DE60009506T2

DE60009506T2 - Kantenschleifverfahren

Info

Publication number: DE60009506T2
Application number: DE60009506T
Authority: DE
Inventors: Andrew Mark STOCKER
Original assignee: Unova UK Ltd
Current assignee: Cinetic Landis Grinding Ltd
Priority date: 1999-07-03
Filing date: 2000-04-20
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2020-04-21
Also published as: EP1200228A1; EP1200228B1; DE60009506D1; DE60011822D1; EP1260312B1; DE60011822T2; US6881130B1; JP2003503225A; GB9915557D0; WO2001002133A2; WO2001002133A3; TW448087B; EP1260312A1; GB2351684B; GB2351684A

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Kantenschleifverfahren und -vorrichtungen. Insbesondere betrifft sie Verfahren und Vorrichtungen zum Kantenschleifen von Wafern aus Halbleitermaterial zum Herstellen eines genauen Umfangsprofils.
Vorgeschichte der Erfindung
Die vorliegende Erfindung strebt die Ausbildung eines Verfahrens zum Schleifen des Gesamtdurchmessers eines Wafers auf Sollgenauigkeit, im typischen Fall auf besser als 10 Mikron, und einer Vorrichtung zum Durchführen der notwendigen Schleifvorgänge und zum Sicherstellen, daß die Sollgenauigkeit beibehalten wird, an.
Ein Ziel der Erfindung liegt darin, daß das Verfahren und die Vorrichtung sowohl auf Nuten- als auch auf Kantenschleifverfahren anwendbar sein sollten, wobei das Verfahren und die Vorrichtung beide zum Schleifen von Halbleiterwafern anwendbar sind.
Das Umfangsprofil eines Halbleiterwafers ist im typischen Fall im Querschnitt dreieckig mit genauer Positionierung des Scheitels des Dreiecks gegenüber den beiden ebenen Seiten der Halbleiterscheibe. im typischen Fall soll die Lage des Scheitels des dreieckigen Querschnitts gegenüber der sehr genau gesteuerten Stärke des Wafers besser als 10 Mikron sein.
Jeder Schleifvorgang wird unter Verwendung von genuteten Schleifscheiben durchgeführt, die das Kantenprofil grob, halbfertig und fertig schleifen. Anschließend wird das Profil in einer letzten Herstellungsstufe poliert.
Normalerweise wird an einer Stelle am Umfang eines solchen Halbleiterwafers ein kleiner Einschnitt ausgebildet, und im typischen Fall erfolgt dies unter Verwendung einer anderen genuteten Schleifscheibe, wenn auch mit sehr kleinem Durchmesser.
Allgemein gesprochen ist es auch wichtig, daß das Kantenprofil an der Innenseite des Einschnitts genau weitergeführt wird.
Im typischen Fall umfaßt der Gesamtvorgang die Stufen des Grobschleifens des Umfangs eines Wafers, um zwei kegelstumpfförmige Oberflächen auszubilden, die zu einer ringförmigen Rippe zusammenlaufen, die den maximalen Gesamtumfang des Wafers bestimmt, des Halbfertigschleifens auf Maß, des Fertigschleifens auf niedrige Toleranzen und des Fertigpolierens der geschliffenen Flächen.
Da beim Polieren praktisch kein Material entfernt wird und da ein Fertigschleifen einem Polieren sehr ähnlich ist, ist es wichtig, daß die Grob- und Halbfertigschleifstufen die beiden kegelstumpfförmigen Flächen gegenüber den Flächen des Wafers so genau wie möglich positionieren und damit die von den beiden zusammenlaufenden Flächen gebildete ringförmige Rippe gegenüber der Stärke des Wafers mit der notwendigen Genauigkeit positionieren.
