DE102010005904B4

DE102010005904B4 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE102010005904B4
Application number: DE102010005904A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schwandner; Michael Kerstan
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2030-01-28
Also published as: TW201126588A; KR20110088388A; US8529315B2; SG173290A1; DE102010005904A1; US20110183582A1; JP2011155265A; JP5538253B2; CN102169821A; CN102169821B; KR101152113B1; TWI420585B

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, umfassend in der angegebenen Reihenfolge: (a) gleichzeitig beidseitige Material abtragende Bearbeitung der von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe, wobei die Halbleiterscheibe zwischen zwei rotierenden ringförmigen Arbeitsscheiben bearbeitet wird, wobei jede Arbeitsscheibe Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 5,0–20,0 μm enthält; (b) Behandlung beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem alkalischen Medium; (c) Schleifen von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe, wobei jeweils eine Seite der Halbleiterscheibe mittels eines Scheibenhalters festgehalten wird,g bearbeitet wird; wobei das Schleifwerkzeug Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 1,0–10,0 μm enthält, wobei die mittlere Korngröße der Abrasive kleiner ist als die mittlere Korngröße der Abrasive der in Schritt (a) verwendeten Arbeitsscheiben; (d) Politur beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch enthaltend Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 0,1–1,0 μm; (e) Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe mit einem Abtragspoliertuch, welches keine Abrasive...

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.

Ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterscheiben umfassend die o. g. Schritte ist beispielsweise in der Europäischen Anmeldung EP 1 049 145 A1 offenbart.
Dazu kommen noch einige Nebenschritte 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 kolinearen 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 meist vorgesehen, 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 .
Die Patentanmeldung WO 2000/47369 A1 lehrt ein mehrstufiges Polierverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Kantenpolitur zunächst die Vorder- und die Rückseite einer Halbleiterscheibe simultan so poliert werden, dass die Vorder- und die Rückseite konkav sind. In einem anschließenden Zwischenschritt wird nur die Vorderseite der Halbleiterscheibe poliert. In einem letzten Polierschritt wird die Vorderseite der Halbleiterscheibe noch einmal poliert. Die aus der DSP resultierende konkave Form der Vorder- und der Rückseite der Halbleiterscheibe wird durch die Einseitenpolierprozesse wieder plan.
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.
Die US 2006/0258268 A1 lehrt ein Verfahren zur gleichzeitigen Politur der Vorder- und der Rückseite einer Scheibe aus Halbleitermaterial mit jeweils einem FAP-Poliertuch.
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 10 2007 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 („Catch-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 herkömmlichen Polierschritte wie SSP, DSP und CMP, die Ätzbehandlungen sowie der Epitaxieschritt zu einer Verschlechterung der Ebenheit der Halbleiterscheibe insbesondere im Randbereich führen.
Im Stand der Technik wurden Anstrengungen unternommen, den Materialabtrag beim Polieren möglichst gering zu halten, um auch die Verschlechterung der Ebenheit auf ein Minimum zu begrenzen.
Dazu wurde z. B. vorgeschlagen, einen Feinschleifschritt einzuführen. Feinschleifen bedeutet, dass Schleifwerkzeuge mit feinerer Körnung als bei DDG zum Einsatz kommen. Die Vorteile eines solchen Feinschleifens sind in DE 10 2005 012 446 A1 offenbart. Mit Feinschleifen lassen sich die Materialabträge beim Ätzen und Polieren reduzieren. Dies ermöglicht es, zu vermeiden, dass die gute Geometrie nach den Schleifschritten wie DDG oder PPG nicht durch nachfolgendes Ätzen und Polieren allzu sehr verschlechtert wird.
Eine wichtige Rolle spielt aber auch die Nanotopographie der Halbleiterscheibe. Die Nanotopographie lässt sich beispielsweise ausdrücken als Höhenschwankung PV (= „peak to valley”), bezogen auf quadratische Messfenster der Fläche 2 mm × 2 mm.
Zur Untersuchung der Nanotopographie wird oftmals das Gerät Nanomapper^® von KLA Tencor verwendet.
Dieses Interferometer eignet sich zur Messung der Topographie im Bereich von –20 nm und +20 nm auf der Vorderseite einer Halbleiterscheibe. Während der Messungen befindet sich die Halbleiterscheibe auf einem weichen, flachen Scheibenhalter (Chuck). Die sich ergebenden peak-to-valley(PV)-Werte werden gefiltert (Gauß Hochpass-Filter) und auf Kreisen von 2 mm Durchmesser (zusätzlich auch auf Kreisen mit 10 mm Durchmesser) bezüglich peak-to-valley Abweichungen analysiert. Bei der THA („threshold height analysis”)-Analyse, zu Details siehe SEMI-Norm M43, wird schließlich der 3 Sigma-PV-Wert aus der Verteilung aller PV-Werte als sog. THA-Wert berechnet.
