DE102006062872B4 - Simultaneous double-side grinding providing method for semiconductor wafer, involves machining semiconductor wafers in material-removing fashion between rotating upper working disk and lower working disk - Google Patents

Simultaneous double-side grinding providing method for semiconductor wafer, involves machining semiconductor wafers in material-removing fashion between rotating upper working disk and lower working disk Download PDF

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Dr. Pietsch Georg
Michael Kerstan
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Siltronic AG
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    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/07Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool
    • B24B37/08Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for double side lapping

Abstract

The method involves machining semiconductor wafers (15) in material-removing fashion between two rotating upper and lower working disks (1, 4), where the working disks comprises working layers (11, 12) containing bonded abrasive. The temperature in the working gap (30) is kept constant during the machining, where each semiconductor wafer lies such that the wafer is freely moveable in a cutout of one of a set of carriers caused to rotate by a rolling apparatus. An independent claim is also included for a semiconductor wafer comprising an isotropic ground pattern.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben, wobei jede Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzten Läuferscheiben liegt und dadurch auf einer zykloidischen Bahnkurve bewegt wird, wobei die Halbleiterscheiben zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben Material abtragend bearbeitet werden, wobei jede Arbeitsscheibe eine Arbeitsschicht umfasst, die gebundenes Schleifmittel enthält.The subject of the present invention is a method for simultaneous double-sided grinding of a plurality of semiconductor wafers, each wafers being freely movable in a recess of one of a plurality of wafers rotated by a winder and thereby moved on a cycloidal trajectory, the wafers between two rotating working wafers eroding, wherein each working disk comprises a working layer containing bonded abrasive.

Stand der TechnikState of the art

Für Elektronik, Mikroelektronik und Mikro-Elektromechanik werden als Ausgangsmaterialien (Substrate) Halbleiterscheiben mit extremen Anforderungen an globale und lokale Ebenheit, einseiten-bezogene lokale Ebenheit (Nanotopologie), Rauigkeit und Sauberkeit benötigt. Halbleiterscheiben sind Scheiben aus Halbleitermaterialien, insbesondere Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid und überwiegend Elementhalbleiter wie Silicium und gelegentlich Germanium. Gegebenenfalls werden auf den Halbleiterscheiben zunächst Schichtstrukturen erzeugt, bevor sie zur Herstellung von Bauelementen verwendet werden. Schichtstrukturen sind z. B. eine bauteiltragende Silicium-Oberlage auf einem Isolator („silicon an insulator”, SOI) oder eine verspannte Silicium-Germanium-Schicht („strained silicon”) auf einer Siliciumscheibe oder Kombinationen von beidem („strained silicon an insulator”, sSOI).For electronics, microelectronics, and microelectromechanics, the starting materials (substrates) required are semiconductor wafers with extreme requirements for global and local flatness, single-sided local flatness (nanotopology), roughness, and cleanliness. Semiconductor wafers are wafers of semiconductor materials, in particular compound semiconductors such as gallium arsenide and predominantly elemental semiconductors such as silicon and occasionally germanium. Optionally, layer structures are first produced on the semiconductor wafers before they are used for the production of components. Layer structures are z. A silicon-on-insulator (SOI) or strained silicon-germanium layer on a silicon wafer or combinations of both (strained silicon-on-insulator, sSOI) ,

Gemäß dem Stand der Technik werden Halbleiterscheiben in einer Vielzahl von aufeinander folgenden Prozessschritten hergestellt, die sich allgemein in folgende Gruppen einteilen lassen:

  • a) Herstellung eines einkristallinen Halbleiterstabs (Kristallzucht);
  • b) Auftrennen des Stabs in einzelne Scheiben;
  • c) mechanische Bearbeitung;
  • d) chemische Bearbeitung;
  • e) chemo-mechanische Bearbeitung;
  • f) ggf. Herstellung von Schichtstrukturen.
According to the prior art, semiconductor wafers are produced in a multiplicity of successive process steps, which can generally be classified into the following groups:
  • a) production of a monocrystalline semiconductor rod (crystal growth);
  • b) separating the rod into individual slices;
  • c) mechanical processing;
  • d) chemical processing;
  • e) chemo-mechanical processing;
  • f) if necessary, production of layered structures.

Die Kombination der auf die Gruppen entfallenden Einzelschritte sowie deren Reihenfolge variiert je nach Anwendungszweck. Ferner kommt eine Vielzahl an Nebenschritten wie Reinigung, Sortieren, Messen, Verpacken usw. zum Einsatz.The combination of the individual steps attributable to the groups and their order varies depending on the application. Furthermore, a variety of minor steps such as cleaning, sorting, measuring, packaging, etc. is used.

Die mechanische Bearbeitung dient der Entfernung von Welligkeiten, die beim vorangegangenen Auftrennen des Halbleiterstabs, beispielsweise durch thermische Drift über die lange Trenndauer oder dynamische Selbstschärf- und Abstumpfungsprozesse entstanden sind. Ferner dient die mechanische Bearbeitung dem Abtrag der durch den rauen Sägeprozess kristallin geschädigten Oberflächenschicht und der Reduktion der Oberflächen-Rauigkeit. Vor allem jedoch wird die mechanische Bearbeitung zur globalen Einebnung der Halbleiterscheibe eingesetzt. Gemäß dem Stand der Technik kommen hier unterschiedliche Techniken zum Einsatz, wie beispielsweise das Läppen (Doppelseiten-Planläppen mit freiem Schleifkorn), das Einseitenschleifen mit einer Topfschleifscheibe („single-side grinding”, SSG), oder das simultane Doppelseitenschleifen zwischen zwei Topfschleifscheiben vorder- und rückseitig gleichzeitig („double-disk grinding”, DDG).The mechanical processing is used to remove ripples that have arisen during the previous separation of the semiconductor rod, for example by thermal drift over the long separation time or dynamic self-sharpening and Abstumpfungsprozesse. Furthermore, the mechanical processing is used for removing the surface layer which has been damaged in crystalline form by the rough sawing process and for reducing the surface roughness. Above all, however, mechanical processing is used to globally planarize the semiconductor wafer. According to the state of the art, different techniques are used here, such as lapping (double-side lapping with free abrasive grain), single-side grinding with a single-side grinding wheel (SSG), or simultaneous double-side grinding between two cup grinding wheels. and backside at the same time ("double-disk grinding", DDG).

DE10344602A1 beschreibt ein Verfahren, das die vom Läppen bekannte Kinematik und die zwangskräftefreie Führung mit den Vorteilen des gebundenen Schleifkorns kombiniert. Dabei werden die Halbleiterscheiben in der Regel mit mehreren Läuferscheiben zwischen einer oberen und einer unteren Arbeitsscheibe bewegt. Die beiden Arbeitsscheiben sind beispielsweise mit einem Schleiftuch beklebt. Die Läuferscheiben, die jeweils mehrere Aussparungen zur Aufnahme der Halbleiterscheiben aufweisen, befinden sich wie bei einer Läppmaschine über einen Zahnkranz mit einer Abwälzvorrichtung, bestehend aus einem inneren und einem äußeren Antriebskranz, im Eingriff und werden durch diese in eine rotierende Bewegung um ihre Achse und um die Achse der Antriebskränze versetzt, sodass die Halbleiterscheiben relativ zu den ebenfalls um ihre Achse rotierenden Arbeitsscheiben Zykloidenbahnen beschreiben. DE19626396A1 beschreibt ein Doppelseitenschleifverfahren mit derselben Kinematik. Die Werkstücke werden dabei zwischen zwei rotierenden Schleifsteinen unter Zugabe einer Schleifflüssigkeit bearbeitet. DE10344602A1 describes a method that combines the lapping-known kinematics and constraining-force-free guidance with the advantages of the bonded abrasive grain. In this case, the semiconductor wafers are usually moved with a plurality of carriers between an upper and a lower working disk. The two work disks are, for example, covered with a sanding cloth. The rotor discs, each having a plurality of recesses for receiving the semiconductor wafers are like a lapping machine via a sprocket with a rolling device, consisting of an inner and an outer drive ring, in engagement and through this in a rotating movement about its axis and order the axis of the drive rings offset, so that describe the semiconductor wafers relative to the also about its axis rotating working disks cycloid traction. DE19626396A1 describes a double side grinding process with the same kinematics. The workpieces are processed between two rotating grindstones with the addition of a grinding fluid.

Th. Ardelt, Berichte aus dem Produktionstechnischen Zentrum Berlin, Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik, IPK Berlin, 2001, ISBN 3-8167-5609-3, beschreibt den Einfluss der Relativbewegung zwischen Werkstücken und Arbeitsscheiben auf das Ergebnis des Planschleifens mit Planetenkinematik und informiert ausführlich über die Analyse der Planetenkinematik und die Simulation der Schleifscheibenbelastung.Th. Ardelt, Reports from the Production Technical Center Berlin, Fraunhofer Institute for Production Systems and Design Technology, IPK Berlin, 2001, ISBN 3-8167-5609-3, describes the influence of the relative movement between workpieces and working wheels on the result of the surface grinding Planet kinematics and provides detailed information on the analysis of the planetary kinematics and the simulation of the grinding wheel load.

US2003/0054650A1 geht detailliert auf die Kinematik dieses Verfahrens ein und gibt an, welche Erfordernisse die Bahnkurven erfüllen müssen, um bei einer Doppelseitenpolitur ein optimales Ergebnis hinsichtlich Ebenheit und Freiheit von Kratzern zu erzielen. Diese Erfordernisse gelten gemäß US2003/0054650A1 auch für Doppelseitenschleifverfahren. US2003 / 0054650A1 goes into detail about the kinematics of this process and states what needs to be met by the trajectories in order to achieve an optimal result in terms of flatness and freedom from scratches in a double-side polishing. These requirements apply accordingly US2003 / 0054650A1 also for double side grinding.

Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die mit diesem Verfahren bearbeiteten Halbleiterscheiben eine Reihe von Defekten aufweisen, so dass die erhaltenen Halbleiterscheiben für besonders anspruchsvolle Anwendungen ungeeignet sind: So zeigte sich beispielsweise, dass sich im Allgemeinen Halbleiterscheiben mit unvorteilhaftem balligem Dickenprofil mit einem ausgeprägten Randabfall ergeben. Die Halbleiterscheiben weisen oftmals auch irreguläre Welligkeiten in ihrem Dickenprofil sowie eine raue Oberfläche mit großer Schädigungstiefe auf. Unter Schädigungstiefe ist die Tiefe, von der Oberfläche der Halbleiterscheibe aus gerechnet, zu verstehen, bis zu der das Kristallgitter durch die Bearbeitung geschädigt, d. h. gestört wurde.However, it has been found that the wafers processed by this method have a number of defects, so that the resulting wafers are unsuitable for particularly demanding applications: For example, it has been found that semiconductor wafers with unfavorable spherical thickness profile generally result in pronounced edge drop , The semiconductor wafers often also have irregular ripples in their thickness profile and a rough surface with great depth of damage. By depth of damage is meant the depth, calculated from the surface of the semiconductor wafer, up to which the crystal lattice is damaged by the processing, ie. H. was disturbed.

Raue Halbleiterscheiben mit großer Schädigungstiefe benötigen eine aufwändige Nachbearbeitung, durch die die Vorteile des in DE10344602A1 offenbarten Verfahrens zunichte gemacht werden. Ballige Halbleiterscheiben sind durch die übliche chemische und chemo-mechanische Nachfolgebearbeitung kaum oder nur mit hohem Aufwand in die gewünschte planparallele Zielform überführbar. Die verbleibende Balligkeit und der verbleibende Randabfall führt zu Fehlbelichtungen während der fotolithografischen Bauteil-Strukturierung und somit zum Ausfall der Bauelemente. Derartige Halbleiterscheiben sind daher für anspruchsvolle Anwendungen ungeeignet.Rough semiconductor wafers with great depth of damage require a complex post-processing, through which the advantages of in DE10344602A1 disclosed method be nullified. Due to the usual chemical and chemo-mechanical follow-up processing, spherical semiconductor wafers can hardly be converted into the desired plane-parallel target shape, or only with great effort. The remaining crowning and the remaining edge drop leads to incorrect exposures during the photolithographic component structuring and thus to the failure of the components. Such semiconductor wafers are therefore unsuitable for demanding applications.

Aufgabetask

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Halbleiterscheiben bereitzustellen, die sich aufgrund ihrer Geometrie auch zur Herstellung von elektronischen Bauelementen mit sehr geringen Linienbreiten („design rules”) eignen.The object of the present invention is therefore to provide semiconductor wafers which, due to their geometry, are also suitable for the production of electronic components with very narrow linewidths ("design rules").

Weiterhin stellte sich die Aufgabe, die Entstehung eines Randabfalls bei der Herstellung von Halbleiterscheiben zu vermeiden.Furthermore, the task was to avoid the formation of a Randabfalls in the production of semiconductor wafers.

Es stellte sich auch die Aufgabe, andere Geometriefehler wie beispielsweise ein Dickenmaximum im Zentrum der Halbleiterscheibe verbunden mit einer stetig abnehmenden Dicke zum Rand der Scheibe hin oder ein lokales Dickenminimum im Zentrum der Halbleiterscheibe zu vermeiden.It was also an object to avoid other geometric errors such as a thickness maximum in the center of the semiconductor wafer associated with a steadily decreasing thickness towards the edge of the disk or a local minimum thickness in the center of the semiconductor wafer.

Lösungsolution

Die Aufgabe wird gelöst durch ein erstes Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben (das jedoch nicht Gegenstand der Erfindung ist), wobei jede Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzten Läuferscheiben liegt und dadurch auf einer zykloidischen Bahnkurve bewegt wird, wobei die Halbleiterscheiben zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben Material abtragend bearbeitet werden, wobei jede Arbeitsscheibe eine Arbeitsschicht umfasst, die gebundenes Schleifmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass während der Bearbeitung die im Arbeitsspalt herrschende Temperatur konstant gehalten wird.The object is achieved by a first method for simultaneous double-sided grinding of a plurality of semiconductor wafers (which, however, is not the subject of the invention), each semiconductor wafer being freely movable in a recess of one of a plurality of carrier discs set in rotation by means of a winder, thereby moving on a cycloidal trajectory is, wherein the semiconductor wafers are machined material between two rotating working discs, each working disc comprises a working layer containing bonded abrasive, characterized in that during the processing, the temperature prevailing in the working gap is kept constant.

Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein zweites Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben (das ebenfalls nicht Gegenstand der Erfindung ist), wobei jede Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzten Läuferscheiben liegt und dadurch auf einer zykloidischen Bahnkurve bewegt wird, wobei die Halbleiterscheiben zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben Material abtragend bearbeitet werden, wobei jede Arbeitsscheibe eine Arbeitsschicht umfasst, die gebundenes Schleifmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass pro Zeiteinheit der Betrag der Zahl der Umläufe der Läuferscheiben um den Mittelpunkt der Abwälzvorrichtung und relativ zu jeder der beiden Arbeitsscheiben größer ist als der Betrag der Zahl der Umdrehungen der einzelnen Läuferscheiben um ihre jeweiligen Mittelpunkte.The object is likewise achieved by a second method for simultaneous double-sided grinding of a plurality of semiconductor wafers (which is likewise not the subject of the invention), wherein each semiconductor wafer is freely movable in a recess of one of a plurality of winder wheels rotated by means of a winder and thereby a cycloidal trajectory is moved, wherein the semiconductor wafers are machined material between two rotating working discs, each working disc comprises a working layer containing bonded abrasive, characterized in that per unit time the amount of the number of revolutions of the carriers around the center of the rolling device and relative to each of the two working wheels is greater than the amount of the number of revolutions of the individual carriers around their respective centers.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein drittes Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben, wobei jede Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzten Läuferscheiben liegt und dadurch auf einer zykloidischen Bahnkurve bewegt wird, wobei die Halbleiterscheiben zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben Material abtragend bearbeitet werden, wobei jede Arbeitsscheibe eine Arbeitsschicht umfasst, die gebundenes Schleifmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelgeschwindigkeiten σi und ωi so gewählt werden, dass der Betrag des Verhältnisses aus der Differenz der Beträge der theoretischen Abnutzung

Figure 00050001
der beiden Arbeitsschichten zum Mittelwert der Beträge der Abnutzung beider Arbeitsschichten für jede radiale Position r weniger als 1/1000 beträgt, wobei der Betrag der theoretischen Abnutzung einer jeden Arbeitsschicht gegeben ist durch
Figure 00060001
wobei a den Teilkreisradius der Umlaufbewegung der Läuferscheiben auf den Arbeitsscheiben um den Mittelpunkt der Abwälzvorrichtung; e den Abstand des momentan betrachteten Aufpunkts vom Mittelpunkt der entsprechenden Läuferscheibe; l(e) die innerhalb der Fläche der Halbleiterscheibe verlaufende Bogenlänge des Kreises mit Radius e um den Mittelpunkt der entsprechenden Läuferscheibe; r die radiale Position bezüglich des Mittelpunkts der Arbeitsscheiben; σi die Winkelgeschwindigkeit des Umlaufs der Läuferscheiben um den Mittelpunkt der Arbeitsscheiben; ωi die Winkelgeschwindigkeit der Eigendrehung der Läuferscheiben um ihre jeweiligen Mittelpunkte angibt, emin = max{0; eexz – R} und emax = eexz + R mit R = Radius der Halbleiterscheibe die untere und obere Grenze der Integration über e bezeichnen; eexz die Exzentrizität der Halbleiterscheibe in der Läuferscheibe und der Index i = o für die obere Arbeitsscheibe oder i = u für die untere Arbeitsscheibe angibt, ob die Winkelgeschwindigkeiten σi und ωi sich auf die obere oder die untere Arbeitsscheibe beziehen.The object is achieved by a third method for simultaneous two-sided grinding a plurality of semiconductor wafers, each wafer is freely movable in a recess of a plurality of offset by means of a rolling device rotors and is thereby moved on a cycloidal trajectory, wherein the semiconductor wafers between two rotating Working discs are machined material, each working disc comprises a working layer containing bonded abrasive, characterized in that the angular velocities σ i and ω i are chosen so that the amount of the ratio of the difference of the amounts of theoretical wear
Figure 00050001
of the two working layers to the mean of the amounts of wear of both working layers for each radial position r is less than 1/1000, wherein the amount of theoretical wear of each working layer is given by
Figure 00060001
where a is the pitch radius of the orbital movement of the carriers on the working wheels around the center of the rolling device; e is the distance of the currently considered point from the center of the corresponding rotor; l (e) the arc length of the circle of radius e running within the surface of the semiconductor wafer around the center of the corresponding rotor disk; the radial position with respect to the center of the working disks; σ i is the angular velocity of the circulation of the carriers around the center of the working disks; ω i indicates the angular velocity of the spin of the carriers about their respective centers, e min = max {0; e exz - R} and e max = e exz + R where R = radius of the wafer denote the lower and upper limits of integration over e; e exz indicates the eccentricity of the wafer in the carrier and the index i = o for the upper working disk or i = u for the lower working disk indicates whether the angular velocities σ i and ω i relate to the upper or the lower working disk.

