DE2736000C2

DE2736000C2 - Verfahren und Vorrichtung zur chemischen Behandlung einer Oberfläche auf einer Seite eines Werkstückes

Info

Publication number: DE2736000C2
Application number: DE2736000A
Authority: DE
Inventors: Stephen Raymond Escondido Calif. Gibbs
Original assignee: Burroughs Corp
Current assignee: Unisys Corp
Priority date: 1976-08-30
Filing date: 1977-08-10
Publication date: 1985-12-12
Also published as: GB1525850A; FR2362939B1; DE2736000A1; NL7708553A; US4118303A; FR2362939A1; NL185117B; JPS5329677A

Description

Deckplatte auszurichten und den federbelasteten Bügel auf der der zu behandelnden Oberfläche gegenüberliegenden Fläche des Werkstückes aufzulegen, um das Werkstück in seiner Lage zu fixieren.

Daran anschließend wird die Pumpe in Betrieb gesetzt und der Elektrolyt aus dem Vorratsbehälter über die Pumpe und die Röhre in die unterhalb der Deckplatte vorgesehene Elektrolysenkammer und durch die öffnung gegen die zu behandelnde Oberfläche des Werkstückes gedrückt Der überflüssige Elektrolyt bzw. oberhalb der Deckplatte abfließende Elektrolyt wird über entsprechende Rückflüsse zurück in den Vorratsbehälter geleitet. Im Anschluß an die Behandlung der betreffenden Oberfläche des Werkstückes wird der Bügel angehoben, seitlich verschwenkt und das Werkstück von der Deckplatte genommen und anschließend ein neues Werkstück auf der Deckplatte plaziert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur chemische*. Behandlung einer Oberfläche auf einer Seite eines Werkstückes anzugeben, bei denen das Werkstück während der Behandlung in der erstrebten Lage relativ zu dem Arbeitstisch allein durch den Strom der chemisch wirksamen Flüssigkeit zur Behandlung der Oberfläche des Werkstückes gehalten wird.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zu behandelnde Oberfläche des Werkstückes und die horizontale Arbeitsfläche des Arbeitstisches die gleiche Ausdehnung aufweisen und daß die chemisch wirksame Flüssigkeit mit einem solchen Druck auf die zu behandelnde Oberfläche des Werkstückes geleitet wird, daß die chemisch wirksame Flüssigkeit das Werkstück anhebt, über die ganze zu behandelnde Oberfläche des Werkstückes sowie die ganze horizontale Arbeitsfläche strömt und über den Rand der Arbeitsfläche und der zu behandelnden Oberfläche abläuft.

Zur Ausführung des Verfahrens weist der Arbeitstisch eine ebene, horizontale Arbeitsfläche auf, wobei die Öffnung in der Mitte der Arbeitsfläche angeordnet ist, die die gleiche Ausdehnung wie die der zu behandelnden Oberfläche des Werkstückes aufweist.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, daß das Werkstück während der Behandlung in der erstrebten Lage relativ zu dem Arbeitstisch allein durch den Flüssigkeitsstrom gehalten wird, so daß es nicht erforderlich ist, eine zusätzliche Haltevorrichtung am Werkstück während der Oberflächenbehandlung anzubringen.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen Arbeitstisch mit einem auf der ebenen Arbeitsfläche des Arbeitstisches angeordneten Werkstück;

F i g. 2 einen Querschnitt durch eine Anordnung mit mehreren nebeneinander angeordneten Arbeitstischen zur gleichzeitigen Behandlung mehrerer Werkstücke;

F i g. 3 einen Querschnitt durch einen Arbeitstisch zur Vorbehandlung eines Werkstückes zur nachfolgenden Weiterbehandlung in einer Vorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2;

F i g. 4 eine Draufsicht auf ein in den Vorrichtungen gemäß d?n F i g. 1 bis 3 zu behandelnden Werkstück und

F i g. 5 einen Querschnitt durch das in F i g. 4 dargestellte Werkstück entlang der Linie 5-5.

