HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Schleifen der Oberfläche eines dünnen, plattenförmigen
Werkstücks, und insbesondere betrifft sie ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Schleifen der Oberfläche eines dünnen,
plattenförmigen Werkstücks wie eines Halbleiterwafers, gemäß
dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4. Ein Beispiel für eine
derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren ist in
EP 272 531 A offenbart.
Beschreibung des Stands der Technik
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Ein spiegelglatter Wafer wird im Allgemeinen dadurch
erhalten, dass sequenziell die folgenden Schritte ausgeführt
werden: Anfasen zum Verhindern, dass der Randbereich eines
Wafers, wie er nach dem Durchlaufen eines Zerteilschritts
erhalten wurde, absplittert; Läppen zum Beseitigen einer
Dickenvariation des Wafers; Ätzen zum Entfernen einer
beschädigten Schicht und eines verunreinigten Teils (in dem
Schleifkörner enthalten sind); und Polieren des angefasten
Teils des Randbereichs und einer Hauptfläche des Wafers.
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In den letzten Jahren erfolgte hinsichtlich des
Verarbeitungsprozesses zum Erhalten eines spiegelglatten Wafers eine
Änderung, gemäß der der Läpp- und der Ätzschritt weggelassen
werden und stattdessen ein Schleifschritt verwendet wird,
wodurch ein Wafer in einem Zustand erhalten wird, in dem er
mit hoher Genauigkeit eben ist und keine Dickenschwankung
aufweist.
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Als Verarbeitungstechnik zum Einebnen eines Wafers war
bisher ein Oberflächenschleifen unter Verwendung eines
Oberflächenschleifers bekannt. Bei einem Oberflächenschleifer wird
ein zu verarbeitendes Objekt fest auf einem stabilen Spann¬
tisch wie einer porösen Keramikplatte und dergleichen
gehalten, die Parallelität zwischen einer Oberfläche des zu
verarbeitenden Objekts und einem Schleifstein wird eingestellt,
und danach wird das sich drehende Schleifrad an den Wafer
gedrückt, um den Oberflächenteil des zu bearbeitenden
Objekts abzuschleifen.
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In der Halbleiterindustrie wurde hohe Genauigkeit für
Siliciumwafer, bei denen es sich um ein zu verarbeitendes Objekt
handelt, gefordert: z. B. wurde für einen Wafer mit einem
Durchmesser von 200 mm eine extrem hohe Ebenheit mit einem
Wert von 2 um oder weniger hinsichtlich der Ebenheit, was
als TTV (Total Thickness Variation = gesamte
Dickenschwankung) bezeichnet wird, gefordert.
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In den letzten Jahren wurde in Reaktion auf Forderungen
betreffend Waferoberflächen mit hoher Ebenheit ein Vorschub-
Oberflächenschleifer verwendet, bei dem ein tassenförmiges
Schleifrad verwendet wird, und es wurde ein Schleifverfahren
verwendet, bei dem ein Schleifrad kontinuierlich in einen
Siliciumwafer vorgeschoben wird, um diesen zu schleifen,
während der Siliciumwafer mit hoher Geschwindigkeit um sein
Zentrum gedreht wird.
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Bei einem derartigen Schleifverfahren wird ein Siliciumwafer
12 so montiert, dass ein Zentrum beinahe mit dem
Rotationszentrum eines Drehtischs 11 übereinstimmt, wie es in der
Fig. 5 dargestellt ist.
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Andererseits wird das tassenförmige Schleifrad 6 so
positioniert, dass das Rotationszentrum des Siliciumwafers 12 in
den Arbeitsbereich des Schleifrads 6 gelangt.
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Wenn in dieser Situation dem tassenförmigen Schleifrad 6 und
dem Siliciumwafer 12 entlang einer Richtung rechtwinklig zur
geschliffenen Arbeitsfläche eine Relativvorschubbewegung
verliehen wird, während sowohl der Siliciumwafer 12 als auch
das tassenförmige Rad 6 gedreht werden, kann die gesamte
Oberfläche des Siliciumwafers 12 ohne jede Bewegung in der
Schleifebene geschliffen werden.
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Um beim Schleifen eines Wafers hohe Ebenheit zu ermöglichen,
wird die Vorschubgeschwindigkeit des tassenförmigen
Schleifrads in mindestens drei Stufen geändert, nämlich einer hohen
Vorschubgeschwindigkeit (Schnitttiefe beim Schleifen), einer
niedrigen Vorschubgeschwindigkeit (Schnitttiefe) und einem
Ausfunken (kein Vorschub).
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Jedoch verbleibt bei einer derartigen herkömmlichen Technik
immer noch das folgende Problem.
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Bei diesem Schleifverfahren sind nämlich die
Umfangsgeschwindigkeiten im zentralen Abschnitt und im Randbereich
eines Wafers aufgrund der Drehung des Wafers um sein Zentrum
herum verschieden; es tritt eine Biegung der
Schleifradwelle, die das Schleifrad dreht, in Kombination der
Geschwindigkeitsdifferenz mit dem Schleifwiderstand aufgrund der
Vorschubgeschwindigkeit des Schleifrads auf. Das Schleifrad
wird durch die Verbiegung zur Zentrumsseite der
Waferoberfläche geneigt, und dadurch tritt ein Fehler dahingehend
auf, dass der Wafer und das Schleifrad nicht in einer
horizontalen Ebene gehalten werden können.
