專利名稱：具有改良局部平整度的半導(dǎo)體圓片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有改良局部平整度(毫微位相)的半導(dǎo)體圓片及一種用以制造該類半導(dǎo)體圓片的方法。
直至數(shù)年前，圓片所需的平整度值僅是為整個(gè)圓片或各個(gè)組件所占表面面積而總體性界定或規(guī)范。舉例言之，特性變量TTV(總厚度變化)是指圓片整個(gè)面積上圓片厚度的差異。另一方面，特性變數(shù)SFQR(局部聚焦平面最小二乘方差異范圍(峰頂至谷底)與各個(gè)組件組合體的廣度(部位；曝光點(diǎn)；如面積為25毫米×25毫米的微處理器)有關(guān)。除這些長(zhǎng)—距特性變量之外，亦曾有及仍有對(duì)各個(gè)組件長(zhǎng)度量度上短距(原子級(jí))不平整度的規(guī)定，由于該起始表面的殘留粗度直接影響建構(gòu)在該起始表面上及由其所形成各個(gè)組件的運(yùn)作功能。由于用以大規(guī)模實(shí)施多層組件內(nèi)組件夾層平整化的化學(xué)—機(jī)械拋光法的出現(xiàn)，除這些傳統(tǒng)技術(shù)外，尤其短—矩及長(zhǎng)—矩規(guī)定區(qū)域，在毫米范圍內(nèi)及略高的最大殘留不平度現(xiàn)在亦加以規(guī)范。屬于此范圍內(nèi)的諸結(jié)構(gòu)被稱作毫微結(jié)構(gòu)。
SEMI(國(guó)際半導(dǎo)體裝置及材料)將“毫微位相”或“毫微構(gòu)形”一詞界定為在三維波長(zhǎng)約0.2至20毫米(橫向相關(guān)長(zhǎng)度)區(qū)及在“品質(zhì)帶”(FQA，“固定品質(zhì)區(qū)”；產(chǎn)品規(guī)范中所要求的圓片性能必須滿足的表面區(qū))內(nèi)整個(gè)圓片正面平整度的差異。
所以，尤其將列為屬于毫微位相的圓片特征，利用其特有側(cè)面廣度(相關(guān)長(zhǎng)度或位且頻率)，就可比較量級(jí)的高度變化而言，與其他特征有所不同。舉例言之，即使具有僅20毫微米高度(峰頂至谷底)的毫微位相特征，亦可導(dǎo)致施加于半導(dǎo)體圓片上薄膜結(jié)構(gòu)的厚度改變，對(duì)這些組件造成不良影響而在制作過(guò)程中顯現(xiàn)出薄膜的染色不均勻(變色)。
舉例言之，對(duì)整平此型薄層所用的成功的化學(xué)—機(jī)械拋光法而言，優(yōu)良的毫微位相特別重要?；瘜W(xué)機(jī)械拋光期間所用拋光布的剛性以及化學(xué)機(jī)械拋光的其他加工參數(shù)可精確地達(dá)成毫微位相范圍內(nèi)的適合平滑度。如此可造成半導(dǎo)體圓片上組件結(jié)構(gòu)的薄度不均勻，此乃與化學(xué)機(jī)械拋光加工的毫微位相較差有關(guān)。因此，該組件的特性受到傷害，若夾層(介電物質(zhì))一經(jīng)穿透，可能導(dǎo)致發(fā)生短路。
毫微位相是通過(guò)掃描整個(gè)圓片表面而測(cè)得，隨測(cè)量范圍大小不同，全部地或夾有重疊部分。在每個(gè)這些測(cè)量范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)任何一個(gè)表面高度變化(峰頂至谷底)可超過(guò)整個(gè)圓片所需的最大值。測(cè)量范圍的大小視規(guī)范而定且是描述為2毫米×2毫米，(5毫米×5毫米)及10毫米×10毫米。就這些測(cè)量范圍而言，例如在組件最小側(cè)面特征尺寸為0.13微米的案例中，容許的最大高度差異為(20毫微米，(＜30毫微米)及＜50毫微米。對(duì)毫微位相的特別嚴(yán)格要求亦正是對(duì)超大規(guī)模集成微電子組件(這些集成微電子組件幾乎全是唯獨(dú)利用化學(xué)機(jī)械拋光加工所制作者)的要求。由于化學(xué)—機(jī)械拋光法獨(dú)具特色，該尋要求遠(yuǎn)較總體、部位參考及微觀殘留不平度值更嚴(yán)格，用制造半導(dǎo)體圓片的傳統(tǒng)切削程序則無(wú)法達(dá)成或僅在產(chǎn)量太低不合經(jīng)濟(jì)效益的情況下可達(dá)成。
所以需要提供一種半導(dǎo)體圓片，該半導(dǎo)體圓片的毫微位相極佳，可滿足制造特別需求的微電子組件，尤其在多層技術(shù)且具有一化學(xué)機(jī)械拋光步驟用以制造0.13微米側(cè)面組件特征尺寸及以下以及用以制造直徑200毫米或以上圓片，對(duì)所提起始平整度所提的要求。
