WO2007079978A1 - Bearbeiten von wafern in einer aufspannung - Google Patents

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WO2007079978A1
WO2007079978A1 PCT/EP2006/012597 EP2006012597W WO2007079978A1 WO 2007079978 A1 WO2007079978 A1 WO 2007079978A1 EP 2006012597 W EP2006012597 W EP 2006012597W WO 2007079978 A1 WO2007079978 A1 WO 2007079978A1
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WO
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workpiece
wafer
spindle
tool
clamping table
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/012597
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English (en)
French (fr)
Inventor
Roy Keipke
Christoph Mueller
Original Assignee
Supfina Grieshaber Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
    • B24B7/20—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground
    • B24B7/22—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain
    • B24B7/228—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain for grinding thin, brittle parts, e.g. semiconductors, wafers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B27/00—Other grinding machines or devices
    • B24B27/0076—Other grinding machines or devices grinding machines comprising two or more grinding tools

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for processing flat and thin workpieces.
  • These may be, for example, wafers, which are needed for the production of chips.
  • Usual thicknesses of such wafers are currently in the so-called front end of the wafer processing at about 800 microns and in the back at 150 microns to 25 microns.
  • Wafers are made of brittle materials, such as silicon.
  • the highest demands are placed on the flatness, thickness and surface quality of the wafers.
  • the term "workpiece" always includes wafers.
  • Edge chipping may occur at the edges of the workpieces.
  • the edge of the workpiece can become extremely sharp. Both can also accelerate a crack propagation and thus a breakage of the workpieces. From the above it is clear that every transport but even the cleaning of the workpiece carries a great risk that the workpiece is damaged.
  • the wafer is removed from the wafer cassette by a robot and loaded to the wafer mounting table. There, the wafer is clamped on its chip-structured side, which is covered with a protective film, and then ground. Subsequently, the wafer is transported by the robot to a cleaning device, where it is cleaned and dried, and then re-loaded by the robot to the wafer cassette.
  • the wafer is removed from the wafer cassette by a robot and loaded to the wafer mounting table. There, the wafer is stretched and honed or polished. Subsequently, the wafer is transported by the robot to a cleaning device, where it is cleaned and dried, and then re-loaded by the robot to the wafer cassette. 5. Transporting the wafer cassette from the fine grinding or polishing machine to an etching apparatus.
  • the wafer is removed from the wafer cassette by a robot and transported into an etching bath. After etching, the wafer is transported by the robot to a cleaning device where it is cleaned and dried, and then transported by the robot back to the wafer cassette.
  • the wafer is removed from the wafer cassette by a robot and conveyed to the wafer setting table. There, the wafer is stretched and the wafer edge is removed. The wafer is then transported by the robot to a cleaning device where it is cleaned and dried, and then transported by the robot back to the wafer cassette.
  • the wafer is then mounted on the wafer-mounting table with the protective-film-facing side.
  • the alignment of the dicing paths of the wafer to the cutting blade / laser can be constantly monitored by means of optical monitoring.
  • the wafer is removed from the wafer cassette by a robot and used for Waferaufspanntisch conveyed. There, the wafer is aligned, clamped and the chips cut out of the wafer. The wafer is then transported by the robot to a cleaning device where it is cleaned and dried, and then transported by the robot back to the wafer cassette. 12. Remove the wafer cassette from the dicing system.
  • the invention is based on the object to provide a method and an apparatus which at least partially eliminate the disadvantages known from the prior art.
  • the wafer is removed from the wafer cassette by the robot and transported to the wafer-loading table. Subsequently, the wafer is processed in one clamping. First, the wafer is thinned by grinding with the first tool and then finely ground or polished with the second tool. Thereafter, the surface of the wafer is rinsed or dipping / flooding with an etchant. Etching is stopped by wetting the surface with water or a neutralizing agent.
  • the edge of the wafer can be removed with a laser cutting device. If necessary, the wafer can then be divided into its integrated circuits (so-called chips) with the same laser cutting device. This splitting is referred to as "dicing".
  • the robot then transports the wafer to the so-called spin-rinse dryer, where it is cleaned and dried and transported from the robot to the wafer cassette.
  • the etching can also take place only after the wafer edge removal in the spin rinse dryer.
  • This at least one spin-rinse-Dryer is a cleaner, dryer and possibly also etching chamber in a structural unit and belongs to the wafer processing center, as well as a wafer transport system, such.
  • the purpose of the invention is to combine currently taking place on separate machines wafer processing process steps to realize them in only one machine.
  • the machine according to the invention requires - if at all - only slightly more floor space and space than a comparable conventional grinding machine. Thereby the clean room required for the entire machining process is significantly reduced.
  • the machine according to the invention provides, inter alia, the following advantages:
  • the device of the invention also allows a flexible sequence of process steps in the workpiece machining.
  • Fig. 1 an isometric view of an inventive
  • Fig. 2 a side view of an inventive
  • FIG. 4 a detail of FIG. 1 (for better illustration, some parts are hidden)
  • FIG. 5 shows a detail of FIG. 1 (for better illustration, some parts are hidden)
  • Fig. 8 force measuring devices, adjusting device 21 and
  • Fig. 9 is a single force measuring device
  • FIG. 1 shows an isometric view of a processing device according to the invention.
  • a robot, a cleaner, one or more wafer cassettes, and a prealigner are not shown. These assemblies are arranged substantially to the left in front of the processing device.
  • the exemplary embodiment of a device according to the invention for processing wafers shown in FIG. 1 has a frame 1.
  • a workpiece carriage 2 with guide and drive and a tool slide 3 with guide and drive are arranged.
  • a Werkstuckspindel 16 On the workpiece Stittenschlitten 2 a Maschinenstuckspindel 16 is arranged.
  • a Maschinenstuckspmdel 16 On the Werkstuckspmdel 16 a Maschinenstucketzspanntisch 11 is arranged.
  • An axis of rotation of the Werkstuckspmdel 16 runs in the direction of the Z-axis.
  • the Maschinenstuckspmdel 16 is preferably fluidly mounted and allows speeds of at least 1000 revolutions per minute.
  • a speed control in the Maschinenstuckspmdel 16 allows the spindle to drive at all speeds between 0 U / mm and maximum speed.
  • the Werkstuckspmdel 16 may also be stored magnetic, rolling or hybrid.
  • the Werkstuckspmdel 16 is driven directly by a motor that allows a very exact Wmkelpositiontechnik.
  • the Werkstuckspmdel 16 is designed as Hohlspmdel, d. H. it has on its axis of rotation over the Spmdellange continuous bore, which is fluid-tight, so that the bore can serve as a fluid line.
  • a rotary feedthrough is arranged at the workpiece end facing away from the spindle.
  • the cavity in the spindle and the Dreh bezelung are designed as a multi-conductor system; if necessary, only one emitter system can be integrated.
  • 16 can be hm misgebowt by the Werkstuckspmdel 16 fluids. These fluids may for example be used to clean the porous workpiece clamping table 11 and may be water, compressed air,
  • Workpiece thickness measuring unit 13 a workpiece spindle 16, a tool conditioning unit 17 and an adjusting device 21, to move in the direction of an X-axis by means of a servo motor relative to the frame 1 and to position very accurately.
  • the assemblies provided with the reference numerals 5a, 6, 11, 13, 15, 16, 17 and 21 are arranged on the movable part 2a of the workpiece carriage 2. They will be explained in more detail below.
  • a workpiece clamping table 11 is mounted within the working chamber 5 on the workpiece carriage 2 and the workpiece spindle 16.
  • the workpieces (not shown) are attached during machining.
  • the workpiece holder 11 can be used as an air-permeable porous plate be formed, which holds the wafer by a vacuum.
  • a workpiece holder conditioning unit 9 On the frame 5b of the working chamber 5 are a workpiece holder conditioning unit 9, a
  • Recognition device 10 a cleaning brush 12 and a laser cutting unit 14 attached.
  • the recognition device 10 comprises a high-resolution video camera and an evaluation device, not shown, with suitable software and makes it possible, among other things, to detect the outline of the wafers.
  • the recognition device 10 is coupled to the higher-level machine control (not shown) or integrated in it.
