-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spannen verformter Wafer, wie sie gattungsgemäß aus der
DE 199 28 799 A1 bekannt ist.
-
Unter Wafern werden in der Mikroelektronik, der Photovoltaik und der Mikrosystemtechnik als Substrat dienende Scheiben verstanden. Je größer und dünner die Wafer werden, desto höher ist die Gefahr, dass sie sich bei der Herstellung oder Bearbeitung verziehen, wodurch nachfolgende Bearbeitungsschritte nicht mehr in der erforderlichen Präzision durchgeführt werden können.
-
Die für die genannten technischen Gebiete zu bearbeitenden Wafer, die sich in der Größe und der Dicke in ähnlichen Dimensionen bewegen, unterscheiden sich in einer material- und prozessbedingten unterschiedlichen Verformung, die in der Regel zu einer Wölbung über den gesamten Querschnitt des Wafers führt. Die Durchbiegung als Maß der Abweichung von der Ebene kann von nur wenigen um bis hin zu mehreren mm reichen, weshalb aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren und Vorrichtungen mehr oder weniger abhängig von der Art der Wafer und den Genauigkeitsanforderungen an deren Ebenheit zum Spannen der Wafer geeignet sein können.
-
Im vorliegenden Fall sollen mit der Vorrichtung insbesondere Wafer gehalten werden, die eine Durchbiegung von bis zu 5 mm erfahren können, eine Dicke von ca. 100–300 μm und einen Durchmesser bzw. Seitenlänge von ca. 100 bis 200 mm aufweisen.
-
Die Durchbiegung entsteht durch vorangehende Bearbeitungsprozesse und ist für Wafer, aus gleichem Material und einer gleichen Dimensionierung, die einer gleichen Prozessfolge unterzogen werden, wenigstens annähernd gleich.
-
Bezogen auf nachfolgende Bearbeitungsprozesse kann der Wafer, bezogen auf eine Auflagefläche, nach außen oder innen gewölbt sein. Bei einer Wölbung nach innen liegt der Wafer theoretisch nur mit seinem Mittelpunkt auf einer Auflagefläche auf und seine Randbereiche müssen auf der Auflagefläche zur Anlage gebracht werden, um ihn zu ebenen. Bei einer Wölbung nach außen liegt der Randbereich auf und die Mitte des Wafers hat einen Abstand zur Auflagefläche und muss zur Anlage gebracht werden, um den verformten Wafer zur weiteren Bearbeitung zu ebnen.
-
In der
DE 199 28 799 A1 wird ein mobiler Werkstückträger vorgeschlagen, auf dem ein Wafer eben ausgerichtet und fixiert werden kann. Der Wafer soll durch eine äußere aufgebrachte Kraft derart geformt werden, dass er eine ebene Gestalt annimmt und durch Haltemittel, die entweder durch Unterdruck oder durch elektrostatische Kräfte den Wafer auf dem Träger halten, fixiert werden (Sp. 1, Z. 47–54).
-
Als Haltemittel werden Unterdruckkammern genannt die mit Ansaugöffnungen in Verbindung stehen, die als Bohrungen oder Längsschlitze ausgebildet, in einer ebenen Auflagefläche für den Wafer möglichst gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Auflageflächen können mit Dichtlippen versehen sein, um die Dichtwirkung und die Dichtzeit zu verlängern, nach dem der Wafer durch Evakuierung der Unterdruckkammern Wafer an die Ansaugöffnungen fixiert wurde. Die Ansaugöffnungen können alle oder gruppenweise mit einer Unterdruckkammer oder einzeln jeweils mit einer Unterdruckkammer verbunden sein.
-
Zu der äußeren Kraft, die aufgebracht werden soll, um den Wafer zu verformen, damit er eine ebene Gestalt annimmt, sind in der
DE 199 28 799 A1 keine weiteren Ausführungen gemacht.
-
Die
DE 199 28 799 A1 gibt dem Fachmann keinen Hinweis wie er mit einer äußeren Kraft den Wafer in eine ebene Form bringen kann, sondern nur Hinweise wie er diesen in der ebenen Form fixieren kann.
