DE102009047927A1

DE102009047927A1 - Läuferscheibe und Verfahren zur Politur einer Halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE102009047927A1
Application number: DE102009047927A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schwandner
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2011-01-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Läuferscheibe, geeignet zur Aufnahme einer oder mehrerer Scheiben aus einem Halbleitermaterial zu deren Bearbeitung in Poliermaschinen, umfassend einen Kern aus einem ersten Material, das eine hohe Steifigkeit aufweist, der vollständig oder teilweise mit einem Belag versehen ist, sowie wenigstens eine Aussparung zur Aufnahme einer Halbleiterscheibe, dadurch gekennzeichnet, dass der Belag fest gebundene Abrasive mit einer mittleren Partikelgröße von 0,1 bis 1,0 µm aus einem zweiten Material umfasst und das zweite Material eine geringere Mohsche Härte aufweist als das Halbleitermaterial. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung einer solchen Läuferscheibe zur Konditionierung eines Poliertuchs in einer Poliermaschine. Außerdem wird ein Verfahren zur Politur einer Halbleiterscheibe beansprucht unter Verwendung einer solchen Läuferscheibe, wobei eine in einer Aussparung der Läuferscheibe befindliche Halbleiterscheibe gegen ein Poliertuch gedrückt wird und gleichzeitig das Poliertuch durch die Beschichtung der Läuferscheibe konditioniert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Läuferscheibe und ein Verfahren zur Politur einer Halbleiterscheibe.
Halbleiterscheiben, insbesondere Silicium-Wafer, werden zur Fabrikation von hochintegrierten elektronischen Bauelementen wie z. B. Mikroprozessoren oder Speicherchips verwendet. Dabei werden hohe Anforderungen insbesondere an die Ebenheit der Vorderseiten der Siliciumscheiben gestellt, auf der die elektronischen Bauelemente erzeugt werden. Dies ist notwendig, um Probleme beim Belichten der Siliciumscheiben (Lithographie) und bei Zwischenpolierprozessen („Chemical Mechanical Polishing”, CMP) während der Fertigung der Bauelemente gering zu halten.
Das Polieren der Oberflächen von Halbleiterscheiben verfolgt das Ziel, Material von den Oberflächen der Halbleiterscheiben zu entfernen, um eine möglichst gleichmäßige, planare Oberfläche zu bilden. Dadurch lassen sich eine unerwünschte Oberflächentopographie und Oberflächendefekte, wie raue Oberflächen, Kristallgitterbeschädigungen oder Kratzer entfernen und gleichmäßige Oberflächen für die folgende Weiterverarbeitung zur Verfügung stellen.
Daher erfolgt nach Schleif-, Reinigungs- und Ätzschritten gemäß dem Stand der Technik eine Glättung der Oberfläche der Halbleiterscheiben durch Abtragspolitur.
Beim Doppelseitenpolieren (DSP) werden Halbleiterscheiben lose in eine sog. Läuferscheibe eingelegt und vorder- und rückseitig simultan „frei schwimmend” zwischen einem oberen und einem unteren, mit einem Poliertuch belegten Polierteller unter Zuhilfenahme eines Poliersols poliert. Die Trägerteile liefern einen kontrollierbaren Druck, der die Halbleiterscheibe gegen die Polierauflage drückt.
Im Stand der Technik wird die Politur durch Relativbewegung zwischen Wafer und Poliertuch unter Druck und Zuführung eines Poliermittels (Slurry) durchgeführt. Das Poliermittel enthält üblicherweise kolloid-disperses Kieselsol in alkalischer Aufschlämmung; das Poliertuch dagegen enthält kein Abrasivum. Das Zusammenspiel aus mechanisch schleifender Wirkung des Kieselsols und chemischem Angriff des alkalischen Poliermittels bewirkt dann den zur Glättung der Waferoberfläche führenden Materialabtrag.
Im Stand der Technik ist die simultane chemo-mechanische Doppelseitenpolitur (DSP) bekannt. Bei der DSP werden mehrere Halbleiterscheiben beidseitig gleichzeitig zwischen zwei kollinearen Arbeitsscheiben Material abtragend bearbeitet. Dabei tragen die Arbeitsscheiben Poliertücher, die keine abrasiv wirkenden Stoffe enthalten. Dem zwischen den Arbeitsscheiben gebildeten Arbeitsspalt wird dagegen ein Poliermittel zugeführt, das abrasiv wirkende Stoffe enthält. Abrasiv wirkende Stoffe sind dadurch gekennzeichnet, dass sie härter sind als das Material des Werkstücks. Beim DSP wird bevorzugt Kieselsol (SiO₂) verwendet. SiO₂ ist härter als Silicium. Meist ist das Kieselsol ein Kolloid mit Korngrößen der Solteilchen zwischen 5 nm und einigen Mikrometern. Beim DSP sind während der Bearbeitung eine oder mehrere Halbleiterscheiben in einen oder mehrere dünne Führungskäfige (Läuferscheiben) eingelegt, die von einer aus einem inneren und einem äußeren Zahnkranz gebildeten Abwälzvorrichtung, die konzentrisch zu den Arbeitsscheiben angeordnet ist, im Arbeitsspalt bewegt werden. Die Halbleiterscheiben beschreiben dabei auf den Oberflächen der Arbeitsscheiben charakteristische zykloidische Bahnkurven (Planetengetriebe-Kinematik). Der Materialabtrag wird durch Relativbewegung von Poliertuch und Halbleiterscheibe unter Last und der Reibungswirkung des Poliermittels bewirkt.
