DE10023002B4

DE10023002B4 - Satz von Läuferscheiben sowie dessen Verwendung

Info

Publication number: DE10023002B4
Application number: DE10023002A
Authority: DE
Inventors: Guido Dr.Dipl.-Chem. Wenski; Gerhard Heier; Wolfgang Winkler; Thomas Dipl.-Ing. Altmann (Fh)
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2000-05-11
Filing date: 2000-05-11
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2020-05-12
Also published as: TW495417B; JP3984434B2; US6514424B2; JP2001358095A; KR100475691B1; DE10023002A1; US20010047978A1; KR20010104243A

Abstract

Satz von Läuferscheiben (1) aus Stahl zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben (H), wobei jede Läuferscheibe (1) des Satzes mindestens eine Aussparung (5) mit einer Kunststoffauskleidung (6) zur Aufnahme der Halbleiterscheibe (H) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Satz nur Läuferscheiben (1) umfasst, deren Dickenunterschied höchstens 5 μm beträgt, und jede Läuferscheibe (1) des Satzes mindestens ein eindeutiges Identifizierungsmerkmal (2, 3) besitzt, das die Läuferscheibe (1) dem Satz zuordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Satz von Läuferscheiben (englisch: carrier) nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie dessen Verwendung.

Ein Verfahren zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben zwischen mehreren oberen Polierköpfen und einem unteren Polierteller, die jeweils rotieren, ist in der US 36 91 694 beschrieben. Dabei wird zum Halten von Halbleiterscheiben pro Polierkopf je eine Maske aus Kunststoff eingesetzt, die an einem Führungsring befestigt ist, der separat in Rotation versetzt wird. In dem Fachartikel von MENDEL, E. und HAUSE, J.R.: Multiple Wafer Free Polishing – Part 1, in: IBM Technical Report, TR 22.2342, präsentiert auf dem Spring Meeting of the Electrochemical Society in Boston, Massachusetts, am 10.05.1979, werden für die beidseitige Politur Läuferscheiben aus faserverstärktem Kunststoff vorgeschlagen, die über Aussparungen zur Aufnahme von Halbleiterscheiben sowie außenliegende Zähne verfügen, über welche sie durch einen äußeren und einen inneren Ring zwischen zwei gegenläufigen rotierenden Poliertellern in eine freie Drehbewegung versetzt werden. Gravierende Nachteile von Kunststoff-Läuferscheiben sind ihre geringe Standzeit und das Bruchrisiko der Halbleiterscheiben während der Politur.

Daher wurden für die beidseitige Politur Läuferscheiben aus Metall, beispielsweise Stahl, entwickelt, die zum Schutz der Kante der Halbleiterscheibe gemäß einer in der EP 02 08 315 B1 beschriebenen Ausführungsform über mit Kunststoff ausgekleidete Aussparungen zur Aufnahme der Halbleiterscheiben verfügen. Die Befestigung der Auskleidungen erfolgt dabei entweder durch Einkleben von Kunststoffringen oder durch Einspritzen von Kunststoff in die Aussparungen und Ausstanzen der Öffnungen für die Halbleiterscheiben. Beide Vorgehensweisen führen nicht zu einer dauerhaften Stabilität der Auskleidungen. Noch anfälliger im Dauergebrauch sind derartige Kunststoffauskleidungen, wenn sie gemäß EP 01 97 214 A2 in die Aussparungen der Läuferscheiben lediglich eingelegt werden.

Weiterentwicklungen von Läuferscheiben für den genannten Anwendungszweck beinhalten den Einbau von Abtragsbegrenzern, beispielsweise aus Stahl oder Hartstoffen ( US 54 22 316 A ), sowie von Teilen zum Abrichten beziehungsweise Konditionieren des Poliertuchs während der Politur, beispielsweise Schleifkörpern oder Bürsten ( EP 08 87 152 A2 ), und die Auskleidung der Aussparungen mit einer profilierten Vorrichtung zur gleichzeitigen Politur der Kanten der Halbleiterscheiben ( US 59 14 053 A ). Die Anwendung von derartigen Läuferscheiben hat sich im Betriebsalltag aus vielfältigen Gründen, beispielsweise des Auftretens von Polierkratzern, des negativen Einflusses auf die Geometriewerte der Halbleiterscheiben und der mangelhaften Stabilität im Dauergebrauch, als unmöglich erwiesen.

Zur Erzielung der für moderne Verfahren zur Herstellung von elektronischen Halbleiter-Bauelementen, beispielsweise der verzerrungsfreien Aufbringung von Fotomasken, geforderten hohen lokalen Ebenheiten wurde ein Verfahren zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben entwickelt, das in der deutschen Druckschrift DE 199 05 737 A1 beansprucht ist und ein enges Fenster von 2 μm bis 20 μm für die Dickendifferenz zwischen fertig polierter Halbleiterscheibe und Läuferscheibe zum Gegenstand hat. Mit diesem Verfahren lassen sich Halbleiterscheiben mit lokalen Ebenheitswerten, ausgedrückt als SFQR_max für ein Raster mit Bauelementeflächen von 25 mm × 25 mm, von gleich oder kleiner 0,13 μm erzielen, die für Halbleiterbauelemente-Prozesse mit Linienbreiten gleich oder kleiner 0,13 μm erforderlich sind. In einer bevorzugten Ausführungsform werden mit Kunststoff ausgekleidete Läuferscheiben aus Stahl eingesetzt.

