DE102004053308A1

DE102004053308A1 - Verfahren und Vorrichtung zum gleichzeitigen Schleifen beider Seiten eines scheibenförmigen Werkstücks sowie damit herstellbare Halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE102004053308A1
Application number: DE200410053308
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl.-Phys. Pietsch; Michael Kerstan
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2006-03-23

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum gleichzeitigen Schleifen beider Seiten eines scheibenförmigen Werkstücks, wobei DOLLAR A das Werkstück mit einem Teil seiner Fläche zwischen wenigstens zwei einander gegenüberliegenden axialen Führungsvorrichtungen geführt wird und gleichzeitig ein anderer Teil seiner Fläche durch wenigstens zwei einander gegenüberliegende Schleifwerkzeuge bearbeitet wird, DOLLAR A die Position des Werkstücks bestimmt wird und DOLLAR A die Position der Schleifwerkzeuge, basierend auf der zuvor bestimmten Position des Werkstücks, korrigiert wird, DOLLAR A dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der Position des Werkstücks die Lage seiner Mittelebene ermittelt wird, dass die Mittelebene des Werkstücks mit der durch die axialen Führungsvorrichtungen definierten Mittelebene verglichen wird und die Position der Schleifwerkzeuge so korrigiert wird, dass diese beiden Mittelebenen zusammenfallen. DOLLAR A Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sowie eine damit herstellbare Halbleiterscheibe mit verbesserter Nanotopologie.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum simultanen beidseitigen Schleifen eines scheibenförmigen Werkstücks, insbesondere einer Halbleiterscheibe, und eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung sowie eine damit herstellbare Halbleiterscheibe.

Vorrichtungen, die zum gleichzeitigen Schleifen beider Seiten von scheibenförmigen Werkstücken, beispielsweise Halbleiterscheiben oder insbesondere Siliciumscheiben, eingesetzt werden, sind im Stand der Technik bekannt. Sie werden in der Regel als Doppelseiten-Schleifmaschinen bezeichnet. All diesen Doppelseiten-Schleifmaschinen ist gemein, dass das Werkstück während der Bearbeitung „frei schwimmend", d. h. ohne feste, kraft- und formschlüssige Aufspannung, gehalten wird und von zwei einander gegenüber liegenden Schleifwerkzeugen (z. B. Schleifscheiben, Schleifbändern, Schleifrollen usw.) durch simultanen vorder- und rückseitigen Materialabtrag in die Zielform überführt wird.

Von besonderer Bedeutung sind Schleifmaschinen, die zwei einander gegenüber liegende Schleifscheiben, insbesondere sog. Topfschleifscheiben, aufweisen. Diese Maschinen und die entsprechenden Verfahren werden im Allgemeinen mit „DDG" abgekürzt (von engl. „double-disk grinder" bzw. „double-disk grinding").

DDG-Maschinen nach dem Stand der Technik, wie sie beispielsweise in EP868974A1 und US5989108 beschrieben sind, weisen zwei einander gegenüber liegende Schleifscheiben auf, deren Rotationsachsen kollinear angeordnet sind. Während des Schleifvorgangs wird ein zwischen den Schleifscheiben positioniertes scheibenförmiges Werkstück auf beiden Seiten gleichzeitig durch die beiden um ihre Achse rotierenden Schleifscheiben bearbeitet, während es durch eine Halte- und Rotationseinrichtung in seiner Position gehalten und gleichzeitig um die eigene Achse gedreht wird. Während des Schleifvorgangs werden die beiden Schleifscheiben in axialer Richtung zugestellt, bis die gewünschte Enddicke des Werkstücks erreicht ist. Der Endpunkt der Bearbeitung wird in der Regel durch eine während der Bearbeitung erfolgende Dickenmessung festgestellt.

Die Halte- und Rotationseinrichtung kann beispielsweise Reibräder umfassen, die am Rand des Werkstücks angreifen ( JP10175144A ). Sie kann aber auch eine Einrichtung sein, die das Werkstück ringförmig umgibt („carrier ring", EP868974A2 ), oder die in eine ggf. am Umfang des Werkstücks vorhandene Rille, Nut oder Einkerbung (engl. „notch") eingreift. Eine derartige Einrichtung wird i. d. R. als „notch finger" bezeichnet. Um die gesamte Fläche des Werkstücks zu bearbeiten, wird das Werkstück relativ zu den Schleifscheiben so geführt, dass die Schleifbeläge der Schleifscheiben eine Kreisbahn beschreiben, welche ständig über das Werkstückzentrum verläuft. Eine Vorrichtung insbesondere zum axialen Führen des Werkstücks nach dem hydrostatischen Prinzip offenbart JP09-262747A.

Für die genannten scheibenförmigen Werkstücke, insbesondere Halbleiterscheiben, ist die Zielform einer ebenen kreisförmigen Scheibe mit möglichst perfekter Planparallelität von Vorder- und Rückseite bevorzugt. Allgemein kann für spezielle Anforderungen jedoch die Zielform auch eine beliebige sein. Beispielsweise gibt DE19841473A1 ein Verfahren an, bei dem beim Schleifen zunächst ein Wafer mit einer bikonkaven Scheibenform hergestellt wird, dessen dickere Randbereiche dann den oft beim nachfolgenden Polieren aufgrund der Elastizität des Poliertuchs auftretenden höheren relativen Materialabtrag am Scheibenrand genau ausgleicht. Dadurch kann nach der Politur insgesamt ein Werkstück mit einem höheren Grad an Planparallelität erzielt werden, als dies durch Bearbeitung auf eine möglichst planparallele Form unabhängig in jedem Einzelschritt allein möglich wäre.

Der Grad der tatsächlich erreichten Planparallelität der Werkstücke wird gemäß dem Stand der Technik durch Geometrie-Kennzahlen beschrieben. Diese Kennzahlen beschreiben globale oder lokale Abweichungen der Werkstück-Oberflächen von einer idealen Planparallelität. Globale Kennzahlen beziehen sich auf die gesamte als Qualitätszone ausgewiesene Fläche des scheibenförmigen Werkstücks; lokale Kennzahlen beziehen sich auf definierte Teilstücke, beispielsweise die Belichtungszonen beim fotolithografischen Strukturieren von Halbleiteroberflächen. Die globalen und lokalen Kennzahlen können sich dabei auf nur eine Seite – vorzugsweise die spätere Vorderseite des Werkstücks – oder auf beide Seiten beziehen. Eine ganz besonders kritische Geometrie-Kennzahl ist die sog. Nanotopologie einer Halbleiterscheibe. Dies ist eine vorderseiten-bezogene lokale Ebenheits-Kennzahl, die gemäß SEMI (Semiconductor Equipment and Materials International) definiert ist als dreidimensionale Ebenheitsabweichung der gesamten Oberfläche der Halbleiterscheibe im Bereich lateraler Korrelationswellenlängen von 0,2 mm bis 20 mm innerhalb einer festen Qualitätszone, die anforderungsabhängig erklärt ist und innerhalb derer die für das Produkt spezifizierten Eigenschaften garantiert werden. Die Vorderseite der Halbleiterscheibe ist dabei als die Seite definiert, die später für die Herstellung elektronischer Bauelemente genutzt wird.

