DE102012214998B4

DE102012214998B4 - Verfahren zum beidseitigen Bearbeiten einer Halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE102012214998B4
Application number: DE201210214998
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schwandner
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2014-07-24
Anticipated expiration: 2032-08-24
Also published as: DE102012214998A1

Abstract

Verfahren zur gleichzeitigen beidseitigen materialabtragenden Bearbeitung mindestens einer sich in einer geeignet dimensionierten Aussparung (2) einer Läuferscheibe (1) befindlichen Scheibe aus Halbleitermaterial, die eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, und die beidseitige Bearbeitung zwischen einem mit einer ersten Arbeitsschicht belegten oberen Arbeitsteller und einem mit einer zweiten Arbeitsschicht belegten unteren Arbeitsteller unter Zufuhr eines flüssigen Mediums erfolgt, wobei die Läuferscheibe (1), die eine zu der oberen Arbeitsschicht zugewandte Oberseite (1a) und eine zu der unteren Arbeitsschicht zugewandte Unterseite (1b) hat, mindestens auf ihrer Unterseite (1b) Vertiefungen (3) aufweist, die eine Tiefe haben, die maximal 50% der Dicke der Läuferscheibe (1) entspricht, in die jeweils ein Körper (4), dessen Durchmesser bzw. Diagonale ≤ 10 cm ist, aus dem gleichen Material wie die Scheibe aus Halbleitermaterial mit einer zu der unteren Arbeitsschicht weisenden Oberfläche (4a) eingelegt ist, diese Oberfläche (4a) in Kontakt mit der unteren Arbeitsfläche kommt und dieser Körper (4) dadurch einen Kontakt zwischen der Arbeitsschicht und der Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) verhindert.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Bearbeiten der Vorderseite und der Rückseite mindestens einer Scheibe aus Halbleitermaterial, wobei in die Unterseite oder in die Unterseite und die Oberseite der Läuferscheibe Körper eingelegt sind, die als Abstandshalter zwischen der jeweiligen Läuferscheibenseite und der der jeweiligen Läuferscheibe gegenüberliegenden Arbeitsschicht wirken, so dass ein Kontakt zwischen der Arbeitsschicht und der Läuferscheibenseite vermieden wird.
Bei einer Scheibe aus Halbleitermaterial (Wafer) handelt es sich üblicherweise um eine Siliciumscheibe, oder ein Substrat mit von Silicium abgeleiteten Schichtstrukturen wie beispielsweise Silicium-Germanium (SiGe) oder Siliciumcarbid (SiC). Die Scheiben aus Halbleitermaterial haben eine Vorder- und eine Rückseite sowie – in der Regel – abgerundete Kanten. Die Vorderseite der Scheibe aus Halbleitermaterial ist definitionsgemäß diejenige Seite, auf der in nachfolgenden Kundenprozessen die gewünschten Mikrostrukturen aufgebracht werden.
Scheiben aus Halbleitermaterial (Halbleiterscheiben, Wafer) werden, nach dem Abtrennen (in der Regel mittels einer aus vielen Drahtabschnitten bestehenden Säge) aus einem Einkristall (Ingot) aus Halbleitermaterial, in einer Vielzahl von Prozessschritten wie beispielsweise Schleifen, Reinigen und Ätzen, weiter bearbeitet.
Besonders kritisch in der Fertigung von Scheiben aus Halbleitermaterial ist die Erzielung einer ausreichend guten Ebenheit, insbesondere auch am Rand der Scheibe aus Halbleitermaterial, und die Oberflächenebenheit (Nanotopologie). Die Randebenheit wird insbesondere durch die Dickenabnahme im Randbereich (Randverrundung, edge roll-off) negativ beeinflusst, die daher möglichst gering sein soll.
Bei der Definition der Ebenheit von Siliciumscheiben wird gemäß des in der SEMI-Norm M1-94 von 1994, auf den Seiten 17–21 veröffentlichten Entscheidungsbaumes zwischen globaler Ebenheit (die gesamte Scheibenoberfläche abzüglich eines zu definierenden Randausschlusses betreffend) und lokaler Ebenheit (die Ebenheit einer begrenzten Fläche auf der Scheibe betreffend, die in der Regel der Fläche des darauf zu errichtenden Halbleiterbauelementes entspricht) unterschieden.
Die globale Ebenheit wird meist durch den GBIR (global backsurface-referenced ideal plane/range = Bereich der positiven und negativen Abweichung von einer rückseitenbezogenen Idealebene für die gesamte Scheibenoberfläche) beschrieben, welcher der früher gebräuchlichen Angabe TTV (total thickness variation) entspricht.
Die lokale Ebenheit wird oft als SFQR (site front-surface referenced least squares/range = Bereich der positiven und negativen Abweichung von einer über Fehlerquadratminimierung definierten Vorderseite für eine Bauelementefläche definierter Dimension) ausgedrückt; die Größe SFQRmax gibt den höchsten SFQR-Wert für alle Bauelementeflächen auf einer bestimmten Scheibe an. Eine allgemein anerkannte Faustregel besagt, dass der SFQRmax-Wert einer Scheibe gleich oder kleiner der auf dieser Scheibe möglichen Linienbreite von darauf herstellbaren Halbleiterbauelementen sein muss (siehe beispielsweise 1997 National Technology Roadmap for Semiconductors [NTRS], Semiconductor Industry Association [SIA], San Jose, Table 20 auf S. 64). Die in der Vergangenheit häufiger verwendete Angabe LTV (local thickness variation; rückseitenbezogen; entspricht dem TTV einer Bauelementefläche) wird heute gemäß SEMI-Norm als SBIR bezeichnet.
