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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Polieren von Halbleiterscheiben mittels gleichzeitiger beidseitiger Politur in einem Spalt zwischen einem unteren und einem oberen Poliertuch einer Poliervorrichtung unter Zuführen eines Poliermittels, wobei das untere Poliertuch einen unteren Polierteller und das obere Poliertuch einen oberen Polierteller bedeckt und die Polierteller und die Poliertücher einen inneren Rand und einen äußeren Rand aufweisen. Das Verfahren umfasst das Abrichten eines oder beider Poliertücher mit einem Abrichtwerkzeug und das Polieren von Halbleiterscheiben im Spalt nach dem Abrichten.
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Halbleiterscheiben, insbesondere Halbleiterscheiben aus einkristallinem Silizium werden als Grundstoffe zur Herstellung elektronischer Bauelemente benötigt. Die Hersteller solcher Bauelemente verlangen, dass die gelieferten Halbleiterscheiben Vorder- und Rückseiten aufweisen, die möglichst eben sind und parallel zueinander liegen. Um diesem Erfordernis zu entsprechen, umfasst ein Bearbeitungsschritt zur Herstellung solcher Halbleiterscheiben üblicherweise deren Politur. Besonders geeignet ist die Doppelseitenpolitur (DSP), bei der Vorderseite und Rückseite der Halbleiterscheibe in Gegenwart eines Poliermittels gleichzeitig poliert werden. Während der DSP befindet sich die Halbleiterscheibe gemeinsam mit weiteren Halbleiterscheiben in einem Spalt zwischen einem unteren und einem oberen Poliertuch. Jedes der Poliertücher bedeckt einen entsprechenden unteren und oberen Polierteller. Die Halbleiterscheiben liegen während der DSP in Öffnungen von Werkstückhaltern („carrier“), die sie führen und schützen. Die Werkstückhalter sind außenverzahnte Scheiben, die zwischen einem inneren und einem äußeren Zahnrad oder Stiftkranz der Poliervorrichtung angeordnet sind. Zahnrad oder Stiftkranz werden nachfolgend Antriebsrad genannt. Die Werkstückhalter werden während einer Politur von Halbleiterscheiben vom inneren Antriebsrad oder vom inneren und vom äußeren Antriebsrad der Poliervorrichtung in eine Drehbewegung um ihre Mitte und die Mitte der Polierteller versetzt. Darüber hinaus werden üblicherweise auch die Polierteller gegensinnig um ihre Achsen gedreht, und es resultiert eine für DSP charakteristische Kinematik, bei der ein Punkt auf einer zu polierenden Seite der Halbleiterscheibe eine zykloidische Bahnkurve auf dem polierenden Poliertuch zurücklegt.
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Vor dem ersten Gebrauch und nach Erreichen eines bestimmten Abnutzungsgrads ist es üblich, das untere und das obere Poliertuch abzurichten. Beim Abrichten („dressing“) wird die Oberfläche des Poliertuchs aufgeraut und ein geringfügiger Materialabtrag herbeigeführt, um das Poliertuch in einen günstigen Arbeitszustand zu versetzen.
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Gemäß der
US 2012/0189777 A1 ist es vorteilhaft, die Polierteller einem formgebenden Abrichten („truing“) zu unterziehen, damit der Spalt zwischen den Poliertüchern möglichst einheitlich breit wird. Darüber hinaus ist dort beschrieben, dass zum Abrichten der Poliertücher die Werkstückhalter durch Abrichtringe ersetzt werden. Das Abrichten erfolgt in Gegenwart eines Kühlschmiermittels, wobei die Abrichtringe ohne eingelegte Halbleiterscheiben in einer Bewegung analog zur Kinematik der DSP über das untere und das obere Poliertuch bewegt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, der zu einer Verbesserung der Ebenheit der Halbleiterscheiben nach erfolgter DSP führt.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Polieren von Halbleiterscheiben mittels gleichzeitiger beidseitiger Politur in einem Spalt zwischen einem unteren und einem oberen Poliertuch einer Poliervorrichtung unter Zuführen eines Poliermittels, wobei das untere Poliertuch einen unteren Polierteller und das obere Poliertuch einen oberen Polierteller bedeckt und die Polierteller und die Poliertücher einen inneren Rand und einen äußeren Rand aufweisen, umfassend das Abrichten eines oder erst des einen und anschließend des anderen Poliertuchs mit einem Abrichtwerkzeug, wobei der Polierteller, der mit dem abzurichtenden Poliertuch bedeckt ist, gedreht wird und das Abrichtwerkzeug derart im Spalt gelagert ist, dass es sich vom inneren bis zum äußeren Rand des abzurichtenden Poliertuchs erstreckt; und das Polieren von Halbleiterscheiben im Spalt nach dem Abrichten, dadurch gekennzeichnet, dass sich beim Abrichten der Abstand des Abrichtwerkzeugs zum Poliertuch, das dem abzurichtenden Poliertuch gegenüberliegt, am inneren Rand dieses Poliertuchs unterscheidet vom entsprechenden Abstand am äußeren Rand dieses Poliertuchs.
