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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anpressen eines Poliertuchs zur Verwendung beim Polieren einer Halbleiterscheibe.
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Die CMP (chemisch-mechanische Politur) ist eine Einseiten-Politur, die üblicherweise dazu verwendet wird, um die Rauigkeit der Vorderseite einer Halbleiterscheibe zu reduzieren. Sie wird daher auch als Glanzpolitur (engl. „mirror polishing“) bezeichnet. Während der CMP wird die Halbleiterscheibe mit der zu polierenden Seite von einem sich drehenden Polierkopf gegen ein sich drehendes Poliertuch gedrückt und in Gegenwart eines zugeführten Poliermittels geglättet. Dies ist beispielsweise in der
US 5,916,016 A beschrieben.
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Das Doppelseiten-Polieren (DSP) ist ein Verfahren aus der Gruppe der chemomechanischen Bearbeitungsschritte. Gemäß einer in der Patentschrift
EP 0208315 B1 beschriebenen Ausführungsform werden Halbleiterscheiben in Läuferscheiben aus Metall oder Kunststoff, die über geeignet dimensionierte Aussparungen verfügen, zwischen zwei rotierenden, mit einem Poliertuch belegten Poliertellern, wobei zwischen den Poliertellern ein Arbeitsspalt gebildet wird, in Gegenwart eines Poliermittels auf einer durch die Maschinen und Prozessparameter vorbestimmten Bahn bewegt und dadurch poliert.
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Beim DSP liegen die Arbeitsschichten in Form von Poliertüchern vor, und diese sind klebend, magnetisch, formschlüssig (beispielsweise mittels Klettverschluss) oder mittels Vakuum auf den Arbeitsscheiben, welche beim DSP auch als sog. Polierteller bezeichnet werden, befestigt. Beide Polierteller einer DSP-Anlage sind mit Poliertüchern beklebt. Um eine hohe Qualität der Bearbeitung durch DSP zu gewährleisten, sollten beide Poliertücher blasenfrei aufgeklebt sein. Dabei ist es wichtig, dass das Poliertuch über den gesamten Polierteller gleichmäßig stark haftet. Um die notwendige Haftung des Klebers zu erreichen, werden die Polierteller nach dem Aufkleben von Poliertüchern für eine bestimmte Zeit unter Druck zusammengefahren. Dieser Prozess wird auch Tuchpressen genannt. Durch das Pressen verfließt der Kleber und haftet besser. Entsprechende Verfahren zum Tuchpressen sind beispielsweise aus
EP 1 775 068 A1 und aus
US 2008/0248728 A1 bekannt.
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Aus
US 2001/0014570 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe mit einer Vorderseite und einer Rückseite und einer polierten Kante bekannt, umfassend ein gleichzeitiges Polieren der Vorderseite und der Rückseite der Halbleiterscheibe unter kontinuierlicher Zuführung eines alkalischen Poliermittels zwischen zwei sich drehenden unteren und oberen Poliertellern, die beide mit einem Poliertuch bedeckt sind, wobei beide Poliertücher im Wesentlichen aus einem porösen homogenen, faserfreien Polymerschaum bestehen und das Poliertuch des unteren Poliertellers eine glatte Oberfläche und das Poliertuch des oberen Poliertellers eine durch Kanäle unterbrochene Oberfläche ausweist.
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Das am oberen Polierteller haftende Poliertuch ist mit einem Netzwerk an Kanälen durchsetzt, während das am unteren Polierteller haftende Poliertuch keine solche Texturierung, sondern eine glatte Oberfläche aufweist. Durch diese Texturierung wird eine verbesserte Verteilung des eingesetzten Poliermittels erreicht, was einen Einfluss auf die Qualität der polierten Scheibenkanten hat.
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Die Kanäle lassen sich beispielsweise durch einen materialentfernenden Fräsvorgang auf das Poliertuch aufbringen. Bevorzugt besitzt das obere Poliertuch eine regelmäßige schachbrettartige Anordnung von Kanälen mit einer Segmentgröße von 5 mm x 5 mm bis 50 mm x 50 mm und einer Kanalbreite von 0,5 bis 2 mm.
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Poliertücher können aus einem thermoplastischen oder hitze-härtbaren Polymer bestehen. Als Material für geschäumte Poliertücher (foamed pads) kommt eine Vielzahl an Werkstoffen in Betracht, z.B. Polyurethane, Polycarbonat, Polyamid, Polyacrylat, Polyester usw. Ein aus einem Polymer hergestelltes Poliertuch wird beispielsweise in
US 2008/0102741 A1 offenbart.
