Установка для плазмоструйной обработки пластин

 

Использование: в технологии плазменной обработки плоских изделий, например пластин, в электронной и электротехнической промышленностях. Сущность изобретения: установка для плазмоструйной обработки пластин включает установленные в замкнутой камере 1 привод 12 углового перемещения держателей 14, снабженных общим приводом 18 их вращения, генератор 10 плазменной струи и установленные вне замкнутой камеры 1 манипулятор 27 и накопители 28 пластин 29. Обрабатываемая пластина 29 берется манипулятором 27 из накопителя 28 и устанавливается в держатель 14, который, перемещаясь вместе с пластиной 29, проходит над генератором 10 плазменной струи, которая обрабатывает пластину. Цикл может повторяться многократно. 5 ил.

Изобретение относится к области плазменной технологии и может быть использовано в электронной и электротехнической промышленности при обработке плоских изделий, например полупроводниковых пластин, подложек печатных плат, компакт-дисков и других изделий.

Известна установка для исследования взаимодействия плазмы с поверхностью, включающая генератор плазмы, источник его питания, систему перемещения генератора плазмы, систему перемещения образцов, систему газораспределения и систему управления (1).

Данная установка имеет следующие недостатки.

Отсутствие системы быстродействующей загрузки-выгрузки обрабатываемых образцов приводит к большим затратам времени, а значит и энергии генератора плазмы, расходуемой впустую при смене обрабатываемых пластин-образцов.

Отсутствие возможности одновременно-последовательной обработки сразу нескольких пластин-образцов снижает производительность. Наличие в установке множества контрольно-измерительных средств, которые не позволяют эффективно производить многократно повторяющуюся обработку образцов по жестко заданному циклу, однозначно определяют данную установку как чисто исследовательскую.

Все вышесказанное приводит к тому, что она не может быть применена в условиях серийного производства.

Известна также установка для плазмоструйной обработки пластин, содержащая генератор плазменной струи, систему подачи газа, группу держателей обрабатываемых пластин, конструктивно выполненных в виде карусели с приводом углового перемещения и обращенных к плазменной струе генератора, направленной вниз, а каждый держатель выполнен в виде горизонтальной площадки с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной к ее плоскости и проходящей через ее центр, причем плазменная струя и держатель имеют возможность перемещения относительно друг друга в направлении по крайней мере одной координатной оси могут быть в или вне контакта друг с другом (2).

Данная установка, как наиболее близкая по технической сущности к заявляемой, принята за прототип.

Недостатками данной установки являются невысокая производительность, ограниченная большим объемом ручных операций при загрузке-выгрузке обрабатываемых пластин, и ухудшение качества обработанных пластин за счет возможных повреждений их поверхности при контактном способе крепления на держателе.

К недостаткам следует отнести и то, что направление плазменной струи сверху вниз вызывает необходимость принятия мер по обеспечению охлаждения генератора плазменной струи от перегрева идущими вверх горячими газами, образующими в процессе работы генератора плазмы.

Указанные недостатки устранены в установке для плазмоструйной обработки пластин, содержащей генератор плазменной струи, систему подачи газа, группу держателей обрабатываемых пластин с приводом углового перемещения, обращенных к плазменной струе генератора, а каждый держатель обрабатываемых пластин выполнен в виде горизонтальной площадки с возможностью вращения вокруг оси, проходящей через ее геометрический центр и перпендикулярной ее плоскости, причем плазменная струя и держатель обрабатываемых пластин имеют возможность перемещения относительно друг друга в направлении по крайней мере одной координатной оси и могут быть в или вне контакта друг с другом, в которую введены манипулятор, накопители обрабатываемых пластин и замкнутая камера с системой газообмена, внутри которой смонтированы держатели обрабатываемых пластин и генератор плазменной струи, направленной снизу вверх по отношению к плоскости расположения горизонтальных площадок держателей обрабатываемых пластин, при этом замкнутая камера выполнена с окном, на котором смонтирована подвижная шторка, манипулятор размещен с возможностью взаимодействия с накопителями непосредственно, а с держателями обрабатываемых пластин через окно камеры, при этом каждый держатель обрабатываемых пластин снабжен ограничителями по краям, а в его горизонтальной площадке выполнено по крайней мере три вихревых камеры и три тангенциальных канала, причем оси вихревых камер перпендикулярны плоскости горизонтальной площадки, а каждая из вихревых камер выполнена с открытой частью, расположенной на горизонтальной торцевой поверхности держателя обрабатываемых пластин, связана через тангенциальный канал с системой подачи газа и размещена таким образом, что образованные вихревые потоки обеспечивают удержание пластины около держателя и охлаждение ее отдельных областей для выравнивания по поверхности пластины количества энергии, используемой для ее обработки, а ограничители на площадках держателя пластин выполнены в виде стержней, установленных под углом α > 90° к плоскости горизонтальной площадки держателя обрабатываемых пластин и их длина 1 выбирается из условия 2lsin(α-90°) > Δ, где Δ- максимальное отклонение от осесимметричного расположения обрабатываемых пластин в накопителях.

