TWI490934B - 用於同步雙面材料去除式加工半導體晶圓之崁入式載具及方法 - Google Patents

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Description

用於同步雙面材料去除式加工半導體晶圓之崁入式載具及方法
本發明關於一種崁入式載具，適合接收一個或多個半導體晶圓以在研光裝置(lapping apparatus)、研磨裝置(grinding apparatus)或拋光裝置(polishing apparatus)的兩個工作盤之間對其進行雙面加工。該崁入式載具係包括一由第一材料所構成的芯部，該芯部具有一第一表面和一第二表面，其中該第一表面和該第二表面各自帶有一由第二材料構成的塗層，該塗層係完全或部分地覆蓋該第一表面和該第二表面；以及至少一個用於接收半導體晶圓的開口。該塗層遠離該芯部的表面具有一由凸部和凹部所構成的結構化。
電子學、微電子學和微機電學需要在整體和局部平坦度、單面基準平坦度(single-side-referenced flatness，即奈米形貌)、粗糙度和清潔度方面皆具有極高要求的半導體晶圓作為起始材料。半導體晶圓乃由半導體材料所構成的晶圓，如元素半導體(矽、鍺)、化合物半導體(例如由元素週期表的第III主族元素如鋁、鎵或銦與元素週期表的第V主族元素如氮、磷或砷組成)或其化合物(例如Si1-x Gex ，0<x<1)。
根據先前技術，利用複數個連續的方法步驟製造半導體晶圓，這些方法步驟通常被劃分成以下的群組：
(a)製造一大致為單晶的半導體棒；
(b)將棒切割成單個晶圓；
(c)機械加工；
(d)化學加工；
(e)化學機械加工；
(f)若適當，額外地製造層結構。
作為機械加工步驟的群組中的一個特別優選的方法，已知是稱作「行星式墊研磨」(planetary pad grinding，PPG，具有行星式運動學特性的墊研磨)的方法。例如DE 10 2007 013058 A1描述了該方法，例如DE 199 37 784 A1描述了適合於此的裝置。PPG係一種用於同步雙面研磨多個半導體晶圓之方法，其中每個半導體晶圓以可自由移動的方式位於多個利用滾動裝置進行旋轉的運行盤(嵌入式載具)之一的切口中，並由此以擺線軌跡移動。半導體晶圓以去除材料的方式在兩個旋轉的工作盤之間進行加工。每個工作盤包含一含有黏結磨料的工作層。工作層係呈結構化研磨墊的形式，其是以黏著方式、磁力方式、確實鎖緊方式(positively locking manner；例如鉤環扣件)或者利用真空方式固定在工作盤上。
類似的方法是所謂的「平面搪磨」或「精細研磨」。在此，將以上述針對PPG所述的排列方式的多個半導體晶圓利用滾動裝置以特徵擺線軌跡在兩個旋轉的大的工作盤之間引導。研磨顆粒牢固地黏結在工作盤中，從而利用研磨去除材料。在平面搪磨的情況下，研磨顆粒可以直接黏結在工作盤的表面上，或者利用複數個單獨的研磨體，即所謂的固定在工作盤上的「粒料」，以工作盤的區域覆蓋物的形式存在(P. Beyer等人，Industrie Diamanten Rundschau IDR 39(2005)III，第202頁)。
在PPG研磨和粒料研磨的情況下，工作盤被設計為環形，運行盤的滾動裝置由相對於工作盤的旋轉軸同心設置的內針輪和外針輪形成。因此，內針輪和外針輪形成行星式齒輪排列的太陽齒輪和內齒輪，其用於使運行盤在自轉(inherent rotation)的情況下如同行星圍繞該排列的中心軸進行繞轉(revolve)-因此稱作「運行盤」。
最後，另一個與PPG研磨類似的方法是同步雙面軌道式研磨，例如US 2009/0311863 A1中所述。在軌道式研磨的情況下，也將半導體晶圓嵌入嵌入式載具的接收開口中，其將半導體晶圓在加工期間在旋轉的工作盤之間引導。但是與PPG研磨或粒料研磨不同，軌道式研磨裝置僅具有一個單獨的崁入式載具，其覆蓋整個工作盤。工作盤並不是被設計成環形，而是被設計成圓形。嵌入式載具是利用多個位於工作盤外部並且圍繞其圓周排列的引導滾筒加以引導的。該引導滾筒的旋轉軸以偏心的方式與驅動軸連接。引導滾筒通過該驅動軸的旋轉執行偏心運動，並由此驅動崁入式載具的回轉運動或軌道運動。因此，在軌道式研磨的情況下，崁入式載具不圍繞其固有中心軸旋轉，也不圍繞工作盤的旋轉軸繞轉，而是在工作盤的區域上執行小圓形式的擺動。此軌道運動的特徵在於，在固定空間之參考系統(spatially fixed reference system)中，在每個由該崁入式載具引導的半導體晶圓下方總是存在一個別區域，其在運動期間持續地完全位於被半導體晶圓掠過的區域內。
DE 10 2007 049811 A1教導，使用運行盤以實施PPG研磨法或小珠研磨法，運行盤厚度與藉此加工的半導體晶圓的最終厚度相等或者更薄。出於相同的原因，這也適用於軌道式研磨。因此，運行盤(PPG、粒料研磨)及崁入式載具(軌道式研磨)非常薄，在加工直徑為300毫米的矽晶圓時通常例如小於0.8毫米。此外，DE 10 2007 049811 A1教導，運行盤及崁入式載具必須具有足夠的剛度，以承受在加工期間作用的力，其在加工期間與工作層接觸的表面必須特別耐磨，並且僅允許與工作層具有小的相互作用，從而不使工作層變鈍，並且不需要通過非所欲之頻繁且複雜的修整來進行修復(銳利化)。因此，根據DE 10 2007 049811 A1，適合於實施PPG法的運行盤較佳係例如包含一由具有高剛度的第一材料所構成的芯部，該芯部經一第二材料完全或部分地塗覆；以及至少一個用於接收半導體晶圓的開口。根據DE 10 2007 049811 A1，較佳係使用硬度在蕭氏(Shore)40 A與蕭氏80 A之間的熱固性聚氨酯作為第二材料。其已證明相對於較佳使用的磨料金剛石是特別耐磨的。
在此，通過噴霧、浸漬、溢流(flooding)、塗抹、滾塗或刮塗來施加抗磨層。但是在先前技術中，較佳藉由在注模中模塑而進行塗覆，係以至於中心位置的方式將第一材料嵌入該注模中，並在正面和背面上具有供塗層所用的空間。或者，還已知以過量的厚度塗覆一層，並隨後研磨至所期望的目標厚度。
DE 10 2007 049811 A1解釋了將非常高的摩擦力作用在先前技術中已知的抗磨層上。該力遠大於由於藉由去除材料而施加在半導體晶圓上的切削功率(chipping capacity)所造成的摩擦力。