  • the recognition of the outline of the wafer by the recognition device 10 serves to detect the wafer diameter and the notch or fiat of the wafer to be processed.
  • the notchs or fiat's provide information on the orientation of the wafer material's structure and the orientation of the chips on the wafer. Thus, they are information carriers about the dicing roads, i. H. of the space reserved for cutting the chips. Therefore, this information is especially important for dicing the wafer.
  • This geometric data of the wafer can be detected even when the wafer is inputted by the robot, which transports the wafer from a (wafer) cassette to the workpiece chuck table 11, even before the wafer is deposited on the workpiece chuck table 11.
  • the wafer outline data With the wafer outline data, the positional data of the robot gripper that transports and positions the wafer from the cassette to the workpiece chuck table, the angular position of the workpiece spindle 16, and the position of the workpiece carriage 2a, the wafer can accurately register by means of the machine control coupled to all these assemblies the workpiece clamping table 11 are positioned.
  • the position of the wafer can be aligned exactly to a laser cutting unit 14, whereby the wafer edge removal, including edge removal in the area of Notchs or Fiat can be implemented.
  • a workpiece thickness gauge 13 serves to measure the thickness of the workpieces. On the basis of the thickness of the workpiece detected by the workpiece thickness measuring device 13, the feed of a tool spindle 4 takes place.
  • the working chamber 5 is splash-proof and has an extraction, a drain and a workpiece loading hatch 22 and a tool change hatch 15.
  • a plurality of nozzles 6 are provided, which can be acted upon by different fluids. For example, etching liquid, a cleaning liquid, in particular water, or air for drying the workpieces into the working chamber 5 can be sprayed or blown through the nozzles 6.
  • the control of the fluids delivered through the nozzles is accomplished by suitable fluid circuitry known in the art.
  • a tool spindle 4 is arranged on a tool slide 3.
  • the tool spindle 4 may be supported by a slide bearing, magnetic bearing, rolling bearing or hybrid storage.
  • the tool spindle 4 is designed as a double spindle. This means that the tool spindle 4 has two concentric tool holders each. A tool can be attached to both tool holders. Common combinations of tools are a grinding wheel and a polishing wheel or wheel for roughing and a grinding wheel for finishing.
  • One of the two tool holders is mounted axially displaceably in the tool spindle 4 in the direction of the Z-axis. This makes it possible to adjust the tool belonging to this tool holder axially so that it is closer to the workpiece surface to be machined or further away from the workpiece surface to be machined than the other tool. Through this axial adjustment, the tools can be activated and deactivated.
  • the tool spindle 4 is preferably mounted fluidically and allows speeds of at least 7000 revolutions per minute.
  • a speed control in the tool spindle 4 allows the spindle to drive at all speeds between 0 rpm and maximum speed.
  • gases such as air
  • a liquid such as water
  • each of the tool holders has a separate drive or that a common drive is provided for both tool holders.
  • the tool spindle 4 is designed as a hollow spindle. This cavity is fluid-tight. At the end of the tool facing away from the Spindle is arranged a Dreh barnbuchung. The cavity in the spindle and the Dreh malschreibung are as
  • Multi-conductor system executed; if required, only one single-line system can be integrated.
  • 4 fluids can be passed through the tool spindle. These fluids may be needed in the individual process steps. So when grinding z.
  • As water when polishing slurry, when etching etching agent, for fixing tools vacuum, for blowing off the workpiece and for blowing out the fluid channel compressed air needed.
  • the conditioning device 9 and the brush 12 can be delivered in the direction of the Z axis to such an extent that they touch the workpiece clamping plate.
  • the brush 12 can rotate while a whetstone of the
  • the brush 12 can also be used for cleaning a wafer mounted on the wafer-mounting table 11.
  • the contact pressure of both the Abziehsteins the Konditionieremheit 9 and the brush 12 can be adjusted specifically. It has proved to be advantageous when the whetstone in the
  • machining of a workpiece can be carried out in the processing device according to the invention in the following process steps
  • the workpiece clamping table 11 is cleaned with the brush 12 and fluids, in particular air and / or water.
  • the workpiece clamping table 11 is positioned by means of the workpiece carriage 2 so that it enters the working area of the brush 12 and this cleans the entire workpiece clamping table 11.
  • the workpiece clamping table 11 is set in rotation by the workpiece spindle 16.
  • the workpiece clamping table 11 can also be completely conditioned with the conditioning unit 9 and with fluids (air, water), i. H. be removed, so that in the porous workpiece clamping plate stuck and projecting beyond its surface particles are removed.
  • the workpiece carriage 2 is positioned so that the workpiece clamping table 11 enters the working area of the conditioning device 9.
  • the cleaning and conditioning can also be reversed or repeated in their order.
  • the water is spun off from the workpiece chucking table 11 by rotation of the workpiece chucking table 11, sucked off by the workpiece spindle 16 and / or blown off with nozzles 6.
  • the workpiece is positioned on the workpiece chuck table 11. This happens in the wafer production by a robot or an automatic handling machine.
  • the processing of the wafer is subdivided into the following process steps: front side grinding, front side polishing, CMP, etching, wafer edge removal and dicing.
  • the wafer is moved by means of the workpiece carriage 2 to the individual processing units.
  • the wafer can be cleaned again and again by rotation with the aid of the workpiece spindle 16 (spinning), spraying and blowing with nozzles 6 and brushes with the brush 12.
  • the etching never takes place before grinding. However, the etching can already be started during the polishing. In this case, the etching can take place by partial flooding of the working chamber 5 and / or by spraying the wafer over the tool spindle 4 and the nozzles 6.
  • etching may begin during or after face grinding.
  • CMP chemical-mechanical polishing
  • Wafer edge removal and dicing takes place
  • the laser cutting unit 14 can be better utilized.
  • Variant 1 face grinding, face polishing, etching, wafer edge removal and dicing.
  • Variant 2 face grinding, face CMP, etching, wafer edge removal and dicing.
  • Variant 3 face polishing, face CMP, etching, wafer edge removal and dicing.
  • the required relative movements of the wafer to the processing stations are performed by the tool carriage 3, the workpiece carriage 2, the tool spindle 4 and / or the workpiece spindle 16.
  • the various devices such as, for example, the tool spindle 4 with the tools, the brush 12, the conditioning device 9, a thickness measuring device 13 are wholly or partially integrated into the working chamber 5 or only with the important parts for workpiece machining.
  • drives and guides are arranged outside the working chamber 5, so that they do not come into contact with the grinding abrasion-containing grinding water or the etching liquids.
  • the laser cutting unit 14 can be equipped with additional own drives and guides. As a result, additional relative movements between laser cutting unit 14 and workpiece clamping table 11, or wafer, could be realized. By adjusting the cutting speed and power of the laser 14, the depth of cut can be adjusted. This makes it possible to selectively cut / notch the wafer or to cut it completely with only one cut.
  • the laser beam emitted by the laser cutting device 14 is passed through a liquid jet specially created for it.
  • the laser beam is guided by total reflection at the surface of the liquid jet. Since the temperature of this liquid jet can be adjusted with a laser beam to be similar to that of FIG With the exception of the material to be removed and an extremely narrow area next to the cut surface, the components to be cut are not heated, so the liquid also serves as a coolant and means for removing the melt.
  • Another advantage of this design is that no molten and spewing material settles on the adjacent workpiece surfaces, as may occur, for example, in laser assisted lasering.
  • the liquid may be subjected to a special treatment, such as pressure increase, degassing, tempering and / or deionization.
  • the processing device according to the invention has a modular structure, so that, for example, the laser cutting device 14 can be omitted or retrofitted.
  • Machining tools can also be a tool spindle with only one tool (not shown) integrated into the machine. In this case, then only one of the processes grinding, polishing or CMP can be performed.
  • the degree of automation and the flexibility of the processing device according to the invention can be further increased if it is provided with an automatic tool changing device 18.
  • an automatic tool changing device 18 grinding wheels, polishing wheels and CMP polishing pads can be replaced fully automatically with their holders.
  • the required from time to time dressing or conditioning of the grinding wheel or the polishing tool can be done by an automatic tool conditioning unit 17.
