DE102004017452A1 - Laminar and abrasive machining device for e.g. crystalline silicon wafer, has supporting device with surface bearing and bearing supports supporting rear side of work disk which is pressed against carrier`s front with work piece - Google Patents

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Abstract

The device has a work piece carrier (2) supported by a press stamp that is supported in such a way that the carrier and a work piece on the carrier are pressed against the front side of a work disk (5). A supporting device has a surface bearing (6) and bearing supports (8) supporting the rear side of the work disk which is pressed against on the front of the carriers with the work piece.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur flächigen, abrasiven Bearbeitung eines scheibenförmigen Werkstücks, beispielsweise einer Halbleiterscheibe oder einer Keramikscheibe. Unter einer flächigen, abrasiven Bearbeitung ist beispielsweise eine Politur, ein Läppverfahren oder ein Schleifverfahren zu verstehen. Während der Bearbeitung wird das auf einem Werkstückträger montierte Werkstück mit einer Seite gegen eine Arbeitsscheibe gedrückt, wobei der Werkstückträger und die Arbeitsscheibe eine Relativbewegung ausführen, um diese Seite des Werkstücks zu bearbeiten. Der für die Bearbeitung nötige Druck wird durch einen Druckstempel, der den Werkstückträger abstützt, auf den Werkstückträger und damit auf das Werkstück übertragen. Im Fall einer Politur ist die Arbeitsscheibe ein mit Poliertuch beklebter Polierteller, im Fall eines Läppverfahrens eine Läppplatte, im Fall eines Schleifverfahrens eine Schleifscheibe.The Invention relates to a device for planar, abrasive machining of a disk-shaped workpiece, for example a semiconductor wafer or a ceramic disc. Under a flat, abrasive processing is for example a polish, a lapping process or to understand a grinding process. While editing is mounted on a workpiece carrier workpiece pressed with one side against a working disk, wherein the workpiece carrier and the work disk make a relative movement to machine this side of the workpiece. The one for the Processing necessary Pressure is by a plunger, which supports the workpiece carrier on the workpiece carrier and transferred to the workpiece. In the case of a polish, the working disk is a polishing cloth pasted polishing plate, in the case of a lapping a lapping plate, in the case of a grinding process, a grinding wheel.

Die Politur stellt in der Regel den letzten Arbeitsschritt dar, mit dem Unebenheiten beseitigt werden, die auf den Flächen von scheibenförmigen Werkstücken, beispielsweise Halbleiterscheiben verblieben sind. Diese Unebenheiten stammen von vorangehenden Arbeitschritten wie Läppen oder Schleifen, die der Formgebung der Halbleiterscheiben dienen. Das gewünschte Endprodukt sind Halbleiterscheiben mit möglichst ebenen und planparallelen Seiten, die zur Herstellung elektronischer Bauelemente geeignet sind.The Polishing is usually the last step, with the bumps are removed on the surfaces of disc-shaped workpieces, for example Semiconductor wafers are left. These bumps are from previous work steps such as lapping or grinding, the Shape the semiconductor wafers serve. The desired end product are semiconductor wafers with as possible plane and plane-parallel sides, which are used to produce electronic Components are suitable.

Eine verbreitete Variante der Politur ist die Einseitenpolitur (engt. „single side polishing", SSP). Bei der Einseitenpolitur einer Gruppe von mehreren Werkstücken (engl. „single side batch polishing") werden die Werkstücke mit einer Seite auf die Vorderseite eines Werkstückträgers montiert, indem zwischen dieser Seite und dem Werkstückträger eine form- oder kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise durch Adhäsion, Kleben, Kitten oder Vakuumanwendung, hergestellt wird. In der Regel werden die Werkstücke so auf den Werkstückträger montiert, dass sie einen konzentrischen Ring oder ein Muster von konzentrischen Ringen ausbilden. Es gibt jedoch auch Polierverfahren, bei denen nur jeweils ein Werkstück auf einen Werkstückträger montiert wird. Die Rückseite des Werkstückträgers wird von einem Druckstempel, der im Fall der Politur auch Polierzylinder (engl. „polishing head") genannt wird, abgestützt. Nach der Montage wird die freie Werkstückfläche unter Zuführung eines Poliermittels mit einer bestimmten Polierkraft gegen einen Polierteller, über den ein Poliertuch geklebt ist, gedrückt und poliert. Werkstückträger und Polierteller werden dabei üblicherweise mit unterschiedlicher Geschwindigkeit gedreht. Die notwendige Polierkraft wird von dem Polierzylinder auf die Rückseite des Werkstückträgers übertragen. Eine Vielzahl der bekannten Poliervorrichtungen ist so konstruiert, dass sie über mehrere Polierzylinder verfügen und dementsprechend mehrere Werkstückträger aufnehmen können.A common variant of the polish is the Einseitenpolitur (narrowed "single side polishing ", SSP). In one-side polishing of a group of several workpieces ("single side batch polishing ") the workpieces mounted with one side on the front side of a workpiece carrier by between this side and the workpiece carrier a form- or non-positive Compound, for example by adhesion, gluing, kitten or vacuum application, will be produced. As a rule, the workpieces are mounted on the workpiece carrier in such a way that They have a concentric ring or a pattern of concentric Train rings. However, there are also polishing methods in which only one workpiece each mounted on a workpiece carrier becomes. The backside of the workpiece carrier becomes from a pressure stamp, which in the case of polishing also polishing cylinder ("polishing head ") is called, supported. After assembly, the free workpiece surface is under supply of a Polishing agent with a certain polishing force against a polishing plate, over the a polishing cloth is glued, pressed and polished. Workpiece carrier and Polishing plates are usually rotated at different speeds. The necessary polishing power is transferred from the polishing cylinder to the back of the workpiece carrier. A variety of known polishing devices are constructed that they over have several polishing cylinders and accordingly can accommodate a plurality of workpiece carriers.

