DE10007390A1 - Zweischeiben-Poliermaschine, insbesondere zur Bearbeitung von Halbleiterwafern - Google Patents
Zweischeiben-Poliermaschine, insbesondere zur Bearbeitung von HalbleiterwafernInfo
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Abstract
Zweischeiben-Poliermaschine, insbesondere zur Bearbeitung von Halbleiterwafern, mit einem Maschinengehäuse, einer oberen und einer unteren Arbeitsscheibe, Trägerscheiben für die untere und die obere Arbeitsscheibe, die jeweils mit einer vertikalen Antriebswelle verbunden sind, die ihrerseits mittels Rollenlager im Maschinengehäuse drehbar gelagert und von einem Motor über ein Getriebe antreibbar sind, wobei in jeder Trägerscheibe Kühlkanäle eingeformt sind, denen Kühlmittel zugeführt wird, wobei die Trägerscheiben jeweils auf einem Umfangsring eines radförmigen Grundträgers mit Hilfe von Befestigungsmitteln befestigt sind, der seinerseits mit der Antriebswelle verbunden ist, der Radius, auf dem die Befestigungsmittel liegen, die den Grundträger mit der Trägerscheibe verbinden, annähernd auf der halben Breite der ringförmigen Arbeitsscheibe liegt und der Grundträger für die obere Arbeitsscheibe mit der Welle oder mit der Trägerscheibe so verbunden ist, daß sich die Neigung der oberen Arbeitsscheibe automatisch an die der unteren Arbeitsscheibe anpaßt, wenn beide Arbeitsscheiben unter Druck gegen die dazwischenliegenden Werkstücke anliegen.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweischeiben-Poliermaschine, insbesondere zur
Bearbeitung von Halbleiterwafern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Poliermaschinen sind allgemein bekannt. Die doppelseitig zu polierenden
Halbleiterwafer werden im Zuge von Neuentwicklungen im Durchmesser immer
größer. Damit entsteht das Erfordernis, daß die Arbeitsscheiben immer geringere
Geometrieabweichungen haben, wenn die geforderte Maßgenauigkeit eingehalten
werden soll.
Um auf zwei Seiten polierte Wafer mit kleinsten geometrischen Abweichungen und
guter Oberflächenbeschaffenheit herzustellen, ist die Laufgenauigkeit und die Form
beständigkeit der unteren Arbeitsscheibe (Polierteller) ein ausschlaggebender Faktor.
Um diesen Anforderungen zu genügen, sind teilweise recht aufwendige Lösungen zur
Lagerung des unteren Poliertellers bekanntgeworden, z. B. eine hydrodynamische oder
hydrostatische Lagerung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zweischeiben-Poliermaschine, insbe
sondere zur Bearbeitung von Halbleiterwafern, zu schaffen, die mit relativ geringerem
Aufwand eine Lagerung des unteren Poliertellers bereitstellt, wodurch auch Halblei
terwafer mit größerem Durchmesser im gewünschten Umfang präzise bearbeitet wer
den können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Arbeitsscheiben, die
als Ringscheiben ausgebildet sind, annähernd mittig abgestützt sind. Der hierfür ver
wendete Grundträger, ist über geeignete Befestigungsmittel mit der entsprechenden
Trägerscheibe verbunden. Der Grundträger kann nach einer Ausgestaltung der Erfin
dung als Rad mit radialen Speichen geformt sein, dessen Nabe mit der Antriebswelle
in Drehverbindung steht. Schließlich ist bei der Erfindung die obere Arbeitsscheibe so
aufgehängt, daß sie sich automatisch an die Neigung der unteren Arbeitsscheibe
anpaßt, wenn diese sich ändert. Diese Lagerung der oberen Arbeitsscheibe kann durch
ein Kugelgelenk bewerkstelligt werden, das gleichzeitig für die Übertragung eines
Drehmoments ausgelegt ist, beispielsweise durch eine entsprechende Verzahnung
zwischen den Lagerbauteilen. Alternativ kann zwischen dem Ring des Grundträgers
und der Trägerscheibe eine Mehrzahl von Zylindereinheiten angeordnet werden, deren
