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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum gleichzeitig doppelseitigen Schleifen einer Scheibe aus Halbleitermaterial. Die Erfindung basiert auf der optimalen Verteilung einer Flüssigkeit in einem Schleifwerkzeug zur gleichzeitig beidseitigen Material abtragenden Bearbeitung einer Halbleiterscheibe, die durch eine optimierte Schleuderplatte erzielt wird.
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Für Elektronik, Mikroelektronik und Mikro-Elektromechanik werden als Ausgangsmaterialien (Substrate) Halbleiterscheiben mit extremen Anforderungen an globale und lokale Ebenheit, einseiten-bezogene lokale Ebenheit (Nanotopologie), Rauigkeit und Sauberkeit benötigt. Halbleiterscheiben sind Scheiben aus Halbleitermaterialien, insbesondere Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid oder Elementhalbleiter wie Silicium und Germanium.
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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),
- - Zerteilen des Halbleiterstabs in einzelne Stabstücke
- - Auftrennen des Stabs in einzelne Scheiben (Innenloch- oder Drahtsägen),
- - mechanische Bearbeitung der Scheiben (Läppen, Schleifen),
- - chemische Bearbeitung der Scheiben (alkalische oder saure Ätze)
- - chemo-mechanische Bearbeitung der Scheiben (Politur)
- - optional weitere Beschichtungsschritte (z.B. Epitaxie, Annealen)
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Die mechanische Bearbeitung der Halbleiterscheibe dient der Entfernung von Sägewelligkeiten, dem Abtrag der durch die raueren Sägeprozesse kristallin geschädigten oder vom Sägedraht kontaminierten Oberflächenschichten und vor allem der globalen Einebnung der Halbleiterscheiben. Ferner dient die mechanische Bearbeitung der Halbleiterscheibe der Herstellung einer gleichmäßigen Dickenverteilung, d.h. dass die Scheibe eine gleichmäßige Dicke hat.
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Als Verfahren zur mechanischen Bearbeitung der Halbleiterscheiben sind das Läppen sowie das Oberflächen-Schleifen (einseitig, doppelseitig) bekannt.
Die Technik des doppelseitigen Läppens von gleichzeitig mehreren Halbleiterscheiben ist seit langem bekannt und beispielsweise in der
EP 547894 A1 beschrieben. Beim doppelseitigen Läppen werden die Halbleiterscheiben unter Zuführung einer Abrasivstoffe enthaltenden Suspension zwischen einer oberen und einer unteren Arbeitsscheibe, der meist aus Stahl bestehenden und mit Kanälen zur besseren Verteilung der Suspension versehenen Läppscheibe, unter einem gewissen Druck bewegt und dadurch ein Materialabtrag bewirkt. Die Halbleiterscheibe wird durch eine Läuferscheibe („carrier“) mit Aussparungen zur Aufnahme der Halbleiterscheiben während des Läppens geführt, wobei die Halbleiterscheibe durch die mittels Antriebskränze in Rotation versetzte Läuferscheibe auf einer geometrischen Bahn gehalten wird.
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Beim Einseitenschleifen wird die Halbleiterscheibe rückseitig auf einer Unterlage („chuck“) gehalten und vorderseitig von einer Topfschleifscheibe unter Drehung von Unterlage und Schleifscheibe und langsamer radialer Zustellung eingeebnet. Verfahren und Vorrichtungen zum einseitigen Oberflächenschleifen einer Halbleiterscheibe sind beispielsweise aus der
US-2008/0214094 A1 oder aus
EP-0955126 A2 bekannt.
