DE102010024040A1

DE102010024040A1 - Verfahren zur Politur einer Halbleiterscheibe

Info

Publication number: DE102010024040A1
Application number: DE102010024040A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schwandner
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2011-12-22
Also published as: WO2011157493A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Politur einer Halbleiterscheibe mit einer Vorderseite und einer Rückseite, umfassend folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge: (a) simultane Politur von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe zwischen zwei Poliertellern, die jeweils mit einem Poliertuch enthaltend fest gebundene abrasiv wirkende Partikel beaufschlagt sind, wobei eine alkalische Lösung, die frei von Feststoffen ist, zugeführt wird; (b) simultane Politur von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe zwischen zwei Poliertellern, die jeweils mit einem Poliertuch beaufschlagt sind, wobei eine alkalische Suspension enthaltend abrasiv wirkende Partikel zugeführt wird; (c) Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe auf einem Poliertuch unter Zufuhr einer Suspension enthaltend abrasiv wirkende Partikel; wobei bei Schritt (a) und bei Schritt (b) jeweils ein von den zwei mit Poliertuch beaufschlagten Poliertellern gebildeter Arbeitsspalt bestimmt und die Form mindestens eines Poliertellers mechanisch oder thermisch in Abhängigkeit von der gemessenen Geometrie des Arbeitsspalts so verändert wird, dass der Arbeitsspalt eine vorgegebene Form aufweist.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Politur einer Halbleiterscheibe.
Nach Schleif-, Reinigungs- und Ätzschritten an einer von einem Einkristall abgetrennten Halbleiterscheibe (Wafer) erfolgt gemäß dem Stand der Technik eine Glättung der Oberflächen der Halbleiterscheibe durch Politur.
Beim Einseitenpolieren („single-side polishing” oder kurz SSP) werden Halbleiterscheiben während der Bearbeitung rückseitig auf einer Trägerplatte mit Kitt, durch Vakuum oder mittels Adhäsion gehalten und auf der anderen Seite einer Politur unterzogen.
Bei der klassischen Doppelseitenpolitur (DSP) werden Halbleiterscheiben lose in eine dünne Läuferscheibe eingelegt und vorder- und rückseitig simultan „frei schwimmend” zwischen einem oberen und einem unteren, jeweils mit Poliertuch belegten Polierteller poliert. Dieses Polierverfahren erfolgt unter Zufuhr einer Poliermittelsuspension, meist auf Basis eines Kieselsols. Bei der DSP werden Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe simultan gleichzeitig poliert.
Eine geeignete Doppelseitenpoliermaschine ist offenbart in DE 100 07 390 A1 .
Ebenfalls im Stand der Technik bekannt ist das Polieren mit fest gebundenen Abrasiven („Fixed Abrasive Polishing”, FAP), bei dem die Halbleiterscheibe auf einem Poliertuch poliert wird, das im Gegensatz zu DSP- oder CMP-Poliertüchern einen im Poliertuch gebundenen Abrasivstoff enthält („Fixed Abrasive” oder FA-Tuch). Auf die Zugabe einer Poliermittelsuspension wie bei DSP wird bei FAP üblicherweise verzichtet.
Die deutsche Patentanmeldung DE 102 007 035 266 A1 beschreibt ein Verfahren zum Polieren eines Substrates aus Siliciummaterial, umfassend zwei Polierschritte mit FA-Tüchern, 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.
Nach DSP oder FAP werden die Vorderseiten der Halbleiterscheiben in der Regel schleierfrei poliert. Dies erfolgt meist mit einem weicheren Poliertuch unter Zuhilfenahme eines alkalischen Poliersols. In der Literatur wird dieser Schritt oft als CMP-Politur bezeichnet. CMP-Verfahren sind beispielsweise offenbart in US 2002-0077039 sowie in US 2008-0305722 .
Es hat sich herausgestellt, dass die mit FAP bearbeiteten Halbleiterscheiben zumindest in bestimmten Raumwellenbereichen unerwünschte Defekte wie irreguläre Welligkeiten in ihrem Dickenprofil sowie eine raue Oberfläche mit einer gewissen Schädigungstiefe aufweisen. Durch die anschließende CMP kann die erhöhte Rauhigkeit zwar korrigiert werden. Jedoch sind dazu vergleichsweise hohe Polierabträge bei der CMP erforderlich, was nachteilig ist, zumal es sich um eine vergleichsweise teure Politur handelt, die den Prozess unwirtschaftlich gestaltet.
Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, Irregularitäten nach FAP zu vermeiden und die Topografie der Oberfläche der Halbleiterscheibe im gesamten relevanten Raumwellenbereich zu optimieren, so dass bei der CMP weniger Material abgetragen werden muss, um die erforderliche Oberflächenrauhigkeit zu gewährleisten.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Politur einer Halbleiterscheibe mit einer Vorderseite und einer Rückseite, umfassend folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge:

(a) simultane Politur von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe zwischen zwei Poliertellern, die jeweils mit einem Poliertuch enthaltend fest gebundene abrasiv wirkende Partikel beaufschlagt sind, wobei eine alkalische Lösung, die frei von Feststoffen ist, zugeführt wird;
(b) simultane Politur von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe zwischen zwei Poliertellern, die jeweils mit einem Poliertuch beaufschlagt sind, wobei eine alkalische Suspension enthaltend abrasiv wirkende Partikel zugeführt wird;
(c) Politur der Vorderseite auf einem Poliertuch unter Zufuhr einer Suspension enthaltend abrasiv wirkende Partikel; wobei bei Schritt (a) und bei Schritt (b) jeweils ein von den zwei mit Poliertuch beaufschlagten Poliertellern gebildeter Arbeitsspalt bestimmt und die Form mindestens eines Poliertellers mechanisch oder thermisch in Abhängigkeit von der gemessenen Geometrie des Arbeitsspalts so verändert wird, dass der Arbeitsspalt eine vorgegebene Form aufweist.

Im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt zunächst eine Doppelseitenpolitur mit einem FA-Poliertuch, wobei eine alkalische Polierlösung zugeführt wird, die keine abrasiv wirkenden Partikel enthält. Im zweiten Schritt des Verfahrens, ebenfalls eine Doppelseitenpolitur, wird dagegen eine Poliersuspension zwischen Poliertuch und Halbleiterscheibe gebracht, die abrasiv wirkende Partikel umfasst. Im dritten Schritt erfolgt eine herkömmliche CMP-Politur der Vorderseite.
Das in Schritt (a) verwendete FA-Tuch ist vorzugweise wesentlich härter und weit weniger kompressibel als die standardmäßig verwendeten Poliertücher und bietet zudem den Vorteil, den Abtrag ohne alkalisch aufgeladenes Kieselsol, sondern ausschließlich unter Verwendung einer alkalischen Lösung zu erzeugen, was zudem Poliermittelverschleppung auf die Vorderseite der Halbleiterscheibe und damit in Verbindung mit der Steuerung der Form des Arbeitssplalts eine negative Beeinflussung der Oberfläche der Halbleiterscheibe – in Form von z. B. erhöhten Defektraten wie z. B. LLS (localised light scatterers) aufgrund von Anätzungen – vermeidet.
Vorzugsweise beträgt die Härte des Poliertuchs mindestens 78 und höchstens 100 nach JIS-A (JIS K6253), wobei eine Härte nach JIS-A einer Härte nach Shore A entspricht.
Ganz besonders bevorzugt beträgt die Tuchhärte mindestens 80 nach JIS-A.
Die Kompressibilität sollte höchstens 3% betragen. Vorzugsweise beträgt die Kompressibilität 1–3%.
Vorzugsweise umfasst das Poliertuch einen Kunststoff-Sublager. Dies hat den Vorteil, dass das Tuch steifer ist und unter Last weniger Verbiegung zeigt. Weiterhin lässt sich mit einem solchen Poliertuch die Geometrie des Poliertellers gut auf die Oberfläche des Poliertuchs, die gebundene Abrasive umfasst, abbilden.
Geeignete Abrasivstoffe zur Verwendung im FA-Poliertuch umfassen beispielsweise Partikel von Oxiden der Elemente Cer, Aluminium, Silicium, Zirkon sowie Partikel von Hartstoffen wie Siliciumcarbid, Bornitrid und Diamant.
Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Poliertuchs umfassend SiO₂-Abrasive. Es hat sich herausgestellt, dass diese Poliertücher besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Oberflächenrauhigkeit der polierten Halbleiterscheibe zeigen. Die Abrasive sind entweder in das Poliertuch eingebaut und/oder befinden sich in Form von strukturierten Bereichen auf der Poliertuchoberfläche.
