DE4325518A1 - Verfahren zur Glättung der Kante von Halbleiterscheiben - Google Patents

Verfahren zur Glättung der Kante von Halbleiterscheiben

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Glättung der Kante von Halbleiterscheiben im Anschluß an eine Kantenverrundung durch Schleifen mit gebundenem Schleifkorn.
Die Kanten von Halbleiterscheiben werden üblicherweise nach dem Abtrennen der Scheibe vom zylinderförmig zugeschliffenen Einkristall überschliffen, wobei Ausbrüche und Beschädigun­ gen im Kristall beseitigt werden. Weitere Ziele dieser Kan­ tenverrundung sind, die Halbleiterscheiben mit einem defi­ nierten Kantenprofil zu versehen und eine möglichst glatte und widerstandsfähige Kantenoberfläche zu erzeugen. Durch die Verminderung der Rauhigkeit der Scheibenkanten soll ver­ hindert werden, daß es schon bei geringer Stoßbelastung zu Ausbrüchen kommt und daß sich Partikel auf der Kantenober­ fläche festsetzen können, die sich im weiteren Verlauf der Verarbeitung der Scheiben zu elektronischen Bauelementen störend auswirken.
Die Arbeitsfläche der üblicherweise verwendeten, mechani­ schen Schleifwerkzeuge besteht aus einem starren, inkom­ pressiblen Trägermaterial, in das das Diamantkorn fest ein­ gebunden ist. Zum Schleifen der gewünschten Kontur der Scheibenkante muß die Form der Arbeitsfläche einer Abformung dieser Kontur entsprechen. In der Patentschrift US-4,344,260 ist ein Verfahren zum Kantenverrunden von Halbleiterscheiben durch Schleifen beschrieben.
Nach einer Kantenverrundung durch Schleifen der Scheiben­ kanten bleibt eine bestimmte Mindestrauhigkeit der Kanten­ oberfläche bestehen. Ferner läßt es sich nicht vermeiden, daß das Schleifen eine Beschädigung (damage) des Kristall­ gitters bis in die Tiefe von einigen µm verursacht.
Üblicherweise wird im Anschluß an die Kantenverrundung mit Hilfe eines chemischen Ätzmittels soviel Material abgetra­ gen, daß die beschädigten Kristallbereiche mitentfernt wer­ den. Eine ausreichende Glättung der Kante wird durch die Ätzbehandlung jedoch nicht erreicht.
Man ist deshalb dazu übergegangen, die bereits nach einem herkömmlichen Verfahren geschliffenen und gegebenenfalls an­ schließend geätzten Kanten von Halbleiterscheiben chemisch­ mechanisch zu polieren und dabei zu glätten. Bei dieser Art der Behandlung wird unter Beaufschlagung eines chemisch wir­ kenden Ätzmittels ein Poliertuch auf die Kante einer sich zentrisch drehenden Halbleiterscheibe gedrückt.
Die chemisch-mechanische Glättung der Scheibenkanten hat den Nachteil, daß der Materialabtrag nur mit sehr geringer Rate erfolgt und entsprechend lange Behandlungszeiten pro Halbleiterscheibe erforderlich sind. Ungünstig ist ferner, daß das verwendete Ätzmittel unbeabsichtigt auf eine der beiden Seitenflächen der Halbleiterscheibe geraten und dort nicht erwünschte Oberflächenverätzungen bewirken kann.
In den Randbereich von Halbleiterscheiben sind häufig ker­ benförmige Markierungen eingeschliffen, die das Positionie­ ren der Halbleiterscheibe erleichtern und Aufschluß über die Kristallorientierung geben sollen. Diese Markierungen sind unter der Bezeichnung Notch bekannt. Für das Glätten der Kante der Halbleiterscheibe im Notch gibt es noch keine zufriedenstellenden Lösungen.
Die Aufgabe der Erfindung bestand deshalb darin, ein Verfah­ ren anzugeben, mit dem die geschliffenen Kanten einer Halb­ leiterscheibe, gegebenenfalls auch im Notch, geglättet wer­ den können, ohne daß die genannten Nachteile auftreten.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Glättung der Kante von Halbleiterscheiben, gegebenenfalls auch im Notch einer Halbleiterscheibe, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein kompressibles, mit Diamanten imprägniertes Tuch als Ar­ beitsfläche eines Polierwerkzeugs mit einer bestimmten Kraft gegen die Kante einer Halbleiterscheibe gedrückt wird und die Halbleiterscheibe und/oder die Arbeitsfläche eine Rota­ tionsbewegung ausführen.
Diamantenimprägnierte Tücher sind bekannt. Sie werden mit verschiedenen Diamantenkörnungen von 0,25 bis 30 µm angebo­ ten. Es ist ferner bereits bekannt, mit Diamanten impräg­ nierte Tücher auf Läppscheiben zu kleben und zum Polieren großflächiger, sprödharter Werkstoffe aus oxidischer und nichtoxidischer Keramik, gehärtetem Stahl oder Nicht-Eisen­ metallen zu verwenden (Industrie Diamanten Rundschau 3/92, S. 115-117).
