CN1246885C - 研磨工具和使用其的研磨方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种研磨工具，其包括支撑件和固定到该支撑件上的研磨装置。该研磨装置包括毡制品和散布到该毡制品中的磨粒，该毡制品的密度等于或者大于0.20克/厘米³并且其硬度等于或者大于30。一种在转动工件和研磨工具时将该研磨工具压靠到被研磨工件表面上的研磨方法和设备。

Description

研磨工具和使用其的研磨方法及装置

技术领域

本发明涉及一种研磨工具，特别涉及一种适用于研磨具有加工变形的半导体晶片背面的研磨工具，以及使用这种研磨工具的研磨方法及装置

背景技术

半导体芯片的制作过程中，是在一个半导体晶片正面上以格子模式按列方式将其划分成很多的矩形区域，而且半导体电路则被布置在该矩形区域上。该半导体晶片按列分割以使该矩形区域变成为半导体芯片。为使该半导体芯片紧凑体轻，在将矩形区域分割成单个芯片之前经常是要磨削该晶片的背面，从而减小该半导体晶片的厚度。实现该晶片的背面磨削，通常是将一个高速转动的磨削装置压靠到该半导体晶片的背面上，该磨削装置是由将金刚石研磨颗粒用一种适合的粘结剂，例如树脂粘结剂制成。在以该法磨削晶片背部时在该磨削晶片背部会产生一种叫作加工变形，从而严重降低横向破裂强度。为使排除产生在该磨削晶片背部的加工变形，并因此避免横向破裂强度降低，业已提出用没有磨粒的方法研磨经过磨削的该晶片背部，或使用含有硝酸和氢氟酸的腐蚀液以化学方式腐蚀该经过磨削的晶片背部。还有，号为2000-343440的日本待审的公开专利中披露了用将研磨颗粒固定到适用布料上制成的研磨装置，来研磨半导体晶片的背面。

而无磨粒研磨工艺，尚存在有诸多问题，在供应和回复等方面该无磨粒材料需要麻烦的工序，以导致低效，以及大量无磨粒材料使用造成的工业废料的处理。用腐蚀液的化学腐蚀法也有因大量使用过的腐蚀液工业废料的处理问题。而这类研磨在抛磨效率上尚不成功，其研磨质量也还不尽如人意。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的、经改进的研磨工具，该工具以高的研磨效率和高质量研磨半导体晶片背面，并不会形成须处理的大量工业废料的物质，从而能够去除该半导体晶片背面上存在的加工变形。

本发明再一个目的是提供使用上述研磨工具的一种新的、经改进的研磨方法及其设备。

本发明的还一个目的是提供一种新的、经改进的磨削/研磨的方法和一种新的、经改进的磨削/研磨的机器，它磨削半导体晶片背面，然后以高的研磨效率和高质量研磨半导体晶片背面，从而能够去除因磨削产生的加工变形。

本发明的发明人通过深入的研究，业已发现上述目的是通过装备研磨装置实现，该研磨装置通过将磨粒散布到毡制品中而形成的，毡制品的密度等于或者大于0.20克/厘米³并且其硬度等于或者大于30。

根据本发明的一个方面，按实现上述目的的研磨工具，在此提供了一种研磨工具，其包括一支撑件和固定到该支撑件上的研磨装置，该研磨装置包括毡制品和散布到该毡制品中的磨粒，毡制品的密度等于或者大于0.20克/厘米³并且其硬度等于或者大于30。

该毡制品的密度最好等于或者大于0.40克/厘米³并且其硬度等于或者大于50。该研磨装置最好含有0.05到1.00克/厘米³，特别是0.20到0.70克/厘米³的该磨粒。该研磨装置的研磨表面包括该毡制品的层表面和条痕表面。该磨粒最好具有0.01到100μm的颗粒直径。该磨粒包括下列中的一种或多种：硅石、氧化铝、镁橄榄石、滑石、富铝红柱石、立方氮化硼、金刚石、氮化硅、碳化硅、碳化硼、碳酸钡、碳酸钙、氧化铁、氧化镁、氧化锆、氧化铈、氧化铬、氧化锡、和氧化钛。支撑件具有一圆形支持表面，并且该研磨装置的形式为一粘结到该圆形表面上的盘。

根据本发明的另一个方面，在此还提供作为实现上述目的的一种研磨方法，其包括转动一工件且还转动研磨装置，并将该研磨装置压靠到要研磨的表面，其中该研磨装置通过将磨粒分散到毡制品中构造成，该毡制品的密度等于或者大于0.20克/厘米³并且其硬度等于或者大于30。

在一个优选实施例中，该工件是一半导体晶片，而被磨的表面则是一个被磨削的背面。该工件和研磨装置最好以相反的方向转动。该工件的转速最好是5到200rpm，特别是10至30rpm，而研磨装置的转速最好是2000到20000rpm，特别是5000至8000rpm。该研磨装置最好是以100到300克/厘米²，特别是以180到220克/厘米²的压力压靠于该工件。在一个优选实施例中，该工件为一个大体呈盘形的半导体晶片，该半导体晶片的外径和该研磨装置的外径大体相同，该半导体晶片的外径和该研磨装置的外径大体相同，并且该半导体晶片的中心轴线和该研磨装置的中心轴线定位成，彼此偏移开该半导体晶片半径的三分之一至二分之一。该研磨装置优选地沿垂直于研磨装置的旋转轴线并垂直于该研磨装置中心轴线与该半导体晶片的中心轴线彼此偏移开方向的一方向相对于该工件来回地移动。该研磨装置优选地来回地移动，其速度为30至60秒往复一次，并且其幅度等于或略大于该半导体晶片的直径。

根据本发明的另一方面，提供一种作为能实现附加目的的磨削/研磨方法，其包括使用一磨削件磨削半导体晶片的背面的一磨削步骤；并且在该磨削步骤后，转动该半导体晶片、并且还转动研磨装置、以及将该研磨装置压靠到该半导体晶片背面上的一研磨步骤，该研磨装置通过将磨粒散布到毡制品中构造成，该毡制品的密度等于或者大于0.20克/厘米³并且其硬度等于或者大于30。

