DE102013210057A1

DE102013210057A1 - Verfahren zur Politur der Kante einer Halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE102013210057A1
Application number: DE102013210057.4A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schwander; Werner Aigner
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2014-12-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Politur aller Flächen der Kante einer Scheibe aus Halbleitermaterial (Halbleiterscheibe, Wafer) mit zusätzlichen Polierwerkzeugen für die gekrümmten Übergangsbereiche zwischen der oberen und unteren Facette und dem Steg.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Politur aller Flächen der Kante einer Scheibe aus Halbleitermaterial (Halbleiterscheibe, Wafer).
Bei einer Scheibe aus Halbleitermaterial handelt es sich üblicherweise um eine Siliciumscheibe, oder ein Substrat mit von Silicium abgeleiteten Schichtstrukturen wie beispielsweise Silicium-Germanium (SiGe), Siliciumcarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN). Die Scheiben aus Halbleitermaterial haben eine Vorder- und eine Rückseite sowie – in der Regel – abgeschrägte Kanten. Die Vorderseite der Scheibe aus Halbleitermaterial ist definitionsgemäß diejenige Seite, auf der in nachfolgenden Kundenprozessen die gewünschten Mikrostrukturen aufgebracht werden.
Die unbehandelte Kante einer von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe hat eine vergleichsweise raue und uneinheitliche Oberfläche. Sie bricht bei mechanischer Belastung häufig aus und ist eine Quelle störender Partikel.
Daher ist es üblich, die Kante der Scheibe abzuschrägen, um Ausbrüche und Beschädigungen im Kristall zu beseitigen und ihr ein bestimmtes Profil zu geben. Das Abschrägen der Kanten erfolgt in der Regel durch einen Schleifvorgang.
Geeignete Schleifvorrichtungen und Schleifverfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt und beispielsweise in DE 600 09 506 T2 sowie in US 2011/0165823 A1 offenbart.
Die geschliffene Kante wird geätzt, um Kristalldefekte, die durch das Schleifen nicht beseitigt werden konnten, zu entfernen. Eine geeignete Vorrichtungen zum Ätzen der Kante einer Halbleiterscheibe sind beispielsweise in DE 692 17 843 T2 sowie DE 198 54 743 A1 offenbart.
Um strukturelle Unregelmäßigkeiten, die häufig nach dem Ätzen von Substraten aus Halbleitermaterial auftreten, zu beseitigen, wird die geschliffene und geätzte Kante der Scheibe aus Halbleitermaterial in einem weiteren Bearbeitungsschritt poliert, um möglichst frei von Defekten und Kontaminationen zu sein und um eine geringe Rauigkeit aufzuweisen.
Die Kante einer Scheibe aus Halbleitermaterial besteht prinzipiell aus einer oberen und einer unteren, im Vergleich zur Vorderseite bzw. Rückseite jeweils in einem Winkel α abgeschrägten Fläche, den Facetten, und einer senkrecht zur Vorderseite bzw. Rückseite verlaufenden Fläche, dem Steg (Blunt). Zwischen Facette und Steg besteht in der Regel eine gekrümmte Übergangsfläche, auch Übergangsradius bezeichnet, da diese in der Regel abgerundet ist. Der Übergang von der Vorderseite bzw. Rückseite zu der jeweiligen Facette, der im Idealfall im Profil punktförmig ist, wird als Facettenansatz bezeichnet.
Bei der Politur der Kante einer Scheibe aus Halbleitermaterial müssen alle Flächen, die beiden Facetten, die beiden gekrümmten Übergangsflächen und der Steg, entweder nacheinander oder zur gleichen Zeit poliert werden.
Im Allgemeinen erfolgt die Kantenpolitur durch zentrische Fixierung der Scheibe auf einer drehbaren Haltevorrichtung (Chuck). Die Kante der Halbleiterscheibe ragt über den Chuck hinaus, so dass sie für die Poliervorrichtung frei zugänglich ist.
Mindestens eine Kantenfläche der sich zentrisch drehenden Scheibe wird mit einem bestimmten Druck (Anpressdruck, Polierdruck) gegen ein Polierwerkzeug, das ruhend sein kann, sich ebenfalls zentrisch dreht oder in einer anderen Art bewegt wird, gedrückt.
Polierwerkzeuge zur Politur einer Kante können beispielsweise kreiszylindrische Körper, sog. Poliertrommeln, die sich zentrisch um eine Längsachse drehen ( EP 03 08 134 A2 , US 5,989,105 , DE 10 2009 030 294 A1 ), Polierbacken ( JP2007005515A , US 6,267,649 B1 , DE 102 19 450 A1 ), Scheiben mit einer Nut für die gleichzeitige Politur aller drei Kantenseiten ( EP 1 089 851 B1 ), Polierringe ( EP 0 308 134 A2 ) oder Polierbänder ( US 2008/0113509 A1 ) umfassen.
