DE102009038941B4 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, umfassend in der angegebenen Reihenfolge: (a) beidseitige Material abtragende Bearbeitung der von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe; (b) Verrunden der Kante der Halbleiterscheibe; (c) Schleifen von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe, wobei jeweils eine Seite der Halbleiterscheibe mittels eines Scheibenhalters festgehalten wird, während die andere Seite mit einem Schleifwerkzeug bearbeitet wird; (d) Politur wenigstens einer Seite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das fest gebundene Abrasive beinhaltet; (e) Behandlung beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem ätzenden Medium bei einem Materialabtrag von nicht mehr als 1 μm pro Seite der Halbleiterscheibe; (f) Polieren einer Vorderseite der Halbleiterscheibe unter Verwendung eines Poliertuchs mit fest gebundenen Abrasiven und gleichzeitige Politur einer Rückseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das keine Abrasive enthält, bei dem jedoch ein Abrasive enthaltendes Poliermittel zwischen Poliertuch und Rückseite der Halbleiterscheibe gebracht wird; (g) Politur der Kante der Halbleiterscheibe;...

Description

• Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe.
• Gemäß dem Stand der Technik werden Halbleiterscheiben in einer Vielzahl von aufeinander folgenden Prozessschritten hergestellt, die sich allgemein in folgende Gruppen unterteilen lassen:
• a) Herstellung eines Einkristalls aus Halbleitermaterial (Kristallziehen);
• b) Trennen des Halbleiter-Einkristalls in einzelne Scheiben („Wafering”, „Sägen”);
• c) mechanische Bearbeitung der Halbleiterscheiben;
• d) chemische Bearbeitung der Halbleiterscheiben;
• e) chemo-mechanische Bearbeitung der Halbleiterscheiben;
• f) thermische Behandlung der Halbleiterscheiben und/oder epitaktische Beschichtung der Halbleiterscheiben.
• Dazu kommt eine Vielzahl an Nebenschritten wie Reinigen, Messen und Verpacken.
• Die Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls erfolgt üblicherweise durch Ziehen eines Einkristalls aus einer Schmelze (CZ- bzw. „Czochralski”-Verfahren) oder durch Rekristallisation eines Stabes aus polykristallinem Halbleitermaterial (FZ- bzw. „floating zone”-Verfahren).
• Als Trennverfahren sind Drahtsägen („multi-wire slicing”, MWS) sowie Innenlochsägen bekannt.
• Beim Drahtsägen wird eine Vielzahl von Halbleiterscheiben in einem Arbeitsgang von einem Kristallstück abgetrennt.
• Die mechanische Bearbeitung dient der Entfernung von Sägewelligkeiten, dem Abtrag der durch die raueren Sägeprozesse kristallin geschädigten oder vom Sägedraht kontaminierten Oberflächenschichten und vor allem der globalen Einebnung der Halbleiterscheiben. Hier sind Oberflächen-Schleifen (einseitig, doppelseitig) und Läppen bekannt, sowie mechanische Kantenbearbeitungsschritte.
• Beim Einseitenschleifen wird die Halbleiterscheibe rückseitig auf einer Unterlage („chuck”) gehalten und vorderseitig von einer Topfschleifscheibe unter Drehung von Unterlage und Schleifscheibe und langsamer radialer Zustellung eingeebnet. Verfahren und Vorrichtungen zum Oberflächenschleifen einer Halbleiterscheibe sind beispielsweise aus der US-3,905,162 sowie der US-5,400,548 oder aus EP-0955126 bekannt. Dabei wird eine Halbleiterscheibe mit ihrer einen Oberfläche auf einem Scheibenhalter festgehalten, während ihre gegenüberliegende Oberfläche mit einer Schleifscheibe bearbeitet wird, indem Scheibenhalter und Schleifscheibe rotieren und gegeneinander gedrückt werden. Dabei wird die Halbleiterscheibe so auf dem Scheibenhalter befestigt, dass ihr Zentrum im Wesentlichen mit dem Rotationszentrum des Scheibenhalters übereinstimmt. Außerdem wird die Schleifscheibe so positioniert, dass das Rotationszentrum der Halbleiterscheibe in einen Arbeitsbereich bzw. den durch Zähne gebildeten Randbereich der Schleifscheibe gelangt. Dadurch kann die gesamte Oberfläche der Halbleiterscheibe ohne jegliche Bewegung in der Schleifebene geschliffen werden.
• Beim simultanen Doppelseitenschleifen („double-disk grinding”, DDG) wird die Halbleiterscheibe frei schwimmend zwischen zwei, auf gegenüberliegenden kollinearen Spindeln montierten Schleifscheiben gleichzeitig beidseitig bearbeitet und dabei weitgehend frei von Zwangskräften axial zwischen einem vorder- und rückseitig wirkenden Wasser- (hydrostatisches Prinzip) oder Luftkissen (aerostatisches Prinzip) geführt und radial lose von einem umgebenden dünnen Führungsring oder von einzelnen radialen Speichen am Davonschwimmen gehindert.
• Beim Läppen werden die Halbleiterscheiben unter Zuführung einer Abrasivstoffe enthaltenden Suspension (Slurry) zwischen einer oberen und einer unteren Arbeitsscheibe, die meist aus Stahl bestehen und üblicherweise mit Kanälen zur besseren Verteilung des Läppmittels versehen sind, unter einem bestimmten Druck bewegt, wodurch Halbleitermaterial entfernt wird.
• DE 103 44 602 A1 und DE 10 2006 032 455 A1 offenbaren Verfahren zum simultanen gleichzeitigen Schleifen beider Seiten mehrerer Halbleiterscheiben mit einem Bewegungsablauf ähnlich dem des Läppens, jedoch dadurch gekennzeichnet, dass Schleifmittel verwendet wird, das fest in Arbeitsschichten („Folien”, „Tücher”) eingebunden ist, die auf die Arbeitsscheiben aufgebracht sind. Ein derartiges Verfahren wird als „Feinschleifen mit Läppkinematik” oder „Planetary Pad Grinding” (PPG) bezeichnet.
• Beim PPG verwendete Arbeitsschichten, die auf die beiden Arbeitsscheiben geklebt werden, sind beispielsweise beschrieben in US 6,007,407 A und US 6,599,177 B2 . Während der Bearbeitung sind die Halbleiterscheiben in dünne Führungskäfige, sog. Läuferscheiben, eingelegt, die entsprechende Öffnungen zur Aufnahme der Halbleiterscheiben aufweisen. Die Läuferscheiben besitzen eine Außenverzahnung, die in eine Abwälzvorrichtung aus innerem und äußerem Zahnkranz eingreift und mittels dieser im, zwischen oberer und unterer Arbeitsscheibe gebildeten, Arbeitsspalt bewegt werden.
• Die Kante der Halbleiterscheibe einschließlich gegebenenfalls vorhandener mechanischer Markierungen wie einer Orientierungskerbe („notch”) wird üblicherweise auch bearbeitet (Kantenverrunden, „edge-notch-grinding”). Hierzu werden konventionelle Schleifschritte mit profilierten Schleifscheiben oder Bandschleifverfahren mit kontinuierlichem oder periodischem Werkzeugvorschub eingesetzt. Diese Kantenverrundungsverfahren sind notwendig, da die Kante im unbearbeiteten Zustand besonders bruchempfindlich ist und die Halbleiterscheibe schon durch geringfügige Druck- und/oder Temperaturbelastungen im Kantenbereich beschädigt werden kann.
• In einem späteren Bearbeitungsschritt wird die geschliffene und mit einem Ätzmedium behandelte Kante der Scheibe üblicherweise poliert. Dabei wird die Kante einer sich zentrisch drehenden Halbleiterscheibe mit einer bestimmten Kraft (Anpressdruck) gegen eine sich zentrisch drehende Poliertrommel gedrückt. Aus US 5,989,105 ist ein derartiges Verfahren zum Kantenpolieren bekannt, bei dem die Poliertrommel aus einer Aluminium-Legierung besteht und mit einem Poliertuch beaufschlagt ist. Die Halbleiterscheibe ist üblicherweise auf einem flachen Scheibenhalter, einem so genannten Chuck, fixiert. Die Kante der Halbleiterscheibe ragt über den Chuck hinaus, so dass sie für die Poliertrommel frei zugänglich ist.
• Die Gruppe der chemischen Bearbeitungsschritte umfasst üblicherweise nasschemische Reinigungs- und/oder Ätzschritte.
• Die Gruppe der chemo-mechanischen Bearbeitungsschritte umfasst Polierschritte, mit denen durch teilweise chemische Reaktion und teilweise mechanischen Materialabtrag (Abrasion) die Oberfläche geglättet wird und Restschädigungen der Oberfläche entfernt werden.
• Während die einseitig arbeitenden Polierverfahren („single-side polishing”) in der Regel zu schlechteren Planparallelitäten führen, gelingt es mit beidseitig angreifenden Polierverfahren („double-side polishing”), Halbleiterscheiben mit verbesserter Ebenheit herzustellen.
• Nach den Schleif-, Reinigungs- und Ätzschritten erfolgt gemäß dem Stand der Technik eine Glättung der Oberfläche der Halbleiterscheiben durch Abtragspolitur. Beim Einseitenpolieren („single-side polishing”, SSP) werden Halbleiterscheiben während der Bearbeitung rückseitig auf einer Trägerplatte mit Kitt, durch Vakuum oder mittels Adhäsion gehalten. Beim Doppelseitenpolieren (DSP) werden Halbleiterscheiben lose in eine dünne Zahnscheibe eingelegt und vorder- und rückseitig simultan „frei schwimmend” zwischen einem oberen und einem unteren, mit einem Poliertuch belegten Polierteller poliert.
• Des Weiteren werden die Vorderseiten der Halbleiterscheiben oftmals schleierfrei poliert, beispielsweise mit einem weichen Poliertuch unter Zuhilfenahme eines alkalischen Poliersols. In der Literatur wird dieser Schritt oft als CMP-Politur („chemo-mechanical polishing”) bezeichnet. CMP-Verfahren sind beispielsweise offenbart in US 2002-0077039 sowie in US 2008-0305722 .
• Ebenfalls im Stand der Technik bekannt sind die sog. „Fixed Abrasive Polishing”(FAP)-Technologien, bei dem die Siliciumscheibe auf einem Poliertuch poliert wird, das jedoch einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält („fixed-abrasive pad”). Ein Polierschritt, bei dem ein solches FAP-Poliertuch verwendet wird, wird nachfolgend kurz als FAP-Schritt bezeichnet.
• In der WO 99/55491 A1 ist ein zweistufiges Polierverfahren beschrieben, mit einem ersten FAP-Polierschritt und einem nachfolgenden zweiten CMP-Polierschritt. Bei CMP enthält das Poliertuch keinen gebundenen Abrasivstoff. Abrasivstoff wird hier wie bei einem DSP-Schritt in Form einer Suspension zwischen die Siliciumscheibe und das Poliertuch gebracht. Ein solches zweistufiges Polierverfahren wird insbesondere dazu eingesetzt, Kratzer zu beseitigen, die der FAP-Schritt auf der polierten Oberfläche des Substrates hinterlassen hat.
