DE10132504C1

DE10132504C1 - Verfahren zur beidseitigen Material abtragenden Bearbeitung von Halbleiterscheiben und seine Verwendung

Info

Publication number: DE10132504C1
Application number: DE10132504A
Authority: DE
Inventors: Guido Wenski; Thomas Altmann; Gerhard Heier; Wolfgang Winkler; Gunther Kann
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2001-07-05
Filing date: 2001-07-05
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2021-07-06
Also published as: JP2003077870A; TW554485B; US20030054650A1; US6793837B2; CN1204600C; JP3999587B2; CN1396632A

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur gleichzeitig beidseitigen Material abtragenden Bearbeitung von Halbleiterscheiben mit einer Vorderseite und einer Rückseite, wobei die Halbleiterscheiben in mittels eines ringförmigen äußeren und eines ringförmigen inneren Antriebskranzes in Rotation versetzten Läuferscheiben liegen und zwischen zwei gegenläufig rotierenden Arbeitsscheiben in einer Weise bewegt werden, die sich durch je eine Bahnkurve relativ zur oberen Arbeitsscheibe und eine Bahnkurve relativ zur unteren Arbeitsscheibe beschreiben lässt, das sich dadurch auszeichnet, dass die beiden Bahnkurven nach sechs Schlaufen um das Zentrum ein noch offenes Erscheinungsbild besitzen und an jeder Stelle einen Krümmungsradius aufweisen, der mindestens so groß ist wie der Radius des inneren Antriebskranzes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitig beidsei tigen Material abtragenden Bearbeitung von Halbleiterscheiben ("wafer") unter Verwendung von optimierten Bahnkurven der Halb leiterscheiben relativ zur oberen und unteren Bearbeitungs scheibe.

Eine typische Prozesskette zur Herstellung von Halbleiterschei ben umfasst die Prozessschritte Sägen - Kantenverrunden - Läp pen oder Schleifen - nasschemisches Ätzen - Polieren nebst Rei nigungsschritten vor und/oder nach zumindest einigen der aufge führten Prozessschritte. Insbesondere an Halbleiterscheiben, die als Ausgangsprodukt für die Fertigung moderner Bauelemente generationen beispielsweise mit Linienbreiten von 0,13 µm oder 0,10 µm Verwendung finden sollen, sind hohe Anforderungen an Planparallelität und Ebenheit gestellt, was sich in den genann ten Fällen durch das Ebenheitsmaß SFQR_max gleich oder kleiner 0,13 µm oder 0,10 µm für eine Bauelementfläche von beispiels weise 25 mm × 25 mm ausdrücken lässt. Dieser Anforderung kann Rechnung getragen werden, indem in der Prozesskette mindestens ein Fertigungsschritt als gleichzeitig die Vorderseite und die Rückseite der Halbleiterscheiben bearbeitender Schritt ausge führt wird. Beispiele für derartige Prozesse sind doppelseiti ges Läppen, doppelseitiges Schleifen und doppelseitiges Polie ren, die als Einzelscheibenprozess oder unter gleichzeitiger Bearbeitung von etwa 5 bis 30 Halbleiterscheiben ausgeführt werden können.

Die Technik des doppelseitigen Läppens von gleichzeitig mehre ren Halbleiterscheiben ist seit langem bekannt und beispiels weise in der EP 547 894 A1 beschrieben, und es sind geeignete Anlagen in verschiedenen Größen von mehreren Herstellern am Markt erhältlich. Dabei werden die Halbleiterscheiben unter Zuführung einer Abrasivstoffe enthaltenden Suspension zwischen einer oberen und einer unteren Arbeitsscheibe, vom Fachmann als Läppscheibe bezeichnet, die meist aus Stahl besteht und mit Kanälen zur besseren Verteilung der Suspension versehen ist, unter einem gewissen Druck bewegt und dadurch Halbleitermateri al entfernt, wobei sie durch mittels Antriebskränze in Rotation versetzte Läuferscheiben ("carrier") mit Aussparungen zur Auf nahme der Halbleiterscheiben auf einer geometrischen Bahn ge halten werden.

Aufgaben des Läppens sind, beim Aufsägen des Halb leiterkristalls erzeugte gestörte oberflächennahe Bereiche ("damage") zu entfernen sowie eine vorgegebene Dicke und Plan parallelität der Halbleiterscheiben herzustellen. Typische Abträge sind dabei 20 µm bis 120 µm Halbleitermaterial, die sich bevorzugt gleichmäßig auf beide Seiten der Halbleiter scheibe verteilen.

Verfahren zum doppelseitigen Schleifen von Halbleiterscheiben sind ebenfalls bekannt und kommen in jüngerer Zeit auf Grund von Kostenvorteilen verstärkt an Stelle des Läppens zum Ein satz. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise in der DE 196 26 396 A1 ein Verfahren beansprucht, das mehrere Halbleiter scheiben gleichzeitig bearbeitet und mit Bewegungen der Halb leiterscheibe ähnlich denen beim doppelseitigen Läppen arbei tet. Dem doppelseitigen Schleifen kommen dabei die gleichen Aufgaben wie dem Läppen zu; die typischen Abträge sind eben falls vergleichbar.

Das Verfahren der doppelseitigen Politur von Halbleiterscheiben stellt eine Weiterentwicklung des Läppens dar, wobei an Stelle der oberen und unteren Läppscheibe als Arbeitsscheiben mit Po liertuch beklebte planare Polierteller treten und eine meist alkalisch stabilisierte Kolloide enthaltende Poliersuspension zugeführt wird. Gemäß der US 5,855,735 findet ab einer Fest stoffkonzentration von 6 Gew.-% ein Übergang von der chemisch mechanischen doppelseitiges Politur in eine doppelseitige Grob politur im Läppmodus statt.

Wiederum werden die Halbleiterscheiben dabei durch in Rotation versetzte Läuferscheiben bei sich in der Regel gegenläufig drehendem oberen und unteren Polierteller auf einer festgelegten Bahn bewegt. Eine dies bezügliche Poliermaschine ist beispielsweise in der DE 100 07 390 A1 beansprucht. Ein Verfahren zur doppelseitigen Politur von Halbleiterscheiben zur Erzielung hoher Eben heiten, wobei die fertig polierten Halbleiterscheiben nur um 2 bis 20 µm dicker sind als die Läuferscheiben aus Edelstahl, ist aus der DE 199 05 737 C2 bekannt. 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. Ein Verfahren zur Nacharbeit durch dop pelseitige Politur ist in der DE 199 56 250 C1 beschrieben. Zum Schutz der Kante der Halbleiterscheiben verfügen die Läuferscheiben sinnvoller Weise gemäß einer in der EP 208 315 B1 beschriebenen Ausführungsform über mit Kunststoff ausgekleidete Ausspa rungen zur Aufnahme der Halbleiterscheiben, ein Verfahren, das vielfach auch beim Läppen Anwendung findet.

Die DE 199 19 583 A1 offenbart ein Verfahren zur beidseitigen Material abtragenden Bearbeitung von Halbleiterscheiben mit einer Vorderseite und einer Rückseite, wobei die Halbleiterscheiben in mittels eines ringförmigen äußeren und eines ringförmigen in neren Antriebskranzes in Rotation versetzten Läuferscheiben liegen und zwischen zwei gegenläufig rotierenden Arbeitsscheiben bewegt werden.

In der WO 00/07230 A1 ist ein Polierverfahren für Halbleiterscheiben beschrieben, bei dem das Halbleitersubstrat und das Poliertuch in bestimmter Weise rotieren, um einen gleichmäßigen Polierabtrag zu gewährleisten.

