DE2809274A1

DE2809274A1 - Verfahren zur vergleichmaessigung des polierabtrages von scheiben beim polieren

Info

Publication number: DE2809274A1
Application number: DE19782809274
Authority: DE
Inventors: Helmuth Ing Grad Kirschner; Hans Ing Grad Kraemer
Original assignee: Wacker Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 1978-03-03
Filing date: 1978-03-03
Publication date: 1979-09-13
Also published as: EP0004033B1; DE2960114D1; US4270316A; JPS54120490A; EP0004033A1

Description

Verfahren zur Vergleichmäßigung des Polierabtrages von Scheiben beim Polieren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergleichmäßigung des Polierabtrages von Scheiben beim Polieren mit Poliermaschinen, die über einen mit einem Poliertuch bespannten Polierteller eine oder mehrere Polierträgerplatten, auf deren dem Polierteller zugewandten Seite die zu polierenden Scheiben aufgekittet sind, sowie Druckstempel, die die Polierträgerplatten gegen den mit einem Poliertuch bespannten Polierteller drücken, verfügen.

In der Planartechnik werden die für die Funktion der einzelnen Bauelemente erforderlichen Schichtfolgen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps durch aufeinanderfolgende Einzelprozesse, ausgehend von den planen Oberflächen der einkristallinen Halbleiterscheiben, hergestellt. Wellige, gekrümrate bzw. keilige Halbleiterscheiben führen insbesondere bei Verwendung fotolitographischer Verfahren zu Unscharfen bei der Belichtung des auf der Scheibenoberfläche aufgebrachten Fotolackes. Bauelemente mit hoher Schaltkreispackungsdichte lassen sich daher aus derartigen Scheiben nicht mehr herstellen. Nachdem aber in der Halbleiterindustrie die Tendenz zu ständig höheren Schaltkreispackungsdichten vorherrschend ist, verschieben sich die Toleranzen hinsichtlich der Dicke, der Keiligkeit bzw. der Ebenheit der in den Prozessen eingesetzten Halbleiterscheiben« die von den Bauelementherstellern gerade noch akzeptiert werden, zu immer kleineren Werten.

Für die Geometrieabweichungen der einzelnen Halbleiterplättchen von der Zielnorm sind dabei verschiedene Bearbeitungsschritte verantwortlicht neben der mechanischen bzw. chemischen Bearbeitung, insbesondere das Sägen, Läppen bzw. Ätzen der Scheiben sowie die eigentliche Politur und die im Zusammenhang mit diesem Verfahrensschritt maßgeblichen Parameter. Während Optimierungsverfahren für das Aufkitten der Scheiben auf die Trägerplatten der Poliermaschine beispielsweise mit den Deutschen Offenlegungsschriften 26 08 427 bzw. 27 12 521 zu einer Reduzierung der Geo-

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metrieabveichungen der einzelnen Halbleiterplättchen führten, so sind die hierdurch erzielbaren Ergebnisse im Zuge der steigenden Anforderung gen an die Scheibenqualität immer noch nicht voll befriedigende

Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei dem ringförmigen Kittmuster der zu polierenden Scheiben zum Teil erhebliche Differenzen des mittleren Polierabtrages der einzelnen Kittringe auftreten» So ist beispielsweise der Abtrag im mittleren Kittring deutlich abhängig von der Polierfahrt und damit von der Standzeit des Poliertuches» Die Abhängigkeit verhält sich dabei derart, daß bei kurzen Standzeiten der Abtrag höher und bei langen Standzeiten der Abtrag niedriger ist als der im Außenring. Das gleiche gilt auch für den inneren Kittring, wobei die Abhängigkeit des Polierabtrages von der Standzeit hier noch stärker ausgebildet ist» Als Folge dieser Erscheinung tritt eine Keiligkeit bei den polierten Scheiben in radialer Richtung auf« Werden beispielsweise die Scheiben, mit ihrem Fiat - worunter eine Markierung am Umfang der Scheiben zur Kennzeichnung der kristallographischen Orientierung des jeweiligen Scheibenmaterials verstanden wird - in Richtung des Trägerplattenzentrums aufgekittet, so ergibt sich hierbei eine Keiligkeit senkrecht zum Flat_s wobei das Fiat bei den anfänglichen Polierfahrten bis etwa zur zehnten Polierfahrt am spitzen Ende des Keils zu liegen kommt, während aach etwa der dreißigsten Polierfahrt das Fiat am dicken Ende des Keils liegt-. Aufgrund dieser Tahrtabhängigen Dickenwertdifferenz von Außenring und Mittelring resultiert bei den etiia ersten zehn Polierfahrten sowie den letzten, über die Zahl dreißig hinausgehenden Polierfahrten eine relativ schlechte Dickentolerana der polierten Scheiben.. Die gemessene Keiligkeit ist allgemein umso größer, je größer die Differenz vom mittleren Dickenwert im Außenring und mittleren Dickenwert Im Mittelring ist. Ber Dickenwert wird dabei jeweils in der Scheibenraitte der einzelnen Scheibchen bestimmt.

Weiterhin kann festgestellt werden, daß innerhalb eines Kittringes in Umfangsrichtung mitunter stark unterschiedliche Polierabträge auftreten, woraus entsprechend unterschiedliche Dicken der einzelnen Scheibchen resultieren. Als Ursache für diese Erscheinung kann ein unterschiedlicher

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Anpreßdruck während der Politur, bedingt durch eine geringfügige Unebenheit der Trägerplattenrückseite, angesehen werden. Wird beispielsweise die Plattenrückseite unter der Annahme einer völlig eben geläppten Vorderseite in Umfangsrichtung im Bereich des äußeren Kittrings vermessen, so zeigen sich dabei meist zwei grundsätzliche Fehler: 1. eine Sattelform mit zwei Maxima und zwei Minima wobei Maximum und Minimum je-

wexls um 90 versetzt sxnd sowie 2. eine Keilform mit einem Maximum und einem Miniraum, um ca. l80 versetzt. Insbesondere bei Vorliegen einer sattelförmigen Unebenheit stellen sich markante Abtragsunterschiede beim= Polieren ein: an den Stellen größter Plattendicke (Maxima) entstehen maximale Polierabträge und somit minimale Scheibendicken, während an den Stellen kleinster Plattendicke (Minima) minimale Polierabträge auftretet* und somit maximale Scheibendicken. Je weiter die Scheibchen von der Po— lierträgerplattenmitte aufgekittet sind, um so stärker macht sich dieser Einfluß störend bemerkbar. Die Folge sind in Umfan.gsrich.tung stark unterschiedliche Dickenwerte, resultierend aus unterschiedlichen Polierabträgen und eine Heiligkeit parallel zum Fiat.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, im Polierprozeß durch geeignete Maßnahmen eine gleichmäßig Druckverteilung und somit auf alle Scheiben gleichwirkende Abtragskräfte einzustellen^um Halbleiterscheiben mit geringen Toleranzen hinsichtlich ihrer Dicke, Heiligkeit und Wellig-» keit gewährleisten zu können.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß zwischen Druckstempel und Trägerplattenrückseite Zwischenlagen aus weichen, elastischen Körpern eingelegt werden.

Unter elastischen Körpern werden dabei allgemein dehn- und zusammendrückbare federnde Stoffe verstanden, die die Tendenz haben, die unter der Wirkung verformender Kräfte auftretenden Deformationen rückgängig zu machen. Besonders geeignet sind dabei insbesondere weiche, elastische Körper mit Druckausgleichskammer^ beispielsweise Graphit-oder Silikonschäume, Kunststoffschäume, wie beispielsweise Polyäthylenschäume, wobei die Druckausgleichskammern entweder mit Gas oder Flüssigkeit gefüllt sein können. Bevorzugt eingesetzt werden dabei Luftpolsterfolien, wie insbesondere Poly— äthylenfolien verschiedener Stärken mit Luftnoppen verschiedener Durchmesser.

