用新型精抛光方法加工半导体晶片的方法及其设备的制作方法

专利名称：用新型精抛光方法加工半导体晶片的方法及其设备的制作方法
背景技术：
本发明一般是关于半导体晶片的加工方法，尤其是一种包括对半导体晶片正面进行精抛光的半导体晶片的加工方法。
半导体晶片通常是由单晶锭如硅锭来制备，即经过修整，通常还要经过打磨形成一个凹坑或平面，用于在后续工序中对晶片进行定向。晶锭被切片成一个个单独的晶片，每一个晶片经过多道加工工序，以去除在切片中造成的损伤并确保晶片表面平整。
在加工中，每一个晶片的表面通常要经过抛光，以去除由前面工序造成的正面和背面(前表面和后表面)的损伤。双面同时抛光工艺(DSP)已成为业界优选，因为这种抛光工艺加工成的晶片表面更加平整和平行。令人遗憾的是，传统的DSP技术不能制造出具有适合制造集成电路的正面的晶片。举例来说，传统DSP技术制造的晶片，其正面不够充分平滑，并且还具有明显多于制造集成电路所能接受的程度的雾度。因此，晶片的正面要经过单面抛光操作的精抛光，以提高其光滑度，并减少正面上由DSP操作产生的划痕和雾度，由此使其正面制备成适合集成电路的制造。但是，单面加工操作通常会使先前的双面同步抛光操作得到的晶片的平整度，包括地点(site)平整度退化，并使平行度退化(平整度与平行度被总称为拓扑(结构))。拓扑退化可能由不一致的背膜如用来固定晶片的蜡造成的，这造成材料的去除不一致。背膜用作对正面进行抛光的一个基准平面，其缺陷可以使平整度和平行度退化。参考图6A举例来说，一个具有基本上平坦的平行表面的晶片W被固定在板P上有缺陷的蜡层L上。晶片如图6B所示弹性变形，并如图6C所示被抛光成平面。当晶片从蜡上取下来时(图6D)，晶片回复到“自由状态”，此时蜡层上的缺陷就可见于其正面(图6D中的上表面)。
类似地，在另一种精抛光工艺中(有时称为CMP或无固定CMP)，其中晶片安装在一个保持环中并以摩擦力和表面张力基本上固定地靠在一个背膜、垫或垫板上，该背膜、垫或垫板的不规则和偏差可以造成拓扑退化。注意到在这样一种CMP操作中，晶片W相对于背垫或垫板的运动不是所想要的，因为这种运动可以造成对背面的不希望有的损伤，并可产生出刮伤或损伤颗粒，这些颗粒会转移到晶片与抛光垫之间的界面。
在本发明的若干目的中另一个目的是，提供了一种操纵成批处理之后的晶片的方法，该方法可抑制对晶片的损伤，提高抛光晶片的产量。
在本发明的若干目的中还有一个目的是，提供一种抛光半导体晶片的设备，该设备减少了用于该设备的抛光浆的污染，并减少了在该设备上抛光的晶片上的雾度(浊度)。
简要地说，本发明的方法是关于制造具有正面和背面的半导体晶片的方法。该方法包括提供一个半导体锭料、由锭料切片成晶片、以及对晶片进行加工以提高其正面和背面的平行度的操作。另一个正面的精抛光操作，是将晶片置于一个第一垫和一个第二垫之间进行的，使晶片的正面和背面相对于第一、第二垫运动以保持正面和背面的平行度，以至少在晶片的正面完成一个光洁面，使正面适用于集成电路的制造。
另一个方法包括利用一个在一个第一垫和一个第二垫之间设有晶片载体的抛光设备对正面进行精抛光。第二垫用于与晶片的背面相接触的表面面积至少大于晶片的背面大约10％。晶片被放在晶片载体中，使其正面朝向第一垫，其背面则朝向第二垫。晶片相对于第一垫和第二垫可以自由运动。一种包含抛光浆的溶液被施加于两垫之间，晶片载体、第一垫和第二垫的旋转速度选择成，在旋转中，背面相对于第二垫的速度小于正面相对于第一垫的速度，从而抑制第二垫与背面之间的不稳定的液动润滑，并抑制晶片的振动。晶片载体、第一垫和第二垫中的至少一个是旋转的，这样晶片的正面和背面相对于第一垫和第二垫旋转并移动。
在又一个方法中，抛光浆被施加到垫上，晶片和垫中的至少一个是旋转的，以对晶片的至少一个表面抛光。抛光之后，晶片用施加于垫的冲洗液进行冲洗，以提高晶片与垫之间的液动润滑，并维持包括抛光浆和冲洗液的溶液的缓冲pH值介于大约7.8和大约11.8之间，使得接触晶片的溶液是碱性的并且抑制硅石结块。
在另一个方法中，晶片被一个垫放在抛光位置，该垫用施加在垫上的溶液进行了处理，该溶液包括含有硅石颗粒和碱性成分的抛光浆。晶片和垫中的至少一个被旋转，且压力施加在晶片上，以便对晶片的至少一个表面进行抛光。
在操纵在成批加工机器里成批加工后的半导体晶片的方法中，该方法包括从成批加工机器中取出每一个晶片，向每一个晶片的正面喷一种第一溶液，该溶液吸附至正面上并阻止颗粒粘附到正面上。
本发明的用于抛光半导体晶片的设备包括上下压板(压盘)，它们可以旋转并分别装有上下垫。下垫上可适合安装一个晶片载体(托架)。该设备还包括用于向垫施加溶液的装置，以及用于旋转晶片载体的驱动部件。在抛光中，该溶液与驱动部件的暴露部分接触，暴露成与溶液接触的驱动部件中没有复合强化颗粒，所以抑制了对溶液和晶片的颗粒污染。
本发明的其他目的和特征部分是显然的，部分会在下面指出。
在这个实施例中，抛光设备10包括一个大致圆形的上压板12和一个大致圆形的下压板14。一个上垫16安装在上压板12向下的表面上，用于抛光各晶片W的背面，一个下抛光垫18安装在下压板14的向上的表面上，用于抛光晶片的正面。上垫16适合用来只从背面去除很少的或不去除材料，使背面受到最小程度的抛光。用适当的装置将含有诸如抛光浆，去离子水(DI)，碱成分和清洗剂的混合物(在此总称为“溶液”)施加到垫上。在所述的实施例中，溶液是用管子19(为了清楚只显示了一个)施加到垫上的，该管子19可适当地穿过上压板12的轴20将溶液输给上垫16。该上垫上通常设有孔，让溶液流过上垫并向下流到晶片W和下垫18。也可以应用其他向垫施加溶液的方法，包括将溶液喷到两垫之间的空间中，或将溶液直接通过下压板引到下垫18。
双面抛光设备的上压板12和下压板14适于通过适合的驱动机构(未显示)以选定的速度旋转，这正如业内所知，并可从例如作为参考在此引用的美国专利第5,205,077和5,697,832号中所知。多个圆形晶片载体22(在这个实施例中为5个)放置在下抛光垫18上。每一个晶片载体22设有至少一个适用于容纳一个至少要抛光其正面的晶片W的圆孔(圆口)23(在这个实施例里是3个)。圆孔中装有一个嵌入体24(见图2)，介于晶片载体的金属(一般为钢)本体和晶片W之间，以阻止金属与晶片的接触，从而防止对晶片的损伤。该嵌入体24最好是由相对柔软而纯的材料制成，如聚偏1，1-二氟乙烯(PVDF)，尼龙或聚缩醛，并且不含复合的强化颗粒比如玻璃纤维。另外，该嵌入体24最好是用非毁损的，不会磨损的(或至少是耐磨损的)材料制成，反之，一旦它损坏，就会使嵌入体中的有害的造成划痕的颗粒被带入到与晶片W接触的溶液中。上述材料(PVDF，尼龙，聚缩醛)减少了通常在DSP中产生的有害的造成划痕的颗粒。这种造成划痕的颗粒在与晶片W接触的溶液中循环，在当溶液被某一个垫作用在晶片上时，就可能会划伤晶片的表面。