In der Vorrichtung gemäß EP 03 08 134 A2 werden die beiden abgeschrägten Flächen (Facetten) der Scheibenkante gleichzeitig von zwei positionierbaren Polierringen bearbeitet. Der Blunt wird mit einer ebenfalls positionierbaren Poliertrommel poliert.
Die japanische Patentanmeldung JP 11-188590 A2 offenbart ein Verfahren zum Kantenpolieren, bei dem die Poliertrommel mit einem Poliertuch beaufschlagt ist, in das die Kante der Scheibe aus Halbleitermaterial einsinkt, so dass eine Facette und der Blunt der Scheibe gleichzeitig poliert werden.
DE 43 25 518 A1 lehrt ebenfalls eine Vorrichtung zum Polieren einer Kante einer Halbleiterscheibe, bei der der Wafer auf einem zentrisch rotierenden Chuck gehalten wird und eine Poliertrommel an die Kante des Wafers gedrückt wird. Die Poliertrommel ist mit einem Poliertuch belegt, welches fest gebundenes Schleifkorn (Abrasive) enthält.
DE 100 04 578 C1 beschreibt ein Verfahren zur Politur der Kante einer Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, welches kein gebundenes Schleifkorn enthält. Der Kantenpolierprozess erfolgt unter kontinuierlicher Zuführung einer alkalischen Poliermittelsuspension.
Die deutschen Anmeldungen DE 10 2007 056 122 A1 sowie DE 10 2009 030 294 A1 offenbaren ein Verfahren zur Politur der Kante einer Halbleiterscheibe, bei dem ein Poliertuch eingesetzt wird, welches gebundenes Schleifkorn (Abrasive) enthält.
Die europäische Patentanmeldung EP 1 000 703 A2 lehrt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur gleichzeitigen Politur der oberen und unteren Facette und des Stegs einer Siliciumscheibe. Hierzu wird die Siliciumscheibe mittels eines drehbaren Chucks über ein Vakuum fixiert und so zwischen bis zu vier Poliertrommeln positioniert, dass gleichzeitig die obere Facette, die untere Facette und der Steg der Siliciumscheibe poliert werden. Die bis zu vier Poliertrommeln sind dabei so angeordnet, dass sich die Rotationsachsen der Poliertrommeln gegenüberliegen, d.h. bei drei Poliertrommeln liegen die Rotationsachsen in einem Winkel von 120°, bei vier Poliertrommeln in einem Winkel von jeweils 90° zueinander.
Die Vorrichtung und das Verfahren der europäischen Patentanmeldung EP 1 000 703 A2 hat bei Verwendung von drei oder vier Poliertrommeln bei der Kantenpolitur den Vorteil, dass die Scheibe nur einmal fixiert werden muss, um alle drei Flächen der Kante nacheinander oder gleichzeitig polieren zu können.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 102 19 450 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Politur einer Waferkante, wobei der Wafer zwischen zwei feststehenden bogenförmigen Arbeitsflächen (Polierbacken) zentrisch rotiert. Die Vorrichtung erlaubt mindestens die gleichzeitige Politur der oberen und unteren Facette des Wafers.
Bei den üblichen Kantenpolierverfahren wird insbesondere die lokale Geometrie im Randbereich der Halbleiterscheibe negativ beeinflusst. Dies hängt damit zusammen, dass mit den hierbei verwendeten relativ weichen Kantenpoliertüchern nicht nur die Kante selbst, sondern auch der Facettenansatz und die gekrümmten Übergangsbereiche von der Facette zum Steg poliert werden, was durch ein "Eintauchen" der harten Kante in das mit Poliermittelsuspension beaufschlagte Poliertuch zu erklären ist. Dies führt dazu, dass eben nicht nur im Bereich der eigentlichen Kante ein Materialabtrag erfolgt, sondern auch in den angrenzenden Bereichen auf der Vorder- und/oder der Rückseite sowie beim Steg. Insbesondere im Bereich des Facettenansatzes, also des Übergangs von der Vorderseite bzw. der Rückseite zur jeweiligen Facette, kann es hier zu einer nicht gewünschten Verrundung kommen.
Darüber hinaus besteht bei Kantenpolierverfahren, wie beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung EP 1 000 703 A2 offenbart, die Gefahr, dass aufgrund der durch die vier Poliertrommeln auf die Scheibe einwirkende unterschiedliche Hebelwirkung, ein kurzfristiges Abheben der Scheibe vom Vakuum-Chuck stattfindet und das Vakuum, zumindest kurzfristig, zusammenbricht (Vakuumfehler). Dieses kurzzeitige Aushebeln der Scheibe kann zu irreparablen Defekten an der Scheibenkante führen, so dass die Scheibe verworfen werden muss.
