WO2017067541A1 - Machining device and method for machining a semiconductor wafer on both sides in a controlled manner - Google Patents

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WO2017067541A1
WO2017067541A1 PCT/DE2016/100486 DE2016100486W WO2017067541A1 WO 2017067541 A1 WO2017067541 A1 WO 2017067541A1 DE 2016100486 W DE2016100486 W DE 2016100486W WO 2017067541 A1 WO2017067541 A1 WO 2017067541A1
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light
reflector
measuring head
semiconductor wafer
processing
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PCT/DE2016/100486
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Martin SCHÖNLEBER
Original Assignee
Precitec Optronik Gmbh
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    • G01B2210/40—Caliper-like sensors
    • G01B2210/48—Caliper-like sensors for measurement of a wafer

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for controlled two-sided processing, in particular by grinding or polishing, of a semiconductor wafer while detecting its actual absolute thickness.
  • Non-contact optical measurement methods for determining the thickness of semiconductor wafers are known. With one-sided
  • the thickness of the wafer is determined using ei ⁇ nes optical measuring head on one side of the wafer. Precise determination of wafer thickness will be accurate
  • a method and a device for monitoring the thickness of a semiconductor wafer during grinding by means of an optical measuring method are known from WO2010037469 AI.
  • the processing device has an upperfsflä ⁇ che, a lower processing surface, a receiving gap dazwi ⁇ rule, in which a plurality of carriers are arranged, which receive workpieces in recesses and are offset by means of a rolling device in rotation.
  • the thickness of the wafer is determined by means of an optical measuring method. Since the optical parameters required to determine the thickness are not known, calibration is used for the calibration Values stored in a map are used. The calibration or the storage of the values in the map would then have to be done separately for each plant as well as for different processing conditions, which requires complex calibration procedures and entails a large measurement uncertainty.
  • the object of the present invention is to provide a machining ⁇ processing apparatus and method for the controlled double-sided processing of a semiconductor wafer, which allow to tune a current thickness of the semiconductor wafer in a simple and reliable manner during the processing to be ⁇ .
  • this object is achieved by a processing device for the controlled on both ends term processing a semiconductor wafer having a ers ⁇ te rotatably mounted machining surface on which a measuring Stel ⁇ le with a window (8) having an outer surface (30) having a measuring head for emitting and receiving a light from a broadband coherent light source is provided, and having a first processing surface with a gap for receiving the semiconductor wafer forming formed with a reflector second processing surface, wherein the gap contains a fluid processing medium, and wherein the Bearbei ⁇ is formed so that during machining of the measuring head and the reflector can meet such that at least a portion of a reflected back from the reflector or surfaces of the semiconductor wafer light can be detected by the measuring head, so that a Reflektsserspktrumder detected by the measuring head back-reflected light can be determined.
  • an evaluation unit for determining a thickness of the semiconductor wafer by means of analyzing interference in a broadband spectral range reflected from the outer surface of the window and from the reflector or from the Oberflä ⁇ surfaces of the semiconductor wafer portion of the light waves is provided.
  • a broadband light source is understood to mean a light source emitting in a broad spectral range, which may be a broadband spectral light source but also a narrowband light source that can be tuned in a broad spectral range.
  • a spatial coherence is meant in the sense in the case of spectral broadband light source that after a spectral fanning out the light in a sufficiently narrow spectral regions - distinguished interferometric measurements of distance ⁇ feasible in the mm range - for example, in single Gaussian modes are.
  • wavelength-tunable light source swept source
  • this is understood to mean sufficient temporal coherence, which allows a swept source OCT (optical coherence tomography) to be carried out.
  • the absolute thickness of the semiconductor wafer can be determined during the two-sided processing with high accuracy by a one-sided optical measurement, without having to interrupt the processing process.
  • the processing device is designed such that the measuring head and the reflector can meet in a first alignment state and in a second alignment state, wherein in the first alignment state the light path between the measurement head and the reflector is free of the semiconductor wafer, and is in the second alignment state of the semiconductor wafer in the light path between the measuring head and the reflector.
  • the optical film thickness ⁇ sO the processing medium between the measuring head and the reflector and in the second orientation state can be determined on both sides of the semiconductor wafer optical layer thicknesses sl and s2 of the working medium.
  • the measuring head is sunk in a recess in one of the processing surfaces.
  • the sinking of the measuring head in the recess in one of the processing surface ensures that the processing of the semiconductor wafer from the measuring head is not impaired.
  • the two processing surfaces are synchronous and counterrotatable, so that during a full revolution of one of the processing surfaces, the measuring point and the reflector can meet twice.
  • the times of encounter of the reflector and the measuring head are precisely predictable, whereby the synchronization of the processing with the measurement and with the evaluation can be realized in a simple manner.
  • a plate is provided with a recess for holding the semiconductor wafer, which holds the semiconductor wafer in the gap between the upper and the lower processing surfaces.
  • the movement of the semiconductor wafer during the two-sided processing with respect to the processing surfaces can be better controlled.
  • the processing device comprises a second reflector for determining the refractive index of the processing medium at the second machining ⁇ processing surface, wherein the measuring head and the second Re ⁇ Flektor may meet such that at least a portion of a radiation emitted by the measuring head and light reflected back from the second reflector is detectable by the measuring head.
  • a dedicated second reflector for determining the refractive index of the processing medium is provided, which can be designed to determine the refractive index of the processing ⁇ medium out, so that the refractive index of the machining medium can be determined in an independent measurement.
  • the processing device has a second measuring point with a second measuring head for determining a refractive index of the processing medium on one of the processing surfaces and a second reflector on the opposite processing surface, wherein the second measuring head and the second reflector during the bear ⁇ Be encounter processing such that at least a portion of a light emitted from the second measuring head light from the second measuring head can be detected.
  • the optical layer thicknesses and the refractive index of the processing medium can be measured with different measuring heads, whereby the separation of different measuring signals and the subsequent analysis can be simplified.
  • the second reflector comprises at least two reflecting surfaces and a space with a known geometric height for receiving the processing medium.
  • the current refractive index n of the processing medium can be determined directly from the ratio of a spectrally determined optical space height to the known geometric space height sR / dR.
  • the second reflector is designed as a reference stage.
  • the reference stage has a first reflective surface, a second reflective surface Surface and a step edge with a known step height dR on.
  • the current refractive index of the processing medium n can be determined directly from the ratio of a spectrally interferometrically determined optical step height to the known geometric step height sR / dR.
  • the uncertainty about the refractive index of the processing medium in the measurements of the optical layer thickness s0, s1, s2 can be eliminated.
  • the reference step a highly precisely known geometric step height on so that the current value of the refractive index of the machining ⁇ processing medium, the wellenhaven- generally composi-, MENT and is temperature dependent, can be determined with high precision, whereby a highly accurate determination of the actual thickness of the semiconductor wafer is made possible.
  • the step edge of the reference direction is formed radially with respect to a direction of rotation of the processing surfaces. As a result of the radial arrangement of the step edge, the light reflected back from the different reflecting surfaces of the second reflector can be detected separately in time. Thus, the portions of light reflected back from the first reflecting surface and from the second reflecting surface for determining the optical step height of the processing medium can be clearly separated from one another by a time-resolved evaluation of the reflected-back light.
  • the step edge of the reference direction is formed tangentially with respect to a direction of rotation of the processing surfaces. Due to a finite cross section of the light beam directed onto the second reflector, the light reflected back from the second reflector contains portions reflected back from the first reflecting surface and from the second reflecting surface, so that the spectral interferometric analysis of the reflected light matches that of the geometrical
  • Step height of the reference level corresponding optical step height of the processing medium can be deduced.
  • the geometric step height of the reference stage is in the range from 5 ⁇ to 500 ⁇ , in particular in the range of 10 ⁇ to 100 ⁇ .
  • the geometric step height corresponding optical step height of the processing medium can be interferometrically in a unique manner with sufficient absolute accuracy be ⁇ agrees.
  • the processing surfaces are formed as polishing pads equipped with polishing pads, wherein the polishing cloths at appropriate points savings from the passage of light.
  • the recesses in the polishing cloths serve to ensure that the beam path of the light between a measuring head and a reflector is not disturbed by polishing cloths.
  • the reflectors and the associated recess in the polishing cloth on one polishing pad are at the same radius as the corresponding measuring heads and the corresponding recesses on the other polishing disk.
  • the processing system is synchronized in such a way that, when the light is detected by the measuring heads, it can be clearly detected which reflector faces which measuring head.
  • the detected light spectra can be unambiguously assigned to the respective alignment state of the processing system, so that the relative position of the measuring heads and the reflector recesses in the lower polishing cloth is known.
  • the light detected by the measuring head can additionally be measured in a third alignment state in which the reflector wafer is not located below the measuring head of the semiconductor wafer.
  • the op ⁇ diagram film thickness of the processing medium can be detected semiconductor wafer separated above the half.
  • This additional measurement can be used as a control measurement for determining the optical layer thickness of the processing medium above the semiconductor wafer, since the measurement is not disturbed by the light reflected back from the reflector plate.
  • water is provided as the processing medium.
  • Optical properties of the water are relatively well known.
  • water is easily accessible ⁇ and is available in semiconductor manufacturing, especially for purification steps, in large quantities.
  • the light wavelengths of the broadband coherent light source are in the near infrared range, preferably in the wavelength range of 950 nm to 2000 nm, in particular in the wavelength range of 1000 nm to 1200 nm.
  • semiconductor wafers in particular Si wafers, are optically transparent.
  • the broadband coherent light source may be selected from the group consisting of a light emitting diode, a semi- conductor superluminescent diode, an ASE source (optically pumped fiber based amplified spontaneous emission source), egg ⁇ nem optically pumped photonic crystal laser, and a tunable semiconductor quantum dot laser.
  • a spectrometer is provided for determining the spectrum of the light detected by the measuring head.
  • the use of the spectrometer allows to use wide-band tunable not in re ⁇ -relevant spectral light sources.
  • the spectrometer has an optical grating, designed to fan out the spectral distribution of the reflected radiation detected by the measuring head.
  • the optical grating is well suited to spectrally fan out the light spectrum in the near-infrared range.
  • the optical spectrum of the detected from the probe light with the aid of a photodetector can be determined, which measures the light intensity at different times I (t) and to the evaluation unit to iden ⁇ development of the spectrum I ( ⁇ ) of the measuring head detected light ⁇ hand out of a known temporal dependence of the wavelength of the light source swept source A (t) outputs.
  • the measuring head is arranged in a watertight housing which has a window transparent to the light of the light source.
  • the measuring head can thus be used together with the window in the recess provided in the upper working surface.
  • the watertight housing protects the measuring head against penetration of the processing medium.
  • a further measuring point is provided which measures the distance between the upper processing surface and the lower processing surface in air.
  • the second measuring point is mounted far out on the polishing pad. In the outer region of the polishing disk or the processing surface, it is relatively easy to get the gap free of the processing medium or semiconductor wafer in order to carry out the measurement in the air.
  • the processing device is designed so that a batch of multiple semiconductor wafers can be processed, and that each individual semiconductor wafer of the batch can arrive at the measuring point at a specific time such that the thickness of each individual semiconductor wafer of the batch can be detected ,
  • a method for double-sided processing of a semiconductor wafer in a processing apparatus comprising the following steps:
  • Determining a thickness of the semiconductor wafer by analyzing the reflected light detected by the probe using an optical spectral interferometric method.
  • the method allows to carry a one-sided optical Mes ⁇ solution the absolute thickness of the semiconductor wafer during the beid ⁇ -side processing of the semiconductor wafer to determine, without having to interrupt the machining process.
  • the back-reflected light is received in the first alignment state and in the second alignment state.
  • n of the processing medium clearly be ⁇ agree, is alternatively or additionally synchronized measurement of the optical layer thickness of the medium in the processing in ⁇ suitable for indoor sO with the measurement of the optical layer thickness of the air outside.
  • the results of the stu ⁇ fentownen can be verified.
  • a light reflected back from the second reflector provided for determining the refractive index of the processing medium is detected by the measuring head.
  • the refractive index of the processing medium can be determined in an independent measurement.
  • the light reflected back from the second reflector is detected by the second measuring head in order to determine the refractive index of the machining medium .
  • optical layer thicknesses and the refractive index of the processing medium are measured with different measuring heads, whereby the separation of different measuring signals and the subsequent analysis can be simplified.
  • the light wavelengths of the broadband light source are in the near-infrared range, preferably in the wavelength range from 950 nm to 2000 nm, in particular in the wavelength range from 1000 nm to 1200 nm.
  • semiconductor wafers in particular Si wafers, are optically transparent.
  • the broadband coherent light source may be selected from a group consisting of a light-emitting diode, a semiconductor superluminescent diode, an ASE source (optically pumped fiber-based amplified ed spontaneous emission source), an optically pumped pho tonic crystal laser and a tunable semiconductor quantum dot laser.
  • These light sources are well suited as light sources in the near infrared range.
  • the method comprises detecting the optical step height B of the processing medium by means of a measurement at the reference stage.
  • the detection of the optical step height of the processing medium takes place on the basis of a measurement at the reference stage with the second measuring head.
  • the geometric step height is previously determined in air with a monochrome interferometer.
  • the offset of the interference stiffeners provides the phase shift ⁇ modulo 2n or the geometric step height dR modulo ⁇ / 2.
  • the step height determined on the basis of a preliminary measurement already carried out in advance with a minimum accuracy of K / 2 can be determined with high precision.
  • the spectral interferometric method comprises a fanning out of the spectral distribution of the radiation detected by the measuring head using an optical grating.
  • the optical grating is well suited to spectrally fan out the light spectrum in the near-infrared range.
  • the reflection spectrum of the light received by the probe as a function of the wavelengths I ( ⁇ ) is measured by means of an array of photodetectors in the spectrometer and a spectrum I '(I / ⁇ ) as a function of Inverted wavelengths deter- mined.
  • a dispersion adjustment to refractive index is carried out when determining the refractive index of the processing medium.
  • interferometer phase determination is carried out when determining the refractive index of the processing medium.
