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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR POLISHING A SEMICONDUCTOR WAFER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/154790
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for polishing a semiconductor wafer, which is polished simultaneously on both sides on the front side and on the reverse side between an upper polishing plate (11) and a lower polishing plate (12), which are each covered with a polishing cloth (21, 22), characterized in that the size of a polishing gap (x1+x2, which corresponds to a difference of the respective spacings between the surfaces of the upper polishing cloth (21) and lower polishing cloth (22) that come into contact with the semiconductor wafer at the inner edge (B) and at the outer edge (A) of the polishing cloths (21, 22), is continuously changed in steps or steplessly during the polishing method.

Inventors:
HEILMAIER, Alexander (Am Wirtsfeld 19, Haiming, 84533, DE)
DUTSCHKE, Vladimir (Hauptstr. 75, Lengefeld, 09514, DE)
MISTUR, Leszek (Unghauser Str. 24a, Burghausen, 84489, DE)
OLBRICH, Torsten (Cornelius-Gurlitt-Str. 26, Dresden, 01189, DE)
MEYER, Dirk (Gartenstr. 11, Brand-Erbisdorf, 09618, DE)
NG, Vincent (287 Tampines Street 22#10-348, Singapore 7, 520287, SG)
Application Number:
EP2019/052729
Publication Date:
August 15, 2019
Filing Date:
February 05, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SILTRONIC AG (Hanns-Seidel-Platz 4, München, 81737, DE)
International Classes:
B24B37/08
Foreign References:
DE102013201663A12014-06-05
DE102006037490B42011-04-07
EP0208315B11990-09-26
DE102013201663A12014-06-05
DE102006037490B42011-04-07
DE112013006059T52015-08-27
DE102010024040A12011-12-22
EP2345505A22011-07-20
US6682405B22004-01-27
DE102008045534B42011-12-01
US5355831A1994-10-18
Attorney, Agent or Firm:
KILLINGER, Andreas (Johannes-Hess-Str. 24, Burghausen, 84489, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Polieren einer Halbleiterscheibe, die simultan beidseitig auf der Vorderseite und auf der Rückseite zwischen einem oberen Polierteller (11) und einem unteren Polierteller (12) , die jeweils mit einem Poliertuch (21, 22) belegt sind, poliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polierspalt (X1+X2), der einer Differenz der jeweiligen Abstände zwischen den mit der Halbleiterscheibe in Kontakt kommenden Oberflächen von oberem Poliertuch (21) und unterem

Poliertuch (22) am inneren Rand (B) und am äußeren Rand (A) der Poliertücher (21, 22) entspricht, während des Polierverfahrens in Stufen oder stufenlos kontinuierlich in seiner Größe geändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , umfassend ein zweistufiges Verfahren, wobei die erste Stufe zu Beginn des Verfahrens einen größeren Polierspalt (X1+X2) und in der zweiten Stufe am Ende des Verfahrens einen kleineren Polierspalt (X1+X2) aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, umfassend ein mehrstufiges Verfahren, wobei der Polierspalt (X1+X2) stufenweise in seiner Größe verringert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 , umfassend wenigstens zwei Polierschritte, wobei der Polierspalt (X1+X2) beim zweiten Polierschritt 25% bis 75% des Polierspalts (X1+X2) beim ersten Polierschritt beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Polierspalt (X1+X2) stufenlos kontinuierlich verkleinert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei in einem ersten Polierschritt der Polierspalt (X1+X2) stufenlos kontinuierlich verkleinert wird, dann die Verringerung des

Polierspalts (X1+X2) beendet wird und anschließend der Polierspalt (X1+X2) bis zum Prozessende konstant gehalten wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch

gekennzeichnet, dass zu Beginn des Prozesses mit einem parallelen oder nahezu parallelen Polierspalt (X1+X2) gleich 0 oder nahezu 0 gestartet wird, um dann den Polierspalt (X1+X2) auf eine bestimmte Größe zu erhöhen und diesen anschließend in Stufen oder stufenlos kontinuierlich in seiner Größe zu verringern. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, umfassend mehrere

Polierschritte, wobei ein abschließender Polierschritt den kleinsten Polierspalt (X1+X2) aufweist und zumindest 10% der gesamten Polierzeit ausmacht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Polierspalt (X1+X2) beim abschließenden Polierschritt 50 - 110 pm beträgt.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder nach Anspruch 9, wobei der Polierdruck beim abschließenden Polierschritt 110 - 150 g/cm2 beträgt. 11.Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, wobei der

Polierdruck während des Polierverfahrens in Stufen oder stufenlos kontinuierlich in seiner Größe geändert wird.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 , umfassend

mehrere Polierschritte, wobei das Verfahren während wenigstens eines

Polierschritts, der maximal 90% der gesamten Polierzeit ausmacht, bei einem Polierspalt (X1+X2) von 130 - 220 pm durchgeführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Polierdruck bei diesem wenigstens einen Polierschritt 150 - 200 g/cm2 beträgt.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, umfassend

wenigstens zwei Polierschritte, wobei zumindest ein Polierschritt in der Zeitdauer variabel ist.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, wobei während dem beidseitigen Polieren einer Halbleiterscheibe eine Dickenmessung der Halbleiterscheibe erfolgt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Ergebnis der Dickenmessung verwendet wird, um die Zeitdauer eines in der Zeitdauer variablen Polierschritts festzulegen.