优选的是，在该磨削步骤之后和该研磨步骤之前，在该半导体晶片背面喷射清洗液的一清洗步骤；和在该清洗步骤之后和该研磨步骤之前，在该半导体晶片背面喷射空气的一干燥步骤。

根据本发明的再一方面，提供一种作为能实现另一目的的研磨装置，其包括一用于保持工件的可旋转地安装的夹头装置；和一可旋转地安装的研磨工具，其中该研磨工具包括通过将磨粒分散到毡制品中构造成的研磨装置，该毡制品的密度等于或者大于0.20克/厘米³，并且其硬度等于或者大于30；并且转动该夹头装置、也转动该研磨装置，并且该研磨工具的研磨装置压靠到由夹头装置保持的工件上，由此研磨工件。

在一个优选实施例中，作为该工件的一半导体晶片保持在该夹头装置上，并且该研磨装置研磨该半导体晶片的一已磨削过的背面。该夹头装置与研磨装置最好以相反方向转动。夹头装置的转速最好为5至200rpm，特别是10至30rpm，而研磨工具的转速最好是2000至20000rpm，特别是5000至8000rpm。该研磨装置最好以100至300克/厘米²，特别是180至220克/厘米²的压力压靠到工件上。在一个优选实施例中，该工件为一个大体呈盘形的半导体晶片，该半导体晶片的外径和该研磨装置的外径大体相同，该半导体晶片的外径和该研磨装置的外径大体相同，并且该半导体晶片的中心轴线和该研磨装置的中心轴线定位成，彼此偏移开该半导体晶片半径的三分之一至二分之一。该研磨装置优选地沿垂直于研磨装置的旋转轴线并垂直于该研磨装置中心轴线与该半导体晶片的中心轴线彼此偏移开方向的一方向相对于该夹头装置来回地移动。该研磨装置优选地来回地移动，其速度为30至60秒往复一次，并且其幅度等于或略大于该半导体晶片的直径。

根据本发明的再一个方面，提供一种作为能实现附加目的的磨削/研磨的机器，其用于磨削半导体晶片的背面并随后研磨该半导体晶片的背面，该机器包括：一间歇转动的转台；至少一个可旋转地安装在该转台上的夹头装置；至少一个磨削装置；一研磨设备，并且其中：待磨削及研磨的该半导体晶片被保持在该夹头装置上，以暴露该半导体晶片的背面；该转台间歇地转动，从而该夹头装置顺序地位于至少一个磨削区和至少一个研磨区；该磨削装置包括一磨削工具，该磨削工具受迫作用于由位于磨削区的该夹头装置保持的该半导体晶片的背面，以磨削该半导体晶片的背面；该研磨设备包括一可转动地安装的研磨工具，该研磨工具有一通过在毡制品中散布磨粒构造成的研磨装置，位于研磨区的该夹头装置被转动并且该研磨工具也被转动，并且该研磨装置压靠到由该夹头装置保持的该半导体晶片的所述背面上，由此研磨该半导体晶片的背面，该毡制品的密度等于或者大于0.20克/厘米³并且其硬度等于或者大于30。

优选的是，该磨削/研磨机还包括一用于在该半导体晶片的所述背面上喷射清洗液的清洗装置，该半导体晶片由位于研磨区的该夹头装置所保持；和一用于在该半导体晶片的所述背面上喷射空气的干燥装置，该半导体晶片由位于研磨区的该夹头装置所保持。

根据深入的研究，发明人使用块状体和散布在该块状体中的磨粒构造在研磨工具中的研磨装置，该块状体由至少两种类型的纤维形成，该纤维选自包括各种动物毛的天然纤维以及人造纤维。发明人业已发现，与采用单一类型纤维和将磨粒散布入这种块状体，如毡制品而构造成的研磨装置的研磨工具相比，上述研磨工具能实现从研磨装置和/或工件中更为有效的散热，并且提高研磨的质量和效率，尽管为什么会有这些优点的机制尚不明。

根据本发明的再一个方面，提供一种作为能实现上述目的研磨工具，其包括：一支撑件和固定到该支撑件上的研磨装置，并且其中该研磨装置包括块状体和散布在该块状体中的磨粒，该块状体由至少两种类型的纤维形成，该纤维选自包括各种动物毛的天然纤维以及人造纤维，该该块状体的密度等于或者大于0.20克/厘米³，其硬度等于或者大于30。

在此，术语“天然纤维”是指基于动物的天然纤维，不仅包括羊毛和山羊毛，还包括猪毛、马毛、牛毛、狗毛、猫毛、貉毛、和狐狸毛；植物纤维如棉和麻；以及矿物纤维如石棉。术语“块状体”是指诸如毡制品或纤维束之类的物件，它通过挤压纤维成块状形式而形成。

在一个优选实施例中，由第一纤维形成的第一毡制品和一由第二纤维形成的第二毡制品。该该第一纤维是羊毛或山羊毛，而该第二纤维是山羊毛或羊毛。优选的是，该块状体通过如下构造成：在实施第一毡制品中形成多个空隙，并将该第二毡制品装配进每个所述多个空隙中。在该研磨装置的研磨表面中，优选的是，该第二毡制品分散地布置在第一毡制品中。在另一个优选实施例中，该块状体包括由第一纤维形成的毡制品和由第二纤维形成的纤维束。该第一纤维是羊毛或山羊毛，而该第二纤维是除羊毛和山羊毛之外的动物毛。该块状体通过如下构造成：在实施第一毡制品中形成多个空隙，并将该纤维束装配进每个所述多个空隙中。在该研磨装置的研磨表面中，该纤维束分散地布置在毡制品中。在再一个优选实施例中，该块状体包括由至少两种类型的纤维混合形成的毡制品。该块状体由羊毛和山羊毛混合形成的毡制品构造成。在任何实施例中，该块状体的密度等于或者大于0.20克/厘米³，特别是等于或者大于0.40克/厘米³，其硬度等于或者大于30，特别是，硬度等于或者大于50。

