WO2011128217A1 - Verfahren zur herstellung einer halbleiterscheibe - Google Patents

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WO2011128217A1
WO2011128217A1 PCT/EP2011/055151 EP2011055151W WO2011128217A1 WO 2011128217 A1 WO2011128217 A1 WO 2011128217A1 EP 2011055151 W EP2011055151 W EP 2011055151W WO 2011128217 A1 WO2011128217 A1 WO 2011128217A1
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WO
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polishing
semiconductor wafer
edge
polishing cloth
abrasives
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/055151
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English (en)
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Inventor
Jürgen Schwandner
Original Assignee
Siltronic Ag
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Publication date
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    • 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
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
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    • H01L21/02002—Preparing wafers
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    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02013—Grinding, lapping
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    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02019—Chemical etching
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    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02024—Mirror polishing

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a semiconductor wafer.
  • semiconductor wafers are produced in a multiplicity of successive process steps, which can generally be subdivided into the following groups: a) Production of a monocrystal from semiconductor material
  • the production of a semiconductor single crystal is usually carried out by pulling a single crystal from a melt
  • the mechanical treatment is used to remove sebaceous matter, the removal of the rougher sawing processes. stalled or surface layers contaminated by the saw wire and above all the global leveling of the semiconductor wafers.
  • surface loops single-sided, double-sided
  • lapping known, as well as mechanical
  • the semiconductor wafer is held on the back on a base ("chuck") and on the front by a cup grinding disk with rotation of the base and
  • the grinding wheel is positioned so that the center of rotation of the semiconductor wafer passes into a working region or the edge region of the grinding wheel formed by teeth. This allows the entire surface of the
  • Semiconductor wafer be ground without any movement in the grinding plane.
  • DDG simultaneous double-sided grinding
  • the semiconductor wafers are moved under a certain pressure while supplying a slurry containing abrasive materials between an upper and a lower working disk, which are usually made of steel and are usually provided with channels for better distribution of the lapping agent, whereby semiconductor material is removed.
  • Working disks are glued, for example, described in US 6,007,407 A and US 6,599,177 B2. During processing, the semiconductor wafers are in thin guide cages, so-called.
  • Carrier discs inserted, having corresponding openings for receiving the semiconductor wafers.
  • the carriers have an outer toothing, which engages in a rolling device of inner and outer ring gear and are moved by means of this, formed in the upper and lower working disk, working gap on a planetary orbit.
  • the edge of the semiconductor wafer including any mechanical markings such as a
  • Orientation notch ("notch") is usually also processed (edge rounding, "edge-notch-grinding”). To do this
  • edge rounding Conventional grinding steps with profiled grinding wheels or belt grinding processes (“tape polishing") with continuous or periodic tool feed. These edge rounding methods are necessary because the edge is particularly susceptible to breakage in the unprocessed state and the semiconductor wafer can already be damaged by slight pressure and / or temperature stresses in the edge region.
  • the ground and treated with an etching medium edge of the disc is usually polished.
  • the edge of a centrally rotating semiconductor wafer is pressed with a certain force (contact pressure) against a centrally rotating polishing drum.
  • Aluminum alloy is composed and with a polishing cloth
  • the semiconductor wafer is usually fixed on a flat disk holder, a so-called chuck.
  • the edge of the semiconductor wafer protrudes beyond the chuck so that it is freely accessible to the polishing drum.
  • the group of chemical processing steps includes
  • the group of chemo-mechanical processing steps comprises polishing steps, with which the surface is smoothed by partial chemical reaction and partial mechanical removal of material (abrasion) and residual damage of the surface is removed.
  • semiconductor wafers through removal polishing.
  • SSP single-side polishing
  • semiconductor wafers are supported on the back of a carrier plate during processing Kitt, held by vacuum or by adhesion.
  • Double-side polishing semiconductor wafers are loosely inserted into a thin toothed disc and polished simultaneously "free floating" between an upper and a lower, with a polishing cloth occupied polishing plate front and back.
  • the front sides of the semiconductor wafers are often polished without haze, for example with a soft polishing cloth with the aid of an alkaline polishing sol.
  • this step is often called CMP polishing ("chemo-mechanical polishing").
  • a polishing step using such a FAP polishing cloth is hereafter referred to as a FAP step.
  • German patent application DE 102 007 035 266 A1 describes a method for polishing a substrate made of silicon material, comprising two polishing steps of the FAP type, which differ in that in a polishing step
  • Polishing agent suspension containing unbound abrasive as a solid is brought between the substrate and the polishing cloth, while in the second polishing step in place of the polishing agent suspension, a polishing agent solution, which is free of solids.
  • semiconductor wafers are made with an epitaxial
  • Crystal-originated particles and the absence of a significant oxygen content, whereby a short circuit risk can be excluded by oxygen precipitates in device-relevant areas.
  • the nanotopology is adversely affected by etching.
  • an increased material removal is necessary with DSP, which in turn negatively affects the geometry in the edge region
  • the object of the invention is achieved by a method for producing a semiconductor wafer, comprising in the
  • Polishing cloths containing firmly bonded abrasives having a mean grain size of 0.1 ym to 1.0 ym; (e) polishing the edge of the semiconductor wafer by means of a
  • Polishing cloth containing tightly bonded abrasive having a mean grain size of 0.1 ym to 1.0 ym;
  • Polishing cloth containing no tightly bonded abrasive wherein the front surface of the semiconductor wafer is polished with the upper polishing cloth while a polishing agent slurry containing abrasive is supplied;
  • Polishing cloth that does not contain abrasives and supplies a polishing agent suspension comprising abrasives;
  • a semiconductor wafer is separated from a single crystal of semiconductor material grown by means of CZ or FZ.
  • the separation of the semiconductor wafer is preferably carried out with a wire saw.
  • the separation of the semiconductor wafer by means of
  • Wire saw is done as e.g. from US 4655191, EP 522 542 AI, DE 39 42 671 AI or EP 433 956 AI known.
  • the grown single crystal of semiconductor material is preferably a single crystal of silicon.
  • the semiconductor wafer is preferably a
  • step (a) of the method according to the invention both sides of the semiconductor wafer are processed simultaneously removing material.
  • Suitable lapping methods and grinding methods such as DDG or PPG.
  • PPG is a process for simultaneous double-sided grinding of a plurality of semiconductor wafers, each wafers being freely movable in a recess of one of a plurality of wafers rotated by a winder, and thereby on a cycloid
  • Trajectory is moved, wherein the semiconductor wafers are machined material between two rotating working discs, each working disc comprises a working layer containing bonded abrasive.
  • abrasive hard material with a Mohs hardness> 6 is preferred.
  • Suitable abrasives are preferably diamond, silicon carbide (SiC),
  • Ceria (CeC> 2 ), corundum (alumina, Al 2 O 3 ), zirconia (ZrC> 2 ), boron nitride (BN, cubic boron nitride, CBN), further
  • Silica S1O 2
  • boron carbide B 4 C
  • barium carbonate BaCC> 3
  • calcium carbonate CaCOs
  • magnesium carbonate MgCOs
  • diamond silicon carbide
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • the mean grain size of the abrasive is 5-20ym, preferably 5 -15ym and most preferably 5-10ym.
  • the abrasive particles are preferably singly or as
  • the preferred grain diameters are the primary particle size of the cluster constituents.
  • Working layers with a ceramic bond are preferably used; a synthetic resin bond is particularly preferred; in the case of working shifts with conglomerates, too
  • the temperature prevailing in the working gap formed between the working layers is kept constant.
  • the carrier discs may have openings through which cooling lubricant can be exchanged between lower and upper working disk, so that upper and lower working layers always have the same temperature. This counteracts an undesired deformation of the working gap formed between the working layers by deformation of the working layers or working disks due to thermal expansion under alternating load.
  • the cooling of the abrasive incorporated in the working layers is improved and more uniform, thereby increasing their effective life.
  • the shape of the working gap formed between the working layers is determined during grinding and the shape of the working surface of at least one working disk mechanically or thermally changed depending on the measured geometry of the working gap so that the working gap has a predetermined shape.
  • the semiconductor wafers leave during the
  • Overflow is defined as the relative to the working wheels measured in the radial direction length to the one
  • Semiconductor disk at a certain time during grinding beyond the inner or outer edge of the working gap is also.
  • Medium having a viscosity of at least 3-10 -3 N / m 2 -s and not more than 100 ⁇ 10 -3 N / m 2 -s brought over openings of the rotor disks between working disks and semiconductor wafers. At least while the working disks are being removed from the semiconductor wafer, this medium should preferably be present whereby the mechanical abrasion by the working layers is damped. This allows otherwise observed in the prior art grinding defects such as grooves, scratches or
  • Aqueous mixture containing polyhydric alcohols glycerol, monomeric glycols, oligomeric glycols, polyglycols and
  • Dispersions of silica or ceria particles preferably, depending on the solids content, with additional viscosity increasing media (e.g., alcohols)
  • step (b) the semiconductor wafer is provided with a rounded edge.
  • the semiconductor wafer is fixed on a rotating table and delivered with its edge against the also rotating working surface of a machining tool.
  • the processing tools used can be used as slices
  • Processing the edge of the semiconductor wafer serve.
  • a device suitable for this purpose is disclosed for example in DE 195 35 616 AI.
  • the edge of the semiconductor wafer receives a profile which is geometrically similar to a target profile.
  • the grinding wheel used has a
  • a preferred grinding wheel is disclosed in DE 102 006 048 218 AI.
  • the work surfaces can also be designed in the form of a sanding cloth or abrasive belt.
  • the material-removing grain preferably diamond, can be firmly anchored in the working surfaces of the processing tools.
  • step (a) the two-sided processing of
  • Semiconductor wafer is made by means of PPG, it is preferred to perform a rounding of the edge of the semiconductor wafer by means of a grinding tool with coarse grain size before performing the PPG step.
  • the grain size is # 240- # 800.
  • the mean grain size is 20-60ym, preferably 25-40ym, most preferably 25-30ym or 30-40ym.
  • step (a) the two-sided processing of
  • step (c) of the method according to the invention a treatment of both sides of the semiconductor wafer with an alkaline medium.
  • the material removal is preferably - but not mandatory - not more than 1 ym per side of the semiconductor wafer.
  • the minimum material removal per side of the semiconductor wafer is preferably 1 monolayer, i. about 0.1 nm.
  • the alkaline media are preferably aqueous solutions of NaOH or KOH used.
  • the concentration of NaOH or KOH in the alkaline solution is preferably 40% to 60%.
  • the treatment temperature is preferably about 50 ° C to about 90 ° C, most preferably 80 ° C to 90 ° C.