In F i g. 1 ist ein Werkstück 10 in Form einer Platte aus Halbleitermaterial dargestellt, das mit der zu behandelnden Oberfläche 14 auf einem Arbeitstisch 16 der Vorrichtung 18 angeordnet ist und auf deren der zu behandelnden Oberfläche 14 abgewandten Oberfläche 12 eine frei aufgehängte Elektrode 52 aufliegt und dem Werkstück 10 ein positives Potential zuführt Der Arbeitstisch 16 ist als scheibenförmiger, der zu behandelnden Oberfläche 14 des Werkstückes 10 angepaßter Block ausgebildet, dessen Umfang ungefähr dem üblicherweise kreisförmigen Umfang des Werkstückes 10 entspricht und eine horizontale Arbeitsfläche 20 mit einer zentralen öffnung 22 aufweist Der Arbeitstisch 16 ist auf einer ebenen Platte 24 angeordnet

Der Arbeitstisch 16 wird von Trennwänden 30,32 in eine obere Auffangkammer 26 und eine untere Vorratskammer 28 unterteilt, wobei die untere Vorratskammer 28 mit der öffnung 22 in der Arbeitsfläche 20 durch ein Rohr 34 verbunden ist, das mit Außengewinde versehen in eine Gewindebohrung 36 in den Arbeitstisch eingeschraubt ist Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist das untere Ende des Rohres 34 mittels einer flüssigkeitsdichten Verschraubung mit der Trennwand 30 verbunden, so daß keine Flüssigkeit aus der Auffangkammer in die Vorratskammer fließen kann. Die Flüssigkeit in der Vorratskammer 28 für die chemische Behandlung der zu behandelnden Oberfläche 14 des Werkstrickes 10 wird aus der Vorratskammer durch das Rohr 34 und die Öffnung 22 gepumpt und auf diese Weise zwischen die zu behandelnde Oberfläche 14 des Werkstückes 10 und die Arbeitsfläche 20 des Arbeitstisches 16 eingeführt Nach Ausbreitung über die beiden Flächen 20 und 14 kann die Flüssigkeit über den Rand des Arbeitstisches abtropfen und nach Passieren der Rückflußöffnungen 40 in der Platte 24 in der Auffangkammer 24 gesammelt werden. Die erneute Zirkulation der Flüssigkeit und das Hochpumpen der Flüssigkeit durch das Rohr 34 geschieht über einen Rücklauf 42, an den eine Umlaufpumpe 44 angeschlossen ist, weiche die Flüssigkeit in die Rücklauföffnung 46 der Vorratskammer 28 unter hinreichendem Druck pumpt so daß Flüssigkeit durch die öffnung 22 im Arbeitstisch 16 aufsteigt und zwischen die Flächen 20 und 14 eingeführt werden kann. Die Druckregulierung der Flüssigkeit beim Austritt aus der Öffnung 22 ist ohne Beeinträchtigung der Ausrichtung des Werkstücks 10 relativ zur Arbeitsfläche 20 durch ein Druckregulierventil 48 zwischen der Umlaufpumpe 48 und dem Rücklauf 46 möglich. Für die anodische Oxydation ist ferner eine geeignete Elektrode 50 in der Vorratskammer 28 angeordnet, die die Flüssigkeit mit einem negativen Potential beaufschlagt.
Mit der Vorrichtung 18 wird ein kontinuierlicher Fluß

so einer flüssigen Chemikalie, z. B. einer Lösung für anodische Oxydation, erreicht Die grundlegenden physikalischen Eigenschaften sind nicht vollkommen geklärt, es ist aber eine Kombination aus Schwerkraft, Oberflächenspannung und dem Bernoulli-Effekt als physikalisehe Grundlage anzunehmen. Falls diese Theorie zutrifft, wächst die Flüssigkeitsgeschwindigkeit beim Fließen durch den eingeschränkten Durchgang zwischen dem Werkstück 10 und der Arbeitsfläche 20 an, wodurch ein Druckabfall zwischen den Flächen entsteht, mit dem Ergebnis, daß infolge der Schwerkraft zusammen mit dem auf dem Werkstück IO lastenden Luftdruck das Werkstück 10 auf der Arbeitsfläche 20 festgehalten wird, aber aufgrund der Oberflächenspannung der flüssigkeit längs des Umfangs nicht vom Rand des Arbeitstisches abgleitet, solange die chemischen Substanzen auf die zu behandelnde Oberfläche 14 einwirken müssen. Die Vorrichtung kann z. B. erfolgreich für die anodische Oxvdation von Aluminium oder einer üb-

lichen Siliziumplatte mit 76 mm Durchmesser mit einer 2%igen Phosphorsäurelösung als Elektrolyt benutzt werden, wobei der Flüssigkeitsdurchsatz etwa 1 Liter pro Minute durch die öffnung 22 mit etwa 6 mm Durchmesser beträgt und die Oberfläche innerhalb einer Abweichung von 3 bis 4° von der Waagerechten sich erstreckt

In F i g. 2 wird die gleichzeitige Bearbeitung mehrerer Werkstücke durchgeführt, indem einfach zusätzliche Arbeitstische 16 vorgesehen werden. Eine Elektrode 52 ι ο ist durch den Deckel 54 der Vorrichtung 18 hindurchgeführt und weist mehrere bleistiftartige Spitzen 56 auf, die über den Werkstücken aufgehängt sind.

