DE2459892A1

DE2459892A1 - Verfahren und vorrichtung fuer die chemische behandlung von halbleiterplaettchen

Info

Publication number: DE2459892A1
Application number: DE19742459892
Authority: DE
Inventors: Robert Jerome Walsh
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1973-12-19
Filing date: 1974-12-18
Publication date: 1975-09-04
Also published as: GB1483746A; BE823525A; JPS5093775A; CA1027465A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF
DIPL₁-ING. SCHWABE DR ΌΆ. SANDMAIR

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 45

Anwaltsakte 25 5^0 -j ο qc₇

MONSANTO COMPANY
St. Louis, Missouri / USA

Verfahren und Vorrichtung für die chemische Behandlung von Halbleiterplättchen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung für die chemische Behandlung von Plättchen oder Scheiben, insbesondere zum Präzisions- Blankätzen von Halbleiterplättchen oder -Scheiben und vorzugswiese zum Säure-Ätzen von kreisförmigen Siliziumplättchen oder -Scheiben. Der Einfachheit halber wird nachfolgend nur noch von Plättchen gesprochen.

Case 19-21-0222A GW - 2 -

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Das ehemische Ätzen von gesägten und polierten oder _: geschliffenen Siliziumscheibchen oder -plättchen erfolgt hauptsächlich zu dem Zweck die Oberflächenschichten, in ; denen die Kristallgitterstruktur durch die vorhergehende mechanische Bearbeitung gestört ist, abzutragen. Werden diese gestörten Schichten nämlich nicht abgetragen, so können sie bei einer anschließenden Wärmebehandlung ernsthafte Störungen in der gesamten;'Kristallstruktur hervorrufen. Neben dem Abtragen der gestörten Schichten erbringt das Ätzen die folgenden zusätzlichen Vorteile: Verrringerurig der mechanische Verformung, insbesondere Verbiegung des Plättchens aufgrund unterschiedlicher, durch die Störungen hervorgerufener Spannungen an den beiden Oberflächen des Plättchens, ^;

Abrunden der scharfen Ränder des Plättchens, Verbesserte Reinigung und Reinigungsmöglichkeit der Plättchen und .
Erhöhte Festigkeit der Plättchen.

Die letzteren beiden Vorteile ergeben sich aus der Beseitigung von Oberflächenrissen, in"denen sich Verunreinigungen ansammeln können und welche eine Kerbstellenwirkung ausüben.

Zumeist finden für das Ätzen von Silizium Gemische aus konzentrierter Salpetersäure, Fluorwasserstoffsäure und Essigsäure Verwendung. Wie man aus nachstehender'Gleichung erkennt, nehmen die Salpeter- und Fluorwasserstoffsäuren direkt an der Ätzreaktion teil, während die Essig-

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säure als Verdünnungsmittel zum Verringern der Reaktionsgeschwindigkeit und zum Verbessern der Glätte der geätzten Oberflächen zugesetzt wird.

3Si + 4-HNO₃ + 18HF-^ 3H₂SiF₆ + 4NO + 8H₂O (1)

Zum Blankätzen verwendet man Fluorwasserstoffsäure in relativ geringer Konzentration, so daß die Reaktionsgeschwindigkeit durch die Diffusionsgeschwindigkeit der Fluorwasserstoffsäure in die Siliziumoberfläche begrenzt ist. Dadurch ergibt sich ein selektiver Angriff an erhöhten Stellen - wahrscheinlich weil diese in den Bereich des Diffusionsgradienten hineinreichen - und somit eine die Oberfläche glättende Wirkung. Bei höheren Konzentrationen der Fluorwasserstoffsäure ist der Angriff nicht selektiv, so daß eine matte Oberfläche entsteht.

Das Ätzen von Scheibchen nach dem herkömmlichen Kübeloder Trommelverfahren ist in jedem Falle gekennzeichnet durch einen sehr ungleichmäßigen Materialabtrag sowohl innerhalb einzelner Chargen ( 95% ^± 0,3 mil) als auch zwischen den Chargen (95% * 0,70 mil, woher 1 mil. = 0,025 nun)

Die Unterschiede des Abtrags innerhalb einer Charge lassen sich auf unterschiedlich starke Gefügestörungen an den Oberflächen der einzelnen Plättchen zurückführen, sowie darauf, daß sich die Plättchen bei der üblicherweise von Hand erfolgenden Bewegung nicht vollständig voneinander getrennt halten lassen.

