DE19958077A1

DE19958077A1 - Verfahren zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben

Info

Publication number: DE19958077A1
Application number: DE1999158077
Authority: DE
Inventors: Guido Wenski; Dieter Seifert
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 1999-12-02
Filing date: 1999-12-02
Publication date: 2001-06-13

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.

Doppelseiten-Polierschritt (a)

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.

Stoppschritt (b)

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.

Entnahmeschritt (c)

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.

Reinigungs-/Trocknungsschritt (d)

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 SFQR_max 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.

Vergleichsbeispiel 1

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.

Vergleichsbeispiel 2

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%.

Vergleichsbeispiel 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.

Beispiel 1

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%.

Beispiel 2

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%.

Beispiel 3

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

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.