DE102006053941B3

DE102006053941B3 - Verfahren zum Prüfen der mechanischen Bruchfestigkeit einer Halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE102006053941B3
Application number: DE200610053941
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl.-Ing. Brenninger (FH); Alois Aigner
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2026-11-16

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Prüfen der mechanischen Bruchfestigkeit einer Halbleiterscheibe. Hierfür wird ein Randbereich der Halbleiterscheibe beim Entladen der Halbleiterscheibe aus einem erhitzten Reaktor thermischer Belastung ausgesetzt, durch den die Halbleiterscheibe bei mangelnder Bruchfestigkeit zerstört wird.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Prüfen der mechanischen Bruchfestigkeit einer Halbleiterscheibe. Die Bereitstellung einer Halbleiterscheibe und die Strukturierung der Halbleiterscheibe mit elektronischen Schaltkreisen erfordert üblicherweise eine Vielzahl von Prozessschritten, bei denen die Halbleiterscheibe hohen Temperaturen ausgesetzt wird. So wird eine Halbleiterscheibe an den Hersteller von elektronischen Schaltkreisen häufig erst ausgeliefert, nachdem sie bereits eine Behandlung bei hohen Temperaturen, insbesondere die Abscheidung einer epitaktischen Schicht erfahren hat. Weitere derartige Behandlungen folgen dann beim Hersteller der Schaltkreise.
In der US 2006/0169207 A1 ist eine Vorrichtung beschrieben, die sich insbesondere zum Ätzen von Halbleitermaterial in der Gasphase und zur Durchführung von Plasma-CVD eignet. Zur Vorrichtung gehört auch ein Transportarm mit einem gabelförmigen Probenhalter.
Wird eine Halbleiterscheibe im Verlauf einer thermischen Behandlung zerstört, weil Beschädigungen im Randbereich wie Kratzer, Kerben, Ausbrüche oder Risse unerkannt geblieben sind, ist der Schaden um so höher, je später er in der Prozesskette auftritt. Die Hersteller der elektronischen Schaltkreise sind daher sehr daran interessiert, dass die an sie ausgelieferten Halbleiterscheiben möglichst keine derartigen Beschädigungen aufweisen.
Gegenstand der DE 102 05 082 A1 ist ein Messverfahren zur Beurteilung einer Halbleiterscheibe hinsichtlich ihrer Eignung für die Herstellung von elektronischen Bauelementen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie Halbleiterscheiben auf die genannten Beschädigungen hin geprüft werden können, ohne dass hierfür ein besonderer Aufwand notwendig wäre.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Prüfen der mechanischen Bruchfestigkeit einer Halbleiterscheibe gemäß Anspruch 1.
Die Prüfung der Halbleiterscheibe auf mechanische Bruchfestigkeit ist in die übliche Prozesskette integriert und es sind keine aufwändigen Maßnahmen notwendig, sie durchzuführen.
Erfindungsgemäß können Halbleiterscheiben mit Beschädigungen im Randbereich, nachfolgend Ausfallscheiben genannt, schon nach der ersten routinemäßig vorgesehenen Behandlung bei hoher Temperatur identifiziert und ausgesondert werden. Eine solche Behandlung ist beispielsweise eine thermische Behandlung, in deren Verlauf eine epitaktische Schicht auf der Halbleiterscheibe abgeschieden wird oder in deren Verlauf Ansammlungen von Leerstellen in einem Bereich nahe der Oberfläche der Halbleiterscheibe aufgelöst werden. Die Halbleiterscheibe wird beim anschließenden Entladen aus dem Reaktor insbesondere im Randbereich einer thermischen Belastung ausgesetzt, wobei eine Ausfallscheibe mit hoher Wahrscheinlichkeit zerstört wird. Wie die Erfinder festgestellt haben, reicht die thermische Belastung, die übliche Handhabungswerkzeuge beim Entladen eines erhitzten Reaktors erzeugen, meistens nicht aus, um eine Ausfallscheibe zu zerstören, so dass sie häufig unerkannt bleibt. Im Gegenteil, solche Handhabungswerkzeuge sind in einer Weise ausgeführt, die ein die Halbleiterscheibe möglichst schonendes Entladen sicherstellt.
In der US 2006/0156979 A1 ist ein moderner, mehrere Behandlungskammern umfassender Reaktor beschrieben, mit dem insbesondere Abscheidungsreaktionen durchgeführt werden können. Zum Be- und Entladen der Kammern ist ein zentrales Handhabungswerkzeug mit einer die Halbleiterscheibe in der Mitte der Unterseite großflächig untergreifenden Halteplatte vorgesehen, wobei ein Teil der Halbleiterscheibe über diese Halteplatte frei hinausragt.
Die damit beim Entladen der Halbleiterscheibe aus einem erhitzten Reaktor ausgeübte thermische Belastung führt bei Ausfallscheiben nur selten zu deren Zerstörung, weil die thermische Belastung vergleichsweise großflächig ausgeübt wird und die Halbleiterscheibe sich durch Verbiegen entlasten kann.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist dies nicht der Fall, da die Halbleiterscheibe nur in einem schmalen Randbereich auf einer ebenen Auflagefläche des Handhabungswerkzeugs gelagert wird, wodurch sich die thermische Belastung beim Entladen aus dem Reaktor besonders auf diesen schmalen Bereich konzentriert. Im Fall einer Ausfallscheibe erfolgt in dieser Situation eine Entlastung eher dadurch, dass die Ausfallscheibe zerbricht, während eine Halbleiterscheibe ohne Beschädigung im Randbereich die Belastung ohne Schaden zu nehmen übersteht.
Das Handhabungswerkzeug zum Be- und Entladen eines Reaktors mit einer Halbleiterscheibe, das vorzugsweise aus Quarz besteht, umfasst eine Transportgabel mit einer Öffnung zur Aufnahme der Halbleiterscheibe, einen Stützring mit einer ebenen Stützfläche zum Abstützen einer in die Öffnung gelegten Halbleiterscheibe in einem Randbereich einer Unterseite der Halbleiterscheibe, und eine die Stützfläche außen umgebende Randabdeckung. Die ebene Stützfläche liegt entweder coplanar in einer horizontale Ebene oder sie ist abfallend geneigt ausgeführt, so dass sie und die horizontale Ebene einen Winkel von bis zu 5° einschließen. Die leichte Neigung wirkt schonend auf den Rand der transportierten Halbleiterscheibe. Der Stützring ist geschlossen ausgeführt oder vorzugsweise über eine Länge nach vorne offen, die bis zu 40% der Umfangslänge der aufzunehmenden Halbleiterscheibe betragen kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform dieses Handhabungswerkzeuges ist in der Figur dargestellt.
Das Handhabungswerkzeug 1 verfügt über einen Haltegriff 2, der an einem Roboterarm befestigt werden kann. Der Haltegriff steht mit einer Transportgabel 3 in Verbindung, die eine Öffnung für eine aufzunehmende Halbleiterscheibe bildet. Sie umfasst einen nach vorne offenen Stützring 4 mit einer ebenen Stützfläche 5, die mit einem Winkel von ca. 3° abfallend geneigt ist, und eine die Stützfläche nach außen begrenzende Erhebung. Der Stützring ist nach vorne offen und zwar über eine Länge, die ca. 30 % der Umfangslänge der aufzunehmenden Halbleiterscheibe entspricht. Die Erhebung bildet eine Randabdeckung 6, die den Rand einer in der Öffnung liegenden Halbleitescheibe vor mechanischer Einwirkung von außen schützt. Die Höhe der Erhebung entspricht vorzugsweise mindestens der Dicke der aufgenommenen Halbleiterscheibe. Eine in die Öffnung gelegte Halbleiterscheibe liegt in einem schmalen Randbereich der Unterseite flächig auf der Stützfläche 5 auf. Die Stützfläche hat vorzugsweise eine Breite von 1 bis 20 mm. Die Fläche der Halbeiterscheibe, die auf dem Handhabungswerkzeug aufliegt, ist nicht breiter als 20 mm.
Beim Entladen einer Halbleiterscheibe aus einem erhitzten Reaktor kühlt der mit der Stützfläche in Kontakt stehende Teil der Halbleiterscheibe rasch auf eine vergleichsweise niedrige Temperatur im Bereich der Temperatur des Handhabungswerkzeuges ab, während der übrige Hauptteil der Halbleiterscheibe deutlich langsamer abkühlt und zunächst im Bereich der vergleichsweise hohen Temperatur bleibt, die im Reaktor herrscht. Der dadurch bewirkte Temperaturgradient ist verantwortlich für die thermischen Spannungen im Randbereich der Halbleiterscheibe, die zur beabsichtigten Zerstörung von Ausfallscheiben führt. Der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur im Reaktor und der Temperatur des Handhabungswerkzeugs beim Entladen der Halbleiterscheibe beträgt mindestens 400 °C.
Beispiel:
Auf Halbeiterscheiben aus Silicium wurde in einem Reaktor vom Typ Centura des Herstellers Applied Materials eine epitaktische Schicht abgeschieden. Ein Teil der Halbleiterscheiben wurde mit einem üblichen Handhabungswerkzeug nach erfolgter Abscheidung aus dem noch heißen Reaktor entfernt. Ein mengenmäßig vergleichbarer anderer Teil der Halbleiterscheiben wurde mit einem in der Figur dargestellten Handhabungswerkzeug aus dem Reaktor entladen. Es stellte sich heraus, dass eine signifikant größere Zahl der Halbleiterscheiben des zweiten Teils beim Entladen aus dem Reaktor zerstört wurde.

