CN1396632A - 半导体片两面实施材料去除切削的方法 - Google Patents

半导体片两面实施材料去除切削的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于对具有正面及背面的半导体片同时实施两面材料去除切削的方法，其中这些片位于若干载具内且以适当方式移动于两个相反转动的工作盘之间，这些载具是借助于一环状内驱动环及一环状外驱动环产生转动作用，该方式可借助于一个相对于上工作盘的路径曲线及一个相对于下工作盘的路径曲线而加以描述，其中该两个路径曲线在围绕该中心的六个环路之后仍呈开放型，及在每个点的曲率半径至少与内驱动环的半径同样大。

Description

半导体片两面实施材料去除切削的方法
技术领域
本发明涉及一种利用相对于上、下切削盘的半导体片最佳路径曲线，对半导体片两面同时实施材料去除切削的方法。
背景技术
制造半导体片的典型加工顺序包括的加工步骤是：锯割、圆边、精研或研磨、湿化学蚀刻、抛光，以及至少若干所述加工步骤之前或之后的清洗步骤。尤其用作为制造现代元件(例如：线宽0.13微米或0.10微米)起始产品的半导体片，对其平面平行度及平整度的若干要求甚高(例如：在若干上述情况下中，对于为25mm×25mm的元件表面积，可以小于或等于0.13微米或0.10微米的平整度测量SFQRmax表示之)。在正实施的加工序列内的作为对半导体片正面及背面同时实施切削的一个步骤的至少一制造步骤中，将该要求纳入考虑。这些加工方法的实例包括：双面精研、双面研磨及双面抛光，这些加工方法的实施可实现为单片法或被实现对约5至30个半导体片进行同时切削。
对许多半导体片同时实施双面精研的技术早经公开，举例言之，欧洲专利EP 547994 A1中亦曾述及，而且不同尺寸的适当设备可自许多厂商购得。这些半导体片是承受某种压力而移动，结果将若干半导体材料去除，介于上、下工作盘(本领域的熟练技术人员知其为精研轮，该轮通常由钢制成且设置有沟道以改良悬浮液的分布)之间供以含有研磨剂的悬浮液，这些片是借助于若干载具被保持沿着一条几何路径，这些载具是借助于若干驱动环而被转动且具有若干切口以容纳这些半导体片。
精研的目的是去除锯割半导体晶体过程中所造成的损伤部分以产生预定厚度及平面平行度的半导体片。通常半导体材料的去除量为20微米至120微米，该材料最好平均分配在半导体片的两个面上。
若干半导体片双面研磨法亦经公开，为了减低成本，最近已多半用以替代精研加工。就此点而论，例如德国专利DE 19626396 A1中要求保护一种方法，该方法可对许多半导体片同时切削，且操作半导体片的动作与双面精研中所用者相似。双面研磨的目的与精研者相似；材料去除的通常数量亦相似。
半导体片双面研磨法是精研法的改良，以粘有抛光布的平面抛光板以替代上、下精研轮作为工作盘，并供以通常含有碱稳定化胶体的抛光悬浮液。依照美国专利US 5,855,735所述，在固体浓度超过6％重量比的情况下，由一从化学-机械双面抛光至精研模式的双面粗抛光的过渡。
再次，在此情况下，这些半导体片是由转动的载具使其沿固定路径运动，通常上、下抛光板是依相反方向转动。举例言之，德国专利DE 10007390 A1中曾要求保护一种用以实现此目的抛光机。德国专利DE 19905737 C2中曾公开一种实施半导体片双面抛光以实现高平整度的方法，其中完成的抛光半导体片较不锈钢制的载具仅厚2至20微米。利用此方法，可实现小于或等于0.13微米的半导体片的局部平整度值(对于元件表面面积为25mm×25mm方格以SFQRmax表示)，此乃线宽小于或等于0.13微米半导体元件制造方法所要求的。德国专利DE 19956250 C1中曾述及一种通过双面抛光实施再切削的方法。依照欧洲专利EP 208315 B1上中所述的一个具体实施例，为保护这些半导体片的边缘，这些载具最好具有若干塑胶加衬的切口以容纳半导体片(此方法亦广泛采用于精研法)。
双面抛光的目的是实现半导体片的最终平面平行度及平整度并消除先前加工(例如：精研或研磨后的蚀刻)所造成的损伤晶体层及表面粗糙度。经双面抛光半导体片的高平整度，结合不易粘着微粒的抛光背面，使得此研磨性抛光法较正面单面抛光远为重要(尤其对于制造直径200mm及以上半导体片)。通常，去除的半导体材料为10微米至50微米。
在双面抛光操作中，通常自半导体片正面及背面去除材料的数量相同。相反地，WO 00/36637要求保护一种方法，其中在双面抛光过程中自正面去除较多量的材料(可利用上抛光盘的较高转动速率来实现)并在片背面故意留下损伤的晶体层。依照德国专利DE-19704546 A1，此项材料的非对称去除亦可由一种多步骤方法实现，该方法包括：双面抛光-背面涂覆例如氧化物-再度双面抛光。
