А – стержневой (1 – трубка, 2 – обмотка), б – плоский (1 – стержень; 2 – окно, 3 – ярмо, 4 – обмотка)

Магнито-стрикторы, как правило, используют для одностороннего излуче­ния. Для этого на торец магнитостриктора, противоположный излучающему, наклеивают пористую резину. Колебания, отражаясь от этого торца, изменяют фазу на 180° и достигают излучающей поверхности в фазе с прямой волной. В магнитострикторе нагре­ваются как обмотка, так и пакет. Для сохранения нормальных условий работы температура в центральной части вибратора не должна превышать 75 °С. Поэтому магнитостриктор заключают в герметичный бачок с принудительным охлаждением водой, а об­мотку 4 выполняют из специального провода типа БПВЛ.

Из практики известно, что с увеличением удельной мощности свыше 0,4 Вт/см² степень очистки изменяется незначительно. По­этому для очистки подложек и изделий полупроводникового производства можно рекомендовать установки, обеспечивающие ин­тенсивность УЗ-колебаний в диапазоне 0,4—0,5 Вт/см².

В последнее время стали применять УЗ-колебания с частотой около 400 кГц.

Использование таких колебаний вызвано следующими поло­жительными факторами:

более качественной очисткой мелких отверстий, щелей и т. п. за счет уменьшения длины волны;

увеличением расстояния эффективного воздействия УЗ-коле­баний;

уменьшением габаритных размеров и массы УЗ-генераторов и преобразователей.

В технологии изготовления микросхем перемешивание жидких реагентов можно осуществлять устройствами с твердым рабочим органом — механическими мешалками или с газообразным рабочим органом (сжатый воздух, азот и др.) — барботерами. Выбор этих устройств определяется характеристиками перемешиваемой среды, в основном вязкостью.

Необходимо помнить, что понятие «скорость перемешивания» неэквивалентна понятию «скорость обтекания». Так, при переме­шивании мешалкой растворителя вблизи растворяемой твердой поверхности угловая скорость вращения мешалки значительно от­личается от скорости движения жидкости относительно твердой поверхности растворяемого тела (подложки). Скорость движения жидкости (обтекания) может на один-два порядка отличаться от угловой скорости вращения мешалки и мало зависеть от нее.

Эффективность перемешивания определяется затратами энер­гии, необходимыми для получения заданного технологического ре­зультата. Практика использования различных конструкций пере­мешивающих устройств показала, что для невязких сред можно успешно использовать лопастные, пропеллерные и турбинные ме­шалки (рисунок ниже). При вращении лопастей таких мешалок на поверхности жидкости образуется воронка, глубина которой опреде­ляется диаметром мешалки и частотой ее вращения. Нормальная работа мешалки соответствует условиям, при которых глубина воронки меньше глубины расположения лопастей мешалки. Для исключения образования воронки у стенок аппаратов с быстроходными мешалками устанавливают радиальные отражательные перегородки шириной примерно 0,1 диаметра сосуда.

Равномерность перемешивания возрастает по мере опускания мешалки в жидкость и достигает максимума, когда расстояние от мешалки до днища сосуда составляет соответственно 0,1—0,3 и 0,5—1 диаметра для лопастных и для пропеллерных и турбинных мешалок.

К числу первых перемешивающих устройств, примененных на практике, относятся лопастные мешалки (рисунок ниже, а), отличающие­ся простотой конструкции и низкой стоимостью. Как правило, они имеют две лопатой, плоскость которых перпендикулярна плоско­сти днища (прямые лопатки) или расположены под углом (на­клонные лопатки). В последнем случае интенсивность перемеши­вания значительно выше. Лопатки мешалки создают главным об­разом окружную циркуляцию жидкости при незначительной радиально-осевой циркуляции. Лопастные мешалки с высокими лопат­ками (высотой 0,8—1,2 их диаметра) называют листовыми. Та­кие мешалки используют для Процессов растворения при линей­ных скоростях 1,5—4 м/с; они имеют низкую интенсивность пере­мешивания.

