DE3811068C2

DE3811068C2 - Vorrichtung zum einseitigen Bearbeiten von flächenhaft ausgedehnten Körpern, insbesondere von Halbleiterscheiben

Info

Publication number: DE3811068C2
Application number: DE19883811068
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Floedl; Gerhard Weiher
Original assignee: Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1988-03-31
Publication date: 1995-07-20
Anticipated expiration: 2008-04-01
Also published as: DE3811068A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum einseitigen Bearbeiten von flä chenhaft ausgedehnten Körpern, insbesondere von Halbleiterscheiben, wo bei zur Bearbeitung diese Körper mittels der Vorrichtung in ein flüssiges Medium getaucht werden.

Aus der DE 30 27 934 A1 ist eine Vorrichtung zum einseitigen Bearbeiten von Halbllei terscheiben bekannt, bei der zur Erzeugung eines rotierenden Gaskissens ein Drehteller mit einer luftdurchströmten Zentrumsbohrung aufweist, so daß durch die Rotation des Tellers die Halbleiterscheibe schwebend mitgenom men wird. Die Bearbeitung mit einem flüssigen Medium erfolgt von oben, wobei die am Rand abströmende Luft verhindert, daß das flüssige Medium an die Unterseite der Scheibe gelangt. Ferner weist der Drehteller am Rand einen Anschlagbügel auf, so daß ein Abdrif ten der Halbleiterscheibe verhindert wird.

In der DD 2 27 561 A1 ist ebenfalls zur einseitigen Bearbeitung von Halbleiter scheiben ein Drehteller beschrieben, der jedoch als Vakuumhalter ausgebil det ist. Hierzu weist dieser Drehteller in seiner Antriebswelle eine Zentrums bohrung auf, so daß bei Aufliegen der Halbleiterscheibe auf dem Drehteller ein Unterdruckkanal entsteht. Weiterhin ist diese bekannte Vorrichtung so ausgebildet, daß die nicht von dem Drehteller bedeckte Rückseite der Halb leiterscheibe unter Ausbildung eines Spaltes von einem gasförmigen Medium umströmt wird, so daß mit Sicherheit jegliche Bearbeitung der Rückseite der Halbleiter scheibe unterbleibt.

Weiterhin ist aus der US 4 557 785 eine Vorrichtung zur Bear beitung von Halbleiterscheiben mit einem flüssigen Medium bekannt, wonach diese Halbleiterscheibe von einer aus einem Unter- und Oberteil bestehenden Prozeßkammer aufge nommen wird. Das zur Bearbeitung erforderliche flüssige Medium wird einerseits durch eine zentrale Öffnung des kreisförmig ausgebildeten Unterteils in die Prozeßkammer geführt als auch durch kreisförmig um diese zentrale Öffnung angeordnete Düsen in die Prozeßkammer injiziert, wobei diese Düsen gegenüber der Ebene des Unterteils so geneigt sind, daß die Halbleiterscheibe in Drehbewegung versetzt wird. Der Vorteil dieser bekann ten Anordnung liegt darin, daß gleichzeitig beide Seiten der Halbleiterscheibe prozessierbar sind.

Aus der US 4 339 297 ist eine Vorrichtung zum Bearbeiten einer auf einer Seite einer Halbleiterscheibe aufgebrachten Oxidschicht bekannt, die aus einem be cherförmigen Behälter aufgebaut ist, der am Boden eine Öffnung zum Zu führen eines flüssigen Mediums aufweist. Die zu bearbeitende Halbleiterscheibe wird so über dem Behälter gehalten und mittels einer Vakuum-Haltevorrich tung in Rotationen versetzt, daß nur die den Oxidfilm aufweisende Seite der Halbleiterschicht von dem flüssigen Medium benetzt wird. Da die Haltevor richtung die nicht zu bearbeitende Oberfläche der Halbleiterscheibe ganzflä chig bedeckt, kommt diese Seite nicht mit dem flüssigen Medium in Kontakt. Um die mit dem Oxidfilm versehene Oberfläche der Halbleiterscheibe mit dem flüssigen Medium in Kontakt zu halten, muß ständig flüssiges Medium in den Behälter nachge führt werden, da erst durch das Überlaufen des flüssigen Mediums aus dem Behälter dieses in Kontakt mit der Oberfläche der Halbleiterscheibe kommt.