Poliervorrichtungen, wie sie zur einseitigen Politur mehrerer Halbleiterscheiben eingesetzt werden, besitzen in der Regel eine Zentrallagerung des Poliertellers, die sich entweder als kombiniertes Axial-/Radiallager vollständig in der Mitte des Poliertellerradius befindet oder durch ein separates Radiallager im Zentrum des Poliertellers ergänzt wird. Die für die Politur notwendige Krafteinleitung erfolgt über den Polierzylinder auf den das Werkstück tragenden Werkstückträger. Diese Vertikalkraft wird über den Polierteller und das darunter liegende (Axial-)Lager abgestützt. Das Lager seinerseits stützt sich über das Maschinenunterteil ab, das wiederum direkt oder indirekt (über tragende Gebäudeelemente) mit dem Gestell für den Polierzylinder verbunden ist. In der Regel sind im Gestell auch Bewegungsmöglichkeiten für Transport- oder Be- und Entladevorgänge realisiert. Der Kraftfluss erfolgt im Gesamtsystem somit über einen langen Weg mit vielen Elementen, die vielfältigen Störeinflüssen ausgesetzt sind.Polishers, as used for the one-sided polish of several semiconductor wafers usually have a central storage of the polishing plate, which either as a combined axial / radial bearing completely in the center of the polishing disc radius is located or by a separate Radial bearing is added in the center of the polishing plate. The polish necessary force is applied via the polishing cylinder the workpiece carrying workpiece carrier. These Vertical force is over supported the polishing plate and the underlying (axial) bearing. The Camp in turn supports over the machine base, which in turn directly or indirectly (via supporting Building elements) with the frame for the polishing cylinder is connected. As a rule, in the frame too Movement possibilities for transport or loading and unloading operations realized. The power flow is thus in the overall system via a long way with many elements that are exposed to various disturbing influences.

In der Praxis zeigte sich, dass die Geometrie des polierten Werkstücks maßgeblich beeinflusst wird durch die Elastizität und die thermischen Verformungen des Gesamtsystems. Dazu gehören der Polierteller, die Tellerlagerung, die Abstützung des Tellerlagers über das Maschinenunterteil sowie ggf. die Lagerung und Abstützung des Maschinenunterteils auf dem Gebäudefundament. Der Polierteller ist in der Regel über ein kombiniertes Axial-/Radialwälzlager oder über getrennte Axial- und Radiallager drehbar mit dem Maschinenunterteil verbunden. Die Kraftkette schließt sich von oben her über das Gestell mit dem Antrieb für den Polierzylinder und dessen Krafteinleitung über den Werkstückträger auf den Polierteller.In In practice, the geometry of the polished workpiece was decisive is influenced by the elasticity and the thermal deformations of the overall system. This includes the polishing plate, the plate bearing, the support of the plate bearing over the Machine base and possibly the storage and support of the Machine base on the building foundation. The polishing plate is usually a combined axial / radial roller bearing or over separate axial and Radial bearing rotatably connected to the machine base. The power chain includes over from above the frame with the drive for the polishing cylinder and its force on the workpiece carrier on the polishing plate.

Die Weiterentwicklung setzte in den letzten Jahren beständig auf immer stabilere mechanische Ausführungen sowie thermisch stabile Werkstoffe, beispielsweise Invar-Stahl. Es hat sich jedoch gezeigt, dass sich das Gesamtsystem trotzdem nicht völlig starr bzw. thermostabil verhält, z. B. wegen bestehender Temperaturunterschiede innerhalb der Anlage, die durch den Poliervorgang hervorgerufen werden. Es wurde deshalb versucht, die Störeinflüsse durch gezielte Korrekturmaßnahmen auszugleichen und das Poliersystem in einen optimalen Arbeitsbereich zu bringen.The Further development has been steadily increasing in recent years ever more stable mechanical designs and thermally stable materials, such as Invar steel. However, it has been shown that the overall system nevertheless not completely behaves rigid or thermostable, z. Due to existing temperature differences within the system, which are caused by the polishing process. It was because of that trying to break the bugs targeted corrective action balance and the polishing system in an optimal working area bring to.

Beispielsweise beschreibt das Dokument US2002/0187728 eine Poliervorrichtung, bei der der Polierteller und der Werkstückträger mit Hilfe einer in geeigneter Weise durch das Innere der Bauteile geleiteten Kühlflüssigkeit gezielt temperiert werden und alle Bauteile möglichst nahe an der Raumtemperatur gehalten werden, um unerwünschte thermische Einflüsse zu vermeiden.For example, document US2002 / 0187728 describes a polishing apparatus in which the polishing plate and the workpiece carrier are secured by means of an in suitably tempered by the interior of the components guided cooling liquid and all components are kept as close as possible to the room temperature in order to avoid undesirable thermal influences.

Daneben sind weitere Maßnahmen bekannt, wie z. B. das Einstellen der Tellergeometrie durch Temperatursteuerung im Polierteller ( EP916450A1 ), eine unterschiedliche Lastaufbringung auf den Werkstückträger durch Druckkammern auf der Rückseite der Trägerplatte ( DE19651761A1 ) oder das Vorgeben einer bestimmten Tellergeometrie bei Herstellung oder Überarbeitung des Poliertellers.In addition, other measures are known, such. B. setting the plate geometry by temperature control in the polishing plate ( EP916450A1 ), a different load application to the workpiece carrier by pressure chambers on the back of the carrier plate ( DE19651761A1 ) or the specification of a particular plate geometry in the manufacture or revision of the polishing plate.

Die genannten Maßnahmen haben den Nachteil, dass zwischen ihnen und der Geometrie des polierten Werkstücks kein physikalisch eindeutiger, maschinenunabhängiger Zusammenhang besteht.The mentioned measures have the disadvantage that between them and the geometry of the polished workpiece There is no physically unambiguous, machine-independent relationship.