• Die deutsche Patentanmeldung DE 102 007 035 266 A1 beschreibt ein Verfahren zum Polieren eines Substrates aus Siliciummaterial, umfassend zwei Polierschritte vom FAP-Typ, die sich dadurch unterscheiden, dass bei einem Polierschritt eine Poliermittelsuspension, die ungebundenen Abrasivstoff als Feststoff enthält, zwischen das Substrat und das Poliertuch gebracht wird, während beim zweiten Polierschritt an die Stelle der Poliermittelsuspension eine Poliermittellösung tritt, die frei von Feststoffen ist.
• Oftmals werden Halbleiterscheiben mit einer epitaktischen Schicht versehen, also mit einer monokristallin aufgewachsenen Schicht mit derselben Kristallorientierung, auf welcher später Halbleiter-Bauelemente aufgebracht werden. Derartige epitaktisch beschichtete bzw. epitaxierte Halbleiterscheiben weisen gegenüber Halbleiterscheiben aus homogenem Material gewisse Vorteile auf, beispielsweise die Verhinderung einer Ladungsumkehr in bipolaren CMOS-Schaltkreisen gefolgt vom Kurzschluss des Bauelementes („Latch-up”-Problem), niedrigere Defektdichten (beispielsweise reduzierte Anzahl an COPs („crystal-originated particles”) sowie die Abwesenheit eines nennenswerten Sauerstoffgehaltes, wodurch ein Kurzschlussrisiko durch Sauerstoffpräzipitate in bauelementerelevanten Bereichen ausgeschlossen werden kann.
• Entscheidend ist, wie die zuvor beschriebenen mechanischen und chemo-mechanischen oder rein chemischen Verfahrensschritte in einer Prozesssequenz zur Herstellung einer Halbleiterscheibe angeordnet sind.
• Es ist bekannt, dass die Polierschritte wie SSP, DSP und CMP, die Ätzbehandlungen sowie der Epitaxieschritt zu einer Verschlechterung der Ebenheit der Halbleiterscheibe insbesondere im Randbereich führen.
• Daher wurden im Stand der Technik Anstrengungen unternommen, den Materialabtrag beim Polieren möglichst gering zu halten, um auch die Verschlechterung der Ebenheit auf ein Minimum zu begrenzen.
• In US 5942445 A wird vorgeschlagen, eine Halbleiterscheibe vom Kristall abzutrennen (Sägen), die Kante der Halbleiterscheibe zu verrunden, anschließend einen Schleifschritt durchzuführen, der ein Doppelseitenschleifen und ein Einseitenschleifen von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe umfassen kann, die Halbleiterscheibe einem alkalischen Nassätzen zu unterziehen und schließlich die Halbleiterscheibe mittels DSP zu polieren. Das Doppelseitenschleifen kann auch durch einen Läppschritt ersetzt werden. Nach dem Nassätzen kann auch ein Plasmaätzen erfolgen. Schließlich können die Schleifschritte und dass Nassätzen durch ein Plasmaätzen ersetzt werden.
• Die durch dieses Verfahren erhältlichen mittels DSP polierten Halbleiterscheiben weisen aufgrund des Einsatzes nasschemischer Behandlungen sowie des Plasmaunterstützten chemischen Ätzens (PACE) eine unbefriedigende Geometrie im Randbereich auf. Damit sind bestenfalls Halbleiterscheiben mit akzeptablen Ebenheitswerten verfügbar, wenn stets ein Randausschluss von wenigstens 2 mm zugrunde gelegt wird, vgl. ITRS „Roadmap”. Insbesondere die Nanotopologie wird durch Ätzverfahren negativ beeinflusst. Um die Nanotopologie nach dem Ätzschritt zu verbessern, ist bei DSP ein erhöhter Materialabtrag nötig, der jedoch die Geometrie im Randbereich wiederum negativ beeinflusst.
• Aus US 2003 0 022 495 A1 ist eine mehrstufige Poliersequenz zur Herstellung einer ebenen Halbleiterscheibe bekannt, in der eine Doppelseitenpolitur mit mehreren Einzelseitenpolituren von Vorder- und Rückseite kombiniert wird, wobei die Poliertücher frei von Abrasivstoffen sind.
• Aus US 2006 0 258 268 A1 ist es bekannt, Doppelseitenpolituren mit FA-Poliertüchern durchzuführen.
• Um Halbleiterscheiben für zukünftige Technologiegenerationen bereitstellen zu können, die den hohen Anforderungen an den Kantenbereich der Halbleiterscheibe genügen, um also beispielsweise auch den äußersten Randbereich der Scheibe den modernen lithographischen Methoden (Immersionslithographie) zugänglich zu machen, sind andere Ansätze nötig.
• Aus der beschriebenen Problematik ergab sich die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung, eine neuartige Prozesssequenz zur Herstellung von Halbleiterscheiben insbesondere mit einem Durchmesser von 450 mm bereitzustellen.
• Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, umfassend in der angegebenen Reihenfolge:
• (a) beidseitige Material abtragende Bearbeitung der von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe;
• (b) Verrunden der Kante der Halbleiterscheibe;
• (c) Schleifen von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe, wobei jeweils eine Seite der Halbleiterscheibe mittels eines Scheibenhalters festgehalten wird, während die andere Seite mit einem Schleifwerkzeug bearbeitet wird;
• (d) Politur wenigstens einer Seite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das fest gebundene Abrasive beinhaltet;
• (e) Behandlung beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem ätzenden Medium bei einem Materialabtrag von nicht mehr als 1 μm pro Seite der Halbleiterscheibe;
• (f) Polieren einer Vorderseite der Halbleiterscheibe unter Verwendung eines Poliertuchs mit fest gebundenen Abrasiven und gleichzeitige Politur einer Rückseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das keine Abrasive enthält, bei dem jedoch ein Abrasive enthaltendes Poliermittel zwischen Poliertuch und Rückseite der Halbleiterscheibe gebracht wird;
• (g) Politur der Kante der Halbleiterscheibe;
• (h) Polieren der Rückseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das fest gebundene Abrasive beinhaltet sowie gleichzeitige Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, welches keine fest gebundenen Abrasive enthält, wobei ein Abrasive enthaltendes Poliermittel zwischen Poliertuch und Vorderseite der Halbleiterscheibe gebracht wird.
• Zunächst wird eine Halbleiterscheibe von einem mittels CZ oder FZ gewachsenen Einkristall aus Halbleitermaterial abgetrennt. Das Abtrennen der Halbleiterscheibe erfolgt vorzugsweise mit einer Drahtsäge. Das Abtrennen der Halbleiterscheibe mittels Drahtsäge erfolgt wie z. B. aus US 4655191 , EP 522 542 A1 , DE 39 42 671 A1 oder EP 433 956 A1 bekannt. Bei dem gewachsenen Einkristall aus Halbleitermaterial handelt es sich vorzugsweise um einen Einkristall aus Silicium. Bei der Halbleiterscheibe handelt es sich vorzugsweise um eine monokristalline Siliciumscheibe.
• Im Folgenden werden die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens und deren bevorzugte Ausführungen im Detail erläutert.
• Schritt (a) – Beidseitige Material abtragende Bearbeitung der von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe
• In Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden beide Seiten der Halbleiterscheibe Material abtragend bearbeitet.
• Dies kann mittels simultanen Doppelseitenschleifen (DDG) oder mittels PPG (Planetary Pad Grinding) erfolgen. Ein Läppschritt ist im erfindungsgemäßen Verfahren weniger bevorzugt.
• DDG-Maschinen nach dem Stand der Technik, wie sie beispielsweise in JP2000-280155A und JP2002-307303A beschrieben sind, weisen zwei einander gegenüber liegende Schleifräder auf, deren Rotationsachsen kollinear angeordnet sind. Während des Schleifvorgangs wird ein zwischen den Schleifrädern positioniertes scheibenförmiges Werkstück auf beiden Seiten gleichzeitig durch die beiden um ihre Achse rotierenden Schleifräder bearbeitet, während es durch eine ringförmige Halte- und Rotationseinrichtung in seiner Position gehalten und gleichzeitig um die eigene Achse gedreht wird. Während des Schleifvorgangs werden die beiden Schleifräder in axialer Richtung zugestellt, bis die gewünschte Enddicke des Werkstücks erreicht ist.
• Die Halte- und Rotationseinrichtung kann beispielsweise Reibräder umfassen, die am Rand des Werkstücks angreifen. Sie kann aber auch eine Einrichtung sein, die das Werkstück ringförmig umgibt, und die in eine ggf. am Umfang des Werkstücks vorhandene Rille, Nut oder Einkerbung (engl. „notch”) eingreift. Eine derartige Einrichtung wird üblicherweise als „notch finger” bezeichnet. Um die gesamte Fläche des Werkstücks zu bearbeiten, wird das Werkstück relativ zu den Schleifrädern so geführt, dass die abrasiven Schleifsegmente der Schleifräder eine Kreisbahn beschreiben, welche ständig über das Werkstückzentrum verläuft.
• Das Werkstück ist dabei in der Regel nicht fest fixiert, sondern wird durch zwei zu beiden Seiten des Werkstücks angebrachte Vorrichtungen zur hydrostatischen Lagerung, „Hydropads” genannt, axial in Position gehalten. Derartige Vorrichtungen sind in JP2002-280155A beschrieben. Gemäß dem Stand der Technik werden die dem Werkstück zugewandten Oberflächen der zwei Hydropads eben gestaltet und parallel zueinander ausgerichtet. Jedes Hydropad umfasst mehrere hydrostatische Lager, zwischen denen Nuten zum Abführen des für die hydrostatische Lagerung eingesetzten Mediums (im Folgenden als „Hydrolagermedium” bezeichnet) sowie des Schleifkühlmittels angeordnet sind.
• In die Hydropads sind jeweils ein oder mehrere Messsensoren integriert, welche während des Schleifvorgangs eine Messung des Abstands zwischen der Oberfläche der Hydropads und der Werkstückoberfläche ermöglichen. Diese Abstandsmessung wird üblicherweise mit Hilfe von Staudruckdüsen als pneumatische Staudruckmessung durchgeführt. Die Staudruckdüsen sind als einfache Bohrungen in den Rändern der hydrostatischen Lager, die die Führungsflächen bilden, ausgeführt. Um den Abstand zwischen den Hydropads und dem Werkstück möglichst nahe am Ort der Schleifbearbeitung messen zu können, sind die Staudruckdüsen in der Regel nahe an dem Rand der Hydropads angebracht, der den Schleifrädern benachbart ist.
• Bei PPG handelt es sich um ein Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben, wobei jede Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzten Läuferscheiben liegt und dadurch auf einer zykloidischen Bahnkurve bewegt wird, wobei die Halbleiterscheiben zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben Material abtragend bearbeitet werden, wobei jede Arbeitsscheibe eine Arbeitsschicht umfasst, die gebundenes Schleifmittel enthält.