Die Aufgabe wird auch erfindungsgemäß gelöst durch ein viertes Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben, wobei jede Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzten Läuferscheiben liegt und dadurch auf einer zykloidischen Bahnkurve bewegt wird, wobei die Halbleiterscheiben zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben Material abtragend bearbeitet werden, wobei jede Arbeitsscheibe eine Arbeitsschicht umfasst, die gebundenes Schleifmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelgeschwindigkeiten σi und ωi so gewählt werden, dass für jede Arbeitsschicht der Betrag der theoretischen Abnutzung

Figure 00060002
für jede radiale Position r um weniger als 30% von der über die ganze Arbeitsschicht gemittelten theoretischen Abnutzung abweicht, wobei der Betrag der theoretischen Abnutzung einer jeden Arbeitsschicht gegeben ist durch
Figure 00070001
wobei die Symbole die beim dritten Verfahren angegebene Bedeutung haben.The object is also achieved according to the invention by a fourth method for simultaneous two-sided grinding of a plurality of semiconductor wafers, wherein each semiconductor wafer is freely movable in a recess of a plurality of offset by means of a rolling device rotors and is thereby moved on a cycloidal trajectory, wherein the semiconductor wafers between two rotating working wheels are machined material, each work disc comprises a working layer containing bonded abrasive, characterized in that the angular velocities σ i and ω i are chosen so that the amount of theoretical wear for each working layer
Figure 00060002
for each radial position r differs by less than 30% from the theoretical wear averaged over the entire work shift, the amount of theoretical wear of each work shift being given by
Figure 00070001
where the symbols have the meaning given in the third method.

Schließlich wird die Aufgabe auch gelöst durch ein fünftes Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben (das wiederum nicht Gegenstand der Erfindung ist), wobei jede Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzten Läuferscheiben liegt und dadurch auf einer zykloidischen Bahnkurve bewegt wird, wobei die Halbleiterscheiben zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben Material abtragend bearbeitet werden, wobei jede Arbeitsscheibe eine Arbeitsschicht umfasst, die gebundenes Schleifmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des durch den im Zuge der Abnutzung der Arbeitsschichten freigesetzten Schleifmittels bewirkten Materialabtrags am gesamten Materialabtrag stets geringer ist als der Anteil des durch das fest in der Arbeitsschicht gebundene Schleifmittel bewirkten Materialabtrags.Finally, the object is also achieved by a fifth method for simultaneous double-sided grinding of a plurality of semiconductor wafers (which in turn is not the subject of the invention), wherein each semiconductor wafer is freely movable in a recess of one of a plurality of offset by means of a rolling device rotor discs and thereby on a cycloidal Trajectory is moved, wherein the semiconductor wafers are machined material between two rotating working discs, each working disc comprises a working layer containing bonded abrasive, characterized in that the proportion of the caused by the release of the working layers abrasive material removal on the entire material removal is always less than the proportion of material caused by the fixed in the working layer abrasive abrasive removal.

Mittels der vorgenannten Verfahren und insbesondere einer sinnvollen Kombination dieser Verfahren (was nicht Gegenstand der Erfindung ist), ist es möglich, Halbleiterscheiben mit deutlich verbesserten Eigenschaften herzustellen.By means of the aforementioned methods and in particular a meaningful combination of these methods (which is not the subject of the invention), it is possible to produce semiconductor wafers with significantly improved properties.

Mittels der genannten Verfahren kann eine Halbleiterscheibe (die nicht Gegenstand der Erfindung ist), hergestellt werden, die gekennzeichnet ist durch

  • – ein isotropes Schliffbild, wobei Bereiche mit Schleifriefen, die parallel oder symmetrisch bezüglich eines Punkts oder einer Symmetrieachse zueinander verlaufen, weniger als 10% der gesamten Oberfläche der Halbleiterscheibe ausmachen,
  • – eine Dickenvariation von weniger als 1 μm auf der gesamten Halbleiterscheibe abzüglich eines Randausschlusses von 1 mm,
  • – eine auf einen am Rand der Halbleiterscheibe liegenden Bereich mit einer Breite von 1/10 des Durchmessers der Halbleiterscheibe entfallende Dickenvariation von weniger als 0,7 μm,
  • – eine auf einen im Zentrum der Halbleiterscheibe liegenden Bereich mit einem Durchmesser von 1/5 des Durchmessers der Halbleiterscheibe entfallende Dickenvariation von weniger als 0,3 μm,
  • – einen Warp und einen Bow von jeweils weniger als 15 μm,
  • – eine RMS-Rauigkeit von weniger als 70 nm im Korrelationslängen-Bereich von 1 μm bis 80 μm und
  • – eine Tiefe der oberflächennahen Kristallschädigung von weniger als 10 μm.
By means of said method, a semiconductor wafer (which is not the subject of the invention) can be produced, which is characterized by
  • An isotropic micrograph, wherein regions of scratches which are parallel or symmetrical with respect to a point or axis of symmetry constitute less than 10% of the total surface area of the semiconductor wafer,
  • A thickness variation of less than 1 μm on the entire semiconductor wafer minus an edge exclusion of 1 mm,
  • A thickness variation of less than 0.7 μm attributable to a region lying at the edge of the semiconductor wafer with a width of 1/10 of the diameter of the semiconductor wafer,
  • A thickness variation of less than 0.3 μm attributable to a region in the center of the semiconductor wafer having a diameter of 1/5 of the diameter of the semiconductor wafer,
  • A warp and a bow of less than 15 μm each,
  • An RMS roughness of less than 70 nm in the correlation length range of 1 μm to 80 μm and
  • A depth of near-surface crystal damage of less than 10 μm.

Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren weiter erläutert.The invention will be further explained with reference to figures.

1 zeigt eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung. 1 shows a device suitable for carrying out the method according to the invention.

2 zeigt die untere Arbeitsscheibe der in 1 dargestellten Vorrichtung mit der Abwälzvorrichtung, den Läuferscheiben und den zu bearbeitenden Halbleiterscheiben in der Draufsicht. 2 shows the lower working disk of the 1 illustrated apparatus with the rolling device, the rotor discs and the semiconductor wafers to be processed in plan view.

3 veranschaulicht die Benennung und Zuordnung der charakteristischen Elemente zur Beschreibung des Bewegungsablaufs (Kinematik). 3 illustrates the naming and assignment of the characteristic elements for describing the course of motion (kinematics).

4 gibt das diametrale Dickenprofil einer Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silicium mit einem Durchmesser von 300 mm wieder, die einem Schleifverfahren unterworfen wurde, das alle Merkmale des ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Verfahrens verwirklichte. TTV = 0,62 μm. 4 represents the diametrical thickness profile of a 300 mm diameter single crystal silicon wafer which has been subjected to a grinding process that embodies all the features of the first, second, third, fourth and fifth methods. TTV = 0.62 μm.

5 gibt das diametrale Dickenprofil einer Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silicium mit einem Durchmesser von 300 mm wieder, die einem Schleifverfahren unterworfen wurde, das alle Merkmale des ersten, zweiten, dritten und vierten Verfahrens verwirklichte. TTV = 1,68 μm. 5 represents the diametrical thickness profile of a 300 mm diameter single crystal silicon wafer subjected to a grinding process that embodied all the features of the first, second, third and fourth methods. TTV = 1.68 μm.

6 gibt das Dickenprofil einer Halbleiterscheibe wieder, die einem Schleifverfahren unterworfen wurde, das alle Merkmale des zweiten, dritten, vierten und fünften Verfahrens verwirklichte. TTV = 3,9 μm. 6 represents the thickness profile of a semiconductor wafer that has been subjected to a grinding process that realized all the features of the second, third, fourth and fifth methods. TTV = 3.9 μm.

7 gibt das Dickenprofil einer Halbleiterscheibe wieder, die einem Schleifverfahren unterworfen wurde, das alle Merkmale des ersten, dritten, vierten und fünften Verfahrens verwirklichte. TTV = 0,8 μm. 7 represents the thickness profile of a semiconductor wafer that has been subjected to a grinding process that realized all the features of the first, third, fourth and fifth methods. TTV = 0.8 μm.

8 zeigt Maschineneinstellungen (Drehzahl-Sätze) und resultierende invariante Parametersätze (mitrotierendes Bezugssystem). (A): nicht erfindungsgemäß durchgeführtes Verfahren; (B): erfindungsgemäßes Verfahren, das die Merkmale des zweiten, dritten und vierten Verfahrens beinhaltet. 8th shows machine settings (speed sets) and resulting invariant parameter sets (co-rotating reference system). (A): process not carried out according to the invention; (B): Method according to the invention, incorporating the features of the second, third and fourth methods.

9 gibt die den Parametersätzen aus 8 zugehörigen Bahnkurven 19 bzgl. oberer und 20 bzgl. unterer Arbeitsscheibe wieder. (A): nicht erfindungsgemäß durchgeführtes Verfahren; (B): erfindungsgemäßes Verfahren, das die Merkmale des zweiten, dritten und vierten Verfahrens beinhaltet. 9 outputs the parameter sets 8th associated trajectories 19 with respect to upper and 20 with respect to lower working disk again. (A): process not carried out according to the invention; (B): Method according to the invention, incorporating the features of the second, third and fourth methods.

10 zeigt die aus den Parametersätzen aus 8 berechneten radialen Abnutzungsprofile der oberen 25 und unteren 26 Arbeitsschichten. (A): nicht erfindungsgemäß durchgeführtes Verfahren; (B): erfindungsgemäßes Verfahren, das die Merkmale des zweiten, dritten und vierten Verfahrens beinhaltet. 10 shows those from the parameter sets 8th calculated radial wear profiles of the upper 25 and lower 26 working layers. (A): process not carried out according to the invention; (B): Method according to the invention, incorporating the features of the second, third and fourth methods.

11 zeigt die aus den Parametersätzen aus 8 berechneten Differenzen der radialen Abnutzungsprofile von oberer und unterer Arbeitsschicht. (A): nicht erfindungsgemäß durchgeführtes Verfahren; (B): erfindungsgemäßes Verfahren, das die Merkmale des zweiten, dritten und vierten Verfahrens beinhaltet. 11 shows those from the parameter sets 8th calculated differences of the radial wear profiles of the upper and lower working layers. (A): process not carried out according to the invention; (B): Method according to the invention, incorporating the features of the second, third and fourth methods.

12 zeigt die kumulierten und normierten Längen der auf den geschliffenen Halbleiterscheiben gefundenen Bearbeitungsspuren (Schleifriefen) in Abhängigkeit von ihrer Orientierung zum Notch (0°) in Form eines Histogramms. (A): Erhalten durch das zweite Verfahren; (B): Erhalten durch ein Verfahren, das die Merkmale des zweiten Verfahrens nicht verwirklicht. 12 shows the cumulative and normalized lengths of the machining marks (grinding marks) found on the ground semiconductor wafers as a function of their orientation to Notch (0 °) in the form of a histogram. (A): obtained by the second method; (B): Obtained by a method that does not realize the features of the second method.

Liste der verwendeten Bezugszeichen und Abkürzungen List of reference numbers and abbreviations used

  • 1 obere Arbeitsscheibe 1 upper working disk
  • 4 untere Arbeitsscheibe 4 lower working disk
  • 5 Drehachse der Arbeitsscheiben 5 Rotary axis of the working wheels
  • 7 innerer Antriebskranz 7 inner drive ring
  • 9 äußerer Antriebskranz 9 outer drive ring
  • 11 obere Arbeitsschicht 11 upper working shift
  • 12 untere Arbeitsschicht 12 lower working shift
  • 13 Läuferscheibe 13 rotor disc
  • 14 Aussparung in Läuferscheibe zur Aufnahme der Halbleiterscheibe 14 Recess in rotor disk for receiving the semiconductor wafer
  • 15 Halbleiterscheibe 15 Semiconductor wafer
  • 16 Mittelpunkt der Halbleiterscheibe 16 Center of the semiconductor wafer
  • 17 Teilkreisradius der Mittelpunkte der Läuferscheiben in Abwälzvorrichtung 17 Circle radius of the centers of the carriers in the rolling device
  • 18 Aufpunkt der Halbleiterscheibe 18 Point of the semiconductor wafer
  • 19 Bahnkurve des Aufpunkts der Halbleiterscheibe auf unterer Arbeitsscheibe 19 Trajectory of the point of the semiconductor wafer on lower working disk
  • 20 Bahnkurve des Aufpunkts der Halbleiterscheibe auf oberer Arbeitsscheibe 20 Trajectory of the point of the semiconductor wafer on the upper working disk
  • 21 Mittelpunkt der Läuferscheibe 21 Center of the rotor disc
  • 22 Mittelpunkt der Abwälzvorrichtung 22 Center of the rolling device
  • 24 Randbereich verringerter Dicke der Halbleiterscheibe 24 Edge region of reduced thickness of the semiconductor wafer
  • 25 Abnutzung der oberen Arbeitsschicht 25 Wear of the upper working layer
  • 26 Abnutzung der unteren Arbeitsschicht 26 Wear of the lower working layer
  • 27 Bereich sehr hoher lokaler Abnutzung der Arbeitsschicht 27 Area of very high local wear of the work shift
  • 28 Bereich sehr hoher Differenz der lokalen Abnutzung der Arbeitsschichten 28 Range of very high difference of local wear of working shifts
  • 29 Differenz der Abnutzung von oberer und unterer Arbeitsschicht 29 Difference in wear of upper and lower working shift
  • 30 Arbeitsspalt 30 working gap
  • 33 Balligkeit der Halbleiterscheibe 33 Crown of the semiconductor wafer
  • 34 Kühl-Schmiermittel-Durchführungen 34 Cooling-lubricant bushings
  • 35 Isotrope kumulierte Verteilung der Bearbeitungsspuren (Schleifriefen) 35 Isotropic cumulative distribution of processing marks (grinding marks)
  • 36 Anisotrope kumulierte Verteilung der Bearbeitungsspuren (Schleifriefen) 36 Anisotropic cumulative distribution of the processing marks (grinding marks)
  • A.S.A. Abnutzung der ArbeitsschichtA.S.A. Wear of the working shift
  • a Abstand des Mittelpunkts der Läuferscheibe vom Mittelpunkt der Abwälzvorrichtunga Distance of the center of the rotor disc from the center of the rolling device
  • ΔA.S.A. Differenz der Abnutzung von oberer und unterer ArbeitsschichtΔA.S.A. Difference in wear of upper and lower working shift
  • e Abstand des Aufpunkts der Halbleiterscheibe vom Mittelpunkt der Läuferscheibee distance of the point of the semiconductor wafer from the center of the rotor disc
  • eexz Abstand des Mittelpunkts der Halbleiterscheibe vom Mittelpunkt der Läuferscheibe (= Exzentrizität der Halbleiterscheibe in der Läuferscheibe)e exz Distance of the center point of the semiconductor wafer from the center of the carrier (= eccentricity of the wafer in the carrier)
  • φ (Polar-)Winkel des Aufpunkts auf der Halbleiterscheibeφ (polar) angle of the point on the semiconductor wafer
  • H Lokale Dicke der HalbleiterscheibeH Local thickness of the semiconductor wafer
  • l(e) Länge des Kreisbogenabschnitts des Kreisbogens um den Mittelpunkt der Läuferscheibe und durch den Aufpunkt der Halbleiterscheibe, der innerhalb der Fläche einer Halbleiterscheibe verläuftl (e) Length of the circular arc portion of the circular arc around the center of the rotor disk and through the Aufpunkt of the semiconductor wafer, which extends within the surface of a semiconductor wafer
  • NCL Normierte kumulierte Länge der Bearbeitungsspuren (pro Winkelklasse)NCL Normalized cumulative length of machining tracks (per angle class)
  • no Drehzahl der oberen Arbeitsscheiben o Speed of the upper working disk
  • nu Drehzahl der unteren Arbeitsscheiben u speed of the lower working disk
  • ni Drehzahl der inneren Abwälzvorrichtungn i speed of the inner rolling device
  • na Drehzahl der äußeren Abwälzvorrichtungn a speed of the outer rolling device
  • ri Teilkreisradius der inneren Abwälzvorrichtungr i circle radius of the inner rolling device
  • ra Teilkreisradius der äußeren Abwälzvorrichtungr a pitch radius of the outer rolling device
  • r radialer Abstand des Aufpunkts auf der Halbleiterscheibe zum Mittelpunkt der Abwälzvorrichtungr radial distance of the point on the semiconductor wafer to the center of the rolling device
  • Figure 00110001
    Abnahme der Dicke der Arbeitsschicht infolge Abnutzung
    Figure 00110001
    Decrease in the thickness of the working layer due to wear
  • R Radius der HalbleiterscheibeR radius of the semiconductor wafer
  • RR Radiale Position auf ArbeitsscheibeRR Radial position on working disk
  • ρ Radiale Position auf Halbleiterscheibeρ Radial position on semiconductor wafer
  • s Bogenlänge der Bahnkurve des Aufpunkts der Halbleiterscheibes arc length of the trajectory of the point of the semiconductor wafer
  • σ Winkelgeschwindigkeit des Umlaufs der Mittelpunkte der Läuferscheiben um den Mittelpunkt der Abwälzvorrichtung („Steggeschwindigkeit”)σ angular velocity of rotation of the centers of the carriers around the center of the rolling device ("web speed")
  • σo Steggeschwindigkeit bezüglich der oberen Arbeitsscheibeσ o web speed with respect to the upper working disk
  • σu Steggeschwindigkeit bezüglich der unteren Arbeitsscheibeσ u web speed with respect to the lower working disk
  • ω Winkelgeschwindigkeit der Eigendrehung der Läuferscheiben um ihre jeweiligen Mittelpunkte („Eigendrehgeschwindigkeit”) ω angular velocity of the self-rotation of the carriers around their respective centers ("own-rotation speed")
  • ωo Eigendrehgeschwindigkeit bezüglich der oberen Arbeitsscheibeω o own rotational speed with respect to the upper working disk
  • ωu Eigendrehgeschwindigkeit bezüglich der unteren Arbeitsscheibeω u own rotational speed with respect to the lower working disk

Beschreibung der verwendeten VorrichtungDescription of the device used

1 zeigt die wesentlichen Elemente einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik, die zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist. Dargestellt ist die Prinzipskizze einer Zweischeiben-Maschine zur Bearbeitung von scheibenförmigen Werkstücken wie Halbleiterscheiben, wie sie beispielsweise in DE10007390A1 offenbart ist, in perspektivischer Ansicht. Eine derartige Vorrichtung besitzt eine obere 1 und eine untere Arbeitsscheibe 4 mit kollinearen Drehachsen 5 und mit im wesentlichen planparalleler Anordnung der Arbeitsoberflächen der Arbeitsscheiben zueinander. Nach dem Stand der Technik sind die Arbeitsscheiben 1 und 4 aus Grauguss, Edelstahlguss, Keramik, Verbundwerkstoffen o. ä. gefertigt. Die Arbeitsoberflächen sind unbeschichtet oder mit einer Beschichtung aus beispielsweise Edelstahl oder Keramik usw. versehen. Die obere Arbeitsscheibe enthält zahlreiche Bohrungen 34, durch die dem Arbeitsspalt 30 Betriebsmittel zugeführt werden können. Für die Anwendung einer solchen Vorrichtung als Schleifmaschine ist dies ein Kühlschmiermittel (z. B. Wasser). Die Vorrichtung ist mit einer Abwälzvorrichtung für Läuferscheiben 13 versehen. Die Abwälzvorrichtung besteht aus einem inneren 7 und äußeren Antriebskranz 9. Die Läuferscheiben 13 haben jeweils wenigstens eine Aussparung, die eine zu bearbeitende Halbleiterscheibe 15 aufnehmen kann. Die Abwälzvorrichtung kann beispielsweise als Triebstock-Stiftverzahnung, als Evolventenverzahnung oder als eine andere gängige Verzahnungsart ausgeführt sein. Bevorzugt ist aus Gründen der Wartungsfreundlichkeit, der Herstellkosten und wegen der im Allgemeinen großen Maschinenabmessungen und des damit verbundenen unvermeidlichen Spiels der Getriebeelemente die diesbezüglich unkritische Stiftverzahnung. Obere 1 und untere Arbeitsscheibe 4 und innerer 7 und äußerer Antriebskranz 9 werden mit Drehzahlen no, nu, ni und na um im wesentlichen identische Achsen 5 angetrieben. 1 shows the essential elements of a device according to the prior art, which is suitable for carrying out the method according to the invention. Shown is the schematic diagram of a two-disc machine for processing disc-shaped workpieces such as semiconductor wafers, as they are for example in DE10007390A1 is disclosed, in perspective view. Such a device has an upper 1 and a lower working disk 4 with collinear axes of rotation 5 and with a substantially plane-parallel arrangement of the working surfaces of the working disks to each other. According to the prior art, the working wheels 1 and 4 Made of cast iron, stainless steel casting, ceramics, composite materials or similar. The work surfaces are uncoated or provided with a coating of, for example, stainless steel or ceramic, etc. The upper working disk contains numerous holes 34 through the work gap 30 Operating resources can be supplied. For the application of such a device as a grinding machine, this is a cooling lubricant (eg water). The device is equipped with a rolling device for runners 13 Mistake. The rolling device consists of an inner 7 and outer drive ring 9 , The runners 13 each have at least one recess, which is a semiconductor wafer to be processed 15 can record. The rolling device can be designed, for example, as a driving stick pin toothing, as involute toothing or as another common toothing type. Preferably, for reasons of ease of maintenance, manufacturing costs and because of the generally large machine dimensions and the associated inevitable play of the transmission elements in this respect uncritical pin toothing. Upper 1 and lower working disk 4 and inner 7 and outer drive rim 9 are at speeds n o , n u , n i and n a to substantially identical axes 5 driven.