Oftmals werden die THA-Werte auch als THA-2 mm oder THA-10 mm bezeichnet, um die Größe der Analysefenster anzugeben. Es hat sich gezeigt, dass das Feinschleifen zwar geringere Ätz- und Polierabträge ermöglicht, jedoch einen negativen Einfluss auf den THA-2 mm Wert hat, also mit einer Verschlechterung der kurzwelligeren Nanotopographie einhergeht.
Solche Topographieunterschiede treten häufig auch in Form von sog. Striations auf. Diese Streifenbildung ist auf Schwankungen der Dotierstoffkonzentrationen zurückzuführen. Diese Streifenstrukturen machen sich nach chemischen- oder chemomechanischen Bearbeitungsschritten bemerkbar. In der nicht-vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2009 030 296.4 wird angedeutet, dass die FAP-Politur diesbezüglich Vorteile bieten könnte.
Schließlich ist auch die Randgeometrie der Halbleiterscheiben kritisch. Um auch den äußersten Randbereich der Halbleiterscheibe den modernen lithographischen Methoden (Immersionslithographie) zugänglich zu machen, sind Verbesserungen der Randgeometrie unverzichtbar. Der Stand der Technik deutet zumindest an, dass die herkömmliche DSP-Politur insbesondere in Hinblick auf die neue Generation der 450 mm-Wafer diesbezüglich durch neue Polierverfahren zu ersetzen ist.
Aus der beschriebenen Problematik ergab sich die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung. Die Zielsetzung bestand darin, eine neuartige Prozesssequenz zur Herstellung von Halbleiterscheiben bereitzustellen, die sowohl gute Geometrie als auch gute Nanotopographie der Halbleiterscheiben erreicht und auch für 450 mm-Wafer geeignet ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, umfassend in der angegebenen Reihenfolge:

(a) gleichzeitig beidseitige Material abtragende Bearbeitung der von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe, wobei die Halbleiterscheibe zwischen zwei rotierenden ringförmigen Arbeitsscheiben bearbeitet wird, wobei jede Arbeitsscheibe Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 5,0–20,0 μm enthält;
(b) Behandlung beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem alkalischen Medium;
(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; wobei das Schleifwerkzeug Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 1,0–10,0 μm enthält, wobei die mittlere Korngröße der Abrasive kleiner ist als die mittlere Korngröße der Abrasive der in Schritt (a) verwendeten Arbeitsscheiben;
(d) Politur beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch enthaltend Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 0,1–1,0 μm;
(e) Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe mit einem Abtragspoliertuch, welches keine Abrasive enthält, unter Zufuhr eines Poliermittels enthaltend Abrasive;
(f) chemisch-mechanische Politur (CMP) der Vorderseite.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst also in Schritt (a) eine simultan beidseitige Bearbeitung von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe, wobei es sich bei diesem Schritt um ein Grobschleifen der Halbleiterscheibe handelt, während Schritt (c) ein Feinschleifen der Halbleiterscheibe vorsieht, das sequentiell an Vorder- und Rückseite erfolgt.
Bei Schritt a) kann es sich um DDG oder um PPG handeln. PPG ist bevorzugt. Dabei liegt die Halbleiterscheibe ähnlich wie bei Läppen und DSP in der Aussparung einer Läuferscheibe.
Daneben sind bezüglich der Bearbeitung der Oberflächen der Halbleiterscheibe eine FAP-Politur von Vorder- und Rückseite in Schritt (d) und eine CMP-Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe in Schritt (f) vorgesehen.
Bei Schritt (e) handelt es sich um eine Abtragspolitur, wobei jedoch anders als bei DSP nur die Vorderseite der Halbleiterscheibe poliert wird.
Im Folgenden werden die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens und deren bevorzugte Ausführungen im Detail erläutert.
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 einer 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.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 findet in der angegebenen Reihenfolge gemäß den Schritten (a) bis (f) statt.
Vor oder nach Schritt (f), also der CMP-Politur, erfolgt vorzugsweise eine Politur der Kante der Halbleiterscheibe.
