CN101106082B

CN101106082B - 用于同时双面磨削多个半导体晶片的方法和平面度优异的半导体晶片

Info

Publication number: CN101106082B
Application number: CN2007101287244A
Authority: CN
Inventors: G·皮奇; M·克斯坦; H·a·d·施普林
Original assignee: Siltronic AG; Peter Wolters GmbH
Current assignee: Siltronic AG; Lapmaster Wolters GmbH
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2007-07-12
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2027-07-12
Also published as: US7815489B2; DE102006032455A1; JP2008018528A; TWI373071B; TW200805478A; KR100914540B1; KR20080007165A; US20080014839A1; JP4730844B2; SG139623A1; CN101106082A

Abstract

本发明的主题是一种用于多个半导体晶片的同时双面磨削的方法，其中每一半导体晶片都保持在这样的状态，其在通过旋转装置旋转的多个载具中的一个载具的镂空部分内可自由移动，并因此在摆线轨迹上移动，其中以材料去除方式在两个旋转加工圆盘之间加工半导体晶片，其中每一所述加工圆盘包括含有粘结磨料的加工层。根据本发明的方法能够通过特定运动学制造极平坦的半导体晶片，该半导体晶片同样也是本发明的主题。

Description

用于同时双面磨削多个半导体晶片的方法和平面度优异的半导体晶片

技术领域

本发明的主题是一种用于同时双面磨削多个半导体晶片的方法，其中每一半导体晶片都保持在这样的状态，其在通过旋转装置旋转的多个载具(carriers)中一个载具的镂空部分(cutout)内可自由移动，并因此在摆线轨迹上移动，其中以材料去除方式在两个旋转加工圆盘之间加工半导体晶片，其中每一加工圆盘包括含有粘结磨料的加工层。此外，本发明的主题是一种具有优异的平面度的半导体晶片，其可通过上述方法制造。

背景技术

电子学、微电子学和微机电学要求在整体和局部平面度、单面参考局部平面度(纳米拓扑结构)、粗糙度和清洁度方面具有极其严格需求的半导体晶片作为初始材料(衬底)。半导体晶片是由半导体材料制成的晶片，特别是化合物半导体，例如砷化镓，主要是元素半导体，例如硅，偶尔用锗。如果适当，在半导体晶片用于制造元件之前，首先在半导体晶片上制造层结构。该层结构是，例如在绝缘体上的带有器件的硅上层(“绝缘体上硅结构”，SOI)或者是在硅晶片上的应变硅锗层(“应变硅”)或者是上述两者的结合(“应变绝缘体上硅结构”，sSOI)。

根据现有技术，在许多连续的工艺步骤内制造半导体晶片，一般可将这些工艺步骤分为如下几组：

a)制造单晶半导体晶锭(晶体生长)；

b)晶锭分离成单个晶片；

c)机械加工；

d)化学加工；

e)化学机械加工；

f)如果适当，制造层结构。

单个步骤的结合被分配到这些组，并且它们的顺序随预定用途而改变。此外，使用许多次级步骤，例如清洗、分类、测量、包装等。

机械加工用于去除在半导体晶锭的前期分离过程中引起的波动(undulation)，例如由经过长的分离持续时间或动态自锐和自钝过程的热漂移所引起的。此外，机械加工用于去除由粗切割过程造成的晶态形式被破坏的表面层，并降低表面粗糙度。然而，机械加工主要用于半导体晶片的整体均匀化。根据现有技术，此处使用各种技术，例如研磨(lapping)(不使用磨粒的双面平面研磨)，使用杯状磨盘的单面磨削(“单面磨削”，SSG)，或在两个杯状磨盘之间在正反面上同时磨削的同时双面磨削(“双面磨削”，DDG)。

DE 10344602A1描述了一种结合区别于研磨的动力学和具有粘结磨粒的优点的无约束力引导的方法。因此，一般用多个载具在上下加工圆盘之间移动半导体晶片。例如，两个加工圆盘具有附着于其上的纱布。就研磨机的情况而言，在每一种情况下都具有多个用于接收半导体晶片的镂空部分的载具通过齿环与包括内外驱动环的旋转装置啮合，并且通过所述装置使得载具影响绕着载具轴和绕着驱动环轴的旋转运动，因此，半导体晶片描绘了相对于同样绕其轴旋转的加工圆盘的摆线轨迹。

然而，人们发现由该方法加工的半导体晶片具有一系列缺陷，结果所获得的半导体晶片不适用于特定要求的应用：因此未示出，例如，一般具有明显的毛边(edge roll-off)的有害的凸出厚度剖面的半导体晶片。该半导体晶片往往还在其厚度剖面内具有不规则波动且具有大损伤深度的粗糙表面。损伤深度应被理解为从半导体晶片表面计算到晶格被加工所损伤(即被扰动)的深度。

具有大损伤深度的粗糙半导体晶片需要复杂的再加工过程，该再加工过程抵消了DE 10344602A1所述方法的优点。事实上，通过普通的化学和后续化学机械加工，使凸状的半导体晶片转换成所需的平行平面的目标形式是不可能的，或仅在高支出情况下是可能的。残留的凸面和残留的毛边在光刻器件图形化过程中导致错误的曝光，并由此导致元件失效。因此，这种类型的半导体晶片不适于所需应用。目标

因此，本发明的目的是提供半导体晶片，由于该半导体的几何结构，该半导体还适于制造具有极小线宽的电子元件(“设计规则”)。

此外，本发明的目的立足于在半导体晶片的制造过程中防止毛边的出现。

本发明的目的还立足于防止其他几何缺陷，例如，与朝向晶片边缘的厚度逐渐减小有关的半导体晶片中心的厚度最大化或半导体晶片中心的局部厚度最小化。

解决方案

通过对多个半导体晶片的同时双面磨削的第一方法实现本发明的目的，其中每一半导体晶片都保持在这样的状态，其在通过旋转装置旋转的多个载具中的一个载具的镂空部分内可自由移动，并因此在摆线轨迹上移动，其中以材料去除方式在两个旋转加工圆盘之间加工半导体晶片，其中每一加工圆盘包括含有粘结磨料的加工层，其中在加工过程中保持加工间隙内的主导温度恒定。

同样，通过多个半导体晶片的同时双面磨削的第二方法实现本发明的目的，其中每一半导体晶片都保持在这样的状态，其在通过旋转装置旋转的多个载具中一个载具的镂空部分内可自由移动，并因此在摆线轨迹上移动，其中以材料去除方式在两个旋转加工圆盘之间加工半导体晶片，其中每一加工圆盘包括含有粘结磨料的加工层，其中载具绕旋转装置的中点且相对于两个加工圆盘中的每一个的每单位时间内的转数值比单个载具绕其各自中点的转数值大。

同样，通过多个半导体晶片的同时双面磨削的第三方法实现本发明的目的，其中每一半导体晶片都保持在这样的状态，其在通过旋转装置旋转的多个载具(carriers)中一个载具的镂空部分(cutout)内可自由移动，并因此在摆线轨迹上移动，其中以材料去除方式在两个旋转加工圆盘之间加工半导体晶片，其中每一加工圆盘包括含有粘结磨料的加工层，其中对于每径向位置r，两个加工层的理论磨损值

之差和两个加工层的磨损值的平均值之间的比值小于1/1000，其中每一加工层的理论磨损值由下式给出：

其中a表示在加工圆盘上的载具绕旋转装置中点的旋转运动的节圆半径(pitch radius)；e表示目前所考虑的参考点和相应载具的中点之间的距离；l(e)表示以相应载具的中点为中心的具有半径e的圆的在半导体晶片面积内划过的弧度；r表示关于加工圆盘的中点的径向位置；σ_i表示载具绕加工圆盘中点的旋转的角速度：ω_i表示载具绕其各自的中点的固有旋转的角速度，e_min＝max{0；e_ecc-R}和e_max＝e_ecc+R表不对e的积分上限和下限，其中R等于半导体晶片的半径；e_ecc表示在载具内的半导体晶片的偏心率，对于上加工圆盘指数i＝0或对于下加工圆盘指数i＝u表示角速度σ_i和ω_i是否与上或下加工圆盘相关。

