КАССЕТА ДЛЯ ГРУППОВОЙ ТРАНСПОРТИРОВКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН
CASSETTE FOR GROUP TRANSPORTATION OF SEMICONDUCTOR PLATES

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для удержания полупроводниковых пластин во время транспортировки в процессе изготовления полупроводниковых приборов.
Известна кассета для групповой обработки и транспортировки полупроводниковых пластин, содержащая основание, на внутренней поверхности которого продольно расположены ребра с пазами для размещения пластин, выполненные определенным образом (см. RU 2018190, опубл. 15.08.1994). Известная кассета имеет ряд недостатков, связанных с тем, что кассета выполнена в виде сплошного основания, что утяжеляет конструкцию. Недостатком известной кассеты является также и то, что для пластин большого диаметра применение ее затруднено тем, что для удержания пластин в вертикальном положении нужны основания, охватывающие значительную часть пластин, и узкие и глубокие пазы, при этом требуется увеличить расстояние между пазами, что снижает производительность процесса. Наличие узких пазов превращает их из опорных в заклинивающие, а это приводит к потерям пластин как при перегрузке, так и на операциях транспортировки.
Известна кассета для групповой обработки и транспортировки полупроводниковых пластин, состоящая из четырех стержней с нарезанными в них пазами, причем два стержня расположены выше по отношению к двум другим стержням (FR 2248764, опубл. 16.05.1975). Такая конструкция кассеты более проста и легка в исполнении. Основания пазов нижних стержней, в которых стоят пластины, выполняют опорную функцию для пластин, а боковые стенки пазов верхних стержней удерживают пластины в вертикальном положении, выполняют поддерживающую функцию для пластин. Такая конструкция кассеты позволила увеличить ширину пазов верхних поддерживающих стержней, что, в свою очередь, снимает проблему загрузки пластин в лодочки с использованием загрузочных устройств, поскольку увеличивает степень свободы перемещения пластин в пазах.
К недостаткам конструкции таких кассет следует отнести недостаточную степень свободы перемещения пластин в пазах кассеты как в процессе непосредственной транспортировки, так и при загрузке или выгрузке всех пластин во все пазы четырех стержней кассеты. Это значит, что при несоответствии проекций пазов пластина не может занять нужное положение в кассете, что приводит к потере пластин как на операции перегрузки пластин в кассеты, так и при последующей транспортировке. Даже при попадании пластин в пазы возможно их заклинивание в пазе, следствием чего являются бой, сколы или царапины на пластинах.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в исключении потерь пластин на операции транспортировки, за счет исключения залипания пластин в пазах нижнего и верхнего стержней при одновременной надежной фиксации их в боковых стержнях, и, кроме того, повышении производительности процесса транспортировки, за счет возможности ускорения проводимых перемещений и повышения возможности свободы манипулирования. Технический результат также состоит в повышении выхода годных, за счет сокращения брака пластин и сокращения биения пластин при транспортировке.
Поставленная задача решается тем, что кассета для групповой транспортировки полупроводниковых пластин содержит четыре фторопластовых стержня с пазами и два крепления с торцов стержней, каждый из четырех стержней представляет собой фторопластовую трубу с плотной резиновой вставкой по всей длине трубы, толщина стенки трубы составляет (30-40)% глубины пазов, глубина всех пазов одинаковая, два боковых стержня размещены по бокам располагаемых в кассете полупроводниковых пластин, один нижний стержень, выполняющий роль дна кассеты, размещен внизу располагаемых в кассете полупроводниковых пластин, боковые стержни размещены так, что их продольные оси и центры располагаемых в кассете пластин находятся в одной плоскости, пазы в стержнях выполнены таким образом, что обеспечивают размещение каждой пластины в вертикальной плоскости, перпендикулярной продольным осям стержней, пазы в обоих боковых стержнях имеют П-образную форму, ширина боковых пазов больше толщины полупроводниковой пластины на (30-40)%, пазы в нижнем стержне для размещения пластин имеют в сечении форму перевернутой равнобедренной трапеции так, что верхнее (большее) основание трапеции больше толщины полупроводниковой пластины на (100-120)%, а нижнее (меньшее) основание трапеции при этом больше толщины пластины на (30-50)%, крепления с торцов стержней выполнены с возможностью закрепления в них после размещения в кассете полупроводниковых пластин четвертого верхнего стержня, выполняющего роль крышки, при этом четвертый стержень также выполнен с пазами, форма пазов в четвертом стержне является зеркальным отражением формы пазов в нижнем стержне для обеспечения фиксации пластин в процессе транспортировки, а пазы во фторопластовой трубе и резиновой вставке каждого стержня сформированы одновременно за один рез.