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Beim simultanen Doppelseitenschleifen („double-disc grinding“, DDG) wird die Halbleiterscheibe frei schwimmend zwischen zwei, auf gegenüberliegenden kollinearen Spindeln montierten Schleifscheiben gleichzeitig beidseitig bearbeitet und dabei weitgehend frei von Zwangskräften axial zwischen einem vorder- und rückseitig wirkenden Wasser- (hydrostatisches Prinzip) oder Luftkissen (aerostatisches Prinzip) geführt und radial lose von einem umgebenden dünnen Führungsring oder von einzelnen radialen Speichen am Davonschwimmen gehindert. Verfahren und Vorrichtungen zum doppelseitigen Oberflächenschleifen einer Halbleiterscheibe sind beispielsweise aus
EP 0 755 751 A1 ,
EP 0 971 398 A1 ,
DE 10 2004 011 996 A1 sowie
DE 10 2006 032 455 A1 bekannt.
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Allerdings verursacht das doppelseitige Schleifen von Halbleiterscheiben (DDG) kinematisch bedingt grundsätzlich einen höheren Materialabtrag im Zentrum der Halbleiterscheibe („Schleifnabel“). Um nach dem Schleifen eine Halbleiterscheibe mit möglichst geringen Bearbeitungspuren zu erhalten, ist es notwendig, dass die beiden Schleifspindeln, auf denen die Schleifscheiben montiert werden, exakt kollinear ausgerichtet sind, da radial und oder axiale Abweichungen einen negativen Einfluss auf die Form und Nanotopologie der geschliffenen Scheibe haben. Die deutsche Anmeldung
DE 10 2007 049 810 A1 lehrt beispielsweise ein Verfahren zur Korrektur der Schleifspindelposition in Doppelseitenschleifmaschinen.
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Bei den Schleifprozessen - dies betrifft sowohl einseitige als auch beidseitige Schleifverfahren, ist eine Kühlung des Schleifwerkzeuges und/oder der bearbeiteten Halbleiterscheibe erforderlich. Als Kühlmittel wird üblicherweise Wasser bzw. deionisiertes Wasser verwendet. Bei den Doppelseitenschleifmaschinen tritt das Kühlmittel üblicherweise aus dem Zentrum des Schleifwerkzeugs aus und wird mittels Zentrifugalkraft zu den Schleifzähnen, die kreisförmig am Außenrand der Schleifscheibe angeordnet sind, transportiert bzw. geschleudert. Der Kühlmitteldurchsatz, also die Menge an Kühlmittel, die innerhalb einer definierten Zeit austritt kann elektronisch oder mechanisch geregelt werden.
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Die deutsche Anmeldung
DE 10 2007 030 958 lehrt ein Verfahren zum Schleifen von Halbleiterscheiben, bei dem die Halbleiterscheiben einseitig oder beidseitig mittels wenigstens eines Schleifwerkzeugs, unter Zuführung eines Kühlmittels Material abtragend bearbeitet werden. Um eine konstante Kühlung während des Schleifens zu gewährleisten, wird der Kühlmittelfluss mit abnehmender Schleifzahnhöhe reduziert, da ein unverändert hoher Kühlmittelfluss andernfalls unvermeidlich zu Aquaplaning-Effekten führen würde.
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Nachteilig an dem in
DE 10 2007 030 958 beschriebenen Verfahren ist die Tatsache, dass während des gesamten Schleifvorgangs die Höhe der Schleifzähne gemessen werden muss, um den Kühlmittelfluss entsprechend anpassen zu können.
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Eine konstante Flussrate beim gleichzeitig doppelseitigen Schleifen einer Halbleiterscheibe wird in der Druckschrift
DE 11 2014 003 179 T5 gelehrt. Gemäß dieser Lehre erfolgt der Zufluss des Kühl- bzw. Schleiffluids über jeweils eine Schleuderplatte, die sich innerhalb des Schleifwerkzeugs befindet und sich mit diesem während des Schleifvorgangs dreht. Über eine Zuführung gelangt eine Flüssigkeit, das Schleiffluid, in die Schleuderplatte. Die Flüssigkeit wird über vier kreisförmige Öffnungen, die kreisförmig um das Rotationszentrum der Schleuderplatte angeordnet sind und einen Austrittswinkel von 45° in Bezug auf die Oberfläche der Schleuderplatte haben, durch die Rotation zu den Schleifzähnen des Schleifwerkzeugs geschleudert, wodurch eine gleichmäßige Verteilung der zugeführten Flüssigkeit entlang den kreisförmig um die Schleuderplatte angeordneten Schleifzähnen erreicht werden soll.
