Vahakiinnityksen vaikutus piikiekon muotoon kiillotusprosessissa

Abstract

Tässä insinöörityössä on tutkittu, kuinka vahakiinnitys vaikuttaa piikiekkojen muotoon kiillotusprosessissa. Aluksi on tutustuttu piikiekon mekaanisiin ominaisuuksiin, jonka jälkeen on kuvailtu yksipuolisesti kiillotetun piikiekon valmistusprosessi. Vahan levityksen vaiheet on käsitelty yksityiskohtaisesti spinnauksen teoriaan osittain nojautuen.

Piikiekkojen tasomaisuuden mittaamista varten on suunniteltu ja rakennettu Newton-interferometri. Optisella mittalaitteella voidaan piikiekon tasomaisuus mitata tarkasti käyttäen hyväksi valon interferenssiä. Newton-interferometrin toiminta- ja mittausperiaate on esitelty yksityiskohtaisesti.

Tasomaisuuteen vaikuttavat mahdolliset parametrit on kartoitettu. Piikiekkojen tasomai-suuden kannalta tärkeiksi nähtyjä parametreja on tutkittu viiden eri kokeen avulla. Kokeista on tehty tarkat koesuunnitelmat käyttäen hyväksi MODDE-ohjelmistoa.

Viidessä kokeessa on tutkittu usean eri vahakiinnitysparametrin vaikutusta piikiekon muotoon. Tutkittavina muuttujina on käytetty spinnerin pyörimisnopeutta, vahan määrää, piikiekon painamista voimalla kiillotusalustaa vasten, vakuumiprässiä, sekä lämpötiloja vahakiinnityksessä. Lisäksi on kokeiltu kahta eri vahaa, joilla on eri viskositeetit.

On havaittu, että suurin vaikutus piikiekon tasomaisuuteen on spinnauksen pyöritysnopeudella. Tasomaisuuden on havaittu paranevan spinnauksen pyöritysnopeuden ollessa korkea. Myös tasomaisuuden keskihajonnan on todettu pienenevän huomattavasti korkeilla pyöritysnopeuksilla. Lämpötilagradienttien on havaittu heikentävän piikiekon tasomaisuutta vahakiinnityksessä.

The effect of wax mounting on the flatness of the silicon wafer in a polishing process is studied in the experimental part of this thesis. In the theoretical part of the thesis the mechanical properties of silicon wafers are summarized and the manufacturing process of silicon wafers is presented. In addition, the theory of wax spin coating is described in detail.

In order to measure the flatness of a silicon wafer, mounted on a polishing carrier, a Newton Interferometer was designed and built. Using this optical measuring device, the flatness of the silicon wafer could be measured based on the interference of light. The theory behind the interferometer is described in detail. It is also described how a flat surface can actually be measured from an interferogram.

A number of parameters that could potentially have an effect on the silicon wafer flatness in the wax mounting are determined. Parameters that are thought to be critical, in terms of the wafer flatness, are tested in five separate experiments. Each experiment is designed and carried out based on DOE principles. The MODDE software is used to design the experiments.

In these five experiments variables such as the spinner rotation speed, wax amount, bonding arm pressure, vacuum press, and the temperatures on the silicon wafer flatness are studied after mounting the wafers on a carrier. Also two mounting waxes with different viscosities are tested.

The spinner rotation speed is found to be the most important parameter on the silicon wafer flatness. With a high rotation speed the flatness of the silicon wafer is found to be the most substantial. The standard deviation of the wafer flatness is also significantly smaller with high rotation rates. It is also found that the temperature gradients in the wax mounting have a negative effect on the flatness.