DE102013218880A1

DE102013218880A1 - Verfahren zum Polieren einer Halbleiterscheibe, umfassend das gleichzeitige Polieren einer Vorderseite und einer Rückseite einer Substratscheibe

Info

Publication number: DE102013218880A1
Application number: DE102013218880.3A
Authority: DE
Inventors: Alexander Heilmaier; Leszek Mistur; Klaus Röttger; Makoto Tabata
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2014-05-22
Also published as: JP2014103398A; TW201421561A; US20140141613A1; SG2013084256A; CN103839798A; KR20140064635A

Abstract

Verfahren zum Polieren einer Halbleiterscheibe, umfassend das gleichzeitige Polieren einer Vorderseite und einer Rückseite einer Substratscheibe in Gegenwart von Poliermittel und unter Bewirken eines Materialabtrags von der Vorderseite und der Rückseite der Substratscheibe, das aufgeteilt ist in einen ersten und einen zweiten Teilschritt, wobei die Geschwindigkeit des Materialabtrags im ersten Teilschritt höher ist als im zweiten Teilschritt, und wobei im ersten Teilschritt eine erste Poliermittel-Suspension und im zweiten Teilschritt eine zweite Poliermittel-Suspension als Poliermittel verwendet wird, und sich die zweite Poliermittel-Suspension von der ersten Poliermittel-Suspension mindestens darin unterscheidet, dass die zweite Poliermittel-Suspension ein polymeres Additiv enthält.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Polieren einer Halbleiterscheibe, umfassend das gleichzeitige Polieren einer Vorderseite und einer Rückseite einer Substratscheibe.
Das gleichzeitige Polieren beider Seitenflächen einer Substratscheibe wird auch Doppelseiten-Politur genannt und nachfolgend mit DSP abgekürzt.
Halbleiterscheiben, insbesondere Halbleiterscheiben aus einkristallinem Silizium, werden aus Kristallen geschnitten und einer Reihe von Bearbeitungsschritten unterzogen, zu denen häufig auch mindestens eine DSP gehört. Bevor die DSP angewendet wird, durchläuft die Halbleiterscheibe eine vorbereitende Bearbeitung, die insbesondere Reinigungsschritte, formgebende und die Oberfläche verbessernde Schritte umfassen kann. Zu solchen Schritten gehören beispielsweise das Läppen und/oder Schleifen der Seitenflächen, das Ätzen der Halbleiterscheibe und das Verrunden und Polieren der Kante der Halbleiterscheibe. Eine Halbleiterscheibe, die zur DSP vorgesehen ist und eine solche vorbereitende Bearbeitung erhalten hat, wird nachfolgend als Substratscheibe bezeichnet.
Ziel der DSP ist üblicherweise, die Halbleiterscheibe in einen Zustand mit polierter Vorderseite und Rückseite zu versetzen, wobei beide Seitenflächen möglichst eben und möglichst parallel zueinander liegen sollen. Von einen Randabfall („edge roll off“) wird gesprochen, wenn die Dicke der polierten Halbleiterscheibe in einem Bereich unmittelbar vor der verrundeten und polierten Kante der Halbleiterscheibe deutlich abnimmt. Parameter, die die Geometrie des Randabfalls quantitativ beschreiben, sind insbesondere ESFQR und ZDD. Nach einer Politur mittels DSP ist häufig ein Randabfall zu beobachten, der sich durch ESFQR- und ZDD-Werte ausdrückt, deren Beträge vergleichsweise groß sind.
In der US 2011/0130073 A1 ist beschrieben, dass es Vorteile hat, die DSP einer Halbleiterscheibe in zwei Teilschritte zu untergliedern und im ersten Teilschritt eine Poliermittel-Suspension zu verwenden, die einen vergleichsweise hohen Materialabtrag erzeugt und im zweiten Teilschritt zu einer Poliermittel-Suspension zu wechseln, die einen vergleichsweise niedrigen Materialabtrag erzeugt. Diese Vorgehensweise verkürzt die Dauer der DSP, ohne die Ebenheit und Oberflächen-Rauheit der Halbleiterscheibe zu beeinflussen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem über diese Vorteile hinaus auch ein geringerer Randabfall nach erfolgter DSP erreicht werden kann.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Polieren einer Halbleiterscheibe, umfassend das gleichzeitige Polieren einer Vorderseite und einer Rückseite einer Substratscheibe in Gegenwart von Poliermittel und unter Bewirken eines Materialabtrags von der Vorderseite und der Rückseite der Substratscheibe, das aufgeteilt ist in einen ersten und einen zweiten Teilschritt, wobei die Geschwindigkeit des Materialabtrags im ersten Teilschritt höher ist als im zweiten Teilschritt, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Teilschritt eine erste Poliermittel-Suspension und im zweiten Teilschritt eine zweite Poliermittel-Suspension als Poliermittel verwendet wird, und sich die zweite Poliermittel-Suspension von der ersten Poliermittel-Suspension mindestens darin unterscheidet, dass die zweite Poliermittel-Suspension ein polymeres Additiv enthält.
Die erste und die zweite Poliermittel-Suspension können sich nicht nur in Bezug auf das Vorhandensein des polymeren Additivs unterscheiden, sondern auch hinsichtlich anderer Komponenten. Hinsichtlich übereinstimmender Komponenten können Unterschiede in der Konzentration bestehen. Chemische und physikalische Eigenschaften wie pH können gleich oder unterschiedlich sein.
Der erste und der zweite Teilschritt werden unmittelbar aufeinanderfolgend und ohne einen Wechsel der Poliermaschine durchgeführt.