Die besondere Bedeutung der Nanotopologie beruht darin, dass sie Ebenheitsabweichungen in einem Maßstab beschreibt, innerhalb dessen der bei der Strukturierung elektronischer Bauteile zentral verwendete chemo-mechanische Polierschritt (CMP) zur Planarisierung von Bauteil-Zwischenlagen die Oberflächenebenheit besonders stark beeinflusst. Dies liegt an den Elastizitätseigenschaften der verwendeten CMP-Poliertücher: Sie verhalten sich steif und unnachgiebig im Sub-Millimeter-Bereich (Bereich der Oberflächenrauhigkeit), elastisch im Millimeter- bis Zentimeter-Bereich (Nanotopologie) und weitgehend schwer verformbar im langwelligen Bereich (mehrere Zentimeter; globale Geometrie). Eine „gute Nanotopologie", d. h. eine geringe lokale Ebenheitsabweichung, ist für die Oberfläche einer Halbleiterscheibe vor Beginn der Herstellung elektronischer Bauelemente von besonderer Bedeutung, da sich Unebenheiten während der Weiterbearbeitung addieren und beispielsweise zu inhomogenen Isolierschichtdicken führen können, bis hin zu Durchbrüchen (Kurzschlüssen) und somit einen Ausfall der Bauteile.

Im Stand der Technik ist bekannt, dass es für die DDG-Bearbeitung vorteilhaft ist, das Werkstück mittig zwischen den Schleifscheiben und gleichzeitig mittig zwischen den beiden vorder- und rückseitigen axialen Führungsvorrichtungen anzuordnen. Beispielsweise offenbaren EP1118429A1 und US6652358B1 ein Verfahren, bei dem über eine Entfernungsmessung mittels zweier gegenüberliegender Sensoren die Entfernung der Halbleiterscheibe bezüglich eines Punktes ihrer Oberfläche während der DDG-Bearbeitung überwacht wird und durch entsprechende unterschiedliche Zustellung von linker und rechter Schleifspindel ein Auswandern dieses Messpunktes aus der Mitte zwischen den Schleifscheiben und den axialen Führungsvorrichtungen kompensiert wird. Ein derartiges Auswandern wird beispielsweise durch unterschiedlichen Verschleiß der beiden Schleifscheiben über mehrere Schleifzyklen hinweg verursacht. Beispiele für mögliche Messverfahren sind ebenfalls in EP1118429A1 angegeben. Ein besonders vorteilhaftes Verfahren mittels Luftdruck-Staudüsen offenbart JP2002-307303A.

Außerdem offenbart US6652358B1 , dass es vorteilhaft ist, die Neigung (d. h. einen Neigungswinkel) der Schleifscheiben zu messen, ohne jedoch ein Verfahren anzugeben, wie dies zu bewerkstelligen ist. In der Praxis gestaltet sich die Messung dieses Neigungswinkels als schwierig, da die Neigung der in der Regel schnell rotierenden Schleifscheibe unter Last bestimmt werden müsste (dynamische Neigungsbestimmung). Aufgrund der endlichen Lagersteifigkeit, Fliehkräften bei Rotation und Reibungskräften im Eingriff ist die dynamische Neigung der Schleifscheiben von der leicht bestimmbaren und gezielt einstellbaren Neigung der Schleifscheiben im Ruhezustand (statische Neigung) um einen unbekannten und zeitlich veränderlichen Betrag verschieden.

Es stellte sich heraus, dass auch bei Anwendung der aus dem Stand der Technik bekannten Entfernungsmessung an einem Punkt des Werkstücks und entsprechender Korrektur der Schleifscheibeposition keine gleich bleibend gute Nanotopologie erzielt werden kann.

Es bestand somit die Aufgabe, das aus dem Stand der Technik bekannte DDG-Verfahren so zu modifizieren, dass damit eine gleich bleibend hohe Qualität hinsichtlich der Nanotopologie erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum gleichzeitigen Schleifen beider Seiten eines scheibenförmigen Werkstücks, wobei
das Werkstück mit einem Teil seiner Fläche zwischen wenigstens zwei einander gegenüber liegenden axialen Führungsvorrichtungen geführt wird und gleichzeitig ein anderer Teil seiner Fläche durch wenigstens zwei einander gegenüber liegende Schleifwerkzeuge bearbeitet wird,
die Position des Werkstücks bestimmt wird und
die Position der Schleifwerkzeuge basierend auf der zuvor bestimmten Position des Werkstücks korrigiert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der Position des Werkstücks die Lage seiner Mittelebene ermittelt wird, dass die Mittelebene des Werkstücks mit der durch die axialen Führungsvorrichtungen definierten Mittelebene verglichen wird und die Position der Schleifwerkzeuge so korrigiert wird, dass diese beiden Mittelebenen zusammenfallen.

Diese Aufgabe wird auch gelöst durch eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Schleifen beider Seiten eines scheibenförmigen Werkstücks, umfassend wenigstens zwei einander gegenüber liegende axiale Führungsvorrichtungen und wenigstens zwei einander gegenüber liegende Schleifwerkzeuge, wobei die Schleifwerkzeuge derart beweglich gelagert sind, dass durch eine Änderung ihrer Positionierung die Lage der Mittelebene zwischen den Schleifwerkzeugen verändert werden kann, und wobei die Vorrichtung eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Position des Werkstücks umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung geeignet ist, die Lage der Mittelebene des Werkstücks eindeutig zu bestimmen.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass im Gegensatz zum Stand der Technik die Position des Werkstücks nicht nur an einem Punkt gemessen, sondern die Mittelebene des Werkstücks eindeutig bestimmt wird.

Ein scheibenförmiges Werkstück, beispielsweise eine Halbleiterscheibe, die während des Doppelseitenschleifens nicht optimal zentriert und kräfte-balanciert gehalten wird, ist während der Bearbeitung Zwangskräften unterworfen, die das Werkstück verformen. Derartige Halbleiterscheiben zeigen auch nach ihrer Weiterverarbeitung charakteristische Nanotopologie-Defekte wie lokale Erhebungen und Absenkungen und insbesondere eine ringförmige, konzentrische Absenkung und Erhebung, die auch als „Nanotopologie-Ring" bekannt ist. Für Anwendungen von Halbleiterscheiben, z. B. Siliciumscheiben für mikroelektronische Bauelemente mit minimalen lateralen Strukturdimensionen von beispielsweise 65 nm ist eine maximale Nanotopologie-Abweichung von weniger als 28 nm innerhalb aller Messfenster der Größe 10 × 10 mm² über die gesamte Oberfläche der Halbleiterscheibe erforderlich. Eine Halbleiterscheibe, die die genannten Nanotopologie-Defekte aufweist, ist hierfür ungeeignet. Alternativ könnte über eine sehr unwirtschaftliche Politur mit sehr hohem Materialabtrag eine Verbesserung der Nanotopologie erreicht werden, da die Politur ebenfalls eine, in dem Längenbereich der Nanotopologie jedoch sehr schwache, Einebnungswirkung aufweist. Jedoch erzeugt die Politur wieder andere, mit dem Materialabtrag stark zunehmende Geometrie-Defekte. Dies ist u. a. eine unerwünschte Verringerung der Dicke der Halbleiterscheibe in deren Randbereich, die überwiegend die längerwellige lokale Ebenheit (site flatness, z.B. SFQR), aber auch die Nanotopologie, insbesondere im Fenster der Größe 10 mm × 10 mm, verschlechtert. Somit ist auf diese alternative Weise keine Halbleiterscheibe mit erfindungsgemäßer Ebenheit herstellbar. Eine erfindungsgemäß doppelseitengeschliffene Halbleiterscheibe weist diese Defekte nicht auf und ist daher auch für anspruchsvollste Anwendungen geeignet.

