DE102011089570A1 - Führungskäfig zum beidseitigen Schleifen von mindestens einem scheibenförmigen Werkstück zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben einer Schleifvorrichtung, Verfahren zur Herstellung des Führungskäfigs und Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen von scheibenförmigen Werkstücken unter Verwendung des Führungskäfigs - Google Patents

Abstract

Führungskäfig zum beidseitigen Schleifen von mindestens einem scheibenförmigen Werkstück zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben einer Schleifvorrichtung, Verfahren zur Herstellung des Führungskäfigs und Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen von scheibenförmigen Werkstücken unter Verwendung des Führungskäfigs. Das Herstellungsverfahren umfasst die folgenden Schritte: (a) das Bereitstellen einer Platte aus einem ersten Material mit einer ersten und einer zweiten Seitenfläche und mit der Form eines Führungskäfigs; (b) das Bereitstellen einer ersten und einer zweiten Folie aus einem zweiten Material; (c) das Zuschneiden der ersten Folie in eine erste Form und der zweiten Folie in eine zweite Form so, dass die erste Folie die erste Seitenfläche der Platte und die zweite Folie die zweite Seitenfläche der Platte teilweise bedecken kann, ohne über die jeweilige Seitenfläche der Platte hinauszuragen; (d) das Anordnen der ersten Folie auf der ersten Seitenfläche der Platte zu einer ersten Anordnung und der zweiten Folie auf der zweiten Seitenfläche der Platte zu einer zweiten Anordnung, wobei die erste Folie die erste Seitenfläche der Platte und die zweite Folie die zweite Seitenfläche der Platte teilweise bedeckt, ohne über die jeweilige Seitenfläche der Platte hinaus zu ragen; und (e) das dauerhafte Fixieren der ersten und der zweiten Folie auf der Platte in der ersten und zweiten Anordnung mittels einer stoffschlüssigen Verbindung des ersten und zweiten Materials.

Description

• Gegenstand der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Führungskäfig zum beidseitigen Schleifen von mindestens einem scheibenförmigen Werkstück zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben einer Schleifvorrichtung, auf ein Verfahren zur Herstellung des Führungskäfigs und auf ein Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen von scheibenförmigen Werkstücken unter Verwendung des Führungskäfigs.
• Stand der Technik
• Für Elektronik, Mikroelektronik und Mikro-Elektromechanik werden als Ausgangsmaterialien Halbleiterscheiben mit extremen Anforderungen an globale und lokale Ebenheit, einseiten-bezogene Ebenheit (Nanotopologie), Rauigkeit und Sauberkeit benötigt. Halbleiterscheiben sind Scheiben aus Halbleitermaterialien wie Elementhalbleiter (Silicium, Germanium) oder Verbindungshalbleiter, sowie Halbleiterscheiben mit Schichtstruktur. Zu den Letztgenannten gehören beispielsweise Halbleiterscheiben mit epitaktisch aufgewachsener Schicht und Halbleiterscheiben wie SOI-Scheiben, bei denen Schichten aus Halbleitermaterial durch Isolatoren voneinander getrennt sind (SOI, „silicon on insulator“).
• Die Herstellung von Halbleiterscheiben umfasst eine Vielzahl von aufeinander folgenden Prozessschritten, beispielsweise die Folgenden:
• (a) Herstellung eines Einkristalls;
• (b) Schneiden des Einkristalls in einzelne Scheiben;
• (c) mechanische Bearbeitung der Scheiben;
• (d) chemische Bearbeitung der Scheiben;
• (e) chemo-mechanische Bearbeitung der Scheiben;
• (f) gegebenenfalls Umwandlung der Scheiben zu Halbleiterscheiben mit Schichtstruktur.
• Schritte zur mechanischen Bearbeitung der Scheiben sind das Läppen (simultanes beidseitiges Läppen einer Gruppe („batch“) von Halbleiterscheiben) und das Schleifen. Man unterscheidet das sequentielle Schleifen („single side grinding“, SSG) beider Seiten einzelner Halbleiterscheiben mit rückseitiger Aufspannung der Halbleiterscheibe auf einer Unterlage („chuck“) und das simultane Schleifen (double-disk grinding“, DDG) beider Seiten einzelner Halbleiterscheiben, die „frei schwimmend“ zwangskräfte-frei zwischen zwei Schleifscheiben geführte werden, wobei die Schleifscheiben auf kollinear angeordneten Spindel-Achsen befestigt sind.
• Bei der mechanischen Bearbeitung erfolgt der Materialabtrag durch Spanen. Spanen bezeichnet nach DIN 8589 die Formgebung durch Abtrag überflüssigen Materials in Form von Spänen. Beim Läppen erfolgt die Spanbildung mittels einer Dreikörper-Wechselwirkung zwischen dem Werkstück, losem Korn, das beispielsweise aufgeschlämmt in einer Trägerflüssigkeit zugeführt wird und dem Werkzeug, beispielsweise einer Arbeitsscheibe. Beim Schleifen erfolgt die Spanbildung mittels einer Zweikörper-Wechselwirkung zwischen dem Werkstück und Korn, das in einem Bearbeitungswerkzeug fest eingebunden ist.
• Bei vergleichbarer Art, Größe und Form des Korns hinterlässt das Schleifen eine nach Tiefe und Ausmaß geringer gestörte Oberfläche des Werkstücks als das Läppen. Im Hinblick auf eine geringe Störtiefe ist daher das Schleifen bevorzugt. Beim Läppen wirkt die Arbeitsscheibe auf die gesamte ihr zugewandte Seitenfläche des Werkstücks ein, während beim DDG und SSG Topfschleifscheiben verwendet werden, die jeweils nur entlang einer gekrümmten Schleifbahn wirken, die die zu bearbeitende Seitenfläche des Werkstücks nicht vollständig bedeckt. Eine ganzflächige Werkstückbearbeitung erfolgt beim DDG und SSG erst durch langsame Werkstückdrehung unter der Schleifbahn hindurch. Dabei kann das Werkstück verformt werden. Läppen liefert daher im Allgemeinen Werkstücke mit einem höheren Maß an Planparallelität der beiden Werkstückseiten als Schleifen und ist daher im Hinblick auf diese Anforderung bevorzugt.
• Die mechanische Bearbeitung von Halbleiterscheiben kann auch mittels PPG („planetary pad grinding“) erfolgen. PPG wird auch als (Fein)schleifen mit Planetengetriebe-Kinematik oder Flachhonen bezeichnet. Es wird besonders bevorzugt, da es die Vorteile des Schleifens (geringe Störtiefe) und des Läppens (hohe Planparallelität der Werkstückseiten) miteinander vereint. Mit PPG wird eine Gruppe von Werkstücken gleichzeitig zwischen zwei Arbeitsscheiben beidseitig geschliffen. Die Arbeitsscheiben sind jeweils mit einer Arbeitsschicht bedeckt. Die Seiten der Arbeitsschicht, die während der Bearbeitung in Eingriff mit den Halbleiterscheiben gelangen, werden Arbeitsflächen genannt. Sie enthalten fest gebundenes abrasiv wirkendes Korn. Während der Bearbeitung bewegen sich die Halbleiterscheiben in einem durch die Arbeitsflächen begrenzten Raum, der nachfolgend als Arbeitsspalt bezeichnet wird. Dem Arbeitsspalt wird ein Kühlschmiermittel, beispielsweise Wasser, zugeführt, das keine abrasiv wirkenden Stoffe enthält. Durch Relativbewegung zwischen den Arbeitsschichten und den Halbleiterscheiben unter Druck erfolgt ein Materialabtrag mittels Schleifens. Die Arbeitsschichten sind beispielsweise elastische Tücher, deren den Arbeitsscheiben zugewandte Rückseiten stoffschlüssig, beispielsweise durch Kleben, kraftschlüssig, beispielsweise durch Magnetkraft oder mittels Vakuum erzeugtem Anpressdruck, oder formschlüssig, beispielsweise durch einen Klettverschluss(„hook and loop fastener“) mit den Arbeitsscheiben verbunden sind. Kennzeichnend für PPG ist, dass sich die Arbeitsschichten mittels einer Schälbewegung und somit leicht und schnell von den Arbeitsscheiben entfernen lassen.
• Die Halbleiterscheiben werden während der Bearbeitung durch PPG mittels dünner Platten („carrier“) durch den Arbeitsspalt geführt. Diese Platten werden nachfolgend Führungskäfige oder Läuferscheiben genannt. Die Führungskäfige sind mit Öffnungen für die Halbleiterscheiben versehen. In jede Öffnung wird eine Halbleiterscheibe lose eingelegt. Die Führungskäfige sind dünner als die Zieldicke der Halbleiterscheiben nach der Bearbeitung mittels PPG oder höchstens gleich dick.
• Die Arbeitsscheiben für PPG sind ringförmig. Um ihren Innenumfang und um ihrem Außenumfang befindet sich jeweils ein innerer und äußerer Antriebskranz zum Drehen der Arbeitsscheiben um eine gemeinsame Drehachse. Die Führungskäfige besitzen eine zu den Antriebskränzen korrespondierende Außenverzahnung, mit der sie in diese eingreifen. Durch geeignete Rotation des inneren und äußeren Antriebskranzes werden die Führungskäfige in Rotation um ihre jeweiligen Mittelpunkte versetzt und laufen gleichzeitig um den Mittelpunkt der Arbeitsscheiben. Die Führungskäfige werden deswegen auch als Läuferscheiben bezeichnet. Es befinden sich mindestens drei Läuferscheiben zwischen den Arbeitsscheiben. In jede Läuferscheibe ist dabei mindestens eine Halbleiterscheibe eingelegt. Der innere und äußere Antriebskranz und die Läuferscheiben bilden Sonnenrad, Hohlrad und Planeten eines Planetengetriebes. Die für PPG charakteristischen Bahnkurven der Halbleiterscheiben über die Arbeitsscheiben sind daher Planetenbahnen (Trochoiden).
• Die mechanische Bearbeitung von Halbleiterscheiben mittels PPG ist beispielsweise in der DE 10 2007 013058 A1 beschrieben. Die DE 19937784 A1 beschäftigt sich mit einer Vorrichtung und die US 5958794 mit Schleiftüchern, die für PPG geeignet sind.
• Mit PPG verwandt ist das Pellets-Schleifen, beispielsweise beschrieben in P. Beyer et al., Industrie Diamanten Rundschau IDR 39 (2005) III, S. 202, und das Orbitalschleifen, beispielsweise beschrieben in US 2009/0311949 A1 . Beim Pellets-Schleifen bestehen die Arbeitsschichten aus einer Vielzahl einzelner Schleifkörper, die stoffschlüssig (Klebung) oder formschlüssig (Einlassen, Hinterschneiden) mit den Arbeitsscheiben verbunden sind. Die Schleifkörper bestehen aus Schleifkorn, das mittels einer keramischen, metallischen oder einer Kunstharzbindung mit Füllstoffen zu steifen Presslingen (Sinterkörper, Pellets) verbacken sind.
• Ein weiteres, mit dem PPG und dem Pellets-Schleifen verwandtes Verfahren ist beispielsweise in DE 19626396 A1 beschrieben. Bei diesem bilden die den Halbleiterscheiben zugewandten Seiten der Arbeitsscheiben die Arbeitsflächen; sie sind in Form großer, ringförmiger Schleifsteine ausgelegt.