Ein Ausführungsbeispiel für DSP von Siliciumscheiben ist in US2003054650A offenbart. Eine geeignete Vorrichtung für eine solche DSP-Politur ist in DE 100 07 390 A1 dargestellt.
Bei der CMP-Politur wird dagegen nur die Vorderseite, beispielsweise mittels eines weichen Poliertuchs, poliert.
Im Stand der Technik sind Läuferscheiben bekannt, die bspw. aus Ronden aus einem ersten harten, steifen Material, beispielsweise Stahl, insbesondere Edelstahl bestehen, die passend zur Abwälzvorrichtung außen verzahnt sind und in ihrer Fläche Bohrungen zum Durchtritt des Kühlschmiermittels und eine oder mehrere Aussparungen zur Aufnahme einer oder mehrerer Halbleiterscheiben aufweisen, wobei die Aussparungen zur Aufnahme der Halbleiterscheiben meist mit einem zweiten, weicheren Material ausgekleidet sind.
Diese Auskleidungen sind entweder lose in die Aussparungen eingelegt, wie in JP 57041164 offenbart, oder in diesen fixiert, wie in EP 0 197 214 A2 dargelegt. Die Fixierung kann durch Klebung oder Formschluss erfolgen, gegebenenfalls mit Unterstützung durch vergrößerte Kontaktflächen oder auch durch Verankerung mittels korrespondierender Hinterschneidungen („Schwalbenschwanz”) gemäß EP 0 208 315 B1 .
Im Stand der Technik für die Auskleidung bekannte Materialien sind nach EP 0208315 B1 beispielsweise Polyvinylchlorid (PVD), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polytetrafluorethylen (PTFE) (), sowie Polyamid (PA), Polystyrol (PS) und Polyvinylidendifluorid (PVDF).
Gemäß DE 102 007 049 811 A1 bestehen die Auskleidungen der Aussparungen in der Läuferscheibe zur Aufnahme der Halbleiterscheiben aus einem Thermoplast.
Besonders bevorzugt bestehen die Auskleidungen aus PVDF, PA, PP, PC (Polycarbonat) oder PET. Ferner sind Auskleidungen aus PS, PMMA (Polymethylmethacrylat), Perfluoralkoxy (PFA), LCP und PVC bevorzugt.
Ebenfalls bekannt aus DE 102 007 049 811 A1 ist es, die Läuferscheiben vollständig oder teilweise mit einem thermoplastischen oder duroplastischen Polyurethan zu beschichten. Auch die Auskleidungen der Aussparungen können aus einem solchen Polyurethan bestehen.
Der Abtragsprozess bei der Politur läuft makroskopisch wie folgt ab: Ein rotierender Wafer wird gegen ein rotierendes Poliertuch gedrückt. Gleichzeitig wird eine chemisch reaktive Flüssigkeit mit Partikeln (Slurry) zwischen Tuch und Wafer eingebracht. Die Kombination aus Tuch, Slurry, Druck, Temperatur, Tuch- und Waferrotation bewirkt den Oberflächenabtrag und eine Planarisierung des Wafers.
Es handelt sich also um eine Wechselwirkung zwischen chemischen und mechanischen Abtragskomponenten.
Fabrikneue Poliertücher benötigen einige Polierfahrten, um beim Polieren ebene Oberflächen der Halbleiterscheiben zu erreichen. Dieses Phänomen ist auch als „break-in”-Verhalten bekannt. Das anfängliche „Konditionieren” des Poliertuchs (hier: mit dem ersten zu polierenden Wafer) wird oft auch als „Einfahren” bezeichnet.
Während des Polierprozesses selbst tritt das Problem auf, dass die Abtragsrate mit der Zeit abnimmt. Daher muss das Poliertuch üblicherweise auch während des Arbeitsganges „konditioniert” werden. Dazu wird das Poliertuch mit einem Konditionierer (z. B. Scheiben, die mit Diamantkorn belegt sind) so behandelt, dass die ursprünglichen Eigenschaften der Tuchoberfläche nach dem Einfahren wieder erreicht bzw. weitgehend beibehalten werden. Dies kann „in-situ” oder zwischen zwei Polierzyklen erfolgen. Würde auf das Konditionieren des Poliertuchs verzichtet, würden sich dessen Oberflächeneigenschaften mit der Zeit deutlich ändern („Verglasung” der Tuchoberfläche), was einen deutlichen Verlust an Polier-Effizienz, insbesondere einen deutlichen Rückgang der Abtragsrate, bedeuten würde und somit nicht akzeptabel ist.