Gegenstand der Erfindung ist daher auch eine Halbleiterscheibe, vorzugsweise eine im Wesentlichen aus Silicium bestehende Halbleiterscheibe, die auf ihrer Vorderseite eine lokale Ebenheit mit Abweichungen von weniger als 16 nm in einem Messfenster mit einer Fläche von 2 × 2 mm² und von weniger als 40 nm in einem Messfenster mit einer Fläche von 10 × 10 mm² aufweist, gekennzeichnet dadurch, dass die die Ebenheitseigenschaften maßgeblich bestimmenden Ebenheitsabweichungen nicht nahe dem Rand der Halbleiterscheibe und nicht im wesentlichen ringförmig konzentrisch um den Mittelpunkt der Halbleiterscheibe angeordnet auftreten.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Figuren am Beispiel des DDG-Verfahrens näher erläutert. Die Erfindung kann jedoch auch bei anderen Doppelseitenschleifverfahren zum Einsatz kommen.
1 zeigt die Werkstückführung und auftretende Verformungen des Werkstücks bei nicht erfindungsgemäßer Durchführung der DDG-Bearbeitung gemäß dem Stand der Technik. 1a ist die Seitenansicht, 1b die 3D-Ansicht von 1a. 1c zeigt die Werkstückverformung durch vertikale Verkippung der Schleifscheibenmittelebene gegen die Mittelebene der axialen Führungsvorrichtungen. 1d ist die Aufsicht von 1a. 1e zeigt die Werkstückverformung durch horizontale Verkippung der Schleifscheibenmittelebene gegen die Mittelebene der axialen Führungsvorrichtungen. 1f zeigt die Wirkungsweise des Verfahrens gemäß dem Stand der Technik im Idealfall gleichzeitiger Parallelität von Werkstück, axialen Führungsvorrichtungen und Schleifscheiben.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung einer DDG-Bearbeitung. 2a zeigt die Aufsicht auf eine der beiden axialen Führungsvorrichtungen mit drei Abstandsmesssensoren. 2b zeigt die 3D-Ansicht (Explosionsdarstellung) von 2a. 2c und 2d zeigen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit unterschiedlichen Anordnungen der Abstandsmesssensoren.
3 zeigt den radialen Verlauf von Vorder- und Rückseite zweier Halbleiterscheiben unmittelbar nach DDG-Bearbeitung. 3a zeigt die Radialprofile einer erfindungsgemäß DDG-bearbeiteten Halbleiterscheibe, 3b die Profile einer gemäß dem Stand der Technik DDG-bearbeiteten Halbleiterscheibe.
4 zeigt den vollflächigen Höhenverlauf der Vorderseiten zweier Halbleiterscheiben in Grauwertdarstellung (dunkel = Vertiefung; hell = Erhöhung). 4a zeigt den Höhenverlauf einer erfindungsgemäß DDG-bearbeiteten Halbleiterscheibe, 4b den Höhenverlauf einer gemäß dem Stand der Technik DDG-bearbeiteten Halbleiterscheibe.
Die zur vorliegenden Erfindung führenden Untersuchungen haben ergeben, dass die Zentrierung der Halbleiterscheibe bezüglich eines einzigen Punktes unzureichend ist, um eine reproduzierbare, gute Nanotopologie zu erreichen. Den Grund dafür erklärt 1c: Diese zeigt eine Halbleiterscheibe 1, die gemäß EP 1118429A1 nach Maßgabe eines Paars von Abstandsmesssensoren 21a, 21b bezüglich eines einzigen Bezugspunktes 23 mittig zwischen den Schleifscheiben 2a, 2b mit in Eingriff befindlichen Schleifbelägen 3 und gleichzeitig mittig zwischen den axialen Führungsvorrichtungen 4a, 4b gehalten wird. Jedoch ist die Mittelebene 48 der Halbleiterscheibe zwischen den Schleifscheiben 2a, 2b um einen von Null verschiedenen vertikalen Winkel 49 gegenüber der Mittelebene 22 zwischen den axialen Führungsvorrichtungen 4a, 4b verkippt, sodass die Halbleiterscheibe 1 mindestens eine der Führungsvorrichtungen 4a, 4b an einem Punkt 24 berührt, der verschieden ist vom Bezugspunkt 23 der von dem Abstandsmesssensorpaar 21a, 21b bestimmten Entfernung. Obwohl der Bezugspunkt 23 optimal positioniert ist, wirken aufgrund der Verkippung Zwangskräfte auf Teile der Halbleiterscheibe 1, die die Halbleiterscheibe verformen, wie 1c verdeutlicht. Darüber hinaus ist die Zentrierung der Halbleiterscheibe 1 bezüglich eines einzigen Punktes 23 unter Umständen sogar schädlich, um eine gute Nanotopologie zu erreichen. wenn sich die Halbleiterscheibe 1 nämlich anfänglich durch ungewollte Verkippung der Schleifscheiben 2a und 2b einseitig (am Punkt 24) an der axialen Führungsvorrichtung 4b so stark aufstützt, dass durch die Kräfte der dadurch auftretenden Verformung der Halbleiterscheibe der Messpunkt 23 auf der Halbleiterscheibe, bezüglich dessen die Lage der Halbleiterscheibe gemäß EP1118429A1 bestimmt wird, sogar in Richtung auf die gegenüberliegende axiale Führungsvorrichtung 4a verschiebt, dann veranlasst die Korrektur, dass der Messpunkt 23 durch entsprechende symmetrische Verschiebung der Schleifscheiben 2a und 2b sogar noch weiter in Richtung auf die axiale Führungsvorrichtung 4b hin verschoben wird, nämlich auf die Mitte 22 zwischen den axialen Führungsvorrichtungen 4a und 4b. Dadurch stützt sich jedoch die Halbleiterscheibe 1 noch stärker als zuvor auf die axiale Führungsvorrichtung 4b auf, wodurch die Verformung der Halbleiterscheibe 1 sogar noch weiter zunimmt und die Nanotopologie sich entsprechend weiter verschlechtert.
Eine Beobachtung, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht nämlich darin, dass eine derartige randnahe Verformung (Berührungspunkt 24) zu ausgeprägten Nanotopologie-Defekten führt. Insbesondere wurde in Versuchsreihen mit unterschiedlicher gezielt vorgegebener Schräglage oder axialer Dezentrierung der Halbleiterscheiben während des DDG beobachtet, dass aufgrund der Rotation der Halbleiterscheibe 1 ein oder mehrere konzentrische Erhöhungen oder Vertiefungen 37 (3) entstehen. Es hat sich herausgestellt, dass diese konzentrischen Erhöhungen oder Vertiefungen sogar kennzeichnend für Halbleiterscheiben sind, die nicht erfindungsgemäß hergestellt wurden. Der charakteristische Defekt 37 ist allgemein bekannt und wird manchmal als „Nanotopologie-Ring" bezeichnet. Dieser spezifische Nanotopologie-Defekt führt regelmäßig zum Ausfall nicht erfindungsgemäß hergestellter Halbleiterscheiben. Es hat sich gezeigt, dass er auch durch eine aufwendige Folgebearbeitung nicht ausreichend reduziert oder gar entfernt werden kann. Daher ist die Angabe eines Verfahrens, das diesen Defekt bereits während seiner Entstehung im DDG-Schritt vermeidet, von besonderer Bedeutung.
Die mangelnde Eignung einer Ein-Punkt-Entfernungsmessung zur Vermeidung von Nanotopologie-Defekten zeigt sich ebenso, wenn die Mittelebene 48 zwischen den Schleifscheiben 2a, 2b um einen von Null verschiedenen horizontalen Winkel 50 gegenüber der Mittelebene 22 zwischen den beiden axialen Führungsvorrichtungen verkippt ist. Die Halbleiterscheibe kann dann die axialen Führungsvorrichtungen 4a, 4b an mindestens einem Punkt 24a – hier gezeigt auch an einem zweiten Punkt 24b – berühren oder in Teilen zumindest soweit von der durch die axialen Führungsvorrichtungen 4a, 4b bestimmten Mittelebene 22 abweichen, dass die Führungsvorrichtungen 4a, 4b an Teilen der Halbleiterscheibe Rückstellkräfte ausüben, die die Halbleiterscheibe während der Bearbeitung verformen. Wieder resultieren Nanotopologie-Defekte, die dazu führen, dass die Halbleiterscheibe die Ebenheitskriterien für anspruchsvolle Anwendungen beispielsweise in der Mikroelektronik nicht erfüllt. Für das Entstehen dieser als „Nanotopologie-Ring" bekannten Ebenheitsdefekte ist es bereits ausreichend, wenn über die Fläche der Halbleiterscheibe örtlich unterschiedliche lokale Rückstellkräfte, beispielsweise durch Wasser- oder Luftkissen, angreifen, die somit eine Verformung (Biegung) verursachen. Eine harte Berührung mit den mechanischen Begrenzungen der axialen Führungsvorrichtung, wie in 1c und 1e gezeigt, ist dazu gar nicht nötig.