依照現(xiàn)有技術(shù)，半導(dǎo)體圓片(尤其硅圓片)的制造是由包括許多加工組的切削程序由一低缺點(diǎn)單片式單晶體開始a)將單晶體分離(“鋸割“)成若干圓片，b)機(jī)械切削，c)化學(xué)切削，d)化學(xué)—機(jī)械切削。
此外，可實(shí)施各種其他步驟，例如清潔、分類、測(cè)量及包裝等，但這些步驟對(duì)圓片表面平整度并無(wú)影響，所以于下文內(nèi)不作更詳細(xì)的考量。
依照現(xiàn)有技術(shù)，分離步驟a)的實(shí)施，通常是藉助于一內(nèi)徑鋸(ID)、一鋼絲鋸(多鋼絲鋸，MWS)、藉分離/平整化研磨(研磨—切片，GS)、藉助于一帶鋸(單一切割)或一網(wǎng)鋸(多重切割)。
機(jī)械切削b)包括；藉助于機(jī)械式研磨、材料移除等步驟實(shí)施圓片邊緣的磨圓及圓片表面的平整化作用。圓邊(邊緣/凹槽磨圓，ENR)的實(shí)施是利用圓形、條狀或類似工具藉助于研磨或拋光作用。圓片表面平整化作用的實(shí)施是采用整批式(亦即同時(shí)許多圓片)，利用一精研漿液以未粘合顆粒精研，或采用單一圓片方式以經(jīng)粘合顆粒研磨。若是研磨，半導(dǎo)體的一面是藉真空作用固定在卡盤上，另一面則是由一覆以研磨粒的研磨碟加以切削。半導(dǎo)體圓片兩面的切削是依序?qū)嵤ＭǔＫ玫氖抢镁羞\(yùn)動(dòng)學(xué)的整批雙面研磨法，其中經(jīng)粘合的研磨劑或涂在覆蓋物(布)上的研磨劑(該處研磨劑業(yè)經(jīng)“巢(嵌)套”在準(zhǔn)固定狀態(tài))是位于兩個(gè)甚大、相對(duì)的工作碟上，半導(dǎo)體圓片是在半自由狀態(tài)下于其間實(shí)施研磨，所以這些工作碟可依照精研過(guò)程中的同樣方式在導(dǎo)槽內(nèi)的兩個(gè)面上移動(dòng)。另有一種所謂“平整磨石磨”的方法，其中工作碟配有覆以堅(jiān)硬材料的小球。
化學(xué)切削c)包括一個(gè)或更多個(gè)清理及蝕刻步驟。在蝕刻過(guò)程中(整批或每個(gè)單一圓片)將材料自兩面移除，為作“深度清理”，將晶性受損的表面帶移除并于機(jī)械切削之后減低機(jī)械表面應(yīng)力。許多業(yè)經(jīng)公開的線性程序消除了蝕刻步驟，蓋因由蝕刻移除材料的量表示材料的額外消耗而且增加有關(guān)半導(dǎo)體圓片制造總切削工作的支出，進(jìn)而涉及造成機(jī)械切削期間先前達(dá)成的圓片幾何形狀(平整度，尺寸精確度)的毀壞。
化學(xué)一機(jī)械切削d)包括許多拋光步驟。依照現(xiàn)有技術(shù)，這些步驟包含(也許)一種多步驟預(yù)拋光加工及一通常多步驟精細(xì)拋光加工。在此情況下，預(yù)拋光(粗拋光，一次拋光)及精細(xì)拋光(清晰拋光，二次拋光)的實(shí)施可采用許多工件夾在不同機(jī)器上并穿插清理、分類、測(cè)量及其他步驟的形式，或在集成機(jī)械工具內(nèi)(其中半導(dǎo)體圓片是直接轉(zhuǎn)移至性能總是對(duì)預(yù)拋光及精細(xì)拋光加以最優(yōu)化、具有不同拋光布的拋光盤。
該拋光步驟通常是一化學(xué)—機(jī)械拋光步驟，在該步驟中膠體分散、化學(xué)修飾硅石溶膠(漿液)藉機(jī)械研磨、但更重要地藉化學(xué)蝕刻作用將部分材料移除，結(jié)果造成半導(dǎo)體圓片與拋光布間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此項(xiàng)材料移除工作完成了圓片的平整化作用，所以無(wú)任何結(jié)晶缺陷(幾何形狀)，而且使表面達(dá)到微觀或平滑(粗度)。
單面拋光加工是用于預(yù)拋光及精細(xì)拋光，雙面拋光加工亦是用于預(yù)拋光。在單面拋光的案例中，這些半導(dǎo)體圓片是將其背面粘合在一支撐盤上(粘固粉拋光)、藉真空作用固定或藉摩擦作用附著在所謂后支撐墊上(主要在精細(xì)拋光的案例中)。單面拋光采用個(gè)別圓片拋光及整批拋光兩種加工方式。精細(xì)拋光僅是用于隨后實(shí)施的半導(dǎo)體圓片正面。視隨后圓片背面的預(yù)期亮光程度而定，在預(yù)拋光的過(guò)程中，僅正面予以加工，隨后背面保持先前加工所預(yù)定的粗度，或采取另一種方式，兩個(gè)面是實(shí)施循序單面拋光或同時(shí)雙面拋光。雙面拋光僅用于預(yù)拋光加工?，F(xiàn)有技術(shù)亦包括一種整批式加工，其中半導(dǎo)體圓片是適當(dāng)?shù)夭迦氡?dǎo)槽內(nèi)，使其可半自由地移動(dòng)并利用精研運(yùn)動(dòng)學(xué)原理于附有拋光布的兩個(gè)盤之間同時(shí)實(shí)施兩面拋光。