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Ein ausschlaggebender Faktor bei den zwischen einzelnen Chargen auftretenden Unterschieden schein^ durch die Wirkung der Temperatur gegeben zu sein. Die Ätzreaktion verläuft stark exothermisch und setzt etwa 6 150 Kalorien pro Gramm gelöstes Silizium frei. Beim Ätzen nach dem Kübelverfahren entspricht dies bei einem nominellen Abtrag von etwa 0,05 mm einem Temperaturanstieg der Ätzflüssigkeit von etwa 17,7 °^c, und bei einem Abtrag von etwa 0,1 mm einem Temperaturanstieg von etwa 35»5 ⁰C. Dementsprechend ist die momentane Ätzgeschwindigkeit nahe dem Ende der Behandlung drei bis vier mal höher als zu Beginn der Behandlung, so daß die Einhaltung der Behandlungszeit äußerst kritisch ist. Bei einer vorbestimmten Behandlungszeit kann der Materialabtrag insgesamt-; je nach der Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs in dem System beträchtlichen Schwankungen unterliegen. Der Temperaturanstieg seinerseits ist abhängig, von der durch die Ausgangstemperatur sowie durch das Ausmaß der Gefügeschäden an den Oberflächen beeinflußten anfänglichen Ätzgeschwindigkeit, von der erzeugten Bewegung und von dem Verhältnis des Volumens der Ätzflüssigkeit zur Oberfläche der Plättchen. In bekannten Verfahren ließen sich diese Faktoren nicht genau bestimmen.

Weitere Mängel bekannter Ätzverfahren sind u.A. die Fleckenbildung, hoher Säureverbrauch, mangelhafte Gleichmäßigkeit der Dicke einzelner Plättchen, die Gefahr des Zerkratzens der Plättchen durch gegenseitige Berührung beim und nach dem Ätzen, hohe Spitzenbelastungen der Abgas-

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reiiäguziigseinriehtangen uinid übermäßige Verdünnung der verbrauchten Ätzfflüssigkeit: _% welche die Leistungsfähig— keit der nach dem Prinzip der Fluorid-Ausfällung arbeitenden Abfall-Beseitig^ngseinriehtusgen beeinträchtigt.

Bei bekannten Herst ellimgs/verfahr en für Siliziumplätt— chen ergibt sieh aufgrand der Kübel- oder Trommel ätzung ein sehr weiter Biekenbereich der geätzten Plättchen. Deshalb müssen die geätzten Plättchen -war dem endgültigen Polieren geschliffen oder geläppt werden* Durch den Wegfall des gebräuchlichen Feinsehlei fens oder Läppens ließen sieh beträchtliche Verbesserungen hinsichtlich der Ausbeute und des Arbeitsaufwands erzielen, weshalb bei einem Ätzverfahren die Einhaltung einer maglichst gleichmäßigen Dicke der geätzten Plättchen anzustreben ist»

Die Erfindung schafft verbesserte Verfahren und Vorrichtungen für die ehemische Behandlung von kreisförmigen Plättchen^ insbesondere für die Präzisionsatzung von ., Siliziumplätrtehen,, und ermöglicht damit die Verringerung oder Vermeidung der IPleekenbildung,, des erhöhten Säureverbrauchs, des Zerkratzen^: der Plättchen durch gegenseitige Berührung beim und nach dem Atrzen^ der übermäßigen Spifezenbelastung der Abgas-Eeinigungseinrichtungen und und der über'mäßige.n Verdünnung der verbrauchten Atzflüssigkeit., Ferner ermöglicht die Erfindung das Ätzen von gesägten oder geschliffenen Plättehen auf sehr enge Dlckentoleranzen selbst bei anfänglich sehr breiter Dickenverteilung·, sowie eine sehr¹ genaue Steuerung des

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Materialabtrags an einzelnen Plättchen, an den Plättchen einer Charge und von einer zur anderen Charge. Außerdem ermöglicht die Erfindung eine bessere Abrundung der Ränder der Plättchen und steigert insgesamt die Leistungsfähigkeit der Bearbeitung von Siliziuinplättchen bei erheblicher Verringerung des Arbeitsaufwands.

Bei einem Verfahren für die chemische Behandlung von kreisförmigen Plättchen insbesondere aus Silizium ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß wenigstens ein solches Plättchen senkrecht stehend mit seinem Hand auf eine Anordnung von Antriebsrollen gesetzt wird, daß das so aufgesetzte Plättehen in ein Bad eines chemischen Behandlungsmittel eingetaucht wird und daß das Plättchen in dem Behandlungsbad durch Drehantrieb der Antriebsrollen in Drehung versetzt wird, um' auf diese Weise die Oberflächen des Plättchens gleichmäßig und genau zu behandeln., Vorzugsweise ist das chemische Behandlungsmittel ein saures Ätzmittel und das Plättchen ist ein Siliziumseheibchen.