Die Nanotopologie (Oberflächenebenheit) wird beispielsweise durch die Höhenschwankung PV (d. h. „peak to valley”, bezogen auf quadratische Messfenster der Fläche 2 mm × 2 mm) beschrieben.
Gemäß dem Stand der Technik werden Halbleiterscheiben in einer Vielzahl von aufeinander folgenden Prozessschritten hergestellt. Im Allgemeinen wird folgende Herstellungssequenz benutzt:

– Herstellen eines einkristallinen Halbleiterstabs (Kristallzucht),
– Auftrennen des Stabs in einzelne Scheiben (Innenloch- oder Drahtsägen),
– mechanische Scheibenbearbeitung (Läppen, Schleifen),
– chemische Scheibenbearbeitung (alkalische oder saure Ätze),
– chemo-mechanische Scheibenbearbeitung: Doppelseitenpolitur (DSP) = Abtragspolitur, einseitige Schleierfrei- bzw. Glanzpolitur mit weichem Poliertuch (CMP),
– optional weitere Beschichtungsschritte (z. B. Epitaxie, Annealen).

Im Folgenden werden nur gleichzeitig doppelseitig erfolgende Verfahren zur Bearbeitung der Vorder- und der Rückseite mindestens einer Scheibe aus Halbleitermaterial beschrieben.
Im Stand der Technik bekannte Verfahren zur gleichzeitig doppelseitigen mechanischen Scheibenbearbeitung sind das simultane Schleifen beider Seiten der Halbleiterscheibe gleichzeitig zwischen zwei Topfschleifscheiben („double-disc grinding”, DDG) und das Läppen beider Seiten mehrerer Halbleiterscheiben gleichzeitig zwischen zwei ringförmigen Arbeitsscheiben unter Zugabe einer Aufschlämmung (Slurry) freien Schleifmittels (Doppelseiten-Planparallel-Läppen, „Läppen”).
DE 197 55 705 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichzeitig doppelseitigen Läppen einer Scheibe aus Halbleitermaterial, wobei die Scheibe aus Halbleitermaterial durch Antriebsrollen rotiert und durch Führungsrollen abgestützt wird.
DE 103 44 602 A1 und DE 10 2006 032 455 A1 offenbaren Verfahren zum simultanen gleichzeitigen Schleifen beider Seiten mehrerer Halbleiterscheiben dadurch gekennzeichnet, dass Schleifmittel verwendet wird, das fest in Arbeitsschichten („Folien”, „Tücher”) eingebunden ist, die auf die Arbeitsscheiben aufgebracht sind. Die Scheiben aus Halbleitermaterial liegen frei beweglich in jeweils einer Aussparung einer Läuferscheibe, die mittels Abwälzvorrichtung in Rotation versetzt wird und dadurch auf einer zykloidischen Bahnkurve bewegt wird. Dabei werden die Scheiben aus Halbleitermaterial zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben materialabtragend bearbeitet. Ein derartiges Verfahren wird als „Feinschleifen mit Läppkinematik” oder „Planetary Pad Grinding” (PPG) bezeichnet.
Bei PPG sind die Halbleiterscheiben frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren sogenannter Läuferscheiben eingelegt, die mittels einer aus Sonnenrad und Hohlrad bestehenden Abwälzvorrichtung Zykloidenbahnen über die ringförmigen Arbeitsscheiben beschreiben. Charakteristisch ist die Planentenkinematik: Die Läuferscheiben mit den Halbleiterscheiben rotieren um ihre eigenen Mittelpunkte und laufen zusätzlich wie Planeten um die Sonne um das Zentrum der Abwälzvorrichtung um.
Im Stand der Technik wird die Politur durch Relativbewegung zwischen Wafer und Poliertuch unter Druck und Zuführung eines Poliermittels durchgeführt. Ein Verfahren zum Konditionieren von Polierflächen lehrt beispielsweise die EP 2 2010 707 A2 .
Bei der chemisch-mechanischen Politur (CMP) enthält das Poliermittel üblicherweise kolloid-disperses Kieselsol in alkalischer Aufschlämmung (Polierslurry); das Poliertuch dagegen enthält keine abrasiv wirkenden Partikel.
Wird für die Politur ein Poliertuch verwendet, dessen Oberfläche festgebundene Abrasive enthält, wird üblicherweise ein Poliermittel verwendet, das keine Abrasive enthält (Poliermittellösung). Dieser Polierprozess wird als fixed abrasive polishing (FAP) bezeichnet und ist beispielsweise in den deutschen Patentanmeldungen DE 102 007 035 266 A1 und DE 10 2007 035 266 A1 offenbart.
Das Zusammenspiel aus mechanisch schleifender Wirkung der Abrasive und dem chemischen Angriff des alkalischen Poliermittels bewirkt dann den zur Glättung der Waferoberfläche führenden Materialabtrag.
