DE102006062872B4 - Simultaneous double-side grinding providing method for semiconductor wafer, involves machining semiconductor wafers in material-removing fashion between rotating upper working disk and lower working disk - Google Patents
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Abstract
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben, wobei jede Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzten Läuferscheiben liegt und dadurch auf einer zykloidischen Bahnkurve bewegt wird, wobei die Halbleiterscheiben zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben Material abtragend bearbeitet werden, wobei jede Arbeitsscheibe eine Arbeitsschicht umfasst, die gebundenes Schleifmittel enthält.The subject of the present invention is a method for simultaneous double-sided grinding of a plurality of semiconductor wafers, each wafers being freely movable in a recess of one of a plurality of wafers rotated by a winder and thereby moved on a cycloidal trajectory, the wafers between two rotating working wafers eroding, wherein each working disk comprises a working layer containing bonded abrasive.
Stand der TechnikState of the art
Für Elektronik, Mikroelektronik und Mikro-Elektromechanik werden als Ausgangsmaterialien (Substrate) Halbleiterscheiben mit extremen Anforderungen an globale und lokale Ebenheit, einseiten-bezogene lokale Ebenheit (Nanotopologie), Rauigkeit und Sauberkeit benötigt. Halbleiterscheiben sind Scheiben aus Halbleitermaterialien, insbesondere Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid und überwiegend Elementhalbleiter wie Silicium und gelegentlich Germanium. Gegebenenfalls werden auf den Halbleiterscheiben zunächst Schichtstrukturen erzeugt, bevor sie zur Herstellung von Bauelementen verwendet werden. Schichtstrukturen sind z. B. eine bauteiltragende Silicium-Oberlage auf einem Isolator („silicon an insulator”, SOI) oder eine verspannte Silicium-Germanium-Schicht („strained silicon”) auf einer Siliciumscheibe oder Kombinationen von beidem („strained silicon an insulator”, sSOI).For electronics, microelectronics, and microelectromechanics, the starting materials (substrates) required are semiconductor wafers with extreme requirements for global and local flatness, single-sided local flatness (nanotopology), roughness, and cleanliness. Semiconductor wafers are wafers of semiconductor materials, in particular compound semiconductors such as gallium arsenide and predominantly elemental semiconductors such as silicon and occasionally germanium. Optionally, layer structures are first produced on the semiconductor wafers before they are used for the production of components. Layer structures are z. A silicon-on-insulator (SOI) or strained silicon-germanium layer on a silicon wafer or combinations of both (strained silicon-on-insulator, sSOI) ,
Gemäß dem Stand der Technik werden Halbleiterscheiben in einer Vielzahl von aufeinander folgenden Prozessschritten hergestellt, die sich allgemein in folgende Gruppen einteilen lassen:
- a) Herstellung eines einkristallinen Halbleiterstabs (Kristallzucht);
- b) Auftrennen des Stabs in einzelne Scheiben;
- c) mechanische Bearbeitung;
- d) chemische Bearbeitung;
- e) chemo-mechanische Bearbeitung;
- f) ggf. Herstellung von Schichtstrukturen.
- a) production of a monocrystalline semiconductor rod (crystal growth);
- b) separating the rod into individual slices;
- c) mechanical processing;
- d) chemical processing;
- e) chemo-mechanical processing;
- f) if necessary, production of layered structures.
Die Kombination der auf die Gruppen entfallenden Einzelschritte sowie deren Reihenfolge variiert je nach Anwendungszweck. Ferner kommt eine Vielzahl an Nebenschritten wie Reinigung, Sortieren, Messen, Verpacken usw. zum Einsatz.The combination of the individual steps attributable to the groups and their order varies depending on the application. Furthermore, a variety of minor steps such as cleaning, sorting, measuring, packaging, etc. is used.
Die mechanische Bearbeitung dient der Entfernung von Welligkeiten, die beim vorangegangenen Auftrennen des Halbleiterstabs, beispielsweise durch thermische Drift über die lange Trenndauer oder dynamische Selbstschärf- und Abstumpfungsprozesse entstanden sind. Ferner dient die mechanische Bearbeitung dem Abtrag der durch den rauen Sägeprozess kristallin geschädigten Oberflächenschicht und der Reduktion der Oberflächen-Rauigkeit. Vor allem jedoch wird die mechanische Bearbeitung zur globalen Einebnung der Halbleiterscheibe eingesetzt. Gemäß dem Stand der Technik kommen hier unterschiedliche Techniken zum Einsatz, wie beispielsweise das Läppen (Doppelseiten-Planläppen mit freiem Schleifkorn), das Einseitenschleifen mit einer Topfschleifscheibe („single-side grinding”, SSG), oder das simultane Doppelseitenschleifen zwischen zwei Topfschleifscheiben vorder- und rückseitig gleichzeitig („double-disk grinding”, DDG).The mechanical processing is used to remove ripples that have arisen during the previous separation of the semiconductor rod, for example by thermal drift over the long separation time or dynamic self-sharpening and Abstumpfungsprozesse. Furthermore, the mechanical processing is used for removing the surface layer which has been damaged in crystalline form by the rough sawing process and for reducing the surface roughness. Above all, however, mechanical processing is used to globally planarize the semiconductor wafer. According to the state of the art, different techniques are used here, such as lapping (double-side lapping with free abrasive grain), single-side grinding with a single-side grinding wheel (SSG), or simultaneous double-side grinding between two cup grinding wheels. and backside at the same time ("double-disk grinding", DDG).
Th. Ardelt, Berichte aus dem Produktionstechnischen Zentrum Berlin, Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik, IPK Berlin, 2001, ISBN 3-8167-5609-3, beschreibt den Einfluss der Relativbewegung zwischen Werkstücken und Arbeitsscheiben auf das Ergebnis des Planschleifens mit Planetenkinematik und informiert ausführlich über die Analyse der Planetenkinematik und die Simulation der Schleifscheibenbelastung.Th. Ardelt, Reports from the Production Technical Center Berlin, Fraunhofer Institute for Production Systems and Design Technology, IPK Berlin, 2001, ISBN 3-8167-5609-3, describes the influence of the relative movement between workpieces and working wheels on the result of the surface grinding Planet kinematics and provides detailed information on the analysis of the planetary kinematics and the simulation of the grinding wheel load.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die mit diesem Verfahren bearbeiteten Halbleiterscheiben eine Reihe von Defekten aufweisen, so dass die erhaltenen Halbleiterscheiben für besonders anspruchsvolle Anwendungen ungeeignet sind: So zeigte sich beispielsweise, dass sich im Allgemeinen Halbleiterscheiben mit unvorteilhaftem balligem Dickenprofil mit einem ausgeprägten Randabfall ergeben. Die Halbleiterscheiben weisen oftmals auch irreguläre Welligkeiten in ihrem Dickenprofil sowie eine raue Oberfläche mit großer Schädigungstiefe auf. Unter Schädigungstiefe ist die Tiefe, von der Oberfläche der Halbleiterscheibe aus gerechnet, zu verstehen, bis zu der das Kristallgitter durch die Bearbeitung geschädigt, d. h. gestört wurde.However, it has been found that the wafers processed by this method have a number of defects, so that the resulting wafers are unsuitable for particularly demanding applications: For example, it has been found that semiconductor wafers with unfavorable spherical thickness profile generally result in pronounced edge drop , The semiconductor wafers often also have irregular ripples in their thickness profile and a rough surface with great depth of damage. By depth of damage is meant the depth, calculated from the surface of the semiconductor wafer, up to which the crystal lattice is damaged by the processing, ie. H. was disturbed.
Raue Halbleiterscheiben mit großer Schädigungstiefe benötigen eine aufwändige Nachbearbeitung, durch die die Vorteile des in
Aufgabetask
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Halbleiterscheiben bereitzustellen, die sich aufgrund ihrer Geometrie auch zur Herstellung von elektronischen Bauelementen mit sehr geringen Linienbreiten („design rules”) eignen.The object of the present invention is therefore to provide semiconductor wafers which, due to their geometry, are also suitable for the production of electronic components with very narrow linewidths ("design rules").
Weiterhin stellte sich die Aufgabe, die Entstehung eines Randabfalls bei der Herstellung von Halbleiterscheiben zu vermeiden.Furthermore, the task was to avoid the formation of a Randabfalls in the production of semiconductor wafers.
Es stellte sich auch die Aufgabe, andere Geometriefehler wie beispielsweise ein Dickenmaximum im Zentrum der Halbleiterscheibe verbunden mit einer stetig abnehmenden Dicke zum Rand der Scheibe hin oder ein lokales Dickenminimum im Zentrum der Halbleiterscheibe zu vermeiden.It was also an object to avoid other geometric errors such as a thickness maximum in the center of the semiconductor wafer associated with a steadily decreasing thickness towards the edge of the disk or a local minimum thickness in the center of the semiconductor wafer.
Lösungsolution
Die Aufgabe wird gelöst durch ein erstes Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben (das jedoch nicht Gegenstand der Erfindung ist), wobei jede Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzten Läuferscheiben liegt und dadurch auf einer zykloidischen Bahnkurve bewegt wird, wobei die Halbleiterscheiben zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben Material abtragend bearbeitet werden, wobei jede Arbeitsscheibe eine Arbeitsschicht umfasst, die gebundenes Schleifmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass während der Bearbeitung die im Arbeitsspalt herrschende Temperatur konstant gehalten wird.The object is achieved by a first method for simultaneous double-sided grinding of a plurality of semiconductor wafers (which, however, is not the subject of the invention), each semiconductor wafer being freely movable in a recess of one of a plurality of carrier discs set in rotation by means of a winder, thereby moving on a cycloidal trajectory is, wherein the semiconductor wafers are machined material between two rotating working discs, each working disc comprises a working layer containing bonded abrasive, characterized in that during the processing, the temperature prevailing in the working gap is kept constant.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein zweites Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben (das ebenfalls nicht Gegenstand der Erfindung ist), wobei jede Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzten Läuferscheiben liegt und dadurch auf einer zykloidischen Bahnkurve bewegt wird, wobei die Halbleiterscheiben zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben Material abtragend bearbeitet werden, wobei jede Arbeitsscheibe eine Arbeitsschicht umfasst, die gebundenes Schleifmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass pro Zeiteinheit der Betrag der Zahl der Umläufe der Läuferscheiben um den Mittelpunkt der Abwälzvorrichtung und relativ zu jeder der beiden Arbeitsscheiben größer ist als der Betrag der Zahl der Umdrehungen der einzelnen Läuferscheiben um ihre jeweiligen Mittelpunkte.The object is likewise achieved by a second method for simultaneous double-sided grinding of a plurality of semiconductor wafers (which is likewise not the subject of the invention), wherein each semiconductor wafer is freely movable in a recess of one of a plurality of winder wheels rotated by means of a winder and thereby a cycloidal trajectory is moved, wherein the semiconductor wafers are machined material between two rotating working discs, each working disc comprises a working layer containing bonded abrasive, characterized in that per unit time the amount of the number of revolutions of the carriers around the center of the rolling device and relative to each of the two working wheels is greater than the amount of the number of revolutions of the individual carriers around their respective centers.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein drittes Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben, wobei jede Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzten Läuferscheiben liegt und dadurch auf einer zykloidischen Bahnkurve bewegt wird, wobei die Halbleiterscheiben zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben Material abtragend bearbeitet werden, wobei jede Arbeitsscheibe eine Arbeitsschicht umfasst, die gebundenes Schleifmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelgeschwindigkeiten σi und ωi so gewählt werden, dass der Betrag des Verhältnisses aus der Differenz der Beträge der theoretischen Abnutzung der beiden Arbeitsschichten zum Mittelwert der Beträge der Abnutzung beider Arbeitsschichten für jede radiale Position r weniger als 1/1000 beträgt, wobei der Betrag der theoretischen Abnutzung einer jeden Arbeitsschicht gegeben ist durch wobei a den Teilkreisradius der Umlaufbewegung der Läuferscheiben auf den Arbeitsscheiben um den Mittelpunkt der Abwälzvorrichtung; e den Abstand des momentan betrachteten Aufpunkts vom Mittelpunkt der entsprechenden Läuferscheibe; l(e) die innerhalb der Fläche der Halbleiterscheibe verlaufende Bogenlänge des Kreises mit Radius e um den Mittelpunkt der entsprechenden Läuferscheibe; r die radiale Position bezüglich des Mittelpunkts der Arbeitsscheiben; σi die Winkelgeschwindigkeit des Umlaufs der Läuferscheiben um den Mittelpunkt der Arbeitsscheiben; ωi die Winkelgeschwindigkeit der Eigendrehung der Läuferscheiben um ihre jeweiligen Mittelpunkte angibt, emin = max{0; eexz – R} und emax = eexz + R mit R = Radius der Halbleiterscheibe die untere und obere Grenze der Integration über e bezeichnen; eexz die Exzentrizität der Halbleiterscheibe in der Läuferscheibe und der Index i = o für die obere Arbeitsscheibe oder i = u für die untere Arbeitsscheibe angibt, ob die Winkelgeschwindigkeiten σi und ωi sich auf die obere oder die untere Arbeitsscheibe beziehen.The object is achieved by a third method for simultaneous two-sided grinding a plurality of semiconductor wafers, each wafer is freely movable in a recess of a plurality of offset by means of a rolling device rotors and is thereby moved on a cycloidal trajectory, wherein the semiconductor wafers between two rotating Working discs are machined material, each working disc comprises a working layer containing bonded abrasive, characterized in that the angular velocities σ i and ω i are chosen so that the amount of the ratio of the difference of the amounts of theoretical wear of the two working layers to the mean of the amounts of wear of both working layers for each radial position r is less than 1/1000, wherein the amount of theoretical wear of each working layer is given by where a is the pitch radius of the orbital movement of the carriers on the working wheels around the center of the rolling device; e is the distance of the currently considered point from the center of the corresponding rotor; l (e) the arc length of the circle of radius e running within the surface of the semiconductor wafer around the center of the corresponding rotor disk; the radial position with respect to the center of the working disks; σ i is the angular velocity of the circulation of the carriers around the center of the working disks; ω i indicates the angular velocity of the spin of the carriers about their respective centers, e min = max {0; e exz - R} and e max = e exz + R where R = radius of the wafer denote the lower and upper limits of integration over e; e exz indicates the eccentricity of the wafer in the carrier and the index i = o for the upper working disk or i = u for the lower working disk indicates whether the angular velocities σ i and ω i relate to the upper or the lower working disk.