Die Poliermaschine umfasst zwei Polierteller, die jeweils mit Poliertüchern bedeckt sind und über mindestens eine Läuferscheibe („carrier“) verfügt, die zwischen den Poliertellern angeordnet ist und eine Aussparung aufweist, in die die Substratscheibe zum Polieren gelegt wird. Geeignete Poliermaschinen werden auf dem Markt angeboten.
Die Geschwindigkeit des Materialabtrags ist im ersten Teilschritt vorzugsweise nicht weniger als 0,4 µm/min und nicht mehr als 1,0 µm/min und im zweiten Teilschritt vorzugsweise nicht weniger als 0,15 µm/min und nicht mehr als 0,5 µm/min.
Der Materialabtrag pro Seitenfläche beträgt im ersten Teilschritt vorzugsweise nicht weniger als 4 µm und nicht mehr als 15 µm und im zweiten Teilschritt vorzugsweise nicht weniger als 0,5 µm und nicht mehr als 2 µm.
Es wird vorzugsweise ein Materialabtrag herbeigeführt, der dazu führt, dass nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Differenz zwischen der gemittelten Dicke der polierten Halbleiterscheibe und der gemittelten Dicke der Läuferscheibe negativ oder positiv ist.
Während des ersten und des zweiten Teilschritts kann mit demselben Polierdruck oder mit unterschiedlichem Polierdrücken poliert werden.
Im Unterschied zum ersten Teilschritt enthält die im zweiten Teilschritt verwendete zweite Poliermittel-Suspension ein polymeres Additiv. Als polymeres Additiv kommen vorzugsweise eine oder mehrere Verbindungen in Betracht, die in der US 2011/0217845 A1 als nichtionisches aktives Agens oder als wasserlösliches Polymer namentlich genannt sind.
Die Konzentration des polymeren Additivs in der zweiten Poliermittel-Suspension beträgt vorzugsweise nicht weniger als 0,001 Gew.-% und nicht mehr als 0,1 Gew.-%.
Das polymere Additiv kann am Ende des ersten Teilschritts zur zugeführten ersten Poliermittel-Suspension gemischt werden, wodurch die zweite Poliermittel-Suspension entsteht und der zweite Teilschritt beginnt. Der zweite Teilschritt kann alternativ dadurch eingeleitet werden, dass eine Poliermittel-Suspension, die das polymere Additiv enthält, als Ersatz für die erste Poliermittel-Suspension zugeführt wird.
Die erste und die zweite Poliermittel-Suspension enthalten mindestens einen abrasiven Wirkstoff, vorzugsweise kolloidal verteiltes Siliziumdioxid. Die Konzentration des abrasiven Wirkstoffs kann übereinstimmen oder verschieden sein.
Die erste und die zweite Poliermittel-Suspension haben vorzugsweise einen pH von nicht weniger als 10 und nicht mehr als 13 und enthalten mindestens eine der folgenden alkalischen Verbindungen: Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Ammoniumhydroxid und Tetramethylammoniumhydroxid. Konzentration und Art der alkalischen Verbindung können gleich oder unterschiedlich sein.
Die zu polierende Substratscheibe ist vorzugsweise eine Halbleiterscheibe, die im Wesentlichen aus einkristallinem Silizium besteht. Nach erfindungsgemäßer DSP einer solchen Substratscheibe beträgt die Randgeometrie der polierten Halbleiterscheibe, ausgedrückt als der ESFQR_max, vorzugsweise nicht mehr als 40 nm. ESFQR_max ist der ESFQR desjenigen Randfelds der Halbleiterscheibe, in dem der größte Randabfall gemessen wird.
Die Substratscheibe hat vorzugsweise einen Durchmesser von mindestens 200 mm, besonders bevorzugt einen Durchmesser von 300 mm oder 450 mm.
Die erfindungsgemäß polierte Halbleiterscheibe kann mindestens einer weiteren Politur unterzogen werden, vorzugsweise einer einseitig erfolgenden Politur der Vorderseite. Die Vorderseite ist diejenige Seitenfläche, die als Grundlage zum Aufbau elektronischer Bauelemente vorgesehen ist.
Zur vorliegenden Patentanmeldung gehören drei Zeichnungen 1 bis 3.
1 ist ein Diagramm, in dem der Polierdruck P über der Zeit t aufgetragen ist.
2 zeigt die relative Dicke th einer erfindungsgemäß polierten Halbleiterscheibe B nach erfolgter DSP über den Durchmesser d der Halbleiterscheibe.
3 zeigt die relative Dicke th einer nicht erfindungsgemäß polierten Halbleiterscheibe V nach erfolgter DSP über den Durchmesser d der Halbleiterscheibe.
Beispiel und Vergleichsbeispiel:
Substratscheiben aus einkristallinem Silizium mit einem Durchmesser von 300 mm wurden dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen. Die Halbleiterscheiben wurden auf einer DSP-Maschine vom Typ Wolters AC2000 poliert. Der Polierdruck P wurde während der DSP, wie in 1 gezeigt, geändert. Nach einer Startphase mit ansteigendem Polierdruck wurde die Substratscheibe zusammen mit weiteren Substratscheiben bei konstantem Polierdruck poliert. Anschließend wurde der Polierdruck zum Abbrechen der Politur abgesenkt. Die Phase mit konstantem Polierdruck war untergliedert in eine erste Phase I und in eine zweite Phase II. Während der ersten Phase I wurde ein Poliermittel mit den Eigenschaften der ersten Poliermittel-Suspension zugeführt. Während der zweiten Phase II wurde an Stelle des ersten Poliermittels ein Poliermittel mit den Eigenschaften der zweiten Poliermittel-Suspension zugeführt.
Zum Vergleich wurden gleichartige Substratscheiben in gleicher Weise poliert, mit Ausnahme der Untergliederung der Phase mit konstantem Polierdruck. Während dieser Phase kam nur die erste Poliermittel-Suspension zum Einsatz. Die folgende Tabelle zeigt typische Werte der Randgeometrie der polierten Halbleiterscheiben für eine erfindungsgemäß polierte Halbleiterscheibe B und eine nicht-erfindungsgemäß polierte Halbleiterscheibe V. Tabelle:

