专利名称：用于在双面磨床中去除材料地加工非常薄的工件的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于去除材料地加工扁平的工件的方法。存在去除材料地、尤其磨削地加工越来越薄的工件的需求。这种工件可以例如涉及到半导体片(晶片)，它们可在加工之后且必要时已经在加工之前具有小于100 μ m的厚度。这种工件如此柔软，以至于不能在常规的磨床中加工。在C. Landesberger等人撰写的“用于薄晶片加工的衬底技术(Carrier Techniques for Thin Wafer Processing)，，(CS Mantech 会议，2007 年5 月 14-17日，美国德克萨斯州奥斯汀)中描述了用于将非常薄的晶片固定在衬底上的不同可能性。例如可以将晶片粘接在衬底上或者利用静电力保持在衬底上。还描述了将晶片粘接在较厚的衬底框架中。通过将晶片与衬底连接即可实现晶片的加工，而无需针对不同的加工过程在不同的衬底之间更换。通过由真空保持装置保持衬底并将砂轮沿着圆形轨迹引导经过工件表面并压到工件上，实现对固定在衬底上的工件的加工。在此缺点在于，在所加工的工件表面的中心形成断裂点。
发明内容
由上述现有技术提出的本发明的目的是，提供一种上述类型的方法，通过该方法能够以简单的方式更精确地去除材料地加工非常薄的工件。本发明通过权利要求1和5的主题实现该目的。在从属权利要求、说明书和附图中给出有利的实施方式。本发明的目的一方面通过一种用于去除材料地加工、尤其用于磨削或抛光地加工扁平的工件的方法得以实现，所述工件以其表面分别可拆卸地固定在同样扁平的衬底的相应的表面上，包括以下步骤-提供双面加工机床，所述双面加工机床具有带有上工作面的上工作盘和带有下工作面的下工作盘，其中所述工作面在其间形成工作间隙，具有空隙的至少一个转子盘设置在所述工作间隙中，-所述工件与所述衬底共同设置在所述至少一个转子盘的所述空隙中，-旋转地驱动至少一个所述工作盘，其中所述至少一个转子盘利用滚动装置同样被置于旋转，由此容纳在所述转子盘中的衬底与所述工件沿着摆线的轨迹在所述工作面之间运动，并且其中一个所述工作面与所述衬底的相应的自由表面接触，并且其中所述一个工作面与所述工件的相应的自由表面接触，-通过配设于所述工件的自由表面的工作面去除材料地加工所述工件的自由表面，而通过配设于所述衬底的自由表面的工作面不去除材料，或者所述衬底的自由表面的去除率显著地小于所述工件的自由表面的去除率，或者所述衬底的自由表面的去除率等于所述工件的自由表面的去除率。按照本发明还实现在具有行星机构的双面加工机床中加工薄的工件。在此，尤其是可以设有多个转子盘，所述多个转子盘分别具有贯通的空隙。所述衬底与固定在其上的所述工件保持在所述转子盘中，并浮动地在所述工作面之间的工作间隙中引导。至少配设于所述工件的机床工作面具有工作覆层，尤其是磨削覆层或抛光覆层，并由此导致去除材料。在此，所述工件可以如此薄，使得自身在加工之后且必要时也已在加工之前具有如此的弹性，使得它在没有衬底的情况下不能在机床中加工。按照本发明，所述工件可以已经在加工之前并尤其是在加工之后具有比衬底更小的厚度。因此所述衬底由于其较大的厚度而提供在双面机床中加工所需的稳定性。按照本发明已经认识到，当所述衬底的去除率至少远小于所述工件的去除率时，通过这种方式尤其是也可以在具有行星机构的双面加工机床中实现非常薄的工件的磨削加工。通过机床的行星机构、即其转子盘的结构及其在工作间隙中的运动保证特别精确且均勻的去除率。可靠地避免在工件中心的断裂点。为了使衬底能够尽可能重复用于多个待加工的工件，有利的是，使所述衬底的去除材料尽可能地少。为此，通过使上工作面和下工作面具有不同的工作覆层，可以以特别适合的方式产生一方面工件的自由表面和另一方面衬底的自由表面的不同的去除率。通过这种方式至少在衬底和工件的类似材料中自动地产生不同的去除率。