DE102012201516A1

DE102012201516A1 - Verfahren zum Polieren einer Halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE102012201516A1
Application number: DE201210201516
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schwandner; Johann Aichriedler
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2013-08-08

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Polieren einer Halbleiterscheibe, umfassend eine erste simultane doppelseitige Abtragspolitur und eine zweite, einseitige Politur der Vorderseite einer Halbleiterscheibe, wobei bei der zweiten Politur der statische Anteil am gesamten Polierdruck überwiegt. Das Verfahren eignet sich insbesondere auch für Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser von 450 mm.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Polieren einer Scheibe aus Halbleitermaterial (Halbleiterscheibe, Wafer).
Scheiben aus Halbleitermaterial ("Wafer") als Substrate für besonders anspruchsvolle Bauelemente wie beispielsweise mit ≤ 22 nm minimaler Strukturlänge, also 22nm Design Rule nach ITRS („International Technology Roadmap for Semiconductors“), müssen besonders eben sein.
Gemäß dem Stand der Technik erfolgt die Planarisierung der aus einem Einkristall aus Halbleitermaterial gesägten Scheiben in verschiedenen Arbeitsschritten.

– mechanische Scheibenbearbeitung (Läppen, Schleifen),
– chemische Scheibenbearbeitung (alkalische oder saure Ätze)
– chemo-mechanische Scheibenbearbeitung: Doppelseitenpolitur (DSP) = Abtragspolitur, einseitige Schleierfrei- bzw. Glanzpolitur mit weichem Poliertuch (CMP)

Die mechanische Bearbeitung der Halbleiterscheiben dient primär der globalen Einebnung der Halbleiterscheibe, ferner der Dickenkalibrierung der Halbleiterscheiben, sowie dem Abtrag der vom vorangegangenen Auftrennprozess verursachten kristallin geschädigten Oberflächenschicht und Bearbeitungsspuren (Sägeriefen, Einschnittmarke).
Im Stand der Technik bekannte Verfahren zur mechanischen Scheibenbearbeitung sind das Einseitenschleifen mit einer Topfschleifscheibe, die gebundenes Schleifmittel enthält („single-side grinding“, SSG), das simultane Schleifen beider Seiten der Halbleiterscheibe gleichzeitig zwischen zwei Topfschleifscheiben („double-disc grinding“, DDG) und das Läppen beider Seiten mehrerer Halbleiterscheiben gleichzeitig zwischen zwei ringförmigen Arbeitsscheiben unter Zugabe einer Aufschlämmung (Slurry) freien Schleifmittels (Doppelseiten-Planparallel-Läppen, „Läppen“).
DE 103 44 602 A1 und DE 10 2006 032 455 A1 offenbaren Verfahren zum simultanen gleichzeitigen Schleifen beider Seiten mehrerer Halbleiterscheiben mit einem Bewegungsablauf ähnlich dem des Läppens, jedoch dadurch gekennzeichnet, dass Schleifmittel verwendet wird, das fest in Arbeitsschichten („Folien“, „Tücher“) eingebunden ist, die auf die Arbeitsscheiben aufgebracht sind. Ein derartiges Verfahren wird als „Feinschleifen mit Läppkinematik“ oder „Planetary Pad Grinding“ (PPG) bezeichnet.
Bei PPG sind die Halbleiterscheiben frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren sogenannter Läuferscheiben eingelegt, die mittels einer aus Sonnenrad und Hohlrad bestehenden Abwälzvorrichtung Zykloidenbahnen über die ringförmigen Arbeitsscheiben beschreiben. Charakteristisch ist die Planentenkinematik: Die Läuferscheiben mit den Halbleiterscheiben rotieren um ihre eigenen Mittelpunkte und laufen zusätzlich wie Planeten um die Sonne um das Zentrum der Abwälzvorrichtung.