Es ist auch bevorzugt, zwei Kantenpolituren durchzuführen, wobei eine erste Kantenpolitur vor der CMP-Politur und eine zweite Kantenpolitur nach der CMP-Politur erfolgt, wobei die zweite Kantenpolitur vorzugsweise mit einem sanft abtragendem Kieselsol erfolgt (Soft-Kantenpolitur).
Vorzugsweise erfolgt nach dem Abtrennen der Halbleiterscheibe vom Einkristall und vor dem Schleifen der Oberflächen der Halbleiterscheibe gemäß Schritt (a) ein Verrunden der Kante der Halbleiterscheibe mit einem groben Schleifmittel. Dabei 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.
Eine dafür geeignete Vorrichtung ist beispielsweise in DE 195 35 616 A1 offenbart.
Vorzugsweise werden die Halbleiterscheiben mit einem zur Mittelebene der Scheibe symmetrischen Profil mit gleichartigen Facetten an der Scheibenvorderseite und der Scheibenrückseite oder aber mit einem asymmetrischen Kantenprofil mit unterschiedlichen Facettenweiten auf Vorder- und Rückseite versehen. Dabei erhält die Kante der Halbleiterscheibe ein Profil, das geometrisch ähnlich zu einem Zielprofil ist.
Vorzugsweise weist die verwendete Schleifscheibe ein Rillenprofil auf. Eine bevorzugte Schleifscheibe ist offenbart in DE 10 2006 048 218 A1 .
Die Arbeitsflächen können auch in Form eines Schleiftuchs oder als Schleifband ausgebildet sein.
Das Material abtragende Korn, vorzugsweise Diamant, kann fest in die Arbeitsflächen der Bearbeitungswerkzeuge verankert sein.
Das verwendete Korn weist eine grobe Körnung auf. Nach JIS R 6001:1998 beträgt die Körnung (in Siebgrößen) #240–#800.
Die mittlere Korngröße beträgt 20–60 μm, vorzugsweise 25–40 μm, ganz besonders bevorzugt 25–30 μm oder 30–40 μm.
In Schritt (a) des Verfahrens erfolgt eine beidseitige Material abtragende Bearbeitung der von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe mit einem groben Schleifmittel.
Dabei werden beide Seiten der Halbleiterscheibe Material abtragend bearbeitet.
Die Bearbeitung erfolgt vorzugsweise mittels DDG gemäß Stand der Technik.
Ganz besonders bevorzugt ist die Bearbeitung der Halbleiterscheibe mittels PPG.
Sequentielle Bearbeitungen der Halbleiterscheibe, bei denen die eine Seite der Halbleiterscheibe auf einem Scheibenhalter befestigt („gechucked”) ist, während die andere Seite der Halbleiterscheibe mit einem Schleifwerkzeug behandelt wird, sind an dieser Stelle der Verfahrens nicht bevorzugt.
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.
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 liegt bei 5–20 μm, vorzugsweise 5–15 μm und ganz besonders bevorzugt 5–10 μm.
Die Schleifpartikel 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).
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.
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.
Vorzugweise wird gegen Ende der Bearbeitung ein flüssiges Medium mit einer Viskosität von mindestens 3·10^–3 N/m²·s und höchstens 100·10^–3 N/m²·s über Öffnungen der Läuferscheiben zwischen Arbeitsscheiben und Halbleiterscheiben gebracht. Zumindest während die Arbeitsscheiben von der Halbleiterscheibe entfernt werden, sollte dieses Medium vorhanden sein, wodurch der mechanische Abtrag durch die Arbeitsschichten gedämpft wird. Dadurch lassen sich sonst im Stand der Technik beobachtete Schleifdefekte wie Riefen, Kratzer oder Abhebemarken vermeiden. Dies ist beschrieben in der nicht vorveröffentlichten deutschen Anmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2009 048 436.1 , auf die hier in vollem Umfang Bezug genommen wird.
Als Medium kommen vorzugsweise in Betracht:

• wässrige Mischung enthaltend mehrwertige Alkohole (Glycerin, monomere Glykole, oligomere Glykole, Polyglykole und Polyalkohole)
• wässrige Mischung aus Glycerin, Butanol und einem Tensid
• Suspensionen, wobei die benötigte Viskosität des Mediums durch den Feststoffanteil gewährleistet wird (kolloide Dispersionen aus Siliciumdioxid oder Ceroxid-Partikeln), vorzugsweise je nach Feststoffanteil mit zusätzlichen viskositätserhöhenden Medien (z. B. Alkohole)

In Schritt (b) des Verfahrens erfolgt eine Behandlung von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe mit einem alkalischen Medium.