由於此大的力，運行盤中具剛度之芯部必須非常厚，從而使運行盤仍然足夠穩定。因此，運行盤的塗層僅保留小的厚度比例，最大100微米，但是實際上明顯更小，這嚴重限制了其使用壽命，並且意味著磨損部分運行盤的高成本。
此外，高的摩擦力導致半導體晶圓在加工期間不會如所期望地以盡可能小的力及「自由浮動」的方式移動。就結果而言，若利用先前技術中已知的運行盤進行加工，則部分地抵消了同步雙面加工產生半導體晶圓的特別高的平坦度的優點。
根據DE 10 2007 049811 A1，由於小的層厚度導致的高的摩擦力在崁入式載具的芯部材料與塗層之間產生特別有害的剝離力。該力更嚴重地通過脫層而使塗層過早地脫離。為了消除導致半導體晶圓斷裂且通常還導致運行盤斷裂的層脫離，例如WO 2008/064158 A2描述了在運行盤的芯部材料與抗磨塗層之間使用額外的黏著促進劑層。然而這也無法解決層黏著力過低的問題，因而在該先前技術中已知的經抗磨塗覆的運行盤並不適合於實施PPG法及相關的研磨法。
最後，DE 10 2007 049811 A1和WO 2008/064158 A1還描述了運行盤，其芯部材料僅部分地塗覆有抗磨層。但是這證明特別容易發生過早的層脫離，因此同樣並不適合於加工半導體晶圓。
因此，本發明的目的在於，延長在PPG法及相關的研磨法中使用的崁入式載具的使用壽命，同時確保以自由浮動的方式加工半導體晶圓，而不存在崁入式載具和半導體晶圓的斷裂風險。
該目的係藉由一種崁入式載具所實現，適於接收一個或多個半導體晶圓以在研光裝置、研磨裝置或拋光裝置的兩個工作盤之間對其進行雙面加工，該崁入式載具包含一由一第一材料所構成的芯部，該芯部具有一第一表面和一第二表面，其中該第一表面和該第二表面各自帶有由第二材料所構成的塗層，該塗層係完全或部分地覆蓋該第一表面和該第二表面；以及至少一個用於接收半導體晶圓的開口，其中該塗層遠離該芯部的表面係具有一由凸部和凹部所構成的結構化，其中該結構化之該等凸部和該等凹部的相關長度係0.5毫米至25毫米，並且該結構化的縱橫比係0.0004至0.4。
本發明可以應用於使用繞轉之崁入式載具的加工法(PPG或粒料研磨法或雙面研光)以及使用非繞轉之崁入式載具的加工法(軌道式研磨、軌道式粒料研磨或軌道式研光)。因此，為了簡單起見，以下係使用術語「崁入式載具」等意代表「運行盤」(繞轉；PPG、粒料研磨)和「崁入式載具」(非繞轉；軌道法)。這些方法在以上的【先前技術】一節中進一步描述。
本發明是基於以下觀察，在先前技術中可提供的運行盤具有高的摩擦，或者傾向於使部分塗層過早地脫離。兩者都是特別非所欲者，並且使例如PPG研磨的實施變得更加困難或者使其無法進行。尤其是發現，運行盤與半導體晶圓的總摩擦力明顯大於半導體晶圓僅由於去除材料所產生的摩擦力(切削功率，切削摩擦)。
此外亦觀察到，在先前技術中已知的運行盤的高摩擦使運行盤負載過重(使運行盤的折彎或破裂)，運行盤和半導體晶圓以不均勻且不可再現的方式移動(「黏滑(stick & slip)」、震顫、振動)。最終認知到，作用在半導體晶圓上的力無法互相補償，即利用先前技術中已知的運行盤無法以所欲的基本上不施加力的(力補償的)「自由浮動」的方式加工半導體晶圓，如此加工的半導體晶圓承受強制力，例如非力補償的方法(non-force-compensating method)中所知者，其中工件係被夾緊。
此外還觀察到，在先前技術中可提供的運行盤的高摩擦尤其會導致所施加的耐磨塗層無法使用，因為其在加工期間在高的力作用下(尤其是剝離力)完全或部分地脫離。尤其觀察到，通常塗層的全部厚度，即包括可使用的層和若合適存在的黏結中間層和打底層的整個疊層物，從基底即運行盤的芯部脫離。
運行盤的表面層或抗磨塗層的脫離碎片到達在半導體晶圓表面與工作層之間的工作間隙中。由於工作層(研磨墊、粒料)具有高的硬度，由層碎片施加在半導體晶圓上的點狀負載無法透過工作層的彈性變形加以補償，因此半導體晶圓立即破裂。
具體而言，本發明尤其是基於以下觀察，發生過早層脫離的機率隨著該層在工作層上滑動時所承受的摩擦以及隨著運行盤的塗層邊緣的總長度而增大。
本案發明人認知到，第一材料所構成的芯部併用第二材料塗覆的塗層(其表面具有根據本發明的凸部和凹部)不僅非常耐磨，而且具有低的滑動摩擦。下面詳細地闡述根據本發明的崁入式載具的結構：
崁入式載具包含一由一第一材料所構成之芯部，其賦予崁入式載具必需的剛度。因此，第一材料較佳係具有高的剛度。第一材料較佳為金屬，尤其是鋼材，因為其具有高的彈性模數(剛度)。尤佳為硬化鋼，因為其具有高的硬度和抗拉強度，從而使運行盤即使在相對強烈地彎曲下也不會發生塑性變形，並且長期保持其所欲的平坦度。在此，洛氏(Rockwell)硬度尤佳為HRC 30至60。由第一材料所構成的芯部具有兩個表面，其中第一表面在使用崁入式載具時朝向工作層，而第二表面朝向雙面加工裝置的另一個工作層。
第二材料較佳具有高的耐磨性。較佳為塑膠，如聚氨酯，尤佳為根據蕭式A之硬度為60至95的熱固性聚氨酯。
以如下方式將第二材料與第一材料連接，使其具有盡可能最高的黏著強度，即需要盡可能高的力以將第二材料與第一材料分離。在此，在第一材料與第二材料之間的介面處的黏著力較佳係大於在第二材料內的內聚力。黏著力是指用以克服用於將第一材料與第二材料沿著介面連接的材料附著力所必須施加的力。內聚力是指用以克服在分子之間或者在材料的分子內並藉此使材料均勻地材料接合的使材料保持在一起的力所必須施加的力。因此，較佳的是，如同其在使用過程中不可避免地由於摩擦導致的磨損造成的塗層材料損失，是透過去除塗層材料本身的微觀上小的量發生的(內聚力破壞)，不是透過塗層材料的連續區域從位於下方的嵌入式載具的第一材料(芯部)沿著介面的脫離發生的(黏著力破壞)。
強的黏著力可以透過第一材料與第二材料固有的黏著作用(凡德瓦爾力)，透過確實鎖緊連接(齒(toothing)，牙紋(undercuts))或者透過在第一材料與第二材料之間施加一額外的促進黏著的第三層實現。
第二材料的遠離芯部的表面具有由凸部和凹部所構成的結構化。凸部是具有較大高度的區域，其具有一表面，可以與用於研光、研磨或拋光半導體晶圓的裝置的工作盤之一接觸、遠離嵌入式載具的芯部。凹部則是具有較小高度的區域，其遠離崁入式載具的芯部的表面不會與工作盤接合。在此，根據本發明，凸部和凹部總是以連續層的形式彼此連接。
凸部佔塗層總面積的面積比例較佳為5%與80%。前述百分比是與工作盤接觸的面積比例。此面積比例亦縮寫成接觸面積百分比。
