CN102601725B - 在双面加工设备的两个工作盘的每个盘上提供平坦工作层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在双面加工设备的两个工作盘(13、26)的每一个工作盘上提供平整工作层(32、39)的方法，所述双面加工设备包括环形的上工作盘(13)、环形的下工作盘(26)和辊装置(20、21)，其中以相对于所述双面加工设备的对称轴(28)可旋转的方式安装所述两个工作盘(13、26)和辊装置(20、21)，并且其中所述方法按照如下顺序包括以下步骤：(a)将下中间层(29)施加于所述下工作盘表面(26)和将上中间层(16)施加于所述上工作盘表面(13)；(b)通过至少3个修整设备同时平整所述两个中间层(16、29)，所述修整设备均包括修整盘(34)、至少一个包含磨料物质的修整体(35、36)和外齿(37)，其中在压力以及加入不包含具有摩擦功能的物质的冷却剂下，所述修整设备通过辊装置(20、21)和外齿(37)以摆线轨迹在所述中间层(16、29)上运动，并由此从所述中间层(16、29)去除材料；和(c)将厚度均匀的下工作层(32)施加于下中间层(29)和将厚度均匀的上工作层(39)施加于上中间层(16)。

Description

在双面加工设备的两个工作盘的每个盘上提供平坦工作层的方法
技术领域
本发明涉及在双面加工设备的两个工作盘的每个盘上提供平坦工作层的方法，所述双面加工设备包括环形的上工作盘、环形的下工作盘和辊装置，其中以绕所述双面加工设备的对称轴可旋转的方式安装所述两个工作盘和辊装置。
背景技术
电子、微电子和微电子机械需要作为起始材料的半导体晶片具有极高的整体和局部平坦度、单面平坦度(纳米形貌)、粗燥度和清洁度的要求。半导体晶片是由半导体材料构成的晶片，所述半导体材料例如是元素半导体(硅、锗)、化合物半导体(如由元素周期表中的第三主族的元素如铝、镓或铟和元素周期表中的第五主族的元素如氮、磷或砷构成的)或它们的化合物(如Si1-xGex，0＜x＜1)。
根据现有技术，半导体晶片是通过多个连续的加工步骤制造的，所述加工步骤通常可分类为如下组别：
(a)制造通常为单晶的半导体棒；
(b)将该棒切割为单个的晶片；
(c)机械加工；
(d)化学加工；
(e)化学机械加工；
(f)任选地制成层结构。
在用于特别高要求应用的半导体晶片制造中，在该情况中有利的顺序包括至少一个加工方法，其中利用两个工作表面，在一个加工步骤中以去除材料的方式同时加工半导体晶片的两面，所述方法精确至通过引导设备使材料去除过程中施加在正面和背面上的半导体晶片的加工力相互补偿，并且在半导体晶片上不施加约束力，也就是说以“自由浮动”的方式加工半导体晶片。
在现有技术中，优选的顺序是至少3个半导体晶片的双面都同时在两个环形工作盘之间以去除材料的方式加工，其中半导体晶片松散地插入至少3个向外有齿的引导盒(支承件)的容纳口中，其利用辊装置和外齿，在压力下，沿摆线轨迹，引导通过在两个工作盘之间的工作间隙，使得在该情况中，它们可完全绕双面加工设备的中心点旋转。使用旋转支承件并以该方式在整个区域以去除材料的方式同时加工多个半导体晶片的两面的方法包括双面磨光(“磨光”)、双面抛光(DSP)和利用行星式动力学的双面研磨(行星式衬垫研磨，PPG)。其中，特别是DSP和PPG是尤其重要的。相对于磨光，在DSP情况和在PPG情况中的工作盘还包括工作层，工作层相互面对的面构成工作层。PPG和DSP是现有技术中已知的，并在以下将简要描述。
“行星式衬垫研磨”(PPG)是属于机械加工类的方法，其利用研磨造成材料的去除。如在DE102007013058A1对其进行了描述，并且如在DE19937784A1中对其适用的设备进行了描述。在PPG的情况中，每个工作盘包括含有粘结磨料的工作层。所述工作层以结构化的研磨垫形式存在，所述研磨垫以粘结、磁力、以强制联锁的方式(如钩环紧固件)或利用真空固定在工作层上。所述工作层对工作盘具有充分的粘合性以使其在加工过程中不位移、不变形(形成卷边)或脱离。但是，利用剥离装置可将它们容易地从工作盘上取下，并因此可快速地更换，使得不需要较长的安装时间，可在用于不同应用的不同类型的研磨垫之间快速更换。如在US5958794中描述了在背面上设计为自粘合的研磨垫形式的合适工作层。用于该研磨垫中的磨料优选是金刚石。
双面抛光(DSP)属于化学机械加工类的方法。在US2003/054650A中描述了半导体晶片的DSP加工，并在DE10007390A1中描述了其适用的设备。在该说明书中，“化学机械抛光”应理解为利用混合作用的材料去除，其包括利用碱性溶液的化学蚀刻和利用分散在含水介质中的松散颗粒的机械磨蚀，通过抛光垫将松散颗粒与半导体晶片接触，抛光垫不包含与半导体晶片发生接触的硬物质，并由此在压力下和相对运动中造成从半导体晶片上的材料去除。在DSP的情况中，工作层以抛光垫的形式存在，并且抛光垫以粘结、磁力、以强制联锁的方式(如钩环紧固件)或利用真空固定在工作盘上。在化学机械抛光过程中，所述碱性溶液优选具有9-12的pH值，并且分散在其中的颗粒优选为胶体分散的二氧化硅凝胶，所述凝胶颗粒的粒径在5nm至数微米之间。