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Poliertücher können aber auch aus verschäumten Platten oder Filz- oder Fasersubstraten, die mit Polymeren imprägniert sind, bestehen (Vliesstoff-Tuch, nonwoven pad). Ein solches Tuch ist beispielsweise in
US 5,510,175 A beschrieben.
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Beim Aufkleben der Poliertücher kann es gemäß
US 2014/0206261 A1 von Vorteil sein, die Polierteller zu erwärmen, da sich durch die Erwärmung der Polierteller die Viskosität des Klebefilms bei gleichzeitiger Verbesserung der Haftbarkeit des Klebefilms verringert. Anschließend erfolgt die Abkühlung des mit dem Poliertuch belegten Poliertellers von der für das Aufkleben eingestellten Temperatur auf die gewünschte Prozesstemperatur über einen Zeitraum von mindestens
3 Stunden, wobei während des gesamten Abkühlvorganges das Poliertuch mit einem Druck von mindestens 10 000 Pa gegen den jeweils gegenüberliegenden Polierteller gedrückt wird.
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Insbesondere bei der Verwendung von harten, wenig kompressiblen Poliertüchern besteht allerdings das Problem, dass nach dem herkömmlichen Tuchpressen oftmals keine gleichmäßige Haftung der Poliertücher an den Poliertellern erzielt wird. Dies hängt damit zusammen, dass zwischen dem oberen und unteren Polierteller ein Polierspalt, der sich aus dem jeweiligen Abstand zwischen dem oberen und unteren Poliertuch ergibt, von bis zu 300 µm besteht. Die ungleichmäßige Haftung der Poliertücher macht sich ohne Gegenmaßnahmen auch bei der Qualität der polierten Halbleiterscheiben bemerkbar.
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Aus
WO 2018/086912 A1 ist ein Verfahren zum beidseitigen Polieren einer Halbleiterscheibe bekannt, wobei auf oberem und unterem Polierteller Poliertücher einer Härte bei Raumtemperatur von mindestens 80° nach Shore A und mit einer Kompressibilität bei Raumtemperatur von weniger als 3 % befestigt werden, wobei eine Halbleiterscheibe zwischen oberem und unterem Poliertuch beidseitig poliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Befestigen der Poliertücher auf oberem und unterem Polierteller die Poliertücher auf oberes und unteres Polierteller geklebt werden, zwischen den beiden aufgeklebten Poliertüchern als Zwischenlage ein Tuch mit einer Kompressibilität bei Raumtemperatur von mindestens 3 % positioniert wird und anschließend die beiden Poliertücher mit dem zwischen ihnen befindlichen Tuch für einen bestimmten Zeitraum aneinander gepresst werden.
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Allerdings hat sich gezeigt, dass bei Verwendung eines mit Kanälen durchsetzten Poliertuchs gemäß
US 2001/0014570 A1 und Anwendung des aus
WO 2018/086912 A1 bekannten Tuchpressens die Geometrie der polierten Scheibe schlechter ist als bei Verwendung eines glatten Poliertuchs.
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Aus dieser Problematik ergab sich die Aufgabenstellung der Erfindung.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die beanspruchten Verfahren und Vorrichtungen.
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In einer Ausführungsform handelt es sich um eine Einseitenpolitur wie z.B. ein CMP-Verfahren.
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In einer anderen Ausführungsform handelt es sich um eine DSP-Politur, also um ein gleichzeitiges Polieren der Vorderseite und der Rückseite einer Halbleiterscheibe unter kontinuierlicher Zuführung eines alkalischen Poliermittels zwischen zwei sich drehenden unteren und oberen Poliertellern.
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Bei DSP sind beide Polierteller mit einem Poliertuch belegt, wobei in einer Ausführungsform das Poliertuch des unteren Poliertellers eine glatte Oberfläche und das Poliertuch des oberen Poliertellers eine durch Kanäle unterbrochene Oberfläche ausweist.
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Zum Befestigen der Poliertücher auf oberem und unterem Polierteller werden die Poliertücher auf den oberen und unteren Polierteller geklebt, wobei die Poliertücher auf den Poliertellern mittels mehrerer Bürsten simultan an die Polierteller angepresst werden.