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Außerdem tritt, da beim Waferschleifprozess ein
Schleifvorgang für hohe Ebenheit ausgeführt wird, während die
Vorschubgeschwindigkeit (Schnitttiefe) eines tassenförmigen
Schleifrads in mindestens drei Stufen einer hohen
Vorschubgeschwindigkeit, einer niedrigen Vorschubgeschwindigkeit und
des Ausfunkens (kein Vorschub) geändert wird, ein weiteres
Problem dahingehend auf, dass sich auch der Neigungswinkel
des Schleifrads entsprechend einer Änderung der Schleifrad-
Vorschubgeschwindigkeit (Schnitttiefe) ändert.
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Das Problem wird unter Verwendung schematischer Formen in
den Fig. 3 und 4 erläutert. Während in der folgenden
Erläuterung ein dreistufiges Vorschubmuster als Beispiel
dargestellt ist, besteht keine spezielle Beschränkung auf das
Muster, sondern es kann ein Vorschubmuster mit zwei Stufen
oder mehr als drei Stufen verwendet werden.
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In den Fig. 3(a) bis 3(b) sind tatsächlichen
Schleifstellungen eines mit durchgezogener Linie dargestellten
Schleifrads 6 bei Vorgängen mit verschiedenen
Vorschubgeschwindigkeiten (Schnitttiefen) dargestellt, während ein mit
gestrichelter Linie dargestelltes Schleifrad 6a eine
Anfangsstellung zeigt, wenn es in eine
Oberflächenschleifvorrichtung eingesetzt wird. Unterschiede der Stellung rühren
von einer Verbiegung der Schleifradwelle aufgrund des
Schleifwiderstands und dergleichen her, wobei jedoch die
Stellungen im Wesentlichen übereinstimmen, wenn die
Schleifradwelle vollkommen starr ist.
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Beim Vorschub der ersten Stufe in der Fig. 3(a) wird eine
hohe Vorschubgeschwindigkeit (Schnitttiefe) verwendet, wobei
die Sicherheit des Schleifstarts und die Produktivität
berücksichtigt werden. Dabei tritt ein Schnittvorgang des
Schleifrads 6 aufgrund des Schleifwiderstands, den das
Schleifrad 6 vom Wafer empfängt, und aufgrund der Umfangsgeschwindigkeiten
des Wafers zum zentralen Teil des Wafers
12 auf, die Welle des Schleifrads 6 wird entsprechend dem
Schneidvorgang verbogen, und im Ergebnis ist das Schleifrad
6 zur zentralen Seite hin geneigt, so dass die Beseitigung
von Schleifmaterial auf der zentralen Seite des Wafers im
Vergleich zum Randbereich desselben erhöht ist und der Wafer
12 eine stark konkave Form der Schleiffläche erhält.
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Anschließend an die hohe Vorschubgeschwindigkeit erfolgt
eine niedrige Vorschubgeschwindigkeit (Schnitttiefe), wie in
der Fig. 3(b) dargestellt, um es zu ermöglichen, die
Schleifgenauigkeit am Wafer 12 auf einfache Weise zu
gewährleisten. Dabei ist der Schleifwiderstand des Wafers 12
gegenüber dem Schleifrad 6 verringert und in Übereinstimmung
damit ist auch die Verbiegung der Schleifradwelle
verringert, sodass die Neigung der Schleifradwelle zur zentralen
Seite hin verringert ist, was zu einer Verringerung des
Entfernens von Schleifmaterial auf der zentralen Seite des
Wafers 12 führt, wohingegen die Neigung des Schleifrads zur
zentralen Seite andauert und dadurch die konkave Form des
Wafers 12 erhalten bleibt, wobei sie jedoch eben ist.
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Ferner wird gemäß der Fig. 3(c) ein Schleifen ohne Vorschub
ausgeführt, das als Ausfunken bezeichnet wird. Dadurch
werden Einflüsse von Spannungsänderungen in der Vorrichtung und
im Material beseitigt, um für Genauigkeit zu sorgen, jedoch
kann die konkave Form des Wafers 12 nicht vollständig
beseitigt werden.
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Zusammengefasst gesagt, tritt, da die
Vorschubgeschwindigkeit (Schnitttiefe) in der Anfangsperiode des Schleifens
höher ist, ein Trend auf, gemäß dem das Zentrum eines Wafers
12 stärker entfernt wird, so dass die Form des Wafers 12
nach dem Schleifen eine Schalenform ist. D. h., dass dann,
wenn eine höhere Vorschubgeschwindigkeit gewählt wird, um
für höhere Produktivität zu sorgen, der Trend stärker ist,
dass der Wafer 12 Schalenform einnimmt, so dass nicht nur
die bei niedriger Vorschubgeschwindigkeit aufzubringende
Zeit und die beim Ausfunken aufzubringende Zeit, die zum
Einebnen des Wafers 12 erforderlich sind, länger sind,
sondern auch die Schalenform des Wafers 12 nicht leicht
aufgehoben werden kann, selbst wenn ein Ausfunken ausgeführt
wird.
