DE10350598B3 - Einteilige Platte aus verschleißfestem Material zum Ersatz einer nicht mit Werkstücken belegten Trägerplatte bei der gleichzeitigen einseitigen Politur mehrerer scheibenförmiger Werkstücke und Verfahren zur gleichzeitigen Politur mehrerer scheibenförmiger Werkstücke - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine einteilige Platte aus verschleißfestem Material zum Ersatz einer nicht mit Werkstücken belegten Trägerplatte, bei der gleichzeitigen einseitigen Politur mehrerer scheibenförmiger Werkstücke, umfassend einen Grundkörper, der die gleichen geometrischen Abmessungen hat wie die zu ersetzende Trägerplatte, und eine über den Grundköper erhabene Kontaktfläche, die während der Politur in Kontakt mit dem Poliertuch steht und die sich in einem Bereich auf dem Grundkörper befindet, der im Wesentlichen identisch mit dem Bereich auf der Trägerplatte ist, auf dem üblicherweise die Werkstücke montiert werden, wobei die Kontaktfläche der mit einem Faktor von 0,8 bis 1,2 multiplizierten Gesamtfläche aller üblicherweise auf der Trägerplatte montierten Werkstücke entspricht und die Kontaktfläche in regelmäßigen Abständen unterbrochen ist, um eine ungestörte Poliermittelverteilung zu gewährleisten. DOLLAR A Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur gleichzeitigen Politur mehrerer scheibenförmiger Werkstücke, bei dem jeweils wenigstens ein Werkstück mit einer Seite auf einer Trägerplatte montiert wird und danach eine durch die Bauart der Poliermaschine vorgegebene Anzahl von mit Werkstücken bestückten Trägerplatten gleichzeitig gegen einen mit Poliertuch bespannten Polierteller gedrückt werden, wobei die Trägerplatten und der Polierteller eine Relativbewegung ausführen, um die andere Seite der Werkstücke zu polieren, dadurch gekennzeichnet, dass in ...

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine einteilige Platte aus verschleißfestem Material zum Ersatz einer nicht mit Werkstücken belegten Trägerplatte bei der gleichzeitigen einseitigen Politur mehrerer scheibenförmiger Werkstücke, sowie auf ein Verfahren zur gleichzeitigen Politur mehrerer scheibenförmiger Werkstücke nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.
• Die Politur stellt in der Regel den letzten Arbeitsschritt dar, mit dem Unebenheiten, die auf den Flächen von Werkstücken, beispielsweise Halbleiterscheiben, verblieben sind, beseitigt werden. 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.
• Eine verbreitete Variante der Politur ist die Einseitenpolitur (engl. „single side polishing", SSP). Bei der Einseitenpolitur einer Gruppe von mehreren Halbleiterscheiben („single side batch polishing") werden die Halbleiterscheiben mit einer Seite auf die Vorderseite einer Trägerplatte montiert, indem zwischen der Seite und der Trägerplatte eine form- und kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise durch Adhäsion, Kleben, Kitten oder Vakuumanwendung, hergestellt wird. In der Regel werden die Halbleiterscheiben so auf die Trägerplatte montiert, dass sie einen konzentrischen Ring oder ein Muster von konzentrischen Ringen ausbilden. Es gibt jedoch auch Polierverfahren, bei denen nur jeweils eine Halbleiterscheibe auf eine Trägerplatte montiert wird. Die Rückseite der Trägerplatte wird von einem Druckstempel, der nachfolgend Polierzylinder (engl. „polishing head") genannt wird, abgestützt. Nach der Montage werden die freien Scheibenseiten unter Zuführung eines Poliermittels mit einer bestimmten Polierkraft gegen einen Polierteller, über den ein Poliertuch gespannt ist, gedrückt und poliert. Die Trägerplatte und der Polierteller werden dabei üblicherweise mit unterschiedlicher Geschwindigkeit gedreht. Die notwendige Polierkraft wird von dem Polierzylinder auf die Rückseite der Trägerplatte übertragen. Eine Vielzahl der verwendeten Poliermaschinen sind so konstruiert, dass sie über mehrere Polierzylinder verfügen und dementsprechend mehrere Trägerplatten aufnehmen können.
• Derartige Poliermaschinen, wie sie beispielsweise in US 59 08 347 A beschrieben sind, müssen für eine Polierfahrt immer voll belegt sein, d. h. jeder Polierzylinder muss mit einer Trägerplatte bestückt sein. Alle Trägerplatten müssen mit der vorgesehene Zahl von Halbleiterscheiben bestückt sein. Die Dicke aller für eine Trägerplatte vorgesehenen Halbleiterscheiben sollte in einem vorgegebenen möglichst engen Bereich liegen, um bei der Politur ein optimales Ergebnis bezüglich der Scheibengeometrie zu erzielen.
