用于扁平工件的双面处理的装置和用于多个半导体晶片的同时双面材料去除处理的方法

专利名称：用于扁平工件的双面处理的装置和用于多个半导体晶片的同时双面材料去除处理的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于扁平工件的双面处理的装置，包括上工作盘和下工作盘， 其中，工作盘中的至少一个工作盘可借助于驱动部件以转动方式被驱动，工作盘在它们
自身之间形成工作间隙，至少一个承载盘设置在所述工作间隙中，且具有用于至少一个 要被处理的工件的至少一个缺口，且所述至少一个承载盘在其圆周上具有齿，如果齿轮
(Zahnkranz)或销环中的至少一个被使得转动，则所述承载盘借助于所述齿在内、外齿轮或 销环上滚动，其中齿轮或销环分别具有多个轮齿结构或销结构，承载盘的齿在滚动过程中 与所述轮齿结构或销结构啮合。
背景技术：
通过使用这种类型的装置，扁平工件例如半导体晶片可经受材料去除处理，例如 珩磨、研磨、抛光或磨削。为此，工件以浮动方式保持在承载盘中的缺口内，且两面同时被处 理，所述承载盘在工作间隙中以转动方式被引导。在这种情况下，工件在工作间隙中做摆线 运动。在这种装置的情况下，扁平工件可在两侧以高度精确的方式被处理。
承载盘的外齿与齿轮的齿或销环的销之间的接触会导致轮齿或销的磨损。因此， 从DE29520741U1中得知，对于销环，将套筒以可转动的方式安装在销环的销上，其中，承载 盘与套筒啮合。在这种类型的实施例的情况下，在承载盘齿与销之间不再产生摩擦应力。但 这种接触会发生在套筒与销之间。然而，由于套筒在相当大的长度上支撑在销上，因此表面 载荷、从而可能的磨损相应地较低。而且，套筒可在发生磨损时以简单的方式更换。相比，更 换销相对复杂。这种套筒的进一步的构造形式已由DE10159848B1和DE10218483B4公开。 EP0787562B1公开了由塑料构成的套筒。 在现有装置的情况下，一个问题在于，由于与轮齿或销和套筒的接触而对承载盘 的加载可导致承载盘的齿向上或向下弯出，这通常会导致损坏工件和工作盘或它们的工作 层。由于低的强度，因此，在其他方面期望为塑料的承载盘的情况下，这特别严重。而且，在 现有装置的情况下，可发生承载盘的过早磨损。这是因为承载盘会部分离开工作间隙，特别 是在齿轮或销环的区域，所述区域由于在那里不受工作间隙引导而可能产生不利的垂直运 动。当承载盘的该部分再进入工作间隙时，所述运动导致承载盘表面与工作盘的边缘或它 们的工作层之间的不利接触，这样，承载盘表面会产生增强的磨损。 本发明还涉及一种用于多个半导体晶片的同时双面材料去除处理的方法，其中，
每个半导体晶片可自由移动地位于多个承载盘中的一个承载盘的凹部中，所述承载盘借助
于环形外轮或销环和环形内齿轮或销环被使得转动，从而半导体晶片在摆线路径曲线上移
动，同时半导体晶片被处理以在两个转动的环形工作盘之间去除材料，所述承载盘和/或
半导体晶片在处理过程中使它们的表面的一部分暂时地离开由工作盘限制的工作间隙。 对于电子器件、微电子器件以及微机械电子装置，对全域或局部平坦度、单面局部
平坦度(纳米形貌)、粗糙度和清洁度具有非常严格的要求的半导体晶片用作原始材料(基板)。半导体晶片是由半导体材料、特别是化合物半导体例如砷化镓或基本半导体例如硅和 锗构成的晶片。 根据现有技术，半导体晶片以多个接连的处理步骤制造。通常，使用以下制造工 序-制造单晶体半导体晶锭(晶体生长)；
-将晶锭切割成单个晶片(内孔锯或线锯)；
-晶片机械制备(研磨，磨削)；
-晶片化学制备(碱性或酸性蚀刻)；-晶片化学-机械制备双面抛光(DSP)=削平抛光(Abtragspolitur)，利用软的 抛光垫(CMP)的单面洁净抛光(Schleierfreipolitur)或镜面抛光；
-可选地，进一步涂覆步骤(例如外延，退火)。 半导体晶片的机械处理主要用于半导体晶片的全域平坦化、半导体晶片的厚度校 准以及晶体损坏表面层的去除和由先前的切割过程引起的处理痕迹(锯切部、切口)的去 除。 用于晶片机械制备的现有技术中公知的方法是利用包含粘合的磨削剂的碗形磨 削盘的单面磨削(SSG)、在两个碗形磨削盘之间的半导体晶片的两面的同时磨削("双盘磨 削"，DDG)、以及同时供给自由磨削剂浆的在两个环形工作盘之间的多个半导体晶片的两面 的同时研磨(双面平行平面研磨，"研磨")。 DE10344602A1和DE102006032455A1公开了利用与研磨的运动过程类似的运动过 程同时对多个半导体晶片的两面进行磨削的方法，但其特征在于磨削剂的使用，所述磨削 剂牢固地结合在施加到工作盘上的工作层("膜"，"垫")中。这种方法称作"具有研磨运 动的精细磨削"或"行星垫磨削"(PPG)。 例如在US6007407A和US6599177B2中描述了 PPG中所使用的工作层，所述工作层 粘接到两个工作盘上。在处理过程中，半导体晶片被放置到薄引导笼即所谓的承载盘中，所 述承载盘具有用于接收半导体晶片的相应的开口。承载盘具有外齿，所述外齿啮合在包括 内齿轮和外齿轮的滚动装置中，且借助于所述滚动装置在形成于上工作盘和下工作盘之间 的工作间隙中移动。 实施PPG方法的能力关键由承载盘的性能和在滚动运动过程中对它们的引导作 用决定。 半导体晶片在处理过程中必然会使它们的表面的一部分暂时离开工作间隙。工件 的区域的一部分从工作间隙的该暂时伸出称作"工件偏移"。该工件偏移确保工具的所有区 域均匀地被使用且经受维持形状的均匀磨损，而且期望的平行平面形状被赋予给它们的半 导体晶片而不会"成鼓形"(朝向半导体晶片的边沿，厚度减小)。这种情况类似地会出现 在利用自由研磨料的研磨中。然而，例如描述于DE10344602A1和DE102006032455A1中的现有技术中公知的PPG
磨削方法在这点上具有缺点。在从现有技术中公知的方法中，不可为半导体晶片提供特别
适合于高要求应用和未来技术发展的直到最外边沿区域的足够的平坦度。 具体地讲，已经发现，承载盘易于垂直偏离它们的中心位置，直到它们由于强烈的
弯曲而从滚动装置脱开。特别是当高的或剧烈交变的处理力作用在承载盘上时，这是可预料到的，例如在高的去除比率的情况下所选的不利的处理运动或在磨削垫中使用特别精细的磨料时。 承载盘的偏错得到增强，这是因为它们仅具有小的总厚度(至多比要被处理的半导体晶片的最终厚度稍大一些)，因此它们仅具有有限的抗弯强度。而且，承载盘通常由设有保护层的钢芯制成。钢芯与在PPG中优选使用的磨料例如金刚石的直接接触会由于铁中碳的高的溶度而引起金刚砂的微边缘的磨损，因此，使用的工作层的切削锐度会快速失去。
