EP0208315B1 - Verfahren zum beidseitigen abtragenden Bearbeiten von scheibenförmigen Werkstücken, insbesondere Halbleiterscheiben - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum beidseitigen abtragenden Bearbeiten von scheibenförmigen Werkstücken, insbesondere Halbleiterscheiben, bei welchem die Werkstücke, v..'Iche in die Öffnungen einer durch eine an ihrem Außenumfang angreifende Antriebseinheit in Drehung versetzten, geringere Dicke als das Werkstück aufweisenden Trägerscheibe eingelegt sind, unter Zusatz einer abtragend wirkenden Suspension einer kreisenden Bewegung zwischen über ihre Ober- und Unterseite bewegten Flächengebilden unterworfen werden.
- Ein solches Verfahren, welches beispielsweise beim beidseitigen Polieren oder Läppen von Halbleiterscheiben eingesetzt werden kann, ist z.B. in der US-PS 36 91 694 oder in einem im IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 15, No. 6, November 1972, Seite 1760-1761 veröffentlichten Artikel (Verfasser: F. E. Goetz und J. R. Hause) beschrieben. Dabei kommen Trägerscheiben zum Einsatz, die entweder ganz aus Metall, z.B. Stahlblech, gefertigt sind oder aber ganz aus Kunststoff bestehen.
- Die Trägerscheiben aus Metall zeichnen sich zwar durch lange Standzeiten aus, verursachen aber im Verlauf des Bearbeitungsvorganges insbesondere bei den vielfach spröden und gegenüber mechanischen Belastungen empfindlichen Halbleiterscheiben Beschädigungen am Scheibenrand wie etwa Randausbrüche, so daß ein großer Teil der bearbeiteten Scheiben nicht mehr weiterverwendet werden kann. Solche Probleme treten bei den aus Kunststoff gefertigten Trägerscheiben nicht auf. Dafür sind aber die Standzeiten gering, da insbesondere der Außenumfang der Trägerscheiben den mechanischen Belastungen durch die Antriebseinheit, z.B. ein Planetengetriebe, nicht lange standzuhalten vermag.
- In der älteren EP-A-197 214 sind Trägerscheiben aus hartem Material beschrieben, in deren zumindest eine Öffnung Werkstückhalter aus demgegenüber weicherem Material eingelegt werden, welche ihrerseits eine Öffnung zur Aufnahme der Werkstücke besitzen. Die Werkstückhalter liegen dabei frei in den Öffnungen.
- Aufgabe der Erfindung war es, ein weiteres Verfahren anzugeben, welches eine beidseitig abtragende Behandlung wie Läppen oder Polieren von scheibenförmigen Werkstücken unter geringer mechanischer Beanspruchung des Werkstückrandes bei gleichzeitiger hoher Standzeit der eingesetzten Trägerscheiben gestattet.
- Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß Trägerscheiben eingesetzt werden, welche aus einer mit kreisförmigen bis polygonalen Öffnungen versehenen Grundplatte mit in diesen Öffnungen fixierten Flächengebilden aus Kunststoff bestehen, welche mit Öffnungen zurAufnahme des oder der abtragend zu bearbeitenden Werkstücke versehen sind, wobei zmindest der Außenumfang der Trägerscheiben aus einem Werkstoff mit einer Zugfestigkeit von mindestens 100 N/mm2 gefertigt ist, während im mit dem Außenumfang des Werkstückes in Kontakt kommenden Bereich ein Kunststoff mit einem Elastizitätsmodul von 1,0 bis 8x104 N/mm2 vorgesehen ist.
- Dieses Verfahren kann in den üblichen, beispielsweise zum beidseitigen Polieren oder Läppen von scheibenförmigen Werkstücken gebraüchlichen Maschinen unter den dem Fachmann geläufigen Bedingungen durchgeführt werden. Es eignet sich insbesondere für das abtragende Bearbeiten von Scheiben aus kristallinem Material wie Halbleiterscheiben aus beispielsweise Silizium, Germanium, Galliumarsenid, Galliumphosphid, Indiumphosphid oder Scheiben aus oxydischem Material wie z.B. Gallium-Gadolinium-Granat. Daneben kann es auch für das abtragende Bearbeiten von scheibenförmigen Werkstücken aus anderen spröden Werkstoffen wie z.B. Glas angewendet werden.