  • the SSEC 3400 ML from Solid State Equipment Corp. is particularly suitable for a wafer with a diameter of 450 mm that is particularly preferred in the context of the method according to the invention. / USA, which is designed for substrates up to a size of 500mm x 500mm
  • step (d) of the process both sides of the wafer are simultaneously polished simultaneously with a polishing cloth containing abrasives having a mean grain size of 0.1-1.0 ym.
  • the processing is preferably done with planetary kinematics.
  • step (d) for example, the polishing machine AC2000 from Fa. Peter Wolters, Rendsburg
  • This polishing machine is equipped with a pin toothing of the outer and inner ring for driving the carriers.
  • the system can be designed for one or more carriers. Because of the higher throughput, a system for a plurality of carriers is preferred, as described for example in DE-100 07 390 AI and in which the carriers move on a planetary orbit around the plant center. to
  • Plant include a lower and an upper polishing plate, which are horizontally freely rotatable and covered with polishing cloth.
  • the wafers are located in the recesses of the carriers and between the two
  • Polishing plates which rotate and apply a certain polishing pressure to them while a polishing agent is continuously supplied. It also the rotor discs in
  • Movement offset preferably about rotating pin rings, which engage in teeth on the circumference of the rotor discs.
  • a typical carrier disc has recesses for receiving three half-discs. At the circumference of the recesses are deposits that the break-sensitive edges of
  • the runner disk body can be made, for example, of metal, ceramic, plastic, fiber-reinforced plastic or metal
  • the recesses are preferably designed to accommodate an odd number of semiconductor wafers having a diameter of at least 200 mm, preferably 300 mm, most preferably 450 mm and thicknesses of 600 to 1400 ym.
  • polishing step is preferably a
  • Polishing agent solution which is free of solids, placed between the side of the semiconductor wafer to be polished and the polishing cloth.
  • the polishing agent solution is in the simplest case water, preferably deionized water (DIW) with the usual purity for use in the semiconductor industry.
  • DIW deionized water
  • the polish solution can also be compounds such as
  • the pH of the polishing agent solution is preferably in a range of 10 to 13.5 and the proportion of said compounds in the
  • Polishing agent solution is preferably 0.01 to 10 wt .-%, particularly preferably from 0.01 to 0.2 wt .-%.
  • the polish solution may also contain one or more further additives, for example surface-active additives such as wetting agents and surfactants, as protective colloids
  • a polishing cloth which contains an abrasive substance bound in the polishing cloth (FAP or FA cloth or FA pad).
  • Suitable abrasives include, for example, particles of oxides of the elements cerium, aluminum, silicon, zirconium and particles of hard materials such as silicon carbide, boron nitride and diamond.
  • polishing cloths have a surface topography embossed by replicated microstructures.
  • posts are in the form of pillars having a cylindrical or polygonal cross section, or the shape of pyramids or truncated pyramids.
  • polishing cloths are included, for example, in WO 92/13680 A1 and US 2005/227590 A1.
  • step (e) of the method the edge of the semiconductor wafer is polished with a polishing cloth which comprises firmly bonded abrasives.
  • Aluminum alloy is composed and with a polishing cloth
  • the semiconductor wafer is usually on a flat
  • Disk holder a so-called chuck, fixed.
  • the edge of the wafer protrudes beyond the chuck, leaving it is freely accessible for the polishing drum.
  • the chuck In edge polishing, the chuck is rotated centrally with the semiconductor wafer held thereon.
  • one turn of the chuck takes 20-300, more preferably 50-150 seconds (orbital period).
  • a polishing drum coated with the polishing drum which is preferably rotated centrally with a speed of 300-1500 min -1 , more preferably 500-1000 min -1 , and the Chuck are delivered to each other, the polishing drum under a
  • Angle of attack is made obliquely against the semiconductor wafer and the semiconductor wafer is fixed on the chuck so that it protrudes slightly beyond this and is thus accessible to the polishing drum.
  • the angle of attack is preferably 30-50 °.
  • Polishing agent preferably with a polishing agent flow of 0.1-1 liter / min, more preferably 0.15-0.40 liters / min, pressed together, wherein the contact pressure can be adjusted by weights attached to rollers, and preferably 1-5 kg, particularly preferably 2-4 kg.
  • the edge polishing of the semiconductor wafer in the method according to the invention is preferably carried out by fixing the
  • the FAP cloth used is much harder and far less compressible than the standard polishing cloths and also offers the advantage of removal without alkaline-charged silica sol. B. only by using an alkaline solution - to produce what also Polierstoffverschleppung on the wafer front and thus the additional negative
  • step (e) of the method according to the invention a polishing cloth is used which contains an abrasive material bound in the polishing cloth (FAP cloth or FA pad).
  • Suitable abrasives include, for example, particles of oxides of the elements cerium, aluminum, silicon, zirconium and particles of hard materials such as silicon carbide, boron nitride and diamond. Very particularly preferred is the use of a
  • Polishing cloth comprising Si0 2 -Abrasive.
  • Particularly suitable polishing cloths have a surface topography embossed by replicated microstructures.
  • posts are in the form of pillars having a cylindrical or polygonal cross section, or the shape of pyramids or truncated pyramids.
  • the mean particle size of the FAP polishing cloth is the mean particle size of the FAP polishing cloth.
  • 0.1-1.0 ym preferably 0, l-0.6ym, and more preferably 0.1-0.25 ym.
  • the semiconductor wafer is preferably by means of a polishing drum, on the surface of a hard and less compressible polishing cloth is adhered, which includes firmly bonded abrasive, under feeding a
  • the polishing agent solution used in the edge polishing is in the simplest case water, preferably deionized water (DIW) with the usual purity for use in the semiconductor industry.
  • DIW deionized water
  • the polish solution can also be compounds such as
  • NH4OH tetramethylammonium hydroxide
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • the pH of the polishing agent solution is preferably in a range of 10 to 12, and the proportion of said compounds in the polishing agent solution is preferably 0.01 to 10 wt%, particularly preferably 0.01 to 0.2 wt%.
  • the polish solution may additionally contain one or more further additives, for example surfactants Additives such as wetting agents and surfactants, as protective colloids
  • step (f) of the method a two-sided polishing of the semiconductor wafer takes place, comprising a simultaneous two-sided polishing of one in a recess of a rotor disk
  • Semiconductor wafer is polished with the upper polishing cloth.
  • both polishing cloths comprise regularly
  • the channel width and depth are preferably 0.5 mm to 2 mm.
  • the upper polishing cloth is less heavily grooved than the lower polishing cloth, which allows a good polishing agent flow to the front of the wafer while avoiding possible degradation of the nanotopography.
  • the cloth may, for example, have such large groove pitches that the semiconductor wafer describes, as it were, an inscribed circle within the resulting square tiles, which means that even in the most unfavorable case the edge of the
  • the lower polishing cloth located on the bottom polishing plate is also grooved, which should have a positive effect with respect to the edge geometry through improved flow and outflow of the polishing agent and improved mass transfer.
  • the lower polishing cloth however, smaller segment sizes are used, which can compensate for the disadvantage of the limited mass transfer of resting on the lower polishing cloth surface of the semiconductor wafer as much as possible.
  • the side length of, for example, square tiles for the bottom polishing cloth should be on the order of at most 50 mm x 50 mm.
  • square tiles for the upper polishing cloth can move on the order of significantly larger than 50 mm x 50 mm.
  • Front side of the semiconductor wafer later electronic
  • Components are manufactured.
  • the inventors have concluded that the uneven polishing removal must be the cause of the differences in the edge roll-off of the front and back of the wafer.
  • mechanical processing such as milling
  • other methods are also suitable which make it possible to impress the polishing cloth on the desired structure.
  • chemical methods such as etching are possible.
  • the polishing cloth is made of a thermoplastic or thermosetting polymer.
  • the material may be a variety of materials, e.g. Polyurethanes, polycarbonate, polyamide, polyacrylate, polyester, etc.
  • the polishing cloth includes solid, microporous polyurethane.
  • polishing sheets of foamed sheets or felt or fiber substrates impregnated with polymers are, for example, the SPM 3100 from Rodel Inc. or the DCP series cloths and the IC1000 TM, Polytex TM or SUBA TM cloths from Rohm & Haas. When polishing a polishing agent is supplied.
  • the supplied polishing agent contains abrasives.
  • the proportion of the abrasive in the polishing agent suspension is preferably 0.25 to 20 wt .-%, particularly preferably 0.25 to 1 wt .-%.
  • the size distribution of the abrasive particles is preferably monomodal.
  • the mean particle size is 5 to 300 nm, particularly ⁇ vorzugt be 5 to 50 nm.
  • the abrasive material consists of a material mechanically removing the substrate material, preferably one or more of the oxides of the elements aluminum, cerium or silicon.
  • polishing agent suspension containing colloidally disperse silica.
  • silica sol Glanzox 3900 the product name for a polishing agent suspension, which is offered by Fuj imi Incorporated, Japan, as a concentrate.
  • Base solution of this concentrate has a pH of 10.5 and contains about 9% by weight colloidal S1O 2 with a medium
  • Particle size from 30 to 40 nm.
  • polishing agent supply is used in the process of the present invention.
  • the lower polishing plate is supplied with fresh polishing agent, regardless of the upper polishing plate.
  • the lower one sees this Polishing also a polishing agent feedthrough and a separate polishing agent promotion before.
  • the polishing machine AC2000 from Fa. Peter Wolters, Rendsburg (Germany) is.
  • the front side of the semiconductor wafer is polished in the supernatant. This is ensured by the fact that the
  • Semiconductor wafer before polishing is thicker than the rotor disk.
  • the input thickness of the semiconductor wafer is preferably 20 to 200 ym larger than the carrier disc thickness.
  • Carrier discs in double-side polishing usually have a thickness of preferably from 400 to 1200 ym.
  • step (g) of the method a second occurs
  • step (e) of the process a polishing agent suspension containing abrasives is used, the polishing cloth being free of abrasives.
  • the proportion of the abrasive in the polishing agent suspension is preferably 0.25 to 20 wt .-%, particularly preferably 0.25 to 1 wt .-%.
  • the size distribution of the abrasive particles is preferably monomodal.
  • the average particle size is 5 to 300 nm, particularly preferably 5 to 50 nm.
  • the abrasive material consists of a substrate material
  • mechanically ablative material preferably one or more of the oxides of the elements aluminum, cerium or silicon.
  • a polishing agent suspension containing colloidally disperse silica is particularly preferred.