Die GB 2 314 037, Seiten 33 und 34, beschreibt ein Verfahren zum Abrichten einer Schleifscheibe, in der eine Nut ausgebildet wurde und wobei eine Abrichtscheibe auf der gleichen Welle wie das Spannfutter, an dem der Wafer zu befestigen ist, angeordnet ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Ausbildung eines Verfahrens zum Abrichten einer Schleifscheibe, in der eine Nut ausgebildet ist, die das gewünschte Profil an einem Wafer genau ausbildet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Abrichten einer Schleifscheibe, in die eine Nut eingeformt ist, die Stufen des Anlegens der nicht-abgerichteten Nut mit einem Teil des Umfangs des Wafers, Drehen des Wafers über einen kleinen Winkel zum Ausführen eines flachen Schliffs über einem kleinen gewölbten Gebiet des Randes des Wafers, Lösen der Scheibe von dem Wafer und axiales Verschieben der Scheibe oder des Wafers vor einer Wiederanlage und Ausführen eines ähnlichen Schliffs über einem anderen gewölbten Gebiet des Wafers und Ausführen einer Aufeinanderfolge dieser Stufen über einem Teil des Umfangs oder dem gesamten Umfang des Wafers, um damit Bindematerial von der Oberfläche der Nut in der Schleifscheibe zu entfernen und um Schleifgries freizulegen und damit die Scheibe abzurichten.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal dieses Gesichtspunkts der Erfindung ist die Tiefe, bis zu der jeder der gewölbten Schliffe ausgeführt wird, begrenzt, um nicht in das wertvolle Material einzudringen, aus dem der Wafer aufgebaut ist, so daß ein auf dem Wafer durchgeführter endgültiger Schleifvorgang zum Entfernen verbleibenden Fremdmaterials vom Umfang des Wafers noch einen Wafer mit voller Größe mit einem über seinem Umfang korrekt ausgebildeten Profil beläßt.
Der Vorgang des Ausführens einer Aufeinanderfolge von flachen gewölbten Schliffen an einem Wafer, wie dies vorstehend beschrieben wurde, wird Kriechgangschleifverfahren genannt, und durch Durchführen eines solchen Kriechgangschleifverfahrens, wie dies vorstehend genannt wurde, wird das mit dem Schleifvorgang verbundene Gesamtgeräusch herabgesetzt.
Ein Kriechgangschleifen zum Abrichten einer genuteten Scheibe findet bei einer harzgebundenen, eine Nut aufweisenden Schleifscheibe, die im allgemeinen einen sehr kleinen Durchmesser aufweist, seine besondere Anwendung.
im allgemeinen ist ein Formen und Neuformen von metallgebundenen Schleifscheiben in situ nicht möglich. Das Abnehmen dieser Scheiben von einer Schleifmaschine und ihr Formen und Neuformen an einem anderen Ort und das an schließende Wiederbefestigen der Scheiben an der Maschine war bis heute üblich. Dies verlangt ein Verfahren zum Ausrichten der Nut, und gemäß einer bevorzugten Abänderung der Erfindung ist ein Verfahren zum Formen und Neuformen von Schleifscheiben, insbesondere Metallschleifscheiben, das in situ ausgeführt werden kann, vorgesehen.
Die Erfindung findet ihre besondere Anwendung bei scheibenartigen kreisförmigen Wafern aus Halbleitermaterial, insbesondere Silicium.
An Beispielen wird die Erfindung nun unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt in vergrößertem Maßstab im Schnitt einen Teil des Kantengebiets eines Halbleiter-Waferwerkstücks.
2 ist eine Aufsicht auf ein kreisförmiges Werkstück, bei dem am Umfang eine Zahl von vorläufigen Schliffen unter Verwendung der gleichen genuteten Schleifscheibe vorgenommen wurde, wobei aber die Scheibe zwischen jedem Schliff axial um ein kleines Stück verschoben wurde.
3 ist eine perspektivische Ansicht mit Darstellung einer kreisförmigen Elektrode und einer Einschnittschleifscheibe auf einer Seite und einer Kantenschleifscheibe auf der anderen Seite mit einer Darstellung dazu, wieviele Nuten durch eine Bearbeitung mit elektrischer Entladung in beide Scheiben geformt und neugeformt werden können.
