DE102010007459B4

DE102010007459B4 - Verfahren zum Abtrennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Kristall aus Halbleitermaterial

Info

Publication number: DE102010007459B4
Application number: DE102010007459A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Käser; Albert Blank
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2030-02-11
Also published as: KR20110093639A; US8844511B2; JP5530946B2; KR101330897B1; CN102152417B; DE102010007459A1; JP2011166154A; CN102152417A; SG173965A1; TW201127586A; TWI471209B; US20110192388A1

Abstract

Verfahren zum Abtrennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Kristall aus Halbleitermaterial, welcher eine Längsachse und einen Querschnitt aufweist, wobei der auf einem Tisch befestigte Kristall durch eine senkrecht zur Längsachse des Kristalls gerichtete Relativbewegung zwischen Tisch und dem Drahtgatter einer Drahtsäge so durch das mit Sägedraht gebildete Drahtgatter geführt wird, dass der Sägedraht an einer Ziehkante der Kristalls einsägt oder an einer Ziehkante des Kristalls aussägt.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Abtrennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Kristall.
Halbleiterscheiben werden in der Regel dadurch hergestellt, dass ein mono- oder polykristalliner Kristall aus Halbleitermaterial, welcher eine Längsachse und einen Querschnitt aufweist, mit Hilfe einer Drahtsäge in einem Arbeitsgang gleichzeitig in eine Vielzahl von Halbleiterscheiben aufgetrennt wird.
Bei dem Werkstück kann es sich beispielsweise um einen zylindrischen Einkristall aus Silicium handeln.
Der Begriff „zylindrisch” ist nicht so zu verstehen, dass die Kristalle zwingend einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen müssen. Die Kristalle können vielmehr die Form eines beliebigen allgemeinen Zylinders aufweisen. Ein allgemeiner Zylinder ist ein Körper, der von einer Zylinderfläche mit geschlossener Leitkurve und zwei parallelen Ebenen, den Grundflächen des Zylinders, begrenzt wird.
Solche Verfahren sind also auch zum Zersägen von nichtzylindrischen Kristallblöcken geeignet, die eine Umfangsfläche beinhalten, also z. B. von Kristallblöcken, die einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen.
Drahtsägen werden insbesondere verwendet, um eine Vielzahl von Halbleiterscheiben, Solarwafer und andere Kristallwafer in einem Arbeitsgang von einem Kristall abzutrennen.
In der US-5,771,876 ist das Funktionsprinzip einer Drahtsäge beschrieben, die zum Abtrennen von Halbleiterscheiben von einem Kristall geeignet ist.
DE 10 2006 058 823 A1 , DE 10 2006 058 819 A1 und DE 10 2006 044 366 A1 offenbaren entsprechende Verfahren zum Drahtsägen.
US 2004/0168682 A1 offenbart ein Verfahren und einen Apparat zur Ausrichtung des Kristalls in einer bestimmten Orientierung vor dem Sägen. Die Bestimmung einer optimalen Sägerichtung unter Berücksichtigung der Kristallanisotropie beschreiben S. Bhagavat und I. Kao: Theoretical analysis on the effects of crystal anisotropy on wiresawing process and application to wafer slicing; in: INTERNATIONAL JOURNAL OF MACHINE TOOL DESIGN AND RESEARCH (46), 2006, S. 531–541, ISSN 0020-7353.
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 gebundenes 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.
Beim Abtrennen von Halbleiterscheiben 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, die auf der Umfangsfläche des Kristalls aufgeklebt oder aufgekittet wird. Das Werkstück mit der Sägeleiste wird dann auf einem Trägerkörper aufgekittet. Die entstandenen Halbleiterscheiben bleiben nach dem Abtrennen wie die Zähne eines Kammes auf der Sägeleiste fixiert und können so aus der Drahtsäge genommen werden. Später wird die verbliebene Sägeleiste von den Halbleiterscheiben abgelöst.
Bei Verfahren nach dem Stand der Technik weisen abgetrennte Halbleiterscheiben oftmals erhöhte Warpwerte auf.
Bislang wurde davon ausgegangen, dass die Parameter Bow und Warp als Maß für die Abweichung der tatsächlichen Scheibenform von der angestrebten idealen Scheibenform (auch „Sori”) ganz entscheidend von der Geradheit des Schnittes abhängen. Der Parameter „Warp” ist in der SEMI-Norm M1-1105 definiert. Die Messgröße Warp ist ein Maß für die Abweichung von einer idealen Scheibenform, die durch ebene und planparallel liegende Scheibenseiten charakterisiert ist.
Der Warp entsteht auch durch eine Relativbewegung der Sägedrahtabschnitte gegenüber dem Werkstück, die im Lauf des Sägeprozesses in axialer Richtung bezogen auf das Werkstück erfolgt. Diese Relativbewegung kann beispielsweise durch beim Sägen auftretende Schnittkräfte, axiale Verschiebungen der Drahtführungsrollen durch Wärmeausdehnung, durch Lagerspiele oder durch die Wärmeausdehnung des Werkstücks verursacht sein.
DE 10122628 offenbart ein Verfahren zum Auftrennen eines stab- oder blockförmigen Werkstücks mittels einer Säge, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Werkstücks während des Auftrennens gemessen und das Messsignal an eine Regeleinheit weitergeleitet wird, die ein Regelsignal erzeugt, das zur Regelung der Werkstücktemperatur verwendet wird.