• Die Verwendung eines PPG-Verfahrens in Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ganz besonders bevorzugt.
• Vorzugsweise weist die durch PPG zu bearbeitende Halbleiterscheibe bereits eine verrundete Kante auf, wird jedoch nach Durchführung des PPG-Schritts erneut einem solchen Kantenverrunden unterzogen. Es hat sich gezeigt, dass ein solcher zweigeteilter Kantenverrundungsschritt Vorteile bietet, zumal das PPG-Verfahren bei Halbleiterscheiben mit verrundeten Kanten offenbar zu Halbleiterscheiben mit besserer Geometrie und Nanotopographie führt.
• Als in den Arbeitsschichten gebundenes Schleifmittel ist ein Hartstoff mit einer Mohs-Härte ≥ 6 bevorzugt. Als Schleifstoffe kommen bevorzugt in Frage Diamant, Siliciumcarbid (SiC), Cerdioxid (CeO₂), Korund (Aluminiumoxid, Al₂O₃), Zirkondioxid (ZrO₂), Bornitrid (BN; kubisches Bornitrid, CBN), ferner Siliciumdioxid (SiO₂), Borcarbid (B₄C) bis hin zu wesentlich weicheren Stoffen wie Bariumcarbonat (BaCO₃), Calciumcarbonat (CaCO₃) oder Magnesiumcarbonat (MgCO₃). Besonders bevorzugt sind jedoch Diamant, Siliciumcarbid (SiC) und Aluminiumoxid (Al₂O₃; Korund).
• Die mittlere Korngröße des Schleifmittels sollte unter 9 μm liegen. Die bevorzugte Größe der in den Arbeitsschichten gebundenen Schleifkörner beträgt im Fall von Diamant als Schleifmittel im Mittel 0,1 bis 9 μm und besonders bevorzugt 0,1 bis 6 μm. Die Diamanten sind bevorzugt einzeln oder als Konglomerate („cluster”) in der Bindungsmatrix der Arbeitsschicht eingebunden. Im Fall einer Konglomeratbindung beziehen sich die als bevorzugt angegebenen Korndurchmesser auf die Primärteilchengröße der Cluster-Konstituenten.
• Bevorzugt werden Arbeitsschichten mit keramischer Bindung eingesetzt, besonders bevorzugt ist eine Kunstharzbindung; im Fall von Arbeitsschichten mit Konglomeraten auch ein hybridgebundenes System (keramische Bindung innerhalb der Konglomerate und Kunstharz-Bindung zwischen Konglomeraten und Arbeitsschicht-Matrix).
• Die Härte der Arbeitsschicht beträgt bevorzugt mindestens 80 Shore A. Besonders bevorzugt ist die Arbeitsschicht mehrlagig aufgebaut, wobei die Ober- und die Unterlage unterschiedliche Härten aufweisen, so dass Punktelastizität und langwellige Nachgiebigkeit der Arbeitsschicht unabhängig voneinander den Verfahrenserfordernissen angepasst werden können.
• Vor der ersten Verwendung einer Arbeitsschicht werden die in der Arbeitsschicht eingebundenen Schleifstoffe vorzugsweise durch Abtragen der obersten Schicht freigelegt, um sie für den Schleifvorgang nutzbar zu machen. Diese Initialschärfung wird beispielsweise mit Hilfe von Schleifsteinen oder Messern durchgeführt, die vorzugsweise auf speziell modifizierten Läuferscheiben montiert sind und mittels der Abwälzvorrichtung über die beiden Arbeitsscheiben geführt werden. Die Initialschärfung wird im Englischen auch als „dressing” bezeichnet.
• Bevorzugt erfolgt das Schärfen („dressing”) mit Schleifsteinen, die Schleifkorn enthalten, das eine ähnliche Korngröße aufweist wie das Schleifmittel in den Arbeitsschichten. Diese „Schärfsteine” können beispielsweise ringförmig und in einen außenverzahnten Mitnehmerring eingefügt sein, so dass sie mittels der Abwälzvorrichtungen der Schleifmaschine auf geeignete Weise zwischen der oberen und unteren Arbeitsschicht entlang geführt werden können. Bevorzugt überstreichen die Schärfsteine während des Abrichtens die gesamte Fläche der Arbeitsschichten und laufen besonders bevorzugt sogar zeitweilig oder auch ständig etwas über deren Rand hinaus. Bevorzugt ist das Schleifkorn so im Schärfstein gebunden, dass der Verschleiß der Schärfsteine noch einen wirtschaftlichen Schärfbetrieb erlaubt, sich aber während des Schärfprozesses stets mindestens eine Lage losen Schärfstein-Korns in der Arbeitszone zwischen Schärfstein- und Arbeitsschicht-Oberfläche befindet, so dass das Schärfen überwiegend durch freies (ungebundenes) Korn erfolgt.
• Es hat sich nämlich gezeigt, dass der Schärfprozess eine gestörte oberflächennahe Schicht in der Arbeitsschicht erzeugt, deren Tiefe etwa die Ausdehnung des Schärfkorns hat. Ein Schärfstein mit zu grobem Korn prägt daher der Arbeitsschicht eine Struktur auf, die vom Korn des Schärfsteins und nicht von den Eigenschaften der Arbeitsschicht gekennzeichnet ist. Dies ist unvorteilhaft für das gewünschte möglichst gleichförmige Selbstschärfen der Arbeitsschicht im nachfolgenden Schleifbetrieb. Ein zu feiner Schärfstein liefert zu geringen Materialabtrag und führt zu einem unwirtschaftlichen Schärfvorgang. Schließlich hat sich gezeigt, dass ein Schärfen überwiegend durch freies Schärfkorn infolge der Abwälzbewegung des Schärfkorns bei der Schärfbewegung weniger gerichtete Kräfte auf die Arbeitsschicht ausübt als ein Schärfen mit überwiegend festem Schärfkorn und eine zwar rauere, aber besonders isotrope geschärfte Arbeitsschicht resultiert.
• Bevorzugt wird zum Schärfen oder Abrichten der Arbeitsschicht ein Korn verwendet, das weicher ist als das in der Arbeitsschicht verwendete Schleifkorn. Besonders bevorzugt ist das Schärfkorn aus Korund (Al₂O₃).
• Durch fortwährende Abnutzung der Arbeitsschicht stumpf gewordene Schleifstoffreste werden vorzugsweise entfernt und ständig neue, schnittfreudige Schleifstoffe freigelegt. Dadurch ist ein Dauerbetrieb bis zur vollständigen Abnutzung der Arbeitsschichten möglich. Diese Betriebsbedingung ohne zwischenzeitlichen Nachschärf-Eingriff wird als „selbstschärfendes Arbeiten” der Arbeitsschichten bezeichnet und ist besonders bevorzugt. Das Eingreifen der an der Oberfläche der Arbeitsschichten exponierten Körner in die Oberfläche der Halbleiterscheiben und der durch die Relativbewegung von Arbeitschicht und Halbleiterscheiben erfolgende Materialabtrag wird technisch als „Vielkorn-Schleifen mit geometrisch unbestimmter Schneide” bezeichnet.
• Weiterhin ist bevorzugt, dass der Materialabtrag durch überwiegend flächigen Eingriff der Arbeitsschicht bewirkt wird. Unter „flächigem Eingriff” ist zu verstehen, dass der Teil der Fläche der Arbeitsschicht, der sich tatsächlich im Mittel während der Schleifbearbeitung im Kontakt mit der Halbleiterscheibe befindet, deutlich größer ist als die Kontaktfläche des Schleifbelags einer Topfschleifscheibe bei der Bearbeitung mittels eines konventionellen Topfschleifscheiben-Schleifenprozesses, beispielsweise DDG oder SSG.
• Die Läuferscheiben sind vorzugsweise aus einem vollständig metallfreien Material, beispielsweise einem keramischen Material, hergestellt. Es sind aber auch Läuferscheiben mit einem Kern aus beispielsweise Stahl oder Edelstahl, die mit einer nicht-metallischen Beschichtung überzogen sind, bevorzugt. Eine solche Beschichtung besteht vorzugsweise aus thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffen, Keramik oder organisch-anorganischen Hybridpolymeren, Diamant („diamond-like carbon”, DLC), ersatzweise aber auch aus einer Hartverchromung oder Nickel-Phosphor-Beschichtung.
• Im Fall von Läuferscheiben aus Metall bzw. mit einem Metallkern sind die Wandungen der Aussparungen zur Aufnahme der Halbleiterscheiben bevorzugt mit einem keramischen Material ausgekleidet. Dadurch besteht kein direkter Kontakt zwischen der Halbleiterscheibe und dem Metall der Läuferscheibe.
• Bevorzugt sind die Aussparungen zur Aufnahme der Halbleiterscheiben in den Läuferscheiben derart exzentrisch bezüglich des Zentrums der jeweiligen Läuferscheibe angebracht, dass der Mittelpunkt der Läuferscheibe außerhalb der Fläche der Halbleiterscheiben liegt. Eine Läuferscheibe hat bevorzugt drei bis acht Aussparungen für Halbleiterscheiben. Während eines Schleifvorgangs befinden sich vorzugsweise fünf bis neun Läuferscheiben gleichzeitig in der Schleifmaschine.
• Der Druck, mit dem die Arbeitsschichten während der Bearbeitung gegen die Halbleiterscheiben gepresst werden, und die Bahngeschwindigkeit der Halbleiterscheiben über die Arbeitsschichten werden während des Hauptlastschritts vorzugsweise so gewählt, dass die Gesamtabtragsrate, d. h. die Summe der Abtragsraten auf beiden Seiten der Halbleiterscheiben 2 bis 60 μm/min beträgt. Unter Hauptlastschritt ist die Bearbeitungsphase zu verstehen, innerhalb derer der größte Anteil am Gesamtabtrag der gesamten Schleifbehandlung bewirkt wird, wobei als Bearbeitungsphase wiederum ein Zeitabschnitt zu verstehen ist, während dessen alle Verfahrensparameter konstant bleiben. In der Regel ist der Hauptlastschritt die Bearbeitungsphase mit dem höchsten Druck oder der anteilig längsten Dauer oder beidem. Im Fall einer Arbeitsschicht mit Schleifkörnern aus Diamant mit einer mittleren Größe von 3 bis 15 μm ist eine Abtragsrate zwischen 2,5 und 25 μm/min besonders bevorzugt.
• Für den Druck, den die Arbeitsscheiben während des Hauptlastschritts auf die Halbleiterscheiben ausüben, ist ein Bereich von 0,007 bis 0,5 bar bevorzugt und ein Bereich von 0,012 bis 0,3 bar besonders bevorzugt. Für diese Angabe ist der Druck auf die Gesamtfläche der zur Bearbeitung in der Vorrichtung befindlichen Halbleiterscheiben bezogen und nicht auf die effektive Kontaktfläche zwischen Arbeitsschicht und Halbleiterscheiben.
