DE10162597C1 - Verfahren zur Herstellung beidseitig polierter Halbleiterscheiben - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben, umfassend die Politur der in Aussparungen von Läuferscheiben für eine Politur liegenden Halbleiterscheiben zwischen zwei sich drehenden parallelen, mit einem unteren und einem oberen Poliertuch beklebten Poliertellern unter Zuführung eines Abrasivstoffe oder Kolloide enthaltenden Poliermittels und mindestens eine, der Politur vorausgehende Konditionierung des unteren und oberen Poliertuches mit Konditionierscheiben, während der die in Aussparungen von Läuferscheiben für die Konditionierung liegenden Konditionierscheiben zwischen den mit dem unteren und oberen Poliertuch beklebten Poliertellern bewegt werden. Die Konditionierscheiben weisen zwei glatte Seitenflächen auf, von denen mindestens eine eine verrundete Kante besitzt, und die Konditionierung findet unter kontinuierlicher Zuführung von Wasser statt, das keine weiteren Zusätze in nennenswerten Anteilen enthält.

Description

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung gleichzeitig, beidseitig und flächig polierter Halbleiterscheiben, die insbesondere in der Industrie zur Herstellung mikroelektronischer Bauelemente Verwendung finden.

In der Prozesskette, die zu Halbleiterscheiben zur Herstellung mikroelektronischer Bauelemente führt, werden eine Reihe von relevanten Eigenschaften dieser Halbleiterscheiben in einer ab­ schließenden Politur eingestellt. Eine derartige Eigenschaft ist beispielsweise die lokale Ebenheit, die für eine verzer­ rungsfreie lithografische Aufbringung von Fotomasken in der Bauelementeherstellung wichtig ist und für ein Raster von Teil­ flächen auf der Vorderseite der Halbleiterscheibe bestimmt wird. Die lokale Ebenheit der jeweils unebensten Teilfläche, die als SFQR_max-Wert ausgedrückt werden kann, wird in der Regel vom Weiterverarbeiter begrenzt. Eine weitere derartige Eigen­ schaft ist die Abwesenheit von Oberflächenkratzern, die auf der polierten Vorderseite unmittelbar zu elektrischen Kurzschlüssen der Bauelemente sowie mittelbaren Problemen durch Einbringung schädlicher Partikel in die Bauelementefertigung führen können.

Polierprozesse an Halbleiterscheiben lassen sich durch Verwen­ dung eines Poliertuchs, das auf einen Polierteller aufgeklebt ist, unter Zuführung eines meist alkalischen, Abrasivstoffe oder Kolloide enthaltenden Poliermittels ausführen. Dazu wurden in der Vergangenheit einseitig angreifende Polierprozesse ange­ wandt, bei denen die Halbleiterscheibe mittels Vakuum, Adhäsion oder Wachs von einer Trägenvorrichtung auf der Rückseite gehal­ ten und auf der Vorderseite, die später mit Bauelementen belegt werden soll, poliert wird. Die Poliertücher müssen insbesondere nach dem Aufkleben zum Erreichen der geforderten Qualität der Halbleiterscheiben, je nach Prozessausführung jedoch auch nach einer gewissen Nutzungsdauer konditioniert werden. Nach dem Stand der Technik, der beispielsweise aus den Anmeldungen US- 5,665,201, US-5,906,754, US-5,954,570, US-6,042,8, US- 6,152,813 und US-6,241,581 B1 hervorgeht, kann dies durch me­ chanische Behandlung des Poliertuchs mit Schleifkörpern ("pel­ lets"), die über eingebettete Diamantsplitter verfügen und, von einer Trägerplatte gehalten, in der Regel kreisend über das Po­ liertuch bewegt werden, und/oder Bürsten geschehen.

Zur Herstellung von verschärften Geometrieanforderungen genü­ genden Halbleiterscheiben reichen konventionelle Einseiten-Po­ lierverfahren nicht mehr aus. Aus diesem Grunde wurden Anlagen und Verfahren zum gleichzeitig beidseitigen Polieren von Vor­ der- und Rückseite der Halbleiterscheibe bereitgestellt und weiterentwickelt, die heutzutage insbesondere zur technischen Fertigung von Halbleiterscheiben mit Durchmessern von 200 mm und 300 mm zunehmend Verbreitung finden. Die Halbleiterscheiben werden dabei in Läuferscheiben ("carrier") aus Metall oder Kunststoff, die über geeignet dimensionierte Aussparungen ver­ fügen, auf einer durch die Anlagen- und Prozessparameter vorbe­ stimmten Bahn zwischen zwei rotierenden, mit Poliertuch bekleb­ ten Poliertellern wiederum in Gegenwart eines Poliermittels be­ wegt und dadurch unter Erzeugung einer hohen Planparallelität poliert. Ein entsprechendes, zu hohen lokalen Ebenheiten füh­ rendes Verfahren, bei dem Läuferscheiben aus Edelstahl zum Einsatz kommen, deren Dicke um 2 bis 20 µm niedriger bemessen ist als die Dicke der fertig polierten Halbleiterscheiben, ist in der DE 199 05 737 C2 beansprucht.

Für die beidseitig angreifende Politur gilt wie für die einsei­ tig angreifende Politur, dass das Poliertuch, in diesem Falle das untere und das obere Poliertuch, zum Erreichen der gefor­ derten Eigenschaften konditioniert werden muss. Dabei ist auf die Besonderheiten derartiger Polieranlagen und -verfahren Rücksicht zu nehmen, insbesondere die Größe - typische Polier­ tellerdurchmesser sind etwa 2 m - und die Notwendigkeit zur Ab­ stimmung der Eigenschaften von unterem und oberem Poliertuch aufeinander. Ein Verfahren zum gleichzeitigen Schleifen des unteren und des oberen Poliertuchs einer derartigen Polieranla­ ge ist in der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 100 46 893.4 beschrieben.

