DE102012220952A1

DE102012220952A1 - Verfahren zur mechanischen Bearbeitung der Kante einer Halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE102012220952A1
Application number: DE201210220952
Authority: DE
Inventors: Helmut Paltzer; Jörg Moser
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2014-06-05

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur mechanischen Bearbeitung der Kante einer Halbleiterscheibe 1, wobei ein erster Schritt der Bearbeitung durchgeführt wird, indem die Kante der Halbleiterscheibe 1 mit einer ersten Nut 7 an der Umfangsfläche einer Profilschleifscheibe 4 in Kontakt gebracht wird, wobei die Halbleiterscheibe 1 mit einer Rotationsgeschwindigkeit vW,1 rotiert und die Profilschleifscheibe 4 mit einer Rotationsgeschwindigkeit vS,1 rotiert, während die Halbleiterscheibe 1 und die Profilschleifscheibe 4 mit einer Zustellgeschwindigkeit vR,1 radial aufeinander zu bewegt werden, sodass die Kante der Halbleiterscheibe 1 Material abtragend bearbeitet wird, wobei die erste Nut 7 einen Abrasivstoff mit einer ersten Korngröße enthält, wobei nach dem ersten Schritt ein oder mehrere weitere Schritte der Bearbeitung durchgeführt werden, wobei in jedem der weiteren Schritte ein Schleifwerkzeug mit einem Abrasivstoff verwendet wird, der eine Korngröße aufweist, die geringer ist als die erste Korngröße, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit vW,1 der Halbleiterscheibe 1 2 bis 9 m/min, die Rotationsgeschwindigkeit vS,1 der Profilschleifscheibe 4 1700 bis 5000 m/min und die Zustellgeschwindigkeit vR,1 2 bis 9 mm/min betragen.