Технический результат использования предложенной установки обеспечивается следующим: введение манипулятора с накопителями обрабатываемых пластин также позволяет повысить производительность обработки за счет уменьшения времени загрузки-выгрузки обрабатываемых пластин; применение держателя пластин, имеющего по крайней мере три вихревые камеры и три тангенциальных канала с осями вихревых камер, перпендикулярными горизонтальной площадке держателя, где каждая вихревая камера связана через тангенциальный канал с системой подачи газа, позволяет достичь устойчивого удержания обpабатываемой пластины вблизи держателя с газовым зазором без касания пластины и держателя, что в свою очередь позволяет улучшить качество обработанных пластин за счет отсутствия следов касания (царапин).

Расположение каждой из вихревых камер на держателе таким образом, что образованные ими вихревые потоки обеспечивают в каждой точке поверхности обрабатываемой пластины выполнение условия Qo=Q1+Q2, где Qo=const количество энергии, идущее на нагрев пластины в данной точке; Q1 количество энергии, получаемое данной точкой поверхности пластины с учетом ее термической прозрачности; Q2 количество энергии, поступающее за счет реакции взаимодействия с материалом поверхности пластины в данной точке, позволяет получить более равномерную, а значит более качественную обработку пластины.

Это обусловлено тем, что каждая вихревая камера, создавая газовый вихрь, обеспечивает не только условия удержания пластины около держателя, но и охлаждение отдельных областей обрабатываемой пластины. Поскольку в процессе обработки разные точки поверхности обрабатываемой пластины находятся в разных тепловых условиях, то, исходя из баланса энергии, вихревые потоки позволяют создать условия для выравнивая Qo во всех точках пластины.

Использование ограничителей на держателях в виде стержней, установленных под углом α > 90° к горизонтальной площадке держателя, длина 1 которых выбирается из условия 2lsin(α-90°) > Δ, где
Δ- максимальное отклонение от осесимметричного расположения пластин в накопителе, позволяет обеспечить необходимую точность при загрузке-выгрузке пластин без применения дополнительных средств центрования.

На фиг. 1 показан общий вид установки для плазмоструйной обработки пластин; на фиг. 2 вид А на фиг. 1; на фиг. 3 кинематическая схема исполнительного механизма общего привода вращения держателей; на фиг. 4 - держатель пластин; на фиг. 5 сечение А-А на фиг. 4.

Установка содержит замкнутую камеру 1, систему 2 газообмена, систему 3 электропитания, систему 4 подачи газа, систему 5 управления. Замкнутая камера 1 выполнена с окном 6, в котором установлена подвижная шторка 7 с приводом 8. Внутри замкнутой камеры на основании 9 размещены генератор 10 плазменной струи 11, привод 12 углового перемещения, вертикальный вал 13 которого связан с держателями 14. Генератор 10 плазменной струи 11 обращен в сторону держателей 14 и установлен на основании 9 на регулируемой по высоте опоре 15 так, что ось плазменной струи 11 и собственные оси каждого держателя 14 равноудалены от оси вертикального вала 13 привода углового перемещения 12. А держатели 14 выполнены в виде горизонтальных площадок 16 с ограничителями 17. Ограничители 17 выполнены в виде стержней, например, цилиндрических. Горизонтальные площадки 16 получают вращение вокруг своих осей от привода 18, например посредством исполнительного механизма 19 путем последовательного взаимодействия его зубчатых колес 20, 21, 22 и шкивов 23 и 24. На горизонтальных площадках 16 выполнены вихревые камеры 25, каждая из которых выполнена с открытой частью, расположенной на горизонтальной торцевой поверхности держателя 14 и связана с тангенциальным каналом 26, соединенным с системой 4 подачи газа. Вне замкнутой камеры 1 на основании 9 установлены манипулятор 27 и накопители 28 пластин 29.

