DE10060697A1 - Doppelseiten-Polierverfahren mit reduzierter Kratzerrate und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben durch beidseitige Politur zwischen zwei sich drehenden, mit Poliertuch bedeckten oberen und unteren Poliertellern unter Zuführung eines alkalischen Poliermittels mit kolloidalen Feststoffanteilen, wobei die Halbleiterscheiben durch Läuferscheiben geführt werden, die über eine umlaufende Verzahnung verfügen und von einer komplementären äußeren und inneren Verzahnung der Poliermaschine in Rotation versetzt werden, das sich durch Verfahrensschritte auszeichnet: DOLLAR A (a) Mindestens eine der beiden Verzahnungen der Poliermaschine wird zumindest zeitweise mit einer Flüssigkeit besprüht, die im Wesentlichen aus Wasser besteht. DOLLAR A (b) Das alkalische Poliermittel wird in einer geschlossenen Zuführungseinrichtung zu den Halbleiterscheiben kontinuierlich zugeführt. DOLLAR A Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Doppelseiten-Polierverfahren für Halbleiterscheiben, die insbesondere in der Industrie zur Herstellung mikroelektronischer Bauelemente Verwendung finden. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.

Der technologische Fortschritt in der Herstellung mikroelektro­ nischer Bauelemente, beispielsweise Prozessoren und Speicher­ bauelemente, erfordert die Bereitstellung einkristalliner Halb­ leiterscheiben als Plattform, die immer strengeren Spezifika­ tionen genügen müssen. Derartige Spezifikationen beziehen sich auf die Kristallqualität, die Oberfläche insbesondere der zur Bauelementeherstellung vorgesehenen Vorderseite sowie die Geo­ metrie und die Nanotopografie derartiger Scheiben.

Zur Herstellung von verschärften Geometrie- und Nanotopografie­ anforderungen genügenden Halbleiterscheiben reichen konventio­ nelle Einseiten-Polierverfahren nicht mehr aus. Außerdem ver­ langen die Anwender moderner Bauelementeprozesse zunehmend nicht nur eine polierte Vorderseite, auf welcher die Bauelemen­ te platziert werden, sondern auch eine polierte Rückseite, die weniger Partikel bindet als beispielsweise eine geätzte Rück­ seite und damit den Bauelementeausfall durch elektrische Kurz­ schlüsse als Folge von Querkontamination reduziert. Aus diesem Grunde wurden Apparate und Verfahren zum gleichzeitigen Polie­ ren von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe nach dem so genannten Doppelseiten-Polierverfahren bereitgestellt und wei­ terentwickelt, die heutzutage insbesondere zur technischen Fer­ tigung von Halbleiterscheiben mit Durchmessern von 200 mm und 300 mm zunehmend Verbreitung finden. Die Halbleiterscheiben werden dabei in Läuferscheiben (englisch: carrier) aus Metall oder Kunststoff, die über geeignet dimensionierte Aussparungen verfügen, auf einer durch die Maschinen- und Prozessparameter vorbestimmten Bahn zwischen zwei rotierenden, mit Poliertuch belegten Poliertellern in Gegenwart eines Poliermittels bewegt und dadurch unter Erzeugung einer hohen Planparallelität po­ liert.

Die Bewegung der Läuferscheiben erfolgt dabei nach dem Stand der Technik, der sich beispielsweise aus der US 4,974,370 er­ gibt, entweder durch eine Evolventenverzahnung, bei welcher Läuferscheibenverzahnung und äußerer sowie innerer Antriebs- Zahnkranz der Poliermaschine in Eingriff treten, oder durch eine Triebstock-Stiftverzahnung, wobei die Läuferscheibe von in der Regel halbkreisförmigen Ausspaarungen umfasst ist, in die zu Antriebs-Stiftkränzen gehörende Stifte des äußeren und inne­ ren Antriebskranzes greifen. Das Poliermittel fließt während der Politur kontinuierlich aus einer ruhenden Zuführung in der Zentralachse der Poliermaschine auf einen offenen, am oberen Polierteller befestigten und sich daher drehenden Poliermittel- Ringkanal, aus dem es mittels Schläuchen oder Rohren durch Bohrungen im Teller zu den zu polierenden Halbleiterscheiben geleitet wird.

Als Poliermittel für die Doppelseitenpolitur eignen sich wie bei Einseiten-Polierverfahren alkalische Suspensionen von Abra­ sivstoffen, beispielsweise SiO₂-Kolloide in Verbindung mit al­ kalischen Komponenten in Wasser. Derartige Poliermittel und ihre Herstellung sowie geeignete Versorgungssysteme sind bei­ spielsweise in der DE 197 15 974 A1, der DE 198 17 087 A1, der EP 959 116 A2 und der US 6,027,669 beansprucht.