При таком расположении боковых поддерживающих стержней происходит последовательная загрузка пластин в кассету, сначала в пазы боковых стержней, а затем в пазы нижнего стержня. Используемая форма нижнего паза придает пластине определенную степень свободы перемещения, а также решает проблему самоцентровки пластин в нижних пазах. Форма пазов заявленной конструкции кассеты и их размеры относительно размеров транспортируемых пластин обеспечивают исключение залипания пластин в пазах нижнего и верхнего стержней при одновременной надежной фиксации их в боковых стержнях, и, кроме того, обеспечивают повышение производительности процесса транспортировки за счет возможности ускорения проводимых перемещений и повышения возможности свободы манипулирования. Как показали эксперименты, к таким же результатам приводит одновременное использование резиновой вставки во второпластовых стержнях. Это также уменьшает возможность биения пластин, снижает вероятность сколов в пазах заявленной формы, позволяет повысить производительность процесса транспортировки за счет возможности ускорения проводимых перемещений и повышения возможности свободы манипулирования. Особо важным фактором в представленной конструкции является то, что выполнение пазов во фторопластовой трубе и резиновой вставке каждого стержня необходимо производить одновременно за один рез. Только это условие обеспечит наряду с вышеперечисленными выполнение указанного технического результата изобретения.
Результатом использования заявленной конструкции кассеты также является повышение выхода годных за счет сокращения брака пластин и сокращение биения пластин при транспортировке.
Прямоугольная форма паза в боковых стержнях требует дополнительных условий для установления ее размеров относительно толщины пластин, поскольку достаточно узкий паз вызывает заклинивание пластин, не доставая дна паза. Понятно, что в этом случае при транспортировке полупроводниковая пластина растрескивается в пазу кассеты. Для устранения указанного недостатка приходится формировать заведомо широкие пазы. Так как загрузка пластин в одном процессе определяется числом пазов, а число нарезанных пазов при фиксированном размере кассеты в основном определяется шириной паза (ширина разделительной перегородки на практике не зависит от толщины полупроводниковых пластин и является минимальной, обеспечивающей механическую прочность и целостность стержней при резании пазов и в процессе эксплуатации), то ясно, что нерационально повышенная ширина паза приводит к существенному уменьшению числа пластин, транспортируемых в одном процессе, с соответствующим возрастанием материальных затрат, снижением производительности операции транспортировки и технологического процесса изготовления полупроводниковых приборов в целом.
Однако данная П-образная форма и заявленные размеры в сечении боковых пазов стержней, в сочетании с другими предложенными в заявленной конструкции особенностями, является необходимой для обеспечения целостности пластин в процессе быстрой транспортировки.
Ширину паза никогда не делают избыточно большой. Необходимо компромиссное соотношение между загрузкой пластин в одном процессе и обеспечением необходимых условий эксплуатации при транспортировке, когда не допускается механического коробления, сколов и боя пластин.
Именно использование резиновой вставки предотвращает процесс растрескивания и биения пластин в местах контакта пластин с кассетой в пазу боковых стержней.
Технический результат достигается при использовании заявленных форм и размеров верхнего и нижнего стержней. Резиновые вставки исключают механические нарушения в пластинах и при контакте с ними в верхних и нижних пазах.
Процесс загрузки пластин, удерживаемых держателем пластин загрузочного устройства, в поддерживающие пазы двух боковых стержней кассеты и в опорные пазы нижнего стержня кассеты происходит следующим образом. Пластины, удерживаемые держателем пластин загрузочного устройства, опускаясь вертикально вниз между боковыми стержнями, подходят к пазам нижнего стержня, одновременно углубляясь в поддерживающие пазы. Вхождение пластин в поддерживающие пазы в дальнейшем исключает выпадание пластин из поддерживающих пазов при наличии несоответствия в совмещении пластины с одним из опорных пазов нижнего стержня кассеты. Здесь важно выполнение пазов в стержне (в трубе и вставке) за один рез.
Когда пластины подходят к пазам нижнего стержня, они освобождаются от держателя пластин загрузочного устройства. Держатели пластин загрузочного устройства, освободившись от пластин, покидают пределы кассеты. Выгрузка пластин происходит в обратной последовательности.
Снижение числа одновременно загружаемых пазов за счет последовательной загрузки пластин в кассету сначала в пазы боковых стержней, а затем в пазы нижнего стержня, увеличение ширины пазов боковых стержней за счет увеличения высоты расположения боковых стержней, а также форма пазов нижних стержней в сочетании с определенным размером (глубиной и шириной в зависимости от толщины пластин) пазов в боковых стержнях, использование резиновых вставок в стержнях придают пластине оптимальную степень свободы перемещения в пазах, что позволяет пластинам занять нужное положение в кассете и в конечном итоге решает проблему по исключению брака как на данной операции загрузки/выгрузки, так и в самом процессе транспортировки полупроводниковых пластин.