已發現，結構化塗層的縱橫比和典型的結構尺寸必須選自受限的範圍，從而使結構化根據本發明是有效的，即實現減小摩擦，並且沒有塗層材料從崁入式載具脫離。
因此發現，塗層所具有的結構(凸部和凹部)的特徵橫向尺寸必須選自受限的範圍，從而實現根據本發明減小滑動摩擦。在此表明，基本上塗層的結構化是通過凸部的分佈和尺寸還是通過凹部的分佈和尺寸加以描述，是無關緊要的。特徵長度例如以相關長度λ所表示。以相關長度表示的優點在於，其是整個塗層的固有特性，並且與局部選定之凸部和凹部圖案之實施態樣的細節無關。相關長度由二維自相關函數(two-dimensional autocorreelation function)得出：
其中，若凸部位於位置處，則χ ()=1，若凹部位於位置處，則χ ()=-1，在長度λ =||之情況下，φ ()=係恆成立。
A代表塗層的總面積，在其範圍上進行二維積分，而d=dx ‧dy 代表無窮小的面積單元。
因此，自相關性給出塗層的一個元件(即凸部或凹部)平均地以距離λ =||與一個元件相關的機率。若相同的元件位於位置處及同時位於位置-處，即各自為凸部(1‧1=1)或者為凹部((-1)‧(-1)=1)，則該機率取數值1(嚴格相關)；若完全不同的元件位於和-處，即凸部位於處且同時凹部位於-處((+1)‧(-1)=-1)或者凹部位於處且同時凸部位於-處((-1)‧(+1)=-1)，則取數值-1(反相關)；及最後若位於和=(x ,y )處的元件平均不相關(時而是凸部，時而是凹部；均勻分佈的「+1」和「-1」之情況的和得零)，則取數值0。根據定義，恒等式χ (0)=1總是成立。對所有進行積分並除以面積，積分是在該面積範圍上進行，獲得平均值，因而φ =φ ()實際上是在整個經塗覆區域上求平均的機率，同類元件以距離λ =||相遇。
相關長度較佳係0.5毫米至25毫米，尤佳係1毫米至10毫米。
除了該結構的橫向尺寸，其縱橫比也相當重要。縱橫比是指凸部與凹部之間的高度差對凸部或凹部的橫向尺寸的比例。為了計算根據本發明的縱橫比，將該如上所定義的結構化的相關長度視為橫向尺寸。經觀察，在縱橫比過大與縱橫比過小的情況下，都沒有減小在插入式載具的塗層與加工裝置的工作層之間的摩擦。
若塗層在短的橫向距離內具有大的高度調節，例如以許多均具有大的高度但是具有小的橫向尺寸的小凸部的形式，它們通過其周圍的凹部的連續網路彼此分離，則存在大的縱橫比。已發現，此種凸部「釘」因工作使用期間作用的橫向摩擦力嚴重變形。此尤其導致凸部的基底處的材料應力，而該凸部在基底處與凹部的周圍區域連接。塗層材料在此被撕裂，並且部份的凸部可能會從整個塗層的集結體(assemblage)脫離。這導致半導體晶圓的破裂或損壞，如前所述。
不同地，若塗層的結構化例如以被連續的凸部的網路包圍的許多單個凹部(盲孔(blind holes))的形式存在，亦存在大的縱橫比。已發現，這些盲孔狀的凹部被研磨漿料填充和阻塞，該研磨漿料是在以去除材料式加工半導體晶圓時產生的。因此抵消了結構化的作用。
與此不同，若塗層在寬的橫向距離內具有小的高度調節，例如以僅具有在凸部與凹部之間的小的高度差的寬的凹部或擴展的凸部的形式，則存在小的縱橫比。在縱橫比過小的情況下，塗層不根據本發明發揮作用，下面詳細加以闡述。
明顯地，以如下方式減小在嵌入式載具的塗層與加工裝置的工作層之間的滑動摩擦，適當地結構化的塗層增大了位於塗層與工作層之間的所引入的冷卻潤滑劑的薄膜的厚度，冷卻潤滑劑在PPG的情況下較佳為水。嵌入式載具在嵌入式載具與工作層之間相對移動時利用一種「水飄(Aquaplaning)」作用而漂浮，由此減小滑動摩擦。這透過以下事實加以解釋，明顯地，凹部接收冷卻潤滑劑的儲備，並在崁入式載具在工作層上滑動時透過在冷卻潤滑劑薄膜中的剪力梯度由於相對移動而再次釋放出。釋放出的冷卻潤滑劑可以僅透過流動輸送在凸部上而離開凹部。若凹部過小或者過淺而凸部過寬，則攜帶的冷卻潤滑劑的量不足以增大在凸部上方的薄膜厚度從而實現減小滑動摩擦的作用。不同地，若凹部過大而凸部過小，則引入的冷卻潤滑劑不足以填充凹部的儲液池從而獲得足夠的冷卻潤滑劑以增加周圍凸部的薄膜形成。在此情況下，也沒有形成更厚的薄膜，同樣沒有實現嵌入式載具的減小摩擦的「漂浮」現象。
經證實，所述結構化的縱橫比為0.0004至0.4。較佳為0.004至0.1。
第二材料係部分或完全地覆蓋第一材料的第一表面和第二表面。第一材料的兩個表面較佳係均具有連續的第二材料的層。因此，根據本發明的塗層較佳係非由多個非連續的區域(島)所構成，而是在每個表面上由一連續的區域所構成。在此，若存在包圍整個區域的區域邊緣線，則該區域被稱作「完全連續的」。
已發現，在第一材料中的第一表面和第二表面上分別具有給定的塗層佔據面積的情況下，若「邊緣」對「面積」的比例盡可能小，則由第二材料構成的塗層具有在第一材料上最高的黏結強度，即不傾向於發生脫離。更精確而言，這意味著，在給定面積的情況下，分別由第一材料的第一表面和第二表面的塗層所佔據的區域的形狀較佳係經選擇，從而使兩根分別完全包圍該區域的邊緣線的長度均變得最小。因此，在理想的情況下，兩個塗層均被圓形線精確包圍。
此因已發現，黏結強度可能不足的塗層的脫離總是從塗層邊緣進行，即從各自精確包圍由塗層佔據的區域的線開始。實際上沒有觀察到從封閉的層的中心的層脫離。因此，特別較佳為其形狀以如下方式選擇的塗層，為由塗層所佔據的區域定界的所有邊緣線之和盡可能地小。因此，為塗層定界的邊緣應當盡可能均勻地彎曲，沒有額外的突出部和缺口。
第二材料的表面的結構化可以各種方式實現：
(a)第一材料在由第二材料覆蓋的區域內可以具有均勻的厚度。在此情況下，第二材料必須具有不均勻的厚度，以實現所欲的表面結構。
(b)另一方面，第一材料在由第二材料覆蓋的區域內也可以具有不均勻的厚度。第二材料具有均勻的厚度，其以確實鎖緊的方式沿著第一材料的厚度分佈。在此情況下，藉由第一材料的厚度結構預先界定凸部和凹部。
(c)第一材料和第二材料還可能都具有不均勻的厚度，其中兩種材料的厚度分佈以彼此不互補的方式實現。在此情況下，由第一材料與第二材料的厚度波動之和產生表面結構。
第二材料的厚度調節(情況(a)和(c))較佳可以利用以下方法實現：將第一材料設置在兩個半模之間的中心，其朝向第一材料的側面均包含空腔。半模中劃定空腔的壁具有藉由壓花、研磨、雕刻、滾花、開槽、銑削、車削或蝕刻產生的結構，從而在後續步驟中獲得空腔的不均勻的寬度及因此用第二材料進行模塑。然後，同時用第二材料的可流動的化學前驅物填滿空腔(注模)。隨後，該前驅物係例如藉由交聯或硬化而轉化成第二材料，去除半模，並取出以此方式用第二材料塗覆的芯部。
