TWI398320B - 用於扁平工件之雙面加工之裝置及用於多個半導體晶圓之同時雙面材料移除加工之方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種用於扁平工件之雙面加工之裝置，包含：一上工作盤及一下工作盤，其中該等工作盤之至少一者係可藉由一驅動裝置以轉動方式被驅動，且該等工作盤之間係形成一工作間隙，該工作間隙中係設置有至少一承載盤，其具有至少一供至少一欲加工之工件用之缺口，其中該至少一承載盤在其圓周上具有齒，若齒輪或栓環中之至少一者被轉動，則該承載盤藉由該齒於該內、外齒輪或栓環上滾動，其中該等齒輪或栓環各具複數個輪齒結構或栓結構，該等承載盤之齒在滾動過程中係與該輪齒結構或栓結構嚙合。
以此類型之裝置，扁平工件(例如半導體晶圓)可經材料移除加工(例如搪磨(honing)、研光(lapping)、拋光或研磨)。為此目的，該等工件係以浮動方式保持在承載盤之缺口內，且雙面同時被加工，該承載盤係於工作間隙係中以轉動方式被導引。於此情況中，該等工件係在工作間隙中進行擺線移動。依此裝置，扁平工件可在兩側以高度精確之方式被加工。
該等承載盤之外齒與該等齒輪之齒或該等栓環之栓間的接觸，會導致該等輪齒或該等栓之磨損。因此，自DE29520741U1中得知，針對栓環，將套筒以可轉動方式安裝於該栓環之栓上，其中該承載盤係與該套筒嚙合。在此類型實施態樣之情況下，承載盤齒與栓之間不再產生摩擦應力。但這種接觸會發生在該套筒與該栓之間。然而，由於該套筒在相當大的長度上支撐於該栓上，從而表面負荷及可能之磨損相應地較低。另外，該套筒在磨損時可以簡單方式更換。相較之下，更換該栓相對地複雜。這種套筒的進一步組態已揭露於DE10159848B1及DE10218483B4中。EP0787562B1揭露由塑膠材質所構成之套筒。
於習知裝置之情況中，一個問題在於，由於與該等輪齒或該等栓及套筒之接觸，因而該等承載盤之載入可導致該承載盤之齒向上或向下彎出，這通常會導致該等工件及該等工作盤或其工作層損壞。由於低強度，因此此於其他所欲為塑膠承載盤之情況中係特別地嚴重。此外，於習知裝置之情況中，會發生承載盤之過早磨損。這是因為該承載盤部分地離開該工作間隙，特別是在該齒輪或該栓環之區域，由於該區域在那裏不受該工作間隙所導引，可能產生不利之垂直移動。當該承載盤之該部分再次進入該工作間隙時，由於該移動會增強該承載盤表面所產生之磨損，因而導致該承載盤之表面與該工作盤之邊緣或其工作層之間的不利接觸。
本發明亦關於一種用於多個半導體晶圓之同時雙面材料移除加工之方法，其中每一半導體晶圓係可自由移動地位於多個承載盤之一者之一凹部中，該等承載盤係利用一環形外輪或栓環及一環形內齒輪或栓環轉動該等承載盤，從而每一半導體晶圓可在一擺線路徑曲線上移動，同時加工該等半導體晶圓以在二個轉動之環形工作盤之間移除材料，且在加工過程中，該承載盤及/或半導體晶圓係以其一部分之表面暫時地離開由該等工作盤所限制之工作間隙。
對於電子器件、微電子器件、以及微機械電子裝置，係利用對全域及局部平坦度、單面局部平坦度(奈米拓樸)、粗糙度、以及清潔度具有非常嚴格要求之半導體晶圓作為原始材料(基板)。半導體晶圓係由半導體材料，特別是化合物半導體(例如砷化鎵)或元素半導體(例如矽及鍺)所構成之晶圓。
根據先前技術，半導體晶圓係以多個連續之加工步驟所製造。通常係使用以下製造順序：
- 製造一單晶半導體棒(晶體成長)；
- 將該棒切割為單個晶圓(內孔鋸或線鋸)；
- 晶圓機械製備(研光、研磨)；
- 晶圓化學製備(鹼性或酸性蝕刻)；
- 晶圓化學-機械製備：雙面拋光(double-side polishing，DSP)=削平拋光，利用一軟拋光墊(CMP)之單面無光霧(haze-frree)或鏡面拋光；
- 視需要之進一步塗佈步驟(例如外延、退火)。
半導體晶圓之機械加工主要係用於半導體晶圓之全域平坦化、半導體晶圓之厚度校準、以及由先前切割過程所引起之晶體損壞表面層及加工痕跡(鋸切部、切口)之移除。
用於晶圓機械製備之先前技術中，已知方法係利用包含一黏合研磨劑之碗狀研磨盤的單面研磨(SSG)、在二個碗狀研磨盤之間之半導體晶圓之雙面同時研磨(“雙盤研磨(double-disc grinding)”，DDG)、以及供給一自由研磨劑之漿料，在二個環形工作盤之間之多個半導體晶圓的同時雙面研光(雙面平面平行研光，“研光”)。
DE10344602A1及DE102006032455A1揭露利用與研光移動過程類似之移動過程，同時對多個半導體晶圓之雙面進行研磨之方法，但其特徵在於使用一研磨劑，該研磨劑係牢固地結合在施加至工作盤之工作層(“膜”、“墊”)上。這種方法係稱為“具有研光運動學之精細研磨”或“行星墊研磨”(PPG)。
用於PPG中之黏接結合至二個工作盤上之工作層係描述於例如US6007407A及US6599177B2中。在加工過程中，該半導體晶圓係被放置至薄導引籠(即所謂之承載盤)中，其具有用於接收該半導體晶圓之相應開口。該等承載盤具有外齒，其嚙合於包含一內、外齒輪之滾動裝置中，並藉由該滾動裝置在形成於該上、下工作盤之間的工作間隙中移動。
實施PPG方法之能力關鍵，係決定於該承載盤之特性及其於滾動移動過程中之導引。
在加工過程中，半導體晶圓之一部分之表面必然會暫時地離開該工作間隙。該等工件之區域之一部分自該工作間隙的暫時伸出稱為“工件偏移”。該工件偏移係確保工具之所有區域均勻地被利用，並經受維持形狀之均勻磨損，且賦予半導體晶圓所欲之平面平行形狀而不會“呈球狀(balling)”(厚度朝向該半導體晶圓之邊緣而減小)。這種情況同樣地會出現在利用一自由研光料之研光中。
然而，先前技術中習知之PPG研磨方法(例如描述於DE10344602A1及DE102006032455A1)在這點上具有缺點。先前技術中習知之方法，不可能為半導體晶圓提供適合特別要求應用及未來技術發展之遠至最外邊緣區域之足夠平坦度。
具體言之，已發現該承載盤係易於垂直偏離其中心位置，直到該承載盤因強烈彎曲而自該滾動裝置脫開。尤其是當高或劇烈之交變作用力作用於該承載盤上時，例如在高移除率之情況下選擇不利之加工移動或在該研磨墊中使用特別精細之研磨料時，這是可預料到的。
由於該承載盤之總厚度小(最多稍微大於欲加工之半導體晶圓之最終厚度)，使得該承載盤之位錯得到增強，從而該承載盤僅具有有限之抗彎強度。此外，該承載盤通常係由一具有一保護層之鋼芯所製成。該鋼芯與在PPG中所較佳使用之磨料(即金剛石)的直接接觸，由於碳於鐵中之高溶解度，而導致金剛砂之微邊緣的磨損，並因而導致所用之工作層之切割銳度的快速失去。
頻繁磨尖係與該工作層之高磨損相關，伴隨有不穩定之加工控制，同時會損害經此加工之半導體晶圓之特性，從而，使得PPG方法之使用不僅不經濟，甚至可能無法適應未來技術發展。