  • an FFT filter method is carried out, in which first in the complex Fourier spectrum an environment around a certain one
  • Layer thickness peak is cut out and the rest of the spectrum is set to zero.
  • the spectral modulation is then determined to a single layer thickness and from there the interferometer phase.
  • the interferometer phase can be extracted directly from peaks of the complex Fourier spectrum.
  • n_measured ( ⁇ ) n ( ⁇ ) + N * ( ⁇ / dR)
  • the required absolute accuracy in measuring the Bre ⁇ chung indexes depends on the required accuracy of the di ⁇ ckenbetician of the semiconductor wafer.
  • a Zielgenauig ⁇ ness of the thickness measurement of the semiconductor wafer of 100 ppm and at an absolute accuracy of the optical measurement of the heights of 1 nm (as by phase-shifting interferometry using a He-Ne laser having a gain bandwidth of 1.5 GHz, and in the light wavelength of 632.816 nm ) is the minimum step height 10 ⁇ .
  • the maximum step height is chosen for uniqueness considerations and depends on how accurately you can determine the step height or the refractive index in a pre-measurement.
  • the interferometric uniqueness range depends on the wavelength and the refractive index of the medium from X / (2 * n). At a wavelength of 1.1 ⁇ and refractive index of 1.33 (What ⁇ ser) this results in 0.42 ⁇ or 4.2 percentile of 100 ⁇ step height.
  • an air gap of known thickness is measured and subjected to a phase evaluation.
  • a real-time calibration of the spectrometer can be carried out, whereby measurement inaccuracies caused by any drifts can be reduced.
  • Spectrometer be performed both during a machining operation and between two B workungsvortician.
  • the calibration can be carried out according to need, so that the measuring time can be used more efficiently for the controlled machining ⁇ processing, in particular in spectrometers which have low or slow drifts.
  • a comparison measurement is carried out on a reference stage in air for the control and comparison of a temperature-dependent spectrometer.
  • measurements at a reference stage - in particular at the reference stage provided in the second reflector or at an identical reference stage - in the air, are previously added different temperatures of the evaluation carried out under detection of the local temperature in the evaluation unit.
  • the recorded data on the temperature dependence of the evaluation unit can then be stored in a memory unit and read out in the evaluation of the measurement signals from the evaluation unit. In this way, the effects of temperature fluctuations on measurement results during evaluation can be taken into account and compensated.
  • Fig. 1 shows a processing apparatus of an embodiment of the invention in a first alignment state
  • FIG. 2 shows the processing device of FIG. 1 in a second orientation state
  • FIG. 3 shows the processing device of FIGS. 1 and 2 in a third orientation state. shows a second measuring point of a processing device according to a further embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a machining apparatus 45 for double-sided processing of a semiconductor wafer 1 according to one embodiment of the invention ⁇ in a first alignment state.
  • the processing device 45 is configured as a polishing apparatus in this example and comprises a system for Polie ⁇ ren of the semiconductor wafer 1 and a measuring device for measuring a thickness of the semiconductor wafer 1, in particular during a polishing operation.
  • the processing device 45 comprises an upper processing ⁇ surface 2 and a lower work surface 3, which are designed as Po ⁇ lier lake on.
  • the semiconductor wafer 1 having an upper surface 15 and a lower surface 16 is supported in a gap 4 between the polishing surfaces in a special holder (not shown).
  • the upper Po ⁇ lier Chemistry and the lower polishing surface are lined with an upper polishing cloth 9 and a lower polishing cloth 10th
  • the polishing cloths 9 and 10 have recesses 12 and 13 for passage of light.
  • the gap 4 has a processing medium 14.
  • the processing medium 14 water.
  • Water has a relatively well-known op ⁇ tables properties is available and easily accessible in the semiconductor manufacturing, especially for purification steps, in large quantities.
  • the processing device has a spectral
  • Broadband light source 17 which coherent for emitting Light of multiple wavelengths in a near-infrared region is formed.
  • the light source may be a tunable laser source.
  • the tunable light source may be by means of a oszillie ⁇ leaders micromechanics (oscillating micromechanics) tuned or tunable.
  • the upper processing surface 2 has a measuring point 5.
  • a recess 11 for receiving a measuring head 6 is provided.
  • the measuring head 6 has a window 8 with an outer surface 30 and is designed to emit the coherent light of several wavelengths and to receive at least a part of one of the reflector 7 and of the semiconductor wafer 1, in particular of an upper surface
  • the reflector 7 is formed in this example as a Reflektorplat ⁇ te on the bottom processing surface 3.
  • the measuring head 6 is coupled or connected to a spectrometer 19 by means of optical waveguides 21, 23.
  • the optical spectrum of the light detected by the measuring head can be determined with the aid of a photodetector, which measures the light intensity at different times I (ti) and outputs it to an evaluation unit.
  • the spectrum of the light I ( ⁇ ) detected by the measuring head can then be determined on the basis of a known time dependence of the light wave. lenare the swept source A (t) by the evaluation unit he ⁇ averages.
  • An optical coupler 20 couples the light source 17 to the measuring head 6 by means of the first optical waveguide 21 and a second Lichtwel ⁇ lenleiters 22 which connects the optical coupler 20 with the light source 17.
  • the coherent light of the light source 17 is the measuring head 6 on the second Lichtwel ⁇ lenleiter 22, the optical coupler 20 and the first light waveguide 21 is provided.
  • the measuring head 6 is arranged in a housing 18. Coherent light from the light source 17 and at least a part of the reflectors ⁇ oriented rays pass through through a window 8 of the housing 18, in which the window 8 is transparent for the light of the light source 17th In the embodiment shown, the window 8 is transparent to infrared light.
  • the radiation reflected from the upper and lower surfaces 15, 16 and the reflector plate 7 is the spectrometer 19 of the processing device 45 via the first optical waveguide 21 and a third optical waveguide 23, which couples the optical coupler 20 with the spectrometer 19, provided.
  • the spectrum of the reflected radiation is measured by means of an array of photodetectors (not shown) in the spectrometer as a function of the wavelengths I ( ⁇ ) and provided to an evaluation device 24 by means of a signal line 25 which couples the spectrometer 19 to the evaluation device 24 ,
  • the semiconductor wafer 1 Since in the alignment state shown in Fig. 1, the semiconductor wafer 1 is not in the light path between the measuring head 6 and the reflector plate 7, the water-filled distance between the window 8 and the reflector 7 can be measured directly spectrally interferometrically.
  • Fig. 2 shows the processing apparatus of Fig. 1 in a second alignment state.
  • the semiconductor wafer 1 is located between the reflector plate 7 and the measuring head 6.
  • the alignment out of the measuring head 6 ⁇ emitted light to the top surface 15 of the semiconductor wafer 1 is reflected on the lower surface 16 of the half lyre wafer 1 and on the surface of the reflector plate. This is schematically represented by arrows A and B.
  • the constellation of the measuring head 6 can detect the from the upper surface 15 of the semiconductor wafer 1 and the re ⁇ inflected from the lower surface 16 of the semiconductor wafer 1 light.
  • the optical layer thicknesses of the semiconductor wafer dw, and the optical layer thickness of the water above the semiconductor wafer 1 sl can be determined without impairing the measurement of the light reflected by the reflector 7.
  • FIG. 4 shows another measuring point of the processing apparatus according to another embodiment of the invention.
  • a reference stage is additionally provided 26, wherein the reference level is here formed as a reflector 7 'from ⁇ .
  • the reference level is here formed as a reflector 7 'from ⁇ .
  • the water level can also be formed as a water-filled translucent cuvette with a known layer thickness of the water.
  • the actual actual refractive index of the water can - also due to the addition of polishing agent, for example with grains of about 30 nm or by contamination, for example with the removed wafer material - deviate considerably from a nominal value.
  • a material with a low thermal expansion coefficient is used for the reference stage.
  • the reference level 26 made of quartz glass with a coefficient of thermal expansion of 0.5 x 10 ⁇ 6 1 / K out ⁇ leads.
  • the reference stage 26 can also be made of a material with an even lower coefficient of thermal expansion.
  • the reference level of glass ceramic on the Li20 / Al 2 03 / nSi0 2 basis is carried out with a thermal expansion coefficient almost equal to zero. For an undisturbed and accurate measurement it is ensured that the temperature and the composition of the water at the measuring points 5 and 5 'is the same, and that the surface of the reference level 26 is free of particles or deposits. Temperature sensors can be provided to record the current temperature at the measuring points.
  • the reference stage 26 In order to keep the surface of the reference stage 26 of particles or from ⁇ deposits free, they may be subjected during wafer processing or between wafer processing operations to ultrasonic cleaning with the aid of a ⁇ coupled to the processing device, in particular on a processing surface of the ultrasonic generator.
  • the measurement head 6 ' is connected to the spectrometer 19 by means Lichtwel ⁇ lenleiter 21', coupled or connected to 22, wherein the optical waveguides 21 and 21 'are dimensioned different in order to minimize signal cross-talk between different measurement heads.
  • Second reflecting surface 30 External surface of the window dO - geometric distance between the measuring head and the reflector plate

Abstract

The invention relates to a machining device for machining a semiconductor wafer (1) on both sides in a controlled manner, having a first rotatably mounted machining surface (2), on which a measuring point (5) is provided with a measuring head (6) that has a window (8) with an outer surface (30) in order to transmit and receive light from a broadband coherent light source (17), and a second machining surface (3) which together with the first machining surface (2) forms a gap (4) for receiving the semiconductor wafer (1) and which is provided with a reflector (7), wherein the gap (4) contains a fluid machining medium (14). The machining device (45) is designed such that the measuring head (6) and the reflector (7) can meet during the machining process such that at least one part of the light reflected back by the reflector (7) can be detected by the measuring head (6), and an analysis unit (24) is provided for ascertaining a thickness of the semiconductor wafer (1) by analyzing interference in a broadband spectral range between light wave components reflected by the outer surface (30) of the window (8) and by the reflector (7) or by the surfaces (15, 16) of the semiconductor wafer (1).

Description

Beschreibung description
Bearbeitungsvorrichtung und Verfahren zur kontrollierten beidseitigen Bearbeitung eines Halbleiterwafers Processing apparatus and method for controlled two-sided processing of a semiconductor wafer
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kontrollierten beidseitigen Bearbeitung, insbesondere durch Schleifen oder Polieren, eines Halbleiterwafers unter Erfassung seiner aktuellen absoluten Dicke. The present invention relates to an apparatus and method for controlled two-sided processing, in particular by grinding or polishing, of a semiconductor wafer while detecting its actual absolute thickness.
Es sind berührungslose optische Messverfahren zur Bestimmung der Dicke von Halbleiterwafern bekannt. Bei einseitigen Non-contact optical measurement methods for determining the thickness of semiconductor wafers are known. With one-sided
Schichtdickenmessungen wird die Dicke des Wafers mit Hilfe ei¬ nes optischen Messkopfes auf einer Seite des Wafers ermittelt. Für eine präzise Bestimmung der Waferdicke werden genaue Layer thickness measurements, the thickness of the wafer is determined using ei ¬ nes optical measuring head on one side of the wafer. Precise determination of wafer thickness will be accurate
Kenntnisse über die optischen Eigenschaften des Wafers benö¬ tigt, die nicht immer leicht zugänglich sind. So ist bei¬ spielsweise der Brechungsindex von Si dotierungs- und tempera¬ turabhängig und kann daher erheblich von Wafer zu Wafer aber auch während der Waferbearbeitung variieren. Knowledge of the optical properties of the wafer Need Beer ¬ Strengthens that are not always easily accessible. Thus, in ¬ play, the refractive index of Si doping and tempera ¬ turabhängig and may therefore significantly from wafer to wafer but also vary during wafer processing.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Dicke eines Halbleiterwafers während eines Schleifens mittels eines optischen Messverfahrens sind aus der WO2010037469 AI bekannt. Die Bearbeitungsvorrichtung weist eine obere Bearbeitungsflä¬ che, eine untere Bearbeitungsfläche, ein Aufnahmespalt dazwi¬ schen, in dem mehrere Läuferscheiben angeordnet sind, die in Ausnehmungen Werkstücke aufnehmen und mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzbar sind. Dabei wird die Dicke des Wafers mit Hilfe eines optischen Messverfahrens ermittelt. Da die für die Ermittlung der Dicke erforderlichen optischen Parameter nicht bekannt sind, werden für die Eichung der Messung in einem Kennfeld hinterlegte Werte herangezogen. Die Eichung bzw. die Hinterlegung der Werte im Kennfeld müsste dann für jede Anlage sowie für unterschiedliche Bearbeitungsbedingungen separat erfolgen, was aufwändige Eichvorgänge erfordert und eine große Messungsunsicherheit mit sich bringt. A method and a device for monitoring the thickness of a semiconductor wafer during grinding by means of an optical measuring method are known from WO2010037469 AI. The processing device has an upper Bearbeitungsflä ¬ che, a lower processing surface, a receiving gap dazwi ¬ rule, in which a plurality of carriers are arranged, which receive workpieces in recesses and are offset by means of a rolling device in rotation. The thickness of the wafer is determined by means of an optical measuring method. Since the optical parameters required to determine the thickness are not known, calibration is used for the calibration Values stored in a map are used. The calibration or the storage of the values in the map would then have to be done separately for each plant as well as for different processing conditions, which requires complex calibration procedures and entails a large measurement uncertainty.