Im Fall der Verwendung der Vorrichtung für ein erfindungsgemäßes Verfahren trägt jede Arbeitsscheibe 1, 4 auf ihrer Arbeitsoberfläche eine Arbeitsschicht 11, 12, bestehend vorzugsweise aus Tüchern (gewebt, gewirkt, gefilzt; Fasergelege, Kunststoffmatrizen mit oder ohne Fasereinlage usw.), Folien (einlagig oder mehrlagig) oder Schäumen, in deren in Material abtragenden Kontakt mit den Halbleiterscheiben gelangenden Oberlagen Schleifstoffe als Abrasiv eingebunden sind.In the case of using the device for a method according to the invention, each working disk carries 1 . 4 on her work surface a working shift 11 . 12 consisting preferably of wipes (woven, knitted, felted, fiber fabric, plastic matrices with or without fiber insert, etc.), foils (single-layer or multi-layer) or foams, in which abrasive material in contact with the semiconductor wafers reaching upper layers abrasive materials are included as an abrasive.

Ein Beispiel für eine zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren geeignete Folie ist in US6007407 offenbart. Beispiele für Tücher sind beispielsweise offenbart in WO99/24218 und US5863306 . Beispiele für derartige Folien oder Tücher mit strukturierter (texturierter, „mikro-replizierter”) Arbeitsoberfläche sind in US6599177B2 angegeben.An example of a film suitable for carrying out the process according to the invention is shown in FIG US6007407 disclosed. Examples of wipes are disclosed, for example, in WO99 / 24218 and US5863306 , Examples of such films or cloths with structured (textured, "micro-replicated") work surfaces are shown in FIG US6599177B2 specified.

Vorzugsweise werden die Arbeitsschichten auf die Arbeitsscheiben aufgeklebt. Gemäß dem Stand der Technik sind derartige Tücher, Folien oder Schichten rückseitig mit einer selbstklebenden Beschichtung versehen und werden durch Klebung auf den Arbeitsscheiben befestigt. Insbesondere bei Vorrichtungen mit großen Abmessungen ist das fehlerfreie Aufbringen derartiger Arbeitsschichten auf die Arbeitsscheiben ohne Fehler wie eingeschlossene Luftblasen, Stauchen, Recken oder Bauchen der Arbeitsschicht und auch das Entfernen der Arbeitsschicht nach Verbrauch schwierig. So gibt JP2001-219362A eine mit Poren (Kanälen) ausgestattete Ausführung einer solchen Arbeitsschicht an, durch die zwischen Arbeitsscheiben-Oberfläche und Tuchrückseite eingeschlossene Luftblasen entweichen können, so dass sich eine plane, gleichmäßige Tuchauflage ergibt. Ferner schlägt WO95/19242 eine Ausstattung der Tuchrückseite mit Häkchen und eine komplementär ausgestattete Arbeitsoberfläche der Arbeitsscheiben vor („Klettverschluss”), die einen besonders schnellen und rückstandsfreien Wechsel der Arbeitsschichten ermöglichen. Oft sind die Tücher, Folien, Schäume oder Schichten nicht in einem Stück herstellbar. Sie werden dann stückweise auf große Träger-Unterlagen (Folie, Tuch, Schaum usw.) aufkaschiert oder zusammengesetzt. Dies offenbart beispielsweise US6179950B1 .Preferably, the working layers are glued to the working wheels. According to the prior art such cloths, films or layers are provided on the back with a self-adhesive coating and are fixed by gluing on the working wheels. In particular, in devices with large dimensions, the error-free application of such working layers on the working wheels without errors such as trapped air bubbles, upsetting, stretching or belly of the working layer and also the removal of the working layer after consumption is difficult. So there JP2001-219362A an equipped with pores (channels) execution of such a working layer, can escape through the trapped between the working disk surface and cloth back air bubbles, so as to give a flat, uniform cloth pad. Further suggests WO95 / 19242 An equipment of the cloth back with check mark and a complementary equipped working surface of the working wheels before ("Velcro"), which allow a particularly fast and residue-free change of working shifts. Often the cloths, foils, foams or layers can not be produced in one piece. They are then piece by piece on large carrier documents (foil, cloth, foam, etc.) laminated or assembled. This is disclosed, for example US6179950B1 ,

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darüber hinaus die Befestigung der Arbeitsschichten beispielsweise durch Ansaugung mit Vakuum (durch eine luftdurchlässige Schicht der Arbeitsscheibe aus porösem Material, beispielsweise Keramik), durch magnetische oder elektrostatische Befestigung oder durch Bespannung mittels auf der Arbeitsscheibe angebrachter Spanneinrichtungen usw. geeignet.For carrying out the method according to the invention, moreover, the attachment of the working layers, for example by suction with vacuum (through an air-permeable layer of the working disk made of porous material, such as ceramic), by magnetic or electrostatic attachment or by covering means mounted on the working disk clamping devices, etc. suitable.

Der zwischen den auf der oberen 1 und unteren Arbeitsscheibe 4 befestigten Arbeitsschichten 11 und 12 gebildete Arbeitsspalt, innerhalb dessen die Halbleiterscheiben bearbeitet werden, ist in 1 mit 30 bezeichnet.The between the on the upper 1 and lower working disk 4 fixed working shifts 11 and 12 formed working gap, within which the semiconductor wafers are processed, is in 1 With 30 designated.

2 zeigt die Vorrichtung in Aufsicht auf die untere Arbeitsscheibe 4. Die Halbleiterscheiben 15 sind in Läuferscheiben 13, die auch als Führungskäfige bezeichnet werden, eingelegt. Die Halbleiterscheiben sind nicht durch Form- oder Kraftschluss mit der jeweiligen Aussparung der Läuferscheibe fest verbunden, so dass sie sich frei innerhalb der Aussparungen bewegen können. Im bevorzugten Fall runder Halbleiterscheiben ist insbesondere eine Eigenrotation der Halbleiterscheiben in den Aussparungen der Läuferscheiben möglich. Diese Eigenrotation ist erwünscht, da die Halbleiterscheiben dann rotationssymmetrische Form annehmen, was ihre Ebenheit und Symmetrie erhöht und somit vorteilhaft im Sinne der Erfindung ist. 2 shows the device in plan view of the lower working disk 4 , The semiconductor wafers 15 are in runners 13 , which are also referred to as guide cages inserted. The wafers are not firmly connected by form or adhesion with the respective recess of the rotor, so that they can move freely within the recesses. In the preferred case of round semiconductor wafers, in particular a self-rotation of the semiconductor wafers in the recesses of the carrier disks is possible. This self-rotation is desirable because the semiconductor wafers then assume rotationally symmetric shape, which increases their flatness and symmetry and thus advantageous in the context of the invention.

Im Folgenden werde der Mittelpunkt der Arbeitsscheiben und Abwälzvorrichtung, also der gesamten Vorrichtung, auch mit 22 bezeichnet. Der Mittelpunkt einer Halbleiterscheibe 15 in einer Läuferscheibe 13 sei mit 16, und der Mittelpunkt dieser Läuferscheibe mit 21 bezeichnet. Ein beliebiger Aufpunkt 18 beschreibt auf der unteren Arbeitsschicht 12 der unteren Arbeitsscheibe 4 infolge der Drehung der Arbeitsscheibe und der Drehung der Antriebskränze 7 und 9 eine Bahnkurve 19. Die Mittelpunkte 21 der Läuferscheiben 13 laufen auf einem zum Mittelpunkt 22 der Abwälzvorrichtung konzentrischen Teilkreis 17 um.In the following, the center of the working wheels and rolling device, so the entire device, even with 22 designated. The center of a semiconductor wafer 15 in a rotor disc 13 be with 16 , and the center of this rotor disc with 21 designated. An arbitrary Aufpunkt 18 describes on the lower working shift 12 the lower working disk 4 due to the rotation of the working disk and the rotation of the drive rings 7 and 9 a trajectory 19 , The centers 21 the rotor discs 13 walk on a center 22 the rolling concentric pitch circle 17 around.

3 legt weitere Kenngrößen für die Beschreibung der Bewegung der Halbleiterscheibe in der Schleifmaschine fest. Dabei ist das Bezugssystem so gewählt, dass in ihm die betrachtete Arbeitsscheibe ruht (mitrotierendes Bezugssystem). In der Aufsicht in 3 ist nur die untere Arbeitsscheibe 4 eingezeichnet. s bezeichne die Bogenlänge der Bahnkurve 19 des Aufpunkts 18 der Halbleiterscheibe 15 in einer Läuferscheibe 13 über die Arbeitsschicht 12. Die Lage dieses Aufpunkts 18 wird zu jeder Zeit beschrieben durch einen radialen Abstand r vom Mittelpunkt 22 der Abwälzvorrichtung und einen Winkel φ (ebene Polarkoordinaten). Wegen der Drehungen ni und na des inneren 7 und äußeren Antriebskranzes 9 und der Drehung der Arbeitsscheibe rotiert die Läuferscheibe 13 mit Winkelgeschwindigkeit ω um ihren Mittelpunkt 21, und dieser Mittelpunkt 21 läuft mit Winkelgeschwindigkeit σ um den Mittelpunkt 22 der gesamten Vorrichtung um. Der Abstand zwischen dem Mittelpunkt 21 der Läuferscheibe und dem Mittelpunkt 16 der Halbleiterscheibe 15 wird als Exzentrizität eexz der Halbleiterscheibe in der Läuferscheibe bezeichnet. e bezeichne den Abstand des Aufpunkts 18 auf der Halbleiterscheibe 15 vom Mittelpunkt 21 der Läuferscheibe 13. R ist der Radius der Halbleiterscheibe 15. l(e) ist die Länge des Kreisbogens mit Radius e um den Mittelpunkt 21 der Läuferscheibe 13, der innerhalb der Fläche der Halbleiterscheibe 15 verläuft. 3 defines further parameters for the description of the movement of the semiconductor wafer in the grinding machine. The reference system is chosen so that it rests in the observed working disk (co-rotating frame of reference). In the supervision in 3 is only the lower working disk 4 located. s denote the arc length of the trajectory 19 of the point of view 18 the semiconductor wafer 15 in a rotor disc 13 about the working shift 12 , The location of this point 18 is described at any time by a radial distance r from the center 22 the rolling device and an angle φ (planar polar coordinates). Because of the turns n i and n a of the inner 7 and outer drive rim 9 and the rotation of the working disk rotates the rotor disk 13 with angular velocity ω around its center 21 , and this center 21 runs at angular velocity σ around the center 22 the entire device. The distance between the center 21 the rotor disk and the center point 16 the semiconductor wafer 15 is referred to as the eccentricity e exz of the semiconductor wafer in the rotor disk . Let e be the distance of the point 18 on the semiconductor wafer 15 from the center 21 the rotor disk 13 , R is the radius of the semiconductor wafer 15 , l (e) is the length of the arc with radius e around the center 21 the rotor disk 13 that is inside the surface of the semiconductor wafer 15 runs.

Beschreibung des ersten Verfahrens (nicht Gegenstand der Erfindung)Description of the first method (not the subject of the invention)

Gemäß dem ersten Verfahren wird die Temperatur im Arbeitsspalt konstant gehalten, und zwar vorzugsweise während der gesamten Dauer des gleichzeitigen beidseitigen Schleifens. Dazu wird während des Schleifens die Temperatur im Arbeitsspalt gemessen und durch geeignete Maßnahmen korrigiert, wenn die gemessene Temperatur von der Solltemperatur abweicht. Die Messung der Temperatur kann beispielsweise in festgelegten Intervallen oder laufend erfolgen. Durch die konstante Temperatur im Arbeitsspalt wird eine durch Temperaturänderung bewirkte Verformung der Arbeitsscheiben vermieden und die Arbeitsscheiben werden in einer konstanten, planparallelen Form gehalten. Daraus resultiert eine deutlich verbesserte Geometrie der bearbeiteten Halbleiterscheiben.According to the first method, the temperature in the working gap is kept constant, preferably throughout the duration of the simultaneous two-sided grinding. For this purpose, the temperature in the working gap is measured during grinding and corrected by suitable measures if the measured temperature deviates from the setpoint temperature. The measurement of the temperature can take place, for example, at fixed intervals or continuously. Due to the constant temperature in the working gap caused by temperature change deformation of the working wheels is avoided and the working wheels are kept in a constant, plane-parallel shape. This results in a significantly improved geometry of the processed semiconductor wafers.

In einer Ausführungsform dieses ersten Verfahrens weist jede Arbeitsscheibe zumindest ein Kühllabyrinth auf, das von einem Kühlmittel durchströmt wird. Bei dieser Ausführungsform wird die Temperatur oder die Durchflussmenge des Kühlmittels in geeigneter Weise variiert, um einer unerwünschten Temperaturänderung entgegenzuwirken und eine konstante Temperatur im Arbeitsspalt zu erreichen. Eine geeignete und bevorzugte Anordnung von Kühllabyrinthen ist in DE19954355A1 offenbart. Diese Anordnung ist gekennzeichnet durch eine obere Schicht („Oberteller”), die von einem Kühllabyrinth durchzogen ist, eine thermisch isolierende Zwischenlage und eine untere Schicht („Unterteller”), die von einem zweiten Kühllabyrinth durchzogen ist. Ferner ist dort offenbart ein Verfahren zur Einstellung und Regelung der Planarität eines Poliertellers zum Läppen, Schleifen oder Polieren von Substratscheiben, wobei der Unterteller eines zumindest dreilagigen Poliertellers temperiert wird und dann die Temperatur konstant gehalten wird und der Oberteller der gesamten Arbeitsscheibe temperiert wird und die Temperatur dem jeweiligen Polierprozess derart angepasst wird, dass durch die Temperierung des Untertellers stationäre Wärmeverhältnisse in der Poliervorrichtung geschaffen werden. Eine entsprechende Anwendung ist auch beim erfindungsgemäßen Schleifverfahren möglich.In one embodiment of this first method, each working disk has at least one cooling labyrinth through which a coolant flows. In this embodiment, the temperature or the flow rate of the coolant is suitably varied to counteract an undesirable temperature change and to achieve a constant temperature in the working gap. A suitable and preferred arrangement of cooling labyrinths is in DE19954355A1 disclosed. This arrangement is characterized by an upper layer ("top plate"), which is traversed by a cooling labyrinth, a thermally insulating intermediate layer and a lower layer ("lower plate"), which is traversed by a second cooling labyrinth. Further, there is disclosed a method for adjusting and controlling the planarity of a polishing plate for lapping, grinding or polishing substrate discs, the saucer of an at least three-ply polishing plate is tempered and then the temperature is kept constant and the top plate of the entire working disk is temperature and the temperature the respective polishing process is adapted such that by the temperature control of the saucer stationary heat conditions are created in the polishing apparatus. A corresponding application is also possible with the grinding method according to the invention.

Besonders bevorzugt ist es jedoch, die Temperatur im Arbeitsspalt konstant zu halten, indem die Temperatur oder die Durchflussmenge des dem Arbeitsspalt zugeführten Kühlschmiermittels entsprechend der gemessenen Temperatur variiert wird. Es können auch beide Parameter, Temperatur und Durchflussmenge, in geeigneter Weise variiert werden, um die Temperatur im Arbeitsspalt konstant zu halten. Diese Art der Regelung hat gegenüber der Temperaturregelung über die Kühllabyrinthe den Vorteil, dass sie wesentlich weniger träge ist.However, it is particularly preferable to keep the temperature in the working gap constant by varying the temperature or the flow rate of the cooling lubricant supplied to the working gap in accordance with the measured temperature. Both parameters, temperature and flow rate, can be suitably varied to keep the temperature in the working gap constant. This kind of Regulation has the advantage over the temperature control of the cooling labyrinths that it is much less sluggish.

Wird eine über dem festgelegten Soll-Wert liegende Temperatur gemessen, so wird die Temperatur des Kühlmittels oder des Kühlschmiermittels in einem Regelkreis gesenkt. Wird dagegen eine unter dem festgelegten Soll-Wert liegende Temperatur gemessen, so wird die Temperatur des Kühlmittels oder des Kühlschmiermittels erhöht, sodass die Temperatur im Arbeitsspalt im Wesentlichen konstant bleibt.If a temperature above the set target value is measured, the temperature of the coolant or the cooling lubricant is lowered in a control loop. If, on the other hand, a temperature below the specified target value is measured, then the temperature of the coolant or of the cooling lubricant is increased, so that the temperature in the working gap remains substantially constant.

Die Messung der Temperatur im Arbeitsspalt erfolgt beispielsweise direkt durch in die Oberfläche der Arbeitsscheiben eingebaute Temperaturfühler durch die (dünne) Arbeitsschicht hindurch oder durch in der Arbeitsschicht ausgesparte kleine „Messfenster”. Da die Arbeitsscheiben während des Schleifens rotieren, wird der Temperaturmesswert entweder berührend beispielsweise über elektrische Schleifkontakte oder berührungslos beispielsweise über Funk, Infrarot oder induktiv übertragen. Alternativ kann eine Messung der Temperatur im Arbeitsspalt auch indirekt über eine Messung der Temperatur des aus dem Arbeitsspalt ablaufenden Kühlschmiermittels erfolgen.The measurement of the temperature in the working gap takes place, for example, directly through temperature sensors built into the surface of the working disks through the (thin) working layer or through small "measuring windows" recessed in the working layer. Since the work wheels rotate during grinding, the temperature reading is transmitted either touching, for example via electrical sliding contacts or non-contact, for example via radio, infrared or inductive. Alternatively, a measurement of the temperature in the working gap can also take place indirectly via a measurement of the temperature of the cooling lubricant flowing out of the working gap.

