DE69726620T2 - Schleifen von Silizium-Wafer-Werkstücken - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft Verfahren zum Schleifen und Polieren von Wafern aus Silizium zur Verwendung bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Beim Schleifen von Wafern ist entscheidend, dass der Außendurchmesser auf einen hohen Genauigkeitsgrad fertigbearbeitet wird und häufig eine bestimmte Querschnittsform erhalten muss. Die Registerhaltung bei den späteren Herstellschritten macht erforderlich, dass registerhaltige Vorrichtungen um den Umfang der Scheibe herum ausgebildet werden, beispielsweise die Ausbildung von flachen Stellen und Kerben.
  • Herkömmlicherweise wird für das Kantenschleifen der Einsatz von Schleifscheiben hoher Standfestigkeit erforderlich, um ein Abweichen von der Form bedingt durch Verschleiß so gering wie möglich zu halten; solche Schleifscheiben liefern jedoch Oberflächen schlechter Qualität mit tiefen Schadstellen.
  • Beim Schleifen von Siliziumwafer-Werkstücken muss die Tiefe der unter der Oberfläche liegenden Schadstellen, die sich aufgrund des Schleifvorganges ergeben, so gering wie möglich gehalten werden, da ein Wafer, der bei nachfolgenden Herstellvorgängen verwendet wird, mit Null-Schadstellen geliefert werden muss. Wenn unter der Oberfläche liegende Schadstellen aufgetreten sind, bedeutet dies, dass ein Nachschleifen mit Säureätzen vor dem Polieren erfolgen muss. Beide Vorgänge sind teuer und je geringer die Schäden sind, desto kürzer wird die Polierdauer, die erforderlich ist.
  • In JP-60104644 wird eine Vorrichtung zum Schleifen und Abfasen des Umfangs eines Halbleiter-Wafers beschrieben, die eine Mehrzahl von Schleifscheiben aufweist, die um den Waferumfang herum angeordnet ist, wobei wenigstens eine dieser Schleifscheiben einen Grob-Schleifvorgang und eine andere Schleifscheibe einen Fertig-Schleifvorgang durchführt.
  • Aufgabe der Erfindung ist, ein verbessertes Verfahren zum Schleifen eines Wafer-Werkstückes anzugeben.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Schleifen der Kante eines Silizium-Wafer-Werkstückes vorgeschlagen, das zwei Stufen umfasst, wobei in der ersten Stufe eine metall- oder harzgebundene CBN-Scheibe zum Vorschleifen der Werkstückkante, und in einer zweiten Stufe eine harzgebundene CBN-Scheibe oder vorzugsweise eine harzgebundene Diamantscheibe zum Feinschleifen der Kante zugestellt wird.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren den Schritt des Formens oder Nachformens beider Schleifscheiben, wobei die Schleifscheiben in situ an der Maschine angeordnet sind, durch Einstechschleifen der gewünschten Form in die Kante einer jeden Schleifscheibe unter Verwendung einer Formscheibe.
  • Die Verwendung einer harzgebundenen CBN-Scheibe für das Vorschleifen von Wafern in der vorbeschriebenen Weise stellt einen wichtigen Vorteil dar. Wenn eine Grob-Schleifscheibe mit Diamant-Kornbesatz verwendet würde, wäre es theoretisch unmöglich, die Scheibe unter Verwendung von Diamant-Formscheiben zu formen oder nachzuformen.
  • Eine grobkörnige und eine mittelkörnige CBN-Scheibe sind unter Verwendung einer mit Diamant besetzten Formscheibe sehr einfach zu formen. Eine feinkörnige CBN- Scheibe jedoch, z. B. eine solche, wie sie für Fertigschleifscheiben erforderlich sind, ist zum Schleifen von Silizium nicht geeignet. Gemäß der Erfindung wird deshalb das Fertigschleifen vorzugsweise unter Verwendung einer harzgebundenen Diamant-Schleif-scheibe erreicht (die unter Verwendung von Diamant-Formscheiben geformt und nachgeformt werden kann).
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:
  • 1 eine perspektivische, nicht maßstabsgetreue Ansicht einer Schleifmaschine, die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Schleifverfahrens verwendet werden kann, wobei die Maschine aus der Sichtposition dargestellt ist, die normalerweise von einem Bedienenden eingenommen wird,
  • 2 eine ebenfalls nicht maßstabsgetreue Seitenansicht der Maschine nach 1, auch hier wieder von der Seite gesehen, an der die Bedienungsperson normalweise steht,
  • 3 eine Endansicht der Maschine nach den 1 und 2,
  • 4 eine Schnittansicht in einem etwas größeren Maßstab durch die mit Biegevorrichtungen befestigten Teilanordnungen, endseitig in 3 gesehen,
  • 5 in vergrößertem Maßstab eine Ansicht zweier Biegevorrichtungen, die in 4 sichtbar sind,
  • 6 eine vergrößerte Darstellung einer Schnittansicht durch das obere rechte Ende, das den Nockenantrieb und Nockenmitnehmer sowie die Federbelastung der Teilanordnungen zeigt,
  • 7 eine Seitenansicht des Endes der Teilanordnung der Maschine nach 2 in vergrößertem Maßstab und teilweise im Schnitt,
  • 8 eine perspektivische Ansicht einer Werkstück-Belade- und Entlade-Einrichtung, die an der rechten Seite des Endes der in 3 gezeigten Maschine befestigt werden kann, wobei ein Teil hiervon in 8 sichtbar ist,
  • 9 eine entgegengesetzte perspektivische Ansicht der die Komponenten handhabenden Einrichtung nach 8, die ferner eine Vorrichtung zum Überwachen der Scheiben zeigt, sowie das rechtsseitige Ende der Maschine nach der 2, 10 eine perspektivische Ansicht des entgegengesetzten Endes der Scheiben-Überwachungsvorrichtung nach 9 in vergrößertem Maßstab,
  • 11 eine Ansicht des Monitor-Schirmes, der die Kerbe zeigt, wie sie mit Hilfe einer Kamera 234 dargestellt wird,
  • 12 eine Ansicht des Monitor-Schirmes, der eine Flachstelle in einer Wafer-Kante zeigt, wie sie von der Kamera 234 gesehen wird,
  • 13 eine Seitenansicht der Rückseite der Anordnung nach 10, wobei der Antrieb zwischen dem Motor und der Vakuum-Spannvorrichtung gezeigt ist, und wobei dargestellt wird, wo eine Dickenmesssonde positioniert werden kann, um die Wafer-Dicke zu bestimmen, bevor der Wafer auf den Werkstückkopf übertragen wird,
  • 14 eine Seitenansicht einer Mehrfach-Schleifscheibenanordnung, wie sie in der in 1 und folgenden dargestellten Maschine verwendet werden kann,
  • 15 eine Seitenansicht einer Kerb-Schleifscheibe, wie sie in dieser Maschine verwendet wird,
  • 16 eine Seitenansicht einer Werkstück-Vakuum-Spannvorrichtung und einer Abricht-Schleifscheibenanordnung, und
  • 17 eine Seitenansicht einer Waschstation, die auch als Waferzwischenspeicher verwendet werden kann.
  • Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
  • Die 1, 2 und 3 zeigen bildlich einen Teil einer Gesamtansicht einer Maschinenstation zum Kantenschleifen von kreisförmigen Scheiben (Wafern) aus Silizium oder ähnlichem Material. Werkstück-Handhabungs-Überwachungs- und Zentriereinrichtungen bilden auch einen Teil der Gesamtmaschine, und werden in Verbindung mit nachfolgenden Ansichten in den Zeichnungen erläutert.
  • Die Maschine nach den 1–3 weist einen Steuerschrank 10 auf, von dem ein Maschinenfundament 12 ausgeht, das eine schwimmende Plattform 14 aufnimmt, die auf drei Vibrationen absorbierenden Füßen ruht, von denen einer in 1 mit 16 sichtbar ist; der zweite Fuß 18 ist zentral vor dem Basisbereich 22 befestigt und mit gestrichelten Umrisslinien in 1 und der dritte Fuß ist mit 20 in 3 dargestellt.
  • Die Plattform 14 weist eine integrale Tragkonstruktion bzw. einen Ständer 22 auf, der einen Aufspannkopf 24 aufnimmt, der seinerseits in axialer Richtung längs einer Führungsbahn 26 verschiebbar ist, der auf einer Oberseite des Ständers 22 befestigt ist und der einen Spindelantriebsmotor 28 sowie eine Vakuum-Spannvorrichtung 30 zur Aufnahme der zu schleifenden Wafer umfasst.
  • Der Kantenschleifvorgang wird mit Hilfe einer Schleifscheibe 32 durchgeführt, die eine Anzahl von Ringnuten, z. B. 34 aufweist, welche mit der Kante eines Wafer-Werkstückes in Eingriff kommen, das in 2 mit 36 bezeichnet ist.
  • Die Schleifscheiben-Spindel (nicht dargestellt), die in einer Lageranordnung 38 aufgenommen ist, wird durch einen Elektromotor 40 in Drehung versetzt.
  • Die Teile 38 und 40 werden von einer Abstützung, die allgemein mit 42 bezeichnet ist, aufgenommen. Diese Abstützung ist nahe der Mittenlinie der Plattform 14 auf einer Seite einer starren Versteifungsplatte 44 befestigt, die durch Flansche mit der Plattform 14 längs der Basis verschraubt ist und die an ihrem oberen Ende mittels Schrauben über einen weiteren Flansch 46 mit dem Maschinen-Fundament 22 befestigt ist. Die Funktion der Platte 44 besteht darin, die Steifigkeit der Plattform 14 relativ zum Fundament 22 zu erhöhen und transversalen Schwingungen entgegen zu wirken, die andernfalls eingeführt würden.
  • In gleichem Abstand von und auf der anderen Seite der Platte 44 ist eine zweite Abstützung 48 vorgesehen, die eine Führungsbahn 50 aufnimmt, auf der ein zweiter Spindelantrieb 52 für eine Kerbschleifspindel befestigt ist. Eine axiale Bewegung des Spindelantriebes 52 wird durch eine Antriebseinheit 54 erzielt (siehe 2). Der Spindelantrieb 52 kann auch verwendet werden, um den Innendurchmesser einer ringförmigen Scheibe zu schleifen.
  • Die Spindeln zum Schleifen der Aufspannkopf-Kante und der Kerbe sind in Luftlagern gelagert und die Aufspannkopf-Spindel hat typischerweise eine Drehzahl im Bereich von 2 bis 1000 U/min, wobei die Kantenschleif-Spindel typischerweise im Drehzahlbereich bis zu 6000 U/min und die Kerbschleifspindel mit einer Drehzahl von bis zu 70000 U/min rotiert.
  • Auf der Aufspannkopf-Spindel hinter der Spannvorrichtung 30 sind Formscheiben befestigt, die mit 56 und 58 bezeichnet und in 2 sichtbar sind. Das Indexieren bzw. Weiterschalten des Aufspannkopfes 24 in Richtung des Pfeiles 60 in 2 ermöglicht, dass die Werkstückscheibe 36 von einem der Schlitze, z. B. 34, in der Schleifscheibe 32 beaufschlagt wird, und eine Weiterbewegung in Richtung des Pfeiles 60 ermöglicht, dass die Scheibe 36 sich von der Endfläche 62 der Schleifscheibenanordnung löst und damit die Formscheiben 56 oder 58 in die entsprechenden Nuten in der Schleifscheibe 32 eingreifen können.
  • Eine seitliche Bewegung der Schleifscheibe oder der Kerb-Schleifvorrichtung wird in der erforderlichen Weise durch Kippen der Abstützungen 42 und 48 relativ zur Plattform erreicht. Hierzu sind beide Abstützungen 42 und 48 schwenkbar mit der Plattform 14 in der Nähe der Mittenlinie verbunden (wie im einzelnen in nachfolgenden Figuren beschrieben) befestigt und zwei Anschläge 64 und 66 (siehe 3) verhindern eine übermäßige Bewegung nach außen.
  • Der Schwenkvorgang wird mit Hilfe von Biegevorrichtungen bzw. Biegegelenken (wie nachstehend beschrieben wird) ausgeführt, die eine Schwenkbewegung um zwei parallele Achsen nahe der Mittenlinie der Plattform 14 ermöglichen, so dass eine Abstützung 42 einen kleinen Bogen beschreiben kann, wie er durch den Pfeil 68 bezeichnet ist, während die Abstützung 48 sich in einem Bogen bewegen kann, wie er mit 70 bezeichnet ist. Eine Antriebsvorrichtung zur Erzielung der Schwenkbewegung wird in Verbindung mit nachfolgenden Figuren erläutert.
