DD213162A1 - Vorrichtung zur herstellung von hochebenen substratscheiben - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von hochebenen Substratscheiben geringer Dicke, die die Parallelitaet der bearbeiteten Substratscheiben verbessert und eine einfache Justierung und Fixierung eines Scheibentraegers hinsichtlich einer Druckplatte ermoeglicht. Die Halterung gewaehrleistet dabei eine freie Rotier- und Schenkbarkeit des Scheibentraegers beim Bearbeitungsvorgang bezueglich seiner Verbindung mit der Druckplatte dadurch,dass an der Druckplatte ein Pergamentmagnet befestigt ist,dessen Kraftwirkung den Substratscheibentraeger ueber ein frei-rotier- und schwenkbares Widerlager mit der Druckplatte verbindet.

Description

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Titel der Erfindung:

Vorrichtung zur Herstellung von hochebenen Substratscheiben

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von hochebenen Substratscheiben geringer Dicke, insbesondere für die Fertigung von Substratscheiben aus Halbleiterwerkstoffen mit hochebenen Punktionsflächen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Grundsubstratmaterial für den Aufbau von Halbleiterschaltkreisen ist u. a. eine von einem auf Solldurchmesser gebrachten Siliziumeinkristall abgeschnittene Siliziumscheibe, die nach Durchlaufen verschiedener Zwischenbearbeitungsschritte im letzten materialabtragenden Bearbeitungsschritt auf der Funktionsseite eine hochwertige Politur erfährt.

Der grundsätzliche Aufbau der für die Erzeugung der gewünschten Oberflächenqualität eingesetzten Poliermaschine ist so gewählt, daß gegen einen rotierenden Poliertisch von oben an mindestens einem in Richtung Poliertisch senkrecht beweglichen Druckstempel eine ebenfalls rotierbar befestigte Druckplatte herangeführt wird, auf deren Arbeitsfläche mehrere zu polierende Scheiben befestigt sind. Die Befestigung der zu bearbeitenden Substratscheiben auf der Arbeitsfläche der Druckplatte erfolgt durch Vakuum, durch Adhäsion, durch Kombination von Adhäsions- und Käfighalterung oder durch Wachseinbettung. Ein wesentlicher Mangel dieser technischen Lösung besteht darin, daß die zu bearbeitenden Substratsche-iben unverrückbar mit der Druckplatte verbunden und nur mit dieser am Druckstempel rotier- und schwenkbar sind. Die in bezug auf das Druckplattensystem fixierte Lage der Substratscheibe wirkt sich nachteilig auf die geometrische Qualität der bearbeiteten Substratscheiben aus. Dies resultiert aus den unterschiedlichen Bahngeschwindigkeiten für die vom Rotationszentrum der Druckplatte verschieden entfernten Bereiche, in denen die mit der Druckplatte unverrückbar verbundenen Substratscheiben angeordnet sind. Die unterschiedlichen Bahngeschwindigkeiten der Druckplatte führen bei den mit dieser Druckplatte unverrückbar verbundenen

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Substratscheiben zu unterschiedlichen Materialabträgen entlang ihrer zu bearbeitenden Oberfläche und in der Regel zu einer ParalleIitatsVerschlechterung.

Nicht ausreichende mechanische Stabilität der Druckplatte, unterschiedliche Arbeitsdrücke oder merkliche Temperaturgradienten wirken sich ebenso nachteilig auf die geometrische Endqualität der bearbeiteten Substratscheiben aus, wie die aus Verschleißeffekten resultierende Verschlechterung der Ebenheit der wirksamen Seite der Druckplatte.

Zur Erzielung einer guten Beweglichkeit der Druckplatte ist aus der Bearbeitung von optischen Bauteilen die Verwendung von Kugel und Kugelpfanne zur Druckeinleitung bekannt. In ähnlicher Weise gestaltet ist ein mit einer Priktionshalterung für die Substratscheibe versehener Scheibenträger mit hohem Reibungskoeffizienten für die Bearbeitung von Halbleiterwerkstoffen. Nachteil die-ser technischen Lösung ist, daß jeder der rotierbar mit der Druckplatte verbundenen Scheibenträger gegenüber den druckeinleitende.n Mitnehmerzapfen von Hand auf dem Poliertisch genau positioniert oder der auch schwenkbare Mitnehmerzapfen am Scheibenträger in Eingriff gebracht werden muß.