Bei den Konditionierern handelt es sich üblicherweise um einen Edelstahlkern, auf dessen Oberfläche in Form eines Gittermusters – hartgelötet und chemisch verstärkt – blockförmige Diamantsplitter (im Querschnitt dreiecksförmig) der Höhe h aufgebracht sind. Die gesamte Oberfläche ist zusätzlich vorzugsweise mit einer Diamantbeschichtung versehen, die z. B. mittels Dampfphasenabscheidung aufgebracht werden kann.
Spezielle Tuchkonditionierer sind beispielsweise offenbart in US 5904615 A sowie in US 5906754 A (in-situ). In US 5906754 wird vorgeschlagen, eine Konditionierfläche mit einer Vielzahl von Zähnen vorzusehen, die bezüglich der Dimensionierung der Zähne und deren Abstand vergleichbar mit den Zellstrukturdimensionen- und abständen (Porosität) des Poliertuchs sind.
Grundsätzlich beträgt die Höhe der Konditionierelemente etwa 50–150 μm oder auch darüber hinaus.
Derartige Konditionierer wie z. B. der DiaGrid^TM Diamant-Tuchkonditionierer der Fa. Kinik Co. Ltd. mit blockförmigen, 150 μm großen Abrasiven aus Diamant, eignen sich sowohl für Wolfram- als auch für Kupfer- als auch für SiO₂-Slurry-Chemie. Slurry ist eine dem Fachmann geläufige, alternative Bezeichnung für das Poliermittel.
Alle im Stand der Technik bekannten Konditionierer sehen eine starke mechanisch abrasive Bearbeitung der Poliertücher vor. Dadurch unterliegt das Poliertuch einem gewissen Verschleiß, was unerwünscht ist. Die mechanische Bearbeitung des Poliertuchs mit harten Abrasiven wie Diamant wird oft auch mit dem englischen Ausdruck „Dressing” bezeichnet.
Ein weiterer Nachteil bisheriger Konditionierer besteht darin, dass die Größen und Orientierungen der Diamantabrasive ebenso wie deren Formen relativ stark variieren. So variiert die Diamantgröße um bis zu 40% um die durchschnittliche Abrasivgröße von z. B. 150 μm. Zum anderen sind die Diamantkörner in ihrer Form nicht immer symmetrisch. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Konditionierung der porösen Poliertücher, die mit den zukünftigen Anforderungen an die Oberflächenqualität sowohl der Poliertücher als auch der damit polierten Halbleiterscheiben nicht vereinbar ist.
Der Erfinder war vor die Aufgabe gestellt, nach Alternativen zum herkömmlichen Konditionieren von Poliertüchern zu suchen und dadurch den Stand der Technik zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Läuferscheibe, geeignet zur Aufnahme einer oder mehrerer Scheiben aus einem Halbleitermaterial zu deren Bearbeitung in Poliermaschinen, umfassend einen Kern aus einem ersten Material, das eine hohe Steifigkeit aufweist, der vollständig oder teilweise mit einem Belag versehen ist, sowie wenigstens eine Aussparung zur Aufnahme einer Halbleiterscheibe, dadurch gekennzeichnet, dass der Belag fest gebundene Abrasive mit einer mittleren Partikelgröße von 0,1 bis 1,0 μm aus einem zweiten Material umfasst und das zweite Material eine geringere Mohsche Härte aufweist als das Halbleitermaterial.
Eine solche Läuferscheibe lässt sich zur Konditionierung eines Poliertuchs in einer Poliermaschine verwenden.
In einem Verfahren zur Politur einer Halbleiterscheibe unter Verwendung einer solchen Läuferscheibe, wird eine in einer Aussparung der Läuferscheibe befindliche Halbleiterscheibe gegen ein Poliertuch gedrückt und gleichzeitig das Poliertuch durch den voll- oder teilflächigen Belag der Läuferscheibe, der fest gebundene Abrasive umfasst, konditioniert.
Die Erfindung sieht also vor, bei der Politur, z. B. bei der simultanen Doppelseitenpolitur (DSP), eine in-situ Tuchreinigung durchzuführen, wobei die Reinigung des Poliertuchs durch mit weichen, fest gebundenen Abrasiven („Fixed Abrasives”) beaufschlagte Bereiche auf den Läuferscheiben erfolgt.
Während der Politur findet damit eine ständige Reinigung des Poliertuchs statt.
Vorzugsweise weist das Poliertuch eine poröse Matrix auf.
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.
Zur Herstellung derartiger Poliertücher kommen prinzipiell alle Verfahren der Polymerchemie z. B. in Verbindung mit Reaktions-Spritzgussverfahren in Frage. Beim Spritzgussverfahren, das dem Fachmann bekannt ist, wird allgemein ein reaktionsfähiges Vorpolymer, also ein Vorläufer des polymerisierten Endprodukts (z. B. ein Urethanvorpolymer) in flüssiger oder halbflüssiger Form gemischt und dann in eine Form eingespritzt. Dann erfolgt eine chemische Reaktion des Vorläufers, was zu einer Verfestigung des fertigen Formkörpers führt.
