Beschreibung

Beim Schleifen von Werkstücken werden in der geschliffenen Werkstückoberfläche durch die Schleifbearbeitung Mikrorisse eingebracht und die atomaren Strukturen durch Mikrozerrüttung verändert . Dadurch werden Spannungen in dem Werkstück induziert, die dazu führen, dass sich die dünnen Werkstücke , insbesondere Wafer, verformen (biegen) und schnell brechen . An den Werkstückrändern, insbesondere von spröden Werkstoffen können des weiteren durch das Schleifen Kantenausbrüche auftreten und bei stark gedünnten Werkstücken kann die Werkstückkante extrem scharf werden . Beides kann ebenfalls ein Brechen der Werkstücke, insbesondere Wafer, stark fördern . Solche Werkstücke zu transportieren birgt ein hohes Risiko .

Im Folgenden wird stets von Werkstücken oder

Werkstückoberflächen gesprochen, gemeint sind damit immer auch Wafer, insbesondere aus Silizium, wie sie in der Halbleiterindustrie zur Herstellung von Chips benötigt werden . Diese Wafer haben nach dem auch als „Dünnen" oder „back side grinding" bezeichneten Schleifen der Waferrückseite eine Dicke von weniger als 150 μm, teilweise sogar von weniger als 100 μm o.der sogar von weniger als 50 μm.

Um das Brechen der Wafer zu verhindern, werden die geschliffenen Werkstückoberflächen so nachbehandelt , dass der atomar gestörte Bereich und die Mikrorisse entfernt sind . Dies geschieht in der Praxis z . B . durch Polieren .

Im Bereich des Polierens von Wafer der optischen Industrie und Halbleiterindustrie wird mit Poliersuspensionen gearbeitet , den sog . Slurrys , in denen das Korn ungebunden vorliegt . Slurrys sind in ihrer Anschaffung, Verarbeitung und Entsorgung

sehr teuer . Deshalb wird ständig nach andersartigen Poliermitteln gesucht .

Um das Werkstück zwischen Schleifen und Polieren nicht vom Werkstückhalter zu Lösen und separat zu Handhaben gibt es Maschinen, die den Werkstückhalter mit dem Werkstück zu einer Poliereinheit rotierend weiter transportieren, wie z . B . im Patent US 2002/0173244 beschrieben . Um in dieser Maschine das Polieren mit Slurry zu vermeiden, die bei unsachgemäßer Verwendung durch Auskristallisieren zum Verstopfen der Poren der Vakuumwerkstückhalteplatte führen kann, wird in diesem Patent mit Polierfilz gearbeitet , in dem Abrasivpartikel in gebundener Form vorliegen .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Mittel zum Beseitigen von Spannungen und Mikrorissen in geschliffenen Oberflächen flacher Werkstücke, insbesondere Wafer, bereitzustellen, um Deformation und Brechen der Werkstücke zu verhindern .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Verfahren nach dem nebengeordneten Anspruch 13 gelöst .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren erlauben das Schleifen ( Dünnen) und Polieren von Wafern in einer Aufspannung . Dadurch werden risikoreiche Transporte und Umspannvorgänge der Wafer vermieden . Außerdem kann auf separate Schleif- und Poliermaschinen verzichtet werden, was zu erheblichen Kostenvorteilen führt .

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das Schleifwerkzeug und das Polierwerkzeug von einer gemeinsamen Werkzeugspindel antreibbar, die an einem Schlitten geführt ist . Dadurch können trotz des einfachen Aufbaus der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Bearbeitung des Wafers durch Schleifen und Polieren in einer Aufspannung erfolgen .

Besonders bevorzugt ist die Werkzeugspindel als Doppelspindel zur gleichzeitigen Aufnahme des Schleifwerkzeugs und des Polierwerkzeugs ausgebildet . Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Schleifwerkzeug und das Polierwerkzeug in axialer Richtung der Werkzeugspindel relativ zueinander verschiebbar sind. So ist es möglich, das immer eine Bearbeitungsfläche des einen Werkzeuge gegenüber der anderen Bearbeitungsfläche des anderen Werkzeuges hervorsteht . Dadurch kann immer das gewünschte Werkzeug zum Einsatz kommen, ohne einen manuellen Werkzeugwechsel beim Wechsel vom Schleifen auf das Polieren oder ohne Umspannen und Transport des Werkstücks .