Aufgabe der doppelseitigen Politur sind, die endgültige Planparallelität und Ebenheit der Halbleiterscheibe einzustellen und gestörte Kristallschichten sowie Oberflächenrauig keiten aus den Vorprozessen, beispielsweise Läppen oder Schleifen gefolgt von Ätzen, zu eliminieren. Die hohe Ebenheit doppelseitig polierter Halbleiterscheiben, gepaart mit dem Vorliegen einer polierten Rückseite mit reduzierter Neigung zur Partikeladhäsion, hat dazu geführt, dass dieses abtragende Polierverfahren insbesondere bei der Her stellung von Halbleiterscheiben der Durchmesser 200 mm und größer von deutlich hö herer Bedeutung als die einseitige Politur der Vorderseite ist. Typische Abträge sind da bei 10 µm bis 50 µm Halbleitermaterial.

Meist wird bei der doppelseitigen Politur gleich viel Material von der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterscheiben abgetragen. In der WO 00/36637 A1 ist dagegen ein Verfahren beansprucht, durch erhöhten Vorderseitenabtrag bei der doppelseitigen Poli tur, der durch eine erhöhte Drehzahl des oberen Poliertellers realisiert werden kann, gezielt gestörte Kristall schichten auf der Rückseite der Scheibe zu hinterlassen. Gemäß der DE 197 04 546 A1 gelingt ein derartiger asymmetrischer Abtrag auch durch ein mehrstufiges Verfahren doppelseitige Politur - Beschichtung der Rückseite beispielsweise mit Oxid - erneute doppelseitige Politur.

Um als Hersteller von Halbleiterscheiben wettbewerbsfähig zu bleiben, ist es vordringlich, Prozesse und Verfahren bereitzu stellen, die eine Fertigung geforderter Qualitäten zu möglichst niedrigen Kosten ermöglichen. Ein wichtiger Ansatzpunkt hierbei ist, die Ausbringung an Halbleiterscheiben pro Maschine auf das höchstmögliche Maß zu steigern. Im Falle der doppelseitigen Po litur bedeutet dies beispielsweise, hohe Abtragsraten gepaart mit einer hoher Standzeit der Poliertücher zu realisieren. Für die doppelseitig arbeitenden Läpp- und Schleifverfahren gilt Analoges, wobei im Falle der Arbeitsscheiben an Stelle der Le bensdauer der Poliertücher diejenige der Läppscheiben bezie hungsweise der Schleifkörper tritt.

Nachteil dieser Verfahren nach dem Stand der Technik ist, dass es beim doppelseitige Läppen, Schleifen und Polieren nicht möglich ist, unter Einhaltung bestimmter Produkteigenschaften, beispielsweise hohe Ebenheit und/oder Abwesenheit von Oberflä chenkratzern, einen erhöhten Maschinendurchsatz beziehungsweise eine verkürzte Zykluszeit bei festgelegtem Materialabtrag zu realisieren. Versuche, die Abtragsrate an Halbleitermaterial durch Erhöhung des Bearbeitungsdrucks zu steigern, führen zu einer Verschlechterung der Ebenheiten und/oder zum Auftreten von Oberflächenkratzern, womit die so produzierten Scheiben nicht weiterverarbeitet werden können sondern verworfen oder unter erhöhtem Kostenaufwand nachgearbeitet werden müssen.

In der US 6,180,423 B1 ist beschrieben, dass im Falle der einseitigen Politur von nur einer Halbleiterscheibe, die von einem Träger gehalten und um ihr Zentrum drehend über einen ebenfalls rotierenden Polierteller bewegt wird, ihre Bahnkurve relativ zum Poliertuch vom Verhältnis der Rotationsgeschwindigkeiten von Polierteller m und Träger n abhängt; beansprucht ist eine möglichst gleich mäßige Bedeckung des Poliertuchs durch diese spiralartige Bahnkurve, was durch ein möglichst hohes kleinstes gemeinsames Vielfaches von m und n erreicht wird. Als Vor teil wurden eine nachhaltig höhere Abtragsrate und eine verlängerte Lebensdauer des Poliertuchs festgestellt. Auch dieses Verfahren schließt die oben genannte Lücke im Stand der Technik nicht, da eine Anwendung auf beidseitig arbeitende Abtragsverfahren nicht möglich ist, bei der eine Rotation der Läuferscheibe durch eine Translation um das Maschinenzentrum relativ zu den Poliertellern überlagert ist und daher 4 statt 2 Frei heitsgrade (Drehzahlen oberer und unterer Teller, Drehzahlen innerer und äußerer An trieb der Läuferscheiben) beachtet werden müssen.

Es war daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur gleichzeitig beidseitigen Material abtragenden Bearbeitung von Halbleiterscheiben beispielsweise durch Läppen, Schlei fen oder Polieren zu entwickeln, das über eine höhere Ausbringung von Halbleiterschei ben festgelegter Qualität pro Bearbeitungsmaschine zu Kostenvorteilen führt.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur gleichzeitig beidseitigen Material abtra genden Bearbeitung von Halbleiterscheiben (H) mit einer Vorderseite und einer Rück seite, wobei die Halbleiterscheiben (H) in mittels eines ringförmigen äußeren (6) und eines ringförmigen inneren (5) Antriebskranzes in Rotation versetzten Läuferscheiben (1) liegen und zwischen zwei gegenläufig rotierenden Arbeitsscheiben (7) in einer Weise bewegt werden, die sich durch je eine Bahnkurve eines Punktes (P) der Halbleiterschei ben relativ zur oberen Arbeitsscheibe und eine Bahnkurve dieses Punktes relativ zur unteren Arbeitsscheibe beschreiben lässt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die beiden Bahnkurven

a) nach sechs Schlaufen um die Zentrumsachse (M) der Poliermaschine ein noch offe nes Erscheinungsbild besitzen und
b) an jeder Stelle einen Krümmungsradius aufweisen, der mindestens so groß ist wie der Radius (r_i) des inneren Antriebskranzes (5).

Anders ausgedrückt sind die beiden Bahnkurven nach gleich oder kleiner sechs Schlaufen um das Zentrum nicht in sich geschlos sen oder nicht nahezu in sich geschlossen und sie weisen an keiner Stelle einen Krümmungsradius auf, der kleiner als der des inneren Antriebkranzes ist.

Die Bahnkurven der Erfindung unterscheiden sich in ihrer Form von den streng spiralförmigen Kurven der einseitigen Politur nach dem Stand der Technik dadurch, dass durch Antrieb der Läu ferscheiben und Antrieb der Arbeitsscheiben mehrere Bewegungen überlagert sind. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, dass nicht nur eine gleichmäßige Bedeckung sowohl der oberen als auch der unteren Arbeitsscheibe mit der Bahnkurve der Halb leiterscheibenbewegung relativ zur Arbeitsscheibe vorhanden ist, sondern auch abrupte Richtungswechsel unterbleiben. Wäh rend beispielsweise bei der doppelseitigen Politur durch die erste Forderung eine gleichmäßige Abnutzung und schnelle Rege neration des oberen und des unteren Poliertuchs gewährleistet ist, wird durch die zweite Forderung eine unsanfte Fahrweise der Halbleiterscheiben vermieden, die zur Schwingung der Läu ferscheibe und/oder Verkippung der Halbleiterscheibe mit dem Risiko schlechter Ebenheiten bis hin zum Bruch der Halbleiter scheibe durch Verlassen der Läuferscheibe führen kann. Diese Zusammenhänge sind überraschend und waren nicht vorhersehbar. Für das doppelseitige Läppen und Schleifen gelten analoge Be trachtungsweisen, wie sie für das doppelseitige Polieren ausge führt wurden.

