DE19701754A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Flächenschleifen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Flächenschleifen

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Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Vor­ richtung zum Flächenschleifen bzw. Planschleifen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Flächenschleifen einer Halbleiterscheibe (Halb­ leiterwafer) einer Festplatte oder dergleichen.
Eine Flächenschleifvorrichtung schleift die Oberfläche eines mittels einer Scheibenschneidmaschine zugeschnittenen Wafers in einem Nachbearbeitungsschritt. In der Flächenschleifvor­ richtung ist der Wafer auf einem Spanntisch angeordnet, und die Parallelität zwischen der Oberfläche des Wafers und der Schleifscheibe wird eingestellt. Die Oberfläche des Wafers wird derart geschliffen, daß die Schleifscheibe gegen die Oberfläche des Wafers gedrückt wird und zugleich die Schleif­ scheibe eine Drehbewegung ausführt, so daß die Oberfläche des Wafers geschliffen werden kann.
Im Hinblick auf Schaltungsauslegungen, welche sehr stark inte­ griert sind, müssen die Ebenheit und die Parallelität der Oberfläche des Wafers genau eingehalten werden.
Bei einer üblichen Flächenschleifvorrichtung jedoch ist die Parallelität zwischen der Oberfläche des Wafers und der Schleifscheibe infolge von Temperaturänderungen in der Umge­ bung sowie dem Einsatz von Bearbeitungslösungen während des Schleifens oder der Verformung der Schleifscheibe usw. nicht genau gegeben. Somit ergibt sich ein Nachteil dahingehend, daß sich die Ebenheit und die Parallelität der geschliffenen Fläche des Wafers nicht genau einhalten lassen.
Die Erfindung zielt daher darauf ab, unter Überwindung der zuvor geschilderten Schwierigkeiten, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Flächenschleifen bereitzustellen, bei denen sich die Ebenheit und die Parallelität eines Werkstücks ver­ bessern lassen.
Nach der Erfindung wird hierzu ein Flächenschleifverfahren be­ reitgestellt, bei dem eine sich drehende Schleifscheibe gegen eine Oberfläche eines Werkstücks gedrückt wird, welche sich auf einem Werkstückauflagertisch befindet, um die Oberfläche des Werkstücks zu schleifen, wobei sich dieses Verfahren insbesondere dadurch auszeichnet, daß die Dicke des Werkstücks an mehr als drei Positionen während des Schleifens gemessen wird, und die Höhenlage des Werkstückauflagertisches und/oder der Schleifscheibe derart gesteuert wird, daß die jeweils gemessene Dicke an mehreren Stellen einen vorbestimmten Wert annehmen kann und hierdurch die Oberfläche des Werkstückes genau geschliffen werden kann.
Ferner wird nach der Erfindung eine Flächenschleifvorrichtung bereitgestellt, bei der eine sich drehende Schleifscheibe gegen eine Oberfläche eines Werkstückes gedrückt wird, welches auf einem Werkstückauflagertisch angeordnet ist, wobei sich die Vorrichtung dadurch auszeichnet, daß sie mehr als drei Meßeinrichtungen zum Messen der Dicke des Werkstücks während des Schleifens hat, und daß eine Steuereinrichtung zum Steuern einer Höhenlage des Werkstückauflagertisches und/oder der Schleifscheibe vorgesehen ist, welche derart arbeitet, daß die mit Hilfe der Meßeinrichtungen gemessene Dicke an einer Mehr­ zahl von Stellen einen vorbestimmten Wert annehmen kann.