  • a smoothing step with the supply of a silica sol, such as. B. Glanzox 3900 * with about 1% by weight of Si0. 2
  • Glanzox 3900 is the product name for a Polierstoffsuspen ⁇ sion, which is offered as a concentrate of reasonable Fuj imi Incorporated, Japan.
  • the base solution of this concentrate has a pH of 10.5 and contains about 9% by weight of colloidal S1O 2 with a
  • Unlike the first step is preferably no additives such as sodium carbonate (a 2 C03), potassium carbonate (K 2 CO 3), Natriumhy ⁇ hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), ammonium hydroxide (NH4OH), tetramethylammonium hydroxide (TMAH) was added.
  • sodium carbonate a 2 C03
  • potassium carbonate K 2 CO 3
  • Natriumhy ⁇ hydroxide NaOH
  • potassium hydroxide KOH
  • NH4OH ammonium hydroxide
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • polishing agent suspension can contain one or more further additives, for example surface-active additives such as wetting agents and surfactants, acting as protective colloids
  • step (h) of the process a CMP polishing is performed
  • the CMP polishing cloths used are:
  • polishing cloths with a porous matrix are made of a thermoplastic or thermosetting polymer.
  • the material is a variety of materials into consideration, for example, polyurethanes, polycarbonate, polyamide, polyacrylate, polyester, etc.
  • the polishing cloth includes solid, microporous polyurethane.
  • polishing sheets of foamed sheets or felt or fiber substrates impregnated with polymers are also preferred.
  • the polishing cloths can be largely flat or perforated.
  • fillers may be incorporated into the polishing cloth.
  • polishing cloths are e.g. the SPM 3100 from Rodel Inc. or the DCP series cloths and the IC1000 TM, Polytex TM or SUBA TM cloths from Rohm & Hass.
  • step (h) of the method it is preferable to polish the backside of the semiconductor wafer by means of a polishing cloth containing abrasives.
  • the polishing of the rear side of the semiconductor wafer is preferably carried out in three steps in each case using a polishing cloth, which contains an abrasive substance bound in the polishing cloth and which is pressed with a polishing pressure on the back of the semiconductor wafer, wherein in the first step
  • Polish which is free of solids, in the second and third step, however, a polishing agent containing abrasive substances, between the polishing cloth and the back of the
  • Semiconductor wafer is brought, wherein a polishing pressure in the first and second step of 8-15 psi is reduced in the third step to 0.5-5 psi.
  • edge profile and the edge geometry of the semiconductor wafer are preferably examined.
  • Semiconductor wafer are available, on the one hand allow a corresponding vote of the subsequent polishing in step (f) and on the other hand, an optimization of the polish in step (d) allow.
  • Wafer area that is, between 0.5 and 1 mm from the wafer perimeter, is measured using the LER-310 instrument from Kobelco Research Institute, Inc.
  • the LER-310 is a phase shift interferometer under
  • a laser beam passes through the side wall of a prism. Part of the beam is reflected at the base of the prism, which is aligned parallel to the wafer surface. Part of the beam passes through the prism and is reflected at the wafer surface. Upon re-entry into the prism, this beam interferes with the beam reflected at the base. The interfering rays leave the prism through the opposite sidewall. The resulting
  • Interferogram is recorded by means of a CCD camera.
  • the prism is then moved by means of a piezo actuator in the vertical direction. This creates another
  • Inteference pattern that is recorded. In total, seven different interferograms are recorded.
  • the thickness-related roll-off results from the sum of front and back roll-off.
  • the roll-off (ROA, Roll-off Amount) is determined at a distance of 0.5 mm, 1 mm, 2 mm and / or 3 mm from the physical edge of the wafer, at a distance of 0.5 mm, 1 mm, 2 mm and / or 3 mm to the edge of the disc the deviation between an averaged, radial cross section and a through
  • the edge profile is measured with the WGI300 measuring system from KoCoS Messtechnik AG, Korbach.
  • the wafer is rotatably arranged so that the profile measurement can take place at any desired number of positions on the circumference of the wafer.
  • the device allows the complete geometrical
  • the absolute orientation of the inserted wafer captures a high-resolution area camera system, whereby the Notch as Reference point is used. This makes every profile measurement accurate
  • Each of these sensors is adjusted to capture one third of the total profile at a measurement position.
  • the software automatically sets these 3 subprofiles to one
  • the software calculates the geometric contour of the wafer edge from these averaged profiles. This serves as the basis for all others
  • the system performs a comprehensive geometric comparison between the determined contour and a stored profile
  • Target contour by the tolerance range is freely selectable.
  • the results of the extensive contour evaluations include the characteristic lengths, radii and widths of wafer edges
  • the AufSichtsunk provides the geometric characteristics of Notches.
  • the assessment of the test part is carried out automatically on the basis of the calculated parameters.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, umfassend in der angegebenen Reihenfolge: (a) gleichzeitig beidseitige Material abtragende Bearbeitung der von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe; (b) Verrunden der Kante der Halbleiterscheibe mittels einer Profilschleifscheibe; (c) Behandlung beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem alkalischen Medium; (d) Politur beider Seiten der Halbleiterscheibe mittels Poliertüchern, die fest gebundene Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 0,1 µm bis 1,0 µm beinhalten; (e) Politur der Kante der Halbleiterscheibe mittels eines Poliertuchs, das fest gebundene Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 0,1 µm bis 1,0 µm beinhaltet; (f) beidseitige Politur der Halbleiterscheibe mit einem auf einem oberen Polierteller befindlichen oberen Poliertuch und einem auf einem unteren Polierteller befindlichen unteren Poliertuch, die keine fest gebundene Abrasive beinhalten, wobei die Vorderseite der Halbleiterscheibe mit dem oberen Poliertuch poliert wird, während eine Poliermittelsuspension enthaltend Abrasive zugeführt wird; (g) Politur der Kante der Halbleiterscheibe mittels eines Poliertuchs, das keine Abrasive beinhaltet und unter Zufuhr einer Poliermittelsuspension, die Abrasive umfasst; (h) chemisch-mechanische Politur (CMP) wenigstens der Vorderseite.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe.
Gemäß dem Stand der Technik werden Halbleiterscheiben (Wafer) in einer Vielzahl von aufeinander folgenden Prozessschritten hergestellt, die sich allgemein in folgende Gruppen unterteilen lassen : a) Herstellung eines Einkristalls aus Halbleitermaterial
(Kristallziehen) ;
b) Trennen des Halbleiter-Einkristalls in einzelne Scheiben („Wafering", „Sägen");
c) mechanische Bearbeitung der Halbleiterscheiben;
d) chemische Bearbeitung der Halbleiterscheiben;
e) chemo-mechanische Bearbeitung der Halbleiterscheiben;
f) thermische Behandlung der Halbleiterscheiben und/oder epitaktische Beschichtung der Halbleiterscheiben.
Dazu kommt eine Vielzahl an Nebenschritten wie Reinigen, Messen und Verpacken.
Die Herstellung eines Halbleiter-Einkristalls erfolgt übli- cherweise durch Ziehen eines Einkristalls aus einer Schmelze
(CZ- bzw. „Czochralski"-Verfahren) oder durch Rekristallisation eines Stabes aus polykristallinem Halbleitermaterial (FZ- bzw. „floating zone"-Verfahren) . Als Trennverfahren sind Drahtsägen („multi-wire slicing", MWS) sowie Innenlochsägen bekannt.
Beim Drahtsägen wird eine Vielzahl von Halbleiterscheiben in einem Arbeitsgang von einem Kristallstück abgetrennt.
Die mechanische Bearbeitung dient der Entfernung von Sägewel- ligkeiten, dem Abtrag der durch die raueren Sägeprozesse kri- stallin geschädigten oder vom Sägedraht kontaminierten Oberflächenschichten und vor allem der globalen Einebnung der Halbleiterscheiben. Hier sind Oberflächen-Schleifen (einseitig, doppelseitig) und Läppen bekannt, sowie mechanische
Kantenbearbeitungsschritte.
Beim Einseitenschleifen wird die Halbleiterscheibe rückseitig auf einer Unterlage („chuck") gehalten und vorderseitig von einer TopfschleifScheibe unter Drehung von Unterlage und
Schleifscheibe und langsamer radialer Zustellung eingeebnet. Verfahren und Vorrichtungen zum Oberflächenschleifen einer Halbleiterscheibe sind beispielsweise aus der US-3,905,162 sowie der US-5,400,548 oder aus EP-0955126 bekannt. Dabei wird eine Halbleiterscheibe mit ihrer einen Oberfläche auf einem Scheibenhalter festgehalten, während ihre gegenüberliegende Oberfläche mit einer Schleifscheibe bearbeitet wird, indem Scheibenhalter und Schleifscheibe rotieren und gegeneinander gedrückt werden. Dabei wird die Halbleiterscheibe so auf dem Scheibenhalter befestigt, dass ihr Zentrum im Wesentlichen mit dem Rotationszentrum des Scheibenhalters übereinstimmt.
Außerdem wird die Schleifscheibe so positioniert, dass das Rotationszentrum der Halbleiterscheibe in einen Arbeitsbereich bzw. den durch Zähne gebildeten Randbereich der Schleifscheibe gelangt. Dadurch kann die gesamte Oberfläche der
Halbleiterscheibe ohne jegliche Bewegung in der Schleifebene geschliffen werden.
Beim simultanen Doppelseitenschleifen („double-disk grinding", DDG) wird die Halbleiterscheibe frei schwimmend zwischen zwei, auf gegenüberliegenden kollinearen Spindeln montierten
Schleifscheiben gleichzeitig beidseitig bearbeitet und dabei weitgehend frei von Zwangskräften axial zwischen einem vorder- und rückseitig wirkenden Wasser- (hydrostatisches Prinzip) oder Luftkissen (aerostatisches Prinzip) geführt und radial lose von einem umgebenden dünnen Führungsring oder von einzelnen
radialen Speichen am Davonschwimmen gehindert. Beim Läppen werden die Halbleiterscheiben unter Zuführung einer Abrasivstoffe enthaltenden Suspension (Slurry) zwischen einer oberen und einer unteren Arbeitsscheibe, die meist aus Stahl bestehen und üblicherweise mit Kanälen zur besseren Verteilung des Läppmittels versehen sind, unter einem bestimmten Druck bewegt, wodurch Halbleitermaterial entfernt wird.
DE 103 44 602 AI und DE 10 2006 032 455 AI offenbaren Verfahren zum simultanen gleichzeitigen Schleifen beider Seiten mehrerer Halbleiterscheiben mit einem Bewegungsablauf ähnlich dem des Läppens, jedoch dadurch gekennzeichnet, dass Schleifmittel verwendet wird, das fest in Arbeitsschichten („Folien", „Tücher") eingebunden ist, die auf die Arbeitsscheiben
aufgebracht sind. Ein derartiges Verfahren wird als
„Feinschleifen mit Läpp- oder Plantenkinematik" oder „Planetary Päd Grinding" (PPG) bezeichnet.
