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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bearbeitung einer Scheibe,
geeignet zum Entfernen der Kittleiste von Scheiben nach deren Abtrennen
von einem Werkstück
mittels einer Drahtsäge.
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Insbesondere
eignet sich das Verfahren zur Anwendung bei der Herstellung von
Halbleiter-, z. B. Siliciumscheiben. Die ersten Schritte bei der
Herstellung von Siliciumscheiben sind üblicherweise wie folgt: Ziehen
eines zylindrischen Einkristalls aus einer Siliciumschmelze durch
Animpfen mit einem Impflingskristall, Rundschleifen des gewachsenen Einkristalls,
Zersägen
des einkristallinen Stabs in Scheiben.
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Drahtsägen werden
verwendet, um eine Vielzahl von Siliciumscheiben oder aber auch
Solarwafer und andere Kristallwafer in einem Arbeitsgang von einem
Kristall abzutrennen, finden also Anwendung bei der Herstellung
von Produkten für
die Chipindustrie, für
die Photovoltaikindustrie, aber auch bei der Herstellung von Scheiben
aus Kristallen jeglicher Art, z. B. Materialien wie III-V-Hallbleiter,
Galliumnitrid oder Siliciumcarbid oder auch Keramiken. Grundsätzlich sind
Drahtsägeverfahren
immer dann bevorzugt, wenn es in längen Herstellungsprozessketten
aus wirtschaftlichen Gründen
von Vorteil ist, alle Scheiben in einem einzigen Arbeitsgang vom
Werkstück abzutrennen
und dann ein ganzes Batch weiterverarbeiten zu können.
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In
der
US-5,771,876 ist
das Funktionsprinzip einer solchen Drahtsäge beschrieben.
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Derartige
Drahtsägen
besitzen ein Drahtgatter, das von einem Sägedraht gebildet wird, der
um zwei oder mehrere Drahtführungsrollen
gewickelt ist. Der Sägedraht
kann mit einem Schneidbelag belegt sein. Bei Verwendung von Drahtsägen mit
Sägedraht ohne
fest gebundenen Schneidkorn wird Schneidkorn in Form einer Suspension
(„Slurry”) während des
Abtrennvorganges zugeführt.
Beim Abtrennvorgang durchdringt das Werkstück das Drahtgatter, in dem
der Sägedraht
in Form parallel nebeneinander liegender Drahtabschnitte angeordnet
ist. Die Durchdringung des Drahtgatters wird mit einer Vorschubeinrichtung
bewirkt, die das Werkstück
gegen das Drahtgatter oder das Drahtgatter gegen das Werkstück führt.
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Beim
Abtrennen von Siliciumscheiben von einem Kristall ist es üblich, dass
der Kristall mit einer Sägeleiste
verbunden ist, in die der Sägedraht
am Ende des Verfahrens einschneidet. Die Sägeleiste ist beispielsweise
eine Graphitleiste (Kohleleiste), die auf der Umfangsfläche des
Kristalls aufgeklebt oder aufgekittet wird. Das Werkstück mit der
Sägeleiste wird
dann auf einem Trägerkörper aufgekittet.
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Üblicherweise
wird die Sägeunterlage
auf einen Siliciumstab händisch
aufgebracht. Je nach Länge,
Durchmesser, Umfangsmerkmal muss eine entsprechende Sägeunterlage
ausgewählt
werden und auf einer definierten Fläche aufgebracht werden.
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Aus
DE 10335063 ist bekannt,
die zu verklebende Mantelfläche
der Stäbe
mit einer Trennschicht zu besprühen.
Das Trocknen der Schicht wird mittels UV-Strahlern beschleunigt.
