DE3033944C2

DE3033944C2 - Werkstückhalter und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE3033944C2
Application number: DE3033944A
Authority: DE
Inventors: Joseph V. Niles Ill. Cesna
Original assignee: Speedfam Corp
Current assignee: Speedfam Corp
Priority date: 1979-09-18
Filing date: 1980-09-10
Publication date: 1985-07-11
Also published as: FR2465563B3; GB2058620A; DE3033944A1; IT1129028B; GB2058620B; IT8049624A0; JPS6059113B2; FR2465563A1; JPS5645367A

Description

Die Erfindung betrifft Werkstückhalter für Läppmaschinen zum Befestigen dünner Plättchen gegenüber einer umlaufenden ebenen Läppscheibe, mit mindestens einem Sockel, dessen freie Stirnfläche durch ein darauf befestigtes Kissen aus festem, jedoch nachgiebigem, zelligem und mit einer Flüssigkeit benetztem Schaumstoff abgedeckt ist, und mit einem die Plättchen mit Abstand umgebenden Begrenzungselement, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Werkstückhalters, dessen die Plättchen tragende Kissen planparallel zur umlaufenden Läppscheibe der für die Bearbeitung der Plättchen verwendeten Läppmaschine angeordnet sind.

Insbesondere Siüziumplättchen oder -scheiben, wie sie zur Herstellung von integrierten Schaltungen und elektronischen Bauteilen verwendet werden, sind spröde und schwer zu handhabende Werkstücke, die für eine zuverlässige Verwendung geläppt werden müssen. Die Plättchen werden aus einem Siliziumstab geschnitten oder gesägt und können z. B. einen Durchmesser von 7,5 cm und eine Dicke von 0,058 cm besitzen. Auf einer Seite des Plättchens wird eine komplexe Schaltung gebildet, während die andere Seite frei bleibt. Das Plättchen wird dann auf der freien Seite auf eine Dicke von z. B. 0,020 cm geläppt. Dabei muß extreme Sorgfalt angewendet werden, um die Schaltungsseite des Plättchens während dieser oder einer anschließenden maschinellen Bearbeitung nicht zu zerkratzen.

Ein Werkstückhalter und ein Verfahren der eingangs genannten Gattung sind aus der US-PS 34 49 870 bekannt. Der bekannte Werkstückhalter weist gemäß F i g. 3 dieser Druckschrift einen Metallblock oder Sokkel 10 mit einer Membran 18 auf, die aus porösem Kunststoff auf Basis von Polyurethan und Polyester besteht. Da der Sockel 10 und die Membran 18 nicht der Größe der zu bearbeitenden Halbleiterplättchen angepaßt sind, ist ein besonderes Begrenzungselement 20 vorgesehen, das nur einzelne, der Größe der Plättchen angepaßte Bereiche der Oberfläche der Membran 18 frei läßt, alle übrigen Bereiche dieser Oberfläche jedoch !■; abdeckt, mit Ausnahme einer zentralen Öffnung 22, durch welche während oes Läppens eine Schleifmittel enthaltende Flüssigkeit ständig einströmt und in radialer Richtung durch die Membran hindurchströmt. Infolge der schnellen Rotationsbewegung der ganzen An-Ordnung und der dabei auftretenden Zentrifugalkräfte fließt ein kontinuierlicher. Schleifmittel enthaltender Flüssigkeitsstrom sowohl durch die zentrale öffnung 22 als auch durch die Werkstücke (Plättchen) 15 aufnehmende Öffnungen 23 hindurch und somit direkt an den Seitenflächen der Plättchen 15, aber auch direkt an der äußerst empfindlichen Rückseite der Plättchen vorbei. Mit Hilfe dieser Strömung wird bei dem bekannten Werkstückhalter das für das Befestigen der Plättchen während des Läppens erforderliche Druckgefälle erzeugt und aufrechterhalten.