Ein Doppelseiten-Polierverfahren zur Erzielung verbesserter Ebenheiten ist in der 199 05 737 A1 beschrieben. Dazu eignen sich Läuferscheiben beispielsweise aus Chromstahl, die Gegen­ stand der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen DE 100 23 002.4 sind. Zur Vermeidung von Kantenbeschädigungen während der Politur hat sich bewährt, die zur Aufnahme der Halbleiter­ scheibe vorgesehenen Aussparungen in den Läuferscheiben mit Kunststoff beispielsweise gemäß der EP 208 315 B1 auszukleiden. Jedoch treten bedingt durch verschiedene Einflussfaktoren, etwa Koagulation und als Folge Auskristallisation des Poliermittels in der offenen Zuführung unter Einwirkung der Umgebungsluft zu Kristalliten oder Abrieb von Poliermittelablagerungen und kleinster Metallpartikel an der Antriebsverzahnung, immer wie­ der Kratzer auf den polierten Halbleiterscheiben auf, die durch kostenintensive Nachpolitur nur bedingt entfernbar sind und zu erhöhtem Ausfall führen.

Dem Fachmann ist bekannt, dass die Behandlung von Poliertüchern mittels Bürstenplatten zur Reinigung von Partikeln zwischen zwei Polierfahrten ausgeführt werden kann. Im Falle der Doppel­ seitenpolitur hat die Anwendung dieses Verfahrens nur bedingt Erfolg, wenn eine kontinuierliche Partikelzufuhr von Poliermit­ tel-Ringkanal und/oder Verzahnung stattfindet. Eine manuelle Reinigung dieser Bauteile schafft in der Regel nur für kurze Zeit Abhilfe.

In der EP 787 562 B1 ist ein Doppelseiten-Polierverfahren be­ schrieben, das sich dadurch auszeichnet, dass zumindest Teile der Läuferscheibenumfassung und des Stift- oder Zahnantriebs aus einem Hartharzmaterial gefertigt sind. Zwar reduziert die­ ses Verfahren die Gefahr der Kratzerbildung durch Metallteil­ chen, hat jedoch keine Auswirkung auf Kratzerbildung durch ab­ platzende oder abgeriebene Poliermittelverkrustung. In der WO 00/39841 ist beansprucht, die Läuferscheiben für die Doppelsei­ tenpolitur zwischen den Polierfahrten unter Wasser zu lagern, um Antrocknung von Poliermittel und somit Kratzerbildung zu verhindern, wobei dieselbe Einschränkung wie zuvor aufgeführt gilt.

Der Stand der Technik offenbart bisher kein Verfahren für die Doppelseitenpolitur von Halbleiterscheiben, das eine gleich­ bleibend niedrige Kratzerrate gewährleistet. Daher war die Auf­ gabe gestellt, ein Verfahren bereitzustellen, welches diese Lücke schließt.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben durch beidseitige Politur zwischen zwei sich drehenden, mit Poliertuch bedeckten oberen und unteren Polier­ tellern unter Zuführung eines alkalischen Poliermittels mit kolloidalen Feststoffanteilen, wobei die Halbleiterscheiben durch Läuferscheiben geführt werden, die über eine umlaufende Verzahnung verfügen und von einer komplementären äußeren und inneren Verzahnung der Poliermaschine in Rotation versetzt werden, das sich durch folgende während der Politur der Halb­ leiterscheiben gleichzeitig erfüllten Verfahrensschritte aus­ zeichnet:

• a) Mindestens eine der beiden Verzahnungen der Poliermaschine wird zumindest zeitweise mit einer Flüssigkeit besprüht, die im Wesentlichen aus Wasser besteht.
• b) Das alkalische Poliermittel wird in einer geschlossenen Zuführungseinrichtung zu den Halbleiterscheiben kontinuierlich zugeführt.

Gegenstand der Erfindung ist darüber hinaus eine Poliermaschine für die beidseitige Politur von Halbleiterscheiben, umfassend einen oberen und einen unteren Polierteller, die mit Poliertuch bedeckt sind, Läuferscheiben zur Aufnahme von Halbleiterschei­ ben und einen Antrieb mit einer äußeren und einer inneren Ver­ zahnung zum Drehen der Läuferscheiben, die gekennzeichnet ist durch Mittel zum Besprühen von mindestens einer der beiden Ver­ zahnungen mit einer Flüssigkeit und durch ein geschlossenes System zum Zuführen eines Poliermittels zu den Halbleiterschei­ ben.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, durch Verhinderung der Austrocknung des zugeführten Poliermittels einer Auskris­ tallisation des Kolloids mit der Folge einer Kratzerbildung auf den Oberflächen der Halbleiterscheiben zu verhindern. Die Tat­ sache, dass nur die Kombination der austrocknungsverhindernden Maßnahmen (a) Verwendung einer geschlossenen Poliermittelzufüh­ rung und (b) Befeuchtung der äußeren und/oder der inneren Ver­ zahnung der Poliermaschine eine deutliche Reduktion der Krat­ zerrate auf den Halbleiterscheiben bewirkt, ist überraschend und nicht vorhersehbar.