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Verfahren zur mechanischen Bearbeitung der Kante einer Halbleiterscheibe mittels einer Profilschleifscheibe.
Die üblichen mechanischen Bearbeitungsschritte einer Halbleiterscheibe nach Abtrennen von einem Kristall zielen darauf ab, der Halbleiterscheibe eine Form zu geben, die sich insbesondere durch eine profilierte Kante und sich planparallel gegenüberliegende Flächen auszeichnet. Zu den formgebenden Bearbeitungsschritten gehören daher neben einem Kantenverrunden insbesondere das Läppen und das Schleifen der Flächen der Halbleiterscheibe.
Ein Kantenbearbeitungsschritt ist deshalb erforderlich, da die Kante im nicht bearbeiteten Zustand besonders bruchempfindlich ist und die Halbleiterscheibe schon durch geringfügige Druck- oder Temperaturbelastungen im Kantenbereich beschädigt werden kann. Die unbehandelte Kante einer von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe 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.
Dies geschieht durch eine Material abtragende Bearbeitung der Kante der Halbleiterscheibe mit einem entsprechenden Bearbeitungswerkzeug. Eine dafür geeignete Vorrichtung ist beispielsweise in US6431961B1 offenbart.
Üblicherweise ist die Halbleiterscheibe beim Kantenverrunden auf einer rotierenden Halterung (engl. „chuck“) fixiert und wird mit der Kante gegen eine ebenfalls rotierende Arbeitsfläche eines Bearbeitungswerkzeugs zugestellt. Durch die Relativbewegung des Bearbeitungswerkzeugs gegenüber der Halbleiterscheibe wird ein Materialabtrag von der Kante der Halbleiterscheibe bewirkt. 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 Halbleiterscheibe dienen. Der Material abtragende Abrasivstoff (Schleifkorn) ist auf den Arbeitsflächen fest gebunden.
Das in US6431961B1 offenbarte Verfahren sieht eine Kantenbearbeitung in zwei Schritten vor, die im Folgenden als Grobverrundung und Feinverrundung bezeichnet werden. Dabei kommen verschiedene Schleifscheiben (oder auch verschiedene Bereiche derselben Schleifscheibe) zum Einsatz, die eine unterschiedliche Schleifkorngröße aufweisen. Bei der Grobverrundung ist die Korngröße des Abrasivstoffs größer als bei der Feinverrundung. Beide Schritte werden mit einer Rotationsgeschwindigkeit der Schleifscheibe von mindestens 1000 m/min, bevorzugt 1500 bis 3000 m/min, einer Rotationsgeschwindigkeit der Halbleiterscheibe von mindestens 30 m/min, bevorzugt 100 bis 1000 m/min und einer Zustellgeschwindigkeit von 0,01 bis 0,05 mm/s (entsprechend 0,6 bis 3 mm/min) durchgeführt. Am Prozessende kann die Rotationsgeschwindigkeit der Halbleiterscheibe gemäß einer Ausführungsform auf 0,3 bis 3 m/min reduziert werden.
Während der Kantenbearbeitung gemäß der US6431961B1 kommt es gelegentlich zu Ausbrüchen an der Kante, die zu Ausschuss führen können. Diese Ausbrüche treten während der Lebensdauer der Schleifscheibe und gehäuft am Ende der Lebensdauer auf. Treten vermehrt Ausbrüche auf, wird die Schleifscheibe gewechselt (oder es wird eine andere Nut verwendet, falls Schleifscheiben mit mehreren gleichartigen Nuten verwendet werden). Der Zeitpunkt des Auftretens von Kantenausbrüchen bestimmt somit die Lebensdauer der Schleifscheibe. Aus wirtschaftlichen Gründen sollten Ausbrüche möglichst selten bzw. möglichst spät auftreten, um den Ausschuss zu reduzieren und die Lebensdauer der Schleifscheiben zu erhöhen.
Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Schleifverfahren bereitzustellen, das diesen Anforderungen gerecht wird und außerdem den Waferdurchsatz nicht negativ beeinflusst.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur mechanischen Bearbeitung der Kante einer Halbleiterscheibe, wobei ein erster Schritt der Bearbeitung durchgeführt wird, indem die Kante der Halbleiterscheibe mit einer ersten Nut an der Umfangsfläche einer Profilschleifscheibe in Kontakt gebracht wird, wobei die Halbleiterscheibe mit einer Rotationsgeschwindigkeit v_W,1 rotiert und die Profilschleifscheibe mit einer Rotationsgeschwindigkeit v_S,1 rotiert, während die Halbleiterscheibe und die Profilschleifscheibe mit einer Zustellgeschwindigkeit v_R,1 radial aufeinander zu bewegt werden, sodass die Kante der Halbleiterscheibe Material abtragend bearbeitet wird, wobei die erste Nut einen Abrasivstoff mit einer ersten Korngröße enthält,
wobei nach dem ersten Schritt ein oder mehrere weitere Schritte der Bearbeitung durchgeführt werden, wobei in jedem der weiteren Schritte ein Schleifwerkzeug mit einem Abrasivstoff verwendet wird, der eine Korngröße aufweist, die geringer ist als die erste Korngröße,
dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit v_W,1 der Halbleiterscheibe 2 bis 9 m/min, die Rotationsgeschwindigkeit v_S,1 der Profilschleifscheibe 1700 bis 5000 m/min und die Zustellgeschwindigkeit v_R,1 2 bis 9 mm/min betragen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden anhand von Figuren im Detail beschrieben.
1 zeigt eine Prinzipskizze des erfindungsgemäß angewandten Kantenbearbeitungsverfahrens.
2 zeigt einen Vergleich der zwischen der Profilschleifscheibe und der Halbleiterscheibe wirkenden Kräfte zwischen einem erfindungsgemäß und einem nicht erfindungsgemäß durchgeführten ersten Kantenbearbeitungsschritt.
3 zeigt einen Vergleich der zwischen der Profilschleifscheibe und der Halbleiterscheibe wirkenden Kräfte zwischen einem zweiten und dritten Kantenbearbeitungsschritt im bevorzugten Parameterbereich und einem zweiten und dritten Kantenbearbeitungsschritt im nicht bevorzugten Parameterbereich.
Für das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise eine Kantenverrundungs-Vorrichtung verwendet werden, wie sie in US6431961B1 beschrieben ist. 1 zeigt eine Prinzipskizze, die die für die Erfindung wesentlichen Elemente der Vorrichtung (in Seitenansicht) und die Verfahrensparameter veranschaulicht.