Besonders geeignete Poliertücher weisen eine von replizierten Mikrostrukturen geprägte Oberflächentopografie auf. Diese Mikrostrukturen („posts”) haben beispielsweise die Form von Säulen mit einem zylindrischen oder mehreckigen Querschnitt oder die Form von Pyramiden oder Pyramidenstümpfen.
Die mittlere Größe der abrasiven Partikel im FA-Poliertuch beträgt vorzugsweise 0,1–1,0 μm.
Die in Schritt (a) zugeführte alkalische Lösung ist vorzugsweise eine wässrige Lösung, die Verbindungen wie Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebige Mischungen davon enthält, um den gewünschten pH-Wert einzustellen, der im alkalischen Bereich liegen muss.
Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung von Kaliumcarbonat.
Der pH-Wert der Lösung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 12. Der Anteil der genannten Verbindungen in der Poliermittellösung beträgt demzufolge vorzugsweise 0,01 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,01 bis 0,2 Gew.-%.
Die Poliermittellösung kann darüber hinaus einen oder mehrere weitere Zusätze enthalten, beispielsweise oberflächenaktive Additive wie Netzmittel und Tenside, als Schutzkolloide wirkende Stabilisatoren, Konservierungsmittel, Biozide, Alkohole und Komplexbildner.
In Schritt (b) erfolgt eine simultan beidseitige Politur von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe zwischen zwei Poliertellern, die jeweils mit einem Poliertuch beaufschlagt sind, wobei eine alkalische Suspension enthaltend abrasiv wirkende Partikel zugeführt wird.
Bei dieser Politur enthalten die Poliertücher ganz bevorzugt keine fest gebundenen Abrasive. Die Verwendung von FA-Poliertüchern ist in Schritt (b) weniger bevorzugt.
Bei den verwendeten Poliertüchern handelt es sich idealerweise um Poliertücher mit einer porösen Matrix.
Vorzugsweise besteht das Poliertuch aus einem thermoplastischen oder hitzehärtbaren Polymer. Als Tuch-Material kommt eine Vielzahl an Werkstoffen in Betracht, z. B. Polyurethane, Polycarbonat, Polyamid, Polyacrylat, Polyester usw.
Vorzugsweise beinhaltet das Poliertuch festes, mikro-poröses Polyurethan.
Bevorzugt ist auch die Verwendung von Poliertüchern aus verschäumten Platten oder Filz- oder Fasersubstraten, die mit Polymeren imprägniert sind.
Beschichtete/Imprägnierte Poliertücher können auch so ausgestaltet sein, dass sie im Substrat eine andere Porenverteilung und -größe aufweisen als in der Beschichtung.
Die Poliertücher können weitgehend eben oder auch perforiert sein.
Um die Porosität des Poliertuchs zu steuern, können Füllstoffe in das Poliertuch eingebracht sein.
In Schritt (b) des Verfahrens muss eine alkalische Suspension zugeführt werden, die Abrasive enthält.
Geeignete Abrasive umfassen beispielsweise Partikel von Oxiden der Elemente Cer und Silicium.
Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung eines alkalischen Kieselsols.
Die in Schritt (b) zugeführte Suspension enthält vorzugsweise zusätzlich Verbindungen wie Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebige Mischungen davon.
Ganz besonders bevorzugt ist wiederum die Verwendung von Kaliumcarbonat.
Der pH-Wert der Suspension liegt vorzugsweise ebenfalls in einem Bereich von 10 bis 12. Der Anteil der genannten Verbindungen in der Suspension sollte 0,01 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,01 bis 0,2 Gew.-% betragen.
Schließlich kann die Suspension darüber hinaus einen oder mehrere weitere Zusätze enthalten, beispielsweise oberflächenaktive Additive wie Netzmittel und Tenside, als Schutzkolloide wirkende Stabilisatoren, Konservierungsmittel, Biozide, Alkohole und Komplexbildner enthalten.
Erfindungswesentlich ist, dass bei Schritt (a) und bei Schritt (b) jeweils ein von den zwei mit einem Poliertuch beaufschlagten Poliertellern gebildeter Arbeitsspalt bestimmt und die Form einer Arbeitsfläche mindestens eines Poliertellers bzw. zumindest die Form einer Arbeitsfläche jenes wenigstens einen Poliertellers mechanisch oder thermisch in Abhängigkeit von der gemessenen Geometrie des Arbeitsspalts so verändert wird, dass der Arbeitsspalt eine vorgegebene Form aufweist.
