PL211526B1 - Urządzenie do próżniowego naparowywania warstw elementów elektronicznych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do próżniowego naparowywania warstw elementów elektronicznych, zwłaszcza metalicznych, wielowarstwowych układów scalonych na płytkach podłożowych.

Urządzenia do próżniowego naparowywania warstw posiadają komorę śluzową połączoną przez zawór odcinający z układem próżniowym a przez zawór śluzowy z komorą technologiczną. W komorze technologicznej zamocowane jest wielotygielkowe źródło parowania nad którym umieszczona jest przesłona z otworem, napędzana mechanizmem podziałowym. Wymagane kolejnymi czynnościami procesu przemieszczanie płytki podłożowej w pozycje technologiczne wykonują manipulatory podający i technologiczny, zamocowane do ścian komory śluzowej i technologicznej. Manipulator technologiczny oprócz ruchów liniowych wykonywać musi ruchy obrotowe, z zadaniem przejęcia płytki podłożowej oraz pozycjonowania jej przy wykonywaniu zabiegów czyszczenia, naparowywania i pomiarów in situ. W warunkach wysokiej próżni manipulator o dwóch stopniach swobody ruchu liniowego i obrotowego wymaga rozbudowanych uszczelnień w przepustach. Jedno z rozwiązań manipulatora technologicznego przedstawione jest w polskim opisie patentowym nr 187 770 a układ transportowy urzą dzenia do naparowywania płytek podłożowych w opisie nr 178 717. Pary materiału, które po zestaleniu tworzą warstwę układu scalonego, wydostają się ze źródła parowania po naprowadzeniu otworu w przesłonie nad wybrany tygielek, ogrzewany elektrycznie. Napęd podziałowy pokazany w opisie nr 113 755 wykorzystuje mechanizm zatrzaskowy z ryglem dociskanym sprężyną do trapezowych wycięć w tarczy podziałowej. Z tarczą podziałową za pośrednictwem sprężyn naciągowych sprzężona jest tarcza napędowa, łożyskowana współosiowo i której średnica jest nieco większa od podziałowej. Rozwiązanie, mimo dużego oporu tarcia w uszczelnieniu przepustu daje dobrze wyczuwalny na pokrętle moment zaskoczenia rygla w położenie podziałowe.

Urządzenie według wynalazku ma podobnie jak w powyżej opisanych komorę śluzową, której przestrzeń połączona jest przez zawór odcinający z układem próżniowym a przez zawór śluzowy z komorą technologiczną. Komora technologiczna wyposażona jest w wielotygielkowe źródło parowania i przesłonę napędzaną mechanizmem podziałowym. Ponad to urządzenie posiada układ transportowy złożony z dwóch, usytuowanych prostopadle manipulatorów : przyłączonego do komory śluzowej manipulatora podającego z uchwytem płytki podłożowej oraz manipulatora technologicznego, zamocowanego ponad źródłem parowania. Istota wynalazku polega na tym, że w obu manipulatorach człony robocze mają tylko jeden stopień swobody ruchu prostoliniowego oraz że manipulator technologiczny na końcu członu roboczego ma głowicę z płytką obrotową, łożyskowaną według osi prostopadłej do osi manipulatora technologicznego i do osi manipulatora podającego. Płytka obrotowa napędzana jest przez przekładnię od elektrycznego silnika próżniowego, zabudowanego na głowicy, a ponad to ma gniazdo zatrzaskowe do rozłącznego mocowania stolika płytki podłożowej. Na górnej powierzchni osadzoną ma płytkową grzałkę elektryczną. Rozwiązanie z płytką obrotową ogranicza kinematykę członu roboczego manipulatora technologicznego tylko do ruchu prostoliniowego, obroty płytki podłożowej w pozycje czyszczenia, naparowywania i pomiarów wykonywane są przez płytkę obrotową znajdującą się wraz z napędem wewnątrz komory technologicznej.

Korzystnym jest gdy uchwyt płytki podłożowej w manipulatorze podającym ma postać dwuramiennych widełek, ramionami usytuowanych w płaszczyźnie prostopadłej do osi manipulatora podającego oraz ukształtowanych tak, że przestrzeń przekroju poprzecznego miedzy ramionami widełek odpowiada ukształtowaniu bocznych powierzchni stolika płytki podłożowej. Połączenie to realizowane zwłaszcza przez ukształtowanie według obróconej o 90° litery V lub C umożliwia przesuwanie stolika wyłącznie w płaszczyźnie i w kierunku osi widełek. Do dolnej powierzchni płytki obrotowej zamocowany jest kołek dwustożkowy, łączony sprężyście z gniazdem zatrzaskowym w płytce obrotowej. Tak wykonane połączenie zatrzaskowe zapewnia łatwe przejmowanie i ustalanie stolika z płytką podłożową między manipulatorami.