Es wurde nun ein Polierverfahren entwickelt, mit dem unter Verwendung diamantimprägnierter Tücher bereits geschliffene Kanten von Halbleiterscheiben mit einer Qualität geglättet werden können, die an das Polierergebnis beim chemisch- mechanischen Polieren heranreicht. Darüber hinaus ist das Verfahren auch zur Glättung der Kante im Notch der Halb­ leiterscheibe geeignet.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird das Verfahren im folgenden an Hand zweier Figuren näher erläutert. Fig. 1 zeigt schematisch die Seitenansicht und Fig. 2 eine Drauf­ sicht der Anordnung des Werkzeugs und der Halbleiterscheibe während des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zum Glätten der Kante wird die Halbleiterscheibe (1) auf ei­ ner flachen Scheibenhalterung, einem sogenannten Chuck (2), fixiert. Die Kante (3) der Halbleiterscheibe ragt über den Rand des Chucks hinaus, so daß sie für das Polierwerkzeug frei zugänglich ist. Die Arbeitsfläche (4) des Polierwerk­ zeugs ist ein mit Diamanten imprägniertes Tuch mit einer Diamantenkörnung von vorzugsweise 1 bis 6 µm.
Das Werkzeug zur Glättung der Scheibenkante im Notch (5) besitzt vorzugsweise eine um die Drehachse (6) rotierende, mit dem diamantimprägnierten Tuch belegte Umlaufscheibe (7). Das mit Diamanten imprägnierte Tuch ist so auf die Umlauf­ scheibe gespannt, geklebt oder anderweitig fixiert, daß es den gesamten Umfang und zumindest einen Teil der Seiten­ flächen der Umlaufscheibe bedeckt. Das Tuch ist ferner so profiliert, daß der Querschnitt der mit dem Tuch belegten Umlaufscheibe im Bereich des Rands der Umlaufscheibe zumin­ dest annähernd die Form der den Notch (5) bildenden Einker­ bung der Halbleiterscheibe aufweist. Zur Glättung der Kante im Notch wird die sich zentrisch drehende Umlaufscheibe mit ihrem Umfang in den Notch der ruhenden Halbleiterscheibe eingeführt und mit einer bestimmten Kraft gegen die Kante der Halbleiterscheibe gedrückt. Dabei stehen die Seiten­ flächen der Halbleiterscheibe und der Umlaufscheibe in einem 90° Winkel zueinander. Die Druckkraft wird vorzugsweise pneumatisch oder über eine Feder übertragen. Gegebenenfalls reicht es auch aus, wenn das Werkzeug mit seinem Eigen­ gewicht gegen die Kante der Halbleiterscheibe drückt. Um sicherzustellen, daß die Kante der Halbleiterscheibe im Notch vollständig von der Arbeitsfläche des Polierwerkzeugs erfaßt wird, ist es zweckmäßig, eine weitere Drehachse (8) parallel zur Oberfläche der Halbleiterscheibe vorzusehen und die sich drehende Umlaufscheibe in einer Pendelbewegung um diese Drehachse etwas anzuheben und abzusenken.
Grundsätzlich kann eine Umlaufscheibe mit einer flachen Ar­ beitsfläche aus diamantimprägniertem Tuch auch zur Glättung der Kante einer Halbleiterscheibe außerhalb vom Notch ver­ wendet werden. Voraussetzung dafür ist allerdings, daß sich die Halbleiterscheibe dreht, wenn die Umlaufscheibe mit ihrem Umfang gegen die Kante der Halbleiterscheibe gedrückt wird.
Bevorzugt wird zu diesem Zweck jedoch mit einem Polierwerk­ zeug geglättet, das die in den Figuren gezeigten und im fol­ genden beschriebenen Merkmale aufweist. Dieses Polierwerk­ zeug besteht im wesentlichen aus einer um die Achse (9) drehbaren Spindel (10) mit einer trompetenförmig aufgeweite­ ten, ebenen Stirnfläche. Auf diese Stirnfläche wird das mit Diamanten imprägnierte Tuch geklebt, gespannt oder anderwei­ tig fixiert. Es bildet die Arbeitsfläche (4) des Polierwerk­ zeugs. Zur Glättung der Kante wird die Halbleiterscheibe auf dem Chuck (2) fixiert und zentrisch oder exzentrisch ge­ dreht. Die sich um die Achse (9) drehende Spindel (10) wird so gegen die Halbleiterscheibe zugestellt, daß die Arbeits­ fläche mit einer bestimmten Kraft gegen die Kante der Halb­ leiterscheibe drückt. Vorzugsweise wird die notwendige Druckkraft pneumatisch, von einer Feder oder von der Schwer­ kraft des Polierwerkzeugs erzeugt. Die Drehachse der Spindel steht dabei senkrecht zur Drehachse der Halbleiterscheibe oder senkrecht zu einer gedachten Tangentialfläche, die an die obere oder untere gekrümmte Seitenfläche der Kante der Halbleiterscheibe angelegt ist. Diese drei Positionen können nacheinander von einem Polierwerkzeug angesteuert werden. Es ist jedoch von Vorteil, die Glättung der Kante in einem Arbeitsgang zu vollenden, indem gleichzeitig mit drei, diese Positionen einnehmenden Polierwerkzeugen gearbeitet wird.