Die Druckschrift US 6,142,855 beschreibt eine Vorrichtung und eine Methode zum Polieren eines Materials unter spektralinter- ferometrischer Dickenmessung des zu polierenden Materials. The document US Pat. No. 6,142,855 describes an apparatus and a method for polishing a material under spectral interferometric thickness measurement of the material to be polished.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bearbei¬ tungsvorrichtung und ein Verfahren zur kontrollierten beidseitigen Bearbeitung eines Halbleiterwafers bereitzustellen, die es erlauben, eine aktuelle Dicke des Halbleiterwafers auf ein- fache und zuverlässige Weise während der Bearbeitung zu be¬ stimmen . The object of the present invention is to provide a machining ¬ processing apparatus and method for the controlled double-sided processing of a semiconductor wafer, which allow to tune a current thickness of the semiconductor wafer in a simple and reliable manner during the processing to be ¬.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Bearbeitungsvorrichtung zur kontrollierten beidsei- tigen Bearbeitung eines Halbleiterwafers gelöst, die eine ers¬ te drehbar gelagerte Bearbeitungsfläche, an der eine Messstel¬ le mit einem ein Fenster (8) mit einer Außenfläche (30) aufweisenden Messkopf zum Aussenden und Empfangen eines Lichtes von einer breitbandigen kohärenten Lichtquelle vorgesehen ist, und eine mit der ersten Bearbeitungsfläche einen Spalt zur Aufnahme des Halbleiterwafers bildende mit einem Reflektor versehene zweite Bearbeitungsfläche aufweist, wobei der Spalt ein fluides Bearbeitungsmedium enthält, und wobei die Bearbei¬ tungsvorrichtung so ausgebildet ist, dass während der Bearbei- tung der Messkopf und der Reflektor sich derart begegnen können, dass wenigstens ein Teil eines von dem Reflektor bzw. von Oberflächen des Halbleiterwafers zurückreflektierten Lichtes vom Messkopf erfassbar ist, so dass ein Reflektionsspektrumdes vom Messkopf erfassten zurückreflektierten Lichtes ermittelbar ist. Ferner ist eine Auswerteeinheit zum Ermitteln einer Dicke des Halbleiterwafers mittels Analysierens von Interferenzen in einem breitbandigen Spektralbereich zwischen von der Außenfläche des Fensters und von dem Reflektor bzw. von den Oberflä¬ chen des Halbleiterwafers reflektierten Teilwellen des Lichtes vorgesehen . According to a first aspect of the invention, this object is achieved by a processing device for the controlled on both ends term processing a semiconductor wafer having a ers ¬ te rotatably mounted machining surface on which a measuring Stel ¬ le with a window (8) having an outer surface (30) having a measuring head for emitting and receiving a light from a broadband coherent light source is provided, and having a first processing surface with a gap for receiving the semiconductor wafer forming formed with a reflector second processing surface, wherein the gap contains a fluid processing medium, and wherein the Bearbei ¬ is formed so that during machining of the measuring head and the reflector can meet such that at least a portion of a reflected back from the reflector or surfaces of the semiconductor wafer light can be detected by the measuring head, so that a Reflektsserspktrumder detected by the measuring head back-reflected light can be determined. Further, an evaluation unit for determining a thickness of the semiconductor wafer by means of analyzing interference in a broadband spectral range reflected from the outer surface of the window and from the reflector or from the Oberflä ¬ surfaces of the semiconductor wafer portion of the light waves is provided.
Unter breitbandiger Lichtquelle wird eine in einem breiten Spektralbereich emittierende Lichtquelle verstanden, die eine spektrale Breitband-Lichtquelle aber auch eine schmalbandige jedoch in einem breiten Spektralbereich durchstimmbare Lichtquelle sein kann. A broadband light source is understood to mean a light source emitting in a broad spectral range, which may be a broadband spectral light source but also a narrowband light source that can be tuned in a broad spectral range.
Unter Kohärenz der Lichtquelle wird im Falle der spektralen Breitband-Lichtquelle eine räumliche Kohärenz in dem Sinne verstanden, dass nach einer spektralen Auffächerung des Lichtes in ausreichend schmale Spektralbereiche - beispielsweise in einzelne Gauß-Modi - interferometrische Messungen von Weg¬ unterschieden im mm-Bereich durchführbar sind. Under coherence of the light source, a spatial coherence is meant in the sense in the case of spectral broadband light source that after a spectral fanning out the light in a sufficiently narrow spectral regions - distinguished interferometric measurements of distance ¬ feasible in the mm range - for example, in single Gaussian modes are.
Im Falle einer wellenlängendurchstimmbaren Lichtquelle (swept source) wird darunter eine ausreichende zeitliche Kohärenz verstanden, die Durchführung einer swept source OCT (optical coherence tomography) erlaubt. In the case of a wavelength-tunable light source (swept source), this is understood to mean sufficient temporal coherence, which allows a swept source OCT (optical coherence tomography) to be carried out.
Mit der Bearbeitungsvorrichtung kann durch eine einseitige optische Messung die absolute Dicke des Halbleiterwafers während der beidseitigen Bearbeitung mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, ohne dabei den Bearbeitungsprozess unterbrechen zu müssen . In einer Aus führungs form der Erfindung ist die Bearbeitungsvorrichtung derart ausgebildet, dass sich der Messkopf und der Reflektor in einem ersten Ausrichtungszustand und in einem zweiten Ausrichtungszustand begegnen können, wobei im ersten Ausrichtungszustand der Lichtweg zwischen dem Messkopf und dem Reflektor frei vom Halbleiterwafer ist, und in dem zweiten Ausrichtungszustand der Halbleiterwafer im Lichtweg zwischen dem Messkopf und dem Reflektor liegt. With the processing device, the absolute thickness of the semiconductor wafer can be determined during the two-sided processing with high accuracy by a one-sided optical measurement, without having to interrupt the processing process. In one embodiment of the invention, the processing device is designed such that the measuring head and the reflector can meet in a first alignment state and in a second alignment state, wherein in the first alignment state the light path between the measurement head and the reflector is free of the semiconductor wafer, and is in the second alignment state of the semiconductor wafer in the light path between the measuring head and the reflector.
Im ersten Ausrichtungszustand kann somit die optische Schicht¬ dicke sO des Bearbeitungsmediums zwischen dem Messkopf und dem Reflektor und im zweiten Ausrichtungszustand können optische Schichtdicken sl und s2 des Bearbeitungsmediums auf beiden Seiten des Halbleiterwafers bestimmt werden. In the first alignment state thus the optical film thickness ¬ sO the processing medium between the measuring head and the reflector and in the second orientation state can be determined on both sides of the semiconductor wafer optical layer thicknesses sl and s2 of the working medium.
Unter Kenntnis des Brechungsindexes des Bearbeitungsmediums n kann auf diese Weise die geometrische Dicke dw des Halbleiter- wafers direkt bestimmt werden dw = ( s0-sl-s2 ) /n, ohne über den Brechungsindex oder Dispersionseigenschaften des Halbleiter- wafers bzw. über ihre Temperaturabhängigkeit etwas wissen zu müssen . Knowing the refractive index of the processing medium n, the geometric thickness dw of the semiconductor wafer can be determined directly in this way dw = (s0-sl-s2) / n, without anything about the refractive index or dispersion properties of the semiconductor wafer or about their temperature dependence to know.
In einer Ausgestaltung der Bearbeitungsvorrichtung ist der Messkopf in einer Ausnehmung in einer der Bearbeitungsflächen versenkt . In one embodiment of the processing device, the measuring head is sunk in a recess in one of the processing surfaces.
Durch die Versenkung des Messkopfes in der Ausnehmung in einer der Bearbeitungsfläche wird gewährleistet, dass die Bearbei- tung des Halbleiterwafers vom Messkopf nicht beeinträchtigt wird . In einer Aus führungs form der Erfindung sind die beiden Bearbeitungsflächen synchron und gegenläufig drehbar, so dass bei einer vollen Umdrehung einer der Bearbeitungsflächen die Messstelle und der Reflektor sich zweimal begegnen können. The sinking of the measuring head in the recess in one of the processing surface ensures that the processing of the semiconductor wafer from the measuring head is not impaired. In one embodiment of the invention, the two processing surfaces are synchronous and counterrotatable, so that during a full revolution of one of the processing surfaces, the measuring point and the reflector can meet twice.
In dieser Aus führungs form sind die Zeitpunkte der Begegnung des Reflektors und des Messkopfs genau vorhersehbar, wodurch die Synchronisierung der Bearbeitung mit der Messung und mit der Auswertung auf einfache Weise realisierbar ist. In this embodiment, the times of encounter of the reflector and the measuring head are precisely predictable, whereby the synchronization of the processing with the measurement and with the evaluation can be realized in a simple manner.
In einer Aus führungs form der Erfindung ist eine Platte mit einer Ausnehmung zur Halterung des Halbleiterwafers vorgesehen, die den Halbleiterwafer im Spalt zwischen der oberen und der unteren Bearbeitungsflächen festhält. In one embodiment of the invention, a plate is provided with a recess for holding the semiconductor wafer, which holds the semiconductor wafer in the gap between the upper and the lower processing surfaces.
Durch das Festhalten des Halbleiterwafers kann die Bewegung des Halbleiterwafers während der beidseitigen Bearbeitung bezüglich der Bearbeitungsflächen besser kontrolliert werden. By holding the semiconductor wafer, the movement of the semiconductor wafer during the two-sided processing with respect to the processing surfaces can be better controlled.
In einer Aus führungs form der Erfindung weist die Bearbeitungsvorrichtung einen zweiten Reflektor zur Bestimmung des Brechungsindexes des Bearbeitungsmediums an der zweiten Bearbei¬ tungsfläche auf, wobei sich der Messkopf und der zweite Re¬ flektor derart begegnen können, dass wenigstens ein Teil eines von dem Messkopf ausgesandten und von dem zweiten Reflektor zurückreflektierten Lichtes vom Messkopf erfassbar ist. In one disclosed embodiment of the invention the processing device comprises a second reflector for determining the refractive index of the processing medium at the second machining ¬ processing surface, wherein the measuring head and the second Re ¬ Flektor may meet such that at least a portion of a radiation emitted by the measuring head and light reflected back from the second reflector is detectable by the measuring head.
Somit wird ein dedizierter zweiter Reflektor zur Bestimmung des Brechungsindexes des Bearbeitungsmediums bereitgestellt, der auf die Bestimmung des Brechungsindexes des Bearbeitungs¬ mediums hin ausgelegt werden kann, so dass der Brechungsindex des Bearbeitungsmediums in einer unabhängigen Messung bestimmt werden kann. Thus, a dedicated second reflector for determining the refractive index of the processing medium is provided, which can be designed to determine the refractive index of the processing ¬ medium out, so that the refractive index of the machining medium can be determined in an independent measurement.
In einer Aus führungs form der Erfindung weist die Bearbeitungsvorrichtung eine zweite Messstelle mit einem zweiten Messkopf zur Bestimmung eines Brechungsindexes des Bearbeitungsmediums an einer der Bearbeitungsflächen und einen zweiten Reflektor an der gegenüberliegenden Bearbeitungsfläche auf, wobei sich der zweite Messkopf und der zweite Reflektor während der Bear¬ beitung derart begegnen können, dass wenigstens ein Teil eines von dem zweiten Messkopf ausgesandten Lichtes vom zweiten Messkopf erfassbar ist. In one embodiment of the invention, the processing device has a second measuring point with a second measuring head for determining a refractive index of the processing medium on one of the processing surfaces and a second reflector on the opposite processing surface, wherein the second measuring head and the second reflector during the bear ¬ Be encounter processing such that at least a portion of a light emitted from the second measuring head light from the second measuring head can be detected.
Somit können die optischen Schichtdicken und der Brechungsindex des Bearbeitungsmediums mit unterschiedlichen Messköpfen gemessen, wodurch das Auseinanderhalten von verschiedenen Messsignalen und die nachfolgende Analyse vereinfacht werden kann . Thus, the optical layer thicknesses and the refractive index of the processing medium can be measured with different measuring heads, whereby the separation of different measuring signals and the subsequent analysis can be simplified.
Gemäß einer Aus führungs form der Erfindung umfasst der zweite Reflektor mindestens zwei reflektierende Flächen und einen Raum mit einer bekannten geometrischen Höhe zur Aufnahme des Bearbeitungsmediums auf. According to one embodiment of the invention, the second reflector comprises at least two reflecting surfaces and a space with a known geometric height for receiving the processing medium.
In dieser Aus führungs form ist der aktuelle Brechungsindex n des Bearbeitungsmediums aus dem Verhältnis einer spektralin- terferometrisch ermittelten optischen Raumhöhe zur bekannten geometrischen Raumhöhe sR/dR unmittelbar bestimmbar. In this embodiment, the current refractive index n of the processing medium can be determined directly from the ratio of a spectrally determined optical space height to the known geometric space height sR / dR.
Gemäß einer Aus führungs form der Erfindung ist der zweite Reflektor als Referenzstufe ausgeführt. Die Referenzstufe weist eine erste reflektierende Fläche, eine zweite reflektierende Fläche und eine Stufenkante mit einer bekannten Stufenhöhe dR auf . According to one embodiment of the invention, the second reflector is designed as a reference stage. The reference stage has a first reflective surface, a second reflective surface Surface and a step edge with a known step height dR on.
In dieser Aus führungs form ist der aktuelle Brechungsindex des Bearbeitungsmediums n aus dem Verhältnis einer spektralinter- ferometrisch ermittelten optischen Stufenhöhe zur bekannten geometrischen Stufenhöhe sR/dR unmittelbar bestimmbar. In this embodiment, the current refractive index of the processing medium n can be determined directly from the ratio of a spectrally interferometrically determined optical step height to the known geometric step height sR / dR.
Durch die Messung der optischen Stufenhöhe sR kann die Unsicherheit über den Brechungsindex des Bearbeitungsmediums in den Messungen der optischen Schichtdicken sO, sl, s2 eliminiert werden. Man kann die optische Schichtdicke auf die geo¬ metrische Schichtdicke direkt umrechnen: d (i) = s (i) * dR/sR By measuring the optical step height sR, the uncertainty about the refractive index of the processing medium in the measurements of the optical layer thickness s0, s1, s2 can be eliminated. The optical layer thickness can be directly converted to the geometric layer thickness: d (i) = s (i) * dR / sR
Damit bekommt man direkt die geometrische Schichtdicke des Wafers auf einfache Weise, ohne dessen Brechungsindex kennen zu müssen, denn dw = dO - dl - d2. This gives you a direct way to get the geometrical layer thickness of the wafer without having to know its refractive index, because dw = dO - dl - d2.
