DE102017221931A1

DE102017221931A1 - Läuferscheibe zum Führen von Halbleiterscheiben und Verfahren zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben

Info

Publication number: DE102017221931A1
Application number: DE102017221931.9A
Authority: DE
Inventors: Torsten Olbrich; Martha Fechner
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2019-06-06
Also published as: TW201926451A; WO2019110385A1

Abstract

Läuferscheibe zum Führen von Halbleiterscheiben während einer beidseitigen materialabtragenden Bearbeitung der Halbleiterscheiben, wobei die Läuferscheibe mit einer Schicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff beschichtet ist, und die Schicht Wasserstoff mit einem Anteil von nicht weniger als 10 Atom-% und nicht mehr als 30 Atom-% und mindestens ein weiteres Fremdelement enthält, wobei das weitere Fremdelement Sauerstoff, Stickstoff, Chrom oder Titan ist, und eine Oberfläche der Schicht eine Rauheit Ra von nicht weniger als 5 nm und nicht mehr als 40 nm aufweist und einen Grad an Hydrophilie hat, dass der Benetzungswinkel eines Wassertropfens kleiner als 25° ist. Verfahren zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben, bei dem eine solche Läuferscheibe eingesetzt wird.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine beschichtete Läuferscheibe zum Führen von Halbleiterscheiben während einer beidseitigen materialabtragenden Bearbeitung der Halbleiterscheiben sowie ein Verfahren zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben, bei dem eine solche Läuferscheibe eingesetzt wird.
Stand der Technik / Probleme
Aus US 2008/0166952 A1 ist bekannt, dass eine Läuferscheibe (carrier) aus Titan, die gegebenenfalls mit einer Schicht aus Titannitrid oder einer Schicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff (diamond like carbon, DLC) beschichtet ist, sich besser für die Verwendung beim doppelseitigen Polieren (DSP) von Halbleiterscheiben eignet, als beispielsweise eine Läuferscheibe aus Edelstahl.
In DE 102 47 200 A1 wird vorgeschlagen, eine Läuferscheibe mit einer DLC-Schicht zu beschichten, die 1 Gew.-% bis 50 Gew.-% eines oder mehrerer Metalle der Gruppen IV B bis VI B des Periodensystems enthält.
Um die Effizienz der Politur zu steigern, wird in JP2010 030 013 A2 empfohlen, eine Läuferscheibe vor deren Verwendung mit abrasivem Material aufzurauen und mit einer DLC-Schicht zu beschichten, die feine Teilchen eines Metalloxids enthält. Die Gegenwart des Metalloxids macht die Oberfläche der Läuferscheibe hydrophiler und verbessert deren Benetzbarkeit mit wässeriger Poliermittel-Suspension (slurry). Der Benetzungswinkel eines Wassertropfens beträgt 25° - 30°. Nachteilig an dieser Lösung ist insbesondere, dass in Folge von Verschleiß der DLC-Schicht die feinen Teilchen des Metalloxids beim Polieren von Halbleiterscheiben freigesetzt werden und Kratzer auf den polierten Oberflächen verursachen.
Darüber hinaus hat sich herausgestellt, dass diese im Stand der Technik erwähnten Läuferscheiben auf Grund ihrer Oberflächeneigenschaften Poliermittel-Suspensionen noch nicht zufriedenstellend verteilen und ursächlich sein können für eine Geräuschentwicklung bei DSP, die vergleichsweise groß ist. Wünschenswert wäre es, Benetzungseigenschaften zu haben, die an diejenigen von nicht beschichteten Läuferscheiben aus Stahl heranreichen, und Läuferscheiben bereitzustellen, deren Standzeiten länger sind, als diejenigen von bekannten Läuferscheiben, die mit einer DLC-Schicht beschichtet sind. Unbeschichtete Läuferscheiben aus Stahl haben eine vergleichsweise hohe Oberflächenenergie mit überwiegend polarem Anteil, und ein Wassertropfen benetzt sie mit einem Kontaktwinkel von weniger als 10°.
Die sich daraus ableitende Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Läuferscheibe zum Führen von Halbleiterscheiben während einer beidseitigen materialabtragenden Bearbeitung der Halbleiterscheiben, wobei die Läuferscheibe mit einer Schicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff beschichtet ist, und die Schicht Wasserstoff mit einem Anteil von nicht weniger als 10 Atom-% und nicht mehr als 30 Atom-% und mindestens ein weiteres Fremdelement enthält, wobei das weitere Fremdelement Sauerstoff, Stickstoff, Chrom oder Titan ist, und eine Oberfläche der Schicht eine Rauheit Ra von nicht weniger als 5 nm und nicht mehr als 40 nm aufweist und einen Grad an Hydrophilie hat, dass der Benetzungswinkel eines Wassertropfens kleiner als 25° ist.
Des Weiteren wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben, wobei die Halbleiterscheiben in Gegenwart einer wässerigen Poliermittel-Suspension durch eine oder mehrere Läuferscheiben zwischen zwei Poliertüchern auf einer Bahn bewegt werden, wobei die Läuferscheibe mit einer Schicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff beschichtet ist, und die Schicht Wasserstoff mit einem Anteil von nicht weniger als 10 Atom-% und nicht mehr als 30 Atom-% und mindestens ein weiteres Fremdelement enthält, wobei das weitere Fremdelement Sauerstoff, Stickstoff, Chrom oder Titan ist, und eine Oberfläche der Schicht eine Rauheit Ra von nicht weniger als 5 nm und nicht mehr als 40 nm aufweist und einen Grad an Hydrophilie hat, dass der Benetzungswinkel eines Wassertropfens kleiner als 25° ist.
