DE102013205448A1

DE102013205448A1 - Verfahren zum Polieren eines Substrates aus Halbleitermaterial

Info

Publication number: DE102013205448A1
Application number: DE201310205448
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schwandner; Norbert Franze
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2014-10-16

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Polieren eines Substrates aus Halbleitermaterial, bei dem durch einen speziellen Polierstoppschritt die langwellige Rauheit nach der Abtragspolitur deutlich abgesenkt werden kann.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Polieren eines Substrates aus Halbleitermaterial, bei dem durch einen speziellen Polierstoppschritt die langwellige Rauheit nach der Abtragspolitur deutlich abgesenkt wird.
Scheiben aus Halbleitermaterial (Wafer) werden in einer Vielzahl von Prozessschritten hergestellt, angefangen mit dem Ziehen des Kristalls, über das Zersägen des Kristalls in Scheiben bis hin zur Oberflächenbearbeitung.
Die Oberflächenbearbeitung zielt auf eine fehlerfreie, hochebene (planare) Oberfläche der Scheibe aus Halbleitermaterial ab.
Das Polieren ist der letzte wesentliche Bearbeitungsschritt der Oberflächenbearbeitung bei Scheiben aus Halbleitermaterial, die den Glanz und damit die Rauigkeit der Oberflächen einer Scheibe aus Halbleitermaterial bestimmt. Der Polierprozess setzt sich in der Regel aus einem materialabtragenden ersten und einem praktisch kaum noch materialabtragenden zweiten Polierschritt zusammen.
Während einer Politur erfolgt ein Materialabtrag üblicherweise durch chemisch-mechanische Wechselwirkung (CMP) mit der Substratoberfläche. Die CMP wird insbesondere zur Beseitigung von Oberflächendefekten sowie zur Verringerung der Oberflächenrauigkeit angewendet. CMP-Verfahren sind beispielsweise offenbart in US 2002-0077039 sowie in US 2008-0305722 . CMP-Verfahren mit unterschiedlichen Poliertüchern sind beispielsweise aus DE 10 2008 053 610 A1 und US 5,913,712 A bekannt.
Im ersten Polierschritt (Abtragspolitur) erfolgt üblicherweise ein Materialabtrag durch chemisch-mechanische Wechselwirkung (CMP) mit der Substratoberfläche. Bei der Abtragspolitur werden in der Regel etwa 12–15 µm Material von der jeweils zu polierenden Oberfläche des Substrates abgetragen. Die Abtragspolitur wird insbesondere zur Beseitigung von Restdamage (Subsurface Damage) aus vorangegangenen Bearbeitungsschritten, zur Beseitigung von Oberflächendefekten sowie zur Verringerung der Oberflächenrauigkeit angewendet.
Im Anschluss an den Abtragspolierschritt erfolgt gemäß dem Stand der Technik ein zweiter Polierschritt (Glanz- bzw. Schleierfreipolitur), bei dem – im Vergleich zur Abtragspolitur – ein weicheres Poliertuch verwendet wird. Die Glanzpolitur (Schleierfreipolitur) bewirkt eine Defektreduzierung und eine Reduzierung der Rauigkeit der Substratoberfläche. Die Glanzpolitur wird mit Abträgen < 1 µm, vorzugsweise <= 0,5 µm, realisiert.
In Abhängigkeit vom durchzuführenden Polierprozess und dem jeweils gewünschten Materialabtrag von der oder den Oberflächen der mindestens einen Halbleiterscheibe können verschiedene Poliertücher eingesetzt werden, die jeweils spezifische Eigenschaften aufweisen.
Grundsätzlich können beispielsweise Poliertücher unterschieden werden, die in ihrer Oberfläche keine gebundenen Abrasive enthalten (Chemical-Mechanical-Polishing-Pads, CMP-Tücher bzw. CM-Poliertücher) und solche, die gebundene Abrasive enthalten. Diese Poliertücher werden als Fixed-Abrasive-Polishing-Pads (FAP-Tücher bzw. FA-Poliertücher) bezeichnet.
Poliertücher, die keine festgebundenen Abrasive enthalten werden beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung EP 2 266 757 A1 offenbart.
Poliertücher, die fest gebundene Abrasive enthalten, werden beispielsweise in der Anmeldeschrift US 2005/0227590 A1 offenbart.
Das US Patent 5,958,794 lehrt ein Verfahren zur Behandlung einer Substratoberfläche aus Halbleitermaterial mit einem Tuch, welches gebundene Abrasive enthält.
Die Politur von Scheiben aus Halbleitermaterial (Wafer) kann einseitig (single side polishing, SSP) oder gleichzeitig beidseitig (double side polishing, DSP) erfolgen.
