專利名稱：在雙面加工設備的兩個工作盤的每個盤上提供平坦工作層的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在雙面加工設備的兩個工作盤的每個盤上提供平坦工作層的方法，所述雙面加工設備包括環(huán)形的上工作盤、環(huán)形的下工作盤和輥裝置，其中以繞所述雙面加工設備的對稱軸可旋轉的方式安裝所述兩個工作盤和輥裝置。
背景技術：
電子、微電子和微電子機械需要作為起始材料的半導體晶片具有極高的整體和局部平坦度、單面平坦度(納米形貌)、粗燥度和清潔度的要求。半導體晶片是由半導體材料構成的晶片，所述半導體材料例如是元素半導體(硅、鍺)、化合物半導體(如由元素周期表中的第三主族的元素如鋁、鎵或銦和元素周期表中的第五主族的元素如氮、磷或砷構成的) 或它們的化合物(如Si^Ge^O < X < I)。根據(jù)現(xiàn)有技術，半導體晶片是通過多個連續(xù)的加工步驟制造的，所述加工步驟通常可分類為如下組別(a)制造通常為單晶的半導體棒
(b)將該棒切割為單個的晶片；
(C)機械加工；
(d)化學加工；
(e)化學機械加工；
(f)任選地制成層結構。在用于特別高要求應用的半導體晶片制造中，在該情況中有利的順序包括至少一個加工方法，其中利用兩個工作表面，在一個加工步驟中以去除材料的方式同時加工半導體晶片的兩面，所述方法精確至通過引導設備使材料去除過程中施加在正面和背面上的半導體晶片的加工力相互補償，并且在半導體晶片上不施加約束力，也就是說以“自由浮動” 的方式加工半導體晶片。在現(xiàn)有技術中，優(yōu)選的順序是至少3個半導體晶片的雙面都同時在兩個環(huán)形工作盤之間以去除材料的方式加工，其中半導體晶片松散地插入至少3個向外有齒的引導盒 (支承件)的容納口中，其利用輥裝置和外齒，在壓力下，沿擺線軌跡，引導通過在兩個工作盤之間的工作間隙，使得在該情況中，它們可完全繞雙面加工設備的中心點旋轉。使用旋轉支承件并以該方式在整個區(qū)域以去除材料的方式同時加工多個半導體晶片的兩面的方法包括雙面磨光(“磨光”)、雙面拋光(DSP)和利用行星式動力學的雙面研磨(行星式襯墊研磨，PPG)。其中，特別是DSP和PPG是尤其重要的。相對于磨光，在DSP情況和在PPG情況中的工作盤還包括工作層，工作層相互面對的面構成工作層。PPG和DSP是現(xiàn)有技術中已知的，并在以下將簡要描述。“行星式襯墊研磨” (PPG)是屬于機械加工類的方法，其利用研磨造成材料的去除。 如在DE102007013058A1對其進行了描述，并且如在DE19937784A1中對其適用的設備進行了描述。在PPG的情況中，每個工作盤包括含有粘結磨料的工作層。所述工作層以結構化的研磨墊形式存在，所述研磨墊以粘結、磁力、以強制聯(lián)鎖的方式(如鉤環(huán)緊固件)或利用真空固定在工作層上。所述工作層對工作盤具有充分的粘合性以使其在加工過程中不位移、 不變形(形成卷邊)或脫離。但是，利用剝離裝置可將它們容易地從工作盤上取下，并因此可快速地更換，使得不需要較長的安裝時間，可在用于不同應用的不同類型的研磨墊之間快速更換。如在US5958794中描述了在背面上設計為自粘合的研磨墊形式的合適工作層。 用于該研磨墊中的磨料優(yōu)選是金剛石。雙面拋光(DSP)屬于化學機械加工類的方法。在US2003/054650A中描述了半導體晶片的DSP加工，并在DE10007390A1中描述了其適用的設備。在該說明書中，“化學機械拋光”應理解為利用混合作用的材料去除，其包括利用堿性溶液的化學蝕刻和利用分散在含水介質中的松散顆粒的機械磨蝕，通過拋光墊將松散顆粒與半導體晶片接觸，拋光墊不包含與半導體晶片發(fā)生接觸的硬物質，并由此在壓力下和相對運動中造成從半導體晶片上的材料去除。在DSP的情況中，工作層以拋光墊的形式存在，并且拋光墊以粘結、磁力、以強制聯(lián)鎖的方式(如鉤環(huán)緊固件)或利用真空固定在工作盤上。在化學機械拋光過程中，所述堿性溶液優(yōu)選具有9-12的pH值，并且分散在其中的顆粒優(yōu)選為膠體分散的二氧化硅凝膠，所述凝膠顆粒的粒徑在5nm至數(shù)微米之間。對于PPG和DSP常見的是工作表面平坦度和平行度直接決定通過它們加工的半導體晶片的平坦度和平行度。對于PPG，這描述于DEDE102007013058A1。對于特別高要求的應用，可采用由半導體晶片的平面平行度和由此而來的工作表面的平面平行度構成的特別高要求的需求。首先，工作表面的平坦度關鍵取決于負載工作層的工作盤的平坦度。已知將以下方法用于制造盡可能平坦的雙面加工設備的工作盤。例如，已知利用翻轉工具去除芯片而將工作盤坯料翻轉。優(yōu)選在已將工作盤安裝在雙面加工設備上之后進行面翻轉，因為后續(xù)安裝可再度使工作盤受力或變形。或者，還可在安裝于相對較大的加工設備之前，例如通過研磨至平整對工作盤進行加工，然后需以顯示出特別低的應力的形式將其安裝。但是，所有這些已知的技術手段的共同點是它們確實可改進工作盤的平坦度，但卻還未達到制造用于特別高要求應用的半導體晶片需要的程度。工作表面相互之間的平行度同樣首先關鍵取決于負載工作層的工作盤的平行度。 已知以下方法用于制造相互之間盡可能平行的雙面加工方法的工作盤。