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Die Erfinder haben herausgefunden, dass es zur Verbesserung der Ebenheit, insbesondere im Randbereich der Halbleiterscheibe günstiger ist, wenn die Halbleiterscheibe einer DSP unterzogen wird und sich dabei die Breite des Spalts vom inneren Rand zum äußeren Rand der Poliertücher ändert, anstelle gleich zu bleiben. Die Breite des Spalts ist der Abstand zwischen dem unteren und dem oberen Poliertuch. Sie ändert sich vorzugsweise linear. Der Spalt ist vorzugsweise am inneren Rand der Poliertücher breiter als am äußeren Rand der Poliertücher und hat dementsprechend ein Profil mit keilartiger Form. Der Betrag des Unterschieds der Breite des Spalts beträgt 10 µm bis 250 µm, vorzugsweise 30 µm bis 150 µm, wenn die Breite des Spalts am inneren Rand der Poliertücher mit der Breite des Spalts am äußeren Rand der Poliertücher verglichen wird. Das abgerichtete Poliertuch ist dementsprechend vorzugsweise am inneren Rand dünner als am äußeren Rand.
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Das günstige Profil des Spalts wird durch Abrichten eines oder beider Poliertücher mit einem Abrichtwerkzeug erreicht. Werden beide Poliertücher abgerichtet, wird zunächst das untere oder das obere Poliertuch abgerichtet und anschließend das dem abgerichteten Poliertuch gegenüberliegende Poliertuch.
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Das Abrichtwerkzeug umfasst vorzugsweise einen oder mehrere Abrichtringe und besonders bevorzugt drei Abrichtringe, die zwischen das innere und das äußere Antriebsrad anstelle von Werkstückhaltern gelegt werden. Jeder Abrichtring hat eine zum abzurichtenden Poliertuch weisende obere Seite, die mit Schleifkörpern versehen ist. Die darunter liegende untere Seite kann ebenfalls mit Schleifkörpern versehen sein. Die Schleifkörper enthalten abrasiv wirkendes Material, vorzugsweise Körner aus Diamant, kubischem Bornitrid, Korund oder Siliziumcarbid. Die mittlere Korngröße beträgt vorzugsweise 60 µm bis 300 µm.
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Das Abrichtwerkzeug erstreckt sich vom inneren bis zum äußeren Rand des abzurichtenden Poliertuchs. Erfindungsgemäß ist beim Abrichten der Abstand, den das Abrichtwerkzeug zum Poliertuch aufweist, das dem abzurichtenden Poliertuch gegenüberliegt, am inneren Rand dieses Poliertuchs verschieden vom entsprechenden Abstand am äußeren Rand dieses Poliertuchs. Dies wird erreicht, indem das Abrichtwerkzeug derart gelagert wird, dass es aus einer horizontalen Lage gekippt angeordnet ist. Vorzugsweise wird ein Abstandhalter zwischen das Abrichtwerkzeug und das Poliertuch, das dem abzurichtenden Poliertuch gegenüberliegt, gelegt. Der Abstand zwischen dem Abrichtwerkzeug und dem Poliertuch, das dem abzurichtenden Poliertuch gegenüberliegt, ist am inneren Rand dieses Poliertuchs vorzugsweise größer als am äußeren Rand dieses Poliertuchs. Es ist der Abstand zwischen der von den Schleifkörpern gebildeten Oberfläche des Abrichtwerkzeugs und der Oberfläche des Poliertuchs, das dem abzurichtenden Poliertuch gegenüberliegt.
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Entsprechend einer Ausführungsform umfasst der Abstandhalter einen oder mehrere Ringe, die auf dem Poliertuch liegen, das dem abzurichtenden Poliertuch gegenüberliegt. Ein solcher Distanzring erstreckt sich vom inneren bis zum äußeren Rand des Poliertuchs. Er hat am inneren Rand des Poliertuchs eine Dicke, die vorzugsweise größer ist als seine Dicke am äußeren Rand des Poliertuchs. Das Abrichtwerkzeug liegt im Bereich des inneren und des äußeren Rands des Poliertuchs auf dem Abstandhalter. Dementsprechend ist der Abstand zwischen dem Abrichtwerkzeug und dem Poliertuch, das dem abzurichtenden Poliertuch gegenüberliegt, am inneren Rand dieses Poliertuchs größer, als am äußeren Rand des Poliertuchs.
