DE10007390B4 - Zweischeiben-Poliermaschine, insbesondere zur Bearbeitung von Halbleiterwafern - Google Patents
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Abstract
Zweischeiben-Poliermaschine,
insbesondere zur Bearbeitung von Halbleiterwafern, mit einem Maschinengehäuse, einer
oberen und einer unteren ringförmigen
Arbeitsscheibe (162, 10), Trägerscheiben
(164, 14) für
die obere und die untere Arbeitsscheibe (162, 10), die jeweils mit
der dazugehörigen
Arbeitsscheiben (162, 10) über
Befestigungsmittel und mit einer vertikalen Antriebswelle (36, 170,
170a) verbunden sind, die ihrerseits mittels Rollenlager im Maschinengehäuse drehbar
gelagert und von einem Motor (98) über ein Getriebe (96, 94, 92)
antreibbar sind, wobei in jeder Trägerscheibe (164, 14) Kühlkanäle (16)
geformt sind, denen Kühlmittel
zugeführt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß die untere und die obere
Trägerscheibe
(14, 164) jeweils auf einem Umfangsring (24, 190) eines radförmigen Grundträgers (187,
166, 166a) mit Hilfe von Befestigungsmitteln befestigt und mittig
abgestützt
sind, wobei der Grundträger
(187, 166, 166a) jeweils mit der zugehörigen Antriebswelle (36, 170,
170a) verbunden ist, der Radius, auf dem die Befestigungsmittel
liegen, die den Grundträger
(187, 166, 166a) mit der Trägerscheibe...
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweischeiben-Poliermaschine, insbesondere zur Bearbeitung von Halbleiterwafern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Derartige Poliermaschinen sind allgemein bekannt. Die doppelseitig zu polierenden Halbleiterwafer werden im Zuge von Neuentwicklungen im Durchmesser immer größer. Damit entsteht das Erfordernis, daß die Arbeitsscheiben immer geringere Geometrieabweichungen haben, wenn die geforderte Maßgenauigkeit eingehalten werden soll.
- Um auf zwei Seiten polierte Wafer mit kleinsten geometrischen Abweichungen und guter Oberflächenbeschaffenheit herzustellen, ist die Laufgenauigkeit und die Formbeständigkeit der unteren Arbeitsscheibe (Polierteller) ein ausschlaggebender Faktor. Um diesen Anforderungen zu genügen, sind teilweise recht aufwendige Lösungen zur Lagerung des unteren Poliertellers bekannt geworden, z. B. eine hydrodynamische oder hydrostatische Lagerung.
- Aus
DE 3 925 274 C2 ist bekannt, bei einer Bearbeitungsmaschine zum Läppen, Feinschleifen oder Polieren die Arbeitsscheibe pendelnd an der Antriebswelle aufzuhängen. - Aus
US 4,773,185 ist bekannt, eine Arbeitsscheibe einer Zwei-Seiten-Läppmaschine an einer Trägerscheibe anzubringen. Die obere Arbeitsscheibe ist über einen Ring kleiner radialer Ausdehnung gegen die untere Arbeitsscheibe gehalten. Ein Stift in der Trägerscheibe wirkt mit einer Ausnehmung der unteren Arbeitsscheibe zusammen, um eine lagerichtige Anordnung zu gewährleisten. - Die Verwendung von Trägerscheiben für eine Doppelseitenarbeitsmaschine ist auch aus
EP 0 241 433 A2 bekannt geworden. Die Verbindung zwischen der jeweiligen Arbeitsscheibe und Trägerscheibe erfolgt über eine Schraubverbindung. Die Trägerscheiben sind mit Kanälen für ein Kühlmittel versehen. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zweischeiben-Poliermaschine, insbe sondere zur Bearbeitung von Halbleiterwafern, zu schaffen, die mit relativ geringerem Aufwand eine Lagerung des unteren Poliertellers bereitstellt, wodurch auch Halbleiterwafer mit größerem Durchmesser im gewünschten Umfang präzise bearbeitet werden können.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Arbeitsscheiben, die als Ringscheiben ausgebildet sind, annähernd mittig abgestützt sind. Der hierfür verwendete Grundträger, ist über geeignete Befestigungsmittel mit der entsprechenden Trägerscheibe verbunden. Der Grundträger kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung als Rad mit radialen Speichen geformt sein, dessen Nabe mit der Antriebswelle in Drehverbindung steht. Die obere Arbeitsscheibe kann so aufgehängt sein, daß sie sich automatisch an die Neigung der unteren Arbeitsscheibe anpaßt, wenn diese sich ändert. Diese Lagerung der oberen Arbeitsscheibe kann durch ein Kugelgelenk bewerkstelligt werden, das gleichzeitig für die Übertragung eines Drehmoments ausgelegt ist, beispielsweise durch eine entsprechende Verzahnung zwischen den Lagerbauteilen. Alternativ kann zwischen dem Ring des Grundträgers und der Trägerscheibe eine Mehrzahl von Zylindereinheiten angeordnet werden, deren Zylinderräume mit einem hydraulischen Medium gefüllt und miteinander verbunden sind, so daß auch bei dieser Aufhängung ein „Pendeln" der oberen Arbeitsscheibe möglich ist.