Bei der Doppelseitenpolitur („double-side polishing”, DSP) werden Halbleiterscheiben lose in eine dünne Läuferscheibe (carrier plate) eingelegt und vorder- und rückseitig simultan „frei schwimmend” zwischen einem oberen und einem unteren, jeweils mit Poliertuch belegten Polierteller unter Zufuhr eines Poliermittels poliert.
Die Doppelseitenpolitur ist beispielsweise in der Patentschrift US 3691694 beschrieben. Eine geeignete Vorrichtung für eine solche DSP-Politur ist in der Offenlegungsschrift DE 100 07 390 A1 dargestellt.
Gemäß einer in der Patentschrift EP 208 315 B1 beschriebenen Ausführungsform der Doppelseitenpolitur werden Scheiben aus Halbleitermaterial in Läuferscheiben aus Metall oder Kunststoff, die über geeignet dimensionierte Aussparungen verfügen, zwischen zwei rotierenden, mit einem Poliertuch belegten Poliertellern in Gegenwart eines Poliermittels (Poliersols) auf einer durch die Maschinen- und Prozessparameter vorbestimmten Bahn bewegt und dadurch poliert (in der englischsprachigen Literatur werden Läuferscheiben als „carrier plates” oder „templates” bezeichnet). Geeignete Läuferscheiben sind beispielsweise in der Patentschrift DE 100 23 002 B4 beschrieben.
Die Poliermittelverteilung bei der DSP erfolgt gemäß dem Stand der Technik durch Schwerkraft und Zentrifugalkraft. Das Poliermittel wird von oben in den Arbeitsspalt zwischen Poliertuch und Läuferscheibe eingebracht und fließt aufgrund der Schwerkraft u. a. durch die Aussparungen für die Halbleiterscheiben sowie durch Poliermittelaussparungen (kleine Durchlässe) in der Läuferscheibe auch auf das untere Poliertuch. Gefördert wird die Poliermittelverteilung dabei durch die Rotationsbewegung der Läuferscheiben und der mit den Poliertüchern belegten Polierteller.
Die gleichmäßige Poliermittelverteilung wird durch die Läuferscheibe behindert, insbesondere hinsichtlich der unter der Läuferscheibe liegenden Poliertuchbereiche. Um die Poliermittelverteilung zu verbessern, offenbart Druckschrift US 2006178089 A eine Läuferscheibe mit einer Vielzahl runder Öffnungen, durch die das Poliermittel auf das untere Poliertuch gelangt.
Die Patentschrift EP 1 676 672 A1 lehrt, die Zufuhr von Poliermittel zum unteren Polierteller dadurch zu verbessern, dass mindestens 15% der Fläche der Läuferscheibe durch Löcher belegt ist, die dem Poliermittel einen Durchgang zum unteren Polierteller verschaffen.
Diese zusätzlichen Poliermittelaussparungen in den kreisförmigen Läuferscheiben verringern jedoch deren Flächenträgheitsmoment und als Folge davon, auch deren Widerstand gegen Torsion. Das ist nachteilig, da dadurch die Gefahr der Läuferscheibenverbiegung erhöht wird. Die Verbiegung der Läuferscheibe kann zu Tuchbeschädigung, reduzierter Tuchlebensdauer, Partikelgenerierung, Polierkratzer bis hin zum Scheibenbruch und Anlagenbeschädigung führen.
Um die notwendige Stabilität der Läuferscheiben sowohl bei der mechanischen als auch bei der chemo-mechanischen gleichzeitig doppelseitigen Bearbeitung der Scheibenoberflächen zu gewährleisten, werden diese in der Regel aus Metall gefertigt, wobei die die Oberflächen der Läuferscheiben, zur Vermeidung einer Metallkontamination der eingelegten Scheiben aus Halbleitermaterial, mit einem nichtmetallischen Material – in der Regel beidseitig – überzogen sind.
Neben der Vermeidung einer Metallkontamination der Scheiben aus Halbleitermaterial durch den Kern der Läuferscheibe, dient die Schutzschicht zusätzlich zur Verringerung der Gleitreibung zwischen den Arbeitsschichten und der Oberflächen der Läuferscheiben.
Schutzbeschichtungen für Läuferscheiben sind Stand der Technik. Beispielsweise offenbaren die beiden US-Schriften US 2009/0139077 A1 US 2010/311312 A2 eine Beschichtung aus DLC (Diamond Like Carbon), die eine gute Verschleißfestigkeit aufweist. DE69700885 T2 lehrt eine Hartharzbeschichtung des Metallkerns einer Läuferscheibe, wobei als Beschichtungsmaterial beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK), Polyacetal, Polyethylenterephthalat (PET) oder Polyamid bevorzugt verwendet werden. DE 10 2007 049 811 A1 schließlich offenbart ein duroplastisches Polyurethan-Elastomer mit einer Härte von 20–90 nach Shore A als Schutzbeschichtung für eine Läuferscheibe aus Metall.
Bei den gleichzeitig doppelseitigen Bearbeitungsschritten von Scheiben aus Halbleitermaterial (Schleifen oder Polieren) kommen die Vorder- und die Rückseite der Läuferscheibe in direkten Kontakt mit der jeweiligen Arbeitsschicht (Schleiftuch, Läppscheibe, Poliertuch). Somit unterliegt die Schutzschicht einem gewissen Verschleiß.