Bei der Erfindung wird das Werkstück auf dem Werkstückaufla­ gertisch angebracht, und dann wird die sich drehende Scheibe gegen das Werkstück gedrückt, um das Oberflächenschleifen und das Planschleifen des Werkstückes zu beginnen. Eine Mehrzahl von Meßeinrichtungen mißt die Dicke des Werkstücks an wenig­ stens drei Positionen während des Schleifens. Die Steuerein­ richtung steuert die Höhenlage des Werkstückauflagertisches und/oder der Schleifscheibe derart, daß jede mit Hilfe der Meßeinrichtungen gemessene Dicke an einer Mehrzahl von Stellen einen vorbestimmten Wert annehmen kann.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzug­ ten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in welcher gleiche oder ähnliche Teile mit densel­ ben Bezugszeichen versehen sind. Darin zeigt:
Fig. 1 eine Ansicht zur Verdeutlichung der Auslegung der wesentlichen Teile einer Waferflächen-Schleifmaschi­ ne unter Einsatz einer Flächenschleifmaschine nach der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung einer positionsmäßigen Zuordnung zwischen einem Halblei­ terwafer und einer Schleifscheibe;
Fig. 3 eine Ansicht in Richtung der Linie L-L in Fig. 2;
Fig. 4 eine Ansicht zur Verdeutlichung der von einem Sensor erhaltenen Dicke eines Halbleiterwafers;
Fig. 5 eine Ansicht zur Verdeutlichung der Dicke eines Halbleiterwafers;
Fig. 6 eine Ansicht zur Verdeutlichung der Dicke eines Halbleiterwafers;
Fig. 7 eine Ansicht zur Verdeutlichung der Dicke eines Halbleiterwafers;
Fig. 8 eine Ansicht zur Verdeutlichung eines Anwendungs­ falles bei dem ein zu schleifender Halbleiterwafer eine runde Gestalt hat; und
Fig. 9 eine Ansicht zur Verdeutlichung eines Anwendungs­ falles, bei dem die Dicke eines Halbleiterwafers er­ faßt wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungs­ form einer Flächenschleifvorrichtung bzw. einer Planschleif­ vorrichtung nach der Erfindung dargestellt, welche zur Anwen­ dung bei einer Waferflächen-Schleifvorrichtung kommt. Die Flächenschleifvorrichtung nach Fig. 1 weist einen Tisch 12 zur Auflage eines Halbleiterwafers 10 und eine Schleifscheibe 14 auf, welche die Oberfläche des Halbleiterwafers 10 schleift. Eine Welle 16 ist mit der Fläche des Tisches 12 verbunden, und ein Motor (nicht gezeigt) ist mit der Welle 16 verbunden. Die Drehkraft des Motors wird auf den Tisch 12 über die Welle 6 übertragen, so daß der Tisch 10 eine Drehbewegung ausführen kann.
Eine schalenförmige Schleifscheibe 14 ist am Boden einer Schleifscheibenachse 20 festgelegt. Die Schleifscheibenachse 20 ist mit einem Motor (nicht gezeigt) und einer Hubeinrich­ tung (nicht gezeigt) verbunden. Die Schleifscheibe 14 führt durch den Motor eine Drehbewegung aus und wird mittels der Hubeinrichtung abgesenkt. Die Schleifscheibe 14 wird gegen die Oberfläche des Halbleiterwafers 10 gedrückt, und wenn der Tisch 12 eine Drehbewegung ausführt, wird die Oberfläche des Halbleiterwafers geschliffen.
Drei kontaktlose Sensoren 22, 24 und 26 sind oberhalb des Halbleiterwafers 10 angeordnet. Diese Sensoren 22, 24 und 26 erfassen die Dicke H des Halbleiterwafers 10 während des Schleifens und sie sind in vorbestimmten Abständen in Radius­ richtung entsprechend Fig. 2 angeordnet. Jede Dickenteilin­ formation, welche mit Hilfe der kontaktlosen Sensoren 22, 24 und 26 erfaßt wird, wird an eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 28 abgegeben. Die CPU 28 steuert eine Steuereinrichtung 30 für eine piezoelektrische Einrichtung 30 basierend auf der Dickeninformation derart, daß die Höhenlage der Schleifschei­ benachse 20 entsprechend eingestellt wird. Die Steuerungsweise für die Höhenlage der Schleifscheibenachse 20 wird nachstehend näher erläutert.
Andererseits sind vier piezoelektrische Einrichtungen 32, 34, 36 und 38 zwischen einem plattenförmigen Flansch 41 angeord­ net, welcher fest mit der Schleifscheibenachse 20 verbunden ist, und einen Rahmen 40 (die piezoelektrische Einrichtung 38 ist der piezoelektrischen Einrichtung 36 in Durchmesserrich­ tung zugewandt). Die piezoelektrischen Einrichtungen 32, 34, 36 und 38 sind in regelmäßigen Winkelabständen von 90° an­ geordnet. Durch die Steuereinrichtung 30 für die piezoelek­ trischen Einrichtungen wird eine Spannung an diese Einrichtung angelegt, und sie können sich daher in der Zeichnung in Rich­ tung nach oben und unten bewegen. Wenn daher die piezoelek­ trischen Einrichtungen 32, 34, 36 und 38 angetrieben werden, bewegt sich die Schleifscheibenachse 230 bezüglich des Rah­ mens 40 hin und her, und die Höhenlage läßt sich steuern. Wenn hierbei die jeweils an die piezoelektrischen Einrichtungen 32, 34, 36 und 38 angelegte Spannung gesteuert wird, läßt sich die Rechtwinkligkeit des Halbleiterwafers 10 bezüglich der Schleifscheibenachse 20 einstellen.
