DE102019202697A1 - Method and device for the production of test discs - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zum Fixieren einer flächigen Halbleiterscheibe beinhaltend mindestens zwei Trägerplatten,einem auf einer Trägerplatte fixierten oder fixierbaren Aufnahmekörper undeinem den Aufnahmekörper durchsetzenden Unterdruckkanal mit einem Saugende an der Aufnahmeseite,wobei die Aufnahmeseite eine definierte Saugstruktur aus weichem Material aufweist,und dass die mindestens zwei Trägerplatten auf der von den Aufnahmekörpern abgewandten Seite je eine Stützvorrichtung aufweisen, die jeweils an einer den Trägerplatten gemeinsamen Grundplatte befestigt ist, so dass der minimale Abstand zwischen zwei Trägerplatten mindestens 1 mm beträgt.Device for fixing a flat semiconductor wafer comprising at least two carrier plates, a receiving body fixed or fixable on a carrier plate and a vacuum channel penetrating the receiving body with a suction end on the receiving side, the receiving side having a defined suction structure made of soft material, and that the at least two carrier plates on the each have a support device facing away from the receiving bodies, each of which is fastened to a base plate common to the carrier plates, so that the minimum distance between two carrier plates is at least 1 mm.
Description
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schneiden von Halbleiterscheiben, wobei die hergestellten Halbleiterscheiben aus einer größeren Halbleiterscheibe ausgeschnitten werden.The invention relates to a device and a method for cutting semiconductor wafers, the semiconductor wafers produced being cut out of a larger semiconductor wafer.
Monokristalline Halbleiterscheiben (auch Wafer genannt) sind die Grundlage der modernen Elektronik. Während der Herstellung von Bauelementen auf besagten Halbleiterscheiben werden thermische Prozesse mit mittlerweile recht komplexen Beschichtungsschritten durchgeführt.Monocrystalline semiconductor wafers (also called wafers) are the basis of modern electronics. During the production of components on said semiconductor wafers, thermal processes are carried out with coating steps that have become quite complex.
Monokristalline Halbleiterscheiben, insbesondere Halbleiterscheiben aus Silicium, werden üblicherweise hergestellt, indem zuerst ein monokristalliner Stab mit Hilfe des sogenannten Float Zone Verfahrens (FZ) oder des Czochralski Verfahrens (CZ) gezogen wird. Die so produzierten Stäbe werden in Kristallstücke geteilt, welche üblicherweise in einer Drahtsäge oder Innenlochsäge zu Halbleiterscheiben verarbeitet werden. Nach dem Schleifen, Polieren und der Kantenbearbeitung kann optional eine Epischicht mittels CVD aufgebracht werden. Diese so hergestellten Halbleiterscheiben werden dann dem weiteren Bauelementprozess zur Verfügung gestellt.Monocrystalline semiconductor wafers, in particular semiconductor wafers made of silicon, are usually produced by first drawing a monocrystalline rod with the aid of the so-called float zone method (FZ) or the Czochralski method (CZ). The rods produced in this way are divided into pieces of crystal, which are usually processed into semiconductor wafers in a wire saw or inner diameter saw. After grinding, polishing and edge processing, an epi-layer can optionally be applied using CVD. These semiconductor wafers produced in this way are then made available to the further component process.
Wird erst bei der thermischen Behandlung der Halbleiterscheibe im Bauelementprozess erkannt, dass die Halbleiterscheibe ungeeignet ist, können je nach jeweiliger Fertigungstiefe erhebliche Kosten auftreten.If it is only recognized during the thermal treatment of the semiconductor wafer in the component process that the semiconductor wafer is unsuitable, considerable costs can arise depending on the respective vertical range of manufacture.
Aus diesem Grund besteht ein Bedürfnis, nur Halbleiterscheiben in den Bauelementprozess zu geben, bei denen das Fehlerrisiko minimal ist.For this reason, there is a need to only include semiconductor wafers in the component process in which the risk of failure is minimal.
Zu diesem Zweck werden in der Regel einzelne Testscheiben von einem Kristallstück abgeschnitten und einer oder mehreren Testungen unterzogen, die dafür geeignet sind, die Eignung des entsprechenden Kristallstückes zu beurteilen.For this purpose, individual test disks are usually cut from a piece of crystal and subjected to one or more tests that are suitable for assessing the suitability of the corresponding piece of crystal.
Da die Tests für die Risikoabschätzung durchaus aus mehreren Experimenten bestehen können, müssen in vielen Fällen mehrere Testscheiben eines Kristallstückes verwendet werden, um das Risiko richtig abzuschätzen.Since the tests for risk assessment can consist of several experiments, in many cases several test disks of a piece of crystal have to be used in order to correctly assess the risk.