已知的是，施加至該承載盤之該鋼芯上之該保護層經受磨損。因此，為了讓“承載盤”所構成之消耗品能具有經濟之使用壽命，故該保護層之有效厚度應盡可能地大。此外為了在該工作層與該承載盤之間達到低滑動摩擦，該保護層為必需的。舉例言之，合適之層係由聚胺基甲酸酯構成。該層通常為柔軟的，因而對該承載盤之剛度沒有貢獻。因此，在藉由PPG加工後，剩餘之鋼芯較半導體晶圓的目標厚度薄很多。
若直徑為300毫米之半導體晶圓在藉由PPG加工後之目標厚度為例如825微米，而所使用之該承載盤的總厚度為800微米，則該承載盤之800微米總厚度中之500至600微米係分配給提供剛度之該鋼芯，而分別分配100至150微米給兩側上之耐磨塗層。
為了比較，若半導體晶圓藉由研光加工後之目標厚度同樣為825微米，則用於研光之該承載盤係全部由賦予剛度之鋼所構成，且厚度為800微米。
對於相同材料及相同形狀與設計，已知一板之彎曲隨其厚度的三次方而變化，因此一具有500微米厚之鋼芯的承載盤在PPG過程中之彎曲，大約為一800微米厚之承載盤在研光過程中之彎曲的4倍。
對於一具有600微米厚之鋼芯之承載盤，其在PPG過程中之彎曲仍為800微米厚之承載盤在研光過程中之彎曲的2.4倍。
在該工作間隙中，自承載盤之設定平面之最大偏差係受該承載盤之厚度與該半導體晶圓之瞬態厚度之間的差值所限制。此通常至多為100微米。在該承載盤自該環形工作間隙向內及向外突出，並嚙合至包含該內、外栓環之滾動裝置中時，在PPG方法之先前技術中並未採取措施以限制該承載盤之可能彎曲。由於所需之工件偏移，故該未被導引之區域特別大。
該承載盤之彎曲會導致該半導體晶圓及該承載盤具有以下缺點，從而會產生一不穩定及關鍵之總體加工：
a)該半導體晶圓總會部分地自該承載盤之該接收開口伸出，且當其再進入該工作間隙時被強制拉回。此同時會彎曲該半導體晶圓並擠壓至該研磨墊之外或內邊緣上。由於增強之研磨作用，這會導致該邊緣區域中之局部刮痕及幾何缺陷的形成。
b)該半導體晶圓之頻繁嵌入彎曲之該承載盤及自彎曲之該承載盤偏移，會使得該承載盤之該接收開口變得粗糙，該承載盤之該接收開口通常襯有一由軟塑膠所製成之嵌入件。有時該接收開口之襯套甚至會跑出該承載盤。在任何情況下，均會損害所使用之承載盤之使用壽命。
c)該承載盤之該接收開口之變粗糙的襯套，會抑制或阻止該半導體晶圓在該接收開口內之所欲之自由轉動。這會導致該半導體晶圓在全域平坦度(例如，TTV=總厚度變化)及局部平坦度(奈米拓樸)方面之平坦度缺陷。
d)當在其偏移區域中彎曲之該承載盤再進入該工作間隙中時，在研磨體上施加高的力，特別是在該環形工作層之外邊緣及內邊緣上，該工作層可能因此損壞。整個研磨體(“瓷體(tiles)”)可能會被扯下，或其至少部分可能會移開。若這些碎片進入至該半導體晶圓與該工作層之間，由於高點負荷則可能使該半導體晶圓破裂。
e)該承載盤之彎曲，伴隨著在掠過該工作層之邊緣的點處之該承載盤之保護層之增加的點載荷，會導致局部磨損大大增加。這明顯限制該承載盤之壽命且使該方法不經濟。該保護層之增大的磨損會進一步使得該工作層變鈍。此需要耗時又耗材之頻繁再磨銳加工，因而對該方法之經濟可行性不利。此外，頻繁之加工中斷對依此製得之半導體晶圓的特性也有負面影響。
JP11254303A2揭露一種用於導引承載盤之裝置，該裝置係包含二個上、下間隔件，該間隔件係呈錐形或楔形匯聚，並設置在研光機之一外齒輪之內邊緣上。這種裝置能夠用以防止該薄承載盤之變形。然而，於此所描述對於研光機(其甚至是針對玻璃基材之加工)之修改具有明顯缺點，且不適於實施具有工件偏移區域之研光及PPG研磨方法。
當以於漿體中之自由切割磨料研光及對於具有牢固地黏合在研磨墊上之研磨料之PPG研磨來說，該工作層(鑄造金屬研光板或研磨墊)均經受恒定磨損。該研光板或研磨墊之高度係連續地下降，且該承載盤在形成於該研光板或研磨墊之間之工作間隙中移動之平面位置係不斷地移位。
隨著該工作層之不斷磨損及該承載盤之移動平面之移位，揭露於JP11254303A2中之強制導引裝置將限制該承載盤之帶齒之外區域為逐漸地在一不同平面上滾動。這表示牢固地擰緊至外齒輪上之該楔形導引塊同時彎曲該承載盤，使得該工作盤之磨損增加，此為不利的。
另一缺點為該導引塊需要擰開才可更換該承載盤，而該承載盤不時需要更換。此表示另外費用。
在PPG研磨方法中，承載盤係通常要用塗層，為避免承載盤之提供剛度之芯與研磨墊之研磨料(例如金剛石)之間的直接接觸，該塗層為必需的。由於該設計，在JP11254303A2中所描述之間隔件係深深地咬合至該承載盤中，且分別在該承載盤之邊緣區域掠過其塗層。當使用根據JP11254303A2之裝置時，由於在導引該承載盤過程中所產生之垂直約束力，因而該承載盤之塗層在被導引之該區域經受特別高之磨損。因此，利用JP11254303A2中所提出之用於PPG方法之解決方案的另一缺點在於，該導引環係深深地咬合至該承載盤中，因而損壞該承載盤之塗層(例如聚胺甲酸酯)。
因此，先前技術中沒有令人滿意之解決方案可解決承載盤在該工件偏移區域彎曲的問題。
本發明之目的係提供一種合適之裝置，其可最小化該承載盤及該工件(例如半導體晶圓)之磨損及損壞的風險，此外亦關於一種用於多個半導體晶圓之同時雙面材料移除加工之方法，其防止該承載盤在該工件偏移之區域彎出移動平面。
本發明首先利用一種用於扁平工件(1)之雙面加工之裝置達到此目的，該裝置係包含：一上工作盤(4b)及一下工作盤(4a)，其中該等工作盤(4a、4b)中之至少一者係可藉由一驅動裝置以轉動方式被驅動，且該等工作盤(4a、4b)之間係形成一工作間隙(64)，工作間隙(64)中係設置有至少一承載盤(5)，其具有至少一供至少一欲加工之工件(1)用之缺口(25)，其中該至少一個承載盤(5)在其圓周上具有齒(10)，若齒輪或栓環(7a、7b)中之至少一者被轉動，則該承載盤(5)藉由齒(10)於該內、外齒輪或栓環(7a、7b)上滾動，其中該等齒輪或栓環(7a、7b)各具複數個輪齒結構或栓結構，該等承載盤(5)之齒(10)在滾動過程中係與該輪齒結構或栓結構嚙合，其中該等栓結構之至少一者具有至少一導件(48)，其限制該至少一承載盤(5)之邊緣在至少一軸向方向上之移動，其中一導件(48)係由至少一在栓結構之一第一較大直徑與一第二較小直徑之間、繞著栓結構的圓周延伸之肩部(50)所形成，另一導件(48)係由繞著該栓結構之圓周延伸之至少一凹槽(15)之邊表面(56、58)所形成。
特別地，該肩部係可分別垂直於該栓結構之縱向軸或該套筒之縱向軸。該肩部亦可由一傾斜表面所形成。該凹槽亦可分別垂直於栓結構之縱向軸線或套筒之縱向軸線。該凹槽可具有一方形之橫截面。因而該承載盤之邊緣係由該凹槽之邊表面所導引，並在軸向上自兩側限制它們之移動。由於可使用各種厚度之承載具，故該肩部與該凹槽之組合係增大該裝置使用上之靈活性，其中一種類型之承載具係在該凹槽中被導引，另一種可能厚許多之類型的承載具係由該肩部所導引。
根據本發明之該輪齒結構或栓結構在它們之圓周上係可沿縱向(或軸向)方向具有不同直徑。