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Der Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, dass ein gleichmäßiges Anpressen von Poliertüchern mit einer durch Kanäle unterbrochenen Oberfläche schwierig ist, da der Druck nur auf der Tuchoberfläche und nicht in den Kanälen ausgeübt wird. Erkennbar ist dies teilweise nach dem Ablösen eines gebrauchten Poliertuchs in Form eines Musters auf dem Polierteller. Dadurch ist das Poliertuch an den Positionen der Kanäle nicht exakt gleich angepresst, was zur Folge hat, dass sich die Ebenheit der Poliertuchoberfläche leicht verschlechtert.
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Bei der Doppelseitenpolitur zum Beispiel führt dies dazu, dass sich die Geometrie der polierten Halbleiterscheibe leicht verschlechtert. Insbesondere die Differenz aus vorderseitenbezogenem ZDD (= zweifache Ableitung der Höhe senkrecht von der Medianebene zur Vorderseite der Halbleiterscheibe) und rückseitenbezogenem ZDD ist leicht verschlechtert. Der ZDD beschreibt die mittlere Krümmung am Rand einer Oberfläche der Halbleiterscheibe und ist in SEMI M68-1015 definiert.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum gleichmäßigen Anpressen eines Poliertuches an einen Polierteller in einer Poliermaschine zum Polieren von Halbleiterscheiben umfasst einen plattenförmigen Träger, mit einer Vorderseite, mit einer Rückseite, mit mehreren Öffnungen, mit einer umlaufenden Kante, und Bürsten, umfassend Borsten, die radial auf einer Welle befestigt sind, wobei die Welle drehbar in einer Öffnung gelagert ist, so dass nur die Borsten der Bürste gegenüber der Vorderseite oder Rückseite erhaben sind.
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Die umlaufende Kante an den Stirnseiten des Trägers ist dabei so mit einer Haltevorrichtung ausgestattet, dass es möglich ist, die Vorrichtung an einem inneren oder äußeren Zahnkranz einer Poliermaschine zu fixieren. Die Haltevorrichtung kann zum Beispiel Zähne enthalten, die genau in die Zwischenräume der Stifte des inneren bzw. äußeren Zahnkranzes der Poliermaschine passen. Denkbar wären aber auch spezielle lösbare Loch- und Zapfenverbindungen, die an den Zahnkranz fixiert werden könnten.
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Zudem umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung mehrere Bürsten, deren Borsten radial auf Wellen befestigt sind, wobei die Wellen der Bürsten frei drehbar in den Öffnungen des Trägers gelagert sind.
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Zudem sind die Bürsten so in den Öffnungen gelagert, dass die Borsten der Bürsten gegenüber einer Vorderseite oder Rückseite des Trägers erhaben sind.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Bürsten so gelagert, dass die Borsten gegenüber sowohl der Vorderseite als auch der Rückseite erhaben sind.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform schneiden sich zwei Rotationsachsen von Wellen unter einem Winkel von nicht mehr als 10° und besonders bevorzugt 5°. Dies bewirkt, dass sich die Bürsten auf dem Poliertuch abrollen und nicht auf dem Poliertuch schleifen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Verhältnis von Breite zu Länge des Trägers kleiner als 0,7.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Verhältnis von Breite zu Länge der Öffnungen des Trägers kleiner als 0,8.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Länge der Borsten nicht kleiner als 10 mm und nicht größer als 20 mm.
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Bevorzugt ist die Dicke der Borsten nicht kleiner als 0,3 mm und nicht größer als 0,5 mm.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Träger aus Edelstahl, PEEK, PFA oder PVDF, PVC gefertigt.
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Der Borsten sind bevorzugt aus Polyamid 6 (PA6) gefertigt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Anbringen eines Poliertuches an einen Polierteller in einer Poliermaschine zum Polieren von Halbleiterscheiben umfasst das Aufkleben eines Poliertuchs auf einen Polierteller dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bürsten so auf dem Poliertuch positioniert werden, dass sie gleichzeitig Druck auf das Poliertuch ausüben und das Poliertuch anpressen. Nach dem Anpressen liegt das Poliertuch ideal an der Oberfläche des Poliertellers an und folgt auch etwaig vorhandenen Vertiefungen ideal (wie zum Beispiel den vorhandenen Kanälen).
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Bevorzugt wird je ein Poliertuch auf zwei Polierteller aufgeklebt und mehrere Bürsten werden so positioniert, dass sie gleichzeitig Druck auf beide Poliertücher ausüben, wobei sich die Polierteller parallel gegenüberstehen.
