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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschriften von Stabstücken oder Scheiben aus Halbleitermaterial zwecks eindeutiger Identifizierung mittels eines Tintenstrahldruckverfahrens.
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Für Elektronik, Mikroelektronik und Mikro-Elektromechanik werden als Ausgangsmaterialien (Substrate) Scheiben aus Halbleitermaterial mit extremen Anforderungen an die globale und lokale Ebenheit (Nanotopologie), Rauigkeit (Oberflächenglanz), und Reinheit (Freiheit von Fremdatomen und Partikeln) gestellt. Halbleitermaterialien sind Verbindungshalbleiter wie beispielsweise Gallium-Arsenid oder Elementhalbleiter wie hauptsächlich Silicium und gelegentlich Germanium, oder auch Schichtstrukturen derselben.
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Scheiben aus Halbleitermaterial werden in einer Vielzahl von Prozessschritten hergestellt, angefangen mit dem Ziehen des Kristalls, über das Zersägen des Kristalls in Scheiben bis hin zur Oberflächenbearbeitung.
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Der in der Regel monokristalline Halbleiterstab wird entweder tiegelfrei mittels des sog. Zonenziehverfahrens (engl. „Float Zone", FZ) oder mittels des Tiegelziehverfahrens nach Czochralski hergestellt. Beispielsweise wird beim Tiegelziehverfahrens nach Czochralski zunächst polykristallines Silicium zusammen mit Dotierstoffen eingeschmolzen. In die Siliciumschmelze wird ein Siliciumeinkristall, der Impfling, der die gewünschte Kristallorientierung des späteren monokristallinen Halbleiterstabes hat, eingetaucht und langsam herausgezogen. Durch den Ziehprozess entsteht der monokristalline Halbleiterstab mit den gewünschten Eigenschaften.
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Der Halbleiterstab wird anschließend in Stabstücke mit einer bestimmten Länge zerschnitten. Von diesen Stabstücken wird wiederum zumindest eine Testscheibe zwecks anschließender Untersuchung, beispielsweise bzgl. Defektfreiheit und Erfüllung der gewünschten Spezifikationen, abgetrennt. Das Stabstück wird vor dem weiteren Auftrennen in einzelne Scheiben rundgeschliffen, damit die von Stabstück abgetrennten Scheiben den gewünschten Durchmesser haben.
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Um die abgetrennte Scheibe und das dazugehörige Stabstück eindeutig identifizieren zu können und auf den jeweiligen Herstellungsprozess zurückführen zu können, ist eine entsprechende eindeutige Kennzeichnung sowohl der Scheibe als auch des Stabstückes erforderlich, wobei eine elektronische Erfassung, beispielsweise durch das Scannen einer entsprechenden Markierung bevorzugt ist, da handschriftliche Beschriftungen zu einer erhöhten Fehlerrate aufgrund von Schreib- und oder Lesefehlern führen können.
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Systeme für die elektronische Erfassung verschiedener Daten, für die statistische Prozesskontrolle (SPC) und für die elektronische Übermittlung von Bestellungen vom Kunden an den Hersteller sowie für die automatische Bearbeitung der Bestellungen durch den Hersteller (
US2005/0085017A1 ) sind im Stand der Technik bekannt.
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Die deutsche Anmeldung
DE 10 2005 038 086 A1 beschreibt ein Verfahren zur eindeutigen Identifizierbarkeit von Halbleiterscheiben mit einem Strichcode oder einer Beschriftung, die mit Hilfe eines Lasers aufgebracht wird. Eine Identifizierung der Halbleiterscheibe ist im Fall des Strichcodes mit einem Strichcode-Lesegerät, im Fall einer Beschriftung durch Texterkennung (OCR) möglich.
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Der Nachteil einer Beschriftung mittels Laser sind die erhöhten Sicherheitsanforderungen, die bei der Verwendung von Lasern beachtetet werden müssen.
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Eine andere Methode zur eindeutigen Identifizierbarkeit von Halbleiterscheiben und Stabstücken ist die Verwendung von Etiketten, beispielsweise aus Papier, die auf der Vorderseite mit den entsprechenden Informationen beschriftet werden und auf der Rückseite eine Klebeschicht zur Befestigung des Etiketts auf der Scheibe bzw. dem Stabstück haben. Für bestimmte Prozesse, beispielsweise das Rundschleifen des Stabstückes, müssen die Etiketten wieder entfernt werden und beispielsweise durch eine manuelle Markierung ersetzt werden. Insbesondere manuelle Markierungen bergen die Gefahr einer schlechten Lesbarkeit und oder von Übertragungsfehlern.