Die erfindungsgemäße Torrichtung hat einen Ätzmittelbehälter sowie ein Traggestell für die Plättchen mit einer Anzahl von Rollen», deren Jede eine Anzahl von Ringnuten für die Aufnahme der Ränder einer entsprechenden Anzahl von flächig nebeneinander stehenden Plättchen aufweist. Zum Eintauchen der Plättchen in das Ätzmittel wird das Traggestell in den Ätzmittelbehälter eingesenkt. Die Rollen werden von einer Antriebseinrichtung in Drehung versetzt und versetzen dadurch ihrerseits die ingetauchten Plättchen in Drehung« Bas Ätzmittel wird, innerhalb- der

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Vorrichtung in Umlauf gehalten, so daß es gleichmäßig an den sich drehenden Plättchen vorüberströmt. Ein Wärmeaustauscher hält das Ätzmittel im wesentlichen konstant auf einer vorbestimmten Temperatur.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Schrägansicht eines Traggestells für die Plättchen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3 eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht des in Fig. 2 dargestellten Traggestells mit einem Drehantrieb für eine Tragrollenanordnung,

Fig. 4- eine vergrößerte Schnitt ansicht einer Tragrollennut in einer bevorzugten Ausführungsform,

Fig. 5 eine Schnittansicht einer Tragrollennut in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform und

Fig. 6 eine Stirnansicht zur Darstellung der Geometrie der Tragrollen des in Fig. 2 gezeigten Traggestells in bezug auf ein von den Rollen getragenes Plättchen.

In der Zeichnung sind gleiche Teile durchgehend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist einen Ätzmittelbehälter 11 auf. Dieser hat eine im wesentlichen rechteckige Form mit einem Paar Seitenwänden 13» 15i

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einem Boden 17 und einem ein Teil der Oberseite des Behälters verschließenden Deckel 19. Die Enden des Behälters sind durch (nicht gezeigte) querstehende Stirnwände verschlossen, welche etwa die gleiche Form und Dicke haben wie die Seitenwand 15·

Der Ätzmittelbehälter 11 einschließlich darin enthaltener Zwischenwände ist vorzugsweise eine Schweißkonstruktion aus Polypropylen, da dieses Material gegenüber dem sauren Ätzmittel ziemlich unempfindlich ist. Andere gegenüber Salpetersäure, Fluorwasserstoffsäure und Essigsäure enthaltenden Ätzlösungen für Silizium unempfindliche Werkstoffe sind u.A. Fluorkohlenstoffe, etwa die unter den Bezeichnungen Teflon TFE, Teflon FEP, KeI-F, Kynar und Tefzel im Handel befindlichen, Polyvinylchlorid und Polyäthylen niedriger oder hoher Dichte. Verschiedene Rohranschlüsse aus einfachem oder mit Glas als Füllstoff versetztem Polypropylen zeigten befriedigende Eigenschaften.

Der Ätzmittelbehälter 11 enthält vier durch in Längsrichtung zwischen den Stirnwänden verlaufende Trennwände voneinander getrennte Abteilungen. Eine der Abteilungen bildet eine Ätzkammer 21 für die-Aufnahme, eines die zu ätzenden Plättchen tragenden Traggestells 23. Während des Ätzens wird das-insgesamt-mit 25 bezeichnete. Ätzmittel, ausgehend von Öffnungen 27 in einem perforierten Boden 29 der Ätzkammer 21, in einer laminaren Strömung durch die Ätzkammer hindurchgeleitet. Dabei strömt es in der Kammer

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21 aufwärts und tritt dann durch Öffnungen 31 im oberen Teil einer Seitenwand 33 <3-er Ätzkammer aus. Die von den Öffnungen 31 durchsetzte Seitenwand 33 bildet ein Überlaufwehr, über welches das Ätzmittel in eine Wärmeaustauscherkammer 35 fließt.

Beim Ätzen der in dem Traggestell 23 sitzenden Plättchen W erwärmt sich die Ätzlösung etwas. Damit das im Behälter insgesamt enthaltene Ätzmittel nicht zu warm wird, ist eine Kühlschlange 37 vorgesehen, durch welche kaltes Wasser zum ,Kühlen der Ätzlösung hindurchgeleitet wird. Die Kühlschlange 37 besteht vorzugsweise aus einem dünnwandigen Rohr aus einem Fluorkohlenstoff, etwa aus dem unter der Bezeichnung Teflon FEP im Handel erhältlichen Material, welches über eine Form oder Spule gewickelt ist. In einer Versuchsausführung der Vorrichtung wurde ein Wärmeaustauscher mit einer Wärmeübergangsfläche von

ρ
0,55 m verwendet. Zu diesem Zweck wurden sechs je 10 m lange Rohrstücke mit einer Stärke von 2,588 mm (AWG-10) miteinander verflochten, parallel miteinander verbunden und so auf eine Form gewickelt, daß sie sich über die gesamte Länge des Behälters 11 erstreckten. Unter Steuerung durch einen Temperaturfühler imrde Wasser mit einer Höchsttemperatur von 21 C in einer Menge von 1,5 l/min durch die Rohre hindurchgeleitet. Der Temperaturfühler war an einer in Fig. 1 mit 39 bezeichneten Stelle in einer Ätzmittel-Vorratskammer 4-1 angeordnet.

