DE102012218745A1

DE102012218745A1 - Verfahren zum beidseitigen Bearbeiten einer Halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE102012218745A1
Application number: DE201210218745
Authority: DE
Inventors: Christian Brandt; Jürgen Schwandner
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2014-04-17

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum gleichzeitig beidseitigen Bearbeiten mindestens einer Scheibe aus Halbleitermaterial (Halbleiterscheibe, Wafer) mit einem Free Floating Waferplanarisierungsverfahren mit Planetenkinematik, bei dem die Kante der mindestens einen Scheibe aus Halbleitermaterial durch ein spezielles Insert geschützt wird.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum gleichzeitig beidseitigen Bearbeiten einer Scheibe aus Halbleitermaterial (Halbleiterscheibe, Wafer) mit einem Free Floating Waferplanarisierungsverfahren mit Planetenkinematik, bei dem die Kante der mindestens einen Scheibe aus Halbleitermaterial durch ein spezielles Insert geschützt wird.
Scheiben aus Halbleitermaterial (Halbleiterscheiben, Wafer) werden, nach dem Abtrennen (in der Regel mittels einer aus vielen Drahtabschnitten bestehenden Säge) aus einem Einkristall (Ingot) aus Halbleitermaterial, beispielsweise Silicium, in einer Vielzahl von Prozessschritten wie beispielsweise Schleifen, Reinigen und Ätzen, weiter bearbeitet.
Gemäß dem Stand der Technik werden Halbleiterscheiben in einer Vielzahl von aufeinander folgenden Prozessschritten hergestellt. Im Allgemeinen wird folgende Herstellungssequenz benutzt:

– Herstellen eines einkristallinen Halbleiterstabs (Kristallzucht),
– Auftrennen des Stabs in einzelne Scheiben (Innenloch- oder Drahtsägen),
– mechanische Scheibenbearbeitung (Läppen, Schleifen),
– chemische Scheibenbearbeitung (alkalische oder saure Ätze)
– chemo-mechanische Scheibenbearbeitung: Doppelseitenpolitur (DSP) = Abtragspolitur, einseitige Schleierfrei- bzw. Glanzpolitur mit weichem Poliertuch (CMP)
– optional weitere Beschichtungsschritte (z.B. Epitaxie, Annealen)

Im Folgenden werden nur gleichzeitig doppelseitig erfolgende Verfahren zur Bearbeitung der Vorder- und der Rückseite mindestens einer Scheibe aus Halbleitermaterial beschrieben.
Im Stand der Technik bekannte Verfahren zur gleichzeitig doppelseitigen mechanischen Scheibenbearbeitung sind das simultane Schleifen beider Seiten der Halbleiterscheibe gleichzeitig zwischen zwei Topfschleifscheiben („double-disc grinding“, DDG) und das Läppen.
Beim Läppen werden die Halbleiterscheiben unter Zuführung einer Abrasivstoffe enthaltenden Suspension (Slurry) zwischen einer oberen und einer unteren Arbeitsscheibe, die meist aus Stahl bestehen und üblicherweise mit Kanälen zur besseren Verteilung des Läppmittels versehen sind, unter einem bestimmten Druck bewegt, wodurch Halbleitermaterial entfernt wird.
DE 197 55 705 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichzeitig doppelseitigen Läppen einer Scheibe aus Halbleitermaterial, wobei die Scheibe aus Halbleitermaterial durch Antriebsrollen rotiert und durch Führungsrollen abgestützt wird.
DE 103 44 602 A1 , DE 10 2006 032 455 A1 und US 2008/014839 A offenbaren Feinschleifverfahren mit Läppkinematik (Planetary Pad Grinding bzw. PPG) zum simultanen gleichzeitigen Schleifen beider Seiten mehrerer Scheiben aus Halbleitermaterial dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben aus Halbleitermaterial frei beweglich in jeweils einer Aussparung einer Läuferscheibe liegen (Free-Floating-Verfahren). Dabei werden die Scheiben aus Halbleitermaterial zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben, in deren Arbeitsschichten (Folien oder Tücher) das Schleifmittel fest eingebunden ist, materialabtragend bearbeitet. Beim PPG verwendete Arbeitsschichten, die auf die beiden Arbeitsscheiben geklebt werden, sind beispielsweise beschrieben in US 6,007,407 A und US 6,599,177 B2 .
Die freie Beweglichkeit der Scheiben aus Halbleitermaterial in den Läuferscheiben beim Free-Floating-Verfahren ermöglicht eine Eigenrotation der Halbleiterscheiben während der Oberflächenbearbeitung. Diese Eigenrotation wirkt sich zum einen günstig auf die erzielbare Wafergeometrie aus, zum anderen wirkt die Eigenrotation einer mechanischen Belastung der Halbleiterscheibe durch möglicherweise unterschiedliche Drehmomente auf der Vorder- und der Rückseite der Halbleiterscheibe entgegen.
DE 10 2007 049 811 A1 lehrt, dass zur Durchführung eines Verfahrens zum simultanen gleichzeitigen Schleifen mehrerer Scheiben aus Halbleitermaterial Läuferscheiben verwendet werden, deren Dicke gleich oder dünner ist als die Enddicke der damit bearbeiteten Scheiben aus Halbleitermaterial. Ferner lehrt DE 10 2007 049 811 A1 , dass die Läuferscheiben ausreichend steif sein müssen, um den während der Bearbeitung einwirkenden Kräften standzuhalten.