Zur teilweisen Entfernung von aus den Pellets herausgebrochenen Splittern sowie von Tuchabrieb ist die Durchführung eines Bürstenschrittes nach dem Tuchschleifen bean­ sprucht. Jedoch führt dieses Verfahren zu erhöhten Kratzerraten während der beidseiti­ gen Politur durch nicht vollständig entfernbare Splitter und Abrieb und damit zum Ausfall der betreffenden Halbleiterscheiben insbesondere in der Anfangsphase der Nutzungs­ dauer der Poliertücher.

In der US 5,890,951 und der US-5,674,352 ist jeweils ein Verfahren zur Konditionierung von Poliertüchern beschrieben, bei dem eine Konditionierscheibe über das mit Polier­ mittel benetzte Poliertuch bewegt wird. Bei dem in der EP-754525 A1 offenbarten Ver­ fahren werden raue Konditionierscheiben in Verbindung mit Wasser zum Konditionieren von Poliertüchern eingesetzt.

Ein Verfahren zur Konditionierung des unteren und des oberen Poliertuchs mit Werk­ stücken aus Keramik oder Siliciumcarbid ist in der US 6,135,863 beschrieben. Die zur Ausführung dieses Verfahrens notwendige Zuführung eines Poliermittels mit SiO₂-Antei­ len zur Unterstützung der Gleitung der glatten Werkstücke auf den Poliertüchern bei den für eine zielführende Konditionierung notwendigen Drücken verursacht nicht nur zusätz­ liche Kosten durch die Bereitstellung von zusätzlichen Mengen des sehr reinen und da­ mit teuren Poliermittels, sondern führt außerdem beispielsweise durch unter den bean­ spruchten Bedingungen teilweise auskristallisierendes SiO₂ zu verkratzten Oberflächen der Siliciumscheiben in den ersten Polierfahrten nach einer derartigen Konditionierung.

Der veröffentlichte Stand der Technik offenbart bisher kein Verfahren zur Tuchkonditio­ nierung bei der gleichzeitig beidseitig angreifenden Politur, das eine hohe Ebenheit der polierten Halbleiterscheiben, beispielsweise ausgedrückt als SFQR_max gleich der kleiner 0,10 µm, und eine kratzerfreie Oberfläche der Vorderseite und der Rückseite der Halb­ leiterscheiben bereits ab der ersten Polierfahrt auf einem neu aufgeklebten unteren und oberen Poliertuch ermöglicht. Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, diese Lücke im Stand der Technik zu schließen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben, umfassend die Politur der in Aussparungen von Läuferscheiben für eine Politur liegen­ den Halbleiterscheiben zwischen zwei sich drehenden parallelen, mit einem unteren und einem oberen Poliertuch beklebten Poliertellern unter Zuführung ei­ nes Abrasivstoffe oder Kolloide enthaltenden Poliermittels, und mindestens eine, der Politur vorausgehende Konditionierung des unteren und oberen Poliertuchs mit Konditi­ onierscheiben, während der die in Aussparungen von Läuferscheiben für die Konditio­ nierung liegenden Konditionierscheiben zwischen den mit dem unteren und oberen Po­ liertuch beklebten Poliertellern bewegt werden, wobei die Konditionierscheiben zwei glatte Seitenflächen aufweisen, von denen mindestens eine eine verrundete Kante be­ sitzt, und wobei die Konditionierung unter kontinuierlicher Zuführung von Wasser statt­ findet, das keine weiteren Zusätze oder gelöste Stoffe in einer Menge von bis zu 0,5 Gew.-% enthält.

Unter einer glatten Seitenfläche der Konditionierscheiben wird dabei eine Seitenfläche verstanden, die ein annähernd reibungsfreies Gleiten der Konditionierscheiben auf den zu konditionierenden Poliertüchern unter Zuführung von Wasser ohne Zusätze bei­ spielsweise von Poliermittel ermöglicht. Voraussetzung hierfür ist eine Seitenfläche mit niedriger makroskopischer Rauigkeit, die vom Betrachter als "spiegelnde" Oberfläche wahrgenommen wird. Unter Wasser ohne weitere Zusätze in nennenswerten Anteilen wird neben reinem Wasser auch eine Flüssigkeit verstanden, die im Wesentlichen aus Wasser besteht und außer Wasser auch gelöste Stoffe in einer Menge von bis zu 0,5 Gew.-% enthält.

Charakteristisch für die Erfindung ist, dass die Möglichkeit des annähernd rei­ bungsfreien Gleitens der Konditionierscheiben unter Zuführung von Wasser ohne Zu­ sätze, die durch die Vermeidung von scharf begrenzten Kanten an den Konditionier­ scheiben durch Ausführung einer Verrundung unterstützt wird, eine effektive Konditio­ nierung des unteren und des oberen Poliertuchs durch eine Planetenbewegung der Konditionierscheiben unter Druck bei nur geringer mechanischer Belastung der Antriebe und der Poliertücher durch Scherkräfte ermöglicht, ohne dass ein Gefährdungspotenzial durch von Tuchabrieb oder auskristallisierendem Poliermittel verursachten Kratzern auf den Halbleiterscheiben besteht. Dieser Zusammenhang ist überraschend und war 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 Halbleiterscheiben mit einer polierten Vorder­ seite und einer polierten Rückseite und einer hohen lokalen Ebenheit, beispielsweise ausgedrückt als SFQR_max gleich oder kleiner 0,10 µm, die auf Grund derartiger Ebenheiten bereits zu Beginn der Einsatzdauer eines unteren und eines oberen Polier­ tuchs sowie eines verringerten Anteils an verkratzten Halblei­ terscheiben den nach dem Stand der Technik hergestellten Halb­ leiterscheiben 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 chemisch-mecha­ nischen beidseitig angreifenden Polierverfahren bearbeitet wer­ den kann. Derartige Materialien sind zum Beispiel Silicium, Silicium/Germanium, Siliciumdioxid, Siliciumnitrid und Gallium­ arsenid. Die Verwendung einkristalliner Siliciumscheiben ist besonders bevorzugt und Gegenstand der nachfolgenden Beschrei­ bung.