附图说明

图1所示为按本发明构造的研磨工具的一个优选实施例的透视图；

图2为图1中的研磨工具翻转状态的透视图；

图3为显示出一部分毡制品的透视图；

图4为按本发明构造的研磨工具的另一个实施例的透视图，其处在翻转状态；

图5为按本发明构造的研磨工具的再一个实施例的透视图，其处在翻转状态；

图6为按本发明构造的研磨工具的再一个实施例的透视图，其处在翻转状态；

图7为按本发明构造的研磨工具的再一个实施例的透视图，其处在翻转状态；

图8为按本发明构造的研磨工具的一个附加实施例的透视图，其处在翻转状态；

图9为按本发明构造的磨削/研磨机的一个优选实施例的透视图；

图10为显示图9的磨削/研磨机中研磨装置的一部分的剖视图；

图11为按本发明构造的研磨工具的另一个优选实施例透视图；

图12为图11的研磨工具处在翻转状态的透视图；

图13是与图12相似的透视图，其示出构成研磨装置块状体的第一与第二毡结合的修改模式；

图14是与图12相似的透视图，其示出构成研磨装置块状体的第一与第二毡结合的另一种修改模式；

图15是与图12相似的透视图，其示出构成研磨装置块状体的第一与第二毡结合的再一种修改模式；

图16与图12相似的透视图，其示出按本发明构造的处在翻转状态的研磨工具的再一个附加实施例；和

图17是与图12相似的透视图，其示出按本发明构造的处在翻转状态的研磨工具的再一个附加实施例。

具体实施方式

结合附图，将对本发明的实施例作详细的描述。

图1和图2显示了按本发明构造的研磨工具的一个优选实施例。图示的研磨工具，总体以标记2表示，包括支撑件4和研磨装置6。支撑件4最好由诸如铝的适用材料制成盘形，并具有一个圆的平支承表面，即下表面。如图1所示，许多(图中为4个)螺纹盲孔7从支撑件4的上表面向下延伸，它们在该支撑件4周向地间隔处形成。研磨装置也是盘形，而且研磨装置6与支撑件4的外径大致相同。该研磨装置6通过例如环氧树脂的一种适用粘结剂被粘结到支撑件4的下面上(即其平的圆支承面)。

重要的是，研磨装置6包括毡制品和散布到该毡制品中的许多磨粒。而该毡的密度为大于或等于0.20克/厘米³，特别是大于或等于0.40克/厘米³，以及硬度大于或等于30，特别是大于或等于50，也同样重要。在此，所用“硬度”是指按标准JIS K6253-5(硬度计硬度试验)测出的硬度。若该密度和硬度过低，就达不到所要求的研磨效率和质量。毡则不限于羊毛，还可以包括诸如聚酯、聚丙烯、耐热尼龙、丙烯酸酯、人造丝和凯夫拉尔(Kevlar)等适用的人造纤维，诸如硅及玻璃的耐火纤维，以及诸如棉和麻的天然纤维的毡制品。关于研磨效率和研磨质量，最好是毡制品含有大于等于90％的羊毛，特别是100％羊毛的毡。散布在毡中的磨粒量则最好为0.05至1.00克/厘米³，特别是0.20至0.70克/厘米³。

散布在毡内的磨粒最好具有颗粒尺寸为0.01至100μm。该磨粒可以由任何硅石、氧化铝、镁橄榄石、滑石、富铝红柱石、立方氮化硼、金刚石、氮化硅、碳化硅、碳化硼、碳酸钡、碳酸钙、氧化铁、氧化镁、氧化锆、氧化铈、氧化铬、氧化锡和氧化钛构成。如果需要，可以将两种或两种以上类型的磨粒散布到毡制品中。为使磨粒适当地散布到毡制品中，可以将磨粒混进一种适当的液体中，再行以该液体注入毡，或者按需要，也可以在毡制品制作过程中，将磨粒作为材料结合入用于进毡制品的纤维之中。在磨粒正确散布进毡后，在该毡制品中注入适当的液态粘合剂，比如，一种酚醛树脂粘合剂或是环氧树脂粘合剂，以使磨粒可用这种粘合剂粘结到毡制品的内部。

如在图3中示意性地表示的那样，该毡制品以片材S制作，沿其延伸方向的表面，即它的表面及背面，被称为层表面H，而沿其厚度方向的表面叫条痕表面V。在图1和2中表示的该研磨工具2中，构成研磨装置6的该毡制品是将该板材切成盘形所形成的。这样，该研磨装置6的研磨表面，即下表面8，则是由该毡的层表面H形成的。如果需要，毡制品的条痕面V也可以用作研磨表面。根据本发明人的经验，业已发现与用该毡制品的层表面H作研磨表面相比，采用该毡制品的条痕表面V作研磨表面可增加研磨量20至30％。为使增加研磨效率，而不降低研磨质量，可以允许采用该毡制品的层面H和条痕面V混合形成该研磨装置6的研磨表面，即其下表面，如图4至7中所示的。在图4所示的研磨工具2中，研磨装置6的下表面包括了由毡的层表面H形成的一个层表面区8H，以及由毡的条痕表面V形成的多个条痕表面区8V。条痕表面区8V的形状类似小的圆形，并被分散地布置在该层表面区8H中。在图5所示的研磨工具2中，该研磨装置6的下表面包括了一个中央的层表面区8H和一个环绕该中央层表面区8H的外环条痕表面区8V。在图6所示的研磨工具2中，该研磨装置6的下表面由交替同心地布置的层表面区8H和条痕表面区8V构成。在图7所示的研磨工具2中，该研磨装置6的下表面包括了多个扇形的层表面区8H和于该扇形层表面区8H间径向延伸的多个条痕表面区8V，以及环绕层表面区8H和条痕表面区8V的一个外环形条痕表面区8V。此外，如在图8中所示，在研磨装置6中许多狭缝10被切成。这些狭缝10的形状类似多个同心布置的圆和/或等角距离布置的径向线。