Ein weiteres Verfahren zur gleichzeitigen Bearbeitung der Vorder- und der Rückseite einer oder mehrerer Scheiben aus Halbleitermaterial in einem Arbeitsgang ist die simultane chemo-mechanische Doppelseitenpolitur (DSP). Bei der DSP werden mehrere Scheiben aus Halbleitermaterial beidseitig gleichzeitig zwischen zwei kollinearen Arbeitsscheiben Material abtragend bearbeitet. Die Scheiben aus Halbleitermaterial sind lose in eine dünne Läuferscheibe (carrier plate) eingelegt und werden vorder- und rückseitig simultan frei beweglich (Free-Floating-Verfahren) zwischen einem oberen und einem unteren, jeweils mit Poliertuch belegten Polierteller unter Zufuhr eines Poliermittels poliert. Der Materialabtrag erfolgt durch Relativbewegung zwischen Scheibe und Poliertuch unter Druck durch chemisch-mechanische Wechselwirkung.
Die Doppelseitenpolitur ist beispielsweise in den Patentschriften US 3,691,694 und US 2003/054650 A beschrieben. Eine geeignete Vorrichtung für eine solche DSP-Politur ist in der Offenlegungsschrift DE 100 07 390 A1 dargestellt.
Gemäß einer in der Patentschrift EP 208 315 B1 beschriebenen Ausführungsform der Doppelseitenpolitur werden Scheiben aus Halbleitermaterial in Läuferscheiben aus Metall oder Kunststoff, die über geeignet dimensionierte Aussparungen verfügen, zwischen zwei rotierenden, mit einem Poliertuch belegten Poliertellern in Gegenwart eines Poliermittels (Poliersols) auf einer durch die Maschinen- und Prozessparameter vorbestimmten Bahn bewegt und dadurch poliert (in der englischsprachigen Literatur werden Läuferscheiben als „carrier plates“ oder „templates“ bezeichnet). Geeignete Läuferscheiben sind beispielsweise in der Patentschrift DE 100 23 002 B4 beschrieben.
Werden für die DSP Poliertücher ohne abrasiv wirkende Stoffe verwendet (chemisch-mechanische Politur, CMP), enthält das Poliermittel üblicherweise kolloid-disperses Kieselsol in alkalischer Aufschlämmung (Polierslurry). Ein CMP-Verfahren ist beispielsweise in DE 10 2009 025 243 B4 beschrieben. Eine Polierslurry für ein CMP-Verfahren wird beispielsweise in US 2010/0301263 A1 offenbart.
Wird für die Politur ein Poliertuch verwendet, dessen Oberfläche festgebundene Abrasive enthält (fixed abrasive Politur, FAP), wird üblicherweise ein Poliermittel verwendet, das keine Abrasive enthält (Poliermittellösung). Der FAP-Prozess ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 035 266 A1 offenbart.
Bei den Free-Floating-Verfahren zur gleichzeitig doppelseitigen Bearbeitung (Schleifen oder Polieren) der Vorder- und der Rückseite von Scheiben aus Halbleitermaterial bewegen sich die Scheiben innerhalb der geeignet dimensionierten Aussparungen der Läuferscheibe, so dass die Kante der Scheibe mit dem Rand der Aussparung in Kontakt kommt. Zum Schutz der Kanten der Scheiben aus Halbleitermaterial sind die Aussparungen zur Aufnahme der Halbleiterscheiben meist mit einem zweiten, weicheren Material ausgekleidet.
Diese Auskleidungen (Insert) sind entweder lose in die Aussparungen eingelegt, wie in JP 57-041164 offenbart, oder in diesen fixiert, wie in EP 0 197 214 A2 dargelegt. Die Fixierung kann durch Klebung oder Formschluss erfolgen, gegebenenfalls mit Unterstützung durch vergrößerte Kontaktflächen oder auch durch Verankerung mittels korrespondierender Hinterschneidungen ("Schwalbenschwanz") gemäß EP 0 208 315 B1 .
Im Stand der Technik für die Auskleidung bekannte Materialien sind nach EP 0 208 315 B1 beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polytetrafluorethylen (PTFE), sowie Polyamid (PA), Polystyrol (PS) und Polyvinylidendifluorid (PVDF).
Gemäß DE 10 2007 049 811 A1 bestehen die Auskleidungen der Aussparungen in der Läuferscheibe zur Aufnahme der Halbleiterscheiben aus einem Thermoplast.
Die Eigenrotation der Scheiben aus Halbleitermaterial in den Aussparungen der Läuferscheibe während der gleichzeitig beidseitigen Oberflächenbearbeitung führt auch dazu, dass es zwischen der Kante der Scheibe aus Halbleitermaterial, die aus den Facetten und dem Waferblunt (Blunt) gebildet wird, und der mit einer Auskleidung (im Folgenden als Insert bezeichnet) versehenen Innenseite der Läuferscheibenaussparung zu Reibungen kommt. Insbesondere der Blunt, ist von dieser Reibung betroffen und es kann zu einer Verformung der Kante der Scheibe aus Halbleitermaterial kommen. Darüber hinaus kann die Reibung zwischen Blunt und dem Insert zum Abrieb des Inserts und damit zu einer ungewollten Partikelgenerierung führen. Beide Effekte können sich negativ auf die späteren Wafereigenschaften in Form von Oberflächenkratzern oder umlaufenden Defekten auf dem Blunt auswirken.
Die Verformung des Blunt kann dazu führen, dass das Wafermapping (= Detektieren aller Scheiben aus Halbleitermaterial in einer Kassette mittels Laser oder sonstigen Positionserfassungsmethoden (Kameras etc.)) nicht einwandfrei funktioniert. Zugleich ist mit einer begrenzten Lebensdauer der Läuferscheibeninserts zu rechnen, da diese durch die stattfindende Reibung mit der Kante der Scheibe aus Halbleitermaterial über Gebühr beansprucht werden und daher frühzeitig ersetzt werden müssen.
Um die Reibung zwischen der Kante der Scheibe aus Halbleitermaterial und dem Insert zu verhindern, offenbart die deutsche unveröffentlichte Anmeldung DE 10 2011 080 323.8 einen Ring, der formschlüssig ohne Spannung die Scheibe aus Halbleitermaterial umschließt und einen Kontakt zwischen der Kante der Scheibe aus Halbleitermaterial und dem Insert verhindert. Dieser Ring erfordert eine Anpassung der Größe der Aussparungen in der Läuferscheibe, damit der die Scheibe aus Halbleitermaterial umschließende Ring in der jeweiligen Aussparung der Läuferscheibe eingelegt werden kann.
