DE102004054567A1

DE102004054567A1 - Verfahren zur Material abtragenden Bearbeitung von Halbleiterscheiben

Info

Publication number: DE102004054567A1
Application number: DE200410054567
Authority: DE
Inventors: Stefan Maier; Hermann Dumm
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2005-12-01

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur gleichzeitig beidseitigen Material abtragenden Bearbeitung von Halbleiterscheiben, wobei die Halbleiterscheiben in mittels eines ringförmigen inneren und äußeren Antriebskranzes in Rotation versetzten Läuferscheiben liegen und dabei relativ zu einer oberen und einer unteren rotierenden Arbeitsscheibe bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung der oberen und unteren Arbeitsscheibe gleich ist und nach Erreichen einer vorbestimmten Zeit oder nach Erreichen einer vorbestimmten Solldicke der zu bearbeitenden Halbleiterscheiben die Drehrichtung der Läuferscheiben umgekehrt wird, wobei während der Umkehr der Drehrichtung der Läuferscheiben die auf die Halbleiterscheiben wirkende Gewichtskraft verringert ist.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur gleichzeitig beidseitigen Material abtragenden Bearbeitung von Halbleiterscheiben zwischen zwei Platten einer Bearbeitungsmaschine.

Die Technik des gleichzeitigen Läppens mehrerer Halbleiterscheiben ist seit langem bekannt und beispielsweise in der EP547894A1 beschrieben. Es sind geeignete Anlagen in verschiedenen Größen von mehreren Herstellern auf dem Markt erhältlich. Dabei werden die Halbleiterscheiben unter Zuführung einer Abrasivstoffe enthaltenden Suspension zwischen einer oberen und einer unteren Arbeitsscheibe, die meist aus Stahl bestehen und mit Kanälen zur besseren Verteilung des Läppmittels versehen sind, unter einem gewissen Druck bewegt und dadurch Halbleitermaterial entfernt. Die Halbleiterscheiben liegen dabei in geeignet dimensionierten Aussparungen von so genannten Läuferscheiben, wobei die Läuferscheiben mittels eines inneren und eines äußeren Antriebskranzes in Rotation versetzt und die Halbleiterscheiben somit auf einer durch die Antriebsparameter bestimmten geometrischen Bahn geführt werden. Der Druck wird üblicherweise über eine pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch arbeitende Kraftübertragungseinrichtung von der oberen Arbeitsscheibe auf die Halbleiterscheiben und das sich zwischen den Arbeitsscheiben und den Halbleiterscheiben befindende Läppmittel übertragen.

Das Prinzip der Doppelseitenpolitur ist dem des Läppens sehr ähnlich. Der Hauptunterschied besteht darin, dass bei der Doppelseitenpolitur die Arbeitsscheiben mit einem Poliertuch belegt sind. Die Politur erfolgt unter Zuführung einer in der Regel chemisch und mechanisch abrasiv wirkenden Suspension. Die Doppelseitenpolitur ist beispielsweise in der US3691694 und der EP208315B1 beschrieben.

Bisher wird sowohl beim Läppen als auch bei der Doppelseitenpolitur von Halbleiterscheiben eine sogenannte gegenläufige Kinematik verwendet. Dies bedeutet, dass die obere und die untere Arbeitsscheibe entgegengesetzt rotieren. Diese Kinematik wurde gewählt, da sich dabei die Kräfte, die die obere und die untere Arbeitsscheibe während der Bearbeitung auf die Halbleiterscheiben ausüben, gegenseitig kompensieren.

Während des Läppvorganges kommt zu einer ungleichmäßigen Abnutzung der oberen und unteren Arbeitsscheibe: je nach Drehrichtung der Läuferscheiben werden die Arbeitsscheiben konvex bzw. konkav verformt. 1 zeigt die obere Arbeitsscheibe 1 und die untere Arbeitsscheibe 2 vor dem Läppvorgang. In 2 sind die obere, konkav verformte Arbeitsscheibe 1a und die untere, konvex verformte Arbeitsscheibe 2a dargestellt. 3 zeigt die obere, konvex verformte Arbeitsscheibe 1b und die untere, konkav verformte Arbeitsscheibe 2b. Bei der Doppelseitenpolitur kommt es ebenfalls zu einer ungleichförmigen Abnutzung der mit Poliertüchern belegten Arbeitsscheiben.