該栓結構係可各具有實質上圓柱形之形式。
該栓結構在它們的外表面上(例如繞著它們圓周延伸)具有一導件，該導件係限制該承載盤之邊緣的軸向移動，使得該承載盤之邊緣實質上保持於該承載盤平面。該輪齒結構可具有對應之導件。該導件係可限制該承載盤之邊緣在一或二個軸向上之移動，即例如在垂直向上及/或垂直向下之方向。
此外，該限制作用係可完全地阻止至少一個軸向方向上之移動或仍允許輕微之移動。
因此，根據本發明，該承載盤之不利之垂直移動，尤其是在該工作間隙之外，係藉由該導件得到大大地避免。該承載盤及欲加工之工件的損壞風險係被最小化。
藉由該裝置在雙面同時加工之工件可例如為半導體晶圓。
材料移除加工，例如研磨、研光、拋光或搪磨，可利用根據本發明之裝置實施。
為此目的，該工作盤可具有適合之工作層。
根據本發明，尤其是可提供多個承載盤。該等承載盤可同時具有用於多個工件之多個缺口。
保持在該等承載盤中之該等工件係於工作間隙中沿一擺線路徑移動。
每一栓結構係可具有一根據本發明之導件。然而，也可構想至少部份該栓結構係設置導件。
該等輪齒結構或栓結構係可以一或多個元件實施。
原則上，可構想該等栓結構係分別僅由一栓所構成，在該栓本身之外表面上形成該導件。
然而，亦可構想該等栓結構係由多個元件所構成。
因此，於此情況下，所述之輪齒結構或栓結構不僅包含該等栓或輪齒它們本身，亦包含例如分離但經連接於其上之組成元件。
同樣地，所述之至少一具有一導件之輪齒結構或栓結構的特徵亦包含例如在相鄰之栓或輪齒之間提供該導件，不論該導件是否連接至該等栓或輪齒上。
根據另一實施態樣，該至少一凹槽係形成在該栓結構之較大直徑部分。
此外，該栓結構之較小直徑係可開始於該肩部，且終止於該栓結構之一自由端而無任何直徑擴大。
另外較佳地，至少一該等栓環之該等栓結構係分別由一栓及一以可轉動方式安裝於該栓上之套筒所形成，其中該等套筒之至少一者，尤其是所有套筒，例如在其圓周上具有該導件。
該等套筒係可以一或多個元件實施，並可以轉動方式直接安置於該栓上，或例如可利用一作為滑動軸承之內殼設置於該栓上。
該導件係可包含於該套筒本身。
然而，當然亦可構想在該套筒之外表面上設置另一裝置，例如一環或類似物，該另一裝置此時形成該導件。
透過使用該等套筒，係可以本身已知之方式減少該等承載盤及栓環之磨損。
同時，該等承載盤之磨損及損壞風險係藉由形成在至少一套筒上之導件而進一步減少。
該等套筒係可特別地設置於該外栓環及內栓環上，或僅設置於該等栓環之一者上。
它們還可進一步由一例如鋼材料(例如硬化鋼材料，尤其是高級鋼材料)組成。這種材料係特別地耐磨。
然而，亦可構想由不同材料(例如塑膠)製造套筒，以藉由選擇塑膠來避免金屬磨損。
根據一種構造方式，該等導件之至少一者係可具有至少一徑向延伸之導引表面。該導引表面係在一徑向平面(即尤其是一水平面)上延伸。該承載盤此時在加工過程中係承載於該徑向導引表面上，且該承載盤之邊緣的移動係因而限制在至少一個軸向方向上。
此外，該至少一栓結構或套筒係可具有多個凹槽，該凹槽係彼此軸向地隔開，且繞著該栓結構或套筒之圓周延伸，該凹槽之邊表面係分別限制該至少一承載盤之邊緣在一軸向方向上之移動。
該等凹槽可依次與該栓結構或套筒之縱向軸線垂直地延伸。
該等凹槽亦可具有不同之寬度。於此情況中，該凹槽之寬度係可適於被導引之該等承載盤之厚度。以此方式，藉由該栓結構之合適之高度調整，不同厚度之承載盤可利用同一栓結構或套筒導引，此增加該裝置之靈活性。
根據本發明之該徑向導引表面、肩部及/或凹槽當然可以任何所欲之方式彼此組合。
因此，例示性地，該栓結構或套筒係可各具有至少一此種肩部及/或至少一此種導引表面及/或一或多個此種凹槽。該裝置之使用範圍因而得到擴展。尤其是，具有明顯不同厚度之工件此時亦可利用相同之該等栓結構導引。
根據另一構造形式，至少一凹槽可具有一較欲導引之該至少一承載盤之厚度大0.1毫米至0.5毫米之寬度。這使得該承載盤在該凹槽開口中具有一小的間隙，從而減少磨損。
根據又一構造形式，該至少一導引表面、該至少一肩部或該至少一凹槽係可具有至少一圓周斜角。這種斜角使得承載盤便於進入導件(例如凹槽)中，進而減少磨損。因而降低損壞該承載盤及該工件之風險。
該斜角係可形成於該肩部之邊緣處或該凹槽開口之一或二個邊緣處，且以繞著該栓結構或該套筒之圓周延伸方式形成。
已經證明特別適合的是，該斜角相對於該導引表面、相對於該肩部或相對於該凹槽具有一10度至45度之開口角度。
為了相同目的，作為一種設置斜角之替代方式，該至少一導引表面、該至少一肩部或該至少一凹槽亦可具有至少一圓化邊緣。相應地，顯然於凹槽之情況下，該凹槽開口之二個邊緣均可被圓化。
由於根據本發明降低該等承載盤損壞之風險，因此根據另一構造方式，有利地可由非金屬材，尤其是塑膠製造該承載盤。在先前技術中，由於這種非金屬承載盤存在有損壞之風險，實際上是不可能的。
根據另一構造形式，該齒輪或栓環係可藉由一高度可調整之安裝座安裝，其中一升降裝置係供該安裝座之用。該齒輪或栓環、從而它們的輪齒結構或栓結構之高度均可被改變。若該等輪齒、栓或套筒具有例如在軸向方向上間隔開之多個導件(即具有不同厚度之凹槽及/或肩部)，藉由高度設定，可將該等齒輪或栓環調整至具有不同厚度之相應之該等承載盤。
此目的係進一步藉由根據本發明之用於多個半導體晶圓之同時雙面材料移除加工之第一種方法加以實現，其中每一半導體晶圓(1)係可自由移動地位於一多個承載盤(5)中之一之凹部中，該等承載盤(5)係利用一環形外驅動輪(7a)及一環形內驅動輪(7b)轉動該等承載盤(5)，從而每一半導體晶圓(1)可在一擺線路徑曲線上移動，同時加工該等半導體晶圓(1)以在二個轉動之環形工作盤(4a)及(4b)之間移除材料，且在加工過程中，承載盤(5)及/或半導體晶圓(1)係以其一部分之表面(6)暫時地離開由該等工作盤(4a)及(4b)所限制之工作間隙，其中該等承載盤(5)及/或半導體晶圓的區域的一部分從該工作間隙偏移的過程中，通過在多個帶有凹槽的套筒(12)的凹槽(15)中在與該工作間隙的中心平面大致共面延伸的移動平面上導引承載盤，承載盤5在該移動平面上被導引，套筒(12)安裝在栓(11)上，並裝配在二個齒輪(7a)或(7b)中之至少一者上。此外，該目的亦藉由根據本發明之用於多個半導體晶圓之同時雙面材料移除加工之第二種方法加以實現，其中每一半導體晶圓(1)係可自由移動地位於一多個承載盤(5)中之一之凹部中，該等承載盤(5)係利用一環形外驅動輪(7a)及一環形內驅動輪(7b)轉動該等承載盤(5)，從而每一半導體晶圓(1)可在一擺線路徑曲線上移動，同時加工該等半導體晶圓(1)以在二個轉動之包含工作層(3a)及(3b)之環形工作盤(4a)及(4b)之間移除材料，且在加工過程中，承載盤(5)及/或半導體晶圓(1)係以其一部分之表面(6)暫時地離開由該等工作盤(4a)及(4b)所限制之工作間隙，其中該等承載盤(5)係在一移動平面上藉由分別包括一外環(18a)及(18b)之二個工作盤(4a)及(4b)所導引，該移動平面實質上係與該工作間隙之一中心平中共平面延伸，該外環(18a)及(18b)係不包括工作層(3a)及(3b)，且確保在該等承載盤(5)及/或半導體晶圓(1)自該工作間隙偏移過程中之承載盤(5)的導引。