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Besonders bevorzugt befinden sich die Bürsten in Rotation um deren Längsachse (Lagerachse). Wobei die Rotation als freie Rotation (ohne eigenen Antrieb) zu verstehen ist. Die Rotation wird durch die Bewegung des/der Polierteller(s) induziert.
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Bevorzugt bewegen sich die Bürsten azimutal relativ zu mindestens einem Polierteller (Translation).
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Bevorzugt werden mindestens 13 Bürsten gleichzeitig verwendet. Es zeigte sich, dass die Verwendung von mehreren Bürsten in einer Vorrichtung von Vorteil ist.
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Die Temperatur eines Poliertellers wird beim Anpressen bevorzugt zwischen 18°C und 48°C eingestellt.
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Der Druck, den die Bürsten auf das Poliertuch auf dem Polierteller ausüben beträgt bevorzugt zwischen 1000 Pa und 7500 Pa.
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Die Polierteller bewegen sich beim Anpressen bevorzugt gegenläufig.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Dauer des Andrucks des Poliertuches mindestens 5 min.
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Das Aufkleben umfasst vorzugweise folgende Arbeitsschritte:
- - Vorbereitung der Poliertelleroberfläche durch entsprechende Reinigung
- - Entfernen des Schutzfilms an der selbstklebenden PSA Schicht des Tuchs
- - Blasenfreies Aufbringen des Poliertuchs auf den Polierteller
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In einer weiteren Ausführungsform werden die Polierteller vor dem Aufkleben der Poliertücher erwärmt. Beispielsweise können die Polierteller auf eine Temperatur von 40 - 50°C erwärmt werden. Dadurch verringert sich die Viskosität des Klebefilms bei gleichzeitiger Verbesserung seiner Haftbarkeit.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Temperatur während des Anpressens mit den Bürsten gehalten.
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Nach dem Aufkleben und dem Anpressen der Poliertücher/des Poliertuchs mit den Bürsten werden die Polierteller gegebenenfalls abgekühlt. In einer Ausführungsform werden die Polierteller auf die gewünschte Poliertemperatur abgekühlt, die in der Regel zwischen 10 und 50°C liegt.
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Das Erwärmen und das Abkühlen der Polierteller vor und nach dem Aufkleben der Poliertücher erfolgt vorzugsweise mittels einer internen Temperatursteuerung der Polierteller.
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In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Abkühlen der Polierteller über einen Zeitraum von einer bis zu mehreren Stunden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Abkühlen der Polierteller während des Tuchpressens.
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Beim Doppelseitenpolieren kann beispielsweise wie folgt vorgegangen werden:
- - Aufkleben der Poliertücher (oben und unten)
- - optional normales Pressen der beiden Tücher durch Zusammenfahren der Teller, ggf. mit einer Zwischenlage
- - Einlegen von mehreren Bürstenhaltern, so dass die Bürstenhalter einen gleichen Winkel zueinander bilden.
- - Zusammenfahren beider Polierteller mit eingelegten Bürstenhaltern und Anpressen der Tücher durch Starten der Rotation der Polierteller
- - Öffnen der Poliermaschine durch Auseinanderfahren der Polier
- - Entfernen der Bürstenhalter
- - optional normales Pressen der beiden Tücher durch Zusammenfahren der Teller, ggf. mit einer Zwischenlage
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Das optionale normale Pressen des Poliertuchs kann manuell auch mit Rollen oder durch Druck beim Zusammenfahren der Polierteller im Falle einer Doppelseitenpolieranlage erfolgen.
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Das Anpressen mittels der Bürstenhalter erfolgt im Falle einer Doppelseitenpolieranlage vorzugweise durch Zusammenfahren der beiden Polierteller.
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Das Anpressen der Poliertücher mit den Bürstenhaltern wird vorzugweise für einen Zeitraum von 1 s bis 5 min durchgeführt, besonders bevorzugt zwischen 20 s und 3 min.
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In einer Ausführungsform erfolgt ein Vorpressen oder ein Nachpressen des Poliertuchs. Dies kann manuell, mit Rollen oder durch Druck beim Zusammenfahren der Polierteller im Falle einer Doppelseitenpolieranlage erfolgen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch einen Polierteller (1), auf dem ein Poliertuch (2) umfassend eine Unebenheit (zum Beispiel in Form eines Kanals) (5) angeklebt ist. Das Anpressen des Poliertuchs erfolgt mittels Borsten (4), die auf einer Welle (3) angebracht sind. Die Welle enthält eine Lagerachse (6), mit deren Hilfe die Bürste rotierend gelagert werden kann.
