[发明专利]双侧化学研磨半导体晶片的方法

说明书

本发明涉及双侧化学研磨半导体晶片的方法。

特别地，本发明旨在提供下一代技术的硅晶片的新的处理步骤，该硅晶片的直径主要为450mm。目前，在电子工业需求量最大的应用中使用直径为300mm的经抛光或外延涂布的硅晶片。直径为200mm的硅晶片正逐渐被300mm晶片所替代。

电子工业需要更大的衬底以生产该工业中的组件的主要原因是，更大的衬底得到的微处理器或存储芯片具有巨大的经济利益。在半导体工业中，长久以来习惯于关注可用的衬底面积，换句话说，探求单个衬底上能够容纳的组件(即，逻辑芯片或存储芯片)数有多高。这和下列事实有关：组件制造商的很多处理步骤指向整个衬底，并且形成衬底图案(即随后产生单个芯片的组件结构的生产过程)的单个步骤也是，因此就生产成本而言，这两组处理步骤尤其取决于衬底尺寸。衬底尺寸非常显著地影响每个组件的生产成本，因此具有重要的经济价值。

然而，衬底直径的扩大伴随了主要的、部分全新的、迄今无人知道的技术问题。

最终，所有的处理步骤都需要彻底修改，无论它们是纯粹的机械(锯、研磨、精研)、化学(刻蚀、清洁)还是本质上的化学-机械过程(抛光)，以及热处理(外延涂布、退火)，特别是有关机器及其安装(器材)的问题。

化学机械处理包括抛光方法，在该抛光方法中通过施力和提供抛光浆料(例如碱性硅溶胶)，借助于半导体晶片和抛光衬垫的相对运动获得材料除去效果。现有技术已描述了批量双侧抛光(batch double-side polishing，DSP)和批量及单个晶片单侧抛光(在抛光处理期间，半导体晶片借助于支持体一侧上的真空、粘结或粘合而安装)。

根据现有技术的机械处理步骤是精研(“批量”中的多个半导体晶片的同时双侧精研)、夹紧工件一侧的单个半导体晶片的单侧研磨(通常顺序单侧研磨晶片的双侧而进行，“单侧研磨(single-side grinding，SSG)”；“顺续SSG”)、或两个研磨盘之间的单个半导体晶片的同时双侧研磨(同时“双盘研磨(double-disk grinding，DOG)”)。

从例如US-3,905,162以及US-5,400,548或EP-0955126已知半导体晶片的单侧表面研磨方法和设备。在该情况下，半导体晶片通过其一个表面固定于晶片支持物上，同时其相对表面通过晶片支持物和研磨盘旋转并彼此相对加压而借助于研磨盘进行处理。在此情况下，半导体晶片按照其中心基本对应晶片支持物的旋转中心的方式固定于晶片支持物上。此外，研磨盘按照半导体晶片的旋转中心压入研磨盘的工作区域或边缘区域的方式放置，所述边缘区域通过齿形成。从而，可在不移动研磨平面的情况下研磨半导体晶片的整个表面。

按照例如JP2000-280155A和JP2002-307303A描述的根据现有技术的DDG机器具有两个研磨轮，彼此相对，且旋转轴共线设置。在研磨操作期间，位于研磨轮之间的晶片形式的工件由两个沿轴旋转的研磨轮同时进行双侧处理，该工件由环状支持和旋转装置保持在位置内，同时沿其自己的轴旋转。在研磨操作期间，两个研磨轮沿着轴向前进，直到工件已达到所需的最终厚度。

举例而言，该保持和旋转装置可以含有和工件的边缘啮合的摩擦轮。然而，它也可以是以环状形式围绕工件，并和可能存在于工件外围的划痕、凹槽或凹口啮合的装置。这类装置统称为“凹口指(notch finger)”。为了处理工件的整个面积，相对于研磨轮以研磨轮的研磨部分形成圆形路径的方式引导工件，所述圆形路径围绕工件的中心。

在该情况下，工件通常不处于固定位置，而是由两个用于液压支承的设备沿轴向保持在位置内，所述设备下面称作“液压垫”，安装在工件的两侧。这类设备描述于JP2000-280155A。按照现有技术，两个液压垫朝向工件的表面以平面方式设置，并彼此平行取向。每个液压垫含有多个液压支承，在它们之间设置凹槽，该凹槽用于排放用于液压支承的介质(下称“液压支承介质”)和研磨冷却剂。

为了生产特别平的半导体晶片，下列处理步骤特别重要：半导体晶片大量以无约束力的方式，按“自由浮动”的样式，在没有力锁定或主动锁紧的情况下进行处理(“自由浮动处理(freefloating processing，FFP)”)。通过FFP，通过例如MWS中的热漂移或交替负载产生的比如波动被特别快速地消除，几乎没有材料损失。

现有技术中已知的FFP特别包括精研、DDG和DSP。