- Erfindungsgemäß sind obere und untere Trägerscheibe jeweils auf einem Umfangsring eines radförmigen Grundträgers mit Hilfe von Befestigungsmitteln befestigt und mittig abgestützt. Der Grundträger ist mit der dazugehörigen Antriebswelle verbunden. Der Radius, auf dem die Befestigungsmittel liegen, die den Grundträger mit der Trägerscheibe verbinden, ist annähernd auf der halben Ringbreite der ringförmigen Arbeitsscheibe angeordnet. Die Befestigungsmittel weisen eine Verschraubung zwischen Umfangsring und Trägerscheibe mittels Befestigungsschrauben auf, wobei die Befestigungsschrauben von einer Hülse umgeben sind, die zwischen Umfangsring und Trägerscheibe axial eingespannt ist, wobei die Hülse ein radiales Spiel zur Befestigungsschraube und einer die Befestigungsschraube und die Hülse aufnehmenden Bohrung aufweist, wodurch zwischen Grundträger und Trägerscheibe eine relative radiale Bewegung zugelassen ist.
- Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bereits relativ geringe Temperaturänderungen zu Änderungen in den Abmessungen der Trägerscheiben führen. Haben die Trägerscheiben zum Beispiel nicht die Möglichkeit, sich bei Temperaturerhöhung frei auszudehnen, besteht die Gefahr, daß sie sich in sich verformen und dadurch ihre Planheit verlieren. Treten Wärmedehnungen auf, die zwischen den Bauteilen naturgemäß unterschiedlich sind, führen sie nicht zu einer Verformung der Trägerscheibe, welche die Planheit der Arbeitsfläche beeinträchtigt.
- Bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Zweischeiben-Poliermaschine weist die Welle der unteren Arbeitsscheibe mehrere achsparallele Kanäle auf, denen mittels einer stationären Zuführvorrichtung Kühlwasser zu- und abgeführt wird. Mit Hilfe der beschriebenen Kühlung wird für die Antriebswelle eine hohe Temperaturstabilität erhalten, wodurch unterschiedliche axiale Kräfte, die aufgrund von Temperaturänderungen verursacht werden und damit Maßänderungen der Antriebswelle, die sich auf die Arbeitsscheibe auswirken, nicht auftreten.
- Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Hauptantriebswelle mit Hilfe von zwei beabstandeten Kegelrollenlagern gelagert. Die Kegelrollenlager werden zweckmäßigerweise relativ groß dimensioniert und sind mit entgegengesetzten Kegelwinkeln versehen, so daß eine große Steifigkeit und geringe Nachgiebigkeit bei Belastungsänderungen während des Poliervorgangs stattfindet. Die Kegelrollenlager werden vorzugsweise mit Hilfe einer auf die Welle aufgeschraubten Mutter gegeneinander bzw. gegen die Welle vorgespannt.
- Die Anordnung von Kühlkanälen an der Oberseite einer Trägerscheibe, auf der die Polier- oder Arbeitsscheibe befestigt ist, ist an sich bekannt. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Kühlkanal in der Antriebswelle über entsprechende Kanalabschnitte mit den oberen Kühlkanälen der Trägerscheibe verbunden. Daher ist nur eine einzige Übertragung des Kühlmittels vom stationären Maschinengehäuse auf die drehenden Teile erforderlich. Vorzugsweise ist ein weiterer achsparalleler Kühlkanal in der Antriebswelle vorgesehen, der die Rückführung des umlaufenden Kühlmittels bildet.
- Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Trägerscheibe auch an der Unterseite Kühlkanäle auf, die vorzugsweise in gleicher Weise mit den axialen Kühlkanälen in der Antriebswelle verbunden sind, wie die oberen Kühlkanäle. Durch die Einstellung der Temperatur des Kühlmittels der unteren Kühlkanäle (Δ t zwischen oben und unten) läßt sich auch die Geometrie der Trägerscheibe beeinflussen, die ihrerseits bekanntlich fest mit der Arbeitsscheibe verbunden ist, wodurch auch die Geometrie der Arbeitsscheibe beeinflußt wird. Dies ist bei unterschiedlichen Polierprozeßbedingungen von Vorteil. Oberes Kühl-Labyrinth und unteres Kühl-Labyrinth können getrennt voneinander mit verschiedenen Temperaturen gekühlt werden.
- Der Antrieb der Antriebswelle von einem Elektromotor erfolgt vorzugsweise über ein Getriebe, das nach einer Ausgestaltung der Erfindung eine gerade Stirnverzahnung aufweist. Vorzugsweise wird eine hohe Verzahnungsqualität vorgesehen. Dadurch können auch hierdurch axiale, auf die Antriebswelle wirkende Kräfte und Vibrationen ausgeschlossen werden.
- Wie schon erwähnt, sind die Trägerscheiben ihrerseits auf einem radförmigen Grundträger angebracht sein, der seinerseits mit der jeweiligen Antriebswelle verbunden ist. Der Grundträger ist vorzugsweise in Form eines Wagenrades gebildet, wobei an den Enden der Speichen die Trägerscheibe mit dem Umfangsring des Grundträgers verbunden ist. Bei der Verschraubung können Distanzscheiben vorgesehen werden, welche zum Ausgleich von Axialschlag fehlern des Grundträgers dienen. Durch die mittige Anordnung der Betätigung wird erreicht, daß sich die Polierscheiben beim Aufbringen der Belastung, die zum Polieren notwendig ist, nicht ungleichmäßig verformen, sondern sich gleichmäßig nach unten bzw. oben bewegen, wobei sich die Geometrie der Polierscheiben nicht verändert.
- Trotz präziser Montage können Ungenauigkeit und Verspannungen insbesondere der unteren Arbeitsscheibe nicht völlig vermieden werden. Um die Ausgangsgeometrie der Polierscheibe nach fertiger Montage zu erzeugen, ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß das Maschinengehäuse auf diametral gegenüberliegenden Seiten der unteren Arbeitsscheibe Anbringungsmittel aufweist für die Anbringung einer brückenartigen Abdrehvorrichtung, die in einer brückenförmigen Führung einen ein Abdrehwerkzeug haltenden Schlitten führt, der von einem Linearantrieb radial zur Arbeitsscheibe bewegt wird. Bei der Befestigung eines Poliertellers, der zuvor relativ präzise hergestellt worden ist, kann die Geometrie durch Verspannungen oder dergleichen bei der Montage in die Maschine beeinträchtigt werden. Dadurch dauert der in der Maschine durchgeführte Läppprozeß außerordentlich lange, wenn nicht vorgezogen wird, die Polierscheibe wieder auszubauen und erneut zu bearbeiten, was dann ebenfalls noch mit der Unsicherheit behaftet ist, weil nach dem Wiedereinbau die Polierfläche ihre Präzision wiederum eingebüßt haben kann. Durch Läppen mit Abrichtringen läßt sich ein Höhenschlag nicht korrigieren. Durch Lappen kann die Polierscheibe konvex oder konkav eingestellt werden. Durch das Überdrehen der Polierscheibe innerhalb der Maschine werden sämtliche Fertigungsungenauigkeiten der verwendeten Bauteile, wie Grundträger, Polierscheibenträger und Polierscheibe eliminiert. Außerdem wird ein erheblicher Zeitvorteil erhalten. Zum Zwecke des Abdrehens wird vorher der Polierscheibenträger mit der Polierscheibe durch das erwärmte Kühlwasser auf Prozeßtemperatur gebracht.
