DE2462565C2

DE2462565C2 - Preßeinrichtung mit Preßstempel zum Befestigen von mehreren Halbleiterwerkstücken auf einer Montageplatte

Info

Publication number: DE2462565C2
Application number: DE2462565A
Authority: DE
Inventors: Paul Joseph Somerville N.J. Del Priore; Joseph Paul White
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1973-05-29
Filing date: 1974-05-24
Publication date: 1982-04-29
Also published as: CA1021470A; FR2232085A1; DE2425275C2; GB1423490A; US3888053A; DE20221892U1; FR2232085B1; DE2462565A1; DE2425275A1; JPS5022570A; JPS5311432B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Preßeinrichtung mit Preßstempel zum Befestigen von r shreren Halbleiterwerkstücken auf einer Montageplatte, welche zum gleichzeitigen Behandeln, insbesondere Schleifen, Polieren, Läppen u. dgl. der Oberfläche der Werkstücke in eine entsprechende Maschine einzusetzen ist, wobei die Werkstücke unter dem Druck einer zwischen ihnen und dem Preßstempel angeordneten Druckplatte auf die Montageplatte zu kleben sind und ein auf der dem Werkstück zugewandten Seite der Druckplatte, gegeb: nenfalls unter Zwischenschaltung einer Druckausgleichsplatte, vorgesehenes kompressibles Druckkissen eingefügt ist.

Das gleichzeitige Behandeln, insbesondere Schleifen, Polieren, Läppen u. dgl. von Halbleiterwerkstücken, ι. B. Siliziumscheibchen. zum Zwecke der Herstellung von Werkstücken bestimmter Dicke und Oberflächenqualität, insbesondere Oberflächenparallelität, ist bekannt (vgl. DE-OS 15 77 469, DE-OS 2132 174 und US-PS 34 75 867). Bisher wurde es jedoch bei gleichzeitiger Bearbeitung oder Serienherslellung mehrerer Werkstücke hingenommen, daß die maximal erreichbare Genauigkeit des Behandlungsergebnisses lieh in der Größenordnung von 5 Mikrometern bewegt. In vielen Fällen genügt diese Genauigkeit jedoch nicht für den Verwendungszweck des jeweiligen Werkstücks. Die Bearbeitungsgenauigkeit leidet im Bekannten darunter, daß die einzelnen Werkstücke nicht vollkommen, gleichmäßig in die auf der Montageplatte befindliche Riebstöffschicht eingedrückt \vefderi. Ein gleichmäßigeres Eindrücken in die Riebstöffschicht würde höhere, auf die Werkstücke ausübende Drücke Voraussetzen, Mit einer Druckerhöhung über das bisher übliche Maß hinaus war jedoch das Zerbrechen zahlreicher Werkstücke verbunden*

Um das Zerbrechen der Werkstücke auch bei Druckerhöhung zu verhindern, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die parallel zur Klebstoffschicht auftretenden Kräfte auszugleichen.
Bei einer Vorrichtung eingangs genannter Art besteht die Lösung in einer zwischen das Druckkissen und die Werkstücke gelegten Gleitplatte.

Erfindungsgemäß wird die Erkenntnis ausgenutzt, daß das häufige Brechen der Werkstücke nicht auf den ίο Quetsch- und Preßeinfluß der Druckeinrichtung, sondern vielmehr auf ein Strecken bzw. Auseinanderdrükken der Plättchen durch seitliche Bewegung der Oberfläche des Druckkissens zurückzuführen isL Da wegen des erfindungsgemäßen Druckausgleichs parallel r, zur Fläche der Klebstoffschicht der auf die Werkstücke beim Einpressen in die Klebstoffschicht ausgeübte Druck erhöht werden kann, ohne daß die Werkstücke zerbrechen, sind letztere wesentlich gleichmäßiger bzw. mit wesentlich gleichmäßigerem Abstand zur Montageplatte in der Klebstoffschicht anzuordnen.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Montageplatte auf der die erfindungsgemäß zu behandelnden Halbleiterwerkstücke befestigt werden, in Draufsicht;

