AT405700B - Vorrichtung zum flächigen zusammendrücken zu verbindender scheibenförmiger elemente, sogenannter wafer bei der herstellung von halbleiterbausteinen - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum flächigen Zusammendrücken zu verbindender scheibenförmiger Elemente, sogenannter Wafer, bei der Herstellung von Halbleiterbausteinen, bestehend aus einem gegen eine Auflage für die Elemente verstellbaren Druckkörper mit begrenzt nachgiebiger Andrückseite für das an ihm anliegende Element. 



   Das flächige Zusammendrücken der Wafer ist in vielen Fällen notwendig, um eine zuverlässige Verbindung zu erzielen. Die herkömmliche, auch als Bonden bezeichnete Verbindungstechnik kennt Verbindungsverfahren ohne Zwischenschicht (z B. anodisches   Bönden),   aber auch Verbindungen mit Klebern, Glaslot oder schmelzenden Metallen. Je nach Art der angestrebten Verbindung wird bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und mehr als   500. C   gearbeitet.

   Es ist zwingend notwendig, eine   gleichmässige   Druckverteilung zu gewährleisten.   Ungleichmässigkeiten   in der Druckverteilung können dazu führen, dass Teilbereiche der scheibenförmigen Elemente nicht oder nicht ausreichend verbunden werden und daher Ausschuss bilden, so dass nur ein Teil der durch Ausschneiden aus einem Wafer erhaltenen   Halbleiterbausteine,   sogenannter Chips für die Weitetverwendung brauchbar ist. Da das Bonden der Wafer einen der letzten Schntte bei der Produktion darstellt, ist der entstehende Ausschuss mit besonders hohen Kosten verbunden. 



   Um eine   gleichmässige   Anpressung zu erzielen. versuchte man bisher mit extrem ebenen Druckstem-   peln   und Auflagen zu arbeiten. Besonders bei höheren Drücken und auch erhöhten Temperaturen verliert aber auch ein derartig gefertigter Druckstempel aufgrund der Wärmedehnung und innerer Fertigungsspannungen seine Planität. Auch eine gute Planität (Ebenheit) gewährleistet nicht immer eine einwandfreie Fertigung bei ausreichender Gleichmässigkeit des in den Wäferstapel eingetragenen Druckes, da diese   Gleichmässigkeit   auch von der Topographie der Waferoberfläche wesentlich abhängt.

   Weitgehend fertig produzierte Wafer haben aufgrund vorher erfolgter Bearbeitungsschritte Unebenheiten, Vorsprünge und Vertiefungen, die wieder zu einer   ungleichmässigen   Druckverteilung beim Zusammenpressen führen. 



   Eine bekannte Vorrichtung verwendet zur Vermeidung der aufgezeigten Nachteile statt eines starren Stempels eine auf den Waferstapel aufdrückbare Metallmembran, die also die begrenzt nachgiebige Andrückseite des Druckkörpers bildet. Diese Membran legt sich unter Einleitung eines im wesentlichen   gleichmässigen   Druckes an die Waferoberfläche an, ist aber in der Praxis nicht bzw. kaum verwendbar, da nur sehr dünne Membranen eine   gleichmässige   Druckeinleitung gewährleisten, aber rasch zerstört werden. 



  Überdies scheidet die Verwendung von Membranen als Druckkörper praktisch aus, wenn im Bereich des Druckkörpers eine stärkere Beheizung zur Herstellung der Verbindung notwendig wird. 



   Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung der genannten Art, die eine   gleichmässige   Druckeinleitung in einen Waferstapel auch dann ermöglicht, wenn eine Aufheizung dieses Stapels auf höhere Temperaturen notwendig wird und bzw. oder die einzelnen Wafer herstellungsbedingt eine ungünstige Topographie aufweisen. 



   Eine erfindungsgemässe Vorrichtung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkörper aus einem Druckstempel und einem seine Andrückseite bildenden, begrenzt nachgiebigen Einlagekörper besteht, der aus einer Vielzahl über die Druckfläche verteilten, zwischen begrenzt biegsamen Platten eingebetteten flachen, insbesondere tellerförmigen Federelementen gebildet ist. 



   Der Einlagekörper kann sich im notwendigen Ausmass an den Waferstapel anpassen, so dass in jedem Bereich ein etwa   gleichmässiger   Druck in diesen Stapel eingeleitet werden kann. Tellerfedern als flache Federelemente sind besonders vorteilhaft, da sie in der möglichen Andrückrichtung eine gleichmässige und nicht richtungsabhängige Federkraft wie andere Flachfedern aufweisen
Eine weitere Vergleichmässigung in der Druckeinleitung wird erzielt, wenn auch die vorzugsweise selbst ebenfalls als Druckstempel ausgebildete Auflage einen derartigen Einlagekörper zur Abstützung der
Elemente trägt. 



   Konstruktiv wird der Erfindungsgegenstand bevorzugt in der Form verwirklicht, dass der Einlagekörper aus mit ihrer Höhlung zur Andruckseite gerichteten Tellerfedern besteht, die mit ihrer Ober- und Unterseite in zwei abstandsweise angebrachte, begrenzt biegsame Trägerplatten eingebettet sind. Die begrenzte
Biegsamkeit der Trägerplatten ist für die gleichmässige Druckeinleitung erwünscht. Es können auch
Trägerplatten eingesetzt werden, die in sich leicht zusammendrückbar sind. In der Praxis werden diese
Eigenschaften dann erhalten, wenn die Trägerplatten zumindest vorwiegend aus Graphit bestehen. 