  • Mit der Basis 22 ist ein durchsichtiges rechteckförmiges Gehäuse 72 aus Polycarbonat befestigt, durch das die Schleifscheibenspindel vorsteht. Eine große, etwa ovale Öffnung 74 in der Stirnseite des Gehäuses 72 ermöglicht, dass ein ähnlich geformter Verschluss 76, der auf dem Aufspannkopf 24 befestigt ist, in die Öffnung 74 eingeführt werden und sie abdichten kann, wenn der Aufspannkopf 24 in Richtung des Pfeiles 60 bei einer entsprechenden Vorwärtsbewegung des Kopfes vorgeschoben wird.
  • Eine aufblasbare Ringdichtung 78 um den Verschluss 76 herum (oder alternativ um die Innenlippe der Öffnung 74 herum) ergibt eine fluiddichte Abdichtung zwischen dem Verschluss 76 und der Öffnung 74.
  • Das Gehäuse 72 ist relativ zur Basis 22 gleitend ausgebildet und es sind Balgendichtungen 80 und 82 zwischen den Spindelantrieben 38 und 52 vorgesehen, so dass nach der Durchführung der Abdichtung zwischen dem Verschluss 76 und der Öffnung 74 das Gehäuse 72 sich in axialer Richtung mit der Aufspannkopf-Anordnung 24 in axialer Richtung bewegt. Zur Rückseite der Balgen ist ein ausreichender Abstand vorgesehen, damit das Gehäuse 72 sich in fortgesetztem Sinn in Richtung des Pfeiles 60 verschieben kann, damit die Nuten in der Schleifscheibe ausgebildet werden können. Eine Verschiebung in entgegengesetztem Sinne wird ebenfalls durch die Balgen 80 und 82 aufgenommen, so dass das geschlossene Gehäuse 72 dem Aufspannkopf 24 folgen kann, wenn er sich in entgegengesetzter Richtung zu der des Pfeiles 60 bewegt, damit die Kante der Scheibe 36 mit einer der Schleifnuten, z. B. 34, in Eingriff kommen kann.
  • Kühlfluid wird gegen das Werkstück über Düsen 84 und 86 gesprüht und es sind ähnliche Düsen zum Sprühen ähnlichen Fluids auf die Formscheiben vorgesehen, falls dies erforderlich sein sollte. Es ist eine Verriegelung vorgesehen, um zu verhindern, dass Kühlfluid in Strahlform abgegeben wird, wenn das Gehäuse 72 geschlossen und durch den Verschluß 76 abgedichtet ist.
  • Wenn ein Schleifvorgang abgeschlossen und ein Waschvorgang mit Fluid beendet ist, kann das Gehäuse geöffnet werden, indem aus der Randdichtung 78 Luft abgelassen wird und der Aufspannkopf 24 in einer Richtung entgegengesetzt zu der des Pfeiles 60 in die in 2 gezeigte Position zurückgeführt ist. Das fertige Werkstück 36 kann dann demontiert und ein neues Werkstück installiert werden.
  • Scheibenform/Abrichtvorgang
  • Das Formen der Scheibe kann zu Beginn durchgeführt werden, bevor ein Werkstück festgelegt worden ist; in diesem Fall wird das Gehäuse 72 durch eine entsprechende Bewegung des Aufspannkopfes 24 und des Verschlusses 76 geschlossen, ohne dass zuerst ein Werkstück, z. B. 36, auf der Spannvorrichtung 30 befestigt wird. Das Formen der Scheibe wird durch entsprechende axiale Bewegung des Aufspannkopfes 24 und seitliche Bewegung der Abstützung 42 durchgeführt, so dass jede der Nuten der Reihe nach, z. B. Nut 34, in Eingriff mit einer entsprechenden Formscheibe, z. B. 56 oder 58 kommt. Während des Scheibenformvorganges wird Kühlfluid bereit gestellt.
  • Nach dem anfänglichen Formgeben der Scheibe kann die Anordnung durch Unterbrechen der Dichtung 78 in der vorerwähnten Weise getrennt werden. Nach dem Befestigen eines Werkstückes 36 kann die Anordnung wieder geschlossen und der Schleifvorgang durchgeführt werden, wie vorher beschrieben.
  • Typischerweise wird ein Nachformen der Nut während der Maschinen-Ausschaltzeit durchgeführt, nachdem ein Werkstück entfernt und bevor ein anschließendes Werkstück installiert worden ist; bei einer Entwicklung der Maschine, in der eine Kantenprofilprüfung am Werkstück 36 an Ort und Stelle an dem Aufspannkopf durchgeführt wird, kann es jedoch vorteilhaft sein, ein Nachformen mit dem Werkstück an Ort und Stelle vorzunehmen.
  • Kerben
  • Wenn ein Werkstück mit Kerben versehen werden soll, wird die Abstützung 42 seitlich so bewegt, dass die Scheibe von dem Werkstück gelöst und die Abstützung 48 seitlich verschoben wird, anstatt dass die Kante des Werkstückes 36 durch die Kerbspindel (nicht dargestellt) beaufschlagt wird. Nach der Kerbbildung wird die Abstützung 48 in entgegengesetztem Sinn bewegt, so dass sie die Spindel von dem Werkstück trennt.
  • Polieren
  • Bei einer alternativen Ausführungsform kann eine Polierscheibe auf der Scheibenspindel so wie auch die genuteten Schleifscheiben und durch axiales Verschieben der Werkstückspindel befestigt werden, damit die Polierscheibe in Eingriff mit der Kante des Werkstückes 36 gebracht werden kann.
  • Ein Antrieb zum Verschieben des Aufspannkopfes 24 längs der Führungsbahn 26 ist mit 88 bezeichnet.
  • Wie in 3 gezeigt, wird Fluid aus dem Gehäuse 72 in einen Vorratsbehälter 92 über eine Leitung 90 gefördert; hierzu ist eine nicht dargestellte Pumpe vorgesehen, die das Fluid aus dem Behälter in Umlauf versetzt. Im Behälter oder in der Leitung zwischen dem Behälter und der Pumpe kann ein Filter vorgesehen sein.