Совершенствование лопастных мешалок привело к разработ­ке и широкому применению пропеллерных и турбинных мешалок. Пропеллерные мешалки, выполненные в виде корабельного винта (рисунок ниже, б), создают в аппарате интенсивную циркуляцию среды, что обусловлено возникновением насосного эффекта. Они отлича­ются от мешалок других типов малым расходом энергии. Частота вращения вала составляет 2—30 об/с. Преимуществом таких ме­шалок является возможность муфтового соединения вала мешал­ки с валом электродвигателя. Для исключения образования ворон­ки кроме отражательных перегородок вал мешалки располагают эксцентрично или устанавливают под некоторым углом к оси ван­ны. Для усиления осевой циркуляции пропеллер помещают в диф­фузор (циркуляционную трубу).

Турбинные мешалки (рисунок ниже, в) представляют собой один или два диска с укрепленными на них лопатками. Если лопатки за­ключены между дисками наподобие колеса центробежного насо­са, то такую мешалку называют закрытой турбиной. Наиболее простыми и эффективными являются мешалки с прямыми лопат­ками, расположенными радиально в плоскости, перпендикулярной дну ванны. Мешалки с изогнутыми лопатками потребляют мень­шую мощность.

При обработке поверхности распыленным реагентом (или в ви­де струй) интенсификации процесса очистки достигают увеличе­нием скорости обтекания поверхности реагентом. На межфазной поверхности поддерживается постоянная концентрация реагента за счет непрерывной смены распыленного реагента и удаления с нее продуктов реакции. Немаловажное значение в интенсифика­ции процесса имеет гидравлическое воздействие капель (струй) на поверхность, подобно тому, как деиствует гидромонитор.

 

Рабочие ванны с различными типами мешалок:

а — с лопастной; б — с пропеллерной; в — с турбинной;

1 — ванна; 2 — мешалка; 3 — приводной вал; 4 —отражательная перегородка

Для распыления жидких реагентов используют разные типы распылительных форсунок (рисунок ниже). Наибольшее распростране­ние нашли газовые (пневматические) форсунки.

Распыление жидкостей в пневматических форсунках (рисунок ниже, а) производится струей газа, движущегося с большой скоростью.

Типы распылительных форсунок:

а —газовая (пневматическая), б — гидравлическая шнековая; в — гидравлическая центро­бежная: 1 — корпус; 2 — сопло; 3 — клапан; 4—пружина; 5 — крышка; 6 — шнек

Жидкость подается в форсунку под давлением, самотеком или же засасывается благодаря инспекционному действию газовой струи. Контакт между жидкостью и газом может происходить как вне форсунки, так и внутри «ее. Пневматические форсунки по сравнению с гидравлическими и механическими применяют для более вязких жидкостей, но они потребляют больше энергии. Чем значительней расход газа в расчете на единицу объема распылен­ной жидкости, тем меньше размер получаемых капель и равно­мерней распыление.

Гидравлический расчет форсунок сводится к определению раз­меров выходных сечений для газа и раствора по их заданным рас­ходам.

 

Автомат гидромеханической отмывки, предназна­ченный для комбинированной очистки поверхностей полупроводнико­вых пластин химическими реактивами и щеткой перед нанесением фото­резиста, окислением, диффузией, осаждением пленок и после удаления фоторезиста, выпускается двух исполнений: с четырьмя и двумя трека­ми (унифицированными устройствами). Таким образом, производитель­ность автомата первого исполнения в два раза выше. Подача полупровод­никовых пластин в автомат производится в унифицированных кассетах емкостью 25 пластин. Отмытые пластины также помещаются в кассету. Работа автомата построена так, что оператор к полупроводниковым пла­стинам не прикасается.

Автомат смонтирован в сварном металлическом каркасе. Основные органы управления (пульт) расположены сверху в левой части автомата, а треки — в правой. Автомат должен быть обязательно подключен к вы­тяжной вентиляции.

Механическая часть каждого трека представляет собой агрегат, кинематическая схема которого показана на риcунке ниже. Ознакомившись с устройством одного агрегата, можно понять работу автомата. Агрегат 128 состоит из механизмов загрузки и разгрузки, каретки подачи полупро­водниковых пластин, механизма перемещения щетки, центрифуги и ванны.