Die Aufgabe wird auch erfindungsgemäß gelöst durch ein viertes Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben, wobei jede Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzten Läuferscheiben liegt und dadurch auf einer zykloidischen Bahnkurve bewegt wird, wobei die Halbleiterscheiben zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben Material abtragend bearbeitet werden, wobei jede Arbeitsscheibe eine Arbeitsschicht umfasst, die gebundenes Schleifmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelgeschwindigkeiten σi und ωi so gewählt werden, dass für jede Arbeitsschicht der Betrag der theoretischen Abnutzung für jede radiale Position r um weniger als 30% von der über die ganze Arbeitsschicht gemittelten theoretischen Abnutzung abweicht, wobei der Betrag der theoretischen Abnutzung einer jeden Arbeitsschicht gegeben ist durch wobei die Symbole die beim dritten Verfahren angegebene Bedeutung haben.The object is also achieved according to the invention by a fourth method for simultaneous two-sided grinding of a plurality of semiconductor wafers, wherein each semiconductor wafer is freely movable in a recess of a plurality of offset by means of a rolling device rotors and is thereby moved on a cycloidal trajectory, wherein the semiconductor wafers between two rotating working wheels are machined material, each work disc comprises a working layer containing bonded abrasive, characterized in that the angular velocities σ i and ω i are chosen so that the amount of theoretical wear for each working layer for each radial position r differs by less than 30% from the theoretical wear averaged over the entire work shift, the amount of theoretical wear of each work shift being given by where the symbols have the meaning given in the third method.
Schließlich wird die Aufgabe auch gelöst durch ein fünftes Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben (das wiederum nicht Gegenstand der Erfindung ist), wobei jede Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzten Läuferscheiben liegt und dadurch auf einer zykloidischen Bahnkurve bewegt wird, wobei die Halbleiterscheiben zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben Material abtragend bearbeitet werden, wobei jede Arbeitsscheibe eine Arbeitsschicht umfasst, die gebundenes Schleifmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des durch den im Zuge der Abnutzung der Arbeitsschichten freigesetzten Schleifmittels bewirkten Materialabtrags am gesamten Materialabtrag stets geringer ist als der Anteil des durch das fest in der Arbeitsschicht gebundene Schleifmittel bewirkten Materialabtrags.Finally, the object is also achieved by a fifth method for simultaneous double-sided grinding of a plurality of semiconductor wafers (which in turn is not the subject of the invention), wherein each semiconductor wafer is freely movable in a recess of one of a plurality of offset by means of a rolling device rotor discs and thereby on a cycloidal Trajectory is moved, wherein the semiconductor wafers are machined material between two rotating working discs, each working disc comprises a working layer containing bonded abrasive, characterized in that the proportion of the caused by the release of the working layers abrasive material removal on the entire material removal is always less than the proportion of material caused by the fixed in the working layer abrasive abrasive removal.
Mittels der vorgenannten Verfahren und insbesondere einer sinnvollen Kombination dieser Verfahren (was nicht Gegenstand der Erfindung ist), ist es möglich, Halbleiterscheiben mit deutlich verbesserten Eigenschaften herzustellen.By means of the aforementioned methods and in particular a meaningful combination of these methods (which is not the subject of the invention), it is possible to produce semiconductor wafers with significantly improved properties.
Mittels der genannten Verfahren kann eine Halbleiterscheibe (die nicht Gegenstand der Erfindung ist), hergestellt werden, die gekennzeichnet ist durch
- – ein isotropes Schliffbild, wobei Bereiche mit Schleifriefen, die parallel oder symmetrisch bezüglich eines Punkts oder einer Symmetrieachse zueinander verlaufen, weniger als 10% der gesamten Oberfläche der Halbleiterscheibe ausmachen,
- – eine Dickenvariation von weniger als 1 μm auf der gesamten Halbleiterscheibe abzüglich eines Randausschlusses von 1 mm,
- – eine auf einen am Rand der Halbleiterscheibe liegenden Bereich mit einer Breite von 1/10 des Durchmessers der Halbleiterscheibe entfallende Dickenvariation von weniger als 0,7 μm,
- – eine auf einen im Zentrum der Halbleiterscheibe liegenden Bereich mit einem Durchmesser von 1/5 des Durchmessers der Halbleiterscheibe entfallende Dickenvariation von weniger als 0,3 μm,
- – einen Warp und einen Bow von jeweils weniger als 15 μm,
- – eine RMS-Rauigkeit von weniger als 70 nm im Korrelationslängen-Bereich von 1 μm bis 80 μm und
- – eine Tiefe der oberflächennahen Kristallschädigung von weniger als 10 μm.
- An isotropic micrograph, wherein regions of scratches which are parallel or symmetrical with respect to a point or axis of symmetry constitute less than 10% of the total surface area of the semiconductor wafer,
- A thickness variation of less than 1 μm on the entire semiconductor wafer minus an edge exclusion of 1 mm,
- A thickness variation of less than 0.7 μm attributable to a region lying at the edge of the semiconductor wafer with a width of 1/10 of the diameter of the semiconductor wafer,
- A thickness variation of less than 0.3 μm attributable to a region in the center of the semiconductor wafer having a diameter of 1/5 of the diameter of the semiconductor wafer,
- A warp and a bow of less than 15 μm each,
- An RMS roughness of less than 70 nm in the correlation length range of 1 μm to 80 μm and
- A depth of near-surface crystal damage of less than 10 μm.
Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren weiter erläutert.The invention will be further explained with reference to figures.
Liste der verwendeten Bezugszeichen und Abkürzungen List of reference numbers and abbreviations used
-
1 obere Arbeitsscheibe1 upper working disk -
4 untere Arbeitsscheibe4 lower working disk -
5 Drehachse der Arbeitsscheiben5 Rotary axis of the working wheels -
7 innerer Antriebskranz7 inner drive ring -
9 äußerer Antriebskranz9 outer drive ring -
11 obere Arbeitsschicht11 upper working shift -
12 untere Arbeitsschicht12 lower working shift -
13 Läuferscheibe13 rotor disc -
14 Aussparung in Läuferscheibe zur Aufnahme der Halbleiterscheibe14 Recess in rotor disk for receiving the semiconductor wafer -
15 Halbleiterscheibe15 Semiconductor wafer -
16 Mittelpunkt der Halbleiterscheibe16 Center of the semiconductor wafer -
17 Teilkreisradius der Mittelpunkte der Läuferscheiben in Abwälzvorrichtung17 Circle radius of the centers of the carriers in the rolling device -
18 Aufpunkt der Halbleiterscheibe18 Point of the semiconductor wafer -
19 Bahnkurve des Aufpunkts der Halbleiterscheibe auf unterer Arbeitsscheibe19 Trajectory of the point of the semiconductor wafer on lower working disk -
20 Bahnkurve des Aufpunkts der Halbleiterscheibe auf oberer Arbeitsscheibe20 Trajectory of the point of the semiconductor wafer on the upper working disk -
21 Mittelpunkt der Läuferscheibe21 Center of the rotor disc -
22 Mittelpunkt der Abwälzvorrichtung22 Center of the rolling device -
24 Randbereich verringerter Dicke der Halbleiterscheibe24 Edge region of reduced thickness of the semiconductor wafer -
25 Abnutzung der oberen Arbeitsschicht25 Wear of the upper working layer -
26 Abnutzung der unteren Arbeitsschicht26 Wear of the lower working layer -
27 Bereich sehr hoher lokaler Abnutzung der Arbeitsschicht27 Area of very high local wear of the work shift -
28 Bereich sehr hoher Differenz der lokalen Abnutzung der Arbeitsschichten28 Range of very high difference of local wear of working shifts -
29 Differenz der Abnutzung von oberer und unterer Arbeitsschicht29 Difference in wear of upper and lower working shift -
30 Arbeitsspalt30 working gap -
33 Balligkeit der Halbleiterscheibe33 Crown of the semiconductor wafer -
34 Kühl-Schmiermittel-Durchführungen34 Cooling-lubricant bushings -
35 Isotrope kumulierte Verteilung der Bearbeitungsspuren (Schleifriefen)35 Isotropic cumulative distribution of processing marks (grinding marks) -
36 Anisotrope kumulierte Verteilung der Bearbeitungsspuren (Schleifriefen)36 Anisotropic cumulative distribution of the processing marks (grinding marks) - A.S.A. Abnutzung der ArbeitsschichtA.S.A. Wear of the working shift
- a Abstand des Mittelpunkts der Läuferscheibe vom Mittelpunkt der Abwälzvorrichtunga Distance of the center of the rotor disc from the center of the rolling device
- ΔA.S.A. Differenz der Abnutzung von oberer und unterer ArbeitsschichtΔA.S.A. Difference in wear of upper and lower working shift
- e Abstand des Aufpunkts der Halbleiterscheibe vom Mittelpunkt der Läuferscheibee distance of the point of the semiconductor wafer from the center of the rotor disc
- eexz Abstand des Mittelpunkts der Halbleiterscheibe vom Mittelpunkt der Läuferscheibe (= Exzentrizität der Halbleiterscheibe in der Läuferscheibe)e exz Distance of the center point of the semiconductor wafer from the center of the carrier (= eccentricity of the wafer in the carrier)
- φ (Polar-)Winkel des Aufpunkts auf der Halbleiterscheibeφ (polar) angle of the point on the semiconductor wafer
- H Lokale Dicke der HalbleiterscheibeH Local thickness of the semiconductor wafer
- l(e) Länge des Kreisbogenabschnitts des Kreisbogens um den Mittelpunkt der Läuferscheibe und durch den Aufpunkt der Halbleiterscheibe, der innerhalb der Fläche einer Halbleiterscheibe verläuftl (e) Length of the circular arc portion of the circular arc around the center of the rotor disk and through the Aufpunkt of the semiconductor wafer, which extends within the surface of a semiconductor wafer
- NCL Normierte kumulierte Länge der Bearbeitungsspuren (pro Winkelklasse)NCL Normalized cumulative length of machining tracks (per angle class)
- no Drehzahl der oberen Arbeitsscheiben o Speed of the upper working disk
- nu Drehzahl der unteren Arbeitsscheiben u speed of the lower working disk
- ni Drehzahl der inneren Abwälzvorrichtungn i speed of the inner rolling device
- na Drehzahl der äußeren Abwälzvorrichtungn a speed of the outer rolling device
- ri Teilkreisradius der inneren Abwälzvorrichtungr i circle radius of the inner rolling device
- ra Teilkreisradius der äußeren Abwälzvorrichtungr a pitch radius of the outer rolling device
- r radialer Abstand des Aufpunkts auf der Halbleiterscheibe zum Mittelpunkt der Abwälzvorrichtungr radial distance of the point on the semiconductor wafer to the center of the rolling device
- Abnahme der Dicke der Arbeitsschicht infolge Abnutzung Decrease in the thickness of the working layer due to wear
- R Radius der HalbleiterscheibeR radius of the semiconductor wafer
- RR Radiale Position auf ArbeitsscheibeRR Radial position on working disk
- ρ Radiale Position auf Halbleiterscheibeρ Radial position on semiconductor wafer
- s Bogenlänge der Bahnkurve des Aufpunkts der Halbleiterscheibes arc length of the trajectory of the point of the semiconductor wafer
- σ Winkelgeschwindigkeit des Umlaufs der Mittelpunkte der Läuferscheiben um den Mittelpunkt der Abwälzvorrichtung („Steggeschwindigkeit”)σ angular velocity of rotation of the centers of the carriers around the center of the rolling device ("web speed")
- σo Steggeschwindigkeit bezüglich der oberen Arbeitsscheibeσ o web speed with respect to the upper working disk
- σu Steggeschwindigkeit bezüglich der unteren Arbeitsscheibeσ u web speed with respect to the lower working disk
- ω Winkelgeschwindigkeit der Eigendrehung der Läuferscheiben um ihre jeweiligen Mittelpunkte („Eigendrehgeschwindigkeit”) ω angular velocity of the self-rotation of the carriers around their respective centers ("own-rotation speed")
- ωo Eigendrehgeschwindigkeit bezüglich der oberen Arbeitsscheibeω o own rotational speed with respect to the upper working disk
- ωu Eigendrehgeschwindigkeit bezüglich der unteren Arbeitsscheibeω u own rotational speed with respect to the lower working disk
Beschreibung der verwendeten VorrichtungDescription of the device used
Im Fall der Verwendung der Vorrichtung für ein erfindungsgemäßes Verfahren trägt jede Arbeitsscheibe
Ein Beispiel für eine zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren geeignete Folie ist in
Vorzugsweise werden die Arbeitsschichten auf die Arbeitsscheiben aufgeklebt. Gemäß dem Stand der Technik sind derartige Tücher, Folien oder Schichten rückseitig mit einer selbstklebenden Beschichtung versehen und werden durch Klebung auf den Arbeitsscheiben befestigt. Insbesondere bei Vorrichtungen mit großen Abmessungen ist das fehlerfreie Aufbringen derartiger Arbeitsschichten auf die Arbeitsscheiben ohne Fehler wie eingeschlossene Luftblasen, Stauchen, Recken oder Bauchen der Arbeitsschicht und auch das Entfernen der Arbeitsschicht nach Verbrauch schwierig. So gibt
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darüber hinaus die Befestigung der Arbeitsschichten beispielsweise durch Ansaugung mit Vakuum (durch eine luftdurchlässige Schicht der Arbeitsscheibe aus porösem Material, beispielsweise Keramik), durch magnetische oder elektrostatische Befestigung oder durch Bespannung mittels auf der Arbeitsscheibe angebrachter Spanneinrichtungen usw. geeignet.For carrying out the method according to the invention, moreover, the attachment of the working layers, for example by suction with vacuum (through an air-permeable layer of the working disk made of porous material, such as ceramic), by magnetic or electrostatic attachment or by covering means mounted on the working disk clamping devices, etc. suitable.
