DE19958077A1 - Verfahren zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben - Google Patents
Verfahren zur beidseitigen Politur von HalbleiterscheibenInfo
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben, im wesentlichen umfassend die folgenden Einzelschritte: DOLLAR A (a) gleichzeitiges Polieren der Vorderseite und der Rückseite von Halbleiterscheiben unter Zuführung eines alkalischen Poliersols zwischen zwei sich drehenden Poliertellern, die beide mit einem Poliertuch bedeckt sind; DOLLAR A (b) gleichzeitiges Behandeln der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterscheiben unmittelbar nach Schritt (a) unter Zuführen einer Flüssigkeit oder mehrerer Flüssigkeiten, um eine vollständige Benetzung der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterscheiben mit einem Film zu erzielen; DOLLAR A (c) Aufnahme der gemäß der Schritte (a) und (b) prozessierten Halbleiterscheiben von einem der beiden Polierteller mittels eines Vakuumsaugers und Überführung der Halbleiterscheiben in ein wäßriges Bad und DOLLAR A (d) Reinigung und Trocknung der Halbleiterscheiben.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur beidseitigen Politur
von Halbleiterscheiben. Beidseitig polierte Halbleiterscheiben
eignen sich für die Verwendung in der Halbleiterindustrie, ins
besondere zur Fabrikation von elektronischen Bauelementen mit
Linienbreiten gleich oder kleiner 0,13 µm.
Eine Halbleiterscheibe, die insbesondere zur Fabrikation von
elektronischen Bauelementen mit Linienbreiten gleich oder klei
ner 0,13 µm geeignet sein soll, muß eine hohe lokale Ebenheit
in allen Teilbereichen besitzen. Die Planarisierung einer Halb
leiterscheibe mittels eines chemomechanischen Polierverfahrens
ist dabei ein wichtiger Bearbeitungsschritt im Prozeßablauf zur
Herstellung einer ebenen, defektfreien und glatten Oberfläche.
Dieser Polierschritt stellt bevorzugt den letzten formgebenden
und somit die Oberflächeneigenschaften maßgeblich bestimmenden
Schritt dar. Ziele des Polierverfahrens sind insbesondere das
Erreichen der geforderten hohen lokalen Ebenheit, der Abtrag
von durch vorhergehende mechanische Bearbeitungsschritte ge
schädigten Oberflächenschichten (in der englischsprachigen Li
teratur als "damage" bezeichnet) und die Reduktion der Mi
krorauhigkeit.
Zur Verbesserung der Ebenheitswerte einer Halbleiterscheibe
wurden Apparate und Verfahren zum gleichzeitigen Polieren von
Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe bereitgestellt und
weiterentwickelt. Diese sogenannte Doppelseitenpolitur ist bei
spielsweise in der US 3,691,694 und der DE 19 14 082 B1 be
schrieben. Gemäß einer in der EP 208 315 B1 beanspruchten Aus
führungsform der Doppelseitenpolitur werden Halbleiterscheiben
in Läuferscheiben ("carrier") aus Metall, die über geeignet di
mensionierte, mit Kunststoff ausgekleidete Aussparungen verfü
gen, zwischen zwei rotierenden, jeweils mit einem Poliertuch
belegten Poliertellern in Gegenwart eines Poliersols auf einer
durch die Maschinen- und Prozeßparameter vorbestimmten Bahn be
wegt und dadurch poliert.
Die Integration der Doppelseitenpolitur in Prozeßketten zur
Herstellung von Halbleiterscheiben ist bekannt. In diesem Zu
sammenhang sei beispielhaft auf die Anmeldungen EP 754 785 A1,
EP 755 751 A1, EP 798 405 A2 und US 5,899,743 verwiesen.
Die Herstellung einer Halbleiterscheibe mit lokalen Ebenheiten,
die für die 0,13-µm-Bauelementetechnologie geeignet sind, ist
ebenfalls bekannt und Gegenstand der deutschen Patentanmeldung
mit dem Aktenzeichen 199 05 737.0, in der ein verbessertes Dop
pelseiten-Polierverfahren durch Einhaltung eng begrenzter Dic
kenrelationen zwischen Läuferscheibendicke und Dicke der Halb
leiterscheibe nach dem Polierprozeß offenbart wird.
Nach Beendigung des Doppelseiten-Polierschrittes müssen die
fertig polierten Halbleiterscheiben, die dann in der Regel auf
dem unteren Polierteller in den Aussparungen der Läuferscheiben
liegen, von dem Polierteller entfernt werden, um sie ihrer wei
teren Verarbeitung, nach dem Stand der Technik einer Reinigung
und Trocknung, zuführen zu können. Frisch polierte Halbleiter
scheiben sind jedoch höchst empfindlich gegenüber Anätzungen
durch auf der Scheibenoberfläche verbleibendes Poliermittel,
weshalb diese Reaktion durch Zuführung eines Stoppmittels mög
lichst rasch unterbunden werden muß. Derartige Stoppverfahren
sind ebenfalls bekannt. Von E. Mendel und J.S. Basi wird im
IBM Technical Report TR22.2343, veröffentlicht am 10.04.1980,
beispielsweise vorgeschlagen, vor dem Öffnen der Doppelseiten-
Poliermaschine unter Fortsetzung der Rotation über einen Zeit
raum von mehreren Minuten zunächst Reinstwasser und nachfolgend
eine alkalische Lösung aus Natriumcarbonat, Natriumphosphat und
Natriumborat in Reinstwasser zuzuführen. In der EP 863 540 A1
ist beansprucht, das chemomechanische Polieren durch Zuführen
einer wäßrigen Lösung zu stoppen, die ein Oxidationsmittel ent
hält. In der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen
DE 199 38 340.5 ist beschrieben, daß der Doppelseiten-Polierprozeß
entweder mit, einer Mischung aus Poliermittel, n-Butanol und
Reinstwasser oder in einer beanspruchten Ausführungsvariante
mit einer Flüssigkeit, die einen mehrwertigen Alkohol, bei
spielsweise Glycerin, enthält, gestoppt werden kann. Nach
Durchführung eines derartigen Stoppschrittes lassen sich die
Halbleiterscheiben nach Entnahme der Läuferscheiben manuell von
dem Polierteller entfernen, indem sie beispielsweise einzeln
durch mit Latexhandschuhen geschützte Finger an zwei gegenüber
liegenden Stellen des Scheibenrandes gegriffen und zur Überwin
dung der Kapillarkräfte solange auf Biegung beansprucht wurde,
bis sich an beiden Seiten ein größer werdender Spalt zwischen
Poliertuch und Siliciumscheibe bildet, der die Scheibe langsam
freigibt. Sie können jedoch auch über den zwischen Scheibenun
terseite und unterem Poliertuch vorhandenen Flüssigkeitsfilm
lateral über den Rand des unteren Poliertellers hinaus verscho
ben und so aus der Maschine entnommen werden. Beide Vorgehens
weisen sind im Stand der Technik, beispielsweise in der
EP 843 342 A1, beschrieben. In beiden Fällen besteht ein nennenswertes
Risiko, die Halbleiterscheiben zu verkratzen oder sie im
schlimmsten Fall zu zerbrechen. Darüber hinaus ist zu bemerken,
daß bei den gängigen Stoppverfahren lokale Verätzungen der
Halbleiterscheiben und Fleckenbildung um so ausgeprägter sind,
je länger diese auf dem Polierteller verbleiben, was im Falle
der zeitaufwendigen manuellen Entnahme insbesondere für die zu
letzt von der Maschine entfernten Scheiben zutrifft. Ein weite
rer gravierender Nachteil dieser Methoden der manuellen Schei
benentnahme ist die fehlende Automatisierbarkeit.
