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Die Gesamtausbeute und Leistungsfähigkeit von Halbleiterkomponenten hängen unmittelbar von der Qualität der Halbleiteroberfläche ab. Die Chipgröße wird immer kleiner, was eine noch glattere Waferoberfläche ohne physische Schäden an der Substratoberfläche erfordert. Ultrafeine Diamantschleifscheiben stellen eine bahnbrechende Innovation bei der Dünnfilm-Wafer-Dünnung und -Politur dar; sie ermöglichen eine Glättung der Wafer auf Mikrometer-Ebene und verursachen gleichzeitig nur vernachlässigbare Unterschichtschäden an der Waferoberfläche.
Warum ultrafeine Diamantschleifscheiben für die Waferpolitur unverzichtbar sind
Ein traditioneller Schleifprozess kann tiefe Kratzer und Unterschichtschäden verursachen, die tief sein können und einen aufwändigen Poliervorgang erfordern. Diese Schäden stellen ein ernstes Problem für spröde und harte Halbleitermaterialien wie Siliziumkarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) dar, die aufgrund ihrer Neigung zum Brechen, Zerkleinern und Aufspalten mit diesen Standardmaschinen schlechte Kandidaten für das Dünnschleifen und Polieren sind.
Um diese Herausforderung zu bewältigen, nutzen ultrafeine Diamantscheiben extrem feine Diamantkörner, typischerweise #3000 bis #8000 Mesh oder feiner, um glatte Oberflächen zu erzeugen, die vergleichsweise wenig Polieraufwand erfordern. Diese Scheiben verwenden ein hochwertiges, fortschrittliches Glasbindemittel, das hohe Maßhaltigkeit und ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit bietet und so eine stabile Leistung während langer Serienfertigungsläufe gewährleistet. Für die Forschung wurden bereits Scheiben nachgewiesen, die eine Oberflächenrauheit von unter 5 nm Ra (entspricht etwa einer polierten Oberfläche) erreichen können.
Fortschritte in der Diamanttechnologie für Spiegelpolierungen
Die neuesten Modelle der Diamant-Schleiftechnik haben die Grenzen der Wafer-Polier-Technologie vorangetrieben. Die diamantbasierten geschäumten und agglomerierten Schleifmittel bieten eine bessere Schnittleistung und geringere Schleifkraft. Die Körner auf der Oberfläche der Diamantschleifscheibe ermöglichen ein kontinuierliches Schleifen während des Prozesses, indem speziell behandelte Körner die vorgesehenen Körner ersetzen; dadurch wird die Beständigkeit von Lebensdauer und Schärfe der Schleifscheibe gewährleistet und das Problem des häufigen Austauschs der Schleifscheibe bei langen Produktionsläufen wirksam gelöst.
Die UltraPoligrind-Schleifscheiben von DISCO sind ein gutes Beispiel für diese Entwicklungen: Diese Schleifscheiben bestehen aus ultrafeinen Diamant-Abrasivstoffen, die eine höhere Die-Festigkeit gewährleisten und die während des Dünnschliffprozesses für Halbleiterbauelemente erforderlichen Getter-Eigenschaften bieten. Bei der Wafer-Dünnung ist die durch diese Schleifscheiben erzeugte beschädigte Zone sehr dünn; gleichzeitig sind sie einfach zu bedienen, leicht zu handhaben und weisen eine geringere Umweltbelastung auf.
Bindemittelauswahl: Keramische Bindemittel für überlegene Leistung
Um eine glatte Oberfläche des Wafers im Mikrometerbereich zu erreichen, muss das Bindemittelsystem berücksichtigt werden. Bei der Wafer-Bearbeitung wurden bislang Metall- und Harzbindemittel eingesetzt, doch beide weisen verschiedene Nachteile auf. Metallbindemittel besitzen zwar eine hohe Festigkeit, schärfen sich jedoch nicht selbstständig nach und eignen sich daher weniger gut für die Feinbearbeitung. Harzbindemittel sind zudem wenig hitzebeständig und oxidieren oder zerfallen bei hohen Temperaturen.
Verglaste (keramische) Bindungen sind aufgrund ihrer Festigkeit, einstellbaren Porosität und guten benetzbarkeit der Grenzfläche mit Diamant zum bevorzugten Material für ultrapräzise Scheiben-Dünnenschleifscheiben geworden. Diese Eigenschaften ermöglichen die Herstellung von Scheiben, deren Porosität exakt auf die erforderliche Menge des Poliermittels sowie auf die optimale Abfuhr der Späne eingestellt werden kann – beides ist entscheidend, um thermische Schäden am Werkstück während des Polierens zu vermeiden.
Integration mit fortschrittlichen Schleifmaschinen
Für optimale Leistung sollten ultrafeine Diamantscheiben mit fortschrittlichen Schleifmaschinen kombinierbar sein, die eine präzise Steuerung der Schleifparameter erlauben. Moderne Wafer-Dünnenschleifmaschinen verfügen über Software, die Rückmeldungen aus den Schleifkräften oder dem Motorstrom empfängt und die Bewegung der Scheibe regelt, um eine konstant hohe Oberflächenqualität sicherzustellen.
Hochleistungssysteme nutzen eine Kombination aus Vorwärts- und Rückwärtsbewegung der Schleifscheibe für zwei Zwecke: Materialabtrag und Oberflächenveredelung – wodurch ein zusätzlicher Arbeitsschritt entfällt. Es konnte nachgewiesen werden, dass damit Oberflächen mit einer geringeren Rauheit Ra von weniger als 60 nm erzeugt werden, ohne dass weitere Polierstufen erforderlich sind. Hersteller können die Produktionsfläche sowie die Kosten für Verbrauchsmaterialien senken und gleichzeitig hohe Qualitätsstandards durch den Einsatz einer einzigen Spindelschleifmaschine mit spezieller Steuerungssoftware aufrechterhalten.
Fazit
Superfeine Diamantschleifscheiben sind zweifellos ein großer Fortschritt bei der Halbleiterwafer-Bearbeitung, da sie Waferherstellern ermöglichen, eine Oberflächengüte im Mikrometerbereich zu erreichen, ohne die Wafer selbst zu beschädigen. Ein tiefes Verständnis der Schleiftechnologie, die Optimierung des Bindemittelsystems sowie die Integration in hochpräzise Schleifmaschinen haben Halbleiterproduzenten dabei unterstützt, mit den stetig steigenden Anforderungen der heutigen Halbleiterfertigung Schritt zu halten. Das industrielle Diamantschleifscheiben-Sortiment von REZZ bietet maßgeschneiderte Schleiflösungen für die Polieranwendung an Halbleiterwafern. Rufen Sie uns an und teilen Sie uns mit, welche Bearbeitungsaufgabe Sie an Ihren Wafern durchführen müssen.