DE102010013520B4

DE102010013520B4 - Verfahren zur beidseitigen Politur einer Halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE102010013520B4
Application number: DE102010013520A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schwandner; Thomas Buschhardt; Roland Koppert
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2013-02-07
Anticipated expiration: 2030-04-01
Also published as: CN102205520A; CN102205520B; TWI464796B; SG174718A1; US20110244762A1; JP2011216887A; JP5331844B2; DE102010013520A1; TW201140678A; KR101229707B1; US8721390B2; KR20110110019A

Abstract

Verfahren zur beidseitigen Politur einer Halbleiterscheibe, umfassend eine simultan beidseitige Politur einer in einer Aussparung einer Läuferscheibe befindlichen Halbleiterscheibe zwischen einem mit einem ersten Poliertuch belegten oberen Polierteller und einem mit einem zweiten Poliertuch belegten unteren Polierteller, wobei die in der Läuferscheibe befindliche Halbleiterscheibe während der Politur zeitweilig mit einem Teil ihrer Fläche aus dem von oberen und unteren Polierteller gebildeten Arbeitsspalt herausragt, wobei beide Poliertücher eine regelmäßige Anordnung von Kanälen einer Breite und einer Tiefe von 0,5 bis 2 mm aufweisen, so dass sich auf den Poliertüchern eine schachbrettartige Anordnung von quadratischen Segmenten bildet, wobei das erste, auf dem oberen Polierteller befindliche Poliertuch Segmente von größer als 20 mm × 20 mm und das zweite, auf dem unteren Polierteller befindliche Poliertuch Segmente von kleiner oder gleich 20 mm × 20 mm aufweist, wobei beide Poliertücher auf den Segmenten Abrasive von Oxiden eines Elements ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus...

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur beidseitigen Politur einer Halbleiterscheibe (Wafer).
Nach Schleif-, Reinigungs- und Ätzschritten an einer von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe erfolgt gemäß dem Stand der Technik eine Glättung der Oberfläche der Halbleiterscheiben durch Politur.
Beim Einseitenpolieren („single-side polishing” oder kurz SSP) werden Halbleiterscheiben während der Bearbeitung rückseitig auf einer Trägerplatte mit Kitt, durch Vakuum oder mittels Adhäsion gehalten und auf der anderen Seite einer Politur unterzogen.
Bei der Doppelseitenpolitur (DSP) werden Halbleiterscheiben lose in eine dünne Läuferscheibe eingelegt und vorder- und rückseitig simultan „frei schwimmend” zwischen einem oberen und einem unteren, jeweils mit Poliertuch belegten Polierteller poliert. Dieses Polierverfahren erfolgt unter Zufuhr einer Poliermittelsuspension, meist in der Regel auf Basis eines Kieselsols. Bei der DSP werden Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe simultan gleichzeitig poliert.
Eine geeignete Doppelseitenpoliermaschine ist offenbart in DE 100 07 390 A1 . Ein Verfahren zur Doppelseitenpolitur ist beispielsweise in DE 100 18 338 C1 offenbart.
Ebenfalls im Stand der Technik bekannt ist das sog. Polieren mit fest gebundenen Abrasiven („Fixed Abrasive Polishing”, FAP), bei dem die Halbleiterscheibe auf einem Poliertuch poliert wird, das im Gegensatz zu DSP- oder CMP-Poliertüchern einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält („Fixed Abrasive” oder FA-Tuch). Auf die Zugabe einer Poliermittelsuspension wie bei DSP kann bei FAP grundsätzlich verzichtet werden. Verfahren zum Polieren mit fest gebundenen Abrasiven werden beispielsweise in DE 10 2007 035 266 A1 und US 2003 0 104 698 A1 offenbart.
Die deutsche Patentanmeldung DE 102 007 035 266 A1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren zum Polieren eines Substrates aus Siliciummaterial, umfassend zwei Polierschritte mit FA-Tüchern, 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.