• Weiterhin ist eine gegensinnige Drehung der Arbeitsscheiben in Bezug auf die mittlere Umlaufgeschwindigkeit der Läuferscheiben während des Hauptlastschritts der Bearbeitung bevorzugt. Zusätzlich ist besonders bevorzugt, dass die Drücke, Drehzahlen und damit Bahngeschwindigkeiten für die verschiedenen Bearbeitungsphasen unterschiedliche Werte annehmen. Schließlich ist auch besonders bevorzugt, dass in bestimmten Niederdruck-Bearbeitungsphasen („Ausfeuer”- oder „spark out”-Phasen) die Arbeitsscheiben gleichsinnig rotieren. Eine solche Ausfeuer-Phase ist insbesondere ganz am Ende der gesamten Schleifbehandlung sinnvoll und daher bevorzugt.
• Vorzugsweise wird während der Bearbeitung die im zwischen den Arbeitsschichten gebildeten Arbeitsspalt herrschende Temperatur konstant gehalten. Zu diesem Zweck können die Läuferscheiben Öffnungen aufweisen, durch die Kühlschmiermittel zwischen unterer und oberer Arbeitsscheibe ausgetauscht werden kann, so dass obere und untere Arbeitsschichten stets gleiche Temperatur aufweisen. Dies wirkt einer unerwünschten Verformung des zwischen den Arbeitsschichten gebildeten Arbeitsspaltes durch Verformung der Arbeitsschichten bzw. Arbeitsscheiben infolge thermischer Ausdehnung unter Wechsellast entgegen. Außerdem wird die Kühlung der in den Arbeitsschichten eingebundenen Abrasive verbessert und gleichförmiger, und dadurch verlängert sich deren wirksame Lebensdauer.
• Das eingesetzte Kühlschmiermittel besteht bevorzugt aus einer wasser-basierten Mischung mit viskositätsmodifizierenden Zusätzen, wie beispielsweise Glykole, kurz- oder längerkettige Polyethylenglykole, Alkohole, Sole oder Gele und ähnliche Stoffe, die als Kühlmittel oder Schmiermittel bekannt sind.
• Ein besonders bevorzugtes Kühlschmiermittel ist aber auch reines Wasser ohne jeglichen Zusatz.
• Die dem Arbeitsspalt über die Durchführung in der oberen Arbeitsscheibe zugeführten Mengen an Kühlschmiermittel liegen bevorzugt im Bereich zwischen 0,2 und 50 l/min und besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 20 l/min.
• Die bevorzugte Anfangsdicke vor der Bearbeitung mit Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt 500 bis 1000 μm. Für Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von 300 mm ist eine Anfangsdicke von 775 bis 950 μm besonders bevorzugt.
• Die Enddicke der Halbleiterscheiben nach Bearbeitung nach Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt bevorzugt 500 bis 950 μm und besonders bevorzugt 775 bis 870 μm.
• Der Gesamtabtrag, d. h. die Summe der Einzelabträge von beiden Seiten der Halbleiterscheibe, beträgt bevorzugt 7,5 bis 120 μm und besonders bevorzugt 15 bis 90 μm.
• Vorzugsweise wird die Form des zwischen den Arbeitsschichten gebildeten Arbeitsspalts während des Schleifens bestimmt und die Form der Arbeitsfläche mindestens einer Arbeitsscheibe mechanisch oder thermisch in Abhängigkeit von der gemessenen Geometrie des Arbeitsspalts so verändert, dass der Arbeitsspalt eine vorgegebene Form aufweist.
• Vorzugsweise verlassen die Halbleiterscheiben während der Bearbeitung zeitweilig mit einem Teil ihrer Fläche den von den Arbeitsschichten begrenzten Arbeitsspalt, wobei das Maximum des Überlaufs in radialer Richtung mehr als 0% und höchstens 20% des Durchmessers der Halbleiterscheibe beträgt, wobei der Überlauf als die bezogen auf die Arbeitsscheiben in radialer Richtung gemessene Länge definiert ist, um die eine Halbleiterscheibe zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Schleifens über den Innen- oder Außenrand des Arbeitsspalts hinaus steht.
• Schritt (b) – Verrunden der Kante der Halbleiterscheibe:
• In Schritt (b) wird die Halbleiterscheibe mit einer verrundeten Kante versehen.
• Dazu wird die Halbleiterscheibe auf einem sich drehenden Tisch fixiert und mit ihrer Kante gegen die sich ebenfalls drehende Arbeitsfläche eines Bearbeitungswerkzeugs zugestellt. Die dabei eingesetzten Bearbeitungswerkzeuge können als Scheiben ausgebildet sein, die an einer Spindel befestigt sind und Umfangsflächen aufweisen, die als Arbeitsflächen zur Bearbeitung der Kante der Halbleiterscheibe dienen. Das Material abtragende Korn kann fest in die Arbeitsflächen der Bearbeitungswerkzeuge verankert sein. Meist weist das verwendete Korn eine grobe Körnung auf. Die mittlere Korngröße ist dabei vorzugsweise größer oder gleich 10 μm.
• Diese Schleif-Bearbeitungswerkzeuge eignen sich, die Halbleiterscheibe mit einer verrundeten Kanten zu versehen. Üblicherweise bleibt nach dem Kantenverrunden aber eine gewisse Mindestrauhigkeit auf der Kantenoberfläche.
• In einem späteren Bearbeitungsschritt wird die geschliffene und mit einem Ätzmedium behandelte Kante der Scheibe daher in Schritt (g) poliert.
• Für den Fall, dass in Schritt (a) des Verfahrens PPG verwendet wird, ist es bevorzugt, zwei Kantenschleifschritte durchzuführen, wobei das erste Kantenverrunden vor dem PPG-Schritt erfolgt.
• Schritt (c) Schleifen von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe
• In Schritt c) des Verfahrens werden beide Seiten der Halbleiterscheibe geschliffen.
• Das Schleifen von Vorder- und Rückseite erfolgt vorzugsweise sequentiell.
• Dazu werden die auf einem Scheibenhalter gehaltene Halbleiterscheibe und eine gegenüberliegende Schleifscheibe unabhängig voneinander gedreht, wobei die Schleifscheibe gegenüber der Halbleiterscheibe seitlich versetzt angeordnet und dabei so positioniert ist, dass eine axiale Mitte der Halbleiterscheibe in einen Arbeitsbereich der Schleifscheibe gelangt, wobei die Schleifscheibe mit einer Vorschubgeschwindigkeit in Richtung des Halbleiterscheibe bewegt wird, wodurch Schleifscheibe und Halbleiterscheibe einander zugestellt werden, während Halbleiterscheibe und Schleifscheibe um parallele Achsen rotieren, so dass eine Oberfläche der Halbleiterscheibe geschliffen wird, wobei nach Erreichen eines bestimmten Materialabtrags die Schleifscheibe mit einer Rückführgeschwindigkeit zurück geführt wird.
• Es ist bevorzugt, dass Schleifscheibe und Halbleiterscheibe während einer Umdrehung der Halbleiterscheibe um einen Weg von 0,03–0,5 μm zugestellt werden. Ganz besonders bevorzugt ist die Wahl einer Zustellung während einer Umdrehung der Halbleiterscheibe von 0,03–0,1 μm.
• Vorzugsweise wird eine Schleifscheibe mit einer Korngröße von größer oder gleich #2000 verwendet, ganz besonders bevorzugt #2000–#8000.
• Die Korngröße wird üblicherweise in # (Siebgröße „mesh”) gemäß Japanese Industrial Standard JIS R 6001:1998 angegeben.
• Aus den mesh-Zahlen lässt sich eine mittlere Partikelgröße errechnen:
  Wenn Schleifscheiben mit feiner Körnung verwendet werden, wird oftmals auch von Feinschleifen gesprochen. Solche Feinschleifscheiben weisen z. B. eine Körnung von #1000 bis zu #4000 auf, z. B. die von Disco Corporation kommerziell erhältlichen.
• Bei der Umrechnung in Partikelgrößen ergibt sich, dass beispielsweise #1200 einer mittleren Partikelgröße von 9,5 μm, #5000 einer mittleren Partikelgröße von 2,5 μm und #8000 einer mittleren Partikelgröße von 1,2 μm entsprechen.
• Die mittleren Partikelgrößen beim Feinschleifen betragen also etwa größer oder gleich 1 μm und kleiner oder gleich 10 μm.
• Besonders bevorzugt ist eine Sequenz zweier in Reihe geschalteter Schleifschritte, wobei der erste Schritt mit Schleifscheiben einer Körnung von kleiner oder gleich #2000 durchgeführt wird, um möglichst hohe Abtragsraten und kurze Prozesszeiten zu erzielen (Grobschleifen) und der zweite, nachfolgende Schritt mit Schleifscheiben einer Körnung von größer als #2000 und kleiner oder gleich #8000 erfolgt, um besonders glatt geschliffene Wafer mit minimalem Damage von ca. 1 μm zu erzielen (Feinschleifen).
• Als Gesamtabtrag des Feinschleifschrittes sind 25 μm bevorzugt, bei einem symmetrischen Abtrag von etwa 12,5 μm pro Seite.
• Die Drehzahl der Schleifscheibe beträgt vorzugsweise 1000–5000 min^–1.
• Die Drehzahl der Halbleiterscheibe beträgt vorzugsweise 50–300 min^–1, ganz besonders bevorzugt 200–300 min^–1.
• Die Vorschubgeschwindigkeit beträgt vorzugsweise 10–20 μm/min.
• Schritt (d) – FAP-Politur wenigstens einer Seite der Halbleiterscheibe
• In Schritt (d) wird wenigstens eine Seite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch enthaltend Abrasive poliert.
• Vorzugsweise wird in Schritt (d) nur die Vorderseite der Halbleiterscheibe poliert.
• Vorzugsweise wird in Schritt (d) nur die Rückseite der Halbleiterscheibe poliert.
• Vorzugsweise werden in Schritt (d) sowohl Vorder- als auch Rückseite der Halbleiterscheibe poliert.
• Während des Polierschrittes wird vorzugsweise eine Poliermittellösung, die frei von Feststoffen ist, zwischen die zu polierende Seite der Halbleiterscheibe und das Poliertuch gebracht.
• Die Poliermittellösung ist im einfachsten Fall Wasser, vorzugsweise deionisiertes Wasser (DIW) mit der für die Verwendung in der Halbleiterindustrie üblichen Reinheit.
• Die Poliermittellösung kann aber auch Verbindungen wie Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebige Mischungen davon enthalten. Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung von Kaliumcarbonat. In diesem Fall liegt der pH-Wert der Poliermittellösung vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 12 und der Anteil der genannten Verbindungen in der Poliermittellösung beträgt vorzugsweise 0,01 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,01 bis 0,2 Gew.-%.