- Geeignete Werkstoffe sind dabei solche, die eine gegenüber den durch den Antrieb verursachten mechanischen Beanspruchungen, vor allem Zug- und Druckbelastungen, ausreichende mechanische Stabilität aufweisen. Geeignete Materialien, wie z.B. Metalle wie Aluminium oder insbesondere verschiedene Stähle, besitzen allgemein eine Zugfestigkeit von mindestens 100 N/ mm2, vorzugsweise mindestens 1000 N/mm2. In diesem Zusammenhang ist darauf zu achten, daß der gewählte Werkstoff von der jeweils eingesetzten abtragend wirkenden Suspension, d.h. in der Regel von dem Polier- oder Läppmittel, möglichst wenig angegriffen wird, um die Lebensdauer der Trägerscheiben zu erhöhen und eine Kontamination der zu bearbeitenden Werkstücke weitestgehend auszuschließen. Grundsätzlich ist auch die Verwendung von Kunststoffen ausreichender Zugfestigkeit, also z.B. mancher Bakelitarten oder faserverstärkter Materialien, nicht ausgeschlossen.
- Als Kunststoffe, die mit dem Außenumfang des Werkstückes in Kontakt kommen, können solche Materialien eingesetzt werden, die durch ihre Elastizität eine geringe mechanische Belastung des Werkstückumfanges und durch ihre mechanische Stabilität zugleich während des Bearbeitungsvorganges eine sichere Lagerung des Werkstückes gewährleisten. Grundsätzlich geeignet sind daher Kunststoffe mit einem Elastizitätsmodul von 1,0 bis 8.104 N/mm2, also insbesondere Materialien auf Polyvinylchlorid-, Polypropylen-, Polyethylen- oder Polytetrafluorethylenbasis. Dabei sind jedoch auch gegebenenfalls aus der Geometrie des aus Kunststoff bestehenden Bereiches der Trägerscheibe resultierende Einflüsse auf die mechanische Stabilität zu berücksichtigen.
- Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Trägerscheiben, welche beispielsweise für das abtragende Bearbeiten von Halbleiterscheiben je nach Dicke des Werkstückes typisch eine Dicke von etwa 150-850 11m aufweisen, können in verschiedener Weise gestaltet sein. Sowohl die Metall-, als auch die Kunststoffteile dieser Trägerscheiben lassen sich günstig in der gewünschten Form durch Stanzen aus Metall-, bevorzugt Stahlblechen und Kunststoff-, bevorzugt Polyvinylchloridfolien entsprechender Dicke herstellen.
- Eine mögliche Ausführungsform, welche mit Vorteil auch beim beidseitigen Läppen eingesetzt werden kann, besteht aus einer mit kreisförmigen bis polygonalen Öffnungen versehenen Grundplatte mit in diesen Öffnungen fixierten Flächengebilden aus Kunststoff, welche mit Öffnungen zur Aufnahme des oder der abtragend zu bearbeitenden Werkstücke versehen sind. Die Fixierung kann dabei beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die paßgerecht ausgestanzten Kunststoffteile mit der metallenen Grundplatte verklebt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Öffnungen der Grundplatte zunächst z.B. nach dem Spritzgußverfahren mit einer Kunststoffolie, bevorzugt aus Polypropylen, auszugießen und aus dieser Folie dann die gewünschte Öffnung auszustanzen. Gegebenenfalls kann die Fixierung durch in die Öffnungen der Grundplatte eingearbeitete, beispielsweise nut- oder zackenförmige Ausnehmungen weiterverbessert werden. Desweiteren können diese Öffnungen auch polygonalen beispielsweise prismatischen, quadrätischen oder hexagonalen Querschnitt aufweisen. Für die Maße der in den Kunststoff eingearbeiteten Öffnungen gilt der Grundsatz, daß zweckmäßig ein Spielraum für das eingelegte Werkstück belassen wird. Allgemein hat es sich z.B. bei runden Werkstücken bewährt, wenn diese in Ruhelage von einem Spalt von 0,1-2 mm Breite umgeben sind.
- Die hier beispielhaft beschriebene mögliche Ausführungsform von Trägerscheiben läßt sich problemlos in den gebraüchlichen Maschinen zum beidseitigen Polieren oder Läppen einsetzen, wobei für den eigentlichen Bearbeitungsvorgang die üblichen, dem Fachmann geläufigen Bedingungen, z.B. was die eingesetzte abtragende Suspension, Temperatur, Bearbeitungsdruck und dergleichen betrifft, beibehalten oder angepaßt werden können. Gegebenenfalls sind vor dem ersten Einsatz die Trägerscheiben einer vergleichmäßigenden Behandlung, beispielsweise durch Läppen, zu unterziehen, um etwaige Dickeunterschiede zwischen Metall- und Kunststoffbestandteilen auszugleichen. Zumeist können jedoch Dikkeunterschiede bis zu ±5% der Gesamtdicke toleriert werden.
- Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gelingt es beim beidseitigen Läppen und/oder Polieren, insbesondere von Halbleiterscheiben, Verluste an im Randbereich beschädigten Scheiben deutlich verringern und dabei Standzeiten für Trägerscheiben zu erreichen, die denen von Ganzmetallträgerscheiben entsprechen.