Die im Wesentlichen kreisrunde Halbleiterscheibe 1 liegt auf einer Halterung 2 zentrisch auf. Vorzugsweise wird die Halbleiterscheibe 1 mittels Vakuum auf der Halterung 2 fixiert. Die Halterung 2 und damit die Halbleiterscheibe 1 rotieren mit einer Rotationsgeschwindigkeit v_W,i um die in z-Richtung des Koordinatensystems verlaufende Rotationsachse 3. Eine kreisrunde Profilschleifscheibe 4 ist auf einer Schleifspindel 5 montiert, die die Profilschleifscheibe 4 in Rotation um eine ebenfalls in z-Richtung verlaufende Rotationsachse 6 versetzt. Die Rotationsgeschwindigkeit der Profilschleifscheibe 4 wird mit v_S,i bezeichnet.
Die Profilschleifscheibe 4 weist zumindest eine um ihren Umfang umlaufende Nut 7 auf, die zur Bearbeitung der Kante der Halbleiterscheibe 1 genutzt wird. Das Profil der Nut entspricht vorzugsweise dem gewünschten Profil der Halbleiterscheibe. In der Regel weist eine Profilschleifscheibe 4 mehrere Nuten 7 auf, die nacheinander zur Kantenbearbeitung verwendet werden. Beispielsweise wird eine Nut für die Bearbeitung einer vorgegebenen Anzahl von Halbleiterscheiben verwendet. Ist diese Anzahl erreicht, wird die nächste Nut benutzt. Es sind auch Profilschleifscheiben 4 mit mehreren Gruppen von Nuten bekannt, wobei jede Gruppe von Nuten einen Abrasivstoff unterschiedlicher Korngröße enthält, sodass die verschiedenen Gruppen von Nuten für unterschiedliche Prozessschritte (z. B. Grob- und Feinverrundung) verwendet werden können. Die Nuten der Profilschleifscheibe bestehen aus einem Trägermaterial (Bindung), in das Schleifkörner aus dem Abrasivstoff eingebettet sind. Als Abrasivstoff wird vorzugsweise Diamant eingesetzt. Es werden vorzugsweise metallisch oder galvanisch gebundene Schleifscheiben verwendet.
Halterung 2 und Schleifspindel 5 sind in zwei Richtungen relativ zueinander beweglich. In der x-Richtung ist der Abstand der Rotationsachsen (3, 6) von Halterung 2 und Schleifspindel 5 variierbar. Die Relativposition in x-Richtung definiert somit den Radius der bearbeiteten Halbleiterscheibe 1. In z-Richtung ist eine relative Positionsverschiebung zwischen Halterung 2 und Profilschleifscheibe 4 parallel zu den Rotationsachsen möglich. Die Relativbewegungen in x- und z-Richtung können entweder durch die Halterung 2 oder durch die Schleifspindel 5 erfolgen.
Für die Kantenbearbeitung werden die Halterung 2 mit der Halbleiterscheibe 1 einerseits und die Schleifspindel 5 mit der Profilschleifscheibe 4 in z-Richtung auf der gleichen Höhe positioniert. Durch eine Relativbewegung in x-Richtung wird die Kante der Halbleiterscheibe 1 schließlich mit der Nut 7 der Profilschleifscheibe 4 in Kontakt gebracht. Aufgrund der durch die Rotation der Halbleiterscheibe 1 und der Profilschleifscheibe 4 erzeugten Relativbewegung wird die Kante der Halbleiterscheibe 1 Material abtragend bearbeitet, wodurch das negative Profil der Nut 7 positiv auf die Kante der Halbleiterscheibe 1 kopiert wird.
Es können jedoch auch Profilschleifscheiben verwendet werden, deren Nut breiter ist als das gewünschte Kantenprofil, wobei das Kantenprofil in diesem Fall durch ein mehrstufiges Verfahren hergestellt wird, wie es beispielsweise in US6431961B1 (siebte und achte Ausführungsform) beschrieben ist. Der in dieser Beschreibung verwendete Begriff der „Zustellgeschwindigkeit“ (siehe nachfolgende Definition) und die dafür angegebenen Wertebereiche beziehen sich auch in diesem Fall nur auf die radiale Relativbewegung der Rotationsachsen (3, 6) von Halbleiterscheibe 1 und Profilschleifscheibe 4, d. h. auf deren Relativbewegung in x-Richtung (siehe 1). Eine ggf. während der Kantenbearbeitung stattfindende Relativbewegung in z-Richtung ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und kann so ausgeführt werden wie in US6431961B1 beschrieben.
Die Erfindung zeichnet sich durch gegenüber dem Stand der Technik geänderte Werte für die Prozessparameter „Rotationsgeschwindigkeit der Halbleiterscheibe 1“ (v_W,i), „Rotationsgeschwindigkeit der Profilschleifscheibe 4“ (v_S,i) und „Zustellgeschwindigkeit“ (v_R,i) aus. Der Index i steht hierbei für den Kantenbearbeitungsschritt (i = 1 für den ersten Schritt, i = 2 für den zweiten Schritt usw.). Die Bedeutung der Parameter wird im Folgenden anhand der 1 erläutert.
Die Rotationsgeschwindigkeit v_W,i der Halbleiterscheibe 1 (angegeben in Metern pro Minute) ist die Umfangsgeschwindigkeit der Halbleiterscheibe 1, d. h. die Geschwindigkeit, mit der ein Punkt auf der Kante der Halbleiterscheibe 1 um die Rotationsachse 3 der Halbleiterscheibe 1 umläuft.
Die Rotationsgeschwindigkeit v_S,i der Profilschleifscheibe 4 (angegeben in Metern pro Minute) ist die Umfangsgeschwindigkeit der Profilschleifscheibe 4, d. h. die Geschwindigkeit, mit der ein Punkt am Grund der gerade verwendeten Nut 7 am Umfang der Profilschleifscheibe 4 um die Rotationsachse 6 der Profilschleifscheibe 4 umläuft.
Die Zustellgeschwindigkeit v_R,i (angegeben in Millimetern pro Minute) ist die Relativgeschwindigkeit, mit der die Rotationsachsen (3, 6) der Halbleiterscheibe 1 und der Profilschleifscheibe 4 in radialer Richtung (x-Richtung) aufeinander zu bewegt werden. Dies kann durch eine lineare Bewegung der Halterung 2 für die Halbleiterscheibe 1 oder durch eine lineare Bewegung der Schleifspindel 5, auf der die Profilschleifscheibe 4 montiert ist, oder durch eine Kombination von beidem, geschehen.