Die durch Aufsägen eines Silicium-Einkristalls und Verrunden der Kanten erzeugten Siliciumscheiben können vor der Durchfüh­ rung des erfindungsgemäßen Polierverfahrens verschiedenen ab­ tragenden Prozessschritten unterzogen werden, deren Ziel die Verbesserung der Scheibengeometrie und die Entfernung von ge­ störten Oberflächenschichten sowie von Verschmutzung ist. Ge­ eignete Verfahren sind Läppen, Schleifen und Ätzen. Auch Schei­ ben mit polierten sowie beschichteten Oberflächen können dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen werden.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Polierschrittes kann eine handelsübliche Polieranlage geeigneter Größe für die gleichzeitig beidseitige Politur von Halbleiterscheiben ver­ wendet werden. Die Polieranlage besteht im Wesentlichen aus einem frei horizontal drehbaren unteren Polierteller und einem parallelen frei horizontal drehbaren oberen Polierteller, die beide mit jeweils einem Poliertuch beklebt sind, und erlaubt unter kontinuierlicher Zuführung eines Abrasivstoffe oder Kol­ loide enthaltenden alkalischen Poliermittels das beidseitige abtragende Polieren von Siliciumscheiben. Die Siliciumscheiben werden dabei durch Läuferscheiben, die über ausreichend dimen­ sionierte Aussparungen zur Aufnahme der Siliciumscheiben ver­ fügen, während des Polierens auf einer vorbestimmten Bahn, bei­ spielsweise auf einer Zykloidenbahn, gehalten. Bevorzugt ist eine Wahl der Rotationskennzahlen von Poliertellern und An­ triebskränzen wie in der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 101 32 504.5 vorgeschlagen, bei der relativ offene Bahnkurven der Siliciumscheiben in Relation zu den Poliertellern bei Vermeidung kleiner Krümmungsradien realisiert werden, was zu einer verbesserten Ausnutzung der Poliertucheigenschaften führt.

Auf Grund der während der Politur auftretenden hohen mechani­ schen Kräfte in Verbindung mit der Forderung nach einem ebenen, wellenfreien Erscheinungsbild sowie chemischer Resistenz hat sich Edelstahl als geeignetes Material für den Läuferscheiben- Grundkörper erwiesen. Die Läuferscheiben sind beispielsweise mit einer Triebstock-Stiftverzahnung oder einer Evolventen­ verzahnung mit der Polieranlage über einen sich drehenden inne­ ren und einen sich in der Regel gegenläufig drehenden äußeren Stift- oder Zahnkranz in Kontakt und werden dadurch in eine rotierende Bewegung zwischen den beiden Poliertellern versetzt. Bevorzugt ist der gleichzeitige Einsatz von mindestens drei, besonders bevorzugt von fünf ebenen Läuferscheiben aus rost­ freiem Chromstahl gemäß der DE-100 23 002 A1, die mit jeweils mindestens einer, besonders bevorzugt mit mindestens drei Sili­ ciumscheiben belegt sind, deren Kanten durch Kunststoffausklei­ dungen in den Aussparungen geschützt sind.

Beispielsweise ist es im Rahmen der Erfindung möglich, 30 Sill­ ciumscheiben des Durchmessers 200 mm (verteilt auf 5 Läufer­ scheiben mit je 6 Siliciumscheiben) oder 15 Siliciumscheiben des Durchmessers 300 mm (verteilt auf 5 Läuferscheiben mit je 3 Siliciumscheiben) oder 5 Siliciumscheiben des Durchmessers 450 mm (verteilt auf 5 Läuferscheiben mit je einer Siliciumscheibe) auf einer handelsüblichen Polieranlage des Typs AC2000 von Firma Peter Wolters, Rendsburg (Deutschland) gleichzeitig zu polieren. Ebenfalls ist möglich, bei Verwendung einer kleineren Polieranlage des Typs AC1500 vom gleichen Hersteller 25 Sili­ ciumscheiben des Durchmessers 150 mm (verteilt auf 5 Läufer­ scheiben mit je 5 Siliciumscheiben) oder 15 Siliciumscheiben des Durchmessers 200 mm (verteilt auf 5 Läuferscheiben mit je 3 Siliciumscheiben) oder 5 Siliciumscheiben des Durchmessers 300 mm (verteilt auf 5 Läuferscheiben mit je einer Siliciumscheibe) gleichzeitig zu polieren. Bei Belegung einer Läuferscheibe mit nur einer Siliciumscheibe sollte letztere azentrisch positio­ niert sein.

Die Läuferscheibendicke wird um 1 bis 20 µm, bevorzugt um 1 bis 10 µm und besonders bevorzugt um 1 bis 5 µm größer als die End­ dicke der polierten Scheiben gewählt, um eine Verschlechterung der lokalen Geometriewerte, beispielsweise der SFQR-Werte, ins­ besondere durch einen Randabfall ("roll-off") im Randbereich der Siliciumscheiben zu verhindern. In Abstimmung mit der mit dem Weiterverarbeiter der Siliciumscheiben vereinbarten Dicke von meist 500 bis 1000 µm kann die Dicke der Läuferscheiben da­ mit von 480 bis 999 µm unter Beachtung der Dickenrelation vari­ ieren. Bei Ausführung der Erfindung ist ein Siliciumabtrag von mindestens 2 µm, bevorzugt 5 bis 70 µm und besonders bevorzugt 10 bis 50 µm vorgesehen.