Beim PPG verwendete Arbeitsschichten, die auf die beiden
Arbeitsscheiben geklebt werden, sind beispielsweise beschrieben in US 6,007,407 A und US 6,599,177 B2. Während der Bearbeitung sind die Halbleiterscheiben in dünne Führungskäfige, sog.
Läuferscheiben, eingelegt, die entsprechende Öffnungen zur Aufnahme der Halbleiterscheiben aufweisen. Die Läuferscheiben besitzen eine Außenverzahnung, die in eine Abwälzvorrichtung aus innerem und äußerem Zahnkranz eingreift und mittels dieser im, zwischen oberer und unterer Arbeitsscheibe gebildeten, Arbeitsspalt auf einer Planetenbahn bewegt werden. Die Kante der Halbleiterscheibe einschließlich gegebenenfalls vorhandener mechanischer Markierungen wie einer
Orientierungskerbe („notch") wird üblicherweise auch bearbeitet (Kantenverrunden, „edge-notch-grinding" ) . Hierzu werden
konventionelle Schleifschritte mit profilierten Schleifscheiben oder Bandschleifverfahren („Tape Polishing") mit kontinuierlichem oder periodischem Werkzeugvorschub eingesetzt. Diese Kantenverrundungsverfahren sind notwendig, da die Kante im unbearbeiteten Zustand besonders bruchempfindlich ist und die Halbleiterscheibe schon durch geringfügige Druck- und/oder Temperaturbelastungen im Kantenbereich beschädigt werden kann.
In einem späteren Bearbeitungsschritt wird die geschliffene und mit einem Ätzmedium behandelte Kante der Scheibe üblicherweise poliert. Dabei wird die Kante einer sich zentrisch drehenden Halbleiterscheibe mit einer bestimmten Kraft (Anpressdruck) gegen eine sich zentrisch drehende Poliertrommel gedrückt. Aus US 5,989,105 ist ein derartiges Verfahren zum Kantenpolieren bekannt, bei dem die Poliertrommel aus einer
Aluminium-Legierung besteht und mit einem Poliertuch
beaufschlagt ist. Die Halbleiterscheibe ist üblicherweise auf einem flachen Scheibenhalter, einem so genannten Chuck, fixiert. Die Kante der Halbleiterscheibe ragt über den Chuck hinaus, so dass sie für die Poliertrommel frei zugänglich ist.
Die Gruppe der chemischen Bearbeitungsschritte umfasst
üblicherweise nasschemische Reinigungs- und/oder Ätzschritte.
Die Gruppe der chemo-mechanischen Bearbeitungsschritte umfasst Polierschritte, mit denen durch teilweise chemische Reaktion und teilweise mechanischen Materialabtrag (Abrasion) die Ober- fläche geglättet wird und Restschädigungen der Oberfläche entfernt werden.
Während die einseitig arbeitenden Polierverfahren („single-side polishing") in der Regel zu schlechteren Planparallelitäten führen, gelingt es mit beidseitig angreifenden Polierverfahren („double-side polishing") , Halbleiterscheiben mit verbesserter Ebenheit herzustellen.
Nach den Schleif-, Reinigungs- und Ätzschritten erfolgt gemäß dem Stand der Technik eine Glättung der Oberfläche der
Halbleiterscheiben durch Abtragspolitur. Beim Einseitenpolieren („single-side polishing", SSP) werden Halbleiterscheiben während der Bearbeitung rückseitig auf einer Trägerplatte mit Kitt, durch Vakuum oder mittels Adhäsion gehalten. Beim
Doppelseitenpolieren (DSP) werden Halbleiterscheiben lose in eine dünne Zahnscheibe eingelegt und vorder- und rückseitig simultan „frei schwimmend" zwischen einem oberen und einem unteren, mit einem Poliertuch belegten Polierteller poliert.
Des Weiteren werden die Vorderseiten der Halbleiterscheiben oftmals schleierfrei poliert, beispielsweise mit einem weichen Poliertuch unter Zuhilfenahme eines alkalischen Poliersols. In der Literatur wird dieser Schritt oft als CMP-Politur („chemo- mechanical polishing") bezeichnet. CMP-Verfahren sind
beispielsweise offenbart in US 2002-0077039 sowie in US 2008- 0305722. Ebenfalls im Stand der Technik bekannt sind die sog. „Fixed Abrasive Polishing" (FAP) -Technologien, bei dem die
Siliciumscheibe auf einem Poliertuch poliert wird, das jedoch einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält („fixed- abrasive päd") . Ein Polierschritt, bei dem ein solches FAP- Poliertuch verwendet wird, wird nachfolgend kurz als FAP- Schritt bezeichnet.
Die deutsche Patentanmeldung DE 102 007 035 266 AI beschreibt ein Verfahren zum Polieren eines Substrates aus Siliciummate- rial, umfassend zwei Polierschritte vom FAP-Typ, die sich dadurch unterscheiden, dass bei einem Polierschritt eine
Poliermittelsuspension, die ungebundenen Abrasivstoff als Feststoff enthält, zwischen das Substrat und das Poliertuch gebracht wird, während beim zweiten Polierschritt an die Stelle der Poliermittelsuspension eine Poliermittellösung tritt, die frei von Feststoffen ist.
Oftmals werden Halbleiterscheiben mit einer epitaktischen
Schicht versehen, also mit einer monokristallin aufgewachsenen Schicht mit derselben Kristallorientierung, auf welcher später Halbleiter-Bauelemente aufgebracht werden. Derartige epitaktisch beschichtete bzw. epitaxierte Halbleiterscheiben weisen gegenüber Halbleiterscheiben aus homogenem Material gewisse Vorteile auf, beispielsweise die Verhinderung einer
Ladungsumkehr in bipolaren CMOS-Schaltkreisen gefolgt vom Kurz- schluss des Bauelementes ( ,,Latch-up"-Problem) , niedrigere
Defektdichten (beispielsweise reduzierte Anzahl an COPs
(„crystal-originated particles") sowie die Abwesenheit eines nennenswerten Sauerstoffgehaltes , wodurch ein Kurzschlussrisiko durch Sauerstoffpräzipitate in bauelementerelevanten Bereichen ausgeschlossen werden kann.
Entscheidend ist, wie die zuvor beschriebenen mechanischen und chemo-mechanischen oder rein chemischen Verfahrensschritte in einer Prozesssequenz zur Herstellung einer Halbleiterscheibe angeordnet sind.
Es ist bekannt, dass die Polierschritte wie SSP, DSP und CMP, die Ätzbehandlungen sowie der Epitaxieschritt zu einer
Verschlechterung der Ebenheit der Halbleiterscheibe
insbesondere im Randbereich führen.
Daher wurden im Stand der Technik Anstrengungen unternommen, den Materialabtrag beim Polieren möglichst gering zu halten, um auch die Verschlechterung der Ebenheit auf ein Minimum zu begrenzen.
In US 5942445 A wird vorgeschlagen, eine Halbleiterscheibe vom Kristall abzutrennen (Sägen) , die Kante der Halbleiterscheibe zu verrunden, anschließend einen Schleifschritt durchzuführen, der ein Doppelseitenschleifen und ein Einseitenschleifen von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe umfassen kann, die Halbleiterscheibe einem alkalischen Nassätzen zu unterziehen und schließlich die Halbleiterscheibe mittels DSP zu polieren. Das Doppelseitenschleifen kann auch durch einen Läppschritt ersetzt werden. Nach dem Nassätzen kann auch ein Plasmaätzen erfolgen. Schließlich können die Schleifschritte und dass
Nassätzen durch ein Plasmaätzen ersetzt werden. Die durch dieses Verfahren erhältlichen mittels DSP polierten Halbleiterscheiben weisen aufgrund des Einsatzes nasschemischer Behandlungen sowie des Plasmaunterstützten chemischen Ätzens (PACE) eine unbefriedigende Geometrie im Randbereich auf. Damit sind bestenfalls Halbleiterscheiben mit akzeptablen
Ebenheitswerten verfügbar, wenn stets ein Randausschluss von wenigstens 2 mm zugrunde gelegt wird, vgl. ITRS „Roadmap" .
Insbesondere die Nanotopologie wird durch Ätzverfahren negativ beeinflusst. Um die Nanotopologie nach dem Ätzschritt zu verbessern, ist bei DSP ein erhöhter Materialabtrag nötig, der jedoch die Geometrie im Randbereich wiederum negativ
beeinflusst . Um Halbleiterscheiben für zukünftige Technologiegenerationen bereitstellen zu können, die den hohen Anforderungen an den Kantenbereich der Halbleiterscheibe genügen, um also
beispielsweise auch den äußersten Randbereich der Scheibe den modernen lithographischen Methoden (Immersionslithographie) zugänglich zu machen, sind andere Ansätze nötig.
Aus der beschriebenen Problematik ergab sich die
Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung, eine neuartige Prozesssequenz zur Herstellung von Halbleiterscheiben
insbesondere mit einem Durchmesser von 450mm bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe, umfassend in der
angegebenen Reihenfolge:
(a) gleichzeitig beidseitige Material abtragende Bearbeitung der von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe;
(b) Verrunden der Kante der Halbleiterscheibe mittels einer ProfilSchleifscheibe ;
(c) Behandlung beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem alkalischen Medium;
(d) Politur beider Seiten der Halbleiterscheibe mittels
Poliertüchern, die fest gebundene Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 0,1 ym bis 1,0 ym beinhalten; (e) Politur der Kante der Halbleiterscheibe mittels eines
Poliertuchs, das fest gebundene Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 0,1 ym bis 1,0 ym beinhaltet;
(f) beidseitige Politur der Halbleiterscheibe mit einem auf einem oberen Polierteller befindlichen oberen Poliertuch und einem auf einem unteren Polierteller befindlichen unteren
Poliertuch, die keine fest gebundene Abrasive beinhalten, wobei die Vorderseite der Halbleiterscheibe mit dem oberen Poliertuch poliert wird, während eine Poliermittelsuspension enthaltend Abrasive zugeführt wird;
(g) Politur der Kante der Halbleiterscheibe mittels eines
Poliertuchs, das keine Abrasive beinhaltet und unter Zufuhr einer Poliermittelsuspension, die Abrasive umfasst;
(h) chemisch-mechanische Politur (CMP) wenigstens der
Vorderseite.