与工作层的高磨损相关的频繁磨尖会伴随有不稳定的处理控制，这还会损害如此处理的半导体晶片的性能，从而，PPG方法的使用不仅是不经济的，而且甚至可能不能适应未来技术发展。 公知的是，施加到承载盘的钢芯上的保护层经受磨损。因此，它们应具有尽可能大的有效厚度，以便由"承载盘"构成的耗费品具有经济的使用寿命。而且需要保护层，以便在工作层与承载盘之间实现低的滑动摩擦。合适的层例如由聚亚安酯构成。所述层通常是软的，因此对承载盘的刚度没有贡献。因此，剩余的钢芯比借助于PPG处理后的半导体晶片的目标厚度薄很多。 如果在借助于PPG处理后的直径为300mm的半导体晶片的目标厚度例如为825 y m且所用的承载盘的总厚度是800 ii m，则承载盘的该800 ii m的总厚度中的500-600 y m分配给提供刚度的钢芯，且分别为两面上的耐磨涂层分配100-150 m。 为了比较，如果半导体晶片借助于研磨处理后的目标厚度同样是825 m，则用于研磨的承载盘全部由赋予刚度的钢构成，且具有800 m的厚度。 由于对于相同的材料和相同的形状和设计已知板的弯曲随其厚度的三次方变化，因此具有500 m厚的钢芯的承载盘在PPG过程中的弯曲是大约800 y m的承载盘在研磨过程中的弯曲的大约4倍。 对于具有600 ii m厚的钢芯的承载盘，在PPG过程中的弯曲仍是800 y m厚的承载盘在研磨过程中的弯曲的2. 4倍。 在工作间隙中，从承载盘的设定平面的最大偏离量受承载盘厚度与半导体晶片的瞬时厚度之间的差值限制。这通常为至多lOOym。在承载盘从环形工作间隙向内和向外突出并啮合到包括内销环和外销环的滚动装置中时，在PPG方法的现有技术中没有采取措施限制承载盘的可能弯曲。由于所需的工件偏移，该未被引导的区域特别大。
承载盘的弯曲会导致半导体晶片和承载盘具有以下不足，因此会产生不稳定和不好的总体处理 a)半导体晶片总会部分从承载盘的接收开口伸出，且当其再进入工作间隙时被强制返回。这还会使半导体晶片弯曲并将它挤压到磨削垫的外边缘或内边缘上。这会由于增大的磨削作用而导致边沿区域中的局部刮痕和几何缺陷的形成。 b)半导体晶片频繁地嵌入弯曲的承载盘和从弯曲的承载盘偏移会使承载盘的接收开口变粗糙，所述承载盘的接收开口通常衬有由软的材料制成的嵌入件。有时，接收开口的衬套甚至可跑出承载盘。在任何情况下，均会损害使用的承载盘的使用寿命。
c)承载盘的接收开口的变粗糙的衬套抑制或阻止半导体晶片在接收开口内的期望的自由转动。这可导致半导体晶片在全域平坦度(例如，TTV二总厚度变化)和局部平坦度(纳米形貌)方面的平坦度缺陷。
d)在其偏移区域中弯曲的承载盘当其再进入工作间隙中时在磨削体、特别是在环形工作层的外边缘和内边缘上施加高的力。因此，工作层可被损坏。整个磨削体("瓷体")可被扯下，或其至少部分可被移位。如果这些碎片进入到半导体晶片与工作层之间，则由于高的点载荷可使半导体晶片破裂。 e)承载盘的弯曲导致局部磨损大大增加，其中，在掠过工作层的边缘的点处，承载盘的保护层的点载荷会增大。这明显制约承载盘的寿命且使该方法不经济。保护层的增大的磨损会进一步使工作层变钝。这使得需要频繁地进行耗时又耗材的再磨锐处理，因此，对所述方法的经济可行性有害。而且，频繁的处理中断对如此处理的半导体晶片的性能也有着负面影响。 JP11254303A2公开了一种用于引导承载盘的装置，所述装置包括两个上、下间隔件，所述间隔件锥形地或以楔形会聚，且设置在研磨机的外齿轮的内边沿上。薄的承载盘的变形期望能够通过这种装置得以防止。然而，在此针对研磨机描述的修改具有明显不足，且不适于执行具有工件偏移区域的研磨和PPG磨削的方法，其中，所述研磨机在玻璃基板的处理上又被引导。 在利用成浆的形式的自由切削磨料进行研磨时以及对于利用牢固地粘接在磨削垫中的磨料进行的PPG磨削来说，工作层(铸造金属研磨板或磨削垫)均经受恒定磨损。研磨板或磨削垫的高度连续地下降，且承载盘在形成于研磨板或磨削垫之间的工作间隙中移动所在的平面的位置不断地移位。 随着工作层的不断磨损和承载盘的运动平面的移位，公开于JP11254303A2中的强制引导装置将承载盘的带齿的外区域限制成逐渐地在不同的平面上滚动。这意味着，牢固地拧到外齿轮上的楔形引导块又会弯曲承载盘，使得工作盘的磨损增加，这是不利的。
另一个不足是，引导块需要拧开才可更换承载盘，而更换承载盘又时不时需要。这意味着另外的费用。 在PPG磨削方法中，承载盘通常要用涂层，该涂层是必需的，以避免承载盘的提供刚度的芯与磨削垫的磨料(例如金刚石)之间直接接触。由于该设计，在JP11254303A2中描述的间隔件深地咬合到承载盘中，且分别在承载盘的边沿区域掠过承载盘的涂层。当使用根据JP11254303A2的装置时，由于在引导承载盘的过程中产生的垂直约束力，因此，承载盘的涂层在该被引导的区域经受特别高的磨损。因此，使用在JP11254303A2中提出的用于PPG方法的解决方案的另一不足在于，引导环深地咬合到承载盘中，从而可损坏承载盘涂层(例如聚亚安酯)。 因此，现有技术中没有解决承载盘在工件偏移区域弯曲的问题的令人满意的解决方案。

发明内容
本发明的目的是提供一种合适的装置，借助于所述装置，承载盘和工件(例如，半
导体晶片)的磨损和损坏的危险可被最小化，而且还涉及一种用于多个半导体晶片的同时
双面材料去除处理的方法，所述方法防止承载盘在工件偏移区域弯出运动平面。 本发明首先通过一种用于扁平工件1的双面处理的装置实现了上述目的，所述装
置包括上工作盘4b和下工作盘4a，其中，工作盘4a、4b中的至少一个工作盘可借助于驱动部件以转动方式被驱动，工作盘4a、4b在它们自身之间形成工作间隙64，至少一个承载 盘5设置在所述工作间隙64中，且具有用于至少一个要被处理的工件1的至少一个缺口 25，所述至少一个承载盘5在其圆周上具有齿10，如果齿轮或销环7a、7b中的至少一个被使 得转动，则所述承载盘借助于所述齿在内、外齿轮和或销环7a、7b上滚动，齿轮或销环7a、 7b分别相应地具有多个轮齿结构或销结构，承载盘5的齿10在滚动过程中与所述轮齿结构 或销结构啮合，销结构中的至少一个具有至少一个引导部48，所述引导部48限制所述至少 一个承载盘5的边沿在至少一个轴向方向上的运动，其中，一个引导部48由在销结构的第 一较大直径与第二较小直径之间绕着销结构的圆周延伸的至少一个肩部50形成，另外的 引导部48由绕着销结构的圆周延伸的至少一个凹槽15的侧表面56、58形成。
特别地，肩部可与销结构的纵向轴线或套筒的纵向轴线垂直。肩部也可由倾斜表 面形成。凹槽也可与销结构的纵向轴线或套筒的纵向轴线垂直。凹槽可具有方形横截面。 因此，承载盘的边缘由凹槽的侧表面引导，因此在轴向上从两侧限制了它们的运动。肩部和 凹槽的组合增大了装置的使用灵活性，因为可使用具有明显不同的厚度的承载件，其中，一 种类型的承载件在凹槽中被引导，另一种类型的可能厚很多的承载件由肩部引导。
根据本发明的轮齿结构或销结构在它们的外周上可沿纵向(或轴向)方向具有不 同的直径。 销结构可分别具有大致圆柱形的形式。 所述销结构在例如绕着它们的圆周延伸的它们的外表面上具有引导部，所述引导 部限制承载盘边沿的轴向运动，结果使得承载盘边沿在承载盘平面上得到充分保持。轮齿 结构可具有相应的引导部。该引导部可限制承载盘的边沿在一个或两个轴向方向上即例如 在垂直向上和/或垂直向下的方向上的运动。 而且，该限制作用可完全阻止至少一个轴向方向上的运动或仍允许轻微运动。 因此，根据本发明，特别是承载盘在工作间隙之外的不利的垂直运动借助于引导