Um eine wirtschaftliche Lebensdauer eines Inserts oder eines die Scheibe aus Halbleitermaterial umschließenden Ringes zu gewährleisten, muss das Insert bzw. der Ring, insbesondere bei doppelseitigen Schleifprozessen, aus einem relativ harten Material hergestellt werden. Das hat allerdings den Nachteil, dass das Insert bzw. der die Scheibe aus Halbleitermaterial umschließende Ring die Kante einer Scheibe aus Halbleitermaterial nur bedingt schützen kann.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für ein Free-Floating-Verfahren für die gleichzeitige doppelseitige Bearbeitung von Halbleiterscheiben zur Verfügung zu stellen, bei dem, trotz der Eigenrotation der Halbleiterscheiben während dieses Prozessschrittes, ein ausreichender Schutz der Kante der Halbleiterscheibe vorhanden ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur gleichzeitigen beidseitigen materialabtragenden Bearbeitung der Oberflächen mindestens einer Scheibe (4) aus Halbleitermaterial, bestehend aus einer Vorderseite und einer Rückseite, den Oberflächen, sowie einer umlaufenden Kante (41), wobei die mindestens eine Scheibe (4) aus Halbleitermaterial während der gleichzeitigen materialabtragenden Bearbeitung der Oberflächen durch die umlaufende Innenkante einer geeignet dimensionierten Aussparung (2) in einer Läuferscheibe (1) mit einer Oberseite und einer Unterseite geführt wird, sich diese Läuferscheibe (1) in einem durch eine obere und untere Arbeitsschicht begrenzten Arbeitsspalt befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Kante (41) der mindestens eine Scheibe (4) aus Halbleitermaterial durch ein erstes Material (32) nicht in direkten Kontakt mit der Innenkante der Aussparung (2) kommt und das erste Material (32) durch ein zweites Material (31) gegen den Kontakt mit den Arbeitsschichten geschützt ist.
Im Folgenden werden die Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen detailliert beschrieben.
1 zeigt eine Läuferscheibe (1) mit einer kreisrunden Aussparung (2) für die Aufnahme eine Scheibe aus Halbleitermaterial. Die Aussparung in der Läuferscheibe ist mit einem Insert (3) ausgekleidet. Zur besseren Darstellung ist in 1 nur eine Aussparung (2) sowie keine umlaufende Kante mit Außenverzahnung eingezeichnet.
2 zeigt bevorzugte Ausführungsformen des Inserts (3) im erfindungsgemäßen Verfahren im Querschnitt. Das Insert (3) hat ein U-förmiges äußeres Profil (31) aus einem festen Material, dessen offene Seite zum umlaufenden Steg (41) der Scheibe (4) aus Halbleitermaterial weist. Das U-förmige Profil (31) ist mit einem inneren Kernmaterial (32) gefüllt. Die Scheibe (4) kommt während des gleichzeitig beidseitigen materialabtragenden Prozesses an der Kontaktfläche (33) mit dem inneren Kernmaterial in Berührung.
In 2a liegt das äußere Profil (31) in einer Ebene mit der Oberseite und der Unterseite der Läuferscheibe (1) und die Kontaktfläche (33) des inneren Kernmaterials (32) schließt gerade mit dem äußeren Profil (31) ab.
In 2b ragt das äußere Profil (31) auf der Oberseite und der Unterseite der Läuferscheibe (1) jeweils ringförmig heraus; die Kontaktfläche (33) des inneren Kernmaterials (32) schließt gerade mit dem äußeren Profil (31) ab.
In 2c liegt das äußere Profil (31) in einer Ebene mit der Oberseite der Läuferscheibe (1), ragt auf der Unterseite der der Läuferscheibe (1) ringförmig heraus; die Kontaktfläche (33) des inneren Kernmaterials (32) liegt etwas zurückgesetzt bezogen auf die offene Seite des äußeren Profils (31).
2d und 2e zeigen zwei weitere bevorzugte Formen der Kontaktfläche (33) des inneren Kernmaterials (32), wobei hier, ohne Beschränkung auf eine Ausführungsform hinsichtlich des äußeren Profils (31) und der relativen Lage der Kontaktfläche (33) zur offenen Seite, das äußere Profil (31) des Inserts (3) in einer Ebene mit der Oberseite und der Unterseite der der Läuferscheibe (1) und die Kontaktfläche (33) des inneren Kernmaterials (32) eine abgerundete (U-förmige)(2d) bzw. gerade (V-förmige) Vertiefung nach innen (2e) aufweist.
3 zeigt schematisch zwei spezielle Ausführungsformen für eine Verbindung zwischen dem Insert (3) und der Innenseite der Aussparung (2) in der Läuferscheibe (1). Zur besseren Darstellung sind die Bauteile nicht weiter benannt, da die jeweilige gegengleiche Ausführungsform sowohl auf das Insert (3) als auch auf die Läuferscheibe (1) angewendet werden können.
3a: Bei der Nut-Feder-Verbindung haben beide zu verbindende Bauteile an den zu verbindenden Seiten mindestens eine Nut N, also eine längliche Vertiefung, in die als verbindendes drittes Bauteil eine sogenannte Feder F eingefügt wird. Die Oberseiten und die Unterseiten der beiden verbundenen Bauteile liegen beispielhaft jeweils in einer Ebene. Zur besseren Darstellung ist die Verbindung in 3a nicht vollständig geschlossen dargestellt.