首先，在裝入到雙面加工處理設備之后翻轉或在裝入到雙面加工處理設備之前在單獨的加工設備上研磨，由此能夠使通常牢固地安裝在雙面加工設備上的一個工作盤，優(yōu)選是下工作盤盡可能地平坦。然后將另一工作盤，優(yōu)選是上工作盤裝入到雙面加工設備中， 并對著下工作盤進行研磨，所述上工作盤通常通過萬向軸安裝(mounted cardanically), 并可由此至少整體平均地總是與下工作盤呈平行取向。在單獨的加工設備中先將上工作盤面翻轉也是可能的；但是在該情況中，對于兩個工作盤需要在裝入到雙面加工設備之后相互研磨以去除翻轉時的加工碎屑或來自因大切削體積所需的多次更換或取下翻轉工具的碎屑。由于工作盤最終總是需要進行研磨，所以在平整過程結束時，它們具有凸輪廓，并因此它們相互面對的表面僅以不充分的程度相互平行。現(xiàn)有技術公開了確保最可能的工作表面的面平行化，一旦已建立，甚至在熱學和力學循環(huán)負載下也可維持的可能性。如在DE10007390A1中描述了具有良好冷卻性的特別堅硬的工作盤。如在DE102004040429A1或DE102006037490A1中公開了靈活設置工作盤形式的可能性。但是，這些對于加工過程中使工作盤有意變形的方法不適用于使初始不平整的工作盤平坦至施加于工作盤上的工作層的工作表面具有制造用于特別高要求應用的半導體晶片所要求的兩個工作表面相互之間的平坦度和平行度。最后，工作表面的平坦度和兩個工作表面相互之間的平行度取決于施加在工作盤上的工作層的厚度。如果其厚度和彈性高度一致，則工作層最佳地呈現(xiàn)了工作盤的形狀。最后，現(xiàn)有技術公開了對工作層修整的方法。修整應理解為表示從工具上有意去除材料。在成型修整(“整型修整”)和改變工具的表面性質的修整(“磨光”、“調整”、“調節(jié)”)之間存在差異。在成型修整的情況中，在合適的修整設備的輔助下從工具中去除材料， 其方式為產(chǎn)生將與工件接觸的所述工作元件的期待目標形狀。相比之下，在僅改變工具的表面性質的修整情況中，幾乎不去除材料而恰好達到期待性質的變化，如粗糙化、清潔或調整，但是在所述過程中避免所述工具形狀的嚴重變化。但在DSP情況中，由于拋光墊的有效層極其薄，所以不能進行工作層(拋光墊)的成型修整。其有效層如此薄是由于在其使用過程中實際向拋光墊施加無材料去除的磨損。 由于在DSP的情況中不能進行成型修整，對從不平整的工作盤得到不平整的工作表面無法改正。在PPG的情況中，利用粘結于其中的磨料，工作層(研磨墊)與半導體晶片嚙合并在壓力和相對運動下導致材料去除。由此研磨墊被磨損。由于PPG研磨墊被磨損，其有效層通常具有較厚的厚度(至少為數(shù)十毫米)，并因此經(jīng)濟使用而不發(fā)生頻繁地因更換研磨墊產(chǎn)生的生產(chǎn)中斷是可能的，并且其平坦度可通過重復修整而重建。在現(xiàn)有技術中，在已使用新的研磨墊之后對其進行修整以將磨料顆粒暴露在工作表面上(初始修整)。如在 T. Fletcher 等人，Optifab, Rochester, New York, May 2,2005 中描述了初始修整的一種方法。初始修整本身和用于重建工作表面形狀的常規(guī)修整伴隨著少量材料從工作層上的去除，使得不顯著地縮短研磨墊的服務壽命。理論上，在PPG的情況中，相對于DSP可利用顯著更長的成型修整以修整工作層， 使得即使在不平坦的工作盤上得到平整的工作表面，這是現(xiàn)有技術所不能更好地制造的。 但在該情況中，材料的初始有效層高度的較大部分必須從研磨墊上去除，例如超過三分之一。這使得所述方法不經(jīng)濟(昂貴的研磨墊的高消耗、修整塊的高消耗、具有長時間的安裝中斷的過長的修整過程)。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是進一步改進用于DSP或PPG的雙面加工設備的工作層的平坦度和平面平行度，而不需要通過對工作層進行成型修整大量去除材料。通過在雙面加工設備的兩個工作盤的每一個上提供平坦工作層的方法實現(xiàn)該目的，所述雙面加工設備包括環(huán)形的上工作盤、環(huán)形的下工作盤和輥裝置，其中以繞所述雙面加工設備的對稱軸可旋轉的方式安裝所述兩個工作盤和輥裝置，并且其中所述方法以如下順序包括以下步驟(a)將下中間層施加于所述下工作盤表面并將上中間層施加于所述上工作盤表面；(b)通過至少3個修整設備同時平整所述兩個中間層，所述修整設備各包括修整盤、至少一個包含磨料物質的修整體和外齒，其中在壓力以及在加入不包含具有摩擦功能的物質的冷卻劑下，所述修整設備通過輥裝置和外齒以擺線軌跡在所述中間層上運動，并由此從所述中間層上去除材料；和(C)將厚度均勻的下工作層施加于下中間層和將厚度均勻的上工作層施加于上中間層。根據(jù)本發(fā)明的方法能夠提供高度平坦的工作表面，而不需要進行成型修整。因此， 所述方法還可用于DSP的情況，在該情況中，鑒于其小厚度，不能進行工作層的成型修整。 在PPG的情況中，可避免厚度的大幅下降，并由此避免與成型修整相關的工作層可能的服務壽命大幅下降。