Ausgangsprodukt des Verfahrens ist eine Halbleiterscheibe, die auf bekannte Weise von einem Kristall abgetrennt und kantenver rundet und gegebenenfalls weiteren Prozessschritten unterworfen wurde. Sie kann, je nach Verfahren und Zielsetzung, eine gesäg te, geläppte, geschliffene, geätzte, polierte oder epitaxierte Oberfläche besitzen. Falls dies gewünscht wird, kann die Kante der Halbleiterscheibe poliert sein.

Endprodukt des Verfahrens ist eine Halbleiterscheibe, die dop pelseitig geläppt, geschliffen oder poliert ist, eine hohe Ebenheit und Kratzerfreiheit besitzt und den nach dem Stand der Technik hergestellten Halbleiterscheiben gleicher Qualität be züglich ihrer Herstellkosten überlegen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur doppelseitigen Bearbei tung verschiedenartiger scheibenförmiger Körper beispielsweise durch Läppen, Schleifen und Polieren eingesetzt werden, die aus einem Material bestehen, welches durch die genannten Verfahren bearbeitbar ist. Derartige Materialien sind beispielsweise Gläser, etwa auf Siliciumdioxid-Basis, und Halbleiter, etwa Silicium, Silicium/Germanium und Galliumarsenid. Silicium in einkristalliner zur Weiterverwendung in der Fertigung von elek tronischen Bauelementen, beispielsweise Prozessoren und Spei cherelementen, ist im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugt.

Das Verfahren eignet sich besonders zur Bearbeitung von Halb leiterscheiben mit Durchmessern von gleich oder größer 200 mm und Dicken von 500 µm bis 1200 µm. Diese können entweder direkt als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Halbleiterbauele menten eingesetzt werden oder nach Durchführung weiterer Pro zessschritte wie nasschemisches oder Plasmaätzen, Polieren und/oder nach Aufbringen von Schichten wie Rückseitenversiege lungen oder einer epitaktischen Beschichtung der Scheibenvor derseite und/oder nach Konditionierung durch eine Wärmebehand lung ihrem Bestimmungszweck zugeführt werden. Neben der Her stellung 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 des Verfahrens erfolgt am Beispiel der doppelseitigen Politur von Siliciumscheiben. Die Angaben zur Berechnung und Festlegung der optimierten Bahnkurven sind für den Fachmann problemlos auf Verfahren mit analoger kinemati scher Wirkungsweise wie doppelseitiges Läppen oder Schleifen übertragbar, wenn beispielsweise statt mit Poliertuch belegte Polierteller mit Kanälen oder Schleifkörpern ausgestattete Ar beitsscheiben zum Einsatz kommen und statt von einer Abnutzung des Poliertuchs von einer Abnutzung der Läpp- oder Schleif scheibe gesprochen wird.

Prinzipiell ist es möglich, eine Anzahl beispielsweise durch ein Innenloch- oder Drahtsägeverfahren gesägter Siliciumschei ben direkt dem erfindungsgemäßen doppelseitigen 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 teil weisem Abtrag der zerstörten Kristallschichten bevorzugt, die Siliciumscheiben abtragenden Schritten wie Läppen und/oder Schleifen und/oder Ätzen zu unterziehen, wobei alle genannten Schritte nach dem Stand der Technik ausgeführt werden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Polierschrittes kann eine handelsübliche Maschine zur doppelseitigen Politur geeig neter Größe verwendet werden, welche die gleichzeitige Politur von mindestens drei Siliciumscheiben unter Verwendung von min destens drei Läuferscheiben ermöglicht. Besonders bevorzugt ist der gleichzeitige Einsatz von drei bis fünf Läuferscheiben, die mit jeweils mindestens drei in gleichen Abständen auf einer kreisförmigen Bahn angeordneten Siliciumscheiben belegt sind. Jedoch ist auch die Belegung jeder Läuferscheibe mit nur je weils einer Siliciumscheibe möglich, die, um die Erfindung um setzen zu können, jedoch azentrisch in der Läuferscheibe ange ordnet sein sollte.

Die Poliermaschine besteht im Wesentlichen aus einem frei hori zontal drehbaren unteren Polierteller und einem frei horizontal drehbaren oberen Polierteller, die jeweils beide mit Poliertuch bedeckt, bevorzugt beklebt sind, und erlaubt unter kontinuier licher Zuführung eines Poliermittels geeigneter chemischer Zu sammensetzung das doppelseitige abtragende Polieren. Die Läu ferscheiben, die bevorzugt aus rostfreiem Chromstahl bestehen, verfügen über geeignet dimensionierte, mit Kunststoff ausgekleidete Aussparungen zur Aufnahme der Siliciumscheiben und 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 rotie renden Poliertellern versetzt. Die Triebstock-Stiftverzahnung ist wegen des ruhigeren Laufverhaltens der Läuferscheiben und der einfachen Auswechselbarkeit der Stifte besonders bevorzugt.

Die Läuferscheiben für das erfindungsgemäße Polierverfahren besitzen eine bevorzugte Dicke von 500 bis 1200 µm, die sich nach der Enddicke der polierten Siliciumscheiben richtet, wel che letztlich vom Durchmesser der Siliciumscheiben und vom geplanten Anwendungszweck abhängt. Im Hinblick auf die Herstel lung sehr ebener Siliciumscheiben ist bevorzugt, dass die End dicke der polierten Scheiben um 2 bis 20 µm größer ist als die Läuferscheibendicke, wobei der Bereich von 3 bis 10 µm beson ders bevorzugt ist. Der Siliciumabtrag durch die doppelseitige Politur beträgt bevorzugt 2 bis 70 µm und besonders bevorzugt 5 bis 50 µm.

Zur Beschreibung der Erfindung gehören Figuren, welche diese verdeutlichen. In den Zeichnungen markierte Größen sind in den nachfolgenden Betrachtungen zu den Bahnkurven fett aufgeführt. Alle Angaben beziehen sich auf die Politur von Siliciumscheiben des Durchmessers 300 mm auf einer handelsüblichen Doppelseiten- Poliermaschine des Typs AC2000 von Fa. Peter Wolters, Rendsburg (Deutschland), ausgestattet mit Stiftverzahnung des äußeren und inneren Kranzes zum Antrieb der Läuferscheiben. Die der Erfin dung zu Grunde liegenden Zusammenhänge lassen sich analog auf kleinere oder größere Poliermaschinen sowie Läpp-, Schleif- und sonstige mit vergleichbarer Kinematik arbeitende Abtragsmaschi nen und auf die Bearbeitung von kleineren oder größeren Halb leiterscheiben übertragen; die Figuren beinhalten daher in kei nem Fall eine Einschränkung der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Läuferscheibe mit einem Durchmesser von 720 mm zur Aufnahme von drei 300-mm-Siliciumscheiben für die dop pelseitige Politur.

Fig. 2 zeigt die Anordnung von mehreren der in Fig. 1 darge stellten Läuferscheiben in einer Doppelseiten-Poliermaschine, wobei der Durchmesser der äußeren Stiftkranzes 1970 mm und der des inneren Stiftkranzes 530 mm beträgt.

Fig. 3 zeigt die bei gleichzeitiger Rotation von oberem und unterem Polierteller sowie äußerem und innerem Stiftkranz für die Bewegung einer Siliciumscheibe relativ zum Poliertuch relevanten geometrischen Verhältnisse in einer Doppelseiten- Poliermaschine gemäß Fig. 2.