• Die Poliermittellösung kann darüber hinaus einen oder mehrere weitere Zusätze enthalten, beispielsweise oberflächenaktive Additive wie Netzmittel und Tenside, als Schutzkolloide wirkende Stabilisatoren, Konservierungsmittel, Biozide, Alkohole und Komplexbildner.
• Es wird ein Poliertuch verwendet, das einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält (FAP- oder FA-Tuch bzw. FA-Pad).
• Geeignete Abrasivstoffe umfassen beispielsweise Partikel von Oxiden der Elemente Cer, Aluminium, Silicium, Zirkon sowie Partikel von Hartstoffen wie Siliciumcarbid, Bornitrid und Diamant.
• Besonders geeignete Poliertücher weisen eine von replizierten Mikrostrukturen geprägte Oberflächentopografie auf. Diese Mikrostrukturen („posts”) haben beispielsweise die Form von Säulen mit einem zylindrischen oder mehreckigen Querschnitt oder die Form von Pyramiden oder Pyramidenstümpfen.
• Nähere Beschreibungen solcher Poliertücher sind beispielsweise in WO 92/13680 A1 und US 2005/227590 A1 enthalten.
• Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Poliertuchs mit fest darin gebundenen Abrasiven aus Ceroxid, wie z. B. in US 6602117 B1 beschrieben.
• Die Korngrößen der verwendeten FAP-Poliertücher (Größe der fest gebundenen Abrasive/Partikel) sind vorzugsweise größer oder gleich 0,1 μm und kleiner oder gleich 1,0 μm.
• Besonders bevorzugt ist eine Partikelgröße von 0,1–0,6 μm.
• Ganz besonders bevorzugt ist eine Partikelgröße von 0,1–0,25 μm.
• Für die FA-Politur wird vorzugsweise mit Abträgen von größer oder gleich 1 μm pro Seite gearbeitet, wobei diesbezüglich der Bereich von 1–3 μm besonders bevorzugt wird und ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 1,5–2 μm gearbeitet wird.
• Die mittels der FA-Politur bearbeiteten Scheiben sind vorzugsweise zuvor mittels Schleifscheiben eine Körnung von #2000–#8000 beidseitig bearbeitet worden (Feinschleifen).
• Schritt (e) – Ätzen bzw. Reinigen der Halbleiterscheibe
• In Schritt (e) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Behandlung beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem ätzenden Medium bei einem Materialabtrag von nicht mehr als 1 μm pro Seite der Halbleiterscheibe.
• Der minimale Materialabtrag pro Seite der Halbleiterscheibe beträgt vorzugsweise 1 Monolage, d. h. etwa 0,1 nm.
• Vorzugsweise erfolgt eine nasschemische Behandlung der Halbleiterscheibe mit einem sauren Medium.
• Als saure Medien eignen sich wässrige Lösungen von Flusssäure, Salpetersäure oder Essigsäure.
• Ganz besonders bevorzugt ist es, die Halbleiterscheibe mit einem gasförmigen Medium, enthaltend Fluorwasserstoff und wenigstens ein die Oberfläche der Halbleiterscheibe oxidierendes Oxidationsmittel, zu behandeln. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn das gasförmige Medium die Oberflächen der Halbleiterscheibe mit einer Relativgeschwindigkeit im Bereich von 40 mm/s bis 300 m/s anströmt.
• Das gasförmige Medium enthält also Fluorwasserstoff und wenigstens ein Oxidationsmittel. Das Oxidationsmittel muss in der Lage sein, das Halbleitermaterial, z. B. Silicium, zu oxidieren.
• Bei der Oxidation einer Siliciumoberfläche entsteht beispielsweise ein Siliciumoxid, bevorzugt Siliciumdioxid. Dieses wiederum wird durch Fluorwasserstoff chemisch angegriffen, wobei als Reaktionsprodukte Hexafluorokieselsäure (H₂SiF₆), Siliciumtetrafluorid (SiF₄) und Wasser entstehen, die durch den Strom des gasförmigen Mediums abgeführt werden. Das gasförmige Medium kann darüber hinaus weitere Bestandteile enthalten, beispielsweise inerte Trägergase wie Stickstoff oder Argon, zur Beeinflussung der Strömungsverhältnisse und Abtragsraten.
• Bevorzugt wird wenigstens ein Oxidationsmittel eingesetzt, das aus der Gruppe Stickstoffdioxid, Ozon und Chlor ausgewählt ist. Bei der Verwendung von reinem Chlor ist die Zugabe von Wasserdampf erforderlich, um die Siliciumoberfläche zu oxidieren. Bei Verwendung einer Mischung aus Stickstoffdioxid und Chlor sowie Ozon und Chlor dient die Chlorzugabe dazu, das in der Reaktion von Fluorwasserstoff mit Siliciumdioxid freiwerdende Wasser zur weiteren Oxidation der Siliciumoberfläche zu verwenden, und damit eine Kondensation des in der Reaktion freiwerdenden Wassers auch bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten und Temperaturen zu verhindern. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Ozon wegen seines hohen Oxidationspotentials, der problemlosen Reaktionsprodukte und der einfachen Bereitstellung durch in der Halbleiterindustrie weit verbreitete Ozongeneratoren.
• Zur Herstellung des gasförmigen Mediums können die Bestandteile im gewünschten Mengenverhältnis gemischt werden. Typischerweise wird das Verhältnis von Fluorwasserstoff zu Oxidationsmittel im Bereich 1:1 bis 4:1 gewählt. Das gasförmige Medium kann entweder durch direkte Zuleitung der einzelnen Komponenten in die Prozesskammer oder einen davor geschalteten Mischer zugeführt werden, oder indem man das gasförmige Oxidationsmittel durch eine flüssige wässrige Lösung von Fluorwasserstoff geeigneter Konzentration leitet. Dies kann beispielsweise in einer sog. Waschflasche oder einer vergleichbaren Vorrichtung geschehen. Beim Durchtritt des gasförmigen Oxidationsmittels durch die wässrige Lösung wird es mit Wasser und Fluorwasserstoff angereichert, so dass das benötigte gasförmige Medium entsteht.
• Bei gleichen Verfahrensparametern und konstantem Verhältnis von Fluorwasserstoff zu Oxidationsmittel zeigen eine Erhöhung der Temperatur sowie eine Erhöhung der Konzentrationen eine reaktionsbeschleunigende Wirkung.
• Das Ätzen in der Gasphase dient der Verringerung der Rauhigkeit der Halbleiterscheibe, wodurch der erforderliche Polierabtrag reduziert werden kann, außerdem zum Entfernen von Verunreinigungen und Reduzierung von Oberflächenstörungen der Kristallstruktur.
• Die beschriebenen Reinigungs- und Ätzverfahren erfolgen vorzugsweise als Einzelscheibenbehandlung.
• Speziell für eine im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders bevorzugte Halbleiterscheibe mit einem Durchmesser von 450 mm eignet sich hierfür das SSEC 3400 ML der Solid State Equipment Corp./USA, das für Substrate bis zu einer Größe von 500 mm × 500 mm ausgelegt ist.
• Schritt (g) – Politur der Kante der Halbleiterscheibe
• In Schritt (g) erfolgt eine Politur der Kante der Halbleiterscheibe.
• Zur Durchführung von Schritt (g) erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sich handelsübliche Kantenpolierautomaten.
• Aus US 5,989,105 ist ein solche Vorrichtung zum Kantenpolieren bekannt, bei dem die Poliertrommel aus einer Aluminium-Legierung besteht und mit einem Poliertuch beaufschlagt ist.
• Die Halbleiterscheibe ist üblicherweise auf einem flachen Scheibenhalter, einem so genannten Chuck, fixiert. Die Kante der Halbleiterscheibe ragt über den Chuck hinaus, so dass sie für die Poliertrommel frei zugänglich ist. Eine um einen bestimmten Winkel gegen den Chuck geneigte, zentrisch rotierende und mit dem Poliertuch beaufschlagte Poliertrommel und der Chuck mit der Halbleiterscheibe werden einander zugestellt und mit einem bestimmten Anpressdruck unter kontinuierlicher Zuführung des Poliermittels aneinander gepresst.
• Bei der Kantenpolitur wird der Chuck mit der darauf gehaltenen Halbleiterscheibe zentrisch rotiert.
• Vorzugsweise dauert eine Umdrehung des Chuck 20–300, besonders bevorzugt 50–150 s (Umlaufzeit).
• Eine mit dem Poliertuch belegte Poliertrommel, die vorzugsweise mit einer Drehzahl von 300–1500 min^–1, besonders bevorzugt 500–1000 min^–1, zentrisch rotiert wird, und der Chuck werden einander zugestellt, wobei die Poliertrommel unter einem Anstellwinkel gegen die Halbleiterscheibe schräg angestellt und die Halbleiterscheibe so auf dem Chuck fixiert ist, dass sie leicht über diesen hinaus ragt und so für die Poliertrommel zugänglich ist.
• Der Anstellwinkel beträgt vorzugsweise 30–50°.
• Halbleiterscheibe und Poliertrommel werden mit einem bestimmten Anpressdruck unter kontinuierlicher Zuführung eines Poliermittels, vorzugsweise mit einem Poliermittelfluss von 0,1–1 Liter/min, besonders bevorzugt 0,15–0,40 Liter/min, aneinander gepresst, wobei der Anpressdruck durch an Rollen befestigte Gewichte eingestellt werden kann und vorzugsweise 1–5 kg, besonders bevorzugt 2–4 kg, beträgt.
• Vorzugsweise werden nach 2–20, besonders bevorzugt nach 2–8 Umdrehungen der Halbleiterscheibe bzw. des die Halbleiterscheibe haltenden Chuck Poliertrommel und Halbleiterscheibe voneinander entfernt.
• Bei diesen üblichen Kantenpolierverfahren wird die lokale Geometrie im Randbereich der Halbleiterscheibe meist negativ beeinflußt. Dies hängt damit zusammen, dass mit den hierbei verwendeten relativ ”weichen Kantenpoliertüchern” (üblicherweise werden relativ weiche und mit Kieselsol beaufschlagte Poliertücher verwendet) nicht nur die Kante selbst, sondern auch noch ein äußerer Teil auf Vorder- und/oder Rückseite der Halbleiterscheibe poliert wird, was durch ein ”Eintauchen” der harten Kante in das mit Poliermittelsuspension beaufschlagte Poliertuch zu erklären ist. Dies führt dazu, dass eben nicht nur im Bereich der eigentlichen Kante abgetragen wird, sondern auch im angrenzenden Bereich auf Vorder- und/oder Rückseite.
• Daher erfolgt die Kantenpolitur der Halbleiterscheibe im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt durch Fixieren der Halbleiterscheibe auf einem zentrisch rotierenden Chuck, Zustellen des Halbleiterscheibe und einer gegen den Chuck geneigten, zentrisch rotierenden, mit einem Poliertuch enthaltend fest gebundene Abrasive (FAP-Poliertuch) beaufschlagten Poliertrommel und Aneinanderpressen von Halbleiterscheibe und Poliertrommel unter kontinuierlicher Zuführung einer Poliermittellösung, die keine Feststoffe enthält.
