УСТАНОВКА ДЛЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ОДНОСТОРОННЕЙ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ КРУГЛЫХ ПЛАСТИН ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ И ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области производства пластин, которые в дальнейшем применяются для изготовления различных оптико-электронных элементов и устройств. Выращенные кристаллы проходят достаточно сложный технологический цикл, связанный с разрезанием кристаллов на отдельные пластины, их шлифованием и полированием. Финишной операцией, предшествующей, например, нанесению эпитаксиальных слоев, является очистка поверхности полированных пластин. Для осуществления очистки применяются различные химические и механические установки.
Известна установка для очистки пластин полупроводниковых и оптических материалов, содержащая кожух, внутри которого установлена планшайба, предназначенная для размещения очищаемой пластины, приводной механизм планшайбы, чистящий элемент, и установленное внутри кожуха сопло для подачи чистящей жидкости (Патент США №6601596, приор. 02 мая 2001 г., опубл. 05 августа 2003 г., МПК В 08 В 3/00).
При работе устройства очищаемая круглая пластина, размещенная на планшайбе, вращается под действием приводного механизма. Через сопло подают чистящий раствор, который под действием центробежной силы отбрасывается к периферии пластины. Чистящий элемент установки выполнен в виде плиты, рабочую плоскость которой установливают параллельно плоскости очищаемой пластины.
Недостатком известного устройства является недостаточная степень очистки поверхности пластины. Пластина очищается только при применении одного чистящего раствора, плита выполняет, в основном, функцию регулятора расхода чистящей жидкости, не обеспечивается надежная фиксация пластины относительно планшайбы.
Задачей настоящей полезной модели является создание простой по конструкции и эффективной установки для очистки поверхности круглых пластин после их химико-механической обработки.
Технический результат полезной модели выражается в повышении степени чистоты очистки поверхности пластин, увеличении производительности установки, повышении срока службы чистящего элемента.
Этот технический результат достигается тем, что в установке для чистки полупроводниковых пластин, содержащей кожух, внутри которого установлена планшайба, предназначенная для размещения очищаемой пластины, приводной механизм планшайбы, чистящий элемент, и установленное внутри кожуха сопло для подачи чистящей жидкости, в планшайбе выполнен сквозной канал, полость которого подключена к вакуумной системе, чистящий элемент выполнен в виде скребка и соединен кинематически с приводным механизмом, обеспечивающим его прижатие к очищаемой пластине и возвратно-поступательное перемещение относительно поверхности обрабатываемой пластины, внутри полости кожуха дополнительно установлены сопло подачи теплой деионизованной воды, сопло подачи холодной деионизованной воды, сопло подачи чистого сухого газа, а в нижней части кожуха выполнен канал для подвода чистого сухого газа к нижней стороне очищаемой пластины, выступающей за края планшайбы.
Для повышения качества отмывки пластин установка может быть снабжена вторым скребком с приводным механизмом, аналогичным по конструкции описанному выше. Второй скребок с приводным механизмом размещают оппозитно первому. Скребок может выполняться в виде жесткой щетки, снабженной накладкой из мягкого материала, например синтетической кожи, которая контактирует с поверхностью обрабатываемой пластины. Для улучшения контакта пластины со стальной планшайбой последняя может иметь на рабочей поверхности накладку в виде пластины из мягкого материала, например из фторопласта.
Кроме того, установка может быть снабжена генератором мегазвуковых колебаний и устройством их наложения на проходящую струю деионизованной воды.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами. На фиг.1 представлена схема установки, на фиг.2 вид сверху на обрабатываемую пластину и скребок.
Установка содержит кожух 1, внутри которого размещена планшайба 2, на которую устанавливают очищаемую пластину 3. Планшайба приводится во вращение с помощью приводного механизма (не показан). Жидкость для мытья пластины подают через сопло 4. С поверхностью очищаемой пластины находится в контакте скребок 5. Последний может быть снабжен накладкой из мягкого материала, например синтетической кожи. В планшайбе выполнен сквозной канал 6, который подключен к вакуумной системе (не показана). Скребок 5 крепится к Г-образному кронштейну 7, горизонтальная часть которого выполнена в виде плоской пружины. Кронштейн 7 посредством оси 8 соединен с держателем 9. Держатель 9 соединен с приводным механизмом 10, который приводится в движение двигателем 11. Установка снабжена соплом 12 подачи теплой деионизованной воды, соплом 13 подачи холодной деионизованной воды и соплом 14 подачи чистого сухого газа. Кожух 1 имеет отражатели 15, 16, вытяжной коллектор 17 и канал слива жидкости 18. В нижней части кожуха выполнен канал 19 для подвода чистого сухого газа к нижней стороне очищаемой пластины.