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Durch das Einlegen derartiger weicher, elastischer Körper zwischen Brucksterapel und Trägerplattenrückseite werden Unebenheiten an beiden Teilen ausgeglichen.

Anhand der Abbildungen wird die Erfindung im einzelnen erläutert»

Abbildung 1 seigt schematisch den für die Erfindung maßgeblichen Teil einer üblichen Poliermaschine_o Abbildung 2 zeigt die Vorderseite einer Trägerplatte mit aufgekitteten zu polierenden Scheiben»

Ση den Abbildungen 3a bis 3d sind schließlich 4 unterschiedlich geformte elastische Zwischenlagen dargestellt»

Beim Polieren von beispielsweise Halbleiterscheiben 1 vrerden diese üblicherveise. in konzentrischen Hingen auf eine meistens aus V2A-Stahl oder Aluminium bestehende plane Vorderseite einer Trägerplatte 2 aufgekittet ο Bevor nun der Druckstempel 3 auf die Trägerplattenrückseite aufgesetzt v/ird, wird eine weiche, elastische Zwischenlage 4 eingelegt» Der Drucksterapel 3 üblicher Poliennaschinen ist mit einem Kühlsystem ■versehen, welches die beim Polieren auftretende Reibungswärme abführt« Dieses Kühlsystem besteht im einfachsten Pali aus einem Hohlraum. 5s welcher über die Zuleitungsrohre 6 und 7 von einem Kühlmittel,, im ein-* Wachsten Falle von Hasser, durchströmt %-rirdo Der Bruck^ mit. welchem die su polierenden Scheiben 1 gegen das auf dem Polierteller 8 aufge=» spannte Poliertuch 9 gepreßt werden, wird durch den an der Zylinder= stange 10 angebrachten Druckzylinder 11 erzeugte ISährend des Polierens wird der Polierteiler 8 vermittels eines geeigneten Antriebs in Drehung i/ersetato Hierdurch wird das System Trägerplatte 2 und Druckstempel 3 mit Kühlsystem 5 (Kühltopf), welches gegenüber dem starren Druckzylinder ii vermittels des Gleitlagers 12 verbunden ist, gleichsinnig in Rotation versetzt»

Sine Verbesserung hinsichtlich eines gleichmäßigen Polierabtrages wird dabei mit weichen, elastischen Zwischenlagen k jeder beliebigen Form erreicht. Es muß nur möglichst darauf geachtet werden, daß eine direkte Berührung der Metall fachen vom Druckstempel 3 und der Rückseite der Trä~

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gerplatte 2 vermieden wird. Durch die Wahl von speziellen Einlagenformen kann aber die Dickenstreuung und die Keiligkeit polierter Siliciumscheiben noch erheblich verbessert werden. Hierzu ist es erforderlich, nach jeder Polierfahrt den mittleren Dickenwert der Scheiben der einzelnen Kittringe zu bestimmen. In der Abbildung 2 ist beispielsweise eine Trägerplatte 2 dargestellt, auf welcher in drei Kittringen, dem äußeren Kittring 13, dem mittleren Kittring 14 und dem inneren Kittring 15, Siliciumscheiben aufgekittet sind. Die Zahl der Kittringe richtet sich dabei allgemein nach der Größe der verwendeten Trägerplatten sowie den Durchmessern; der zu polierenden Scheiben. In der Abbildung 2 ist beispielsweise eine Trägerplatte 2 abgebildet, in welcher Halbleiterscheiben in einem äußeren Kittring 13, in einem mittleren Kittring l4 und in einem inneren Kittring 15 aufgekittet sind.