17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, weiterhin

umfassend eine CMP-Politur der Vorderseite der Halbleiterscheibe.

18. Verfahren nach Anspruch 17, weiterhin umfassend eine epitaktische Beschichtung der CMP-polierten Vorderseite der Halbleiterscheibe.

Description:
Verfahren zum Polieren einer Halbleiterscheibe

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Polieren einer Halbleiterscheibe.

Die Planarisierung der aus einem Einkristall aus Halbleitermaterial gesägten Scheiben (auch Wafer genannt) erfolgt üblicherweise in verschiedenen Arbeitsschritten: a. mechanische Bearbeitung (Läppen, Schleifen)

b. chemische Bearbeitung (alkalische oder saure Ätze)

c. chemo-mechanische Bearbeitung: Einseitenpolitur, Doppelseitenpolitur (DSP) sowie einseitige Schleierfrei- bzw. Glanzpolitur mit weichem Poliertuch (CMP)

Die mechanische Bearbeitung der Halbleiterscheiben dient primär der globalen Einebnung der Halbleiterscheibe sowie dem Abtrag der vom vorangegangenen Auftrenn prozess verursachten kristallin geschädigten Oberflächenschicht und

Bearbeitungsspuren (Sägeriefen, Einschnittmarke).

Beim Ätzen werden Verunreinigungen und oder native Oxide von der Oberfläche der Halbleiterscheiben chemisch entfernt.

Eine endgültige Glättung der Oberflächen der Halbleiterscheibe erfolgt schließlich durch eine chemisch-mechanische Politur.

Die vorliegende Erfindung betrifft die Doppelseitenpolitur (DSP), ein Verfahren aus der Gruppe der chemo-mechanischen Bearbeitungsschritte.

Gemäß einer in der Patentschrift EP 0208315 B1 beschriebenen Ausführungsform werden Halbleiterscheiben in Läuferscheiben aus Metall oder Kunststoff, die über geeignet dimensionierte Aussparungen verfügen, zwischen zwei rotierenden, mit einem Poliertuch belegten Poliertellern, wobei zwischen den Poliertellern ein

Arbeitsspalt gebildet wird, in Gegenwart eines Poliermittels auf einer durch die Maschinen und Prozessparameter vorbestimmten Bahn bewegt und dadurch poliert.

Bekannt ist aus DE 10 2013 201 663 A1 ein Verfahren für eine Doppelseitenpolitur, bei der die erforderliche Wafergeometrie dadurch erreicht wird, dass durch die Bearbeitung der Poliertücher ein gezielter Arbeitsspalt eingestellt wird, wobei der Abstand vom oberen zum unteren Poliertuch im Innenbereich größer ist als im

Außenbereich.

Bekannt ist außerdem aus DE 10 2006 037 490 B4 eine Vorrichtung, mit der der Polierspalt unabhängig vom mechanisch vorbereiteten Spalt eingestellt werden kann. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Konvexität oder Konkavität des oberen Poliertellers stufenlos einstellbar ist.

Gemäß DE 11 2013 006 059 T5 wird der Arbeitsspalt aufgrund der Flachheit der Wafer (Messung von bereits prozessierten Wafern) durch Bälge justiert.

Nach DE 10 2010 024 040 A1 wird die Form eines der beiden Polierteller mechanisch oder thermisch verformt, um einen optimalen Arbeitsspalt zu erreichen.

Die im Stand der Technik vorgeschlagenen Lösungen zielen darauf ab, die Geometrie der Halbleiterscheiben zu optimieren. Dazu wird ein geeigneter Arbeitsspalt für den Polierprozess eingestellt.

Ein Problem besteht darin, dass die Wahl eines die Geometrie optimierenden

Arbeitsspalts in der Regel mit einer geringen Abtragsrate und dadurch mit einem geringen Durchsatz verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern und insbesondere eine optimierte Geometrie beim Polieren einer Halbleiterscheibe und gleichzeitig eine hohe Abtragsrate zu erzielen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Polieren einer Halbleiterscheibe, die simultan beidseitig auf der Vorderseite und auf der Rückseite zwischen einem oberen Polierteller (11) und einem unteren Polierteller (12) , die jeweils mit einem Poliertuch (21, 22) belegt sind, poliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polierspalt X1+X2, der einer Differenz der jeweiligen Abstände zwischen den mit der Halbleiterscheibe in Kontakt kommenden Oberflächen von oberem Poliertuch (21) und unterem Poliertuch (22) am inneren Rand (B) und am äußeren Rand (A) der Poliertücher (21, 22) entspricht, während des Polierverfahrens in Stufen oder stufenlos kontinuierlich in seiner Größe geändert wird. Ausführungsformen dieses Verfahrens sind der nachfolgenden Beschreibung, den Figuren und den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. Kurzbeschreibung der Figuren

Fig. 1 zeigt zwei mit Poliertüchern belegte Polierteller sowie den Polierspalt.