Der zwischen den auf der oberen 1 und unteren Arbeitsscheibe
Im Folgenden werde der Mittelpunkt der Arbeitsscheiben und Abwälzvorrichtung, also der gesamten Vorrichtung, auch mit
Beschreibung des ersten Verfahrens (nicht Gegenstand der Erfindung)Description of the first method (not the subject of the invention)
Gemäß dem ersten Verfahren wird die Temperatur im Arbeitsspalt konstant gehalten, und zwar vorzugsweise während der gesamten Dauer des gleichzeitigen beidseitigen Schleifens. Dazu wird während des Schleifens die Temperatur im Arbeitsspalt gemessen und durch geeignete Maßnahmen korrigiert, wenn die gemessene Temperatur von der Solltemperatur abweicht. Die Messung der Temperatur kann beispielsweise in festgelegten Intervallen oder laufend erfolgen. Durch die konstante Temperatur im Arbeitsspalt wird eine durch Temperaturänderung bewirkte Verformung der Arbeitsscheiben vermieden und die Arbeitsscheiben werden in einer konstanten, planparallelen Form gehalten. Daraus resultiert eine deutlich verbesserte Geometrie der bearbeiteten Halbleiterscheiben.According to the first method, the temperature in the working gap is kept constant, preferably throughout the duration of the simultaneous two-sided grinding. For this purpose, the temperature in the working gap is measured during grinding and corrected by suitable measures if the measured temperature deviates from the setpoint temperature. The measurement of the temperature can take place, for example, at fixed intervals or continuously. Due to the constant temperature in the working gap caused by temperature change deformation of the working wheels is avoided and the working wheels are kept in a constant, plane-parallel shape. This results in a significantly improved geometry of the processed semiconductor wafers.
In einer Ausführungsform dieses ersten Verfahrens weist jede Arbeitsscheibe zumindest ein Kühllabyrinth auf, das von einem Kühlmittel durchströmt wird. Bei dieser Ausführungsform wird die Temperatur oder die Durchflussmenge des Kühlmittels in geeigneter Weise variiert, um einer unerwünschten Temperaturänderung entgegenzuwirken und eine konstante Temperatur im Arbeitsspalt zu erreichen. Eine geeignete und bevorzugte Anordnung von Kühllabyrinthen ist in
Besonders bevorzugt ist es jedoch, die Temperatur im Arbeitsspalt konstant zu halten, indem die Temperatur oder die Durchflussmenge des dem Arbeitsspalt zugeführten Kühlschmiermittels entsprechend der gemessenen Temperatur variiert wird. Es können auch beide Parameter, Temperatur und Durchflussmenge, in geeigneter Weise variiert werden, um die Temperatur im Arbeitsspalt konstant zu halten. Diese Art der Regelung hat gegenüber der Temperaturregelung über die Kühllabyrinthe den Vorteil, dass sie wesentlich weniger träge ist.However, it is particularly preferable to keep the temperature in the working gap constant by varying the temperature or the flow rate of the cooling lubricant supplied to the working gap in accordance with the measured temperature. Both parameters, temperature and flow rate, can be suitably varied to keep the temperature in the working gap constant. This kind of Regulation has the advantage over the temperature control of the cooling labyrinths that it is much less sluggish.
Wird eine über dem festgelegten Soll-Wert liegende Temperatur gemessen, so wird die Temperatur des Kühlmittels oder des Kühlschmiermittels in einem Regelkreis gesenkt. Wird dagegen eine unter dem festgelegten Soll-Wert liegende Temperatur gemessen, so wird die Temperatur des Kühlmittels oder des Kühlschmiermittels erhöht, sodass die Temperatur im Arbeitsspalt im Wesentlichen konstant bleibt.If a temperature above the set target value is measured, the temperature of the coolant or the cooling lubricant is lowered in a control loop. If, on the other hand, a temperature below the specified target value is measured, then the temperature of the coolant or of the cooling lubricant is increased, so that the temperature in the working gap remains substantially constant.
Die Messung der Temperatur im Arbeitsspalt erfolgt beispielsweise direkt durch in die Oberfläche der Arbeitsscheiben eingebaute Temperaturfühler durch die (dünne) Arbeitsschicht hindurch oder durch in der Arbeitsschicht ausgesparte kleine „Messfenster”. Da die Arbeitsscheiben während des Schleifens rotieren, wird der Temperaturmesswert entweder berührend beispielsweise über elektrische Schleifkontakte oder berührungslos beispielsweise über Funk, Infrarot oder induktiv übertragen. Alternativ kann eine Messung der Temperatur im Arbeitsspalt auch indirekt über eine Messung der Temperatur des aus dem Arbeitsspalt ablaufenden Kühlschmiermittels erfolgen.The measurement of the temperature in the working gap takes place, for example, directly through temperature sensors built into the surface of the working disks through the (thin) working layer or through small "measuring windows" recessed in the working layer. Since the work wheels rotate during grinding, the temperature reading is transmitted either touching, for example via electrical sliding contacts or non-contact, for example via radio, infrared or inductive. Alternatively, a measurement of the temperature in the working gap can also take place indirectly via a measurement of the temperature of the cooling lubricant flowing out of the working gap.
Beschreibung des zweiten Verfahrens (nicht Gegenstand der Erfindung)Description of the second method (not the subject of the invention)
Im Folgenden wird das zweite Verfahren näher beschrieben: Bei diesem Verfahren rotieren die Arbeitsscheiben mit höherer Winkelgeschwindigkeit um das Zentrum der gesamten Vorrichtung als die Läuferscheiben um ihre jeweiligen Mittelpunkte. Präziser ausgedrückt bedeutet dies, dass die Winkelgeschwindigkeiten Ωi von oberer, Ωo, und unterer, Ωu, Arbeitsscheibe betragsmäßig größer sind als der Betrag der Differenz aus der Winkelgeschwindigkeit ω0 der Eigendrehung der Läuferscheiben um ihre jeweiligen Mittelpunkte und der Winkelgeschwindigkeit σ0 des Umlaufs der Läuferscheiben um den Mittelpunkt der gesamten Abwälzvorrichtung, |Ωi| ≥ |ω0 – σ0|. Die Spreizung der Geschwindigkeitsverteilung wird dadurch verringert. Die Relativgeschwindigkeiten zwischen den Halbleiterscheiben und den Arbeitsschichten der Arbeitsscheiben sind verfahrensbedingt nicht konstant, sondern orts- und zeitabhängig. Unter der Geschwindigkeitsverteilung ist die Häufigkeit des Vorkommens bestimmter Relativgeschwindigkeiten zu verstehen. Eine Geschwindigkeitsverteilung mit geringer Spreizung ist vorteilhaft, da sie eine isotrope Bearbeitung der Halbleiterscheiben zur Folge hat.In the following, the second method is described in more detail: In this method, the working disks rotate at higher angular velocity about the center of the entire apparatus than the carriers around their respective centers. More precisely, this means that the angular velocities Ω i of upper, Ω o , and lower, Ω u , working disk are greater in magnitude than the amount of the difference between the angular velocity ω 0 of the spin of the carriers about their respective centers and the angular velocity σ 0 of the rotor Circulation of the rotor discs around the center of the entire rolling device, | Ω i | ≥ | ω 0 - σ 0 |. The spread of the velocity distribution is thereby reduced. The relative speeds between the semiconductor wafers and the working layers of the working disks are not constant due to the process, but dependent on location and time. Speed distribution is the frequency of occurrence of certain relative speeds. A low spread velocity distribution is advantageous because it results in isotropic processing of the semiconductor wafers.
Im Rahmen des zweiten Verfahrens sind die Bahnkurven der Halbleiterscheiben relativ zu jeder der beiden Arbeitsscheiben vorzugsweise jeweils Epitrochoiden, d. h. reguläre, verlängerte oder verkürzte Epizykloiden.In the context of the second method, the trajectories of the semiconductor wafers relative to each of the two working disks are preferably each epitrochoid, d. H. regular, lengthened or shortened epicycloids.
Weiterhin ist im Rahmen des zweiten Verfahrens bevorzugt, dass die Längen der Bahnkurven, die die Halbleiterscheiben in gleichen Zeiten relativ zu den beiden Arbeitsscheiben zurücklegen, annähernd gleich sind. Diese Forderung wird insbesondere dann als erfüllt betrachtet, wenn der Betrag des Verhältnisses aus der Differenz der Längen der Bahnkurven, die die Halbleiterscheiben relativ zu den beiden Arbeitsscheiben in gleichen Zeiten zurücklegen, und dem Mittelwert der Längen dieser Bahnkurven weniger als 20% beträgt. Es gibt jedoch auch Kinematiken, die eine völlig gleiche Länge der Bahnkurven mit sich bringen, was jedoch nicht unbedingt erforderlich ist. Annähernd gleiche Längen der Bahnkurven können dadurch erreicht werden, dass die Rotationsgeschwindigkeit der Läuferscheiben im Vergleich zur Rotationsgeschwindigkeit der Arbeitsscheiben relativ gering gewählt wird.Furthermore, in the context of the second method, it is preferred that the lengths of the trajectories which cover the semiconductor wafers at the same times relative to the two working wafers are approximately equal. This requirement is considered to be met, in particular, if the amount of the ratio of the difference between the lengths of the trajectories which cover the wafers relative to the two working disks in equal times and the average of the lengths of these trajectories is less than 20%. However, there are also kinematics, which bring a completely equal length of the trajectories, which is not absolutely necessary. Almost equal lengths of the trajectories can be achieved that the rotational speed of the carriers is relatively small compared to the rotational speed of the working wheels.