Jede Testscheibe bedeutet gleichzeitig aber auch einen Wertverlust. Dieser kann insbesondere bei großen Durchmessern der Halbleiterscheibe beträchtlich sein.Each test disc also means a loss of value. This can be considerable in particular with large diameters of the semiconductor wafer.
Es ist daher wünschenswert idealerweise auf genau einer Testscheibe mehrere Tests durchführen zu können, die für die Risikobewertung des Kristallstücks geeignet sind.It is therefore desirable, ideally, to be able to carry out several tests that are suitable for the risk assessment of the crystal piece on exactly one test disk.
Die Aufgabe ist nun, Halbleiterscheiben in kleinere Stücke zu zerlegen, um diese dann den unterschiedlichen Tests in geeigneter Weise zur Verfügung zu stellen.The task now is to break up semiconductor wafers into smaller pieces in order to make them available to the various tests in a suitable manner.
Eine gängige Technik ist es, die Halbleiterscheibe mechanisch zu brechen. Es zeigt sich jedoch, dass das Verfahren hierfür aus mehreren Gründen ungeeignet ist.A common technique is to break the semiconductor wafer mechanically. It turns out, however, that the method is unsuitable for this for several reasons.
Zwar bricht eine monokristalline Halbleiterscheibe in Vorzugsrichtungen, die der Kristall vorgibt, es entstehen aber dennoch eine nicht unerhebliche Anzahl an Splitter und die Bruchfläche ist meist undefiniert und rau, was die Halbleiterschiebe ungeeignet für die Tests macht.Although a monocrystalline semiconductor wafer breaks in preferred directions specified by the crystal, a not inconsiderable number of splinters arise and the fracture surface is mostly undefined and rough, which makes the semiconductor slide unsuitable for the tests.
Das Anritzen der Halbleiterscheibe mit einem Glasschneider oder das Vorschreiben mit einem Laser vor dem Brechen vermindert zwar die Splitterhäufigkeit, die Bruchfläche ist jedoch immer noch undefiniert. Im Falle der Laserbehandlung wird zusätzlich ein thermisches Budget erzeugt, da eine hohe Temperatur beim Vorschneiden nötig ist. Spezielle Tests insbesondere am Rand der Halleiterscheibe können hierbei verfälschen können. In beiden Fällen besteht auch ein zusätzliches Kontaminationsrisiko für Metalle, was dazu führt, dass Tests auf Metalle verfälscht werden können.Scribing the semiconductor wafer with a glass cutter or prescribing it with a laser before breaking reduces the frequency of splinters, but the break area is still undefined. In the case of laser treatment, a thermal budget is also generated because a high temperature is required for pre-cutting. Special tests, particularly on the edge of the semiconductor disk, can falsify this. In both cases there is also an additional risk of contamination for metals, which means that tests for metals can be falsified.
Ein grundlegender Nachteil besteht außerdem darin, dass die so entstandenen Bruchstücke manche bevorzugten Formen (zum Beispiel „rund“) nicht annehmen können, die zur Durchführung der meisten Tests vorteilhaft wären.Another fundamental disadvantage is that the resulting fragments cannot take on some preferred shapes (for example “round”) that would be useful for performing most tests.
Mehrere runde Testscheiben aus Halbleitermaterial können auch durch Ausbohren aus einer größeren Halbleiterscheibe gewonnen werden. Risikofaktoren bilden dabei eine erhöhte Kontamination durch die verwendete Bohrkrone und eine erhöhte Bruchgefahr. Zudem kann nur eine eingeschränkte Form ausgebohrt werden (nur kreisrund möglich).Several round test wafers made of semiconductor material can also be obtained by drilling out a larger semiconductor wafer. Risk factors are increased contamination from the drill bit used and an increased risk of breakage. In addition, only a limited shape can be drilled out (only circular possible).
Das Schneiden von Halbleitermaterial mittels Laser wird in der
Bei den in
Das Laserschneiden geht mit einer erheblichen Erhöhung der Temperatur einher, was in der Nähe der Schnittfläche die Eigenschaften der Halbleiterscheibe verändern kann. Zudem kann das erhöhte thermische Budget eine Eindiffusion von Verunreinigungen wie Metalle auf der Oberfläche verursachen, was schädlich für die Aussagekraft der durchzuführenden Tests sein kann.Laser cutting is accompanied by a considerable increase in temperature, which can change the properties of the semiconductor wafer in the vicinity of the cut surface. In addition, the increased thermal budget can cause impurities such as metals to diffuse into the surface, which can be detrimental to the informative value of the tests to be carried out.