Aufgabe der Erfindung war es, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Politur der Kante einer Scheibe aus Halbleitermaterial bereitzustellen, das zum einen keine Verrundung der Facettenansätze zwischen der Oberfläche (Vorderseite, Rückseite) und der jeweiligen Facette sowie den gekrümmten Übergangsbereichen zwischen Facette und Steg bewirkt und zum anderen ein Abheben der Scheibe vom Vakuum-Chuck sicher vermeidet.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur gleichzeitigen Politur aller Flächen der Kante einer Scheibe 1 aus Halbleitermaterial, wobei die Kante eine obere und eine untere, in Bezug auf die Vorderseite und die Rückseite im Winkel α abgeschrägte Fläche 2 (Facetten), einen oberen und einen unteren gekrümmten Übergangsbereich 3 und eine umlaufende Fläche 4 (Steg) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass jede Fläche der Kante mit jeweils einem mit einem Poliertuch belegten Polierwerkzeug, das mit jeweils einem definierten Polierdruck gegen die jeweilige Fläche der Scheibe 1 drückt, poliert wird.
Die Erfindung und bevorzugte Ausführungen derselben sind nachfolgend beschrieben und durch die 1 und 2 zusätzlich erläutert.
1a zeigt den Randbereich einer Scheibe 1 aus Halbleitermaterial (Wafer) mit einer umlaufenden Kante im Querschnitt. Die Kante umfasst zwei in Bezug auf die Vorderseite und Rückseite in einem Winkel α abgeschrägte Flächen, die Facetten (bevel) 2, die über eine abgerundete Fläche, dem gekrümmten Übergangsbereich 3, in eine in der Regel senkrecht zur Vorderseite bzw. Rückseite des Wafers stehende Fläche, den Steg (Blunt, Apex) 4, übergehen.
1b stellt die Politur der Kante einer Scheibe 1 aus Halbleitermaterial gemäß dem Stand der Technik dar. Die obere und die untere Facette 2 werden zusammen mit dem gekrümmten Übergangsbereich 3 mit jeweils einem Polierwerkzeug 5, beispielsweise mit jeweils einem Poliertuch belegte Polierbacken, poliert, wobei das Polierwerkzeug 5a in einem Winkel α‘ an die obere Facette 2 und das Polierwerkzeug 5b in einem Winkel α‘ an die untere Facette 2 angelegt ist. Dadurch, dass der Winkel α‘ etwas größer ist als der Winkel α, wird der gekrümmte Übergangsbereich 3 durch die Polierwerkzeuge 5a und 5b mit poliert und der Übergang von der Vorderseite bzw. Rückseite zur jeweiligen Facette 2, der Facettenansatz, wird nur geringfügig verrundet. Der Steg 4 wird mit einem Polierwerkzeug 6, beispielsweise eine mit einem Poliertuch belegte Polierbacke, poliert.
1c stellt die Politur der Kante einer Scheibe 1 aus Halbleitermaterial gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dar. Die obere und die untere Facette 2 werden mit jeweils einem Polierwerkzeug 5a bzw. 5b, beispielsweise mit jeweils einem Poliertuch belegte Polierbacken, poliert, wobei das Polierwerkzeug 5a in einem Winkel α an die obere Facette 2 und das Polierwerkzeug 5b in einem Winkel α an die untere Facette 2 angelegt ist. Der obere und der untere gekrümmte Übergangsbereich 3 werden im erfindungsgemäßen Verfahren jeweils mit einem eigenen Polierwerkzeug 8a bzw. 8b, beispielsweise mit jeweils einem Poliertuch belegte Polierbacken, poliert. Der Steg 4 wird mit einem Polierwerkzeug 6, beispielsweise eine mit einem Poliertuch belegte Polierbacke, poliert.
2a stellt die Politur der Kante einer Scheibe 1 aus Halbleitermaterial gemäß dem Stand der Technik in der Aufsicht dar. Die Flächen der Kanten sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet. Der Wafer 1 ist auf einem Chuck (nicht dargestellt) drehbar fixiert. Das Polierwerkzeug 5a für die Politur der oberen Facette 1 und des oberen gekrümmten Übergangsbereiches 3 ist gegenüber (diametral) dem Polierwerkzeug 5b für die Politur der unteren Facette 1 und dem unteren gekrümmten Übergangsbereich 3 positioniert, um einen Kräfteausgleich während der Politur zu gewährleisten. Der Steg wird in diesem Beispiel durch zwei Polierwerkzeuge 6 poliert. Zwecks der besseren Darstellung sind die Polierwerkzeuge nicht in Kontakt mit der jeweiligen Kantenfläche der Scheibe 1 aus Halbleitermaterial dargestellt.