Nachteil aller Verfahren nach dem Stand der Technik ist, dass die von der Bauelementeindustrie geforderte scheibentreue Herstellung von Halbleiterscheiben nicht möglich ist. Unter scheibentreuer Herstellung versteht der Fachmann dabei, dass die durch Aufsägen eines Kristalls in eine Vielzahl von Halbleiterscheiben erzeugte Reihenfolge der Scheiben während der weiteren Prozessierung bis hin zum Endprodukt beibehalten wird. Die teilweise angewandte Praxis, Identifizierungsmerkmale in die Läuferscheiben für die beidseitige Politur einzuritzen oder einzuschlagen, hat sich als nicht zielführend erwiesen, da sie zu lokalen Verformungen der Läuferscheiben führen. Dies wiederum hat zur Folge, dass die Geometrie der polierten Halbleiterscheiben, insbesondere die Ebenheit beeinträchtigt ist und das Risiko besteht, dass die Halbleiterscheiben beim Polieren verkratzt werden.

Es war daher die Aufgabe gestellt, eine vorteilhaftere Lösung zu finden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Satz von Läuferscheiben aus Stahl zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben, wobei jede Läuferscheibe des Satzes mindestens eine Ausspurung mit einer Kunststoffauskleidung zur Aufnahme der Halbleiterscheibe aufweist, wobei der Satz nur Läuferscheiben umfasst, deren Dickenunterschied höchstens 5 μm beträgt, und jede Läuferscheibe des Satzes mindestens ein eindeutiges Identifizierungsmerkmal besitzt, das die Läuferscheibe dem Satz zuordnet.

Die voranstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Verwendung nach dem Patentanspruch 6.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Satzes von Läuferscheiben sind Gegenstand der auf den Patentanspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche 2 bis 5.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, dass jede der sehr eben gefertigten Läuferscheiben aus Stahl mindestens ein eindeutiges Identifizierungsmerkmal besitzt, das eine scheibentreue Handhabung der Halbleiterscheiben ermöglicht, ohne dass dadurch das Polierergebnis negativ beeinträchtigt wird.

Die Halbleiterscheiben mit Durchmessern von gleich oder größer 200 mm und Dicken von 500 μm bis 1000 μm können entweder direkt als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Halbleiterbauelementen eingesetzt werden oder nach Durchführung eines Polierschrittes zur Erzeugung einer schleierfreien Oberfläche und/oder nach Aufbringen von Schichten wie Rückseitenversiegelungen oder einer epitaktischen Beschichtung der Scheibenvorderseite und/oder nach Konditionierung durch eine Wärmebehandlung ihrem Bestimmungszweck zugeführt werden. Neben der Herstellung von Scheiben aus einem homogenen Material kann die Erfindung natürlich auch zur Herstellung von mehrschichtig aufgebauten Halbleitersubstraten wie SOI-Scheiben (silicon-on-insulator) eingesetzt werden.

Die weitere Beschreibung der Erfindung erfolgt am Beispiel der Politur von Siliciumscheiben.

Prinzipiell ist es möglich, eine Anzahl beispielsweise durch ein Innenloch- oder Drahtsägeverfahren gesägter Siliciumscheiben direkt dem erfindungsgemäßen beidseitigen Polierschritt zu unterziehen. Es ist jedoch bevorzugt, die scharf begrenzten und daher mechanisch sehr empfindlichen Scheibenkanten mit Hilfe einer geeignet profilierten Schleifscheibe zu verrunden. Weiterhin ist es zwecks Verbesserung der Geometrie und teilweisem Abtrag der zerstörten Kristallschichten bevorzugt, die Siliciumscheiben abtragenden Schritten wie Läppen und/oder Schleifen und/oder Ätzen zu unterziehen, um den Materialabtrag im erfindungsgemäßen Polierschritt zu reduzieren. Besonders bevorzugt ist beidseitiges sequenzielles Oberflächenschleifen unter Abtrag von 10 μm bis 50 μm Silicium pro Seite gefolgt von einem sauren Ätzschritt in einer Mischung aus konzentrierter wässriger Salpetersäure und konzentrierter wässriger Flusssäure unter Abtrag von 5 μm bis 20 μm Silicium pro Seite und einer Politur der Kante der Siliciumscheiben, wobei alle genannten Schritte nach dem Stand der Technik ausgeführt werden.