Ein Haftmittel, z. B. ein Harz und Härter werden in einem bestimmten
Gewichtsverhältnis
in einer automatischen Misch- und Dosierstation im richtigen Verhältnis gemischt
und vom Roboter auf Stab und Adapter aufgetragen. Bevorzugt wird
ein wasserlösliches
Haftmittel (ohne Chemikalien lösbar)
verwendet. Ebenso kann vor dem Aufbringen des Haftmittels ein wasserlösliches Trennmittel
aufgebracht werden.
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Die
entstandenen Siliciumscheiben bleiben nach dem Abtrennen wie die
Zähne eines
Kammes auf der Sägeleiste
fixiert und können
so aus der Drahtsäge
genommen werden.
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Später wird
die verbliebene Sägeleiste
von den Siliciumscheiben abgelöst.
Dies geschieht z. B. händisch
durch das jeweilige Personal oder wird chemisch abgelöst.
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Aus
DE 10335062 ist bekannt,
dass die Entfernung der Sägeunterlage
nach dem Anläsen
des wasserlöslichen
Kitts oder der Trennschicht in einer Ultraschall-Wanne erfolgt,
vorzugsweise mechanisch unterstützt
in oder über
der Wanne. Ein Stößel zum Abdrücken der
Kohle kann parallel zum Scheibenrand positioniert werden. Die Kohleleisten
werden mit einem Transportband in ein einfach zu entleerendes Behältnis transportiert.
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Aus
US 6 074 442 A ist
bekannt, eine Sägeunterlage
durch eine mechanische Bearbeitung von einem Wafer zu trennen.
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Nach
Abtrennen der Siliciumscheiben vom Kristall, Entfernen der Kohleleisten
erfolgen üblicherweise
mechanische Bearbeitungsschritte, die darauf abzielen, der Siliciumscheibe
eine Form zu geben, die sich insbesondere durch eine profilierte
Kante und sich planparallel gegenüberliegende Seiten auszeichnet.
Zu den Form gebenden Bearbeitungsschritten gehören daher neben einem Kantenverrunden
insbesondere das Läppen
und das Schleifen der Seiten der Siliciumscheibe.
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DE 44 00 221 A1 offenbart
eine Vorrichtung zur Durchführung
eines Verfahrens zur Herstellung von angefasten Siliciumscheiben.
Zwischen den Arbeitsschritten „Ablösen der
Sägeunterlage” und „Kantenverrundung” sind ein Reinigungsschritt
an einer Reinigungssektion und ein Transportschritt mittels eines
Förderbandes
vorgesehen.
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Bei
den gängigen
Verfahren werden die Scheiben also nach Anläsen des Klebers durch chemische
Substanzen oder durch Wasser, durch Eigengewicht oder Aufbringung
einer zusätzlichen
Kraft von der Kittleiste getrennt. Dabei entstehen undefinierte
Ablösekräfte und
schlimmstenfalls Beschädigungen
am Wafer.
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Die
Aufgabe der Erfindung bestand darin, derartige undefinierte Ablösekräfte und
etwaige Beschädigungen
zu vermeiden.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch das Verfahren gemäß Anspruch
1.
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Ausgangspunkt
ist ein mittels einer Drahtsäge
zersägtes
Werkstück.
Die Scheiben bilden einen sog. Sägekamm
und haften an der Sägeleiste.
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Die
Scheiben werden anschließend
vereinzelt, d. h. die Scheiben werden aus dem Sägekamm herausgebrochen.
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Dabei
bleibt ein Sägeleistenrest
sowie der zuvor an der Mantelfläche
des Werkstücks
aufgebrachte Kleber an den einzelnen Scheiben haften.
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Anschließend wird
die Scheibe mit Sägeleiste,
z. B. Restkohleleiste, auf einem Vakuuumsauger (Chuck) zentriert,
fixiert und in Rotation versetzt.
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Der
Rest der anhaftenden Kohleleiste wird anschließend z. B. mittels Sägedraht,
Wasserstrahl, Laserstrahl, mittels einer Schleifscheibe oder einem anderem
geeigneten Trennverfahren abgetrennt.