通常减少晶片周围的液体中的造成划痕的颗粒可以减少晶片表面由于DSP造成的划痕和雾度。在这个实施例中，每一个晶片载体22的周边设有啮合传动装置(齿圈)26，它与该设备10的一个“中心(恒星)齿轮”或一个内部齿轮28和一个外部环形齿轮29相啮合。该内外部齿轮由适合的驱动机构(未显示)驱动，以一个选定的速度使载体22旋转。该齿轮和驱动机构总体被描述为晶片载体的驱动部件，可以想到的是，该驱动部件也可以是齿轮以外的其他部件，例如与晶片摩擦接合旋转晶片的轮子。本实施例的内外部齿轮是由多个钢钉组成的，每一个钢钉外面覆有一个非金属套子32，以防止金属的晶片载体22与钢相接触。套子32在抛光时通常暴露在溶液中。每一个套子32最好是用相对较软的材料制成，其中不含较硬的塑料和复合强化颗粒如玻璃纤维，并且出于上面针对载体嵌入体24所讨论的同样原因，它不会磨损。一种适合的柔软材料是聚酰胺-尼龙6/6(尼龙66)，PVDF或聚缩醛。值得注意的是，晶片载体驱动部件的其他部分可能暴露于溶液中。这些部分最好是由上述同样较为柔软、非毁损的材料制成或包覆。值得注意的是，用这些新颖的载体驱动部件减少产生划痕的颗粒的方法也可应用于从晶片上去除材料的其他类型的机器中。
在本发明的方法中，每一个晶片W是从单晶锭上切片下来的。对晶片W适当地进行预精抛光处理加工，以去除晶片表面中的体部损伤(即由于晶片切片操作产生的晶体位错和堆垛层错)，使表面平整，并提高表面的平行度，使正面和背面基本平行。一种适合的平行度的测量方法是地点背面基准指示读数(Site Backside Referenced Indicated Reading)(SBIR)。适合的晶片的平均SBIR在26mm×8mm的地点上大约为0.075微米，并且优选的是晶片上全部这样的地点中的大约99％具有小于约0.23微米的SBIR(被称为99个百分点)。最好的是，该预精抛光加工还提高了晶片W的表面质量，从而至少使其正面具有一个基本上镜面般的光洁度。这种加工操作包括，但不限于，研磨、蚀刻、抛光等离子辅助化学蚀刻(PACE)以及磁熔变抛光(magneto-rheological polishing)。最好是，该预精抛光操作中的一项是同时双面粗抛光(DSP)操作。请注意双面粗抛光操作是优选的，但其他加工操作也可以被用来去除体部损伤，平整晶片表面和使表面平行。在粗抛光中，每一晶片上通常约有27±10微米的材料被去除，这种去除是从晶片的两个表面大致平均地去掉的。
在预精抛光(如双面粗抛光)完成之后，晶片W从载体22上取下来清洗后转移到一个类似的抛光设备10做精抛光。最好是，在同步粗抛光操作和精抛光操作之间，除了对晶片的清洗之外没有另外的去除材料的操作，这样在粗和精抛光操作之间仅仅去除最少量的材料。在粗和精抛光操作之间一般是不希望有去除材料操作的，因为这种操作可以降低粗抛光后的晶片质量，尤其是由粗抛光得到的平行度。然而，在粗和精抛光之间进行其他加工也是可以预想得到的。举例来说，晶片W可以经过处理来去除不想要的金属如铜。请注意本方法最好的是不包括一个单面抛光操作，其中背面基本上固定靠在一个背承表面上，如一个蜡装单面抛光或传统的CMP操作，其中的晶片安装在一个保持环中并且基本上通过摩擦力和表面张力固定靠在一个背垫、膜或垫板上。
精抛光操作适合通过转移晶片W至抛光设备10来开始。通常，晶片W一般是通过定位放在抛光设备10的上下垫16，18之间的晶片载体22中的每一个晶片来进行抛光的。晶片W的背面最好是面对上垫16，其正面是面对下垫18。一种将在下面说明的抛光浆和其他溶液被施加到垫16，18中的至少一个上。该上垫向下朝向晶片背面用力以对其施加压力。同时，晶片W、上垫16和下垫18被旋转，而晶片围绕压板的旋转轴以周转圆的图形(行星运动图形)或轨迹环绕旋转，其中正面和背面相对于两垫运动，使晶片被抛光。不是所有的晶片W、上垫16和下垫18这三者都必须运动，只要晶片相对于两个垫运动即可。正如下面进一步所要描述的，本发明的精抛光操作维持了平行度和平整度(平面度)，至少在晶片的正面制成一个光洁面，使正面可以制备成用于集成电路的制造。精抛光，如这里所用的，生产出一个镜面光洁的表面，最好在两面上，而至少正面基本上没有因抛光以及先前的加工如粗抛光、研磨和蚀刻所带来的损伤。另外，本发明的精抛光操作最好的是生产出一种具有光滑、平行和平整的表面的半导体晶片W。在一批晶片中，最好是大部分正面的平均雾度(haze)小于大约0.5ppm，更好的是小于大约0.35ppm，还更好的是小于大约0.18ppm；最好是大约99％的晶片具有小于大约0.5，更好是小于大约0.35ppm，还更好的是小于大约0.18ppm，该批量的标准偏差最好是小于大约0.05ppm，如用ADE CR80机所测量到的。最好是，平行度基本上没有改变，即晶片的平均SBIR基本上不变，并且最好是升高至不超过大约0.5微米，更好是不超过大约0.10微米，还更好是不超过大约0.05微米。同样地，最好是上述99个百分点读数升高至不超过大约0.5微米，更好是不超过大约0.10微米，还更好是不超过大约0.05微米。该批量的正面上26mm×8mm地点的地点最适合焦平面偏差分布(site best fit focal plane deviation distribution)最好不超过大约0.10微米，该批量中最好至少大约99％的地点如此，更好的是对于大约99％的地点为大约0.07微米，如用ADE 9600机所测量到的。请注意优选的焦平面偏差基本是由前面的加工操作达到的，精抛光操作最好是将正面的大多数26mm×8mm地点的焦平面偏差减低至不超过大约0.04微米，更好是不超过大约0.02微米。这样的晶片是足够光滑、平坦和平整的，经过清洗后可用于制作集成电路，例如，一个最终用户可以在晶片上制作集成电路而不需要其他的加工。
设备10上安装有适合的用于对至少晶片W的正面进行精抛光的垫。在本实施例中，上垫16是一个带槽的粗抛光垫(一般称为浮雕垫)，下垫18是精抛型垫，即，它由制造商设计制造成在抛光时基本上对晶片表面没有损伤。通常，精抛型垫比较柔软，并且比之于诸如上垫16以及在粗抛光操作中使用的粗抛光垫具有显著不同的粗糙度和孔隙度。举一个例子来说，上垫是由亚利桑那州的Rodel of PHoenix生产的534E-II型，下垫是由Rodel生产的聚氨酯垫如SPM3100型垫。上垫16也可以是带槽的精抛型垫。垫最好是没有造成划痕的纤维，如复合强化颗粒包括玻璃纤维和毡。534E-II型和SPM3100型垫的尺寸是为大批量抛光设备如AC1400设计的。在这个实施例中，垫的大小明显大于晶片，因为有15个或更多的晶片将在两个垫之间被同时抛光。可以预期的是单晶片抛光机用于本发明中。对于本发明重要的是，至少对着背面的垫应该具有一个显著大于晶片W的表面，这样对着背面的垫的偏差基本上不至于影响正面的平面度，从而使正面和背面在精抛光之后基本上保持平行。最好是，至少对着背面的垫，并且更好是两个垫，至少大于晶片W10％，更好的是大于大约50％，还更好的是大于100％，这样晶片可以在相对于背面垫旋转的同时侧向移动，而晶片表面的任何部分不会超出于垫之间的区域之外。对于上面例举的具有中心孔的垫来说，垫的内外半径的差至少是晶片W的直径的1.1倍，更好的是大约1.5倍，还更好的是大约2倍。换句话说，晶片基本上能够在垫之间侧向移动而不超出垫的边缘。这种结构限制了偏差的影响，因为晶片在抛光中并非连续地(持续地)支持于垫的同一部位上，而这样偏差在抛光过程中就被均衡了，即该偏差对于平面度没有显著的影响。保证两个垫的面积足够大，使晶片表面没有超出两个垫之间区域的部分，这确信为可以保证晶片在精抛光中的均匀抛光。