Zunächst wird eine Halbleiterscheibe von einem mittels CZ oder FZ gewachsenen Einkristall aus Halbleitermaterial abgetrennt. Das Abtrennen der Halbleiterscheibe erfolgt vorzugsweise mit einer Drahtsäge. Das Abtrennen der Halbleiterscheibe mittels
Drahtsäge erfolgt wie z.B. aus US 4655191, EP 522 542 AI, DE 39 42 671 AI oder EP 433 956 AI bekannt.
Bei dem gewachsenen Einkristall aus Halbleitermaterial handelt es sich vorzugsweise um einen Einkristall aus Silicium. Bei der Halbleiterscheibe handelt es sich vorzugsweise um eine
monokristalline Siliciumscheibe .
In Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden beide Seiten der Halbleiterscheibe gleichzeitig Material abtragend bearbeitet .
Dazu eignen sich Läppverfahren und Schleifverfahren wie DDG oder PPG.
Besonders bevorzugt ist PPG. Bei PPG handelt es sich um ein Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben, wobei jede Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzten Läuferscheiben liegt und dadurch auf einer zykloidischen
Bahnkurve bewegt wird, wobei die Halbleiterscheiben zwischen zwei rotierenden Arbeitsscheiben Material abtragend bearbeitet werden, wobei jede Arbeitsscheibe eine Arbeitsschicht umfasst, die gebundenes Schleifmittel enthält.
Als in den Arbeitsschichten gebundenes Schleifmittel ist ein Hartstoff mit einer Mohs-Härte > 6 bevorzugt. Als SchleifStoffe kommen bevorzugt in Frage Diamant, Siliciumcarbid (SiC) ,
Cerdioxid (CeC>2) , Korund (Aluminiumoxid, AI2O3) , Zirkondioxid (ZrC>2) , Bornitrid (BN; kubisches Bornitrid, CBN) , ferner
Siliciumdioxid (S1O2) , Borcarbid (B4C) bis hin zu wesentlich weicheren Stoffen wie Bariumcarbonat (BaCC>3) , Calciumcarbonat (CaCOs) oder Magnesiumcarbonat (MgCOs) . Besonders bevorzugt sind jedoch Diamant, Siliciumcarbid (SiC) und Aluminiumoxid (AI2O3; Korund) .
Die mittlere Korngröße des Schleifmittels liegt bei 5-20ym, vorzugsweise 5 -15ym und ganz besonders bevorzugt bei 5-10ym. Die Schleifpartikel sind bevorzugt einzeln oder als
Konglomerate („Cluster") in der Bindungsmatrix der
Arbeitsschicht eingebunden. Im Fall einer Konglomeratbindung beziehen sich die als bevorzugt angegebenen Korndurchmesser auf die Primärteilchengröße der Cluster-Konstituenten .
Bevorzugt werden Arbeitsschichten mit keramischer Bindung eingesetzt, besonders bevorzugt ist eine Kunstharzbindung; im Fall von Arbeitsschichten mit Konglomeraten auch ein
hybridgebundenes System (keramische Bindung innerhalb der
Konglomerate und Kunstharz-Bindung zwischen Konglomeraten und Arbeitsschicht-Matrix) . Vorzugsweise wird während der Bearbeitung die im zwischen den Arbeitsschichten gebildeten Arbeitsspalt herrschende Temperatur konstant gehalten. Zu diesem Zweck können die Läuferscheiben Öffnungen aufweisen, durch die Kühlschmiermittel zwischen unterer und oberer Arbeitsscheibe ausgetauscht werden kann, so dass obere und untere Arbeitsschichten stets gleiche Temperatur aufweisen. Dies wirkt einer unerwünschten Verformung des zwischen den Arbeitsschichten gebildeten Arbeitsspaltes durch Verformung der Arbeitsschichten bzw. Arbeitsscheiben infolge thermischer Ausdehnung unter Wechsellast entgegen. Außerdem wird die Kühlung der in den Arbeitsschichten eingebundenen Abrasive verbessert und gleichförmiger, und dadurch verlängert sich deren wirksame Lebensdauer. Vorzugsweise wird die Form des zwischen den Arbeitsschichten gebildeten Arbeitsspalts während des Schleifens bestimmt und die Form der Arbeitsfläche mindestens einer Arbeitsscheibe mechanisch oder thermisch in Abhängigkeit von der gemessenen Geometrie des Arbeitsspalts so verändert, dass der Arbeitsspalt eine vorgegebene Form aufweist.
Vorzugsweise verlassen die Halbleiterscheiben während der
Bearbeitung zeitweilig mit einem Teil ihrer Fläche den von den Arbeitsschichten begrenzten Arbeitsspalt, wobei das Maximum des Überlaufs in radialer Richtung mehr als 0% und höchstens 20% des Durchmessers der Halbleiterscheibe beträgt, wobei der
Überlauf als die bezogen auf die Arbeitsscheiben in radialer Richtung gemessene Länge definiert ist, um die eine
Halbleiterscheibe zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Schleifens über den Innen- oder Außenrand des Arbeitsspalts hinaus steht.
Vorzugweise wird gegen Ende der Bearbeitung ein flüssiges
Medium mit einer Viskosität von mindestens 3-10-3 N/m2-s und höchstens 100 ·10~3 N/m2-s über Öffnungen der Läuferscheiben zwischen Arbeitsscheiben und Halbleiterscheiben gebracht. Zumindest während die Arbeitsscheiben von der Halbleiterscheibe entfernt werden, sollte dieses Medium vorzugsweise vorhanden sein, wodurch der mechanische Abtrag durch die Arbeitsschichten gedämpft wird. Dadurch lassen sich sonst im Stand der Technik beobachtete Schleifdefekte wie Riefen, Kratzer oder
Abhebemarken vermeiden. Dies ist beschrieben in der nicht vorveröffentlichten deutschen Anmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2009 048 436.1, auf die hier in vollem Umfang Bezug genommen wird .
Als Medium kommen vorzugsweise in Betracht:
• wässrige Mischung enthaltend mehrwertige Alkohole (Glycerin, monomere Glykole, oligomere Glykole, Polyglykole und
Polyalkohole)
· wässrige Mischung aus Glycerin, Butanol und einem Tensid
• Suspensionen, wobei die benötigte Viskosität des Mediums
durch den Feststoffanteil gewährleistet wird (kolloide
Dispersionen aus Siliciumdioxid oder Ceroxid-Partikeln) , vorzugsweise je nach Feststoffanteil mit zusätzlichen viskositätserhöhenden Medien (z.B. Alkohole)
In Schritt (b) wird die Halbleiterscheibe mit einer verrundeten Kante versehen. Dazu wird die Halbleiterscheibe auf einem sich drehenden Tisch fixiert und mit ihrer Kante gegen die sich ebenfalls drehende Arbeitsfläche eines Bearbeitungswerkzeugs zugestellt. Die dabei eingesetzten Bearbeitungswerkzeuge können als Scheiben
ausgebildet sein, die an einer Spindel befestigt sind und
Umfangsflächen aufweisen, die als Arbeitsflächen zur
Bearbeitung der Kante der Halbleiterscheibe dienen.
Eine dafür geeignete Vorrichtung ist beispielsweise in DE 195 35 616 AI offenbart. Vorzugsweise werden die Halbleiterscheiben mit einem zur
Mittelebene der Scheibe symmetrischen Profil mit gleichartigen Facetten an der Scheibenvorderseite und der Scheibenrückseite oder aber mit einem asymmetrischen Kantenprofil mit
unterschiedlichen Facettenweiten auf Vorder- und Rückseite versehen. Dabei erhält die Kante der Halbleiterscheibe ein Profil, das geometrisch ähnlich zu einem Zielprofil ist.
Vorzugsweise weist die verwendete Schleifscheibe ein
Rillenprofil auf. Eine bevorzugte Schleifscheibe ist offenbart in DE 102 006 048 218 AI.
Die Arbeitsflächen können auch in Form eines Schleiftuchs oder als Schleifband ausgebildet sein.
Das Material abtragende Korn, vorzugsweise Diamant, kann fest in die Arbeitsflächen der Bearbeitungswerkzeuge verankert sein.
Falls in Schritt (a) die beidseitige Bearbeitung der
Halbleiterscheibe mittels PPG erfolgt, ist es bevorzugt, vor Durchführen des PPG-Schritts eine Verrundung der Kante der Halbleiterscheibe mittels eines Schleifwerkzeugs mit grober Körnung vorzunehmen. Nach JIS R 6001:1998 beträgt die Körnung (in Siebgrößen) #240-#800.
Die mittlere Korngröße beträgt 20-60ym, vorzugsweise 25-40ym, ganz besonders bevorzugt 25-30ym oder 30-40ym.
Falls in Schritt (a) die beidseitige Bearbeitung der
Halbleiterscheibe mittels PPG erfolgt, ist es bevorzugt, nach Durchführen des PPG-Schritts, also in Schritt (b) des
Verfahrens, eine Verrundung der Kante der Halbleiterscheibe mittels eines Schleifwerkzeugs mit feiner Körnung vorzunehmen. Nach JIS R 6001:1998 sollte die Körnung feiner als #800 sein, vorzugsweise #800-#8000. Die mittlere Korngröße beträgt 0,5-20ym, vorzugsweise 0,5-15ym, besonders bevorzugt 0,5-10ym und ganz besonders bevorzugt 0,5- 5ym. In Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Behandlung beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem alkalischen Medium.
Der Materialabtrag beträgt vorzugsweise - aber nicht zwingend - nicht mehr als 1 ym pro Seite der Halbleiterscheibe.
Der minimale Materialabtrag pro Seite der Halbleiterscheibe beträgt vorzugsweise 1 Monolage, d.h. etwa 0,1 nm. Als alkalische Medien kommen bevorzugt wässrige Lösungen von NaOH oder KOH zum Einsatz.
Die Konzentration von NaOH bzw. KOH in der alkalischen Lösung beträgt vorzugsweise 40 % bis 60 %.
Die Behandlungstemperatur beträgt vorzugsweise etwa 50 °C bis etwa 90 °C, ganz besonders bevorzugt 80 °C bis 90 °C.
Es hat sich gezeigt, dass das alkalische Ätzen die gute
Geometrie und die gute längerwellige Nanotopologie nach den Schleifschritten, insbesondere nach PPG, nicht negativ
beeinflusst. Saures Ätzen ist diesbezüglich nachteilig und zu vermeiden . Die beschriebenen Reinigungs- und Ätzverfahren erfolgen
vorzugsweise als Einzelscheibenbehandlung.