Nach DSP oder FAP werden die Vorderseiten der Halbleiterscheiben in der Regel schleierfrei poliert. Dies erfolgt mit einem weicheren Poliertuch unter Zuhilfenahme eines alkalischen Poliersols. In der Literatur wird dieser Schritt oft als CMP-Politur bezeichnet. CMP-Verfahren sind beispielsweise offenbart in US 2002-0077039 , DE 101 22 283 A1 sowie in US 2008-0305722 .
Bei der DSP befinden sich die Halbleiterscheiben in Läuferscheiben, welche üblicherweise dünner als die Halbleiterscheiben sind. DE 199 05 737 A1 beansprucht ein Verfahren der Doppelseitenpolitur, bei dem die Eingangsdicke der Halbleiterscheibe 20 bis 200 μm größer ist als die Läuferscheibendicke. Man spricht davon, dass die Halbleiterscheibe im „Überstand” poliert wird. Die Läuferscheiben beim Doppelseitenpolieren besitzen üblicherweise eine Dicke von 400 bis 1200 μm.
Üblicherweise ist das auf dem unteren Polierteller befindliche Poliertuch mit der Vorderseite der zu polierenden Halbleiterscheibe in Kontakt, während die Rückseite der Halbleiterscheibe das auf dem oberen Polierteller befindliche Poliertuch berührt.
In DE 100 04 578 C1 wird vorgeschlagen, unterschiedliche Poliertücher für oberes und unteres Polierteller zu verwenden. Das am oberen Polierteller haftende Poliertuch ist mit einem Netzwerk an Kanälen durchsetzt, während das am unteren Polierteller haftende Poliertuch keine solche Texturierung, sondern eine glatte Oberfläche aufweist.
Durch die Texturierung des oberen Poliertuchs wird eine verbesserte Verteilung des eingesetzten Poliermittels erreicht. Die Poliermittelzuführung erfolgt üblicherweise von oben nach unten. Das Poliermittel fließt also durch die Kanäle des oberen Poliertuchs und dann vom oberen Poliertuch durch Aussparungen bzw. Öffnungen der Läuferscheibe zum unteren Poliertuch bzw. zur Vorderseite der Halbleiterscheibe.
Außerdem wird durch die Kanäle des oberen Poliertuchs ein Anhaften der Rückseite der Halbleiterscheibe am oberen Poliertuch unterbunden. Das obere Poliertuch umfasst gemäß DE 100 04 578 C1 eine regelmäßige schachbrettartige Anordnung von Kanälen mit einer Segmentgröße von 5 mm × 5 mm bis 50 mm × 50 mm und einer Kanalbreite und -tiefe von 0,5 bis 2 mm. Mit dieser Anordnung wird unter einem Polierdruck bevorzugt von 0,1 bis 0,3 bar poliert.
Allerdings bildet sich durch ein Vorgehen gemäß DE 100 04 578 C1 ein unsymmetrischer Polierabtrag am äußeren Rand der Halbleiterscheibe an den gegenüberliegenden Seiten (Rückseite und Vorderseite) aus.
Es hat sich gezeigt, dass ein sog. Edge Roll-off (Randabfall bezüglich der Dicken) resultiert, der an der Vorderseite der Halbleiterscheibe stärker ausgeprägt ist als auf der Rückseite.