Als alkalische Medien kommen bevorzugt wässrige Lösungen von NaOH oder KOH zum Einsatz.
Die Konzentration von NaOH bzw KOH in der alkalischen Lösung beträgt vorzugsweise 40 bis 60%.
Die Behandlungstemperatur beträgt vorzugsweise etwa 50°C bis 90°C, ganz besonders bevorzugt 80°C bis 90°C.
Es hat sich gezeigt, dass das alkalische Ätzen die gute Geometrie und die gute längerwellige Nanotopologie nach den Schleifschritten, insbesondere nach PPG, nicht negativ beeinflusst. Saures Ätzen ist diesbezüglich nachteilig und zu vermeiden.
Allerdings ist die Oberflächenrauhigkeit nach alkalischem Ätzen höher als nach vergleichbaren Behandlungen mit sauren Medien.
Die Behandlung mit dem alkalischen Medium erfolgt vorzugsweise als Einzelscheibenbehandlung. Dies ist insbesondere für Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von größer als 300 mm besonders bevorzugt, also insbesondere für Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von 450 mm.
In Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Material abtragende Bearbeitung der Halbleiterscheibe mit einem feineren Schleifmittel als in Schritt (a).
In Schritt c) des Verfahrens werden beide Seiten der Halbleiterscheibe geschliffen.
Das Schleifen von Vorder- und Rückseite muss im Gegensatz zu Schritt (a) sequentiell erfolgen. Ein DDG- oder PPG-Feinschleifen ist im Rahmen dieser Erfindung ungeeignet.
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 #1200 verwendet, ganz besonders bevorzugt #1200–#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 1,0 μm und kleiner oder gleich 10 μm, vorzugsweise 1,0–7 μm, besonders bevorzugt 1,0–4 μm und ganz besonders bevorzugt 1,0–2 μm.
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.
Durch das Feinschleifen lässt sich die erhöhte Oberflächenrauhigkeit nach dem alkalischen Ätzen reduzieren. Es verbleibt eine Rauhigkeit von etwa 25 nm (RMS, 250 μm-Filter). Die bis zu diesem Zeitpunkt erhaltene gute Geometrie und die gute Nanotopographie werden durch das Feinschleifen in keiner Weise negativ beeinflusst. Es ist darüber hinaus bevorzugt, das Feinschleifen so zu gestalten, dass eine leicht konvexe Form des Wafers resultiert.
Vorzugsweise erfolgt nach dem Feinschleifen von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe und vor der FAP-Politur gemäß Schritt (d) ein Kantenverrundungsschritt. Falls vor Schritt (a) bereits ein erster Kantenverrundungsschritt durchgeführt wurde, was bevorzugt ist, wird im zweiten Kantenverrundungsschritt ein Schleifwerkzeug mit gegenüber dem ersten Kantenverrunden feinerer Körnung verwendet.
Dazu wird die Halbleiterscheibe wiederum 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.
Die Arbeitsflächen können auch in Form eines Schleiftuchs oder als Schleifband ausgebildet sein.
Das Material abtragende Korn, vorzugsweise Diamant, kann fest in die Arbeitsflächen der Bearbeitungswerkzeuge verankert sein.
Das verwendete Korn weist eine feine Körnung auf. Nach JIS R 6001:1998 sollte die Körnung feiner als #800 sein, vorzugsweise #800–#8000.
Die mittlere Korngröße beträgt 0,5–20 μm, vorzugsweise 0,5–15 μm, besonders bevorzugt 0,5–10 μm und ganz besonders bevorzugt 0,5–5 μm.
In Schritt (d) werden beide Seiten der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch enthaltend Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 0,1–1,0 μm poliert.
Die Politur von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe kann simultan gleichzeitig erfolgen. Dazu eignen sich herkömmliche DSP-Poliermaschinen, wobei die verwendeten Poliertücher Abrasive enthalten.
Die Politur der beiden Seiten kann aber auch sequentiell erfolgen, wobei in diesem Fall die Siliziumscheiben in Haltesystemen mit harten Rückhalteplatten, d. h. kein Einsatz von Haltesystemen mit Membranen, poliert werden.
Die sequentielle Politur mit Poliertüchern beinhaltend Abrasive eröffnet insbesondere bei der Politur von Scheiben mit sehr großen Durchmessern, d. h. mit Durchmessern größer als 300 mm – insbesondere Durchmessern mit 450 mm – die Möglichkeit die Polierschritte der Vorder- und Rückseite, im Hinblick auf eine optimierte Politur der Scheibenrandbereiche (ERO), gezielt aufeinander abzustimmen.