Fig. 4 zeigt die Bahnkurve einer Siliciumscheibe während der doppelseitigen Politur auf der in Fig. 2 gezeigten Polierma schine relativ zum oberen (links) und unteren Poliertuch (rechts) nach 6 sec, 20 sec und 120 sec Laufzeit für die im Vergleichsbeispiel 1 eingestellten Rotationsparameter in einem kartesischen Koordinatensystem. Horizontal aufgetragen ist, wie allgemein üblich, die x-Achse, vertikal aufgetragen die y-Ach se. Die Punkte (x, y) im rechten oberen Quadranten besitzen po sitive Vorzeichen.

Fig. 5 entspricht Fig. 4 für Vergleichsbeispiel 2.

Fig. 6 entspricht Fig. 4 für Vergleichsbeispiel 3.

Fig. 7 entspricht Fig. 4 für Beispiel 1.

Fig. 8 entspricht Fig. 4 für Beispiel 2.

Fig. 9 entspricht Fig. 4 für Beispiel 3.

Die in Fig. 1 dargestellte Läuferscheibe für die doppelseitige Politur 1 ist gekennzeichnet durch eine äußere Verzahnung 2, die mit den Stiften des äußeren und des inneren Stiftkranzes der Poliermaschine in Eingriff treten können. Sie weist darüber hinaus mit Kunststoff ausgekleidete Öffnungen 3 zur Aufnahme der zu polierenden Siliciumscheiben sowie zusätzliche Öffnungen 4 auf, die eine bessere Verteilung des Poliermittels zwischen den beiden Poliertüchern gewährleisten.

Fig. 2 zeigt die typische maximale Belegung einer Poliermaschi ne des Typs AC2000 mit Läuferscheiben 1, die mit jeweils drei Halbleiterscheiben H, in diesem Falle Siliciumscheiben, des Durchmessers 300 mm belegt sind. Eine analoge geometrische An ordnung ergibt sich beispielsweise auch, wenn eine Polierma schine des kleineren Typs AC1500, ebenfalls hergestellt von Fa. Peter Wolters, mit 200-mm-Halbleiterscheiben belegt wird. Die Läuferscheiben 1 werden durch einen inneren Stiftkranz 5 und einen äußeren Stiftkranz 6 in Rotation versetzt, wobei die Drehrichtungen von 5 und 6 bevorzugt unterschiedliche Vorzei chen besitzen. Die Halbleiterscheiben H sind dabei im Kontakt mit dem Poliertuch eines sich drehenden oberen Poliertellers und eines sich bevorzugt gegenläufig drehenden unteren Polier tellers 7, die in der Aufsicht deckungsgleich sind.

Fig. 3 enthält Angaben, die zur Herleitung der geometrischen Verhältnisse während des doppelseitigen Polierens von Bedeutung sind. Dabei drehen sich die Stiftkränze 5 und 6 sowie die bei den Polierteller 7 um die feste Zentrumsachse der Poliermaschi ne M, während sich die Läuferscheiben 1 um ihr eigenes Zentrum M' drehen, das nicht ortsfest sein muss. Folgende Rotations kennzahlen (angegeben beispielsweise in U/min = Umdrehungen pro Minute) sind in diesem Zusammenhang von Bedeutung:
n_o = Drehzahl oberer Polierteller 7 um M
n_u = Drehzahl unterer Polierteller 7 um M
n_a = Drehzahl äußerer Stiftkranz 6 um M
n_i = Drehzahl innerer Stiftkranz 5 um M
n_LSrot = Drehzahl Läuferscheibe 1 um M'
n_LStrans = Drehzahl Läuferscheibe 1 um M

Vom Maschinenbetreiber frei wählbar sind dabei n_o und n_u sowie zwei der vier Größen n_a, n_i, n_LSrot und n_LStrans. Dies ergibt sich aus den geometrischen Relationen

n_a = (r_LS/r_a) × n_LSrot + n_LStrans (1)

und n_i = (r_LS/r_i) × n_LSrot + n_LStrans (2)

oder nach Umformung von (1) und (2)

n_LSrot = (n_a - n_i)/(r_LS/r_a + r_LS/r_i) (3)

und n_LStrans = (r_a × n_a + r_i × n_i)/(r_a + r_i) (4)

mit r_LS = Radius der Läuferscheibe 1
r_a = Radius des äußeren Stiftkranzes 6
r_i = Radius des inneren Stiftkranzes 5.

Für eine Maschine des Typs AC2000

wird (3) zu n_LSrot = 0,5801 × (n_a - n_i) (5)

und (4) zu n_LStrans = 0,7880 × n_a + 0,2120 × n_i (6).

Es sei nun die Bahnkurve eines Punktes P im Abstand a vom Zent rum M' der Läuferscheibe 1 relativ zum oberen Poliertuch 7 be trachtet. Dieser Punkt P kann der Mittelpunkt der Halbleiter scheiben H sein, wenn diese alle im gleichen Abstand um den Punkt M' angeordnet sind. Bevorzugt ist P ein Punkt auf einem Kreis um M', der am dichtesten mit Halbleitermaterial belegt ist, um der Beanspruchung des Poliertuchs Rechnung zu tragen. Im beschriebenen Fall der Verwendung von Läuferscheiben 1 auf einer Poliermaschine AC2000 wurde der Radius dieses Kreises a mit 200 mm angenommen.

Durch Abrollen der Läuferscheibe 1 auf entlang des äußeren Stiftkranzes 6 würde der reale Punkt P zunächst in den fiktiven Punkt P' übergehen, der sich in einem Winkel ϕ in Bezug auf M von P befindet. Diese Bewegung lässt sich als Hypozykloidenbahn auffassen und in einem kartesischen Koordinatensystem durch die dem Fachmann bekannten Formeln

x = (r_a - r_LS) × cosϕ + a × cos[ϕ × (r_a - r_LS)/r_LS] (7)

und y = (r_a - r_LS) × sinϕ - a × sin[ϕ × (r_a - r_LS)/r_LS] (8)

beschreiben. (Wegen r_a - r_LS = r_i + r_LS ist im gewählten Fall auch eine Beschreibung mittels der Gleichungen für eine Epizyk loidenbahn möglich, wobei die Läuferscheibe um den inneren Stiftkranz abgerollt wird.)

Während der Punkt P durch einen Ausschnitt ϕ der Hypozykloiden bahn in den Punkt P' überführt wird, dreht sich beispielsweise der obere Polierteller in Gegenrichtung um den Winkel -τ_o, was zur Rotation des Punktes P' um M um den Winkel τ_o (= "Transla tion" von M' auf einer Kreisbahn um M) und damit zum Punkt P" führt. Um die Lage des Punktes P" relativ zum Ausgangspunkt P bezogen auf den oberen Polierteller nach einer Zeiteinheit t berechnen zu können, müssen zunächst die Zeiten zur Abwicklung der Winkel ϕ und τ_o, ins Verhältnis gesetzt werden. Dazu sei der äußere Antriebskranz als Referenzkreis angenommen, der sich fiktiv nicht bewegen soll:

n_a' = n_a - n_a = 0

→ n_o' = n_o - n_a (9)

n_i' = n_i - n_a (10)

n_LStrans' = n_LStrans - n_a (11)

n_LSrot' = n_LSrot (12)

Dann ist τ_o = -n_o' × t (13)

(beziehungsweise τ_u = -n_u' × t; negative Vorzeichen wegen un terschiedlicher Drehrichtung von n_o oder n_u und τ_o oder τ_u)

und ϕ = n_LStrans' × t (14).

