專利名稱：：研磨半導(dǎo)體晶片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及研磨半導(dǎo)體晶片的方法。
背景技術(shù)：
：根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，通過多個步驟組來制造半導(dǎo)體晶片a)制造單晶半導(dǎo)體棒(晶體生長)b)將所述棒切為單個晶片("切成晶片"、"切割")c)進(jìn)行機(jī)械加工d)進(jìn)行化學(xué)加工e)進(jìn)行化學(xué)-機(jī)械加工f)任選地進(jìn)行涂敷除此之外，還進(jìn)行多個其他步驟，例如清洗、分揀、測量和包裝步驟。機(jī)械加工步驟組包括通過除去材料的機(jī)械研磨步驟將晶片邊緣倒圓并使晶片表面平坦化。例如利用圓形或帶狀工具，通過研磨或拋光來進(jìn)行邊緣倒圓。通過所謂的在使用研磨懸浮液("漿液")的情況下利用自由研磨劑的研磨成批地(即同時對多個晶片)進(jìn)行晶片表面的平坦化，或者通過使用結(jié)合研磨劑(boundabrasive)的研磨作為單個晶片加工來進(jìn)行晶片表面的平坦化。在單面研磨的情況下，將半導(dǎo)體晶片的一面通過真空固定在晶片載具("卡盤")中，并且通過涂敷有研磨劑的研磨盤對另一面進(jìn)行加工。如果晶片的兩面都要被研磨，則通常依次加工半導(dǎo)體晶片的兩面。利用研磨運(yùn)動學(xué)還采用成批雙面研磨法，在所述研磨法中將結(jié)合研磨劑或研磨劑施加到彼此面對的大加工盤上的涂層(布)上，在所述加工盤之間半導(dǎo)體晶片如在研磨的情況下在部分自由地在導(dǎo)向籠(guidecage)中移動時在兩面上被研磨。為了使所加工的晶片實(shí)現(xiàn)特別好的幾何形狀，通常使用同時雙面研磨法("雙盤研磨"，DDG)。EP1049245Al公開了一種加工順序，其包括DDG預(yù)研磨步驟("粗磨")，隨后是一個或多個("連續(xù)")單面細(xì)研磨步驟("打平")。相反，US6,066,565描述了在具有雙面預(yù)研磨和雙面細(xì)研磨的兩步加工中使用DDG方法。這需要兩臺機(jī)器和多次夾住工件。DE10142400Al公開了一種利用同時雙面研磨機(jī)實(shí)施的方法，其特征在于僅包括工件僅被夾住一次的單個加工操作。這意味著通常要求的預(yù)加工和細(xì)加工("粗磨"和"打平")在一個綜合加工步驟中進(jìn)行。還描述了同時雙面研磨方法，其使用固定并移動半導(dǎo)體晶片而實(shí)際上無需強(qiáng)迫引導(dǎo)("自由-浮置加工"，F(xiàn)FP)的工件固定器。在例如EP868974A2中也描述了的同時雙面研磨的情況下，在半導(dǎo)體晶片在兩個固定在相反的同線軸上的研磨盤之間自由移動時對半導(dǎo)體晶片的兩面同時進(jìn)行加工，并且在軸向上在基本沒有強(qiáng)制力的情況下在作用于正面和背面的水墊(流體靜力原理)或空氣墊(空氣靜力學(xué)原理)之間引導(dǎo)所述半導(dǎo)體晶片，并且通過薄的圓形引導(dǎo)環(huán)或通過單獨(dú)的徑向輻條防止所述半導(dǎo)體晶片在徑向上松散地浮置在其上。在研磨過程中，半導(dǎo)體晶片沿其對稱軸旋轉(zhuǎn)。經(jīng)由接合在定向基準(zhǔn)"槽"中的"槽手指(notchfinger)"，通過接合在正面和背面上的摩擦工具驅(qū)動該旋轉(zhuǎn)，或通過使半導(dǎo)體晶片周圍部分密封的摩擦帶而驅(qū)動該旋轉(zhuǎn)。