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In der Praxis hat sich allerdings herausgestellt, dass sich durch die vier kreisförmigen Öffnungen, aufgrund der Rotation der in das Schleifwerkzeug eingebauten Schleuderplatte, vier Bereiche an den Schleifzähnen ausbilden, in denen eine höhere Menge an Flüssigkeit an den Schleifzähnen pro Zeiteinheit auftrifft als in den Bereichen der Schleifzähne, die nicht im direkten Austrittsbereich der kreisförmigen Öffnungen liegen, so dass diese Bereiche eine Unterversorgung mit Flüssigkeit erfahren.
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Die ungleiche Verteilung der Flüssigkeit wirkt sich ungünstig auf das Schleifergebnis aus. Es bestand daher die Aufgabe, eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine gleichmäßige Versorgung aller kreisförmig angeordneter Schleifzähne eines Schleifwerkzeugs während des gleichzeitig beidseitigen Schleifens einer Halbleiterscheibe ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum gleichzeitigen Schleifen der Vorder- und der Rückseite einer Halbleiterscheibe, die im unabhängigen Patentanspruch beschrieben ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Nachfolgend wird die Erfindung, die sich sowohl für das einseitige als auch das gleichzeitig zweiseitige Schleifen der Oberflächen von Halbleiterscheiben eignet detailliert beschrieben. Dabei werden Bezugszeichen verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schleifwerkzeug
- 2
- Schleifspindel
- 3
- Schleifscheibe
- 31
- Schleifscheibengrund
- 32
- angeschrägte Randerhöhung
- 4
- Schleifzahn
- 5
- Schleuderplatte
- 51
- Austrittsöffnung für eine Flüssigkeit in der Schleuderplatte
- 52
- Zuleitung für die Flüssigkeit zur Schleuderplatte
- 53
- Flüssigkeit
- R
- Rotationsrichtung des Schleifwerkzeugs 1
- W
- Halbleiterscheibe
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Eine Halbleiterscheibe W (Wafer) im Sinne dieser Erfindung ist eine Scheibe aus Halbleitermaterial, wie beispielsweise Elementhalbleiter (Silicium, Germanium), Verbindungshalbleiter (beispielsweise Aluminium oder Gallium) oder deren Verbindungen (beispielsweise Si1-xGex, 0 < x < 1; AlGaAs, AlGaInP usw.) verstanden, umfassend eine Vorderseite und eine Rückseite, nachfolgend als Oberfläche bzw. Oberflächen bezeichnet, sowie eine umlaufende Kante.
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1a zeigt ein Schleifwerkzeug 1. Das Schleifwerkzeug (1) umfasst vereinfacht beschrieben eine drehbar gelagerte Schleifspindel (2), umfassend den Spindelkörper und einen Flansch (Spindelflansch), an der das Schleifrad (grinding wheel) bzw. die Schleifscheibe (3) (nachfolgend nur als Schleifscheibe (3) bezeichnet) befestigt ist. Die Schleifscheibe (3) weist eine Vielzahl einzelner Schleifzähne (4) auf, die kreisförmig entlang des Außenbereichs des Schleifscheibengrundes (31) angeordnet sind. Im Zentrum der Schleifscheibe (3) befindet sich die Schleuderplatte (5) mit einer Öffnung (51), aus der Flüssigkeit während des Schleifvorgangs austritt. Die Schleuderplatte (5) befindet sich in einer geeignet großen Aussparung der Schleifscheibe (3) und ist fest mit der Schleifspindel (2) verbunden, beispielsweise durch eine entsprechende Verschraubung oder mittels eines Gewindes.
