EP4212280A1 - Verfahren zum aufbringen eines poliertuchs an einen polierteller - Google Patents

Verfahren zum aufbringen eines poliertuchs an einen polierteller Download PDF

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EP4212280A1
EP4212280A1 EP22151116.5A EP22151116A EP4212280A1 EP 4212280 A1 EP4212280 A1 EP 4212280A1 EP 22151116 A EP22151116 A EP 22151116A EP 4212280 A1 EP4212280 A1 EP 4212280A1
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EP
European Patent Office
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polishing
cloth
polishing cloth
plate
liquid
Prior art date
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Withdrawn
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EP22151116.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Gustke
Johannes Staudhammer
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Siltronic AG
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Siltronic AG
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Publication date
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces

Definitions

  • the invention relates to a method for pressing a polishing cloth for use in polishing a semiconductor wafer.
  • CMP Chemical Mechanical Polish
  • a one-side polish commonly used to reduce the roughness of the front side of a semiconductor wafer. It is therefore also referred to as mirror polishing.
  • the semiconductor wafer is pressed with the side to be polished against a rotating polishing cloth by a rotating polishing head and is smoothed in the presence of a supplied polishing agent. This is for example in the US 5,916,016A described.
  • Double-side polishing is a process from the group of chemomechanical processing steps.
  • semiconductor wafers in carriers made of metal or plastic which have suitably dimensioned recesses, between two rotating polishing plates covered with a polishing cloth, with a working gap being formed between the polishing plates, in the presence of a polishing agent on a path predetermined by the machines and process parameters moved and thereby polished.
  • the working layers are in the form of polishing cloths, and these are attached to the working disks with adhesive, magnetically, positively (e.g. using Velcro) or by means of a vacuum.
  • Both polishing plates of a DSP system are covered with polishing cloths.
  • both polishing cloths should be stuck on without bubbles. It is important that the polishing cloth adheres evenly over the entire polishing pad.
  • the polishing pads are moved together under pressure for a certain time after the polishing cloths have been stuck on. This process is also called cloth pressing. Pressing causes the glue to flow and stick better.
  • Corresponding methods for cloth pressing are, for example, from EP 1 775 068 A1 and from US 2008/0248728 A1 known.
  • the polishing cloth attached to the upper polishing pad is interspersed with a network of channels, while the polishing cloth attached to the lower polishing pad has no such texturing but a smooth surface. This texturing achieves an improved distribution of the polishing agent used, which has an impact on the quality of the polished pane edges.
  • the channels can be applied to the polishing cloth, for example, by means of a material-removing milling process.
  • the upper polishing cloth preferably has a regular checkerboard-like arrangement of channels with a segment size of 5 mm ⁇ 5 mm to 50 mm ⁇ 50 mm and a channel width of 0.5 to 2 mm.
  • Polishing cloths can be made of a thermoplastic or thermosetting polymer.
  • a large number of materials can be considered as the material for foamed polishing cloths (foamed pads), e.g. polyurethanes, polycarbonate, polyamide, polyacrylate, polyester, etc.
  • a polishing cloth made of a polymer is used, for example, in US 2008/0102741 A1 disclosed.
  • polishing cloths can also consist of foamed panels or felt or fiber substrates impregnated with polymers (nonwoven cloth, nonwoven pad). Such a cloth is, for example, in U.S. 5,510,175A described.