Die Arbeitsscheiben umfassen eine Arbeitsschicht, die gebundenes Schleifmittel enthält, und die Bearbeitung erfolgt Material abtragend durch die resultierende Relativbewegung von Halbleiterscheiben und Arbeitsschichten.
Bei der sogenannte Doppelseitenpolitur (DSP) werden die Vorder- und die Rückseite einer Scheibe aus Halbleitermaterial (Wafer) gleichzeitig poliert. Ein entsprechendes Verfahren ist beispielsweise in der Patentschrift US3691694 beschrieben.
Gemäß einer in der Patentschrift EP208315B1 beschriebenen Ausführungsform der DSP werden Halbleiterscheiben in Läuferscheiben aus Metall oder Kunststoff, die über geeignet dimensionierte Aussparungen verfügen, zwischen zwei rotierenden, mit einem Poliertuch belegten Poliertellern in Gegenwart eines Poliersols auf einer durch die Maschinen- und Prozessparameter vorbestimmten Bahn bewegt und dadurch poliert (in der englischsprachigen Literatur werden Läuferscheiben als „carrier plates“ bezeichnet).
Die DSP wird üblicherweise mit einem Poliertuch aus homogenem, porösem Polymerschaum durchgeführt, wie es beispielsweise in der Druckschrift DE10004578C1 beschrieben ist.
Neben der Doppelseitenpolitur (DSP) ist gemäß dem Stand der Technik eine sog. chemisch-mechanische Politur (CMP) nötig, um Defekte zu beseitigen und die Oberflächenrauhigkeit zu reduzieren. Die CMP wird auch als Schleierfrei- oder Glanzpolitur bezeichnet.
Bei der CMP wird ein weicheres Poliertuch verwendet als bei der DSP. Außerdem wird nur eine Seite der Halbleiterscheibe poliert, nämlich die Seite, auf der später Bauelemente gefertigt werden sollen. CMP-Verfahren sind beispielsweise offenbart in der Schrift US 2002-0077039 sowie in der Schrift US 2008-0305722.
Bei der Einseitenpolitur werden die Scheiben aus Halbleitermaterial mit einer Seite auf die Vorderseite einer Trägerplatte montiert, indem zwischen der Scheibe und der Trägerplatte eine form- und kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise durch Adhäsion, Kleben, Kitten oder Vakuumanwendung, hergestellt wird. Nach der Montage wird die freie Seite der mindestens einen Scheibe aus Halbleitermaterial unter Zuführung eines Poliermittels gegen einen Polierteller, über den ein Poliertuch gespannt ist, mit einem bestimmten Druck (Polierdruck) gedrückt und poliert. Dabei werden in der Regel die Trägerplatte und der Polierteller mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gedreht.
Im Stand der Technik sind Polierverfahren unter Verwendung von Poliertüchern, die keine Abrasive enthalten, wobei in diesem Fall Abrasive in Form eines Poliersols (Poliermittelsuspension, Slurry) zugeführt werden, sowie Polierverfahren unter Verwendung von Poliertüchern enthaltend Abrasive (Fixed Abrasive oder FA-Politur bzw. FAP), wobei ein Poliersol nicht zugeführt werden muss, bekannt.
Die deutsche Patentanmeldung DE 102 007 035 266 A1 beschreibt ein Verfahren zum Polieren eines Substrates aus Siliciummaterial, umfassend zwei Polierschritte vom FAP-Typ, die sich dadurch unterscheiden, dass bei einem Polierschritt eine Poliermittelsuspension, die ungebundenen Abrasivstoff als Feststoff enthält, zwischen das Substrat und das Poliertuch gebracht wird, während beim zweiten Polierschritt an die Stelle der Poliermittelsuspension eine Poliermittellösung tritt, die frei von Feststoffen ist. Alle im Stand der Technik bekannten Verfahren sind bezüglich der Geometrie und/oder Nanotopologie der polierten Scheiben nachteilig. DSP und CMP führen zu einem Dicken-Randabfall (Edge Roll-off). Die FAP ist bezüglich der Oberflächenrauhigkeit nachteilig.