Aufgabe der Erfindung war es, unsymmetrische Polierabträge im Randbereich der Halbleiterscheibe bei DSP zu vermeiden.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur beidseitigen Politur einer Halbleiterscheibe, umfassend eine simultan beidseitige Politur einer in einer Aussparung einer Läuferscheibe befindlichen Halbleiterscheibe zwischen einem mit einem ersten Poliertuch belegten oberen Polierteller und einem mit einem zweiten Poliertuch belegten unteren Polierteller, wobei die in der Läuferscheibe befindliche Halbleiterscheibe während der Politur zeitweilig mit einem Teil ihrer Fläche aus dem von oberen und unteren Polierteller gebildeten Arbeitsspalt herausragt, wobei beide Poliertücher eine regelmäßige Anordnung von Kanälen einer Breite und einer Tiefe von 0,5 bis 2 mm aufweisen, so dass sich auf den Poliertüchern eine schachbrettartige Anordnung von quadratischen Segmenten bildet, wobei das erste, auf dem oberen Polierteller befindliche Poliertuch Segmente von größer als 20 mm × 20 mm und das zweite, auf dem unteren Polierteller befindliche Poliertuch Segmente von kleiner oder gleich 20 mm × 20 mm aufweist, wobei beide Poliertücher auf den Segmenten Abrasive von Oxiden eines Elements ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silicium, Aluminium und Cer, mit einer mittleren Größe von 0,1 bis 1,0 μm beinhalten und wobei während der Politur eine Poliermittellösung zugeführt wird, die frei von Feststoffen ist und deren pH-Wert durch entsprechende Zufuhr einer alkalischen Komponente in einem Bereich von 11 bis 13,5 variiert werden kann, wobei in einem ersten Schritt eine Poliermittellösung mit einem pH von 11–12,5 und in einem zweiten Schritt eine Poliermittellösung mit einem pH von größer oder gleich 13 zugeführt wird.
Bevorzugte Ausführungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Die Erfindung sieht vor, eine Doppelseitenpolitur mittels speziell präparierter Poliertücher, die fest gebundene Abrasive von Oxiden eines Elements ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silicium, Aluminium und Cer, enthalten.
Die Poliertücher sind so zugeschnitten, dass ein Waferüberlauf oben und unten realisiert werden kann. Waferüberlauf bedeutet, dass der Wafer während der Politur zeitweilig mit einem Teil seiner Fläche aus dem von oberen und unteren Polierteller gebildeten Arbeitsspalt herausragt.
Das obere und das untere Poliertuch weisen unterscheidliche Texturierungen auf. Das auf dem oberen Polierteller befindliche Tuch weist Segmente von größer als 20 mm × 20 mm auf, während das auf dem unteren Polierteller befindliche Tuch Segmente von kleiner oder gleich 20 mm × 20 mm aufweist. Das untere Poliertuch weist kleinere Nutabstände auf. Der Abstand zweier Kanäle oder Nuten ist durch die Seitenlänge eines quadratischen Segments gegeben.
Vorzugsweise sind die Nutkanten zur Tuchoberseite hin abgerundet, weisen also einen bestimmten Rundungsradius auf, um eine Abbildung der die Nuten definierenden „harten Kanten” auf die zu polierenden Seiten der Halbleiterscheibe, vor allem auf deren Vorderseite, zu unterbinden. Eine solche Aufprägung der Nutkanten auf die Halbleiteroberfläche könnte sich nanotopologiekritisch auswirken.
Die Segmente sind durch eine regelmäßige Anordnung von Kanälen oder Nuten auf einer Oberfläche des Poliertuchs gegeben. Die Erzeugung der Kanäle erfolgt mittels geeigneter mechanische oder chemischer Verfahren wie z. B. Fräsen oder Ätzen.
Der pH-Wert der im ersten Teil der Politur zugeführten Poliermittellösung, die frei von Feststoffen ist, ist variabel, indem die Zugabe der alkalischen Komponente entsprechend gesteuert wird.
Durch den variablen pH-Wert wird die Abtragsrate gesteuert.
Ziel ist es, eine möglichst ebene Halbleiterscheibe ohne Keiligkeitsunterschiede, ohne Unebenheiten im Randbereich (Edge Roll-off) zu erzeugen.
Erfindungswesentlich ist es, den Polierprozess zu stoppen, indem der pH-Wert der alkalischen Poliermittellösung auf 13 und höher gesteigert wird.
In diesem Stoppschritt wird die Oberlächenrauhigkeit der Halbleiterscheibe reduziert. Dies betrifft insbeondere die langwellige Oberflächenrauhigkeit.
Bis auf die unterschiedliche Strukturierung weisen die beiden Poliertücher die gleichen materialspezifischen Eigenschaften 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.
Die in beiden Poliertüchern enthaltenen Abrasive befinden sich auf den Segmenten, also auf den Erhebungen zwischen den Nuten bzw. Kanälen.
Bei den Abrasiven handelt es sich vorzugsweise um Oxide von Silicium, insbesondere SiO₂.