Wenn im Folgenden von einem Polierteller gesprochen wird, ist darunter ein Polierteller umfassend ein Poliertuch zu verstehen. Dabei handelt es sich in Schritt (a) stets um ein FA-Poliertuch, während es sich in Schritt (b) ganz bevorzugt um ein Poliertuch ohne fest gebundene Abrasive handelt. Der Einfachheit halber wird darauf verzichtet, anzugeben, dass jeder Polierteller selbstverständlich mit einem der genannten Poliertücher beaufschlagt ist. Das Verfahren zur Bestimmung des Arbeitsspalts sowie die Maßnahmen zur Veränderung der Geometrie des Arbeitsspalts sind unabhängig von der Art des Poliertuchs auf dem Polierteller.
Vorzugsweise ist mindestens eines der beiden Polierteller mit mindestens zwei Messeinheiten ausgestattet, von denen z. B. eine möglichst nah am inneren Rand des Poliertellers und eine möglichst nah am äußeren Rand des Poliertellers angeordnet sein kann. Die Messeinheiten sollen eine berührungslose Messung des jeweiligen lokalen Abstandes der Polierteller ermöglichen.
Derartige Vorrichtungen sind bereits im Stand der Technik bekannt, z. B. aus DE 102 004 040 429 A1 .
Vorzugsweise ist mindestens eines der beiden Polierteller zusätzlich mit mindestens zwei Messeinheiten ausgestattet, von denen z. B. ebenfalls eine möglichst nah am inneren Rand des Poliertellers und eine möglichst nah am äußeren Rand des Poliertellers angeordnet ist. Jene zusätzlichen Messeinheiten sollen geeignet sein, eine Messung der Temperatur am jeweiligen Ort innerhalb des Arbeitsspaltes vorzunehmen.
Zum Einstellen einer Arbeitstemperatur sind die Polierteller vorzugsweise mit Kühlkanälen versehen, die von einem mittels Thermostaten temperierten Kühlmittel, beispielsweise Wasser, durchflossen werden. Eine hierfür geeignete, im Stand der Technik offenbarte Vorrichtung ist in DE 19937784 A1 beschrieben. Die Erfindung macht sich zunutze, dass sich die Form eines Poliertellers verändert, wenn sich dessen Temperatur ändert.
Neben der Veränderung der Arbeitstemperatur kann die Form einer oder beider Polierteller und damit das Profil des Arbeitsspaltes zwischen den Poliertellern auch verändert werden, indem radiale Kräfte symmetrisch auf die dem Arbeitsspalt abgewandte Seite des Poliertellers wirken.
Solche Kräfte können über die thermische Ausdehnung eines Stellelementes erzeugt werden, welches durch eine Temperiereinrichtung beheizt oder gekühlt wird.
Eine andere Möglichkeit zur Verformung einer oder beider Polierteller besteht darin, die radialen Kräfte mittels einer mechanisch hydraulischen Verstelleinrichtung zu erzeugen. Durch eine Änderung des Drucks in der hydraulischen Verstelleinrichtung kann die Form des Poliertellers und damit die Form des Arbeitsspalts verändert werden. Anstelle der hydraulischen Verstelleinrichtung eignen sich ebenso piezoelektrische, magnetostriktive oder elektrodynamische Stellelemente.
Mit solchen mechanischen Vorrichtungen lassen sich insbesondere gezielt konvexe oder konkave Verformungen des Poliertellers einstellen. Diese sind besonders gut geeignet, den unerwünschten Verformungen des Arbeitsspaltes durch die Wechsellasten während der Bearbeitung entgegenzuwirken. In Verbindung mit den bevorzugten FA-Poliertüchern enthaltend eine Kunststoff-Lage, die sich der Form des Poliertellers sehr gut anpassen, ist dies besonders vorteilhaft. Außerdem lassen sich die Schritte (a) und (b) des Verfahrens hervorragend aufeinander abstimmen, um die Geometrie der Halbleiterscheibe zu optimieren.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Form des zwischen den Poliertellern gebildeten Arbeitsspalts während der Schritte (a) und (b) bestimmt und die Form der Arbeitsfläche mindestens eines Poliertellers mechanisch oder thermisch in Abhängigkeit von der gemessenen Geometrie des Arbeitsspalts so verändert, dass der Arbeitsspalt eine vorgegebene Form aufweist.