Die Patentschrift US 6,435,949 B1 beschreibt eine Vorrichtung zum Polieren eines Werkstückes, beispielsweise einer Scheibe aus Halbleitermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass während des Polierprozesses das Werkstück durch einen Retainerring in einem Trägersystem fixiert wird und das Werkstück gegen eine verformbare Fläche des Trägersystems mit unterschiedlichem Druck gepresst wird. Dadurch soll die durch die während des Polierprozesses aufgrund der Zentrifugalkräfte auftretende ungleichmäßige Verteilung des Poliermittels ausgeglichen werden.
Dieses Verfahren, welches erfolgreich für Scheiben aus Halbleitermaterial mit einem Durchmesser von bis 300 mm angewendet wird, ist für die kommende Generation der Scheiben mit einem Durchmesser von 450 mm nicht ohne weiteres anwendbar, da das System aufgrund der viel größeren Oberfläche der Scheibe sehr komplex wird und mehr individuelle Druckzonen, als bisher im Stand der Technik angewandt, nötig werden.
Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, eine Alternative zu dem im Stand der Technik bekannten Verfahren der einseitigen, druckgesteuerten Politur von Scheiben aus Halbleitermaterial mit einem Durchmesser von 450 mm bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum Polieren einer Halbleiterscheibe mit einer Vorder- und der Rückseite, umfassend eine erste simultan beidseitig wirkende Abtragspolitur in Gegenwart eines Poliermittels und einer zweiten einseitigen Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe in Gegenwart eines Poliermittels, die Halbleiterscheibe sich bei der einseitigen Politur in einem an einem Poliertopf befindlichen Trägersystem, bestehend aus einem Träger und einem Template, befindet, dadurch gekennzeichnet, dass beim zweiten Polierschritt der gesamte Polierdruck sich aus einem überwiegend statischen und einem restlichen dynamischen Anteil zusammensetzt und der statische Anteil durch das Eigengewicht des Trägersystems und des Poliertopfes bestimmt wird.
Das nachfolgend detailliert beschriebene Verfahren eignet sich auch für Halbleiterscheiben mit einem geringeren Durchmesser als 450 mm.
Die Oberflächen (Vorder- und Rückseite sowie Kanten) der aus einem Einkristall aus Halbleitermaterial, beispielsweise Silicium, gesägten Scheiben werden in verschiedenen Arbeitsschritten planarisiert.
Im Folgenden werden die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens und deren bevorzugte Ausführungen im Detail erläutert.
Schritt (a): Mechanische Oberflächenbehandlung Die aus einem Einkristall aus Halbleitermaterial gesägten Scheiben werden zunächst einer mechanischen Oberflächenbehandlung (mechanical wafering) einschließlich einer Kantenverrundung unterzogen.
Für die mechanische Oberflächenbehandlung wird im erfindungsgemäßen Verfahren zur Planarisierung von Scheiben aus Halbleitermaterial das simultane Schleifen beider Seiten der Halbleiterscheibe gleichzeitig zwischen zwei Tellern, die mit Schleiftüchern beaufschlagt sind, mit Läppkinematik bevorzugt, wobei die mindestens eine Scheibe aus Halbleitermaterial während des Schleifprozesses auf einer Orbitalbahn bewegt wird (PPG).
Hierzu wird die mindestens eine Scheibe aus Halbleitermaterial in eine geeignet dimensionierte Aussparung einer Führungsplatte (Läuferscheibe) gelegt.
Die Führungsplatte ist vorzugsweise dünner als die Scheibe aus Halbleitermaterial.
Vorzugsweise weist die Führungsplatte eine Dicke von 10 bis 90% der Dicke der Scheibe aus Halbleitermaterial auf.
