Bearbeitung von inhomogenen Materialien

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bearbeitung, insbesondere zum Polieren, der Oberfläche eines mindestens zwei Komponenten aufweisenden Materials.
Bei den derzeit bekannten Verfahren wird die Oberfläche bei einer Bearbeitungstemperatur poliert, wobei sich eine Polierrauhigkeit einstellt, die maßgeblich durch die unterschiedlichen Abtragseigenschaften der Komponenten beeinflußt ist. Nach der Bearbeitung wird in der Regel das Material jedoch bei einer anderen Anwendungstemperatur eingesetzt. Hierdurch kommt es aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der einzelnen Komponenten zu einer zusätzlichen Vergrößerung der Rauhigkeit, so daß die Qualität der Oberfläche bei der Anwendungstemperatur mit den heutigen Verfahren nicht den geforderten Ansprüchen gerecht wird.
Daher bestand die Aufgabe der Erfindung darin, die Oberflächenqualität des mindestens zwei Komponenten aufweisenden Werkstoffes bei der Anwendungstemperatur zu verbessern.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, bei dem die Komponenten aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten einen unterschiedlichen Ausdehnungszustand und aufgrund unterschiedlicher Abtragseigenschaften unterschiedliche Abtragsraten aufweisen, wobei die Bearbeitungstemperatur so gewählt wird, daß der unterschiedliche Abtrag der Komponenten aufgrund deren unterschiedlicher Ausdehnung einander so kompensiert wird, daß die Rauhigkeit der Oberfläche bei der Anwendungstemperatur minimal ist. Bei gleichen Abtragseigenschaften und unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Komponenten wird die Bearbeitungstemperatur entsprechend der späteren Anwendungstemperatur gewählt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung, insbesondere zum Polieren der Oberfläche eines mindestens zwei Komponenten aufweisenden Materials.

[0002] Ein typisches Beispiel für einen zwei Komponenten aufweisenden Werkstoff stellt die Glaskeramik Zerodur® dar, die eine Kristallphase mit einem negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten sowie eine Glasphase mit einem positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. Beide Phasen weisen zudem unterschiedliche Abtragseigenschaften auf.

[0003] Bei den bekannten Bearbeitungsverfahren treten während bzw. nach der Bearbeitung die nachfolgend beschriebenen Effekte auf. Zunächst wird die Oberfläche während des Poliervorgangs bei einer definierten Bearbeitungstemperatur bis zu einer minimalen Polierrauhigkeit poliert. Die Polierrauhigkeit resultiert maßgeblich aus den unterschiedlichen Abtragseigenschaften der beiden Komponenten. Da meistens die Anwendungstemperatur des Materials von der Bearbeitungstemperatur abweicht, kann es zusätzlich zu der Polierrauhigkeit aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten noch zu einer Vergrößerung der Rauhigkeit durch eine unterschiedliche Ausdehnung der beiden Komponenten kommen, so daß die Qualität der Oberfläche des Materials nicht mehr den geforderten Ansprüchen entspricht.

[0004] Kommt das Material beispielsweise für die Herstellung von Wafern zum Einsatz werden Oberflächenrauhigkeiten von < 2 Å gefordert. Dies ist bislang durch die bekannten Verfahren nicht zu erreichen.

[0005] Folglich ist es die Aufgabe der Erfindung, die Oberflächenqualität des mindestens zwei Komponenten aufweisenden Werkstoffs bei der Anwendungstemperatur zu verbessern.

[0006] Die Aufgabe wird mit einem Verfahren zur Bearbeitung gelöst, insbesondere zum Polieren der Oberfläche eines mindestens zwei Komponenten aufweisenden Materials mit mindestens einer Polierscheibe und einer Suspension bei einer vorgebbaren Bearbeitungstemperatur, bei der sich die Komponenten aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten einen unterschiedlichen Ausdehnungszustand und aufgrund unterschiedlicher Abtragseigenschaften unterschiedliche Abtragsraten aufweisen, wobei die Bearbeitungstemperatur so gewählt wird, daß der unterschiedliche Abtrag der Komponenten aufgrund deren unterschiedlicher Ausdehnung einander so kompensiert wird, daß die Rauhigkeit der Oberfläche des bearbeiteten Materials bei der Anwendungstemperatur minimal ist.

[0007] Hierbei wird ausgehend von einer bereits zum Fertigungsprozeß bekannten späteren Anwendungstemperatur in Abhängigkeit der jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten und der jeweiligen Abtragseigenschaften der Komponenten die Bearbeitungstemperatur oberhalb oder unterhalb der Anwendungstemperatur eingestellt, und zwar so, daß sich die Vertiefungen in der Oberfläche im Bereich der Komponente mit höherem Abtrag bei der Anwendungstemperatur entsprechend ihres Wärmeausdehnungskoeffizienten ausdehnen und gleichzeitig Erhöhungen im Bereich der anderen Komponente mit niedrigerem Abtrag bei Anwendungstemperatur schrumpfen oder sich zumindest weniger stark ausdehnen. Durch diese Vorgehensweise gelingt es, bei Kenntnis der späteren Anwendungstemperatur unter Berücksichtigung der materialspezifischen Eigenschaften Abtragseigenschaften und Wärmeausdehnungskoeffizienten ein weitgehendes Einebnen der Materialoberfläche bei der Anwendungstemperatur zu, erzielen.