  • the customer can also on the
  • Tool conditioning unit 17 waive and instead between the workpiece changes to condition the grinding wheel or the polishing tool a corresponding tool, eg. As a dressing wheel, attach to the workpiece clamping table 11.
  • a corresponding tool eg. As a dressing wheel
  • the dressing wheel can be positioned manually or by the robot on the workpiece mounting table 11.
  • an adjusting device 21 according to the invention is shown in detail.
  • the adjusting mechanism of the adjusting device 21 is based on the fact that the rotational movement is transmitted from a motor 30 to a threaded spindle 31.
  • This threaded spindle 31 displaces a movable wedge 32 against a wedge 33.
  • the wedge 33 is fixed on one side with a plate 36, whereby the wedge 33 is displaced with the plate 36 in its vertical position. Because the plate 36 is connected to a hinge 34 on the opposite side, when the wedges are displaced relative to each other, the plate makes a rotation about the hinge 34 with the accuracy indicated above.
  • Two such adjusting mechanisms are arranged one above the other in the adjusting device 21.
  • the adjusting device 21 does not necessarily have to be arranged between the working chamber 5a and the workpiece carriage 2a. It could, for example, be arranged between the tool carriage 5b and the frame 1 or the workpiece spindle 16 and the working chamber 5a.
  • the device according to the invention also allows the measurement of the machining forces occurring during grinding / polishing.
  • FIG. 8 shows part of the device according to the invention without the working chamber 5.
  • the workpiece carriage 2 On the workpiece carriage 2, the adjusting device 21 is arranged. Between the movable part 5a of the working chamber 5 and an uppermost plate 37 of the adjusting device 21, three or, if necessary, four load cells 50 are arranged.
  • the load cells 50 may, for. B. on a force sensor receiving flange 51 on the plate 37 are screwed frontally.
  • All load cells 50 simultaneously measure the machining forces, the sum of the individual forces gives the total machining force. Since all load cells 50 are coupled to the machine control, the machining of the workpiece can be controlled by force.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern (18) vorgeschlagen in der ein Vielzahl von Bearbeitungschritten ohne Umspannen des Wafers (18) vorgenommen werden können.

Description

Bearbeiten von Wafern in einer Aufspannung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung flacher und dünner Werkstücke. Dies können zum Beispiel Wafer sein, die zur Herstellung von Chips benötigt werden. Übliche Dicken solcher Wafer liegen heutzutage im sog. Frontend der Waferbearbeitung bei ca. 800 μm und im Backend bei 150 μm bis 25 μm. Wafer werden aus spröden Werkstoffen, wie zum Beispiel Silizium hergestellt. Gleichzeitig werden höchste Anforderungen an die Ebenheit, Dicke und Oberflächengüte der Wafer gestellt. Im Zusammenhang mit der Erfindung umfasst der Begriff eines „Werkstücks" stets auch Wafer.
Beim Schleifen von Werkstücken werden in der geschliffenen Werkstückoberfläche durch die Schleifbearbeitung Riefen und Mikrorisse eingebracht sowie die atomaren Strukturen durch Mikrozerrüttung verändert. Dadurch werden Spannungen in dem Werkstück induziert, die dazu führen, dass sich die dünnen Werkstücke verformen und noch bruchempfindlicher werden.
An den Rändern der Werkstücke können durch das Schleifen Kantenausbrüche auftreten. Bei stark gedünnten Werkstücken, die nur Bruchteile von Millimetern dick sind, kann die Werkstückkante extrem scharf werden. Beides kann ebenfalls eine Rissausbreitung und damit ein Brechen der Werkstücke beschleunigen. Aus dem zuvor Gesagten wird deutlich, dass jeder Transport aber auch schon das Reinigen des Werkstücks ein großes Risiko birgt, dass das Werkstück beschädigt wird.
Deshalb werden die atomar gestörten Bereiche und die Mikrorisse in nachgelagerten Bearbeitungsschritten aus der geschliffenen Werkstuckoberflache entfernt. Dies geschieht in der Praxis z. B. durch Atzen, Polieren oder chemischmechanisches Polieren (CMP) .
Nach dem Schleifen und zwischen den nachgelagerten Bearbeitungsschritten finden in der Regel jeweils ein Transport und eine Reinigung des Werkstucks statt .
Nachfolgend wird ein typischer, heutzutage üblicher Ausschnitt einer Prozesskette der Waferbearbeitung m der Backend-Fertigung stichwortartig erläutert. Dieser Ausschnitt der Waferbearbeitungsprozesskette erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und es müssen nicht immer alle diese Arbeitsschritte durchgeführt werden.
1. Waferkassette mit Wafern zu einer Schleifmaschine transportieren und in dieser positionieren.
2. Dünnen des Si-Substrates des Wafers durch grobes Stirnseitenschleifen . Dazu wird der Wafer von einem Roboter aus der Waferkassette entnommen und zum Waferaufspanntisch befordert. Dort wird der Wafer auf seiner mit Chips strukturierten Seite, die mit einer Schutzfolie abgedeckt ist, aufgespannt und dann geschliffen. Anschließend wird der Wafer vom Roboter zu einer Reinigungseinrichtung transportiert, dort gereinigt und getrocknet, und vom Roboter wieder zur Waferkassette befordert.
3. Transportieren der Waferkassette von der Schleifmaschine zu einer Feinschleif- oder Poliermaschme .
4. Entfernen der bruchigen Si-Substratoberflache des Wafers durch feines Stirnseitenschleifen oder -polieren. Dazu wird der Wafer von einem Roboter aus der Waferkassette entnommen und zum Waferaufspanntisch befordert. Dort wird der Wafer gespannt und feingeschliffen oder poliert. Anschließend wird der Wafer vom Roboter zu einer Reinigungseinrichtung transportiert, dort gereinigt und getrocknet, und vom Roboter wieder zur Waferkassette befordert. 5. Transportieren der Waferkassette von der Feinschleif- oder Poliermaschine zu einer Ätzapparatur.
6. Entfernen der brüchigen Si-Substratoberflache des Wafers durch Ätzen. Dazu wird der Wafer von einem Roboter aus der Waferkassette entnommen und in ein Ätzbad befördert. Nach dem Ätzen wird der Wafer vom Roboter zu einer Reinigungseinrichtung transportiert, dort gereinigt und getrocknet, und vom Roboter wieder zur Waferkassette befördert .
7. Transportieren der Waferkassette von der Ätzapparatur zu einer Kantenschneideinrichtung.
8. Entfernen der brüchigen und messerscharfen Kante des Wafers durch eine Kantenschneideinrichtung. Dazu wird der Wafer von einem Roboter aus der Waferkassette entnommen und zum Waferaufspanntisch befördert. Dort wird der Wafer gespannt und der Waferrand wird entfernt. Anschließend wird der Wafer vom Roboter zu einer Reinigungseinrichtung transportiert, dort gereinigt und getrocknet, und vom Roboter wieder zur Waferkassette befördert.
9. Transportieren der Waferkassette von der
Kantenschneideinrichtung zum sog. Umtapen. Häufig wird vor dem Rückseitendünnen durch Schleifen, auf der gegenüber liegenden Waferseite, also auf der Seite, auf der die Chips aufgebracht sind, eine Schutzfolie (Tape) aufgebracht. Vor dem Dicen wird diese Schutzfolie entfernt und auf der anderen Waferseite, also der gedünnten Seite, eine neue Schutzfolie
(Tape) aufgebracht. Beim nachfolgenden Dicen, wird der Wafer dann mit der schutzfolienbehafteten Seite auf dem Waferaufspanntisch befestigt. So kann beim nachfolgenden Dicen, das Ausrichten der Dicing-Straßen des Wafers zum Schneidblatt/-laser , mittels optischer Überwachung, ständig kontrolliert werden.
10. Transportieren der Waferkassette von der Umtapeeinrichtung zum Dicingsystem.
11. Ausschneiden der Chips aus dem Wafer. Dazu wird der Wafer von einem Roboter aus der Waferkassette entnommen und zum Waferaufspanntisch befördert. Dort wird der Wafer ausgerichtet, gespannt und die Chips aus dem Wafer herausgeschnitten. Anschließend wird der Wafer vom Roboter zu einer Reinigungseinrichtung transportiert, dort gereinigt und getrocknet, und vom Roboter wieder zur Waferkassette befördert . 12. Entnehmen der Waferkassette aus dem Dicingsystem.