通常，该优选实施例的精抛光分为一个起始阶段，一个去除材料阶段，一个抛平滑阶段和一个清洗阶段。该晶片和垫基本上在所有这些阶段中旋转，并且在至少一个垫上施加抛光或清洗溶液。压板适合地保持在一个大约10℃和40℃之间的温度。该溶液可以包括，但不限于，抛光浆，去离子水(DI)，一种碱性或苛性液体成分，以及一种清洗液，如下面进一步所要描述的。该设备10设有一个上述管19，用于将该溶液引导并施加到垫上。起始阶段，当晶片W被放在载体22中和上垫16下降至一个靠近晶片W的位置之后，包含抛光浆的溶液流到垫16、18。在这个实施例中，垫在起始阶段被进行调理。这样的调理可有助于准备出用于抛光的垫，特别是垫在加工运行中用去离子水彻底地进行了清洗。该调理适当地通过将一种强碱溶液如氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠与抛光浆进行混合来完成的。该碱溶液最好是足够强，以使垫之间的溶液(包括抛光浆和KOH)的pH值至少为大约12，更好是大约13。另外，调理垫时，可以通过垫在晶片上施加较轻的压力，使晶片不会从载体的孔中滑出。举例来说，该压力不超过精抛光操作中施加的最大压力的33％。无需遵循特别的理论，可以确信，该强碱溶液与抛光浆的混合溶解了抛光浆中的部分硅石颗粒，以及可能还有部分晶片的表面。溶解的硅石形成硅酸或聚硅酸，夹带到垫16，18的孔中，或者更通常的情况是沉积在垫上。夹带或沉积的硅石被确信在去除材料和抛光滑阶段将垫与晶片之间的摩擦力减少至一个更好的水平。请注意该调理阶段并非限于在成批抛光设备上进行的精抛光操作。举例来说，该调理阶段，可以利用单个晶片或成批晶片抛光设备用于在粗抛光或精抛光加工中，以及单面抛光或双面抛光加工中。运动控制和晶片的环绕轨迹液力润滑是由两个有液体存在的表面之间的相对运动产生在两个表面之间的粘性润滑。表面之间的液体由于流动轨迹的收缩，比如由于某一个表面的楔形轮廓或阶梯，而从一个低压区流向高压区。这样的楔形轮廓或阶梯一般是由于垫16、18中小的可变形孔造成的。值得注意的是，楔形轮廓或阶梯的尺寸一般为微米数量级。界面润滑是两个表面之间由束缚于一个或两个表面的一层分子形成的润滑。在界面润滑中，液体可能从晶片表面与垫之间排出。还有混合的或弹性液力润滑，其中液力润滑和界面润滑都出现。
在抛光中，晶片W和任一垫16或18之间的过度的或不稳定的液力润滑可以导致晶片颤动或振动，这将损伤晶片或污染与晶片接触的溶液。举例来说，如果晶片颤动或振动，晶片的边缘更频繁地并用更大的力摩擦载体的嵌入体24，使嵌入体很可能会被磨损并释放出造成划痕的颗粒到溶液中。请注意，即使是上述优选的载体嵌入体材料一般也包含一些杂质和/或造成划痕的颗粒。再举例来说，振动幅度可以大到使特定区域内的液体被完全挤出，造成局部静摩擦增加，从而造成表面损伤。还举例来说，振动幅度可以大到使晶片被推出载体的孔，这样会造成晶片的损伤或破裂。优选地，在该操作的起始、去除材料和抛光滑阶段进行运动学控制，以抑制垫和晶片W之间的不稳定液力润滑，并且在清洗阶段适当地抑制上垫16与背面之间的不稳定液力润滑，从而在精抛光中抑制对载体嵌入体24的磨损以及对晶片的损伤。优选地，这种运动控制改善了弹性液力润滑或界面润滑，从而减少了表面与垫之间的分离。相反，在清洗阶段，正面与下垫18之间的稳定的液力润滑被提高，而第二垫与背面之间则不需要提高液力润滑。
通常是对操作的运动学进行控制，以抑止不稳定的液力润滑。这一控制适合地通过选择晶片载体22以及上下垫的适当的旋转速度来实现，从而使背面相对于上垫16的速度小于正面相对于下垫18的速度。这一控制在清洗阶段特别有帮助，其中晶片由于清洗液的粘度的提高和对于晶片的压力的减少，而可能倾向于失去控制地变成“液面滑行”(水上飞机)，即振动或颤动。
限定载体和晶片环绕设备10的中心的运动的等式可用于确定旋转速度，这些速度会保证背面相对于第二垫的相对速度小于正面相对于第一垫的速度。重要的是，这些等式优选地还用来保证每一个晶片在环绕设备中心的每一次旋转中基本上不是沿着相同的轨迹运行的。这种重复的轨迹会降低晶片的平面度和平行度，并且不均匀地磨损垫。优选地，晶片表面均匀地暴露于垫的所有部分(被称为均匀取样)。例如，该设备的运动等式如下给出Nc=N4Rr+n3RsRr+Rs]]>(1.0)晶片载体绕设备中心的旋转速度(负号指示逆时针旋转)Np=n4Rr-n3Rs2Rp]]>(1.1)晶片载体绕自身中心的旋转速度Nw=n1+n2-2Nc2]]>(1.2)晶片围绕自身中心旋转的估算的旋转速度这些变量在该实施例中定义如下Ra＝12.4cm从载体中心到一个200mm的晶片中心的距离Rb＝0cm 从晶片中心到任一径向点的距离(在这个例子中，中心点的轨迹已划出)Rp＝27.15cm 载体的半径Rs＝20.2cm中心齿轮或内部齿轮的半径Rr＝Rs+2Rp外部环形齿轮的半径Ro＝Rs+Rp中心齿轮和环形齿轮之间的中点n1上垫的旋转速度n2下垫的旋转速度n3中心齿轮的旋转速度n4环形齿轮的旋转速度t时间从所要的Nc和Np值可以方便地计算出n3和n4n3=-12(2NpRp-NcRr-NcRs)Rs(1.3),n4=12(2Np+Rp+NcRr+NcRs)Rs(1.4).]]>当n1和n2的单位是每分钟转数(rpm)时，下列的等式可便于计算目的。下标t是指上垫，下标b是指下垫α=2π60Nc,β=2π60Np,γ=2π60Nw,Φt=2π60n1,Φb=2π60n2,]]>a=α,b=α+β,c=α+β+γ]]>首先，计算垫没有旋转时的运动，这是晶片在固定参考系(等式1.5)中的运动。然后，整个系统旋转以得到晶片对于任一垫的相对运动。(1.5)Xnb(t)＝Rocos(at)+Racos(bt)+Rbcos(ct)Ynb(t)＝Rosin(at)+Rasin(bt)+Rbsin(ct)(1.6)Xb(t)＝nab(t)cos(φbt)+Ynb(t)sin(φbt) Yb(t)＝-Xnb(t)sin(φbt)+Ynb(t)cos(φbt)(1.7)Xt(t)＝Xnb(t)cos(φtt)+Ynb(t)sin(φtt) Yt(t)＝-Xnb(t)sin(φtt)+Ynb(t)cos(φtt)等式(1.6)和(1.7)描述了作为时间的函数的晶片中心相对于垫的位置。晶片中心在旋转中的描迹曲线是一个缩短的外旋轮线。对这些等式求微分找出速度成分，从而得出作为时间函数的在任何位置的瞬时相对速度。这一求微分的结果很长，所以不在此重复推导。图4显示的实例是利用对等式求微分给出确切速度的近似值计算出的上垫和背面之间的平均相对速度(Vtop)(厘米/每秒)以及下垫和正面之间的平均相对速度(Vbottom)(厘米/每秒)。