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Im
gleichen Arbeitsgang erfolgt auch Silicium-Materialabtrag, um den
Wafer auf einen bestimmten, gewünschten
Durchmesser zu schleifen und die Kante zu profilieren.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
hat den Vorteil, dass das Abtrennen der Kitteleiste, Entfernen der
Restkohleleiste sowie das Kantenverrunden des Wafers in einem Arbeitsgang
realisiert wird.
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Im
Gegensatz zum Stand der Technik wirkt eine definierte Ablösekraft
an der Waferkante. Beschädigungen
werden vermieden.
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Es
ist bekannt, dass die Kante der Siliciumscheibe vor dem Kantenverrundungsschritt äußerst empfindlich
ist. Insbesondere das Entfernen der Kohleleiste hat sich in diesem
Zusammenhang als äußerst kritisch
erwiesen. Dieses Problem tritt im erfindungsgemäßen Verfahren nicht auf.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass nur ein einmaliges Zentrieren
des Wafers für
mehrere nachfolgende Bearbeitungsschritte nötig ist, was das Handling erleichtert
und auch zu einer bedeutsamen Zeitersparnis führt.
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Schließlich – ebenfalls
vorteilhaft – kommt das
Verfahren beim Abtrennen der Sägeleiste
ohne Einsatz von Chemikalien (im Stand der Technik z. B. Ameisensäure) aus.
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Ein
Kantenprofil erzeugender Bearbeitungsschritt ist deshalb erforderlich,
da die Kante im nicht bearbeiteten Zustand besonders bruchempfindlich
ist und die Siliciumscheibe schon durch geringfügige Druck- und/oder Temperaturbelastungen
im Kantenbereich beschädigt
werden kann. Die unbehandelte Kante einer von einem Einkristall
abgetrennten Siliciumscheibe hat eine vergleichsweise raue und uneinheitliche
Oberfläche.
Sie bricht bei mechanischer Belastung häufig aus und ist eine Quelle
störender
Partikel. Es ist daher üblich,
die Kante zu glätten
und ihr ein bestimmtes Profil zu geben.
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Dies
geschieht durch eine Material abtragende Bearbeitung der Kante der
Siliciumscheibe mit einem entsprechenden Bearbeitungswerkzeug. Eine dafür geeignete
Vorrichtung ist beispielsweise in
DE 195 35 616 A1 offenbart.
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Üblicherweise
ist beim Kantenverrunden die Siliciumscheibe auf einem sich drehenden
Chuck fixiert und wird mit der Kante gegen eine sich ebenfalls drehende
Arbeitsfläche
eines Bearbeitungswerkzeugs zugestellt. Eine derartige Vorrichtung
ist geeignet, die Kante der Siliciumscheibe mit einem Bearbeitungswerkzeug
zu bearbeiten. Bei den dabei eingesetzten Bearbeitungswerkzeugen
handelt es sich zumeist um Schleifscheiben, die an einer Spindel
befestigt sind und profilierte Umfangsflächen aufweisen, die als Arbeitsflächen zur
Bearbeitung der Kante der Siliciumscheibe dienen. Das Material abtragende Schleifkorn
ist üblicherweise
auf den Arbeitsflächen fest
gebunden und weist üblicherweise
eine grobe Körnung
auf.
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Beim
Kantenverrunden von Siliciumscheiben mit Notch ist eine zusätzliche
Schleifspindel (Notchspindel) mit einem Schleifstift (Profilnotchstift)
erforderlich. Da das Profil des Profilnotchstiftes üblicherweise
mit dem Profil der Profilschleifscheibe identisch ist, wird im Rahmen
dieser Erfindung nicht näher
auf die Spezifikationen des Profilnotchstiftes eingegangen. Wenn
bestimmte Spezifikationen der Profilschleifscheibe genannt sind,
sollen diese im Rahmen der Erfindung auch für die verwendeten Profilnotchstifte
gelten.