Der Polierdruck kann in relativ weiten Grenzen variiert werden. Sinnvoll im Rahmen der Erfindung ist der Bereich von 0,10 bis 0,30 kg pro cm² Siliciumfläche. Niedrigere Drücke sind problem­ los realisierbar, führen jedoch durch Verlängerung der Polier­ zeit zu einem reduzierten Anlagendurchsatz und damit zu höheren Kosten. Höhere Drücke sind in Einzelfällen möglich, wenn beispielsweise nicht die maximal mögliche Anzahl von Silicium­ scheiben gleichzeitig poliert wird. Dann gelingt es beispiels­ weise bei Verwendung einer Polieranlage des Typs AC2000, die bauartbedingt eine Kraftaufbringung des oberen Poliertellers von maximal 3000 daN (Deka-Newton; bei Polieranlagen gebräuch­ liche Einheit) ermöglicht, auch höhere Polierdrücke zu reali­ sieren, wobei der Nutzen im Einzelfall zu prüfen ist. Bevorzugt ist bei Ausführung der Erfindung ein Polierdruck von 0,15 bis 0,25 bar, was beispielsweise bei Verwendung einer Anlage des Typs AC2000 bei der maximal möglichen gleichzeitigen Politur von 30 Siliciumscheiben des Durchmessers 200 mm eine Kraftauf­ bringung von 1390 bis 2310 daN und im Falle von 15 Silicium­ scheiben des Durchmessers 300 mm eine Kraftaufbringung von 1560 bis 2600 daN erfordert.

Für die Umrechnung der Einheiten unter Einbezug der Erdbe­ schleunigung gilt: Der Druck (in kg/cm²) entspricht dem etwa 1,02-fachen der Kraft (in daN) geteilt durch die Gesamt-Kon­ taktfläche der Scheiben, hier der Siliciumscheiben (in cm²).

Beim Aufkleben der Poliertücher auf den unteren und den oberen Polierteller besteht gemäß einem in der US 6,179,950 B1 be­ schriebenen Verfahren die Möglichkeit, die beiden Tücher aus Teilstücken zusammenzusetzen. Dies ist im Rahmen der Erfindung zwar möglich, stellt jedoch eine lokale Inhomogenität des Po­ liertuchs im Bereich der Stöße dar und ist weniger bevorzugt. Bevorzugt ist die Verwendung von inzwischen in Durchmessern von über 2 m am Markt erhältlicher Poliertücher, die jeweils den unteren und den oberen Polierteller in einem Stück abdecken können.

Nach dem blasenfreien Aufkleben der beiden Tücher nach dem Fachmann geläufigen Verfahren werden diese vor der Politur von Siliciumscheiben im Rahmen der Erfindung konditioniert. Die Tücher können dabei eine unterbrechungsfreie Oberfläche auf­ weisen. Die Oberfläche eines oder beider Poliertücher kann jedoch auch beispielsweise durch ein Netzwerk von flachen Kanä­ len durchbrochen sein, die sich positiv auf die Poliermittelverteilung auswirken können. Bevorzugt ist, die Fläche des obe­ ren Poliertuchs durch eine entsprechende Kanalanordnung etwas geringer als die Fläche des unteren Poliertellers auszuführen. In Verbindung mit rotierendem Abheben des oberen Poliertellers nach Beendigung der Politur führt dies dazu, dass nach dem Öff­ nen der Polieranlage keine Siliciumscheiben am oberen Polier­ teller haften.

Die Konditionierung erfolgt durch Aufbringen von Druck auf die beiden Poliertücher mittels Konditionierscheiben in einer Be­ wegungsart, welche der später ausgeführten Politur vergleichbar ist. Die Erfindung schlägt vor, diese Bewegungsart durch Führen der Konditionierscheiben mittels Läuferscheiben für die Konditionierung durchzuführen. Die Konditionierung führt dazu, dass das untere und das obere Poliertuch fest auf den jeweiligen Polierteller gepresst und in dieser Sandwich-artigen Anordnung durch Verformung aufeinander abgestimmt werden, um bei der Politur die Erzeugung von in höchstem Maße planparallelen Siliciumscheiben bereits von Anfang der Nutzungsdauer des Poliertuchs an zu gewährleisten.

Dabei ist von hoher Bedeutung, dass mindestens der Bereich des Tuches konditioniert wird, der bei der späteren Politur mit den Siliciumscheiben in Kontakt tritt und so auf diese einwirkt. Ansonsten wäre eine beispielsweise durch Einlaufspuren inhomo­ gene Poliertuchoberfläche die Folge, was zu einer Verschlechte­ rung der lokalen Geometriedaten der polierten Siliciumscheiben führen würde. Die Konditionierung eines ausreichend großen Po­ liertuchanteils kann durch Belegung der Läuferscheiben für die Konditionierung mit Konditionierscheiben erfolgen, die mindes­ tens so weit zum Rand der umlaufenden Verzahnung hin reichen wie die Siliciumscheiben in den Läuferscheiben für die Politur.

Die Anforderungen an die Läuferscheiben für die Konditionierung sind verschieden von den Anforderungen an die Läuferscheiben für die Politur: Erstere sollten eine Dicke besitzen, die eine sichere Führung der Konditionierscheiben beispielsweise auf einer Zykloidenbahn ermöglicht. Die Konditionierscheiben besitzen einen Durchmesser von vorzugsweise 50 bis 500 mm und besonders bevorzugt von 100 bis 300 mm; ihre Dicke beträgt vorzugsweise gleich oder größer 3 mm, besonders bevorzugt 10 bis 50 mm. Die Läuferscheiben für die Konditionierung sind vorzugsweise um mindestens 0,1 mm, besonders bevorzugt um 2 bis 20 mm dünner bemessen als die Konditionierscheiben; ihre Dicke liegt bei mindestens 2 mm, bevorzugt bei 5 bis 30 mm. Als Material für die bei der Konditionierung eingesetzten Läuferscheiben eignen sich auf Grund des niedrigen Gewichtes und der in dem angegebenen Dickenbereich hohen Belastbarkeit besonders Kunststoffe, beispielsweise Polyvinylchlorid, Polyamid, Polyester, Polyolefine, Polystyrol, Polyolefin­ terephthalate, Polyimide sowie Misch- und Copolymere, die bei Bedarf beispielsweise mit Quarzmehl gefüllt oder mit Glasfasern verstärkt sein können. Die Erfindung ist prinzipiell jedoch nicht an die Verwendung von Kunststoffläuferscheiben für diesen Anwendungszweck gebunden, wenn Nachteile beispielsweise hin­ sichtlich der Handhabung durch Verwendung von Hebewerkzeugen in Kauf genommen werden können. In einem solchen Fall sind auch Läuferscheiben aus Edelstahl geeignet.