再者，圓片的邊緣有通常是在預(yù)拋光之前實(shí)施最終切削(拋光)。但，其他加工程序亦經(jīng)公開，其中包含若干程序可于單一步驟內(nèi)提供集成預(yù)磨圓(去角取面)及精細(xì)磨圓(光邊)。
眾所周知的是，在實(shí)施機(jī)械切削b)的過(guò)程中利用同時(shí)雙面研磨法(雙碟研磨，DDG)可達(dá)成切削圓片的特佳幾何形狀。但，迄今業(yè)經(jīng)揭示且包含一同時(shí)雙面研磨步驟的全部切削程序所具有的共同特征是這些程序均包括許多機(jī)械(材料—移除)切削步驟。
迄今為止，原則上，僅具有雙碟研磨步驟的切削程序(其中雙碟研磨是僅用作粗略預(yù)先研磨步驟或于一兩段加工中用作預(yù)先研磨及最終研磨步驟)曾經(jīng)考慮過(guò)可能及可行。歐洲專利EP 1 049 145 A1曾揭示一種切削程序，該程序包括一雙碟研磨預(yù)先研磨步驟(粗磨)，繼之以一個(gè)或更多個(gè)(序列型)單面最終-研磨步驟(最終加工)。相反地，美國(guó)專利US,6,066,565中曾述及于一具有雙面預(yù)先研磨及雙面最終-研磨的兩段式加工中使用雙碟研磨法。此種情形需要兩部機(jī)器而且需要工件經(jīng)過(guò)夾持許多次。
上述依照現(xiàn)有技術(shù)的切削步驟，其特征事實(shí)是雙碟研磨切削的一般優(yōu)點(diǎn)是以用雙碟研磨時(shí)經(jīng)?？剂繛楸匦璧脑S多步驟內(nèi)機(jī)械切削的缺點(diǎn)作為代價(jià)而得來(lái)的?，F(xiàn)有技術(shù)的若干多段式部分機(jī)械切削程序，包括一個(gè)或更多個(gè)雙碟研磨步驟，以雙碟研磨為基礎(chǔ)的所有切削程序具有下列重大缺點(diǎn)材料的消耗量隨切削步驟的數(shù)目而增加。以雙段式或多段式切削為例，因磨入及磨出加工以及直至達(dá)到熱平衡時(shí)的“預(yù)熱研磨”會(huì)發(fā)生許多次，所以自工件上磨去材料的總量較單一步驟切削者多。再者，新加的材料移除工作(這些材料移除工作容許每個(gè)步驟必須可靠地達(dá)成品質(zhì)目標(biāo)所需的最低材料移除量)必須適用于材料的許多次利用。
除材料移除量之外，報(bào)廢率亦隨切削步驟的數(shù)目而增加，因?yàn)槊總€(gè)步驟的產(chǎn)率均低于100％。
再者，具有許多切削步驟的長(zhǎng)加工程序的特點(diǎn)是彈性低，整個(gè)切削程序工作效率差及出產(chǎn)所需時(shí)間久。通常，個(gè)別步驟增加，切削程序的總工作效率降低。所以，為避免制造上的浪費(fèi)，需要設(shè)置庫(kù)存量及備份機(jī)器。
所以，總體而言，半導(dǎo)體圓片的制造成本隨切削步驟的數(shù)目增加。此種情形甚至亦適用于現(xiàn)有技術(shù)的多段式切削程序(這些程序包含另外有利的雙碟研磨步驟)。
一種用以制造半導(dǎo)體圓片的方法可達(dá)成此目的，該方法包含于單一步驟內(nèi)，將半導(dǎo)體圓片的兩個(gè)面同時(shí)研磨(1S-DDG)，其中該研磨作用是用以切削半導(dǎo)體圓片表面的唯一材料移除機(jī)械切削步驟。
在本發(fā)明用以制造半導(dǎo)體圓片的方法中，半導(dǎo)體圓片表面的成形機(jī)械切削是藉助于一“單一步驟同時(shí)雙面研磨”。[“單一步驟同時(shí)雙碟研磨”(1S-DDG)。在所述同時(shí)研磨法的說(shuō)明中“雙碟研磨”與“雙面研磨”具有同樣的意義]。此應(yīng)了解的是，其意謂一種于一同時(shí)雙面研磨機(jī)上實(shí)施的方法，其特征為該方法僅包括一僅具有一個(gè)工件夾的單一切削操作。這意味著，預(yù)先切削及精細(xì)切則(“粗磨”及“最終研磨”)通常需要在單一、綜合切削步驟內(nèi)進(jìn)行。
