同时研磨多个半导体晶片的方法技术

本发明专利技术涉及一种同时双侧研磨多个半导体晶片的方法，其中每个半导体晶片以自由运动的方式位于通过转动设备带动旋转的多个转盘之一的挖去部分中，并由此在摆线轨迹上运动，其中，所述半导体晶片在两个旋转的环形工作盘之间以去除材料的方式加工，其中每个工作盘包括含有粘合磨料的工作层，其中在研磨期间确定工作层之间形成的工作间隙的形状，并且根据测得的工作间隙的几何特征对至少一个工作盘的工作面进行机械改变或热改变，以使工作间隙具有预定的形状。本发明专利技术还涉及一种方法，其中在加工期间，半导体晶片以其面的一部分临时离开工作间隙。本发明专利技术此外还涉及一种方法，其中转盘完全由第一材料构成，或者转盘的第二材料完全的或部分由第一材料覆盖，使得在研磨期间只有第一材料与工作层进行机械接触，且第一材料与工作层之间不存在任何会降低磨料锋利度的相互作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种同时双侧研磨多个半导体晶片的方法，其中每个半导 体晶片以自由运动的方式位于通过转动设备带动旋转的多个转盘之一的挖 去部分中，并由此在摆线轨迹上运动，其中，在所述半导体晶片两个旋转 的环形工作盘之间以去除材料的方式加工，其中每个工作盘包括含有粘合 磨料的工作层。
技术介绍
电子技术、微电子技术和微电子机械技术需要半导体晶片作为原材料 (基体)，其极端要求为整体或局部平整度、相对前侧的局部平整度(纳米拓 扑)、粗糙度、洁净度以及不含有杂原子，特别是不含金属。半导体晶片是 由半导体材料制成的晶片。半导体材料是化合物半导体如砷化镓，或者元 素半导体如主要的硅、有时是镓，或者是它们的层结构。层结构例如是 绝缘的中间层上的承载构件的硅上层(绝缘体之上的硅，SOI),或者是硅/ 锗中间层之上的晶格变形的硅上层，其中锗的比例在硅基体上向上层增加(变形的硅，s-Si)，或者是二者的结合(绝缘体上的变形硅，sSOl)。用于电子元件的半导体材料优选是单晶形式的，而用于太阳能电池(光 电池)的则优选是多晶形式的。根据现有技术，为了生产半导体晶片，要生产半导体晶锭，其通常通过多线锯(多线切片，MWS)首先被分成薄晶片。接下来进行一个或多个加工步骤，这些步骤通常分类为以下组群a) 机械加工；b) 化学加工；c) 化学机械加工；d) 适当时制备层结构。上述组群中的各独立步骤的组合以及顺序根据实际应用改变。还进一 步使用了多样的次级步骤，例如边缘加工、清洗、分类、测量、热处理、 包装等等。现有技术的机械加工步骤是粗磨(成批同时双侧粗磨多个半导体晶 片)、单侧夹紧工件地单面研磨单个的半导体晶片(通常以逐次双侧研磨的方 式进行，单侧研磨，SSG;逐次SSG)，或者是单个半导体晶片在两个研 磨盘中间的同时双侧研磨(同时双盘研磨，DDG)。化学加工包括蚀刻步骤，例如在浴室中进行的碱性、酸性或酸碱结合的蚀刻，如果适当的话，在移动半导体晶片和蚀刻浴(层状流动蚀刻，LFE) 时、通过将蚀刻剂引入晶片中心并通过晶片旋转使之径向甩出来进行的单 侧蚀刻(旋转蚀刻)、或者在气相中蚀刻。化学机械加工包括抛光法，在该方法中，通过半导体晶片和抛光布之 间在力作用下的相对运动、并通过提供抛光浆料(例如碱性硅溶胶)来达到去 除材料的目的。现有技术中描述了成批双侧抛光(DSP)以及成批和单个晶片 的单侧抛光(在抛光加工期间，通过真空、粘接或粘合而将半导体晶片安装 在支撑体的一侧)。层结构可能的最终产品通过外延淀积、通常是气相、氧化、蒸汽沉积(例 如金属化)等等来进行。为了生产特别平的半导体晶片，进行如下的加工步骤是特别重要的半导体晶片在尽可能无强制力、自由浮动、无力锁合或形状锁合的夹紧的情况下进行加工(自由浮动加工，FFP)。在MWS中，通过例如热漂移 或交变负载产生的表面不平整通过FFP被特别迅速地去除，并且几乎没有材 料损耗。现有技术中已知的FFP包括粗磨、DDG和DSP。特别有利的是，在加工工序开始时利用一种或多种FFP，也就是说通常 利用机械的FFP，这是因为，利用机械加工，可特别迅速和经济地实现最少 的完全去除不平整所需的材料，并且，这样就避免了在材料的高去除情况下的化学加工或化学机械加工的优先蚀刻的缺点。但是只有在FFP方法以同样的节奏实现由载荷到载荷的基本连续加工 时，才能够达到上述的优点。