2b stellt die Politur der Kante einer Scheibe 1 aus Halbleitermaterial gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in der Aufsicht dar. Die Flächen der Kanten sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet. Der Wafer 1 ist auf einem Chuck (nicht dargestellt) drehbar fixiert. Beispielhaft ist neben dem Polierwerkzeug 5a für die Politur der oberen Facette 2 ein zusätzliches Polierwerkzeug 8b für den unteren gekrümmten Übergangsbereich 3 positioniert. Gegenüber den Polierwerkzeugen 5a und 8b sind die Polierwerkzeuge 5b für die untere Facette 2 und 8a für den oberen gekrümmten Übergangsbereich 3 positioniert, so dass ein Kräfteausgleich während der Politur gewährleistet ist. Der Steg wird in diesem Beispiel durch zwei Polierwerkzeuge 6 poliert. Zwecks der besseren Darstellung sind die Polierwerkzeuge nicht in Kontakt mit der jeweiligen Kantenfläche der Scheibe 1 aus Halbleitermaterial dargestellt.
Die Erfindung basiert auf der gleichzeitigen Politur aller Flächen der Kante einer Scheibe 1 aus Halbleitermaterial (Wafer), wobei das Verfahren unabhängig vom Durchmesser der Scheibe ist.
Bevorzugt richtet sich die Erfindung auf die Bearbeitung von Halbleiterscheiben 9 mit einem Durchmesser von 300 mm oder größer, ganz besonders bevorzugt mit einem Durchmesser von 450 mm. Bei diesen größeren Durchmessern werden in der Regel noch höhere Anforderungen an die Geometrie der Waferkante und den Übergang von der Kante zur Vorderseite und Rückseite gestellt, als es bei kleineren Durchmessern (< 300 mm) der Fall ist.
Bei einer Scheibe 1 aus Halbleitermaterial (Halbleiterscheibe, Wafer) handelt es sich üblicherweise um eine Siliciumscheibe, oder ein Substrat mit von Silicium abgeleiteten Schichtstrukturen wie beispielsweise Silicium-Germanium (SiGe), Siliciumcarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN).
Die Scheiben 1 aus Halbleitermaterial haben eine Vorder- und eine Rückseite sowie – in der Regel – durch vorangegangene Schleif- und Ätzprozesse abgeflachte Kanten. Die Vorderseite der Scheibe aus Halbleitermaterial ist definitionsgemäß diejenige Seite, auf der in nachfolgenden Kundenprozessen die gewünschten Mikrostrukturen aufgebracht werden.
Die Kante einer Scheibe aus Halbleitermaterial besteht in der Regel aus einer oberen und einer unteren geraden Fläche, den Facetten 2 (Waferflanke, bevel), die im Vergleich zur Vorderseite bzw. Rückseite in einem Winkel α abgeschrägt sind, einer oberen und einer unteren gekrümmten Fläche, dem gekrümmten Übergangsbereich 3, der den Übergang von der jeweiligen Facette 2 zu einer in der Regel senkrecht zur Vorderseite bzw. Rückseite verlaufenden Fläche, dem Steg (Blunt, Apex) 4 bildet.
Die Flächen der die Scheibe umlaufenden oberen und unteren Facette 2 beginnen am Facettenansatz, an dem die Facetten 2 in Bezug zur Vorderseite bzw. Rückseite der Scheibe 1 in einem Winkel α abgeschrägt sind. Die Facette endet am Beginn des jeweiligen gekrümmten Übergangsbereiches 3 zum Steg 4 hin (1a). Der Facettenansatz ist idealerweise eine die Scheibe auf der Vorderseite und Rückseite umlaufende Kante ohne oder mit nur schwach abgerundeten Übergang.
Der obere und untere Facettenansatz und der obere und untere gekrümmte Übergangsbereich 3 liegen sich in der Regel gegenüber, so dass die Fläche der oberen Facette 2 gleich der Fläche der unteren Facette 2 ist.
Die Höhe des Steges 4 wird von dem jeweiligen Beginn des gekrümmten Übergangsbereiches 3 zur oberen und unteren Facette 2 begrenzt, und stellt damit den in der Regel geraden Bereich zwischen dem oberen und unteren gekrümmten Übergangsbereich 3 dar. Die Höhe des Steges 4 wird, neben der Dicke der Scheibe 1 aus Halbleitermaterial, vom Winkel α, der Längen der Facetten 2 zwischen Facettenansatz und Beginn des gekrümmten Übergangsbereiches 3 sowie von der Länge der gekrümmten Übergangsbereiche 3 bestimmt. Die Höhe des Steges 4 kann somit auch den Wert 0 annehmen, d.h. der obere gekrümmte Übergangsbereich 3 geht in den unteren gekrümmten Übergangsbereich 3 über.
Die obere und die untere Facette 2, der obere und untere gekrümmte Übergangsbereich 3 sowie der Steg bilden den Randbereich einer Scheibe 1 aus Halbleitermaterial und werden synonym mit dem Begriff Kante bezeichnet.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur gleichzeitigen Politur aller Flächen der Kante einer Scheibe 1 aus Halbleitermaterial eignen sich beispielsweise handelsübliche Kantenpolierautomaten.