Aus dieser Aufzählung werden die Nachteile dieser Bearbeitung offensichtlich: Es wird eine Vielzahl von Maschinen und Bearbeitungsstationen benötigt, was erhebliche Investitionen erfordert und einen großen Bedarf an Stellfläche mit sich bringt. Da die Bearbeitung in einem Reinraum erfolgen muss, verursacht auch das Bereitstellen der erforderlichen Stellfläche erhebliche Kosten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile mindestens teilweise beseitigen .
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens können die gleichen Bearbeitungsschritte in den drei nachfolgend skizzierten Bearbeitungsschritten und in einer Aufspannung des Wafers vorgenommen werden:
1. Waferkassette zur Bearbeitungsvorrichtung transportieren und in dieser positionieren.
2. Der Wafer wird vom Roboter aus der Waferkassette entnommen und zum Waferaufspanntisch befördert. Anschließend wird der Wafer in einer Aufspannung bearbeitet. Zuerst wird der Wafer durch Schleifen mit dem ersten Werkzeug ausgedünnt und anschließend mit dem zweiten Werkzeug feingeschliffen oder poliert. Danach wird die Oberfläche des Wafers durch Spülen oder Tauchen/Fluten mit einem Ätzmittel behandelt. Gestoppt wird das Ätzen durch Benetzen der Oberfläche mit Wasser oder einem Neutralisationsmittel.
In einem weiteren Bearbeitungsschritt und in der gleichen Aufspannung kann der Rand des Wafers mit einer Laserschneideinrichtung entfernt werden. Falls erforderlich kann der Wafer mit der gleichen Laserschneideinrichtung anschließend in seine integrierten Schaltkreise (sog. Chips) aufgeteilt werden. Dieses Aufteilen wird als „Dicen" bezeichnet .
Anschließend wird der Wafer vom Roboter zum sog. Spin-Rinse- Dryer transportiert, dort gereinigt und getrocknet und vom Roboter zur Waferkassette befördert.
3. Waferkassette aus Bearbeitungszentrum entnehmen.
Bei einer abgewandelten Form dieser Prozesskette kann zum minimieren der Aufenthaltsdauer des Wafer in der Arbeitskammer und damit zum Erhöhen des Maschinendurchsatzes, das Ätzen auch erst nach dem Waferrandentfernen in dem Spin- Rinse-Dryer erfolgen. Dieser mindestens eine Spin-Rinse-Dryer ist ein Reiniger, Trockner und evtl. auch Ätzkammer in einer Baueinheit und gehört genauso zum Waferbearbeitungszentrum, wie ein Wafertransportsystem, z. B. Roboter, eine Waferkassettenaufnahme, evtl. ein Prealigner zum Ausrichten des Wafers, und ein oder mehrere der erfindungsgemäßen Waferbearbeitungszentren .
Sinn der Erfindung ist es, derzeit auf separaten Maschinen stattfindende Waferbearbeitungsprozessschritte zusammenzufassen, um sie in nur einer Maschine zu realisieren. Die erfindungsgemäße Maschine benötigt - wenn überhaupt - nur unwesentlich mehr Grundfläche und Raum als eine vergleichbare konventionelle Schleifmaschine. Dadurch wird der für den gesamten Bearbeitungsprozess benötigte Reinraum deutlich reduziert.
Die erfindungsgemäße Maschine bringt unter Anderem folgende Vorteile :
- Das Entfallen von Maschinen für die ansonsten separate Prozessstationen benötigt würden führen zu erheblichen Zeiteinsparungen bei der Bearbeitung der Wafer. Außerdem werden in großem Umfang Kosten eingespart.
- Es entfallen aufwändige und risikoreiche Wafertransporte zwischen den ansonsten separaten Prozessstationen. Dadurch wird die Gefahr des Brechens und damit der Zerstörung von Wafer und den auf ihnen aufgebrachten Halbleiterbauteilen verringert. Dies verringert den Ausschuss und führt zu Zeit- und Kostenersparnis.
- Das Entfallen der zum Handling benötigten Transportsysteme führt zur Zeit- und Kostenersparnis bei der Beschaffung und Unterhaltung die ansonsten für diese Maschinen benötigt würden .
- Das Entfallen von ansonsten notwendigen Reinigungsprozessen zwischen den separaten Prozessstationen führt zur Zeit- und Kostenersparnis .
- Es können manuelle Arbeitsschritte entfallen. In Folge dessen werden Zeit und Kosten eingespart.
- Das Entfallen von Maschinen, Waferzwischenlager und Personal reduziert den benötigten Grundriss und Bauraum in den Reinräumen, was Unterhaltungskosten für den Reinraum einspart .
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht außerdem eine flexible Reihenfolge der Prozessschritte bei der Werkstückbearbeitung .
- Durch den modularen Aufbau der erfindungsgemäßen Maschine, kann die Maschine entsprechend den Kundenwünschen konfiguriert werden kann. Dadurch ergeben sich weitere Kosteneinsparungen . Zeichnung
Es zeigen:
Fig. 1: eine isometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen
BearbeitungsVorrichtung,
Fig. 2: eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Bearbeitungsvorrichtung (zur besseren Darstellung sind einige
Teile ausgeblendet)
Fig. 3: einen Ausschnitt aus Fig. 2
Fig. 4: einen Ausschnitt aus Fig. 1 (zur besseren Darstellung sind einige Teile ausgeblendet)
Fig. 5: einen Ausschnitt aus Fig. 1 (zur besseren Darstellung sind einige Teile ausgeblendet)
Fig. 6 eine Justiervorrichtung 21
Fig. 7 einen Schnitt durch Justiervorrichtung 21,
Fig. 8 Kraftmessvorrichtungen, Justiervorrichtung 21 und
Werkstückschlitten 2 in eingebautem Zustand
Fig. 9 eine einzelne Kraftmessvorrichtung
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt eine isometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung. Aus Grümnden der Übersichtlichkeit sind ein Roboter, ein Reiniger, eine oder mehrere Waferkassetten und ein Prealigner nicht dargestellt. Diese Baugruppen sind im wesentlichen links vor der Bearbeitungsvorrichtung angeordnet. Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern weist ein Gestell 1 auf. An dem Gestell 1 sind unter anderem ein Werkstückschlitten 2 mit Führung und Antrieb sowie ein Werkzeugschlitten 3 mit Führung und Antrieb angeordnet. Auf dem Werkstuckschlitten 2 ist eine Werkstuckspindel 16 angeordnet. Auf der Werkstuckspmdel 16 ist ein Werkstuckaufspanntisch 11 angeordnet. Eine Drehachse der Werkstuckspmdel 16 verlauft in Richtung der Z-Achse. Die Werkstuckspmdel 16 ist bevorzugt fluidisch gelagert und erlaubt Drehzahlen von mindestens 1000 Umdrehungen je Minute. Eine Drehzahlregelung in der Werkstuckspmdel 16 erlaubt die Spindel mit allen Drehzahlen zwischen 0 U/mm und Hochstdrehzahl zu fahren. Alternativ kann die Werkstuckspmdel 16 auch magnetisch-, walz- oder hybrid gelagert sein. Die Werkstuckspmdel 16 wird direkt durch einen Motor angetrieben, der eine sehr exakte Wmkelpositionierung erlaubt.
Schließlich ist die Werkstuckspmdel 16 als Hohlspmdel ausgeführt, d. h. sie besitzt auf ihrer Drehachse eine über die Spmdellange durchgehende Bohrung, die fluiddicht ist, so dass die Bohrung als Fluidleitung dienen kann.