如果去除材料的加工是磨削加工，则特别有利的是，配设于所述工件表面的工作面设有磨削覆层，并且配设于所述衬底表面的工作面设有抛光覆层，并且加工无需研磨的抛光剂地实现。通过这种方式几乎可以完全避免衬底的材料去除。如果相反进行抛光加工，则也能够对于工件和衬底选择相同的去除率。在抛光时去除材料如此少，使得在这种工作方式中也可以多次地使用衬底。本发明的目的也通过一种用于去除材料地加工、尤其用于磨削或抛光地加工扁平的工件的方法得以实现，所述工件成对地以其表面可拆卸地固定在同样扁平的衬底的相应的相对置的表面上，包括步骤-提供双面加工机床，所述双面加工机床具有带有上工作面的上工作盘和带有下工作面的下工作盘，其中所述工作面在其间形成工作间隙，具有空隙的至少一个转子盘设置在所述工作间隙中，-所述工件与所述衬底共同设置在至少一个转子盘的所述空隙中，-旋转地驱动至少一个所述工作盘，其中所述至少一个转子盘利用滚动装置同样被置于旋转，由此使容纳在所述转子盘中的衬底与所述工件沿着摆线的轨迹在所述工作面之间运动，并且其中一个所述工作面与固定在所述衬底的一侧上的工件的相应的自由表面接触，并且其中一个所述工作面与固定在所述衬底的对置侧上的工件的相应的自由表面接触，-通过配设于所述工件的自由表面的工作面分别去除材料地加工可拆卸地固定在所述衬底的相对置的两侧上的工件的自由表面。在按照本发明的第一解决方案中，在一个衬底上相应地仅仅可拆卸地固定一个工件，而在按照本发明的这个解决方案中，在每个衬底上可拆卸地固定两个工件，尤其是一个工件固定在衬底的顶面上，一个工件固定在衬底的底面上。这种由两个工件和一个衬底构成的“三重-堆叠”按照本发明同样可以以特别有利的方式通过具有行星机构的双面加工机床去除材料地加工。在此成对地固定在衬底上的工件可以通过双面机床的上工作面和下工作面尤其以相同的去除率加工。在此所述衬底不与所述工作面接触。按照本发明所述工件和衬底可以分别圆柱形地构成。在此，所述表面是工件或衬底的顶面和底面。工件或衬底可以具有基本平行的表面、尤其是平面平行的表面。在加工之前所述工件可以在其顶面上已经具有集成电路。因此所述工件从其底面加工。
按照本发明，所述工件可以在加工之后具有小于100 μ m、优选小于50 μ m、更加优选小于20 μ m的厚度。这种工件在没有衬底的情况下不能在按照本发明类型的双面加工机床中加工。所述衬底在加工之前和/或加工之后可以比工件厚几倍。例如，所述衬底的厚度在加工之前和/或之后可在0. 5mm至2mm、优选0. 7mm至1. Omm之间的范围内。在按照本发明浮动地加工在转子盘中的衬底与工件时，在圆柱形的边缘彼此平齐地终止的衬底和工件中，导致转子盘与衬底和工件的边缘之间的重复接触并由此导致在衬底和工件上的力作用。这尤其是在按照本发明的薄工件中可能导致损伤。因此另一实施方式规定，所述衬底和所述工件具有基本上圆柱形的形状，并且所述衬底具有比所述工件大的直径。在此，工件可以例如同轴地固定在衬底上。在这个实施方式中，在加工时只有尤其较厚的衬底的边缘与转子盘接触，这些边缘可以没有损伤隐患地承受相应的力。因此可靠地避免不期望的力作用在薄工件上。所述工件可以通过粘接连接件固定在所述衬底上，例如通过蜡、粘接剂或粘接膜。 所述粘接连接件可以热、化学(例如通过溶解剂)、腐蚀地(例如通过腐蚀剂)或通过UV辐射拆卸。例如在热拆卸时必需保证，在去除材料地加工的范围内产生的温度低于使粘接连接件溶解的温度。在加工之后可以通过适合的热作用拆卸粘接连接件，并由此从衬底上移除工件。同样也可以规定，通过静电充电将工件固定在衬底上。所述工件可以是半导体片，例如晶片、尤其是硅晶片。所述衬底同样可以是这种半导体片，例如晶片、尤其是硅晶片。它们可被成本有利地提供并且非常适合于作为衬底。所述衬底和工件可以由相同的材料制成。但是也能够使所述衬底由玻璃材料、陶瓷材料或塑料材料组成。通过用于衬底的材料选择成不同于用于工件的材料，在按照本发明的第一方法中可以以特别简单的方式在衬底上实现不同的去除率。