-
Gegenstand
der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe
mit einer profilierten Kante, bei dem die Halbleiterscheibe von
einem Kristall abgetrennt und weiteren Bearbeitungsschritten unterzogen
wird.
-
Gegenstand
der Erfindung ist insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer
Halbleiterscheibe, die als Substratscheibe für elektronische Schaltkreise
dient, beispielsweise eine Halbleiterscheibe aus Silizium oder einem
Verbindungshalbleiter oder auch eine schichtförmig aufgebaute Halbleiterscheibe,
die mindestens eine Schicht aus Halbleitermaterial umfasst. Die
Herstellung solcher Halbleiterscheiben stellt eine besondere Herausforderung
dar, da sie nicht nur im Hinblick auf die Reinheit des verwendeten
Materials, sondern auch im Hinblick auf die Form und die Ebenheit
höchste
Anforderungen erfüllen
müssen.
-
Übliche Bearbeitungsschritte,
die der Formgebung der Halbleiterscheibe nach dem Abtrennen von
einem Kristall gewidmet sind, zielen darauf ab, der Halbleiterscheibe
eine Form zu geben, die sich insbesondere durch eine profilierte
Kante und sich planparallel gegenüberliegende Seiten auszeichnet. Ein
Bearbeitungsschritt, der ein Kantenprofil erzeugt, ist notwendig,
weil die Kante im nicht bearbeiteten Zustand besonders bruchempfindlich
ist und die Halbleiterscheibe schon durch geringfügige Druck- und/oder
Temperaturbelastungen im Kantenbereich beschädigt werden kann. Zu den formgebenden
Bearbeitungsschritten gehören
neben einem Kantenprofil-Erzeugungsschritt insbesondere das Läppen und
das Schleifen der Seiten. Die beiden zuletzt genannten mechanischen
Bearbeitungsschritte können gemeinsam
zur Anwendung kommen, Läppen
gefolgt von Schleifen, oder in der Weise, dass nur einer der beiden
Bearbeitungsschritte ausgeführt
wird. Das Schleifen der Seite kann abhängig von der Körnung des
verwendeten Schleifkorns unterteilt sein in Grob- und Feinschleifschritte.
Weiterhin kann das Schleifen auf eine Seite der Halbleiterscheibe
beschränkt
sein oder beide Seiten der Halbleiterscheibe umfassen. Sind beide
Seiten zu schleifen, so kann dies nacheinander oder in einem Schritt
durchgeführt
werden. In der
DE
10 2004 005 702 A1 ist eine Doppelseiten-Schleifmaschine
mit Doppelspindeln und ein mit dieser Maschine durchgeführtes Verfahren
beschrieben, bei dem beide Seiten einer Halbleiterscheibe gleichzeitig
geschliffen werden. Die Halbleiterscheibe wird frei schwimmend und
rotierend zwischen zwei sich gegenüberliegenden Schleifscheiben
geführt
und durch einen sie umgebenden Führungsring (Läuferring)
in Position gehalten. Die Drehbewegung der Halbleiterscheibe wird
beispielsweise durch einen Mitnehmer („notch-finger") bewirkt, der in
eine Orientierungskerbe („notch") am Umfang der Halbleiterscheibe
eingreift, oder durch einen Reibriemen, der die Halbleiterscheibe
am Umfang teilweise umschließt.
Eine Voraussetzung für
die ungestörte Drehbewegung
ist, dass die Halbleiterscheibe rund ist, also einen kreisförmigen Umfang
aufweist.
-
Halbleiterscheiben,
bei denen die Orientierung des Kristallgitters leicht abweicht von
der Orientierung des Kristalls, von dem sie abgetrennt wurden, haben
vorteilhafte Eigenschaften, die sich insbesondere bei Wärmebehandlungen
und Verfahren bemerkbar machen, bei denen Schichten auf der Halbleiterscheibe
abgeschieden werden. Gemäß der
DE 199 54 349 A1 werden
Halbleiterscheiben mit Fehlorientierung erhalten, wenn die Halbleiterscheiben nicht
senkrecht zur Kristallachse, sondern in einem davon abweichenden
Winkel, der dem der beabsichtigten Fehlorientierung entspricht,
abgetrennt werden. Aus einem rund geschliffenem Kristall mit einheitlichem
Durchmesser werden elliptisch geformte Halbleiterscheiben erhalten.
