Rotational Grinding of Silicon Wafers

Obwohl das Rotationsschleifen essentieller Bestandteil moderner Prozessketten zur Fertigung monokristalliner Siliziumwafer mit Durchmessern von derzeit bis zu 300 mm ist, gelten wesentliche Relationen zwischen den Prozessein- und -ausgangsgrößen beim Rotationsschleifen als nicht oder kaum erforscht. Dies ist insofern bedeutsam, als dass die beim Schleifen induzierten Kristallschädigungen den Endbearbeitungsaufwand durch kostspielige, umweltschädliche und die Wafergeometrie negativ beeinflussende Ätzund Polieroperationen festlegen. Ursache für die Kristallschädigungen sind komplexe mechanische und thermische Belastungen des Materials während des Werkzeugeingriffes. Deren Kenntnis ist daher nicht nur von wissenschaftlicher, sondern auch unter Qualitäts- und Wirtschaftlichkeitsaspekten von Bedeutung. Die Erfassung der lokalen Kontaktzonenkräfte und -temperaturen galt bis dato aber als unpraktikabel. Als Begründung hierfür wurde stets die Verfahrenskinematik mit sich drehendem Wafer und die für übliche Messmittel fehlende Zugänglichkeit der Kontaktzone genannt. Hieraus leitet sich der Forschungsbedarf dieser Arbeit ab. Nach Charakterisierung der Waferrandzone und auftretenden Zerspanmechanismen wird die noch unbekannte Verteilung der Kristallschädigungen auf dem geschliffenen Wafer bestimmt und eingehend analysiert. Zur Ermittlung der Prozesskraftverteilung in der Kontaktzone wird ein Drei-Komponenten Kraftsensor unter ein Segment einer Topfschleifscheibe appliziert; die Segmenteingriffsverhältnisse bleiben dabei unverändert. Das instrumentierte Werkzeug ermöglicht es, sowohl den Einfluss der Kristallorientierung als auch der Prozessparameter auf die Bearbeitungskräfte zu erforschen. Anschließend gelingt es erstmals, die während des Rotationsschleifens in der Kontaktzone auftretenden Bearbeitungstemperaturen zu bestimmen. Prüfstandsversuche unter Nutzung der hohen Transmissivität von Si im infraroten Wellenlängenbereich zeigen, dass über der gesamten Kontaktzone selbst kleine Temperaturgradienten hoch aufgelöst detektierbar sind. Hierauf aufbauend wird abschließend ein Konzept für ein industriell einsetzbares Chuck-basiertes System zur Messung der Kontaktzonentemperaturen beim Rotationsschleifen von Si-Wafern entwickelt.