Bei dem bekannten Werkstückhalter werden jedoch die zu bearbeitenden Plättchen auf allen Seiten von der ein Schleifmittel enthaltenden Flüssigkeit umstörmt, wodurch die Rückseite der Plättchen, die die integrierte Schaltung trägt, sehr leicht beschädigt, mindestens aber in unerwünschter Weise aufgerauht wird.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Werkstückhalter zum Befestigen dünner Plättchen gegenüber einer umlaufenden Läppscheibe zu schaffen, der es gestattet, äußere jünne und extrem empfindliche Plättchen, insbesondere Halbleiterplättchen (mittels Unterdruck) so zu halten, daß die Rückseite der Plättchen von der Umgebung hermetisch abgeschirmt wird, so daß die Schaltungsseite weder mit Schmutzteilchen noch mit Schleifmittelteilchen oder mit von der Läppscheibe stammenden Abriebteilchen in Berührung kommen kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch den beanspruchten Werkstückhalter und durch das beanspruchte Verfahren gelöst.

Bei der Erfindung wird also C · für das Anhaften der Plättchen erforderliche Unterdruck nicht mittels der Schleifmittel enthaltenden Flüssigkeit geschaffen, sondern mittels einer schleifmittelfreien Flüssigkeit, mit der die Schaumstoffkissen benetzt sind. Da diese Flüssigkeit aber außerdem in den Ringspalt zwischen den Plättchen und den sie umgebenden Führungsringen eindringt, entsteht unter der Wirkung der dabei auftretenden Kapillarkräfte eine hermetische Abdichtung der empfindlichen Rückseite der Plättchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung einer Läppmaschine mit dem erfindungsgemäßen Werkstückhalter für die Plättchen,

Fig.2 perspektivisch die Unteransicht des Werkstückhalters nach F i g. 1,

Γ i g. 3 den Schnitt 3-3 aus F i g. 2 bei in Betriebslage befindlichem Werkstückhalter und

F i g. 4 vergrößert, den Schnitt 4-4 aus F i g. 3.

Die in Fig. 1 dargestellte Läppmaschine 10 besitzt einen stationären Rahmen 12 und eine um ihre Mittelachse 16 drehangetriebene Läppscheibe 14. Der Rahmen 12 besitzt eine tischartige Oberfläche 18, welche die Läppscheibe 14 umgibt. Eine Kolben-Zylindereinheit 20 ist an einem üb»^rgreifenden Teil 22 des Rahmens 12 montiert. Ihre Kolbenstange 24 trägt dreh- und schrägstellbar an ihrem freien Ende eine Druckplatte 26. Zwischen der Druckplatte 26 und der Läppscheibe 14 befindet sich ein Werkstückhalter 28, welcher mehrere Werkstücke bzw. Plättchen 30 aufnehmen kann,die wiederum an der Läppscheibe 14 anliegen. Ein Haltering 32 umgibt die Druckplatte 26 und den Halter 28.

In F i g. 2 ist die Unteransicht des Werkstückhalters 28 perspektivisch dargestellt und zeigt einzelne Taschen 33 für die darin zu befestigenden Plättchen 30. Der Halter 28 besteht aus einer Basisplatte 34 und jede Tasche 33 besitzt einen. Socke! 36 {Fig. 3), dessen Größe im wesentlichen der Größe des einzelnen Werkstivks bzw. Plättchens 30. das in dieser Tasche gehalten werden soll, entspricht. Der Sockel 36 wird durch eine Schraube 38 gehalten, die durch eine Öffnung in der Basisplatte 34 paßt und in eine Gewindebohrung auf der Rückseite des Sockels 36 eingeschraubt ist. Ein nachstehend im einzelnen besprochenes Kissen 40 ist mit der freien Fläche des Sockels 36 verbunden und weist selbst eine freiliegende Oberfläche 41 auf, auf weiche das Werkstück 30 direkt angelegt wird. Ein Führungsring 42, vorzugsweise aus einem weicheren Kunststoff, besitzt solche Abmessungen, daß er mit einem leichten Spiel das Plättchen 30, das Kissen 40 und den Sockel 36 ringförmig umgibt. Der Führungsring 42 wird relativ zu dem Sockel 36 durch eine Stellschraube 43 eingestellt, welche in den Führungsring 42 eingeschraubt ist und den Sockel 36 erfaßt, z. B. in einer ringförmigen Nut 44. so daß sie leicht über die freiliegende Fläche des Kissens 40 hinausragt, jedoch nicht übt.¹ die fertige Dicke des Plättchens 30 nach dem Läppen.