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Daher wird gemäß einem Vergleichsbeispiel zur Erfindung,
wobei es sich um eine allgemeine Korrekturmaßnahme handelt,
wie es in den Fig. 4(a) bis 4(c) dargestellt ist, die
Stellung des Schleifrads 6 nicht horizontal gewählt, sondern
sie wird in umgekehrter Weise dadurch korrigiert, dass sie
entsprechend der Schalenform des Wafers 12 beim Ausfunken
vor dem Schleifstart zur Umfangsseite hin geneigt wird:
genauer gesagt, wird die Stellung des Schleifrads anfangs so
eingestellt, dass in der Richtung der konkaven Form eine
Korrektur um 1 um auf Grundlage der Form nach dem Schleifen
erfolgt, und dann wird ein Schleifprozess zum Erzielen eines
Wafers 12 mit hoher Ebenheit ausgeführt, während die
Vorschubgeschwindigkeiten (Schnitttiefe) in drei Stufen
geändert werden: hohe Vorschubgeschwindigkeit, niedrige
Vorschubgeschwindigkeit und Ausfunken (kein Vorschub).
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Gemäß einem derartigen Vergleichsbeispiel werden konkave
Formen nach dem Vorschub mit hoher Vorschubgeschwindigkeit
und demjenigen mit niedriger Vorschubgeschwindigkeit durch
die Neigungskorrektur der Stellung vor dem Schleifen
verringert, und im Fall der hohen Vorschubgeschwindigkeit ergeben
sich 2,5 um, während sich im Fall der niedrigen
Vorschubgeschwindigkeit 0,5 um ergeben, und theoretisch kann für hohe
Ebenheit dadurch gesorgt werden, dass beim Ausfunken
entsprechend einer Dicke von 0,5 um geschliffen wird.
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Jedoch sind selbst bei der herkömmlichen Technik, bei der
vor dem Schleifen eine Korrektur auf die genannte Weise
erfolgt, beim Schleifvorgang des Ausfunkens ungefähr zehn
Umdrehungen erforderlich, und es besteht die Möglichkeit, dass
viel Schleifzeit erforderlich ist, um eine Schalenform von
0,5 um zu korrigieren, obwohl im Wesentlichen eine oder zwei
Umdrehungen ausreichen sollten. Der Grund, weswegen die
Schleifzeit erhöht ist, besteht darin, dass auf der
Arbeitsfläche selbst nach der niedrigen Vorschubgeschwindigkeit
eine Spur der Schalenform verbleibt, und es muss das
Ausfunken, das in Wesentlichen die Rolle spielt, das
Oberflächenfinish zu verbessern, ohne dass ein absichtlicher Vorschub
vorliegt, dazu verwendet werden, die Ebenheit
wiederzuerlangen und einen Schleifvorgang mit einer Schnitttiefe von 0,5
um auszuführen.
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Das Schleifen eines Wafers 12 zu Schalenform und die längere
Schleifzeit erhöhen die dem Schleifrad 6 auferlegte
Belastung, die Arbeitsfläche des Schleifrads nutzt ab und auf
oder im Schleifrad tritt eine Belastung oder Abschürfung
auf, bei der keine Selbstabrichtungswirkung zum
Wiederherstellen des Schneidvermögens ausgeübt wird. Ein Schleifrad,
das sich bereits in einem derartigen Zustand befindet, kann
sein ursprüngliches Schneidvermögen nicht wiedererlangen,
solange nicht ein Oberflächenteil des Schleifrads
absichtlich durch Abrieb in einem als Abziehen bezeichneten Prozess
entfernt wird, und dieser Prozess zeigt ein Problem
dahingehend, dass die Lebensdauer des Schleifrads verkürzt war.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung erfolgte angesichts derartiger technischer
Probleme, und es ist demgemäß eine Aufgabe der Erfindung,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Oberflächenschleifen
zu schaffen, durch die ein dünnes, plattenförmiges Werkstück
wie ein Halbleiterwafer mit hoher Ebenheit mit hoher
Genauigkeit und Sicherheit erhalten werden kann.
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Um diese Aufgabe zu lösen, ist die Erfindung auf ein
Oberflächenschleifverfahren gerichtet, bei dem ein sich
drehendes, tassenförmiges Schleifrad auf ein zu bearbeitendes
Objekt in Form eines dünnen, plattenförmigen Werkstücks ge¬
drückt wird, das sich dreht und das auf einem Tisch
gehalten wird, wobei das dünne, plattenförmige Werkstück
geschliffen wird, während die Vorschubgeschwindigkeit des
Schleifrads schrittweise geändert wird, dadurch
gekennzeichnet, dass der relative Neigungswinkel des Schleifrads zum
dünnen, plattenförmigen Werkstück, d. h. der Neigungswinkel
einer Welle des zu verarbeitenden Objekts zur Welle des
Schleifrads, nahezu synchron zur Zeit, zu dem die
Vorschubgeschwindigkeit beim Schleifen geändert wird, geändert wird.