Fig. 2 - 7 zeigen jeweils die zeitliche Änderung des Polierspalts bis zur Beendigung des Polierprozesses gemäß bevorzugter Ausführungsform des Verfahrens.

Liste der verwendeten Bezugszeichen

1 Polierteller

11 Oberer Polierteller

12 Unterer Polierteller

2 Poliertuch

21 Oberes Poliertuch

22 Unteres Poliertuch

A Äußerer Rand / Bereich von Polierteller / Poliertuch

B Innerer Rand / Bereich von Polierteller / Poliertuch

Xi Oberer Polierspalt

X 2 Unterer Polierspalt Vorzugweise ist ein Abstand des oberen Poliertuchs 21 zum unteren Poliertuch 22 im inneren Bereich B größer als im äußeren Bereich A. Diese Ausführung ist in Fig.1 dargestellt. Aus der Differenz der beiden Abstände am inneren Rand A und am äußeren Rand B bzw. der Summe aus oberem Polierspalt Xi und unterem Polierspalt X 2 ergibt sich der Polierspalt X 1 +X 2 . Der Arbeitsspalt weist in diesem Fall eine keilförmige Form auf.

Ebenso kann ein Abstand des oberen Poliertuchs 21 zum unteren Poliertuch 22 im inneren Bereich B nahezu gleich groß sein wie im äußeren Bereich A. In diesem Fall ist der Polierspalt xi+x 2 sehr klein nahe Null. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Polierfahrt bei einem kleineren Polierspalt xi+x 2 begonnen (nahezu paralleler Arbeitspalt, d.h. Poliertuchoberflächen sind nahezu parallel), um am Prozessbeginn den oberen Polierteller 11 möglichst parallel auf den unteren Polierteller 22 aufzusetzen und somit Waferbruch zu vermeiden und den Prozess sanft zu starten. Während einer kurzen Rampe wird dann der Polierspalt xi+x 2 auf einen größeren Wert erhöht.

Erfindungswesentlich ist, dass der Polierspalt xi+x 2 , definiert als Differenz der Abstände des oberen Poliertuchs 21 und des unteren Poliertuchs 22 im inneren Bereich B und im äußeren Bereich A, während des Polierens variiert wird. Dies kann in einen oder mehreren Stufen oder auch kontinuierlich, also stufenlos erfolgen.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Beobachtung zugrunde, dass für eine gute Wafergeometrie (z. B. GBIR, ESFQR) ein relativ kleiner Polierspalt xi+x 2 benötigt wird, der jedoch eine relativ kleine Abtragsrate zur Folge hat, währenddessen ein relativ großer Polierspalt xi+x 2 eine relativ große Abtragsrate aufweist, jedoch eine schlechtere Geometrie verursacht.

Die Erfindung sieht in einer Ausführungsform vor, den Prozess mit einem großen Polierspalt xi+x 2 zu starten oder nach einem sanften Start mit kleinem Polierspalt xi+x 2 zu einem großen Polierspalt xi+x 2 über zu gehen, wobei gegen Ende des Prozesses ein kleiner Polierspalt xi+x 2 eingestellt wird. Der abschließende

Polierschritt mit kleiner Abtragsrate dient der Geometrieoptimierung, während der oder die vorangehende(n) Polierschritt(e) mit einer hohen Abtragsrate erfolgen. Der Polierschritt mit kleinem Polierspalt ist wesentlich, um die geforderte Geometrie der Halbleiterscheibe sicherzustellen.

Der Polierspalt xi+x 2 kann durch Verformung der Polierteller 1 eingestellt werden. Vor Prozessstart werden gegebenenfalls die Poliertücher 2 bearbeitet (Dressing), wobei die Form der Poliertücher 2 nach dem Dressing ebenfalls einen Beitrag zum

Polierspalt xi+x 2 leistet. Somit ergeben sich die Geometrie des Arbeitsspalts sowie der Polierspalt xi+x 2 (als Differenz der Distanzen innen und außen) durch eine Kombination aus Polierteller- und Poliertuchgeometrie. In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt vor dem beidseitigen Polieren einer Halbleiterscheibe zwischen den derart auf den Poliertellern 1 befestigten