Daher wurden Verfahren entwickelt, die Scheibenentnahme aus der
Poliermaschine zu automatisieren. Dabei kann prinzipiell etwa
ein Randgreifer ("end effector") zum Einsatz kommen, dessen An
wendung zur Aufnahme und Bewegung von Halbleiterscheiben aus
der Fertigungstechnologie bekannt ist. Die Nachteile des Ein
satzes einer solchen Vorrichtung zur Entnahme von Halbleiter
scheiben aus einer Doppelseiten-Poliermaschine sind im wesent
lichen dieselben wie bei der manuellen Scheibenentnahme, näm
lich zuvorderst das damit verbundene hohe Bruch- und Kratzer
risiko sowie die Notwendigkeit, zunächst die Läuferscheiben
entfernen zu müssen. Das Bruchrisiko wird deutlich verringert,
wenn wie in der EP 843 342 A1 vorgeschlagen zuvor ein Frei
spülen der Halbleiterscheiben durch Bohrungen in Polierteller
und -tuch, auf dem die Scheiben liegen, erfolgt. Es hat sich
jedoch gezeigt, daß dieses konstruktiv aufwendige Verfahren in
der betrieblichen Praxis nicht einsetzbar ist, da sich in die
sen Bohrungen ansammelndes Poliermittel dazu neigt auszukri
stallisieren und nach Ausschwemmen während des Freispülschrit
tes zum einen die Oberflächenqualität der entnommenen Scheiben
negativ beeinträchtigt, zum anderen darüber hinaus in den nach
folgenden Polierfahrten zu verkratzten Scheibenoberflächen
führt. Die deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen
DE 199 24 220.8 beansprucht ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Aufnahme von Substratscheiben beispielsweise vom Poliertuch ei
ner Doppelseiten-Poliermaschine, bei welchem frisch polierte,
chemisch höchst empfindliche Halbleiterscheiben zwecks Herab
setzung ihrer Reaktivität auf Temperaturen von bevorzugt unter
10°C gekühlt und mit einer beispielsweise unter Vakuumanwen
dung arbeitende Ablösewerkzeuge enthaltenden Aufnahmevorrich
tung überdeckt werden, wobei die Aufnahmevorrichtung beispiels
weise mit einem Nebel geflutet wird, woran sich das Ablösen der
Scheiben anschließt. Diese Vorgehensweise erlaubt zwar das Be
lassen der Läuferscheiben auf dem Polierteller und reduziert
das Bruch- und Kratzerrisiko, resultiert jedoch durch die feh
lende Entfernung chemisch reaktiver Stoffe von der Schei
benoberfläche in Fleckenbildung auf der in Kontakt mit dem Po
liertuch befindlichen Scheibenrückseite und Abdrücken des Ablö
sewerkzeuges auf der Scheibenvorderseite. Darüber hinaus erfor
dert die beschriebene Aufnahmevorrichtung ebenfalls einen hohen
konstruktiven Aufwand verbunden mit der vor allem durch die
Kühlung verursachten Materialbeanspruchung und damit Störanfäl
ligkeit, was zu erhöhten Herstellkosten führt.
Es war daher die Aufgabe gestellt, ein verbessertes Verfahren
zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben bereit
zustellen, welches die genannten Nachteile des Standes der
Technik vermeidet. Insbesondere war die Aufgabe gestellt, ein
Doppelseiten-Polierverfahren bereitzustellen, welches die Ent
nahme der Halbleiterscheiben von dem Polierteller in hohen Aus
beuten ermöglicht und damit den Verfahren nach dem Stand der
Technik herstellkostenmäßig überlegen ist. Diese Aufgabe wird
durch Bereitstellung eines Verfahrens gemäß Anspruch 1 gelöst.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur beidseitigen Po
litur von Halbleiterscheiben, im wesentlichen umfassend die
folgenden Einzelschritte:
- a) gleichzeitiges Polieren der Vorderseite und der Rückseite von Halbleiterscheiben unter Zuführung eines alkalischen Po liersols zwischen zwei sich drehenden Poliertellern, die beide mit einem Poliertuch bedeckt sind ("Doppelseiten-Polier schritt");
- b) gleichzeitiges Behandeln der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterscheiben unmittelbar nach Schritt (a) unter Zu führen einer Flüssigkeit oder mehrerer Flüssigkeiten, um eine vollständige Benetzung der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterscheiben mit einem Film zu erzielen ("Stoppschritt");
- c) Aufnahme der gemäß der Schritte (a) und (b) prozessierten Halbleiterscheiben von einem der beiden Polierteller mittels eines Vakuumsaugers und Überführung der Halbleiterscheiben in ein wäßriges Bad ("Entnahmeschritt"); und
- d) Reinigung und Trocknung der Halbleiterscheiben. Wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, daß die gemäß dem Doppelseiten-Polierschritt (a) polierten Halbleiterscheiben mit einer chemisch sehr reaktiven Oberfläche in dem Stoppschritt (b) mit einem schützenden Film benetzt werden, der eine Aufnah me der Scheiben mit einem Vakuumsauger in dem Entnahmeschritt (c) ohne Beeinträchtigung der Qualität der Scheibenoberseite, beispielsweise durch Verätzung, ermöglicht und der in Schritt (d) vollständig abreinigbar ist. Die Tatsache, daß eine derar tige Schrittabfolge die Bereitstellung von doppelseiten- polierten Halbleiterscheiben in deutlich erhöhter Ausbeute und damit zu verringerten Herstellkosten ermöglicht, war überra schend und nicht vorhersehbar.
Ausgangsprodukt des Verfahrens ist eine Halbleiterscheibe, die
auf bekannte Weise von einem Kristall abgetrennt wurde, bei
spielsweise von einem abgelängten und rundgeschliffenen Einkri
stall aus Silicium, und kantenverrundet wurde und deren Vorder-
und/oder Rückseite gegebenenfalls mittels Schleif-, Läpp- und/
oder Ätzverfahren behandelt wurde. Falls dies gewünscht wird,
kann der Kristall mit einem oder mehreren Orientierungsmerkma
len zur Identifizierung der Kristallachsen versehen werden,
beispielsweise einem Notch und/oder einem Flat. Außerdem be
steht die Möglichkeit, daß die Kante der Halbleiterscheibe vor
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens poliert wird.
Endprodukt des Verfahrens ist eine doppelseitenpolierte Halb
leiterscheibe, die den Anforderungen als Ausgangsmaterial für
Halbleiterbauelemente-Prozesse mit Linienbreiten gleich oder
kleiner 0,13 µm genügt und aufgrund einer hohen Ausbeute den
nach dem Stand der Technik hergestellten doppelseitenpolierten
Halbleiterscheiben bezüglich ihrer Herstellkosten überlegen
ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell zur Herstellung
von scheibenförmigen Körpern eingesetzt werden, die aus einem
Material bestehen, welches mit dem eingesetzten chemomechani
schen Doppelseiten-Polierverfahren bearbeitet werden kann. Der
artige Materialien sind zum Beispiel Silicium, Silicium/Germa
nium und sogenannte III-V-Halbleiter wie Galliumarsenid. Das
Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung einkristalliner
Siliciumscheiben mit Durchmessern von insbesondere 200 mm, 300 mm,
400 mm und 450 mm und Dicken von wenigen 100 µm bis einigen
cm, bevorzugt von 400 µm bis 1200 µm. Die Halbleiterscheiben
können entweder direkt als Ausgangsmaterial für die Herstellung
von Halbleiterbauelementen eingesetzt werden oder nach Durch
führung eines Endpolierschrittes nach dem Stand der Technik
und/oder nach Aufbringen von Schichten wie Rückseitenversiege
lungen oder einer epitaktischen Beschichtung der Scheibenvor
derseite beispielsweise mit Silicium und/oder nach Konditionie
rung durch eine Wärmebehandlung, beispielsweise unter Wasser
stoff- oder Argonatmosphäre, ihrem Bestimmungszweck zugeführt
werden. Neben der Herstellung von Scheiben aus einem homogenen
Material kann die Erfindung auch zur Herstellung von mehr
schichtig aufgebauten Halbleitersubstraten wie SOI-Scheiben
(silicon-on-insulator) eingesetzt werden.
Die weitere Beschreibung des Verfahrens erfolgt am Beispiel der
Herstellung einer Siliciumscheibe.