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Hierbei ist unter dem Begriff nahezu synchron zu verstehen,
dass die Änderung der Vorschubgeschwindigkeit und die
Änderung des Neigungswinkels zeitlich nicht vollkommen
miteinander übereinstimmen, sondern die Änderung der
Vorschubgeschwindigkeit langsam über eine Zeitspanne erfolgen kann, zu
der Zeitpunkte vor und nach der Änderung des Neigungwinkels
gehören, oder umgekehrt.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist ein
Oberflächenschleifverfahren für ein dünnen, plattenförmiges Werkstück,
bei dem eine Oberfläche desselben geschliffen wird, während
die Vorschubgeschwindigkeit des tassenförmigen Schleifrads 6
in mehreren Stufen einer hohen Vorschubgeschwindigkeit,
einer niedrigen Vorschubgeschwindigkeit und eines Ausfunkens
(kein Vorschub) geändert wird, wobei der Relativwinkel des
Schleifrads zum dünnen, plattenförmigen Werkstück
sequenziell auf wahlfreie Winkel (Neigungskorrekturwinkel)
korrigiert wird, wie sie vorab für die mehreren Stufen, einschließlich
der hohen Vorschubgeschwindigkeit, der niedrigen
Vorschubgeschwindigkeit und des Ausfunkens, gespeichert
werden, und das dünne, plattenförmige Werkstück wird auf eine
Sollform bearbeitet.
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Wenn z. B. das dünne, plattenförmige Werkstück 12 auf
horizontale (ebene) Form bearbeitet wird, werden ein erster, ein
zweiter und ein dritter Neigungswinkel, die nach unten zur
Umfangsseite des dünnen, plattenförmigen Werkstücks 12
geneigt sind, eingestellt, und diese Neigungswinkel werden
sequenziell zum Korrigieren so verwendet, dass der ausgewählte
Neigungswinkel näher an der horizontalen Richtung liegt.
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Während der Schleifvorgang in diesem Fall die ebene
(horizontale) Form als Sollform hat, können andere Formen als
Sollformen in Betracht gezogen werden: eine konvexe Form und
eine konkave Form, und auch im Fall derartiger Formen kann
ein Schleifvorgang mit guter Genauigkeit, wie im Fall einer
ebenen Form, dadurch ausgeführt werden, dass in den
jeweiligen Stufen Korrekturwinkel vorab eingestellt werden und die
Neigungswinkel sequenziell korrigiert werden.
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Um die Erfindung betreffend das Oberflächenschleifverfahren
für ein dünnes, plattenförmiges Werkstück auf effektive
Weise auszuführen, ist die Erfindung auf eine
Oberflächenschleifvorrichtung gerichtet, bei der ein sich drehendes,
tassenförmiges Schleifrad auf ein zu bearbeitendes Objekt in
Form eines dünnen, plattenförmigen Werkstücks gedrückt wird,
das sich dreht, während es auf einem Tisch gehalten wird,
und wobei das dünne, plattenförmige Werkstück geschliffen
wird, während die Vorschubgeschwindigkeit des Schleifrads
schrittweise geändert wird, wobei die Vorrichtung Folgendes
aufweist:
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eine
Schleifrad-Vorschubgeschwindigkeits-Einstelleinrichtung, die die Vorschubgeschwindigkeit des Schleifrads
schrittweise ändern kann;
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gekennzeichnet durch
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eine Korrekturwinkel-Speichereinrichtung zum Speichern
eines Korrekturwinkels für einen Neigungswinkel des
Schleifrads für jeden Schleifschritt entsprechend
Vorschubgeschwindigkeiten des Schleifrads; und
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eine Wellenneigungs-Steuereinrichtung zum Steuern des
Relativwinkels der Schleifradwelle zu einer Welle, auf der
das dünne, plattenförmige Werkstück gehalten wird,
entsprechend einem Korrekturwinkel, der aus der Korrekturwinkel-
Speichereinrichtung ausgelesen wird, wobei der
Neigungswinkel der Schleifradwelle durch die
Wellenneigungs-Steuereinrichtung für jeden der Schleifschritte entsprechend den
Vorschubgeschwindigkeiten des Schleifrads geändert wird.
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Indessen kann die Wellenneigungs-Steuereinrichtung die
Schleifradwelle oder die Haltewelle für das dünne,
plattenförmige Werkstück, oder beide Wellen auf kombinierte Weise,
steuern.
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Betriebsvorgänge bei der Erfindung werden für den
beispielhaften Fall beschrieben, dass ein dünnes, plattenförmiges
Werkstück zu ebener (horizontaler) Form geschliffen wird.
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Wie es in den Fig. 3(a) bis 3(c) dargestellt ist, sind
dann, wenn ein Wafer unter Bedingungen geschliffen wird,
unter denen die Drehwelle des tassenförmigen Schleifrads 6
vertikal eingestellt wird und der Neigungswinkel der
Schleifrad-Arbeitsfläche zu einem Wafer auf "0" eingestellt
wird (horizontaler Zustand) tatsächlich geschliffene Formen
des Wafers alle schalenförmig, mit einer Konkavität im
mittleren Abschnitt von ungefähr 3,5 um bei hoher
Vorschubgeschwindigkeit (Fig. 3(a)), ungefähr 1,5 um bei niedriger
Vorschubgeschwindigkeit (Fig. 3(b)) und ungefähr 1 um beim
Ausfunken (Fig. 3(c)). (Der Schleifvorgang wurde ohne Korrektur
des Neigungswinkels ausgeführt.)