Ausgangsprodukt des Verfahrens sind durch Aufsägen eines Halb­ leiterkristalls hergestellte Halbleiterscheiben mit verrundeten Kanten, die einem oder mehreren der Prozessschritte Läppen, Schleifen, Ätzen und Polieren unterzogen wurden. Endprodukt des Verfahrens sind doppelseitenpolierte Halblei­ terscheiben, die auf Grund einer deutlich reduzierten Kratzerrate in hohen Ausbeuten im großtechnischem Maßstab erhältlich und damit nach dem Stand der Technik hergestellten Halbleiterscheiben bezüglich ihrer Herstellkosten überlegen sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell zur Herstellung eines scheibenförmigen Körpers eingesetzt werden, der aus einem Material besteht, welches mit dem eingesetzten chemo-mechani­ schen Doppelseiten-Polierverfahren bearbeitet werden kann. Der­ artige Materialien sind zum Beispiel Silicium, Silicium/Germa­ nium, Siliciumdioxid, Siliciumnitrid und Galliumarsenid. Die Verwendung einkristalliner Siliciumscheiben ist besonders be­ vorzugt und Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung.

Die durch Aufsägen eines Silicium-Einkristalls und Verrunden der Kanten erzeugten Siliciumscheiben können vor der Durchfüh­ rung des erfindungsgemäßen Doppelseiten-Polierverfahrens ver­ schiedenen abtragenden Prozessschritten unterzogen werden, de­ ren Ziel die Verbesserung der Scheibengeometrie und die Entfer­ nung von gestörten Oberflächenschichten und Verschmutzung ist. Geeignete Verfahren sind Läppen, Schleifen und Ätzen. Auch Scheiben mit polierten Oberflächen können dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen werden. Der bevorzugte Durchmesser der zu polierenden Siliciumscheiben beträgt 150 bis 450 mm.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Polierschrittes kann ei­ ne handelsübliche Doppelseiten-Poliermaschine geeigneter Größe verwendet werden. Die Poliermaschine besteht im Wesentlichen aus einem frei horizontal drehbaren unteren Polierteller und einem frei horizontal drehbaren oberen Polierteller, die beide mit jeweils einem Poliertuch beklebt sind, und erlaubt unter kontinuierlicher Zuführung eines alkalischen Poliermittels das beidseitige abtragende Polieren von Siliciumscheiben. Die Sili­ ciumscheiben werden dabei durch Läuferscheiben, die über ausreichend dimensionierte Aussparungen zur Aufnahme der Silici­ umscheiben verfügen und eine etwas geringere Dicke als diese besitzen, während des Polierens auf einer durch Maschinen- und Prozessparameter bestimmten geometrischen Bahn gehalten.

Bevorzugt ist der gleichzeitige Einsatz von mindestens drei Läuferscheiben. Besonders bevorzugt ist der gleichzeitige Ein­ satz von vier bis sechs ebenen Läuferscheiben aus rostfreiem Chromstahl gemäß der deutschen Patentanmeldung mit dem Akten­ zeichen 100 23 002.4, die mit jeweils mindestens drei Silicium­ scheiben belegt sind, deren Kanten durch Polymerauskleidungen in den Aussparungen geschützt sind. Beispielsweise ist es im Rahmen der Erfindung möglich, 30 Siliciumscheiben des Durchmes­ sers 200 mm (verteilt auf 5 Läuferscheiben mit je 6 Silicium­ scheiben) oder 15 Siliciumscheiben des Durchmessers 300 mm (verteilt auf 5 Läuferscheiben mit je 3 Siliciumscheiben) gleichzeitig zu polieren.

Die Läuferscheiben sind beispielsweise mit einer Triebstock- Stiftverzahnung oder einer Evolventenverzahnung mit der Polier­ maschine über einen sich drehenden inneren und einen sich in der Regel gegenläufig drehenden äußeren Antriebs-Stift- oder Zahnkranz in Kontakt und werden dadurch in eine rotierende Be­ wegung zwischen den beiden Poliertellern versetzt. Auf Grund der relativ einfachen Auswechselbarkeit von durch dauerhafte Einwirkung der Läuferscheibenflanken abgenutzten Stiften ist die Stiftverzahnung zur Kratzerreduktion im Rahmen der Erfin­ dung bevorzugt. Ein weiterer Grund ist, dass durch die gegen­ über der sägezahnartigen Evolventenverzahnung optimierte Kraft­ übertragung zwischen halbkreisförmiger Aussparung der Läufer­ scheibenverzahnung und Antriebsstiften eine vibrationsärmere Fahrweise ermöglicht wird und damit die Möglichkeit besteht, durch schnellere Rotationskinetik und höheren Druck zu vorteil­ hafteren Abtragsraten während der Politur, beispielsweise von 0,8 bis 1,5 µm/min, zu kommen. Besonders bevorzugt sind An­ triebsstifte, die über einen fest montierten Stift und eine auswechselbare arretierte, jedoch frei drehbare übergestülpte Hülse aus gehärtetem VA-Stahl bestehen.

Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, den äußeren und/oder den inneren Antriebskranz der Poliermaschine, die mit der kom­ plementären Verzahnung der Läuferscheiben in Eingriff treten, durch Besprühung feucht zu halten, um einer Ablagerung von aus­ trocknendem Poliermittel entgegen zu wirken. Dies verhindert, dass durch das mechanische Einwirken der Läuferscheibenumfas­ sung Kristallite beispielsweise aus SiO₂, wenn ein entsprechen­ des Poliermittel benutzt wird, abgelöst und zwischen oberen und unteren Polierteller befördert werden und dadurch Kratzer auf den Siliciumscheiben verursachen können. Die Besprühung wird bevorzugt kontinuierlich mit Reinstwasser durchgeführt, sie kann jedoch während des Polierens für kurze Zeiträume abge­ stellt werden. Die zugeführte Wassermenge ist so zu bemessen, dass es nicht durch Eintrag über die Läuferscheiben in die Po­ liermaschine zu einer wesentlichen Verdünnung des zugeführten Poliermittels kommt. Die Bestückung mit Sprühdüsen, die von oben oder in einem schrägen Winkel auf die Zahn- oder Stift­ kränze gerichtet sind, richtet sich nach der Größe der Polier­ maschine, wobei insgesamt mindestens eine Düse vorzusehen ist. Beispielsweise sind für eine Doppelseiten-Poliermaschine mit einem Tellerdurchmesser von etwa 2 m innen 1 bis 3 und außen 2 und bis 5 Düsen bevorzugt.

Die Zuführung des Poliermittels erfolgt im Rahmen der Erfindung über ein geschlossenes Zuführungssystem. Ein solches System hat gegenüber den nach dem Stand der Technik offenen Poliermittel­ kanälen den Vorteil, dass es nicht zu nennenswerten Verkrustun­ gen mit auskristallisiertem Poliermittel kommt, die zwischen die Polierteller geschwemmt werden und Kratzer verursachen kön­ nen. Es besteht die Möglichkeit, einen geschlossenen druckbe­ aufschlagten Poliermittel-Ringkanal zu verwenden, der auf dem oberen Polierteller befestigt ist und sich daher mit dreht und eine zwangsweise Überführung des Poliermittels beispielsweise durch Schläuche oder Rohre durch den oberen Polierteller zum Ort der Politur ermöglicht. Eine derartige Konstruktion ist aufwändig, da das Poliermittel aus der Zuleitung im nicht be­ wegten Zentralteil der Poliermaschine nur durch Drehdurchführungen komplizierter Bauart in den Ringkanal überführt werden kann.

Eine einfachere und daher bevorzugte Ausführung stellt ein ge­ schlossener, jedoch drucklos gehaltener Ringkanal dar, wobei das Poliermittel aus der maschinenseitigen Zuführung durch Druckbeaufschlagung in den Ringkanal und durch Gravitations- und Zentrifugalkraft aus dem Ringkanal zwischen die Poliertel­ ler fließt. Der mit dem oberen Polierteller rotierende Ringka­ nal wird dabei durch einen ebenfalls ringförmigen Deckel ab­ gedeckt, der sich im Gegensatz zum Ringkanal nicht dreht und besonders bevorzugt über eine Flüssigkeitsdichtung, die beson­ ders bevorzugt mit Wasser gefüllt ist, in Kontakt tritt. Es besteht die Möglichkeit, das Innere des Ringkanals mittels min­ destens einer beispielsweise an der Unterseite des sich nicht drehenden Deckels befestigten Düse kontinuierlich oder diskon­ tinuierlich mit einer Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, zu be­ sprühen, obwohl dies im Rahmen der Erfindung nicht zwingend er­ forderlich ist.

