DE102013213838A1 - A method of polishing a substrate of semiconductor material - Google Patents
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Polieren eines Substrates aus Halbleitermaterial, bei dem durch Ersatz des Poliermittels durch Wasser bei der Einseitenpolitur im Glanzpolierschritt die Rauigkeit gezielt eingestellt werden kann.The invention relates to a method for polishing a substrate made of semiconductor material, in which the roughness can be set in a targeted manner by replacing the polishing agent with water during the one-side polishing in the gloss polishing step.
Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Polieren eines Substrates aus Halbleitermaterial, bei dem durch Ersatz des Poliermittels durch Wasser bei der Einseitenpolitur im Glanzpolierschritt die Rauigkeit gezielt eingestellt werden kann.The invention relates to a method for polishing a substrate made of semiconductor material, in which the roughness can be adjusted in a targeted manner by replacing the polishing agent by water during the single-side polishing in the polishing step.
Scheiben aus Halbleitermaterial (Wafer) werden in einer Vielzahl von Prozessschritten hergestellt, angefangen mit dem Ziehen des Kristalls, über das Zersägen des Kristalls in Scheiben bis hin zur Oberflächenbearbeitung. Disks of semiconductor material (wafers) are made in a variety of process steps, from pulling the crystal to slicing the crystal down to surface processing.
Die Oberflächenbearbeitung zielt auf eine fehlerfreie, hochebene (planare) Oberfläche der Scheibe aus Halbleitermaterial ab. Surface finishing aims at a defect-free, planar (planar) surface of the wafer of semiconductor material.
Das Polieren ist der letzte wesentliche Bearbeitungsschritt der Oberflächenbearbeitung bei Scheiben aus Halbleitermaterial, die den Glanz und damit die Rauigkeit der Oberflächen einer Scheibe aus Halbleitermaterial bestimmt. Der Polierprozess setzt sich in der Regel aus einem materialabtragenden ersten und einem praktisch kaum noch materialabtragenden zweiten Polierschritt zusammen.Polishing is the last major processing step of surface treatment on semiconductor wafers which determines the gloss and thus the roughness of the surfaces of a wafer of semiconductor material. The polishing process is usually composed of a material-removing first and a virtually no material-removing second polishing step.
Während einer Politur erfolgt ein Materialabtrag üblicherweise durch chemisch-mechanische Wechselwirkung (CMP) mit der Substratoberfläche. Die CMP wird insbesondere zur Beseitigung von Oberflächendefekten sowie zur Verringerung der Oberflächenrauigkeit angewendet. CMP-Verfahren sind beispielsweise offenbart in
Im ersten Polierschritt (Abtragspolitur) erfolgt üblicherweise ein Materialabtrag durch chemisch-mechanische Wechselwirkung (CMP) mit der Substratoberfläche. Bei der Abtragspolitur werden in der Regel etwa 12–15 µm Material von der jeweils zu polierenden Oberfläche des Substrates abgetragen. Die Abtragspolitur wird insbesondere zur Beseitigung von Fehlern (Subsurface Damage) aus vorangegangenen Bearbeitungsschritten, zur Beseitigung von Oberflächendefekten sowie zur Verringerung der Oberflächenrauigkeit angewendet. In the first polishing step (Abtragspolitur) usually takes place a material removal by chemical-mechanical interaction (CMP) with the substrate surface. When Abtragspolitur usually about 12-15 microns material are removed from the surface of the substrate to be polished in each case. The removal polishing is used in particular for the removal of defects (subsurface damage) from previous processing steps, for the removal of surface defects as well as for the reduction of the surface roughness.
Im Anschluss an den Abtragspolierschritt erfolgt gemäß dem Stand der Technik ein zweiter Polierschritt (Glanz- bzw. Schleierfreipolitur), bei dem – im Vergleich zur Abtragspolitur – ein weicheres Poliertuch verwendet wird. Die Glanzpolitur (Schleierfreipolitur) bewirkt eine Defektreduzierung und eine Reduzierung der Rauigkeit der Substratoberfläche. Die Glanzpolitur wird mit Abträgen < 1 µm, vorzugsweise <= 0,5 µm, realisiert.Following the Abtragspolierschritt carried out according to the prior art, a second polishing step (gloss or Schleierfreipolitur), in which - compared to Abtragspolitur - a softer polishing cloth is used. The gloss polishing (Schleierfreipolitur) causes a Defektreduzierung and a reduction of the roughness of the substrate surface. The gloss polishing is realized with abrasions <1 .mu.m, preferably <= 0.5 .mu.m.