• Beim mit PPG verwandten Orbitalschleifen sind die Arbeitsscheiben vollflächig kreisflächig (nicht ringförmig) ausgeführt, und die Halbleiterscheiben sind in einen einzigen Führungskäfig eingelegt, der die gesamte Arbeitsscheibe überdeckt. Der Führungskäfig wird von außerhalb des Außenumfangs der Arbeitsscheiben und des Führungskäfigs angeordneten Exzenterantrieben zu einer Präzessionsbewegung („Eierbewegung“, Kreiselbewegung) angetrieben. Anders als beim PPG-Verfahren erfolgt beim Orbitalschleifen keine Eigendrehung des Führungskäfigs um seinen Mittelpunkt und somit auch kein Umlauf in der Bearbeitungsvorrichtung. Das Orbitalschleifen kann mit einem einzigen Werkstück, das im Zentrum des Führungskäfigs eingelegt ist, durchgeführt werden. Der Vorteil des Orbitalschleifens besteht dann darin, dass die Arbeitsscheiben nur geringfügig größer als die Werkstücke sein müssen, während beim PPG- oder Pellets-Schleifen aufgrund der umlaufenden Führungskäfige (Läuferscheiben) die Arbeitsscheiben theoretisch mindestens

  

  + 1)-mal (etwa 2,15) in der Praxis jedoch mindestens dreimal und typischerweise mehr als 4½-mal so groß wie die darin bearbeiteten Werkstücke sind. Das Orbitalschleifen ist insbesondere bei der Bearbeitung sehr großer Werkstücke wie beispielsweise Halbleiterscheiben mit 450 mm Durchmesser von Vorteil, da damit vergleichsweise kleine Maschinenabmessungen realisiert werden können. Beim Schleifen mittels PPG, Pellets- und Orbitalschleifen wird bevorzugt Diamant als Schleifkorn (Abrasiv) eingesetzt. Diamant ist besonders langlebig, bildet aufgrund seiner Kristallstruktur günstige Schneidenwinkel, die einen effizienten, verschleißarmen Abtrag mit geringer Störtiefe der Halbleiteroberfläche liefern, und bildet im Verschleiß (Splitterung) stets neue schnittfreudige Schneiden aus und ist daher besonders wirtschaftlich. Aufgrund der hohen Aggressivität unterliegen jedoch auch die Läuferscheiben einem besonders hohen Verschleiß.
• Die WO 2008/064158 A2 beschreibt eine Läuferscheibe, umfassend einen Kern aus einem ersten, eine ausreichende Steifigkeit verleihenden Material, beispielsweise Stahl, auf das ein zweites Material aufgebracht ist. Zur Herstellung dieser Läuferscheibe wird der Kern einem Beispiel zufolge zunächst mit einer Folie überzogen und anschließend überschüssige Folie mit einer Rasierklinge getrimmt.
• Die JP 2007 301 713 A beschreibt im Zusammenhang mit der simultanen Doppelseitenpolitur (DSP) von Halbleiterscheiben Läuferscheiben, die mit einer Schicht aus Diamant-artigem Kohlenstoff (DLC, „diamond-like carbon“) beschichtet sind. Zur Verwendung beim Schleifen von Halbleiterscheiben sind diese Läuferscheiben jedoch ungeeignet, da DLC vom kristallinen Diamant der Arbeitsflächen besonders schnell abgetragen wird.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, dass die gemäß WO 2008/064158 A2 und DE 10 2007 049 811 A1 beschichteten Läuferscheiben eine besonders hohe Reibung zwischen Beschichtung und den Diamant-beladenen Arbeitsflächen des Schleifwerkzeugs aufweisen. Insbesondere bei Läuferscheiben, die mit in WO 2008/064158 A2 beschriebenen Verfahren beschichtet wurden, nimmt die Reibung meist derart hohe Werte an, dass die Läuferscheibe plastisch verformt und damit unbrauchbar wird. Meist ist aufgrund dieser extrem hohen Reibung das Drehmoment, das die Antriebskränze auf die Außenverzahnung der derart beschichteten Läuferscheiben ausüben müssen, um sie im Arbeitsspalt zu bewegen, so hoch, dass Zähne der Außenverzahnung abknicken oder Teile der Läuferscheibe in deren Verzahnungsbereich brechen.
• Aufgabe
• Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen mit einer Beschichtung versehenen Führungskäfig für die Verwendung beim Schleifen von Halbleiterscheiben anzugeben, der folgende Anforderungen erfüllt:
• – er ist ausreichend steif, um den Prozesskräften standzuhalten;
• – die Oberfläche der Beschichtung, die mit der Arbeitsfläche des Schleifwerkzeugs in Kontakt kommt, ist verschleißarm;
• – er wirkt nicht abstumpfend auf die Arbeitsfläche des Schleifwerkzeugs;
• – die Beschichtung besitzt eine hohe Haftfestigkeit ohne Bruchgefahr für die Halbleiterscheiben durch ablösende Teile der Beschichtung;
• – er besitzt eine geringe Nass-Gleitreibung auf der Diamantbeladenen Arbeitsfläche des Schleifwerkzeugs;
• – die Beschichtung hat eine lange Lebensdauer.
• Die Aufgabe besteht ferner darin, ein Verfahren zur Herstellung des Führungskäfigs und dessen Verwendung in einem Doppelseitenschleifverfahren zur Material abtragenden Bearbeitung einer Halbleiterscheibe anzugeben.
• Lösung
• Die Aufgabe wird gelöst durch einen Führungskäfig zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen von mindestens einem scheibenförmigen Werkstück wie beispielsweise einer Halbleiterscheibe zwischen zwei rotierenden, jeweils mit einer Arbeitsschicht bedeckten Arbeitsscheiben einer Schleifvorrichtung, umfassend einen Kern aus einem ersten Material mit einer ersten und einer zweiten Seitenfläche, die der Arbeitsschicht der Arbeitsscheiben zugewandt sind; eine zusammenhängende Beschichtung aus einem zweiten Material, die eine vorgesehene Form besitzt und mit der die erste und die zweite Seitenfläche des Kerns jeweils so beschichtet ist, dass das erste Material beim Schleifen des Werkstücks mit der Arbeitsschicht der Arbeitsscheiben nicht in Berührung kommt, wobei die zusammenhängende Beschichtung von jeder der Seitenflächen eine Kontur mit einer Gesamtlänge aufweist, die für die vorgesehene Form minimal ist.
• Die Beschichtung erhält die vorgesehene Form durch Zuschneiden, und zwar bevor jede der Seitenflächen des Kerns mit der Beschichtung versehen wird. Damit ist sichergestellt, dass die Kontur der Beschichtung einer Seitenfläche eine Gesamtlänge aufweist, die für die vorgesehene Form minimal ist. Wird hingegen jede der Seitenflächen des Kerns zunächst mit der Beschichtung versehen und die jeweilige Beschichtung danach in die vorgesehene Form geschnitten, so wird die Gesamtlänge der Kontur der Beschichtung länger als die Länge, die für die vorgesehene Form minimal ist. Schnitt-Ungenauigkeiten sind bei dieser Vorgehensweise nämlich nicht zu vermeiden. Sie führen zu ungewollten Abweichungen des Verlaufs der Kontur durch unbeabsichtigte Einschnitte oder Vorsprünge, die die Gesamtlänge der Kontur verlängern. Solche Einschnitte und Vorsprünge sind beim Schleifen von Werkstücken dafür verantwortlich, dass sich Rückstände von der Beschichtung lösen, die Probleme verursachen, die nachfolgend noch eingehend beschrieben werden.
• Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Führungskäfigs zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen von mindestens einem scheibenförmigen Werkstück wie beispielsweise einer Halbleiterscheibe zwischen zwei rotierenden, jeweils mit einer Arbeitsschicht bedeckten Arbeitsscheiben einer Schleifvorrichtung, umfassend die folgenden Schritte:
• a) das Bereitstellen einer Platte aus einem ersten Material mit einer ersten und einer zweiten Seitenfläche und mit der Form eines Führungskäfigs;
• (b) das Bereitstellen einer ersten und einer zweiten Folie aus einem zweiten Material;
• (c) das Zuschneiden der ersten Folie in eine erste Form und der zweiten Folie in eine zweite Form so, dass die erste Folie die erste Seitenfläche der Platte und die zweite Folie die zweite Seitenfläche der Platte teilweise bedecken kann, ohne über die jeweilige Seitenfläche der Platte hinaus zu ragen;
• (d) das Anordnen der ersten Folie auf der ersten Seitenfläche der Platte zu einer ersten Anordnung und der zweiten Folie auf der zweiten Seitenfläche der Platte zu einer zweiten Anordnung, wobei die erste Folie die erste Seitenfläche und die zweite Folie die zweite Seitenfläche der Platte teilweise bedeckt, ohne über die jeweilige Seitenfläche der Platte hinaus zu ragen;
• (e) das dauerhafte Fixieren der ersten und der zweiten Folie auf der Platte in der ersten und zweiten Anordnung mittels einer stoffschlüssigen Verbindung des ersten und zweiten Materials.
• Kurzbeschreibung der Figuren
• 1 Kernmaterial der gesamten Läuferscheibe in Aufsicht
• 2 gesamte beschichtete Läuferscheibe in Aufsicht
• 3 Querschnitt durch gesamte Läuferscheibe entlang Schnittlinie
• 4 Ausschnitte beschichteter Läuferscheiben
• 5 Vergleichsbeispiel eines nicht erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens mittels Maskierung und Sprühbeschichtung
• 6 Vergleichsbeispiel eines nicht erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens mittels Sprühbeschichtung und Nachbearbeitung (Trimmen)
• 7 Vergleichsbeispiel eines nicht erfindungsgemäßen Beschichtungsverfahrens mittels Folienbeschichtung und Nachbearbeitung (Trimmen)
• 8 an Konturlinie vorgeschnittene Folie zur Beschichtung einer Läuferscheibe in Aufsicht
• 9 vorgeschnittene und von Trägerschicht gelöste (vorgeformte) Folie zur Beschichtung einer Läuferscheibe
• 10 Beispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beschichtung einer Läuferscheibe mittels vorgeschnittener (vorgeformter) Folie und Befestigen auf dem Kernmaterial der Läuferscheibe
• 11 Beispiel einer erfindungsgemäß mittels vorgeschnittener (vorgeformter) Folie beschichteten Läuferscheibe in perspektivischer Gesamtansicht
• 12 Vergleichsbeispiel der abgegebenen Motorleistung in einer Bearbeitungsfahrt mit nicht erfindungsgemäßen Läuferscheiben
• 13 Beispiel der abgegebenen Motorleistung in einer Bearbeitungsfahrt mit erfindungsgemäßen Läuferscheiben
• Ausführliche Erfindungsbeschreibung
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen und mit Hilfe von Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen ausführlich beschrieben.
• 1 zeigt den Kern einer für PPG geeigneten Läuferscheibe, der aus einem ersten Material 1 besteht, das ausreichend steif ist, um den beim PPG auftretenden Prozesskräften schädigungsfrei standzuhalten. Der Kern 1 enthält im in 1 gezeigten Beispiel drei Öffnungen 2, in die je eine Halbleiterscheibe eingelegt werden kann, sowie weitere Öffnungen 3 zum Durchtritt von Kühlschmiermittel. Die Öffnungen 2 sind optional mit Rähmchen („inserts“) aus einem weiteren Material 4 ausgekleidet. Diese sind form- oder stoffschlüssig mit dem ersten Material verbunden, beispielsweise mittels einer Schwalbenschwanz-Verzahnung 5. Der Kern 1 weist eine Außenverzahnung 6 aus, in die die Antriebskränze der Schleifvorrichtung eingreifen.
• 2 zeigt eine für PPG geeignete Läuferscheibe, bei der der Steifigkeit verleihende Kern 1 mit einem zweiten verschleißarmen Material 11 beschichtet ist. Die Beschichtung 1 bedeckt den Kern 1 teilflächig mit unbeschichteten Gebieten 8 im Bereich der Außenverzahnung 6, unbeschichteten Gebieten 9 im Bereich des Rähmchens 4 und der Schwalbenschwanzverzahnung 5 sowie unbeschichteten Gebieten 10 im Bereich der Ränder der weiteren Öffnungen 3 für den Kühlschmiermitteldurchtritt.
• Einige Bereiche der Läuferscheibe müssen unbeschichtet bleiben. So muss beispielsweise der Bereich der Außenverzahnung, der in Eingriff mit Innen- und Außenstiftkranz gelangt, beschichtungsfrei sein, da sich eine Beschichtung aufgrund der hohen Wechselbelastungen während des Schleifens eines Werkstücks dort sofort zu einer Schichtablösung und somit zu unerwünschtem Bruch des Werkstücks führen würde. Auch der Bereich des Rähmchens und der zu dessen Verankerung mit dem Kern der Läuferscheibe in diesem vorgesehenen Schwalbenschwanz-Verzahnung muss unbeschichtet bleiben, da die Haftung von Schichtmaterial auf dem Kunststoff des Rähmchens schlecht ist und sich Beschichtungsreste in diesem Bereich während des Schleifens eines Werkstücks mittels PPG leicht lösen und zum Bruch des Werkstücks führen würden.
• 3 zeigt den Querschnitt der in 2 in Aufsicht dargestellten Läuferscheibe entlang Schnittlinie 7 (2).
