DE19923871C2 - Einrichtung zur abgedichteten Halterung dünner Scheiben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur abgedichteten Halterung dünner Scheiben. Das Einsatzgebiet der Erfindung ist dort gegeben, wo die eine Seite der dünnen Scheiben einseitig gasdicht eingeschlossen und die andere Seite einer Einwirkung unterzogen werden soll. Speziell geeignet ist die Einrichtung zur Halterung von Silizium-Wafern zur einseitigen Ätzung. Solche Einrichtungen werden auch Ätzdosen genannt.

Die Erfindung baut auf der Verwendung kreisringförmig angeordneter elastischer Dichtringe auf und verzichtet auf ein Verkleben der dünnen Scheibe zur Gewährleistung der Dichtung.

Es ist bereits eine Ätzhalterung bekannt, die zur Dichtung sowohl zwischen dünner Scheibe und Halterung, als auch zwischen Grundkörper der Einrichtung und ihrem Deckel je einen Gummidichtring verwendet (G. Gerlach, "Verfahren und Einrichtung zum anisotropen elektrochemischen Ätzstop", Technische Universität Dresden, Sektion 9, Informationstechnik, Bericht Nr. 14/85 (1985)). Der Deckel wird mit mehreren kreisringförmig angeordneten Schrauben mit dem Grundkörper der Einrichtung verbunden. Diese Einrichtung ist durch die Bedienung der Schrauben beim Wechsel der Scheiben in der Handhabung aufwendig, außerdem haften die Scheiben oft am Gummidichtring, was zu weiteren Schwierigkeiten bei der Handhabung der Einrichtung und zur Gefahr von Verletzungen der Schicht auf den Scheiben oder der Zerstörung der Scheiben selbst führt.

Es sind auch noch andere Einrichtungen zum einseitigen Spannen von Halbleiterscheiben bekannt, die die gleichen Nachteile wie die vorbeschriebenen technischen Lösungen aufweisen (DE 41 16 392 A1; DE 40 24 576 A1).

Weiterhin ist eine Ätzapparatur bekannt, bei der Teflonringe zur Dichtung eingesetzt werden (J. T. Kung et al, "A compact, inexpensive apparatus for one-sided erching in KOH and HF", Sensors and Actuators, A 29 (1991) 209-215). Nach einigen Wochen Gebrauch zeigen sich häufig Undichtheiten, außerdem tritt das oben angeführte Anhaften auch bei dieser technischen Lösung auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach bedienbare, während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs dichte Einrichtung vorzuschlagen, bei der die Anhaftung der dünnen Scheibe an dem elastischen Dichtmaterial vermieden wird.

Die Erfindung baut auf einer Einrichtung zur abgedichteten Halterung dünner Scheiben auf, die im wesentlichen aus einem Behälter zur Aufnahme einer dünnen Scheibe, einer Platte zur Anlage der dünnen Scheibe, einem an den Behälter anbringbaren kreisringförmigen Deckel mit einer ringförmigen Nut zur Aufnahme eines kreisringförmigen, im Querschnitt runden Dichtringes und einem Betätigungselement zum Andrücken und Lösen des Deckels, sowie Mitteln zum Transport der Einrichtung und Leitungszuführungen in den Raum zwischen Deckel und dünner Scheibe besteht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der ringförmige Nutquerschnitt nach außen offen und zum Zentrum des kreisringförmigen Deckels (30) hin nach unten schräg zulaufend als Dichtzone wirkende Nutwand ausgeführt ist, dass die Vorrichtung als hebelartiges Betätigungselement am Deckel (30) an zwei sich einander gegenüberliegenden Drehlagern angebracht ist, wobei die Drehlager über eine den Deckel (30) an dessen Umfang umgebende ringförmige Flachfeder (34) mit dem Deckel (30) verbunden sind und das Betätigungselement an den Drehlagern jeweils mit einem Exzenter (37) versehen ist, der mit einem am Behälter angeordneten Bolzen (39) in Eingriff steht.

In vorteilhafter Ausführung der Erfindung sind die Mittel zur Aufnahme und zum Spannen der dünnen Scheibe zweimal am Behälter angeordnet und das Betätigungselement ist als Transportgriff ausgebildet.