Um die Porosität des Poliertuchs zu steuern, können Füllstoffe in das Poliertuch eingebracht sein („casted pad”).
Die poröse Matrix des Poliertuchs lässt sich beispielsweise auch durch chemisches Ätzen, Sintern, Furchung etc. erzeugen.
Eine ideale Poliertuchoberfläche weist einen hohen Grad an Homogenität auf.
Bei der zu polierenden Halbleiterscheibe handelt es sich vorzugsweise um eine Siliciumscheibe mit einem Durchmesser von etwa 150 mm, 200 mm, 300 mm, 400 mm oder 450 mm.
Vorzugsweise sind die Poliertücher bereits vor ihrer erstmaligen Verwendung vorkonditioniert.
Besonders bevorzugt ist dabei eine Kombination aus mechanischen und chemischen Verfahren. Die mechanische Bearbeitung umfasst die Beseitigung überstehender Fasern oder das Einarbeiten von Gräben/Furchen in die Oberfläche.
Durch die chemischen Methoden werden Stoffe gebildet oder gelöst („Verfüllen” von Poren).
Die Erfindung ermöglicht es, die Poliertuchoberfläche frei von Ablagerungen zu halten.
Dies führt zu konstanten Polierbedingungen und einem optimalen Zusammenspiel von homogener Poliertuchoberfläche und Polierslurry. Dadurch lassen sich die Geometrieeigenschaften der zu polierenden Halbleiterscheiben verbessern.
Die Lebensdauer des Poliertuchs verlängert sich.
Die Reinigung des Poliertuchs mit Hilfe der weichen Fixed Abrasives kann das herkömliche Dressing, also eine Bearbeitung des Poliertuchs mit Diamant, ersetzen. Eine Verformung des Poliertuchs durch rotierende, gegen das Poliertuch gedrückte Diamant-Konditionierelemente wie im Stand der Technik wird hierbei vermieden.
Da die Fixed Abrasives direkt auf der Läuferscheibe angebracht sind, ist eine separate Druckeinheit nicht nötig. Im Stand der Technik werden die Konditionierelemente nämlich häufig über eine separate Vorrichtung auf das Poliertuch gepresst.
Das permanente Reinigen der oberen Poliertuchschicht sorgt dafür, dass die Poren bzw. Hohlräume des Poliertuchs freigehalten werden und damit ungehinderter Poliermittelfluß zur Halbleiterscheibe gewährleistet ist.
Zum anderen wird ermöglicht, dass die Poliertuchoberfläche während der Politur im wesentlichen die gleichen Eigenschaften aufweist, da sich die Oberfläche des Poliertuchs durch die Reinigung mit weichen Abrasiven kaum verändert. Dies führt zu einer Verbesserung der Geoemtrie der polierten Halbleiterscheibe.
Auch wird einer Partikelbildung vorgebeugt, welches sich positiv auf die Kratzer- bzw. Defektraten auswirkt.
Zusammenfassend führt die Erfindung u. a. zu folgenden Verbesserungen:

a) Verbesserung der lokalen Randgeometrie der Halbleiterscheibe in einem Bereich von kleiner oder gleich 2 mm zum Rand (Edge Exclusion), für Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von größer oder gleich 300 mm, insbesondere mit einem Durchmesser von 450 mm. Diese Verbesserung ist insbesondere dann zu sehen, wenn der erfindungsgemäße Belag der Läuferscheibe um die wenigstens eine Aussparung der Läuferscheibe herumgeführt ist, was bevorzugt ist. Damit ist eine ständige Reinigung des Poliertuchs in der Nähe des Kantenbereichs der Halbleiterscheibe vorgesehen, die wie sich gezeigt hat, zu besseren Polierergebnissen, insbesondere zu einer besseren Randgeometrie der polierten Halbleiterscheibe führt.
b) Verbesserung der Oberflächeneigenschaften der Halbleiterscheiben und geringere Defektdichten bzw. Kratzerraten;
c) Einsparungen aufgrund einer höheren Tuchlebensdauer im Doppelseitenabtragspolierprozess.

Weiterhin lässt sich eine Optimierung des Produktionsprozesses realisieren. Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, eine Politur der Kante der Halbleiterscheibe im Anschluss an eine Doppelseitenpolitur durchzuführen. Allerdings neigt die noch nicht polierte Kante aufgrund ihrer noch zu hohen Rauhigkeit zu Mikrokantenausbrüchen und Abrieb, der sich am Poliertuch anlagern kann und zu Oberflächendefekten auf der polierten Seitenfläche der Halbleiterscheibe führen kann.
Durch die erfindungsgemäße in-situ-Tuchreinigung der Poliertuchoberfläche wird diese ständig frei von Abrieb gehalten. Somit werden die Ablagerung von Partikeln auf dem Poliertuch und sich daraus ergebende Defekte auf der Halbleiterscheibe vermieden.