第一及第二種所述之方法較佳地係關於該半導體晶圓之雙面研磨，每一工作盤係包含一由磨料所構成之工作層(尤其是PPG方法)。
在根據本發明之第一種方法中，於提供一包含研磨料之懸浮液之情況下，較佳為同樣對半導體晶圓進行雙面研磨。
最後，根據本發明之該第一及第二種方法亦可關於同時提供一包含矽溶膠之分散體的雙面拋光，於此情況下，每一工作盤係包括一拋光墊作為工作層。事實上，在雙面拋光中沒有發生工件偏移。然而，甚至在DSP中該承載盤自該工作間隙露出，從而根據本發明之第一種方法之導引該等承載盤對於DSP同樣為有利的。
下文係藉由第1至14圖詳細地描述本發明。
除非特別表明，在圖式中相同之元件符號係表示相同之物件。
第1圖係顯示一根據本發明之用於扁平工件之雙面加工之裝置的基本結構。
在第1圖之實施例中係顯示一具有行星運動學(planetary kinematics)之雙面加工機(42)。裝置(42)具有一上樞轉臂(43)，上樞轉臂(43)係可藉由一安裝在一下底座(44)上之樞轉裝置(45)繞著垂直軸線樞轉。一上工作盤(4b)係被承載於該樞轉臂(43)。上工作盤(4b)係可藉由一驅動馬達(在第1圖中未特別詳細地示出)以轉動方式驅動。在驅動馬達之下側(在第1圖中未示出)，工作盤(4b)具有一工作表面，其可根據欲實施之加工操作設有一工作層。底座(44)具有一機座(8)，其承載一下工作盤(4a)。下工作盤(4a)在其上側同樣具有一工作表面。下工作盤(4a)同樣亦可藉由驅動馬達(圖中未示)以轉動方式被驅動，尤其是與上工作盤(4b)之方向相反。多個承載盤(5)係設置於下工作盤(4a)上，每一承載盤(5)係具有供欲加工之工件用之缺口(25)，於此情況下，係欲加工半導體晶圓。在例示性實施例說明中，承載盤(5)係由塑膠構成。承載盤(5)具有外齒(10)，並藉由外齒(10)與該裝置之一內栓環(7b)及一外栓環(7a)嚙合。內栓環(7b)及外栓環(7a)係分別具有多個栓結構，在所示之實施例中，該栓結構係分別由一圓柱形栓及一以可轉動方式安裝於該栓上之套筒所形成。藉由此方式形成一滾動裝置，其中承載盤(5)在下工作盤(4a)藉由內栓環(7b)轉動現象也被轉動。此時設置於該承載盤(5)中之缺口內之該等工件沿著擺線路徑移動。
為了加工之目的，將欲加工之工件嵌入承載盤(5)中之缺口(25)內(圖中未示)。樞轉臂(43)之樞轉結果，該二個工作盤(4a、4b)係彼此同軸地對齊。此時該等工作盤之間係形成一工作間隙，該工作間隙中係設置有該等承載盤(5)，其中該等承載盤(5)係保持著該等工件。在至少一轉動之上或下工作盤(4a、4b)的情況下，然後，例如上工作盤(4b)藉由一高度精確之載入系統擠壓於該等工件上。因此，此時分別自上及下工作盤(4a、4b)向欲加工之工件施加一擠壓力，且該等工件在兩側被同時加工。這種雙面加工機之結構及功能對於本領域之技藝人士本身來說為已知的。
第2圖係顯示一根據先前技術之套筒(12’)。該習知之套筒(12’)具有一空心圓柱形形式，且在操作過程中被放置至第1圖所示之裝置的內栓環(7a)及/或外栓環(7b)之栓上。於此情況下，套筒(12’)以使其可繞著轉動軸線(46)轉動方式安裝在相應之栓上，轉動軸線(46)在第2圖中係以點劃線之方式表示。第3圖係顯示一根據本發明之第一例示性實施例之套筒(12)。第3圖所示之套筒(12)同樣具有一大致圓柱形切口，藉由該圓柱形缺口，套筒(12)可放置至該等栓環(7a、7b)之栓上。於此情況下，尤其是一或二個栓環(7a、7b)之栓中的所有或一些栓可設有這種套筒(12)。第3圖中所示之套筒在它們之外表面上具有一導件(48)在所示之實施例中，導件(48)係由一肩部(50)所形成，肩部(50)係繞著套筒(12)之圓周延伸，位於該筒(12)之第一較大直徑及第二較小直徑之間。於此情況下，導件(48)由於肩部(50)具有一徑向延伸之導引面(52)。在操作過程中，承載盤(5)係藉由它們的外齒嚙合至套筒(12)之具有較小直徑的區域中，其中徑向之導引面(52)係以這種方式限制承載盤(5)之邊緣在一軸向方向上之移動，使得沿圖中向下方向之軸向移動得到阻止。
第4圖係顯示一根據本發明之另一例示性實施態樣之套筒(12)。作為導件(48)，套筒(12)具有一繞著套筒(12)之圓周延伸之剖面為矩形的凹槽(15)。於此情況下，承載盤(5)亦嚙合至套筒(12)之具有較小直徑的區域中，該區域係由凹槽(15)之底部所形成。該槽(15)之邊表面(56、58)形成一承載盤(5)之邊緣的導件，使得這些承載盤之邊緣既不可以沿一軸向向上或沿一軸向向下而移出凹槽。該凹槽可允許該等承載盤(5)具有一小的間隙，這是由於：凹槽(15)之寬度w較在凹槽(15)中被導引之承載盤(5)之厚度大0.1毫米至0.5毫米。
與第4圖之例示性實施態樣不同，在第5圖所示之一根據本發明之套筒(12)之例示性實施態樣的情況下，設有二個具有不同寬度w1
及w2
之圓周的凹槽(15)。藉由該二個凹槽(15)，具有不同厚度之承載盤(5)可藉由同一套筒(12)所導引。為此目的，在第1圖所示之裝置的情況下，內栓環(7a)及外栓環(7b)係可藉由高度可調整之安裝座安裝，其中一升降裝置係供該安裝座之用。藉由該升降裝置，可調節該等栓環(7a、7b)之高度及隨著它們調節設置在該等栓上之該等套筒(12)，以此方式，在每種情況下，上面具有以可轉動方式安裝之該等套筒的栓可與欲導引之承載盤(5)之合適高度位置對齊。
另一方面，第6圖所示之例示性實施態樣，係將第3圖之具有圓周徑向之導引面(52)之圓周肩部(50)與第4圖之圓周之凹槽(15)相組合。在第6圖所示之套筒(12)的情況下，也可藉由升降裝置藉由合適之高度調節而既可以在圓周凹槽(15)中在兩側軸向限制一相對較薄之承載盤(5)的移動，也可以在一側軸向通過肩部(50)之徑向之導引面(52)限制例如承載盤或其他厚度相當大之工具的移動。這提高根據本發明之裝置的靈活性。
第7圖中所示之該等套筒(12)係與第6圖中所示之該等套筒大致對應。然而，在第7圖中之該等套筒(12)的情況下，凹槽(15)在其凹槽開口之二個邊緣處分別具有一圓周斜角(60)。斜角(60)相對於凹槽、尤其是相對於其邊表面(56、58)可具有10度至45度之開口角度α。凹槽(15)之該等坡口便於在凹槽(15)中接收承載盤(5)，並降低損壞該等承載盤(5)之風險。即使在第7圖中僅在凹槽邊緣處設有相應之斜角(60)，但肩部(50)之徑向導引面(52)當然亦可具有相應之斜角。同樣地，在第3至6圖所示之套筒(12)之例示性實施態樣的情況中，亦可設置一或多個相應之斜角。作為該等斜角的替代方式，也可構想圓化該等凹槽(15)之邊緣及/或徑向導引面(52)的邊緣。