Mit der Erfindung wird es möglich, runde, dünne, ebene und zerbrechliche Scheiben, insbesondere Halbleiter-Wafer, sicher und dicht zu spannen, zu transportieren und einer weiteren Bearbeitung, z. B. dem Ätzen, zuzuführen. Dabei sind auch Reinstraumbedingungen einhaltbar. Mit der vorgeschlagenen Nutform zwischen der dünnen Scheibe und dem kreisringförmigen Deckel wird ein abrollender Versatz des Dichtringes gegenüber der dünnen Scheibe beim Öffnen des Deckels gewährleistet, so dass ein Anhaften der dünnen Scheibe am Dichtring beim Öffnen der Einrichtung vermieden wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1 die konstruktive Gestaltung des kreisringförmigen Deckels mit dem Dichtring im Zusammenspiel mit der dünnen Scheibe als Teilschnitt,

Fig. 2 die Draufsicht auf eine Seite der Einrichtung mit Teilschnitten für Details,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Einrichtung und

Fig. 4 einen zu Fig. 3 um 90 Grad gedrehten Schnitt.

Im Ausführungsbeispiel wird die bevorzugte Ausführungsform für die paarige Halterung zweier gleichgroßer Halbleiter-Wafer beschrieben.

In Fig. 1 ist die Deckelbewegung ersichtlich. Bei identischem Betrag "H" der Deckelbewegung in Richtung "D" drückt die dünne Scheibe 10 nach Überwinden der Distanz "h" gegen den Dichtring 1 und verschiebt diese am Ende der Bewegung in die Position 11. Dabei verschiebt sich die Dichtungszone 12 um den Betrag "S2", bedingt durch die schräge Nutwand und einer Verwindung des Dichtrings 1 um seine Schnurlängsachse beim Abrollen auf der schrägen Nutwand. Gleichzeitig wandert die Dichtungszone auf der dünnen Scheibe von Position 14 zur Position 15 über die Distanz "S1". In der aus dem Dichtring 1 gebildeten Elastomer-Rundringdichtung bauen sich dabei Torsions-, Zug- und Schubspannungen auf. Unter diesem Kräftegleichgewicht kommt es anschließend zum Anwachsen der Haftungskraft durch Zunahme molekularer Bindungen zwischen dem Dichtring 1 und der dünnen Scheibe 10, die jetzt die Position 16 eingenommen hat.

Beim Öffnen des Behälters durch Abheben des kreisringförmigen Deckels 9 verringern sich die Stützkräfte an den Dichtungszonen 12 und 15 soweit, dass die inneren Kräfte im Dichtring 1 nicht mehr kompensiert werden können. Diese Kräfte stehen jetzt zum Aufbrechen der Haftungsbindungen an der Dichtungszone 15 zur Verfügung. In der Folge löst sich der Dichtring 1 von der Oberfläche der dünnen Scheibe 10, noch während diese durch die Behälterbauteile gehalten und unterstützt wird. Die vom Dichtring 1 gebildete Elastomer-Rundringdichtung verbleibt im kreisringförmigen Deckel 9, gehalten vom hakenförmigen Vorsprung 17 an der schrägen Nutwand 13.

Als dünne Scheibe ist ein Wafer 18 dargestellt. Der Wafer 18 liegt auf einer extrem ebenen Platte 19, die im Beispiel aus einem warmfesten, faserverstärkten Plast gefertigt ist. Die Platte hat Anschlagstifte 20 zur Halterung und Orientierung des Wafers 18. Im Schnitt der Fig. 2 ist auch ein Bereich des unter der Platte 19 liegenden Behälterinneren als Draufsicht auf die Kontaktelemente 21 und die Andruckfedern 22 gezeigt. Sie sind im elektrisch isolierenden Behältergehäuse 23 eingebettet. Die Kontaktelemente 21 kontaktieren durch Freibohrungen 24 in der Platte 19 hindurch Kontaktflächen auf der Rückseite des Wafers. Die Anschlussleitungen 25 der Kontaktelemente 21 führen durch eine druckdichte Verschraubung 26 und der Gasleitung 27 aus der Einrichtung und dem Ätzbad.

