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.