Die durch die Kinematik bedingten einseitigen Abnutzungen der Arbeitsscheiben werden bei der herkömmlichen Bearbeitung mit gegenläufigen Arbeitsscheiben dadurch ausgeglichen, dass zwei unterschiedliche, jeweils gegenläufige Kinematiken benutzt werden, die mittels zweier getrennter Bearbeitungsprogramme realisiert sind und abwechselnd zum Einsatz kommen.

Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Geometrie von in gegenläufiger Kinematik bearbeiteten Halbleiterscheiben den neuesten Anforderungen, beispielsweise für die Herstellung elektronischer Bauelemente, wie in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2004 013 467.7 beschrieben, nicht mehr genügt.

Bei der Bearbeitung mit Gleichlaufkinematik, also mit sich in die gleiche Richtung drehenden Arbeitsscheiben, ist es technisch nicht möglich, zwei getrennte Bearbeitungsprogramme zu verwenden, da dies bei einem der beiden komplementär zu gestaltenden Bearbeitungsprogramme eine zu hohe Drehzahl des äußeren Antriebskranzes zur Folge hätte, da sich obere und untere Arbeitsscheibe in gleicher Richtung bewegen.

Es bestand daher die Aufgabe, die bei der Materialbearbeitung (Läppen, Doppelseitenpolitur) mit Gleichlaufkinematik auftretende, einseitige Abnutzung der Arbeitsscheiben zu verhindern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur gleichzeitig beidseitigen Material abtragenden Bearbeitung von Halbleiterscheiben, wobei die Halbleiterscheiben in mittels eines ringförmigen inneren und äußeren Antriebskranzes in Rotation versetzten Läuferscheiben liegen und dabei relativ zu einer oberen und einer unteren rotierenden Arbeitsscheibe bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung der oberen und unteren Arbeitsscheibe gleich ist und nach Erreichen einer vorbestimmten Zeit oder nach Erreichen einer vorbestimmten Solldicke der zu bearbeitenden Halbleiterscheiben die Drehrichtung der Läuferscheiben umgekehrt wird, wobei während der Umkehr der Drehrichtung der Läuferscheiben die auf die Halbleiterscheiben wirkende Gewichtskraft verringert ist.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die ungleichmäßige Abnutzung der Arbeitsscheiben verhindert. Die bei den bekannten Verfahren mit gegenläufiger Kinematik durch getrennte Bearbeitungsprogramme realisierte Kinematikänderung wird im erfindungsgemäßen Verfahren durch die nach Erreichen einer vorbestimmten Zeit oder einer vorbestimmten Solldicke der zu bearbeitenden Halbleiterscheiben erfolgende Umkehr der Drehrichtung der Läuferscheiben in das laufende Bearbeitungsprogramm integriert. Dadurch wird die zur Erreichung einer gleichmäßigen Abnutzung der Arbeitsscheiben notwendige Kinematikänderung auch bei Verfahren mit Gleichlaufkinematik ermöglicht.

Vorzugsweise ist die Drehrichtung der oberen und unteren Arbeitsscheibe während der gesamten Dauer der Bearbeitung gleich.

Vorzugsweise ist die Drehrichtung des inneren und äußeren Antriebskranzes zu Beginn der Bearbeitung verschieden. Nach Erreichen einer vorbestimmten Zeit oder nach Erreichen einer vorbestimmten Solldicke der zu bearbeitenden Halbleiterscheiben, die beispielsweise durch das Abtragsverhalten des Läppmittels bzw. des Poliermittels und die Restlaufzeit des Bearbeitungsprogramms gegeben sind und so gewählt werden, dass es zu einem gleichmäßigen Materialabtrag auf Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheiben kommt, wird die Drehrichtung der Läuferscheiben umgekehrt. Die Umkehr der Drehrichtung der Läuferscheiben wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass die Drehrichtung des inneren Antriebskranzes so geändert wird, dass dessen Drehrichtung gleich der des äußeren Antriebskranzes ist, und zudem die Geschwindigkeit des inneren Antriebskranzes erhöht wird. Die auf die Halbleiterscheiben wirkende Gewichtskraft ist während der Drehrichtungsumkehr und der anschließenden Geschwindigkeitserhöhung des inneren Antriebskranzes verringert. Dies ist notwendig, um die Umkehr der Drehrichtung des inneren Antriebskranzes zu ermöglichen. Außerdem wird dadurch verhindert, dass durch eine zu hohe Gewichtskraft die Qualität der Oberfläche der Halbleiterscheiben verschlechtert wird. Darüber hinaus ist die auf die Halbleiterscheiben wirkende Gewichtskraft aber groß genug zu wählen, um zu vermeiden, dass die Halbleiterscheiben aus den Läuferscheiben rutschen.