第7圖之套筒(12)係經由實施例部份地顯示在一工作位置，且特別圖示於第8圖中。當然各個元件之比例並非按照實際情況所描繪，而僅用於說明。圖式顯示承載盤(5)，承載盤(5)在所有情況中係保持工件(62)於其缺口(25)中，工件(62)係在上工作盤(4b)及下工作盤(4a)間之工作間隙(64)中雙面同時被加工。承載盤(5)藉由其外齒(10)與套筒(12)嚙合，尤其是與由具有較小直徑之凹槽(15)內的凹槽底部所形成之部分嚙合。承載盤(5)在其移動方面係以小的間隙在二個方向上被軸向限制在凹槽(15)中。以此方式，能確實地避免承載盤(5)在工作間隙(64)外之區域產生相當大的垂直移動。
須指出者，儘管在所示之例示性實施態樣中描述一具有栓環(7a、7b)之機器，該栓結構相應地具有一用於該承載盤之導件，但根據本發明，同樣也可提供具有該齒輪結構之機器，即以一內、外齒輪代替該內、外栓環，於此情況下，輪齒結構此時可具有相應的導件。
第13圖係顯示一適合於執行根據本發明方法之雙面加工機之下工作盤(4a)的俯視圖。
顯示下工作盤(4a)具有施加之下工作層及滾動裝置，該下工作層係包含工作層承載具(2a)及工作層(3a)，該滾動裝置係由內栓環(7b)及外栓環(7a)所形成，並用於工件導引籠(“承載盤”，5)，該工件導引籠具有插入之工件(1)(半導體晶圓)。元件符號(11)及(12)係分別表示該栓環之栓及栓套筒。
第13圖B係顯示一第13圖A之選取部(28)之詳細圖示。為避免由於硬接觸(斷裂、破碎)或被例如承載盤(5)之金屬材料污染而損壞半導體晶圓(1)，承載盤(5)之接收開口(25)係襯有一塑膠嵌入件(20)。在工作層(3a)上方之路徑上，半導體晶圓(1)之一部分(6)由於承載盤(5)之轉動而暫時地突出超過該工作層之內或外邊緣，此稱為“工件偏移”。由於半導體晶圓(1)在具有間隙(27)之情況下嵌入承載盤(5)之接收開口(25)中，因而可自由地轉動，使得該半導體晶圓(1)之一環形區域(24)在加工過程中會進入偏移區域(6)。
由於磨損，該工作層在加工過程中厚度會降低。這發生在半導體晶圓在加工過程中所掠過之環形表面內。當該環形表面位於該環形工作層內時，會在工作層之徑向上形成一“槽形”厚度輪廓。這會在該半導體晶圓之邊緣處導致增強的材料移除(“邊緣下斜”)，這並非所欲的。然而當工作層完全位於掠過的環形表面內時，半導體晶圓經受工件偏移，且不會發生邊緣下斜。
工件偏移為已知的，例如自DE102007013058A1中可得知。
由於工件偏移，承載盤還會不受由該上、下工作盤所形成之工作間隙導引地突出相當大的長度。
以下係示意性地說明先前技術中該等承載盤之彎曲及該等承載盤在工作間隙外藉由一支撐環所導引的情況(第12圖)。
第12圖A係顯示通過具有位於工作層承載具(2b)及(2a)上之上工作層(3b)及下工作層(3a)的上工作盤(4a)及下工作盤(4b)，以及一具有用於接收半導體晶圓(1)之接收開口(25)之承載盤(5)的橫截面，承載盤(5)係嚙合至外齒輪(7a)之一具有栓套筒(12)的栓(11)上。在先前技術中，該承載盤在偏移區域(6)及遠至其外齒(10)係未被導引。當半導體晶圓在加工過程中被移動時，該滾動裝置會向該等承載盤傳遞高的力。與此對應，該承載盤有時會在未被導引之偏移區域產生相當大的彎曲。這從較佳採用大偏移之研光可得知。
在PPG方法中，對於僅包括一提供剛度之薄芯材(30)(例如鋼)的該等承載盤，彎曲會進一步加重，該提供剛度之芯材在兩側塗覆有一對剛度無貢獻之耐磨塗層(29)(第12圖C及第12圖D)。
對於PPG方法，不具有用於在移動平面上導引該等承載盤之措施的滾動裝置為不適合的。
在偏移區域中未導引承載盤之先前技術中(第12圖A)，該承載盤時常會被彎曲(41)，使得該承載盤之外齒(10)會脫離栓環(7a)之栓(11)及套筒(12)的導引並“跳過”。此外，該等半導體晶圓(1)有時會自該等承載盤(5)突出(17)而使得它們不再受其接收開口導引。當該等承載盤(5)進一步轉動且該等工作盤(4a)及(4b)或該等工作層(3a)及(3b)迫使該承載盤(5)返回至該工作間隙中時，該半導體晶圓之邊緣可能會被損壞，或發生斷裂。
在先前技術中，適合之承載盤通常具有襯在該接收開口中之“塑膠嵌入件”。第12圖C係顯示一例子。當該半導體晶圓在再進入該工作間隙中時被強迫返回至該接收開口中，如第12圖D所示，塑膠嵌入件(20)通常會迸出(22)或該半導體晶圓自身會破裂(23)。這會損壞或破壞該等半導體晶圓及該等承載盤，因此通常也會由於工作間隙中之該等半導體晶圓及該等承載盤之碎片而損壞工作層(3a)及(3b)。
作為一適合之應對措施，第12圖B係顯示一形成所謂高度可調(19)之“支撐環”(31)形式的裝置。儘管該支撐環可限制該承載盤在一個方向上之過大彎曲(16)，然而不能防止非所欲之自栓環導件的向上偏離(41)，從而根據第4圖B之裝置，在偏移區域，不可在沒有迸出的情況下以低約束力充分地達到穩固地導引承載盤之目的。另一方面，它妨礙冷卻潤滑劑(水)及研磨漿在該工作盤之邊緣上自工作間隙順暢地流出。這可導致會失去研磨作用的“打滑”，尤其是導致工作間隙中不欲之加熱。如此加熱可導致該等工作盤之變形，該變形可使得以這種方式加工之半導體晶圓可達到的平面平行度惡化。因此，於PPG方法中根據第12圖B之支撐環的使用為較不佳的。
第9圖係顯示偏移區域中導引雙面承載盤的實施例。
第9圖A係顯示一下導引環(13a)及一上導引環(13b)，它們裝配在高度可調整之外栓環(7a)上及在內栓環(7b)(未示出)上具有相同形式。它們形成一開口(32)，該開口(32)係較該承載盤(5)之厚度稍寬，且較佳係以漏斗之形狀張開，使得該承載盤可容易地被”插入”，尤其是該承載盤之外齒(10)在導引開口(32)處未被鉤住。在適於實施根據本發明方法之機器中，該等栓環(7a)及(7b)為高度可調整的(9)。因而該等承載盤導件(13a)及(13b)可經常在高度上被再調節，從而它可始終補償由工作層之磨損所引起之該承載盤的位置變化，使得承載盤在無受迫彎曲的情況下以低的力被導引。
第9圖B係顯示下工作層(3a)及上工作層(3b)已分別經受磨損(14a)及(14b)的情況，使得該承載盤及該半導體晶圓在該工作間隙中移動之平面移位一量(26)。導件(13a)及(13b)同樣也再調節了該量(26)，此時使得在偏移區域始終在不具有約束力的情況下導引該等承載盤。
如第9圖A及第9圖B所示，該上承載盤導件(13b)可包繞著栓套筒(12)導引，使得它同樣確保將該等套筒(12)定位在該等栓(11)上，或它可被穿透地在該等套筒之間導引，如第9圖E所示。於此情況下，該等栓套筒(12)係透過相應之開口(34)伸入至上承載盤導件(13b)中。