Wenn die Halbleiterscheibe während der Glättung der Kante zentrisch gedreht wird, wird nur ein punktförmiger Bereich der Arbeitsfläche des Polierwerkzeugs beansprucht. Zur Ver­ längerung der Betriebszeiten der Arbeitsfläche ist es des­ halb zweckmäßiger, die Halbleiterscheibe exzentrisch zu dre­ hen, wobei der zur Glättung beanspruchte Bereich der Arbeitsfläche ringförmig aufgeweitet wird.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß durch die Kompressibilität des diamantimprägnier­ ten Tuchs die Glättung der gesamten gekrümmten Kantenober­ fläche während eines Arbeitsgangs erreicht werden kann. Wenn die Arbeitsfläche des Polierwerkzeugs gegen die Kante ge­ drückt wird, schmiegt sich das diamantimprägnierte Tuch an die Kante der Halbleiterscheibe an. Das Polierwerkzeug braucht infolgedessen während des Glättens der Kante nicht nach dem üblicherweise durch eingeschliffene Facetten kom­ plizierten Kantenprofil ausgerichtet werden. Darüber hinaus ist das im Tuch gebundene Diamantkorn bei Druckbelastung ausreichend nachgiebig, so daß die Glättung der Kante nahezu keine Beschädigung des Kristallgitters verursacht. Der beim Glätten der Kante erzeugte Materialabtrag läßt sich auf ein­ fache Weise in Abhängigkeit der Kraft, mit der die Arbeits­ fläche des Polierwerkzeugs gegen die Kante gedrückt wird, der Schnittgeschwindigkeit und der Bearbeitungszeit variie­ ren. Die Glättung der Kante nach dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren erfolgt wesentlich schneller als mit chemisch-mecha­ nischen Glättungsmethoden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde an einem Beispiel ge­ testet.
Beispiel
Die Kante einer Siliciumscheibe mit 200 mm Durchmesser wurde auf herkömmliche Weise durch Schleifen kantenverrundet. Der die Rauhigkeit der Scheibenkante anzeigende Wert Rmax betrug danach 1,5 µm, im Notch ca. 2-3 µm. Bei der anschließenden Glättung des Scheibenumfangs mit einem diamantimprägnierten Tuch nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde durch ge­ zielte exzentrische Klemmung der Halbleiterscheibe auf dem Chuck der Eingriffsdurchmesser des Tuchs zwischen 50 und 80 mm variiert, um eine ringförmige Verschleißfläche zu erhal­ ten. Das Tuch wurde mit einer Kraft von 10 N gegen die Kante der Halbleiterscheibe gedrückt. Die Umlaufgeschwindigkeit des Polierwerkzeugs betrug 20 m/s und die Drehzahl des Chucks 4 min-1. Nach einer Bearbeitungszeit von 2×45 s mit einem diamantimprägnierten Tuch mit Diamantkörnungen von 6 µm und 1 µm wurde eine verbleibende Kantenrauhigkeit von 0,8 nm gemessen. Zur Glättung der Kante im Notch wurde ein Tuch mit einer Diamantkörnung von 3 µm verwendet. Die Umlauf­ geschwindigkeit des Polierwerkzeugs betrug 11 m/s, die Zustellkraft 10 N. Zur Beseitigung der meßbaren Rauhigkeit reichte eine Bearbeitungszeit von 15 s aus.

Claims (5)

1. Verfahren zur Glättung der Kante von Halbleiterscheiben, gegebenenfalls auch im Notch einer Halbleiterscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß ein kompressibles, mit Diamanten imprägniertes Tuch als Arbeitsfläche eines Polierwerkzeugs mit einer bestimmten Kraft gegen die Kante einer Halbleiterscheibe gedrückt wird und die Halbleiterscheibe und/oder die Arbeitsfläche eine Rotationsbewegung ausführen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Halbleiterscheibe zentrisch dreht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Halbleiterscheibe exzentrisch dreht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfläche pneumatisch, über Federkraft oder Schwerkraft gegen den zu bearbeitenden Bereich der Halb­ leiterscheibe gedrückt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsfläche ein Tuch mit einer Diamantenkörnung von 1 bis 6 µm verwendet wird.
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