应选择适合的旋转速度，使晶片轨迹不是沿着同样的轨迹重复，并且使该操作的运动得到适当的控制。优选地，所选择的速度使得晶片上的一个点，在精抛光中晶片完成之前，在至少完成晶片要在精抛光加工中围绕设备中心旋转总数的大约10％，更好的是至少大约25％，还更好的是至少大约50％之前，不是沿着围绕设备10的中心的相同轨迹运行。找到所希望的轨迹的一种方法是确定那些导致所不希望的轨迹的速度，然后改变到介于那些所不希望的速度之间的，即明显区别于那些速度的速度，来找到理想的轨迹。举例来说，载体每旋转一圈轨迹重描其本身一次的条件是|Nc|±m|Np|＝n1或n2(1.8)其中m是任意整数。在m＝1/2，3/2，5/2...∞的条件下，轨迹几乎重复。
通过选择显然不同于那些由约束等式(1.8)规定的旋转速度，可以找到对垫均匀取样的晶片轨迹。通过描绘出轨迹图(比如利用MATHCADTM程序)，可以直观地看到由所选择的旋转速度而产生的晶片轨迹，然后确定所选择的速度是否会产生对整个垫基本均匀取样的图案。举例来说，图3A和3B显示的是不希望的轨迹，其中晶片围绕设备中心每一次都沿着相同或相似的轨迹。与图3A-3B相反，图3C和3D显示的是所希望的轨迹，其中晶片围绕设备中心不重复同样的轨迹，直至载体22已绕其自身中心旋转了至少16次。图3D是晶片相对于下垫的轨迹，是一个很好的选择，因为它基本上在整个垫上进行了取样。请注意图3A-3D中显示了垫的边界(内圆和外圆)。除了避开约束方程式的轨迹之外，下列准则优选地用于找出满意的晶片轨迹1)上下垫应反向旋转，以保证与晶片接触的溶液的适当分布，即n1和n2应该具有相反的正负号。2)晶片载体应以与上垫相同的方向围绕机器旋转，即Nc和n1必须具有相同的正负号。3)不应允许晶片表面上的任何点相对于任一垫停止(即轨迹没有尖点)。4)晶片应在穿越自己的轨迹之前围绕中心齿轮旋绕(作轨道运行)。5)如果垫与晶片之间的摩擦力太高，外部齿轮可以保持不动。
图4中示出了遵从这些准则的几个设定的实例。图4的表表示的是为一个AC1400设备找到的适当的设定，尽管在其他抛光设备上使用这些设定也是可以考虑的。在图4中，时间的单位是秒，旋转速度的单位是每分钟转数(rpm)。负号指示逆时针旋转。
设定1特别适用于使用一个SUBA534E-II型上垫和一个UR100型下垫的场合，其中最大加工压力是大约4.8千帕(kPa)。设定2-6更适合于SPM3100型下垫，其优选的最大垫压力是大约9.7千帕(kPa)，其中外部齿轮不旋转。请注意，采用SPM3100型垫时发现，其摩擦力太高以致于AC1400设备的外部齿轮不能在最终不损伤其驱动轴的情况下可靠地旋转。可以看出，根据这一方法确定的设定，会造成均匀的垫磨损，并且适宜用来保证背面相对于第二垫的速度小于正面相对于第一垫的速度。此外，在具有旋绕的载体的抛光设备10中，晶片相对于垫旋转并且侧向移动，相对于上垫的这种运动对于“均衡”上垫中存在的缺陷尤其重要，从而保证晶片的平面度和平行度。值得注意的是，这些设定可以被进一步优化，而针对特定抛光设备、垫、压力、液体粘度和流率的优化设定，在该设备、垫、压力、液体粘度和流率中的任何一项改变时，就不一定还是最优的。
还可以对运动进行控制，以产生不同(不均匀)的去除，即由于在背面与上垫16之间的相对运动小于正面与下垫18之间的，而导致从背面去除的材料少于正面。正如可以看到的，这样的去除在使用图4所示的设定时很可能出现，因为在背面与上垫16之间的相对运动小于正面与下垫18之间的。作为选择，也可以控制运动导致从正面和背面去除相等的材料。
优选地，利用带槽的上垫，如SUBA534E-II型垫，来进一步控制不稳定的液力润滑。利用这种垫使垫与晶片W之间的界面上的溶液通过这些槽从界面上引走。用这种方法，上垫16与晶片背面之间的不稳定液力润滑被抑制。再有，对不稳定液力润滑的控制在清洗阶段尤其重要，在此阶段这种不稳定液力润滑更可能出现和导致晶片的损伤。压力和载体磨损优选地，晶片载体22的厚度小于晶片在精抛光完成之后的最终厚度。晶片载体的厚度最好是至少小于该最终厚度15微米，更好的是大约70微米。这一优选的差别将取决于垫的可压缩性。由垫施加在载体22上的压力被最小化，例如，压力几乎和环境压力相同，因为载体与晶片相比是如此之薄，所以垫趋于压靠在晶片W，或更正确地说，压力作用于垫/晶片界面上的液体和抛光浆颗粒，垫被液体和抛光浆颗粒与晶片分开。使作用于载体22的压力最小化减少了载体的磨损。载体磨损会导致载体22的金属部分的金属或金属性杂质释放出来污染垫或抛光溶液。载体磨损还可导致从嵌入体24释放出造成划痕的颗粒。另外，使施加在载体22(该载体的厚度最好是基本上比一批晶片中最薄的晶片薄)上的压力最小化，有助于保持抛光垫作用于晶片W的压力相对稳定，从而使加工操作可重复进行而与晶片的起始厚度无关。请注意在传统意义上，因为晶片在抛光中逐渐变薄，作用在晶片的压力在抛光中降低，施加在载体22上的压力随着晶片接近载体的厚度而变大。
如果下垫是SPM31000，在去除材料阶段所施加的压力最好是在至少大约7千帕(kPa)，更好的是在大约7.5千帕(kPa)和大约12.1千帕(kPa)之间。在抛光滑阶段，压力至少在大约5.5千帕(kPa)，更好是在大约6千帕(kPa)和大约11千帕(kPa)之间。在清洗阶段，所施加的压力小于大约2千帕(kPa)，或者更好的是，该设备所能施加的不会导致晶片W过分振荡的最小可能压力，比如，对于AC1400设备来说，大约0.75千帕(kPa)。在所有阶段中实施的压力充分小，使得精抛光操作基本上不会在晶片中产生晶体结构损坏。优选的压力可以随着垫的类型、抛光设备、抛光浆、液体特性和温度而改变。抛光浆和清洗液抛光浆最好是一种精抛型浆，比如GLANZOXTM3950，可从Fujimi ofElmhurst，Illinois采购到。已发现精抛型浆更适合用于精抛光操作，因为，用精抛型浆生产的晶片比用那些通常用于粗抛光的较便宜的切削去除抛光浆所生产的晶片具有较少的雾度。无需遵从任何理论，可以确信，在切削去除抛光浆中发现的抛光浆颗粒和结块一般比精抛型浆中的抛光浆颗粒和结块大且硬而难以破碎，因此更可能在晶片表面造成划痕和雾度。然而也可考虑使用切削去除抛光浆，特别是在精抛光的去除材料阶段中。还可以想到的是，其他抛光浆也可以被采用，或不同的抛光浆分别或组合使用于任何一个阶段。