Für die Kantenpolitur einer Scheibe 1 aus Halbleitermaterial wird diese Scheibe 1 bevorzugt mittels eines zentrisch rotierbaren Vakuum-Chucks mittig fixiert. Bei einem Vakuum-Chuck handelt es sich um eine runde, ebene Platte, die durch entsprechende Vorrichtungen eine auf ihr liegende Scheibe durch ein Vakuum fixieren kann.
Der Durchmesser der Scheibe 1 aus Halbleitermaterial ist größer als der Durchmesser des Chucks, so dass die zentrisch drehende Scheibe 1 über den Chuck hinausragt, so dass die zu polierenden Kantenflächen für die Polierwerkzeuge frei zugänglich sind.
Bevorzugt ist der Durchmesser des Chucks 10 bis 50 mm kleiner als der Durchmesser der Scheibe 1 aus Halbleitermaterial.
Für die Kantenpolitur einer Scheibe 1 aus Halbleitermaterial kann die Scheibe 1 auch mit einer beliebig anderen Vorrichtung so fixiert werden, dass die Kantenflächen für die Politur frei zugänglich sind. Die Fixiervorrichtung kann drehbar oder starr sein.
Bei einer starren, nicht drehbaren Fixiervorrichtung umlaufen die an die Kantenflächen anliegenden Polierwerkzeuge die Scheibe 1 aus Halbleitermaterial, wobei die Polierwerkzeuge zusätzlich eine Eigenrotation ausüben können oder auch nicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur gleichzeitigen Politur aller Flächen einer Kante einer Scheibe 1 aus Halbleitermaterial kann beispielsweise in eine Kantenpoliervorrichtung mit Polierwerkzeugen, beispielsweise Polierbacken oder Poliertrommeln, gemäß dem Stand der Technik durchgeführt werden.
Bei der Kantenpolitur wird mindestens eine Kantenfläche der sich zentrisch drehenden Scheibe 1 mit einem bestimmten Druck (Anpressdruck, Polierdruck) gegen eine oder mehrere Polierwerkzeuge, die ruhend sein können, sich ebenfalls zentrisch drehen oder in einer anderen Art bewegt werden, gedrückt. Der für den Polierprozess einzustellende Druck kann beispielsweise durch ein entsprechendes Heranstellen des Polierwerkzeuges an die mindestens eine Kantenfläche bewerkstelligt werden.
Beispielhaft wird die Erfindung an der Kantenpoliermaschine Type X der Firma SpeedFam Co. Ltd., Japan, beschrieben, bei der als Poliervorrichtung Polierbacken verwendet werden.
Die Kantenpoliermaschine Type X der Firma SpeedFam Co. Ltd., Japan, ist standardmäßig mit vier Polierbacken, die jeweils mit einem Poliertuch belegt sind, ausgerüstet. Die vier Backen umschließen einen Winkel von fast 360°, so dass während der Politur der Kante praktisch die gesamte Kante gleichzeitig mit den mit Poliertüchern belegten Polierbacken mit einem eingestellten Druck in Kontakt steht (2a).
Standardmäßig werden zwei Polierbacken 5a und 5b zur Politur der oberen und der unteren Facetten 1 sowie des oberen und unteren gekrümmten Übergangsbereichs 3 und zwei Polierbacken 6 zur Politur des Steges 4 eingesetzt (2a).
Die beiden Polierbacken 5a und 5b zur Politur der oberen und der unteren Facette 1 sowie des oberen und unteren gekrümmten Übergangsbereichs 3, weisen eine dem jeweiligen Scheibendurchmesser angepasste konkave Form auf und lassen sich vertikal an die untere bzw. obere Facettenfläche heranbewegen und zur Facettenfläche ausrichten. Während der Politur der oberen und der unteren Facette 1 sowie des oberen und unteren gekrümmten Übergangsbereichs 3 drücken beide Polierbacken 5a und 5b mit einem definierten Druck gegen die oberen und die unteren Facetten 1 sowie den oberen und unteren gekrümmten Übergangsbereich 3 der sich drehenden Scheibe aus Halbleitermaterial. Sie stehen sich gegenüber (2a), damit die bei der Politur der oberen und der unteren Facette 1 sowie des oberen und unteren gekrümmten Übergangsbereichs 3 entstehenden Druckkräfte sich gegenseitig aufheben, so dass die Scheibe aus Halbleitermaterial sicher auf dem Chuck gehalten wird und es zu keiner Ablösung (Vakuumfehler) kommt.
