DE4325518A1 - Method for smoothing the edge of semiconductor wafers - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Glättung der Kante von Halbleiterscheiben im Anschluß an eine Kantenverrundung durch Schleifen mit gebundenem Schleifkorn.The invention relates to a method for smoothing the edge of semiconductor wafers following an edge rounding by grinding with bonded abrasive grain.
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.The edges of semiconductor wafers are usually after separating the disc from the cylindrical ground Single crystal ground, with breakouts and damage conditions in the crystal. Other goals of this channel are rounding, the semiconductor wafers with a defi provided edge profile and as smooth as possible and create a resistant edge surface. By the reduction in the roughness of the edge of the pane should ver be prevented from doing so even at low impact loads Outbreaks come and that there are particles on the top edge be able to fix the area that will develop in the further course of the Processing of the disks into electronic components disruptive.
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. The work surface of the commonly used mechani grinding tools consists of a rigid, incom pressible carrier material, in which the diamond grain firmly is bound. For grinding the desired contour of the The edge of the pane must be the shape of the working surface of an impression correspond to this contour. In U.S. 4,344,260 is a process for edge rounding semiconductor wafers described by grinding.
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.After rounding the edges by grinding the discs edges remains a certain minimum roughness of the edges surface exist. Furthermore, it cannot be avoided that the grinding damage the crystal grid down to a depth of a few µm.
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.Usually after the edge rounding with Using a chemical etchant, remove as much material that the damaged crystal areas are also removed the. The edge is adequately smoothed by the However, etching treatment was not achieved.
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.One has therefore gone over to that already after one conventional methods and if necessary closing etched edges of semiconductor wafers chemically mechanically polishing and smoothing it. With this type The treatment is carried out chemically etching agent a polishing cloth on the edge of one centric rotating semiconductor wafer pressed.
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.The chemical-mechanical smoothing of the window edges has the disadvantage that the material removal is very low Rate takes place and correspondingly long treatment times per Semiconductor wafer are required. It is also unfavorable that the etchant used unintentionally on one of the both sides of the wafer get there can cause unwanted surface burns.
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.In the edge area of semiconductor wafers are often ker grinded ben-shaped markings that the positionie Ren the semiconductor wafer easier and information about the Should give crystal orientation. These marks are known as Notch. For smoothing the There is no edge of the semiconductor wafer in the notch yet satisfactory solutions.
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.The object of the invention was therefore a method to specify with which the ground edges of a half conductor disc, if necessary also in the notch, smoothed who that can occur without the disadvantages mentioned.
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.The task is solved by a method for smoothing the Edge of semiconductor wafers, possibly also in the notch a semiconductor wafer, which is characterized in that a compressible cloth impregnated with diamonds as Ar working surface of a polishing tool with a certain force is pressed against the edge of a semiconductor wafer and the semiconductor wafer and / or the work surface is a rota execution movement.
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).Diamond impregnated wipes are known. They will with various diamond grit sizes from 0.25 to 30 µm ten. It is also already known to be impregnated with diamonds glued cloths on lapping discs and for polishing large, brittle hard materials made of oxidic and non-oxide ceramic, hardened steel or non-iron to use metals (Industrial Diamonds Rundschau 3/92, Pp. 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. A polishing process has now been developed with which Use diamond-impregnated cloths that have already been sanded Edges of semiconductor wafers smoothed with a quality that can be compared to the polishing result of the chemical mechanical polishing. Beyond that it is Process also for smoothing the edge in the notch of the half conductor disc suitable.
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.To better understand the invention, the method is explained in more detail below with the aid of two figures. Fig. 1 shows schematically the side view and Fig. 2 is a plan view of the arrangement of the tool and the semiconductor wafer during the inventive method.
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.To smooth the edge, the semiconductor wafer ( 1 ) is fixed on a flat wafer holder, a so-called chuck ( 2 ). The edge ( 3 ) of the semiconductor wafer protrudes beyond the edge of the chuck so that it is freely accessible to the polishing tool. The work surface ( 4 ) of the polishing tool is a diamond impregnated cloth with a diamond grain size of preferably 1 to 6 microns.