  • Das Steuergehäuse 10 weist einen Fernseh-Bildschirm 94 und eine Tastatur 96 sowie eine handgeführte Steuereinheit 98 auf, die über eine fliegende Leitung 100 mit einem Verbindungsstecker 102 verbunden ist. Eine Bedienungsperson kann die Einheit 98 abnehmen und mit der Einheit 98 in der Hand zur Maschine gehen und durch Drükken entsprechender Knöpfe den Betrieb der Maschine einleiten oder stillsetzen. Das Gehäuse 10 nimmt ein rechnergestütztes Steuersystem zum Einspeisen von Steuersignalen und Energie in die Antriebe an der Maschine auf; zur Aufnahme von Signalen aus Wandlern werden Sensoren zum Erzeugen von Schalt-, Positions-, Betriebs-, Berühr- usw. -Signalenan der Maschine eingesetzt.
  • Eine Rechner-Tastatur und ein Rechner-Bildschirm können verwendet werden, um Daten für die anfängliche Einstellung der Maschinenfunktionen einzuführen und um die Spindeldrehzahlen, Vorschubgeschwindigkeiten, Hub und Folge von Ereignissen zu bestimmen.
  • Da es erforderlich ist, reine Luft in den Räumen zur Verfügung zu haben, wird die gesamte Maschine mit Ausnahme der Ecke, die die Steuereinheit sowie den Rechner-Bildschirm und die Tastatur aufweist, innerhalb eines externen Gehäuses angeordnet. Das externe Gehäuse ist in den Zeichnungen nicht dargestellt.
  • Die Führungsbahn 26, auf der der Aufspannkopf gleitet, ist vorgespannt und der Aufspannkopf wird von Server-Motoren angetrieben und mit einer Positions-Codiervorrichtung hoher Auflösung versehen, um eine sanfte Bewegung während der Interpolation der Achsbewegung zu erzielen.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird eine Schleif-Zustellung durch Kippen der Anordnungen 42 oder 48 in dem erforderlichen Maß erreicht, damit das Schleifelement, das von diesen Anordnungen aufgenommen wird, in Eingriff mit der Kante des Werkstükkes 36 gebracht wird. Obgleich die Bewegung nicht exakt linear ist, sondern bogenförmig, kann dies in den Steuersignalen durch das innerhalb des Gehäuses 10 aufgenommene Steuersystem erfaßt werden.
  • Während die Strahlen, z. B. 84 und 86, zum Einspeisen von Schneidfluid während des Schleifens verwendet werden können, können diese oder andere Strahlen auch verwendet werden, um Strahlen von Reinigungsfluid an die überstehende Lippe des Wafers zu richten, während er nach dem Schleifen weiter rotiert. Dies verhindert, dass Schleifrückstände die Rückseite des Wafers nach abwärts laufen, wenn er aus der Spannvorrichtung entfernt wird.
  • Schleifvorgänge
  • Gemäß der Erfindung werden die Kanten der Wafer-Werkstücke in typischer Weise in einem zweistufigen Vorgang geschliffen, wobei ein Grob-Einstechvorgang und ein zweiter Fein-Einstechvorgang durchgeführt wird, der einen raschen Vorschub der Schleifscheibe umfasst, bis ein Kontaktsensor eine Berührung mit dem Werkstück-Wafer detektiert. Die Achsposition der Schleifscheibe an der Berührstelle wird verwendet, um die Scheibenabnutzung zu überwachen und sicher zu stellen, dass das Material, das pro fertigen Schneidzyklus entfernt wird, konstant gehalten wird. Die Schleifscheibenformen werden durch Verwendung von metallgebundenen Diamant-Formscheiben aufrecht erhalten, die dauernd auf der Spannvorrichtung des Aufspannkopfes befestigt sind. Der Nachform-Prozess kann vollautomatisch durchgeführt und so programmiert werden, dass er bei jedem n-ten Wafer auftritt, oder jeweils dann, wenn das geschliffene Kantenprofil unbrauchbar wird (wie durch optische Überwachung des Scheiben-Kantenprofils festgestellt wird), oder wenn die Berührstelle eine übermäßige Scheibenabnutzung anzeigt.
  • Dämpfung
  • Um unerwünschte Vibrationen zu verringern und daraus entstehende Schleifschäden auf ein Minimum herab zu setzen, werden die baulichen Komponenten, die die Schleifmaschine ausmachen, mindestens teilweise mit Polymer-Beton gefüllt, insbesondere Abschnitte der Basis 22 und des Fundamentes 12 und erwünschtenfalls auch der Plattform 14.
  • Biegebefestigung der Teilgruppe
  • Die 4 und 5 zeigen, wie die beiden Abstützungen 42 und 48 für eine gelenkige Bewegung befestigt sind, um eine Scheiben-Zustellung zu ermöglichen. Wie in 4 gezeigt, sind die innenbordseitigen Kanten der beiden Abstützungen 42 und 48 mit der Plattform 14 mit Hilfe von Biegegelenken (auch als Streifen-Gelenke bezeichnet) verbunden, von denen zwei mit 102 und 104 dargestellt sind. Ein zweites Paar in gleicher Richtung wie die beiden in 4 gezeigten ist am anderen Ende der Abstützungen 42 und 48 näher der Maschinenbasis 22 vorgesehen.
  • Wie in 5 in vergrößertem Maßstab gezeigt, besitzt jedes Biegegelenk eine Metallplatte, von der ein zentrischer Bereich eingeschnürt ausgelegt ist, und bildet einen Abschnitt 106 mit verringerter Breite im Falle des Biegegelenkes 102 und einen Abschnitt 108 im Falle des Biegegelenkes 104 aus.
  • Die dickeren oberen und unteren Bereiche einer jeden Platte, die mit 110 und 112 im Falle des Biegegelenkes 102 sowie 114 und 116 im Falle des Biegegelenkes 104 bezeichnet sind, sind mit Hilfe von Schrauben, z. B. 118 und 120 im Falle des Biegegelenkes 102 einerseits mit einem Flansch 122, der einen integralen Teil der Anordnung 42 bildet und andererseits mit einem Metallblock 124, der seinerseits mit Hilfe von Schrauben, z. B. 126 und 128 mit der Plattform verbunden ist, verschraubt.