对于PPG和DSP常见的是工作表面平坦度和平行度直接决定通过它们加工的半导体晶片的平坦度和平行度。对于PPG，这描述于DEDE102007013058A1。对于特别高要求的应用，可采用由半导体晶片的平面平行度和由此而来的工作表面的平面平行度构成的特别高要求的需求。
首先，工作表面的平坦度关键取决于负载工作层的工作盘的平坦度。已知将以下方法用于制造尽可能平坦的双面加工设备的工作盘。
例如，已知利用翻转工具去除芯片而将工作盘坯料翻转。优选在已将工作盘安装在双面加工设备上之后进行面翻转，因为后续安装可再度使工作盘受力或变形。或者，还可在安装于相对较大的加工设备之前，例如通过研磨至平整对工作盘进行加工，然后需以显示出特别低的应力的形式将其安装。但是，所有这些已知的技术手段的共同点是它们确实可改进工作盘的平坦度，但却还未达到制造用于特别高要求应用的半导体晶片需要的程度。
工作表面相互之间的平行度同样首先关键取决于负载工作层的工作盘的平行度。已知以下方法用于制造相互之间尽可能平行的双面加工方法的工作盘。
首先，在装入到双面加工处理设备之后翻转或在装入到双面加工处理设备之前在单独的加工设备上研磨，由此能够使通常牢固地安装在双面加工设备上的一个工作盘，优选是下工作盘尽可能地平坦。然后将另一工作盘，优选是上工作盘装入到双面加工设备中，并对着下工作盘进行研磨，所述上工作盘通常通过万向轴安装(mountedcardanically)，并可由此至少整体平均地总是与下工作盘呈平行取向。在单独的加工设备中先将上工作盘面翻转也是可能的；但是在该情况中，对于两个工作盘需要在装入到双面加工设备之后相互研磨以去除翻转时的加工碎屑或来自因大切削体积所需的多次更换或取下翻转工具的碎屑。
由于工作盘最终总是需要进行研磨，所以在平整过程结束时，它们具有凸轮廓，并因此它们相互面对的表面仅以不充分的程度相互平行。
现有技术公开了确保最可能的工作表面的面平行化，一旦已建立，甚至在热学和力学循环负载下也可维持的可能性。如在DE10007390A1中描述了具有良好冷却性的特别坚硬的工作盘。如在DE102004040429A1或DE102006037490A1中公开了灵活设置工作盘形式的可能性。但是，这些对于加工过程中使工作盘有意变形的方法不适用于使初始不平整的工作盘平坦至施加于工作盘上的工作层的工作表面具有制造用于特别高要求应用的半导体晶片所要求的两个工作表面相互之间的平坦度和平行度。
最后，工作表面的平坦度和两个工作表面相互之间的平行度取决于施加在工作盘上的工作层的厚度。如果其厚度和弹性高度一致，则工作层最佳地呈现了工作盘的形状。
最后，现有技术公开了对工作层修整的方法。修整应理解为表示从工具上有意去除材料。在成型修整(“整型修整”)和改变工具的表面性质的修整(“磨光”、“调整”、“调节”)之间存在差异。在成型修整的情况中，在合适的修整设备的辅助下从工具中去除材料，其方式为产生将与工件接触的所述工作元件的期待目标形状。相比之下，在仅改变工具的表面性质的修整情况中，几乎不去除材料而恰好达到期待性质的变化，如粗糙化、清洁或调整，但是在所述过程中避免所述工具形状的严重变化。
但在DSP情况中，由于抛光垫的有效层极其薄，所以不能进行工作层(抛光垫)的成型修整。其有效层如此薄是由于在其使用过程中实际向抛光垫施加无材料去除的磨损。由于在DSP的情况中不能进行成型修整，对从不平整的工作盘得到不平整的工作表面无法改正。
在PPG的情况中，利用粘结于其中的磨料，工作层(研磨垫)与半导体晶片啮合并在压力和相对运动下导致材料去除。由此研磨垫被磨损。由于PPG研磨垫被磨损，其有效层通常具有较厚的厚度(至少为数十毫米)，并因此经济使用而不发生频繁地因更换研磨垫产生的生产中断是可能的，并且其平坦度可通过重复修整而重建。在现有技术中，在已使用新的研磨垫之后对其进行修整以将磨料颗粒暴露在工作表面上(初始修整)。如在T.Fletcher等人，Optifab，Rochester，NewYork，May2，2005中描述了初始修整的一种方法。
初始修整本身和用于重建工作表面形状的常规修整伴随着少量材料从工作层上的去除，使得不显著地缩短研磨垫的服务寿命。
理论上，在PPG的情况中，相对于DSP可利用显著更长的成型修整以修整工作层，使得即使在不平坦的工作盘上得到平整的工作表面，这是现有技术所不能更好地制造的。但在该情况中，材料的初始有效层高度的较大部分必须从研磨垫上去除，例如超过三分之一。这使得所述方法不经济(昂贵的研磨垫的高消耗、修整块的高消耗、具有长时间的安装中断的过长的修整过程)。
发明内容
因此，本发明的目的是进一步改进用于DSP或PPG的双面加工设备的工作层的平坦度和平面平行度，而不需要通过对工作层进行成型修整大量去除材料。
通过在双面加工设备的两个工作盘的每一个上提供平坦工作层的方法实现该目的，所述双面加工设备包括环形的上工作盘、环形的下工作盘和辊装置，其中以绕所述双面加工设备的对称轴可旋转的方式安装所述两个工作盘和辊装置，并且其中所述方法以如下顺序包括以下步骤：