Bei der sogenannten Einseitenpolitur (single side polishing, SSP) wird nur jeweils eine Seite einer Scheibe poliert. Für die Einseitenpolitur von Scheiben aus Halbleitermaterial (Wafer) werden ein oder mehrere Wafer, z.B. auf einer Trägerplatte, die z.B. aus Aluminium oder einer Keramik bestehen kann, befestigt. Die Befestigung auf der Trägerplatte erfolgt gemäß dem Stand der Technik in der Regel durch Aufkitten der Scheiben mittels einer Kittschicht und ist beispielsweise in EP 0 924 759 B1 beschrieben. Die Einseitenpolitur für Scheiben aus Halbleitermaterial ist beispielsweise in der DE 100 54 166 A1 und der US 2007/224821 A2 beschrieben.
Poliermaschinen für die Einseitenpolitur sind Stand der Technik und werden von verschiedenen Herstellern in verschiedenen Ausführungsformen angeboten, so z. B. eine 3-Teller-Einseitenpoliermaschine vom Typ "Reflection" der Applied Materials Inc., eine 2-Teller-Poliermaschine vom Typ „Apollo“ der Firma Peter Wolters oder eine 1-Teller-Poliermaschine vom Typ "nHance (6EG)" der Firma Strasbaugh.
Bei der sogenannten Doppelseitenpolitur werden gleichzeitig die Vorder- und die Rückseite einer Scheibe poliert. Hierzu wird die Scheibe während der Politur in einer Läuferscheibe (carrier plate) geführt, wobei sich die Läuferscheibe in einem Arbeitsspalt befindet, der von zwei mit je einem Poliertuch belegten Poliertellern (einem oberen und einem unteren Polierteller) gebildet wird. Die Doppelseitenpolitur für Scheiben aus Halbleitermaterial ist beispielsweise in der US 3,691,694 beschrieben.
Die Politur des Substrates erfolgt unter Zuführen eines Poliermittels zwischen das Substrat und das Poliertuch und unter Drehen des Polierkopfes und des Poliertellers. Als Poliermittel für die Politur von Scheiben aus Halbleitermaterial werden entweder alkalische Lösungen, die frei von Feststoffen sind, oder alkalische Suspensionen, die fein verteilte Feststoffe, wie beispielsweise SiO2-Partikel (Kieselsäure, Kieselsol), die als Abrasive wirken, enthalten, verwendet.
Poliermittellösungen und Poliermittelsuspensionen für die Politur von Scheiben aus Halbleitermaterial sind beispielsweise in der deutschen Anmeldung DE 10 2007 035 266 A1 offenbart.
Die amerikanische Druckschrift US 5,913,712 A beschreibt einen dreistufigen Polierprozess für Scheiben aus Halbleitermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass in den ersten beiden Polierstufen eine materialabtragende, alkalische Suspension von Kieselsäure als Poliermittel eingesetzt wird und in der dritten Polierstufe deionisiertes Wasser, um Partikel von der Scheibenoberfläche zu entfernen.
Die europäische Patentanmeldung EP 0 757 378 A1 lehrt einen mindestens zweistufigen Polierprozess, wobei im ersten Polierschritt eine chemisch-mechanische Politur in Gegenwart einer Poliermittelsuspension und einem hohen Polierdruck, beispielsweise 500 g/cm², und einer definierten Drehgeschwindigkeit. Zum Ende des ersten Polierschrittes wird der Polierdruck schnell verringert und die Drehgeschwindigkeit gleichzeitig schnell erhöht, wodurch eine Verringerung der Oberflächenrauigkeit erzielt wird.
Da während des Polierprozesses nur ein definierter Materialabtrag von der Substratoberfläche erfolgen soll, muss der Polierprozess bzw. der Materialabtrag zu einem geeigneten Zeitpunkt beendet werden. Das Beenden eines Polierprozesses und damit des Materialabtrags kann durch geeignete Stoppmittel erfolgen.
Stoppmittel haben neben der Aufgabe den chemisch-mechanischen Materialabtrag zu beenden, auch die Funktion, die nach Beendigung des Polierschrittes chemisch sehr reaktive und hydrophobe Scheibenoberfläche zu passivieren und damit die Ausbildung einer Oxidschicht zu vermeiden.
Die EP 0 684 634 A2 beschreibt ein saures wässeriges Stoppmittel auf der Basis von Polyalkohol, Wasserstoffperoxid und einer Säure (pH-Wert kleiner 4). Die mit diesem Verfahren erreichte Rauigkeit der polierten Siliciumoberfläche ermöglicht allerdings nicht die direkte Weiterverarbeitung beispielsweise durch Abscheidung einer epitaktischen Schicht oder zur Herstellung von Bauelementen, ohne dass sich ein glättender Endpolierschritt (Schleierfrei- oder Glanzpoliturschritt) anschließt.