  • In gleicher Weise ist das Biegegelenk 104 mit einem Flansch 126 befestigt, der einen integralen Teil der Anordnung 48 bildet und von diesem Teil ausgeht.
  • Der Metallblock 124 ist in vertikaler Richtung von den Flanschen 122 und 126 versetzt, und der eingeschnürte Bereich 106 und 108 eines jeden Biegegelenkes ermöglicht eine Hn- und Herbewegung der Anordnung 42 oder 48 um den eingeschnürten Bereich 106 und 108 der Biegegelenke, die die Anordnung aus der Plattform 14 abstützen.
  • Während die Biegegelenke 102 und 104 ein Kippen der Anordnungen, wie durch Pfeile 130 und 132 in 5 bezeichnet, ermöglichen, lassen sie nicht einfach eine beliebige andere Bewegung der Anordnungen 42 und 48 relativ zu der Plattform 14 um eine andere Achse zu. Infolgedessen ist die Kopplung der Abstützungen 42 und 48 mit der Plattform 14 in allen Richtungen mit Ausnahme um die Gelenkachse, die von den Bereichen 106, 108 usw. mit reduziertem Abschnitt erzielt wird, sehr steif.
  • Zustellantrieb für die Teileinheiten
  • Eine Bewegung der Abstützungen 42 und 48 wird mit Hilfe einer Nocken-Mitnehmer-Vorrichtung erzielt, die zwischen jeder der Abstützungen und starren Anordnungen, die mit der Plattform 14 und dem Ende der Maschinenbasis 22 befestigt sind. Ein solcher Antrieb ist in 4 als in der Abstützung 42 vorgesehen dargestellt. Hier wird ein Nocken 134 von einer Welle 136 aufgenommen, die selbst in Lagern 138 und 140 gelagert ist und wird von einem Elektromotor 142 über eine torsionssteife Kupplung 144 angetrieben. Ein Mitnehmen 146, der auf einer Welle (nicht dargestellt) sitzt, ist in Lagern 148 und 150 gelagert und mit der Anordnung 142 befestigt.
  • Die Antriebs- und Lageranordnung, die den Nocken 134 enthält, ist innerhalb eines starren Baurahmens abgestützt, der mit 152 bezeichnet ist, und getrennt und im Abstand von dem übrigen Teil der Abstützung 42 angeordnet ist, derart, dass die Abstützung sich relativ zum Rahmen 152 bewegen kann, wie dies durch die Bewegung des Nockens 134 und Mitnehmers 146 bestimmt ist.
  • Die Rückführkraft wird durch eine Federvorrichtung bereitgestellt, die zwischen dem Rahmen 152 und der Abstützung 42 wirksam wird.
  • Die Abstützung 48 wird in ähnlicher Weise durch eine vergleichbare Anordnung angetrieben, die in einem Aufbau 154 aufgenommen ist, der in der Regel im ausgesparten Bereich der Abstützung 48 in 4 gezeigt ist.
  • Aus Vereinfachungsgründen ist ein Detail der Rückführfeder in Verbindung mit der Abstützung 48 dargestellt, es wird jedoch nicht versucht, dies in der Abstützung 42 darzustellen. Hier ist eine Druckstange 156 mit Hilfe eines Schraub-oder Bolzenendes 158 mit dem innenbordseitigen Bauteil 160 der Abstützung 48 befestigt und die Feder 162 ist innerhalb einer zylindrischen Aussparung 164 aufgenommen, die in dem Aufbau 154 ausgebildet ist. Ein Endbereich 166 mit verringertem Durchmesser verhindert, dass die Feder die Kammer 164 verlässt und eine unverlierbar befestigte Beilage 168 am außenbordseitigen Ende der Druckstange 156 hält die Feder unverlierbar fest. Eine Bewegung der Abstützung 48 in Richtung des Pfeiles 170 ergibt eine Kompression der Feder, die zu einer Rückstellkraft führt, um die Abstützung 48 in ihre normale aufrechte Position zurückzuführen, wenn die Nockensteuerkraft weggenommen wird.
  • 6 zeigt das obere Ende der Einheit 42 in größerem Maßstab, es wurden hierbei die gleichen Bezugsziffern zur Bezeichnung entsprechender Teile verwendet.
  • Nockenantrieb
  • 7 zeigt eine Seitenansicht des Endes der Maschine, die im Schnitt in 4 teilweise dargestellt ist, und zwar in einem leicht reduzierten Maßstab. Wie bei den anderen Ansichten ist die Ansicht teilweise herausgeschnitten dargestellt, so dass der Nockenantriebsmechanismus, der generell mit 170 bezeichnet ist, sichtbar wird, der auf den Aufbau 48 einwirkt und in 4 nicht gezeigt ist. Die gesicherte Beilage 168 ist auf der Seite des Antriebsmechanismus gezeigt.
  • 7 zeigt ferner die beiden Biegebefestigungen an der Basis der Abstützung 48, wobei der außenbordseitige Teil mit 104 und der innenbordseitige Teil mit 172 bezeichnet ist.
  • Wie bereits vorstehend ausgeführt, wird jede der Nockenantriebsanordnungen innerhalb eines starren Gehäuses 152 und 154 aufgenommen; letzteres ist deutlicher in 7 sichtbar, z. B. der horizontale Schenkel 174, über den er mit einer vorstehenden Platte vom Ende der Basis 22 aus verschraubt ist.
  • Des weiteren ist in 7 der Motor 176 zum Antrieb der Spannvorrichtung 178 dargestellt, von der die Kerb-Schleifspindel 180 vorsteht. Der Motor 176 wird innerhalb eines Gehäuses 52 aufgenommen, das vorstehend in Verbindung mit 1 beschrieben ist, und das Gehäuse gleitet längs einer Führungsbahn 50, wie vorher beschrieben.
  • 7 zeigt die Balgendichtung 82, die das Gehäuse 52 abdichtend mit der Öffnung im Gehäuse 72 befestigt, durch die der Motor 176 und die Spindel vorstehen.
