CN117256040A - 用于由半导体材料制成的圆柱形棒生产圆盘的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于由半导体材料制成的圆柱形棒生产圆盘的方法，该圆柱形棒具有轴线和在该棒的侧表面中且平行于该轴线的识别沟槽。该方法按照给定顺序具有以下步骤：(a)在存在切割装置的情况下，借助于线锯切过程从圆柱形棒同时分离出多个圆盘；(b)在一停留时间段期间，在温度为20℃至50℃的蚀刻浴中利用碱性蚀刻剂蚀刻所述圆盘，其中，从所述圆盘中的每一个去除初始晶圆厚度的不到5/1000作为去除材料；以及(c)借助于使用环形磨削盘作为工具的同时双面磨削工艺磨削所述圆盘。

Description

用于由半导体材料制成的圆柱形棒生产圆盘的方法
技术领域
本发明涉及一种用于由半导体材料的圆柱形锭料生产晶圆(或晶片)的方法，该方法包括借助于线切片从锭料切分出(或分离出)晶圆以及双面磨削所述晶圆。
背景技术
多种应用需要具有正面和背面的良好平面平行度的一致的晶圆，这些晶圆具有少量的晶体缺陷和结构缺陷。一个示例是用于微电子部件的图案化的单晶半导体材料的晶圆。半导体材料的一个示例是硅。这种晶圆通过从单晶硅的圆柱形工件(锭料)切分出而获得，并经受机械加工。该切分通过多线切片(MWS)以及借助于同时双盘磨削(DDG)的机械加工来完成。
从例如DE 10 2016 211 883 A1或DE 10 2013 219 468 A1已知一种用于多线切片的方法和设备。在多线切片中，线以如下方式围绕至少两个线引导辊被螺旋式地引导，即，使得两个线引导辊接纳由彼此平行延伸的线区段构成的面对工件的张紧网。所述线引导辊呈直圆柱体的形状，这些直圆柱体具有彼此平行定向且所述直圆柱体可围绕其旋转的轴线。所述线引导辊的侧表面带有在垂直于所述轴线的平面中延伸的多个环形闭合沟槽，这些沟槽对所述线进行引导。所述线引导辊的同向旋转在线区段与工件之间产生相对运动。线锯还具有进给装置，工件经由锯杆被紧固到该进给装置上，并且该进给装置将工件向着线网垂直进给。当工件与线网接触时，相对运动和磨料切割剂的存在产生从工件的材料去除(或分离)。随着进给继续，线区段在工件中形成切割切口，并且线网缓慢地穿过整个工件，直到线网完全位于锯杆内为止，其中工件借助于粘合层(或称作结合线，bondline)与锯杆连接。于是，工件被完全切割成晶圆，这些晶圆像梳子的齿一样悬挂在锯杆上，仅由粘合层所保持。
多线切片可被区分为浆料线切片或金刚石线切片。在浆料线切片的情况下，线最初不含磨料，并且切割剂以载流体中的浆料(作为可自由移动的磨粒)的形式被供给。因此，浆料线切片的特点是线、浆料中的切割剂与工件之间的三体相互作用。在金刚石线切片的情况下，磨料切割剂被锚固在线的表面中，并且供给作为冷却润滑剂的切割流体。金刚石线切片的特点是线表面中的切割剂与工件之间的二体相互作用。
线通常由过共晶珠光体钢(钢琴线)构成，并且通常涂覆有黄铜或锌薄层，所述黄铜或锌薄层的延展性确保在借助于通过模具拉拔的线制造期间的固态润滑，并且其在多线切片期间起到防腐蚀的作用。在浆料线切片的情况下，切割剂通常由碳化硅(SiC)构成，载流体通常由油或乙二醇构成。在金刚石线切片的情况下，切割剂通常由借助于例如合成树脂或通过在镍床中进行电镀而被固定在线的表面中或形配合(形锁合)地压入到所述表面中的金刚石构成。冷却润滑剂通常是可选地配设有添加剂(润湿剂、防蚀剂、消泡剂)的水。线通常从新线卷展开并被供给至线引导辊，并且在多线切片之后被缠绕到出线卷上。
金刚石线切片采用光滑线，而浆料线切片采用光滑线或结构化线。光滑线呈具有非常大的高度(即线的长度)的圆柱体的形式，其中线直径与圆柱体的直径相对应。结构化线包括沿着其整个长度在垂直于纵向线方向的方向上设置有多个突起和凹痕的光滑线。结构化线的表面具有凹部和凸部，它们起到类似袋部的作用，在所述袋部中，浆料能够在线上积聚，而不会在线进入切片切口时被剥离或者在线移动时通过切片切口被剥离。结构化线使得能够实现特别快速且低力的多线切片。WO 2006/067062 A1描述了结构化线的示例。
多线切片可以通过单向或往复线运动进行。在单向多线切片的情况下，在切片过程(工艺)的整个持续时间内，锯切线在纵向线方向上从新线卷移动至出线卷。在利用往复(双向)线运动的多线切片的情况下，在(材料)去除(或分离)过程期间，锯切线借助于至少一对方向逆转移动，其中一对方向逆转包括线在第一纵向线方向上首次移动第一长度，以及线在与第一方向正好相反的第二方向上第二次移动第二长度。更具体地，利用往复线运动的多线切片可以包括多个这种成对的线方向逆转，其中第一长度被选择为大于第二长度，总体结果是，在切片过程期间，线料从新线卷移位至出线卷。后一种方法被称为朝圣模式(pilgrim mode)下的多线切片(线往复切片)。