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Vorzugsweise sind drei der Abstandhalter vorgesehen, die gleichmäßig verteilt auf dem Poliertuch liegen, das dem abzurichtenden Poliertuch gegenüberliegt. Die Abstandhalter sind vorzugsweise über Stege miteinander verbunden, die als Sicherungen gegen ein Verdrehen der Abstandhalter wirken.
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Zum Abrichten eines Poliertuchs werden die Polierteller geschlossen und der Polierteller, der vom abzurichtenden Poliertuch bedeckt ist, in Drehung versetzt. Der andere Polierteller wird nicht gedreht. Darüber hinaus wird das erfindungsgemäß gelagerte Abrichtwerkzeug mit Hilfe des inneren oder des äußeren Antriebsrads oder mit Hilfe von beiden in eine Drehung um die eigene Mitte versetzt. Der obere Polierteller ist kardanisch aufgehängt, um die Relativbewegung von Abrichtwerkzeug und bewegtem Polierteller zu ermöglichen, in deren Folge das abzurichtende Poliertuch flächendeckend bearbeitet wird.
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Entsprechend einer weiteren Ausführungsform ist der Abstandhalter ein einzelner Ring, der auf dem Poliertuch liegt, das dem abzurichtenden Poliertuch gegenüberliegt. Dieser Distanzring umschließt den inneren Rand dieses Poliertuchs und das innere Antriebsrad. Das Abrichtwerkzeug liegt im Bereich des inneren Rands des Poliertuchs auf dem Abstandhalter und im Bereich des äußeren Rands des Poliertuchs auf dem Poliertuch. Der Abstand zwischen dem Abrichtwerkzeug und dem Poliertuch, das dem abzurichtenden Poliertuch gegenüberliegt, ist am inneren Rand dieses Poliertuchs gleich der Summe der Dicke des Abrichtwerkzeugs und der Dicke des Abstandhalters. Am äußeren Rand des Poliertellers ist der Abstand um die Dicke des Abstandhalters kleiner.
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Das Abrichten erfolgt vorzugsweise in Gegenwart eines Kühlschmiermittels.
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Im Anschluss an das Abrichten eines oder beider Poliertücher werden Halbleiterscheiben in Werkstückhaltern liegend im Spalt zwischen den Poliertüchern einer gleichzeitigen beidseitigen Politur unterzogen, wobei mehrere Halbleiterscheiben in einer Polierfahrt gleichzeitig poliert werden. Es werden eine oder mehrere Polierfahrten durchgeführt, bevor eines der Poliertücher oder beide Poliertücher das nächste Mal erfindungsgemäß abgerichtet werden. Auf das nächste Abrichten kann verzichtet werden, solange das Profil des Spalts die gewünschte keilartige Form behält. Erfüllt die die Politur die in sie gesetzten Erwartungen bezüglich der Ebenheit der polierten Halbleiterscheiben in Folge von ungleichmäßigem Poliertuch-Verschleiß nicht mehr, sollte das gewünschte Profil des Spalts wiederhergestellt werden. In diesem Fall wird ein weiterer Abricht-Zyklus durchgeführt. Gegebenenfalls müssen die Poliertücher zuvor ausgewechselt werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Abbildungen beschrieben.
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1 zeigt in Schnittdarstellung eine Anordnung des Abrichtwerkzeugs beim Abrichten eines Poliertuchs gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt die Anordnung gemäß 1 in Draufsicht auf das Poliertuch, das dem abzurichtenden Poliertuch gegenüberliegt.
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3 zeigt in Schnittdarstellung eine Anordnung des Abrichtwerkzeugs beim Abrichten eines Poliertuchs gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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4 zeigt die Anordnung gemäß 3 in Draufsicht auf das Poliertuch, das dem abzurichtenden Poliertuch gegenüberliegt.
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5 zeigt in Schnittdarstellung die Anordnung von Halbleiterscheiben während einer DSP in einem Spalt mit einem Profil mit keilartiger Form.
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Gemäß 1 erstrecken sich der untere Polierteller 2 und der obere Polierteller 1 radial von einem inneren zu einem äußeren Rand, ebenso wie das untere Poliertuch 4 und das obere Poliertuch 3, das den jeweiligen Polierteller bedeckt. Das untere Poliertuch 4 bildet eine ringförmige Fläche, die am inneren Rand einem inneren Stiftkranz 6 der Poliervorrichtung und am äußeren Rand einem äußeren Stiftkranz 7 der Poliervorrichtung benachbart ist. Auf dem unteren Poliertuch 4 sind drei Abrichtringe 11 gleichmäßig verteilt abgelegt. Sie liegen jeweils auf einem Distanzring 14 aus Kunststoff. Die Distanzringe haben eine Form, die im Querschnitt keilartig ist. Die Abrichtringe 11 erstrecken sich vom inneren Rand bis zum äußeren Rand des abzurichtenden oberen Poliertuchs 3 und haben eine Verzahnung 12 am Umfang, die in die Stifte des inneren und des äußeren Stiftkranzes 6, 7 eingreift. Die obere Seite der Abrichtringe 11 ist mit Schleifkörpern 13 versehen. Beim Abrichten des oberen Poliertuchs wird der obere Polierteller 1 um seine Drehachse 5 gedreht. Der untere Polierteller 2 bleibt währenddessen in Ruhe. Der Abstand Di zwischen dem unteren Poliertuch 4 und dem Abrichtring 11 ist am inneren Rand des Poliertuchs größer als der entsprechende Abstand Do am äußeren Rand des Poliertuchs.