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1b zeigt ein Schleifwerkzeug (1) im Querschnitt, umfassend die Schleifspindel (2) mit der Schleifscheibe (3) und den Schleifzähnen (4), die am Schleifscheibengrund (31) befestigt sind. Über eine Zuleitung (52), die sich beispielsweise innerhalb der Schleifspindel (2) befinden kann, wird während des Schleifens eine Flüssigkeit zur Schleuderplatte (5) geleitet, die über die eine Austrittsöffnung (51) durch Zentrifugalkraft gleichmäßig zu den Schleifzähnen (4) geschleudert wird. Auf der Innenseite weist der Schleifscheibengrund (31) eine angeschrägte Randerhöhung (32) zu den Schleifzähnen (4) auf. Unter dem Begriff „angeschrägte Randerhöhung“ wird im Sinne der Erfindung der vom Schleifscheibengrund (31) zu der Fläche, auf der sich die Schleifzähne befinden und die in Bezug auf den Schleifscheibengrund (31) erhöht ist, verlaufende schräge, also der in einem gewissen Winkel vom Schleifscheibengrund (31) abweichende Bereich (32) verstanden.
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2 zeigt beispielhaft eine spezielle Ausführungsform der Vorderseite der Schleuderplatte (5) im Querschnitt. Der umlaufende Rand bzw. die umlaufende Kante der Austrittsöffnung (51) ist am Übergang von der Zuleitung (52) zunächst konvex und geht in eine konkave Form über, so dass die aus der Austrittsöffnung (51) austretende Flüssigkeit mit einem definierten Winkel auf die angeschrägte Randerhöhung (32) geleitet bzw. geschleudert wird.
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Die Schleifzähne (4) sind bevorzugt mit Diamant, Siliciumcarbid oder einem anderen zur materialabtragenden Bearbeitung der Oberflächen von Halbleiterscheiben W geeigneten Materialien belegt.
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Die erfindungsgemäße Schleuderplatte (5) kann sowohl bei einseitigen (SSG) als auch bei gleichzeitig doppelseitigen Schleifprozessen (DDG) von Halbleiterscheiben eingesetzt werden und wird, ohne den Umfang der Erfindung auf das gleichzeitig doppelseitige Schleifen von Halbleiterscheiben zu begrenzen, an diesem Verfahren beschrieben.
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Das simultane Doppelseitenschleifen („Double Disk Grinding“, DDG) wird oftmals eingesetzt, um eine besonders gute Planparallelität bzgl. Dicke (gleichmäßige Dickenverteilung) und TTV (Total Thickness Variation) der bearbeiteten Halbleiterscheiben zu erreichen, insbesondere im Vergleich zu alternativen Bearbeitungsverfahren wie dem sog. Läppverfahren.
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Zur Durchführung des simultanen Doppelseitenschleifen einer Halbleiterscheibe
W eignet sich eine Vorrichtung, umfassend zwei gegenüber stehende, kollineare rotierbare Schleifspindeln (
2), deren zum Wafer
W gewandte Enden mit jeweils einer Schleifscheibe (
3) versehen sind. Der gleichzeitig beidseitige Materialabtrag von der Vorderseite bzw. der Rückseite der Halbleiterscheibe
W erfolgt durch die zwei gegengleich rotierenden Schleifscheiben (
3), die auf gegenüberliegenden kollinearen Spindeln (
2) befestigt sind und wobei die Halbleiterscheibe
W während der Bearbeitung beispielsweise mittels zweier hydrostatischer Lager, wie beispielsweise in der
DE 10 2008 026 782 A1 beschrieben, weitgehend frei von Zwangskräften axial und mittels eines Führungsrings radial geführt und durch einen Mitnehmer in Rotation versetzt wird. Die Rotationsgeschwindigkeit der Halbleiterscheibe
W während des gleichzeitig beidseitigen Schleifens beträgt bevorzugt 10 bis 50 U/min (rpm).
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Die Rotation der Schleifscheibe (3) wird durch die Rotation der jeweiligen Schleifspindel (2) bewerkstelligt. Die Rotationsgeschwindigkeit der jeweiligen Schleifscheibe (3) während der materialabtragenden Bearbeitung der mindestens einen Oberfläche einer Halbleiterscheibe W beträgt bevorzugt 3000 bis 6000 U/min (rpm), wobei sich die gegenüberliegenden Schleifscheiben (3) gegengleich drehen, damit sich die durch die Reibung der Schleifzähne (4) auf die Halbleiterscheibe W wirkenden Kräfte nahezu aufheben.