Um eine möglichst lange Lebensdauer der auf die Läuferscheibe aufgebrachten Schutzschichten und damit der Läuferscheibe selber zu erreichen, sollte die Schutzschicht eine möglichst große Nutzdicke aufweisen, um wirtschaftliche Lebensdauern des Verbrauchsmittels „Läuferscheibe” zu ermöglichen.
Betragen die Zieldicke einer 300 mm-Halbleiterscheibe nach der gleichzeitig doppelseitigen Planarisierung beispielsweise 825 μm und die Gesamtdicke der dabei verwendeten Läuferscheibe 800 μm, entfallen von diesen 800 μm Gesamtdicke der Läuferscheibe auf den Steifigkeit verleihenden Stahlkern 500–600 μm und auf die beidseitige Verschleißschutz-Beschichtung je 100–150 μm.
Die Beschichtung der Läuferscheibe kann sowohl eine Metallkontamination der zu bearbeitenden Scheibe aus Halbleitermaterial verhindern, als auch das Verschleißverhalten der betroffenen Läuferscheiben günstig beeinflussen.
Allerdings findet nach wie vor eine Materialwechselwirkung – nun zwischen der Oberfläche der aufgebrachten (Verschleißschutz)Schicht und der jeweiligen Arbeitsschicht (= Schleiftuch oder -scheibe, Poliertuch) statt, die die Eigenschaften (Schnittfreudigkeit beim Schleifen bzw. bei FAP oder Tuchbelegung und Partikelgenerierung bei Slurrypolitur) der Arbeitsschicht nachhaltig stören kann.
Die Anmeldung US 2011/0256813 A1 offenbart eine Läuferscheibe mit einem Kern, der auf der Vorderseite und der Rückseite Vertiefungen aufweist, die mit einer Füllung aus mehreren Schichten versehen ist und wobei die jeweils äußere Schicht aus einem Polymer besteht und über die Oberfläche des Kerns herausragt. Ziel der Lehre der US 2011/0256813 A1 ist ein besserer Oberflächenschutz der Läuferscheibe durch die Beschichtung mit einem Polymer. Allerdings findet nach wie vor eine Materialwechselwirkung – nun zwischen der Oberfläche der aufgebrachten (Verschleißschutz)Schicht und der jeweiligen Arbeitsschicht (= Schleiftuch oder -scheibe, Poliertuch) statt, die die Eigenschaften (Schnittfreudigkeit beim Schleifen bzw. bei FAP oder Tuchbelegung und Partikelgenerierung bei Slurrypolitur) der Arbeitsschicht nachhaltig stören kann.
Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, dass insbesondere bei den doppelseitigen Schleifverfahren, bei denen mit Polyurethan (PU) beschichtete Läuferscheiben zum Einsatz kamen, durch den Abrieb der PU-Beschichtung auf den Läuferscheiben Partikel generiert werden, welche, in Verbindung mit den harten und praktisch nicht kompressiblen Schleiftüchern, während des Schleifvorgangs zu einer erhöhten punktuellen mechanischen Belastung der Scheiben aus Halbleitermaterial führen. Die erhöhte punktuelle mechanische Belastung kann in nachfolgenden Bearbeitungsschritten, insbesondere bei einer „frei-schwimmenden” simultan doppelseitigen Politur (Free-floating DSP) zu vermehrten Bruchraten der anscheinend ”mechanisch über Gebühr vorbelasteten” Scheiben führen.
Aus dieser Problematik ergibt sich die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung. Ziel der Erfindung ist es, eine Läuferscheibe mit einem verbesserten Oberflächenschutz und ein darauf aufbauendes Free-Floating-Verfahren zur gleichzeitigen beidseitigen Bearbeitung der Vorder- und der Rückseite mindestens einer sich in einer geeignet dimensionierten Aussparung einer Läuferscheibe befindlichen Scheibe aus Halbleitermaterial bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur gleichzeitigen beidseitigen materialabtragenden Bearbeitung mindestens einer sich in einer geeignet dimensionierten Aussparung (2) einer Läuferscheibe (1) befindlichen Scheibe aus Halbleitermaterial, die eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, und die beidseitige Bearbeitung zwischen einem mit einer ersten Arbeitsschicht belegten oberen Arbeitsteller und einem mit einer zweiten Arbeitsschicht belegten unteren Arbeitsteller unter Zufuhr eines flüssigen Mediums erfolgt, wobei die Läuferscheibe (1), die eine zu der oberen Arbeitsschicht zugewandte Oberseite (1a) und eine zu der unteren Arbeitsschicht zugewandte Unterseite (1b) hat, mindestens auf ihrer Unterseite (1b) Vertiefungen (3) aufweist, die eine Tiefe haben, die maximal 50% der Dicke der Läuferscheibe (1) entspricht, in die jeweils ein Körper (4), dessen Durchmesser bzw. Diagonale ≤ 10 cm ist, aus dem gleichen Material wie die Scheibe aus Halbleitermaterial mit einer zu der unteren Arbeitsschicht weisenden Oberfläche (4a) eingelegt ist, diese Oberfläche (4a) in Kontakt mit der unteren Arbeitsfläche kommt und dieser Körper (4) dadurch einen Kontakt zwischen der Arbeitsschicht und der Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) verhindert.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren und bevorzugte Ausführungsformen durch die 1 und 2 beschrieben sowie detailliert erläutert.