Jede Läuferscheibe für die Konditionierung sollte mit mindes­ tens einer Konditionierscheibe, bevorzugt mit 2 bis 10 und be­ sonders bevorzugt mit 3 bis 5 Konditionierscheiben belegt sein. Die Verwendung von 3 bis 5 Läuferscheiben ist bevorzugt. Die Konditionierung erfolgt bei einem Konditionierdruck von vorzugsweise 0,10 bis 0,50 kg pro cm², besonders bevorzugt 0,15 bis 0,35 kg pro cm² Konditionierscheibenfläche, der über die durch den Polierteller aufgebrachte Kraft sowie über die Ge­ samtfläche der Konditionierscheiben eingestellt werden kann. Bei über Anzahl und Durchmesser der Konditionierscheiben vorgegebener Gesamtfläche und anlagenbedingt limitierter Kraftaufbringung (in daN) besteht die Möglichkeit, über das Einbringen von Kanälen und/oder Aussparungen in die Konditionierscheiben deren aktiv genutzte Oberfläche zu verringern und damit den Konditionierdruck zu erhöhen. Ein Beispiel hierfür ist die Verwendung von Konditionierscheiben in Form von Ringen. Es besteht im Rahmen der Erfindung jedoch keine feste Relation zwischen dem Konditionierdruck und dem Polierdruck, der prinzipiell höher oder niedriger als der Konditionierdruck oder gleich diesem gewählt werden kann.

Die Gesamtfläche der Konditionierscheiben sollte vorzugsweise mindestens 10%, besonders bevorzugt 20 bis 100% der Fläche der zu polierenden Siliciumscheiben betragen. Die Konditionierdauer beträgt vorzugsweise 1 bis 60 min. besonders bevorzugt 5 bis 30 min. Die einmalige Durchführung der Kon­ ditionierung ist gewöhnlich ausreichend. Es kann jedoch hilf­ reich sein, die Konditionierung zur einem späteren Zeitpunkt der Nutzungsdauer der Poliertücher zu wiederholen. Bevorzugt ist, die Poliertücher nach der Konditionierung und nach jeweils einer oder mehreren Polierfahrten zu bürsten, was besonders bevorzugt durch an Stelle der Läuferscheiben eingelegter Bürstenscheiben für eine Zeitdauer von 1 bis 30 min bei­ spielsweise unter Zuführung von Wasser gegebenenfalls mit Zu­ sätzen in geringen Anteilen erfolgen kann.

Die grundlegende Idee der Erfindung besteht darin, die Beschaf­ fenheit der Konditionierscheiben so zu wählen, dass diese le­ diglich unter Zuführung von Wasser nahezu reibungsfrei über die Poliertücher gleiten können. Dies wird durch eine glatte ("spiegelnde") untere und obere Seitenfläche der Konditionier­ scheiben erreicht. Glatte Seitenflächen lassen sich beispiels­ weise durch Schleifen und/oder Polieren erzeugen. Zur Vermeidung der Auskristallisation von Bestandteilen des Poliermittels, beispielsweise SiO₂, sollten die glatten Seitenflächen keine zufällig angeordneten Öffnungen wie Poren, Kavitäten und Lunker aufweisen.

Ebenfalls vereinfacht wird das nahezu reibungsfreie Gleiten durch Verrundung mindestens einer, bevorzugt beider Kanten (Randbegrenzungen der Seitenflächen) der Konditionierscheiben, wodurch die Scherwirkung auf das Tuch zusätzlich reduziert wird. Verfügen die Konditionierscheiben über Aussparungen, bei­ spielsweise bei Ausführung in Form von Ringen, ist bevorzugt, auch die Kanten dieser Aussparungen zu verrunden. Der Kreisbogen der Verrundung besitzt einen Durchmesser von be­ vorzugt 1 bis 10 mm und besonders bevorzugt 2 bis 5 mm.

Als Material für die Konditionierscheiben eignen sich prinzipi­ ell Stoffe, die sich zu Scheiben mit den bevorzugten Abmessun­ gen unter niedrigen Kosten verarbeiten lassen, mechanisch wi­ derstandfähig sind, sich verrunden lassen, die Erzeugung für die Erfindung hinreichend glatter und beispielsweise lunker­ freier Oberflächen ermöglichen sowie unter den Konditionierbe­ dingungen nicht nennenswert abnutzen und dabei keine Partikel sowie die für die Siliciumpolitur schädlichen Metalle Kupfer und Nickel freisetzen. Diese Anforderung erfüllen. Edelstähle, die als Material für die Konditionierscheiben bevorzugt sind. Besonders bevorzugt sind Chromstähle, die als weitere Legie­ rungsbestandteile eine Reihe von Metallen, wie Molybdän und/oder Vanadium, enthalten können. Zum Bereich der besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung gehört die Verwendung von Edelstahl-Läuferscheiben und Edelstahl-Konditionierscheiben aus Material derselben Zusammensetzung.

