DE2425275A1 - Verfahren zur formgebung von halbleiterwerkstuecken - Google Patents

Verfahren zur formgebung von halbleiterwerkstuecken

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Description

Dipl.-Ing. H. Sauerland · Dn.-lng. R. König · Dipl.-Ing. K. Bergen Patentanwälte · 4000 Düsseldorf ao · Cecilienallee 7S · Telefon 432732
22. Mai 1974 29 359 B
RCA Corporation, 30 Rockefeiler Plaza, New York, N.Y. 10020 (V.St.A.)
"Verfahren zur Formgebung von Halbleiterwerkstücken"
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Halbleiterbauteilen, insbesondere auf die gleichzeitige Formgebung, nämlich Entfernen von Material, mehrerer Halbleiterwerkstücke, wobei auf einer Oberfläche einer Montageplatte eine Schicht eines Wachshaftmittels vorgesehen und mehrere Werkstücke auf dieser Schicht verteilt angeordnet werden und auf jedes der Werkstücke gleichmäßig Kraft ausgeübt wird, um die Werkstücke in die Haftmittelschicht zu drücken.
Der Vorgang der Formgebung, einschließlich des Schleifens und Polierens von Halbleiterwerkstücken, z.B. Siliziumscheibchen, aus denen Werkstücke bestimmter Dicke und Oberflächenparallelität hergestellt werden sollen, ist bekannt. Bisher wurde es jedoch bei gleichzeitiger Bearbeitung oder Serienbehandlung mehrerer Werkstücke hingenommen, daß die maximal erreichbare Genauigkeit derartiger Formgebungsvorgänge sich in der Größenordnung von 5i.ni bewegt. In vielen Fällen genügt dieser Genauigkeitsgrad jedoch nicht für die vorgesehenen Anwendungszwecke der-Werkstücke, so daß ein Bedürfnis besteht, die bei derartigen Serienherstellungen für die Formgebung erreichbare Genauigkeit zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die den Druck auf die Werkstücke ausübende Preßeinrichtung mit einer kompressiblen Einrichtung betrieben wird, um Dickenunterschiede zwischen den Werkstücken auszugleichen, und daß Belastungen der Werkstücke parallel zur Haftschicht abgefangen werden.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Montageplatte, auf der die erfindungsgemäß zu behandelnden Halbleiterwerkstücke befestigt werden, in Draufsicht;
Fig. 2 die Montageplatte mit Werkstücken, im Querschnitt;
Fig. 3 Teile einer Presse, mit der die Halbleiterwerkstücke fest mit der Montageplatte verbunden werden, im Querschnitt;
Fig. 4 einen Teil einer grundsätzlich bekannten Einrichtung, die im Rahmen der Erfindung zum Polieren Verwendung finden kann, in teilweise gebrochener Seitenansicht;
Fig. 3 die in Fig. 4 gezeigte Einrichtung, in Draufsicht; und
Fig. 6 einen Teil einer erfindungsgemäß ausgebildeten Polierscheibe, im Querschnitt.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird gemäß Figuren 1 und 2 eine Werkstückmontageplatte 10 verwendet, auf der Werkstücke 12 befestigt werden. Bei der beschriebenen Ausführung bestehen die Werkstücke 12 aus scheibenförmigen Siliziumplättchen mit einem Durchmesser von 5 cm und einer Dicke von ungefähr 500 Mikron. Die Werkstücke 12 können in herkömmlicher Weise aus einem gewachsenen Siliziumblock gesägt werden, wobei die derart hergestell-
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ten Plättchen hinsichtlich Dicke und Parallelität der Hauptflächen eine Toleranz von ungefähr ±25 Mikron aufweisen. Erfindungsgemäß sollen die Werkstücke 12 auf eine Dicke von 350 Mikron geschliffen und poliert werden, und zwar mit einer Toleranz hinsichtlich Dicke und Oberflächenparallelität von ungefähr ±0,5 Mikron.