Durch die vorgenannten Maßnahmen erfahren Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheiben zu jedem Zeitpunkt gleichartige Reibungskräfte, Anlaufrichtungen der Arbeitsschichten, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen. Insbesondere werden abrupte Lastwechsel vermieden und eine gleichförmige Eigendrehung der Halbleiterscheiben in den Bohrungen der Läuferscheiben unterstützt. Die Geschwindigkeitsprofile sind für Vorder- und Rückseite bezüglich Spreizung und Zeitverteilung ähnlich. Es resultiert ein annähernd symmetrischer Materialabtrag von Vorder- und Rückseite und ein isotropes Schliffbild mit geringer durch ortsabhängige oder vorder-/rückseiten-asymmetrische Rauigkeit oder oberflächennahe Kristallschädigung (damage) induzierter Verwellung der Halbleiterscheibe (strain-induced warp/bow). Dadurch wird die Oberfläche der Halbleiterscheibe eben und isotrop ohne Verwerfungen und Verformungen, wie sie beispielsweise als „Schleifnabel” (Zentrumsvertiefung) oder „Randabfall” (Dickenabnahme im Randbereich) von Schleif-, Läpp- oder Polierverfahren gemäß dem Stand der Technik bekannt sind. Daneben ergibt sich der Vorteil, dass das Kantenprofil, das in der Regel vor der Durchführung des gleichzeitigen beidseitigen Schleifens hergestellt wurde, nicht unsymmetrisch verändert wird und die Symmetrie des Kantenprofils dadurch erhalten bleibt.Due to the aforementioned measures, the front and back sides of the semiconductor wafers experience identical frictional forces at all times, starting directions of the working layers, speeds and accelerations. In particular, abrupt load changes are avoided and supports a uniform rotation of the semiconductor wafers in the holes of the carriers. The speed profiles are similar for both front and back in terms of spread and time distribution. The result is an approximately symmetrical removal of material from the front and rear sides and an isotropic micrograph with low location-dependent or front / rear asymmetric roughness or near-surface damage to the crystal (strain-induced warp / bow). As a result, the surface of the semiconductor wafer becomes plane and isotropic without distortions and deformations, as known, for example, as a "looping nib" (center depression) or "edge drop" (thickness decrease in the edge region) of prior art grinding, lapping or polishing methods. In addition, there is the advantage that the edge profile, which was usually made prior to performing the simultaneous two-sided grinding, is not changed asymmetrically and the symmetry of the edge profile is retained.
Beschreibung des dritten und vierten erfindungsgemäßen Verfahrens Description of the third and fourth inventive method
Im Folgenden werden das dritte und vierte erfindungsgemäße Verfahren im Detail beschrieben:
Da für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Arbeitsschicht mit selbstschärfenden Eigenschaften gefordert ist, muss die Arbeitsschicht einer gewissen endlichen Abnutzung unterliegen, um ständig neue, scharfe Schleifstoffe freizulegen, die zu einer gleichförmigen Schleifcharakteristik führen. Andererseits ist eine zu hohe Abnutzung der Arbeitsschicht von Schliff zu Schliff nicht wünschenswert, da sich dann die Dicke und Form der Arbeitsschicht zu schnell ändern würde und ein ständiges Nachführen der Bearbeitungsparameter (Maschinen- und Prozessparameter) erforderlich wäre, was zu einem unvorteilhaften, da instabilen, Prozess führen würde. Es gibt also eine optimale Abnutzungsrate, die gerade noch selbstschärfende Eigenschaften garantiert, aber andererseits nicht zu einer geometrisch allzu instabilen Arbeitsschicht führt, so dass ein weitgehend stabiler Bearbeitungsprozess möglich ist, der reproduzierbar Halbleiterscheiben mit über weite Bereiche konstanten Ebenheitseigenschaften liefert.The third and fourth inventive methods are described in detail below:
Since a working layer with self-sharpening properties is required for carrying out the method according to the invention, the working layer must undergo a certain finite wear in order to constantly expose new, sharp abrasives which lead to a uniform grinding characteristic. On the other hand, too high a wear of the working layer from grinding to grinding is not desirable because then the thickness and shape of the working layer would change too fast and a constant tracking of the processing parameters (machine and process parameters) would be required, resulting in a unfavorable because unstable , Process would lead. So there is an optimal rate of wear, which just guarantees self-sharpening properties, but on the other hand does not lead to a geometrically unstable working layer, so that a largely stable machining process is possible, the reproducible semiconductor wafers with wide ranges constant flatness properties.
Um die Abnutzung der Arbeitsschicht vorhersagen zu können, muss ihre Belastung durch die von ihr bearbeiteten Halbleiterscheiben ortsaufgelöst ermittelt werden. Dies erfordert eine genaue Beschreibung der Bahnkurven, die die Halbleiterscheiben während der Bearbeitung über die Arbeitsscheiben zurücklegen.In order to be able to predict the wear of the working layer, its load must be determined spatially resolved by the wafers it processes. This requires a precise description of the trajectories the wafers travel over the working wheels during processing.
In einem mit der rotierenden Arbeitsscheibe mitbewegten Bezugssystem (invariantes Bezugssystem) lässt sich die Bahnkurve z ⇀(t) eines beliebigen Aufpunkts
Mit der Identität e1x = cosx + i·sinx erhält man aus Gleichung (1) sofort die zeitliche Parameterdarstellung der Bahnkurve in reellen kartesischen Koordinaten (x(t); y(t)).With the identity e 1x = cosx + i · sinx, we obtain immediately from equation (1) the temporal parameter representation of the trajectory in real Cartesian coordinates (x (t); y (t)).
Die radiale Position r(t) = |z ⇀(t)| und der Betrag v(t) ≡ s .(t) der Bahngeschwindigkeit ergeben sich durch Betragbildung und Ableitung nach der Zeit zu
Dabei bezeichnet s(t) die zurückgelegte Bogenlänge und ein Punkt über einer Variablen deren Ableitung nach der Zeit.Where s (t) is the arc length traveled and a point above a variable is its derivative by time.
Der Winkel φ(t) der Lage des Aufpunkts P in ebenen Polarkoordinaten (r(t); φ(t)) und die zeitliche Ableitung r .(t) der radialen Position r(t) sind schließlich gegeben durch r(t) aus Gleichung (2) und φ(t) aus Gleichung (3) liefern eine Parameterdarstellung nach der Zeit in ebenen Polarkoordinaten.The angle φ (t) of the position of the point P in plane polar coordinates (r (t); φ (t)) and the time derivative r. (T) of the radial position r (t) are finally given by r (t) from equation (2) and φ (t) from equation (3) provide a parametric representation of time in plane polar coordinates.
Unter Berücksichtigung von
Durch Einsetzen von Gleichung (2) für r(t) in die Ausdrücke für s .(t), r .(t) und φ .(t) erhält man die entsprechenden Ausdrücke als Funktion der radialen Position r auf der Arbeitsscheibe, Substituting Equation (2) for r (t) into the expressions for s (t), r (t), and φ (t) yields the corresponding terms as a function of the radial position r on the working disk.
Ohne weitere Annahmen kann die durch einen beliebigen, die Arbeitsschicht überstreichenden Aufpunkt
Durch Einsetzen der oben gefundenen Ausdrücke erhält man By substituting the terms found above, one obtains
Numerisch ermittelt man schließlich die Länge l(e) des Kreisbogens mit Radius e um den Mittelpunkt der Läuferscheibe, der durch die Halbleiterscheibe in der Läuferscheibe verläuft, für alle e im erlaubten Wertebereich für Dadurch wird der Beitrag aller gleichwertigen Punkte der Halbleiterscheibe mit identischem Abstand e um den Mittelpunkt der Läuferscheibe, die im Zuge der Eigendrehung der Läuferscheibe alle zu irgendeiner Zeit in gleicher Weise den betrachteten Punkt der Arbeitsfläche überstreichen und zu deren Abnutzung beitragen, berücksichtigt. Integration des erhaltenen Ausdrucks über alle e ergibt schließlich den gesuchten Ausdruck für die Abnutzung der Arbeitsschicht durch die Gesamtheit aller möglichen Aufpunkte innerhalb der flächig ausgedehnten Halbleitrscheibe, Finally, the length l (e) of the circular arc with radius e around the center of the rotor disk, which runs through the semiconductor wafer in the rotor disk, is determined numerically for all e in the permitted value range for As a result, the contribution of all equivalent points of the semiconductor wafer with an identical distance e around the center of the rotor disk, which in the course of the rotor's own rotation all at the same time cover the considered point of the working surface and contribute to its wear, is considered. Integration of the obtained expression over all e finally yields the sought expression for the wear of the working layer through the totality of all possible Aufpunkte within the flat-extended semiconductor disk,
Dabei bezeichnet der Index i = o (obere) oder i = u (untere Arbeitsscheibe) die einzelnen Winkelgeschwindigkeiten σo, σu, ωo und ωu bezüglich der jeweiligen Arbeitsscheibe, und emin = max{0; eexz – R} und emax = eexz + R. Da die Anordnung der Halbleiterscheiben in den Läuferscheiben auf vielfältige Weise vorgenommen werden kann, wird sich in der Regel kein analytischer Ausdruck für l(e) ergeben, der eine geschlossene Lösung für das Integral in Gleichung (8) ermöglicht. In der Praxis wird daher für viele Werte e im Wertebereich {emin ... emax} der Wert für l(e) berechnet und statt der Integration in Gleichung (8) eine Summation über den Integranden über alle e durchgeführt. l(e) wird gelegentlich auch als „Gestaltfunktion” bezeichnet, die die Anordnung der Halbleiterscheiben in den Läuferscheiben beschreibt.The index i = o (upper) or i = u (lower working disk) denotes the individual angular velocities σ o , σ u , ω o and ω u with respect to the respective working disk, and e min = max {0; e exz - R} and e max = e exz + R. Since the arrangement of the semiconductor wafers in the carrier disks can be carried out in many different ways, there will generally be no analytical expression for l (e) which provides a closed solution for the Integral in equation (8). In practice, therefore, for many values e in the value range {e min ... E max }, the value for l (e) is calculated, and instead of the integration in equation (8) a summation is carried out via the integrand over all e. L (e) is sometimes referred to as the "shape function" which describes the placement of the wafers in the carriers.
Es erwies sich nun als vorteilhaft, dass Parameterkombinationen σi und ωi für gegebene Werte a und eexz einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung gewählt werden, bei denen die Abnutzung der Arbeitsschicht nach Gleichung (8) möglichst gering über den gesamten Radius der Arbeitsschicht variiert, was zur Definition des vierten erfindungsgemäßen Verfahrens führte. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Arbeitsschichten homogen abgenutzt werden, was einen dauerhaft gleichförmigen Materialabtrag von den Halbleiterscheiben gewährleistet. Irreguläre Welligkeiten im Dickenprofil der geschliffenen Halbleiterscheiben können so zuverlässig vermieden werden.It now turned out to be advantageous to choose parameter combinations σ i and ω i for given values a and e exz of a device suitable for carrying out the method according to the invention, in which the wear of the working layer according to equation (8) is as low as possible over the entire radius of the Working layer varies, which led to the definition of the fourth method according to the invention. This can ensure that the working layers are worn homogeneously, which ensures a durable uniform removal of material from the semiconductor wafers. Irregular ripples in the thickness profile of the ground semiconductor wafers can thus be reliably avoided.