Auch aus der US 4 603 867 ist eine Vakuum-Haltevorrichtung für Halbleiter scheiben bekannt, die aus einem Drehteller besteht, der am äußeren Rand einen O-Ring aufweist. Auf diesen O-Ring wird die zu bearbeitende Halblei terscheibe aufgelegt und dadurch gehalten, daß in dem Raum zwischen dem Drehteller und der Halbleiterscheibe ein Unterdruck erzeugt wird.

Schließlich ist in der Druckschrift IBM TDB Vol. 17, No. 3, Aug. 1974, Seiten 922-923 eine Haltevorrichtung zum Bearbeiten von Halbleiterscheiben bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird unter Ausnutzung des Bernoully-Effektes eine Platte über eine Zentrumsöffnung mit Wasser überspült, so daß eine auf dem dadurch entstehenden Wasserfilm schwimmende Halbleiterplatte ge halten wird. Somit wird ausschließlich die freie Oberfläche dieser Halbleiter platte bearbeitet, da die der Trägerplatte zugewandte Oberfläche dieser Halbleiterscheibe ausschließlich mit dem nachfließenden Wasser in Kontakt kommt.

Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtungen liegt in deren aufwendigem Aufbau und führen somit zu hohen Herstellungskosten einer solchen Vor richtung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kosten günstig herzustellende Vorrichtung zum besonders zuverlässigen einseitigen Bearbeiten von ausge dehnten Körpern, insbesondere von Halbleiterscheiben, durch ein flüssiges Medium anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentan spruchs 1 gelöst.

Hiernach ist zum einseitigen Bearbeiten von flächenhaft ausgedehnten Kör pern, insbesondere von Halbleiterscheiben, durch ein flüssiges Medium ein scheibenförmiger Trägerkörper vorgesehen, dessen Unterseite kongruent zur nicht zu bearbeitenden Seitenfläche des Körpers ist und eine durchge hende Zentrumsbohrung aufweist, die auf der Unterseite des Trägerkörpers von einem O-Ring zur Abstandsfixierung des Körpers zum Trägerkörper der art umgeben ist, daß bei Anliegen des Körpers am O-Ring der Körper mittels Erzeugen eines Unterdrucks durch Absaugen der Luft aus dem durch den O-Ring gebildeten Raum durch die Zentrumsbohrung unter Ausbildung eines engen Spaltes zwischen dem Körper und dem Trägerkörper fixiert ist. Ferner enthält der Trägerkörper zur Einleitung eines gasförmigen Mediums in den Spalt ein Leitungssystem mit ersten Austrittsöffnungen und einer zweiten Austrittsöffnung jeweils auf der Unterseite des Trägerkörpers, wobei die ersten Austrittsöffnungen kreisförmig um den O-Ring angeordnet sind und die zweite Austrittsöffnung spaltförmig ausgebildet ist und als vollständige Um randung der Unterseite des Trägerkörpers eng benachbart zu deren äuße ren Rand verläuft.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Druckverteilung in dem Spaltzwischenraum der Vorrich tung gemäß Fig. 1 in Abhängigkeit des Ortes,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 eine Druckverteilung in dem Spaltzwischenraum der Vorrich tung gemäß Fig. 3 in Abhängigkeit des Ortes,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des Träger körpers der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 3 und 4, und

Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer vorteilhaften Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 3 und 4.

