RU2168796C1

RU2168796C1 - Gear to take off chamfer in process of finishing treatment of semiconductor plate

Info

Publication number: RU2168796C1
Application number: RU2000118354A
Authority: RU
Inventors: Г.В. Абрамов; В.К. Битюков; О.М. Гребенкин; Г.В. Попов
Original assignee: Воронежская государственная технологическая академия
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2000-07-10
Publication date: 2001-06-10

Abstract

FIELD: manufacture of semiconductor devices, mechanical engineering. SUBSTANCE: case of gear to take off chamfer has central ( cylindrical ) and peripheral ( ring ) pneumatic chambers separated by cylindrical partition communicating with compressed air line. Rotation drive of plate is manufactured in the form of truncated conical socket whose smaller base has central hole. Tilted nozzles are guided along tangents to circumference concentric on base of truncated conical socket and joined correspondingly to central and peripheral pneumatic chambers located under base of truncated conical socket which is linked to bigger base with conical sector located above truncated conical socket. Polishing side surfaces of truncated conical socket and conical sector are made of abrasive material. Angles of inclination, heights, diameters of bigger and smaller bases are equal. Case of gear has inclination angles of 10-45 degrees towards conical sector. Transmitter of rotational velocity of plate is installed in base of truncated conical socket. EFFECT: increased output of good articles, decreased cost of finishing treatment, reduced time of auxiliary operations. 1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов, а также в машиностроении. The invention can be used in the manufacture of semiconductor devices, as well as in mechanical engineering.

Наиболее близким является устройство для снятия фаски при финишной обработке полупроводниковых пластин (патент А2 0515036 от 21.04.92 г., ЕР), в котором полупроводниковая пластина, закрепленная в вакуумном держателе, может перемещаться по окружности вокруг оси держателя; при этом она прижимается торцом к поверхности стола со шлифующей поверхностью. Обработка пластины начинается, когда пластина наклонена к поверхности стола под углом, близким к 0^o. В процессе обработки угол наклона пластины непрерывно или ступенчато увеличивается, достигая к концу обработки значения, близкого к 180^o. Устройство имеет два привода для вращения стола и пластины и один привод для изменения угла наклона держателя пластины.The closest is a device for chamfering during finishing of semiconductor wafers (patent A2 0515036 from 04/21/92, EP), in which a semiconductor wafer mounted in a vacuum holder can be moved around a circle around the axis of the holder; while it is pressed against the surface of the table with a grinding surface. The processing of the plate begins when the plate is inclined to the surface of the table at an angle close to 0 ^o . During processing, the angle of inclination of the plate continuously or stepwise increases, reaching towards the end of processing a value close to 180 ^o . The device has two drives for rotating the table and plate and one drive for changing the angle of inclination of the plate holder.

Недостатками данного устройства являются: сложное вакуумное крепление пластины к держателю, наличие трех приводов взаимного перемещения пластины и стола со шлифующей поверхностью, что уменьшает надежность устройства, ограниченный участок пластины, к которому прикладывается усилие шлифования, что вызывает концентрацию напряжений в материале пластины и, как следствие, увеличивает бой пластин на последующих стадиях обработки. The disadvantages of this device are: complex vacuum mounting of the plate to the holder, the presence of three drives for mutual movement of the plate and the table with the grinding surface, which reduces the reliability of the device, a limited portion of the plate to which the grinding force is applied, which causes a stress concentration in the plate material and, as a result , increases the battle plate in the subsequent stages of processing.

Техническая задача изобретения - повышение процента выхода годных изделий, уменьшение стоимости обработки, сокращение времени вспомогательных операций. The technical task of the invention is to increase the percentage of suitable products, reduce the cost of processing, reduce the time of auxiliary operations.

