WO2010112225A1 - Verfahren zum materialabtragenden bearbeiten von sehr dünnen werkstücken in einer doppelseitenschleifmaschine - Google Patents

Verfahren zum materialabtragenden bearbeiten von sehr dünnen werkstücken in einer doppelseitenschleifmaschine Download PDF

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Frank Runkel
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Peter Wolters Gmbh
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    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Definitions

  • the invention relates to a method for material-removing machining of flat workpieces.
  • workpieces may be e.g. to act semiconductor wafers (wafers), which may have a thickness of less than 100 microns after and possibly even before processing.
  • wafers are so flexible that machining in normal grinding machines is not possible.
  • C. Austinberger et al .: Carrier Techniques for Thin Wafer Processing, CS Mantech Conference, May 14-17, 2007, Austin, Texas, USA describes various ways of mounting very thin wafers on a carrier.
  • the wafers may be e.g. be glued to a support or held on this by means of electrostatic forces.
  • the present invention seeks to provide a method of the type mentioned, with a simple way a more precise material-removing machining of very thin workpieces is possible.
  • the invention solves this problem by the subject matter of claims 1 and 5.
  • Advantageous embodiments can be found in the dependent claims, the description and the figures.
  • the invention achieves the object on the one hand by a method for removing material, in particular for grinding or polishing, of flat workpieces which are detachably fastened with one of their surfaces on a corresponding surface of likewise flat carriers, comprising the steps:
  • a double-side processing machine which has an upper working disk with an upper working surface and a lower working disk with a lower working surface, the working surfaces forming between them a working gap in which at least one rotor disk with recesses is arranged,
  • the workpieces are arranged together with the carriers in the recesses of the at least one rotor disk,
  • At least one of the working wheels is driven in rotation, wherein the at least one rotor disc is also rotated by means of a rolling device, whereby the carrier recorded in the carrier move with the workpieces along cycloidal paths between the work surfaces, and wherein one of the work surfaces with each free surfaces of the supports and one of the work surfaces comes into contact with the respective free surfaces of the workpieces,
  • the free surfaces of the workpieces are processed by the working surface associated with them material removal, while by the free surfaces of the carrier associated work surface either no material removal, or a removal rate of the free surfaces of the carrier is substantially smaller than a removal rate of the free surfaces of the workpieces or the Removal rate of the free surfaces of the carrier is equal to the rate of removal of the free surfaces of the workpieces.
  • machining of the thin workpieces takes place in a double-sided machining machine with planetary kinematics.
  • a plurality of carriers may be provided, each having continuous recesses.
  • the carriers with the workpieces attached thereto are held in the carriers and guided floating in the working gap between the work surfaces.
  • At least the working surface of the machine associated with the workpieces has a working covering, in particular an abrasive or polishing covering, and thus leads to a material removal.
  • the workpieces can be so thin that they are so elastic after and possibly even before processing that they can not be processed in the machine without the carrier.
  • the workpieces may already have a smaller thickness than the carriers before processing, and in particular after processing.
  • the carriers provide by their greater thickness then required for processing in the double-sided machine stability. According to the invention it has been recognized that in this way, in particular a grinding machining of very thin workpieces can also be done in a double-sided machining machine with planetary kinematics, if the Abtragsrate the support is at least substantially less than that of the workpieces.
  • a particularly precise and uniform material removal is ensured. Discontinuities in the middle of the workpieces are safely avoided.
  • the material removal of the carrier is as small as possible.
  • the different Abtragsraten the free surfaces of the workpieces on the one hand and the free surfaces of the carrier on the other hand are generated by the upper work surface and the lower work surface have different work coverings. In this way, the different removal rates are automatically generated at least for similar materials of the carrier and workpieces.
  • the material-removing machining is a grinding process
  • it is particularly advantageous if the working surfaces associated with the surfaces of the workpieces are provided with an abrasive coating and the working surface associated with the surfaces of the carriers is provided with a polishing coating and the processing takes place without an abrasive polishing agent.
  • a material removal of the carrier can be almost completely avoided in this way. If, on the other hand, a polishing treatment takes place, it is also possible to select the removal rates for the workpieces and the carrier in the same way. The material removal during polishing is so low that even with this procedure the carriers can be used several times.
  • the invention also achieves the object by a method for removing material, in particular for grinding or polishing, of flat workpieces which are detachably fastened in pairs with one of their surfaces on corresponding opposite surfaces of likewise flat carriers, comprising the steps:
  • a double-side processing machine which has an upper working disk with an upper working surface and a lower working disk with a lower working surface, the working surfaces forming between them a working gap in which at least one rotor disk with recesses is arranged,
  • the workpieces are arranged together with the carriers in the recesses of the at least one rotor disk,
  • At least one of the working wheels is driven in rotation, wherein the at least one rotor disc by means of a rolling device also in Rotation, whereby the carriers received in the rotor disc move with the workpieces along cycloidal paths between the work surfaces, and wherein one of the work surfaces with the respective free surfaces of the fixed on one side of the carrier workpieces and one of the work surfaces with the respective free surfaces the workpieces fastened on the opposite side of the carrier come into contact, - the free surfaces of the workpieces detachably fastened on the opposite sides of the carrier are each machined by the working surface assigned to them.
  • the workpieces and the carrier can be inventively each cylindrical.
  • the surfaces are the upper and lower sides of the workpieces or carriers. They can have essentially parallel surfaces, in particular plane-parallel surfaces.
  • the workpieces Before machining, the workpieces can already have integrated circuits on their upper side. They are then edited from their bottom.
  • the workpieces according to the invention after processing a thickness of less than 100 microns, preferably less than 50 microns, more preferably less than 20 microns, have.
  • Such workpieces can not be processed without the carriers in a double-side processing machine of the type according to the invention.
  • the carriers can be many times thicker than the workpieces before and / or after processing.
  • the thickness of the carrier may be, for example, before and / or after processing in a range between 0.5 mm to 2 mm, preferably 0.7 mm to 1.0 mm.
  • a further embodiment therefore provides that the carriers and the workpieces have a substantially cylindrical shape and the carriers have a larger diameter than the workpieces.
  • the workpieces may for example be coaxially mounted on the carriers. In this embodiment, only the edges of the particular thicker carrier come into contact with the carriers in the processing, which can absorb the corresponding forces without risk of damage. An undesirable force on the thin workpieces is thus avoided.
  • the workpieces may be adhesively bonded to the supports, for example by a wax, adhesive or adhesive film.
  • the adhesive bond may be thermally, chemically (eg by a solvent), corrosive (eg by an etchant) or be soluble by UV irradiation.
  • thermal solubility it must be ensured that occurring temperatures are lower than the temperature at which the adhesive bond dissolves.
  • the adhesive bond can then be released by suitable thermal action and the workpiece can thus be removed from the carrier.
  • the workpieces are attached to the carrier by electrostatic charging.
  • the workpieces can be semiconductor wafers, e.g. Wafer, in particular silicon wafer act.
  • the supports may also be such semiconductor wafers, e.g. Wafer, in particular silicon wafer act.
  • These are inexpensive available and well suited as a carrier.