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Während des Schleifvorgangs, also während der Zeit, in der die Zähne (4) der Schleifscheibe (3) mit den Oberflächen (Vorderseite und Rückseite) der Halbleiterscheibe W in Kontakt stehen und sich über deren Oberflächen, dem Kontaktbereich, bewegen, wird über die in der Schleifscheibe (3) integrierte Schleuderplatte (5), die zusammen mit der Schleifscheibe (3) rotiert, durch die Zentrifugalkraft eine Flüssigkeit heraus zu den Kontaktstellen der Schleifzähne (4) mit den Oberflächen der Halbleiterscheibe geleitet bzw. geschleudert.
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Um sowohl eine optimale und gleichmäßige Kühlung der Kontaktstellen als auch eine ausreichende Entfernung des abgetragenen Materials aus dem Kontaktbereich heraus zu gewährleisten, muss die aus der Austrittsöffnung (51) der Schleuderplatte (5) austretende Flüssigkeit gleichmäßig zu allen Seiten verteilt werden, so dass keine Aufstaueffekte in der Zuleitung und oder Austrittsöffnung sowie Bereiche mit einer Über- bzw. Unterversorgung innerhalb der Schleifscheibe (3) auftreten.
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Durch die erfindungsgemäße Schleuderplatte (5) wird die gleichmäßige Verteilung der aus der Austrittsöffnung (51) der Schleuderplatte (5) austretende Flüssigkeit zu allen Seiten der Schleifscheibe (3) gewährleistet.
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Die Schleuderplatte (5) ist ein bevorzugt aus einem Metall, beispielsweise eloxiertes Aluminium, einem Kunststoff oder einer Keramik gefertigter Ring mit einer Vorderseite, einer Rückseite und einem umlaufenden Rand. Die Schleuderplatte (5) hat eine definierte Höhe und einem definierten Durchmesser sowie eine im Zentrum des Rings befindliche kreisförmige Öffnung (51) mit einem umlaufenden Rand bzw. einer umlaufenden Kante. Die Schleuderplatte (5) befindet sich in einer ausreichend großen Aussparung im Zentrum der Schleifscheibe (3) und ist mit der Rückseite an der Schleifspindel (2) befestigt (1b), so dass die Vorderseite zur Halbleiterscheibe W weist. Die Befestigung der Schleuderplatte (5) an der Schleifspindel (2) kann beispielsweise durch Verschraubung oder über ein Gewinde erfolgen.
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Dementsprechend sind die Rotationsgeschwindigkeiten der Schleifscheibe (3) und der Schleuderplatte (5) während der materialabtragenden Bearbeitung der mindestens einen Oberfläche einer Halbleiterscheibe W gleich.
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Die Höhe der Schleuderplatte (5) liegt bevorzugt im Bereich von 5 bis 15 mm und ist so bemessen, dass die der Halbleiterscheibe W zugewandte Vorderseite der an der Schleifspindel (2) befestigten Schleuderplatte 5 niedriger ist als die Höhe der Schleifzähne (4), so dass die Schleuderplatte (5) nicht in Kontakt mit der Oberfläche der Halbleiterscheibe W kommen kann. Bevorzugt wird die Höhe der an der Schleifspindel befestigten Schleuderplatte (5) so gewählt, dass selbst bei vollkommen abgeschliffenen Schleifzähnen (4) die Schleuderplatte (5) nicht in Kontakt mit der Oberfläche der Halbleiterscheibe W kommen kann.