  • Werkstück-Übertragung
  • Die Handhabung von kreisförmigen, plattenartigen Wafern aus Silizium mit einem Durchmesser von z. B. 100, 200 oder 300 mm oder darüber, wird durch eine Roboter-Handhabungsvorrichtung nach 8 erzielt. Diese Vorrichtung weist eine Basis 182 und einen Baurahmen 184 auf, der sich von der Basis nach oben erstreckt und eine Abstützung für eine lineare Führungsbahn ergibt, die allgemein mit 186 bezeichnet ist, längs der ein Schlitten 188 in Richtung des Pfeiles 190 verschiebbar ist. Ein zweiter Schieber 192 steht am Gehäuse 188 im rechten Winkel zur Führungsbahn 186 vor und ein Gleitbauteil 194 kann sich in Richtung des Pfeiles 196 entlang der Führungsbahn bewegen. Ein Arm 198 steht von dem Gehäuse 194 vor und ein damit verbundener Antrieb, der mit 200 bezeichnet ist, bewirkt eine Bewegung des Armes 198 in Richtung des Pfeiles 202. Elektrische Energie für die Antriebe 200 und die Antriebe im Gehäuse 188 wird über ein vieladriges Kabel 204 bereit gestellt, das in einem flexiblen Sicherheitsschutz 206 untergebracht ist, der mit der linearen Spur 186 befestigt ist.
  • Das untere Ende des Armes 198 ist eine Vakuum-Spannvorrichtung 208; durch entsprechendes Manövrieren der Schlitten 188 und 200 und des Armes 198 kann der Vakuumverschluss 208 vor einem Wafer 210 positioniert werden, der aufrecht in einer Abstütz-Hülse 212 gehalten wird. Eine leere Abstütz-Hülse ist bei 214 dargestellt, die zur Aufnahme eines bearbeiteten Wafers bereitsteht.
  • Die Basis 182 ist nahe dem Maschinenfundament 12 positioniert, von dem ein Teil in 8 dargestellt ist. Nach einem Bearbeitungsvorgang werden die beiden Teile des Gehäuses 72 getrennt, wie vorstehend in Verbindung mit den 1–3 beschrieben; dadurch bleibt das fertig bearbeitete Werkstück 36 frei liegend und kann von dem Arm 198 und der Vakuum-Spannvorrichtung 208 aufgenommen werden. Dabei wird der Übertragungsmechanismus nach 8 so betätigt, dass die Spannvorrichtung 208 gegenüber dem Wafer auf dem Aufspannkopf so positioniert wird, dass der fertig bearbeitete Wafer 36 wieder aufgenommen und in die leere Hülse 214 übertragen werden kann.
  • Eine Verschiebung des Schlittens 194 weiter nach außen auf die Hülse 212 positioniert die Spannvorrichtung 208 vor einem nicht bearbeiteten Werkstück 210 und kann nach dessen Aufnahme in die Überwachungsstation und im Anschluss daran an die Betriebs-umgebung der Schleifmaschine übertragen werden, damit es mit der Vakuum-Spannvorrichtung 30 anstelle des vorausgehenden Wafers 36 festgelegt und einem Schleifvorgang unterzogen werden kann.
  • Auf der Spur 216 können eine Vielzahl von Hülsen oder Kassetten vorgesehen sein und alle Werkstücke, die darin angeordnet sind, können entfernt, zentriert, geschliffen, geprüft und der Reihe nach wieder zurückgeführt werden.
  • Wenn für die Einrichtung in der vorbeschriebenen Weise ein Gesamtgehäuse vorgesehen ist, ist der Übertragungsmechanismus einschließlich der Basis 182 vorzugsweise innerhalb des Gehäuses angeordnet; eine selbstschließende Tür ist in der Öffnung vorgesehen, damit gereinigte Wafer eingesetzt und entfernt werden können.
  • Wafer-Zentrierung
  • Als Zwischenschritt vor und nach dem Schleifen (vorzugsweise während des Schleifens eines anderen Wafers) ist jeder Wafer in der Überwachungseinrichtung nach 9 und 10 so positioniert, dass die Mitte des Wafers bestimmt werden kann und es damit möglich ist, auf der Spannvorrichtung 30 für die Durchführung des Schleifvorganges eine exakte Positionierung zu erzielen und anschließend zu ermöglichen, dass das Kantenprofil des Wafers nach dem Schleifen geprüft wird, bevor der Wafer in die Speicherhülse zurückgeführt wird.
  • Werkstück-Überwachung
  • 9 zeigt in einer Gesamtansicht, wo die Überwachungseinrichtung in bezug auf die Schleifmaschine und das Robotersystem für die Wafer-Handhabung nach 8 sitzt. Es werden die gleichen Bezugsziffern wie vorher verwendet. Das Robotersystem für die Wafer-Handhabung ist im einzelnen in der gleichlaufenden Patentanmeldung GB-A-2316637 beschrieben.
  • Die Überwachungseinrichtung weist einen Ständer 218 auf, an dem ein Abstütz-Rahmen angeordnet ist, der eine Basis 220 und eine aufrecht stehende Platte 222 besitzt. Eine dreieckförmige Versteifungsplatte 224 erstreckt sich von der Rückseite der Platte 222 aus und die Teile 222 und 224 sind mit der Platte 220 bei 226 verschweißt.
  • Im Abstand von der vertikalen Kante 228 der Platte 222 ist ein Stützarm 230 vorgesehen und eine Anordnung 232 aus Lampe und Projektionslinse ist am oberen Ende des Armes 230 angebracht. Eine erste Kamera 234 mit einem Objektiv 236 ist auf der Platte 222 befestigt und ist auf die Kante der Scheibe 238 gerichtet, die durch die Lampe 232 von hinten beleuchtet wird.
  • Wie sich am besten aus 9 ergibt, ist ein Motor 240 auf der Rückseite der Platte 222 befestigt. Der Motor treibt eine Vakuum-Spannvorrichtung (nicht dargestellt) an, auf der die Scheibe 238, die überwacht werden soll, durch den Roboterarm 198 und die Vakuum-Spannvorrichtung 208 eingesetzt wird.