-
In der
DE 29 01 968 C2 wird in der Beschreibung des Standes der Technik darauf hingewiesen, dass es eine übliche Methode sei zur Beseitigung von Verformungen, die hier als Formabweichungen bezeichnet werden, den Wafer während der Bearbeitung auf einer Vakuumhalteeinrichtung mit einer äußerst ebenen Haltefläche zu halten (S. 2, Z. 30–34). Vermutlich wird hier davon ausgegangen, dass die Formabweichung nur gering ist, sodass der Wafer über Ansaugöffnungen in der Haltfläche gleichmäßig angezogen wird.
-
Für einen Wafer, der eine größere Durchbiegung aufweist, kann es aufgrund der großen Abstandsunterschiede zwischen den einzelnen in einer Ebene liegenden Ansaugöffnungen und der Oberfläche des Wafers zu einem nicht zeitgleichen Ansaugen kommen, was kurzzeitig örtlich zu noch größerer Verformung und damit zur Beschädigung des Wafers führen kann.
-
Darüber hinaus, kann es passieren, dass die Ansaugkräfte örtlich nicht groß genug sind, um den Wafer so anzusaugen, dass er hinreichend genau geebnet wird. Im schlechtesten Fall wird der Wafer dann gar nicht angesaugt und die Durchbiegung verbleibt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Vorrichtung zu schaffen, in der ein verformter Wafer schonend eben gespannt und fixiert werden kann.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Spannen eines Wafers, umfassend einen Spanntisch mit einer hochebenen Auflagefläche zur Auflage eines Wafers, mit wenigstens einer Ansaugöffnung, die über einen Verteiler mit einem Vakuumejektor in Verbindung steht, dadurch gelöst, dass in der Ansaugöffnung ein Ansaugeinsatz vorgesehen ist, der einen elastischen zweiseitig offenen Hohlkörper umfasst. Die Vorrichtung ist insbesondere geeignet zum Spannen von verformten Wafern, wobei das Spannen auch das Halten in gespannter Lage umfasst.
-
Damit die Hohlkörper jeweils einen gleichgroßen Evakuierungsraum umschließen, werden hierfür vorteilhaft geometrisch bestimmte Hohlkörper verwendet, wie beispielsweise ein Faltenbalg.
-
Vorteilhaft ist die Ansaugöffnung eine zweistufige Durchgangsbohrung, deren erste Stufe an die Auflagefläche angrenzt und einen größeren Durchmesser als die zweite Stufe aufweist, wobei der Faltenbalg in der ersten Stufe untergebracht ist.
-
Bei einer Verwendung von Faltenbälgen unterschiedlicher Länge können diese vorteilhaft auf einen Flansch montiert sein, der in der ersten Stufe der Durchgangsbohrung an einer am Übergang von der ersten zur zweiten Stufe der Durchgangsbohrung ausgebildeten Anlagefläche ausgebildet oder montiert ist.
-
Bei Verwendung von Faltenbälgen gleicher Länge weist die zweite Stufe vorteilhaft ein Innengewinde auf in das ein Rohrstück mit Außengewinde höhenverstellbar eingeschraubt ist, an dessen einem Ende der Faltenbalg fest montiert ist und dessen anderes Ende mit dem Verteiler verbunden ist.
-
Zur Vermeidung, dass der Wafer durch die Ansaugkraft in die Ansaugöffnungen hineingezogen wird, kann in den Faltenbalg vorteilhaft ein poröser Kern eingesetzt sein, auf dem er zur Anlage kommt.
-
Auch ist es von Vorteil in den Faltenbalg eine Verschlusskappe einzusetzen, womit die Wirkung der Ansaugkraft auf den Wafer gedrosselt bzw. unterbrochen wird.
-
Um die Fläche für die Auflage des Wafers weiter zu vergrößern, ist es von Vorteil, dass am Faltenbalg eine Dichtlippe ausgebildet ist, deren äußerer Durchmesser nur minimal kleiner als der Durchmesser der ersten Stufe der Durchgangsbohrung ist.