不過(guò)，對(duì)可接受(合格)的起始表面而言并無(wú)限制。可能切削的表面，其所有實(shí)際粗度及結(jié)構(gòu)是先前加工步驟所形成的，尤其由多重鋼絲鋸(MWS)(單向及雙向)、內(nèi)徑鋸、研磨切片或鋼鋸所形成的。對(duì)已經(jīng)研磨甚至已經(jīng)拋光的表面實(shí)施加工亦屬可能。尤其，單一步驟雙碟研磨可消除表面的粗化作用(該表面粗化作用是現(xiàn)有技術(shù)在粗磨步驟內(nèi)的加工中經(jīng)常考慮為必需者)，為了隨后最后加工步驟，特別在由先前成功的分離加工中(精密分離)所形成的光滑表面上制造一個(gè)“嚙合粗度”，亦即制造一種精密研磨步驟的細(xì)研磨?？蓢Ш系拇侄取?br> 就粗度、厚度或幾何形狀而言，無(wú)需要求移除更多的材料，該單一步驟雙碟研磨加工對(duì)起始圓片品質(zhì)起伏變化的容忍度極高。通常，第一步驟雙碟研磨步驟可免除現(xiàn)有技術(shù)多步驟機(jī)械切削加工的上述缺點(diǎn)，所以在操作中大量材料可節(jié)省下來(lái)。
同時(shí)，在雙面研磨加工內(nèi)兩個(gè)主軸的共線配置，可能使經(jīng)雙面拋光的半導(dǎo)體圓片達(dá)到極高的最終厚度尺寸精度。
依照本發(fā)明，不再有預(yù)先切削或藉精研的再切削，單面研磨(SSG)、圓片兩面的循序單面研磨(2×SSG)或現(xiàn)有技術(shù)所要求、通過(guò)主要為機(jī)械的、晶片移除的材料移除所實(shí)施的任何其他切削步驟。但并不排除研磨步驟前、后所實(shí)施的圓邊或光邊，因?yàn)檫@些加工并不切削半導(dǎo)體圓片的表面，僅涉及其邊緣。
依照本發(fā)明的方法，利用極少數(shù)個(gè)別切削步驟即可制造半導(dǎo)體圓片。由于個(gè)別切劇步驟少，所以具有許多優(yōu)點(diǎn)生產(chǎn)彈性(迅速反應(yīng)顧客規(guī)范的寬廣范圍)、物流(線上原料存量低，可更迅速處理)等。再者，半導(dǎo)體圓片的生產(chǎn)特別節(jié)省原料。單晶半導(dǎo)體錠的制造占半導(dǎo)體圓片總生產(chǎn)成本的比例極高。在半導(dǎo)體圓片制成成品之前，在單晶體錠隨后切削的許多步驟中，減少材料損失可大幅節(jié)省成本。
依照現(xiàn)有技術(shù)，僅將雙面研磨(雙碟研磨，DDG)的步驟曾被考慮用于切削程序，這些切削程序必須還包含藉精研、單面研磨或循序單面研磨所實(shí)施的機(jī)械預(yù)切削或再切削。迄今，尚未曾嘗試?yán)秒p碟研磨作為重要的機(jī)械平整化步驟。但驚奇的是，經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些特性可用單一步驟同時(shí)兩面研磨(1S-DDG)達(dá)成。所以本發(fā)明方法可在產(chǎn)量高及品質(zhì)無(wú)損的情況下制造半導(dǎo)體圓片。再者，本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)，由于需要結(jié)合許多步驟，是現(xiàn)有技術(shù)加工程序所不具備或喪失的。
本發(fā)明方法的一頊特殊優(yōu)點(diǎn)是半導(dǎo)體圓片是在單一步驟同時(shí)兩面研磨加工中通過(guò)交叉—研磨而加以切削。這就是說(shuō)在研磨過(guò)程中，彼此相交的個(gè)別研磨體可形成研磨標(biāo)記(條紋)，與軌道研磨不同，例如在SSG加工方法中，僅形成平行的研磨標(biāo)記。交叉研磨及其特性可決定待隨后實(shí)施的、通過(guò)蝕刻的化學(xué)切削或化學(xué)—機(jī)械拋光的半導(dǎo)體圓片的起始形態(tài)。交叉研磨產(chǎn)生許多被肯定的特性利用交叉研磨運(yùn)動(dòng)學(xué)原理的材料移除較軌道研磨(例如在依照現(xiàn)有技術(shù)的切削案例中，藉助于SSG、2×SSG或結(jié)合DDG及SSG或2×SSG)更指迅速，所以較為低廉。
交叉研磨較軌道研磨更具晶體等向性。由于單晶體具有方向性(晶體非等向性)，有若干特定方向，這些特定方向中，有些較容易切削，有些較難以切削。若是交叉研磨，沿容易切削晶體等向性方向的材料移除量并不比沿更困難切削晶體等向性方向的情況多，因?yàn)樵诮?jīng)切削的圓片表面的任何一點(diǎn)上，不同方向的研磨標(biāo)記經(jīng)常相互交叉，所以所有個(gè)別切割速率(該切割速率視晶體定向而定)終于得以平均。
若是軌道研磨，其路徑彼此不交叉，晶體切削角度視半導(dǎo)體圓片上的位置而定。所以，自不同位置移除材料的量不同。此種情形僅受研磨碟剛性的限制，以防止半導(dǎo)體圓片的變薄作用過(guò)度不均勻。若是軌道研磨，所形成的是一個(gè)很長(zhǎng)距的圖案，其所選擇的方向可反映出晶體對(duì)稱性。若是硅表面(該表面平行于晶面<100>(Si<100>)，例如，形成一十字、若是Si<111>，則形成一六角星。在隨后的切削步驟中，此類長(zhǎng)波幾何形狀破壞無(wú)法移除，或僅在移除大量材料的情況下方可移除。一個(gè)不合意的“研磨十字”仍留在最后切削的半導(dǎo)體圓片上，該“研磨十字”無(wú)論在定性方面(尤其利用所謂的魔鏡測(cè)量法)、或在定量方面(例如利用干涉量度法或激光三角定位法)都是值得注意的。