对于按照本发明的在加工之前且尤其是在加工之后极小的工件材料厚度具有重要意义的是，精确地监控去除材料并由此监控工件厚度。因此另一实施方式规定，利用光学测量方法、尤其是干涉仪的测量方法测量工件在其在加工机床中加工期间的厚度。例如可以使用红外干涉仪，这尤其在对于红外射线透明的由硅制成的工件中是优选的。这些测量方法提供了特别高的测量精度，如同在按照本发明加工非常薄的工件时所需的那样。按照本发明已经认识到，这些测量方法可以在具有行星机构的双面加工机床中使用。在此还在加工机床中测量工件的厚度，因此尤其在加工机床中或旁边设置光学测量装置。能够实现 Iym且更高的测量精度。在此可以很大程度地排除失真的影响，例如温度漂移、工具磨损、 脏污和工件的机械弯曲。此外，与接触测量方法相比，通过该测量对工件没有任何影响。也能够与衬底分开地只确定工件的厚度。这尤其适用于衬底和工件由不同的材料制成和/或在工件与衬底之间设有适合的光学隔离层(例如粘接连接件)的情况。通过光学测量装置也可以产生厚度轮廓并由此监控加工的均勻性。按照本方法的该实施方式的改进方案还可以对应地规定步骤-将红外射线定向到工件的自由表面上，其中第一射线分量在所述自由表面上反射，并且第二射线分量穿过工件厚度、在通过衬底固定的工件表面上反射并又在自由的工件表面上射出，_第一与第二射线分量干涉，从而形成干涉图案，-借助于干涉图案确定在自由的工件表面与通过衬底固定的工件表面之间的光学的工件厚度，-由光学的工件厚度在考虑工件材料折射率的情况下求得机械的工件厚度。但是为了监控工件厚度，原则上也可以考虑其它测量方法。因此例如可以利用至少一个涡流传感器或者利用至少一个超声波传感器或利用其它测量方法测量工件在其在加工机床中加工期间的厚度，它们具有足够的测量精度，以便测量小于Imm范围内的厚度。所述工件在其摆线的轨迹运动中可经过工作间隙以外的范围。这个范围在专业术语中称为超程(ijberiauf )。该超程例如位于工作间隙的外侧。但是对于环形的工作间隙，这种超程也可位于工作间隙的内侧。因此按照一个实施方式可以规定，在工作间隙以外的范围内进行(例如光学的)厚度测量。该超程是良好地够得到的并特别适用于在这个范围内的厚度测量。但是按照可替代的实施方式也可以规定，所述加工机床具有至少一个设置在加工机床的工作盘中的光学的或其它适合的测量装置，通过它进行厚度测量。这个实施方式基于这种理念，在一个工作盘、由于可能脏污优选在上工作盘中设置测量装置并且通过这种方式实现在加工期间的厚度测量。
下面借助于附图更为详细地解释本发明的实施例。附图示意性地示出图1示出在按照本发明的方法中使用的双面磨床的透视图，图2示出用于按照本发明进行加工的与衬底连接的工件的截面图，图3示出图1的装置的下工作盘的放大俯视图，图4示出在按照本发明的方法中使用的双面磨床的放大局部截面图，并且图5示出两个用于按照本发明进行加工的与衬底连接的工件的截面图。
具体实施例方式只要没有特别地指出，在附图中相同的附图标记表示相同的对象。图1示意性地示出按照本发明使用的双面加工机床10(即在所示示例中的双面磨床10)的结构，其具有行星机构。该双面磨床10具有上摆臂12，该上摆臂可以通过支承在下部底座18上的摆动装置14围绕竖直轴线摆动。在摆臂12上支撑上工作盘16。在所示示例中，上工作盘16可通过未详细示出的驱动电机被旋转地驱动。上工作盘16在其在图1中未示出的底面上具有工作面。在所示示例中，在该工作面上设置抛光覆层。下部底座18具有支撑下工作盘20 的支撑段19，该下工作盘在其顶面上具有与上工作盘16的工作面对应的工作面。通过摆臂12可以使上工作盘16与下工作盘20同轴地对准。在所示示例中，下工作盘20同样通过未示出的驱动电机被旋转地驱动，尤其与上工作盘16反向地驱动。当然还可以仅将工作盘16、20中的一个可旋转驱动地构成。在所示示例中，在下工作盘20的工作面上设置磨削覆层。在下工作盘20上示出多个转子盘22，所述多个转子盘分别具有空隙，用于待加工的工件和固定在所述工件上的衬底。