图9所示是用于完成一个半导体晶片背面磨削的磨削步骤和一个其中采用了上述研磨工具2的后续研磨步骤的一台磨削/研磨机器。所示的磨削/研磨机具有一个总体以标记12表示的外壳体。该壳体12具有形状为细长地延伸的长方体的主体部14。大体垂直向上延伸的直立壁16设置在主体部14的后端部分。两个磨削装置，即粗磨装置18a和精磨装置18b，设置在直立壁16上。详细地说，两对导轨19a和19b固定于直立壁16的前表面。导轨对19a和19b的各个导轨基本是垂直延伸。滑块20a和20b被装在导轨对19a和19b上以使可作垂直滑动。各个滑块20a和20b具有两个腿状体22a和两个腿状体22b。每个腿状体22a和22b与每个导轨对19a和19b的导轨可滑动接合。大致垂直延伸的螺纹轴28a和28b通过支承件24a和24B以及支承件26a和26b以可转动方式安装在该直立壁16的前表面上。电机30a和30b，可以是脉冲马达，也被装在了支承件24a和24B上。该马达30a和30b的输出轴连接于螺纹轴28a和28b。向后突伸的连接部分(未示出)形成在该滑块20a和20b中。在该连接部中形成有垂直延伸的螺纹通孔，而螺纹轴28a和28b被拧进这些螺纹孔。这样，当马达30a和30b正常方向转动则滑块20a和20b下降，而当马达30a和30b反方向转动则滑块20a和20b上升。向前突伸的支承部32a和32b作在滑块20a和20b上，并且壳34a和34b固定于支承部32a和32b上。大体垂直延伸的转轴36a和36b以转动方式装在壳34a和34b内。壳34a和34b内设置有电机(未示出)，而这些电机的输出轴与转轴34a和34b连接。盘形安装件36a和36b装于转轴34a和34b的下端，而磨削工具38a和38b被装在安装件36a和36b上。多个弧形磨削件设置在每个磨削工具38a和38b的下表面上。磨削件最好是用如树脂粘合剂的一种适用粘结剂粘结金刚石而形成。设置在壳34a和34b内的马达通电时，磨削工具38a和38b则以高速旋转。

参见图9，外壳体12的主体部14上表面后半部上设置有转台42。该转台装成能绕大体为垂直延伸的中心轴线旋转。一个适用的电机(未示出)驱动连接的转台42，如下文将提及的，该转台42间歇地被一次转动120度。三个夹头装置44于转台42圆周方向上等角距离设置。图示的夹头装置44各设置安装有多孔渗水的盘，从而可以绕大体垂直延伸的中心轴线旋转。一个适用的电机(未示出)驱动地连接各个夹头装置44，而该夹头装置44可以是以5至100rpm的转速被转动。一个真空源(未示出)以可选择连接方式与夹头装置44连通，如下文将提及的，放到夹头装置44的一个半导体晶片因真空负压吸附到夹头装置44上。通过间歇地一次转动120度地转动转台42，各个夹头装置44会顺序地定位于一个上料/下料区46，一个粗磨区48及一个精磨区50。如通过下文的解释即可明了的，该上料/下料区46也起到研磨区的作用。

上料盒区52，下料盒区54，传送机构56，半导体晶片接受装置58，及清洗装置60设置在外壳体12的主体部14的第一半上表面上。传送机构62和64设置在外壳体12主体部14的上表面中间。容纳具有待磨削和研磨的背面的多个半导体晶片W的盒C放置在该上料盒区52。容纳完成了背面的磨削和研磨的多个半导体晶片W的盒C放置在该下料盒区54。传送机构56一次抓住一个半导体晶片W，从放置在该上料盒区52上的盒C中取出，翻转半导体晶片W使其上面朝下，并将其放置在该半导体晶片接受装置58之上。该传送机构62将已放置在接受装置58之上的其背面朝上的该半导体晶片W传送到位于该上料/下料区46的该夹头装置44之上。

通过转台42作间歇的转动，其背面朝上并裸露的、已被放置在夹头装置44上的半导体晶片W与夹头装置44一起位于粗磨削区48。在该粗磨削区48，保持该半导体晶片W的夹头装置44被转动，并且该磨削工具38a也以高速转动。该磨削工具38a压靠半导体晶片W的背面，并逐渐下降，从而半导体晶片W的背面被磨削。该磨削工具38a与夹头装置44的中心轴线相互偏移一个预定的距离，以使该磨削工具38a对该半导体晶片W的整个背部起到足够均匀地磨削。通过转台42作间歇的转动，在粗磨削区48已被磨过的半导体晶片W与夹头装置44一起被带到该精磨区50。然后，该半导体晶片W的背面由磨削工具38b进行精磨。由磨削工具38b进行的精磨方式与磨削工具38a进行粗磨方式类似。通过转台42作间歇的转动，在精磨区50精磨过的该半导体晶片W与夹头装置44一起被带到上料/下料区46。在上料/下料区46，该半导体晶片W的背面以一种在下文中将予描述的方式被研磨。

然后，该传送机构64将位于该上料/下料区46的、在夹头装置44上的半导体晶片W传送到该清洗装置60。当半导体晶片W以高速旋转时，该清洗装置60喷射出可以是纯水的清洗液，以清洗该半导体晶片W并且干燥它。该传送机构56转动经清洗并干燥过的该半导体晶片W使其下面朝上，以正面向上，并且将其传送进位于下料盒区54的该盒C之中。在位于该上料盒区52的盒C中的所有半导体晶片W被取出后，将装有具有待磨削和研磨的背面的半导体晶片W的下一个盒C替换此盒C。当一个预定数量的半导体晶片W装入位于下料盒区54的该盒C中后，此盒被取出，并放入一个空盒C。

除了以上说明的磨削/研磨机的结构和作用之外，即关于在该上料/下料区46中的半导体晶片W背面的研磨的结构和作用之外，其结构和作用都与例如以商标为“DFG841”以DISCO销售的磨床的结构和作用类似，并且为本领域的普通技术人员熟悉。因此其结构和作用在此不再赘述。