Ferner vermag eine gemäß EP1118429A1 ausgeführte Zentriervorrichtung bezüglich eines einzigen Bezugspunktes selbst dann nicht dauerhaft eine verformungsfreie Bearbeitung zu gewährleisten, wenn zuvor die Schleifscheiben 2a, 2b während der Vor-Justage der Komponenten der DDG-Schleifvorrichtung genau parallel zu den axialen Führungsvorrichtungen ausgerichtet wurden. (Einen solchen Korrekturvorgang zeigt 1f. Hier wird durch unsymmetrische Zustellung der Schleifscheiben 2a, 2b eine Abweichung der Mittelebene 25 der Halbleiterscheibe 1 so korrigiert, dass sie mit der Mittelebene 22 zwischen den axialen Führungsvorrichtungen 4a, 4b zur Deckung gebracht wird.) Denn eine weitere Beobachtung, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, dass wegen der endlichen Steifigkeit der Lager der Schleifspindeln (beispielsweise Luft-, Öl-/Wasser- [Hydro-], oder Wälzlager) aufgrund der stets beim Schleifen auftretenden Spankräfte die Schleifspindeln grundsätzlich während des Schleifvorganges um einen wechselnden, jedoch stets von Null verschiedenen horizontalen oder vertikalen Winkel aus der eingestellten Ruhelage heraus verkippt werden. Dieser Vorgang wird auch als „spindle drag" bezeichnet. Größe und Richtung dieses dynamischen Verkippungswinkels hängen beispielsweise von der „Schnittfreudigkeit" der Schleifscheiben ab (Korngröße, Korndichte, Bindungssystem, Porosität, Segmentierung des abrasiven Schleifscheibenbelags usw.) und von Einzelheiten des Schleifprozesses selbst (Zustellrate der Schleifspindeln; Drehzahlverhältnisse von Schleifscheiben und Werkstück; Kühlschmierung usw.). Insbesondere stellt sich heraus, dass dieser Verkippungswinkel aufgrund der Unwägbarkeiten des Schleifscheibenverschleißes (Schwankung der Abnutzungsrate von Schliff zu Schliff; Schwankung der momentanen Schnittfreudigkeit von Schliff zu Schliff usw.) unvorhersehbar ist.
Somit wird deutlich, dass nur die erfindungsgemäße Überwachung der Lage der Mittelebene 25 der Halbleiterscheibe und eine entsprechende Korrektur dieser Lage, um sie mit der Mittelebene 22 zwischen den axialen Führungsvorrichtungen zur Deckung zu bringen, das Auftreten von unerwünschten Zwangskräften vermeidet. Durch die Vermeidung von Zwangskräften kann eine deutlich verbesserte Nanotopologie erreicht werden.
Die Erfindung kann auf alle Schleifverfahren bzw. -vorrichtungen angewendet werden, bei denen das Werkstück, beispielsweise eine Halbleiterscheibe, zwischen zwei beiderseits des Werkstücks angeordneten axialen Führungsvorrichtungen geführt und gleichzeitig an der Vorder- und Rückseite von zwei einander gegenüber liegenden Schleifwerkzeugen bearbeitet wird. Bevorzugt ist jedoch die Anwendung beim Doppelseitenschleifen mittels zweier einander gegenüber liegender Schleifscheiben (DDG), insbesondere Topfschleifscheiben.
Eine allgemeine Ausführungsform der Erfindung zeigt 2c. Bekanntlich ist eine Ebene durch genau drei beliebige, nicht kollinear angeordnete Punkte eindeutig definiert. Die Mittelebene des Werkstücks kann also durch Entfernungsmessungen an drei nicht auf einer Gerade liegenden Punkten innerhalb der Fläche des Werkstücks eindeutig bestimmt werden. Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung der Lage der Mittelebene des Werkstücks deshalb mit Hilfe von drei oder mehr nicht kollinear angeordneten Abstandsmesssensoren oder, besonders bevorzugt, von drei oder mehr nicht kollinear angeordneten Paaren von Abstandsmesssensoren, deren Hälften sich jeweils symmetrisch gegenüber stehen und den Abstand zum Werkstück auf seiner Vorder- und seiner Rückseite messen. In 2c sind beispielhaft zwei Abstandsmesssensorpaarhälften 27a, 28a außerhalb und eine Abstandsmesssensorpaarhälfte 29a innerhalb der im einen Beispiel gezeigten kleinen Schleifscheiben 2a, 2b angeordnet. Alternativ befinden sich beispielsweise zwei Abstandsmesssensorpaarhälften 27a, 29a innerhalb und eine Abstandsmesssensorpaarhälfte 28a außerhalb der in einem anderen Beispiel gezeigten großen Schleifscheiben 2c, 2d. Schließlich können alle drei Abstandsmesssensorpaare innerhalb oder alle drei Abstandsmesssensorpaare außerhalb der Schleifscheiben angeordnet sein. In jedem Fall befinden sich die Abstandsmesssensoren jedoch innerhalb der Fläche der Halbleiterscheibe 1, deren Lage sie bestimmen.
2a zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit drei Abstandsmesssensorpaarhälften 27a, 28a, 29a auf einer der beiden vorder- und rückseitig die Halbleiterscheibe axial führenden Vorrichtungen 4a einer DDG-Vorrichtung mit hydrostatischer Führung der Halbleiterscheibe 1, mit Wassertaschen 6 und Wasserdüsen 26. 2b zeigt das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung mit drei Abstandsmesssensorpaaren 27a, 27b; 28a, 28b; 29a, 29b in perspektivischer Darstellung (Explosionsdarstellung). Die einander gegenüberliegenden Schleifspindeln mit Schleifscheiben 2a, 2b werden durch Öffnungen in den axial die Halbleiterscheibe 1 führenden Vorrichtungen 4a, 4b auf die Halbleiterscheibe zugestellt. Die Abstandsmesssensorpaare 27a/b, 28a/b, 29a/b bestimmen die Größen der drei Freiheitsgrade, die die Lage der Mittelebene der Halbleiterscheibe 1 beschreiben. Dies sind beispielsweise zwei Winkel (vertikal und horizontal) und eine Position der Mittelebene (zwischen den Schleifscheiben).
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn alle Abstandsmesssensorpaare 27a, 27b; 28a, 28b; 29a, 29b außerhalb der Schleifscheiben angeordnet sind. In 2d ist dies für das Beispiel der kleineren Schleifscheiben 2a, 2b der Fall.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen werden anhand von 2d erläutert:
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich ferner, wenn zwei der Abstandsmesssensorpaare (2d: 27a, 27b; 29a, 29b) darüber hinaus symmetrisch bezüglich einer durch die Achse der Schleifspindeln und die Rotationsachse der Halbleiterscheibe 1 verlaufenden Ebene 31 angeordnet sind und das dritte Abstandsmesssensorpaar (28a, 28b) auf dieser Ebene 31 liegt.
Eine darüber hinaus besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn die Abstandsmesssensorpaare 27a, 27b; 28a, 28b; 29a, 29b wie vorgenannt angeordnet sind und sich in etwa in gleichem Abstand vom Mittelpunkt 51 der Schleifscheiben 2a, 2b befinden. Dies ist von Vorteil, weil dann die Empfindlichkeit der Abstandsmesssensoren für Abweichungen der Halbleiterscheibe von der erfindungsgemäßen koplanaren Anordnung der Mittelebenen von Halbleiterscheibe, axialen Führungsvorrichtungen und Schleifscheiben für alle Abstandsmesssensoren gleich ist.
Wenn sich zusätzlich die beiden symmetrisch zur Ebene 31 angeordneten Abstandsmesssensorpaare auf einer Geraden 33 durch den Mittelpunkt 51 der Schleifscheiben befinden, ergibt sich eine besonders vorteilhafte Anordnung, weil dann die durch die Abstandsmesssensoren aufgespannten Achsen ein rechtwinkliges Bezugssystem bilden, das eine besonders einfache Implementation der Umrechnung der Messwerte auf die nachzuführende Winkel- und Axiallage ermöglicht. Insbesondere lässt sich aus dem Messwert von Sensorpaar 28a/28b gegenüber dem Mittelwert der Messwerte aus den Sensorpaaren 27a/27b und 29a/29b unmittelbar die vertikale Winkelabweichung bestimmen, und aus der Differenz der Messwerte der Sensorpaare 27a/27b und 29a/29b relativ zum Messwert von Sensorpaar 28a/28b die horizontale Winkelabweichung. Der Mittelwert aller drei Abstandsmesssensorpaare 27a/27b, 28a/28b und 29a/29b liefert schließlich die axiale Entfernungsabweichung des Werkstücks 1.