Vorzugsweise wird die Führungsplatte während der Material abtragenden Bearbeitung der wenigstens einen Scheibe aus Halbleitermaterial stets genau zentrisch zwischen den Arbeitsschichten geführt und die Rate des Materialabtrags auf Vorder- und Rückseite der wenigstens einen Scheibe aus Halbleitermaterial ist gleich.
Vorzugsweise wird in den zwischen den Arbeitsschichten gebildeten Arbeitsspalt während der Bearbeitung eine Flüssigkeit zugeführt.
Bei dieser Flüssigkeit handelt es sich vorzugsweise im einfachsten Fall um Wasser in der für die Halbleiterindustrie üblichen Reinheit (deionisiertes Wasser, DIW).
Vorzugsweise weist die Flüssigkeit einen pH-Wert von 10 oder größer auf und enthält keine abrasiv wirkenden Stoffe.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Flüssigkeit um alkalische wässrige Lösungen der Verbindungen Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebigen Mischungen davon.
Vorzugsweise betragen der pH-Wert der wässrigen Lösung 11,8 bis 12,5 und der Anteil der genannten Verbindungen in der wässrigen Lösung 0,2 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 4 bis 10 Gew.-%.
Ebenso ist es bevorzugt, nacheinander zwei Flüssigkeiten zuzuführen, von denen die erste keine abrasiv wirkenden Stoffe enthält und die zweite Abrasive enthält.
Vorzugsweise wird zum Ende der Bearbeitung ein Kieselsol, optional auch in Kombination mit die Viskosität erhöhenden Zusätzen, zugegeben, das zu einer nachfolgenden Geometrie erhaltenden Glättung und zu einer Defektminimierung (Schleifrillen und -kratzer) der Oberflächen der mindestens einen Scheibe aus Halbleitermaterial eingesetzt wird.
Beispielsweise eignet sich ein flüssiges Medium mit einer Viskosität von mindestens 3·10^–3 N/m²·s und höchstens 100·10^–3 N/m²·s.
Vorzugsweise umfasst das flüssige Medium einen mehrwertigen Alkohol, der besonders bevorzugt ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Glycerin, monomeren Glykole, oligomeren Glykole, Polyglykole und Polyalkohole.
Vorzugsweise beträgt der Anteil des mehrwertigen Alkohols 0,01 bis 10 Vol.-%.
Vorzugsweise umfasst das flüssige Medium Glycerin.
Vorzugsweise umfasst das flüssige Medium Polyetherpolyol und Polyvinylalkohol.
Vorzugsweise handelt es sich beim flüssigen Medium um ein Glycerin-Wasser-Gemisch mit einem Glycerin-Anteil von 50% bis 85%.
Vorzugsweise handelt es sich beim flüssigen Medium um eine wässrige Mischung enthaltend Glycerin, Butanol und ein Tensid.
Vorzugsweise umfasst das flüssige Medium Feststoffe in Form von Siliciumdioxid- oder Ceroxid-Partikeln.
Vorzugsweise beträgt die mittlere Partikelgröße des Siliciumdioxid oder des Ceroxid 5–50 nm.
Vorzugsweise beträgt der Feststoffanteil größer als 1 Gew.-% bis maximal 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 1–30 Gew.-%.
Als in den Arbeitsschichten gebundenes Schleifmittel ist ein Hartstoff mit einer Mohs-Härte ≥ 6 bevorzugt. Als Schleifstoffe kommen bevorzugt in Frage Diamant, Siliciumcarbid (SiC), Cerdioxid (CeO₂), Korund (Aluminiumoxid, Al₂O₃), Zirkondioxid (ZrO₂), Bornitrid (BN; kubisches Bornitrid, CBN), ferner Siliciumdioxid (SiO₂), Borcarbid (B₄C) bis hin zu wesentlich weicheren Stoffen wie Bariumcarbonat (BaCO₃), Calciumcarbonat (CaCO₃) oder Magnesiumcarbonat (MgCO₃). Besonders bevorzugt sind jedoch Diamant, Siliciumcarbid (SiC) und Aluminiumoxid (Al₂O₃; Korund).