• In der Regel werden Halbleiterscheiben losweise hergestellt, wobei ein Los beispielsweise einem Einkristall entspricht, aus dem die Scheiben gefertigt wurden, und auch losweise der Einseitenpolitur unterworfen. Vor der Politur müssen aus den oben angegebenen Gründen alle Halbleiterscheiben eines Loses zu Polierfahrten zusammengestellt werden. Dabei ergeben sich zwangsläufig Restscheiben, deren Anzahl nicht ausreicht, um eine komplette Polierfahrt zusammenzustellen.
• Um diese Restscheiben dennoch polieren zu können, werden zur Ergänzung der Polierfahrt sog. Dummyscheiben eingesetzt. Dabei handelt es sich in der Regel ebenfalls um Halbleiterscheiben, die jedoch nicht für den Verkauf produziert werden und die nur dazu dienen, nicht belegte Trägerplatten mit Scheiben zu belegen und so die Polierfahrt zu ergänzen. Wird beispielsweise eine Poliermaschine mit vier Polierzylindern eingesetzt, die mit jeweils einer Trägerplatte bestückt werden, und wird jede Trägerplatte mit sechs Halbleiterscheiben bestückt, so ergeben sich 24 Halbleiterscheiben pro Polierfahrt. Verbleiben von einem Los beispielsweise 18 Restscheiben, so kann die nicht belegte vierte Trägerplatte mit sechs Dummyscheiben ergänzt werden, die nur als Platzhalter während der Politur dienen.
• Dieses Verfahren bedingt einen zusätzlichen logistischen Aufwand für die Dummyscheiben, die vorgehalten und jeweils rechtzeitig angeliefert werden müssen, wenn eine Polierfahrt ergänzt werden muss. Zudem müssen die Dummyscheiben, die bei der Politur ebenfalls einem gewissen Materialabtrag unterworfen sind, von Zeit zu Zeit ausgewechselt werden.
• Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht somit darin, unvollständige Polierfahrten mit möglichst geringem Aufwand so zu ergänzen, dass die Qualität der polierten Halbleiterscheiben sich nicht negativ verändert.
• Die Aufgabe wird gelöst durch eine einteilige Platte aus verschleißfestem Material zum Ersatz einer nicht mit Werkstücken belegten Trägerplatte bei der gleichzeitigen einseitigen Politur mehrerer scheibenförmiger Werkstücke, umfassend einen Grundkörper, der die gleichen geometrischen Abmessungen hat wie die zu ersetzende Trägerplatte und eine über den Grundkörper erhabene Kontaktfläche, die während der Politur in Kontakt mit dem Poliertuch steht und die sich in einem Bereich auf dem Grundkörper befindet, der im Wesentlichen identisch mit dem Bereich auf der Trägerplatte ist, auf dem üblicherweise die Werkstücke montiert werden, wobei die Kontaktfläche der mit einem Faktor von 0,8 bis 1,2 multiplizierten Gesamtfläche aller üblicherweise auf der Trägerplatte montierten Werkstücke entspricht und die Kontaktfläche in regelmäßigen Abständen unterbrochen ist, um eine ungestörte Poliermittelverteilung zu gewährleisten.
• Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur gleichzeitigen Politur mehrerer scheibenförmiger Werkstücke, bei dem jeweils wenigstens ein Werkstück mit einer Seite auf einer Trägerplatte montiert wird und danach eine durch die Bauart der Poliermaschine vorgegebene Anzahl von mit Werkstücken bestückten Trägerplatten gleichzeitig gegen einen mit Poliertuch bespannten Polierteller gedrückt werden, wobei die Trägerplatten und der Polierteller eine Relativbewegung ausführen, um die andere Seite der Werkstücke zu polieren, dadurch gekennzeichnet, dass in unvollständigen Polierfahrten die nicht belegten Trägerplatten durch erfindungsgemäße Platten ersetzt werden.
• Erfindungsgemäß werden zur Ergänzung unvollständiger Polierfahrten nicht Dummyscheiben verwendet, die auf die üblichen Trägerplatten montiert werden, sondern spezielle Platten („Dummyplatten"), die nicht mit Dummyscheiben bestückt werden. Diese Dummyplatten sind so profiliert, dass ihre Kontaktflächen zum Poliertuch eine ähnliche Größe und Anordnung haben wie die auf die Trägerplatten montierten Werkstücke.