此外，通过多个半导体晶片的同时双面磨削的第四方法实现本发明的目的，其中每一半导体晶片都保持在这样的状态，其在通过旋转装置旋转的多个载具中一个载具的镂空部分内可自由移动，并因此在摆线轨迹上移动，其中以材料去除方式在两个旋转加工圆盘之间加工半导体晶片，其中每一加工圆盘包括含有粘结磨料的加工层，其中对于每一加工层，每一径向位置r的理论磨损值

与整个加工层的平均理论磨损值的偏差小于30％，其中每一加工层的理论磨损值由下式给出：

其中所述符号具有用于第三方法所表示的含义。

最后，也通过多个半导体晶片的同时双面磨削的第五方法实现本发明的目的，其中每一半导体晶片都保持在这样的状态，其在通过旋转装置旋转的多个载具中一个载具的镂空部分内可自由移动，并因此在摆线轨迹上移动，其中以材料去除方式在两个旋转加工圆盘之间加工半导体晶片，其中每一加工圆盘包括含有粘结磨料的加工层，其中由在加工层磨损过程中释放的磨料引起的材料去除所占的总的材料去除的比例总是小于由固定在加工层内的磨料引起的材料去除所占的比例。

通过上述方法，特别是通过所述方法的有利组合，能够制造具有显著改良性质的半导体晶片。

因此，本发明还与半导体晶片有关，该半导体晶片具有如下特征：

各向同性的磨削图案，其中具有关于对称点或对称轴彼此相对平行或对称的研磨痕(grinding marks)的区域占半导体晶片整个表面的不到10％，

在半导体晶片上的除去1mm排除边缘，厚度变化小于1μm，

被分配到位于半导体晶片的边缘处的宽度为半导体晶片直径的1/10的区域的厚度变化小于0.7μm，

被分配到位于半导体晶片中心的直径为半导体晶片直径的1/5的区域的厚度变化小于0.3μm，

每种情况下的翘曲量(warp)和弯曲量(bow)都小于15μm，

在1μm到80μm的相关长度范围内的RMS粗糙度小于70nm，以及

接近表面的晶体损伤的深度小于10μm。

附图说明

下面参考附图进一步说明本发明。

图1示出适于执行根据本发明的方法的装置；

图2示出如图1所示装置的下加工圆盘的平面图，其具有旋转装置、载具和待加工的半导体晶片；

图3说明关于描述动作顺序(运动学)的特征要素的标号和赋值；

图4示出具有300mm直径的由单晶硅制成的半导体晶片的径向厚度剖面图，该半导体晶片经过实现根据本发明的第一、第二、第三、第四和第五方法的所有特征的磨削方法的加工，TTV＝0.62μm；

图5示出具有300mm直径的由单晶硅制成的半导体晶片的径向厚度剖面图，该半导体晶片经过实现根据本发明的第一、第二、第三、第四和第五方法的所有特征的磨削方法的加工，TTV＝1.68μm；

图6示出经过实现根据本发明的第二、第三、第四和第五方法的所有特征的磨削方法加工的半导体晶片的厚度剖面图，TTV＝3.9μm；

图7示出经过实现根据本发明的第一、第三、第四和第五方法的所有特征的磨削方法加工的半导体晶片的厚度剖面图，TTV＝0.8μm；

图8示出机器设置(旋转速度设置)和所得到的固定参数(附随旋转参考系统)，(A)：依照本发明不实施的方法；(B)：依照本发明的包括第二、第三和第四方法的特征的方法；

图9示出关于上加工圆盘的轨迹19和关于下加工圆盘的轨迹20，其与图8的参数设置有关，(A)：根据本发明不实施的方法；(B)：根据本发明的包括第二、第三和第四方法的特征的方法；

图10示出由图8的参数集计算出的上加工层25和下加工层26的径向磨损剖面图，(A)：根据本发明不实施的方法；(B)：根据本发明的包括第二、第三和第四方法的特征的方法；

图11示出从图8的参数集计算出的上下加工层的径向磨损剖面图的差，(A)：根据本发明不实施的方法；(B)根据本发明的包括第二、第三和第四方法的方法；

图12以直方图形式示出在所磨削半导体晶片上发现的加工痕(磨削痕)的累积归一化长度，该长度是其关于槽(0°)的取向的函数，(A)：由根据本发明的第二方法获得；(B)：由不根据本发明的方法获得。

所使用的参考符号及缩写的明细表

1上加工圆盘

4下加工圆盘

5加工圆盘的旋转轴

7内驱动环(drive ring)

9外驱动环

11上加工层

12下加工层

13载具

14载具内的用于接收半导体晶片的镂空部分

15半导体晶片

16半导体晶片的中点

17旋转装置内的载具的中点的节圆半径

18半导体晶片的参考点

19在下加工圆盘上的半导体晶片的参考点的轨迹

20在上加工圆盘上的半导体晶片的参考点的轨迹

21载具的中点

22旋转装置的中点

24半导体晶片的厚度减小的的边缘区域

25上加工层的磨损

26下加工层的磨损

27加工层的局部磨损极高的区域

28加工层的局部磨损差异极大的区域

29上下加工层的磨损的差异

30加工间隙

33半导体晶片的凸面

34冷却剂/润滑剂通道

35加工痕(磨削痕)的各向同性累积分布

36加工痕(磨削痕)的各向异性累积分布

A.S.A加工层的磨损

a载具中点和旋转装置中点之间的距离

ΔA.S.A上下加工层的磨损差

e半导体晶片的参考点和载具中点之间的距离

e_ecc半导体晶片中点和载具中点之间的距离(＝载具内的半导体晶片的偏心率)

(极坐标)半导体晶片上的参考点的角度

H半导体晶片的局部厚度

l(e)以载具中点为中心且穿过在半导体晶片面积内移动的半导体晶片的参考点的圆弧的圆弧段长度

NCL加工痕的累积归一化长度(每单位角度)

n₀上加工圆盘的转速

n_u下加工圆盘的转速

n_i固有旋转装置的转速

n_a外旋转装置的转速

r_i固有旋转装置的节圆半径

r_a外旋转装置的节圆半径

r半导体晶片上的参考点和旋转装置的中点之间的径向距离

磨损引起的加工层厚度的减小

R半导体晶片的半径

RR加工圆盘上的径向位置

ρ半导体晶片上的径向位置

s半导体晶片的参考点轨迹的弧长

σ载具的中点绕旋转装置中点的旋转的角速度(“中点转速”)

σ_o关于上加工圆盘的中点转速

σ_u关于下加工圆盘的中点转速

ω载具绕其各自中点的固有旋转的角速度(“固有转速”)

ω_o关于上加工圆盘的固有转速

ω_u关于下加工圆盘的固有转速

所使用装置的描述

图1示出根据现有技术的装置的主要组成部分，该装置适合于执行根据本发明的方法。示意图以透视图的方式示出用于加工例如半导体晶片等的圆盘形工件的两个圆盘装置的基础示意图，例如在DE10007390A1中所公开。这种类型的装置具有上加工圆盘1和下加工圆盘4，该上下加工圆盘1和4具有共线旋转轴5，并且加工圆盘的加工表面相对于彼此基本上为平面平行设置。根据现有技术，加工圆盘1和4由灰口铁、铸造不锈钢、陶瓷、复合材料等制造。加工表面是裸露的，或配置有由例如不锈钢或陶瓷等制成的涂层。上加工圆盘包括许多孔34，通过该孔34可将操作剂(operating agent)供给加工间隙30。该操作剂是冷却润滑剂(例如水)，应用于作为研磨机的该装置。该装置配有用于载具13的旋转装置。该旋转装置包括内驱动环7和外驱动环9。每一载具13都具有至少一个可接收待加工的半导体晶片15的镂空部分。可将旋转装置具体化为例如针轮啮合、渐开线啮合或其它传统型齿轮装置。由于齿轮机构的维修便利性、制造成本，装置尺寸一般较大，和齿轮机构的与此相关的不可避免的作用的原因，优选针轮啮合，在这方面是非限制性的。绕基本相同的轴5，以n_o、n_u、n_i和n_a的转速驱动上加工圆盘1、下加工圆盘4、内驱动环7和外驱动环9。