Die beiden Polierbacken 5a und 5b zur Politur der Facettenlänge 1 haben gemäß dem Stand der Technik eine Neigung mit einem Winkel α‘ zur Vorderseite bzw. zur Rückseite der Scheibe 1 aus Halbleitermaterial, wobei der Winkel α‘ etwas von dem Winkel α, der die Abschrägung der Facetten 2 von der jeweiligen Oberfläche der Scheibe 1 angibt, abweicht. Diese Abweichung soll einerseits die unerwünschte Überpolitur (overpolishing) der Vorder- und Rückseite mit einer daraus resultierenden Verrundung des Facettenansatzes, also dem Übergang der Vorderseite bzw. Rückseite zur jeweiligen Facette, vermeiden. Andererseits ist diese Abweichung zwischen den Winkeln α‘ und α gemäß dem Stand der Technik notwendig, um auch die gekrümmten Übergangsbereiche 3 zwischen Steg 4 und den Facetten 2 polieren zu können (1b). Dadurch steht die Polierbacke während des Polierens nicht parallel zur jeweiligen Facette.
Die beiden Polierbacken 6 zur Politur des Stegs 4 stehen sich gegenüber und weisen eine dem jeweiligen Scheibendurchmesser angepasste konkave Form auf. Sie lassen sich horizontal an den Steg 4 heranbewegen und drücken während der Politur des Steges 4 mit einem definierten Druck gegen diesen, während sich die auf dem Chuck fixierte Scheibe 1 mit einer definierten Geschwindigkeit dreht.
Das Poliermittel wird über Düsen auf die Vorderseite und die Rückseite der Scheibe 1 aufgebracht und verteilt sich durch die Rotationsbewegung des Wafers 1 zwischen den Facetten 2, den gekrümmten Übergangsbereichen 3 und dem Steg 4 sowie den Polierbacken 5 und 6.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur gleichzeitigen Politur aller Flächen der Kante einer Scheibe 1 aus Halbleitermaterial werden neben den bestehenden Polierwerkzeugen 5a, 5b und 6 für die obere und untere Facette 2 sowie dem Steg 4 (bei der Kantenpoliermaschine Type X der Firma SpeedFam Co., Ltd., Japan, sind das die vier jeweils mit einem Poliertuch belegten Polierbacken) mindestens zwei zusätzliche Polierwerkzeuge 8a und 8b verwendet, die speziell den oberen und unteren gekrümmten Übergangsbereich 3 zwischen der jeweiligen Facette 2 und dem Steg 4 polieren (1c).
Zur besseren Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Politur der Kante einer Scheibe 1 aus Halbleitermaterial wird nachfolgend, ohne Beschränkung des Schutzumfangs, die bevorzugte Ausführungsform mit zwei zusätzlichen Polierwerkzeugen 8a und 8b beschrieben, auch wenn das erfindungsgemäße Verfahren mit zwei oder mehr zusätzlichen Polierwerkzeugen 8 oder weiteren anderen Polierwerkzeugen ausgeführt werden kann.
Durch den Einsatz der zusätzlichen Polierwerkzeuge 8a und 8b, die beispielsweise sowohl als Poliertrommel oder auch als Polierbacke ausgeführt sein können, können beispielsweise bei der Kantenpoliermaschine Type X der Firma SpeedFam Co., Ltd., Japan, die beiden Polierbacken 5a und 5b zur Politur der Facetten 2 im gleichen Winkel α zur Vorderseite bzw. zur Rückseite der Scheibe 1 aus Halbleitermaterial gestellt werden, der der Abschrägung der jeweiligen Facette entspricht (α‘ = α). Dadurch, dass die Polierwerkzeuge 5a und 5b im erfindungsgemäßen Verfahren parallel zur Facettenfläche ausgerichtet werden können, ist eine exakte und gleichmäßige Politur der gesamten Facettenfläche 2 mit harten und wenig kompressiblen Poliertüchern möglich (1c).
Ein hartes und wenig kompressibles Poliertuch im Sinne der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur gleichzeitigen Politur aller Flächen der Kante einer Scheibe aus Halbleitermaterial ist ein geschäumtes Poliertuch, beispielsweise aus einem Polyurethan-Schaum, mit einer Härte von 80–95 Shore A und einer Kompressibilität von 0,8–4%.
Entsprechende Poliertücher sind Stand der Technik. Als Beispiele seien hier die Poliertücher PRD-N015A der Firma Nitta Haas Inc., Japan, oder das Poliertuch TMN708R85-LD2H der Firma Fujibo Inc., Japan, genannt.