Zylinderräume mit einem hydraulischen Medium gefüllt und miteinander verbunden
sind, so daß auch bei dieser Aufhängung ein "Pendeln" der oberen Arbeitsscheibe
möglich ist.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bereits relativ geringe Temperatur
änderungen zu Änderungen in den Abmessungen der Trägerscheiben führen. Haben
die Trägerscheiben zum Beispiel nicht die Möglichkeit, sich bei Temperaturerhöhung
frei auszudehnen, besteht die Gefahr, daß sie sich in sich verformen und dadurch ihre
Planheit verlieren. Daher sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die
Befestigungsmittel zwischen dem Grundträger und der Trägerscheibe auch eine
radiale Relativbewegung zulassen. Treten Wärmedehnungen auf, die zwischen den
Bauteilen naturgemäß unterschiedlich sind, führen sie nicht zu einer Verformung der
Trägerscheibe, welche die Planheit der Arbeitsfläche beeinträchtigt.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Zweischeiben-Poliermaschine weist
die Welle der unteren Arbeitsscheibe mehrere achsparallele Kanäle auf, denen mittels
einer stationären Zuführvorrichtung Kühlwasser zu- und abgeführt wird. Mit Hilfe der
beschriebenen Kühlung wird für die Antriebswelle eine hohe Temperaturstabilität
erhalten, wodurch unterschiedliche axiale Kräfte, die aufgrund von Temperaturände
rungen verursacht werden und damit Maßänderungen der Antriebswelle, die sich auf
die Arbeitsscheibe auswirken, nicht auftreten.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Hauptantriebswelle mit Hilfe
von zwei beabstandeten Kegelrollenlagern gelagert. Die Kegelrollenlager werden
zweckmäßigerweise relativ groß dimensioniert und sind mit entgegengesetzten Ke
gelwinkeln versehen, so daß eine große Steifigkeit und geringe Nachgiebigkeit bei
Belastungsänderungen während des Poliervorgangs stattfindet. Die Kegelrollenlager
werden vorzugsweise mit Hilfe einer auf die Welle aufgeschraubten Mutter gegenein
ander bzw. gegen die Welle vorgespannt.
Die Anordnung von Kühlkanälen an der Oberseite einer Trägerscheibe, auf der die
Polier- oder Arbeitsscheibe befestigt ist, ist an sich bekannt. Bei einer Ausgestaltung
der Erfindung ist der Kühlkanal in der Antriebswelle über entsprechende Kanalab
schnitte mit den oberen Kühlkanälen der Trägerscheibe verbunden. Daher ist nur eine
einzige Übertragung des Kühlmittels vom stationären Maschinengehäuse auf die dre
henden Teile erforderlich. Vorzugsweise ist ein weiterer achsparalleler Kühlkanal in
der Antriebswelle vorgesehen, der die Rückführung des umlaufenden Kühlmittels bil
det.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Trägerscheibe auch an der
Unterseite Kühlkanäle auf, die vorzugsweise in gleicher Weise mit den axialen Kühl
kanälen in der Antriebswelle verbunden sind, wie die oberen Kühlkanäle. Durch die
Einstellung der Temperatur des Kühlmittels der unteren Kühlkanäle (Δt zwischen
oben und unten) läßt sich auch die Geometrie der Trägerscheibe beeinflussen, die
ihrerseits bekanntlich fest mit der Arbeitsscheibe verbunden ist, wodurch auch die
Geometrie der Arbeitsscheibe beeinflußt wird. Dies ist bei unterschiedlichen Polier
prozeßbedingungen von Vorteil. Oberes Kühl-Labyrinth und unteres Kühl-Labyrinth
können getrennt voneinander mit verschiedenen Temperaturen gekühlt werden.
Der Antrieb der Antriebswelle von einem Elektromotor erfolgt vorzugsweise über ein
Getriebe, das nach einer Ausgestaltung der Erfindung eine gerade Stirnverzahnung
aufweist. Vorzugsweise wird eine hohe Verzahnungsqualität vorgesehen. Dadurch
können auch hierdurch axiale, auf die Antriebswelle wirkende Kräfte und Vibrationen
ausgeschlossen werden.