在将该装置用于根据本发明的方法的情况下，每一加工圆盘1，4的加工表面11，12上带有加工层11，12，优选包括布(编布、针布、毛毡；纤维布、具有或不具有纤维镶嵌物的塑料基质)、膜(单层或多层)或泡沫，在与半导体晶片进行材料去除接触的该加工层的上层内，加入研磨剂材料作为磨料。

在US 6007407中公开了适合于执行根据本发明的方法的膜的实例。例如在WO 99/24218和US 5863306中公开了布的实例。在US6599177B2中详细说明了具有结构化(有织纹的、“微复制的”)的加工面的这种膜或布样品。

优选将加工层粘合在加工圆盘上。根据现有技术，这种布、膜或层在其背面配有自粘涂层，并通过粘合将其固定在该加工圆盘上。特别是在具有大尺寸的装置的情况下，在加工圆盘上应用没有例如包括气泡、压缩、拉伸或加工层凸出的缺点的加工层，并在使用之后去除该加工层是困难的。因此，JP 2001-219362A详细说明了配有孔(通道)的加工层的实施例，通过该孔包含在加工圆盘表面和布背面之间的气泡可溢出，从而得到了平坦、均匀的布支撑。此外，WO 95/19242提议用小钩子装配在布背面以及装配在加工圆盘的加工表面的互补件(“钩环扣”)，这使得能够以无残留物的方式极迅速地更换加工层。通常不能单片制造布、膜、泡沫或层。而后，将它们一片一片地层压或组装在大运载衬底上(膜、布、泡沫等)。这在例如US 6179950BI中已说明。

此外，为了执行根据本发明的方法，例如通过抽真空(通过由例如陶瓷等的多孔材料组成的加工圆盘的渗气层)吸附、磁力固定或静电固定或通过安装在加工圆盘上的张力调整器通过等而固定加工层是适宜的。

在图1内的30标示加工间隙，其形成在固定在上加工圆盘1和下加工圆盘4上的加工层11和12之间，在该间隙内半导体晶片被加工。

图2示出下加工圆盘4的装置的平面图。将半导体晶片15插入载具13，该载具也被称为导板盒。不通过将半导体晶片与载具相应的镂空部分正向装配或力闭合装配而固定半导体晶片，因此半导体晶片可在镂空部分内自由移动。在圆形半导体晶片的优选例中，特别是在载具的镂空部分中的半导体晶片的固有旋转是可能的。所述固有旋转是所期望的，因为半导体晶片呈旋转对称形式，这增加半导体晶片的平面度和对称性，因此有利于本发明的目的。

下述加工圆盘和旋转装置的中点，即整个装置的中点，也将由22标示。载具13内的半导体晶片15的中点将由16标示，而所述载具的中点将由21标示。任意参考点18标示由于加工圆盘的旋转和驱动环7和9的旋转在下加工圆盘4的下加工层12上留下的轨迹19。载具13的中点21在节圆17上旋转，对于旋转装置的中点22，该节圆17是同心的。

图3进一步定义了用于描述磨削装置内的半导体晶片的运动的特征变量。在此情况下，选择参考系统，从而所考虑的加工圆盘在该参考系统内静止(随附旋转参考系统)。在图3内的平面图内仅描述了下加工圆盘4。s将标示在加工层12的上方的载具13内的半导体晶片15的参考点18的轨迹19的弧长。在任意时刻，通过距旋转装置中点22的径向距离r和角(平面极坐标)来描述所述参考点18的位置。由于内驱动环7和外驱动环9的旋转n_i和n_a和加工圆盘的旋转，载具13以角速度ω绕其中点21旋转，并且所述中点21以角速度σ绕整个装置的中点22旋转。载具的中点21和半导体晶片15的中点16之间的距离被标示为在载具内的半导体晶片的偏心率e_ecce将标示半导体晶片15上的参考点18和载具13的中点21之间的距离。R是半导体晶片15的半径。l(e)是划过半导体晶片15的面积内的以载具13的中点21为中心的具有半径e的圆弧的长度。

根据本发明的第一方法的描述

根据本发明的第一方法，保持加工间隙内的温度恒定，以使优选在整个同时双面磨削期间是准确的。根据本发明，在磨削过程中，如果测量温度偏离期望温度，通过适当方法测量和校准加工间隙内的温度。可以例如以指定间隔或连续测量温度。依靠加工间隙内的恒定温度，避免了由温度变化引起的加工圆盘的形变，并保持加工圆盘处于恒定、平面平行形式。这使得所加工的半导体晶片的几何结构显著提高，从而能够制造根据本发明的半导体晶片。

在该第一方法的一个实施例中，每一加工圆盘具有至少一个冷却曲径，冷却剂通过其流动。在该实施例中，为了抵消有害温度变化，并为了在加工间隙内获得恒定温度，以适当方式变化温度或冷却剂的流速。DE 19954355 Al公开了冷却曲径(cooling labyrinth)的合适的且优选的设置。该设置以遍布冷却曲径的上层(“上板”)、热绝缘中间层和遍布第二冷却曲径的下层(“下板”)为特征。此外，在其中公开了用于设置和调节用于研磨、磨削或抛光衬底晶片的抛光板的平面度的方法，其中调节至少三层的抛光板的下板的温度，其后保持温度恒定，并调节整个加工圆盘的上板的温度，使温度适应各自的抛光过程，这样，由于下板的温度调节，在抛光装置内产生不变的热状态。相应的应用也可能在根据本发明的磨削方法内实行。

然而，尤其优选通过根据所测量的温度改变温度或供给加工间隙的冷却润滑剂的流速来保持加工间隙内的温度恒定。为了保持加工间隙内的温度恒定，还能以适当方式改变温度和流速两个参数。这种类型的调节具有较小的粘滞性，因而优于通过冷却曲径的温度调节。

如果测量到高于指定期望值的温度，则在控制回路内降低冷却剂或冷却润滑剂的温度。相反，如果测量到低于指定期望值的温度，则升高冷却剂温度或冷却润滑剂温度，因此，加工间隙内的温度保持基本恒定。

加工间隙内的温度例如直接通过穿过(薄)加工层或在加工层内切开的小“测量窗口”而并入加工圆盘表面内的温度传感器的方式测量。因在磨削过程中，加工圆盘旋转，所以或者通过例如电摩擦作用触点等的方式接触地或通过例如无线电、红外或电感等的方式非接触地传输所测量的温度值。或者，也可通过测量从加工间隙排放出的冷却润滑剂的温度而间接地测量加工间隙内的温度。

根据本发明的第二方法的描述

下面将更详细地描述根据本发明的第二方法：在该方法中，加工圆盘绕整个装置的中心以高于载具绕其各自的中点旋转的角速度旋转。更准确地说，这意味着上和下加工圆盘的角速度Ω_i的数值Ω_o和Ω_u比载具绕其各自中点的固有旋转的角速度ω₀和载具绕整个旋转装置的中点的旋转的角速度σ₀之间的差值大，|Ω_i |≥|ω₀-σ₀|。因此，减小了速度分布的离散度(spread)。由于该方法的规定，在半导体晶片和加工圆盘的加工层之间的相对速度不是恒定的，而是依赖于位置和时间。应理解速度分布是意指特定相对速度的发生频率。因低离散度速度分布使得各向同性地加工半导体晶片，从而能够制造根据本发明的半导体晶片，所以低离散度速度分布是有利的。