An dem werkstuckabgewandten Ende der Spindel ist eine Drehdurchfuhrung angeordnet. Der Hohlraum in der Spindel und die Drehdurchfuhrung sind als Mehrleitersystem ausgeführt; bei Bedarf ist aber auch nur ein Emleitersystem integrierbar. Somit können durch die Werkstuckspmdel 16 Fluide hmdurchgefuhrt werden. Diese Fluide können zum Beispiel zum Reinigen des porösen Werkstuckaufspanntisches 11 dienen und können sein Wasser, Druckluft,
Remigungsflussigkeiten, Atzmittel oder Fluidgemische aus diesen, oder Unterdruck zum Festspannen des Werkstuckes auf dem Werkstuckaufspanntisch 11. Um das Werkstuck nach der Bearbeitung von dem Werkstuckaufspanntisch 11 zu losen, wird der Druck in diesen Leitungen erhöht.
Um die Werkstuckspmdel 16 zur Werkzeugspmdel 4 extrem genau ausrichten zu können, gibt es zwischen Werkstuckspmdel 16 und dem beweglichen Teil des Werkstuckschlittens 2a eine Justiervorrichtung 21. Diese erlaubt eine Ausrichtung der Werkstückspindel 16 um die X- und Y-Achse. Die Einstellgenauigkeit dieser Vorrichtung ist kleiner als 0,1 Winkelsekunden was einer einseitigen Höhenverstellung von kleiner 0,1 μm entspricht. Eine detaillierte Darstellung der Justiervorrichtung 21 findet sich in den Figuren 6 und 7.
Auf dem Werkstückschlitten 2 ist auch der untere Teil 5a einer Arbeitskammer 5 angeordnet. In der Arbeitskammer 5 findet die Bearbeitung der Wafer statt. Während der untere Teil 5a der Arbeitskammer 5 am zum Gestell 1 relativ beweglichen Teil 2a des Werkstückschlittens 2 fixiert ist und sich deshalb mit diesem Teil auch relativ zum Gestell 1 in X- Richtung bewegt, ist ein Rahmen als oberer Teil 5b der Arbeitskammer 5 fest mit dem Gestell 1 verbunden.
Mit Hilfe des Werkstückschlittens 2 ist es möglich, alle auf dem beweglichen Teil 2a des Werkstückschlittens 2 angeordneten Baugruppen, nämlich den beweglichen Teil 5a der Arbeitskammer 5 mit einer Werkzeugwechselluke 15, Düsen 6, einen Werkstückaufspanntisch 11, eine
Werkstückdickenmesseinheit 13, eine Werkstückspindel 16, eine Werkzeugkonditioniereinheit 17 und eine Justiervorrichtung 21, in Richtung einer X-Achse mit Hilfe eines Servomotors relativ zum Gestell 1 zu verfahren und sehr genau zu positionieren. Insbesondere sind die mit den Bezugszeichen 5a, 6, 11, 13, 15, 16, 17 und 21 versehenen Baugruppen auf dem beweglichen Teil 2a des Werkstückschlittens 2 angeordnet . Sie werden nachfolgend noch näher erläutert.
Auf dem Werkstückschlitten 2 und der Werkstückspindel 16 ist, wie bereits erwähnt, innerhalb der Arbeitskammer 5 ein Werkstückaufspanntisch 11 angebracht. Auf dem Werkstückaufspanntisch 11 werden die Werkstücke (nicht dargestellt) während der Bearbeitung befestigt. Der Werkstückhalter 11 kann als luftdurchlässige poröse Platte ausgebildet sein, die den Wafer durch ein Vakuum hält. Durch das oben erwähnte Verfahren des Werkstückschlittens 2 wird der Werkstückaufspanntisch 11 und mit ihm das Werkstück in die gewünschten Bearbeitungs- oder Prozesspositionen gebracht .
Auf dem Rahmen 5b der Arbeitskammer 5 sind eine Werkstückhalterkonditioniereinheit 9, eine
Erkennungseinrichtung 10, eine Reinigungsbürste 12 und eine Laserschneideinheit 14 angebracht.
Die Erkennungseinrichtung 10 umfasst eine hochauflösende Videokamera und eine nicht dargestellte Auswerteeinrichtung mit einer geeigneten Software und ermöglicht es, unter anderem, den Umriss der Wafer zu erfassen. Die Erkennungseinrichtung 10 ist mit der übergeordneten Maschinensteuerung (nicht dargestellt) gekoppelt oder in ihr integriert .
Das Erkennen des Umrisses des Wafers durch die Erkennungseinrichtung 10 dient zum Erfassen des Waferdurchmessers und der Notchs oder Fiats des zu bearbeitenden Wafers. Die Notchs oder Fiats geben Auskunft über die Orientierung der Struktur des Wafermaterials und die Ausrichtung der Chips auf dem Wafer. Somit sind sie Informationsträger über die Dicing-Straßen, d. h. des für das Ausschneiden der Chips reservierten Platzes. Deshalb ist diese Information besonders wichtig für das Dicen des Wafers.
Diese geometrischen Daten des Wafers können schon bei der Eingabe des Wafers durch den Roboter, der den Wafer von einer (Wafer ) -Kassette zum Werkstückaufspanntisch 11 transportiert, erfasst werden, noch bevor der Wafer auf dem Werkstückaufspanntisch 11 abgelegt wird. Mit den Waferumrißdaten, den Positionsdaten des Robotergreifers, der den Wafer von der Kassette zum Werkstückaufspanntisch transportiert und positioniert, der Winkelposition der Werkstückspindel 16 sowie der Position des Werkstückschlittens 2a, kann der Wafer mittels der Maschinensteuerung, welche mit all diesen Baugruppen gekoppelt ist, exakt auf dem Werkstückaufspanntisch 11 positioniert werden.
Mit der Erkennungseinrichtung 10, der Winkelposition der Werkstückspindel 16 sowie der Position des
Werkstückschlittens 2a kann auch die Position des Wafers zu einer Laserschneideinheit 14 exakt ausgerichtet werden, wodurch das Waferrandentfernen einschließlich des Randentfernens im Bereich des Notchs oder Fiats umgesetzt werden kann.
Eine Werkstückdickenmesseinrichtung 13 dient dazu, die Dicke der Werkstücke zu messen. Auf der Basis der von der Werkstückdickenmesseinrichtung 13 erfassten Dicke des Werkstücks erfolgt die Zustellung einer Werkzeugspindel 4.
Die Arbeitskammer 5 ist spritzwasserdicht und verfügt über eine Absaugung, einen Abfluss und eine Werkstückbeladeluke 22 und einer Werkzeugwechselluke 15.
Des Weiteren sind in der Arbeitskammer 5 mehrere Düsen 6 vorhanden, die mit verschiedenen Fluiden beaufschlagt werden können. So können zum Beispiel durch die Düsen 6 Ätzflüssigkeit, eine Reinigungsflüssigkeit, insbesondere Wasser, oder Luft zum Trocknen der Werkstücke in die Arbeitskammer 5 gesprüht oder eingeblasen werden. Die Steuerung der Fluide, welche durch die Düsen gefördert werden, erfolgt durch geeignete und aus dem Stand der Technik bekannte Fluidschaltungseinrichtungen . An einem Werkzeugschlitten 3 ist eine Werkzeugspindel 4 angeordnet. Die Werkzeugspindel 4 kann durch eine Gleitlagerung, Magnetlagerung, Wälzlagerung oder hybride Lagerung gelagert sein. Bei dem in den Figuren 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Werkzeugspindel 4 als Doppelspindel ausgeführt. Das heißt, dass die Werkzeugspindel 4 je zwei konzentrisch zueinander angeordnete Werkzeugaufnahmen aufweist. An beiden Werkzeugaufnahmen kann jeweils ein Werkzeuge befestigt werden. Übliche Kombinationen von Werkzeugen sind eine Schleifscheibe und eine Polierscheibe oder eine Schleifscheibe zum Schruppen und eine Schleifscheibe zum Schlichten.
Eine der beiden Werkzeugaufnahmen ist in der Werkzeugspindel 4 in Richtung der Z-Achse axial verschiebbar gelagert. Dadurch ist es möglich, das zu dieser Werkzeugaufnahme gehörende Werkzeug axial so zu verstellen, dass es sich näher an der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche oder weiter entfernt von der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche befindet als das andere Werkzeug. Durch diese axiale Verstellung können die Werkzeuge aktiviert und deaktiviert werden .