Механизм загрузки начинает работать после установки унифици­рованной кассеты с полупроводниковыми пластинами на каретку 30 и включения агрегата. Пневмоцилиндр 24 наклоняет каретку 30 с кассе­той к пневматическому лотку 4, и привод, состоящий из электродвига­теля 28, ременной передачи и кулачка 26, вращает винт, который своей гайкой, связанной с кассетой, перемещает ее на шаг, равный 4,75 мм. Управляют перемещением кассеты кулачок 26 и микровыключатель 25. В это время срабатывает пневмосистема и потоком воздуха из сопла 31 полупроводниковая пластина из кассеты сдувается на пневматический лоток 4, а с него на каретку 6, приводом перемещения кассеты управля­ют микровыключателями 25, 2 и 29. Наличие полупроводниковой пла­стины на пневматическом лотке контролируется фотодатчиком.

 

Кинематическая схема агрегата (трека) автомата гидромеханической отмывки:

1 - унифицированная кассета, 2, 11, 13, 16, 17, 21, 25, 27, 29 - микровыключате­ли, 3 - полупроводниковая пластина, 4, 12 - пневматический и наклонный лотки, 5, 7 - штифты, 6 - каретка подачи полупроводниковых пластин, 8 - щетка, 9 -регулируемый упор, 10 - столик центрифуги, 14, 20, 23, 28 - электродвигатели, 15, 26 - кулачки, 18, 30 - каретки разгрузки и загрузки, 19, 22, 24 - пневмоцилиндры, 31 – сопло

Каретка 6 служит для автоматической подачи полупроводниковой пластины на вакуумный столик центрифуги и удаления с него после об­работки. Свое движение вперед—назад эта каретка получает от привода, состоящего из электродвигателя, шкивов и ременной передачи, ход которой регулируется микровыключателями 27 и 11. Для переноса и снятия полупроводниковой пластины служат соответственно две пары штифтов 5 и 7, расположенных на каретке 6.

Щетка 8 подается на рабочую позицию, приводится во вращение и от­водится в исходное положение механизмом перемещения. Перемещение вперед—назад щетка получает от пневмоцилиндра 22 и системы рычагов, воздействующих на ее вал, а вращение — от электродвигателя 23 через ременную передачу, промежуточный вал и вторую ременную передачу. Работа щетки контролируется и управляется микровыключателем 21.

Привод центрифуги примерно аналогичен приводу механизма пере­мещения щетки, т.е. она получает вращение от электродвигателя 20 и плоскоременной передачи, а перемещение вверх—вниз — от пневмоци­линдра 19. Подъем и опускание центрифуги регулируется винтовой парой. Управляют работой центрифуги микровыключателем 11.

Ванна отмывки представляет собой коробку, в которой установлен регулируемый упор 9, служащий для центрирования полупроводниковой пластины по отношению к вакуумному столику 10 центрифуги.

Механизм разгрузки по устройству во многом аналогичен механиз­му загрузки и отличается от него отсутствием пневматического лотка. Крайние положения унифицированной кассеты регулируются расположе­нием микровыключателей 13 и 17. После подачи обработанной полупро­водниковой пластины в соответствующую ячейку унифицированной кас­сеты 1 каретка 18 с кассетой перемещается на шаг, равный 4,75 мм, при повороте ходового винта от электродвигателя 14 и ременной передачи на один оборот с помощью кулачка 15 и микровыключателя 16. При отсут­ствии кассеты срабатывает блокировка и автомат не включается.

Автомат работает следующим образом. После установки кассет (в механизм загрузки с полупроводниковыми пластинами, а в механизм разгрузки — пустой) и включения автомата полупроводниковая пласти­на автоматически струей воздуха из сопла 31 подается на пневматичес­кий лоток 4, плавно опускается по нему на каретку 6, захватывается штифтами 5 и переносится на вакуумный столик 10 центрифуги. Приняв полупроводниковую пластину и удерживая ее вакуумом, столик центри­фуги, расположенный над ванной отмьшки, опускается в нее, принимая рабочее положение, и начинает вращаться. В этот момент из нескольких трубок на вращающуюся полупроводниковую пластину подается жид­кость для отмывки и одновременно подходит вращающаяся щетка 8, выполняющая гидромеханическую очистку.