- Abdrehvorrichtungen der beschriebenen Art sind im Prinzip bekannt, sie werden jedoch bisher nicht unmittelbar an Poliermaschinen eingesetzt. In einer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Anbringmittel auf einer Seite des unteren Poliertellers eine annähernd horizontale Anlagefläche auf und auf der gegenüberliegenden Seite in der Höhe einstellbare Abstützmittel. Die horizontale Anlagefläche bildet eine Bezugsebene, und mit Hilfe der einstellbaren Abstützmittel läßt sich die Neigung der Linie, in der das Werkzeug radial entlangfährt, einstellen. In manchen Fällen ist eine trichterförmige Ausbildung der Arbeitsfläche des Poliertellers erwünscht. Dies kann mit Hilfe der beschriebenen Konstruktion ohne weiteres erreicht werden.
- Anhand eines in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.
-
1 zeigt im Schnitt eine Poliermaschine nach der Erfindung. -
2 zeigt eine ähnliche Ansicht wie1 , wobei zusätzlich eine Abdrehvorrichtung gezeigt ist. -
3 zeigt vergrößert den mittleren Teil der Poliermaschine nach1 . -
4 zeigt einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform einer Poliermaschine nach der Erfindung. -
5 zeigt die Einzelheit5 nach4 . -
6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des oberen Poliertellers einer Poliermaschine nach der Erfindung. -
7 zeigt die Einzelheit7 nach6 . - In den
1 und2 ist lediglich der untere Teil einer Zweischeiben-Poliermaschine dargestellt mit einer unteren ringförmigen Polierscheibe10 . Die ringförmige Polierscheibe10 ist mittels Schrauben12 auf einer ringförmigen Trägerscheibe14 befestigt. In die Oberseite der Trägerscheibe14 sind Kühlkanäle16 eingeformt. - Ein Grundträger
18 weist eine Nabe20 , Speichen22 und einen äußeren, die Speichen außen verbindenden Umfangsring24 auf. Die Trägerscheibe14 ist mit Hilfe von Schrauben26 mit dem Umfangsring24 fest verbunden. Ein flacher Ring28 ist zwischen dem Umfangsring24 und der Unterseite der Trägerscheibe14 angeordnet. Er deckt Kühlkanäle30 an der Unterseite der Trägerscheibe14 ab. Zwischen Ring28 und Umfangsring24 sind Distanzscheiben32 angeordnet. Die Befestigung der Trägerscheibe14 an dem Umfangsring24 liegt auf der halben radialen Breite der Polierscheibe10 . Dadurch führen in Richtung der Pfeile34 aufgebrachte Belastungskräfte nicht zu einer ungleichmäßigen Verformung der Polierscheibe10 . - Die Nabe
20 des Grundträgers18 ist mit Hilfe von Schrauben mit einer Antriebswelle36 verbunden, die sich vertikal nach unten erstreckt durch ein Getriebegehäuse38 hindurch. Das Getriebegehäuse38 weist einen Deckel40 und eine Schale42 auf. Deckel und Schale lagern jeweils ein Kegelrollenlager44 , wobei die Kegelwinkel entgegengesetzt zueinander gerichtet sind. Das obere Kegelrollenlager44 liegt gegen einen radialen Flansch der Welle36 an und das untere Kegelrollenlager44 wird mit Hilfe einer Mutter46 auf der Welle36 vorgespannt. Durch diese Konstruktion können die Kegelrollenlager aufeinander zu vorgespannt werden. - Die hohle Antriebswelle