Die Doppelseitenpolitur erfolgt mittels Planetenkinematik. Dies bedeutet, dass die Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Aussparung einer mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzten Läuferscheibe liegt und dadurch auf einer zykloidischen Bahnkurve bewegt wird, während die Halbleiterscheibe zwischen oberem und unterem Polierteller poliert wird.
Die Erfindung ermöglicht es, eine optimale Randgeometrie (Edge Roll-off) auf Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe zu erzielen. Es hat sich gezeigt, dass die im Stand der Technik beobachteten ungleichmäßigen Polierabträge im Randbereich der Halbleiterscheibe durch das erfindungsgemäße Verfahren gänzlich vermieden werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, im Stand der Technik der DSP verwendetes Kieselsol einzusparen.
Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe werden simultan gleichzeitig poliert.
Dazu eignen sich herkömmliche DSP-Poliermaschinen, wobei die verwendeten Poliertücher Abrasive enthalten und oberes und unteres Poliertuch unterschiedlich strukturiert sind.
Während des Polierschrittes wird eine Poliermittellösung, die frei von Feststoffen ist, zwischen die zu polierenden Seiten der Halbleiterscheibe und die beiden Poliertücher gebracht.
Die Poliermittellösung umfasst Wasser, vorzugsweise jedoch deionisiertes Wasser (DIW) mit der für die Verwendung in der Halbleiterindustrie üblichen Reinheit. Die Poliermittellösung enthält darüber hinaus vorzugsweise Verbindungen wie Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebige Mischungen davon.
Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung von Kaliumcarbonat.
Der pH-Wert der Poliermittellösung liegt in einem Bereich von 11 bis etwa 13,5 und wird durch entsprechende Zugabe der genannten Verbindungen in diesem pH-Wertbereich variiert.
Der Anteil der genannten Verbindungen wie z. B. Kaliumcarbonat in der Poliermittellösung beträgt vorzugsweise 0,01 bis·10 Gew.-%.
In einem ersten Schritt wird eine Poliermittellösung mit einem pH von 11–12,5 zugeführt.
In diesem Schritt erfolgt der Materialabtrag auf den beiden Seiten der Halbleiterscheibe.
In einem zweiten Schritt wird eine Poliermittellösung mit einem pH-Wert von größer oder gleich 13 zugeführt. Dadurch wird der Materialabtrag gestoppt.
Vorzugsweise wird in einem dritten Schritt eine Poliermittellösung mit einem pH-Wert von kleiner oder gleich 11,5 zugeführt. Ein solcher Schritt dient der Vorbereitung der vorzugsweise daran anschließenden Politur unter Zufuhr einer Poliermittelsuspension.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren nämlich weiterhin eine simultan beidseitige Politur der Halbleiterscheibe auf den selben Poliertüchern, bei der statt der Poliermittellösung eine Poliermittelsuspension zugeführt wird, die Abrasive von Oxiden eines Elements ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silicium, Aluminium und Cer, umfasst, wobei in einem ersten Schritt eine Poliermittelsuspension mit einer mittleren Größe der Abrasive von 15–30 nm und in einem zweiten Schritt eine Poliermittelsuspension mit einer mittleren Größe der Abrasive, die größer ist als die mittlere Abrasivgröße der im ersten Schritt verwendeten Poliermittelsuspension, von vorzugsweise 35–70 nm verwendet wird.
Diese zusätzliche Politur dient zum einen der Reduzierung des durch die FAP-Politur induzierten Mikrodamages und zum anderen der Defekt- und Kratzerminimierung und zur Reduzierung der kurzwelligen Oberflächenrauheiten.
Bei dieser zusätzlichen simultanen Doppelseitenpolitur wird eine Poliermittelsuspension zugeführt, die Abrasive enthält.
Die Größenverteilung der Abrasivstoff-Teilchen ist vorzugsweise monomodal ausgeprägt.
Der Abrasivstoff besteht aus einem das Substratmaterial mechanisch abtragendem Material, vorzugsweise aus einem oder mehreren der Oxide der Elemente Aluminium, Cer oder Silicium.