Poliertüchern 2 ein sog. Tuchdressing. Dabei werden die auf den Poliertellern laufgeklebten Poliertücher 2 vor dem Poliervorgang an die jeweilige individuelle Poliertellerform der Poliermaschine angepasst. Entsprechende Methoden sind prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt und beispielsweise in den Schriften EP 2 345 505 A2 oder US 6,682,405 B2 beschrieben. Das Tuchdressing ist vorteilhaft, da ein Polierteller 1 üblicherweise Unterschiede in der lokalen Ebenheit von bis zu ± 50 pm aufweisen kann. Es dient dazu, durch mechanische Bearbeitung des sich auf dem Polierteller 1 befindlichen Poliertuchs 2 mittels geeigneten Werkzeugen, die in der Regel Diamantschleifkörper beinhalten, sowohl eine gewünschte Poliertuchgeometrie und damit eine gewünschte anfängliche Arbeitsspaltgeometrie, als auch die gewünschten Eigenschaften der Tuchoberfläche des Poliertuchs 2 einzustellen. Die Erfindung bezieht sich auf die gleichzeitige Politur der Vorderseite und der Rückseite (DSP) mindestens einer Halbleiterscheibe (Wafer), wobei

Halbleitermaterialien Verbindungshalbleiter wie vorzugsweise beispielsweise Gallium- Arsenid oder Elementhalbleiter wie hauptsächlich Silicium, aber auch Germanium, oder auch Schichtstrukturen derselben sind.

DSP-Poliertücher 2 sind üblicherweise ringförmig, wobei sich in der Mitte der

Poliertuchfläche eine kreisförmige Aussparung für die Mechanik der Poliermaschine, wie eine Drehwelle für den Drehantrieb befindet. Bei der DSP kommt es in der Regel zu einer unerwünschten Verrundung des

Scheibenrandes (Edge-Roll-Off, ERO). Diese Verrundung, die zu einer schlechten Randgeometrie führt, ist unter anderem davon abhängig, wie weit die

Halbleiterscheibe beim Polieren in das obere Poliertuch 21 , das untere Poliertuch 22 oder in beide Poliertücher 2 einsinkt. Durch das Einsinken der Halbleiterscheibe in das Poliertuch 2 wirken auf den Rand stärkere materialabtragende Kräfte als auf die restliche Oberfläche.

Um ein Einsinken der Halbleiterscheibe in das Poliertuch 2 während der Politur zu minimieren bzw. ganz zu vermeiden, werden im erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise Poliertücher 2 mit einer hohen Tuchhärte und einer geringen

Tuchkompressibilität verwendet.

Vorzugweise hat ein hartes Poliertuch 2 eine Härte nach Shore A von vorzugsweise 80-100°. Ein geeignetes, kommerziell erhältliches Poliertuch 2 ist beispielsweise das EXTERION™ SM-11 D von Nitta Haas inc. mit einer Härte von 85° nach JIS-A.

Tücher des Typs MH-S24A von Nitta Haas Inc. sind beispielsweise mit einer Härte von bis zu 86 JIS-A (JIS K 6253A) spezifiziert, wobei eine Härte nach JIS-A einer Härte nach Shore A entspricht.

Sofern nicht anders angegeben, wurden alle Parameter bei einem Druck der umgebenden Atmosphäre, also bei etwa 1000 hPa, und bei einer relativen Luftfeuchte von 50% ermittelt.

Die Härte nach Shore A wird gemäß DIN EN ISO 868 ermittelt. Es kommt ein

Durometer Typ A zum Einsatz (Härteprüfgerät Zwick 3130). Die Spitze der gehärteten Stahlstange drückt in das Material ein. Die Eindrücktiefe wird auf einer Skala von 0 - 100 gemessen. Der Stahl-Stift hat die Geometrie eines Kegelstumpfes. Es werden jeweils fünf Messungen vorgenommen, von denen der Medianwert angegeben ist. Die Messzeit beträgt 15 s, das zu prüfende Material wurde 1 h bei Normklima (23 °C, 50 % Luftfeuchte) gelagert. Das Andruckgewicht des Durometers beträgt 12,5 N ± 0,5.

Vorzugweise weist ein Poliertuch 2 mit einer geringen Kompressibilität eine

Kompressibilität von 0,2% bis weniger als 3%, Besonders bevorzugt beträgt die Kompressibilität des Poliertuches 2 weniger als 2,5%. Ganz besonders bevorzugt beträgt die Kompressibilität des Poliertuches 2 weniger als 2,0%.

Die Kompressibilität eines Materials beschreibt, welche allseitige Druckänderung nötig ist, um eine bestimmte Volumenänderung hervorzurufen. Die Berechnung der Kompressibilität erfolgt analog zur JIS L-1096 (Testing Methods for Woven Fabrics).

