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Dokumentenidentifikation DE10162514C2 07.08.2003
Titel Verfahren zur Vorbereitung einer materialabtragenden Bearbeitung der Kante einer Halbleiterscheibe
Anmelder Wacker Siltronic AG, 84489 Burghausen, DE
Erfinder Hoffmann, Thomas, Dipl.-Ing. (FH), 84561 Mehring, DE;
Schönhofer, Fritz, 84489 Burghausen, DE
Vertreter Rimböck, K., Dr., 81737 München
DE-Anmeldedatum 19.12.2001
DE-Aktenzeichen 10162514
Offenlegungstag 05.09.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 07.08.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.08.2003
IPC-Hauptklasse B24B 9/02
IPC-Nebenklasse H01L 21/304   

Beschreibung[de]

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Vorbereitung einer materialabtragenden Bearbeitung der Kante einer Halbleiterscheibe.

Die unbehandelte Kante einer von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe hat eine vergleichsweise raue 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, die als Kantenverrundung bezeichnet wird, vorgenommen werden kann. Die Halbleiterscheibe ist während der Bearbeitung auf einem sich drehenden Tisch zentrisch fixiert und wird mit der Kante gegen die sich ebenfalls drehende Arbeitsfläche eines Bearbeitungswerkzeugs zugestellt.

Vor Beginn des Schleifvorgangs muss die Halbleiterscheibe auf einem Zentrierteller zentriert und ggf. orientiert werden. In der Druckschrift EP 457364 A2 wird eine Zentrierstation beschrieben, bei der während einer Drehung der Halbleiterscheibe der Rand der Halbleiterscheibe mittels eines Photosensors vermessen und so der Abstand des Rands zur Drehachse des Haltekopfs bzw. der Radius der Scheibe bestimmt wird. In JP 03- 154780 A (Patent Abstracts of Japan) ist ebenfalls eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zentrieren und Orientieren einer Halbleiterscheibe beschrieben. Die Zentrierung geschieht in der Regel mit Hilfe eines Zentrierprismas Z, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Das Zentrierprisma wird beispielsweise durch einen Schrittmotor über eine Spindel angetrieben. Eine derartige Zentriervorrichtung ist in JP 02-030464 A (Patent Abstracts of Japan) dargestellt.

Zunächst legt ein Übergabearm die ggf. vororientierte zu bearbeitende Halbleiterscheibe auf den Zentrierteller T. Trägt die Halbleiterscheibe ein Orientierungsmerkmal ("Flat" oder "Notch", so befindet sich dieses bei der Übergabe ungefähr in einer vorgegebenen Position. Anschließend wird das Zentrierprisma unter Berücksichtigung des Durchmessers der Halbleiterscheibe so positioniert, dass die am Zentrierprisma Z an zwei Punkten anliegende Halbleiterscheibe zentriert auf dem Zentrierteller T aufliegt, wie Fig. 1 für die Scheibe Wnv zeigt. Um die richtige Positionierung des Zentrierprismas zu ermöglichen, muss der Durchmesser der Halbleiterscheibe vorgegeben werden.

Um die richtige Positionierung des Zentrierprismas für jeden Scheibendurchmesser zu gewährleisten, muss einmal für jeden Scheibendurchmesser die entsprechende Position des Zentrierprismas ermittelt und gespeichert werden. Dazu wird eine Halbleiterscheibe mit bekanntem Durchmesser mit Hilfe des Zentrierprismas so auf dem Zentrierteller justiert, dass sich die Mittelpunkte der Halbleiterscheibe und des Zentriertellers decken. Der Verfahrweg des Zentrierprismas vom Nullpunkt bis zur Kante der zentrierten Halbleiterscheibe wird durch einen Längensensor bestimmt und zusammen mit dem Durchmesser der Halbleiterscheibe gespeichert. Trägt die Halbleiterscheibe ein Orientierungsmerkmal, so muss sie nach dem Zentrieren noch genau orientiert werden. Dabei wird der Flat oder der Notch durch Rotation auf dem Zentrierteller T und durch Lageprüfung genau positioniert. Anschließend wird die Halbleiterscheibe, z. B. mit einem Schrittmotor über eine Spindel, an den Tisch ("Chuck") übergeben, auf dem die Scheibe zur Bearbeitung der Scheibenkante fixiert wird.