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Daher versucht die Erfindung, aus der Form eines Wafers
einen Neigungskorrekturwinkel zu erhalten, wenn der
Schleifvorgang ohne Korrektur des Neigungswinkels ausgeführt wird.
D. h., dass der Schleifrad-Neigungswinkel α&sub1; bei hoher
Vorschubgeschwindigkeit (Schnitttiefe) ein Winkel ist, der der
Form des Wafers bei 3,5 um entspricht, und er wird, genauer
gesagt, so eingestellt, dass er der folgenden Gleichung
genügt:
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tan α&sub1; = (3,5 um)/W
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wobei W den Radius des Wafers angibt.
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Auf ähnliche Weise wird ein Schleifrad-Neigungswinkel α&sub2; bei
niedriger Vorschubgeschwindigkeit (Schnitttiefe) so
eingestellt, dass er der folgenden Gleichung genügt:
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tan α&sub2; = (1,5 um)/W
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wobei W den Radius des Wafers angibt.
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Ferner wird ein Schleifrad-Neigungswinkel α&sub3; beim Ausfunken
so eingestellt, dass er dem folgenden Winkel genügt:
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tan α&sub3; = (1,0 um)/W
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wobei W den Radius des Wafers angibt.
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Die Schleifrad-Neigungswinkel α&sub1;, α&sub2;, α&sub3; werden in einer
Korrekturwinkel-Speichereinrichtung gespeichert, die einen
Korrekturwinkel für einen Schleifrad-Neigungswinkel
speichert.
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Wie es in der Fig. 2 dargestellt ist, wird das Schleifrad 6
bei hoher Vorschubgeschwindigkeit auf Grundlage des aus der
Korrekturwinkel-Speichereinrichtung ausgelesenen Schleifrad-
Neigungswinkels α&sub1; geneigt, und die hohe
Vorschubgeschwindigkeit wird in diesem Zustand verwendet.
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Dann wird, bei niedriger Vorschubgeschwindigkeit, der
Schleifrad-Neigungswinkel von α&sub1; auf α&sub2; geändert, und danach
wird mit niedriger Vorschubgeschwindigkeit gearbeitet, oder
es wird die niedrige Vorschubgeschwindigkeit verwendet,
während der Radneigungswinkel langsam von α&sub1; auf α&sub2; parallel
zum Übergang auf die niedrige Vorschubgeschwindigkeit,
geändert wird.
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Beim Ausfunken in der letzten Stufe wird der
Schleifrad-Neigungswinkel von α&sub2; auf α&sub3; geändert, und danach wird das
Ausfunken ausgeführt, oder es wird ausgeführt, während der
Radneigung winkel langsam von α&sub2; auf α&sub3;, parallel zum Übergang
auf das Ausfunken, geändert wird.
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Im Ergebnis nimmt das Schleifrad 6 während des Schleifens in
jedem Schleifschritt (hohe Vorschubgeschwindigkeit, niedrige
Vorschubgeschwindigkeit und Ausfunken), eine horizontale
Stellung parallel zur Waferoberfläche ein, wie es im mit
durchgezogener Linie in den Fig. 2(a) bis 2(c)
dargestellten Schnitt dargestellt ist, und die Waferebenheit ist
in jedem Schleifschritt sehr gut, und sie entspricht 1 um
oder weniger.
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In den Fig. 2(a) bis 2(c) zeigen Schnittansichten 6c, 6d,
die jeweils mit gestrichelter Linie dargestellt sind,
Stellungen des Schleifrads 6, wie sie jeweils auf Grundlage von
Waferformen bei hoher Vorschubgeschwindigkeit und niedriger
Vorschubgeschwindigkeit korrigiert werden, während eine mit
gestrichelter Linie dargestellte Schnittansicht 6e die
Anfangsstellung
(vor dem Schleifen) des Schleifrads 6 zeigt,
die auf Grundlage einer Form beim Ausfunken korrigiert wird.
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D. h., dass, gemäß der Erfindung, wenn ein Schleifrad einer
Korrektur von Relativwinkeln zwischen der Schleifradwelle
und einem Werkstück unterzogen wird, so dass das Schleifrad
die oben angegebenen Stellungen als Einstellbedingungen bei
jedem der Schleifschritte einnimmt, d. h. bei hoher
Vorschubgeschwindigkeit (Schnitttiefe), niedriger
Vorschubgeschwindigkeit (Schnitttiefe) und beim Ausfunken, Stellung des
Schleifrads während des Schleifens parallel zum Werkstück
sind, wodurch hohe Ebenheit des Werkstücks aufrechterhalten
werden kann.
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Im Ergebnis wird durch den Schleifvorgang des Ausfunkens mit
ungefähr einer bis zwei Umdrehungen ein ausreichendes Finish
erzielt, und es kann die wesentliche Funktion des Ausfunkens
ausgeübt werden.