• Für den Vergleich der Erfindung mit nicht erfindungsgemäßen Vergleichsbeispielen ist im Folgenden die Betrachtung eines Ausschnitts 12 (3) des Führungskäfigs ausreichend.
• 4 zeigt derartige Ausschnitte beschichteter Läuferscheiben, und zwar 4(A) von solchen mit beidseitiger, d.h. vorder- und rückseitiger Beschichtung; 4(B) von solchen mit nur einseitiger Beschichtung (Rückseite 28 unbeschichtet); 4(C) von solchen mit nicht zusammenhängend mehrfach teilflächiger Beschichtung, charakterisiert durch Gräben 13, die einzelne Beschichtungsbereiche 11 trennen und die bis auf das Kernmaterial 1 der Läuferscheibe reichen; und schließlich 4(D) von solchen mit zusammenhängend teilflächiger Beschichtung, charakterisiert durch dünnere Stellen 14 der Beschichtung 11, in denen die Beschichtung 11 nicht in Kontakt mit dem Schleiftuch gelangt, die jedoch nicht bis auf das Kernmaterial 1 durchreichen, so dass die Beschichtung 11 zusammenhängend verbleibt.
• Läuferscheiben mit Beschichtungen nach 4(a) und (d) sind für die Verwendung zum Schleifen von Halbleiterscheiben mittels PPG nicht geeignet, sofern sie nicht erfindungsgemäß hergestellt werden. Wenn sie nicht erfindungsgemäß hergestellt werden, erzeugen sie nämlich übermäßige Reibung, rufen vorzeitiges Ablösen der Beschichtung mit Bruch der Halbleiterscheibe hervor und weisen eine ungenügende Lebensdauer auf, oder sie können nur unwirtschaftlich und mit unzureichend reproduzierbaren Eigenschaften hergestellt werden. Läuferscheiben nach 4(b) und (c) sind aus den gleichen Gründen, jedoch unabhängig vom Herstellungsverfahren für die genannte Verwendung ungeeignet.
• Schon geringste Ablösungen von Beschichtungsmaterial (Rückstände) führen zu einer erhöhten Bruchrate von Halbleiterscheiben während der Bearbeitung mittels PPG. Offensichtlich gelangen losgelöste Beschichtungsteile in den Spalt zwischen Halbleiterscheibe und Schleiftuch. Das PPG-Schleiftuch übt dann aufgrund des auf dem Arbeitsspalt lastenden Aufdrucks der oberen Arbeitsscheibe eine Biegebelastung auf die Halbleiterscheibe um den Auflagepunkt auf dem losgelösten Beschichtungsteil herum aus, die zu deren Bruch führt.
• 5 zeigt Ausschnitte einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Läuferscheibe, bei der die Beschichtung mittels eines Sprühverfahrens durchgeführt wurde, wie es beispielsweise in der WO 2008/064158 A2 offenbart ist.
• Um in einem Verfahren zur Schichtaufbringung mittels Aufsprühen oder Aufstreichen (Pinsel, Rakel) Bereiche des Läuferscheibenkerns 1 von Beschichtungsmaterial 11 freizuhalten, können beispielsweise, wie in 5(A) gezeigt, die freizubleibenden Bereiche durch eine vor dem Aufbringen der Beschichtung auf dem Läuferscheibenkern 1 angebrachten Maskierung 15, beispielsweise in Form eines Abklebens mit einem wiederentfernbaren Klebestreifen, durch temporäres Auflegen einer (wiederverwendbaren) Maske oder ähnliche Maskierungs-, Abschirm- oder Abdeckungsmaßnahmen, abgedeckt werden. Es bilden sich charakteristische Randwülste 16 in dem Bereich, an dem die aufgetragene Beschichtung 11 die Maskierung teilweise überdeckt. Nach anschließendem Aushärten der aufgetragenen Beschichtung und Entfernen der Maskierung verbleibt dort überhängendes, überstehendes Beschichtungsmaterial 17, das zudem durch Rissbildung 17 beim Entfernen der Maskierung nur sehr lose an der restlichen Beschichtung 11 anhaftet (5(B)). Bei Verwendung einer derartig mittels Maskierung beschichteten Läuferscheibe beim Schleifen von Halbleiterscheiben mittels PPG kommt es aufgrund der Reibung zwischen Beschichtung und Schleiftuch besonders leicht zu einer Ablösung überstehenden Materials 18, das dann als lose Beschichtungsreste 19 zum Bruch von Halbleiterscheiben führt (5(C)).
• Da die Gesamtdicke der Läuferscheibe höchstens so groß sein darf wie die Zieldicke der Halbleiterscheibe nach Bearbeitung, geht eine nach Beschichtung verbleibende dickere Randwulst 16 auf Kosten einer gleichmäßigen Befüllung des für die Beschichtung zur Verfügung stehenden Raums. So beträgt beispielsweise für die PPG-Bearbeitung einer 300 mm-Halbleiterscheibe die Zieldicke 820 µm. Die maximale Gesamtdicke der Läuferscheibe liegt also bei etwa 800 µm. Dadurch ist gewährleistet, dass auch bei Bearbeitungsende, wenn die Halbleiterscheibe ihre Zieldicke erreicht hat, noch genügend Spiel bleibt, dass sich die Läuferscheibe frei im Arbeitsspalt bewegen kann. Wenn die Läuferscheibe gar eingeklemmt würde, würde die ohnehin hohe Reibung der Beschichtung auf dem Diamant-enthaltenden Schleiftuch sofort extrem hohe Werte erreichen, bei denen die Läuferscheibe sofort zerbricht.
• Ein Läuferscheibenkern aus gehärtetem, vorzugsweise korrosionsgeschütztem Stahl und mit Abmessungen zur Aufnahme dreier Halbleiterscheiben mit 300 mm Durchmesser, wie in 2 gezeigt, sollte eine Dicke von nicht weniger als 600 µm aufweisen, um ausreichend steif zu sein, um den Kräften dauerhaft standzuhalten, die während des Schleifens von Halbleiterscheiben mittels PPG einwirken. Das Elastizitäts-Modul (E-Modul, Young’s modulus) sollte nicht weniger als 100 GPa betragen.
• Bevorzugtes Material für den Kern des Führungskäfigs sind Stahl (E-Modul ~ 210 GPa), Titan (E-Modul ~ 105 GPa) und faserverstärkte Hochleistungskunststoffe wie beispielsweise UHM-(ultrahigh modulus)-Kohlefaser-verstärktes Epoxidharz mit mindestens biaxialer, bevorzugt jedoch tri- oder multiaxialer Gewebeausrichtung, die in Faserrichtung ein E-Modul von mehr als 300 GPa erreichen.
• Das Material des Kerns des Führungskäfigs hat, insbesondere im Fall von Stahl, eine Härte von nicht weniger als 40 HRC. Besonders entlang der Zahnprofile, die beim Abwälzen der Antriebskränze hohen Druckwechseln unterliegen, kommt es sonst zu einem Aufwurf oder einer Gratbildung durch lokale plastische Verformung.
• Im Fall von faserverstärkten Kunststoffen ist eine Härte nachrangig, da aufgrund der Nachgiebigkeit des Kunststoffes insbesondere im wechselbelasteten Bereich der Zahnprofile der Außenverzahnung kein Punkt-, sondern ein Flächenkontakt vorliegt, bei dem sich der Druck gleichmäßiger verteilt und durch die Verstärkungsfasern abgeleitet wird.
• Bei einer beidseitigen Beschichtung verbleiben bei 800 µm Gesamt- und 600 µm Kerndicke der Läuferscheibe auf jeder Seite etwa 100 µm für die Beschichtung. Typische Randwülste einer im Sprühverfahren beschichteten Läuferscheibe weisen eine Dicke von einigen zehn Mikrometern, typischerweise bis zu 50 µm, auf. Damit verblieben für eine Beschichtung in vollflächiger Dicke nur noch 50 µm. Meist muss zwischen Läuferscheibenkern und Beschichtung noch eine Grundierung mit einem Haftvermittler vorgesehen werden, der in der Praxis bis zu etwa 25 µm beiträgt. Eine Läuferscheibe ohne Randwulst hätte somit 75 µm Nutzdicke der Verschleißschutzbeschichtung, eine Läuferscheibe aus einem Sprühverfahren mit 50 µm Randwulst nur noch 25 µm Nutzdicke der Verschleißschutzbeschichtung. Die Lebensdauer einer Läuferscheibe mit Randwulst beträgt bei gleicher Verschleißrate somit nur etwa ein Drittel derjenigen einer Läuferscheibe ohne Randwulst.
• 6 zeigt Ausschnitte einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsformen einer Läuferscheibe, bei denen Teilbereiche der Beschichtung der beschichteten Läuferscheibe (6(A) entfernt wurden (6(B)), beispielsweise durch Abschneiden oder Abschaben mit einem Messer, wie es in der WO 2008/064158 A2 beschrieben ist. Zum Einen ist dieses manuelle Freistellen durch Abschaben extrem arbeitsaufwändig, daher unwirtschaftlich und liefert unreproduzierbare Ergebnisse. Zum Anderen verbleiben dabei stets Reste 21 (6(B)), die sich wegen des fehlenden Zusammenhalts mit der restlichen Beschichtung 11 sehr leicht lösen (6(C)) und so über lose Bruchstücke 19 wieder zu einer unerwünscht hohen Bruchrate der Halbleiterscheiben führen. 7 zeigt Ausschnitte einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Läuferscheibe, die auf eine Weise mit einer Folie beschichtet wurde, wie es in der WO 2008/064158 A2 beschrieben ist. Der Kern der Läuferscheibe wurde mit einer vorgefertigten Folie aus Beschichtungsmaterial 11 vollständig und in die Öffnungen 3 bedeckender Weise beschichtet. Die Beschichtung 11 trägt dazu rückseitig eine weitere Schicht 22, mit der eine Haftung der Beschichtung 11 am Kern 1 der Läuferscheibe bewirkt wird, beispielsweise durch Klebung. Nach Wegschneiden überstehenden Schichtmaterials 20 (7(B)) und ggf. einem Freistellen von Bereichen durch weiteres Abschaben von Beschichtungsmaterial 11 verbleiben unvermeidlich Reste 23 der Haftschicht 22 oder meist sogar Reste aus Haftschicht 22 und Beschichtungsmaterial 11. Diese lösen sich wegen des schlechten Schichtzusammenhalts sehr leicht und führen über die freiwerdenden Schichtbruchstücke 19 wieder zu einer erhöhten Bruchrate der Halbleiterscheiben (7(C)) während des Schleifens.
• 8 zeigt als Teil einer erfindungsgemäßen Läuferscheibe eine Folie oder ein Blatt 24 aus einem zähelastischen Material 11, das sich zur Beschichtung einer Läuferscheibe für den Einsatz zum Schleifen von Halbleiterscheiben mittels PPG eignet.
• Die spezielle Materialwahl für die Beschichtung ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung; für die Beschichtung geeignete Materialien sind beispielsweise in DE 10 2007 049 811 A1 beschrieben.
• Bevorzugt werden aus selbstverständlichen Gründen natürlich Materialien gewählt, die eine gute Kombination aus hoher Abriebfestigkeit (lange Standzeit), günstiger Beschaffung (Menge, Kosten) und niedriger Gleitreibung (stabiler Prozess, begünstigt geringen Abrieb) aufweisen. Bevorzugte Beispiele sind PVC, PET, PE, PU, PA und PP. Eine besonders hohe Abriebfestigkeit weisen Folien aus Polyurethan (PU) auf; jedoch sind diese Folien vergleichsweise teuer. PU liegt leicht verfügbar als thermoplastische Folie vor (TPE-U, thermoplastisches Elastomer auf Polyurethan-Basis). TPE-U weist einen Härtebereich von typischerweise 60° nach Shore A bis 75° nach Shore D auf (BASF Elastogran(R), Bayer Desmopan(R) usw.). Es ist auch verfügbar als vorgeformte (gegossene, gewalzte) Platten, Folien oder Blätter aus duroplastischem Polyurethan-Elastomer.
• Die genannten thermoplastischen Materialien weisen alle eine geringe Gleitreibung auf. Duroplastisches PU weist die beste Standfestigkeit auf, ist jedoch besonders teuer und besitzt eine deutlich höhere Nass-Gleitreibung auf dem Diamant-Schleiftuch.