部得到大大避免。因此，承载盘和要被处理的工件的损坏危险被最小化。 借助于所述装置在两面同时被处理的工件例如可以是半导体晶片。 材料去除处理例如磨削、研磨、抛光或珩磨可借助于根据本发明的装置实施。 为此，工作盘可具有合适的工作层。 根据本发明，特别地，可提供多个承载盘。所述承载盘又可具有用于多个工件的多 个缺口。 保持在承载盘中的工件在工作间隙中沿摆线路径移动。 每个销结构均可具有根据本发明的引导部。然而，也可想像为销结构中的至少一 些销结构设置引导部。 轮齿结构或销结构可以以一个部件或多个部件实施。 原则上，可想像出销结构分别仅由一个销构成，在销的外表面上本身形成引导部。
然而，也可想像到，销结构由多个部件构成。 因此，在这种情况下，表述"轮齿结构或销结构"不仅包括销或轮齿它们本身，而且 还例如包括分离的构件，但所述分离的构件连接到其上。 同样地，"至少一个轮齿结构或销结构具有引导部"的特征还例如包括在相邻的 销或轮齿之间提供引导部，而不管所述引导部是否连接到销或轮齿上。
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根据另一个实施例，所述至少一个凹槽形成在销结构的较大直径部分处。 而且，销结构的较小直径可从肩部开始终止于的销结构的自由端而没有任何直径扩大。 另外优选地，销环中的至少一个销环的销结构均由销和以可转动的方式安装在销 上的套筒形成，其中，套筒中的至少一个套筒、特别是所有套筒例如在其外周上具有引导 部。 可以一个部件或多个部件实施的套筒可以以转动的方式直接设置在销上，或可例
如借助于充当滑动轴承的内壳设置在销上。 引导部可包括到套筒本身中。 然而，显然也可想到，在套筒的外表面上设置另一装置，例如环或类似物，所述另 一装置此时形成引导部。 通过使用套筒，承载盘的磨损以及销环的磨损可以以本身公知的方式降低。
同时，通过形成在至少一个套筒上的引导部进一步减小承载盘的磨损和损坏危 险。 套筒可特别地设在外销环上和内销环上，或仅设置在销环中的一个销环上。
它们还可例如包括钢材料(例如，硬化钢材料，特别是高级钢材料)。这种材料特 别耐磨。 然而，也可想到，由不同的材料例如塑料制造套筒。通过选择塑料避免了金属磨 损° 根据一种构造方式，引导部中的至少一个引导部可具有至少一个径向延伸的引导
表面。该引导表面在径向平面上即特别是在水平面上延伸。承载盘此时在处理过程中承载
在径向引导表面上，因此，承载盘的边沿的运动在至少一个轴向方向上被限制。 而且，所述至少一个销结构或套筒可具有多个凹槽，所述凹槽轴向上彼此间隔开，
且绕着销结构或套筒的圆周延伸，所述凹槽的侧表面分别限制所述至少一个承载盘的边沿
在轴向方向上的运动。 凹槽又可与销结构或套筒的纵向轴线垂直地延伸。 凹槽还可具有不同的宽度。在这种情况下，凹槽宽度可适于相应的要被引导的承 载盘的厚度。通过采用这种方式，借助于销结构的合适的高度调整，不同的厚度的承载盘可 利用同一销结构或套筒引导。这增大了装置的灵活性。 显然，根据本发明的径向引导表面、肩部和/或凹槽可以以任何所需的方式彼此 组合。 因此，示例性地，销结构或套筒可分别具有至少一个这样的肩部和/或至少一个 这样的引导表面和/或一个或多个这样的凹槽。因此，装置的使用范围得到扩展。特别地， 具有明显不同的厚度的工件此时也可利用同一销结构被引导。 根据另一构造形式，至少一个凹槽的宽度可比要被引导的所述至少一个承载盘的 厚度大0. lmm-O. 5mm。这使得承载盘在凹槽开口中具有小的游隙量，从而降低了磨损。
根据又一构造形式，所述至少一个引导表面或所述至少一个肩部或所述至少一个 凹槽可具有至少一个圆周斜角。这种斜角使得承载盘便于进入引导部例如凹槽中，从而降 低了磨损。因此，降低了损坏承载盘和工件的危险。
斜角可形成在肩部的边缘处或凹槽开口的一个或两个边缘处，且以绕着销结构或 套筒的圆周延伸的方式形成。 已经证明，实际中特别合适的是，斜角相对于引导表面或相对于肩部或相对于凹 槽具有IO。
-45°的开口角度。 作为设置斜角的一种替代方式，出于相同的目的，所述至少一个引导表面或所述 至少一个肩部或所述至少一个凹槽也可具有至少一个圆角边缘。相应地，显然在凹槽的情 况下，凹槽开口的两个边缘均可被倒圆角。 由于根据本发明减小了承载盘损坏的危险，因此，根据另一构造方式，有利地可由 非金属材料、特别是塑料制造所述承载盘。在现有技术中，这种非金属承载盘由于承载盘存 在损坏的危险而实际上是不可能的。 根据另一构造形式，齿轮或销环可借助于高度可调的安装部件安装，其中，为安装 部件设有升降装置。因此，齿轮或销环的高度、从而它们的轮齿结构或销结构的高度可被改 变。如果轮齿或销或套筒例如具有在轴向方向上间隔开的多个引导部，例如具有不同厚度 的凹槽和/或肩部，则借助于高度设定，可将齿轮或销环调整到具有不同厚度的相应的承 载盘。 上述目的进一步通过根据本发明的用于多个半导体晶片的同时双面材料去除处 理的第一种方法实现，其中，每个半导体晶片1可自由移动地位于多个承载盘5中的一个承 载盘的凹部中，所述承载盘5借助于环形外驱动轮7a和环形内驱动轮7b被使得转动，从而 半导体晶片在摆线路径曲线上移动，同时半导体晶片1被处理以在两个转动的环形工作盘 4a和4b之间去除材料，且承载盘5和/或半导体晶片1在处理过程中以它们的表面6的一 部分暂时离开由工作盘4a和4b限制的工作间隙，其中，在承载盘和/或半导体晶片的区域 的一部分从所述工作间隙偏移的过程中，通过在多个带有凹槽的套筒12的凹槽15中在与 所述工作间隙的中心平面大致共面延伸的运动平面上引导承载盘，承载盘5在所述运动平 面上被引导，所述套筒12安装在销11上，且装配在两个齿轮7a或7b中的至少一个上。
而且，上述目的还通过根据本发明的用于多个半导体晶片的同时双面材料去除处 理的第二种方法实现，其中，每个半导体晶片1可自由移动地位于多个承载盘5中的一个承 载盘的凹部中，所述承载盘5借助于环形外驱动轮7a和环形内驱动轮7b被使得转动，从而 半导体晶片在摆线路径曲线上移动，同时半导体晶片1被处理以在两个转动的环形工作盘 4a和4b之间去除材料，所述环形工作盘包括工作层3a和3b，且承载盘5和/或半导体晶 片l在处理过程中以它们的表面6的一部分暂时离开由工作盘4a和4b限制的工作间隙， 其中，承载盘5在与所述工作间隙的中心平面大致共面延伸的运动平面上通过相应地包括 环形区域18a和18b的两个工作盘4a和4b引导，所述环形区域不包含工作层3a和3b，且 确保在承载盘5和/或半导体晶片1从所述工作间隙偏移的过程中引导承载盘5。
第一和第二种所述的方法优选包括半导体晶片的双面磨削，每个工作盘包括由磨 料构成的工作层(特别是PPG方法)。 在根据本发明的第一种方法中，在提供包含磨料的弥散体的情况下对半导体晶片 进行双面研磨同样是优选的。 最后，根据本发明的第一和第二种方法还可包括同时提供包含硅溶胶的弥散体的 双面抛光，在这种情况下，每个工作盘包括抛光垫作为工作层。事实上，在双面抛光中没有工件偏移发生。然而，承载盘甚至在DSP中从工作间隙露出，使得根据本发明的第一种方法 的引导承载盘对于DSP也是有利的。


例；
图；以及
图1以透视图示出了根据本发明的用于扁平工件的双面处理的装置的基本结构 图2以侧视图示出了根据现有技术的用于销环的销的套筒； 图3以侧视图示出了根据本发明的第一示例性实施例的套筒