(a)将下中间层施加于所述下工作盘表面并将上中间层施加于所述上工作盘表面；
(b)通过至少3个修整设备同时平整所述两个中间层，所述修整设备各包括修整盘、至少一个包含磨料物质的修整体和外齿，其中在压力以及在加入不包含具有摩擦功能的物质的冷却剂下，所述修整设备通过辊装置和外齿以摆线轨迹在所述中间层上运动，并由此从所述中间层上去除材料；和
(c)将厚度均匀的下工作层施加于下中间层和将厚度均匀的上工作层施加于上中间层。
根据本发明的方法能够提供高度平坦的工作表面，而不需要进行成型修整。因此，所述方法还可用于DSP的情况，在该情况中，鉴于其小厚度，不能进行工作层的成型修整。在PPG的情况中，可避免厚度的大幅下降，并由此避免与成型修整相关的工作层可能的服务寿命大幅下降。
附图说明
图1：工作盘之间距离的径向曲线(radicalprofile)。
图2：下工作盘形状的径向曲线。
图3：通过非本发明的方法制造后的工作表面之间距离的径向曲线。
图4：通过本发明的方法制造后的工作表面之间距离的径向曲线。
图5：根据现有技术的双面加工设备的主要部件的示意图。
图6：用于根据本发明方法平整中间层的修整设备的实施方案。
图7：根据本发明方法的步骤a)-c)的示意图。
附图标记
1、在0°方位角的情况中工作盘之间距离的径向曲线(非根据本发明的方法)
2、在90°方位角的情况中工作盘之间距离的径向曲线(非根据本发明的方法)
3、在180°方位角的情况中工作盘之间距离的径向曲线(非根据本发明的方法)
4、在270°方位角的情况中工作盘之间距离的径向曲线(非根据本发明的方法)
5、在0°方位角的情况中下工作层形状的径向曲线(非根据本发明的方法)
6、在90°方位角的情况中下工作层形状的径向曲线(非根据本发明的方法)
7、在180°方位角的情况中下工作层形状的径向曲线(非根据本发明的方法)
8、在270°方位角的情况中下工作层形状的径向曲线(非根据本发明的方法)
9、在0°方位角的情况中工作表面之间的工作间隙的径向曲线(根据本发明的方法)
10、在90°方位角的情况中工作表面之间的工作间隙的径向曲线(根据本发明的方法)
11、在180°方位角的情况中工作表面之间的工作间隙的径向曲线(根据本发明的方法)
12、在270°方位角的情况中工作表面之间的工作间隙的径向曲线(根据本发明的方法)
13上工作盘
14半导体晶片
15支承件(carrier)
16上中间层
17工作表面之间的工作间隙
18用于进料液体工作介质的通道
19下工作表面
20外针齿轮
21内针齿轮
22用于测定靠近内圆周的工作盘表面之间的间隙宽度的设备
23用于测定靠近外圆周的工作盘表面之间的间隙宽度的设备
24上工作盘的转轴
25下工作盘的转轴
26下工作盘
27用于容纳半导体晶片的支承件的开口
28双面加工设备的整体转轴和对称轴
29下中间层
30平整前的下中间层表面
31平整后的下中间层表面
32下工作层
33通过本发明的方法制造之后的下工作层的平坦工作表面
34修整盘
35上修整体
36下修整体
37修整设备的外齿
38上工作表面
39上工作层
40平整前的上中间层表面
41平整后的上中间层表面
42通过本发明的方法制造之后的上工作层的平坦工作表面
W工作盘相互面对的表面之间的距离
U下工作盘的高度(厚度)
G工作表面之间的距离
R工作盘上的径向位置
no上工作盘的转速
nu下工作盘的转速
ni内针齿轮的转速
na外针齿轮的转速
具体实施方式
以下参照附图和具体实施方案详细描述本发明。
图5显示了本发明涉及的用于使用旋转支承件对多个半导体晶片的两面同时进行材料去除加工的设备的主要部件：上部的环形工作盘13和以转速no和nu绕共线轴24和25旋转的下工作盘26。内针齿轮21设置在环形工作盘13和26的内直径里，外针齿轮20设置在环形工作盘13和26的外直径外，所述针齿轮以转速ni和na，相对于工作盘共线旋转并由此绕双面处理设备的整体轴28旋转。内针齿轮21和外针齿轮20形成辊装置，至少3个具有合适外齿的支撑件15插入所述辊装置中。图5显示了插入例如5个支撑件15的双面加工设备。支撑件15具有至少一个，但优选多个用于容纳半导体晶片14的开口27。在图5所示的实施例中，在5个支承件的每一个中分别插入3个半导体晶片14。因此，在该实施例中，每次加工过程(机器批次)同时加工15个半导体晶片14。
根据本发明，两个工作盘13和26在它们相互面对的表面上承载中间层(在图5和7中的上中间层16和图7中的中间层29)。所述中间层的相互面对的表面承载工作层(图5中的上工作层39和图7中的下工作层32)。工作层39和32的相互面对的表面形成工作表面38和19。在加工中工作表面38和19与半导体晶片14的正面和背面接触。
利用辊装置20、21和外齿，具有半导体晶片14的支承件15沿摆线轨迹同时引导至上工作表面38和下工作表面19上。在该情况中显示的双面加工设备的特征在于在该情况中支承件绕设备整体的轴28，沿行星式轨迹旋转。将在工作表面38和19之间形成、并且在该情况中支承件在其中运动的空间称为工作间隙17。在加工中，上工作盘13向下工作盘26施加力，并且在上工作盘13中通过通道18加入工作介质。