Die Gegenwart von Wasserstoff in der Schicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff (DLC-Schicht) verbessert deren Verschleißfestigkeit. Der Anteil an Wasserstoff beträgt nicht weniger als 10 Atom-% und nicht mehr als 30 Atom-%. Darüber hinaus lässt sich die Standzeit der Läuferscheibe verbessern, indem die mittlere Rauheit R_a der Oberfläche der DLC-Schicht nicht weniger als 5 nm und nicht mehr als 40 nm, vorzugsweise nicht mehr als 30 nm beträgt. Eine Rauheit im angegebenen Bereich lässt sich durch Polieren der Oberfläche der Läuferscheibe vor dem Beschichten der Läuferscheibe mit der DLC-Schicht erreichen. Die Rauheit der DLC-Schicht liegt näherungsweise im selben Bereich wie diejenige der unbeschichteten Läuferscheibe. Die vergleichsweise gering gewählte mittlere Rauheit R_a verbessert die Standzeit der Läuferscheibe, weil damit nicht nur eine geringere Gleitreibungskraft einhergeht, sondern auch weniger Reibung erzeugt wird, auf Grund derer die Dicke der Läuferscheibe wegen Abnutzung der DLC-Schicht abnimmt.
Die unbeschichtete Läuferscheibe besteht vorzugsweise aus Metall, beispielsweise Titan, vorzugsweise aus Stahl und besonders bevorzugt aus Chrom-Stahl. Die DLC-Schicht bedeckt eine obere Seite und eine untere Seite der Läuferscheibe. Die Bedeckung ist vorzugsweise vollständig, eine teilweise Bedeckung ist aber nicht ausgeschlossen. Die Dicke der auf einer Seite liegenden DLC-Schicht beträgt vorzugsweise nicht weniger als 0,1 µm und nicht mehr als 20 µm.
Ein Benetzungswinkel (contact angle) eines Wassertropfens im angegebenen Bereich von kleiner als 25°, vorzugsweise nicht mehr als 20° und besonders bevorzugt nicht mehr als 10° lässt sich durch die Auswahl und den Anteil von Fremdelementen einstellen, die absichtlich in der DLC-Schicht enthalten sind, also wegen Dotierens der Fremdelemente in der DLC-Schicht homogen verteilt vorliegen. Erfindungsgemäß sind dies Sauerstoff, Stickstoff, Chrom oder Titan oder eine Kombination von zwei oder mehreren dieser Fremdelemente. Besonders bevorzugt ist die Gegenwart eines Anteils an Stickstoff, der vorzugsweise nicht weniger als 1 Atom-% und nicht mehr als 10 Atom-% beträgt. Der Anteil an Sauerstoff beträgt vorzugsweise nicht weniger als 5 Atom-% und nicht mehr als 20 Atom-%. Der Anteil an Chrom beträgt vorzugsweise nicht weniger als 1 Atom-% und nicht mehr als 20 Atom-% und der Anteil an Titan beträgt vorzugsweise nicht weniger als 0,5 Atom-% und nicht mehr als 2,5 Atom-%.
Im Fall einer der genannten Kombinationen an Fremdelementen beträgt der Anteil der jeweiligen Kombination vorzugsweise nicht mehr als 20 Atom-%.
Die beschriebene, Wasserstoff und mindestens ein Fremdelement enthaltende DLC-Schicht hat Oberflächeneigenschaften, die für eine gute Benetzbarkeit durch wässerige Slurry wichtig sind. Die Oberflächenenergie beträgt mindestens 70 mN/m, und der polare Anteil daran mindestens 50 %.
Eine erfindungsgemäße Läuferscheibe wird vorzugsweise zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben aus Silizium eingesetzt, besonders von Halbleiterscheiben aus Silizium, deren Durchmesser mindestens 200 mm, vorzugsweise 300 mm oder mehr beträgt.
Die verbesserte Benetzbarkeit ermöglicht die Bildung eines vollständig geschlossenen Poliermittel-Films beim Polieren von Halbleiterscheiben und so die permanente Versorgung der zu polierenden Oberflächen mit frischem Poliermittel. Diese Benetzbarkeit zeigt sich auch daran, dass ein Wasserfilm nicht aufreißt, wenn die Läuferscheibe aus einem mit Wasser gefüllten Becken gehoben wird. Der geschlossene Poliermittel-Film wirkt geräuschdämpfend und mindert Pfeifgeräusche, so dass Aufwendungen für Schutzmaßnahmen dagegen gelockert werden können. Darüber hinaus gewährleistet diese Poliermittel-Versorgung einen anhaltend hohen Materialabtrag pro Zeiteinheit bei den Halbleiterscheiben, was der Produktivität nützt. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Auswirkung auf das Ergebnis der Politur hinsichtlich der Geometrie der polierten Halbleiterscheiben, insbesondere im Hinblick auf deren Randgeometrie. Dadurch lassen sich auch herausfordernde Kundenanforderungen erfüllen. Die nachstehende Tabelle zeigt üblicherweise spezifizierte Geometrieparameter und in Spalte A Werte, die bei Verwendung von Läuferscheiben, deren DLC-Schicht keine absichtlich hinzugefügten Fremdelemente enthält, durch doppelseitiges Polieren von Halbleiterscheiben aus Silizium mit einem Durchmesser von 300 mm typischerweise erreicht werden. Zum Vergleich sind in Spalte B Werte angegeben, die typischerweise nicht überschritten werden, wenn stattdessen erfindungsgemäße Läuferscheiben eingesetzt werden. Tabelle