图4以侧视图示出了根据本发明的另一示例性实施例的套筒 图5以侧视图示出了根据本发明的又一示例性实施例的套筒 图6以侧视图示出了根据本发明的另一示例性实施例的套筒 图7以侧视图示出了根据本发明的又一示例性实施例的套筒 图8以局部侧视图示出了处于工作位置的图1所示的套筒； 图9借助于示例示出了承载盘在销环上的引导；
图10示出了根据本发明的借助于带有凹槽的销套筒引导承载盘的实施例；
图11示出了根据本发明的借助于工作盘的环形去除的工作层引导承载盘的实施
图12示出了现有技术中的承载盘的弯曲以及承载盘通过支撑环的引导； 图13示出了具有工作层、承载盘、滚动装置和半导体晶片的下工作盘的总体视
图14示出了在根据本发明的承载盘的引导下处理的半导体晶片(6B)和不是在根
据本发明的承载盘的引导下处理的半导体晶片(6A，6C，6D)的厚度轮廓和俯视图。 附图标记列表 1 :工件(特别是半导体晶片) 2a:下工作层承载件 2b :上工作层承载件 3a:下工作层 3b :上工作层 4a:下工作盘 4b:上工作盘 5 :用于工件的引导笼("承载盘") 6:工件偏移区域 7a :外驱动轮(齿轮/销环) 7b :内驱动轮(齿轮/销环) 8 :机座 9:销环高度调节 IO:工件引导笼的外齿 11 :销 12:销套筒 13a:下承载盘引导部件
13b:上承载盘引导部件 14a :由于下工作层的磨损导致的厚度降低 14b :由于上工作层的磨损导致的厚度降低 15:凹槽 16 :工件引导笼的受限弯曲 17:工件从引导笼的突出 18a :在工件偏移区域中的单独的工件承载件/环，下 18b :在工件偏移区域中的单独的工件承载件/环，上 19 :引导笼支撑环的高度调节 20:塑料模制件("嵌入件") 21 :工件从引导笼的移出 22 :塑料模制件从引导笼的迸出 23:半导体晶片的断裂 24 :半导体晶片的边沿区域，其进入偏移区域中 25 :用于半导体晶片的接收开口 26:引导装置的再调节 27 :半导体晶片在接收开口中的游隙 28 :选取部分(详细图示) 29 :承载盘的耐磨涂层 30:承载盘的(钢)芯 31 :支撑环 32 :用于承载盘的引导装置的开口 33:漏斗形凹槽开口 34 :用于销套筒的承载盘引导部件中的开口 35:由于工作层的边沿处的过高的磨削作用而导致的半导体晶片的厚度的降低 36 :半导体晶片的厚度的轻微降低 37 :处理痕迹(磨痕；各向异性粗糙度) 38 :在工件偏移区域中掠过工作层的边沿的半导体晶片的区域 39:增大的粗糙度 40 :半导体晶片在边沿区域的厚度的局部降低 41 :工件引导笼的不受限偏斜 42:双面处理机 43:上枢转臂 44:底座 45:枢转装置 46:转动轴线 48:套筒的引导部 50 :位于套筒的圆周上的肩部 52:引导表面
56，58:凹槽的侧表面 60:凹槽边缘处的斜角 62 :工件 64:工作间隙
具体实施例方式
下面，借助于图l-14详细地描述本发明。 除非特别指出，否则，在附图中，相同的附图标记表示的相同的对象。
图1示出了根据本发明的用于扁平工件的双面处理的装置的基本结构。
在图1的示例中示出了具有行星运动机构的双面处理机42。装置42具有上枢转 臂43，所述上枢转臂43可借助于安装在下底座44上的枢转装置45绕着垂直轴线枢转。上 工作盘4b被承载在枢转臂43上。上工作盘4b可借助于驱动电机(在图1中，未特别详细 地示出)以转动的方式被驱动。在工作盘4b的下侧(在图l中未示出)，工作盘4b具有工 作面，所述工作面可根据要实施的处理操作设有工作层。底座44具有承载部分8，所述承载 部分承载着下工作盘4a。所述下工作盘4a同样在其上侧具有工作面。下工作盘4a同样 也可借助于驱动电机(未示出)以转动方式被驱动，特别是与上工作盘4b的方向相反。多 个承载盘5设置在下工作盘4a上，每个承载盘5具有用于要被处理的工件的缺口 25，在这 种情况下，所述要被处理的工件是要被处理的半导体晶片。在所示的示例性实施例中，承载 盘5由塑料构成。承载盘5具有外齿IO，借助于所述外齿，承载盘与装置的内销环7b和外 销环7a啮合。内销环7b和外销环7a分别具有多个销结构，在所示的示例中，所述销结构 分别由圆柱形销和以可转动的方式安装在该销上的套筒形成。通过这种方式形成了滚动装 置，其中，承载盘5在下工作盘4a借助于内销环7b转动的情况下也被使得转动。设置在承 载盘5中的缺口内的工件此时沿着摆线路径移动。 为了处理目的，要被处理的工件嵌入承载盘5中的缺口 25内(未示出)。作为枢 转臂43的枢转的结果，两个工作盘4a、4b彼此同轴地对齐。它们此时在它们自身之间形成 工作间隙，承载盘5设置在所述工作间隙中，其中所述承载盘保持着工件。在至少一个转动 的上或下工作盘4a、4b的情况下，然后，例如上工作盘4b借助于高度精确的加载系统挤压 在工件上。因此，此时分别从上和下工作盘4a、4b向要被处理的工件施加挤压力，且工件在 两侧被同时处理。这种双面处理机的结构和功能对于本领域的技术人员来说是本身公知 的。 图2示出了根据现有技术的套筒12'。现有套筒12'具有空心圆柱形形式，且在操 作过程中被放置到图1所示的装置的内销环7a和/或外销环7b的销上。在这种情况下， 套筒以使其可绕着转动轴线46转动的方式安装在相应的销上，所述转动轴线46在图2中 以点划线的方式示出。 图3示出了根据本发明的第一示例性实施例的套筒12。 图3所示的套筒12同样具有大致圆柱形的切口 ，借助于所述圆柱形缺口 ，它可放 置到销环7a、7b的销上。在这种情况下，特别是一个或两个销环7a、7b的销中的所有销或 一些销可设有这种套筒12。图3中所示的套筒在它们的外表面上具有引导部48，在所示的 示例中，所述引导部48由肩部50形成，所述肩部50绕着套筒12的圆周延伸-位于套筒的第一较大的直径和第二较小的直径之间。在这种情况下，引导部48由于该肩部50具有 径向延伸的引导表面52。在操作过程中，承载盘5通过它们的外齿啮合到套筒12的具有较 小直径的区域中，其中，径向引导表面52以这种方式限制承载盘5的边沿在轴向方向上的 运动，使得沿图中向下的方向的轴向运动得到阻止。 图4示出了根据本发明的另一个示例性实施例的套筒12。作为引导部48，该套筒 12具有绕着套筒12的圆周延伸的剖面为矩形的凹槽15。在这种情况下，承载盘5也啮合 到套筒12的具有较小直径的区域中，所述区域由凹槽的底部形成。凹槽15的侧表面56、58 以这种方式形成承载盘5的边沿的引导部，使得这些承载盘的边沿既不可以沿轴向向上移 出凹槽，也不可以沿轴向向下移出凹槽。凹槽可允许承载盘5具有小的游隙量，这是由于 凹槽的宽度w比在凹槽15中被引导的承载盘5的厚度大0. lmm至O. 5mm。