DE102004005702Al公開了一種制造半導(dǎo)體晶片的方法，其包括半導(dǎo)體晶片的雙面研磨，其中通過研磨工具首先對半導(dǎo)體晶片的兩面進(jìn)行粗研磨，然后進(jìn)行細(xì)研磨，所述方法的特征在于在粗研磨與細(xì)研磨之間使半導(dǎo)體晶片保持夾在研磨機(jī)中，并且在由粗研磨變至細(xì)研磨時使研磨工具與基本保持恒定的負(fù)載接合。DE102004005702Al還描述了一種用于平面加工件的雙面研磨的裝置，其包括兩個各自具有內(nèi)子軸和外子軸的雙軸、用于裝載和卸載工件的裝置以及設(shè)置在雙軸之間的工件固定器，通過其使工件在研磨步驟中自由浮置，共軸設(shè)置所述子軸且使其承載用于研磨工件的相反面的研磨工具，并且每個雙軸的至少一個子軸可獨(dú)立于雙軸的另一子軸分別進(jìn)行軸向位移。在研磨加工過程中，這適用于單面研磨法和雙面研磨法，需要對研磨工具和域被加工的半導(dǎo)體晶片進(jìn)行冷卻。通常將水或去離子水用作冷卻齊IJ。適于分別研磨直徑為100-200mm和200-300mm的晶片的商用研磨機(jī)，例如DiscoCorp.的DFG8540和DFG8560型("研磨機(jī)800系列")，在加工面上裝配有真空單元，所述真空單元在研磨過程中根據(jù)冷卻劑溫度(對于低于22°C的溫度恒定為11/min，對于高于22°C的溫度恒定為31/min)確保1或31/min(-升海分鐘)的恒定冷卻劑流速。雙面研磨機(jī)例如可以從KoyoMachineIndustriesCo.，Ltd.獲得。DXSG320型適于300mm晶片的DDG研磨。垂直軸和水平軸與特殊的金剛石研磨工具結(jié)合使用。設(shè)計(jì)這些研磨工具使得它們僅用邊緣進(jìn)行切割且具有快速的向前進(jìn)料速度而產(chǎn)生很少的熱量。主要的差別為晶片的固定。在傳輸環(huán)中通過兩面上的靜水壓墊(hydrostaticpressurepad)固定待加工的晶片。晶片僅僅通過接合在槽或平板中的小突出部分進(jìn)行驅(qū)動。以這種方式可以確保晶片的無壓力固定。JP58143948描述了一種用于在單面研磨機(jī)中冷卻的方法以及將冷卻劑施用到待加工的晶片表面上的方法。JP2250771給出了以下啟示確定冷卻劑流速，并且根據(jù)所測得的研磨溫度而將其快速提高以便在一方面將研磨溫度保持在預(yù)定溫度范圍內(nèi)且在另一方面還使冷卻劑的使用量保持在最小的需求水平上。在雙面研磨機(jī)中，加工冷卻劑通常從研磨工具的中心排出并通過離心力傳輸?shù)窖心X(grindingteeth)?？梢酝ㄟ^將冷卻劑流速保持為設(shè)定點(diǎn)值而調(diào)節(jié)冷卻劑流量?？梢越柚m當(dāng)?shù)臏y量裝置和致動器或通過機(jī)械方式(減壓器)來用電子學(xué)方法進(jìn)行這種調(diào)節(jié)。US2001/025660AA提出對研磨機(jī)自動監(jiān)測研磨機(jī)的機(jī)器加工/使用時間和機(jī)器空閑/準(zhǔn)備時間("工作"和"空閑"模式)，并且相應(yīng)地調(diào)節(jié)冷卻劑的流速。在準(zhǔn)備時間(setuptime)的開始，減小或完全停止冷卻劑的流動，然后在準(zhǔn)備時間中，即在引入新的工件的過程中周期性地提高冷卻劑的流動。這與現(xiàn)有技術(shù)中公知的解決方案(即甚至在機(jī)器空閑時間時也使冷卻劑的流速保持恒定)相比，更經(jīng)濟(jì)地使用了冷卻劑。至少在接近準(zhǔn)備時間結(jié)束時的特定冷卻劑流速是有利的，這是因?yàn)檠心C(jī)例如包括對溫度差反應(yīng)非常敏感的傳感器。US5113622AA提出針對冷卻劑的流入和流出的溫度檢測器。因此確定流入和流出時的溫度差。