Im Rahmen der gemachten Ausführungen wird der Doppelseiten-Po­ lierschritt in der dem Fachmann bekannten Art und Weise durch­ geführt. Bevorzugt wird mit einem handelsüblichen Polyurethan- Poliertuch einer Härte zwischen 60 und 90 (Shore A) poliert, das besonders bevorzugt über eingearbeitete Polyesterfasern verfügt. Zur optimalen Verteilung des Poliermittels zwischen oberem und unterem Polierteller ist besonders bevorzugt, zumin­ dest das obere Poliertuch mit einem Netzwerk von Kanälen zu versehen, die beispielsweise schachbrettartig mit einer Seg­ mentgröße von 5 mm × 5 mm bis 50 mm × 50 mm und einer Kanal­ breite und -tiefe von 0,5 bis 2 mm angeordnet sein können. Im Falle der Politur von Siliciumscheiben empfiehlt sich die kon­ tinuierliche Zuführung eines Poliermittels mit einem durch Alkalizusätze eingestellten pH-Wert von 9 bis 12 aus einem Kolloid, das aus besonders bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.-% SiO₂ in Wasser besteht und aus beispielsweise aus Wasserglas gefällte und/oder aus Si(OH)₄ pyrolytisch hergestellte Kieselsäure ent­ halten kann. Nach einer gewissen Anzahl von Polierfahrten, beispielsweise nach 1 bis 6 Polierfahrten, empfiehlt sich, das obere und untere Poliertuch mit an Stelle der Läuferscheiben eingelegten Bürstenplatten für eine Zeitdauer von beispielswei­ se 2 bis 10 min unter Zuführung von Reinstwasser zu bürsten, um einer Verglasung der Oberfläche vorzubeugen und Schmutzpartikel zu entfernen.

Die Siliciumscheiben werden nach Beendigung der Politur gegebe­ nenfalls von anhaftendem Poliermittel gereinigt und getrocknet und anschließend unter stark gebündeltem Licht auf Oberflächen­ kratzer hin untersucht. Abhängig von ihrer weiteren Bestimmung kann es notwendig sein, die Scheibenvorderseite einer Oberflä­ chenpolitur nach dem Stand der Technik zu unterziehen, bei­ spielsweise mit einem weichen Poliertuch unter Zuhilfenahme ei­ nes alkalischen Poliermittels auf SiO₂-Basis. Ebenfalls könnte die Aufbringung einer epitaktischen Beschichtung aus einem halbleitenden Material, beispielsweise ebenfalls aus Silicium, gewünscht sein, die unmittelbar nach der erfindungsgemäß aus­ geführten Doppelseitenpolitur oder nach einer eingefügten Ober­ flächenpolitur ohne Probleme möglich ist.

Der erfindungsgemäße Doppelseiten-Polierprozess ermöglicht die Herstellung von Halbleiterscheiben aus Silicium, welche die An­ forderungen für die Herstellung von modernen Halbleiterbauele­ menten erfüllen. Dabei wird bei großen produzierten Scheiben­ mengen eine Ausschussrate auf Grund von Kratzern von nur 0,5 bis 2% beobachtet, wenn mit Besprühung des äußeren und/oder des inneren Antriebskranzes sowie einer geschlossenen Polier­ mittelzuführung beidseitig poliert wird, was zu Kosteneinspa­ rungen gegenüber Verfahren nach dem Stand der Technik führt. Ein Verfahren nach dem Stand der Technik ohne die erfinderi­ schen Merkmale führt im Vergleich dazu zu einer Ausschussrate auf Grund von Kratzern in der Größenordnung von 5% bis 20%, was zu höheren Herstellkosten beispielsweise durch die Notwen­ digkeit zum Verwerfen der Scheiben oder zu aufwändiger Nachpo­ litur ohne Erfolgsgarantie und mit dem Risiko der negativen Be­ einträchtigung anderer Qualitätsparameter führt.

Zur Verdeutlichung von Beispiel und Vergleichsbeispiel gehören Figuren, deren Bedeutung im Folgenden erläutert ist.

Fig. 1 zeigt schematisch die Aufsicht auf eine Läuferscheibe für die Doppelseitenpolitur von 300-mm-Siliciumscheiben.

Fig. 2 zeigt schematisch die Aufsicht auf den Eingriff der Läu­ ferscheibe in einen äußeren Antriebs-Stiftkranz der Doppelsei­ ten-Poliermaschine.

Fig. 3 zeigt schematisch die Aufsicht auf eine geöffnete Dop­ pelseiten-Poliermaschine zur gleichzeitigen Politur von 15 300- mm-Siliciumscheiben in einer Ausführung, wie sie im Beispiel eingesetzt wurde.

Fig. 4 zeigt schematisch den in Fig. 3 bezeichneten Schnitt A-A durch die Doppelseiten-Poliermaschine in einer Ausführung, wie sie im Beispiel eingesetzt wurde.

Fig. 5 zeigt eine Fig. 4 entsprechende Darstellung einer Dop­ pelseiten-Poliermaschine nach dem Stand der Technik, wie sie im Vergleichsbeispiel eingesetzt wurde.

