DE102004013467A1

DE102004013467A1 - Verfahren zur Material abtragenden Bearbeitung von Halbleiterscheiben

Info

Publication number: DE102004013467A1
Application number: DE200410013467
Authority: DE
Inventors: Alexander Rieger; Karl Kobler; Hermann Dumm
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2005-10-06

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur gleichzeitig beidseitigen Material abtragenden Bearbeitung von Halbleiterscheiben, wobei die Halbleiterscheiben in mittels eines ringförmigen äußeren und eines ringförmigen inneren Antriebskranzes in Rotation versetzten Läuferscheiben liegen und dabei relativ zu einer oberen und einer unteren rotierenden Arbeitsscheibe bewegt werden, wobei am Ende der Bearbeitung die Rotationsgeschwindigkeiten des äußeren Antriebskranzes, des inneren Antriebskranzes, der oberen Arbeitsscheibe und der unteren Arbeitsscheibe kontinuierlich bis zum Stillstand verringert werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ab dem Zeitpunkt, an dem die Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit des äußeren Antriebskranzes einsetzt, bis zum Stillstand die obere Arbeitsscheibe, die untere Arbeitsscheibe, der innere Antriebskranz und der äußere Antriebkranz gleichsinnig rotieren und dass zumindest ab diesem Zeitpunkt bis zum Stillstand die Rotationsgeschwindigkeiten des inneren und des äußeren Antriebskranzes so gewählt sind, dass die Läuferscheiben in dieselbe Richtung rotieren wie die obere und die untere Arbeitsscheibe.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Material abtragenden Bearbeitung von Halbleiterscheiben zwischen zwei Platten einer Bearbeitungsmaschine. Gegenstand der Erfindung ist insbesondere eine materialabtragende Bearbeitung von Halbleiterscheiben in einer Läppmaschine oder in einer Doppelseiten-Poliermaschine.
Das Läppen und die Doppelseitenpolitur von Halbleiterscheiben werden wegen des dabei erzielbaren hohen Durchsatzes in der Regel als Mehrscheibenbearbeitung durchgeführt.

Die Technik des gleichzeitigen Läppens mehrerer Halbleiterscheiben ist seit langem bekannt und beispielsweise in der EP547894A1 beschrieben. Es sind geeignete Anlagen in verschiedenen Größen von mehreren Herstellern am Markt erhältlich. Dabei werden die Halbleiterscheiben unter Zuführung einer Abrasivstoffe enthaltenden Suspension (im Folgenden als Läppmittel bezeichnet) zwischen einer oberen und einer unteren Arbeitsscheibe, die meist aus Stahl bestehen und mit Kanälen zur besseren Verteilung des Läppmittels versehen sind, unter einem gewissen Druck bewegt und dadurch Halbleitermaterial entfernt. Die Halbleiterscheiben liegen dabei in geeignet dimensionierten Aussparungen von Läuferscheiben (engl. „carrier"), wobei die Läuferscheiben mittels eines inneren und eines äußeren Antriebskranzes in Rotation versetzt und die Halbleiterscheiben somit auf einer durch die Antriebsparameter bestimmten geometrischen Bahn gehalten werden. Der Druck wird üblicherweise über eine pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch arbeitende Druckübertragungseinrichtung übertragen, die die obere Arbeitsscheibe gegen die untere Arbeitsscheibe und die dazwischenliegenden Halbleiterscheiben drückt.

Das Prinzip der Doppelseitenpolitur ist dem des Läppens sehr ähnlich. Der Hauptunterschied besteht darin, dass bei der Doppelseitenpolitur die Arbeitsscheiben mit einem Poliertuch belegt sind. Die Politur erfolgt unter Zuführung einer in der Regel chemisch und mechanisch abrasiv wirkenden Suspension, die im Folgenden als Poliermittel bezeichnet wird. Die Doppelseitenpolitur ist beispielsweise in der US3691694 und der EP208315B1 beschrieben.

Bisher wird sowohl beim Läppen als auch bei der Doppelseitenpolitur von Halbleiterscheiben eine sog. gegenläufige Kinematik verwendet. Dies bedeutet, dass die obere und die untere Arbeitsscheibe entgegengesetzt rotieren. Diese Kinematik wurde gewählt, da sich dabei die Kräfte, die die obere und die untere Arbeitsscheibe während der Bearbeitung auf die Halbleiterscheiben ausüben, gegenseitig kompensieren. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Geometrie derartig bearbeiteter Halbleiterscheiben den neuesten Anforderungen, beispielsweise für die Herstellung elektronischer Bauelemente, nicht mehr genügen.