Darüber hinaus kann das in EP 0 684 634 A2 beschriebene Stoppmittel durch die starke pH-Wert-Absenkung während der Beendigung des Polierprozesses zur Erzeugung von Kratzern auf den polierten Substratoberflächen führen. In einem pH-Bereich von etwa 4 bis 6,5 kommt es bei Kieselsol zur Bildung von harten SiO₂-Kristalliten. Dieser kritische pH-Bereich wird aufgrund der relativ hohen im Poliertuch gebundenen Alkalimengen für die Kristallitbildung ausreichend langsam durchlaufen, so dass sich genügend Kristallite zum Verursachen von Kratzern bilden können.
Die deutsche Anmeldung DE 199 38 340 C1 lehrt ein Verfahren zum Abstoppen eines Polierprozesses, wobei das Stoppmittel (pH = 8) einen mehrwertigen Alkohol sowie geringe Anteile an Butanol und Tensid enthält. Durch die im Vergleich zur EP 0 684 634 A2 deutlich schonendere pH-Wert-Absenkung unter gleichzeitiger, vollständiger Bedeckung der frisch polierten Scheibenoberflächen bleiben diese weitgehend kratzer- und fleckenfrei.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 100 46 933 A1 offenbart ein Verfahren zur chemisch-mechanischen Politur von Siliciumscheiben, wobei nach der Politur, bei der mindestens 2 µm Materialabtrag erfolgt, unter Beibehaltung der rotierenden Bewegung der Scheiben aus Halbleitermaterial, anstelle des Poliermittels nacheinander mindestens zwei verschiedene Stoppmittel zugeführt werden, die einen Materialabtrag von weniger als 0,5 µm bewirken. Der pH-Wert des zweiten Stoppmittels ist dabei etwas niedriger als der des ersten Stoppmittels, wobei die Differenz zwischen den pH-Werten des Poliermittels und des zweiten Stoppmittels besonders bevorzugt nicht größer als 3 pH-Wert-Einheiten ist.
Das deutsche Patent DE 100 04 578 C1 lehrt einen Stoppschritt mit Filmbildung nach der Beendigung eines Doppelseitenpolierschrittes von Siliciumscheiben, um die chemisch sehr reaktive und hydrophobe Scheibenoberflächen zu passivieren. Das Verfahren gemäß DE 100 04 578 C1 umfasst die Zuführung einer oder mehrerer Flüssigkeiten mit der Folge einer vollständigen Benetzung der polierten Vorderseite, der polierten Rückseite und der polierten Kante der Siliciumscheiben mit einem Flüssigkeitsfilm, so dass die Flüssigkeit als Stoppmittel wirkt. Die Flüssigkeit bzw. die Flüssigkeiten enthalten als Hauptbestandteil Reinstwasser und als filmbildende Substanzen mehrwertige Alkohole, Polyalkohole oder Tenside.
Die Zugabe mehrerer Stoppmittel am Ende eines Polierprozesses, wie beispielsweise in DE 100 46 933 A1 offenbart, oder der Zusatz filmbildender Substanzen zu einem Stoppmittel, wie von DE 100 04 578 C1 gelehrt, erhöhen den Aufwand für den Polierprozess und verringern damit gleichzeitig dessen Wirtschaftlichkeit.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Polierverfahren ohne ein spezielles Polierstoppmittel auf Basis geeigneter Chemikalien (Tenside, Alkohole, speziell stabilisierte Kieselsole wie z. B. Glanzox 3900) für Substrate aus Halbleitermaterial bereitzustellen.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Polieren mindestens eines Substrates aus Halbleitermaterial, umfassend einen ersten Material abtragenden Polierschritt, in dem das Substrat mit mindestens einem mit einem Poliertuch belegten Polierteller poliert wird, wobei während des Polierschrittes ein alkalisches Poliermittel zwischen das Substrat und das mindestens eine Poliertuch mit einer definierten Menge pro Zeiteinheit gebracht wird, und mindestens einen zweiten Polierschritt zur Politur des mindestens einen Substrates aus Halbleitermaterial, dadurch gekennzeichnet dass am Ende des ersten Polierschrittes das Poliermittel durch Wasser ersetzt wird. Im Folgenden wird das zur Lösung der Aufgabe verwendete erfindungsgemäße Verfahren detailliert, zusammen mit zwei Figuren, erläutert.
Beschreibung der Figuren:
1 zeigt eine Leitung L für die Zufuhr von Wasser zum Abstoppen der Abtrags im ersten Polierschritt bei einer einseitigen Politur. Die Scheibe aus Halbleitermaterial W ist an einer zentrisch drehbaren Vorrichtung 2 befestigt und kann mit dieser Vorrichtung gegen die Poliertuchoberfläche 1 gedrückt werden bzw. von der Poliertuchoberfläche 1 entfernt werden.
Die Austrittsöffnung der mindestens einen Leitung L für die Zufuhr von Wasser kann parallel zur Poliertuchoberfläche (1a), in einem Winkel α größer 0° und kleiner 90° (1b) oder in einem Winkel von 90° (1c) ausgerichtet sein.