3b und 3c zeigen eine Falz-Verbindung. Beide zu verbindenden Bauteile haben an den zu verbindenden Seiten jeweils eine obere bzw. untere stufenförmige, bei einer Scheibe umlaufende Vertiefung S, die Falz, die ineinander gefügt werden. In 3b liegen die Oberseiten und die Unterseiten der beiden verbundenen Bauteile jeweils in einer Ebene. In Fig. 3c liegen beispielhaft die Oberseiten der beiden verbundenen Bauteile jeweils in einer Ebene und die Unterseiten sind stufenförmig zueinander versetzt. Zur besseren Darstellung ist die Verbindung in 3b und 3c nicht vollständig geschlossen dargestellt.
4 zeigt beispielhaft drei Befestigungsmöglichkeiten des äußeren Profils (31) mit der Läuferscheibe (1), die sich für eine formschlüssige Befestigung des Inserts (3) in der Aussparung (2) der Läuferscheibe (1) eignen.
4a): Das Insert (3) ist über eine auf der zu der Innenseite der Aussparung (2) verlaufende Feder F, die in eine passende Nut des äußeren Profils (31) des Inserts (3) greift, mit der Läuferscheibe (1) verbunden. Die Ober- und Unterseite des äußeren Profils (31) ragen ringförmig aus der Oberseite und der Unterseite der Läuferscheibe (1) heraus.
4b): Das Insert (3) weist eine an der Unterseite des äußeren Profils (31) herausgearbeitete äußere umlaufende Falz (34) auf, die in eine gegengleiche umlaufende Falz (12), gebildet aus dem oberen Rand der Innenseite der Aussparung (2) der Läuferscheibe (1), greift. Beispielhaft liegen die Oberseiten des äußeren Profils (31) und der Läuferscheibe (1) in einer Ebene, wohingegen die Unterseite des äußeren Profils (31) stufenförmig aus der Ebene der Unterseite der Läuferscheibe herausragt.
4c): Die Innenseite der Aussparung (2) der Läuferscheibe (1) weist an der Unterseite eine herausgearbeitete äußere umlaufende Falz (12) auf, das äußeren Profils (31) des Inserts (3) liegt mit einer gegengleichen Falz (33) auf der Falz (12) auf. Beispielhaft liegen die Oberseiten und Unterseiten des äußeren Profils (31) und der Läuferscheibe (1) in einer Ebene.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur gleichzeitigen materialabtragenden Bearbeitung (Schleifen, Läppen oder Polieren) der Vorderseite und der Rückseite mindestens einer Scheibe (4) aus Halbleitermaterial wird als Free-Floating-Prozess (FFP) durchgeführt.
Die Erfinder haben erkannt, dass eine Kombination aus einem ersten weicheren, mit der Kante der Scheibe aus Halbleitermaterial in Kontakt kommenden Material, mit einem zweiten härteren Material, welches das weiche Material vor einer chemischen und oder mechanischen Beeinflussung schützt, die empfindliche Kante der Scheibe aus Halbleitermaterial bei einem Free-Floating-Verfahren sehr gut schützt.
Bei einem Free-Floating-Prozess bewegen sich die Scheiben innerhalb der geeignet dimensionierten Aussparungen einer Läuferscheibe. Eine Läuferscheibe hat eine Oberseite und eine Unterseite sowie eine umlaufende Kante mit Außenverzahnung. Die Verzahnung greift in eine Abwälzvorrichtung aus innerem und äußerem Zahnkranz ein, wodurch die Läuferscheibe eine zusätzliche Rotationsbewegung ausführt.
In der Läuferscheibe befinden sich eine oder mehrere geeignet dimensionierte Aussparungen für die Aufnahme von Scheiben aus Halbleitermaterial mit einem Durchmesser von mindestens 200 mm, vorzugsweise 300 mm, ganz besonders bevorzugt 450 mm und Dicken von 500 bis 1000 µm. Die Anzahl der geeignet dimensionierten Aussparungen kann gerade oder ungerade sein.
Die Aussparungen sind bevorzugt kreisförmig.
Ebenfalls bevorzugt sind die Aussparungen ellipsenförmig.
Die geeignet dimensionierte Aussparungen in der Läuferscheibe dienen der Führung der Scheiben aus Halbleitermaterial während der gleichzeitigen materialabtragenden Bearbeitung der Vorderseite und der Rückseite der mindestens einen Scheibe aus Halbleitermaterial.
In der Regel ist eine Läuferscheibe maximal so dick wie die bei der gleichzeitig materialabtragenden Bearbeitung zu erreichenden Zieldicke der Scheibe aus Halbleitermaterial.
Die Läuferscheibe bewegt sich zwischen bzw. in einem Arbeitsspalt, der aus einer oberen und einer unteren Arbeitsscheibe, die mit einer Arbeitsschicht belegt ist, gebildet wird. Die Arbeitsschichten können Schleifscheiben (Läppen) sein oder aus Folien bzw. Tüchern (Schleifen, Polieren) bestehen.
Jede Aussparung der Läuferscheibe zur Aufnahme einer Scheibe aus Halbleitermaterial ist bevorzugt mit einem Insert ausgekleidet, dass einen direkten Kontakt zwischen der umlaufenden Innenkante der Aussparung in der Läuferscheibe und der Kante der Scheibe aus Halbleitermaterial verhindert und die Kante der Scheibe aus Halbleitermaterial so vor Beschädigungen schützt.
Der Durchmesser bzw. die Größe der Aussparung, deren Innenkante mit einem Insert ausgekleidet ist, ist bevorzugt so dimensioniert, dass die Scheibe aus Halbleitermaterial formschlüssig, aber nicht kraftschlüssig, in die Aussparung eingelegt werden kann.
Ebenfalls bevorzugt ist der Durchmesser bzw. die Größe der Aussparung, deren Innenkante mit einem Insert ausgekleidet ist, bevorzugt so dimensioniert, dass die umlaufende Kante der in die Aussparung zentrisch eingelegten Scheibe aus Halbleitermaterial zunächst keinen Kontakt mit dem Insert hat.
Läuferscheiben bestehen bevorzugt aus einem metallischen Material wie beispielsweise Stahl, Edelstahl, Titan oder Bronze.