• Erfindungsgemäß wird die Folie in 8 zunächst entlang der gewünschten Kontur (Umrandung) 25 in die vorgesehene Form zugeschnitten, in der sie den Kern der Läuferscheibe bedecken soll, d.h. die Kontur der Folie gleicht im Wesentlichen der des Läuferscheibenkerns, ist jedoch um zusätzliche Bereiche 8, 9 und 10, die auf der Läuferscheibe entlang der Außenverzahnung (8), entlang des Schwalbenschwanzes (9) und entlang der übrigen Kühlschmiermittel-Durchtrittsöffnungen (10) unbeschichtet bleiben sollen, gegenüber der des Läuferscheibenkerns zurückversetzt.
• Erfindungsgemäß trägt die Folie 11 bereits auf der Seite, mit der sie auf dem Läuferscheibenkern befestigt wird, eine Haftschicht 22 (9) oder die Haftschicht wird vor oder nach dem Zuschnitt der Folie 11 aufgetragen. Bei einer mit einer Haftschicht vorbeschichteten Folie besteht die Haftschicht bevorzugt aus einer dauerklebrigen Beschichtung (PSA-Schicht, pressure-sensitive adhesive), wie sie von Klebefilmen her bekannt ist oder einem aktivierbaren Kleber, beispielsweise einem Schmelzkleber (hot melt, warm melt).
• Es können auch zweitkomponentige Kleber verwendet werden, bei denen beispielsweise das Klebstoffpolymer auf die Folie und der Aktivator auf den Läuferscheibenkern aufgebracht wird. Beim Zusammenfügen von Folie und Kern wird der Kleber aktiviert und härtet aus. Aktivatorresten auf den überstehenden Bereichen des Läuferscheibenkerns steht kein Kleber auf der Folie gegenüber. Sie bleiben daher unvernetzt und können nach Zusammenfügen und Aushärten der Haftschicht daher leicht abgewaschen werden. Weiter können anaerob vernetzende Kleber (Fugenkleber, deren Vernetzung durch Luftabschluss und Vorhandensein von Metallionen ausgelöst wird) oder strahlungshärtende Kleber verwendet werden (Vernetzungseinleitung durch Licht, insbesondere UV-Licht, mit dem die Klebeschicht durch die meist transparente Beschichtungsfolie hindurch belichtet wird).
• Wenn die Haftschicht erst unmittelbar vor dem Verbinden der Folie mit dem Läuferscheibenkern aufgebracht wird, können auch chemisch härtende Klebstoffe verwendet werden, die typischerweise eine zeitlich begrenzte Verarbeitungszeit – die so genannte Topfzeit – aufweisen, innerhalb derer die beiden Verbundpartner zusammengefügt werden müssen. Dies können beispielsweise zweikomponentige Methylmethacrylat- oder Polyurethanklebstoffe sein, die eine gute Haftung zu Kunststoffen, auch allgemein schwerer zu aktivierenden thermoplastischen, und Metallen besitzen.
• 9 zeigt als Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Läuferscheibe eine Folie 11, die bereits rückseitig mit einem druck-(PSA-), thermisch (Schmelzkleber) oder anderweitig aktivierbaren Kleber versehen ist und sich auf einem Träger 26 befindet, von dem sie leicht im Verbund aus Folie 11 und Haftschicht 22 entfernt werden kann. Die Kontur 25 kann beispielsweise besonders leicht, formtreu und reproduzierbar mit einem Schneidplotter geschnitten werden und zwar bevorzugt so, dass nur Folie 11 und Haftschicht 22 durchtrennt werden, die Trägerfolie 26 jedoch unbeschnitten bleibt. 9 zeigt den zugeschnittenen Verbund aus Folie 11 und Haftschicht 22 herausgehoben (abgezogen) vom Träger 26, wobei der abgetrennte Folienrest 24, also das Negativ der herausgeschnittenen Folienform, auf dem Träger verbleibt. Der zugeschnittene Materialverbund aus Folie 11 und Haftschicht 22 wurde also wie ein „Abziehbild“ aus der Trägerfolie herausgelöst.
• Weiter ist es beispielsweise auch möglich, dass der Materialverbund aus Beschichtungsfolie 11 und Haftschicht 22 auf der Seite der Beschichtungsfolie 11 von einer Trägerschicht 26 gehalten wird. 10 zeigt dies nach Zuschneiden des Materialverbunds aus Beschichtungsfolie 11 und Haftschicht 22 (ohne Durchtrennen der Trägerschicht 26) und nach Entfernen des abgetrennten Bereichs (Negativ der zugeschnittenen Folie 11 + Haftschicht 22). Dies hat den Vorteil, dass der Verbund aus Beschichtungsfolie 11 und Haftschicht 22, der auf dem Läuferscheibenkern plaziert und mit diesem verbunden werden soll noch von einem Träger gehalten wird und somit leichter und ohne Verformung des herausgeschnittenen Bereichs, der grazile Formen enthalten kann, gehalten werden kann. Die erleichtert das Drapieren des Verbunds aus Beschichtungsfolie 11 und Haftschicht 22 auf dem Läuferscheibenkern 1. Die Auflage des Materialverbunds aus Haftschicht 22, Folie 11 und Trägerschicht 26 auf dem Läuferscheibenkern erfolgt, wie in 10 gezeigt, mit der Haftschicht dem Läuferscheibenkern zugewandt.
• 11 schließlich zeigt eine vollständig mit einem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtete Läuferscheibe, umfassend
• (a) einen Kern 1 aus einem eine ausreichende Steifigkeit verleihenden Material 1 mit vorgeformten Öffnungen 2 zur Aufnahme von Halbleiterscheiben und weiteren Öffnungen 3, ggf. freigestellten Bereichen 9 um ggf. mit dem Kern 1 verbundene Wandauskleidungen 4 (Inserts, Rähmchen) der Öffnungen 2 und Schwalbenschwanz-Verzahnungen 5 und im Bereich der Außenverzahnung 6 (8) und um die weiteren Öffnungen 3 herum (10);
• (b) eine vorderseitige Beschichtung des Kerns durch eine Beschichtungsfolie 11 mit einer Haftschicht 22 zwischen Kern 1 und Folie 11;
• (c) eine rückseitige Beschichtung 27 aus Beschichtungsfolie und Haftschicht,
nach Zusammenfügen und Fixieren aller Komponenten.
• Erfindungsgemäß wurde die Beschichtung 11 (und die Haftschicht 22) so ausgeschnitten, dass sie ohne Überstand über die Ränder des zugeschnittenen Kerns 1 der Läuferscheibe auf dem Kern 1 angeordnet werden kann. Weiter erfindungsgemäß wurde dann die ausgeschnittene Beschichtung 11 so auf dem zugeschnittenen Kern ohne Überstand angeordnet, dass die unbedeckt bleibenden Bereiche der Läuferscheibenkerns während des Einsatzes zum Schleifen von Halbleiterscheiben mittels PPG nicht in Berührung mit dem Schleiftuch der Bearbeitungsvorrichtung gelangen kann.
• Eine derartige Anordnung ist stets möglich, da die Beschichtung 11 eine endliche Dicke und der Läuferscheibenkern eine endliche Steifigkeit besitzen, die den während des Einsatzes auf die gesamte Läuferscheibe wirkenden Kräften entgegenwirkt, und zwar stets dann, wenn die zusätzlich freigestellten Bereiche 8, 9 und 10 hinreichend schmal gewählt werden. Die Folie 11 hält aufgrund ihrer Dicke also den Kern 1 auf Abstand zum Schleiftuch, selbst wenn der Kern aufgrund seiner endlichen Steifigkeit durch die beim Einsatz einwirkenden Kräfte elastisch verformt wird.
• Es ist besonders bevorzugt, bei der Herstellung von Läuferscheiben nach dem erfindungsgemäßen Verfahren darauf zu achten, dass der Kern mit den Rähmchen versehen wird, bevor die Beschichtung auf dem Kern fixiert wird. Bei einem Einbringen der Rähmchen nach dem Fixieren der Beschichtung kann es zu Überspritzungen einzelner Zähne der Schwalbenschwanz-Verzahnung kommen, weil das die Rähmchen herstellende Ausspritzwerkzeug mit der bereits aufgebrachten Beschichtung und deren Rückversatz einen undefinierten Hohlraum einschließt, der die Ausspritzzone nicht wohldefiniert abschließt. Diese Überspritzungen können sich dann während des Einsatzes der Läuferscheibe beim Schleifen eines Werkstücks mittels PPG lösen und das Werkstück zerstören.
• Da die Beschichtung 11 einem Verschleiß unterliegt und die Läuferscheibe aus wirtschaftlichen Gründen möglichst lange, d.h. bevorzugt bis zum vollständigen Abtrag der Beschichtung 11, benutzt werden soll, sollten die freigestellten Bereiche 8, 9 und 10 bevorzugt so schmal gewählt werden, dass der geringe Abstand, den die Haftschicht 22 zwischen Schleiftuch und Läuferscheibenkern 1 bewirkt, ausreicht, um noch sicherzustellen, dass der Läuferscheibenkern 1 das Schleiftuch nicht berührt. Erfindungsgemäß ist durch das beschriebene Verfahren zur Herstellung einer Läuferscheibe sichergestellt, dass keine Reste an Beschichtungsmaterial oder Haftschicht in nur losem Verbund mit dem Läuferscheibenkern oder unzusammenhängend mit der restlichen Beschichtung auf der fertigen Läuferscheibe verbleiben, die sich während des Schleifens von Halbleiterscheiben mittels PPG in unerwünschter Weise vorzeitig von der Läuferscheibe lösen könnten und so eine Schädigung von Halbleiterscheiben verursachen könnten.
• Auch eine derartige Anordnung ist aus denselben Gründen stets möglich, wenn die freigestellten Bereiche nur hinreichend klein gewählt werden. Ein Bereich entlang des Kopfkreises der Schwalbenschwanzverzahnung, in dem die Wandauskleidung der Aufnahmeöffnungen für die Halbleiterscheiben verankert ist, freigestellt sein, da die Haftung einer jeden Beschichtung auf der Ausspritzung schlecht ist und sich lösen und eine Schädigung von Halbleiterscheiben bewirken würde.
• Es ist vorteilhaft, einen Bereich entlang der zusätzlichen Öffnungen 3 für den Durchtritt des Kühlschmiermittels freizustellen, da eine bis an den Konturrand des Läuferscheibenkerns 1 geführte Beschichtung während des Schleifens von Halbleiterscheiben mittels PPG höheren Kräften unterliegt, die zu einem vorzeitigen Ablösen der Beschichtung im Randbereich führen könnten. Dies kann zusätzlich dadurch verstärkt werden, dass die Haftschicht einer bis an den Rand herangeführte Beschichtung dort in höherem Maße der Einwirkung des Kühlschmiermittels ausgesetzt ist, das sie auswaschen oder chemisch verändern kann und so den Materialzusammenhalt der Haftschicht schwächen kann.
• Schließlich muss ein Bereich um den Fußkreis der Außenverzahnung freigestellt werden, da Beschichtungsmaterial auf den Zahnflanken oder in der Nähe davon aufgrund der hohen Wechselbelastung während des Abwälzvorgangs sich sofort lösen würde und einen Bruch der Halbleiterscheibe verursachen würde. Außerdem führt eine Beschichtung, deren Außenrand, wie in 11 gezeigt, dem Fußkreis der Außenverzahnung des Läuferscheibenkerns und nicht der Kontur der einzelnen Zähne (mit einem bestimmten „Offset“) folgt, zu einem insgesamt kürzeren Umfang der Läuferscheibenbeschichtung. (Eine Kreislinie, wie in 11 gezeigt, stellt den kürzestmöglichen Umfang dar, der einen Bereich mit gegebenem Flächeninhalt begrenzt.) Die Wahrscheinlichkeit einer ungewollten Schichtablösung nimmt mit der Gesamtlänge des Umfangs der Beschichtung ab. Dies ist plausibel, da die Krafteinwirkung auf die Beschichtung und deren dem entgegenstehende Haftung auf dem Läuferscheibenkern entlang der Randkontur am größten ist und eine mögliche Schwächung der Haftschicht durch Auswaschen oder chemische Veränderung natürlich stets vom Rand der Beschichtung ausgeht.
