[0001] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur materialabtragenden Bearbeitung der
Kante einer Halbleiterscheibe zum Zweck der Schaffung einer glatten und ein bestimmtes
Profil aufweisenden Kantenoberfläche.
Die unbehandelte Kante einer von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe
hat eine vergleichsweise rauhe 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 materialabtragende Bearbeitung der Kante mit einem geeigneten Bearbeitungswerkzeug.
In der DE-195 35 616 A1 ist eine Schleifvorrichtung beschrieben, mit der eine solche
Bearbeitung vorgenommen werden kann. Die Halbleiterscheibe ist während der Bearbeitung
auf einem sich drehenden Tisch fixiert und wird mit der Kante gegen die sich ebenfalls
drehende Arbeitsfläche eines Bearbeitungswerkzeugs zugestellt. Ein Vorteil dieser
Vorrichtung besteht darin, daß sie geeignet ist, die Kante der Halbleiterscheibe schrittweise
mit verschiedenartigen Bearbeitungswerkzeugen bearbeiten zu können.
[0002] Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die materialabtragende Bearbeitung der Kante
einer Halbleiterscheibe noch effektiver zu gestalten.
[0003] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur materialabtragenden Bearbeitung der
Kante einer Halbleiterscheibe, wobei die Halbleiterscheibe auf einem drehbeweglichen
Tisch aufliegt, um eine Mittelachse gedreht wird und mit einer Mehrzahl von sich drehenden
Bearbeitungswerkzeugen bearbeitet wird, und jedes der Bearbeitungswerkzeuge eine bestimmte
Menge an Material von der Kante der Halbleiterscheibe abtragen soll, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Bearbeitungswerkzeuge im Verlauf einer 360°-Drehung der Halbleiterscheibe
nacheinander gegen die Kante der Halbleiterscheibe zugestellt werden und die Kante
der Halbleiterscheibe schließlich gleichzeitig bearbeiten, und ein Bearbeitungswerkzeug,
das gerade zugestellt wird, eine geringere Menge von der Kante der Halbleiterscheibe
abtragen soll, als ein zuvor zugestelltes Bearbeitungswerkzeug, und die Bearbeitung
der Kante der Halbleiterscheibe mit einem Bearbeitungswerkzeug frühestens beendet
wird, nachdem sich die Halbleiterscheibe, von der Zustellung dieses Bearbeitungswerkzeugs
an gerechnet, um 360° gedreht hat.
[0004] Das Verfahren bringt eine enorme Zeitersparnis, da die Bearbeitung der Kante mit
verschiedenartigen Bearbeitungswerkzeugen zeitweise gleichzeitig erfolgt und nach
weniger als zwei Umdrehungen der Halbleiterscheibe bereits abgeschlossen werden kann.
Es können zwei oder mehrere, vorzugsweise 2 bis 5 verschiedenartige Bearbeitungswerkzeuge
eingesetzt werden.
[0005] Die im Verfahren eingesetzten Bearbeitungswerkzeuge sind vorzugsweise als Scheiben
ausgebildet, die an einer Spindel befestigt sind und Umfangsflächen aufweisen, die
als Arbeitsflächen zur Bearbeitung der Kante der Halbleiterscheibe dienen. Wie in
der bereits genannten DE-195 35 616 A1 offenbart ist, können die Umfangsflächen zur
Spindelachse gewölbt sein und dem angestrebten Kantenprofil entsprechende Ausnehmungen
bilden. Außerdem können mehrere Scheiben in einem Stapel aufeinanderliegen, wobei
im Stapel gleichartige oder verschiedenartige Bearbeitungswerkzeuge zusammengefaßt
sein können.