Falls diese Anordnung der Abstandsmesssensoren verwendet wird, ist es besonders bevorzugt, die Position der Topfschleifscheiben zu korrigieren, indem ein horizontaler und ein vertikaler Anstellwinkel der vorderseitigen und der rückseitigen Schleifspindel sowie die Position eines Punktes auf einer Verbindungsachse beider Schleifspindeln, auf den die Arbeitsflächen der beiden Topfschleifscheiben gemeinsam zugestellt werden, verändert wird.
2d gibt eine solche besonders bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung für das Beispiel der kleineren Schleifscheiben 2a, 2b wieder. Hier liegen die Abstandsmesssensorpaare 27a/27b und 29a/29b symmetrisch bezüglich der Ebene 31, die durch die Rotationsachse der Halbleiterscheibe 1 und die Schleispindelachse verläuft, und gleichzeitig auf einer Geraden durch den Schleifscheibenmittelpunkt 51. Das Abstandsmesssensorpaar 28a/28b liegt genau auf der Ebene 31. Alle drei Abstandsmesssensorpaare 27a/27b, 28a/28b und 29a/29b befinden sich in etwa dem gleichen Abstand von dem Schleifscheibenmittelpunkt 51.
Die Anordnung der Abstandsmesssensoren außerhalb der Schleifscheiben ist für alle Fälle besonders vorteilhaft, bei denen der durch die Schleifscheiben 2a, 2b überdeckte Bereich der Halbleiterscheibe deutlich kleiner als die Hälfte der Gesamtfläche der Halbleiterscheibe 1 ist, beispielsweise kleiner als 3/8 der Fläche. 3/8 liegt genau in der Mitte zwischen 1/4 und 1/2. Für einen vollflächigen Materialabtrag bei der gegebenen Kinematik müssen die Schleifscheiben nämlich einerseits stets durch die Mitte 30 der Halbleiterscheibe verlaufen und andererseits stets deren Rand zumindest berühren oder gar über ihn hinauslaufen. Daher überdecken beim DDG mit runden Topfschleifscheiben in der gezeigten Kinematik mit rotierenden Schleifscheiben und Werkstücken die Schleifscheiben stets mindestens ein Viertel – das ist die kleinstmögliche Größe der Schleifscheibe für noch vollflächigen Materialabtrag von der Halbleiterscheibe – und maximal die Hälfte der Halbleiterscheibe – das ist der Grenzwert für beliebig große Schleifscheiben.
Sind die Abstandsmesssensoren außerhalb der Schleifscheiben angeordnet, so ist es besonders bevorzugt, sie in die axialen Führungsvorrichtungen zu integrieren. Werden Paare von Abstandsmesssensoren verwendet, so ist es bevorzugt, jeweils einen der Abstandsmesssensoren eines jeden Paares in der Werkstück-vorderseitigen axialen Führungsvorrichtung und den anderen in der Werkstück-rückseitigen axialen Führungsvorrichtung anzuordnen, wobei sich die beiden Abstandsmesssensoren eines jeden Paares symmetrisch bezüglich der Mittelebene zwischen den axialen Führungsvorrichtungen gegenüberstehen.
Mögliche Ausführungsbeispiele für Abstandsmesssensoren sind in EP1118429A1 angegeben. Bevorzugt werden berührungslose Abstandsmesssensoren verwendet, die die Oberfläche der Halbleiterscheibe nicht schädigen und die allgemein geringere Tastkräfte verursachen als mechanisch antastende Abstandsmesssensoren. Besonders bevorzugt werden Luftstaudrucksensoren verwendet. Diese bestimmen die Entfernung des Messgegenstandes aus dem Druckabfall eines aus einer Messdüse ausströmenden Luftstrahls. Dieser Druckabfall ist abhängig von der Entfernung des Messgegenstandes, gegen den der Luftstrahl prallt, und der Düse, aus der der Luftstrahl strömt. Dieses Verfahren liefert eine Auflösung von bis zu 1 μm und darunter und ist somit für den erfindungsgemäßen Einsatz geeignet. Ein Beispiel für die Verwendung eines Luftstaudrucksensors in einer DDG-Vorrichtung ist in JP2002-307303A offenbart.
Besonders bevorzugt ist es auch, die Betriebsbedingungen der Abstandsmesssensoren so zu wählen, dass sich die von den Abstandsmesssensoren auf die Halbleiterscheibe vorder- und rückseitig aufgebrachten Kräfte jeweils paarweise kompensieren.
Im Rahmen der Erfindung kann die Ermittlung der Lage der Mittelebene des Werkstücks, der Vergleich mit der durch die axialen Führungsvorrichtungen definierten Mittelebene und die Korrektur der Position der Schleifwerkzeuge in einem offenen Regelkreis erfolgen, wobei die Lage der Mittelebene des Werkstücks zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während der Bearbeitung eines ersten Werkstücks bestimmt wird und die Position der Schleifwerkzeuge vor Beginn der Bearbeitung eines nächsten Werkstücks korrigiert wird. Alternative kann die Ermittlung der Lage der Mittelebene des Werkstücks, der Vergleich mit der durch die axialen Führungsvorrichtungen definierten Mittelebene und die Korrektur der Position der Schleifwerkzeuge auch während der gesamten Dauer der Bearbeitung in einem geschlossenen Regelkreis erfolgen.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, Toleranzen für die Regelabweichungen (Regeltoleranzen) vorzugeben. Eine Nachführung der Schleifwerkzeuge findet in diesem Fall erst statt, wenn die Toleranzen überschritten werden. Dadurch kann ein unnötig häufiges Nachstellen von Lage und Neigung der Schleifwerkzeuge um die langfristig Bemittelte Ideallage vermieden werden. Ein derartiges „Schwingen" des Regelsystems wirkt sich nämlich ungünstig auf andere Prozessparameter aus, beispielsweise die gleichmäßige, selbstschärfende Abnutzung der Schleifscheiben, die sich mit der Winkellage und der Symmetrie der Krafteinleitung auf die Halbleiterscheibe ändert. Im Fall einer DDG-Vorrichtung mit axialer Werkstückführung durch Wasserkissen (hydrostatisches Prinzip) kann beispielsweise eine derartige Toleranz bis zu 10 % der durchschnittlichen Dicke der Wasserkissen betragen.
Weiterhin ist es möglich, von Null verschiedene bleibende Regelabweichungen (Offsets) vorzugeben. Durch einen derartigen Offset wird die Lage der Halbleiterscheibe auf eine zur Mittelebene zwischen den axialen Führungsvorrichtungen parallel verschobene Ebene hin reguliert. Dies kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn die Halbleiterscheiben im Mittel bereits eine konvex-konkave Eingangsform aufweisen (Form einer Kugelkalotte). Bei einer derartig geformten Halbleiterscheibe befinden sich nämlich die messvorrichtungs-fernen Bereiche der Halbleiterscheibe aufgrund der Krümmung der Halbleiterscheibe in einer anderen Entfernung zu den vorder- und rückseitigen axialen Führungsvorrichtungen als ihre messvorrichtungs-nahen Bereiche, auf deren Entfernung die fortwährende Lageregulierung hin vorgenommen wird. Dadurch kann es vorkommen, dass die gesamten auf die derartig gekrümmte Halbleiterscheibe wirkenden Kräfte größer sind – und die Halbleiterscheibe dadurch unerwünscht verformt wird – als dies bei einer Lageregulierung auf eine von der Mittelebene zwischen den axialen Führungsvorrichtungen parallelverschobene Zielebene hin der Fall ist. (Eine derartige, im Mittel kugelkalottenförmige Scheibenform wird als „Bow" oder „Warp" bezeichnet und tritt als unerwünschter Effekt der Vorbearbeitung auf oder wird als erwünschter Effekt für bestimmte Anwendungen gezielt eingestellt. Beispielsweise erzeugt eine einseitige Beschichtung der Halbleiterscheibe, wie sie für einige Anwendungen erforderlich ist, in der Regel eine leichte Krümmung der Halbleiterscheibe. Diese Krümmung kann dann durch eine gezielte „Bow"-Vorgabe kompensiert werden.) Bevorzugt ist es auch, vor dem Bearbeiten des ersten Werkstücks die Schleifspindeln kollinear zueinander und gleichzeitig senkrecht zur Mittelebene der axialen Führungsvorrichtungen auszurichten. Die axialen Führungsvorrichtungen wiederum sollten vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet sein. Vorzugsweise sollten die beiden Schleifspindeln um weniger als 10 μm gegeneinander parallel verschoben und um weniger als 1,5 × 10^-3 Grad gegeneinander verkippt sein. Es ist jedoch auch bevorzugt, zur vorausschauenden Kompensation des „spindle-drag" die Schleifspindeln nicht kollinear, sondern um einen von der Art des Schleifprozesses und des Werkstücks abhängigen, von null verschiedenen Winkel zueinander verkippt auszurichten.