• Im Folgenden werden Beispiele von erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Läuferscheibe beschrieben:
  Zunächst wurde ein Läuferscheibenkern aus kaltgewalztem, plangerichtetem martensitischen rostfreien Edelstahl (1.4057, X17CrNi16-2) mit einer Dicke von 600 µm (0,6 mm) und einer Härte von 40 HRC (Rockwell-Härte, Prüfkörper/-verfahren C) mittels Laserschnitt in eine Form mit Öffnungen nach Form und Anzahl, wie in 1 gezeigt, gebracht. Die Außenverzahnung besaß einen Teilkreisdurchmesser von 720 mm (Fußkreisdurchmesser 707,6 mm), und die Öffnungen zur Aufnahme der Halbleiterscheiben waren auf einem Teilkreis von 373 mm alle 120° angeordnet. Die Öffnungen waren mit einer Schwalbenschwanz-Verzahnung versehen (Kopfkreis-Durchmesser 306 mm, Fußkreis-Durchmesser 303 mm), in die mittels Hochdruck-Spritzguss eine Auskleidung aus thermoplastischem Kunststoff (PVDF, Polyvinylidenfluorid) form- und stoffschlüssig mit einem Innendurchmesser von 301 mm eingespritzt wurde, so dass die eingelegten 300 mm-Halbleiterscheiben 0,5 mm Radialspiel (1 mm Diametralspiel) aufwiesen für eine leichte Eigendrehung bei noch sicherer Führung ohne allzu viel Spiel. (Zu viel Spiel führt beim Abwälzen der Läuferscheibe zu allzu abrupten Lastwechseln auf die Halbleiterscheibe. Die Halbleiterscheibe „klappert“ in einer zu weiten Aufnahmeöffnung. Dadurch steigt die Bruchgefahr. Es gibt also ein optimales Spiel zwischen begünstigter Eigendrehung und sicherer Bearbeitung der Halbleiterscheibe. Dies liegt im Bereich von etwa 1 mm.)
• Der Läuferscheibenkern wurde dann mit feinem SiC-Schleifpapier mit einem Rotationsschwingschleifer gleichmäßig beidseitig angeraut und unmittelbar vor Aufbringung der Beschichtung sorgfältig mit organischen Lösungsmitteln entfettet.
• Anschließend wurde eine mit selbstklebender Rückseite (PSA, pressure-sensitive adhesive) ausgestattete PVC-Folie auf einem Trennpapierträger (silikonisiertes Papier) mittels eines Schneidplotters so zugeschnitten, dass die Außenkontur des Zuschnitts einen Durchmesser von 705 mm besaß, und alle übrigen Ausschnitte um 1 mm gegenüber den entsprechenden Konturen des Läuferscheibenkerns zurückversetzt waren (also um 1 mm in alle Richtungen größer). Die zu den Aufnahme-Öffnungen für die Halbleiterscheiben im Läuferscheibenkern korrespondierenden Öffnungen besaßen einen Innendurchmesser von 308 mm. Die Folie besaß eine Dicke des PVC-Materials von etwa 75 µm; die Dicke der rückseitigen Selbstklebeschicht betrug etwa 25 µm.
• Dann wurde die zugeschnittene Folie von dem Trägerpapier abgelöst und zentrisch und symmetrisch mittels einer den Konturen des Läuferscheibenkerns entsprechenden Zentrierhilfe auf den Läuferscheibenkern aufgelegt und mit dieser verpresst. Die Außenlinie der Folie war somit 1,3 mm radial vom Fußkreis der Außenverzahnung des Läuferscheibenkerns zurückversetzt und die Innenlinie der Aufnahmeöffnungen für die Halbleiterscheiben radial um 1 mm größer als der Kopfkreis der Schwalbenschwanz-Verzahnung. Mit Hilfe der Zentriervorrichtung und unter Berücksichtigung der Elastizität der recht dünnen und flexiblen PVC-Folie insbesondere im zugeschnittenen, von dem Trägerpapier gelösten Zustand gelang die Positionierung mit einer Genauigkeit von ±0,5 mm. Es war also sichergestellt, dass auch bei einer unvermeidlichen Ungenauigkeit der Positionierung bei einer derartigen die Folie nirgends über die Randlinie des Läuferscheibenkerns hinausragte.
• Es wurde in der beschriebenen Weise jeweils eine zugeschnittene Folie auf beide Seiten der Läuferscheibe geklebt.
• Durch zusätzliches Anrollen der Folie mit einer Handwalze, wobei der Läuferscheibenkern bevorzugt zusätzlich noch auf eine beheizte Wärmeplatte aufgelegt war, so dass die Selbstklebeschicht der Folie besonders klebrig wurde, konnte die Haftfestigkeit der Folie auf dem Läuferscheibenkern erheblich verbessert werden. Anrollen und Heizen erleichterten es auch, ggf. zwischen Folie und Kern verbliebene Lufteinschlüsse im dann sehr klebweichen Zustand der PSA-Haftschicht besonders leicht über die Konturränder der Folie herauszuquetschen, so dass eine sehr gleichmäßige Beschichtung ohne Lufteinschlüsse und von sehr hoher Dickenkonstanz erzielt wurde.
• Die Gesamtdicke der Läuferscheibe betrug somit 800 µm (75 µm PVC + 25 µm Klebeschicht + 600 µm Stahl + 25 µm Klebeschicht + 75 µm PVC). Die Zieldicke der 300 mm-Halbleiterscheiben nach dem Schleifen mittels PPG beträgt im Beispiel 820 µm. Das minimale Vertikalspiel, mit dem sich die Läuferscheibe im Arbeitsspalt bewegt, beträgt also mindestens 20 µm („Überstand“), für den größten Zeitanteil der Bearbeitung, wenn die Dicke der Halbleiterscheibe noch deutlich über deren Zieldicke liegt, jedoch entsprechend mehr.
• In einem zweiten Beispiel wurde eine Folie aus thermoplastischem Polyurethan TPE-U (Bayer Desmopan(R)), die rückseitig mit Schmelzklebstoff (Bayer Desmomelt(R)) versehen war und beidseitig anhaftende Trägerfolien besaß, wie oben beschrieben zugeschnitten und die weggeschnittenen Folienbereiche sowie die klebeschichtseitige Trägerfolie entfernt. Ein lasergeschnittener Läuferscheibenkern aus rostfreiem Stahl 1.4057 mit in die Halbleiter-Aufnahmeöffnungen eingespritzten PVDF-Rähmchen wurde zwischen zwei derart vorbereitete Trägerfolien mit jeweils freigestelltem Beschichtungsverbund aus TPU-E und Schmelzklebeschicht so angeordnet, dass die Schmelzklebeseite jeweils dem Läuferscheibenkern zuwies und die freigestellten Beschichtungen jeweils zentriert und symmetrisch ohne Überstand über die Konturen des Läuferscheibenkerns auf dem Läuferscheibenkern lagen.
• Form, Dicke und Abmessungen von Folie und Kern entsprachen dabei denen im ersten Beispiel. Da der freigestellte Beschichtungsverbund aus TPE-U und Schmelzkleber noch von einer Trägerfolie gestützt wurde, konnte dieser Stapel aus zwei Folien und dazwischen liegendem Stahlkern sehr genau und verzugfrei ausgerichtet werden.
• Der so vorbereitete Stapel wurde einem Heißlaminierautomaten zugeführt, der mittels zweier beheizter Walzen und unter Druck den Schmelzkleber aktivierte und so einen hochfesten stoffschlüssigen Verbund aller Materialien erzeugte. Die Durchlaufgeschwindigkeit im Laminator muss dabei so langsam erfolgen, dass der 600 µm dicke Läuferscheibenkern zwischen den Heißwalzen etwa die gleiche Temperatur erreicht wie die, bei der der Schmelzkleber aktiviert wird (etwa 60°C bis 80°C), da nur so nach Wiedererstarren ein fester Verbund mit hoher Haftfestigkeit entsteht.
• Die Öffnungen im Läuferscheibenkern zur Aufnahme der Halbleiterscheiben waren mit einem Spritzgussrähmchen aus PVDF ausgekleidet. Der Spritzguss erfolgte nach dem Laserzuschnitt und vor der Oberflächenvorbereitung (Anschleifen, Entfetten) des Läuferscheibenkerns vor Aufbringen der Beschichtung. PVDF weist eine Warmformbeständigkeit von etwa 150°C auf (kurzzeitig sogar noch höher), so dass die Rähmchen durch den Laminiervorgang nicht beschädigt wurden. Anschließend wurden die Trägerfolien entfernt, und die Läuferscheibe lag nun gebrauchsfertig beidseitig beschichtet vor.
• Fünf, wie im ersten und zweiten Beispiel beschrieben, derartig beschichtete Läuferscheiben wurden in eine Doppelseitenbearbeitungsvorrichtung, wie beispielsweise in DE 19937784 A1 beschrieben, eingelegt, mit fünfzehn Halbleiterscheiben je Fahrt beladen und mehrere PPG-Bearbeitungsfahrten durchgeführt. Die Bearbeitungsvorrichtung wies genutete Stiftkranzhülsen auf, wie beispielsweise in DE 10 2009 038 942 A1 beschrieben, mit denen die Läuferscheiben auch unter den starken Prozesskräften bei der PPG-Bearbeitung weitgehend verwindungsfrei gehalten werden können. Dies wirkte sich zum Einen besonders vorteilhaft auf die Lebensdauer der Beschichtung aus, da die Läuferscheibe durch die exakte Führung und Verwindungsarmut nur in reduzierten Kontakt mit den Schleiftüchern geriet. Zum Anderen stellte die exakt koplanare Führung der Läuferscheibe in der Abwälzebene durch die Nuthülsen sicher, dass insbesondere der freigestellte Bereich der Außenverzahnung des Läuferscheibenkerns, der besonders weit über die Beschichtung „überhängt“ und daher besonders gefährdet ist, bei elastischer Verformung der Läuferscheibe in Kontakt mit dem Schleiftuch zu gelangen, besonders sicher geführt und gestützt wird.
• Es wurden mit den so präparierten Läuferscheiben viele Bearbeitungsfahrten nach dem PPG-Verfahren an einer Vielzahl von 300 mm-Halbleiterscheiben durchgeführt. Die Batchgröße (Beladungszahl) betrug 15 Halbleiterscheiben (5 Läuferscheiben mit je 3 Halbleiterscheiben). Bei jeder PPG-Fahrt wurden etwa 75 µm Material von jeder Halbleiterscheibe im Batch abgetragen.
• Die beschriebene Bemaßung und Anordnung der Beschichtung auf dem Läuferscheibenkern stellte sicher, dass auch bis zur praktisch vollständigen Abnutzung der Beschichtung bis auf die Klebstoffschicht (PSA-Kleber oder Heißkleber) das Kernmaterial nicht in Berührung mit dem Schleiftuch gelangte. Dies wurde durch wiederholte Inspektion der Läuferscheiben überprüft, bei der sich kein Anschliff freigestellter Bereiche zeigte und sich auch die Abtragsrate der PPG-Bearbeitung nicht durch etwaige abstumpfende Wechselwirkung von Stahl und Diamant verringerte.
• Trotz der geringen Reibung vieler, insbesondere thermoplastischer Kunststoffe, die die größte Stoffgruppe von als Folien verfügbaren Materialien stellen und mit denen Beschichtungsversuche durchgeführt wurden, hielten auch die verschleißfestesten Materialien, bspw. thermoplastisches Polyurethan-Elastomer (TPE-U) nur einige 10 Fahrten à 75 µm Abtrag von den Halbleiterscheiben. (Zur Haltbarkeit verschiedener thermoplastischer Folienbeschichtungen in der PPG-Anwendung siehe beispielsweise DE 10 2007 049 811 A1 .).
• Duroplastisches Polyurethan mit einer Härte von 85° nach Shore A wies von allen getesteten Beschichtungsmaterialien den mit Abstand geringsten Verschleiß auf; jedoch sind vorgefertigte Folien von guter Dickenhomogenität aus diesem Material nur schwer herstellbar und entsprechend schwer erhältlich. Das Präpolymer muss dazu auf einer mit selbsttrennendem Material, beispielsweise PTFE oder Silikon, beschichteten ebenen Fläche ausgegossen und mit einer Gegenfläche durch Ausquetschen überschüssigen Materials auf Zieldicke gepresst werden. Die Flächen werden dabei durch regelmäßig angeordnete Erhebungen auf Zielabstand gehalten. Die Aushärtung (Vernetzung) des Präpolymers zu Polyurethan erfolgt in der Form unter Wärmeeinwirkung. Nach Aushärtung werden die Formhälten entfernt und ein freier Film aus duroplastischem Polyurethan liegt vor. Da das Polyurethan sehr zäh ist und einen sehr hohen Weiterreiß-Widerstand aufweist, ist auch ein Zuschneiden dieses Materials selbst mit sehr scharfen Schneid- oder Stanzwerkzeugen schwierig.