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Die Höhe Schleuderplatte (5) definiert gleichzeitig auch die Höhe der Austrittsöffnung (51) in Bezug auf den Schleifscheibengrund (31). Um einen gleichmäßigen Flüssigkeitsaustritt aus der Austrittsöffnung (51) der Schleuderplatte (5) während des Schleifprozesses zu gewährleisten, liegt die Austrittsöffnung mindestens in einer Ebene mit Schleifscheibengrund (31). Bevorzugt liegt die Austrittsöffnung (51) der Schleuderplatte (5) mindestens 0,1 mm, besonders bevorzugt mindestens 1 mm oberhalb des Schleifscheibengrundes (31). Die maximale Höhe der Austrittsöffnung (51), bezogen auf den Schleifscheibengrund (31), liegt bevorzugt unterhalb der Höhe der Randerhöhung (32), so dass selbst bei vollständig abgeschliffenen Schleifzähnen (4) ein Kontakt der Vorderseite der Schleuderplatte (5) mit der Oberfläche der Halbleiterscheibe W ausgeschlossen ist.
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Das Schleifen der Halbleiterscheibe W erfolgt in Gegenwart einer Flüssigkeit, bevorzugt Wasser mit oder ohne Zusatzstoffe, die sowohl als Kühl- und Schmiermittel als auch zum Abtransport des abgeschliffenen Materials dient. Die Temperatur der Flüssigkeit kann auf einen bestimmten Wert durch eine geeignete Vorrichtung, beispielsweise einen Thermostaten, eingestellt werden.
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Während des Schleifvorgangs wird eine definierte Menge Flüssigkeit pro Zeiteinheit über eine Zuleitung (52), die beispielsweise durch die Schleifspindel (2) verläuft, zu der Schleuderplatte (5) geleitet. Die Zuleitung (52) ist bevorzugt ein Schlauch oder ein Rohr aus Kunststoff oder einem Metall und hat einen definierten Innendurchmesser, der maximal dem Innendurchmesser der Austrittsöffnung (51) auf der Rückseite der Schleuderplatte (5) entspricht, aber auch geringer sein kann.
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Die Einleitung der Flüssigkeit in die Zuleitung (52) kann drucklos oder unter Druck erfolgen. Bevorzugt ist diese Flüssigkeitsmenge während des Schleifvorgangs konstant. Ebenfalls bevorzugt wird die pro Zeiteinheit zugeführte Flüssigkeitsmenge während des Schleifprozesses variiert. Die durch die Zuleitung (52) fließende Flüssigkeitsmenge wird so gewählt, dass kein Staudruck in der Zuleitung (52) auftritt.
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Die Zuleitung (52) rotiert während des Schleifvorgangs entlang seiner Längsachse bevorzugt mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Schleuderplatte (5), so dass durch die Oberflächenrauigkeit der Innenwand der Zuleitung (52) bereits ein Flüssigkeitsfilm auf der Innenwand der Zuleitung (52) entsteht, der entlang der Wandinnenfläche in die Austrittsöffnung (51) der Schleuderplatte (5) übertritt. Durch einen Staudruck in der Zuleitung (52) kann sich ein ungleichmäßiger Flüssigkeitsfilm auf der Innenwand der Zuleitung (52) ausbilden, so dass der Flüssigkeitsaustritt aus der Austrittsöffnung (51) ebenfalls ungleichmäßig wäre, was sich unvorteilhaft auf das Schleifergebnis auswirken würde.
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Der Durchmesser der Austrittsöffnung (51) auf der Rückseite der Schleuderplatte (5) ist bevorzugt etwas geringer als der Durchmesser der Austrittsöffnung (51) auf der Vorderseite der Schleuderplatte (5). Die Erweiterung des Durchmessers der Austrittsöffnung (51) von der Rückseite zur Vorderseite der Schleuderplatte (5) hin kann direkt vom Übergang der Zuleitung (52) zur Schleuderplatte (5) bis zur Vorderseite der Schleuderplatte (5) erfolgen oder erst innerhalb der Schleuderplatte selber, so dass der Durchmesser der Austrittsöffnung (51) von der Rückseite der Schleuderplatte (5) aus zunächst konstant ist und erst ab einer definierten Höhe innerhalb der Schleuderplatte (5) zunimmt. Die Zunahme des Durchmessers der Austrittsöffnung (51) zwischen Rückseite und Vorderseite der Schleuderplatte (5) kann linear, konvex oder konkav mit einem Winkel im Bereich von 20° bis 70°, besonders bevorzugt in einem Bereich von 30° bis 50° sein. Der umlaufende Rand der Austrittsöffnung (51) auf der Vorderseite der Schleuderplatte (5) kann jede beliebige Form haben, ist aber bevorzugt konvex abgerundet.