Wie schon erwähnt, können die Trägerscheiben ihrerseits auf einem radförmigen
Grundträger angebracht sein, der seinerseits mit der jeweiligen Antriebswelle ver
bunden ist. Der Grundträger ist vorzugsweise in Form eines Wagenrades gebildet,
wobei an den Enden der Speichen die Trägerscheibe mit dem äußeren Ring des
Grundträgers verbunden ist, vorzugsweise über Schrauben. Bei der Verschraubung
können Distanzscheiben vorgesehen werden, welche zum Ausgleich von Axialschlag
fehlern des Grundträgers dienen. Durch die mittige Anordnung der Betätigung wird
erreicht, daß sich die Polierscheiben beim Aufbringen der Belastung, die zum Polieren
notwendig ist, nicht ungleichmäßig verformen, sondern sich gleichmäßig nach unten
bzw. oben bewegen, wobei sich die Geometrie der Polierscheiben nicht verändert.
Trotz präziser Montage können Ungenauigkeit und Verspannungen insbesondere der
unteren Arbeitsscheibe nicht völlig vermieden werden. Um die Ausgangsgeometrie
der Polierscheibe nach fertiger Montage zu erzeugen, ist nach einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß das Maschinengehäuse auf diametral
gegenüberliegenden Seiten der unteren Arbeitsscheibe Anbringungsmittel aufweist für
die Anbringung einer brückenartigen Abdrehvorrichtung, die in einer brückenförmi
gen Führung einen ein Abdrehwerkzeug haltenden Schlitten führt, der von einem
Linearantrieb radial zur Arbeitsscheibe bewegt wird. Bei der Befestigung eines
Poliertellers, der zuvor relativ präzise hergestellt worden ist, kann die Geometrie
durch Verspannungen oder dergleichen bei der Montage in die Maschine beeinträch
tigt werden. Dadurch dauert der in der Maschine durchgeführte Läppprozeß außer
ordentlich lange, wenn nicht vorgezogen wird, die Polierscheibe wieder auszubauen
und erneut zu bearbeiten, was dann ebenfalls noch mit der Unsicherheit behaftet ist,
weil nach dem Wiedereinbau die Polierfläche ihre Präzision wiederum eingebüßt
haben kann. Durch Läppen mit Abrichtringen läßt sich ein Höhenschlag nicht korri
gieren. Durch Läppen kann die Polierscheibe konvex oder konkav eingestellt werden.
Durch das Überdrehen der Polierscheibe innerhalb der Maschine werden sämtliche
Fertigungsungenauigkeiten der verwendeten Bauteile, wie Grundträger, Polierschei
benträger und Polierscheibe eliminiert. Außerdem wird ein erheblicher Zeitvorteil er
halten. Zum Zwecke des Abdrehens wird vorher der Polierscheibenträger mit der
Polierscheibe durch das erwärmte Kühlwasser auf Prozeßtemperatur gebracht.
Abdrehvorrichtungen der beschriebenen Art sind im Prinzip bekannt, sie werden je
doch bisher nicht unmittelbar an Poliermaschinen eingesetzt. In einer Ausgestaltung
der Erfindung weisen die Anbringmittel auf einer Seite des unteren Poliertellers eine
annähernd horizontale Anlagefläche auf und auf der gegenüberliegenden Seite in der
Höhe einstellbare Abstützmittel. Die horizontale Anlagefläche bildet eine Bezugs
ebene, und mit Hilfe der einstellbaren Abstützmittel läßt sich die Neigung der Linie,
in der das Werkzeug radial entlangfährt, einstellen. In manchen Fällen ist eine trichter
förmige Ausbildung der Arbeitsfläche des Poliertellers erwünscht. Dies kann mit Hilfe
der beschriebenen Konstruktion ohne weiteres erreicht werden.
Anhand eines in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung
nachfolgend näher erläutert.
Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Poliermaschine nach der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1, wobei zusätzlich eine Abdrehvorrich
tung gezeigt ist.
Fig. 3 zeigt vergrößert den mittleren Teil der Poliermaschine nach Fig. 1.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform einer Polier
maschine nach der Erfindung.
Fig. 5 zeigt die Einzelheit 5 nach Fig. 4.
Fig. 6 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des oberen Poliertellers einer
Poliermaschine nach der Erfindung.
Fig. 7 zeigt die Einzelheit 7 nach Fig. 6.