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Da Scheiben und Stabmaterial aus Halbleitermaterial spröde ist, können Markierungen mittels mechanischer Gravur zur Rissen im Material und damit zum Verlust des Materials für weitere Prozessschritte führen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum eindeutigen Beschriften von Stabstücken und Scheiben aus Halbleitermaterial zur Verfügung zu stellen, das ohne erhöhte Sicherheitsanforderungen eine eindeutige Identifizierbarkeit von Stabstücken und Scheiben aus Halbleitermaterial ermöglicht, bei nachfolgenden Prozessschritten nicht mehr entfernt werden muss und das Material nicht beschädigt.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Beschriften von mindestens einer Fläche eines Objektes aus Halbleitermaterial zur eindeutigen Identifizierung dieses Objektes in nachfolgenden Prozessschritten, die Beschriftung in Form von Schriftzeichen, Zahlen oder eines maschinenlesbaren Codes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschriftung der mindestens einer Fläche des Objektes mittels eines Tintenstrahldruckverfahrens erfolgt.
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Im Folgenden wird das zur Lösung der Aufgabe verwendete erfindungsgemäße Verfahren detailliert erläutert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum eindeutigen Beschriften von Stabstücken und Scheiben aus Halbleitermaterial mittels eines Tintenstrahldruckverfahrens verwendet werden. Diese eindeutige Beschriftung ist für die in nachfolgenden Prozessen, wie beispielsweise dem Rundschleifen und dem sich daran anschließenden Auftrennen des Stabstückes in einzelne Scheiben, notwendige Zuordnung des Stabstückes und der Scheiben unerläßlich.
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Bei einem Stabstück oder einer Scheibe aus Halbleitermaterial (Wafer) handelt es sich üblicherweise um eine Silicium- oder Germaniumscheibe, ein Substrat mit von Silicium abgeleiteten Schichtstrukturen wie beispielsweise Silicium-Germanium (SiGe) oder Siliciumcarbid (SiC), oder heteroepitaktischen Abscheidungen von beispielsweise III/V-Halbleitern, wie zum Beispiel Galliumnitrid (GaN).
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Bei einem Stabstück handelt es sich um einen kreiszylindrischen Körper mit einer bestimmten Länge und einem bestimmten Durchmesser sowie zwei ebenen Stirnseiten und einer konvex gewölbten Mantelfläche.
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Eine Scheibe ist ein kreisförmiger flacher Körper mit einer Vorderseite und einer Rückseite sowie einer umlaufenden Kante. Die Vorder- und die Rückseite der Scheibe sind eben.
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Ein Tintenstrahldruckverfahren ist ein Verfahren zum Bedrucken eines glatten oder gewölbten Gegenstandes mit beispielsweise Schriftzeichen, Zahlen oder einem maschinenlesbaren Code, z.B. einem Barcode oder einem QR-Code durch das gesteuerte Aufsprühen von Tintentröpfchen auf den zu bedruckenden Gegenstand. Die Tintentröpfchen werden dabei aus einer Druckerdüse herausgesprüht.
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Im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die eindeutige Beschriftung von Stabstücken und Scheiben mittels eines Tintenstrahldruckverfahrens, also von über eine Düse auf mindestens eine geeignete Fläche mittels Tinte aufgebrachten lesbaren Zeichen. Die Fläche kann eben oder gewölbt sein. Bei einem Stabstück kann die Beschriftung auf einer Stirnfläche und oder auf der Mantelfläche erfolgen. Bei einer Scheibe kann die Beschriftung auf der Vorderseite oder der Rückseite der Scheibe erfolgen. Die Beschriftung kann in einer freiwählbaren Größe und oder an einer freiwählbaren Stelle erfolgen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend am Beispiel eines monokristallinen Stabes aus Halbleitermaterial, beispielsweise Silicium, als Ausgangsmaterial beschrieben, ohne die Erfindung auf diese Ausführungsform zu beschränken.
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Ein mittels des Zonenziehverfahrens (engl. „Float Zone", FZ) oder mittels des Tiegelziehverfahrens nach Czochralski hergestellter monokristalliner Stab aus Halbleitermaterial (Einkristall) wird gemäß dem Stand der Technik mittels geeigneter Verfahren, z.B. einer Band- oder einer Drahtsäge, zunächst in Stabstücke mit einer definierten Länge zerteilt. Die Länge der vom Stab abgetrennten Teilstücke (Stabstücke) kann gleich oder unterschiedlich sein. Für eine eindeutige Zuordnung der Stabstücke in den nachfolgenden Prozessen der Scheibenherstellung müssen diese Stabstücke beschriftet werden. Die Stabstücke werden anschließend in entsprechenden Datenbanken erfasst, so dass es jederzeit möglich ist, beispielsweise den Lagerort oder spezifische Daten, z.B. den elektrischen Widerstand, dem bestimmten Stabstück zuzuordnen.
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Die Beschriftung kann beispielsweise Schriftzeichen, Zahlen, einen maschinenlesbaren Code (Barcode, QR-code) oder eine Kombination aus diesen Beispielen umfassen.
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Nach einem ggf. erfolgten Abtrennen einer Testscheibe vom Stabstück beispielsweise zwecks notwendiger Messungen, erfolgt in der Regel ein Rundschleifen des Stabstückes, bevor dieses in einzelne Scheiben (Wafer) zersägt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann direkt in den Sägeprozess integriert werden, weshalb keine Etiketten oder andere manuelle Beschriftungen der Stabstücke erforderlich sind. Vorteilhafterweise braucht eine mit Tinte aufgedruckte Beschriftung vor nachfolgenden Schritten, beispielsweise einer Kantenverrundung, nicht mehr entfernt werden.