Zur Konditionierung von neuen Poliertüchern werden die Konditi­ onier-Läuferscheiben in die Polieranlage eingelegt und mit den Konditionierscheiben bestückt. Zum Start des Konditioniervor­ ganges werden bevorzugt zuerst beide Polierteller in Rotation versetzt und erst dann zum Aufbau des Konditionierungsdruckes zusammengefahren, was den Reibungswiderstand zu Beginn reduziert. Die Konditionierung der Tücher erfolgt im bevorzug­ ten Druckbereich nahezu ohne Geräuschentwicklung und Vibration der Polieranlage unter relativ geringer elektrischer Kraftauf­ nahme der Antriebe, was für eine hohe Lebensdauer der Polieran­ lage, insbesondere der Antriebe, relevant ist. Die Drehzahl der Polierteller während des Konditioniervorganges beträgt vorzugsweise von 2 bis 20 U/min (Umdrehungen pro Minute) und besonders bevorzugt von 5 bis 15 U/min und während der Politur vorzugsweise von 5 bis 40 U/min und besonders bevorzugt von 10 bis 30 U/min bei jeweils entgegengesetzter Drehrichtung von oberem und unterem Polierteller. Besonders bevorzugt ist auch, die Drehzahl der Polierteller bei der Konditionierung niedriger zu wählen als bei der Politur.

Im Rahmen der gemachten Ausführungen wird der beidseitige Po­ lierschritt in der dem Fachmann bekannten Art und Weise durch­ geführt. Bevorzugt wird mit einem handelsüblichen Polyurethan- Poliertuch einer Härte zwischen 50 und 100 (Shore A) poliert, das über eingearbeitete Polyesterfasern verfügen. Im Falle der Politur von Siliciumscheiben empfiehlt sich die kontinuierliche Zuführung eines Poliermittels mit einem durch Alkalizusätze eingestellten pH-Wert von 9,5 bis 12,5 aus 1 bis 10 Gew.-% kolloidal in Wasser gelöstem SiO₂, das über Fällung von Kiesel­ säure oder Pyrolyse hergestellt sein kann.

Die Siliciumscheiben werden nach Beendigung der Politur gegebe­ nenfalls von anhaftendem Poliermittel gereinigt und getrocknet und können anschließend unter stark gebündeltem Licht auf Ober­ flächenkratzer hin untersucht und auf einem Geometriemessgerät hinsichtlich ihrer lokalen Geometrie vermessen werden. Dabei zeigt sich, dass bereits von der ersten Polierfahrt nach Auf­ kleben neuer Poliertücher an eine hohe Ausbeute an Silicium­ scheiben erzielt wird, die keine Oberflächenkratzer und hohe lokale Ebenheiten aufweisen. Während Verfahren nach dem Stand der Technik in den ersten 10 bis 20 Polierfahrten nach Tuch­ wechsel beidseitig polierte Siliciumscheiben für moderne Bau­ elementeprozesse in Ausbeuten von gleich oder kleiner 50% hervorbringen, werden bei Ausführung der Erfindung bereits in dieser Anfangsphase der Tuchnutzung Ausbeuten von gleich oder größer 90% erreicht.

Zur Beschreibung der Erfindung gehören Figuren, welche diese verdeutlichen. Alle Angaben beziehen sich auf die Politur von Siliciumscheiben des Durchmessers 300 mm auf einer handels­ üblichen Anlage für die gleichzeitig beidseitige Politur von Halbleiterscheiben des Typs AC2000, ausgestattet mit einer Stiftverzahnung des äußeren und inneren Kranzes zum Antrieb der Läuferscheiben. Der Durchmesser des inneren Stiftkranzes beträgt 530 mm, jener der Läuferscheiben 720 mm und jener des äu­ ßeren Stiftkranzes 1970 mm. Die der Erfindung zu Grunde liegen­ den Zusammenhänge lassen sich analog auf kleinere oder größere Polieranlagen übertragen; die Figuren beinhalten daher in kei­ nem Fall eine Einschränkung der Erfindung.

Fig. 1 zeigt schematisch einen mit Schleifkörpern belegten Alu­ miniumring zum Schleifen der Poliertücher in der Aufsicht (Fig. 1a) und in der Seitenansicht (Fig. 1b) nach dem Stand der Tech­ nik, wie er im Vergleichsbeispiel eingesetzt wurde.

Fig. 2 zeigt schematisch eine mit vier Konditionierscheiben des Durchmessers 250 mm aus Edelstahl belegte Kunststoff-Läufer­ scheibe zur Konditionierung der Poliertücher in der Aufsicht (Fig. 2a) und in der Seitenansicht (Fig. 2b), wie sie im Bei­ spiel eingesetzt wurde.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Edelstahl-Läuferscheibe zur Poli­ tur von drei Siliciumscheiben in der Aufsicht, wie sie im Ver­ gleichsbeispiel und im Beispiel eingesetzt wurde, in der Auf­ sicht.

Fig. 4 zeigt schematisch die Anordnung von drei der in Fig. 2 dargestellten, mit Konditionierscheiben aus Edelstahl belegten Kunststoff-Läuferscheiben zur Konditionierung der Poliertücher in der Polieranlage, wie sie im Beispiel ausgeführt wurde, in der Aufsicht.

Fig. 5 zeigt schematisch die Anordnung von fünf der in Fig. 3 dargestellten, mit je drei Siliciumscheiben belegten Edelstahl- Läuferscheiben zur Politur in der Polieranlage, wie sie im Vergleichsbeispiel und im Beispiel ausgeführt wurde, in der Aufsicht.

Vergleichsbeispiel und Beispiel

Für die Gegenüberstellung eines Vergleichsbeispiels und eines Beispiels standen Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm im Produktionsmaßstab zur Verfügung, die kantenverrun­ det, geschliffen und sauer geätzt waren und deren mittlere Di­ cke 805 µm betrug.