Beispielsweise eignen sich Schleiftücher der Marke Trizact^™ von 3M Company, USA.
Schritt (b): Simultan beidseitige Abtragspolitur Dem Schleifprozess folgt in einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Schrittes (b) eine simultan beidseitig wirkende Abtragspolitur der Vorder- und der Rückseite der Scheibe aus Halbleitermaterial mit Tüchern, die gebundene Abrasive enthalten (Fixed Abrasive Politur, FAP).
Während des Polierschrittes wird vorzugsweise eine Poliermittellösung, die frei von Feststoffen ist, zwischen die zu polierende Seite der Halbleiterscheibe und das Poliertuch gebracht.
Die Poliermittellösung ist im einfachsten Fall Wasser, vorzugsweise deionisiertes Wasser (DIW) mit der für die Verwendung in der Halbleiterindustrie üblichen Reinheit.
Die Poliermittellösung kann aber auch Verbindungen wie Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebige Mischungen davon enthalten. Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung von Kaliumcarbonat. In diesem Fall liegt der pH-Wert der Poliermittellösung vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 12 und der Anteil der genannten Verbindungen in der Poliermittellösung beträgt vorzugsweise 0,01 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,01 bis 0,2 Gew.-%.
Die Poliermittellösung kann darüber hinaus einen oder mehrere weitere Zusätze enthalten, beispielsweise oberflächenaktive Additive wie Netzmittel und Tenside, als Schutzkolloide wirkende Stabilisatoren, Konservierungsmittel, Biozide, Alkohole und Komplexbildner.
Es wird ein Poliertuch verwendet, das einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält (FAP- oder FA-Tuch bzw. FA-Pad).
Geeignete Abrasivstoffe umfassen beispielsweise Partikel von Oxiden der Elemente Cer, Aluminium, Silicium, Zirkon sowie Partikel von Hartstoffen wie Siliciumcarbid, Bornitrid und Diamant.
Besonders geeignete Poliertücher weisen eine von replizierten Mikrostrukturen geprägte Oberflächentopografie auf. Diese Mikrostrukturen („posts“) haben beispielsweise die Form von Säulen mit einem zylindrischen oder mehreckigen Querschnitt oder die Form von Pyramiden oder Pyramidenstümpfen.
Nähere Beschreibungen solcher Poliertücher sind beispielsweise in den Schriften WO 92/13680 A1 und US 2005/227590 A1 enthalten.
Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Poliertuchs mit fest darin gebundenen Abrasiven aus Ceroxid, wie z.B. in der Patentschrift US 6602117 B1 beschrieben.
Die Korngrößen der verwendeten FA-Poliertücher (Größe der fest gebundenen Abrasive / Partikel) sind vorzugsweise größer oder gleich 0,1 µm und kleiner oder gleich 1,0 µm.
Besonders bevorzugt ist eine Partikelgröße von 0,1–0,6 µm.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Partikelgröße von 0,1–0,25 µm.
Für die FA-Politur wird vorzugsweise mit Abträgen von kleiner oder gleich 12 µm pro Seite gearbeitet, wobei diesbezüglich der Bereich von 9–12 µm besonders bevorzugt wird und ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 10–11 µm gearbeitet wird.
Im Anschluss an die FA Politur der ersten bevorzugten Ausführungsform des Schrittes (b) erfolgt eine simultan wirkende Doppelseitenpolitur (DSP) der Vorder- und der Rückseite der Scheibe aus Halbleitermaterial mit ausreichend hohem Polierabtrag und mit Tüchern die keine Abrasive enthalten zur Beseitigung des aus der FA-Politur resultierenden Mikrodamage und der Mikrokratzer auf den polierten Oberflächen in Gegenwart einer Poliermittelsuspension gemäß dem Stand der Technik.