为保持半导体片制造商的竞争力，必须提供适当的方法及加工程序以可在成本尽可能低的情况下制造出具有必备品质的产品。就此观点而言，重要的手段是：仅可能提高每部机器的半导体片产量，举例言之，在双面抛光作业中，此乃意谓：材料去除率提高而且抛光布使用寿命增长。对双面精研及研磨加工而言是同样的道理，但在此情况下，用于工作盘的抛光布使用寿命则代之以精研轮的使用寿命或研磨体的使用寿命。
此现有技术方法的缺点是：实施双面精研、研磨或抛光时，若要保持某种产品特性(例如：平整度高及/或无表面刮痕)而又能实现机器产量增加及材料定量去除的周期时间缩短的目标实属不可能。试图以增加切削压力以提升去除半导体材料的速率，将损及平整度及/或产生表面刮痕，结果如此制得的片不能继续进一步加工，甚至将其报废或在高成本的情况下再施以切削。
美国专利US 6,180,423 B1中曾述及：若仅一个半导体片实施单面抛光，该半导体片是由一支撑体支撑且是由一转动的抛光盘使其环绕该支撑体中心作旋转运动，半导体片相对于抛光布的路径曲线则视抛光盘m与支撑体n的转动速率比而定，该专利所要求保护的是：由于该螺旋式路径曲线(是由m及n的最小公倍数尽可能高而实现)，抛光布的覆盖尽可能均匀。较高去除率历时长久及抛光布使用寿命延长乃其优点。此方法并不能弥补现有技术的缺陷，因其无法应用于双面操作的材料去除加工程序中，载具的转动与围绕机械中心的相对于抛光盘的平移运动相叠加，所以必须提供4自由度(亦即上、下盘的转速，及载具的内、外驱动的转速)以取代2自由度。
发明内容
所以，本发明的目的是开发一种通过精研、研磨或抛光作用以同时实施半导体片两面材料去除切削的方法，由于每部机器可制造较多高品质的半导体片，所以可降低成本。
本发明的主题是一种用以对具有正面及背面的半导体片同时实施两面材料去除切削的方法，其中这些片位于若干载具内，这些载具是借助于一环状内驱动环及一环状外驱动环产生转动作用，且这些片以适当方式在两个相反转动的工作盘之间移动，该方式可借助于各种情况下的一个相对于上工作盘的路径曲线及一个相对于下工作盘的路径曲线加以描述，其中该两个路径曲线
(a)在围绕该中心六个环路之后仍呈开放型，及
(b)在每个点的曲率半径至少与内驱动环的半径同样大。
用另一种方法表示，在围绕该中心的少于或等于6个环路之后，该两个路径曲线是不连续或实质上不连续，而且任何点的曲率半径均不会小于内驱动环的半径。
本发明的路径曲线形状与依照现有技术单面抛光的精密螺旋曲线所不同的是：由于这些载具的驱动及这些工作盘的驱动，许多运动被叠加。本发明的重要特点是：不仅相对于工作盘的半导体片运动的路径曲线对上、下工作盘具有均匀的覆盖范围，而且不会发生方向的突然变化。举例言之，实施双面抛光时，第一项要求条件可确保材料的均匀去除及上、下抛光布的快速再生，第二项要求条件可避免对半导体片产生粗暴作用，因该粗暴作用可导致载具震动及/或半导体片倾斜，而有平整度欠佳及半导体片离开载具面断裂的危险。这些连带关系是令人惊讶且难以逆料的。对于所述双面抛光的类似考虑亦适用于双面精研及研磨。
该加工方法的起始点是一通过一已知方式自一晶体分离出来、经过圆边，及亦可能施以其他加工步骤的半导体片。根据加工方法及目的而定，该半导体片可具有一锯割、精研、研磨、蚀刻、抛光或外延生长的表面。必要时，该半导体片的边缘可加以抛光。
该方法的最终产品是一经两面精研、研磨及抛光、平整度高、无刮痕的半导体片，且优于同样制造成本的依照现有技术制造的品质相等的半导体片。
通过精研、研磨及抛光，本发明的方法可用以对各型盘状、由上述方法可切削的材料所组成的工件实施双面切削。这些材料的实例是：玻璃(如：以硅石为主要成分)及半导体(如：硅、硅/锗及砷化镓)。就本发明的观点而论，可用以进一步制造处理器及存储元件等电子元件的单晶体型硅特别适合。
本方法特别适于切削直径大于或等于200mm及厚度为500微米至1200微米的半导体片。这些半导体片可直接用作制造半导体元件的起始原料，或经进一步实施加工步骤(如：湿化学或等离子蚀刻、抛光及/或涂敷例如背面密封剂层或正面的外延涂层后，及/或经由热处理调理后)作为其期望的用途。除制造包括均质材料的片之外，当然本发明亦可用以制造具有多层结构的基片，例如：硅绝缘体(SOI)片。
下面以硅片的双面抛光为例将本发明的方法作进一步说明。有关最佳路径曲线的计算及界定的信息可由本领域的熟练技术人员没有问题地转换成具有类似运动程序的方法(如：双面精研或研磨)，若用配有管道或研磨体的工作盘取代覆以抛光布的抛光盘，则磨损者是精研或研磨轮而非抛光布。