Im Rahmen der sequentiellen Politur besteht zwischen den beiden Polierschritten zusätzlich die Möglichkeit, eine Vermessung des Waferrandprofils, z. B. mit dem Messgerät „Kobelco LER 310”, vorzunehmen und so die zweite Politur auf die erste optimal anzupassen. Mit Hilfe dieser Messung ist auch eine Charakterisierung von Bereichen kleiner 1 mm Randausschluss möglich.
Während des Polierschrittes wird vorzugsweise eine Poliermittellösung, die frei von Feststoffen ist, zwischen die zu polierenden Seiten 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-Tuch).
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.
Besonders bevorzugt liegt die mittlere Partikelgröße der Abrasive bei 0,1–0,6 μm.
Ganz besonders bevorzugt ist eine mittlere Partikelgröße von 0,1–0,25 μm.
Für die FAP-Politur wird vorzugsweise mit Abträgen von größer oder gleich 2 μm pro Seite gearbeitet, wobei diesbezüglich der Bereich von 2–4 μm besonders bevorzugt wird und ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 2–3 μm gearbeitet wird.
Die FAP-Politur ermöglicht es zum einen, den durch das Feinschleifen erzeugten Damage zu beseitigen. Zum anderen wird die nach dem Feinschleifen verbleibende Rauhigkeit von etwa 25 nm deutlich auf kleiner oder gleich 4 nm (RMS, 250 μm-Filter) reduziert.
Insbesondere die bei hochdotierten Halbleiterscheiben beobachteten Striations lassen sich durch FAP entfernen. Diesbezüglich wird in vollem Umfang auf die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2009 057 593.6 Bezug genommen.
Nicht zuletzt dadurch wird mittels FAP eine Verbesserung der kurzwelligeren Nanotopographie erreicht.
In Schritt (e) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe mit einem Abtragspoliertuch. Die Rückseite der Halbleiterscheibe wird nicht poliert.
Während der Politur wird ein Poliermittel basierend auf kolloid-dispersem Kieselsol zwischen Poliertuch und Vorderseite der Halbleiterscheibe gebracht.
Dabei wird die Halbleiterscheibe mit der FAP-polierten Rückseite vorzugsweise auf einer Trägerplatte einer Poliermaschine befestigt, wobei zur Befestigung eine gleichmäßige, dünne Kittschicht verwendet wird, die höchstens eine Dicke von 3 μm aufweist, und schließlich die Vorderseite der Halbleiterscheibe einer Politur unterzogen wird. Bezüglich der verwendeten Kittschichten wird auf die unveröffentlichte deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2009 052 744.3 in vollem Umfang Bezug genommen.
Alternativ wird die Halbleiterscheibe während des Polierens mittels eines auf einem Carrier befestigten Haltesystems, das eine ausgekleidete Aussparung in der Größe der aufzunehmenden Halbleiterscheibe umfasst, mit der nicht zu polierenden Seite mittels Adhäsion in der Aussparung gehalten. Solche Haltessysteme, die Aussparungen zur Aufnahme einer Halbleiterscheibe aufweisen, werden auch als Templates bezeichnet.
Bezüglich der verwendeten Templates wird auf die unveröffentlichte deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102009051007.9 in vollem Umfang Bezug genommen.
Bei der Politur der Vorderseite wird ein typisches Abtragspoliertuch verwendet. Kommerziell erhältliche Poliertücher sind z. B. die Tücher der DCP-Serie sowie die Tücher der Marken IC1000^TM, Polytex^TM oder SUBA^TM von Rohm & Haas. Es handelt sich um ein typisches hartes Abtragspoliertuch ohne darin enthaltene Abrasive. Die Abrasive werden in Form eines Poliermittels zugeführt.
Diese Abtragspolitur dient der Beseitigung des durch FAP verursachten Mikrodamages.
Der Materialabtrag auf der Vorderseite beträgt vorzugsweise etwa 1,0 bis 2,0 μm, besonders bevorzugt etwa 1,0 bis 1,5 μm.
Im Anschluss an Schritt (e) erfolgt vorzugsweise eine Politur der Kante der Halbleiterscheibe. Diese kann sich jedoch auch dem Schritt (f) anschließen, wie zuvor bereits erwähnt.
Dazu eignen sich handelsübliche Kantenpolierautomaten.
