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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben aus einem zylinderförmigen Werkstück durch Bearbeiten des Werkstücks mittels einer Drahtsäge.
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Stand der Technik / Probleme
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Drahtsägen werden häufig eingesetzt, um eine Vielzahl von Halbleiterscheiben in einem Arbeitsgang von einem Kristallstück, insbesondere von einem zylinderförmigen Einkristall, abzutrennen.
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Drahtsägen besitzen ein Drahtgatter aus nebeneinander angeordneten Drahtabschnitten, das von einem Sägedraht gebildet wird, der um zwei oder mehrere Drahtführungsrollen gewickelt ist. Eine Drahtsäge und deren Funktionsprinzip ist beispielsweise in
US5 771 876 beschrieben.
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Beim Abtrennvorgang durchdringt das auf einem Tisch befestigte Werkstück das Drahtgatter. Die Durchdringung des Drahtgatters wird durch eine mittels einer Vorschubeinrichtung bewerkstelligten Relativbewegung zwischen Tisch und Drahtgatter bewirkt, die das Werkstück gegen das Drahtgatter (Tischvorschub) oder das Drahtgatter gegen das Werkstück führt.
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Üblicherweise ist das Werkstück auf seiner Umfangsfläche mit einer Sägeleiste verbunden, in die der Sägedraht nach dem Durchtrennen des Werkstücks einschneidet. In
JP2006 001 034 A2 und
KR 11 2011 0 036 334 A wird empfohlen, zusätzlich eine Einsägeleiste vorzusehen, um Einsägewellen im Werkstück zu vermeiden.
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Es ist des Weiteren bekannt, dass es beim Ein- und Austritt des Sägedrahts zu einem übermäßigen Materialverlust auf Seiten des Werkstücks kommt, den es möglichst zu vermeiden gilt, weil er zur Folge hat, dass die Dicke einer hergestellten Halbleiterscheibe in unerwünschter Weise variiert.
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In
US6 109 253 wird in diesem Zusammenhang vorgeschlagen, die Vorschubgeschwindigkeit entsprechend der Drahteingriffslänge in das Werkstück zu verändern.
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In
US 2003/0047177 A1 wird empfohlen, das Werkstück mit einer Opferschicht einheitlicher Dicke zu ummanteln.
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In
JP 2003 117 797 A1 vorgeschlagen, das Werkstück von einem Gehäuse aus Platten eines harten Materials zu umgeben.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Verfahren so zu modifizieren, dass Halbleiterscheiben mit verbesserten Eigenschaften bezüglich der Ebenheit und Parallelität von deren Vorder- und Rückseiten, nachfolgend Seitenflächen genannt, hergestellt werden können.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben von einem zylinderförmigen Werkstück durch Bearbeiten des Werkstücks mittels einer Drahtsäge, umfassend das Ummanteln des Werkstücks mit einem Opferkörper, wobei der Querschnitt durch das ummantelte Werkstück rechteckig oder quadratisch ist; und das Zustellen des ummantelten Werkstücks durch ein Drahtgatter der Drahtsäge.
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Es wurde festgestellt, dass es von Vorteil ist, das zylinderförmige Werkstück derart mit einem Opferkörper zu ummanteln, dass die Drahteingriffslänge zwischen einem Drahtabschnitt und dem ummantelten Werkstück vom Zeitpunkt des Eintritts der Drahtabschnitte in das ummantelte Werkstück bis zum Zeitpunkt des Austritts der Drahtabschnitte unverändert bleibt.
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Die Eingriffslänge der Drahtabschnitte hat eine besondere Bedeutung, denn sie steht im Zusammenhang mit Einflussgrößen wie Reibung, Wärmetransport, Transport der Schneidsuspension beziehungsweise der Kühlflüssigkeit und der mechanischen Beanspruchung des Werkstücks, welche die Ebenheit und Parallelität der Seitenflächen beeinflussen.