  • the carrier and the workpieces can thus consist of the same material.
  • the carrier consist of a glass material, a ceramic material or a plastic material.
  • a further embodiment therefore provides that the thickness of the workpieces during their processing by means of an optical measuring method, in particular an interferometric measurement method, is measured in the processing machine. It can be used, for example, infrared interferometry, which is particularly preferred for workpieces made of silicon, which are transparent to infrared radiation. Such measuring methods offer a particularly high measuring accuracy, as required in the processing of very thin workpieces according to the invention. According to the invention, it has been recognized that such measuring methods can be used in a double-sided machining machine with planetary kinematics.
  • the thickness of the workpieces is still measured in the machine, it
  • an optical measuring device is arranged in or on the processing machine.
  • measuring accuracies of 1 ⁇ m and better are possible. Distorting influences, such as temperature drift, tool wear, contamination and mechanical compliance of the workpiece, can be largely excluded.
  • no influence on the workpieces by the measurement takes place. It is also possible to determine only the thickness of the workpiece separately from the carrier. This is especially true if the carrier and the workpiece are made of different materials and / or a suitable optical separating layer is provided between the workpieces and the carrier, for example an adhesive bond.
  • a thickness profile can be created with the optical measuring device and thus the uniformity of the processing can be monitored.
  • Infrared radiation is directed onto the free surface of the workpieces, with a first radiation component being reflected on the free surface and a second radiation component penetrating the workpiece thickness, being reflected on the workpiece surface fastened to the carrier and exiting again on the free workpiece surface,
  • the first and the second radiation component interfere with formation of an interference pattern
  • the optical workpiece thickness is determined between the free workpiece surface and the workpiece surface fastened to the carrier,
  • the mechanical workpiece thickness is determined taking into account the refractive index of the workpiece material.
  • other measuring methods are also suitable for monitoring the workpiece thickness.
  • the thickness of the workpieces can be measured during their processing in the processing machine, for example by means of at least one eddy current sensor or by means of at least one ultrasonic sensor or by other measuring methods that have sufficient accuracy to measure thicknesses in the range of less than 1 mm.
  • the workpieces can pass through an area outside the working gap.
  • This is referred to as technical overflow.
  • it is located on the outside of the working gap.
  • such an overflow may also be located on the inside of the working gap.
  • the (for example optical) thickness measurement takes place in the region outside the working gap.
  • the overflow is easily accessible and is therefore particularly suitable for thickness measurement in this area.
  • the processing machine has at least one optical or other suitable measuring device arranged in a working disk of the processing machine, with which the thickness measurement takes place.
  • This embodiment is based on the idea to arrange a measuring device in one of the working wheels, preferably because of possible contamination in the upper working disk, and in this way to allow a thickness measurement during processing.
  • FIG. 1 shows a double-side grinding machine used in the method according to the invention in a perspective view, Fig. 2 connected for the inventive processing with a carrier
  • FIG. 3 shows an enlarged plan view of the lower working disk of the device from FIG. 1
  • FIG. 4 shows an enlarged detail of the double-side grinding machine used in the method according to the invention in a sectional view
  • FIG. 5 shows two for machining according to the invention Carrier connected
  • FIG. 1 shows schematically the structure of a double-side processing machine 10 used according to the invention, in the illustrated example of a double-sided grinding machine 10, with planetary kinematics.
  • the double-side grinding machine 10 has an upper pivoting arm 12, which can be pivoted about a pivoting device 14 mounted on the lower base 18 about a vertical axis.
  • an upper working disk 16 is supported on the pivot arm 12, which an upper working disk 16 is supported.
  • the upper working disk 16 is rotationally driven by a drive motor, not shown.
  • the upper working disk 16 has a work surface. On this a polishing pad is arranged in the illustrated example.
  • the lower base 18 has a support portion 19 which carries a lower working disk 20 having on its upper side one of the working surface of the upper working disk 16 corresponding work surface.
  • the upper working disk 16 are aligned coaxially with the lower working disk 20.
  • the lower working disk 20 is in the illustrated example also via a drive motor, not shown, driven in rotation, in particular in opposite directions to the upper disk 16. Of course, it is also possible only one of the working wheels 16, 20 rotating drivable to train.
  • an abrasive coating is arranged in the illustrated example.
  • a plurality of carriers 22 are shown, each having recesses for workpieces to be machined together with the carriers attached to them.
  • the carriers 22 each engage with an external toothing in an inner pin ring 24 and an outer pin ring 26.
  • a rolling device is formed, wherein the carriers 22 are also set in rotation of the lower working disk 20, for example via the inner pin ring 24 in rotation.
  • the arranged in the recesses of the carriers 22 workpieces and carriers then move on the lower working disk 20 along cycloidal paths.
  • FIG. 2 shows a cylindrical carrier 28, in the present case a silicon wafer.
  • the carrier 28 has a thickness of about 1 mm in the illustrated example. While the top 30 of the carrier 28 is free, the bottom 32 is connected via an adhesive bond 34 with the top 36 of a workpiece to be machined 38, in this case also a silicon wafer.
  • the adhesive bond 34 can be formed, for example, by a wax, an adhesive or an adhesive film.
  • the wax, the adhesive or the adhesive film can be soluble, for example thermally, chemically, corrosively or by UV irradiation.
  • the underside 40 of the workpiece 38 is again free.
  • the carrier 28 and workpiece 38 terminate flush with each other at their outsides in the state of the workpiece 38 secured to the carrier 28. But it is also possible that carrier 28 and workpiece 38 have different diameters and not flush complete each other.
  • the workpiece 38 shown in FIG. 2 has a thickness of less than 100 ⁇ m after machining in the example. It is thus so flexible without the carrier 28 that it could not be processed in the double side grinding machine 10 shown in FIG. By attachment to the considerably thicker carrier 28, however, a stability is achieved, which is sufficient for processing in the machine 10.
  • the workpieces 38 are inserted together with the carriers 28 in the recesses of the carriers 22 and stored floating in the formed between the pivoting of the pivot arm 12 coaxially aligned to each other working disks 16, 20 working gap.
  • the upper working disk 16 is then pressed downwards with a contact pressure.
  • the polishing pad of the upper working disk 16 comes into contact with the upper free side 30 of the carrier 28.
  • the grinding process takes place only with water as the cooling medium. A polishing agent with an abrasive material is not used.
  • the workpieces 38 can be ground thin from their underside 40, without a material abtrag on the top 30 of the carrier 28 occurs.
  • the upper working disk 16 is pivoted away again and the machined workpieces 38 can be removed together with the carriers 28 from the carriers. Subsequently, for example, by thermal action, the adhesive bond 34 is released and the workpieces 38 are separated from the carriers 28. The carriers 28 can then be reused.
  • Fig. 3 is an enlarged plan view of the lower working disk 20 is shown with its working surface 21 with the abrasive coating. Further to recognize are the Carrier discs 22 with a plurality of recesses 23 for the carriers and workpieces. Also visible is the inner pin ring 24 and the outer pin ring 26, on which the rotor discs 22 roll with their outer teeth 25. In the course of the cycloidal trajectory movement, the recesses 23 and with them the carriers 28 and workpieces 38 received therein pass partly through a region 42 outside the working gap bounded by the lower working surface 21 and the upper working surface of the upper working disk 16 during operation. This area 42 is referred to in technical terms as overflow 42.