A B

GBIR 0,14 µm 0,13 µm

ESFQR_max 43 nm 28 nm

ESFQR_min 29 nm 16 nm

ESFQR_avg 35 nm 22 nm

ZDD-FS - 6,6 nm/mm² - 4,8 nm/mm²
Die angegebenen Parameter sind entsprechenden SEMI-Normen definiert. Die Angaben zur Randgeometrie berücksichtigen einen Randausschluss von 2 mm (ZDD) beziehungsweise 1 mm (ESFQR). ZDD-FS bezeichnet den ZDD der Vorderseite der Halbleiterscheibe, also derjenigen Seite, auf der elektronische Bauelemente unterzubringen beabsichtigt ist.
Die DLC-Schicht wird auf der polierten, unbeschichteten Läuferscheibe abgeschieden, oder gegebenenfalls auf einer, auf der polierten unbeschichteten Läuferscheibe zuvor aufgebrachten, haftungsvermittelnden Zwischenschicht. Zusammen mit der Kohlenstoffquelle und der Wasserstoffquelle, die zur Bildung der DLC-Schicht bereitgestellt werden, wird auch eine Quelle bereitgestellt, die das mindestens eine Fremdelement zur Verfügung stellt. Verfahren zum Abscheiden sind vorzugsweise CVD- (chemical vapor deposition), PVD- (physical vapor deposition) oder Sputter-Verfahren, insbesondere plasmaunterstützte CVD-Verfahren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2008/0166952 A1 [0002]
DE 10247200 A1 [0003]
JP 2010030013 A2 [0004]

Claims

Läuferscheibe zum Führen von Halbleiterscheiben während einer beidseitigen materialabtragenden Bearbeitung der Halbleiterscheiben, wobei die Läuferscheibe mit einer Schicht aus diamantähnlichem Kohlenstoff beschichtet ist, und die Schicht Wasserstoff mit einem Anteil von nicht weniger als 10 Atom-% und nicht mehr als 30 Atom-% und mindestens ein weiteres Fremdelement enthält, wobei das weitere Fremdelement Sauerstoff, Stickstoff, Chrom oder Titan ist, und eine Oberfläche der Schicht eine Rauheit Ra von nicht weniger als 5 nm und nicht mehr als 40 nm aufweist und einen Grad an Hydrophilie hat, dass der Benetzungswinkel eines Wassertropfens kleiner als 25° ist.
Läuferscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Benetzungswinkel des Wassertropfens nicht größer als 20° ist.
Läuferscheibe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenenergie der Schicht mindestens 70 mN/m beträgt und der polare Anteil daran nicht weniger als 50 % ist.
Verfahren zur beidseitigen Politur von Halbleiterscheiben, wobei die Halbleiterscheiben in Gegenwart einer wässerigen Poliermittel-Suspension durch eine oder mehrere Läuferscheiben zwischen zwei Poliertüchern auf einer Bahn bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Läuferscheibe eine Läuferscheibe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 ist.