Es bestand daher die Aufgabe, Halbleiterscheiben bereitzustellen, die auch den Anforderungen an die Scheibengeometrie bei der Herstellung elektronischer Bauelemente für fortgeschrittenste Anwendungen erfüllen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur gleichzeitig beidseitigen Material abtragenden Bearbeitung von Halbleiterscheiben, wobei die Halbleiterscheiben in mittels eines ringförmigen äußeren und eines ringförmigen inneren Antriebskranzes in Rotation versetzten Läuferscheiben liegen und dabei relativ zu einer oberen und einer unteren rotierenden Arbeitsscheibe bewegt werden, wobei am Ende der Bearbeitung die Rotationsgeschwindigkeiten des äußeren Antriebskranzes, des inneren Antriebskranzes, der oberen Arbeitsscheibe und der unteren Arbeitsscheibe kontinuierlich bis zum Stillstand verringert werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ab dem Zeitpunkt, an dem die Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit des äußeren Antriebskranzes einsetzt, bis zum Stillstand die obere Arbeitsscheibe, die untere Arbeitsscheibe, der innere Antriebskranz und der äußere Antriebskranz gleichsinnig rotieren und dass zumindest ab diesem Zeitpunkt bis zum Stillstand die Rotationsgeschwindigkeiten des inneren und des äußeren Antriebskranzes so gewählt sind, dass die Läuferscheiben in dieselbe Richtung rotieren wie die obere und die untere Arbeitsscheibe.

In den Untersuchungen, die zur vorliegenden Erfindung geführt haben, wurde festgestellt, dass beim Verfahren gemäß dem Stand der Technik die Geometrie der Halbleiterscheiben insbesondere in der Endphase der Bearbeitung, der sog. Auslaufphase, während der die Rotationsgeschwindigkeiten aller Antriebe unter gleichzeitiger Reduktion des Drucks kontinuierlich bis zum Stillstand verringert werden, negativ verändert wird. Es entstehen dabei Geometriefehler, die als „Auslaufspuren" bezeichnet werden und sich vor allem auf den als Nanotopographie bezeichneten Geometrieparameter auswirken. Diese Geometriefehler werden beim Auslaufen der Arbeitsscheiben durch eine zu hohe Relativgeschwindigkeit der Halbleiterscheibe gegenüber der oberen und unteren Arbeitsscheibe hervorgerufen, die wiederum durch die gegenläufige Rotation der oberen und der unteren Arbeitsscheibe verursacht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren löst dieses Problem dadurch, dass in der Auslaufphase der Bearbeitung alle Antriebe gleichsinnig rotieren, wodurch die Relativgeschwindigkeit der Halbleiterscheiben gegenüber der oberen und unteren Arbeitsscheibe in der Auslaufphase deutlich verringert wird. Erfindungsgemäß rotieren zumindest in der Auslaufphase der Bearbeitung alle Antriebe, d. h. die obere Arbeitsscheibe, die untere Arbeitsscheibe, der innere Antriebskranz und der äußere Antriebskranz gleichsinnig, d. h. die Rotationsrichtung ist für alle Antriebe gleich. Somit kann ein synchronisiertes Auslaufen mit geringen Relativgeschwindigkeiten stattfinden. Die störenden Auslaufspuren, die insbesondere die Nanotopographie der Halbleiterscheibe verschlechtern, werden durch das erfindungsgemäße Verfahren weitgehend vermieden.

Ausschlaggebend für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch, dass die Rotationsrichtung der Läuferscheiben am Ende der Bearbeitung, d. h. zumindest ab dem Zeitpunkt, ab dem die Rotationsgeschwindigkeit des äußeren Antriebskranzes verringert wird, mit der Rotationsrichtung der oberen und der unteren Arbeitsscheibe übereinstimmt. Dies wird gewährleistet durch eine geeignete Wahl der Rotationsgeschwindigkeiten des inneren und des äußeren Antriebskranzes.