  • polishing cloths In particular when using hard, less compressible polishing cloths, however, there is the problem that after conventional cloth pressing, the polishing cloths often do not adhere uniformly to the polishing plates. This is due to the fact that there is a polishing gap of up to 300 ⁇ m between the upper and lower polishing plate, which results from the respective distance between the upper and lower polishing cloth. If no countermeasures are taken, the uneven adhesion of the polishing cloths is also noticeable in the quality of the polished semiconductor wafers.
  • a method for polishing a semiconductor wafer on both sides is known, with polishing cloths with a hardness at room temperature of at least 80° according to Shore A and with a compressibility at room temperature of less than 3% being attached to the upper and lower polishing plate, with a semiconductor wafer being fixed between the upper and lower polishing cloth is polished on both sides, characterized in that to attach the polishing cloths to the upper and lower polishing plates, the polishing cloths are glued to the upper and lower polishing plates, a cloth with a compressibility at room temperature of at least 3% is positioned between the two glued-on polishing cloths as an intermediate layer and then the both polishing cloths are pressed together with the cloth placed between them for a certain period of time.
  • the font DE 10 2019 213 657 A1 suggests using several brushes to press the polishing cloth onto the polishing pad, which are positioned on the polishing cloth in such a way that they exert pressure on the polishing cloth at the same time.
  • it is a one-side polish such as a CMP process.
  • Another embodiment involves DSP polishing, ie simultaneous polishing of the front side and the back side of a semiconductor wafer with the continuous supply of an alkaline polishing agent between two rotating lower and upper polishing plates.
  • both polishing plates are covered with a polishing cloth, with the polishing cloth of the lower polishing plate having a smooth surface and the polishing cloth of the upper polishing plate having a surface interrupted by channels in one embodiment.
  • the polishing cloths are glued to the upper and lower polishing plates, with the respective surface of the polishing plate being wetted with a liquid according to the invention before the polishing cloth is placed on the polishing plates.
  • the polishing cloth is first wetted with the liquid before the polishing cloth is brought into contact with the upper polishing pad.
  • the liquid that was trapped between the polishing cloth and the polishing plate is moved to the edge of the polishing cloth by lightly pressing it and is thus removed, with the polishing cloth being particularly preferably pressed simultaneously onto the polishing plate by means of several brushes.
  • the invention is based on the observation that polishing cloths that are applied to the polishing plate without first having a liquid on the polishing plate are wetted, can cause problems in the geometry of the polished semiconductor wafers. It is assumed that small air pockets between the cloth and the polishing pad cause the observed negative influences.
  • the geometry of the polished semiconductor wafer deteriorates slightly.
  • the ZDD describes the mean curvature at the edge of a surface of the semiconductor wafer and is defined in SEMI M68-1015.
  • the liquid used preferably consists of water.
  • Isopropanol with a concentration of not less than 10% by volume and not more than 30% by volume is very particularly preferably added to the water.
  • Several brushes are preferably used during the local pressing of the polishing cloth onto the polishing plate in order to transport the liquid between the polishing plate and the polishing cloth to the edge of the polishing cloth.
  • the temperature of the polishing plate is preferably set to between 18°C and 48°C when the polishing cloth is attached.
  • the cloth After removing the liquid between the polishing plate and the polishing cloth, the cloth is pressed down using brushes (according to the state of the art).
  • the pressure that the brushes exert on the polishing cloth on the polishing plate is preferably between 1000 Pa and 7500 Pa.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