Speziell für eine im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders bevorzugte Halbleiterscheibe mit einem Durchmesser von 450mm eignet sich hierfür das SSEC 3400 ML der Solid State Equipment Corp. /USA, das für Substrate bis zu einer Größe von 500mm x 500mm ausgelegt ist In Schritt (d) des Verfahrens werden beide Seiten der Halbleiterscheibe simultan gleichzeitig mit einem Poliertuch enthaltend Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 0,1-1,0 ym poliert.
Die Bearbeitung erfolgt vorzugsweise mit Planetenkinematik.
Zur Durchführung von Schritt (d) eignet sich beispielsweise die Poliermaschine AC2000 von Fa. Peter Wolters, Rendsburg
(Deutschland) .
Diese Poliermaschine ist ausgestattet mit einer Stiftverzahnung des äußeren und inneren Kranzes zum Antrieb der Läuferscheiben. Die Anlage kann für eine oder mehrere Läuferscheiben ausgelegt sein. Wegen des höheren Durchsatzes ist eine Anlage für mehrere Läuferscheiben bevorzugt, wie sie beispielsweise in der DE-100 07 390 AI beschrieben ist und bei der sich die Läuferscheiben auf einer Planetenbahn um das Anlagenzentrum bewegen. Zur
Anlage gehören ein unterer und ein oberer Polierteller, die horizontal frei drehbar und mit Poliertuch bedeckt sind.
Während der Politur befinden sich die Halbleiterscheiben in den Aussparungen der Läuferscheiben und zwischen den beiden
Poliertellern, die sich drehen und einen bestimmten Polierdruck auf sie ausüben, während ein Poliermittel kontinuierlich zugeführt wird. Dabei werden auch die Läuferscheiben in
Bewegung versetzt, vorzugsweise über sich drehende Stiftkränze, die in Zähne am Umfang der Läuferscheiben eingreifen. Eine typische Läuferscheibe umfasst Aussparungen zur Aufnahme von drei Halbeiterscheiben. Am Umfang der Aussparungen befinden sich Einlagen, die die bruchempfindlichen Kanten der
Halbleiterscheiben schützen sollen, insbesondere auch vor einer Freisetzung von Metallen vom Läuferscheibenkörper. Der Läu- ferscheibenkörper kann beispielsweise aus Metall, Keramik, Kunststoff, faserverstärktem Kunststoff oder aus Metall
bestehen, das mit Kunststoff oder mit einer diamantartigen KohlenstoffSchicht („diamond like carbon", DLC-Schicht) be- schichtet ist. Bevorzugt sind jedoch Stähle, besonders bevor¬ zugt rostfreier Chromstahl. Die Aussparungen sind vorzugsweise für die Aufnahme einer ungeraden Anzahl von Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von mindestens 200 mm, vorzugsweise 300 mm, ganz besonders bevorzugt 450 mm und Dicken von 600 bis 1400 ym ausgelegt.
Während des Polierschrittes wird vorzugsweise eine
Poliermittellösung, die frei von Feststoffen ist, zwischen die zu polierende Seite der Halbleiterscheibe und das Poliertuch gebracht .
Die Poliermittellösung 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 (Na2CC>3) , Kaliumcarbonat (K2CO3) , Natrium¬ hydroxid (NaOH) , Kaliumhydroxid (KOH) , Ammoniumhydroxid
(NH4OH) , Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebige Mi¬ schungen davon enthalten. Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung von Kaliumcarbonat. In diesem Fall liegt der pH-Wert der Poliermittellösung vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 13,5 und der Anteil der genannten Verbindungen in der
Poliermittellösung beträgt vorzugsweise 0,01 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,01 bis 0,2 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.
Es wird ein Poliertuch verwendet, das einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält (FAP- oder FA-Tuch bzw. FA- Pad) . Geeignete Abrasivstoffe umfassen beispielsweise Partikel von Oxiden der Elemente Cer, Aluminium, Silicium, Zirkon sowie Partikel von Hartstoffen wie Siliciumcarbid, Bornitrid und Dia- mant .
Besonders geeignete Poliertücher weisen eine von replizierten Mikrostrukturen geprägte Oberflächentopografie auf. Diese
Mikrostrukturen („posts") haben beispielsweise die Form von Säulen mit einem zylindrischen oder mehreckigen Querschnitt oder die Form von Pyramiden oder Pyramidenstümpfen.
Nähere Beschreibungen solcher Poliertücher sind beispielsweise in WO 92/13680 AI und US 2005/227590 AI enthalten.
Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Poliertuchs mit fest darin gebundenen Abrasiven aus Si02-
Für die FA-Politur wird vorzugsweise mit Abträgen von kleiner oder gleich 10 ym pro Seite gearbeitet.
In Schritt (e) des Verfahrens erfolgt eine Politur der Kante der Halbleiterscheibe mit einem Poliertuch, das fest gebundene Abrasive umfasst.
Zur Durchführung von Schritt (e) des erfindungsgemäßen
Verfahrens eignen sich handelsübliche Kantenpolierautomaten.
Aus US 5,989,105 ist eine solche Vorrichtung zum Kantenpolieren bekannt, bei dem die Poliertrommel aus einer
Aluminium-Legierung besteht und mit einem Poliertuch
beaufschlagt ist.
Die Halbleiterscheibe ist üblicherweise auf einem flachen
Scheibenhalter, einem so genannten Chuck, fixiert. Die Kante der Halbleiterscheibe ragt über den Chuck hinaus, so dass sie für die Poliertrommel frei zugänglich ist. Eine um einen bestimmten Winkel gegen den Chuck geneigte, zentrisch
rotierende und mit dem Poliertuch beaufschlagte Poliertrommel und der Chuck mit der Halbleiterscheibe werden einander
zugestellt und mit einem bestimmten Anpressdruck unter
kontinuierlicher Zuführung des Poliermittels aneinander
gepresst .
Bei der Kantenpolitur wird der Chuck mit der darauf gehaltenen Halbleiterscheibe zentrisch rotiert.
Vorzugsweise dauert eine Umdrehung des Chuck 20-300, besonders bevorzugt 50-150 s (Umlaufzeit) . Eine mit dem Poliertuch belegte Poliertrommel, die vorzugsweise mit einer Drehzahl von 300-1500 min-1, besonders bevorzugt 500- 1000 min-1, zentrisch rotiert wird, und der Chuck werden einander zugestellt, wobei die Poliertrommel unter einem
Anstellwinkel gegen die Halbleiterscheibe schräg angestellt und die Halbleiterscheibe so auf dem Chuck fixiert ist, dass sie leicht über diesen hinaus ragt und so für die Poliertrommel zugänglich ist.
Der Anstellwinkel beträgt vorzugsweise 30-50°.
Halbleiterscheibe und Poliertrommel werden mit einem bestimmten Anpressdruck unter kontinuierlicher Zuführung eines
Poliermittels, vorzugsweise mit einem Poliermittelfluss von 0,1-1 Liter/min, besonders bevorzugt 0,15-0,40 Liter/min, aneinander gepresst, wobei der Anpressdruck durch an Rollen befestigte Gewichte eingestellt werden kann und vorzugsweise 1- 5 kg, besonders bevorzugt 2-4 kg, beträgt.
Vorzugsweise werden nach 2-20, besonders bevorzugt nach 2-8 Umdrehungen der Halbleiterscheibe bzw. des die
Halbleiterscheibe haltenden Chuck Poliertrommel und
Halbleiterscheibe voneinander entfernt. Daher erfolgt die Kantenpolitur der Halbleiterscheibe im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt durch Fixieren der
Halbleiterscheibe auf einem zentrisch rotierenden Chuck,
Zustellen des Halbleiterscheibe und einer gegen den Chuck geneigten, zentrisch rotierenden, mit einem Poliertuch
enthaltend fest gebundene Abrasive (FA-Poliertuch)
beaufschlagten Poliertrommel und Aneinanderpressen von
Halbleiterscheibe und Poliertrommel unter kontinuierlicher Zuführung einer Poliermittellösung, die keine Feststoffe enthält.
Mittels dieser ist es möglich die Waferkante gezielt zu
beeinflussen, ohne den angrenzenden Bereich von Vorder- und/oder Rückseite der Halbleiterscheibe zu beeinträchtigen und somit zum Beispiel die gewünschten Geometrie- und
Oberflächeneigenschaften nur auf der Waferkante einzustellen.
Das verwendete FAP-Tuch ist wesentlich härter und weit weniger kompressibel als die standardmäßig verwendeten Poliertücher und bietet zudem den Vorteil den Abtrag ohne alkalisch aufgeladenes Kieselsol - z. B. nur durch Verwendung einer alkalischen Lösung - zu erzeugen, was zudem Poliermittelverschleppung auf die Wafervorderseite und damit die zusätzliche negative
Beeinflussung der Waferoberfläche - in Form von z. B. erhöhten Defektraten wie z. B. LLS (localised light scatterers) aufgrund von Anätzungen - vermeidet.
Vorzugsweise wird also in Schritt (e) des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Poliertuch verwendet, das einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält (FAP-Tuch bzw. FA-Pad) .
Geeignete Abrasivstoffe umfassen beispielsweise Partikel von Oxiden der Elemente Cer, Aluminium, Silicium, Zirkon sowie Partikel von Hartstoffen wie Siliciumcarbid, Bornitrid und Dia- mant . Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung eines
Poliertuchs umfassend Si02-Abrasive . Besonders geeignete Poliertücher weisen eine von replizierten Mikrostrukturen geprägte Oberflächentopografie auf. Diese
Mikrostrukturen („posts") haben beispielsweise die Form von Säulen mit einem zylindrischen oder mehreckigen Querschnitt oder die Form von Pyramiden oder Pyramidenstümpfen.
Die mittlere Partikelgröße des FAP-Poliertuchs beträgt
vorzugsweise 0,1-1,0 ym, vorzugsweise 0,l-0,6ym und besonders bevorzugt 0,1-0,25 ym.
Grundsätzlich wird also die Halbleiterscheibe vorzugsweise mittels einer Poliertrommel, auf deren Oberfläche ein hartes und wenig kompressibles Poliertuch aufgeklebt ist, das fest gebundene Abrasive beinhaltet, unter Zuführung einer
alkalischen Lösung poliert.