鉴于根据本发明的第二方法，优选在每一种情况下，相对于两个加工圆盘中的每一个的半导体晶片的轨迹为外旋轮线，例如标准、加长或缩短的外摆线。

此外，鉴于根据本发明的第二方法，优选半导体晶片以相同的时间相对于两个加工圆盘所经过的轨迹的长度近似相等。尤其是当半导体晶片以相同的时间相对于两个加工圆盘所经过的轨迹的长度和所述轨迹的长度平均值之差的比值小于20％时，认为该要求被满足。然而，还有使得轨迹长度完全相等的运动学，但其不是绝对必需的。大致相等的轨迹长度可通过选择载具的转速使其与加工圆盘的转速相比较低而获得。

上述方法意味着半导体晶片的正反面每一点的瞬时摩擦力、加工层的瞬时初始方向、瞬时速度和瞬时加速度相同。尤其是，避免了负载突变，并且维持了在载具内的孔内的半导体晶片的均匀固有旋转。关于离散度和时间分布，正反面的速度分布图相似。其结果为正反面的材料去除大致对称，研磨图形各向同性，并且与位置有关的或正/反面不对称的粗糙度或表面附近的晶体破坏所引起的半导体晶片的翘曲量/弯曲量(应变诱导翘曲量/弯曲量)低。结果，半导体晶片的表面变得平坦且各向同性，并且没有根据现有技术的磨削、研磨和抛光方法的翘曲和变形，例如被认为是“磨削脐(grinding navel)”(中心凹陷)或“毛边”(边缘区域内的厚度减小)。此外，提供以下优点，即不会非对称地改变一般在执行同步双面磨削之前形成的边缘剖面图，从而维持边缘剖面图的对称性。

根据本发明的第三和第四方法的描述

下面详细描述根据本发明的第三种和第四种方法：

因为需要具有自修整(self-dressing)性质的加工层以执行根据本发明的方法，所以该加工层必须经受一定的有限磨损，从而连续暴露新的锐利的磨料，该磨料达到均匀的磨削特性。另一方面，从磨削到磨削的加工层的过高磨损是不可取的，因为在这时加工层的厚度和形状将迅速变化，并且将需要连续追踪加工参数(机器和过程参数)，这将导致由于其不稳定而带来的不利的过程。因此，有仍然确保自修整性质的最佳磨损率，但是另一方面，其不导致极不稳定的几何形状的加工层，从而大致稳定的加工过程成为可能，其可重复生产具有在很宽的范围内恒定的平坦性质的半导体晶片。

为了能够预测加工层的磨损，必须以空间分辨方式确定由加工层加工的半导体晶片引起的该加工层的负载。这需要精确地描述在加工圆盘上方加工的过程中半导体晶片经过的轨迹。

在伴随旋转加工圆盘移动的参考系统(不变量参考系统)内，可将具有在图3中定义的标记的在加工圆盘上方的半导体晶片的任意参考点18的轨迹

写成复数

\overset{&OverBar;}{z} (t) = x (t) + iy (t),

如：

\overset{&OverBar;}{z} (t) = {ae}^{iσt} + {ee}^{iωt} - - - (1)

根据恒等式e^ix＝cosx+isinx，公式(1)立即得出实数笛卡尔坐标系(x(t)；y(t))中的轨迹的时间参数表示。

径向位置

r (t) = | \overset{&OverBar;}{z} (t) |

和路径速度

\overset{&OverBar;}{v} (t) = (\overset{&OverBar;}{z} (t))

的值

v (t) &equiv; \dot{s} (t)

显示为关于时间的取绝对值(magnitude forrnation)和微分的结果，如：

r (t) = \sqrt{a^{2} + e^{2} + 2 ae \cos (σ - ω) t}

和

\dot{s} (t) = \sqrt{a^{2} σ^{2} + e^{2} ω^{2} + 2 ae \cos (σ - ω) t} - - - (2)

在此情况下，s(t)指示所经过的弧长，变量上面的点表示其对时间导数。

平面极坐标

内的参考点p的位置的角度

和径向位置r(t)的时间导数

最终由下式给出：

和

\dot{r} (t) = \frac{- ae (σ - ω) \sin (σ - ω) t}{\sqrt{a^{2} + e^{2} + 2 ae \cos (σ - ω) t}} - - - (3)

其中根据公式(2)得到的r(t)、公式(3)得到的

得出平面极坐标的关于时间的参数表示。

考虑到

\frac{&PartialD;}{&PartialD; x} \arctan x = \frac{1}{1 + x^{2}},

得到如下公式：

将r(t)的公式(2)代入和

加工圆盘上的径向位置r的函数的相应的表达式

\dot{s} (r) = \sqrt{a^{2} σ^{2} (1 - \frac{ω}{σ}) + e^{2} ω^{2} (1 - \frac{σ}{ω}) + r^{2} σω},

和

\dot{r} (r) = \frac{σ - ω}{2 r} \sqrt{2 (a^{2} e^{2} + a^{2} r^{2} + e^{2} r^{2}) - r^{4} - a^{4} - e^{4}} - - - (5)

无需进一步假设，由扫过加工层的半导体晶片15的任意参考点18造成的加工层的与半径相关的磨损

可以描述为与参考点18所扫过每单位面积

的圆弧长

和其所需时间

成比例：

带入以上获得的表达式，得：

最后，对于在的允许值域内的所有e，确定以载具中点为中心的划过载具内的半导体晶片的半径为e的圆弧长度l(e)的数值。因此，其考虑到以载具中点为中心的具有等间距e的所有半导体晶片的等同点，在载具的固有旋转过程中的某一时间，所有等同点都一样地扫过加工区的考虑过的点，并促进所述加工区的磨损。对所有e积分该表达式，最终获得表达式

通过面积扩展的半导体晶片内的所有可能参考点的总和求出加工层的磨损：

因此，指数i＝o(上加工圆盘)或i＝u(下加工圆盘)表示与各自加工圆盘相关的单个角速度σ_o、σ_u、ω_o、ω_u，且e_min＝max{0；e_ecc-R}和e_max＝e_ecc+R。因可将半导体晶片以各种方式布置在载具内，所以一般不产生能够获得公式(8)的积分闭合解的l(e)的解析表达式。因此，实际上对于在数值{e_min…e_max)的范围内的许多个数值e，计算l(e)的数值，并且对所有e求和被积函数，而不是积分公式(8)。l(e)偶尔也被称为“形状函数”，其描述载具内的半导体晶片的布置。

然后，证实了对于适用于执行根据本发明的方法的装置的给定值a和e_ecc选择参数集合σ_i和ω_i是有利的，对于该给定值根据公式(8)，加工层的磨损在加工层的整个半径内尽可能不变化，这将给出根据本发明的第四种方法的定义。因此，可确定加工层被均匀地磨损，这确保从半导体晶片恒定地均匀去除材料。因此，能够可靠地消除所磨削半导体晶片的厚度剖面的不规则波动。

而且，如果根据公式(8)的上下加工层的磨损尽可能相似，也早有利的，这在根据本发明的第三种方法中得以体现。上述情况具体意味着两个加工层的理论磨损

值之差和对于加工圆盘的每一径向位置r的这两个加工层的磨损值的平均值的比值总计小于1/1000。在这方面，还优选归因于磨损的加工层的厚度均匀度的变化总计小于在磨削加工过程中的半导体晶片的厚度减小值的百分之一，其中加工层的厚度均匀度的定义是与半导体晶片接触的加工层的总面积上的最大厚度和最小厚度之差。

将优选为了操作磨削装置而设定的参数，其同时满足根据本发明的第三和第四方法的要求。

从行星齿轮机构的公知公式可得出与机器无关的合适的参数集合{σ_o，σ_u，ω_o，ω_u)，其满足

的条件：

(\begin{matrix} σ_{o} \\ σ_{u} \\ ω_{i} \\ ω_{a} \end{matrix}) = 2 π (\begin{matrix} \frac{r_{i}}{r_{a} - r_{i}} & \frac{r_{a}}{r_{a} - r_{i}} & - 1 & 0 \\ \frac{r_{i}}{r_{a} - r_{i}} & \frac{r_{a}}{r_{a} - r_{i}} & 0 & - 1 \\ \frac{r_{i}}{r_{a} + r_{i}} & \frac{r_{a}}{r_{a} + r_{i}} & - 1 & 0 \\ \frac{r_{i}}{r_{a} + r_{i}} & \frac{r_{a}}{r_{a} + r_{i}} & 0 & - 1 \end{matrix}) (\begin{matrix} n_{o} \\ n_{u} \\ n_{i} \\ n_{a} \end{matrix}) - - - (9)