In einer Aus führungs form der Erfindung weist die Referenzstufe eine hochgenau bekannte geometrische Stufenhöhe auf, sodass der jeweils aktuelle Wert des Brechungsindexes des Bearbei¬ tungsmediums, der im Allgemeinen weilenlängen-, zusammenset- zungs- und temperaturabhängig ist, hochgenau bestimmt werden kann, wodurch eine hochgenaue Bestimmung der aktuellen Dicke des Halbleiterwafers ermöglicht wird. In einer Aus führungs form der Erfindung ist die Stufenkante der Referenzrichtung radial bezüglich einer Drehrichtung der Bearbeitungsflächen ausgebildet. Durch die derartige radiale Anordnung der Stufenkante kann das von den unterschiedlichen reflektierenden Flächen des zweiten Reflektors zurückreflektierte Licht zeitlich getrennt erfasst werden . Somit kann durch eine zeitlich aufgelöste Auswertung des zurückreflektierten Lichtes die von der ersten reflektierenden Fläche und von der zweiten reflektierenden Fläche zurückreflektierten Lichtanteile zur Bestimmung der optischen Stufenhöhe des Bearbeitungsmediums klar voneinander getrennt werden. In one disclosed embodiment of the invention, the reference step, a highly precisely known geometric step height on so that the current value of the refractive index of the machining ¬ processing medium, the weilenlängen- generally composi-, MENT and is temperature dependent, can be determined with high precision, whereby a highly accurate determination of the actual thickness of the semiconductor wafer is made possible. In one embodiment of the invention, the step edge of the reference direction is formed radially with respect to a direction of rotation of the processing surfaces. As a result of the radial arrangement of the step edge, the light reflected back from the different reflecting surfaces of the second reflector can be detected separately in time. Thus, the portions of light reflected back from the first reflecting surface and from the second reflecting surface for determining the optical step height of the processing medium can be clearly separated from one another by a time-resolved evaluation of the reflected-back light.
In einer Aus führungs form der Erfindung ist die Stufenkante der Referenzrichtung tangential bezüglich einer Drehrichtung der Bearbeitungsflächen ausgebildet. Bedingt durch einen endlichen Querschnitt des auf den zweiten Reflektor gerichteten Lichtstrahls enthält das vom zweiten Reflektor zurückreflektierte Licht von der ersten reflektierenden Fläche und von der zweiten reflektierenden Fläche zurückreflektierte Anteile, sodass durch spektralinterferometische Analyse des reflektierten Lichtes auf die der geometrischenIn one embodiment of the invention, the step edge of the reference direction is formed tangentially with respect to a direction of rotation of the processing surfaces. Due to a finite cross section of the light beam directed onto the second reflector, the light reflected back from the second reflector contains portions reflected back from the first reflecting surface and from the second reflecting surface, so that the spectral interferometric analysis of the reflected light matches that of the geometrical
Stufenhöhe der Referenzstufe entsprechende optische Stufenhöhe des Bearbeitungsmediums zurückgeschlossen werden kann. Step height of the reference level corresponding optical step height of the processing medium can be deduced.
In einer Aus führungs form der Erfindung liegt die geometrische Stufenhöhe der Referenzstufe im Bereich von 5 μπι bis 500 μπι, insbesondere im Bereich von 10 μπι bis 100 μπι. Durch die Wahl der geometrischen Stufenhöhe in dem angegebenen Bereich kann die der geometrischen Stufenhöhe entsprechende optische Stufenhöhe des Bearbeitungsmediums interferometrisch auf eindeutige Weise mit ausreichender Absolutgenauigkeit be¬ stimmt werden. In one embodiment of the invention, the geometric step height of the reference stage is in the range from 5 μπι to 500 μπι, in particular in the range of 10 μπι to 100 μπι. By choosing the geometric step height in the specified range, the geometric step height corresponding optical step height of the processing medium can be interferometrically in a unique manner with sufficient absolute accuracy be ¬ agrees.
In einer Aus führungs form der Erfindung sind die Bearbeitungsflächen als mit Poliertüchern ausgestattete Polierscheiben ausgebildet, wobei die Poliertücher an geeigneten Stellen Aus sparungen zum Lichtdurchgang aufweisen. In one embodiment of the invention, the processing surfaces are formed as polishing pads equipped with polishing pads, wherein the polishing cloths at appropriate points savings from the passage of light.
Die Aussparungen in den Poliertüchern dienen dazu, dass der Strahlengang des Lichtes zwischen einem Messkopf und einem flektor durch Poliertücher nicht gestört wird. The recesses in the polishing cloths serve to ensure that the beam path of the light between a measuring head and a reflector is not disturbed by polishing cloths.
Gemäß einer Aus führungs form der Erfindung sind die Reflektoren und die dazugehörigen Aussparung im Poliertuch auf der einen Polierscheibe auf dem gleichem Radius wie die entsprechenden Messköpfe und die dazugehörigen Aussparungen auf der anderen PoIierscheibe . According to an embodiment of the invention, the reflectors and the associated recess in the polishing cloth on one polishing pad are at the same radius as the corresponding measuring heads and the corresponding recesses on the other polishing disk.
Dadurch wird gewährleistet, dass sich der Messkopf und der Re flektor bei einer kreisförmigen koaxialen Bewegung der Polier Scheiben zwangsläufig begegnen. This ensures that the measuring head and the reflector Re inevitably encounter in a circular coaxial movement of the polishing discs.
Gemäß einer Aus führungs form der Erfindung ist die Bearbeitungsanlage derart synchronisiert, dass bei der Erfassung des Lichtes durch die Messköpfe eindeutig erfassbar ist, welcher Reflektor welchem Messkopf gegenübersteht. Dadurch können die erfassten Lichtspektren dem jeweiligen Ausrichtungszustand der Bearbeitungsanlage eindeutig zugeordnet werden, so dass die relative Stellung der Messköpfe und der Reflektor-Aussparungen im unteren Poliertuch bekannt ist. According to one embodiment of the invention, the processing system is synchronized in such a way that, when the light is detected by the measuring heads, it can be clearly detected which reflector faces which measuring head. As a result, the detected light spectra can be unambiguously assigned to the respective alignment state of the processing system, so that the relative position of the measuring heads and the reflector recesses in the lower polishing cloth is known.
Dadurch kann unter anderem vermieden werden, dass Messungen in Zwischenstellungen durchgeführt werden, die nicht für die Messung und Auswertung vorgesehen sind. As a result, inter alia, it can be avoided that measurements are carried out in intermediate positions which are not intended for the measurement and evaluation.
In einer weiteren Aus führungs form der Erfindung ist das von dem Messkopf erfasste Licht zusätzlich in einem dritten Ausrichtungszustand messbar, in dem sich unterhalb des Messkopfes der Halbleiterwafer aber nicht die Reflektorplatte befindet. In a further embodiment of the invention, the light detected by the measuring head can additionally be measured in a third alignment state in which the reflector wafer is not located below the measuring head of the semiconductor wafer.
In dem dritten Ausrichtungszustand kann eine Messung des vom Messkopf erfassten Lichtes durchgeführt werden, in dem die op¬ tische Schichtdicke des Bearbeitungsmediums oberhalb des Halb- leiterwafers getrennt erfasst werden kann. Diese zusätzliche Messung kann als Kontrollmessung zur Bestimmung der optischen Schichtdicke des Bearbeitungsmediums oberhalb des Halbleiter- wafers herangezogen werden, da die Messung durch das von der Reflektorplatte zurückreflektierten Licht nicht gestört wird. In the third orientation state measurement of the detected light from the measuring head can be performed in which the op ¬ diagram film thickness of the processing medium can be detected semiconductor wafer separated above the half. This additional measurement can be used as a control measurement for determining the optical layer thickness of the processing medium above the semiconductor wafer, since the measurement is not disturbed by the light reflected back from the reflector plate.
In einer Aus führungs form der Erfindung ist als Bearbeitungsmedium Wasser vorgesehen. Optische Eigenschaften des Wassers sind verhältnismäßig gut bekannt. Zudem ist Wasser leicht zu¬ gänglich und ist in der Halbleiterfertigung, speziell für Reinigungsschritte, in großen Mengen verfügbar. In one embodiment of the invention, water is provided as the processing medium. Optical properties of the water are relatively well known. In addition, water is easily accessible ¬ and is available in semiconductor manufacturing, especially for purification steps, in large quantities.
In einer Aus führungs form der Erfindung liegen die Lichtwellenlängen der breitbandigen kohärente Lichtquelle im Nah- Infrarot-Bereich, vorzugsweise im Wellenlängenbereich von 950 nm bis 2000 nm, insbesondere im Wellenlängenbereich von 1000 nm bis 1200 nm. In one embodiment of the invention, the light wavelengths of the broadband coherent light source are in the near infrared range, preferably in the wavelength range of 950 nm to 2000 nm, in particular in the wavelength range of 1000 nm to 1200 nm.
In diesem Wellenlängenbereich sind Halbleiterwafer insbesondere Si-Wafer optisch transparent. In this wavelength range, semiconductor wafers, in particular Si wafers, are optically transparent.
Die breitbandige kohärente Lichtquelle kann ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend aus einer Leuchtdiode, einer Halb- leiter-Superlumineszenz-Diode, einer ASE-Quelle (optically pumped fiber based amplified spontaneous emission source) , ei¬ nem optisch gepumpten photonischen Kristall-Laser sowie einem abstimmbaren Halbleiter-Quantendot-Laser . The broadband coherent light source may be selected from the group consisting of a light emitting diode, a semi- conductor superluminescent diode, an ASE source (optically pumped fiber based amplified spontaneous emission source), egg ¬ nem optically pumped photonic crystal laser, and a tunable semiconductor quantum dot laser.
Diese Lichtquellen eignen sich gut als Lichtquellen im nahen Infrarotbereich. These light sources work well as near infrared light sources.
In einer ausführungsform der Erfindung wird ein Spektrometer zur Ermittlung des Spektrums des vom Messkopf erfassten Lichtes vorgesehen. In one embodiment of the invention, a spectrometer is provided for determining the spectrum of the light detected by the measuring head.
Der Einsatz des Spektrometers erlaubt es, breitbandige im re¬ levanten Spektralbereich nicht durchstimmbare Lichtquellen zu verwenden . The use of the spectrometer allows to use wide-band tunable not in re ¬-relevant spectral light sources.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist das Spektrometer ein optisches Gitter auf, ausgebildet zum Auffächern der spektralen Verteilung der von dem Messkopf erfassten reflektierten Strahlung. In one embodiment of the invention, the spectrometer has an optical grating, designed to fan out the spectral distribution of the reflected radiation detected by the measuring head.
Das optische Gitter ist gut dafür geeignet, das Lichtspektrum im Nah-Infrarot-Bereich spektral aufzufächern. Im Falle einer swept source OCT kann das optische Spektrum des vom Messkopf erfassten Lichtes mit Hilfe eines Photodetektors ermittelt werden, der die Lichtintensität zu unterschiedlichen Zeitpunkten I (t) misst und an die Auswerteeinheit zur Ermitt¬ lung des Spektrums I (λ) des vom Messkopf erfassten Lichtes an¬ hand einer bekannten zeitlichen Abhängigkeit der Lichtwellenlänge der swept source A(t) ausgibt. The optical grating is well suited to spectrally fan out the light spectrum in the near-infrared range. In the case of a swept source OCT, the optical spectrum of the detected from the probe light with the aid of a photodetector can be determined, which measures the light intensity at different times I (t) and to the evaluation unit to iden ¬ development of the spectrum I (λ) of the measuring head detected light ¬ hand out of a known temporal dependence of the wavelength of the light source swept source A (t) outputs.
Gemäß einer Aus führungs form der Erfindung ist der Messkopf in einem wasserdichten Gehäuse angeordnet, das ein für das Licht der Lichtquelle transparentes Fenster aufweist. According to one embodiment of the invention, the measuring head is arranged in a watertight housing which has a window transparent to the light of the light source.
Der Messkopf kann somit zusammen mit dem Fenster in der dafür vorgesehene Ausnehmung in der oberen Bearbeitungsfläche einge- setzt werden. The measuring head can thus be used together with the window in the recess provided in the upper working surface.
Das wasserdichte Gehäuse schützt den Messkopf vor Eindringen des Bearbeitungsmediums. The watertight housing protects the measuring head against penetration of the processing medium.
In einer Aus führungs form der Erfindung ist eine weitere Messstelle vorgesehen, die den Abstand zwischen der oberen Bearbeitungsfläche und der unteren Bearbeitungsfläche in Luft misst . In one embodiment of the invention, a further measuring point is provided which measures the distance between the upper processing surface and the lower processing surface in air.