[0006] Bevorzugte Bearbeitungswerkzeuge sind Schleifwerkzeuge, Polierwerkzeuge und Werkzeuge
zum duktilen Schleifen. Das materialabtragende Schleifkorn von Schleifwerkzeugen ist
normalerweise fest in der Arbeitsfläche des Schleifwerkzeugs verankert. Darüber hinaus
sind auch mit Schleifkorn imprägnierte Tücher bekannt, in denen das Schleifkorn weniger
fest eingebettet ist. Sie können auch zum Polieren der Kante einer Halbleiterscheibe
verwendet werden. Andere Polierwerkzeuge verursachen einen Materialabtrag auf chemisch-mechanische
Weise, wobei gegebenenfalls ein Poliermittel zur Arbeitsfläche des Polierwerkzeugs
zugeführt werden muß. Bei Verwendung von Schleifwerkzeugen mit hinreichend kleiner
Schleifkörnung und einer äußerst präzisen Zustellung, die ein Unterschreiten einer
kritischen Eindringtiefe erlaubt (die beispielsweise in Silicium 100 nm beträgt (K.Puttik,
Proc. of the Spring Topical Meeting of the American Society for Precision Engineering,
Tucson 1993)), kann das zu bearbeitenden Material duktil (ohne Rißbildung) zerspant
werden. Mit diesem duktilen Schleifen können besonders glatte Oberflächen erzeugt
werden (M.Kerstan et al. in: Proc. American Soc. for Precission Engineering, Cincinatti
1994).
[0007] Der Materialabtrag, den ein Bearbeitungswerkzeug beim Bearbeiten der Kante einer
Halbleiterscheibe verursacht, wird üblicherweise durch die Angabe der Dicke der entfernten
Materialschicht ausgedrückt. Typischerweise wird bei der Bearbeitung der Kante einer
Halbleiterscheibe Material in der Größenordnung von 0,5 bis 500 µm abgetragen. Zwei
Bearbeitungswerkzeuge werden im Sinne der Erfindung als verschiedenartig (gleichartig)
betrachtet, wenn sie unter gleichen Bedingungen einen unterschiedlichen (gleichen)
Materialabtrag verursachen. Bei Schleifwerkzeugen bestimmt die Größe des verwendeten
Schleifkorns maßgeblich den Materialabtrag, den das Schleifwerkzeug verursachen soll.
Außerdem wird der Materialabtrag, der mit einem Schleifwerkzeug angestrebt wird, normalerweise
größer sein, als der Materialabtrag, der mit einem Polierwerkzeug oder mit einem Werkzeug
zum duktilen Schleifen angestrebt wird.
[0008] Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Halbleiterscheibe auf einem drehbeweglichen
Tisch, einem sogenannten Chuck, fixiert. Die Kante der Halbleiterscheibe ragt über
den Rand des Tisches hinaus, so daß sie für Bearbeitungswerkzeuge gut zugänglich ist.
Es ist bevorzugt, daß der Tisch die Halbleiterscheibe in einer horizontal verlaufenden
Ebene hält und verfahrbar gelagert ist, damit die Halbleiterscheibe gegebenenfalls
zu den Bearbeitungswerkzeugen transportiert werden kann. Unverzichtbares Merkmal der
Erfindung ist, daß zwei oder mehrere verschiedenartige Bearbeitungswerkzeuge verwendet
werden und diese während einer Umdrehung der Halbleiterscheibe nacheinander zur Kante
zugestellt werden. Die Reihenfolge der Zustellung hängt vom Materialabtrag ab, der
mit einem Bearbeitungswerkzeug zu erzielen beabsichtigt ist. Zuerst wird das Bearbeitungswerkzeug
zugestellt, das den höchsten Materialabtrag verursachen soll. Die Zustellung wird
dann mit dem Bearbeitungswerkzeug fortgesetzt, das den nächst niedrigeren Materialabtrag
verursachen soll, und so weiter. Beispielsweise könnte das Verfahren genutzt werden,
um mit zwei Schleifwerkzeugen einen Grob- und einen Feinschliff der Kante einer Halbleiterscheibe
zumindest zeitweise zeitgleich auszuführen. Ebenso könnte die Kante mit Bearbeitungswerkzeugen,
die in entsprechender Reihenfolge eingesetzt werden, in einem Arbeitsgang geschliffen
und poliert, oder geschliffen und duktil geschliffen werden.
[0009] Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß sich Bearbeitungswerkzeuge,
die nach ihrer Zustellung benachbart sind, gegensinnig drehen. Damit soll vermieden
werden, daß loses Material, das von einem Bearbeitungswerkzeug fortgeschleudert wurde,
vom benachbarten Bearbeitungswerkzeug zur Kante der Halbleiterscheibe zurücktransportiert
wird. Ferner ist es zweckmäßig, der Kante an mindestens einer Stelle ein flüssiges
Reinigungsmittel, das gegebenenfalls mit Ultra- oder Megaschall beaufschlagt ist,
zuzuführen. Die Zufuhr von Reinigungsmittel erfolgt vorzugsweise an einer Stelle der
Kante, die bereits von einem Schleifwerkzeug bearbeitet wurde und kurz vor der Bearbeitung
durch ein Polierwerkzeug oder ein Werkzeug zum duktilen Schleifen steht.