为了提高在材料去除阶段中去除的晶片材料的量，最好是将一种强碱与精抛型浆混合。强碱的实例是氢氧化钾和氢氧化钠。抛光浆中还可以加入氨和聚合物。另外，在去除材料阶段要施加较高的压力，压力的范围如上所述。利用强碱和高压，在使用较少的精抛光抛光浆的情况下，也能去除适当数量的晶片材料(如下所述)。
利用聚合物和碱如KOH或氨，可以稳定精抛光浆从而阻止硅石颗粒的结块。可以采购到的抛光浆如GLANZOX3950一般包括一种专有的聚合物，如改性纤维素，而碱一般在加工中和抛光浆混合。在这个实施例中，在基本上所有的加工阶段中，氨优选地与抛光浆进行混合。相反，KOH最好是只在起始阶段和材料去除阶段加入，虽然它也可以作为清洗液中一个微量组分。KOH主要用于调节抛光浆的pH值超过大约10.5，最好是在大约为10和200毫摩尔之间的KOH在材料去除阶段中加入。该KOH还有助于保持离子强度。在起始阶段和材料去除阶段，离子强度最好是在大约10和200毫摩尔之间。
氨用于化学螯合痕量金属如铜和镍，以控制抛光滑阶段终了部分的pH值，并且适合作为清洗加工中的pH缓冲成分。如果设备停工一段延长的时间，氨可用于对液体流经的管19进行清洁。除了起稳定作用之外，氨还适合对液体流经的管19进行清洁。
抛光浆中最佳的硅石颗粒浓度是以硅石固体颗粒的体积百分比来表示的。优选地，维持供应商提供的最佳浓度。在这个实施例中，优选的抛光浆GLANZOX3950的最佳浓度是大约0.035至0.055％体积的硅石固体颗粒。该最佳浓度是通过用水和其他如上所述的水性溶液进行稀释来获得的。去除材料阶段精抛光操作最好是去除较少的晶片材料，使平面度和平行度基本上没有降低。该精抛光操作适当地从晶片W上去除少于大约5微米的晶片材料，并且最好是在大约0.1和1.5微米之间的晶体材料。值得注意的是，从晶片上去除总数少于0.4微米的材料可能是最好的，那样要被精抛光的晶片W基本上没有表面损伤，例如，那样粗双面抛光(DSP)加工适合生产出基本上没有表面损伤的晶片。事实上，基本上没有表面损伤出现在可以只有少于0.1微米的晶体材料被去除的条件下。请注意，所给出的范围表示从晶片的两个表面去除的总量。最好是对运动进行如在此所述的控制，使从正面去除的材料明显多于从背面去除的。优选地，从背面去除的材料比从正面去除的材料少大约25％。抛光滑阶段抛光滑阶段是在压力稍微减少一些的条件下操作的，以减少通过颗粒传到晶片表面上的力。在抛光滑阶段降低离子强度(如通过降低KOH的浓度)，有助于粉碎抛光浆中的以及垫和晶片上的硅石结块。可以相信，将抛光浆颗粒总体偏压成更小的尺寸，使它们基本上为独立的颗粒，提供了将表面抛光滑至毫微米(纳米)等级的适度抛光。
在该技术领域内熟知的是，硅晶片表面的碱性蚀刻优先露出<111>平面，造成在抛光操作中发生对表面不希望的刻面。在抛光滑中，通过降低KOH的浓度来降低pH值，从而降低离子强度，以使表面被碱性蚀刻的速率相对于抛光的速率降低。清洗阶段晶片W被基本上抛光和完全平滑之后，晶片最好是在晶片继续旋转和施加轻微的压力的条件下进行清洗。值得注意的是本发明的清洗阶段既可以用于单个晶片抛光加工也可以用于在此所描述的成批抛光加工中，特别是在晶片与垫上或者在垫的孔中有潜在伤害性的苛性(腐蚀性)溶液相接触而且留在垫上一定时间的情况下。在这个实施例中，清洗液被引入用来冲走抛光浆以及有潜在伤害性的苛性溶液。当抛光浆在清洗中被冲走时，不稳定性(颤动和振动)以及因此造成的晶片W与垫直接接触的风险会增加。这种直接接触会增加垫与晶片之间的接触力，从而产生晶片W的表面损伤。增加的接触力一般伴有可听见的啸声。为避免直接接触，最好通过提高正面与下垫18之间的液力润滑来提高垫与晶片W之间的距离，液力润滑最好是在清洗开始时一个短的步骤中提高，该步骤包括明显减少由垫施加的压力，连续向垫输入抛光浆，和向垫引导一股高粘度的清洗液。清洗液提高了正面和下垫18之间的液力润滑，从而加大了其间的距离。暂时地连续输入抛光浆在潜在的不稳定转换期(过渡期)内提供了一个界面润滑保护晶片不与垫接触。晶片W应在该短步骤中较迅速地稳定下来，然后抛光浆的导入可以停止。优选地，以三个步骤完成清洗1)通过管道向上垫引入清洗液流，同时连续向上垫导入抛光浆，使晶片在停止导入抛光浆之前稳定；2)停止导入抛光浆而继续输送清洗液；以及3)在清洗液中加入钝化成分，如过氧化氢，用于保护正面不受碱性蚀刻。
清洗液最好是有较高的粘度以增加垫/晶片界面之间的液力润滑。优选地，该液体包括一个增加其粘度的聚合物，诸如聚环氧乙烷(PEO)，羧甲基纤维素，黄原酸胶，羧甲基淀粉，或羟乙基纤维素。优选地，该聚合物在碱性溶液中是中性的或能带有负电荷，但不是正电荷。该聚合物最好是吸附在晶片表面和残余的抛光浆颗粒上，以抑制硅石颗粒的结块和粘附。清洗液的粘度至少比抛光浆粘度高2倍，更好是至少高大约4倍。举例来说，抛光溶液的粘度在加入清洗液之前，在大约25℃时约1厘泊(cp)，在加入清洗液之后，大约是6-7厘泊。
清洗液最好是还包括pH缓冲液，用于缓冲溶液的pH值以抵抗苛性液体，即截留(夹带)在垫中具有大于11.8的pH值的液体，以保护晶片W的正面。在清洗之前，苛性液体如KOH被截留在垫中，特别是垫的孔中。清洗阶段一般不对垫清洗足够的时间以从垫上彻底清除大部分有伤害性的苛性液体。可以确信，彻底的清洗将耗时约3分钟或更多，而优选的清洗阶段要短得多，以抑制表面缺陷在晶片W上的累积并提高产量。此外，在清洗阶段完成之后，要用数分钟时间从设备上移走所有的晶片，在此期间，残余的苛性液体可能蚀刻晶片的表面。所以，清洗液被针对截留在垫片中的残余苛性液体进行pH缓冲，以保护晶片W的正面。然而，pH缓冲液具有适当的pH值，所以溶液的pH值不会下降到那么低，以至于导致硅石颗粒结块、过量的硅酸沉淀，或硅石颗粒粘附于晶片。这样的结块和颗粒对晶片的粘附一般在清洗中当pH值基本下降到低于7.8或变成酸性时加速。优选地，所选择的清洗液的pH缓冲液维持与晶片接触的溶液的pH值以使其呈碱性，优选的是在大约7.8和11.8之间，或更优选的是在大约8.8和10.8之间，最优选的是大约9.8。pH缓冲液的离子强度在大约0.5和10毫摩尔之间，并且最好在大约2毫摩尔。这一离子强度的范围提供了充足的pH缓冲能力，而不破坏胶状抛光浆的抗结块的静电稳定性。请注意与晶片接触的溶液可能包括抛光浆，特别在清洗的步骤1中，所给出的pH值范围，是用于包括清洗液和抛光浆的溶液。一种适当的pH缓冲液包括一种酸和一种碱，最好是硼酸或磷酸与KOH或氨混合。该酸的pka值最好是在6.9和10.5之间，并且更好是具有pka值大约等于目标pH值，例如大约9.8。
