DE3120477A1

DE3120477A1 - Vorrichtung zum aufspannen und fixieren von halbleiter-plaettchen

Info

Publication number: DE3120477A1
Application number: DE19813120477
Authority: DE
Inventors: Toshiyuki Hachioji Tokyo Mori; Shinji Tokyo Sekiya
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 1980-05-23
Filing date: 1981-05-22
Publication date: 1982-03-11
Also published as: DE3120477C2; US4625463A; US4521995A

Description

22. Mai 1981

Vorrichtung zum Aufspannen und Fixieren von Halbleiter-Plättchen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufspannen und Fixieren eines insbesondere aus Silizium bestehenden Halbleiter-Plättchens auf einem Aufspannkopf durch Luftabsaugung.

Die Oberfläche eines Silizium-Plättchens, auf dem ein integrierter Schaltkreis ausgebildet ist oder werden soll, wird mit einem Genauigkeitsgrad im Mikrometerbereich präzise geschliffen, geschnitten oder gemessen. Hierbei ist das Plättchen durch Luftabsaugung gegen den Aufspannkopf angesaugt und daran fixiert. Für dieses Fixieren wurden bisher die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnungen verwendet. Bei der Anordnung nach Fig. 1 sind mehrere umlaufende, auf konzentrischen Kreisen liegende Rillen bzw. Nuten 2 in der Oberseite einer Aufspannfläche 1 ausgebildet und mit radialen Verbindungsnuten 3 verbunden. Das Silizium-Plättchen 5 wird dabei durch Luftabsaugung über eine zentrale Absaugöffnung 4 an die Aufspannfläche angesaugt und dabei fixiert bzw. festgelegt. Bei der Anordnung nach Fig. 2 wird eine Ansaug- bzw. Aufspannscheibe 6 aus einer porösen Substanz verwendet, deren ümfangsflache von einer undurchlässigen Fassung oder Aufnahme 7 aus Metall oder Kunstharz umschlossen ist. Die Luftabsaugung erfolgt dabei über

die zentrale Absaugbohrung 4, um das Plättchen auf der Aufspannscheibe zu fixieren.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 ist aufgrund der Nuten 2 und 3 ein Luftspalt zwischen dem Plättchen 5 und der Aufspannfläche vorhanden.

Wenn das Plättchen mit einem hohen Unterdruck angesaugt oder bei der Bearbeitung von der Oberseite her mit einem Druck beaufschlagt wird, erfährt es eine lokale Verformung, die zu Maßabweichungen führt, oder es wird nach der Unterdrückaufhebung nach der Bearbeitung uneben.

Ein dünnes Plättchen mit einer Dicke von 0,1 - 0,5 mm wird beispielsweise beim Schleifen mit hohem Unterdruck angesaugt und durch die rotierende Schleifscheibe 8 von oben her mit einem Druck beaufschlagt. Infolgedessen wölbt sich das Plättchen an den Stellen der Nuten 2, 3 nach unten. Wenn nach dem Schleifen der einwirkende Unterdruck bzw. Druck aufgehoben wird, wölben sich die über den Nuten befindlichen Bereiche nach oben. Diese Verformung kann beim Schleifen von Halbleiter-Plättchen, die eine
nachlässigt werden.

Plättchen, die eine Genauigkeit von -5 ,um erfordern, nicht ver-

Bei der Anordnung nach Fig. 2 besteht die poröse Aufspannscheibe 6 aus einem Werkstoff mit großen Poren, die Luft und Reinigungswasser durchlassen. Diese Aufspannscheibe setzt sich daher mit dem Schleifstaub zu, so daß schließlich Ansaugwirkung und Reinigung beeinträchtigt werden.

Außerdem muß bei der Anordnung nach Fig. 2 die poröse Aufspannscheibe 6 von der Fassung 7 aus einem nicht-porösen Material umschlossen sein.

Wenn die Fassung 7 aus Metall besteht, kann sich die Aufspannscheibe 6 möglicherweise verformen oder von der Fassung 7 trennen bzw. ablösen, weil die Werkstoffe von Aufspannscheibe und Fassung 7 verschieden sind. Die Anordnung nach Fig. 2 ist weiterhin auch insofern nachteilig, als beim (Plan-)Schleifen der Aufspannscheibe 6 auch die Oberseite der Fassung 7 angeschliffen wird, wobei die Schleifscheibe o.dgl. Zerspanungswerkzeug (edged tool) beschädigt wird.