Vergleichsbeispiel

Der aus Gusseisen bestehende untere und obere Polierteller der Polieranlage wurde mit Isopropanol gereinigt. Anschließend wur­ de je ein Poliertuch des Typs SUBA1200 von Fa. Rodel auf die beiden Teller geklebt, die aus einer den zu polierenden Silici­ umscheiben zugewandten Schicht aus Polyesterfaser-verstärktem Polyurethanschaum, einer Feuchtigkeitssperrschicht und einer druckadhäsiven Klebeschicht aufgebaut waren. Das Poliertuch des oberen Poliertellers war mit einer schachbrettartigen Kanalan­ ordnung eines Rasterabstandes von 30 mm versehen, die bei der Tuchherstellung durch Einfräsen aufgebracht worden war. Das un­ tere Poliertuch besaß eine nicht durchbrochene Oberfläche. Nach Zuschneiden der Tuchränder wurde das Tuch durch Zusammenfahren von unterem und oberem Polierteller bei einem Druck von 0,3 bar fest mit den Poliertellern verbunden.

Zur Konditionierung der Poliertücher standen drei Aluminiumrin­ ge gemäß Fig. 1 mit einer Dicke von 25 mm zur Verfügung, die aus einem Grundkörper 1, einer zum Eingriff in die Stiftverzah­ nung der Polieranlage geeigneten Verzahnung 2 und pro Seite 120 Schleifpellets vom Durchmesser 20 mm 3 bestanden, die in Ver­ tiefungen eingeklebt waren. Die Pellets bestanden aus Kunst­ harz-gebundenen Diamanten mit einem mittleren Korndurchmesser von 30 µm und ragten 4 mm aus der Aluminiumplatte heraus. Die Konditionierung mit Hilfe dieser durch die Stiftkränze in Rota­ tion versetzten Scheiben, bei der Tuchanteile abgetragen wur­ den, erfolgte bei einer Poliertellerrotation von 10 beziehungs­ weise -10 U/min bei einer Kraftaufbringung von 400 daN, was einem Konditionierdruck von 0,36 kg pro cm² Pelletfläche ent­ spricht, für eine Zeitdauer von 10 min unter Zuführung von Was­ ser. Dabei war eine schwache Vibration der Polieranlage unter leichter Geräuschbildung festzustellen. Anschließend wurden die Tücher für eine kurze Zeitdauer unter Verwendung von Bürsten­ platten mit Nylonborsten gebürstet.

Der gleichzeitig beidseitige Polierschritt wurde nach Austausch der Bürstenscheiben durch fünf Läuferscheiben aus rostfreiem Chromstahl mit einer mittleren Dicke von 773 µm gemäß Fig. 3 ausgeführt. Die Läuferscheiben besaßen eine Grundkörper 7, der in eine auf die innere und äußere Triebstock-Stiftverzahnung der Polieranlage passende umlaufende Verzahnung 8 überging und von mit Polyvinylidendifluorid ausgekleideten Aussparungen 9 vom Innendurchmesser 301 mm zur Aufnahme von je 3 Silicium­ scheiben sowie weiteren Öffnungen 10 zur Verbesserung der Po­ liermittelverteilung durchbrochen war. In Fig. 5 ist die An­ ordnung der Läuferscheiben in der Polieranlage dargestellt. Er­ kennbar ist dabei die Positionierung der 15 Halbleiterscheiben H, in diesem Falle Siliciumscheiben; der innere Stiftkranz 11 sowie der äußere Stiftkranz 12; sowie der mit Poliertuch be­ klebte untere Polierteller 13. Auf die Darstellung des oberen mit Poliertuch beklebten Poliertellers wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.

Die Politur det Siliciumscheiben wurde unter Verwendung eines durch K₂CO₃-Zugabe auf einen pH-Wert von 11,2 eingestellten Po­ liermittels mit einem SiO₂-Feststoffgehalt von 3 Gew.-% bei einem Polierdruck von 0,20 kg pro cm² Silicium mittels Kraft­ aufbringung von 2080 daN durchgeführt. Dazu wurde die Polier­ tellerrotation auf 20 beziehungsweise -20 U/min eingestellt, wodurch sich eine Abtragsrate von 1,0 µm/min ergab. Nach Errei­ chen der Zieldicke von 775 µm wurde die Zufuhr von Poliermittel beendet und der obere Polierteller drehend abgehoben. Die auf dem unteren Polierteller liegenden Siliciumscheiben wurden auf der Polieranlage entfernt, gereinigt, getrocknet und bewertet. Von den während der ersten 20 Fahrten auf dem Poliertuch po­ lierten Siliciumscheiben wiesen 90% einen lokalen Ebenheits­ wert SFQR_max von gleich oder kleiner 0,10 µm auf, jedoch waren nur 50% der Scheiben kratzerfrei. Im weiteren Verlauf der Tuchnutzung ergab sich im Mittel für über 95% der Scheiben ein SFQR_max-Wert von gleich oder kleiner 0,10 µm in Verbindung mit Kratzerfreiheit.

Beispiel

Die AC2000-Polieranlage wurde durch Aufkleben eines neuen Sat­ zes von SUBA1200-Poliertüchern zunächst so vorbereitet wie im Vergleichsbeispiel beschrieben. Die weitere Vorgehensweise wur­ de dahin gehend abgeändert, dass an Stelle der Schleifringe ge­ mäß Fig. 1 diesmal drei Kunststoff-Läuferscheiben gemäß Fig. 2 eingelegt wurden, die aus einem Grundkörper 4 aus Polyvinyl­ chlorid der Dicke 12 mm mit einer umlaufenden, auf die Stift­ kränze der Polieranlage passenden Verzahnung 5 bestanden und von vier Aussparungen 6 des Durchmessers 251 mm durchbrochen waren. In diesen Aussparungen befanden sich Konditionierschei­ ben S der Dicke 18 mm und des Durchmessers 250 mm mit beidsei­ tig verrundeten Kanten, die aus Chromstahl bestanden. Fig. 4 zeigt die Anordnung dieser insgesamt 12 mit Konditionierscheiben S belegten Läuferscheiben mit gleichen Winkelabständen in der Polieranlage.