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Der sich bereits an der Innenwand der Zuleitung (52) durch Zentrifugalkraft ausgebildete Flüssigkeitsfilm tritt bzw. fließt in die Austrittsöffnung (51) der Schleuderplatte (5) hinein und verlässt diese als Flüssigkeitsfilm in einer definierten Menge pro Zeiteinheit auf der gegenüberliegenden, also der Halbleiterscheibe zugewandten Seite wieder. Die durch die Rotation der Schleuderplatte (5) erzeugten Zentrifugalkräfte lassen den Flüssigkeitsfilm entlang der Oberfläche der Vorderseite der Schleuderplatte (5) aus der Austrittsöffnung (51) austreten. Der Flüssigkeitsfilm kann dabei mit oder ohne Kontakt zur Oberfläche der Vorderseite der Schleuderplatte (5) bzw. des Schleifscheibengrundes (31) in Richtung angeschrägte Randerhöhung (32) geleitet bzw. geschleudert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die austretende Flüssigkeit gezielt durch eine Kombination aus konvexer und konkaver Form der Oberfläche der Vorderseite der Schleuderplatte (5) zu der angeschrägten Randerhöhung (32) geleitet (2).
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Die Gleichmäßigkeit der nach allen Seiten aus der Austrittsöffnung (51) austretenden bzw. herausgeschleuderten Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit kann gezielt durch die Einstellung der Oberflächenrauigkeit der Innenwand der Austrittsöffnung (51) beeinflusst und optimiert werden. Bevorzugt ist auch die Erzeugung einer geeigneten Fein - oder Mikrostruktur auf der Innenwand bzw. im Randbereich der Austrittsöffnung (51), um ein optimal gleichmäßiges (laminares) Austreten des Flüssigkeitsfilms nach allen Seiten der Austrittsöffnung (51) zu gewährleisten.
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Bevorzugt wird die Oberflächenrauigkeit der Innenwand der Austrittsöffnung (51) durch eine geeignete Oberflächenbearbeitung, wie beispielsweise Schruppen bis Feinst-Schlichten, Schleifen, Honen oder Läppen auf einen Mittenrauwert Ra zwischen 25 µm und 0,006 µm eingestellt.
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Die Innenwand der Zuleitung (52) weist bevorzugt ebenfalls eine Oberflächenrauigkeit mit einen Mittenrauwert Ra zwischen 25 µm und 0,006 µm auf. Besonders bevorzugt sind die Oberflächenrauigkeiten der Innenwand der Zuleitung (52) und der der Innenwand der Austrittsöffnung (51) gleich.
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Um eine gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit entlang aller Schleifzähne (4) zu gewährleisten, muss der Durchmesser der Austrittsöffnung (51) in Abhängigkeit vom Durchmesser der Schleifscheibe (3) und das pro Zeiteinheit aus der Austrittsöffnung (51) strömende Flüssigkeitsvolumen in Abhängigkeit von dem Durchmesser der Austrittsöffnung (51) gewählt werden. Das pro Zeiteinheit benötigte Flüssigkeitsvolumen bestimmt wiederum auch den Innendurchmesser der Zuleitung (52).