• Mit derart vorgefertigten Folien aus duroplastischem Polyurethan mit einer Härte von 85° nach Shore A, die zugeschnitten, mit einem zweikomponentigen Polyurethanklebstoff beschichtet und als Beschichtung auf den Läuferscheibenkern geklebt worden waren, ließen sich zwar weit über 100 Fahrten à 75 µm Abtrag von den Halbleiterscheiben erzielen; jedoch wies diese Beschichtung eine unerwünscht hohe Nass-Gleitreibung auf dem Diamant enthaltenden Schleiftuch auf. Die Reibung ließ zwar einen kontinuierlichen PPG-Einsatz ohne Überlastung der Läuferscheibe und Schädigung von Halbleiterscheiben gerade noch zu; jedoch war die Reibung bereits so hoch, dass die von oberem und unterem Schleiftuch auf die Läuferscheibe aufgebrachten Kräfte sich nicht kompensierten.
• Es resultierte ein ungleichmäßiger PPG-Prozess mit Kraftschwankungen, der zu unerwünscht schwankenden Ergebnissen in Bezug auf Erreichen der Zieldicke, Planparallelität der bearbeiteten Halbleiterscheiben und Formstabilität und Schnittverhalten des Schleiftuchs über mehrere Fahrten führte. Durch Erhöhen der Harte der duroplastischen PU-Beschichtung auf 90° nach Shore A konnte die Reibung zwar reduziert werden, allerdings reduzierte sich auch die Verschleißfestigkeit. Umgekehrt erhöhte eine Reduktion der Shore-Härte die Verschleißfestigkeit der PU-Schicht noch einmal; jedoch war dann die Reibung der Läuferscheiben so hoch, dass ein dauerhaft sicherer PPG-Prozess über mehrere Fahrten nicht mehr durchgeführt werden konnte.
• Schließlich führte die hohe Reibung von Beschichtungen aus duroplastischem Polyurethan häufig dazu, dass die Beschichtungen nicht ausreichend sicher und haftfest mit dem Material des Läuferscheibenkerns verbunden werden konnten. Es kam zu gelegentlichen Schichtablösungen, die wiederum Bruch von Halbleiterscheiben während der PPG-Bearbeitung verursachten.
• In weiteren Versuchen mit unterschiedlich beschichteten Stahlkernen zeigte sich, dass die Lebensdauer des Stahlkerns und auch die der Kunststoffausspritzungen der Aufnahmeöffnungen für die Halbleiterscheiben wesentlich länger ist als die auch der abriebfestesten Beschichtungen. Es ist daher bevorzugt, die Läuferscheiben nach Abnutzung der Beschichtung wiederzubeschichten, um so die gering verschleißenden Teile der Läuferscheibe mehrfach verwenden zu können. Bereits die Herstellung des Stahlkerns ist nämlich aufwändig und teuer (spezielle Legierung, spezielles spannungsfreies Kaltwalzen, Planrichten, Laserschneiden, Entgraten, Oberflächen Anrauen, Einspritzen des Kunststoffrähmchens in die Aufnahmeöffnungen usw.). Eine Mehrfachverwendung versprach daher eine besonders wirtschaftliche Lösung.
• Zur Wiederbeschichtung müssen die nach Verschleiß verbliebenen Reste der Beschichtung zunächst entfernt werden. Dies gelingt jedoch nicht durch einfaches Abziehen mittels einer Schälbewegung, wie es bei einer unverschlissenen, vollständigen Folie mit rückseitig selbstklebender Beschichtung möglich ist, da die Folie nach Verschleiß nur noch in Form ggf. unzusammenhängender Bruchstücke vorliegt. Insbesondere thermoplastische Kunststoffe weisen aufgrund ihrer Kristallinität in der Regel gute chemische Beständigkeit auf. Jedoch können mit an das jeweils verwendete Beschichtungsmaterial angepassten Lösungsmitteln, Säuren oder Laugen auch diese Beschichtungen gut entfernt werden und zwar meist so, dass das unterliegende Metall des Läuferscheibenkerns und die (aus einem anderen Kunststoff bestehende) Auskleidung der Aufnahmeöffnungen für die Halbleiterscheiben nicht beschädigt werden.
• Insbesondere zum Entfernen des wegen seiner hohen Abriebbeständigkeit gut als Beschichtungsmaterial geeigneten Polyurethans bewährte sich ein längeres Einwirken von Lauge bei erhöhter Temperatur, insbesondere bei Polyester-basierten Polyurethanen, die eine geringere chemische Beständigkeit aufweisen als Polyether-basierte Polyurethane und zudem noch abriebfester sind. Auch durch Einwirken von Wasserdampf oder Lagerung in heißem Wasser kann über Hydrolyse die PU-Beschichtung zunächst stark angequollen und dann leicht durch mechanische Einwirkung (Schaben, Bürsten) entfernt werden.
• Auch eine Kombination von zunächst einem Einwirken von Lauge bei erhöhter Temperatur mit einer nachfolgenden Einwirkung eines Lösungsmittels erwies sich als vorteilhaft, insbesondere zum Entfernen selbstklebe-beschichteter Folien, da dort nach Quellen und Lösen der PU-Schicht im Laugebad oder mittels Hydrolyse häufig noch Klebeschichtreste auf dem Läuferscheibenkern verblieben, die durch Lösungsmittel besonders gut entfernt werden können.
• Das entschichtete Kernmaterial wird dann erneut sorgfältig entfettet und kann dann wie beschrieben neu mit einer Folie beschichtet werden. Bei geschickter Wahl von Lösungsmittel (Lauge), Temperatur und Einwirkdauer bleibt das aus dem beständigeren PVDF bestehende Rähmchen weitgehend unbeschädigt und überlebt einige Wiederbeschichtungszyklen.
• Bei Beschichtungen, die über eine thermisch aktivierte Haftschicht mit dem Läuferscheibenkern verbunden sind (Schmelzkleber), lassen sich die Reste einer verbrauchten Beschichtung auch durch Erwärmen der Läuferscheibe über den Erweichungspunkt des Schmelzklebers und mechanische Einwirkung (Bürsten, Schaben) gut entfernen. Verbliebene Schmelzkleberreste lassen sich durch Lösemittel gut entfernen, ohne dass das Kunststoffmaterial der Rähmchen angegriffen wird.
• Durch diese Vorgehensweise lässt sich eine insgesamt wirtschaftliche Gesamtverwendungsdauer der Läuferscheibe über mehrere Wiederbeschichtungszyklen realisieren.
• Besonders vorteilhaft ist die Verwendung folienbeschichteter Läuferscheiben mit Entschichtung und Wiederbeschichtung für besonders große Halbleiterscheiben. Für das Schleifen von Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von 450 mm mittels PPG werden mangels Verfügbarkeit von für gleiche Batchgrößen riesiger Bearbeitungsvorrichtungen dieselben Doppelbearbeitungsvorrichtungen verwendet wie für Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm; dann natürlich bei entsprechend geringerer Beladungsgröße. Die Läuferscheiben weisen daher dieselbe Größe und daher auch dieselbe Dicke ihres Stahlkerns für eine vergleichbare Steifigkeit bei minimal möglicher Dicke für maximale Beschichtungsdicke (etwa 600 µm Stahlkerndicke). In einer solche Läuferscheibe mit 720 mm Teilkreisdurchmesser ihrer Außenverzahnung lassen sich drei Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm oder nur genau eine Halbleiterscheibe mit einem Durchmesser von 450 mm anordnen.
• Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von 450 mm besitzen eine Enddicke nach Polieren und etwaiger Beschichtung von 925 µm, im Gegensatz zu Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm, deren Enddicke 775 µm beträgt. Dementsprechend ist die Zieldicke beim Schleifen solcher Halbleiterscheiben mittels PPG unterschiedlich. Sie liegt beispielsweise bei 820 µm für eine Halbleiterscheibe mit einem Durchmesser von 300 mm und bei 975 µm für eine Halbleiterscheibe mit einem Durchmesser von 450 mm. Die auf die Beschichtung der Läuferscheibe entfallende Dicke beträgt im Fall einer zum Schleifen von Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von 450 mm geeigneten Läuferscheibe etwa 180 µm je Beschichtung bei vergleichbarem verbleibendem Dickenspiel bei Erreichen der Enddicke der Halbleiterscheibe: 975 µm – 600 µm – 2 × 180 µm = 15 µm.
• Bei 25 µm Dicke für die Haftschicht verbleiben bei einer zum Schleifen von Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von 450 mm geeigneten Läuferscheibe 155 µm Dicke für die Nutzschicht. Dies ist etwa doppelt soviel, wie bei einer zum Schleifen von Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm geeigneten Läuferscheibe (75 µm Nutzschicht + 25 µm Haftschicht). Bei voller Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Beschichtungsdicke wird daher für eine zum Schleifen von Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von 450 mm geeigneten Läuferscheibe eine Haltbarkeit der Beschichtung erwartet, die etwa doppelt so lang ist wie die einer mit gleichem Material beschichteten Läuferscheibe, die zum Schleifen von Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm geeignet ist. Dem steht gegenüber, dass in eine Läuferscheibe mit 720 mm Teilkreisdurchmesser der Außenverzahnung nur eine einzige 450 mm-Halbleiterscheibe eingelegt werden kann, in einer gleich großen Läuferscheibe jedoch drei 300 mm-Halbleiterscheiben Platz finden. In Anzahlen bearbeiteter Halbleiterscheiben beträgt die Haltbarkeit einer so beschichteten Läuferscheibe für Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von 450 mm daher nur etwa zwei Drittel derjenigen für Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm; in Fläche bearbeiteten Halbleitermaterials jedoch mehr als 1 ½-mal so viel.
• 12 zeigt das Reibungsverhalten einer nach einem nicht erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Läuferscheibe. Die für 12 verwendete Läuferscheibe war mit einem wie beispielsweise in WO 2008/064158 A2 beschriebenen Verfahren beschichtet worden, wobei die Beschichtung aus duroplastischem Polyurethan-Elastomer mit einer Härte von 83° nach Shore mittels Auftrag des verdünnten Präpolymers durch ein Sprühverfahren und anschließendes Aushärten im Ofen hergestellt wurde. Der Kern der Läuferscheibe bestand aus rostfreiem Stahl mit einer Härte von 40 HRC.
• Dargestellt sind in 12 die Motorlasten M1 der oberen Arbeitsscheibe und M2 der unteren Arbeitsscheibe der Doppelseiten-Schleifvorrichtung in Prozent der maximalen Leistungsabgabe der Antriebe über die Zeit einer vollständigen Bearbeitungsfahrt (75 µm Materialabtrag im Batch). Die maximale Leistungsabgabe betrug für beide Antriebe jeweils 18 kW. Für die Lastkurve 21 der oberen Arbeitsscheibe (M1) beträgt die Motorlast im Mittel über die Bearbeitungsfahrt <M1> = 34,5 %, für die Lastkurve 30 der unteren (M2) Arbeitsscheibe <M2> = 62,4 %. Die Differenz beider Lasten, <M2> – <M2> = 27,9 %, ist eine obere Abschätzung der maximalen Reibung, mit der die Beschichtung der Läuferscheibe auf der unteren Arbeitsschicht (unteres Schleiftuch) reibt, mit der sie aufgrund ihres Eigengewichts überwiegend in Kontakt steht.
• Der von den Wechselrichtern der Antriebe für die obere und untere Arbeitsscheibe ermittelte Wert für die Getriebereibung (Reibungsverlust der Antriebe im Leerlauf) und für die Arbeit, die beide Arbeitsscheiben an den Halbleiterscheiben verrichten, um den gewünschten Materialabtrag zu bewirken, fällt durch die Differenzbildung heraus. Die die Reibung der Läuferscheibe verursachende Normalkraft, die auf die Läuferscheibe wirkt, kann durch die Normalkraft abgeschätzt werden, mit der die obere Arbeitsscheibe während der Bearbeitungsfahrt auf der unteren Arbeitsscheibe auflastet. Diese ist deutlich höher als die Gewichtskraft der Läuferscheiben, aufgrund derer diese in überwiegendem reibendem Kontakt mit der unteren Arbeitsscheibe stehen, und trägt der Tatsache Rechnung, dass die auf die Läuferscheibe aufgebrachten Kräfte zu einer elastischen Verformung (Torsion) der Läuferscheibe führen, so dass sich die Läuferscheibe im Arbeitsspalt „aufspreizt“, was zu einem weiteren Beitrag durch Reibung mit beiden Arbeitsschichten führt.