進一步的變化在於，將上承載盤導件(13b)裝配在機座(8)上(第9圖C)或裝配在上工作盤(4b)上(第9圖D)。在前種情況下，上導件(13b)不能被再調節，使得：當追蹤下導件(13a)時，在該等工作層(3a)及(3b)之磨損過程中，導引間隙(32)擴大該工作層之磨損量，且對該承載盤之導引變得有點“更寬鬆”。然而這是無害的，因為當使用具有最大為1毫米之典型有效高度之適合於實施該方法的工作層時，該承載盤絕不會彎曲至如此大的程度：使該半導體晶圓離開該接收開口或損壞塑膠嵌入件或使該承載盤可實際自該滾動裝置脫開。
在後者情況下(第9圖D)，該上工作層(3b)之磨損(14b)的影響為上承載盤導件(13b)將承載盤(5)稍微向下擠壓；然而，這也不到一有害的程度。另一缺點在於，該上承載盤導件(13b)相對於該下承載盤導件(13a)，特別是相對於承載盤(5)之高相對速度，該承載盤(5)基本上係由緩慢轉動之外栓環(7a)及內栓環(7b)決定之轉動速度轉動。
第10圖係顯示用於實施根據本發明第一方法的例示性實施態樣。
第10圖A係顯示一包含圓周凹槽(15)之栓套筒(12)。切槽的基圓直徑等於承載盤(5)之外齒(10)的基圓直徑。該凹槽(或溝槽)(15)較佳係向外張開(33)，使得該承載盤可在滾動過程中容易地被“插入”。同時較佳地，栓套筒(12)設有多個溝槽(15)，使得溝槽可在使用磨損之後變換。根據本發明，較佳地僅外栓環(7a)配備帶有溝槽之套筒(12)，這是由於作用在承載盤(5)上的轉矩在此較高，且承載盤可更容易地放置至由外栓環(7a)及內栓環(7b)所形成的滾動裝置中並再次移除。然而，二個栓環同時都配備帶有凹槽的套筒(12)亦是較佳的。
第10圖B係顯示在該下工作層(3a)發生磨損(14a)及該上工作層(3b)發生磨損(14b)之後，本發明帶有凹槽之套筒(12)的用途：由磨損所引起之該承載盤(5)及該半導體晶圓(1)之移動平面的移位(26)可藉由栓環(7a)之高度調整(9)補償，使得承載盤(5)以低的力且無強制彎曲地，以平面方式被導引。然而栓環(7a)之高度調整(9)為較不較佳的。當使用帶有多個凹槽之該等套筒(12)時，較佳地為改變承載盤(5)以將它放置到另一凹槽或溝槽(15)中，參照第10圖F。栓環(7a)之高度調整(9)不是絕對必需的。
第10圖C至E係顯示其他根據本發明之帶有凹槽之套筒(12)的例示性實施態樣(第10圖C、第10圖D)，其中溝槽(15)的數目不同，或在一簡單之滾動裝置的情況下，僅具有固定的栓(11)而不具有可自由轉動之套筒(12)(第10圖E)。
該PPG研磨裝置之該內栓環(7a)及外栓環(7b)之栓(11)或栓套筒(12)係傳遞承載盤(5)在工作間隙中滾動及移動所需之全部力。因此在(可轉動)栓套筒(12)與承載盤(5)的外齒面之間會產生高壓力，且在具有剛性力(非滾動移行)之栓環(7a/7b)的情況下，還會產生摩擦力。從而該等栓(11)/栓套筒(12)以及齒面必需具有一高材料強度。承載盤(5)之芯材賦予承載盤(5)所需的剛性，因此通常包括(硬化)鋼、另一(硬化)金屬或(纖維加強)高強度塑膠之組合物，無論如何，該材料要滿足該強度條件。對於該等栓(11)及該等栓套筒(12)，較佳為具有高強度及低磨損之類似材料。從而栓(11)及栓套筒(12)較佳係由鋼或另一(硬化)金屬、特別是較佳由硬質合金(燒結碳化物、碳化鎢等)所製成。對於必須避免該等工件被金屬磨損物所污染之重要應用場合，同時較佳係使用由以下材料所製成的套筒(12)：高強度複合塑膠，特別是玻璃-或碳素纖維加強聚醚醚酮(PEEK)或其他熱複合塑膠或熱固性複合塑膠、以及那些由具有高耐磨強度及/或低滑動摩擦力之材料，該具有高耐磨強度及/或低滑動摩擦力之材料，例如纖維加強聚醯胺(“尼龍”)、芳族聚酸胺(PAI、PEI)、聚縮醛(POM)、聚苯(PPS)、以及聚碸(PSU)。
尤其較佳之栓環的實施態樣，其中該等栓(11)係承載可轉動之該套筒(12)，其可共旋轉地跟隨在承載盤(5)的滾動過程中所產生之齒輪(7a/7b)與承載盤(5)之外齒間的相對移動。從而該等套筒(12)可特別容易地在對該等栓(11)造成低磨損之情況下轉動，套筒(12)亦可裝配有多個零件，且在外部包含所述之與承載盤(5)特別合適之高強度材料，在內部包含具有一低滑動摩擦係數之材料(例如聚丙烯(PP)、聚乙稀(PE)、聚醯胺[尼龍6，尼龍12，尼龍66]、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚四氟乙烯(PTFE)(“特氟隆”)、以及聚偏二氟乙烯(PVDF)等)。該內滑動層可以內塗層、被擠入或黏合之內套筒或環之形式所裝配。
垂直方向上，該等套筒(12)較佳係由該等栓(11)之螺旋“帽”或由連接到整個外栓環(7a/7b)之環所寬鬆地導引，使得它們不能自栓滑脫，且在垂直方向上，該等套筒(12)在該等栓(11)上係以或多或少之大間隙，在一平面上被或多或少一律地導引。
該等承載盤(5)較佳係包含硬化材料(例如硬化鋼)，且外齒與栓環(7a/7b)之套筒(12)的嚙合表面非常小。從而栓套筒(12)經受增大之磨損。在外栓環(7a)中該磨損特別地高，這是因為在那裏係傳遞高轉矩(更大之槓桿作用)。
較佳地係使用複數個凹槽之套筒(12)，因為在磨損之後可使用不同之溝槽(15)而不必更換整個套筒。第2圖F係顯示使用一套筒(12)中之下溝槽的情況，例如在上溝槽已被磨損之後。欲使用之溝槽(15)通過將承載盤設置到相應之溝槽中進行選擇，較佳在該等栓環(7a)及(7b)之高度調整之後進行。
在PPG研磨削方法中，使用這樣的承載盤，承載盤設有防止該承載盤的之(金屬)芯與工作層的之磨料接觸之的塗層的承載盤。在利用PPG研磨削方法加工工件的過程中，該工作間隙中之該等承載盤在該工作層(研磨墊)上滑動。此時，在該等承載盤的塗層上產生剪切及摩擦力。在塗層的輪廓邊緣處，這些力係特別高且會產生特別有害的剝落力。為避免尤其是該承載盤塗層之輪廓邊緣之塗層的脫落或磨損增大，尤其是在同樣根據本發明之僅具有局部表面塗層的情況下，塗層被裝配為使輪廓邊緣的長度盡可能短，且輪廓邊緣的外形具有盡可能小的彎曲。因而較佳地，尤其是沿著承載盤之外齒外形的環形區域未被塗覆。例如塗層被圓形地裝配，且僅遠至外齒的基圓地延伸到外齒上。尤其較佳地，這種圓形塗層的直徑甚至較外齒的基圓直徑還稍小。(另一方面，沒有塗層的區域必須不能太大而使得暴露之金屬承載盤芯的部分因承載盤的彎曲而與研磨墊的金剛石接觸。因此，除了外齒基圓內之未塗覆的齒以外，暴露之環形區域的較佳寬度為0至5毫米)。
在本發明之較佳實施例中，係以帶有凹槽之栓套筒或栓的形式用於在該工件偏移區域導引承載盤，該等導引溝槽係僅沿著該外齒之齒面與該承載盤接觸。尤其，帶有凹槽之該等栓或該等栓套筒因而絕不與該承載盤的塗層形成接觸，這能免於且不會暴露在任何另外之磨損下。尤佳係以一具有50至90蕭氏硬度(Shore A)、尤佳為60至70蕭氏硬度之層硬度的熱固性聚氨酯彈性體塗覆該承載盤。