Die Verwendung eines harten und wenig kompressiblen Poliertuches für die Politur der Facetten 2 hat den Vorteil, dass die unerwünschte Überpolitur (overpolishing) der Vorder- und Rückseite des Wafers 1 mit einer daraus resultierenden Verrundung des Facettenansatzes, also dem Übergang der Vorderseite bzw. Rückseite zur jeweiligen Facette 2, vermieden wird, da sich das Poliertuch bei der Politur wenig verformt und sich die Scheibe – wenn überhaupt – nur geringfügig in den Tuchkörper eindrückt. Im Stand der Technik wird für die gleichzeitige Politur der Facetten 2 und der gekrümmten Übergangsbereiche 3 bevorzugt ein weiches Poliertuch eingesetzt, um die gekrümmten Übergangsbereiche 3 ausreichend polieren zu können. Im erfindungsgemäßen Verfahren entfällt diese Notwendigkeit.
Ein weiches und kompressibles Poliertuch im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens zur gleichzeitigen Politur aller Flächen der Kante einer Scheibe aus Halbleitermaterial ist ein Poliertuch auf Basis von beispielsweise mit Polyurethan imprägniertem Faservlies (non-woven pad) mit einer Härte von Shore A 70–80 und einer Kompressibilität von 7–13%.
Entsprechende Poliertücher sind Stand der Technik. Als Beispiel sei hier das Poliertuch Suba 400 der Firma NittaHaas genannt.
Die beiden Polierwerkzeuge 6 zur Politur des Steges 4 werden ebenfalls mit Poliertüchern belegt.
Die in erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten zusätzlichen Polierwerkzeuge 8 für die gekrümmten Übergangsbereiche 3 dienen ausschließlich der örtlich begrenzten Politur dieser gekrümmten Übergangsbereiche 3, ohne dass dabei eine negative Beeinflussung der angrenzenden Bereiche, also der Facetten 2 und des Stegs 4, stattfindet.
Durch den zusätzlichen Einsatz der mindestens zwei zusätzlichen Vorrichtungen 8 zur lokal beschränkten Politur der gekrümmten Übergangsbereiche 3 muss ggf. – insbesondere beim Einbau der zusätzlichen Polierwerkzeuge 8 in die Kantenpoliermaschine Type X der Firma Speedfam Co., Ltd., Japan – die Größe der bereits bestehenden Polierwerkzeuge 5 und 6 angepasst, also verkleinert werden. Bei Vorhandensein von zwei Polierwerkzeugen 6 für den Steg 4, kann beispielsweise ein Polierwerkzeug 6 ausgebaut und der frei werdende Platz für die mindestens zwei zusätzlichen Polierwerkzeuge 8a und 8b für die Übergangsradien 3 genutzt werden.
Bevorzugt ist aber die Verwendung einer jeweils geraden Anzahl der jeweiligen Polierwerkzeuge in einer sich gegenüberliegenden Anordnung, damit sich die durch den Polierdruck auf die Scheibe 1 wirkenden Kräfte weitestgehend aufheben. Deshalb werden – falls notwendig – bevorzugt die vorhandenen Polierwerkzeuge verkleinert, so dass ausreichender Platz für den Einbau der mindestens zwei zusätzlichen Polierwerkzeuge 8 für die lokale Politur der gekrümmten Übergangsbereiche 3 zur Verfügung steht.
Bevorzugt werden die Polierwerkzeuge für die Politur aller Flächen einer Kante einer Scheibe 1 aus Halbleitermaterial so angeordnet, dass die Polierwerkzeuge den Wafer 1 möglichst vollständig umschließen, d.h. dass der Abstand zwischen den einzelnen Polierwerkzeugen möglichst minimal ist (2b). Dadurch kann auch das eingesetzte Poliermittel optimal genutzt werden, da in dieser Ausführungsform mehr Poliertuchfläche insgesamt zur Verfügung steht als bei einer Ausführungsform, in der die Polierwerkzeuge den Wafer 1 mit einem größeren Abstand untereinander umschließen.
Die Polierwerkzeuge für die einzelnen Bereiche der Kante der Scheibe 1 aus Halbleitermaterial können gleich groß oder unterschiedlich groß sein.
Der Polierdruck, mit dem das einzelne Polierwerkzeug an die jeweilige Fläche der Kante einer Scheibe 1 aus Halbleitermaterial gedrückt wird, kann gleich oder unterschiedlich sein. Der Polierdruck für die Politur gleicher Flächen, also der oberen und unteren Facette 2 oder des oberen und unteren gekrümmten Übergangsbereiches 3, ist bevorzugt gleich groß.
Die Position der mindestens zwei zusätzlichen Polierwerkzeuge 8a und 8b zur lokal beschränkten Politur der gekrümmten Übergangsbereiche 3 kann, wie die Position der übrigen Poliervorrichtungen auch, beliebig gewählt werden.
Bevorzugt ist eine gegenüberliegende bzw. gleichmäßig über den Kreisumfang verteilte Positionierung der zusätzlichen Werkzeuge 8 für die Politur der beiden gekrümmten Übergangsbereiche 3 und der Polierwerkzeuge 5 für die obere und untere Facette 2, um eine Aufhebung der auf die Scheibe wirkenden Kräfte zu gewährleisten (2b). Damit wird das Auftreten einer Hebelwirkung vermieden, die zu einem Vakuumfehler und damit zu einer Maschinenstörung mit ggf. Scheibenverlust führen würde.