Für die Aufrechterhaltung des Umlaufs des Ätzmittels und

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seiner gleichmäßigen Strömung entlang den im Gestell 23 sitzenden und von diesem in nachstehend beschriebener Weise in Drehung versetzten Plättchen W findet vorzugsweise eine luftgespeiste Auftriebspumpe Verwendung. Das für den Umlauf des Ätzmittels notwendige Druckgefälle wird mittels eines sich über die ganze Länge des Behälters 11 erstreckenden Blasrohrs 4-3 erzeugt. Dieses hat in Längsrichtung verteilt eine große Anzahl von kleinen Öffnungen 45, durch welche die dem Rohr in einer Menge von etwa 28 l/min zugeführte Luft austritt. Die Luft wird dem Blasrohr über (nicht dargestellte) Leitungen mit einem

Druck von beispielsweise etwa 2,1 kp/cm 'zugeführt. Zusätzlich zu der Pumpwirkung übt die aufsteigende Luft drei weitere wichtige Wirkungen aus, indem sie einerseits das beim Ätzen entstehende Stickoxid oxydiert: 2NO + O₂ -> -> 2NO₂ (2)

Dies trägt dazu bei, die konkurrierende Reaktion nach links zu verschieben: 2HN0, + NO έ? H₂O + 3No^ (3) und dient somit zur Erhaltung der Salpetersäure und zur Verringerung des Wassergehalts der Ätzlösung.· Ferner trägt die Luft zur Entfernung der flüchtigeren Bestandteile aus der Ätzlösung bei. Diese bestehen hauptsächlich aus den Reaktionsprodukten NO, NO₂, H₂O und gegebenenfalls HpSiIiV-. Wird zu wenig Luft zugeführt, so erhöht sich die Konzentration der Reaktionsprodukte, die Ätzlösung bekommt eine sehr dunkle Färbung, auf den Plättchen können sich Bläschenbahnen bilden, die Gleichmäßigkeit der Dicke kann beeinträchtigt werden und es kommt

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zu vermehrter Bildung von Löchern und anderen Unrege1-mäßigkeiten der Oberflächen. Schließlich begünstigt die Luft noch eine Durchmischung der umlaufenden Ätzlösung in der Längsrichtung und damit eine gleichmäßige Temperaturverteilung und Zusammensetzung der Lösung in Längsrichtung des Behälters.

Um die Zusammensetzung der Itzlösung möglichst stabil zu halten* wird die Umwältsluft nur während des Ätzvorgangs selbst zugeführt. Dabei Kann ein dä^:s Ätzen steuernder Zeitgeber dazu verwendet'Worden^"die Luftzufuhr zu Beginn des Ätzvorgangs freizugeben und· sie am Eiide des Ätzvorgangs automatisch-zu ünterbreeheni

Die aus dem Blasrohr 43 austretenden Luftbläschen steigen in einem Steigschacht 47 an die Oberfläche 49 der Ätzlösung in einer Dampf au'st ritt skammer 51· In. dieser treten die Luftbläschen und die darin mitgeführten flüchtigen Bestandteile der Lösung aus,_ und gelangen zusammen mit vorhandenen Säuredämpfen über einen Abzugschacht 53 zu. einer Säurewäsche. Die von den flüchtigen Bestandteilen und der Luft befreite Ätzlösung fließt dann im Vorratsbehälter 41 abwärts. Dieser bildet wirkungsmäßig eine Rücklaufleitung mit großem Querschnitt, in welcher die Ätzlösung mit geringer Geschwindigkeit vom Austritt des Steigschachts 47 abwärts zum Boden 29,der Ätzkammer fließt. Dank der langsamen Strömung ist für die Luftbläschen ausreichend Zeit und Raum vorhanden, um sich aus der Ätzflüssigkeit zu lösen. In diesem Bereich ist auch wenig-

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stens ein zur Überwachung und Steuerung dienender Temperaturfühler an der mit 39 bezeichneten Stelle angeordnet.

Zwischen dem Ätzen aufeinander folgender Chargen kann es notwendig sein, Wärme zuzuführen, um das Ätzbad auf der zum Ätzen günstigsten Temperatur von etwa 29,4 ⁰G zu halten. Zu diesem Zweck sind einige Rohrschlaufen 55 etwa aus Polytetrafluorethylen auf dem Boden 17 des Behälters 11 angeordnet. Eine von dem Temperaturfühler 39 gesteuerte Absperreinrichtung steuert die Strömung von heißem Wasser durch die Rohrschlaufen 55 beispielsweise in einer Menge von 0,1 l/min.