F i g. 2 die Montageplatte mit Werkstücken, im Querschnitt;

F i g. 3 Teile einet Presse, mit der die Halbleiterwerkstücke fest mit der Montageplatte verbunden werden, im Querschnitt;

Fig.4 einen Teil einer grundsätzlich bekannten Einrichtung, die im Rahmen der Erfindung zum Polieren Verwendung finden kann, in teilweise gebrochener Seitenansicht;

Fig.5 die in Fig.4 gezeigte Einrichtung, in Draufsicht; und

F i g. 6 einen Teil einer Polierscheibe, im Querschnitt.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird gemäß

Fig. 1 und 2 eine Werkstückmontageplatte 10 verwendet. auf der Werkstücke 12 befestigt werden. Bei der beschriebenen Ausführung bestehen die Werkstücke 12 aus scheibenförmigen Siliziumplättchen mit einem Durchmesser von 5 cm und einer Dicke von ungefähr 500 Mikron. Die Werkstücke 12 können in herkömmlieher Weise aus einem gewachsenen Siliziumblock gesägt werden, wobei die derart hergestellten Plättchen hinsichtlich Dicke und Parallelität der Hauptflächen eine Toleranz von ungefähr ±25 Mikron aufweisen Erfindungsgemäß sollen die Werkstücke 12 auf eine

so Dicke von 350 Mikron geschliffen und poliert werden, und zwar mit einer Toleranz hinsichtlich Dicke und Oberflächenparallelität von ungefähr ±0,5 Mikron.

Die Montageplatte 10 wird sowohl für den Schleif- als

auch den Poliervorgang verwendet und ist auf einen Genauigkeitsgrad diemensioniert, der sogar größer ist als der für die Werkstücke 12 geforderte, z.B. eine Toleranz von ±0,125 Mikron aufweist.

Im vorliegenden Beispiel ist die Montageplatte aus gehärtetem, stabilisiertem, nichtrostendem Stahl hergestellt. Nichtrostender Stahl wird deshalb verwendet, weil er gegenüber den verschiedenen Chemikalien, die während des Reinigens und Polierens verwendet Werden, beständig ist Und hinsichtlich mechanischer Beschädigungen hohe Widerstandsfähigkeit besitzt Die Platte 10 ist Verhältnismäßig dick (Ungefähr 2,54 cm) und ringförmig ausgebildet Die Dicke und Form der Platte 10 sind so gewählt, daß Deformationen der Platte während der verschiedenen Herstellungsvorgänge auf

einem Minimum gehalten werden bei gleichzeitig niedrigstem Gewicht (ungefähr 5,5 kg bei einer Platte mit einem AuBendurchmesser von 23 cm und einem Innendurchmesser von 10 cm). Die Montageplatte 10 wird mit großer Genauigkeit maschinell hergestellt und sowohl eben als auch parallel poliert bzw. geläppt, bis die gewünschte Abmessung erreicht ist. Bei sorgsamer Behandlung der Platte 10 ist es möglich, daß ihre Abmessungen innerhalb dieser Toleranz für sehr lange Zeit und wiederholten Gebrauch verbleiben. Die Montageplatte 10 kann auch aus anderen bearbeitbaren und widerstandsfähigen Metallen hergestellt sein, wie beispielsweise Molybdän.

Von beträchtlicher Wichtigkeit hinsichtlich des genauen, gleichzeitigen Schleif ens und Polierens mehrerer Werkstücke ist die Genauigkeit, mit der die Werkstücke auf der Montageplatte 10 befestigt werden. Es ist beispielsweise bekannt, Werkstücke auf eine Montageplatte unter Verwendung eines Wachshaftmittels zu kleben. Bisher führte ein derartiges Aufkleben der Werkstücke jedoch zu relativ großen Unterschieden hinsichtlich der Höhe des Werkstückes über der Montageplatte, was auf Unterschiede in dei Dicke der Wachsfilme unterhalb der Werkstücke zurückzuführen ist