原则上，将通过环形锯割或钢丝锯割所锯成的许多硅片直接施以本发明双面抛光步骤亦属可能。但，最好能借助于一具有适当轮廓研磨轮将尖锐及对机械高度敏感的片边缘加以磨圆。再者，为改善几何形状并部分去除损坏的结晶层，最好将这些硅片施以材料去除步骤(例如：精研及/或研磨及/或蚀刻)，所有上述步骤是依照现有技术实施。
一部可商购的尺寸大小适当的适于双面抛光、且利用至少三个载具容许至少三个硅片同时抛光的机器可用以实施本发明的抛光步骤。特别适合的是：同时使用三至五个载具，这些载具总是可容纳三个片，这些片是沿一环型路径以规则的间距配置。但也可能的是：每个载具总是仅容纳一个片，为可能实施本发明的方法，该片可能在载具内加以偏心配置。
该抛光机实质上包括一下抛光盘(可在水平面上自由转动)及一上抛光盘(可在水平面上自由转动)，该两个盘均覆以抛光布(最好通过粘着剂粘合)，若连续供以具有适当化学组成分的抛光研磨剂，该机器即发挥双面研磨性抛光作用。这些载具(以不锈铬钢制者为佳)具有适当尺寸、衬有塑胶、用以容纳硅片的切口且借助于销齿轮传动或渐开线齿制、经由一转动的内销合或咬合环及一相反转动之外销合或咬合环面与抛光机接触，如此这些载具即可在反向转动的两个抛光盘之间作转动运动。因载具运转较为顺利及销容易替换，所以销齿轮传动特别适合。
根据抛光的硅片的成品厚度(尤其最终根据硅片直径及期望用途)，用以实施本发明抛光方法的载具的适合厚度为500至1200微米。为制得高度平整的硅片，以抛光片成品厚度较载具厚度大2至20微米为佳，尤以大3至10微米更佳。双面抛光的硅去除量以2至70微米为佳，尤以5至50微米更佳。
附图简述
为描述本发明，提供有本发明的示意图。图中有关路径曲线的参数是以粗字体表示的。所有数据是在一商购、德国伦次堡市彼德瓦特斯公司出品、AC2000型双面抛光机(为驱动载具，配有销咬合外环及内环)上对直径300mm的硅片加工所获得。本发明所依据的关系可以类似的方式转换成(1)较小或较大的抛光机，(2)精研及研磨机及以类似运动操作的材料去除机及(a)较小或较大半导体片加工机。所以这些附图并不对本发明形成限制。
图1所示是一直径720mm的可容纳三个300mm硅片，用于实施双面抛光的载具。
图2所示是许多如图1所示载具在一双面抛光机上的配置、外销合环的直径为1970mm及内销合环的直径为530mm。
图3所示是如图2所示双面抛光机内，硅片相对于抛光布运动时，上、下抛光盘同时转动与内、外销合环间相关的几何关系。
图4a-f所示是以比较例1的笛卡儿坐标系中的转动参数组为例，在如图2所示抛光机上实施双面抛光过程中，运转6秒(a，b)、20秒(c，d)及120秒(e，f)之后，一硅片相对于上抛光布(a，c，e)及下抛光布(b，d，f)的路径曲线。一般惯例，x轴是呈水平，y轴是呈垂直。右上方象限内的诸点(x，y)均具正号。
图5a-f对应于比较例2的图4a-f。
图6a-f对应于比较例3的图4a-f。
图7a-f对应于实施例1的图4a-f。
图8a-f对应于实施例2的图4a-f。
图9a-f对应于实施例3的图4a-f。
具体实施方式
如图1所示的双面抛光载具1的特征是：其外咬合2可与抛光机外销合环及内销合环的销相啮合。该载具亦具有一容纳待抛光硅片、衬有塑胶的孔洞3；及另外孔洞4，孔洞4可确保两块抛光布间抛光研磨剂的分布获得改善。
图2所示是一带有载具1的AC2000型抛光机的典型最大容量，这些载具1总是容纳三个直径300mm的半导体片H(此例中为硅片)。另一类似几何配置亦属适当，例如：同样由彼德瓦特斯公司出品的AC1500型的小型抛光机容纳直径200mm半导体片。载具1是由一内销合环5及一外销合环6驱动而转动，5及6的转动方向以不同为佳。这些半导体片H是与一转动上抛光盘的抛光布及一下抛光盘7(这些抛光盘以反向转动为佳)的抛光布相接触，自上方俯视时，这些抛光盘相互叠合。
图3提供了对推导双面抛光过程中的几何关系非常重要的信息。销合环5与6及两个抛光盘7是围绕抛光机的固定中心轴M转动，载具1则是围绕其本身的中心M’转动，该中心M’不必是静止不动的。就此点而论，下列诸转动特性变量(例如以每分钟的转数RPM表示之)非常重要：
no         ＝上抛光盘7围绕固定中心轴M的转动速率
nu         ＝下抛光盘7围绕固定中心轴M的转动速率
na         ＝外销合环6围绕M的转动速率
ni         ＝内销合环5围绕M的转动速率
nLSrot     ＝载具1围绕M’的转动速率
nLStrans   ＝载具1围绕M的转动速率
no及nu，以及四个变量na、ni、nLSrot及nLStrans中的两个可依需要由机器操作人员选择。此乃由下列几何关系所产生
na＝(rLS/ra)×nLSrot+nLStrans                (1)及ni＝(rLS/ri)×nLSrot+nLStrans                (2)或将(1)及(2)转环之后
nLstrans＝(na-ni)/(rLS/ra+rLS/ri)
(3)及
nLStrans＝(ra×na+rI×ni/(ra+ri))
(4)
其中
rLS＝载具1的半径
ra＝外销合环6的半径
ri＝内销合环5的半径。
对于一AC2000型机器，
(3)变为nLSrot＝0.5801×(na-ni)       (5)
及
(4)变为nLStrans＝0.7880×na+0.2120×ni  (6)
距载具1的中心M’的距离为a的P点，其相对于上抛光布7的路径曲线将纳入考虑。若这些半导体片H全是以等距围绕M’点配置，则该P点可能是这些半导体片H的中心。为考虑抛光布上的负荷，P点最好是围绕M’一圆上容纳半导体材料最密处的一点。在所述AC2000型抛光机上使用载具1的情况下。该圆a的半径假定为200mm。
因载具1是沿外销合环6转动，实点P初始将移至虚点P’，相对于M，该点P’与P形成一夹角。该项移动可视作一内摆线路径且可用本领域的熟练技术人员已知的公式以笛卡儿坐标系说明的
x＝(ra-rLS)×cos+a×cos[×(ra-rLS)/rLS]     (7)
及
y＝(ra-rLS)×sin-a×sin[×(ra-rLS)/rLS]     (8)
(因ra-rLS＝ri+rLS，在所选情况中，这些方程式亦可用以说明一外摆线路径，载具是围绕内销含环转动。)
当点P经由内摆路径段移至点p’时，上抛光盘则沿反方向转动经过一角度-τo，如此则导致点P’围绕M转动经过一角度τo(＝M’在一围绕M的轨道上的“平移运动”)且因此到达点P”。因以上抛光盘为基准亦可能计算在一单位时间t之后点P”相对于起始点P的位置，首先需要建立涵盖角度及τo所需时间之间的关系。为实现此目的，利用外驱动环作为不应移动的虚参考圆：
na’＝na-na＝0
no’＝no-na                                 (9)
ni’＝ni-na                                 (10)
nLStrans’＝nLStrans-na                     (11)
nLSrot’＝nLsrot                            (12)
在此情况下，
τo＝-no’×t                               (13)
(或τu＝-nu’×t；负号乃因no或nu及τo或τu的转动方向不同)
及
＝nLStrans’×t                           (14)
以(9)为基准，可得
τo＝(na-no)×t                             (15)
将(11)及(14)代入(1)则得
＝-(rLS/ra)×nLsrot×t                    (16)
在t时段内令(15)等于(16)则得
τo＝(no-na)××ra/(nLsrot/rLS)           (17)
所以，当角度是以围绕M的内摆线运动为基础(方程式(7)及(8))由点P所涵盖时，同时亦产生相对于上抛光盘的转动运动τo，且依照方程式(17)，该转动运动可描述为的函数。通过转动x-y坐标系(用以说明内摆线运动)，经过-τo而成为x’-y’坐标系，可实现两种运动的重叠：
x’＝x×cos(-τo)+Y×sin(-τo)          (18)
y’＝-x×cos(-τo)+Y×sin(-τo)         (19)
将(7)、(8)及(17)代入(18)及(19)可对P→P”的整个运动加以说明：
x’＝x×cos(-τo)+Y×sin(-τo)           (18)→x’＝{(ra-rLS)×cos+a×cos[×(ra-rLS)/rLS]}×cos(-τo)
   +{(ra-rLS)×sin-a×sin[×(ra-rLS)/rLS]}×sin(-τo)→x’＝{(ra-rLS)×cos+a×coS[×(ra-rLS)/rLS]}
 ×cos[-(no-na)××ra/nLsrot×rLS]
 +{(ra-rLS)×sin-a×sin[×(ra-rLS)/rLS]}
 ×sin[-(no-na)××ra/(nLsrot×rLS)]     (20)
 y’＝-x×sin(-τo)+y×cos(-τo)           (19)→y’＝{-(ra-rLS)×cos-a×cos[×(ra-rLS)/rLS]}×sin(-τo)
 +{(ra-rLS)×sinΨ-a×sin[×(ra-rLS)/rLS]}×cos(-τo)→y’＝{-(ra-rLS)×cos-a×cos[×(ra-rLS)/rLS]}
 ×sin[-(no-na)××ra/(nLsrot×rLS)]
 +{(ra-rLS)×sin-a×sin[×(ra-rLS)/rLS]}
 ×cos[-(no-na)××ra/nLsrot×rLS]       (21)其中(x’，y’)对应于经由内摆线路径通过角度后点P”的坐标。若＝0，结果x’＝ra-rLS+a及y’＝0。
可从由点(x’，y’)覆盖的距离计算点P相对于上(或下)抛光盘的平均速度Vo(Vu)
s＝∑[((xj’-xi’)2+(yj’-yi’)2)1/2        (22)
根据时间t求解方程式(16)
t＝-×ra/(rLS×nLsrot)                    (16)
为v＝s/t(或vo＝so/t及vu＝su/t)→v＝-(rLS×nLsrot)/(×ra)×∑[(xj’-xi’)2+(yj’-yi’)2]1/2
                                            (23)如果对于角度＞360°的距离S是由距离(xj，yj)及(xi，yi)(例如1°间隔的小角度增量Δ)之和加起来所得。计算速度的变化亦属可能。
借助于所列计算公式(20)、(21)及(23)，利用任何功能够强个人电脑上的商购表格计算程序，可能计算出路径曲线。
理论上，对转动速率no、nu、na及ni及所得平均相对速度vo及vu以及抛光压力P可选出任何预期的组合。但，实际上可能性主要受机器设计、材料上的负荷及安全因素所限制。最好利用上、下抛光盘及外、内驱动环的不同转动方向(通过符号表示之)。在AC2000型抛光机上同时抛光15个直径300mm的片时，下列特别适合的参数范围在制造工作上甚为适当及容易管理且是本发明广泛测试的内容：
no＝+10…+25转/分种         na＝+3…+10转/分钟
nu＝-10…-26转/分种         ni＝-10…-26转/分钟
vo＝-0.5…-2.0米/秒         P＝0.10…0.25巴
vu＝+0.5…+2.0米/秒
在这些情况下，硅的去除速率是0.4至2.0微米/分钟。就本发明的观点而论，为确保机器足高的产量，材料去除速率以0.65至1.8微米/分钟为佳；材料去除速率尤以0.8至1.5微米/分钟更佳。
一种旨在增加抛光工作的了解、理论上可同样应用于任何其他材料去除加工的理论方法曾述及：材料去除速率应与抛光压力P及硅片/抛光布相对速度V成正比(普勒斯顿方程式)。因此，在转动条件恒常不变的情况下，通过增加压力以提高材料去除速率或利用相同相对速度及不同转动参数组合，以实现相同抛光结果，应均属可能。
尤其在双面加工方法中，例如：双面抛光，该方程式的应用范围受到限制，由于通过增加P及/或Vo/Vu以提高材料增加速率经常损及平整度(以SFQRmax表示)或增加刮痕率(例如：由抛光布上的沉积物质所造成)。所以在本发明的范畴内寻求获得路径曲线及压力的最佳组合。
应用方程式(20)、(21)及(23)，经发现：利用参数no、nu、na及ni的不同组合，可产生点p相对于上或下抛光布的路径曲线的极宽广范围及各种相对速度。图4a至图9f内显示许多实例。原则上，可画出已知开放路径曲线(图4a-f及图7a至图9f)与数环路之后被封闭的路径曲线(图5a-f及图6a-f)间的差异。这些开放路径曲线可再分成弯曲度比较不明显的曲线(图7a至图9f)及弯曲度明显的曲线(图4b，d，f)。
若转动速率在规定范围内变化，封闭路径曲线则周期性出现。例如：na＝5.4转/分钟及ni＝-16转/分钟，在下列抛光盘转动速率的区域内可发现这些封闭路径曲线。
双环路：no＝25.69转/分钟及nu＝-23.96转/分钟
第三环路：no＝19.48转/分钟及nu＝-17.75转/分钟
第四环路：no＝17.41转/分钟及nu＝-15.69转/分钟
第五环路：no＝16.38转/分钟及nu＝-14.65转/分钟
第六环路：no＝15.76转/分钟及nu＝-14.03转/分钟
单环路：no＝13.28转/分钟及nu＝-11.55转/分钟
第三菊花状：no＝10.17转/分钟
单环路如图5a-f所示，第三及第四环路如图6a-f所示。
硅片在封闭路径曲线上的相对于上及下抛光布的运动(以点P→P”的运动表示的)可导致抛光布上的负荷不均匀。首先，这些路径上的布在抛光操作过程中经压缩后通过下一片之前，并未获得充分放松，使可实现的平整度受损。其次，经抛光作用去除的硅或其反应产物倾向于沉积在承受最高负荷的路径上，此种情形，本领域的熟练技术人员可由材料去除速率降低及由抛光布上有棕色细条形成、导致硅片表面产生刮痕而辨认出来。为实现较高的材料去除速率，尤其抛光压力由0.10至0.15巴的范围增至0.18至0.25巴的范围时，这些效果即产生作用。
本发明所依据的测试中，已确定的是：若能避免封闭路径曲线(例如：图5a及图6f所示者)或环路数少于或等于六的实质封闭路径曲线，可增加抛光压力而不致对几何形状及抛光刮痕产生不良影响。举例言之，如果环转动速率为na＝5.4转/分钟及ni＝-16转/分钟，以上所列上、下抛光盘转动速率no及nu的范围(亦即±0.1至±0.25转/分钟)被避免，即可实现此目的。虽然相同的路径图通常不容忽视，对环转动速率na及ni的修改组合而言，这些临界数值将有所移动。
在图7a至图9f所示路径曲线中，临界路径曲线必须加以避免的要求获得满足。
封闭或具有六个以上环路的实质上封闭的路径曲线，事实上可对抛光布产生均匀的负荷且就本发明的观点而言并非属于临界性者。
与本发明相关的第二个条件是与路径曲线8过程中发生的曲率半径有关。经发现：路径曲线方向骤然改变、连同在该处产生的相对运动减速对实现硅片足够高的平整度均属不利，尤其将上述抛光压力自例如0.10至0.15巴增加为0.18至0.25巴时更甚。在压力范围达到上限的程序中，由于倾斜作用而将硅片自载具中拖出，以致无可避免地破裂，通常情况下，非仅硅片及抛光布，甚至载具组均遭毁坏。图4b内点9处所示即此型程序的一个实例。此类路径曲线8的临界曲率半径可发生在相对低的抛光盘转速(＜10…12转/分钟)处及相对于抛光盘转速而较高的载具转速处。
所以，为增加双面抛光中的材料去除速率而不致损及品质，不仅封闭路径曲线而且较内驱动环5的曲率半径小的路径曲线曲率半径均应避免。显然该两个条件必须同时适用于相对于上、下抛光盘的路径曲线，就本发明的观点而言，利用方程式(20)及(21)对那些路径曲线可满足上述两种条件作出精确预估实属可能。基于上述理由，已发现：在no、nu、na及ni可能组合的宽广范围内仅有某一选择(本发明的技术内容)经验证在实际操作中获得成功。
在本发明所特有的这些情况下，以路径速度Vo或Vu为±1.0至±1.8米/秒、压力为0.18至0.25巴及标准材料去除速率为0.8至1.5微米/分钟，可成功地实施硅片双面抛光。根据德国专利DE 199 05 737C2所述，依照现有技术的方法，在相同基本条件下，以压力0.15巴可实现0.55微米/分钟的材料去除速率。
若硅片正面及背面的材料去除量相同，本发明的方法亦可使用。若所选vo及va大约相等，可相当精确地实现此目的。但，经适当选择vo及vu，自一个面(例如：正面)去除较多材料亦属可能，在整体去除量尽量少的原则下，以确保将受损晶体层及其他表面瑕疵自正面去除。当然，为确保上、下抛光布的均匀切削，需要实施配备：(1)刷盘以清洁抛光布或(2)覆以研磨粒的基底盘以调理抛光布等步骤时，亦可利用经最优化的路径曲线。
就有关转动及压力条件所作说明的范围而言，实施双面抛光步骤所采用的方式是本领域的熟练技术人员已知的。
实施抛光最好采用可能混有加强性聚酯纤维、肖氏硬度为50至100的商购聚胺甲酸酯抛光布。抛光硅片时，建议连续供以酸度值为9.5至12.5，包括重量比为1至5％的SiO2在水中的抛光研磨剂。
结束抛光步骤时，必须将化学反应性高、具有疏水性的片表面加以钝化。就本发明的观点而言，实施该步骤时最好供以一种液体或依序供以许多含有一种或更多种薄膜形成剂的液体，以致硅片的抛光正面、背面及边缘完全由液体薄膜加以润湿；通常在停止剂内薄膜形成物质的浓度范围以介于0.01至10％体积比为宜。特别适合的是：所用一种或更多种物质是选自一个族群，该族群包括：一元或多元醇、聚醇类及界面活性剂，在随后清洁加工过程中这些物质仍可予以去除。一个实施相同原理且同样特别适合的停止操作具体实施例是供应一以SiO2为主要成分、含有一种或更多种来自上述化合物族群的物质、数量为0.01至10％体积比的含水抛光研磨剂。