2 zeigt eine Aufsicht der mindestens einen Leitung L in Bezug auf die Poliertuchoberfläche 1 und die Vorrichtung 2 für die Befestigung der Scheibe W aus Halbleitermaterial. Bevorzugt ist die Austrittsöffnung der Leitung L seitlich in einem Winkel β, bezogen auf eine an den Rand des Poliertuches angelegte Tangente, zum Zentrum der Halbleiterscheibe W ausgerichtet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Politur mindestens einer Scheibe aus Halbleitermaterial, bestehend aus einer Vorderseite und einer Rückseite sowie einer umlaufenden Kante, kann sowohl für Einseitenpolierverfahren (single side polishing, SSP) oder gleichzeitig doppelseitige Polierverfahren (double side polishing, DSP) verwendet werden und eignet sich für Scheiben aller Durchmesser.
Bei einer Scheibe aus Halbleitermaterial (Wafer) handelt es sich üblicherweise um eine Silicium- oder Germaniumscheibe, ein Substrat mit von Silicium abgeleiteten Schichtstrukturen wie beispielsweise Silicium-Germanium (SiGe) oder Siliciumcarbid (SiC), oder heteroepitaktischen Abscheidungen von beispielsweise III/V-Halbleitern, wie zum Beispiel Galliumnitrid (GaN).
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.
Bei chemischen oder chemo-mechanischen Bearbeitungsverfahren nach dem Stand der Technik bewirkt die Reaktion des Poliermittels mit der Oberfläche der Scheibe aus Halbleitermaterial im Zusammenspiel mit dem Poliertuch den Materialabtrag.
Alkalische Poliermittel enthalten OH-Ionen als Reaktionsmittel (alkalisches bzw. alkalisch angereichertes Kieselsol). Die Reaktion zwischen den OH-Ionen und der Substratoberfläche ist dabei abhängig vom Transport der reaktiven Ausgangsstoffe sowohl innerhalb der Ätz- oder Polierflüssigkeit als auch an die Substratoberfläche, von der Temperatur, von der Konzentration und insbesondere von der lokalen Materialzusammensetzung der zu polierenden Oberfläche und von deren Materialeigenschaften.
Unter lokaler Materialzusammensetzung ist das Vorhandensein von Oxiden, Metallen oder anderen Materialien neben dem verwendeten Halbleitermaterial (z.B. Silicium, Germanium, III/V-Halbleiter wie beispielsweise Galliumnitrid, Verbindungshalbleiter) zu verstehen.
Materialeigenschaften, die die Reaktion beeinflussen, sind beispielsweise das Vorhandensein von Dotierstoffen und die jeweiligen Dotierstoffkonzentrationen.
Das während des Polierprozesses von der Substratoberfläche abgetragene Material lagert sich zum Teil auf der Oberfläche (Arbeitsfläche) des Poliertuches ab. Diese Poliertuchbelegung kann in verringerten Abtragsraten und erhöhten Defektraten (LLS, Kratzer) auf der Substratoberfläche resultieren. Poliertücher müssen daher regelmäßig aufbereitet bzw. gereinigt werden.
Ohne Beschränkung des Umfangs des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Politur mindestens einer Scheibe aus Halbleitermaterial wird das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel einer mehrstufigen Einseitenpolitur beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Politur mindestens einer Scheibe aus Halbleitermaterial kann auch für eine gleichzeitige Politur der Vorderseite und der Rückseite (Doppelseitenpolitur, DSP) angewendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst mindestens zwei Polierschritte, eine Abtragspolitur und eine sich anschließende Glanzpolitur (Schleierfrei-Politur).
Für die Einseitenpolitur wird die Scheibe aus Halbleitermaterial mit der nicht zu polierenden Seite auf einem Träger mittels Vakuum oder Kitt befestigt. Der Träger wiederum wird an einem drehbaren Poliertopf befestigt, der während der Politur, zusammen mit dem Träger und der daran befestigten Scheibe aus Halbleitermaterial, mit einer definierten Umdrehungszahl rotiert. Die so befestigte Scheibe aus Halbleitermaterial wird während des Poliervorgangs mit einem definierten Druck gegen das Poliertuch gedrückt.
Das Poliertuch kann sowohl aus einem geschäumten Material (foamed pad), beispielsweise Polyurethan (PU), als auch aus einem Gewebe (Fasern), das mit einem Polymer imprägniert ist (non woven pad), bestehen. Die Härte des Poliertuches beträgt bevorzugt 78–90 Shore A. Ein Beispiel für ein solches Poliertuch ist das SUBA 500 Rodel der Firma Rohm & Haas.
Tücher aus einem geschäumten Polymer (foamed pads), weisen prinzipiell eine geringe Durchlässigkeit für flüssige Poliermittel auf. Es findet lediglich eine Benetzung der Tuchoberfläche statt.
Tücher aus mit einem Polymer imprägnierten Fasern (non-woven pads) bestehen, weisen eine materialbedingte Durchlässigkeit (Saugfähigkeit) für flüssige Poliermittel auf.