Die Läuferscheiben werden vorzugsweise entweder vollflächig oder teilweise, um deren jeweils wenigstens eine Aussparung herum, mit Tüchern oder Tuchsegmenten, enthaltend fest darin gebundene Abrasive, beaufschlagt. Selbstverständlich können die Läuferscheiben auch ohne Verwendung von Tuchbelägen mit Abrasiven versehen werden. So können die Läuferscheibe beispielsweise mit Polyureathan beschichtet sein (was bereits im Stand der Technik aus anderen Gründen oftmals bevorzugt wird) und die Abrasive in die PU-Beschichtung eingebracht sein.
Die Bezeichnung „Belag der Läuferscheibe” soll aufgeklebte Tücher, Polster, Gewebe, Platten oder Plättchen, Kissen, aufgespritzte oder aufgespachtelte Schichten, Beschichtungen, Überzüge, Anstriche oder Lagen umfassen.
Die Läuferscheibe kann beidseitig oder einseitig mit Abrasiven belegt sein.
Eine beidseitig belegte Läuferscheibe wird vorzugsweise bei der Doppelseitenpolitur verwendet. Damit werden während der Politur beider Seiten einer Halbleiterscheibe poliert und gleichzeitig beide Poliertücher mittels der erfindungsgemäßen, auf beiden Seiten mit Abrasiven belegten Läuferscheibe konditioniert.
Vorzugsweise ist die Läuferscheibe auf beiden Seiten teilweise mit Tüchern oder Tuchsegmenten, enthaltend fest darin gebundene Abrasive, beaufschlagt.
Vorzugsweise ist die Läuferscheibe auf beiden Seiten vollflächig mit Tüchern oder Tuchsegmenten, enthaltend fest darin gebundene Abrasive, beaufschlagt.
Vorzugweise ist die Läuferscheibe nur auf einer Seite vollflächig mit Tüchern oder Tuchsegmenten, enthaltend fest darin gebundene Abrasive, beaufschlagt, wobei es bei der Doppelseitenpolitur so eingesetzt wird, dass nur das Poliertuch, welches die Rückseite der Halbleiterscheibe poliert, konditioniert wird.
Vorzugweise ist die Läuferscheibe nur auf einer Seite vollflächig mit Tüchern oder Tuchsegmenten, enthaltend fest darin gebundene Abrasive, beaufschlagt, wobei es bei der Doppelseitenpolitur so eingesetzt wird, dass nur das Poliertuch, welches die Vorderseite der Halbleiterscheibe poliert, konditioniert wird.
Vorzugweise ist die Läuferscheibe nur auf einer Seite teilflächig mit Tüchern oder Tuchsegmenten, enthaltend fest darin gebundene Abrasive, beaufschlagt, wobei es bei der Doppelseitenpolitur so eingesetzt wird, dass nur das Poliertuch, welches die Vorderseite der Halbleiterscheibe poliert, konditioniert wird.
Vorzugweise ist die Läuferscheibe nur auf einer Seite teilflächig mit Tüchern oder Tuchsegmenten, enthaltend fest darin gebundene Abrasive, beaufschlagt, wobei es bei der Doppelseitenpolitur so eingesetzt wird, dass nur das Poliertuch, welches die Rückseite der Halbleiterscheibe poliert, konditioniert wird.
Wesentlich ist die Auswahl der im Belag verwendeten Abrasive.
Es ist bekannt, dass Silicium eine Mohsche Härte von 6,5 aufweist.
Die im Belag fest gebundenen Abrasive sind bei Verwendung der Läuferscheibe bei der Politur von Siliciumscheiben vorzugsweise aus einem Material, dass eine geringere Härte als 6,5 aufweist.
Vorzugsweise ist deren Härte kleiner oder gleich 6.
Geeignete Abrasive umfassen beispielsweise Feldspate, (Ba, Ca, Na, K, NH₄)(Al, B, Si)₄O₈ _, mit eine Mohshärte von Ca. 6, Minerale wie Apatite, Ca₅(PO₄)₃(F, Cl, OH), einige der weicheren Allanite (Ca, Ce, La, Y)₂(Al, Fe)₃(SiO₄)₃ (OH) (M_H = 5...7) , Bastnäsit, (Ce, La, Y)[(CO₃)F] (M_H = 4...4,5), Monazit, (Ce, La, Nd)PO₄ (M_H = 5...5,5), Bariumcarbonat, BaCO₃ (M_H = 3,5), Bariumsulfat, BaSO₄ (M_H = 3...3,5), Wollastonit (Kalziumsilicat, CaSiO₃, M_H = 4...5) , Cer-, Yttrium-, Scandium- oder Ytterbiumoxid (CeO₂, M_H = 6; Y₂O₃; Sc₂O₃; Yb₂O₃) und viele andere Materialien, vorzugsweise Minerale, mit einer Mohshärte M_H < 6,5.