Gelangt aufgrund eines Fehlers im Materialfluss fälschlicherweise eine Halbleiterscheibe mit bereits verrundeten Kanten nochmals zum Kantenverrunden, wird die Scheibe wie zuvor beschrieben mit dem Zentrierprisma auf dem Zentrierteller positioniert. Da jedoch als Durchmesser der Soll-Durchmesser einer Halbleiterscheibe mit noch nicht verrundeten Kanten angenommen und daher das Zentrierprisma auf einen größeren als den tatsächlichen Durchmesser eingestellt wurde, führt dies zu einer exzentrischen Positionierung der Halbleiterscheibe (Wv in Fig. 1) auf dem Zentrierteller und somit auch zu einer exzentrischen Positionierung auf dem Tisch. In der Konsequenz führt dies dazu, dass bei fest vorgegebenem Zieldurchmesser ein Teil des Scheibenumfangs nochmals bearbeitet wird. In Fig. 1 wäre dies der untere Teil der Halbleiterscheibe Wv. Es entsteht eine Scheibe mit unregelmäßiger, nicht mehr runder Form, die in den weiteren Prozessschritten bis zur Fertigung elektronischer Bauelemente nicht mehr verwendet werden kann.

Um dies auszuschließen, muss vor der Kantenverrundung überprüft werden, ob an der Halbleiterscheibe bereits eine Kantenverrundung durchgeführt wurde. Dies geschah bisher durch optischen Vergleich, wobei ein Kamerasystem die Halbleiterscheibe oder deren Kante mit gespeicherten Mustern vergleicht, oder mittels Reflexion der Kante. Dabei werden eine Lichtquelle und ein Sensor derart relativ zur Halbleiterscheibe positioniert, dass der Sensor eine durch die obere oder untere Facette einer verrundeten Halbleiterscheibe erzeugte Reflexion detektiert. In der Praxis stellte sich jedoch heraus, dass die üblichen Verfahren nicht zuverlässig funktionieren, insbesondere wenn viele verschiedene Kantenspezifikationen mit unterschiedlichen Scheibendicken und Profilformen hinsichtlich Radius, Facettenwinkel, Stegbreite und Symmetrie des Profils gefertigt werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher darin, ein zuverlässiges Verfahren bereitzustellen, mit dem vor einer Kantenverrundung zweifelsfrei festgestellt werden kann, ob die Kante einer zu bearbeitenden Halbleiterscheibe bereits verrundet ist oder nicht.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Vorbereitung einer materialabtragenden Bearbeitung der Kante einer Halbleiterscheibe, umfassend folgende Schritte:

  • a) Positionieren einer zu bearbeitenden Halbleiterscheibe auf einem Zentrierteller mit Hilfe eines Zentrierprismas derart, dass eine Halbleiterscheibe mit Soll-Durchmesser zentriert auf dem Zentrierteller aufliegt,
  • b) Drehen des Zentriertellers mit der Halbleiterscheibe um einen vorbestimmten Winkel im Bereich zwischen 90 und 270°,
  • c) Bestimmung mit einem Sensor, ob ein vordefinierter Messpunkt auf der Halbleiterscheibe liegt oder nicht, wobei der Messpunkt so gewählt ist, dass er auf der durch das Zentrierprisma und den Mittelpunkt des Zentriertellers definierten Symmetrieachse zwischen dem Mittelpunkt des Zentriertellers und dem Zentrierprisma liegt, und dass er bei einer Halbleiterscheibe mit Soll- Durchmesser auf der Halbleiterscheibe nahe an deren Rand liegt,
  • d) Übergabe zur materialabtragenden Bearbeitung der Kante der Halbleiterscheibe, jedoch nur falls in Schritt c) festgestellt wurde, dass der Messpunkt auf der Halbleiterscheibe liegt.

Im Gegensatz zum Stand der Technik wird gemäß der Erfindung nicht das Verrundungsprofil, sondern der Durchmesser der Halbleiterscheibe verwendet, um festzustellen, ob die Scheibe bereits verrundet ist oder nicht. Eine bereits verrundete Halbleiterscheibe ist im Durchmesser kleiner als eine nicht verrundete Scheibe. Bei diesem Verfahren ist das Verrundungsprofil nicht relevant, so dass auch bei einer großen Vielfalt von verschiedenen Kantenprofilen keine Probleme mit der Erkennung, ob eine Halbleiterscheibe bereits verrundet ist oder nicht, auftreten können.

Im Folgenden wird die Erfindung gemeinsam mit den bevorzugten Ausführungsformen anhand der Fig. 1 bis 3 näher beschrieben:

Fig. 1 zeigt die Positionierung einer zu bearbeitenden Halbleiterscheibe auf einem Zentrierteller T mit Hilfe eines Zentrierprismas Z für den Fall einer Scheibe Wnv, deren Kante noch nicht verrundet wurde, und einer Scheibe Wv, deren Kante bereits verrundet wurde.

Fig. 2 zeigt den Zustand nach dem Positionieren der Halbleiterscheibe Wnv bzw. Wv auf dem Zentrierteller T, nachdem das Zentrierprisma Z eine bestimmte Sicherheitsweglänge von der Halbleiterscheibe weggefahren wurde.