• 62,4 % von 18 kW sind 11,2 kW, 34,5 % von 18 kW sind 6,2 kW. Die obere Grenze für die Reibleistung P_R, die die Läuferscheiben verrichten, beträgt also im Mittel etwa <P_R> = 5 kW. Die Reibungskraft F_R der Läuferscheiben ergibt sich aus dem Verhältnis der Leistung (Leistung = Kraft mal Geschwindigkeit) zur mittleren Bahngeschwindigkeit <v>, also F_R = <P_R>/<v>. Die Drehzahlen im in 12 gezeigten Vergleichsbeispiel betrugen für die obere Arbeitsscheibe –32 Umdrehungen je Minute (RPM), für die untere Arbeitsscheibe +25 RPM, für den Innenstiftkranz +4 RPM und für den Außenstiftkranz –6 RPM. Zusammen mit den Abmessungen der Arbeitsscheiben der verwendeten Doppelseiten-Schleifvorrichtung ergibt sich eine mittlere Bahngeschwindigkeit von <v> = 1,57 m/s, also F_R = 3,2 kN (Kilo-Newton). Die Auflagekraft (Normalkraft) F_N der oberen auf die untere Arbeitsscheibe betrug 1,8 kN. Der Gleitreibungskoeffizient µ_R ist durch das Verhältnis von Reibungskraft F_R zur Normalkraft F_N bestimmt, also µ = F_R/F_N. Es ergibt sich eine obere Abschätzung für den Nassgleitreibungs-Koeffizienten der Läuferscheibenbeschichtung mit dem Diamant-beladenen Schleiftuch von µ = 1,78.
• Dieser Wert ist sehr hoch. Ein Reibungskoeffizient größer als 1 bedeutet, dass sich die Beschichtung der Läuferscheibe geradezu mit der Schleiftuch-Oberfläche „verkrallt“. Die extrem hohe Reibung wurde mit der hohen Porosität und nach Aushärtung verbleibenden Klebrigkeit der nach dem in WO 2008/064158 A2 offenbarten Sprühauftrag von PU-Präpolymer und anschließender Härtung erklärt. Die für den Sprühauftrag erforderliche starke Verdünnung des Präpolymers führt zu einer erheblichen Fehlvernetzung (unvollständige Vernetzung) und Porosität der so aufgetragenen Beschichtung, die eine so beschichtet Läuferscheibe daher auch ungeeignet zur Verwendung im PPG-Verfahren macht.
• Eine nasse Läuferscheibe, die nur mit ihrem Eigengewicht auf dem unteren Schleiftuch auflag, konnte auch im Handversuch in der Tat nur unter hoher Krafteinwirkung auf dem unteren Schleiftuch verschoben werden und „bockte“ eher auf (verwarf sich, sprang auf), als dass sie sich gleichmäßig parallel zur Tuchoberfläche verschieben ließ. Dies lies den abgeschätzten sehr hohen Wert für die tatsächliche Nass-Gleitreibung während des PPG-Einsatzes plausibel erscheinen. Der tatsächliche Nass-Gleitreibungskoeffizient während der Bewegung der Läuferscheibe im Arbeitsspalt kann aufgrund der Unzugänglichkeit der bewegten Läuferscheibe ja nicht durch direkte Messung ermittelt werden.
• Tatsächlich zeigte sich, dass die in 12 dargestellte Reibung (Drehmoment-Differenz der Arbeitsscheiben-Antriebe) die Obergrenze der Belastung, der die Läuferscheibe gerade noch standhalten kann, darstellt. Während der nächsten Bearbeitungsfahrt, während der die einwirkenden Kräfte noch einmal geringfügig höher waren, zerbrach die Läuferscheibe nämlich: Die im Eingriff mit dem äußeren Stiftkranz befindlichen Zähne der Läuferscheiben-Außenverzahnung knickten ab, obwohl eine Führungsvorrichtung mit genuteten Stiftkranzhülsen nach DE 10 2009 038 942 A1 verwendet wurde, die die Läuferscheibe im kritischen Bereich, in dem diese aus dem Arbeitsspalt heraustritt und in die Abwälzvorrichtung eingreift, besonders sicher führt.
• 13 zeigt das Reibungsverhalten einer Läuferscheibe, die erfindungsgemäß hergestellt wurde. Dargestellt sind wieder die Drehmomente M1 (Kurve 31) der oberen und M2 (Kurve 32) der unteren Arbeitsscheibe in Prozent der Antriebsnennleistung. Die Herstellung dieser Läuferscheibe umfasste folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge:
• (a) Bereitstellen einer Platte aus einem rostfreiem Edelstahl mit 600 µm Dicke und einer Härte von 40 HRC in der Form der Läuferscheibe mittel Laserschnitt;
• (d) Bereitstellen zweier Folien aus PVC (75 µm) mit rückseitiger Selbstklebebeschichtung (25 µm) auf einem Trägerpapier und Zuschnitt mittels Schneidplotter in eine Kontur, die der des Läuferscheibenkerns entspricht, wobei die Konturlinie jedoch 2 mm vom Fußkreis der Außenverzahnung, der Schwalbenschwanzverzahnung und allen übrigen Öffnungen gegenüber der des Läuferscheibenkerns zurückversetzt wurden, und Ablösen der so zugeschnittenen Beschichtungsform von der Trägerschicht;
• (f) Anordnen jeweils einer zugeschnittenen Beschichtungsform auf jeder Seite des Läuferscheibenkerns, mit der selbstklebenden Rückseite jeweils dem Läuferscheibenkern zuweisend, zentriert so, dass die rückversetzte Konturlinie der Beschichtung jeweils gleichmäßige Abstände (2 mm) zu der entsprechenden Konturlinie des Läuferscheibenkerns aufweist, und dauerhaftes Fixieren der Beschichtung auf dem Läuferscheibenkern durch Andrücken (Anwalzen) bei erhöhter Temperatur (etwa 60 °C).
• Die mittleren Drehmomente <M1> und <M2> betragen <M1> = 27,2 % und <M2> = 30,3 %, die mittlere Differenz beider also <M2> – <M1> = 3,1 % von 18 kW, also 0,558 kW. Die Drehzahlen der Antriebe und die Auflast der oberen Arbeitsscheibe waren identisch mit denen des vorgenannten Vergleichsbeispiels. Als Abschätzung für den Nassgleitreibungs-Koeffizienten µ_R ergibt sich mit den genannten Werten: µ_R = 0,1.
• Die Verwendung erfindungsgemäß hergestellter Läuferscheiben beim Schleifen von Halbleiterscheiben mittels PPG führten zu sehr gleichmäßigen Fahrten mit geringen Drehmomenten, gleichförmiger Bewegung der Läuferscheiben (kein Stick-and-Slip, keine Laufgeräusche) und von Fahrt zu Fahrt über viele Fahrten gleichbleibenden Ergebnissen der so bearbeiteten Halbleiterscheiben (tatsächliche Enddicke, erzielte Planparallelität). Die Temperatureinträge in den Arbeitsspalt während Schleifens, die zu einer Spaltverformung führen, die mittels berührungsloser Messsensoren ermittelt und mittels einer in der oberen Arbeitsscheibe eingebauten Formverstell-Vorrichtung fortwährend ausgeglichen wird, waren sehr gering und von Fahrt zu Fahrt gleichmäßig. Die Schleiftücher konnten über die gesamte Fahrt hinweg planparallel zueinander gehalten werden und unterlagen so einem gleichförmigen Verschleiß, so dass nur selten durch Abrichten die Schleiftuchform wiederhergestellt werden musste.
• Bei Versuchen mit verschiedenen Beschichtungsmaterialien hatte sich gezeigt, dass Beschichtungen, die einen Nass-Gleitreibungswiderstand µ_R ≤ 0,5 mit dem diamantbeladenen Schleiftuch aufweisen, zu besonders gleichförmigen Ergebnissen führen und insbesondere keine Neigung zur vorzeitiger Schichtablösung und Schädigung der Halbleiterscheiben aufweisen. Schichten mit höheren Reibwerten lieferten nachteilige Ergebnisse. Beschichtungsmaterialien mit einem Nass-Gleitreibungswiderstand µ_R ≤ 0,5 sind daher bevorzugt.
• Die wie im vorgenannten Beispiel beschrieben hergestellte Läuferscheibe löst die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe:
• – der Kern aus 600 µm gehärtetem Edelstahl ist ausreichend steif und hart, um den Prozesskräften standzuhalten;
• – der Abrieb des Beschichtungsmaterials macht das Schleiftuch nicht stumpf und ermöglicht eine kontinuierliche Bearbeitung mehrere Batches von Halbleiterscheiben ohne unerwünschte Prozessunterbrechungen bspw. zum Nachschärfen des Schleiftuchs;
• – die Beschichtung haftet ausreichend gut am Stahlkern, so dass keine Schichtablösungen auftreten und insbesondere kein Bruch der Halbleiterscheibe bspw. durch lose Schichtbruchstücke erzeugt wird;
• – die Beschichtung weist eine geringe Nassgleitreibung mit dem Diamant-beladenen Schleiftuch auf.
• Aufgrund der bekannt hohen Verschleißfestigkeit von Polyurethanen wird bevorzugt TPE-U als Beschichtungsmaterial eingesetzt. TPE-U weist deutlich höhere Standzeiten als eine Beschichtung aus PVC auf und ermöglicht einige zehn Fahrten à 3 Halbleiterscheiben mit 300 mm Durchmesser je Läuferscheibe bei 75 µm Materialabtrag (etwa 150 Halbleiterscheiben je Läuferscheibe).
• Bevorzugt wird, dass die Beschichtung mit einer Schmelzkleberschicht versehen ist. Das Fixieren in Schritt (f) besteht in diesem Fall durch Erwärmen von Folie, Schmelzklebeschicht und Läuferscheibenkern über die Aktivierungstemperatur des Schmelzklebers hinaus und einem Anwalzen mit anschließendem Abkühlen. Besonders bevorzugt liegen dabei Beschichtung und Schmelzklebeschicht mit der Beschichtungsseite auf einer Trägerschicht vor, und der Zuschnitt erfolgt mit einem Schneidplotter durch Schmelzkleber- und Beschichtungs-Schicht so, dass sich nach Ablösen der abgeschnittenen Beschichtungs- und Schmelzkleberteile die ausgeschnittene Beschichtungs- und Schmelzkleber-Schicht noch auf der Trägerfolie befinden. Dann wird ein Stapel aus so zugeschnittener und vorbereiteter Beschichtung, einem fertig zugeschnittenen Läuferscheibenkern und einer zweiten so zugeschnittenen und vorbereiteten Beschichtung gebildet, wobei die Klebeschichten der Beschichtung dem Läuferscheibenkern zugewandt sind, und dieser Stapel einer Heißlaminiervorrichtung zugeführt, so dass die Heißlaminiervorrichtung unter Erwärmung und Andruck des Stapels die beiden Beschichtungen stoffschlüssig mit dem Läuferscheibenkern verbindet.
• Weiter bevorzugt ist ein Aufbringen der Beschichtung auf einen Läuferscheibenkern, der zuvor mit Wandauskleidungen der Aufnahmeöffnungen für die Halbleiterscheiben aus einem weiteren Material versehen wurde.
• Die Beschichtung kann auch zunächst ohne aufgebrachte Haftschicht vorliegen. In diesem Fall wird zwischen Schritt (a) und Schritt (d) in einem zusätzlichen Schritt (b) zunächst eine Haftschicht auf die dem später dem Läuferscheibenkern zuweisende Seite der Beschichtungsfolie aufgebracht. Wenn dies unmittelbar vor Schritt (d) erfolgt, kann die aufgebrachte Haftschicht aus einer chemisch aktivierten Schicht mit begrenzter Aushärtzeit (Topfzeit) bestehen, beispielsweise einem ein- oder zweikomponentigen Kleber wie Methylmethacrylat-Klebstoffe (2K), anaerob härtende Klebstoffe (1K), radikalisch (2K) polymerisierende oder strahlenhärtende (Licht, UV; 1K) Klebstoffe oder Polyurethan-Klebstoffe (2K).
