DE10131246C2 - Verfahren zur materialabtragenden Bearbeitung der Kanten von Halbleiterscheiben - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist Verfahren zur materialabtragenden Bearbeitung der Kanten von Halbleiterscheiben.

Die unbehandelte Kante einer von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe hat eine vergleichsweise raue und uneinheit­ liche Oberfläche. Sie bricht bei mechanischer Belastung häufig aus und ist eine Quelle störender Partikel. Es ist daher üb­ lich, die Kante zu glätten und ihr ein bestimmtes Profil zu ge­ ben. Dies geschieht durch eine materialabtragende Bearbeitung der Kante mit einem geeigneten Bearbeitungswerkzeug. In der DE 195 35 616 A1 ist eine Schleifvorrichtung beschrieben, mit der eine solche Bearbeitung vorgenommen werden kann. Die Halblei­ terscheibe ist während der Bearbeitung auf einem sich drehenden Tisch fixiert und wird mit der Kante gegen die sich ebenfalls drehende Arbeitsfläche eines Bearbeitungswerkzeugs zugestellt.

Nach dem Stand der Technik ist es üblich, die Halbleiterschei­ ben mit einem zur Mittelebene der Scheibe symmetrischen Profil mit gleichartigen Facetten an der Scheibenvorderseite und der Scheibenrückseite zu versehen. Für die Bearbeitung der Schei­ benkante kann somit üblicherweise ein symmetrisches Bearbei­ tungswerkzeug eingesetzt werden, wie in Fig. 1a dargestellt. Das symmetrische Kantenprofil führt jedoch bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen zu Problemen - insbesondere bei dem als Rückseitendünnung bezeichneten Schritt, bei dem nach er­ folgter Vorderseitenstrukturierung die Rückseite der Halblei­ terscheibe derart materialabtragend bearbeitet wird, dass die Dicke der Scheibe beispielsweise auf etwa 20% des ursprüngli­ chen Werts reduziert wird. Die dabei entstehende scharfe Kan­ tenform ist sehr empfindlich gegen mechanische Beanspruchung, so dass es zu Ausbrüchen an der Scheibenkante kommen kann.

Dieses Problem kann durch die Verwendung von Halbleiterscheiben mit einem asymmetrischen Kantenprofil, wie es in der DE 44 14 373 C2 beschrieben ist, umgangen werden. Die in der genannten Schrift beschriebene Halbleiterscheibe weist am Rand der Schei­ benrückseite eine Facette auf, am Rand der Scheibenvorderseite dagegen lediglich eine gerundete Kante. Laut DE 44 14 373 C2 bedeutet dies für den Kantenverrundungsschritt eine Profilver­ änderung des Bearbeitungswerkzeugs verglichen mit der Herstel­ lung einer symmetrischen Kante. Eine andere bevorzugte Form ei­ ner asymmetrischen Scheibenkante ist in der EP 0 393 951 B1 be­ schrieben, deren Herstellung ebenfalls ein Bearbeitungswerkzeug mit asymmetrischem Profil erfordert.

Der Nachteil eines Einsatzes von Bearbeitungswerkzeugen mit asymmetrischem Profil (ein Beispiel zeigt Fig. 1b) besteht darin, dass für jedes Kantenprofil, z. B. für unterschiedliche Kundenspezifikationen, ein eigenes Werkzeug vorgehalten werden muss. Soll in der Produktion von einer Kantenspezifikation zur anderen umgestellt werden, muss somit auch das Bearbeitungs­ werkzeug ausgetauscht werden, was zu Ausfallzeiten der Anlage führt. Verglichen mit der Herstellung symmetrischer Kantenpro­ file bedeutet dies einen erheblichen wirtschaftlichen Nachteil.

Bei Verwendung von so genannten Mehrwegschleifscheiben (Fig. 1c) kann ein Werkzeugwechsel zwar vermieden werden, doch bringt auch dieses Verfahren Zeitverluste bei der Kantenbearbeitung mit sich. Wie Fig. 1d zeigt, sind zur Bearbeitung der Kante drei Arbeitsschritte notwendig: In Schritt 1 wird der Durchmes­ ser der Halbleiterscheibe W auf den gewünschten Wert gebracht. Anschließend wird die Mehrwegschleifscheibe PSS in geeigneter Weise in Richtung der Rotationsachse verschoben, um in dieser Position in Schritt 2 die Facette an der Scheibenunterseite herzustellen. Schritt 3 wiederholt schließlich den Vorgang an der Scheibenoberseite. Dieses dreistufige Verfahren, das bei­ spielsweise in DE 44 40 867 A1 beschrieben ist, nimmt erheblich mehr Zeit in Anspruch als ein einstufiges.