- 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung enthaltend rotierend gelagerte Bürsten, die Borsten (1) enthalten, die auf einer Welle (3) angebracht sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit einer Haltevorrichtung (4) an den Stirnseiten des Trägerkörpers (2) ausgestattet, die ermöglicht, die Vorrichtung zwischen dem inneren und dem äußeren Zahnkranz einer Poliermaschine zu fixieren. Die Haltevorrichtungen (4) wurden beispielhaft als Zähne ausgeführt. Der Schnitt A-A zeigt, dass die Borsten (1) der Bürsten erhaben sind gegenüber der Vorder- und Rückseite der Trägerplatte.
- 3 zeigt eine weitere Ausprägung der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthaltend rotierend gelagerte Bürsten, die Borsten (1) enthalten, die auf einer Welle (3) angebracht sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit einer Haltevorrichtung (4) an den Stirnseiten des Trägerkörpers (2) ausgestattet, die ermöglicht die Vorrichtung zwischen dem inneren und dem äußeren Zahnkranz einer Poliermaschine zu fixieren. Die Haltevorrichtungen (4) wurden beispielhaft als Zähne ausgeführt. Der Schnitt A-A zeigt, dass die Borsten (1) der Bürsten erhaben sind gegenüber einer Seite der Trägerplatte (zum Beispiel der Vorderseite). Um der späteren Rotationsbewegung in der Poliervorrichtung Rechnung zu tragen, sind die Achsen der jeweils äußeren Bürsten bevorzugt um einen kleinen Winkel γ gegenüber der Hauptausrichtungsachse der Trägerplatte gedreht. Bevorzugt ist der Winkel γ nicht kleiner als -6° und nicht größer als 6°. Besonders bevorzugt ist der Winkel nicht kleiner als -3° und nicht größer als 3°. Das hat den Effekt, dass die Bürsten in der Anlage abrollen und nicht auf der Unterlage schleifen.
- 4 zeigt ein bevorzugtes Positionieren der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) in einer Polieranlage. Auf einem Polierteller (2) werden mehrere Vorrichtungen (drei in (a) und vier in (b)) so positioniert, dass die Position der Haltevorrichtungen der erfinderischen Vorrichtung (5) und (6) an den inneren (4) und äußeren (3) Zahnkranz der Polieranlage fixiert wird. Der Winkel (a, bzw. β) zwischen den fixierten Vorrichtungen ist dabei gleich. Im Falle von drei verwendeten erfindungsgemäßen Vorrichtungen beträgt der Winkel beispielsweise α=120° (a) und im Falle von vier verwendeten erfindungsgemäßen Vorrichtungen β=90° (b).
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Beispiel
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Beim Anpressen eines Poliertuches in einer Doppelseitenpoliermaschine wurden folgende Schritte in gegebener Reihenfolge durchgeführt:
- Poliertücher wurden auf den oberen und unteren Polierteller einer Doppelseitenpoliermaschine aufgeklebt.
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Anschließend wurden drei Bürstenhalter (analog 4 a) in den unteren Polierteller eingelegt und jeweils an den inneren und äußeren Zahnkranz fixiert, so dass der Winkel zwischen den drei Vorrichtungen 120° betrug. Die verwendeten Bürstenhalter beinhalten jeweils 13 Bürsten.
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Die beiden Polierteller wurden anschließend zusammengefahren, so dass die Borsten Druck auf die Poliertücher ausüben. Die Polierteller wurden anschließend in gegenläufige Rotation versetzt und auf eine Temperatur von 45°C gebracht.
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Nach 45 min wurde der Vorgang unterbrochen und die Bürstenhalter entfernt.
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Zum Polieren wurden Halbleiterscheiben in eine geeignet dimensionierte Aussparung einer Läuferscheibe gelegt. Es wurde in den von den Poliertüchern gebildeten Arbeitsspalt während der Politur eine Flüssigkeit zugeführt. Bei dieser Flüssigkeit handelte es sich um eine Poliermittelsuspension (kolloid-disperser Kieselsäure)
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Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens angegebenen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden. Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5916016 A [0002]
- EP 0208315 B1 [0003]
- EP 1775068 A1 [0004]
- US 2008/0248728 A1 [0004]
- US 2001/0014570 A1 [0005, 0013]
- US 2008/0102741 A1 [0008]
- US 5510175 A [0009]
- US 2014/0206261 A1 [0010]
- WO 2018/086912 A1 [0012, 0013]