In den Fig. 1 und 2 ist lediglich der untere Teil einer Zweischeiben-Polier
maschine dargestellt mit einer unteren ringförmigen Polierscheibe 10. Die ringförmige
Polierscheibe 10 ist mittels Schrauben 12 auf einer ringförmigen Trägerscheibe 14 be
festigt. In die Oberseite der Trägerscheibe 14 sind Kühlkanäle 16 eingeformt.
Ein Grundträger 18 weist eine Nabe 20, Speichen 22 und einen äußeren, die Speichen
außen verbindenden Umfangsring 24 auf. Die Trägerscheibe 14 ist mit Hilfe von
Schrauben 26 mit dem Umfangsring 24 fest verbunden. Ein flacher Ring 28 ist zwi
schen dem Umfangsring 24 und der Unterseite der Trägerscheibe 14 angeordnet. Er
deckt Kühlkanäle 30 an der Unterseite der Trägerscheibe 14 ab. Zwischen Ring 28 und
Umfangsring 24 sind Distanzscheiben 32 angeordnet. Die Befestigung der Träger
scheibe 14 an dem Umfangsring 24 liegt auf der halben radialen Breite der Polier
scheibe 10. Dadurch führen in Richtung der Pfeile 34 aufgebrachte Belastungskräfte
nicht zu einer ungleichmäßigen Verformung der Polierscheibe 10.
Die Nabe 20 des Grundträgers 18 ist mit Hilfe von Schrauben mit einer Antriebswelle
36 verbunden, die sich vertikal nach unten erstreckt durch ein Getriebegehäuse 38
hindurch. Das Getriebegehäuse 38 weist einen Deckel 40 und eine Schale 47 auf.
Deckel und Schale lagern jeweils ein Kegelrollenlager 44, wobei die Kegelwinkel ent
gegengesetzt zueinander gerichtet sind. Das obere Kegelrollenlager 44 liegt gegen ei
nen radialen Flansch der Welle 36 an und das untere Kegelrollenlager 44 wird mit
Hilfe einer Mutter 46 auf der Welle 36 vorgespannt. Durch diese Konstruktion können
die Kegelrollenlager aufeinander zu vorgespannt werden.
Die hohle Antriebswelle 36 weist einen ersten achsparallelen Kanal 46 auf. Im unteren
Bereich ist die Antriebswelle 36 von einem Verteilerring 48 umgeben, der stationär im
Maschinengehäuse 50 angeordnet ist. Mit dem Verteilerring 48 ist ein Nippel 52 ver
bunden, der seinerseits mit einer Kühlmittelleitung (nicht gezeigt) verbunden ist, die
ihrerseits zu einer Kühlmittelquelle führt. Der Nippel 52 ist mit einer radialen Bohrung
54 ausgerichtet, die an der Innenseite des Ringes in einer umlaufenden Nut 56 endet.
Die umlaufende Nut ist ausgerichtet mit einer umlaufenden Nut 58 der Welle 36, die
ihrerseits mit einer radialen Bohrung 60 in Verbindung ist. In den Nippel 52 einge
führtes Kühlmittel strömt daher in den achsparallelen Kanal 46 und von dort in eine
Schrägbohrung 62 in der Nabe 20 und von der Schrägbohrung in einen Kanalabschnitt
64, der über eine Leitung 66 und einen weiteren Kanalabschnitt 68 mit den oberen
Kühlkanälen 16 verbunden ist. Eine parallele Leitung 70 führt durch eine Bohrung im
Ring 28 hindurch, so daß auch eine Verbindung mit den unteren Kühlkanälen 30 her
gestellt ist. Der Rückfluß erfolgt über eine Leitung 72, welche durch eine Bohrung des
Rings 28 hindurchgeführt ist in Verbindung mit unteren Kühlkanälen 30 und eine
Leitung 74, die über eine Bohrung mit den oberen Kühlkanälen 16 in Verbindung ist.
Die Leitungen führen zu dem zweiten achsparallelen Kanal 76 in der Antriebswelle
36, der über eine zweite radiale Bohrung 78 mit einer weiteren Ringnut 80 im Vertei
lerring 48 verbunden ist. Die Ringnut 80 ist auf nicht gezeigte Weise mit einem weite
ren Nippel verbunden, über den das Kühlmittel austreten kann, ggf. in ein Reservoir
der Kühlmittelquelle zurück.