在以上说明的磨削/研磨机中，除用于磨削该半导体晶片W背面的粗磨装置18a和精磨装置18b之外，设置一用于研磨该半导体晶片W的背面的研磨设备66。参见图9和图10，基本垂直向上延伸的柱67和68设置在该外壳体12主体部1的4后半上表面的相对两侧的边缘部上。大体水平延伸的一导轨70固定于柱67和68之间，并且一滑块72以可滑动方式安装于导轨70上。如图9和图10中可清楚见到的，导轨70具有矩形横截面，并且一具有通过其插入该导轨70的为矩形横截面的开孔74在滑块72中形成。大体水平延伸的一个螺纹轴76进一步以可旋转方式安装于柱67与68之间。电机78装于柱68上，电机78的输出轴与螺纹轴76连接。在滑块72中形成的一螺纹通孔80大体水平延伸，并且该螺纹轴76被拧进螺纹孔80中。这样，电机以正常方向转动时，滑块72则在沿箭头82所指的方向向前移动。当电机78反方向转动，滑块72则沿箭头84所指的方向向后移动。

参见图9和10，大体垂直延伸的导轨86形成在滑块72的前表面上，而一上-下块88安装成可沿导轨86滑动。导轨86的横截面为一个宽度方向向前渐增的倒置梯形，即呈燕尾形。具有相应横截面的导向槽90在上-下块88中形成，并且该导向槽90与导轨86相接合。如图10所示，大体垂直延伸的通孔92在滑块72的导轨86中形成。一个气动气缸机构94的气缸96固定于通孔92中。该上-下块88的下端部上形成有向后突起的凸出部98，并且开口100在凸出部98中形成。气动气缸机构94的活塞102从滑块72向下延伸，并向下延伸通过在上-下块88的凸出部98中形成的开口100。大于开口100的一凸缘104固定到该活塞102的下端。电机106固定于上-下块88中，并且一个大体垂直延伸的转轴108与电机106的输出轴相连接。一安装件110固定于转轴108下端，该转轴从上-下块88向下延伸。图1和2中所示的研磨工具2被固定于安装件110的下端。更详细地说，呈盘形的安装件110具有与研磨工具2的支撑件4大体相同的外径，该安装件具有多个(图中为4个)形成在周边地间隔开的位置处的通孔。固定螺钉114拧进在研磨工具2的支撑件4上形成的螺纹盲孔7，以将研磨工具2固定到该安装件110的下表面上。此外在图示的实例中，喷射清洗液用的清洗装置116和喷射空气用的干燥装置118设置在外壳体12的主体部14上，该清洗装置，可选择纯水，向位于上料/下料区46夹头装置44上保持的半导体晶片W喷射，该干燥装置将优选的热空气向位于上料/下料区46的夹头装置44上保持的半导体晶片W喷射。

现简要说明研磨设备66的作用。当转台42间歇地转动时，或半导体晶片W传送至位于该上料/下料区46的夹头装置44上时，或半导体晶片W传送出位于该上料/下料区46的夹头装置44时，气动气缸机构94的活塞102退回至图10中双点划线所指示的位置。于是，设在活塞102前端的凸缘104作用于上-下块88的凸出部98上，从而将该上-下块88抬升至以图10中双点划线所示的一个升起位置。该上-下块88抬升至升起位置时，研磨设备66的研磨工具2即向上与位于该上料/下料区46的夹头装置44和保持于其上的半导体晶片W分开。当该夹头装置44保持住半导体晶片W，随着转台42间歇转动其背面经过在粗磨区48的粗磨和在精磨区50精磨位于该上料/下料区46时，该清洗装置116将清洗液喷射到该半导体晶片W的背面以去除半导体晶片W的背面上的磨屑。然后，该干燥装置118将空气喷到半导体晶片W的背面以吹干它。

接着，该气动气缸机构94的活塞102伸出至图10中实线所示的位置。于是活塞前端所设的凸缘104向下与该上-下块88的凸出部98分开。这样，研磨工具2的研磨装置6在该上-下块88和电机106、转轴108、安装件110、及装在该上-下块88上的研磨工具2的自重作用下压靠到该半导体晶片W的背面。如果需要，诸如压缩弹簧的一个适用弹性推靠装置可附加地设置使用，或用以替代该上-下块及安装于其上的各种构件的自重作用，并且该研磨装置6可以用该弹性推靠装置来压靠到该半导体晶片W的背面。在该研磨工具2的研磨装置6压靠到该半导体晶片W的背面的当时、或在其之、或在其之后，夹头装置44转动，并且该马达106通电以转动该研磨工具2。随后，马达78反复地正反转，由此使滑块72作由箭头82和84所示方向的前后运动。这样，研磨工具2作由箭头82和84所示方向的前后运动。以此方式，研磨该半导体晶片W的背面。

按本发明人的经验，在上述方式中采用研磨工具2研磨该半导体晶片W的背面时，优选的是，夹头装置44以相对较低的转速旋转，最好5至200rpm，特别是10至30rpm，而研磨工具采用相对较高的转速旋转，最好是2000至20000rpm，特别是5000至8000rpm。夹头装置44和研磨工具2的旋转方向可以相同，但最好是彼此相反。至于该研磨工具2作由箭头82和84所示方向的前后运动，研磨工具2可以是以每次30至90秒以幅度等于或略大于该半导体晶片W的直径作往复运动。该研磨工具2作用在该半导体晶片W的背面的压力最好是100至300克/厘米²特别是180至220克/厘米²。如图10所示，研磨工具2的研磨装置6的直径可以是与该半导体晶片的大体相同。为了使整个研磨装置6完全均匀地作用于该半导体晶片W整个背面，保持在该夹头装置44上的半导体晶片W的中心轴线与该研磨装置6的中心轴线最好相互间沿大致水平方向(即垂直于该夹头装置44和研磨工具2旋转轴线的一个方向)和沿垂直于由箭头82和84所指研磨工具2前后移动方向的一方向偏置开研磨装置6半径的约三分之一到二分之一。

当粗磨装置18a粗磨和精磨装置18b精磨该半导体晶片W的背面时，在该半导体晶片W的背面上产生一种所谓锯齿样痕迹，并且产生的所谓加工变形(这种加工变形可以在透射电子显微镜下清楚地被观察到)自表面超过0.2μm的深度。经磨削后，该半导体晶片W的背面通过本发明构造的研磨工具2进行研磨，以去除超过大约1.0μm深度的表面层。用此方法，对该半导体晶片W的背面可作镜面精加工，该加工变形可基本去除。