Beispiel und Vergleichsbeispiel

Für das Beispiel und das Vergleichsbeispiel standen Silicium­ scheiben, die kantenverrundet, geschliffen (Siliciumabtrag 90 µm) und in einer Mischung aus konzentrierter Salpetersäure und Flusssäure sauer geätzt (Siliciumabtrag 20 µm) waren, mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Dicke von 805 µm im Produkti­ onsmaßstab zur Verfügung. Außerdem waren fünf Läuferscheiben gemäß Fig. 1 vorhanden. Die Läuferscheiben L bestanden aus ei­ nem polierten Metallkörper 1 aus rostfreiem Chromstahl mit ei­ ner mittleren Dicke von 770 µm, der über einen umlaufenden Zahnkranz 2 bestehend aus halbkreisförmigen Aussparungen ver­ fügte, mit welchen gemäß Fig. 2 Stifte 6 des äußeren und inne­ ren Antriebs-Stiftkranzes einer Doppelseiten-Poliermaschine in Eingriff treten und die Läuferscheiben so in Rotation versetzen können. Jeweils drei kreisförmige, in gleichen Abständen auf einer Kreisbahn angeordnete Aussparungen 3 waren mit Rahmen 4 aus Polyvinylidendifluorid eingekleidet, welche einen Innen­ durchmesser von 301 mm und dieselbe Dicke wie der Läuferschei­ benkörper 1 besaßen, mit dieser über Zapfen verbunden waren und zur Aufnahme von Halbleiterscheiben H, in diesem Falle von Siliciumscheiben, dienten. Des weiteren verfügten die Läufer­ scheibenkörper 1 noch über weitere Aussparungen 5, die einer Verbesserung der Poliermittelverteilung während der Politur dienten.

Für die Politur der Siliciumscheiben stand eine handelsübliche Doppelseiten-Poliermaschine zur Verfügung, deren Dimensionen so bemessen waren, dass die gleichzeitige Verwendung von fünf Läu­ ferscheiben L gemäß Fig. 1 und somit die gleichzeitige Politur von 15 Siliciumscheiben möglich war. Fig. 3 zeigt den unteren, mit Poliertuch bedeckten Teller 7 zusammen mit den mit Silici­ umscheiben H belegten Läuferscheiben L in der Aufsicht. Die Po­ liermaschine verfügte über einen äußeren Antriebs-Stiftkranz 9 und ein so genanntes Sonnenrad ("sun gear") 8 mit einem inneren Stiftkranz 10, die sich gegenläufig drehten und so die Läufer­ scheiben 1 in Rotation versetzten, wodurch sich die Silicium­ scheiben H während der Politur auf einer Planetenbahn bewegten. Die Stifte 6 bestanden aus Innenstiften, die in entsprechende Bohrlöcher der Antriebe 9 und 10 geschraubt und mit überge­ stülpten Hülsen aus VA-Stahl bedeckt waren, die während des Antriebs der Läuferscheiben L frei drehbar und durch passende Abdeckkappen vor Verrutschen gesichert waren. Die Abnutzung durch Wechselwirkung mit den Flanken der Läuferscheiben L wäh­ rend der Politur machte ein einfach durchführbares Auswechseln der Hülsen der Stifte 6 nach etwa einem Jahr vollkontinuierli­ cher Produktion notwendig.

Fig. 3 und Fig. 4 betreffen die Ausführung des Beispiels. Die für die Erfindung charakteristischen Sprühdüsen 11, die in Fig. 3 zur Veranschaulichung vergrößert und nicht in der korrekten Projektion dargestellt sind, waren am nicht drehbaren Maschi­ nenkörper befestigt und so angeordnet, dass sie in einem Winkel von etwa 20° aus der Vertikalen ausgelenkt kontinuierlich mit jeweils 30 ml/min Reinstwasser auf die Verzahnung sprühten. Auf den äußeren Antriebskranz 9 waren 4 Düsen und auf den inneren Zahnkranz 10 waren 2 Düsen gerichtet.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang A-A in Fig. 3 durch die zur Durchführung der Erfindung eingesetzten Doppelseiten-Polierma­ schine. Alle in der Schemazeichnung schraffierten Maschinen­ teile rotierten während der Politur, wobei die Richtung der Schraffur die Drehrichtung bezeichnet. Der mit Poliertuch 7a beklebte untere Polierteller 7 bewegte sich in gegengesetzter Richtung zum mit Poliertuch 12a beklebten oberen Polierteller 12. Das Sonnenrad 8 mit den Stiften 6 des inneren Stiftkranzes 10 bewegte sich in entgegengesetzter Richtung zum äußeren An­ triebskranz 9 mit Stiften 6. (Zur Verdeutlichung sind in Fig. 4 Siliciumscheiben H, Läuferscheiben L, Poliertücher 7a, 12a und Stifte 6 überhöht dargestellt.)