Beschreibung des zweiten Verfahrens (nicht Gegenstand der Erfindung)Description of the second method (not the subject of the invention)

Im Folgenden wird das zweite Verfahren näher beschrieben: Bei diesem Verfahren rotieren die Arbeitsscheiben mit höherer Winkelgeschwindigkeit um das Zentrum der gesamten Vorrichtung als die Läuferscheiben um ihre jeweiligen Mittelpunkte. Präziser ausgedrückt bedeutet dies, dass die Winkelgeschwindigkeiten Ωi von oberer, Ωo, und unterer, Ωu, Arbeitsscheibe betragsmäßig größer sind als der Betrag der Differenz aus der Winkelgeschwindigkeit ω0 der Eigendrehung der Läuferscheiben um ihre jeweiligen Mittelpunkte und der Winkelgeschwindigkeit σ0 des Umlaufs der Läuferscheiben um den Mittelpunkt der gesamten Abwälzvorrichtung, |Ωi| ≥ |ω0 – σ0|. Die Spreizung der Geschwindigkeitsverteilung wird dadurch verringert. Die Relativgeschwindigkeiten zwischen den Halbleiterscheiben und den Arbeitsschichten der Arbeitsscheiben sind verfahrensbedingt nicht konstant, sondern orts- und zeitabhängig. Unter der Geschwindigkeitsverteilung ist die Häufigkeit des Vorkommens bestimmter Relativgeschwindigkeiten zu verstehen. Eine Geschwindigkeitsverteilung mit geringer Spreizung ist vorteilhaft, da sie eine isotrope Bearbeitung der Halbleiterscheiben zur Folge hat.In the following, the second method is described in more detail: In this method, the working disks rotate at higher angular velocity about the center of the entire apparatus than the carriers around their respective centers. More precisely, this means that the angular velocities Ω i of upper, Ω o , and lower, Ω u , working disk are greater in magnitude than the amount of the difference between the angular velocity ω 0 of the spin of the carriers about their respective centers and the angular velocity σ 0 of the rotor Circulation of the rotor discs around the center of the entire rolling device, | Ω i | ≥ | ω 0 - σ 0 |. The spread of the velocity distribution is thereby reduced. The relative speeds between the semiconductor wafers and the working layers of the working disks are not constant due to the process, but dependent on location and time. Speed distribution is the frequency of occurrence of certain relative speeds. A low spread velocity distribution is advantageous because it results in isotropic processing of the semiconductor wafers.

Im Rahmen des zweiten Verfahrens sind die Bahnkurven der Halbleiterscheiben relativ zu jeder der beiden Arbeitsscheiben vorzugsweise jeweils Epitrochoiden, d. h. reguläre, verlängerte oder verkürzte Epizykloiden.In the context of the second method, the trajectories of the semiconductor wafers relative to each of the two working disks are preferably each epitrochoid, d. H. regular, lengthened or shortened epicycloids.

Weiterhin ist im Rahmen des zweiten Verfahrens bevorzugt, dass die Längen der Bahnkurven, die die Halbleiterscheiben in gleichen Zeiten relativ zu den beiden Arbeitsscheiben zurücklegen, annähernd gleich sind. Diese Forderung wird insbesondere dann als erfüllt betrachtet, wenn der Betrag des Verhältnisses aus der Differenz der Längen der Bahnkurven, die die Halbleiterscheiben relativ zu den beiden Arbeitsscheiben in gleichen Zeiten zurücklegen, und dem Mittelwert der Längen dieser Bahnkurven weniger als 20% beträgt. Es gibt jedoch auch Kinematiken, die eine völlig gleiche Länge der Bahnkurven mit sich bringen, was jedoch nicht unbedingt erforderlich ist. Annähernd gleiche Längen der Bahnkurven können dadurch erreicht werden, dass die Rotationsgeschwindigkeit der Läuferscheiben im Vergleich zur Rotationsgeschwindigkeit der Arbeitsscheiben relativ gering gewählt wird.Furthermore, in the context of the second method, it is preferred that the lengths of the trajectories which cover the semiconductor wafers at the same times relative to the two working wafers are approximately equal. This requirement is considered to be met, in particular, if the amount of the ratio of the difference between the lengths of the trajectories which cover the wafers relative to the two working disks in equal times and the average of the lengths of these trajectories is less than 20%. However, there are also kinematics, which bring a completely equal length of the trajectories, which is not absolutely necessary. Almost equal lengths of the trajectories can be achieved that the rotational speed of the carriers is relatively small compared to the rotational speed of the working wheels.

Durch die vorgenannten Maßnahmen erfahren Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheiben zu jedem Zeitpunkt gleichartige Reibungskräfte, Anlaufrichtungen der Arbeitsschichten, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen. Insbesondere werden abrupte Lastwechsel vermieden und eine gleichförmige Eigendrehung der Halbleiterscheiben in den Bohrungen der Läuferscheiben unterstützt. Die Geschwindigkeitsprofile sind für Vorder- und Rückseite bezüglich Spreizung und Zeitverteilung ähnlich. Es resultiert ein annähernd symmetrischer Materialabtrag von Vorder- und Rückseite und ein isotropes Schliffbild mit geringer durch ortsabhängige oder vorder-/rückseiten-asymmetrische Rauigkeit oder oberflächennahe Kristallschädigung (damage) induzierter Verwellung der Halbleiterscheibe (strain-induced warp/bow). Dadurch wird die Oberfläche der Halbleiterscheibe eben und isotrop ohne Verwerfungen und Verformungen, wie sie beispielsweise als „Schleifnabel” (Zentrumsvertiefung) oder „Randabfall” (Dickenabnahme im Randbereich) von Schleif-, Läpp- oder Polierverfahren gemäß dem Stand der Technik bekannt sind. Daneben ergibt sich der Vorteil, dass das Kantenprofil, das in der Regel vor der Durchführung des gleichzeitigen beidseitigen Schleifens hergestellt wurde, nicht unsymmetrisch verändert wird und die Symmetrie des Kantenprofils dadurch erhalten bleibt.Due to the aforementioned measures, the front and back sides of the semiconductor wafers experience identical frictional forces at all times, starting directions of the working layers, speeds and accelerations. In particular, abrupt load changes are avoided and supports a uniform rotation of the semiconductor wafers in the holes of the carriers. The speed profiles are similar for both front and back in terms of spread and time distribution. The result is an approximately symmetrical removal of material from the front and rear sides and an isotropic micrograph with low location-dependent or front / rear asymmetric roughness or near-surface damage to the crystal (strain-induced warp / bow). As a result, the surface of the semiconductor wafer becomes plane and isotropic without distortions and deformations, as known, for example, as a "looping nib" (center depression) or "edge drop" (thickness decrease in the edge region) of prior art grinding, lapping or polishing methods. In addition, there is the advantage that the edge profile, which was usually made prior to performing the simultaneous two-sided grinding, is not changed asymmetrically and the symmetry of the edge profile is retained.

Beschreibung des dritten und vierten erfindungsgemäßen Verfahrens Description of the third and fourth inventive method

Im Folgenden werden das dritte und vierte erfindungsgemäße Verfahren im Detail beschrieben:
Da für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Arbeitsschicht mit selbstschärfenden Eigenschaften gefordert ist, muss die Arbeitsschicht einer gewissen endlichen Abnutzung unterliegen, um ständig neue, scharfe Schleifstoffe freizulegen, die zu einer gleichförmigen Schleifcharakteristik führen. Andererseits ist eine zu hohe Abnutzung der Arbeitsschicht von Schliff zu Schliff nicht wünschenswert, da sich dann die Dicke und Form der Arbeitsschicht zu schnell ändern würde und ein ständiges Nachführen der Bearbeitungsparameter (Maschinen- und Prozessparameter) erforderlich wäre, was zu einem unvorteilhaften, da instabilen, Prozess führen würde. Es gibt also eine optimale Abnutzungsrate, die gerade noch selbstschärfende Eigenschaften garantiert, aber andererseits nicht zu einer geometrisch allzu instabilen Arbeitsschicht führt, so dass ein weitgehend stabiler Bearbeitungsprozess möglich ist, der reproduzierbar Halbleiterscheiben mit über weite Bereiche konstanten Ebenheitseigenschaften liefert.
The third and fourth inventive methods are described in detail below:
Since a working layer with self-sharpening properties is required for carrying out the method according to the invention, the working layer must undergo a certain finite wear in order to constantly expose new, sharp abrasives which lead to a uniform grinding characteristic. On the other hand, too high a wear of the working layer from grinding to grinding is not desirable because then the thickness and shape of the working layer would change too fast and a constant tracking of the processing parameters (machine and process parameters) would be required, resulting in a unfavorable because unstable , Process would lead. So there is an optimal rate of wear, which just guarantees self-sharpening properties, but on the other hand does not lead to a geometrically unstable working layer, so that a largely stable machining process is possible, the reproducible semiconductor wafers with wide ranges constant flatness properties.

Um die Abnutzung der Arbeitsschicht vorhersagen zu können, muss ihre Belastung durch die von ihr bearbeiteten Halbleiterscheiben ortsaufgelöst ermittelt werden. Dies erfordert eine genaue Beschreibung der Bahnkurven, die die Halbleiterscheiben während der Bearbeitung über die Arbeitsscheiben zurücklegen.In order to be able to predict the wear of the working layer, its load must be determined spatially resolved by the wafers it processes. This requires a precise description of the trajectories the wafers travel over the working wheels during processing.

In einem mit der rotierenden Arbeitsscheibe mitbewegten Bezugssystem (invariantes Bezugssystem) lässt sich die Bahnkurve z ⇀(t) eines beliebigen Aufpunkts 18 einer Halbleiterscheibe über eine Arbeitsscheibe mit den in 3 festgelegten Bezeichnungen in komplexen Zahlen z ⇀(t) = x(t) + iy(t) schreiben als z ⇀(t) = aeiσt + eeiωt. (1) The trajectory z ⇀ (t) of an arbitrary point can be traced in a frame of reference (invariant frame of reference) moving along with the rotating working disc 18 a semiconductor wafer over a working disk with the in 3 in complex numbers, write z ⇀ (t) = x (t) + iy (t) as z ⇀ (t) = ae iσt + ee iωt . (1)

Mit der Identität e1x = cosx + i·sinx erhält man aus Gleichung (1) sofort die zeitliche Parameterdarstellung der Bahnkurve in reellen kartesischen Koordinaten (x(t); y(t)).With the identity e 1x = cosx + i · sinx, we obtain immediately from equation (1) the temporal parameter representation of the trajectory in real Cartesian coordinates (x (t); y (t)).

Die radiale Position r(t) = |z ⇀(t)| und der Betrag v(t) ≡ s .(t) der Bahngeschwindigkeit

Figure 00210001
ergeben sich durch Betragbildung und Ableitung nach der Zeit zu r(t) = √a² + e² + 2aecos(σ – ω)t und s .(t) = √a²σ² + e²ω² + 2aeσωcos(σ – ω)t. (2) The radial position r (t) = | z ⇀ (t) | and the amount v (t) ≡ s (t) of the web speed
Figure 00210001
arise by accumulation and derivative by time r (t) = √ a² + e² + 2aecos (σ - ω) t and s. (t) = √ a²σ² + e²ω² + 2aeσωcos (σ - ω) t , (2)

Dabei bezeichnet s(t) die zurückgelegte Bogenlänge und ein Punkt über einer Variablen deren Ableitung nach der Zeit.Where s (t) is the arc length traveled and a point above a variable is its derivative by time.

Der Winkel φ(t) der Lage des Aufpunkts P in ebenen Polarkoordinaten (r(t); φ(t)) und die zeitliche Ableitung r .(t) der radialen Position r(t) sind schließlich gegeben durch

Figure 00210002
r(t) aus Gleichung (2) und φ(t) aus Gleichung (3) liefern eine Parameterdarstellung nach der Zeit in ebenen Polarkoordinaten.The angle φ (t) of the position of the point P in plane polar coordinates (r (t); φ (t)) and the time derivative r. (T) of the radial position r (t) are finally given by
Figure 00210002
r (t) from equation (2) and φ (t) from equation (3) provide a parametric representation of time in plane polar coordinates.

Unter Berücksichtigung von ∂ / ∂x arctan

Figure 00210003
erhält man
Figure 00210004
Taking into account ∂ / ∂x arctan
Figure 00210003
you get
Figure 00210004

Durch Einsetzen von Gleichung (2) für r(t) in die Ausdrücke für s .(t), r .(t) und φ .(t) erhält man die entsprechenden Ausdrücke als Funktion der radialen Position r auf der Arbeitsscheibe,

Figure 00210005
Substituting Equation (2) for r (t) into the expressions for s (t), r (t), and φ (t) yields the corresponding terms as a function of the radial position r on the working disk.
Figure 00210005

Ohne weitere Annahmen kann die durch einen beliebigen, die Arbeitsschicht überstreichenden Aufpunkt 18 einer Halbleiterscheibe 15 verursachte radialabhängige Abnutzung

Figure 00220001
der Arbeitsschicht beschrieben werden als proportional zur pro Flächenelement r·∂r·∂φ von Aufpunkt 18 überstrichenen Bogenlänge ∂s und der dazu benötigten Zeit ∂t,
Figure 00220002
Without further assumptions, this can be achieved by any point of view crossing the working shift 18 a semiconductor wafer 15 caused radial dependent wear
Figure 00220001
of the working layer are described as being proportional to the per area element r · ∂r · ∂φ of Aufpunkt 18 swept arc length ∂s and the time required ∂t,
Figure 00220002

Durch Einsetzen der oben gefundenen Ausdrücke erhält man

Figure 00220003
By substituting the terms found above, one obtains
Figure 00220003

Numerisch ermittelt man schließlich die Länge l(e) des Kreisbogens mit Radius e um den Mittelpunkt der Läuferscheibe, der durch die Halbleiterscheibe in der Läuferscheibe verläuft, für alle e im erlaubten Wertebereich für

Figure 00220004
Dadurch wird der Beitrag aller gleichwertigen Punkte der Halbleiterscheibe mit identischem Abstand e um den Mittelpunkt der Läuferscheibe, die im Zuge der Eigendrehung der Läuferscheibe alle zu irgendeiner Zeit in gleicher Weise den betrachteten Punkt der Arbeitsfläche überstreichen und zu deren Abnutzung beitragen, berücksichtigt. Integration des erhaltenen Ausdrucks über alle e ergibt schließlich den gesuchten Ausdruck
Figure 00220005
für die Abnutzung der Arbeitsschicht durch die Gesamtheit aller möglichen Aufpunkte innerhalb der flächig ausgedehnten Halbleitrscheibe,
Figure 00220006
Finally, the length l (e) of the circular arc with radius e around the center of the rotor disk, which runs through the semiconductor wafer in the rotor disk, is determined numerically for all e in the permitted value range for
Figure 00220004
As a result, the contribution of all equivalent points of the semiconductor wafer with an identical distance e around the center of the rotor disk, which in the course of the rotor's own rotation all at the same time cover the considered point of the working surface and contribute to its wear, is considered. Integration of the obtained expression over all e finally yields the sought expression
Figure 00220005
for the wear of the working layer through the totality of all possible Aufpunkte within the flat-extended semiconductor disk,
Figure 00220006

Dabei bezeichnet der Index i = o (obere) oder i = u (untere Arbeitsscheibe) die einzelnen Winkelgeschwindigkeiten σo, σu, ωo und ωu bezüglich der jeweiligen Arbeitsscheibe, und emin = max{0; eexz – R} und emax = eexz + R. Da die Anordnung der Halbleiterscheiben in den Läuferscheiben auf vielfältige Weise vorgenommen werden kann, wird sich in der Regel kein analytischer Ausdruck für l(e) ergeben, der eine geschlossene Lösung für das Integral in Gleichung (8) ermöglicht. In der Praxis wird daher für viele Werte e im Wertebereich {emin ... emax} der Wert für l(e) berechnet und statt der Integration in Gleichung (8) eine Summation über den Integranden über alle e durchgeführt. l(e) wird gelegentlich auch als „Gestaltfunktion” bezeichnet, die die Anordnung der Halbleiterscheiben in den Läuferscheiben beschreibt.The index i = o (upper) or i = u (lower working disk) denotes the individual angular velocities σ o , σ u , ω o and ω u with respect to the respective working disk, and e min = max {0; e exz - R} and e max = e exz + R. Since the arrangement of the semiconductor wafers in the carrier disks can be carried out in many different ways, there will generally be no analytical expression for l (e) which provides a closed solution for the Integral in equation (8). In practice, therefore, for many values e in the value range {e min ... E max }, the value for l (e) is calculated, and instead of the integration in equation (8) a summation is carried out via the integrand over all e. L (e) is sometimes referred to as the "shape function" which describes the placement of the wafers in the carriers.

Es erwies sich nun als vorteilhaft, dass Parameterkombinationen σi und ωi für gegebene Werte a und eexz einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung gewählt werden, bei denen die Abnutzung der Arbeitsschicht nach Gleichung (8) möglichst gering über den gesamten Radius der Arbeitsschicht variiert, was zur Definition des vierten erfindungsgemäßen Verfahrens führte. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Arbeitsschichten homogen abgenutzt werden, was einen dauerhaft gleichförmigen Materialabtrag von den Halbleiterscheiben gewährleistet. Irreguläre Welligkeiten im Dickenprofil der geschliffenen Halbleiterscheiben können so zuverlässig vermieden werden.It now turned out to be advantageous to choose parameter combinations σ i and ω i for given values a and e exz of a device suitable for carrying out the method according to the invention, in which the wear of the working layer according to equation (8) is as low as possible over the entire radius of the Working layer varies, which led to the definition of the fourth method according to the invention. This can ensure that the working layers are worn homogeneously, which ensures a durable uniform removal of material from the semiconductor wafers. Irregular ripples in the thickness profile of the ground semiconductor wafers can thus be reliably avoided.

Darüber hinaus ist es auch vorteilhaft, wenn die Abnutzung der Arbeitsschicht nach Gleichung (8) möglichst ähnlich für die obere und untere Arbeitsschicht ist, was sich im dritten erfindungsgemäßen Verfahren widerspiegelt. Letzteres bedeutet konkret, dass der Betrag des Verhältnisses aus der Differenz der Beträge der theoretischen Abnutzung

Figure 00230001
der beiden Arbeitsschichten zum Mittelwert der Beträge der Abnutzung beider Arbeitsschichten für jede radiale Position r der Arbeitsscheiben weniger als 1/1000 beträgt. In diesem Zusammenhang ist es auch bevorzugt, dass die Änderung der Dickenhomogenität der Arbeitsschicht infolge Abnutzung weniger als ein Hundertstel des Betrags der Dickenabnahme der Halbleiterscheiben während der Schleifbearbeitung beträgt, wobei die Dickenhomogenität der Arbeitsschicht als Differenz aus größter und kleinster Dicke über die gesamte in Kontakt mit den Halbleiterscheiben gelangende Fläche der Arbeitsschicht definiert ist.In addition, it is also advantageous if the wear of the working layer according to equation (8) is as similar as possible for the upper and lower working layer, which is reflected in the third method according to the invention. Concretely, the latter means that the amount of the ratio of the difference of the amounts of theoretical wear
Figure 00230001
the two working shifts to the mean of the amounts of wear of both working layers for each radial position r of the working wheels is less than 1/1000. In this connection, it is also preferable that the change in the thickness homogeneity of the working layer due to wear is less than one-hundredth of the amount of decrease in the thickness of the semiconductor wafers during the grinding, wherein the thickness homogeneity of the working layer as the difference of the largest and smallest thickness is defined over the entire reaching in contact with the semiconductor wafer surface of the working layer.