Скрепленные по торцам стержни с пазами выполнены из фторопласта. Два боковых стержня размещены по бокам размещаемых в кассете полупроводниковых пластин и расположены друг от друга на расстоянии, обеспечивающем крепление пластин определенного диаметра в соответствующих пазах. Нижний стержень, выполняющий роль дна кассеты, размещен внизу транспортируемых в кассете полупроводниковых пластин. Боковые стержни размещены так, что их продольные оси и центры размещаемых в кассете полупроводниковых пластин находятся в одной плоскости. Пазы для размещения каждой полупроводниковой пластины совмещены таким образом, что находятся в одной плоскости, пазы в обоих боковых стержнях выполнены в направлении, перпендикулярном продольной оси боковых стрежней, и имеют в сечении плоскость, содержащую обе продольные оси боковых стрежней П-образную форму. Ширина боковых пазов больше толщины пластины на 30-50%. Пазы в нижнем стержне для размещения обрабатываемых пластин имеют в сечении форму перевернутой равнобедренной трапеции так, что верхнее (большее) основание трапеции больше толщины полупроводниковой пластины на 100-120%, а нижнее (меньшее) основание трапеции при этом больше толщины пластины на 30-50%. Крепления с торцов стержней выполнены таким образом, что нижнее и боковые стержни закреплены, а только после размещения в кассете полупроводниковых пластин можно закрепить четвертый стержень, также выполненный из фторопласта с резиновой вставкой и выполняющий роль крышки. При этом четвертый стержень также выполнен с пазами, форма которых является зеркальным отражением формы пазов в нижнем стержне для обеспечения фиксации пластин в процессе транспортировки. Иными словами, пазы в верхнем стержне имеют такие же размеры и форму, как и пазы в нижнем стержне.
Все четыре стержня выполнены из фторопласта с плотной резиновой вставкой по всей длине фторопластовой трубы, толщина стенки трубы составляет (30-40)% глубины пазов, глубина всех пазов одинаковая. Обязательным условием выполнения кассеты является выполнение пазов во фторопластовой трубе и резиновой вставке каждого стержня одновременно за один рез.
Стержни кассеты могут быть выполнены диаметром порядка 5-10 мм. Для больших полупроводниковых пластин диаметр стержней может быть увеличен. Для определения размера паза нижнего и соответственно верхнего стержня в кассете также следует ориентироваться на толщину и диаметр используемых кремниевых пластин.
Кассету с загруженными кремниевыми пластинами диаметром 76 мм можно надежно транспортировать в технологическом процессе производства полупроводниковых приборов при переходе от одной операции к другой. Заявленная кассета может быть использована для транспортировки и перегрузки пластин даже в условиях химически агрессивных ванн, при химико-технологических операциях травления. Количество обрабатываемых в кассете пластин обычно выбирают порядка 50 шт. Зазор между пластинами может быть установлен порядка 3-6 мм.
Предложенная конструкция кассеты с четырьмя фторопластовыми стержнями с плотными резиновыми вставками, в которых выполнены пазы строго определенной формы в сечении, исключает зависание полупроводниковой пластины в пазу нижнего стержня при минимальных его размерах, что, с одной стороны, исключает залипание и заклинивание пластин в пазах кассеты как во время загрузки, так и при транспортировке, а с другой стороны, позволяет оптимизировать ширину самого паза и количество транспортируемых в кассете полупроводниковых пластин без брака.
Предложенная кассета для групповой транспортировки полупроводниковых пластин предназначена для промышленного применения, проста в исполнении.
Предложенная кассета для групповой транспортировки полупроводниковых пластин позволяет на 50% увеличить число пластин, транспортируемых за один раз в кассете, исключить их залипание и заклинивание в пазах кассеты.
Использование четвертого дополнительного стержня обеспечивает надежную фиксацию полупроводниковых пластин в кассете в процессе транспортировки, что дополнительно исключает потери.
Заявленная конструкция кассеты позволяет исключить потери пластин на операции транспортировки за счет исключения залипания пластин в пазах нижнего и верхнего стержней при одновременной надежной фиксации их в боковых стержнях, а кроме того, позволяет повысить производительность процесса транспортировки за счет возможности ускорения проводимых перемещений и повышения возможности свободы манипулирования. Использование кассеты приводит к одновременному сокращению биения пластин и повышению выхода годных за счет сокращения брака пластин при транспортировке.