Wegen dieser Form kann eine solche Halbleiterscheibe zunächst nicht
einer mechanischen Bearbeitung der Seiten durch gleichzeitig erfolgendes
Schleifen der Seiten unterzogen werden. Eine vergleichsweise aufwändige Möglichkeit,
um dieses Problem zu umgehen, besteht beispielsweise darin, die
fehlorientierten Halbleiterscheiben aus einem Kristall mit elliptischer Querschnittsfläche abzutrennen,
die derartig dimensioniert ist, dass beim Abtrennen runde Halbleiterscheiben
entstehen.
-
Der
ein Kantenprofil erzeugende Bearbeitungsschritt kann vor oder nach
der mechanischen Bearbeitung der Seiten der Halbleiterscheibe erfolgen.
Nachteilig an einem Bearbeitungsschritt, der das Kantenprofil erst
erzeugt, nachdem die Seiten der Halbleiterscheibe mechanisch bearbeitet
wurden, ist, dass die Kante in unbearbeitetem Zustand derartig empfindlich
ist, dass die Halbleiterscheibe die mechanische Bearbeitung der
Seiten häufig
nicht übersteht,
ohne dabei beschädigt
zu werden. Eine Halbleiterscheibe mit profilierter Kante bleibt
jedoch empfindlich, wenn auch schwere Beschädigungen wie Kantenausbrüche und
Risse seltener sind. Es ist daher ebenfalls nachteilig, wenn das
Kantenprofil erzeugt wird, bevor die mechanische Bearbeitung erfolgt,
weil eine spätere
Beschädigung
der Kante nicht mehr vollständig
repariert werden kann.
-
Im
Patent
US 6066565 ist
ein Verfahren beschrieben, bei dem das Kantenprofil in zwei getrennten
mechanischen Bearbeitungsschritten erzeugt wird, zwischen denen
die mechanische Bearbeitung der Seiten der Halbleiterscheibe vorgesehen
ist. Im ersten der beiden Schritte wird die Kante an den Seiten
angefast, wobei ein Teil der Kante unbearbeitet bleibt. Ziel dieses
Verfahrens ist es, die Kante durch die erste grobe Bearbeitung so
zu stabilisieren, dass schwere Beschädigungen im folgenden Seitenschleifschritt,
der darauf abzielt die Symmetrie der Halbleiterscheibe bezüglich einer
horizontalen Spiegelebene zu erhalten, vermieden werden. Nachteilig an
diesem Verfahren ist, dass die Kante der Halbleiterscheibe während der
mechanischen Bearbeitung der Seiten einen noch nicht bearbeiteten
und daher besonders empfindlichen Bereich aufweist und im Ergebnis
nicht wesentlich besser geschützt
ist, als wenn die Kantenbearbeitung überhaupt nicht stattgefunden
hätte.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, ein Verfahren
anzugeben, mit dem die formgebende Bearbeitung einer von einem Kristall
abgetrennten Halbleiterscheibe mit großer Präzision und hoher Ausbeute gelingt,
weil die vorstehend beschriebenen Nachteile damit nicht verbunden
sind.
-
Gelöst wird
diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe
mit einer profilierten Kante, umfassend die Schritte:
das Abtrennen
der Halbleiterscheibe von einem Kristall;
einen Kantenprofil-Erzeugungsschritt,
bei dem die Kante mechanisch bearbeitet wird und ein Profil erhält, das
maßstabstreu
zu einem Zielprofil ist;
einen mechanischen Bearbeitungsschritt,
bei dem eine Dicke der Halbleiterscheibe reduziert wird; und
einen
Kantenprofil-Bearbeitungsschritt, bei dem die Kante mechanisch bearbeitet
wird und das Zielprofil erhält.