Mit (9) folgt τ_o = (n_a - n_o) × t (15);

Einsetzen von (11) und (14) in (1) ergibt

ϕ = -(r_LS/r_a) × n_LSrot × t (16).

Gleichsetzen von (15) und (16) über t ergibt

τ_o = (n_o - n_a) × ϕ × r_a/(n_LSrot × r_LS) (17).

Während also vom Punkt P auf Grund der Hypozykloidenbewegung (Gleichungen (7) und (8)) um M der Winkel ϕ zurückgelegt wird, findet gleichzeitig eine Drehbewegung τ_o relativ zum oberen Polierteller statt, die gemäß Gleichung (17) als Funktion von ϕ beschrieben werden kann. Eine Superposition der beiden Bewegun gen kann durch Drehung des die Hypozykloidenbewegung beschrei benden Koordinatensystems x - y um -τ_o in ein Koordinatensystem x' - y' erfolgen:

x' = x × cos(-τ_o) + y × sin(-τ_o) (18)

y' = -x × sin(-τ_o) + y × cos(-τ_o) (19)

Die Gesamtbewegung P → P" lässt sich nunmehr durch Einsetzen von (7), (8) und (17) in (18) und (19) beschreiben:

x' = x × cos(-τ_o) + y × sin(-τ_o) (18)

→ x' = {(r_a - r_LS) × cosϕ + a × cos[ϕ × (r_a - r_LS/r_LS]} × cos(-τ_o) + {(r_a - r_LS) × sinϕ - a × sin[ϕ × (r_a - r_LS)/r_LS]} × sin(-τ_o)

x' = {(r_a - r_LS) × cosϕ + a × cos[ϕ × (r_a - r_LS)/r_LS]} × cos[-(n_o - n_a) × ϕ × r_a/(n_LSrot × r_LS)] + {(r_a - r_LS) × sinϕ - a × sin[ϕ × (r_a - r_LS)/r_LS]} × sin[-(n_o - n_a) × ϕ × r_a/(n_LSrot × r_LS)] (20)

y' = -x × sin(-τ_o) + y × cos(-τ_o) (19)

y' = {-(r_a - r_LS) × cosϕ - a × cos[ϕ × (r_a - r_LS)/r_LS]} × sin(-τ_o) + {(r_a - r_LS) × sinϕ - a × sin[ϕ × (r_a - r_LS)/r_LS]} × cos(-τ_o)

y' = {-(r_a - r_LS) × cosϕ - a × cos [ϕ × (r_a - r_LS)/r_LS]} × sin[-(n_o - n_a) × ϕ × r_a/(n_LSrot × r_LS)] + {(r_a - r_LS) × sinϕ - a × sin[ϕ × (r_a - r_LS)/r_LS]} × cos[-(n_o - n_a) × ϕ × r_a/(n_LSrot × r_LS)] (21)

Dabei entspricht (x', y') den Koordinaten des Punktes P" nach Durchlaufen des Winkels ϕ durch die Hypozykloidenbahn. Für ϕ = 0 ergibt sich x' = r_a - r_LS + a und y' = 0.

Die mittlere Geschwindigkeit v_o (v_u) der Punktes P relativ zum oberen (beziehungsweise unteren) Polierteller lässt sich aus der Wegstrecke des Punktes (x', y')

s = Σ[(x_j' - x_i')² + (y_j' - y_i')²]^½ (22)

und Gleichung (16), aufgelöst nach der Zeit t,

t = -ϕ × r_a/(r_LS × n_LSrot) (16)

zu v = s/t (beziehungsweise v_o = s_o/t und v_u = s_u/t)

v = -(r_LS × n_LSrot)/(ϕ × r_a) × Σ[(x_j' - x_i')² + (y_j' - y_i')²]^½ (23)

berechnen, wenn die Wegstrecke s aus der Summe der Abstände (x_j, y_j) und (x_i, y_i) für Winkel < 360° kleine Winkelinkremente Δϕ, beispielsweise in Abständen von 1°, unter Verwendung der Gleichungen (20) und (21) aufsummiert wird. Auch die Berechnung von Geschwindigkeitsänderungen ist möglich.

Mit Hilfe der aufgeführten Berechnungsformeln (20), (21) und (23) gelingt die Berechnung von Bahnkurven und Geschwindigkei ten mit einem handelsüblichen Tabellenkalkulationsprogramm auf jedem hinreichend leistungsstarken Tischrechner ("PC").

Theoretisch können für die Drehzahlen n_o, n_u, n_a und n_i und der daraus resultierenden mittleren Relativgeschwindigkeiten v_o und v_u sowie den Polierdruck P beliebige Kombinationen gewählt wer den. Allerdings sind den Möglichkeiten in der Praxis Grenzen gesetzt, die vor allem durch Maschinenauslegung, Materialbean spruchung und Sicherheitsaspekte bedingt sind. Bevorzugt ist eine unterschiedliche Drehrichtung des oberen und unteren Tel lers sowie des äußeren und inneren Antriebskranzes, was sich in den Vorzeichen äußert. Für die gleichzeitige Politur von 15 Si liciumscheiben des Durchmessers 300 mm auf einer Poliermaschine AC2000 sind folgende besonders bevorzugte Parameterbereiche sinnvoll und im Produktionsbetrieb beherrschbar und waren Ge genstand der ausführlichen Untersuchungen, die zur Erfindung geführt haben:
n_o = +10. . .+25 U/min
n_u = -10. . .-26 U/min
v_o = -0,5. . .-2,0 m/sec
v_u = +0,5. . .+2,0 m/sec
n_a = +3. . .+10 U/min
n_i = -10. . .-26 U/min
P = 0,10. . .0,25 bar

Unter diesen Bedingungen ergaben sich Silicium-Abtragsraten zwischen 0,4 und 2,0 µm/min. Bevorzugt im Rahmen der Erfindung sind Abtragsraten zwischen 0,65 und 1,8 µm/min um ausreichend hohe Maschinendurchsätze zu gewährleisten; besonders bevorzugt sind Abtragsraten zwischen 0,8 und 1,5 µm/min.

Ein theoretischer Ansatz zum Verständnis des Polierens, der gleichermaßen auch auf jedes andere Material abtragende Verfah ren anwendbar sein sollte, besagt, dass die Abtragsrate propor tional zum Polierdruck P und zur Relativgeschwindigkeit Siliciumscheibe/Poliertuch v sein sollte (Preston-Gleichung). Demnach sollte es möglich sein, die Abtragsrate bei konstanten Rotati onsverhältnissen durch Erhöhung des Drucks zu erhöhen oder bei gleicher Relativgeschwindigkeit, aber einer unterschiedlichen Kombination von Rotationsparametern zum gleichen Polierergebnis zu gelangen.

Insbesondere bei doppelseitig arbeitenden Verfahren, beispiels weise der doppelseitigen Politur, ist diese Gleichung nur be dingt anwendbar, da Steigerungen der Abtragsrate durch Erhöhung von P und/oder v_o/v_u oft mit einer Verschlechterung der Eben heit, ausgedrückt beispielsweise als SFQR_max, oder einer Erhö hung der Kratzerrate, beispielsweise durch Materialablagerung auf den Poliertüchern, einhergehen. Daher wurden im Rahmen der Erfindung optimale Kombinationen von Bahnkurven und Drücken gesucht.