Der Anteil des Abrasivstoffes in der Poliermittelsuspension beträgt vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,25 bis 1 Gew.-%.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung von kolloid-disperser Kieselsäure als Poliermittelsuspension.
Zum Einsatz können beispielsweise die wässrigen Poliermittel Levasil^® von der Fa. H. C. Starck sowie Glanzox 3900^® von der Fa. Fujimi kommen. Levasil^® ist eine eingetragene Marke der Bayer AG, Leverkusen, Lizenz H. C. Starck GmbH.
Die durchschnittliche Partikelgröße von Levasil^® beträgt je nach Typ 5–75 nm. Die Verwendung von Levasil^® ist also für beide Polierschritte geeignet, wobei im ersten Schritt Levasil^® mit Teilchengrößen von 15–30 nm und im zweiten Schritt Levasil^® mit Teilchengrößen von 35–70 nm verwendet wird.
Glanzox 3900^® ist der Produktname für eine Poliermittelsuspension, die von Fujimi Incorporated, Japan, als Konzentrat angeboten wird. Die Basislösung dieses Konzentrats hat einen pH-Wert von 10,5 und enthält ca. 9 Gew.-% kolloidales SiO₂.
Vorzugsweise enthält das Poliermittel Zusätze wie Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH).
Die Poliermittelsuspension kann aber einen oder mehrere weitere Zusätze enthalten, beispielsweise oberflächenaktive Additive wie Netzmittel und Tenside, als Schutzkolloide wirkende Stabilisatoren, Konservierungsmittel, Biozide, Alkohole und Komplexbildner.
Vorzugsweise aber nicht notwendigerweise wird im erfindungsgemäßen Verfahren eine andere Art der Poliermittelzuführung bzw. -versorgung benutzt. Der untere Polierteller wird unabhängig vom oberen Polierteller mit frischem Poliermittel versorgt. Dazu sieht der untere Polierteller ebenfalls eine Poliermitteldurchführung sowie eine separate Poliermittelförderung vor.
Besonders geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Poliermaschine AC2000 von Fa. Peter Wolters, Rendsburg (Deutschland).
Diese Poliermaschine ist ausgestattet mit einer Stiftverzahnung des äußeren und inneren Kranzes zum Antrieb der Läuferscheiben. Die Anlage kann für eine oder mehrere Läuferscheiben ausgelegt sein. Wegen des höheren Durchsatzes ist eine Anlage für mehrere Läuferscheiben bevorzugt, wie sie beispielsweise in der DE 100 07 390 A1 beschrieben ist und bei der sich die Läuferscheiben auf einer Planetenbahn um das Anlagenzentrum bewegen. Zur Anlage gehören ein unterer und ein oberer Polierteller, die horizontal frei drehbar und mit Poliertuch bedeckt sind. Während der Politur befinden sich die Halbleiterscheiben in den Aussparungen der Läuferscheiben und zwischen den beiden Poliertellern, die sich drehen und einen bestimmten Polierdruck auf sie ausüben, während ein Poliermittel (Suspension oder Lösung) kontinuierlich zugeführt wird. Dabei werden auch die Läuferscheiben in Bewegung versetzt, vorzugsweise über sich drehende Stiftkränze, die in Zähne am Umfang der Läuferscheiben eingreifen.
Eine typische Läuferscheibe umfasst Aussparungen zur Aufnahme von drei Halbleiterscheiben. Am Umfang der Aussparungen befinden sich Einlagen bzw. sogenannte Läuferscheibenausspritzungen, die die bruchempfindlichen Kanten der Halbleiterscheiben schützen sollen, insbesondere auch vor einer Freisetzung von Metallen vom Läuferscheibenkörper.
Der Läuferscheibenkörper kann beispielsweise aus Metall, Keramik, Kunststoff, faserverstärktem Kunststoff oder aus Metall bestehen, das mit Kunststoff oder mit einer diamantartigen Kohlenstoffschicht („diamond like carbon”, DLC-Schicht) beschichtet ist. Bevorzugt sind jedoch Stähle, besonders bevorzugt rostfreier Chromstahl.