  • a second region 44 outside of the limited by the working disks 16, 20 annular working gap is located in Fig. 3 on the inside of the working gap.
  • an interferometric thickness measurement of the workpieces 38 arranged in the recesses 23 in the region of the outer overflow 42 will be described by way of example.
  • a suitable measuring device is arranged in one of the working surfaces of the upper or lower working disk 16, 20, a measurement could also take place within the working gap. It is also possible, especially when processing triple stacks, to provide measuring devices for measuring the thickness at the top and bottom of the stacks in order to measure the thickness of both workpieces.
  • an optical measuring device 46 is arranged in the region of the outer overflow 42.
  • the measuring device 46 is an infrared interferometer.
  • a workpiece 38 is shown together with a carrier 28 in a partially recognizable rotor disk 22.
  • this workpiece 38 with its carrier 28 passes through the overflow 42 at times.
  • infrared radiation 48 in the present case an infrared radiation spectrum 48, is directed from below onto the free underside 40 of the workpiece 38.
  • the Infrared radiation 48 is reflected with a first portion of radiation on the free workpiece underside 40, while a second portion of radiation penetrates the high-transparency infrared-transparent workpiece 38, is reflected internally on the upper side 36 of the workpiece 38 connected to the carrier 28, and directly or after multiple reflections on the inner surfaces of the workpiece 38 exits again on the free underside 40 of the workpiece 38.
  • the first and second radiation components returning from the workpiece 38 to the measuring device 46 then interfere with each other, which is recorded by a suitable sensor device (not shown).
  • the mechanical workpiece thickness can be determined from the determined optical workpiece thickness and the known refractive index.
  • the processing method according to the invention can be carried out even more precisely. It is also possible, e.g. to radially measure the part of the workpiece 38 located in the overflow 42 and to create a corresponding thickness profile so as to further increase the machining accuracy.
  • Fig. 5 an arrangement is shown which largely corresponds to the arrangement of Fig. 2.
  • a workpiece 38 is detachably fastened on a carrier 28 on its opposite upper and lower surfaces via the adhesive connection 34. It is therefore a so-called triple stack.
  • This arrangement can also be processed in the device shown for example in FIG. In this case, in particular the same removal rate for the upper and the lower workpiece may be provided, since in this case the carrier does not come into contact with the work surfaces.
  • the method according to the invention enables high-precision machining of very thin workpieces which, after processing, can have a thickness in the range of less than 100 ⁇ m, preferably less than 50 ⁇ m, more preferably less than 20 ⁇ m, for example in the range of approximately 10 ⁇ m.
  • the workpieces 38 due to their connection to the carrier 28 can be easily transported with the same tools as part of their entire processing process, for example, a subsequent polishing.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schleifenden oder polierenden Bearbeiten von sehr flachen Werkstücken (38), die jeweils auf flachen Trägern (28) lösbar befestigt sind. Die Werkstücke (38) werden gemeinsam mit den Trägern (28) in die Ausnehmungen (23) von mindestens einer Läuferscheibe (22) einer Doppelseitenbearbeitungsmaschine (10) eingesetzt und entlang zykloidischer Bahnen zwischen den Arbeitsflächen der Doppelseitenbearbeitungsmaschine (10) bewegt. Dabei ist die Abtragsrate an den Arbeitsflächen der Doppelseitenbearbeitungsmaschine (10) entweder gleich groß, oder die Abtragsrate an einer Arbeitsfläche ist wesentlich kleiner als die an der gegenüberliegenden Arbeitsfläche, oder an einer der Arbeitsflächen erfolgt kein Materialabtrag. In einem Ausführungsbeispiel sind zwei Werkstücke (38) auf einem Träger (28) d.h. auf Ober- und Unterseite lösbar befestigt.

Description

VERFAHREN ZUM MATERIALABTRAGENDEN BEARBEITEN VON SEHR DÜNNEN WERKSTUCKEN IN EINER DOPPELSEITENSCHLEIFMASCHINE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum materialabtragenden Bearbeiten von flachen Werkstücken. Es besteht ein Bedürfnis, immer dünnere Werkstücke materialabtragend, insbesondere schleifend zu bearbeiten. Bei solchen Werkstücken kann es sich z.B. um Halbleiterscheiben (Wafer) handeln, die nach und gegebenenfalls bereits vor der Bearbeitung eine Dicke von weniger als 100 μm aufweisen können. Derartige Werkstücke sind so flexibel, dass eine Bearbeitung in normalen Schleifmaschinen nicht möglich ist. In C. Landesberger et al.: Carrier Techniques for Thin Wafer Processing, CS Mantech Conference, May 14-17, 2007, Austin, Texas, USA werden verschiedene Möglichkeiten zur Befestigung von sehr dünnen Wafern auf einem Träger beschrieben. So können die Wafer z.B. auf einen Träger aufgeklebt werden oder auf diesem mittels elektrostatischer Kräfte gehalten werden. Beschrieben ist auch das Verkleben der Wafer in einem dickeren Trägerrahmen. Durch die Verbindung der Wafer mit einem Träger soll eine Bearbeitung der Wafer möglich sein, ohne für die unterschiedlichen Bearbeitungsvorgänge zwischen verschiedenen Trägern wechseln zu müssen. Die Bearbeitung der auf den Trägern befestigten Werkstücke erfolgt, indem die Träger von einer Vakuumhalteeinrichtung gehalten werden und eine Schleifscheibe entlang einer Kreisbahn über die Oberfläche der Werkstücke geführt und auf die Werkstücke gedrückt wird. Nachteilig ist dabei, dass sich in der Mitte der bearbeiteten Werkstückoberfläche eine Unstetigkeitsstelle bildet.
Ausgehend von dem erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem in einfacher Weise eine präzisere materialabtragende Bearbeitung sehr dünner Werkstücke möglich ist. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Die Erfindung löst die Aufgabe zum einen durch ein Verfahren zum materialabtragenden Bearbeiten, insbesondere zum schleifenden oder polierenden Bearbeiten, von flachen Werkstücken, die mit einer ihrer Oberflächen jeweils auf einer entsprechenden Oberfläche von ebenfalls flachen Trägern lösbar befestigt sind, umfassend die Schritte:
- eine Doppelseitenbearbeitungsmaschine wird bereitgestellt, die eine obere Arbeitsscheibe mit einer oberen Arbeitsfläche und eine untere Arbeitsscheibe mit einer unteren Arbeitsfläche aufweist, wobei die Arbeitsflächen zwischen sich einen Arbeitsspalt bilden, in dem mindestens eine Läuferscheibe mit Ausnehmungen angeordnet ist,
- die Werkstücke werden gemeinsam mit den Trägern in den Ausnehmungen der mindestens einen Läuferscheibe angeordnet,
- mindestens eine der Arbeitsscheiben wird drehend angetrieben, wobei die mindestens eine Läuferscheibe mittels einer Abwälzvorrichtung ebenfalls in Rotation versetzt wird, wodurch sich die in der Läuferscheibe aufgenommenen Träger mit den Werkstücken entlang zykloidischer Bahnen zwischen den Arbeitsflächen bewegen, und wobei eine der Arbeitsflächen mit den jeweils freien Oberflächen der Träger und eine der Arbeitsflächen mit den jeweils freien Oberflächen der Werkstücke in Kontakt kommt,
- die freien Oberflächen der Werkstücke werden durch die ihnen zugeordnete Arbeitsfläche materialabtragend bearbeitet, während durch die den freien Oberflächen der Träger zugeordnete Arbeitsfläche entweder kein Materialabtrag erfolgt, oder eine Abtragsrate der freien Oberflächen der Träger wesentlich kleiner ist als eine Abtragsrate der freien Oberflächen der Werkstücke oder die Abtragsrate der freien Oberflächen der Träger gleich der Abtragsrate der freien Oberflächen der Werkstücke ist.