Nach Beaufschlagung der Tuchoberfläche mit einem definierten Druck,

beispielsweise 300 g/cm 2 , wird die Tuchdicke T1 nach einer Minute gemessen.

Anschließend wird der Druck auf das 6- fache des ersten Drucks erhöht, hier 1800 g/cm 2 , und nach einer Minute wird die Tuchdicke T2 gemessen. Aus den Werten T1 und T2 errechnet sich die Kompressibilität des Poliertuches über die Formel

Kompressibilität [%] = (T1 -T2)/T1 x 100.

Als Poliertücher 2 mit einer hohen Tuchhärte und einer geringen Tuchkompressibilität eignen sich sowohl geschäumte Poliertücher 2 (foamed pads) als auch Poliertücher 2 mit einer Faserstruktur (non-woven pads).

Vorzugsweise weist das Poliertuch 2 eine poröse Matrix auf. Vorzugsweise besteht das Poliertuch 2 aus einem thermoplastischen oder hitzehärtbaren Polymer und weist eine poröse Matrix auf (foamed pad).

Als Material kommt vorzugsweise eine Vielzahl an Werkstoffen in Betracht, z.B. Polyurethane, Polycarbonat, Polyamid, Polyacrylat, Polyester usw.

Vorzugsweise besteht das Poliertuch 2 aus festem mikro-porösen Polyurethan.

Bevorzugt ist auch die Verwendung von Poliertüchern 2 aus verschäumten Platten oder Filz- oder Fasersubstraten, die mit Polymeren imprägniert sind (Vliesstoff-Tuch, non-woven pad).

Im erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Dicke des Poliertuches 2 bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 1 ,3 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 0,9 mm.

Zum Polieren werden die Halbleiterscheiben in eine geeignet dimensionierte

Aussparung einer Läuferscheibe gelegt. Vorzugsweise wird in den zwischen den Arbeitsschichten der Poliertücher 2 gebildeten Arbeitsspalt während der Politur eine Flüssigkeit zugeführt. Bei dieser Flüssigkeit handelt es sich vorzugsweise um eine Poliermittelsuspension. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von kolloid- disperser Kieselsäure, ggf. mit Zusätzen wie z.B. Natriumcarbonat (Na 2 C03),

Kaliumkarbonat (K2CO3), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH),

Ammoniumhydroxid (NFUOH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH), als Polier- mittelsuspension.

Der Polierspalt xi+x 2 zwischen den beiden korrespondierenden Poliertellern 1 (jeweils mit Poliertüchern 2 belegt) bewegt sich zwischen 0 pm bis 220 pm. Die unterschiedlichen Abstände (Höhen) im Polierspalt xi+x 2 werden im erfindungsgemäßen Verfahren durch eine Verformung zumindest eines der beiden Polierteller 1 erreicht. Somit eignet sich für das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise eine Doppelseitenpoliermaschine bei der zumindest einer der beiden Polierteller 11,12 während der Politur gezielt verformt werden kann.

In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Polierschritt mit einem großen Polierspalt xi+x 2 der Größe 130 pm bis 220 pm und einen Polierschritt mit einem kleinen Polierspalt xi+x 2 der Größe 50 pm - 110 pm.

Der Arbeitsspalt kann linear und nicht-linear (konvex oder konkav) ausgebildet sein.

Der Polierspalt xi+x 2 ergibt sich aus der Differenz des Abstandes zwischen den Oberflächen des oberen Poliertuchs 21 und des unteren Poliertuches 22 der beiden korrespondierenden Polierteller 1 am inneren Poliertellerrand B des Arbeitsspaltes und des Abstandes zwischen den Oberflächen des oberen Poliertuchs 21 und des unteren Poliertuches 22 der beiden korrespondierenden Polierteller 1 am äußeren Poliertellerrand A des Arbeitsspaltes, wobei der Polierteller 1 in seiner Mitte eine kreisrunde Ausnehmung (für die Drehwelle des Drehantriebs) aufweist, die den inneren Poliertellerrand B bildet.

Bei der gleichzeitig beidseitigen Politur der Halbleiterscheibe mit harten und wenig kompressiblen Poliertüchern erfolgt vorzugsweise ein Oberflächenabtrag von kleiner oder gleich 15 pm pro Seite, wobei diesbezüglich der Bereich von vorzugsweise 4 pm bis 10 pm besonders bevorzugt wird.

Das Verfahren weist eine erhöhte Wirtschaftlichkeit gegenüber bekannten DSP- Prozessen auf, da insgesamt deutlich höhere Abtragsraten resultieren, wobei die geforderte Geometrie der Halbleiterscheibe erreicht wird.

In einer Ausführungsform des Verfahrens beträgt das Verhältnis von kleinem

Polierspalt xi+x 2 zu großem Polierspalt xi+x 2 vorzugsweise 1 :4 bis 3:4.