Wird nun nach einer Polierfahrt festgestellt, daß der mittlere Dickenwert der polierten Scheiben im äußeren Ring 13 größer ist als der mittlere Dickenwert im mittleren Kittring 14, so empfiehlt es sich, ringförmige Einlagen, wie sie in Abbildung 3a bzw. Abbildung 3b dargestellt sind, einzulegen, da durch diese Einlagenform der Druck in den äußeren Plattenzonen übertragen und somit eine Erhöhung des Polierabtrages ia äußeren Plattenbereich und eine Verringerung des Abtrages im inneren Plattenbereich bewirkt wird« Dies hat zur Folge, daß die Dickenwerte des äußeren und mittleren Kittringes eine geringere Differenz aufweisen und somit d^e Dickenstreuung und die Keiligkeit senkrecht zum Fiat verringert wird. Die Wahl der ringförmigen Einlagen gemäß Abbildung 3a bzw. Abbildung "3it richtet sich nach dem erforderlichen verstärkten Abtrag im äußeren Kittring, denn der Abtrag im äußeren Plattenbereich wird um so mehr gesteigert, je weiter außen die Druckübertragung erfolgt, d.h. je schmäler die Ringbreite ist.

Entspricht der mittlere Dickenwert im äußeren Kittring 13 in etwa dem mittleren Dickenwert im mittleren Kittring 14, so muß der Druck ganzflächig übertragen werden, da sich hier ohnehin der Bestzustand eingestellt hat und Dickentoleranz und Keiligkeit gute Werte erreichen. In diesem Fall empi"-i-':len sich Einlagen wie in der Abbildung 3c, deren Durchmesser im wes^nv.' löuiTi dem Durchmesser der Trägerplattenrückseite entspricht.

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Für den Fall, daß der mittlere Dickenwert im äußeren Kittring 13 allerdings kleiner ist als der mittlere Dickenwert des mittleren Kittrings l4 müssen kreisförmige Einlagen mit einem Durchmesser wesentlich kleiner als der Trägerplattendurchmesser, also beispielsweise Einlagen, wie sie in der Abbildung 3d dargestellt sind, eingelegt werden. Dies© Einlagen übertragen den Polierdruck im Plattenzentrum. Hieraus resultiert eine Erhöhung des Polierabtrages im inneren Plattenbereich. Als Ergebnis stellen sich geringerer Differenzen der Dickenwerte im äußeren und » mittleren Kittring ein und führen somit zu einer Verbesserung der Dickenstreuung und insbesondere der Keiligkeit senkrecht zum Fiat. Der Abtrag im inneren Plattenbereich wird dabei um so mehr gesteigert, je geringer der Durchmesser dieser Zentrumseinlagen ist.

Ganz allgemein kann gesagt werden, daß zur Verringerung des unterschiedlichen Polierabtrages von Kittring zu Kittring verschiedene Einlageformen benützt werden, deren Einsatz von den Dickenmeßwerten der vorherigen Polierfahrt abhängig ist. Für die erste Polierfahrt wird im allgemeinen eine Einlage.gewählt, die'mehr oder minder maschinenspezifisch ist und für jede einzelne Poliermaschine experimentell ermittelt werden muß. Bedingt durch die Herstellung sind nämlich sämtliche Polierteller verschieden geformt bzw. verformt. Hinzu kommt außerdem eine Berücksieb-, tigung des zu polierenden Materials. Werden nämlich beispielsweise Siliciurascheiben poliert, so verhalten sich 100-orientierte nicht unbe-. dingt gleich wie 111-orientier.te. Siliciumscheiben» Desgleichen wird ein ein unterschiedliches Verhalten beobachtet, wenn beispielsweise!vier · Kittringe von 2-Zo 11.-Scheiben,;, drei Kittringe von 3-Zoll-Scheiben oder beispielsweise zwei Kittringe von 4-Zoll-Scheiben auf der Trägerplatte aufgekittet sind. Weiterhin ist zu berücksichtigen, daß bei einem Wechsel derartiger Scheibenspezifikationen auch eine ungleichmäßige Abnutzung der Poliertücher auftritt, die aber ebenfalls durch die Ifahl der richti·*· gen Einlage weitgehend ausgeglichen werden kann. Es hat sich allgemein dabei als zweckmäßig erwiesen, beim Polieren von 3-Zoll- bzw. 4~Zoll«- scheiben die Meßwerte zwischen dem außen liegenden und deta nächst inneren Kittring miteinander zu vergleichen, während bei kleineren Scheiben mit beispielsweise 2 Zoll Durchmesser ein Vergleich der Meßwerte des

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äußeren und des übernächsten inneren Kittringes zweckmäßig ist und gute Ergebnisse bringt.