Erfindungsgemäß findet also ein Bearbeiten der dünnen Werkstücke in einer Doppelseitenbearbeitungsmaschine mit Planetenkinematik statt. Dabei können insbesondere mehrere Läuferscheiben vorgesehen sein, die jeweils durchgehende Ausnehmungen aufweisen. Die Träger mit den daran befestigten Werkstücken werden in den Läuferscheiben gehalten und im Arbeitsspalt zwischen den Arbeitsflächen schwimmend geführt. Zumindest die den Werkstücken zugeordnete Arbeitsfläche der Maschine besitzt einen Arbeitsbelag, insbesondere einen Schleifoder Polierbelag, und führt so zu einem Materialabtrag. Die Werkstücke können dabei so dünn sein, dass sie nach und gegebenenfalls auch schon vor der Bearbeitung so elastisch sind, dass sie in der Maschine ohne die Träger nicht bearbeitet werden können. Die Werkstücke können erfindungsgemäß bereits vor der Bearbeitung, und insbesondere nach der Bearbeitung, eine geringere Dicke aufweisen als die Träger. Die Träger stellen durch ihre größere Dicke dann die für die Bearbeitung in der Doppelseitenmaschine erforderliche Stabilität zur Verfügung. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass auf diese Weise insbesondere eine schleifende Bearbeitung von sehr dünnen Werkstücken auch in einer Doppelseiten- bearbeitungsmaschine mit Planetenkinematik erfolgen kann, wenn die Abtragsrate der Träger zumindest wesentlich geringer ist als die der Werkstücke. Durch die Planetenkinematik der Maschine, also die Ausbildung ihrer Läuferscheiben und deren Bewegung in dem Arbeitsspalt, wird ein besonders präziser und gleichmäßiger Materialabtrag gewährleistet. Unstetigkeitsstellen in der Mitte der Werkstücke werden sicher vermieden.
Um die Träger möglichst für mehrere zu bearbeitende Werkstücke wiederverwenden zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Materialabtrag der Träger so gering wie möglich ist. Dazu können in besonders geeigneter Weise die unterschiedlichen Abtragsraten der freien Oberflächen der Werkstücke einerseits und der freien Oberflächen der Träger andererseits erzeugt werden, indem die obere Arbeitsfläche und die untere Arbeitsfläche unterschiedliche Arbeitsbeläge aufweisen. Auf diese Weise werden die unterschiedlichen Abtragsraten zumindest bei ähnlichen Werkstoffen der Träger und Werkstücke automatisch erzeugt. Wenn die materialabtragende Bearbeitung eine schleifende Bearbeitung ist, ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die den Oberflächen der Werkstücke zugeordnete Arbeitsfläche mit einem Schleifbelag versehen ist und die den Oberflächen der Träger zugeordnete Arbeitsfläche mit einem Polierbelag versehen ist und die Bearbeitung ohne ein abrasives Poliermittel erfolgt. Ein Materialabtrag der Träger kann auf diese Weise nahezu vollständig vermieden werden. Sofern dagegen eine polierende Bearbeitung erfolgt, ist es auch möglich, die Abtragsraten für die Werkstücke und Träger gleich zu wählen. Der Materialabtrag ist beim Polieren so gering, dass auch bei diesem Vorgehen die Träger mehrfach verwendet werden können.
Die Erfindung löst die Aufgabe auch durch ein Verfahren zum materialabtragenden Bearbeiten, insbesondere zum schleifenden oder polierenden Bearbeiten, von flachen Werkstücken, die paarweise mit einer ihrer Oberflächen auf entsprechenden gegenüberliegenden Oberflächen von ebenfalls flachen Trägern lösbar befestigt sind, umfassend die Schritte:
- eine Doppelseitenbearbeitungsmaschine wird bereitgestellt, die eine obere Arbeitsscheibe mit einer oberen Arbeitsfläche und eine untere Arbeitsscheibe mit einer unteren Arbeitsfläche aufweist, wobei die Arbeitsflächen zwischen sich einen Arbeitsspalt bilden, in dem mindestens eine Läuferscheibe mit Ausnehmungen angeordnet ist,
- die Werkstücke werden gemeinsam mit den Trägern in den Ausnehmungen der mindestens einen Läuferscheibe angeordnet,
- mindestens eine der Arbeitsscheiben wird drehend angetrieben, wobei die mindestens eine Läuferscheibe mittels einer Abwälzvorrichtung ebenfalls in Rotation versetzt wird, wodurch sich die in der Läuferscheibe aufgenommenen Träger mit den Werkstücken entlang zykloidischer Bahnen zwischen den Arbeitsflächen bewegen, und wobei eine der Arbeitsflächen mit den jeweils freien Oberflächen der auf einer Seite der Träger befestigten Werkstücke und eine der Arbeitsflächen mit den jeweils freien Oberflächen der auf der gegenüberliegenden Seite der Träger befestigten Werkstücke in Kontakt kommt, - die freien Oberflächen der an den gegenüberliegenden Seiten der Träger lösbar befestigten Werkstücke werden durch die ihnen zugeordnete Arbeitsfläche jeweils materialabtragend bearbeitet.
Während bei der ersten erfϊndungsgemäßen Lösung auf einem Träger jeweils lediglich ein Werkstück lösbar befestigt wird, ist bei dieser erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, dass an jedem Träger zwei Werkstücke lösbar befestigt sind, insbesondere eines auf seiner Oberseite und eines auf seiner Unterseite. Ein solches „Dreifach-Stack" aus zwei Werkstücken und einem Träger kann erfindungsgemäß ebenfalls in besonders vorteilhafter Weise mit der Doppelseitenbearbeitungs- maschine mit Planetenkinematik materialabtragend bearbeitet werden. Dabei können die paarweise an einem Träger befestigten Werkstücke durch die obere und die untere Arbeitsfläche der Doppelseitenmaschine, insbesondere mit derselben Abtragsrate bearbeitet werden. Die Träger kommen dabei nicht mit den Arbeitsflächen in Kontakt.