依照現(xiàn)有技術(shù)，在結(jié)合DDG及SSG或2×SSG的切削加工中，決定圓片表面形態(tài)的是第二個(gè)SSG步驟。所以，在現(xiàn)有技術(shù)切削程序中，選擇性實(shí)施的化學(xué)或化學(xué)—機(jī)械后續(xù)切削加工，不再能獲得DDG所造成的有利交叉研磨。通過(guò)選擇性破壞已由機(jī)械切削削弱的晶格區(qū)，這些后續(xù)切削加工實(shí)際上形成該研磨十字。
就本發(fā)明的觀點(diǎn)而論，最好利用一同時(shí)雙面研磨加工法(該加工法采用一種工件架，實(shí)質(zhì)上無(wú)需強(qiáng)迫性導(dǎo)向，該工件架即可支撐及移動(dòng)該半導(dǎo)體圓片(自由浮動(dòng)法，F(xiàn)FP)。舉例言之，F(xiàn)FP切削的一般性優(yōu)點(diǎn)是已知的，這些優(yōu)點(diǎn)是由不完全摻合或完全摻合、其本身通常容易發(fā)生失誤的工具架所導(dǎo)致限制性強(qiáng)迫性條件的消除而形成的，已由(雙面)精研及雙面拋光(DSP)予以公開，且經(jīng)海斯瑪(J·Haisma)等人(應(yīng)用光學(xué)，33(34)(1994)7945)就DSP特有的性能，以典型的應(yīng)用場(chǎng)合為范例加以敘述。
再者，就本發(fā)明的觀點(diǎn)而論，適合使用粘附堅(jiān)硬陶瓷粒的研磨輪。由于其剛性，這些研磨輪可使半導(dǎo)體圓片的最終厚度尺寸精度達(dá)到特別高。再者，在1S-DDG中的粘附陶瓷研磨碟可防止磨除塑膠材料的表面污染及金屬的表面及體內(nèi)污染。舉例言之，當(dāng)使用粘附樹脂研磨碟時(shí)，若無(wú)磨除塑膠存在，即可以省去通過(guò)材料移除蝕刻所實(shí)施的后續(xù)“深度清除步驟”。
省去蝕刻步驟的先決條件是研磨后具有足夠的平滑處理，因?yàn)槲g刻也可減低由機(jī)械切削導(dǎo)致晶體損壞所造成的表面應(yīng)力。若晶體應(yīng)力及瑕疵密度太高，拋光過(guò)程中的機(jī)械負(fù)荷(尤其在半導(dǎo)體可自由移動(dòng)的“自由浮動(dòng)”DSP中)可導(dǎo)致甚至最終產(chǎn)品內(nèi)這些暇疵的擴(kuò)大及留存。
所以，對(duì)本發(fā)明的方法而言，最好使用特別微細(xì)的研磨粒，以確保1S-DDG加工之后圓片表面的粗度很低。但是，藉助于1S-DDG，半導(dǎo)體圓片起始表面(亦即藉助于MWS鋸割單晶體錠之后)直接切削必須仍屬可能(所用研磨粒越粗越容易)的事實(shí)，對(duì)研磨粒的細(xì)度設(shè)下限度。由特別粘附陶瓷研磨碟可滿足這些矛盾要求，所以，就本發(fā)明方法的觀點(diǎn)而言，最好使用這些研磨碟。尤以所用研磨碟粘附研磨粒粒徑對(duì)應(yīng)于美國(guó)網(wǎng)目或日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)目#2000(且對(duì)應(yīng)于FEPA標(biāo)準(zhǔn)；平均粒徑約為4至6微米)或更細(xì)者為最佳。另外亦特別適合的是粘合硬度及多孔性、研磨粒密度及分布曲線，以及1S-DDG中所用的若干其他材料參數(shù)及加工參數(shù)，例如主軸前進(jìn)及策略以及配合削除材料的移除速率。
實(shí)施1S-DDG的切削次步驟之后，依照本發(fā)明制造的半導(dǎo)體圓片，其表面粗度低而且存留晶格瑕疵(損壞)的密度及深度均低。舉例言之，在根據(jù)本發(fā)明之方法的一優(yōu)選實(shí)施例中，用#2000研磨粒篩(4至6微米粒徑)的陶瓷粘附研磨輪可達(dá)成的粗度約為400埃均方根值，而用1.5微米粒徑則可達(dá)成的粗度約為100埃均方根值。再者，依照本發(fā)明，于單一1S-DDG切削操作中，利用一研磨輪原型曾達(dá)成的粗度約為50埃均方根值。此種情形可與一項(xiàng)事實(shí)加以比較即使采用一樹脂粘附研磨輪(該研磨輪可提供經(jīng)濟(jì)上仍屬可行、最佳的可能材料移除速率，而且亦可依照現(xiàn)有技術(shù)自行變尖(不致受到阻礙))，單面研磨(軌道研磨)亦不能達(dá)成遠(yuǎn)低于500埃均方根值的粗度。(測(cè)量值是取自附有1微米鉆石針頭以＜80微米為上限的表面粗度計(jì)。)尤其粗度如此低，以致于即使節(jié)省材料的后續(xù)拋光移除亦可提供預(yù)期的最終加工。再者，不會(huì)因拋光過(guò)程中機(jī)械負(fù)荷而造成瑕疵擴(kuò)大，所以留存的晶體瑕疵不致一路下來(lái)持續(xù)至最終產(chǎn)品。原則上，本發(fā)明的1S-DDG法容許接近網(wǎng)狀精密切削。無(wú)卡盤的事實(shí)意味著，無(wú)需保持接觸所導(dǎo)致的研磨圓片損壞，所以亦無(wú)刮傷等等，這些損壞及刮傷必須以材料密集方式予以移除或加以修理。