Darüber hinaus ist es auch vorteilhaft, wenn die Abnutzung der Arbeitsschicht nach Gleichung (8) möglichst ähnlich für die obere und untere Arbeitsschicht ist, was sich im dritten erfindungsgemäßen Verfahren widerspiegelt. Letzteres bedeutet konkret, dass der Betrag des Verhältnisses aus der Differenz der Beträge der theoretischen Abnutzung der beiden Arbeitsschichten zum Mittelwert der Beträge der Abnutzung beider Arbeitsschichten für jede radiale Position r der Arbeitsscheiben weniger als 1/1000 beträgt. In diesem Zusammenhang ist es auch bevorzugt, dass die Änderung der Dickenhomogenität der Arbeitsschicht infolge Abnutzung weniger als ein Hundertstel des Betrags der Dickenabnahme der Halbleiterscheiben während der Schleifbearbeitung beträgt, wobei die Dickenhomogenität der Arbeitsschicht als Differenz aus größter und kleinster Dicke über die gesamte in Kontakt mit den Halbleiterscheiben gelangende Fläche der Arbeitsschicht definiert ist.In addition, it is also advantageous if the wear of the working layer according to equation (8) is as similar as possible for the upper and lower working layer, which is reflected in the third method according to the invention. Concretely, the latter means that the amount of the ratio of the difference of the amounts of theoretical wear the two working shifts to the mean of the amounts of wear of both working layers for each radial position r of the working wheels is less than 1/1000. In this connection, it is also preferable that the change in the thickness homogeneity of the working layer due to wear is less than one-hundredth of the amount of decrease in the thickness of the semiconductor wafers during the grinding, wherein the thickness homogeneity of the working layer as the difference of the largest and smallest thickness is defined over the entire reaching in contact with the semiconductor wafer surface of the working layer.
Bevorzugt wird man einen Parametersatz für den Betrieb der Schleifvorrichtung wählen, der die Anforderungen des dritten und vierten erfindungsgemäßen Verfahrens gleichzeitig erfüllt.Preferably, one will select a parameter set for the operation of the grinding device, which meets the requirements of the third and fourth inventive method simultaneously.
Geeignete maschinenunabhängige Parametersätze {σo, σu, ωo, ωu}, die die Bedingung für erfüllen, erhält man aus den bekannten Gleichungen für Planetengetriebe, aus den maschinenabhängigen Parametersätzen {no, nu, ni, na} für die Antriebsdrehzahlen nj(j = o, Drehzahl obere Arbeitsscheibe; j = u, untere Arbeitsscheibe), ni = Drehzahl des inneren Antriebskranzes und na = Drehzahl des äußeren Antriebskranzes und Überprüfung durch Einsetzen in der Formel für wobei ri der Teilkreisradius des inneren und ra der des äußeren Antriebskranzes für die Läuferscheiben sind. Aufgrund der wenigen unabhängigen Freiheitsgrade des Systems liefert dies schnell geeignete Parametersätze, die die Bedingung erfüllen.Suitable machine-independent parameter sets {σ o , σ u , ω o , ω u }, the condition for can be obtained from the known equations for planetary gear, from the machine-dependent parameter sets {n o , n u , n i , n a } for the drive speeds n j (j = o, speed upper working disk, j = u, lower working disk), n i = speed of the inner drive ring and n a = Speed of the outer drive ring and check by inserting in the formula for where r i is the pitch circle radius of the inner and r a of the outer drive ring for the carriers. Due to the few independent degrees of freedom of the system, this quickly provides suitable parameter sets that fulfill the condition.
Für die in
Die sich auf der oberen Arbeitsschicht
Im Gegensatz dazu zeigt
Das dritte und vierte erfindungsgemäße Verfahren erlauben die Herstellung von Halbleiterscheiben mit den oben beschriebenen Eigenschaften, wobei die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn die Anforderungen beider Verfahren gleichzeitig erfüllt werden.The third and fourth methods of the invention allow the production of semiconductor wafers having the above-described characteristics, the best results being achieved if the requirements of both methods are met simultaneously.
Beschreibung des fünften Verfahrens (nicht Gegenstand der Erfindung) Description of the fifth method (not the subject of the invention)
Im Folgenden wird das fünfte Verfahren beschrieben: Bei diesem Verfahren ist der Anteil des durch den im Zuge der Abnutzung der Arbeitsschicht freigesetzten Schleifmittels bewirkten Materialabtrag am gesamten Materialabtrag stets geringer als der Anteil des durch das fest in der Arbeitsschicht gebundene Schleifmittel bewirkten Materialabtrags.In the following, the fifth method is described: In this method, the proportion of the material removal caused by the abrasives released during the working layer is always lower than the proportion of material removal caused by the abrasively bonded abrasive in the working layer.
Dies wird neben einer geeigneten Wahl der mittleren Auflast der oberen Arbeitsscheibe insbesondere und vorzugsweise durch eine gleichmäßige Belastung der Arbeitsschicht über die gesamte Bahnkurve erreicht. Zu diesem Zweck ist es bevorzugt, die Temperatur im Arbeitsspalt gemäß dem ersten Verfahren konstant zu halten, um eine durch Temperaturänderungen bedingte Verformung der Arbeitsscheiben zu vermeiden. Dadurch ergibt sich ein über den gesamten Prozess und in jedem Punkt paralleler Arbeitsspalt zwischen den Arbeitsschichten der oberen und unteren Arbeitsscheibe, und die Arbeitsschichten werden von den während der Bearbeitung über sie hinweggeführten Halbleiterscheiben mit konstanter Kraft belastet. Ein struktureller Zusammenbruch der Kornbindung der Arbeitsschichten unter vorzeitigem Freisetzen unverbrauchten Schneidkorns („parasitäres Läppen”) infolge Überlast wird so genauso vermieden wie das ebenfalls unerwünschte Aussetzen eines gleichförmigen Materialabtrags von den Halbleiterscheiben infolge Unterlast („Einschnitt-Schwellkraft”).This is achieved in addition to a suitable choice of the average load of the upper working disk in particular and preferably by a uniform load of the working layer over the entire trajectory. For this purpose, it is preferable to keep the temperature in the working gap constant in accordance with the first method in order to avoid deformation of the working disks caused by temperature changes. This results in a working gap between the working layers of the upper and lower working disk that is parallel over the entire process and at each point, and the working layers are loaded with constant force by the semiconductor wafers passed over during processing. Structural collapse of the working layer's grain bonding with premature release of unconsumed cutting grain ("parasitic lapping") due to overload is avoided as well as the equally undesirable exposure of uniform material removal from the wafers due to underload ("cut-in").
Das dritte und vierte erfindungsgemäße Verfahren sind dazu geeignet, eine gleichmäßige Belastung und dadurch eine homogene Abnutzung der Arbeitsschichten zu erreichen. Durch die ungleichmäßigen Bearbeitungskräfte bei ungleichförmig abgenutzten Arbeitsschichten wird die Bindung der in den Arbeitsschichten enthaltenen Schleifstoffe lokal überlastet. Die Tücher verschleißen dann örtlich besonders schnell und setzen übermäßig unverbrauchtes Abrasiv frei. Es kommt zum sog. „parasitären Läppen”, d. h. einem Materialabtrag überwiegend durch freies Korn wie beim Läppen mit Läpp-Slurry. Dies kann durch Sicherstellung einer gleichmäßige Abnutzung der Arbeitsschichten vermieden werden, was zu Halbleiterscheiben mit einer deutlich geringeren Rauigkeit, einer geringeren Schädigungstiefe und einem reduzierten Randabfall führt.The third and fourth methods according to the invention are suitable for achieving uniform loading and thus homogeneous wear of the working layers. Due to the uneven machining forces in non-uniformly worn working layers, the binding of the abrasives contained in the working layers is locally overloaded. The wipes then wear very quickly locally and release excessively unconsumed abrasive. It comes to the so-called "parasitic lapping", d. H. a material removal mainly by free grain as in lapping with lapping slurry. This can be avoided by ensuring uniform wear of the working layers, resulting in semiconductor wafers having significantly less roughness, lower depth of damage, and reduced edge waste.
Darüber hinaus kann diese Anforderung auch durch eine homogene und wenig gespreizte Geschwindigkeitsverteilung erreicht werden, die wiederum vorzugsweise durch das zweite Verfahren erzielt wird. Die Materialabtragsrate variiert beim Schleifen nämlich infolge beispielsweise einer endlichen Einschnitt-Schwellkraft und infolge von Kühlschmiermittel- und Schleifschlamm-Transportphänomenen im Allgemeinen nicht notwendig proportional zu Druck und Geschwindigkeit der Schleifbewegung. Eine inhomogene oder gespreizte Geschwindigkeitsverteilung würde daher im Allgemeinen die Arbeitsschicht ungleichförmig belasten und zu einem ungleichmäßigen Materialabtrag und somit einer unerwünschten resultierenden Form der Halbleiterscheibe führen.In addition, this requirement can also be achieved by a homogeneous and little spread speed distribution, which in turn is preferably achieved by the second method. Namely, the material removal rate generally does not necessarily vary in proportion to the pressure and the speed of the grinding movement during grinding due to, for example, a finely-indenting swelling force and due to cooling lubricant and grinding slurry transporting phenomena. Therefore, an inhomogeneous or spread velocity distribution would generally unevenly stress the working layer and result in uneven material removal and thus unwanted resulting shape of the wafer.
Weiterhin ist es bevorzugt, eine ausreichende Durchflussmenge des Kühlschmiermittels zu wählen, die eine übermäßige Abnutzung der Arbeitsschichten vermeidet. Zu wenig Kühlschmiermittel führt zu lokaler Erwärmung der Arbeitsschicht und damit Überlastung von Schleifkorn (Verlust der Schnittfähigkeit), Kornbindung oder infolge Wärmeausdehnung und Druckanstieg ungleichförmiger Abnutzung. Zu viel Kühlschmiermittel führt zu einem teilweisen Aufschwimmen der Halbleiterscheiben („Aqua-Planing”) und somit ebenfalls zu einer Beeinträchtigung der Gleichförmigkeit des Materialabtrags.Furthermore, it is preferred to choose a sufficient flow rate of the cooling lubricant, which avoids excessive wear of the working layers. Too little coolant results in localized heating of the working layer and thus overloading of abrasive grain (loss of cutting ability), grain bonding or due to thermal expansion and pressure increase of non-uniform wear. Too much cooling lubricant leads to a partial floating of the semiconductor wafers ("Aqua-Planing") and thus also to a deterioration of the uniformity of the material removal.
Insbesondere ist auch bevorzugt, dass die Dickenabnahme der Arbeitsschicht infolge Abnutzung während eines Schleifvorgangs weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 2% der Dickenabnahme der Halbleiterscheiben während des Schleifvorgangs beträgt.In particular, it is also preferred that the thickness decrease of the working layer as a result of wear during a grinding process is less than 10%, particularly preferably less than 2%, of the thickness decrease of the semiconductor wafers during the grinding process.
Jedes der fünf Verfahren trägt dazu bei, eine Halbleiterscheibe (die nicht Gegenstand der Erfindung ist) mit den oben beschriebenen Eigenschaften herzustellen. Besonders vorteilhafte Eigenschaften der Halbleiterscheibe ergeben sich jedoch, wenn man die Erfordernisse mehrerer oder im Idealfall aller Verfahren gleichzeitig erfüllt (was nicht Gegenstand der Erfindung ist).Each of the five methods helps to produce a semiconductor wafer (not part of the invention) having the characteristics described above. However, particularly advantageous properties of the semiconductor wafer are obtained if one meets the requirements of several or, ideally, all methods simultaneously (which is not the subject of the invention).
Bevorzugte AusführungsformenPreferred embodiments
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, die für alle erfindungsgemäßen Verfahren gültig sind:
Als in den Arbeitsschichten gebundenes Schleifmittel ist ein Hartstoff mit einer Mohs-Härte ≥ 6 bevorzugt. Mögliche, im Stand der Technik bekannte Schleifstoffe sind Diamant, Siliciumcarbid (SiC), Cerdioxid (CeO2), Korund (Aluminiumoxid, Al2O3), Zirkondioxid (ZrO2), Bornitrid (BN; kubisches Bornitrid, CBN), ferner Siliciumdioxid (SiO2), Borcarbid (B4C) bis hin zu wesentlich weicheren Stoffen wie Bariumcarbonat (BaCO3), Calciumcarbonat (CaCO3) oder Magnesiumcarbonat (MgCO3). Besonders bevorzugt sind jedoch Diamant, Siliciumcarbid (SiC) und Aluminiumoxid (Al2O3; Korund).In the following, preferred embodiments are described which are valid for all methods according to the invention:
As the abrasive bonded in the working layers, a hard material having a Mohs hardness ≥ 6 is preferable. Possible abrasives known in the art include diamond, silicon carbide (SiC), ceria (CeO 2 ), corundum (alumina, Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), boron nitride (BN, cubic boron nitride, CBN) Silicon dioxide (SiO 2 ), boron carbide (B 4 C) to much softer substances such as barium carbonate (BaCO 3 ), calcium carbonate (CaCO 3 ) or magnesium carbonate (MgCO 3 ). However, particularly preferred are diamond, silicon carbide (SiC) and alumina (Al 2 O 3 , corundum).