Läuferscheiben aus einem metallischen Material sind bevorzugt beschichtet. Als Beschichtungsmaterialien können Polyurethane (PU) oder Diamond Like Carbon (DLC) zum Einsatz kommen.
Ebenfalls kann eine Läuferscheibe aus einem nichtmetallischen Material wie beispielsweise Kunststoff, faserverstärkter Kunststoff oder Keramik bestehen.
Bei einer Scheibe aus Halbleitermaterial (Wafer) handelt es sich üblicherweise um eine Siliciumscheibe, oder ein Substrat mit von Silicium abgeleiteten Schichtstrukturen wie beispielsweise Silicium-Germanium (SiGe) oder Siliciumcarbid (SiC).
Die Scheiben aus Halbleitermaterial haben eine Vorder- und eine Rückseite sowie – in der Regel – abgerundete Kanten. Die Vorderseite der Scheibe aus Halbleitermaterial ist definitionsgemäß diejenige Seite, auf der in nachfolgenden Kundenprozessen die gewünschten Mikrostrukturen aufgebracht werden.
Die Kante einer Scheibe aus Halbleitermaterial besteht aus den sog. Facetten, die schräg von der Oberseite bzw. Unterseite zum Rand der Scheibe hin verlaufen, und im umlaufenden Steg (Blunt), der senkrecht zur Oberseite bzw. Unterseite der Scheibe steht, enden.
Im erfindungsgemäßen Verfahren zur gleichzeitigen materialabtragenden Bearbeitung der Vorderseite und der Rückseite mindestens einer Scheibe (4) aus Halbleitermaterial kann die Innenkante der mindestens einen geeignet dimensionierten Aussparung (2) der Läuferscheibe (1) nicht mit der Kante der Scheibe (4) aus Halbleitermaterial in direkten Kontakt kommen.
Die Vermeidung des direkten Kontaktes zwischen der Innenkante der Aussparung (2) mit der Kante der Scheibe (4) aus Halbleitermaterial und damit der Berührung zwischen Läuferscheibe (1) und Scheibe (4) wird bevorzugt durch ein die Innenkante der Aussparung 2 umschließendes Insert (3) erreicht.
Das Insert (3) besteht aus einem harten äußeren Profil (31) und einem, in Bezug auf das äußere Profil (31) weicheren inneren Kern (32). Der innere Kern (32) kann während der gleichzeitigen materialabtragenden Bearbeitung der Vorderseite und der Rückseite mindestens einer Scheibe (4) aus Halbleitermaterial in Kontakt mit der Kante der Scheibe (4) kommen.
Das Insert (3) umfasst bevorzugt ein äußeres U-förmiges Profil (31), das das innere Kernmaterial (32) umschließt. Das äußere Profil (31) hat eine Oberseite und eine Unterseite, die mit den Arbeitsflächen in Kontakt kommen, bevorzugt, aber nicht zwingend, eine Rückseite, die mit der Innenkante der Aussparung (2) der Läuferscheibe (1) in Kontakt kommt, und eine offene Vorderseite, die zu der Kante bzw. dem Steg (41) der Scheibe (4) gerichtet ist. Die offene Vorderseite des äußeren Profils (31) ermöglicht den Kontakt der Kante einer Scheibe (4) aus Halbleitermaterial mit dem inneren Kern (32) an dessen Kontaktfläche (33).
Das äußere Profil (31) des Inserts (3) kann auch aus einer einzelnen Oberseite und einer einzelnen Unterseite bestehen, die nicht miteinander verbunden sind und die das innere Kernmaterial (32) oben und unten vollständig bedecken (umschließen), so dass das innere Kernmaterial (32) nicht in Kontakt mit der jeweiligen Arbeitsschicht kommen kann.
Die Dicke des Inserts (3), also der Abstand zwischen der Oberseite und der Unterseite des äußeren Profils (31) setzt sich aus der jeweiligen Dicke (Stärke) der Oberseite und der Unterseite und der Höhe des inneren Kerns (32) zusammen.
Bevorzugt ist das das Insert (3) so dick wie die Läuferscheibe (1), d. h. die Oberflächen des äußeren Profils (31) des Inserts (3) liegen in einer Ebene mit der Oberseite und der Unterseite der Läuferscheibe (1) (2a).
Bei dieser Ausführungsform limitiert die Dicke der Läuferscheibe die Höhe des inneren Kerns, da das äußere Profil ebenfalls eine Mindestdicke aufweist.
Ebenfalls bevorzugt ist das Insert (3) dicker wie die Läuferscheibe (1), d. h. mindestens eine Oberfläche (Oberseite und oder Unterseite) des äußeren Profils (31) des Inserts (3) ragt ringförmig aus mindestens einer Oberfläche (Oberseite und oder Unterseite) der Läuferscheibe heraus.
Bevorzugt ragen die Oberseite und die Unterseite des äußeren Profils (31) des Inserts (3) aus der Oberseite bzw. der Unterseite der Läuferscheibe heraus (2b).
Ebenfalls bevorzugt liegt die Oberseite des äußeren Profils (31) des Inserts (3) in einer Ebene mit der Oberseite der Läuferscheibe und nur die Unterseite des äußeren Profils (31) des Inserts (3) ragt ringförmig aus der Läuferscheibe (1) heraus. (2c).
Die in 2b und 2c gezeigten Ausführungsformen ermöglichen eine bessere Verteilung eines flüssigen Arbeitsmediums (Schleifmittel oder Poliermittel) während der gleichzeitig beidseitigen Bearbeitung der Vorderseite und der Rückseite mindestens einer Scheibe (4) aus Halbleitermaterial.
Bei den in 2b und 2c gezeigten Ausführungsformen können zusätzliche seitlich in das äußere Profil (31) eingebrachte, die gesamte Breite des äußeren Profils durchlaufende Kanäle die Verteilung eines flüssigen Arbeitsmediums, insbesondere zur Vorderseite und zur Rückseite der Scheibe (4) aus Halbleitermaterial, verbessern.