Wegen der präzisen Lagerung der Bearbeitungsanlage kann man von dem an dieser Stelle gemessenen Abstand auf die geometrische Dicke dO des Spalts zwischen dem Messkopf und der Reflek¬ torplatte am Ort der ersten Messstelle schließen. Aus der geo¬ metrischen Dicke dO und der entsprechenden optischen Dicke sO kann dann der Brechungsindex des Bearbeitungsmediums n über die Beziehung sO = n*d0 präzise bestimmt und bei der Ermitt¬ lung der Dicke des Halbleiterwafers dw berücksichtigt werden. In einer Aus führungs form der Erfindung ist die zweite Messstelle weit außen auf der Polierscheibe angebracht. Im Außenbereich der Polierscheibe bzw. der Bearbeitungsfläche ist es relativ leicht, den Spalt frei vom Bearbeitungsmedium bzw. Halbleiterwafer zu bekommen, um die Messung in der Luft durchführen zu können. Gemäß einer Aus führungs form der Erfindung ist die Bearbeitungsvorrichtung so ausgebildet, dass eine Charge von mehreren Halbleiterwafern bearbeitbar ist, und dass jeder einzelne Halbleiterwafer der Charge zu einem bestimmten Zeitpunkt derart an der Messstelle eintreffen kann, dass die Dicke jedes einzelnen Halbleiterwafers der Charge erfassbar ist. Because of the precise storage of the processing system can be concluded from the distance measured at this point on the geometric thickness dO of the gap between the measuring head and the reflector ¬ gate plate at the location of the first measuring point. The refractive index of the processing medium can then n about the relationship sO = ¬ from the geo metrical thickness dO and the corresponding optical thickness of n d0 sO be accurately determined and taken into account when Determined ¬ averaging the thickness of the semiconductor wafer dw *. In one embodiment of the invention, the second measuring point is mounted far out on the polishing pad. In the outer region of the polishing disk or the processing surface, it is relatively easy to get the gap free of the processing medium or semiconductor wafer in order to carry out the measurement in the air. According to an embodiment of the invention, the processing device is designed so that a batch of multiple semiconductor wafers can be processed, and that each individual semiconductor wafer of the batch can arrive at the measuring point at a specific time such that the thickness of each individual semiconductor wafer of the batch can be detected ,
Dadurch kann in einer einzigen Bearbeitungsvorrichtung mehrere Halbleiterwafer gleichzeitig kontrolliert bearbeitet werden. Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur beidseitigen Bearbeitung eines Halbleiterwafers in einer Bearbeitungsvorrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen, das folgende Schritte umfasst: As a result, a plurality of semiconductor wafers can be processed simultaneously in a single processing device in a controlled manner. According to a second aspect of the invention, a method for double-sided processing of a semiconductor wafer in a processing apparatus according to the first aspect of the invention is provided, comprising the following steps:
- Aussenden des breitbandigen kohärenten Lichtes mit mehreren Wellenlängen aus dem Messkopf;  - emitting the multi-wavelength broadband coherent light from the measuring head;
- Empfangen mit dem Messkopf wenigstens eines Teils eines zurückreflektierten Lichtes;  Receiving with the measuring head at least part of a back-reflected light;
- Ermitteln einer Dicke des Halbleiterwafers mittels Analysierens des von dem Messkopf erfassten zurück- reflektierten Lichtes unter Verwendung eines optischen spektralinterferometrischen Verfahrens. Das Verfahren erlaubt es, durch eine einseitige optische Mes¬ sung die absolute Dicke des Halbleiterwafers während der beid¬ seitigen Bearbeitung des Halbleiterwafers zu bestimmen, ohne dabei den Bearbeitungsprozess unterbrechen zu müssen. Determining a thickness of the semiconductor wafer by analyzing the reflected light detected by the probe using an optical spectral interferometric method. The method allows to carry a one-sided optical Mes ¬ solution the absolute thickness of the semiconductor wafer during the beid ¬-side processing of the semiconductor wafer to determine, without having to interrupt the machining process.
In einer Aus führungs form der Erfindung wird das zurückreflektierte Licht in dem ersten Ausrichtungszustand und in dem zweiten Ausrichtungszustand empfangen. In one embodiment of the invention, the back-reflected light is received in the first alignment state and in the second alignment state.
Im ersten Ausrichtungszustand kann eine optische Schichtdicke sO des Bearbeitungsmediums zwischen dem Messkopf und dem Re¬ flektor ermittelt werden und in dem zweiten Ausrichtungszu¬ stand können optische Dicken sl und s2 des Bearbeitungsmediums auf beiden Seiten des Halbleiterwafers ermittelt werden. In the first orientation state of an optical film thickness So of the processing medium between the measuring head and the Re ¬ Flektor can be determined and in the second Ausrichtungszu ¬ stand optical thicknesses can sl and s2 of the machining fluid are determined on both sides of the semiconductor wafer.
Anhand der in dem ersten Ausrichtungszustand und in dem zwei¬ ten Ausrichtungszustand ermittelten optischen Dicken kann unter Kenntnis des Brechungsindexes des Bearbeitungsmediums n die absolute geometrische Dicke des Halbleiterwafers dw = (sO - sl - s2)/n berechnet werden, ohne dabei über den Brechungs¬ index oder Dispersionseigenschaften des Halbleiterwafers oder über deren Temperaturabhängigkeit etwas wissen zu müssen. Based on the determined in the first alignment state, and in which two ¬ th alignment state optical thicknesses of the absolute geometrical thickness of the semiconductor wafer dw may with knowledge of the refractive index of the processing medium n = (sO - sl - s2) / n can be calculated without via the refractive ¬ index or dispersion properties of the semiconductor wafer or about their temperature dependence to know something.
Um den Brechungsindex n des Bearbeitungsmediums eindeutig be¬ stimmen zu können, wird alternativ oder zusätzlich eine Messung der optischen Schichtdicke des Bearbeitungsmediums im In¬ nenbereich sO mit der Messung der optischen Schichtdicke der Luft im Außenbereich abgeglichen. Durch den Abgleich dieser beiden Messungen können beispielsweise die Ergebnisse der Stu¬ fenmessungen verifiziert werden. In einer Aus führungs form der Erfindung wird vom Messkopf ein von dem zweiten zur Bestimmung des Brechungsindexes des Bearbeitungsmediums vorgesehenen Reflektor zurückreflektiertes Licht Erfasst. To the refractive index n of the processing medium clearly be ¬ agree, is alternatively or additionally synchronized measurement of the optical layer thickness of the medium in the processing in ¬ suitable for indoor sO with the measurement of the optical layer thickness of the air outside. By comparing these two measurements, for example, the results of the stu ¬ fenmessungen can be verified. In one embodiment of the invention, a light reflected back from the second reflector provided for determining the refractive index of the processing medium is detected by the measuring head.
Auf diese Weise kann der Brechungsindex des Bearbeitungsmedi¬ ums in einer unabhängigen Messung bestimmt werden. In this way, the refractive index of the processing medium can be determined in an independent measurement.
Gemäß einer Aus führungs form der Erfindung wird zur Bestimmung des Brechungsindexes des Bearbeitungsmediums das von dem zwei ten Reflektor zurückreflektierte Licht von dem zweiten Mess¬ kopf erfasst. According to one embodiment of the invention, the light reflected back from the second reflector is detected by the second measuring head in order to determine the refractive index of the machining medium .
Somit werden die optischen Schichtdicken und der Brechungsindex des Bearbeitungsmediums mit unterschiedlichen Messköpfen gemessen, wodurch das Auseinanderhalten von verschiedenen Messsignale und die nachfolgende Analyse vereinfacht werden kann . Thus, the optical layer thicknesses and the refractive index of the processing medium are measured with different measuring heads, whereby the separation of different measuring signals and the subsequent analysis can be simplified.
In einer Aus führungs form der Erfindung liegen die Lichtwellen längen der breitbandigen Lichtquelle im Nah-Infrarot-Bereich, vorzugsweise im Wellenlängenbereich von 950 nm bis 2000 nm, insbesondere im Wellenlängenbereich von 1000 nm bis 1200 nm. In one embodiment of the invention, the light wavelengths of the broadband light source are in the near-infrared range, preferably in the wavelength range from 950 nm to 2000 nm, in particular in the wavelength range from 1000 nm to 1200 nm.
In diesem Wellenlängenbereich sind Halbleiterwafer, insbesondere Si-Wafer, optisch transparent. In this wavelength range, semiconductor wafers, in particular Si wafers, are optically transparent.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die breitbandige kohä rente Lichtquelle ausgewählt sein aus einer Gruppe, bestehend aus einer Leuchtdiode, einer Halbleiter-Superlumineszenz- Diode, einer ASE-Quelle (optically pumped fiber based amplifi ed spontaneous emission source) , einem optisch gepumpten pho- tonischen Kristall-Laser sowie einem abstimmbaren Halbleiter- Quantendot-Laser . In the method according to the invention, the broadband coherent light source may be selected from a group consisting of a light-emitting diode, a semiconductor superluminescent diode, an ASE source (optically pumped fiber-based amplified ed spontaneous emission source), an optically pumped pho tonic crystal laser and a tunable semiconductor quantum dot laser.
Diese Lichtquellen eignen sich gut als Lichtquellen im Nah- Infrarot-Bereich. These light sources are well suited as light sources in the near infrared range.
In einer Aus führungs form der Erfindung umfasst das Verfahren Erfassen der optischen Stufenhöhe Bdes Bearbeitungsmediums an hand einer Messung an der Referenzstufe. In one embodiment of the invention, the method comprises detecting the optical step height B of the processing medium by means of a measurement at the reference stage.
In einer Aus führungs form der Erfindung erfolgt das Erfassen der optischen Stufenhöhe des Bearbeitungsmediums anhand einer Messung an der Referenzstufe mit dem zweiten Messkopf. In one embodiment of the invention, the detection of the optical step height of the processing medium takes place on the basis of a measurement at the reference stage with the second measuring head.
In dieser Aus führungs form ist der aktuellen Brechungsindex de Bearbeitungsmediums aus dem Verhältnis n = sR/dR einer spekt- ralinterferometisch ermittelten optischen Stufenhöhe sR zur geometrischen Stufenhöhe dR unmittelbar bestimmbar. In this embodiment, the actual refractive index of the processing medium can be determined directly from the ratio n = sR / dR of a spectrally interferometrically determined optical step height sR to the geometric step height dR.
In einer Aus führungs form der Erfindung wird die geometrische Stufenhöhe zuvor in Luft mit einem Monochrom-Interferometer bestimmt. Der Versatz der Interferenzsteifen liefert die Phasenverschiebung Δφ Modulo 2n bzw. die geometrische Stufenhöhe dR Modulo λ/2. In one embodiment of the invention, the geometric step height is previously determined in air with a monochrome interferometer. The offset of the interference stiffeners provides the phase shift Δφ modulo 2n or the geometric step height dR modulo λ / 2.
Dadurch kann die anhand einer bereits im Vorfeld mit einer Mindestgenauigkeit von K/2 durchgeführten Vorabmessung ermittelte Stufenhöhe hochpräzise bestimmt werden. As a result, the step height determined on the basis of a preliminary measurement already carried out in advance with a minimum accuracy of K / 2 can be determined with high precision.
Gemäß einer Aus führungs form der Erfindung umfasst das spektra linterferometrische Verfahren ein Auffächern der spektralen Verteilung der vom Messkopf erfassten Strahlung unter Verwendung eines optischen Gitters. Das optische Gitter ist gut dafür geeignet, das Lichtspektrum im Nah-Infrarot-Bereich spektral aufzufächern. In einer Aus führungs form der Erfindung wird das Reflektions- spektrum des von dem Messkopf empfangenen Lichts als eine Funktion der Wellenlängen I (λ) mittels eines Arrays von Photodetektoren in dem Spektrometer gemessen und ein Spektrum I' (l/λ) als eine Funktion der invertierten Wellenlängen ermit- telt. According to an embodiment of the invention, the spectral interferometric method comprises a fanning out of the spectral distribution of the radiation detected by the measuring head using an optical grating. The optical grating is well suited to spectrally fan out the light spectrum in the near-infrared range. In one embodiment of the invention, the reflection spectrum of the light received by the probe as a function of the wavelengths I (λ) is measured by means of an array of photodetectors in the spectrometer and a spectrum I '(I / λ) as a function of Inverted wavelengths deter- mined.
Unter Einsatz der aus den vorherigen Messungen ermittelten Brechungsindizes, kann dabei eine entzerrte Intensitätsvertei¬ lung I(k) mit k = n (λ) /λ berechnet werden. Using the refractive indexes determined from the previous measurements, it can be an equalized Intensitätsvertei lung ¬ I (k) with k = n is calculated (λ) / λ.
Aus der spektralen Analyse der Intensitätsverteilung I(k) kann dann direkt auf die optischen Schichtdicken der im Strahlengang liegenden Schichten geschlossen werden. In einer Aus führungs form der Erfindung wird bei der Ermittlung des Brechungsindexes des Bearbeitungsmediums ein Dispersions- abgleich auf Brechungsindex durchgeführt. Dazu wird vor der FFT (Fast Fourier Transformation) das Spektrum I (p) über Detektorpixel auf I(k') umgerechnet, wobei man ein äquidistantes Raster über die spektrale Größe k'= n (λ) /λ bildet. From the spectral analysis of the intensity distribution I (k) can then be closed directly to the optical layer thicknesses of the layers lying in the beam path. In one embodiment of the invention, a dispersion adjustment to refractive index is carried out when determining the refractive index of the processing medium. For this purpose, before the FFT (Fast Fourier Transformation), the spectrum I (p) is converted to I (k ' ) via detector pixels, whereby an equidistant raster is formed over the spectral variable k ' = n (λ) / λ.
Auf diese Weise kann durch den Dispersionsabgleich die Genauigkeit der Ermittlung des Brechungsindexes des Bearbeitungsme¬ diums erhöht werden. Gemäß einer Aus führungs form des Verfahrens wird bei der Ermittlung des Brechungsindexes des Bearbeitungsmediums Interfe- rometerphasen-Bestimmung durchgeführt . In this way, the accuracy of the determination of the refractive index of the Bearbeitungsme ¬ diums can be increased by the dispersion balance. According to one embodiment of the method, interferometer phase determination is carried out when determining the refractive index of the processing medium.
Dabei wird zunächst eine Interferometerphase für ein λ0 im Spektrum hochgenau bestimmt und sie dann mit einer grob gemes¬ senen Absolutphase φ = 4 n *dR*n(Ä0)/A0 abgeglichen, um ein präzises η(λ0) zu erhalten. Diese Prozedur wird dann für die¬ jenigen Spektralanteile wiederholt, die zur Messung von sO, sl und s2 beitragen, um daraus entsprechende geometrische Dicken abzuleiten . In this case, an interferometer phase for a λ 0 in the spectrum is first determined with high precision and then φ with a coarse gemes ¬ Senen absolute phase = 4 n * dR * n (A 0) matched / A 0, in order to obtain a precise η (λ 0) , This procedure is then repeated for the ¬ jenigen spectral components that contribute to the measurement of sO, sl and s2 to derive corresponding geometric thicknesses.