Mit der Erfindung wird eine völlig gleichförmige Dicke der Klebschichten von Plättchen zu Plättchen auf der Montageplatte 10 gewährleistet. Dabei werden die Werkstücke auf die Montageplatte unter hohen Temperaturen und Drucken geklebt, um das Fließen des Klebers unter den Werkstücken hervor zu erhöhen, wodurch die Schichten unterhalb der Werkstücke extrem dünn werden. Durch das Herstellen derart dünner Klebschichten, ungefähr 0,5 Mikron, werden Dickenunterschiede der Schichten von Werkstück zu Werkstück extrem gering gehalten, z. B. in der Größenordnung von 0,25 Mikron. Das als Kleber verwendete Wachsmaterial ist nicht kritisch und kann aus einer Vielzahl kommerziell erhältlicher Wachse ausgesucht werden. Beispielsweise kann ein Mittelschichtwacns (Nr. 4) der Universal Company of Hicksville, New York, Verwendung finden.

Eine Wachsschicht 14 (Fig.2) mit einer Dicke von ungefähr 125 Mikron wird zunächst in herkömmlicher Weise auf der Montageplatte 10 vorgesehen. Beispielsweise wird die Montageplatte 10 auf einer Heizplatte befestigt und auf die Erweichungstemperatur des Wachses, z. B. ungefähr 71°C, erwärmt; in Form eines festen Stiftes wird das Wachs einfach gegen die erhitzte Platte gerieben, so daß ein Wachsfilm auf der Platte entsteht. Weder die Dicke noch die Gleichförmigkeit der derart aufgebrachten Wachsschicht 14 ist kritisch. Während sich die Montageplatte noch auf der Heizplatte befindet, wird eine Anzahl von Werkstücken, z. B. zehn Stück, von Hand mit Abstand voneinander auf die Schicht 14 gelegt.

Um jedes Werkstück 10 fest mit der gewachsten Oberfläche zu verbinden und die Dicke der Wachsfilme unter den Werkstücken 12 aus den zuvor angegebenen Gründen auf ein Minimum zu reduzieren, wird auf jedes Werkstück ein erheblicher Druck ausgeübt·.

Wichtig ist, daß der Druck, mit dem das Wachs unter den Siliziumscheiben herausgequetscht wird, ungefähr 2i kg/cm², erheblich höher ist als die Drücke, die bisher ohne Beschädigung angewendet werden konnten. Das Erreichen extrem dünner Wachsklebfilme und die geringen Unterschiede der Filmdicke von Werkstück zu Werkstück sind das direkte Ergebnis der Anwendung derart hoher Montagedrucke. Dies wird wie folgt erreicht.

Wie in F i g. 3 dargestellt, wird die Montageplatte auf der Grundplatte oder dem Amboß 16 einer einfachen Presse plaziert, wobei der Amboß mit einer Widerstandsheizung versehen ist, um die Montageplatte 10 und die Wachsschicht 14 auf der Erweichungstemperatur des Wachses zu halten. Mit Hilfe bekannter Preßeinrichtungen 18 wird auf jedes Werkstück 12 ein gleichförmiger Preßdruck ausgeübt Die Preßeinrichtung 18 besteht aus der oberen Druckplatte 20, die an einer Preßspindel 22 befestigt ist, aus einer Druckausgleichsmetallplatte 24, die mit der Platte 20 über eine ringförmige, einstückig an der Platte 20 vorgesehenen Rippe 26 in Verbindung steht, und aus einem kompressiblen Druckkissen 28, beispielsweise aus Silikonkautschuk, das zwischen der Ausgleichsplatte 24 und der Montageplatte 10 angeordnet ist. Der Zweck der beiden Platten 20 und 24 besteht darin, einen gleichförmigen Druck über die gesamte Oberfläche der Platte 24 auszuüben, während das "~ ,uckkissen 28 dazu dient, die unterschiedlichen Dicken .^Jer Werkstücke aufzunehmen.