• Die Platten bestehen aus verschleißfestem Material. „Verschleißfest" im Sinne der Erfindung bedeutet, dass das Material unter den Bedingungen des Polierprozesses, bei dem die Platten als Ersatz für nicht bestückte Trägerplatten eingesetzt werden, keinem nennenswerten Materialabtrag unterworfen sind. Das Material ist daher in Abhängigkeit vom Polierprozess zu wählen. Für die Politur von Halbleiterscheiben eignen sich beispielsweise keramische Materialien. Vorzugsweise wird zur Herstellung der Dummyplatten das gleiche Material verwendet, aus dem auch die Trägerplatten bestehen, da in diesem Fall kein neuer Hilfsstoff in das System eingeführt wird. Ebenfalls bevorzugt sind gleiche Abmessungen der Trägerplatten und der Dummyplatten, damit das bestehende Handlingsystem verwendet werden kann.
• Für die Profilierung der als Ersatz dienenden einteiligen Platte gelten folgende Bedingungen:
  Die Kontaktfläche der Platte zum Poliertuch muss in etwa der Fläche der auf einer Trägerplatte montierten zu polierenden Werkstücke entsprechen. Vorzugsweise entspricht die Kontaktfläche der mit einem Faktor von 0,8 bis 1,2 multiplizierten Gesamtfläche aller üblicherweise auf der Trägerplatte montierten Werkstücke, wobei die Identität der Flächen, d. h. ein Faktor 1, besonders bevorzugt ist.
• Die Kontaktfläche muss sich in einem Bereich auf dem Grundkörper befinden, der im Wesentlichen identisch mit dem Bereich auf der zu ersetzenden Trägerplatte ist, auf dem üblicherweise die Werkstücke montiert werden. Vorzugsweise beträgt die Überschneidung der üblicherweise mit Werkstücken belegten Fläche einer Trägerplatte mit der Kontaktfläche der Dummyscheibe wenigstens 50%, besonders bevorzugt 80%. Dies bedeutet, dass die Kontaktfläche, unabhängig von ihrer absoluten Größe, vorzugsweise so auf dem Grundkörper positioniert wird, dass die Kontaktfläche wenigstens 50 bzw. 80 der üblicherweise mit Werkstücken belegten Fläche einer Trägerplatte abdeckt, wenn die entsprechenden Flächen zur Deckung gebracht werden.
• Die Kontaktfläche muss in regelmäßigen Abständen unterbrochen sein, um eine ungestörte Poliermittelverteilung zu gewährleisten, die in etwa der Poliermittelverteilung entspricht, die eine mit Werkstücken bestückte Trägerplatte hervorruft. Die gesamte Kontaktfläche darf nicht aus einer großen, zusammenhängenden Fläche bestehen, sondern sie muss sich aus mehreren kleineren, voneinander getrennten Flächen zusammensetzen. Vorzugsweise entspricht die Zahl der Einzelflächen der Zahl der auf der zu ersetzenden Trägerplatte zu montierenden Werkstücke.
• Besonders bevorzugt ist aus Gründen der einfachen Herstellbarkeit eine Dummyplatte mit einer ringförmigen, konzentrisch angeordneten Kontaktfläche, die in regelmäßigen Abständen durch radial verlaufende Kanäle unterbrochen ist.
• Bei Einhaltung dieser Bedingungen verhalten sich die erfindungsgemäßen Platten beim Einsatz bei unvollständigen Polierfahrten nicht wesentlich anders als die zu ersetzenden, mit Werkstücken bestückten Trägerplatten. Insbesondere wird das Poliertuch nicht verändert (konditioniert), ebenso wie die Poliermittelverteilung. Damit wird auch die Scheibengeometrie der polierten Werkstücke, z.B. Halbleiterscheiben, nicht negativ beeinflusst.
• Der Polierprozess reagiert sehr empfindlich auf Störeinflüsse. Daher war es nicht naheliegend, dass eine Ergänzung der Polierfahrt mit einer unbestückten Keramikplatte möglich ist.
• Da die erfindungsgemäßen Platten keiner Abnutzung unterliegen, verursachen sie keinen Wartungsaufwand. Ein Auswechseln der Platten ist bestenfalls nach sehr langen Benutzungsdauern notwendig. Damit verursacht die erfindungsgemäße Lösung einen deutlich geringeren Aufwand als die Verwendung von Dummyscheiben.