Bevorzugt ist bei den in 2b und 2c gezeigten Ausführungsformen die Gesamtdicke des Inserts (3) 0,4 mm bis 2 mm dicker als die Dicke der Läuferscheibe (1).
Bei den in 2b und 2c gezeigten Ausführungsformen wird die Höhe des inneren Kerns (32) nicht durch die Dicke der Läuferscheibe limitiert, so dass die Höhe des inneren Kerns (32) den jeweiligen Bedingungen besser angepasst werden kann.
Die Höhe des inneren Kerns entspricht bevorzugt der doppelten Eingangsdicke der gleichzeitig beidseitig materialabtragend zu bearbeitenden Scheibe (4) aus Halbleitermaterial, wobei die Eingangsdicke die Dicke der Scheibe (4) vor der materialabtragenden Bearbeitung ist.
Bevorzugt ist die Oberseite und die Unterseite des äußeren Profils (31) eben und parallel zur Oberseite und Unterseite der Läuferscheibe (1).
Ebenfalls bevorzugt sind die Oberseite und oder die Unterseite des äußeren Profils (31) konvex gewölbt, so dass die jeweilige Seite nur minimal mit der oberen und unteren Arbeitsschicht in Kontakt kommt.
Das Insert (3) kann kraftschlüssig (fest) mit der Innenseite der Aussparung (2) der Läuferscheibe (1) verbunden sein.
Das äußere Profil (31) des Insert (3) wird bevorzugt durch Verankerung mittels korrespondierender Hinterschneidungen ("Schwalbenschwanzverbindung“), wie sie für die Insertverbindung bei Läuferscheibenaussparungen dem Stand der Technik entspricht (siehe beispielsweise EP 0 208 315 B1 ), mit der Innenseite der Aussparung (2) der Läuferscheibe (1) verbunden.
Ebenfalls bevorzugt ist das Verkleben des äußeren Profils (31) mit dem inneren Rand der Läuferscheibenaussparung (2).
Ebenfalls bevorzugt ist die feste Verbindung, beispielsweise durch Verkleben, des äußeren Profils (31) des Insert (3) mit der Läuferscheibe (1) mittels einer Nut-Feder-Verbindung oder einer Falzverbindung (3 und 4), die die Kontaktfläche zwischen dem äußeren Profil (31) des Inserts (3) und der Läuferscheibe (1) vergrößert.
Darüber hinaus ist das lose, formschlüssige Einlegen des Inserts (3) in die mindestens eine Aussparung (2) der Läuferscheibe (1) bevorzugt.
Bei dieser Ausführungsform kann sich das Insert (3) bei einer kreisförmigen Aussparung (2) während der gleichzeitigen materialabtragenden Bearbeitung der Vorderseite und der Rückseite mindestens einer Scheibe aus Halbleitermaterial in der Aussparung (2) bewegen.
Um ein Herausrutschen des formschlüssig und ohne Spannung in der Aussparung (2) der Läuferscheibe (1) befindlichen Inserts (3) während der gleichzeitigen materialabtragenden Bearbeitung der Vorderseite und der Rückseite mindestens einer Scheibe (4) aus Halbleitermaterial zu vermeiden, kann das Insert (3) mit der Innenseite der Aussparung (2) der Läuferscheibe (1) über eine Nut-Feder-Verbindung oder einer Falz-Verbindung verbunden sein (3 und 4).
Bei der Nut-Feder-Verbindung haben beide zu verbindende Bauteile an den zu verbindenden Seiten mindestens eine Nut N, die nach innen (Vertiefung) oder nach außen (hervorstehend) gerichtet sein kann. In die eine Scheibe umlaufende Vertiefung wird als verbindendes Element die nach außen gerichtete Nut oder Feder F eingefügt wird (3a).
Bei der Falz-Verbindung haben beide zu verbindende Bauteile an den zu verbindenden Seiten jeweils eine obere bzw. untere stufenförmige, bei einer Scheibe umlaufende Vertiefung S, die Falz, die ineinander gefügt werden (3b und 3c).
Sowohl bei der Nut-Feder-Verbindung als auch bei der Falz-Verbindung können die Oberflächen (Ober- und Unterseite) der verbundenen Bauteile in einer Ebene liegen (3a, 3b) oder ein- oder beidseitig versetzt (stufenförmig) zueinander sein. 3c zeigt beispielhaft eine im Vergleich zum linken Bauteil nach unten einseitig versetzte Unterseite des Bauteils bei einer Falz-Verbindung. Die Oberseiten beider Bauteile liegen in diesem Ausführungsbeispiel in einer Ebene.
Ist das äußere Profil (31) des Inserts (3) mit einer Nut-Feder-Verbindung verbunden, wird die Feder (11) bevorzugt umlaufend mittig aus der Innenseite der Aussparung (2) der Läuferscheibe (1) herausgearbeitet, die entsprechende Nut befindet sich dann in der mit der Innenseite der Aussparung (2) in Kontakt kommenden Fläche des äußeren Profils (31) des Inserts (3) (4a).
Ebenfalls bevorzugt wird bei einer Nut-Feder-Verbindung des Inserts (3) mit der Aussparung (2) der Läuferscheibe (1) die Feder F umlaufend mittig aus der Innenseite des äußeren Profils (31) des Inserts (3) herausgearbeitet. Die entsprechende Nut befindet sich dann in der Innenseite der Aussparung (2) der Läuferscheibe (1).
Ist das äußere Profil (31) des Inserts (3) mit einer Falz-Verbindung verbunden, wird die obere, die Innenseite der Aussparung (2) umlaufende Falz (12) bevorzugt aus der Läuferscheibe (1) herausgearbeitet, die entsprechende untere Falz (33) des äußeren Profils (31) befindet sich dann an der mit der Innenseite der Aussparung (2) in Kontakt kommenden Fläche (4b).