Für die Isolierung der Spektralanteile wird ein FFT- Filterverfahren durchgeführt, bei dem zunächst im komplexwer- tigen Fourierspektrum eine Umgebung um einen bestimmten For the isolation of the spectral components, an FFT filter method is carried out, in which first in the complex Fourier spectrum an environment around a certain one
Schichtdickenpeak herausgeschnitten und der Rest des Spektrums auf Null gesetzt wird. Layer thickness peak is cut out and the rest of the spectrum is set to zero.
Durch eine nachfolgende FFT-Rücktransformation des so geänderten Fourier-Spektrums, wird dann die spektrale Modulation zu einer Einzelschichtdicke und daraus die Interferometerphase ermittelt . By a subsequent FFT inverse transformation of the thus changed Fourier spectrum, the spectral modulation is then determined to a single layer thickness and from there the interferometer phase.
Alternativ kann die Interferometerphase unmittelbar anhand von Peaks des komplexwertigen Fourierspektrums extrahiert werden. Alternatively, the interferometer phase can be extracted directly from peaks of the complex Fourier spectrum.
Zur Ermittlung des Brechungsindexes wird ein Quotient zwischen der optischen und der geometrischen Weglängen gebildet. Das interferometrische Verfahren liefert die optische Dicke mit der Genauigkeit eines Terms, der eine ganzzahlige Konstante enthält, so dass man für den Brechungsindex erhält: n_gemessen (λ) = n (λ) + N* (λ/dR) To determine the refractive index, a quotient between the optical and the geometric path lengths is formed. The interferometric method provides the optical thickness with the accuracy of a term containing an integer constant to give the refractive index: n_measured (λ) = n (λ) + N * (λ / dR)
Um den Brechungsindex dennoch eindeutig bestimmen zu können, wird vorgeschlagen, die Referenzstufenhöhe dR für den Wasser¬ film so klein zu halten, dass nur ein N-Wert einen Brechungsindex liefert, der konsistent mit dem Brechungsindex des Po¬ lierwasser ist. In order to nevertheless clearly determine the refractive index, it is proposed to keep the reference step height dR for the water ¬ movie so small that only one N value provides an index of refraction that is consistent with the refractive index of the Po ¬ lierwasser.
Die erforderliche Absolutgenauigkeit bei der Messung des Bre¬ chungsindexes hängt von der geforderten Genauigkeit der Di¬ ckenbestimmung des Halbleiterwafers ab. Bei einer Zielgenauig¬ keit der Dickenmessung des Halbleiterwafers von 100 ppm, und bei einer Absolutgenauigkeit der optischen Stufenhöhenmessung von 1 nm, (etwa durch phasenschiebenden Interferometrie unter Einsatz eines HeNe-Lasers mit einer Verstärkungsbandbreite von 1,5 GHz und bei der Lichtwellenlänge von 632,816 nm) ist die Mindeststufenhöhe 10 μπι. The required absolute accuracy in measuring the Bre ¬ chung indexes depends on the required accuracy of the di ¬ ckenbestimmung of the semiconductor wafer. In a Zielgenauig ¬ ness of the thickness measurement of the semiconductor wafer of 100 ppm, and at an absolute accuracy of the optical measurement of the heights of 1 nm (as by phase-shifting interferometry using a He-Ne laser having a gain bandwidth of 1.5 GHz, and in the light wavelength of 632.816 nm ) is the minimum step height 10 μπι.
Die maximale Stufenhöhe wird aus Eindeutigkeitsüberlegungen gewählt und hängt davon ab, wie genau man die Stufenhöhe bzw. den Brechungsindex in einer Vorabmessung bestimmen kann. Der interferometrische Eindeutigkeitsbereich hängt von der Wellenlänge und dem Brechungsindex des Mediums ab X/ (2*n) . Bei einer Wellenlänge von 1,1 μπι und bei Brechungsindex von 1,33 (Was¬ ser) ergibt dies 0,42 μπι oder 4,2 Promille von 100 μπι Stufenhöhe . The maximum step height is chosen for uniqueness considerations and depends on how accurately you can determine the step height or the refractive index in a pre-measurement. The interferometric uniqueness range depends on the wavelength and the refractive index of the medium from X / (2 * n). At a wavelength of 1.1 μπι and refractive index of 1.33 (What ¬ ser) this results in 0.42 μπι or 4.2 percentile of 100 μπι step height.
Damit man für jede Temperatur den plausiblen Bereich genau trifft, wird vorgeschlagen, an der Messstelle einen Tempera¬ turfühler anzubringen, um für die lokale Temperatur T den plausibelsten Brechungsindex für das Polierwasser, η(Τ,λ) anzusetzen, um den plausibelsten N-Wert zu ermitteln. So you just hit the plausible range for each temperature, it is proposed to install a tempera ¬ turfühler at the measuring point to the the local temperature T most plausible refractive index for the polishing water, η (Τ, λ), to determine the most plausible N value.
Bei einer Referenzstufenhöhe " on 100 μπι muss man die Tempera- tur auf 10 K genau kennen, um die geforderte Genauigkeit des Brechungsindexes von 0,001 zu erreichen . At a reference step height " on 100 μπι one must know the temperature to 10 K exactly to achieve the required accuracy of the refractive index of 0.001.
Gemäß einer Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Luftspalt bekannter Dicke gemessen und einer Phasenauswertung unterzogen. According to an embodiment of the method according to the invention, an air gap of known thickness is measured and subjected to a phase evaluation.
Somit kann eine Echtzeiteichung des Spektrometers durchgeführt werden, wodurch durch etwaige Drifts verursachte Messungenau- igkeiten reduziert werden können. Thus, a real-time calibration of the spectrometer can be carried out, whereby measurement inaccuracies caused by any drifts can be reduced.
In einer Ausführungs orm kann eine derartige Eichung des In one embodiment, such a calibration of the
Spektrometers sowohl während eines Bearbeitungsvorgangs als auch zwischen zwei B arbeitungsVorgängen durchgeführt werden. Spectrometer be performed both during a machining operation and between two B workungsvorgänge.
Somit kann die Eichung je nach Bedarf durchgeführt werden, sodass die Messzeit effizienter für die kontrollierte Bearbei¬ tung genutzt werden kann, insbesondere bei Spektrometern, welche geringe bzw. langsame Drifts aufweisen. Thus, the calibration can be carried out according to need, so that the measuring time can be used more efficiently for the controlled machining ¬ processing, in particular in spectrometers which have low or slow drifts.
Gemäß einer Ausführungs form der Erfindung wird eine Vergleichsmessung an einer Referenzstufe in Luft zur Kontrolle und zum Abgleich eines temperaturabhängigen Spektrometers durchgeführt . According to one embodiment of the invention, a comparison measurement is carried out on a reference stage in air for the control and comparison of a temperature-dependent spectrometer.
Dafür werden zuvor Messungen an einer Referenzstufe - insbesondere an der im zweiten Reflektor vorgesehenen Referenzstufe oder an einer identischen dazu Referenzstufe - in der Luft bei unterschiedlichen Temperaturen der Auswerteeinheit unter Er- fassung der lokalen Temperatur in der Auswerteeinheit durchge- führt . For this purpose, measurements at a reference stage - in particular at the reference stage provided in the second reflector or at an identical reference stage - in the air, are previously added different temperatures of the evaluation carried out under detection of the local temperature in the evaluation unit.
Die erfassten Daten zur Temperaturabhängigkeit der Auswerteeinheit kann dann in einer Speichereinheit hinterlegt und bei der Auswertung der Messsignale von der Auswerteeinheit ausgelesen werden. Auf diese Weise können die Auswirkungen der Temperaturschwankungen auf Messergebnisse bei der Auswertung mitberücksichtigt und ausgeglichen werden. The recorded data on the temperature dependence of the evaluation unit can then be stored in a memory unit and read out in the evaluation of the measurement signals from the evaluation unit. In this way, the effects of temperature fluctuations on measurement results during evaluation can be taken into account and compensated.
Aus führungs formen der Erfindung werden nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. From embodiments of the invention will now be explained with reference to the accompanying figures.
Fig. 1 zeigt eine Bearbeitungsvorrichtung einer Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Ausrichtungszustand; Fig. 1 shows a processing apparatus of an embodiment of the invention in a first alignment state;
Figur 2 zeigt die Bearbeitungsvorrichtung der Fig. 1 in einem zweiten Ausrichtungszustand; FIG. 2 shows the processing device of FIG. 1 in a second orientation state;
Figur 3 zeigt die Bearbeitungsvorrichtung der Fig. 1 bzw. 2 in einem dritten Ausrichtungszustand. zeigt eine zweite Messstelle einer Bearbeitungsvor¬ richtung gemäß einer weiteren Aus führungs form der Erfindung . FIG. 3 shows the processing device of FIGS. 1 and 2 in a third orientation state. shows a second measuring point of a processing device according to a further embodiment of the invention.
Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Figur 1 zeigt eine Bearbeitungsvorrichtung 45 zur beidseitigen Bearbeitung eines Halbleiterwafers 1 gemäß einer Ausführungs¬ form der Erfindung in einem ersten Ausrichtungszustand. Die Bearbeitungsvorrichtung 45 ist in diesem Beispiel als Poliervorrichtung ausgebildet und umfasst ein System zum Polie¬ ren des Halbleiterwafers 1 und eine Messvorrichtung zum Messen einer Dicke des Halbleiterwafers 1, insbesondere während eines Poliervorgangs . The figures are not necessarily to scale. 1 shows a machining apparatus 45 for double-sided processing of a semiconductor wafer 1 according to one embodiment of the invention ¬ in a first alignment state. The processing device 45 is configured as a polishing apparatus in this example and comprises a system for Polie ¬ ren of the semiconductor wafer 1 and a measuring device for measuring a thickness of the semiconductor wafer 1, in particular during a polishing operation.
Die Bearbeitungsvorrichtung 45 weist eine obere Bearbeitungs¬ fläche 2 und eine untere Bearbeitungsfläche 3 auf, die als Po¬ lierflächen ausgeführt sind, auf. Der Halbleiterwafer 1 mit einer oberen Oberfläche 15 und mit einer unteren Oberfläche 16 ist in einem Spalt 4 zwischen den Polierflächen in einer speziellen Halterung (nicht dargestellt) gelagert. Die obere Po¬ lierfläche und die untere Polierfläche sind mit einem oberen Poliertuch 9 und mit einem unteren Poliertuch 10 ausgekleidet. Die Poliertücher 9 und 10 weisen Aussparungen 12 und 13 zum Lichtdurchgang auf. The processing device 45 comprises an upper processing ¬ surface 2 and a lower work surface 3, which are designed as Po ¬ lierflächen on. The semiconductor wafer 1 having an upper surface 15 and a lower surface 16 is supported in a gap 4 between the polishing surfaces in a special holder (not shown). The upper Po ¬ lierfläche and the lower polishing surface are lined with an upper polishing cloth 9 and a lower polishing cloth 10th The polishing cloths 9 and 10 have recesses 12 and 13 for passage of light.
Der Spalt 4 weist ein Bearbeitungsmedium 14 auf. In dieser Aus führungs form der Erfindung ist als Bearbeitungsmedium 14 Wasser vorgesehen. Wasser hat verhältnismäßig gut bekannte op¬ tische Eigenschaften, ist leicht zugänglich und in der Halbleiterfertigung, speziell für Reinigungsschritte, in großen Mengen verfügbar. Weiterhin weist die Bearbeitungsvorrichtung eine spektralThe gap 4 has a processing medium 14. In this embodiment of the invention is provided as the processing medium 14 water. Water has a relatively well-known op ¬ tables properties is available and easily accessible in the semiconductor manufacturing, especially for purification steps, in large quantities. Furthermore, the processing device has a spectral
Breitband-Lichtquelle 17 auf, welche zum Emittieren kohärenten Lichts mehrerer Wellenlängen in einem Nah-Infrarot-Bereich ausgebildet ist. Broadband light source 17, which coherent for emitting Light of multiple wavelengths in a near-infrared region is formed.
Alternativ kann die Lichtquelle eine abstimmbare Laser-Quelle sein. Die abstimmbare Lichtquelle kann mittels einer oszillie¬ renden Mikromechanik (oscillating micromechanics ) abstimmbar bzw. durchstimmbar sein. Alternatively, the light source may be a tunable laser source. The tunable light source may be by means of a oszillie ¬ leaders micromechanics (oscillating micromechanics) tuned or tunable.
Die obere Bearbeitungsfläche 2 weist eine Messstelle 5 auf. An der Messstelle 5 ist eine Ausnehmung 11 zur Aufnahme eines Messkopfes 6 vorgesehen. Der Messkopf 6 weist ein Fenster 8 mit einer Außenfläche 30 auf und ist ausgebildet zum Aussenden des kohärenten Lichtes mehrerer Wellenlängen und zum Empfangen zumindest eines Teils einer von dem Reflektor 7 bzw. von dem Halbleiterwafer 1, insbesondere von einer oberen OberflächenThe upper processing surface 2 has a measuring point 5. At the measuring point 5, a recess 11 for receiving a measuring head 6 is provided. The measuring head 6 has a window 8 with an outer surface 30 and is designed to emit the coherent light of several wavelengths and to receive at least a part of one of the reflector 7 and of the semiconductor wafer 1, in particular of an upper surface
15 und von einer unteren Oberfläche 16 des Halbleiterwafers 1, reflektierter Strahlung, wobei die obere Oberfläche 15 der unteren Oberfläche gegenüberliegt. Dies ist in Figur 1 schema¬ tisch mittels Pfeilen 15 und 16 gezeigt. 15 and from a lower surface 16 of the semiconductor wafer 1, reflected radiation, the upper surface 15 facing the lower surface. This is shown in Figure 1 schematically ¬ schematically by means of arrows. 15 and 16
Der Reflektor 7 ist in diesem Beispiel als eine Reflektorplat¬ te auf der unten Bearbeitungsfläche 3 ausgebildet. The reflector 7 is formed in this example as a Reflektorplat ¬ te on the bottom processing surface 3.
Der Messkopf 6 ist mit einem Spektrometer 19 mittels Lichtwel- lenleiter 21, 23 gekoppelt bzw. verbunden. The measuring head 6 is coupled or connected to a spectrometer 19 by means of optical waveguides 21, 23.