Bei diesem DSP-Schritt erfolgt vorzugsweise ein Oberflächenabtrag von kleiner oder gleich 3 µm pro Seite, besonders bevorzugt von 1–3 µm und ganz besonders bevorzugt von 1–2 µm, so dass aufgrund der kurzen Polierzeit ein negativer Einfluss auf Randgeometrie (edge roll off) ausgeschlossen wird.
In einer zweiten, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform des Schrittes (b) folgt dem Schleifprozess ausschließlich eine simultan doppelseitig wirkende Abtragspolitur mit Tüchern, die keine Abrasive enthalten (DSP).
Die DSP wird üblicherweise mit einem Poliertuch aus homogenem, porösem Polymerschaum durchgeführt, wie es beispielsweise in der Druckschrift DE10004578C1 beschrieben ist, unter Zufuhr einer Abrasive enthaltenden Poliermittelsuspension.
Vorzugsweise enthält die verwendete Poliermittelsuspension Abrasive ausgewählt aus einem oder mehreren Oxiden der Elemente Aluminium, Cer und Silicium.
Die Größenverteilung der Abrasivstoff-Teilchen ist vorzugsweise monomodal ausgeprägt.
Die mittlere Teilchengröße beträgt 5 bis 300 nm, besonders bevorzugt 5 bis 50 nm.
Der Anteil des Abrasivstoffes in der Poliermittelsuspension beträgt vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,25 bis 1 Gew.-%.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung von kolloid-disperser Kieselsäure als Poliermittelsuspension.
Zum Einsatz können beispielsweise die wässrigen Poliermittel Levasil^® 200 von der Fa. Bayer AG sowie Glanzox 3900^® von der Fa. Fujimi kommen.
Die Poliermittelsuspension kann Zusätze wie Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) enthalten.
Die Poliermittelsuspension kann aber einen oder mehrere weitere Zusätze enthalten, beispielsweise oberflächenaktive Additive wie Netzmittel und Tenside, als Schutzkolloide wirkende Stabilisatoren, Konservierungsmittel, Biozide, Alkohole und Komplexbildner.
Bei der DSP erfolgt vorzugsweise ein Oberflächenabtrag von kleiner oder gleich 15 µm pro Seite, wobei diesbezüglich der Bereich von 12 µm bis 13 µm besonders bevorzugt wird.
Schritt (c): Einseitige chemisch-mechanische Politur der Vorderseite der Scheibe aus Halbleitermaterial mit konstantem Polierdruck
Als letzter Schritt nach der ersten als auch der zweiten bevorzugten Ausführungsform des Schrittes (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Planarisierung mindestens einer Scheibe aus Halbleitermaterial erfolgt eine chemischmechanische Politur der Vorderseite der Scheibe aus Halbleitermaterial mit einem gleichmäßig wirkenden Polierdruck auf die gesamte Vorderseite.
Hierzu wird die Scheibe aus Halbleitermaterial mit einer Seite auf die Vorderseite einer Trägerplatte montiert, indem zwischen der Scheibe und der Trägerplatte eine form- und kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise durch Adhäsion, Kleben, Kitten oder Vakuumanwendung, hergestellt wird. Dabei ist eine Verbindung durch Adhäsion bevorzugt.
Nach der Montage wird die freie Seite der mindestens einen Scheibe aus Halbleitermaterial unter Zuführung eines Poliermittels gegen einen Polierteller, über den ein Poliertuch gespannt ist, mit einem bestimmten Druck (Polierdruck) gedrückt und poliert. Dabei werden die Trägerplatte (Poliercarrier, Carrier) und der Polierteller gedreht.
Der Polierdruck kann sich prinzipiell aus einer ausschließlich variablen Komponente (dynamisch veränderbar), aus einer konstanten Komponente (statisch) oder einer Kombination aus beiden Komponenten zusammensetzen.