- Eine handelsübliche Apparatur zum beidseitigen Polieren von Halbleiterscheiben wurde mit 27 Siliciumscheiben (Durchmesser 76,2 mm, Scheibendicke 450 pm) beladen, wobei jeweils 3 Scheiben in die Öffnungen je einer von insgesamt 9 aufgelegten, außenverzahnten, und mittels Planetengetriebe angetriebenen Trägerscheiben aus Stahlblech (Dicke 380 um, Zugfestigkeit 2000 N/ mm2) eingelegt wurden.
- Während des 30-minütigen Poliervorganges wurde als Poliermittel ein handelsübliches Si02 -Sol zugeführt und eine Temperatur von ca. 40°C eingehalten; der Polierdruck betrug 0,5 bar (bezogen auf cm2 Scheibenfläche). Die beiden mit Poliertüchern aus Polyesterfilz belegten Polierplatten rotierten gegensinnig mit je 50 UPM; die Drehzahl der Trägerscheiben betrug 20 UPM.
- Nach Beendigung des Polierens wurden die Scheiben entnommen und im Randbereich mikroskopisch bei 40- bis 100-facher Vergrößerung untersucht. Sämtliche Scheiben wiesen deutliche Beschädigungen auf und konnten nicht mehr weiter verwendet werden.
- Nach 50 Polierfahrten wurde die Trägerscheibe wegen des Verschleißes der Außenverzahnung ausgewechselt.
- In derselben Apparatur wurden erneut 27 Siliciumscheiben derselben Spezifikation poliert. Dabei wurden in der erfindungsgemäßen Weise Trägerscheiben eingesetzt, die aus Stahlblech (Dicke 380 um, Zugfestigkeit 2000 N/mm2) gefertigt waren, und die runde, ausgestanzte Öffnungen (Innendurchmesser ca. 85 mm) aufwiesen. Diese Öffnungen waren nach dem Spritzgußverfahren mit einer Polypolylenfolie (Dicke ca. 380 pm, Elastizitätsmodul ca. 1.2 . 103 N/mm2) ausgegossen worden aus der dann eine kreisrunde Öffnung mit ca. 77 mm Durchmesser ausgestanzt worden war. Die Fixierung wurde dadurch verbessert, daß die Folie mit der Trägerscheibe über 12 gleichmäßig über den Innenumfang von deren Öffnungen verteilte zackenförmige Ausnehmungen zusätzlich verzahnt war.
- Nach dem unter ansonsten genau gleichen Bedingungen durchgeführten Poliervorgang wurden die Scheiben ebenfalls entnommen und unter dem Mikroskop im Randbereich untersucht. Bei 40- bis 100-facher Vergrößerung konnten keinerlei Beschädigungen festgestellt werden, so daß sich sämtliche Scheiben weiterverwenden ließen.
- Nach 50 Polierfahrten ohne Wechsel der fixierten Folie machte der Verschleiß an der Außenverzahnung einen Wechsel der Trägerscheibe erforderlich.
Claims (5)
1. Verfahren zum beidseitigen abtragenden Bearbeiten von scheibenförmigen Werkstücken, insbesondere Halbleiterscheiben, bei welchem die Werkstücke, welche in die Öffnungen einer durch eine an ihrem Außenumfang angreifende Antriebseinheit in Drehung versetzten, geringere Dicke als das Werkstück aufweisenden Trägerscheibe eingelegt sind, unter Zusatz einer abtragend wirkenden Suspension einer kreisenden Bewegung zwischen über ihre Ober- und Unterseite bewegten Flächengebilden unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß Trägerscheiben eingesetzt werden, welche aus einer mit kreisförmigen bis polygonalen Öffnungen versehenen Grundplatte mit in diesen Öffnungen fixierten Flächengebilden aus Kunststoff bestehen, welche mit Öffnungen zur Aufnahme des oder der abtragend zu bearbeitenden Werkstücke versehen sind, wobei zumindest der Außenumfang der Trägerscheiben aus einem Werkstoff mit einer Zugfestigkeit von mindestens 100 N/mm2 gefertigt ist, während im mit dem Außenumfang des Werkstückes in Kontakt kommenden Bereich ein Kunststoff mit einem Elastizitätsmodul von 1,0 bis 8 x 1 04 N/mm2 vorgesehen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff mit einer Zugfestigkeit von mindestens 100 N/mm2 ein Metall eingesetzt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff Stahl ausgewählt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ausgewählt wird aus der Gruppe Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen.
5. Trägerscheibe zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine mit kreisförmigen bis polygonalen Öffnungen versehene runde Grundplatte aus Metall sowie in diesen Öffnungen fixierte, mit zur Aufnahme des abtragend zu bearbeitenden Werkstückes geeigneten Öffnungen versehene Flächengebilde aus Kunststoff.
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