In Verbindung mit F i g. 2 ist zu bemerken, daß die Werkstücke nicht einzeln auf jeden Tisch placiert werden müssen, sondern daß hierzu ein nicht näher dargestellter großer ebener Vakuumdeckel oder -tisch benutzt wird. Dieser Vakuumtisch trägt eine Einteilung, um jedes Werkstück entsprechend dem Standort des entsprechenden Tisches in der Vorrichtung 18 zu lokalisieren. Die Werkstücke werden auf den Vakuumtisch gelegt und dort durch Unterdruck festgehalten, so daß sie mit der Vorderseite nach unten auf den Tisch abgelegt werden können, wenn der Unterdruck endet

Wie weiter oben schon ausgeführt wurde, hat sich herausgestellt, daß die Flüssigkeit für die chemische Behandlung der Oberfläche 14 des Werkstückes beim Abfließen über den Rand des Arbeitstisches in manchen Anwendungsfällen dazu neigt, über die Außenränder des Werkstückes auf die Rückfläche 12 zu fließen, insbesondere im Randbereich der Rückfläche. Um diesen Fließvorgang zu verhindern, werden in diesen Fällen die Werkstücke vorbehandelt durch Oxidation der Kanten durch Anodisation in einer Vorrichtung, die in F i g. 3 dargestellt ist F i g. 3 bezeichnet mit gleichen Bezugszeichen gleiche Teile wie in den F i g. 1 und 2 unter Hinzunahme des Zusatzes a.

In F i g. 3 stehen die untere Vorratskammer 28a und die obere Auffangkammer 26a mit dem Arbeitstisch 16a über ein Rohr 34a in Verbindung. In diesem Fall besitzt jedoch der Arbeitstisch 16a einen inneren Hohlraum 60 zur Aufnahme einer Unterdruckeinrichtung 62, mit der das Werkstück in seiner Lage relativ zum Arbeitstisch 16a festgehalten wird.

Eine Unterdruckeinrichtung zum Schneiden und Reinigen von Halbleiterplättchen ist aus der US-PS 35 65 306 bekannt, bei der das mit einer Schutzschicht versehene Halbleiterplättchen mittels einer Vakuumvorrichtung auf einer Auflagefläche festgehalten wird, während eine Schneidvorrichtung das Halbleiterplättchen zerteilt

Der ir. Fig.3 dargestellte Vakuuir.tisch weist eine Auflagefläche 64 auf, die etwas höher liegt als die Arbeitsfläche 66 des Arbeitstisches 16a, so daß die flüssige Chemikalie aus der Vorratskammer 28a über die Arbeitsfläche 66 ausfließen und in die Auffangkammer 26a zurückfließen kann, wie es in Verbindung mit den F i g. 1 und 2 beschrieben wurde. Diese flüssige Chemikalie aus der Vorratskammer 28a wirkt auf den äußeren Randbereich 68 des Werkstückes ein, der von dem äußeren Umfang der Arbeitsfläche 66 und dem äußeren Umfang der Auflagefläche 64 definiert wird. Um den geeigneten Unterdruck zum Festhalten des Werkstückes auf dem Vakuum-Tisch zu liefern, ist der Vakuum-Tisch mit einer Anzahl von öffnungen 70 versehen, welche mit einer inneren Leitung 72 zur Unterdruckkammer 74 in Verbindung stehen, die unter der Auffangkammer 26a und der Vorratskammer 28a liegt und mit einer nicht gezeigten Vakuumquelle verbunden ist. Man bemerke, daß die in den F i g. 1 und 2 zum Positionieren des Werkstückes in der Vorrichtung verantwortlichen physikalischen Phänomene in dieser Ausführungsform nicht benutzt werden, da der Vakuumtisch das Werkstück in seiner Position hält, während die Randbereiche behandelt werden. Man bemerke ferner, daß die behandelten Ränder zu der abgewandten Oberfläche 12 des Werkstückes 10 in den F i g. 1 und 2 gehören. Das in der Vorrichtung der F i g. 3 vorbehandelte Werkstück ist in den F i g. 4 und 5 deutlich dargestellt, wobei der Bereich 68 den oxidierten Rand in übertriebener Darstellung zeigt.