第二材料的厚度調節較佳同樣還可以利用以下方法實現：將第一材料在噴霧法中，替代性地還透過浸漬、溢流、塗抹、刮塗或絲網印刷，用準備注射而稀釋的、第二材料的未硬化的化學前驅物基本上均勻地塗覆。在此，兩個面可以同時地(浸漬、溢流)或者先後依次(塗抹、刮塗、印刷)塗覆。在塗覆之後，允許將溶劑晾乾(蒸發)的時間，從而使化學前驅物覆蓋有外皮，但是尚未完全硬化。第二材料較佳為熱固性聚氨酯，特別耐磨的類型通常是熱交聯者，即所施加的化學前驅物在室溫下反正不會發生完全硬化。然後，在兩個由耐熱塑膠所構成的板材之間在壓力及輸入熱量的情況下擠壓運行盤。該板材較佳係由自離性材料(self-releasing material)所構成，如聚四氟乙烯(PTFE)或矽氧烷橡膠；替代性地，該板材朝向運行盤的表面還可以預先用脫模劑塗覆(蠟、矽氧烷)。該板材朝向運行盤的表面係藉由研磨、雕刻、銑削等而提供有結構化，其係補償針對第二材料的結構化提供的紋理結構。藉由在加熱的作用下進行擠壓，將仍可塑性變形的、第二材料的化學前驅物轉化成所欲的形狀，並以此形狀硬化。在去除塑型的板材之後，第二材料的表面以所欲的形狀存在。
第一材料的厚度調節(情況(b)和(c))可以透過再成形(壓花、雕刻、滾花、開槽、壓縮、深拉(deep-drawing))、切削去除(研磨、銑削、車削)、打孔(衝壓、鑽孔、研磨、銑削)或化學處理(蝕刻)而實現。
在情況(b)中，施加第二材料至第一材料例如是透過模塑或者透過噴霧進行的。在模塑的情況下，為此在兩個半模中，在它們之間夾緊的第二材料的朝向每個半模的表面的高度分佈必須各自精確地模仿，從而使雙面均獲得均勻的塗層厚度。在利用噴霧施加法施加塗層時，係涉及施加由許多單獨的非常薄地噴塗的層所構成的雙面塗層，其中各次噴塗間有一晾乾時間，以避免進一步的薄膜流動。在此，每個單獨施加的薄膜係非常薄，使得表面張力不會使薄膜在輪廓邊緣、凸部和凹部處收縮，從而整體上形成厚度非常均勻的薄膜疊層物，其精確地遵從位於下方的第一材料的形狀分佈。
由先前技術已知的、用於接收半導體晶圓的開口的襯裡可以如下方式與由第二材料所構成的塗層結合：該襯裡可由一第三材料所構成，其連續地從第一材料的第一表面通過第一材料中的開口延伸直至第一材料的第二表面。第三材料較佳係完全覆蓋所有用於接收半導體晶圓的開口以及第一材料中的所有其他開口的所有壁區域。
同樣較佳的是，第三材料與第二材料相同，並且與其形成連續的層，該層基本上完全地覆蓋第一材料的第一表面和第二表面以及所有開口的壁。特佳地，在一個加工過程中例如利用在模製件之間模塑而製得與第三材料相同的第二材料的完全塗層，其允許可流動的、第二材料的化學前驅物流過第一材料預定要塗覆的整個區域；或者通過在一個噴霧過程中以「環周(all-round)」噴塗全部待塗覆的區域。
但是在運行盤(例如用於PPG法)的情況下，外齒以及與外齒鄰接的狹窄邊緣範圍係不施加第二材料和第三材料。較佳在經塗覆的區域內的其他範圍同樣可以留空，但總是使得第一材料(嵌入式載具的芯部)的任何位置不接觸加工裝置的工作層。在加工期間，崁入式載具由於作用在其上的力(驅動、摩擦)發生彈性形變，例如亦在垂直方向上(扭曲、翹曲)。因此，留空的區域必須根據尺寸和位置加以選擇，使得崁入式載具即使在該彈性變形的情況下也不與工作層接觸。
該變形在外齒的範圍內特別嚴重，透過該外齒在繞轉的運行盤的實施例中導入力。不與運行盤的未經塗覆的區域接觸的部分塗覆例如可以如下方式實現：
通常在使用繞轉的運行盤的加工法(PPG、粒料研磨、研光、DSP)的情況下，運行盤特別是在外齒的區域內加以引導，以避免運行盤在該區域內折彎，其在該區域內無法雙面由工作盤引導。這例如是透過在具有將運行盤嵌接在其中的凹槽的滾動裝置的針銷上使用特定的針輪套進行的，從而避免折彎。為了避免塗層在齒面插入該凹槽中的區域內磨損，較佳係額外地保留運行盤的至少為凹槽深度的狹窄的邊緣區域不加以塗覆。較佳係對運行盤在從外齒的齒根圓半徑測量的0毫米至2毫米的寬度上不進行塗覆。
在使用非繞轉的崁入式載具的加工法(軌道式研磨、軌道式拋光)的情況下，崁入式載具通常沿著其外周邊保持在一穩定的引導環中，其在工作盤的外徑外部加以引導，並由此在結構上避免崁入式載具與工作層在外部範圍內接觸。由於在加工期間作用的驅動力而導致的突出部或翹曲，崁入式載具僅可以在內部範圍內接觸工作層。因此，在非繞轉的崁入式載具的實施例中，較佳係完全塗覆中心區域。
根據本發明的崁入式載具可以用於不同的雙面加工法中。因此，本發明還涉及用於在兩個旋轉的工作盤之間同步雙面去除材料式加工至少一半導體晶圓的方法，其中半導體晶圓以可以自由移動的方式位於崁入式載具的開口中，並在形成於工作盤之間的工作間隙中在壓力下藉由該崁入式載具移動，其中使用根據本發明的崁入式載具，且其中第二材料的凸部係與工作盤之一者接觸，而第一材料以及第二材料的凹部係不與工作盤之一者接觸。
本發明較佳係用於其中每個工作盤包括含有黏結磨料的工作層的方法。在此情況下，將不含磨料的冷卻潤滑劑引入工作間隙。此類方法稱作研磨法。工作層可以連續的或者由單個片段所構成的墊、薄膜或研磨體的形式存在，其較佳係可以利用剝離運動從工作盤分離。
本發明可以用於具有行星式運動學特性的雙面加工法以及軌道法中：
在軌道法的情況下，工作盤為圓形，並且恰使用一個崁入式載具，其覆蓋整個工作盤，並且由設置在工作盤的周邊上的、偏心旋轉的引導滾筒驅動，以進行軌道運動，從而在每個半導體晶圓下方總是分別存在一個位置固定的區域，其在任何時刻均被半導體晶圓完全覆蓋。
在具有行星式運動學特性的方法的情況下，工作盤為環形。使用至少三個分別具有至少一個切口的崁入式載具(其在此情況下還稱作運行盤)。崁入式載具均具有外齒，從而利用包括相對於工作盤的旋轉軸同心設置的內針輪和外針輪以及齒的滾動裝置使其在自轉的情況下圍繞雙面加工裝置的旋轉軸進行繞轉。
實施例和比較例
對在形狀、構造和結構方面不同的塗層進行試驗，以理解在先前技術中已知的運行盤所發現的問題的原因並且制訂出解決方案。