圖I :工作盤之間距離的徑向曲線(radical profile)。圖2 :下工作盤形狀的徑向曲線。圖3 :通過非本發(fā)明的方法制造后的工作表面之間距離的徑向曲線。圖4 :通過本發(fā)明的方法制造后的工作表面之間距離的徑向曲線。圖5 :根據(jù)現(xiàn)有技術的雙面加工設備的主要部件的示意圖。圖6 :用于根據(jù)本發(fā)明方法平整中間層的修整設備的實施方案。圖7 :根據(jù)本發(fā)明方法的步驟a)-c)的示意圖。附圖標記I、在0°方位角的情況中工作盤之間距離的徑向曲線(非根據(jù)本發(fā)明的方法)2、在90°方位角的情況中工作盤之間距離的徑向曲線(非根據(jù)本發(fā)明的方法)3、在180°方位角的情況中工作盤之間距離的徑向曲線(非根據(jù)本發(fā)明的方法)4、在270°方位角的情況中工作盤之間距離的徑向曲線(非根據(jù)本發(fā)明的方法)5、在0°方位角的情況中下工作層形狀的徑向曲線(非根據(jù)本發(fā)明的方法)6、在90°方位角的情況中下工作層形狀的徑向曲線(非根據(jù)本發(fā)明的方法)7、在180°方位角的情況中下工作層形狀的徑向曲線(非根據(jù)本發(fā)明的方法)8、在270°方位角的情況中下工作層形狀的徑向曲線(非根據(jù)本發(fā)明的方法)9、在0°方位角的情況中工作表面之間的工作間隙的徑向曲線(根據(jù)本發(fā)明的方法)10、在90°方位角的情況中工作表面之間的工作間隙的徑向曲線(根據(jù)本發(fā)明的方法)11、在180°方位角的情況中工作表面之間的工作間隙的徑向曲線(根據(jù)本發(fā)明的方法)12、在270°方位角的情況中工作表面之間的工作間隙的徑向曲線(根據(jù)本發(fā)明的方法)
13上工作盤
14半導體晶片
15 支承件(carrier)
16上中間層
17工作表面之間的工作間隙
18用于進料液體工作介質的通道
19下工作表面
20外針齒輪
21內針齒輪
22用于測定靠近內圓周的工作盤表面之間的間隙寬度的設備
23用于測定靠近外圓周的工作盤表面之間的間隙寬度的設備
24上工作盤的轉軸
25下工作盤的轉軸
26下工作盤
27用于容納半導體晶片的支承件的開口
28雙面加工設備的整體轉軸和對稱軸
29下中間層
30平整前的下中間層表面
31平整后的下中間層表面
32下工作層
33通過本發(fā)明的方法制造之后的下工作層的平坦工作表面
34修整盤
35上修整體
36下修整體
37修整設備的外齒
38上工作表面
39上工作層
40平整前的上中間層表面
41平整后的上中間層表面
42通過本發(fā)明的方法制造之后的上工作層的平坦工作表面
W工作盤相互面對的表面之間的距離
U下工作盤的高度(厚度)
G工作表面之間的距離
R工作盤上的徑向位置
η。上工作盤的轉速
nu下工作盤的轉速
Hi內針齒輪的轉速
\外針齒輪的轉速
具體實施例方式
以下參照附圖和具體實施方案詳細描述本發(fā)明。圖5顯示了本發(fā)明涉及的用于使用旋轉支承件對多個半導體晶片的兩面同時進行材料去除加工的設備的主要部件上部的環(huán)形工作盤13和以轉速n。和nu繞共線軸24和 25旋轉的下工作盤26。內針齒輪21設置在環(huán)形工作盤13和26的內直徑里，外針齒輪20 設置在環(huán)形工作盤13和26的外直徑外，所述針齒輪以轉速Iii和na，相對于工作盤共線旋轉并由此繞雙面處理設備的整體軸28旋轉。內針齒輪21和外針齒輪20形成輥裝置，至少3 個具有合適外齒的支撐件15插入所述輥裝置中。圖5顯示了插入例如5個支撐件15的雙面加工設備。支撐件15具有至少一個，但優(yōu)選多個用于容納半導體晶片14的開口 27。在圖5所示的實施例中，在5個支承件的每一個中分別插入3個半導體晶片14。因此，在該實施例中，每次加工過程(機器批次)同時加工15個半導體晶片14。根據(jù)本發(fā)明，兩個工作盤13和26在它們相互面對的表面上承載中間層(在圖5和 7中的上中間層16和圖7中的中間層29)。所述中間層的相互面對的表面承載工作層(圖 5中的上工作層39和圖7中的下工作層32)。工作層39和32的相互面對的表面形成工作表面38和19。在加工中工作表面38和19與半導體晶片14的正面和背面接觸。利用輥裝置20、21和外齒，具有半導體晶片14的支承件15沿擺線軌跡同時引導至上工作表面38和下工作表面19上。在該情況中顯示的雙面加工設備的特征在于在該情況中支承件繞設備整體的軸28，沿行星式軌跡旋轉。將在工作表面38和19之間形成、并且在該情況中支承件在其中運動的空間稱為工作間隙17。在加工中，上工作盤13向下工作盤 26施加力，并且在上工作盤13中通過通道18加入工作介質。如果將圖5中所示的雙面加工設備用于化學機械雙面拋光，工作層39和32是不包含具有摩擦作用的硬物質的拋光墊，其在加工中與半導體晶片14的表面接觸。通過通道 18加入到工作間隙17中的工作介質是拋光劑，其優(yōu)選包含pH值為9-12的膠體分散的二氧
化硅凝膠。如果將圖5中所示的雙面加工設備用于根據(jù)PPG原理的雙面研磨，則工作層39和 32是包含固結磨料物質的研磨墊，其與半導體晶片14的表面接觸。通過通道18加入到工作間隙17中的工作介質是冷卻潤滑劑，其不包含具有摩擦作用的物質。優(yōu)選地，將不具有其它添加劑的純水用作PPG情況中的冷卻潤滑劑。通過所述半導體晶片14相對于工作層39和32的運動最終造成材料的去除。在 DSP的情況中，利用(I)拋光墊；(2)包含反應性011_基團的堿性拋光劑的二氧化硅溶膠和