Als weiterer Nachteil ist auch zu nennen, daß es bei nicht ausreichender Haftreibung zwischen Scheibenträger und Substratscheibe beim Beginn des Rotationsvorganges des Poliertisches infolge der in der Anfahrphase hohen Haftreibung zwischen Poliertuchoberfläche und Substratscheibenoberfläche zu einem Abschieben der Substratscheibe vom Scheibenträger kommen kann. Eine weitere Ausführungsform bereits bekannter technischer Lösungen ist die Führung des Scheibenträgers und die Einleitung der Polierkraft über einen kegelförmig ausgebildeten Druckzapfen. Die Positionierung des Scheibenträgers erleichtert zwar ein höhenverschiebbarer Zentrierstock, doch vermeidet er aber nicht den Nachteil, daß die Justierung des Systems beidhändig erfolgen muß und der mit der Substratscheibe belegte Scheibenträger beim Beginn des Rotationsvorganges des Poliertisches auf dem Poliertuch aufliegt.

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Ziel der Erfindung:

Das Ziel "der Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung zur Herstellung von hochebenen Substratscheiben für die Einzel- und Mehrscheibenbearbeitung, die die Parallelität der bearbeiteten Substratscheiben verbessert und eine einfache Justierung und Fixierung des Scheibenträgers hinsichtlich der Druckplatte ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung von hochebenen Substratscheiben für die Einzel- und Mehrmaschinenbearbeitung zu schaffen, wobei der Substratscheibenträger eine leicht herstellbare und wieder lösbare Halterung bezüglich seiner frei rotier- und schwenkbar ausgestalteten Verbindung mit der Druckplatte aufweist. Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Herstellung von ebenen Substratscheiben erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an einer Druckplatte, im wesentlichen axialsymmetrisch zum Substratscheibenträger, ein Permanentmagnet, der eine Aussparung aufweist, befestigt ist, und daß ein mit der Druckplatte fest verbundener Lagerzapfen, der durch die Aussparung des Permanentmagneten hindurchragt, mit einem am Substratscheibenträger rotationssymmetrisch angeordneten Eingriff korrespondiert. Eine Ausgestaltungsform der Erfindung ergibt sich aus der festen Verbindung des Permanentmagneten mit dem Substratscheibenträger. Die Beschichtung der Oberfläche des Permanentmagneten mit einer Gleitauflage kann für die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Vorteil sein.

Ausführungsbeispiel:

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in Figur 1 bis 3 der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt Figur 1 eine Seitenansicht des Druckstempelsystems mit zwei Substratscheibenträgern,

Figur 2 eine Schnittdarstellung der Führung eines Substratscheibenträgers ,

Figur 3 eine schematische Darstellung des Zusammenwirkens des Druckstempelsystems und der Substratscheibenträger.

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Eine Druckplatte 3 ist mit einem Druckplattenkopf 2 eines Druckstempels 1 lösbar verbunden. An der Druckplatte 3 sind zwei Substratscheibenträger 7 angeordnet. An jedem der Substratscheibenträger 7 ist eine Substratscheibe 11 befestigt, die über ein Poliertuch 12, das mit einem Poliertisch 13 verbunden ist, aufliegt. Ein Lagerzapfen 14 ist über eine in die Druckplatte 3 eingearbeitete zylinderförmige Aussparung 5, wie in Figur 2 dargestellt, mit der Druckplatte 3 verbunden. Konzentrisch zur Aussparung 5 ist ein hohlzylinderförmiger Permanentmagnet 4 an der Druckplatte 3 befestigt. Der Lagerzapfen 14 ragt durch die zylinderförmige Aussparung des Permanentmagneten 4 hindurch. Ein halbkugelförmiges, hervorstehendes Endteil, der Lagerkopf 14' des Lagerzapfens 14, korrespondiert mit einer halbkugelförmigen Lagerpfanne 7' des Substratscheibenträger 7, wobei die halbkugelförmige Lagerpfanne 7' im Substratscheibenträger rotationssymmetrisch ausgespart ist. Der hohlzylinderf örmige , konzentrisch zur Aussparung 5 an der Druckplatte befestigte Permanentmagnet 4 ist auf seiner, dem Substratscheibenträger 7 zugewandten Oberfläche, mit einer Gleitauflage 10 versehen. Der Substratscheibenträger 7 ist eine biegesteife, aus einem ferromagnetischen Material bestehende Scheibe mit angearbeiteten planparallelen Endflächen, wobei in der dem Permanentmagneten 4 zugeordneten Endfläche die Lagerpfanne 7' ausgespart ist. Der Durchmesser des Substratscheibenträgers 7 ist auf der dem Permanentmagneten 4 zugewandten planparallelen Endfläche größer als der der Substratscheibe 11 und entlang der Umfangsflache des kleineren Durchmessers des Substratscheibenträgers 7 als Anschlag für einen hohlzylinderförmigen Stützkäfig 8 ausgebildet, der über mindestens eine Stützschraube 9 entlang der Umfangsflache fixiert wird, um ein mögliches Abschieben der Substratscheibe 11 vom Substratscheibenträger 7 zu verhindern.