Oder anders ausgedrückt: Wenn der große Polierspalt xi+x 2 100% beträgt, liegt der kleine Polierspalt xi+x 2 vorzugsweise bei 25% bis 75%. Der große Polierspalt xi+x 2 beträgt vorzugsweise 150 bis 220 miti, besonders bevorzugt 150 bis 190 miti, während der kleine Polierspalt xi+x 2 vorzugsweise 0 bis 130 miti, 70-120 miti und besonders bevorzugt 50 bis 110 miti beträgt.

In einer Ausführungsform handelt es sich um ein zweistufiges Verfahren, indem die erste Stufe einen zu Beginn des Verfahrens größeren Polierspalt xi+x 2 aufweist und die zweite Stufe am Ende des Verfahrens einen kleineren Polierspalt xi+x 2 aufweist, wobei der erste Schritt vorzugsweise 80-90% der Polierzeit dauert und der zweite Schritt vorzugsweise 10-20% der Polierzeit dauert, wobei der Polierspalt xi+x 2 sich in der Größe von der ersten Stufe zur letzten Stufe um vorzugsweise 60% bis 20% verringert.

Der Polierschritt mit dem großen Polierspalt xi+x 2 soll möglichst lange andauern, um eine möglichst hohe Abtragsrate zu erreichen. Der Schritt mit dem kleinen Polierspalt xi+x 2 muss jedoch genügend lang sein, um eine gute Geometrie zu gewährleisten.

In eine Ausführungsform handelt es sich um ein mehrstufiges Verfahren, indem die erste Stufe einen zu Beginn des Verfahrens großen Polierspalt xi+x 2 und in den weiteren Stufen zum Ende des Verfahrens immer kleinere Polierspalte xi+x 2 aufweist, wobei bei einem mehrstufigen Verfahren die Verringerung des Polierspalts xi+x 2 , der bei 100% beginnt, zum vorhergehenden größeren Polierspalt xi+x 2 im Bereich von vorzugsweise 10% bis 40% des letzten vorhergehenden Polierspalts xi+x 2 liegt.

Beispielsweise beträgt der anfängliche Polierspalt xi+x 2 100%, bei der nächsten Polierstufe weist der Polierspalt XI+X 2 75 % des ersten Polierspalts xi+x 2 auf und hat sich somit um 25 % verringert oder bei der nächsten Polierstufe weist der Polierspalt XI+X 2 60 % der Höhe des ersten Polierspalts xi+x 2 auf und hat sich somit um insgesamt 40 % verringert.

Beispielsweise könnte der Polierspalt xi+x 2 anfänglich 200 pm betragen. In einer ersten Stufe wird der Polierspalt xi+x 2 um 10% auf 180 reduziert. In einer weiteren Stufe wird der Polierspalt um 33% reduziert auf 120. In der abschließenden Stufe wird der Polierspalt xi+x 2 um 16,7‘% auf 100 reduziert. In einer Ausführungsform nehmen bei einem vierstufigen Polierverfahren die drei ersten Stufen mit großem Polierspalt X1+X2 insgesamt 80-90% der Polierzeit ein und die letzte Stufe mit dem kleinsten Polierspalt xi+x 2 vorzugsweise 10-20% der

Polierzeit ein. Prinzipiell können die drei ersten Stufen jeweils unterschiedliche Polierzeiten in Anspruch nehmen, so kann z.B. die erste Stufe auch 40%, die zweite Stufe 30% und die dritte Stufe 20% und die letzte Stufe 10 % der gesamten Polierzeit betragen.

Wenn die Größe des Polierspalts xi+x 2 100% bei der ersten Stufe beträgt, beträgt die Größe des Polierspalts bei der folgenden Polierstufe, vorzugsweise bei der zweiten Stufe 75% der Anfangshöhe von 100%, bei der dritten Stufe beträgt die Größe des Polierspalts xi+x 2 vorzugsweise 60% der Anfangshöhe von 100% und bei der letzten Stufe beträgt die Größe des Polierspalts xi+x 2 vorzugsweise 50% der Anfangshöhe von 100%, des größten Polierspalts, wobei die Größe des Polierspalts xi+x 2 der einzelnen Stufen zueinander vorzugsweise andere Werte einnehmen können.

In einer Ausführungsform erfolgt in einem ersten Schritt ein kontinuierliches

Verkleinern des Polierspalts xi+x 2 . Zu Beginn eines zweiten Schrittes wird die kontinuierliche Verkleinerung des Polierspalts xi+x 2 beendet und das Polierverfahren wird bei dem Polierspalt xi+x 2 , den die Maschine zu diesem Zeitpunkt aufweist, für eine bestimmte Zeitdauer fortgesetzt und letztlich beendet. Sofern der Polierspalt xi+x 2 bei 100% startet und bei 50 % des anfänglichen Polierspalts xi+x 2 endet, wird für einen Zeitraum von 80-90 % der gesamten Polierzeit der Polierspalt xi+x 2 kontinuierlich z.B. von 200 pm bis auf 100 pm abgesenkt. Für einen Zeitraum von 10- 20% der gesamten Polierzeit wird dann im letzten Schritt bei 50% des anfänglichen Polierspalts xi+x 2 (100 pm) poliert.