Im Folgenden wird anhand von 4 und 5 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläutert.

4 zeigt die schematische Darstellung einer unteren Arbeitsscheibe mit Antriebskränzen und mit auf einer Läuferscheibe befindlichen Halbleiterscheiben. In 4 ist eine untere Arbeitsscheibe 3 mit einem inneren Antriebskranz 7 und einem äußeren Antriebskranz 5 sowie eine Läuferscheibe 4 dargestellt. Die Halbleiterscheiben 6 liegen in der Läuferscheibe 4, die mittels des inneren Antriebskranzes 7 und des äußeren Antriebskranzes 5 in Rotation versetzt wird. Die Rotation der Antriebskränze hat eine bestimmte Drehrichtung der Läuferscheiben 4 und damit der in ihnen liegenden, zu bearbeitenden Halbleiterscheiben 6 zur Folge.
In 5 sind die Geschwindigkeiten v der Arbeitsscheiben und der Antriebskränze sowie die auf die Halbleiterscheiben wirkende Gewichtskraft G in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Die Drehrichtung des inneren Antriebskranzes 7 und des äußeren Antriebskranzes 5 sind zu Beginn der Bearbeitung gegenläufig. Darüber hinaus haben der äußere Antriebskranz 5 und die obere und untere Arbeitscheibe während der gesamten Dauer der Bearbeitung die gleiche Drehrichtung. Nach Ablauf einer gewissen Zeit oder nach Erreichen einer bestimmten Solldicke, wird die Drehrichtung des inneren Antriebskranzes so geändert, dass die Drehrichtung gleich der des äußeren Antriebskranzes ist. Zudem wird die Geschwindigkeit 9 des inneren Antriebskranzes erhöht, so dass es zu einer Drehrichtungsumkehr der Läuferscheibe kommt. Die auf die Halbleiterscheiben wirkende Gewichtskraft 8 wird vor diesem Vorgang verringert, so dass es zu einer problemlosen Drehrichtungsumkehr des inneren Antriebskranzes kommt. Außerdem wird während dieses Vorgangs die Geschwindigkeit 10 der oberen Arbeitsscheibe und die Geschwindigkeit 12 der unteren Arbeitsscheibe erhöht.

Claims

Verfahren zur gleichzeitig beidseitigen Material abtragenden Bearbeitung von Halbleiterscheiben, wobei die Halbleiterscheiben in mittels eines ringförmigen inneren und äußeren Antriebskranzes in Rotation versetzten Läuferscheiben liegen und dabei relativ zu einer oberen und einer unteren rotierenden Arbeitsscheibe bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung der oberen und unteren Arbeitsscheibe gleich ist und nach Erreichen einer vorbestimmten Zeit oder nach Erreichen einer vorbestimmten Solldicke der zu bearbeitenden Halbleiterscheiben die Drehrichtung der Läuferscheiben umgekehrt wird, wobei während der Umkehr der Drehrichtung der Läuferscheiben die auf die Halbleiterscheiben wirkende Gewichtskraft verringert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung des inneren und äußeren Antriebskranzes zu Beginn der Bearbeitung gegenläufig ist und die Umkehr der Drehrichtung der Läuferscheiben dadurch erreicht wird, dass die Drehrichtung des inneren Antriebskranzes so geändert wird, dass dessen Drehrichtung gleich der des äußeren Antriebskranzes ist und zudem die Geschwindigkeit des inneren Antriebskranzes erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass während der Umkehr der Drehrichtung der Läuferscheiben die Geschwindigkeiten der oberen und unteren Arbeitscheibe erhöht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitscheiben und der äußere Antriebskranz zu Beginn der Bearbeitung in die gleiche Richtung drehen und der innere Antriebskranz in die andere Richtung dreht und dass nach Erreichen einer vorbestimmten Zeit oder nach Erreichen einer vorbestimmten Solldicke der zu bearbeitenden Halbleiterscheiben die Drehrichtung des inneren Antriebskranzes umgekehrt, zudem dessen Geschwindigkeit erhöht und dadurch die Drehrichtung der Läuferscheiben umgekehrt wird.