Die variable Komponente wird beispielsweise, je nach technischer Ausführungsform der Poliermaschine, durch einen druckbeaufschlagbaren Balg oder im Falle eines geeigneten Poliercarriers mittels druckbeaufschlagbarer Membrane erzeugt.
Die konstante Komponente resultiert bei entsprechend technisch ausgeführten Systemen aus der Gewichtskraft, z.B. von Trägerplatte und Poliertopf bzw. -carrier, die letztendlich auf die Scheibe aus Halbleitermaterial wirkt und diese somit auf den mit einem Poliertuch belegten Polierteller presst.
Während der statische Anteil sehr homogen wirkt (er wird durch die Gravitation verursacht), ist der dynamisch veränderbare Anteil von vielen Steuergrößen abhängig und damit schwer konstant zu halten.
Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Planarisierung mindestens einer Scheibe aus Halbleitermaterial wird für die einseitige CMP im Schritt (c) bevorzugt der überwiegende Anteil des notwendigen Polierdruckes durch eine statische Druckbeaufschlagung, resultierend aus der Gewichtskraft des Poliertopfes und des Trägersystems (Carrier), realisiert.
Bevorzugt beträgt der statische Anteil am Polierdruck mehr als 50%, besonders bevorzugt mehr als 60%, und ganz besonders bevorzugt mehr als 70%.
Der statische Anteil des Polierdruckes resultiert aus dem Gewicht des Poliertopfes und des Trägersystems, bestehend aus einem Träger und einem Template, in das die Scheibe aus Halbleitermaterial eingelegt ist.
Das Trägersystem ist dabei so dimensioniert, dass die zur Scheibe aus Halbleitermaterial zeigende Unterseite (Trägerplatte) des Trägersystems geringfügig größer ist als der Durchmesser der zu polierenden Scheibe.
An der Unterseite des Trägersystems ist formschlüssig ein Template befestigt, dass aus einem Tuch (backing pad) und einem umlaufenden Rückhaltering, besteht. Die Höhe des umlaufenden Ringes ist geringer als die Dicke der zu polierenden Scheibe aus Halbleitermaterial. Der umlaufende Ring hat einen Innendurchmesser, der dem Durchmesser der zu polierenden Scheibe aus Halbleitermaterial entspricht, so dass die Scheibe aus Halbleitermaterial formschlüssig im Template liegt, ohne dass der umlaufende Ring in Kontakt mit dem Poliertuch kommt.
Im Gegensatz hierzu wird gemäß dem Stand der Technik ein sog. Retainer-Ring verwendet, der die zu polierende Scheibe aus Halbleitermaterial umschließt, aber den Poliertopf bzw. den Poliercarrier (im erfindungsgemäßen Verfahren durch einen Träger ersetzt) auf dem mit einem Poliertuch belegten Polierteller abstützt, so dass der notwendige Polierdruck vollständig dynamisch erzeugt werden muss, z. B. in Verbindung mit einem Poliercarrier der eine druckbeaufschlagbare Membrane – so wie sie die typischen Poliercarriersysteme für Schleierfreipoliermaschinen der Firma Applied Materials zur Schleierfreipolitur (Glanzpolitur) vorsehen – besitzt.
Bevorzugt besteht das Trägersystem aus Aluminium, Stahl oder Keramik.
Notwendige individuelle dynamische Druckanpassungen auf bestimmte Bereiche der Halbleiterscheibe werden bevorzugt über speziell geformte Unterseiten des Trägersystems, z.B. mittels konkaven, konvexen oder ebenen Trägerplatten, erzielt.
Ebenfalls bevorzugt ist die individuelle dynamische Druckanpassung durch eine zusätzlich in das Template integrierte Membran mit einzelnen Druckkammern.