36 weist einen ersten achsparallelen Kanal46 auf. Im unteren Bereich ist die Antriebswelle36 von einem Verteilerring48 umgeben, der stationär im Maschinengehäuse50 angeordnet ist. Mit dem Verteilerring48 ist ein Nippel52 verbunden, der seinerseits mit einer Kühlmittelleitung (nicht gezeigt) verbunden ist, die ihrerseits zu einer Kühlmittelquelle führt. Der Nippel52 ist mit einer radialen Bohrung54 ausgerichtet, die an der Innenseite des Ringes in einer umlaufenden Nut56 endet. Die umlaufende Nut ist ausgerichtet mit einer umlaufenden Nut58 der Welle36 , die ihrerseits mit einer radialen Bohrung60 in Verbindung ist. In den Nippel52 eingeführtes Kühlmittel strömt daher in den achsparallelen Kanal46 und von dort in eine Schrägbohrung62 in der Nabe20 und von der Schrägbohrung in einen Kanalabschnitt64 , der über eine Leitung66 und einen weiteren Kanalabschnitt68 mit den oberen Kühlkanälen16 verbunden ist. Eine parallele Leitung70 führt durch eine Bohrung im Ring28 hindurch, so daß auch eine Verbindung mit den unteren Kühlkanälen30 hergestellt ist. Der Rückfluß erfolgt über eine Leitung72 , welche durch eine Bohrung des Rings28 hindurchgeführt ist in Verbindung mit unteren Kühlkanälen30 und eine Leitung74 , die über eine Bohrung mit den oberen Kühlkanälen16 in Verbindung ist. Die Leitungen führen zu dem zweiten achsparallelen Kanal76 in der Antriebswelle36 , der über eine zweite radiale Bohrung78 mit einer weiteren Ringnut80 im Verteilerring48 verbunden ist. Die Ringnut80 ist auf nicht gezeigte Weise mit einem weiteren Nippel verbunden, über den das Kühlmittel austreten kann, ggf. in ein Reservoir der Kühlmittelquelle zurück. - Mittig auf der Welle
36 sitzt ein Stirnzahnrad82 , das in Eingriff steht mit einem Ritzel84 , das von einem Motor86 über ein Schneckenradgetriebe88 angetrieben ist. Die Verzahnung von Stirnrad82 und Ritzel84 ist gerade und hochpräzise. - Durch die Antriebswelle
36 hindurch erstreckt sich koaxial eine zweite Welle90 , die am unteren Ende mit einem Zahnrad92 verbunden ist, das über einen Zahnriemen94 von einem Antriebsrad96 angetrieben ist, das auf der Welle eines zweiten Motors98 sitzt. Am oberen Ende ist die Welle90 mit einem inneren Stiftkranz100 verbunden (die mechanische Verbindung wird im einzelnen nicht beschrieben, da sie keine Besonderheit enthält). Der Stiftkranz100 weist eine Reihe von in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandeten Stiften101 auf. Ein weiterer Stiftkranz102 mit Stiften104 ist über ein Lagerbauteil106 auf der Kolbenstange eines Hubzylinders108 abgestützt. Der Stiftkranz102 kann ggf. auch angetrieben werden, wie der Stiftkranz100 . Die Stifte101 und104 treiben nicht gezeigte, auf der Polierscheibe10 aufliegende gezahnte Läuferscheiben an, welche die Wafer aufnehmen. Auch dies ist an sich bekannt. - Zwischen der Nabe
20 und dem Deckel40 des Getriebegehäuses38 ist eine nicht näher bezeichnete Labyrinthdichtung vorgesehen, welche ein Eindringen von Verunreinigungen in das Getriebegehäuse verhindern soll. - In
2 ist zu erkennen, daß das Maschinengehäuse50 einen Absatz110 aufweist, der eine obere Anlagefläche112 aufweist, die etwas niedriger liegt als die Oberseite der Polierscheibe10 . Eine Abdrehvorrichtung114 weist ein sich diametral über die Polierscheibe10 erstreckendes brückenartiges Trägerteil116 auf, das in einem Rahmenabschnitt118 endet, der mit Hilfe von Schrauben120 am Absatz110 befestigbar ist. Am anderen Ende weist das Trägerteil116 einen Ansatz122 auf, über den sich die Vorrichtung114 abstützt. Eine Schraube124 ist mit einem Abstandshalter126 verbunden, der seinerseits mit Hilfe einer Schraube128 an einem Lagerabschnitt130 des Maschinengehäuses50 verschraubt ist. Durch Verdrehung der Schraube124 läßt sich die Höhe bzw. der Winkel des brückenartigen Trägers116 justieren. - Der brückenartige Träger