Prinzipiell ist es möglich, eine, beispielsweise durch ein In
nenloch- oder Drahtsägeverfahren, gesägte Siliciumscheibe, de
ren oberflächennahe Bereiche je nach Durchmesser und Art des
Sägeprozesses ein Damage bis in eine Tiefe im Bereich von 10
bis 40 µm aufweisen, direkt der erfindungsgemäßen Prozeßsequenz
Doppelseitenpolieren (a), Stoppen (b), Aufnehmen und Überführen
in ein Bad (c) und Reinigung/Trocknung (d) zu unterziehen. Es
ist jedoch sinnvoll und daher bevorzugt, die scharf begrenzten
und daher mechanisch sehr empfindlichen Scheibenkanten mit Hil
fe geeignet profilierter Schleifscheiben zu verrunden. Geeigne
te Schleifscheiben bestehen aus Metall- oder Kunstharz-
gebundenen Diamanten. Zur Bereitstellung einer Kante mit nied
rigem Damage unter Verringerung der Bearbeitungszeiten und da
mit der Kosten des Kantenverrundungsschrittes ist es nach dem
Stand der Technik üblich und daher im Rahmen der Erfindung be
vorzugt, in einem zweistufigen Prozeß zunächst eine Schleif
scheibe mit Diamanten gröberer Körnung, besonders bevorzugt der
Körnung 400 Mesh (Korngrößenbereich 30-50 µm) bis 600 Mesh
(Korngrößenbereich 20-30 µm), und anschließend eine Schleif
scheibe mit Diamanten feinerer Körnung, besonders bevorzugt der
Körnung 1000 Mesh (Korngrößenbereich 8-15 µm) bis 1500 Mesh
(Korngrößenbereich 5-10 µm), einzusetzen. Für gewisse Anwendun
gen kann es jedoch auch von Vorteil sein, im zweiten Schritt
eine Kunstharz-gebundene Schleifscheibe mit Diamanten der Kör
nung 1200 Mesh (Korngrößenbereich 7-12 µm) bis 2000 Mesh (Korn
größenbereich 4-6 µm) einzusetzen. Alternative Techniken zur
Kantenfeinverrundung, die sich inzwischen am Markt etablieren,
zum Beispiel die Kombination einer konventionellen Kantenver
rundung mit einem mechanischen Polierteil, sind ebenfalls ge
eignet.
Zwecks Geometrieverbesserung und teilweisem Abtrag der zerstör
ten Kristallschichten ist es möglich, die Siliciumscheibe einem
mechanischen Abtragsschritt wie Läppen oder Schleifen zu unter
ziehen, um den Materialabtrag im Doppelseiten-Polierschritt (a)
zu reduzieren. Bevorzugt ist, die Siliciumscheibe einem Ober
flächen-Schleifschritt zu unterziehen, wobei entweder eine Sei
te geschliffen wird oder beide Seiten sequentiell oder beide
Seiten gleichzeitig geschliffen werden. Sequentielles Oberflä
chenschleifen der Scheibenvorder- und -rückseite mit einer
Schleifscheibe, die aus Metall- oder Kunstharzgebundenen Dia
manten der Körnung 400 Mesh (Korngrößenbereich 30-50 µm) bis
1000 Mesh (Korngrößenbereich 8-15 µm) besteht, ist besonders
bevorzugt. Zum Entfernen des in den mechanischen Prozeßschrit
ten zwangsläufig erzeugten Damage der Scheibenoberfläche und
-kante und zum Entfernen von gegebenenfalls vorhandenen Verun
reinigungen, beispielsweise im Damage gebundenen metallischen
Verunreinigungen, kann an dieser Stelle ein Ätzschritt folgen.
Dieser Ätzschritt kann entweder als naßchemische Behandlung der
Siliciumscheibe in einer alkalischen oder sauren Ätzmischung
oder als Plasmabehandlung ausgeführt werden. Bevorzugt ist ein
saurer Ätzschritt in einer Mischung aus konzentrierter wäßriger
Salpetersäure und konzentrierter wäßriger Flußsäure.
Ein bevorzugtes Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Ver
fahren ist eine Halbleiterscheibe aus Silicium, hergestellt
durch Sägen eines Silicium-Einkristalls gefolgt von Kantenver
runden. Ein weiteres bevorzugtes Ausgangsmaterial ist eine
Halbleiterscheibe aus Silicium, hergestellt durch Sägen eines
Silicium-Einkristalls gefolgt von Kantenverrunden und seque
ntiellem Oberflächenschleifen. Ein weiteres bevorzugtes Aus
gangsmaterial ist eine Halbleiterscheibe aus Silicium, herge
stellt durch Sägen eines Silicium-Einkristalls gefolgt von Kan
tenverrunden und naßchemischem Ätzen. Ein besonders bevorzugtes
Ausgangsmaterial ist eine Halbleiterscheibe aus Silicium mit
einem Durchmesser von gleich oder größer 200 mm, hergestellt
durch Drahtsägen eines Silicium-Einkristalls gefolgt von Kan
tenverrunden, sequentiellem Oberflächenschleifen beider Schei
benseiten unter Abtrag von 10 µm bis 100 µm Silicium pro Seite
und naßchemischem Ätzen in einer sauren Ätzmischung unter Ab
trag von 5 µm bis 50 µm Silicium pro Scheibenseite.
Im folgenden werden die Schritte (a) bis (d) des erfindungsge
mäßen Verfahrens zur Überführung des Ausgangsmaterials in eine
doppelseitenpolierte Siliciumscheibe in hohen Ausbeuten, die
den Anforderungen an Halbleiterscheiben als Ausgangsmaterial
für Halbleiterbauelemente-Prozesse mit Linienbreiten gleich
oder kleiner 0,13 µm genügen, näher beschrieben.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Polierschrittes (a) kann
eine handelsübliche Doppelseiten-Poliermaschine geeigneter Grö
ße verwendet werden; aus Kostengründen ist es sinnvoll, eine
Vielzahl von Siliciumscheiben gleichzeitig zu polieren. Die Po
liermaschine besteht im wesentlichen aus einem frei horizontal
drehbaren unteren Polierteller und einem frei horizontal dreh
baren oberen Polierteller, die beide mit jeweils einem Polier
tuch bedeckt sind, und erlaubt unter kontinuierlicher Zuführung
eines Poliersols geeigneter chemischer Zusammensetzung das
beidseitig abtragende Polieren von Halbleiterscheiben, in die
sem Falle von Siliciumscheiben. Derartige Doppelseiten-Polier
maschinen sind am Markt erhältlich; geeignet sind beispielswei
se Maschinen des Typs AC1500, AC1800 oder AC2000 von Fa. Peter
Wolters.
Die Siliciumscheiben werden dabei durch Läuferscheiben, die
über ausreichend dimensionierte Aussparungen zur Aufnahme der
Siliciumscheiben verfügen, während des Polierens auf einer
durch Maschinen- und Prozeßparameter bestimmten geometrischen
Bahn gehalten. Die Läuferscheiben sind beispielsweise mit einer
Triebstock-Stiftverzahnung oder einer Evolventenverzahnung mit
der Poliermaschine über einen sich drehenden inneren und einen
sich in der Regel gegenläufig drehenden äußeren Stift- oder
Zahnkranz in Kontakt und werden dadurch in eine rotierende Be
wegung zwischen den beiden Poliertellern versetzt. Grundsätz
lich können die Läuferscheiben beispielsweise aus Metall,
Kunststoff, faserverstärktem Kunststoff oder Kunststoffbe
schichtetem Metall gefertigt sein. Läuferscheiben aus Stahl
oder aus faserverstärktem Kunststoff sind bevorzugt; Läufer
scheiben aus rostfreiem Chromstahl sind aufgrund ihrer hohen
Maßhaltigkeit und chemischen Resistenz besonders bevorzugt. Um
während des Polierens eine. Beschädigung der Scheibenkante durch
die Innenkante der Aussparung in der Läuferscheibe zu verhin
dern, ist es sinnvoll und daher bevorzugt, die Innenseite der
Aussparungen mit einer Kunststoffbeschichtung von gleicher Dic
ke wie die Läuferscheibe auszukleiden, wie in der EP 208 315 B1
vorgeschlagen wird. Geeignete Kunststoffe sind dabei beispiels
weise Polyamid, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid,
Polytetrafluorethylen oder Polyvinylidendifluorid, die alle
gleichermaßen bevorzugt sind.
Die Läuferscheiben für den erfindungsgemäßen Schritt (a) besit
zen eine Dicke bevorzugt von 400 bis 1200 µm. Um nach Schritt
(a) Siliciumscheiben mit einer hohen lokalen Ebenheit vorliegen
zu haben, ist ein Doppelseiten-Polierverfahren gemäß der deut
schen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 199 05 737.0 beson
ders bevorzugt, bei welchem sich die gewählte Dicke der Läufer
scheiben nach der angestrebten Enddicke der Siliciumscheiben
nach Schritt (a) richtet und um 2 bis 20 µm geringer bemessen
ist als die Enddicke der Siliciumscheiben.