如果将图5中所示的双面加工设备用于化学机械双面抛光，工作层39和32是不包含具有摩擦作用的硬物质的抛光垫，其在加工中与半导体晶片14的表面接触。通过通道18加入到工作间隙17中的工作介质是抛光剂，其优选包含pH值为9-12的胶体分散的二氧化硅凝胶。
如果将图5中所示的双面加工设备用于根据PPG原理的双面研磨，则工作层39和32是包含固结磨料物质的研磨垫，其与半导体晶片14的表面接触。通过通道18加入到工作间隙17中的工作介质是冷却润滑剂，其不包含具有摩擦作用的物质。优选地，将不具有其它添加剂的纯水用作PPG情况中的冷却润滑剂。
通过所述半导体晶片14相对于工作层39和32的运动最终造成材料的去除。在DSP的情况中，利用(1)抛光垫；(2)包含反应性OH-基团的碱性抛光剂的二氧化硅溶胶和(3)面对各抛光垫的半导体晶片14表面的三体相互作用进行材料去除。在PPG的情况中，利用(1)具有粘结磨料的研磨垫和(2)面对各抛光垫的半导体晶片14表面的二体相互作用进行材料去除。
在工作表面38和19之间形成的工作间隙17的形状主要决定了在该间隙中加工的半导体晶片14的形状。尽可能平行的间隙轮廓得到具有高度平行的正面和背面的半导体晶片14。相比之下，径向间隙或方位角起伏(“摆动”)的间隙得到较差的正面和背面的平面平行度，例如在半导体晶片表面的厚度或起伏为楔形形状。因此，一些双面加工设备具有传感器22和23，所述传感器设置在例如上工作盘13中的不同径向位置，并且在加工过程中测量工作盘13和26的相互面对的表面之间的距离。
工作盘13和26之间距离的测量间接得到造成从半导体晶片14上去除材料的工作表面38和19之间的距离，因此是关键性的。至少间接由此，并且在给出工作层39和32厚度的信息的情况下，例如因为工作层39和32受到恒定且由此可预测的磨损，可推导出半导体晶片14的厚度。这使得当得到半导体晶片14的目标厚度时按意图地最后关停。
此外，使用设置在不同径向位置的多个传感器22和23另外可总结出径向曲线和在对距离测量的良好的暂时转化和对两个工作盘的转角的绝对角度编码下至少理论上有关于工作间隙17的方位角曲线。一些双面加工设备由此额外地装配有例如通过工作盘的变形使工作间隙变形的传动部件，其通常仅在径向(开口)上并具有限定的单参数特性。如果按照所测距离的变形在闭合控制的回路中连续实施，则即使在加工过程中在热和机械循环负载下可设置高度平行的工作间隙，并且将其保持恒定。
图7表明了制造均匀工作间隙所要求的根据本发明的方法的部分步骤。
在步骤(a)中，将上中间层16和下中间层29施加于(图7(B))不平整的上工作盘13和下工作盘26(图7(A))。施加的中间层16、29优选具有一定的弹性度，以能够呈现各工作盘的形状，从而形成强制互锁复合体(positivelylockingcomposite)。由于它们呈现工作盘的形状，它们相互面对的表面40和30恰好与工作盘13和26的表面一样不平整。
对于所述中间层，优选塑料。由塑料构成的板甚至在大尺寸下也是可用的，并具有良好的尺寸精确性，而且可容易地以材料去除的方式加工。利用不间断的拼接，所述中间层还可由多个板构成。通过修整步骤去除在各“瓦片”的相邻边缘处的可能的初始厚度差异，由此产生均匀的覆盖。塑料通常是差的导热体。在整个表面上发生从半导体晶片随后运动的工作间隙的热传导至工作盘，所述热传导通常通过迷宫式冷却弥散，并由此造成所得加工热量的耗散，这使得即使在施加中间层之后传热仍然充分。具有提高的导热率的塑料优选用于所述中间层。这些塑料通常用石墨(炭黑)或铝、金属氧化物或铜填充，并且是可容易得到的。
用于所述中间层的优选塑料是聚酰胺(PA)、缩醛(聚甲醛，POM)、丙烯酸(聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA；丙烯酸玻璃)、聚碳酸酯(PC)、聚砜(PSU)、聚醚醚酮(PEEK)、聚亚苯基硫醚(PPS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚氯乙烯(PVC)。热固性塑料如环氧树脂(EP)、聚酯树脂(UP)、酚醛树脂或非弹性体的聚氨酯(PU)是特别优选的。玻璃或碳纤维补强的环氧树脂(GFRP-EP、CFRP-EP)也是特别优选的。由于纤维补强，其尺寸稳定，但是在薄厚度下具有充分弹性以呈现不平整的工作盘的轮廓，并能够得到强制联锁的复合体。利用碎屑去除加工可良好地加工所述的热固性塑料，特别是填充或纤维补强的环氧树脂。还可将它们特别良好地永久性地粘结于工作盘。在使用环氧树脂粘结的情况中，利用加成聚合进行固化。因此，不产生低分子量的副产物，如从缩聚反应中产生的水，并且不需要使溶剂逸散，溶剂逸散将极大地受覆盖粘结接合处的中间层延缓。
中间层16、29与工作盘13、26的粘结优选通过永久性粘结来产生。无论何时安装新工作盘32、39，毕竟对其进行磨损并由此需经常更换，意图将所述中间层保留为永久在工作盘上的经精细制造、非常平坦的参照表面。