借助于多线切片产生的晶圆呈具有低高度(即晶圆的厚度)的圆柱体的形状。圆柱体的底部区域形成晶圆的背面(后侧)，圆柱体的顶部区域形成晶圆的正面(前侧)。晶圆的边缘(作为次要表面)位于正面与背面之间。晶圆的周边通常带有呈指向晶圆中心的凹口的形式的机械定向装置。为了形成该凹口，在多线切片之前，圆柱形锭料的侧表面设置有平行于锭料轴线定向的标引(或分度)凹口。
多线切片之后通常是机械加工步骤，其目的在于从晶圆上去除由于多线切片而受到晶体损伤的表面层；通过去除材料，进一步减少相对于晶圆的期望的极度平面平行形状(形式)的偏差；并且产生具有低粗糙度和相对低程度的残余晶体损伤的晶圆表面。所设想到的一种特定机械加工步骤为同时双盘磨削(DDG)。
例如，DE 101 42 400 B4描述了一种用于机加工半导体晶圆的操作序列，其包括将工件分离成晶圆(步骤1)、对晶圆的边缘进行倒圆(步骤2)、同时双盘磨削(步骤3)、对晶圆进行抛光(步骤4)，以及可选地，另外在步骤3与步骤4之间，对晶圆的两个主表面中的至少一个进行蚀刻。
例如在EP 1 193 029 B1中描述了双盘磨削以及适用其的设备。在DDG中，两个杯状磨削轮被设置成轴线彼此共线且平行于晶圆的轴线。在其端面上，杯状磨削轮承载有由磨削齿构成的环，所述磨削齿结合有金刚石磨料。一个杯状磨削轮面向晶圆的正面，另一个杯状磨削轮面向晶圆的背面。杯状磨削轮沿着彼此相反的方向旋转。在每种情况下，它们的直径均略大于晶圆的半径。磨削轮的轴线以环形磨削轮覆层的半径的量平行于晶圆轴线偏移，使得磨削轮的齿的外周边在每种情况下均覆盖晶圆的中心。晶圆借助于围绕晶圆轴线旋转的引导环(承载环)被径向引导。引导环包含凹口指状部，该凹口指状部接合到晶圆的标引凹口中，并因此将引导环的旋转传递到晶圆。
在轴向方向上，晶圆在两个液压垫之间被流体静力地引导。两个液压垫的轴向力在两个液压垫之间的中心平面中正好相互补偿。其正面和背面基本上未突出于两个液压垫之间的该中心平面之外的平面状晶圆被轴向无力地引导，可以说是“自由浮动”。在其区域的一部分上突出于液压垫之间的中心平面之外的不平坦的、波纹状的或曲面状的晶圆局部地经受到轴向力，其导致在DDG机加工期间的晶圆的弹性变形。
通过将杯状磨削轮对称地向着液压垫之间的中心平面进给，杯状磨削轮与晶圆接触(磨削轮触接或着陆)。通过持续的对称进给并借助于相对运动，杯状磨削轮的磨削齿的磨料于是从晶圆的正面和背面同时进行近似对称的材料去除。因为在任何时间点处磨削轮仅覆盖晶圆表面的一部分，并且晶圆的整个主表面仅通过晶圆的旋转而逐渐被捕获，因此磨削轮的持续进给以螺旋形状最初产生晶圆厚度的近似对称的减小。在磨削损耗期间，使用距离测量传感器不断地验证晶圆在液压垫之间的居中定位以及所获得的晶圆厚度。当达到预先选定的目标晶圆厚度时，杯状磨削盘的进一步进给被终止，并且晶圆在继续旋转的杯状磨削盘的作用下被进一步旋转若干圈；在该过程(或工序)期间，杯状磨削盘的进给力被消散掉，并且杯状磨削盘脱离材料去除接合(火花熄灭)。只有这种火花熄灭才能赋予晶圆平面平行形状。
通过DDG机加工的晶圆具有交叉磨削的特征。磨削轮的轴线的共线性以及晶圆的平面平行度可以基于这种交叉磨削的均匀性予以评估，并且通过在若干角秒的范围内调配相对于彼此的轴向倾斜度进行调节。
晶圆的几何形状(换句话说，其在空间中的外观)总是可以通过其厚度和形状予以完全描述。如果在晶圆的背面与正面之间的点处测量距离，则所述距离形成一区域的描述该厚度的高度。从厚度可以得出与厚度相关的特征变量，例如TTV(总厚度变化)或GBIR(全局背面参考指示器读数)。晶圆的形状通过正中面(中间平面)予以描述。该正中面是包含不受力的晶圆的所有中性线(或纤维)的区域。中性线是指杆横截面的在杆被弯曲(挠曲)或扭曲时其长度不变的线或层。更具体地，中性线是在弯曲或扭曲的作用下拉伸应力和压缩应力正好彼此平衡的位置。从形状可以得出与形状相关的特征变量，例如翘曲，其作为正中面相对于回归平面的最大和最小偏差之间的差值，或者弓曲，其作为正中面的补偿旋转抛物面的顶点相对于补偿平面的偏差(带有符号)，或者波度，其作为正中面的空间高通滤波再现。因此，明确的波度曲线总是需要说明执行空间低通滤波的空间限制频率、质量和滤波(器)阶次。回归平面根据最小二乘法形成。