[0010] Die Zustellung aller verwendeten Bearbeitungswerkzeuge erfolgt während einer 360°-Drehung
der Halbleiterscheibe. Sind alle Bearbeitungswerkzeuge zugestellt worden, bearbeiten
sie gleichzeitig die Kante der Halbleiterscheibe. Die Bearbeitung der Kante der Halbleiterscheibe
mit einen bestimmten Bearbeitungswerkzeug wird frühestens beendet, nachdem sich die
Halbleiterscheibe, von der Zustellung dieses Bearbeitungswerkzeugs an gerechnet, um
360° gedreht hat. Im Fall des Bearbeitungswerkzeugs, das zuletzt zugestellt worden
ist, ist es bevorzugt, daß die Bearbeitung der Kante durch dieses Bearbeitungswerkzeug
frühestens beendet wird, nachdem sich die Halbleiterscheibe seit der Zustellung dieses
Bearbeitungswerkzeugs um einen Vorschubwinkel von

gedreht hat. Der überschliffwinkel Δα braucht nur einige Grad zu betragen. Damit
wird sichergestellt, daß eine Stufe, die sich auf der Oberfläche der Kante beim Eingriff
des Bearbeitungswerkzeugs ausgebildet haben könnte, entfernt wird.
[0011] Das Ende der Bearbeitung der Kante der Halbleiterscheibe mit einem Bearbeitungswerkzeug
wird herbeigeführt, indem dieses Bearbeitungswerkzeug von der Kante zurückgenommen
wird. Die Zurücknahme der Bearbeitungswerkzeuge kann gleichzeitig erfolgen oder in
der Reihenfolge, in der die Bearbeitungswerkzeuge gegen die Kante zugestellt worden
waren. Vorzugsweise wird die Bearbeitung der Kante beendet, bevor die Halbleiterscheibe,
von der Zustellung des ersten Bearbeitungswerkzeugs an gerechnet, zwei volle Drehungen
um 360° vollzogen hat. Besonders bevorzugt ist es, daß die Bearbeitung der Kante der
Halbleiterscheibe beendet wird, indem entweder alle Bearbeitungswerkzeuge gleichzeitig
zurückgenommen werden oder das zuletzt zugestellte Bearbeitungswerkzeug als letztes
zurückgenommen wird, und nachdem sich die Halbleiterscheibe seit der Zustellung des
zuletzt zugestellten Bearbeitungswerkzeugs um einen Vorschubwinkel von

gedreht hat.
[0012] Der Ablauf des Verfahrens wird nachfolgend an Hand einer Figur am Beispiel der Verwendung
von drei verschiedenartigen Bearbeitungswerkzeugen näher erläutert. Die Figur zeigt
schematisch die Draufsicht auf eine Halbleiterscheibe und die drei verschiedenartigen
Bearbeitungswerkzeuge, mit denen die Kante der Halbleiterscheibe bearbeitet wird.
Es sind nur solche Merkmale dargestellt, die zum Verständins der Erfindung beitragen.
[0013] Die Halbleiterscheibe wird entlang einer y-Achse in eine Bearbeitungsposition transportiert.
Ein Tisch, auf dem die Halbleiterscheibe 4 fixiert ist, dreht diese um eine Mittelachse
M mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit. Die Bearbeitung der Kante 5 der Halbleiterscheibe
4 beginnt mit der Zustellung eines ersten Bearbeitungswerkzeugs 1 entlang einer y
1-Achse. Das sich um eine Achse N drehende Bearbeitungswerkzeug 1 greift mit seiner
Arbeitsfläche 6 in einer Kontaktzone I in die Kante 5 der Halbleiterscheibe 4 ein.