在下一步骤(b)中，利用至少3个修整设备同时进行两个中间层16和29的成型修整，所述修整设备各包括修整盘34(参见图6)、至少一个修整体35、36和外齿37，其中通过辊装置20、21和外齿37在压力下并在加入不包含具有摩擦功能的物质的冷却剂下使所述修整设备以摆线轨迹在所述中间层16、29上运动，并由此造成从所述中间层16、29上去除材料。
图6所示的修整设备适用于中间层的成型修整。所述修整设备包括修整盘34、至少一个修整体35、36和外齿37。修整盘34作为支撑件，其上施加至少一个修整体35。但是，所述修整设备还可呈现为单件式。在该情况中，修整盘34和修整体35、36相同，并且修整体35、36由此同时与施加于双面加工设备的工作盘上的两个中间层啮合。然后将外齿37固定在所述设备上或整合入所述设备。但优选的是，如图6所示合适的修整设备由单一部件构成。由此修整盘34承载至少一个上修整体35和至少一个下修整体36，它们与上中间层和下中间层啮合。在各精确为一个上修整体35一个下修整体36的情况中，这些修整体优选是环形的。
利用修整体35、36可进行所述修整，所述修整体与中间层接触，释放磨料物质，并由此用松散颗粒从中间层去除材料。这不同于也同样使用松散颗粒造成材料的去除磨光，关键在于释放去除材料的颗粒，并且所述颗粒直接作用于有效位置。根据本发明以该方式避免了磨光的缺点，即在从工件边缘输送至工件中心的过程中，由于磨光剂的消耗造成经磨光工件(在此：中间层)的凸起形状。因此，根据本发明，利用使用供应颗粒进行磨光的修整不能平整中间层。利用所述修整设备进行的修整也不可能直接在工作盘上实施，并且由此不可能避免中间层的施加，这是因为根据本发明，所述修整设备不造成构成工作盘的材料--优选铸钢(延性灰铸铁或不锈钢铸钢)的去除，或该修整设备磨损非常快并因此变形。
在使用释放颗粒进行修整的情况中，磨料优选包含氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)、二氧化锆(ZrO2)、氮化硼(BN)、碳化硼(B4C)、石英(SiO2)或二氧化铈(CeO2)或所述物质的混合物。
还可根据本发明利用修整体35和36进行中间层的修整，所述修整体包含与中间层接触的固结磨料并由此使用固结的颗粒造成材料去除。该修整也不能用于对不平整的工作盘进行直接修整，因为固结在修整体35、36中的磨料优选是金刚石或碳化硅(SiC)，特别优选是金刚石。金刚石不适用于对钢的加工。金刚石对碳具有高溶解度，毕竟金刚石由碳构成。与钢接触的金刚石切割边缘立即变圆，并且修整体变钝。
当使用固结颗粒进行中间层的修整时，翻转体优选包括所谓的金刚石“丸粒”。“丸粒”通常应理解为一系列均匀体，其通过煅烧和烘烤(陶瓷或玻璃体粘结)或以金属化粘结形式具有相互呈面平行形式的至少两个侧表面，例如圆柱体、空心圆柱体或棱柱体，其包含具有合成性树脂的磨料。特别优选地，当修整中间体时，还将PPG研磨垫用作修整体，所述研磨垫粘结在修整盘34的两面上(图6)。PPG研磨垫最初开发用于玻璃(透镜)的材料去除加工，并由此特别适用于有效加工具有高含量玻璃的玻璃纤维填充的环氧树脂。
当施加中间层16、29时，为了进一步改进从工作间隙17向工作盘13、26的导热，优选在中间层的成型修整中去除大量材料以使在修整过程结束时，各中间层仅覆盖相关工作盘的最高高度。在所有情况下，意图在修整后中间层仍完全覆盖所施加的整个工作盘，也就是说意图不发生穿孔。已证实在最薄位置处修整后剩余的厚度值为中间层的最厚位置处的剩余厚度的十分之一是实用的。具有幅度约为20μm的不平整度的工作盘的情况中(图2)，如果在修整后在最薄位置处的中间层仅为数微米厚度，则这样是满足的。这种薄的中间层不再损害导热。
利用所述修整可制造极佳的平坦度。图7(C)显示了由此得到的在下面的不平整的工作盘13和26上的上中间层16和下中间层29的平坦表面41和31。
图7(D)显示了包括不平整的工作盘13和26的设置，在所述工作盘13和26上在步骤(C)中施加平整的中间层16和29和工作层39和32，工作层39和32具有相互面对的工作表面38和19。由于中间层16和29的平坦度，在施加后，工作层39、32已直接地具有非常平坦的工作表面42、33。它们是适用于特别高要求应用的半导体晶片的加工，而不需要进一步的修整手段。
但任选地，在步骤(d)中还可进行工作层39和32的非成型修整。用于步骤(c)的修整方法也可用于该目的。
在用于DSP方法的抛光垫的情况中，例如可能需要非成型修整(调整、抛光)以进行精细平滑处理。已证实工作层的最大允许去除量为有效可得层的初始厚度的1/10是实用的。在用于DSP方法的抛光垫的情况中，有效层高度仅为数十μm至最大约200μm。因此，应去除仅优选小于约5μm，特别优选约1-3μm。优选地，在该情况中，修整体35、36包含固结的磨料物质，使得利用粘结的颗粒造成从工作层上的材料去除。用于该应用的优选磨料物质是金刚石和碳化硅(SiC)。