Das anhand der F i g. 1 und 2 erläuterte Verfahren zur Erzeugung z. B. eines anodischen Oxids auf der Oberfläche είπε Alurniniumplatte läuft im wesentlichen wie folgt ab:

1. Das Werkstück wird auf den Arbeitstisch mit der zu behandelnden Oberfläche nach unten entweder von Hand oder mit Hilfe eines Vakuum-Tisches vorgehalten.

2. Elektrische Kontakte werden in Berührung mit der Werkstück-Rückseite gebracht.

3. Die chemische Lösung wird in Umlauf gebracht und die gewünschte Spannung (5—1000 V) für die gewünschte Zeitdauer (3 Minuten bis 2 Stunden) angelegt.

4. Das Werkstück wird abgehoben, abgespült und getrocknet.

Falls die Vorbehandlung eines Werkstückes nötig oder wünschenswert ist laufen die Arbeitsschritte wie folgt ab:

1. Das Werkstück wird mit der zu behandelnden Oberfläche nach unten auf den Vakuum-Deckel des Arbeitstisches aufgelegt.

2. Unterdruck wird erzeugt so daß das Werkstück festgehalten wird.

3. Die chemische Lösung wird in Umlauf gebracht und Spannung (10 bis 100 V) wird während der gewünschten Zeitdauer angelegt.

4. Das Werkstück wird entfernt, abgespült und getrocknet

5. Die Schritte 1 bis 4 des oben beschriebenen regulären Verfahrens schließen sich an.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Elektrode (52) für das Werkstück (10) vorgesehen Patentansprüche: sind. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn-

1. Verfahren zur chemischen Behandlung einer zeichnet, daß die zweite Elektrode (52) frei aufge-Oberfläche auf einer Seite eines Werkstückes, bei s hängt ist und gegenüber einer geringfügigen Aufdem das Werkstück (10) mit der zu behandelnden wälzbewegung des Werkstückes (10) nachgiebig ist. Oberfläche (14) nach abwärts gerichtet auf eine mit wenn die chemisch wirksame Flüssigkeit zwischen einer öffnung (22) versehene Arbeitsfläche (20) ei- der zu behandelnden Oberfläche (14) des Werkstüknes Arbeitstisches (16) aufgebracht, eine für die Be- kes (10) und der Arbeitsfläche (20) des Arbeitstisches handlung chemisch wirksame Flüssigkeit mit Druck io (16) durchläuft

durch die öffnung (22) nach aufwärts auf die zu be- 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7,

handelnde Oberfläche (14) des Werkstückes (10) ge- dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitstisch (16a)

leitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Unterdruckeinrichtung (62) ausgerüstet ist,

die zu behandelnde Oberfläche (14) des Werkstük- die das Werkstück (10) im Abstand und horizontal

kes (10) und die horizontale Arbeitsfläche (20) des is relativ zur Arbeitsfläche (66) des Arbeitstisches {16a)

Arbeitstisches (16) die gleiche Ausdehnung aufwei- derart hält, daß die chemisch wirksame Flüssigkeit

sen und daß die chemisch wirksame Flüssigkeit mit zwischen der Arbeitsfläche (66) des Arbeitstisches

einem solchen Druck auf die zu behandelnde Ober- (i6a) und dem Randbereich (68) des Werkstückes

fläche (14) des Werkstückes (10) geleitet wird, daß (10) strömt

die chemisch wirksame Flüssigkeit das Werkstück 20

(10) anhebt, über die ganze zu behandelnde Oberflä-

ehe des Werkstückes (10) sowie die ganze horizontale Arbeitsfläche (20) strömt und über den Rand der

Arbeitsfläche (20) und der zu behandelnden Oberflä- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur che-

che (14) abläuft 25 mischen Behandlung einer Oberfläche auf einer Seite

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- eines Werkstückes, bei dem das Werkstück mit der zu zeichnet, daß das Werkstück (10) durch Oxidieren behandelnden Oberfläche nach abwärts gerichtet auf der Randbereiche der der zu behandelnden Oberflä- eine mit einer öffnung versehene Arbeitsfläche eines ehe abgewandten Oberfläche (12) vorbehandelt Arbeitstisches aufgebracht eine für die Behandlung wird. 30 chemisch wirksame Flüssigkeit mit Druck durch die öff-