Bisher war für den Druck, der auf die Siliziumscheiben ohne Bruchgefahr ausgeübt werden konnte, Dei der Verwendung derartiger Pießeinrichtungen eine relativ niedrige obere Grenze gesetzt. Im Rahmen der Erfindung hat sich herausgestellt, daß der Grund für das häufige Brechen der Plättchen primär nicht auf den Quetsch- und Preßeinfluß der Druckeinrichtung zurückzuführen ist, sondern vielmehr auf ein Strecken und Auseinanderdrücken der Plättchen durch seitliche Bewegung der Oberfläche des Kissens 28, während es zusammengedrückt wird.

Um diesen Streckeffekt zu vermeiden, ist zwischen dem Druckkissen 28 und dem Siliziumplättchen eine Gleitplatte 30 vorgesehen, die seitliche Belastungen ausgleicht. Diese Gleitplatte besitzt die Eigenschaft, ein seitliches Bewegen des Druckkissens 28 zuiiilassen. ohne diese seitliche Bewegung auf die Plättchen 12 zu übertragen.

Die Gleitplatte kann Lamellenstruktur besitzen, mit der ein Gleiten der Lamellen gegeneinander ermöglicht wird. Beispielsweise kann als Material Graphit benutzt werden. Vorzugsweise ist die Gleitplatte 30 aus einer Doppelschicht eines Materials mit niedriger Reibung aufgebaut, z.B. sind verschiedene Kunststoffe, wie¹ Teflon geeignet, wobei jede der Schichten gegenüber der Nachbarschicht sehr leicht gleiten kann.

Wie bereits erwähnt, führt die Anwendung relativ hoher Druckkräfte auf jedes der Plättchen 12 zu extrem dünnen Wachsschichten 14 mit außerordentlich gleichförmiger Dicke von Plättchen zu Plättchen. Die Mc lageplatte 10 wird sodann aus der Presse entfernt und abgekühlt

Nachdem die Plättchen 12 genau auf der präzis dimensionierten Montageplatte 10 befestigt sinü, werden sie dem grundsätzlich bekannten Schleifen und Polieren untenzogen, um ihre Dicke zu verringern. Wichtig ist die Tatsache, daß die Plättchen 12, nachdem sie einmal auf der Montageplatte 10 befestigt sind, von dieser nicht entfernt werden, bevor das Schleifen und Polieren beendet ist, so daß die Montageplatte eins hervorragende Bezugsebene für jedes der Plättchen 12 darstellt. Obgleich es nicht üblich ist, eine einzige Montageplatte 10 für die verschiedenen Formgebungsvorgänge zu verwenden, liegt es im Bereich handwerklichen Könnens, bekannte Schleif- Und Poliervorrichtun-

gen so zu modifizieren, daß darin die Platte 10 mit den Werkstücken 12 untergebracht werden kann.

Bezüglich des Poliervorgangs selbst ist jedoch gegenüber bekannten Poliervorrichtungen eine bedeutsame Änderung vorgenommen worden. Wie in den Fig.4 und 5 dargestellt ist, besitzt die bekannte Poliereinrichtung eine kreisförmige Platte 32, die auf einer Welle 34 befestigt ist. Auf der Platte 32 ist eine Scheibe 36 mit einem nach unten gerichteten Rand 37 vorgesehen, der um die Platte 32 greift und damit in bündiger, wasserdichter Passung sitzt, so daß zwischen der Platte 32 und der Scheibe 36 ein Hohlraum entsteht. Die obere Oberfläche 38 der Scheibe 36 ist mit einem Polierkissen 40 bekannter Art versehen.

Zum Polieren wird eine Anzahl von Montageplatlen 10 auf der Scheibe 36 untergebracht, wobei die zu polierenden Hauptflächen der Werkstücke 12 in Kontakt mit dem Kissen 40 stehen. Das Kissen 40 wird mit einer Polierpaste versehen und die Platte 32 um die Wellenachse 34 gedreht, während die Montageplatten 10 mittels bekannter, nicht dargestellter Antriebe um eine zentrale, auf den Hauptflächen senkrechte Achse rotiert werden (Fig. 6). Außerdem sind nicht dargestellte Einrichtungen vorgesehen, um eine Druckkraft auf die Montageplatten 10 auszuüben und somit den auf die Werkstücke 12 ausgeübten Polierdruck zu erhöhen. Um übermäßige Erwärmung der Werkstücke 12 während des Poliervorgangs zu vermeiden, wird durch den zwischen der Platte 32 und der Scheibe 36 vorgesehenen Hohlraum Wasser geführt.