Ein weiterer wichtiger Parameter der Auslaufphase ist der Druck, der von den beiden Arbeitsscheiben auf die Halbleiterscheiben ausgeübt wird. Vorzugsweise sollte der Druck zu dem Zeitpunkt, an dem die Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit des äußeren Antriebskranzes einsetzt, im Bereich zwischen 0,19 und 0,38 N/cm² liegen. Vorzugsweise sollte der Druck anschließend kontinuierlich weiter verringert werden.

Eine weitere Verbesserung des Ergebnisses kann erreicht werden, indem kurz vor dem Zeitpunkt, ab dem die Rotationsgeschwindigkeit des äußeren Antriebskranzes verringert wird, der Druck kurzzeitig deutlich reduziert und anschließend wieder auf den Ausgangswert erhöht wird. Dieses Verfahren ist in DE10230146A1 beschrieben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren am Beispiel einkristalliner Siliciumscheiben mit einem Durchmesser von 200 mm, die einem Läppverfahren unterworfen werden, näher erläutert.
1 zeigt die Auslaufphase eines im Rahmen der Erfindung bevorzugten Läppverfahrens. Die Figur zeigt den zeitlichen Verlauf der Rotationsgeschwindigkeiten aller Antriebe (Kurve 1: obere Arbeitsscheibe; Kurve 2: untere Arbeitsscheibe; Kurve 3: innerer Antriebskranz; Kurve 4: äußerer Antriebskranz) sowie des herrschenden Drucks (Kurve 5).
2 zeigt eine typische Siliciumscheibe, die einem Läppverfahren gemäß dem Stand der Technik unterworfen wurde.
In 3 ist eine Siliciumscheibe dargestellt, die einem erfindungsgemäßen Läppverfahren unterworfen wurde.
Da alle Antriebe, wie in 1 dargestellt, während der Auslaufphase des Läppverfahrens gleichsinnig rotieren, ist es möglich, die Auslaufphase derart zu optimieren, dass die Relativgeschwindigkeiten der Siliciumscheiben gegenüber der oberen und der unteren Arbeitsscheibe sehr klein werden.
Die Auslaufphase, die in 1 dargestellt ist, wird vorzugsweise durch folgende Merkmale gekennzeichnet: Die Steigungen der Auslauframpen für die obere Arbeitsscheibe (Kurve 1), die untere Arbeitsscheibe (Kurve 2) und den inneren Antriebskranz (Kurve 3) werden gleich gewählt. Unter „Steigung der Auslauframpe" ist die Änderung der Rotationsgeschwindigkeit pro Zeiteinheit zu verstehen. Die Steigung der Auslauframpe des äußeren Antriebskranzes (Kurve 4) wird flacher gewählt, wobei die Auslauframpe des langsam rotierenden äußeren Antriebskranzes später beginnt als die des schneller rotierenden inneren Antriebskranzes oder der oberen Arbeitsscheibe. Der Startzeitpunkt für die Auslauframpe, d. h. für das Abbremsen des inneren Antriebskranzes (Kurve 3) und der jeweils schneller rotierenden Arbeitsscheibe (im dargestellten Fall ist dies die obere Arbeitsscheibe (Kurve 1)) ist gleich. Der Startzeitpunkt der Auslauframpe für die langsamere Arbeitsscheibe (im dargestellten Fall ist dies die untere Arbeitsscheibe (Kurve 2)) wird so gewählt, dass sie beginnt, wenn die aktuelle Rotationsgeschwindigkeit des inneren Antriebskranzes (Kurve 3) und der schneller rotierenden Arbeitsscheibe der Rotationsgeschwindigkeit der langsamer rotierenden Arbeitsscheibe entsprechen. Der Startzeitpunkt für die Auslaufphase des äußeren Antriebskranzes (Kurve 4) wird so gewählt, dass seine Rotationsgeschwindigkeit zeitgleich mit allen anderen Antrieben die Rotationsgeschwindigkeit der langsamer rotierenden Arbeitsscheibe erreicht. Hat der äußere Antriebskranz (Kurve 4) diese Rotationsgeschwindigkeit erreicht, wird die Steigung der Auslauframpe derjenigen der anderen Antriebe angepasst. Auf diese Weise kommt es während der Auslaufphase zu sehr geringen Relativgeschwindigkeiten zwischen den Siliciumscheiben und den Arbeitsscheiben bis zum kompletten Stillstand. Der Druck (Kurve 5) wird ebenfalls kontinuierlich verringert, wobei die Verringerung beginnt, bevor die ersten Antriebe abgebremst werden.
2 zeigt eine einkristalline Siliciumscheibe mit einem Durchmesser von 200 mm, die einem Läppverfahren gemäß dem Stand der Technik, d. h. mit gegenläufiger Rotation der oberen und der unteren Arbeitsscheibe, unterworfen wurde. Die Figur zeigt die Dickenverteilung der Siliciumscheibe. Die beiden mit Pfeilen gekennzeichneten Linien zeigen eine Änderung in der Dickenstruktur der Siliciumscheibe, die in der Auslaufphase durch den Randüberstand der Läppscheiben aufgeprägt wurde.
3 zeigt eine Siliciumscheibe mit den gleichen Eigenschaften, die jedoch einem erfindungsgemäßen Läppverfahren unterworfen wurde. Im Gegensatz zu 4 sind hier keine Auslaufspuren zu erkennen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde anhand des Läppens von Siliciumscheiben beschrieben, es eignet sich aber ebenso für die Doppelseitenpolitur. Das Verfahren kann auch auf andere Halbleitermaterialien als Silicium, beispielsweise auf Verbindungshalbleiter, angewendet werden.