Ebenfalls bevorzugt wird bei einer Falz-Verbindung des Inserts (3) mit der Innenseite der Aussparung (2) der Läuferscheibe (1) die obere Falz (33) aus dem äußeren Profil (31) des Inserts (3) herausgearbeitet, die entsprechende untere, die Innenseite der Aussparung (2) umlaufende Falz (12) aus der Läuferscheibe herausgearbeitet (4c).
Bevorzugt besteht das äußere Profil (31) des Inserts (3) aus einem metallischen Material, beispielsweise Stahl, Edelstahl, Titan oder Bronze.
Wird das äußere Profil (31) aus einem metallischen Material gefertigt, werden die Ober- und die Unterseite des äußeren Profils (31) bevorzugt mit einem nichtmetallischen Material, beispielsweise Polyurethan (PU), überzogen.
Ebenfalls bevorzugt besteht das äußere Profil (31) des Inserts (3) aus einem Kunststoff mit einer Härte im Bereich 30–100 Shore D, besonders bevorzugt im Bereich 50–90 Shore D.
Als Material für das äußere Profil (31) des Inserts (3) kann beispielsweise Polyvinylidonfluorid (PVDF) oder Polyvinylchlorid (PVC) verwendet werden.
Der innere Kern (32) des Inserts (3), der im Vergleich zu dem äußeren Profil (31) aus einem weicheren Material besteht, schützt die empfindliche Kante der Scheibe (4) aus Halbleitermaterial bei der gleichzeitigen materialabtragenden Bearbeitung der Vorderseite und der Rückseite der mindestens einen Scheibe (4) aus Halbleitermaterial.
Der innere Kern (32) wird durch das äußere Profil (31) vor einer Wechselwirkung mit der jeweiligen Arbeitsschicht geschützt, so dass keine Ansprüche an die Widerstandsfähigkeit des Materials, insbesondere gegen Abrieb, bei der Materialauswahl berücksichtigt werden müssen.
Der innere Kern (32) besteht bevorzugt aus einem weichen Kunststoff oder einem weichen Elastomer mit einer Härte im Bereich 30–100 Shore A, besonders bevorzugt im Bereich 40–90 Shore A.
Ebenfalls bevorzugt besteht der innere Kern (32) aus einem kompressiblen Material.
In einer speziellen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur gleichzeitigen materialabtragenden Bearbeitung der Vorderseite und der Rückseite mindestens einer Scheibe (4) aus Halbleitermaterial ersetzen die Oberseite und die Unterseite der Innenkante der Aussparung (2) in der Läuferscheibe (1) das äußere Profil (31). Die Innenkante der Aussparung (2) weist eine umlaufende Vertiefung (Nut) zur Aufnahme des inneren Kernmaterials (32) auf, so dass auch in dieser Ausführungsform ein direkter Kontakt zwischen der Scheibe (4) aus Halbleitermaterial und der Läuferscheibe (1) nicht möglich ist. In dieser Ausführungsform wird das äußere Profil (31) aus der Oberseite und der Unterseite der Läuferscheibe (1) gebildet.
Während der gleichzeitigen materialabtragenden Bearbeitung der Vorderseite und der Rückseite mindestens einer Scheibe (4) aus Halbleitermaterial wirken auf die Scheibe Reibungskräfte, sodass die in der Aussparung (2) der Läuferscheibe (1) liegende Scheibe (4) mit ihrer Kante mehr oder weniger stark gegen die Kontaktfläche (33) des inneren Kerns (32) gedrückt wird.
Das äußere Profil (31) des Inserts (3) kann in einer Ausführungsform aus zwei separaten Teilen (der Oberseite und der Unterseite) bestehen, wobei der innere Kern (32) an der Innenkante der Aussparung (2) der Läuferscheibe (1) anliegt und die Oberseite und die Unterseite des äußeren Profils (31) mit dem inneren Kern (31) fest verbunden sind, beispielsweise durch Verkleben.
Das innere Kernmaterial (31) ist in dieser Ausführungsform bevorzugt mit der Innenseite der Aussparung (2) der Läuferscheibe fest verbunden.
Ebenfalls bevorzugt ist das innere Kernmaterial (31) in dieser Ausführungsform nicht mit der Innenseite der Aussparung (2) der Läuferscheibe fest verbunden, sondern liegt nur formschlüssig in der Aussparung (2) der Läuferscheibe (1).
Bei der gleichzeitigen materialabtragenden Bearbeitung der Vorderseite und der Rückseite mindestens einer Scheibe (4) aus Halbleitermaterial kann in dieser Ausführungsform der innere Kern (32) durch den Anpressdruck der oberen und unteren Arbeitsschicht auf das äußere Profil (31) zusammengedrückt werden, wenn eine oder beide der mit den Arbeitsschichten in Kontakt kommenden Seiten des äußeren Profils (31) aus der Ebene der Läuferscheibe (1) herausragen.
Die Kontaktfläche (33) des inneren Kerns (32) kann als Abschluss der offenen Seite des äußeren Profils (31), d. h. in einer Linie mit den zur Scheibe (4) aus Halbleitermaterial weisenden Kanten der Oberseite und der Unterseite des äußeren Profils (31), ausgebildet sein (2a und 2b).
Ebenfalls bevorzugt kann die Kontaktfläche (33) des inneren Kerns (32) in Bezug auf die zur Scheibe (4) weisenden Kanten des äußeren Profils (31) innenliegend (2c) ausgestaltet werden. Bei dieser Ausführungsform liegt die Kontaktfläche (33) bevorzugt 0,1–0,5 mm innerhalb der oberen und unteren Kante der offenen Seite des äußeren Profils (31).
Die Kontaktfläche (33) des innere Kerns (32) ist bevorzugt als ebene Fläche ausgeführt (2a–2c).