Die Ausführung des zweiten für die Erfindung charakteristischen Merkmals, einer geschlossenen Poliermittelzuführung, ist in den Bauteilen 13 bis 18 zu erkennen. Das von einer in sich ge­ schlossenen Poliermittel-Anmischstation nach dem Stand der Technik zubereitete Poliermittel wurde beispielsweise über Druckluftbeaufschlagung über eine durch die Zentrumsachse der Poliermaschine geführte nicht rotierende Zuführung mit seitli­ cher Verzweigung 13 in einen Poliermittel-Ringkanal 14 gelei­ tet, der am oberen Polierteller befestigt ist und sich mit die­ sem während der Politur dreht. Der Poliermittel-Ringkanal 14 verfügt über je eine umlaufende äußere und innere Vertiefung 16, die zur Aufnahme von Wasser sowie einer ebenfalls ringför­ migen, am Zentralteil der Poliermaschine befestigten und daher nicht rotierenden Abdeckung 15 geeignet ist.

Das in den beiden Vertiefungen 16 befindliche Wasser, das über eine nicht gezeichnete Zu- und Ablaufvorrichtung bei Bedarf ausgetauscht werden kann, wirkt so während der Politur, bei der Poliermittelzuführung 13 und Abdeckung 15 nicht rotieren und Poliermittel in den rotierenden Poliermittel-Ringkanal 14 läuft, als Flüssigkeitsdichtung, die einen Angriff von Umge­ bungsluft auf das im Poliermittel-Ringkanal 14 befindliche Poliermittel und eine damit verbundene Austrocknung mit der Folge einer schädlichen SiO₂-Kristallitbildung verhindert. Das Poliermittel gelangt durch eine Kombination von Gravitations­ kraft und rotationsbedingte Zentrifugalkraft in eine Vielzahl von Zuführungen 17, im Falle des Beispiels Schläuche aus Poly­ ethylen, und von dort durch mit Polyethylen ausgekleidete Boh­ rungen im oberen Polierteller 18 zu den Siliciumscheiben H; da­ bei sind die Zuführungen 17 und Bohrungen 18 so über den oberen Polierteller 12 verteilt, dass eine gleichmäßige Poliermittel­ verteilung zwischen den Poliertüchern 7a, 12a erzielt wird, wo­ bei sich die Anzahl im Wesentlichen nach der Größe der Polier­ maschine richtet.

Fig. 5 betrifft die Ausführung des Vergleichsbeispiels und zeigt eine Fig. 4 entsprechende Darstellung einer ansonsten baugleichen Doppelseiten-Poliermaschine für eine Verfahren nach dem Stand der Technik, die ohne die Merkmale Kranzbesprühung 11 und Poliermittel-Ringkanalabdeckung 15 mit Flüssigkeitsdichtung 16 ausgestattet ist.

Der Doppelseiten-Polierschritt wurde mit einem durch Polyester­ fasern verstärkten Polyurethantuch 7a, 12a der Härte 74 (Shore A) durchgeführt, welches nach Reinigung des unteren und oberen gusseisernen Poliertellers 7, 12 mittels eines druckadhäsiven Klebesystems blasenfrei befestigt wurde. Dabei besaß das untere Poliertuch 7 eine glatte Oberfläche und die Oberfläche des obe­ ren Poliertuchs 12 ein schachbrettartiges Muster von eingefräs­ ten Kanälen der Breite 1,5 mm und der Tiefe 0,5 mm mit dem Pro­ fil eines Kreisausschnittes, die in gleichmäßigem Abstand von 30 mm angeordnet waren. Die Politur der in 15 300-mm-Silicium­ scheiben erfolgte unter Verwendung eines durch K₂CO₃- und KOH- Zugaben auf einen pH-Wert von 11,2 eingestellten Poliermittels aus einem Kolloid aus gefällter Kieselsäure mit einem SiO₂- Feststoffgehalt von 3 Gew.-%, wobei 5 l/min Poliermittel zuge­ führt wurden. Für die Politur wurden ein Polierdruck von 0,20 bar, eine Poliertellerrotation von 20 bzw. -20 upm sowie eine Läuferscheibenrotation von 15 upm und die Läuferscheibentrans­ lation von 1 upm eingestellt, wodurch sich bei einer Tellertem­ peratur von jeweils 40°C eine Abtragsrate von 1,0 µm Silicium pro min ergab.

Die Siliciumscheiben jeder Polierfahrt wurden nach Entfernung von 30 µm Silicium durch die Politur gereinigt und getrocknet. In einer vollkontinuierlichen Produktion von 300-mm-Silicium­ scheiben wurde eine Doppelseiten-Poliermaschine mit der erfin­ dungsgemäßen Ausstattung gemäß Fig. 4 und eine weitere nach dem Stand der Technik ausgestattete Maschine gemäß Fig. 5 für einen Zeitraum von drei Monaten betrieben, wobei auf jeder der beiden Maschinen etwa 25.000 Scheiben poliert wurden. Dabei wurden die Poliertücher nach jeder vierten Polierfahrt für einen Zeitraum von 6 min mit Reinstwasser gebürstet; hierzu standen drei Bürs­ tenplatten zur Verfügung, welche dieselbe Verzahnung 2 und den­ selben Durchmesser wie die Läuferscheiben L besaßen, jedoch aus einem 15 mm starken Grundkörper aus Polyvinylchlorid bestanden, in welchen eine Vielzahl von Nylonborstenbündeln mit einem Durchmesser von jeweils 5 mm eingearbeitet waren. Im Durch­ schnitt nach 400 Polierfahrten wurden die Poliertücher 7a, 12a erneuert, wobei als Kriterium das Absinken der Abtragsrate un­ ter 0,9 µm/min angesetzt wurde.