Alternativ kann für das Schleifwerkzeug von eine erste Werkzeugspindel und für das Polierwerkzeug von einer zweiten Werkzeugspindel vorgesehen sein, wobei die erste Werkzeugspindel und die zweite Werkzeugspindel j eweils an einem Schlitten geführt sind. Dadurch kann j ede Werkzeugspindel und j eder Schlitten optimal an die Erfordernisse des Bearbeitungsvorgangs ( Schleifen oder Polieren) angepasst werden .

Bei dem Polierwerkzeug ist das Polierkorn in einer zähfesten, geschäumten Plastomermasse gebunden . Die relativ weiche Matrix wird währende des Polierens ständig abgetragen und somit neues Polierkorn freigelegt . Dadurch setzt sich das Polierwerkzeug an der Arbeitsfläche nicht zu und die ständig an ihrer Oberfläche vorhandenen scharfen Polierkörner führen zu sehr glatten Oberflächen . Dieser Selbstschärfeffekt macht eine Konditionierung der Polierwerkzeuge nicht notwendig .

Die Abrasivkörner in dem Polierwerkzeug können Oxide, Karbide oder Nitride fast aller Metalle sein, vorwiegend von Aluminium, Barium, Bor, Chrom, Eisen, Kalzium, Magnesium, Silizium, Titan, Zer, Zinn und Zirkon . Dabei können die Metall-Oxide, -Karbide oder -Nitride in reiner Form oder als

Gemische in der Matrix vorliegen . Weitere Materialien der Abrasivkörner können sein kubisches Bornitrid und Diamant . Dabei können die Diamantkörner in monokristalliner oder polykristalliner Form vorliegen, mit einem Habitus von kubisch bis blumenkohlartig als Bailas , Drills , Points , Dressers usw . Die Polierkorngrößen in den Polierscheiben können dabei j e nach zu erzielender Oberflächenrauheit von einigen 100 Mikrometern bis in den Submikrometerbereich variieren . Während des Polierens rotieren der Werkstückaufspanntisch mit dem Werkstück und das Polierwerkzeug . Die Form des Polierwerkzeuges kann der Werkstückgeometrie angepasst werden .

Für das Polieren von flachen Werkstücken, insbesondere Wafer, werden bevorzugt scheibenförmige, topfscheibenförmige oder walzenförmige Werkzeuge verwendet , die aus einem oder mehreren Segmenten aufgebaut sein können .

Die Bearbeitungsgeschwindigkeit des Polierwerkzeuges kann bis zu 20 m/s betragen, bevorzugt 2 m/s bis 8 m/s . Das Polieren ist unter hinzuziehen von Wasser möglich, so das ein vorheriges Werkstücktrocken nicht notwendig ist .

Neben der Bereitstellung eines anderen Poliermittels als der oben erwähnten Slurry besteht ein weiteres grundlegendes Ziel bei der Bearbeitung flacher Werkstücke, insbesondere von Wafer, darin, die risikoreichen Arbeitsschritte Werkstückhandling und Werkstücktransport , insbesondere von Wafer, mit spannungsinduzierter und mikrorissbehafteter Werkstückoberfläche und/oder schadhafter sowie scharfer Werkstückkante zu vermeiden . Dazu kann das Werkstück, insbesondere Wafer, direkt nach dem Schleifen oder Kantenbeschneiden noch auf dem Werkstückaufspanntisch liegend, ohne dass das Werkstück von seiner Aufspannung gelöst wird, poliert werden.

Nachfolgend werden das erfindungsgemäße Polierwerkzeug und das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer Zeichnung weiter

erläutert . Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen genannten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein .

Zeichnung

Es zeigt :

Figur al eine Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen

Verfahrens mit einfacher Werkzeugspindel und

Figur a2 eine Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen

Verfahrens mit Doppelwerkzeugspindel und

Figur b Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer

Polierwerkzeuge .

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Figur al ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, bestehend aus einer Antriebsspindel 9 mit einem darauf befestigten Werkstückaufspanntisch 8 und einer Werkzeugspindel 3 stark vereinfacht dargestellt . Die Werkzeugspindel 3 ist über einen Werkzeugschlitten 2 , der eine Führung und einen Antrieb umfasst (nicht dargestellt ) , an einem Maschinenständer 1 verschiebbar befestigt . Die Antriebsspindel 9 ist ebenfalls an dem Maschinenständer 1 befestigt . Die Befestigung der Antriebsspindel 9 ist in der Figur al nicht dargestellt .