Mittels der aus der Kühlschlange 37 und den Heizrohrschlaufen 55 gebildeten Wärmeaustauschereinrichtung läßt sich die Ätzlösung mühelos auf einer vorbestimmten Temperatur halten, indem diese mittels des Temperaturfühlers 39 ermittelt wird. Bei Absinken der Temperatur unter einen vorbestimmten Wert wird dann heißes Wasser durch die Rohrschlaufen 55 hindurchgeleitet,, und bei einem Anstieg der Temperatur über den vorbestimmten Wert von etwa 29,4 ⁰C wird die Ätzlösung durch Hindurchleiten von kaltem Wasser durch die Kühlschlange 37 gekühlt.

Da sich die Konzentration der Ätzlösung aufgrund der Ätzreaktionen ständig ändert, sind Einrichtungen für die Zufuhr von frischer¹ Ätzlösung in vorbestimmter Dosierung vorgesehen. In der dargestellten Ausführung ist im Deckel

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19 des Behälters 11 eine Zuführleitung 57 eingesetzt, über welche der Wärmeaustauscherkammer 35 tropfenweise frische Atzlösung zugeführt wird. Die Zufuhrmenge ist auf eine herkömmliche Weise gesteuert, beispielsweise mittels einer kleinen Luft-Auftriebspumpe. In einer Versuchsausführung der Vorrichtung lag die zugeführte Menge der Atzlösung etwa zwischen 0,1 und 0,2 l/min.

Das im einzelnen in J?ig. 2 und 3 gezeigte Traggestell für die Plättchen W ist ebenfalls aus Polypropylen-Teilen zusammengesetzt. Es hat ein Paar Stirnwände 57» 59, welche an ihren unteren Teilen über ein Paar Steckstäbe 61 und an ihren oberen Teilen über ein Paar seitlich daran befestigte Leisten 63 starr und in gegenseitigem Abstand miteinander verbunden sind. Ein weiterer in der Stirnwand 57 befestigter und ein zwischen den Leisten angebrachtes Querstück 67 durchsetzender Stab 65 bildet einen Handgriff zum Anheben und Einsetzen des Traggestells 23 in die Ätzkammer 25» Zwei Jragrollen 69 sind mit ihren Enden frei drehbar in den Stirnwänden 57» gelagert. Bei dem in die Ätzkammer 25 eingesetzten Traggestell 23 verlaufen die Tragrollen 69 waagerecht und ihre Längsachsen in gegenseitigem Parallelabstand. Jede Tragrolle 69 hat eine Anzahl von in gegenseitigen Längsabständen gebildete Ringnuten 7I· Die Ringnuten 7I der einen Rolle fluchten jeweils mit den entsprechenden Ringnuten der anderen Tragrolle, so daß jeweils ein Plättchen W bzw. ein Siliziumscheibchen mit seinem Rand in

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ein Paar Nuten 71 einsetzbar ist. In dieser Weise lassen sich mehrere Plättchen W nebeneinander aufrecht stehend mit ihren Rändern in die Nutenpaare einsetzen. Während des Ätzens werden die Scheibchen mittels einer im folgenden beschriebenen Antriebseinrichtung in Drehung versetzt.

Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht das Profil einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Ringnuten 71· Dieses U-förmige Nutenprofil ist im Hinblick auf eine geringstmögliche Abnutzung der Nut durch das darin sitzende Scheibchen gewählt. Eine andere Profilform der Nuten ist in fig. 5 dargestellt. Dieses V-förmige Profil erbringt zwar für den Drehantrieb eines darin sitzenden Plättchens eine besonders günstige reibschlüssige Verbindung zwischen diesem und der Rolle 69, birgt jedoch die Gefahr erhöhter Abnutzung im unteren Bereich und damit einer. Ausrundung im Laufe der Zeit in sich.

Wie man in Fig. 1 und 2 erkennt, ist der Abstand zwischen den Längsachsen der Tragrollen 69 erheblich größer als der Radius der Scheibchen W. Der zwischen den die Berührungspunkte zwischen dem Scheibchen W und den Nuten 71 der Rollen 69 durchsetzenden Radien des Plättchens eingeschlossene Winkel beträgt vorzugsweise etwa 110 . In Fig. 6 ist der Mittelpunkt eines Plättchens mit G und sein Radius mit Rs bezeichnet. Die Tragrollen 69 haben jeweils einen Radius Rr und die Ringnuten 71 eine Tiefe d. Die Längsachsen der Rollen 69 sind mit 73 und der Querab-