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.The tool for smoothing the pane edge in the notch (5) preferably has a about the rotation axis (6) rotating, coated with the diamond-impregnated cloth circulation disc (7). The cloth impregnated with diamonds is stretched, glued or otherwise fixed to the circulation disk in such a way that it covers the entire circumference and at least part of the side surfaces of the circulation disk. The cloth is also profiled so that the cross section of the disk covered with the cloth in the region of the edge of the disk is at least at least approximately the shape of the notch ( 5 ) forming notch of the semiconductor wafer. To smooth the edge in the notch, the circumferentially rotating disk is inserted into the notch of the stationary semiconductor wafer and pressed against the edge of the semiconductor wafer with a certain force. The sides of the semiconductor wafer and the rotating disk are at a 90 ° angle to one another. The pressure force is preferably transmitted pneumatically or via a spring. If necessary, it is also sufficient if the tool with its own weight presses against the edge of the semiconductor wafer. In order to ensure that the edge of the semiconductor wafer in the notch is completely gripped by the working surface of the polishing tool, it is expedient to provide a further axis of rotation ( 8 ) parallel to the surface of the semiconductor wafer and to raise and lower the rotating rotary disk somewhat in an oscillating movement about this axis of rotation .
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.Basically, a disc with a flat ar working surface made of diamond impregnated cloth also for smoothing the edge of a semiconductor wafer outside the notch ver be applied. The prerequisite for this, however, is that the semiconductor disc rotates when the orbital disc also their circumference pressed against the edge of the semiconductor wafer becomes.
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.For this purpose, however, it is preferred to use a polishing tool that has the features shown in the figures and described in the fol lowing. This polishing machine consists essentially of a spindle ( 10 ) rotatable about the axis ( 9 ) with a trumpet-shaped expanded, flat end face. The diamond impregnated cloth is glued, stretched or otherwise fixed onto this end face. It forms the working surface ( 4 ) of the polishing tool. To smooth the edge, the semiconductor wafer is fixed on the chuck ( 2 ) and rotated centrically or eccentrically. The spindle ( 10 ) rotating about the axis ( 9 ) is fed against the semiconductor wafer in such a way that the working surface presses against the edge of the semiconductor wafer with a certain force. Preferably, the necessary compressive force is generated pneumatically, by a spring or by the heavy force of the polishing tool. The axis of rotation of the spindle is perpendicular to the axis of rotation of the semiconductor wafer or perpendicular to an imaginary tangential surface which is applied to the upper or lower curved side surface of the edge of the semiconductor wafer. These three positions can be controlled one after the other by a polishing tool. However, it is advantageous to complete the smoothing of the edge in one work step by working simultaneously with three polishing tools which assume these positions.
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.If the semiconductor wafer during the smoothing of the edge is rotated centrically, only a punctiform area the working surface of the polishing tool. Ver It is the extension of the operating hours of the work surface half expedient to turn the semiconductor wafer eccentrically hen, the area claimed for smoothing the Work surface is expanded in a ring.
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.The particular advantage of the method according to the invention lies in that through the compressibility of the diamond impregnated ten cloth the smoothing of the entire curved edge area can be reached during one operation. If the working surface of the polishing tool against the edge is pressed, the diamond-impregnated cloth clings to it the edge of the semiconductor wafer. The polishing tool consequently does not need to be used during the smoothing of the edge after the com usually due to ground facets be aligned edge profile. Furthermore is the diamond grain bound in the cloth when subjected to pressure sufficiently compliant so that the edge is almost smooth causes no damage to the crystal lattice. The one at Smoothing the edge produced material can be removed fold depending on the force with which the work surface of the polishing tool is pressed against the edge, the cutting speed and processing time vary ren. The smoothing of the edge according to the Ver driving is much faster than with chemical mecha African smoothing methods.
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde an einem Beispiel ge testet.The inventive method was based on an example tests.
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.The edge of a 200 mm diameter silicon wafer was rounded in a conventional manner by grinding. The value R max indicating the roughness of the pane edge was then 1.5 μm, in the notch approx. 2-3 μm. During the subsequent smoothing of the disk circumference with a diamond-impregnated cloth according to the method according to the invention, the engagement diameter of the cloth was varied between 50 and 80 mm by targeted eccentric clamping of the semiconductor wafer on the chuck in order to obtain an annular wear surface. The cloth was applied with a force of 10 N against the edge of the semiconductor wafer. The rotating speed of the polishing tool was 20 m / s and the speed of the chuck was 4 min -1 . After a processing time of 2 × 45 s with a diamond-impregnated cloth with diamond grains of 6 µm and 1 µm, a remaining edge roughness of 0.8 nm was measured. A cloth with a diamond grit of 3 µm was used to smooth the edge in the notch. The speed of rotation of the polishing tool was 11 m / s, the feed force 10 N. A machining time of 15 s was sufficient to eliminate the measurable roughness.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: WACKER SILTRONIC GESELLSCHAFT FUER HALBLEITERMATER |
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |