專利名稱：用雙面拋光加工半導(dǎo)體晶片的方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般地涉及加工半導(dǎo)體晶片的方法，并更特別地，涉及一種加工半導(dǎo)體晶片的經(jīng)濟的方法，該方法包括同時拋光半導(dǎo)體晶片的前表面和后表面，用于生產(chǎn)具有毫微表面狀態(tài)(nanotopography)的平坦晶片。
半導(dǎo)體晶片通常制備于一個單晶錠，例如硅錠，該晶錠經(jīng)過修整和磨光以具有一個或多個平面，用于在后續(xù)工序中晶片的正確定位。然后將該晶錠切片成多個晶片，其中每個晶片都要經(jīng)受多個加工操作以減少晶片的厚度，除去由切片操作造成的損傷，并生成一個高反射前表面。通常在晶片的前表面和后表面進行一種研磨操作(一種磨料漿加工)，以減少晶片的厚度，并除去由切片操作造成的損傷。還可以利用酸性或苛性腐蝕劑(蝕刻劑)進行化學(xué)蝕刻操作，以便減少厚度并除去研磨后的損傷。已經(jīng)知道使用一種酸性化學(xué)腐蝕劑會對晶片的毫微表面狀態(tài)(毫微形態(tài))造成負面影響。
因此，通常拋光每一晶片的一個或兩個表面，以便除去由于先前的操作對前表面和后表面造成的損傷，并確保晶片是平面的。雙面同時拋光已優(yōu)選地應(yīng)用于工業(yè)中，因為該拋光可生成一種具有更平坦且更平行的表面的晶片。
然而，雙面同時拋光也有弊端。例如，雙面同時拋光比單面拋光花費更高，而且，在這種雙面同時拋光之后，在晶片表面上會殘留有顯著的損傷。另外，不能憑視覺來辨別晶片的表面，這會給在晶片的下游加工中使用的某些機器帶來難題。
已經(jīng)知道可以通過單面蝕刻鈍化后表面來解決上述的后一個問題。然而，單面蝕刻會對后表面的毫微表面狀態(tài)造成負面影響。這會在一個后面的用蠟安裝的晶片的前表面拋光操作中對前表面造成影響。大多數(shù)單面蝕刻操作還會對晶片的邊緣和/或晶片的前表面造成影響，這是所不希望的。除了鈍化操作以外，已知的有使用雙面拋光方法，它操縱拋光墊和晶片載體的旋轉(zhuǎn)速度以減少從后表面除去的晶片材料，并因此使得后表面可以與前表面相區(qū)別。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過操縱旋轉(zhuǎn)速度來控制從晶片的每一面除去的晶片材料的量較為不準(zhǔn)確。這種去除量控制的失敗導(dǎo)致所不希望的后表面粗糙度與光澤(gloss)的變化。另外，從前表面和后表面去除的晶片材料的量的差別比較小。
簡而言之，本發(fā)明的一種方法旨在同時拋光一個半導(dǎo)體晶片的前表面和后表面。該方法包括提供一個拋光裝置，該拋光裝置具有一個總體上位于一個第一拋光墊和一個第二拋光墊之間的晶片載體(托架)。第一墊的硬度遠大于(顯著大于)第二墊的硬度。將該晶片置于晶片載體內(nèi)，以使得前表面面對著第一墊，并使得后表面面對著第二墊。將一種拋光漿施加到至少一個墊上，并旋轉(zhuǎn)載體、第一墊和第二墊。使前表面與第一墊接觸，而后表面與第二墊接觸，以便拋光晶片的前表面和后表面，由此，從和第二墊接合的后表面上除去較少量的晶片材料，而且在拋光之后，后表面具有比前表面低的光澤。
在本發(fā)明的另一方面，一種加工從一個單晶錠上切下并具有前表面和后表面的半導(dǎo)體晶片的方法，包括研磨該晶片的前表面和后表面的步驟，以便減少晶片的厚度，并提高晶片的平面度。研磨步驟在前表面和后表面上產(chǎn)生損傷。對晶片的前表面和后表面進行蝕刻，以減少在研磨步驟后殘留在前表面上的損傷。同時拋光晶片的前表面和后表面，以便提高晶片的平面度，并減少在前表面和后表面上的晶片損傷。在同時拋光步驟完成以后，殘留在后表面上的晶片損傷大于在前表面上的晶片損傷。將晶片的前表面進行精拋光以減少前表面中的霧度與粗糙度。此后，前表面具有高于后表面的光澤。本方法不包括任何只在后表面上進行但不在前表面上進行的步驟。
本發(fā)明的其他目的和特征將部分地是顯而易見的，而部分地在后文中進行說明。
對應(yīng)的參照字符表示上述附圖
的多個視圖中的對應(yīng)部分。
如本技術(shù)領(lǐng)域中已知的，上部壓板12和下部壓板14由適當(dāng)?shù)尿?qū)動機構(gòu)(未示出)以一選定的速度旋轉(zhuǎn)。如在下文中針對本發(fā)明的一個優(yōu)選的方法將要描述的，裝置10包括一個控制器，該控制器允許操作者為上部壓板12選定一個旋轉(zhuǎn)速度，使得該速度與為下部壓板14所選定的速度不同。另外，兩個壓板可以沿不同方向旋轉(zhuǎn)，以便兩個壓板可以沿相同方向或相反方向旋轉(zhuǎn)。
將多個總體上為圓形的晶片載體22安裝在下拋光墊18上。每一晶片載體22具有至少一個圓形開口(在本實施例中有三個)，用以接納一個待拋光的晶片W。每個晶片載體22的周邊有一個齒圈(未示出)，該齒圈與裝置10的一個“太陽”或內(nèi)部齒輪和一個外部齒輪(未示出)相嚙合。內(nèi)部齒輪和外部齒輪由適當(dāng)?shù)尿?qū)動機構(gòu)驅(qū)動，以便以一個選定的速度旋轉(zhuǎn)該載體。
在本發(fā)明的一個方法中，將晶片載體22安裝在下拋光墊18上，以便載體總體上位于下拋光墊和上拋光墊16之間。將至少一個晶片W置于晶片載體22的一個開口中，以便使其前表面面對著下拋光墊18，而后表面面對著上拋光墊16。
將一種常規(guī)拋光漿施加到至少一個墊上。旋轉(zhuǎn)晶片載體22、上墊16和下墊18。使上部壓板12朝向下部壓板14下降，以便使上墊16與晶片W的后表面接觸，使下墊18與晶片的前表面接觸。在拋光過程中，上部壓板12以一個選定的“下降力”被向下壓，以便分別通過上墊和下墊同時拋光晶片的后表面和前表面。拋光前表面的下墊18的粗糙度顯著大于下墊16的粗糙度。優(yōu)選地，下墊18為一由聚氨酯浸漬的聚酯氈材料制成的粗(或“切削”)拋光墊，優(yōu)選地，一種由德國Newark的Rodel公司制造的Suba H2型墊。上墊16優(yōu)選地為一由多孔聚氨酯材料制成的“精”拋光墊，優(yōu)選地為Rodel公司制造的UR-100型墊，該墊遠比粗拋光墊多孔。下墊具有大約6％到8％之間，并更優(yōu)選地為大約7％，的可壓縮性。上墊具有大約8％到20％之間，并更優(yōu)選地為大約10％到12％之間，的可壓縮性。下墊18的硬度遠大于上墊16的硬度。例如，一個與UR-100型墊可比的Suba 80型精拋光墊，具有一個根據(jù)RM-02A-7-91測試法測定的大約13-20的肖氏A硬度，而Suba H2型墊具有一個根據(jù)相同測試法測定的大約84的肖氏A硬度值。下墊18以比上墊更快的速度(去除速率比)去除晶片材料，優(yōu)選地，下墊每轉(zhuǎn)比上墊16每轉(zhuǎn)至少多去除大約5倍的晶片材料。更優(yōu)選地，去除速率比為大約10∶1，而還更優(yōu)選地，去除速率比為大約15∶1。因此，利用粗拋光墊和精拋光墊對晶片W進行拋光，使得從后表面上去除的材料比從前表面上的要少，因而，后表面的光澤低于前表面。
通過操縱載體22、上部壓板12和上墊16、以及下部壓板14和下墊18的相對旋轉(zhuǎn)速度，可以進一步增加去除速率比和從前表面與從后表面所去除的材料的差。具體地，上部壓板12沿與晶片載體22相同和方向并以與晶片載體大致相同的速度旋轉(zhuǎn)。在這種方式下，減少了上墊16與每個晶片W之間的相對運動，使得在拋光過程中去除較少的材料。表1包括了用于上部壓板12和下部壓板14以及內(nèi)部和外部齒圈(環(huán)形齒輪)速度的適用范圍和優(yōu)選的參數(shù)(齒圈的速度決定載體22的速度)。表1還包括向下拋光力的適用范圍和一個優(yōu)選的向下拋光力。
表1

1負標(biāo)記表示逆時針方向的旋轉(zhuǎn)，而正數(shù)表示順時針方向。
通過提高與前表面接觸的下墊18相對于與后表面接觸的上墊16的溫度，可以進一步增加去除速率比和從前表面與從后表面所去除的材料的差。通過循環(huán)與分別接觸墊的壓板成熱連通(傳遞)關(guān)系的水，控制每一拋光墊的溫度。AC1400和AC2000型拋光機包括一個用于控制與上部壓板12連通的循環(huán)水的溫度的控制系統(tǒng)，和一個獨立的用于與下部壓板14連通的循環(huán)水的控制系統(tǒng)。兩個獨立的系統(tǒng)使得使用者可以相對于上墊16的溫度提高下墊18的溫度，并從而從前表面上比從后表面上除去更多的材料。
在本發(fā)明的另一個方法中，將半導(dǎo)體晶片W置于一個常規(guī)研磨裝置(未示出)中，并對其進行研磨，以減少晶片的厚度，并提高晶片的平面度。通過該研磨操作減少厚度，也去除了由于晶片切片操作造成的損傷。然而，研磨步驟在前表面和后表面上產(chǎn)生具有與由晶片切片操作造成的損傷不同特征的損傷(研磨特征損傷)。適用的研磨裝置包括由德國倫茨堡的Peter Wolters公司制造的Peter Wolters AC1400和AC2000型。研磨裝置與雙面拋光裝置可以為同一裝置。研磨操作去除晶片材料的一個預(yù)定厚度，例如大約40到100微米，并優(yōu)選地由研磨操作去除大約70微米。常規(guī)研磨裝置的操作對本技術(shù)領(lǐng)域的人員將是顯然的，在此將不作進一步的描述。
蝕刻晶片W的前表面和后表面以減少在研磨步驟后殘留在前表面上的損傷。優(yōu)選地，所使用的腐蝕劑為一種苛性(堿性)的腐蝕劑，因為苛性蝕刻對晶片W的毫微表面狀態(tài)造成的損害比酸性腐蝕劑的要小。優(yōu)選地，對晶片進行浸蝕，盡管其它蝕刻操作也是可以考慮的。蝕刻步驟之后，可以對晶片進行邊緣拋光。
對前表面和后表面同時進行拋光，以便提高晶片W的平面度，并減少在前表面和后表面上的晶片損傷。在同時拋光步驟完成以后，殘留在后表面上的晶片損傷大于在前表面上的晶片損傷。優(yōu)選地，利用上述方法進行同時拋光步驟，以便從晶片W后表面去除的晶片材料少于從前表面去除的晶片材料。更具體地，用于拋光前表面的墊比用于拋光后表面的墊更硬、更粗糙。在該方法中，優(yōu)選地是不用操縱載體22的旋轉(zhuǎn)速度來增加在前表面和后表面之間的晶片去除量之差。對旋轉(zhuǎn)速度的操縱會降低對后表面材料去除量的控制，這將導(dǎo)致后表面粗糙度和光澤的所不希望的變化。
對晶片的前表面進行精拋光，以減少在前表面中的霧度和粗糙度。據(jù)信，后表面的毫微表面狀態(tài)在本發(fā)明的同時拋光方法之后將充分均勻，所以，在前表面拋光過程中，后表面的毫微表面狀態(tài)將不會對前表面的毫微表面狀態(tài)造成負面影響。在同時拋光之后，前表面和后表面的毫微表面狀態(tài)，優(yōu)選地，在一個2毫米×2毫米的區(qū)域上小于20nm PV，在一個10毫米×10毫米的區(qū)域上小于70nm PV。更優(yōu)選地，在一個2毫米×2毫米的區(qū)域上小于10nm PV，并還更優(yōu)選地基本為零。在前表面拋光后，前表面的光澤高于后表面，所以，前表面和后表面可以憑視覺來辨別，并可以通過用于處理成品晶片的傳感器進行辨別。例如，使用德國的Gardner公司制造的Mirror-Tri-Gloss儀表，前表面的光澤(光澤度)為大約370，而使用相同的儀表，后表面的光澤為大約120。另外，在同時拋光步驟之后但在精拋光之前，前表面具有高于后表面的光澤。
有利地，該加工晶片W的方法不包括任何在后表面上進行但不在前表面上進行的操作。因此，晶片W具有由同時雙面拋光帶來的平面度和平行度，具有由精拋光步驟帶來的前表面上的高光澤鏡面光面，而且，該方法不要求在后表面上進行一附加步驟以使得前表面可與后表面相區(qū)分。另外，該加工更經(jīng)濟，這是因為，由于在精拋光步驟中實行的進一步的材料去除量，所以在同時雙面拋光步驟中要求從前表面除去的材料較少。
鑒于上述，可以看出，實現(xiàn)了本發(fā)明的多個目的，并達到了其他有利的結(jié)果。
在介紹本發(fā)明或其優(yōu)選實施例時，“一”、“一個”、“該”和“上述”(所述)意在表明有一個或多個該要素。術(shù)語“包括”、“包括有”和“具有”意在表明是包含在內(nèi)的，并表示除所列要素外，還可有另外的的要素。
由于可以在上述結(jié)構(gòu)中進行各種變動而不會脫離本發(fā)明的范圍，所以上述說明中的所有內(nèi)容或附圖中所示的內(nèi)容均應(yīng)被解釋為示例性的，并不具有限制意義。
權(quán)利要求
1.一種同時拋光一個半導(dǎo)體晶片的前表面和后表面的方法，它包括下列步驟(a)提供一個拋光裝置，該拋光裝置具有一個總體上位于一個第一拋光墊和一個第二拋光墊之間的晶片載體，上述第一墊的硬度遠大于上述第二墊的硬度；(b)將上述晶片置于該晶片載體內(nèi)，以便使上述前表面面對上述第一墊，并使上述后表面面對上述第二墊；(c)將一種拋光漿施加到至少一個上述墊上；(d)旋轉(zhuǎn)上述載體、第一墊和第二墊；(e)使上述前表面與上述第一墊接觸，并使上述后表面與上述第二墊接觸，用以拋光上述晶片的上述前表面和后表面，由此從與上述第二墊接合的上述后表面除去較少量的晶片材料，而且在拋光后，上述后表面具有比上述前表面低的光澤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第一墊由聚氨酯浸漬的聚酯氈材料制成，而第二墊由多孔聚氨酯材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第一墊具有遠大于第二墊的粗糙度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第一墊的可壓縮性低于第二墊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該旋轉(zhuǎn)步驟包括選擇該載體、第一墊和第二墊的相對旋轉(zhuǎn)速度，以使得從該晶片的上述后表面上去除的材料最少。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，該旋轉(zhuǎn)步驟包括沿相同方向以大致相同的速度旋轉(zhuǎn)該載體和第二墊，以便使從上述后表面去除的晶片材料為最少。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該第一墊每轉(zhuǎn)一圈去除的晶片材料至少比第二墊的多5倍。
8.一種加工一個從單晶錠上切下并具有前表面和后表面的半導(dǎo)體晶片的方法，該方法按順序包括以下步驟(a)研磨晶片的前表面和后表面，以減少晶片的厚度，并提高晶片的平面度，該研磨步驟在該前表面和后表面上產(chǎn)生損傷；(b)蝕刻該晶片的前表面和后表面，以減少在該研磨步驟后殘留在該前表面上的損傷；(c)同時拋光該晶片的前表面和后表面，以提高晶片的平面度，并減少在該前表面和后表面上的晶片損傷，在上述同時拋光步驟完成以后，殘留在該后表面上的晶片損傷大于在該前表面上的晶片損傷；和(d)精拋光該晶片的前表面，以減少該前表面中的霧度和粗糙度，此后，該前表面具有比該后表面高的光澤，其中，該方法不包括任何在該后表面上進行但不在該前表面上進行的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該同時拋光前表面和后表面的步驟包括(a)提供一個拋光裝置，該拋光裝置具有一個總體上位于一個第一拋光墊和一個第二拋光墊之間的晶片載體，(b)將上述晶片置于該晶片載體內(nèi)，以使上述前表面面對上述第一墊，并使上述后表面面對上述第二墊；(c)將一種拋光漿施加到至少一個上述墊上；(d)旋轉(zhuǎn)該載體、第一墊和第二墊；(e)使上述前表面與上述第一墊接觸，并使上述后表面與上述第二墊接觸，用以同時拋光上述晶片的上述前表面和后表面，上述第一墊的硬度遠大于上述第二墊的硬度，因而從與上述第二墊接合的后表面上去除的晶片材料較少，并且在同時拋光之后，上述前表面具有比上述后表面高的光澤。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，該第一墊具有遠大于第二墊的粗糙度。
全文摘要
一種用于同時拋光一個半導(dǎo)體晶片的前表面和后表面的方法，它包括一個提供一個拋光裝置的步驟，該拋光裝置具有一個大體位于一個第一拋光墊和一個第二拋光墊之間的晶片載體。第一墊的硬度遠大于第二墊的硬度。將晶片置于晶片載體內(nèi)，以使晶片的前表面面對著第一墊，使后表面面對著第二墊。將一種拋光漿施加到至少一個墊上，并旋轉(zhuǎn)該載體、第一墊和第二墊。使前表面與第一墊接觸，而使后表面與第二墊接觸，以便拋光晶片的前表面和后表面。因此，較少量的晶片材料從與第二墊接合的后表面上除去，并且在拋光以后，后表面具有比前表面低的光澤。
文檔編號H01L21/304GK1446142SQ01813869
公開日2003年10月1日 申請日期2001年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月7日
發(fā)明者G·D·張, H·F·埃瑞克, T·M·拉根, J·A·卡恩斯 申請人:Memc電子材料有限公司