清洗液还优选地是包括一种钝化成分，该成分可适当地在清洗阶段即将结束之前加入到清洗液中。该钝化成分适合是过氧化氢，不过其他氧化剂也可以使用，比如臭氧或硝酸铵/亚硝酸铵。这样，清洗液使晶片表面钝化，当晶片完成精抛光后放在垫上时，进一步保护其表面不受有害的苛性溶液的伤害。抛光后处理抛光完成以后，载体22和垫16、18停止旋转，晶片被从抛光设备上移走并干燥。用空气干燥晶片可能使残余的硅石沉淀在晶体表面上，而难以从晶片上去除。在这个实施例中，晶片的正面被予以处理，例如，用防护剂喷射，防止颗粒粘附在正面上。背面也可以进行喷射。防护剂适合的是一种聚合物水溶液，诸如PEO或上述其他适合的聚合物。在这个实施例中，为了用户的安全，该水溶液是pH中性的，不过它也可以，特别是在自动加工当中，用碱性缓冲溶液。PEO和上述聚合物之所以是适合的，是由于它们对硅石表面的极强的吸附，从而使晶片表面免于被颗粒粘附。请注意这个抛光表面后处理也可以用于任何抛光操作，包括单面抛光之后。
晶片还被浸入一种浴液(浴器)中以从晶片上去除颗粒，在颗粒和晶片上涂敷聚合物，以及在晶片正面上保持一钝化的氧化层。优选地，该浴液是一种溶液，包括氨，一种氧化剂，比如过氧化氢，以及PEO，具有和最后的清洗液相同或相接近的pH值。在较短时间如3分钟之后，晶片从浴液中取出，然后在适当的设备中清洗和干燥。
精抛光加工完成之后，晶片的正面被精抛光，使得在清洁之后正面就可以用于集成电路的制造。可以想到的是，背面也可以在该加工中被精抛光。本发明的方法不需要任何涂覆或覆层。晶片在清洁和检查之后，一般就包装和运送至客户，以供在晶片上制造集成电路。但是，可以想到的是，可以加上一层涂层或覆层，包括外延层。举例来说，覆层或涂层可以由晶片制造商或用户来加上。例子图5A和5B的表中描述了一个精抛光工艺的例子。在这个例子中，抛光设备是AC1400，上垫是SUBA 534E-II型，下垫是SPM3100型，抛光浆是Glanzox 3950。晶片载体使用的是PVDF无纤维嵌入体，销套也是无纤维尼龙6-6。在图5A中，第一列显示在该工艺中有8个步骤，后续的列包括用于该工艺每一步骤的参数。随后的两列记录的是每一步骤的时间(单位为秒)以及流到垫上的溶液中的固体颗粒(即，在抛光浆中的硅石固体颗粒)百分数。后续的列显示的是过氧化氢(H2O2)，磷酸(H3PO4)和KOH流的每升摩尔数。再后面的列显示的是PEO的每升克数，氨水(NH4OH)和异丙醇(IPA)的每升摩尔数，德拜(Debye)长度，离子强度，和用于正面和背面的标准化(标称)赫西(Hersey)数(Ho)。图5B中的几列显示了溶液的pH值，溶液的流量(每分钟毫升，ml/min)，压力(千帕，kPa)以及转速。请注意转速对应于图4中的设定2。下垫与正面以及上垫16与背面之间的平均相对速度(下平均速度和上平均速度)上以上述方法计算并且显示于其后四列中，请注意，在每一步骤中，上垫16与背面之间的速度基本上低于下垫与正面之间的速度的比如一半。起始速度充分低，以使垫的流体特性和摩擦特性有稳定下来的时间。
在这个例子中，起始步骤1和2组成起始阶段，在这段时间中对垫进行调理。步骤1和2分别只持续大约18和24秒。在步骤3的去除晶片材料阶段，压力基本上升高，其所持续的时间在所有步骤中最长，大约8分钟。抛光滑阶段基本上由步骤4和5组成，在步骤4压力从去除阶段的压力和缓地降低，步骤4之后KOH的导入适当地停止。如上所述，清洗阶段的第一步(步骤6)持续一个短的时间，在本例中只有大约6秒，在这段时间里，抛光浆继续导入(同时晶片-垫的分开距离稳定)，如由0.045％的固体颗粒所表示的，同时开始导入缓冲液、PEO和IPA。另外，氨水(pH缓冲液的一种成分)的导入量升高。请注意对于这个设备，最短步骤时间是6秒。在步骤7中，抛光浆停止输入，清洗液以大约相同的流率继续18秒。在步骤8中引入过氧化氢。如表中所示，整个清洗阶段持续时间少于1分钟。清洗液导致垫之间的溶液粘度在溶液温度基本上维持不变的情况下从大约1cp跳至大约6.4cp。精抛光操作持续大约总共14分钟，从每一个晶片上估计有大约0.5微米的材料被去除。请注意，该去除率取决于晶片中的掺杂物的水平和种类，去除估算值是按在硅晶片中大约1019atom/cm3数量级的硼给出。
请注意，德拜长度(l/k)是电子领域电解液的特征指数衰减长度。该参数是带电的表面之间开始出现作用力的距离测度。分析1∶1的电解液诸如KOH，德拜长度可从电解液的浓度c(摩尔/升)利用下列等式确定l/k＝3.04/c-2(埃，在25℃)因为当粒子移动到比某个临界距离更近时，表面之间的范德华(van derWaals)引力可以克服静电排斥力，胶态体系比如与晶片接触的溶液的稳定性，部分取决于比范德华引力延伸更长距离的静电排斥。作为首要准则，在碱性硅石体系中，优选的德拜长度至少为大约30埃，以利用静电排斥保证胶态稳定性。这样的德拜长度对应于大约10毫摩尔的离子强度。在本例的步骤1-3中，离子强度在大约10-200毫摩尔之间，而在后续步骤中，对应于KOH流量的下降，离子强度低于大约10毫摩尔。请注意，所给出的数值是硅晶片在碱性条件下用硅石浆抛光的情况。对于其他体系(系统)，应加入其他约束条件，例如溶液的pH值是从抛光浆颗粒的零电荷点至少离开2个pH单位，抛光浆颗粒的电荷符号与抛光的表面的应该是相同的，或者，做为选择，该表面可以是电中性的。这些约束在本例中均被满足。
赫西数被定义为流体速度乘以粘度除以压力(如润滑理论所定义的)。赫西数可以用微米来表示，它与垫和晶片之间的液体膜厚的平方成正比。可以利用赫西数为其他机械性能不等同的抛光设备，如一台不能以同样速度旋转晶片的设备，选择对应于本例的液力条件的参数。此外，赫西数用来区分各分步骤之间，比如材料去除和清洗之间中的液力条件。如图5A所示，赫西数没有单位，因为它是以一个相对赫西数来表示的，在步骤3中正面的公称赫西数为0.36，其他赫西数由此按比例得出。当将该示例性的工艺转移至另一抛光设备时，赫西数与图5A所示的那些数的差别少于大约50％，更好的是少于大约25％。
根据本方法加工的晶片比传统方法抛光的晶片更平坦，而且表面更平行。晶片具有相同的或更少的入射光漫散射(平均雾度)。如上所述，本发明的精抛光操作优选地生产出具有平面的、平行的和平坦的表面的半导体晶片W。一般正面的雾度水平以ADE CR80机来测量为平均0.18ppm或更少，而一批晶片的标准偏差为大约±0.05ppm。通常平面度在精抛光操作中的下降，在由ADE 9700机测量时，在任何26mm×8mm地点上不超过大约0.02微米。SFQR的平均变化是很好的，它低于仪器的分辨率，以SBIR的分布所测量(衡量)的平坦度偏差，对于由ADE 9700机所测量的批量中99％的26mm×8mm的地点，通常增加不超过0.075微米。已发现SBIR的平均变化低于仪器的分辨率。至于毫微表面形态(毫微拓扑，nanotopography)，用这种精抛光操作抛光的晶片的大约99％的地点的毫微表面形态小于55纳米，正面上有超过99.5％的地点如此，这是用ADE CR83机在10mm×10mm地点上所测得的。