Mittig auf der Welle 36 sitzt ein Stirnzahnrad 82, das in Eingriff steht mit einem Rit
zel 84, das von einem Motor 86 über ein Schneckenradgetriebe 88 angetrieben ist. Die
Verzahnung von Stirnrad 82 und Ritzel 84 ist gerade und hochpräzise.
Durch die Antriebswelle 36 hindurch erstreckt sich koaxial eine zweite Welle 90, die
am unteren Ende mit einem Zahnrad 92 verbunden ist, das über einen Zahnriemen 94
von einem Antriebsrad 96 angetrieben ist, das auf der Welle eines zweiten Motors 98
sitzt. Am oberen Ende ist die Welle 90 mit einem inneren Stiftkranz 100 verbunden
(die mechanische Verbindung wird im einzelnen nicht beschrieben, da sie keine Be
sonderheit enthält). Der Stiftkranz 100 weist eine Reihe von in Umfangsrichtung
gleichmäßig beabstandeten Stiften 101 auf. Ein weiterer Stiftkranz 102 mit Stiften 104
ist über ein Lagerbauteil 106 auf der Kolbenstange eines Hubzylinders 108 abgestützt.
Der Stiftkranz 102 kann ggf. auch angetrieben werden, wie der Stiftkranz 100. Die
Stifte 101 und 104 treiben nicht gezeigte, auf der Polierscheibe 10 aufliegende ge
zahnte Läuferscheiben an, welche die Wafer aufnehmen. Auch dies ist an sich be
kannt.
Zwischen der Nabe 20 und dem Deckel 40 des Getriebegehäuses 38 ist eine nicht
näher bezeichnete Labyrinthdichtung vorgesehen, welche ein Eindringen von Verun
reinigungen in das Getriebegehäuse verhindern soll.
In Fig. 2 ist zu erkennen, daß das Maschinengehäuse 50 einen Absatz 110 aufweist,
der eine obere Anlagefläche 112 aufweist, die etwas niedriger liegt als die Oberseite
der Polierscheibe 10. Eine Abdrehvorrichtung 114 weist ein sich diametral über die
Polierscheibe 10 erstreckendes brückenartiges Trägerteil 116 auf, das in einem Rah
menabschnitt 118 endet, der mit Hilfe von Schrauben 120 am Absatz 110 befestigbar
ist. Am anderen Ende weist das Trägerteil 116 einen Ansatz 122 auf, über den sich die
Vorrichtung 114 abstützt. Eine Schraube 124 ist mit einem Abstandshalter 126 ver
bunden, der seinerseits mit Hilfe einer Schraube 128 an einem Lagerabschnitt 130 des
Maschinengehäuses 50 verschraubt ist. Durch Verdrehung der Schraube 124 läßt sich
die Höhe bzw. der Winkel des brückenartigen Trägers 116 justieren.
Der brückenartige Träger 116 dient als Führung für einen nicht weiter beschriebenen
Schlitten 132, der ein stiftartiges Abdrehwerkzeug 134 von bekannter Bauart hält.
Eine Antriebsspindel 136 in dem Trägerteil 116 ist mit einem Antriebsmotor 138 in
Verbindung und steht außerdem in Verbindung mit dem Schlitten 132. Diese Verbin
dung wird von einem Kugelspindeltrieb gebildet, wodurch das Werkzeug 134 relativ
reibungsarm radial zur Polierscheibe 10 bewegt werden kann.
Nach dem Einbau der Polierscheibe 10 in der oben beschriebenen Art und Weise wird
die Abdrehvorrichtung 114 montiert, und es erfolgt eine Bearbeitung der Polierscheibe
10. Vorher wurde sie mit Hilfe des erwärmten Kühlmittels auf Betriebstemperatur ge
bracht. Mit Hilfe dieser Maßnahme können alle Toleranzen, die sich aufgrund des
Aufbaus und der die Polierscheibe 10 tragenden Teile kompensiert werden. Der an
schließende Läppprozeß kann sich daher in minimaler Zeit vollziehen.