根据与机器相关的参数集{n_o，n_u，n_i，n_a)，驱动转速n_j(j＝o，上加工圆盘转速；j＝u，下加工圆盘转速)，n_i＝内驱动环的转速，n_a＝外驱动环的转速，并且将其代入到

的公式中进行检查，其中r_i是载具的内驱动环的节圆半径，r_a是载具的外驱动环的节圆半径。由于系统具有少数几个独立自由度，所以可快速得出满足条件的合适的参数集。

图8(A)示出不具有这些性质的不利参数集合{σ_i，ω_i}，图8(B)示出具有这些性质的有利参数集合。例如在：Th.Ardelt，Berichte aus demProduktionstechnischen Zentrum Berlin，Fraunhofer-Institut fürProduktionsanlagen und Konstruktionstechnik，IPK Berlin，2001，ISBN3-8167-5609-3内较详细地说明了与机器有关的运动参数{n_o，n_u，n_i，n_a}到和机器无关的运动参数{σ_o，σ_u，ω_o，ω_u}的转换。

因为在DE10007390Al内公开的装置适于执行根据本发明的方法，并且其具有用于载具的旋转装置的节圆半径r_i和r_a，所述节圆半径的特征表示为r_i/(r_a-r_i)≈0.552，r_i/(r_a+r_i)≈0.262，并且转换与机器有关的参数集(n_o，n_u，n_i，n_a)＝(30，-36，-46，12)RPM可产生与机器无关的参数集(σ_o，σ_u，ω_o，ω_u)＝(-33.2，32.8，14.0，80.0)1/s。

在图9的左手半边内示出在上加工层11上形成的轨迹19。在图9的右手半边内示出在下加工层12上形成的轨迹20。对于根据图8(A)的参数组合，加工层的根据公式(8)的磨损是非常不均匀的(图10(A))。对于下加工层，在其内边缘附近出现局部磨损极高的清晰分界区27(sharply delimited region)和相对于上加工层的磨损26具有略微增加的较宽区25。在图11(A)(28)中示出了由这些所选方法的参数计算出的两个加工层的磨损之差。

与上述形成对比，图8(B)示出根据本发明的方法参数的选取。所获得的上下加工层(25和26)的磨损关于该装置的加工圆盘的半径对称，并且对于上下加工层几乎完全相同(图10(B))。两个加工层的磨损之差29比在未根据本发明选择参数(如在图8(A)中所指定)的例子的情况下小100倍以上。

根据本发明的第三方法和第四方法允许制造根据本发明的半导体晶片，如果同时满足这两种方法的要求，那么将获得最好的结果。

根据本发明的第五方法的描述

下面描述了根据本发明的第五方法：在该方法中，由在加工层的磨损过程中释放的磨料引起的材料去除量占材料的总去除量的比例总是小于被固定在加工层内的磨料引起的材料去除量所占的比例。

除了适当选取上加工圆盘的所施加的平均负载以外，这将特别和优选通过在整个轨迹上均匀加载加工层而获得。为了这个目的，优选依照根据本发明的第一方法保持加工间隙内的温度恒定，用以消除因温度变化而造成的加工圆盘的形变。结果，在整个过程中且在每一点平行的加工间隙出现在上下加工圆盘的加工层之间，并且半导体晶片对加工层施加恒定力，其中使得该半导体晶片在加工过程中穿过该加工层。因此消除了由于过度负载而过早释放未使用磨粒(“寄生研磨”)的加工层的颗粒结合的结构倒塌，同样消除了由卸载(“切割阈力”)引起的从半导体晶片均匀去除材料时的不良停顿。

根据本发明的第三种和第四种方法还可适于获得均匀加载，并且，因此而均匀磨损加工层。在非均匀磨损的加工层的情况中，通过非均匀机械力而局部超载包含在加工层内的磨料的结合。然后，布的局部非常快速地损坏，并且其过度释放未使用的磨料。产生所谓的“寄生研磨”，即，如在使用研磨浆研磨的情况下，自由颗粒显著去除材料。其可通过确保均匀磨损加工层而得以消除，确保均匀磨损加工层使得半导体晶片具有非常低的粗糙度、较小的损伤深度和减小的毛边。

此外，还可通过具有低离散度的均匀的速度分布而实现这些要求，从而优选通过根据本发明的第二方法获得该速度分布。这是因为，在磨削过程中，由于例如有限切割阈力，冷却润滑剂和研磨浆迁移现象，一般材料去除率不一定与磨削运动的压强和速度成比例地变化。因此，通常非均匀或离散速度分布将非均匀地加载加工层，并导致非均匀的材料去除，因此，导致半导体晶片的不良形式。

此外，优选选取充足的冷却润滑剂的流速，该流速避免加工层的过度磨损。冷却润滑剂极少导致加工层局部发热，并因此而过度负载磨粒(失去切割能力)、颗粒结合或由热膨胀和压力增大引起的非均匀磨损。冷却剂过多导致半导体晶片部分浮动(“浮水效应(aquaplaning)”)，并因此，同样损害材料去除的均匀性。

尤其是，还优选在磨削操作过程中因磨损而引起的加工层的厚度减小量总计小于在磨削操作过程中的半导体晶片的厚度减小量的10％，尤其优选小于2％。

根据本发明的五种方法中的每一种都有助于制造根据本发明的半导体晶片。然而，如果同时满足根据本发明的多个或所有的方法的要求，那么将产生半导体晶片的特别有利的尤其是创造性的性能。优选实施例

下面描述对于所有根据本发明的方法都有效的优选实施例：优选莫氏硬度≥6的硬质材料作为粘结在加工层内的磨料。现有技术中公知的可能磨料是金钢石、碳化硅(SiC)、二氧化铈(CeO₂)、刚玉(氧化铝、Al₂O₃)、二氧化锆(ZrO₂)、氮化硼(BN；立方氮化硼，CBN)，此外还有二氧化硅(SiO₂)、碳化硼(B₄C)一直到例如碳酸钡(BaCO₃)、碳酸钙(CaCO₃)或碳酸镁(MgCO₃)等的非常软的物质。然而，尤其优选金钢石、碳化硅(SiC)和氧化铝(Al₂O₃；刚玉)。

磨料的平均颗粒尺寸应当小于9μm。在金钢石作为磨料的情况下，粘结在加工层内的磨粒的优选尺寸平均为0.1到9μm，并且特别优选在0.1到6μm中。优选将金钢石单个地或作为团簇粘结在加工层的粘结基质内。在团簇粘结的情况下，颗粒直径被指定为优选与团簇组分的主要颗粒尺寸相关。

优选使用具有陶瓷粘结的加工层；特别优选合成树脂粘结；在具有团簇的加工层的情况下，也优选混合粘结系统(在团簇内是陶瓷粘结，在团簇和加工层基质之间是合成树脂粘结)。

优选加工层的硬度至少为80肖氏A(Shore A)。特别优选，以多层方式构造加工层，上下层具有不同的硬度，从而加工层的点弹性伸缩和长波柔度可彼此独立地满足该方法的要求。

在第一次使用加工层之前，为了使磨料可用于磨削操作，优选通过去除最高层而暴露粘结到加工层内的磨料。例如借助于磨石或刀片执行该初始修整过程，优选将该磨石或刀片安装在特别改良的载具上，并以在根据本发明的方法中的相似方式，通过旋转装置在两个加工圆盘上方引导它们。