Wird Halbleitermaterial entsprechend des Standes der Technik auf eine Unterlage gelegt und dann mit dem Laser geschnitten, so ergibt sich zusätzlich das Problem, dass der Laserstrahl unweigerlich auch die Unterlage schneidet oder zumindest verletzt. Zum einen führt dies zu Mehrkosten, da die Unterlage ersetzt werden muss, und zum anderen ergibt sich zusätzliche Quelle von Verunreinigungen, die bei erhöhten Temperaturen in das Halbleitermaterial eindiffundieren können und dort wiederum die Aussagekraft der Tests beeinflussen können. If semiconductor material is placed on a base in accordance with the state of the art and then cut with the laser, the additional problem arises that the laser beam inevitably also cuts or at least injures the base. On the one hand, this leads to additional costs, since the base has to be replaced, and, on the other hand, there is an additional source of impurities which can diffuse into the semiconductor material at elevated temperatures and there in turn can influence the informative value of the tests.
Aus der beschriebenen Problematik ergab sich die Aufgabenstellung der Erfindung.The object of the invention resulted from the problem described.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die in den Ansprüchen beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen.The object of the invention is achieved by the methods and devices described in the claims.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegebenen Merkmale können entsprechend auf die erfindungsgemäße Vorrichtung übertragen werden. Umgekehrt können die bezüglich der vorstehend ausgeführten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegebenen Merkmale entsprechend auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden. Diese und andere Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden in der Figurenbeschreibung und in den Ansprüchen erläutert. Die einzelnen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind. The features specified with regard to the above-mentioned embodiments of the method according to the invention can be transferred accordingly to the device according to the invention. Conversely, the features specified with regard to the above-mentioned embodiments of the device according to the invention can be transferred accordingly to the method according to the invention. These and other features of the embodiments according to the invention are explained in the description of the figures and in the claims. The individual features can be realized either separately or in combination as embodiments of the invention. They can also describe advantageous designs that can be independently protected.
Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures
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1 zeigt die Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Fixieren einer flächenförmigen Halbleiterscheibe. Die Trägerplatten (101 ) sind jeweils mit mehreren Aufnahmekörpern (102 ) versehen. Ein Rahmen (103 ) umgibt die Trägerplatten, die zusammen mit dem Tisch (104 ) eine ebene Fläche bilden. Die Vorrichtungen A und B zeigen jeweils eine Ausprägung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.1 shows the plan view of a device according to the invention for fixing a flat semiconductor wafer. The carrier plates (101 ) are each with several receiving bodies (102 ) Mistake. A frame (103 ) surrounds the carrier plates, which together with the table (104 ) form a flat surface. The devices A and B each show an embodiment of the device according to the invention. -
2 zeigt die Draufsicht auf ein weitere Ausprägung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Fixieren einer flächenförmigen Halbleiterscheibe. Die Trägerplatten (201 ) sind jeweils mit mehreren Aufnahmekörpern (202 ) versehen. Ein Rahmen (203 ) umgibt die Trägerplatten, die zusammen mit dem Tisch (204 ) eine ebene Fläche bilden. Die Vorrichtungen A und B zeigen weitere Ausprägung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.2 shows the plan view of a further embodiment of the device according to the invention for fixing a flat semiconductor wafer. The carrier plates (201 ) are each with several receiving bodies (202 ) Mistake. A frame (203 ) surrounds the carrier plates, which together with the table (204 ) form a flat surface. The devices A and B show further features of the device according to the invention. -
3 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei bezeichnet301 Trägerplatten,302 Aufnahmekörper,303 Stützvorrichtungen und304 die Bodenplatte.3 shows a side view of the device according to the invention. Here designated301 Carrier plates,302 Receiving body,303 Support devices and304 the bottom plate. -
4 zeigt eine weitere Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei401 Trägerplatten,402 Aufnahmekörper,403 Stützelemente,404 die Bodenplatte,405 den Tisch, und406 den Rahmen bezeichnet. Der Rahmen, der Tisch und die Trägerplatten sind so angeordnet, dass sie eine ebene Fläche bilden. Die Vorrichtung aus Trägerkörper, Aufnahmekörper, Rahmen, Stützelemente und Bodenplatte ist so gebaut, dass sie Werkzeuglos aus dem Tisch genommen werden kann.4th shows a further view of the device according to the invention, wherein401 Carrier plates,402 Receiving body,403 Support elements,404 the base plate,405 the table, and406 denotes the frame. The frame, the table and the support plates are arranged so that they form a flat surface. The device consisting of the support body, receiving body, frame, support elements and base plate is built so that it can be removed from the table without tools.
Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer AusführungsbeispieleDetailed description of exemplary embodiments according to the invention
Die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet mindestens zwei Trägerplatten, wobei bevorzugt auf jeder Trägerplatte auf einer Seite mindestens ein Aufnahmekörper fixiert werden kann.The preferred embodiment of the device according to the invention contains at least two carrier plates, with at least one receiving body preferably being able to be fixed on one side of each carrier plate.
Die jeweilige Trägerplatte wird bevorzugt von einem oder mehreren Kanälen durchsetzt mit dem Zweck, die Aufnahmekörper mit Unterdruck beaufschlagen zu können.The respective carrier plate is preferably penetrated by one or more channels with the purpose of being able to apply negative pressure to the receiving body.
Die Saugseite des Aufnahmekörpers ist die Seite, die in Kontakt mit dem zu haltenden Werkstücks steht oder stehen soll. Die Saugseite des Aufnahmekörpers besteht dabei bevorzugt aus einem weichen Material (wie etwa Gummi oder Kautschuk).The suction side of the receiving body is the side that is or should be in contact with the workpiece to be held. The suction side of the receiving body is preferably made of a soft material (such as rubber or caoutchouc).
Die den Saugkörpern abgewandte Seite der Trägerplatte ist mit einer Stützvorrichtung verbunden.The side of the carrier plate facing away from the absorbent bodies is connected to a support device.
Die Verbindung wird so ausgeführt, dass die Oberflächen der Trägerplatten auf der Seite der Aufnahmekörper eine Ebene bilden.The connection is carried out in such a way that the surfaces of the carrier plates form a plane on the side of the receiving bodies.
Die Verbindung kann dabei zum Beispiel mittels Schweißen oder Kleben ausgeführt sein.The connection can be made for example by means of welding or gluing.
Bevorzugt mindestens zwei Stützvorrichtungen, an denen bevorzugt je eine Trägerplatte befestigt ist, sind mit einer Grundplatte verbunden. Diese Verbindung kann mittels Schweißen oder Kleben ausgeführt sein.Preferably at least two support devices, to each of which a carrier plate is preferably attached, are connected to a base plate. This connection can be carried out by means of welding or gluing.
Eine bevorzugte Form der Trägerplatte ist kreisrund. Sie kann aber auch andere Formen annehmen, wenn es das Schneiden erfordert.A preferred shape of the carrier plate is circular. But it can also take other forms if cutting requires it.
Ganz besonders bevorzugt ist der minimale Abstand zweier Trägerplatten, der definiert ist durch den Abstand der Kanten der Trägerplatten größer als 0,5 mm und bevorzugt kleiner als 10 mm, insbesondere größer als 1 mm und kleiner als 2 mm. The minimum distance between two carrier plates, which is defined by the distance between the edges of the carrier plates, is very particularly preferred to be greater than 0.5 mm and preferably smaller than 10 mm, in particular larger than 1 mm and smaller than 2 mm.
Der Erfinder hat erkannt, dass dieser Abstandsbereich besonders geeignet ist, um zum einen das zu bearbeitende Werkstück sicher zu halten und zum anderen genügend Platz zu haben, so dass sich die kinetische Energie des Wassers auf der dem Wasserstrahl abgewandten Seite des Werkstücks gut verteilen kann und keine Schäden an dem abgeschnittenen Werkstück verursachen kann.The inventor has recognized that this distance range is particularly suitable, on the one hand, to hold the workpiece to be processed securely and, on the other hand, to have enough space so that the kinetic energy of the water can be well distributed on the side of the workpiece facing away from the water jet and cannot cause damage to the cut workpiece.
Besteht das zu bearbeitende Werkstück aus Halbeitermaterial (wie zum Beispiel aus Si, GaAs, oder SiGe) und/oder ist es sehr dünn (kleiner 1 mm) kann es sonst passieren, dass das Werkstück während der Bearbeitung bricht. Daher ist es besonders wichtig, den Abstand der Trägerplatten wie oben beschrieben einzustellen.If the workpiece to be machined consists of semiconductor material (such as Si, GaAs, or SiGe) and / or is very thin (less than 1 mm), it can otherwise happen that the workpiece breaks during machining. It is therefore particularly important to adjust the spacing between the carrier plates as described above.