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stand zwischen ihnen ist mit £ bezeichnet. Bei einem Durchmesser D s des Scheibchens, einem Außendurchmesser Dr der Tragrollen und einem Sitzwinkel oC ergeben sich somit die folgenden Beziehungen:

£ = sin ^- Ds + Dr - 2d (4)

Oi - 2 aresin <5)

Der Sitzwinkel <X beträgt vorzugsweise etwa 105 bis 115 · Die folgende Tabelle zeigt besonders bevorzugte Sitzwinkel für verschiedenen Solldurchmesser der Scheibchen bei Tragrollen mit Ringnuten von zweierlei Tiefe:

Nomineller Sitzwinkel cX für Dr = 1,58 cm für Dr = 1,90cm

Ds	£	d = 0,205cm	d = 0,254cm
(cm)	(cm)	(Grad)	(Grad)
5,81	4,12	. 111,5	105,0
4,45	4,68	112,5	106,5
5,08	5,22	115,0	107,5
5,72	5,77	115,5	108,5
6,55	6,52	114,0	109,5
6,99	6,88	114,5	110,0
7,62	7,42	115,0	111,0
8,26	7,98	115,5	111,5

Bei der Herstellung von Siliziumplättchen aus einem Siliziumblock mit monokristalliner Gzochralskistruktur wird ein solcher Block zunächst bekanntlich zu einem Zylinder geschliffen, mit einer in Längsrichtung verlaufenden Abflachung, welche dazu dient, die kristalline Ausrichtung der von dem Zylinder zu schneidenden Scheiben zu bestimmen. Die Abflachung hat gewöhnlich eine Profil-

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tiefe von etwa 2 mm. Bei Anwendung der in vorstehender Tabelle angegebenen Abmessungen verursacht eine solche Abflachung kein Festklemmen der Plättchen bei ihrer Drehung.

Bei einem zu geringen Abstand der Ringnuten 71 in Längsrichtung der Tragrollen 69 stehen die in die Nuten eingesetzten Plättchen zu nahe beeinander und können sich mit ihren oberen Rändern aneinanderlegen. Dabei können die Plättchen aus den Nuten gehoben werden. Außerdem besteht bei zu eng nebeneinanderstehenden Plättchen die Gefahr eines ungleichmäßigen Materialabtrags beim Ätzen sowie einer Verdünnung der Ränder. Die folgende Tabelle zeigt zur Vermeidung solcher Mangel vorzugsweise anwendbare Abstände zwischen einander benachbarten Nuten J Λ für verschiedene nominelle Plättchendurchmesser Ds.

Plättchendurchmesser Ds Nutenabstand S (cm) ; (cm)

3,81 1,02

4,45 1,02

5,08 1,02

5,72 1,27

6,35 1,52

6,99 1,91

7,62 2,18

8,26 2,54

8,89 2,77

9,53 3,39

10,16 3,81

10,80 4,34

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Für den Drehantrieb der Rollen 69 und damit der in den Nuten 71 derselben sitzenden Scheibchen W ist eine abnehmbare Antriebseinrichtung 75 vorgesehen (Fig. 3). Wie man in Fig. 2 erkennt, trägt jede Tragrolle 69 an einem verlängerten Endstück ein Ritzel 77 für den bewegungsübertragenden Eingriff mit einem Zahnrad 79 der abnehmbaren Antriebseinrichtung 75· Damit sind die beiden Tragrollen 69 also gleichsinnig antreibbar.

Die Antriebseinrichtung 75 hat ein. hermetisch abgedichtetes Gehäuse 81, welches in die saure Ätzlösung eingetaucht werden kann. Das Gehäuse 81 ist wie die übrigen Teile des Traggestells 23 und des Behälters 11 vorzugsweise aus Polypropylen."Am oberen Ende trägt das Gehäuse einen Elektromotor 83 für den Antrieb eines Kettenrades 85» welches über eine Kette 87 antriebsübertragend mit einem Kettenrad 89 verbunden ist. Das angetriebene Kettenrad ist drehbar auf einem Zapfen 95 im Gehäuse 81 gelagert und trägt eine Anzahl von Magneten 9I, 93· Das Zahnrad 79 ist außerhalb des Gehäuses 81 drehbar auf einer koaxial mit der Drehachse des Kettenrads 89 angeordneten Welle 97 gelagert und trägt eine Anzahl von Magneten 99» 101 in V/irkbeziehung zu den Magneten 91, 93 des Kettenrads 89. Das Kettenrad 89 stellt somit einen Antriebsrotor dar, welcher magnetisch mit dem als angetriebener Rotor wirksamen Zahnrad 79 gekoppelt ist.