Die Werkstücke und die Träger können erfindungsgemäß jeweils zylindrisch ausgebildet sein. Die Oberflächen sind dabei die Ober- und Unterseiten der Werkstücke bzw. Träger. Sie können im Wesentlichen parallele Oberflächen, insbesondere planparallele Oberflächen besitzen. Vor der Bearbeitung können die Werkstücke auf ihrer Oberseite bereits integrierte Schaltungen aufweisen. Sie werden dann von ihrer Unterseite bearbeitet. Die Werkstücke können erfindungsgemäß nach der Bearbeitung eine Dicke von weniger als 100 μm, bevorzugt weniger als 50 μm, weiter bevorzugt weniger als 20 μm, besitzen. Solche Werkstücke sind ohne die Träger in einer Doppelseiten- bearbeitungsmaschine der erfindungsgemäßen Art nicht bearbeitbar. Die Träger können vor und/oder nach der Bearbeitung um ein Vielfaches dicker sein als die Werkstücke. Die Dicke der Träger kann beispielsweise vor und/oder nach der Bearbeitung in einem Bereich zwischen 0,5 mm bis 2 mm, bevorzugt 0,7 mm bis 1,0 mm, liegen.
Bei der erfindungsgemäßen schwimmenden Bearbeitung der Träger mit den Werkstücken in den Läuferscheiben kommt es bei zylindrischen und an ihren Rändern bündig miteinander abschließenden Trägern und Werkstücken zu einem wiederholten Kontakt zwischen den Läuferscheiben und den Rändern der Träger und Werkstücke und damit einer Krafteinwirkung auf die Träger und Werkstücke. Dies kann insbesondere bei den erfindungsgemäß dünnen Werkstücken zu Beschädigungen führen. Eine weitere Ausgestaltung sieht daher vor, dass die Träger und die Werkstücke eine im Wesentlichen zylindrische Form besitzen und die Träger einen größeren Durchmesser besitzen als die Werkstücke. Dabei können die Werkstücke beispielsweise koaxial auf den Trägern befestigt sein. Bei dieser Ausgestaltung kommen bei der Bearbeitung nur die Ränder der insbesondere dickeren Träger mit den Läuferscheiben in Kontakt, die die entsprechenden Kräfte ohne Beschädigungsgefahr aufnehmen können. Eine unerwünschte Krafteinwirkung auf die dünnen Werkstücke wird also sicher vermieden.
Die Werkstücke können durch eine Klebverbindung an den Trägern befestigt sein, beispielsweise durch ein Wachs, einen Klebstoff oder eine Klebfolie. Die Klebeverbindung kann thermisch, chemisch (z.B. durch ein Lösemittel), ätzend (z.B. durch ein Ätzmittel) oder durch UV-Bestrahlung lösbar sein. Beispielsweise bei einer thermischen Lösbarkeit muss gewährleistet sein, dass die im Rahmen der materialabtragenden Bearbeitung auftretenden Temperaturen niedriger sind als die Temperatur, bei der die Klebverbindung sich löst. Nach der Bearbeitung kann dann durch geeignete thermische Einwirkung die Klebverbindung gelöst und das Werkstück so von dem Träger entfernt werden. Ebenso kann auch vorgesehen sein, dass die Werkstücke durch elektrostatische Aufladung an dem Träger befestigt sind.
Bei den Werkstücken kann es sich um Halbleiterscheiben, z.B. Wafer, insbesondere Siliziumwafer, handeln. Bei den Trägern kann es sich ebenfalls um solche Halbleiterscheiben, z.B. Wafer, insbesondere Siliziumwafer, handeln. Diese sind kostengünstig verfügbar und als Träger gut geeignet. Die Träger und die Werkstücke können also aus demselben Material bestehen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Träger aus einem Glaswerkstoff, einem Keramikwerkstoff oder einem Kunststoffwerkstoff bestehen. Durch eine andere Materialwahl für die Träger als für die Werkstücke kann beim ersten erfindungsgemäßen Verfahren eine andere Abtragsrate an den Trägern in besonders einfacher Weise erreicht werden.
Bei den erfindungsgemäß vor und insbesondere nach der Bearbeitung außerordentlich geringen Materialdicken der Werkstücke ist eine präzise Überwachung des Materialabtrags und damit der Werkstückdicke von entscheidender Bedeutung. Eine weitere Ausgestaltung sieht daher vor, dass die Dicke der Werkstücke während ihrer Bearbeitung mittels eines optischen Messverfahrens, insbesondere eines interfero- metrischen Messverfahrens, in der Bearbeitungsmaschine gemessen wird. Es kann z.B. Infrarot-Interferometrie eingesetzt werden, was insbesondere bei Werkstücken aus Silizium, welche für Infrarotstrahlung transparent sind, bevorzugt ist. Solche Messverfahren bieten eine besonders hohe Messgenauigkeit, wie sie bei der erfindungsgemäßen Bearbeitung sehr dünner Werkstücke erforderlich ist. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass solche Messverfahren in einer Doppelseitenbearbeitungsmaschine mit Planetenkinematik einsetzbar sind. Dabei wird die Dicke der Werkstücke noch in der Bearbeitungsmaschine gemessen, es wird also insbesondere eine optische Messeinrichtung in oder an der Bearbeitungsmaschine angeordnet. Es sind so Messgenauigkeiten von 1 μm und besser möglich. Verfälschende Einflüsse, wie Temperaturdrift, Werkzeugverschleiß, Verschmutzung und mechanische Nachgiebigkeit des Werkstücks, können dabei weitgehend ausgeschlossen werden. Im Vergleich zu taktilen Messverfahren findet darüber hinaus keinerlei Einwirkung auf die Werkstücke durch die Messung statt. Es ist auch möglich, nur die Dicke des Werkstücks getrennt von dem Träger zu bestimmen. Dies gilt insbesondere, wenn Träger und Werkstück aus unterschiedlichen Materialien bestehen und/oder eine geeignete optische Trennschicht zwischen den Werkstücken und dem Träger vorgesehen ist, z.B. eine Klebverbindung. Auch kann mit der optischen Messeinrichtung ein Dickenprofil erstellt und so die Gleichmäßigkeit der Bearbeitung überwacht werden.
Gemäß einer Fortbildung dieser Ausgestaltung des Verfahrens können entsprechend weiterhin die folgenden Schritte vorgesehen sein:
- Infrarotstrahlung wird auf die freie Oberfläche der Werkstücke gerichtet, wobei ein erster Strahlungsanteil an der freien Oberfläche reflektiert wird und ein zweiter Strahlungsanteil die Werkstückdicke durchdringt, an der mit dem Träger befestigten Werkstückoberfläche reflektiert wird und wieder an der freien Werkstückoberfläche austritt,
- der erste und der zweite Strahlungsanteil interferieren unter Bildung eines Interferenzmusters,
- anhand des Interferenzmusters wird die optische Werkstückdicke zwischen der freien Werkstückoberfläche und der mit dem Träger befestigten Werkstückoberfläche bestimmt,
- aus der optischen Werkstückdicke wird unter Berücksichtigung des Brechungsindexes des Werkstückmaterials die mechanische Werkstückdicke ermittelt. Zur Überwachung der Werkstückdicke kommen aber grundsätzlich auch andere Messverfahren in Frage. So kann die Dicke der Werkstücke während ihrer Bearbeitung in der Bearbeitungsmaschine z.B. mittels mindestens eines Wirbelstromsensors oder mittels mindestens eines Ultraschallsensors oder mittels anderer Messverfahren gemessen werden, die eine ausreichende Messgenauigkeit besitzen, um Dicken im Bereich von weniger als 1 mm zu messen.