Der Erfinder hat erkannt, dass die Länge der Stützvorrichtung mindestens 100 mm beträgt. Wird sie unterschritten, kann es vorkommen, dass die Energie des Wasserstrahls dazu ausreicht, die eingespannten Werkstücke zu brechen oder sie während des Schneidens zu verschieben, was beide unvorteilhaft ist.The inventor has recognized that the length of the support device is at least 100 mm. If it falls below this limit, it can happen that the energy of the water jet is sufficient to break the clamped workpieces or to move them during cutting, which is both disadvantageous.
Besonders bevorzugt wird ein Rahmen mit Aussparungen für die Trägerplatten in die Vorrichtung eingefügt, wobei der Rahmen mit ein oder mehreren Stützelementen an der Bodenplatte befestigt ist, so dass der Rahmen und alle Flächen der verwendeten Trägerplatten auf der Seite der Saugelemente eine Ebene bilden.Particularly preferably, a frame with recesses for the carrier plates is inserted into the device, the frame being attached to the base plate with one or more support elements so that the frame and all surfaces of the carrier plates used form a plane on the side of the suction elements.
Der Rahmen kann bevorzugt auch mit Aufnahmekörpern für Saugelemente ausgestattet werden, um das Werkstück noch besser halten zu können. Dazu wird der Rahmen zusätzlich mit Kanälen versehen, die das Anlegen eines Unterdruckes ermöglichen.The frame can preferably also be equipped with receiving bodies for suction elements in order to be able to hold the workpiece even better. For this purpose, the frame is also provided with channels that allow the application of a negative pressure.
Die gesamte Vorrichtung wird bevorzugt werkzeuglos in eine Aussparung eines Tisches eingefügt, so dass die Oberfläche des Tisches mit dem Rahmen und den Trägerplatten eine Ebene bildet.The entire device is preferably inserted into a recess of a table without tools, so that the surface of the table forms a plane with the frame and the carrier plates.
Die Erfinder hat erkannt, dass es vorteilhaft ist, die gesamte Vorrichtung aus Plastik zu fertigen. Wird die Vorrichtung aus einer Metalllegierungen gebaut, besteht das Risiko, dass eine mögliche Messung (wie zum Beispiel Lebensdauermessung der Minoritätsladungsträger) von Metallen (wie zum Beispiel Cu, Ni, Fe) negativ beeinflusst werden könnte.The inventors have recognized that it is advantageous to manufacture the entire device from plastic. If the device is constructed from a metal alloy, there is the risk that a possible measurement (such as, for example, lifetime measurement of the minority charge carriers) of metals (such as Cu, Ni, Fe) could be negatively influenced.
Unter Plastik sind unter anderem folgende Materialien zu verstehen: PVC (Polyvinylchlorid), PE (Polyethylen), PP (Polypropylen) oder PEEK (Polyetheretherketon).Plastic includes the following materials: PVC (polyvinyl chloride), PE (polyethylene), PP (polypropylene) or PEEK (polyetheretherketone).
Der Erfinder hat erkannt, dass es für das Schneiden einer Halbleiterscheibe vorteilhaft ist, folgende Schritte durchzuführen:
- (1) Auflegen des Halbleiterscheibe auf die Vorrichtung
- (2) Anlegen eines Unterdruckes zum Halten der Halbleiterscheibe
- (3) Ausschneiden der gewünschten Form aus dem Halbleiterscheibe mittels eines Wasserstrahls. Besonders bevorzugt wird der Wasserstrahl so geführt wird, dass die minimale Entfernung zum Tisch, Trägerplatte und Rahmen 0,5 mm, besonders bevorzugt 1 mm beträgt.
- (1) Place the semiconductor wafer on the device
- (2) Applying a vacuum to hold the semiconductor wafer
- (3) Cutting out the desired shape from the semiconductor wafer by means of a water jet. The water jet is particularly preferably guided in such a way that the minimum distance to the table, support plate and frame is 0.5 mm, particularly preferably 1 mm.
Zur lateralen Steuerung des Schnittes/der Schnitte wird bevorzugt ein mit Schrittmotoren und Computer ausgestattetes System verwendet, bei dem eine Vielzahl von Formen vorprogrammiert und beliebig oft präzise wiederholt werden können.For the lateral control of the cut (s), a system equipped with stepper motors and a computer is preferably used, in which a large number of shapes can be preprogrammed and precisely repeated as often as desired.
Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen sowie Äquivalente durch den Schutzbereich der Ansprüche abgedeckt sein.The above description of exemplary embodiments is to be understood as exemplary. The disclosure made thereby enables the person skilled in the art, on the one hand, to understand the present invention and the advantages associated therewith, and, on the other hand, also includes obvious changes and modifications of the structures and methods described in the understanding of the person skilled in the art. Therefore, it is intended that all such changes and modifications, and equivalents, be covered by the scope of the claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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