Das Patent US 5,738,563 beschreibt eine Kantenverrundungsvor­ richtung mit einer Regelungseinheit, die dafür sorgt, dass Werkstück und Profilschleifscheibe automatisch so zueinander positioniert werden, dass das entstehende Kantenprofil des Werkstücks symmetrisch ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bereitzustellen, das zu einem asymmetrischen Kantenprofil je nach Kundenspezifikation führt, und das gleichzeitig einen ebenso wirtschaftlichen Betrieb ermöglicht wie bei der Herstel­ lung symmetrischer Kantenprofile.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung ei­ ner Halbleiterscheibe der Dicke d mit einem asymmetrischem Kan­ tenprofil, das durch eine Stegbreite S, eine Facettenweite w1 an der Vorderseite und eine davon verschiedene Facettenweite w2 an der Rückseite der Halbleiterscheibe charakterisiert ist, durch materialabtragendes Bearbeiten der Scheibenkante in einem Schritt, wobei die Halbleiterscheibe auf einem sich drehenden Tisch zentrisch fixiert ist und mit der Kante gegen die sich e­ benfalls drehende Arbeitsfläche eines Bearbeitungswerkzeugs zu­ gestellt wird und wobei ein Bearbeitungs­ werkzeug mit symmetrischem Profil und der Stegbreite S verwen­ det wird und die Asymmetrie des Kantenprofils dadurch er­ reicht wird, dass das Bearbeitungswerkzeug vor Beginn der Bear­ beitung gegenüber der Mittelebene der Halbleiterscheibe paral­ lel zur Rotationsachse der Halbleiterscheibe um einen Betrag

verschoben wird.

Durch die Verwendung bereits vorhandener, symmetrischer Bear­ beitungswerkzeuge wird die Werkzeugvielfalt begrenzt und es werden Kosten für Werkzeug, Lagerhaltung und Werkzeugwechsel eingespart. Dies bedeutet einen erheblichen wirtschaftlichen Vorteil gegenüber der Verwendung asymmetrischer Bearbeitungs­ werkzeuge. Da die Bearbeitung in nur einem Schritt erfolgt, ist das erfindungsgemäße Verfahren auch der Verwendung von Mehrweg­ schleifscheiben, die einen dreistufigen Prozess erfordern, überlegen.

Für das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt ein nach dem Stand der Technik üblicher Kantenverrundungsautomat verwendet. Fig. 2 zeigt eine Skizze eines derartigen Kantenverrundungsau­ tomaten. Die Halbleiterscheibe W liegt auf einem sich drehenden Tisch SC zentrisch auf. Eine Profilschleifscheibe PSS ist an einer sich schnell drehenden Schleifspindel SS angebracht. Die Rotationsgeschwindigkeit des Tischs beträgt bevorzugt < 50 U/min. die der Schleifspindel bevorzugt < 2000 U/min. Für die Bearbeitung von Halbleiterscheiben mit Notch ist eine zusätzli­ che Schleifspindel (Notchspindel NS) mit einem Schleifstift (Profilnotchstift PNS) nach dem Stand der Technik erforderlich. Das Profil des Profilnotchstifts ist in der Regel mit dem Pro­ fil der Profilschleifscheibe identisch. Die Notchspindel dreht sich bevorzugt mit Geschwindigkeiten < 20000 U/min. Tisch und Schleifspindel bzw. Notchspindel sind in zwei Richtungen rela­ tiv zueinander beweglich. In der x-Richtung ist der Abstand der Rotationsachsen von Tisch und Spindel variierbar. Die Relativ­ position in x-Richtung definiert somit den Radius der bearbei­ teten Halbleiterscheibe. In z-Richtung ist eine relative Posi­ tionsverschiebung zwischen Tisch und Profilschleifscheibe bzw. Profilnotchstift parallel zu den Rotationsachsen möglich. Die Relativbewegungen in x- und z-Richtung können entweder durch den Tisch oder durch die Schleifspindel bzw. Notchspindel er­ folgen.

Erfindungsgemäß gibt die Relativposition in z-Richtung das Kan­ tenprofil der bearbeiteten Halbleiterscheibe vor, wie in Fig. 3 zu sehen ist. Bei der Herstellung symmetrischer Scheibenkan­ ten nach dem Stand der Technik wird die Position in z-Richtung so eingestellt, dass die Mittelebene mw der Halbleiterscheibe und die Mittelebene mp der Profilschleifscheibe zusammenfallen. Jede Verschiebung aus dieser Position um einen Betrag z' in z- Richtung führt erfindungsgemäß zu einem asymmetrischen Kanten­ profil der Halbleiterscheibe, wie in Fig. 3 dargestellt.

