专利名称：用于研磨半导体晶片的方法
用于研磨半导体晶片的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于研磨半导体晶片的方法。
半导体晶片的机械加工用来去除锯切波纹、去除更粗糙的锯切方法在晶体形状 (crystalline fashion)中损伤的表层或由锯线污染的表层，并主要用于半导体晶片的总 体平整。表面研磨(单面，双面)及精研已为人所知，边缘机械处理步骤也已是知道的。
在单面研磨的情况下，半导体晶片的背面被固定在支承体(“卡盘”)上，通过旋 转支承体和研磨盘以及径向慢速进给(deliver)，由杯式(cup)研磨盘对其正面进行平 整。例如，用于半导体晶片表面研磨的方法和装置从US 3，905，162和US 5，400，548或EP 0955126已为人所知。在此情况下，半导体晶片的其一个表面稳固地固定在晶片固定器上， 而其相对的表面利用晶片固定器和研磨盘的旋转及其相互压迫，通过研磨盘进行处理。在 此情况下，半导体晶片固定在晶片固定器上，其方式能使其中心基本上对应于晶片固定器 的旋转中心。此外，研磨盘的布置方式应能使半导体晶片的旋转中心到达由研磨盘的齿形 成的工作区或边缘区。结果，研磨平面不用做任何运动，半导体晶片的整个表面就可以得到 研磨。
在同步双面研磨(“双盘研磨”，DDG)的情况下，半导体晶片的双面同时处理，其方 式应使晶片能在安装于相对的共线心轴上的两个研磨盘之间自由浮动，并能在方法中得到 引导，其方式应使其能在作用于正面和背面的水垫(流体静力学原理)或气垫(气体静力 学原理)之间在轴向基本上没有约束力，并通过围绕的薄导向环或单个的径向辐条防止其 在径向松散地飘离开。
在研磨过程中-单面和双面研磨方法均适用-有必要冷却研磨工具和/或所处理 的半导体晶片。传统上用水或去离子作冷却剂。商业的研磨机械有例如Disco Corp.的DR； 8540型和DFG 8560型(“Grinder 800系列”)，这两种型号分别适合于研磨直径100-200mm 和200-300mm晶片，可在工厂对其配备真空单元，以保证在研磨过程中保持1或31/min (升 /分钟)的恒定冷却剂流速，冷却剂流速具体取决于冷却剂的温度(低于22°C的温度下恒 定在11/min，大于22°C的温度下恒定在31/min)。
例如，双面研磨机还可从Koyo Machine Industries Co. Ltd.得到。举例来说， DXSG320型合适用于直径300mm的晶片的DDG研磨。垂直以及水平心轴两者均可与特殊的 金刚石研磨工具组合使用。这些研磨工具分别设计为仅切割边缘、能结合快速的推进速度、 且几乎不产生热量。将待处理的半导体晶片用水压垫从两面固定在输送环中。晶片仅通过 一个小拖柄(Iug)驱动，该小拖柄啮合到半导体晶片的取向缺口中。用这种方法可以保证 半导体晶片的无应力安装。
在精研的情况下，在上工作盘和下工作盘之间提供含磨擦材料的浆液，半导体晶 片在特定的压力下移动，从而除去半导体材料，其中工作盘通常由钢组成，并且一般配备有 用于更好分散精研剂的通道。然而，精研并不是本发明主题的一部分。
DE 10344602A1和DE 10200603M55A1公开了用于同时对多个半导体晶片的两个 面进行同步研磨的方法，其中的运动顺序类似于精研，但是其特征在于使用了研磨剂，所述 研磨剂牢固地结合在适用于工作盘的工作层(“薄膜”，“垫子”)中。处理过程中，将半导体3晶片插入到薄的引导盒中，即所谓的运载装置中，所述引导盒具有相应的用于容纳半导体 晶片的开口。运载装置带有外齿，外齿啮合到滚动装置中，滚动装置包括内齿环和外齿环， 并且其通过所述滚动装置在上下工作盘之间形成的工作间隙中移动。运载装置带有开口， 经由该开口冷却剂可以在下工作盘和上工作盘之间交换，以使上工作层和下工作层总是处 于相同的温度下。
以上所提及的所有研磨方法都会在半导体晶片上留下明显的破坏。破坏应该理解 为是指由于机械加工造成的表面附近的晶体破坏(“亚表面破坏”)。研磨之后半导体晶片 表面上的划痕及由机械引起的其它缺陷也构成了这类破坏。所述晶体破坏必须通过后续的 蚀刻方法予以消除。然而-如为本领域技术人员所知-这些蚀刻方法会不利地影响半导体 晶片的几何结构，尤其是边缘几何结构和纳米形貌。由于蚀刻后的纳米形貌差，为了实现所 要求的纳米形貌，必须要做更长的清除抛光处理。
因此，本领域技术人员设法在最大程度上减少研磨之后的破坏，并希望在研磨之 后，能够提供具有最佳几何结构和纳米形貌的半导体晶片，但主要是要明显减少破坏。这有 可能会使蚀刻方法可以全部省略。然而，主要是使得在抛光过程中的加工时间有可能更短， 因为首先是获得最佳的表面粗糙度，而不是修正纳米形貌。