Bei der sogenannten Einseitenpolitur (single side polishing, SSP) wird nur jeweils eine Seite einer Scheibe poliert. Für die Einseitenpolitur von Scheiben aus Halbleitermaterial (Wafer) werden ein oder mehrere Wafer, z.B. auf einer Trägerplatte, die z.B. aus Aluminium oder einer Keramik bestehen kann, befestigt. Die Befestigung auf der Trägerplatte erfolgt gemäß dem Stand der Technik in der Regel durch Aufkitten der Scheiben mittels einer Kittschicht und ist beispielsweise in
Bei der sogenannten Doppelseitenpolitur werden gleichzeitig die Vorder- und die Rückseite einer Scheibe poliert. Hierzu wird die Scheibe während der Politur in einer Läuferscheibe (carrier plate) geführt, wobei sich die Läuferscheibe in einem Arbeitsspalt befindet, der von den mit je einem Poliertuch belegten oberen und unteren Polierteller gebildet wird. Die Doppelseitenpolitur für Scheiben aus Halbleitermaterial ist beispielsweise in der
Die Politur des Substrates erfolgt unter Zuführen eines Poliermittels zwischen die zu polierende Seite der Scheibe aus Halbleitermaterial und das Poliertuch (SSP) bzw. die Poliertücher (DSP). Als Poliermittel für die Politur von Scheiben aus Halbleitermaterial werden entweder alkalische Lösungen, die frei von Feststoffen sind, oder alkalische Suspensionen, die fein verteilte Feststoffe, wie beispielsweise SiO2-Partikel (Kieselsäure, Kieselsol), die als Abrasive wirken, enthalten, verwendet.The polishing of the substrate is carried out by supplying a polishing agent between the side of the disk to be polished of semiconductor material and the polishing cloth (SSP) or the polishing cloths (DSP). As polishing agents for polishing semiconductor wafer sheets, either alkaline solutions free of solids or alkaline suspensions containing finely divided solids such as SiO 2 particles (silica, silica sol) which act as abrasives are used.
Poliermittellösungen und Poliermittelsuspensionen für die Politur von Scheiben aus Halbleitermaterial sind beispielsweise in der deutschen Anmeldung
Die amerikanische Druckschrift
Die europäische Patentanmeldung
Da während des Polierprozesses nur ein definierter Materialabtrag von der Substratoberfläche erfolgen soll, muss der Polierprozess bzw. der Materialabtrag zu einem geeigneten Zeitpunkt beendet werden. Das Beenden eines Polierprozesses und damit des Materialabtrags kann durch geeignete Stoppmittel erfolgen.Since only a defined removal of material from the substrate surface is to take place during the polishing process, the polishing process or the material removal must be ended at a suitable time. The termination of a polishing process and thus the material removal can be done by suitable stop means.
Stoppmittel haben neben der Aufgabe den chemisch-mechanischen Materialabtrag zu beenden, auch die Funktion, die nach Beendigung des Polierschrittes chemisch sehr reaktive und hydrophobe Scheibenoberfläche zu passivieren und damit die Ausbildung einer Oxidschicht zu vermeiden.Stop agents have in addition to the task of terminating the chemical-mechanical material removal, also the function of passivating chemically very reactive and hydrophobic disc surface after completion of the polishing step and thus to avoid the formation of an oxide layer.
Die
Die deutsche Anmeldung
Allerdings ist im Stand der Technik kein Stoppmittel bekannt, das die gezielte Einstellung der Rauigkeit ermöglicht. Beispielsweise kann es gewünscht sein, dass nach einer Doppelseitenpolitur die Rauigkeit der Rückseite einer Scheibe aus Halbleitermaterial nicht mehr verändert werden soll, aber eine einseitige Politur der Rückseite zur Beseitigung von Defekten noch notwendig ist.However, no stopping means is known in the prior art, which allows the targeted adjustment of the roughness. For example, it may be desired that after a double-side polishing, the roughness of the backside of a wafer of semiconductor material should not be changed, but a one-sided polishing of the backside is still necessary to eliminate defects.
Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, ein neues und kostengünstiges Verfahren zur Politur mindestens einer Scheibe aus Halbleitermaterial zur Verfügung zu stellen, das es erlaubt, im Glanzpoliturschritt die Oberflächenrauigkeit gezielt einzustellen bzw. nicht mehr zu verändern.The object of the invention was to provide a new and cost-effective method for polishing at least one slice of semiconductor material, which makes it possible to set the surface roughness in a targeted manner in the gloss polishing step or not to change it.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Polieren mindestens einer Scheibe aus Halbleitermaterial, umfassend einen ersten Material abtragenden Polierschritt in Gegenwart eines ersten Poliermittels und mindestens einen zweiten Polierschritt in Gegenwart eines zweiten Poliermittels, dadurch gekennzeichnet dass am Ende des ersten Polierschrittes das erste Poliermittel durch Wasser ersetzt wird.The object is achieved by a method for polishing at least one wafer of semiconductor material, comprising a first material-removing polishing step in the presence of a first polishing agent and at least one second polishing step in the presence of a second polishing agent, characterized in that at the end of the first polishing step, the first polishing agent by water is replaced.
Im Folgenden wird das zur Lösung der Aufgabe verwendete erfindungsgemäße Verfahren detailliert erläutert. In the following, the method according to the invention used to achieve the object is explained in detail.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Politur mindestens einer Scheibe aus Halbleitermaterial kann sowohl für Einseitenpolierverfahren (single side polishing, SSP) der Vorderseite oder Rückseite sowie für gleichzeitig doppelseitige Polierverfahren (double side polishing, DSP) verwendet werden und eignet sich für Scheiben aller Durchmesser. Entsprechend der Aufgabe der Erfindung ist es bevorzugt, das erfindungsgemäße Verfahren für ein Einseitenpolierverfahren anzuwenden und wird deshalb nachfolgend, ohne Einschränkung des Schutzumfangs, am Beispiel einer mehrstufigen Einseitenpolitur beschrieben.The method according to the invention for polishing at least one slice of semiconductor material can be used both for front side or rear side single side polishing (SSP) and for double sided polishing (DSP) and is suitable for all diameter discs. In accordance with the object of the invention, it is preferable to use the method according to the invention for a single-side polishing method and is therefore described below, without limiting the scope of protection, using the example of a multi-stage single-side polishing.
Bei einer Scheibe aus Halbleitermaterial (Wafer) handelt es sich üblicherweise um eine Silicium- oder Germaniumscheibe, ein Substrat mit von Silicium abgeleiteten Schichtstrukturen wie beispielsweise Silicium-Germanium (SiGe) oder Siliciumcarbid (SiC), oder heteroepitaktischen Abscheidungen von beispielsweise III/V-Halbleitern, wie zum Beispiel Galliumnitrid (GaN).A wafer of semiconductor material (wafer) is usually a silicon or germanium wafer, a substrate having silicon-derived layer structures such as silicon germanium (SiGe) or silicon carbide (SiC), or heteroepitaxial deposits of, for example, III / V semiconductors , such as gallium nitride (GaN).
Die Scheiben aus Halbleitermaterial haben eine Vorder- und eine Rückseite sowie – in der Regel – abgerundete Kanten. Die Vorderseite der Scheibe aus Halbleitermaterial ist definitionsgemäß diejenige Seite, auf der in nachfolgenden Kundenprozessen die gewünschten Mikrostrukturen aufgebracht werden. The discs of semiconductor material have a front and a back and - usually - rounded edges. By definition, the front side of the slice of semiconductor material is the side on which the desired microstructures are applied in subsequent customer processes.
Bei chemischen oder chemo-mechanischen Bearbeitungsverfahren nach dem Stand der Technik bewirkt die Reaktion des Poliermittels mit der Oberfläche der Scheibe aus Halbleitermaterial im Zusammenspiel mit dem Poliertuch den Materialabtrag. In prior art chemical or chemo-mechanical processing, the reaction of the polishing agent with the surface of the wafer of semiconductor material interacts with the polishing cloth to cause material removal.
Alkalische Poliermittel enthalten OH–-Ionen als Reaktionsmittel. Die Reaktion zwischen den OH–-Ionen und der Substratoberfläche ist dabei abhängig vom Transport der reaktiven Ausgangsstoffe sowohl innerhalb der Ätz- oder Polierflüssigkeit als auch an die Substratoberfläche, von der Temperatur, von der Konzentration und insbesondere von der lokalen Materialzusammensetzung der zu polierenden Oberfläche und von deren Materialeigenschaften. Alkaline polishes contain OH - ions as reactants. The reaction between the OH - ions and the substrate surface is dependent on the transport of the reactive starting materials both within the etching or polishing liquid and on the substrate surface, the temperature, the concentration and in particular the local material composition of the surface to be polished and of their material properties.
Unter lokaler Materialzusammensetzung ist das Vorhandensein von Oxiden, Metallen oder anderen Materialien neben dem verwendeten Halbleitermaterial (z.B. Silicium, Germanium, III/V-Halbleiter wie beispielsweise Galliumnitrid, Verbindungshalbleiter) zu verstehen. Under local material composition is the presence of oxides, metals or other materials in addition to the semiconductor material used (eg, silicon, germanium, III / V semiconductors such as gallium nitride, compound semiconductors).