Fig. 4 zeigt detailliert die charakteristischen Größen des Kantenprofils. In Fig. 4a ist der Fall dargestellt, bei dem ein gerades Facettenstück an der Vorderseite, d. h. an der po­ lierten Seite der Halbleiterscheibe vorhanden ist, wogegen die­ ses gerade Facettenstück im Fall von Fig. 4b fehlt. Die Halb­ leiterscheibe hat die Dicke d. In der Regel ist die Facetten­ weite w1 an der Scheibenvorderseite, d. h. an der polierten Seite, vom Kunden vorgegeben. Weiterhin wird das Kantenprofil durch den Krümmungsradius r, den Öffnungswinkel v und die Steg­ breite S charakterisiert. Diese drei Größen werden durch die Wahl des Bearbeitungswerkzeugs bestimmt. Der halbe Öffnungswin­ kel v/2 ist gleichzeitig der Winkel zwischen Facettenfläche und Oberfläche der Halbleiterscheibe. Die Facettenweite w2 und die Facettenlänge f2 an der Scheibenrückseite sowie die Facetten­ länge f1 an der Scheibenvorderseite ergeben sich durch die Wahl der Profilschleifscheibe und durch die Größe der axialen Verschiebung z' zwischen den Mittelebenen der Halbleiterscheibe mw und der Profilschleifscheibe mp, siehe Fig. 3.

Um die gewünschte Facettenweite w1 zu erreichen, wird eine Pro­ filschleifscheibe mit geeigneten Eigenschaften (Stegbreite S, Radius r und Öffnungswinkel v) gewählt. Die Facettenweite w2 auf der Rückseite der Halbleiterscheibe ergibt sich aus w1 und den charakteristischen Größen der Profilschleifscheibe. Je nach Anforderung kann auch eine Profilschleifscheibe mit einer Steg­ breite S = 0 eingesetzt werden. Der Versatz z' in z-Richtung berechnet sich nach

aus der Dicke d der Halbleiterscheibe, der Facettenweite w1 an der Vorderseite der Halbleiterscheibe und der Stegbreite S.

Für die Prozesskontrolle eignen sich die Facettenlängen f1 und f2 auf der Vorder- bzw. Rückseite der Halbleiterscheibe besser als der Versatz z' in z-Richtung. Durch die Geometrie des Pro­ fils mit w1 verbunden, lässt sich die dazugehörige Facettenlän­ ge f1 wie folgt berechnen (Fig. 4):

• a) Wenn ein gerades Facettenstück mit Winkel v/2 vorhanden ist, d. h. falls
  bzw.
  
• b) Wenn kein gerades Facettenstück mit Winkel v/2 vorhanden ist, d. h. falls
  bzw.
  f1 = r - w1.tanβ (3b)
  wobei
  

Fig. 1 zeigt nach dem Stand der Technik gebräuchliche Schleif­ scheiben: Schleifscheibe mit symmetrischem Profil (Fig. 1a), Schleifscheibe mit asymmetrischem Profil (Fig. 2b) und Mehrweg­ schleifscheibe (Fig. 1c). Fig. 1d stellt die drei Bearbei­ tungsschritte dar, die nach dem Stand der Technik bei Verwen­ dung einer Mehrwegschleifscheibe nach Fig. 1c notwendig sind.

Fig. 2 zeigt die Skizze eines Kantenverrundungsautomaten nach dem Stand der Technik.

Fig. 3 stellt ein erfindungsgemäß hergestelltes Kantenprofil mit dem Profil der dafür verwendeten Profilschleifscheibe dar.

Fig. 4 zeigt zwei mögliche Varianten eines erfindungsgemäß hergestellten asymmetrischen Kantenprofils mit den charakteris­ tischen geometrischen Größen. Fig. 4a zeigt eine Kante, die auf der Vorderseite der Halbleiterscheibe ein gerades Facetten­ stück aufweist, Fig. 4b dagegen eine Kante, bei der dieses ge­ rade Facettenstück auf der Vorderseite fehlt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf alle scheibenförmigen Werkstücke aus sprödharten Materialien anwendbar, beispielswei­ se auf Scheiben aus Glas oder Siliciumcarbid, bevorzugt jedoch auf Halbleiterscheiben, besonders bevorzugt auf Siliciumschei­ ben.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe der Dicke d mit einem asymmetrischem Kantenprofil, das durch eine Stegbreite S, eine Facettenweite w1 an der Vorderseite und eine davon ver­ schiedene Facettenweite w2 an der Rückseite der Halbleiterschei­ be charakterisiert ist, durch materialabtragendes Bearbeiten der Scheibenkante in einem Schritt, wobei die Halbleiterscheibe auf einem sich drehenden Tisch zentrisch fixiert ist und mit der Kante gegen die sich ebenfalls drehende Arbeitsfläche eines Be­ arbeitungswerkzeugs zugestellt wird und wobei ein Bearbeitungswerkzeug mit symmetrischem Profil und der Stegbreite S verwendet wird und die Asymmetrie des Kantenpro­ fils dadurch erreicht wird, dass das Bearbeitungswerkzeug vor Beginn der Bearbeitung gegenüber der Mittelebene der Halbleiter­ scheibe parallel zur Rotationsachse der Halbleiterscheibe um ei­ nen Betrag
verschoben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bearbeitungswerkzeug um eine Profilschleifscheibe han­ delt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bearbeitungswerkzeug um einen Profilnotchstift handelt.