Die Basisplatte 34 besitzt ferner vier im Abstand voneinander angeordnete Anschlagschrauben 50, die vorzugsweise von Trägern 52 gehalten werden, die mittels Schrauben 53 an der Basisplatte 34 befestigt sind jede Anschlagsch: aube 50 wird zu Beginn öJ^rch eine Gewindebohrung in dem Träger 52 geschraubt und mittels einer Mutter 58 in der eingestellten Stellung gehalten. Die freiliegende Stirnfläche 60 der Anschlagschrauben 50 ist vorzugsweise hart Uli ί glatt, z. B. eine geschliffene Diamantspitze. Die Schrauben 50 werden an den vier Stellen so eirgestellt, daß die freiliegenden Oberflächen 41 der Kissen 40 sich in einem bestimmten Abstand über der Läppscheibe 14 befinden, wobei die Enddicke des Plättchens 30 dadurch festgelegt ist. daß die Stirnflächen 60 der Schrauben 50 an die Läppscheibe 14 stoßen.

Von besonderem Interesse ist die Zusammensetzung des Kissens 40 und die Rolle, die es beim Festhalten des Plättchens 30 relativ zum Halter 28 spielt. Das Kissen 40 besteht aus einem mikrozellularen starren Polyurethanschaumstoff, der wegen seiner Porosität und seiner Weichheit oder Zusammenpreßbarkeit für diesen Zweck gewählt wird. Das Kissen 40 besitzt somit eine große Vielzahl zellförmiger Hohlräume, welche eine leichte Federwirkung des Kissens 40 erlauben und verhindern, daß das spröde Plättchen 30 beschädigt wird; ferner werden etwaige Obir-flächenunregelmäßigkeiten auf der Schaltungsseite des Plättchens 30 absorbiert. So können z. B. sogar Staub- oder Schmutzteilchen zwischen dem Plättchen 30 und der Kissenoberfläche 42 vorliegen, denn diese werden absorbiert und/oder in das elastische Kissen 40 eingedrückt.

Um zwischen dem Plättchen 30 und dem Kissen 40 eine Haftung zu erzielen, werden mehrere Tropfen einer Spezialflüssigkeit 62 auf die Kissenoberfläche 41 aufgebracht und gleichmäßig als dünner Film auf der ganzen Oberfläche ausgebreitet. Die Flüssigkeit 62 ist

ίο bevorzugt im Handel befindlicher Polyäthylenglykol. Diese Flüssigkeit ist wasserlöslich, jedoch weniger hygroskopisch als einfache Glykole und/oder Glyzerine. die ebenfalls verwendet werden könnten. Diese Flüssigkeit besitzt auch eine hohe Oberflächenspannung, welehe das in Stellung gebrachte Plättchen 30 fest an dem Kissen 40 hält. Bezüglich der festen Verbindung des Plättchens 30 mit dem Kissen 40 wird das Plättchen 30 nach Aufbringung der Flüssigkeit 62 auf das Kissen 40 und gleichmäßiger Verteilung derselben auf der Kissenoberfläche 41 an das Kissen 40 angelef und unter leichtem

an^e^reßt D2i~°i

schen dem Plättchen 30 und dem Kissen 40 befindliche Flüssigkeit 62 in die offenen Zellen des Kissens 40 hineingedrückt, wodurch die Filmdicke auf nahe Null verringen wird. Bei Nachlassen des von dem Plättchen 30 ausgeübten Drucks entsteht in den Zellen ein Unterdruck, wodurch das Plättchen 30 an das Kissen 40 angesaugt wird. Dadurch wird das Plättchen 30 nicht daran gehindert, senkrecht von dem Kissen 40 abzufallen, son· dem es werden auch Scher-, Dreh- oder Draiibewegungen relativ zu dem Kissen 40 verhindert.

Das Plättchen 30 wird aus seiner Umschließung durch die Tasche 33 durch einfaches Herausspülen mit einer gefilterten wäßrigen Lösung, vorzugsweise einer entionisierten Lösung entfernt, die in einem mäßig scharfen Strahl unter eine Kante des Plättchens 30 gerichtet wird. Es kann auch eine Pinzette verwendet werden, mit welcher eine Kante des Plättchens 30 ergriffen jnd d'eses dann seitlich von dem Kissen 40 weggezogen wird; auch ein Vakuum-pick-up-Gerät kann verwendet werden.