Fig. 3 zeigt den Zustand nach einer Rotation des Zentriertellers T mit der Halbleiterscheibe Wnv bzw. Wv um 180°.

In Schritt a) wird die Halbleiterscheibe Wnv bzw. Wv entsprechend dem Stand der Technik auf dem Zentrierteller T positioniert. Beispielsweise legt zunächst ein Übergabearm die zu bearbeitende Halbleiterscheibe auf den Zentrierteller. Anschließend wird das Zentrierprisma Z unter Berücksichtigung des Soll- Durchmessers der Halbleiterscheibe so positioniert, dass die am Zentrierprisma an zwei Punkten anliegende Halbleiterscheibe zentriert auf dem Zentrierteller aufliegt, sofern der Ist- Durchmesser der Halbleiterscheibe mit ihrem Soll-Durchmesser übereinstimmt. In Fig. 1 ist dies für die Scheibe Wnv (eine Scheibe mit noch nicht verrundeter Kante) gezeigt. Handelt es sich bei der Halbleiterscheibe um eine Scheibe mit bereits verrundeter Kante, so weist diese einen gegenüber dem Soll-Durchmesser verringerten Ist-Durchmesser auf. Die Lage einer derartigen Scheibe auf dem Zentrierteller nach Schritt a) wird in Fig. 1 durch die Scheibe Wv veranschaulicht. Die Scheibe liegt in diesem Fall nicht zentriert auf dem Zentrierteller.

Vorzugsweise wird nach erfolgter Positionierung der Halbleiterscheibe auf dem Zentrierteller das Zentrierprisma um einen vorbestimmten Sicherheitsweg von der Halbleiterscheibe weggefahren, um in Schritt b) eine freie Rotation der Halbleiterscheibe zu ermöglichen. Der Zustand nach dem Verfahren des Zentrierprismas ist in Fig. 2 dargestellt, sowohl für eine Scheibe Wnv mit noch nicht verrundeter Kante und Soll-Durchmesser als auch für eine Scheibe Wv mit bereits verrundeter Kante und einem unter dem Soll-Durchmesser liegenden Ist-Durchmesser.

In Schritt b) wird der Zentrierteller mit der Halbleiterscheibe erfindungsgemäß um einen festgelegten Winkel zwischen 90 und 270° und bevorzugt zwischen 120 und 240° gedreht. Der Zustand nach einer Drehung um 180° ist in Fig. 3 wiederum für beide vorgenannten Fälle dargestellt.

Trägt die Halbleiterscheibe ein Orientierungsmerkmal, so wird Schritt b) vorzugsweise in den ohnehin nach dem Stand der Technik notwendigen, oben beschriebenen Orientierungsschritt integriert. Dabei rotiert der Zentrierteller mit der Halbleiterscheibe, wobei die genaue Lage des Orientierungsmerkmals (Flat, Notch) durch einen Sensor ermittelt wird. Aus dieser Lage errechnet sich die lagerichtige Position der Halbleiterscheibe zur anschließenden Übergabe an die Schleifstation und somit der erforderliche Drehwinkel. Der erforderliche Drehwinkel zwischen der ursprünglichen Lage der Halbleiterscheibe auf dem Zentrierteller und der für die Übergabe an die Schleifstation erforderlichen Lage definiert in diesem Fall in Schritt b) den vorbestimmten Winkel. Der Drehwinkel beträgt auch bei dieser Variante 90 bis 270° und bevorzugt 120 bis 240. Idealerweise unterscheidet sich die Endlage (für die Übergabe an die Schleifstation) von der Ausgangslage (nach Übergabe an den Zentrierteller) um etwa 180°.

In Schritt c) wird erfindungsgemäß mit einem Sensor bestimmt, ob ein vordefinierter Messpunkt P auf der Halbleiterscheibe liegt oder nicht, wie Fig. 3 zeigt. Dabei ist der Messpunkt für jeden Soll-Durchmesser so gewählt, dass er nach Schritt b) auf der Halbleiterscheibe liegt, falls der tatsächliche Durchmesser der Halbleiterscheibe mindestens so groß ist wie ihr Soll-Durchmesser und dass er nach Schritt b) außerhalb der Halbleiterscheibe liegt, falls der tatsächliche Durchmesser der Halbleiterscheibe kleiner ist als ihr Soll-Durchmesser.