Rozwinięcie wynalazku dotyczy szczególnej konstrukcji mechanizmu podziałowego, w którym napęd przesłony źródła parowania posiada krzyż maltański o ilości ramion równej podwójnej ilości tygielków osadzonych w korpusie źródła parowania. W przesłonie wykonany jest jeden otwór parowania natomiast tarcza napędowa krzyża maltańskiego posiada czop zabierakowy i półpierścień blokujący. Tarcza napędowa połączona jest poprzez przekładnię kątową z wałkiem wyprowadzonym przez przepust w ściance komory technologicznej i zakończonym pokrętłem. Wykonanie z krzyżem maltańskim o podwójnej względem ilości tygielków ilości ramion zapewnia uzyskiwanie stabilnych położeń międzytygielkowych, jednoczesnego zasłonięcia wszystkich tygielków - co jest wskazane dla odgazowania tygielków po napełnieniu ich nowym metalem lub po wymianie tygielka.

PL 211 526 B1

W komorze technologicznej zabudowane jest działo jonowe do czyszczenia płytki podłożowej oraz spektrometr elektronów Augera. W głowicy manipulatora technologicznego osadzony jest rezonator kwarcowy do pomiaru grubości naniesionej warstwy materiału.

Rozwiązanie według wynalazku charakteryzuje się prostą konstrukcją, w której elementy manipulatorów wnikają do przestrzeni próżniowej wyłącznie przez uszczelnienia o nierozwiniętej powierzchni, wyłącznie dla ruchu o jednym stopniu swobody - co minimalizuje desorpcję występującą przez mikronieszczelności.

Wynalazek przybliżony jest opisem przykładowego wykonania urządzenia do próżniowego naparowywania warstw, przedstawionego na rysunku. Figura 1 rysunku pokazuje schemat konstrukcyjny urządzenia, fig. 2 przekrój według linii V-V przez widełki uchwytu manipulatora podającego, z założonym stolikiem i płytką podłożową, fig. 3 przekrój według linii X-X przez płytkę obrotową, w której gniazdo zatrzaskowe wsunięty został stolik z płytką podłożową, fig. 4 widok z góry na głowicę manipulatora technologicznego, fig. 5 widok z góry na mechanizm podziałowy, fig. 6 przekrój poziomy przez źródło parowania, fig. 7 przekrój pionowy przez źródło parowania, natomiast na fig. 8 przedstawione są kolejne usytuowania płytki obrotowej i płytki podłożowej w kolejnych fazach procesu technologicznego.