Entgegen der naheliegenden Vermutung, dass die Lebensdauer der Profilschleifscheiben und das Auftreten von Kantenausbrüchen in erster Linie von den Eigenschaften der Profilschleifscheiben abhängen sollten, haben die zur vorliegenden Erfindung führenden Untersuchungen ergeben, dass die kinematischen Prozessparameter der Kantenbearbeitung einen wesentlichen Einfluss haben. Insbesondere wurde herausgefunden, dass bei der Grobverrundung eine hohe Rotationsgeschwindigkeit der Profilschleifscheibe in Kombination mit einer gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduzierten Rotationsgeschwindigkeit der Halbleiterscheibe und einer deutlich erhöhten Zustellgeschwindigkeit zu einer Vergleichmäßigung der zwischen Profilschleifscheibe und Halbleiterscheibe wirkenden Kräfte und damit zu einer Verringerung des Risikos von Kantenausbrüchen und zu einer Erhöhung der Lebensdauer der Schleifscheiben führen. Insbesondere war nicht zu erwarten, dass eine Erhöhung der Zustellgeschwindigkeit bei der Grobverrundung mit einer geringeren Belastung der Schleifscheibe einhergehen könnte. Vielmehr wäre zu erwarten gewesen, dass sich bei einer Erhöhung der Zustellgeschwindigkeit die wirkenden Kräfte und damit die Häufigkeit des Auftretens von Kantenausbrüchen vergrößern. Die durchgeführten Untersuchungen hatten jedoch ein gegenteiliges Ergebnis, wie aus dem unten angeführten Beispiel und Vergleichsbeispiel hervorgeht.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst wenigstens zwei Kantenbearbeitungsschritte. Der erste Schritt kann auch als Grobverrundung, der zweite Schritt als Feinverrundung bezeichnet werden.
Beim ersten Schritt wird die Halbleiterscheibe mittels einer ersten Nut an der Umfangsfläche einer Profilschleifscheibe in der oben beschriebenen Weise bearbeitet. Die Rotationsgeschwindigkeit v_W,1 der Halbleiterscheibe beträgt während der Bearbeitung 2 bis 9 m/min und bevorzugt 3 bis 6 m/min. Die Rotationsgeschwindigkeit v_S,1 der Profilschleifscheibe beträgt 1700 bis 5000 m/min, bevorzugt 2500 bis 3500 m/min. Die Zustellgeschwindigkeit v_R,1 beträgt 2 bis 9 mm/min und bevorzugt 3 bis 6 mm/min. Ein Abweichen von den bevorzugten Bereichen führt bereits zu einem etwas häufigeren Auftreten von Kantenausbrüchen und einer etwas geringeren Lebensdauer der Profilschleifscheiben. Ein Abweichen von den oben angegebenen allgemeinen Bereichen führt zu einer nicht mehr tolerablen deutlichen Häufung von Kantenausbrüchen und einer deutlich verringerten Lebensdauer der Profilschleifscheiben.
Vorzugsweise beträgt die erste Korngröße 300 bis 1200 Mesh, besonders bevorzugt 400 bis 900 Mesh (entspricht einer Korngröße von 40 µm bis 18 µm). Allen Korngrößen-Angaben in dieser Beschreibung liegt die japanische Norm JIS R6001 zu Grunde. Die Korngrößen sind so gewählt, dass ein möglichst großer Materialabtrag pro Zeiteinheit möglich ist, ohne jedoch die Kristallstruktur an der Oberfläche der Kante so stark zu stören, dass diese Schäden in den nachfolgenden Kantenbearbeitungsschritten nicht mehr repariert werden könnten.
Mit dem ersten Kantenbearbeitungsschritt wird vorzugsweise ein Materialabtrag von der Kante erzielt, der den Durchmesser der Halbleiterscheibe um 0,4 bis 0,9 mm verringert.
Erfindungsgemäß wird nach dem ersten Kantenbearbeitungsschritt (Grobverrundung) mindestens ein zweiter Kantenbearbeitungsschritt als Feinverrundung durchgeführt. Dabei wird ein Schleifwerkzeug verwendet, das einen Abrasivstoff mit einer geringeren Korngröße enthält als der beim ersten Kantenbearbeitungsschritt eingesetzte Abrasivstoff. Unter Einhaltung dieser Randbedingung können für den zweiten und ggf. weitere Kantenbearbeitungsschritte beliebige Verfahren, Vorrichtungen und Schleifwerkzeuge verwendet werden, beispielsweise die in US6431961B1 beschriebenen.
Vorzugsweise wird jedoch auch beim zweiten Kantenbearbeitungsschritt eine Profilschleifscheibe eingesetzt, wie sie für den ersten Schritt beschrieben wurde, allerdings mit einer geringeren Korngröße. In diesem Fall wird beim zweiten Schritt eine zweite Nut an der Umfangsfläche einer Profilschleifscheibe verwendet. Die Profilschleifscheibe kann dieselbe sein wie im ersten Schritt, wobei die Profilschleifscheibe unterschiedliche Nuten bzw. unterschiedliche Gruppen von Nuten mit verschiedenen Korngrößen des Abrasivstoffs für die verschiedenen Schritte umfasst. Alternativ kann sich die zweite Nut auf einer anderen Schleifscheibe befinden. Diese zweite Schleifscheibe ist vorzugsweise koaxial zur ersten Schleifscheibe in z-Richtung versetzt auf derselben Schleifspindel montiert.
Die Rotationsgeschwindigkeit v_W,2 der Halbleiterscheibe beträgt während der Bearbeitung 4 bis 15 m/min und bevorzugt 6 bis 12 m/min. Die Rotationsgeschwindigkeit v_S,2 der Profilschleifscheibe beträgt 1700 bis 5000 m/min, bevorzugt 2500 bis 3500 m/min. Die Zustellgeschwindigkeit v_R,2 beträgt 0,3 bis 2,7 mm/min und bevorzugt 0,6 bis 1,8 mm/min.
Ein Abweichen von den bevorzugten Bereichen führt auch im zweiten Schritt zu einem etwas häufigeren Auftreten von Kantenausbrüchen und einer etwas geringeren Lebensdauer der Profilschleifscheiben. Ein Abweichen von den oben angegebenen allgemeinen Bereichen führt wiederum zu einer nicht mehr tolerablen deutlichen Häufung von Kantenausbrüchen und einer deutlich verringerten Lebensdauer der Profilschleifscheiben.
Die Parameter des zweiten Kantenbearbeitungsschritts werden in erster Linie aufgrund der feineren Körnung der zweiten Nut anders gewählt als im ersten Kantenbearbeitungsschritt. Vorzugsweise beträgt die zweite Korngröße 750 bis 3000 Mesh, besonders bevorzugt 1000 bis 2200 Mesh (entspricht einer Korngröße von 16 µm bis 7 µm). Die Korngrößen sind wiederum so gewählt, dass ein möglichst großer Materialabtrag pro Zeiteinheit möglich ist, ohne jedoch die Kristallstruktur an der Oberfläche der Kante so stark zu stören, dass diese Schäden bei nachfolgenden Kantenbearbeitungsschritten, beispielsweise einer zweiten Feinverrundung oder einer Kantenpolitur (die nicht Gegenstand der Erfindung ist) nicht mehr repariert werden könnten.
