DE10162514C2

DE10162514C2 - Verfahren zur Vorbereitung einer materialabtragenden Bearbeitung der Kante einer Halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE10162514C2
Application number: DE2001162514
Authority: DE
Inventors: Thomas Hoffmann; Fritz Schoenhofer
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2003-08-07
Anticipated expiration: 2021-12-20
Also published as: DE10162514A1

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Vorbereitung ei ner materialabtragenden Bearbeitung der Kante einer Halbleiter scheibe.

Die unbehandelte Kante einer von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe hat eine vergleichsweise raue und uneinheit liche Oberfläche. Sie bricht bei mechanischer Belastung häufig aus und ist eine Quelle störender Partikel. Es ist daher üb lich, die Kante zu glätten und ihr ein bestimmtes Profil zu ge ben. 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 wäh rend der Bearbeitung auf einem sich drehenden Tisch zentrisch fixiert und wird mit der Kante gegen die sich ebenfalls drehen de 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 be schrieben, bei der während einer Drehung der Halbleiterscheibe der Rand der Halbleiterscheibe mittels eines Photosensors ver messen und so der Abstand des Rands zur Drehachse des Halte kopfs bzw. der Radius der Scheibe bestimmt wird. In JP 03- 154780 A (Patent Abstracts of Japan) ist ebenfalls eine Vor richtung 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 dar gestellt ist. Das Zentrierprisma wird beispielsweise durch ei nen 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 bear beitende 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 Zentrier prisma unter Berücksichtigung des Durchmessers der Halbleiter scheibe so positioniert, dass die am Zentrierprisma Z an zwei Punkten anliegende Halbleiterscheibe zentriert auf dem Zent rierteller T aufliegt, wie Fig. 1 für die Scheibe W_nv 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 Zentrier prismas ermittelt und gespeichert werden. Dazu wird eine Halb leiterscheibe mit bekanntem Durchmesser mit Hilfe des Zentrier prismas so auf dem Zentrierteller justiert, dass sich die Mit telpunkte 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 Orientierungsmerk mal, so muss sie nach dem Zentrieren noch genau orientiert wer den. Dabei wird der Flat oder der Notch durch Rotation auf dem Zentrierteller T und durch Lageprüfung genau positioniert. An schließend wird die Halbleiterscheibe, z. B. mit einem Schritt motor über eine Spindel, an den Tisch ("Chuck") übergeben, auf dem die Scheibe zur Bearbeitung der Scheibenkante fixiert wird.

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

Um dies auszuschließen, muss vor der Kantenverrundung überprüft werden, ob an der Halbleiterscheibe bereits eine Kantenverrun dung 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 Sen sor derart relativ zur Halbleiterscheibe positioniert, dass der Sensor eine durch die obere oder untere Facette einer verrunde ten Halbleiterscheibe erzeugte Reflexion detektiert. In der Praxis stellte sich jedoch heraus, dass die üblichen Verfahren nicht zuverlässig funktionieren, insbesondere wenn viele ver schiedene Kantenspezifikationen mit unterschiedlichen Scheiben dicken und Profilformen hinsichtlich Radius, Facettenwinkel, Stegbreite und Symmetrie des Profils gefertigt werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht daher dar in, 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 Halblei terscheibe, 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 ei nen 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 Zentrier prisma 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 Halb leiterscheibe verwendet, um festzustellen, ob die Scheibe be reits verrundet ist oder nicht. Eine bereits verrundete Halb leiterscheibe ist im Durchmesser kleiner als eine nicht verrun dete Scheibe. Bei diesem Verfahren ist das Verrundungsprofil nicht relevant, so dass auch bei einer großen Vielfalt von ver schiedenen Kantenprofilen keine Probleme mit der Erkennung, ob eine Halbleiterscheibe bereits verrundet ist oder nicht, auf treten 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 Halblei terscheibe auf einem Zentrierteller T mit Hilfe eines Zentrier prismas Z für den Fall einer Scheibe W_nv, deren Kante noch nicht verrundet wurde, und einer Scheibe W_v, deren Kante bereits ver rundet wurde.

Fig. 2 zeigt den Zustand nach dem Positionieren der Halbleiter scheibe W_nv bzw. W_v auf dem Zentrierteller T, nachdem das Zent rierprisma Z eine bestimmte Sicherheitsweglänge von der Halb leiterscheibe weggefahren wurde.

Fig. 3 zeigt den Zustand nach einer Rotation des Zentriertel lers T mit der Halbleiterscheibe W_nv bzw. W_v um 180°.