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Da die Arbeitsfläche eines Schleifrads parallel in Kontakt
mit einer Waferfläche gebracht wird, ohne dass es zu
irgendeinem örtlichen Einschnitt in die Waferoberfläche kommt,
wird die Belastung über die gesamte Oberfläche des
Schleifrads verteilt, und im Ergebnis ist ein Schleifvorgang
möglich, bei dem eine automatische Abrichtwirkung zum
Wiederherstellen des Schleifvermögens gleichmäßig ausgeübt wird.
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Eine Änderung des Schleifrad-Neigungswinkels kann
automatisch erfolgen, oder sie kann von Hand ausgeführt werden.
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In der Veröffentlichung Nr. Hei 9-85619 zu einer ungeprüften
japanischen Patentanmeldung ist eine zur Erfindung analoge
Technik offenbart, bei der die Dicke eines Wafers durch
einen kontaktfreien Sensor erfasst wird, der in einem
Schleifschritt über dem Wafer angeordnet wird, die Neigungsrichtung
und die Stärke der Neigung zwischen einem den Wafer
haltenden Tisch und einer Schleifradwelle auf Grundlage des
vom Sensor erfassten Werts berechnet werden und die
Steuerung der Stellung des Schleifrads 6 entsprechend dem so
berechneten Neigungszustand ausgeführt wird.
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Jedoch ist ein praxisgerechter Sensor im Wesentlichen nicht
verfügbar, durch den eine Waferebenheit von 2 um oder
weniger hinsichtlich TTV in kontaktfreiem Zustand an einem Wafer
gemessen werden kann und der in eine Schleifvorrichtung
selbst eingebaut werden könnte, und wenn ein derartiger
Sensor verfügbar wäre, wären die Kosten sehr hoch, was es
unmöglich machen würde, die Erfindung mit einem Sensor dem
industriell praktischen Gebrauch zuzuführen. Bei der
Erfindung kann, ohne die Verwendung eines derartigen Sensors, ein
Oberflächenschleifvorgang mit hoher Genauigkeit auf
Grundlage der Beziehung zwischen der
Schleif-Vorschubgeschwindigkeit (Schleifwiderstand) und der Form einer Hauptfläche
eines Werkstücks auf einfache Weise realisiert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine Konstruktionsansicht, die schematisch eine
Ausführungsform einer Oberflächenschleifvorrichtung für ein
dünnes, plattenförmiges Werkstück gemäß der Erfindung zeigt;
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Fig. 2(a) bis 2(c) sind Darstellungen zum Veranschaulichen
von Vorgängen, die Schneidmodi eines Schleifrads gemäß einem
Verfahren der Erfindung veranschaulichen und den Schritten
mit hoher Vorschubgeschwindigkeit, niedriger
Vorschubgeschwindigkeit bzw. des Ausfunkens entsprechen;
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Fig. 3(a) bis 3(c) sind Darstellungen zum Veranschaulichen
von Vorgängen, die Schneidmodi eines Schleifrads
veranschaulichen, wenn keine Korrekturen verwendet werden, und sie
entsprechen den Schritten mit hoher Vorschubgeschwindigkeit,
niedriger Vorschubgeschwindigkeit bzw. des Ausfunkens;
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Fig. 4(a) bis 4(c) sind Darstellungen zum Veranschaulichen
von Vorgängen, die Schneidmodi eines Schleifrads beim
Anwenden einer üblichen Formkorrektureinrichtung gemäß einem
Vergleichsverfahren zur Erfindung, bei dem eine anfängliche
Korrektur eines Schleifrad-Neigungswinkels ausgeführt wird,
und sie entsprechen den Schritten mit hoher
Vorschubgeschwindigkeit, niedriger Vorschubgeschwindigkeit bzw. des
Ausfunkens; und
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Fig. 5 ist eine Ansicht, die grundsätzliche Arbeitsvorgänge
eines Wafer-Oberflächenschleifverfahrens zeigt, bei dem die
Erfindung angewandt ist, wobei 3 ein Halteelement für eine
Schleifradwelle, 4 einen Welle-Verschwenkabschnitt, 5 eine
Schleifradwelle, 6 ein Schleifrad, 9 einen Steuerungsmotor
zum Neigen der Schleifradwelle, 11 einen Tisch, 12 ein zu
bearbeitendes Objekt (einen Wafer), 13 die Welle des Tischs,
14 eine Steuerungsvorrichtung zur Neigung der Welle und 15
eine Korrekturwinkel-Speichereinrichtung kennzeichnen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORGUTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen veranschaulichend
beschrieben. Es ist jedoch zu beachten, dass Größen,
Materialien, Formen, Relativpositionen und dergleichen von bei
der Ausführungsform beschriebenen Konstruktionselementen den
Schutzumfang der Erfindung nicht auf die angegebenen Werte
beschränken sollen, insoweit nicht eine spezielle
Beschreibung erfolgt, sondern dass sie nur zu beispielhaftem Zweck
angegeben sind. So sind dieselben Elemente oder Elemente mit
denselben Funktionen wie in der Fig. 5 mit denselben
Markierungen gekennzeichnet.