116 dient als Führung für einen nicht weiter beschriebenen Schlitten132 , der ein stiftartiges Abdrehwerkzeug134 von bekannter Bauart hält. Eine Antriebsspindel136 in dem Trägerteil116 ist mit einem Antriebsmotor138 in Verbindung und steht außerdem in Verbindung mit dem Schlitten132 . Diese Verbindung wird von einem Kugelspindeltrieb gebildet, wodurch das Werkzeug134 relativ reibungsarm radial zur Polierscheibe10 bewegt werden kann. - Nach dem Einbau der Polierscheibe
10 in der oben beschriebenen Art und Weise wird die Abdrehvorrichtung114 montiert, und es erfolgt eine Bearbeitung der Polierscheibe10 . Vorher wurde sie mit Hilfe des erwärmten Kühlmittels auf Betriebstemperatur gebracht. Mit Hilfe dieser Maßnahme können alle Toleranzen, die sich aufgrund des Aufbaus und der die Polierscheibe10 tragenden Teile kompensiert werden. Der anschließende Läppprozeß kann sich daher in minimaler Zeit vollziehen. - Mit Hilfe der beschriebenen Kühlmaßnahmen läßt sich die Geometrie von Antriebswelle und Trägerscheibe auf einem gewünschten Wert halten, so daß Änderungen, die ohne diese Maßnahmen auftreten, nicht die Geometrie der Polierscheibe
10 beeinträchtigen. Mit Hilfe der Kühlung auch der Trägerscheibe14 kann die Geometrie der Polierscheibe10 in Grenzen in gewünschter Weise beeinflußt werden. Mit Hilfe des beschriebenen Kühlsystems läßt sich auch eine bestimmte Temperatur in der Polierscheibe10 einstellen, was für den Abdrehvorgang von Bedeutung ist. - Mit den in der Beschreibung erörterten Maßnahmen einschließlich des Abdrehens der Polierscheibe in der Maschine läßt sich ein Axialhöhenschlag einer Polierscheibe, bezogen auf den Drehmittelpunkt von kleiner als ±1 μm und kurz vor dem Außendurchmesser der Polierscheibe von kleiner als ±10 μm bei einem Polierscheibendurchmesser von 1.535 mm erreichen. Diese Werte haben praktisch keinen negativen Einfluß mehr auf die Oberflächengüte der polierten Wafer.
- Bei der Poliermaschine nach
4 ist die Anordnung des unteren Poliertellers und der Antrieb in gleicher Weise ausgeführt wie bei der Ausführungsform nach1 . Es soll daher im einzelnen darauf nicht mehr eingegangen werden. Man erkennt jedoch, daß zum Beispiel auch die Polierscheibe10 ein Kühllabyrinth enthält, das mit dem Kühllabyrinth der Trägerscheibe14 zusammenwirkt. Eine Besonderheit ist jedoch die Befestigung der Trägerscheibe14 am Ring24 des Grundträgers18 , wie in5 dargestellt. Die Polierscheibe10 ist mit der Trägerscheibe14 über die Befestigungsschrauben12 (siehe auch1 ) befestigt. Der Ring24 ist mit der Trägerscheibe14 ebenfalls über in gleichmäßigen Umfangsabständen angeordnete Befestigungsschrauben26 befestigt. Eine Besonderheit besteht nun darin, daß die Befestigungsschraube von einer Hülse150 umgeben ist, die in entsprechend erweiterten Bohrungsabschnitten von Trägerscheibe14 und Ring24 angeordnet ist. Beim Verschrauben von Ring24 und Trägerscheibe14 wird die Hülse150 unter eine axiale Spannung gesetzt. Die Hülse befindet sich jedoch mit radialem Spiel in der Bohrung und hat auch ein radiales Spiel zur Schraube12 , so daß zwischen den beiden Teilen eine begrenzte radiale Relativbewegung stattfinden kann. Eine einseitige Wärmeausdehnung von Grundträger18 bzw. Ring24 einerseits und Trägerscheibe14 andererseits führt daher nicht zu einer Verformung der Trägerscheibe14 und damit einer Verformung der Polierscheibe10 . - Ein oberer Polierteller