本发明的方法还提高了晶片的产量，因为与同一时间只有一个晶片进行加工的传统的单面蜡装抛光相比此精抛光是一种成批加工方法。在这个例子中使用的是AC1400设备，每小时加工大约38.5个晶片，同时还允许有10分钟的时间用于装载和卸载。一个传统的单面蜡装抛光机，每小时只能加工大约10个晶片。
鉴于上述，可以看到本发明实现了几个目的并获得了其他有利的效果。
在介绍本发明或优选实施例的元件时，冠词“一个”、“该”、“所述”是用来表示有一个或多个这种元件。术语“包括”，“包含”和“具有”是用来表示包含，其意思是还可能有其他未列出的元件。
因为在不脱离本发明的范围的情况下在上述结构中可以进行不同的修改，上述所有在说明书中包含或在附图
中显示的内容只是作为示例来解释，而不是用来进行限制。
权利要求
1.一种制造具有正面和背面的半导体晶片的方法，该方法包括以下操作提供一个半导体材料锭；从该锭上切片出晶片；加工晶片以提高其正面和背面的平行度；以及用下列步骤对正面进行精抛光a)将晶片定位于一个第一垫和一个第二垫之间，和b)使晶片的正面和背面相对于所述第一垫和第二垫运动，以保持正面和背面的平行度，并至少在晶片的正面生产出一个光洁面，从而使正面在清洗之后被制备成用于集成电路的制造。
2.一种根据权利要求1所述的方法，其中所述精抛光操作还包括(a)提供一种抛光设备，所述设备具有一个基本上位于所述第一垫和第二垫之间的晶片载体，(b)将所述晶片放在晶片载体中，使所述正面朝向所述第一垫，并使所述背面朝向所述第二垫，该晶片可相对于第一垫和第二垫自由运动，(c)将一种抛光浆施加在所述垫上，(d)旋转载体、第一垫和第二垫中的至少一个，用于抛光所述晶片的至少所述正面。
3.一种根据权利要求2所述的方法，还包括向第一垫和第二垫施加压力从而向晶片施加压力的操作，其中所述提供抛光设备的操作包括提供具有显著大于晶片的尺寸的第二垫，所安放的晶片的背面相对于第二垫可平移和旋转，其中所述旋转步骤包括使晶片旋转和移动，从而使晶片上基本所有的第二表面基本连续地相对于第二垫移动，使得第二垫中的偏差基本上不影响正面的平面度，并且在精抛光之后正面和背面基本上保持平行。
4.一种根据权利要求3所述的方法，其中在旋转步骤中，基本上整个晶片保持在第一垫和第二垫之间，从而使晶片被均匀地抛光。
5.一种根据权利要求4所述的方法，其中所述提供步骤包括提供一个具有容纳抛光浆的槽的第二垫，以抑制在第二垫和背面之间的不稳定的液力润滑，还提供一个为精抛型抛光垫的第一垫。
6.一种根据权利要求2所述的方法，还包括选择晶片载体、第一垫和第二垫的旋转速度的步骤，从而使背面相对于第二垫的速度小于正面相对于第一垫的速度，以抑制第二垫和背面之间的不稳定的液力润滑，从而阻止晶片的振动。
7.一种根据权利要求6所述的方法，其中旋转速度被选择成使背面相对于第二垫的旋转速度小于正面相对于第一垫的速度的大约一半。
8.一种根据权利要求6所述的方法，其中在旋转步骤中，载体围绕抛光设备的中心旋绕，其速度被选择成，在晶片在精抛光操作中完成了载体绕抛光设备中心旋转的总旋转数的至少大约25％之前，使晶片上的点不遵循绕载体中心的相同轨迹，而且在抛光中使晶片表面每个点相对第一垫和第二垫的晶片速度永远不等于零。
9.一种根据权利要求7所述的方法，还包括这样的步骤当抛光启动时，对第一垫和第二垫施加压力从而对晶片施加压力，抛光启动之后增加压力以去除晶片材料，然后减少该压力以将晶片抛光滑，然后在清洗中进一步减少压力至一个最小压力以维持晶片在清洗中的稳定性。
10.一种根据权利要求9所述的方法，其中在精抛光中选择的各种压力充分低，使得精抛光操作基本上不会导致晶片中晶体结构的损伤。
11.一种根据权利要求10所述的方法，其中所述提供步骤包括提供一个厚度小于完成精抛光之后晶片的最终厚度的晶片载体，以使载体受到的压力最小，并使载体的磨损最小，从而阻止有害颗粒的形成以及对抛光浆的金属污染，使得由垫施加在晶片上的压力在抛光中维持恒定。
12.一种根据权利要求2所述的方法，其中所述提供步骤包括提供没有与晶片、垫或抛光浆接触的复合强化颗粒的抛光设备，从而阻止颗粒与晶片接触。
13.一种根据权利要求2所述的方法，其中所述提供步骤包括提供具有适合与抛光浆接触的载体驱动部件的抛光设备，该驱动部件和晶片载体中基本上没有玻璃纤维，从而防止晶片与玻璃纤维接触。
14.一种根据权利要求2所述的方法，其中精抛光操作所去除的晶片材料在大约0.1和1.5微米之间。
15.一种根据权利要求2所述的方法，其中精抛光操作从背面所去除的晶片材料明显少于从正面所去除的。
16.一种根据权利要求2所述的方法，还包括一个在所述正面的精抛光基本完成之后的清洗操作，在清洗中使载体、第一垫和第二垫中的至少一个继续旋转，所述清洗操作包括将具有比抛光浆粘度更高的清洗液施加到所述垫之间，同时继续向所述垫之间施加抛光浆，以提高第一垫和晶片的正面之间的液力润滑，使第一垫与正面的距离增加，从而在清洗中使晶片的正面基本上不与第一垫相接触。
17.一种根据权利要求16所述的方法，其中所述施加抛光浆和施加清洗液的步骤在所述清洗操作开始时同时进行，其中所述施加抛光浆的步骤在晶片相对于第一垫和第二垫基本稳定以后停止。
18.一种根据权利要求16所述的方法，还包括选择晶片载体、第一垫和第二垫的旋转速度的步骤，使得背面相对于第二垫的速度小于正面相对于第一垫的速度，以阻止第二垫和晶片的背面之间的不稳定的液力润滑，使得第二垫和第二表面之间的距离不会在清洗过程中增加，从而使晶片在清洗中保持稳定。
19.一种根据权利要求18所述的方法，还包括从背面和第二垫之间对在第二垫上的清洗液进行引流的步骤，以阻止第二垫和晶片的背面之间的不稳定液力润滑。
20.一种根据权利要求16所述的方法，其中清洗操作包括选择具有比抛光浆粘度至少大2倍粘度的清洗液，其中清洗液和抛光浆在测量粘度时具有相似的温度，清洗液包括聚环氧乙烷，用于提高晶片正面和第一垫之间的液力润滑。
21.一种根据权利要求2所述的方法，还包括在抛光基本完成后在垫之间施加清洗液的步骤，使得包括有抛光浆和清洗液的合成溶液具有一个在大约8.8和大约10.8之间的缓冲pH值。
22.一种根据权利要求21所述的方法，其中清洗操作包括选择适合抑制抛光浆中的硅石颗粒结块，并保护晶片不受在清洗后留在垫上的高苛性液体伤害的清洗液。
23.一种根据权利要求21所述的方法，还包括停止载体、第一垫和第二垫旋转的步骤，从抛光设备上取走晶片的步骤，和向晶片的至少正面喷射包括聚环氧乙烷的水溶液以阻止颗粒粘附到正面上的步骤。