После отхода щетки пластина, продолжая вращаться, некоторое вре­мя еще очищается струями жидкости. Затем подача жидкости прекраща­ется и начинается сушка пластины центрифугированием с одновремен­ным обдувом азотом. По истечении заданного времени очистки столик центрифуги с пластиной поднимается, вращение его прекращается и от­мытая полупроводниковая пластина перемещается в унифицированную кассету 1 механизма разгрузки. Удаление очищенной пластины с рабочей позиции производится штифтами 7 каретки 6 при подаче очередной пла­стины на отмывку. Отмытая пластина сначала попадает на наклонную скользящую поверхность лотка 12, а затем в паз унифицированной кас­сеты. Полный цикл отмывки полупроводниковых пластин совершается за 21—24 с, причем механическое воздействие щетки на пластину, струй­ная отмывка и сушка продолжаются по 5—10 с.

Автомат гидромеханической отмывки полупроводниковых пластин представляет собой сложную установку, надежность работы которой зависит от взаимодействия гидропневматической, вакуумной и электри­ческой систем, а также программного устройства. Поэтому основная задача наладчика — постоянно следить за согласованностью действий всех механизмов автомата, что достигается оптимальным расположением микровыключателей, управляющих его работой. Эту работу выполняют в наладочном режиме автомата, т.е. включая только механизмы, кото­рые налаживают. Для отмывки используют полупроводниковые пласти­ны одинаковых диаметров. При переходе на другой диаметр пластин необходимо выполнить незначительную переналадку. При наладке сле­дует руководствоваться технической документацией, прилагаемой

к автомату.

Установка ЩЦМЗ.240.212 химической обработки полупроводни­ковых пластин диаметром 60; 75 и 100 мм в различных невзрывоопас­ных веществах с последующей промывкой в деионизованной воде имеет унифицированные стол и стойку, а также расположенный сверху на стой­ке блок обеспыливания. На столешнице-поддоне находится четыре ван­ны: три фторопластовые, предназначенные для химической обработки пластин, и одна трехсекционная (каскадная) полипропиленовая, служа­щая для каскадной отмывки пластин в деионизованной воде. Обработка пластин производится в 25-местной унифицированной кассете, которую опускают в ванну и вынимают из нее вручную. Одновременно можно об­рабатывать две кассеты.

Пневмогидравлическая схема установки показана на рисунке ниже.

Пневмогидравлическая схема установки химической обработки: 1, 4 - ванны, 2 - подогреватель, 3 - насос-эжектор, 5 - поддон, 6 - рассеиватель, 7 - вентили, 8 - электропневматический клапан

Напол­нение фторопластовых ванн 1 производится из блока транспортировки и подачи химических реактивов с помощью сжатого воздуха, подава­емого электропневматическим клапаном 8. Каждая ванна закрывается фторопластовой крышкой, имеет электрический подогреватель 2 хими­ческих реактивов с автоматическим поддержанием заданной температу­ры и насос-эжектор 3 для удаления отработанных химических веществ. Насос-эжектор работает за счет разрежения, создаваемого потоком воды давлением не менее 0,4 МПа. При этом происходит смешивание реактива с водой в пропорции 1:20. Время химической обработки конт­ролируется реле.

Каскадная ванна 4, изготовленная из листового полипропилена, разделена разновысокими перегородками на три секции, что обеспечивает последовательный перелив деионизованной воды из секции в секцию. Отмываемые пластины в кассетах последовательно перемещают из треть­ей ванны во вторую, а затем в первую навстречу потоку воды. Вода для отмывки подается снизу через дно и решетку первой секции, а сбрасы­вается в слив через решетку и дно третьей секции. Для промывки ванн установка химической обработки оборудована рассеивателями 6 — миниатюрными кранами, изготовленными из сополимера, которые мелко распыляют деионизованную воду.

Под всеми ваннами установки находится поддон 5, представляющий собой ящик из древесностружечной плиты, облицованный листовым по­липропиленом, в нижней передней части которого установлены приборы, кнопки и ручки управления, сзади — воздуховод для подключения к вы­тяжной вентиляции, а снизу закреплены три вентиля 7 подачи водопро­водной воды и вентиль подачи деионизованной воды, управление кото­рыми производится с помощью стержней и маховичков, а также патру­бок для слива.

Вся площадь поддона-столешницы, не занятая ваннами, по их пери­метру закрыта перфорированными решетками, через которые происхо­дит отсос из воздуха продуктов химических реакций в вытяжную венти­ляцию. Блок обеспыливания, подающий очищенный воздух сверху вниз в виде ламинарного потока, создает воздушную завесу, которая преграждает поступление воздуха из помещения к месту химической обработки.