Nachstehend erfolgt eine Erläuterung für die Art und Weise, wie die CPU 28 die Höhenlage des Tisches 12 steuert.
Die Abstände lA, lH und lC zwischen den kontaktlosen Sensoren 22, 24 und 26 in Fig. 9 und dem Adsorbtionsabschnitt bzw. dem ausgleichenden Abschnitt des Tisches 12 werden von den Ab­ ständen LA, LH und LC zwischen den kontaktlosen Sensoren 22, 24 und 26 und einem abgleichenden Abschnitt des Tisches 12 abge­ zogen. Die abgezogenen Werte werden als die Dicken HA, HH und HC des Halbleiterwafers 10 betrachtet. Die CPU 28 steuert die Steuereinrichtung 30 für die piezoelektrischen Einrichtungen basierend auf der Dicke HA, HH und HC. Wenn die Dicke des Halbleiterwafers gleich ist, und die Oberfläche vollständig eben ist, sind die Dicken HA, HH und HC an allen drei Positio­ nen gleich.
Nunmehr wird ein Höhenlage-Steuerverfahren unter Bezugnahme auf die Fig. 2 erläutert, welche den Halbleiterwafer 10 und die Schleifscheibe 14 zeigt.
Fig. 2 ist eine Ansicht zur Verdeutlichung der positions­ mäßigen Zuordnung zwischen dem Halbleiterwafer 10 und der Schleifscheibe 14. Ein Kreis mit einem größeren Durchmesser ist der Halbleiter 10 und ein Kreis mit einem kleineren Durch­ messer ist eine Schleifscheibe 14. Ein Punkt O1 in Fig. 2 ist ein Drehmittelpunkt des Halbleiterwafers 10 (d. h. des Tisches 12), und O2 ist eine Achse der Schleifscheibenwelle 20.
Drei kontaktlose Sensoren 22, 24 und 26 sind an Punkten C1, B1 und A1 jeweils in Fig. 2 angeordnet. Die Dicke des Halblei­ terwafers 10 an diesen Punkten beträgt wie vorstehend angege­ ben HC, HB und HA.
Die Punkte A, B und C in Figur sind konzentrisch zu den Punk­ ten A1, B1 und C1 um einen Mittelpunkt O1 des Tisches 12 an­ geordnet. Die Dicke des Halberleiterwafers 10 bei A, B und C sind HA, HB und HC.
Die Dicke der Schleifscheibe in X und Y auf der X-Achse und der Y-Achse wird mit HX und HY angenommen, und der niedrigste Punkt bei einer Neigung der Schleifscheibe 14 wird als ein Punkt K bezeichnet. Die Dicke an dem Punkt K wird mit HK an­ genommen.
Die Dicke Hm des Wafers an einem gewünschten Punkt Rm auf einem Segment O2K ist in Fig. 3 gezeigt.
Hm ist definiert als Hm=(HK/R)Rm. Somit sind die Dicken HA, HB und HC an den Punkten A, B und C gleich der Dicke an den Schnittpunkten der senkrechten Linien von A, B und C mit dem Segment O2K. Wenn daher Rm bei Hm=(HK/R)Rm gewählt wird, läßt sich die Dicke an jedem Schnittpunkt ermitteln.
Wenn der Punkt K dem Punkt Y in Fig. 2 entspricht (wenn also der Punkt Y der niedrigste ist), hat der Halbleiterwafer 10 eine Querschnittsgestalt wie in Fig. 4 und es gilt HA<HB<HC.
Wenn ein Winkel θ an dem Punkt K zwischen (α+β)/2 und (β+γ)/2 liegt (das heißt, der niedrigste Punkt liegt zwischen (α+β)/2 und (β+γ)/2 erhält man die Gestalt des Halbleiterwafers 12, wie in Fig. 5 gezeigt ist, und hierbei gilt HA<HC<HB.
Wenn der Winkel θ an dem Punkt K größer als (α+β)/2 ist, erhält man die Gestalt des Halbleiterwafers 10 nach Fig. 6 und hierbei gilt HC<HB<HA.