Bevorzugt wird man einen Parametersatz für den Betrieb der Schleifvorrichtung wählen, der die Anforderungen des dritten und vierten erfindungsgemäßen Verfahrens gleichzeitig erfüllt.Preferably, one will select a parameter set for the operation of the grinding device, which meets the requirements of the third and fourth inventive method simultaneously.

Geeignete maschinenunabhängige Parametersätze {σo, σu, ωo, ωu}, die die Bedingung für

Figure 00240001
erfüllen, erhält man aus den bekannten Gleichungen für Planetengetriebe,
Figure 00240002
aus den maschinenabhängigen Parametersätzen {no, nu, ni, na} für die Antriebsdrehzahlen nj(j = o, Drehzahl obere Arbeitsscheibe; j = u, untere Arbeitsscheibe), ni = Drehzahl des inneren Antriebskranzes und na = Drehzahl des äußeren Antriebskranzes und Überprüfung durch Einsetzen in der Formel für
Figure 00240003
wobei ri der Teilkreisradius des inneren und ra der des äußeren Antriebskranzes für die Läuferscheiben sind. Aufgrund der wenigen unabhängigen Freiheitsgrade des Systems liefert dies schnell geeignete Parametersätze, die die Bedingung erfüllen.Suitable machine-independent parameter sets {σ o , σ u , ω o , ω u }, the condition for
Figure 00240001
can be obtained from the known equations for planetary gear,
Figure 00240002
from the machine-dependent parameter sets {n o , n u , n i , n a } for the drive speeds n j (j = o, speed upper working disk, j = u, lower working disk), n i = speed of the inner drive ring and n a = Speed of the outer drive ring and check by inserting in the formula for
Figure 00240003
where r i is the pitch circle radius of the inner and r a of the outer drive ring for the carriers. Due to the few independent degrees of freedom of the system, this quickly provides suitable parameter sets that fulfill the condition.

8(A) zeigt eine ungünstige Parameterkombination {σi; ωi}, die diese Eigenschaften nicht besitzt und 8(B) eine günstige, die diese Eigenschaften besitzt. Die Umrechnung der maschinenabhängigen kinematischen Parameter {no, nu, ni, na} in maschinenunabhängige kinematische Parameter {σo, σu, ωi, ωa} ist beispielsweise näher erläutert in: Th. Ardelt, Berichte aus dem Produktionstechnischen Zentrum Berlin, Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik, IPK Berlin, 2001, ISBN 3-8167-5609-3. 8 (A) shows an unfavorable combination of parameters {σ i ; ω i }, which does not possess these properties and 8 (B) a cheap one that has these qualities. The conversion of the machine-dependent kinematic parameters {n o , n u , n i , n a } into machine-independent kinematic parameters {σ o , σ u , ω i , ω a } is explained in more detail in: Th. Ardelt, reports from the technical production Center Berlin, Fraunhofer Institute for Production Systems and Design Technology, IPK Berlin, 2001, ISBN 3-8167-5609-3.

Für die in DE10007390A1 offenbarte, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung mit Teilkreisradien ri und ra der Abwälzvorrichtung für die Läuferscheiben mit Kennzahlen ri/(ra – ri) ≈ 0,552, ri/(ra + ri) ≈ 0,262 ergibt die Umrechung des maschinenabhängigen Parametersatzes (no, nu, ni, na) = (30, –36, –46, 12) RPM den maschinenunabhängigen Parametersatz (σo, σu, ωo, ωu) = (–33.2, 32.8, 14.0, 80.0)1/s.For the in DE10007390A1 disclosed, suitable for carrying out the method according to the invention device with pitch radii r i and r a of the rolling device for the carriers with ratios r i / (r a - r i ) ≈ 0.552, r i / (r a + r i ) ≈ 0.262 gives the Conversion of the machine-dependent parameter set (n o , n u , n i , n a ) = (30, -36, -46, 12) RPM the machine-independent parameter set (σ o , σ u , ω o , ω u ) = (-33.2 , 32.8, 14.0, 80.0) 1 / s.

Die sich auf der oberen Arbeitsschicht 11 ergebenden Bahnkurven 19 sind in der linken Hälfte von 9 gezeigt. Die sich auf der unteren Arbeitsschicht 12 ergebenden Bahnkurven 20 sind in der rechten Hälfte von 9 gezeigt. Die Arbeitsschichten weisen für die Parameterkombination nach 8(A) eine extrem inhomogene Abnutzung nach Gleichung (8) (10(A)) auf. Für die untere Arbeitsschicht ergibt sich nahe an deren innerem Rand ein scharf begrenzter Bereich 27 mit extrem hoher lokaler Abnutzung und ein breiterer Bereich 25 mit etwas erhöhter Abnutzung relativ zur Abnutzung 26 der oberen Arbeitsschicht. Die Differenz beider für diese gewählten Verfahrensparameter berechneten Abnutzungen der Arbeitsschichten ist in 11(A) gezeigt (28).Focusing on the upper working shift 11 resulting trajectories 19 are in the left half of 9 shown. Focusing on the lower working shift 12 resulting trajectories 20 are in the right half of 9 shown. The working layers indicate the parameter combination 8 (A) an extremely inhomogeneous wear according to equation (8) ( 10 (A) ) on. For the lower working layer is close to the inner edge of a sharply defined area 27 with extremely high local wear and a wider area 25 with some increased wear relative to wear 26 the upper working shift. The difference between the wear of the working layers calculated for these selected process parameters is in 11 (A) shown ( 28 ).

Im Gegensatz dazu zeigt 8(B) eine erfindungsgemäße Wahl der Verfahrensparameter. Die erhaltene Abnutzung der oberen und unteren Arbeitsschicht (25 und 26) ist symmetrisch über den Radius der Arbeitsscheibe der Vorrichtung und nahezu identisch für obere und untere Arbeitsschicht (10(B)). Die Differenz 29 der Abnutzungen beider Arbeitsschichten ist über 100-mal geringer als bei in dem in 8(A) angegebenen Beispiel mit nicht erfindungsgemäßer Parameterwahl.In contrast, shows 8 (B) an inventive choice of process parameters. The obtained wear of the upper and lower working layer ( 25 and 26 ) is symmetrical over the radius of the working disk of the device and almost identical for upper and lower working layer ( 10 (B) ). The difference 29 The wear of both working shifts is over 100 times lower than in the in 8 (A) given example with not inventive parameter selection.

Das dritte und vierte erfindungsgemäße Verfahren erlauben die Herstellung von Halbleiterscheiben mit den oben beschriebenen Eigenschaften, wobei die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn die Anforderungen beider Verfahren gleichzeitig erfüllt werden.The third and fourth methods of the invention allow the production of semiconductor wafers having the above-described characteristics, the best results being achieved if the requirements of both methods are met simultaneously.

Beschreibung des fünften Verfahrens (nicht Gegenstand der Erfindung) Description of the fifth method (not the subject of the invention)

Im Folgenden wird das fünfte Verfahren beschrieben: Bei diesem Verfahren ist der Anteil des durch den im Zuge der Abnutzung der Arbeitsschicht freigesetzten Schleifmittels bewirkten Materialabtrag am gesamten Materialabtrag stets geringer als der Anteil des durch das fest in der Arbeitsschicht gebundene Schleifmittel bewirkten Materialabtrags.In the following, the fifth method is described: In this method, the proportion of the material removal caused by the abrasives released during the working layer is always lower than the proportion of material removal caused by the abrasively bonded abrasive in the working layer.

Dies wird neben einer geeigneten Wahl der mittleren Auflast der oberen Arbeitsscheibe insbesondere und vorzugsweise durch eine gleichmäßige Belastung der Arbeitsschicht über die gesamte Bahnkurve erreicht. Zu diesem Zweck ist es bevorzugt, die Temperatur im Arbeitsspalt gemäß dem ersten Verfahren konstant zu halten, um eine durch Temperaturänderungen bedingte Verformung der Arbeitsscheiben zu vermeiden. Dadurch ergibt sich ein über den gesamten Prozess und in jedem Punkt paralleler Arbeitsspalt zwischen den Arbeitsschichten der oberen und unteren Arbeitsscheibe, und die Arbeitsschichten werden von den während der Bearbeitung über sie hinweggeführten Halbleiterscheiben mit konstanter Kraft belastet. Ein struktureller Zusammenbruch der Kornbindung der Arbeitsschichten unter vorzeitigem Freisetzen unverbrauchten Schneidkorns („parasitäres Läppen”) infolge Überlast wird so genauso vermieden wie das ebenfalls unerwünschte Aussetzen eines gleichförmigen Materialabtrags von den Halbleiterscheiben infolge Unterlast („Einschnitt-Schwellkraft”).This is achieved in addition to a suitable choice of the average load of the upper working disk in particular and preferably by a uniform load of the working layer over the entire trajectory. For this purpose, it is preferable to keep the temperature in the working gap constant in accordance with the first method in order to avoid deformation of the working disks caused by temperature changes. This results in a working gap between the working layers of the upper and lower working disk that is parallel over the entire process and at each point, and the working layers are loaded with constant force by the semiconductor wafers passed over during processing. Structural collapse of the working layer's grain bonding with premature release of unconsumed cutting grain ("parasitic lapping") due to overload is avoided as well as the equally undesirable exposure of uniform material removal from the wafers due to underload ("cut-in").

Das dritte und vierte erfindungsgemäße Verfahren sind dazu geeignet, eine gleichmäßige Belastung und dadurch eine homogene Abnutzung der Arbeitsschichten zu erreichen. Durch die ungleichmäßigen Bearbeitungskräfte bei ungleichförmig abgenutzten Arbeitsschichten wird die Bindung der in den Arbeitsschichten enthaltenen Schleifstoffe lokal überlastet. Die Tücher verschleißen dann örtlich besonders schnell und setzen übermäßig unverbrauchtes Abrasiv frei. Es kommt zum sog. „parasitären Läppen”, d. h. einem Materialabtrag überwiegend durch freies Korn wie beim Läppen mit Läpp-Slurry. Dies kann durch Sicherstellung einer gleichmäßige Abnutzung der Arbeitsschichten vermieden werden, was zu Halbleiterscheiben mit einer deutlich geringeren Rauigkeit, einer geringeren Schädigungstiefe und einem reduzierten Randabfall führt.The third and fourth methods according to the invention are suitable for achieving uniform loading and thus homogeneous wear of the working layers. Due to the uneven machining forces in non-uniformly worn working layers, the binding of the abrasives contained in the working layers is locally overloaded. The wipes then wear very quickly locally and release excessively unconsumed abrasive. It comes to the so-called "parasitic lapping", d. H. a material removal mainly by free grain as in lapping with lapping slurry. This can be avoided by ensuring uniform wear of the working layers, resulting in semiconductor wafers having significantly less roughness, lower depth of damage, and reduced edge waste.

Darüber hinaus kann diese Anforderung auch durch eine homogene und wenig gespreizte Geschwindigkeitsverteilung erreicht werden, die wiederum vorzugsweise durch das zweite Verfahren erzielt wird. Die Materialabtragsrate variiert beim Schleifen nämlich infolge beispielsweise einer endlichen Einschnitt-Schwellkraft und infolge von Kühlschmiermittel- und Schleifschlamm-Transportphänomenen im Allgemeinen nicht notwendig proportional zu Druck und Geschwindigkeit der Schleifbewegung. Eine inhomogene oder gespreizte Geschwindigkeitsverteilung würde daher im Allgemeinen die Arbeitsschicht ungleichförmig belasten und zu einem ungleichmäßigen Materialabtrag und somit einer unerwünschten resultierenden Form der Halbleiterscheibe führen.In addition, this requirement can also be achieved by a homogeneous and little spread speed distribution, which in turn is preferably achieved by the second method. Namely, the material removal rate generally does not necessarily vary in proportion to the pressure and the speed of the grinding movement during grinding due to, for example, a finely-indenting swelling force and due to cooling lubricant and grinding slurry transporting phenomena. Therefore, an inhomogeneous or spread velocity distribution would generally unevenly stress the working layer and result in uneven material removal and thus unwanted resulting shape of the wafer.

Weiterhin ist es bevorzugt, eine ausreichende Durchflussmenge des Kühlschmiermittels zu wählen, die eine übermäßige Abnutzung der Arbeitsschichten vermeidet. Zu wenig Kühlschmiermittel führt zu lokaler Erwärmung der Arbeitsschicht und damit Überlastung von Schleifkorn (Verlust der Schnittfähigkeit), Kornbindung oder infolge Wärmeausdehnung und Druckanstieg ungleichförmiger Abnutzung. Zu viel Kühlschmiermittel führt zu einem teilweisen Aufschwimmen der Halbleiterscheiben („Aqua-Planing”) und somit ebenfalls zu einer Beeinträchtigung der Gleichförmigkeit des Materialabtrags.Furthermore, it is preferred to choose a sufficient flow rate of the cooling lubricant, which avoids excessive wear of the working layers. Too little coolant results in localized heating of the working layer and thus overloading of abrasive grain (loss of cutting ability), grain bonding or due to thermal expansion and pressure increase of non-uniform wear. Too much cooling lubricant leads to a partial floating of the semiconductor wafers ("Aqua-Planing") and thus also to a deterioration of the uniformity of the material removal.

Insbesondere ist auch bevorzugt, dass die Dickenabnahme der Arbeitsschicht infolge Abnutzung während eines Schleifvorgangs weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 2% der Dickenabnahme der Halbleiterscheiben während des Schleifvorgangs beträgt.In particular, it is also preferred that the thickness decrease of the working layer as a result of wear during a grinding process is less than 10%, particularly preferably less than 2%, of the thickness decrease of the semiconductor wafers during the grinding process.

Jedes der fünf Verfahren trägt dazu bei, eine Halbleiterscheibe (die nicht Gegenstand der Erfindung ist) mit den oben beschriebenen Eigenschaften herzustellen. Besonders vorteilhafte Eigenschaften der Halbleiterscheibe ergeben sich jedoch, wenn man die Erfordernisse mehrerer oder im Idealfall aller Verfahren gleichzeitig erfüllt (was nicht Gegenstand der Erfindung ist).Each of the five methods helps to produce a semiconductor wafer (not part of the invention) having the characteristics described above. However, particularly advantageous properties of the semiconductor wafer are obtained if one meets the requirements of several or, ideally, all methods simultaneously (which is not the subject of the invention).

Bevorzugte AusführungsformenPreferred embodiments

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, die für alle erfindungsgemäßen Verfahren gültig sind:
Als in den Arbeitsschichten gebundenes Schleifmittel ist ein Hartstoff mit einer Mohs-Härte ≥ 6 bevorzugt. Mögliche, im Stand der Technik bekannte Schleifstoffe sind Diamant, Siliciumcarbid (SiC), Cerdioxid (CeO2), Korund (Aluminiumoxid, Al2O3), Zirkondioxid (ZrO2), Bornitrid (BN; kubisches Bornitrid, CBN), ferner Siliciumdioxid (SiO2), Borcarbid (B4C) bis hin zu wesentlich weicheren Stoffen wie Bariumcarbonat (BaCO3), Calciumcarbonat (CaCO3) oder Magnesiumcarbonat (MgCO3). Besonders bevorzugt sind jedoch Diamant, Siliciumcarbid (SiC) und Aluminiumoxid (Al2O3; Korund).
In the following, preferred embodiments are described which are valid for all methods according to the invention:
As the abrasive bonded in the working layers, a hard material having a Mohs hardness ≥ 6 is preferable. Possible abrasives known in the art include diamond, silicon carbide (SiC), ceria (CeO 2 ), corundum (alumina, Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), boron nitride (BN, cubic boron nitride, CBN) Silicon dioxide (SiO 2 ), boron carbide (B 4 C) to much softer substances such as barium carbonate (BaCO 3 ), calcium carbonate (CaCO 3 ) or magnesium carbonate (MgCO 3 ). However, particularly preferred are diamond, silicon carbide (SiC) and alumina (Al 2 O 3 , corundum).

Die mittlere Korngröße des Schleifmittels sollte unter 9 μm liegen. Die bevorzugte Größe der in den Arbeitsschichten gebundenen Schleifkörner beträgt im Fall von Diamant als Schleifmittel im Mittel 0,1 bis 9 μm und besonders bevorzugt 0,1 bis 6 μm. Die Diamanten sind bevorzugt einzeln oder als Konglomerate („cluster”) in der Bindungsmatrix der Arbeitsschicht eingebunden. Im Fall einer Konglomeratbindung beziehen sich die als bevorzugt angegebenen Korndurchmesser auf die Primärteilchengröße der Cluster-Konstituenten.The mean grain size of the abrasive should be less than 9 μm. The preferred size of the abrasive grains bonded in the working layers is on average 0.1 to 9 μm and more preferably 0.1 to 6 μm in the case of diamond abrasive. The diamonds are preferably incorporated individually or as conglomerates ("clusters") in the binding matrix of the working layer. In the case of a conglomerate bond, the preferred grain diameters are the primary particle size of the cluster constituents.

Bevorzugt werden Arbeitsschichten mit keramischer Bindung eingesetzt, besonders bevorzugt ist eine Kunstharzbindung; im Fall von Arbeitsschichten mit Konglomeraten auch ein hybridgebundenes System (keramische Bindung innerhalb der Konglomerate und Kunstharz-Bindung zwischen Konglomeraten und Arbeitsschicht-Matrix).Working layers with a ceramic bond are preferably used; a synthetic resin bond is particularly preferred; in the case of working layers with conglomerates, also a hybrid bonded system (ceramic bond within the conglomerates and resin bond between conglomerates and working layer matrix).

Die Härte der Arbeitsschicht beträgt bevorzugt mindestens 80 Shore A. Besonders bevorzugt ist die Arbeitsschicht mehrlagig aufgebaut, wobei die Ober- und die Unterlage unterschiedliche Härten aufweisen, so dass Punktelastizität und langwellige Nachgiebigkeit der Arbeitsschicht unabhängig voneinander den Verfahrenserfordernissen angepasst werden können.The hardness of the working layer is preferably at least 80 Shore A. Particularly preferably, the working layer is constructed in multiple layers, wherein the top and bottom have different hardness, so that point elasticity and long-term compliance of the working layer can be adjusted independently of the process requirements.

Vor der ersten Verwendung einer Arbeitsschicht werden die in der Arbeitsschicht eingebundenen Schleifstoffe vorzugsweise durch Abtragen der obersten Schicht freigelegt, um sie für den Schleifvorgang nutzbar zu machen. Diese Initialschärfung wird beispielsweise mit Hilfe von Schleifsteinen oder Messern durchgeführt, die vorzugsweise auf speziell modifizierten Läuferscheiben montiert sind und ähnlich wie im erfindungsgemäßen Verfahren selbst mittels der Abwälzvorrichtung über die beiden Arbeitsscheiben geführt werden. Die Initialschärfung wird im Englischen auch als „dressing” bezeichnet.Before the first use of a working layer, the abrasives incorporated in the working layer are preferably exposed by removing the uppermost layer in order to utilize them for the grinding process. This initial sharpening is carried out, for example, with the aid of grindstones or knives, which are preferably mounted on specially modified carriers and, similar to the method according to the invention, are guided over the two working disks by means of the rolling device. Initial sharpening is also called "dressing" in English.