Claims

Verfahren zum Prüfen der mechanischen Bruchfestigkeit einer Halbleiterscheibe, wobei ein Randbereich der Halbleiterscheibe beim Entladen der Halbleiterscheibe mit einem Handhabungswerkzeug aus einem erhitzten Reaktor thermischer Belastung ausgesetzt wird, durch den die Halbleiterscheibe bei mangelnder Bruchfestigkeit zerstört wird, wobei die Halbleiterscheibe beim Entladen des Reaktors in einem Randbereich einer Unterseite auf dem Handhabungswerkzeug mit einer Fläche aufliegt, die nicht breiter als 20 mm ist, und ein Temperaturunterschied zwischen der Temperatur im Reaktor und der Temperatur des Handhabungswerkzeugs beim Entladen der Halbleiterscheibe mindestens 400 °C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil eines Randes der Halbleiterscheibe mit einer Randabdeckung vor mechanischen Einwirkungen von außen geschützt wird, wobei der nicht geschützte Teil des Randes in einem vorderen Bereich des Handhabungswerkzeugs liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterscheibe vor dem Entladen einer thermischen Behandlung unterzogen wird, in deren Verlauf eine epitaktische Schicht auf der Halbleiterscheibe abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterscheibe vor dem Entladen einer thermischen Behandlung unterzogen wird, in deren Verlauf Ansammlungen von Leerstellen in einem Bereich der Oberfläche der Halbleiterscheibe aufgelöst werden.