对于使用浆料线切片和使用金刚石线切片两者而言，相应的材料去除均根据去除率、所产生的粗糙度和表面损伤进行局部统计学分布。因此，通过切片工艺形成的晶圆的主表面在晶圆的正面和背面上的相互对应的位置处具有以频率、深度和性质而言在统计学上不同地分布的表面缺陷。每个缺陷均为应变的起源。例如，在JP 08 274 050 A中也讨论了该主题。晶圆的正面和背面中的相应区域的不同应力导致晶圆表面中产生残余横向剪切应力，其导致晶圆的弹性弯曲。晶圆的这种弹性变形被称为应变引起的翘曲。
在机加工结束时，在DDG机加工开始时弹性弯曲的晶圆的正面和背面实际上在机加工结束时是彼此平面平行的；然而，晶圆保持弹性受压。晶圆在脱离液压垫之后松弛，在这一点上(此时)，其确实具有均匀的厚度，但也具有非平面形状。这种晶圆不适合于要求苛刻的应用。
晶圆的平坦度也由于正面与背面之间的结构性质(粗糙度)和/或晶体性质(裂纹、马赛克/镶嵌、位错)的差异而受到影响。所述差异导致DDG机加工期间的材料去除差异，结果是在磨削期间，晶圆在一侧从液压垫之间的正中面被轴向压出，且因此不再以没有轴向约束力的方式被机加工。
已知多种操作序列，其目的在于提供具有极其平坦形状的晶圆。US 2002/0016072A1和US 6,376,395 B2描述了还包括同时双侧研磨的序列。额外的研磨使这些序列是不经济的。
US 6,491,836 B1、US 6,376,335 B1和US 6,066,565同样描述了不经济的序列。
US 2006/0252272 A1描述了一种操作序列，其包括(a)锯切、(b)边缘倒圆和(c)研磨，其中在边缘倒圆之后利用碱清洁该晶圆。
在清洁与蚀刻之间存在一般性的区别：清洁是从工件表面去除异物，其自身不受损或不改变工件表面。因此，在清洁的情况下，不从工件自身去除材料，特别是不改变工件的厚度和形状。相反，在蚀刻的情况下，将从工件去除材料。
US 2009/0203212 A1描述了一种由锯切和磨削组成的操作序列，其中在磨削之前进行清洁，其意图在于从锯切后的晶圆的表面去除重金属。为此，还建议在升高的温度(60℃至90℃)下利用氨(NH4OH)和过氧化氢(H2O2)进行RCA SC1清洁。
发明内容
目的
本发明的目的在于提供一种经济的生产晶圆的方法，所述晶圆的正面和背面具有特别高的平面平行度，并且所述晶圆在其表面处具有低程度的晶体缺陷和结构缺陷。
解决方案
该目的通过一种用于由半导体材料的圆柱形锭料生产晶圆的方法来实现，所述圆柱形锭料具有轴线和在所述锭料的侧表面中且平行于所述轴线的标引凹口，所述方法按照指定顺序包括
(a)在存在切割剂的情况下，借助于多线切片从所述圆柱形锭料同时切分出多个晶圆；
(b)在温度为20℃至50℃的蚀刻浴(或蚀刻池)中利用碱性蚀刻剂对所述晶圆进行蚀刻并持续一停留时间，其中从所述晶圆中的每一个去除的材料小于(或不到)初始晶圆厚度的5/1000；以及
(c)借助于以环形磨料覆层作为工具的同时双盘磨削对所述晶圆进行磨削。
借助于DDG对所述晶圆进行磨削是在从圆柱形锭料同时切分出晶圆之后对晶圆的正面和背面进行的首次机械加工。
在多线切片中，线围绕具有彼此平行设置的轴线的至少两个圆柱形线引导辊被螺旋式地引导，使得在两个相邻的线引导辊之间形成由彼此平行且垂直于线引导辊的轴线延伸的线区段构成的平面状的网，由线构成的该网面向锭料。借助于进给装置，锭料被垂直地进给到线网上，使得其与线网接触，随着继续进给，借助于线引导辊围绕其轴线的同向旋转并且在存在磨削切割剂的情况下，线区段以相对于锭料的相对运动穿过锭料，由此去除(或分离)材料。
在同时双盘磨削的情况下，晶圆在具有接合到晶圆中的标引凹口中的凹口指状部的旋转保持环中被径向引导，并被旋转，且在两个液压垫之间被轴向引导。同时，反向旋转的杯状磨削盘向着两个液压垫之间的中心平面进给，从而从晶圆的正面和背面同时去除材料，其中所述反向旋转的杯状磨削盘彼此共线地设置，并具有与晶圆的轴线平行的轴线，且各自具有环形磨料覆层。
蚀刻可以在其中溶解有下列化合物中的一种或多种的蚀刻浴中进行：氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化铵(NH4OH)和/或四甲基氢氧化铵(TMAH,N(CH3)4OH)。诸如过氧化氢的氧化剂不是碱性蚀刻剂的成分，因为其阻碍从晶圆表面的材料去除。碱性蚀刻剂的浓度可以为以重量计0.5至10％，优选地为以重量计1至5％。温度可以为20℃至50℃，优选地为25℃至40℃。晶圆在蚀刻浴中的停留时间可以为0.5分钟至15分钟，优选地为1分钟至6分钟。