Vorzugsweise wird die Form des Arbeitsspalts so geregelt, dass das Verhältnis der Differenz zwischen der maximalen und der minimalen Weite des Arbeitsspalts zur Breite der Polierteller zumindest während der letzten 10% des Materialabtrags höchstens 50 ppm beträgt.
Unter dem Begriff „Breite der Polierteller” ist deren Ringbreite in radialer Richtung zu verstehen. Falls nicht die gesamte Fläche der Polierteller mit einem Poliertuch belegt ist, ist unter dem Begriff „Breite der Polierteller” die Ringbreite der mit dem Poliertuch belegten Fläche der Polierteller zu verstehen. „Zumindest während der letzten 10% des Materialabtrags” bedeutet, dass die Bedingung „höchstens 50 ppm” während der letzten 10 bis 100% des Materialabtrags erfüllt ist. Diese Bedingung kann erfindungsgemäß also auch während der gesamten Politur in Schritt (a), und Schritt (b) erfüllt sein. „Höchstens 50 ppm” bedeutet einen Wert im Bereich von 0 ppm bis 50 ppm. 1 ppm ist gleichbedeutend mit der Zahl 10^–6.
Vorzugsweise wird während des Polierens der Spaltverlauf fortwährend mittels mindestens zweier in mindestens eine der Polierteller eingebauter berührungsloser Abstandsmesssensoren gemessen und durch Maßnahmen zur gezielten Verformung mindestens einer der beiden Polierteller ständig so nachgeregelt, dass trotz während der Bearbeitung eingetragener thermischer Wechsellast, die bekanntermaßen eine unerwünschte Verformung der Polierteller bewirkt, stets ein gewünschter Arbeitsspaltverlauf erhalten wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden wie zuvor beschrieben Kühlkanäle in den Poliertellern zur Regelung der Form der Polierteller verwendet. Vorzugsweise wird zunächst das Radialprofil des Arbeitsspaltes im Ruhezustand der verwendeten Poliermaschine für mehrere Temperaturen der Polierteller bestimmt. Dazu wird beispielsweise das obere Polierteller mit drei identischen Endmaßen an fixen Punkten und unter fixer Auflast auf nominell gleichmäßigen Abstand zum unteren Polierteller gebracht und das Radialprofil des resultierenden Spalts zwischen den Poliertellern beispielsweise mit einem Mikrometertaster bestimmt. Dies wird für verschiedene Temperaturen des Kühlkreislaufes der Polierteller durchgeführt. Auf diese Weise erhält man eine Charakterisierung der Formveränderung der Polierteller und des Arbeitsspaltes in Abhängigkeit von der Temperatur.
Während der Politur wird dann durch kontinuierliche Messung mit den berührungslosen Abstandsmesssensoren eine etwaige Änderung des radialen Arbeitsspaltprofils bestimmt und durch gezielte Änderung der Polierteller-Temperierung so geregelt, dass der Arbeitsspalt stets das gewünschte Radialprofil beibehält. Dies geschieht beispielsweise, indem die Vorlauftemperatur der Thermostaten für die Kühlkanäle der Polierteller während der Bearbeitung gezielt geändert wird.
In einer weiteren Ausführungsform dieses Verfahrens wird die Temperierung des Arbeitsspalts durch die während der Bearbeitung zugeführten Poliermittellösungen bzw. -suspensionen vorgenommen, indem deren Temperaturvorlauf oder deren Volumenstrom so variiert werden, dass der Arbeitsspalt die gewünschte Form annimmt.
Besonders vorteilhaft ist die Kombination beider Regelmaßnahmen, da die Reaktionszeiten bzgl. der Formänderung durch Temperierung des Poliertellers und durch Zuführung der Temperatur- und Volumenstrom-geregelten alkalischen Lösung bzw.
Suspension unterschiedlich sind und somit eine den Erfordernissen noch besser angepasste Regelung des Arbeitsspalts möglich ist.
Bevorzugt ist auch die Verwendung von Temperatursensoren, die die Temperatur im Arbeitsspalt an verschiedenen Orten während der Politur bestimmen. Dadurch lässt sich nämlich eine besonders schnelle Regelung der Form des Arbeitsspalts erreichen, was vorteilhaft ist.