Das Poliertuch bedeckt den sogenannten Polierteller, der während des Polierprozesses mit einer definierten Umdrehungszahl rotiert.
Während der Politur wird die mindestens eine Scheibe aus Halbleitermaterial mit einem definierten Druck (Polierdruck) gegen das Poliertuch gedrückt, Poliermittel zwischen Poliertuch und der Scheibe aus Halbleitermaterial gebracht und gleichzeitig rotieren der Polierteller und der Poliertopf bevorzugt gleichsinnig. Dabei sind die Rotationsgeschwindigkeiten bzw. die Drehzahlen des Poliertopfes und des Poliertellers unterschiedlich.
Ebenfalls bevorzugt rotieren der Polierteller und der Poliertopf gegengleich. Dabei können die Rotationsgeschwindigkeiten bzw. die Drehzahlen des Poliertopfes und des Poliertellers unterschiedlich oder gleich sein.
Der erste Polierschritt ist eine einseitige Abtragspolitur gemäß dem Stand der Technik, bei dem bevorzugt 12–15 µm Material von der Oberfläche einer Scheibe aus Halbleitermaterial abgetragen werden. Der erste Polierschritt erfolgt mit einer Poliermittelsuspension gemäß dem Stand der Technik, welche feste Partikel als Abrasivstoff, beispielsweise Kieselsol, enthält.
Der Anteil des Abrasivstoffes in der Poliermitteldispersion beträgt vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5–5 Gew.-%. Die Größenverteilung der Abrasivstoff-Teilchen ist vorzugsweise monomodal ausgeprägt. Die mittlere Teilchengröße beträgt 5 bis 300 nm, besonders bevorzugt 5 bis 50 nm. Der Abrasivstoff besteht aus einem das Substratmaterial mechanisch abtragenden Material, vorzugsweise aus einem oder mehreren der Oxide der Elemente Aluminium, Cer oder Silicium.
Besonders bevorzugt ist eine Poliermitteldispersion, die kolloid-disperse Kieselsäure enthält. Der pH-Wert der Poliermitteldispersion liegt vorzugsweise in einem Bereich von 9 bis 11,5 und wird bevorzugt durch Zusätze wie Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebige Mischungen dieser Verbindungen eingestellt.
Die Poliermitteldispersion kann darüber hinaus einen oder mehrere weitere Zusätze enthalten, beispielsweise oberflächenaktive Additive wie Netzmittel und Tenside, als Schutzkolloide wirkende Stabilisatoren, Konservierungsmittel, Biozide, Alkohole und Komplexbildner.
Bevorzugt beträgt der Polierdruck im materialabtragenden ersten Polierschritt während der Abtragspolitur und unter Zuführung des Poliermittels 0,10 bis 0,5 bar und besonders bevorzugt 0,15–0,40 bar.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird der erste Polierschritt (Abtragspolitur) mit Wasser gestoppt. Dazu wird das Poliermittel durch Wasser ersetzt. Mit Hilfe von Wasser, das eine für den Einsatz im Halbleiterbereich übliche Reinheit (DI-Wasser) hat, werden auch Poliermittelreste von der Substratoberfläche abgespült, um unkontrollierte Poliermittelreaktionen auf der Substratoberfläche, insbesondere Anätzvorgänge durch lokal erhöhte pH-Werte, weitestgehend zu unterbinden.
Der Wasserstoppschritt setzt sich bevorzugt aus drei Einzelschritten zusammen, nämlich einem ersten und zweiten jeweils druckbeaufschlagten Schritt W1 und W2, mit einem Polierdruck von 0,03–0,1 bar – vorzugsweise 0,05 bar – und einem, nach dem Abheben des Poliertuches von der Substratoberfläche, drucklosen Spülschritt W3.
Während der Dauer des gesamten Wasserstoppschrittes bleibt in einer ersten Ausführungsform die Drehzahl des mit dem Poliertuch belegten Poliertellers bevorzugt unverändert. In dieser Ausführungsform des Wasserstoppschrittes ist die Tellerdrehzahl die gleiche, wie während der Abtragspolitur.
Bevorzugt beträgt die Tellerdrehzahl 20–50 Umdrehungen pro Minute (U/min), besonders bevorzugt 30–40 U/min.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beginnt der erste Einzelschritt W1 des Wasserstoppschrittes mit der abrupten Beendigung der Zufuhr des Poliermittels durch das Schließen der entsprechenden Düsen bzw. Zuläufe. Zeitgleich wird über andere Düsen bzw. Zuläufe DI-Wasser zugeführt und der Polierdruck verringert.
In einer zweiten, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der erste Einzelschritt W1 des Wasserstoppschrittes durch eine kontinuierliche Verringerung der Zufuhr des Poliermittels bis zum endgültigen Stoppen der Zufuhr des Poliermittels über einen Zeitraum von 5 bis 30 Sekunden, eingeleitet. Zeitgleich wird DI-Wasser, bevorzugt mit einer kontinuierlichen Steigerung der zugeführten Menge pro Zeiteinheit, über mindestens einen separaten Zulauf auf den Polierteller geleitet.