-
Zu einem örtlich differenziert starken Ansaugen des Wafers sind an dem Verteiler vorteilhaft steuerbare Ventile vorgesehen. Die Ansaugkraft über die einzelnen Ansaugeinsätze kann damit auch zeitlich versetzt geregelt werden.
-
Um auch Wafer mit einer starken Durchbiegung sicher spannen zu können kann oberhalb des Spanntisches wenigstens ein Druckluftstrahler vorhanden sein, womit eine zusätzliche Andruckkraft auf den Wafer gerichtet werden kann.
-
Anhand der Zeichnungen wird die Vorrichtung im Folgenden beispielhaft näher erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung in Draufsicht und im Schnittbild
-
2 eine Prinzipskizze einer zweiten Ausführungsform von Ansaugeinsätzen
-
3 eine Prinzipskizze einer dritten Ausführungsform von Ansaugeinsätzen
-
4 eine Prinzipskizze einer vierten Ausführungsform von Ansaugeinsätzen
-
In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung als Prinzipskizze dargestellt, wobei zur deutlichen Darstellung der erfindungsgemäßen Mittel die Durchbiegung stark übertrieben gezeichnet wurde.
-
Sie umfasst für alle Ausführungsformen gleich einen Spanntisch 1 mit einer hochebenen Auflagefläche 1.1 zur Auflage eines Wafers 2, mit wenigstens einer Ansaugöffnung in der Auflagefläche 1.1, in der ein Ansaugeinsatz vorgesehen ist, der über einen Verteiler 4 mit einem Vakuumejektor 5 in Verbindung steht. Mittels des Vakuumejektors 5 wird über den Verteiler 4 in den Ansaugeinsätzen ein Unterdruck erzeugt, der zum Ansaugen des Wafers 2 führt, womit dieser zur flächigen Anlage an der Auflagefläche 1.1 gebracht und hier gehalten wird.
-
Die Anzahl und Anordnung der Ansaugöffnungen in der Auflagefläche 1.1 wird im Wesentlichen bestimmt von der Außenkontur des zu haltenden Wafers 2 Der Abstand der Ansaugöffnungen zueinander kann vorteilhaft nach außen hin ab- oder zunehmend sein, je nachdem ob der zu haltende Wafer 2, wie eingangs erläutert, nach außen oder innen gewölbt ist. Bei der in 1 dargestellten Vorrichtung soll ein nach außen gewölbter Wafer 2 eben zur Auflage gebracht und gehalten werden. Die Mitte des lose aufgelegten Wafers 2 hat dann den größten Abstand dmax zur Auflagefläche 1.1, sodass der Wafer 2 in der Mitte um den größten Weg zur Auflagefläche 1.1 hin bewegt werden muss. Vorteilhaft sind die Ansaugöffnungen daher zur Mitte hin zunehmend näher zueinander angeordnet.
-
Die Ansaugöffnungen sind hier abgestufte Durchgangsbohrungen 3, wobei eine erste Stufe der Durchgangsbohrung 3.1 einen größeren Durchmesser aufweist als eine zweite Stufe 3.2. Der Übergang zur zweiten Stufe bietet damit eine ringförmige Anlagefläche 3.3 für eine Anlage eines in die Durchgangsbohrung 3 eingesetzten Ansaugeinsatzes. Dieser umfasst einen elastischen zweiseitig offenen Hohlkörper, hier einen Faltenbalg 6, der in der ersten Stufe der Durchgangsbohrung 3.1 mittelbar oder unmittelbar an der ringförmigen Anlagefläche 3.3 anliegt.
-
In der ersten Ausführungsform sollen die Faltenbälge 6 gleich dimensioniert sein, mit einer gleichen, möglichst geringen Federkonstante, womit die einer Kompression entgegenwirkende Rückstellkraft über den Kompressionsweg nur gering zunimmt.