In Schritt (c) des Verfahrens erfolgt eine CMP-Politur wenigstens der Vorderseite der Halbleiterscheibe.
Dazu wird ein herkömmliches CMP-Poliertuch verwendet. Kommerziell erhältliche Poliertücher sind z. B. das SPM 3100 von Rodel Inc. oder die Tücher der DCP-Serie sowie die Tücher der Marken IC1000^TM, Polytex^TM oder SUBA^TM von Rohm & Haas.
Vorzugsweise werden beide Seiten der Halbleiterscheibe mittels CMP poliert.
Es wird eine Suspension zugeführt, die Abrasive enthält.
Geeignete Abrasiv umfassen beispielsweise Partikel von Oxiden der Elemente Cer und Silicium.
Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung eines alkalischen Kieselsols.
Die zugeführte Suspension enthält vorzugsweise Verbindungen wie Natriumcarbonat (Na₂CO₃), Kaliumcarbonat (K₂CO₃), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH₄OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebige Mischungen davon.
Ganz besonders bevorzugt ist die Verwendung von Kaliumcarbonat.
Der pH-Wert der Suspension liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 12 und der Anteil der genannten Verbindungen in der Poliermittellösung beträgt vorzugsweise 0,01 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,01 bis 0,2 Gew.-%.
Die Suspension 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.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen
Vorzugsweise erfolgt vor Schritt (a) eine Geometrie-Messung.
Dazu werden Form und Geometrie der Halbleiterscheibe charakterisiert. Vorzugsweise weist die Halbleiterscheibe zu diesem Zeitpunkt geschliffene, ganz besonders bevorzugt mittels Schleifscheiben mit feiner Körnung fein geschliffene Oberflächen auf.
Die Charakterisierung der Eingangsgeometrie erfolgt idealer weise mittels kapazitiver Dickenmessung.
Es wird eine Klassifikation der Halbleiterscheiben hinsichtlich ihrer Form in die Gruppen konvex – konkav – planparallel vorgenommen.
Anschließend erfolgt Schritt (a) des Verfahrens, also eine simultan beidseitige FA-Politur mit Steuerung des Arbeitsspalts.
Der Materialabtrag liegt dabei vorzugsweise bei 14–16 μm (für beide Seiten insgesamt).
Die erfindungsgemäße aktive Kontrolle des Arbeitsspalts erfolgt vorzugsweise als Regelkreis.
Ganz besonders bevorzugt ist in diesem Schritt die Verwendung von sehr harten und wenig kompressiblen FA-Tüchern enthaltend SiO₂-Abrasiven sowie eine Kunststofflage.
Vorteilhaft ist, dass durch die Slurry-freie Politur jeglicher Eintrag von Bulkmetallkontaminationen vermieden wird.
Nach Schritt (a) erfolgt bevorzugt eine erneute Charakterisierung (Form, Geometrie) der nunmehr beidseitig polierten Halbleiterscheiben.
Vorzugsweise wird die globale Form der Halbleiterscheiben mittels herkömmlicher optischer Messverfahren oder mittels kapazitiver Dickenmessung bestimmt, wobei letztere unempfindlicher gegenüber raueren Oberflächen ist und daher besonders zu bevorzugen ist.
Es wird eine Klassifikation der Halbleiterscheiben hinsichtlich ihrer Form in die Gruppen konvex – konkav – planparallel vorgenommen.
Außerdem wird ganz besonders bevorzugt an dieser Stelle das äußere vorder- und rückseitige Randprofil der Halbleiterscheiben im Bereich von 0,5–5 mm vom Rand bestimmt.
Die bevorzugte Messung des äußersten Bereiches der ebenen Oberfläche der Halbleiterscheibe, also des Bereiches der in einem Abstand von zwischen 0,5 und 1 mm vom Umfang der Halbleiterscheibe entfernt liegt, erfolgt mit dem Messgerät LER-310 von Kobelco Research Institute, Inc.
Das LER-310 ist ein Phasenshift-Interferometer unter streifenden Einfall, das in der Lage ist, den Edge Roll-off (ERO) von 200 mm- und 300 mm-Wafern zu charakterisieren. Ein Laserstrahl tritt durch die Seitenwand eines Prismas. Ein Teil des Strahls wird an der Basis des Prismas, die parallel zur Wafer-Oberfläche ausgerichtet ist, reflektiert. Ein Teil des Strahls durchläuft das Prisma und wird an der Wafer-Oberfläche reflektiert. Nach Wiedereintritt in das Prisma interferiert dieser Strahl mit dem an der Basis reflektierten Strahl.