Der Messpunkt liegt auf der Symmetrieachse A, die durch das Zentrierprisma Z und den Mittelpunkt des Zentriertellers T definiert wird. Erfindungsgemäß wird der Messpunkt auf dieser Symmetrieachse so gewählt, dass er bei einer Halbleiterscheibe mit Soll-Durchmesser möglichst nahe an deren Rand liegt. Diese Lage des Messpunkts ist in den Fig. 1 bis 3 mit P bezeichnet. Wie Fig. 3 zeigt, liegt der Messpunkt aufgrund dieser Vorgaben im Fall der Halbleiterscheibe Wnv mit noch nicht verrundeter Kante und Solldurchmesser auf der Scheibenfläche, im Fall der Halbleiterscheibe Wv mit bereits verrundeter Kante und kleinerem Durchmesser außerhalb der Scheibenfläche. Sollte das Orientierungsmerkmal (Flat, Notch) so orientiert sein, dass die Lage im rechten Winkel zur Achse des Sensors ist, so wird der Messpunkt für die Durchmessererkennung automatisch nach Spezifikation (Rezeptparameter) berechnet und positioniert.

Zeigt der Sensor nun eine Scheibe an, hat die Scheibe mindestens den Soll-Durchmesser, d. h. die Kante der Scheibe ist noch nicht verrundet. Anderenfalls ist die Scheibenkante bereits verrundet, so dass eine nochmalige Verrundung unterbunden werden muss.

Der für die Prüfung eingesetzte Sensor ist ein beliebiger Sensor nach dem Stand der Technik, z. B. Taster, Einweglichtschranke, Reflexionslichtschranke, Gabellichtschranke oder kapazitiver Sensor. Bevorzugt wird ein berührungslos arbeitender Sensor eingesetzt, beispielsweise eine vorzugsweise senkrecht zur Scheibenfläche angebrachte Lichtschranke. Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines ggf. am Kantenverrundungsautomaten standardmäßig vorhandenen Orientierungsmesssystems, das nach dem Stand der Technik beispielsweise zur Ermittlung der Lage eines Orientierungsmerkmals ("Flat", "Notch") benutzt wird. In diesem Fall kann die Messung im Ablauf des Prozesses besonders kostengünstig integriert werden, da der vorhandene Zentrierantrieb in Verbindung mit dem ebenfalls vorhandenen Orientierungsmesssystem verwendet wird.

In Schritt d) wird schließlich, falls die zu bearbeitende Halbleiterscheibe laut Ergebnis von Schritt c) den Solldurchmesser aufweist, die Übergabe zur Kantenverrundung durchgeführt. Anderenfalls wird der Prozess unterbrochen und vorzugsweise eine Fehlermeldung ausgegeben.

Die Erfindung wurde anhand der Kantenverrundung von Halbleiterscheiben beschrieben, wobei die Anwendung auf Siliciumscheiben, insbesondere auf einkristalline Siliciumscheiben bevorzugt ist. Die Erfindung kann jedoch generell im Rahmen der materialabtragenden Bearbeitung der Kanten von Werkstücken, insbesondere von scheibenförmigen Werkstücken, zum Einsatz kommen.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Vorbereitung einer materialabtragenden Bearbeitung der Kante einer Halbleiterscheibe, umfassend folgende Schritte:
    1. a) Positionieren einer zu bearbeitenden Halbleiterscheibe auf einem Zentrierteller mit Hilfe eines Zentrierprismas derart, dass eine Halbleiterscheibe mit Soll-Durchmesser zentriert auf dem Zentrierteller aufliegt,
    2. b) Drehen des Zentriertellers mit der Halbleiterscheibe um einen vorbestimmten Winkel im Bereich zwischen 90 und 270°,
    3. c) Bestimmung mit einem Sensor, ob ein vordefinierter Messpunkt auf der Halbleiterscheibe liegt oder nicht, wobei der Messpunkt so gewählt ist, dass er auf der durch das Zentrierprisma und den Mittelpunkt des Zentriertellers definierten Symmetrieachse zwischen dem Mittelpunkt des Zentriertellers und dem Zentrierprisma liegt, und dass er bei einer Halbleiterscheibe mit Soll-Durchmesser auf der Halbleiterscheibe nahe an deren Rand liegt,
    4. d) Übergabe zur materialabtragenden Bearbeitung der Kante der Halbleiterscheibe, jedoch nur falls in Schritt c) festgestellt wurde, dass der Messpunkt auf der Halbleiterscheibe liegt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein berührungslos messender Sensor ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Lichtschranke ist.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fehlermeldung ausgegeben wird, falls in Schritt c) festgestellt wurde, dass der Messpunkt außerhalb der Halbleiterscheibe liegt.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel für Schritt b) zuvor bestimmt wird, indem die Lage eines an der Halbleiterscheibe vorhandenen Orientierungsmerkmals bestimmt und anschließend mit der für die in Schritt d) erfolgende Übergabe erforderlichen Lage verglichen wird.






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