4 ist eine perspektivische Ansicht einer gewölbten Elektrode, die zum Formen und Neuformen des Umfangs einer von einer Arbeitswelle in einer Kantenschleifmaschine gehaltenen Kantenformscheibe durch Bearbeitung mit elektrischer Entladung verwendet werden kann.
Ins einzelne gehende Beschreibung der Zeichnungen
1 enthält eine Ansicht eines Teils eines scheibenförmigen Wafers aus Halbleitermaterial, aus dem Halbleiterchips durch Elektronenstrahlmikrofabrikationstechniken (EBMF) oder dergleichen hergestellt werden sollen. Zur genauen Anordnung eines solchen Wafers in einer EBMF-Maschine wird der Umfang der Scheibe mit einem dreieckigen Querschnitt aus zwei kegelstumpfförmigen Flächen 12 und 14, die in einer ringförmigen Kante 16 zusammenlaufen, ausgebildet. Die Lage der Kante 16 gegenüber den ebenen Flächen 18 und 20 der Scheibe 10 muß im typischen Fall genau innerhalb von 10 Mikron liegen, so daß Abstände a und b mit einem vorgegebenen Maß an Genauigkeit bei dem einen und dem anderen Wafer aufrechterhalten werden.
2 zeigt eine Aufsicht einer Seite des Wafers 10 mit Darstellung der vollständigen zwischen der Seite 20 und der Umfangskante 16 nach Durchführen einer Folge von Kriechgangschliffen in der Kante der Scheibe, wie sie mit den Bezugszeichen 22, 24, 26 bzw. 28 bezeichnet wird, verlaufenden ringförmigen kegelstumpfförmigen Fläche 14. Die Schliffe werden durch Erfassen der Kante des Wafers 10 in einer Nut einer genuteten Schleifscheibe erzielt, die sich mit hoher Geschwindigkeit um eine Welle dreht, die zu der Welle 30 parallel liegt, um die der Wafer 10 gedreht werden kann. Weiter wird die Scheibe 10 zusätzlich gedreht, während sie über einen kleinen bogenförmigen Abstand, wie der in 2 gezeigte Abstand X, in der Nut der Schleifscheibe erfaßt bleibt.
Auf diese Weise wird ein Teil des Kantengebiets durch die Nut in der Schleifscheibe weggeschliffen und erscheint über einem gewölbten Bereich der Anlage der Kante der Scheibe mit der Schleifscheibe während des zusätzlichen Schleifens als geschliffenes Gebiet 22. Gemäß dem bevorzugten Verfahren nach der Erfindung wird die Scheibe gelöst, während der Wafer über einen weiteren gewölbten Abstand Y (der bei Bevorzugung sehr k1ein sein kann) gedreht wird, und nach axialem Verschieben der Schleifscheibe gegenüber dem Werkstück wird die Kante des Wafers wieder von der Nut in der Schleifscheibe erfaßt, und ein weite res Gebiet 24 der Kante wird geschliffen. im typischen Fall sind die gewölbten Strecken jedes geschliffenen Gebiets 22, 24 usw. einander ähnlich, und auch die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden geschliffenen Gebieten sind einander ähnlich.
Obwohl nach der Darstellung in 2 die gewölbten Strecken jedes der geschliffenen Gebiete einander ähnlich sind, können die die verschiedenen geschliffenen Gebiete trennenden Abschnitte bei einer auf dem Umfang der Scheibe auszubildenden großen Zahl unendlich klein sein.
Die genutete Schleifscheibe ist in 2 mit dem Bezugszeichen 32 und ihre Drehachse mit 34 bezeichnet.
Die Drehrichtung der Scheibe 10 wird mit dem Pfeil 36 angegeben, und eine für die Schleifscheibe 32 typische Drehrichtung ist mit dem Pfeil 38 gekennzeichnet.