Weiterhin wurde im Stand der Technik darauf abgezielt, die Führung des Sägedrahtes zu verbessern.
DE 10 2007 019 566 A1 offenbart beispielsweise eine Drahtführungsrolle zur Verwendung in Drahtsägen zum gleichzeitigen Abtrennen einer Vielzahl von Scheiben von einem zylindrischen Werkstück, die mit einem Belag einer Dicke von wenigstens 2 mm und höchstens 7,5 mm versehen ist und welcher aus einem Material besteht, das eine Härte nach Shore A von wenigstens 60 und höchstens 99 aufweist, die des weiteren eine Vielzahl von Rillen beinhaltet, durch die der Sägedraht geführt wird, wobei die Rillen jeweils einen gekrümmten Rillengrund mit einem Krümmungsradius R, der durch das 0,25–1,6 fache eines Sägedrahtdurchmessers D gegeben ist, und einen Öffnungswinkel a von 60–130° aufweisen.
Die Verwendung einer solchen Drahtsäge führt zu einer Verbesserung der Waviness.
Neben der Dickenvariation ist die Ebenheit der beiden Flächen der Halbleiterscheibe von großer Bedeutung. Nach dem Auftrennen eines Halbleitereinkristalls, beispielsweise eines Siliciumeinkristalls, mittels einer Drahtsäge weisen die dadurch hergestellten Scheiben eine wellige Oberfläche auf. In den Folgeschritten, wie z. B. Schleifen oder Läppen, kann diese Welligkeit teilweise oder vollständig entfernt werden, abhängig von der Wellenlänge und Amplitude der Welligkeit sowie von der Tiefe des Materialabtrags. Im ungünstigsten Fall können derartige Oberflächenunregelmäßigkeiten („Undulations”, „Waviness”), die Periodizitäten von wenigen mm bis zu z. B. 50 mm aufweisen können, auch noch nach einer Politur auf der fertigen Halbleiterscheibe nachgewiesen werden, wo sie sich negativ auf die lokale Geometrie auswirken.
DE 10 2006 050 330 A1 offenbart ein Verfahren zum gleichzeitigen Auftrennen von wenigstens zwei zylindrischen Werkstücken in eine Vielzahl von Scheiben mittels einer Drahtgattersäge mit einer bestimmten Gatterlänge, wobei die wenigstens zwei Werkstücke in Längsrichtung hintereinander auf einer Montageplatte befestigt werden, wobei zwischen den Werkstücken jeweils ein definierter Abstand eingehalten wird, diese in der Drahtgattersäge eingespannt und mittels der Drahtgattersäge aufgetrennt werden.
Wird ein niedriger Warp-Wert der Scheiben gewünscht, werden möglichst lange Werkstücke gewählt. Um hohe Warp-Werte zu erreichen, werden vergleichsweise kurze Werkstücke auf der Montageplatte befestigt und entsprechend zersägt.
Es hat sich allerdings gezeigt, dass im Stand der Technik trotz aller Maßnahmen immer wieder Scheiben mit erhöhten Warp-Werten auftreten. Dies ist offenbar nicht immer auf den Sägeprozess an sich oder auf die thermischen Eigenschaften von Werkstück, Drahtführungsrolle usw. zurückzuführen.
Aufgabe der Erfindung war es, diesen Beobachtungen auf den Grund zu gehen und ein neuartiges Verfahren zum Drahtsägen bereit zu stellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1.
Das Kristallstück wird abhängig von seiner Kristallorientierung und abhängig von der Lage der Ziehkanten so auf einem Tisch oder einer Montageplatte befestigt und anschließend in der Drahtsäge in Halbleiterscheiben zerteilt, dass der Einsägevorgang entweder an von einer der Ziehkanten erfolgt oder der Aussägevorgang an einer der Ziehkanten erfolgt.
Die Erfinder haben festgestellt, dass die Warp-Werte der Halbleiterscheiben ganz erheblich von der Kristallebene des Werkstücks abhängen, an der der Einschnittvorgang mittels der Drahtsäge beginnt.
Wie zuvor bereits beschrieben, wird das Werkstück durch das Drahtgatter geführt, schneidet also an einer ganz bestimmten Position des Werkstücks ein und an der gegenüberliegenden Position auf der Mantelfläche des Werkstücks aus.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass niedrige Warp-Werte resultieren, wenn an der Ziehkante ausgesägt wird. Um dies zu erreichen, wird das Werkstück an seiner Mantelfläche im Bereich der Ziehkante auf Sägeleiste, Trägerkörper bzw. Tisch der Drahtsäge befestigt.
Hohe Warp-Werte ergeben sich dagegen, wenn der Kristall so auf dem Trägerkörper befestigt wird, dass an einer der Ziehkanten eingesägt wird.
Die Zahl der Ziehkanten ist grundsätzlich durch die Symmetrie der Kristallstruktur vorgegeben. So weisen z. B. <111>-Siliciumkristalle drei Ziehkanten auf, vgl. 1.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem zu zersägenden Werkstück um einen Einkristall aus Silicium.
Vorzugsweise weist der Silicium-Einkristall die Kristallorientierung <100>, <110> oder <111> auf.
Vorzugsweise wird an der Ziehkante eingesägt, um einen erhöhten Warp zu erzeugen. Dies kann für nachfolgende Prozessschritte vorteilhaft sein, wenn beispielsweise eine epitaktische Beschichtung der Halbleiterscheibe vorgesehen ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand zweier Figuren erläutert.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 zeigt schematisch den Aufbau der Drahtsäge mit zwei Werkstücken.
2 zeigt die Ergebnisse von Warp-Messungen an zersägten <111>-Kristallen aus Silicium.
Bezugszeichenliste