Die Konditionierung mit Hilfe dieser durch die Stiftkränze und Kunststoff-Läuferscheiben auf einer Zykloidenbahn bewegten Kon­ ditionierscheiben, bei der diesmal keine Tuchanteile abgetragen wurden, erfolgte wiederum bei einer Poliertellerrotation von 10 beziehungsweise -10 U/min. jedoch bei einer Kraftaufbringung von 2000 daN, was einem Konditionierdruck von 0,19 kg pro cm² Konditionierscheibenfläche entspricht, für eine Zeitdauer von 20 min unter Zuführung von Wasser. Dieser Vorgang lief deutlich ruhiger ab als der im Rahmen des Vergleichsbeispiels beschrie­ bene Schleifvorgang. Anschließend wurden die Tücher wiederum für eine kurze Zeitdauer unter Verwendung von Bürstenplatten gebürstet und wie im Vergleichsbeispiel angegeben für die Poli­ tur von Siliciumscheiben verwendet.

Nach der Vorgehensweise des Beispiels wurden bereits innerhalb der ersten 20 Tuchfahrten für über 95% der Scheiben ein SFQR_max-Wert von gleich oder kleiner 0,10 µm in Verbindung mit Kratzerfreiheit festgestellt. Der Einfluss der Poliertücher auf die Siliciumscheiben während ihrer weiteren Nutzungsdauer deck­ te sich im Wesentlichen mit dem des Vergleichsbeispiels. Bei einer Standzeit der Poliertücher von etwa 400 Polierfahrten führte das im Beispiel beschriebene Vorgehen zu einer im Mittel über die gesamte Tuchstandzeit um etwa 2,5% höheren Ausbeute an spezifikationsgerechten als die Vorgehensweise des Ver­ gleichsbeispiels, was einen signifikanten Kostenvorteil bedeu­ tet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist damit den bekannten Verfahren nach dem Stand der Technik überlegen.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben, umfassend die Politur der in Aus­ sparungen von Läuferscheiben für eine Politur liegenden Halbleiterscheiben zwischen zwei sich drehenden parallelen, mit einem unteren und einem oberen Poliertuch bekleb­ ten Poliertellern unter Zuführung eines Abrasivstoffe oder Kolloide enthaltenden Polier­ mittels, und mindestens eine, der Politur vorausgehende Konditionierung des unteren und oberen Poliertuchs mit Konditionierscheiben, während der die in Aussparungen von Läuferscheiben für die Konditionierung liegenden Konditionierscheiben zwischen den mit dem unteren und oberen Poliertuch beklebten Poliertellern bewegt werden, wobei die Konditionierscheiben zwei glatte Seitenflächen aufweisen, von denen mindestens eine eine verrundete Kante besitzt, und wobei die Konditionierung unter kontinuierlicher Zuführung von Wasser stattfindet, das keine weiteren Zusätze oder gelösten Stoffe in einer Menge von bis zu 0,5 Gew.-% enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterscheiben bei einem Polierdruck von 0,10 bis 0,30 kg pro cm² Halbleiterfläche poliert werden und dabei mindestens 2 µm Halbleitermaterial abgetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Politur der Halbleiterscheiben Läuferscheiben aus Edelstahl mit einer Dicke eingesetzt werden, die um 1 bis 20 µm niedriger bemessen ist als die Dicke der Halbleiterscheiben nach der Politur.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Konditionierung des unteren und oberen Poliertuchs mindestens drei Läuferscheiben aus Kunststoff mit einer Dicke von gleich oder größer 2 mm eingesetzt werden, deren Aussparungen mit mindestens je einer Konditionierscheibe mit einem Durchmesser von 50 bis 500 mm und einer Dicke von gleich oder größer 3 mm belegt sind, und die Dicke der Konditionierscheiben um gleich oder größer 0,1 mm dicker ist als die Dicke der Läuferscheiben.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionierscheiben beim Konditionieren auf einer vergleichbaren Bahn geführt werden wie die Halbleiterscheiben beim Polieren und mindestens den Bereich des unteren und des oberen Poliertuchs konditionieren, der bei der Politur mit den Halbleiterscheiben in Kontakt tritt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das untere und das obere Poliertuch mindestens einmalig bei einem Konditionierdruck von 0,10 bis 0,50 kg pro cm² Konditionierscheibenfläche konditioniert werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Konditionierscheiben aus Edelstahl eingesetzt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionierung für eine Zeitdauer von 1 bis 60 min durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das untere und das obere Poliertuch nach der Konditionierung und nach einer oder mehreren Polierfahrten für eine Zeitdauer von 1 bis 30 min bei einem Druck unter Verwen­ dung von an Stelle der Läuferscheiben zum Polieren eingelegten Bürstenplatten gereinigt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zum Start des Konditionierens die Konditionierscheiben in die Aussparungen der Läuferscheiben eingelegt werden und zuerst beide Polierteller in Rotation ver­ setzt werden und erst dann zum Aufbau eines Konditionierungs­ druckes zusammengefahren werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, dass nach Beendigung der Politur der Halbleiter­ scheiben der obere Polierteller rotierend abgehoben wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Polierteller während des Konditionierens mit einer Drehzahl von 5 bis 15 U/min und während der Politur mit einer Drehzahl von 10 bis 30 U/min bei jeweils entgegengesetzter Drehrichtung gedreht werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, dass eine oder beide Seitenflächen der Konditionierscheiben durch Kanäle und/oder Aussparungen unterbrochen sind.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das untere oder das obere Poliertuch oder beide Poliertücher durch Kanäle und/oder Aussparungen unterbro­ chen sind.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die zu polierenden Halbleiterscheiben im Wesentlichen aus Silicium bestehen.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das untere und das obere Poliertuch eine Härte von 50 bis 100 (Shore A) aufweisen und während der Politur der Siliciumscheiben mindestens ein alkalisches Polier­ mittel mit einem SiO₂-Feststoffgehalt von 1 bis 10 Gew.-% und einem pH-Wert von 9,5 bis 12,5 zugeführt wird.