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Die Fig. 1 zeigt eine Oberflächenschleifvorrichtung, die
eine Ausführungsform der Erfindung ist. In der Figur ist auf
der rechten Seite eines Sockels 1 ein fester Rahmen 2
vorhanden, und durch diesen festen Rahmen 2 wird ein
Halteelement 3 für die Schleifradwelle auf solche Weise gehalten,
dass das Halteelement 3 entlang der Richtung eines Pfeils 18
mittels eines Welle-Verschwenkabschnitts 4 hin und her
bewegt werden kann. Eine Welle 5, an deren freiem Vorderende
ein Schleifrad 6 befestigt ist, wird durch das Halteelement
3 für das Schleifrad 3 gehalten, und diese Welle 5 wird
durch einen Antriebsmotor 7 für die Schleifradwelle
angetrieben. Es wird nicht nur das Schleifrad 6 durch einen
Motor 8 zum vertikalen Verstellen der Schleifradwelle, der im
oberen Teil des festen Rahmens 2 vorhanden ist, vertikal
verschoben, sondern der Welle-Schwenkabschnitt 4 kann durch
Rotationssteuerung des Steuerungsmotors 9 zum Neigen der
Schleifradwelle wahlfrei auf den Neigungswinkel der Welle 5
des Schleifrads 6 eingestellt werden.
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Auf der linken Seite des Sockels 1 in der Figur ist ein
Tisch 11 vorhanden, der auf einer Welle 13 eines
Tischantriebsmotors 10 montiert ist. Auf dem Tisch 11 ist ein Wafer
12 fest gehalten.
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Eine Schleifrad-Vorschubsteuervorrichtung 16 liefert ein
Vorschubgeschwindigkeitssignal 51 für die Schleifradwelle an
den Motor 8 zum vertikalen Verstellen der Schleifradwelle,
und durch Steuerung des Motors 8 kann die
Schleifrad-Vorschubgeschwindigkeit nicht nur hinsichtlich der Bewegung bis
zu einer normalen Schleifstartposition sondern in drei
Vorschubgeschwindigkeiten (Schnitttiefe) gesteuert werden,
nämlich für hohe Vorschubgeschwindigkeit, niedrige
Vorschubgeschwindigkeit und Ausfunken (kein Vorschub).
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Die Zahlenmarkierung 15 entspricht einer Korrekturwinkel-
Speichereinrichtung, in der Korrekturwinkel für die
Schleifradneigung bei den Schleifschritten mit hoher
Vorschubgeschwindigkeit, niedriger Vorschubgeschwindigkeit und beim
Ausfunken gespeichert sind, und die Korrekturwerte beim
Ändern von Vorschubgeschwindigkeiten (beim Abschluss jedes
Schleifschritts) sind Werte, die dadurch eingestellt werden,
dass Waferformen beim Einsetzen oder Ändern von
Schleifrädern, oder bei den Starts des Schleifvorrichtungsbetriebs in
den jeweiligen Schleifschritten, vorab geklärt werden.
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Ein entsprechender Korrekturwinkel wird durch ein
Vorschubgeschwindigkeit-Änderungssignal 52 von der
Schleifrad-Vorschubsteuervorrichtung 16 an eine
Wellenneigungs-Steuereinrichtung 14 geliefert.
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Die Wellenneigungs-Steuereinrichtung 14 liest den
entsprechenden Wellenneigungs-Korrekturwinkel auf Grundlage des
Vorschubgeschwindigkeit-Änderungssignals 52 von der
Schleifrad-Vorschubsteuervorrichtung 16 aus der Korrekturwinkel-
Speichereinrichtung 15 aus, sie liefert ein dem
Korrekturwinkel entsprechendes Motoransteuersignal 53 an den
Steuermotor 9 für die Neigung der Schleifradwelle, und sie steuert
ferner den Neigungswinkel der Welle 5 des Schleifrads 3 (für
die Welle 13 des Tischs 11) durch Aktivieren des Welle-
Schwenkabschnitts 4.
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Betriebsweisen der Ausführungsform werden nun auf konkrete
Weise beschrieben.
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In der Korrekturwinkel-Speichereinrichtung 15 werden
Korrekturwinkel für den Schleifrad-Neigungswinkel entsprechend den
Schleifrad-Neigungswinkeln α&sub1;, α&sub2;, α&sub3;, wie sie gemäß der
Beschreibung in ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG erhalten wurden,
abgespeichert.
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Der Schleifrad-Neigungswinkel α&sub1; wird durch die
Wellenneigungs-Steuereinrichtung 14 zu Beginn der hohen
Vorschubgeschwindigkeit aus der Korrekturwinkel-Speichereinrichtung 15
ausgelesen, an den Motor 9 zum Steuern der Neigung der
Schleifradwelle wird ein dem Korrekturwinkel entsprechendes
Motoransteuersignal 53 geliefert, wodurch mit der hohen Vor¬
schubgeschwindigkeit (Schnitttiefe) in einem Zustand
gearbeitet wird, in dem das Schleifrad mit dem Neigungswinkel α&sub1;
geneigt ist.