• Es ist ferner bevorzugt, wenn zwischen Schritt (b) und (d) in einem zusätzlichen Schritt (c) der aus Beschichtungsfolie und Haftschicht gebildete Schichtverbund auf eine Trägerfolie montiert wird, von der er sich leicht wieder trennen lässt. Wenn die Haftschicht einen dauerklebrigen druckaktivierten Selbstkleber (PSA, pressure-sensitive adhesive) umfasst, kann dies beispielsweise ein kleberseitig silikonisiertes Papier oder eine Trennmittel-beschichtete Trägerfolie aus Kunststoff sein.
• Bevorzugt ist schließlich, dass zwischen Schritt (d) und Schritt (f) in einem zusätzlichen Schritt (e) eine Oberflächenbehandlung des Läuferscheibenkerns vorgenommen wird, die in einem mechanischen Aufrauen und Entfetten, in dem Auftragen einer zusätzlichen Haftgrundierschicht, die die Haftung von Läuferscheibenkern und Haftschicht der Beschichtungsfolie verbessert, oder in einer Kombination dieser Maßnahmen besteht.
• Es kann auch eine Komponente eines chemisch härtenden Klebers auf die Beschichtungsfolie aufgetragen werden und ein Aktivator auf den Läuferscheibenkern, so dass das Aufbringen der Beschichtung auf den Kern auf keine bestimmte Topfzeit beschränkt ist, so dass die Verklebung erst nach Aufbringen mittels des Aktivators aushärtet. In diesem Fall ist bei dem Zusammenfügen von Beschichtung und Läuferscheibenkern keine Topfzeit einzuhalten, obwohl ein zweikomponentiger Kleber für die Haftschicht eingesetzt wird. Die Aktivatorschicht ist dabei so dünn oder leicht löslich, dass sie keine harten Bruchstücke oder unzusammenhängenden Bereiche bildet, die sich beim Einsatz der so fertig beschichteten Läuferscheibe beim Schleifen von Halbleiterscheiben mittels PPG lösen könnten und so eine unerwünschte Schädigung der so bearbeiteten Halbleiterscheiben verursachen können.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist allgemein zur Schleifbearbeitung scheibenförmiger Werkstücke geeignet, die nicht aus Halbleitermaterial bestehen. Beispielsweise werden an Substrate zur Herstellung von Festplatten-Speichern (hard disk memory, HDM) ähnlich hohe Ebenheits- und insbesondere Planparallelitäts-Anforderungen gestellt wie an Halbleiterscheiben, so dass zu deren Herstellung mit Vorteil ebenfalls ein Schleifen mittels PPG oder ein Orbitalschleifen eingesetzt werden kann. Diese HDM-Substrate bestehen meist aus Glas. Das Schleifen mittels PPG ist, wie beschrieben, ohne Einschränkung und mit besonderem Vorteil auch zur beidseitig simultanen Material abtragenden Bearbeitung derartiger Glasronden geeignet. Weitere Werkstücke, auf die die vorliegende Erfindung angewandt werden kann, sind beispielsweise Substrate aus Saphir (c-plane sapphire) zur Beschichtung mit Schichten aus Verbindungshalbleitern zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente (Leuchtdioden, Halbleiter-Laserdioden usw.) sowie Substrate zur Herstellung von LCD-Bildschirmen (flat panel displays) und viele weitere mehr.
• Die vorliegende Erfindung erstreckt sich daher allgemein auf scheibenförmige Werkstücke, die mit einem Doppelseiten-Schleifverfahren im Batch bearbeitet werden können.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102007013058 A1 [0010]
• DE 19937784 A1 [0010, 0082]
• US 5958794 [0010]
• US 2009/0311949 A1 [0011]
• DE 19626396 A1 [0012]
• WO 2008/064158 A2 [0014, 0016, 0044, 0052, 0100, 0104]
• JP 2007301713 A [0015]
• DE 102007049811 A1 [0016, 0054, 0085]
• DE 102009038942 A1 [0082, 0106]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• DIN 8589 [0005]
• P. Beyer et al., Industrie Diamanten Rundschau IDR 39 (2005) III, S. 202 [0011]

Claims (25)

1. Führungskäfig zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen von mindestens einem scheibenförmigen Werkstück zwischen zwei rotierenden, jeweils mit einer Arbeitsschicht bedeckten Arbeitsscheiben einer Schleifvorrichtung, umfassend einen Kern aus einem ersten Material mit einer ersten und einer zweiten Seitenfläche, die der Arbeitsschicht der Arbeitsscheiben zugewandt sind; eine zusammenhängende Beschichtung aus einem zweiten Material, die eine vorgesehene Form besitzt und mit der die erste und zweite Seitenfläche des Kerns jeweils so beschichtet ist, dass das erste Material beim Schleifen des Werkstücks mit der Arbeitsschicht der Arbeitsscheiben nicht in Berührung kommt, wobei die zusammenhängende Beschichtung von jeder der Seitenflächen eine Kontur mit einer Gesamtlänge aufweist, die für die vorgesehene Form minimal ist.
2. Führungskäfig nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung in die vorgesehene Form geschnitten wird, bevor die Seitenflächen des Kerns mit der Beschichtung versehen werden.
3. Führungskäfig nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Außenverzahnung.
4. Führungskäfig nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Flächenausdehnung im Bereich einer Flächenausdehnung der Arbeitsscheiben.
5. Führungskäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste Material ein Elastizitätsmodul größer als 100 GPa und eine Härte größer als 40 HRC und das zweite Material eine Härte von 60 Shore A bis 90 Shore D und einen Nass-Gleitreibungskoeffizienten von kleiner oder gleich 0,5 aufweist.
6. Führungskäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste Material ein Stahl und das zweite Material ein Kunststoff ist.
7. Führungskäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zweite Material genau zwei jeweils zusammenhängende Abschnitte umfasst, von denen genau der eine auf die erste und der andere auf die zweite der den Arbeitsschichten zugewandten Seiten des Kerns aufgebracht ist.
8. Führungskäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Beschichtung mittels eines Haftvermittlers auf den Seitenflächen des Kerns aufgebracht ist.
9. Führungskäfig nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend ein drittes Material, das form- oder stoffschlüssig mit dem ersten Material verbunden ist und als Wandauskleidung das Werkstück daran hindert, das erste Material zu berühren.
10. Verfahren zur Herstellung eines Führungskäfigs zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen von mindestens einem scheibenförmigen Werkstück zwischen zwei rotierenden, mit einer Arbeitsschicht bedeckten Arbeitsscheiben einer Schleifvorrichtung, umfassend die folgenden Schritte: (a) das Bereitstellen einer Platte aus einem ersten Material mit einer ersten und einer zweiten Seitenfläche und mit der Form eines Führungskäfigs; (b) das Bereitstellen einer ersten und einer zweiten Folie aus einem zweiten Material; (c) das Zuschneiden der ersten Folie in eine erste Form und der zweiten Folie in eine zweite Form so, dass die erste Folie die erste Seitenfläche der Platte und die zweite Folie die zweite Seitenfläche der Platte teilweise bedecken kann, ohne über die jeweilige Seitenfläche der Platte hinauszuragen; (d) das Anordnen der ersten Folie auf der ersten Seitenfläche der Platte zu einer ersten Anordnung und der zweiten Folie auf der zweiten Seitenfläche der Platte zu einer zweiten Anordnung, wobei die erste Folie die erste Seitenfläche der Platte und die zweite Folie die zweite Seitenfläche der Platte teilweise bedeckt, ohne über die jeweilige Seitenfläche der Platte hinaus zu ragen; und (e) das dauerhafte Fixieren der ersten und der zweiten Folie auf der Platte in der ersten und zweiten Anordnung mittels einer stoffschlüssigen Verbindung des ersten und zweiten Materials.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei vor dem Fixieren der Folien ein Haftvermittler auf die Seitenflächen der Platte oder jeweils eine Seite der Folien aufgebracht wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei eine mit einem Haftvermittler versehene Seite der Folien auf eine Trägerschicht aufgebracht wird, und das Zuschneiden so erfolgt, dass ein Verbund aus zweitem Material und Haftvermittler zugeschnitten wird und die Trägerschicht nicht zugeschnitten wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Material durch teilweises Schmelzen des zweiten Materials, Aufpressen des zweiten auf das erste Material und ein Erstarren Lassen des zweiten Materials bewirkt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Haftvermittler eine dauerklebrige Haftklebeschicht ist und die stoffschlüssige Verbindung durch Aufpressen eines aus den Folien und der dauerklebrigen Haftklebeschicht bestehenden Verbundmaterials auf das erste Material erfolgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Haftvermittler ein Schmelzklebstoff ist und die stoffschlüssige Verbindung durch Aufpressen eines aus den Folien und dem Haftvermittler bestehenden Verbundmaterials auf das erste Material erfolgt, und ein Erwärmen des Schmelzklebstoffs auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des Schmelzklebstoffs und einem Abkühlen Lassen auf eine Temperatur unter den Erstarrungspunkt des Schmelzklebstoffs bewirkt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Haftvermittler einen chemisch härtenden Klebstoff umfasst, der vor dem Zuschneiden der Folien auf die Folien aufgetragen wird.
17. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Haftvermittler einen chemisch härtenden Klebstoff umfasst, der nach dem Zuschneiden der Folien auf die Folien aufgetragen wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei die Folien auf der Platte derart angeordnet und fixiert werden, dass sie eine vorhandene Wandauskleidung von Werkstücköffnungen der Platte nicht überdecken.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, wobei die Folien auf der Platte derart angeordnet und fixiert werden, dass das erste Material an keiner Stelle mit der Arbeitsschicht der Arbeitsscheiben in Kontakt kommen kann.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 19, wobei die Folien auf der Platte fixiert werden, und zuvor eine oder mehrere in der Platte vorhandene Öffnungen zur Aufnahme von Werkstücken mit einer Wandauskleidung versehen werden.
21. Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen von scheibenförmigen Werkstücken zwischen zwei rotierenden, mit einer Arbeitsschicht bedeckten Arbeitsscheiben einer Schleifvorrichtung unter Verwendung von mindestens drei nach einem Verfahren gemäß der Ansprüche 10 bis 20 hergestellten Führungskäfigen, wobei die Arbeitsscheiben ringförmig sind, insgesamt mindestens drei Werkstücke in die Führungskäfige eingelegt sind, die Führungskäfige jeweils mindestens eine Öffnung für Werkstücke aufweisen und eine Außenverzahnung umfassen und die Schleifvorrichtung eine Abwälzvorrichtung aufweist, die konzentrisch zur Arbeitsscheibe angeordnet ist, so dass die Führungskäfige mittels ihrer Außenverzahnung und der Abwälzvorrichtung unter Eigendrehung um das Zentrum der Arbeitsscheiben auf zykloidischen Bahnen umlaufen, und die Zähne der Außenverzahnung der Führungskäfige nicht von dem zweiten Material bedeckt sind.
22. Verfahren nach Anspruch 21, umfassend das Schleifen von Werkstücken, bis aufgrund einer Dickenabnahme des zweiten Materials infolge Abnutzung durch Verschleiß das erste Material eines der Führungskäfige in Kontakt mit der Arbeitsschicht der Arbeitsscheiben gelangt; die Entnahme des betroffenen Führungskäfigs aus der Bearbeitungsvorrichtung; das Entfernen der nach Abnutzung verbliebenen Reste des zweiten Materials vom ersten Material des Führungskäfigs unter Freilegung eines Kerns des Führungskäfigs; und das Verwenden des freigelegten Kerns zur Herstellung eines Führungskäfigs in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche bis 10 bis 20.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Entfernen der Reste einen oder mehrere der folgenden Tätigkeiten umfasst: das Einwirkenlassen eines Lösungsmittels auf das zweite Material, das Erwärmen des zweiten Materials, das mechanische spanabhebende Abtragen des zweiten Materials und das Einwirkenlassen einer Lauge auf das zweite Material.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei das Werkstück eine Halbleiterscheibe ist.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, wobei das Werkstück überwiegend aus Silicium besteht.

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