Mit dem zweiten Kantenbearbeitungsschritt wird vorzugsweise ein Materialabtrag von der Kante erzielt, der den Durchmesser der Halbleiterscheibe um 0,001 bis 0,4 mm verringert.
Vorzugsweise wird nach dem zweiten Kantenbearbeitungsschritt ein dritter Kantenbearbeitungsschritt durchgeführt. Das dafür verwendete Schleifwerkzeug enthält einen Abrasivstoff, dessen Korngröße mit der Korngröße im zweiten Kantenbearbeitungsschritt identisch ist. Alternativ kann die Korngröße im dritten Kantenbearbeitungsschritt kleiner gewählt werden als im zweiten Kantenbearbeitungsschritt. Unter Einhaltung dieser Randbedingung können für den dritten und ggf. weitere Kantenbearbeitungsschritte beliebige Verfahren, Vorrichtungen und Schleifwerkzeuge verwendet werden, beispielsweise die in US6431961B1 beschriebenen.
Vorzugsweise wird jedoch auch beim dritten Kantenbearbeitungsschritt eine Profilschleifscheibe eingesetzt, wie sie für den ersten und zweiten Schritt beschrieben wurde, allerdings mit der gleichen oder einer geringeren Korngröße als im zweiten Schritt. Falls die Korngröße im dritten Schritt die gleiche ist wie im zweiten Schritt, kann im dritten Schritt die im zweiten Schritt verwendete Nut der Profilschleifscheibe weiter verwendet werden, was in diesem Fall bevorzugt ist. Anderenfalls wird beim dritten Schritt eine dritte Nut an der Umfangsfläche einer Profilschleifscheibe verwendet. Die Profilschleifscheibe kann dieselbe sein wie im ersten oder im zweiten Schritt, wobei die Profilschleifscheibe eine weitere Nut bzw. eine weitere Gruppe von Nuten für den dritten Schritt umfasst. Alternativ kann sich die dritte Nut auf einer anderen Schleifscheibe befinden.
Die Rotationsgeschwindigkeit v_W,3 der Halbleiterscheibe beträgt während der Bearbeitung 2,5 bis 8 m/min und bevorzugt 3,8 bis 5,4 m/min. Die Rotationsgeschwindigkeit v_S,3 der Profilschleifscheibe beträgt 1700 bis 5000 m/min, bevorzugt 2500 bis 3500 m/min. Die Zustellgeschwindigkeit v_R,3 beträgt 0,2 bis 1,8 mm/min und bevorzugt 0,3 bis 1,2 mm/min.
Ein Abweichen von den bevorzugten Bereichen führt auch im dritten Schritt zu einem etwas häufigeren Auftreten von Kantenausbrüchen und einer etwas geringeren Lebensdauer der Profilschleifscheiben. Ein Abweichen von den oben angegebenen allgemeinen Bereichen führt wiederum zu einer nicht mehr tolerablen deutlichen Häufung von Kantenausbrüchen und einer deutlich verringerten Lebensdauer der Profilschleifscheiben.
Vorzugsweise beträgt die dritte Korngröße 750 bis 3000 Mesh, besonders bevorzugt 1000 bis 2200 Mesh (entspricht einer Korngröße von 16 µm bis 7 µm).
Mit dem dritten Kantenbearbeitungsschritt wird vorzugsweise ein Materialabtrag von der Kante erzielt, der den Durchmesser der Halbleiterscheibe um 0,001 bis 0,1 mm verringert.
Jeder der oben beschriebenen Schritte endet vorzugsweise damit, dass die Zustellung beendet, d. h. die Zustellgeschwindigkeit v_R,i auf null reduziert wird und danach die Halbleiterscheibe ohne weitere Zustellung bei unveränderten Rotationsgeschwindigkeiten noch mindestens eine halbe, besonders bevorzugt mindestens eine ganze Umdrehung ausführt, bevor mit dem nächsten Schritt begonnen wird. Dies wird auch als „Ausfunken“ (engl. „spark out“) bezeichnet.
Durch die erfindungsgemäße Veränderung der kinematischen Prozessparameter wird der Ausschuss durch Kantenausbrüche deutlich verringert und gleichzeitig die Lebensdauer der Profilschleifscheiben erhöht.
Beispiele und Vergleichsbeispiele
Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1
Eine große Anzahl von Halbleiterscheiben aus einkristallinem Silicium wird durch Auftrennen von einkristallinen Silicium-Stabstücken mit einem Durchmesser von etwa 301 mm mittels einer Drahtgattersäge (engl. „multi wire saw“, MWS) hergestellt. Die Siliciumscheiben werden nach dem Auftrennen grob gereinigt und in zwei Gruppen aufgeteilt. Die Scheibendicke beträgt dabei etwa 800 bis 900 µm.
Die erste Gruppe wird einem erfindungsgemäßen Kantenverrundungsverfahren unterzogen (Beispiel 1), die zweite einem nicht erfindungsgemäßen Kantenverrundungsverfahren (Vergleichsbeispiel 1).
Beide Verfahren werden mit einer Kantenverrundungs-Vorrichtung der oben beschriebenen Art durchgeführt, wie sie in 1 schematisch dargestellt ist. Dabei werden metallisch gebundene Profilschleifscheiben mit zwei Gruppen von Nuten benutzt, die Diamant unterschiedlicher Korngröße als Abrasivstoff enthalten. Die erste Gruppe von Nuten enthält Diamant einer Korngröße von 600 Mesh (entspricht einer Korngröße von 29 µm), die zweite Gruppe von Nuten Diamant einer Korngröße von 1500 Mesh (entspricht einer Korngröße von 10 µm). Die erste Gruppe von Nuten wird für den ersten Kantenbearbeitungsschritt benutzt, die zweite Gruppe von Nuten für den zweiten und dritten Schritt. Die Nuten weisen ein negatives Profil auf, das bei der Kantenbearbeitung positiv auf die Kante der Siliciumscheibe kopiert wird. Das Profil der Nut entspricht somit dem gewünschten Profil der bearbeiteten Siliciumscheibe.
Beim ersten Kantenbearbeitungsschritt werden 390 µm, beim zweiten 55 µm und beim dritten 5 µm Material abgetragen. Sowohl beim Beispiel 1 als auch beim Vergleichsbeispiel 1 endet jeder der drei Schritte mit einem „spark-out“-Schritt (d. h. einer Weiterbearbeitung ohne weitere Zustellung), dessen Dauer einer vollständigen Umdrehung der Siliciumscheibe entspricht.
Die Zustellung erfolgt ausschließlich durch eine radiale Relativbewegung der Halterung 2 und der Schleifspindel 5, d. h. durch eine Bewegung in x-Richtung (siehe 1).