Es zeigte sich unter Anwendung der Gleichungen (20), (21) und (23), dass durch verschiedene Kombinationen der Parameter n_o, n_u, n_a und n_i die unterschiedlichsten Bahnkurven des Punkte P relativ zum oberen beziehungsweise unteren Poliertuch sowie verschiedene Relativgeschwindigkeiten erzeugt werden können. Einige Beispiele sind in den Fig. 4 bis 9 abgebildet. Prin zipiell kann man zwischen so genannten offenen Bahnkurven ( Fig. 4 sowie 7 bis 9) und nach nur wenigen Schlaufen geschlos senen Bahnkurven (Fig. 5 und 6) unterscheiden. Bei den offe nen Bahnkurven wiederum kann man zwischen Kurven mit relativ schwach ausgeprägten Krümmungen (Fig. 7 bis 9) und starken Krümmungen (Fig. 4 rechts) unterscheiden.

Geschlossene Bahnkurven tauchen bei Variation der Drehzahlen in den angegebenen Bereichen periodisch auf. Beispielsweise für n_a = 5,4 U/min und n_i = -16 U/min findet man sie im Bereich von folgenden Tellerdrehzahlen:
Doppelschlaufe: n_o = 25,69 U/min und n_u = -23,96 U/min
3er-Schlaufe: n_o = 19,48 U/min und n_u = -17,75 U/min
4er-Schlaufe: n_o = 17,41 U/min und n_u = -15,69 U/min
5er-Schlaufe: n_o = 16,38 U/min und n_u = -14,65 U/min
6er-Schlaufe: n_o = 15,76 U/min und n_u = -14,03 U/min
einfache Schlaufe: n_o = 13,28 U/min und n_u = -11,55 U/min
3er-Rosette: n_o = 10,17 U/min

Einfache Schlaufen sind in Fig. 5 abgebildet, 3er- und 4er- Schlaufen in Fig. 6.

Die Bewegung der Siliciumscheiben relativ zum oberen und unte ren Poliertuch, ausgedrückt durch die Bewegung des Punktes P → P", auf geschlossenen Bahnkurven hat eine ungleichmäßige Bean spruchung des Poliertuchs zur Folge. Zum einen relaxiert das Tuch auf diesen Bahnen nach der Kompression während des Polier vorgangs nicht ausreichend, bevor es mit den nächsten Silicium scheibe überstrichen wird, was zu Lasten der erzielbaren Eben heit der Scheibe geht. Zum anderen findet auf den Bahnen höchs ter Belastung eine bevorzugte Ablagerung von abpoliertem Sili cium oder seiner Reaktionsprodukte statt, was der Fachmann an sinkenden Abtragsraten und teilweise an der Bildung von braunen Streifen auf dem Poliertuch erkennt, die in verkratzten Ober flächen der Siliciumscheiben mündet. Diese Effekte kommen vor allem dann zum Tragen, wenn zwecks Erzielung höherer Abtragsra ten eine Steigerung des Polierdrucks von beispielsweise 0,10 bis 0,15 bar auf 0,18 bis 0,25 bar durchgeführt wird.

Im Rahmen der Untersuchungen zur Erzielung der Erfindung haben wir festgestellt, dass eine Erhöhung des Polierdrucks ohne nen nenswerten negativen Einfluss auf Geometrie und Polierkratzer dann erzielt wird, wenn geschlossene Bahnkurven, wie in den Fig. 5 und 6 abgebildet, oder nahezu geschlossene Bahnkurven vermieden werden, deren Schlaufenanzahl bei gleich oder kleiner sechs liegt. Dies gelingt, indem beispielsweise für den Fall der Kranzdrehzahlen n_a = 5,4 U/min und n_i = -16 U/min der Be reich (das heißt ±0,1 bis ±0,25 U/min) der weiter oben ange gebenen Drehzahlen n_o und n_u für den oberen und unteren Polier teller vermieden werden. Für modifizierte Kombinationen für die Kranzdrehzahlen n_a und n_i verschieben sich die kritischen Werte, wobei in der Regel mit denselben Bahnfiguren zu rechnen ist.

Diese Forderung, kritische Bahnkurven zu vermeiden, ist in den in den Fig. 7 bis 9 abgebildeten Bahnkurven erfüllt.

Geschlossene oder nahezu geschlossene Bahnkurven mit Schlaufen zahlen größer als sechs bedeuten de facto eine gleichmäßige Be deckung der Poliertücher und sind im Rahmen der Erfindung un kritisch.

Eine zweite Bedingung, die für die Erfindung relevant ist, be trifft die im Verlauf einer Bahnkurve auftretenden Krümmungs radien. Wir fanden heraus, dass abrupte Richtungswechsel der Bahnkurve in Verbindung mit der an dieser Stelle stattfindenden Abbremsung der Relativbewegung insbesondere für die Erzielung hinreichend hoher Ebenheiten der Siliciumscheibe von Nachteil sind, insbesondere wenn die genannte Steigerung des Polier drucks von beispielsweise 0,10 bis 0,15 bar auf 0,18 bis 0,25 bar durchgeführt wird. Bei Fahrweisen an der oberen Grenze des Druckbereiches kann es vorkommen, dass Siliciumscheiben durch Verkippung aus den Läuferscheiben gezogen werden, was unver meidlich zum Bruch führt, wobei in der Regel nicht nur Silici umscheiben und Poliertücher, sondern auch der Satz Läuferschei ben zerstört wird. Ein Beispiel für eine derartige Fahrweise ist in Fig. 4, Punkt 9 zu erkennen. Derart kritische Krümmungs radien der Bahnkurven können bei relativ niedrigen Poliertel lerdrehzahlen (< 10. . .12 U/min) sowie bei im Verhältnis zu den Tellerdrehzahlen relativ hohen Rotationsgeschwindigkeiten der Läuferscheiben auftreten.

Daher sind für eine Erhöhung der Abtragsrate beim doppelseiti gen Polieren, ohne Qualitätsverluste in Kauf nehmen zu müssen, neben geschlossenen Bahnkurven auch Krümmungsradien der Bahn kurven zu vermeiden, die niedriger sind als der Krümmungsradius der inneren Antriebskranzes 5. Es ist selbstverständlich, dass diese beiden Bedingungen gleichzeitig für die Bahnkurve relativ zum oberen und zum unteren Polierteller gelten müssen. Im Rah men der Erfindung ist durch Anwendung der Gleichungen (20) und (21) eine präzise Vorhersage möglich, welche Bahnkurven beide genannten Bedingungen erfüllen. Es hat sich gezeigt, dass sich nur eine gewisse Auswahl der Vielzahl der möglichen Kombinati onen aus n_o, n_u, n_a und n_i, die den Gegenstand der Erfindung bildet, aus den genannten Gründen in der betrieblichen Praxis bewährt.

Mit diesen die Erfindung charakterisierenden Bedingungen ge lingt die doppelseitige Politur von Siliciumscheiben bei Bahn geschwindigkeiten v_o beziehungsweise v_u von ±1,0 bis ±1,8 m/sec und Drücken von 0,18 bis 0,25 bar mit typischen Abtrags raten von 0,8 und 1,5 µm/min. Üblich bei Verfahren nach dem Stand der Technik bei gleichen Rahmenbedingungen sind gemäß der DE 199 05 737 C2 beispielsweise bei einem Druck von 0,15 bar eine Abtragsrate von 0,55 µm/min.