图11和12显示的是按本发明构造的研磨工具的另一个优选实施例。整体以标记202表示的一个研磨工具包括一个支撑件204和一个研磨装置206。该呈盘形的支撑件204最好由如铝的一种适用的金属制成，并且具有一个圆的平支承面，即下表面。如图11所示，许多(图中为四个)螺纹盲孔208从支撑件204的上表面向下延伸，它们形成在该支撑件204周向的间隔开的位置处。研磨装置206也是盘形，而且研磨装置206与支撑件204的外径大致相同。该研磨装置206通过例如环氧树脂的一种适用的粘结剂被粘到支撑件204的下表面上(即其平的圆支承面)。

重要的是，研磨工具206包括块状体和散布在块状体中的磨粒，块状体由选自天然和人造纤维中至少两种类型纤维形成。天然纤维的例子为动物纤维，诸如羊毛、山羊毛、猪毛、马毛、牛毛、狗毛、猫毛、貉毛和狐狸毛，植物纤维如棉和麻，以及矿物纤维如石棉。人造纤维的例子为尼龙纤维、聚乙烯纤维，聚丙烯纤维、聚酯纤维、丙烯酸纤维、人造丝纤维、凯夫拉尔(Kevlar)纤维和玻璃纤维。将纤维压缩成块状形式而形成的块状体可以是毡制品或纤维束，并且最好具有密度等于或者大于0.20克/厘米³，特别是密度等于或者大于0.40克/厘米³，而硬度等于或者大于30，特别是等于或者大于50。太低的密度及硬度会降低研磨效率及质量。

散布到块状体内的磨粒量最好是0.05至1.00克/厘米³，特别是0.20至0.70克/厘米³。散布到块状体内的磨粒本身可以与如图1和2中所示的研磨装置内的磨粒大体相同。为能适当地将磨粒散布到块状体中，例如，可以允许将该磨粒混进适当的液体中，然后将该液体注入块状体，或是在该块状体制作过程中，按要求将磨粒混进作为用于块状体的材料的纤维之中。磨粒被适当地散布到块状体中后，将例如酚醛树脂胶或环氧树脂胶的适用的液态粘合剂注进块状体中，从而使磨粒通过此粘合剂粘结于该块状体中。

如清楚地从图12中见到的，在图11和12所示的实施例中研磨装置206包括第一毡制品210与许多的第二毡制品212。第一毡制品210由第一纤维形成，而第二毡制品212由不同于第一纤维的第二纤维形成。第一毡制品210整体呈圆形，穿透该第一毡制品210的多个孔隙214沿厚度方向在第一毡制品中以适当地间隔形成。每个孔隙214的横截面可以是直径相对较小的圆。每个所取的相对较小直径的圆形的多个第二毡制品212装配到在第一毡制品210中形成的孔隙214中。在研磨面或研磨装置206下表面中，该第二毡制品212被分散地布置在第一毡制品210中。通过将第二毡制品212强制装配到孔隙214中，该第二毡制品212可以固定于该第一毡制品212的孔隙214。另外，用适当的粘结剂可以将第二毡制品212固定于第一毡制品210的孔隙214中。第一毡制品210可由羊毛形成，而第二毡制品212可由山羊毛形成。作为选择方案，第一毡制品210可由山羊毛形成，而第二毡制品212可由羊毛形成。

图13至15显示了形成块状体的第一毡制品210和第二毡制品212的组合的修改实施例。在图13所示的研磨工具202的研磨装置206中，第一毡制品210呈盘形，而第二毡212制品形状成一围绕第一毡制品210的环形。在图14所示的研磨工具202的研磨装置206中，第一毡制品210和第二毡制品212交替地同心布置，第一毡制品210包括两部分，即一中央圆形部分和一圆环形部分，而第二毡制品212包括一中间圆环形部分和一外圆环形部分。在图15所示的研磨工具202的研磨装置206中，第一毡制品210包括六个扇形部分，而第二毡212包括六个径向延伸的线性部分和一个外环形部分。

图16示出按本发明构成的研磨工具的另一个实施例。图16所示的研磨工具302也包括支撑件304和研磨装置306。该支撑件304可以与图11和12中所示研磨工具202的支撑件204相同。包括块状体和散布于其中的磨粒的研磨装置306呈盘形，并通过适合的粘结剂被粘结到该支撑件304的一圆形平支承面或下表面上。该研磨装置306的块状体由毡制品310和多个纤维束312构成，毡制品310由第一纤维形成，纤维束312由不同于第一纤维的第二纤维形成。形成毡制品310的第一纤维可以是羊毛或山羊毛。构成该纤维束312的第二纤维可以是除了羊毛和山羊毛之外的其它动物毛，例如，猪毛、马毛、牛毛、狗毛、猫毛、貉毛、或狐狸毛。该纤维束312可以通过将多个纤维绑成一束，并通过需要的压力压缩得到的纤维束而形成。在图16所示实施例中，毡制品310整体呈圆形，而多个穿透毡制品310的孔隙314沿厚度方向在该毡制品310中以适当地间隔而形成。每个孔隙314的横截面形状为直径相对较小的圆。多个纤维束312的每一个取成直径相对较小的圆形，并被装配进毡制品310上形成的孔隙314中。在研磨装置306下表面中，纤维束312分散地布置在毡制品310中。纤维束312通过强制装配到孔隙314或通过适当的粘结剂，以固定于毡制品310的孔隙314之中。

图17示出的是按本发明构成的研磨工具的再一个实施例。图17中所示研磨工具402也包括支撑件404和研磨装置406。该支撑件404可以与图11和12所示研磨工具202的支撑件204相同。包括块状体和散布于其中的磨粒的研磨装置406呈盘形，并通过适当的粘结剂粘结到支撑件404的一个圆形平支承面或下表面之上。该研磨装置406的块状体由单一毡制品410形成，毡本身由至少两种类型的纤维混合制成。例如，可以将羊毛和山羊毛以适当比例混合制成该毡制品410。

已经参照附图详述了按本发明的优选实施例。然而，应当理解，本发明并不限于这些实施例，在不背离本发明精神和范围的前提之下可作出各种的修改和变化。

Claims (58)