(3)面對各拋光墊的半導體晶片14表面的三體相互作用進行材料去除。在PPG的情況中， 利用(I)具有粘結磨料的研磨墊和(2)面對各拋光墊的半導體晶片14表面的二體相互作用進行材料去除。在工作表面38和19之間形成的工作間隙17的形狀主要決定了在該間隙中加工的半導體晶片14的形狀。盡可能平行的間隙輪廓得到具有高度平行的正面和背面的半導體晶片14。相比之下，徑向間隙或方位角起伏(“擺動”)的間隙得到較差的正面和背面的平面平行度，例如在半導體晶片表面的厚度或起伏為楔形形狀。因此，一些雙面加工設備具有傳感器22和23，所述傳感器設置在例如上工作盤13中的不同徑向位置，并且在加工過程中測量工作盤13和26的相互面對的表面之間的距離。工作盤13和26之間距離的測量間接得到造成從半導體晶片14上去除材料的工作表面38和19之間的距離，因此是關鍵性的。至少間接由此，并且在給出工作層39和32 厚度的信息的情況下，例如因為工作層39和32受到恒定且由此可預測的磨損，可推導出半導體晶片14的厚度。這使得當?shù)玫桨雽w晶片14的目標厚度時按意圖地最后關停。此外，使用設置在不同徑向位置的多個傳感器22和23另外可總結出徑向曲線和在對距離測量的良好的暫時轉化和對兩個工作盤的轉角的絕對角度編碼下至少理論上有關于工作間隙17的方位角曲線。一些雙面加工設備由此額外地裝配有例如通過工作盤的變形使工作間隙變形的傳動部件，其通常僅在徑向(開口)上并具有限定的單參數(shù)特性。如果按照所測距離的變形在閉合控制的回路中連續(xù)實施，則即使在加工過程中在熱和機械循環(huán)負載下可設置高度平行的工作間隙，并且將其保持恒定。圖7表明了制造均勻工作間隙所要求的根據(jù)本發(fā)明的方法的部分步驟。在步驟(a)中，將上中間層16和下中間層29施加于(圖7(B))不平整的上工作盤13和下工作盤26(圖7(A))。施加的中間層16、29優(yōu)選具有一定的彈性度，以能夠呈現(xiàn)各工作盤的形狀，從而形成強制互鎖復合體(positively locking composite)。由于它們呈現(xiàn)工作盤的形狀，它們相互面對的表面40和30恰好與工作盤13和26的表面一樣不平難
iF. O對于所述中間層，優(yōu)選塑料。由塑料構成的板甚至在大尺寸下也是可用的，并具有良好的尺寸精確性，而且可容易地以材料去除的方式加工。利用不間斷的拼接，所述中間層還可由多個板構成。通過修整步驟去除在各“瓦片”的相鄰邊緣處的可能的初始厚度差異， 由此產(chǎn)生均勻的覆蓋。塑料通常是差的導熱體。在整個表面上發(fā)生從半導體晶片隨后運動的工作間隙的熱傳導至工作盤，所述熱傳導通常通過迷宮式冷卻彌散，并由此造成所得加工熱量的耗散，這使得即使在施加中間層之后傳熱仍然充分。具有提高的導熱率的塑料優(yōu)選用于所述中間層。這些塑料通常用石墨(炭黑)或鋁、金屬氧化物或銅填充，并且是可容易得到的。用于所述中間層的優(yōu)選塑料是聚酰胺(PA)、縮醛(聚甲醛，Ρ0Μ)、丙烯酸(聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA ;丙烯酸玻璃)、聚碳酸酯(PC)、聚砜(PSU)、聚醚醚酮(PEEK)、聚亞苯基硫醚(PPS)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚氯乙烯(PVC)。熱固性塑料如環(huán)氧樹脂(EP)、 聚酯樹脂(UP)、酚醛樹脂或非彈性體的聚氨酯(PU)是特別優(yōu)選的。玻璃或碳纖維補強的環(huán)氧樹脂(GFRP-EP、CFRP-EP)也是特別優(yōu)選的。由于纖維補強，其尺寸穩(wěn)定，但是在薄厚度下具有充分彈性以呈現(xiàn)不平整的工作盤的輪廓，并能夠得到強制聯(lián)鎖的復合體。利用碎屑去除加工可良好地加工所述的熱固性塑料，特別是填充或纖維補強的環(huán)氧樹脂。還可將它們特別良好地永久性地粘結于工作盤。在使用環(huán)氧樹脂粘結的情況中，利用加成聚合進行固化。因此，不產(chǎn)生低分子量的副產(chǎn)物，如從縮聚反應中產(chǎn)生的水，并且不需要使溶劑逸散，溶劑逸散將極大地受覆蓋粘結接合處的中間層延緩。中間層16、29與工作盤13、26的粘結優(yōu)選通過永久性粘結來產(chǎn)生。無論何時安裝新工作盤32、39，畢竟對其進行磨損并由此需經(jīng)常更換，意圖將所述中間層保留為永久在工作盤上的經(jīng)精細制造、非常平坦的參照表面。在下一步驟(b)中，利用至少3個修整設備同時進行兩個中間層16和29的成型修整，所述修整設備各包括修整盤34 (參見圖6)、至少一個修整體35、36和外齒37，其中通過輥裝置20、21和外齒37在壓力下并在加入不包含具有摩擦功能的物質的冷卻劑下使所述修整設備以擺線軌跡在所述中間層16、29上運動，并由此造成從所述中間層16、29上去除材料。圖6所示的修整設備適用于中間層的成型修整。所述修整設備包括修整盤34、至少一個修整體35、36和外齒37。修整盤34作為支撐件，其上施加至少一個修整體35。但是，所述修整設備還可呈現(xiàn)為單件式。在該情況中，修整盤34和修整體35、36相同，并且修整體35、36由此同時與施加于雙面加工設備的工作盤上的兩個中間層嚙合。然后將外齒37 固定在所述設備上或整合入所述設備。但優(yōu)選的是，如圖6所示合適的修整設備由單一部件構成。由此修整盤34承載至少一個上修整體35和至少一個下修整體36，它們與上中間層和下中間層嚙合。