Wenn der Punkt K auf der gegenüberliegenden Seite von Y (wenn der Punkt Y der höchste ist), erhält man die Querschnitts­ gestalt des Halbleiterwafers 10 nach Fig. 7 und hierbei gilt HC<HB<HA.
Hieraus ergibt sich, daß sich die Gestalt des Halbleiterwafers 10 während des Schleifens dadurch ermitteln läßt, daß man die größten Werte unter HA, HB und HC bestimmt. Die CPU 28 er­ mittelt die Werte von HA, HB und HC, um die Phase und das Ausmaß der Änderung hinsichtlich der Rechtwinkligkeit der Schleifscheibenachse 20 und des Tisches 12 zu erfassen.
In Fig. 2 gilt folgendes:
HK=√(HX 2+HY 2)
HA=HKcos(θ-α)
HB=HKcos(θ-β)
HC=HKcos(θ-γ)
HX=HKsinθ
HY=HKcosθ
tanθ =HX/HY
Hieraus lassen sich die folgenden Gleichungen bilden.
tanθ=-[(HB-HC)cosα+(HC-HA)cosβ+(HA-HB)cosγ]-/[(HB-HC)sinα+(HC-HA)sinβ+(HA-HB)sinγ]
HK=(HA-HB)/[cos(θ-α)-cos(θ-β)]
HX=HKsinθ
HY=HKcosθ
Somit lassen sich der Phasenwinkel θ und die Dicken HK, HX und HY an der niedrigsten Stelle unter Berücksichtigung der Dif­ ferenz zwischen der Dicke an den Punkten A, B und C während des Schleifens ermitteln. Die Rechtwinkligkeit läßt sich dadurch korrigieren, daß die Schleifscheibenwelle 20 um -HX in Richtung X und um -HY in Richtung Y hin- und herbewegt wird. Somit steuert die CPU 28 die an die piezoelektrischen Ein­ richtungen 32, 33, 34, 35, 36, 37 und 38 angelegte Spannung derart, daß sich die Schleifscheibenwellen 20 um -HX in Rich­ tung X und um -HY in Richtung Y neigen läßt. Somit wird die Lage und die Höhenlage der Schleifscheibenwelle 20 unter Berücksichtigung dem Schleiffläche des Halbleiterwafers 10 während des Schleifens gesteuert, so daß die Oberfläche des Halbleiterwafers 10 derart geschliffen werden kann, daß sie eben ist.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind die piezoelektri­ schen Einrichtungen 32, 34, 36 und 38 an der Schleifscheiben­ welle 20 vorgesehen, so daß die Lage der Schleifscheibe 14 gesteuert werden kann. Wie jedoch in Fig. 1 gezeigt ist, können piezoelektrische Einrichtungen 32', 34', 36' und 38' an dem Tisch 12 vorgesehen sein, und die piezoelektrischen Ein­ richtungen können gegebenenfalls auch sowohl an dem Tisch 12 als auch an der Schleifscheibe 14 vorgesehen sein, so daß die Höhenlage und die Lage sowohl des Tisches 12 als auch der Schleifscheibe 14 in entsprechender Weise gesteuert werden können.
Bei der bevorzugten Ausführungsform werden kontaktlose Senso­ ren 22, 24 und 26 als Meßeinrichtungen eingesetzt. Jedoch können als Meßeinrichtungen auch Kontaktsensoren vorgesehen werden, und die Anzahl der Sensoren kann größer als drei gewählt werden.
Ferner wurde die bevorzugte Ausführungsform in Verbindung mit dem Schleifen der Oberfläche des Halbleiterwafers erläutert. Die Erfindung kann jedoch auch zum Einsatz bei Planschleifma­ schinen oder Flächenschleifmaschinen kommen, welche für andere plattenförmige Materialien eingesetzt werden.
Ferner wurde vorstehend die bevorzugte Ausführungsform im Hin­ blick auf die Steuerung der Schleifscheibenwelle zum Schleifen der Oberfläche des Werkstückes derart erläutert, daß diese eben ist. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt. Die Dicke des Werkstückes wird auf vorbestimmte Weise ermit­ telt, so daß die Oberfläche 10A des Wafers so geschnitten werden kann, daß sie rund ist, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. In diesem Fall wird der Winkel von θ±Δθ° der Schleif­ scheibenwelle 20 bestimmt und dieser wird der Krümmung der Oberfläche 10A des Wafers zugeordnet.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform weisen die kontaktlosen Sensoren 22, 24 und 26 Meßeinrichtungen nach der Erfindung auf, und die CPU 28, die Steuereinrichtung 30 für die piezo­ elektrischen Einrichtungen, und die piezoelektrischen Einrich­ tungen 32, 34, 36 und 38 bilden hierbei die Steuereinrichtung nach der Erfindung.