在1S-DDG切削次步驟之后，這些半導(dǎo)體圓片環(huán)繞加工目標(biāo)值的厚度分散程度極低。所以本發(fā)明的另一內(nèi)容是一半導(dǎo)體圓片，在一個(gè)步驟內(nèi)半導(dǎo)體圓片經(jīng)過(guò)同時(shí)實(shí)施雙面研磨之后，該半導(dǎo)體圓片與預(yù)期平均目標(biāo)厚度(厚度，<THK>)的差異為ΔTHK≤0.75微米(ΔTHK＝在該測(cè)試組內(nèi)平均圓片厚度<THK>的標(biāo)準(zhǔn)差異)且總厚度變化(TTV)為TTV≤1微米。
再者，在1S-DDG切削次步驟之后，這些半導(dǎo)體圓片呈特別地轉(zhuǎn)動(dòng)性對(duì)稱，亦即該厚度分布(該厚度分布形成半導(dǎo)體圓片內(nèi)的其余TTV值)幾乎全部取決于徑向?qū)ΨQ(一個(gè)參數(shù))橫斷面圖像。所以，本發(fā)明的另一內(nèi)容是一種半導(dǎo)體圓片，在一個(gè)步驟內(nèi)半導(dǎo)體圓片經(jīng)過(guò)同時(shí)實(shí)施雙面研磨之后，該半導(dǎo)體圓片的轉(zhuǎn)動(dòng)性不對(duì)稱ΔROT≤0.5微米。
就定義而言，轉(zhuǎn)動(dòng)性不對(duì)稱ΔROT(該ΔROT是由厚度分布的殘留角度相關(guān)性所產(chǎn)生)必須總是低于或等于總厚度變化TTV。在最接近現(xiàn)有技術(shù)的研磨加工中，對(duì)總厚度變化TTV＝maxψ，r{THK(ψ1，r1)-THK(ψ2，r2)}的重大影響實(shí)際上是由轉(zhuǎn)動(dòng)性不對(duì)稱ΔROT導(dǎo)致的，例如半導(dǎo)體圓片的楔形，例如在單面研磨的情況中，由于滾磨卡盤(tumblingchuck)(垂直運(yùn)動(dòng))的作用。
以類似于TTV的方式，ΔROT可定義為ΔROT＝maxr[maxψ{THKr(ψ1)-THKr(ψ2)}]其中maxψ，r代表當(dāng)角度ψ及半徑r變化時(shí)所得的最大高度差異THK(ψ1，r1)-THK(ψ2，r2)，maxψ代表當(dāng)r固定及ψ變化時(shí)所得的最大值，maxr代表當(dāng)r變化及ψ固定時(shí)所得的最大值，及THK(ψ)代表r固定隨ψ變化的局部厚度THK。
由于其優(yōu)良目標(biāo)厚度尺寸精確度，本發(fā)明的半導(dǎo)體圓片特別適于通過(guò)拋光直接施以其他加工。在絕大多數(shù)的情況中，預(yù)拋光一多圓片加工，其中許多圓片是同時(shí)加以切削而且在一次切削操作中平行于拋光盤。進(jìn)入這種多圓片拋光加工程序中的半導(dǎo)體圓片，其起始厚度必須非常均勻，方可保證以能保持拋光批內(nèi)所有圓片的材料移除均勻及幾何形狀及毫微位相不變及優(yōu)良而著稱的拋光加工獲得成功。只有在拋光操作中所有圓片的個(gè)別拋光運(yùn)動(dòng)均相同的情況下才能滿足該條件。尤其在雙面拋光的情況中，圓片是松散地置于薄導(dǎo)引槽內(nèi)且拋光時(shí)浮動(dòng)于兩拋光盤之間，起始厚度的分散可導(dǎo)致個(gè)別圓片上負(fù)荷分布不均勻。如此造成破裂的風(fēng)險(xiǎn)提高，因?yàn)樵趻伖饧庸こ跗?，這些最厚的圓片將絕大部分來(lái)自拋光盤的負(fù)荷吸收。再者，若起始厚度分散太廣，則會(huì)導(dǎo)致圓片與圓片間的運(yùn)動(dòng)不同，亦即對(duì)個(gè)別運(yùn)動(dòng)而言的厚圓片轉(zhuǎn)動(dòng)迅速，薄圓片轉(zhuǎn)動(dòng)緩慢。對(duì)個(gè)別圓片而言，在實(shí)施雙面拋光之后，更會(huì)導(dǎo)致幾何形狀不同。再者，起始厚度的起伏變化可增加為達(dá)成幾何形狀及其他性能合格及起始厚度實(shí)質(zhì)上均勻的目標(biāo)，在實(shí)施多圓片拋光期間所需的最低材料移除量。