24.一种根据权利要求23所述的方法，还包括在完成精抛光之后将晶片浸入一浴液中的步骤，以从晶片上去除颗粒，并且，在从设备卸载晶片的时候，在晶片的正面保持一层钝化氧化层。
25.一种根据权利要求2所述的方法，还包括将pH值在至少大约12的碱性溶液施加到至少一个垫的步骤，和在施加碱性溶液的同时对晶片施加压力的步骤，以溶解至少一些抛光浆和晶片，从而使硅酸和聚硅酸沉淀在至少一个垫上。
26.一种根据权利要求1所述的方法，其中加工操作包括对晶片的正面和背面同时进行粗抛光，其中所述方法在所述同步粗抛光操作和所述精抛光操作之间除了清洁晶片之外，免于任何去除材料的操作，并且其中所述粗抛光操作至少在正面生产出一个基本上镜面光洁表面，所述粗抛光操作在一个第一抛光设备中进行，而所述精抛光在一个第二抛光设备中进行，这两个设备都适合于同时成批加工多个晶片。
27.一种根据权利要求26所述的方法，其中所述精抛光操作从晶片的两个表面同时去除材料，在精抛光中去除的晶片材料在大约0.1和1.5微米之间。
28.一种根据权利要求26所述的方法，其中所述方法免于进行一个单面抛光操作，在这种单面抛光操作中背面基本固定在一个背承表面上。
29.一种对具有正面和背面的半导体晶片进行抛光的方法，它包括将抛光浆施加至一个垫，旋转晶片和垫中的至少一个，以抛光晶片的至少一个所述表面，在抛光后对垫施加清洗液来清洗晶片，以提高晶片和垫之间的液力润滑，并使包含抛光浆和清洗液的溶液保持一个在大约7.8和大约11.8之间的缓冲的pH值，使得与晶片相接触的溶液呈碱性，并使硅石结块被抑制。
30.一种根据权利要求29所述的方法，其中溶液的pH值在大约8.8和大约10.8之间。
31.一种根据权利要求29所述的方法，其中所述清洗液包括一种酸和一种碱，该酸选自pka值在大约6.9和大约10.5之间的磷酸和硼酸，该碱选自氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化四甲铵和氨，所述碱与酸混合形成pH缓冲溶液，来抵抗浸透垫的苛性液体以阻止对晶片的损伤。
32.一种根据权利要求29所述的方法，其中施加清洗液在所述正面形成一层氧化硅，从而使该面钝化并阻止碱性蚀刻。
33.一种根据权利要求29所述的方法，其中清洗操作包括下列分步骤1)在向垫施加清洗液的同时继续向垫施加抛光浆，所述清洗液包括pH缓冲液和一种聚合物，2)在继续向垫施加清洗液的同时停止施加抛光浆，以及3)在清洗液中加入一种钝化成分，用于钝化所述正面抵抗碱性蚀刻。
34.一种根据权利要求33所述的方法，其中所述pH缓冲溶液包括一种选自磷酸和硼酸的酸，以及包括选自氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化四甲铵和氨的碱，所述聚合物为提高液体粘度并阻止抛光浆结块的聚环氧乙烷。
35.一种根据权利要求34所述的方法，其中晶片的抛光是在适于对晶片的正面和背面同时抛光的抛光设备中进行的，通过一个第一垫和一个第二垫向晶片施加压力，施加在垫上的压力在清洗操作的分步骤1中减少至小于大约2千帕。
36.一种根据权利要求35所述的方法，其中多个晶片在一个成批抛光设备中同时抛光，晶片在清洗中被钝化，以保护晶片的表面在抛光完成后不受损伤。
37.一种对具有正面和背面的半导体晶片进行抛光的方法，它包括用一个垫将晶片放在抛光位置，通过向垫施加一种包括含有硅石颗粒的抛光浆和一种碱性成分并具有至少大约12的pH值的溶液来调理垫，以溶解硅石颗粒形成硅酸和聚硅酸，硅酸和聚硅酸沉淀在垫表面，以减少晶片和垫之间的摩擦，以及旋转晶片和垫中的至少一个，并向晶片施加压力，以对晶片的至少一个所述表面进行抛光。
38.一种根据权利要求37所述的方法，其中与晶片相接触的溶液具有至少大约13的pH值。
39.一种根据权利要求37所述的方法，其中垫在开始对晶片施加压力的同时被调理，在调理步骤完成之后压力增加以去除晶片材料，然后再减少压力以便对晶片的至少正面抛光滑，在垫的调理完成后，与晶片接触的溶液的pH值通过减少碱性成分的量而降低。
40.一种根据权利要求37所述的方法，其中放置晶片的步骤包括将晶片放在一个抛光设备上的第一垫和第二垫之间，通过垫向晶片施加压力，在垫调理中的压力小于或等于精抛光中施加的最大压力的大约三分之一，在调理之后，增加该压力以对晶片进行抛光。
41.一种根据权利要求37所述的方法，还包括提供一个抛光设备的步骤，所述抛光设备包括与抛光浆接触的载体驱动部件，所述驱动部件和晶片载体中基本上没有复合强化颗粒，以抑制与晶片接触的颗粒。
42.一种在一个加工机器中加工晶片后处理半导体晶片的方法，它包括从成批加工机器中取出每一个晶片，向每一个晶片的正面喷一种第一溶液，所述溶液吸附在正面并阻止颗粒粘附在正面上。
43.一种根据权利要求42所述的方法，还包括将每一个晶片浸在一种第二溶液中的步骤，以从每一个晶片上去除颗粒，并在每一个晶片正面上维持一层钝化氧化物。
44.一种根据权利要求43所述的方法，其中所述第一溶液包括一种聚合物，而其中所述第二溶液包括一种聚合物，一种碱和一种氧化剂。
45.一种根据权利要求43所述的方法，其中所述第一溶液是包括聚环氧乙烷的水溶液，而其中所述第二溶液是包括聚环氧乙烷，氨和过氧化氢的水溶液
46.一种用于抛光半导体晶片的设备，它包括上压板和下压板，它们适于分别旋转和安装上垫和下垫，所述下垫适于在其上安装一晶片载体，向所述垫施加溶液的装置，用于旋转晶片载体的晶片载体驱动部件，在抛光中所述溶液与驱动部件的暴露部分相接触，与溶液接触的暴露的所述驱动部件中没有复合强化颗粒，由此抑制了对溶液和晶片的颗粒污染。
47.一种根据权利要求求46所述的设备，其中晶片载体中没有复合强化颗粒，并用金属制成且带有PVDF嵌入体。
48.一种根据权利要求求46所述的设备，其中接触溶液的驱动部件是用尼龙制成的。
全文摘要
一种半导体晶片的制造方法，包括提供一个半导体材料锭，从该锭上切片出晶片，以及对晶片进行加工以提高其正面和背面的平行度。一个至少对正面进行加工的精抛光操作是这样进行的将晶片置于一个第一垫和一个第二垫之间，使晶片的正面和背面相对于第一垫和二垫运动，以保持正面和背面的平行度并至少在晶片的正面完成一个光洁面，以使正面制备成用于制造集成电路。另一方面，晶片由一种清洗液进行清洗，以提高液力润滑。其他还有关于抛光垫的调理以及对抛光后的晶片进行处理的方法。还包括一种用于抛光晶片的设备。
文档编号B24B37/04GK1460043SQ01815643
公开日2003年12月3日 申请日期2001年8月15日 优先权日2000年8月16日
发明者A·格拉贝, M·L·哈勒, A·S·赫尔, M·别洛帕韦利奇, G·D·张, H·F·埃瑞克, 辛运标 申请人:Memc电子材料有限公司