Wie vorstehend angegeben worden ist, wird bei dem Verfahren und der Vorrichtung zum Oberflächenschleifen nach der Erfin­ dung die Dicke des Werkstücks an einer Mehrzahl von Positionen während des Schleifens gemessen, und die Höhe des Tisches und/oder der Schleifscheibe wird derart gesteuert, daß die Dicke des Werkstückes an einer Mehrzahl von Positionen einen vorbestimmten Wert annehmen kann. Hierdurch lassen sich die Ebenheit und die Parallelität der Oberfläche des Werkstückes verbessern.
Es sollte jedoch noch erwähnt werden, daß die Erfindung nicht auf die voranstehend beschriebenen Einzelheiten beschränkt ist, sondern daß zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich sind, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims (6)

1. Oberflächenschleifverfahren, bei dem eine sich drehende Schleifscheibe gegen eine Oberfläche eines Werkstückes gedrückt wird, welches auf einem Werkstückauflagertisch angebracht ist, so daß die Oberfläche des Werkstücks ge­ schliffen werden kann, gekennzeichnet durch folgenden Schritt:
Schleifen der Oberfläche des Werkstücks durch Messen der Dicke des Werkstücks während des Schleifens und Steuern einer Lage des Werkstückauflagertisches und/oder der Schleifscheibe derart, daß der jeweils erhaltene Meßwert für die Dicke einer Mehrzahl von Positionen einen vorbestimmten Wert annehmen kann.
2. Oberflächenschleifvorrichtung, welche folgendes aufweist:
einen Werkstückauflagertisch (12) zum Aufspannen eines Werkstücks;
eine Schleifscheibe (14), welche gegen ein auf dem Werkstückauflagertisch aufliegendes Werkstück gedrückt werden kann und eine Drehbewegung ausführt, um eine Ober­ fläche des Werkstücks zu schleifen;
wenigstens drei Meßeinrichtungen (22, 24 und 26) zum Messen der Dicke des zu schleifenden Werkstücks;
eine Antriebseinrichtung (32, 34, 36 und 38) zum Verändern der Lage des Werkstückauflagertisches (12) und/oder der Schleifscheibe (14); und
eine Steuereinrichtung (28) zum Steuern der Antriebseinrichtung derart, daß eine Lage des Werkstückauflagertisches (12) und/oder der Schleifscheibe (14) dadurch verändert wird, daß die Antriebseinrichtungen (32, 34, 36 und 38) derart gesteuert werden, daß die Dicke an einer Mehrzahl von Positionen des Werkstücks gemessen mit Hilfe den Meßeinrichtungen (22, 24 und 26) einen vorbestimmten Wert annehmen kann.
3. Oberflächenschleifvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung folgendes aufweist:
eine Mehrzahl von kontaktlosen Sensoren (22, 24, 26) zum Messen eines Abstandes zwischen dem Werkstück und einer Schneidfläche; und
eine Ermittlungseinrichtung (28) zum Ermitteln einer Dicke des Werkstücks durch Abziehen des Abstandes zwischen dem Werkstück und der Schneidfläche, gemessen mit Hilfe der Mehrzahl von kontaktlosen Sensoren (22, 24, 26) von einem Abstand zwischen der Mehrzahl von kontaktlosen Sensoren und einem Werkstückauflageteil des Werkstückauflagertisches (12).
4. Oberflächenschleifvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung von piezoelektrischen Einrichtungen (32, 34, 36 und 38) gebildet wird.
5. Oberflächenschleifvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von piezoelektrischen Einrichtungen (32, 34, 36 und 38) zwischen dem Werkstückauflagertisch und einem Körper der Flächenschleifvorrichtung vorgesehen ist.
6. Oberflächenschleifvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Einrichtungen (32, 34, 36 und 38) zwischen einem fest mit einer Welle der Schleifscheibe (14) verbundenen Flansch (41) und einer Basis (40) angeordnet sind.
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