Beispiele
Für das folgende Beispiel und das Vergleichsbeispiel wurde ein Silicium-Einkristall mit einem Durchmesser von 300 mm mittels einer herkömmlichen Drahtgattersäge in Scheiben aufgetrennt. Danach wurden die Siliciumscheiben einzeln einer DDG-Bearbeitung mittels einer herkömmlichen DDG-Maschine unterzogen, bei der die axiale Führung des Werkstücks durch Wassertaschen und dessen Rotation durch einen „notch finger" erreicht wird. Bei der Bearbeitung wurden 45 μm Material pro Scheibenseite abgetragen. Die Schleifscheiben rotierten gegenläufig mit 6000 RPM und wurden mit durchschnittlich 90 μm/min zugestellt, die Siliciumscheibe rotierte mit 25 RPM. 3a veranschaulicht das Ergebnis der erfindungsgemäßen DDG-Bearbeitung, 3b das Ergebnis der DDG-Bearbeitung gemäß dem Stand der Technik. Die Figuren zeigen Radialprofile der Höhe H von Vorderseite 52 und Rückseite 54 und das berechnete Differenzprofil 53 (Dickenprofil) der Siliciumscheiben. R bezeichnet in 3 die Radialposition der Profile (in Millimetern) und H die Höhe bzw. die auf „Null" bezogene aus 52 und 54 berechnete Dicke (in Nanometern). Die Messkurven sind Absolutmessungen des Höhenprofils von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe, die mittels eines kapazitiven Messverfahrens unmittelbar nach der DDG-Bearbeitung aufgenommen wurden. Der Parameter der Nanotopologie ist erst für eine Halbleiterscheibe mit polierter Oberfläche, also beispielsweise nach einer Vorpolitur, definiert. 4 zeigt die Höhenverteilung der Vorderseiten einer erfindungsgemäß DDG-bearbeiteten Halbleiterscheibe (4a) und einer gemäß dem Stand der Technik bearbeiteten Halbleiterscheibe (4b) jeweils nach erfolgter abschließender Politur (Finish). Die gemessenen Höhendaten sind in gemäß den SEMI-Vorgaben zur Ermittlung der Nanotopologie gefilterter Form in Grauwertdarstellung wiedergegeben (hell = Erhebung; dunkel = Vertiefung).
Beispiel
Die Siliciumscheiben wurden einer erfindungsgemäßen DDG-Bearbeitung unterzogen, wobei die Lage der Mittelebene der Siliciumscheibe mit Hilfe von drei Paaren von Luftstaudrucksensoren bestimmt wurde, die so angeordnet waren, wie es in 2a und 2b dargestellt ist. Aufgrund der gewonnenen Messdaten wurde die Position der Schleifspindeln laufend korrigiert, sodass die Mittelebene der Siliciumscheibe und die Mittelebene zwischen den axialen Führungselementen (Wassertaschen) immer identisch waren.
3a zeigt die Radialprofile einer typischen derart hergestellten Siliciumscheibe. Bis auf eine leichte Absenkung in der Mitte der Halbleiterscheibe, den sog. „Schleif-Nabel" (35) und eine Verjüngung am äußeren Rand, den sog. „Rand-Abfall" (34), weist die erfindungsgemäß hergestellte Siliciumscheibe keine Defekte auf. Insbesondere das Differenzprofil (Dickenprofil) verläuft sehr homogen. Die Siliciumscheibe ist nach DDG also hervorragend glatt, dickenhomogen und ohne Verwerfungen. Besonders deutlich wird die hervorragende Ebenheit in der vollflächigen Grauwertdarstellung (4a). Der Höhenverlauf weist über die gesamte Fläche der Vorderseite der Siliciumscheibe praktisch keinerlei Strukturen auf und ist nahezu vollkommen gleichförmig und eben. Die so hergestellten Siliciumscheiben erreichten 9 nm maximale Nanotopologie-Variation im 2 mm × 2 mm-Fenster und 24 nm im 10 mm × 10 mm-Fenster.
Vergleichsbeispiel
Die Siliciumscheiben wurden einer DDG-Bearbeitung gemäß dem Stand der Technik unterzogen, wobei die Lage der Siliciumscheibe während der DDG-Bearbeitung lediglich mit einem Paar von Luftstaudrucksensoren 28a, 28b bestimmt wurde, das so angeordnet war, wie es in 2a und 2b dargestellt ist. Aufgrund der gewonnenen Messdaten wurde die Position der Schleifspindeln laufend korrigiert, sodass die Siliciumscheibe am Ort des Abstandsmesssensorpaares immer mittig zwischen den axialen Führungsvorrichtungen (Wassertaschen) lag. Die Schleifscheiben wurden nur zu Beginn (statisch) parallel zu den axialen Führungseinrichtungen ausgerichtet und die zusätzliche dynamische Verkippung der Halbleiterscheiben aufgrund des „spindle drag" im Schleifbetrieb anhand erfahrungsbasierter visueller Beurteilung des erhaltenen Schliffbildes einiger Einstell-Halbleiterscheiben einige Male nachkorrigiert, sodass eine optimale Einstellung gemäß den Möglichkeiten des Standes der Technik vorlag.
3b zeigt die Radialprofile einer typischen derart hergestellten Siliciumscheibe. Im Gegensatz zu 3a weist das Vorder- und Rückseiten- sowie das Differenzprofil der nicht erfindungsgemäß hergestellten Siliciumscheibe mehrere ausgeprägte Defekte auf: Beide Seiten – Vorder- und Rückseite der Siliciumscheibe – sind parallel verworfen (36), da die Siliciumscheibe während des DDG nicht erfindungsgemäß kräftefrei und koplanar zentriert geführt wurde. Eine Verkippung der Schleifscheiben-Mittelebene gegen die Mittelebene der vorder- und rückseitigen axialen Führungsvorrichtungen hat eine langwellige konzentrische Verwerfung (36) in die Siliciumscheibe geschliffen. Diese Verwerfung verläuft an Vorder- und Rückseite parallel, so dass das Differenzprofil (Dickenprofil der Halbleiterscheibe) diesen langwelligen Defekt nicht mehr erkennen lässt. (Eine derartige dickenneutrale Parallelverwerfung von Werkstückvorder- und -rückseite wird auch „Warp" genannt.) Im Randbereich hat die nicht erfindungsgemäß DDG-bearbeitete Siliciumscheibe offenbar bereits die axialen Führungsvorrichtungen berührt und wurde durch die dadurch auftretenden ungleichmäßigen Zwangskräfte stark verformt. Vorder- (37a) und Rückseite (37b) weisen eine ringförmige, randnah konzentrisch umlaufende Verwellung auf („Nanotopologie-Ring"). Diese ist so ausgeprägt und unsymmetrisch, dass sie sich sogar im Differenzprofil zeigt (37). Dieser „Nanotopologie-Ring" wird besonders deutlich in der vollflächigen Höhendarstellung der Vorderseite Siliciumscheibe nach abschließender Politur (4b). (Der ungleichmäßige Winkel-Verlauf des „Nanotopologie-Ringes" mit scheinbar besonders starker Ausprägung unter in den vier Diagonalrichtungen ist ein Artefakt der speziellen Filter, die gemäß der SEMI-Definition der Nanotopologie zur Ermittlung der Nanotopologie verwendet werden. Diese Filter sind anisotrop und wandeln die ursprünglichen Höhendaten mit entsprechend anisotroper Überhöhung oder Unterdrückung um.) Die in diesem Vergleichsbeispiel hergestellten Halbleiterscheiben erreichten 18 nm im 2 mm × 2 mm- und 43 nm im 10 mm × 10 mm-Nanotopologie-Fenster und damit deutlich schlechtere Nanotopologie-Werte als die Siliciumscheiben des Beispiels.