11, 12: Kristallstücke
2: Ziehkante
21: Ziehkante, an der eingesägt wird
22: Ziehkante, an der ausgesägt wird
3: Sägeleiste
4: Drahtgatter der Drahtsäge
5: Relativbewegung zwischen Werkstücken und Drahtgatter
6: Warp-Verteilung „Aussägen an Ziehkante”
7: Warp-Verteilung „Einsägen an Ziehkante”

Es wurde ein Kristallstück mittels einer Bandsäge in zwei Teile zerschnitten.
Die beiden Kristallstücke 11 und 12 wurden unterschiedlich auf Montageplatte bzw. Sägeleiste 3 aufgekittet.
Die beiden Kristallstücke 11 und 12 weisen die Kristallorientierung <111> auf.
Ein <111>-Kristall umfasst drei Ziehkanten 2.
4 zeigt das Drahtgatter der Drahtsäge.
Kristallstück 12 wurde mit seiner Mantelfläche in der Nähe einer Ziehkante 22 auf der Sägeleiste 3 fixiert. (Ausschnitt an Ziehkante).
Kristallstück 11 wurde mit der einen Ziehkante 21 gegenüberliegenden Seite der Mantelfläche auf der Sägeleiste 3 fixiert (Einschnitt an Ziehkante).
Beide Kristallstücke 11 und 12 wurden in einem Arbeitsgang zersägt, um identische Prozessbedingungen zu gewährleisten. 5 zeigt die Richtung der Relativbewegung v zwischen Werkstücken 11 und 12 bzw. Drahtgatter 4.
Alle abgetrennten Wafer wurden hinsichtlich Warp untersucht, wodurch sich die in 2 gezeigte Verteilung ergeben hat.
Für den Fall des Ausschnitts an der Ziehkante zeigt sich um eine Größenordnung bessere Warp-Verteilung 7.
6 zeigt die Warp-Verteilung für das Kristallstück, bei dem der Einschnitt an der Ziehkante erfolgte.

Claims

Verfahren zum Abtrennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Kristall aus Halbleitermaterial, welcher eine Längsachse und einen Querschnitt aufweist, wobei der auf einem Tisch befestigte Kristall durch eine senkrecht zur Längsachse des Kristalls gerichtete Relativbewegung zwischen Tisch und dem Drahtgatter einer Drahtsäge so durch das mit Sägedraht gebildete Drahtgatter geführt wird, dass der Sägedraht an einer Ziehkante der Kristalls einsägt oder an einer Ziehkante des Kristalls aussägt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kristall aus Silicium besteht und eine Kristallorientierung <100>, <110> oder <111> aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Kristall so durch das Drahtgatter geführt wird, dass der Sägedraht an einer Ziehkante aussägt, wenn Scheiben mit geringem Warp gewünscht sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Kristall so durch das Drahtgatter geführt wird, dass der Sägedraht an einer Ziehkante einsägt, wenn Scheiben mit erhöhtem Warp gewünscht sind.