Die Aussparungen sind vorzugsweise für die Aufnahme einer ungeraden Anzahl von Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von mindestens 200 mm, vorzugsweise 300 mm, ganz besonders bevorzugt 450 mm und Dicken von 500 bis 1000 μm ausgelegt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert.
1 zeigt schematisch den Aufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2 zeigt Ausführungen des Waferüberlaufs.
Bezugszeichenliste

11: Poliertuch auf unterem Polierteller
12: Poliertuch auf oberem Polierteller
21: unterer Polierteller
22: oberer Polierteller
31: innerer Zahnkranz
32: äußerer Zahnkranz
4: Halbleiterscheibe(n)
5: Überlauf
6: Läuferscheibe(n)
7: Polier-/Anpressdruck

1 zeigt schematisch Halbleiterscheiben 4 in Aussparungen von Läuferscheiben 61 und 62, die mittels innerem Zahnkranz 31 und äußerem Zahnkranz 32 bewegt werden. Auf unterem Polierteller 21 befindet sich Poliertuch 11. Auf oberem Polierteller 22 befindet sich Poliertuch 12. Polierteller 22 wird mit Poliertuch 12 mit Richtung des Polier-/Anpressdruckes 7 gegen Läuferscheiben 61 und 62, Halbleiterscheiben 4 und unterem Polierteller 21 mit Poliertuch 11 gedrückt. Halbleiterscheibe 41 ragt über die Begrenzungen von Poliertüchern 11 und 12 hinaus (Überlauf 5).
2 zeigt Ausführungsformen des Überlaufs.
2A zeigt Halbleiterscheibe 42 in Läuferscheibe 63 mit unterem Poliertuch 11 und oberem Poliertuch 12 zwischen innerem Zahnkranz 31 und äußerem Zahnkranz 32. Halbleiterscheibe 42 ragt über das obere Poliertuch 12 hinaus (Überlauf 51).
2B zeigt Halbleiterscheibe 42 in Läuferscheibe 63 mit unterem Poliertuch 11 und oberem Poliertuch 12 zwischen innerem Zahnkranz 31 und äußerem Zahnkranz 32. Halbleiterscheibe 42 ragt über das untere Poliertuch 11 hinaus (Überlauf 52).
2C zeigt Halbleiterscheibe 42 in Läuferscheibe 63 mit unterem Poliertuch 11 und oberem Poliertuch 12 zwischen innerem Zahnkranz 31 und äußerem Zahnkranz 32. Halbleiterscheibe 42 ragt über das obere Poliertuch 12 und über das untere Poliertuch 11 hinaus (Überlauf 53).
2D zeigt Halbleiterscheibe 42 in Läuferscheibe 63 mit unterem Poliertuch 11 und oberem Poliertuch 12 zwischen innerem Zahnkranz 31 und äußerem Zahnkranz 32. Halbleiterscheibe 42 ragt über das obere Poliertuch 12 und über das untere Poliertuch 11 hinaus. Überlauf 54 ist bezüglich des oberen Poliertuchs 12 stärker ausgeprägt.
2E zeigt Halbleiterscheibe 42 in Läuferscheibe 63 mit unterem Poliertuch 11 und oberem Poliertuch 12 zwischen innerem Zahnkranz 31 und äußerem Zahnkranz 32. Halbleiterscheibe 42 ragt über das obere Poliertuch 12 und über das untere Poliertuch 11 hinaus. Überlauf 55 ist bezüglich des unteren Poliertuchs 11 stärker ausgeprägt.
Im Folgenden wird dargstellt, wie sich das erfindungsgemäße Doppelseitenpolieren bevorzugt in eine Fertigungssequenz zur Herstellung von Halbleiterwafern integrieren lässt.
Zunächst wird eine Halbleiterscheibe von einem mittels CZ oder FZ gewachsenen Einkristall aus Halbleitermaterial abgetrennt. Das Abtrennen der Halbleiterscheibe erfolgt vorzugsweise mit einer Drahtsäge. Das Abtrennen der Halbleiterscheibe mittels Drahtsäge erfolgt wie z. B. aus US 4655191 , EP 522 542 A1 , DE 39 42 671 A1 oder EP 433 956 A1 bekannt.