-
Damit der Wafer 2 beim Auflegen auf den Spanntisch 1 möglichst auf allen Faltenbälgen 6 zur Auflage kommt, sind die Faltenbälge 6 vorteilhaft unterschiedlich tief in die erste Stufe der Durchgangsbohrungen 3.1 eingesetzt. Dazu sind diese auf Rohrstücke 7 direkt aufgesetzt oder mit diesen über, an handelsüblichen Faltenbälgen 6 bereits vorgesehenen, Streckverschlüssen verbunden. Die Rohrstücke 7 sind über ihr anderes Ende, z. B. mittels kurzer Schläuche, mit dem Verteiler 4 verbunden und innerhalb der Durchgangbohrung 3 axial verschiebbar. Eine hierfür einfache Lösung bietet eine Schraubverbindung bei der das Rohrstück 7 mit einem Außengewinde und die untere Stufe der Durchgangsbohrung 3.2 mit einem Innengewinde versehen ist. Die Regulierung der Einführtiefe kann damit durch eine feinfühlige Schraubbewegung erfolgen.
-
Davon ausgehend, dass die Verformung für gleiche Wafer 2, die einer gleichen Bearbeitung unterzogen wurden, wenigstens nahezu gleich ist, kann für eine Charge von Wafern 2 die axiale Lage der Faltenbälge 6 individuell an den Abstand dmax des Wafers 2 am Ort der jeweiligen Ansaugöffnung angepasst werden, wo sich ein Faltenbalg 6 befindet.
-
Wird nun mit dem Einschalten des Vakuumejektors 5 in dem Verteiler 4 und den Ansaugeinsätzen, hier bestehend aus jeweils einem Faltenbalg 6 und einem Rohrstück 7, ein Unterdruck erzeugt, führt dieser dazu, dass der auf den Faltenbälgen 6 aufliegende Wafer 2 angesaugt wird. Das geschieht auch, wenn zwischen einzelnen Faltenbälgen 6 und dem Wafer 2 ein geringer Abstand vorhanden sein sollte. Es entsteht damit eine geschlossene Kammer, die evakuiert wird. Dabei werden die Faltenbälge 6 jeweils soweit komprimiert, bis der Wafer 2 auf der Auflagefläche 1.1 um die betreffende Ansaugöffnung zur Auflage kommt. Für einen unterschiedlichen Kompressionsweg, um den die Faltenbälge 6 aufgrund des unterschiedlichen Abstandes dmax des Wafers 2 von der Auflagefläche 1.1 am Ort unterschiedlicher Ansaugöffnungen zusammengedrückt werden, ist die der Kompression entgegenwirkende Rückstellkraft nur geringfügig unterschiedlich und bei wirkender Ansaugkraft vernachlässigbar.
-
In 1 sind für die einzelnen dargestellten Ansaugeinsätze unterschiedliche Einschraubtiefen gezeigt, wodurch die entspannten Faltenbälge 6 unterschiedlich lang über die Auflagefläche 1.1 hinausragen. Der hier dargestellt Wafer 2 ist in einer Position gezeigt in der er noch nicht aufgelegt ist.
-
Anstelle gleich langer Faltenbälge 6, deren feste Enden unterschiedlich tief in der Durchgangsbohrung 3 sitzen, können auf verschieden lange Faltenbälge 6 eingesetzt werden, deren feste Enden dann in einer gleichen Tiefe sitzen. Hierzu können z. B., wie in 2 gezeigt, die Faltenbälge 6 unmittelbar auf Flanschen 8 sitzen, die an den ringförmigen Anlageflächen 3.3 der Durchgangsbohrungen 3 montiert sind oder, sofern diese mit Steckanschlüssen bereits versehen sind, mittelbar mit den Flanschen 8 verbunden sein. Die Enden des Verteilers 4 können dann starr mit den Ausgängen der zweiten Stufe der Durchgangsbohrungen 3.2 verbunden sein.
-
Die Faltenbälge 6 können so dimensioniert und ausgewählt werden, dass sie ein gleiches Verhältnis zwischen Länge und individuellem Kompressionsweg haben, womit trotz unterschiedlichem Kommpressionsweg eine gleich große entgegenwirkende Rückstellkraft gebildet wird.
-
Um zu vermeiden, dass durch die vom Vakuumejektor 5 erzeugte Ansaugkraft der Wafer 2 partiell in die Ansaugöffnungen gezogen wird, können vorteilhaft weitere unterstützende Maßnahmen getroffen werden.