• Die Dummyplatten können beispielsweise durch Abfräsen der Oberfläche des Grundkörpers mit Ausnahme der Kontaktflächen hergestellt werden. Beispielsweise können als Ausgangsmaterial für die Herstellung der Dummyplatten auch nicht mehr benutzbare Trägerplatten verwendet werden, in die die gewünschten Strukturen eingefräst werden.
• Die Erfindung kann im Rahmen aller Polierverfahren angewendet werden, bei denen mehrere Werkstücke, die auf mehrere Trägerplatten montiert sind, gleichzeitig einseitig poliert werden. Insbesondere kann die Erfindung bei der Einseitenpolitur einer Gruppe von mehreren Halbleiterscheiben, beispielsweise einkristallinen Siliciumscheiben („single side batch polishing") angewendet werden. Bevorzugt ist der Einsatz bei der Politur unstrukturierter Siliciumscheiben.
• Beschreibung der Figuren:
• 1 ist eine schematische Darstellung der Anwendung einer nicht erfindungsgemäßen Dummyplatte mit einer nicht unterbrochenen ringförmigen Kontaktfläche in einer Poliermaschine mit vier Polierzylindern.
• 2A zeigt eine bevorzugte erfindungsgemäße Platte mit einer durch ausgefräste Kanäle unterbrochenen ringförmigen Kontaktfläche in der Draufsicht.
• 2B zeigt die in 2A dargestellte Platte im Schnitt.
• 3 stellt eine erfindungsgemäße Platte mit sechs kreisförmigen Kontaktflächen dar.
• Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft anhand der Politur von Halbleiterscheiben beschrieben. Die Beschreibung bezieht sich auf eine Poliermaschine mit vier Polierzylindern, die jeweils mit einer Trägerplatte bestückt werden. Auf jeder Trägerplatte werden zur Politur sechs kreisförmige Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von 200 mm montiert. Selbstverständlich kann die Erfindung auch auf Polierverfahren angewendet werden, die eine andere Zahl von Trägerplatten pro Poliermaschine und Werkstücken pro Trägerplatte oder Werkstücke anderen Durchmessers, anderer Form oder anderen Materials verwenden.
• 1 zeigt die Situation einer typischen unvollständigen Polierfahrt, bei der nur drei von vier auf den Polierzylindern montierten Trägerplatten 1 mit Halbleiterscheiben 2 bestückt sind. Die Halbleiterscheiben 2 und der mit Poliertuch bespannte Polierteller 3, die gegeneinander gedrückt werden, vollziehen eine Relativbewegung, sodass die dem Poliertuch zugewandte Seite der Halbleiterscheiben 2 unter dem Einfluss des zugeführten Poliermittels poliert wird. Der Pfeil 4 gibt die Rotationsrichtung des Poliertellers 3 an. Die vierte Trägerplatte ist durch eine nicht erfindungsgemäße Platte 5a aus verschleißfestem keramischem Material ersetzt, die eine erhabene, ringförmige, nicht unterbrochene Kontaktfläche 6a aufweist. Die drei mit Halbleiterscheiben 2 bestückten Trägerplatten 1 bewirken eine bestimmte „normale" Poliermittelverteilung 7. Im Gegensatz dazu ist die Poliermittelverteilung 8 (in Rotationsrichtung des Poliertellers gesehen nach der Keramikplatte 5a) durch den nicht unterbrochenen Ring der Kontaktfläche 6a gestört. Diese gestörte Poliermittelverteilung führt zu einer verschlechterten Geometrie der polierten Halbleiterscheiben 2.
• 2A und 2B zeigen eine besonders bevorzugte ähnliche Platte 5b, die jedoch gemäß der Erfindung keine zusammenhängende, sondern mehrere getrennte erhabene Kontaktflächen 6b aufweist. Die Platte 5b unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Platte 5a nur dadurch, dass sechs radial verlaufende Kanäle 9 in gleichmäßigem Abstand von 60° in die ringförmige Kontaktfläche 6a (1) gefräst wurden. Durch diese Kanäle 9 werden die einzelnen Kontaktflächen 6b voneinander getrennt. Jede Kontaktfläche 6b hat eine Fläche von 314 cm², was der Fläche einer zu polierenden Halbleiterscheibe 2 mit 200 mm Durchmesser entspricht. Bei Verwendung einer derartigen Platte 5b zur Vervollständigung einer unvollständigen Polierfahrt wird die Poliermittelverteilung 7 kaum gestört und die Geometrie der polierten Halbleiterscheiben 2 gegenüber einer vollständigen Polierfahrt nicht signifikant verschlechtert.