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Dadurch, dass bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dafür gesorgt wird, dass die Eingriffslänge unverändert bleibt, ändern sich auch die genannten Einflussgrößen im Wesentlichen nicht. Das Werkstück wird also unter nahezu gleichbleibenden Bedingungen geschnitten, wovon insbesondere die Oberflächentopographie der Seitenflächen im räumlichen Wellenlängenbereich von 0,2 bis 20 mm, die Nanotopographie genannt wird, profitiert. Entsprechend geringer ist der Aufwand, eine Halbleiterscheibe durch nachfolgende Schritte wie Läppen und/oder Schleifen, Ätzen, Polieren und gegebenenfalls Beschichten in ein Zielprodukt zu veredeln, das den strengen Anforderungen der Industrie genügt, die die Halbleiterscheibe zu elektronischen Bauelementen weiterverarbeitet.
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Das Werkstück ist vorzugsweise ein zylinderförmiger Block aus einkristallinem Halbleitermaterial, beispielsweise aus Silizium, der einen Durchmesser von vorzugsweise mindestens 200 mm, besonders bevorzugt mindestens 300 mm, hat.
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Der Opferkörper besteht vorzugsweise aus Graphit, Glas oder aus mit Bindemittel gesinterten Partikeln aus Silizium, aus Silizium oder einem anderen Material, dessen Schnitthärte, Temperatur-Leitfähigkeit und Temperatur-Ausdehnungskoeffizient vergleichbar mit den entsprechenden Eigenschaften von Silizium sind. Der Opferkörper kann an das Werkstück geklemmt oder mit dem Werkstück verklebt sein. Der Opferkörper kann einteilig, zweiteilig oder mehrteilig zusammengesetzt sein.
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Die Erfindung kann mit einer Drahtsäge durchgeführt werden, deren Drahtabschnitte am Draht gebundenes Schneidkorn aufweisen, oder deren Drahtabschnitte frei davon sind und ihre Wirkung in Kombination mit einer Schneidmittel-Suspension entfalten. Als gebundenes Schneidkorn kommt insbesondere Diamant in Frage. Die Anzahl der Drahtführungsrollen der Drahtsäge ist nicht wesentlich für die Nutzung der Erfindung. Beispielsweise kann die Drahtsäge zwei, drei, vier oder eine noch höhere Anzahl von Drahtführungsrollen umfassen.
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Auf die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Zeichnungen weiter eingegangen.
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Figurenliste
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1 zeigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sägedraht
- 2
- Rillen
- 3
- Drahtführungsrolle
- 4
- Drahtführungsrolle
- 5
- Achse
- 6
- Achse
- 7
- Drehrichtung
- 8
- Drehrichtung
- 9
- Richtung
- 10
- Richtung
- 11
- Drahtgatter
- 12
- Werkstück
- 13
- Werkstück
- 14
- Opferkörper
- 15
- Düsenkamm
- 16
- Düsenkamm
- 17
- Düsen
- 18
- Strahl
- 19
- Strahl
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1 zeigt Merkmale einer Drahtsäge, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Die Drahtsäge umfasst Sägedraht 1, der mehrfach spiralförmig um eine linke Drahtführungsrolle 3 und eine rechte Drahtführungsrolle 4 umgelegt und von Rillen 2 so geführt wird, dass die auf der Oberseite der Drahtführungsrollen verlaufenden Drahtabschnitte parallel angeordnet sind und ein Drahtgatter 11 bilden. Ein ummanteltes Werkstück 12, bestehend aus einem zylindrischen Werkstück 13 und einem Opferkörper 14 als Mantel, wird von einer nicht dargestellten Zustelleinrichtung in Pfeilrichtung senkrecht gegen das Drahtgatter 11 zugestellt und mit den Drahtabschnitten des Drahtgatters 11 in Eingriff gebracht.
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Die dargestellte Drahtsäge umfasst des Weiteren linke Düsenkämme 15 und rechte Düsenkämme 16 mit Düsen 17 zum Zuführen einer Schneidmittel-Suspension in Form eines linken länglichen Strahls 18 und eines rechten länglichen Strahls 19 auf die linke Drahtführungsrolle 3 und die rechte Drahtführungsrolle 4.