DE 102007030958要求保护一种用于研磨半导体晶片的方法，其中半导体晶片通 过至少一个研磨工具以去除材料的方式在一面或双面上进行处理，在每个示例中都有冷却 剂提供到半导体晶片与至少一个研磨工具之间的接触区中，其中在每个示例中冷却剂的流 速根据所述至少一个研磨工具的研磨齿高度进行选择，并且所述冷却剂的流速随着研磨齿 高的降低而减小，由此可以实现工件与研磨工具之间的接触区的恒定冷却，因为实际上冷 却剂聚集在研磨齿前面，并且围绕后者流动，且根据研磨齿的高度，冷却剂涡漩进入工件与 研磨工具之间的接触区。根据DE102007030958，到达所述接触区的冷却剂的量对于研磨结 果(“亚表面破坏”)及研磨工具的使用寿命至关重要。
DE 102007030958所述方法的不利之处在于，在其研磨方法中必须自始至终对 研磨齿的高度进行测定，以便能相应调整冷却剂的流速。这是因为与标准的方法相比，DE 102007030958从明显提高的冷却剂流速着手，因此所述冷却剂的流速也必须随着齿高降低 而减小，因为不然的话，不变的高冷却剂流速会不可避免地导致水层(aquaplaning)效应。
总之，对于PPG，DE 102007030958所描述的方法不能适用，因为使用的研磨工具 不是齿合的研磨盘(“齿合的轮”)，是工作盘，而所述工作盘包括其中结合了研磨剂的工作 层。
本发明的目的是找到一种能避免现有技术缺点的新型研磨方法。
该目的通过一种用于处理半导体晶片的方法来实现，其中至少一个研磨工具和至 少一个半导体晶片的侧面被彼此进给，由此从所述至少一个半导体晶片除去材料，其中粘 度最低3 · 10_3N/m2. s、且最高100 · 10_3N/m2. s的液体介质位于所述至少一个研磨工具和所 述至少一个半导体晶片之间，而所述至少一个研磨工具和所述至少一个半导体晶片要彼此 移开以结束处理操作。
本发明提供用于改进传统的研磨步骤，其既可以是单面研磨也可以是双面研磨， 其方式使得在研磨步骤接近结束时可加入粘度更增大的介质，以便在单面或双面研磨的过 程中抑制研磨工具的机械去除。除了在结束研磨的过程中移出研磨工具和半导体晶片的方法以外，研磨并不通过使用提高粘度的介质或添加剂来实现的，因为首先在实际的磨除处 理过程中使用低粘度的介质时，例如没有添加剂或低粘度的添加剂(冷却剂)的水时，将能 更方便地实现研磨，其次，通过所述低粘度介质，处理过程中产生的“研磨切屑”能更好地移 出，且研磨工具的切割能力得以保持。在结束研磨的过程中通过加入比水粘度更高的介质， 正是用来减弱甚至消除研磨工具的切割能力。
用这种方法处理的半导体晶片显示没有研磨细沟、没有抬起痕迹(传统的单面研 磨法接近结束时研磨盘的抬起)，并且研磨之后没有研磨划痕。
在半导体晶片处理方法接近结束时提供粘稠介质。
在单面研磨的情况下，在特定的材料的除去已经实现、研磨过程结束之后在半导 体晶片和研磨工具彼此移开之前，凭借以返回速度带回的研磨工具，在半导体晶片和研磨 工具之间引入所述介质。
在同步双面研磨(DDG)的情况下采取类似的方法在研磨过程结束之后且在半导 体晶片和两个研磨工具彼此移开之前，在半导体晶片和研磨工具之间引入所述介质。
无论在单面研磨情况下还是在双面研磨情况下，两者均通过研磨工具的中心引入 介质。研磨工具通常具有开口，以便使研磨工具和/或被处理的半导体晶片能够得到冷却。 传统上用水或去离子水作冷却剂。在处理操作接近结束时，将抑制机械去除的介质引入以 代替冷却剂。
在利用精研动力学进行研磨的情况下，介质经由运载装置中的开口引入。在现有 技术中，提供的这些开口用于经由所述开口将冷却剂输送到工作盘。在本发明中，再一次地 在加工操作接近结束时，经由运载装置中的所述开口引入抑制机械去除的介质，以代替冷 却剂。
由此可见，本发明的方法不需要对传统的研磨机械作任何变更。
选择抑制机械去除的介质至关重要。
所述介质为粘度最低3 -IO-Wm2 *s、且最高100 ·10_3Ν/πι2-s的液体介质。优选地，所述介质的粘度为3-80 · 103N/m2 · s，尤其优选3-60 · 103N/m2 · s，特别是优选3-40 · IO3N/2m · S0
众所周知，粘度是对流体粘性的测量。粘度的倒数是流动性系数，是对流体流动性 的测量。粘度越大，流体越粘(更不流动)；粘度越低，流体越不粘(更能流动)。
优选地，介质包括多元醇(多元的含义为“多于一个羟基”)。
优选地，多元醇选自以下组中甘油、单体乙二醇、低聚乙二醇、聚乙二醇和多醇 (polyalcohol)0