Ebenfalls bevorzugt ist eine Kontaktfläche (33) des inneren Kerns (32), die eine Vertiefung, also in Bezug auf die Kante der Scheibe (4) konkave Form, aufweist. Diese Vertiefung kann eine abgerundete, U-förmige (2d) oder gerade, V-förmige (2e) Form haben. Bei dieser Ausführungsform kann die Kante der Scheibe (4) aus Halbleitermaterial in der Vertiefung der Kontaktfläche des inneren Kerns (32) des Inserts (3) liegen, so dass die Kante der Scheibe (4) von dem inneren Kern (32) umschlossen sein kann.
Liegt die Kontaktfläche (33) des inneren Kerns (32) innerhalb des äußeren Profils (31), weist die Kontaktfläche (33) eine Vertiefung zur Aufnahme der Kante einer Scheibe (4) auf, oder wird eine Kombination aus beiden genannten Ausführungsformen als Insert (3) bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur gleichzeitigen materialabtragenden Bearbeitung der Vorderseite und der Rückseite mindestens einer Scheibe (4) aus Halbleitermaterial, wird ein zusätzlicher Schutz der Kante zumindest gegen mechanische Einflüsse erreicht.
Die Vertiefung des inneren Kerns (32) des Inserts (3) wird bevorzugt so ausgestaltet, dass bei einem Kontakt der Kante einer Scheibe aus Halbleitermaterial mit dem inneren Kern, die Kante durch das äußere Profil gegen einen Kontakt mit den Arbeitsflächen geschützt ist.
Die amerikanische Anmeldung US 2008/0113510 A1 lehrt beispielsweise, die Vorderseite oder die Vorderseite und die Rückseite einer Scheibe aus Halbleitermaterial nach einer doppelseitigen Politur (DSP) mit einem Film aus einem Harz zu schützen, bevor die Kante der Scheibe glanzpoliert wird. Anschließend wird der Schutzfilm wieder entfernt.
Der zusätzliche Schutz der Kante der Scheibe (4) aus Halbleitermaterial bei Verwendung eines Inserts (3) mit innenliegender Kontaktfläche (33) und oder einer Vertiefung in der Kontaktfläche (33) ermöglicht bei einem Polierprozess die Kantenpolitur vor der doppelseitigen Politur (DSP), da die Kante (einschließlich der Facetten) durch den DSP-Schritt nicht mehr unerwünscht verändert werden kann.
Die Kantenpolitur vor der Doppelseitenpolitur wirkt sich positiv auf die lokale Geometrie der Scheibe aus Halbleitermaterial am äußersten ebenen Rand aus, da nach dem DSP-Schritt keine Beeinflussung der Kante durch (eine nachgeschaltete) Kantenpolitur mehr stattfindet.
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 19755705 A1 [0007]
DE 10344602 A1 [0008]
DE 102006032455 A1 [0008]
US 2008014839 A [0008]
US 6007407 A [0008]
US 6599177 B2 [0008]
DE 102007049811 A1 [0010, 0010, 0019]
US 3691694 [0012]
US 2003054650 A [0012]
DE 10007390 A1 [0012]
EP 208315 B1 [0013]
DE 10023002 B4 [0013]
DE 102009025243 B4 [0014]
US 20100301263 A1 [0014]
DE 102007035266 A1 [0015]
JP 57041164 [0017]
EP 0197214 A2 [0017]
EP 0208315 B1 [0017, 0018, 0077]
DE 102011080323 [0022]
US 20080113510 A1 [0110]

Claims

Verfahren zur gleichzeitigen beidseitigen materialabtragenden Bearbeitung der Oberflächen mindestens einer Scheibe (4) aus Halbleitermaterial, bestehend aus einer Vorderseite und einer Rückseite, den Oberflächen, sowie einer umlaufenden Kante (41), wobei die mindestens eine Scheibe (4) aus Halbleitermaterial während der gleichzeitigen materialabtragenden Bearbeitung der Oberflächen durch die umlaufende Innenkante einer geeignet dimensionierten Aussparung (2) in einer Läuferscheibe (1) mit einer Oberseite und einer Unterseite geführt wird, sich diese Läuferscheibe (1) in einem durch eine obere und untere Arbeitsschicht begrenzten Arbeitsspalt befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Kante (41) der mindestens eine Scheibe (4) aus Halbleitermaterial durch ein erstes Material (32) nicht in direkten Kontakt mit der Innenkante der Aussparung (2) kommt und das erste Material (32) durch ein zweites Material (31) gegen den Kontakt mit den Arbeitsschichten geschützt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkante der Aussparung (2) mit einem Insert (3) ausgekleidet ist, welches aus dem zweiten Material, einem äußeren Profil (31), der das erste Material, ein inneres Kernmaterial (32), zumindest auf der Oberseite und der Unterseite umschließt, und der innere Kern (32) an der Kontaktfläche (33) in Kontakt mit der Kante (41) der Scheibe (4) aus Halbleitermaterial kommen kann.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Profil (31) aus einem Kunststoff besteht.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff eine Härte im Bereich 30–100 Shore D hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Kernmaterial (32) aus einem Kunststoff besteht, der weicher ist als das Material des äußeren Profils (31).
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (33) des inneren Kernmaterials (32) in einer Linie oder nach innen versetzt in Bezug auf die zur Scheibe (4) aus Halbleitermaterial weisenden Kanten der Oberseite und der Unterseite des äußeren Profils (31) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche (33) des inneren Kerns (32) eben ist oder eine Vertiefung hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite und die Unterseite des äußeren Profils (31) in einer Ebene mit der Oberseite und der Unterseite der Läuferscheibe (1) liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine oder keine Seite des äußeren Profils (31) in einer Ebene mit der Oberseite oder der Unterseite der Läuferscheibe (1) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Insert (3) fest mit der Innenkante der Läuferscheibe (1) verbunden ist oder lose und formschlüssig in die Aussparung (2) der Läuferscheibe (1) eingelegt ist.