3. Vorrichtung zur chemischen Behandlung einer nung nach aufwärts auf die zu behandelnde Oberfläche Oberfläche (14) auf einer Seite eines Werkstückes des Werkstückes geleitet wird, sowie auf eine Vorrich-(10), bei der ein Arbeitstisch (16) eine ebene Arbeits- tung zur chemischen Behandlung einer Oberfläche auf fläche (20) mit einer öffnung (22) aufweist mit der einer Seite eines Werkstückes, bei der ein Arbeitstisch eine Vorratskammer (28) für eine für die Behandlung 35 eine ebene Arbeitsfläche mit einer öffnung aufweist, chemisch wirksame Flüssigkeit verbunden ist bei mit der eine Vorratskammer für eine für die Behandlung der eine Umlaufpumpe (44) die chemisch wirksame chemisch wirksame Flüssigkeit verbunden ist bei der Flüssigkeit durch die öffnung (22) in der Arbeitsflä- eine Umlaufpumpe die chemisch wirksame Flüssigkeit ehe (20) auf die zu behandelnde Oberfläche (14) des durch die öffnung in der Arbeitsfläche auf die zu behanmit der zu behandelnden Oberfläche (14) nach unten 40 delnde Oberfläche des mit der zu behandelnden Oberweisend auf der Arbeitsfläche (20) aufgebrachten fläche nach unten weisend auf der Arbeitsfläche aufge-Werkstückes (10) fördert und bei der die chemisch brachten Werkstückes fördert und bei der die chemisch wirksame Flüssigkeit über einen Rücklauf (42,46) in wirksame Flüssigkeit über einen Rücklauf in die Vordie Vorratskammer (28) geleitet wird, dadurch ge- ratskammer geleitet wird.

kennzeichnet daß zur Ausführung des Verfahrens 45 Ein Verfahren und eine Vorrichtung der genannten

nach dem Anspruch 1 oder 2 der Arbeitstisch (16) Art sind aus der DE-PS 8 13 912 bekannt Die bekannte

eine ebene, horizontale Arbeitsfläche (20) aufweist Vorrichtung weist einen Arbeitstisch mit einer ebenen

und die öffnung (22) in der Mitte der Arbeitsfläche Deckplatte auf, in der eine öffnung vorgesehen ist. Un-

(20) angeordnet ist die die gleiche Ausdehnung wie terhalb der öffnung ist eine Kammer für einen Elektro-

die der zu behandelnden Oberfläche (14) des Werk- 50 lyten vorgesehen, die über eine Röhre mit einer Pumpe

Stückes (10) aufweist. verbunden ist die den Elektrolyten aus einem Vorrats-

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- behälter gegen die zu behandelnde Oberfläche des zeichnet daß die Vorratskammer (28) mit der Öff- Werkstückes, die nach unten weisend auf der Deckplatnung (22) über ein Rohr (34) in Verbindung steht und te angeordnet ist fördert. Ein Teil des gegen die zu daß eine Auffangkammer (26) zur Aufnahme der von 55 behandelnde Oberfläche des Werkstückes geförderten der Arbeitsfläche (20) abfließenden chemisch wirk- Elektrolyten fließt unterhalb der Deckplatte zurück in samen Flüssigkeit vorgesehen ist, deren Auslauf (42) den Vorratsbehälter, während zwischen dem Werkstück über eine Leitung mit der Umlaufpumpe (44) mit und der Oberseite der Deckplatte austretender Elektrodem Einlauf in die Vorratskammer (28) verbunden lyt über eine Auffangschale und einen Rücklauf zurück ist 60 in den Vorratsbehälter geleitet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- Das Werkstück wird auf der Deckplatte mittels eines zeichnet, daß der Arbeitstisch (16) auf eine Platte seitlich verschwenkbaren Bügels gehalten, der durch ei-(24) aufgestellt ist, die mit einer öffnung zur Leitung ne öffnung des Arbeitstisches geführt ist und mit einer der chemisch wirksamen Flüssigkeit zur Arbeitsflä- Druckfeder verbunden ist, so daß der Bügel gegen die ehe (20) sowie Rückflußöffnungen (40) versehen ist. 65 der zu behandelnden Oberfläche des Werkstückes ge-

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch genüberliegende Fläche drückt. Zur Behandlung des gekennzeichnet, daß eine erste Elektrode (50) für die Werkstückes ist es daher erforderlich, das Werkstück chemisch wirksame Flüssigkeit und eine zweite auf der Deckplatte in bezug auf die öffnung in der