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Dann wird beim Übergang zur niedrigen
Vorschubgeschwindigkeit (Schnitttiefe) ein dem Schleifrad-Neigungswinkel α&sub2;
entsprechender Wellenneigungs-Korrekturwinkel durch die
Wellenneigungs-Steuereinrichtung 14 auf Grundlage eines
Vorschubgeschwindigkeit-Änderungssignals 52 von der Schleifrad-
Vorschubsteuervorrichtung 16 aus der
Korrekturwinkel-Speichereinrichtung 15 ausgelesen, und ein dem Korrekturwinkel
entsprechendes Motoransteuersignal 53 wird an den Motor 9
zum Steuern der Neigung der Schleifradwelle geliefert,
wodurch mit der niedrigen Vorschubgeschwindigkeit
(Schnitttiefe) gearbeitet wird, während der Neigungswinkel α&sub1; des
Schleifrads 6 auf α&sub2; geändert wird.
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Beim Ausfunken als letztem Schritt wird dieses ausgeführt,
nachdem der Schleifrad-Neigungswinkel von α&sub2; auf dieselbe
Weise wie oben beschrieben auf α&sub3; geändert wurde.
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Bei einer derartigen Ausführungsform wurde die
Oberflächenebenheit des Wafers 12 in einem Zwischenstadium des
Schleifens gemessen, wenn jeder Schleifschritt beendet war, und
bei jedem der jeweiligen Schleifschritte wurde eine sehr
gute Ebenheit erzielt, die hinsichtlich TTV 1 um oder
weniger entsprach.
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Dann werden, als Vergleichsbeispiel, nach einer anfänglichen
Korrektur des in der Fig. 4 dargestellten Neigungswinkels
vor dem Schleifen, Schleifvorgänge in drei Stufen, nämlich
mit höher Vorschubgeschwindigkeit, niedriger
Vorschubgeschwindigkeit und für das Ausfunken ausgeführt.
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Das Entfernen von Schleifmaterial bei niedriger
Vorschubgeschwindigkeit war verringert, genauer gesagt, von 3 um auf
1,5 um halbiert, und der Effekt einer Verringerung des
Entfernens von Schleifmaterial wurde bestätigt, um einen
Vergleich zwischen dem Vergleichsschleifverfahren und dem
erfindungsgemäßen Korrekturverfahren auszuführen, wobei
Schleifrad-Neigungswinkel jeweils geändert wurden, um eine
Annäherung an die horizontale Richtung zu erzielen, wenn
hinsichtlich der Schleifschritte ein Übergang von hoher
Vorschubgeschwindigkeit auf niedrige Vorschubgeschwindigkeit
und auf das Ausfunken erfolgte.
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Im Ergebnis konnte eine Konkavität von 2,5 um des Wafers 12,
der der hohen Vorschubgeschwindigkeit des Vergleichs-
Schleifverfahrens unterzogen wurde, nicht durch ein
Entfernen in der Größenordnung von 1,5 um entfernt werden, sondern
die Konkavität des Wafers verblieb nach dem Entfernen auf 1
um oder mehr. Andererseits zeigte der Wafer beim
erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem eine Einstellung auf solche Weise
erfolgte, dass zu einem gewünschten, beliebigen Zeitpunkt
die Ebenheit des Wafers gewährleistet war, selbst dann einen
ebenen Zustand, wenn das Entfernen von Schleifmaterial
verringert wurde, und die Schleifzeit konnte verringert werden,
da konsequentes Schleifen mit hoher Vorschubgeschwindigkeit
bis dicht an die gewünschte endgültige Dicke ausgeführt
wurde und beim Schleifen mit niedriger Vorschubgeschwindigkeit
nur weniger zu entfernen war. Außerdem war auch die für das
Ausfunken benötigte Zeit um ungefähr 40% verringert.
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Einhergehend mit den oben beschriebenen Effekten war die
Belastung des Schleifrads gelindert, und im Ergebnis konnte
eine Verlängerung der Lebensdauer des Schleifrads bestätigt
werden, zusätzlich zu einer kürzeren Bearbeitungszeit.
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Während die Beschreibung zur Neigungskorrektur auf Grundlage
der Figuren, z. B. die Beschreibung zur Fig. 1, auf eine
Korrektur in der Richtung von links nach rechts, wie in der
Figur gesehen, gerichtet ist, besteht die Fähigkeit zum
Ausführen einer Korrektur in der Richtung von vorne nach
hinten, wie in der Figur (Figurenblatt) gesehen, entsprechend
der Form und dem Zustand eines Schleifrads (Drehrichtung des
Schleifrads, Art zum Betreiben des Schleifrads und
Unterschied hinsichtlich anderer Schleifbedingungen). Außerdem
kann der Relativwinkel zwischen der Schleifradwelle und dem
Werkstück durch Steuerung seitens des Tischs für das zu
bearbeitende Objekt korrigiert werden.
Wirkungen der Erfindung
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Wie oben detailliert angegeben, kann gemäß der Erfindung, da
während des Schleifens bei jedem Schleifschritt der
Schleifrad-Neigungswinkel geändert wird, nicht nur hohe Ebenheit
eines Werkstücks erzielt werden, sondern es können auch eine
kürzere Bearbeitungszeit, eine Verringerung der
erforderlichen Schleifabnahmemenge am Werkstück und eine Verlängerung
der Lebensdauer realisiert werden, wobei eine Verarbeitung
eines dünnen, plattenförmigen Werkstücks wie eines Wafers
mit hoher Genauigkeit bei hoher Ebenheit des
fertiggestellten Werkstücks ausgeführt werden kann.