1 zeigt eine Läuferscheibe (1) mit drei Aussparungen (2) zur Aufnahme jeweils eine Scheibe aus Halbleitermaterial, in deren Unterseite (1b) mehrere Körper (4) mit einer Oberfläche (4a) in einer kreisförmigen Anordnung eingelassen sind.
2 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnittes einer Läuferscheibe (1) mit einer Oberseite (1a) und einer Unterseite (1b), wobei die Oberseite (1a) und die Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) zueinander versetzte Vertiefungen (3) aufweisen, in die jeweils ein Körper (4) mit jeweils einer Oberfläche (4a) eingelegt sind. Die Dimensionen der dargestellten Objekte sind nicht maßstabsgerecht und dienen nur der Veranschaulichung.
Für das erfindungsgemäße Verfahren zur gleichzeitigen beidseitigen Bearbeitung der Oberflächen mindestens einer sich in einer geeignet dimensionierten Aussparung (2) einer Läuferscheibe (1) befindlichen Scheibe aus Halbleitermaterial befindet sich die Scheibe aus Halbleitermaterial in dem Arbeitsspalt der jeweiligen Maschine. Der Arbeitsspalt der Maschine wird aus einem oberen und einem unteren Arbeitsteller gebildet, die jeweils mit einer Arbeitsschicht (Poliertuch, Schleiftuch oder Schleifscheibe) belegt sind.
Die Zufuhr des flüssigen Mediums (Polier-, Schleif- oder Läppmittel) erfolgt bevorzugt von oben durch Zuleitungen im oberen Arbeitsteller. Ebenfalls bevorzugt ist eine Medienzufuhr von der Seite, von unten bzw. gleichzeitig von oben und unten, wobei die Medienzufuhr von unten durch Zuleitungen im unteren Arbeitsteller erfolgt.
Die Erfindung basiert auf einer Abschwächung bzw. Beseitigung des Verschleißes der Läuferscheiben bzw. der Läuferscheibenschutzschicht durch Verringerung bzw. Vermeidung eines Kontakts zwischen der Läuferscheibenoberfläche und der jeweiligen Arbeitsschicht bei der gleichzeitig doppelseitigen Bearbeitung der Vorderseite und der Rückseite einer Scheibe aus Halbleitermaterial.
Bei einer Scheibe aus Halbleitermaterial (Wafer) handelt es sich üblicherweise um eine Siliciumscheibe, oder ein Substrat mit von Silicium abgeleiteten Schichtstrukturen wie beispielsweise Silicium-Germanium (SiGe) oder Siliciumcarbid (SiC). Die Scheiben aus Halbleitermaterial haben eine Vorder- und eine Rückseite sowie – in der Regel – abgerundete Kanten. Die Kanten bestehen aus zwei schräg (bezogen auf die Vorder- und die Rückseite) zur Kante der Scheibe, die Scheibe umlaufende Flächen (Facetten) und dem senkrecht zur Vorder- bzw. Rückseite der Scheibe die Scheibe umlaufenden Steg (Blunt).
Eine Läuferscheibe (1) im Sinne der Erfindung hat eine Oberseite (1a) und eine Unterseite (1b) bzw. eine obere und untere Fläche sowie eine umlaufende Kante mit Verzahnung.
Die Erfindung kann sowohl für unbeschichtete als auch für beschichtete Läuferscheiben angewandt werden.
Die Abschwächung bzw. Beseitigung des Verschleißes der Läuferscheiben (1) bzw. der Läuferscheibenschutzschicht wird durch mindestens einen Körper (4) erreicht, der eine Oberfläche (4a) hat, die sich planparallel über der jeweiligen Seite (Ober- und/oder Unterseite) der Läuferscheibe (1) befindet (aus ihr herausragt), so dass die Oberfläche (4a) des Körpers (4) mit der jeweiligen Arbeitsschicht in Kontakt kommt. Somit wirkt der Körper (4) als Abstandshalter zwischen der Läuferscheibenseite und der jeweiligen Arbeitsschicht und verhindert weitestgehend einen Kontakt zwischen der Arbeitsschicht und der jeweiligen Seitenfläche der Läuferscheibe.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ragt die Oberfläche (4a) mindestens eines Körpers (4) aus der Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) heraus.
Bevorzugt ragen auf der Oberseite (1a) und der Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) mindestens jeweils die Oberflächen (4a) mindestens je eines Körpers (4) aus der jeweiligen Seite der Läuferscheibe (1) heraus.
Besonders bevorzugt ragen aus der Oberseite (1a) und der Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) mindestens jeweils die Oberflächen (4a) von zwei oder mehr Körpern (4) aus der jeweiligen Seite der Läuferscheibe (1) heraus (1 bzw. 2).
Dabei befindet sich der mit seiner Oberfläche (4a) aus einer Seitenfläche der Läuferscheibe (1) herausragende Körper (4) bevorzugt in einer der Form und dem Umfang des Körpers entsprechenden Vertiefung (3) in der jeweiligen Läuferscheibenoberfläche.
Die sich zur Aufnahme der Körper (4) in die Oberseite (1a) und/oder Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) befindlichen Vertiefungen (3) haben eine Tiefe, die maximal 50% der Dicke der Läuferscheibe (1) entspricht. Bevorzugt entspricht die Tiefe der Vertiefungen (3) 30% der Dicke der Läuferscheibe (1).