ESFQR_max [µm] ZDD bei Radius = 148 mm [nm/mm²]

B 0,035 –10

V 0,045 –12
Die Beträge des größten gemessenen Randabfalls (ESFQR_max) und der zweiten Ableitung des Randabfalls (ZDD) sind bei der erfindungsgemäß polierten Halbleiterscheibe deutlich kleiner.
Den Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt auch ein Vergleich von 2 und 3. Die relative Dicke th im Randbereich ändert sich bei einer erfindungsgemäß polierten Halbleiterscheibe B wesentlich geringfügiger als bei einer nicht-erfindungsgemäß polierten Halbleiterscheibe V.
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 2011/0130073 A1 [0005]
US 2011/0217845 A1 [0015]

Claims

Verfahren zum Polieren einer Halbleiterscheibe, umfassend das gleichzeitige Polieren einer Vorderseite und einer Rückseite einer Substratscheibe in Gegenwart von Poliermittel und unter Bewirken eines Materialabtrags von der Vorderseite und der Rückseite der Substratscheibe, das aufgeteilt ist in einen ersten und einen zweiten Teilschritt, wobei die Geschwindigkeit des Materialabtrags im ersten Teilschritt höher ist als im zweiten Teilschritt, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Teilschritt eine erste Poliermittel-Suspension und im zweiten Teilschritt eine zweite Poliermittel-Suspension als Poliermittel verwendet wird, und sich die zweite Poliermittel-Suspension von der ersten Poliermittel-Suspension mindestens darin unterscheidet, dass die zweite Poliermittel-Suspension ein polymeres Additiv enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Materialabtrags im ersten Teilschritt nicht weniger als 0,4 µm/min und nicht mehr als 1,0 µm/min und im zweiten Teilschritt nicht weniger als 0,15 µm/min und nicht mehr als 0,5 µm/min ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabtrag pro Seitenfläche im ersten Teilschritt nicht weniger als 4 µm und nicht mehr als 15 µm und im zweiten Teilschritt nicht weniger als 0,5 µm und nicht mehr als 2,0 µm ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randabfall der polierten Halbleiterscheibe, ausgedrückt als ESFQR_max, nicht mehr als 40 nm beträgt.