Podstawowymi zespołami urządzenia są: komora śluzowa A, komora technologiczna B, manipulator podający C, manipulator technologiczny D oraz zamocowane wewnątrz komory technologicznej B wielotygielkowe źródło parowania E z przesłoną 19 napędzaną mechanizmem podziałowym. Płytki podłożowe F wprowadzane są do komory śluzowej A przez szczelnie zamykany pokrywą 1 otwór załadowczo-wyładowczy. Przestrzeń komory śluzowej A połączona jest przez zawór odcinający 2 z pompą próżniową 3 oraz przez zawór śluzowy 4 z komorą technologiczną B. Układ transportowy urządzenia złożony jest z dwóch, prostopadle usytuowanych manipulatorów śrubowych, których człony robocze mają jeden stopień swobody i wykonują wyłącznie ruch prostoliniowy. Manipulator podający C z uchwytem 8 płytki podłożowej F, przyłączony jest do komory śluzowej A po przeciwnej stronie zaworu śluzowego 4. Uchwyt 8 manipulatora podającego C ma postać dwuramiennych widełek 9, ramionami usytuowanych w płaszczyźnie prostopadłej do osi manipulatora podającego C oraz ukształtowanych według obróconej o 90° litery V. Przestrzeń przekroju poprzecznego miedzy ramionami widełek 9 odpowiada ukształtowaniu bocznych powierzchni stolika 28 płytki podłożowej F. Połączenie takie umożliwia przesuwanie stolika 28 wyłącznie w płaszczyźnie i w kierunku osi widełek 9. Do dolnej powierzchni stolika 28 zamocowany jest kołek dwustożkowy 29, łączony z gniazdem zatrzaskowym 14 w płytce obrotowej 11 napięciem ramion sprężyny agrafkowo-pierścieniowej 15. Manipulator technologiczny D zamocowany jest do połączonej z pompą próżniową 5 komory technologicznej B, ponad źródłem parowania E. Na końcu członu roboczego manipulator technologiczny D ma głowicę 10 z płytką obrotową 11, która łożyskowana jest według osi prostopadłej do osi manipulatora technologicznego D i do osi manipulatora podającego C. Płytka obrotowa 11 napędzana jest przez ślimakową przekładnię 12 od elektrycznego silnika próżniowego 13, który zamocowany jest na głowicy 10 a sterowany z zewnątrz komory technologicznej D. Na górnej powierzchni płytki obrotowej 11 osadzona jest płytkowa grzałka elektryczna 16. W płytce głowicy 10 osadzony jest uchwyt z rezonatorem kwarcowym 17, służącym do pomiaru grubości naparowanej warstwy materiału. W miedzianym korpusie 26 źródła parowania E osadzone są cztery tygielki 27, owinięte drutem tantalowym. Podczas oporowego ogrzewania wydzielona wokół tygielków 27 przestrzeń korpusu 26 włączona jest w wodny układ chłodzenia. Przesłaniająca otwory tygielków 27 środkowa część przesłony 19 wykonana jest z brązu, i posiada jeden otwór parowania 18. Zewnętrzna część przesłony 19 wykonana jest ze stali i ma postać krzyża maltańskiego 20 o ilości ramion równej podwójnej ilości tygielków 27. Tarcza napędowa 21 krzyża maltańskiego 20, posiadająca czop zabierakowy 22 i półpierścień blokujący 23, połączona jest poprzez przekładnię kątową 24 z wałkiem wyprowadzonym przez przepust w ściance komory technologicznej B i zakończonym pokrętłem 25. W komorze technologicznej B zabudowane jest działo jonowe 6 i spektrometr elektronów Augera 7, skierowane na płytkę obrotową 11.

Położenia elementów na początku procesu zobrazowane są na fig. 1 i 2. Przy otwartej pokrywie 1 i zamkniętym zaworze śluzowym 4, na uniesione w położenie a widełki 9 uchwytu 8 manipulatora podającego C nasuwany jest stolik 28 z płytką podłożową F, skierowany kołkiem dwustożkowym 29 w dół. Po zamknięciu pokrywy 1 zostaje włączona pompa próżniowa 3. Manipulator technologiczny D z poziomo usytuowaną płytką obrotową 11 zostaje wysunięty w położenie c, przy którym oś gniazda zatrzaskowego 14 pokrywa się z osią kołka dwustożkowego 29. Po osiągnięciu wymaganego podciśnienia w komorze śluzowej A dokonuje się otwarcia zaworu śluzowego 4 i opuszcza uchwyt 8 manipulatora podającego C w pozycję b przy której kołek dwustożkowy 29 zostaje wsunięty w otwór gniazda zatrzaskowego 14 i ustalony w nim działaniem sprężyny agrafkowo-pierścieniowej 15, z dociskiem