Die Montageplatte 10 wird sowohl für den Schleif- als auch den Poliervorgang verwendet und ist auf einen Genauigkeitsgrad dimensioniert, der sogar größer ist als der für die Werkstücke 12 geforderte, z.B. eine Toleranz von ±0,125 Mikron aufweist.
Im vorliegenden Beispiel ist die Montageplatte aus gehärtetem, stabilisiertem, nichtrostendem Stahl hergestellt. Nichtrostender Stahl wird deshalb verwendet, weil er gegenüber den verschiedenen Chemikalien, die während des Reinigens und Polierens verwendet werden, beständig ist und hinsichtlich mechanischer Beschädigungen hohe Widerstandsfähigkeit besitzt. Die Platte 10 ist vorzugsweise verhältnismäßig dick (ungefähr 2,54 cm) und ringförmig ausgebildet. Die Dicke und Form der Platte 10 sind so gewähltj daß Deformationen der Platte während der verschiedenen Herstellungsvorgänge auf einem Minimum gehalten werden bei gleichzeitig niedrigstem Gewicht (ungefähr 5>5 kg bei einer Platte mit einem Außendurchmesser von 23 cm und einem Innendurchmesser von 10 cm). Die Montageplatte .10 wird mit großer Genauigkeit maschinell hergestellt und sowohl eben als auch parallel poliert bzw. geläppt, bis die gewünschte Abmessungsge-. nauigkeit erreicht ist. Bei sorgsamer Behandlung der Platte 10 ist es möglich, daß ihre Abmessungen innerhalb dieser Toleranzen für sehr lange Zeit und wiederholten Gebrauch verbleiben. Die Montageplatte 10 kann auch aus anderen bearbeitbaren und widerstandsfähigen Metallen hergestellt sein, wie beispielsweise Molybdän.
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Von beträchtlicher Wichtigkeit hinsichtlich des genauen Schleifens und Polierens mehrerer Werkstücke zur gleichen Zeit auf der Montageplatte 10 ist die Genauigkeit, mit der die Werkstücke auf dieser befestigt werden. Es ist beispielsweise bekannt, Werkstücke auf eine Montageplatte unter Verwendung eines Wachshaftmittels zu kleben. Bisher führte ein derartiges Aufkleben der Werkstücke jedoch zu relativ großen Dimensionsunterschieden hinsichtlich der Höhe des Werkstückes über der Montageplatte, was auf Unterschiede in der Dicke der Wachsfilme unterhalb der Werkstücke zurückzuführen ist.
Gemäß einem Merkmal dieser Erfindung wird eine völlig gleichförmige Dicke der Wachsfilme von Plättchen zu Plättchen auf der Montageplatte 10 gewährleistet. Dies wird dadurch erreicht, daß die Werkstücke auf die Montageplatte unter hohen Temperaturen und Drucken geklebt werden, um das Fließen des Wachses unter den Werkstükken hervor zu erhöhen, wodurch die Wachsfilme unterhalb der Werkstücke extrem dünn werden. Durch das Herstellen derart dünner Wachsklebfilme, ungefähr 0,5 Mikron, wer-r den Dickenunterschiede der Filme von Werkstück zu Werkstück extrem gering gehalten, z.B. in der Größenordnung von 0,25 Mikron. Das verwendete Wachsmaterial ist nicht kritisch und kann aus einer Vielzahl kommerziell erhältlicher Wachse ausgesucht werden. Beispielsweise kann ein Mittelschichtwachs (Nr. 4) der Universal Company of Hicksville, New York, Verwendung finden.