[0008] Bei einem anderen Werkstoff ist es auch möglich, daß die mindestens zwei Komponenten unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten bei jedoch gleichen Abtragseigenschaften aufweisen.
Hierbei wird die Aufgabe mit einem Verfahren bei einer vorgebbaren Bearbeitungstemperatur und einer bekannten Anwendungstemperatur gelöst, wobei die Bearbeitungstemperatur gleich der Anwendungstemperatur gewählt wird.

[0009] Während der Bearbeitung stellt sich bei gleichen Abtragsverhalten der Komponenten eine optimierte Oberflächenrauhigkeit ein, die bei einer anderen Anwendungstemperatur als der Bearbeitungstemperatur durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und die damit verbundenen unterschiedlichen Ausdehnungen der Komponenten zu einer Verschlechterung der Oberflächenrauhigkeit führt.

[0010] In einer besonderen Ausgestaltung wird die Temperatur der Polierscheibe, günstigerweise auch der Suspension, gemessen.

[0011] Mit Hilfe dieser Vorgehensweise kann die Bearbeitungstemperatur, welche in einer vorteilhaften Ausführungsform über die Suspension und/oder die Polierscheibe eingestellt werden kann, kontrolliert und gegebenenfalls angeglichen werden.

[0012] In der nachfolgenden einzigen Figur wird die Erfindung beispielhaft näher erläutert.

[0013] Dabei zeigt die Figur schematisch die zu bearbeitende Oberfläche 3 während der Bearbeitung bei einer Bearbeitungstemperatur sowie nach der Bearbeitung bei der bereits vorher bekannten Anwendungstemperatur. In der vorliegenden Figur wurde die Bearbeitungstemperatur kleiner als die Anwendungstemperatur gewählt. Außerdem weist die Glasphase 2 gegenüber der Keramikphase 1 einen größeren Abtrag und einen positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Die Keramikphase hat einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten.

[0014] Während der Bearbeitung bilden sich im Bereich der Glasphase 2 Vertiefungen 4 aus, die aus einem größeren Abtrag während des Poliervorgangs resultieren. Gleichzeitig sind Erhöhungen 5 der Keramikphase 1 zu erkennen.

[0015] Nach der Bearbeitung steigt die Temperatur auf die endgültige Anwendungstemperatur an, so daß die Glasphase 2 mit einem positiven Wärmeausdehnungskoeffizienten entsprechend dem Ausdehnungsweg 8 expandiert und sich die Keramikphase 1, die einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, entsprechend dem Schrumpfweg 6 bis zur Oberfläche 7 der Keramikphase zusammenzieht.

[0016] Der Verlauf der Oberfläche 7, 9 bei Anwendungstemperatur ergibt sich in der Figur aus der Oberfläche 7 der Keramikphase bei Anwendungstemperatur und der Oberfläche 9 der Glasphase bei Anwendungstemperatur.

Bezugszeichenliste

[0017] 

1

Keramikphase

2

Glasphase

3

Oberfläche bei Bearbeitungstemperatur

4

Vertiefung Glasphase bei Bearbeitungstemperatur

5

Erhöhung Keramikphase bei Bearbeitungstemperatur

6

Schrumpfweg Keramikphase nach Bearbeitungstemperatur bei Anwendungstemperatur

7

Oberfläche Keramikphase bei Anwendungstemperatur

8

Ausdehnungsweg Glasphase nach Bearbeitungstemperatur bei Anwendungstemperatur

9

Oberfläche Glasphase bei Anwendungstemperatur

Ansprüche

1. Verfahren zum Polieren der Oberfläche eines mindestens zwei Komponenten aufweisenden Materials, wobei jede Komponente in Verbindung mit der zu bearbeitenden Oberfläche steht, mit mindestens einer Polierscheibe und einer Suspension bei einer vorgebbaren Bearbeitungstemperatur, bei der die Komponenten aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten einen unterschiedlichen Ausdehnungszustand und aufgrund unterschiedlicher Abtragseigenschaften unterschiedliche Abtragsraten aufweisen, wobei die Bearbeitungstemperatur so gewählt wird, daß der Abtrag der Komponenten aufgrund deren unterschiedlicher Ausdehnung einander so kompensiert wird, daß die Rauhigkeit der Oberfläche des bearbeiteten Materials bei der Anwendungstemperatur minimal ist.

2. Verfahren zum Polieren, der Oberfläche eines mindestens zwei Komponenten aufweisenden Materials, wobei jede Komponente in Verbindung mit der zu bearbeitenden Oberfläche steht, mit mindestens einer Polierscheibe und einer Suspension bei einer vorgebbaren Bearbeitungstemperatur, bei der die Komponenten aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten einen unterschiedlichen Ausdehnungszustand und aufgrund identischer Abtragseigenschaften identische Abtragsraten aufweisen, und einer bekannten Anwendungstemperatur, wobei die Bearbeitungstemperatur gleich der Anwendungstemperatur gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Temperatur der Polierscheibe kontrolliert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Temperatur der Suspension kontrolliert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Bearbeitungstemperatur über die Suspension eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Bearbeitungstemperatur über die Polierscheibe eingestellt wird.

Zeichnung