1.一种研磨工具，其包括：

一支撑件；和

固定到该支撑件上的研磨装置，并且

其中，该研磨装置包括毡制品和分散到该毡制品中的磨粒，该毡制品的密度等于或者大于0.20克/厘米³并且其硬度等于或者大于30。

2.如权利要求1所述的研磨工具，其特征在于，该毡制品的密度等于或者大于0.40克/厘米³。

3.如权利要求1所述的研磨工具，其特征在于，该毡制品的硬度等于或者大于50。

4.如权利要求1所述的研磨工具，其特征在于，该研磨装置含有0.05到1.00克/厘米³的所述磨粒。

5.如权利要求4所述的研磨工具，其特征在于，该研磨装置含有0.20到0.70克/厘米³的所述磨粒。

6.如权利要求1所述的研磨工具，其特征在于，按重量该毡制品包括至少90％的羊毛。

7.如权利要求1所述的研磨工具，其特征在于，该研磨装置的研磨表面包括该毡制品的层表面和条痕表面。

8.如权利要求1所述的研磨工具，其特征在于，该磨粒具有0.01到100μm的颗粒直径。

9.如权利要求1所述的研磨工具，其特征在于，该磨粒包括下列中的一种或多种：硅石、氧化铝、镁橄榄石、滑石、富铝红柱石、立方氮化硼、金刚石、氮化硅、碳化硅、碳化硼、碳酸钡、碳酸钙、氧化铁、氧化镁、氧化锆、氧化铈、氧化铬、氧化锡、和氧化钛。

10.如权利要求1所述的研磨工具，其特征在于，该支撑件具有一圆形支持表面，并且该研磨装置的形式为一粘结到该圆形表面上的盘。

11.一种研磨方法，其包括：

转动一工件并且还转动一研磨装置；和

将该研磨装置压靠到待研磨的该工件的表面上，并且

其中，该研磨装置通过将磨粒分散到毡制品中构造成，该毡制品的密度等于或者大于0.20克/厘米³并且其硬度等于或者大于30。

12.如权利要求11所述的研磨方法，其特征在于，该工件是一半导体晶片，并且带研磨的表面是一已磨削过的背面。

13.如权利要求11所述的研磨方法，其特征在于，该毡制品的密度等于或者大于0.40克/厘米³。

14.如权利要求11所述的研磨方法，其特征在于，该毡制品的硬度等于或者大于50。

15.如权利要求11所述的研磨方法，其特征在于，该研磨装置含有0.05到1.00克/厘米³的该磨粒。

16.如权利要求15所述的研磨方法，其特征在于，该研磨装置含有0.20到0.70克/厘米³的该磨粒。

17.如权利要求11所述的研磨方法，其特征在于，按重量该毡制品包括至少90％的羊毛。

18.如权利要求11所述的研磨方法，其特征在于，该研磨装置的研磨表面包括该毡制品的层表面和条痕表面。

19.如权利要求11所述的研磨方法，其特征在于，该磨粒具有0.01到100μm的颗粒直径。

20.如权利要求11所述的研磨方法，其特征在于，该磨粒包括下列中的一种或多种：硅石、氧化铝、镁橄榄石、滑石、富铝红柱石、立方氮化硼、金刚石、氮化硅、碳化硅、碳化硼、碳酸钡、碳酸钙、氧化铁、氧化镁、氧化锆、氧化铈、氧化铬、氧化锡、和氧化钛。

21.如权利要求11所述的研磨方法，其特征在于，该工件和该研磨装置以相反的方向旋转。

22.如权利要求21所述的研磨方法，其特征在于，该工件的转速是5到200rpm，而研磨装置的转速是2000到20000rpm。

23.如权利要求22所述的研磨方法，其特征在于，该工件的转速是10到30rpm，而该研磨装置的转速是5000到8000rpm。

24.如权利要求11所述的研磨方法，其特征在于，该研磨装置以100到300克/厘米²的压力压靠在该工件上。

25.如权利要求24所述的研磨方法，其特征在于，该研磨装置是180到220克/厘米²的压力压靠在该工件上。

26.如权利要求11所述的研磨方法，其特征在于，该工件为呈盘形的半导体晶片，该研磨装置呈盘形，该半导体晶片的外径和该研磨装置的外径相同，并且该半导体晶片的中心轴线和该研磨装置的中心轴线定位成，彼此偏移开该半导体晶片半径的三分之一至二分之一。

27.如权利要求26所述的研磨方法，其特征在于，该研磨装置沿垂直于研磨装置的旋转轴线并垂直于该研磨装置中心轴线与该半导体晶片的中心轴线彼此偏移开方向的一方向相对于该工件来回地移动。

28.如权利要求27所述的研磨方法，其特征在于，该研磨装置来回地移动，其速度为30至60秒往复一次并且其幅度等于或大于该半导体晶片的直径。

29.一种磨削/研磨方法，其包括：

使用一磨削件磨削半导体晶片的背面的一磨削步骤；和

在该磨削步骤后，转动该半导体晶片、并且还转动研磨装置、以及将该研磨装置压靠到该半导体晶片背面上的一研磨步骤，该研磨装置通过将磨粒散布到毡制品中构造成，该毡制品的密度等于或者大于0.20克/厘米³并且其硬度等于或者大于30。