另一方面，在用于PPG方法的研磨垫的情况中也可能需要非成型修整以进行初始抛光。在初始抛光的情况中，去除研磨垫最上层的数微米以暴露切割活性的磨料。在PPG研磨垫的情况中，例如有效层的厚度约为600μm。至多10-12μm，特别优选4-6μm的修整可定义为非修整的。因此，通常在PPG研磨垫的情况中，去除小于1/50的初始有效层厚度。优选地，在该情况中，在接触工作层时，修整体35、36释放出磨料物质，使得利用松散颗粒从工作层上去除材料。在该情况中，修整体包含至少一种以下物质：氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)、二氧化锆(ZrO2)、氮化硼(BN)、碳化硼(B4C)。
实施例和对比例
将购自PeterWoltersGmbH(Rendsburg，Germany)的AC2000型双面加工设备用于实施例和对比例。所述设备的环形工作盘的外直径为1935mm，内直径为563mm。由此环宽度为686mm。
图1显示了在所述双面加工设备的工作盘相互面对的表面之间的距离W(微米)对工作盘半径R(微米)的函数曲线W＝W(R)。对于距离测量，将上工作盘安装在位于对下工作盘呈120°的3个量尺块上。量尺块位于相同的半径上，选择半径以使当支撑在这三个支承点上的工作盘在重力下的曲率约为最小。这些环状板的点即是所谓的Bessel或Airy点，其上需在两点放置具有均匀线载荷的弯曲梁，以使其在整个长度上具有最低曲率。
利用距离度盘指示器测定工作盘距离的径向曲线。AC2000具有用于调节上工作盘的径向形状的装置。可将所述形状设置在相对于下工作盘凸起和凹陷之间。使用在工作盘之间产生间隙的径向曲线尽可能均匀的设置。图1显示了使用在下工作盘上的恒定测试轨道对于相对于下工作盘上工作盘的4个不同的旋转角(方位角)，所得工作盘距离的径向曲线(曲线1表示0°，曲线2表示90°，曲线3表示180°，曲线4表示270°)。考虑到度盘指示器的尺寸(支承脚)，只有302.5≤R≤942.5的径向范围可用与测试。因此，测试了总宽度为686mm的环的640mm。
通过根据现有技术的磨光得到所示的板形状。在图1中清楚可见的是工作盘之间的距离主要在径向上变化。其在外径和内径处最大，并且约在半环宽度处最小。这对应于在内缘和外缘处工作盘厚度的下降，这是磨光处理的特性。更小的方位角差值(特别在R＞700的大半径处不同的曲线W(R)1和3对于2和4)表示了沿直径方向上通过所述设备的对称轴28运行的弯曲线上的一系列工作盘。
图2显示了相同设备的下工作盘的高度U(微米)对于工作盘半径R(毫米)的函数曲线U＝U(R)。对于所述测试，将挠曲硬性的钢尺在下工作盘的直径方向上放置在设置于Bessel点处的两个量尺块上，并且利用度盘指示器，对于不同半径下的面向尺的下工作盘的表面和尺之间的距离进行测定。如图1所示(曲线5表示0°，曲线6表示90°，曲线7表示180°，并且曲线8表示270°)在与工作盘距离W(R)的测定相同的角度(方位角)下进行测定。下工作盘距离外缘和内缘的高度下降，并且下工作盘在稍大于半环宽度的半径处具有最大厚度(“凸起”)。
可移动地(万向轴方向地)安装上工作盘，并因此不能利用尺量法直接测定它的形状。但是，其形状直接产生自曲线W(R)(图1)和U(R)(图2)之间的差异。图2中的最大高度差为约17μm，图1中的最大高度差为约32μm。因此，对外缘和内缘开口的环形工作盘之间的间隙大致均匀地分布在上工作盘和下工作盘之间，它们在环中心具有大约相同的“凸起”。
对比实施例
在对比实施例中，将购自3M的677XAEL型PPG研磨垫作为工作层直接粘结在所述双面加工设备的各工作盘上，如图1和图2所示。它由0.76mm厚的研磨垫与其粘结在中间层上的下层支撑层，和最大650μm可用作有效层的0.8mm厚的上层构成。利用修整方法平整两个研磨垫，其中在各情况中，从上研磨垫和下研磨垫上平均去除约60μm的材料。为此使用与以下实施例中所述用于修整中间层相似的方法中的修整设备。在设置所述设备以调整上工作盘的径向形状的情况中进行修整，之前在未进行粘结的工作盘之间已测定了工作盘之间的间隙的最大均匀径向曲线(“最优工作点”)。
图3显示了修整后两个工作表面之间的距离G的曲线G＝G(R)。距离G是指图5中工作间隙17的宽度。
在修整过程中达到的各情况中的平均材料去除量约60μm远多于初始抛光(暴露于磨料颗粒)的非成型修整所需量，但仍过小而难以得到均匀间隙G(R)＝常数：尽管能够减少工作盘的距离W＝W(R)的非均匀性(图1；约32μm)，但是对于约17μm的幅度，该量仍然明显过大而难以由此得到其表面的平面平行度适于高要求应用的半导体晶片。图3只显示了0°的间隙曲线34。极大地消除了间隙的方位角上的非均匀性，使得以径向的非均匀性为主，并且对于一个角度的间隙34完全说明了整个工作间隙。
如果所使用的工作层是抛光垫，由修整得到的约60μm材料的材料去除量将使抛光垫无法使用，因为抛光垫的有效厚度仅为数十μm，并且将不能得到均匀的工作间隙。
实施例