所述转子盘22分别通过外齿啮合到内部空心齿圈 (Innenstiftkranz) 24和外部空心齿圈(Au β enstiftkranz) 26中。通过这种方式形成一滚动装置，其中所述转子盘22在下工作盘20旋转时例如通过内部空心齿圈24同样被置于旋转。由此，设置在转子盘22的空隙中的工件和衬底在下工作盘20上沿着摆线的轨迹运动。在图2中示出利用在图1中所示的双面磨床的按照本发明的待加工的工件和衬底。在此，工件和衬底圆柱形地构成。可以理解，工件和衬底的厚度与其直径的比例非常夸大地示出。在图2中示出圆柱形的衬底28 (在此为硅晶片)。该衬底28在所示示例中具有约Imm的厚度。衬底28的顶面30是自由的，而底面32通过粘接连接件34与待加工的工件38(在此同样为硅晶片)的顶面36连接。粘接连接件34例如可以通过蜡、粘接剂或粘接膜形成。蜡、粘接剂或粘接膜可以例如热、化学、腐蚀地或通过UV辐射而为可拆卸的。 工件38的底面40也是自由的。在图2所示的示例中，在工件38固定在衬底28上的状态下，衬底28和工件38在其外侧彼此平齐地终止。但是，也能够使衬底28和工件38具有不同的直径且彼此不平齐地终止。在本示例中，在图2中示出的工件38在加工之后具有小于 100 μ m的厚度。因此，该工件在没有衬底28的情况下过于柔软，以至于不能在图1所示的双面磨床10中加工。通过固定在明显更厚的衬底28上，达到使其足以用于在机床10中加工的稳定性。为了加工，工件38与衬底28被共同放入转子盘22的空隙中，并浮动地支承在形成在通过摆臂12的转动彼此同轴对准的工作盘16、20之间的工作间隙中。接着，在至少一个旋转的上工作盘16或下工作盘20中，例如上工作盘16被挤压力向下挤压。由此导致在下工作盘20的磨削覆层与工件38的自由底面40之间的磨削接触。同时，上工作盘16的抛光覆层与衬底28的上部自由表面30接触。在此，仅仅以水作为冷却剂进行磨削加工。不使用具有研磨材料的抛光剂。由此，可以从工件38的底面40薄地磨削该工件，而无需在衬底28的顶面30上去除材料。在加工之后，上工作盘16再转动离开，并且所加工的工件38 可以与衬底28共同从转子盘中取出。接着，粘接连接件34可例如通过热作用而被拆卸，并且由此使工件38与衬底28分开。衬底28接着可以重新使用。在图3中示出下工作盘20的具有磨削覆层的工作面21的放大俯视图。还可以看到具有用于衬底和工件的多个空隙23的转子盘22。同样可以看到内部空心齿圈24和外部空心齿圈26，转子盘22以其外齿25在外部空心齿圈上滚动。在摆线轨迹运动过程中，空隙23以及通过该空隙容纳在该空隙中的衬底28和工件38部分地经过在运行中由上工作板16的下工作面21和上工作面限定的工作间隙以外的区域42。该区域42在专业术语中称为超程42。在由工作盘16、20限定的环形工作间隙以外的第二区域44在图3中位于工作间隙的内侧。下面示例地描述设置在空隙23中的工件38在外部超程42的范围内的干涉仪的厚度测量。当然，这种厚度测量以类似的方式也能够在内部超程44的范围内实现。 同样，在将适合的测量装置设置在上工作盘16或下工作盘20的工作面之一中时，也能够实现在工作间隙内的测量。尤其是在加工三重-堆叠的情况下，也能够在堆叠的顶面和底面上设置用于测量厚度的测量装置，以测量两个工件的厚度。如同在图4的视图中放大且局部示出的那样，在外部超程42的范围中设置光学测量装置46。在所示的示例中，该测量装置46涉及红外干涉仪。在图4的截面图中示出工件 38与衬底28共同位于局部可见的转子盘22中。在工件在加工机床10中加工的过程中， 该工件38与其衬底28有时经过超程42。在所示的示例中，红外射线48 (在这里是红外射线谱48)从下面定向到工件38的自由底面40上。所述红外射线48以第一射线分量在自由的工件底面40上反射，而第二射线分量穿过对于红外射线高度透明的工件38，在工件38的与衬底28连接的顶面36上内部反射，并直接或多次在工件38的内表面上反射之后再在工件38的自由底面40上射出。