Das Verfahren gemäß dem Beispiel 1 einerseits und gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 andererseits unterscheiden sich lediglich in den Parametern Rotationsgeschwindigkeit v_W,i der Halbleiterscheibe, Rotationsgeschwindigkeit v_S,i der Profilschleifscheibe und Zustellgeschwindigkeit v_R,i, wobei i = 1 für den ersten, i = 2 für den zweiten und i = 3 für den dritten Kantenbearbeitungsschritt steht. Die nachfolgende Tabelle 1 gibt die Parameter der drei Kantenbearbeitungsschritte wieder. Tabelle 1

Parameter	Beispiel 1	Vergleichsbeispiel 1
Schritt 1
v_W,1	4,3 m/min	24 m/min
v_S,1	3000 m/min	2835 m/min
v_R,1	4,5 mm/min	2,7 mm/min
Schritt 2
v_W,2	9 m/min	17,4 m/min
v_S,2	3000 m/min	2835 m/min
v_R,2	1,2 mm/min	0,4 mm/min
Schritt 3
v_W,3	4,6 m/min	4,4 m/min
v_S,3	3000 m/min	2835 m/min
v_R,3	0,6 mm/min	0,6 mm/min

2 zeigt die während der Grobverrundung zwischen der Profilschleifscheibe und der Kante der Halbleiterscheibe wirkenden Kräfte F (normiert, daher ohne Einheit) als Funktion der Zeit t (in Sekunden). Die durchgezogene Kurve 21 zeigt die während des Prozesses gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 wirkende Kraft, die gestrichelte Kurve 22 die während des Prozesses gemäß dem Beispiel 1 wirkende Kraft. Es ist klar zu erkennen, dass die maximal wirkende Kraft beim Beispiel 1 geringer ist als beim Vergleichsbeispiel 1. Die Kraft steigt langsamer an, erreicht einen geringeren Maximalwert und fällt auch langsamer ab als beim Vergleichsbeispiel 1. Dies führt zu einer geringeren Belastung sowohl der Profilschleifscheibe als auch der zu bearbeitenden Kante der Siliciumscheibe.
3 zeigt eine analoge Darstellung für den zweiten Schritt. Die durchgezogene Kurve 23 zeigt die während des Prozesses gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 wirkende Kraft, die gestrichelte Kurve 24 die während des Prozesses gemäß dem Beispiel 1 wirkende Kraft. Die Kraft steigt langsamer über einen längeren Zeitraum an, erreicht zwar einen etwas höheren Maximalwert, ist aber über einen längeren Zeitraum gleichmäßiger und fällt auch langsamer über einen längeren Zeitraum ab als beim Vergleichsbeispiel 1. Dies führt zu einer gleichmäßigeren und konstanteren Belastung über einen längeren Zeitraum sowohl der Profilschleifscheibe als auch der zu bearbeitenden Kante der Siliciumscheibe.
Die Auswertung der Ausschussquoten ergibt, dass der Ausschuss durch Kantenausbrüche beim Beispiel 1 ca. 5 Siliciumscheiben pro 10000 bearbeiteten Scheiben beträgt, beim Vergleichsbeispiel 1 ca. 40. Die Ausschussquote ist somit beim Beispiel 1 gegenüber dem Vergleichsbeispiel 1 um fast 90% verringert. Gleichzeitig erhöht sich die Lebensdauer der Profilschleifscheiben um etwa 25%.
Beispiel 2
Es wird wiederum eine große Anzahl von Siliciumscheiben wie in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 einem dreistufigen Kantenbearbeitungsverfahren unterzogen. Gegenüber dem Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 werden lediglich die Parameter Rotationsgeschwindigkeit v_W,i der Halbleiterscheibe, Rotationsgeschwindigkeit v_S,i der Profilschleifscheibe und Zustellgeschwindigkeit v_R,i variiert, alle anderen Vorrichtungs- und Verfahrensmerkmale bleiben gleich. In Beispiel 2 werden die Einflüsse von Variationen der Parameter der einzelnen Kantenbearbeitungsschritte auf die Häufigkeit von Kantenausbrüchen untersucht. Das Ergebnis wird auf einer vierstufigen Skala von „--“ (sehr häufige Kantenausbrüche) bis „++“ (sehr seltene Kantenausbrüche) bewertet.
Der erste Kantenbearbeitungsschritt wird bei einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit v_S,1 = 3000 m/min der Profilschleifscheibe und variabler Rotationsgeschwindigkeit v_W,1 der Halbleiterscheibe und Zustellgeschwindigkeit v_R,1 durchgeführt. Die Werte der beiden variablen Parameter sowie die mit den verschiedenen Wertekombinationen erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Werte gemäß US6431961B1 sind mit einem hochgestellten (P) gekennzeichnet, erfindungsgemäße Werte mit (I). Tabelle 2