Die Werkzeugspindel 4 ist bevorzugt fluidisch gelagert und erlaubt Drehzahlen von mindestens 7000 Umdrehungen je Minute. Eine Drehzahlregelung in der Werkzeugspindel 4 erlaubt die Spindel mit allen Drehzahlen zwischen 0 U/min und Höchstdrehzahl zu fahren. Als Lagerfluide können dabei Gase, wie zum Beispiel Luft, oder eine Flüssigkeit, wie zum Beispiel Wasser, eingesetzt werden.
Es ist möglich, dass jede der Werkzeugaufnahmen einen gesonderten Antrieb aufweist oder, dass ein gemeinsamer Antrieb für beide Werkzeugaufnahmen vorgesehen ist.
Die Werkzeugspindel 4 ist als Hohlspindel ausgeführt. Dieser Hohlraum ist fluiddicht. An dem werkzeugabgewandten Ende der Spindel ist eine Drehdurchfuhrung angeordnet. Der Hohlraum in der Spindel und die Drehdurchfuhrung sind als
Mehrleitersystem ausgeführt; bei Bedarf ist aber auch nur ein Einleitersystem integrierbar. Somit können durch die Werkzeugspindel 4 Fluide hindurchgefuhrt werden. Diese Fluide können bei den einzelnen Prozessschritten benotigt werden. So wird beim Schleifen z. B. Wasser, beim Polieren Slurry, beim Atzen Atzmittel, zum Fixieren von Werkzeugen Unterdruck, zum Abblasen des Werkstuckes und zum Ausblasen des Fluidkanales Druckluft benotigt.
Um beim Auflegen des Werkstuckes auf dem
Werkstuckaufspanntisch 11 zu verhindern, das Schleifpartikel zwischen Werkstuck und eine Werkstuckspannplatte des Werkstuckaufspanntisches 11 gelangen, wird die poröse Werkstuckspannplatte gereinigt und/oder konditioniert. Dies geschieht durch Spulvorgange, der Konditionieremrichtung 9 mit einem Abziehstein und eine Bürste 12. Die zum Spulen erforderlichen Reinigungsfluide können durch die Werkstuckspindel 16 zugeführt werden.
Die Konditionieremrichtung 9 und die Bürste 12 können m Richtung der Z-Achse soweit zugestellt werden, dass sie die Werkstuckspannplatte berühren. Die Bürste 12 kann rotieren, wahrend ein Abziehstein der
Werkstuckhalterkonditionieremheit 9 eine oszillierende Bewegung m der X-Y-Ebene ausfuhren kann. Die Bürste 12 kann auch zum Reinigen eines auf dem Waferaufspanntisch 11 aufgespannten Wafers eingesetzt werden.
Die Anpresskraft sowohl des Abziehsteins der Konditionieremheit 9 als auch der Bürste 12 kann gezielt eingestellt werden. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wenn der Abziehstein in der
Werkstuckhalterkonditioniereinheit 9 durch Federn gehalten wird, damit sich der Abziehstein 9 immer ganzflachig, gleichmäßig und ohne Kippmomente an die poröse Platte des Werkstückaufspanntisches 11 anlegt.
Die Bearbeitung eines Werkstücks, wie zum Beispiel eines Wafers, kann in der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung in folgenden Prozessschritten erfolgen
Der Werkstückaufspanntisch 11 wird bei Bedarf mit der Bürste 12 und Fluiden, insbesondere Luft und/oder Wasser, gereinigt. Dazu wird der Werkstückaufspanntisch 11 mit Hilfe des Werkstückschlittens 2 so positioniert, dass er in den Arbeitsbereich der Bürste 12 gelangt und diese den gesamten Werkstückaufspanntisch 11 reinigt. Während der Reinigung wird der Werkstückaufspanntisch 11 von der Werkstückspindel 16 in Rotation versetzt.
Bei Bedarf kann der Werkstückaufspanntisch 11 auch mit der Konditioniereinheit 9 und mit Fluiden (Luft, Wasser) komplett konditioniert, d. h. abgezogen werden, so dass in der porösen Werkstückspannplatte festsitzende und über seine Oberfläche hinausragende Partikel entfernt werden. Dazu wird der Werkstückschlitten 2 so positioniert, dass der Werkstückaufspanntisch 11 in den Arbeitsbereich der Konditioniereinrichtung 9 gelangt.
Das Reinigen und das Konditionieren können auch in ihrer Reihenfolge vertauscht oder wiederholt werden. Zusätzlich ist es möglich, das Reinigen der Werkstückspannplatte durch Spülvorgänge durch die Werkstückspindel 16 zu unterstützen. Anschließend wird das Wasser vom Werkstückaufspanntisch 11 durch Rotation des Werkstückaufspanntisches 11 abgeschleudert, durch die Werkstückspindel 16 abgesaugt und/oder mit Düsen 6 abgeblasen. Danach wird das Werkstück auf dem Werkstückaufspanntisch 11 positioniert. Dies geschieht in der Waferproduktion durch einen Roboter oder einen Handhabungsautomaten.
Die Bearbeitung des Wafers gliedert sich in folgende Prozessschritte: Stirnseitenschleifen, Stirnseitenpolieren, CMP, Ätzen, Waferrandentfernen und Dicen.
Der Wafer wird mit Hilfe des Werkstückschlittens 2 zu den einzelnen Bearbeitungseinheiten gefahren. Selbstverständlich kann der Wafer immer wieder durch Rotation mit Hilfe der Werkstückspindel 16 (Schleudern), Abspritzen und Abblasen mit Düsen 6 und Bürsten mit den Bürsten 12 gereinigt werden.
Diese Bearbeitungsschritte müssen nicht in der oben genannten Reihenfolge zur Anwendung kommen. Auch müssen nicht immer alle Bearbeitungsschritte durchgeführt werden, so dass die Werkstückbearbeitung vorteilhafter Weise nicht an einen festen Ablauf gebunden ist sondern sich flexibel den Bedürfnissen der Kunden anpasst.
Teilweise gibt es jedoch festgelegte Reihenfolgen. So findet das Stirnseitenschleifen immer vor dem Polieren statt.
Das Ätzen findet nie vor dem Schleifen statt. Allerdings kann mit dem Ätzen schon während des Polierens begonnen werden. Dabei kann das Ätzen durch teilweises Fluten der Arbeitskammer 5 und/oder durch Besprühen des Wafers über die Werkzeugspindel 4 und die Düsen 6 erfolgen.
Wenn geschliffen und geätzt, aber nicht poliert wird, kann das Ätzen während oder nach dem Stirnseitenschleifen beginnen .
Das Stirnseitenschleifen und das Stirnseitenpolieren sind Prozesse mit gebundenem Korn und rein mechanische Bearbeitungsverfahren. Das CMP (chemisch-mechanische Polieren) ist ein Prozess mit losem Korn unter Zuhilfenahme von Chemikalien.
Wenn das CMP durchgeführt wird, beginnt es, wie das Polieren auch, immer nach dem Schleifen.
Wenn sowohl poliert als auch eine CMP-Bearbeitung durchgeführt wird, beginnt die CMP-Bearbeitung immer nach dem Polieren .
Das Waferrandentfernen und das Dicen erfolgt
Vorteilhafterweise mittels eines Laserstrahls. Dadurch kann die Laserschneideinheit 14 besser ausgelastet werden.
Nachfolgend sind stichwortartig einige typische Prozessschrittfolgen der Waferbearbeitung aufgelistet. Diese Bearbeitungen können in einer Aufspannung des Wafers auf dem Werkstückaufspanntisch 11 des erfindungsgemäßen Bearbeitungszentrums vorgenommen werden, wobei kein Werkzeugwechsel erforderlich ist. Deshalb fällt kein Montageaufwand an.
Variante 1: Stirnseitenschleifen, Stirnseitenpolieren, Ätzen, Waferrandentfernen und Dicen.
Variante 2: Stirnseitenschleifen, Stirnseiten-CMP, Ätzen, Waferrandentfernen und Dicen.
Variante 3: Stirnseitenpolieren, Stirnseiten-CMP, Ätzen, Waferrandentfernen und Dicen.
Es ist nicht zwingend erforderlich, das immer alle Prozessschrittfolgen der Waferbearbeitung stattfinden. Der Kunde kann sich die für seine Waferbearbeitung notwendigen Prozessschritte für den jeweiligen Anwendungsfalls zusammenstellen .