存在多于一个羟基可导致形成氢桥键合的可能性更大，也就是说分子间的相互作 用更强，其最终导致粘度提高。
优选地，介质包括少量的表面活性剂。
优选地，介质含有多元醇、多醇和表面活性剂。
优选地，介质含有短链或更长链的聚乙二醇、溶胶或凝胶。
优选地，介质包括甘油。
优选地，介质包括聚醚多元醇和聚乙烯醇。
尤其优选使用甘油-水的混合物。
表1显示了在20°C的温度下甘油-水混合物在各种甘油比例时的粘度变化(其中 数据根据WEAST, R. C. [Ed. ] “ CRC Handbook of Chemistry and Physics" , 56th Ed., CRC Press, Boca Raton)。
纯甘油粘度在室温下可高达1500mPa s，用于以目标方式将去离子水的粘度提高 到3-100mPa s，而去离子水的粘度原来仅为约ImPa S。
表1-甘油-水混合物在20°C时的粘度
权利要求
1.一种用于处理半导体晶片的方法，其中至少一个研磨工具和至少一个半导体晶片的 侧面彼此进给，由此从所述至少一个半导体晶片除去材料，其中粘度最低3 · 10-3N/m2. s且 最高100 · 10_3N/m2. s的液体介质位于所述至少一个研磨工具和所述至少一个半导体晶片 之间，以及将所述至少一个研磨工具和所述至少一个半导体晶片彼此移开，以结束处理操作。
2.权利要求1的方法，其中所述液体介质包括多元醇。
3.权利要求2的方法，其中所述多元醇选自以下组中甘油、单体乙二醇、低聚乙二醇、聚乙二醇和多醇。
4.权利要求2或3的方法，其中所述多元醇的比例为0.01-10体积％。
5.权利要求1-4之一的方法，其中所述液体介质包括甘油。
6.权利要求1-5之一的方法，其中所述液体介质包括聚醚多元醇和聚乙烯醇。
7.权利要求1-6之一的方法，其中所述液体介质包括少量的表面活性剂。
8.权利要求5的方法，其中所述液体介质是甘油比例为50%-85%的甘油-水的混合物。
9.权利要求1-8之一的方法，其中所述液体介质是含甘油、丁醇和表面活性剂的水性 混合物。
10.权利要求1-7之一的方法，其中所述液体介质包括二氧化硅或氧化铈颗粒形式的 固体。
11.权利要求10的方法，其中二氧化硅或氧化铈的平均粒径为5-50nm。
12.权利要求10或11的方法，其中固体的比例为大于1重量％，直至最高为50重量％。
13.权利要求12的方法，其中所述固体比例为1-30重量％。
14.权利要求1-13之一的方法，其中半导体晶片通过其一个表面被稳固地固定在晶片 固定器上，而其相对的表面利用晶片固定器和研磨盘的旋转及其相互压迫，通过研磨盘形 式的研磨工具进行处理，其中经由研磨盘中的开口，在研磨盘与半导体晶片之间引入粘度 最低3 · 10_3N/m2. s且最高100 · 10_3N/m2. s的液体介质。
15.权利要求1-13之一的方法，其中半导体晶片同时在双面进行处理，处理方式使该 半导体晶片在安装于相对的共线心轴上的两个研磨工具之间自由浮动，并且晶片在该方法 中得到引导，其方式使作用于正面和背面上的水垫或气垫之间在轴向基本上没有约束力， 其中经由两个研磨工具中的开口，在研磨工具与半导体晶片之间引入粘度最低3 · IO-3N/ m2· s且最高100 · 10_3N/m2. s的液体介质。
16.权利要求1-13之一的方法，其中多个半导体晶片同时进行处理，其中每个半导体 晶片以可自由移动的方式位于多个运载装置之一的切口中，所述运载装置通过环形的外驱 动环和环形的内驱动环引起旋转，并因此在摆线轨迹上移动，而半导体晶片则在两个研磨 工具之间以材料去除的方式进行处理，研磨工具为旋转环形状的包括工作层的工作盘的形 式，其中经由运载装置中的开口，在工作盘和半导体晶片之间引入粘度最低3 · 10-3N/m2. s 且最高100 · 10_3N/m2. s的液体介质。
全文摘要
用于处理半导体晶片的方法，其中至少一个研磨工具和至少一个半导体晶片的侧面被彼此进给，由此从所述至少一个半导体晶片除去材料，其中粘度最低310-3N/m2·s且最高10010-3N/m2·s的液体介质位于所述至少一个研磨工具和所述至少一个半导体晶片之间，所述至少一个研磨工具和所述至少一个半导体晶片彼此移开以结束处理操作。
文档编号B24B37/04GK102029573SQ20101050271
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月29日 优先权日2009年10月7日
发明者J·施万德纳 申请人:硅电子股份公司