками 3 устанавливают на платформу 16 механизма шагового перемещения 4, а приемную пустую кассету 2 устанавливают на платформу 17 механизма шагового перемещения 5. Транспортер 12 перемещает каретку 37 с носителем 13 из исходного положения в зону расположения разгрузочной кассеты 1 и устанавливает свой носитель над первым пазом кассеты 1 так, чтобы ось симметрии 38 вертикальных рядов (фиг.3) роликов 25 совпала с осью симметрии первого паза кассеты 1. Механизм выгрузки 6 перемещает каретку 18 с толкателем вверх, торцом толкателя 18 поднимает первую подложку 3 из паза кассеты 1 и, продолжая подъем, заносит подложку 3 в промежуток (фиг.6) между двумя рядами роликов 25, расстояние между которыми равно L, выше уровня расположения колпачка 34 фиксатора 30. Затем в носитель 35 (фиг.8) подается сжатый воздух и поршень 32 перемещает шток 33 с колпачком 34 вперед, тем самым запрещая перемещение подложки 3 вниз, когда толкатель 19 будет опускаться вниз. Таким образом, подложка 3 переместилась из кассеты 1 на носитель 13 транспортера 12 (фиг.4) и готова к дальнейшей транспортировке в зависимости от запрограммированного технологического процесса. Транспортер 12 может обслуживать два блока гидромеханической очистки и блок мегазвуковой очистки, то есть подложку 3 можно сразу же перенести на блок центрифуги 10. В случае использования полного процесса обработки транспортер 12 переносит подложку в зону блока гидромеханической очистки 8 в растворе и останавливается так, что ось симметрии 38 расположения вертикальных рядов роликов 25 совпала с осью симметрии роликов 41, расположенных на держателе 40 первого блока гидромеханической очистки 8 (фиг.9). Щетки 42, 43 разводят с помощью механизма 46 и толкатель 50 каретки 49 механизма вертикального перемещения 48 начинает подниматься вверх. Поднимаясь вверх, толкатель 30 своим торцом выходит из окна 51 ванны 39, упирается в торец подложки 3, находящейся в роликах 25 носителя 13 (фиг.9), и приподнимает подложку 3.
Сжатый воздух подается в полость 36 корпуса 31, поршень 32 перемещает шток 33 с колпачком 34, открывая путь для перемещения подложки 3. Толкатель 50 опускается вниз, подложка 3 под действием силы тяжести следует за ним и опускается вниз в ванну 39. Щетки 42, 43 сводятся механизмом 46 и начинают вращаться от привода 47. Подают раствор через коллекторы 44, 45. В это время толкатель 50 перемещается вверх и подложка проходит между двумя вращающимися щетками 42, 43. Тем самым осуществляется двухсторонняя отмывка подложки в растворе. При движении вверх подложка 3 выходит из окна 51 ванны 39 и входит в промежуток L (фиг.6) двух вертикальных рядов роликов 25 носителя 13. После полного выхода из ванны подложка фиксируется механизмом 30 в носителе и готова к транспортировке на следующую операцию.
Кожух 29 носителя предохраняет обработанную подложку от преждевременного высыхания и от попадания загрязнений.
Далее подложка 3 переноситься носителем 13 на второй блок гидромеханической очистки с подачей деионизованной воды. Процесс аналогичен описанному выше.
После обработки подложки 3 в блоке 9 носитель 13 переносит подложку 3 в зону блока мегазвуковой очистки 10 и останавливается так, что ось симметрии 38 совпадает с осью симметрии ряда роликов 56 блока 10 (фиг.10). При этом блок 10 должен быть готов к приему подложки 3 (фиг.10, 11, 14). Ротор 55 находится в ориентированном состоянии. Благодаря приводу 75 шток 76 с роликом 77 выдвинут вперед и ролик 77 находится в канавке 66, благодаря чему диск 64 зафиксирован и ролики 56 ротора 55 готовы к приему подложки 3 в ориентированном положении. Фиксатор 63 и заслонка 70 находятся в отведенном состоянии. Механизм 78 перемещает каретку 79 с толкателем 62 вверх. Толкатель 62 своим торцом выходит из окна 54 ванны 53 и упирается в нижний торец подложки 3, приподнимая ее над фиксирующим колпачком 34. Механизм фиксации 30 отводит колпачок 34 в сторону, освобождая тем самым переход для подложки 3. Толкатель 62 опускается вниз, подложка 3 под действием силы тяжести следует за ним и опускается на ротор 55, устанавливается между двумя вертикальными рядами роликов 56 и опирается на штифты 60, 61 (фиг.12, 14). Толкатель продолжает перемещаться вниз до конечного положения, выходя из зоны вращения ротора.