在各精確為一個上修整體35 —個下修整體36的情況中，這些修整體優(yōu)選是環(huán)形的。利用修整體35、36可進行所述修整，所述修整體與中間層接觸，釋放磨料物質，并由此用松散顆粒從中間層去除材料。這不同于也同樣使用松散顆粒造成材料的去除磨光， 關鍵在于釋放去除材料的顆粒，并且所述顆粒直接作用于有效位置。根據(jù)本發(fā)明以該方式避免了磨光的缺點，即在從工件邊緣輸送至工件中心的過程中，由于磨光劑的消耗造成經(jīng)磨光工件(在此中間層)的凸起形狀。因此，根據(jù)本發(fā)明，利用使用供應顆粒進行磨光的修整不能平整中間層。利用所述修整設備進行的修整也不可能直接在工作盤上實施，并且由此不可能避免中間層的施加，這是因為根據(jù)本發(fā)明，所述修整設備不造成構成工作盤的材料一優(yōu)選鑄鋼(延性灰鑄鐵或不銹鋼鑄鋼)的去除，或該修整設備磨損非常快并因此變形。在使用釋放顆粒進行修整的情況中，磨料優(yōu)選包含氧化鋁(Al2O3)、碳化硅(SiC)、 二氧化鋯(ZrO2)、氮化硼(BN)、碳化硼(B4C)、石英(SiO2)或二氧化鈰(CeO2)或所述物質的混合物。還可根據(jù)本發(fā)明利用修整體35和36進行中間層的修整，所述修整體包含與中間層接觸的固結磨料并由此使用固結的顆粒造成材料去除。該修整也不能用于對不平整的工作盤進行直接修整，因為固結在修整體35、36中的磨料優(yōu)選是金剛石或碳化硅(SiC)，特別優(yōu)選是金剛石。金剛石不適用于對鋼的加工。金剛石對碳具有高溶解度，畢竟金剛石由碳構成。與鋼接觸的金剛石切割邊緣立即變圓，并且修整體變鈍。當使用固結顆粒進行中間層的修整時，翻轉體優(yōu)選包括所謂的金剛石“丸粒”。“丸粒”通常應理解為一系列均勻體，其通過煅燒和烘烤(陶瓷或玻璃體粘結)或以金屬化粘結形式具有相互呈面平行形式的至少兩個側表面，例如圓柱體、空心圓柱體或棱柱體，其包含具有合成性樹脂的磨料。特別優(yōu)選地，當修整中間體時，還將PPG研磨墊用作修整體，所述研磨墊粘結在修整盤34的兩面上(圖6)。PPG研磨墊最初開發(fā)用于玻璃(透鏡)的材料去除加工，并由此特別適用于有效加工具有高含量玻璃的玻璃纖維填充的環(huán)氧樹脂。當施加中間層16、29時，為了進一步改進從工作間隙17向工作盤13、26的導熱， 優(yōu)選在中間層的成型修整中去除大量材料以使在修整過程結束時，各中間層僅覆蓋相關工作盤的最高高度。在所有情況下，意圖在修整后中間層仍完全覆蓋所施加的整個工作盤，也就是說意圖不發(fā)生穿孔。已證實在最薄位置處修整后剩余的厚度值為中間層的最厚位置處的剩余厚度的十分之一是實用的。具有幅度約為20 iim的不平整度的工作盤的情況中(圖 2)，如果在修整后在最薄位置處的中間層僅為數(shù)微米厚度，則這樣是滿足的。這種薄的中間層不再損害導熱。利用所述修整可制造極佳的平坦度。圖7(C)顯示了由此得到的在下面的不平整的工作盤13和26上的上中間層16和下中間層29的平坦表面41和31。圖7 (D)顯示了包括不平整的工作盤13和26的設置，在所述工作盤13和26上在步驟(C)中施加平整的中間層16和29和工作層39和32，工作層39和32具有相互面對的工作表面38和19。由于中間層16和29的平坦度，在施加后，工作層39、32已直接地具有非常平坦的工作表面42、33。它們是適用于特別高要求應用的半導體晶片的加工，而不需要進一步的修整手段。但任選地，在步驟(d)中還可進行工作層39和32的非成型修整。用于步驟(C) 的修整方法也可用于該目的。在用于DSP方法的拋光墊的情況中，例如可能需要非成型修整(調整、拋光)以進行精細平滑處理。已證實工作層的最大允許去除量為有效可得層的初始厚度的1/10是實用的。在用于DSP方法的拋光墊的情況中,有效層高度僅為數(shù)十ii m至最大約200 ii m。因此，應去除僅優(yōu)選小于約5 iim，特別優(yōu)選約1-3 iim。優(yōu)選地，在該情況中，修整體35、36包含固結的磨料物質，使得利用粘結的顆粒造成從工作層上的材料去除。用于該應用的優(yōu)選磨料物質是金剛石和碳化硅(SiC)。另一方面，在用于PPG方法的研磨墊的情況中也可能需要非成型修整以進行初始拋光。在初始拋光的情況中，去除研磨墊最上層的數(shù)微米以暴露切割活性的磨料。在PPG 研磨墊的情況中，例如有效層的厚度約為600 u m。至多10-12 u m，特別優(yōu)選4_6 u m的修整可定義為非修整的。因此，通常在PPG研磨墊的情況中，去除小于1/50的初始有效層厚度。 優(yōu)選地，在該情況中，在接觸工作層時，修整體35、36釋放出磨料物質，使得利用松散顆粒從工作層上去除材料。在該情況中，修整體包含至少一種以下物質氧化鋁(Al2O3)、碳化硅 (SiC)、二氧化鋯(ZrO2)、氮化硼(BN)、碳化硼(B4C)。實施例和對比例將購自Peter Wolters GmbH(Rendsburg, Germany)的 AC2000 型雙面加工設備用于實施例和對比例。所述設備的環(huán)形工作盤的外直徑為1935mm，內直徑為563mm。由此環(huán)寬度為686_。圖I顯示了在所述雙面加工設備的工作盤相互面對的表面之間的距離W(微米) 對工作盤半徑R(微米)的函數(shù)曲線W = W(R)。