Bei allen Prozessschritten der Waferbearbeitung werden die benötigten Relativbewegungen des Wafers zu den Bearbeitungsstationen durch den Werkzeugschlitten 3, den Werkstückschlitten 2, die Werkzeugspindel 4 und/oder die Werkstückspindel 16 ausgeführt.
Die verschiedenen Vorrichtungen, wie zum Beispiel, die Werkzeugspindel 4 mit den Werkzeugen, die Bürste 12, die Konditioniereinrichtung 9 eine Dickenmesseinrichtung 13 sind ganz oder teilweise in die Arbeitskammer 5 integriert oder nur mit den für die Werkstückbearbeitung wichtigen Teilen. So ist es möglich, dass Antriebe und Führungen außerhalb der Arbeitskammer 5 angeordnet sind, damit sie nicht mit dem Schleifabrieb enthaltenden Schleifwasser oder den Atzflüssigkeiten in Berührung kommen.
Des Weiteren kann die Laserschneideinheit 14 mit zusätzlichen eigenen Antrieben und Führungen ausgestattet werden. Dadurch könnten zusätzliche Relativbewegungen zwischen Laserschneideinheit 14 und Werkstückaufspanntisch 11, beziehungsweise Wafer, realisiert werden. Durch Abstimmen von Schnittgeschwindigkeit und Leistung des Lasers 14 kann die Schnitttiefe eingestellt werden. Dies ermöglicht es, wahlweise den Wafer nur anzuschneiden/kerben oder mit nur einem Schnitt vollständig zu durchtrennen.
Es hat sich als vorteilhaft erweisen, wenn der von der Laserschneideinrichtung 14 emittierte Laserstrahl durch einen extra für ihn geschaffenen Flüssigkeitsstrahl geleitet wird. Dabei wird der Laserstrahl durch Totalreflektion an der Oberfläche des Flüssigkeitsstrahls geleitet. Da die Temperatur dieses Flüssigkeitsstrahls mit Laserstrahl so eingestellt werden kann, dass er ähnlich der Umgebungstemperatur ist, erlaubt diese Aufbau ein „kaltes" Laserstrahlschneiden. Die zu schneidenden Bauteile werden also - mit Ausnahme des abzutragenden Materials und eines extrem schmalen Bereichs neben der Schnittfläche - nicht erhitzt. Die Flüssigkeit dient somit auch als Kühlmittel und Mittel zum Entfernen der Schmelze. Ein weiterer Vorteil dieses Aufbaus ist, dass sich kein geschmolzenes und wegspritzendes Material auf den benachbarten Werkstückflächen festsetzt, wie es z. B. beim Lasern mit Druckluftunterstützung stattfinden kann.
Um die Prozesssicherheit zu Erhöhen, kann die Flüssigkeit einer speziellen Behandlung, wie zum Beispiel Druckerhöhung, Entgasen, Temperieren und/oder Deionisieren, unterzogen werden.
Als geeignete Flüssigkeit zur Durchleitung des Laserstrahls hat sich Wasser erwiesen.
Die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung ist modular aufgebaut, so dass zum Beispiel die Laserschneideinrichtung 14 weggelassen oder nachgerüstet werden kann.
Anstelle der Werkzeugspindel 4 mit zwei
Bearbeitungswerkzeugen kann auch eine Werkzeugspindel mit nur einem Werkzeug (nicht dargestellt) in die Maschine integriert werden. In diesem Fall kann dann nur einer der Prozesse Schleifen, Polieren oder CMP durchgeführt werden.
Der Automatisierungsgrad und die Flexibilität der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung können weiter gesteigert werden, wenn sie mit einer automatischen Werkzeugwechselvorrichtung 18 versehen ist. Mit dieser Werkzeugwechselvorrichtung können Schleifscheiben, Polierscheiben und CMP-Polierpads mit ihren Haltern vollautomatisch ausgewechselt werden. Das von Zeit zu Zeit erforderliche Abrichten oder Konditionieren der Schleifscheibe oder des Polierwerkzeugs kann durch eine automatische Werkzeugkonditioniereinheit 17 erfolgen. Der Kunde kann auch auf die
Werkzeugkonditioniereinheit 17 verzichten und statt dessen zwischen den Werkstückwechseln zum Konditionieren der Schleifscheibe oder des Polierwerkzeugs ein entsprechendes Werkzeug, z. B. eine Abrichtscheibe, auf dem Werkstückaufspanntisch 11 anbringen. Durch eine Relativbewegung zwischen Werkzeug Schleifscheibe oder Polierwerkzeug einerseits und Abrichtscheibe andererseits mittels Werkzeugschlitten 3, Werkstückschlitten 2, Werkzeugspindel 4 und/oder Werkstückspindel 16 kann die gewünschte Konditionierung durchgeführt werden. Die Abrichtscheibe kann manuell oder durch den Roboter auf dem Werkstückaufspanntisch 11 positioniert werden.
In den Figuren 6 und 7 ist eine erfindungsgemäße Justiervorrichtung 21 im Detail dargestellt. Der Verstellmechanismus der Justiervorrichtung 21 basiert darauf, dass die Drehbewegung von einem Motor 30 auf eine Gewindespindel 31 übertragen wird. Diese Gewindespindel 31 verschiebet einen beweglichen Keil 32 gegen einen Keil 33. Der Keil 33 ist an einer Seite mit einer Platte 36 fixiert, wodurch der Keil 33 mit der Platte 36 in seiner Höhenlage verschoben wird. Weil die Platte 36 an der gegenüberliegenden Seite mit einem Gelenk 34 verbunden ist, führt die Platte beim verschieben der Keile gegeneinander eine Rotation um das Gelenk 34 aus und das mit der oben angegebenen Genauigkeit. Zwei solcher Verstellmechanismen sind in der Justiervorrichtung 21 übereinander angeordnet. Da diese beiden Verstellmechanismen um 90° gegeneinander verdreht sind, kann die Werkstückspindel 16 zur Werkzeugspindel 4 extrem genau um die X- und Y-Achse ausgerichtet werden. Die Verstellungen der Platten zueinander wird nun mittels Sensoren registriert und an die Maschinensteuerung weitergeleitet, wodurch damit ein Regelkreis zum Justieren der Ausrichtung zwischen Werkstückspindel 16 und Werkzeugspindel 4 aufgebaut ist.
Denkbar währe auch, die Verstellung der Justiervorrichtung 21 auf der Basis anderer Aktoren aufzubauen, z. B. über Feingewindespindeln, Piezoaktoren, magnetorestriktive Aktoren, pneumatische oder hydraulische Aktoren. Die Justiervorrichtung 21 muss auch nicht zwingend zwischen Arbeitskammer 5a und Werkstückschlitten 2a angeordnet sein. Sie könnte beispielsweise zwischen Werkzeugschlitten 5b und Gestell 1 oder Werkstückspindel 16 und Arbeitskammer 5a angeordnet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt auch das Messen der beim Schleifen/Polieren auftretenden Bearbeitungskräfte.
In Figur 8 ist ein teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne die Arbeitskammer 5 dargestellt. Im unteren Teil der Figur 8 sieht man den Werkstückschlitten 2. Auf dem Werkstückschlitten 2 ist die Justiervorrichtung 21 angeordnet. Zwischen dem beweglichen Teil 5a der Arbeitskammer 5 und einer obersten Platte 37 der Justiervorrichtung 21 sind drei oder bei Bedarf auch vier Kraftmessdosen 50 angeordnet. Die Kraftmessdosen 50 können z. B. über einen Kraftsensoraufnahmeflansch 51 an der Platte 37 stirnseitig angeschraubt werden.
Alle Kraftmessdosen 50 messen gleichzeitig die Bearbeitungskräfte, die Summe der Einzelkräfte ergibt die Gesamtbearbeitungskraft . Da alle Kraftmessdosen 50 mit der Maschinensteuerung gekoppelt sind, kann die Bearbeitung des Werkstücks kraftgeregelt erfolgen.