Bevorzugt erfolgt das Schärfen („dressing”) mit Schleifsteinen, die Schleifkorn enthalten, das eine ähnliche Korngröße aufweist wie das Schleifmittel in den Arbeitsschichten. Diese „Schärfsteine” können beispielsweise ringförmig und in einen außenverzahnte Mitnehmerring eingefügt sein, so dass sie mittels der Abwälzvorrichtungen der Schleifmaschine auf geeignete Weise zwischen der oberen und unteren Arbeitsschicht entlang geführt werden können. Bevorzugt überstreichen die Schärfsteine während des Abrichtens die gesamte Fläche der Arbeitsschichten und laufen besonders bevorzugt sogar zeitweilig oder auch ständig etwas über deren Rand hinaus. Bevorzugt ist das Schleifkorn so im Schärfstein gebunden, dass der Verschleiß der Schärfsteine noch einen wirtschaftlichen Schärfbetrieb erlaubt, sich aber während des Schärfprozesses stets mindestens eine Lage losen Schärfstein-Korns in der Arbeitszone zwischen Schärfstein- und Arbeitsschicht-Oberfläche befindet, so dass das Schärfen überwiegend durch freies (ungebundenes) Korn erfolgt.Preferably, the dressing is done with grindstones containing abrasive grain having a similar grain size to the abrasive in the working layers. These "sharpening stones" may, for example, be inserted annularly and into an externally toothed driving ring, so that they can be guided by means of the rolling devices of the grinding machine in a suitable manner between the upper and lower working layers. The sharpening stones preferably coat the entire surface of the working layers during the dressing, and particularly preferably run even temporarily or constantly beyond their edge. Preferably, the abrasive grain is bonded in the sharpening stone that the wear of the sharpening still allows economic sharpening operation, but during the sharpening always at least one layer of loose sharpening stone grain is in the working zone between sharpening stone and working surface, so that sharpening predominantly done by free (unbound) grain.

Es hat sich nämlich gezeigt, dass der Schärfprozess eine gestörte oberflächennahe Schicht in der Arbeitsschicht erzeugt, deren Tiefe etwa die Ausdehnung des Schärfkorns hat. Ein Schärfstein mit zu grobem Korn prägt daher der Arbeitsschicht eine Struktur auf, die vom Korn des Schärfsteins und nicht von den Eigenschaften der Arbeitsschicht gekennzeichnet ist. Dies ist unvorteilhaft für das gewünschte möglichst gleichförmige Selbstschärfen der Arbeitsschicht im nachfolgenden Schleifbetrieb. Ein zu feiner Schärfstein liefert zu geringen Materialabtrag und führt zu einem unwirtschaftlichen Schärfvorgang. Schließlich hat sich gezeigt, dass ein Schärfen überwiegend durch freies Schärfkorn infolge der Abwälzbewegung des Schärfkorns bei der Schärfbewegung weniger gerichtete Kräfte auf die Arbeitsschicht ausübt als ein Schärfen mit überwiegend festem Schärfkorn und eine zwar rauere, aber besonders isotrope geschärfte Arbeitsschicht resultiert.It has been shown that the sharpening process produces a disturbed near-surface layer in the working layer whose depth has approximately the extent of the sharpening grain. A sharpening stone with too coarse grain therefore imposes a structure on the working layer, which is characterized by the grain of the sharpening stone and not by the properties of the working layer. This is unfavorable for the desired uniform self-sharpening of the working layer in the subsequent grinding operation. Too fine sharpening stone provides too little material removal and leads to an uneconomical sharpening process. Finally, it has been found that sharpening predominantly by free sharpening grain as a result of the rolling motion of the sharpening grain during the sharpening movement exerts less directed forces on the working layer than sharpening with predominantly solid sharpening grain and although a rougher, but particularly isotropic sharpened working layer results.

Bevorzugt wird zum Schärfen oder Abrichten der Arbeitsschicht ein Korn verwendet, das weicher ist als das in der Arbeitsschicht verwendete Schleifkorn. Besonders bevorzugt ist das Schärfkorn aus Korund (Al2O3).Preferably, a grain that is softer than the abrasive grain used in the working layer is used for sharpening or dressing the working layer. Particularly preferred is the sharpening grain of corundum (Al 2 O 3 ).

Im erfindungsgemäßen Betrieb gemäß dem beanspruchten Verfahren werden bei geeigneter Wahl von Arbeitsschicht und Maschinenparametern durch fortwährende Abnutzung der Arbeitsschicht stumpf gewordene Schleifstoffreste entfernt und ständig neue, schnittfreudige Schleifstoffe freigelegt. Dadurch ist ein Dauerbetrieb bis zur vollständigen Abnutzung der Arbeitsschichten möglich. Diese Betriebsbedingung ohne zwischenzeitlichen Nachschärf-Eingriff wird als „selbstschärfendes Arbeiten” der Arbeitsschichten bezeichnet und ist besonders bevorzugt. Das Eingreifen der an der Oberfläche der Arbeitsschichten exponierten Körner in die Oberfläche der Halbleiterscheiben und der durch die Relativbewegung von Arbeitschicht und Halbleiterscheiben erfolgende Materialabtrag wird technisch als „Vielkorn-Schleifen mit geometrisch unbestimmter Schneide” bezeichnet.In the operation of the invention according to the claimed method with a suitable choice of working layer and machine parameters by continuous wear of the working layer dulled abrasive residues are removed and constantly exposed new, cut-friendly abrasives. As a result, a continuous operation until the wear of the working layers is completely possible. This operating condition without intermediate re-sharpening operation is referred to as "self-sharpening working" of the working layers and is particularly preferred. The intervention of the exposed on the surface of the working layers grains in the surface of the semiconductor wafers and taking place by the relative movement of the working layer and semiconductor wafers material removal is technically referred to as "multi-grain loops with geometrically undefined cutting edge".

Bevorzugt wird das Schleifen so betrieben, dass die gewählten Geschwindigkeiten der Antriebe der Schleifvorrichtung zu möglichst ebenen Halbleiterscheiben führen. Aufgrund der kinematischen Kopplung von Werkzeug- und Werkstück-Bewegung („Planetengetriebe”) kann dann die Bewegung der Arbeitsscheiben nicht mehr unabhängig gewählt werden. Insbesondere können Bewegungsabläufe auftreten, bei denen die Abnutzung der Arbeitsschichten nicht mehr vollständig homogen über ihre gesamte Fläche erfolgt. Die Arbeitsschichten verlieren also langsam ihre anfängliche Form, und es unter Umständen ein gelegentliches zwischenzeitliches Abrichten der Arbeitsschichten zur Wiederherstellung eines planparallelen Arbeitsspalts unumgänglich. Bevorzugt wird die Arbeitsschicht so gewählt, dass selbstschärfender Betrieb mit möglichst geringer Abnutzung erzielt wird, und die Antriebe so eingestellt, dass bei noch möglichst guter Form der Halbleiterscheibe eine möglichst gleichmäßige Belastung der Arbeitsschicht erfolgt, so dass derartige zwischenzeitliche Abrichtvorgänge möglichst selten erfolgen müssen. Für einen gewünschten TTV der Halbleiterscheibe von kleiner 1 μm gilt ein Betrieb noch als wirtschafltich, wenn höchstens nach jeder 20. Fahrt abgerichtet werden muss; für einen TTV kleiner 2, wenn höchstens nach jeder 50. Fahrt abgerichtet werden muss. Preferably, the grinding is operated so that the selected speeds of the drives of the grinding device lead to flat as possible semiconductor wafers. Due to the kinematic coupling of tool and workpiece movement ("planetary gear"), the movement of the working disks can then no longer be selected independently. In particular, motion sequences may occur in which the wear of the working layers no longer takes place completely homogeneously over their entire surface. Thus, the work shifts slowly lose their initial shape, and it may be necessary to occasionally dress the work shifts to restore a plane-parallel working gap. Preferably, the working layer is chosen so that self-sharpening operation is achieved with the least possible wear, and the drives set so that even the best possible shape of the wafer as uniform as possible loading of the working layer takes place, so that such interim dressing operations must be as rare as possible. For a desired TTV of the semiconductor wafer of less than 1 μm, operation is still regarded as economic, if at most every 20th journey requires training; for a TTV smaller than 2, if at most after every 50th journey must be trained.

Weiterhin ist bevorzugt, dass der Materialabtrag durch überwiegend flächigen Eingriff der Arbeitsschicht bewirkt wird. Unter „flächigem Eingriff” sei verstanden, dass der Teil der Fläche der Arbeitsschicht, der sich tatsächlich im Mittel während der Schleifbearbeitung im Kontakt mit der Halbleiterscheibe befindet, deutlich größer ist als die Kontaktfläche des Schleifbelags einer Topfschleifscheibe bei der Bearbeitung mittels eines konventionellen Topfschleifscheiben-Schleifenprozesses, beispielsweise DDG oder SSG. (Beim DDG macht die Kontaktfläche des Schleifbelags der Topfschleifscheibe im Eingriff etwa 0,5% bis 3% der Fläche der Halbleiterscheibe aus; beim SSG sind dies etwa 0,5% bis 5%.) Bevorzugt liegt beim erfindungsgemäßen Verfahren der Anteil bei größer 5% und besonders bevorzugt bei 10% bis 80%.Furthermore, it is preferred that the material removal is effected by predominantly surface engagement of the working layer. By "surface engagement" is meant that the portion of the surface of the working layer that is actually in contact with the wafer during grinding is significantly larger than the contact surface of the abrasive coating of a cup grinding wheel when processed by a conventional cup grinding wheel grinding process , for example, DDG or SSG. (In the case of the DDG, the contact surface of the abrasive coating of the cup grinding wheel makes about 0.5% to 3% of the surface of the semiconductor wafer, in SSG this is about 0.5% to 5%.) Preferably, in the process according to the invention the proportion is greater than 5 % and more preferably 10% to 80%.

Bevorzugt ist auch, dass die in Kontakt mit den Arbeitsschichten gelangenden Teile der Läuferscheiben kein Metall enthalten. Die Läuferscheiben sind vorzugsweise aus einem vollständig metallfreien Material, beispielsweise einem keramischen Material, hergestellt. Es sind aber auch Läuferscheiben mit einem Kern aus beispielsweise Stahl oder Edelstahl, die mit einer nicht-metallischen Beschichtung überzogen sind, bevorzugt. Eine solche Beschichtung besteht vorzugsweise aus thermoplastischen Kunststoffen, Keramik oder organisch-anorganischen Hybridpolymeren wie beispielsweise Ormocer® (einer Silikatverbindung), Diamant („diamond-like carbon”, DLC), ersatzweise aber auch aus einer Hartverchromung oder Nickel-Phosphor-Beschichtung.It is also preferable that the parts of the carriers that come into contact with the working layers do not contain any metal. The carriers are preferably made of a completely metal-free material, for example a ceramic material. However, it is also preferred rotor wheels with a core of steel or stainless steel, for example, which are coated with a non-metallic coating. Such a coating is preferably made of thermoplastic plastics, ceramics, or organic-inorganic hybrid polymers, such as Ormocer ® (a silicate compound), diamond ( "diamond-like carbon", DLC), but alternatively also consist of a hard chrome plating or nickel-phosphorus coating.

Im Fall von Läuferscheiben aus Metall bzw. mit einem Metallkern sind die Wandungen der Aussparungen zur Aufnahme der Halbleiterscheiben bevorzugt mit einem keramischen Material ausgekleidet, sodass kein direkter Kontakt zwischen der Halbleiterscheibe und dem Metall der Läuferscheibe entsteht.In the case of carriers made of metal or with a metal core, the walls of the recesses for receiving the semiconductor wafers are preferably lined with a ceramic material, so that no direct contact between the semiconductor wafer and the metal of the rotor disc is formed.

Bevorzugt sind die Aussparungen zur Aufnahme der Halbleiterscheiben in den Läuferscheiben derart exzentrisch bezüglich des Zentrums der jeweiligen Läuferscheibe angebracht, dass der Mittelpunkt der Läuferscheibe außerhalb der Fläche der Halbleiterscheiben liegt. Beispielsweise ist dies bei der Bearbeitung von Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm eine Exzentrizität von mehr als 150 mm relativ zum Zentrum der Läuferscheibe. Eine Läuferscheibe hat bevorzugt drei bis acht Aussparungen für Halbleiterscheiben. Während eines Schleifvorgangs befinden sich vorzugsweise fünf bis neun Läuferscheiben gleichzeitig in der Schleifmaschine.Preferably, the recesses for receiving the semiconductor wafers are mounted in the carriers such eccentric with respect to the center of the respective rotor, that the center of the rotor is outside the surface of the semiconductor wafers. For example, when processing semiconductor wafers having a diameter of 300 mm, this is an eccentricity of more than 150 mm relative to the center of the carrier. A rotor disk preferably has three to eight recesses for semiconductor wafers. During a grinding operation, preferably, five to nine carriers are simultaneously in the grinding machine.

Für den Betrag s .(t) = v(t) = |v ⇀(t)| der Bahngeschwindigkeit

Figure 00320001
mit der sich beliebige Aufpunkte 18 der Halbleiterscheiben 15 über die Arbeitsscheiben 1 und 4 bewegen, ist ein Bereich von 0,02 bis 100 m/s bevorzugt und ein Bereich von 0,02 bis 10 m/s besonders bevorzugt. Aufgrund der Einschränkungen, die beispielsweise die in DE10007390A1 beschriebene geeignete Vorrichtung bezüglich der realisierbaren Drehzahlen der Hauptantriebe aufweist und die typisch für nach dem Stand der Technik verfügbare, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtungen ist, ist ein Bereich von 0,2 bis 6 m/s für die Bahngeschwindigkeit besonders bevorzugt.For the amount s (t) = v (t) = | v ⇀ (t) | the web speed
Figure 00320001
with which arbitrary Aufpunkte 18 of the semiconductor wafers 15 over the work disks 1 and 4 a range of 0.02 to 100 m / s is preferable, and a range of 0.02 to 10 m / s is particularly preferable. Due to the limitations of, for example, the in DE10007390A1 A suitable range of speeds from 0.2 to 6 m / s for the web speed is particularly preferred, as described for suitable devices known in the art and suitable for carrying out the method of the invention.

Der Druck, mit dem die Arbeitsschichten während der Bearbeitung gegen die Halbleiterscheiben gepresst werden, und die Bahngeschwindigkeit der Halbleiterscheiben über die Arbeitsschichten werden während des Hauptlastschritts vorzugsweise so gewählt, dass die Gesamtabtragsrate, d. h. die Summe der Abtragsraten auf beiden Seiten der Halbleiterscheiben 2 bis 60 μm/min beträgt. Unter Hauptlastschritt ist die Bearbeitungsphase zu verstehen, innerhalb derer der größte Anteil am Gesamtabtrag der gesamten Schleifbehandlung bewirkt wird, wobei als Bearbeitungsphase wiederum ein Zeitabschnitt zu verstehen ist, während dessen alle Verfahrensparameter konstant bleiben. In der Regel ist der Hauptlastschritt die Bearbeitungsphase mit dem höchsten Druck oder der anteilig längsten Dauer oder beidem. Im Fall einer Arbeitsschicht mit Schleifkörnern aus Diamant mit einer mittleren Größe von 3 bis 15 μm ist eine Abtragsrate zwischen 2,5 und 25 μm/min besonders bevorzugt.The pressure with which the working layers are pressed against the semiconductor wafers during processing and the web speed of the wafers over the working layers are preferably selected during the main load step such that the total removal rate, ie the sum of the removal rates on both sides of the semiconductor wafers is 2 to 60 μm / min. The main load step is to be understood as meaning the processing phase within which the greatest proportion of the total removal of the entire grinding treatment is effected, whereby the processing phase is again a period of time during which all process parameters remain constant. As a rule, the main load step is the processing phase with the highest pressure or the proportionately longest duration or both. In the case of a working shift with Diamond abrasive grains with a mean size of 3 to 15 μm, a removal rate between 2.5 and 25 μm / min is particularly preferred.

Für den Druck, den die Arbeitsscheiben während des Hauptlastschritts auf die Halbleiterscheiben ausüben, ist ein Bereich von 0,007 bis 0,5 bar bevorzugt und ein Bereich von 0,012 bis 0,3 bar besonders bevorzugt. Für diese Angabe ist der Druck auf die Gesamtfläche der zur Bearbeitung in der Vorrichtung befindlichen Halbleiterscheiben bezogen und nicht auf die effektive Kontaktfläche zwischen Arbeitsschicht und Halbleiterscheiben.For the pressure exerted by the working wheels on the semiconductor wafers during the main load step, a range of 0.007 to 0.5 bar is preferred, and a range of 0.012 to 0.3 bar is particularly preferred. For this indication, the pressure is based on the total area of the semiconductor wafers for processing in the device and not on the effective contact area between working layer and semiconductor wafers.

Weiterhin ist eine gegensinnige Drehung der Arbeitsscheiben in Bezug auf die mittlere Umlaufgeschwindigkeit der Läuferscheiben während des Hauptlastschritts der Bearbeitung bevorzugt.Furthermore, an opposite rotation of the working wheels with respect to the average rotational speed of the carriers during the main load step of processing is preferred.

Zusätzlich ist besonders bevorzugt, dass die Drucke, Drehzahlen und damit Bahngeschwindigkeiten für die verschiedenen Bearbeitungsphasen unterschiedliche Werte annehmen. Schließlich ist auch besonders bevorzugt, dass in bestimmten Niederdruck-Bearbeitungsphasen („Ausfeuer”- oder „spark out”-Phasen) die Arbeitsscheiben gleichsinnig rotieren. Eine solche Ausfeuer-Phase ist insbesondere ganz am Ende der gesamten Schleifbehandlung sinnvoll und daher bevorzugt.In addition, it is particularly preferred that the prints, speeds and thus web speeds assume different values for the different processing phases. Finally, it is also particularly preferred that in certain low-pressure processing phases ("Ausfeuer" or "spark out" phases) the working disks rotate in the same direction. Such a Ausfeuer phase is particularly useful at the very end of the entire grinding treatment and therefore preferred.

Das im Rahmen der erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Kühlschmiermittel besteht bevorzugt aus einer wasser-basierten Mischung einer oder mehrerer der im Folgenden genannten Stoffe: Viskositätsmodifizierende Zusätze, insbesondere viskositätserhöhende Zusätze wie beispielsweise Glykole, z. B. kurz- oder längerkettige Polyethylenglykole, Alkohole, Sole oder Gele (z. B. Zusätze von hochdisperser Kieselsäure) und ähnliche Stoffe, die als Kühlmittel oder Schmiermittel bekannt sind. Ferner sind pH-Wert-modifizierende Zusätze wie Säuren, Laugen und zusammengesetzte Pufferlösungen bevorzugt. Besonders bevorzugt sind alkalische Zusätze wie Kaliumhydroxid (KOH), Kaliumcarbonat (K2CO3), Tetramethylammoniumhydroxid (N(CH3)4OH), Tetrametyhlammoniumcarbonat (N(CH3)4CO3), Ammoniumhydroxid (NH4OH) und Natriumhydroxid (NaOH). Der pH-Wert des Kühlschmiermittels liegt vorzugsweise im Bereich 7,0 bis 12,5. Ferner können Komplexbildner zugesetzt werden, insbesondere solche, die Kupfer-Komplexe bilden. Ein besonders bevorzugtes Kühlschmiermittel ist aber auch reines Wasser ohne jeglichen Zusatz.The cooling lubricant used in the process of the invention preferably consists of a water-based mixture of one or more of the substances mentioned below: Viscosity-modifying additives, in particular viscosity-increasing additives such as glycols, for. Example, short or longer chain polyethylene glycols, alcohols, sols or gels (eg., Additions of fumed silica) and similar substances that are known as coolants or lubricants. Further, pH modifying additives such as acids, bases, and composite buffer solutions are preferred. Particularly preferred are alkaline additives such as potassium hydroxide (KOH), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), tetramethylammonium hydroxide (N (CH 3 ) 4 OH), tetramethylammonium carbonate (N (CH 3 ) 4 CO 3 ), ammonium hydroxide (NH 4 OH) and sodium hydroxide (NaOH). The pH of the cooling lubricant is preferably in the range 7.0 to 12.5. Furthermore, complexing agents can be added, in particular those which form copper complexes. A particularly preferred coolant but is also pure water without any addition.