Bei ihrer zykloidischen Bahnbewegung können die Werkstücke einen Bereich außerhalb des Arbeitsspalts durchlaufen. Dieser wird fachsprachlich als Überlauf bezeichnet. Er befindet sich beispielsweise an der Außenseite des Arbeitsspalts. Bei einem ringförmigen Arbeitsspalt kann sich ein solcher Überlauf aber auch an der Innenseite des Arbeitsspalts befinden. Nach einer Ausgestaltung kann daher vorgesehen sein, dass die (beispielsweise optische) Dickenmessung in dem Bereich außerhalb des Arbeitsspalts erfolgt. Der Überlauf ist gut zugänglich und eignet sich daher besonders für eine Dickenmessung in diesem Bereich.
Nach einer alternativen Ausgestaltung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Bearbeitungsmaschine mindestens eine in einer Arbeitsscheibe der Bearbeitungsmaschine angeordnete optische oder andere geeignete Messeinrichtung aufweist, mit der die Dickenmessung erfolgt. Dieser Ausgestaltung liegt die Idee zugrunde, eine Messeinrichtung in einer der Arbeitsscheiben, wegen möglicher Verschmutzungen bevorzugt in der oberen Arbeitsscheibe, anzuordnen und auf diese Weise eine Dickenmessung während der Bearbeitung zu ermöglichen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 eine bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Doppelseitenschleifmaschine in einer perspektivischen Ansicht, Fig. 2 ein für die erfindungsgemäße Bearbeitung mit einem Träger verbundenes
Werkstück in einer Schnittansicht, Fig. 3 eine vergrößerte Draufsicht auf die untere Arbeitsscheibe der Vorrichtung aus Fig. 1 , Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Doppelseitenschleifmaschine in einer Schnittansicht, und Fig. 5 zwei für die erfindungsgemäße Bearbeitung mit einem Träger verbundene
Werkstücke in einer Schnittansicht.
Sofern nichts anderes angegeben ist, bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände. Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäß eingesetzten Doppelseitenbearbeitungsmaschine 10, in dem dargestellten Beispiel einer Doppelseitenschleifmaschine 10, mit Planetenkinematik. Die Doppelseitenschleifmaschine 10 weist einen oberen Schwenkarm 12 auf, der über eine am unteren Sockel 18 gelagerte Schwenkeinrichtung 14 um eine vertikale Achse geschwenkt werden kann. An dem Schwenkarm 12 wird eine obere Arbeitsscheibe 16 getragen. In dem dargestellten Beispiel ist die obere Arbeitsscheibe 16 über einen nicht näher dargestellten Antriebsmotor drehend antreibbar. An ihrer in Fig. 1 nicht dargestellten Unterseite besitzt die obere Arbeitsscheibe 16 eine Arbeitsfläche. Auf dieser ist in dem dargestellten Beispiel ein Polierbelag angeordnet. Der untere Sockel 18 weist einen Trägerabschnitt 19 auf, der eine untere Arbeitsscheibe 20 trägt, die an ihrer Oberseite eine der Arbeitsfläche der oberen Arbeitsscheibe 16 entsprechende Arbeitsfläche besitzt. Über den Schwenkarm 12 kann die obere Arbeitsscheibe 16 koaxial zu der unteren Arbeitsscheibe 20 ausgerichtet werden. Die untere Arbeitsscheibe 20 ist in dem dargestellten Beispiel ebenfalls über einen nicht dargestellten Antriebsmotor drehend antreibbar, insbesondere gegenläufig zu der oberen Scheibe 16. Selbstverständlich ist es auch möglich, nur eine der Arbeitsscheiben 16, 20 rotierend antreibbar auszubilden. Auf der Arbeitsfläche der unteren Arbeitsscheibe 20 ist in dem dargestellten Beispiel ein Schleifbelag angeordnet.
Auf der unteren Arbeitsscheibe 20 sind mehrere Läuferscheiben 22 dargestellt, die jeweils Ausnehmungen für zu bearbeitende Werkstücke gemeinsam mit den an ihnen befestigten Trägern aufweisen. Die Läuferscheiben 22 greifen jeweils mit einer Außenverzahnung in einen Innenstiftkranz 24 und einen Außenstiftkranz 26 ein. Auf diese Weise wird eine Abwälzvorrichtung gebildet, wobei die Läuferscheiben 22 bei einer Rotation der unteren Arbeitsscheibe 20 beispielsweise über den Innenstiftkranz 24 ebenfalls in Rotation versetzt werden. Die in den Ausnehmungen der Läuferscheiben 22 angeordneten Werkstücke und Träger bewegen sich dann auf der unteren Arbeitsscheibe 20 entlang zykloidischer Bahnen.
Die mit der in Fig. 1 dargestellten Doppelseitenschleifinaschine erfindungsgemäß zu bearbeitenden Werkstücke und Träger sind in Fig. 2 gezeigt. Die Werkstücke und Träger sind dabei zylindrisch ausgebildet. Es versteht sich, dass die Dicke der Werkstücke und Träger im Verhältnis zu ihrem Durchmesser stark übertrieben dargestellt ist. In Fig. 2 ist ein zylindrischer Träger 28, vorliegend ein Siliziumwafer, gezeigt. Der Träger 28 besitzt in dem dargestellten Beispiel eine Dicke von etwa 1 mm. Während die Oberseite 30 des Trägers 28 frei ist, ist die Unterseite 32 über eine Klebverbindung 34 mit der Oberseite 36 eines zu bearbeitenden Werkstücks 38, vorliegend ebenfalls eines Siliziumwafers, verbunden. Die Klebverbindung 34 kann z.B. durch ein Wachs, einen Klebstoff oder eine Klebefolie gebildet werden. Das Wachs, der Klebstoff bzw. die Klebefolie können z.B. thermisch, chemisch, ätzend oder durch UV-Bestrahlung lösbar sein. Die Unterseite 40 des Werkstücks 38 ist wiederum frei. In dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel schließen Träger 28 und Werkstück 38 an ihren Außenseiten in dem an dem Träger 28 befestigten Zustand des Werkstücks 38 bündig miteinander ab. Es ist aber auch möglich, dass Träger 28 und Werkstück 38 unterschiedliche Durchmesser besitzen und nicht bündig miteinander abschließen. Das in Fig. 2 gezeigte Werkstück 38 besitzt in dem Beispiel eine Dicke von weniger als 100 μm nach der Bearbeitung. Es ist dadurch ohne den Träger 28 derart flexibel, dass es in der in Fig. 1 gezeigten Doppelseitenschleifmaschine 10 nicht bearbeitet werden könnte. Durch die Befestigung an dem erheblich dickeren Träger 28 wird jedoch eine Stabilität erreicht, die ausreichend für die Bearbeitung in der Maschine 10 ist.