Bevorzugt werden für die Politur der gekrümmten Übergangsbereiche 3 weiche und kompressible Poliertücher verwendet, die sich verformen und damit besser zur Politur einer gekrümmten Oberfläche eignen.
Als Poliermittel können Poliermittellösungen, die keine abrasiv wirkenden Teilchen enthalten, oder Poliermittelsuspensionen eingesetzt werden.
Die verwendete Poliermittellösung bei der Kantenpolitur ist im einfachsten Fall Wasser, vorzugsweise deionisiertes Wasser (DIW) mit der für die Verwendung in der Halbleiterindustrie üblichen Reinheit.
Die Poliermittellösung kann aber auch Verbindungen wie Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebige Mischungen davon enthalten.
Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung von Kaliumcarbonat.
Der pH-Wert der Poliermittellösung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 12 und der Anteil der genannten Verbindungen in der Poliermittellösung beträgt vorzugsweise 0,01 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,01 bis 1,0 Gew.-%.
Die Poliermittellösung 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.
Als Poliermittelsuspension wird bei der Kantenpolitur ein Poliermittel enthaltend Abrasive verwendet.
Der Anteil des Abrasivstoffes in der Poliermittelsuspension beträgt vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 1,0 bis 10 Gew.-%.
Die Größenverteilung der Abrasivstoff-Teilchen ist vorzugsweise monomodal ausgeprägt.
Die mittlere Teilchengröße beträgt 5 bis 300 nm, besonders bevorzugt 5 bis 100 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 Poliermittelsuspension, die kolloid-disperse Kieselsäure enthält.
Die Poliermittelsuspension kann einen oder mehrere Zusätze enthalten, beispielsweise oberflächenaktive Additive wie Netzmittel und Tenside, als Schutzkolloide wirkende Stabilisatoren, Konservierungsmittel, Biozide, Alkohole und Komplexbildner. Das Poliermittel wird bei einer sich zentrisch drehenden Scheibe 1 aus Halbleitermaterial bevorzugt auf die Vorderseite und die Rückseite der Scheibe 1 über entsprechende Poliermittelzuführungen aufgebracht. Durch die Fliehkraft werden die zu polierenden Kantenflächen gleichmäßig mit Poliermittel benetzt.
Bei einer Vorrichtung zur Politur aller Kanten einer Scheibe 1 aus Halbleitermaterial, bei der sich die Polierwerkzeuge um die Scheibe drehen und oder als Polierwerkzeuge Poliertrommeln eingesetzt werden, wird das Poliermittel bevorzugt direkt am jeweiligen Polierwerkzeug zugeführt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 60009506 T2 [0005]
US 2011/0165823 A1 [0005]
DE 69217843 T2 [0006]
DE 19854743 A1 [0006]
EP 0308134 A2 [0012, 0012, 0013]
US 5989105 [0012]
DE 102009030294 A1 [0012, 0017]
JP 2007005515 A [0012]
US 6267649 B1 [0012]
DE 10219450 A1 [0012, 0020]
EP 1089851 B1 [0012]
US 2008/0113509 A1 [0012]
JP 11-188590 A2 [0014]
DE 4325518 A1 [0015]
DE 10004578 C1 [0016]
DE 102007056122 A1 [0017]
EP 1000703 A2 [0018, 0019, 0022]

Claims

Verfahren zur gleichzeitigen Politur aller Flächen der Kante einer Scheibe 1 aus Halbleitermaterial, wobei die Kante eine obere und eine untere, in Bezug auf die Vorderseite und die Rückseite im Winkel α abgeschrägte Fläche 2 (Facetten), einen oberen und einen unteren gekrümmten Übergangsbereich 3 und eine umlaufende Fläche 4 (Steg) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass jede Fläche der Kante mit jeweils einem mit einem Poliertuch belegten Polierwerkzeug, das mit jeweils einem definierten Polierdruck gegen die jeweilige Fläche der Scheibe 1 drückt, poliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe 1 auf einer Haltevorrichtung fixiert ist und während der Kantenpolitur zentrisch rotiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe 1 auf einer Haltevorrichtung fixiert ist und mindestens ein an die Fläche einer Kante anliegendes Polierwerkzeug sich relativ zur Scheibe 1 bewegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Polierwerkzeug eine Polierbacke ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Politur der Facetten 2 ein hartes und wenig kompressibles Poliertuch und für die Politur der gekrümmten Übergangsbereiche 3 ein weiches und kompressibles Poliertuch verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polierwerkzeuge für die oberen Flächen der Kante den jeweils entsprechenden Polierwerkzeugen für die unteren Flächen der Kante gegenüberliegen.