Vor der Einleitung des Poliervorganges der Substratscheiben 11 sind der auf seiner Arbeitsfläche mit einem Poliertuch 12 versehene Poliertisch 13 und die den Polierdruck übertragenden Elemente, mit Druckplattenkopf 2 und Druckplatte 3 sowie die zwei Substratschei— benträger 7, räumlich voneinander getrennt. Dabei werden die Substratscheibenträger 7 mittels der magnetischen Kraftwirkung der an der Druckplatte 3 befestigten Permanentmagneten 4 gegen den Lagerzapfen 14 gehalten.

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Die Wirkung des Kraftfeldes des Permanentmagneten 4 garantiert eine freie Rotier- und Schwenkbarkeit des Substrätscheibenträgers 7 über seine Lagerpfanne 7' und das halbkugelförmige hervorstehende Endteil 14' des Lagerzapfens 14. Die Wirkung der magnetischen Kraft in Verbindung mit der halbkugelförmigen Ausgestaltung von Lagerkopf 14' und Lagerpfanne 7' gewährleistet eine ohne großen Justieraufwand herstellbare und wieder lösbare Verbindung der Substratscheibenträger 7 mit der Druckplatte 3.

Bei Einleitung des Poliervorganges wird die räumliche Trennung zwischen den den Polierdruck übertragenden Elementen, dem Druckstempel 1 dem Druckplattenkopf 2 und der Druckplatte 3 sowie den beiden Substratscheibenträgern 7, an denen je eine Substratscheibe 11 befestigt ist, und dem rotierenden Poliertisch 13, der auf seiner Arbeitsfläche mit einem Poliertuch 12 versehen ist, aufgehoben. Dabei werden die zu bearbeitenden Oberflächen 11' der Substratscheiben 11 auf den mit dem Poliertuch 12 versehenen Poliertuch 13 gepreßt. Durch die Ausgestaltung der Verbindung von Druckstempel 1 und Druckplattenkopf 2 ist eine Schwenkbarkeit der mit dem Druckplattenkopf 2 lösbar verbundenen Druckplatte 3 um den Winkel α . gewährleistet, durch die Ausgestaltung des Lagerkopfes 14' des Lagerzapfens 14 und'der Lagerpfanne 7' des Substratscheibenträgers 7 ist eine Schwenkbarkeit um den Winkel a„ (dargestellt in Figur 3) garantiert, so daß die am Substratscheibenträger 7 befestigte Substratscheibe 11 mit ihrer zu bearbeitenden Substratscheibenoberfläche 11' zum Poliertisch 13 und dem auf dem Poliertisch 13 aufliegenden Poliertuch 12 stets parallel ist. Durch diese freie Rotier- und Schwenkbarkeit des Substratscheibenträgers 7 wird der aus den verschiedenen Bahngeschwindigkeiten zwischen der Scheibenmitte und der Scheibenrandzone der Substratscheibe 11 resultierende unterschiedliche Materialabtrag und die damit verbundene Parallelitätsverschlechterung der Substratscheibe 11 weitestgehend begrenzt. Der Gefahr eines möglichen Abschiebens der Substratscheibe 11 vom Scheibenträger 7 beim unter Rotation des Poliertisches 13 erfolgenden Aufpressen der Substratscheiben 11 wird durch Anbringen eines geeigneten Stützkäfiges 8 für die Substratscheibe 11 entgegengewirkt.

Claims (3)

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   Erfindungsanspruch:

   1. Vorrichtung zur Herstellung von hochebenen Substratscheiben, bestehend aus mindestens einem Druckplattensystem, das aufgebaut ist aus einer Druckplatte, die über einen Druckkopf mit einem Druckstempel rotier- und schwenkbar verbunden ist, und mindestens einem mit der Druckplatte formschlüssig verbundenen, um seine Rotationsachse drehbaren Substratscheibenträger, der sich zwischen einem um seine Rotationsachse drehbaren Poliertisch und der senkrecht zu dem Poliertisch angeordneten Druckplatte befindet; dadurch gekennzeichnet, daß an der Druckplatte, im wesentlichen axialsymmetrisch zum Substratscheibenträger, ein Permanentmagnet, der eine Aussparung aufweist, befestigt ist, und daß ein mit der Druckplatte fest verbundener Lagerzapfen,.der durch die Aussparung des Permanentmagneten hindurchragt, mit einem am Substratscheibenträger rotationssymmetrisch angeordneten Eingriff korrespondiert.
2. 2. Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet mit dem Substratscheibenträger fest verbunden ist.
3. 3. Vorrichtung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Permanentmagneten mit einer Gleitauflage versehen ist.

   Hierzu 3 Seiten Zeichnungen