Die dem Arbeitsspalt über die Durchführung in der oberen Arbeitsscheibe zugeführten Mengen an Kühlschmiermittel liegen bevorzugt im Bereich zwischen 0,2 und 50 l/min und besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 20 l/min. Die angegebenen Werte sind über eine komplette Schleifbehandlung gemessene Mittelwerte und beziehen sich auf ca. 1,5 m2 effektive Arbeitsscheiben-Oberfläche, wie sie beispielsweise die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete, in DE10007390A1 offenbarte Vorrichtung aufweist.The amounts of cooling lubricant supplied to the working gap via the passage in the upper working disk are preferably in the range between 0.2 and 50 l / min and more preferably between 0.5 and 20 l / min. The values given are average values measured by means of a complete grinding treatment and relate to approximately 1.5 m 2 of effective working disk surface, such as, for example, those suitable for carrying out the method according to the invention DE10007390A1 has disclosed device.

Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren für die Bearbeitung von Halbleiterscheiben aus einkristallinem Silicium mit einem Durchmesser von größer oder gleich 100 mm, besonders bevorzugt mit einem Durchmesser von 300 mm oder größer, eingesetzt. Die bevorzugte Anfangsdicke vor der Bearbeitung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt 500 bis 1000 μm. Für Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm ist eine Anfangsdicke von 775 bis 950 μm besonders bevorzugt.The method according to the invention is preferably used for processing semiconductor wafers of monocrystalline silicon with a diameter of greater than or equal to 100 mm, particularly preferably with a diameter of 300 mm or greater. The preferred initial thickness before processing with the method according to the invention is 500 to 1000 microns. For silicon wafers having a diameter of 300 mm, an initial thickness of 775 to 950 μm is particularly preferred.

Die Halbleiterscheiben werden nach der Auftrennung des Halbleiterstabs in Scheiben (beispielsweise mittels einer Drahtsäge, Bandsäge oder Innenlochsäge) und vor der abschließenden Finish-Bearbeitung (beispielsweise mittels einer chemo-mechanischen Politur) mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet. Weitere Bearbeitungsschritte zwischen Trennen und dem erfindungsgemäßen Verfahren oder zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren und der abschließenden Finish-Bearbeitung können optional hinzugenommen werden, ohne die Eignung der beanspruchten Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Lösung der zugrunde liegenden Aufgabe zu beeinträchtigen. Dies können beispielsweise weitere mechanische, chemische oder chemo-mechanische Bearbeitungsschritte aus den Gruppen b), c) und d) des Bearbeitungsablaufs zur Herstellung von Halbleiterscheiben sein, wie sie im Stand der Technik (siehe oben) angegeben sind.The semiconductor wafers are processed after the separation of the semiconductor rod in slices (for example by means of a wire saw, band saw or Innenlochsäge) and before the final finish processing (for example by means of a chemo-mechanical polishing) by the method according to the invention. Further processing steps between separating and the method according to the invention or between the method according to the invention and the final finish processing can optionally be added without impairing the suitability of the claimed features of the inventive method for solving the underlying object. This may be, for example, further mechanical, chemical or chemo-mechanical processing steps from groups b), c) and d) of the processing sequence for the production of semiconductor wafers, as indicated in the prior art (see above).

Die Enddicke der Halbleiterscheiben nach Bearbeitung durch das erfindungsgemäße Verfahren beträgt bevorzugt 500 bis 950 μm und besonders bevorzugt 775 bis 870 μm. Der Gesamtabtrag, d. h. die Summe der Einzelabträge von beiden Seiten der Halbleitscheibe, beträgt bevorzugt 7,5 bis 120 μm und besonders bevorzugt 15 bis 90 μm.The final thickness of the semiconductor wafers after processing by the method according to the invention is preferably 500 to 950 μm and more preferably 775 to 870 μm. The total removal, d. H. the sum of the individual abrasions from both sides of the semiconductor wafer is preferably 7.5 to 120 μm and more preferably 15 to 90 μm.

Es ist bevorzugt, dem erfindungsgemäßen Schleifverfahren nach dem Auftrennen des Halbleiterstabs in Scheiben ein mechanisches Bearbeitungsverfahren gemäß dem Stand der Technik voranzuschicken.It is preferred to precede the grinding process of the invention by cutting a mechanical machining process according to the prior art after the semiconductor rod has been cut into slices.

Es ist ferner bevorzugt, dem erfindungsgemäßen Schleifverfahren vor der abschließenden Finish-Bearbeitung weitere Feinbearbeitungsverfahren gemäß dem Stand der Technik nachfolgen zu lassen. It is further preferred to allow the finishing process according to the invention to follow further finishing processes according to the prior art before the final finish machining.

Schließlich ist es bevorzugt, das erfindungsgemäße Schleifverfahren zwischen dem Stabtrennen und der Finish-Bearbeitung durch Vor- und Nachbearbeitungsschritte durch Verfahren gemäß dem Stand der Technik zu ergänzen.Finally, it is preferable to supplement the grinding method according to the invention between the bar cutting and the finish machining by pre- and post-processing steps by methods according to the prior art.

Besonders bevorzugt ist es, die Halbleiterscheiben direkt nach dem Auftrennen des Stabs dem erfindungsgemäßen Schleifverfahren und im Anschluss daran einer chemo-mechanischen Politur zu unterwerfen und darüber hinaus keine weiteren Material abtragenden Bearbeitungsschritte durchzuführen. Als Material abtragend sind insbesondere Ätzbehandlungen, Läppbehandlungen oder Schleifbehandlungen zu verstehen, bei denen die von den Halbleiterscheiben abgetragene Materialdicke größer als die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf den Halbleiterscheiben verbleibende Dickenvariation (TTV) ist. In diesem Sinne als nicht Material abtragende Schritte wie Reinigungs-, Ätz-, Schleif- oder Politurschritte mit Materialabträgen von weniger als die auf den erfindungsgemäß bearbeiteten Halbleiterscheiben verbleibende Dickenvariation (TTV), oder aber auch Mess-, Sortier- und nicht wesentlich die Fläche der Halbleiterscheiben verändernde Schritte wie beispielsweise eine Kantenverrundung oder -politur sollen dadurch nicht ausgeschlossen sein.It is particularly preferred to subject the semiconductor wafers directly after the separation of the rod to the grinding method according to the invention and subsequently to a chemo-mechanical polishing and moreover to carry out any further material-removing processing steps. In particular etching processes, lapping treatments or grinding treatments are to be understood as material, in which the material thickness removed by the semiconductor wafers is greater than the thickness variation (TTV) remaining on the semiconductor wafers according to the method of the invention. In this sense, as non-material-removing steps such as cleaning, etching, grinding or polishing steps with material removal of less than on the inventively processed semiconductor wafers remaining thickness variation (TTV), or even measuring, sorting and not significantly the surface of Semiconductor wafer-changing steps such as edge rounding or polishing should not be excluded.

Beschreibung der Halbleiterscheibe (nicht Gegenstand der Erfindung)Description of the semiconductor wafer (not the subject of the invention)

Ergebnis der Anwendung der beschriebenen Verfahren, insbesondere einer geeigneten Kombination einiger oder vorzugsweise aller Verfahren, ist eine Halbleiterscheibe mit einer geringen Dickenvariation, deren Restunebenheit nicht durch einen sog. „Schleifnabel” (lokale Dickenabnahme im Scheibenzentrum) oder einen sog. „Randabfall” (Dickenabnahme im Randbereich der Halbleiterscheibe) maßgeblich bestimmt ist und deren Oberfläche eine weitgehend isotrope, insbesondere nicht zentro- bzw. radialsymmetrische Verteilung der als Schleifriefen bezeichneten Bearbeitungsspuren und eine Rauigkeit von unter 70 nm RMS aufweist.Result of the application of the described method, in particular a suitable combination of some or preferably all methods, is a semiconductor wafer with a small thickness variation, the residual unevenness not by a so-called "loop" (local thickness decrease in the disk center) or a so-called "edge drop" (thickness decrease in the edge region of the semiconductor wafer) is decisively determined and whose surface has a largely isotropic, in particular not centro- or radially symmetric distribution of the processing marks designated as grinding marks and a roughness of less than 70 nm RMS.

Die Halbleiterscheibe hat insbesondere folgende vorteilhaften Eigenschaften:

  • – Ein isotropes Schliffbild, wobei Bereiche mit Schleifriefen, die parallel oder symmetrisch bezüglich eines Punkts oder einer Symmetrieachse zueinander verlaufen, weniger als 10% der gesamten Oberfläche der Halbleiterscheibe ausmachen. Die Bestimmung des Grades der Isotropie des Schliffbildes wird nachfolgend erläutert.
The semiconductor wafer in particular has the following advantageous properties:
  • An isotropic micrograph wherein areas of scorelines that are parallel or symmetrical with respect to a point or axis of symmetry make up less than 10% of the total surface area of the semiconductor wafer. The determination of the degree of isotropy of the micrograph will be explained below.

12 zeigt die aufaddierten (kumulierten) Längen der Schleifriefen auf einer Halbleiterscheibe je Winkelklasse als Maß der Isotropie der bearbeiteten Halbleiterscheibe (Histogramm in ebenen Polarkoordinaten). Die aufaddierten Längen sind auf die mittlere Schleifriefenlänge über alle Winkel normiert angegeben. 12(A) weist die weitgehend gleich verteilten, in Summe weitgehend gleich langen Bearbeitungsspuren 35 einer Halbleiterscheibe mit isotropem Schliffbild auf (Variation der kumulierten Schleifriefenlängen je Winkelklasse kleiner ±10% gegenüber der mittleren kumulierten Schleifriefenlänge über alle Winkel). 12(B) gibt das Schleifriefen-Histogramm 36 einer anisotropen Halbleiterscheibe wieder. Zur Ermittlung der Werte wird die Oberfläche einer Halbleiterscheibe visuell inspiziert und die auf jede Winkelklasse (hier: alle 15°; innerhalb ±7,5°) entfallende Anzahl, multipliziert mit der Länge der Schleifriefen ermittelt. Da bei Schleifverfahren die Größe und Tiefe der Schleifriefen den Abmessungen des verwendeten Schleifkorns ähneln, ist ein solches Verfahren weitgehend ohne Mehrdeutigkeit durch Beiträge von sehr feinen oder sehr groben Riefen innerhalb der gegebenen Grenzen (±10%) verlässlich und praktikabel. Alternativ kann beispielsweise auch ein weniger aufwändiges winkelaufgelöstes Streulichtverfahren eingesetzt werden, bei dem der Glanz der Halbleiteroberfläche (außerspekular gestreutes Licht) winkelabhängig gemessen und dessen Winkelvariation als Maßzahl für die Isotropie der Oberfläche verwendet wird. Die Winkel sind relativ zum Notch der Halbleiterscheibe angegeben (Notch = 0°).

  • – Eine Dickenvariation von weniger als 1 μm auf der gesamten Halbleiterscheibe abzüglich eines Randausschlusses von 1 mm, wobei eine Dickenvariation von bis zu 50 nm oder sogar weniger erreichbar ist. Der Begriff „Dickenvariation” ist im Sinne des gebräuchlichen Parameters „TTV” (total thickness variation) zu verstehen.
  • – Eine auf einen am Rand der Halbleiterscheibe liegenden Bereich mit einer Breite von 1/10 des Durchmessers der Halbleiterscheibe entfallende Dickenvariation von weniger als 0,7 μm, wobei auch Werte von 50 nm oder weniger erreichbar sind. Die Halbleiterscheibe weist somit keinen nennenswerten Randabfall auf.
  • – Eine auf einen im Zentrum der Halbleiterscheibe liegenden Bereich mit einem Durchmesser von 1/5 des Durchmessers der Halbleiterscheibe entfallende Dickenvariation von weniger als 0,3 μm, wobei auch Werte von 50 nm oder weniger erreichbar sind. Die Halbleiterscheibe weist somit keinen nennenswerten Schleifnabel auf.
  • – Einen Warp und einen Bow von jeweils weniger als 15 μm, wobei auch Werte von 1 μm oder weniger erreichbar sind. Der Parameter „Warp” ist gemäß ASTM F 1390 und DIN 50441-5 definiert, der Parameter „Bow” gemäß ASTM F 534 and DIN 50441-5.
  • – Eine RNS-Rauigkeit von weniger als 70 nm, wobei auch Werte von 1 nm oder weniger erreichbar sind. Die angegebenen Werte beziehen sich auf einen Korrelationslängen-Bereich von 1 μm bis 80 μm.
  • – Eine Tiefe der oberflächennahen Kristallschädigung von weniger als 10 μm und bis hin zu 0,2 μm und weniger.
12 shows the accumulated (cumulative) lengths of the grinding marks on a semiconductor wafer per angle class as a measure of the isotropy of the processed semiconductor wafer (histogram in plane polar coordinates). The added lengths are indicated normalized to the average grinding length over all angles. 12 (A) has the largely evenly distributed, in total largely the same length processing marks 35 a semiconductor wafer with an isotropic microsection (variation of the cumulative grinding distance lengths per angle class less than ± 10% compared to the mean accumulated grinding radius length over all angles). 12 (B) gives the sanding histogram 36 anisotropic semiconductor wafer again. To determine the values, the surface of a semiconductor wafer is visually inspected and the number attributable to each angle class (here: every 15 °, within ± 7.5 °) multiplied by the length of the grinding marks. Since in grinding processes the size and depth of the scorings are similar to the dimensions of the abrasive grit used, such a method is largely reliable and practicable, largely without ambiguity, by contributions of very fine or very coarse scores within the given limits (± 10%). Alternatively, for example, a less complex angle-resolved scattered light method can be used in which the gloss of the semiconductor surface (extra-specularly scattered light) is measured angle-dependent and whose angular variation is used as a measure of the isotropy of the surface. The angles are given relative to the notch of the semiconductor wafer (Notch = 0 °).
  • - A thickness variation of less than 1 micron on the entire semiconductor wafer minus an edge exclusion of 1 mm, with a thickness variation of up to 50 nm or even less achievable. The term "thickness variation" is to be understood in the sense of the common parameter "TTV" (total thickness variation).
  • A thickness variation of less than 0.7 μm attributable to a region lying at the edge of the semiconductor wafer with a width of 1/10 of the diameter of the semiconductor wafer, whereby values of 50 nm or less can also be achieved. The semiconductor wafer thus has no appreciable edge waste.
  • A thickness variation of less than 0.3 μm attributable to a region in the center of the semiconductor wafer with a diameter of 1/5 of the diameter of the semiconductor wafer, whereby values of 50 nm or less can also be achieved. The semiconductor wafer thus has no appreciable loop.
  • - A warp and a bow of less than 15 microns, with values of 1 micron or less can be achieved. The parameter "Warp" is defined according to ASTM F 1390 and DIN 50441-5, the parameter "Bow" according to ASTM F 534 and DIN 50441-5.
  • An RNA roughness of less than 70 nm, whereby values of 1 nm or less can also be achieved. The values given refer to a correlation length range of 1 μm to 80 μm.
  • - A depth of near-surface crystal damage of less than 10 microns and down to 0.2 microns and less.

BeispieleExamples

Für das Zustandekommen der im Folgenden beschriebenen Beispiele 1 bis 4 mit 4 bis 7 wurde eine Vorrichtung verwendet, deren für die Erfindung relevante Merkmale in DE10007389A1 beschrieben sind und die weiter oben bereits erläutert wurden (Poliermaschine Peter Wolters AC-1500P3). Für die nachfolgend angegebenen Beispiele wurden unterschiedliche „Trizact® Diamond Tile”-Glas-Schleiftücher als Arbeitsschichten verwendet, die von der Fa. 3M, USA, zur Verfügung gestellt wurden und beispielsweise in US6007407 beschrieben sind. Die Tücher sind rückseitig selbstklebend ausgestattet und wurden auf die Arbeitscheiben der Doppelseiten-Bearbeitungsvorrichtung geklebt. Die in den nachfolgenden Beispielen verwendeten Tücher waren mit Diamant als Abrasivum gefüllt. Die Korngrößenverteilung betrug 2–6 μm. Bei den in Beispielen 1, 3 und 4 verwendeten Tüchern war das Abrasivum fest gebunden; in Beispiel 2 jedoch lediglich lose, so dass der Schleifbelag schnell verschliss und als „Spender” für freies Korn im Eingriff mit den Werkstücken fungierte.For the conclusion of Examples 1 to 4 described below 4 to 7 a device was used whose features relevant to the invention in DE10007389A1 are described and have already been explained above (Polisher Peter Wolters AC-1500P3). For the examples described below different "Trizact ® Diamond Tile" were glass-grinding cloths used as work shifts, which were provided by the company. 3M, USA, and is available for example in US6007407 are described. The wipes are self-adhesive on the back and glued to the working disks of the double-side processing device. The cloths used in the following examples were filled with diamond abrasive. The particle size distribution was 2-6 microns. For the wipes used in Examples 1, 3 and 4, the abrasive was firmly bound; in Example 2, however, only loose so that the abrasive pad wore quickly and functioned as a "free-grain" dispenser in engagement with the workpieces.

Als Werkstücke wurden 300 mm Silicium-Einkristallscheiben mit Ausgangsoberfläche wie nach Trennen (Drahtsägen) erhalten verwendet. Sie hatten eine Ausgangsdicke von 915 μm. Der Materialabtrag betrug in allen Beispielen 90 μm, die Enddicke nach Bearbeitung also 825 μm. Die Halbleiterscheiben waren in Läuferscheiben aus glasfaser-verstärktem Epoxidharz (EP-GFK) eingelegt, die eine Anfangsdicke von 800 μm besaßen (Dickenabnahme durch Verschleiß), Die Beschickung bestand aus jeweils fünf Läuferscheiben mit je einer Halbleiterscheibe. Der Druck der Arbeitsscheiben während der Bearbeitung auf die Werkstücke betrug um 340 daN und wurde so erhöht oder erniedrigt, dass im Mittel Abtragsraten von 10–20 μm/min erzielt wurden.As workpieces, 300 mm single-crystal silicon disks having output surface as obtained after cutting (wire sawing) were used. They had a starting thickness of 915 μm. The material removal was in all examples 90 microns, the final thickness after machining so 825 microns. The semiconductor wafers were placed in carriers of glass-fiber reinforced epoxy resin (EP-GFRP), which had an initial thickness of 800 microns (thickness decrease due to wear), The feed consisted of five carriers, each with a semiconductor wafer. The pressure of the working wheels during machining on the workpieces was around 340 daN and was increased or decreased so that an average removal rates of 10-20 μm / min were achieved.