通過考慮冷卻劑的流速和熱消散，該溫度差用于表示在研磨過程中產(chǎn)生的熱量。為了將待加工的GaAs晶片的溫度保持在特定目標(biāo)溫度之下，并且避免由于殘余熱應(yīng)力而導(dǎo)致的裂縫或翹曲，建議根據(jù)連續(xù)確定的熱量而相應(yīng)地調(diào)節(jié)冷卻劑的流速。因此，現(xiàn)有技術(shù)中的公知方法或者包括將工件的溫度保持恒定或低于目標(biāo)值并相應(yīng)地提高冷卻劑的流速，或者用一個或兩個目標(biāo)值設(shè)定恒定的冷卻劑流速。截止到本申請日現(xiàn)有技術(shù)所不能解決的問題為使用同一個研磨工具研磨的工件具有不同的表面損傷，這意味著非恒定的研磨條件，以及甚至在想要確保恒定的冷卻劑流速和由此據(jù)信對工件和研磨工具有充分的冷卻時研磨工具的壽命(關(guān)于這點(diǎn)本領(lǐng)域技術(shù)人員也指研磨工具的使用壽命)也不能令人滿意。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)更恒定的研磨條件并改善研磨機(jī)中的冷卻類型。本發(fā)明的目的是通過研磨半導(dǎo)體晶片的方法來實(shí)現(xiàn)的，借助至少一個研磨工具，分別通過將冷卻劑提供到半導(dǎo)體晶片和至少一個研磨工具之間的接觸區(qū)中而對所述半導(dǎo)體晶片進(jìn)行加工以便除去一面或兩面上的材料，所述方法的特征在于根據(jù)至少一個研磨工具的研磨齒高度分別選擇冷卻劑的流速，并且冷卻劑的流速隨著研磨齒高度的降低而減小。具體實(shí)施例方式根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的單面和雙面研磨機(jī)均適于根據(jù)本發(fā)明的方法。因此，本發(fā)明優(yōu)選涉及用于半導(dǎo)體晶片的單面研磨的方法。更優(yōu)選用于半導(dǎo)體晶片的同時雙面研磨(DDG)的方法。優(yōu)選地，在使用剛出廠的新研磨工具時，在研磨加工過程中分別確定該研磨工具的當(dāng)前的研磨齒高度，并且根據(jù)以這種方式確定的研磨齒高度減小冷卻劑的流速，盡管甚至在低的研磨齒高度下冷卻劑的流速也不應(yīng)降至特定的最小值之下。與現(xiàn)有技術(shù)相反，冷卻劑的流速因而不是恒定或者甚至增加而是減小。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)只有通過這種方式才能實(shí)現(xiàn)對工件和研磨工具之間的接觸區(qū)的恒定冷卻。然后冷卻劑停在研磨齒的前面，繞所述研磨齒流動并根據(jù)工件和研磨工具之間的接觸區(qū)中的研磨齒的高度而擾動。到達(dá)該接觸區(qū)的冷卻劑的量對于研磨結(jié)果("表面下?lián)p壞")和研磨工具的使用壽命是至關(guān)重要的。陶瓷結(jié)合的金剛石研磨齒會磨損，從而使研磨齒的高度隨著使用時間的增加而降低。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)僅規(guī)定使冷卻劑的流速保持恒定時，在整個使用期間工件與研磨工具之間的接觸區(qū)的恒定冷卻實(shí)際上是不可能的。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)有利的是針對剛出廠的工具設(shè)置的冷卻劑流量高于針對舊工具設(shè)置的冷卻劑流量。當(dāng)工件的研磨齒高度達(dá)到最小值時，應(yīng)該將流量選擇成如此之低以至于防止將干擾研磨加工的漂滑效應(yīng)(aquaplaningeffect)。這優(yōu)選應(yīng)用于雙面研磨機(jī)，而漂滑效應(yīng)對于單面機(jī)器不是很重要。