證明實現本發明的關鍵是，精確測量在運行盤相對於工作層移動期間產生的摩擦力。因為與運行盤應力相關的摩擦是在加工期間的濕滑動摩擦，所以發現還必須在加工期間並知道驅動裝置的真正轉速(運動學特性)和真正的支撐力(研磨力、研磨壓力)之情況下才能測定該濕滑動摩擦。經觀察證實，在真正的研磨條件下，藉由工作層(金剛石、填料)的滑動摩擦與在加工半導體晶圓期間所釋放的半導體材料的顆粒狀磨料的滾動摩擦的混合來測定所產生的摩擦力。這在實驗室裝備中在沒有同步去除半導體晶圓材料的加工的情況下是無法展示出的。
在適合於實施PPG研磨法的裝置上從事研究，例如在DE 199 37 784 A1中所述。使用Peter Wolters有限公司的AC-2000型雙面加工裝置。此設備具有兩個環形工作盤，其外徑為1935毫米且內徑為563毫米並具有一內針輪和一外針輪。驅動裝置的額定功率L列於表1中。
由內針輪和外針輪形成的滾動裝置可以接收多達五個運行盤。在本研究中，實際上在各種情況下皆恰好使用五個運行盤。運行盤具有嵌接在內針輪和外針輪中的外齒。該外嚙合的節圓直徑為720毫米。因此，運行盤具有一可用區域，可設置多達三個用於接收各個直徑為300毫米的半導體晶圓的開口或者多達六個用於接收各個直徑為200毫米的半導體晶圓的開口或者恰好一個用於接收直徑為450毫米的半導體晶圓的開口。在本研究中，自始至終都使用具有三個用於接收直徑為300毫米的半導體晶圓的開口的運行盤。
第5圖所示為用於試驗的運行盤。該運行盤包括用於接收半導體晶圓的開口21、外齒22、與襯裡24(塑膠嵌件)確實鎖緊接合之燕尾榫形切口23、用於避免半導體晶圓與形成運行盤芯部的第一材料(鋼)直接接觸的襯裡24(塑膠嵌件)、以及用於使在加工期間加入在兩個工作盤之間形成的工作間隙的冷卻潤滑劑穿過或交換的補償開口25。僅將不含其他添加劑的純水用於研究，其在加工半導體晶圓期間以恒定的28公升/分鐘的流量引入工作間隙。(26代表通過所用的運行盤的剖面線，下面沿著剖面線以截面圖在第7圖中顯示運行盤的實施例及在第6圖中顯示運行盤的比較例)。
為了在PPG研磨條件下測量摩擦，工作盤覆蓋有「Trizact Diamond Tile」研磨墊(3M公司，677XAEL型)。該研磨墊包含金剛石作為牢固黏結磨料。對於每一批試驗，研磨墊均為剛經平整化(平坦化)並藉由例如在T. Fletcher等人，Optifab 2005,Rochester NY,May 2,2005中所述的方法進行修整，以確保所有試驗均處於相同的起始條件(切削銳利度、切削功率)。
PPG加工裝置的驅動裝置用於測量的轉速(每分鐘轉，RPM)列於表1中。在此，「絕對」是指驅動裝置(實驗室系統)的絕對轉速，而「相對」是指在攜有運行盤之情況下一起移動的參考系統(即固有系統，inherent system)的轉速，其給出加工運動學特性的特別普遍通用的、工具不變的描述。n1、n2、n3、n4是指在一固定空間(與設備相關的)的參考系統中上工作盤和下工作盤以及內針輪和外針輪的所選的絕對轉速。Ω是指在固有系統中獲得的、工作盤相對於繞轉運行盤的中點的平均轉速，ΔΩ是指工作盤的個別轉速與平均轉速的偏差，ω0 是指在固定空間參考系統中運行盤圍繞其各自中點的自轉，σ0 是指在固定空間參考系統中運行盤中點圍繞裝置中心繞轉的轉速。向量(n1、n2、n3、n4)和(Ω、ΔΩ、ω0 、σ0 )在其各自的參考系統中表示的參數集之間，其各自完全地描述在加工過程中的移動順序，可通過乘以表示已知的行星式齒輪等式的變換矩陣進行換算。
依照實際輸出的馬達功率測定摩擦(相對於所涉及的驅動裝置各自的額定輸出功率L的百分比，參見表1；縮寫為「%L」)。為此必須首先確定由於軸承摩擦及其他損失導致的空轉功率，必須將其從隨後在加工期間確定的輸出功率排除掉。第1圖所示為在升高上工作盤並且沒有嵌入運行盤和半導體晶圓的情況下，上工作盤(1)和下工作盤(2)以及內針輪(3)和外針輪(4)的空轉功率M10 、M20 、M30 和M40 ，作為相應的驅動裝置轉速n1、n2、n3和n4的函數。
第2圖所示為在PPG加工過程中測得的運行特徵圖相對於時間T(以小時和分鐘計，小時：分鐘)的曲線圖。在此，第2(A)圖所示為上工作盤(5)和下工作盤(6)的轉矩或輸出功率M1和M2，以相對於各個驅動裝置各自的額定功率L的百分比(%L)。第2(B)圖所示為內針輪(7)和外針輪(8)的轉矩M3和M4，第2(C)圖所示為以十牛頓(daN)計的上工作盤9(研磨力，研磨壓力)的支撐力F和相對於所選的半導體晶圓目標厚度的以微米(μm)計的殘留的殘餘物去除量R(10)的曲線圖。在主要負載階段中550十牛頓的支撐力在3×5=15個直徑為300毫米的半導體晶圓的情況下對應於5.2千帕(kPa)的壓力，即0.052巴(bar)。選擇加工條件和材料去除量，使得從在過程開始時驅動裝置的載入和開始旋轉直至在過程結束時驅動裝置的卸載和停止旋轉的加工過程，總持續時間在5分鐘至7分鐘之間，如第2圖所例示顯示。為此在本實施例中去除90微米的材料。由殘餘物去除量10的梯度得出在主要去除步驟中的平均材料去除速率為約17微米/分鐘。
為了測定實際的摩擦損失，從在第2(A)圖和第2(B)圖中例示顯示出的所測的驅動裝置轉矩M1、M2等，排除掉根據第1圖所測定的空轉轉矩。這獲得實際轉矩M1*、M2*等。其是與在加工期間作用的支撐力F有關。因為在研磨墊相同、平整化條件相同且轉速相同(工件在工作層上方的路徑速度相同)的情況下，材料去除速率與支撐力F呈比例，所以與支撐力相關的淨轉矩M1*/F、M2*/F等是運行盤和半導體晶圓的整體在加工期間所遭受的摩擦的直接度量。因為工作盤為移除功率作出主要貢獻，所以對於實際摩擦損失的充分近似僅考慮上工作盤和下工作盤的與力相關的淨轉矩M1*/F和M2*/F。
比較例1
在比較例1中，使用全部區域且厚度均勻地塗覆的運行盤，如第6(A)圖所示：第6(A)圖顯示該運行盤係具有用於接收半導體晶圓的開口21、外齒22、對用於保護半導體晶圓的接收開口進行包襯的「嵌件」24、用於使冷卻潤滑劑穿過的補償開口25和殘留的鋼材芯部20的全部區域塗層27。
第3圖所示為非本發明的運行盤的上工作盤和下工作盤的與力相關的淨轉矩M1*/F和M2*/F隨時間的發展情況。時間以小時和分鐘計，以「小時：分鐘」的形式給出。淨轉矩以相對於額定輸出功率的百分比%L給出。運行盤包括厚度為600微米的由硬化的高級鋼所構成的芯部，其雙面分別帶有厚度為100微米的蕭式硬度為Sh 80 A的熱固性聚氨酯的塗層。鋼材芯部和塗層的厚度特別均勻，該塗層覆蓋整個運行盤輪廓。僅外齒的區域(從齒頂直至齒根圓)是未經塗覆的。因此，運行盤對應於第6(A)圖。