Zur Bearbeitung werden die Werkstücke 38 gemeinsam mit den Trägern 28 in die Ausnehmungen der Läuferscheiben 22 eingelegt und schwimmend in dem zwischen den durch Verschwenken des Schwenkarms 12 koaxial zueinander ausgerichteten Arbeitsscheiben 16, 20 gebildeten Arbeitsspalt gelagert. Bei mindestens einer rotierenden oberen oder unteren Arbeitsscheibe 16, 20 wird anschließend beispielsweise die obere Arbeitsscheibe 16 mit einer Anpresskraft nach unten gedrückt. Dabei kommt es zu einem schleifenden Kontakt zwischen dem Schleifbelag der unteren Arbeitsscheibe 20 und der freien Unterseite 40 der Werkstücke 38. Gleichzeitig kommt der Polierbelag der oberen Arbeitsscheibe 16 mit der oberen freien Seite 30 der Träger 28 in Kontakt. Die schleifende Bearbeitung findet dabei lediglich mit Wasser als Kühlmedium statt. Ein Poliermittel mit einem Abrasivmaterial kommt nicht zum Einsatz. Dadurch können die Werkstücke 38 von ihrer Unterseite 40 dünn geschliffen werden, ohne dass ein Material abtrag an der Oberseite 30 der Träger 28 eintritt. Nach der Bearbeitung wird die obere Arbeitsscheibe 16 wieder weggeschwenkt und die bearbeiteten Werkstücke 38 können gemeinsam mit den Trägern 28 aus den Läuferscheiben entnommen werden. Anschließend kann beispielsweise durch thermische Einwirkung die Klebverbindung 34 gelöst und die Werkstücke 38 so von den Trägern 28 getrennt werden. Die Träger 28 können anschließend wiederverwendet werden.
In Fig. 3 ist eine vergrößerte Draufsicht der unteren Arbeitsscheibe 20 mit ihrer Arbeitsfläche 21 mit dem Schleifbelag dargestellt. Weiter zu erkennen sind die Läuferscheiben 22 mit mehreren Ausnehmungen 23 für die Träger und Werkstücke. Ebenfalls zu erkennen ist der Innenstiftkranz 24 und der Außenstiftkranz 26, an dem sich die Läuferscheiben 22 mit ihrer Außenverzahnung 25 abwälzen. Im Zuge der zykloidischen Bahnbewegung durchlaufen die Ausnehmungen 23 und mit ihnen die darin aufgenommenen Träger 28 und Werkstücke 38 teilweise einen Bereich 42 außerhalb des durch die untere Arbeitsfläche 21 und die obere Arbeitsfläche der oberen Arbeitsscheibe 16 im Betrieb begrenzten Arbeitsspalts. Dieser Bereich 42 wird fachsprachlich als Überlauf 42 bezeichnet. Ein zweiter Bereich 44 außerhalb des durch die Arbeitsscheiben 16, 20 begrenzten ringförmigen Arbeitsspalts befindet sich in Fig. 3 an der Innenseite des Arbeitsspalts. Im Folgenden wird beispielhaft eine interferometrische Dickenmessung der in den Ausnehmungen 23 angeordneten Werkstücke 38 im Bereich des äußeren Überlaufs 42 beschrieben. Selbstverständlich wäre eine solche Dickenmessung in analoger Weise auch im Bereich des inneren Überlaufs 44 möglich. Ebenso könnte bei Anordnung einer geeigneten Messeinrichtung in einer der Arbeitsflächen der oberen oder unteren Arbeitsscheibe 16, 20 eine Messung auch innerhalb des Arbeitsspalts erfolgen. Auch ist es insbesondere bei einer Bearbeitung von Dreifach- Stacks möglich, Messeinrichtungen zur Dickenmessung an der Ober- und Unterseite der Stacks vorzusehen, um die Dicke beider Werkstücke zu messen.
Wie in der Darstellung in Fig. 4 vergrößert und ausschnittsweise gezeigt, ist im Bereich des äußeren Überlaufs 42 eine optische Messeinrichtung 46 angeordnet. In dem dargestellten Beispiel handelt es sich bei der Messeinrichtung 46 um ein Infrarotinterferometer. In der Schnittansicht in Fig. 4 ist ein Werkstück 38 gemeinsam mit einem Träger 28 in einer teilweise zu erkennenden Läuferscheibe 22 dargestellt. Im Zuge seiner Bearbeitung in der Bearbeitungsmaschine 10 durchläuft dieses Werkstück 38 mit seinem Träger 28 zeitweise den Überlauf 42. In dem gezeigten Beispiel wird Infrarotstrahlung 48, vorliegend ein Infrarotstrahlungsspektrum 48, von unten auf die freie Unterseite 40 des Werkstücks 38 gerichtet. Die Infrarotstrahlung 48 wird mit einem ersten Strahlungsanteil an der freien Werkstückunterseite 40 reflektiert, während ein zweiter Strahlungsanteil das für Infrarotstrahlung hochtransparente Werkstück 38 durchdringt, an der mit dem Träger 28 verbundenen Oberseite 36 des Werkstücks 38 innen reflektiert wird und direkt oder nach mehreren Reflexionen an den Innenflächen des Werkstücks 38 wieder an der freien Unterseite 40 des Werkstücks 38 austritt. Die von dem Werkstück 38 in die Messvorrichtung 46 zurückkommenden ersten und zweiten Strahlungsanteile interferieren anschließend miteinander, was durch eine geeignete Sensoreinrichtung (nicht dargestellt) aufgenommen wird. Auf dieser Grundlage kann die mechanische Werkstückdicke aus der ermittelten optischen Werkstückdicke und dem bekannten Brechungsindex ermittelt werden.
Mit der Messeinrichtung 46 ist somit eine präzise Dickenmessung des Werkstücks 38 getrennt von dem Träger 28 möglich. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Bearbeitungsverfahren noch präziser durchgeführt werden. Es ist auch möglich, z.B. den in dem Überlauf 42 befindlichen Teil des Werkstücks 38 radial zu vermessen und ein entsprechendes Dickenprofil zu erstellen, um so die Bearbeitungsgenauigkeit weiter zu erhöhen.
In Fig. 5 ist eine Anordnung gezeigt, die weitgehend der Anordnung aus Fig. 2 entspricht. Im Unterschied zu Fig. 2 sind hier allerdings auf einem Träger 28 auf seinen gegenüberliegenden oberen und unteren Oberflächen jeweils ein Werkstück 38 über die Klebeverbindung 34 lösbar befestigt. Es handelt sich also um einen sogenannten Dreifach-Stack. Diese Anordnung kann ebenfalls in der beispielsweise in Fig 1 gezeigten Vorrichtung bearbeitet werden. Dabei kann insbesondere dieselbe Abtragsrate für das obere und das untere Werkstück vorgesehen sein, da in diesem Fall der Träger nicht in Kontakt mit den Arbeitsflächen kommt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine hochpräzise Bearbeitung sehr dünner Werkstücke, die nach der Bearbeitung eine Dicke im Bereich von weniger als 100 μm, bevorzugt weniger als 50 μm, weiter bevorzugt weniger als 20 μm, beispielsweise im Bereich von ca. 10 μm, aufweisen können. Gleichzeitig können die Werkstücke 38 aufgrund ihrer Verbindung mit dem Träger 28 im Rahmen ihres gesamten Bearbeitungsprozesses, beispielsweise auch einem anschließenden Polieren, problemlos mit denselben Werkzeugen transportiert werden.

