DE4325518A1 - Verfahren zur Glättung der Kante von Halbleiterscheiben - Google Patents
Verfahren zur Glättung der Kante von HalbleiterscheibenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Glättung der Kante
von Halbleiterscheiben im Anschluß an eine Kantenverrundung
durch Schleifen mit gebundenem Schleifkorn.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde an einem Beispiel ge
testet.
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.
Claims (5)
1. Verfahren zur Glättung der Kante von Halbleiterscheiben,
gegebenenfalls auch im Notch einer Halbleiterscheibe,
dadurch gekennzeichnet, daß ein kompressibles, mit
Diamanten imprägniertes Tuch als Arbeitsfläche eines
Polierwerkzeugs mit einer bestimmten Kraft gegen die
Kante einer Halbleiterscheibe gedrückt wird und die
Halbleiterscheibe und/oder die Arbeitsfläche eine
Rotationsbewegung ausführen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Halbleiterscheibe zentrisch dreht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Halbleiterscheibe exzentrisch dreht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß
die Arbeitsfläche pneumatisch, über Federkraft oder
Schwerkraft gegen den zu bearbeitenden Bereich der Halb
leiterscheibe gedrückt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß
als Arbeitsfläche ein Tuch mit einer Diamantenkörnung
von 1 bis 6 µm verwendet wird.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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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 |