Besonders geeignete Beläge 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 von Tüchern, die einen solche Struktur aufweisen, sind beispielsweise in WO 92/13680 A1 und US 2005/227590 A1 enthalten. Die dort beschriebenen Tücher werden als Poliertücher verwendet. Die Politur mittels solcher Poliertücher ist unter dem Namen „Fixed Abrasive Polishing” bekannt.
Deren Verwendung zum Konditionieren von DSP- oder CMP-Poliertüchern, die keine Abrasive enthalten, war bislang nicht bekannt.
Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung von im Belag gebundenen Ceroxid-Partikeln, vgl. auch US6602117B1 .
Die mittlere Partikelgröße der im Belag gebundenen Abrasive beträgt vorzugsweise 0,1 μm bis 1,0 μm, besonders bevorzugt 0,1–0,8 μm und ganz besonders bevorzugt 0,2–0,6 μm.
Die Abrasive können prinzipiell sowohl in Form von Mikroreplikaten als auch in ungeordneter Anordnung im Belag eingebracht sein.
Die Beläge können einen mehrlagigen Aufbau aufweisen, umfassend eine Lage enthaltend Abrasive und wenigstens eine Lage aus einem steifen Kunststoff.
Die Lage aus einem steifen Kunststoff umfasst vorzugsweise Polycarbonat.
Der Belag kann eine zusätzliche Lage aus Polyurethan-Schaum enthalten.
Die Befestigung der verschiedenen Lagen aneinander erfolgt vorzugsweise mittels druckempfindlicher Klebeschichten (PSA).
Somit dienen die Läuferscheiben nicht nur wie herkömmlich als Träger für zu polierende Halbleiterscheiben, sondern zeitgleich, in-situ während der Politur der Halbleiterscheiben als Konditionierer, um die Poliertuchoberfläche zu reinigen und diese vor Ablagerungen durch den Polierprozess zu schützen.
Die Erfindung sieht also eine Politur einer Halbleiterscheibe mit kontinuierlicher Tuchreinigung vor. Vorzugsweise kommt die Erfindung bei der Doppelseitenpolitur zum Einsatz.
Die verwendete Konditioniereinheit ist in Form eines Belags direkt auf der Läuferscheibe aufgebracht.
Zusätzliche Einbauten in der Polieranlage sind nicht vorgesehen.
Die Läuferscheibe selbst wird in-situ als Konditioniereinheit verwendet.
Eine separate Druckaufbringung, um Konditioniereinheit und Poliertuch aneinander zu pressen, um die Konditionierung des Poliertuchs vorzunehmen, ist nicht nötig. Darin ist ein besonderer Vorteil gegenüber herkömmlichen Konditionierern zu sehen, die eine solche separate Druckaufbringung erfordern, wobei sich durch ungleichmäßige Druckverteilung negative Effekte bezüglich der Oberflächeneigenschaften des Poliertuchs und letztlich unbefriedigende Geometrie der polierten Halbleiterscheibe durch inhomogene Verteilung des Poliermittels zeigen. Insbesondere im Randbereich der Halbleiterscheibe ergeben sich nach der Politur diesbezüglich oftmals Qualitätsprobleme. Beispielsweise zeigt sich häufig ein sog. Nanotopologiering, wie er zum Beispiel auch von Läuferscheibensystemen mit einem sog. Rückhaltering (Retainerring) bekannt ist.
Da die erfindungsgemäße Konditionierung quasi nur eine sanfte Reinigung des Poliertuchs vorsieht, tritt eine Verformung des Poliertuchs wie sie bei harten abrasiven Bearbeitungen (Diamant) zu beobachten ist, nicht auf.
Nach der Doppelseitenpolitur mit erfindungsgemäßer Konditionierung wird die Halbleiterscheibe vorzugsweise einer Kantenpolitur unterzogen, wobei die fertig polierte Halbleiterscheibe – anders als im Stand der Technik oftmals beobachtet – keinerlei Polierdefekte zeigt.
Besonders vorteilhaft ist es, um eventuelle doch stattfindende Poliertucheinlagerungen gänzlich zu unterbinden, das verwendete Poliermittel zu verdünnen. Vorzugsweise enthält das das Poliermittel 0,1 bis 0,4 Gew.-% SiO₂ und 0,1 bis 0,9 Gew.-% einer alkalischen Komponente, also SiO₂ und eine alkalische Komponente in einer deutlich geringeren Konzentration als üblich.
Besonders bevorzugt sind 0,2 bis 0,3 Gew.-% SiO₂ und 0,5 bis 0,7 Gew.-% der alkalischen Komponente. Mit alkalischer Komponente ist mindestens eine der folgenden Verbindungen gemeint: Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) und andere quarternäre Ammonium-Verbindungen. Umfasst die alkalische Komponente mehr als eine Verbindung, soll die Summe ihrer Konzentrationen im oben angegebenen Konzentrationsbereich liegen.
SiO₂ und die alkalische Komponente werden vorzugsweise erst unmittelbar (60 bis 1 s) vor der Benutzung des Poliermittels zusammengemischt, so dass das Poliermittel erst am Einsatzort („point of use”) entsteht. Diese Maßnahme wirkt einer Gelbildung entgegen.