Die in den einzelnen Schritten W1 bis W3 jeweils zugeführte Menge an Wasser pro Zeiteinheit hängt u.a. von dem Durchmesser des mit einem Poliertuch belegten Poliertellers sowie von der Anzahl der Medienaustrittstellen aus der Poliervorrichtung ab.
Im Schritt W3 beeinflusst zusätzlich noch die Höhe zwischen Poliertuch und polierter Substratoberfläche (Spaltbreite) die Menge des an pro Zeiteinheit zugeführten Wassers.
Beispielsweise beträgt bei Scheiben mit einem Durchmesser von 125 mm bis 200 mm die Zufuhrmenge mit DI-Wasser im Einzelschritt W1 bevorzugt 20–40 l/min, besonders bevorzugt 25–35 l/min.
Die Zufuhr mit DI-Wasser im Einzelschritt W1 erfolgt bevorzugt für einen Zeitraum von 5 bis 30 Sekunden, besonders bevorzugt 5 bis 20 Sekunden.
In einer ersten Ausführungsform bleibt im Einzelschritt W1 die Topfdrehzahl im Vergleich zum Abtragspolierschritt unverändert. Bevorzugt beträgt die Topfdrehzahl 5 bis 20 U/min, besonders bevorzugt 5 bis 15 U/min.
Im Einzelschritt W1 wird das sich zwischen dem Poliertuch und der Substratoberfläche befindliche Poliermittel schnell vom Wasser verdrängt und der pH-Wert schnell erniedrigt. Dadurch werden Anätzungen auf der Substratoberfläche vermieden.
Da sich immer noch Poliermittel im Poliertuch befindet, das erst langsam aus dem Poliertuch herausgewaschen wird (insbesondere im Schritt W2), verringert sich im Schritt W1 nur langsam die Abtragsrate, was sich positiv auf die Oberflächenrauigkeit auswirkt.
Anschließend wird im zweiten Einzelschritt W2 der Wasserfluss für 2 bis 30 Minuten, bevorzugt für 10 bis 20 Minuten, bei Scheiben mit einem Durchmesser von 125 mm bis 200 mm auf 5 bis 10 l/min, bevorzugt 5 bis 8 l/min, reduziert. Die Reduktion des Wasserflusses kann dabei stufenweise, kontinuierlich oder auch abrupt erfolgen.
Im Einzelschritt W2 bleibt die Topfdrehzahl im Vergleich zum Abtragspolierschritt ebenfalls unverändert. Bevorzugt beträgt die Topfdrehzahl weiterhin 5 bis 20 U/min, besonders bevorzugt 5 bis 15 U/min.
Der dritte Einzelschritt W3 des Wasserstoppschrittes beginnt mit dem Abheben der Substratfläche vom Poliertuch (Lifting), wobei der mit dem Poliertuch belegte Polierteller weiter rotiert.
Die Drehgeschwindigkeit des Poliertopfes nach dem Lifting W3 bleibt bevorzugt konstant oder wird gegenüber den Einzelschritten W1 und W2 reduziert oder gesteigert.
Beim Abheben der mindestens einen Scheibe aus Halbleitermaterial von der Poliertuchoberfläche wird die Scheibe bevorzugt 2 bis 5 mm von der Tuchoberfläche entfernt.
Durch das Abheben der mindestens einen Scheibe aus Halbleitermaterial kann das DI-Wasser zwischen die mindestens eine Scheibe und dem Poliertuch fließen.
Bevorzugt wird beim Abstoppen eines einseitigen Polierprozesses die zugeführte Menge DI-Wasser so gewählt, dass sich zwischen Scheibe und Poliertuchoberfläche ein Wasserfilm mit einer Höhe, die mindestens dem Abstand zwischen Scheibe und Poliertuchoberfläche entspricht, bildet.
Ebenfalls bevorzugt wird beim Abstoppen eines einseitigen Polierprozesses die zugeführte Menge DI-Wasser so gewählt, dass sich ein Wasserfilm mit einer Höhe bildet, der mindestens bis an die Trägerplatte, an dem die Scheibe aus Halbleitermaterial befestigt ist, heranreicht.
Die Wassermenge wird im dritten Einzelschritt W3 bei Scheiben mit einem Durchmesser von 125 mm bis 200 mm wieder auf 20 bis 40 l/min, bevorzugt 25–35 l/min, für bevorzugt 25 bis 45 Sekunden, erhöht.
Die Erhöhung der Wassermenge im Schritt W3 erfolgt – unabhängig vom Durchmesser – vorzugsweise kontinuierlich innerhalb von 1–2 Sekunden. Der drucklose Spülschritt W3 wird für einen Zeitraum von 5 bis 60 Sekunden durchgeführt.