Die Bewegung der Scheibe 32 gegenüber der Scheibe 10 zum Erfassen der Nut in der Scheibe mit der Kante der Scheibe und zum Lösen von dieser ist mit dem Pfeil 40 gekennzeichnet, und die in 2 in gestrichelten Linien gezeichnete Nut trägt das Bezugszeichen 42.
Die Scheibe 32 weist einen verhältnismäßig großen Durchmesser auf und dient gemäß der Beschreibung zum Schleifen des Umfangs der Scheibe 10.
Halbleiterwafer verlangen normalerweise das Ausbilden eines Einschnitts an einer Stelle ihres Umfangs, und ein solcher Einschnitt wird in 2 bei 44 gezeigt. Der Einschnitt wird mit einer einen kleinen Durchmesser aufweisenden Schleifscheibe ausgebildet, und die Spezifikation für die meisten Wafer verlangt, daß der Einschnitt mit jeder Seitenfläche des Wafers mit einer ähnlichen, glatten, kegelstumpfförmigen Fläche, von denen eine in 2 das Bezugszeichen 46 trägt, verschmilzt. Zu diesem Zweck wird der Einschnitt 44 vorzugsweise mit einer genuteten Schleifscheibe hergestellt, wie zum Beispiel der Scheibe 48, die die in ge strichelten Linien bei 50 gezeigte, einen kleinen Durchmesser aufweisende Nut aufweist. Durch Ausbildung der Nut mit zu den kegelstumpfförmigen Flächen des Einschnitts komplementären kegelstumpfförmigen Flächen führt die Anlage der Scheibe 50 mit dem Wafer und das Schleifen eines Einschnitts zur Ausbildung von angemessenen kegelstumpfförmigen Flächen durch den Schleifvorgang an dem Einschnitt selbst.
Der Winkel zwischen den beiden Flächen der Nut in der Scheibe 32 und in der Scheibe 48 ist vorzugsweise der gleiche, so daß die von den beiden Scheiben geschliffenen Flächen, eine am Umfang und die andere an dem Einschnitt, im wesentlichen gleich sind.
3 zeigt in perspektivischer Ansicht die Kantenschleifscheibe 32 und die Einschnittschleifscheibe 48 aus 2, und in jedem Fall kann die Nut in der Oberfläche der Scheibe bei 42 im Fall der größeren Scheibe 32 und bei 50 im Fall der kleineren Einschnittschleifscheibe 48 gesehen werden.
Die Achse, um die sich die Kantenschleifscheibe 32 dreht, ist in 2 mit dem Bezugszeichen 34 bezeichnet, und die Achse, um die sich die Einschnittschleifscheibe dreht, ist in 3 mit dem Bezugszeichen 52 bezeichnet.
Die Achse, um die sich eine an der Kante zu schleifende und eine an einem Einschnitt zu schleifende Scheibe dreht, ist in 3 mit dem Bezugszeichen 54 bezeichnet.
Das scheibenförmige Objekt 56 in 3 kann als das Werkstück angesehen werden. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung jedoch kann es eine leitende Metallscheibe sein, die eine mit elektrischer Entladung arbeitende Bearbeitungselektrode bildet. Diese weist im wesentlichen die gleichen Abmessungen und die gleiche Umfangsform wie das in 1 gezeigte scheibenartige Werkstück auf mit der Ausnahme, daß die Kante sehr genau mit der gewünschten dreieckigen Querschnittsform gestaltet ist, wobei der Scheitel des Dreiecks gegen über den beiden parallelen Flächen der Elektrode genau an der richtigen Stelle liegt. Durch Verschieben der Scheibe 32 zum Einführen der Kante der Elektrode 56 in die Nut 42 erfolgt eine Bearbeitung durch elektrische Entladung während des Drehens der beiden Gegenstände unter der Voraussetzung, daß über dem Spalt ein passender elektrischer Strom aufrechterhalten wird.
Auf ähnliche Weise kann die Nut 50 in der den kleineren Durchmesser aufweisenden Einschnittschleifscheibe 48 gebildet und neugebildet werden.