Verbrauchte Konditionier-Beläge lassen sich – sofern sie z. B. in Tuchform vorliegen, relativ einfach von der Läuferscheibe lösen und durch neue ersetzen.
Besonders vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Läuferscheibe ist, dass die im Belag enthaltenen Abrasive sehr fein sind, sich in einem Größenbereich von 0,1–1 μm Partikeldurchmesser bewegen und aus einem relativ weichem Material wie CeO₂ bestehen, um sicherzustellen, dass das DSP- oder CMP-Poliertuch lediglich ”aufgefrischt” wird, das heißt die Oberfläche (Poren) von Ablagerungen und Verfüllungen frei gehalten wird, aber kein wesentlicher Materialabtrag (kein typisches Tuchdressing bzw. keine typische Tuchkonditionierung) des Poliertuchs erfolgt.
Es findet lediglich eine ständige In-Situ-Tuchreinigung an der Tuchoberfläche und damit eine Homogenisierung des Polierprozesses statt ohne zusätzliche Abriebspartikel, welche zur Kratzerbildung führen könnten, zu erzeugen.
Im Folgenden wird die erfindungswesentliche Läuferscheibe anhand von Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine Läuferscheibe mit zwei Ausführungsformen von teilflächigen Konditionierelementen.
2 zeigt eine Läuferscheibe mit vollflächigem Konditionierelement.
Läuferscheibe 1 weist drei Aussparungen 2 zur Aufnahme von Halbleiterscheiben auf. 31 zeigt einen ringförmigen Belag, der um den Rand einer Aussparung 2 herumführt. Während der Politur in einer Doppelseitenpoliermaschine bewegt sich die Läuferscheibe 1 auf einer zykloidischen Bahnkurve. Der Belag 31 kommt während eines Polierzyklus ständig mit dem Poliertuch in Berührung, so dass dieses in-situ gereinigt wird.
32 zeigt eine weitere Ausführungsform für einen Belag, der den Rand zweier Aussparungen 2 nur teilweise berührt.
Beliebige andere Konfigurationen für ein teilflächiges Anbringen von Belägen sind denkbar.
Läuferscheibe 1 weist drei Aussparungen 2 zur Aufnahme von Halbleiterscheiben auf. 33 zeigt einen Belag über die gesamte Oberfläche der Läuferscheibe 1. Die Läuferscheibe ist vollflächig mit dem Belag versehen.
Beispielsweise kann die Läuferscheibe dazu mit Polyurethanschaum oder mit einem harten Kunststoff vollflächig oder teilflächig beschichtet sein. In diese Beschichtung werden weiche Abrasive eingebracht.
Alternativ können Tücher enthaltend weiche Abrasive, die z. B. in Form von Folien zur Verfügung stehen, entsprechend zugeschnitten und auf die Läuferscheibe geklebt werden.
Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Läuferscheiben in einem Verfahren zum beidseitigen Polieren einer Halbleiterscheibe, umfassend Polieren einer Vorderseite der Halbleiterscheibe unter Verwendung eines Poliertuchs mit fest gebundenen Abrasiven und gleichzeitige Politur einer Rückseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das keine Abrasive enthält, bei dem jedoch ein Abrasive enthaltendes Poliermittel zwischen Poliertuch und Rückseite der Halbleiterscheibe gebracht wird.
Vorzugsweise erfolgt nachfolgend in einem zweiten Schritt ein Polieren der Rückseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das fest gebundene Abrasive beinhaltet sowie gleichzeitige Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, welches keine fest gebundenen Abrasive enthält, wobei ein Abrasive enthaltendes Poliermittel zwischen Poliertuch und Vorderseite der Halbleiterscheibe gebracht wird.
Dieses Verfahren sieht also einen kombinierten simultanen Doppelseitenpolierprozess vor, indem simultan eine FAP-Politur und eine CMP-Politur eimal an Vorderseite/Rückseite und anschließend an Rückseite/Vorderseite stattfinden. Durch das neue Verfahren kann auf den herkömmlichen DSP-Schritt und den nachfolgenden separaten CMP-Schritt verzichtet werden.
Ein solches Verfahren lässt sich auf bestehenden Anlagen zur Doppelseitenpolitur von Halbleiterscheiben durchführen, z. B. auf einer handelsüblichen Doppelseiten-Poliermaschine des Typs AC2000 von Fa. Peter Wolters, Rendsburg (Deutschland), die mit erfindungsgemäßen Läuferscheiben ausgestattet sind, welche nur einseitig vollflächig oder teilflächig mit Abrasiven belegt ist.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Poliertuch verwendet, das einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält (FAP- oder FA-Tuch bzw. FA-Pad).
Geeignete Abrasivstoffe umfassen beispielsweise Partikel von Oxiden der Elemente Cer, Aluminium, Silicium, Zirkon sowie Partikel von Hartstoffen wie Siliciumcarbid, Bornitrid und Diamant.