Besonders bevorzugt wird mit einem handelsüblichen Polyurethan-
Poliertuch einer Härte von 60 bis 90 (Shore A) poliert. Derar
tige Poliertücher werden ebenfalls kommerziell vertrieben; ge
eignet sind beispielsweise Tücher des Typs SUBA500 und SUBA800
von Fa. Rodel. Der Polierprozeß erfolgt unter kontinuierlicher
Zuführung eines Poliersols mit einem pH-Wert zwischen 9 und 12,
da in diesem pH-Wert-Bereich chemisch und mechanisch induzier
ter Materialabtrag des chemomechanischen Polierens in einem
vorteilhaften Gleichgewicht stehen. Als Poliersol eignen sich
wäßrige Suspensionen oder Kolloide einer Vielzahl von abrasiv
wirkenden anorganischen Stoffen, beispielsweise Siliciumdi
oxid, Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Titandi
oxid, Titannitrid, Zirkondioxid oder Cerdioxid, in Gegenwart
von alkalischen Substanzen und gegebenenfalls weiteren Zu
schlagstoffen. Geeignete Siliciumdioxid (SiO2) enthaltende Po
liermittel werden beispielsweise unter den Markennamen Levasil
200 (Fa. Bayer), Ludox TM (Fa. du Pont de Nemours), Syton HT-50
(Fa. du Pont de Nemours), COMPOL-30LC (Fa. Fujimi), Glanzox HP-
20 (Fa. Fujimi) und Nalco 2350 (Fa. Rodel) vertrieben. Ein für.
Schritt (a) der Erfindung besonders bevorzugtes alkalisches Po
liermittel besitzt einen pH-Wert von 10 bis 11,5 und besteht
aus 1 bis 5 Gew.-% SiO2 in Wasser; damit wird unter einem Po
lierdruck bevorzugt von O,1 bis 0,3 bar poliert. Die Silicium-
Abtragsrate liegt bevorzugt zwischen 0,1 und 115 µm/min und be
sonders bevorzugt zwischen 0,4 und 0,9 µm/min. Der Gesamt-
Siliciumabtrag in Schritt (a) liegt bevorzugt zwischen 2 und
100 µm und besonders bevorzugt zwischen 20 und 50 µm.
Nach Beendigung des Polierschrittes (a) muß die chemisch sehr
reaktive hydrophobe Scheibenoberfläche passiviert werden. Im
Rahmen der Erfindung gelingt dies durch Zuführung einer Flüs
sigkeit oder mehrerer Flüssigkeiten mit der Folge einer voll
ständigen Benetzung der Vorderseite und der Rückseite der Sili
ciumscheiben mit einem Film, so daß die Flüssigkeit als Stopp
mittel wirkt. Flüssigkeiten mit Reinstwasser als Hauptbestand
teil sind aus rein praktischen Erwägungen bevorzugt. Ein film
bildender Stoff ist in der zugeführten Flüssigkeit enthalten,
oder mehrere filmbildende Stoffe sind in einer oder mehreren
unterschiedlich zusammengesetzten Flüssigkeiten enthalten, wo
bei sich die eingesetzte Konzentration nach der Natur des film
bildenden Stoffes richtet und zwischen 10-4 und 50 Vol-% liegt.
Bevorzugt ist im allgemeinen ein Konzentrationsbereich zwischen
0,1 und 10 Vol-%. An den Film werden im wesentlichen drei An
forderungen gestellt: (1) Er muß die Oberfläche der Silicium
scheibe nach Beendigung von Schritt (a) vor einem fortgesetzten
Ätzangriff des Poliermittels schützen. (2) Er muß die Oberflä
che der Siliciumscheibe gegenüber Fleckenbildung durch Kontakt
mit dem in Schritt (c) eingesetzten Vakuumsauger schützen. (3)
Er muß durch eine Reinigung in Schritt (d) vollständig zu ent
fernen sein.
Die Zuführung dieser Flüssigkeit oder dieser Flüssigkeiten er
setzt die Zuführung des weiter oben beschriebenen Poliermit
tels, ohne daß die Poliermaschine geöffnet wird, wodurch ein
gleichzeitiges Behandeln von Vorderseite und Rückseite der Si
liciumscheibe zwischen den sich drehenden Poliertellern mit
diesem Stoppmittel stattfindet, ohne daß eine zwischenzeitliche
Exposition der reaktiven Scheibenoberflächen gegenüber Luftsau
erstoff stattfindet. Es hat sich zur Reduktion von Friktions
kräften als sinnvoll erwiesen, dabei den Druck auf 0,02 bis
0,10 bar zu reduzieren, was daher bevorzugt ist. Eine kurzzei
tige Zuführung von Wasser zwischen der Zuführung von Poliermit
tel und Stoppmittel ist möglich, bringt jedoch keine nennens
werten Vorteile mit sich.
Die chemische Zusammensetzung des filmbildenden Stoffes oder
der filmbildenden Stoffe kann prinzipiell frei gewählt werden,
wenn die weiter oben geschilderten Kriterien erfüllt sind und
wenn ein Einsatz innerhalb der bezüglich Arbeitssicherheit gül
tigen Vorschriften und Normen ohne größeren Aufwand möglich
ist. Bevorzugt werden Verbindungen eingesetzt, die sich mit der
Flüssigkeit, bevorzugt Reinstwasser, leicht mischen lassen, ge
gebenenfalls unter Zugabe eines Phasenvermittlers, wobei die
Viskosität der Flüssigkeit nicht gravierend erhöht wird. Be
sonders bevorzugt im Rahmen der Erfindung ist der Einsatz eines
Stoffes oder mehrerer Stoffe aus der Liste der Verbindungsklas
sen mehrwertige Alkohole, Polyalkohole und Tenside, die in für
die Herstellung von Halbleiterscheiben ausreichender Reinheit
erhältlich sind. Unter einem Tensid versteht man dabei einen
oberflächenaktiven anorganischen oder organischen Stoff; die in
der Fachliteratur verbreitete englischsprachige Bezeichnung
lautet "surfactant" oder "wetting agent".
Beispiele für geeignete mehrwertige Alkohole sind Ethylenglykol
(Ethandiol-1,2), Propylenglykole (Propandiol-1,2 und -1,3), Bu
tylenglykole (Butandiol-1,3 und -1,4) und Glycerin (Propantri
ol-1,2,3). Die Verwendung dieser Substanzen als Stoppmittel für
die Doppelseitenpolitur ist in der deutschen Patentanmeldung
mit dem Aktenzeichen DE 199 38 340.5 beschrieben.
Ein Beispiel für einen Polyalkohol ist Polyvinylalkohol, der
beispielsweise von Fa. Wacker Chemie unter dem Handelsnamen
Vinnapas angeboten wird. Ein weiteres Beispiel für einen Poly
alkohol ist ein Vertreter aus der Gruppe der Polyetherpolyole,
die beispielsweise von Fa. Union Carbide unter dem Handelsnamen
Polyox angeboten werden. Die Verwendung von Polyetherpolyolen
als Stoppmittel für die Doppelseitenpolitur ist in der
EP 684 634 A2 beschrieben.
Ein Beispiel für ein Tensid ist eine Zubereitung auf der Basis
von Alkylbenzolsulfonsäure und Aminethoxylat, das von Fa. ICB
unter dem Handelsnamen Silapur angeboten wird.
Das Stoppmittel kann außerdem kurzkettige einwertige Alkohole,
wie i-Propanol und n-Butanol, in Konzentrationen von 0,01 bis
2 Vol-% enthalten. Die Zugabe stark saurer oder stark alkalischer
Komponenten ist nicht wünschenswert, da sich im ersteren Fall
durch unkontrollierte pH-Wert-Änderungen SiO2-Partikel bilden
können, die zu verkratzten Scheibenoberflächen führen, während
im letzteren Fall Ätzflecken auf der Scheibenoberfläche die
Folge sein können.