• Mittels dieser ist es möglich, die Waferkante gezielt zu beeinflussen, ohne den angrenzenden Bereich von Vorder- und/oder Rückseite der Halbleiterscheibe zu beeinträchtigen und somit zum Beispiel die gewünschten Geometrie- und Oberflächeneigenschaften nur auf der Waferkante einzustellen.
• Das verwendete FAP-Tuch ist wesentlich härter und weit weniger kompressibel als die standardmäßig verwendeten Poliertücher und bietet zudem den Vorteil, den Abtrag ohne alkalisch aufgeladenes Kieselsol – z. B. nur durch Verwendung einer alkalischen Lösung – zu erzeugen, was zudem Poliermittelverschleppung auf die Wafervorderseite und damit die zusätzliche negative Beeinflussung der Waferoberfläche – in Form von z. B. erhöhten Defektraten wie z. B. LLS (localised light scatterers) aufgrund von Anätzungen – vermeidet.
• Daneben kann sich auf dem gleichen FAP-Poliertuch ein kurzer Soft-Polierschritt mit sanft abtragendem Kieselsol anschließen, um eine Reduzierung der Kantenrauheit und -defektraten zu realisieren.
• Die beiden Polierschritte können dann aufeinander abgestimmt werden, so dass sich eine gezielte positive Beeinflussung der Waferkantengeometrie und -oberfläche ohne negative Beeinflussung der Waferpartialsites auf der Wafervorderseite und Waferrückseite vornehmen läßt.
• Grundsätzlich wird also die Halbleiterscheibe vorzugsweise mittels einer Poliertrommel, auf deren Oberfläche ein hartes und wenig kompressibles Poliertuch aufgeklebt ist, das fest gebundene Abrasive beinhaltet, unter Zuführung einer alkalischen Lösung poliert.
• Vorzugsweise erfolgt anschließend in einem zweiten Schritt auf dem gleichen Poliertuch ein Glättungsschritt unter Zufuhr eines Kieselsols, wie z. B. Glanzox 3900* mit etwa 1 Gew.-% SiO₂.
• *Glanzox 3900 ist der Produktname für eine Poliermittelsuspension, die von Fujimi Incorporated, Japan, als Konzentrat angeboten wird. Die Basislösung dieses Konzentrats hat einen pH von 10,5 und enthält ca. 9 Gew.-% kolloidales SiO₂ mit einer mittleren Teilchengröße von 30 bis 40 nm.
• Es hat sich gezeigt, dass durch eine solche Kantenpolitur mit einem FAP-Tuch die im Stand der Technik beobachtete Verschlechterung der lokalen Geometrie im Randbereich der Halbleiterscheibe gänzlich vermieden wird.
• Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Poliermittelverschleppungen im abtragenden Schritt der Kantenpolitur und somit das Auftreten von Oberflächendefekten aufgrund von unkontrollierten Anätzungen auf der Waferoberfläche vermieden werden.
• Die verwendete Poliermittellösung bei der Kantenpolitur ist im einfachsten Fall Wasser, vorzugsweise deionisiertes Wasser (DIW) mit der für die Verwendung in der Halbleiterindustrie üblichen Reinheit.
• Die Poliermittellösung kann aber auch Verbindungen wie Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebige Mischungen davon enthalten.
• Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung von Kaliumcarbonat.
• Der pH-Wert der Poliermittellösung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 12 und der Anteil der genannten Verbindungen in der Poliermittellösung beträgt vorzugsweise 0,01 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,01 bis 0,2 Gew.-%.
• Die Poliermittellösung kann darüber hinaus einen oder mehrere weitere Zusätze enthalten, beispielsweise oberflächenaktive Additive wie Netzmittel und Tenside, als Schutzkolloide wirkende Stabilisatoren, Konservierungsmittel, Biozide, Alkohole und Komplexbildner.
• Beim bevorzugten zweiten Schritt der Kantenpolitur wird ein Poliermittel enthaltend Abrasive verwendet.
• Der Anteil des Abrasivstoffes in der Poliermittelsuspension beträgt vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,25 bis 1 Gew.-%.
• Die Größenverteilung der Abrasivstoff-Teilchen ist vorzugsweise monomodal ausgeprägt.
• Die mittlere Teilchengröße beträgt 5 bis 300 nm, besonders bevorzugt 5 bis 50 nm.
• Der Abrasivstoff besteht aus einem das Substratmaterial mechanisch abtragendem Material, vorzugsweise aus einem oder mehreren der Oxide der Elemente Aluminium, Cer oder Silicium.
• Besonders bevorzugt ist eine Poliermittelsuspension, die kolloid-disperse Kieselsäure enthält.
• Im optionalen zweiten Schritt der Kantenpolitur werden im Gegensatz zum ersten Schritt vorzugsweise keine Zusätze wie Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) zugesetzt.
• Die Poliermittelsuspension kann aber einen oder mehrere weitere Zusätze enthalten, beispielsweise oberflächenaktive Additive wie Netzmittel und Tenside, als Schutzkolloide wirkende Stabilisatoren, Konservierungsmittel, Biozide, Alkohole und Komplexbildner.
• Vorzugsweise wird also in Schritt (g) des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Poliertuch verwendet, das einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält (FAP-Tuch bzw. FA-Pad).
• Geeignete Abrasivstoffe umfassen beispielsweise Partikel von Oxiden der Elemente Cer, Aluminium, Silicium, Zirkon sowie Partikel von Hartstoffen wie Siliciumcarbid, Bornitrid und Diamant.
• Besonders geeignete Poliertücher weisen eine von replizierten Mikrostrukturen geprägte Oberflächentopografie auf. Diese Mikrostrukturen („posts”) haben beispielsweise die Form von Säulen mit einem zylindrischen oder mehreckigen Querschnitt oder die Form von Pyramiden oder Pyramidenstümpfen.
• Nähere Beschreibungen solcher Poliertücher sind beispielsweise in WO 92/13680 A1 und US 2005/227590 A1 enthalten.
• Besonders bevorzugt ist die Verwendung von im Poliertuch gebundenen Ceroxid-Partikeln, vgl. auch US6502117B1 .
• Die mittlere Partikelgröße des FAP-Poliertuchs beträgt vorzugsweise 0,1–1,0 μm, besonders bevorzugt 0,1–0,25 μm.
• Besonders geeignet zur Durchführung des Verfahrens ist ein Poliertuch mit mehrlagigem Aufbau, umfassend eine Lage enthaltend Abrasive, eine Lage aus einem steifen Kunststoff sowie eine nachgiebige, nicht-gewebte Lage, wobei die Lagen mittels druckempfindlicher Klebeschichten miteinander verbunden sind.
• Die Lage aus einem steifen Kunststoff umfasst vorzugsweise Polycarbonat.
• Das Poliertuch kann eine zusätzliche Lage aus Polyurethan-Schaum enthalten.
• Eine der Lagen des Poliertuchs ist dabei nachgiebig.
• Bei der nachgiebigen Lage handelt es sich vorzugsweise um eine nicht-gewebte Schicht.
• Die nachgiebige Lage umfasst vorzugsweise Poylesterfasern. Besonders geeignet ist eine Lage aus Polyesterfasern, die mit Polyurethan getränkt sind („non-woven”).
• Durch die nachgiebige Lage kann sich die Tuchhöhe anpassen und stetigen Übergängen folgen.
• Die nachgiebige Lage entspricht vorzugsweise der untersten Lage des Poliertuchs. Darüber befindet sich vorzugsweise eine Schaumlage z. B. aus Polyurethan, die mittels einer Klebeschicht auf der nachgiebigen Lage befestigt wird. Über dem PU-Schaum befindet sich eine Lage aus einem härteren, steifen Material, vorzugsweise aus einem harten Kunststoff, wozu sich beispielsweise Polycarbonat eignet. Über dieser steifen Lage befindet sich die Schicht mit den Mikroreplikaten, also die eigentliche Fixed Abrasive-Lage.
• Die nachgiebige Lage kann sich aber auch zwischen der Schaumschicht und der steifen Lage oder direkt unterhalb der Fixed-Abrasive-Lage befinden.
• Die Befestigung der verschiedenen Lagen aneinander erfolgt vorzugsweise mittels druckempfindlicher Klebeschichten (PSA).
• Der Erfinder hat erkannt, dass ein Poliertuch ohne die im Stand der Technik von FAP-Poliertüchern stets vorhandene PU-Schaumschicht zu guten Ergebnissen führt.
• In diesem Fall umfasst das Poliertuch eine Schicht mit den Mikroreplikaten, eine nachgiebige Schicht und eine Lage aus einem steifen Kunststoff wie Polycarbonat, wobei die nachgiebige Schicht entweder die mittlere oder die unterste Lage des Poliertuchs sein kann.
• Die Korngrößen der verwendeten FAP-Poliertücher sind vorzugsweise größer oder gleich 0,1 μm und kleiner oder gleich 1,0 μm, besonders bevorzugt 0,1–0,25 μm.
• Schritte (f) und (h) – Beidseitige Politur mittels FAP und CMP
• Weiterhin erfolgt in Schritt (f) ein Polieren einer Vorderseite der Halbleiterscheibe unter Verwendung eines Poliertuchs mit fest gebundenen Abrasiven und gleichzeitige Politur einer Rückseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das keine Abrasive enthält, bei dem jedoch ein Abrasive enthaltendes Poliermittel zwischen Poliertuch und Rückseite der Halbleiterscheibe gebracht wird.
• In Schritt (g) erfolgt eine Kantenpolitur wie zuvor beschrieben.
• Nachfolgend erfolgt in Schritt (h) ein Polieren der Rückseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das fest gebundene Abrasive beinhaltet sowie gleichzeitige Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, welches keine fest gebundenen Abrasive enthält, wobei ein Abrasive enthaltendes Poliermittel zwischen Poliertuch und Vorderseite der Halbleiterscheibe gebracht wird.
• Die Erfindung sieht also in den Schritten (f) und (h) einen kombinierten simultanen Doppelseitenpolierprozesses vor, indem simultan eine FAP-Politur und eine CMP-Politur eimal an Vorderseite/Rückseite und anschließend an Rückseite/Vorderseite stattfinden. Auf den herkömmlichen DSP-Schritt und den nachfolgenden separaten CMP-Schritt wird verzichtet.
• Die Schritte (f) und )h) lassen sich auf bestehenden Anlagen zur Doppelseitenpolitur von Halbleiterscheiben durchführen, z. B. auf einer handelsüblichen Doppelseiten-Poliermaschine des Typs AC2000 von Fa. Peter Wolters, Rendsburg (Deutschland).