In Schritt a) wird die Halbleiterscheibe W_nv bzw. W_v entspre chend dem Stand der Technik auf dem Zentrierteller T positio niert. Beispielsweise legt zunächst ein Übergabearm die zu be arbeitende Halbleiterscheibe auf den Zentrierteller. Anschlie ßend 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 W_nv (eine Scheibe mit noch nicht verrundeter Kante) gezeigt. Handelt es sich bei der Halbleiterscheibe um eine Scheibe mit bereits ver rundeter Kante, so weist diese einen gegenüber dem Soll-Durch messer verringerten Ist-Durchmesser auf. Die Lage einer derar tigen Scheibe auf dem Zentrierteller nach Schritt a) wird in Fig. 1 durch die Scheibe W_v veranschaulicht. Die Scheibe liegt in diesem Fall nicht zentriert auf dem Zentrierteller.

Vorzugsweise wird nach erfolgter Positionierung der Halbleiter scheibe auf dem Zentrierteller das Zentrierprisma um einen vor bestimmten Sicherheitsweg von der Halbleiterscheibe weggefah ren, um in Schritt b) eine freie Rotation der Halbleiterscheibe zu ermöglichen. Der Zustand nach dem Verfahren des Zentrier prismas ist in Fig. 2 dargestellt, sowohl für eine Scheibe W_nv mit noch nicht verrundeter Kante und Soll-Durchmesser als auch für eine Scheibe W_v mit bereits verrundeter Kante und einem un ter 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 Tech nik notwendigen, oben beschriebenen Orientierungsschritt integ riert. Dabei rotiert der Zentrierteller mit der Halbleiter scheibe, wobei die genaue Lage des Orientierungsmerkmals (Flat, Notch) durch einen Sensor ermittelt wird. Aus dieser Lage er rechnet 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 Zentrier teller und der für die Übergabe an die Schleifstation erforder lichen Lage definiert in diesem Fall in Schritt b) den vorbestimmten Winkel. Der Drehwinkel beträgt auch bei dieser Varian te 90 bis 270° und bevorzugt 120 bis 240. Idealerweise unter scheidet sich die Endlage (für die Übergabe an die Schleifsta tion) von der Ausgangslage (nach Übergabe an den Zentriertel ler) 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 Durch messer 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 de finiert 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 bezeich net. Wie Fig. 3 zeigt, liegt der Messpunkt aufgrund dieser Vorgaben im Fall der Halbleiterscheibe W_nv mit noch nicht ver rundeter Kante und Solldurchmesser auf der Scheibenfläche, im Fall der Halbleiterscheibe W_v 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 Spezi fikation (Rezeptparameter) berechnet und positioniert.

Zeigt der Sensor nun eine Scheibe an, hat die Scheibe mindes tens 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 wer den muss.

Der für die Prüfung eingesetzte Sensor ist ein beliebiger Sen sor nach dem Stand der Technik, z. B. Taster, Einweglicht schranke, Reflexionslichtschranke, Gabellichtschranke oder ka pazitiver Sensor. Bevorzugt wird ein berührungslos arbeitender Sensor eingesetzt, beispielsweise eine vorzugsweise senkrecht zur Scheibenfläche angebrachte Lichtschranke. Besonders bevor zugt ist die Verwendung eines ggf. am Kantenverrundungsautoma ten 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 O rientierungsmesssystem verwendet wird.

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

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

Claims

1. Verfahren zur Vorbereitung einer materialabtragenden Bearbei tung 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 ei nen vorbestimmten Winkel im Bereich zwischen 90 und 270°,
c) Bestimmung mit einem Sensor, ob ein vordefinierter Mess punkt auf der Halbleiterscheibe liegt oder nicht, wobei der Messpunkt so gewählt ist, dass er auf der durch das Zentrier prisma und den Mittelpunkt des Zentriertellers definierten Symmetrieachse zwischen dem Mittelpunkt des Zentriertellers und dem Zentrierprisma liegt, und dass er bei einer Halblei terscheibe 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.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein berührungslos messender Sensor ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Lichtschranke ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass eine Fehlermeldung ausgegeben wird, falls in Schritt c) festgestellt wurde, dass der Messpunkt außerhalb der Halbleiterscheibe liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass der Drehwinkel für Schritt b) zuvor bestimmt wird, indem die Lage eines an der Halbleiterscheibe vorhande nen Orientierungsmerkmals bestimmt und anschließend mit der für die in Schritt d) erfolgende Übergabe erforderlichen Lage verglichen wird.