Ein zweites Bearbeitungswerkzeug 2, das sich um eine Achse O dreht, wird als nächstes
Bearbeitungswerkzeug entlang einer y
2-Achse zugestellt. Es nimmt mit seiner Arbeitsfläche 7 die Bearbeitung der Kante 5
in einer Kontaktzone II auf. Zwischen der Zustellung des ersten Bearbeitungswerkzeugs
1 und der Zustellung des zweiten Bearbeitungswerkzeugs 2 dreht sich die Halbleiterscheibe
um den Vorschubwinkel α
1. Dieser markiert die Lage der Kontaktzone II und hat im dargestellten Beispiel den
Wert α
1=90°. Entsprechend wird zuletzt ein drittes Bearbeitungswerkzeug 3, das sich um eine
Achse P dreht, entlang einer y
3-Achse zugestellt. Zwischen dem Bearbeitungswerkzeug 2 und dem Bearbeitungswerkzeug
3 befindet sich eine Einrichtung 8 zur Zuführung eines Reinigungsmittels R, beispielsweise
eine Megaschalldüse. Das Bearbeitungswerkzeug 3 nimmt mit seiner Arbeitsfläche 9 die
Bearbeitung der Kante 5 in einer Kontaktzone III auf. Zwischen der Zustellung des
ersten Bearbeitungswerkzeugs 1 und der Zustellung des dritten Bearbeitungswerkzeugs
3 dreht sich die Halbleiterscheibe um den Vorschubwinkel α
1+α
2. Dieser markiert die Lage der Kontaktzone III und hat im dargestellten Beispiel den
Wert

.
[0014] Entsprechend würde jedes weitere Bearbeitungswerkzeug n (in der Figur nicht dargestellt)
entlang einer y
n-Achse zugestellt werden und die Bearbeitung der Kante in einer Kontaktzone X
n aufnehmen. Der Ort der Kontaktzone X
n ergäbe sich wieder aus dem Vorschubwinkel, um den sich die Halbleiterscheibe zwischen
der Zustellung des ersten und der Zustellung des n-ten Bearbeitungswerkzeugs dreht.
[0015] Gemäß der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Bearbeitungswerkzeug
3 entlang der y
3-Achse von der Kante 5 der Halbleiterscheibe zurückgenommen, nachdem die Halbleiterscheibe
seit der Zustellung dieses Bearbeitungswerkzeugs eine Drehung von 360° und dem Überschliffwinkel
Δα vollzogen hat. Falls die Bearbeitungswerkzeuge 1 und 2 bis zu diesem Zeitpunkt
von der Kante noch nicht zurückgenommen worden sind, erfolgt ihre Zurücknahme entlang
der y
1- beziehungsweise der y
2-Achse gleichzeitig mit der Zurücknahme des Behandlungswerkzeugs 3. Danach wird der
Tisch, auf dem die Halbleiterscheibe liegt entlang der y-Achse in eine Entladeposition
gefahren, und die Halbleiterscheibe 4 für einen neuen Bearbeitungszyklus durch eine
andere mit noch nicht bearbeiteter Kante ersetzt.
[0016] Bei der Betrachtung der Figur wird klar, daß die Zahl der eingesetzten Bearbeitungswerkzeuge
erhöht werden kann, wenn die Bearbeitungswerkzeuge kleinere Durchmesser aufweisen.
Der Durchmesser der Bearbeitungswerkzeuge spielt auch eine wichtige Rolle im Hinblick
auf eine Minimierung der Dauer der Bearbeitung der Kante einer Halbleiterscheibe.