1: Scheibenförmiges Werkstück, insbesondere eine Halbleiterscheibe.
2: Schleifscheiben. (2a) linke kleine Schleifscheibe, (2b) gegenüberliegende rechte kleine Schleifscheibe, (2c) linke
: große Schleifscheibe, (2d) gegenüberliegendes rechte große Schleifscheibe.
3: Schleifbelag.
4: Axiale Führungsvorrichtung. (4a) linke (Werkstück
: vorderseitige), (4b) rechte (Werkstück-rückseitige) axiale
: Führungsvorrichtung.
6: Spalt zwischen den axialen Führungsvorrichtungen und der
: jeweiligen Vorder- oder Rückseite der Werkstücks.
21: Messeinrichtung zur Bestimmung der Entfernung eines
: Messpunktes auf dem scheibenförmigen Werkstück zu den
: axialen Führungsvorrichtungen.
22: Mittelebene zwischen den beiden axialen
: Führungsvorrichtungen.
23: Bezugspunkt (Messpunkt) auf dem scheibenförmigen
: Werkstück.
24: Berührungspunkte der Werkstückoberfläche mit den axialen
: Führungsvorrichtungen. (24a) Berührungspunkt des
: Werkstücks mit der linken, Führungsvorrichtung
: (24b) Berührungspunkt des Werkstücks mit der rechten
: Führungsvorrichtung.
25: Mittelebene des scheibenförmigen Werkstücks.
26: Wasser- oder Luftdüse.
27: Abstandsmesssensorpaar. (27a) linker (vorderseitiger),
: (27b) rechter (rückseitiger) Abstandsmesssensor.
28: Abstandsmesssensorpaar. (28a) linker (vorderseitiger),
: (28b) rechter (rückseitiger) Abstandsmesssensor.
29: Abstandsmesssensorpaar. (29a) linker (vorderseitiger),
: (29b) rechter (rückseitiger) Abstandsmesssensor.
30: Mittelpunkt des scheibenförmigen Werkstücks.
31: Gemeinsame Symmetrieebene des scheibenförmigen Werkstücks
: und der Schleifscheiben.
33: Ebene senkrecht zur Symmetrieebene (31) durch den
: Mittelpunkt (51) der Schleifscheiben.
34: Dickenabnahme des scheibenförmigen Werkstücks zu dessen
: äußerstem Rand hin („Randabfall").
35: Mittige Dickenabnahme des scheibenförmigen Werkstücks
: („Schleifnabel").
36: Vorder- und rückseiten-parallele konzentrische Verwerfung
: der Oberfläche des scheibenförmigen Werkstücks. („Warp")
37: Randnahe konzentrische Verwerfung des scheibenförmigen
: Werkstücks, (37a) der Werkstückvorderseite, (37b) der
: Werkstückrückseite.
48: Mittelebene zwischen den beiden Schleifscheiben.
49: Vertikaler Winkel, um den die Mittelebene zwischen den
: beiden Schleifscheiben gegenüber der Mittelebene zwischen
: den beiden axialen Führungsvorrichtungen verkippt ist.
50: Horizontaler Winkel, um den die Mittelebene zwischen den
: beiden Schleifscheiben gegenüber der Mittelebene zwischen
: den beiden axialen Führungsvorrichtungen verkippt ist.
51: Mittelpunkt der Schleifscheiben.
52: Radialprofil des Höhenverlaufs der Vorderseite einer
: Halbleiterscheibe.
53: Gefiltertes Radialprofil des Dickenverlaufs einer
: Halbleiterscheibe.
54: Radialprofil des Höhenverlaufs der Rückseite einer
: Halbleiterscheibe.