多线切片可以为浆料线切片，在这种情况下，线可以由具有以重量计0.8％至以重量计1％的碳含量的过共晶钢(钢琴线)构成，并且可以具有50μm至175μm的直径。磨料切割剂优选地为乙二醇或油中粒径(颗粒尺寸)为7μm至13μm的碳化硅(SiC)的浆料。线可以为光滑线或结构化线。多线切片可以可替代地作为金刚石线切片进行，在这种情况下，所使用的线为具有以重量计0.8％至以重量计1％的碳含量并具有50μm至120μm的直径的过共析钢线。切割剂优选地包括具有4μm至20μm的粒径的金刚石，其借助于例如利用镍的电镀结合、借助于合成树脂结合或机械地(例如通过形配合推压/辊压到线的表面中)锚固在线的表面中。
多线切片可以通过单向线运动或通过线运动方向的逆转来进行。优选地通过朝圣模式切片法(线往复切片)进行多线切片，其中线围绕线引导辊以多对方向逆转移动，并且其中一对方向逆转在每种情况下包括在第一纵向线方向上移动第一长度且随后在与第一纵向线方向正好相反的第二方向上移动第二长度，并且第一长度被选择为大于第二长度。
在同时双盘磨削(DDG)的情况下，杯状磨削盘中的磨料可以被陶瓷式地、利用合成树脂地或金属式地结合。陶瓷结合是优选的。在DDG的情况下，磨料的平均粒径可以为0.5μm至12μm、优选地为1.5μm至6μm。
通过本发明的方法，特别是还可以生产在其空间形状以及与根据位置的形状变化(波度)有关的方面满足特别具有挑战性的要求的半导体材料晶圆。这种晶圆例如包括具有几乎中性形状的晶圆。
本发明的全面描述
下面参照附图、发明示例和比较示例全面地描述本发明。
附图说明
图1线锯的元件
图2用于同时双盘磨削的设备的元件
图3具有晶圆的厚度、形状和波度变化曲线的图形
(A)比较示例：多线切片(没有蚀刻)之后
(B)发明示例：多线切片以及随后的蚀刻之后
图4晶圆的DDG加工期间的最大心轴电流的图形
附图标记和缩略语列表
1 线
2 线区段
3 左侧线引导辊
4 右侧线引导辊
5 左侧线引导辊的轴线
6 右侧线引导辊的轴线
7 左侧线引导辊的旋转方向
8 右侧线引导辊的旋转方向
9 线进给
10 线放出(退出)
11 线网
12 工件
13 线网的移动
14 工件的轴线
15 锯杆
16 粘合(剂)层
17 工件至线网的进给方向
18 沟槽
19 左侧切割流体喷嘴
20 右侧切割流体喷嘴
21 用于切割流体的排出开口
22 左侧射流
23 右侧射流
24 主切割区域
25 切片切口
26 标引凹口
27 耐磨涂层
28 左侧磨削心轴
29 右侧磨削心轴
30 左侧心轴的旋转方向
31 右侧心轴的旋转方向
32 左侧杯状磨削轮
33 右侧杯状磨削轮
34 磨削齿
35 左侧液压垫
36 右侧液压垫
37 背面(后侧)
38 承载环
39 引导环
40 承载环驱动件的旋转方向
41 承载环的旋转方向
42 凹口指状部
43 晶圆
44 左侧心轴轴线
45 右侧心轴轴线
46 厚度变化曲线(廓线)
47 形状变化曲线
48 多线切片之后的晶圆波度随切割深度的变化曲线
49 厚度变化曲线
50 形状变化曲线
51 波度变化曲线
52 曲线
53 曲线
54 区域
55 区域
56 区域
57 点
58 点
59 用于承载环的驱动辊
60 中空心轴中的(钻)孔
61 差异
DDG 同时双盘磨削
DMWS 金刚石线MWS
DOC 切割深度
ETCH 蚀刻(碱性或酸性)
LMC 左侧磨削心轴的最大电流消耗(左侧最大电流)
MWS 多线切片
RMC 右侧磨削心轴的最大电流消耗(右侧最大电流)
SHP 晶圆的形状(SHaPe)
SMWS 浆料MWS
THK 晶圆的厚度(THicKness)
WAV 晶圆的波度(WAViness)
具体实施方式
图1示出了线锯的在理解本发明的方法方面重要的元件。线1从料库(新线卷，未示出)沿着移动方向9被供应至由在两个线引导辊3和4之间彼此平行地延伸的线区段2拉伸的网11。线网11由在耐磨涂层27中的沟槽18中围绕线引导辊被螺旋式地引导的线形成。沟槽18各自是封闭的，并且在垂直于线引导辊3、4的轴线5、6的平面中彼此平行且相距基本上恒定距离地成对延伸。在通过线网11之后，线沿着移动方向10离开线网，并且被供应到料库(用过的线卷，未示出)。
线引导辊3和4绕其轴线5和6的同向旋转7和8使线网11的彼此平行延伸的线区段2相对于工件12沿着方向13移动。工件12(具有轴线14的半导体材料的圆柱形锭料)通过粘合层16被连接到锯杆15，并且利用进给装置(未示出)沿着方向17被进给到线网上。轴线14以及左侧线引导辊3和右侧线引导辊4的轴线5、6彼此平行地定向。在需要所谓的定向不当的晶圆的情况下，轴线14也可以相对于线引导辊的轴线倾斜。工件12在其侧表面上设置有标引凹口26，该标引凹口26径向地指向轴线14且平行于轴线14延伸。