Die interferierenden Strahlen verlassen das Prisma durch die gegenüberliegende Seitenwand. Die daraus resultierende Interferogramm wird mittels einer CCD-Kamera aufgezeichnet. Das Prisma wird dann mittels eines Piezo-Aktuators in senkrechter Richtung verschoben. Dabei entsteht ein weiteres Inteferenzmuster, das aufgezeichnet wird. Insgesamt werden sieben verschiedene Interferogramme aufgezeichnet und ausgewertet, woraus sich ein radiales Profil der Oberflächentopographie ergibt.
Bei Verwendung zweier Prismen kann der Edge Roll-off gleichzeitig an Vorder- und Rückseite des Wafers bestimmt werden. Der auf die Dicke bezogene Roll-off ergibt sich aus der Summe von vorder- und rückseitigem Roll-off.
Der Roll-off (ROA, Roll-off Amount) wird in einem Abstand von 0,5 mm, 1 mm, 2 mm und/oder 3 mm vom physischen Rand des Wafers bestimmt, indem bei einem Abstand von 0,5 mm, 1 mm, 2 mm und/oder 3 mm zum Rand der Scheibe die Abweichung zwischen einem gemittelten, radialen Querschnitt und einer durch Regression bestimmten Referenzlinie („Best Fit”, Polynom 3. Ordnung) ermittelt wird.
Die Messung des Randprofils erfolgt ganz bevorzugt mit dem WGI300 Messsystem von KoCoS Messtechnik AG, Korbach.
Dabei handelt es sich um ein vollautomatisches Messsystem, mit dem die Kantenprofile von 300 mm Wafern mit höchster Präzision erfasst und geometrisch ausgewertet werden können. Der Wafer ist hierbei drehbar angeordnet, so dass die Profilmessung an beliebig vielen Positionen am Waferumfang erfolgen kann.
Das Gerät erlaubt die vollständige geometrische Charakterisierung der Waferkante im Bereich des Notches.
Die absolute Orientierung des eingelegten Wafers erfasst ein hochauflösendes Flächenkamerasystem, wobei der Notch als Bezugspunkt dient. Dadurch ist jede Profilmessung exakt reproduzierbar.
Die sehr hohen Messgenauigkeiten werden durch die Verwendung von Lichtschnittsensoren mit extrem kurzen Linienlängen erreicht. Jeder dieser Sensoren ist so justiert, dass er ein Drittel des Gesamtprofils an einer Messposition erfasst. Die Software setzt diese 3 Teilprofile automatisch zu einem Gesamtprofil zusammen. Zur Erhöhung der Wiederholgenauigkeit wird die Profilmessung an jeder Messposition mehrfach wiederholt und entsprechend gemittelt.
Der zweite Schritt des Verfahrens dient der Optimierung der Randgeometrie sowie der Nanotopologie. Die Regelung des Arbeitsspalts erfolgt vorzugsweise anhand der Charakterisierungsdaten des Randprofils der Halbleiterscheibe.
Der Abtrag auf beiden Seiten der Halbleiterscheibe beträgt vorzugsweise insgesamt 3–5 μm.
Die Kontrolle des Arbeitsspalts erfolgt vorzugsweise wiederum als Regelkreis.
Wesentlich ist, dass in diesem zweiten Polierschritt wenig kompressible, vorzugsweise PU-geschäumte Poliertücher verwendet werden.
Nach Schritt (b) erfolgt vorzugsweise erneut eine Charakterisierung von Form und Geometrie der Halbleiterscheibe.
Außerdem wird ganz besonders bevorzugt an dieser Stelle das äußere vorder- und rückseitige Randprofil der Halbleiterscheiben im Bereich von 0,5–5 mm vom Rand bestimmt.
Die bevorzugte Messung des äußersten Bereiches der ebenen Waferfläche, also des Bereiches der zwischen 0,5 und 1 mm vom Waferumfang entfernt liegt, erfolgt mit dem Messgerät LER-310 von Kobelco Research Institute, Inc.
Es wird eine Klassifikation der Halbleiterscheiben hinsichtlich ihrer Form in die Gruppen konvex – konkav – planparallel vorgenommen.