Eine Wachsschicht 14 (Fig. 2) mit einer Dicke von ungefähr 125 Mikron wird zunächst in herkömmlicher Weise auf der Montageplatte 10 vorgesehen. Beispielsweise wird die Montageplatte 10 auf einer Heizplatte befestigt, um sie auf die Erweichungstemperatur des Wachses, z.B. ungefähr 710C, zu erwärmen; in Form eines festen Stiftes wird das Wachs einfach gegen die erhitzte Platte gerieben, so daß ein Wachsfilm auf der Platte entsteht. Weder
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die Dicke noch die Gleichförmigkeit der derart aufgebrachten Wachsschicht 14 ist kritisch. Während sich die Montageplatte noch auf der Heizplatte befindet, wird eine Anzahl von Werkstücken, z.B. zehn Stück, von Hand mit Abstand voneinander auf die Schicht 14 gelegt.
Um jedes Werkstück 10 fest mit der gewachsten Oberfläche zu verbinden und die Dicke der Wachsfilme unter den Werkstücken 12 aus den zuvor angegebenen Gründen auf ein Minimum zu reduzieren, wird auf jedes Werkstück ein erheblicher Druck ausgeübt.
Wichtig ist, daß der Druck, mit dem das Wachs unter den Siliziumscheiben herausgequetscht wird, ungefähr 21 kg/cm , erheblich höher ist als die Drucke, die bisher angewendet werden konnten. Das Erreichen extrem dünner Wachsklebfilme und die geringen Unterschiede der Filmdicke von Werkstück zu Werkstück sind das direkte Ergebnis der Anwendung derart hoher Montagedrucke. Dies wird wie folgt erreicht.
Wie in Fig. 3 dargestellt, wird die Montageplatte auf der Grundplatte oder dem Amboss 16 einer einfachen Presse plaziert, wobei der Amboss mit einer Widerstandsheizung versehen ist, um die Montageplatte 10 und die Wachsschicht 14 auf der Erweichungstemperatur des Wachses zu halten. Mit Hilfe bekannter Preßeinrichtungen 18 wird auf jedes Werkstück 12 ein gleichförmiger Preßdruck ausgeübt. Die Preßeinrichtung 18 besteht aus der oberen Druckplatte 20, die an einer Preßspindel 22 befestigt ist, aus einer Druckausgleichsmetallplatte 24, die mit der Platte 20 über eine ringförmige, einstückig an der Platte 20 vorgesehenen Rippe 26 in Verbindung steht, und aus einem kompressiblen Druckkissen 28, beispielsweise aus Silikonkautschuk, das zwischen der Ausgleichsplatte 24 und der
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Montageplatte 10 angeordnet ist. Der Zweck der beiden Platten 20 und 24 besteht darin, einen gleichförmigen Druck über die gesamte Oberfläche der Platte 24 auszuüben, während das Druckkissen 28 dazu dient, die unterschiedlichen Dicken der Werkstücke aufzunehmen.
Bisher war für den Druck,der auf die Siliziumscheiben ohne Bruchgefahr ausgeübt werden konnte, bei der Verwendung derartiger Preßeinrichtungen eine relativ niedrige obere Grenze gesetzt. Im Rahmen der Erfindung hat sich herausgestellt, daß der Grund für das häufige Brechen der Plättchen primär nicht auf den Quetsch- und Preßeinfluß der Druckeinrichtung zurückzuführen ist, sondern vielmehr auf ein Strecken und Auseinanderdrücken der Plättchen durch seitliche Bewegung der Oberfläche des Kissens 28, während es zusammengedrückt wird.
Um diesen Streckeffekt zu vermeiden, ist zwischen dem Druckkissen 28 und dem Siliziumplattchen'eine Gleitplatte 30 vorgesehen, die seitliche Belastungen ausgleicht. Diese Gleitplatte besitzt die Eigenschaft, ein seitliches Bewegen des Druckkissens 28 zuzulassen, ohne diese seitliche Bewegung auf die Plättchen Λ Ζ zu. übertragen.
Die Gleitplatte kann eine Lamellenstruktur besitzen, mit der ein Gleiten der Lamellen gegeneinander ermöglicht wird. Beispielsweise kann als Material Graphit benutzt werden. Vorzugsweise ist die Gleitplatte 30 aus einer Doppelschicht eines Materials mit niedriger Reibung aufgebaut, z.B. sind verschiedene Kunststoffe, wie Teflon geeignet, wobei jede der Schichten gegenüber der Nachbarschicht sehr leicht gleiten kann.