Claims

Verfahren zur gleichzeitig beidseitigen Material abtragenden Bearbeitung von Halbleiterscheiben, wobei die Halbleiterscheiben in mittels eines ringförmigen äußeren und eines ringförmigen inneren Antriebskranzes in Rotation versetzten Läuferscheiben liegen und dabei relativ zu einer oberen und einer unteren rotierenden Arbeitsscheibe bewegt werden, wobei am Ende der Bearbeitung die Rotationsgeschwindigkeiten des äußeren Antriebskranzes, des inneren Antriebskranzes, der oberen Arbeitsscheibe und der unteren Arbeitsscheibe kontinuierlich bis zum Stillstand verringert werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ab dem Zeitpunkt, an dem die Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit des äußeren Antriebskranzes einsetzt, bis zum Stillstand die obere Arbeitsscheibe, die untere Arbeitsscheibe, der innere Antriebskranz und der äußere Antriebskranz gleichsinnig rotieren und dass zumindest ab diesem Zeitpunkt bis zum Stillstand die Rotationsgeschwindigkeiten des inneren und des äußeren Antriebskranzes so gewählt sind, dass die Läuferscheiben in dieselbe Richtung rotieren wie die obere und die untere Arbeitsscheibe.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu dem Zeitpunkt, an dem die Verringerung der Rotationsgeschwindigkeit des Außenzahnkranzes einsetzt, der durch die Arbeitsscheiben auf die Halbleiterscheiben ausgeübte Druck zwischen 0,19 und 0,38 N/cm² liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck ab dem genannten Zeitpunkt bis zum Stillstand kontinuierlich verringert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigungen der Auslauframpen für die obere Arbeitsscheibe, die untere Arbeitsscheibe und den inneren Antriebskranz gleich gewählt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Antriebskranz zunächst langsamer rotiert als der innere Antriebskranz und dass die Steigung der Auslauframpe des äußeren Antriebskranzes flacher gewählt wird als die Auslauframpe des inneren Antriebskranzes, wobei die Auslauframpe des äußeren Antriebskranzes später beginnt als die des inneren Antriebskranzes.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Startzeitpunkt für die Auslauframpen des inneren Antriebskranzes und der am schnellsten rotierenden Arbeitsscheibe gleich ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslauframpe für die langsamer rotierende Arbeitsscheibe beginnt, wenn die aktuelle Rotationsgeschwindigkeit des inneren Antriebskranzes und der schneller rotierenden Arbeitsscheibe der Rotationsgeschwindigkeit der langsamer rotierenden Arbeitsscheibe entsprechen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Startzeitpunkt für die Auslauframpe des äußeren Antriebskranzes so gewählt wird, dass seine Rotationsgeschwindigkeit zeitgleich mit dem inneren Antriebskranz und der schneller rotierenden Arbeitsscheibe die Rotationsgeschwindigkeit der langsamer rotierenden Arbeitsscheibe erreicht.
Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Auslauframpe des äußeren Antriebskranzes derjenigen der anderen Antriebe angepasst wird, sobald der äußere Antriebskranz die Rotationsgeschwindigkeit der anderen Antriebe erreicht hat.