In den Figuren sind jeweils die entsprechenden Teile bzw. Größen mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Vorrichtung be steht aus einem Trägerkörper 8, der den einseitig zu bearbeitenden Körper 1, beispielsweise eine Halbleiter scheibe, so aufnimmt und fixiert, daß sich zwischen der nicht zu bearbeitenden oberen Seitenfläche 2 des Kör pers 1 und der Unterseite 9 des Trägerkörpers 8 ein enger Spalt 6 ausbildet. Durch eine im Zentrum des Trä gerkörpers 8 angebrachte Bohrung 16 wird ein gasförmi ges Medium 5, beispielsweise Stickstoff, in den Spalt 6 eingeleitet. Diese Anordnung, bestehend aus dem Träger körper 8 mit dem Körper 1, ist zur Bearbeitung der unte ren Seitenfläche 3 des Körpers 1 nahezu vollständig in ein flüssiges Medium 4, beispielsweise eine Ätzflüs sigkeit, eingetaucht, das sich in einem Becken 7 befin det. Im eingetauchten Zustand wird nun die Zufuhr des gasförmigen Mediums 5 derart gesteuert, daß das flüs sige Medium von der nicht zu bearbeitenden Seitenfläche 2 des Körpers 1 verdrängt wird, daß sich also in den Spalt 6, zwischen der Unterseite 9 des Trägerkörpers 8 und der Oberseite des Körpers 1, ein Gaspolster ausbil det. Hierbei muß sich in diesem Spalt 6 eine solche Druckverteilung ausbilden, daß die Strömungsrichtung des gasförmigen Mediums 5 in radialer Richtung vom Zen trum des Körpers 1 nach außen auf dessen Rand hin er folgt. Ein entsprechendes Diagramm zur Druckverteilung in dem Spalt 6 ist in der Fig. 2 dargestellt, wonach der statische Druck innerhalb des Spaltes 6 in Abhängig keit des Durchmessers D aufgetragen ist. Der Nullpunkt des Koordinatensystems stimmt hierbei mit dem Mittel punkt des Körpers 1 überein. Die Druckverteilung über den Durchmesser D des Körpers 1 zeigt einen parabelför migen Verlauf, wobei der Druck im Mittelpunkt am größten ist und beidseitig bis zum jeweiligen Rand D/2 bzw. -D/2 auf einen Wert abnimmt, der größer als der hydro statische Druck P_h an dieser Stelle sein muß, um ein Eindringen der Flüssigkeit 4 in den Spaltzwischenraum 6 zu verhindern. Das Gas 5 steigt nach Passieren des Spaltrandes unter Blasenbildung zur Oberfläche des flüs sigen Mediums 4 auf. Da dieses Verfahren ein Eindringen der Flüssigkeit 4 in den Spaltzwischenraum 6 verhindert, wird nur die Unterseite 3 des Körpers 1 durch das flüs sige Medium 4 bearbeitet. Falls dieses flüssige Medium eine Ätzflüssigkeit ist, wird somit nur eine Seite, beispielsweise einer Halbleiterscheibe, geätzt.