Ebenfalls bevorzugt sind unterschiedliche Tiefen der Vertiefungen (3) auf Oberseite (1a) und Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1).
Erfindungsgemäß weist mindestens die Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) Vertiefungen (3) auf. Besonders bevorzugt weisen die Oberseite (1a) und Unterseite (1b) der Läuferscheibe Vertiefungen (3) auf, wobei die Vertiefungen (3) auf der Oberseite (1a) und Unterseite (1b) so angeordnet sind, dass sich weder Vertiefungen (3) auf der Oberseite (1a) und Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) direkt gegenüberliegen noch überschneiden (versetzte Anordnung) (2).
Durch die versetzte Anordnung wird eine lokale Beeinträchtigung der Läuferscheibenkerndicke vermieden und ist deshalb aus Stabilitätsgründen (Verbiege- bzw. Verwindungssteifigkeit der Läuferscheiben) bevorzugt.
Die Anordnung der aus der Unterseite (1b) bzw. aus der Oberseite (1a) und der Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) herausragenden Körper (4) kann kreisförmig (2), spiralförmig, nach einem anderen geometrischen Muster oder beliebig verteilt sein.
Die Vertiefungen (3) in der Oberseite (1a) und der Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) sind bevorzugt nicht ausgekleidet, d. h. die Innenflächen der Vertiefungen (3) bestehen aus dem Material der Läuferscheibe (1).
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, sind alle Innenflächen der Vertiefungen (3) in der Unterseite (1b) bzw. in der Oberseite (1a) und der Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) mit einem nichtmetallischen Material ausgekleidet. Als Auskleidungsmaterialien werden Polyurethan und andere Kunststoffe bevorzugt. Die Auskleidung der Innenflächen der Vertiefungen (3) kann in einem Stück, z. B. durch eine aufgebrachte Beschichtung, oder in Form von zwei unterschiedlichen Komponenten, z. B. einem am Boden der Vertiefung aufgeklebten sog. „backing pad” und einem an der umlaufenden Wandfläche angebrachten sog. Insert, realisiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind jeweils nur die Bodenfläche oder die umlaufende Wandfläche der Vertiefungen (3) verkleidet.
In die Vertiefungen (3) in der Oberfläche der Läuferscheibe (1) werden geeignet dimensionierte Körper (4) als Abstandshalter formschlüssig oder kraftschlüssig so eingelegt, dass ein Abstand zwischen den jeweiligen Läuferscheibenoberflächen und den korrespondierenden Arbeitsflächen bewerkstelligt wird, d. h. die Dicke der eingelegten Körper ist größer als die Tiefe der Vertiefungen.
Eine formschlüssige Einlage erlaubt bei runden Körpern (4) eine Eigenrotation des in die Vertiefung (3) eingelegten Körpers (4) bei der gleichzeitig materialabtragenden Bearbeitung der Vorderseite und der Rückseite einer Scheibe aus Halbleitermaterial.
Eine kraftschlüssige Einlage erlaubt bei runden Körpern (4) keine Eigenrotation des in die Vertiefung (3) eingelegten Körpers (4) bei der gleichzeitig materialabtragenden Bearbeitung der Vorderseite und der Rückseite einer Scheibe aus Halbleitermaterial, da der Körper (4) praktisch in die Vertiefung (3) eingeklemmt ist
Das Einlegen der Körper (4) in die entsprechenden Vertiefungen (3) auf den Läuferscheibenoberflächen (oben und unten) kann zum Beispiel manuell oder mittels Automatisierung (Roboter) erfolgen.
Die Befestigung eines Körpers (4) auf einer oder beiden Seiten einer Läuferscheibe (1) kann durch Kleben, Kitten oder ein anderes geeignetes Verfahren erfolgen.
Ein in einer Vertiefung (3) eingelegter Körper (4) kann durch Kleben, Kitten oder ein anderes geeignetes Verfahren zusätzlich befestigt werden.
Zusammen mit der Läuferscheibe (1) weisen die in die Oberseite (1a) und Unterseite (1b) bzw. nur in die Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) eingelegten Körper (4) zu Beginn des gleichzeitig beidseitigen Schleif-, Läpp- oder Polierprozesses der mindesten einer Scheibe aus Halbleitermaterial bevorzugt eine Gesamtdicke auf, die größer ist als die Anfangsdicke der zu bearbeitenden mindesten einen Scheibe aus Halbleitermaterial.
Ebenfalls bevorzugt ist die Gesamtdicke der Läuferscheibe (1), einschließlich der in die Vertiefungen auf der Oberseite (1a) und Unterseite (1b) bzw. nur auf der Unterseite (1b) der Läuferscheibe eingelegten Körper (4), gleich oder geringer ist als die Anfangsdicke der zu planarisierenden Scheiben aus Halbleitermaterial.
Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Dickenverhältnis von Läuferscheiben (1) einschließlich der eingelegten Körper (4) und der mindestens einen zu bearbeitenden Scheibe aus Halbleitermaterial so zu wählen, dass eine sichere Führung der mindestens einen zu bearbeitenden Scheibe aus Halbleitermaterial während der gleichzeitig beidseitigen Bearbeitung gewährleistet ist. Dies wird dadurch erreicht, dass der Steg (Blunt) der Scheibe aus Halbleitermaterial immer komplett durch die Läuferscheibendicke abgedeckt ist, d. h., dass die Oberkante des Stegs nicht unter die Unterkante der Läuferscheibenaussparung gelangen kann.