线网11在工件12的一侧经受借助于喷嘴19通过排出开口21的切割剂的射流22，在所述工件12的所述一侧，线网沿着方向13移动到工件上。在通过浆料线切片方法进行的多线切片的情况下，线1为其表面自身最初不含磨料的光滑或结构化的钢琴线，并且切割剂为游离磨料的浆料。在通过金刚石线切片方法进行的多线切片的情况下，线1为表面含有作为切割剂的固定磨料的光滑钢琴线，并且射流22由自身不含任何磨料的切割流体构成。在利用双向线运动的多线材切片的情况下，例如在朝圣模式切片方法中，线沿着方向13被往复移动到工件上。在这种情况下，除了喷嘴19之外，还存在与喷嘴19相对地布置的喷嘴20，其中喷嘴20使得线网经受切割剂/切割流体的射流23。在朝圣模式切片方法的情况下，喷嘴19和20可以根据线网11的移动方向13而交替或连续地操作。连续操作是优选的。
通过将工件12沿着方向17垂直地进给到线网11上，首先使工件与线网接触。随着工件的继续进给，在存在切割剂的情况下并且随着线网的线区段2相对于工件的相对运动，线区段从工件12去除材料。具体地，进给首先产生线区段沿着进给方向17的轻微下垂(图1中未示出)，并且因此由于线的弹性而产生的回弹力将线区段的与进给方向相反的力施加在主切割区域24上。该力致使位于线与工件之间的磨料固体穿透工件材料，并且线与工件之间的相对运动于是使切下的材料与工件材料分离，并由此导致材料的去除。以这种方式，每个线区段形成切片切口25。当线网11已经完全穿过工件12并且已经完全位于锯杆15中时，切片过程结束。线网与工件的首次接触(切入)点与主切割区域24之间的距离被称为切割深度。
在多线切片之后，所获得的晶圆与锯杆15和粘合层16的剩余部分分离。
图2以分解图示的方式示出了用于同时双盘磨削(DDG)的设备的元件，这些元件对于理解本发明的方法而言重要。用于加工的晶圆43位于作为接收器的承载环38中。引导环39被夹持在承载环38中，其厚度小于DDG加工后的晶圆的目标厚度。引导环具有凹口指状部42，该凹口指状部42接合到晶圆43的标引凹口中。承载环38由辊59径向地引导，这些辊59沿着方向40旋转，并由此使承载环38围绕其中心轴线旋转41。凹口指状部42经由标引凹口将该旋转41传递到晶圆。晶圆43被松动地(具有径向游隙)插入到承载环38的引导环39中，使得不会在晶圆上施加可能导致晶圆弹性变形的径向强制力。左侧磨削心轴28和右侧磨削心轴29(其轴线44和45彼此共线且平行于晶圆的中心轴线定向)承载左侧杯状磨削盘32和右侧杯状磨削盘33，每个杯状磨削盘具有由磨削齿34构成的环圈，其中一个环圈面向晶圆43的正面，另一个环圈面向晶圆43的背面。心轴的轴线44和45相对于晶圆43的中心轴线偏移等于由磨削齿43构成的环圈的外径的量，使得磨削齿的环圈的外边缘穿过晶圆的中心轴线。
在轴向上，晶圆43以流体静力的方式安装在两个液压垫35和36之间，其中一个液压垫面向晶圆的正面，另一个液压垫面向晶圆的背面。假定晶圆的正中面与其回归平面大致相同，即假定晶圆没有剧烈变化的弯曲度或波度，则正中面因此与液压垫之间的中心平面共面地延伸。在此情况下，液压垫并不在晶圆上施加任何轴向强制力，且晶圆并不轴向弹性变形。对于DDG加工，旋转的磨削心轴28和29在由被驱动的承载环39而使得晶圆持续旋转的情况下向着液压垫35和36之间的中心平面对称地进给，并由此向着晶圆43的正中面对称地进给，并且因此当杯状磨削轮与晶圆接触时，磨削齿34在任一侧同时从晶圆43去除材料。水从液压垫的相应背面37被供应至液压垫。
在杯状磨削轮与晶圆首次接触时，杯状磨削轮首先产生从晶圆的材料环形去除，该环形去除从晶圆中心延伸至晶圆边缘。杯状磨削轮的直径略大于晶圆的半径，并且因此杯状磨削轮在一定程度上延伸超过晶圆的边缘，从而允许被去除的材料从材料去除区移离。磨削心轴被配置为中空心轴。借助于两个旋转液体通道(未示出)，杯状磨削轮通过中空心轴中的孔60被供应有水，该水作为冷却润滑剂冷却材料去除磨削齿34并将从晶圆去除的材料运送出来。DDG为所谓的子孔径方法，因为在每个时间点处，工具仅覆盖晶圆表面的一部分。只有通过晶圆借助于承载环在杯状磨削盘之间的旋转，才能连续地覆盖和加工整个晶圆表面。由于晶圆表面在加工期间是可触及(或可接近)的，晶圆43的瞬时厚度可借助于例如接合在晶圆的外周处的双面量规(卡尺，未示出)在原位被持续地测量。