PL 211 526 B1 stolika 28 do powierzchni grzałki elektrycznej 16. Sytuacja ta zobrazowana jest na fig. 3 rysunku. Kolejną czynnością jest wycofanie głowicy 10 manipulatora technologicznego D w położenie d, czemu towarzyszy jednoczesne wysunięcie stolika 28 z widełek 9 uchwytu 8. Po wycofaniu uchwytu 8 manipulatora podającego C w położenie a zostaje zamknięty zawór śluzowy 4 a praca pompy próżniowej 5 powoduje osiągniecie wymaganego podciśnienia w komorze technologicznej B. Następnie wykonywane są zabiegi, które schematycznie zobrazowane są na fig. 8 usytuowaniami oznaczonymi I, II, III i IV. Schemat I z płytką obrotową 11 poziomą i płytką podłożową F u góry obrazuje sytuację podczas zabiegu czyszczenia podłoża strumieniem jonów. Następnie po obróceniu płytki obrotowej 11 o 180° i nastawieniu przesłony 19 otworem parowania 18 ponad właściwym tygielkiem 27 dokonuje się naparowania materiału - co obrazuje usytuowanie schematu II. Następne, pokazane na schematach III i IV usytuowania płytki obrotowej 11 w pozycji pionowej i pod katem 45° występują podczas wykonywania pomiarów metodą spektrometrii Augera. Po naparowaniu i pomiarach, wykonywane są czynności zakończeniowe, kolejno: otwarcie zaworu odcinającego 2 i odpompowanie komory śluzowej A pompą próżniową 3, zamknięcie zaworu odcinającego 2 i otwarcie zaworu śluzowego 4, opuszczenie manipulatora podającego C w położenie b uchwytu 8, wysunięcie manipulatora technologicznego D w położenie c z jednoczesnym wsunięciem stolika 28 w widełki 9, podniesienie manipulatora podającego C z jednoczesnym wyciągnięciem kołka dwustożkowego 29 z gniazda zatrzaskowego 14 i dalsze przemieszczenie pionowe do położenia a uchwytu 8, wycofanie manipulatora technologicznego D w położenie d, zamknięcie zaworu śluzowego 4 i zapowietrzenie komory śluzowej A, otwarcie pokrywy 1 i kończące proces wyciągniecie z widełek 9 stolika 28 z naparowaną płytką podłożową F.

Claims (5)

1. Urządzenie do próżniowego naparowywania warstw elementów elektronicznych, posiadające komorę śluzową z otwieraną pokrywą, której przestrzeń połączona jest przez zawór odcinający z układem próżniowym a przez zawór śluzowy z komorą technologiczną wyposażoną w wielotygielkowe źródło parowania i przesłonę napędzaną mechanizmem podziałowym, ponad to posiadające układ transportowy złożony z dwóch, usytuowanych prostopadle manipulatorów : manipulatora podającego z uchwytem płytki podłożowej, przyłączonego do komory śluzowej współosiowo i po przeciwnej stronie od zaworu śluzowego, oraz manipulatora technologicznego, zamocowanego do komory technologicznej ponad źródłem parowania, znamienne tym, że w obu manipulatorach (C, D) człony robocze mają jeden stopień swobody ruchu prostoliniowego, przy czym manipulator technologiczny (D) na końcu członu roboczego ma głowicę (10) z płytką obrotową (11), która łożyskowana jest według osi prostopadłej do osi manipulatora technologicznego (D) i do osi manipulatora podającego (C) oraz napędzana jest przez przekładnię (12) od elektrycznego silnika próżniowego (13) zabudowanego na głowicy (10) ponadto płytka obrotowa (11) ma gniazdo zatrzaskowe (14) do rozłącznego mocowania stolika (28) płytki podłożowej (F) a na górnej powierzchni osadzoną ma płytkową grzałkę elektryczną (16).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że uchwyt (8) manipulatora podającego (C) ma postać dwuramiennych widełek (9), ramionami usytuowanych w płaszczyźnie prostopadłej do osi manipulatora podającego (C) oraz ukształtowanych tak, że przestrzeń przekroju poprzecznego miedzy ramionami widełek (9) odpowiada ukształtowaniu bocznych powierzchni stolika (28) płytki podłożowej (F) a połączenie to realizowane zwłaszcza przez ukształtowanie według obróconej o 90° litery V lub C umożliwia przesuwanie stolika (28) wyłącznie w płaszczyźnie i w kierunku osi widełek (9), ponad to do dolnej powierzchni płytki obrotowej (11) zamocowany jest kołek dwustożkowy (29), łączony sprężyście z gniazdem zatrzaskowym (14) w płytce obrotowej (11).

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że mechanizm podziałowy napędu przesłony (19) źródła parowania (E) ma krzyż maltański (20) o ilości ramion równej podwójnej ilości tygielków (27) osadzonych w korpusie (26) źródła parowania (E), przy czym w przesłonie (19) wykonany jest jeden otwór parowania (18) natomiast tarcza napędowa (21) krzyża maltańskiego (20), posiadająca czop zabierakowy (22) i półpierścień blokujący (23), połączona jest poprzez przekładnię kątową (24) z wałkiem wyprowadzonym przez przepust w ściance komory technologicznej (B) i zakończonym pokrętłem (25).

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w komorze technologicznej (B) zabudowane są działo jonowe (6) i spektrometr elektronów Augera (7), skierowane na płytkę obrotową (11).

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że w głowicy (10) manipulatora technologicznego (D) osadzony jest rezonator kwarcowy (17).