-
Im
Kantenprofil-Erzeugungsschritt erhält die Kante ein Profil, das
maßstabstreu,
also geometrisch ähnlich
zu einem Zielprofil ist. Das Zielprofil ist dasjenige, das die Kante
nach dem Kantenprofil-Bearbeitungsschritt haben soll. Mit dem im
Kantenprofil-Erzeugungsschritt erzeugten Profil ist die Kante in
gleichem Maß gegen
Beschädigungen
geschützt,
wie eine Kante, die das Zielprofil bereits aufweist. Da dieser Schutz
allerdings nur begrenzt ist und Beschädigungen während der nachfolgenden mechanischen Bearbeitung
der Seiten der Halbleiterscheibe weiterhin auftreten, ist nach der
mechanischen Bearbeitung der Seiten der Halbleiterscheibe ein weiterer
Bearbeitungsschritt der Kante vorgesehen, um solche Beschädigungen
zu beseitigen. Bei diesem weiteren Bearbeitungsschritt wird Material
von der Kante gleichmäßig mechanisch
abgetragen, wodurch das bereits erzeugte Profil in seiner Form nicht
mehr verändert
wird, sondern nur noch auf das Zielprofil reduziert wird. Der gleichmäßige Materialabtrag
bewirkt jedoch, dass Beschädigungen
der Kante, die durch die vorhergehende mechanische Bearbeitung der Seiten
der Halbleiterscheibe aufgetreten sind, vollständig entfernt werden.
-
Das
Verfahren gliedert die mechanische Bearbeitung der Kante in zwei
Schritte, die durch die mechanische Bearbeitung der Seiten unterbrochen werden.
Im Unterschied zu der im Patent
US 6066565 beschriebenen
Vorgehensweise hat dieses Verfahren jedoch eine Reihe von Vorteilen.
So bleibt die Kante vor der mechanischen Bearbeitung der Seiten
nicht teilweise unbearbeitet und ist weniger empfindlich als eine
Kante, die nur angefast ist. Demzufolge ist es nicht nur seltener,
dass eine Halbleiterscheibe während
der mechanischen Bearbeitung der Seiten beschädigt wird, beispielsweise durch
Ausbrüche,
Risse, Kratzer und dergleichen, sondern es ist auch seltener, dass
aufgrund solcher Beschädigungen
Teile der Bearbeitungsmaschine, insbesondere der Führungsring
und der Mitnehmer einer Doppelseiten-Schleifmaschine selbst beschädigt werden oder
schneller verschleißen.
Darüber
hinaus behielte eine Halbleiterscheibe mit elliptischer Form, deren Kante
im ersten Schritt der mechanischen Bearbeitung der Kante nur angefast
wurde, ihre elliptische Form und könnte nicht mit einer Doppelseiten-Schleifmaschine
geschliffen werden. Beim Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine Halbleiterscheibe, die eine elliptische Form besitzt, im
Zuge des ersten Bearbeitungsschrittes, der das Kantenprofil erzeugt,
gleichzeitig rund geschliffen.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Figuren an einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
weiter erläutert.
Die Figuren zeigen schematisch Kantenprofile und deren Änderung
im Laufe des Verfahrens.
-
Am
Anfang des Verfahrens steht eine Halbleiterscheibe, die von einem
Kristall abgetrennt wurde, beispielsweise eine Scheibe aus Silizium,
die zusammen mit einer Vielzahl gleichartiger Scheiben durch Zerteilen
des Kristalls mit Hilfe einer Drahtsäge erhalten wurde. Der Querschnitt
einer solchen Halbleiterscheibe ist annähernd rechteckig. In den 1 und 2 sind
die Konturen der Seiten 1 als Linienzug dargestellt, um
die Rauhigkeit der Seiten nach dem Abtrennen der Halbleiterscheibe
anzudeuten. Im nachfolgenden Kantenprofil-Erzeugungsschritt wird
die Kante mechanisch bearbeitet und erhält dadurch ein Profil 2,
das maßstabstreu
zu einem Zielprofil 3 ist. Der Kantenprofil-Erzeugungsschritt
wird mit einem Schleifwerkzeug mit gebundenem Schleifkorn, beispielsweise
einer Schleifscheibe, mit vorzugsweise grober Körnung ausgeführt. Die
Form des Zielprofils wird vom Kunden der Halbleiterscheibe vorgegeben.
Es kann sich beispielsweise um ein R-Profil (Radiusprofil) gemäß 1 und 3 oder um
ein T-Profil (Trapezprofil) gemäß 2 und 4 handeln.
Der Kantenprofil-Erzeugungsschritt kann in zwei oder mehrere Teilschritte
untergliedert sein, wobei vorzugsweise in einem Teilschritt ein Schleifkorn
mit feinerer Körnung
als im vorangehenden Teilschritt verwendet wird.