Mit Hilfe der beschriebenen Kühlmaßnahmen läßt sich die Geometrie von Antriebs
welle und Trägerscheibe auf einem gewünschten Wert halten, so daß Änderungen, die
ohne diese Maßnahmen auftreten, nicht die Geometrie der Polierscheibe 10 beein
trächtigen. Mit Hilfe der Kühlung auch der Trägerscheibe 14 kann die Geometrie der
Polierscheibe 10 in Grenzen in gewünschter Weise beeinflußt werden. Mit Hilfe des
beschriebenen Kühlsystems läßt sich auch eine bestimmte Temperatur in der Polier
scheibe 10 einstellen, was für den Abdrehvorgang von Bedeutung ist.
Mit den in der Beschreibung erörterten Maßnahmen einschließlich des Abdrehens der
Polierscheibe in der Maschine läßt sich ein Axialhöhenschlag einer Polierscheibe, be
zogen auf den Drehmittelpunkt von kleiner als ±1 µm und kurz vor dem Außen
durchmesser der Polierscheibe von kleiner als ±10 µm bei einem Polierscheiben
durchmesser von 1.535 mm erreichen. Diese Werte haben praktisch keinen negativen
Einfluß mehr auf die Oberflächengüte der polierten Wafer.
Bei der Poliermaschine nach Fig. 4 ist die Anordnung des unteren Poliertellers und
der Antrieb in gleicher Weise ausgeführt wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1. Es
soll daher im einzelnen darauf nicht mehr eingegangen werden. Man erkennt jedoch,
daß zum Beispiel auch die Polierscheibe 10 ein Kühllabyrinth enthält, das mit dem
Kühllabyrinth der Trägerscheibe 14 zusammenwirkt. Eine Besonderheit ist jedoch die
Befestigung der Trägerscheibe 14 am Ring 24 des Grundträgers 18, wie in Fig. 5 dar
gestellt. Die Polierscheibe 10 ist mit der Trägerscheibe 14 über die Befestigungs
schrauben 12 (siehe auch Fig. 1) befestigt. Der Ring 24 ist mit der Trägerscheibe 14
ebenfalls über in gleichmäßigen Umfangsabständen angeordnete Befestigungsschrau
ben 26 befestigt. Eine Besonderheit besteht nun darin, daß die Befestigungsschraube
von einer Hülse 150 umgeben ist, die in entsprechend erweiterten Bohrungsabschnit
ten von Trägerscheibe 14 und Ring 24 angeordnet ist. Beim Verschrauben von Ring
24 und Trägerscheibe 14 wird die Hülse 150 unter eine axiale Spannung gesetzt. Die
Hülse befindet sich jedoch mit radialem Spiel in der Bohrung und hat auch ein radia
les Spiel zur Schraube 12, so daß zwischen den beiden Teilen eine begrenzte radiale
Relativbewegung stattfinden kann. Eine einseitige Wärmeausdehnung von Grund
träger 18 bzw. Ring 24 einerseits und Trägerscheibe 14 andererseits führt daher nicht
zu einer Verformung der Trägerscheibe 14 und damit einer Verformung der Polier
scheibe 10.
Ein oberer Polierteller 160 nach Fig. 4 weist eine Polierscheibe 162, eine Träger
scheibe 164 und einen Grundträger 166 auf. Die Verbindung dieser Teile miteinander
entspricht derjenigen für den unteren Polierteller, so daß darauf im einzelnen nicht
eingegangen werden soll. Eine Nabe 168 des Grundträgers 166 ist an einer Antriebs
welle 170 aufgehängt. Am unteren Ende der Antriebswelle 170 sitzt eine Lagerkugel
172, die mit einer Lagerschale 174 in der Nabe 168 zusammenwirkt. Dadurch kann
der gesamte Polierteller 160 begrenzt pendeln und die Arbeitsfläche der Polierscheibe
162 sich an die jeweilige Neigung der Arbeitsfläche des unteren Poliertellers auto
matisch anpassen. Da über die Welle 170 auch ein Drehmoment übertragen werden
muß, weisen die Lagerbauteile 172, 174 eine bogenförmige Verzahnung auf, über
welche die Drehmomentübertragung stattfindet, welche jedoch gleichzeitig ein Pen
deln des Poliertellers 160 zuläßt.