對于距離測量，將上工作盤安裝在位于對下工作盤呈120°的3個量尺塊上。量尺塊位于相同的半徑上，選擇半徑以使當支撐在這三個支承點上的工作盤在重力下的曲率約為最小。這些環(huán)狀板的點即是所謂的Bessel或Airy 點，其上需在兩點放置具有均勻線載荷的彎曲梁，以使其在整個長度上具有最低曲率。 利用距離度盤指示器測定工作盤距離的徑向曲線。AC2000具有用于調節(jié)上工作盤的徑向形狀的裝置。可將所述形狀設置在相對于下工作盤凸起和凹陷之間。使用在工作盤之間產(chǎn)生間隙的徑向曲線盡可能均勻的設置。圖I顯示了使用在下工作盤上的恒定測試軌道對于相對于下工作盤上工作盤的4個不同的旋轉角(方位角)，所得工作盤距離的徑向曲線(曲線I表示0°，曲線2表示90°，曲線3表示180°，曲線4表示270° )。考慮到度盤指示器的尺寸(支承腳)，只有302. 5942. 5的徑向范圍可用與測試。因此，測試
了總寬度為686mm的環(huán)的640mm。通過根據(jù)現(xiàn)有技術的磨光得到所示的板形狀。在圖I中清楚可見的是工作盤之間的距離主要在徑向上變化。其在外徑和內徑處最大，并且約在半環(huán)寬度處最小。這對應于在內緣和外緣處工作盤厚度的下降，這是磨光處理的特性。更小的方位角差值(特別在R > 700的大半徑處不同的曲線W(R) I和3對于2和4)表示了沿直徑方向上通過所述設備的對稱軸28運行的彎曲線上的一系列工作盤。圖2顯示了相同設備的下工作盤的高度U(微米)對于工作盤半徑R(毫米)的函數(shù)曲線U = U(R)。對于所述測試，將撓曲硬性的鋼尺在下工作盤的直徑方向上放置在設置于Bessel點處的兩個量尺塊上，并且利用度盤指示器，對于不同半徑下的面向尺的下工作盤的表面和尺之間的距離進行測定。如圖I所示(曲線5表示0°，曲線6表示90°，曲線 7表示180°，并且曲線8表示270° )在與工作盤距離W(R)的測定相同的角度(方位角) 下進行測定。下工作盤距離外緣和內緣的高度下降，并且下工作盤在稍大于半環(huán)寬度的半徑處具有最大厚度(“凸起”)。可移動地(萬向軸方向地)安裝上工作盤，并因此不能利用尺量法直接測定它的形狀。但是，其形狀直接產(chǎn)生自曲線W(R)(圖I)和U(R)(圖2)之間的差異。圖2中的最大高度差為約17 μ m，圖I中的最大高度差為約32 μ m。因此，對外緣和內緣開口的環(huán)形工作盤之間的間隙大致均勻地分布在上工作盤和下工作盤之間，它們在環(huán)中心具有大約相同的“凸起”。對比實施例在對比實施例中，將購自3M的677XAEL型PPG研磨墊作為工作層直接粘結在所述雙面加工設備的各工作盤上，如圖I和圖2所示。它由O. 76mm厚的研磨墊與其粘結在中間層上的下層支撐層，和最大650 μ m可用作有效層的O. 8mm厚的上層構成。利用修整方法平整兩個研磨墊，其中在各情況中，從上研磨墊和下研磨墊上平均去除約60 μ m的材料。為此使用與以下實施例中所述用于修整中間層相似的方法中的修整設備。在設置所述設備以調整上工作盤的徑向形狀的情況中進行修整，之前在未進行粘結的工作盤之間已測定了工作盤之間的間隙的最大均勻徑向曲線(“最優(yōu)工作點”)。圖3顯示了修整后兩個工作表面之間的距離G的曲線G = G(R)。距離G是指圖5 中工作間隙17的寬度。在修整過程中達到的各情況中的平均材料去除量約60 μ m遠多于初始拋光(暴露于磨料顆粒)的非成型修整所需量，但仍過小而難以得到均勻間隙G(R)=常數(shù)盡管能夠減少工作盤的距離W = W(R)的非均勻性(圖I ;約32 μ m)，但是對于約17 μ m的幅度，該量仍然明顯過大而難以由此得到其表面的平面平行度適于高要求應用的半導體晶片。圖3只顯示了 0°的間隙曲線34。極大地消除了間隙的方位角上的非均勻性，使得以徑向的非均勻性為主，并且對于一個角度的間隙34完全說明了整個工作間隙。如果所使用的工作層是拋光墊，由修整得到的約60 μ m材料的材料去除量將使拋光墊無法使用，因為拋光墊的有效厚度僅為數(shù)十μ m，并且將不能得到均勻的工作間隙。
實施例
特征為圖I和2中所示的不均勻性的工作盤與0. 5mm厚的玻璃纖維補強的環(huán)氧樹脂平板粘結為四分之一圓，從尺寸為1000X IOOOmm2的平板切割出環(huán)形段形狀。這是非常適用于進行本發(fā)明方法的塑料。由于在電子印刷電路板的制造中將GFRP-EP大量用作標準材料，所以易以大尺寸、良好的尺寸精確性和穩(wěn)定的質量得到所述塑料。利用50 厚的無負載的高粘性合成樹脂粘合層先進行粘結，使得在失效的情況下，可將所施加的中間層再次去除而無殘留。由保護膜支撐粘合劑層，并且在熱和壓力(熨燙)下將其粘結至經(jīng)切割的環(huán)氧樹脂平板上。在剝離保護膜之后，由此GFRP切割片以自粘結的形式構成，并由此粘結到工作盤少年宮。在工作盤和中間層之間的加力鎖定和強制聯(lián)鎖連接可通過后續(xù)的手動輥壓得到。將圖5所示類型的修整設備用于平整由此施加的中間層。每個修整設備包括由 15mm的鋁構成的環(huán)形修整盤34 ;由6mm不銹鋼構成的環(huán)形外齒37，所述外齒與所述環(huán)形修整盤螺紋連接并嚙合到由雙面加工設備的內針齒輪和外針齒輪形成的輥裝置中；和圓柱形磨料體35、36，所述磨料體以正面24個和背面24個粘結在修整盤上，并且其直徑為70mm， 高度為25mm，并由高等級的粉紅色剛玉構成，其均勻地排布在直徑為604mm的節(jié)距圓上。