停止剂及(也许)超纯水停止供应之后，将硅片自抛光机上取下并依照现有技术加以清洁及烘干。随后就品质特性(受抛光步骤影响)将片加以评估并由其他的片使用者利用本领域的熟练技术人员已知的方法加以规范。举例言之，此类特性可能是局部几何数据(这些数据可用商购的以电容或光学原理操作的测量仪器测定的)。其他经评估的品质特性可能是有关片正面、背面及边缘的性能。就此观点而言，在强烈聚焦灯光下，以理想硅表面为基准、作刮痕、瑕疵及其他缺点发生及程度的目视评估非常重要。再者，在商购测量装置上作粗糙度、布局及金属污染的抽样测试可能是敏感或被要求的。
就用以描述片特性的这些参数而言，与依照现有技术所制硅片相较，本发明方法所制的硅片并无任何缺点。本发明方法所制的硅片适于制作线宽低于或等于0.13微米的半导体元件；尤其局部平整度甚高(以SFQRmax表示，低于或等于0.13微米)，而且表面无刮痕。与现有技术的加工方法相较，利用设备可提高产率的可能性，依照本发明将路径曲线加以最适化，半导体片同时实施两面材料去除切削，材料去除速率增加，每个加工步骤制造片的成本至少可降低40％，就整体加工顺序而言，自两面去除的材料可减少高达15％，此乃代表一具有竞争性的最大优点。
视这些片的其他用途而定，片正面可能需要施以表面抛光以实现根据现有技术所制的清晰抛光正面，例如：利用一柔软抛光布、借助于一以SiO2为主要成分的碱性抛光研磨剂，去除0.1至1微米的硅。必要时，在加工顺序中任何需要之处位，可对硅片施以热处理，举例言之，为破坏热施体，将接近表面处晶体层的损伤加以回火或清除经控制的掺质。若干产品所需一系列其他加工步骤(例如：涂以多晶硅、二氧化硅或氮化硅的背面涂层、或在硅片的正面上涂以硅外延生长层或其他半导性材料)同样亦可在利用本领域的熟练技术人员已知加工方法的加工顺序内适当场合加入。再者，在加工顺序的不同之处(例如：蚀刻之前)赋予这些片一明确的辨识特征(例如：激光标志)。比较例及实施例
比较例及实施例涉及生产规模中的直径300mm硅片的双面抛光。这些硅片是依照现有技术、通过将一单晶体加以钢丝锯割、圆边、双面依序表面研磨、于一浓硝酸/氢氟酸混合物内实施蚀刻及边缘抛光而制成，其厚度为805微米。利用五个厚度770微米、不锈铬钢制载具，其中的三个用以容纳硅片的切口衬有聚二氟偏乙烯，经抛光硅片的最终厚度为775微米。所用抛光布是一商购的肖氏硬度为74、以聚酯纤维加强的聚胺甲酸酯布料。水性抛光研磨剂含有3％重量比的SiO2，其pH值为11.5。上、下抛光盘的温度总是控制在38℃。
抛光终止之后，在减压下供以停止剂(其中含有1％体积比的甘油、1％体积比的丁醇及0.07％体积比的界面活性剂)。清洗及烘干之后，在雾灯下实施目视检查，几何形状测量是利用一以电容原理工作的几何形状测量仪器实施。如此制得片的合格标准是：无表面刮痕且对于25mm×25mm表面方格具有0.12微米的局部平整度SFQRmax。不能满足这些条件的硅片是依照现有技术再予以切削，另外去除5微米半导体材料。该几何形状测量仪器亦用以测定硅片抛光之前及之后的厚度，由该信息可确定该抛光操作所实现的材料去除速率。这些硅片正面及背面上材料去除量的分布是利用具有一激光标志的片试样而确定的，该标志的深度在抛光之前及之后以微观方式测量。
下表所示是比较例1至3(＝C1至C3；对应于图4至图6所示的路径曲线)及实施例1至3(＝E1至E3，对应于图7至图9所示的路径曲线)的相关加工数据。该创新的用于路径曲线的条件(a)意谓具有少于或等于六个环路的封闭的或实质封闭路径曲线；条件(b)意谓无小于或等于内驱动环曲率半径的曲率半径。硅片相对于上、下抛光盘的路径曲线必须满足该两个条件。
实施例 no(rpm) nu(rpm) na(rpm) ni(rpm) nLsrot(rpm) nLstrans(rpm) Vo(rpm) Vu(rpm) 满足的条件
C1 +10.0 -10.0 +4.0 -19.0   13.34   -0.88 -0.71 +0.69     (a)
C2 +13.3 -11.6 +5.4 -16.0   12.41   +0.86 -0.81 +0.90     (b)
C3 +19.5 -15.7 +5.4 -16.0   12.41   +0.86 -1.22 +1.17     (b)
E1 +16.0 -13.0 +5.4 -16.0   12.41   +0.86 -0.99 +0.99   (a)+(b)
E2 +20.0 -20.0 +4.0 -19.0   13.34   -0.88 -1.37 +1.35   (a)+(b)
E3 +23.0 -15.5 +4.0 -19.0   13.34   -0.88 -1.57 +1.05   (a)+(b)