优选使用包含与加工层内的磨料颗粒尺寸相同的磨粒的磨石实现修整。这些“修整块”可以是例如环形，并可被插入到外齿驱动环，因此可通过磨削机的旋转装置以适当方式在上下加工层之间引导这些“修整块”。在整理过程中，这些修整块优选扫过加工层的整个面积，并尤其优选甚至瞬时或连续地一定程度超过所述层的边缘。优选地，将磨料以这种方式粘结在修整块内，使得修整块的磨损依然允许经济的修整操作，但是在修整过程中，至少一层松散的修整块颗粒始终位于修整块和加工层表面之间的加工区域内，因此修整主要由自由(未粘结的)颗粒实现。

显然，这是因为修整过程在加工层内的表面附近产生扰动层，其深度大致具有修整颗粒的尺寸。从而，具有过量粗颗粒的修整块在加工层上压印一个结构，该结构的特征为修整块的颗粒，而不是加工层的性质。这对于在后续的磨削操作中尽可能均匀地自修整加工层的所需过程是不利的。过度细小的修整块产生过小的材料去除，并导致不经济的修整操作。最后，显然，由于在修整运动过程中的修整颗粒的旋转运动，主要利用自由修整颗粒的修整在加工层上施加的定向力小于主要利用固定修整颗粒的修整，结果，尽管经修整的加工层比较粗糙，但是其尤其各向同性。

优选，使用比在加工层内使用的磨粒软的颗粒修整或整理加工层。该修整颗粒尤其优选由刚玉(Al₂O₃)制成。

依照所要求保护的方法，在根据本发明的操作中，给定加工层和机器参数的适宜选择，去除在加工层的连续磨损中变钝的磨料残留物，并连续暴露具有高的切割能力的新磨料。从而可连续操作直至完成加工层的磨损。不出现后续修整干扰的该操作条件被称为加工层的“自修整加工(self-dressing working)”，并且是尤其优选的。在加工层表面上暴露的颗粒与半导体晶片的表面的啮合和由加工层和半导体晶片的相对运动实现的材料去除在技术上被称为“具有几何不确定切削刃的多颗粒磨削”。

优选以用于驱动磨削装置所选取的速度导致半导体晶片尽可能地平坦的方式操作磨削。由于工具和工件的运动的运动学耦合(“行星齿轮传动机构”)，那么可不再独立地选择加工圆盘的运动。特别地，可出现在其中不再在加工层的整个面积上产生完整、均匀的磨损的动作顺序。从而，加工层慢慢地失去其初始形式，并且在一定环境下，为了复原面平行的加工间隙，偶尔插入加工层的修整过程是重要的。优选地，选择加工层，从而获得具有尽可能少的磨损的自修整操作，并将驱动设定为如此，尽可能均匀地加载加工层，并结合始终具有尽可能好的形式的半导体晶片，因此尽可能少地实施该插入修整操作。如果最多在每个第20次循环(run)之后实施修整，那么对于小于1μm的半导体晶片的期望TTV，该操作仍然被认为是经济的；如果最多在每个第50次循环之后实施该修整，那么对于小于2的TTV，该操作仍然被认为是经济的。

进一步优选主要通过加工层面积啮合实现材料去除。“面积啮合”应该被理解为意指在通过传统杯状磨盘的磨削工艺进行加工时，如DDG或SSG，一般在磨削加工过程中与半导体晶片实际接触的加工层的面积的那部分要比杯状磨盘的磨削涂层的接触面积大得多。(在DDG的情况下，啮合的杯状磨盘的磨削涂层的接触面积占约为半导体晶片面积的0.5％至3％；在SSG的情况下，其约为0.5％至5％。)在根据本发明的方法的情况下，优选比例大于5％，并尤其优选10％至80％。

此外，还优选与加工层接触的载具的那些部分不包含金属。优选载具由完全无金属的材料制成，例如陶瓷材料。然而，还优选载具具有覆盖有非金属涂层的中心，该中心由例如钢或不锈钢制成。这样的涂层优选包括热塑性塑料、陶瓷或有机无机混合聚合物，例如有机改性陶瓷(Ormocer)(硅酸盐化合物)、金钢石(“类金钢石碳”，DLC)，但是作为替代品，也可包括硬铬镀层或镍-磷涂层。

在由金属制成或具有金属中心的载具的情况下，用于接收半导体晶片的镂空部分的壁优选布满陶瓷材料，从而在半导体晶片和载具的金属之间不产生直接接触。

优选地，相对于载具各自的中心，偏心配置用于在载具内接收半导体晶片的镂空部分，如此，载具的中点位于半导体晶片的外面。举例来说，在加工直径为300nm的半导体晶片的情况下，相对于载具中心，偏心距大于150mm。载具优选具有三到八个用于半导体晶片的镂空部分。在磨削操作过程中，优选五到九个载具同时位于磨削机内。

半导体晶片15的任意参考点18以轨迹速度

\dot{v} (t) = \overset{&OverBar;}{z} (t)

在加工圆盘1和4上方移动，该轨迹速度的绝对值

\dot{s} (t) = v (t) = | \overset{&OverBar;}{v} (t) |

优选0.02至100m/s的范围，特别优选0.02至10m/s的范围。由于存在一些限制，举例来说，正如在DE 10007390A1中所描述的适宜设备与可实现的主驱动的转速相关，该适宜设备一般是根据现有技术可用的，并适用于执行根据本发明的方法的典型设备，所以特别优选轨迹速度在范围0.2至6m/s内。

在主要加载步骤过程中，优选在加工过程中将加工层压向半导体晶片的压力和在加工层上的半导体晶片的轨迹速度，从而总去除率总计为2-60μm/min，总去除率即为在半导体晶片两面上的去除率之和。主要加载步骤应当被理解为意指在整个磨削处理中引起最大总去除比例的加工相，其中加工相则应当被理解为意指在所有方法参数保持恒定过程中的时段。一般，主要加载步骤是具有最高压力或比较而言最长的持续时间或两者的加工相。在加工层磨粒由平均尺寸为3-15μm的金钢石制成的情况下，尤其优选去除率在2.5至25gm/min之间。

在主要加载步骤中，加工圆盘施加到半导体晶片上的压力优选在0.007-0.5bar范围，尤其优选在0.012-0.3bar范围。对于该技术规定，该压力与被配置用于在装置内加工的半导体晶片的总面积相关，而与在加工层和半导体晶片之间的有效接触面积无关。

此外，在加工的主要加载过程中，优选加工圆盘朝与载具的平均旋转速度相反的方向旋转。而且，特别优选压强、转速和轨迹速度对于不同的加工相呈现不同的值。最后，还特别优选加工圆盘朝与特定低压加工相(“无火花磨削”相)相同的方向旋转。该无火花磨削相是有利的，特别是在整个磨削处理的结尾，因此优选该无火花磨削相。

用于根据本发明的方法的冷却润滑剂优选包括下列物质中的一种或多种物质的水基混合物：粘度改进添加剂，特别是粘度提高的添加剂，例如，如短或长链聚氧乙二醇等的二醇类、醇类、溶胶或凝胶(例如高分散硅石加成化合物)，和被认为是冷却剂或润滑剂的类似物质。进一步优选pH改进添加剂，例如酸溶液、碱溶液和复合缓冲溶液。特别优选碱性添加剂，例如氢氧化钾(KOH)、碳酸钾(K₂CO₃)、羟化四甲基铵(tetramethylammonium hydroxide)(N(CH₃)₄OH)、碳酸四甲基铵(tetramethyl ammonium carbonate)(N(CH₃)₄CO₃)、氢氧化铵(NH₄OH)和氢氧化钠(NaOH)。优选冷却润滑剂的pH值在7.0-12.5范围内。此外，可添加复合剂，特别是那些形成铜复合物的复合剂。然而，特别优选的冷却润滑剂还可是无任何添加剂的纯水。

优选通过上加工圆盘内的通道被添加到加工间隙的冷却润滑剂的量在0.2和501/min之间的范围内，特别优选在0.5和201/min之间。规定值是在整个磨削处理时测量的平均值，并且其与大约1.5m²的加工圆盘有效表面面积相关，这与例如在DE 10007390Al中公开的装置一样，并且该装置适于执行根据本发明的方法。