Geeignete Körper (4) zum Einlegen in eine Vertiefung (3) auf einer oder beiden Seiten einer Läuferscheibe (1) haben eine Auflagefläche, die plan auf der Unterseite der Vertiefung aufliegt und einer Oberfläche (4a), die planparallel zu der jeweiligen Seite der Läuferscheibe (1) ist.
Bevorzugt sind die Kanten der Körper (4) verrundet.
Bevorzugt haben die Körper (4) eine kreisrunde oder eine ellipsenförmige Form.
Der Durchmesser bzw. die Diagonale der geeignet dimensionierten Körper (4) ist erfindungsgemäß ≤ 10 cm.
Beim formschlüssigen Einlegen kreisförmiger Körper (4) (Scheiben) ist eine Eigenbewegung der Körper (4) während des gleichzeitig beidseitigen Bearbeitungsprozesses der mindestens einen Scheibe aus Halbleitermaterial in der jeweiligen Vertiefung (3) möglich.
Werden die Körper (4) kraftschlüssig in die Vertiefungen (3) in den Läuferscheibenoberflächen eingesetzt, sind auch beliebige Formen der Körper bevorzugt.
Beim kraftschlüssigen Einlegen der Körper (4) ist keine Eigenbewegung der Körper (4) in der jeweiligen Vertiefung (3) in der Läuferscheibenfläche während des gleichzeitig beidseitigen Bearbeitungsprozesses mindestens einer Scheibe aus Halbleitermaterial möglich.
Bei der beidseitigen Verwendung der Körper (4) als Abstandshalter, d. h. die Körper (4) sind in die Oberseite (1a) und in die Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) eingelegt, ist das formschlüssige Einsetzen der Körper (4) auf beiden Seiten der Läuferscheibe (1) bevorzugt.
Bei der beidseitigen Verwendung der Körper (4) als Abstandshalter, d. h. die Körper (4) sind in die Oberseite (1a) und in die Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) eingelegt, ist das kraftschlüssige Einsetzen der Abstandshalter auf beiden Seiten der Läuferscheibe (1) ebenfalls bevorzugt.
Bei der beidseitigen Verwendung der Körper (4) als Abstandshalter, d. h. die Körper (4) sind in die Oberseite (1a) und in die Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) eingelegt, ist das formschlüssige Einsetzen der Körper (4) auf der einen Seite der Läuferscheibe (1) und das kraftschlüssige Einsetzen der Körper (4) auf der anderen Seite ebenfalls bevorzugt.
Erfindungsgemäß wird als Material für die in die Läuferscheibe (1) eingesetzten Körper (4) das gleiche Material verwendet, wie das zu bearbeitende Material. Sollen beispielsweise Scheiben aus Silicium mit einer bestimmten Dotierung (Dotierstoff und -konzentration) und einer bestimmten Kristallorientierung gleichzeitig materialabtragend auf der Vorder- und der Rückseite bearbeitet werden, wird als Material für die Körper (4) bevorzugt Silicium mit der gleichen Dotierung und der gleichen Kristallorientierung verwendet. Dadurch ist das Abtragsverhalten identisch, so dass eine ausreichende formschlüssige Führung des Wafers an seiner Kante (Blunt) innerhalb der Läuferscheibenaussparung während des kompletten Bearbeitungsprozesses sichergestellt ist, da sich die Dicke der als Abstandshalter wirkenden Körper (4) und die Dicke der Scheiben aus Halbleitermaterial gleichermaßen verringert.
Ebenfalls bevorzugt ist die Verwendung von Materialien für den Körper (4), die zwar aus demselben Material wie die gleichzeitig beidseitig zu bearbeitenden Scheiben bestehen, aber eine andere Kristallorientierung oder andere Dotierstoffart und -konzentration aufweisen.
Als Material für die Abstandshalter eignet sich zum Beispiel Polysilicium.
Während des gleichzeitig beidseitigen Planarisierungsvorgangs mindestens einer Scheibe aus Halbleitermaterial werden die in die Oberseite (1a) und die Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) eingelegten Körper mehr oder weniger stark – je nach deren Dickenverhältnis zur Läuferscheibendicke und des erforderlichen Materialabtrags – abgenutzt.
Durch die – im Vergleich zu einer Läuferscheibe gemäß dem Stand der Technik – verringerte Kontaktfläche zwischen der oberen und unteren Arbeitsschicht und der jeweils korrespondierenden Seite der Läuferscheibe, wird das Anlaufmoment beim Starten des Planarisierungsvorgangs verringert.
Da sich bei einem zu hohen Anlaufmoment die Läuferscheibe (1) verbiegen und dadurch die in die Läuferscheibe (1) eingelegten Scheiben aus Halbleitermaterial brechen können (Waferbruch), wird die Gefahr des Waferbruchs durch die als Abstandshalter wirkenden Körper (4), die in die Oberseite (1a) und Unterseite (1b) bzw. nur in die Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) eingelegt sind, minimiert.
Dadurch ist auch der Einsatz unterschiedlicher Arbeitsschichten (Poliertuch, Schleiftuch oder Schleifscheibe) auf dem oberen und dem unteren Arbeitsteller möglich.