Im Falle einer swept source OCT kann das optische Spektrum des vom Messkopf erfassten Lichtes mit Hilfe eines Photodetektors ermittelt werden, der die Lichtintensität zu unterschiedlichen Zeitpunkten I (ti) misst und an eine Auswerteeinheit ausgibt.In the case of a swept source OCT, the optical spectrum of the light detected by the measuring head can be determined with the aid of a photodetector, which measures the light intensity at different times I (ti) and outputs it to an evaluation unit.
Das Spektrum des vom Messkopf erfassten Lichtes I (λ) kann dann anhand einer bekannten zeitlichen Abhängigkeit der Lichtwel- lenlänge der swept source A(t) durch die Auswerteeinheit er¬ mittelt werden. The spectrum of the light I (λ) detected by the measuring head can then be determined on the basis of a known time dependence of the light wave. lenlänge the swept source A (t) by the evaluation unit he ¬ averages.
Ein optischer Koppler 20 koppelt die Lichtquelle 17 mittels des ersten Lichtwellenleiters 21 und eines zweiten Lichtwel¬ lenleiters 22, der den optischen Koppler 20 mit der Lichtquelle 17 verbindet, an den Messkopf 6. Das kohärente Licht der Lichtquelle 17 wird dem Messkopf 6 über den zweiten Lichtwel¬ lenleiter 22, den optischen Koppler 20 und den ersten Licht- Wellenleiter 21 bereitgestellt. An optical coupler 20 couples the light source 17 to the measuring head 6 by means of the first optical waveguide 21 and a second Lichtwel ¬ lenleiters 22 which connects the optical coupler 20 with the light source 17. The coherent light of the light source 17 is the measuring head 6 on the second Lichtwel ¬ lenleiter 22, the optical coupler 20 and the first light waveguide 21 is provided.
In der in Fig. 1 dargestellten Konstellation befindet sich im Spalt 4 gegenüber der Messstelle 5 kein Halbleiterwafer 1. Das aus dem Messkopf 6 ausgesandte Licht, dargestellt durch den Pfeil A, wird von dem gegenüber der Messstelle 5 auf der unte¬ ren Bearbeitungsfläche 3 liegenden als Reflektorplatte ausge¬ führten Reflektor 7 zurück zum Messkopf 6 reflektiert. Dabei wird ein Teil des reflektierten Lichtes, dargestellt durch den Pfeil B, vom Messkopf 6 erfasst. In the embodiment shown in Fig. 1 constellation no semiconductor wafer is located in the gap 4 with respect to the measurement site 5 1. The light emitted from the measurement head 6 light, represented by the arrow A, is opposite the measuring point 5 lying on the across the bottom ¬ ren work surface 3 As a reflector plate out ¬ led reflector 7 back to the measuring head 6 reflected. In this case, part of the reflected light, represented by the arrow B, is detected by the measuring head 6.
Der Messkopf 6 ist in einem Gehäuse 18 angeordnet. Kohärentes Licht der Lichtquelle 17 und zumindest ein Teil der reflek¬ tierten Strahlung treten durch ein Fenster 8 des Gehäuses 18 durch, wobei das Fenster 8 für das Licht der Lichtquelle 17 transparent ist. In der gezeigten Aus führungs form ist das Fenster 8 transparent für infrarotes Licht. The measuring head 6 is arranged in a housing 18. Coherent light from the light source 17 and at least a part of the reflectors ¬ oriented rays pass through through a window 8 of the housing 18, in which the window 8 is transparent for the light of the light source 17th In the embodiment shown, the window 8 is transparent to infrared light.
Die von der oberen und von der unteren Oberflächen 15, 16 sowie von der Reflektorplatte 7 reflektierte Strahlung wird dem Spektrometer 19 der Bearbeitungsvorrichtung 45 über den ersten Lichtwellenleiter 21 und einen dritten Lichtwellenleiter 23, der den optischen Koppler 20 mit dem Spektrometer 19 koppelt, bereitgestellt. Das Spektrum der reflektierten Strahlung wird mittels eines Arrays von Photodetektoren (nicht gezeigt) in dem Spektrometer als eine Funktion der Wellenlängen I (λ) gemessen und einer Auswertevorrichtung 24 mittels einer Signal- leitung 25, die das Spektrometer 19 mit der Auswertevorrichtung 24 koppelt, bereitgestellt. The radiation reflected from the upper and lower surfaces 15, 16 and the reflector plate 7 is the spectrometer 19 of the processing device 45 via the first optical waveguide 21 and a third optical waveguide 23, which couples the optical coupler 20 with the spectrometer 19, provided. The spectrum of the reflected radiation is measured by means of an array of photodetectors (not shown) in the spectrometer as a function of the wavelengths I (λ) and provided to an evaluation device 24 by means of a signal line 25 which couples the spectrometer 19 to the evaluation device 24 ,
Bei einem Spektrometer mit 512 Kanälen wird das erfasste For a spectrometer with 512 channels, the detected
Lichtspektrum durch 512 Intensitätswerte I (p) wiedergegeben. Hier bezeichnet p die Kanal-nummer bzw. die Pixelnummer des Spektrometers . Über die Spektrometerkennlinie λ(ρ) und über eine als Tabelle hinterlegte Abhängigkeit n = n (λ) des Materi¬ als können sogenannte "entzerrte" Intensitäten I(k) mit k = n (λ) /λ ermittelt werden. Light spectrum represented by 512 intensity values I (p). Here p denotes the channel number or the pixel number of the spectrometer. Via the spectrometer characteristic λ (ρ) and via a dependency n = n (λ) of the material ¬ stored as a table, so-called "equalized" intensities I (k) with k = n (λ) / λ can be determined.
Da in dem in Fig. 1 gezeigten Ausrichtungszustand der Halb- leiterwafer 1 nicht im Lichtweg zwischen dem Messkopf 6 und der Reflektorplatte 7 steht, kann die mit dem Wasser gefüllte Strecke zwischen dem Fenster 8 und dem Reflektor 7 unmittelbar spektralinterferometrisch gemessen werden. Since in the alignment state shown in Fig. 1, the semiconductor wafer 1 is not in the light path between the measuring head 6 and the reflector plate 7, the water-filled distance between the window 8 and the reflector 7 can be measured directly spectrally interferometrically.
Aus der Messung können die optische Dicke sO sowie über die Beziehung sO = n*d0 die geometrische Dicke dO des Spalts prä¬ zise ermittelt werden, vorausgesetzt, der Brechungsindex vom Wasser n ist bekannt. The optical thickness of sO and on the relationship sO = can be prepared from the measurement n d0, the geometrical thickness of the gap are determined dO pre ¬ zise *, provided that the refractive index n of the water is known.
Fig. 2 zeigt die Bearbeitungsvorrichtung der Fig. 1 in einem zweiten Ausrichtungszustand. In der in Fig. 2 gezeigten Konstellation befindet sich der Halbleiterwafer 1 zwischen der Re- flektorplatte 7 und dem Messkopf 6. In diesem Ausrichtungszustand wird das vom Messkopf 6 ausge¬ sandte Licht an der oberen Oberfläche 15 des Halbleiterwafers 1, an der unteren Oberfläche 16 des Halbleierwafers 1 sowie an der Oberfläche der Reflektorplatte reflektiert. Dies wird durch Pfeile A und B schematisch dargestellt. Fig. 2 shows the processing apparatus of Fig. 1 in a second alignment state. In the constellation shown in FIG. 2, the semiconductor wafer 1 is located between the reflector plate 7 and the measuring head 6. In this state, the alignment out of the measuring head 6 ¬ emitted light to the top surface 15 of the semiconductor wafer 1 is reflected on the lower surface 16 of the half lyre wafer 1 and on the surface of the reflector plate. This is schematically represented by arrows A and B.
Unter der Annahme, dass die geometrische Schichtdicke dO zwi¬ schen dem Fenster 8 und der Reflektor 7 in dem Ausrichtungszustand gem. Fig. 1 und in dem Ausrichtungszustand gem. Figur 2 gleich groß, gilt: dO = dl + dw + d2. Daraus kann die geomet¬ rische Dicke des Halbleiterwafers dw aus der geometrischen Di¬ cken der Wasserschichten ermittelt werden. Assuming that the geometrical layer thickness dO Zvi ¬ rule according to the window 8 and the reflector 7 in the alignment state. Fig. 1 and in the alignment state acc. 2 is the same size, dO = dl + dw + d2. From this, the geomet ¬ generic thickness of the semiconductor wafer dw can be determined from the geometric Di ¬ CKEN water layers.
In der in Fig. 3 gezeigten Konstellation kann der Messkopf 6 das von der oberen Oberfläche 15 des Halbleiterwafers 1 und das von der unteren Oberfläche 16 des Halbleiterwafers 1 re¬ flektierte Licht erfassen. In the embodiment shown in Fig. 3 the constellation of the measuring head 6 can detect the from the upper surface 15 of the semiconductor wafer 1 and the re ¬ inflected from the lower surface 16 of the semiconductor wafer 1 light.
In dieser Konstellation können mittels Analysierens von Inter- ferenzen in einem breitbandigen Spektralbereich zwischen von der Außenfläche 30 des Fensters 8 und von dem Reflektor 7 bzw. von den Oberflächen 15 und 16 des Halbleiterwafers 1 reflektierten Teilwellen des Lichtes die optischen Schichtdicken des Halbleiterwafers dw, sowie die optische Schichtdicke des Was- sers oberhalb des Halbleiterwafers 1 sl ermittelt werden, ohne dabei die Messung von dem von dem Reflektor 7 reflektierten Licht zu beeinträchtigen. In this constellation, by analyzing interferences in a broadband spectral range between the outer surface 30 of the window 8 and the reflector 7 and the surfaces 15 and 16 of the semiconductor wafer 1 reflected partial waves of light, the optical layer thicknesses of the semiconductor wafer dw, and the optical layer thickness of the water above the semiconductor wafer 1 sl can be determined without impairing the measurement of the light reflected by the reflector 7.
In diesem Ausrichtungszustand können demnach Kontrollmessungen unter Ausschluss des von der Reflektroplatte zurückreflektierten Lichtes durchgeführt werden. Fig. 4 zeigt eine weitere Messstelle der Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer weiteren Aus führungs form der Erfindung. In dieser Aus führungs form ist zusätzlich eine Referenzstufe 26 vorgesehen, wobei die Referenzstufe hier als Reflektor 7' aus¬ gebildet ist. Somit ergibt sich eine wassergefüllte Stufe für Referenzmessungen zur Bestimmung des aktuellen Brechungsindexes des Wassers, der im Allgemeinen temperatur- und zusammensetzungsabhängig variieren kann. In this orientation state, therefore, control measurements can be carried out excluding the light reflected back from the reflector plate. Fig. 4 shows another measuring point of the processing apparatus according to another embodiment of the invention. In this disclosed embodiment, a reference stage is additionally provided 26, wherein the reference level is here formed as a reflector 7 'from ¬. Thus, there is a water-filled reference measurement step to determine the actual refractive index of the water, which can generally vary with temperature and composition.
Die Wasserstufe kann auch als wassergefüllte lichtdurchlässige Küvette mit bekannter Schichtdicke des Wassers ausgebildet sein . The water level can also be formed as a water-filled translucent cuvette with a known layer thickness of the water.
Der tatsächliche aktuelle Brechungsindex des Wassers kann - auch bedingt durch Zusatz von Poliermittel etwa mit Körnern von ca. 30 nm bzw. durch Kontamination etwa mit dem abgetragenen Wafermaterial - erheblich von einem nominellen Wert abweichen . The actual actual refractive index of the water can - also due to the addition of polishing agent, for example with grains of about 30 nm or by contamination, for example with the removed wafer material - deviate considerably from a nominal value.
Zur Erhöhung der Robustheit der Referenzmessungen gegenüber Temperaturschwankungen, wird für die Referenzstufe ein Material mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet. To increase the robustness of the reference measurements against temperature fluctuations, a material with a low thermal expansion coefficient is used for the reference stage.
In diesem Beispiel ist die Referenzstufe 26 aus Quarzglas mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient von 0,5 x 10 ~6 1/K ausge¬ führt . In this example, the reference level 26 made of quartz glass with a coefficient of thermal expansion of 0.5 x 10 ~ 6 1 / K out ¬ leads.
Die Referenzstufe 26 kann auch aus einem Material mit einem noch geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten gefertigt sein. In einer vorteilhaften Ausführung ist die Referenzstufe aus Glaskeramik auf der Li20/Al203/nSi02-Basis ausgeführt mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten nahezu gleich Null. Für eine ungestörte und genaue Messung wird sichergestellt, dass die Temperatur und die Zusammensetzung des Wassers an den Messstellen 5 und 5' gleich ist, und dass die Oberfläche der Referenzstufe 26 frei von Partikeln oder Ablagerungen ist. Zur Erfassung der aktuellen Temperatur an den Messstellen können Temperaturfühler vorgesehen werden. The reference stage 26 can also be made of a material with an even lower coefficient of thermal expansion. In an advantageous embodiment, the reference level of glass ceramic on the Li20 / Al 2 03 / nSi0 2 basis is carried out with a thermal expansion coefficient almost equal to zero. For an undisturbed and accurate measurement it is ensured that the temperature and the composition of the water at the measuring points 5 and 5 'is the same, and that the surface of the reference level 26 is free of particles or deposits. Temperature sensors can be provided to record the current temperature at the measuring points.