Die Verkleinerungsrate der Höhe des Polierspalts xi+x 2 kann vorzugsweise linear oder auch nicht linear vorzugsweise 80-90% der gesamten Polierzeit betragen, wobei der letzte Polierschritt vorzugsweise auch eine einzelne Stufe bilden kann, der vorzugsweise 10-20% der gesamten Polierzeit beträgt.

In einer weiteren Ausführungsform startet das Verfahren bei einem höheren

Polierspalt xi+x 2 , um über mehrere Stufen jeweils zu einer Stufe mit kleinerer Höhe des Polierspalts xi+x 2 zu gelangen, wobei jeweils bei jeder Polierstufe der Polierspalt xi+x 2 innerhalb der jeweiligen Stufe wieder gesteigert wird, wobei der Polierspalt X1 +X2 bei der jeweils nächsten Stufe erst in der Höhe verringert wird, um dann wieder in der Höhe anzusteigen.

In einer anderen Ausführungsform startet der Prozess mit einem parallelen oder nahezu parallelen Polierspalt xi+x 2 zwischen den beiden korrespondierenden

Poliertellern, bei dem die Differenz des Abstands der beiden Polierteller 1 im

Innenbereich B und des Abstands der beiden Polierteller 1 im Außenbereich A gleich oder nahezu 0 pm ist, um dann mit einem großen Polierspalt xi+x 2 , z.B. 200 miti, das Polierverfahren fortzusetzen, wobei nachfolgend der Polierspalt xi+x 2 in Stufen oder kontinuierlich wie in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen verringert zu werden..

Der letzte Polierschritt, also der mit der kleinsten Polierspalt xi+x 2 , sollte zumindest 10% der gesamten Polierzeit ausmachen, wobei der kleine Polierspalt xi+x 2 bei vorzugsweise 120 pm bis 70 pm, besonders bevorzugt bei 110 pm bis 80 pm liegt.

Die Polierschritte bei relativ kleinem Polierspalt xi+x 2 können bei einem kleineren Polierdruck von ca. 110 - 150 g/cm 2 durchgeführt werden.

Die Abtragsschritte bei relativ großem Polierspalt xi+x 2 sollten bei einem Polierdruck von z.B. 150 - 200 g/cm 2 durchgeführt werden.

In einer Ausführungsform wird der Polierdruck analog dem Polierspalt xi+x 2 geregelt.

In einer Ausführungsform des Verfahrens ist ein Polierschritt in der Zeitdauer variabel. Vorzugweise handelt es sich bei diesem Polierschritt um den vorletzten Polierschritt.

In einer Ausführungsform ist eine in-situ Dickenmessung der Halbleiterscheibe vorgesehen. Geeignete Sensoren zur in-situ Dickenmessung in Poliermaschinen sind bekannt.

In einer Ausführungsform erfolgt eine in-situ Dickenmessung, wobei das Ergebnis der Messung dazu verwendet wird, einen Polierschritt, insbesondere den oder einen der Abtragsschritt(e) bei großem Polierspalt xi+x 2 zeitlich zu variieren. Der zeitlich variable Polierschritt wird derart angepasst, also hinsichtlich der Zeitdauer verlängert oder verkürzt, dass die Halbleiterscheibe zum Ende des Prozesses die gewünschte Zieldicke aufweist.

Auch der letzte, die Geometrie optimierende Polierschritt kann in der zeitdauer variabel sein, wobei diese Zeitdauer von dem Ergebnis der in-situ Dickenmessung der Halbleiterscheibe während des Prozesses abhängt. Der letzte Polierschritt kann um die Zeitdauer verlängert oder verkürzt werden, die notwendig ist, bis die gewünschte Dicke der Halbleiterscheibe erreicht ist.

Als weiterer Bearbeitungsvorgang kommt ein chemisch-mechanisches Polieren nur der Vorderseite der Halbleiterscheibe (sog. CMP) in Betracht, wie es beispielswiese aus der DE 10 2008 045 534 B4 bekannt ist. Hierbei wird eine Halbleiterscheibe mittels eines Trägers auf ein Poliertuch (das sich auf einem Polierteller befinden kann) gedrückt und dann unter Druck meist rotierend bewegt. Durch die Verwendung eines geeigneten Poliermittels bzw. einer Poliermittelsuspension wird dann die Vorderseite der Halbleiterscheibe poliert. Die CMP der Vorderseite kann in einem oder mehreren Schritten erfolgen. Bei der CMP handelt es sich um einen oder mehrere

Glättungsschritte (ohne wesentlichen Abtrag von Halbleitermaterial).