Die große Wassermenge im Schritt W3 bewirkt einen guten Wascheffekt, so dass die polierte Oberfläche der mindestens einen Scheibe aus Halbleitermaterial effektiv von noch vorhandenen Poliermittelresten und Abrieb gereinigt wird.
Der Wascheffekt wird dabei durch die weitere Rotation des mit dem Poliertuch belegten Tellers verbessert. Bevorzugt beträgt die Rotationsgeschwindigkeit des Poliertellers während des Einzelschrittes W3 5–35 U/min, besonders bevorzugt 5–10 U/min.
In einer zweiten Ausführungsform des Wasserstoppschrittes wird die Tellerdrehzahl vorzugsweise auf 5–15 U/min und besonders bevorzugt auf 5–10 U/min reduziert. Durch die Verlangsamung der Tellerdrehzahl wird aufgrund der verringerten Fliehkräfte eine gleichmäßigere Verteilung des Wasserfilms zwischen Poliertuch und Substrat erreicht.
Die Verwendung von Wasser als Stoppmittel für die Abtragspolitur bewirkt zunächst eine Verdünnung des vor allem noch im Poliertuchkörper vorhandenen Poliermittels und damit eine kontinuierliche Verringerung des Materialabtrags, so dass die langwellige Rauigkeit der Oberfläche minimiert wird.
Beispiel: Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Politur mindestens einer Scheibe aus Halbleitermaterial mit dem Wasserstoppschritt, wurde nach einer anschließenden Glanzpolitur für eine niedrig-ohmige Siliciumscheibe eine langwellige Rauigkeit (Bright Field Haze) der polierten Seite von 25,1 ppm erreicht, wohingegen die Politur einer Scheibe aus gleichem Material mit einem Polierstoppschritt mit einem Stoppmittel mit einem mehrwertigen Alkohol nach der anschließenden Glanzpolitur eine langwellige Rauigkeit (Brightfield Haze) der polierten Seite von 31,1 ppm aufwies.
Allerdings erhöht sich mit zunehmender Poliermittelverdünnung und damit verbunden auch mit zunehmend abnehmender Abtragsrate auch das Risiko von Polierkratzern auf der polierten Oberfläche der Scheibe aus Halbleitermaterial, da sowohl Partikel, herrührend aus Poliermitteleintrocknungen bzw. -rückständen als auch Abrieb durch das Wasser aus dem Poliertuch herausgelöst werden.
Ein Zusatz von Lauge zum DI-Wasser, um beispielsweise Silicium-Partikel besser in Lösung zu halten, birgt die Gefahr von zusätzlichen Anätzungen der polierten Scheibenoberfläche und wird daher vermieden.
Um das Risiko von Polierkratzern zu minimieren, muss die mindestens eine Scheibe aus Halbleitermaterial ausreichend gespült werden. Neben der ausreichenden Menge an zugeführtem DI-Wasser, die vom Durchmesser der polierten Scheiben und damit auch vom Durchmesser des Poliertuches abhängt, beeinflusst auch der richtige Winkel des Wasseraustritts zur Poliertuchoberfläche bzw. zur Scheibenoberfläche die Qualität des Polierstopps hinsichtlich der langwelligen Rauigkeit.
Das zum Abstoppen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Politur mindestens einer Scheibe aus Halbleitermaterial in die Poliervorrichtung eingebrachte Wasser muss – insbesondere im Schritt W3 – möglichst gleichmäßig und spritzfrei in die Poliervorrichtung bzw. auf das Poliertuch gelangen.
Bevorzugt befindet sich deshalb vor jeder Trägerplatte in einem geeigneten Abstand und in einer geeigneten Höhe mindestens ein Zulauf für das DI-Wasser.
Bevorzugt handelt es sich bei diesem mindestens einen Zulauf um eine Rohrleitung L mit einer runden oder flachen Austrittsöffnung für das DI-Wasser (1).
Ebenfalls bevorzugt ist als Austrittsöffnung eine Düse, die das Wasser beispielsweise fächerförmig verteilt.
Die Austrittsöffnung ist bevorzugt in einem Winkel α von 0° bis 90° zur Oberfläche des mit einem Poliertuch 1 belegten Poliertellers ausgerichtet (1). Bei einem Winkel α von 0° (1a) tritt das DI-Wasser parallel zur Oberfläche des Poliertuches 1 aus dem Zulauf aus. Bei einem Winkel α von 90° (1c) trifft das aus der Austrittsöffnung fließende DI-Wasser senkrecht auf die Oberfläche des Poliertuches 1.
Die Austrittsöffnung der mindestens einen Zuleitung L für das DI-Wasser ist besonders bevorzugt in einem Winkel α von 0° bis 45°, bezogen auf die Oberfläche des Poliertellers, ausgerichtet.