-
Der
folgende mechanische Bearbeitungsschritt, bei dem Material von den
Seiten der Halbleiterscheibe durch Läppen und/oder Schleifen entfernt wird,
dient dazu, die Halbleiterscheibe zu dünnen und möglichst ebene und parallele
Seitenflächen
zu erhalten. Das Ergebnis dieses Bearbeitungsschrittes ist, je nach
Form des Profils, eine Halbleiterscheibe gemäß 3 oder 4.
Im nachfolgenden Kantenprofil-Bearbeitungsschritt wird die Kante
ein zweites Mal mechanisch bearbeitet. Durch den dabei erfolgenden
Materialabtrag entsteht das Zielprofil 3. Das Profil 2 und
das Zielprofil 3 sind sich geometrisch ähnlich oder mit anderen Worten,
das Profil 2 ist maßstabstreu
zum Zielprofil 3. Der Kantenprofil-Bearbeitungsschritt
wird mit einem Schleifwerkzeug mit gebundenem Schleifkorn, beispielsweise
einer Schleifscheibe, einem Schleiftuch oder einem Schleifband,
mit vorzugsweise feiner Körnung
ausgeführt.
Bevorzugt ist eine mittlere Größe des Schleifkorns
von 15 μm
bis 0,5 μm,
besonders bevorzugt von 5 μm
bis 0,5 μm.
Der Kantenprofil-Bearbeitungsschritt
kann in zwei oder mehrere Teilschritte untergliedert sein, wobei
vorzugsweise in einem Teilschritt ein Schleifkorn mit feinerer Körnung als
im vorangehenden Teilschritt verwendet wird.
-
Bei
Verwendung eines besonders feinkörnigen
Schleifkorns im Kantenprofil-Bearbeitungsschritt kann die Kante
in einem Maß geglättet werden,
dass auf eine spätere
chemisch-mechanische Politur der Kante verzichtet werden kann. Es
ist daher ebenfalls bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Verfahren eine
chemisch-mechanische Kantenpolitur, das heißt, eine Politur mit einem
Poliertuch in Gegenwart einer Suspension, die einen ätzenden
Wirkstoff und einen abrasiv wirkenden Feststoff enthält, nicht
umfasst.
-
Eine
auf diese Weise erhaltene Halbleiterscheibe wird danach vorzugsweise
geätzt
oder an beiden Seiten feingeschliffen und poliert, oder geätzt und
an beiden Seiten feingeschliffen und poliert, um oberflächennahe
Beschädigungen
des Kristallgitters zu beseitigen und um die lokale Ebenheit der
Seitenflächen
zu steigern.
-
Beispiel 1:
-
In
einem vergleichenden Test wurden 600 Halbleiterscheiben aus Silizium
mit einem Durchmesser von 300 mm in einer erfindungsgemäßen Weise
(Kantenprofil-Erzeugungsschritt mit grob gekörnter Schleifscheibe, gleichzeitiges
beidseitiges Schleifen und Kantenprofil-Bearbeitungsschritt mit fein
gekörnter
Schleifscheibe) mechanisch bearbeitet, ohne dass nach dem Kantenprofil-Bearbeitungsschritt
Ausfallscheiben wegen einer Beschädigung der Kante produziert
worden waren. Wurde hingegen auf die Kantenbearbeitung vor dem beidseitigen Schleifen
der Seiten verzichtet und die Kante erst danach mit dem Zielprofil
versehen, fiel ein Teil der so prozessierten Halbleiterscheiben
wegen einer Beschädigung
der Kante aus.
-
Beispiel 2:
-
2000
Halbleiterscheiben aus Silizium mit einem fehlorientierten Kristallgitter
und einer Ovalität von
0,3 bis 0,7 mm wurden in einer erfindungsgemäßen Weise (Kantenprofil-Erzeugungsschritt
mit grob gekörnter
Schleifscheibe, gleichzeitiges beidseitiges Schleifen und Kantenprofil-Bearbeitungsschritt
mit fein gekörnter
Schleifscheibe) mechanisch bearbeitet, ohne dass nach dem Kantenprofil-Bearbeitungsschritt
Ausfallscheiben wegen einer Beschädigung der Kante produziert
worden waren.