Aus US 5,989,105 ist eine 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.
Vorzugsweise erfolgt die Kantenpolitur der Halbleiterscheibe 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.
Daneben kann sich auf dem gleichen FAP-Poliertuch ein kurzer 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.
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.-%.
Beim bevorzugten zweiten Schritt der Kantenpolitur wird ein Poliermittel enthaltend Abrasive verwendet. Dieser Schritt findet vorzugsweise nach Schritt (f) statt, wobei die erste Kantenpolitur zwischen Schritt (e) und Schritt (f) erfolgt.
Der Anteil des Abrasivstoffes in der Poliermittelsuspension beträgt vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,25 bis 1 Gew.-%.
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.
Vorzugsweise wird also bei der Kantenpolitur ein Poliertuch verwendet, das einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält. Die dabei verwendeten Poliertücher entsprechen dabei den in Schritt (d) verwendeten FAP-Poliertüchern.
In Schritt (f) des Verfahrens erfolgt eine chemisch-mechanische Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe, also eine herkömmliche CMP-Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe.
Auch hier wird die Rückseite der Halbleiterscheibe vorzugsweise mittels Wachs oder Templates fixiert, wie in Schritt (e) beschrieben.
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.
Ein kommerziell erhältliches Poliertuch ist z. B. das SPM 3100 von Rodel Inc.
Als Poliermittel wird vorzugsweise ein Kieselsol zugeführt, also während der Politur zwischen Vorderseite der Halbleiterscheibe und Poliertuch gebracht.
Der Materialabtrag liegt vorzugsweise bei höchstens 0,5 μm auf der Vorderseite der Halbleiterscheibe.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, umfassend in der angegebenen Reihenfolge: (a) gleichzeitig beidseitige Material abtragende Bearbeitung der von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe, wobei die Halbleiterscheibe zwischen zwei rotierenden ringförmigen Arbeitsscheiben bearbeitet wird, wobei jede Arbeitsscheibe Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 5,0–20,0 μm enthält; (b) Behandlung beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem alkalischen Medium; (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; wobei das Schleifwerkzeug Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 1,0–10,0 μm enthält, wobei die mittlere Korngröße der Abrasive kleiner ist als die mittlere Korngröße der Abrasive der in Schritt (a) verwendeten Arbeitsscheiben; (d) Politur beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch enthaltend Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 0,1–1,0 μm; (e) Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe mit einem Abtragspoliertuch, welches keine Abrasive enthält, unter Zufuhr eines Poliermittels enthaltend Abrasive; (f) chemisch-mechanische Politur (CMP) der Vorderseite.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt (a) die 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 jede Arbeitsscheibe eine Arbeitsschicht umfasst, in der Abrasive enthalten sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Halbleiterscheibe während der Bearbeitung zeitweilig mit einem Teil ihrer Fläche den von den Arbeitsschichten der Arbeitsscheiben begrenzten Arbeitsspalt verlassen, wobei das Maximum eines solchen Überlaufs in radialer Richtung mehr als 0% und höchstens 20% des Durchmessers der Halbleiterscheibe beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei es sich beim alkalischen Medium um eine wässrige Lösung von NaOH oder um eine wässrige Lösung von KOH handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das in Schritt (d) verwendete Poliertuch Abrasive, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliciumcarbid, Bornitrid, Diamant und Oxiden der Elemente Cer, Aluminium, Silicium, Zirkon, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in Schritt (d) eine Poliermittellösung zwischen Poliertuch und die beiden Seiten der Halbleiterscheiben gebracht wird, die frei von Feststoffen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei vor Schritt (a) die Halbleiterscheibe mit einer verrundeten Kante versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zwischen Schritt (e) und Schritt (f) eine Politur der Kante der Halbleiterscheibe erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei bei den Polituren der Vorderseite der Halbleiterscheibe gemäß Schritten (e) und (f) die Halbleiterscheibe mit ihrer Rückseite auf einem Carrier fixiert ist, wobei zur Befestigung eine gleichmäßige, dünne Kittschicht verwendet wird, die höchstens eine Dicke von 3 μm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei bei den Polituren der Vorderseite der Halbleiterscheibe gemäß Schritten (e) und (f) die Halbleiterscheibe während des Polierens mittels eines auf einem Carrier befestigten Haltesystems, das eine ausgekleidete Aussparung in der Größe der aufzunehmenden Halbleiterscheibe umfasst, auf ihrer Rückseite mittels Adhäsion in der Aussparung gehalten wird.