Die Fig. 3 und 5 zeigen eine Ausführung der Vorrich tung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wonach im Trägerkörper 8 sowohl ein Mittel zur Fixie rung des zu bearbeitenden Körpers 1 und zur Ausbildung des engen Spaltes 6 zwischen der nicht zu bearbeitenden oberen Seitenfläche 2 des Körpers 1 und der Unterseite 9 des Trägerkörpers 8 als auch ein Leitungssystem 12 zur Einleitung des gasförmigen Mediums 5 in den Spalt 6 vorgesehen ist. Das Mittel besteht in einem O-Ring 11, der besonders gut in der Fig. 3 sichtbar ist und des sen Mittelpunkt mit der durch den Trägerkörper 8 durch gehenden Zentrumsbohrung 10 zusammenfällt. Bei sattem Anliegen des Körpers 1 an diesem O-Ring 11 wird durch Absaugen der Luft aus der Zentrumsbohrung 10 ein Unter druck in dem durch den O-Ring gebildeten und abgedich teten Raum 15 erzeugt, wodurch der Körper 1 angesaugt wird und somit fest mit dem Trägerkörper 8 verbunden ist. Der O-Ring 11 weist ferner eine solche Dicke auf, daß hierdurch ein Spalt 6 mit einer Breite 1 ₂ von ca. 0,1 mm gebildet wird. Das Leitungssystem 12 ist so aus gebildet, daß die auf der Unterseite 9 des Trägerkör pers 8 angeordneten Austrittsöffnungen 13 und 14 - sie he insbesondere Fig. 5 - in einem horizontalen Lei tungssystem münden, das an einer Stelle eine Leitung zur Oberseite des Trägerkörpers 8 aufweist, der als Gaseinlaß 16 zur Zuführung des gasförmigen Mediums 5 Verwendung findet. Die Austrittsöffnungen 13 sind mit einem Durchmesser von ca. 1,5 mm ausgeführt und zu meh reren kreisförmig um den O-Ring 11 angeordnet, wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist. Eine spaltförmige Austritts öffnung 14 umrundet die Unterseite 9 des Trägerkörpers 8 mit einem Abstand 1 ₁ von ca. 2 mm deren äußeren Rand, wobei die Spaltbreite dieser Austrittöffnung 14 in ei nem Bereich zwischen 0,1 bis 0,2 mm liegt. Das mit ei nem Druck von ca. 1,5 bar in den Spalt 6 durch die Aus trittsöffnungen 13 und 14 eingeleitete gasförmige Me dium 5 verhindert - insbesondere auch durch die vorhang artig wirkende Austrittsöffnung 14 - in hervorragender Weise das Eindringen des flüssigen Mediums 4 in diesen Spalt 6, wobei die Druckverteilung durch das Diagramm der Fig. 4 beschrieben wird. Im Bereich des O-Ringes 11, also zwischen dem Bereich d/2 und -d/2 besteht na türlich gegenüber dem Luftdruck P_o ein Unterdruck P_u von ca. 1 bar, während der Druck zwischen d/2 und D/2 bzw. -d/2 und -D/2 aufgrund der Austrittsöffnungen 13 und 14 auf einem nahezu konstanten Wert von ca. 1,5 bar gehalten wird, der größer ist als der bei einer in ein flüssiges Medium 4 gemäß Fig. 1 eingetauchten Vorrich tung sich aufbauende hydrostatische Druck P_h. Der Trä gerkörper 8 besteht beispielsweise aus Teflon® und weist eine Dicke von ca. 12 mm auf, wobei die Stirnseiten 17 keilförmig ausgebildet sind. Dies wirkt dann vorteil haft, wenn diese Vorrichtung zum einseitigen Ätzen von Halbleiterscheiben in einer Ätzflüssigkeit verwendet wird, wodurch an den Rändern des Trägerkörpers 8 ent stehende Ätzspritzer vermieden werden. In diesem Anwen dungsfall besteht der O-Ring 11 aus einem säurebestän digen Material.

Die gemäß der Fig. 5 dargestellte Austrittsöffnung 14 steht senkrecht auf der Unterseite 9 des Trägerkörpers 8. Diese Austrittsöffnung 14 kann auch so ausgeführt sein, daß gemäß der Fig. 6 der in dieser Öffnung flie ßende Gasstrom einen spitzen Winkel zur Unterseite 9 bildet, um hierdurch eine laminare Strömung nach außen auf den Rand hin zu fördern.

Wie schon oben erwähnt wurde, kann diese erfindungsge mäße Vorrichtung mit Vorteil zum einseitigen Ätzen von Halbleiterscheiben eingesetzt werden, in dem die Anord nung gemäß Fig. 1 in ein Ätzflüssigkeit enthaltendes Becken eingetaucht wird. Auch sind weitere Anwendungen naheliegend, wie beispielsweise einseitiges Galvanisie ren oder Beschichten von scheibenförmigen Werkstücken. Ferner ist auch die Bearbeitung von Gläsern mit dieser Vorrichtung denkbar.