Eine alternative, ebenfalls besonders bevorzugte Ausführungs
form des Stoppschrittes (b) ist die folgende: Zunächst wird die
Zuführung des in Schritt (a) verwendeten Poliermittels durch
die Zuführung eines Poliermittels, das einen pH-Wert zwischen
8,5 und 10,5 aufweist und im wesentlichen aus einer wäßrigen
Mischung von 0,5 bis 4 Gew.-% SiO2 und 10-4 bis 50 Vol-%, insbe
sondere 0,1 bis 10 Vol-%, eines Stoffes oder mehrerer Stoffe
aus der Liste der Verbindungsklassen mehrwertige Alkohole, Po
lyalkohole und Tenside enthält, ersetzt, wobei weitere Zusatz
stoffe in geringen Anteilen in der Mischung vorhanden sein kön
nen. Derartige Gemische sind bekannt und werden im allgemeinen
als Poliermittel für die Oberflächenpolitur von Siliciumschei
ben und strukturierten Scheiben im Rahmen der Bauelementeferti
gung eingesetzt, wobei sehr geringe Abtragsraten gewünscht
sind. Die Verwendung eines Poliermittels mit Polyvinylalkohol
anteilen ist in der DE 22 47 067 B2 beschrieben. Ein Poliermit
tel, das einen polymeren Zusatzstoff und ein Tensid als Film
bildner enthält, ist beispielsweise aus der US 5,861,055 be
kannt. Im Rahmen der Erfindung eignet sich beispielsweise ein
käufliches Poliermittel mit dem Handelsnamen Glanzox 3900, das
von Fa. Fujimi angeboten wird, nach Herstellerangaben kolloida
les SiO2, Ammoniak und ein nicht näher spezifiziertes Tensid
enthält und beispielsweise in einer bevorzugten Ausführungsform
der EP 684 634 A2 eingesetzt wird. Während der Zuführung dieses
Gemisches wird der Polierdruck unter Aufrechterhaltung der Ro
tation auf 0,05 bis 0,15 bar abgesenkt und diese Prozeßführung
für einen Zeitraum zwischen 1 und 10 min beibehalten, wodurch
sich ein Oberflächenfilm auf den Siliciumscheiben aus mehrwer
tigem Alkohol und/oder Polyalkohol und/oder Tensid ausbildet.
Anschließend wird zwecks Freispülung der Siliciumscheiben von
Poliersol und gleichzeitiger Aufrechterhaltung des Oberflächen
films unter Fortsetzung der Rotation und einer weiteren Druck
reduktion auf 0,02 bis 0,10 bar für 1 bis 10 min Reinstwasser
zugeführt.
Nach Beendigung des Stoppschrittes (b) wird der obere Polier
teller der Doppelseiten-Poliermaschine rotierend abgehoben und
ausgeschwenkt. Um einen leichten Zugang zu den zu entnehmenden
Siliciumscheiben zu ermöglichen und das Bruchrisiko durch vom
oberen Polierteller möglicherweise abfallende Scheiben zu eli
minieren, ist es sinnvoll, dafür Sorge zu tragen, daß sich an
dieser Stelle alle Scheiben auf dem unteren Polierteller befin
den. Dies kann beispielsweise durch die bevorzugte Verwendung
von Poliertüchern aus unterschiedlichen Materialien auf unterem
und oberem Polierteller geschehen, die unterschiedliche Adhä
sionskräfte erzeugen, wobei die Adhäsionskraft des unteren Po
liertuchs größer ist. Besonders bevorzugt ist die nach dem
Stand der Technik übliche Verwendung von unterschiedlichen bei
spielsweise durch Einbringung von regelmäßig angeordneten Kanä
len, texturierten Tüchern gleichen Materials, die so beschaffen
sind, daß die Siliciumscheiben auf dem unteren Polierteller zu
liegen kommen, wobei der Siliciumabtrag auf Scheibenvorder- und
-rückseite in dem Fall annähernd gleich ist. Derartig texturier
te Tücher sind kommerziell beispielsweise von Fa. Rodel erhält
lich.
Der zur Entnahme der Siliciumscheiben und Überführung in ein
wäßriges Bad eingesetzte Vakuumsauger kann prinzipiell jede be
liebige Form besitzen, die ein beschädigungsfreies Abheben vom
Poliertuch und Überführen der Scheiben ermöglicht. Je nach an
gestrebtem Automatisierunsgrad sind. Lösungen denkbar, die sich
zwischen einem einfachen Handgerät mit Haltegriff und einer
vollautomatischen Scheibenentnahme und Weitergabe bewegen. Da
bei kann entweder jeweils eine einzelne Siliciumscheibe abgeho
ben werden, oder aber alle in einer einzelnen Läuferscheibe be
findlichen Siliciumscheiben werden gleichzeitig abgehoben. Alle
diese Alternativen sind gleichermaßen bevorzugt, wenn sie
zwecks Reduktion der Expositionszeit der Scheibenoberfläche das
Entladen einer Doppelseiten-Poliermaschine mit beispielsweise
30 200-mm-Scheiben oder 15 300-mm-Scheiben innerhalb einer
Zeitdauer von maximal 3 Minuten ermöglichen und gleichzeitig
mit vertretbaren Herstellkosten und Scheibenausbeuten einherge
hen.
Wichtig im Rahmen der Erfindung ist insbesondere der Kontakt
zwischen Vakuumsauger und Scheibenvorderseite, der durch Saug
stellen erzeugt wird, die mit einem Absolutdruck bevorzugt zwi
schen 0,05 und 0,8 bar, besonders bevorzugt zwischen 0,1 und
0,5 bar, betrieben werden. Diese Saugstellen können beispiels
weise als Saugnäpfe aus weichem Polyvinylchlorid (Weich-PVC)
oder Silicongummi oder aus einer mit einem Poliertuchstück be
klebten Saugfläche bestehen, bei der das Poliertuchstück zur
Vermeidung einer Verkratzung der Siliciumscheiben mit Wasser
oder einer geeigneten wäßrigen Lösung feucht gehalten wird.
Beide Lösungen sind gleichermaßen bevorzugt, da sie nicht zu
Oberflächenflecken und -kratzern auf der Siliciumscheibe füh
ren, wenn der Durchmesser der einzelnen Saugstellen mindestens
etwa 1 cm beträgt. Zur Überwindung der starken Adhäsionskräfte,
welche die Siliciumscheibe mit dem feuchten Poliertuch über ei
nen Flüssigkeitsfilm verbinden, hat es sich als sinnvoll er
wiesen, das Abheben der Siliciumscheiben vom Poliertuch durch
azentrisches Aufsetzen der Saugstellen auf die Scheibenvor
derseite unter Beanspruchung der Scheibe auf Biegung durchzu
führen, bis sich an beiden Seiten ein größer werdender Spalt
zwischen Poliertuch und Siliciumscheibe bildet, der die Scheibe
langsam freigibt, welche dann vertikal entfernt wird. Hierzu
sind mindestens zwei Saugstellen pro abzuhebende Scheibe vorzu
sehen. Diese besonders bevorzugte Ausführung ermöglicht das
problemlose Abheben selbst größerer Scheiben; bei Anwendung zum
Abheben von 200-mm- und 300-mm-Siliciumscheiben sind Abhebe
kräfte von nur 5 bis 20 Newton (N) erforderlich.
Die so angesaugten Siliciumscheiben können nun in eine in einem
wäßrigen Bad befindliche Aufnahmevorrichtung überführt werden,
beispielsweise einer geeignet dimensionierten Prozeßhorde, wo
bei das wäßrige Bad sinnvollerweise unmittelbar neben der Po
liermaschine positioniert ist. Zur Vermeidung des Eintauchens
des Vakuumsaugers in das wäßrige Bad und zur Reduktion des po
tentiellen Kratzerrisikos ist es jedoch bevorzugt, ein handels
üblichen, für den Durchmesser der aufzunehmenden Scheiben kon
struierten Naßeinhorder zur Aufnahme der polierten Silicium
scheiben einzusetzen, der über eine zur Scheibenaufnahme geeig
nete Ablageeinheit verfügt und die Scheiben in die in einem
wäßrigen Bad befindliche Prozeßhorde einhordert. Im Falle eines
höheren Automatisierunsgrades kann diese Prozeßhorde anschlie
ßend automatisch entnommen und in eine Reinigungsanlage über
führt werden. Das eingesetzte wäßrige Bad kann mit Reinstwasser
gefüllt sein oder mit Reinstwasser, das mit geringen Zusätzen
an Säuren, beispielsweise Zitronensäure, oder Basen, beispiels
weise Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) und/oder oxidierenden
Substanzen, beispielsweise Hydrogenperoxid (H2O2), und/oder Ten
siden, beispielsweise Silapur, versehen wurde, um die Konser
vierung der Scheibenoberflächen noch zu optimieren.
Nach dem Entnahmeschritt (b) werden die Siliciumscheiben aus
dem wäßrigen Bad entnommen und einer Reinigung und Trocknung
nach dem Stand der Technik unterzogen. Die Reinigung kann ent
weder als Batchverfahren unter gleichzeitiger Reinigung einer
Vielzahl von Scheiben in Bädern oder mit Sprühverfahren oder
auch als Einzelscheibenprozeß ausgeführt werden. Im Rahmen der
Erfindung bevorzugt ist eine Badreinigung unter gleichzeitiger
Reinigung aller Scheiben aus einem Poliervorgang, beispielswei
se in der Sequenz wäßrige Flußsäure (HF)-Reinstwasser-TMAH/
H2O2-Reinstwasser, wobei eine Megaschallunterstützung im TMAH
/H2O2-Bad zur verbesserten Partikelentfernung von Vorteil ist.
Zur fleckenfreien Trocknung sind am Markt Geräte erhältlich,
die beispielsweise nach dem Schleudertrocknungs-, Heißwasser-,
Marangoni- oder HF/Ozon-Prinzip arbeiten und alle gleichermaßen
bevorzugt sind. Die so erhaltenen doppelseitenpolierten Schei
ben sind trocken und hydrophil und führen keine Rückstände des
im Schritt (b) aufgebrachten Films mehr mit sich.
Zweckmäßigerweise schließt sich nach dem erfindungsgemäßen Ver
fahren mit der Schrittfolge (a)-(b)-(c)-(d) eine Bewer
tung der Siliciumscheiben gemäß vorgegebener Qualitätskriterien
an, die in der betrieblichen Praxis sinnvoll und notwendig, je
doch nicht Teil der Erfindung ist. So ist es möglich, eine Geo
metriemessung durchzuführen. Messungen auf einem handelsübli
chen, beispielsweise kapazitiv oder optisch arbeitenden Geome
triemeßgerät zeigen für Bauelementeflächen von 25 mm × 25 mm
lokale Geometriewerte SFQRmax von gleich oder kleiner als 0,13 µm
an, was eine Voraussetzung zur Verwendung dieser Scheiben
zur Herstellung von Halbleiter-Bauelementen mit Linienbreiten
von gleich oder kleiner 0,13 µm ist. Es kann ebenfalls sinnvoll
sein, die Oberflächenrauhigkeit nach dem Atomic-Force-Micro
scope-Verfahren (AFM) zu bestimmen, wobei sich beispielsweise
in einem Bereich von 1 µm × 1 µm eine Rauhigkeit zwischen 0,05
und 0,29 nm RMS ("root meari square") ergibt. Beide Messungen
können entweder an allen Scheiben oder zwecks Konstenoptimie
rung an einer festgelegten Stichprobenmenge durchgeführt wer
den.
Üblich und im Hinblick auf eine Aussortierung fehlerhafter
Scheiben sinnvoll ist an dieser Stelle eine visuelle Beurtei
lung von Vorderseite, Rückseite und Kante aller erfindungsgemäß
prozessierten Siliciumscheiben in einer abgedunkelten Beur
teilungskammer unter stark gebündeltem Licht ("Haze-Licht").
Dabei werden Defekte gefunden, die eine Weiterverarbeitung der
Scheibe in der Bauelemente-Herstellung verhindern würden, bei
spielsweise Kratzer und Flecken, die beispielsweise für die
Herstellung von Bauelementen der 0,13-µm-Technologiegeneration
nur in minimalem, exakt spezifiziertem Umfang zulässig sind.
Die Ausbeute an spezifikationsgerechten Siliciumscheiben liegt
bei Anwendung der Erfindung über 97%, während sie bei einer
Vorgehensweise nach dem Stand der Technik unter 94% liegt.
Abhängig von ihrer weiteren Bestimmung kann es notwendig sein,
jeweils die Vorderseite einer nach dem erfindungsgemäßen Ver
fahren hergestellten Siliciumscheibe einer Endpolitur nach dem
Stand der Technik zu unterziehen, beispielsweise mit einem wei
chen Poliertuch unter Zuhilfenahme eines alkalischen Poliersols
auf SiO2-Basis. Zum Erhalt der sehr niedrigen lokalen Geo
metriewerte sollte der Siliciumabtrag von jeder Scheibe dabei
relativ niedrig sein und beispielsweise zwischen 0,1 und 0,7 µm
liegen.
Falls notwendig, kann an einer beliebigen Stelle der Prozeß
kette eine Wärmebehandlung der Siliciumscheibe eingefügt wer
den, beispielsweise um thermische Donatoren zu vernichten, um
eine Störung von oberflächennahen Kristallschichten auszuheilen
oder um in letztgenannten Schichten eine gezielte Dotierstoff
verarmung herbeizuführen. Weiterhin können eine Laserbeschrif
tung zur Scheibenidentifizierung und/oder ein Kantenpo
lierschritt an geeigneter Stelle der Prozeßkette eingefügt wer
den, zum Beispiel vor oder nach dem Schleifen im Falle der La
sermarkierung sowie vor, im oder nach dem Doppelseiten-Po
lierschritt (a) im Falle des Kantenpolierens. Eine Reihe weite
rer, für bestimmte Produkte erforderliche Prozeßschritte wie
beispielsweise die Aufbringung von Rückseitenbeschichtungen aus
Polysilicium, Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid oder die Auf
bringung einer Epitaxieschicht aus Silicium oder weiteren halb
leitenden Materialien auf die Vorderseite der Siliciumscheiben
läßt sich ebenfalls nach dem Fachmann bekannten Verfahren an
den geeigneten Stellen in, die Prozeßkette einbauen. Es kann
darüber hinaus auch zweckmäßig sein, die Siliciumscheiben vor
oder nach einzelnen Prozeßschritten einer Batch- oder Einzel
scheibenreinigung nach dem Stand der Technik zu unterziehen.
Erfindungsgemäß hergestellte Halbleiterscheiben, insbesondere
Siliciumscheiben, erfüllen die Anforderungen für die Herstel
lung von Halbleiterbauelementen mit Linienbreiten gleich oder
kleiner 0,13 µm. Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich als
optimale Lösung zur Senkung der Herstellkosten von doppelsei
tenpolierten Siliciumscheiben über eine Erhöhung der Ausbeute
an spezifikationsgerechten Scheiben erwiesen. Überraschend und
nicht zu erwarten war, daß das Stoppen des Doppelseiten-Polier
prozesses unter Benetzung der Scheibenoberflächen mit einem
später abreinigbaren Film die Entnahme der Scheiben aus der Po
liermaschine mit einem Vakuumsauger ermöglicht, ohne daß die
Oberflächenqualität beispielsweise durch Kratzer oder Flecken
beeinträchtigt wird und ohne daß konstruktiv aufwendige und da
mit kostenintensive und prozeßtechnisch problematische Ent
nahmeverfahren eingesetzt werden müssen.
Alle im folgenden aufgeführten Vergleichsbeispiele und Beispie
le betreffen die Herstellung einkristalliner Siliciumscheiben
der Orientierung (100). Die dazu benötigten Einkristalle wurden
nach dem Stand der Technik gezogen, abgelängt, rundgeschliffen
und auf einer handelsüblichen Drahtsäge in Scheiben mit einer
auf das Endprodukt zugeschnittenen Dicke zersägt. Nach dem Ver
runden der Kanten folgte auf einer Rotationsschleifmaschine ein
Oberflächen-Schleifschritt mit Diamanten der Körnung 600 Mesh
(Korngrößenbereich 20-30 µm), wobei nacheinander von der Schei
benvorder- und -rückseite je 30 µm Silicium abgetragen wurden.
Daran schloß sich ein saurer Ätzschritt nach dem Strömungsätz
verfahren an, wobei durch Eintauchen der sich drehenden Schei
ben in eine Mischung aus 90 Gew.-% konzentrierter Salpetersäure
(70 Gew.-% in wäßriger Lösung), 10 Gew.-% konzentrierter Fluß
säure (50 Gew.-% in wäßriger Lösung) und 0,1 Gew.-% Ammonium
laurylsulfat pro Scheibenseite gleichzeitig je 10 µm Silicium
abgetragen wurde. Die Ätzmischung war auf 20°C temperiert und
wurde mit Stickstoffgas durchströmt. An dieser Stelle der Pro
zeßkette betrug die Dicke der 200-mm-Scheiben 765 µm und die
Dicke der 300-mm-Scheiben 815 µm.
Für dieses Vergleichsbeispiel standen 200-mm-Siliciumscheiben
mit geätzter Oberfläche zur Verfügung, die wie oben angegeben
prozessiert waren. Außerdem standen fünf Läuferscheiben aus
rostfreiem Chromstahl mit geläppter Oberfläche und einer Dicke
von 720 µm zur Verfügung, die über jeweils sechs kreisförmige,
in gleichen Abständen auf einer Kreisbahn angeordnete, mit Po
lyamid ausgekleidete Aussparungen vom Innendurchmesser 200,5 mm
verfügten und die gleichzeitige Politur von 30 200-mm-Silicium
scheiben auf einer Doppelseitenpoliermaschine des Typs AC2000
von Fa. Peter Wolters ermöglichten.