Bei der Politur mit elastischen Zwischenlagen macht sich deren Wärmeisolation nachteilig bemerkbar, so daß die Wirkung der Kühltöpfe, d.h. der gekühlten Druckstempel, praktisch eliminiert wird. Um die Topfkühlung wieder so weit zu steigern, daß auch bei Polierfahrten auf neuen Poliertüchern, bei welchen naturgemäß eine entsprechend starke Reibung und somit eine entsprechend hohe Wärmeentwicklung auftritt, eine ausreichende Kühlwirkung zu erzielen, empfiehlt es sich,.ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, als Wärmeüberträ"ar in die Rückseite der Polierträgerplatten einzufüllen. Durchgehende Einlagen, wie sie in der Abbildung 3c dargestellt sind, werden zweckmäßig mit größeren Freiräumen ausgebildet, um die Wärmeübertragung des eingefüllten Wassers zwischen Tragerplattenrücksexte und Druckstempel bzw. Kühltopf zu steigern»

Durch Verwendung der erfindungsgemäßen weichen, elastischen Zwischenlagen können die Einflüsse von Trägerplattenrücksexten und Druckstempel bzw. Kühltopfunterseite weitgehend eliminiert werden. Gleichzeitig kann aber auch durch die Wahl von günstigen Einlagenformen der Poliertucheinfluß verringert werden, wodurch eine erhebliche Verbesserung hinsichtlich der Dickenstreuung und der Keiligkeit polierter Scheiben einer Polierträgerplatte erreicht wird.

Beispiel

Es wurden 87 Polierfahrten ohne Zwischenlegen von weichen, elastischen Körpern zwischen Druckstempel und Tragerplattenrücksexte durchgeführt und 87 Polierfahrten, bei welchen unterschiedliche weiche, elastische Körper zwischengelegt wurden, bei ansonsten identischen Bedingungen, insbesondere hinsichtlich des verwendeten Poliermittels, der verwendeten Poliertücher, des Anpreßdruckes sowie der Umdrehung des Poliertellers. Unter Polierfahrt wird dabei die Politur sämtlicher gleichzeitig in einer Maschine polierter Scheibchen verstanden, bei den verwendeten Maschinen jeweils 96 3-Z0II-scheiben (Durchmesser 76,2 mm). Nachdem die Poliermaschinen mit jeweils

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vier Trägerplatten bestückt waren, wurden auf jede Trägerplatte 2% Siliciumscheiben in zwei konzentrischen Ringen rait einem Maleinatharz- ©(,—Naphthol-Gemisch aufgekittet» Bei den 87 Polierfahrten mit Zwischenlagen wurden dabei folgende elastischen Zwischenlagen eingesetzt?

Luftpolsterfolie^

Typen der Firraa Alkor-Oerlikon (Polyäthylenfolien) t ·. LP W (sweilagig, Luftnoppen 0 6 bis, Folienstärke 200 u) LP M (sweilagig5 Luftnoppen 0 10 mm, Folienstärka 200 u) LP S (sweilagig, Luftnoppen 0 30 rara_; Folienstärke 200 μ) LP M (sweilagig, Luftnoppsn 0 IQ ram, Folienstärke 200 μ mit aluiaiaiumkaschierter Rückseite)

LP M-3 (dreilagig, Luftnoppen 0 10 iaa, Folienstärke I80 LP M-3 (dreilagig, Luftnoppen 0 10 mm, Folienstärke 6OO

Type der Firma Sealed Airs

Aircap Ci 480 (innenbeschichtete Polyäthylenfolie, Luftnoppen 0 10 mm, Folienstärke 30Qfu)