当已达到目标厚度时，双面量规旋转离开，磨削心轴的进一步进给被终止，并且晶圆在杯状磨削盘继续旋转的情况下旋转通过。这将围绕晶圆螺旋式地行进且轴向地进入到晶圆中的材料去除转换为对于晶圆的整个表面而言为平面状的材料去除。心轴进给所产生的剪切力(该剪切力对于与工件的材料去除接合而言是必需的)被缓慢地消散掉，并且杯状磨削盘的由金刚石构成的磨粒与工件脱离接合。此过程被称为火花熄灭。双面量规留下的任何痕迹也在该过程中被消除。由于在火花熄灭结束时杯状磨削轮以其磨削齿环圈的整个圆周平放在晶圆的于是平面状的表面上，在晶圆的两侧形成交叉的磨削图案。
本发明的基础在于下面给出的一系列观察和试验：
首先，通过元素分析观察到，在浆料线切片之后，由单晶硅制成的晶圆的表面表现出由锯切线上的黄铜涂层的磨损导致的一定的铜浓度，该浓度显著超过室温下铜在单晶硅中的最大体积溶解度。深度剖面分析表明，铜只存在于几微米厚的层中。根据在晶圆的受损表面下方的体积中不可能检测到任何增大的铜浓度的事实，在多线切片之后，发明人得出以下结论，即线锯切出的晶圆的受损表面起到吸气剂(吸收剂)的作用，其降低了铜的迁移率并防止渗透到具有未受损的结晶度的晶圆体积中。
其次，观察到紧接着多线切片之后出现的翘曲实质上(或明显)大于在进一步的材料去除加工之后出现的翘曲和根据经验已知的由于该材料去除加工而导致的翘曲降低程度的总和。由此得出以下结论，即紧接着多线切片之后，除了由于不均匀的切割剖面而导致的其塑性变形之外，晶圆还具有由不对称的正面/背面粗糙度或晶体损伤造成的大比例的弹性变形。所有近表面晶体破坏的整体被称为亚表面损伤。归因于亚表面损伤的弹性应变引起的翘曲也被称为应变引起的翘曲。
对于进一步的材料去除加工，选择在40℃的以重量计4％的氢氧化钾溶液中蚀刻2分钟。材料的去除由精密天平上得到的蚀刻去除之前和之后的晶圆重量之间的差异确定，并且导致因蚀刻处理而产生的合理厚度减小。
第三，当受损的表面层—其阻止铜渗透到被蚀刻的晶圆的体积中并起到吸气剂的作用—已被大部分(或在很大程度上)去除时，观察到被蚀刻的晶圆的体积中的增大的铜浓度。
第四，观察到即使在非常低的蚀刻去除水平下，弹性应变引起的翘曲也可被显著减小。对于材料去除，条件被确定，其能够有效地消除归因于多线切片的弹性应变引起的翘曲，而不完全去除阻止铜渗透到半导体晶圆的体积中的残余的、仍然受损的层。
第五，观察到，在这些条件下通过蚀刻而呈现出减小的翘曲的晶圆与未蚀刻的晶圆相比在随后的DDG加工之后具有实质上(或明显)更低的翘曲。为此，对来自同一多线切片流程的晶圆(其具有切片后基本相同的翘曲程度)进行蚀刻或不进行处理，随后进行DDG磨削以及翘曲的重新测量。
图3示出了在切割深度上进行浆料线切片之后、(A)蚀刻(相同的晶圆)之前和(B)蚀刻(相同的晶圆)之后，300mm晶圆的厚度变化曲线46和49(上图，THK＝厚度)以及形状变化曲线47和50(下图，SHP＝形状)。在蚀刻之前，晶圆沿着在切割方向上的线性扫描具有显著翘曲的形状变化曲线47。线性形状范围(LSR，变形的最小值至最大值)为约22μm。在蚀刻之后，根据形状变化曲线50，LSR已降至约4μm。厚度变化曲线46和49之间的差异对应于1-2μm的材料去除。晶圆的总厚度平均为895μm。因此，厚度的相对减少仅为1.5/895≈1.7‰。蚀刻通过将晶圆浸入到40℃的、以重量计4％的氢氧化钾溶液中4分钟而进行。在最初的30秒期间，未观察到显著的材料去除(未形成H2气泡)，因为最初天然氧化物以相对低的蚀刻速率被去除。可以通过蚀刻剂的浓度、蚀刻浴的温度以及晶圆在蚀刻浴中的停留时间精确地建立期望的材料去除。
图3还示出了紧接着浆料线切片(A)之后以及附加的蚀刻处理(B)之后的晶圆的波度变化曲线48和51(下图，WAV＝波度)。对于每个切割深度(DOC)，通过确定沿切割深度在10mm长的测量窗口内的相应形状变化曲线的最大值和最小值之间的差异，并将结果绘制为相对于切割深度轴线上的测量窗口的起点的波度WAV＝|f(SHP)|来确定波度WAV。对于其中确定了最大值和最小值之间的差异的趋向于零(而非10mm)的区域的宽度，波度WAV将对应于根据位置的形状变化曲线的一阶导数。波度WAV的指定测量协议对应于以空间角频率f0＝1/10mm对形状变化曲线进行空间高通滤波。由于位置空间中的WAV使用“箱车平均”(外部值的硬性截止)来确定，其在(位置)频率空间中对应于具有非常高的质量和阶次的梳式滤波器。(此外，如果在递减加权的情况下考虑到箱车极限值之外的值，则取决于利用其执行带外值的该递减加权的函数，滤波器阶次和滤波器质量被降低。)