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst mindestens zwei Polierschritte, eine Abtragspolitur und eine sich anschließende Glanzpolitur (Schleierfrei-Politur), dadurch gekennzeichnet, dass am Ende der Abtragspolitur das Poliermittel durch Wasser ersetzt wird.The inventive method comprises at least two polishing steps, a polishing stock and a subsequent gloss polishing (fog-free polish), characterized in that at the end of the Abtragspolitur the polishing agent is replaced by water.
Für die Einseitenpolitur wird die Scheibe aus Halbleitermaterial mit der nicht zu polierenden Seite auf einem Träger mittels Vakuum oder Kitt befestigt. Der Träger wiederum wird an einem drehbaren Poliertopf befestigt, der während der Politur, zusammen mit dem Träger und der daran befestigten Scheibe aus Halbleitermaterial, mit einer definierten Umdrehungszahl rotiert. Die so befestigte Scheibe aus Halbleitermaterial wird während des Poliervorgangs mit einem definierten Druck, dem Polierdruck, gegen den mit einem Poliertuch belegten Polierteller, der sich ebenfalls während des Polierprozesses dreht, gedrückt. Dieser Druck entspricht einer auf die Scheibe wirkenden Kraft.For single-side polishing, the wafer of semiconductor material with the side not to be polished is fixed on a carrier by means of vacuum or putty. The carrier, in turn, is attached to a rotatable polishing pot which rotates at a defined rate of rotation during polishing together with the carrier and the wafer of semiconductor material attached thereto. The wafer of semiconductor material thus fastened is pressed during the polishing process with a defined pressure, the polishing pressure, against the polishing pad covered with a polishing cloth which also rotates during the polishing process. This pressure corresponds to a force acting on the disc.
Das Poliertuch kann sowohl aus einem geschäumten Material (foamed pad), beispielsweise Polyurethan (PU), als auch aus einem Faservlies (non woven pad), das mit einem Polymer imprägniert ist, bestehen. Ein Beispiel für ein geeignetes geschäumtes Poliertuch ist das SPM 3100 der Firma Dow Chemical Company, und für ein nicht geschäumtes Poliertuch das Suba 500 der Firma Rohm and Haas.The polishing cloth can consist of a foamed pad, for example polyurethane (PU), as well as a nonwoven pad which is impregnated with a polymer. An example of a suitable foamed polishing cloth is SPM 3100 from Dow Chemical Company, and for a non-foamed polishing cloth, Suba 500 from Rohm and Haas.
Tücher aus einem geschäumten Polymer (foamed pads), weisen prinzipiell eine geringe Durchlässigkeit für flüssige Poliermittel auf. Es findet lediglich eine Benetzung der Tuchoberfläche statt.Cloths made of a foamed polymer (foamed pads) have, in principle, a low permeability to liquid polishing agents. There is only a wetting of the cloth surface instead.
Tücher, die aus mit einem Polymer imprägnierten Faservlies (non-woven pads) bestehen, weisen eine materialbedingte Durchlässigkeit (Saugfähigkeit) für flüssige Poliermittel auf.Cloths made of non-woven pads impregnated with a polymer have a material-based permeability (absorbency) to liquid polishing agents.
Während der Politur wird die mindestens eine Scheibe aus Halbleitermaterial mit einem definierten Druck gegen das Poliertuch gedrückt, während das Poliermittel zwischen Poliertuch und der Scheibe aus Halbleitermaterial gebracht wird. Gleichzeitig rotieren der Polierteller und der Polierkopf bevorzugt gleichsinnig. Dabei sind die Rotationsgeschwindigkeiten bzw. die Drehzahlen des Polierkopfes und des Poliertellers unterschiedlich.During polishing, the at least one slice of semiconductor material is pressed against the polishing cloth with a defined pressure while the polishing agent is placed between the polishing cloth and the wafer of semiconductor material. At the same time, the polishing plate and the polishing head preferably rotate in the same direction. The rotational speeds or the rotational speeds of the polishing head and the polishing plate are different.
Ebenfalls bevorzugt rotieren der Polierteller und der Polierkopf gegengleich. Dabei können die Rotationsgeschwindigkeiten bzw. die Drehzahlen des Polierkopfes und des Poliertellers unterschiedlich oder gleich sein.Also preferably rotate the polishing plate and the polishing head against the same. The rotational speeds or the speeds of the polishing head and the polishing plate may be different or the same.