Vorzugsweise wird die Datenerfassung genutzt, Kennzahlen zur Maschinen- und Polierprozesssteuerung zu bilden. Dies geschieht vorzugsweise in Form eines sog. Expertensystems.
Insbesondere werden spezifische Messdaten sowie Maschinenparameter erfasst und aufgezeichnet, insbesondere Maschinenparameter der jeweiligen aktiven Arbeitsspaltkontrolle (= Regelkreis) für jede Polierstufe. So werden spezifische Kennzahlen ermittelt.
Diese Kennzahlen werden vorzugsweise ausgewertet und zur optimierten und ganz besonders bevorzugt automatisierten Abstimmung der beiden Polierschritte (a) und (b) aufeinander genutzt, idealer weise mittels eines datenbankgestützten Expertensystems.
Abschließend erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren eine typische CMP-Politur unter Verwendung von weichen Schleierfreipoliertüchern und vorzugsweise einem Gesamtabtrag von 0,3 bis maximal 1 μm pro Seite der Halbleiterscheibe.
Die CMP-Schleierfreipolitur kann dabei als simultane Doppelseitenpolitur erfolgen oder aber auch als typische Einseitenpolitur.
Der Gesamtabtrag in den Schritten (a) bis (c) beträgt vorzugsweise etwa 20 μm (gesamter Abtrag auf beiden Seiten der Halbleiterscheibe).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10007390 A1 [0005]
DE 102007035266 A1 [0007]
US 2002-0077039 [0008]
US 2008-0305722 [0008]
DE 102004040429 A1 [0045]
DE 19937784 A1 [0047]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS-A (JIS K6253) [0014]

Claims

Verfahren zur Politur einer Halbleiterscheibe mit einer Vorderseite und einer Rückseite, umfassend folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge: (a) simultane Politur von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe zwischen zwei Poliertellern, die jeweils mit einem Poliertuch enthaltend fest gebundene abrasiv wirkende Partikel beaufschlagt sind, wobei eine alkalische Lösung, die frei von Feststoffen ist, zugeführt wird; (b) simultane Politur von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe zwischen zwei Poliertellern, die jeweils mit einem Poliertuch beaufschlagt sind, wobei eine alkalische Suspension enthaltend abrasiv wirkende Partikel zugeführt wird; (c) Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe auf einem Poliertuch unter Zufuhr einer Suspension enthaltend abrasiv wirkende Partikel; wobei bei Schritt (a) und bei Schritt (b) jeweils ein von den zwei mit Poliertuch beaufschlagten Poliertellern gebildeter Arbeitsspalt bestimmt und die Form mindestens eines Poliertellers mechanisch oder thermisch in Abhängigkeit von der gemessenen Geometrie des Arbeitsspalts so verändert wird, dass der Arbeitsspalt eine vorgegebene Form aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Härte des in Schritt (a) verwendeten Poliertuchs 78–100 nach Shore A und dessen Kompressibilität 1–3% betragen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Poliertuch unterhalb einer fest gebundene Abrasive enthaltenden Lage eine Kunststofflage umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das in Schritt (b) verwendete Poliertuch keine fest gebundenen Abrasive enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in Schritt (a) und in Schritt (b) jeweils mindestens eines der beiden Polierteller mindestens zwei Messeinheiten umfasst, um eine berührungslose lokale Messung des Arbeitsspalts vorzunehmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in Schritt (a) und in Schritt (b) jeweils mindestens eines der beiden Polierteller mindestens zwei Messeinheiten umfasst, um eine lokale Messung der Temperatur innerhalb des Arbeitsspalts vorzunehmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in Schritt (a) und (b) jeweils mindestens eines der beiden Polierteller Kühlkanäle umfasst, die von einer temperierten Flüssigkeit durchflossen werden, um die Form des wenigstens einen Poliertellers so zu verändern, dass der Arbeitsspalt die vorgegebene Form aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in Schritt (a) und (b) jeweils die Form mindestens eines der Polierteller mechanisch mittels eines Stellelementes oder einer hydraulischen Verstelleinrichtung so verändert wird, dass der Arbeitsspalt die vorgegebene Form aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in Schritt (a) und (b) der Arbeitsspalt durch geeignete Wahl von Temperatur und Volumenstrom von zugeführter alkalischer Lösung oder Suspension so variiert wird, dass der Arbeitsspalt die gewünschte Form aufweist.