在該比較例1中，利用模塑法施加PU塗層。為此，透過研光至特別的波動自由度和厚度均勻性而加工的鋼材芯部位於模具的兩個半模之間的中心。兩個半模在朝向運行盤芯部的內側上包含具有對應於所預期的塗層的形狀的空腔以及注料槽和通氣槽。該模具用塗覆材料的液態化學前驅物(未交聯的聚氨酯)填充，並在模具中硬化(RIM，反應注模(reaction injection molding))。在硬化之後，去除半模，並由此獲得經熱固性PU塗覆的運行盤。
由於通過銑削法和拋光法獲得高的形狀加工精確度，800微米的運行盤總厚度的波動小於±1.5微米。由於塗層(蕭氏硬度80 A)的彈性，假設在加工期間整個塗層係與工作層(研磨墊)接觸。因此，塗層的接觸面積百分比幾乎為100%。
如第3圖中所示，在根據先前技術之光滑運行盤(第6(A)圖)的比較例中，與力相關的淨轉矩平均為約0.135%L/十牛頓。在先前技術中，非常光滑的運行盤是優選的。例如DE 100 23 002 B4解釋了原因。在先前技術中，只要技術上允許，甚至較佳為盡可能良好的巨觀平坦度，以及特別小的微觀粗糙度。例如DE 102 50 823 B4解釋了其原因。
實施例1
在實施例1中，使用全部區域塗覆的運行盤，如第7(A)圖所示。其具有在實施PPG法時與研磨裝置的工作層接觸的突出區域31(凸部)以及不與工作層接觸的凹進區域30(凹部)。凸部和凹部根據本發明形成連續的區域。該在全部區域上連續的塗層的特徵在於，運行盤的芯部在任何位置均不可見。
在第7(A)圖所示的全部區域塗層的情況下，僅外齒22的從外齒的齒頂直至齒根圓的區域透過在塗覆期間遮蔽而保持不具有塗覆材料。這被證明是有利的，因為已經發現，尤其是若適合黏附至齒面的塗覆材料由於在運行盤在加工裝置的內針輪和外針輪之間滾動期間高的點狀負載而脫離。這會立即導致半導體晶圓破裂。
塗層在運行盤的兩面上各自的層厚度在凸部區域內為100微米，而在凹部區域內為約20微米。接觸面積百分比為約40%，而在深度平均為30微米的情況下，描述凸部和凹部的平均橫向尺寸的相關長度為約3毫米。因此，縱橫比為約0.01。
運行盤用與比較例1相同的聚氨酯(蕭氏80 A)透過注模法(RIM)在兩個半模之間進行塗覆。為PU模塑設置的模具空腔根據形狀和尺寸與比較例1相同。但是，與比較例1不同的是，用於使隨後與研磨裝置的工作層接觸的模製品表面成形的、待注模的模具空腔，其遠離位於中心的鋼材芯部的壁，借助雕刻法結構化。在此，選擇粗糙度深度，使得層狀模製品保持連續，即所有突出的、隨後與工作層接觸的塗層凸部在不被凹部中斷的情況下連接，不會形成不含塗層的區域，其中運行盤的經塗覆的芯部材料是可見的。由此，運行盤對應於第7(A)圖。
在其他方面，與比較例1相比試驗實施過程沒有區別。
與第3圖(比較例1)類似，第4圖所示為與力相關的淨轉矩M1*/F和M2*/F，其是在使用根據實施例1的運行盤時產生的。與力相關的淨轉矩在實施例1的情況下平均僅為0.051%L/十牛頓。該數值是透過對M1*/F和M2*/F在摩擦條件基本上恒定的時間範圍內(在約分鐘至6分鐘之間，第4圖)求平均而確定的。在同樣用抗磨層覆蓋運行盤、塗層的材料相同且PPG加工條件相同(轉速、力、冷卻潤滑、在過程開始之前平整化的研磨墊等)的情況下，該數值係小於在比較例1中產生的摩擦的40%。
該塗層被證明是特別穩定的，即使在重複實施試驗過程時也不存在可見的部分層脫離，尤其是不存在半導體晶圓破裂的情況。
實施例2至3和比較例2至4
表2進一步顯示出了根據本發明的實施例2和3以及非本發明的比較例2、3和4的結果。這些試驗是用以不同方式塗覆的運行盤，在其他方面與實施例1和比較例1相同的條件下實施的。在所有情況下，運行盤芯部對應於第5圖。
在表2中，係針對兩個工作盤，確定相對於在加工期間獲得的平均材料去除速率<dR/dt>(微米/分鐘)的平均淨摩擦轉矩<M*>(相對於驅動裝置額定輸出功率的百分比，%L)。與在第2(A)圖、第2(B)圖和第3圖中繪製的與研磨力相關的驅動裝置轉矩M*/F相比，這是摩擦的更加精確的度量，因為參考實際獲得的去除速率，單位力的切削性能(以恒定的路徑速度)可能會波動。若在每次試驗之前沒有通過對工作層平整化而獲得工作層的完全相同的「切削功率」，則會發生與力相關的切削功率的此類波動。
由所確定的殘餘物去除量透過對時間進行微分而計算出去除速率。殘餘物去除量是由工作盤之間的距離測得的。因為在此方法下間接地以所需的微米級精確度疊加強烈的雜訊，所以該測量信號的時間導函數波動更大。因此，必須在加工過程的整個過程上對去除速率求平均，以獲得所需的精確度。因此，對於摩擦特徵數<M*>/<dR/dt>，沒有如同參數M*/F的第3圖和第4圖的時間分辨的過程記錄，而是每次試驗過程各自只有一個但又非常精確的特徵數。將實施例2至3和比較例2至4的情況彙總於表2中。
在實施例2中，使用具有與實施例1相同的塗層覆蓋物的運行盤。該塗層也是藉由以雕刻的模具自由區域進行模塑(RIM)而製得。但是，選擇更高的接觸面積百分比(約60%)以及凸部(約5毫米)和凹部(約4毫米)的更大的平均尺寸，連同在凹部上方的同樣增大的凸部高度(約70微米)。在該實施例中相關長度為約4.7毫米。因此，塗層的縱橫比為約0.015。該塗層再次對應於第7(A)圖。
對於實施例3，由熱固性聚氨酯(PU)所構成的塗層是藉由手工噴塗製得的(使用噴槍高壓噴霧適當稀釋的未交聯的PU溶液，隨後蒸發和硬化)。手工噴塗若以一個或僅少數幾個相對厚的層的形式實施，則通常由於在手工噴塗時的不均勻性和取決於邊緣輪廓的表面張力(邊緣卷邊)而導致厚度不均勻的層。獲得的接觸面積百分比為約30%(與比較例1和實施例1相同的總塗層形狀和面積)。接觸面積百分比是在多個加工過程之後透過測量與工作層接觸的表面區域上可見的磨損斑痕而確定的。但是，與第3圖和第4圖的相關長度為約20毫米至30毫米的實施例相比，由於噴塗使凸部和凹部的平均長度明顯更大。凸部相對於凹部的平均高度又在10微米與20微米間，如借助微米螺紋規(micrometer screw gauge)並在運行盤的塗層區域內的不同點處的抽樣式測量所測得。因此，縱橫比約為0.0006。雖然實施例3的接觸面積百分比小於實施例2，但是由於凸部和凹部的尺寸大，所以產生稍微更高的摩擦(破壞性抹除(breaking-away)冷卻潤滑劑支撐薄膜)。以約為0.0006的縱橫比，實施例3的塗層也已經接近較佳範圍(0.0004至0.4)的極限，在其附近發生從根據本發明的仍然低的摩擦至非本發明的高摩擦的過渡現象。