Der erste Polierschritt ist eine Abtragspolitur gemäß dem Stand der Technik, bei dem bevorzugt 0,2 µm–2 µm, besonders bevorzugt 0,3 µm–1 µm Material von der Oberfläche einer Scheibe aus Halbleitermaterial abgetragen werden. Der erste Polierschritt erfolgt mit einer ersten Poliermittelsuspension, welche feste Partikel als Abrasivstoff enthält. The first polishing step is a removal polishing according to the prior art in which preferably 0.2 μm-2 μm, particularly preferably 0.3 μm-1 μm, material is removed from the surface of a slice of semiconductor material. The first polishing step is carried out with a first polishing agent suspension which contains solid particles as abrasives.
Der Anteil des Abrasivstoffes in der Poliermittelsuspension beträgt vorzugsweise 0,25 bis 20 Gewichtsprozent (Gew.-%), besonders bevorzugt 0,5–5 Gew.-%. Die Größenverteilung der Abrasivstoff-Teilchen ist vorzugsweise monomodal ausgeprägt. Die mittlere Teilchengröße beträgt 5 bis 300 nm, besonders bevorzugt 5 bis 100 nm. Der Abrasivstoff besteht aus einem das Substratmaterial mechanisch abtragendem Material, vorzugsweise aus einem oder mehreren der Oxide der Elemente Aluminium, Cer oder Silicium. The proportion of the abrasive in the polishing agent suspension is preferably from 0.25 to 20% by weight (wt .-%), particularly preferably 0.5-5 wt .-%. The size distribution of the abrasive particles is preferably monomodal. The average particle size is 5 to 300 nm, particularly preferably 5 to 100 nm. The abrasive material consists of a material mechanically removing the substrate material, preferably from one or more of the oxides of the elements aluminum, cerium or silicon.
Besonders bevorzugt ist eine Poliermittelsuspension, die kolloid-disperse Kieselsäure enthält.Particularly preferred is a polishing agent suspension containing colloidally disperse silica.
Der pH-Wert der Poliermittelsuspension liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 11,5 und wird bevorzugt durch Zusätze wie Natriumcarbonat (Na2CO3), Kaliumcarbonat (K2CO3), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH4OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebige Mischungen dieser Verbindungen eingestellt.The pH of the polishing agent suspension is preferably in a range of 10 to 11.5 and is preferably by additives such as sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), ammonium hydroxide (NH 4 OH), tetramethylammonium hydroxide (TMAH) or any mixtures of these compounds.
Die Poliermittelsuspension 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.The polishing agent suspension may further contain one or more further additives, for example surface-active additives such as wetting agents and surfactants, stabilizers acting as protective colloids, preservatives, biocides, alcohols and complexing agents.
Bevorzugt erfolgt im materialabtagenden ersten Polierschritt die Abtragspolitur unter Zuführung des ersten Poliermittels mit einem Druck von 0,4 bar bis 2,5 bar und besonders bevorzugt von 0,5 bar bis 1,5 bar. Bei einem höheren Polierdruck, der einer höheren Krafteinwirkung auf die zu polierende Scheibe aus Halbleitermaterial entspricht, besteht die Gefahr von Kratzern durch im Polierprozess generierte Partikel. Bei einem zu niedrigen Polierdruck verringert sich der Abtrag und kann damit die Wirtschaftlichkeit des Prozesses verschlechtern.Preferably, in the materialabtagenden first polishing step, the Abtragspolitur under supply of the first polishing agent with a pressure of 0.4 bar to 2.5 bar and more preferably from 0.5 bar to 1.5 bar. At a higher polishing pressure, which corresponds to a higher force on the disc to be polished semiconductor material, there is a risk of scratches by particles generated in the polishing process. If the polishing pressure is too low, the removal rate is reduced and can thus worsen the economy of the process.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird am Ende des ersten Polierschrittes die Abtragspolitur mit Wasser gestoppt. Dazu wird das erste Poliermittel bevorzugt abrupt durch Wasser, das eine für den Einsatz im Halbleiterbereich übliche Reinheit (DI-Wasser) hat, ersetzt. Abrupt im Sinne dieser Erfindung bedeutet, dass zeitgleich mit Beendigung der Zufuhr des Poliermittels Wasser mit dem gewünschten Volumenstrom in die Poliermaschine geleitet wird.In the process according to the invention, the removal polishing is stopped with water at the end of the first polishing step. For this purpose, the first polishing agent is preferably replaced abruptly by water which has a purity which is customary for use in the semiconductor sector (DI water). Abrupt for the purposes of this invention means that at the same time as completion of the supply of the polishing agent water is passed with the desired volume flow in the polishing machine.