Sollte der Kunde diese Kraftmessung und Regelung nicht benötigen, so kann auf seinem Einbau verzichtet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Bearbeiten von Wafern oder anderen Scheiben- bzw. plattenförmigen Werkstücken mit einem Gestell (1), mit einem relativ zum Gestell (1) in Richtung einer Z-Achse verfahrbaren Werkzeugspindel (4), mit einer relativ zum Gestell (1) in einer X-Y-Ebene verfahrbaren Werkstückspindel (16), welche axial zur Werkzeugspindel (4) ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspindel (4) als Doppelspindel zur Aufnahme von zwei koaxial zueinander angeordneten Werkzeugen (7, 8) ausgeführt ist, dass eine der Spindeln mit einem ersten Werkzeug (7) axial relativ zu der zweiten Spindel mit einem zweiten Werkzeug (8) verstellt werden kann, und dass mindestens mittelbar an dem Gestell (1) eine Laserschneideinheit (14) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Werkzeug (7) eine Schleifscheibe zum Schruppen, und dass das zweite Werkzeug (8) eine Schleifscheibe zum Schlichten oder eine Polierscheibe ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Spindeln der Werkzeugspindel (4) einen gemeinsamen Antrieb haben.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspindel (4) fluidisch gelagert ist und Drehzahlen von mindestens 7000 Umdrehungen je Minute erlaubt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspindel (4) eine Drehzahlregelung aufweist, die es erlaubt die Spindel mit allen Drehzahlen zwischen 0 U/min und Höchstdrehzahl zu fahren.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Werkzeugspindel
(4) hindurch Fluide, insbesondere Luft, Wasser, Ätzflüssigkeit und Reinigungsflüssigkeit, fließen können .
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugspindel (4) auf dem beweglichen Teil (3a) eines Werkzeugschlittens (3) fixiert ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zustellantrieb vorgesehen ist, und dass der Zustellantrieb Zustellbewegungen der Werkzeugspindel (4) in Richtung der Z-Achse ermöglicht.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückaufspanntisch (11) eine Platte ist, und dass der
Werkstückaufspanntisch (11) den Wafer durch Vakuum oder einen Unterdruck hält .
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte des Werkstückaufspanntisches (11) eine Keramikplatte ist, mit einem der Geometrie des Werkstückes angepassten fluiddurchlässigen porösen Teil.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückaufspanntisch
(11) auf einer drehbaren Werkstückspindel (16) und einem in einer X-Y-Ebene verfahrbaren Werkstückschlitten (2) angeordnet ist, und dass der Werkstückschlitten (2) zum Verfahren und Positionieren des Werkstückaufspanntisches
(11) dient.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehachse der Werkstückspindel (16) in Richtung der Z-Achse verläuft.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückspindel (16) fluidisch gelagert ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückspindel (16) einen Direktantrieb aufweist, und dass der Direktantrieb eine sehr exakte Winkelpositionierung der Werkstückspindel (16) erlaubt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückspindel (16) Drehzahlen von mindestens 1000 Umdrehungen je Minute erlaubt, und dass die Werkstückspindel (16) eine Drehzahlregelung aufweist, die es erlaubt die Spindel mit allen Drehzahlen zwischen 0 U/min und Höchstdrehzahl zu fahren.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Werkstückspindel (16) hindurch Fluide, insbesondere Luft, Wasser,
Ätzflüssigkeit und Reinigungsflüssigkeit, fließen können .
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gestell (1) und dem Werkstückaufspanntisch (11), insbesondere zwischen der Werkstückspindel (16) und Werkstückschlitten (2a), eine Justiervorrichtung (21) angeordnet ist, und dass die Justiervorrichtung (21) eine extrem fein einstellbare Schwenkbewegung des Werkstückaufspanntisches (11) um die X-Achse und/oder die Y-Achse ermöglicht.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens mittelbar an dem Gestell (1) eine Werkstückhalterkonditioniereinheit (9) und/oder eine Bürsteinheit (12) angeordnet sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückhalterkonditioniereinheit (9) und/oder die Bürsteinheit (12) in Richtung der Z-Achse zustellbar sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpresskraft der Bürsteinheit (12) einstellbar ist, und dass eine Bürste der Bürsteinheit (12) motorisch angetrieben rotieren kann.
21. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die
Werkstückhalterkonditioniereinheit (9) motorisch angetrieben oszillieren kann, und dass der im Kontakt mit dem Werkstückaufspanntisch (11) befindliche Teil der Werkstückhalterkonditioniereinheit (9) federnd - eine Art Stein - und ganzflächig an den
Werkstückaufspanntisch (11) angelegt wird.
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserschneideinheit (14) mit zusätzlichen eigenen Antrieben und Führungen ausgestattet ist.
23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens mittelbar an dem Gestell (1) eine Werkstückdickenmesseinheit (13) angeordnet ist.
24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Arbeitsbereich der Vorrichtung von einer spritzwasserdichten Arbeitskammer (5) mit Absaugung, Abfluss, Beladeluken (15, 22) umgeben ist.
25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Arbeitskammer (5) mehrere Düsen (6) vorgesehen sind.
26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine automatische Werkzugwechseleinrichtung (18) und/oder eine automatische Werkzeugkonditioniereinheit 17 vorgesehen sind.
27. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Erkennungssystem (10) zum Erkennen der Position des Wafers relativ zu dem Werkstückaufspanntisch (11) sowie zum Erfassen der Waferumrißgeometrie vorgesehen ist.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennungssystem (10) ein hochauflösendes bildverarbeitendes und rechnerunterstütztes Kamerasystem ist, und dass das Erkennungssystem (10) mit einer Maschinensteuerung gekoppelt oder in ihr integriert ist.
29. Verfahren nach vorhergehend genannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückspindel (4) nur eine Spindel und eine Werkzeugaufnahme aufweist.
30. Verfahren zum Bearbeiten von Wafern oder anderen Scheiben- bzw. plattenförmigen Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wafer auf einem
Werkstückaufspanntisch (11) positioniert wird, dass der Wafer auf dem Werkstückaufspanntisch (11) gespannt wird, und dass der Wafer in einer Aufspannung, also ohne umgespannt oder gelöst zu werden, durch Stirnseitenschleifen, Stirnseitenpolieren oder CMP, Ätzen, Waferrandentfernen und/oder Dicen bearbeitet wird.
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Wafer mit Hilfe des Werkstückschlittens (2) zu den einzelnen Bearbeitungseinheiten gefahren wird.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückaufspanntisch (11) mit einer Bürste (12) und/oder Fluiden gereinigt wird, bevor ein Wafer auf ihm positioniert und gespannt wird.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückaufspanntisch (11) mit Hilfe einer Werkstückhalterkonditioniereinheit (9) und mit Fluiden konditioniert wird.
34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das auf dem Werkstückaufspanntisch (11) befindliche Fluid durch Rotation des Werkstückaufspanntisches (11) und/oder Abblasen und Absaugen entfernt wird.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Wafer mit der Bürsteinheit 12 gereinigt wird.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzen des Wafers durch teilweises Fluten einer Arbeitskammer (5) und/oder durch Besprühen über die Werkzeugspindel 4 und/oder die Düsen 6 erfolgt.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen des Randes des Wafers und/oder das Dicen mittels eines Laserstrahls einer Laserschneideinrichtung (14) durchgeführt wird.
38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserschneideinrichtung (14) in Verbindung mit der Vorschubgeschwindigkeit, insbesondere durch Einstellen der Laserleistung und der Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Wafer, dazu geeignet ist, die Schnitttiefe gezielt einzustellen, so dass der Wafer nur angeschnitten oder mit einem Schnitt vollständig durchgeschnitten wird.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl durch einen extra für ihn geschaffenen Flüssigkeitsstrahl hindurchgeführt wird, wobei zum Erhöhen der Prozesssicherheit die Flüssigkeit einer speziellen Behandlung wie Druckerhöhung, Entgasen, Temperieren, Deionisieren unterzogen wird, wobei der Laserstrahl auch durch Totalreflektion an der Flüssigkeitsstrahloberfläche geleitet wird.
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 37 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit durch die der Laser mittels Totalreflektion an der Flüssigkeitsoberfläche hindurchgeleitet wird, Wasser ist.
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