Bei dem gewachsenen Einkristall aus Halbleitermaterial handelt es sich vorzugsweise um einen Einkristall aus Silicium. Bei der Halbleiterscheibe handelt es sich vorzugsweise um eine monokristalline Siliciumscheibe.
Vor Anwendung der erfindungsgemäßen Politur wird vorzugsweise wie folgt vorgegangen:
Zunächst wird eine Halbleiterscheibe von einem mittels CZ oder FZ gewachsenen Einkristall aus Halbleitermaterial abgetrennt. Das Abtrennen der Halbleiterscheibe erfolgt vorzugsweise mit einer Drahtsäge. Das Abtrennen der Halbleiterscheibe mittels Drahtsäge erfolgt wie z. B. aus US 4655191 , EP 522 542 A1 , DE 39 42 671 A1 oder EP 433 956 A1 bekannt.
Bei dem gewachsenen Einkristall aus Halbleitermaterial handelt es sich vorzugsweise um einen Einkristall aus Silicium. Bei der Halbleiterscheibe handelt es sich vorzugsweise um eine monokristalline Siliciumscheibe.
Anschließend erfolgen Bearbeitungen der Kante der Halbleiterscheibe sowie der beiden Oberflächen.
Vorzugsweise wird die Kante der Halbleiterscheibe mit einem grobem Schleifmittel verrundet.
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 102 006 048 218 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 vorzugsweise eine grobe Körnung auf. Nach JIS R 6001:1998 beträgt die Körnung (in Siebgrößen) #240–#800.
Die mittlere Korngröße beträgt 20–60 um, vorzugsweise 25–40 μm, ganz besonders bevorzugt 25–30 μm oder 30–40 μm.
Nach dem Kantenverrunden erfolgt vorzugsweise eine beidseitige Material abtragende Bearbeitung der von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe mit einem groben Schleifmittel.
Dazu eignet sich beispielsweise PPG (Planetary Pad Grinding).
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. Es handelt sich um ein Verfahren mit Planetenkinematik wie DSP.
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 bei 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.
Vorzugsweise erfolgt anschließend ein zweites PPG-Schleifen der Halbleiterscheibe, wobei ein Schleiftuch mit feinerer Körnung als zuvor verwendet wird.
Die mittlere Korngröße des Schleifmittels liegt in diesem Fall bei 0,5–10 μm, vorzugsweise 0,5–7 μm, besonders bevorzugt 0,5–4 μm und ganz besonders bevorzugt 0,5–2 μm.
Daran kann sich ein zweites Kantenverrunden mit einem feineren Schleifmittel anschließen.
Beim zweiten Kantenverrunden wird also ein Schleifwerkzeug mit 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 einem weiteren Schritt kann eine Behandlung beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem ätzenden Medium bei einem Materialabtrag von nicht mehr als 1 μm pro Seite der Halbleiterscheibe erfolgen.
Der minimale Materialabtrag pro Seite der Halbleiterscheibe beträgt vorzugsweise 1 Monolage, d. h. etwa 0,1 nm.
Vorzugsweise erfolgt eine nasschemische Behandlung der Halbleiterscheibe mit einem sauren Medium.
Als saure Medien eignen sich wässrige Lösungen von Flusssäure, Salpetersäure oder Essigsäure.
Die beschriebenen Reinigungs- und Ätzverfahren erfolgen vorzugsweise als Einzelscheibenbehandlung.
Daraufhin erfolgt die Doppelseitenpolitur gemäß erfindungsgemäßen Verfahrens.
Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe werden simultan gleichzeitig poliert.
Dazu eignen sich herkömmliche DSP-Poliermaschinen, wobei die verwendeten Poliertücher erfindungsgemäß ausgestaltet sind. Nach der erfindungsgemäßen Doppelseitenpolitur erfolgt vorzugsweise eine Politur der Kante der Halbleiterscheibe.
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.