160 nach4 weist eine Polierscheibe162 , eine Trägerscheibe164 und einen Grundträger166 auf. Die Verbindung dieser Teile miteinander entspricht derjenigen für den unteren Polierteller, so daß darauf im einzelnen nicht eingegangen werden soll. Eine Nabe168 des Grundträgers166 ist an einer Antriebswelle170 aufgehängt. Am unteren Ende der Antriebswelle170 sitzt eine Lagerkugel172 , die mit einer Lagerschale174 in der Nabe168 zusammenwirkt. Dadurch kann der gesamte Polierteller160 begrenzt pendeln und die Arbeitsfläche der Polierscheibe162 sich an die jeweilige Neigung der Arbeitsfläche des unteren Poliertellers automatisch anpassen. Da über die Welle170 auch ein Drehmoment übertragen werden muß, weisen die Lagerbauteile172 ,174 eine bogenförmige Verzahnung auf, über welche die Drehmomentübertragung stattfindet, welche jedoch gleichzeitig ein Pendeln des Poliertellers160 zuläßt. - Wie ferner zu erkennen, weist die Polierscheibe
162 eine Reihe von achsparallelen Durchbohrungen176 auf, die mit entsprechenden Durchbohrungen in der Trägerscheibe164 ausgerichtet und mit denen Leitungen178 verbunden sind, über die ein Poliermittel zur Arbeitsfläche der Polierscheibe162 geleitet wird. Auf der Nabe168 ist eine Verteilvorrichtung180 für das Poliermittel angeordnet, die drei konzentrisch angeordnete ringförmige Kanäle182 aufweist, in denen sich das Poliermittel befindet, das durch Schwerkraftwirkung nach unten gefördert wird. - Auch bei der Befestigung des Grundträgers
166 an der Trägerscheibe164 ist in gleicher Weise vorgegangen, wie dies in Verbindung mit den1 bis3 beschrieben ist, nämlich die mittige Befestigung des Rings des Grundträgers16 mit der Trägerscheibe164 . Die Befestigung erfolgt wiederum mit Hilfe von Schrauben184 , die mit Spannhülsen186 zusammenwirken, die, wie dies in Verbindung mit5 beschrieben ist, radial begrenzt beweglich sind bzw. eine Relativbewegung zwischen Schraube184 und Hülse186 erlauben, damit durch Verformungen des Trägers166 keine unzulässige Verformung der Trägerscheibe164 und damit der Polierscheibe162 einhergeht. - Der Aufbau des Poliertellers nach den
6 und7 gleicht weitgehend dem des oberen Poliertellers nach4 . Ein Unterschied zu4 besteht darin, daß die Nabe168a des Grundträgers166a fest mit der Welle170a verbunden ist, mithin an dieser Stelle kein Pendeln möglich ist, wie dies bei der Ausführungsform nach4 der Fall ist. - Eine Besonderheit bei der Ausführungsform nach
6 besteht in der Anbringung der Trägerscheibe164 an dem Grundträger166a , d. h. an seinem äußeren Ring. Diese ist in1 näher dargestellt. Man erkennt aus7 , daß zwischen dem Ring190 und der Trägerscheibe164 eine Kolbenzylindereinheit192 angeordnet ist. In einer Durchbohrung des Ringes190 ist eine Kugelgleitführung194 angeordnet, durch die hindurch eine hohle Kolbenstange196 geführt ist. Die Kolbenstange196 hat am oberen Ende einen Kolben198 , der in einem Zylinder200 dichtend geführt ist. Der Zylinder200 ist fest mit dem Ring190 verbunden. Durch den Kolben198 und die hohle Kolbenstange196 ist eine Befestigungsschraube202 geführt. Sie ist in eine Gewindebohrung der Trägerscheibe164 eingeschraubt. Die Kolbenstange196 ist hingegen radial beweglich in der entsprechenden Bohrung der Trägerscheibe164 , so daß durch die gezeigte Verbindung eine radiale Relativbewegung zwischen Grundträger166a und Trägerscheibe164 möglich ist. - Sowohl der Kolbenstangenraum als auch der andere Zylinderraum aller Kolbenzylindereinheiten
192 sind, wie in6 angedeutet ist, über Leitungen204 bzw.206 miteinander in Verbindung. Auf diese Weise ist der Polierteller160 schwimmend am Grundträger166a aufgehängt und kann ebenso wie der Polierteller nach4 auto matisch seine Neigung verändern in Anpassung an die Änderung der Neigung der Arbeitsfläche der Polierscheibe10 des unteren Poliertellers nach4 .