与图4的示例性实施例不同，在图5所示的根据本发明的套筒12的示例性实施例 的情况下，设有具有不同的宽度巧和^的两个圆周凹槽15。借助于两个凹槽15，具有不同 厚度的承载盘5可通过同一套筒12引导。为此，在图1所示的装置的情况下，内销环7a和 外销环7b可借助于高度可调的安装部件安装，其中，为所述安装部件设置升降装置。借助 于升降装置，可调节销环7a、7b的高度以及随着它们调节设置在销上的套筒12。通过采用 这种方式，在每种情况下，上面具有以可转动的方式安装的套筒12的销可与要被引导的承 载盘5的合适的高度位置对齐。 另一方面，图6所示的示例性实施例将图3的具有圆周径向引导表面52的圆周肩 部50与图4的圆周凹槽15相组合。在图6所示的套筒12的情况下，也可借助于升降装置 通过合适的高度调节而既可以在圆周凹槽15中在两侧轴向限制相对较薄的承载盘5的运 动，也可以在一侧通过肩部50的径向引导表面52轴向例如限制承载盘或其他厚度相当大 的工具的运动。这提高了根据本发明的装置的灵活性。 图7中所示的套筒12与图6中所示的套筒大致对应。然而，在图7中的套筒12 的情况下，凹槽15在其凹槽开口的两个边缘处分别具有圆周斜角60。斜角60相对于凹槽、 特别是相对于其侧表面56、58可具有10°至45°的开口角度a。凹槽15的坡口便于在 凹槽15中接收承载盘5，从而降低了损坏承载盘5的危险。即使在图7中仅在凹槽边缘处 设有相应的斜角60，但显然，肩部50的径向引导表面52也可具有相应的斜角。同样，在图 3至6所示的套筒12的示例性实施例的情况下，也可设置一个或多个相应的斜角。作为斜 角的替代方式，也可想像到，对凹槽15的边缘和/或径向引导表面52的边缘倒圆角。
图7所示的套筒12借助于示例在工作位置局部地且极其示意性地示于图8中。不 言而喻，各个构件的比例不是按实际情况示出的，而是仅用于说明。图展现了承载盘5，所述 承载盘5在其缺口 25中分别保持工件62，所述工件62在上工作盘4b与下工作盘4a之间 的工作间隙64中两面同时被处理。承载盘5通过其外齿10与套筒12啮合，特别是与由具 有较小直径的凹槽15内的凹槽底部形成的部分啮合。承载盘5在其运动方面以小的游隙 量在两个方向上被轴向限制在凹槽15中。通过这种方式，可靠地避免了承载盘5在工作间 隙64外部的区域产生相当大的垂直运动。 应当指出，尽管在所示的示例性实施例中描述了具有销环7a、7b的机器，其中，销 结构相应地具有用于承载盘的引导部，但根据本发明，同样也可提供具有齿轮结构的机器， 即以内、外齿轮代替内、外销环，在这种情况下，轮齿结构此时可具有相应的引导部。
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图13示出了适合于执行根据本发明的方法的双面处理机的下工作盘4a的俯视图。 示出了下工作盘4a，其中具有施加的下工作层和滚动装置，所述下工作层包括工作层承载件2a和工作层3a，所述滚动装置由内销环7b和外销环7a形成，并用于工件引导笼("承载盘"，5)，所述工件引导笼具有插入的工件1(半导体晶片)。附图标记11和12分别表示销环的销和销套筒。 图13B示出了图13A的选取部28的详细图示。为了避免由于硬接触损坏半导体晶片1 (断裂、破碎)或被例如承载盘5的金属材料污染，承载盘5的接收开口 25衬有塑料嵌入件20。在工作层3a上方的其路径上，半导体晶片1的一部分6由于承载盘5的转动暂时地突出超过工作层的内边缘或外边缘。这称作"工件偏移区域"。由于半导体晶片l在具有游隙27的情况下嵌入承载盘5的接收开口 25中，因此它可自由地转动，使得半导体晶片1的环形区域24在处理过程中会进入偏移区域6。 由于磨损，工作层在处理过程中厚度会降低。这发生在半导体晶片在处理过程中所掠过的环形表面内。当环形表面位于环形工作层内时，会在工作层上径向上形成"槽形"厚度轮廓。这在半导体晶片的边缘处会导致增强的材料去除("边缘下斜")，这是不利的。然而当工作层完全位于掠过的环形表面内时，半导体晶片经受工件偏移，且边缘下斜不会发生。 工件偏移是公知的，例如从DE102007013058A1中可获知。 由于工件偏移，承载盘还会从由上、下工作盘形成的工作间隙不受引导地突出相当大的长度。 下面，示意性地说明现有技术中的承载盘的弯曲以及承载盘在工作间隙外借助于支撑环引导的情况(图12)。 图12A示出了通过具有位于工作层承载件2b和2a上的上工作层3b和下工作层3a的上工作盘4a和下工作盘4b、以及具有用于接收半导体晶片1的接收开口 25的承载盘5的横截面，所述承载盘5啮合到外齿轮7a的具有销套筒12的销11上。在现有技术中，承载盘在偏移区域6以及远到其外齿IO未被引导。当半导体晶片在处理过程中被移动时，滚动装置会向承载盘传递高的力。与此对应，承载盘有时会在未被引导的偏移区域产生相当大的弯曲。这从优选采用大的偏移的研磨得知。 在PPG方法中，对于仅包括薄的提供刚度的芯材30、例如钢的承载盘，弯曲会进一步加重，所述赋予刚度的芯材在两侧涂覆有对刚度没有贡献的耐磨涂层29 (图12C和图12D)。 因此，对于PPG方法，不具有用于在运动平面上引导承载盘的措施的滚动装置是不适合的。 在偏移区域中未引导承载盘的现有技术中(图12A)，承载盘时常会被弯曲(41)，使得承载盘的外齿10会脱离销环7a的销11和套筒12的引导并会"跳过"。而且，半导体晶片l有时会从承载盘5突出(17)如此大，使得它们不再受其接收开口引导。当承载盘5进一步转动且工作盘4a和4b或工作层3a和3b迫使承载盘返回到工作间隙中时，半导体晶片的边缘可能会被损坏，或发生断裂。 在现有技术中，合适的承载盘通常具有衬在接收开口中的"塑料嵌入件"。图12C示出了一个示例。因此，如果半导体晶片在再进入工作间隙中时被强迫返回到接收开口中，如图12D所示，则塑料嵌入件20通常会迸出(22)或半导体晶片自身破裂(23)。这会损坏或破坏半导体晶片和承载盘，因此，通常也会由于工作间隙中的半导体晶片和承载盘的碎片而损坏工作层3a和3b。 作为一种合适的应对措施，图12B示出了一种成所谓的高度可调(19)的"支撑环"31的形式的装置。尽管支撑环可限制承载盘在一个方向上的过大弯曲(16)，但不能防止从销环引导部件的不利的向上偏离(41)，从而，在偏移区域，根据图4B的装置不可在没有迸出的情况下以低的约束力充分地达到可靠引导承载盘的目的。另一方面，它妨碍冷却润滑剂(水)和磨削浆在工作盘的边缘上顺畅地从工作间隙流出。这可导致会失去磨削作用的"打滑"，特别是导致工作间隙中的不利加热。这种加热可导致工作盘的变形，该变形可使得以这种方式处理的半导体晶片可达到的平面平行度恶化。因此，PPG方法中的根据图12B的支撑环的使用是较不优选的。 图9示出了偏移区域中引导双面承载盘的示例。 图9A示出了下引导环13a和上引导环13b，它们装配在高度可调的外销环7a上-在内销环7b(未示出)上具有相同的形式。它们形成开口 32，所述开口 32比承载盘5的厚度稍宽，且优选以漏斗的形状张开，使得承载盘可容易地被插入，特别地，承载盘的外齿10在引导开口 32处未被钩住。在适于执行根据本发明的方法的机器中，销环7a和7b是高度可调的(9)。因此，承载盘引导部件13a和13b可经常在高度上被再调节，使得它可始终补偿由于工作层的磨损引起的承载盘的位置变化，使得承载盘在没有受迫弯曲的情况下以低的力被引导。 图9B示出了下工作层3a和上工作层3b已分别经受磨损14a和14b的情况，使得