Claims

Ansprüche:
1. Verfahren zum materialabtragenden Bearbeiten, insbesondere zum schleifenden oder polierenden Bearbeiten, von flachen Werkstücken (38), die mit einer ihrer Oberflächen jeweils auf einer entsprechenden Oberfläche von ebenfalls flachen Trägern (28) lösbar befestigt sind, gekennzeichnet durch die Schritte:
- eine Doppelseitenbearbeitungsmaschine (10) wird bereitgestellt, die eine obere Arbeitsscheibe (16) mit einer oberen Arbeitsfläche und eine untere Arbeitsscheibe (20) mit einer unteren Arbeitsfläche aufweist, wobei die Arbeitsflächen zwischen sich einen Arbeitsspalt bilden, in dem mindestens eine Läuferscheibe (22) mit Ausnehmungen (23) angeordnet ist,
- die Werkstücke (38) werden gemeinsam mit den Trägern (28) in den Ausnehmungen (23) der mindestens einen Läuferscheibe (22) angeordnet,
- mindestens eine der Arbeitsscheiben (16, 20) wird drehend angetrieben, wobei die mindestens eine Läuferscheibe (22) mittels einer Abwälzvorrichtung ebenfalls in Rotation versetzt wird, wodurch sich die in der Läuferscheibe (22) aufgenommenen Träger (28) mit den Werkstücken (38) entlang zykloidischer Bahnen zwischen den Arbeitsflächen bewegen, und wobei eine der Arbeitsflächen mit den jeweils freien Oberflächen der Träger (28) und eine der Arbeitsflächen mit den jeweils freien Oberflächen der Werkstücke (38) in Kontakt kommt,
- die freien Oberflächen der Werkstücke (38) werden durch die ihnen zugeordnete Arbeitsfläche materialabtragend bearbeitet, während durch die den freien Oberflächen der Träger (28) zugeordnete Arbeitsfläche entweder kein Materialabtrag erfolgt, oder eine Abtragsrate der freien Oberflächen der Träger (28) wesentlich kleiner ist als eine Abtragsrate der freien Oberflächen der Werkstücke (38), oder die Abtragsrate der freien Oberflächen der Träger (28) gleich der Abtragsrate der freien Oberflächen der Werkstücke (38) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedlichen Abtragsraten der freien Oberflächen der Träger (28) einerseits und der freien Oberflächen der Werkstücke (38) andererseits erzeugt werden, indem die obere Arbeitsfläche und die untere Arbeitsfläche unterschiedliche Arbeitsbeläge aufweisen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die materialabtragende Bearbeitung eine schleifende Bearbeitung ist, wobei die den Oberflächen der Werkstücke (38) zugeordnete Arbeitsfläche mit einem Schleifbelag versehen ist, und wobei die den Oberflächen der Träger (28) zugeordnete Arbeitsfläche mit einem Polierbelag versehen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitung mit dem Polierbelag ohne ein Poliermittel erfolgt.
5. Verfahren zum materialabtragenden Bearbeiten, insbesondere zum schleifenden oder polierenden Bearbeiten, von flachen Werkstücken (38), die paarweise mit einer ihrer Oberflächen auf entsprechenden gegenüberliegenden Oberflächen von ebenfalls flachen Trägern (28) lösbar befestigt sind, gekennzeichnet durch die Schritte:
- eine Doppelseitenbearbeitungsmaschine (10) wird bereitgestellt, die eine obere Arbeitsscheibe (16) mit einer oberen Arbeitsfläche und eine untere Arbeitsscheibe (20) mit einer unteren Arbeitsfläche aufweist, wobei die Arbeitsflächen zwischen sich einen Arbeitsspalt bilden, in dem mindestens eine Läuferscheibe (22) mit Ausnehmungen (23) angeordnet ist, — die Werkstücke (38) werden gemeinsam mit den Trägern (28) in den Ausnehmungen (23) der mindestens einen Läuferscheibe (22) angeordnet,
— mindestens eine der Arbeitsscheiben (16, 20) wird drehend angetrieben, wobei die mindestens eine Läuferscheibe (22) mittels einer Abwälzvorrichtung ebenfalls in Rotation versetzt wird, wodurch sich die in der Läuferscheibe (22) aufgenommenen Träger (28) mit den Werkstücken (38) entlang zykloidischer Bahnen zwischen den Arbeitsflächen bewegen, und wobei eine der Arbeitsflächen mit den jeweils freien Oberflächen der auf einer Seite der Träger (28) befestigten Werkstücke und eine der Arbeitsflächen mit den jeweils freien Oberflächen der auf der gegenüberliegenden Seite der Träger (28) befestigten Werkstücke (38) in Kontakt kommt,
— die freien Oberflächen der an den gegenüberliegenden Seiten der Träger (28) lösbar befestigten Werkstücke (38) werden durch die ihnen zugeordnete Arbeitsfläche jeweils materialabtragend bearbeitet.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke (38) bereits vor der Bearbeitung eine geringere Dicke aufweisen als die Träger (28).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke (38) nach der Bearbeitung eine Dicke von weniger als lOOμm, bevorzugt weniger als 50μm, weiter bevorzugt weniger als 20μm, besitzen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger (28) eine Dicke im Bereich von 0,5mm bis 2mm, bevorzugt im Bereich von 0,7mm bis 1,0mm besitzen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger (38) und die Werkstücke (28) eine zylindrische Form besitzen und die Träger (38) einen größeren Durchmesser besitzen als die Werkstücke (28).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke (38) durch eine Klebeverbindung (34) an den Trägern (28) befestigt sind, insbesondere durch ein Wachs, einen Klebstoff oder eine Klebfolie.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeverbindung thermisch, chemisch, ätzend oder durch UV -Bestrahlung lösbar ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke (38) durch elektrostatische Aufladung an den Trägern (28) befestigt sind.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (38) eine Halbleiterscheibe ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (28) eine Halbleiterscheibe ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (28) aus einem Glaswerkstoff, einem Keramikwerkstoff oder einem Kunststoffwerkstoff besteht.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines optischen Messverfahrens, insbesondere eines interferometrischen Messverfahrens, die Dicke der Werkstücke (38) während ihrer Bearbeitung in der Bearbeitungsmaschine gemessen wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens eines Wirbelstromsensors oder mittels mindestens eines Ultraschallsensors die Dicke der Werkstücke (38) während ihrer Bearbeitung in der Bearbeitungsmaschine gemessen wird.
PCT/EP2010/002090 2009-04-01 2010-04-01 Verfahren zum materialabtragenden bearbeiten von sehr dünnen werkstücken in einer doppelseitenschleifmaschine WO2010112225A1 (de)

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