Die mittlere Korngröße des Schleifmittels sollte unter 9 μm liegen. Die bevorzugte Größe der in den Arbeitsschichten gebundenen Schleifkörner beträgt im Fall von Diamant als Schleifmittel im Mittel 0,1 bis 9 μm und besonders bevorzugt 0,1 bis 6 μm. Die Diamanten sind bevorzugt einzeln oder als Konglomerate („cluster”) in der Bindungsmatrix der Arbeitsschicht eingebunden. Im Fall einer Konglomeratbindung beziehen sich die als bevorzugt angegebenen Korndurchmesser auf die Primärteilchengröße der Cluster-Konstituenten.The mean grain size of the abrasive should be less than 9 μm. The preferred size of the abrasive grains bonded in the working layers is on average 0.1 to 9 μm and more preferably 0.1 to 6 μm in the case of diamond abrasive. The diamonds are preferably incorporated individually or as conglomerates ("clusters") in the binding matrix of the working layer. In the case of a conglomerate bond, the preferred grain diameters are the primary particle size of the cluster constituents.
Bevorzugt werden Arbeitsschichten mit keramischer Bindung eingesetzt, besonders bevorzugt ist eine Kunstharzbindung; im Fall von Arbeitsschichten mit Konglomeraten auch ein hybridgebundenes System (keramische Bindung innerhalb der Konglomerate und Kunstharz-Bindung zwischen Konglomeraten und Arbeitsschicht-Matrix).Working layers with a ceramic bond are preferably used; a synthetic resin bond is particularly preferred; in the case of working layers with conglomerates, also a hybrid bonded system (ceramic bond within the conglomerates and resin bond between conglomerates and working layer matrix).
Die Härte der Arbeitsschicht beträgt bevorzugt mindestens 80 Shore A. Besonders bevorzugt ist die Arbeitsschicht mehrlagig aufgebaut, wobei die Ober- und die Unterlage unterschiedliche Härten aufweisen, so dass Punktelastizität und langwellige Nachgiebigkeit der Arbeitsschicht unabhängig voneinander den Verfahrenserfordernissen angepasst werden können.The hardness of the working layer is preferably at least 80 Shore A. Particularly preferably, the working layer is constructed in multiple layers, wherein the top and bottom have different hardness, so that point elasticity and long-term compliance of the working layer can be adjusted independently of the process requirements.
Vor der ersten Verwendung einer Arbeitsschicht werden die in der Arbeitsschicht eingebundenen Schleifstoffe vorzugsweise durch Abtragen der obersten Schicht freigelegt, um sie für den Schleifvorgang nutzbar zu machen. Diese Initialschärfung wird beispielsweise mit Hilfe von Schleifsteinen oder Messern durchgeführt, die vorzugsweise auf speziell modifizierten Läuferscheiben montiert sind und ähnlich wie im erfindungsgemäßen Verfahren selbst mittels der Abwälzvorrichtung über die beiden Arbeitsscheiben geführt werden. Die Initialschärfung wird im Englischen auch als „dressing” bezeichnet.Before the first use of a working layer, the abrasives incorporated in the working layer are preferably exposed by removing the uppermost layer in order to utilize them for the grinding process. This initial sharpening is carried out, for example, with the aid of grindstones or knives, which are preferably mounted on specially modified carriers and, similar to the method according to the invention, are guided over the two working disks by means of the rolling device. Initial sharpening is also called "dressing" in English.
Bevorzugt erfolgt das Schärfen („dressing”) mit Schleifsteinen, die Schleifkorn enthalten, das eine ähnliche Korngröße aufweist wie das Schleifmittel in den Arbeitsschichten. Diese „Schärfsteine” können beispielsweise ringförmig und in einen außenverzahnte Mitnehmerring eingefügt sein, so dass sie mittels der Abwälzvorrichtungen der Schleifmaschine auf geeignete Weise zwischen der oberen und unteren Arbeitsschicht entlang geführt werden können. Bevorzugt überstreichen die Schärfsteine während des Abrichtens die gesamte Fläche der Arbeitsschichten und laufen besonders bevorzugt sogar zeitweilig oder auch ständig etwas über deren Rand hinaus. Bevorzugt ist das Schleifkorn so im Schärfstein gebunden, dass der Verschleiß der Schärfsteine noch einen wirtschaftlichen Schärfbetrieb erlaubt, sich aber während des Schärfprozesses stets mindestens eine Lage losen Schärfstein-Korns in der Arbeitszone zwischen Schärfstein- und Arbeitsschicht-Oberfläche befindet, so dass das Schärfen überwiegend durch freies (ungebundenes) Korn erfolgt.Preferably, the dressing is done with grindstones containing abrasive grain having a similar grain size to the abrasive in the working layers. These "sharpening stones" may, for example, be inserted annularly and into an externally toothed driving ring, so that they can be guided by means of the rolling devices of the grinding machine in a suitable manner between the upper and lower working layers. The sharpening stones preferably coat the entire surface of the working layers during the dressing, and particularly preferably run even temporarily or constantly beyond their edge. Preferably, the abrasive grain is bonded in the sharpening stone that the wear of the sharpening still allows economic sharpening operation, but during the sharpening always at least one layer of loose sharpening stone grain is in the working zone between sharpening stone and working surface, so that sharpening predominantly done by free (unbound) grain.
Es hat sich nämlich gezeigt, dass der Schärfprozess eine gestörte oberflächennahe Schicht in der Arbeitsschicht erzeugt, deren Tiefe etwa die Ausdehnung des Schärfkorns hat. Ein Schärfstein mit zu grobem Korn prägt daher der Arbeitsschicht eine Struktur auf, die vom Korn des Schärfsteins und nicht von den Eigenschaften der Arbeitsschicht gekennzeichnet ist. Dies ist unvorteilhaft für das gewünschte möglichst gleichförmige Selbstschärfen der Arbeitsschicht im nachfolgenden Schleifbetrieb. Ein zu feiner Schärfstein liefert zu geringen Materialabtrag und führt zu einem unwirtschaftlichen Schärfvorgang. Schließlich hat sich gezeigt, dass ein Schärfen überwiegend durch freies Schärfkorn infolge der Abwälzbewegung des Schärfkorns bei der Schärfbewegung weniger gerichtete Kräfte auf die Arbeitsschicht ausübt als ein Schärfen mit überwiegend festem Schärfkorn und eine zwar rauere, aber besonders isotrope geschärfte Arbeitsschicht resultiert.It has been shown that the sharpening process produces a disturbed near-surface layer in the working layer whose depth has approximately the extent of the sharpening grain. A sharpening stone with too coarse grain therefore imposes a structure on the working layer, which is characterized by the grain of the sharpening stone and not by the properties of the working layer. This is unfavorable for the desired uniform self-sharpening of the working layer in the subsequent grinding operation. Too fine sharpening stone provides too little material removal and leads to an uneconomical sharpening process. Finally, it has been found that sharpening predominantly by free sharpening grain as a result of the rolling motion of the sharpening grain during the sharpening movement exerts less directed forces on the working layer than sharpening with predominantly solid sharpening grain and although a rougher, but particularly isotropic sharpened working layer results.
Bevorzugt wird zum Schärfen oder Abrichten der Arbeitsschicht ein Korn verwendet, das weicher ist als das in der Arbeitsschicht verwendete Schleifkorn. Besonders bevorzugt ist das Schärfkorn aus Korund (Al2O3).Preferably, a grain that is softer than the abrasive grain used in the working layer is used for sharpening or dressing the working layer. Particularly preferred is the sharpening grain of corundum (Al 2 O 3 ).
Im erfindungsgemäßen Betrieb gemäß dem beanspruchten Verfahren werden bei geeigneter Wahl von Arbeitsschicht und Maschinenparametern durch fortwährende Abnutzung der Arbeitsschicht stumpf gewordene Schleifstoffreste entfernt und ständig neue, schnittfreudige Schleifstoffe freigelegt. Dadurch ist ein Dauerbetrieb bis zur vollständigen Abnutzung der Arbeitsschichten möglich. Diese Betriebsbedingung ohne zwischenzeitlichen Nachschärf-Eingriff wird als „selbstschärfendes Arbeiten” der Arbeitsschichten bezeichnet und ist besonders bevorzugt. Das Eingreifen der an der Oberfläche der Arbeitsschichten exponierten Körner in die Oberfläche der Halbleiterscheiben und der durch die Relativbewegung von Arbeitschicht und Halbleiterscheiben erfolgende Materialabtrag wird technisch als „Vielkorn-Schleifen mit geometrisch unbestimmter Schneide” bezeichnet.In the operation of the invention according to the claimed method with a suitable choice of working layer and machine parameters by continuous wear of the working layer dulled abrasive residues are removed and constantly exposed new, cut-friendly abrasives. As a result, a continuous operation until the wear of the working layers is completely possible. This operating condition without intermediate re-sharpening operation is referred to as "self-sharpening working" of the working layers and is particularly preferred. The intervention of the exposed on the surface of the working layers grains in the surface of the semiconductor wafers and taking place by the relative movement of the working layer and semiconductor wafers material removal is technically referred to as "multi-grain loops with geometrically undefined cutting edge".
Bevorzugt wird das Schleifen so betrieben, dass die gewählten Geschwindigkeiten der Antriebe der Schleifvorrichtung zu möglichst ebenen Halbleiterscheiben führen. Aufgrund der kinematischen Kopplung von Werkzeug- und Werkstück-Bewegung („Planetengetriebe”) kann dann die Bewegung der Arbeitsscheiben nicht mehr unabhängig gewählt werden. Insbesondere können Bewegungsabläufe auftreten, bei denen die Abnutzung der Arbeitsschichten nicht mehr vollständig homogen über ihre gesamte Fläche erfolgt. Die Arbeitsschichten verlieren also langsam ihre anfängliche Form, und es unter Umständen ein gelegentliches zwischenzeitliches Abrichten der Arbeitsschichten zur Wiederherstellung eines planparallelen Arbeitsspalts unumgänglich. Bevorzugt wird die Arbeitsschicht so gewählt, dass selbstschärfender Betrieb mit möglichst geringer Abnutzung erzielt wird, und die Antriebe so eingestellt, dass bei noch möglichst guter Form der Halbleiterscheibe eine möglichst gleichmäßige Belastung der Arbeitsschicht erfolgt, so dass derartige zwischenzeitliche Abrichtvorgänge möglichst selten erfolgen müssen. Für einen gewünschten TTV der Halbleiterscheibe von kleiner 1 μm gilt ein Betrieb noch als wirtschafltich, wenn höchstens nach jeder 20. Fahrt abgerichtet werden muss; für einen TTV kleiner 2, wenn höchstens nach jeder 50. Fahrt abgerichtet werden muss. Preferably, the grinding is operated so that the selected speeds of the drives of the grinding device lead to flat as possible semiconductor wafers. Due to the kinematic coupling of tool and workpiece movement ("planetary gear"), the movement of the working disks can then no longer be selected independently. In particular, motion sequences may occur in which the wear of the working layers no longer takes place completely homogeneously over their entire surface. Thus, the work shifts slowly lose their initial shape, and it may be necessary to occasionally dress the work shifts to restore a plane-parallel working gap. Preferably, the working layer is chosen so that self-sharpening operation is achieved with the least possible wear, and the drives set so that even the best possible shape of the wafer as uniform as possible loading of the working layer takes place, so that such interim dressing operations must be as rare as possible. For a desired TTV of the semiconductor wafer of less than 1 μm, operation is still regarded as economic, if at most every 20th journey requires training; for a TTV smaller than 2, if at most after every 50th journey must be trained.