Das bei der Kantenpolitur verwendete Poliertuch kann mit fest gebundenen Abrasiven (FAP-Poliertuch) beaufschlagt sein. In diesem Fall erfolgt die Politur unter kontinuierlicher Zuführung einer Poliermittellösung, die keine Feststoffe enthält.
Der Abrasivstoff besteht aus einem das Substratmaterial mechanisch abtragendem Material, vorzugsweise aus einem oder mehreren der Oxide der Elemente Aluminium, Cer oder Silicium.
Daneben kann sich auf dem gleichen FAP-Poliertuch ein kurzer Polierschritt mit sanft abtragendem Kieselsol (z. B. Glanzox) anschließen, um eine Reduzierung der Kantenrauheit und -defektraten zu realisieren.
Abschließend erfolgt vorzugsweise eine chemisch-mechanische Politur (CMP) wenigstens der Vorderseite der Halbleiterscheibe.
Vorzugsweise werden in diesem Schritt beide Seiten der Halbleiterscheibe mittels CMP poliert. Dazu eignet sich eine herkömmliche DSP-Poliermaschine, bei der allerdings statt der herkömmlichen DSP-Abtragspoliertücher weichere CMP-Poliertücher verwendet werden.

Claims

Verfahren zur beidseitigen Politur einer Halbleiterscheibe, umfassend eine simultan beidseitige Politur einer in einer Aussparung einer Läuferscheibe befindlichen Halbleiterscheibe zwischen einem mit einem ersten Poliertuch belegten oberen Polierteller und einem mit einem zweiten Poliertuch belegten unteren Polierteller, wobei die in der Läuferscheibe befindliche Halbleiterscheibe während der Politur zeitweilig mit einem Teil ihrer Fläche aus dem von oberen und unteren Polierteller gebildeten Arbeitsspalt herausragt, wobei beide Poliertücher eine regelmäßige Anordnung von Kanälen einer Breite und einer Tiefe von 0,5 bis 2 mm aufweisen, so dass sich auf den Poliertüchern eine schachbrettartige Anordnung von quadratischen Segmenten bildet, wobei das erste, auf dem oberen Polierteller befindliche Poliertuch Segmente von größer als 20 mm × 20 mm und das zweite, auf dem unteren Polierteller befindliche Poliertuch Segmente von kleiner oder gleich 20 mm × 20 mm aufweist, wobei beide Poliertücher auf den Segmenten Abrasive von Oxiden eines Elements ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silicium, Aluminium und Cer, mit einer mittleren Größe von 0,1 bis 1,0 μm beinhalten und wobei während der Politur eine Poliermittellösung zugeführt wird, deren pH-Wert durch entsprechende Zufuhr einer alkalischen Komponente in einem Bereich von 11 bis 13,5 variiert werden kann, wobei in einem ersten Schritt eine Poliermittellösung mit einem pH von 11–12,5 und in einem zweiten Schritt eine Poliermittellösung mit einem pH von größer oder gleich 13 zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in einem dritten Schritt eine Poliermittellösung mit einem pH von kleiner oder gleich 11,5 zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, wobei in einem dritten Schritt nach Anspruch 1 bzw. in einem 4. Schritt nach Anspruch 2 eine zusätzliche simultan beidseitige Politur der Halbleiterscheibe auf den selben Poliertüchern, bei der statt der Poliermittellösung eine Poliermittelsuspension zugeführt wird, die Abrasive von Oxiden eines Elements ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silicium, Aluminium und Cer, umfasst, wobei in einem ersten Schritt eine Poliermittelsuspension mit einer mittleren Partikelgröße von 15–30 nm und in einem zweiten Schritt eine Poliermittelsuspension mit einer mittleren Partikelgröße von 35–70 nm verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Poliermittellosung oder die Poliermittelsuspension unabhängig voneinander über den unteren und über den oberen Polierteller zugeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Eingangsdicke der Halbleiterscheibe größer ist als eine Dicke der Läuferscheibe.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei bei beiden Poliertüchern die Kanäle abgerundete Kanten am Übergang zur Tuchoberseite beinhalten.