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Die Drahtführungsrollen sind um Achsen 5 und 6 drehbar gelagert. Zum Einleiten des Trennvorgangs wird eine Drahtführungsrolle, beispielsweise die linke Drahtführungsrolle 3, zur Rotation in Drehrichtung 7 angetrieben („Master“). Die andere Drahtführungsrolle („Slave“) dreht sich, durch Sägedraht 1 gezogen, gleichsinnig in Drehrichtung 8 mit. Üblicherweise wird die Richtung der Drahtlängsbewegung 9, 10 mehrfach während eines vollständigen Schnitts durch das ummantelte Werkstück 12 umgekehrt (gestrichelte Pfeile), wobei in jedem einzelnen dieser „Pilgerschritt“ genannten Paare aus Richtungsumkehrungen der Sägedraht um eine größere Länge in die eine und eine kleinere Länge in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird.
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Beim Eingreifen der Drahtabschnitte in das ummantelte Werkstück 12 bilden sich Schnittspalte. Der Opferkörper 14 ist derart ausgebildet, dass das ummantelte Werkstück 12 entlang der Eindringtiefe des Sägedrahts in das ummantelte Werkstück einheitlich breit ist. Mit anderen Worten, der Querschnitt durch das ummantelte Werkstück 12 ist rechteckig oder quadratisch, weshalb die Eingriffslänge eines Drahtabschnitts des Drahtgatters 11 während des Durchtritts des ummantelten Werkstücks 12 durch das Drahtgatter 11 im Wesentlichen unverändert bleibt.
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Zur Beschreibung der Ebenheit einer Halbleiterscheibe kann eine Messung des warp nach der Norm SEMI MF 1390-0218 durchgeführt werden und, abgeleitet von der Medianfläche, die im Zuge der warp-Messung bestimmt wird, können Messwerte der Medianfläche selektiert werden, die sich auf einer Linie befinden, die durch das Zentrum der Halbleiterscheibe in Zustellrichtung des Werkstücks durch das Drahtgatter liegen.
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2 und 3 zeigen den Verlauf einer solchen Linie (line scan, LS) in Abhängigkeit der Eindringtiefe z des Sägedrahts in das Werkstück, und zwar am Beispiel einer Halbleiterscheibe aus einkristallinem Silizium, die von einem nicht ummantelten Werkstück mit kreisförmigen Querschnitt geschnitten wurde, so dass sich die Eingriffslänge des Sägedrahts in Abhängigkeit von dessen Eindringtiefe z schnell änderte (2), und am Beispiel einer solchen Halbleiterscheibe (3), bei der das nicht der Fall war und sich die Eingriffslänge nahezu nicht änderte. Ein Vergleich der Darstellungen zeigt, dass die Amplitude von LS, also der Abstand zwischen dem kleinsten und dem größten Messwert, in 3 deutlich kleiner ist, als in 2. Demzufolge war die Ebenheit der Halbleiterscheibe gemäß 3 deutlich besser, als diejenige der Halbleiterscheibe gemäß 2.
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Die in 4 dargestellte Kurve zeigt diesen Effekt nochmals qualitativ auf. Aufgetragen ist die Amplitude A von LS gegen die Änderung der Eingriffslänge des Sägedrahts ΔI in Abhängigkeit der Änderung der Eindringtiefe Δz, ΔI/Δz. Die Amplitude wird kleiner (und damit die Ebenheit besser), je weniger sich die Eingriffslänge des Sägedrahts mit zunehmender Eindringtiefe in das Werkstück ändert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieser Effekt ausgenutzt, indem ein zylinderförmiges Werkstück mit einem Opferkörper ummantelt wird, wobei der Querschnitt durch das ummantelte Werkstück rechteckig oder quadratisch ist. Diese Vorgehensweise stellt sicher, dass das Verhältnis ΔI/Δz gegen null geht.
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Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen sowie Äquivalente durch den Schutzbereich der Ansprüche abgedeckt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5771876 [0003]
- JP 2006001034 A2 [0005]
- KR 1120110036334 A [0005]
- US 6109253 [0007]
- US 2003/0047177 A1 [0008]
- JP 2003117797 A1 [0009]