   Die Tellerfedern können bei der Produktion des Druckkörpers nach einem vorgegebenen Schema aufgebracht werden. Es ist eine konzentrische Anordnung bei um einen Mittelpunkt auf konzentrischen
Kreisen verteilten Tellerfedern ebenso möglich wie eine Anordnung der Tellerfedern in   Längs- oder  
Querreihen, wobei auch hier zwischen in den Reihen benachbart angeordneten oder auf Lücke versetzten
Tellerfederanordnungen unterschieden werden kann. Durchmesser der Tellerferden von einigen mm auf- wärts sind möglich. 

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   Die Herstellung lässt sich dadurch vereinfachen, dass die Tellerfedern in Form von Ausprägungen untereinander zusammenhängend aus einer dünnen Federplatte ausgeprägt sind. Dabei kann diese Federplatte zur Ermöglichung   grösserer   Federwege zwischen den einzelnen Federelementen Aus- oder Einschnitte aufweisen und bzw. oder in ihrer Wandstärke variieren. 



   Platten aus Graphit und ähnlichen Materialen könnten in manchen Fällen die Wafer kontaminieren. Um dies zu vermeiden und ein Festhaften der Wafer am Einlagekörper zu verhindern, kann der Einlagekörper andrückseitig eine die Trägerplatte abdeckende steifere Ausgleichsplatte,   z. B.   aus Quarzglas, tragen. 



   Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes entnimmt man der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer bekannten Vorrichtung zum Zusammendrücken von   Wafern,  
Fig. 2 in explodierte Darstellungsweise die Elemente eines Einlagekörperes von der Seite her gesehen,
Fig. 3 den fertiggestellten Einlagekörper im Teilschnitt und
Fig. 4 den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemässen Vorrichtung. 



   Nach den Fig. 1 und 4 besitzt eine Vorrichtung einen oberen Druckstempel 1 und eine untere, vorzugsweise ebenfalls als Druckstempel ausgebildete Auflage 2 für miteinander zu verbindende scheibenförmige Elemente, sogenannte Wafer 3. Die Druckstempel 1 und 2 können beheizt werden, wobei Strahlungsheizungen und Widerstandsheizungen ebenso wie andere Arten der Erwärmung Stand der Technik und daher nicht dargestellt sind. 



   Die Erfindung besteht, wie schon mehrfach erwähnt wurde, darin, dass zwischen Druckstempel 1 bzw. 



  Auflage 2 und die zusammenzufügenden Wafer 3 Einlagekörper 4 eingelegt werden.   Gemäss   Fig. 2 besteht jeder Einlagekörper aus einer oberen und einer unteren Deckplatte 5,6 aus Graphit und zwischen diese beiden Deckplatten 5,6 eingelegten Tellerfedern 7. Die Deckplatten 5,6 werden unter Einhaltung eines geringen Abstandes 8 zusammengepresst, so dass die Oberseiten bzw. die unteren Ränder der Tellerfedern sich in die Platten 5,6 einpressen und daher die Einlagekörper 4 als Einheit gehandhabt werden können. 



  Zwischen die Einlagekörper 4 und die zusammenzufügenden Wafer 3 werden nach Fig. 4 noch Ausgleichsplatten 9 aus Quarzglas eingelegt. In Fig. 4 wurden die Einlagekörper 4 analog zu   Flg.   3 im Schnitt gezeichnet. 



  

Claims (6)

1. Patentansprüche 1. Vorrichtung zum flächigen Zusammendrücken zu verbindender scheibenförmiger Elemente, sogenann- ter Wafer bei der Herstellung von Halbleiterbausteinen, bestehend aus einem gegen eine Auflage für die Elemente verstellbaren Druckkörper mit begrenzt nachgiebiger Andrückseite für das an ihm anliegende Element, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkörper aus einem Druckstempel (1) und einem seine Andrückseite bildenden, begrenzt nachgiebigen Einlagekörper (4) besteht, der aus einer Vielzahl über die Druckfläche verteilten, zwischen begrenzt biegsamen Platten (5, 6) eingebetteten flachen, insbesondere tellerförmigen Federelementen (7) gebildet ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch die vorzugsweise selbst ebenfalls als Druckstempel ausgebildete Auflage (2) einen derartigen Einlagekörper (4) zur Abstützung der Elemente (3) trägt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlagekörper (4) aus mit ihrer Höhlung zur Andrückseite gerichteten Tellerfedem (7) besteht, die mit ihrer Ober und Unterseite in zwei abstandsweise angebrachte, begrenzt biegsame Trägerplatten (5,6) eingebettet sind.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatten (5, 6) zumindest vorwiegend aus Graphit bestehen.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfedern (7) in Form von Ausprägungen untereinander zusammenhängend aus einer dünnen Federplatte ausgeprägt sind.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5. dadurch gekennzeichnet, dass der Einlagekörper (4) andrückseitig eine die Trägerplatte (6) abdeckende steifere Ausgleichsplatte (9), z. B. aus Quarzglas, trägt. <Desc/Clms Page number 3>