Jede der beiden Behälterhälften 28 oder 29 wird unabhängig voneinander mit einem Wafer 18 bestückt und mit einem kreisringförmigen Deckel 30 oder 31 druckdicht verschlossen. Aus Stabilitätsgründen bestehen die kreisringförmigen Deckel 30 und 31 aus Edelstahl. Sie enthalten an der Stelle 32 den Dichtring 1 zur Dichtung gegen den Wafer 18. Als Dichtung gegen den kreisringförmigen Deckel 30, 31 ist im Behältergehäuse 23 auf jeder Seite ein Rundring 33 angeordnet, der gegen die Unterseite des kreisringförmigen Deckels 30, 31 dichtet. Am Deckelbundring 36 des kreisringförmigen Deckels 30, 31 ist eine ringförmige Flachfeder 34 an den Stellen 35 befestigt. Über die ringförmige Flachfeder 34 wird die Andruckkraft des kreisringförmigen Deckels 30, 31 vom Exzenter 37 auf den Deckelbundring 36 übertragen. Der Exzenter 37 wird durch das als Bügel ausgebildete, hebelartige Betätigungselement 38 verdreht. Im vom Behälter abgeschwenkten Zustand dient es als Griff für das Abheben des kreisringförmigen Deckels 30, 31. Nur in dieser Stellung kann der kreisringförmige Deckel 30, 31 abgenommen oder auf das Behältergehäuse 23 aufgelegt werden, wobei die Öffnung des Exzenters 37 über den Bolzen 39 geführt wird, der mit dem Behältergehäuse 23 verbunden ist. Die Kurvenbahn 40 des Exzenters 37 liegt dann bei dessen Drehung am Bolzen 39 an. Die Drehachse des Exzenters 37 ist auch die Drehachse des als Bügel ausgebildeten, hebelartige Betätigungselements 38. Die Drehachse wird durch zwei Bolzenschrauben 41 gebildet, die in sich gegenüberliegenden Böcken 42 der ringförmigen Flachfeder 34 gelagert sind. Die Drehachse (Bolzenschrauben 41) des Exzenters 37 verschiebt sich bei dessen Drehung unter dem Einfluss der Kurvenbahn 40 in Richtung zum Behältergehäuse, 23 und nimmt über die ringförmige Flachfeder 34 den kreisringförmigen Deckel 30, 31 mit, wobei der vom Exzenter 37 erzeugte Hub größer ist, als der für das Schließen des kreisringförmigen Deckels 30, 31 benötigte. Der überschüssige Hub wird von der ringförmigen Flachfeder 34 aufgenommen. Dadurch wird die Schließkraft des kreisringförmigen Deckels 30, 31 auf einen Wert begrenzt, der durch die Federkonstante der ringförmigen Flachfeder 34 bestimmt ist. Die Andruckkraft des Wafers 18 gegen den Dichtungssitz an der Stelle 32 im kreisringförmigen Deckel 30, 31 wird von der Schließkraft des kreisringförmigen Deckels 30, 31 unabhängig, durch eine Anzahl gleicher Andruckfedern 22 gegen den Behälteraussendruck eingestellt. Zur Führung des kreisringförmigen Deckels 30, 31 gegenüber dem Behälterbundring 43 dienen zwei Führungsklötze 44, die fest mit dem Behältergehäuse 23 verbunden sind und auch die Bolzen 39 tragen. Der Bügel 45 leitet Biegekräfte an der Verschraubung 26 über die Führungsklötze 44 an das Behältergehäuse 23 ab. Er kann durch Griffelemente für einen Robotermanipulator ersetzt werden.

Die Schrauben 46 verhindern das Herausspringen der Platte 19 aus dem Behältergehäuse 23 unter der Wirkung der Andruckfedern 22. Der Bolzen 47 fixiert die radiale Lage der Platte 19 und damit die Lage des Wafers 18 mit seinen rückseitigen Kontaktflächen zu den Kontaktelementen 21.

Claims (3)

1. Einrichtung zur abgedichteten Halterung dünner Scheiben, im wesentlichen bestehend aus einem Behälter zur Aufnahme der dünnen Scheibe, einer Platte zur Anlage der dünnen Scheibe, einem kreisringförmigen im Querschnitt runden Dichtring, einem an den Behälter anbringbaren kreisringförmigen Deckel mit einer ringförmigen Nut zur Aufnahme des Dichtringes und einer Vorrichtung zum Andrücken und Lösen des Deckels, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Nutquerschnitt nach außen offen und zum Zentrum des kreisförmigen Deckels (30) hin nach unten schräg zulaufend als Dichtzone wirkende Nutwand ausgeführt ist, dass die Vorrichtung als hebelartiges Betätigungselement am Deckel (30) an zwei sich einander gegenüberliegenden Drehlagern angebracht ist wobei die Drehlager über eine den Deckel (30) an dessen Umfang umgebende ringförmige Flachfeder (34) mit dem Deckel (30) verbunden sind und das Betätigungselement an den Drehlagern jeweils mit einem Exzenter (37) versehen ist, der mit einem am Behälter angeordneten Bolzen (39) in Eingriff steht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Aufnahme und zum Spannen der dünnen Scheibe zweimal am Behälter angeordet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungselement als Transportgriff ausgeführt ist.