第11圖係顯示用於實施根據本發明之第二種方法的裝置的例示性實施態樣，其中對承載盤的導引係藉由一環形去除之工作層，即藉由一不包含工作層之工作盤或工作層承載具的環形區域實施。適合用於實施根據本發明之第二種方法的工作層較佳係包含較厚之承載層(2a)(下)及(2b)(上)、及較薄之工作層(3a)及(3b)，該工作層係包含磨料且用於移除材料。在這些例示性實施態樣中係實現對該等承載盤的導引，這是因為該等工作層(3a)及(3b)後移至可獲得所欲之工件偏移區域(6)的程度，但該等工作層承載具(2a)(下工作層)及(2b)(另一工作層)係被一直形成至工作盤之邊緣或甚至超過它，使得承載盤(5)在靠觸在該等工作層承載具(2a)或(2b)之一者之前僅彎曲小的量(16)，從而防止進一步之彎曲。第11圖B係顯示隨著工作層之漸增磨損(14a、14b)所出現之偏斜係被更有效地限制。在具有低有效高度之適合於實施根據本發明之方法的工作層的情況下，該承載盤(5)的最大彎曲較佳地係小至使它們的外齒(10)一直嚙合至齒輪(7a)(外)及(7b)(內；未示)之栓套筒(12)上。
然而，在工作層承載具之局部塗覆一工作層，在製造技術方面係困難的。
因此，第11圖C中之實施態樣為尤佳的，其係使用一體成形之工作層(3a)(下)及(3b)(上)、以及工作層承載具(2a)及(2b)，且表面寬至所需的工件偏移區域(6)之所欲尺寸，並裝配有另外的外環(18a)(下工作盤)及(18b)(上工作盤)。
較佳係使用安裝在該工作層之外邊緣外部的外環(18a)及(18b)(第11圖C)、以及安裝在該工作層之內邊緣內的內環(未示)。
該等外環及內環較佳地係具有相同之環寬度，這是因為“向外”及“向內”之工件偏移區域的幅度通常為相同的。
外環的內徑係等於或大於具有一工作層(3a/3b)之該等工作層承載具(2a/2b)的外徑，而該內環的外徑係等於或小於具有一工作層(3a/3b)之該等工作層承載具(2a/2b)的內徑。
尤佳地，該等外環之外邊緣及該等內環之內邊緣係分別相應地突出超過該等外或內工作盤(4a)(下)及(4b)(上)，且盡可能接近地向該外栓環(7a)及該內栓環(7b)(圖未示出)上之該等套筒(12)突出，使得該等承載盤在盡可能大的區域上被導引，且該等承載盤僅會產生非常小的最大彎曲(第11圖C中之(16))。
本發明係同時關於一種半導體晶圓。
利用根據先前技術之PPG所製造之半導體晶圓係具有不欲之性能範圍，使得它們不適合高要求之應用場合。
因此，在偏移區域(6)中自彎曲(17)之承載盤(5)的接收開口(25)所出來的半導體晶圓(1)之第12圖D所示的移出部(21)，其並不必然會導致半導體晶圓之斷裂(23)、再進入工作間隙中時之承載盤的損壞或塑膠嵌入件(20)的失去(22)。通常，該半導體晶圓僅在超過下工作層(3a)及上工作層(3b)之外邊緣及內邊緣處受短暫劇烈升高的壓力作用，且在再進入工作間隙中時“跳”回至該承載盤之接收開口(25)中。因此，在邊緣區域暫時增強之研磨作用會導致該工件偏移區域中的特徵厚度降低。
第14圖A係顯示非藉由根據本發明之方法所加工之半導體晶圓的徑向厚度輪廓。局部厚度D(以微米(μm)表示)相對於半徑R(以毫米(mm)表示)繪製。在半導體晶圓再進入工作間隙中時經受一工作層邊緣之增強研磨作用的位置(38)，其厚度會降低(35)。由於該半導體晶圓本身在該承載盤的接收開口中的轉動，這些“再進入標記”此時在距離(38)處大致繞著該半導體晶圓圓形分佈。由於該半導體晶圓被強制跳回至該接收開口中，該塑膠嵌入件(20)通常也僅會在局部損壞、通常變得粗糙。該半導體晶圓本身在該承載盤之接收開口(25)中的轉動係受增大之摩擦作用所阻止，且單一削平部(40)係形成於該偏移區域(第14圖C，左圖)中，削平部(40)係顯示為該半導體晶圓之徑向厚度輪廓的單側(非對稱)厚度減小(第14圖C，右圖)。第14圖C係以俯視圖(左圖)及以沿橫截面軸線A-A’(右圖)所獲得之半導體晶圓的厚度輪廓係顯示這種情況。
此外，藉由不是根據本發明之PPG方法所加工的半導體晶圓係由於PPG加工通常具有各向異性分佈的加工標記(磨痕)。元件符號(37)係表示在該半導體晶圓之偏移區域中沿著磨具移動以一優先方向施加的磨削標記(第14圖D，左圖)。可以看得出來，它們係以該環形工作層之外邊緣或內邊緣的彎曲，且主要與該半導體晶圓之邊緣相切地延伸。該各向異性完工特性並不一定與該半導體晶圓之一非對稱厚度或形狀變化相關；而是局部增大的粗糙度及次表面損壞的表現(第14圖D的厚度輪廓中的(39)，右圖)。
藉由根據本發明方法加工之半導體晶圓係不具有這些缺陷(第14圖B)，其中該承載盤在移動平面上係於沒有夾緊的情況下被導引。該厚度輪廓為對稱的，且該半導體晶圓表面具有各向同性完工特性，而不具有局部粗糙部、增大的研磨標記或邊緣區域中的削平部。在最壞的情況下，朝邊緣區域僅觀察到該半導體晶圓之厚度的輕微減小，但在尺寸及曲率方面這並不代表根據本發明所加工之半導體晶圓的高品質的任何明顯降級。
因此，根據本發明的方法亦提供一種半導體晶圓，該半導體晶圓在各向同性、旋轉對稱、平坦度、以及恆定厚度方面均具有優良之性能，從而適合於要求特別高的應用場合。
該等實施例係使用Peter Wolters AC-1500P3拋光機。此裝置的技術特徵係描述於DE 10007389A1中。
使用了具有牢固黏接在其中之磨料的研磨墊。此研磨墊係揭露於US6007407A及US5958794A中。
具有直徑300毫米之單晶矽晶圓係被供作為欲加工之工件，該工件具有915微米之初始厚度。在PPG研磨中，產生90微米之材料移除，從而矽晶圓在加工之後的最終厚度為大約825微米。
所使用之承載盤係具有厚度為600微米之鋼芯，且在兩側塗覆有PU耐磨層，每側的PU耐磨層具有100微米之厚度。
被選擇用於工作盤之加工壓力為100至300丹(daN)，以模擬不同載入情況，並採用10至20微米/分鐘之平均去除率。
去離子水(DI warter)係用作冷卻潤滑劑，該冷卻潤滑劑具有3至20公升/分鐘之流動速率，該流動速率係適於相應之合成移除速率及在該過程中所產生之不同熱輸入。
在第一實施例中，相應的過程係在沒有對承載盤進行任何導引的情況下執行。
甚至在第一次運轉過程中，由於嵌入件跑出該承載盤及其研磨塊或研磨部分被扯掉而在邊緣處損壞該矽晶圓。
在第二實施例中，係以一移除之研磨墊部分執行加工。
在此該矽晶圓沒有產生損壞，但該半導體晶圓在外邊緣區域會具有輕微的粗糙化。該矽晶圓之幾何形狀為可接受的。
在第二實施例中，在藉由該外栓環上之套筒中的凹槽導引該承載盤的情況下執行加工。
該矽晶圓係表現出良好之幾何形狀、直到晶圓邊緣的均勻的顯微結構，且沒有損壞該半導體晶圓邊緣。不會使運轉盤、嵌入件及塗層產生損壞/變粗糙、且不會破壞或撕裂最外之研磨塊的四次運轉過程係可能的。
1．．．工件(尤其是半導體晶圓)
2a．．．下工作層承載具
2b．．．上工作層承載具
3a．．．下工作層
3b．．．上工作層
4a．．．下工作盤
4b．．．上工作盤