Die Erfindung kann genutzt werden, indem von Vorderseite und Rückseite der Siliciumscheiben gleich viel Material abgetragen wird. Die gelingt mit einer gewissen Genauigkeit, wenn v_o und v_u annähernd gleich gewählt werden. Es kann durch geeignete Wahl von v_o und v_u jedoch auch mehr Material von einer Seite, bei spielsweise von der Vorderseite, entfernt werden, um bei in Summe möglichst niedrigen Gesamtabträgen eine Entfernung von gestörten Kristallschichten und sonstiger Oberflächenfehler von der Vorderseite zu gewährleisten. Selbstverständlich können die optimierten Bahnkurven auch für den Einsatz von Bürstenscheiben zur Tuchreinigung oder mit Schleifkörpern belegter Trägerschei ben zur Tuchkonditionierung verwendet werden, wenn eine Ausfüh rung dieser Schritte gewünscht wird, um eine gleichmäßige Bear beitung des oberen und unteren Poliertuchs zu gewährleisten.

Im Rahmen der hinsichtlich der Rotations- und Druckverhältnisse gemachten Ausführungen wird der doppelseitige Polierschritt ei ner dem Fachmann bekannten Art und Weise durchgeführt.

Bevorzugt wird mit einem handelsüblichen Polyurethan-Poliertuch einer Härte von 50 bis 100 (Shore A) poliert, das über eingear beitete verstärkende Polyesterfasern verfügen kann. Im Falle der Politur von Siliciumscheiben empfiehlt sich die kontinuier liche Zuführung eines Poliermittels mit einem pH-Wert von bevorzugt 9,5 bis 12,5 aus bevorzugt 1 bis 5 Gew.-% SiO₂ in Was ser.

Zur Beendigung des Polierschrittes muss die chemisch sehr reak tive hydrophobe Scheibenoberfläche passiviert werden. Im Rahmen der Erfindung erfolgt dies bevorzugt durch Zuführung einer Flüssigkeit oder nacheinander mehrerer Flüssigkeiten, die einen oder mehrere filmbildende Stoffe enthalten, mit der Folge einer vollständigen Benetzung von polierter Vorderseite, Rückseite und Kante der Siliciumscheiben mit einem Flüssigkeitsfilm, wo bei im Allgemeinen ein Konzentrationsbereich zwischen 0,01 und 10 Vol-% von filmbildendem Stoff im Stoppmittel sinnvoll ist. Besonders bevorzugt ist der Einsatz eines in einer nachfolgen den Reinigung entfernbaren Stoffes oder mehrerer Stoffe aus einer Gruppe von Verbindungen, die ein- oder mehrwertige Alko hole, Polyalkohole und Tenside umfasst. Eine dasselbe Prinzip verwirklichende, ebenfalls besonders bevorzugte Ausführungsform des Stoppvorganges ist die Zuführung eines wässrigen Poliermit tels auf SiO₂-Basis, das einen oder mehrere Stoffe aus den ge nannten Gruppen von Verbindungen in Anteilen von 0,01 bis 10 Vol-% enthält.

Die Siliciumscheiben werden nach Beendigung der Zuführung an Stoppmittel und gegebenenfalls Reinstwasser aus der Polierma schine entnommen und nach dem Stand der Technik gereinigt und getrocknet. Es schließt sich eine Bewertung der Siliciumschei ben hinsichtlich durch den Polierschritt beeinflusster, durch den Weiterverarbeiter der Scheiben spezifizierter Qualitäts merkmale nach dem Fachmann bekannten Methoden an. Derartige Merkmale können beispielsweise lokale Geometriedaten sein, die auf einem handelsüblichen, nach einem kapazitiven oder opti schen Prinzip arbeitenden Messinstrument bestimmt werden kön nen. Weitere bewertete Qualitätsmerkmale können die Vordersei te, die Rückseite und/oder die Kante der Scheiben betreffende Eigenschaften sein. Hierbei kommt der visuellen Beurteilung des Auftretens und Umfanges von Kratzern, Flecken und sonstiger Abweichungen von der idealen Siliciumoberfläche unter stark gebündeltem Licht eine hohe Bedeutung zu. Darüber hinaus können beispielsweise Untersuchungen von Rauigkeit, Topologie und Metallkontamination auf handelsüblichen Messgeräten sinnvoll beziehungsweise gefordert sein.

Hinsichtlich dieser zur Scheibencharakterisierung herangezoge nen Parameter weisen die erfindungsgemäß hergestellten Silici umscheiben keine Nachteile gegenüber Siliciumscheiben auf, die nach dem Stand der Technik hergestellt wurden. Sie eignen sich für die Herstellung von Halbleiterbauelementen mit Linienbrei ten gleich oder kleiner 0,13 µm; insbesondere werden sehr hohe lokale Ebenheiten, ausgedrückt beispielsweise als SFQR_max gleich oder kleiner 0,13 µm, in Verbindung mit kratzerfreien Oberflä chen erzielt. Auf Grund der mit der Erfindung möglichen Aus bringungssteigerung der Anlagen durch Optimierung der Bahn kurven und damit verbundener Steigerung der Abtragsraten zur gleichzeitig beidseitig Material abtragenden Bearbeitung der Halbleiterscheiben lassen sie sich allerdings um bis zu 40% kostengünstiger pro beidseitig Material abtragendem Prozess schritt beziehungsweise und bis zu 15% kostengünstiger mit Blick auf die Gesamt-Prozesskette als nach Verfahren gemäß dem Stand der Technik herstellen, was einen entscheidenden Wettbe werbsvorteil bedeutet.

Abhängig von ihrer weiteren Bestimmung kann es notwendig sein, die Scheibenvorderseite einer Oberflächenpolitur zur Erzielung einer schleierfrei polierter Vorderseite nach dem Stand der Technik zu unterziehen, beispielsweise mit einem weichen Po liertuch unter Zuhilfenahme eines alkalischen Poliermittels auf SiO₂-Basis unter Abtrag von 0,1 bis 1 µm Silicium. Falls ge wünscht, kann an einer beliebigen Stelle der Prozesskette eine Wärmebehandlung der Siliciumscheibe eingefügt werden, bei spielsweise um thermische Donatoren zu vernichten, eine Störung von oberflächennahen Kristallschichten auszuheilen oder eine gezielte Dotierstoffverarmung herbeizuführen. Eine Reihe wei terer, für bestimmte Produkte erforderliche Prozessschritte wie die Aufbringung von Rückseitenbeschichtungen aus Polysilicium, Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid oder die Aufbringung einer Epitaxieschicht aus Silicium oder weiteren halbleitenden Materialien auf die Vorderseite der Siliciumscheibe lässt sich ebenfalls nach dem Fachmann bekannten Verfahren an den geeigne ten Stellen in die Prozesskette einbauen. Die Siliciumscheiben könne außerdem an verschiedenen Stellen der Prozesskette, bei spielsweise vor dem Ätzen, mit einem eindeutigen Identifizie rungsmerkmal, beispielsweise einer Lasermarkierung, beauf schlagt werden.

Vergleichsbeispiele und Beispiele

Vergleichsbeispiele und Beispiele betreffen die doppelseitige Politur von Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm im Produktionsmaßstab. Die Siliciumscheiben wurden nach dem Stand der Technik durch Drahtsägen eines Einkristalls, Kanten verrunden, beidseitiges sequenzielles Oberflächenschleifen, Ätzen in einem konzentrierten Salpetersäure/Flusssäure-Gemisch und Kantenpolieren hergestellt und besaßen eine Dicke von 805 µm. Mit fünf Läuferscheiben aus rostfreiem Chromstahl der Dicke 770 µm, deren je drei Aussparungen zur Aufnahme der Silicium scheiben mit PVDF ausgekleidet waren, wurden die Siliciumschei ben bis zu einer Enddicke von 775 µm poliert. Als Poliertuch fand ein handelsübliches Polyesterfaser-verstärktes Polyure thantuch der Härte 74 (Shore A) Verwendung. Das wässrige Po liermittel enthielt 3 Gew.-% SiO₂ und besaß eine pH-Wert von 11,5. Oberer und unterer Polierteller wurden jeweils auf 38°C temperiert.