v_W,1 [m/min]

v_R,1 [mm/min] 3,0^(I) 4,3^(I) 6,0^(I) 24^(I) 40^(P)

6,0^(I) + + +

4,5^(I) + ++ + - --

2,7^(P)(I) + - --

2,4^(P)(I) + + +

1,2^(P) - - --
Es ist klar ersichtlich, dass eine gegenüber US6431961B1 deutliche Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit v_W,1 der Halbleiterscheibe verbunden mit einer Erhöhung der Zustellgeschwindigkeit v_R,1 das Auftreten von Kantenausbrüchen deutlich reduziert, wobei eine Veränderung eines der beiden Parameter allein keinen oder nur einen kleinen Effekt bewirkt.
Der zweite Kantenbearbeitungsschritt wird ebenfalls bei einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit v_S,2 = 3000 m/min der Profilschleifscheibe und variabler Rotationsgeschwindigkeit v_W,2 der Halbleiterscheibe und Zustellgeschwindigkeit v_R,2 durchgeführt. Die Werte der beiden variablen Parameter sowie die mit den verschiedenen Wertekombinationen erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefasst. Werte gemäß US6431961B1 sind mit einem hochgestellten (P) gekennzeichnet, erfindungsgemäß bevorzugte Werte mit (I). Tabelle 3

v_W,2 [m/min]

v_R,2 [mm/min] 6,0^(I) 9,0^(I) 12^(I) 17 40^(P)

1,8^(P)(I) + + +

1,2^(P)(I) + ++ + - --

0,6^(P)(I) + + +

0,36^(I) + - --

0,18 - - --
Beim zweiten Kantenbearbeitungsschritt zeigt sich wiederum, dass eine gegenüber US6431961B1 deutliche Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit v_W,2 der Halbleiterscheibe das Auftreten von Kantenausbrüchen deutlich reduziert.
Der dritte Kantenbearbeitungsschritt wird ebenfalls bei einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit v_S,3 = 3000 m/min der Profilschleifscheibe und variabler Rotationsgeschwindigkeit v_W,3 der Halbleiterscheibe und Zustellgeschwindigkeit v_R,3 durchgeführt. Die Werte der beiden variablen Parameter sowie die mit den verschiedenen Wertekombinationen erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefasst. Werte gemäß US6431961B1 sind mit einem hochgestellten (P) gekennzeichnet, erfindungsgemäß bevorzugte Werte mit (I). Tabelle 4

v_W,3 [m/min]

v_R,3 [mm/min] 2,0^(P) 4,6^(I) 40^(P)

1,2^(P)(I) - + --

0,60^(P)(I) - ++ --

0,30^(I) - + --
Beim dritten Kantenbearbeitungsschritt zeigt sich wiederum, dass eine gegenüber US6431961B1 deutliche Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit v_W,3 der Halbleiterscheibe das Auftreten von Kantenausbrüchen deutlich reduziert. Auch eine Anwendung des gemäß der vierten Ausführungsform der US6431961B1 zum Prozessende anzuwendenden Bereichs von 0,3 bis 3 m/min bringt keine optimalen Ergebnisse.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Verrundung der Kanten beliebiger Halbleiterscheiben verwendet werden, beispielsweise einkristalliner Siliciumscheiben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6431961 B1 [0004, 0006, 0007, 0014, 0019, 0019, 0029, 0035, 0053, 0054, 0055, 0056, 0057, 0058, 0058]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm JIS R6001 [0027]