Техническая задача достигается тем, что в устройстве для снятия фаски с пластин, содержащем корпус, привод вращения пластины и шлифующую поверхность, новым является то, что корпус содержит центральную - цилиндрическую и периферийную - кольцевую пневматические камеры, разделенные цилиндрической перегородкой, сообщающиеся с магистралью подачи сжатого воздуха, привод вращения пластины выполнен в виде усеченного конического гнезда, в меньшем основании которого выполнены центральное отверстие и наклонные сопла, направленные по касательным к окружности, концентричной основанию усеченного конического гнезда и соединенные, соответственно, с центральной и периферийной пневматическими камерами, расположенными под основанием усеченного конического гнезда, которое соединено по большему основанию с коническим сектором, расположенным над усеченным коническим гнездом, шлифующие боковые поверхности усеченного конического гнезда и конического сектора изготовлены из абразивного материала, углы наклона, высоты, диаметры больших и меньших оснований которых равны, причем корпус устройства наклонен в сторону установленного конического сектора под углом 10-45^o к горизонтали, а в основании усеченного конического гнезда установлен датчик скорости вращения пластины.The technical problem is achieved by the fact that in the device for chamfering the plates containing the housing, the drive rotation of the plate and the grinding surface, it is new that the housing contains a Central - cylindrical and peripheral - annular pneumatic chambers separated by a cylindrical partition that communicates with the compressed feed line air, the plate rotation drive is made in the form of a truncated conical socket, in the smaller base of which there is a central hole and inclined nozzles directed along the tangents to the circumference concentric to the base of the truncated conical socket and connected, respectively, to the central and peripheral pneumatic chambers located under the base of the truncated conical socket, which is connected on a larger basis to the conical sector located above the truncated conical socket, grinding the side surfaces of the truncated conical socket and conical sectors are made of abrasive material, the angles of inclination, heights, the diameters of the larger and smaller bases of which are equal, moreover, the body stroystva installed tilted toward the conical sector angle 10-45 ^o to the horizontal, and at the base of the truncated conical seat plate set speed sensor.

Устройство, наклоненное под углом 10-45^o к горизонтали в сторону установленного конического сектора 9 (угол наклона выбирается в зависимости от требуемого усилия прижатия пластины к шлифующей поверхности конического сектора 9 и к шлифующей поверхности усеченного конического гнезда 2) содержит корпус 1 (фиг. 1), конический сектор 9, усеченное коническое гнездо 2 со шлифующей поверхностью. В основании 3 усеченного конического гнезда 2 выполнены наклонные сопла 4 (фиг. 3), равномерно расположенные по окружности, меньшей, чем диаметр основания 3 усеченного конического гнезда 2, и соединенные с периферийной пневмокамерой 5, которая имеется в корпусе 1. Устройство также содержит центральное отверстие 8 для регулирования давления под пластиной 10, при котором она могла бы одновременно вращаться, так чтобы ее ось вращения стремилась бы совпасть с осью всего устройства и прижималась бы к шлифующим поверхностям конического сектора 9 и усеченного конического гнезда 2 (см. статьи: Абрамов Г.В. Исследование влияния воздушной прослойки на устойчивость вращения изделия на воздушной прослойке. //Теоретические основы проектирования технологических систем и оборудования автоматизированных производств. Межвузовский сборник научных трудов. Выпуск 2. - Воронеж, 1996; Кочетов В.И., Кущев Б.И., Попов Г.В. Влияние конструктивных параметров на кинематику пневмовихревых устройств технохимической обработки деталей типа тонкий сплошной диск. // Электронная промышленность. 1989 г. - вып. 6 - с. 22-23). Центральное отверстие 8 соединено с центральной пневмокамерой 6, расположенной в корпусе 1. Привод вращения пластины выполнен в виде усеченного конического гнезда 2 с наклонными соплами 4 в его основании. Помимо этого основание усеченного конического гнезда содержит датчик 7 определения того, что находится ли пластина в усеченном коническом гнезде 2 и ее скорости вращения, например, фотодиод. При этом радиус расположения датчика 7 в основании 3 усеченного конического гнезда 2 должен быть больше, чем расстояние от центра до базового среза пластины и меньше радиуса пластины.The device, inclined at an angle of 10-45 ^o to the horizontal towards the installed conical sector 9 (the angle of inclination is selected depending on the required pressing force of the plate to the grinding surface of the conical sector 9 and to the grinding surface of the truncated conical socket 2) contains a housing 1 (Fig. 1 ), a conical sector 9, a truncated conical socket 2 with a grinding surface. At the base 3 of the truncated conical socket 2, inclined nozzles 4 (Fig. 3) are made uniformly spaced around a circumference smaller than the diameter of the base 3 of the truncated conical socket 2 and connected to the peripheral pneumatic chamber 5, which is available in the housing 1. The device also contains a central the hole 8 for regulating the pressure under the plate 10, in which it could simultaneously rotate, so that its axis of rotation would tend to coincide with the axis of the entire device and would be pressed against the grinding surfaces of the conical sector 9 and numerical conical nest 2 (see articles: Abramov GV Study of the influence of the air gap on the stability of rotation of the product on the air gap. // Theoretical foundations of the design of technological systems and equipment for automated production. Interuniversity collection of scientific papers. Issue 2. - Voronezh, 1996 ; Kochetov V.I., Kushchev B.I., Popov G.V. Influence of design parameters on the kinematics of air-vortex devices for technochemical processing of parts of the thin solid disk type. // Electronic industry. 1989 - issue. 6 - p. 22-23). The Central hole 8 is connected to the Central pneumatic chamber 6 located in the housing 1. The drive rotation of the plate is made in the form of a truncated conical socket 2 with inclined nozzles 4 at its base. In addition, the base of the truncated conical socket contains a sensor 7 for determining whether the plate is in the truncated conical socket 2 and its rotation speed, for example, a photodiode. The radius of the sensor 7 in the base 3 of the truncated conical socket 2 should be greater than the distance from the center to the base slice of the plate and less than the radius of the plate.