这是因为，调整(setting)、修整(truing)、磨锐 (dressing)过程可能需要的或变换工具而频繁需要的中断导致不可预知的 冷启动影响，这种影响使该方法期望的特征无效，并对节约成本方面产生 相反的影响。随着松散提供的粗磨颗粒的滚动，易碎的被磨蚀材料被去除，因此粗 磨产生很高的损伤深度和表面粗糙度。这需要复杂的后续加工，以去除这 些被损伤的表面层，由此粗磨的优点又一次被无效。而且，在由半导体晶 片的边缘向中心转移期间由于被提供的颗粒的锋利度的损耗和损失，粗磨 经常会产生具有不利的凸形厚度分布曲线的半导体晶片，这样的半导体晶 片具有减小的边缘厚度(晶片厚度的边缘下降)。由于运动学的原因，原则上DDG会导致半导体晶片中心处(研磨中心 点)更高的材料去除，并且特别是在研磨盘直径较小的情况下，这是DDG 方法中在结构上优选的，DDG同样导致晶片厚度的边缘下降，以及径向对 称的各向异性的加工轨迹，这些轨迹使半导体晶片变形(变形引起的翘 曲)。DE10344602A1公开了一种机械FFP方法，其中多个半导体晶片分别处 于通过环状的外部和内部驱动环进行旋转的多个转盘之一的挖去部分中， 并由此保持特殊几何轨迹上，并且所述半导体晶片在两个涂覆有粘合磨料 的旋转工作盘之间以去除材料的方式加工。如在例如US6007407中描述的， 粘合磨料由粘合于所用设备工作盘的薄膜或布构成。但是已经发现，通过这方法加工的半导体晶片具有一系列的缺点，并 且结果是所得到的半导体晶片并不适用于特别应用的需求已经证实，例 如，通常这样得到的半导体晶片具有不利的凸形厚度分布曲线、并具有显 著的边缘下降。半导体晶片在其厚度分布曲线上通常还具有不规则的起伏、 以及带有很大损伤深度的粗糙表面。由于破坏深度很大，迫使必须进行复 杂的后续加工，这就使DE10344602A1中所述方法的优点都失效了。在光刻设备的图案化期间，残余的凸形和残余的边缘下降导致错误的曝光，并因 此导致元件的失效。这种类型的半导体晶片因此不适合于应用需求。已经进一步所示为，特别是当使用特别优选的研磨金刚石时，现有技 术已知的转盘材料要经受这种高的磨耗，所产生的这种磨耗对工作层的切 削能力(锋利度)产生不利的影响。这导致转盘的使用寿命不经济的縮短，并 使得必须对工作层经常进行非生产性的筛查。此外，已经证实，由金属合 金、特别是不锈钢构成的转盘，例如根据现有技术在粗磨中所用的转盘， 这种转盘在前述情况中具有低磨耗的优点，但是其特别不适于实施本专利技术 的方法。举例说明，在使用(不锈)钢转盘时，碳在铁/钢中的高可溶性导致 金刚石发生快速的脆化和钝化，而金刚石是优选用在根据本专利技术的方法中 作为工作层的研磨料的。此外，还在半导体层上观察到不期望形成的碳化 铁和氧化铁沉积物。已表明，通过压力诱导的强迫磨损来迫使钝工作层自动磨锐的高研磨压力是不适合的，这是由于半导体晶片会因此变形，且FFP 的优点失效。此外，全部研磨颗粒重复出现的脱落导致半导体晶片不期望 的高粗糙度和破坏。转盘自身的重量导致上部和下部工作层的钝化程度不 一，并因此导致半导体晶片正面和背面的粗糙度和破坏程度不一。已表明， 半导体晶片由此变为不对称的起伏，也就是说弯曲和翘曲都具有不期望 的高位值(变形引起的翘曲)。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种半导体晶片，这种半导体晶片由于 其几何特征，还适于生产具有很小线宽(设计尺度)的电子元件。特别地， 本专利技术的目的被设定用于避免几何缺点，例如，与朝向晶片边缘厚度连续 减小、边缘下降有关的在半导体晶片中心的厚度最大值，或者半导体晶片 中心局部厚度最小。此外，本专利技术的目的被设定为避免半导体晶片过度的表面粗糙和损伤。 特别地，所述目的在于制造具有低弯曲和翘曲的半导体晶片。最后，为了能够进行经济的操作，本专利技术的目的被设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同时双侧研磨多个半导体晶片的方法，其中每个半导体晶片以自由运动的方式位于通过转动设备带动旋转的多个转盘之一的挖去部分中，并由此在摆线轨迹上运动，其中，所述半导体晶片在两个旋转的环形工作盘之间以去除材料的方式加工，其中每个工作盘包括含有粘合磨料的工作层，其中在研磨期间确定工作层之间形成的工作间隙的形状，并且根据测得的工作间隙的几何特征对至少一个工作盘的工作面的形状进行机械改变或热改变，以使所述工作间隙具有预定的形状。