Ferner erweisen sich die für die mechanische Stabilisierung erforderlichen großen Massen wegen der damit verbundenen Temperaturzeitkonstanten als sehr nachteilig bezüglich des Einschwingverhaltens. Nach einer Abschaltung der Anlage, z. B. um das Poliertuch zu wechseln, dauert es sehr lange, bis das thermische Gleichgewicht wieder erreicht ist. Dies bedeutet entweder lange Ausfallzeiten durch den Einfahrvorgang mit Dummyscheiben oder eine Bearbeitung von Werkstücken unter nicht optimalen Bedingungen.Further prove the for the mechanical stabilization required large masses because of the associated temperature time constant as very disadvantageous in terms of of the transient response. After a shutdown of the system, z. B. to change the polishing cloth, it takes a long time until the thermal equilibrium is reached again. This means either long downtimes due to the retraction process with dummy disks or a machining of workpieces under less than ideal conditions.

Ähnliche Probleme treten bei anderen Verfahren zur flächigen, abrasiven Bearbeitung eines scheibenförmigen Werkstücks auf.Similar Problems occur with other methods for surface, abrasive machining a disc-shaped workpiece on.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zur flächigen, abrasiven Bearbeitung eines scheibenförmigen Werkstücks zur Verfügung zu stellen, die undefinierte mechanische Verformungen durch die bei der Bearbeitung wirkende Kraft vermeidet, ohne dass mit unerwünschten Nebeneffekten behaftete Kompensationsmaßnahmen ergriffen werden müssen.The The object underlying the invention is a device to the flat, abrasive machining of a disc-shaped workpiece for disposal to put the undefined mechanical deformations through the avoids the force acting on the machining without causing unwanted Side effects associated with compensatory measures must be taken.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur flächigen, abrasiven Bearbeitung eines scheibenförmigen Werkstücks 3, umfassend einen Werkstückträger 2, der auf seiner Rückseite durch einen Druckstempel 1 abgestützt wird, sowie eine Arbeitsscheibe 5, wobei der Druckstempel 1 derart gelagert ist, dass er den Werkstückträger 2 und das auf der Vorderseite des Werkstückträgers 2 montierte Werkstück 3 gegen die Vorderseite der Arbeitsscheibe 5 drücken kann und wobei der Werkstückträger 2 und die Arbeitsscheibe 5 eine Relativbewegung ausführen können, gekennzeichnet durch eine Abstützvorrichtung, die die Arbeitsscheibe 5 auf deren Rückseite abstützt, wobei die Abstützung flächenhaft wenigstens an der Fläche erfolgt, gegen die auf der Vorderseite der Werkstückträger 2 mit dem Werkstück 3 gepresst wird.The invention relates to a device for surface, abrasive machining of a disk-shaped workpiece 3 comprising a workpiece carrier 2 standing on his back by a printing stamp 1 is supported, and a work disk 5 , where the plunger 1 is stored so that he the workpiece carrier 2 and that on the front of the workpiece carrier 2 mounted workpiece 3 against the front of the working disk 5 can press and where the workpiece carrier 2 and the work disk 5 can perform a relative movement, characterized by a supporting device, which is the working disk 5 supported on the back, wherein the support is made areally at least on the surface against which on the front of the workpiece carrier 2 with the workpiece 3 is pressed.

Erfindungsgemäß wird die Arbeitsscheibe auf ihrer Rückseite nicht durch ein herkömmliches schmales Wälzlager abgestützt, sondern, beispielsweise durch ein Flächenlager, im Wesentlichen auf der gesamten Fläche, gegen die auf der Vorderseite der Arbeitsscheibe das zu bearbeitende Werkstück gepresst wird. Die Arbeitsscheibe wird von der Vorderseite her durch das Anpressen des Werkstücks belastet. Erfindungsgemäß werden zumindest die Stellen, an denen auf der Vorderseite der Arbeitsscheibe diese Kraft einwirkt, auf der Rückseite der Arbeitsscheibe durch eine geeignete Lagerung so abgestützt, dass eine weitgehend symmetrische Gegenkraft auf die Rückseite der Arbeitsscheibe einwirkt. Größe und Form des Lagers entsprechen vorzugsweise mindestens der Größe und Form der Kontaktfläche des Werkstücks mit der Arbeitsscheibe. Gleiches gilt für den Fall, dass mehrere Werkstücke auf einem Werkstückträger montiert sind sowie für den Fall, dass mehrere Werkstückträger (mit jeweils einem oder mehreren Werkstücken) gegen eine Arbeitsscheibe gepresst werden. In jedem Fall wird erfindungsgemäß dafür gesorgt, dass im Wesentlichen die gesamte Fläche, gegen die auf der Vorderseite der Arbeitsscheibe zu bearbeitende Werkstücke gepresst werden, auf der Rückseite durch ein geeignetes Lager abgestützt werden. Auf diese Weise wird ein im Wesentlichen biegemomentfreies Kräftegleichgewicht an der Arbeitsscheibe erzielt, sodass eine Verformung der Arbeitsscheibe vermieden wird. Damit wird das Ergebnis der Bearbeitung positiv beeinflusst und Streuungen wesentlich reduziert.According to the invention Working disk on her back not by a conventional narrow one roller bearing supported but, for example, by a surface storage, essentially on the entire surface, against the on the front of the working disk to be processed Workpiece pressed becomes. The work disk is from the front through the Pressing the workpiece loaded. According to the invention at least the places where on the front of the working disk this force acts on the back the work disk supported by a suitable storage so that a largely symmetrical counterforce on the back the working disk acts. Size and shape of the bearing preferably correspond at least to the size and shape the contact surface of the workpiece with the work disk. The same applies in the event that several workpieces on mounted on a workpiece carrier are as well as for the Case that several workpiece carriers (with one or more workpieces) against a working disk be pressed. In any case, the invention ensures that that essentially the entire surface against which on the front of the Working disk to be machined workpieces are pressed on the back be supported by a suitable bearing. In this way becomes a substantially bending moment-free balance of forces on the working disk achieved, so that a deformation of the working disk is avoided. In order to the result of the processing is positively influenced and scatters significantly reduced.