Пневмопривод 71 перемещает шток 72 вперед, смещая фиксатор 63, тем самым предохраняет подложку 3 от выпадения из ротора 55. Пневмопривод 69 перемещает заслонку 70, закрывает окно 54 ванны 53 (фиг.12). Пневмопривод 75 отводит шток 76 с роликом 77, предоставляя валу 64 и ротору 55 свободу для вращения (фиг.12, 13). Ротор 55 с подложкой 3 начинает вращение. В коллектор 66 и форсунку 67 подается вода, включается мегазвук и форсунка 67 начинает сканирование от периферии к центру подложки 3. Осуществляется мегазвуковая очистка подложки в деионизованной воде. Затем подложка 3 сушится на больших оборотах и процесс обработки заканчивается. В это время носитель 13 обслуживает предыдущие операции (фиг.19). После окончания процесса обработки на блоке мегазвуковой очистки 10 ротор центрифуги останавливается, ориентируется с помощь привода 75, штока 76, ролика 77, диска 65 с канавкой 66 (фиг.10). Заслонка 70 с помощью привода 69 открывает окно 54. Форсунка 67 отходит в исходное положение. Привод 73 штоком 74 перемещает фиксатор 63, освобождая подложку 3 на роторе 55. Носитель 15 транспортера 14 с помощью каретки 92 перемещается в зону блока и останавливается над окном 54 ванны 53 так, что ось симметрии 107 расположения канавок роликов 95 (фиг.12) совпала с осью симметрии расположения канавок роликов 56 на роторе 55. Механизм 78 перемещает каретку 79 с толкателем 62 вверх. Толкатель 62 своим торцом поднимает подложку 3 и перемещает ее вверх, на носитель 15. Подавая сжатый воздух в полости 105 корпуса 101 фиксирующего механизма 100 (фиг.18) фиксируют подложку 3 в носителе 15, который с помощью транспортера 14 переносит подложку 3 на следующую позицию обработки, в блок сушки (фиг.1, 15). Использование второго транспортера 14 и носителя 15 исключает загрязнение чистой подложки.
Перед загрузкой подложки 3 в камеру сушки (фиг.15) ось симметрии 107 канавок роликов 95 совмещается с осью симметрии канавок роликов 84, размещенных на держателе 83 в камере сушки 80. Механизм 89 поднимает каретку 90 с толкателем 91 вверх, который своим торцом приподнимает подложку 3 в роликах 95 носителя 15. Фиксирующий механизм 100 перемещает колпачок 104, освобождая подложку, и толкатель совершает движение вниз. Подложка 3 под действием силы тяжести следует за толкателем 91, пока толкатель достигнет исходного положения. При этом подложка 3 устанавливается на ролики 84 и опираясь нижним торцом на толкатель 91 остается в этом положении в процессе операции сушки. Нагревательная плита 82 находится от подложки на расстоянии l (фиг.16). По истечении заданного времени привод 88 перемещает нагреватель 82 к плоскости подложки 3 на расстоянии и процесс сушки продолжается еще определенное время. Это исключает разрушение хрупких стеклянных подложек под воздействием тепла. После окончания процесса сушки привод 88 отводит нагреватель 82 от подложки 3, толкатель 91 выталкивает подложку из роликов 84 и через окно 81 камеры сушки выносит подложку из камеры сушки, одновременно устанавливая ее в ролики 95 носителя 15. Фиксирующий механизм 10 запирает подложку 3 с помощью колпачка 104 и транспортер 14 переносит носитель 15 с подложкой в зону загрузки обработанных пластин в приемную кассету (фиг.5). При этом ось симметрии 107 канавок роликов 95 совмещается с осью симметрии первого паза приемной кассеты. Толкатель 21 с помощью механизма 7 перемещается вверх, проходит окно 22 и верхним торцом упирается в нижний торец подложки 3 и слегка ее приподнимает. Механизм 100 перемещает колпачок 104, освобождая подложку, толкатель движется вниз. Под действием силы тяжести подложка 3 опускается вниз и загружается в паз приемной кассеты 2. Толкатель 21 уходит на исходное положение, освобождая окно 22 платформы 17, механизм 5 подает очередной паз приемной кассеты под загрузку. На этом полный цикл обработки первой подложки заканчивается.
На предприятии разработана конструкторская документация устройства, изготовляется опытный образец.
Источники информации, принятые во внимание.
1. Патент США 4534695, кл. B65G 25/00, публ. 1985 г. «Устройство для транспортирования изделий».
2. Патент США 4465416, кл. B25J 3/00, публ. 1984 г. «Манипуляционное приспособление при производстве подложек».
3. Авторское свидетельство 1552930, кл. H01L 21/00, публ. 1987 г. «Устройство для извлечения плоских изделий из кассеты и их транспортирование».
4. Авторское свидетельство 937058, кл. В08В 1/04, публ. 1982 г. «Устройство для двухсторонней очистки плоских изделий».
5. Патент Японии 6069062, кл. H01L 21/08, публ. 1994 г. «Устройство для автоматической высокоскоростной транспортировки изделий».
6. Захват для переноса плоских изделий. Solid state Technology August 1989 г., с.98.
7. Патент РФ 2275972, кл. В08В 1/04, публ. 2006 г. «Устройство для двухсторонней очистки пластин» (прототип).