Wie ferner zu erkennen, weist die Polierscheibe 162 eine Reihe von achsparallelen
Durchbohrungen 176 auf, die mit entsprechenden Durchbohrungen in der Träger
scheibe 164 ausgerichtet und mit denen Leitungen 178 verbunden sind, über die ein
Poliermittel zur Arbeitsfläche der Polierscheibe 162 geleitet wird. Auf der Nabe 168
ist eine Verteilvorrichtung 180 für das Poliermittel angeordnet, die drei konzentrisch
angeordnete ringförmige Kanäle 182 aufweist, in denen sich das Poliermittel befindet,
das durch Schwerkraftwirkung nach unten gefördert wird.
Auch bei der Befestigung des Grundträgers 166 an der Trägerscheibe 164 ist in glei
cher Weise vorgegangen, wie dies in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben
ist, nämlich die mittige Befestigung des Rings des Grundträgers 16 mit der Träger
scheibe 164. Die Befestigung erfolgt wiederum mit Hilfe von Schrauben 184, die mit
Spannhülsen 186 zusammenwirken, die, wie dies in Verbindung mit Fig. 5 beschrie
ben ist, radial begrenzt beweglich sind bzw. eine Relativbewegung zwischen Schraube
184 und Hülse 186 erlauben, damit durch Verformungen des Trägers 166 keine unzu
lässige Verformung der Trägerscheibe 164 und damit der Polierscheibe 162 einher
geht.
Der Aufbau des Poliertellers nach den Fig. 6 und 7 gleicht weitgehend dem des
oberen Poliertellers nach Fig. 4. Ein Unterschied zu Fig. 4 besteht darin, daß die Nabe
168a des Grundträgers 166a fest mit der Welle 170a verbunden ist, mithin an dieser
Stelle kein Pendeln möglich ist, wie dies bei der Ausführungsform nach Fig. 4 der Fall
ist.
Eine Besonderheit bei der Ausführungsform nach Fig. 6 besteht in der Anbringung
der Trägerscheibe 164 an dem Grundträger 166a, d. h. an seinem äußeren Ring. Diese
ist in Fig. 1 näher dargestellt. Man erkennt aus Fig. 7, daß zwischen dem Ring 190
und der Trägerscheibe 164 eine Kolbenzylindereinheit 192 angeordnet ist. In einer
Durchbohrung des Ringes 190 ist eine Kugelgleitführung 194 angeordnet, durch die
hindurch eine hohle Kolbenstange 196 geführt ist. Die Kolbenstange 196 hab am
oberen Ende einen Kolben 198, der in einem Zylinder 200 dichtend geführt ist. Der
Zylinder 200 ist fest mit dem Ring 190 verbunden. Durch den Kolben 198 und die
hohle Kolbenstange 196 ist eine Befestigungsschraube 202 geführt. Sie ist in eine
Gewindebohrung der Trägerscheibe 164 eingeschraubt. Die Kolbenstange 196 ist hin
gegen radial beweglich in der entsprechenden Bohrung der Trägerscheibe 164, so daß
durch die gezeigte Verbindung eine radiale Relativbewegung zwischen Grundträger
166a und Trägerscheibe 164 möglich ist.
Sowohl der Kolbenstangenraum als auch der andere Zylinderraum aller Kolbenzylin
dereinheiten 192 sind, wie in Fig. 6 angedeutet ist, über Leitungen 204 bzw. 206 mit
einander in Verbindung. Auf diese Weise ist der Polierteller 160 schwimmend am
Grundträger 166a aufgehängt und kann ebenso wie der Polierteller nach Fig. 4 auto
matisch seine Neigung verändern in Anpassung an die Änderung der Neigung der
Arbeitsfläche der Polierscheibe 10 des unteren Poliertellers nach Fig. 4.
Claims (13)
1. Zweischeiben-Poliermaschine, insbesondere zur Bearbeitung von Halbleiter
wafern, mit einem Maschinengehäuse, einer oberen und einer unteren Arbeits
scheibe, Trägerscheiben für die untere und die obere Arbeitsscheibe, die jeweils
mit einer vertikalen Antriebswelle verbunden sind, die ihrerseits mittels Rollen
lager im Maschinengehäuse drehbar gelagert und von einem Motor über ein
Getriebe antreibbar sind, wobei in jeder Trägerscheibe Kühlkanäle eingeformt
sind, denen Kühlmittel zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger
scheiben (14, 164) jeweils auf einem Umfangsring (24, 190) eines radförmigen
Grundträgers (18, 166, 166a) mit Hilfe von Befestigungsmitteln befestigt sind, der
seinerseits mit der Antriebswelle (36, 170, 170a) verbunden ist, der Radius, auf
dem die Befestigungsmittel liegen, die den Grundträger mit der Trägerscheibe
verbunden, annähernd auf der halben Breite der ringförmigen Arbeitsscheibe (10,
162) liegt und der Grundträger für die obere Arbeitsscheibe (162) mit der Welle
(170, 170a) oder mit der Trägerscheibe (164) so verbunden ist, daß sich die
Neigung der oberen Arbeitsscheibe (162) automatisch an die der unteren
Arbeitsscheibe (10) anpaßt, wenn beide Arbeitsscheiben (10, 162) unter Druck
gegen die dazwischenliegenden Werkstücke anliegen.
2. Poliermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (170)
der oberen Arbeitsscheibe (162) mit dem Grundträger (166) über ein sphärisches
Lager gekoppelt ist, deren Lagerteile (172, 174) über eine Bogenverzahnung in
einem ein Drehmoment übertragenden Eingriff sind.
3. Poliermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (190) des
Grundträgers (166a) über mehrere im Umfangsabstand angeordnete Kolben
zylindereinheiten (192) mit der Trägerscheibe verbunden ist, wobei die Kolben
stangenräume der Einheiten einerseits und die kolbenstangenfreien Räume ande
rerseits mit einem Hydraulikmedium gefüllt sind und jeweils miteinander in Ver
bindung stehen.
4. Poliermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Umfangsring (24, 190) mit der Nabe (20, 168, 168a) über radiale Speichen
(22) verbunden ist.
5. Poliermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Befestigungsmittel (24, 150) zwischen Grundträger (18) und Trägerscheibe
(14) eine relative radiale Bewegung zwischen den Teilen zulassen.
6. Poliermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Welle (36) für die untere Arbeitsscheibe mindestens einen achsparallelen
Kanal (46, 76) aufweist, dem mittels einer stationären Zuführvorrichtung (48, 52)
Kühlmittel zugeführt wird.
7. Poliermaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführ
vorrichtung (48) m unteren Bereich der Antriebswelle (36) angeordnet und das
obere Ende des Kühlkanals (46) über Kanalabschnitte (62, 64, 70, 68) mit den
oberen Kühlkanälen (16) in der Tragscheibe (14) verbunden ist.
8. Poliermaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer
achsparalleler Kanal (76) in der Antriebswelle (36) am oberen Ende über Kanal
abschnitte (74) mit den oberen Kühlkanälen (16) in der Trägerscheibe (14) ver
bunden und der untere Endbereich des weiteren Kühlkanals (76) mit einem Ablauf
verbunden ist.
9. Poliermaschine nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren
Kühlkanäle (30) ebenfalls mit einem Kühlkanal in der Antriebswelle (36)
verbunden sind.
10. Poliermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Antriebswelle (36) der unteren Arbeitsscheibe (10) mittels zweier beabstan
deter Kegelrollenlager (44) von einem Getriebegehäuse (38) gelagert ist, das ein
Zahnradgetriebe enthält, wobei die Neigung der Rollenlager (44) entgegengesetzt
gerichtet ist.
11. Poliermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Antriebswelle (36) der unteren Arbeitsscheibe (10) ein Stirnrad (82) besitzt,
das mit einem Antriebsritzel (84) des Motors (86) kämmt und Stirnrad (82) und
Ritzel (84) eine Geradverzahnung aufweisen.
12. Poliermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß
das Maschinengehäuse (50) auf diametral gegenüberliegenden Seiten der unteren
Arbeitsscheibe (10) Anbringmittel (110, 130, 126, 124) aufweist für die Anbrin
gung einer brückenartigen Abdrehvorrichtung (114), die in einer brückenförmigen
Führung (116) einen ein Abdrehwerkzeug (134) haltenden Schlitten (132) führt,
der von einem Linearantrieb (136) radial zur Arbeitsscheibe (10) bewegt wird.
13. Poliermaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anbringmittel
auf einer Seite eine annähernd horizontale Anlagefläche (112) und auf der gegen
überliegenden Seite in der Höhe einstellbare Abstützmittel (124, 126) aufweisen,
die in einem Lagerabschnitt (130) des Maschinengehäuses (50) anbringbar sind.
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