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Nach
dem Stand der Technik ist es üblich, die
Siliciumscheiben mit einem zur Mittelebene der Scheibe symmetrischen
Profil mit gleichartigen Facetten an der Scheibenvorderseite und
der Scheibenrückseite
oder aber mit einem asymmetrischen Kantenprofil mit unterschiedlichen
Facettenweiten auf Vorder- und
Rückseite
zu versehen. Dabei erhält die
Kante der Siliciumscheibe ein Profil, das geometrisch ähnlich zu
einem Zielprofil ist. Ein geeignetes Verfahren hierfür ist beispielsweise
in
DE 101 31 246 C2 beschrieben.
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Beispiel
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Halbleiterstab,
der mittels CZ(Czochralski)- oder FZ(Floatzone)-Verfahren gewachsen
wurde, wird in eine Aufkittvorrichtung gehoben. Der Stab wird üblicherweise
an seiner Mantelfläche
auf Rollen gehalten und fixiert. Ein Teil des Stabmantels wird über seine
gesamte Länge
mit einem Kleber versehen. Auf diesem Kleber wird eine Kohleleiste
aufgekittet. Der derart vorbereitete Stab wird anschließend in
einer Drahtsäge
in Scheiben zersägt.
Als Sägedraht
wird z. B. Stahl mit Messing- oder Zinkbeschichtung verwendet. Als
Schneidemittel ist eine Siliciumcarbid/Glycol-Suspension üblich.
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Nach
dem Zersägen
werden die Scheiben herausgebrochen und in einer Cassette (Horde)
in einen Reinigungswagen gelegt. Dort werden die Scheiben mit vollentsalztem
Wasser gereinigt. Anschließend
holt ein Roboter eine einzelne Scheibe aus der Cassette, legt sie
auf einen Transportriemen, der die Scheibe auf einen Zentrierchuck
legt. Der Zentrierchuck umfasst üblicherweise
Zentrierstifte und eine aus transparentem Kunststoff bestehende
Auflagefläche.
Auf dem Zentrierchuck wird die Scheibe zentriert und orientiert
(Pre-alignment). Anschließend wird
die Scheibe mittels eines Greifers auf einen Schleifchuck gehoben.
Dieser Schleifchuck umfasst üblicherweise Druckstifte
und sog. Notchzentrierer, die eine Feinkorrektur von Zentrierung/Orientierung (Alignment)
ermöglichen.
Dann wird die Scheibe vom Schleifchuck angesaugt und der Schleifvorgang
beginnt.
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Dabei
wird die Restkohleleiste und der Kleber entfernt. Außerdem wird
die Scheibe im gleichen Arbeitsgang mit einer verrundeten Kante
versehen.
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Figur
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1 zeigt
schematisch einen zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeigneten Aufbau.
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1 zeigt
Scheibe 11 mit Restkohleleiste 12 auf Transfer-Chuck 51 mit
Zentrierstiften 6. Dort wird die orientiert ankommenden
Scheibe 11 zentriert. Dann wird Scheibe 11 zu
Vakuum-Chuck 52 transportiert. Anschließend beginnt die Scheibe 11 langsam
zu rotieren und die dabei noch anhaftende Restkohleleiste bzw. Kleber 12 zunächst z.
B. durch Verwendung von Sägedraht,
Wasserstrahl, Laser oder mittels einer anderen geeigneten Abtrennvorrichtung
(schematisch dargestellt durch 4) von der Scheibe 11 abgetrennt.
Beim Weiterrotieren werden durch eine Schleifscheibe 32 die
noch zurückgebliebenen
Kohleleisten- und
Kleberreste 12 entfernt und Scheibe 11 auf einen
definierten Durchmesser geschliffen. Anschließend wird bei Weiterdrehen
der Scheibe 11 die Scheibenkante mittels einer zweiten Schleifscheibe 31 profiliert
(Verrundung der Kante).