Die Korngrößen der verwendeten FAP-Poliertücher (Größe der fest gebundenen Abrasive/Partikel) sind vorzugsweise größer oder gleich 0,1 μm und kleiner oder gleich 1,0 μm.
Besonders bevorzugt ist eine Partikelgröße von 0,1–0,6 μm.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Partikelgröße von 0,1–0,25 μm.
Ein Polierteller der Doppelseitenpoliermaschine ist mit einem solchen FAP-Tuch ausgestattet.
Der zweite Polierteller der Doppelseitenpoliermaschine ist mit einem herkömmlichen CMP-Poliertuch beaufschlagt.
Bei den verwendeten CMP-Poliertüchern handelt es sich um Poliertücher mit einer porösen Matrix.
Vorzugsweise besteht das Poliertuch aus einem thermoplastischen oder hitzehärtbaren Polymer. Als Material kommt eine Vielzahl an Werkstoffen in Betracht, z. B. Polyurethane, Polycarbonat, Polyamid, Polyacrylat, Polyester usw.
Vorzugsweise beinhaltet das Poliertuch festes, mikro-poröses Polyurethan.
Bevorzugt ist auch die Verwendung von Poliertüchern aus verschäumten Platten oder Filz- oder Fasersubstraten, die mit Polymeren imprägniert sind.
Beschichtete/Imprägnierte Poliertücher können auch so ausgestaltet sein, dass es im Substrat eine andere Porenverteilung und -größen aufweist als in der Beschichtung.
Die Poliertücher können weitgehend eben oder auch perforiert sein.
Um die Porosität des Poliertuchs zu steuern, können Füllstoffe in das Poliertuch eingebracht sein.
Kommerziell erhältliche Poliertücher sind z. B. das SPM 3100 von Rodel Inc. oder die Tücher der DCP-Serie sowie die Tücher der Marken IC1000^TM, Polytex^TM oder SUBA^TM von Rohm & Hass.
Vorzugweise ist die bei dieser Doppelseitenpolitur eingesetzte Läuferscheibe nur auf einer Seite teilflächig mit Tüchern oder Tuchsegmenten, enthaltend fest darin gebundene Abrasive, beaufschlagt, wobei es bei der Doppelseitenpolitur so eingesetzt wird, dass nur das Poliertuch, das keine Abrasive enthält, also das herkömmliche CMP-Poliertuch konditioniert wird.
Vorzugweise ist die bei dieser Doppelseitenpolitur eingesetzte Läuferscheibe nur auf einer Seite vollflächig mit Tüchern oder Tuchsegmenten, enthaltend fest darin gebundene Abrasive, beaufschlagt, wobei es bei der Doppelseitenpolitur so eingesetzt wird, dass nur das Poliertuch, das keine Abrasive enthält, also das herkömmliche CMP-Poliertuch, konditioniert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2003054650 A [0008]
- DE 10007390 A1 [0008]
- JP 57041164 [0011]
- EP 0197214 A2 [0011]
- EP 0208315 B1 [0011, 0012]
- DE 102007049811 A1 [0013, 0015]
- US 5904615 A [0021]
- US 5906754 A [0021]
- US 5906754 [0021]
- WO 92/13680 A1 [0073]
- US 2005/227590 A1 [0073]
- US 6602117 B1 [0075]

Claims

Läuferscheibe, geeignet zur Aufnahme einer oder mehrerer Scheiben aus einem Halbleitermaterial zu deren Bearbeitung in Poliermaschinen, umfassend einen Kern aus einem ersten Material, das eine hohe Steifigkeit aufweist, der vollständig oder teilweise mit einem Belag versehen ist, sowie wenigstens eine Aussparung zur Aufnahme einer Halbleiterscheibe, dadurch gekennzeichnet, dass der Belag fest gebundene Abrasive mit einer mittleren Partikelgröße von 0,1 bis 1,0 μm aus einem zweiten Material umfasst und das zweite Material eine geringere Mohsche Härte aufweist als das Halbleitermaterial.
Läuferscheibe nach Anspruch 1, wobei das zweite Material eine Mohsche Härte von kleiner oder gleich 6 aufweist.
Verwendung einer Läuferscheibe nach Anspruch 1 oder 2 zur Konditionierung eines Poliertuchs in einer Poliermaschine.
Verfahren zur Politur einer Halbleiterscheibe unter Verwendung einer Läuferscheibe nach Anspruch 1, wobei eine in einer Aussparung der Läuferscheibe befindliche Halbleiterscheibe gegen ein Poliertuch gedrückt wird und gleichzeitig das Poliertuch durch die Beschichtung der Läuferscheibe konditioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei es sich um eine gleichzeitig beidseitige Politur der Halbleiterscheibe handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei ein Poliermittel zwischen Poliertuch und Halbleiterscheibe gebracht wird, das 0,1 bis 0,4 Gew.-% SiO₂ und 0,1 bis 0,9 Gew.-% einer alkalischen Komponente enthält.