(19)
(11) EP 0 881 035 A1

(12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43) Veröffentlichungstag:
02.12.1998  Patentblatt  1998/49

(21) Anmeldenummer: 97115333.3

(22) Anmeldetag:  04.09.1997
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC)6B24B 9/06, B24B 27/00, B24B 1/04, B24B 37/02
(84) Benannte Vertragsstaaten:
AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE

(30) Priorität: 05.09.1996 DE 19636055

(71) Anmelder: Wacker Siltronic Gesellschaft für Halbleitermaterialien Aktiengesellschaft
84489 Burghausen (DE)

(72) Erfinder:
  • Rieger, Alexander
    84375 Kirchdorf (DE)
  • Ehrenschwendtner, Simon
    84543 Winhöring (DE)

(74) Vertreter: Rimböck, Karl-Heinz, Dr. et al
c/o Wacker-Chemie GmbH Zentralabteilung PML Hans-Seidel-Platz 4
81737 München
81737 München (DE)

   


(54) Verfahren zur materialabtragenden Bearbeitung der Kante einer Halbleiterscheibe


(57) 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 Verfahren ist 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.




Beschreibung


[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 y1-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 y2-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 α1. Dieser markiert die Lage der Kontaktzone II und hat im dargestellten Beispiel den Wert α1=90°. Entsprechend wird zuletzt ein drittes Bearbeitungswerkzeug 3, das sich um eine Achse P dreht, entlang einer y3-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 α12. 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 yn-Achse zugestellt werden und die Bearbeitung der Kante in einer Kontaktzone Xn aufnehmen. Der Ort der Kontaktzone Xn 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 y3-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 y1- beziehungsweise der y2-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 α1 und beträgt 90°. Der Versatzwinkel zwischen dem Bearbeitungswerkzeug 2 und dem Bearbeitungswerkzeug 3 entspricht α2 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.


Ansprüche

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.
 




Zeichnung







Recherchenbericht