无论在通过DDG对晶圆进行加工之前是否根据本发明对晶圆进行蚀刻，在多线切片之后具有晶体损伤的表面层应当被保留，因为仍然存在的吸气剂效应有效地防止铜扩散到晶圆的体积中。如果去除不超过原始厚度的5/1000(对于895μm的厚度，这对应于4.5μm的材料去除)，则可以认为这一点是适用的。另一方面，蚀刻去除也应当足够高，以补偿由于粗糙度的局部正面/背面不对称性所导致的晶圆的弹性翘曲以及晶体损伤的程度和深度。
天然氧化物的厚度和性质(化学计量、密度)以及因此初始蚀刻阶段的精确持续时间取决于切片(即，晶圆表面的产生)与蚀刻之间的精确等待时间，取决于这些操作中主导的环境条件(温度、大气湿度)，取决于受损程度(硅晶格的翘曲)，以及取决于掺杂(硅键的电荷分布的屏蔽)，并且量值最高达到约2nm。晶圆优选地应当在其整个表面上被均匀地蚀刻—换句话说，相对于蚀刻中的总停留时间，用于浸入蚀刻中和用于从蚀刻中去除的时间应当极其短。通过利用碱性蚀刻剂对晶圆进行蚀刻实现的材料去除优选地为每个晶圆至少0.3μm，优选地为每个晶圆至少0.5μm。对于具有弹性翘曲引起的变形的某些晶圆，仅0.5μm的材料去除足以实现显著的弹性松弛。
由于杂质、特别是铜在固态硅本体中的扩散速率随着温度的升高而增大，蚀刻浴的温度不应超过50℃。
第六，观察到以下情况，即利用碱性蚀刻剂(例如氢氧化钾)进行蚀刻比利用酸性蚀刻剂(例如硝酸)进行蚀刻更合适。利用碱性蚀刻剂进行的蚀刻是各向异性的；使用酸性蚀刻剂进行的蚀刻是各向同性的。利用碱性蚀刻剂进行的蚀刻在具有(100)取向的硅表面上产生小的四边棱锥，这些棱锥使晶圆的表面粗糙化，并将其提供给DDG磨削轮作为用于接合的可再现表面。
第七，观察到以下情况，即在借助于DDG对晶圆进行磨削期间，如果事先并未利用碱性蚀刻剂进行蚀刻，则杯状磨削轮通常引起从晶圆的正面(前侧)和背面(后侧)的不对称材料去除。这种不对称性可能非常明显，以至于只有一个磨削轮引起去除，而相反的磨削轮几乎无去除地在晶圆的表面上掠过。例如可以借助于DDG通过在正面和背面各磨削一次带有激光标记的晶圆并通过在两者之间翻转晶圆来观察材料去除的不对称程度。如果激光标记已被制成为深标(记)，则激光标记中点的深度为约100μm，并且因此比例如在DDG磨削期间在两侧总共产生的70μm的材料去除更深。这使得激光标记点的深度测量高度适合于材料去除的侧面分辨测量。在采用DDG磨削的选定磨削盘和运动学参数且并未事先利用碱性蚀刻剂进行蚀刻的情况下，在正面至背面材料去除中发现不对称性，其涉及到20％至100％(只有一侧经历去除)的相对于总材料去除的占比。
非对称材料去除的一部分也可被指派给与DDG相关联的运动学。由于运动学原因，在磨削过程期间因为连续磨损而导致的磨削轮的锐化(磨锐)是略微不对称的。杯状磨削盘沿着相反方向(图2中的旋转方向30和31)旋转，并且经由晶圆的边缘向内磨削至中心的磨削轮(图2中的左侧磨削轮32，具有旋转方向30)由于更高的磨损而经历更大程度的锐化，因为它抵靠尖锐的晶圆边缘行进，磨粒从磨削轮结合中脱离，并且与朝向晶圆的边缘向外磨削的磨削轮(图2中的右侧磨削轮33，具有旋转方向31)相比，从晶圆产生更高程度的材料去除。然而，这种现象可通过并不将心轴完全对称地向着液压垫的中心平面进给、而是将心轴向着平行于中心平面沿着向外磨削的磨削轮的方向轴向偏移等于两个杯状磨削盘的预定磨损差值的量的平面进给来予以补偿。
材料的不对称去除也可以从逆变器的功率消耗中读出，该功率消耗是保持磨削盘的预先选定的旋转速度所需的。这里，较低功率消耗(较低心轴电流)对应于更易(更积极)磨削的磨削轮，而较高功率消耗(较高心轴电流)对应于不太容易磨削的钝磨削轮。
图4示出了在一系列晶圆的DDG磨削期间的最大电流消耗(以安培计)的曲线52和53。曲线52(LMC，左侧最大电流)被指派给具有向外磨削的磨削轮的左侧心轴，曲线53(RMC，右侧最大电流)被指派给具有向内磨削的磨削轮的右侧心轴。横坐标表示磨削晶圆的序列号。在区域54中，在第一比较示例中，首先磨削在浆料线切片之后未被蚀刻的晶圆；然后，在区域55中的第一示例中，磨削在浆料线切片之后已根据本发明蚀刻的晶圆；以及最后，再次，在区域56中，磨削在第二比较示例中未被蚀刻的晶圆。在区域54和56中，心轴电流大不相同，磨削盘具有不同的锋利度(锐度)和切割就绪性(切割能力)，并且所导致的从晶圆的材料去除率在正面和背面大不相同，结果是在DDG加工之后晶圆具有不均匀的形状。