Wie bereits erwähnt, führt die Anwendung relativ hoher Druckkräfte auf jedes der Plättchen 12 zu extrem dünnen
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Wachsschichten 14 mit außerordentlich gleichförmiger Dicke von Plättchen zu Plättchen. Die Montageplatte 10 wird sodann aus der Presse entfernt und abgekühlt.
Nachdem die Plättchen 12 genau auf der präzis dimensionierten Montageplatte 10 befestigt sind, werden sie dem grundsätzlich bekannten Schleifen und Polieren unterzogen, um ihre Dicke zu verringern. Wichtig ist die Tatsache, daß die Plättchen 12, nachdem sie einmal auf der Montageplatte 10 befestigt sind, von dieser nicht entfernt werden, bevor das Schleifen und Polieren beendet ist, so daß die Montageplatte eine hervorragende Bezugsebene für jedes der Plättchen 12 darstellt. Obgleich es nicht üblich ist, eine einzige Montageplatte 10 für die verschiedenen Formgebungsvorgänge zu verwenden, liegt es im Bereich handwerklichen Könnens, bekannte Schleif- und Poliervorrichtungen so zu modifizieren, daß darin die Platte 10 mit den Werkstücken 12 untergebracht werden kann.
Bezüglich des Poliervorgangs selbst ist im Rahmen der Erfindung jedoch gegenüber bekannten Poliervorrichtungen eine bedeutsame Änderung vorgenommen worden. So besitzt, wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist, die bekannte Poliereinrichtung eine kreisförmige Platte 32, die zum Zwecke der Rotation auf einer Welle 34 befestigt ist. Auf der Platte 32 ist eine Scheibe 36 mit einem nach unten gerichteten Rand 37 vorgesehen, der um die Platte 32 greift und damit in bündiger, wasserdichter Passung sitzt, so daß zwischen der Platte 32 und der Scheibe 36 ein Hohlraum entsteht. Die obere Oberfläche 38 der Scheibe 36 ist mit einem Polierkissen 40 bekannter Art versehen.
Zum Polieren wird eine Anzahl von Montageplatten 10 auf der Scheibe 36 untergebracht, wobei die zu polierenden
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2 Λ ? S 2 7 5
Hauptflächen der Werkstücke 12 in Kontakt mit dem Kissen 40 stehen. Das Kissen 40 wird mit einer Polierpaste versehen und die Platte 32 um die Wellenachse 34 gedreht, während die Montageplatten 10 mittels bekannter, nicht dargestellter Antriebe um eine zentrale, auf den Hauptflächen senkrechte Achse rotiert werden (Fig. 6). Außerdem sind nicht dargestellte Einrichtungen vorgesehen, um eine Druckkraft auf die Montageplatten 10 auszuüben und somit den auf die Werkstücke 12 ausgeübten Polierdruck zu erhöhen. Um übermäßige Erwärmung der Werkstücke 12 während des Poliervorgangs zu vermeiden, wird durch den zwischen der Platte 32 und der Scheibe 36 vorgesehenen Hohlraum Wasser geführt.
Bei den bisher bekannten Verfahren wird bei Verwendung derartiger Poliereinrichtungen die Oberfläche 38 der Scheibe 36 so eben wie möglich gehalten. Erfindungsgemäß werden jedoch dann hinsichtlich ebener Werkstückoberflächen bessere Ergebnisse erzielt, wenn die Oberfläche 38 etwas konvex ausgebildet ist. Dies wird bei einer Vorrichtung des beschriebenen Typs dadurch sehr einfach erreicht, daß der Wasserdruck in dem zwischen der Platte 32 und der Scheibe 36 liegenden Raum erhöht wird, was dazu führt, daß die Oberfläche 38 und das darauf liegende Polierkissen 40 leicht gewölbt werden.