Die mindestens eine Zulaufleitung L ist bevorzugt im Bereich des inneren Randes des Poliertuches 1 positioniert (2). Ebenfalls bevorzugt ist eine in Bezug auf den Poliertuchdurchmesser mittige Positionierung der mindestens einen Zulaufleitung L.
Bei einem DSP-Prozess sind mindestens zwei Zulaufleitungen L, jeweils mindestens eine auf der Oberseite und mindestens eine auf der Unterseite im Bereich des inneren Randes des Poliertuches 1 positioniert.
Die Austrittsöffnung der Zuleitung für das DI-Wasser ist bevorzugt radial so zur Oberfläche des Poliertellers ausgerichtet, dass das aus dem Zulauf L fließende DI-Wasser nicht direkt auf die Mitte des Poliertellers sondern seitlich mit einem Winkel β in Drehrichtung auf die Oberfläche des Poliertellers in Richtung Halbleiterscheibe W fließt und sich durch die Drehung des Poliertellers gleichmäßig über die gesamte Fläche des Poliertellers verteilen kann (2). Der Winkel β ist dabei der Kippwinkel, mit dem der Zulauf L entgegen der Drehrichtung des mit einem Poliertuch 1 belegten Poliertellers gegen die in 2 gezeigte Tangente gekippt ist.
Die Austrittsöffnung der Zuleitung für das DI-Wasser befindet sich bevorzugt in einer Höhe von 3 mm bis 10 mm, vorzugsweise 5 mm bis 8 mm, über der Oberfläche des Poliertuches 1, welches sich auf dem Polierteller befindet.
Dadurch, dass im erfindungsgemäßen Verfahren der erste Polierschritt, die Abtragspolitur, mit Wasser gestoppt wird, erhöht sich – ohne Qualitätseinbußen – die Wirtschaftlichkeit der einseitigen Politur von Scheiben aus Halbleitermaterial deutlich, da auf die teuren Abtragsstoppmedien, wie beispielsweise Alkohole oder spezielle Kieselsole, die mit Tensid stabilisiert sind, wie z.B. Glanzox 3900 der Firma Fujimi Incorporated, verzichtet werden kann.
Der zweite Polierschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, der der Abtragspolitur folgt, ist eine Glanzpolitur (Schleierfreipolitur) gemäß dem Stand der Technik.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2-0020077039 [0005]
US 2008-0305722 [0005]
DE 102008053610 A1 [0005]
US 5913712 A [0005, 0019]
EP 2266757 A1 [0010]
US 2005/0227590 A1 [0011]
US 5958794 [0012]
EP 0924759 B1 [0014]
DE 10054166 A1 [0014]
US 2007/224821 A2 [0014]
US 3691694 [0016]
DE 102007035266 A1 [0018]
EP 0757378 A1 [0020]
EP 0684634 A2 [0023, 0024, 0025]
DE 19938340 C1 [0025]
DE 10046933 A1 [0026, 0028]
DE 10004578 C1 [0027, 0027, 0028]

Claims

Verfahren zum Polieren mindestens eines Substrates aus Halbleitermaterial, umfassend einen ersten Material abtragenden Polierschritt, in dem das Substrat mit mindestens einem mit einem Poliertuch belegten Polierteller poliert wird, wobei während des Polierschrittes ein alkalisches Poliermittel zwischen das Substrat und das mindestens eine Poliertuch mit einer definierten Menge pro Zeiteinheit gebracht wird, und mindestens einen zweiten Polierschritt zur Politur des mindestens einen Substrates aus Halbleitermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des ersten Polierschrittes das Poliermittel durch Wasser ersetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des ersten Polierschrittes der Ersatz des Poliermittels durch Wasser so erfolgt, dass das Wasser erst dann zwischen das Substrat und das mindestens eine Poliertuch gebracht wird, wenn der Poliermittelzufluss gestoppt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des ersten Polierschrittes der Ersatz des Poliermittels durch Wasser so erfolgt, dass die pro Zeiteinheit zugeführte Menge an Poliermittel bis auf null verringert wird, während die zugeführte Menge an Wasser pro Zeiteinheit bis zum Erreichen der gewünschten Menge pro Zeiteinheit gesteigert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr des Wasser in drei Schritten, W1 bis W3, erfolgt, wobei sich die Schritte wenigstens in einem der Parameter Polierdruck, den zugeführten Wassermengen oder den Drehzahlen des mindestens einen Poliertellers unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schritten W1 und W2 das Substrat mit einem Polierdruck gegen das Poliertuch gedrückt wird, im Schritt W3 das Substrat von dem mindestens einen Poliertuch abgehoben wird, die im Schritt W1 zugeführte Wassermenge höher ist als die im sich anschließenden Schritt W2 und im Schritt W3 die zugeführte Wassermenge höher ist als im Schritt W2.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet das die Dauer des Schrittes W1 5 bis 30 Sekunden, des Schrittes W2 2 bis 30 Minuten und die des Schrittes W3 5 bis 60 Sekunden beträgt.