Um große Stückzahlen von Körpern, insbesondere Halblei terscheiben, einseitig bearbeiten zu können, wird eine entsprechende Anzahl solcher Vorrichtungen, bestehend aus einem Trägerkörper mit dem zu bearbeitenden Körper, in einem mit Flüssigkeit gefüllten Becken übereinander angeordnet, wobei je nach hydrostatischem Druck, der abhängig ist von der über dem zu bearbeitenden Körper stehenden Flüssigkeitssäule, gesonderte Gaszuführungen zu den Trägerkörpern hergestellt werden müssen, die mit unterschiedlichen Gasdrücken beaufschlagt sind.

Claims

1. Vorrichtung zum einseitigen Bearbeiten von flächenhaft ausgedehnten, eine obere und untere Seitenfläche (2, 3) aufweisende Körper (1), insbeson dere von Halbleiterscheiben, mit folgenden Merkmalen:

a) es ist ein scheibenförmiger Trägerkörper (8) zur Aufnahme des Kör pers (1) vorgesehen, dessen Unterseite (9) kongruent zur nicht zu be arbeitenden Seitenfläche (2) des Körpers (1) ist, wobei zur einseitigen Bearbeitung des Körpers (1) dieser zusammen mit dem Trägerkörper (8) in ein flüssiges Medium getaucht wird,
b) zur Fixierung des Körpers (1) an der Unterseite des Trägerkörpers (8) mittels Unterdruckes weist dieser Trägerkörper (8) eine durchgehende Zentrumsbohrung (10) auf, die auf der Unterseite (9) des Träger körpers (8) von einem O-Ring (11) zur Bildung eines engen Spaltes (6) zwischen der Unterseite (9) des Trägerkörpers (8) und dem Körper (1) ausgebildet ist, wobei zur Erzeugung des Unterdruckes in dem durch den O-Ring (11), der Unterseite (9) des Trägerkörpers (8) und der nicht zu bearbeitenden Seitenfläche (2) des Körpers (1) gebildeten Raum über die Zentrumsbohrung (10) die Luft aus diesem Raum (15) abge saugt wird und
c) der Trägerkörper (8) weist zur Einleitung eines gasförmigen Mediums (5) in den Spalt (6) ein Leitungssystem (12) auf, dessen erste Austritts öffnungen (13) und eine zweite Austrittsöffnung (14) auf der Unterseite (9) des Trägerkörpers (8) derart angeordnet sind, daß die ersten Austrittsöffnungen (13) kreisförmig um den O-Ring (11) liegen und die zweite Austrittsöffnung (14) spaltförmig ausgebildet ist und als voll ständige Umrandung der Unterseite (9) des Trägerkörpers (8) eng be nachbart zu deren äußeren Rand verläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Austrittsöffnungen (13) kreisförmig ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Austrittsöffnungen (13) einen Durchmesser von ca. 1,5 mm aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die spaltförmige zweite Austrittsöffnung eine Breite von ca. 0,1-0,2 mm aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Austrittsöffnung (14) in einem Abstand von ca. 2 mm vom äußeren Rand der Unterseite (9) des Trägerkörpers (8) verläuft.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (1) in einem Abstand von ca. 0,1 mm von der Unterseite (9) des Trägerkörpers (8) fixiert ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium (5) mit einem Druck von ca. 1,5 bar in das Leitungssystem (12) des Trägerkörpers (8) eingeleitet wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem durch den O-Ring (11) gebildeten Raum (15) ein Unterdruck von ca. 0,5 bar erzeugt wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten (17) des Trägerkörpers (8) keilförmig ausgebildet sind.