Be' der bevorzugten Bauart besteht die Basisplatte 34 aus mit einem anodisch erzeugten harten Überzug versehenen Aluminium, um Beschädigungen durch dauernden Kontakt mit Leitungswasser, Schleifmaterial oder dergleichen zu verhindern. Das gleiche 11 iff t aucii auf den Sockel 36 zu. Die Träger 52 bestehen vorzugsweise aus einem widerstandsfähigen nichtrostenden Stahl.

Beim Betrieb der ganzen Aufspannvorrichtung mit mehreren Taschen 33 gemäß der Erfindung werden die Sockeloberflächen zuerst auf der Läppmaschine 10 coplanar untereinander geschliffen. Die Kissen 40 werden dann mit der flachen ebenen Seite des Sockels 36 mittels eines geeigneten Klebstoffs verbunden, der zu Beginn auf beide Oberflächen aufgebracht wird, worauf man die klebrigen Oberflächen miteinander verbindet. Andererseits kann auch dem Fachmann bekanntes Zwei-Komponenten-Epoxidharz verwendet werden. Die Kissen 40 selbst werden dann auf der Läppmaschine 10 coplanar geläppt. Di. Führungsringe 42 werden dann so eingestellt. da3 ein enger Ringspalt zwischen den fertigen Plättchen 30 und den Führungsringen 42 freibleibt, in dem während des Läppens der Plättchen 3U mittels Flüssigkeit 62 eine Sperrflüssigkeitsdichtung gegen das Eindringen von Schleifmitte! gebildet ist. Natürlich muß darauf geachtet werde«, daß sich keine Schmutz- oder Staubteilchen auf einer der fertigen Oberflächen ansammeln; zu diesem Zweck kann man mit einer weichen Borstenbürste oder mit Luft aus einem Luftschlauch

vorgehen. Die Flüssigkeit 62 wird dann auf die Oberfläche 41 des Kissens 40 gebracht; für ein Plättchen 30 mit einem Durchmesser von 7,5 cm erfordert dies einige Tropfen. Die Flüssigkeit 62 wird gleichmäßig über die ganze Kissenoberfläche 41 verteilt. Die saubere Schaltungsseite des Plättchens 30 wird dann unter leichtem Druck an das Kissen 40 angelegt, um so damit einen gleichförmigen Kontakt herzustellen. Der Führungsring 42 bringt das Plättchen 30 in den richtigen und vollständigen Kontakt mit der Kissenoberfläche 41.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Werkstückhalter für Läppmaschinen zum Befestigen dünner Plättchen gegenüber einer umlaufenden ebenen Läppscheibe, mit mindestens einem Sokkel, dessen freie Stirnfläche durch ein darauf befestigtes Kissen aus festem, jedoch nachgiebigem, zeiiigem und mit einer Flüssigkeit benetztem Schaumstoff abgedeckt ist, und mit einem die Plättchen mit Abstand umgebenden Begrenzungselement, d a durch gekennzeichnet, daß die Flächengestalt und Größe der Sockel (36) und Kissen (40) im wesentlichen der Form und Größe der Plättchen (30) entsprechen und daß das Begrenzungselement in eine der Anzahl der Sockel (36) entsprechende Anzahl von Führungsringen (42) aufgeteilt ist, wobei der Abstand zwischen den Sockeln (36), den Kissen (40) und den Plättchen (30) einerseits und den Führungsringen (42) andererseits derart dimensioniert ist, daß sich ein erifsr Ringspalt ergibt, in dem während des Läppens der Plättchen (30) miueis der Flüssigkeit (62) eine Sperrflüssigkeitsdichtung gegen das Eindringen von Schleifmittel gebildet ist, wobei die Flüssigkeit (62) wasserlöslich und hygroskopisch ist und eine hohe Oberflächenspannung besitzt.

2. Werkstückhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit (62) Polyäthylenglykol ist.

3. Verfahren zur Herstellung des Werkstückhalters nach Anspruch 1 oder 2, dessen die Plättchen tragende Kl. jen planparallel zur umlaufenden Läppscheibe der für die Bearbeitung der Plättchen verwendeten Lappmaschine angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die cie P'Htchen (30) aufnehmende Oberfläche (41) jedes Kissens (40) nach dem Einbau des Werkstückhalters (28) in die Läppmaschine (10) mit der maschineneigenen Läppscheibe (14) geläppt wird.