在比較例2中，使用以未結構化的方式在全部區域以高的厚度均勻性進行塗覆的運行盤(經塗覆的區域的接觸面積百分比為約90%)。因此，其對應於第6(A)圖。與比較例1不同，在比較例2中運行盤是透過噴霧法塗覆的，其中該層是藉由施加許多單獨且非常薄的層並且各自在下一次施加層之前進行晾乾和硬化所實現的，從而獲得厚度非常均勻的疊層物，不會有例如由表面張力所導致之層流。
在比較例3中，使用與比較例2相同的PU材料。但是，利用減小塗層28的總面積及額外地將塗層28劃分成四個不連續的區域，從而塗覆運行盤的明顯更小的區域(對應於第6(B)圖)。利用更小的總接觸面積，相對於比較例2，摩擦稍微減小。
實施例2和3以及比較例2和3表明，除了接觸面積百分比以外，尤其是凸部和凹部的絕對尺寸及其縱橫比對於濕滑動摩擦盡可能最小的運行盤表面是關鍵性的。
在比較例4中，運行盤根據第6(C)圖僅部分塗覆。第6(C)圖所示為具有不連續的部分區域塗層29的芯部20。該部分塗層是利用根據先前技術的方法所實現，藉由在塗覆過程中遮蔽多個區域並且隨後去除遮罩，例如在WO 2008/064158 A1所述。由此形成以許多不連續的單獨區域的形式的部分塗層。該試驗無法歷經全程，因為在第一加工過程中就已導致如此塗覆的運行盤發生層脫離以及如此加工的半導體晶圓破裂。
因為觀察到層破壞(脫層)較佳係發生在層或由PU使用層及視情況而存在之其他促進黏結的中間層和打底層所構成的疊層物與運行盤芯部之間的介面處，該脫離現象可以藉由不連續的塗層片段中總計非常長的暴露邊緣線加以解釋，其提供了許多的進攻點。雖然以小的接觸面積百分比塗覆的運行盤的該比較例提供的與去除速率相關的轉矩<M*>/<dR/dt>，是可與實施例2的運行盤比較的，但是由於塗層的不穩定性以及持續地損害如此加工的半導體晶圓，所以根據比較例4的運行盤不適合於實施PPG加工法。
其他例示性實施態樣
第7圖所示為根據本發明的運行盤的例示性實施態樣：
第7(A)圖已經連同實施例1加以解釋。
第7(B)圖所示為具有部分區域塗層的運行盤，其具有根據本發明的連續的凸部31和凹部30。由於部分區域塗層，存在自由區域32，在該區域中運行盤的芯部20是可見的，但是不可與工作層接觸，因為凸部31使芯部20與工作層保持距離，並且自由區域32足夠小，從而由於運行盤芯部20的小的厚度和有限的剛度而存在的運行盤彈性，可以抵消自由區域32向著工作層的變形。由於凸部和凹部間的關係，塗層的邊緣線短，此類根據本發明的運行盤具有非常耐久的層黏著性，而不會發生部分脫離或半導體晶圓破裂。
第7(C)圖所示為具有全部區域連續塗層的運行盤，其中正面層和背面層是額外連續的，因為它們被引導穿過用於接收半導體晶圓的開口21和用於使冷卻潤滑劑穿過的補償開口25，並且連續的。此類「環周」塗層具有特別耐久的層黏著性，因為邊緣線僅沿著在外齒的齒頂與齒根圓之間露出的區域存在。
引導塗層經過運行盤的開口以及連接正面層和背面層，從而在合適的實施態樣中可以將用於避免半導體晶圓與運行盤芯部20的硬質材料接觸(避免由於機械作用損害半導體晶圓，例如在邊緣區域內的材料剝落，或者由於半導體材料的金屬污染)的「嵌件」24(例如參見第7(B)圖)完全地用塗層34代替(第7(C)圖)。此類運行盤以特別簡單的方式構成，因此可以特別經濟的方式製造。
最後，第7(D)圖所示為具有全部區域連續塗層的運行盤，其具有特別低的接觸面積百分比(一些小的凸部31，透過寬的凹部30彼此分離)。雖然接觸面積百分比低，但是塗層根據本發明是連續的(不存在分離的部分層區域)。
第8圖所示為其他根據本發明的實施態樣：
第8(A)圖所示為運行盤的俯視圖，其具有運行盤芯部20、用於接收半導體晶圓的開口21、外齒22、用於使塑膠嵌件24與芯部20確實鎖緊連接的燕尾榫23、用於使冷卻潤滑劑穿過的補償開口25以及具有不與半導體晶圓的加工裝置的工作層接觸的凹部30和與工作層接觸的凸部31的連續的全部區域塗層(除了外齒22的露出的區域)。在例示性的實施態樣中，凸部具有直徑為8毫米的圓形基面，並且以六邊形排列。相鄰凸部的最短距離(凹部的最小寬度)為約3.4毫米，相關長度為5.2毫米。如此塗覆的表面的接觸面積百分比為40%。
在實現此類用於接收至少一個300毫米半導體晶圓的運行盤時(半導體晶圓在研磨之後的厚度約為820微米)，運行盤的總厚度為約800微米。從其中將至少600微米分配給由硬化鋼所構成的芯部，以使其具有足夠的剛度，因此在每一側將最多100微米分配給塗層。從該100微米中，若合宜，將10微米分配給視需要存在的黏結中間層，因此將90微米至100微米分配給實際的使用層。為了獲得足夠的黏著強度和抗撕裂性，層的連續部分具有至少10微米的厚度。最後，在塗層的每一側將約70微米至80微米分配給凸部在凹部上方的高度。因此，根據第8(A)圖所示的實施例的塗層的縱橫比為約0.014。因此，以給定的層厚度，第8圖顯示了在尤佳的縱橫比範圍(0.004至0.1)內的塗層的例示性實施態樣。
第8(B)圖所示為經塗覆的運行盤沿著第8(A)圖中的剖面線35的放大的截面圖。
第8(C)圖所示為具有並非全部區域、但是根據本發明為連續的塗層的運行盤的俯視圖的另一例示性實施態樣。圍繞在運行盤芯部20中的所有開口的區域32(半導體晶圓的接收開口21，其具有燕尾榫23和嵌件24以及冷卻潤滑劑的穿過開口25)沒有進行塗覆。如同總是較佳的情況，外齒22的該區域同樣又留空。凸部31以連續的四方網格的形式存在，其中凸部的最短寬度為2.7毫米。凹部30是邊緣長度為約6.2毫米且面積為約40平方毫米的矩形凹部，其完全地被凸部31包圍。在此情況下，相關長度為約4.5毫米。塗層的接觸面積百分比為稍微超過50%。如以上第8(A)圖所述，在凸部與凹部(約75微米)之間的層厚度差相等的情況下，縱橫比為約0.017。因此，以給定的層厚度，第8(B)圖同樣顯示了在尤佳縱橫比範圍(0.004至0.1)內的塗層的例示性實施態樣。
第8(D)圖所示為經塗覆的運行盤沿著第8(C)圖中的剖面線36的放大的截面圖。
1．．．上工作盤的空轉轉矩
2．．．下工作盤的空轉轉矩
3．．．內針輪的空轉轉矩
4．．．外針輪的空轉轉矩
5．．．上工作盤的轉矩
6．．．下工作盤的轉矩
7．．．內針輪的轉矩
8．．．外針輪的轉矩
9．．．上工作盤的支撐力
10．．．殘餘物去除量