【技术特征摘要】
DE 2007-3-19 102007013058.01.一种同时双侧研磨多个半导体晶片的方法，其中每个半导体晶片以自由运动的方式位于通过转动设备带动旋转的多个转盘之一的挖去部分中，并由此在摆线轨迹上运动，其中，所述半导体晶片在两个旋转的环形工作盘之间以去除材料的方式加工，其中每个工作盘包括含有粘合磨料的工作层，其中在研磨期间确定工作层之间形成的工作间隙的形状，并且根据测得的工作间隙的几何特征对至少一个工作盘的工作面的形状进行机械改变或热改变，以使所述工作间隙具有预定的形状。2. 权利要求l的方法，其中对所述工作间隙进行控制，以使工作间隙最 大宽度与最小宽度的差与工作盘宽度的比值至少在材料去除量的最后10% 期间为至多50ppm。3. 权利要求l的方法，其中外边缘和内边缘的工作间隙宽度的差与工作 盘宽度之间的比率为0至+50ppm。4. 权利要求1至3之一的方法，其中至少一个工作盘包括用于改变所述 工作盘温度的设备，并且其中通过改变所述工作盘的温度以及由此改变其 工作面的形状来控制工作间隙的形状。5. 权利要求1至3之一的方法，其中通过在加工期间引入工作间隙的冷 却润滑剂的温度和/或体积流量来改变工作盘的温度。6. 权利要求1至3之一的方法，其中通过液压调节装置使至少一个工作 盘在其工作面处机械变形，并且通过所述液压调节设备中的压力来控制工 作间隙的形状。7. 权利要求1至3之一的方法，其中至少一个工作盘在其工作面上通过 压电的或磁力控制的或电动的执行元件变形，而工作间隙的形状通过执行 元件中的电压或电流来控制。8. 权利要求1至7之一的方法，其中工作间隙的形状通过在研磨期间至 少在两点测量工作间隙的宽度来确定，所述测量通过在至少一个工作盘中 的非接触式测量距离传感器来进行，并且至少一个距离传感器在工作盘的 内边缘附近，至少一个距离传感器在工作盘的外边缘附近。9. 权利要求1至7之一的方法，其中在研磨期间至少在两点测量工作间 隙内的温度，并且，其中通过将在工作间隙内由此测得的温度分布曲线与 研磨开始之前测得的温度分布曲线以及分别测量用于所述温度分布曲线的 工作间隙的形状相比较，来确定在研磨期间工作间隙的形状。10. 权利要求8的方法，其中在研磨期间至少在两点测量工作间隙内的 温度，并且，其中通过将在工作间隙内由此测得的温度分布曲线与研磨开 始之前测得的温度分布曲线以及分别测量用于所述温度分布曲线的工作间 隙的形状相比较，来预测工作间隙形状的改变，所述预测被用于迅速控制 工作间隙的形状，并且其中采用通过在至少两点测定的工作间隙宽度来监 控工作间隙的实际形状，并补偿工作间隙形状可能出现的偏差，以用于缓 慢控制。11. 权利要求10的方法，其中至少一个工作盘包含用于改变所述工作盘 温度的设备，并且其中工作间隙的形状在控制回路中控制，其中工作盘内 边缘和外边缘处工作间隙宽度之间的差构成受控变量，工作盘的温度构成 操纵变量，而在工作间隙内测得的温度构成干扰变量。12. 权利要求ll的方法，其中通过在加工期间引入工作间隙的冷却润滑 剂的温度和体积流量来影响工作盘的温度。13. 权利要求10的方法，其中至少一个工作盘包含液压调节装置，并且 其中工作间隙的形状在控制回路中进行控制，其中在工作盘内边缘和外边 缘处工作间隙宽度之间的差构成受控变量，液压调节装置中的压力构成操 纵变量，而在工作间隙内测得的温度构成干扰变量。14. 权利要求10的方法，其中至少一个工作盘包含压电的或磁力控制的 或电动的执行元件，并且其中工作间隙的形状在控制回路中进行控制，其 中在工作盘内边缘和外边缘处工作间隙宽度之间的差构成受控变量，执行 元件中的电压或电流构成操纵变量，而在工作间隙内测得的温度构成干扰15. —种同时双侧研磨多个半导体晶片的方法，其中每个半导体晶片以 自由运动的方式位于通过转动设备带动旋转的多个转盘之一的挖去部分 中，并由此在摆线轨迹上运动，其中，所述半导体晶片在两个旋转的环形 工作盘之间以去除材料的方式加工，其中每个工作盘包括含有粘合磨料的 工作层，其中在加工期间，半导体晶片以其面的一部分暂时离开由工作层 界定的工作间隙，其中径向...

【专利技术属性】
技术研发人员：G皮奇，M克斯坦，Had施普林，
申请(专利权)人：硅电子股份公司，彼特沃尔特斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]