Auf dem Werkstückaufspanntisch 8 ist ein flaches Werkstück 7 , beispielsweise ein Wafer, aufgespannt .

An der Werkzeugspindel 3 ist eine Werkzeugaufnahme 4 vorhanden, die ein erfindungsgemäßes Polierwerkzeug 5 aufnimmt . Das in Figur a dargestellte Polierwerkzeug 5 hat in diesem Beispiel die Form einer Topfscheibe .

An der Werkzeugspindel 3 kann ein Schleifwerkzeug (nicht dargestellt ) oder das Polierwerkzeug 5 befestigt werden . Dadurch ist es möglich, das Werkstück 7 in einer Aufspannung auf dem Werkstückaufspanntisch 8 zuerst geschliffen und anschließend poliert werden . Dadurch wird ein Umspannen und ein Transport von einer Schleifmaschine zu einer Poliermaschine eingespart .

Nach dem Schleifen, das in der Figur al nicht dargestellt ist , wird das Werkstück 7 durch das erfindungsgemäße Polierwerkzeug 5 poliert, indem die Werkzeugspindel 3 mit dem Polierwerkzeug 5 so weit auf das Werkstück 7 abgesenkt wird, dass ein Polierscheibenring 6 des Polierwerkzeugs 5 in Eingriff mit der zu polierenden Oberfläche des Werkstücks 7 kommt . Dabei wird das Polierwerkzeug 5 von der Werkzeugspindel 3 in Drehung versetzt . Gleichzeitig wird Vorteilhafterweise auch der Werkstückaufspanntisch 8 mit Hilfe der Antriebsspindel 9 in Drehung versetzt .

Alternativ ist es auch möglich sowohl für das Schleifwerkzeug als auch für das Polierwerkzeug 5 eine separate Werkzeugspindel 3 vorzusehen, die j eweils über einen Schlitten 2 mit dem Maschinenständer 21 geführt sind .

Alternativ zu dem in Figur al dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Werkzeugspindel 3 auch als Doppelspindel ausgeführt sein, so wie in Figur a2 dargestellt, so dass gleichzeitig ein Schleifwerkzeug und ein Polierwerkzeug an der Werkzeugspindel befestigt sind . Durch axiales Verschieben der Werkzeuge relativ zueinander kann eines der beiden Werkzeuge aktiviert werden .

An der als Doppelspindel ausgeführten Werkzeugspindel 3 sind ein Schleifwerkzeug 12 und ein Polierwerkzeug 6 konzentrisch zueinander angeordnet . Durch einen Antrieb 10 kann das Poierwerkzeug 6 in axialer Richtung relativ zum Schleifwerkzeug 12 verfahren werden . Das Werkzeug, welches iun

axialer Richtung über das andere Werkzueg hinaussteht ist aktiv. In Figur a2 ist das Polierwerkzeug β aktiv .

Ein unterhalb der Antriebsspindel 9 angeordneter Werkstückschlitten 13 ermöglicht eine Bewegung des Waferaufspanntisches 8 sentrecht zu der Drehachse der Werkzeugspindel 3 , so dass die Schleifscheibe 12 und die Polierscheibe 6 stets über den Mittelpunkt des Wafers schleifen beziehungsweise polieren können .

In der Figur b sind mehrere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäße Polierwerkzeuge 7 dargestellt .

Die Polierwerkzeuge 7 bestehen aus einer Trägerscheibe 21 auf denen ein oder mehrere Schleifkörper 21 , die aus einem

Plastomer mit eingelagerten Polierkörnern bestehen, angeordnet sind .

Bei dem Ausführungsbeispiel links oben haben die Schleifkörper

21 die Form zylindrischer Stifte .

Bei dem Ausführungsbeispiel rechts oben haben ist ein Polierkörper 21 , dessen Abmessungen denen der Trägerscheibe entsprechen, vorgesehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel in der Mitte links ist das Polierwerkzeug als Topfscheibe mit einem segmentierten Polierscheibenring 6 ausgebildet .

Bei dem Ausführungsbeispiel in der Mitte rechts und links unten links ist der Polierkörper 21 von im Wesentlichen radial verlaufenden Nuten (ohne Bezugszeichen) unterteilt . Die Unterteilungen erleichtern die Zufuhr von Polierflüssigkeiten, wie zum Beispiel Wasser und die Abfuhr von Spänen und verschlissenen Polierkörnern .