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Wegen der keilartigen Ausgestaltung des Querschnitts der Distanzringe 14 mit unterschiedlicher Dicke am inneren und am äußeren Rand des Poliertuchs 4 nehmen die Abrichtringe 11 beim Abrichten eine Schrägstellung relativ zur Horizontalen ein. Dementsprechend ist der beim Abrichten bewirkte Materialabtrag vom oberen Poliertuch 3 von der radialen Position abhängig. Er sinkt vom inneren Rand des Poliertuchs bis zum äußeren Rand des Poliertuchs.
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Ist vorgesehen, im Anschluss auch das untere Poliertuch 4 abzurichten, werden die Abrichtringe 11 und die Distanzringe 14 um 180° gedreht und im Spalt zwischen den Poliertüchern angeordnet, und beim Abrichten der untere Polierteller 2 anstelle des oberen Poliertellers 1 gedreht.
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2 zeigt die Anordnung der Abrichtringe 11 und der Distanzringe 14 in Draufsicht auf das untere Poliertuch 4, das dem abzurichtenden Poliertuch 3 gegenüberliegt. Die Distanzringe 14 sind durch Stege 16 miteinander verbunden, welche die Distanzringe daran hindern, beim Abrichten des Poliertuchs Drehbewegungen auszuführen.
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Die Ausführungsform gemäß 3 unterscheidet sich von der gemäß 1 im Wesentlichen dadurch, dass als Abstandhalter ein einzelner Distanzring 17 eingesetzt wird, der um den inneren Rand des unteren Poliertuchs 4 und um das innere Antriebsrad 6 gelegt ist. Der Distanzring 17 hat eine einheitliche Dicke. Das Abrichtwerkzeug ist bei dieser Ausführungsform ein Abrichtring 18, der dicker ist als das Abrichtwerkzeug der anderen Ausführungsform und der daher eine höhere Steifigkeit aufweist. Der Abrichtring 18 liegt im Bereich des inneren Rands des unteren Poliertuchs 4 auf dem Distanzring 17 und im Bereich des äußeren Rands des unteren Poliertuchs 4 auf dem unteren Poliertuch 4. Vorzugsweise sind drei solcher Abrichtringe 18 vorgesehen. Der Abstand Di zwischen dem Abrichtwerkzeug 11 und dem unteren Poliertuch 4, das dem abzurichtenden Poliertuch 3 gegenüberliegt, ist am inneren Rand des unteren Poliertuchs größer als der entsprechende Abstand Do am äußeren Rand des unteren Poliertuchs 4. Die Differenz der Abstände entspricht der Dicke des Distanzrings 17.
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4 zeigt die Anordnung der Abrichtringe 18 in Draufsicht auf das untere Poliertuch 4. Die Abrichtringe 18 liegen im Bereich des inneren Rands des unteren Poliertuchs 4 auf dem Distanzring 17. Der Distanzring 17 umschließt den inneren Rand des unteren Poliertuchs 4 und das innere Antriebsrad 6.
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5 zeigt in Schnittdarstellung die Anordnung von Halbleiterscheiben 10 während einer DSP in einem Spalt mit einem Profil mit keilartiger Form. Die keilartige Form des Profils ist das Ergebnis zweier nacheinander durchgeführter Operationen, während derer die Poliertücher auf die beschriebene Weise abgerichtet wurden. Die Halbleiterscheiben liegen in Aussparungen von Werkstückhaltern 8. Die Werkstückhalter verfügen über eine Außenverzahnung 9, die mit dem inneren Stiftkranz 6 und dem äußeren Stiftkranz 7 in Eingriff steht. Die Breite Wi des Spalts am inneren Rand der Poliertücher ist größer als die Breite Wo des Spalts am äußeren Rand der Poliertücher. Die Poliertücher sind am inneren Rand dünner als am äußeren Rand. Während der DSP werden die Polierteller gegensinnig um ihre Drehachsen 5 gedreht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2012/0189777 A1 [0004]