Weiterhin ist bevorzugt, dass der Materialabtrag durch überwiegend flächigen Eingriff der Arbeitsschicht bewirkt wird. Unter „flächigem Eingriff” sei verstanden, dass der Teil der Fläche der Arbeitsschicht, der sich tatsächlich im Mittel während der Schleifbearbeitung im Kontakt mit der Halbleiterscheibe befindet, deutlich größer ist als die Kontaktfläche des Schleifbelags einer Topfschleifscheibe bei der Bearbeitung mittels eines konventionellen Topfschleifscheiben-Schleifenprozesses, beispielsweise DDG oder SSG. (Beim DDG macht die Kontaktfläche des Schleifbelags der Topfschleifscheibe im Eingriff etwa 0,5% bis 3% der Fläche der Halbleiterscheibe aus; beim SSG sind dies etwa 0,5% bis 5%.) Bevorzugt liegt beim erfindungsgemäßen Verfahren der Anteil bei größer 5% und besonders bevorzugt bei 10% bis 80%.Furthermore, it is preferred that the material removal is effected by predominantly surface engagement of the working layer. By "surface engagement" is meant that the portion of the surface of the working layer that is actually in contact with the wafer during grinding is significantly larger than the contact surface of the abrasive coating of a cup grinding wheel when processed by a conventional cup grinding wheel grinding process , for example, DDG or SSG. (In the case of the DDG, the contact surface of the abrasive coating of the cup grinding wheel makes about 0.5% to 3% of the surface of the semiconductor wafer, in SSG this is about 0.5% to 5%.) Preferably, in the process according to the invention the proportion is greater than 5 % and more preferably 10% to 80%.
Bevorzugt ist auch, dass die in Kontakt mit den Arbeitsschichten gelangenden Teile der Läuferscheiben kein Metall enthalten. Die Läuferscheiben sind vorzugsweise aus einem vollständig metallfreien Material, beispielsweise einem keramischen Material, hergestellt. Es sind aber auch Läuferscheiben mit einem Kern aus beispielsweise Stahl oder Edelstahl, die mit einer nicht-metallischen Beschichtung überzogen sind, bevorzugt. Eine solche Beschichtung besteht vorzugsweise aus thermoplastischen Kunststoffen, Keramik oder organisch-anorganischen Hybridpolymeren wie beispielsweise Ormocer® (einer Silikatverbindung), Diamant („diamond-like carbon”, DLC), ersatzweise aber auch aus einer Hartverchromung oder Nickel-Phosphor-Beschichtung.It is also preferable that the parts of the carriers that come into contact with the working layers do not contain any metal. The carriers are preferably made of a completely metal-free material, for example a ceramic material. However, it is also preferred rotor wheels with a core of steel or stainless steel, for example, which are coated with a non-metallic coating. Such a coating is preferably made of thermoplastic plastics, ceramics, or organic-inorganic hybrid polymers, such as Ormocer ® (a silicate compound), diamond ( "diamond-like carbon", DLC), but alternatively also consist of a hard chrome plating or nickel-phosphorus coating.
Im Fall von Läuferscheiben aus Metall bzw. mit einem Metallkern sind die Wandungen der Aussparungen zur Aufnahme der Halbleiterscheiben bevorzugt mit einem keramischen Material ausgekleidet, sodass kein direkter Kontakt zwischen der Halbleiterscheibe und dem Metall der Läuferscheibe entsteht.In the case of carriers made of metal or with a metal core, the walls of the recesses for receiving the semiconductor wafers are preferably lined with a ceramic material, so that no direct contact between the semiconductor wafer and the metal of the rotor disc is formed.
Bevorzugt sind die Aussparungen zur Aufnahme der Halbleiterscheiben in den Läuferscheiben derart exzentrisch bezüglich des Zentrums der jeweiligen Läuferscheibe angebracht, dass der Mittelpunkt der Läuferscheibe außerhalb der Fläche der Halbleiterscheiben liegt. Beispielsweise ist dies bei der Bearbeitung von Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm eine Exzentrizität von mehr als 150 mm relativ zum Zentrum der Läuferscheibe. Eine Läuferscheibe hat bevorzugt drei bis acht Aussparungen für Halbleiterscheiben. Während eines Schleifvorgangs befinden sich vorzugsweise fünf bis neun Läuferscheiben gleichzeitig in der Schleifmaschine.Preferably, the recesses for receiving the semiconductor wafers are mounted in the carriers such eccentric with respect to the center of the respective rotor, that the center of the rotor is outside the surface of the semiconductor wafers. For example, when processing semiconductor wafers having a diameter of 300 mm, this is an eccentricity of more than 150 mm relative to the center of the carrier. A rotor disk preferably has three to eight recesses for semiconductor wafers. During a grinding operation, preferably, five to nine carriers are simultaneously in the grinding machine.
Für den Betrag s .(t) = v(t) = |v ⇀(t)| der Bahngeschwindigkeit mit der sich beliebige Aufpunkte
Der Druck, mit dem die Arbeitsschichten während der Bearbeitung gegen die Halbleiterscheiben gepresst werden, und die Bahngeschwindigkeit der Halbleiterscheiben über die Arbeitsschichten werden während des Hauptlastschritts vorzugsweise so gewählt, dass die Gesamtabtragsrate, d. h. die Summe der Abtragsraten auf beiden Seiten der Halbleiterscheiben 2 bis 60 μm/min beträgt. Unter Hauptlastschritt ist die Bearbeitungsphase zu verstehen, innerhalb derer der größte Anteil am Gesamtabtrag der gesamten Schleifbehandlung bewirkt wird, wobei als Bearbeitungsphase wiederum ein Zeitabschnitt zu verstehen ist, während dessen alle Verfahrensparameter konstant bleiben. In der Regel ist der Hauptlastschritt die Bearbeitungsphase mit dem höchsten Druck oder der anteilig längsten Dauer oder beidem. Im Fall einer Arbeitsschicht mit Schleifkörnern aus Diamant mit einer mittleren Größe von 3 bis 15 μm ist eine Abtragsrate zwischen 2,5 und 25 μm/min besonders bevorzugt.The pressure with which the working layers are pressed against the semiconductor wafers during processing and the web speed of the wafers over the working layers are preferably selected during the main load step such that the total removal rate, ie the sum of the removal rates on both sides of the semiconductor wafers is 2 to 60 μm / min. The main load step is to be understood as meaning the processing phase within which the greatest proportion of the total removal of the entire grinding treatment is effected, whereby the processing phase is again a period of time during which all process parameters remain constant. As a rule, the main load step is the processing phase with the highest pressure or the proportionately longest duration or both. In the case of a working shift with Diamond abrasive grains with a mean size of 3 to 15 μm, a removal rate between 2.5 and 25 μm / min is particularly preferred.
Für den Druck, den die Arbeitsscheiben während des Hauptlastschritts auf die Halbleiterscheiben ausüben, ist ein Bereich von 0,007 bis 0,5 bar bevorzugt und ein Bereich von 0,012 bis 0,3 bar besonders bevorzugt. Für diese Angabe ist der Druck auf die Gesamtfläche der zur Bearbeitung in der Vorrichtung befindlichen Halbleiterscheiben bezogen und nicht auf die effektive Kontaktfläche zwischen Arbeitsschicht und Halbleiterscheiben.For the pressure exerted by the working wheels on the semiconductor wafers during the main load step, a range of 0.007 to 0.5 bar is preferred, and a range of 0.012 to 0.3 bar is particularly preferred. For this indication, the pressure is based on the total area of the semiconductor wafers for processing in the device and not on the effective contact area between working layer and semiconductor wafers.
Weiterhin ist eine gegensinnige Drehung der Arbeitsscheiben in Bezug auf die mittlere Umlaufgeschwindigkeit der Läuferscheiben während des Hauptlastschritts der Bearbeitung bevorzugt.Furthermore, an opposite rotation of the working wheels with respect to the average rotational speed of the carriers during the main load step of processing is preferred.
Zusätzlich ist besonders bevorzugt, dass die Drucke, Drehzahlen und damit Bahngeschwindigkeiten für die verschiedenen Bearbeitungsphasen unterschiedliche Werte annehmen. Schließlich ist auch besonders bevorzugt, dass in bestimmten Niederdruck-Bearbeitungsphasen („Ausfeuer”- oder „spark out”-Phasen) die Arbeitsscheiben gleichsinnig rotieren. Eine solche Ausfeuer-Phase ist insbesondere ganz am Ende der gesamten Schleifbehandlung sinnvoll und daher bevorzugt.In addition, it is particularly preferred that the prints, speeds and thus web speeds assume different values for the different processing phases. Finally, it is also particularly preferred that in certain low-pressure processing phases ("Ausfeuer" or "spark out" phases) the working disks rotate in the same direction. Such a Ausfeuer phase is particularly useful at the very end of the entire grinding treatment and therefore preferred.
Das im Rahmen der erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Kühlschmiermittel besteht bevorzugt aus einer wasser-basierten Mischung einer oder mehrerer der im Folgenden genannten Stoffe: Viskositätsmodifizierende Zusätze, insbesondere viskositätserhöhende Zusätze wie beispielsweise Glykole, z. B. kurz- oder längerkettige Polyethylenglykole, Alkohole, Sole oder Gele (z. B. Zusätze von hochdisperser Kieselsäure) und ähnliche Stoffe, die als Kühlmittel oder Schmiermittel bekannt sind. Ferner sind pH-Wert-modifizierende Zusätze wie Säuren, Laugen und zusammengesetzte Pufferlösungen bevorzugt. Besonders bevorzugt sind alkalische Zusätze wie Kaliumhydroxid (KOH), Kaliumcarbonat (K2CO3), Tetramethylammoniumhydroxid (N(CH3)4OH), Tetrametyhlammoniumcarbonat (N(CH3)4CO3), Ammoniumhydroxid (NH4OH) und Natriumhydroxid (NaOH). Der pH-Wert des Kühlschmiermittels liegt vorzugsweise im Bereich 7,0 bis 12,5. Ferner können Komplexbildner zugesetzt werden, insbesondere solche, die Kupfer-Komplexe bilden. Ein besonders bevorzugtes Kühlschmiermittel ist aber auch reines Wasser ohne jeglichen Zusatz.The cooling lubricant used in the process of the invention preferably consists of a water-based mixture of one or more of the substances mentioned below: Viscosity-modifying additives, in particular viscosity-increasing additives such as glycols, for. Example, short or longer chain polyethylene glycols, alcohols, sols or gels (eg., Additions of fumed silica) and similar substances that are known as coolants or lubricants. Further, pH modifying additives such as acids, bases, and composite buffer solutions are preferred. Particularly preferred are alkaline additives such as potassium hydroxide (KOH), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), tetramethylammonium hydroxide (N (CH 3 ) 4 OH), tetramethylammonium carbonate (N (CH 3 ) 4 CO 3 ), ammonium hydroxide (NH 4 OH) and sodium hydroxide (NaOH). The pH of the cooling lubricant is preferably in the range 7.0 to 12.5. Furthermore, complexing agents can be added, in particular those which form copper complexes. A particularly preferred coolant but is also pure water without any addition.
Die dem Arbeitsspalt über die Durchführung in der oberen Arbeitsscheibe zugeführten Mengen an Kühlschmiermittel liegen bevorzugt im Bereich zwischen 0,2 und 50 l/min und besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 20 l/min. Die angegebenen Werte sind über eine komplette Schleifbehandlung gemessene Mittelwerte und beziehen sich auf ca. 1,5 m2 effektive Arbeitsscheiben-Oberfläche, wie sie beispielsweise die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete, in
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren für die Bearbeitung von Halbleiterscheiben aus einkristallinem Silicium mit einem Durchmesser von größer oder gleich 100 mm, besonders bevorzugt mit einem Durchmesser von 300 mm oder größer, eingesetzt. Die bevorzugte Anfangsdicke vor der Bearbeitung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt 500 bis 1000 μm. Für Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm ist eine Anfangsdicke von 775 bis 950 μm besonders bevorzugt.The method according to the invention is preferably used for processing semiconductor wafers of monocrystalline silicon with a diameter of greater than or equal to 100 mm, particularly preferably with a diameter of 300 mm or greater. The preferred initial thickness before processing with the method according to the invention is 500 to 1000 microns. For silicon wafers having a diameter of 300 mm, an initial thickness of 775 to 950 μm is particularly preferred.