在代表根据本发明的过程(工序)的区域55中，心轴电流几乎得到补偿(即，几乎是相等或均衡的)；两个磨削轮具有大致相同的锋利度和切割就绪性(切割能力)；并且所产生的材料去除在晶圆的两侧在很大程度上是对称的。心轴电流中的其余微小差异61对应于基于DDG磨削的运动学所预期的量。心轴旋转速度为6000/分钟，晶圆旋转速度为35/分钟。这种微小的差异仍然可以通过具有向外磨削的磨削轮的心轴的旋转速度相对于另一心轴的旋转速度的略微增加而得到补偿。
在从未蚀刻的晶圆转换到蚀刻的晶圆以及从蚀刻的晶圆再次转换回未蚀刻的晶圆时的心轴电流的点57和58显示出磨削盘与晶圆表面的首次接合的初始锐化的效果。当晶圆的正面和背面的性质不同时，杯状磨削盘在每次“触接(或着陆)”(杯状磨削盘与晶圆表面之间的首次接触)时的初始锐化对于所述杯状磨削盘而言是不同的，并且具有较低的初始锐化程度的杯状磨削盘更快地被堵塞并更快地变钝。多线切片之后对晶圆表面进行的蚀刻使得晶圆的先前不对称受损的正面和背面均质化，并为它们提供一致的形态，这允许通过两个杯状磨削盘进行对称且均衡的磨削。这里的转换在DDG磨削中在每种情况下仅在一个晶圆上发生。

Claims (12)

1.一种用于由半导体材料的圆柱形锭料生产晶圆的方法，所述圆柱形锭料具有轴线和在所述锭料的外表面中且平行于所述轴线的标引凹口，所述方法按照指定顺序包括
(a)在存在切割剂的情况下，借助于多线切片从所述圆柱形锭料同时切分出多个晶圆；
(b)在温度为20℃至50℃的蚀刻浴中利用碱性蚀刻剂对所述晶圆进行蚀刻并持续一停留时间，其中从所述晶圆中的每一个去除的材料小于初始晶圆厚度的5/1000；以及
(c)借助于以环形磨料覆层作为工具的同时双盘磨削对所述晶圆进行磨削。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述碱性蚀刻剂为溶解在所述蚀刻浴中的碱金属或非金属阳离子的氢氧化物。
3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述碱性蚀刻剂包括氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、氢氧化铵(NH4OH)或四甲基氢氧化铵(TMAH,N(CH3)4OH)或这些化合物中的至少两种的混合物。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述晶圆的所述停留时间为0.5分钟至15分钟。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述蚀刻浴中的所述碱性蚀刻剂的浓度为以重量计0.5至10％，并且每个晶圆所去除的材料不超过4.5μm。
6.如权利要求4和权利要求5所述的方法，其中，所述温度为25℃至40℃，所述停留时间为1分钟至6分钟，并且所述蚀刻浴中的所述碱性蚀刻剂的浓度为以重量计2％至以重量计6％。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述线切片作为浆料线切片进行，所述线为具有以重量计0.8％至以重量计1％的碳含量以及50μm至175μm的直径的过共析钢线并且所述切割剂为乙二醇中的粒径为7μm至13μm的碳化硅(SiC)的浆料。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述线被结构化，并且在垂直于线轴线的方向上具有多个凹痕和突起。
9.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述线切片作为金刚石线切片进行，所述线为具有以重量计0.8％至以重量计1％的碳含量并具有50μm至120μm的直径的过共析钢线，所述切割剂包括粒径为4μm和20μm的金刚石，并且所述金刚石借助于利用镍电镀结合、借助于合成树脂结合或机械地锚固在所述线的表面中。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述线围绕线引导辊以多对方向逆转移动，在每种情况下一对方向逆转包括沿着第一纵向线方向移动第一长度以及随后沿着与所述第一纵向线方向正好相反的第二方向移动第二长度，并且所述第一长度被选择为大于所述第二长度。
11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述环形磨料覆层包括陶瓷结合且粒径为0.5μm至12μm的金刚石。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述粒径为1.5μm至6μm。
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