承载盘和半导体晶片在工作间隙中的运动平面移位了量26。引导部件13a和13b同样也再
调节了该量12，此时使得在偏移区域始终在不具有约束力的情况下引导承载盘。 上承载盘引导部件13b可包绕着销套筒12延伸(f他ren)，如图9A和图9B所示，
使得它同样确保将套筒12定位在销11上，或它可被穿透地在套筒之间延伸，如图9E所示。
在这种情况下，销套筒12通过相应的开口 34伸入到上承载盘引导部件13b中。 进一步的变型在于，将上承载盘引导部件13b装配在机器框架8上(图9C)或装
配在上工作盘4b上(图9D)。在前种情况下，上引导部件13b不能被再调节，使得当跟踪
下引导部件13a时，在工作层3a和3b的磨损过程中，引导间隙32加宽了工作层的磨损量，
且对承载盘的引导变得有点"更宽松"。然而这是无害的，这是因为当使用具有最大为lmm
的典型的有效高度的适合于执行该方法的工作层时，承载盘决不会弯曲到如此大的程度
使半导体晶片离开接收开口或损坏塑料嵌入件或使承载盘可实际从滚动装置脱开。 在后一种情况下(图9D)，上工作层3b的磨损14b的结果是，上承载盘引导部件
13b将承载盘5稍微向下挤压；然而，在此，这也不到有害的程度。另一不足在于，上承载盘
引导部件13b相对于下承载盘引导部件13a、特别是相对于承载盘5的高的相对速度，所述
承载盘基本上以由缓慢转动的外销环7a和内销环7b决定的转动速度转动。 图10示出了用于执行根据本发明的第一方法的示例性实施例。 图10A示出了包含圆周凹槽15的销套筒12。切槽的基圆直径等于承载盘5的外
齿10的基圆直径。凹槽或沟槽15优选向外张开(33)，使得承载盘可在滚动过程中容易地被"插入"。还优选地，销套筒12设有多个沟槽15，使得沟槽可在使用磨损之后变换。根据本发明，优选仅外销环7a配备带有沟槽的套筒12，这是由于作用在承载盘5上的转矩在此较高且承载盘可更容易地放置到由外销环7a和内销环7b形成的滚动装置中并再次移除。然而，也优选两个销环都配备带有凹槽的套筒12。 图10B示出了在下工作层3a发生磨损14a以及上工作层3b发生磨损14b之后的带有凹槽的套筒12的本发明的用途由磨损引起的承载盘5和半导体晶片1的运动平面的移位26可通过销环7a的高度调节9补偿，使得承载盘5以低的力而没有强制弯曲地以平面方式被引导。然而，销环7a的高度调节9是较不优选的。当使用带有多个凹槽的套筒12时，优选地，可改变承载盘5以将它放置到另一凹槽或沟槽15中，参照图IOF。销环7a的高度调节9不是绝对必需的。 图10C-10E示出了根据本发明的带有凹槽的套筒12的其他示例性实施例(图IOC，图10D)，其中，沟槽15的数目不同，或在简单的滚动装置的情况下，仅具有固定的销11而不具有可自由转动的套筒12 (图10E)。 PPG磨削装置的内销环7a和外销环7b的销11或销套筒12传递承载盘5在工作间隙中滚动和运动所需的全部力。因此，在(可转动的)销套筒12与承载盘5的外齿面之间会产生高的压力，且在具有刚性力(非滚动运行)的销环7a/7b的情况下，还会产生摩擦力。因此，销11/销套筒12以及齿面必需具有高的材料强度。承载盘5的芯材赋予承载盘5所需的刚度，因此通常包括(硬化)钢、另一 (硬化)金属或(纤维加强)高强度塑料的复合物，总归，该材料要满足该强度条件。对于销11和销套筒12，优选具有高的强度和低的磨损的类似材料。因此，销11和销套筒12优选由钢或另一 (硬化)金属、特别是优选由硬质合金(烧结碳化物、碳化钨等)制成。对于必须避免工件被金属磨损物污染的重要应用场合，也可优选使用这样的套筒12，所述套筒12由以下材料制成高强度复合塑料，特别是玻璃_或碳素纤维加强PEEK(聚醚醚酮)或其他热复合塑料或热固性复合塑料，以及那些由具有高的耐磨强度和/或低的滑动摩擦的材料，所述具有高的耐磨强度和/或低的滑动摩擦的材料例如有纤维加强聚酰胺("尼龙")、芳族聚酸胺(PAI，PEI)、聚縮醛(P0M)、聚苯(PPS)、聚砜(PSU)。 特别优选这种销环的实施例，其中，销11承载可同旋转地跟随在承载盘5的滚动过程中产生的齿轮7a/7b与承载盘5的外齿之间的相对运动的可转动套筒12。从而，套筒12可在对销11造成低的磨损的情况下特别容易地转动，套筒12也可以多个部件构造，且在外部包括与承载盘5配合的所述的特别合适的高强度材料，在内部包括具有低的滑动摩擦系数的材料(例如，聚丙烯PP，聚乙稀PE，聚酰胺[尼龙6，尼龙12，尼龙66]，聚对苯二甲酸乙二醇酯PET，聚四氟乙烯PTFE("特氟隆")，聚偏二氟乙烯PVDF等)。内滑动层可以以内涂层或被挤入或粘合的内套筒或环的形式构造。 垂直方向上，套筒12优选由销11的螺旋"帽"或由连接到整个外销环7a/7b的环宽松地引导，使得它们不能从销滑脱，且在垂直方向上，套筒在销上以或多或少大的游隙被或多或少一律地在一个平面上弓I导。 承载盘5优选包括硬化材料(例如硬化钢)，且外齿与销环7a/7b的套筒12的啮合表面非常小。因此，销套筒12经受增大的磨损。在外销环7a中，该磨损特别高，这是因为在那里要传递高的转矩(更大的杠杆作用)。
优选使用多凹槽的套筒12，因为在磨损之后可使用不同的沟槽15而不必更换整个套筒。图2F示出了例如在上沟槽已被磨损之后使用套筒12中的下沟槽的情况。要使用的沟槽15通过将承载盘设置到相应的沟槽中进行选择，优选在销环7a和7b的高度调节之后进行。 在PPG磨削方法中，使用这样的承载盘，所述承载盘设有防止承载盘的(金属)芯与工作层的磨料接触的涂层。在利用PPG磨削方法处理工件的过程中，工作间隙中的承载盘在工作层(磨削垫)上滑动。此时，剪切和摩擦力在承载盘的涂层上产生。在涂层的轮廓边缘处，这些力特别高且会产生特别有害的剥落力。为了避免特别是承载盘涂层的轮廓边缘上的涂层的脱落或磨损增大，特别是在同样根据本发明的仅具有局部表面涂层的情况下，涂层被构造成使轮廓边缘的长度尽可能短且轮廓边缘的外形具有尽可能小的弯曲。因此，优选地，特别是沿着承载盘的外齿的外形的环形区域未被涂覆。例如，涂层被圆形地构造，且仅远到外齿的基圆地延伸到外齿上。特别优选地，这种圆形涂层的直径甚至比外齿的基圆直径还稍小。(另一方面，没有涂层的区域必须不能太大而使得暴露的金属承载盘芯的部分由于承载盘的弯曲而与磨削垫的金刚石接触。因此，除了外齿的基圆内的未涂覆的齿以外，暴露的环形区域的优选宽度为0-5mm)。 在用于在工件偏移区域以带有凹槽的销套筒或销的形式引导承载盘的本发明的优选实施例中，引导沟槽仅沿着外齿的齿面与承载盘接触。因此，特别地，带有凹槽的销或销套筒决不与承载盘的涂层形成接触，使得这免于且不会暴露在任何另外的磨损下。特别优选地，以具有50-90肖氏硬度、特别优选是60-70肖氏硬度的层硬度的热固性聚氨酯弹性体涂覆承载盘。 图11示出了用于执行根据本发明的第二种方法的装置的示例性实施例，其中，对承载盘的引导通过环形去除的工作层、即通过不包括工作层的工作盘或工作层承载件的环形区域实施。适合于执行根据本发明的第二种方法的工作层优选包括较厚的承载层2a(下)和2b(上)、和较薄的工作层3a和3b，所述工作层包括磨料且用于去除材料。在这些示例性实施例中，实现了对承载盘的引导，这是因为工作层3a和3b后移到可获得所需的工件偏移区域6的程度，但工作层承载件2a(下工作层)和2b(另一工作层)被一直形成到工作盘的边缘或甚至超过它，使得承载盘5在靠触在一个工作层承载件2a或2b上之前仅弯曲小的量16，从而，防止了进一步的弯曲。图IIB示出了随着工作层的渐增的磨损14a、14b出现的偏斜被更有效地限制。在工作层的有效高度低的适合于执行根据本发明的方法的工作层的情况下，承载盘5的最大弯曲优选小到使它们的外齿10 —直啮合到齿轮了a(外)和了b(内；未示出)的销套筒12上。 然而，工作层承载件局部涂覆工作层在制造技术方面是困难的。