• Diese Poliermaschine ist ausgestattet mit einer Stiftverzahnung des äußeren und inneren Kranzes zum Antrieb der Läuferscheiben. Die Anlage kann für eine oder mehrere Läuferscheiben ausgelegt sein. Wegen des höheren Durchsatzes ist eine Anlage für mehrere Läuferscheiben bevorzugt, wie sie beispielsweise in der DE-100 07 390 A1 beschrieben ist und bei der sich die Läuferscheiben auf einer Planetenbahn um das Anlagenzentrum bewegen. Zur Anlage gehören ein unterer und ein oberer Polierteller, die horizontal frei drehbar und mit Poliertuch bedeckt sind.
• Während der Politur befinden sich die Halbleiterscheiben in den Aussparungen der Läuferscheiben und zwischen den beiden Poliertellern, die sich drehen und einen bestimmten Polierdruck auf sie ausüben, während ein Poliermittel kontinuierlich zugeführt wird. Dabei werden auch die Läuferscheiben in Bewegung versetzt, vorzugsweise über sich drehende Stiftkränze, die in Zähne am Umfang der Läuferscheiben eingreifen.
• Eine typische Läuferscheibe umfasst Aussparungen zur Aufnahme von drei Halbeiterscheiben. Am Umfang der Aussparungen befinden sich Einlagen, die die bruchempfindlichen Kanten der Halbleiterscheiben schützen sollen, insbesondere auch vor einer Freisetzung von Metallen vom Läuferscheibenkörper. Der Läuferscheibenkörper kann beispielsweise aus Metall, Keramik, Kunststoff, faserverstärktem Kunststoff oder aus Metall bestehen, das mit Kunststoff oder mit einer diamantartigen Kohlenstoffschicht („diamond like carbon”, DLC-Schicht) beschichtet ist. Bevorzugt sind jedoch Stähle, besonders bevorzugt rostfreier Chromstahl. Die Aussparungen sind vorzugsweise für die Aufnahme einer ungeraden Anzahl von Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von mindestens 200 mm, vorzugsweise 300 mm, ganz besonders bevorzugt 450 mm und Dicken von 500 bis 1000 μm ausgelegt.
• Das verwendete Poliermittel bei der Politur mit einem Poliertuch, welches keine fest gebundenen Abrasive enthält, umfasst Abrasive. Es handelt sich um eine Poliermittelsuspension.
• Die Größenverteilung der Abrasivstoff-Teilchen ist vorzugsweise monomodal ausgeprägt.
• Die mittlere Teilchengröße beträgt 5 bis 300 nm, besonders bevorzugt 5 bis 50 nm.
• Der Abrasivstoff besteht aus einem das Substratmaterial mechanisch abtragendem Material, vorzugsweise aus einem oder mehreren der Oxide der Elemente Aluminium, Cer oder Silicium.
• Der Anteil des Abrasivstoffes in der Poliermittelsuspension beträgt vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,25 bis 1 Gew.-%.
• Besonders bevorzugt ist die Verwendung von kolloid-disperser Kieselsäure als Poliermittelsuspension.
• Zum Einsatz kommen beispielsweise die wässrigen Poliermittel Levasil^® 200 von der Fa. Bayer AG sowie Glanzox 3900^® von der Fa. Fujimi.
• Vorzugsweise enthält das Poliermittel Zusätze wie Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH).
• Die Poliermittelsuspension kann aber einen oder mehrere weitere Zusätze enthalten, beispielsweise oberflächenaktive Additive wie Netzmittel und Tenside, als Schutzkolloide wirkende Stabilisatoren, Konservierungsmittel, Biozide, Alkohole und Komplexbildner.
• Im erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Schritten (f) und (h) wird auch ein Poliertuch verwendet, das einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält (FAP- oder FA-Tuch bzw. FA-Pad).
• Geeignete Abrasivstoffe umfassen beispielsweise Partikel von Oxiden der Elemente Cer, Aluminium, Silicium, Zirkon sowie Partikel von Hartstoffen wie Siliciumcarbid, Bornitrid und Diamant.
• Besonders geeignete Poliertücher weisen eine von replizierten Mikrostrukturen geprägte Oberflächentopografie auf. Diese Mikrostrukturen („posts”) haben beispielsweise die Form von Säulen mit einem zylindrischen oder mehreckigen Querschnitt oder die Form von Pyramiden oder Pyramidenstümpfen.
• Nähere Beschreibungen solcher Poliertücher sind beispielsweise in WO 92/13680 A1 und US 2005/227590 A1 enthalten.
• Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Poliertuchs mit fest darin gebundenen Abrasiven aus Ceroxid, wie z. B. in US 6602117 B1 beschrieben.
• Die Korngrößen der verwendeten FAP-Poliertücher (Größe der fest gebundenen Abrasive/Partikel) sind vorzugsweise größer oder gleich 0,1 μm und kleiner oder gleich 1,0 μm.
• Besonders bevorzugt ist eine Partikelgröße von 0,1–0,6 μm.
• Ganz besonders bevorzugt ist eine Partikelgröße von 0,1–0,25 μm.
• Ein Polierteller ist mit einem solchen FAP-Tuch ausgestattet.
• Der zweite Polierteller ist mit einem herkömmlichen CMP-Poliertuch beaufschlagt.
• Bei den verwendeten CMP-Poliertüchern handelt es sich um Poliertücher mit einer porösen Matrix.
• Vorzugsweise besteht das Poliertuch aus einem thermoplastischen oder hitzehärtbaren Polymer. Als Material kommt eine Vielzahl an Werkstoffen in Betracht, z. B. Polyurethane, Polycarbonat, Polyamid, Polyacrylat, Polyester usw.
• Vorzugsweise beinhaltet das Poliertuch festes, mikro-poröses Polyurethan.
• Bevorzugt ist auch die Verwendung von Poliertüchern aus verschäumten Platten oder Filz- oder Fasersubstraten, die mit Polymeren imprägniert sind.
• Beschichtete/Imprägnierte Poliertücher können auch so ausgestaltet sein, dass es im Substrat eine andere Porenverteilung und -größen aufweist als in der Beschichtung.
• Die Poliertücher können weitgehend eben oder auch perforiert sein.
• Um die Porosität des Poliertuchs zu steuern, können Füllstoffe in das Poliertuch eingebracht sein.
• Kommerziell erhältliche Poliertücher sind z. B. das SPM 3100 von Rodel Inc. oder die Tücher der DCP-Serie sowie die Tücher der Marken IC1000^TM, Polytex^TM oder SUBA^TM von Rohm & Hass.
• Wie zuvor erwähnt, kann bei Durchführung einer Politur gemäß den Schritten (f) unf (h) des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einer Doppelseitenpoliermaschine, wie es zum Beispiel bei dem Typ AC 2000 der Fa. Peter Wolters/Rendsburg der Fall ist, die im Stand der Technik obligatorische einseitige Schleierfreipolitur (CMP) entfallen, da sowohl die die Geometrie bestimmende als auch die die Oberflächenqualität bestimmende Politur komplett auf einem Maschinentyp durchgeführt werden.
• Im Stand der Technik wurden dagegen die Abtrags- und Schleierfreipolitur (DSP und CMP) getrennt voneinander und auf unterschiedlichem Poliermaschinen durchgeführt. Mittels CMP wurde im Stand der Technik nur die Vorderseite der Halbleiterscheibe poliert.
• Zur Erzielung einer optimalen Wafergeometrie, hier vor allem der Randgeometrie (Edge Roll-off-Eliminierung), bietet eine simultane Doppelseitenpolitur mit Planetenkinematik und kombiniertem Einsatz von Fixed Abrasive- und CMP-Poliertüchern Vorteile, da der Fixed Abrasive-Polierprozess es erlaubt, aufgrund des harten und optional mit einem Überlauf gestaltbaren Tuches zur Erzielung des notwendigen Polierabtrags auf eine kieselsolhaltige Komponente zu verzichten und es zudem ermöglicht, gezielt Einfluß auf den Randbereich der Halbleiterscheibe zu nehmen.
• Zusätzlich ist im Rahmen der simultanen beidseitigen Politur bereits die CMP-Politur integriert, indem einer der Polierteller mit einem CMP-Poliertuch ausgestattet ist, auf dem der CMP-Schritt stattfindet.
• Die erfindungsgemäße Doppelseitenpolitur findet in zwei Teilpolierschritten (f) und (h) statt, zwischen denen die Halbleiterscheibe gemäß Schritt (g) kantenpoliert wird.
• Vorzugsweise erfolgt dabei eine zweistufige Kantenpolitur, bei der eine erste Kantenpolitur zwischen den beiden Teilschritten der Doppelseitenpolitur (f) und (h) und die zweite Kantenpolitur nach Beendigung der kompletten Doppelseitenpolitur, also nach Schritt (h) durchgeführt wird, was es erlaubt, die Kantenpolitur durch diese Aufteilung in zwei Schritte feiner abzustimmen und somit die Randgeometrie der Halbleiterscheibe möglichst wenig zu beeinflussen.
• Vorzugsweise erfolgen beide Schritte der Kantenpolitur mittels Poliertüchern mit fest darin gebundenen Abrasiven.
• Vorzugsweise erfolgt die zweite Kantenpolitur unter Zuführung einer Abrasive enthaltenden Poliermittelsuspension, wie der unter (g) beschriebene optionale Softpolierschritt.
• Der Anteil der Abrasivstoffe in der Poliermittelsuspension beträgt dabei vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-%.
• Die Abrasivstoffe in der Poliermittelsuspension werden vorzugsweise ausgewählt aus einem oder mehreren der Gruppe bestehend aus Oxiden der Elemente Aluminium, Cer oder Silicium.
• Vorzugsweise handelt es sich bei der Poliermittelsuspension um kolloid-disperse Kieselsäure.
• Vorzugsweise beträgt der pH-Wert der Poliermittelsuspension 9 bis 11,5.
• Vorzugsweise wird der ph-Wert der Poliermittelsuspension durch Zugabe von Zusätzen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebigen Mischungen dieser Verbindungen, eingestellt.
• Um eine speziell gewünschte definierte Rückseitenrauhigkeit der polierten Waferrückseite zu erreichen, kann es von Vorteil sein, zusätzliche einseitige FAP-Polituren der Rückseite vorzunehmen:
  Dies erfolgt vorzugsweise in drei Schritten jeweils unter Verwendung eines Poliertuchs, das einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält und das mit einem Polierdruck auf die Rückseite der Halbleiterscheibe gedrückt wird, wobei im ersten Schritt ein Poliermittel, welches frei von Feststoffen ist, im zweiten und dritten Schritt dagegen ein Poliermittel, das abrasive Stoffe enthält, zwischen Poliertuch und Rückseite der Halbleiterscheibe gebracht wird, wobei ein Polierdruck im ersten und zweiten Schritt von 55,2–103,4 kPa im dritten Schritt auf 3,4–34,5 kPa reduziert wird.
• Die Halbleiterscheibe weist auf den ebenen Flächen ihrer Rückseite vorzugsweise eine mittlere Oberflächenrauhigkeit R_a in einem breiten Bereich von 0,3 bis 4,5 nm auf, bezogen auf Ortswellenlängen von kleiner oder gleich 250 μm.