优选根据本发明的方法用于加工由直径大于或等于100mm的单晶硅制成的半导体晶片，特别优选直径等于或大于300mm的单晶硅制成的半导体晶片。在通过根据本发明的方法加工之前，优选初始厚度为500-1000μm。对于直径为300mm的硅晶片，特别优选初始厚度为775-950μm。

在将半导体晶锭分离成晶片之后(例如通过线切割、带切割或内径切割)，且在完成精加工之前(例如通过化学机械抛光)，通过根据本发明的方法加工半导体晶片。可在分离和根据本发明的方法之间或在根据本发明的方法和最后的精加工之间任意添加更多的加工步骤，而不损害用于根本目的的根据本发明的方法的所要求保护的特征。这些步骤可以是例如在现有技术中指定的来自加工顺序组b)、c)和d)的用于制造半导体晶片的进一步机械、化学或化学机械加工步骤(如上)。

优选在由根据本发明的方法加工之后的半导体晶片的最终厚度为500-950μm，特别优选775-870μm。优选总去除量，即半导体晶片两个面的单个去除的总和，总计为7.5-120μm，特别优选为15-90μm。

优选将根据本发明的磨削方法放在半导体晶锭分离为晶片的步骤之后的依照现有技术的机械加工方法之后。

进一步优选，允许在根据本发明的方法之后进行在最后的精加工之前的依照现有技术的进一步细加工方法。

最后，优选在晶锭分离和由依照现有技术的方法的前加工步骤和后加工步骤执行的精加工之间增补根据本发明的磨削方法。

特别优选，在晶锭分离之后，直接对半导体晶锭实施根据本发明的磨削方法，之后对半导体晶片实施化学机械抛光，而且不进一步执行任何其它的材料去除加工步骤。可知，材料去除是蚀刻处理、研磨处理或磨削处理，其中从半导体晶片去除的材料厚度大于执行完根据本发明的方法之后的在半导体晶片上剩下的厚度变化(TTV)。因此，上述意图不是排斥不是这种方式的材料去除的步骤，例如材料去除量小于在根据本发明而加工的半导体晶片上剩下的厚度变化(TTV)的清洗、蚀刻、磨削或抛光步骤，或者测量步骤、拣选步骤和不显著改变半导体晶片的面积的步骤，例如边缘磨圆或抛光。

根据本发明的半导体晶片的描述

根据本发明的方法的应用结果是半导体晶片，特别是对于一些根据本发明的方法或优选所有根据本发明的方法的适当组合而言，该半导体晶片的厚度变化小，其残留不均匀度不是由所谓的“磨削脐”(晶片中心的局部厚度减小)或所谓的“毛边”(半导体晶片边缘区域的厚度减小)确定的，并且其表面大部分各向同性，特别是不具有被称为磨削痕的加工痕的中心对称或径向对称分布，其表面粗糙度小于70nm RMS。

特别地，根据本发明的半导体晶片具有如下优点：

一各向同性的磨削图形，其中具有相对于对称点或轴彼此相对平行或对称的磨削痕的区域总计小于半导体晶片整个表面的10％。下面说明了磨削图形的各向同性程度的判定。

图12示出每单位角度的半导体晶片上的磨削痕的累积长度，其作为经加工的半导体晶片的各向同性的测量结果(平面极坐标内的直方图)。以将该累积长度对所有角度归一化为平均磨削痕长度的方式确定该累积长度。图12(A)显示根据本发明的具有各向同性磨削图形的半导体晶片的基本均匀分布的加工痕35，其总体长度大致相等(相对于所有角度的平均累积磨削痕长度，每单位角度的累积磨削痕长度的变化小于±10％)。图12(B)表示非根据本发明的各向异性半导体晶片的磨削痕直方图36。为了确定数值，目测半导体晶片表面，并确定分配给每单位角度的数(这里是：每15°；在±7.5°内)，其乘以磨削痕的长度。因为，在磨削方法中，磨削痕的尺寸和深度与所使用的磨粒的尺寸相似，这种方法是可靠的、可实施的，并且在给定限制(±10％)范围内基本没有超细痕或超粗痕引起的模糊性。作为替换，例如还可使用低复杂角度分辨的散射光的方法，其中以与角度相关的方式测量半导体表面的光泽，并将其角度变化用作表面各向同性的测量结果的值。相对于半导体晶片的定位槽(定位槽＝0°)指定该角度。

一减去1mm的排除边缘(edge exclusion)，在整个半导体晶片上的厚度变化小于1μm，其中可获得等于或甚至小于50nm的厚度变化。术语“厚度变化”应被理解是常规参数“TTV”(总厚度变化)。

一分配给位于半导体晶片边缘处的宽度为半导体晶片直径的1/10的区域的厚度变化小于0.7μm，其中也可获得等于或小于50nm的值。因此，根据本发明的半导体晶片没有明显的毛边。

一分配给位于半导体晶片中心的直径为半导体晶片直径的1/5的区域的厚度变化小于0.3μm，其中也可获得等于或小于50nm的值。因此，根据本发明的半导体晶片没有明显的磨削脐。

一在每一个例子中，翘曲量和弯曲量小于15μm，其中也可获得等于或小于1μm的值。根据ASTM F 1390和DIN 50441-5定义参数“翘曲量”，并根据ASTM F534和DIN 50441-5定义参数“弯曲量”。

一均RMS粗糙度小于70nm，其中也可获得等于或小于1nm的值。给定值与相关长度范围1μm-80μm相关。

一在表面附近的晶体损伤深度小于10μm，并可达0.2μm或更小。

实例

为了引出参考图4至图7在下面描述的实例1至4，使用了一种装置，与本发明相关的该装置的特征在DE 10007389 A1中得以描述，并且该装置已经在上面描述过(polishing machine Peter WoltersAC-1500P3)。对于下面指定的例子，使用由美国3M公司提供的各种“

diamond tile”玻璃纱布作为加工层，其在例如US 6007407中得以描述。以自粘方式将纱布安装在背面上，并将该纱布粘结在双面加工装置的加工圆盘上。在下面的实例中使用的纱布充满金钢石作为磨料。颗粒尺寸分布为2-6μm。对于实例1、3和4中使用的布，根据本发明固定地粘结磨料；只有在实例2中，磨料是松散的，然而，因此磨料涂层被快速地磨破，并且功能化为与工件非根据本发明自由啮合的颗粒的“分散剂”。

使用在分离(线切割)之后获得的具有初始表面的300mm硅单晶晶片作为工件。硅单晶晶片的初始厚度为915μm。在所有实例中，材料去除量为90μm，从而，经加工之后的最终厚度为825μm。半导体晶片被插入由玻璃纤维增强的环氧树脂(EP-GRP)制成的载具内，该载具的初始厚度为800μm(由于磨损厚度减小)。在每种情况内五个载具所包含的载荷是每一载具具有的一个半导体晶片。在工件上加工的过程中，加工圆盘的压力约为340 daN，并且其升高或降低，从而获得平均10-20μm/min的去除率。

使用水(超纯去离子水)作为冷却润滑剂，并且将其以在3-201/min之间的速度通过上加工圆盘内的孔供应到加工间隙内。

实例1

图4示出由单晶硅制成的直径为300mm的半导体晶片的厚度剖面图，通过具有根据本发明的第一、第二、第三、第四和第五方法的所有特征的根据本发明的方法加工获得该半导体晶片。通过将四个在相对于半导体晶片的取向特性槽的0°、45°、90°和135°处的径直加工的各个测量值平均而确定该厚度剖面图。考虑所有所测量的厚度值，确定在整个半导体晶片上的厚度变化(总厚度变化，TTV)，在该实例中，其总计为0.62μm。通过电容测量方法的帮助确定该厚度剖面图，在该电容测量方法中，一对彼此相对的测量探针确定在该对探针之间引导的半导体晶片的正反面的距离。排除边缘(半导体晶片的不可测边缘区域)是1mm。在图中，H表示半导体晶片的厚度(单位为微米)，ρ表示各自测量的厚度值的径向位置(单位为毫米)。实例2