Die Scheibe 56 kann für immer auf einer Arbeitsspindel in einer Kantenschleifmaschine befestigt sein oder läßt sich auf dem Werkstückhalter befestigen, bei dem es sich zum Beispiel um ein Unterdruckspannfutter handeln kann.
Auf der Rückseite des Unterdruckspannfutters kann nach der Darstellung in 4 eine Formscheibe befestigt werden. Hier wird die Scheibe nur teilweise bei 58 gezeigt. Im wesentlichen ist es eine kreisförmige Scheibe, deren Querschnitt ähnlich dem in 1 für das Werkstück gezeigten Querschnitt ist. Die Kante der Scheibe 58 ist mit einem allgemein mit 60 bezeichneten ähnlichen dreieckigen Querschnittsprofil ausgebildet. Dieses ist ähnlich dem am Werkstück auszubildenden Kantenprofil, und aus Gründen der Einfachheit und maximaler Genauigkeit und Geschwindigkeit kann die in der Kantenformscheibe 32 nach 3 vorhandene Nut 42 in situ durch einfache Axialverschiebung der Scheibe 32, so daß sich die Nut 42 mit der Formscheibe 58 ausrichtet, und Zusammenbringung der beiden Scheiben, so daß der Umfang 60 der Formscheibe 58 das Material unter Ausbildung der Nut 42 in der ersten Stelle entfernt oder bei Bedarf nach Abnutzung der Scheibe 32 die Nut einfach neu formt, geformt und neugeformt werden.
Der dreieckige Querschnitt der Kante der Formscheibe kann selbst in situ durch Bearbeitung mit elektrischer Entladung unter Verwendung einer gewölbten Elektrode 62 geformt und neugeformt werden, wobei die Elektrode in ihrer bogenförmigen Oberfläche 64 eine komplementäre Nut 66 aufweist, deren Querschnitt ähnlich dem dreieckigen Querschnitt des in 1 gezeigten Werkstücks ist. Die ses Werkstück wird in dem mit 60 bezeichneten Gebiet an der Formscheibe 58 ausgebildet. Die elektrische Entladung wird dadurch erreicht, daß ein elektrischer Strom in bekannter Weise zwischen der Elektrode 62 und der Formscheibe 58 zum Fließen gebracht wird. Zu diesem Zweck muß die Formscheibe leitend sein. Im typischen Fall ist es eine metallgebundene Scheibe.

Claims

Ein Verfahren zum Abrichten einer Schleifscheibe (32), in die eine Nut eingeformt ist, mit den Stufen des Anlegens der nichtabgerichteten Nut an einen Teil des Umfangs eines Wafer-Werkstücks (10), Drehen des Wafers über einen kleinen Winkel zum Ausführen eines flachen Schliffs über einem kleinen gewölbten Gebiet des Randes des Wafers, Lösen der Scheibe von dem Wafer und axiales Verschieben der Scheibe oder des Wafers vor einer Wiederanlage und Ausführen eines flachen Schliffs über einem anderen gewölbten Gebiet des Wafers und Ausführen einer Aufeinanderfolge solcher Stufen über einem Teil des Umfangs oder dem gesamten Umfang des Wafers, um damit Bindematerial von der Oberfläche der Nut in der Schleifscheibe zu entfernen und um Schleifgries freizulegen und damit die Scheibe abzurichten.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Tiefe, bis zu der jeder der gewölbten Schliffe ausgeführt wird, begrenzt ist, um nicht in das wertvolle Material einzudringen, aus dem der Wafer aufgebaut ist, so daß ein auf dem Wafer durchgeführter endgültiger Schleifvorgang zum Entfernen verbleibenden Fremdmaterials vom Umfang des Wafers noch einen Wafer vollständiger Größe mit einem über seinem Umfang korrekt ausgebildeten Profil beläßt.
Ein Verfahren noch Anspruch 1 oder 2 zum Formen und Neuformen von Schleifscheiben, insbesondere metallgebundener Schleifscheiben, das in situ ausgeführt wird.