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Erfindungsgemäß wird die Druckerdüse (Düse) so vor dem Stabstück oder einer vom Stabstück abgetrennten Scheibe positioniert, dass mit Hilfe eines aus der Druckerdüse austretenden Tintenstrahls beispielsweise eine Beschriftung (Kodierung) in Form von Schriftzeichen und oder Zahlen oder einem Barcode auf mindestens eine Fläche des zu beschriftenden Objekts (Stabstück oder Scheibe) aufgedruckt werden kann. Der Aufdruck kann auf einer oder beiden Stirnflächen und oder der Mantelfläche des Stabstückes bzw. auf der Vorder- und oder Rückseite der Scheibe erfolgen. Erfolgt der Aufdruck auf mindestens einer Stirnfläche des Stabstückes ist der Aufdruck auch nach einem Kantenverrundungsschritt noch lesbar.
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Bevorzugt wird für den Aufdruck eine wasser- und alkohlfeste Tinte verwendet. Besonders bevorzugt ist diese Tinte schnelltrocknend und pigmentiert. Unter einer schnelltrocknenden Tinte wird im Sinne dieser Erfindung eine Tinte verstanden, die nach spätestens 4 Sekunden, bevorzugt nach spätestens 2 Sekunden nach dem Aufdrucken auf das Stabstück wischfest ist.
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Damit die mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren auf ein Objekt aus Halbleitermaterial aufgedruckten Zeichen mittels eines Scanners oder Barcode-Lesers ausgelesen werden können, müssen sich die aufgedruckten Zeichen durch einen ausreichend hohen Kontrast, beispielsweise der Hell-Dunkel-Kontrast, von der bedruckten Oberfläche unterscheiden. Dieser ausreichend hohe Kontrast kann durch die Pigmentierung der Tinte erreicht werden. Ebenfalls bevorzugt ist die Verwendung einer geeigneten Farbe der Tinte, so dass, in Abhängigkeit von der Farbe der bedruckten Oberfläche der notwendige Kontrast über die Farbe der Tinte realisiert wird.
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Um ein Antrocknen der Tinte in der Druckerdüse zu verhindern, kann diese bevorzugt in der Druckerdüse umgepumpt werden. Eine entsprechende Druckerdüse hat beispielsweise der Tintenstrahldrucker Jet3 der Firma Leibinger in Tuttlingen (Deutschland). Für den eigentlichen Druckprozess wird die Tinte beispielsweise über ein Ventil in der Druckdüse in Richtung des Stabstückes dosiert umgeleitet und als Tröpfchen aus der Druckerdüse herausgeschleudert.
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Bevorzugt kann die Zusammensetzung und oder die Viskosität der Tinte in der Druckerdüse durch eine oder mehrere entsprechende Vorrichtungen kontinuierlich überwacht und bei Bedarf korrigiert werden. Der Füllstand des Tintenvorrats wird ebenfalls bevorzugt automatisch überwacht und ggf. korrigiert.
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Die Positionierung der Druckerdüse vor der Fläche des zu beschriftenden Objektes (Stabstück oder Scheibe) kann beispielsweise über eine Schiene, entlang der die Druckerdüse zum Objekt geführt werden kann, oder einen ausfahrbaren bzw. schwenkbaren Arm erfolgen.
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Da die zu beschriftenden Objekte aus Halbleitermaterial unterschiedliche Dicken bzw. Größen aufweisen, erfolgt die Positionierung der Druckerdüse und somit auch der Abstand jeweils individuell an das zu bedruckende Objekt ausgerichtet. Soll beispielsweise die Beschriftung zuerst auf eine Stirnseite eines 20 cm langen Stabstückes und anschließend auf eine Stirnseite eines 50 cm langen Stabstückes aufgedruckt werden, muss die relative Position des Druckkopfes zu den beiden zu bedruckenden Stirnflächen der Stabstücke um 30 cm verschoben sein.
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Bevorzugt wird die Positionierung und damit auch der Abstand der Druckerdüse zum zu beschriftenden Objekt durch mindestens einen Sensor gesteuert, der beim Erreichen der voreingestellten Position bzw. des voreingestellten Abstandes zum Objekt über ein elektrisches Signal den Positionierungsvorgang beendet und nach der Positionierung den Druckbefehl auslöst.
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Bevorzugt beträgt der Abstand zwischen Druckerdüse und dem zu beschriftenden Objekt 10 bis 20 mm.
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Zwecks Aufdrucks einer Beschriftung auf dem Objekt muss die Druckerdüse relativ zum zu beschriftenden Objekt bewegt werden. Dies kann entweder durch eine gesteuerte Bewegung der Druckerdüse entlang dem Objekt, durch die Bewegung des Objektes entlang der Druckerdüse oder durch die gleichzeitige Bewegung von Objekt und Druckerdüse erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2005/0085017 A1 [0007]
- DE 102005038086 A1 [0008]