Die Erfindung ermöglicht somit, dass die Biegesteifigkeit und damit die Masse der Arbeitsscheibe deutlich reduziert werden kann. Dies bedeutet wiederum, dass die thermische Zeitkonstante der Arbeitsscheibe beträchtlich reduziert wird. Der „Einfahreffekt" vom Start der Maschine bis zum stabilen Erreichen des optimalen Produktionszustands wird verkürzt, was wiederum kürzere Ausfallzeiten und konstantere Produktionsverhältnisse ermöglicht. Die Erfindung verfolgt den neuartigen Ansatz, die Ursachen der Verformung zu vermeiden, wogegen der Stand der Technik lediglich versucht, deren Auswirkungen zu verringern, indem z. B. die Biegesteifigkeit der Arbeitsscheibe durch eine massive Konstruktion erhöht wird oder indem aufwändige aktive Gegenmaßnahmen ergriffen werden, z. B. Temperatursteuerung oder Druckkammern.The Invention allows Thus, that the flexural rigidity and thus the mass of the work disc clearly can be reduced. This in turn means that the thermal Time constant of the working disk is considerably reduced. The "starting effect" from the start of the machine until stable achievement of the optimal state of production is shortened, which in turn shorter Downtime and more constant production conditions possible. The invention pursued the novel approach of avoiding the causes of deformation whereas the prior art merely attempts to limit their effects to reduce by z. B. the bending stiffness of the working disk is increased by a massive construction or by consuming elaborate countermeasures be taken, for. B. temperature control or pressure chambers.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung am Beispiel der Politur anhand von Figuren beschrieben:The following are preferred Ausfüh tion forms of the invention using the example of the polishing described with reference to figures:

1 zeigt den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Poliervorrichtung, bei der die Rückseite des Poliertellers durch ein Flächenlager und eine Lagerabstützung abgestützt wird, die im Wesentlichen der Form und Größe der Werkstückträger entspricht. 1 shows the cross section of a polishing apparatus according to the invention, in which the back of the polishing plate is supported by a surface bearing and a bearing support, which substantially corresponds to the shape and size of the workpiece carrier.

2 zeigt den Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Poliervorrichtung, bei der ein frei rotierender Polierteller auf der Vorder- und Rückseite mit Poliertuch beklebt ist. Die zu polierenden Werkstücke werden auf der Vorder- und Rückseite symmetrisch gegen den Polierteller gepresst. 2 shows the cross section of another polishing device according to the invention, in which a freely rotating polishing plate on the front and back is covered with polishing cloth. The workpieces to be polished are pressed symmetrically against the polishing plate on the front and back.

1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Poliervorrichtung am Beispiel einer Einseitenpoliervorrichtung mit vier Polierzylindern 1, von denen im Querschnitt nur zwei dargestellt sind. Jeder Polierzylinder 1 trägt mehrere Werkstückträger 2, von denen jeweils nur zwei zu sehen sind. Auf jedem Werkstückträger 2 sind wiederum mehrere Werkstücke 3 montiert, in der Figur sind jeweils zwei Werkstücke 3 zu sehen. Die Polierzylinder 1 rotieren während des Poliervorgangs um ihre Achse 14 und drücken die Werkstückträger 2 und damit die Werkstücke 3 von oben her gegen einen mit Poliertuch 4 beklebten Polierteller 5. Die Figur zeigt einen Zustand vor oder nach einer Polierfahrt, in dem die Polierzylinder 1 ein Stück weit angehoben sind, sodass die Werkstücke 3 das Poliertuch 4 nicht berühren. Der Polierteller 5 wird durch ein Flächenlager 6 nach unten abgestützt. Das Flächenlager 6 ist rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 7 des Poliertellers 5 ausgebildet. Es ist derart dimensioniert und positioniert, dass der Polierteller 5 überall dort, wo er auf der Vorderseite durch das Anpressen der Werkstücke 3 belastet wird, auf der Rückseite durch das Flächenlager 6 unterstützt wird. Das Flächenlager 6 wiederum wird durch vier (dargestellt sind zwei) Lagerabstützungen 8 unterstützt, die bezogen auf eine gedachte Symmetrieebene des Poliertellers 5 symmetrisch zu den Polierzylindern 1 angebracht sind. 1 shows a first preferred embodiment of a polishing apparatus according to the invention using the example of a Einseitenpoliervorrichtung with four polishing cylinders 1 of which only two are shown in cross section. Every polishing cylinder 1 carries several workpiece carriers 2 of which only two can be seen. On every workpiece carrier 2 are again several workpieces 3 mounted, in the figure are each two workpieces 3 to see. The polishing cylinder 1 rotate during the polishing process about its axis 14 and press the workpiece carriers 2 and thus the workpieces 3 from above against a with polishing cloth 4 pasted polishing plate 5 , The figure shows a state before or after a polishing ride in which the polishing cylinder 1 are raised a bit so that the workpieces 3 the polishing cloth 4 do not touch. The polishing plate 5 is through a surface storage 6 supported downwards. The area storage 6 is rotationally symmetric to the axis of rotation 7 of the polishing plate 5 educated. It is dimensioned and positioned so that the polishing plate 5 wherever he is on the front by pressing the workpieces 3 is loaded on the back by the area bearing 6 is supported. The area storage 6 in turn is represented by four (shown are two) bearing supports 8th supported, based on an imaginary plane of symmetry of the polishing plate 5 symmetrical to the polishing cylinders 1 are attached.