Die Halbleiterscheibe dreht sich während der Bearbeitung der Kante um einen bestimmten
Gesamtvorschubwinkel. Je kleiner dieser Gesamtvorschubwinkel ist, desto kürzer ist
die Dauer der Bearbeitung. Der bevorzugte Gesamtvorschubwinkel setzt sich zusammen
aus einem Vorschubwinkel, um den sich die Halbleiterscheibe dreht (von der Zustellung
des zuerst zugestellten Bearbeitungswerkzeugs an gerechnet) bis alle Bearbeitungswerkzeuge
zugestellt sind und dem breits erwähnten Vorschubwinkel von 360°+ Δα, um den sich
die Halbleiterscheibe dann noch bis zur Beendigung der Bearbeitung weiterdreht. Der
Wert des erst genannten Vorschubwinkels hängt von den Abständen zwischen den Bearbeitungswerkzeugen
ab und damit auch vom Durchmesser der Bearbeitungswerkzeuge. Der Abstand benachbarter
Bearbeitungswerkzeuge läßt sich durch einen Veratzwinkel angeben. In der Figur entspricht
der Versatzwinkel zwischen dem Bearbeitungswerkzeug 1 und dem Bearbeitungswerkzeug
2 dem Vorschubwinkel α
1 und beträgt 90°. Der Versatzwinkel zwischen dem Bearbeitungswerkzeug 2 und dem Bearbeitungswerkzeug
3 entspricht α
2 und hat ebenfalls den Wert von 90°. Bis das Bearbeitungswerkzeug 3 zugestellt ist,
hat sich die Halbleiterscheibe um einen Vorschubwinkel von 180° gedreht. Die Bearbeitung
der Halbleiterscheibe würde demnach insgesamt eine Zeit in Anspruch nehmen, die dem
Zeitaufwand für eine Drehung der Halbleiterscheibe um einen Gesamtvorschubwinkel von

entspricht. Bei Verwendung von Bearbeitungswerkzeugen mit geringeren Durchmessern
sind kleine Versatzwinkel möglich. So könnten beispielsweise die Durchmesser der Bearbeitungswerkzeuge
1 bis 3 und die Versatzwinkel zwischen ihnen so gewählt werden, daß diese Werkzeuge
bereits während einer Drehung der Halbleiterscheibe um einen Vorschubwinkel von 90°
zugestellt werden können. Dann wurde die Bearbeitung der Halbleiterscheibe nur noch
die Zeit in Anspruch nehmen, die einer Drehung der Halbleiterscheibe um einen Gesamtvorschubwinkel
von

entspricht. Es ist daher bevorzugt, möglichst Bearbeitungswerkzeuge mit kleinen Durchmessern
zu verwenden und die Versatzwinkel zwischen den Bearbeitungswerkzeugen möglichst klein
zu halten. Allerdings sollte auch berücksichtigt werden, daß Bearbeitungswerkzeuge
mit verhältnismäßig kleinen Durchmessern auch kleinere Arbeitsflächen besitzen und
deshalb früher verschleißen.
[0017] Bei Verwendung von zwei verschiedenartigen Schleifwerkzeugen kann der Durchsatz an
Halbleiterscheiben bei Anwendung des beschriebenen Verfahrens um ca 60% gegenüber
der bisher üblichen, schrittweisen Kantenbearbeitung gesteigert werden.
1. Verfahren zur materialabtragenden Bearbeitung der Kante einer Halbleiterscheibe, wobei
die Halbleiterscheibe auf einem drehbeweglichen Tisch aufliegt, um eine Mittelachse
gedreht wird und mit einer Mehrzahl von sich drehenden Bearbeitungswerkzeugen bearbeitet
wird, und jedes der Bearbeitungswerkzeuge eine bestimmte Menge an Material von der
Kante der Halbleiterscheibe abtragen soll, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungswerkzeuge
im Verlauf einer 360°-Drehung der Halbleiterscheibe nacheinander gegen die Kante der
Halbleiterscheibe zugestellt werden und die Kante der Halbleiterscheibe schließlich
gleichzeitig bearbeiten, und ein Bearbeitungswerkzeug, das gerade zugestellt wird,
eine geringere Menge von der Kante der Halbleiterscheibe abtragen soll, als ein zuvor
zugestelltes Bearbeitungswerkzeug, und die Bearbeitung der Kante der Halbleiterscheibe
mit einem Bearbeitungswerkzeug frühestens beendet wird, nachdem sich die Halbleiterscheibe,
von der Zustellung dieses Bearbeitungswerkzeugs an gerechnet, um 360° gedreht hat.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungswerkzeuge
aus einer Gruppe ausgewählt werden, die Schleifwerkzeuge, Polierwerkzeuge und Werkzeuge
zum duktilen Schleifen umfaßt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich Bearbeitungswerkzeuge,
die während der Bearbeitung der Kante der Halbleiterscheibe benachbart sind, mit entgegengesetztem
Drehsinn drehen.
4. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante
der Halbleiterscheibe während der Bearbeitung an mindestens einer Stelle mit einem
flüssigen Reinigungsmittel, das gegebenenfalls mit Ultra- oder Megaschall beaufschlagt
ist, in Kontakt gebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung
beendet wird, indem die Bearbeitungswerkzeuge in einer Reihenfolge von der Kante der
Halbleiterscheibe zurückgenommen werden, die der Reihenfolge entspricht, in der sie
zugestellt wurden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung
beendet wird, indem die Bearbeitungswerkzeuge gleichzeitig von der Kante der Halbleiterscheibe
zurückgenommen werden.