• Zur Bestimmung der Oberflächenrauhigkeit eignet sich beispielsweise ein Chapman Surface Profiler MP 2000 mit einem 250 μm Filter (räumliche Wellenlängen größer 250 μm = Waviness-Daten, vgl. Chapman Technical Note-TG-1, Rev-01-09).
• Ist eine hohe Rückseitenrauhigkeit im o. g. Bereich gewünscht, werden bevorzugt FAP-Tücher mit Korngrößen von 0,5–1,0 μm verwendet.
• Ist eine niedrige Rückseitenrauhigkeit gewünscht, werden bevorzugt FAP-Tücher mit Korngrößen von 0,1–0,25 μm verwendet.
• Die Poliermittellösung beim ersten Schritt der Politur der Rückseite der Siliciumscheibe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im einfachsten Fall Wasser, vorzugsweise deionisiertes Wasser (DIW) mit der für die Verwendung in der Halbleiterindustrie üblichen Reinheit.
• Die Poliermittellösung kann aber auch Verbindungen wie Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebige Mischungen davon enthalten.
• Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung von Kaliumcarbonat.
• Beim zweiten Schritt der Politur der Rückseite der Halbleiterscheibe wird ein Poliermittel enthaltend Abrasive verwendet.
• Der Abrasivstoff besteht aus einem das Substratmaterial mechanisch abtragendem Material, vorzugsweise aus einem oder mehreren der Oxide der Elemente Aluminium, Cer oder Silicium.
• Besonders bevorzugt ist eine Poliermittelsuspension, die kolloid-disperse Kieselsäure enthält.
• Beim dritten Schritt der Politur der Rückseite der Halbleiterscheibe wird ebenfalls ein Poliermittel enthaltend Abrasive wie im zweiten Schritt verwendet. Der Polierdruck wird gegenüber dem ersten und zweiten Schritt von 55,2–103,4 kPa auf 3,4–34,5 kPa reduziert.
• Zur Durchführung dieser Polituren eignen sich herkömmliche Poliermaschinen wir z. B. die Poliermaschine „nHance 6EG” der Strasbaugh Inc.
• Die Poliermaschine von Strasbaugh Inc. besitzt einen Polierteller mit einem Poliertuch und einen Polierkopf, der eine Halbleiterscheibe vollautomatisch bearbeitet. Der Polierkopf ist kardanisch gelagert und umfasst eine feste Basisplatte, die mit einem „backing pad” beschichtet ist, und einen beweglichen Führungsring. Durch Bohrungen in der Basisplatte können in zwei konzentrischen Druckzonen, einer inneren und einer äußeren, Luftkissen aufgebaut werden, auf denen die Halbleiterscheibe während der Politur schwimmt. Der bewegliche Führungsring kann mittels eines Druckluftbalgs mit Druck beaufschlagt werden, um so das Poliertuch beim Kontakt mit der Halbleiterscheibe vorzuspannen und plan zu halten.
• Besonders bevorzugte Ausführungsformen
• Im Folgenden werden besonders bevorzugte Ausführungsformen A–F des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die verwendeten Abkürzungen PPG, DDG, FAP und CMP wurden zuvor erläutert.
• A Abtrennen einer Scheibe vom Einkristall – Kantenverrunden – PPG – Kantenverrunden – beidseitiges Feinschleifen > beidseitige FAP – Gasphasenätzen – FAP der Rückseite und gleichzeitig CMP der Rückseite > Kantenpolieren – FAP Rückseite und gleichzeitig CMP Vorderseite – Kantenpolieren
• B Abtrennen einer Scheibe vom Einkristall – Kantenverrunden – PPG – Kantenverrunden – beidseitiges Feinschleifen > FAP der Rückseite – Gasphasenätzen – FAP der Rückseite und gleichzeitig CMP der Rückseite > Kantenpolieren – FAP Rückseite und gleichzeitig CMP Vorderseite – Kantenpolieren
• C Abtrennen einer Scheibe vom Einkristall – Kantenverrunden – PPG – Kantenverrunden – beidseitiges Feinschleifen > FAP der Vorderseite – Gasphasenätzen – FAP der Rückseite und gleichzeitig CMP der Rückseite > Kantenpolieren – FAP Rückseite und gleichzeitig CMP Vorderseite – Kantenpolieren
• D Abtrennen einer Scheibe vom Einkristall – DDG – Kantenverrunden – beidseitiges Feinschleifen > beidseitige FAP – Gasphasenätzen – FAP der Rückseite und gleichzeitig CMP der Rückseite > Kantenpolieren – FAP Rückseite und gleichzeitig CMP Vorderseite – Kantenpolieren
• E Abtrennen einer Scheibe vom Einkristall – DDG – Kantenverrunden – beidseitiges Feinschleifen > FAP der Rückseite – Gasphasenätzen – FAP der Rückseite und gleichzeitig CMP der Rückseite > Kantenpolieren – FAP Rückseite und gleichzeitig CMP Vorderseite – Kantenpolieren
• F Abtrennen einer Scheibe vom Einkristall – DDG – Kantenverrunden – beidseitiges Feinschleifen > FAP der Vorderseite – Gasphasenätzen – FAP der Rückseite und gleichzeitig CMP der Rückseite > Kantenpolieren FAP Rückseite und gleichzeitig CMP Vorderseite – Kantenpolieren
• Nach dem abschließenden Schritt der Kantenpolitur schließt sich vorzugsweise eine Endreinigung an.
• Außerdem kann die Halbleiterscheibe einer thermischen Behandlung unterzogen oder mit einer epitaktischen Schicht versehen werden.

Claims (23)

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, umfassend in der angegebenen Reihenfolge: (a) beidseitige Material abtragende Bearbeitung der von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe; (b) Verrunden der Kante der Halbleiterscheibe; (c) Schleifen von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe, wobei jeweils eine Seite der Halbleiterscheibe mittels eines Scheibenhalters festgehalten wird, während die andere Seite mit einem Schleifwerkzeug bearbeitet wird; (d) Politur wenigstens einer Seite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das fest gebundene Abrasive beinhaltet; (e) Behandlung beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem ätzenden Medium bei einem Materialabtrag von nicht mehr als 1 μm pro Seite der Halbleiterscheibe; (f) Polieren einer Vorderseite der Halbleiterscheibe unter Verwendung eines Poliertuchs mit fest gebundenen Abrasiven und gleichzeitige Politur einer Rückseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das keine Abrasive enthält, bei dem jedoch ein Abrasive enthaltendes Poliermittel zwischen Poliertuch und Rückseite der Halbleiterscheibe gebracht wird; (g) Politur der Kante der Halbleiterscheibe; (h) Polieren der Rückseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das fest gebundene Abrasive beinhaltet sowie gleichzeitige Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, welches keine fest gebundenen Abrasive enthält, wobei ein Abrasive enthaltendes Poliermittel zwischen Poliertuch und Vorderseite der Halbleiterscheibe gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich in Schritt (a) um ein simultanes Doppelseitenschleifen (DDG) handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (a) mittels PPG erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Halbleiterscheibe bereits vor Durchführung des PPG-Schritts gemäß Schritt (a) mit einer verrundeten Kante versehen wird und die Kante der Halbleiterscheibe nach Durchführung des PPG-Schritts erneut gemäß Schritt (b) verrundet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Schleifen von Vorder- und Rückseite gemäß Schritt (c) sequentiell erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Schleifen von Vorder- und Rückseite gemäß Schritt (c) mit einem Schleifwerkzeug erfolgt, das eine Korngröße von #2000–#8000 aufweist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in Schritt (d) die Vorderseite der Halbleiterscheibe poliert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in Schritt (d) die Rückseite der Halbleiterscheibe poliert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in Schritt (d) Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe poltert werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei in Schritt (d) eine Poliermittellösung, die frei von Feststoffen ist, zwischen die zu polierende Seite der Halbleiterscheibe und das Poliertuch gebracht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das in Schritt (d) verwendete Poliertuch Abrasivpartikel, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliciumcarbid, Bornitrid, Diamant und Oxiden der Elemente Cer, Aluminium, Silicium, Zirkon, umfasst.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Korngrößen der Abrasivpartikel größer oder gleich 0,1 μm und kleiner oder gleich 1,0 μm betragen.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei in Schritt (f) der Materialabtrag pro Seite der Halbleiterscheibe wenigstens 0,1 nm und höchstens 1 μm beträgt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei in Schritt (f) die Halbleiterscheibe mit einem gasförmigen Medium, enthaltend Fluorwasserstoff und wenigstens ein die Oberfläche der Halbleiterscheibe oxidierendes Oxidationsmittel, behandelt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei in Schritt (g) die Kante einer sich zentrisch drehenden Halbleiterscheibe mit einer bestimmten Kraft gegen eine sich zentrisch drehende Poliertrommel gedrückt wird, wobei die Poliertrommel mit einem Poliertuch, enthaltend fest gebundene Abrasive, beaufschlagt ist und kontinuierlich eine Poliermittellösung, die keine Feststoffe enthält, zugeführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das in Schritt (g) verwendete Poliertuch enthaltend Abrasive einem Poliertuch gemäß Ansprüchen 11 oder 12 entspricht.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das eine in Schritt (f) und (h) verwendete Poliertuch enthaltend Abrasive einem Poliertuch gemäß Ansprüchen 11 oder 12 entspricht.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das andere Poliertuch jeweils keine Abrasive beinhaltet und eine poröse Matrix aufweist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das in Schritt (f) und (h) verwendete Abrasive enthaltende Poliermittel Partikel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem oder mehreren der Oxide der Elemente Aluminium, Cer oder Silicium umfasst.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei es sich beim Poliermittel um kolloid-disperse Kieselsäure handelt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei eine zweistufige Kantenpolitur erfolgt, wobei eine erste Kantenpolitur in Schritt (g) und die zweite Kantenpolitur nach Schritt (h) erfolgt.
22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die zweite Kantenpolitur unter Zuführung einer Abrasive enthaltenden Poliermittelsuspension erfolgt, die dem Poliermittel der Ansprüche 19 oder 20 entspricht.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei eine zusätzliche Politur der Rückseite nach Schritt (h) erfolgt, wobei die Rückseite in drei Schritten jeweils unter Verwendung eines Poliertuchs, das einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält und das mit einem Polierdruck auf die Rückseite der Halbleiterscheibe gedrückt wird, poliert wird, wobei im ersten Schritt ein Poliermittel, welches frei von Feststoffen ist, im zweiten und dritten Schritt dagegen ein Poliermittel, das abrasive Stoffe enthält, zwischen Poliertuch und Rückseite der Halbleiterscheibe gebracht wird, wobei ein Polierdruck im ersten und zweiten Schritt von 55,2–103,4 kPa im dritten Schritt auf 3,4–34,5 kPa reduziert wird.