Durch die Größe und Positionierung des Flächenlagers 6 und der Lagerabstützung 8 wird an den Stellen des Poliertellers 5, an denen auf der Vorderseite die Polierkraft einwirkt, eine symmetrische Gegenkraft erzeugt und damit eine mechanische Verformung des Poliertellers durch die Polierkraft vermieden. Aus diesem Grund kann der Polierteller, wie dargestellt, eine deutlich geringere Dicke aufweisen als nach dem Stand der Technik notwendig.Due to the size and positioning of the surface storage 6 and the bearing support 8th is in the places of the polishing plate 5 in which the polishing force acts on the front side, generates a symmetrical counterforce and thus avoids mechanical deformation of the polishing plate by the polishing force. For this reason, the polishing plate, as shown, have a significantly smaller thickness than necessary in the prior art.

Das Flächenlager 6 ersetzt das herkömmliche schmale, ringförmige Lager, wie es in Poliervorrichtungen gemäß dem Stand der Technik eingesetzt wird. Das Flächenlager ist beispielsweise ein Luft-, Gleit- oder Wälzlager (z. B. ein Rollenführungslager), oder ein hydrostatisches oder hydrodynamisches Lager. Das Flächenlager wird durch mehrere Lagerabstützungen 8 unterstützt, deren Anzahl mit der Anzahl der Polierzylinder 1 identisch ist und die in ihrer Form, Anordnung und geometrischen Abmessung den Werkstückträgern 2 mit den darauf montierten Werkstücken 3 entsprechen. Die Fläche und der Durchmesser der Lagerabstützungen 8 sollten möglichst der Fläche und dem Durchmesser der Kontaktflächen zwischen Werkstücken 3 und Poliertuch 4 entsprechen, eine Rotation des Flächenlagers oder der Lagerabstützung ist nicht erforderlich. Dadurch wird eine möglichst symmetrische Abstützung der Polierkräfte erreicht.The area storage 6 replaces the conventional narrow annular bearing as used in prior art polishing devices. The surface bearing is for example an air, sliding or roller bearing (eg a roller guide bearing), or a hydrostatic or hydrodynamic bearing. The surface storage is supported by several bearing supports 8th supported, their number with the number of polishing cylinders 1 is identical and in their shape, arrangement and geometric dimension the workpiece carriers 2 with the workpieces mounted on it 3 correspond. The area and diameter of the bearing supports 8th should be as possible the area and the diameter of the contact surfaces between workpieces 3 and polishing cloth 4 correspond, a rotation of the surface bearing or the bearing support is not required. This achieves the most symmetrical possible support of the polishing forces.

Für den Fall dass die Poliervorrichtung, wie in 1 dargestellt, mehrere Polierzylinder 1 und dementsprechend mehrere Lagerabstützungen 8 umfasst, werden die Lagerabstützungen 8 ihrerseits vorzugsweise hydrostatisch gelagert, wobei die einzelnen Lager 13 untereinander über eine hydraulische Verbindung 9 verbunden sind. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Polierkraft, die durch die einzelnen Polierzylinder auf die Werkstücke ausgeübt wird, an allen Polierzylindern exakt gleich groß ist. Dadurch wird eine geringere Streuung der Polierergebnisse erreicht.In the event that the polishing device, as in 1 shown, several polishing cylinder 1 and accordingly several bearing supports 8th includes, the bearing supports 8th in turn preferably stored hydrostatically, wherein the individual bearings 13 with each other via a hydraulic connection 9 are connected. This ensures that the polishing force exerted by the individual polishing cylinders on the workpieces is exactly the same on all polishing cylinders. As a result, a smaller dispersion of the polishing results is achieved.

Eine besonders bevorzugte zweite Ausführungsform der Erfindung ist in 2 dargestellt. Dabei wird ein frei um seine Achse 7 rotierender Polierteller 5 von beiden Seiten in völlig symmetrischer Weise zur Politur eingesetzt. Der Polierteller 5 besteht beispielsweise aus Stahl, Invar-Stahl oder einem keramischem Material und ist beidseitig mit Poliertuch 4 versehen. Der Polierteller 5 wird während des Poliervorgangs durch einen Antrieb 11 in Rotation um seine Achse 7 versetzt.A particularly preferred second embodiment of the invention is in 2 shown. This is a free around its axis 7 rotating polishing plate 5 used from both sides in a completely symmetrical way to polish. The polishing plate 5 For example, it is made of steel, Invar steel or a ceramic material and is covered on both sides with a polishing cloth 4 Mistake. The polishing plate 5 is during the polishing process by a drive 11 in rotation around its axis 7 added.

Auf beiden Seiten des Poliertellers 5 ist jeweils zumindest ein Polierzylinder 1 so angebracht, dass sich jeweils zwei Polierzylinder 1 symmetrisch gegenüber liegen. Jeder Polierzylinder 1 trägt mehrere Werkstückträger 2, von denen jeweils nur zwei zu sehen sind. Auf jedem Werkstückträger 2 sind wiederum mehrere Werkstücke 3 montiert, in der Figur sind jeweils zwei Werkstücke 3 zu sehen. Die Figur zeigt einen Zustand vor oder nach einer Polierfahrt, in dem die Polierzylinder 1 ein Stück weit zurückgezogen sind, sodass die Werkstücke 3 und das Poliertuch 4 sich nicht berühren. Während der Politur werden die Werkstücke 3 durch die Werkstückträger 2 und die Polierzylinder 1 gegen den beidseitig mit Poliertuch 4 beklebten Polierteller 5 gedrückt, wobei die Polierzylinder durch den Antrieb 10 in Rotation versetzt werden.On both sides of the polishing plate 5 is in each case at least one polishing cylinder 1 so attached, that in each case two polishing cylinders 1 lie symmetrically opposite. Every polishing cylinder 1 carries several workpiece carriers 2 of which only two can be seen. On every workpiece carrier 2 are again several workpieces 3 mounted, in the figure are each two workpieces 3 to see. The figure shows a state before or after a polishing ride in which the polishing cylinder 1 are pulled back a bit so that the workpieces 3 and the polishing cloth 4 do not touch each other. During polishing, the workpieces become 3 through the workpiece carriers 2 and the polishing cylinders 1 against the both sides with polishing cloth 4 pasted polishing plate 5 pressed, with the polishing cylinder by the drive 10 be set in rotation.