Im Fall einer aus Kunstharz bestehenden Fassung wird zwar die Schleifscheibe o.dgl. Zerspanungswerkzeug bei der Bearbeitung nicht beschädigt, doch wenn die Aufspannscheibe 6 mit der Fassung 7 vereinigt wird, kann möglicherweise das klebrige Kunstharz durch die poröse Aufspannscheibe 6 hindurch zur Aufspannfläche vordringen, oder die Aufspannfläche kann infolge der verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten von Aufspannscheibe und Fassung uneben oder sonstwie verformt werden.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung einer verbesserten Vorrichtung zum Ansaugen bzw. Aufspannen und Fixieren von Halbleiter-Plättchen, die über lange Zeiträume hinweg für das Aufspannen und Fixieren solcher Plättchen benutzt werden kann, ohne sich zuzusetzen.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß besteht die obere Schicht der Aufspannscheibe aus einem Werkstoff mit feinen Poren, während die untere Schicht aus einem Werkstoff mit groben Poren besteht. Infolgedessen kann die Aufspannscheibe durch Schneidspäne, Schleifstaub und dergl. kaum verstopft werden. Außerdem wird sie durch die Ansaugwirkung kaum beeinflußt.

Bei dieser Vorrichtung soll zudem die Kombination aus Aufspannscheibe und Aufnahme oder Fassung zuverlässiger sein als bei den bisherigen Vorrichtungen dieser Art. Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäß Aufspannscheibe und Fassung aus demselben anorganischen Werkstoff hergestellt und mittels eines niedrigschmelzenden Glases miteinander verklebt. Infolgedessen besitzen Aufspannscheibe und Fassung denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten, so daß eine Verformung und ein Ablösen bzw. Abplatzen verhindert werden.

Bei dieser Vorrichtung soll weiterhin das Silizium-Plättchen mittels der Oberflächenspannung von Wasser leicht und einfach ausgerichtet bzw. zentriert werden können. Dabei wird unter Druck stehendes Wasser von der Seite der Fassung her so eingeführt, daß es auf der Oberfläche der Aufspannscheibe langsam austritt und einen Wasserfilm bildet. Das auf diesen Wasserfilm aufgelegte Plättchen wird durch die Oberflächenspannung des Wassers zur Mitte der Aufspannscheibe verlagert. Hierzu ist es erforderlich, daß die Aufspannscheibe ein scheibenförmiger Körper mit nahezu demselben Durchmesser wie dem des leichten Plättchens ist.

Bei dieser Vorrichtung soll außerdem ein aus der Aufspannscheibe und der Aufnahme bzw. Fassung bestehender Aufspannkopf (work head) einfach und auswechselbar an einem unteren Sockel befestigbar sein. Das Silizium-Plättchen, als Werkstück, kann einen beliebigen Durchmesser im Bereich von normalerweise etwa 50,8 - 152,4 mm in Durchmesserstufen von jeweils 12,7 mm besitzen. Aus diesem Grund müssen Aufspannköpfe mit Aufspannscheiben verschiedener Durchmesser auf dem unteren Sockel einfach ausgewechselt werden könfi? Erfindungsgemäß ist der Aufspannkopf in lotrechter Richtung durch Magnete festgelegt, während seine waagerechte Verschiebung oder Bewegung durch die Verbindung zwischen einer Ausnehmung und einem An-

satz reguliert bzw. verhindert wird.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer bisherigen Aufspannscheibe (attracting disc) mit ringförmigen Nuten,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer bisherigen Aufspannscheibe aus einer porösen, anorganischen Substanz,

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Bearbeitungs- bzw. Aufspannkopfes mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 4a, 4b und 4c Schnittansichten der einzelnen Bauteile des Aufspannkopfes gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine Aufsicht auf eine Aufnahme bzw. Fassung gemäß Fig. 4b,

Fig. 6 eine Aufsicht auf eine Anschlußscheibe gemäß Fig. 4c, Fig. 7 eine Schnittansicht eines unteren Sockels, Fig. 8 eine Aufsicht auf den Sockel gemäß Fig. 7 und

Fig. 9 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung des Zustande, in welchem sich ein Werkstück unter der Oberflächenspannung von Wasser verlagert.

Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden. Gemäß Fig. 4a weist eine Aufspannscheibe 10 eine poröse obere

Schicht 11 mit feinen Poren sowie eine poröse untere Schicht mit etwas gröberen Poren auf, wobei beide Scheiben 11, 12 miteinander verbunden und (zusammen)gesintert sind. Die Aufspannscheibe 10 besitzt einen geringfügig kleineren Durchmesser als das das Werkstück bildende Silizium-Plättchen 5, wobei neun Aufspannscheibengrößen im Durchmesserbereich von etwa 50,8 152,4 mm mit Durchmesserabstufungen von jeweils 12,7 mm verwendet werden. Die obere Schicht 11 aus z.B. einem Alundum-Schleifpulver einer Körnung von 40 und/oder 60 zur Gewährleistung einer niedrigen Porosität und die untere Schicht 12 aus grobem Schleifpulver einer Körnung von z.B. 20 zur Gewährleistung einer großen Porosität sind, wie erwähnt, miteinander verbunden und (zusammen)gesintert. Die Aufspannscheibe 10 besteht somit aus der oberen Schicht 11 mit einer Dicke von etwa 2 mm und der mit dieser verbundenen unteren Schicht 12 mit einer Dicke von etwa. 8 mm.

In den Fig. 4b und 5 ist eine Aufnahme bzv/. Fassung 13 dargestellt, in welche die Aufspannscheibe 10 einsetzbar ist. Eine in der Fassung 13 ausgebildete Ausnehmung 14 besitzt einen Innendurchmesser, welcher dem Außendurchmesser der jeweils einzusetzenden Aufspannscheibe 10 angepaßt ist. Die Fassung 13 besteht dabei aus demselben Werkstoff wie die Aufspannscheibe 10, beispielsweise aus Alundum-Schleifpulver außerordentlich kleiner Körnung (z.B. 600), das so gesintert ist, daß die Fassung nicht-porös ist. In der Innenfläche der Ausnehmung 14 sowie in der Außenfläche der Fassung 13 sind jeweils flache Nuten 15, 16, 17 und 18 im zentralen Bereich sowie um diesen herum ausgebildet. Die flachen Nuten 15, 17 und 16, 18 sind jeweils durch Verbindungsbohrungen 19 bzw. 20 miteinander verbunden. In der Unterseite der Fassung 13 sind (Gewinde-) Bohrungen für Befestigungsschrauben vorgesehen, mit deren Hilfe auf noch zu beschreibende Weise eine Zwischen- bzw. Anschlußscheibe 22 an einem unteren Sockel 21 befestigt werden

kann. Zur Befestigung der Aufspannscheibe 10 an der Fassung 13 wird Glaspulver 24 mit niedrigem Schmelzpunkt auf die Innenfläche der Ausnehmung 14, mit Ausnahme der flachen Nuten 15 und 16, aufgetragen. Auf die mit dem Glaspulver beschichtete Innenfläche der Fassung wird sodann die Aufspannscheibe 10 unter Druck aufgesetzt, worauf die Anordnung zum Schmelzen des Glaspulvers auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird. Die Aufspannscheibe wird somit mit der Fassung durch eine luftdichte Abdichtungsschicht verbunden.

Die Anschlußscheibe 22 besitzt gemäß den Fig. 4c und 6 bezüglich Dicke und Durchmesser genau festgelegte Abmessungen. An einer Stelle des Außenumfangs der Anschlußscheibe 22 ist eine Aussparung 24 mit einer genau festgelegten Breite w vorgesehen. In ihrer Ober- und Unterseite sind flache Nuten bzw. Vertiefungen 25 bzw. 26 ausgebildet. Im Zentrum sowie an drei Stellen um das Zentrum herum vorgesehene Verbindungsbohrungen 27 dienen zur Verbindung der oberseitigen und unterseitigen Vertiefungen miteinander. Um die flachen Vertiefungen 25 und 26 herum sind in Winkelabständen von 60° für die Aufnahme von Magneten vorgesehene Bohrungen 28 ausgebildet, die jeweils eine Stufe 29 als Anlage für einen Magneten aufweisen. In jeder Bohrung 28 ist ein Magnet 30 angeordnet und mittels eines Abstand -stücks 31 festgelegt. Bohrungen 32 dienen zur Aufnahme von Schrauben 33, mit denen die Anschlußscheibe 22 an der Fassung 13 befestigbar ist. Der gesamte Aufspannkopf 34 besteht somit aus de,r Aufspannscheibe 10, der Fassung 13 und der Anschlußscheibe 22. Auf die Ansaug- bzw. Aufspannfläche des Aufspannkopfes ist eine vergleichsweise weiche, dünne Kunststoffschicht in einer Dicke von einigen Mikrometern bis zu einigen hundert Mikrometer aufgestrichen oder aufgesprüht. Diese Überzugsschicht ist dabei mit zahlreichen kleinen Poren versehen, damit durch diesen Überzug die Ansaugwirkung nicht be-

einträchtigt wird.