為了避免現(xiàn)有技術(shù)中伴隨連續(xù)恒定的冷卻劑流速的漂滑效應(yīng)，具有臨界最小的研磨齒高度的研磨工具已經(jīng)被替代。電子冷卻水流動調(diào)節(jié)器的軟件確保用于一個研磨工具或分別用于兩個研磨工具的冷卻劑流速的當(dāng)前設(shè)定點(diǎn)值在測量當(dāng)前的研磨齒高度之后經(jīng)由冷卻劑流速(參見實(shí)例和表1)的可參數(shù)化的分布圖(parameterizableprofile)而確定，所述可參數(shù)化的分布圖包含多個取樣點(diǎn)并且取決于研磨齒高度。優(yōu)選借助致動器或借助減壓器將流量調(diào)節(jié)至隨研磨齒高度而變化的該設(shè)定點(diǎn)值。用于通過調(diào)節(jié)而確保恒定冷卻劑流速的相應(yīng)致動器和減壓器裝置在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的。優(yōu)選在對每一個工件進(jìn)行加工之后確定一個研磨工具或兩個研磨工具的當(dāng)前的研磨齒高度。根據(jù)本發(fā)明的方法的特別有利之處在于由于工件和研磨工具之間的接觸區(qū)的恒定冷卻而在整個研磨工具的使用壽命期間實(shí)現(xiàn)了恒定的表面損傷。其還防止了在低的研磨齒高度的情況下將會發(fā)生漂滑，或者防止了在達(dá)到特定研磨齒高度時需要過早地替換研磨工具。在現(xiàn)有技術(shù)中，為了監(jiān)測研磨齒高度以便在達(dá)到最小研磨齒高度時就立刻進(jìn)行必要的工具替換而提供了用于測量研磨齒高度的裝置。此外，由于大研磨齒高度而具有的更好冷卻效果使得研磨工具的總使用壽命更長。實(shí)例以下實(shí)例涉及KoyoMachineIndustries的DXSG320型的雙面研磨機(jī)。這里，兩個垂直設(shè)置的研磨工具彼此分開地進(jìn)行冷卻，即在左研磨工具的研磨齒高度小于右研磨工具的研磨齒高度時，對于左研磨工具和右研磨工具選擇不同的冷卻劑流量。對于左研磨工具和右研磨工具，將水流速設(shè)為100%參考值。在本實(shí)例中，對于21。C的冷卻水溫度，其為1.5升/分鐘，這表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)值。在現(xiàn)有技術(shù)中，通常試圖使該水流速保持恒定。現(xiàn)有技術(shù)己經(jīng)提議在所述研磨機(jī)上配備致動器或減壓器。對于每一個研磨工具，根據(jù)當(dāng)前的研磨齒高度將水流速的多個取樣點(diǎn)設(shè)為水流速參考值(=100%)的％，即例如對于0.5mm的研磨齒高度的水流速為參考值的60%(=0.91/min)。在每個研磨步驟之后通過機(jī)器對每一個研磨工具分別確定的研磨齒高度以mm表述，參見表l。所討論的研磨機(jī)加工側(cè)已經(jīng)配備有用于測量研磨工具的研磨齒高度的裝置。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表l借助機(jī)器軟件，在所參數(shù)化的取樣點(diǎn)(在本實(shí)例中有5個取樣點(diǎn))之間插入曲線從而可以將用于冷卻水流速的確切設(shè)定點(diǎn)值分配給每個確定的研磨齒高度。將這個用于冷卻水流速的設(shè)定點(diǎn)值作為目標(biāo)量提供給機(jī)器中的調(diào)節(jié)器。在研磨加工過程中，機(jī)器于是分別將兩個研磨工具調(diào)節(jié)到相應(yīng)的當(dāng)前設(shè)定點(diǎn)值。