Bei dieser besonders bevorzugten zweiten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Abstützung des Poliertellers auf der „Rückseite" durch Werkstücke, Werkstückträger und Polierzylinder, die symmetrisch zu denen auf der „Vorderseite" des Poliertellers angeordnet sind. Der Aufbau ist dabei völlig symmetrisch, so dass keine Biegemomente auf dem Polierteller entstehen, weil sich die entsprechenden Kräfte gegenseitig kompensieren. Eine Verbiegung des Poliertellers durch mechanische Einflüsse in eine Richtung senkrecht zur Oberfläche des Poliertellers wird damit ausgeschlossen. Daher kann der Polierteller im Vergleich zum Stand der Technik mit deutlich geringerer Dicke und Masse ausgeführt werden.In this particularly preferred second Embodiment of the invention, the support of the polishing plate on the "back" by workpieces, workpiece carriers and polishing cylinders, which are arranged symmetrically to those on the "front" of the polishing plate. The structure is completely symmetrical, so that no bending moments arise on the polishing plate, because the corresponding forces compensate each other. A bending of the polishing plate by mechanical influences in a direction perpendicular to the surface of the polishing plate is thus excluded. Therefore, the polishing plate can be performed in comparison to the prior art with significantly smaller thickness and mass.

Im Rahmen der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform sind die Arbeitsscheibe 5 und die spiegelbildlich an der Vorder- und Rückseite der Arbeitsscheibe 5 angeordneten Druckstempel 1 vorzugsweise derart gegeneinander gelagert, dass sie eine axiale, in Richtung der Rotationsachse 7 der Arbeitsscheibe 5 gerichtete Relativbewegung ausführen können, die dazu führt, dass bei der Bearbeitung von Werkstücken 3 auf der Vorder- und Rückseite der Arbeitsscheibe 5 ein Kräftegleichgewicht ohne Verformung der Arbeitsscheibe entstehen kann.As part of the in 2 illustrated second embodiment are the working disk 5 and the mirror image on the front and back of the work disk 5 arranged plunger 1 preferably supported against each other so that they have an axial, in the direction of the axis of rotation 7 the work disk 5 directed relative movement, which causes when machining workpieces 3 on the front and back of the work disk 5 a balance of power without deformation of the working disk can arise.

Diese Ausführungsform wird im Folgenden wiederum beispielhaft anhand einer Poliervorrichtung beschrieben:
Diese zweite Ausführungsform kann beispielsweise durch eine hydrostatische Lagerung der beiden gegenüber liegenden Polierzylinder 1 realisiert werden, wobei die beiden Polierzylinder über eine mechanische Verbindung 12 verbunden sind und wobei zwischen den hydrostatischen Lagern eine hydraulische Verbindung (nicht dargestellt) besteht. Dies ist vergleichbar mit dem Aufbau einer Scheibenbremse, wobei die mechanische Verbindung 12 dem Bremssattel entspräche. Die Aufbringung der Polierkraft kann über verschiedene Systeme, z. B. hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch, erfolgen. Befinden sich auf der Vorder- und Rückseite des Poliertellers jeweils mehrere Polierzylinder, so kommt vorzugsweise der hydraulische Ausgleich in Kombination mit einer hydraulischen Kraftaufbringung zum Einsatz. Dabei sind vorzugsweise die jeweils gegenüberliegenden Polierzylinder hydraulisch gekoppelt.This embodiment is described below again by way of example with reference to a polishing apparatus:
This second embodiment can, for example, by a hydrostatic bearing of the two opposite polishing cylinder 1 be realized, the two polishing cylinder via a mechanical connection 12 are connected and wherein between the hydrostatic bearings a hydraulic connection (not shown). This is similar to the construction of a disc brake, with the mechanical connection 12 correspond to the caliper. The application of the polishing force can be achieved by various systems, eg. As hydraulic, pneumatic or electromechanical. Are located on the front and back of the polishing plate each have a plurality of polishing cylinder, so preferably the hydraulic compensation in combination with a hydraulic force application is used. In this case, preferably the respective opposite polishing cylinder are hydraulically coupled.

Eine axiale Relativbewegung zwischen Polierzylindern und Polierteller kann aber auch durch eine axial bewegliche Lagerung des Poliertellers erreicht werden. In diesem Fall ist der Polierteller 5 axial verschiebbar auf seiner Achse 7 gelagert. Eine hydraulische Verbindung zwischen den Polierzylindern ist in diesem Fall nicht erforderlich. Auch diese Anordnung ermöglicht ein Kräftegleichgewicht zwischen Vorder- und Rückseite des Poliertellers ohne eine Durchbiegung des Poliertellers, auch bei geringer Dicke. Das Flächenlager wird hier durch das jeweils spiegelbildlich angeordnete Werkstück ersetzt.An axial relative movement between polishing cylinders and polishing plate can also be achieved by an axially movable mounting of the polishing plate. In this case, the polishing plate 5 axially displaceable on its axis 7 stored. A hydraulic connection between the polishing cylinders is not required in this case. Also, this arrangement allows a balance of power between the front and back of the polishing plate without a deflection of the polishing plate, even at a small thickness. The surface storage is here replaced by the respective mirror-image arranged workpiece.

Eine weitere Optimierung der Kraftkompensation im lokalen Bereich lässt sich erreichen, indem die beiden Werkstückträger derart synchron rotieren, dass die darauf montierten Werkstücke sich zu jedem Zeitpunkt exakt spiegelbildlich gegenüber befinden. Dies ist besonders bevorzugt, da auf diese Weise auch eine lokale Verbiegung des Poliertellers ausgeschlossen wird.A Further optimization of force compensation in the local area is possible reach by the two workpiece carriers rotate synchronously so that the workpieces mounted on it are always mirror images of each other. This is particularly preferred because in this way also a local bending of the polishing plate is excluded.