• 3 zeigt eine erfindungsgemäße Platte 5c, die ebenfalls aus verschleißfestem keramischem Material gefertigt ist. Sie zeichnet sich durch sechs kreisförmige Kontaktflächen 6c aus, deren Durchmesser und Anordnung auf der Platte 5c genau dem Durchmesser und der Anordnung der zu polierenden Halbleiterscheiben 2 auf einer Trägerplatte 1 entsprechen. Bei Verwendung einer derartigen Platte 5c zur Vervollständigung einer unvollständigen Polierfahrt wird die Poliermittelverteilung 7 nicht nennenswert gestört und die Geometrie der polierten Halbleiterscheiben 2 gegenüber einer vollständigen Polierfahrt nicht signifikant verschlechtert.
• Nachfolgend wird ein bevorzugtes Verfahren zur Ergänzung einer unvollständigen Polierfahrt beschrieben, das auch automatisiert erfolgen kann:
  Erster Schritt ist das Beladen der Poliermaschine oder einer Beladestation mit den mit zu polierenden Halbleiterscheiben bestückten Trägerplatten. Je nach Anzahl der angelieferten bestückten Trägerplatten werden aus einem Puffer die erfindungsgemäßen Dummyplatten zur Ergänzung in die Poliermaschine bzw. die Beladestation gebracht, sodass alle Polierzylinder der Poliermaschine entweder mit Trägerplatten oder mit Dummyplatten bestückt werden können. Nach Durchführung der Politur werden die Trägerplatten und Dummyplatten der Poliermaschine entnommen. Die Halbleiterscheiben werden wie gewöhnlich von den Trägerplatten entfernt, die Dummyplatten werden in den Puffer zurückgeführt. Damit stehen die Dummyplatten für folgende unvollständige Polierfahrten wieder zur Verfügung. Sie unterliegen keiner Abnutzung, müssen nicht gewartet werden und benötigen insbesondere im Vergleich zu der herkömmlichen Methode keine Dummyscheiben.

Claims (5)

1. Einteilige Platte (5b, 5c) aus verschleißfestem Material zum Ersatz einer nicht mit Werkstücken belegten Trägerplatte (1) bei der gleichzeitigen einseitigen Politur mehrerer scheibenförmiger Werkstücke (2), umfassend einen Grundkörper, der die gleichen geometrischen Abmessungen hat wie die zu ersetzende Trägerplatte (1) und eine über den Grundkörper erhabene Kontaktfläche (6b, 6c), die während der Politur in Kontakt mit dem Poliertuch steht und die sich in einem Bereich auf dem Grundkörper befindet, der im Wesentlichen identisch mit dem Bereich auf der Trägerplatte (1) ist, auf dem üblicherweise die Werkstücke (2) montiert werden, wobei die Kontaktfläche (6b, 6c) der mit einem Faktor von 0,8 bis 1,2 multiplizierten Gesamtfläche aller üblicherweise auf der Trägerplatte (1) montierten Werkstücke (2) entspricht und die Kontaktfläche (6b, 6c) in regelmäßigen Abständen unterbrochen ist, um eine ungestörte Poliermittelverteilung (7) zu gewährleisten.
2. Platte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (6b, 6c) so auf dem Grundkörper positioniert ist, dass sie wenigstens 50% der üblicherweise mit Werkstücken (2) belegten Fläche der Trägerplatte (1) abdeckt, wenn die entsprechenden Flächen zur Deckung gebracht werden.
3. Platte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (6b, 6c) so auf dem Grundkörper positioniert ist, dass sie wenigstens 80% der üblicherweise mit Werkstücken (2) belegten Fläche der Trägerplatte (1) abdeckt, wenn die entsprechenden Flächen zur Deckung gebracht werden.
4. Platte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (6b) die Form eines konzentrisch angeordneten Rings aufweist, der in regelmäßigen Abständen durch radial verlaufende Kanäle (9) unterbrochen ist.
5. Verfahren zur gleichzeitigen Politur mehrerer scheibenförmiger Werkstücke (2), bei dem jeweils wenigstens ein Werkstück (2) mit einer Seite auf einer Trägerplatte (1) montiert wird und danach eine durch die Bauart der Poliermaschine vorgegebene Anzahl von mit Werkstücken (2) bestückten Trägerplatten (1) gleichzeitig gegen einen mit Poliertuch bespannten Polierteller (3) gedrückt werden, wobei die Trägerplatten (1) und der Polierteller (3) eine Relativbewegung ausführen, um die andere Seite der Werkstücke (2) zu polieren, dadurch gekennzeichnet, dass in unvollständigen Polierfahrten die nicht belegten Trägerplatten (1) durch Platten (5b, 5c) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 ersetzt werden.