接着，从工件38返回到测量装置46中的第一和第二射线分量相互干涉，这通过适合的感应装置(未示出)接收。以此为基础可以由求得的光学工件厚度和已知的折射率求得机械的工件厚度。因此，通过测量装置46能够与衬底28分开地实现工件38的精确厚度测量。通过这种方式可以更加精确地执行按照本发明的加工方法。也能够例如径向地测量工件38的位于超程42中的部分并建立对应的厚度轮廓，以便由此进一步提高加工精度。在图5中示出在很大程度上与图2的结构对应的结构。但是与图2不同的是，在这里在衬底28上在其相对置的上表面和下表面上，分别通过粘接连接件34可拆卸地固定工件38。这因而涉及到所谓的三重-堆叠。该结构同样可以在例如图1中所示的装置中加工。在此，尤其可以对于上、下工件设定相同的去除率，因为在这种情况下所述衬底不与工作面接触。按照本发明的方法能够高精度地加工非常薄的工件，这些工件在加工之后可以具有小于100 μ m、优选小于50 μ m、更加优选小于20 μ m、例如约10 μ m范围内的厚度。同时， 所述工件38由于其与衬底28连接而在其整个加工过程的范围内(例如也包括紧接着的抛光)可以毫无问题地通过同一工具传送。
权利要求
1.用于去除材料地加工、尤其用于磨削或抛光地加工扁平的工件(38)的方法，所述工件通过其表面分别可拆卸地固定在同样扁平的衬底(28)的相应的表面上，其特征在于以下步骤-提供双面加工机床(10)，所述双面加工机床具有带有上工作面的上工作盘(16)和带有下工作面的下工作盘(20)，其中所述工作面在其之间形成工作间隙，具有空隙(23)的至少一个转子盘(22)设置在所述工作间隙中，-所述工件(38)与所述衬底(28)共同设置在所述至少一个转子盘(22)的空隙(23)中，-旋转地驱动至少一个所述工作盘(16，20)，其中所述至少一个转子盘(22)利用滚动装置同样被置于旋转，由此使容纳在所述转子盘(22)中的衬底(28)与所述工件(38)沿着摆线的轨迹在所述工作面之间运动，并且其中一个所述工作面与所述衬底(28)的相应的自由表面接触，并且其中一个所述工作面与所述工件(38)的相应的自由表面接触，-通过配设于所述工件的自由表面的工作面去除材料地加工所述工件(38)的自由表面，而通过配设于所述衬底(28)的自由表面的工作面不去除材料，或者所述衬底(28)的自由表面的去除率显著地小于所述工件(38)的自由表面的去除率，或者所述衬底(28)的自由表面的去除率等于所述工件(38)的自由表面的去除率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过使所述上工作面和所述下工作面具有不同的工作覆层，产生所述衬底(28)的自由表面和所述工件(38)的自由表面的不同的去除率。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，去除材料的加工是磨削加工，其中配设于所述工件(38)的表面的工作面设有磨削覆层，并且配设于所述衬底(28)的表面的工作面设有抛光覆层。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述加工通过抛光覆层而无需抛光剂地实现。
5.用于去除材料地加工、尤其用于磨削或抛光地加工扁平的工件(38)的方法，所述工件成对地以其表面可拆卸地固定在同样扁平的衬底(28)的相应的相对置的表面上，其特征在于以下步骤-提供双面加工机床(10)，所述双面加工机床具有带有上工作面的上工作盘(16)和带有下工作面的下工作盘(20)，其中所述工作面在其之间形成工作间隙，具有空隙(23)的至少一个转子盘(22)设置在所述工作间隙中，-所述工件(38)与所述衬底(28)共同设置在所述至少一个转子盘(22)的空隙(23)中，-旋转地驱动至少一个所述工作盘(16，20)，其中所述至少一个转子盘(22)利用滚动装置同样被置于旋转，由此使容纳在所述转子盘(22)中的衬底(28)与所述工件(38)沿着摆线的轨迹在所述工作面之间运动，并且其中一个所述工作面与固定在所述衬底(28) 的一侧上的工件的相应的自由表面接触，并且其中一个所述工作面与固定在所述衬底(28) 的对置侧上的工件(38)的相应的自由表面接触，-通过配设于所述工件的自由表面的工作面，分别去除材料地加工可拆卸地固定在所述衬底(28)的相对置的两侧上的工件(38)的自由表面。