Im Rahmen dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung ist es auch besonders bevorzugt, die Rotationsachse des Poliertellers horizontal anzuordnen. Durch diese Art der Anordnung lässt sich eine Verformung durch das Eigengewicht des Poliertellers verhindern. Zudem werden Asymmetrien durch unterschiedlich gerichtete Schwerkrafteinflüsse, z. B. beim Aufbringen des Poliermittels, vermieden.in the Frame of this second embodiment of It is also particularly preferred invention, the axis of rotation of the To arrange the polishing plate horizontally. By this kind of arrangement let yourself prevent deformation by the weight of the polishing plate. In addition, asymmetries are caused by differently directed gravitational influences, eg. B. during application of the polishing agent avoided.

Der Vorteil der beschriebenen zweiten, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, dass sich sowohl die mechanischen Polierkräfte als auch die thermischen Einflüsse durch den Poliervorgang gegenseitig vollständig kompensieren. Die während der Politur durch Reibung und chemische Reaktionen erzeugte Wärmemenge ist auf beiden Seiten des Poliertellers gleich groß und symmetrisch zur Hauptebene des Poliertellers verteilt. Damit ist auch eine thermische Verformung des Poliertellers ausgeschlossen, ohne dass aufwendige Gegenmaßnahmen getroffen werden müssen.Of the Advantage of the described second, particularly preferred embodiment The invention is that both the mechanical polishing forces as also the thermal influences completely compensate each other by the polishing process. The during the Polish by heat generated by friction and chemical reactions is the same size and symmetrical on both sides of the polishing plate Main plane of the polishing plate distributed. This is also a thermal Deformation of the polishing plate excluded without consuming countermeasures must be taken.

Diese zweite Ausführungsform der Erfindung ermöglicht es, den Aufbau des Poliertellers deutlich zu vereinfachen, da eine Kühlung oder Temperierung nicht erforderlich ist. Aus diesem Grund kann auch das Risiko einer Kontamination des Poliermittels durch das gemäß dem Stand der Technik notwendige Kühlmittel völlig ausgeschlossen werden. Bei einer Kühlung des Poliertellers und/oder des Werkstückträgers gemäß dem Stand der Technik können im Fall einer Undichtigkeit des Kühlsystems unerwünschte Stoffe auf den Polierteller gelangen und das Werkstück, beispielsweise eine kontaminationsempfindliche Siliciumscheibe, schädigen.These second embodiment allows the invention it to simplify the structure of the polishing plate significantly, as a cooling or temperature control is not required. That's why also the risk of contamination of the polishing agent by the according to the state the technology necessary coolant completely be excluded. When cooling the polishing plate and / or the workpiece carrier according to the state of technology in the case of a leak of the cooling system undesirable substances get on the polishing plate and the workpiece, such as a contamination-sensitive Silicon wafer, damage.

Die Erfindung umfasst Poliervorrichtungen zur einseitigen Politur scheibenförmiger Werkstücke, die eine beliebige Anzahl von Polierzylindern und eine beliebige Anzahl von Werkstückträgern je Polierzylinder aufweisen, wobei jeder Werkstückträger eine beliebige Anzahl von Werkstücken aufnehmen kann. Die Erfindung wurde am Beispiel einer Poliervorrichtung im Detail beschrieben, sie ist jedoch auch auf andere Vorrichtungen, beispielsweise zum Schleifen oder Läppen, anwendbar.The The invention includes polishing devices for single-sided polishing disc-shaped workpieces, the any number of polishing cylinders and any number of workpiece carriers each Have polishing cylinder, each workpiece carrier any number of workpieces can record. The invention was based on the example of a polishing apparatus described in detail, but it is also applicable to other devices, for example, for grinding or lapping applicable.

Die Werkstücke können beispielsweise Halbleiterscheiben sein, wie z. B. einkristalline Siliciumscheiben. Diese können eine homogene Oberfläche aufweisen oder im Rahmen der Herstellung elektronischer Bauelemente strukturiert sein. Besonders bevorzugt ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Poliervorrichtung für die Einseitenpolitur einer Gruppe von mehreren Halbleiterscheiben, beispielsweise einkristallinen Siliciumscheiben („single side batch polishing").The workpieces may be, for example, semiconductor wafers, such. B. monocrystalline silicon wafers. These may have a homogeneous surface or in the context of manufacturing electroni be structured. Particularly preferred is the use of the polishing device according to the invention for the one-side polishing of a group of several semiconductor wafers, for example single-crystal silicon wafers ("single side batch polishing").

Claims (12)