Claims (9)
- Zweischeiben-Poliermaschine, insbesondere zur Bearbeitung von Halbleiterwafern, mit einem Maschinengehäuse, einer oberen und einer unteren ringförmigen Arbeitsscheibe (
162 ,10 ), Trägerscheiben (164 ,14 ) für die obere und die untere Arbeitsscheibe (162 ,10 ), die jeweils mit der dazugehörigen Arbeitsscheiben (162 ,10 ) über Befestigungsmittel und mit einer vertikalen Antriebswelle (36 ,170 ,170a ) verbunden sind, die ihrerseits mittels Rollenlager im Maschinengehäuse drehbar gelagert und von einem Motor (98 ) über ein Getriebe (96 ,94 ,92 ) antreibbar sind, wobei in jeder Trägerscheibe (164 ,14 ) Kühlkanäle (16 ) geformt sind, denen Kühlmittel zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die untere und die obere Trägerscheibe (14 ,164 ) jeweils auf einem Umfangsring (24 ,190 ) eines radförmigen Grundträgers (187 ,166 ,166a ) mit Hilfe von Befestigungsmitteln befestigt und mittig abgestützt sind, wobei der Grundträger (187 ,166 ,166a ) jeweils mit der zugehörigen Antriebswelle (36 ,170 ,170a ) verbunden ist, der Radius, auf dem die Befestigungsmittel liegen, die den Grundträger (187 ,166 ,166a ) mit der Trägerscheibe (14 ,164 ) verbinden, annähernd auf der halben Ringbreite der ringförmigen Arbeitsscheibe (10 ,162 ) liegt und die Befestigungsmittel eine Verschraubung zwischen Umfangsring (24 ) und Trägerscheibe (14 ) mittels Befestigungsschrauben (26 ) aufweist, wobei die Befestigungsschrauben (26 ) von einer Hülse (150 ) umgeben sind, die zwischen Umfangsring (24 ) und Trägerscheibe (14 ) axial eingespannt ist, wobei die Hülse (150 ) radiales Spiel zur Befestigungsschraube (26 ) und einer die Befestigungsschraube (269 und die Hülse (150 ) aufnehmenden Bohrung aufweist, wodurch zwischen Grundträger (187 ,166 ,166a ) und Trägerscheibe (14 ) eine relative radiale Bewegung zugelassen ist. - Poliermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (
36 ) für die untere Arbeitsscheibe mindestens einen achsparallelen Kanal (46 ,76 ) aufweist, dem mittels einer stationären Zuführ-Vorrichtung (48 ,52 ) Kühlmittel zugeführt wird, das obere Ende des Kühlkanals (46 ) über Kanalabschnitte (62 ,64 ,70 ,68 ) mit den oberen Kühlkanälen (60 ) in der Tragscheibe (14 ) verbunden ist und ein weiterer achsparalleler Kanal (76 ) in der Antriebswelle (36 ) am oberen Ende über Kanalabschnitte (70 ) mit unteren Kühlkanälen (30 ) in der Trägerscheibe (14 ) verbunden ist. - Poliermaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfangsring (
24 ,190 ) mit der Nabe (20 ,168 ,168a ) über radiale Speichen (22 ) verbunden ist. - Poliermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (
170 ) der oberen Arbeitsscheibe (162 ) mit dem Grundträger (166 ) über ein sphärisches Lager gekoppelt ist, deren Lagerteile (172 ,174 ) über eine Bogenverzahnung in einem ein Drehmoment übertragenden Eingriff sind. - Poliermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (
190 ) des Grundträgers (166a ) über mehrere im Umfangsabstand angeordnete Kolbenzylindereinheiten (192 ) mit der Trägerscheibe verbunden ist, wobei die Kolben stangenräume der Einheiten einerseits und die kolbenstangenfreien Räume andererseits mit einem Hydraulikmedium gefüllt sind und jeweils miteinander in Verbindung stehen. - Poliermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (
36 ) der unteren Arbeitsscheibe (10 ) mittels zweier beabstandeter Kegelrollenlager (44 ) von einem Getriebegehäuse (38 ) gelagert ist, das ein Zahnradgetriebe enthält, wobei die Neigung der Rollenlager (44 ) entgegengesetzt gerichtet ist. - Poliermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (
36 ) der unteren Arbeitsscheibe (10 ) ein Stirnrad (82 ) besitzt, das mit einem Antriebsritzel (84 ) des Motors (86 ) kämmt und Stirnrad (82 ) und Ritzel (84 ) eine Geradverzahnung aufweisen. - Poliermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinengehäuse (
50 ) auf diametral gegenüberliegenden Seiten der unteren Arbeitsscheibe (10 ) Anbringmittel (110 ,130 ,126 ,124 ) aufweist für die Anbringung einer brückenartigen Abdrehvorrichtung (114 ), die in einer brückenförmigen Führung (116 ) einen ein Abdrehwerkzeug (134 ) haltenden Schlitten (132 ) führt, der von einem Linearantrieb (136 ) radial zur Arbeitsscheibe (10 ) bewegt wird. - Poliermaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anbringmittel auf einer Seite eine annähernd horizontale Anlagefläche (
112 ) und auf der ge genüberliegenden Seite in der Höhe einstellbare Abstützmittel (124 ,126 ) aufweisen, die in einem Lagerabschnitt (130 ) des Maschinengehäuses (50 ) anbringbar sind.
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