Ebenfalls bevorzugt wird das Poliermittel über einen definierten Zeitraum, bevorzugt weniger als 2 Minuten, kontinuierlich durch Wasser, das eine für den Einsatz im Halbleiterbereich übliche Reinheit (DI-Wasser) hat, ersetzt. Hierbei wird die Zufuhr des Poliermittels über einen definierten Zeitraum verringert und zeitgleich mit Beginn der Verringerung der Poliermittelmenge wird die Menge an zugeführten Wasser so lange gesteigert, bis der gewünschte Volumenstrom erreicht ist. Also preferably, the polishing agent over a defined period of time, preferably less than 2 minutes, continuously replaced by water, which has a usual for use in the semiconductor field purity (DI water) replaced. In this case, the supply of the polishing agent is reduced over a defined period of time and at the same time as the beginning of the reduction of the amount of polishing agent, the amount of water supplied is increased until the desired volume flow is reached.
Der Wasserstoppschritt des ersten Polierschrittes setzt sich bevorzugt aus drei Einzelschritten, W1 bis W3, zusammen, die sich durch unterschiedliche Polierdrücke (Krafteinwirkungen) auf die mindestens eine Scheibe aus Halbleitermaterial und durch unterschiedliche Tellerdrehzahlen unterscheiden. Während des gesamten Wasserstoppschrittes wird kontinuierlich Wasser dem System zugeführt. Bevorzugt beträgt die zugeführte Wassermenge 0,5 bis 5 l/min, besonders bevorzugt 1 bis 3 l/min. The water-stopping step of the first polishing step is preferably composed of three individual steps, W1 to W3, which differ by different polishing pressures (force effects) on the at least one slice of semiconductor material and by different plate speeds. During the entire water stop step, water is continuously supplied to the system. Preferably, the amount of water supplied is 0.5 to 5 l / min, more preferably 1 to 3 l / min.
Das Wasser wird bevorzugt so in die Poliermaschine eingeleitet, dass der Wasseraustritt in unmittelbarer Nähe der Scheibe aus Halbleitermaterial erfolgt.The water is preferably introduced into the polishing machine so that the water outlet takes place in the immediate vicinity of the disk of semiconductor material.
Der erste Einzelschritt W1 beginnt mit dem abrupten bzw. kontinuierlichen Ersatz des Poliermittels durch Wasser und endet nach einem definierten Zeitraum mit dem Beginn des Einzelschrittes W2. Im Einzelschritt W1 wird der Polierdruck gegenüber der Abtragspolitur nicht verändert.The first single step W1 begins with the abrupt or continuous replacement of the polishing agent by water and ends after a defined period of time with the beginning of the single step W2. In single step W1, the polishing pressure is not changed compared to the polishing removal.
Der kontinuierliche Ersatz des Poliermittels durch Wasser erfolgt über einen Zeitraum t, wobei t bevorzugt weniger als 30 Sekunden, besonders bevorzugt weniger als 20 Sekunden beträgt.The continuous replacement of the polishing agent by water takes place over a period of time t, wherein t is preferably less than 30 seconds, more preferably less than 20 seconds.
Die Dauer des Einzelschrittes W1 beträgt bevorzugt 10–15 Sekunden.The duration of the individual step W1 is preferably 10-15 seconds.
Der zweite Einzelschritt W2 schließt sich unmittelbar an den Einzelschritt W1 an beginnt mit einer schnellen Verringerung des Polierdrucks. Bevorzugt wird im zweiten Einzelschritt W2 der Polierdruck um mindesten 50%, besonders bevorzugt um mindestens 70% in weniger als 5 Sekunden reduziert. Bei einem Polierdruck von beispielsweise 1,5 bar im Einzelschritt W1 wird der Polierdruck im Einzelschritt W2 bevorzugt auf höchstens 0,7 bar, besonders bevorzugt auf 0,5 bar reduziert.The second single step W2 immediately follows the single step W1 and begins with a rapid reduction of the polishing pressure. In the second individual step W2, the polishing pressure is preferably reduced by at least 50%, particularly preferably by at least 70%, in less than 5 seconds. At a polishing pressure of, for example, 1.5 bar in single step W1, the polishing pressure in single step W2 is preferably reduced to at most 0.7 bar, particularly preferably to 0.5 bar.
Die Dauer des zweiten Einzelschrittes W2 beträgt bevorzugt 2–4 Sekunden.The duration of the second individual step W2 is preferably 2-4 seconds.