5．．．用於工件的導引籠(“承載盤”)
6．．．工件偏移區域
7a．．．外驅動輪(齒輪/栓環)
7b．．．內驅動輪(齒輪/栓環)
8．．．機座
9．．．栓環高度調整
10．．．工件導引籠的外齒
11．．．栓
12．．．(栓)套筒
13a．．．下承載盤導件
13b．．．上承載盤導件
14a．．．由於下工作層之磨損所導致的厚度降低
14b．．．由於上工作層之磨損所導致的厚度降低
15．．．凹槽
16．．．工件導引籠的受限彎曲
17．．．工件自導引籠的突出
18a,18b．．．外環
19．．．導引籠支撐環之高度調整
20．．．塑膠模製件(“嵌入件”)
21．．．工件自導引籠之移出
22．．．塑膠模製件自導引籠之迸出
23．．．半導體晶圓之斷裂
24．．．半導體晶圓之邊緣區域，其進入偏移區域中
25．．．用於半導體晶圓之接收開口
26．．．導引裝置的再調整
27．．．半導體晶圓在接收開口中之間隙
28．．．選取部(詳細圖示)
29．．．承載盤之耐磨塗層
30．．．承載盤之(鋼)芯
31．．．支撐環
32．．．用於承載盤之導引裝置的開口
33．．．漏斗形凹槽開口
34．．．用於栓套筒之承載盤導件中的開口
35．．．由於工作層邊緣處之過高的研磨作用而導致半導體晶圓之厚度的降低
36．．．半導體晶圓之厚度的輕微降低
37．．．加工痕跡(磨痕；各向異性粗糙度)
38．．．在工件偏移區域中掠過工作層之邊緣的半導體晶圓的區域
39．．．增大的粗糙度
40．．．半導體晶圓在邊緣區域之厚度的局部降低
41．．．工件導引籠之不受限偏斜
42．．．雙面加工機
43．．．上樞轉臂
44．．．底座
45．．．樞轉裝置
46．．．轉動軸線
48．．．套筒之導件
50．．．位於套筒之圓周上的肩部
52．．．導引面
56、58．．．凹槽的邊表面
60．．．凹槽邊緣處之斜角
62．．．工件
64．．．工作間隙
第1圖係以透視圖顯示根據本發明之用於扁平工件之雙面加工之裝置的基本結構；
第2圖係以側視圖顯示根據先前技術之一用於一栓環之一栓的套筒；
第3圖係以側視圖顯示一根據本發明之套筒之第一例示性實施態樣；
第4圖係以側視圖顯示一根據本發明之套筒之另一例示性實施態樣；
第5圖係以側視圖顯示一根據本發明之套筒之另一例示性實施態樣；
第6圖係以側視圖顯示一根據本發明之套筒之另一例示性實施態樣；
第7圖係以側視圖顯示一根據本發明之套筒之另一例示性實施態樣；
第8圖係以局部側視圖顯示處於工作位置之第1圖中所示之套筒；
第9圖係藉由實施例顯示承載盤在栓環上的導引；
第10圖係顯示一根據本發明之藉由具有凹槽之栓套筒導引承載盤之一實施態樣；
第11圖係顯示一根據本發明之藉由一工作盤之環形移除的工作層導引承載盤之一實施態樣；
第12圖係顯示先前技術中之承載盤的彎曲及藉由支撐環之承載盤的導引；
第13圖係顯示具有工作層、承載盤、滾動裝置及半導體晶圓之下工作盤的總體視圖；以及
第14圖係顯示在根據本發明之承載盤的導引下所加工之半導體晶圓(6B)及非在根據本發明之承載盤的導引下所加工之半導體晶圓(6A、6C、6D)的厚度輪廓及俯視圖。
4a．．．下工作盤
4b．．．上工作盤
5．．．用於工件的導引籠(“承載盤”)
7a．．．外驅動輪(齒輪/栓環)
7b．．．內驅動輪(齒輪/栓環)
8．．．機座
10．．．工件導引籠的外齒
25．．．用於半導體晶圓之接收開口
42．．．雙面加工機
43．．．上樞轉臂
44．．．底座
45．．．樞轉裝置
Claims (19)
- 一種用於扁平工件(1)之雙面加工之裝置，包含：一上工作盤(4b)及一下工作盤(4a)，其中該等工作盤(4a、4b)之至少一者係可藉由一驅動裝置以轉動方式被驅動，且該等工作盤(4a、4b)之間係形成一工作間隙(64)，該工作間隙(64)中係設置有至少一承載盤(5)，其具有至少一供至少一欲加工之工件(1)用之缺口(25)，其中該至少一承載盤(5)在其圓周上具有齒(10)，若齒輪或栓環(7a、7b)中之至少一者被轉動，則該承載盤(5)藉由該齒(10)於該內、外齒輪或栓環(7a、7b)上滾動，其中該等齒輪或栓環(7a、7b)各具複數個輪齒結構或栓結構，該等承載盤(5)之齒(10)在滾動過程中係與該輪齒結構或該栓結構嚙合，其中該等栓結構之至少一者具有至少一導件(48)，其限制該至少一承載盤(5)之邊緣在至少一軸向方向上之移動，其中一導件(48)係由至少一在栓結構之一第一較大直徑與一第二較小直徑之間、繞著該栓結構之圓周延伸之肩部(50)所形成，另一導件(48)係由繞著該栓結構之圓周延伸之至少一凹槽(15)之邊表面(56、58)所形成，其中該至少一凹槽(15)係形 成在該栓結構之較大直徑部分。
- 如請求項1之裝置，其中該開始於該肩部(50)之栓結構之較小直徑係終止於該栓結構之一自由端而無任何直徑擴大。
- 如請求項1之裝置，其中至少一該等栓環(7a、7b)之該等栓結構係分別由一栓及一以可轉動方式安裝於該栓上之套筒(12)所形成，其中該等套筒(12)之至少一者在其圓周上具有該等導件(48)。
- 如請求項1之裝置，其中該至少一導件(48)之一者具有至少一徑向延伸之導引面(52)。
- 如請求項1之裝置，其中該至少一栓結構具有複數個彼此間係軸向地隔開的凹槽(15)，其係繞著該栓結構之圓周延伸，且其邊表面(56、58)，係分別限制該至少一承載盤(5)之邊緣在一軸向方向上之移動。
- 如請求項5之裝置，其中該等凹槽(15)具有不同的寬度(w)。
- 如請求項1之裝置，其中至少一凹槽(15)具有一較該至少一承載盤(5)之厚度大0.1毫米至0.5毫米之寬度(w)。
- 如請求項1之裝置，其中該至少一肩部(50)或該至少一凹槽(15)具有至少一圓周斜角(60)。
- 如請求項8之裝置，其中該斜角(60)相對於該肩部(50)或相對於該凹槽(15)具有一10度至45度之開口角度。
- 如請求項1之裝置，其中該至少一導引面(52)具有至少一圓周斜角(60)。
- 如請求項4之裝置，其中該至少一導引面(52)具有至少一圓周斜角(60)。
- 如請求項10之裝置，其中該斜角(60)相對於導引面(52)具有一10度至45度之開口角度。
- 如請求項1之裝置，其中該至少一肩部(50)或該至少一凹槽(15)具有至少一圓化邊緣。
- 如請求項1之裝置，其中該至少一導引面(52)具有至少一圓化邊緣。
- 如請求項4之裝置，其中該至少一導引面(52)具有至少一圓化邊緣。
- 如請求項1之裝置，其中該至少一承載盤(5)係由非金屬材料所構成。
- 如請求項16之裝置，其中該至少一承載盤(5)係由塑膠所構成。
- 如請求項1之裝置，其中該等栓環或齒輪係利用一高度可調整之安裝座安裝，且一升降裝置係供該安裝座之用。
- 一種如請求項1至18中任一項之裝置之用途，其係用於多個 半導體晶圓之同時雙面材料移除加工。
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