Das Material der Läuferscheibe (1) weist idealerweise eine hohe Steifigkeit (= hohes Elastizitätsmodul) auf und kann beschichtet sein. Als Läuferscheibenmaterial bieten sich Edelstähle bzw. Titanlegierungen oder auch nichtmetallische Werkstoffe mit hohem Elastizitätsmodul, z. B. kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK), an. Letztere bieten den großen Vorteil, dass sie eine Metallkontamination der zu planarisierenden Werkstücke durch die Läuferscheiben quasi ausschließen.
Für das erfindungsgemäße Verfahren zur gleichzeitig beidseitigen Bearbeitung einer Scheibe aus Halbleitermaterial wird die mindestens eine, in eine geeignet dimensionierte Aussparung einer Läuferscheibe (1) eingelegte Scheibe aus Halbleitermaterial bevorzugt im Überstand bearbeitet.
Hierzu müssen die Scheiben aus Halbleitermaterial während der gleichzeitig doppelseitigen Bearbeitung der Vorder- und der Rückseite zeitweilig teilflächig aus dem Arbeitsspalt herausragen. Dieses zeitweilige, teilflächige Herausragen der Werkstücke aus dem Arbeitsspalt wird als „Werkstück-Überlauf” bezeichnet. Dieser stellt sicher, dass alle Bereiche des Werkzeugs gleichmäßig genutzt werden und einem gleichmäßigen, Form erhaltenden Verschleiß unterliegen und die Scheiben aus Halbleitermaterial die gewünschte planparallele Form ohne „Balligkeit” (Dickenabnahme zum Rand der Halbleiterscheibe hin) erhalten.
Durch die in die Oberseite (1a) und Unterseite (1b) bzw. nur in die Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) eingelegten Körper (4) weisen die verwendeten Läuferscheiben (1) für die gleichzeitig beidseitige Bearbeitung von Scheiben aus Halbleitermaterial im Überstand eine vorteilhafte Oberflächentopografie auf, die es ermöglicht, dass das flüssige Medium (Poliermittel, Läppmittel, Schleifmittel) gleichmäßig zu den beiden Bearbeitungsflächen (= Vorder- und Rückseite der Scheibe aus Halbleitermaterial) zwischen den herausragenden Körpern hin- und abfließt.
Zusätzliche Durchlässe in der Läuferscheibe (1) verbessern die Verteilung des flüssigen Mediums im Arbeitsspalt.

Claims

Verfahren zur gleichzeitigen beidseitigen materialabtragenden Bearbeitung mindestens einer sich in einer geeignet dimensionierten Aussparung (2) einer Läuferscheibe (1) befindlichen Scheibe aus Halbleitermaterial, die eine Vorderseite und eine Rückseite aufweist, und die beidseitige Bearbeitung zwischen einem mit einer ersten Arbeitsschicht belegten oberen Arbeitsteller und einem mit einer zweiten Arbeitsschicht belegten unteren Arbeitsteller unter Zufuhr eines flüssigen Mediums erfolgt, wobei die Läuferscheibe (1), die eine zu der oberen Arbeitsschicht zugewandte Oberseite (1a) und eine zu der unteren Arbeitsschicht zugewandte Unterseite (1b) hat, mindestens auf ihrer Unterseite (1b) Vertiefungen (3) aufweist, die eine Tiefe haben, die maximal 50% der Dicke der Läuferscheibe (1) entspricht, in die jeweils ein Körper (4), dessen Durchmesser bzw. Diagonale ≤ 10 cm ist, aus dem gleichen Material wie die Scheibe aus Halbleitermaterial mit einer zu der unteren Arbeitsschicht weisenden Oberfläche (4a) eingelegt ist, diese Oberfläche (4a) in Kontakt mit der unteren Arbeitsfläche kommt und dieser Körper (4) dadurch einen Kontakt zwischen der Arbeitsschicht und der Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) verhindert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (1a) und Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) Vertiefungen (3) aufweist, in die jeweils ein Körper (4) mit einer zu der Arbeitsschicht weisenden Oberfläche (4a) eingelegt ist, diese Oberflächen (4a) in Kontakt mit der jeweiligen Arbeitsfläche kommt und diese Körper (4) dadurch einen Kontakt zwischen der jeweiligen Arbeitsschicht und der jeweiligen Seite (1a bzw. 1b) der Läuferscheibe (1) verhindern.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Lage der Vertiefungen (3) auf der Unterseite (1b) der Läuferscheibe (1) versetzt ist zu der Lage der Vertiefungen (3) auf der Oberseite (1a) der Läuferscheibe (1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (3) in einer geometrischen oder einer beliebigen Anordnung auf der Unterseite (1b) oder auf der Oberseite (1a) und der Unterseite (1b) angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Vertiefungen (3) eingelegten Körper (4) rund sind.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Vertiefungen (3) formschlüssig eingelegten Körper (4) während der gleichzeitig beidseitigen Bearbeitung der Vorder- und der Rückseite mindestens einer Scheibe aus Halbleitermaterial eine Eigenbewegung in der Vertiefung ausführen können.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Vertiefungen (3) eingelegten Körper (4) nicht rund sind, sondern eine beliebige Form aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die obere und untere Arbeitsschicht unterschiedlich sind.