通過(guò)拋光以移除材料是成本非常密集的。所以，拋光加工時(shí)間以盡可能短暫為佳。因此，要求起始厚度必須非常均勻，例如1S-DDG加工所提供者。舉例言之，在包括DDG粗磨及SSG或2×SSG精磨的組合加工中，DDG法的固有優(yōu)點(diǎn)(主要可提供一致的圓片起始厚度)將由SSG或2×SSG的再切削所抵銷，因?yàn)镾SG本來(lái)僅能提供最終厚度穩(wěn)定性，但相對(duì)而言，該穩(wěn)定性并不甚佳。這是由于將DDG情況中研磨主軸諸軸的共線性與SSG情況中卡盤及研磨主軸間諸軸的偏位加以對(duì)比所致。DDG情況中的共線性使該方法得以免除研磨輪瞬時(shí)切割速率的起伏變化，而且原本極精密并可抗拒扭力。若研磨輪的切割速率自然變化，諸軸間的偏位可導(dǎo)致諸軸間彼此傾斜并與機(jī)器內(nèi)的彈性扭力傾斜，以補(bǔ)償由研磨主軸進(jìn)給所建壓力的反壓力。
再者，在加工過(guò)程中瞬間工件厚度的精確測(cè)量(加工內(nèi)量具)僅DDG加工可能，因?yàn)樵诖饲闆r下，在切削過(guò)程中圓片的兩面均可自由地接近。在SSG情況中，圓片的一面是置于一卡盤上，該卡盤阻礙瞬時(shí)厚度的精確測(cè)量，因?yàn)榭ūP上通常起伏不平的半導(dǎo)體圓片不夠平整所形成、留在卡盤上面與工件下面之間若干部位的空間不詳，更多剩余垂直運(yùn)動(dòng)及卡盤本身的不平會(huì)使厚度測(cè)量失真。在2×SSG加工中，通常輪流使用一軟卡盤及一硬卡盤，在軟卡盤上厚度測(cè)量通常不可能精度太高，所以目前圓片厚度的測(cè)量工作非常困難。
在1S-DDG切削次步驟之后，半導(dǎo)體圓片的目標(biāo)尺寸精度甚高。這就意味著，在1S-DDG加工之后，半導(dǎo)體圓片的實(shí)際形狀與操作后續(xù)拋光或(也許)蝕刻切削步驟起始形狀的預(yù)期形狀僅有微小的差異。再者，1S-DDG之后可能留存下來(lái)的殘留形狀差異總是對(duì)后續(xù)加工不特別重要。
舉例言之，雙面拋光(DSP)對(duì)圓片厚度THK的殘留轉(zhuǎn)動(dòng)性不對(duì)稱ΔROT的反應(yīng)較對(duì)其總厚度變化TTV(得自隨機(jī)分布的局部厚度THK＝THK(ψ，r)總是ΔROT及TTV的可比較值)更為重要，因?yàn)镈SP本身制造轉(zhuǎn)動(dòng)性對(duì)稱圓片幾何形狀及類似的轉(zhuǎn)動(dòng)性不對(duì)稱(例如楔形)僅可通過(guò)有關(guān)更多材料移除的另外拋光作用予以移除。通常，即使利于后續(xù)切削的最佳起始形狀與理想平整圓片的形狀經(jīng)常有所差異，尤其若這些后續(xù)加工的特定性能可預(yù)先由形狀的目標(biāo)差異加以補(bǔ)償時(shí)更是如此?？商岬降膶?shí)例再一次是DSP，在某些情況下且與預(yù)期(及可達(dá)成)的平面平行表面理想有所差異時(shí)，該DSP將形成若干呈轉(zhuǎn)動(dòng)性對(duì)稱卻中凸彎曲的表面(“雙中凸透鏡”，所以在1S-DDG之后，從一故意中凹彎曲而且同樣必需呈轉(zhuǎn)動(dòng)性對(duì)稱的表面獲益(“雙中凹透鏡”)。
由于利用1S-DDG而造成總加工程序的縮短意味著經(jīng)研磨的圓片更接近完全切削圓片的最終加工，即使實(shí)施機(jī)械成形切削之后，優(yōu)良幾何形狀問(wèn)題仍很重要。因?yàn)楸景l(fā)明加工程序內(nèi)的后續(xù)加工不再導(dǎo)致圓片幾何形狀的任何重大變化，尤其在拋光過(guò)程中材料移除量大幅減低的短加工程序情況內(nèi)，在機(jī)械切削步驟之后，一特別平整的圓片(如1S-DDG加工所提供者)通常均屬有利。
根據(jù)本發(fā)明的一種用以制造半導(dǎo)體圓片的優(yōu)選加工程序包括下列次步驟a)將一半導(dǎo)體錠分成許多個(gè)半導(dǎo)體圓片，b)將半導(dǎo)體圓片的邊緣磨圓，c)將半導(dǎo)體圓片的兩面同時(shí)加以研磨，1S-DDG，d)將這些半導(dǎo)體圓片加以拋光，其中步驟c)是用以切削半導(dǎo)體圓片表面的唯一材料移除機(jī)械切削步驟。