Obwohl es nicht sicher ist, wird angenommen, daß aufgrund der konvexen Form der Oberfläche 38 der Druck zwischen jedem Werkstück 12 und dem Polierkissen 40 an den Innenkanten 44 der Werkstücke, bezogen auf die Montageplatten 10, etwas höher ist als an der Außenseite. Dies ist in Fig. 6 dargestellt, in der die konvexe Form der Oberfläche 38 stark übertrieben gezeigt ist; daraus geht hervor, daß die Quetsch- bzw» Preßwirkung der Werkstücke 12 auf das Kissen 40 am größten im Bereich der Innenkanten 44 der
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ORIGINAL INSPECTED
Werkstücke ist. Im Ergebnis führt dies dazu, daß aufgrund des erhöhten Drucks an den Innenkanten an diesen Stellen eine größere Polierwirkung der Werkstückoberflächen eintritt« Dies wird jedoch dadurch kompensiert, daß die Montageplatten um ihre Zentralachse rotiert werden, so daß die Tangentialgeschwindigkeit der Plättchen an ihren Innenkanten geringer als an den Außenkanten ist. Durch geeignetes Abstimmen des durch den übar die Oberfläche jedes Werkstücks verschiedenen Druck hervorgerufenen differenzierten Poliereffekts auf den ebenfalls differenzierten Poliereffekt, der durch die verschiedenen Tangentialgeschwindigkeiten bezüglich der Werkstückoberfläche hervorgerufen wird, wird über die Oberflächen der Plättchen ein gleichförmiges Polieren erreichte
So wird beispielsweise bei einer Polierscheibe 36 mit einem Durchmesser von ungefähr 61 cm, einer Drehgeschwindigkeit der Platte 32 von 36 U/min., einer Drehgeschwindigkeit der Montageplatte 10 von 10 U/min, und einem Druck der Montageplatte von ungefähr 0,2 kg/cm für die Oberfläche 38 der Polierscheibe 36 ein Radius von ungefähr 305 m für die konvexe Krümmung gewählt.
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Claims (5)

RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, N.Y. 10020 (v.St.A.) Patentansprüche:
1. Verfahren zur Bearbeitung von Halbleiterwerkstücken, wobei auf einer Oberfläche einer Montageplatte eine Schicht eines Wachshaftmittels vorgesehen und mehrere Werkstücke auf dieser Schicht verteilt angeordnet werden und auf jedes der Werkstücke gleichmäßig Kraft ausgeübt wird, um die Werkstücke in die Haftmittelschicht zu drücken, dadurch gekennzeichnet, daß die den Druck auf die Werkstücke (12) ausübende Preßeinrichtung (18) mit einer kompressiblen Einrichtung betrieben wird, um Dickenunterschiede zwischen den Werkstücken (12) auszugleichen, und daß Belastungen der Werkstücke (12) parallel zur Haftschicht (14) abgefangen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Größe des während des Andrückvorgangs ausgeübten Drucks derart bemessen ist, daß die Dicke der Haftschicht (14) unterhalb der Werkstücke (12) auf ungefähr 0,5 Mikron reduziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Andrückvorgang über eine zwischen ein zusammendrückbares Druckkissen (28) und die Werkstücke (12) gelegte Gleitplatte (30) ausgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Gleitplatte (30) aus zwei übereinander gelegten Schichten eines Materials
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ORiGtNAL INSPECTED
mit niedriger Reibung besteht.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke (12) zum Erreichen einer ebenen Oberfläche poliert werden, wozu die Montageplatten (10) mit der zu bearbeitenden Oberfläche der Werkstücke in direkten Kontakt mit einer konvex geformten Polieroberfläche gebracht werden, und daß die Montageplatten relativ zur Polieroberfläche um eine senkrecht auf den Werkstückoberflächen stehende Achse gedreht werden.
5. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polieroberfläche einen Krümmungsradius von ungefähr 305 m besitzt.
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