Die individuelle dynamische Druckanpassung ermöglicht es, beispielsweise den Randbereich einer Halbleiterscheibe mit einem höheren Polierdruck zu polieren als das Zentrum der Halbleiterscheibe.
Ansonsten kommen beim erfindungsgemäßen Verfahren übliche CMP-Prozessparameter (CMP = chemisch mechanische Politur) zur Anwendung.
Die Geschwindigkeiten von Teller und Polierkopf liegen vorzugsweise bei etwa 5–150 rpm. Der Volumenfluss des Poliermittels beträgt vorzugsweise 100 bis 1500 ml/min. Auch ist es bevorzugt während der Politur den Polierkopf mit der darin geführten mindestens einen Scheibe aus Halbleitermaterial über das Poliertuch oszillierend zu bewegen.
Bevorzugt ist der Materialabtrag in diesem Schleierfreipolierschritt (Glanzpolitur) kleiner oder gleich 0,3 µm und liegt dabei ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,1–0,2 µm.
Bei der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren planarisierten Scheibe aus Halbleitermaterial handelt es sich vorzugsweise um eine Scheibe aus Silicium, Silicium-Germanium, Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Galliumarsenid und weitere sogenannte III-V-Halbleiter mit einem Durchmesser von 450 mm.
Die Verwendung von Silicium in einkristalliner Form, beispielsweise kristallisiert durch einen Czochralski- oder einen Zonenziehprozess, ist bevorzugt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10344602 A1 [0006]
DE 102006032455 A1 [0006]
US 3691694 [0009]
EP 208315 B1 [0010]
DE 10004578 C1 [0011, 0066]
US 2002-0077039 [0013]
US 2008-0305722 [0013]
DE 102007035266 A1 [0016]
US 6435949 B1 [0017]
WO 92/13680 A1 [0057]
US 2005/227590 A1 [0057]
US 6602117 B1 [0058]

Claims

Verfahren zum Polieren einer Halbleiterscheibe mit einer Vorder- und der Rückseite, umfassend eine erste simultan beidseitig wirkende Abtragspolitur in Gegenwart eines Poliermittels und einer zweiten einseitigen Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe in Gegenwart eines Poliermittels, die Halbleiterscheibe sich bei der einseitigen Politur in einem an einem Poliertopf befindlichen Trägersystem, bestehend aus einem Träger und einem Template, befindet, dadurch gekennzeichnet, dass beim zweiten Polierschritt der gesamte Polierdruck sich aus einem überwiegend statischen und einem restlichen dynamischen Anteil zusammensetzt und der statische Anteil durch das Eigengewicht des Trägersystems und des Poliertopfes bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste simultan beidseitig wirkende Abtragspolitur mit Poliertüchern durchgeführt wird, die festgebundene Abrasive enthalten und das Poliermittel keine Abrasive enthält (FAP-Schritt).
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabtrag auf der Vorder- und der Rückseite der Halbleiterscheibe kleiner oder gleich 12 µm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem FAP-Schritt eine simultan wirkende materialabtragende Doppelseitenpolitur der Vorder- und der Rückseite der Halbleiterscheibe mit Poliertüchern, die keine Abrasive enthalten, und in Gegenwart eines Abrasive enthaltenden Poliermittels erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabtrag auf der Vorder- und der Rückseite der Halbleiterscheibe kleiner oder gleich 3 µm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste simultan beidseitig wirkende Abtragspolitur mit Poliertüchern durchgeführt wird, die keine festgebundenen Abrasive enthalten und das Poliermittel Abrasive enthält.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabtrag auf der Vorder- und der Rückseite der Halbleiterscheibe kleiner oder gleich 15 µm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei der zweiten, einseitigen Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe der Anteil des statischen Polierdrucks am gesamten Polierdruck mehr als 50% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des dynamischen Polierdrucks am gesamten Polierdruck individuell auf definierte Bereiche der Halbleiterscheibe angepasst werden kann.