因此，图11C中的实施例是特别优选的，所述实施例使用成一体的工作层3a(下)和3b (上)和工作层承载件2a和2b，且表面宽到所需的工件偏移区域6的期望尺寸，且装配有另外的环18a(下工作盘)和18b(上工作盘)。 优选使用安装在工作层的外边缘的外部的外环18a和18b (图11C)、以及安装在工作层的内边缘内的内环(未示出)。 外环和内环优选具有相同的环宽度，这是因为"向外"和"向内"的工件偏移区域的幅度通常是相同的。
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外环的内径等于或大于具有工作层3a/3b的工作层承载件2a/2b的外径，内环的外径等于或小于具有工作层3a/3b的工作层承载件2a/2b的内径。 特别优选地，外环的外边沿和内环的内边沿分别相应地突出超过外或内工作盘4a (下)禾P 4b (上)，且尽可能接近地向外销环7a和内销环7b (未示出)上的套筒12突出，使得承载盘在尽可能大的区域上被引导，且承载盘仅会产生非常小的最大弯曲(图IIC中的附图标记16)。 本发明还涉及一种半导体晶片。 通过根据现有技术的PPG制造的半导体晶片具有不利的性能范围，这使得它们不适合要求高的应用场合。 因此，在偏移区域6中从弯曲(17)的承载盘5的接收开口 25出来的半导体晶片l的图12D所示的移出部21并不肯定会导致半导体晶片的断裂23、再进入工作间隙中时的承载盘的损坏或塑料嵌入件20的失去22。通常，半导体晶片仅在超过下工作层3a和上工作层3b的外边沿和内边沿处受短暂剧烈升高的压力作用，且在再进入工作间隙中时"跳"回到承载盘的接收开口 25中。因此，在边沿区域暂时增强的磨削作用会导致工件偏移区域中的特征厚度降低。 图14A示出了不是通过根据本发明的方法处理的半导体晶片的径向厚度轮廓。局部厚度D(以微米表示，ym)相对于半径R(以毫米表示，mm)绘制。在半导体晶片再进入工作间隙中时经受工作层的边缘的增强磨削作用的位置(38)，其厚度会降低(35)。由于半导体晶片自身在承载盘的接收开口中的转动，这些"再进入标记"此时在距离38处大致绕着半导体晶片圆形分布。由于半导体晶片被强制跳回到接收开口中，塑料嵌入件20通常也仅会在局部损坏、通常变粗糙。半导体晶片自身在承载盘的接收开口 25中的转动受增大的摩擦作用阻止，且单个削平部40形成在偏移区域(图14C，左图)中，所述削平部被示为半导体晶片的径向厚度轮廓的单侧(非对称的)厚度减小(图14C，右图)。图14C以俯视图(左图)和以沿横截面轴线A-A'(右图)获得的半导体晶片的厚度轮廓示出了这种情况。
而且，通过不是根据本发明的PPG方法处理的半导体晶片由于PPG处理通常具有各向异性分布的处理标记(磨痕)。附图标记37表示在半导体晶片的偏移区域中沿着磨具运动以优先方向施加的磨削标记(图14D，左图)。它们可以看得出来，它们以环形工作层的外边沿或内边沿的弯曲(Krilmm皿g)且主要与半导体晶片的边沿相切地延伸。该各向异性完工特性并不一定与半导体晶片的非对称厚度或形状变化相关；而是局部增大的粗糙度和亚表面损坏的表现(图14D的厚度轮廓中的附图标记39，右图)。 通过根据本发明的方法处理的半导体晶片不具有这些缺陷(图14B)，其中，承载盘在运动平面上在没有夹紧的情况下(verspa皿皿gsfrei)被引导。厚度轮廓是对称的，且半导体晶片的表面具有各向同性完工特性，而不具有局部粗糙部、增大的磨削标记或边沿区域中的削平部。在最坏的情况下，向着边沿区域仅观察到半导体晶片的厚度的轻微减小，但在尺寸和曲率方面这并不意味着根据本发明处理的半导体晶片的高品质的任何明显降级。 因此，根据本发明的方法还提供了一种半导体晶片，所述半导体晶片在各向同性、
旋转对称、平坦度、恒定厚度方面具有特别好的性能，因此适合于要求特别高的应用场合。
示例
Peter Wolters AC-1500P3抛光机用于该示例。这种装置的技术特征描述于DE10007389A1中。 使用了具有牢固粘接在其中的磨料的磨削垫。这种磨削垫公开于US6007407A和US5958794A中。 具有300mm的直径的单晶硅晶片被提供作为要被处理的工件，所述工件具有915 m的初始厚度。在PPG磨削中，产生90 m的材料去除，从而硅晶片在处理之后的最终厚度是大约825iim。 所使用的承载盘具有厚度为600 y m的钢芯，且在两侧涂覆有PU耐磨层，每侧的PU耐磨层具有lOOiim的厚度。 被选择用于工作盘的处理压力为100-300daN，以模拟不同的加载情况，并采用10-20 ii m/分钟的平均去除率。 去离子水(DI水)用作冷却润滑剂，所述冷却润滑剂具有3-201/分钟的流动速率，该流动速率适于相应的合成去除速率和在该过程中由此产生的不同的热输入。
在第一示例中，相应的过程在没有对承载盘进行任何弓I导的情况下执行。
甚至在第一次运转过程中，由于嵌入件跑出承载盘以及其磨削块或磨削部分被扯掉而会在边沿处损坏硅晶片。 在第二示例中，以去除(abgesetztem)的磨削垫部分执行处理。 在此硅晶片没有产生损坏，但半导体晶片在外边沿区域会具有轻微的粗糙化。硅
晶片的几何形状是可接受的。 在第二示例中，在通过外销环上的套筒中的凹槽引导承载盘的情况下执行处理。
硅晶片表现出良好的几何形状、直到晶片边沿的均匀的显微结构，且没有损坏半导体晶片边缘。四次运转过程是可以的，而不会使运行盘、嵌入件和涂层产生损坏/变粗糙且不会破坏或撕裂最外的磨削块。
权利要求
一种用于扁平工件(1)的双面处理的装置，包括上工作盘(4b)和下工作盘(4a)，其中，工作盘(4a，4b)中的至少一个工作盘可借助于驱动部件以转动方式被驱动，工作盘(4a，4b)在它们自身之间形成工作间隙(64)，至少一个承载盘(5)设置在所述工作间隙(64)中，且具有用于至少一个要被处理的工件(1)的至少一个缺口(25)，所述至少一个承载盘(5)在其圆周上具有齿(10)，如果齿轮或销环(7a，7b)中的至少一个被使得转动，则所述承载盘借助于所述齿在内、外齿轮或销环(7a，7b)上滚动，其中，齿轮或销环(7a，7b)分别相应地具有多个轮齿结构或销结构，承载盘(5)的齿(10)在滚动过程中与所述轮齿结构或销结构啮合，所述销结构中的至少一个销结构具有至少一个引导部(48)，所述引导部(48)限制所述至少一个承载盘(5)的边沿在至少一个轴向方向上的运动，其中，一个引导部(48)由在销结构的第一较大直径与第二较小直径之间绕着销结构的圆周延伸的至少一个肩部(50)形成，另外的引导部(48)由绕着销结构的圆周延伸的至少一个凹槽(15)的侧表面(56，58)形成。