-
Vorteilhaft ist am Faltenbalg 6 eine breite Dichtlippe 6.1 ausgebildet, deren äußerer Durchmesser nur minimal kleiner ist, als der Durchmesser der ersten Stufe der Durchgangsbohrung 3.1. Damit hat der Wafer 2 auch innerhalb der Ansaugöffnung eine gewisse Auflagefläche.
-
Die Faltenbälge 6 können auch so ausgewählt werden, dass die Öffnung am freien Ende deutlich kleiner als die Ansaugöffnung ist, womit nur verhältnismäßig kleine Flächen angesaugt werden und der Umgebungsbereich auf den Dichtlippen 6.1 aufliegt.
-
In die Faltenbälge 6 können vorteilhaft auch poröse Kerne 9 eingesetzt sein, deren freie Enden in der Ebene der Auflagefläche 1.1 liegen. Der auf die Auflagefläche 1.1 gezogene Wafer 2, liegt dann innerhalb der Ansaugöffnungen auf den Kernen 9 auf. Unabhängig von der Höhe des erzeugten Unterdruckes, welcher im statischen Zustand an den freien Enden der Faltenbälge 6 eine gleich große Ansaugkraft bewirkt, wird damit ein Einsaugen in die Ansaugöffnungen sicher verhindert.
-
Auch könnte in die Faltenbälge 6 eine poröse Verschlussklappe 10 eingesetzt sein. Diese setzt nach einem vorgegebenen Kompressionsweg des Faltenbalges 6 auf dem Rohrstück 7 bzw. dem Flansch 8 auf und schafft damit eine starre Verbindung innerhalb des Faltenbalges 6, womit eine weitere Kompression des Faltenbalges 6 verhindert wird. Theoretisch könnte auch eine dichte Verschlusskappe 10 verwendet werden, wenn der im Faltenbalg 6 erzeugte Unterdruck über die gewünschte Haltedauer des Wafers 2 gehalten werden kann. Diese Maßnahmen vermeiden eine potentielle Schädigung des Wafers 2 infolge örtlich zu großer Verformungen hervorgerufen durch den Ansaugeinsatz.
-
Hilfsweise kann die Vorrichtung wenigstens einen oberhalb des Spanntisches 1 angebrachten Druckluftstrahler 11 umfassen, mit dem eine zusätzliche Andruckkraft auf den Wafer 2 gerichtet werden kann. Dabei ist es besonders sinnvoll, zunächst mit der Druckluft und anschließend mit dem Unterdruck zu beaufschlagen.
-
Vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik ist insbesondere, dass eine Evakuierungskammer nicht auch durch den sich unterhalb des lose aufgelegten Wafers 2 bildenden Hohlraum sondern nur durch den Verteiler 4 und die Ansaugeinsätze gebildet wird, da der lose aufgelegte Wafer 2 diese bereits abdeckt bzw. vorteilhaft durch die Druckluft angelegt wird. Das zu evakuierende Volumen wird damit verhältnismäßig kleiner. Dies ermöglicht den Einsatz kleinerer und kompakterer Vakuumejektoren 5.
-
Der Wafer 2 kann mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung schneller und schonender auf die Auflagefläche 1.1 des Spanntisches 1 gezogen werden. Die dabei permanent anliegenden Enden der Faltenbalge 6, an denen vorteilhaft Dichtlippen 6.1 ausgebildet sind, verhindern ein Verrutschen des Wafers 2 beim Ansaugen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Spanntisch
- 1.1
- Auflagefläche
- 2
- Wafer
- 3
- Durchgangsbohrung
- 3.1
- erste Stufe der Durchgangsbohrung
- 3.2
- zweite Stufe der Durchgangsbohrung
- 3.3
- ringförmige Anlagefläche
- 4
- Verteiler
- 5
- Vakuumejektor
- 6
- Faltenbalg
- 6.1
- Dichtlippe
- 7
- Rohrstück
- 8
- Flansch
- 9
- Kern
- 10
- Verschlusskappe
- 11
- Druckluftstrahler
- dmax
- maximale Durchbiegung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 19928799 A1 [0001, 0007, 0009, 0010]
- DE 2901968 C2 [0011]