6.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在加工之前，所述工件(38)已经具有比所述衬底(28)小的厚度。
7.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在加工之后，所述工件(38)具有小于100 μ m、优选小于50 μ m、更加优选小于20 μ m的厚度。
8.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述衬底(28)具有0.5mm至 2mm范围内、优选0. 7mm至1.0mm范围内的厚度。
9.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述衬底(38)和所述工件(28) 具有圆柱形的形状，并且所述衬底(38)具有比所述工件(28)大的直径。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述工件(38)通过粘接连接件(34)、尤其通过蜡、粘接剂或粘接膜固定在所述衬底(28)上。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述粘接连接件能够热、化学、腐蚀地或通过UV辐射而被拆卸。
12.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述工件(38)通过静电充电而固定在所述衬底(28)上。
13.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述工件(38)是半导体片。
14.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述衬底(28)是半导体片。
15.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述衬底(28)由玻璃材料、 陶瓷材料或塑料材料制成。
16.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助于光学测量方法、尤其是干涉仪的测量方法，在所述工件在加工机床中加工期间测量所述工件(38)的厚度。
17.如权利要求1至15中任一项所述的方法，其特征在于，借助于至少一个涡流传感器或者借助于至少一个超声波传感器，在所述工件在加工机床中加工期间测量所述工件(38) 的厚度。
全文摘要
本发明涉及一种用于磨削或抛光地加工非常扁平的工件(38)的方法，所述工件分别可拆卸地固定在扁平的衬底(28)上。所述工件(38)与所述衬底(28)共同地安装到双面加工机床(10)的至少一个转子盘(22)的空隙(23)中，并且沿着摆线的轨迹在双面加工机床(10)的工作面之间运动。其中，在所述双面加工机床(10)的工作面上的去除率或者一样大，或者在一个工作面上的去除率远小于在相对置的工作面上的去除率，或者在一个工作面上不去除材料。在一个实施例中，两个工件(38)可拆卸地固定在衬底(28)上、即顶面和底面上。
文档编号B24B7/22GK102378668SQ201080014775
公开日2012年3月14日 申请日期2010年4月1日 优先权日2009年4月1日
发明者F·伦克尔 申请人:彼特沃尔特斯有限公司