Alle so polierten Siliciumscheiben wurden einer visuellen Ins­ pektion auf Kratzer unter stark gebündeltem Licht unterzogen, wofür ein abgedunkelter Raum zur Verfügung stand. Von den er­ findungsgemäß auf der Poliermaschine gemäß Fig. 4 polierten 300-mm-Siliciumscheiben war ein Anteil von 1,4% verkratzt, während von den auf der Poliermaschine nach dem Stand der Tech­ nik gemäß Fig. 5 polierten Scheiben ein Anteil von 12,9% ver­ kratzt waren.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben durch beid­ seitige Politur zwischen zwei sich drehenden, mit Poliertuch bedeckten oberen und unteren Poliertellern unter Zuführung ei­ nes alkalischen Poliermittels mit kolloidalen Feststoffantei­ len, wobei die Halbleiterscheiben durch Läuferscheiben geführt werden, die über eine umlaufende Verzahnung verfügen und von einer komplementären äußeren und inneren Verzahnung der Polier­ maschine in Rotation versetzt werden, gekennzeichnet durch fol­ gende während der Politur der Halbleiterscheiben gleichzeitig erfüllten Verfahrensschritte:

• a) Mindestens eine der beiden Verzahnungen der Poliermaschine wird zumindest zeitweise mit einer Flüssigkeit besprüht, die im Wesentlichen aus Wasser besteht.
• b) Das alkalische Poliermittel wird in einer geschlossenen Zu­ führungseinrichtung zu den Halbleiterscheiben kontinuierlich zugeführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Poliermittel im Wesentlichen aus einer kolloidalen Lösung von 0,5 bis 10 Gew.-% SiO₂ besteht und einen pH-Wert von 9 bis 12 besitzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gesamtabtrag von 2 bis 50 µm von den Halbleiterschei­ ben poliert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Poliertücher des unteren und des oberen Po­ liertellers eine Shore-A-Härte von 60 bis 90 besitzen und zu­ mindest das Poliertuch des oberen Poliertellers eine durch Ka­ näle unterbrochene Oberfläche aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Verzahnung der Poliermaschine eine Trieb­ stock-Stiftverzahnung ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Läuferscheiben aus rostfreiem Chromstahl be­ stehen und über Kunststoffauskleidungen in Aussparungen zur Aufnahme der Halbleiterscheiben verfügen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, dass sich während der Politur mindestens drei mit Halbleiterscheiben belegte Läuferscheiben in der Poliermaschine befinden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die äußere und die innere Verzahnung mit Reinst­ wasser besprüht werden und das Besprühen an mindestens zwei Stellen der äußeren und an mindestens einer Stelle der inneren Verzahnung erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Poliermittel drucklos über einen abgedeck­ ten, am oberen Polierteller befestigten, sich drehenden Polier­ mittel-Ringkanal zu den Halbleiterscheiben geführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abdeckung des Poliermittel-Ringkanals nicht mit dreht und den Ringkanal durch eine Flüssigkeitsdichtung, die im We­ sentlichen mit Wasser gefüllt ist, gegen Umgebungsluft abdich­ tet.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die zu polierenden Halbleiterscheiben im Wesentlichen aus Silicium bestehen und Durchmesser von 150 mm bis 450 mm besitzen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliciumscheiben durch Aufsägen eines Silicium-Einkristalls gefolgt von Verrundung der Kanten und Schleifen und/oder Läppen und/oder nasschemischem Ätzen erzeugt werden.

13. Poliermaschine für die beidseitige Politur von Halbleiter­ scheiben, umfassend einen oberen und einen unteren Poliertel­ ler, die mit Poliertuch bedeckt sind, Läuferscheiben zur Auf­ nahme von Halbleiterscheiben und einen Antrieb mit einer äuße­ ren und einer inneren Verzahnung zum Drehen der Läuferscheiben, gekennzeichnet durch Mittel zum Besprühen von mindestens einer der beiden Verzahnungen mit einer Flüssigkeit und durch ein geschlossenes System zum Zuführen eines Poliermittels zu den Halbleiterscheiben.

14. Poliermaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene System als abgedeckter Ringkanal ausge­ bildet ist.

15. Poliermaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Besprühen der Verzahnungen als Düse ausge­ bildet ist.