Gemäß den Fig. 7 und 8 besitzt der untere Sockel 21 nahezu denselben Durchmesser wie der Aufspannkopf 34. In seiner Oberseite ist eine Ausnehmung 35 mit einem der Anschlußscheibe angepaßten Durchmesser ausgebildet. In dieser Ausnehmung 35 ist mit Hilfe von Schrauben 37 eine Scheibe 36 befestigt, welche nahezu dieselbe Form besitzt wie die Anschlußscheibe 22. Die Scheibe 3 6 weist im Mittelbereich ihrer Ober- und Unterseite flache Vertiefungen 38 bzw. 39 sowie eine zentrale Verbindungsbohrung 40 auf. Um die flachen Vertiefungen 38 und herum sind in Winkelabständen von 60° Magnetaufnahme-Bohrungen 41 mit jeweils einer Magnetanlage-Schulter 42 vorgesehen. In jede Bohrung 41 ist jeweils ein Magnet 43 mit einem Abstandstück 44 eingesetzt. Mit den Schraubenbohrungen 45 im Sockel 21 fluchtende Schraubenbohrungen 46 dienen zur Aufnahme jeweils einer Schraube 37 zur Befestigung der Scheibe 36 am Sockel. Die Scheibe 36 unterscheidet sich von der Anschlußscheibe 22 dadurch, daß sie einen mittels einer Schraube 48 befestigten Ansatz 47 mit einem Durchmesser entsprechend der Breite w der Aussparung 24 aufweist, wobei dieser Ansatz 47 in die Aussparung 24 einzugreifen vermag. Eine Reinigungswasser-Einspritzbohrung 50 und eine Luftabsaugbohrung 51 sind von einer flachen Vertiefung 49 in der der flachen Ausnehmung 39 der Scheibe 36 gegenüberstehenden Fläche zur Seitenfläche des Sockels 21 gebohrt. Der untere Sockel 21 ist mit Hilfe von Schrauben 52 an einem Mitnehmer- bzw. Antriebssockel 53 befestigt. Auf einen Aussparungsteil 54 längs der Umfangsflache des oberen Endes des Sockels 21 ist eine Abdrückplatte 55 aufgesetzt, mit deren Hilfe der Aufspannkopf 34 zum Abnehmen hochgedrückt werden kann.

Bei der Vorrichtung mit dem beschriebenen Aufbau wird nach Auswahl eines Aufspannkopfes 34 mit einer Aufspannscheibe 10

eines für den vorgesehenen Zweck geeigneten Durchmessers die an der Unterseite des Aufspannkopfes 34 angebrachte Zwischenbzw. Anschlußscheibe 22 in die Ausnehmung 35 des Sockels 21 eingesetzt und nach rechts oder links gedreht, bis die Aussparung 24 den Verbindungs-Ansatz 47 aufnimmt. Hierbei sinkt die Anschlußscheibe 22 weiter in die Ausnehmung 35 hinein, wobei sie durch die Anziehungskraft der oberen und unteren Magnete 30 bzw. 43 fest mit der unteren Scheibe 36 verbunden ist.

In diesem, in Fig. 9 veranschaulichten Zustand sickert das unter Druck über die Reinigungswasser-Einspritzbohrung 50 eingeführte Wasser über die flachen Vertiefungen 39, 49, die Verbindungsbohrung 40, die flachen Vertiefungen 26, 38, die Verbindungsbohrung 27, die flachen Nuten bzw. Vertiefungen 17, 18, 25, die Verbindungsbohrungen 19, 20 sowie die flachen Vertiefungen 15, 16 langsam auf der Oberseite der Aufspannscheibe 10 heraus, um aufgrund der Oberflächenspannung des Wassers einen Wasserfilm 56 zu bilden. Wenn sodann ein Silizium-Plättchen 5 auf den Wasserfilm aufgelegt wird, wird es auf die in Fig. 9 durch den Pfeil angedeutete Weise auf der Aufspannscheibe in eine nahezu zentrale Position verlagert, um sodann in einer zentrierten Stellung stehenzubleiben. Wasser und Luft werden sodann über die Luftabsaugbohrung 51 abgesaugt, so daß das Plättchen 5 an die Aufspannscheibe 10 angesaugt und auf ihr festgelegt wird. Anschließend können die entsprechenden Bearbeitungen, wie Schleifen mittels der rotierenden Schleifscheibe 8, Einstechen von Schlitzen usw. durchgeführt werden.

Wenn nach der Bearbeitung der Unterdruck aufgehoben und über die Reinigungswasser-Einspritzbohrung 50 wiederum Wasser eingeleitet wird, schwimmt das Plattchen 5 auf der Aufspannscheibe 10 auf, so daß es zum nächsten ReinigungsVorgang überführt werden kann.

Die Anziehungskraft zwischen den Magneten 30 und 43 muß so gewählt werden, daß bei der Einführung von unter Druck stehendem Wasser zum Aufschwimmenlassen des Plättchens 5 nach abgeschlossener Bearbeitung der Aufspannkopf nicht aufschwimmt, während sich die Magnete dennoch zum Auswechseln des Aufspannkopfes durch einen anderen vergleichsweise einfach voneinander trennen lassen.

Während bei der beschriebenen Ausführungsform sowohl in der Anschlußscheibe 22 als auch in der Scheibe 36 jeweils Magnete 30 und 43 angeordnet sind, kann eine dieser Magneteinheiten auch durch einen magnetischen Körper ersetzt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Aufspannen und Fixieren von Halbleiter-Plättchen, mit einem Bearbeitungs- bzw. Aufspannkopf, welcher ein Plättchen auf einer Aufspannscheibe, die auf bzw. in einer Fassung angeordnet ist, aufnimmt und durch Absaugung von Luft über Luftabsaugbohrungen von der Aufspannscheibe auf letzterer festlegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufspannscheibe (10) mindestens zwei Schichten (11, 12) aus einem porösen, anorganischen Werkstoff aufweist und daß die obere Schicht (11) an der Seite der Aufspannfläche feine Poren besitzt, während die der Fassung (13) zugewandte untere Schicht (12) gröbere Poren aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schichten (11, 12) der Aufspannscheibe (10) aus unter Druck gesinterten Alundum-Schleif(scheiben)pulvern jeweils verschiedener Körnung hergestellt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassung (13) und die Aufspannscheibe (10) jeweils aus demselben anorganischen Werkstoff hergestellt sind, wobei die Fassung (13) porenfrei ausgebildet ist und eine Aus-

nehmung (14) aufweist und wobei die Oberflächen von Fassung und Aufspannfläche in derselben Ebene liegen, und daß die Aufspannscheibe (10) in die Ausnehmung (14) eingesetzt und mittels eines niedrigschmelzenden Glases (24) mit der Fassung (13) verbunden ist.

4. Vorrichtung zum Aufspannen und Fixieren von Halbleiter-Plättchen, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem Aufspannkopf zur Aufnahme eines im wesentlichen kreisrunden Plättchens, insbesondere Silizium-Plättchens, auf einer im wesentlichen kreisrunden Aufspannscheibe, die auf bzw. in einer Fassung angeordnet ist, wobei das Plättchen durch Absaugung von Luft über Luftabsaugbohrungen in einem unteren Sockel sowie über eine Verbindungsbohrung in der Fassung auf der Aufspannscheibe festlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufspannscheibe (10) aus mindestens einer oberen und einer unteren Schicht (11 bzw. 12) aus einem porösen, anorganischen Werkstoff hergestellt ist, daß die an der Aufspannfläche befindliche obere Schicht (11) feine Poren besitzt, während die an der Seite der Fassung angeordnete untere Schicht (12) gröbere Poren aufweist, daß mit der Verbindungsbohrung (19, 27) eine Wasser-Einspritzbohrung (50) in Verbindung steht, über welche Wasser so einführbar ist, daß es an äar Aufspannfläche langsam heraussickert, und daß das Plättchen (5) unter der Oberflächenspannung des heraussickernden Wassers in eine stabile, zentrierte Stellung auf der Aufspannscheibe (10) verlagerbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufspannkopf (34) mit Hilfe von Magneten (30, 43) so festgelegt ist, daß er ohne weiteres auf den unteren Sockel (21) aufsetzbar "und von ihm abnehmbar ist, und daß

eine Verschiebung des Aufspannkopfes bzw. des Sockels in Richtung der Aufspannfläche mittels einer Aussparung und eines Ansatzes steuerbar bzw. verhinderbar ist.