Claims

Verfahren zum gleichzeitigen Schleifen beider Seiten eines scheibenförmigen Werkstücks, wobei das Werkstück mit einem Teil seiner Fläche zwischen wenigstens zwei einander gegenüber liegenden axialen Führungsvorrichtungen geführt wird und gleichzeitig ein anderer Teil seiner Fläche durch wenigstens zwei einander gegenüber liegende Schleifwerkzeuge bearbeitet wird, die Position des Werkstücks bestimmt wird und die Position der Schleifwerkzeuge basierend auf der zuvor bestimmten Position des Werkstücks korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der Position des Werkstücks die Lage seiner Mittelebene ermittelt wird, dass die Mittelebene des Werkstücks mit der durch die axialen Führungsvorrichtungen definierten Mittelebene verglichen wird und die Position der Schleifwerkzeuge so korrigiert wird, dass diese beiden Mittelebenen zusammenfallen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Mittelebene des Werkstücks mit Hilfe von drei oder mehr nicht kollinear angeordneten Abstandsmesssensoren bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Mittelebene des Werkstücks mit Hilfe von drei oder mehr nicht kollinear angeordneten Paaren von Abstandsmesssensoren bestimmt wird, wobei sich die beiden Abstandsmesssensoren eines jeden Paares symmetrisch bezüglich der durch die axialen Führungsvorrichtungen definierten Mittelebene gegenüber stehen und die Lage des Werkstücks an seiner Vorder- und Rückseite messen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Lage der Mittelebene des Werkstücks, der Vergleich mit der durch die axialen Führungsvorrichtungen definierten Mittelebene und die Korrektur der Position der Schleifwerkzeuge während der gesamten Dauer der Bearbeitung in einem geschlossenen Regelkreis erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Lage der Mittelebene des Werkstücks, der Vergleich mit der durch die axialen Führungsvorrichtungen definierten Mittelebene und die Korrektur der Position der Schleifwerkzeuge in einem offenen Regelkreis erfolgt, wobei die Lage der Mittelebene des Werkstücks zu einem vorbestimmten Zeitpunkt während der Bearbeitung eines ersten Werkstücks bestimmt wird und die Position der Schleifwerkzeuge vor Beginn der Bearbeitung eines nächsten Werkstücks korrigiert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifwerkzeuge Topfschleifscheiben sind, von denen wenigstens eine auf einer vorderseitigen Schleifspindel und wenigstens eine auf einer rückseitigen Schleifspindel montiert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Topfschleifscheiben korrigiert wird, indem ein horizontaler und ein vertikaler Anstellwinkel der vorderseitigen und der rückseitigen Schleifspindel sowie die Position eines Punktes auf einer Verbindungsachse beider Schleifspindeln, auf den die Arbeitsflächen der beiden Topfschleifscheiben gemeinsam zugestellt werden, verändert wird.
Vorrichtung zum gleichzeitigen Schleifen beider Seiten eines scheibenförmigen Werkstücks, umfassend wenigstens zwei einander gegenüber liegende axiale Führungsvorrichtungen und wenigstens zwei einander gegenüber liegende Schleifwerkzeuge, wobei die Schleifwerkzeuge derart beweglich gelagert sind, dass durch eine Änderung ihrer Positionierung die Lage der Mittelebene zwischen den Schleifwerkzeugen verändert werden kann, und wobei die Vorrichtung eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Position des Werkstücks umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung geeignet ist, die Lage der Mittelebene des Werkstücks eindeutig zu bestimmen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung wenigstens drei Abstandsmesssensoren umfasst, die nicht kollinear angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung wenigstens drei Paare von Abstandsmesssensoren umfasst, die nicht kollinear angeordnet sind, wobei sich die zwei Abstandsmesssensoren jedes Paares symmetrisch bezüglich der Mittelebene zwischen den Schleifwerkzeugen gegenüberstehen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmesssensoren in den axialen Führungsvorrichtungen angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifwerkzeuge Topfschleifscheiben sind, die auf zwei kollinear einander gegenüber stehenden Schleifspindeln montiert sind, dass die Vorrichtung radiale Führungsvorrichtungen aufweist, die das Werkstück so durch die Vorrichtung führen, dass eine vollflächige Bearbeitung durch die Topfschleifscheiben resultiert, dass durch die radialen Führungsvorrichtungen eine Rotationsachse des Werkstücks vorgegeben wird und dass die Rotationsachse des Werkstücks nicht mit der Achse der Schleifspindeln zusammenfällt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei der Abstandsmesssensoren symmetrisch bezüglich einer durch die Achse der Schleifspindeln und die Rotationsachse des Werkstücks verlaufenden Ebene angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer Abstandsmesssensor in der durch die Achse der Schleifspindeln und die Rotationsachse des Werkstücks verlaufenden Ebene angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass drei Abstandsmesssensoren oder drei Paare von Abstandsmesssensoren den gleichen Abstand zur Achse der Schleifspindeln haben.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmesssensoren berührungslos arbeitende Abstandsmesssensoren sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmesssensoren Luftstaudrucksensoren sind.
Halbleiterscheibe, die auf ihrer Vorderseite eine lokale Ebenheit mit Abweichungen von weniger als 16 nm in einem Messfenster mit einer Fläche von 2 × 2 mm² und von weniger als 40 nm in einem Messfenster mit einer Fläche von 10 × 10 mm² aufweist, gekennzeichnet dadurch, dass die die Ebenheitseigenschaften maßgeblich bestimmenden Ebenheitsabweichungen nicht nahe dem Rand der Halbleiterscheibe und nicht im wesentlichen ringförmig konzentrisch um den Mittelpunkt der Halbleiterscheibe angeordnet auftreten.
Halbleiterscheibe gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie im Wesentlichen aus Silicium besteht.