Wie man in Fig. 2 erkennt j weist die Stirnwand 59 cLes Traggestells 23 eine Aussparung 103 für die Aufnahme des den Elektromotor 83 enthaltenden Teils des Gehäuses 81

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der Antriebseinrichtung 75 auf. Diese kann vor oder nach dem Einsetzen des mit den Plättchen beladenen Traggestells 23 in die Ätzlösung an diesem angesetzt werden. Zu diesem Zweck weist das Gehäuse 81 einen Handgriff 105 auf. Der Motor 83 ist über Anschlüsse 107 mit einer Stromquelle verbindbar. Während des Ätzens einer Charge wird die Antriebsrichtung des Motors und damit der Drehsinn der Plättchen vorzugsweise periodisch umgekehrt. Bei Plättchen mit Durchmessern im Bereich zwischen 5,08 und 7,62 cm ist die günstigste Drehgeschwindigkeit der Plättchen bestimmt durch die Beziehung Ss = 39»3 (Ds)" ' , worin Ss die Drehgeschwindigkeit der Plättchen in U/min und Ds der Plättchendurchmesser ist.

Im Betrieb der Vorrichtung findet vorzugsweise eine Ätzlösung mit der folgenden Zusammensetzung Verwendung:

57 Volumenteile HNO₅ (70%)

18 Volumenteile Hj? (50$)

25 Volumenteile wasserfreie Essigsäure (GH^GOOH), mit einem spezifischen Gewicht von etwa 1,29.

Der Ätzmittelbehälter 11 wird bis zu einer bestimmten Standhöhe mit einer solchen Ätzlösung gefüllt, worauf diese mittels der Heizrohre 55 auf die günstige Temperatur von etwa 29,4 ⁰G erwärmt wird. Darauf wird eine Anzahl von Plättchen W nach vorheriger Messung ihrer Dicke in das Traggestell 23 eingesetzt und dieses zusammen mit der Antriebseinrichtung 75 in die Ätzlösung eingesenkt.

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Gleichzeitig damit wird ein vorher auf eine bestimmte Ätzzeit eingestellter Zeitgeben in Gang gesetzt. Zeigt dann der Zeitgeber den Ablauf der eingestellten Zeit an, so wird das Traggestell 25 aus dem Behälter. 11 herausgehoben und an den Plättchen anhaftende Ätzlösung durch Eintauchen in oder Abspulen mit Wasser entfernt. Darauf werden die Plättchen dann aus dem Traggestell entnommen, getrocknet und einer Sichtprüfung unterworfen. Schließlich wird dann noch die Dicke der Plättchen geraessen.

Im Betrieb einer Versuchsausführung der Vorrichtung in vorstehend beschriebener Weise wurde festgestellt, daß die Plättchen mit großer Genauigkeit auf eine vorbestimmte Dicke geätzt werden können. Unter Anwendung des vorstehend beschriebenen Präzisions-Ätzverfahrens wurde in Versuchen mit Plättchen von 5»08 und 7»62 cm Durchmesser eine Ausbeute von 96 bis 99$ an geätzten Plättchen erzielt.

Ferner wurde festgestellt, daß mit dem erfindungsgemäßen Präzisions-Ätzverfahren eine verbesserte Kantenrundung erzielbar ist. Dabei hing die Abrundung der Kanten von der Menge des von den Plättchen abgeätzten Materials sowie von der Tiefe und dem Profil der Ringnuten 7^ ab· Bei dem in Fig. 4 gezeigten Profil der Nuten beginnt eine langsame Dickenabnahme der Plättchen in einem Abstand von etwa 1,27 mm vom Rand aus und nimmt mit Annäherung an den Rand exponential zu. Etwa 80 bis 90$

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der Dickenabnahme findet in dem Randbereich von etwa 0,76 mm statt, und wenigstens 50$ im äußeren Randbereich von etwa 0,25 mm. Zum Vergleich beginnt die Dickenabnahme bei nach dem bekannten Kübelverfahren geätzten Plättchen in einem Abstand von etwa 5,08 bis 12,7 nmi vom Rand, wobei nur etwa 50$ der Dickenabnahme in dem Randbereich von 0,76 mm und 25$ im Randbereich von etwa 0,25 mm liegen.

Beim Ätzen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ergaben sich für die Rundung der Plättchenränder die folgenden typischen Werte:

Materialabtrag	Kantenrundu
durch Ätzen
/■ \	(/im)
50,8	20,32
63,5	25,40
76,2	30,48
101,6	35,56

Diese Maße geben die Tiefe des Abtrags am Plättchenrand unter der Ebene der Plättchenoberfläche an.

Als weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich eine Verringerung der Fleckenbildung. Bei bekannten Verfahren sind zur Verhütung stärkerer Fleckenbildung besondere, Ip, IBr, ein Ätzmittelgemisch oder Essigsäure enthaltende Löschbäder notwendig. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt es erst garnicht zu stärkerer Fleckenbildung.