Während der Dauer der beiden ersten Wasserstoppschritte W1 und W2 entspricht die Drehzahl des mit dem Poliertuch belegten Poliertellers bevorzugt der Drehzahl während der Abtragspolitur.During the duration of the first two waterstop steps W1 and W2, the rotational speed of the polishing plate occupied by the polishing cloth preferably corresponds to the rotational speed during the stocking polish.
Bevorzugt beträgt die Tellerdrehzahl 5–50 Umdrehungen pro Minute (U/min), besonders bevorzugt 10–20 U/min. Die Drehzahl des Polierkopfes, an dem die mindestens eine zu polierende Scheibe aus Halbleitermaterial befestigt ist, beträgt bevorzugt 25 bis 80 U/min, besonders bevorzugt 30 bis 60 U/min. The plate speed is preferably 5-50 revolutions per minute (rpm), more preferably 10-20 rpm. The rotational speed of the polishing head, to which the at least one slice of semiconductor material to be polished is attached, is preferably 25 to 80 rpm, particularly preferably 30 to 60 rpm.
Der letzte Einzelschritt W3 des Wasserstoppschrittes der Abtragspolitur im erfindungsgemäßen Verfahren ist ein druckloser Schritt. Hierzu wird mit Beginn des Einzelschrittes W3 die mindestens eine Scheibe aus Halbleitermaterial vom mit einem Poliertuch belegten Polierteller abgehoben und gleichzeitig die Tellerdrehzahl auf 20–50 Umdrehungen pro Minute (U/min) erhöht. Dadurch wird das Abheben der Halbleiterscheibe vom Poliertuch erleichtert.The last single step W3 of the Wasserstoppschritt the Abtragspolitur in the process of the invention is a non-pressure step. For this purpose, at the beginning of the individual step W3, the at least one slice of semiconductor material is lifted off the polishing plate covered with a polishing cloth and at the same time the plate speed is increased to 20-50 revolutions per minute (rpm). This facilitates the lifting of the semiconductor wafer from the polishing cloth.
Der Wasserstoppschritt im erfindungsgemäßen Verfahren bewirkt durch die Kombination der auf die Scheibe einwirkenden Kraft, die Drehzahlen des Poliertellers und des Polierkopfes sowie der Dauer der Einzelschritte eine gezielte Verringerung der Rauigkeit der polierten Oberfläche der Scheibe aus Halbleitermaterial.The water-stopping step in the process according to the invention causes by the combination of the force acting on the disc, the rotational speeds of the polishing plate and the polishing head and the duration of the individual steps, a targeted reduction in the roughness of the polished surface of the wafer of semiconductor material.
Während des Wasserstoppschrittes werden durch das Wasser auch Poliermittelreste von der polierten Oberfläche der Scheibe aus Halbleitermaterial abgespült, wodurch unkontrollierte Poliermittelreaktionen auf der Oberfläche, insbesondere Anätzvorgänge durch lokal erhöhte pH-Werte, weitestgehend unterbunden werden.During the water-stopping step, polishing agent residues are also rinsed off the polished surface of the disk of semiconductor material by the water, as a result of which uncontrolled polishing agent reactions on the surface, in particular etching processes, due to locally increased pH values are largely prevented.
Im Anschluss an die Abtragspolitur erfolgt als zweiter Polierschritt im erfindungsgemäßen Verfahren die sog. Glanzpolitur (Schleierfreipolitur), die eine nochmalige Defektreduzierung und eine weitere Reduzierung der Rauigkeit der Substratoberfläche bewirkt. Die Glanzpolitur wird mit Abträgen < 0,1 µm, vorzugsweise <= 0,06 µm, realisiert.Subsequent to the removal polishing, the so-called polish in the process according to the invention is carried out as a second polishing step (haze polishing), which effects a further defect reduction and a further reduction in the roughness of the substrate surface. The gloss polishing is realized with abrasions <0.1 μm, preferably <= 0.06 μm.
Bevorzugt erfolgt der zweite Polierschritt mit dem gleichen Poliertuch bzw. mit dem gleichen Poliertuchtyp wie die Abtragspolitur.Preferably, the second polishing step is carried out with the same polishing cloth or with the same Poliertuchtyp as the Abtragspolitur.
Dieser zweite Polierschritt erfolgt mit einer zweiten Poliermittelsuspension gemäß dem Stand der Technik, welche feste Partikel als Abrasivstoff, beispielsweise Kieselsol, enthält. This second polishing step takes place with a second polishing agent suspension according to the prior art, which contains solid particles as abrasives, for example silica sol.