Schritt (a): Der Doppelseitenpolierschritt wurde mit einem han
delsüblichen, mit Polyethylenfasern verstärkten Polyurethan-
Poliertuch SUBA500 von Fa. Rodel mit der Härte 74 (Shore A),
welches jeweils am oberen und dem unteren Polierteller mittels
eines druckadhäsiven Klebers befestigt war, unter Verwendung
eines wäßrigen Poliersols des Typs Levasil 200 von Fa. Bayer
mit einem SiO2-Feststoffgehalt von 3 Gew.-% und einem durch Ka
liumcarbonat- und Kaliumhydroxidzugaben auf einen auf 11,0 ein
gestellten pH-Wert unter einem Anpreßdruck von 0,20 bar durch
geführt. Die Politur erfolgte bei einer Temperatur des oberen
und des unteren Poliertellers von jeweils 40°C und führte zu
einer Abtragsrate von 0,63 µm/min. Pro Scheibenseite wurden je
weils 20 µm Silicium abgetragen.
Schritt (b): Die Zuführung des Poliermittel wurde nach Errei
chen einer Dicke der polierten Scheiben von 725 µm beendet und
für einen Zeitraum von 3 min durch die Zuführung eines Stopp
mittels ersetzt, welches aus eine Mischung aus 3 Gew.-% Levasil
200 und 1 Vol-% n-Butanol in Wasser bestand, wobei unterer Po
lierteller, oberer Polierteller und Läuferscheiben weiter be
wegt wurden und der Druck auf 0,05 bar reduziert wurde.
Schritt (c): Nach dem Hochfahren und Ausschwenken des oberen
Poliertellers wiesen die Vorderseiten der fertig polierten, in
den Läuferscheibenaussparungen positionierten Siliciumscheiben
teilweise mit der Stoppmischung benetzte und teilweise trockene
Bereiche auf. Nach Entfernen der fünf Läuferscheiben wurden die
Siliciumscheiben manuell von einem erfahrenen Operateur aus der
Poliermaschine entfernt, indem jede einzelne Scheibe durch die
mit Latexhandschuhen geschützten Finger an zwei gegenüberlie
genden Stellen des Scheibenrandes gegriffen und zur Überwindung
der Kapillarkräfte solange auf Biegung beansprucht wurde, bis
sich an beiden Seiten ein größer werdender Spalt zwischen Po
liertuch und Siliciumscheibe bildete, der die Scheibe langsam
freigab. Die vom Poliertuch gelösten Scheiben wurden einzeln in
eine Prozeßhorde eingestellt, die sich in einem mit Reinstwas
ser gefüllten offenen Bad befand. Der Vorgang des Entladens der
Maschine dauerte insgesamt 4 Minuten für 30 Scheiben einer Po
lierfahrt.
Schritt (d): Die gemäß der Schritte (a) bis (c) behandelten Si
liciumscheiben wurden in einer Batch-Reinigungsanlage mit der
Badsequenz wäßrige Flußsäure - Reinstwasser - TMAH/H2O2/Mega
schall - Reinstwasser gereinigt und in einem mit i-Propanol
nach dem Marangoniprinzip arbeitenden handelsüblichen Trockner
getrocknet. Es folgte eine visuelle Beurteilung von Vordersei
te, Rückseite und Kante aller so prozessierten Scheiben in ei
ner abgedunkelten Beurteilungskammer unter stark gebündeltem
Licht. Von insgesamt 1500 in 50 Polierfahrten polierten 200-mm-
Scheiben erfüllten 89 Scheiben aufgrund von Kratzern und 62
Scheiben aufgrund von Flecken die für eine Weiterbearbeitung
der Scheiben vorgegebenen Qualitätsmerkmale nicht; die Ausbeute
an spezifikationsgerechten Scheiben betrug damit 89,9%. Wäh
rend der Anteil an verkratzten Siliciumscheiben statistisch
verteilt war, wurde bemerkt, daß der Anteil an fleckenbehafte
ten Siliciumscheiben bei denjenigen Siliciumscheiben am höch
sten war, die in der von den jeweils fünf Läuferscheiben einer
Polierfahrt zuletzt entladenen Läuferscheibe positioniert wa
ren.
Es wurde vorgegangen wie in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben
mit der Ausnahme, daß für den Stoppschritt (b) anstelle der be
schriebenen Mischung auf Levasil/n-Butanol-Basis eine wäßrige
Lösung von 1 Vol-% Glycerin, 1 Vol-% n-Butanol und 0,07 Vol-%
eines handelsüblichen Tensids mit dem Markennamen Silapur (Zu
bereitung auf der Basis von Alkylbenzolsulfonsäure und Amin
ethoxylat; Hersteller Fa. ICB) eingesetzt wurde. Nach dem Hoch
fahren und Ausschwenken des oberen Poliertellers waren die Vor
derseiten der fertig polierten, in den Läuferscheiben
aussparungen positionierten Siliciumscheiben vollständig mit
Stoppflüssigkeit benetzt. Der Vorgang des Entladens der Maschi
ne dauerte auch diesmal insgesamt 4 Minuten für 30 Scheiben ei
ner Polierfahrt. Von wiederum ingesamt 1500 in 50 Polierfahrten
polierten 200-mm-Scheiben erfüllten 94 Scheiben aufgrund von
Kratzern und 7 Scheiben aufgrund von Flecken die für eine Wei
terbearbeitung der Scheiben vorgegebenen Qualitätsmerkmale
nicht; die Ausbeute an spezifikationsgerechten Scheiben betrug
in diesem Vergleichsbeispiel damit 93,3%.
Für dieses Vergleichsbeispiel stand ein mit einem Haltegriff
versehener Vakuumsauger aus Polypropylen zur Verfügung, der
über drei Saugnäpfe aus Weich-PVC mit einem Durchmesser von je
weils 22 mm verfügte, die in Form eines gleichschenkligen Drei
ecks mit einer Höhe von 143 mm und einer Basis von 73 mm ange
ordnet waren. Außerdem stand ein handelsüblicher 200-mm-
Naßeinhorder zur Aufnahme der polierten Siliciumscheiben zur
Verfügung, der mit Reinstwasser gefüllt war. Es wurde vorgegan
gen wie in Vergleichsbeispiel 1 beschrieben mit dem Unter
schied, daß die Läuferscheiben bei der Scheibenentnahme in
Schritt (c) in ihrer Position belassen wurden und die Scheiben
entnahme einzeln mit Hilfe des bei einem Absolutdruck von 0,3 bar
betriebenen Vakuumsaugers durchgeführt wurde, wobei das Ab
heben der 200-mm-Siliciumscheiben vom Poliertuch durch azent
risches Aufsetzen der Saugnäpfe auf die Scheibenvorderseite un
ter Beanspruchung der Scheibe auf Biegung bei Anwendung einer
Abhebekraft von etwa 10 N problemlos möglich war. Auf diese
Weise dauerte der Vorgang des Erstladens der Maschine gefolgt
von der Eingabe der Siliciumscheiben in den Naßeinhorder insge
samt nur 2 Minuten für 30 Scheiben einer Polierfahrt. Die ring
förmigen Kontaktflächen zwischen Scheibenvorderseite und Saug
näpfen verfärbten sich durch unmittelbar einsetzende chemische
Ätzung bei allen so entladenen Siliciumscheiben blau, wobei die
Blaufärbung auch nach Reinigung und Trocknung erhalten blieb.
Da alle mit diesem Fehler behaftete Scheiben nicht spezifika
tionsgerecht waren, wurde der Versuch nach zwei Polierfahrten
abgebrochen.
Zur Politur von 200-mm-Siliciumscheiben wurde vorgegangen wie
in Vergleichsbeispiel 2 beschrieben mit dem Unterschied, daß
die Scheibenentnahme von dem Polierteller ohne Entfernung der
Läuferscheiben unter Einsatz des Vakuumsaugers und des Naßein
horders wie in Vergleichsbeispiel 3 beschrieben innerhalb von 2
Minuten erfolgte. Die vollständige Benetzung der Siliciumschei
ben mit dem eingesetzten Stoppmittel auf Glycerinbasis verhin
derte eine Verfärbung der Kontaktflächen zwischen Scheibenvor
derseite und Saugnäpfen. Von insgesamt 1500 in 50 Polierfahrten
polierten 200-mm-Scheiben erfüllten 17 Scheiben aufgrund von
Kratzern und 12 Scheiben aufgrund von Flecken die für eine Wei
terbearbeitung der Scheiben vorgegebenen Qualitätsmerkmale
nicht; die Ausbeute an spezifikationsgerechten Scheiben betrug
damit 98,1%.