图5示出没有根据本发明加工的半导体晶片的厚度剖面图。自半导体晶片的材料去除主要由加工过程中的自由(未粘结)颗粒(“寄生研磨”)实现。由于从自由加工间隙越过半导体晶片的边缘到半导体晶片中心的对于总面积的材料去除是必要的传输，并且由于在该路径(磨损)上的颗粒切割能力的丧失，从半导体晶片边缘到半导体晶片中心出现具有去除能力的颗粒的耗尽。因此，半导体晶片边缘处的材料去除高于半导体晶片中心处的材料去除。这导致半导体晶片的朝向边缘24厚度减小的凸面形状(“毛边”)。TTV为1.68μm。

实例3

图6示出经装置加工之后的半导体晶片的厚度剖面图，该装置适于以根据本发明的方式执行所要求保护的方法，但是加工圆盘不是根据本发明的，即变形的加工圆盘。

由于加工圆盘由相应的热膨胀系数不同的不同材料组成，所以在给定的不适宜的温度选择下，由于“双金属效应”，总是产生特定的不可避免的形变。此外，面平行的干扰可由在其自身的加工顺序过程中的与时间相关的温度输入产生，例如，在加工间隙30内执行的加工操作的结果(其导致加热)；由于从加工区域30至加工圆盘1和4温度梯度升高，加工圆盘形变(以与时间相关的方式)。以这种方式加工的半导体晶片具有明显的凸面33(中心区域厚度大，而边缘区域厚度小)。

在图6中示出的实施例中，在加工过程中，仅采用不充足的测量用于保持加工间隙内的温度恒定(对加工圆盘的双冷却系统的温度的选取不适当；对供给加工间隙的冷却润滑剂(水)的温度和量的控制不充分)。在该实例中所获得的半导体晶片的TTV为3.9μm。

实例4

图7示出经在根据本发明的装置内加工之后的半导体晶片的厚度剖面图，并且根据本发明均匀磨损加工层(尺寸恒定)，根据本发明保持温度和加工圆盘形状恒定，但是选取非根据本发明的运动学。载具的固有转速和载具绕旋转装置中心的旋转速度之间的差值绝对值稍微大于相对于加工圆盘的载具的旋转速度值，因此相对于一个加工圆盘，半导体晶片描绘长短辐圆外旋轮线，而相对于另外一个加工圆盘，半导体晶片描绘长短辐圆内旋轮线。因实例中所选取的驱动速度显然在根据本发明的范围之外，但是仍然接近根据本发明的范围，结果依然非常好，TTV为0.8μm。

Claims

1.一种用于同时双面磨削多个半导体晶片的方法，其中每一半导体晶片都保持在这样的状态，即在通过旋转装置旋转的多个载具中一个载具的镂空部分内可自由移动并因此在摆线轨迹上移动，其中以材料去除方式在上下两个旋转加工圆盘之间加工所述半导体晶片，其中每一所述加工圆盘包括含有粘结磨料的加工层，其中在加工过程中测量加工间隙内的主导温度并通过根据所测量的温度改变供给所述加工间隙的冷却润滑剂的流速或温度或流速和温度而保持该主导温度恒定，其中所述加工间隙形成在连接在上加工圆盘和下加工圆盘上的所述加工层之间。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述载具绕所述旋转装置的中点且相对于所述两个加工圆盘中的每一个的每单位时间内的转数值比单个所述载具绕其各自中点的转数值大。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述半导体晶片相对于所述两个加工圆盘经过的所述轨迹的长度相等。

4.如权利要求2所述的方法，其中所述半导体晶片相对于所述两个加工圆盘经过的所述轨迹的长度之差和所述轨迹的所述长度的平均值的比值小于20％。

5.如权利要求1所述的方法，其中对于每一径向位置r，所述两个加工层的理论磨损值(r)之差和所述两个加工层的磨损值的平均值之间的比值小于1/1000，其中每一所述加工层的理论磨损值由下式给出：

其中a表示在所述加工圆盘上的所述载具绕所述旋转装置中点的旋转运动的节圆半径；e表示目前所考虑的参考点和相应载具的中点之间的距离；l(e)表示以相应载具的中点为中心的具有半径e的圆的在所述半导体晶片区域内划过的弧度；r表示关于所述加工圆盘的中点的径向位置；σ_i表示所述载具绕所述加工圆盘中点的旋转的角速度；ω_i表示所述载具绕其各自的中点的固有旋转的角速度，e_min＝max{0；e_ecc-R}和e_max＝e_ecc+R表示对e的积分上限和下限，其中R等于所述半导体晶片的半径；e_ecc表示在所述载具内的所述半导体晶片的偏心率，对于上加工圆盘指数i＝0或对于下加工圆盘指数i＝u表示角速度σ_i和ω_i是与所述上加工圆盘相关还是与所述下加工圆盘相关。

6.如权利要求1所述的方法，其中对于每一所述加工层，每一径向位置r的理论磨损值

(r)与整个所述加工层的平均理论磨损值的偏差小于30％，其中每一所述加工层的理论磨损值由下式给出：

7.如权利要求5或6所述的方法，其中由于磨损，每一所述加工层的厚度均匀度的变化总计小于在所述同时双面磨削过程中的所述半导体晶片的厚度减小值的百分之一，其中加工层的所述厚度均匀度被定义为在与所述半导体晶片接触的相应的所述加工层的整个区域上的最大厚度和最小厚度之差。

8.如权利要求1所述的方法，其中由在所述加工层磨损过程中释放的所述磨料引起的所述材料去除所占的总的所述材料去除的比例总是小于由固定在所述加工层内的所述磨料引起的所述材料去除所占的比例。

9.如权利要求8所述的方法，其中在所述同时双面磨削过程中由于所述磨损而引起的所述加工层的厚度减小总计小于所述半导体晶片的厚度减小的10％。

10.如权利要求9所述的方法，其中在所述同时双面磨削过程中由于所述磨损而引起的所述加工层的所述厚度减小总计小于所述半导体晶片的所述厚度减小的2％。

11.如权利要求1-6和8-10中的一项所述的方法，其中在所述同时双面磨削过程中，每一所述半导体晶片的所述面积的至少5％总是与所述加工层接触。

12.如权利要求1-6和8-10中的一项所述的方法，其中以可松开的方式将所述加工层连接到相应的所述加工圆盘，并且可更换所述加工层。

13.如权利要求12所述的方法，其中通过粘结，磁力地、静电地覆盖，抽真空或钩环扣的方法将所述加工层连接到相应的所述加工圆盘。

14.如权利要求1-6和8-10中的一项所述的方法，其中与所述半导体晶片接触的所述加工层的区域的硬度大于或等于80肖氏A。

15.如权利要求1-6和8-10中的一项所述的方法，其中被粘结在所述加工层内的所述磨料的平均颗粒尺寸小于9μm。

16.如权利要求1-6和8-10中的一项所述的方法，其中使用具有颗粒尺寸等于用于所述加工层的所述磨粒的尺寸的修整颗粒的修整块修整或整理所述加工层。

17.如权利要求16所述的方法，其中通过不再粘结在所述修整块内的松散颗粒修整或整理所述加工层。

18.一种利用根据权利要求1-6和8-10中的一项所述的方法制造的半导体晶片，其特征在于：

-各向同性的磨削图形，其中具有关于对称点或对称轴彼此平行或对称的磨削痕的区域占整个所述半导体晶片表面的10％以下，

-减去1mm的边缘，在整个所述半导体晶片上的厚度变化小于1μm，

-分配给位于所述半导体晶片边缘处的宽度为半导体晶片直径的1/10的区域的厚度变化小于0.7μm，

-分配给位于所述半导体晶片中心的直径为所述半导体晶片直径的1/5的区域的厚度变化小于0.3μm，

-在每种情况下，翘曲量和弯曲量小于15μm，

-在相关长度范围1μm到80μm内的RMS粗糙度小于70nm，并且

-在所述表面附近的晶体损伤深度小于10μm。