將 4個該類型的修整設備以均勻分布的方式插入雙面加工設備中。在上工作盤的支承力為400daN，且上工作盤和下工作盤以相對于修整設備約30/ min(每分鐘轉速)的轉速相反方向旋轉的條件下進行修整，而所述修整設備在所述加工設備中以約1/min的轉速旋轉,并相對于它們各自的軸以約6/min的轉速旋轉。在最優(yōu)工作點處(在粘結中間層之前最大的均勻工作間隙)再次進行修整。在多次部分去除中進行中間層的修整，以能夠同時檢查去除成功性并測試所達到的平整度。環(huán)氧樹脂平板已在多個位置上先設置有小開口，通過開口可使用測試設備感知下面的工作盤，并由此確定環(huán)氧樹脂平板的殘余厚度。在修整加工結束時，任何測試可得到的最薄位置仍在IOOym以下，并且預計實際最薄的位置為50 ym。這相當于玻璃纖維層的厚度(50 ym)。因此，即使在它的最薄位置，當更換工作層時，中間層仍穩(wěn)定并且不脫離或變形，在該過程中，畢竟出現(xiàn)拉伸力(通過剝離運動使工作層被剝離)。在平整中間層之后，將作為工作層的、購自3M的677XAEL類型的PPG研磨墊粘結至兩個中間層的各層上。最后進行初始拋光。考慮到在安裝于高度平坦的中間層之后已有的極佳平整度， 約IOym的材料去除足以對研磨墊的所有區(qū)域中的所有“瓦片”進行拋光。通過顏色標記對此進行檢查，在修整之前在墊表面的各位置上以分散的方式施加顏色標記，并在修整后顏色標記全部被均勻地去除。對于初始拋光，以與上述對中間層修整的方法類似的方法使用修整設備。最后，通過徹底清洗松散的殘余剛玉而清潔工作表面。圖4顯示了以此方式制備的工作層所相互面對的工作表面之間的工作間隙寬度 G(微米)的徑向曲線。在686mm的總環(huán)寬度的640mm上測試可得的徑向范圍上，工作間隙的寬度變化僅為± I U m。在上工作盤變形至最優(yōu)的均勻工作間隙并將上工作盤安裝在3個設置在下工作盤上的量尺塊之后得到所述測試。該方法的測試精確度約為± I U m，該精確度來自設備腳(foot)的支承精確度，所述設備腳應足夠大以牢固支承多個構成研磨墊并且尺寸為數(shù)平方毫米的瓦片，來來自于通過測試傳感器對相對工作表面的感知的精確度和度盤指示器本身的測試精確度，所述測試傳感器同樣必須牢固地支承多個瓦片。
1
各有3個開孔的5個支承件具有總共15個插入其中的直徑為300mm的半導體晶片，將所述支承件插入根據(jù)本發(fā)明制造的雙面加工設備中，并進行控制運行。盡管在初始拋光中少量去除材料，但是工作層顯示出與不使用經(jīng)平整的中間層，并使用顯著提高的成型初始修整(150 μ m的去除)的預先試驗相似出現(xiàn)的研磨力和材料去除速率。在設置最佳的工作盤相互之間的可能平行度下進行控制運行，從校正曲線已知所述設置。在該運行中重新調整工作盤的形狀，即在出現(xiàn)熱和力學循環(huán)負載下保持恒定。經(jīng)處理的半導體晶片的平坦度約為I μ m TTV0最后，已發(fā)現(xiàn)首先以去除材料的方式加工半導體晶片的工作表面相互之間的平行度對于可得到的半導體晶片平整度是關鍵性的。出現(xiàn)以下情況如果單個工作表面僅在短波上平整，則是足夠的；允許它們在長波下變形，只要它們在各角度位置上具有相互平行的工作表面。在該情況中，“短波”應理解為比由于固定的硬度在其長度上半導體晶片可變形的那些長度更大的長度，但其顯著小于半導體晶片的尺寸；“長波”應理解為顯著大于半導體晶片直徑的長度，但小于雙面加工設備的直徑(1-2米)的長度。因此以多個常規(guī)設置的、在各情況中具有數(shù)毫米寬的“瓦片”和“槽”形式的PPG研磨墊的結構沒有不利地影響可得到的平坦度，因為考慮到硬度，毫米尺度的半導體晶片不適用于以此方式構成的工作表面。因此，考慮到適用于進行本發(fā)明的方法的雙面加工設備的旋轉對稱性，中間層可相對于轉軸略微呈徑向對稱地彎曲，也就是說例如一個工作表面凹陷，而另一工作表面以與其精確互補的方式凸起。實際上，在修整過程中通常得到幾乎在相對的方向上球形彎曲的工作表面(球形殼)。只要在整個工作層上的平坦形狀的偏差上最大差別小于50 μ m，將得到具有與用完美平面平行的工作表面加工相同的表面平面平行度的半導體晶片。
權利要求
1.在雙面加工設備的兩個工作盤(13、26)的每一個工作盤上提供平整工作層(32、 39)的方法，所述雙面加工設備包括環(huán)形的上工作盤(13)、環(huán)形的下工作盤(26)和輥裝置 (20、21)，其中以相對于所述雙面加工設備的對稱軸(28)可旋轉的方式安裝所述兩個工作盤(13、26)和輥裝置(20、21)，并且其中所述方法按照如下順序包括以下步驟(a)將下中間層(29)施加于所述下工作盤表面(26)并將上中間層(16)施加于所述上工作盤表面(13)；(b)通過至少3個修整設備同時平整所述兩個中間層(16、29)，所述修整設備均包括修整盤(34)、至少一個包含磨料物質的修整體(35、36)和外齒(37)，其中在壓力以及加入不包含具有摩擦功能的物質的冷卻劑下，所述修整設備通過輥裝置(20、21)和外齒(37)以擺線軌跡在所述中間層(16、29)上運動，并由此從所述中間層(16、29)去除材料；和(c)將厚度均勻的下工作層(32)施加于下中間層(29)并將厚度均勻的上工作層(39) 施加于上中間層(16)。