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 ( a2C03) , Kaliumcarbonat (K2CO3) , Natrium¬ hydroxid (NaOH) , Kaliumhydroxid (KOH) , Ammoniumhydroxid
(NH4OH) , Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebige Mi¬ schungen 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 0,2 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. In Schritt (f) des Verfahrens erfolgt eine beidseitige Politur der Halbleiterscheibe, umfassend eine simultan beidseitige Politur einer in einer Aussparung einer Läuferscheibe
befindlichen Halbleiterscheibe zwischen einem mit einem oberen Poliertuch belegten oberen Polierteller und einem mit einem unteren Poliertuch belegten unteren Polierteller unter Zufuhr eines Poliermittels, wobei die Vorderseite der
Halbleiterscheibe mit dem oberen Poliertuch poliert wird.
Vorzugsweise umfassen beide Poliertücher regelmäßig durch
Kanäle unterbrochene Oberflächen.
Die Kanalbreite und -tiefe betragen vorzugsweise 0,5 mm bis 2 mm. Vorzugsweise ist das obere Poliertuch weniger stark genutet bzw. gefurcht als das untere Poliertuchs vor, welches einen guten Poliermittelzufluss zur Vorderseite der Halbleiterscheibe ermöglicht und gleichzeitig eine mögliche Verschlechterung der Nanotopografie vermeidet.
Das Tuch kann zum Beispiel so große Nut-Abstände besitzen, dass die Halbleiterscheibe quasi einen Inkreis innerhalb der sich hierbei ergebenden quadratischen Kacheln beschreibt, was bedeutet, dass selbst im ungünstigsten Fall der Rand der
Halbleiterscheibe immer noch mit Nuten in Berührung kommt, was ein problemloses Ablösen von der Tuchoberfläche erlaubt.
Das untere, auf dem unteren Polierteller befindliche Poliertuch ist ebenfalls genutet, was sich bezüglich der Randgeometrie durch verbesserten Zu- und Abfluss des Poliermittels und verbesserten Stoffaustausch positiv auswirken sollte. Beim unteren Poliertuch werden jedoch kleinere Segmentgrößen verwendet, welche den Nachteil des begrenzten Stofftransportes der auf dem unteren Poliertuch aufliegenden Oberfläche der Halbleiterscheibe so weit wie möglich ausgleichen können.
Die Seitenlänge von beispielsweise quadratischen Kacheln für das untere Poliertuch sollte sich in einer Größenordnung von höchstens 50 mm x 50 mm bewegen. Die Seitenlänge von
beispielsweise quadratischen Kacheln für das obere Poliertuch kann sich in einer Größenordnung von deutlich größer als 50 mm x 50 mm bewegen.
Im Rahmen der Entwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich gezeigt, dass sich im Stand der Technik der Edge Roll-off der Vorderseite ständig vom Edge Roll-off der Rückseite der
Halbleiterscheibe unterscheidet. Dies war durch Verwendung des Messgeräts LER 310 von Kobelco Research Institute Inc. möglich, das es ermöglicht, den Edge Roll-off von Vorderseite und
Rückseite der Halbleiterscheibe unabhängig voneinander zu untersuchen.
Der Edge Roll-off der Vorderseite der Halbleiterscheibe war bei allen Messungen stärker ausgeprägt als auf der Rückseite der Halbleiterscheibe. Dies ist nachteilig, zumal auf der
Vorderseite der Halbleiterscheibe später elektronische
Bauelemente gefertigt werden.
Die Erfinder haben daraus gefolgert, dass der ungleichmäßige Polierabtrag ursächlich für die Unterschiede im Edge Roll-off von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe sein muss.
Insbesondere die unterschiedliche Poliermittelverteilung auf Vorder- und Rückseite, die Abschottung der Vorderseite durch die umgebenden Läuferscheiben und damit verbunden geringerer Poliermittelaustausch an den Randbereichen der Vorderseite der Halbleiterscheibe, führt zu unkontrolliertem Abtragsverhalten und potentieller Aufkonzentration von Poliermittel. Dies könnte insbesondere in Toträumen im Kantenbereich der Halbleiterscheibe stattfinden, indem sich dort alkalisch beladene Solteilchen des Poliermittels sammeln und
aufkonzentrieren . Jene Toträume entstehen dadurch, dass die Halbleiterscheibe in der Aussparung der Läuferscheibe etwas Spiel hat, was gewollt ist. Diese Toträume und der mangelnde Stofftransport ist für die Vorderseite der Halbleiterscheibe, die im Stand der Technik auf dem unteren Polierteller auf einem Poliertuch ohne Kanäle zum Stofftransport (= Poliermittel) aufliegt, durch eine Läuferscheibe teilweise abgeschottet ist und weniger schnell mit frischem unverbrauchten Poliermittel versorgt wird, besonders kritisch. Damit lassen sich die
Unterschiede im Edge Roll-off erklären. Die Strukturierung der Tücher, die beim erfindungsgemäßen
Verfahren verwendet werden, erfolgt beispielsweise durch mechanische Bearbeitung wie Fräsen. Es sind aber auch andere Verfahren geeignet, die es ermöglichen, dem Poliertuch die gewünschte Struktur aufzuprägen. Beispielsweise sind auch chemische Methoden wie Ätzen möglich.
Dazu werden Standardpoliertücher verwendet, die entsprechend mechanisch oder chemisch bearbeitet werden. Vorzugsweise besteht das Poliertuch aus einem thermoplastischen oder hitzehärtbaren Polymer. Als Material kommt eine Vielzahl an Werkstoffen in Betracht, z.B. Polyurethane, Polycarbonat , Polyamid, Polyacrylat, Polyester usw. Vorzugsweise beinhaltet das Poliertuch festes, mikro-poröses Polyurethan .
Bevorzugt ist auch die Verwendung von Poliertüchern aus verschäumten Platten oder Filz- oder Fasersubstraten, die mit Polymeren imprägniert sind. Kommerziell erhältliche Poliertücher sind z.B. das SPM 3100 von Rodel Inc. oder die Tücher der DCP-Serie sowie die Tücher der Marken IC1000™, Polytex™ oder SUBA™ von Rohm & Haas. Bei der Politur wird ein Poliermittel zugeführt.
Das zugeführte Poliermittel enthält Abrasive.
Der Anteil des Abrasivstoffes in der Poliermittelsuspension beträgt vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,25 bis 1 Gew.-%.
Die Größenverteilung der Abrasivstoff-Teilchen ist vorzugsweise monomodal ausgeprägt.
Die mittlere Teilchengröße beträgt 5 bis 300 nm, besonders be¬ vorzugt 5 bis 50 nm.
Der Abrasivstoff besteht aus einem das Substratmaterial mechanisch abtragendem Material, vorzugsweise aus einem oder mehreren der Oxide der Elemente Aluminium, Cer oder Silicium.
Besonders bevorzugt ist eine Poliermittelsuspension, die kolloid-disperse Kieselsäure enthält.
Dazu eignet sich beispielsweise das Kieselsol Glanzox 3900, der Produktname für eine Poliermittelsuspension, die von Fuj imi Incorporated, Japan, als Konzentrat angeboten wird. Die
Basislösung dieses Konzentrats hat einen pH von 10,5 und enthält ca. 9 Gew-% kolloidales S1O2 mit einer mittleren
Teilchengröße von 30 bis 40 nm.
Vorzugsweise wird im erfindungsgemäßen Verfahren eine andere Art der Poliermittelzuführung bzw. -Versorgung benutzt. Der untere Polierteller wird unabhängig vom oberen Polierteller mit frischem Poliermittel versorgt. Dazu sieht der untere Polierteller ebenfalls eine Poliermitteldurchführung sowie eine separate Poliermittelförderung vor.
Zur Durchführung der erfindungsgemäßen beidseitigen Politur der Halbleiterscheibe eignet sich beispielsweise die Poliermaschine AC2000 von Fa. Peter Wolters, Rendsburg (Deutschland).
Vorzugsweise wird die Vorderseite der Halbleiterscheibe im Überstand poliert. Dies ist dadurch sichergestellt, dass die
Halbleiterscheibe vor Politur dicker ist als die Läuferscheibe. Die Eingangsdicke der Halbleiterscheibe ist vorzugweise um 20 bis 200 ym größer ist als die Läuferscheibendicke. Die
Läuferscheiben beim Doppelseitenpolieren besitzen üblicherweise eine Dicke bevorzugt von 400 bis 1200 ym.
In Schritt (g) des Verfahrens erfolgt eine zweite
Kantenpolitur. Dabei wird jedoch im Gegensatz zu Schritt (e) des Verfahrens eine Poliermittelsuspension enthaltend Abrasive verwendet, wobei das Poliertuch frei von Abrasiven ist.
Der Anteil des Abrasivstoffes in der Poliermittelsuspension beträgt vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,25 bis 1 Gew.-%.
Die Größenverteilung der Abrasivstoff-Teilchen ist vorzugsweise monomodal ausgeprägt.
Die mittlere Teilchengröße beträgt 5 bis 300 nm, besonders be- vorzugt 5 bis 50 nm.
Der Abrasivstoff besteht aus einem das Substratmaterial
mechanisch abtragendem Material, vorzugsweise aus einem oder mehreren der Oxide der Elemente Aluminium, Cer oder Silicium. Besonders bevorzugt ist eine Poliermittelsuspension, die kolloid-disperse Kieselsäure enthält.
Vorzugsweise erfolgt anschließend in einem zweiten Schritt auf dem gleichen Poliertuch ein Glättungsschritt unter Zufuhr eines Kieselsols, wie z. B. Glanzox 3900* mit etwa 1 Gew-% Si02.
*Glanzox 3900 ist der Produktname für eine Poliermittelsuspen¬ sion, die von Fuj imi Incorporated, Japan, als Konzentrat ange- boten wird. Die Basislösung dieses Konzentrats hat einen pH von 10,5 und enthält ca. 9 Gew-% kolloidales S1O2 mit einer
mittleren Teilchengröße von 30 bis 40 nm.
Im optionalen zweiten Schritt der Kantenpolitur werden im
Gegensatz zum ersten Schritt vorzugsweise keine Zusätze wie Natriumcarbonat ( a2C03) , Kaliumcarbonat (K2CO3) , Natriumhy¬ droxid (NaOH) , Kaliumhydroxid (KOH) , Ammoniumhydroxid (NH4OH) , Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) zugesetzt.
Die Poliermittelsuspension kann aber einen oder mehrere weitere Zusätze enthalten, beispielsweise oberflächenaktive Additive wie Netzmittel und Tenside, als Schutzkolloide wirkende
Stabilisatoren, Konservierungsmittel, Biozide, Alkohole und Komplexbildner . In Schritt (h) des Verfahrens erfolgt eine CMP-Politur
wenigstens der Vorderseite der Halbleiterscheibe.