Die Halbleiterscheiben werden nach der Auftrennung des Halbleiterstabs in Scheiben (beispielsweise mittels einer Drahtsäge, Bandsäge oder Innenlochsäge) und vor der abschließenden Finish-Bearbeitung (beispielsweise mittels einer chemo-mechanischen Politur) mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet. Weitere Bearbeitungsschritte zwischen Trennen und dem erfindungsgemäßen Verfahren oder zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren und der abschließenden Finish-Bearbeitung können optional hinzugenommen werden, ohne die Eignung der beanspruchten Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Lösung der zugrunde liegenden Aufgabe zu beeinträchtigen. Dies können beispielsweise weitere mechanische, chemische oder chemo-mechanische Bearbeitungsschritte aus den Gruppen b), c) und d) des Bearbeitungsablaufs zur Herstellung von Halbleiterscheiben sein, wie sie im Stand der Technik (siehe oben) angegeben sind.The semiconductor wafers are processed after the separation of the semiconductor rod in slices (for example by means of a wire saw, band saw or Innenlochsäge) and before the final finish processing (for example by means of a chemo-mechanical polishing) by the method according to the invention. Further processing steps between separating and the method according to the invention or between the method according to the invention and the final finish processing can optionally be added without impairing the suitability of the claimed features of the inventive method for solving the underlying object. This may be, for example, further mechanical, chemical or chemo-mechanical processing steps from groups b), c) and d) of the processing sequence for the production of semiconductor wafers, as indicated in the prior art (see above).
Die Enddicke der Halbleiterscheiben nach Bearbeitung durch das erfindungsgemäße Verfahren beträgt bevorzugt 500 bis 950 μm und besonders bevorzugt 775 bis 870 μm. Der Gesamtabtrag, d. h. die Summe der Einzelabträge von beiden Seiten der Halbleitscheibe, beträgt bevorzugt 7,5 bis 120 μm und besonders bevorzugt 15 bis 90 μm.The final thickness of the semiconductor wafers after processing by the method according to the invention is preferably 500 to 950 μm and more preferably 775 to 870 μm. The total removal, d. H. the sum of the individual abrasions from both sides of the semiconductor wafer is preferably 7.5 to 120 μm and more preferably 15 to 90 μm.
Es ist bevorzugt, dem erfindungsgemäßen Schleifverfahren nach dem Auftrennen des Halbleiterstabs in Scheiben ein mechanisches Bearbeitungsverfahren gemäß dem Stand der Technik voranzuschicken.It is preferred to precede the grinding process of the invention by cutting a mechanical machining process according to the prior art after the semiconductor rod has been cut into slices.
Es ist ferner bevorzugt, dem erfindungsgemäßen Schleifverfahren vor der abschließenden Finish-Bearbeitung weitere Feinbearbeitungsverfahren gemäß dem Stand der Technik nachfolgen zu lassen. It is further preferred to allow the finishing process according to the invention to follow further finishing processes according to the prior art before the final finish machining.
Schließlich ist es bevorzugt, das erfindungsgemäße Schleifverfahren zwischen dem Stabtrennen und der Finish-Bearbeitung durch Vor- und Nachbearbeitungsschritte durch Verfahren gemäß dem Stand der Technik zu ergänzen.Finally, it is preferable to supplement the grinding method according to the invention between the bar cutting and the finish machining by pre- and post-processing steps by methods according to the prior art.
Besonders bevorzugt ist es, die Halbleiterscheiben direkt nach dem Auftrennen des Stabs dem erfindungsgemäßen Schleifverfahren und im Anschluss daran einer chemo-mechanischen Politur zu unterwerfen und darüber hinaus keine weiteren Material abtragenden Bearbeitungsschritte durchzuführen. Als Material abtragend sind insbesondere Ätzbehandlungen, Läppbehandlungen oder Schleifbehandlungen zu verstehen, bei denen die von den Halbleiterscheiben abgetragene Materialdicke größer als die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf den Halbleiterscheiben verbleibende Dickenvariation (TTV) ist. In diesem Sinne als nicht Material abtragende Schritte wie Reinigungs-, Ätz-, Schleif- oder Politurschritte mit Materialabträgen von weniger als die auf den erfindungsgemäß bearbeiteten Halbleiterscheiben verbleibende Dickenvariation (TTV), oder aber auch Mess-, Sortier- und nicht wesentlich die Fläche der Halbleiterscheiben verändernde Schritte wie beispielsweise eine Kantenverrundung oder -politur sollen dadurch nicht ausgeschlossen sein.It is particularly preferred to subject the semiconductor wafers directly after the separation of the rod to the grinding method according to the invention and subsequently to a chemo-mechanical polishing and moreover to carry out any further material-removing processing steps. In particular etching processes, lapping treatments or grinding treatments are to be understood as material, in which the material thickness removed by the semiconductor wafers is greater than the thickness variation (TTV) remaining on the semiconductor wafers according to the method of the invention. In this sense, as non-material-removing steps such as cleaning, etching, grinding or polishing steps with material removal of less than on the inventively processed semiconductor wafers remaining thickness variation (TTV), or even measuring, sorting and not significantly the surface of Semiconductor wafer-changing steps such as edge rounding or polishing should not be excluded.
Beschreibung der Halbleiterscheibe (nicht Gegenstand der Erfindung)Description of the semiconductor wafer (not the subject of the invention)
Ergebnis der Anwendung der beschriebenen Verfahren, insbesondere einer geeigneten Kombination einiger oder vorzugsweise aller Verfahren, ist eine Halbleiterscheibe mit einer geringen Dickenvariation, deren Restunebenheit nicht durch einen sog. „Schleifnabel” (lokale Dickenabnahme im Scheibenzentrum) oder einen sog. „Randabfall” (Dickenabnahme im Randbereich der Halbleiterscheibe) maßgeblich bestimmt ist und deren Oberfläche eine weitgehend isotrope, insbesondere nicht zentro- bzw. radialsymmetrische Verteilung der als Schleifriefen bezeichneten Bearbeitungsspuren und eine Rauigkeit von unter 70 nm RMS aufweist.Result of the application of the described method, in particular a suitable combination of some or preferably all methods, is a semiconductor wafer with a small thickness variation, the residual unevenness not by a so-called "loop" (local thickness decrease in the disk center) or a so-called "edge drop" (thickness decrease in the edge region of the semiconductor wafer) is decisively determined and whose surface has a largely isotropic, in particular not centro- or radially symmetric distribution of the processing marks designated as grinding marks and a roughness of less than 70 nm RMS.
Die Halbleiterscheibe hat insbesondere folgende vorteilhaften Eigenschaften:
- – Ein isotropes Schliffbild, wobei Bereiche mit Schleifriefen, die parallel oder symmetrisch bezüglich eines Punkts oder einer Symmetrieachse zueinander verlaufen, weniger als 10% der gesamten Oberfläche der Halbleiterscheibe ausmachen. Die Bestimmung des Grades der Isotropie des Schliffbildes wird nachfolgend erläutert.
- An isotropic micrograph wherein areas of scorelines that are parallel or symmetrical with respect to a point or axis of symmetry make up less than 10% of the total surface area of the semiconductor wafer. The determination of the degree of isotropy of the micrograph will be explained below.
- – Eine Dickenvariation von weniger als 1 μm auf der gesamten Halbleiterscheibe abzüglich eines Randausschlusses von 1 mm, wobei eine Dickenvariation von bis zu 50 nm oder sogar weniger erreichbar ist. Der Begriff „Dickenvariation” ist im Sinne des gebräuchlichen Parameters „TTV” (total thickness variation) zu verstehen.
- – Eine auf einen am Rand der Halbleiterscheibe liegenden Bereich mit einer Breite von 1/10 des Durchmessers der Halbleiterscheibe entfallende Dickenvariation von weniger
0,7 μm, wobeials auch Werte von 50 nm oder weniger erreichbar sind. Die Halbleiterscheibe weist somit keinen nennenswerten Randabfall auf. - – Eine auf einen im Zentrum der Halbleiterscheibe liegenden Bereich mit einem Durchmesser von 1/5 des Durchmessers der Halbleiterscheibe entfallende Dickenvariation von weniger
als 0,3 μm, wobeiauch Werte von 50 nm oder weniger erreichbar sind. Die Halbleiterscheibe weist somit keinen nennenswerten Schleifnabel auf. - – Einen Warp und einen Bow von jeweils weniger
als 15 μm, wobei auch Werte von 1 μm oder weniger erreichbar sind. Der Parameter „Warp” ist gemäß ASTM F 1390 und DIN 50441-5 definiert, der Parameter „Bow” gemäß ASTM F 534 and DIN 50441-5. - – Eine RNS-Rauigkeit von weniger als 70 nm, wobei auch Werte von 1 nm oder weniger erreichbar sind. Die angegebenen Werte beziehen sich auf einen Korrelationslängen-Bereich von 1 μm bis 80 μm.
- – Eine Tiefe der oberflächennahen Kristallschädigung von weniger als 10 μm und bis hin
zu 0,2 μm und weniger.
- - A thickness variation of less than 1 micron on the entire semiconductor wafer minus an edge exclusion of 1 mm, with a thickness variation of up to 50 nm or even less achievable. The term "thickness variation" is to be understood in the sense of the common parameter "TTV" (total thickness variation).
- A thickness variation of less than 0.7 μm attributable to a region lying at the edge of the semiconductor wafer with a width of 1/10 of the diameter of the semiconductor wafer, whereby values of 50 nm or less can also be achieved. The semiconductor wafer thus has no appreciable edge waste.
- A thickness variation of less than 0.3 μm attributable to a region in the center of the semiconductor wafer with a diameter of 1/5 of the diameter of the semiconductor wafer, whereby values of 50 nm or less can also be achieved. The semiconductor wafer thus has no appreciable loop.
- - A warp and a bow of less than 15 microns, with values of 1 micron or less can be achieved. The parameter "Warp" is defined according to ASTM F 1390 and DIN 50441-5, the parameter "Bow" according to ASTM F 534 and DIN 50441-5.
- An RNA roughness of less than 70 nm, whereby values of 1 nm or less can also be achieved. The values given refer to a correlation length range of 1 μm to 80 μm.
- - A depth of near-surface crystal damage of less than 10 microns and down to 0.2 microns and less.
BeispieleExamples
Für das Zustandekommen der im Folgenden beschriebenen Beispiele 1 bis 4 mit
Als Werkstücke wurden 300 mm Silicium-Einkristallscheiben mit Ausgangsoberfläche wie nach Trennen (Drahtsägen) erhalten verwendet. Sie hatten eine Ausgangsdicke von 915 μm. Der Materialabtrag betrug in allen Beispielen 90 μm, die Enddicke nach Bearbeitung also 825 μm. Die Halbleiterscheiben waren in Läuferscheiben aus glasfaser-verstärktem Epoxidharz (EP-GFK) eingelegt, die eine Anfangsdicke von 800 μm besaßen (Dickenabnahme durch Verschleiß), Die Beschickung bestand aus jeweils fünf Läuferscheiben mit je einer Halbleiterscheibe. Der Druck der Arbeitsscheiben während der Bearbeitung auf die Werkstücke betrug um 340 daN und wurde so erhöht oder erniedrigt, dass im Mittel Abtragsraten von 10–20 μm/min erzielt wurden.As workpieces, 300 mm single-crystal silicon disks having output surface as obtained after cutting (wire sawing) were used. They had a starting thickness of 915 μm. The material removal was in all examples 90 microns, the final thickness after machining so 825 microns. The semiconductor wafers were placed in carriers of glass-fiber reinforced epoxy resin (EP-GFRP), which had an initial thickness of 800 microns (thickness decrease due to wear), The feed consisted of five carriers, each with a semiconductor wafer. The pressure of the working wheels during machining on the workpieces was around 340 daN and was increased or decreased so that an average removal rates of 10-20 μm / min were achieved.
Als Kühlschmiermittel wurde Wasser verwendet (entionisiertes Reinstwasser), das mit einer Rate von zwischen 3 und 20 l/min über Bohrungen in der oberen Arbeitsscheibe dem Arbeitsspalt zugeführt wurde.Water was used as cooling lubricant (deionized ultrapure water), which was fed through the holes in the upper working disk to the working gap at a rate of between 3 and 20 l / min.
Beispiel 1example 1
Beispiel 2Example 2
Beispiel 3Example 3
Da die Arbeitsscheiben aus unterschiedlichen Materialen mit entsprechend unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zusammengesetzt sind, tritt stets eine gewisse unvermeidliche Verformung bei ungeeigneter Wahl der Temperatur aufgrund des „Bimetall-Effekts” auf. Ferner kann eine derartige Störung der Planparallelität durch zeitabhängigen Temperatureintrag während des Bearbeitungsablaufs selbst, beispielsweise durch die im Arbeitsspalt
In dem in
Beispiel 4Example 4
Claims (2)
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Conditioning method development for 3M™ Trizact™ Diamond Tile fixed abrasives used in the finishing of brittle substrates; T. Fletcher, F. T. Gobena , V. Romero , B. Sventek a, & W. Schoenhofen; Presented at Optifab 2005, Rochester, New York, May 2, 2005 |
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