Claims

Verfahren zur mechanischen Bearbeitung der Kante einer Halbleiterscheibe (1), wobei ein erster Schritt der Bearbeitung durchgeführt wird, indem die Kante der Halbleiterscheibe (1) mit einer ersten Nut (7) an der Umfangsfläche einer Profilschleifscheibe (4) in Kontakt gebracht wird, wobei die Halbleiterscheibe (1) mit einer Rotationsgeschwindigkeit v_W,1 rotiert und die Profilschleifscheibe (4) mit einer Rotationsgeschwindigkeit v_S,1 rotiert, während die Halbleiterscheibe (1) und die Profilschleifscheibe (4) mit einer Zustellgeschwindigkeit v_R,1 radial aufeinander zu bewegt werden, sodass die Kante der Halbleiterscheibe (1) Material abtragend bearbeitet wird, wobei die erste Nut (7) einen Abrasivstoff mit einer ersten Korngröße enthält, wobei nach dem ersten Schritt ein oder mehrere weitere Schritte der Bearbeitung durchgeführt werden, wobei in jedem der weiteren Schritte ein Schleifwerkzeug mit einem Abrasivstoff verwendet wird, der eine Korngröße aufweist, die geringer ist als die erste Korngröße, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit v_W,1 der Halbleiterscheibe (1) 2 bis 9 m/min, die Rotationsgeschwindigkeit v_S,1 der Profilschleifscheibe (4) 1700 bis 5000 m/min und die Zustellgeschwindigkeit v_R,1 2 bis 9 mm/min betragen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit v_W,1 der Halbleiterscheibe (1) 3 bis 6 m/min, die Rotationsgeschwindigkeit v_S,1 der Profilschleifscheibe (4) 2500 bis 3500 m/min und die Zustellgeschwindigkeit v_R,1 3 bis 6 mm/min betragen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Korngröße 300 bis 1200 Mesh beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem ersten Schritt ein zweiter Schritt der Bearbeitung durchgeführt wird, indem die Kante der Halbleiterscheibe (1) mit einer zweiten Nut (7) an der Umfangsfläche einer Profilschleifscheibe (4) in Kontakt gebracht wird, wobei die Halbleiterscheibe (1) mit einer Rotationsgeschwindigkeit v_W,2 rotiert und die Profilschleifscheibe (4) mit einer Rotationsgeschwindigkeit v_S,2 rotiert, während die Halbleiterscheibe (1) und die Profilschleifscheibe (4) mit einer Zustellgeschwindigkeit v_R,2 radial aufeinander zu bewegt werden, sodass die Kante der Halbleiterscheibe (1) Material abtragend bearbeitet wird, wobei die zweite Nut (7) einen Abrasivstoff mit einer zweiten Korngröße enthält, die geringer ist als die erste Korngröße, wobei die Rotationsgeschwindigkeit v_W,2 der Halbleiterscheibe (1) 4 bis 15 m/min, die Rotationsgeschwindigkeit v_S,2 der Profilschleifscheibe (4) 1700 bis 5000 m/min und die Zustellgeschwindigkeit v_R,2 0,3 bis 2,7 mm/min betragen.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit v_W,2 der Halbleiterscheibe (1) 6 bis 12 m/min, die Rotationsgeschwindigkeit v_S,2 der Profilschleifscheibe (4) 2500 bis 3500 m/min und die Zustellgeschwindigkeit v_R,2 0,6 bis 1,8 mm/min betragen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Korngröße 750 bis 3000 Mesh beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem zweiten Schritt ein dritter Schritt der Bearbeitung durchgeführt wird, indem die Kante der Halbleiterscheibe (1) mit einer dritten Nut (7) an der Umfangsfläche einer Profilschleifscheibe (4) in Kontakt gebracht wird, wobei die Halbleiterscheibe (1) mit einer Rotationsgeschwindigkeit v_W,3 rotiert und die Profilschleifscheibe (4) mit einer Rotationsgeschwindigkeit v_S,3 rotiert, während die Halbleiterscheibe (1) und die Profilschleifscheibe (4) mit einer Zustellgeschwindigkeit v_R,3 radial aufeinander zu bewegt werden, sodass die Kante der Halbleiterscheibe (1) Material abtragend bearbeitet wird, wobei die dritte Nut (7) einen Abrasivstoff mit einer dritten Korngröße enthält, die nicht größer ist als die zweite Korngröße, wobei die Rotationsgeschwindigkeit v_W,3 der Halbleiterscheibe (1) 2,5 bis 8 m/min, die Rotationsgeschwindigkeit v_S,3 der Profilschleifscheibe (4) 1700 bis 5000 m/min und die Zustellgeschwindigkeit v_R,3 0,2 bis 1,8 mm/min betragen.
Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit v_W,3 der Halbleiterscheibe (1) 3,8 bis 5,4 m/min, die Rotationsgeschwindigkeit v_S,3 der Profilschleifscheibe (4) 2500 bis 3500 m/min und die Zustellgeschwindigkeit v_R,3 0,3 bis 1,2 mm/min betragen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Korngröße 1000 bis 2200 Mesh beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterscheibe (1) aus einkristallinem Silicium besteht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und ggf. der zweite und dritte Schritt der Bearbeitung jeweils dadurch abgeschlossen wird, dass die Zustellgeschwindigkeit auf null reduziert wird und die Halbleiterscheibe (1) danach noch zumindest eine halbe Umdrehung bei unveränderter Rotationsgeschwindigkeit der Halbleiterscheibe (1) und unveränderter Rotationsgeschwindigkeit der Profilschleifscheibe (4) ausführt.
Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterscheibe nach der Verringerung der Zustellgeschwindigkeit auf null noch zumindest eine ganze Umdrehung bei unveränderter Rotationsgeschwindigkeit der Halbleiterscheibe (1) und unveränderter Rotationsgeschwindigkeit der Profilschleifscheibe (4) ausführt.