11．．．非根據本發明的比較例的上工作盤的與力相關的淨轉矩
12．．．非根據本發明的比較例的下工作盤的與力相關的淨轉矩
13．．．根據本發明的實施例的上工作盤的與力相關的淨轉矩
14．．．根據本發明的實施例的下工作盤的與力相關的淨轉矩
20．．．崁入式載具(運行盤)的芯部(第一材料)
21．．．用於接收半導體晶圓的開口
22．．．外齒
23．．．燕尾榫齒
24．．．襯裡(嵌件)
25．．．補償開口(冷卻潤滑劑穿過)
26．．．通過運行盤的剖面線
27．．．全部區域塗層(比較例)
28．．．不連續的部分區域塗層
29．．．部分區域的不連續地分段的塗層
30．．．連續的塗層的凹部
31．．．連續的塗層的凸部
32．．．連續的部分區域塗層的自由(未塗覆的)區域
33．．．黏結在正面和背面上的塗層
34．．．黏結在正面和背面上的塗層，其代替開口的襯裡(嵌件)
35．．．通過經塗覆的運行盤的剖面線(類型1)
36．．．通過經塗覆的運行盤的剖面線(類型2)
<dR/dt>．．．平均去除速率(殘餘物去除量對時間的平均導數)
F．．．上工作盤的支撐力(研磨力)
L．．．主驅動裝置的額定功率
M1．．．上工作盤的轉矩
M2．．．下工作盤的轉矩
M3．．．內針輪的轉矩
M4．．．外針輪的轉矩
M10 ．．．上工作盤的空轉轉矩
M20 ．．．下工作盤的空轉轉矩
M30 ．．．內針輪的空轉轉矩
M40 ．．．外針輪的空轉轉矩
<M*>．．．工作盤的平均淨轉矩
M1*．．．上工作盤的淨轉矩
M2*．．．下工作盤的淨轉矩
n1．．．上工作盤的轉速
n2．．．下工作盤的轉速
n3．．．內針輪的轉速
n4．．．外針輪的轉速
PU．．．聚氨酯
R．．．殘餘物去除量
RIM．．．反應注模塑(在模具中硬化之模塑)
RPM．．．轉/分鐘
T．．．時間
ΔΩ．．．工作盤轉速與平均轉速的偏差
σ0 ．．．在固定空間之參考系統中運行盤中點沿加工裝置中點的繞轉的轉速
ω0 ．．．在固定空間的參考系統中運行盤沿其各自的中點的自轉的轉速
Ω．．．工作盤相對於繞轉的運行盤中點的平均轉速
第1圖：不同轉速的主驅動裝置的空轉轉矩；
第2圖：PPG加工過程的轉矩、支撐力和殘餘物去除量；
第3圖：透過非本發明方法的PPG加工過程的工作盤的與力相關的淨轉矩的比較實例；
第4圖：透過本發明方法的PPG加工過程的工作盤的與力相關的淨轉矩的實例；
第5圖：運行盤的芯部(第一材料)的俯視圖；
第6圖：先前技術的具有塗層的運行盤的比較實例的截面圖；
第7圖：透過根據本發明的塗層的運行盤的實例的截面圖；
第8圖：根據本發明方法的具有塗層的運行盤的實例的俯視圖。
20．．．崁入式載具(運行盤)的芯部(第一材料)
21．．．用於接收半導體晶圓的開口
22．．．外齒
23．．．燕尾榫齒
24．．．襯裡(嵌件)
25．．．補償開口(冷卻潤滑劑入口)
26．．．通過運行盤的剖面線

Claims (12)

  1. 一種崁入式載具，適於接收一個或多個半導體晶圓以在研磨裝置(grinding apparatus)的兩個工作盤之間對其進行雙面加工，其係包括一由一第一材料所構成的芯部，該芯部具有一第一表面和一第二表面，其中該第一表面和該第二表面各自帶有一由一第二材料構成的塗層，該塗層係完全或部分地覆蓋該第一表面和該第二表面；以及至少一個用於接收半導體晶圓的開口，其中在該塗層遠離該芯部的表面具有一由凸部和凹部所構成的結構化，其中該第二材料係聚氨酯且該結構化之該等凸部和該等凹部之相關長度係0.5毫米至25毫米，並且該結構之縱橫比係0.0004至0.4。
  2. 如請求項1的崁入式載具，其中該第一材料係金屬，該第二材料係塑膠。
  3. 如請求項1或2的崁入式載具，其中該塗層係以在各種情況下恰為一連續層之形式完全或部分地覆蓋該芯部的該第一表面和該第二表面。
  4. 如請求項1或2的崁入式載具，其中在該塗層之總面積中由該等凸部所佔之面積比例係5%至80%。
  5. 如請求項1或2的崁入式載具，其中該結構化之該等凸部和該等凹部的相關長度係1毫米至10毫米。
  6. 如請求項1或2的崁入式載具，其中該結構化的縱橫比係0.004至0.1。
  7. 如請求項1或2的崁入式載具，其中一第三材料以連續形式從該芯部的該第一表面延伸穿過該芯部中之至少一開口直至 該芯部的該第二表面。
  8. 如請求項7的崁入式載具，其中該第三材料係從該芯部的該第一表面延伸穿過所有該等用於接收半導體晶圓的開口直至該芯部的該第二表面，並且完全包襯該等開口的壁區域。
  9. 如請求項8的崁入式載具，其中該第三材料係與該第二材料相同，並且與其形成一連續層。
  10. 一種用於同步雙面去除材料式加工至少一半導體晶圓的方法，該半導體晶圓係於研磨裝置的兩個旋轉的工作盤之間，其中該半導體晶圓係以自由移動的方式位於一崁入式載具之一開口中，並在形成於該等工作盤之間的工作間隙中於壓力下藉由該崁入式載具來移動，各工作盤包含一含有黏結磨料的工作層，且於工作間隙引入一不含磨料的冷卻潤滑劑，其中係使用如請求項1的崁入式載具，該崁入式載具包括一由一第一材料所構成的芯部，該芯部具有一第一表面和一第二表面，其中該第一表面和該第二表面各自帶有一由一第二材料構成的塗層，該塗層係完全或部分地覆蓋該第一表面和該第二表面；以及至少一個用於接收半導體晶圓的開口，其中在該塗層遠離該芯部的表面具有一由凸部和凹部所構成的結構化，其中該第二材料係聚氨酯且該結構化之該等凸部和該等凹部之相關長度係0.5毫米至25毫米，並且該結構之縱橫比係0.0004至0.4，且其中該塗層之該等凸部係與該等工作盤之一者接觸，而該芯部以及該塗層之該等凹部係不與該等工作盤接觸。
  11. 如請求項10的方法，其中該等工作盤為圓形，並且恰使用一 個崁入式載具，該崁入式載具係覆蓋整個工作盤並且藉由偏心旋轉引導輥驅動以進行軌道運動，該等輥係設置在該工作盤的周邊，從而使每個半導體晶圓下方總是存在一個別固定區域，該區域在任何時刻均被該半導體晶圓完全覆蓋。
  12. 如請求項10的方法，其中該等工作盤為環形，並且使用至少三個崁入式載具，該等崁入式載具各自具有至少一用於接收半導體晶圓的開口，且其中該等崁入式載具各自具有一外齒，從而利用一滾動裝置及該齒使該等載具以自轉之方式沿旋轉軸公轉，其中該滾動裝置係包括一相對於該等工作盤之旋轉軸同心設置的內針輪和外針輪。
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