Verfahren zum Anbringen eines Poliertuches an einen Polierteller in einer Poliermaschine zum Polieren von Halbleiterscheiben umfassend das Benetzen des Poliertellers mit einer Flüssigkeit, das in Kontaktbringen des Poliertuches mit dem Polierteller, wobei sich Teile der Flüssigkeit zwischen Polierteller und Poliertuch befinden; das lokale Andrücken des Poliertuches an den Polierteller, so dass die Flüssigkeit zwischen Polierteller und Poliertuch zum Rand des Poliertuches transportiert wird.

Description

  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Anpressen eines Poliertuchs zur Verwendung beim Polieren einer Halbleiterscheibe.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 × 5 mm bis 50 mm × 50 mm und einer Kanalbreite von 0,5 bis 2 mm.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Schrift DE 10 2019 213 657 A1 schlägt vor, zum Andrücken des Poliertuchs auf den Polierteller mehrere Bürsten zu verwenden, die so auf dem Poliertuch positioniert werden, dass sie gleichzeitig Druck auf das Poliertuch ausüben.
  • Es hat sich jedoch gezeigt, dass dieses Verfahren offenbar nicht voll umfänglich ausreicht, um das Poliertuch perfekt auf den Polierteller anhaften zu lassen, ohne dabei die Geometrie des Poliertellers zu verändern. Insbesondere die perfekte Wiederholbarkeit des Vorganges wurde offenbar durch das Verfahren limitiert, das heißt, dass nicht jede Polierfahrt mit neu angebrachten Poliertuch identische und perfekte Ergebnisse liefert.
  • Aus dieser Problematik ergab sich die Aufgabenstellung der Erfindung.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch das in den Ansprüchen dargelegte Verfahren.
  • In einer Ausführungsform handelt es sich um eine Einseitenpolitur wie z.B. ein CMP-Verfahren.
  • 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.
  • 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.
  • Zum Befestigen der Poliertücher auf oberem und unterem Polierteller werden die Poliertücher auf den oberen und unteren Polierteller geklebt, wobei die jeweilige Oberfläche des Poliertellers erfindungsgemäß mit einer Flüssigkeit benetzt wird bevor das Poliertuch auf den Poliertellern platziert wird. Beim oberen Polierteller wird zunächst das Poliertuch mit der Flüssigkeit benetzt, bevor das Poliertuch mit dem oberen Polierteller in Kontakt gebracht wird. Die Flüssigkeit, die zwischen Poliertuch und Polierteller dabei eingeschlossen wurde, wird durch leichtes Anpressen zum Rand des Poliertuches bewegt und so entfernt, wobei das Poliertuch besonders bevorzugt mittels mehrerer Bürsten simultan an die Polierteller angepresst wird.
  • Der Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, dass Poliertücher, die auf den Polierteller aufgebracht werden, ohne dass vorher der Polierteller mit einer Flüssigkeit benetzt werden, Probleme bei der Geometrie der polierten Halbleiterscheiben hervorrufen können. Es wird vermutet, dass kleine Lufteinschlüsse zwischen Tuch und Polierteller die beobachteten negativen Einflüsse hervorrufen.
  • 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.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Anbringen eines Poliertuches an einen Polierteller in einer Poliermaschine zum Polieren von Halbleiterscheiben umfasst das Benetzen des Poliertellers mit einer Flüssigkeit,
    • das in Kontaktbringen des Poliertuches mit dem Polierteller, wobei sich Teile der Flüssigkeit zwischen Polierteller und Poliertuch befinden;
    • und das lokale Andrücken des Poliertuches an den Polierteller, so dass die Flüssigkeit zwischen Polierteller und Poliertuch zum Rand des Poliertuches transportiert wird.
  • Die verwendete Flüssigkeit besteht bevorzugt aus Wasser. Ganz besonders bevorzugt wird dem Wasser Isopropanol mit einer Konzentration von nicht weniger als 10 Vol% und nicht meht als 30 Vol% beigefügt.
  • Bevorzugt werden während des lokalen Andrückens des Poliertuches auf den Polierteller mehrere Bürsten verwendet, um die Flüssigkeit zwischen Polierteller und Poliertuch zum Rand des Poliertuches zu transportieren.
  • Es hat sich gezeigt, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn die Temperatur des Poliertellers beim Anbringen des Poliertuches bevorzugt zwischen 18°C und 48°C eingestellt wird.
  • Nach dem Entfernen der Flüssigkeit zwischen Polierteller und Poliertuch wird das Tuch mittels Bürsten (entsprechend Stand der Technik) angepresst. Der Druck, den die Bürsten auf das Poliertuch auf dem Polierteller dabei ausüben beträgt bevorzugt zwischen 1000 Pa und 7500 Pa.

Claims (3)

  1. Verfahren zum Anbringen eines Poliertuches an einen Polierteller in einer Poliermaschine zum Polieren von Halbleiterscheiben umfassend das Benetzen des Poliertellers mit einer Flüssigkeit;
    das in Kontaktbringen des Poliertuches mit dem Polierteller,
    wobei sich Teile der Flüssigkeit zwischen Polierteller und Poliertuch befinden;
    das lokale Andrücken des Poliertuches an den Polierteller, so dass die Flüssigkeit zwischen Polierteller und Poliertuch zum Rand des Poliertuches transportiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit aus Wasser besteht.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit aus einer Mischung aus Wasser und Isopropanol mit einer Konzentration nicht weniger al 10 Vol% und nicht mehr als 30 Vol% besteht.
EP22151116.5A 2022-01-12 2022-01-12 Verfahren zum aufbringen eines poliertuchs an einen polierteller Withdrawn EP4212280A1 (de)

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