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中所述中間層(16、29)由塑料構成。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的方法，其中在步驟b)中，所述至少一個修整體(35、36) 在接觸中間層(16、29)時釋放出磨料物質，并由此利用松散顆粒從中間層(16、29)上去除材料。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中包含在所述至少一個修整體(35、36)中的所述磨料物質包含以下物質中的至少一種氧化鋁(Al2O3)、碳化硅(SiC)、二氧化鋯(ZrO2)、氮化硼(BN)、碳化硼(B4C)、石英(SiO2)或二氧化鈰(CeO2)。
5.根據(jù)權利要求I或2所述的方法，其中在步驟b)中，所述至少一個修整體(35、36) 包含固結的磨料物質，所述固結的磨料物質通過固結的顆粒從中間層(16、29)去除材料。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中包含在所述至少一個修整體(35、36)中的所述磨料物質包括金剛石或碳化硅(SiC)。
7.根據(jù)權利要求1-6之一所述的方法，其中在實施步驟b)后，每個中間層(16、29)仍完全覆蓋各工作盤(13、26)，并且每個中間層(16、29)的剩余最小厚度最大是相關的中間層(16,29)的剩余最大厚度的1/10。
8.根據(jù)權利要求1-7之一所述的方法，其中所述工作層(32、39)是適用于半導體晶片的化學機械拋光的拋光墊，并且其不包含磨料物質。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中在步驟c)之后，進行另外的步驟d)，所述步驟 d)包括通過至少3個修整設備同時修整兩個工作層(32、39)，所述修整設備均包括修整盤 (34)、包含固結磨料物質的至少一個修整體(35、36)和外齒(37)，其中在壓力以及加入不包含具有摩擦功能的物質的冷卻劑下，所述修整設備通過輥裝置(20、21)和外齒(37)以擺線軌跡在所述工作層(32、39)上運動，并由此通過粘結顆粒從所述工作層(32、39)去除材料，其中所述材料去除小于各工作層(32、39)的有效層厚度的1/10。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中包含在所述至少一個修整體(35、36)中的所述磨料物質包含金剛石或碳化硅(SiC)。
11.根據(jù)權利要求1-7之一所述的方法，其中所述工作層(32、39)是適用于研磨半導體晶片的研磨墊，并且其包含固結磨料物質。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中在步驟c)之后，進行另外的步驟d)，所述步驟d)包括通過至少3個修整設備同時修整兩個工作層(32、39)，所述修整設備均包括修整盤(34)、至少一個修整體(35、36)和外齒(37)，其中在壓力以及加入不包含具有摩擦功能的物質的冷卻劑下，所述修整設備通過輥裝置(20、21)和外齒(37)以擺線軌跡在所述工作層 (32,39)上運動，其中所述至少一個修整體(35、36)在與所述工作層(32、39)接觸時釋放出磨料物質，并由此通過松散顆粒從所述工作層(32、39)去除材料，并且其中所述材料去除小于各工作層(32、39)的有效層厚度的1/50。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中包含在所述至少一個修整體(35、36)中的所述磨料物質包含以下物質中的至少一種氧化鋁(Al2O3)、碳化硅(SiC)、二氧化鋯(ZrO2)、氮化硼(BN)、碳化硼(B4C)。
全文摘要
本發(fā)明涉及在雙面加工設備的兩個工作盤(13、26)的每一個工作盤上提供平整工作層(32、39)的方法，所述雙面加工設備包括環(huán)形的上工作盤(13)、環(huán)形的下工作盤(26)和輥裝置(20、21)，其中以相對于所述雙面加工設備的對稱軸(28)可旋轉的方式安裝所述兩個工作盤(13、26)和輥裝置(20、21)，并且其中所述方法按照如下順序包括以下步驟(a)將下中間層(29)施加于所述下工作盤表面(26)和將上中間層(16)施加于所述上工作盤表面(13)；(b)通過至少3個修整設備同時平整所述兩個中間層(16、29)，所述修整設備均包括修整盤(34)、至少一個包含磨料物質的修整體(35、36)和外齒(37)，其中在壓力以及加入不包含具有摩擦功能的物質的冷卻劑下，所述修整設備通過輥裝置(20、21)和外齒(37)以擺線軌跡在所述中間層(16、29)上運動，并由此從所述中間層(16、29)去除材料；和(c)將厚度均勻的下工作層(32)施加于下中間層(29)和將厚度均勻的上工作層(39)施加于上中間層(16)。
文檔編號B24B37/24GK102601725SQ20121002058
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權日2011年1月21日
發(fā)明者G·皮奇 申請人:硅電子股份公司