Um die Oberfläche der Referenzstufe 26 von Partikeln oder Ab¬ lagerungen frei zu halten, kann sie während der Wafer- Bearbeitung oder zwischen Wafer-Bearbeitungsvorgängen einer Ultraschallreinigung mit Hilfe eines an der Bearbeitungsvorrichtung, insbesondere an einer der Bearbeitungsfläche ange¬ koppelten Ultraschallgenerators unterzogen werden. Der Messkopf 6' ist mit dem Spektrometer 19 mittels Lichtwel¬ lenleiter 21', 22 gekoppelt bzw. verbunden, wobei die Lichtwellenleiter 21 und 21' unterschiedliche dimensioniert sind, um Signalübersprechen zwischen unterschiedlichen Messköpfen zu minimieren . In order to keep the surface of the reference stage 26 of particles or from ¬ deposits free, they may be subjected during wafer processing or between wafer processing operations to ultrasonic cleaning with the aid of a ¬ coupled to the processing device, in particular on a processing surface of the ultrasonic generator. The measurement head 6 'is connected to the spectrometer 19 by means Lichtwel ¬ lenleiter 21', coupled or connected to 22, wherein the optical waveguides 21 and 21 'are dimensioned different in order to minimize signal cross-talk between different measurement heads.
Bezugs zeichenliste Reference sign list
1. Halbleiterwafer 1. semiconductor wafer
2. Obere Bearbeitungsfläche  2. Upper working surface
3. Untere Bearbeitungsfläche  3. Lower working surface
4. Spalt  4. split
5. Messstelle  5. Measuring point
6. Messkopf  6. Measuring head
7. Reflektor  7. Reflector
8. Fenster  8. Window
9. Oberes Poliertuch  9. Upper polishing cloth
10. Unteres Poliertuch  10. Lower polishing cloth
11. Ausnehmung  11. recess
12. Aussparung im oberen Poliertuch  12. Recess in the upper polishing cloth
13. Aussparung im unteren Poliertuch  13. recess in the lower polishing cloth
14. Wasser  14. Water
15. Obere Oberfläche des Halbleiterwafers 15. Upper surface of the semiconductor wafer
16. Untere Oberfläche des Halbleiterwafers16. Lower surface of the semiconductor wafer
17. Lichtquelle 17. Light source
18. Gehäuse  18th case
19. Spektrometer  19. Spectrometer
20. Koppler  20. Coupler
21. Erster Lichtwellenleiter  21. First fiber optic cable
22. Zweiter Lichtwellenleiter  22. Second optical fiber
23. Dritter Lichtwellenleiter  23. Third optical fiber
24. Auswerteeinheit  24. Evaluation unit
25. Signalleitung  25th signal line
26. Referenzstufe  26. Reference level
27. Stufenkante  27th step edge
28. Erste reflektierende Fläche  28. First reflective surface
29. Zweite reflektierende Fläche 30. Außenfläche des Fensters dO - geometrischer Abstand zwischen dem Messkopf und der Reflektorplatte 29. Second reflecting surface 30. External surface of the window dO - geometric distance between the measuring head and the reflector plate
dl - geometrische Schichtdicke des Bearbeitungsmediums zwi¬ schen dem Halbleiterwafer und dem Messkopf dl - geometric layer thickness of the processing medium zwi ¬ tween the semiconductor wafer and the measuring head
d2 - geometrische Schichtdicke des Bearbeitungsmediums un¬ terhalb des Halbleiterwafers d2 - geometric layer thickness of the working medium un ¬ terhalb the semiconductor wafer
dw - geometrische Schichtdicke des Halbleiterwafers dR - geometrische Stufenhöhe der Referenzstufe dw - geometric layer thickness of the semiconductor wafer dR - geometric step height of the reference step

Claims

Patentansprüche claims
1. Bearbeitungsvorrichtung zur kontrollierten beidseitigen Bearbeitung eines Halbleiterwafers (1), die eine erste drehbar gelagerte Bearbeitungsfläche (2), an der eine1. A processing device for controlled two-sided processing of a semiconductor wafer (1) having a first rotatably mounted processing surface (2) on the one
Messstelle (5) mit einem ein Fenster (8) mit einer Außenfläche (30) aufweisenden Messkopf (6) zum Aussenden und Empfangen eines Lichtes von einer breitbandigen kohärenten Lichtquelle (17) vorhanden ist, und eine mit der ers- ten Bearbeitungsfläche (2) einen Spalt (4) zur Aufnahme des Halbleiterwafers (1) bildende mit einem Reflektor (7) versehene zweite Bearbeitungsfläche (3) aufweist, wobei der Spalt (4) ein fluides Bearbeitungsmedium (14) enthält, und wobei die Bearbeitungsvorrichtung (45) so aus- gebildet ist, dass während der Bearbeitung der MesskopfMeasuring point (5) with a window (8) with an outer surface (30) having measuring head (6) for emitting and receiving a light from a broadband coherent light source (17) is present, and one with the first processing surface (2) a second processing surface (3) provided with a reflector (7) forming a gap (4) for receiving the semiconductor wafer (1), the gap (4) containing a fluid processing medium (14), and wherein the processing device (45) is so - is formed, that during the processing of the measuring head
(6) und der Reflektor (7) sich derart gegenüber liegen können, dass wenigstens ein Teil eines von dem Reflektor(6) and the reflector (7) may face each other such that at least a portion of one of the reflector
(7) bzw. von Oberflächen (15, 16) des Halbleiterwafers (1) zurückreflektierten Lichtes vom Messkopf (6) erfasst wird, so dass ein Reflektionsspektrum des vom Messkopf(7) or light reflected back from surfaces (15, 16) of the semiconductor wafer (1) is detected by the measuring head (6), so that a reflection spectrum of the light emitted by the measuring head
(6) erfassten zurückreflektierten Lichtes ermittelt wird, und wobei eine Auswerteeinheit (24) zum Ermitteln einer Dicke des Halbleiterwafers (1) mittels Analysierens von Interferenzen in einem breitbandigen Spektralbereich zwi- sehen von der Außenfläche (30) des Fensters (8) und von dem Reflektor (7) bzw. von den Oberflächen (15, 16) des Halbleiterwafers (1) reflektierten Teilwellen des Lichtes vorhanden ist. 2. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, (6) detected back-reflected light, and wherein an evaluation unit (24) for determining a thickness of the semiconductor wafer (1) by analyzing interference in a broadband spectral range between see from the outer surface (30) of the window (8) and of the Reflector (7) or from the surfaces (15, 16) of the semiconductor wafer (1) reflected partial waves of the light is present. 2. Processing device according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass sich der Messkopf und der Reflektor in einem ersten Ausrichtungszustand und in einem zweiten Ausrichtungszustand gegenüber liegen können, wobei im ersten Ausrichtungszustand der Lichtweg zwischen dem Messkopf (6) und dem Re- flektor frei vom Halbleiterwafer (1) ist, und in dem zweiten Ausrichtungszustand der Halbleiterwafer (1) im Lichtweg zwischen dem Messkopf (6) und dem Reflektor (7) liegt . Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein zweiter Reflektor (7') zur Bestimmung des Brechungsindexes des Bearbeitungsmediums (14) an der zweiten Bearbei¬ tungsfläche (3) vorhanden ist, und wobei sich der Mess¬ kopf (6) und der zweite Reflektor (7') derart gegenüber liegen können, dass wenigstens ein Teil eines von demcharacterized in that the measuring head and the reflector may face each other in a first alignment state and in a second alignment state, wherein in the first alignment state the light path between the measurement head (6) and the reflector is free from the semiconductor wafer (1), and in the second alignment state Semiconductor wafer (1) in the light path between the measuring head (6) and the reflector (7). Processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein a second reflector (7 ') for determining the refractive index of the working medium (14) at the second machining ¬ processing area (3) is present, and wherein the measuring ¬ head (6) and the second reflector (7 ' ) may face each other so that at least a part of one of the
Messkopf (6) ausgesandten und von dem zweiten Reflektor (7') zurückreflektierten Lichtes vom Messkopf (6) erfasst wird . Measuring head (6) emitted and from the second reflector (7 ' ) back reflected light from the measuring head (6) is detected.
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine zweite Messstelle (5') mit einem zweiten Messkopf (7') an einer der Bearbeitungsflächen (2,3) und ein zweiter Reflektor (7') an der gegenüberliegenden Bearbeitungsfläche (2,3) zur Bestimmung eines Brechungsindexes des Bear¬ beitungsmediums (14) vorhanden sind, und wobei sich der zweite Messkopf (7') und der zweite Reflektor (7') wäh¬ rend der Bearbeitung derart gegenüber liegen können, dass wenigstens ein Teil eines von dem zweiten Messkopf (7') ausgesandten und von dem zweiten Reflektor (7') zurückreflektierten Lichtes vom zweiten Messkopf (7') erfassen wird . Machining device according to claim 1 or 2, wherein a second measuring point (5 ' ) with a second measuring head (7 ' ) on one of the working surfaces (2,3) and a second reflector (7 ' ) on the opposite working surface (2,3) to determining a refractive index of Bear ¬ beitungsmediums (14) are present, and wherein the second measuring head (7 ') and the second reflector (7') can machining are such opposite currency ¬ rend that at least a part of a second of the measuring head (7 ' ) emitted and by the second reflector (7 ' ) reflected back light from the second measuring head (7 ' ) is detected.
5. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der zweite Reflektor (7') als Referenzstufe (26) mit einer ersten reflektierenden Fläche, mit einer zweiten reflektierende Fläche, mit einer Stufenkante (27) und mit einer bekannten Stufenhöhe (dR) ausgebildet ist. 5. Processing device according to claim 3 or 4, wherein the second reflector (7 ' ) as a reference step (26) with a first reflective surface, with a second reflective surface, with a step edge (27) and with a known step height (dR) is formed ,
6. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 5, 6. Processing device according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Stufenkante (27) radial oder tangential bezüglich der Drehrichtung der Bearbeitungsflächen (2,3) ausgebildet ist .  the step edge (27) is formed radially or tangentially with respect to the direction of rotation of the working surfaces (2, 3).
7. Bearbeitungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 7. Processing device according to one of the preceding claims, characterized in that
die Bearbeitungsflächen (2, 3) als mit Poliertüchern (9, the working surfaces (2, 3) as with polishing cloths (9,
10) ausgestattete Polierflächen ausgebildet sind, und dass die Poliertücher (9, 10) an geeigneten Stellen Aussparungen (12, 12', 13, 13') zum Lichtdurchgang aufweisen . 10) equipped polishing surfaces are formed, and that the polishing cloths (9, 10) at appropriate locations recesses (12, 12 ' , 13, 13 ' ) for passage of light.
8. Bearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass 8. Processing device according to one of claims 4 to 7, characterized in that
die Anlage derart synchronisiert ist, dass bei der Erfas¬ sung des Lichtes durch die Messköpfe (6,6'), eindeutig ermittelt wird, welcher Reflektor (7,7') welchem Messkopfthe system is synchronized such that when the Erfas ¬ solution of the light by the measuring heads (6,6 ') is uniquely determined, which reflector (7,7') which measuring head
(6,6') gegenübersteht. (6,6 ' ) faces.
9. Verfahren zur beidseitigen Bearbeitung eines Halbleiter- wafers in einer Bearbeitungsvorrichtung (45) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das folgende Schritte umfasst: - Aussenden des breitbandigen kohärenten Lichtes mit mehreren Wellenlängen aus dem Messkopf (6); 9. A method for two-sided processing of a semiconductor wafer in a processing device (45) according to one of claims 1 to 8, comprising the following steps: - emitting the multi-wavelength broadband coherent light from the measuring head (6);
- Empfangen mit dem Messkopf (6) wenigstens eines Teils eines zurückreflektierten Lichtes;  - Receiving with the measuring head (6) of at least part of a back-reflected light;
- Ermitteln einer Dicke des Halbleiterwafers (1) mittels - Determining a thickness of the semiconductor wafer (1) by means
Analysierens des von dem Messkopf (6) erfassten zurückreflektierten Lichtes unter Verwendung eines optischen spektralinterferometrischen Verfahrens . Analyzing the back-reflected light detected by the measuring head (6) using an optical spectral interferometric method.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei 10. The method of claim 9, wherein
das Verfahren folgende Schritte umfasst:  the method comprises the following steps:
- Empfangen des zurückreflektierten Lichtes in dem ersten Ausriehtungs zustand,· Receiving the reflected-back light in the first condition,
- Empfangen des zurückreflektierten Lichtes in dem zweiten Receiving the reflected-back light in the second
Ausriehtungs zustand . Ausriehtungs state.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Verfahren Erfassen der optischen Stufenhöhe des Bearbeitungsmedi- ums anhand einer Messung an der Referenzstufe (26) umfasst. 11. The method of claim 9, wherein the method comprises detecting the optical step height of the processing medium based on a measurement at the reference stage.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, 12. The method according to any one of claims 9 to 11,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
für die Messung ein kohärentes Licht verwendet wird, das von einer spektralen Breitband-Lichtquelle oder ei¬ ner abstimmbaren Laser-Quelle emittiert wird. for the measurement, a coherent light is used, which is emitted by a spectral broadband light source or egg ¬ ner tunable laser source.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, 13. The method according to any one of claims 9 to 12,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Lichtwellenlängen im Bereich von 950 nm bis  the wavelengths of light in the range of 950 nm to
2000 nm, insbesondere im Bereich von 1000 nm bis 1200 nm liegen. 2000 nm, in particular in the range of 1000 nm to 1200 nm lie.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, Method according to one of claims 9 to 13,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
ein Reflektionsspektrum I (λ) des von dem Messkopf (6) empfangenen Lichts als eine Funktion der Wellenlängen } mittels eines Arrays von Photodetektoren in dem Spekt- rometer gemessen wird und ein Spektrum I' (l/λ) aus dem gemessenen Reflektionsspektrum I (λ) als eine Funktion der invertierten Wellenlängen ermittelt wird. a reflection spectrum I (λ) of the light received by the measuring head (6) is measured as a function of the wavelengths} by means of an array of photodetectors in the spectrometer and a spectrum I '(I / λ) is obtained from the measured reflection spectrum I (λ ) is determined as a function of the inverted wavelengths.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, Method according to one of claims 9 to 14,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
eine Vergleichsmessung an einer Referenzstufe in Luft zur Kontrolle und zum Abgleich eines temperaturabhängi gen Spektrometers durchgeführt wird. a comparison measurement is carried out on a reference stage in air for the purpose of checking and calibrating a temperature-dependent spectrometer.
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