Работает установка следующим образом.

В исходном состоянии один из накопителей 28 с пластинами 29, а другой - без.

Манипулятор 27 осуществляют захват нижней пластины 29 в накопителе 28 и ее перемещение через окно 6 (открыв приводом 8 шторку 7) внутрь замкнутой камеры 1.

В этом момент первый из держателей 14 находится в положении загрузки. Манипулятором 27 подают пластину 29 в положение под горизонтальную площадку 16 первого держателя 14.

Включением системы 4 подачи газа в вихревых камерах 26 держателя 14 создают вихри 30, обеспечивающие удержание пластины 29 на расстоянии 0,5-1,0 мм от торцевой горизонтальной поверхности площадки 16 держателя 14. В этот момент манипулятор 27 отпускает пластину 29. Пластина загружена.

Осуществляют загрузку следующей пластины.

В предложенном примере установка для плазмоструйной обработки пластин выполнена с пятью держателями пластин, расположенными под углом 72^o в горизонтальной плоскости друг относительно друга. Подачу следующего держателя в зону загрузки осуществляют посредством привода 12 углового перемещения держателя 14.

После загрузки всех держателей манипулятор 27 выводят из замкнутой камеры 1 и приводом 8 закрывают шторку 7. Подают в камеру необходимый газ.

Генератор 10 плазменной струи 11 при помощи опоры 15 устанавливают относительно поверхности обрабатываемой пластины 29 на высоту, соответствующую технологическому процессу.

Включением привода 18 начинают вращать держатели 14 вместе с пластинами 29 вокруг их осей, задавая динамику движения пластины 29 от системы 5 управления. Включают генератор 10 плазменной струи 11, привод 12 углового перемещения держателей и проводят обработку.

После заданного количества взаимодействий пластины 29 с плазменной струей 11 генератора 10 привод 12 по заданной программе от системы 5 управления останавливают так, чтобы ни одна из пластин 29 на держателях 14 не попала в зону воздействия плазменной струи генератора.

Отключают вращение привода 18 и генератор 10 плазменной струи.

Далее повторяют цикл со следующей партией пластин.

Формула изобретения

Установка для плазмоструйной обработки пластин, содержащая генератор плазменной струи, систему подачи газа, группу держателей обрабатываемых пластин с приводом углового перемещения, обращенных к плазменной струе генератора, а каждый держатель выполнен в виде горизонтальной площадки с возможностью вращения вокруг оси, проходящей через ее геометрический центр и перпендикулярной ее плоскости, причем плазменная струя и держатель обрабатываемых пластин имеют возможность перемещения относительно друг друга в направлении по крайней мере одной координатной оси и могут быть в или вне контакта друг с другом, отличающаяся тем, что в нее введены манипулятор, накопители обрабатываемых пластин и замкнутая камера с системой газообмена, внутри которой смонтированы держатели обрабатываемых пластин и генератор плазменной струи, направленной снизу вверх по отношению к плоскости расположения горизонтальных площадок держателей обрабатываемых пластин, при этом замкнутая камера выполнена с окном, на котором смонтирована подвижная шторка, манипулятор размещен с возможностью взаимодействия с накопителями непосредственно, а с держателями обрабатываемых пластин через окно камеры, при этом каждый держатель обрабатываемых пластин снабжен ограничителями по краям, а в его горизонтальной площадке выполнены по крайней мере три вихревые камеры и три тангенциальных канала, причем оси вихревых камер перпендикулярны плоскости горизонтальной площадки, а каждая из вихревых камер выполнена с открытой частью, расположенной на горизонтальной торцевой поверхности держателя обрабатываемых пластин, связана через тангенциальный канал с системой подачи газа и размещена так, что образованные вихревые потоки обеспечивают удержание пластины около держателя и охлаждение ее отдельных областей для выравнивания по поверхности пластины количества энергии, используемой для ее обработки, а ограничители на площадках держателя пластин выполнены в виде стержней, установленных под углом α>90° к плоскости горизонтальной площадки держателя обрабатываемых пластин и их длина l выбирается из условия 2lsin(α-90°)>Δ, где Δ максимальное отклонение от осесимметричного расположения обрабатываемых пластин в накопителях.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 14.01.2010

Дата публикации: 20.08.2011

---