特征为图1和2中所示的不均匀性的工作盘与0.5mm厚的玻璃纤维补强的环氧树脂平板粘结为四分之一圆，从尺寸为1000×1000mm2的平板切割出环形段形状。这是非常适用于进行本发明方法的塑料。由于在电子印刷电路板的制造中将GFRP-EP大量用作标准材料，所以易以大尺寸、良好的尺寸精确性和稳定的质量得到所述塑料。利用50μm厚的无负载的高粘性合成树脂粘合层先进行粘结，使得在失效的情况下，可将所施加的中间层再次去除而无残留。由保护膜支撑粘合剂层，并且在热和压力(熨烫)下将其粘结至经切割的环氧树脂平板上。在剥离保护膜之后，由此GFRP切割片以自粘结的形式构成，并由此粘结到工作盘少年宫。在工作盘和中间层之间的加力锁定和强制联锁连接可通过后续的手动辊压得到。
将图5所示类型的修整设备用于平整由此施加的中间层。每个修整设备包括由15mm的铝构成的环形修整盘34；由6mm不锈钢构成的环形外齿37，所述外齿与所述环形修整盘螺纹连接并啮合到由双面加工设备的内针齿轮和外针齿轮形成的辊装置中；和圆柱形磨料体35、36，所述磨料体以正面24个和背面24个粘结在修整盘上，并且其直径为70mm，高度为25mm，并由高等级的粉红色刚玉构成，其均匀地排布在直径为604mm的节距圆上。将4个该类型的修整设备以均匀分布的方式插入双面加工设备中。
在上工作盘的支承力为400daN，且上工作盘和下工作盘以相对于修整设备约30/min(每分钟转速)的转速相反方向旋转的条件下进行修整，而所述修整设备在所述加工设备中以约1/min的转速旋转，并相对于它们各自的轴以约6/min的转速旋转。在最优工作点处(在粘结中间层之前最大的均匀工作间隙)再次进行修整。在多次部分去除中进行中间层的修整，以能够同时检查去除成功性并测试所达到的平整度。环氧树脂平板已在多个位置上先设置有小开口，通过开口可使用测试设备感知下面的工作盘，并由此确定环氧树脂平板的残余厚度。在修整加工结束时，任何测试可得到的最薄位置仍在100μm以下，并且预计实际最薄的位置为50μm。这相当于玻璃纤维层的厚度(50μm)。因此，即使在它的最薄位置，当更换工作层时，中间层仍稳定并且不脱离或变形，在该过程中，毕竟出现拉伸力(通过剥离运动使工作层被剥离)。
在平整中间层之后，将作为工作层的、购自3M的677XAEL类型的PPG研磨垫粘结至两个中间层的各层上。
最后进行初始抛光。考虑到在安装于高度平坦的中间层之后已有的极佳平整度，约10μm的材料去除足以对研磨垫的所有区域中的所有“瓦片”进行抛光。通过颜色标记对此进行检查，在修整之前在垫表面的各位置上以分散的方式施加颜色标记，并在修整后颜色标记全部被均匀地去除。对于初始抛光，以与上述对中间层修整的方法类似的方法使用修整设备。最后，通过彻底清洗松散的残余刚玉而清洁工作表面。
图4显示了以此方式制备的工作层所相互面对的工作表面之间的工作间隙宽度G(微米)的径向曲线。在686mm的总环宽度的640mm上测试可得的径向范围上，工作间隙的宽度变化仅为±1μm。在上工作盘变形至最优的均匀工作间隙并将上工作盘安装在3个设置在下工作盘上的量尺块之后得到所述测试。该方法的测试精确度约为±1μm，该精确度来自设备脚(foot)的支承精确度，所述设备脚应足够大以牢固支承多个构成研磨垫并且尺寸为数平方毫米的瓦片，来来自于通过测试传感器对相对工作表面的感知的精确度和度盘指示器本身的测试精确度，所述测试传感器同样必须牢固地支承多个瓦片。
各有3个开孔的5个支承件具有总共15个插入其中的直径为300mm的半导体晶片，将所述支承件插入根据本发明制造的双面加工设备中，并进行控制运行。尽管在初始抛光中少量去除材料，但是工作层显示出与不使用经平整的中间层，并使用显著提高的成型初始修整(150μm的去除)的预先试验相似出现的研磨力和材料去除速率。在设置最佳的工作盘相互之间的可能平行度下进行控制运行，从校正曲线已知所述设置。在该运行中重新调整工作盘的形状，即在出现热和力学循环负载下保持恒定。经处理的半导体晶片的平坦度约为1μmTTV。
最后，已发现首先以去除材料的方式加工半导体晶片的工作表面相互之间的平行度对于可得到的半导体晶片平整度是关键性的。出现以下情况：如果单个工作表面仅在短波上平整，则是足够的；允许它们在长波下变形，只要它们在各角度位置上具有相互平行的工作表面。在该情况中，“短波”应理解为比由于固定的硬度在其长度上半导体晶片可变形的那些长度更大的长度，但其显著小于半导体晶片的尺寸；“长波”应理解为显著大于半导体晶片直径的长度，但小于双面加工设备的直径(1-2米)的长度。
因此以多个常规设置的、在各情况中具有数毫米宽的“瓦片”和“槽”形式的PPG研磨垫的结构没有不利地影响可得到的平坦度，因为考虑到硬度，毫米尺度的半导体晶片不适用于以此方式构成的工作表面。因此，考虑到适用于进行本发明的方法的双面加工设备的旋转对称性，中间层可相对于转轴略微呈径向对称地弯曲，也就是说例如一个工作表面凹陷，而另一工作表面以与其精确互补的方式凸起。实际上，在修整过程中通常得到几乎在相对的方向上球形弯曲的工作表面(球形壳)。只要在整个工作层上的平坦形状的偏差上最大差别小于50μm，将得到具有与用完美平面平行的工作表面加工相同的表面平面平行度的半导体晶片。