2. Schaumstoffe

3 und 4 mm starke Silikonschäume
Polyäthylenschaum Type 81002 der Firraa Alkor

3. Luftkissen!

selbst geschweißte Luftkissen aus Polyäthylen= und Polyäthylen·=/ Polyamidfolien

selbst geklebte Luftkissen aus Gummi

In allen Fällen wurde zur besseren Wärmeabführung.Wasser als Wärmeüber~ träger in die Rückseite der Polierträgerplatten eingefüllt» Van der Firkung hinsichtlich engerer Dickentoleranzen und kleinerer Keiligkeits-=· werte waren sämtliche getesteten Zwischenlagen brauchbar« Eine Gegenüberstellung von Standzeit und Einkaufspreis führte zu Ermittlung der drei= lagigen Polyäthylenluftpolsterfolien als der günstigsten Zwischenlage,

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insbesondere die dreilagige Polyäthylenluftpolsterfolie mit Luftnoppen mix 10 mm β und einer Folienstärke von ÖOÖ μ, mit welcher schließlich zwei Drittel der genannten PoIierfahrten mit Zwischenlage durchgeführt wurden. In der nachstehenden Tabelle sind die erhaltenen Ergebnisse gegenübergestellt. Die angegebenen Werte wurden dabei durch Auswertung von jeweils S? 5-Punkt-Meßprotokollen (i Meßprotokoll entspricht einer Polierfahrt} von 3-Zoll-SiIiciunjscheiben erhalten. In jedem dieser 5-Punktmeßprotokolle wurden dabei die Daten der jeweils gleichzeitig polierten 96 Siliciumscheiben ermittelt. Gemessen wurde hierzu jedes Scheibchen in 5 Punkten, nämlich in der Mitte und in vier, jeweils um 90 voneinander getrennte Punkte as Umfang der Scheibe, beginnend in der Mitte des Fiats.

Tabelle

Vergleich der durchschnittlichen Meßwerte bei Anwendung der Polierfahrten mit und ohne Luftpolstereinlagen.

Meßgrößen (Mittelwerte je Polierlos) ΙΟ"⁶ m

Polieren ohne Luftpolster einlagen	Polieren mit Luftpolster einlagen
6,33	3,47
1,43	1,11
31,7	15,4
^: 8,9	4,8
47,5	20,8
5,69	4,36
4,67	3,59
3,48	1,76

Standardabweichung der Dickenverteilung, gemessen im Scheibenmittelpunkt

Streuung der Standardabweichung

Maximale Dickenwertdifferenz im Scheibenmittelpunkt

Streuung der maximalen Dickenwertdifferenz

Maximale Dickenwertdifferenz über 5-Meßpunkte

Dickenvariation je Scheibe über 5-Meßpunkte

Keiligkeit K 1,3 (senkrecht zum Fiat) Heiligkeit K 2,4 (parallel zum Fiat)

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Leerseite

Claims

09274 Pat ent ansprü ehe

1. Verfahren zur Vergleichmäßigung des Polierabtrages von Scheiben beim Polieren mit Poliermaschinen, die über einen mit einem Poliertuch bespannten Polierteller eine oder mehrere Polierträgerplattenj auf deren dem Polierteller zugewandter Seite die zu polierenden Scheiben aufgekittet sind, sowie Druckstempel, die die Polierträgerplatten gegen den mit einem Poliertuch bespannten Polierteller drücken, verfügen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Druckstempel und Trägerplattenrückseite Zwischenlagen aus weichen elastischen Körpern eingelegt werden»

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiche elastische Körper mit Druckausgleichskammern zwischengelegt v/erden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn= zeichnet , daß Luftpolsterfolien zwischengelegt werden»

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 3 s da*= durch gekennzeichnet, daß sum Ausgleich der wärmeisolierenden Wirkung der Zwischenlagen zwischen Druckstempel und Trägerplattenrückseite zusätzlich ein Wärmeüberträger eingefüllt wird.

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ORIGINAL IMSPECTED