Der Anteil des Abrasivstoffes in der Poliermittelsuspension beträgt vorzugsweise 0,25 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5–5 Gew.-%. Die Größenverteilung der Abrasivstoffe ist vorzugsweise monomodal ausgeprägt. Die mittlere Teilchengröße beträgt 5 bis 40 nm, besonders bevorzugt 5 bis 20 nm. Der Abrasivstoff besteht aus einem das Halbleitermaterial mechanisch abtragendem Material, vorzugsweise aus einem oder mehreren der Oxide der Elemente Aluminium, Cer oder Silicium. The proportion of the abrasive in the polishing agent suspension is preferably 0.25 to 20 wt .-%, particularly preferably 0.5-5 wt .-%. The size distribution of the abrasives is preferably monomodal pronounced. The average particle size is 5 to 40 nm, more preferably 5 to 20 nm. The abrasive material consists of a material mechanically removing the semiconductor material, preferably one or more of the oxides of the elements aluminum, cerium or silicon.
Besonders bevorzugt ist eine wässerige Poliermittelsuspension, die kolloid-disperse Kieselsäure enthält. Der pH-Wert der Poliermittelsuspension liegt vorzugsweise in einem Bereich von 8,5 bis 11, besonders bevorzugt in einem Bereich von 9,0 bis 10, und wird bevorzugt durch Zusätze wie Natriumcarbonat (Na2CO3), Kaliumcarbonat (K2CO3), Natriumhydroxid (NaOH), Kaliumhydroxid (KOH), Ammoniumhydroxid (NH4OH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) oder beliebige Mischungen dieser Verbindungen eingestellt. Particularly preferred is an aqueous polishing agent suspension containing colloidally disperse silica. The pH of the polishing agent suspension is preferably in a range from 8.5 to 11, more preferably in a range from 9.0 to 10, and is preferably by additives such as sodium carbonate (Na 2 CO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), Sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), ammonium hydroxide (NH 4 OH), tetramethylammonium hydroxide (TMAH) or any mixtures of these compounds.
Die zweite Poliermittelsuspension 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.The second polishing agent suspension may further contain one or more further additives, for example surface-active additives such as wetting agents and surfactants, stabilizers acting as protective colloids, preservatives, biocides, alcohols and complexing agents.
Bevorzugt erfolgt die Politur im zweiten Polierschritt mit einem Druck von 0,15 bar bis 0,75 bar, besonders bevorzugt 0,2 bar bis 0,5 bar.The polishing is preferably carried out in the second polishing step at a pressure of 0.15 bar to 0.75 bar, more preferably 0.2 bar to 0.5 bar.
Durch den im Vergleich zum ersten Polierschritt niedrigeren Polierdruck resultiert ein geringerer Materialabtrag, eine verbesserte Randgeometrie sowie eine geringere Dichte an lichtstreuenden Defekten (LLS). The lower polishing pressure compared to the first polishing step results in lower material removal, improved edge geometry and a lower density of light scattering defects (LLS).
In einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden sowohl für den ersten Abtragspolierschritt als auch für die nachfolgende Glanzpolitur das gleiche Poliertuch verwendet.In a first embodiment of the method according to the invention, the same polishing cloth is used both for the first removal polishing step and for the subsequent gloss polishing.
In einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für die Abtragspolitur ein erstes Poliertuch und für die nachfolgende Glanzpolitur ein zweites Poliertuch verwendet, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Poliertuch weicher ist als das erste Poliertuch.In a second embodiment of the method according to the invention a first polishing cloth is used for the Abtragspolitur and for the subsequent gloss polishing a second polishing cloth, characterized in that the second polishing cloth is softer than the first polishing cloth.
Der zweite Polierschritt ist im Vergleich zum ersten Polierschritt durch eine deutlich kürzere Polierzeit gekennzeichnet. Die Dauer des zweiten Polierschrittes ist bevorzugt um den Faktor 5 bis 10 kürzer als der erste Polierschritt. The second polishing step is characterized in comparison to the first polishing step by a much shorter polishing time. The duration of the second polishing step is preferably shorter by a factor of 5 to 10 than the first polishing step.
Die kurze Polierdauer im zweiten Schritt ergibt sich aus der durch den ersten Polierschritt bereits verringerten Rauigkeit der polierten Oberfläche und dient zur gezielten Einstellung der endgültigen Rauigkeit der polierten Oberfläche.The short polishing time in the second step results from the already reduced roughness of the polished surface as a result of the first polishing step and serves for the targeted adjustment of the final roughness of the polished surface.
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