Установка работает следующим образом. На планшайбу 2 устанавливают обрабатываемую пластину 3. Фиксация пластины относительно планшайбы обеспечивается путем создания разряжения между нижней поверхностью пластины и поверхностью планшайбы в результате создания разряжения в канале 6, подключенного к вакуумной системе (не показана). Пластина «прилипает» к планшайбе. После размещения пластины на планшайбе последнюю приводят во вращение.
Скребок 5, размещенный на кронштейне 7, из нерабочего состояния, показанного на Фиг.1 пунктиром, приводится в рабочее состояние, соответствующее положению прижатия скребка к поверхности пластины. Через сопло 4 подают теплый моющий раствор в центр пластины. Одновременно включают двигатель 11 приводного механизма 10. В качестве приводного механизма может использоваться эксцентриковый механизм. Скребок приходит в возвратно поступательное движение относительно поверхности пластины. На фиг.2 крайние положения скребка 5 относительно поверхности пластины 3 показаны позициями 20 и 21. Угловая скорость вращения планшайбы показана буквой ω, а линейная скорость скребка буквой v.
По завершению цикла промывки верхней плоскости пластины 3 моющим раствором производят ее ополаскивание теплой деионизованной водой, которую подают на поверхность пластины через сопло 12. Скорость вращения пластины, степень прижатия скребка к пластине и скорость его перемещения относительно поверхности пластины регулируют, задавая соответствующие параметры с пульта управления установкой (не показан).
По завершению цикла ополаскивания пластины теплой водой скребок поднимают, выводя его из контакта с поверхностью пластины, и начинают процесс промывки пластины холодной деионизованной водой, которую подают через сопло 13. По завершению этого процесса подачу холодной деионизованной воды отключают, увеличивают число оборотов планшайбы и включают обдув пластины чистым сухим газом, например, азотом, который подают через сопло 14. Таким образом, осуществляют сушку пластины. В процессе очистки пластины через канал 19 подают сухой азот под избыточным давлением, который препятствует попаданию рабочих растворов и продуктов обработки на обратную сторону пластины.
После завершения процесса сушки вращение планшайбы останавливают, канал 6 отключают от вакуумной системы и подают в
него воздух. Чистую сухую пластину снимают с планшайбы и направляют на дальнейшую обработку, а на планшайбу устанавливают другую подлежащую очистке пластину.
В случае использования в установке двух оппозитно расположенных скребков с приводными механизмами, один из скребков используют в процессе очистки пластины моющим раствором, а второй в процессе промывки пластины деионизованной водой. Генератор мегазвуковых колебаний включают при подаче деионизованной воды, обеспечивая тем самым повышение эффективности очистки.
В реализованной на практике установке при очистки поверхности полированных пластин сапфира диаметром 50,8 и 76,2 мм число оборотов планшайбы в режимах чистки и промывки меняли в диапазоне от 300 до 1800 об/мин, а в режиме сушки от 3000 до 10000 об/мин. При этом скорость перемещения скребка по поверхности пластины изменяли от 100 до 300 мм/мин, а силу его прижатия к пластине от 50 до 200 грамм. В качестве моющего раствора использовали 0,05% водный раствор синтанола. Диаметр сопел 2÷4 мм. Расход моющего раствора и воды, подаваемых через сопла, изменяли от 0,1 до 1.5 л/мин. Частота колебаний, создаваемых мегазвуковым генератором 1600 кГц, а диапазон изменения мощности 20-50 Вт. Время полной обработки одной пластины в зависимости от выбранного режима составляло от 5 до 99 секунд.
Проведенная серия испытаний подтвердила промышленную применимость установки.