調(diào)節(jié)本身借助致動器及減壓器而基本自動進(jìn)行。最初使用的研磨工具在未使用的狀態(tài)下具有6.0mm的研磨齒高度。將開始時的水流速選擇為1.5升/分鐘的標(biāo)準(zhǔn)值(100%)的140%。用于防止漂滑效應(yīng)的最小冷卻劑流速為標(biāo)準(zhǔn)值的40%。權(quán)利要求1、一種研磨半導(dǎo)體晶片的方法，借助至少一個研磨工具，分別通過將冷卻劑提供到半導(dǎo)體晶片和所述至少一個研磨工具之間的接觸區(qū)中對半導(dǎo)體晶片進(jìn)行加工以便除去一面或兩面上的材料，所述方法的特征在于根據(jù)所述至少一個研磨工具的研磨齒高度分別選擇冷卻劑的流速，并且該冷卻劑的流速隨著所述研磨齒高度的下降而減小。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨半導(dǎo)體晶片的方法，其中使用單面研磨機(jī)并且借助研磨工具在一面上對所述半導(dǎo)體晶片進(jìn)行研磨。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的研磨半導(dǎo)體晶片的方法，其中使用雙面研磨機(jī)并且借助兩個研磨工具同時在兩面上對所述半導(dǎo)體晶片進(jìn)行研磨。4、權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所所述的方法，其中在使用至少一個新的研磨工具時，首先選擇高冷卻劑流速，在研磨加工過程中分別確定所述至少一個研磨工具的當(dāng)前研磨齒高度，并且根據(jù)以這種方式確定的所述研磨齒高度分別減小所述冷卻劑流速。5、根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中所述冷卻劑流速不降到最小值之下。6、根據(jù)權(quán)利要求3到5中任一項(xiàng)所述的方法，其中使用具有陶瓷結(jié)合的金剛石研磨齒的研磨工具。7、根據(jù)權(quán)利要求3到6中任一項(xiàng)所述的方法，其中通過軟件根據(jù)所述研磨齒高度電子確定所述冷卻劑流速的設(shè)定點(diǎn)值，并且借助致動器或減壓器而調(diào)節(jié)所述冷卻劑流速的設(shè)定點(diǎn)值。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中借助軟件通過用于先前確定的研磨齒高度的冷卻劑流速的可參數(shù)化分布圖來確定所述冷卻劑流速的設(shè)定點(diǎn)值，所述可參數(shù)化的分布圖包含多個取樣點(diǎn)且取決于研磨齒高度。9、根據(jù)權(quán)利要求3到8中任一項(xiàng)所述的方法，其中在每一個加工步驟結(jié)束之后確定兩個研磨工具上的當(dāng)前的研磨齒高度，對于這些研磨齒高度確定所述冷卻劑流速的設(shè)定點(diǎn)值，并且分別對于所述兩個研磨工具而調(diào)節(jié)所述冷卻劑流速的所述設(shè)定點(diǎn)值。全文摘要本發(fā)明涉及研磨半導(dǎo)體晶片的方法，借助至少一個研磨工具，分別通過將冷卻劑提供到半導(dǎo)體晶片和至少一個研磨工具之間的接觸區(qū)中對半導(dǎo)體晶片進(jìn)行加工以便除去一面或兩面上的材料，所述方法的特征在于根據(jù)至少一個研磨工具的研磨齒高度分別選擇冷卻劑的流速，并且該冷卻劑的流速隨著所述研磨齒高度的下降而減小。文檔編號B24B37/04GK101337336SQ20081010828公開日2009年1月7日申請日期2008年6月5日優(yōu)先權(quán)日2007年7月4日發(fā)明者J·容格,R·魏斯申請人:硅電子股份公司