Устройство работает следующим образом. Пластина 10 по пневмотранспортеру (не показан) перемещается в усеченное коническое гнездо 2. В это время периферийная пневмокамера 5 соединяется с воздушной магистралью 11 и сжатый воздух поступает в наклонные сопла 4, из которых наклонные струи воздуха выходят по касательным к окружности, на которой расположены сопла и создают между пластиной и усеченным коническим гнездом пневмовихревую прослойку, увлекая ее во вращение. Расход воздуха подбирается таким, чтобы пластина начала вращаться, при этом воздух будет выдуваться из-под пластины, так что под ней будет образовываться разрежение, достаточное для вращения пластины и прижатия ее нижней стороной к шлифующей поверхности усеченного конического гнезда 2. Так как устройство наклонено, то под действием собственного веса пластина будет при вращении смещаться в сторону конического сектора 9 и прижиматься своей верхней поверхностью к его шлифующей конической поверхности. Причем чем больше угол наклона устройства, тем больше усилие прижатия пластины 10 к коническому сектору 9, но при угле наклона устройства меньше 10^o пластина слабо прижимается к коническому сектору, а при угле наклона устройства больше 45^o изменяются параметры пневмовихревой прослойки и пластина перестает вращаться.The device operates as follows. The plate 10 is transported by a pneumatic conveyor (not shown) to a truncated conical socket 2. At this time, the peripheral pneumatic chamber 5 is connected to the air line 11 and compressed air enters the inclined nozzles 4, from which the inclined air jets exit tangentially to the circle on which the nozzles are located and create between the plate and the truncated conical nest pneumovortex layer, entraining it in rotation. The air flow rate is selected so that the plate begins to rotate, while air will be blown out from under the plate, so that under it there will be a vacuum sufficient to rotate the plate and press its lower side against the grinding surface of the truncated conical socket 2. Since the device is tilted, then under the action of its own weight, the plate will rotate toward the conical sector 9 and rotate with its upper surface against its grinding conical surface. Moreover, the greater the angle of inclination of the device, the greater the force of pressing the plate 10 against the conical sector 9, but when the angle of inclination of the device is less than 10 ^{o, the} plate weakly presses against the conical sector, and when the angle of inclination of the device is more than 45 ^o , the parameters of the air-vortex layer change and the plate stops rotating.

Для обоснования возможности создания такого давления под пластиной воспользуемся уравнением для максимального усилия, притягивающего пластину к основанию усеченного конического гнезда (см. статью: Абрамов Г.В. К вопросу о разработке адаптивного устройства нанесения полимерных покрытий на подложки центрифугированием /Теоретические основы проектирования аэродинамических систем оборудования автоматизированных производств. /Вузовский сборник трудов, Воронеж: ВТИ, 1993.-с. 162-170:

где R_п - радиус пластины;
P(r) - распределение давления вдоль радиуса пластины;
r - текущая радиальная координата;
ρ - плотность воздуха;
Q₁ - расход воздуха через периферийную пневмокамеру;
S₁ - площадь сечения сопла;
N - количество сопел;
α - угол наклона сопел, создающих вращение пластины;
Q₂ - расход воздуха через периферийную пневмокамеру;
S₂ - площадь центрального отверстия.To justify the possibility of creating such pressure under the plate, we use the equation for the maximum force pulling the plate to the base of the truncated conical socket (see article: GV Abramov On the question of developing an adaptive device for applying polymer coatings to substrates by centrifugation / Theoretical basis for designing aerodynamic equipment systems automated production./ University collection of works, Voronezh: VTI, 1993.- S. 162-170:

where R _p is the radius of the plate;
P (r) is the pressure distribution along the radius of the plate;
r is the current radial coordinate;
ρ is the air density;
Q ₁ - air flow through the peripheral pneumatic chamber;
S ₁ - the cross-sectional area of the nozzle;
N is the number of nozzles;
α is the angle of inclination of the nozzles creating the rotation of the plate;
Q ₂ - air flow through the peripheral pneumatic chamber;
S ₂ - the area of the Central hole.

Распределение давления P(r) можно найти путем численного интегрирования уравнения:

где h - толщина воздушной прослойки между пластиной и корпусом;
ν - коэффициент кинематической вязкости воздуха;
ω - угловая скорость вращения пластины.The pressure distribution P (r) can be found by numerically integrating the equation:

where h is the thickness of the air gap between the plate and the housing;
ν is the coefficient of kinematic viscosity of air;
ω is the angular velocity of rotation of the plate.

В качестве граничного условия использовалось равенство давления на краю пластины атмосферному. (См. статью: Абрамов Г.В., Битюков В.К., Попов Г.В. Математическое моделирование процесса управления пневмовихревой центрифугой. //Автоматизация проектирования и управления в технологических системах: Межвузовский сборник научных трудов - Воронеж, ВГУ, 1990, -с. 79-82). As a boundary condition, we used the equality of pressure at the edge of the plate to atmospheric. (See article: Abramov G.V., Bityukov V.K., Popov G.V. Mathematical modeling of the control process of a pneumatic vortex centrifuge. // Automation of design and control in technological systems: Interuniversity collection of scientific works - Voronezh, Voronezh State University, 1990, -s. 79-82).

После засветки датчика 7 (сигнала о том, что пластина находится в усеченном коническом гнезде) необходимо подключить центральную пневмокамеру 6 к воздушной магистрали 11 для регулирования давления под пластиной, при котором она будет вращаться, прижимаясь к шлифующим поверхностям. После снятия фаски необходимого размера необходимо отключить периферийную пневмокамеру 5 от воздушной магистрали 11. При этом сжатый воздух перестанет поступать в наклонные сопла 4, а пластина остановится. After the sensor 7 is illuminated (a signal indicating that the plate is in a truncated conical socket), it is necessary to connect the central air chamber 6 to the air line 11 to regulate the pressure under the plate, at which it will rotate, pressing against grinding surfaces. After chamfering the required size, it is necessary to disconnect the peripheral pneumatic chamber 5 from the air line 11. At the same time, compressed air will cease to flow into the inclined nozzles 4, and the plate will stop.

Данное устройство обладает рядом преимуществ: отсутствие механически движущихся частей, снятие фаски сразу с двух сторон и по всему периметру пластины, возможность одновременного охлаждения при снятии фаски с пластины, простота контроля и регулирования усилия прижатия пластины к шлифующим поверхностям, что все вместе уменьшает выход бракованных пластин. This device has several advantages: the absence of mechanically moving parts, chamfering immediately on both sides and around the entire perimeter of the plate, the possibility of simultaneous cooling when chamfering the plate, the ease of control and regulation of the force of pressing the plate against grinding surfaces, which together reduces the yield of defective plates .

Claims

A device for chamfering during finishing of semiconductor wafers, comprising a housing, a rotation drive of the workpiece, grinding surfaces, characterized in that the housing comprises a central - cylindrical and peripheral - annular pneumatic chambers separated by a cylindrical partition communicating with the compressed air supply, rotation drive the plate is made in the form of a truncated conical socket, in the smaller base of which there is a central hole and inclined nozzles directed about tangent to the circle concentric to the base of the truncated conical socket and connected, respectively, to the central and peripheral pneumatic chambers located under the base of the truncated conical socket, which is connected on a larger basis to the conical sector located above the truncated conical socket, grinding the side surfaces of the truncated conical socket and the conical sector are made of abrasive material, the angles of inclination, heights, the diameters of the larger and smaller bases of which are equal, When in use, the device body is formed with a slope toward the set bevel sector angle of 10 - 45 ^o to the horizontal, and at the base of the truncated conical seat plate set speed sensor.