Es wurde vorgegangen wie in Beispiel 1 beschrieben mit dem Un
terschied, daß diesmal geätzte Siliciumscheiben mit einem
Durchmesser von 300 mm und einer Dicke von 815 µm eingesetzt
wurden. Entsprechend wurden fünf Läuferscheiben aus rostfreiem
Chromstahl mit geläppter Oberfläche und einer Dicke von 770 µm
eingesetzt, die über jeweils drei kreisförmige, in gleichen Ab
ständen auf einer Kreisbahn angeordnete, mit Polyamid ausge
kleidete Aussparungen vom Innendurchmesser 301,0 mm verfügten
und die gleichzeitige Politur von 15 300-mm-Siliciumscheiben
auf derselben Doppelseitenpoliermaschine des Typs AC2000 von
Fa. Peter Wolters ermöglichten. Der Anpreßdruck in Schritt (a)
betrug 0,15 bar, die Abtragsrate 0,60 µm/min und die Dicke der
Siliciumscheiben nach Schritt (a) 775 µm. Es wurde in Schritt
(c) derselbe Vakuumsauger eingesetzt, jedoch ein handelsübli
cher Naßeinhorder für 300-mm-Scheiben von gleicher Bauart wie
der 200-mm-Naßeinhorder. Bei der Bearbeitung von 300-mm-Schei
ben dauerte der Vorgang des Entladens der Maschine gefolgt von
der Eingabe der Siliciumscheiben in den Naßeinhorder insgesamt
nur 1,5 Minuten für 15 Scheiben einer Polierfahrt. Von insge
samt 750 in 50 Polierfahrten polierten 300-mm-Scheiben erfüll
ten 8 Scheiben aufgrund von Kratzern und 7 Scheiben aufgrund
von Flecken die für eine Weiterbearbeitung der Scheiben vorge
gebenen Qualitätsmerkmale nicht; die Ausbeute an spezifika
tionsgerechten Scheiben betrug damit 98,0%.
Es wurde vorgegangen wie in Beispiel 2 beschrieben mit dem Un
terschied, daß Schritt (b) ähnlich einer bevorzugten Ausfüh
rungsform der EP 684 634 A2 wie folgt ausgeführt wurde: Die Zu
führung des aus Levasil 200, Kaliumcarbonat und Kaliumhydroxid
bestehenden Abtragspoliermittels wurde nach Erreichen einer
Dicke der polierten Scheiben von 775 µm beendet und für einen
Zeitraum von 3 min durch die Zuführung eines Stoppmittels er
setzt, welches aus eine Mischung des Poliermittels Glanzox 3900
von Fa. Fujimi mit Reinstwasser bestand und bei einem SiO2-Fest
stoffgehalt von 2 Gew.-% einen pH-Wert von 10 aufwies, wobei
unterer Polierteller, oberer Polierteller und Läuferscheiben
weiter bewegt wurden und der Druck auf 0,10 bar reduziert wur
de. Es folgte ein 2-minütiger Spülschritt mit Reinstwasser un
ter Beibehaltung der Rotationsverhältnisse und einer weiteren
Druckreduktion auf 0,05 bar. Nach Hochfahren und Ausschwenken
des oberen Poliertellers wurde auch in diesem Falle eine voll
ständige Benetzung der Siliciumscheiben beobachtet, die wiede
rum be ider Scheibenentnahme mittels Vakuumsauger eine Verfär
bung der Kontaktflächen zwischen Scheibenvorderseite und Saug
näpfen verhinderte. Die Entladezeit pro Polierfahrt betrug 1,5
Minuten. Von insgesamt 750 in 50 Polierfahrten polierten
300-mm-Scheiben erfüllten 6 Scheiben aufgrund von Kratzern und 15
Scheiben aufgrund von Flecken die für eine Weiterbearbeitung
der Scheiben vorgegebenen Qualitätsmerkmale nicht; die Ausbeute
an spezifikationsgerechten Scheiben betrug damit 97,2%.
Damit lassen sich die durchgeführten Vergleichsbeispiele (V1
bis V3) und Beispiele (B1 bis B3) wie folgt unterscheiden:
Aus der Tabelle wird auch die Leistungsfähigkeit des erfin
dungsgemäßen Verfahrens, insbesondere hinsichtlich Entnahme
zeit, Automatisation und Ausbeute, deutlich.
Claims (16)
1. Verfahren zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben,
im wesentlichen umfassend die folgenden Einzelschritte:
- a) gleichzeitiges Polieren der Vorderseite und der Rückseite von Halbleiterscheiben unter Zuführung eines alkalischen Po liersols zwischen zwei sich drehenden Poliertellern, die beide mit einem Poliertuch bedeckt sind;
- b) gleichzeitiges Behandeln der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterscheiben unmittelbar nach Schritt (a) unter Zu führen einer Flüssigkeit oder mehrerer Flüssigkeiten, um eine vollständige Benetzung der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterscheiben mit einem Film zu erzielen;
- c) Aufnahme der gemäß der Schritte (a) und (b) prozessierten Halbleiterscheiben von einem der beiden Polierteller mittels eines Vakuumsaugers und Überführung der Halbleiterscheiben in ein wäßriges Bad; und
- d) Reinigung und Trocknung der Halbleiterscheiben.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Halbleiterscheiben während der Einzelschritte (a) und (b) in
Aussparungen von Läuferscheiben liegen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dicke der Läuferscheiben um 2 bis 20 µm geringer bemessen ist
als die Dicke der fertig polierten Halbleiterscheiben.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß durch Schritt (a) eine Dickenreduktion der
Halbleiterscheiben um 2 bis 100 µm bewirkt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß das in Schritt (a) eingesetzte alkalische Po
liersol in wesentlichen aus einer Suspension von Siliciumdi
oxidteilchen und einer anorganischen und/oder einer organischen
Base in Reinstwasser besteht, die einen pH-Wert von 9 bis 12
besitzt und kontinuierlich zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß der in Schritt (b) erzeugte Film in einem
nachfolgenden Reinigungsschritt vollständig entfernt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß der in Schritt (b) erzeugte Film aus einer
Verbindung oder mehreren Verbindungen besteht, die zu den Ver
bindungsklassen mehrwertige Alkohole und/oder Polyalkohole
und/oder Tenside gehören.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Film zumindest teilweise aus Glycerin besteht.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
Film zumindest teilweise aus Polyetherpolyol und/oder Polyvi
nylalkohol besteht.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
in Schritt (b) erzeugte Film aus einem Tensid besteht, dessen
Aufbringung derart erfolgt, daß zunächst eine Mischung aus wäß
rigem Poliersol und Tensid und anschließend für eine kurze
Zeitdauer Reinstwasser zugeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Aufnahme der Halbleiterscheiben von einem
der beiden mit einem Poliertuch bedeckten Poliertellern in
Schritt (c) mittels eines Vakuumsaugers erfolgt, wobei die
Scheiben zunächst einseitig so angesaugt werden, daß sich durch
Verformung ein Spalt zwischen Poliertuch und Scheibe bildet,
und anschließend vertikal abgehoben werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
jede Halbleiterscheibe einzeln abgehoben wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
alle in einer Läuferscheibe befindlichen Halbleiterscheiben
gleichzeitig abgehoben werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Vakuumsauger über zumindest zwei Saug
stellen pro abzuhebende Halbleiterscheibe verfügt, die als
Saugnäpfe aus einem weichen Kunststoff und/oder als mit Polier
tuch beklebte Saugflächen ausgeführt sind und mit einem Abso
lutdruck zwischen 0,05 und 0,8 bar betrieben werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge
kennzeichnet, daß das in Schritt (c) eingesetzte wäßrige Bad
Reinstwasser enthält.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge
kennzeichnet, daß das in Schritt (c) eingesetzte wäßrige Bad
Reinstwasser mit geringen Zusätzen an Säuren oder Basen und/
oder oxidierenden Substanzen und/oder Tensiden enthält.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999158077 DE19958077A1 (de) | 1999-12-02 | 1999-12-02 | Verfahren zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben |
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DE1999158077 DE19958077A1 (de) | 1999-12-02 | 1999-12-02 | Verfahren zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben |
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