Als Kühlschmiermittel wurde Wasser verwendet (entionisiertes Reinstwasser), das mit einer Rate von zwischen 3 und 20 l/min über Bohrungen in der oberen Arbeitsscheibe dem Arbeitsspalt zugeführt wurde.Water was used as cooling lubricant (deionized ultrapure water), which was fed through the holes in the upper working disk to the working gap at a rate of between 3 and 20 l / min.

Beispiel 1example 1

4 zeigt das Dickenprofil einer Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silicium von 300 mm Durchmesser, die durch Bearbeitung mit einem erfindungsgemäßen Verfahren mit allen Merkmalen des ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Verfahrens erhalten wurde. Das Dickenprofil wurde durch Mittelung von 4 diametral verlaufenden Einzelmessungen unter 0°, 45°, 90° und 135° relativ zur Orientierungskennkerbe (engl. „notch”) der Halbleiterscheibe ermittelt. Die Dickenvariation über die gesamte Halbleiterscheibe (total thickness variation, TTV) wird unter Berücksichtigung aller gemessenen Dickenwerte ermittelt und beträgt in diesem Beispiel 0,62 μm. Die Dickenprofile wurden mit Hilfe einer kapazitiven Messmethode ermittelt, bei der ein Paar einander gegenüberstehender Messsonden die Abstände zur Vorder- und Rückseite der zwischen ihnen entlang geführten Halbleiterscheibe ermittelt. Der Randausschluss (nicht messbarer Randbereich der Halbleiterscheibe) beträgt 1 mm. H bezeichnet im Diagramm die Dicke der Halbleiterscheibe (in Mikrometern), ρ die Radialposition des jeweiligen Dickenmesswerts (in Millimetern). 4 shows the thickness profile of a semiconductor wafer of monocrystalline silicon of 300 mm diameter, which was obtained by processing with a method according to the invention with all features of the first, second, third, fourth and fifth method. The thickness profile was determined by averaging 4 diametrically running individual measurements at 0 °, 45 °, 90 ° and 135 ° relative to the orientation notch of the semiconductor wafer. The thickness variation over the entire semiconductor wafer (total thickness variation, TTV) is determined taking into account all measured thickness values and is 0.62 μm in this example. The thickness profiles were determined by means of a capacitive measuring method, in which a pair of opposing measuring probes determines the distances to the front and back of the semiconductor wafer guided between them. The edge exclusion (non-measurable edge area of the semiconductor wafer) is 1 mm. H in the diagram denotes the thickness of the semiconductor wafer (in microns), ρ the radial position of the respective thickness measurement value (in millimeters).

Beispiel 2Example 2

5 zeigt das Dickenprofil einer Halbleiterscheibe einer nicht erfindungsgemäß bearbeiteten Halbleiterscheibe. Der Materialabtrag von der Halbleiterscheibe wurde während der Bearbeitung überwiegend von freiem (ungebundenem) Korn bewirkt („parasitäres Läppen”). Aufgrund des zum vollflächigen Materialabtrag nötigen Transports des freien Korns vom freien Arbeitsspalt über den Rand der Halbleiterscheibe zu deren Zentrum und infolge des Verlusts der Schnittfreudigkeit des Korns auf diesem Weg (Verschleiß) tritt eine Verarmung an abtragsfähigem Korn vom Rand zum Zentrum der Halbleiterscheibe auf. Der Materialabtrag ist daher am Rand höher als im Zentrum der Halbleiterscheibe. Es resultiert eine konvexe Form der Halbleiterscheibe mit zum Rand hin abnehmender Dicke („Randabfall”) 24. Der TTV beträgt 1,68 μm. 5 shows the thickness profile of a semiconductor wafer of a semiconductor wafer not processed according to the invention. The removal of material from the semiconductor wafer was mainly caused by free (unbound) grain during processing ("parasitic lapping"). Due to the need for full surface material removal transport of the free grain from the free working gap over the edge of the wafer to the center and as a result of the loss of Schnittfrudigkeit the grain on this way (wear) occurs depletion of abtragsfähigem grain from the edge to the center of the semiconductor wafer. The material removal is therefore higher at the edge than in the center of the semiconductor wafer. The result is a convex shape of the semiconductor wafer with the edge decreasing thickness ("edge drop") 24. The TTV is 1.68 microns.

Beispiel 3Example 3

6 zeigt das Dickenprofil einer Halbleiterscheibe nach Bearbeitung mit einer für die erfindungsgemäße Durchführung des beanspruchten Verfahrens geeigneten Vorrichtung, jedoch mit verformten Arbeitsscheiben. 6 shows the thickness profile of a semiconductor wafer after machining with a device suitable for carrying out the claimed method according to the invention, but with deformed working disks.

Da die Arbeitsscheiben aus unterschiedlichen Materialen mit entsprechend unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zusammengesetzt sind, tritt stets eine gewisse unvermeidliche Verformung bei ungeeigneter Wahl der Temperatur aufgrund des „Bimetall-Effekts” auf. Ferner kann eine derartige Störung der Planparallelität durch zeitabhängigen Temperatureintrag während des Bearbeitungsablaufs selbst, beispielsweise durch die im Arbeitsspalt 30 verrichtete Spanarbeit (die zur Erwärmung führt) erfolgen; denn dadurch entsteht von der Bearbeitungszone 30 in die Arbeitsscheiben 1 und 4 hinein ein Temperaturgefälle, welches die Arbeitsscheiben (zeitabhängig) verformt. Die derart bearbeiteten Halbleiterscheiben weisen eine ausgeprägte Balligkeit 33 auf (hohe Dicke im Zentrums- und geringe Dicke im Randbereich).Since the working disks are composed of different materials with correspondingly different coefficients of thermal expansion, a certain unavoidable deformation always occurs in the case of an unsuitable choice of the temperature due to the "bimetallic effect". Furthermore, such a disturbance of the plane parallelism by time-dependent temperature entry during the machining process itself, for example, by the working gap 30 done chip work (which leads to heating) take place; because this results from the processing zone 30 in the work disks 1 and 4 into a temperature gradient, which deforms the working disks (time-dependent). The so processed wafers have a pronounced crown 33 on (high thickness in the center and small thickness in the edge area).

In dem in 6 gezeigten Beispiel waren während der Bearbeitung nur unzureichende Maßnahmen zum Konstanthalten der Temperatur im Arbeitsspalt getroffen worden (ungeeignete Wahl der Temperaturen des doppelten Kühlsystems der Arbeitsscheibe; keine ausreichende Steuerung von Temperatur und Menge des dem Arbeitsspalt zugeführten Kühlschmiermittels (Wasser). Der TTV der in diesem Beispiel erhaltenen Halbleiterscheibe beträgt 3,9 μm.In the in 6 In the example shown, during the processing, insufficient measures were taken to keep the temperature in the working gap constant (unsuitable choice of the double cooling system temperatures of the working disk, insufficient control of the temperature and amount of cooling lubricant supplied to the working gap.) The TTV in this example obtained semiconductor wafer is 3.9 microns.

Beispiel 4Example 4

7 zeigt das Dickenprofil einer Halbleiterscheibe nach Bearbeitung in einer Vorrichtung, mit erfindungsgemäß gleichförmiger Abnutzung der Arbeitschicht (Formkonstanz) und mit konstant gehaltener Temperatur und Arbeitsscheibenform, jedoch mit einer Kinematik, die nicht den Anforderungen des zweiten Verfahrens entsprach. Der Betrag der Differenz aus Eigendrehgeschwindigkeit der Läuferscheiben und Umlaufgeschwindigkeit der Läuferscheiben um das Zentrum der Abwälzvorrichtung war betragsmäßig etwas größer als der Betrag der Umlaufgeschwindigkeit der Läuferscheiben relativ zu den Arbeitsscheiben, so dass die Halbleiterscheiben bezüglich der einen Arbeitsscheibe Epitrochoiden und bezüglich der anderen Arbeitsscheibe Hypotrochoiden beschrieben. Da die in den Beispiel gewählten Antriebsgeschwindigkeiten zwar außerhalb, jedoch noch nahe am Bereich gemäß dem zweiten Verfahren lagen, resultiert ein noch recht guter TTV von 0,8 μm. 7 shows the thickness profile of a semiconductor wafer after processing in a device, with according to the invention uniform wear of the working layer (shape constancy) and kept constant temperature and working disk shape, but with a kinematics that did not meet the requirements of the second method. The amount of the difference between the rotational speed of the carriers and the rotational speed of the carriers around the center of the rolling device was somewhat larger than the amount of rotational speed of the carriers relative to the working disks, so that the wafers described epitrochoid with respect to one working disk and hypotrochoid with respect to the other working disk. Although the drive speeds selected in the example were outside, but still close to the range according to the second method, results in a rather good TTV of 0.8 microns.

Claims (2)

Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben, wobei jede Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzten Läuferscheiben liegt und dadurch auf einer zykloidischen Bahnkurve bewegt wird, wobei die Halbleiterscheiben zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben Material abtragend bearbeitet werden, wobei jede Arbeitsscheibe eine Arbeitsschicht umfasst, die gebundenes Schleifmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelgeschwindigkeiten σi und ωi so gewählt werden, dass der Betrag des Verhältnisses aus der Differenz der Beträge der theoretischen Abnutzung
Figure 00430001
der beiden Arbeitsschichten zum Mittelwert der Beträge der Abnutzung beider Arbeitsschichten für jede radiale Position r weniger als 1/1000 beträgt, wobei der Betrag der theoretischen Abnutzung einer jeden Arbeitsschicht gegeben ist durch
Figure 00430002
wobei a den Teilkreisradius der Umlaufbewegung der Läuferscheiben auf den Arbeitsscheiben um den Mittelpunkt der Abwälzvorrichtung; e den Abstand des momentan betrachteten Aufpunkts vom Mittelpunkt der entsprechenden Läuferscheibe; l(e) die innerhalb der Fläche der Halbleiterscheibe verlaufende Bogenlänge des Kreises mit Radius e um den Mittelpunkt der entsprechenden Läuferscheibe; r die radiale Position bezüglich des Mittelpunkts der Arbeitsscheiben; σi die Winkelgeschwindigkeit des Umlaufs der Läuferscheiben um den Mittelpunkt der Arbeitsscheiben; ωi die Winkelgeschwindigkeit der Eigendrehung der Läuferscheiben um ihre jeweiligen Mittelpunkte angibt, emin = max{0; eexz – R} und emax = eexz + R mit R = Radius der Halbleiterscheibe die untere und obere Grenze der Integration über e bezeichnen; eexz die Exzentrizität der Halbleiterscheibe in der Läuferscheibe und der Index i = o für die obere Arbeitsscheibe oder i = u für die untere Arbeitsscheibe angibt, ob die Winkelgeschwindigkeiten σi und ωi sich auf die obere oder die untere Arbeitsscheibe beziehen.
A method for simultaneous double-sided grinding of a plurality of semiconductor wafers, wherein each semiconductor wafer is freely movable in a recess of one of a plurality of carriers rotated by a rolling device and thereby moved on a cycloidal trajectory, wherein the semiconductor wafers are machined between two rotating working wheels material, each Working disk comprises a working layer containing bonded abrasive, characterized in that the angular velocities σ i and ω i are chosen so that the amount of the ratio of the difference of the amounts of theoretical wear
Figure 00430001
of the two working layers to the mean of the amounts of wear of both working layers for each radial position r is less than 1/1000, wherein the amount of theoretical wear of each working layer is given by
Figure 00430002
where a is the pitch radius of the orbital movement of the carriers on the working wheels around the center of the rolling device; e is the distance of the currently considered point from the center of the corresponding rotor; l (e) the arc length of the circle of radius e running within the surface of the semiconductor wafer around the center of the corresponding rotor disk; the radial position with respect to the center of the working disks; σ i is the angular velocity of the circulation of the carriers around the center of the working disks; ω i indicates the angular velocity of the spin of the carriers about their respective centers, e min = max {0; e exz - R} and e max = e exz + R where R = radius of the wafer denote the lower and upper limits of integration over e; e exz the eccentricity of the semiconductor wafer in the rotor disk and the index i = o for the upper working disk or i = u for the lower working disk indicates whether the angular velocities σ i and ω i relate to the upper or the lower working disk.
Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben, wobei jede Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzten Läuferscheiben liegt und dadurch auf einer zykloidischen Bahnkurve bewegt wird, wobei die Halbleiterscheiben zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben Material abtragend bearbeitet werden, wobei jede Arbeitsscheibe eine Arbeitsschicht umfasst, die gebundenes Schleifmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelgeschwindigkeiten σi und ωi so gewählt werden, dass für jede Arbeitsschicht der Betrag der theoretischen Abnutzung
Figure 00440001
für jede radiale Position r um weniger als 30% von der über die ganze Arbeitsschicht gemittelten theoretischen Abnutzung abweicht, wobei der Betrag der theoretischen Abnutzung einer jeden Arbeitsschicht gegeben ist durch
Figure 00440002
wobei a den Teilkreisradius der Umlaufbewegung der Läuferscheiben auf den Arbeitsscheiben um den Mittelpunkt der Abwälzvorrichtung; e den Abstand des momentan betrachteten Aufpunkts vom Mittelpunkt der entsprechenden Läuferscheibe; l(e) die innerhalb der Fläche der Halbleiterscheibe verlaufende Bogenlänge des Kreises mit Radius e um den Mittelpunkt der entsprechenden Läuferscheibe; r die radiale Position bezüglich des Mittelpunkts der Arbeitsscheiben; σi die Winkelgeschwindigkeit des Umlaufs der Läuferscheiben um den Mittelpunkt der Arbeitsscheiben; ωi die Winkelgeschwindigkeit der Eigendrehung der Läuferscheiben um ihre jeweiligen Mittelpunkte angibt, emin = max{0; eexz – R) und emax = eexz + R mit R = Radius der Halbleiterscheibe die untere und obere Grenze der Integration über e bezeichnen; eexz die Exzentrizität der Halbleiterscheibe in der Läuferscheibe und der Index i = o für die obere Arbeitsscheibe oder i = u für die untere Arbeitsscheibe angibt, ob die Winkelgeschwindigkeiten σi und ωi sich auf die obere oder die untere Arbeitsscheibe beziehen.
A method for simultaneous double-sided grinding of a plurality of semiconductor wafers, wherein each semiconductor wafer is freely movable in a recess of one of a plurality of carriers rotated by a rolling device and thereby moved on a cycloidal trajectory, wherein the semiconductor wafers are machined between two rotating working wheels material, each Working disk comprises a working layer containing bonded abrasive, characterized in that the angular velocities σ i and ω i are chosen so that the amount of theoretical wear for each working layer
Figure 00440001
for each radial position r differs by less than 30% from the theoretical wear averaged over the entire work shift, the amount of theoretical wear of each work shift being given by
Figure 00440002
where a is the pitch radius of the orbital movement of the carriers on the working wheels around the center of the rolling device; e is the distance of the currently considered point from the center of the corresponding rotor; l (e) the arc length of the circle of radius e running within the surface of the semiconductor wafer around the center of the corresponding rotor disk; the radial position with respect to the center of the working disks; σ i is the angular velocity of the circulation of the carriers around the center of the working disks; ω i indicates the angular velocity of the spin of the carriers about their respective centers, e min = max {0; e exz - R) and e max = e exz + R where R = radius of the wafer denote the lower and upper limits of integration over e; e exz indicates the eccentricity of the wafer in the carrier and the index i = o for the upper working disk or i = u for the lower working disk indicates whether the angular velocities σ i and ω i relate to the upper or the lower working disk.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012013637A1 (en) * 2012-07-09 2014-01-09 Iwis Motorsysteme Gmbh & Co. Kg Lantern planetary gear
CN104633044A (en) * 2013-11-08 2015-05-20 伊威斯发动机系统有限责任两合公司 Lantern-type gear unit

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19626396A1 (en) * 1995-07-03 1997-01-16 Mitsubishi Material Silicon Silicon wafer grinding machine - grinds front and back wafer faces simultaneously under temp. control
WO1999024218A1 (en) * 1997-11-06 1999-05-20 Rodel Holdings, Inc. Manufacturing a memory disk or semiconductor device using an abrasive polishing system, and polishing pad
US5958794A (en) * 1995-09-22 1999-09-28 Minnesota Mining And Manufacturing Company Method of modifying an exposed surface of a semiconductor wafer
DE19954355A1 (en) * 1999-11-11 2001-05-23 Wacker Siltronic Halbleitermat Polishing plate for lapping, grinding or polishing disc-shaped workpieces, e.g. silicon or silicon carbide substrate wafers, has its upper layer cut through by a cooling labyrinth
US20030054650A1 (en) * 2001-07-05 2003-03-20 Wacker Siltronic Gesellschaft Fur Halbleitermaterialien Ag Process for material-removing machining of both sides of semiconductor wafers
DE10142400A1 (en) * 2001-08-30 2003-03-27 Wacker Siltronic Halbleitermat Making semiconductor wafers, employs only single stage of mechanical grinding applied simultaneously to both sides

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19626396A1 (en) * 1995-07-03 1997-01-16 Mitsubishi Material Silicon Silicon wafer grinding machine - grinds front and back wafer faces simultaneously under temp. control
US5958794A (en) * 1995-09-22 1999-09-28 Minnesota Mining And Manufacturing Company Method of modifying an exposed surface of a semiconductor wafer
WO1999024218A1 (en) * 1997-11-06 1999-05-20 Rodel Holdings, Inc. Manufacturing a memory disk or semiconductor device using an abrasive polishing system, and polishing pad
DE19954355A1 (en) * 1999-11-11 2001-05-23 Wacker Siltronic Halbleitermat Polishing plate for lapping, grinding or polishing disc-shaped workpieces, e.g. silicon or silicon carbide substrate wafers, has its upper layer cut through by a cooling labyrinth
US20030054650A1 (en) * 2001-07-05 2003-03-20 Wacker Siltronic Gesellschaft Fur Halbleitermaterialien Ag Process for material-removing machining of both sides of semiconductor wafers
DE10142400A1 (en) * 2001-08-30 2003-03-27 Wacker Siltronic Halbleitermat Making semiconductor wafers, employs only single stage of mechanical grinding applied simultaneously to both sides

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Conditioning method development for 3M(TM) Trizact(TM) Diamond Tile fixed abrasives used in the finishing of brittle substrates; T. Fletcher, F. T. Gobena , V. Romero , B. Sventek a, & W. Schoenhofen; Presented at Optifab 2005, Rochester, New York, May 2, 2005 *
Conditioning method development for 3M™ Trizact™ Diamond Tile fixed abrasives used in the finishing of brittle substrates; T. Fletcher, F. T. Gobena , V. Romero , B. Sventek a, & W. Schoenhofen; Presented at Optifab 2005, Rochester, New York, May 2, 2005
Th. Ardelt, Berichte aus dem Produktionstechnischen Zentrum Berlin, Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik, IPK Berlin, 2001, ISBN 3-8167-5609-3 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012013637A1 (en) * 2012-07-09 2014-01-09 Iwis Motorsysteme Gmbh & Co. Kg Lantern planetary gear
CN104633044A (en) * 2013-11-08 2015-05-20 伊威斯发动机系统有限责任两合公司 Lantern-type gear unit

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