Gegebenenfalls erfolgt nach der CMP ein Beschichtungsvorgang, bei dem auf die CMP-polierte Vorderseite der Halbleiterscheibe epitaktisch eine Schicht abgeschieden wird. Dieser Schritt umfasst das Abscheiden der epitaktischen Schicht auf der Vorderseite der Halbleiterscheibe mittels Gasphasenabscheidung (Chemical vapor deposition, CVD). Besonders geeignet ist eine CVD, die in einem

Einzelscheibenreaktor unter Normaldruck (atmospheric pressure) durchgeführt wird.

In der Patentschrift US 5355831 A sind typische Verfahrensparameter eines solchen Verfahrens veröffentlicht, die als beispielhaft angesehen werden können.

Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen des

erfindungsgemäßen Verfahrens angegebenen Merkmale können entweder separat oder in Kombination als Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden.

Weiterhin können sie vorteilhafte Ausführungen beschreiben, die selbstständig schutzfähig sind. Nachfolgend werden der Begriff Polierspalt sowie einige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von Figuren erläutert.

Figuren

Fig. 1 zeigt die Größe des Polierspalts. Es sind ein oberes Polierteller 11 und ein unteres Polierteller 12 dargestellt, wobei das Poliertuch 21 des oberen Poliertellers 11 am äußeren Rand A dicker ist als am inneren Rand B. Dagegen ist das Poliertuch 22 des unteren Poliertellers 12 am äußeren Rand A und am inneren Rand B gleich dick. Daraus resultiert in Verbindung mit den verformten Poliertellern 11 und 12 ein

Polierspalt der Größe x1 + x2.

Fig. 2 zeigt die zeitliche Änderung des Polierspalts xi+X 2 bis zur Beendigung des Polierprozesses gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens. Es handelt sich um ein zweistufiges Verfahren, wobei der Polierspalt X 1 +X 2 zunächst konstant ist, zu einem bestimmten Zeitpunkt erniedrigt wird und dann bis zum Prozessende wiederum konstant gehalten wird.

Fig. 3 zeigt die zeitliche Änderung des Polierspalts X1 +X2 bis zur Beendigung des Polierprozesses gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens. Es handelt sich um ein mehrstufiges Verfahren, wobei der Polierspalt zu drei Zeitpunkten erniedrigt wird, wobei der Polierspalt vor und nach diesen Zeitpunkten jeweils konstant gehalten wird. Der Prozess umfasst vier Phasen mit jeweils konstanten Polierspalten.

Fig. 4 zeigt die zeitliche Änderung des Polierspalts bis zur Beendigung des

Polierprozesses gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens. Es handelt sich um ein kontinuierliches Verfahren ohne stufenlose Übergänge. Das Verfahren umfasst verschiedene Polierschritte, innerhalb derer der Polierspalt kontinuierlich verkleinert wird. Gegen Ende des Prozesses ist ein Polierschritt vorgesehen, bei dem der Polierspalt konstant gehalten wird.

Fig. 5 zeigt die zeitliche Änderung des Polierspalts bis zur Beendigung des

Polierprozesses gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens. Es handelt sich um wiederum ein kontinuierliches Verfahren ohne stufenlose Übergänge. Das Verfahren umfasst nur einen Polierschritt, bei dem der Polierspalt kontinuierlich verkleinert wird.

Fig. 6 zeigt die zeitliche Änderung des Polierspalts bis zur Beendigung des

Polierprozesses gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens.

Es handelt sich um ein mehrstufiges Verfahren, das am Anfang mit einem Polierspalt mit 0 pm startet.

Fig. 7 zeigt die zeitliche Änderung des Polierspalts bis zur Beendigung des

Polierprozesses gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens. Das Verfahren startet jeweils bei einem höheren Polierspalt, um über mehrere Stufen jeweils zu einer Stufe mit kleinerer Höhe des Polierspalts zu gelangen, wobei jeweils bei jeder Polierstufe der Polierspalt innerhalb der jeweiligen Stufe wieder gesteigert wird, wobei der Polierspalt bei der nächsten Stufe erst in der Höhe verringert wird, um dann wieder in der Höhe anzusteigen. Bei der nächsten Stufe wird der Polierspalt wieder in der Höhe verringert, um dann innerhalb dieser Stufe in der Höhe

anzusteigen.

Die vorstehende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen ist exemplarisch zu verstehen. Die damit erfolgte Offenbarung ermöglicht es dem Fachmann einerseits, die vorliegende Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu verstehen, und umfasst andererseits im Verständnis des Fachmanns auch offensichtliche

Abänderungen und Modifikationen der beschriebenen Strukturen und Verfahren. Daher sollen alle derartigen Abänderungen und Modifikationen sowie Äquivalente durch den Schutzbereich der Ansprüche abgedeckt sein.