Zur Durchführung des Polierschrittes kann eine handelsübliche Maschine zur beidseitigen Politur geeigneter Größe verwendet werden, welche die gleichzeitige Politur von mindestens drei Siliciumscheiben unter Verwendung von mindestens drei Läuferscheiben ermöglicht. Besonders bevorzugt ist der gleichzeitige Einsatz von vier bis sechs Läuferscheiben, die mit jeweils mindestens drei in gleichen Abständen auf einer kreisförmigen Bahn angeordneten Siliciumscheiben belegt sind. Die Poliermaschine besteht im Wesentlichen aus einem frei horizontal drehbaren unteren Polierteller und einem frei horizontal drehbaren oberen Polierteller, die jeweils beide mit Poliertuch bedeckt, bevorzugt beklebt sind, und erlaubt unter kontinuierlicher Zuführung eines Poliermittels geeigneter chemischer Zusammensetzung das beidseitige abtragende Polieren. Die Läuferscheiben verfügen über geeignet dimensionierte Aussparungen zur Aufnahme der Siliciumscheiben, die während des Polierens auf einer durch Maschinen- und Prozessparameter bestimmten geometrischen Bahn, beispielsweise einer Kreisbahn oder einer Zykloidenbahn, gehalten werden. Zur Erzielung von sehr hohen Ebenheitswerten der fertig polierten Siliciumscheiben ist eine Hypozykloiden- oder eine Epizykloidenbahn besonders bevorzugt. Die Läuferscheiben sind beispielsweise mit einer Triebstock-Stiftverzahnung oder einer Evolventenverzahnung mit der Poliermaschine über einen sich drehenden inneren und einen sich gegenläufig drehenden äußeren Stift- oder Zahnkranz in Kontakt und werden dadurch in eine rotierende Bewegung zwischen den beiden gegenläufig rotierenden Poliertellern versetzt.

Das Material der eingesetzten Läuferscheiben muss folgende Voraussetzungen erfüllen: (1) Es muss gegenüber den durch den Stift- oder Zahnantrieb und den Polierdruck verursachten mechanischen Beanspruchungen, vor allem den Druck- und Zugbelastungen, ausreichende mechanische Stabilität aufweisen. (2) Es muss im Hinblick auf den sich sehr oft wiederholenden Poliervorgang unter Polierbedingungen eine hohe Abriebstabilität besitzen. (3) Es darf während der Politur keine messbaren Mengen an Metallen freisetzen, die unter Polierbedingungen, das heißt im alkalischen Medium bei Temperaturen von 20 bis 50 °C und Vorliegen einer ungeschützten Oberfläche der Siliciumscheibe, in das Siliciumgitter eindiffundieren können. Beispiele für derartige Metalle sind Nickel, Kupfer und Edelmetalle. (4) Darüber hinaus muss das Material zur Herstellung sehr ebener, spannungs- und wellenfreier Läuferscheiben in der gewünschten Dicke und Geometrie geeignet sein. Sehr ebene Läuferscheiben sind Läuferscheiben, die innerhalb eines bei der beidseitigen Politur gleichzeitig eingesetzten Satzes an Läuferscheiben, beispielsweise fünf Läuferscheiben, einen Dickenunterschied von bevorzugt gleich oder kleiner 5 μm, besonders bevorzugt gleich oder kleiner 3 μm besitzen.

Unter Berücksichtigung der aufgeführten Bedingungen haben sich im Rahmen der Erfindung Läuferscheiben aus Stahl als geeignet erwiesen, insbesondere solche aus nichtrostendem Chromstahl die keine Zusätze von Nickel oder Kupfer enthalten. Besonders bevorzugt ist ein Stahl mit der deutschen Werkstoffnummer 1.4034 (DIN-Kurzname "X 46 Cr 13"), der neben Eisen 12,5-14,5 Gew.-% Chrom und 0,43-0,50 Gew.-% Kohlenstoff als Legierungsbestandteile enthält. Entsprechende Stahltypen werden in anderen Erzeugerländern mit der dort gültigen Typenbezeichnung teilweise ebenfalls angeboten, beispielsweise unter der Nummer 420 C in den Vereinigten Staaten von Amerika.

Der für die Läuferscheiben verwendete Stahl wird in der Regel als Blech bezogen, dessen Dicke geringfügig, beispielsweise um 10 bis 100 μm, dicker ist als die daraus herzustellende Läuferscheibe. Die Kontur der Läuferscheiben wird nach in der Metallbearbeitung üblichen Verfahren aus dem Stahlblech herausgetrennt, beispielsweise durch Sägen oder Laserschneiden oder Schneiden mit einem Wasserstrahl. Dabei werden pro Läuferscheibe ein oder mehrere bevorzugt kreisförmige Bereiche entfernt, die für die spätere Aufnahme der Siliciumscheiben vorgesehen sind. Besonders bevorzugt bleiben in den Aussparungen zur Aufnahme der Siliciumscheiben Zapfen zur Verankerung der Kunststoffausspritzung stehen. Außerdem wird ein äußerer Kranz von Zähnen erzeugt, welcher in Kontakt mit den Antriebsstift- oder -zahnkränzen der Poliermaschine tritt. Bevorzugt werden weitere Bereiche entfernt, die während der Politur unbelegt bleiben, um den Poliermittel- und Stoppmittelfluss zu optimieren; dabei sind verschiedene, auch unregelmäßige Formen möglich. Darüber hinaus kann die Entfernung weiterer kleiner, beispielsweise kreisförmiger Bereiche zwecks späterer Positionierung oder Po sitionserkennung auf der Poliermaschine sinnvoll sein. Es ist jedoch zwingend erforderlich, dass ausreichend breite Stege aus Stahlblech unberührt bleiben, um die mechanische Stabilität der Läuferscheibe nicht zu gefährden. Anschließend werden die so hergestellten Läuferscheiben-Rohlinge durch einen Schleifvorgang oder einen Läppvorgang auf Zieldicke abgetragen, wobei die oben erwähnten hohen Ebenheiten erzeugt werden. Es folgt eine Reinigung und gegebenenfalls eine Entgratung, beispielsweise durch eine mechanische Bearbeitung oder durch Elektropolitur.

Die sehr ebenen, gereinigten Läuferscheiben-Metallkörper werden in den nächsten Schritten zur Vorbereitung ihres Einsatzes in der beidseitigen Politur zunächst mit mindestens einem Identifizierungsmerkmal versehen, und anschließend erfolgt eine Auskleidung der Aussparungen zur Aufnahme der Siliciumscheiben mit Kunststoff. Die beiden Schritte können jedoch problemlos auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden.

An ein im Rahmen der Erfindung aufgebrachtes Identifizierungsmerkmal werden folgende Anforderungen gestellt: (1) Jede einzelne Läuferscheibe muss eindeutig bezeichnet sein. Besitzt der verwendete Typ von Läuferscheiben mehrere Aussparungen zur Aufnahme von Siliciumscheiben, ist es wünschenswert, auch diese mit einem Unterscheidungsmerkmal zu versehen. (2) Das Identifizierungsmerkmal darf die lokale Ebenheit der Läuferscheibe in diesem Bereich, beispielsweise durch Aufwölbung, Eindellung oder Ausbildung von Graten, nicht negativ beeinträchtigen und während der Politur nicht zu Beschädigung von Siliciumscheibe oder Poliertuch führen. (3) Das Identifizierungsmerkmal muss nach Beendigung der Politur vom menschlichen Auge und/oder von einer maschinellen Detektionseinrichtung lesbar sein.

Zur Erfüllung der Anforderungen sind verschiedene technische Realisierungen möglich, die einerseits auf der Verwendung von vom Operateur lesbarer Klarschrift, beispielsweise einer Folge von Zahlen, Buchstaben und/oder Sonderzeichen, oder Geräte-lesbarer codierter Schrift, beispielsweise einem sogenannten Barcode, und andererseits auf den Techniken Ausschneiden, bei spielsweise durch Laserschneiden, Ausfräsen oder Ätzentfernung von Läuferscheibenmaterial beruhen und alle bevorzugt sind. Im Rahmen der Erfindung hat sich das Prinzip der Aufbringung von Klarschrift einer Zeichenhöhe von 2 bis 20 mm und einer Beschriftungstiefe von 10 bis 50 μm durch elektrochemisches Ätzen bewährt und ist daher besonders bevorzugt. Dabei wird jeder Läuferscheibe eine individuelle Zeichenfolge zugeordnet, die Informationen über die Kennzeichnung des Läuferscheibensatzes und vorzugsweise über den Durchmesser und die vorgesehene Enddicke der zu polierenden Siliciumscheiben, die Nummer der Läuferscheibe in besagtem Läuferscheibensatz und gegebenenfalls weitere Angaben enthält. Enthalten die Läuferscheiben mehrere Aussparungen zur Aufnahme von Siliciumscheiben, werden besonders bevorzugt neben diese fortlaufende Nummern aufgebracht. Für das elektrochemische Aufbringen von Zeichen und Zeichenfolgen auf Metalloberflächen bietet der Handel Beschriftungsgeräte an, die derart arbeiten, dass durch Anlegen von elektrischem Strom in Gegenwart eines Elektrolyten unter Verwendung beispielsweise eines Stempels oder einer Schablone gezielt Metall entfernt wird.

Die Läuferscheiben besitzen eine oder mehrere Aussparungen bevorzugt in Kreisform zur Aufnahme von einer oder mehrerer Siliciumscheiben. Um während des Polierens eine Beschädigung der Scheibenkante durch die Innenkante der Aussparung in der Läuferscheibe zu verhindern, wird die Innenseite der Aussparungen mit einer Beschichtung von gleicher Dicke wie die Läuferscheibe ausgekleidet. An diese Auskleidung sind folgende Bedingungen gestellt: (1) Sie muss bei ausreichend hoher mechanischer und Abriebstabilität weich genug sein, um eine Beschädigung der Kante der Siliciumscheiben während der Politur zu verhindern. (2) Sie muss unter Polierbedingungen chemisch beständig sein. (3) Sie muss kostengünstig aufzubringen und auszutauschen sein.

Die genannten Bedingungen werden von verschiedenen Kunststoffen erfüllt, beispielsweise von Polyamid (PA), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC) und Polyvinylidendifluorid (PVDF), die alle gleichermaßen bevorzugt sind. Die Kunststoffe können gegebenenfalls verstärkende inerte Füllstoffe, beispielsweise Glasfasern oder Glaskügelchen, enthalten. Um eine freie Beweglichkeit der Siliciumscheibe in der so mit Kunststoff ausgekleideten Aussparung der rotierenden Läuferscheibe zu gewährleisten, muss die ausgekleidete Aussparung geringfügig größer im Durchmesser sein als die zu polierenden Siliciumscheiben. Ein um 0,1 mm bis 2 mm größerer Durchmesser ist bevorzugt; ein um 0,3 bis 1,3 mm größerer Durchmesser ist besonders bevorzugt. Bevorzugt ist ein Aufbringverfahren für derartige Kunststoffauskleidungen nach dem Extrusionsprinzip, wobei in einer erwärmten Spritzform geeigneter Geometrie, welche die jeweilige Aussparung der Läuferscheibe umfasst, ein Kunststoffring erzeugt wird, der besonders bevorzugt außen über Stege der Läuferscheibe fest mit dieser verbunden ist und innen ein der Siliciumscheibe zugewandtes rechteckiges oder abgerundetes Profil besitzt.

Der Metallkörper der Läuferscheiben hat erfahrungsgemäß eine Lebensdauer von mehreren Tausend Polierfahrten beziehungsweise mehreren Tausend Einsatzstunden in der beidseitigen Politur. Dagegen stellt die Kunststoffauskleidung der Aussparungen ein Verschleißteil dar. So können aus der Auskleidung nach einer Einsatzzeit in der Politur von einigen Hundert Stunden Teile herausbrechen. Auch eine allmähliche Abnutzung ist in gewissen Fällen zu beobachten, die Fremdpartikel, beispielsweise Siliciumdioxid (SiO₂) aus einem eingesetzten Poliermittel, binden kann. Insbesondere eine polierte Kante der Siliciumscheibe kann nach zu langem Gebrauch der Auskleidungen durch diese Effekte Schaden nehmen, was zum Ausfall der entsprechenden Siliciumscheiben führt; außerdem besteht ein nennenswertes Risiko, dass Vorder- und/oder Rückseite der Siliciumscheiben durch abgelöste Teile verkratzt werden.

Daher ist daher empfehlenswert, die Kunststoffauskleidungen der Aussparungen periodisch auszutauschen. Das Austauschintervall hängt insbesondere von der prozessbedingten Beanspruchung und vom Material der Auskleidungen ab. Bei Verwendung von ungefüllten Kunststoffen und Ausführung der nach folgend beschriebenen bevorzugten Vorgehensweise der beidseitigen Politur ist ein Austausch nach einer Einsatzdauer von 50 bis 500 Stunden bevorzugt, der durch manuelle Entfernung der Auskleidung und erneute Aufbringung von Kunststoff nach dem oben beschriebenen Verfahren erfolgen kann. Der Verschleiß der Auskleidungen lässt sich durch visuelle oder mikroskopische Inspektion feststellen, wodurch ihre Nutzungsdauer im Produktionsbetrieb optimiert werden kann. Es ist auch empfehlenswert, alle die Läuferscheiben betreffenden Daten unter Bezugnahme auf die eindeutige Identifizierung in einer elektronischen Datenbank zu erfassen, die mit einem Leitrechner verknüpft ist, der die Austauschintervalle der Auskleidungen automatisch vorgibt.

Vor ihrem Einsatz in der beidseitigen Politur werden die wie beschrieben vorbereiteten Läuferscheiben gereinigt, bevorzugt unter Beaufschlagung mit Ultraschall in einem wässrigen Bad, das gegebenenfalls einen oder mehrere Zusatzstoffe wie ein Tensid enthalten kann. Zu diesem Zweck eignet sich eine handelsübliche Ultraschallwanne geeigneter Größe.

Die Läuferscheiben besitzen eine bevorzugte Dicke von 500 bis 1000 μm, die sich nach der Enddicke der polierten Siliciumscheiben richtet, welche letztlich vom Durchmesser der Siliciumscheiben und vom geplanten Anwendungszweck abhängt.

Im Rahmen der hinsichtlich der Läuferscheiben und Dickenverhältnisse gemachten Ausführungen wird der beidseitige Polierschritt bevorzugt in der dem Fachmann bekannten Art und Weise durchgeführt. Die zu einem Satz gehörenden und in der Politur einzusetzenden Läuferscheiben werden zunächst so auf den unteren Teller der Poliermaschine gelegt, dass die Identifizierungsmerkmale nach oben gerichtet und dadurch sichtbar sind. Dann werden die Siliciumscheiben manuell oder mit Hilfe einer Vorrichtung in die Aussparungen der Läuferscheiben in einer vorbestimmten Reihenfolge eingelegt, bevorzugt beginnend mit der ersten Aussparung der ersten Läuferscheibe und endend mit der letzten Aussparung der letzten Läuferscheibe.

Die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Satzes von Läuferscheiben hergestellten Halbleiterscheiben aus Silicium besitzen eine lokale Ebenheit SFQR_max von gleich oder kleiner 0,13 μm, bezogen auf eine Bauelementfläche von 25 mm × 25 mm. Die Erzeugung von eindeutigen Identifizierungsmerkmalen auf den Läuferscheiben ohne den Nachteil lokaler Verformungen ermöglicht eine datentechnische Kontrolle der Läuferscheibennutzung und ein scheibentreues Polieren beispielsweise durch Einlegen der Halbleiterscheiben in die Poliermaschine und Entnahme aus der Poliermaschine in derselben Reihenfolge. Das periodische Auswechseln der Kunststoffausspritzungen der Läuferscheibenaussparungen vermeidet Beschädigungen insbesondere der Kanten der Halbleiterscheiben während der beidseitigen Politur und erhöht die Nutzungsdauer der von Natur aus sehr langlebigen Läuferscheiben um ein Vielfaches. Aus diesem Grunde bietet die Erfindung deutliche Kostenvorteile gegenüber Verfahren nach dem Stand der Technik.

Zum nachfolgend beschriebenen Beispiel gehören Figuren, welche die Erfindung verdeutlichen:
1 zeigt eine Läuferscheibe zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben des Durchmessers 300 mm gemäß der Erfindung;
2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 im Bereich der Kunststoffauskleidung einer Aussparung für Halbleiterscheiben;
3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 im Bereich des Identifizierungsmerkmals;
4 zeigt die Anordnung von mehreren der in 1 dargestellten Läuferscheiben in einer Poliermaschine zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben.
Das Beispiel betrifft die beidseitige Politur von Halbleiterscheiben H (Siliciumscheiben) mit einem Durchmesser von 300 mm im Produktionsmaßstab. Die Siliciumscheiben wurden nach dem Stand der Technik durch Drahtsägen eines Einkristalls, Kantenverrunden, beidseitiges sequenzielles Oberflächenschleifen, Ätzen in einem konzentrierten Salpetersäure/Flusssäure-Gemisch und Kantenpolieren hergestellt und besaßen eine Dicke von 805 μm.
Es wurden fünf Läuferscheiben-Rohlinge in der Form bezogen, deren in 1 dargestellter Umriss mittels Laserschneidens aus einem Chromstahlblech (deutsche Werkstoffnummer 1.4034) der Nominaldicke 800 μm hergestellt worden waren. Die Läuferscheiben-Rohlinge zeichneten sich, wie in 1 und 2 dargestellt ist, durch je drei Aussparungen 5 zur Aufnahme von 300-mm-Siliciumscheiben, die über Zapfen 8 zur Verankerung der Kunststoffauskleidung 6 verfügten, weiteren Aussparungen 4 zur Verbesserung der Poliermittelverteilung und einer nach außen gerichteten Zahnreihe 7 aus, die der Evolventenverzahnung der Poliermaschine angepasst war. Die Läuferscheiben 1 wurden in einer geeignet dimensionierten Läppmaschine unter kontinuierlicher Zuführung einer Abrasivstoffe enthaltenden Läppsuspension auf eine Zieldicke von 772 μm geläppt und gereinigt. Eine Charakterisierung aller Bereiche der fünf Läuferscheiben mit einem Dickentaster ergab, dass ihre mittlere Dicke 771 μm bei lokalen Abweichungen von gleich oder kleiner 1 μm betrug.
Zur Aufbringung eines eindeutigen Identifizierungsmerkmals 2, 3 auf die Läuferscheibe 1 stand ein handelsübliches nach dem elektrochemischen Prinzip arbeitendes Beschriftungsgerät des Typs SCRIPTOGRAPH SG 150 von Fa. WHB-Beschriftungstechnik zur Verfügung. Es wurde so vorgegangen, dass mit einem im Lieferumfang enthaltenen Etikettiergerät zunächst Masken mit den aufzubrin genden Zeichenfolgen in geeigneter Größe hergestellt wurden, diese mit Klebestreifen an der entsprechenden Stelle der Läuferscheiben 1 befestigt wurden und unter Anlegen von elektrischem Strom unter Mitwirkung einer schwach sauren wässrigen Elektrolytlösung, die Zitronensäure, Natriumnitrat und Natriumchlorid enthielt, ein Abtrag des Läuferscheibenstahl im Bereich der Zeichen erzielt wurde. Nach Beendigung des Beschriftungsvorganges wurde der betreffende Bereich der Läuferscheibe mit einer schwach alkalischen wässrigen Lösung auf Natriumcarbonatbasis neutralisiert. Die Beschriftungstiefe betrug 30 μm; eine lokale Verformung in diesem Bereich der Läuferscheibe war nicht feststellbar. Das eindeutige Identifizierungsmerkmal bestand, wie in 1 und 3 ersichtlich ist, aus einer individuellen Läuferscheibennummer 3 mit einer Zeichenhöhe von 8 mm und zusätzlich fortlaufenden Nummern 2 mit einer Zeichenhöhe von 12 mm zur Kennzeichnung der Aussparungen 5 für die Aufnahme von Siliciumscheiben. Die individuelle Läuferscheibennummer 3 bestand aus vier durch Schrägstriche separierte Zeichenfolgen und lautete für die in 1 und 3 dargestellte Läuferscheibe 12/775/026/1; dabei steht 12 für den Durchmesser der zu polierenden Siliciumscheibe in Zoll (= inch; entspricht 25,4 mm), 775 für die Dicke der Siliciumscheibe nach der Politur in μm, 026 für die fortlaufende Nummer des aus den fünf Läuferscheiben bestehenden Läuferscheibensatzes und 1 für die individuelle Nummer der betreffenden Läuferscheibe in diesem Satz. Die Nummer 2 der Aussparungen 5 für die Aufnahme von Siliciumscheiben erfolgte mit den Zahlen 1 bis 3.
Anschließend wurde mit Hilfe eines geeignet konstruierten, erwärmten Spritzwerkzeuges durch Extrusion in jede der Aussparungen 5 ein Kunststoffauskleidung 6 aus PVDF eingebracht, die in 1 und 2 dargestellt ist, dieselbe Dicke wie die geläppte Läuferscheibe 1 besaß und außen über die Zapfen 8 verankert und auf der der Kante der Siliciumscheibe zugewandten Seite von rechteckigem Querschnitt war. Der so vorbereitete Satz 026 von fünf Läuferscheiben wurde in einem mit einer wässrigen Tensidlösung gefüllten Ultraschallbad gereinigt, mit Reinstwasser abgespült und getrocknet.
Die fünf Läuferscheiben 1 wurden wie in 4 dargestellt auf einer handelsüblichen Poliermaschine zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben H angeordnet, wobei die Identifizierungsmerkmale 3 und 2 der Läuferscheiben und der Aussparungen 5 nach oben zeigten und dadurch sichtbar waren. Die Poliermaschine bestand im Wesentlichen aus einem mit Poliertuch beklebten oberen Polierteller (nicht dargestellt), einem mit Poliertuch beklebten unteren Polierteller 9, einem inneren Zahnkranz 10 und einem äußeren Zahnkranz 11 und ermöglichte die gleichzeitige beidseitige Politur von 15 Halbleiterscheiben H, in diesem Falle von Siliciumscheiben, des Durchmessers 300 mm. Die Siliciumscheiben wurden in Gruppen zu je 15 Scheiben zur Poliermaschine angeliefert. Bei jedem Poliervorgang wurden diese je 15 Siliciumscheiben derart fortlaufend manuell mit behandschuhten Fingern in die Läuferscheiben eingelegt, dass Siliciumscheibe 1 in Aussparung 1 der Läuferscheibe 12/775/026/1, Siliciumscheibe 2 in Aussparung 2 usw. bis Siliciumscheibe 15 in Aussparung 3 der Läuferscheibe 12/775/026/5 eingelegt wurde.
Als Poliertuch fand ein handelsübliches Produkt aus porösem Polyurethanschaum der Härte 80 (Shore A) Verwendung. Die Politur erfolgte durch gegenläufige Rotation von oberem Polierteller und unterem Polierteller 9, die beide auf 40 °C temperiert waren, unter gleichzeitiger ebenfalls gegenläufiger Rotation von innerem Zahnkranz 10 und äußerem Zahnkranz 11. Dabei wurde unter einem Anpressdruck von 0,125 bar kontinuierlich ein wässriges Poliermittel Levasil 200 von Fa. Bayer mit einem SiO₂-Feststoffgehalt von 3 Gew.-% und einem mit Kaliumcarbonat auf 11,2 eingestellten pH-Wert zugeführt. Die Abtragsrate betrug im Mittel 0,59 μm/min.
Die Zuführung des Poliermittels wurde nach Erreichen einer Dicke der polierten Scheiben von 775 μm beendet, was einem Siliciumabtrag von 30 μm entspricht, und zum Stoppen des Polierprozesses durch sequenzielle Zuführung der nachfolgend aufgeführten Flüssigkeiten unter Beibehaltung der Rotationsverhältnisse ersetzt: (1) 2 Gew.-%ige Mischung des Poliermittels Glanzox 3900 von Fa. Fujimi mit Reinstwasser (3 min; 0,04 bar); (2) Reinstwasser (2 min; 0,02 bar); (3) wässrige Lösung von 1 Vol-% Glycerin, 1 Vol-% n-Butanol und 0,07 Vol-% des Tensids Silapur (Alkylbenzolsulfonsäure/Aminethoxylat, Hersteller Fa. ICB; 2 min; 0,02 bar). Nach dem Hochfahren und Ausschwenken des oberen Poliertellers waren die Vorderseiten der fertig polierten, in den Aussparungen 5 der Läuferscheiben 1 positionierten Siliciumscheiben vollständig mit Stoppflüssigkeit benetzt.
Zur Entnahme der Siliciumscheiben aus der Poliermaschine stand ein mit einem Haltegriff versehener Vakuumsauger aus Polypropylen zur Verfügung, der über drei Saugnäpfe aus Weich-PVC verfügte. Außerdem stand ein handelsüblicher 300-mm-Nasseinhorder zur Aufnahme der polierten Siliciumscheiben zur Verfügung, der mit Reinstwasser gefüllt war. Es wurde so vorgegangen, dass die Läuferscheiben 1 bei der Scheibenentnahme in ihrer Position belassen wurden und die Scheibenentnahme und Überführung in den Nasseinhorder einzeln mit Hilfe des Vakuumsaugers durchgeführt wurde. Dabei wurden die Siliciumscheiben unter Orientierung an den Identifizierungsmerkmalen 2 und 3 in derselben Reihenfolge aus der Poliermaschine entnommen, in der sie vor der Politur eingelegt worden waren, das heißt beginnend mit Aussparung 1 der Läuferscheibe 12/775/026/1 und endend mit Aussparung 3 der Läuferscheibe 12/775/026/5, und entsprechend in der ursprünglichen Reihenfolge im Nasseinhorder in eine Trägerkassette eingebracht. Die Siliciumscheiben wurden anschließend nach dem Stand der Technik im Batchverfahren gereinigt und getrocknet.
Auf diese Weise wurde mit dem Läuferscheibensatz 026 die beidseitige Politur von 300-mm-Siliciumscheiben in einer kontinuierlichen Produktion betrieben. Im periodisch auf Metallkontamination untersuchten verbrauchten Poliermittel konnten keine messbar erhöhten Werte für die unter Prozessbedingungen schädlichen Metalle Kupfer und Nickel nachgewiesen werden. Nach einer Einsatzdauer von jeweils 250 Polierfahrten wurde dieser Läuferscheibensatz 026 aus der Produktion entfernt und durch einen gleichartigen Läuferscheibensatz ersetzt. Die Kunststoffauskleidungen 6 des Läuferscheibensatzes 026 wurden entfernt und in gleicher Weise wie vor dem Ersteinsatz durch Ausspritzen mit PVDF erneuert. Nach Reinigung unter Beaufschlagung mit Ultraschall und Trocknung stand Läuferscheibensatz 026 erneut für die Politur zur Verfügung. Die beschriebene Vorgehensweise ermöglichte eine Gesamt-Einsatzdauer der Läuferscheibensatzes 026 von mehreren Tausend Polierfahrten.
Die so polierten 300-mm-Siliciumscheiben mit einer polierten Vorderseite, einer polierten Rückseite und einer polierten Kante wurden in dem Fachmann geläufiger Weise charakterisiert. Eine Geometriemessung auf einem nach dem kapazitiven Prinzip arbeitenden Geometriemessgerät ergab eine lokale Ebenheit SFQR_max von (0,10±0,03) μm für ein Flächenraster von 25 mm × 25 mm. Eine topologische Messung mittels eines Laserstrahls zeigte eine hohe Planparallelität auch im Randbereich ohne das Auftreten topologischer Auffälligkeiten an. Eine visuelle Inspektion unter stark gebündeltem Licht in einer abgedunkelten Beurteilungskammer wies eine sehr saubere Oberfläche bei weitestgehender Abwesenheit von Kratzern und Flecken auf Oberfläche und Kante nach. Durch eine VPD-TXRF-Messung der Oberflächenmetalle wurden typische Werte von gleich oder kleiner 10⁹ Atomen pro cm² beispielsweise für Eisen, Nickel, Kupfer und Chrom bestimmt.
Die mit einem optischen Messgerät unter Ausnutzung der Phasendifferenz eines linear polarisierten, geteilten Laserstrahls, wobei ein Teilstrahl von der Scheibenoberfläche reflektiert wurde, ermittelte Oberflächenrauigkeit RMS ("root mean sqare") betrug im Mittel 0,02 nm (Messfläche 10 μm × 10 μm) beziehungsweise 0,30 nm (Messfläche 250 μm × 250 μm).

Claims

Satz von Läuferscheiben (1) aus Stahl zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben (H), wobei jede Läuferscheibe (1) des Satzes mindestens eine Aussparung (5) mit einer Kunststoffauskleidung (6) zur Aufnahme der Halbleiterscheibe (H) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Satz nur Läuferscheiben (1) umfasst, deren Dickenunterschied höchstens 5 μm beträgt, und jede Läuferscheibe (1) des Satzes mindestens ein eindeutiges Identifizierungsmerkmal (2, 3) besitzt, das die Läuferscheibe (1) dem Satz zuordnet.
Satz von Läuferscheiben (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifizierungsmerkmal (2, 3) eine die Aussparung (5) kennzeichnende Information enthält.
Satz von Läuferscheiben (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifizierungsmerkmal (2, 3) durch elektrochemisches Ätzen erzeugt wird.
Satz von Läuferscheiben (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffauskleidung (6) der Aussparungen (5) aus Polyalkane, Polyamid, Polyvinylchlorid und Polyvinylidendifluorid sowie Gemischen und Copolymeren aus diesen Verbindungen besteht.
Satz von Läuferscheiben (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch zusätzliche Aussparungen (4) zur Verbesserung der Poliermittelverteilung.
Verwendung des Satzes von Läuferscheiben (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Herstellung von Halbleiterscheiben (H) aus Silicium mit einer lokalen Ebenheit SFQR_max von gleich oder kleiner 0,13 μm, bezogen auf eine Bauelementefläche von 25 mm × 25 mm.