利用所列加工条件可加工较大量的片。首先，抛光是在较低压力下实施，继之以较高压力下的抛光。每一系列测试均是使用新抛光布，以确保均匀的起始条件。下表所示结果是平均材料去除速率及清洗后的片品质。FS＝硅片的正面；BS＝其背面。未经规范的片的再抛光工作是纳入相对加工成本中考虑。
 实施例   抛光压力(巴)  材料去除速率(微米/分钟)  材料去除量的分布FS/BS(微米)  SFQRmax≤0.12微米  表面刮痕    相对加工成本
C1   0.1250.1500.200     0.480.540.68      15/1515/15未确定     是是否   否间或是     1.151.24＞＞1
  C2   0.150     0.58    14.5/15.5     否   是     ＞＞1
C3   0.1250.1500.200     0.580.630.82      15/1515/15未确定     是80％否   否否是     1.001.21＞＞1
  E1   0.150     0.67      15/15     是   否     0.90
E2   0.1250.1500.2000.225     0.660.791.021.10      15/15未确定15/15未确定     是是是95％   否否否否     0.890.810.680.72
E3   0.1500.200     0.760.97    16.5/13.517/13     是是   否否     0.820.71
由表内可看出：本发明实施硅片双面抛光的方法较现有技术者大幅减低成本，尤其所用抛光压力大于或等于0.15巴时更甚。

Claims (14)

1、一种用以对具有正面及背面的半导体片同时实施两面材料去除切削的方法，其中这些片是位于若干载具内，这些载具是借助于一环状内驱动环及一环状外驱动环产生转动并以一方式移动于两个相反转动的工作盘之间，该方式借助于一个相对于上工作盘的路径曲线及一个相对于下工作盘的路径曲线而可加以描述，其中该两个路径曲线
(a)在围绕该中心的六个环路之后仍呈开放型，及
(b)在每个点的曲率半径至少与内驱动环的半径同样大。
2、如权利要求1的方法，其中同时两面材料去除切削被实现为在两个抛光盘之间的双面抛光，这些抛光盘覆有抛光布，半导体材料去除量为至少2微米。
3、如权利要求2的方法，其中这些半导体片是位于许多钢质平面载具的切口内，这些切口所衬塑胶的厚度实质上与载具相同，这些载具的平均厚度较抛光完毕的半导体片的平均厚度小2至20微米。
4、如权利要求2或3的方法，其中半导体材料的去除速率至少为0.65微米/分钟。
5、如权利要求2-4中任一的方法，其中这些载具的平均厚度较抛光完毕的半导体片的平均厚度小3至10微米，半导体材料的去除量为5至50微米。
6、如权利要求2-5中任一的方法，其中同时抛光的半导体片至少为三个及同时所用的载具至少为三个。
7、如权利要求2-6中任一的方法，其中所用上、下抛光布，每块基本上包括聚氨基甲酸酯，其肖氏硬度为50至100，且连续供应抛光研磨剂，该抛光研磨剂的SiO2固体含量为1至5％重量比及pH值为9.5至12.5。
8、如权利要求2-7中任一的方法，其中通过选择半导体片相对于上抛光盘的平均路径速度与相对于下抛光盘的平均路径速度相似，自正面及背面去除的材料量大约相同。
9、如权利要求2-7中任一的方法，其中通过选择半导体片相对于上抛光盘的平均路径速度高于相对于下抛光盘的平均路径速度，自半导体晶图正面去除的材料量较自背面者多。
10、如权利要求1的方法，其中同时两面材料去除切削被实现为在两个精研轮之间的双面精研步骤，半导体材料的去除量至少为10微米。
11、如权利要求10的方法，其中这些半导体片是位于钢质平面载具内衬有塑胶的切口中且在两个钢质精研轮间运动，这些钢质精研轮上带有管道状凹糟，同时并供以含有研磨微粒的悬浮液。
12、如权利要求10或11的方法，其中自正面及背面的材料去除量相同。
13、如权利要求1的方法，其中同时两面材料去除切削被实现为在两个覆有研磨粒的工作盘间的双面研磨步骤，半导体的去除量至少为10微米。
14、如权利要求1-13中任一的方法在一加工顺序中的使用，该加工顺序是用于制造硅半导体片，该导片的基于25mm×25mm的元件表面面积的局部平整度SFQRmax低于或等于0.13微米。
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