Es werden dann hinsichtlich ebener Werkstückoberflächen beste Ergebnisse erzielt, wenn die Oberfläche 38 etwas konvex ausgebildet ist. Dies wird bei einer Vorrichtung des beschriebenen Typs dadurch sehr einfach erreicht, daß der Wasserdruck in dem zwischen der Platte 32 und der Scheibe 36 liegenden Raum erhöht wird, was dazu führt, daß die Oberfläche 38 und das darauf liegende Polierkissen 40 leicht gewölbt werden.

Es wird angenommen, daß auf Grund der konvexen

Form der Oberfläche 38 der Druck zwischen jedem Werkstück 12 und dem Polierkissen 40 an den Innenkanten 44 der Werkstücke, bezogen auf die Montageplatten 10, etwas höher ist als an der Außenseite. Dies ist in Fig.6 dargestellt, in der die konvexe Form der Oberfläche 38 stark übertrieben

ίο gezeigt ist: daraus geht hervor, daß die Quetsch- bzw. Preßwirkung der Werkstücke 12 auf das Kissen 40 am größten im Bereich der Innenkanten 44 der Werkstücke ist. Im Ergebnis führt dies dazu, daß auf Grund des erhöhten Drucks an den Innenkanten an diesen Stellen eine größere Polierwirkung der Werkstückoberfläche eintritt. Dies wird jedoch dadurch kompensiert, daß die Montageplatten um ihre Zentralachse rotiert werden, so daß die Tangentialgeschwindigkeit der Plättchen an ihrer Innenkanten geringer als an den Außenkanten ist.

Durch geeignetes Abstimmen des durch den über die Oberfläche jedes Werkstücks verschiedenen Druck hervorgerufenen, differenzierten Poliereffekts auf den ebenfalls differenzierten Poliereffekt, der durch die verschiedenen Tangentialgeschwindigkeiten bezüglich der Werkstückoberfläche hervorgerufen wird, wird über die Oberflächen der Plättchen ein gleichfrömiges Polisren erreicht.

So wird beispielsweise bei einer Polierscheibe 36 mit einem Durchmesser von ungefähr 61 cm, einer Drehgeschwindigkeit der Platte 32 von 36 U/min., einer Drehgeschwindigkeit der Montageplatte 10 von 10 U/min, und einem Druck aer Montageplatte von ungefähr 0,2 kg/cm² für die Oberfläche 38 der Polierscheibe 36 ein Radius von ungefähr 305 m für die konvexe Krümmung gewählt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Pfeßeinrichtung (18) mit Preßstempel zum Befestigen von mehreren Halbleiterwerkstücken (12) auf einer Montageplatte (10), welche zum gleichzeitigen Behandeln, insbesondere Schleifen, Polieren, Läppen u. dg!., der Oberfläche der Werkstücke (12) in eine entsprechende Maschine einzusetzen ist, wobei die Werkstücke (12) unter dem Druck einer zwischen ihnen und dem Preßstempel angeordneten Druckplatte (20) auf die Montageplatte (10) zu kleben sind und ein auf der den Werkstücken (12) zugewandten Seite der Druckplatte (20), gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Druckausgleichsplatte (24), vorgesehenes kompressibles Druckkissen (28) eingefügt ist, gekennzeichnet durch eine zwischen das Druckkissen (28) und die Werkstücke (12) gelegte Gleitplatte (30).

2. Preßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitplatte (30) Lamellenstruktur besitzt

3. Preßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitplatte (30) aus Graphit besteht

4. Preßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitplatte (30) aus mehreren, vorzugsweise zwei .übereinander gelegten Schichten eines Materials mit niedrigem Reibungskoeffizienten, wie Polytetrafluorethylen, besteht.