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Beispielhafte Wertebereiche für eine Schleifscheibe (
3) mit einem Durchmesser von 160 mm sind in Tabelle 1 aufgeführt:
Tabelle 1:
| Parameter | Beispielhafter Wertebereich |
| Durchmesser der Schleuderplatte (5) | 30 - 150 mm |
| Innendurchmesser der Zuleitung (52) | 20 bis 40 mm |
| Innendurchmesser der Austrittsöffnung (51) auf der Rückseite der Schleuderplatte (5) | 20 bis 40 mm |
| Innendurchmesser der Austrittsöffnung (51) auf der Vorderseite der Schleuderplatte (5) | 21 bis 45 mm |
| Zugeleitete Flüssigkeitsmenge | 1 bis 3 l/min |
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Bedingt durch die Zentrifugalkräfte wird die aus der Austrittsöffnung (51) strömende Flüssigkeit gleichmäßig als dünner Flüssigkeitsfilm in Richtung Schleifzähne (4) verteilt bzw. geschleudert. Aufgrund der Höhe der Austrittsöffnung (51) in Bezug auf den Schleifscheibengrund (31) trifft der Flüssigkeitsfilm zunächst auf die angeschrägte Randerhöhung (32) zwischen Schleifscheibengrund (31) und Schleifzähnen (4). Diese Randerhöhung (32) bewirkt eine zusätzliche Vergleichmäßigung des auftreffenden Flüssigkeitsfilms bevor die Flüssigkeit die Kontaktstellen zwischen den Schleifzähnen (4) und der Oberfläche der Halbleitscheibe W erreicht.
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Die angeschrägte Randerhöhung (32) zwischen Schleifscheibengrund (31) und Schleifzähnen (4) kann linear oder konkav ausgeführt sein. Der Winkel der abgeschrägten Randerhöhung (32) bezogen auf den Schleifscheibengrund (31) liegt bevorzugt im Bereich von 20° bis 60° und besonders bevorzugt im Bereich von 30° bis 50°.
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Durch die angeschrägte Randerhöhung (32) wird eine Unabhängigkeit der Flüssigkeitsversorgung der Kontaktstellen zwischen den Schleifzähnen (4) und der Oberfläche der Halbleitscheibe W von der Höhe der Schleifzähne (4), die sich ja während des Gebrauchs abnutzten, erreicht. Die auf die abgeschrägte Randerhöhung (32) auftreffende Flüssigkeit wird bis zum Erreichen der Schleifzähne (4) nochmal vergleichmäßigt, so dass auch bei Änderung der Schleifzahnhöhe durch Abnutzung weder die Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit noch der Winkel, in dem die Flüssigkeit zu den Schleifzähnen (4) geleitet wird, angepasst werden muss.
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Tritt die Flüssigkeit hingegen mit einem definierten Streu- oder Abstrahlwinkel aus der Öffnung (51) der Schleuderplatte (5) aus, müsste dieser Winkel durch geeignete Maßnahmen nachjustiert werden, um eine optimale Versorgung der Kontaktstellen zwischen den Schleifzähnen (4) und der Oberfläche der Halbleitscheibe W bei Verringerung der Höhe der Schleifzähne (4) zu gewährleisten. Die erfindungsgemäße Schleuderplatte macht diese Nachjustierung überflüssig.
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Durch die durch die erfindungsgemäße Schleuderplatte (5) optimierte Verteilung des Flüssigkeitsfilms entlang den Schleifzähnen (4), wird auch die Qualität der mittels gleichzeitig doppelseitigem Schleifen (DDG) erhaltenen Scheiben aus Halbleitermaterial deutlich verbessert. Insbesondere führt der Einsatz der erfindungsgemäßen Schleuderplatte (5) dazu, dass der beim gleichzeitig doppelseitigen Schleifen kinematisch bedingte höhere Materialabtrag im Zentrum der Halbleiterscheibe („Schleifnabel“) fast bzw. ganz vermieden werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 547894 A1 [0005]
- US 2008/0214094 A1 [0006]
- EP 0955126 A2 [0006]
- EP 0755751 A1 [0007]
- EP 0971398 A1 [0007]
- DE 102004011996 A1 [0007]
- DE 102006032455 A1 [0007]
- DE 102007049810 A1 [0008]
- DE 102007030958 [0010, 0011]
- DE 112014003179 T5 [0012]
- DE 102008026782 A1 [0024]