  • Der Wafer 238 wird durch Drehen des Motors 240 in Drehung versetzt. Durch eine derartige Positionierung, dass die Kante das Betrachtungsfeld der Kameraoptik 236 schneidet, können elektrische Signale am Kamera-Ausgang erzielt werden, die über ein Kabel 242 in die Signalanalyse-Einrichtung (nicht dargestellt) zur Verarbeitung der aus den Signalen gewonnenen Daten eingespeist werden.
  • Eine zweite Kamera 244 ist auf der Kante 228 der Stützplatte befestigt, um die Kante der Scheibe 238 tangential zu betrachten, damit Informationen über das Profil der Kante gewonnen werden. Die Scheibenkante wird über die Lampe 246 von hinten beleuchtet und Signale aus der Kamera 244 werden über ein Kabel 248 eingespeist. Die Energie für die Lampen 232 und 246 wird über die Kabel 250 und 252 eingespeist.
  • Ein Rechner 254 wird mit Signalen aus der Kamera 234 und über Kabel 242 und 248 gespeist und steuert die Kameras und ihre Lampen 232 und 246 über Rückführ-Signalpfade der Kabel 242 und 248 und über Kabel 250 und 252. Der Ausgang der Kamera 244 kann auf einem Monitor 256 dargestellt werden und das Profil der Kante des Wafers 238 ist mit 258 gezeigt, z. B. zusammen mit einer Schablone 260, 262, die vom Rechner erzeugt wird und die den Idealwinkel für die Seiten des Profils zeigt.
  • Werkstück-Zentrierung
  • Diese Zentrierung wird unter Verwendung des Roboter-Wafer-Handhabungssystems nach den 8–10 und der Signale aus der Kamera 234 erzielt, die gewonnen werden, wenn der kreisförmige Wafer durch sein Betrachtungsfeld hindurch in Drehung versetzt wird.
  • Sichtanzeige von Kerben und Flachstellen
  • 11 ist die Darstellung des Monitors 256, der den Ausgang aus der Kamera 234 anzeigt, wenn ein gekerbter Wafer seine Position auf der Vakuum-Spannvorrichtung (in 10 nicht dargestellt) einnimmt, auf der der Wafer 238 befestigt ist, wobei der Wafer so gedreht worden ist, dass die Kerbe im Betrachtungsfeld der Kamera liegt. Die Kerbe ist mit 264 sichtbar, und eine computergestützte Schablone (gestrichelt mit 266 und 268 gezeigt) ist dem Bild der Kerbe überlagert eingespielt, um die erforderlichen Winkel für die beiden Seiten der Kerbe aufzuzeigen. Zwei zusätzliche Schablonen-Linien sind mit 270 und 272 dargestellt, die die gewünschten Radien am Eintritt in die Kerbe zeigen, und es ist eine weitere Schablonenlinie 274 dargestellt, die den gewünschten Radius am Boden der Kerbe wiedergibt.
  • 12 zeigt eine ähnliche Ansicht des Monitors 256; dieses Mal ist ein Ende eines flachen Umfangsbereiches eines kreisförmigen Wafers, von der Kamera 234 aus gesehen, dargestellt. Hier wird die Sichtanzeige des Wafers durch die Bezugsziffer 276 bezeichnet und der flache Teil mit 278; die gewünschten Radien an den Enden der Flachstelle werden durch eine Schablonenlinie 280, die durch den Rechner generiert werden, wiedergegeben.
  • Wafer-Dickenmessung
  • 13 zeigt die Rückseite der Anordnung nach 10 und die Platte 222 sowie den Motor 240, der eine Vakuum-Spannvorrichtung 284 über einen Antrieb 286 antreibt.
  • Eine Fluid-Leitung 290 mit Strahl 292 dient dazu, einen Luftstrahl zum Reinigen und Trocknen der Kante des Wafers 238 zu liefern; der Durchfluss wird durch ein Ventil 294 gesteuert.
  • Es ist wichtig, die Dicke des Wafers 238 zu kennen, bevor der Wafer auf der Vakuum-Spannvorrichtung 30 am Aufspannkopf (siehe 1 und 2) befestigt wird, damit die erforderliche axiale Verschiebung des Aufspannkopfes oder der Werkstückspindel zur Erzielung eines exakten Eingriffes der entsprechenden Schleifnut mit der Kante der Scheibe durch das Steuersystem und entsprechende Antriebssignale bestimmt werden kann, die zur Verschiebung des Aufspannkopfes und der Werkstückspindel um den gewünschten Abstand erzeugt werden. Die Dicke wird unter Verwendung einer Sonde 296 bestimmt, die auf einer Spindel 298 aufgenommen ist, die ihrerseits in Führungen 300, 302 verschiebbar und mit Luftdruck über eine Leitung 304 in Eingriff mit der Stirnseite des Wafers 238 gebracht wird. Der Abstand, der gegenüber einer festen Ausgangsposition zurückgelegt wird, wird vermerkt.
  • Wenn die Messung der Bewegung um den gleichen Abstand ausgeführt wird, ohne dass der Wafer seine Position einnimmt, ist bei gegebenem Abstand von der festen Ausgangsposition zur Stirnseite der Spannvorrichtung 284 und da der Wafer 238 gegen diese Stirnfläche gehalten wird, wenn er seine Position einnimmt, die Differenz zwischen den beiden Abstandsmessungen gleich der Dicke des Wafers.
  • Der Abstand, um den die Sonde bewegt wird, wird durch einen die exakte Position feststellenden Codierer bestimmt, und die Signale, die über das Kabel 306 zum Rechner 254 eingespeist werden, wie auch die Dickenposition können auf dem Monitor dargestellt werden (falls dies erwünscht ist).
  • Der Rechner 254 kann einen Teil des rechnergestützten Steuersystems im Gehäuse 10 (siehe 1) bilden, und/oder Signale, die von dem Rechner 254 erzeugt werden, können in das rechnergestützte Steuersystem in 10 eingespeist werden, so dass die Dickendimension für die Steuerung der axialen Verschiebung des Aufspannkopfes oder der Werkstückspindel-Anordnung zur Verfügung steht.
  • Mehrfachschleifscheiben-Anordnung
  • Um Maschinenstillstandszeiten einzusparen, kann die Schleifscheibe aus einem Sandwich von unterschiedlichen Schleifscheiben hergestellt werden, deren jede einem bestimmten Zweck zugeordnet ist.