Vorrichtung zur flächigen, abrasiven Bearbeitung eines scheibenförmigen Werkstücks (3), umfassend einen Werkstückträger (2), der auf seiner Rückseite durch einen Druckstempel (1) abgestützt wird, sowie eine Arbeitsscheibe (5), wobei der Druckstempel (1) derart gelagert ist, dass er den Werkstückträger (2) und das auf der Vorderseite des Werkstückträgers (2) montierte Werkstück (3) gegen die Vorderseite der Arbeitsscheibe (5) drücken kann und wobei der Werkstückträger (2) und die Arbeitsscheibe (5) eine Relativbewegung ausführen können, gekennzeichnet durch eine Abstützvorrichtung, die die Arbeitsscheibe (5) auf deren Rückseite abstützt, wobei die Abstützung flächenhaft wenigstens an der Fläche erfolgt, gegen die auf der Vorderseite der Werkstückträger (2) mit dem Werkstück (3) gepresst wird.Device for surface, abrasive machining of a disk-shaped workpiece ( 3 ), comprising a workpiece carrier ( 2 ), which on its back by a pressure stamp ( 1 ), as well as a working disk ( 5 ), wherein the plunger ( 1 ) is mounted such that it the workpiece carrier ( 2 ) and on the front of the workpiece carrier ( 2 ) mounted workpiece ( 3 ) against the front of the working disk ( 5 ) and where the workpiece carrier ( 2 ) and the working disk ( 5 ) can perform a relative movement, characterized by a supporting device, the working disk ( 5 ) is supported on the back, wherein the support takes place areally at least on the surface against which on the front of the workpiece carrier ( 2 ) with the workpiece ( 3 ) is pressed. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützvorrichtung ein Flächenlager (6) und eine das Flächenlager unterstützende Lagerabstützung (8) umfasst, wobei die Lagerabstützung (8) in ihrer geometrischen Abmessung und in ihrer Lage im Wesentlichen der Kontaktfläche des Werkstücks (3) mit der Arbeitsscheibe (5) entspricht.Device according to claim 1, characterized in that the supporting device is a surface bearing ( 6 ) and a bearing support supporting the area bearing ( 8th ), the bearing support ( 8th ) in its geometric dimension and in its position substantially the contact surface of the workpiece ( 3 ) with the working disk ( 5 ) corresponds. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenlager (6) aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Luftlager, Gleitlager, Wälzlager, hydrostatische Lager oder hydrodynamische Lager umfasst.Device according to claim 2, characterized in that the area bearing ( 6 ) is selected from a group comprising air bearings, plain bearings, rolling bearings, hydrostatic bearings or hydrodynamic bearings. Vorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Anzahl von zwei oder mehr Druckstempeln (1) sowie die gleiche Anzahl von Lagerabstützungen (8) umfasst, wobei die Lagerabstützungen (8) hydrostatisch gelagert sind und die einzelnen hydrostatischen Lager untereinander über eine hydraulische oder pneumatische Verbindung (9) verbunden sind.Device according to claim 2 or 3, characterized in that it comprises a number of two or more printing dies ( 1 ) and the same number of bearing supports ( 8th ), the bearing supports ( 8th ) are hydrostatically mounted and the individual hydrostatic bearings with each other via a hydraulic or pneumatic connection ( 9 ) are connected. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsscheibe (5) ein Polierteller ist, der auf seiner Vorderseite mit Poliertuch (4) beklebt ist und dass die Vorrichtung ein System zur Verteilung von Poliermittel auf dem Poliertuch umfasst.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the working disk ( 5 ) is a polishing plate on its front with polishing cloth ( 4 ) and that the device comprises a system for distributing polishing agent on the polishing cloth. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützvorrichtung durch einen Druckstempel (1) gebildet wird, der während der Bearbeitung einen Werkstückträger (2) mit einem darauf montierten Werkstück (3) gegen die Rückseite der Arbeitsscheibe (5) drückt, wobei die Druckstempel (1) an der Vorder- und Rückseite der Arbeitsscheibe (5) spiegelbildlich zueinander angeordnet sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that the supporting device by a plunger ( 1 ), which during machining a workpiece carrier ( 2 ) with a workpiece mounted thereon ( 3 ) against the back of the working disk ( 5 ), whereby the plunger ( 1 ) at the front and rear of the working disk ( 5 ) are arranged mirror images of each other. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsscheibe (5) und die spiegelbildlich an der Vorder- und Rückseite der Arbeitsscheibe (5) angeordneten Druckstempel (1) derart gegeneinander gelagert sind, dass sie eine axiale, in Richtung der Rotationsachse (7) der Arbeitsscheibe (5) gerichtete Relativbewegung ausführen können, die dazu führt, dass ein Kräftegleichgewicht zwischen den Druckstempeln ohne Verformung der Arbeitsscheibe möglich ist.Device according to claim 6, characterized in that the working disk ( 5 ) and the mirror image at the front and back of the working disk ( 5 ) arranged plunger ( 1 ) are mounted against each other such that they have an axial, in the direction of the axis of rotation ( 7 ) of the working disk ( 5 ) can perform directed relative movement, which leads to an equilibrium of forces between the plungers without deformation of the working disk is possible. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die spiegelbildlich an der Vorder- und Rückseite der Arbeitsscheibe (5) angeordneten Druckstempel (1) hydrostatisch gelagert und über eine hydraulische oder pneumatische Verbindung miteinander verbunden sind.Apparatus according to claim 7, characterized in that the mirror image at the front and back of the working disk ( 5 ) arranged plunger ( 1 ) are hydrostatically mounted and connected to each other via a hydraulic or pneumatic connection. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsscheibe (5) in axialer Richtung beweglich gelagert ist.Device according to claim 7, characterized in that the working disk ( 5 ) is movably mounted in the axial direction. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsscheibe (5) und die Druckstempel (1) jeweils um eine horizontal verlaufende Achse (7, 14) drehbar gelagert sind.Device according to one of claims 6 to 9, characterized in that the working disk ( 5 ) and the plunger ( 1 ) each about a horizontal axis ( 7 . 14 ) are rotatably mounted. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Anzahl von zwei oder mehr Druckstempeln (1) an der Vorderseite der Arbeitsscheibe (5) sowie die gleiche Anzahl von Druckstempeln (1) an der Rückseite der Arbeitsscheibe (5) umfasst, wobei jeweils ein an der Vorderseite und ein an der Rückseite angeordneter Druckstempel (1) spiegelbildlich zueinander angeordnet sind.Device according to one of claims 6 to 10, characterized in that it comprises a number of two or more printing dies ( 1 ) at the front of the working disk ( 5 ) as well as the same number of printing stamps ( 1 ) at the back of the working disk ( 5 ), wherein in each case one on the front and one arranged on the back plunger ( 1 ) are arranged mirror images of each other. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsscheibe (5) ein Polierteller ist, der auf beiden Seiten mit Poliertuch (4) beklebt ist und dass die Vorrichtung ein System zur Verteilung von Poliermittel auf den beiden Poliertüchern umfasst.Device according to one of claims 6 to 11, characterized in that the working disk ( 5 ) is a polishing plate, which on both sides with polishing cloth ( 4 ) and that the device comprises a system for distributing polishing agent on the two polishing cloths.
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