Nach Beendigung der Politur wurde unter reduziertem Druck ein Stoppmittel zugeführt, das 1 Vol-% Glycerin, 1 Vol-% Butanol und 0,07 Vol-% Tensid enthielt. Nach Reinigung und Trocknung erfolgte eine visuelle Inspektion unter Hazelicht und eine Geometriemessung auf einem nach dem kapazitiven Prinzip arbei tenden Geometriemessgerät. Kriterien zur Weitergabe der so prozessierten Scheiben war die Abwesenheit von Oberflächen kratzern sowie eine lokale Ebenheit SFQR_max von 0,12 µm für ein Flächenraster von 25 mm × 25 mm. Siliciumscheiben, welche diese Bedingungen nicht erfüllten, wurden nach dem Stand der Technik unter zusätzlichem Abtrag von 5 µm Halbleitermaterial nachge arbeitet. Das Geometriemessgerät wurde auch zur Bestimmung der Dicke der Siliciumscheiben vor und nach der Politur verwendet, woraus sich die Abtragsrate des Poliervorganges bestimmen lässt. Die Verteilung des Abtrages auf Vorder- und Rückseite der Siliciumscheiben wurde durch Testscheiben bestimmt, die eine Lasermarkierung besaßen, deren Tiefe von und nach der Po litur mikroskopisch vermessen wurde.

Nachfolgende Tabelle gibt die relevanten Prozessdaten für die Vergleichsbeispiele 1 bis 3 (= V1 bis V3; entsprechend den Bahnkurven in der Fig. 4 bis 6) und die Beispiele 1 bis 3 (= B1 bis B3 entsprechend den Bahnkurven in der Fig. 7 bis 9) an. Die erfinderische Bedingung (a) für die Bahnkurve bedeutet die Abwesenheit von geschlossenen oder nahezu geschlossenen Bahnkurven mit gleich oder kleiner sechs Schlaufen; Bedingung (b) bedeutet die Abwesenheit von Krümmungsradien gleich oder kleiner dem Krümmungsradius des inneren Antriebskranzes. Beide Bedingungen müssen für die Bahnkurven der Siliciumscheiben re lativ zum oberen und zum unteren Polierteller gelten.

Mit den aufgeführten Prozessbedingungen wurden größere Mengen an Siliciumscheiben prozessiert. Dabei wurde zunächst bei nied rigerem Druck poliert und anschließend bei höherem Druck. Für jede Versuchsreihe wurde ein neues Poliertuch verwendet, um gleiche Ausgangsbedingungen zu gewährleisten. Die nachfolgende Tabelle enthält die Ergebnisse hinsichtlich der mittleren Ab tragsraten und der Scheibenqualität nach der Reinigung. VS = Vorderseite; RS = Rückseite der Siliciumscheiben. Bei den relativen Prozesskosten ist eine Nachpolitur nicht spezifika tionsgerechter Scheiben berücksichtigt.

Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass das erfindungsgemäße Ver fahren zur doppelseitigen Politur von Siliciumscheiben insbe sondere bei Verwendung von Polierdrücken von gleich oder größer als 0,15 bar deutliche Kostenvorteile gegenüber Verfahren nach dem Stand der Technik aufweist.

Claims

1. Verfahren zur gleichzeitig beidseitigen Material abtragenden Bearbeitung von Halb leiterscheiben (H) mit einer Vorderseite und einer Rückseite, wobei die Halbleiter scheiben (H) in mittels eines ringförmigen äußeren (6) und eines ringförmigen inneren (5) Antriebskranzes in Rotation versetzten Läuferscheiben (1) liegen und zwischen zwei gegenläufig rotierenden Arbeitsscheiben (7) in einer Weise bewegt werden, die sich durch je eine Bahnkurve eines Punktes (P) der Halbleiterscheiben relativ zur oberen Arbeitsscheibe und eine Bahnkurve dieses Punktes relativ zur unteren Arbeitsscheibe beschreiben lässt, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bahnkurven

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichzeitig beidseiti ge Material abtragende Bearbeitung als doppelseitige Politur zwischen zwei mit Polier tuch bedeckten Poliertellern unter Abtrag von mindestens 2 µm Halbleitermaterial aus geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterscheiben (H) in mit Kunststoff von im Wesentlichen gleicher Dicke wie die Läuferscheibe (1) aus gekleideten Aussparungen (3) von mehreren ebenen Läuferscheiben (1) aus Stahl lie gen, deren mittlere Dicke um 2 bis 20 µm geringer bemessen ist als die mittlere Dicke der fertig polierten Halbleiterscheiben (H).

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ab tragsrate an Halbleitermaterial mindestens 0,65 µm/min beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Dicke der Läuferscheiben (1) um 3 bis 10 µm geringer bemessen ist als die mittlere Dicke der fertig polierten Halbleiterscheiben (H) und der Abtrag an Halblei termaterial 5 bis 50 µm beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass min destens drei Halbleiterscheiben (H) gleichzeitig poliert werden und mindestens drei Läuferscheiben (1) gleichzeitig zum Einsatz kommen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Wesentlichen aus Polyurethan bestehendes unteres und oberes Poliertuch mit einer Härte von 50 bis 100 (Shore A) zum Einsatz kommt und ein Poliermittel mit einem SiO₂- Feststoffgehalt von 1 bis 5 Gew.-% und einem pH-Wert von 9,5 bis 12,5 kontinuierlich zugeführt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch Wahl vergleichbarer mittlerer Bahngeschwindigkeiten von Halbleiterscheiben (H) relativ zum oberen und zum unteren Polierteller (7) von einer Vorderseite und einer Rückseite annähernd gleich viel Material abgetragen werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch Wahl einer höheren mittleren Bahngeschwindigkeit von Halbleiterscheiben (H) relativ zum oberen Polierteller (7) verglichen mit der mittleren Bahngeschwindigkeit relativ zum unteren Polierteller (7) von einer Vorderseite der Halbleiterscheiben (H) mehr Material abgetragen wird als von einer Rückseite.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichzeitig beidsei tige Material abtragende Bearbeitung als doppelseitiger Läppschritt zwischen zwei Läppscheiben unter Abtrag von mindestens 10 µm Halbleitermaterial ausgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterscheiben (H) in mit Kunststoff ausgekleideten Aussparungen (3) von ebenen Läuferscheiben (1) aus Stahl liegen und sich unter Zuführung einer Abrasivteilchen enthaltende Suspension zwischen zwei Läppscheiben aus Stahl mit kanalartigen Vertiefungen bewegen.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Vorderseite und einer Rückseite gleich viel Material abgetragen werden.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichzeitig beidsei tige Material abtragende Bearbeitung als doppelseitiger Schleifschritt zwischen zwei mit Schleifkörpern belegter Arbeitsscheiben (7) unter Abtrag von mindestens 10 µm Halb leitermaterial ausgeführt wird.

14. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 innerhalb einer Prozesskette zur Herstellung von Halbleiterscheiben aus Silicium mit einer lokalen E benheit SFQR_max von gleich oder kleiner 0,13 µm, bezogen auf eine Bauelementefläche von 25 mm × 25 mm.