  • Eine derartige Scheibe ist mit 308 in 14 gezeigt, bei der ein Sandwich aus vier Scheibenabschnitten gezeigt ist.
  • Die primäre Scheibe 310 ist eine harzgebundene CBN-Scheibe mit sechs Schleifnuten auf der zylindrischen Oberfläche, von denen eine mit 312 gezeigt ist. Dies ist der Scheibenabschnitt, der verwendet wird, um die Kante eines Wafers zu schleifen, was nur eine geringe Materialabnahme erfordert, bevor der Vorgang des Fertigschleifens beginnt.
  • Der Scheibenabschnitt 314 ist eine Diamantscheibe, die drei Nuten enthält, von denen eine mit Ziffer 316 bezeichnet ist. Dieser Abschnitt wird verwendet, um die Wafer-Kante fertig zu schleifen.
  • Beide Scheiben können eine beliebige Anzahl von Nuten haben, typischerweise im Bereich von 1–10.
  • Der Scheibenabschnitt 318 ist eine metallgebundene CBN- oder Diamant-Scheibe mit einer einzelnen Nut 320, die eine optionale Scheibe ist, die verwendet werden kann, um ein Grobschleifen einer Wafer-Kante durchzuführen, bevor die weichere harzgebundene Scheibe 310 eingesetzt wird.
  • Der Scheibenabschnitt 322 ist eine weitere optionale Scheibe, die typischerweise aus Ceriumoxid besteht, die verwendet werden kann, um die Wafer-Kante zu polieren, nachdem ein Fertigschleifen durch den Scheibenabschnitt 314 erfolgt ist, indem die Scheibenspindel mit einer entsprechenden Drehzahl in Umlauf gesetzt wird.
  • Kerb-Schleifscheibe
  • 15 zeigt eine Kerb-Schleifscheibe 324 in etwa ähnlichem Maßstab, die am Ende einer Spindel 326 befestigt ist. Die „konkave" ringförmige Schleiffläche ist typischerweise mit Diamant plattiert.
  • Scheiben-Schlichtvorgang
  • Wie in 16 gezeigt, ist (sind) die Schlicht/Form-Scheibe(n) auf der gleichen Spindel wie die Vakuum-Spannvorrichtung befestigt, mit der das (die) Werkstück(e)/Wafer 36 befestigt werden.
  • Typischerweise ist die Schlicht/Form-Scheibe eine zweiteilige Anordnung, die besteht aus
    • (a) einer metallgebundenen Diamantscheibe 328 für das Grobschleifen von Nuten im CBN-Scheibenabschnitt 310 der 14, und
    • (b) einer metallgebundenen Diamantscheibe 330, die eine Schleifkörnung mit wesentlich kleinerem Durchmesser hat und die in der Lage ist, die Nuten, z. B. 312, im CBN-Scheibenabschnitt 310 der 14 fein zu schleifen.
  • Eine CBN-Schleifscheibe, z. B. der Abschnitt 310 in 14 wird normalerweise mit Nuten, z. B. 312, ausgebildet, und nach dem Befestigen eines neuen CBN-Schleifabschnittes 310 besteht der erste Schritt darin, dass Nuten, z. B. 312, darauf ausgebildet werden. Dies wird unter Verwendung einer Scheibe 328 der 16 und dann der Scheibe 330 erreicht.
  • Nachdem in den Nuten in 310 ein Verschleiß aufgetreten ist, wird die Scheibe 330 verwendet, um die Nuten in der erforderlichen Weise zu schlichten und nachzuformen.
  • Beide Formscheiben haben Zugang zu beiden Schleifscheiben. In konventioneller Weise werden beide Formscheiben verwendet, um sowohl die Grob-(CBN)-Schleifscheibe als auch die Fein-(Diamant)-Schleifscheibe zu formen.
  • Zwischen-Wafer-Speicher
  • Wie in 17 dargestellt, ist unterhalb der in 13 gezeigten Stelle der Dickenmess-Sonde ein offenes, oberes, rechteckförmiges Gehäuse 332 gezeigt, in das die Wafer mit Hilfe des Armes 198 abgesenkt werden.
  • In das Gehäuse reicht eine Spindel 334 und eine Vakuum-Spannvorrichtung 336, auf der Wafer gezogen und gehalten werden können und durch die solche Wafer in Drehung versetzt werden. Der Antrieb für die Spindel 334 kann z. B. über den Motor 240 erfolgen.
  • In das Gehäuse 332 reicht ein Strahl 338, der mit Fluid unter Druck gespeist werden kann, z. B. mit Wasser oder Luft; der Strahl wird gegen die Stirnfläche und den Kantenbereich der Wafer, die auf der Spannvorrichtung befestigt sind, gerichtet. Ein solcher Wafer ist mit 340 bezeichnet. Ein Abfluss 342 führt überschüssiges Fluid ab.
  • Das Gehäuse und die Vakuum-Spannvorrichtung ergeben eine zweckmäßige Bevorratungsstelle für Wafer, die an der Kante geschliffen worden sind und die darauf warten, dass sie in die Vakuum-Spannvorrichtung 284 der Überwachungseinrichtung verbracht werden, wo das Kantenprofil überwacht wird, oder aber die überwacht worden sind und die darauf warten, dass sie in ihre Hülse, z. B. 214 in 8 zurückgeführt werden.

Claims (2)

  1. Ein Verfahren zum Schleifen der Kante eines Siliciumwafer-Werkstückes mit zwei Stufen, einer ersten, bei der eine Metall- oder harzgebundene Kohlenstoffbornitridscheibe zum Vorschleifen der Werkstückkante vorgeschoben wird, und einer zweiten Stufe, bei der eine harzgebundene Kohlenstoffbornitrid- oder besser noch eine harzgebundene Diamantscheibe zum Fertigschleifen der Kante vorgeschoben wird.
  2. Das Verfahren nach Anspruch 1 weiter mit der Stufe des Formens oder Nachformens beider Schleifscheiben, mit den Scheiben in situ auf der Maschine, durch Einstechschleifen der gewünschten Form in der Kante jeder Schleifscheibe mit Verwendung einer Formscheibe.
DE69726620T 1996-06-15 1997-06-11 Schleifen von Silizium-Wafer-Werkstücken Expired - Fee Related DE69726620T2 (de)

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