Vorzugsweise werden in diesem Schritt beide Seiten der
Halbleiterscheibe mittels CMP poliert. Dazu eignet sich eine herkömmliche DSP-Poliermaschine, bei der allerdings statt der herkömmlichen DSP-Abtragspoliertücher weichere CMP-Poliertücher verwendet werden.
Bei den verwendeten CMP-Poliertüchern handelt es sich um
Poliertücher mit einer porösen Matrix. Vorzugsweise besteht das Poliertuch aus einem thermoplastischen oder hitzehärtbaren Polymer. Als Material kommt eine Vielzahl an Werkstoffen in Betracht, z.B. Polyurethane, Polycarbonat , Polyamid, Polyacrylat, Polyester usw.
Vorzugsweise beinhaltet das Poliertuch festes, mikro-poröses Polyurethan .
Bevorzugt ist auch die Verwendung von Poliertüchern aus verschäumten Platten oder Filz- oder Fasersubstraten, die mit Polymeren imprägniert sind.
Beschichtete/Imprägnierte Poliertücher können auch so
ausgestaltet sein, dass sie im Substrat eine andere
Porenverteilung und -große aufweisen als in der Beschichtung .
Die Poliertücher können weitgehend eben oder auch perforiert sein . Um die Porosität des Poliertuchs zu steuern, können Füllstoffe in das Poliertuch eingebracht sein.
Kommerziell erhältliche Poliertücher sind z.B. das SPM 3100 von Rodel Inc. oder die Tücher der DCP-Serie sowie die Tücher der Marken IC1000™, Polytex™ oder SUBA™ von Rohm & Hass.
Vor der CMP-Politur gemäß Schritt (h) des Verfahrens erfolgt vorzugsweise eine Politur der Rückseite der Halbleiterscheibe mittels eines Poliertuchs enthaltend Abrasive.
Die Politur der Rückseite der Halbleiterscheibe erfolgt bevorzugt in drei Schritten jeweils unter Verwendung eines Poliertuchs, das einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält und das mit einem Polierdruck auf die Rückseite der Halbleiterscheibe gedrückt wird, wobei im ersten Schritt ein
Poliermittel, welches frei von Feststoffen ist, im zweiten und dritten Schritt dagegen ein Poliermittel, das abrasive Stoffe enthält, zwischen Poliertuch und Rückseite der
Halbleiterscheibe gebracht wird, wobei ein Polierdruck im ersten und zweiten Schritt von 8-15 psi im dritten Schritt auf 0,5-5 psi reduziert wird.
Dies ist beschrieben in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102009030295.6, auf die hier in vollem Umfang Bezug genommen wird. Zwischen der Kantenpolitur in Schritt (e) und der beidseitigen Politur der Halbleiterscheibe in Schritt (f) findet
vorzugsweise eine Inspektion der Kante der Halbleiterscheibe statt. Dabei werden vorzugsweise insbesondere das Kantenprofil und die Randgeometrie der Halbleiterscheibe untersucht.
Dies hat den Vorteil, dass nach der ersten Doppelseitenpolitur in Schritt (d) und der daran anschließenden Kantenpolitur nach Schritt (e) Geometriedaten des Randbereichs der
Halbleiterscheibe zur Verfügung stehen, die zum einen eine entsprechende Abstimmung des nachfolgenden Politur in Schritt (f) ermöglichen und zum anderen eine Optimierung der Politur in Schritt (d) ermöglichen.
Die bevorzugte Messung des äußersten Bereiches der ebenen
Waferfläche, also des Bereiches der zwischen 0,5 und 1 mm vom Waferumfang entfernt liegt, erfolgt mit dem Messgerät LER-310 von Kobelco Research Institute, Inc.
Das LER-310 ist ein Phasenshift-Interferometer unter
streifenden Einfall, das in der Lage ist, den Edge Roll-off (ERO) von 200 mm- und 300 mm-Wafern zu charakterisieren.
Ein Laserstrahl tritt durch die Seitenwand eines Prismas. Ein Teil des Strahls wird an der Basis des Prismas, die parallel zur Wafer-Oberfläche ausgerichtet ist, reflektiert. Ein Teil des Strahls durchläuft das Prisma und wird an der Wafer- Oberfläche reflektiert. Nach Wiedereintritt in das Prisma interferiert dieser Strahl mit dem an der Basis reflektierten Strahl . Die interferierenden Strahlen verlassen das Prisma durch die gegenüberliegende Seitenwand. Die daraus resultierende
Interferogramm wird mittels einer CCD-Kamera aufgezeichnet. Das Prisma wird dann mittels eines Piezo-Aktuators in senkrechter Richtung verschoben. Dabei entsteht ein weiteres
Inteferenzmuster, das aufgezeichnet wird. Insgesamt werden sieben verschiedene Interferogramme aufgezeichnet und
ausgewertet, woraus sich ein radiales Profil der
Oberflächentopographie ergibt.
Bei Verwendung zweier Prismen kann der Edge Roll-off
gleichzeitig an Vorder- und Rückseite des Wafers bestimmt werden. Der auf die Dicke bezogene Roll-off ergibt sich aus der Summe von vorder- und rückseitigem Roll-off.
Der Roll-off (ROA, Roll-off Amount) wird in einem Abstand von 0,5 mm, 1 mm, 2 mm und/oder 3 mm vom physischen Rand des Wafers bestimmt, indem bei einem Abstand von 0,5 mm, 1 mm, 2 mm und/oder 3 mm zum Rand der Scheibe die Abweichung zwischen einem gemittelten, radialen Querschnitt und einer durch
Regression bestimmten Referenzlinie („Best Fit", Polynom 3. Ordnung) ermittelt wird.
Die Messung des Randprofils erfolgt ganz bevorzugt mit dem WGI300 Messsystem von KoCoS Messtechnik AG, Korbach.
Dabei handelt es sich um ein vollautomatisches Messsystem, mit dem die Kantenprofile von 300 mm Wafern mit höchster Präzision erfasst und geometrisch ausgewertet werden können. Der Wafer ist hierbei drehbar angeordnet, so dass die Profilmessung an beliebig vielen Positionen am Waferumfang erfolgen kann.
Das Gerät erlaubt die vollständige geometrische
Charakterisierung der Waferkante im Bereich des Notches.
Die absolute Orientierung des eingelegten Wafers erfasst ein hochauflösendes Flächenkamerasystem, wobei der Notch als Bezugspunkt dient. Dadurch ist jede Profilmessung exakt
reproduzierbar .
Die sehr hohen Messgenauigkeiten werden durch die Verwendung von Lichtschnittsensoren mit extrem kurzen Linienlängen
erreicht. Jeder dieser Sensoren ist so justiert, dass er ein Drittel des Gesamtprofils an einer Messposition erfasst. Die Software setzt diese 3 Teilprofile automatisch zu einem
Gesamtprofil zusammen. Zur Erhöhung der Wiederholgenauigkeit wird die Profilmessung an jeder Messposition mehrfach
wiederholt und entsprechend gemittelt.
Mit Hilfe spezieller Algorithmen berechnet die Software aus diesen gemittelten Profilen jeweils die geometrische Kontur der Waferkante. Diese dient als Basis für alle weiteren
geometrischen Auswertungen.
Zur gezielten Erfassung auch geringster Profilverformungen führt das System einen umfassenden geometrischen Vergleich zwischen der ermittelten Kontur und einer hinterlegten
Sollkontur durch, wobei der Toleranzbereich frei wählbar ist. Zu den Ergebnissen der umfangreichen Konturauswertungen zählen die für Waferkanten charakteristischen Längen, Radien und
Winkel. Hierbei werden Genauigkeiten von bis zu ±1 μιη bzw.
±0,2° erreicht .
Die AufSichtsmessung liefert die geometrischen Kennwerte des Notches. Die Beurteilung des Prüfteils erfolgt anhand der berechneten Parameter automatisch.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterscheibe,
umfassend in der angegebenen Reihenfolge:
(a) gleichzeitig beidseitige Material abtragende
Bearbeitung der von einem Einkristall abgetrennten
Halbleiterscheibe ;
(b) Verrunden der Kante der Halbleiterscheibe mittels einer Profilschleifscheibe;
(c) Behandlung beider Seiten der Halbleiterscheibe mit einem alkalischen Medium;
(d) Politur beider Seiten der Halbleiterscheibe mittels Poliertüchern, die fest gebundene Abrasive mit einer mittleren Korngröße von 0,1 ym bis 1,0 ym beinhalten;
(e) Politur der Kante der Halbleiterscheibe mittels eines
Poliertuchs, das fest gebundene Abrasive mit einer
mittleren Korngröße von 0,1 ym bis 1,0 ym beinhaltet;
(f) beidseitige Politur der Halbleiterscheibe mit einem auf einem oberen Polierteller befindlichen oberen
Poliertuch und einem auf einem unteren Polierteller befindlichen unteren Poliertuch, die keine fest gebundenen Abrasive beinhalten, wobei die Vorderseite der
Halbleiterscheibe mit dem oberen Poliertuch poliert wird, während eine Poliermittelsuspension enthaltend Abrasive zugeführt wird;
(g) Politur der Kante der Halbleiterscheibe mittels eines Poliertuchs, das keine Abrasive beinhaltet und unter
Zufuhr einer Poliermittelsuspension, die Abrasive umfasst;
(h) chemisch-mechanische Politur (CMP) wenigstens der Vorderseite.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei vor Schritt (a) ein
Verrunden der Kante der von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe mittels einer Profilschleifscheibe mit grober Körnung erfolgt, wenn es sich bei der gleichzeitig beidseitig Material abtragenden Bearbeitung gemäß Schritt (a) um ein beidseitiges Schleifen mit Läppkinematik handelt .
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei es sich beim Verrunden der Kante der Halbleiterscheibe mittels einer
Profilschleifscheibe in Schritt (b) um eine Schleifscheibe mit feiner Körnung handelt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zwischen Schritt (e) und Schritt (f) eine geometrische
Charakterisierung der Kante und eines äußersten ebenen Randbereiches der Halbleiterscheibe, welcher unmittelbar an eine Flanke ihrer Kante anschließt erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zwischen der Kantenpolitur nach Schritt (g) und der CMP-Politur nach Schritt (h) eine Politur der Rückseite der
Halbleiterscheibe auf einem Poliertuch enthaltend Abrasive erfolgt .
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in
Schritt (f) ein oberes und ein unteres Poliertuch
verwendet werden, die eine regelmäßig von Kanälen
unterbrochene Oberflächen aufweisen, wobei die Oberfläche des oberen Poliertuchs weniger stark von Kanälen
unterbrochen ist als die des unteren Poliertuchs.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das in Schritt (d) verwendete Poliertuch Abrasive von S1O2 umfasst .
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