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Das vorstehend beschriebene Verfahren ergibt ferner eine Verringerung des Säureverbrauchs, eine beträchtlich verbesserte Gleichförmigkeit der Plättchendicke, eine verringerte Neigung zum Zerkratzen der Plättchen durch gegenseitige Berührung beim und nach dem Ätzen, eine Verminderung der Spitzenbelastungen der Abgas-Reinigungseinrichtungen und eine verringerte Verdünnung der gebrauchten Ätzlösung. Insbesondere ermöglicht das vorstehend beschriebene Verfahren z\xra ev.itzri Hai das Ätzen von gesägten oder geschliffenen Plättchen auf sehr enge Dickentoleranzen, selbst wenn die anfängliche Dicke in einem weiten Bereich liegt. Dank dieser Möglichkeit kann das Läppen oder Feinschleifen bei der Herstellung von polierten Siliziumplättchen für die Verwendung in integrierten Schaltungseinrichtungen in Wegfall kommen. Daraus ergibt sich eine erhöhte Ausbeute an polierten Plättchen und eine Verringerung des für das Polieren üblichen Aufwands an Handarbeit.

Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensochritten, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

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Claims

Patentansprüche :

ί l.J Verfahren für die chemische Behandlung von kreisförmigen Plättchen oder Scheiben, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein Plättchen aufrecht stehend mit seinem Rand auf eine Anordnung von antreibbaren Tragrollen aufgesetzt wird, daß das auf die Tragrollen aufgesetzte Plättchen in ein Bad eines chemischen Behandlungsmittels gesenkt wird, und daß das in dem Bad aus chemischem Behandlungsmittel versenkte Plättchen durch Drehantrieb der Tragrollenanordnung in Drehung versetzt wird, so daß seine Oberflächen gleichmäßig und präzise behandelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das chemische Behandlungsmittel ein Ätzmittel ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Plättchen aus einem Halbleitermaterial ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß das Halbleitermaterial Silizium ist.
5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Ätzmittel im wesentlichen konstant auf einer vorbestimmten Konzentration gehalten wird.

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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzmittel verdampfbar bzw. flüchtig ist und daß das Einhalten der im wesentlichen konstanten Konzentration dadurch erfolgt, daß an der Oberfläche des Bades freigesetzte Dämpfe abgeführt und dem Bad frisches Ätzmittel in vorbestimmter Dosierung zugeführt wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzmittel im wesentlichen konstant auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird.
8. Vorrichtung für die chemische Behandlung von kreisförmigen Plättchen, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Tragen wenigstens eines Plättchens (W-) in senkrechter Stellung, mit einer Anordnung von am Rand des Plättchens angreifenden Tragrollen (69)·> durch Einrichtungen (25) zum Einsenken des so gehaltenen Plättchens in ein Bad (21) eines chemischen Behandlungsmittels, und durch eine Einrichtung (75) für den Drehantrieb der Tragrollenanordnung und über diese des in dem Behandlungsmittel versenkten Plättchens für eine gleichmäßige und präzise Behandlung von dessen Oberflächen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Einrichtung zum Tragen der Plättchen (W) einen Rahmen (25) aufweist, daß die Trag-

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rollenanordnung eine erste und eine zweite, jeweils waagerecht in dem Rahmen gelagerte drehbare Tragrolle (69) aufweist, und daß die Einrichtung für den Drehantrieb der Tragrollenanordnung wenigstens ein an einem der Tragrollen sitzendes Ritzel (77) und eine für den Drehantrieb der betreffenden Tragrolle mit dem Ritzel in Eingriff bringbare Antriebseinrichtung (75, 79) aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 und/oder 9 für chemisches Präzisionsätzen von kreisförmigen Halbleiterplättchen, gekennzeichnet durch einen ein Bad eines flüssigen Ätzmittels (21) enthaltenden Behälter (11), durch ein Traggestell (23) mit einer antreibbaren Tragrollenanordnung, deren Tragrollen (69) Ringnuten (71) für die Aufnahme der Ränder einer Anzahl von flächig nebeneinander aufrecht stehenden Plättchen (W) aufweisen und zusammen mit dem Traggestell so in den Ätzmittelbehälter einsetzbar ist, daß die Plättchen in das Ätzmittel versenkt sind, durch eine Einrichtung (75) für den Drehantrieb wenigstens einer Tragrolle und über diese der versenkten Plättchen, durch Einrichtungen (43) zum Erzeugen einer Umlaufbewegung des Ätzmittels und damit einer gleichförmigen Strömung desselben entlang den sich drehenden Plättchen, und durch eine Wärmeaustauscheranordnung (37, 55) zum Aufrechterhalten einer im wesentlichen konstanten, vorbestimmten Temperatur des Ätzmittels.

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