DE60009506T2 - Kantenschleifverfahren - Google Patents
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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 Flächen12 und14 , die in einer ringförmigen Kante16 zusammenlaufen, ausgebildet. Die Lage der Kante16 gegenüber den ebenen Flächen18 und20 der Scheibe10 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 Wafers10 mit Darstellung der vollständigen zwischen der Seite20 und der Umfangskante16 nach Durchführen einer Folge von Kriechgangschliffen in der Kante der Scheibe, wie sie mit den Bezugszeichen22 ,24 ,26 bzw.28 bezeichnet wird, verlaufenden ringförmigen kegelstumpfförmigen Fläche14 . Die Schliffe werden durch Erfassen der Kante des Wafers10 in einer Nut einer genuteten Schleifscheibe erzielt, die sich mit hoher Geschwindigkeit um eine Welle dreht, die zu der Welle30 parallel liegt, um die der Wafer10 gedreht werden kann. Weiter wird die Scheibe10 zusätzlich gedreht, während sie über einen kleinen bogenförmigen Abstand, wie der in2 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 Gebiet24 der Kante wird geschliffen. im typischen Fall sind die gewölbten Strecken jedes geschliffenen Gebiets22 ,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 Bezugszeichen32 und ihre Drehachse mit34 bezeichnet. - Die Drehrichtung der Scheibe
10 wird mit dem Pfeil36 angegeben, und eine für die Schleifscheibe32 typische Drehrichtung ist mit dem Pfeil38 gekennzeichnet. - Die Bewegung der Scheibe
32 gegenüber der Scheibe10 zum Erfassen der Nut in der Scheibe mit der Kante der Scheibe und zum Lösen von dieser ist mit dem Pfeil40 gekennzeichnet, und die in2 in gestrichelten Linien gezeichnete Nut trägt das Bezugszeichen42 . - Die Scheibe
32 weist einen verhältnismäßig großen Durchmesser auf und dient gemäß der Beschreibung zum Schleifen des Umfangs der Scheibe10 . - Halbleiterwafer verlangen normalerweise das Ausbilden eines Einschnitts an einer Stelle ihres Umfangs, und ein solcher Einschnitt wird in
2 bei44 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 in2 das Bezugszeichen46 trägt, verschmilzt. Zu diesem Zweck wird der Einschnitt44 vorzugsweise mit einer genuteten Schleifscheibe hergestellt, wie zum Beispiel der Scheibe48 , die die in ge strichelten Linien bei50 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 Scheibe50 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 Scheibe48 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 Kantenschleifscheibe32 und die Einschnittschleifscheibe48 aus2 , und in jedem Fall kann die Nut in der Oberfläche der Scheibe bei42 im Fall der größeren Scheibe32 und bei50 im Fall der kleineren Einschnittschleifscheibe48 gesehen werden. - Die Achse, um die sich die Kantenschleifscheibe
32 dreht, ist in2 mit dem Bezugszeichen34 bezeichnet, und die Achse, um die sich die Einschnittschleifscheibe dreht, ist in3 mit dem Bezugszeichen52 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 Bezugszeichen54 bezeichnet. - Das scheibenförmige Objekt
56 in3 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 in1 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 Scheibe32 zum Einführen der Kante der Elektrode56 in die Nut42 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 Einschnittschleifscheibe48 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 bei58 gezeigt. Im wesentlichen ist es eine kreisförmige Scheibe, deren Querschnitt ähnlich dem in1 für das Werkstück gezeigten Querschnitt ist. Die Kante der Scheibe58 ist mit einem allgemein mit60 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 Kantenformscheibe32 nach3 vorhandene Nut42 in situ durch einfache Axialverschiebung der Scheibe32 , so daß sich die Nut42 mit der Formscheibe58 ausrichtet, und Zusammenbringung der beiden Scheiben, so daß der Umfang60 der Formscheibe58 das Material unter Ausbildung der Nut42 in der ersten Stelle entfernt oder bei Bedarf nach Abnutzung der Scheibe32 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 Oberfläche64 eine komplementäre Nut66 aufweist, deren Querschnitt ähnlich dem dreieckigen Querschnitt des in1 gezeigten Werkstücks ist. Die ses Werkstück wird in dem mit60 bezeichneten Gebiet an der Formscheibe58 ausgebildet. Die elektrische Entladung wird dadurch erreicht, daß ein elektrischer Strom in bekannter Weise zwischen der Elektrode62 und der Formscheibe58 zum Fließen gebracht wird. Zu diesem Zweck muß die Formscheibe leitend sein. Im typischen Fall ist es eine metallgebundene Scheibe.
Claims (3)
- 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.
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