Claims (13)

1.在双面加工设备的两个工作盘(13、26)的每一个工作盘上提供平整工作层(32、39)的方法，所述双面加工设备包括环形的上工作盘(13)、环形的下工作盘(26)和辊装置(20、21)，其中以相对于所述双面加工设备的对称轴(28)可旋转的方式安装所述两个工作盘(13、26)和辊装置(20、21)，并且其中所述方法按照如下顺序包括以下步骤：
(a)将下中间层(29)施加于所述下工作盘表面(26)并将上中间层(16)施加于所述上工作盘表面(13)；
(b)通过至少3个修整设备同时平整所述两个中间层(16、29)，所述修整设备均包括修整盘(34)、至少一个包含磨料物质的修整体(35、36)和外齿(37)，其中在压力以及加入不包含具有摩擦功能的物质的冷却剂下，所述修整设备通过辊装置(20、21)和外齿(37)以摆线轨迹在所述中间层(16、29)上运动，并由此从所述中间层(16、29)去除材料；和
(c)将厚度均匀的下工作层(32)施加于下中间层(29)并将厚度均匀的上工作层(39)施加于上中间层(16)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述中间层(16、29)由塑料构成。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤b)中，所述至少一个修整体(35、36)在接触中间层(16、29)时释放出磨料物质，并由此利用松散颗粒从中间层(16、29)上去除材料。
4.根据权利要求3所述的方法，其中包含在所述至少一个修整体(35、36)中的所述磨料物质包含以下物质中的至少一种：氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)、二氧化锆(ZrO2)、氮化硼(BN)、碳化硼(B4C)、石英(SiO2)或二氧化铈(CeO2)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤b)中，所述至少一个修整体(35、36)包含固结的磨料物质，所述固结的磨料物质通过固结的颗粒从中间层(16、29)去除材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其中包含在所述至少一个修整体(35、36)中的所述磨料物质包括金刚石或碳化硅(SiC)。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中在实施步骤b)后，每个中间层(16、29)仍完全覆盖各工作盘(13、26)，并且每个中间层(16、29)的剩余最小厚度最大是相关的中间层(16、29)的剩余最大厚度的1/10。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述工作层(32、39)是适用于半导体晶片的化学机械抛光的抛光垫，并且其不包含磨料物质。
9.根据权利要求8所述的方法，其中在步骤c)之后，进行另外的步骤d)，所述步骤d)包括通过至少3个修整设备同时修整两个工作层(32、39)，所述修整设备均包括修整盘(34)、包含固结磨料物质的至少一个修整体(35、36)和外齿(37)，其中在压力以及加入不包含具有摩擦功能的物质的冷却剂下，所述修整设备通过辊装置(20、21)和外齿(37)以摆线轨迹在所述工作层(32、39)上运动，并由此通过粘结颗粒从所述工作层(32、39)去除材料，其中所述材料去除小于各工作层(32、39)的有效层厚度的1/10。
10.根据权利要求9所述的方法，其中包含在所述至少一个修整体(35、36)中的所述磨料物质包含金刚石或碳化硅(SiC)。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述工作层(32、39)是适用于研磨半导体晶片的研磨垫，并且其包含固结磨料物质。
12.根据权利要求11所述的方法，其中在步骤c)之后，进行另外的步骤d)，所述步骤d)包括通过至少3个修整设备同时修整两个工作层(32、39)，所述修整设备均包括修整盘(34)、至少一个修整体(35、36)和外齿(37)，其中在压力以及加入不包含具有摩擦功能的物质的冷却剂下，所述修整设备通过辊装置(20、21)和外齿(37)以摆线轨迹在所述工作层(32、39)上运动，其中所述至少一个修整体(35、36)在与所述工作层(32、39)接触时释放出磨料物质，并由此通过松散颗粒从所述工作层(32、39)去除材料，并且其中所述材料去除小于各工作层(32、39)的有效层厚度的1/50。
13.根据权利要求12所述的方法，其中包含在所述至少一个修整体(35、36)中的所述磨料物质包含以下物质中的至少一种：氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)、二氧化锆(ZrO2)、氮化硼(BN)、碳化硼(B4C)。
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