2. 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述至少一个凹槽(15)形成在销结构的较大直径部分处。
3. 如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，销结构的从肩部(50)开始的较小直径终止于销结构的自由端中而没有任何直径扩大。
4. 如前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，销环(7a，7b)中的至少一个销环的销结构分别由销和以可转动的方式安装在所述销上的套筒(12)形成，其中，套筒(12)中的至少一个套筒在其外周上具有引导部(48)。
5. 如前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，所述至少一个引导部(48)中的一个引导部具有至少一个径向延伸的引导表面(52)。
6. 如前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，所述至少一个销结构具有多个凹槽(15)，所述凹槽轴向上彼此间隔开，且绕着销结构的圆周延伸，而且所述凹槽的侧表面(56,58)分别限制所述至少一个承载盘(5)的边沿在轴向方向上的运动。
7. 如权利要求6所述的装置，其特征在于，凹槽(15)具有不同的宽度(w)。
8. 如前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，至少一个凹槽(15)的宽度(w)比所述至少一个承载盘(5)的厚度大0. lmm-O. 5mm。
9. 如前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，所述至少一个肩部(50)或所述至少一个凹槽(15)具有至少一个圆周斜角(60)。
10. 如权利要求9所述的装置，其特征在于，斜角(60)相对于肩部(50)或相对于凹槽(15)具有10° -45°的开口角度。
11. 如权利要求5或如权利要求5和权利要求2-4或6-10中任一所述的装置，其特征在于，所述至少一个引导表面(52)具有至少一个圆周斜角(60)。
12. 如权利要求ll所述的装置，其特征在于，斜角(60)相对于引导表面(52)具有10° -45°的开口角度。
13. 如前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，所述至少一个肩部(50)或所述至少一个凹槽(15)具有至少一个圆角边缘。
14. 如权利要求5或如权利要求5和权利要求2-4或6-13中任一所述的装置，其特征在于，所述至少一个引导表面(52)具有至少一个圆角边缘。
15. 如前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，所述至少一个承载盘(5)由非金 属材料、特别是塑料构成。
16. 如前面权利要求中任一所述的装置，其特征在于，销环或齿轮借助于高度可调的安 装部件安装，且升降装置被设置用于所述安装部件。
17. 如权利要求1至16中任一所述的装置的用途，其用于多个半导体晶片的同时双面 材料去除处理。
18. —种用于多个半导体晶片的同时双面材料去除处理的方法，其中，每个半导体晶片 (1)可自由移动地位于多个承载盘(5)中的一个承载盘的凹部中，所述承载盘(5)借助于 环形外齿轮(7a)和环形内驱动轮(7b)被使得转动，从而每个半导体晶片(1)在摆线路径 曲线上移动，同时半导体晶片(1)被处理以在两个转动的环形工作盘(4a)和(4b)之间去 除材料，所述环形工作盘包括工作层(3a)和(3b)，且承载盘(5)和/或半导体晶片(1)在 处理过程中以它们的表面(6)的一部分暂时离开由工作盘(4a)和(4b)限制的工作间隙， 其中，承载盘(5)在与所述工作间隙的中心平面大致共面延伸的运动平面上通过相应地包 括环形区域(18a)和(18b)的两个工作盘(4a)和(4b)引导，所述环形区域不包含工作层 (3a)和(3b)，且确保在承载盘(5)和/或半导体晶片(1)从所述工作间隙偏移的过程中引 导承载盘(5)。
19. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，材料去除处理包括半导体晶片(1)的双面 磨削，且每个工作盘(4)包括由磨料构成的工作层(3)。
20. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，材料去除处理包括同时供给弥散体的双 面抛光，所述弥散体包含硅溶胶，每个工作盘(4)包括抛光垫作为工作层(3)。
21. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，对承载盘(5)的引导通过环形后移工作层 (3a)和(3b)实施，使得实现了所需的工件偏移区域(6)，但工作层承载件(2a)和(2b)被 一直形成到工作盘的边沿或超过所述边沿。
22. 如权利要求18所述的方法，其特征在于，工作层(3a)和(3b)和工作层承载件(2a) 和(2b)整个面地用于所需的工件偏移区域(6)，且它们承载没有工作层的附加的位于下工 作盘(4a)上的环(18a)和位于上工作盘(4b)上的环(18b)。
23. 如权利要求22所述的方法，其特征在于，外环(18a)和(18b)安装在工作层的外边 缘的外侧，内环安装在工作层的内边缘的内侧。
24. 如权利要求23所述的方法，其特征在于，外环和内环具有相同的环宽度。
25. 如权利要求23所述的方法，其特征在于，外环的内径等于或大于具有工作层(3a)/ (3b)的工作层承载件(2a)/(2b)的外径，内环的外径等于或小于具有工作层(3a)/(3b)的 工作层承载件(2a)/(2b)的内径。
全文摘要
用于扁平工件的双面处理的装置包括上、下工作盘，至少一个工作盘可由驱动部件转动，工作盘之间形成工作间隙，至少一个承载盘设在工作间隙中，且具有用于至少一个待处理的工件的至少一个缺口，且该至少一个承载盘在其圆周上具有齿，若齿轮或销环中的至少一个转动，该承载盘通过齿在分别有多个轮齿结构或销结构的内、外齿轮或销环上滚动，承载盘的齿在滚动时与轮齿结构或销结构啮合，至少一个销结构有至少一个引导部，该引导部限制至少一个承载盘的边沿在至少一个轴向上的运动，一个引导部由在销结构的第一较大直径与第二较小直径之间绕着销结构的圆周延伸的至少一个肩部形成，另外的引导部由绕着销结构的圆周延伸的至少一个凹槽的侧表面形成。
文档编号H01L21/02GK101722447SQ20091017464
公开日2010年6月9日 申请日期2009年9月21日 优先权日2008年10月22日
发明者C·万贝希托尔斯海姆, F·伦克尔, G·皮奇, H·莫勒, M·克斯坦 申请人:硅电子股份公司;彼特沃尔特斯有限责任公司