30.如权利要求29所述的磨削/研磨方法，其特征在于，其还包括：

在该磨削步骤之后和该研磨步骤之前，在该半导体晶片背面喷射清洗液的一请洗步骤；和

在该清洗步骤之后和该研磨步骤之前，在该半导体晶片背面喷射空气的一干燥步骤。

31.一种研磨设备，其包括：

一用于保持工件的可旋转地安装的夹头装置；和

一可旋转地安装的研磨工具，并且

其中，该研磨工具包括通过将磨粒分散到毡制品中构造成的研磨装置，该毡制品的密度等于或者大于0.20克/厘米³，并且其硬度等于或者大于30；和

转动该夹头装置、也转动该研磨装置，并且该研磨工具的研磨装置压靠到由夹头装置保持的工件上，由此研磨工件。

32.如权利要求31所述的研磨设备，其特征在于，作为该工件的一半导体晶片保持在该夹头装置上，并且该研磨装置研磨该半导体晶片的一已磨削过的背面。

33.如权利要求31所述的研磨设备，其特征在于，该夹头装置与该研磨装置以相反的方向旋转。

34.如权利要求33所述的研磨设备，其特征在于，该夹头装置的转速为5至200rpm，而研磨工具的转速是2000至20000rpm。

35.如权利要求34所述的研磨设备，其特征在于，该夹头装置的转速为10至30rpm，而研磨工具的转速是5000至8000rpm。

36.如权利要求31所述的研磨设备，其特征在于，该研磨装置以100至300克/厘米²的压力压靠到工件上。

37.如权利要求36所述的研磨设备，其特征在于，该研磨装置以180至220克/厘米²的压力压靠到工件上。

38.如权利要求31所述的研磨设备，其特征在于，该工件为盘形的半导体晶片，该研磨装置呈盘形，该半导体晶片和该研磨装置的外径相同，并且该半导体晶片的中心轴线和该研磨装置的中心轴线定位成，彼此偏移开该半导体晶片半径的三分之一至二分之一。

39.如权利要求38所述的研磨设备，其特征在于，该研磨工具沿垂直于研磨工具的旋转轴线并垂直于该研磨装置中心轴线与该半导体晶片的中心轴线彼此偏移开方向的一方向相对于该夹头装置来回地移动。

40.如权利要求39所述的研磨设备，其特征在于，该研磨装置来回地移动，其速度为30至60秒往复一次并且其幅度等于或大于该半导体晶片的直径。

41.一种用于磨削半导体晶片的背面并随后研磨该半导体晶片的背面的磨削/研磨机器，其包括：

一间歇转动的转台；

至少一个可旋转地安装在该转台上的夹头装置；

至少一个磨削装置；和

一研磨设备，并且

其中，待磨削及研磨的该半导体晶片被保持在该夹头装置上，以暴露该半导体晶片的背面；

该转台间歇地转动，从而该夹头装置顺序地位于至少一个磨削区和研磨区；

该磨削装置包括一磨削工具，该磨削工具受迫作用于由位于磨削区的该夹头装置保持的该半导体晶片的背面，以磨削该半导体晶片的背面；和

该研磨设备包括一可转动地安装的研磨工具，该研磨工具有一通过在毡制品中散布磨粒构造成的研磨装置，位于该研磨区的夹头装置被转动并且该研磨工具也被转动，并且该研磨装置压靠到由该夹头装置保持的该半导体晶片的所述背面上，由此研磨该半导体晶片的背面，其中，该毡制品的密度等于或者大于0.20克/厘米³并且其硬度等于或者大于30。

42.如权利要求所述41的磨削/研磨机器，其特征在于，其还包括：

一用于在该半导体晶片的所述背面上喷射清洗液的清洗装置，该半导体晶片由位于研磨区的该夹头装置所保持；和

一用于在该半导体晶片的所述背面上喷射空气的干燥装置，该半导体晶片由位于研磨区的该夹头装置所保持。

43.一种研磨工具，其包括：

一支撑件；和

固定到该支撑件上的研磨装置，并且

其中，该研磨装置包括块状体和散布在该块状体中的磨粒，该块状体由至少两种类型的纤维形成，该纤维选自包括各种动物毛的天然纤维以及人造纤维，该块状体的密度等于或者大于0.20克/厘米³，其硬度等于或者大于30。

44.如权利要求43所述的研磨工具，其特征在于，该块状体包括一由第一纤维形成的第一毡制品和一由第二纤维形成的第二毡制品。

45.如权利要求44所述的研磨工具，其特征在于，该第一纤维是羊毛或山羊毛，而该第二纤维是山羊毛或羊毛。

46.如权利要求44所述的研磨工具，其特征在于，该块状体通过如下构造成：在实施第一毡制品中形成多个空隙，并将该第二毡制品装配进每个所述多个空隙中，并且该第二毡制品分散地布置在该研磨装置的研磨表面中的第一毡制品中。

47.如权利要求43所述的研磨工具，其特征在于，该块状体包括由第一纤维形成的毡制品和由第二纤维形成的纤维束。

48.如权利要求47所述的研磨工具，其特征在于，该第一纤维是羊毛或山羊毛，而该第二纤维是除羊毛和山羊毛之外的动物毛。

49.如权利要求47所述的研磨工具，其特征在于，该块状体通过如下构造成：在实施第一毡制品中形成多个空隙，并将该纤维束装配进每个所述多个空隙中，并且该纤维束分散地布置在该研磨装置的研磨表面中的毡制品中，该毡制品的密度等于或者大于0.20克/厘米³并且其硬度等于或者大于30。

50.如权利要求43所述的研磨工具，其特征在于，该块状体包括由至少两种类型的纤维混合形成的毡制品。

51.如权利要求50所述的研磨工具，其特征在于，该块状体包括由羊毛和山羊毛混合形成的毡制品。

52.如权利要求43所述的研磨工具，其特征在于，该块状体的密度等于或者大于0.40克/厘米³。

53.如权利要求43所述的研磨工具，其特征在于，该块状体的硬度等于或者大于50。

54.如权利要求43所述的研磨工具，其特征在于，该研磨装置含有0.05至1.00克/厘米³的该磨粒。

55.如权利要求54所述的研磨工具，其特征在于，该研磨装置含有0.20到0.70克/厘米³的该磨粒。

56.如权利要求43所述的研磨工具，其特征在于，该磨粒具有0.01到100μm的颗粒直径。

57.如权利要求43所述的研磨工具，其特征在于，该磨粒包括下列中的一种或多种：硅石、氧化铝、镁橄榄石、滑石、富铝红柱石、立方氮化硼、金刚石、氮化硅、碳化硅、碳化硼、碳酸钡、碳酸钙、氧化铁、氧化镁、氧化锆、氧化铈、氧化铬、氧化锡、和氧化钛。

58.如权利要求43所述的研磨工具，其特征在于，该支撑件具有一圆形支持表面，并且该研磨装置的形式为一粘结到该圆形表面上的盘。

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