步驟a)是一分離步驟，其中是將一圓片狀的單元從一尺寸精確、抽拉而成的單晶體分離出來(lái)。該分離步驟是依照現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施，且可能是一循序式分離法(依序每次一個(gè)圓片)或一同時(shí)分離法(同批所有圓片一次切割完成)。舉例言之，循序分離法是利用內(nèi)徑鋸(ID)或條帶鋸實(shí)施。圓片鋸割及錠終端表面(亦即所形成半導(dǎo)體圓片的表面)研磨的同時(shí)實(shí)施(研磨切片GS)亦屬可能。但，就本發(fā)明加工程序而論，一種藉助于鋼絲鋸的同時(shí)分離法(多重鋼絲切片，MWS)，也許利用一切割懸浮液(漿液切割—精研，S-MWS)或一粘有研磨粒鋼絲(例如鉆石鋼絲切割—精研，D-MWS)甚為適合，MWS加工的優(yōu)點(diǎn)是成本低、產(chǎn)量及可用性高，即使晶體錠的直徑相當(dāng)大亦如此。MWS的典型缺點(diǎn)，舉例言之，鋸割的起伏不平表面是由后續(xù)雙面研磨步驟在本發(fā)明的加工中特別有利地加以消除。
在步驟b)中，將圓片邊緣加以修飾(邊緣/凹槽磨圓，去角取面)。此步驟可依照預(yù)期自現(xiàn)有技術(shù)加工方法中選擇。亦可能考慮利用皺面研磨體(profiled abrasive body)實(shí)施研磨，利用半導(dǎo)體圓片外形在一研磨體或輥筒上的移動(dòng)實(shí)施研磨，條帶或布料研磨。尤其，亦可能利用邊緣精密磨圓或有關(guān)邊緣去角取面及邊緣拋光的整體加工。在傳統(tǒng)粗磨圓的情況中，實(shí)施進(jìn)一步切削程序期間的某適當(dāng)位置可能必須包含—邊緣/凹槽拋光步驟。
另一種變通方法，圓邊工作亦可能在1S-DDG之后實(shí)施。由于圓片直徑尚未達(dá)到尺寸精確及圓片邊緣尚尖銳，在后續(xù)圓邊過(guò)程中圓片必須再度加以?shī)A持，會(huì)危及半導(dǎo)體圓片上由1S-DDG所達(dá)成的表面精密加工，所以該變通方法的缺點(diǎn)是在實(shí)施1S-DDG的過(guò)程中，工件處理的困難加大。另一方面，其優(yōu)點(diǎn)是在圓邊過(guò)程中，可能利用整體的去角取面及精密磨圓加工(研磨及拋光)，例如日本專利JP 08090401 A中所述。
步驟c)是1S-DDG加工，該加工已經(jīng)廣泛述及如上。
步驟d)是一種現(xiàn)有技術(shù)的拋光加工。通常該加工包括預(yù)拋光及最終拋光，所以將加以分開討論如下。預(yù)拋光可能是一多圓片或單圓片拋光加工及可能是一單面或雙面拋光加工。雙面拋光加工可能是一循序單面拋光加工(首先背面，隨后正面)或一同時(shí)雙面拋光加工(DSP)。單圓片及多圓片、單面及雙面拋光加工的所有組合亦屬可能。迄今，有關(guān)DSP，僅部分現(xiàn)有技術(shù)是采用多圓片DSP。最終拋光的實(shí)施通常是采用單面拋光。
利用步驟d)內(nèi)不同拋光加工的下列本發(fā)明切削程序甚為適合拋光可能包括一雙面預(yù)拋光—圓片正面單面最終拋光的程序。此外，亦可能利用若干切削加工，其中半導(dǎo)體圓片的兩面實(shí)施循序單面拋光，隨后半導(dǎo)體正面實(shí)施最終拋光。單面預(yù)拋光及單面最終拋光可能彼此分開實(shí)施或加以偶聯(lián)。舉例言之，亦可能在一部機(jī)器上或一次加工中實(shí)施背面及正面的預(yù)拋光。另一變通方法是，亦可能利用在一部機(jī)器上或一次加工中實(shí)施正面預(yù)拋光及正面最終拋光的組合方式。有一種可能的程序是，其中僅半導(dǎo)體圓片正面先施以預(yù)拋光，隨后再施以最終拋光。單面預(yù)拋光及單面最終拋光的再度實(shí)施可采取隔離方式(例如在分離的機(jī)器上)或采取整體方式(例如在一部附有不同拋光盤的機(jī)器上，半導(dǎo)體圓片是經(jīng)直接轉(zhuǎn)移于這些拋光盤之間，無(wú)需中斷加工或任何裝載及卸除操作，也許其間另外實(shí)施一個(gè)清除步驟)。
在雙面研磨c)及拋光d)之間，可以可選地添加一蝕刻或(深度)清除步驟，其中通過(guò)化學(xué)方法將材料自圓片表面移除，同時(shí)在雙面或循序單面或僅一個(gè)面(例如利用—旋轉(zhuǎn)—蝕刻加工)上進(jìn)行。如此，必要時(shí)，晶格損壞及表面應(yīng)力得以減低及污染得以移除。但是，以不含蝕刻步驟的切削程序?yàn)榧?。如此可?jié)省材料、時(shí)間及成本并簡(jiǎn)化加工程序。再者，機(jī)械切削過(guò)程中所達(dá)成的、由蝕刻而經(jīng)常引起的圓片形狀毀壞得以免除。
此外，亦可實(shí)施許多其他步驟，例如清除、分類、測(cè)量及包裝等，但這些步驟不影響圓片表面的平整性。再者，經(jīng)最終拋光之后，圓片表面可能加以涂覆，例如通過(guò)外延作用。
經(jīng)依照本發(fā)明實(shí)施精密切削的半導(dǎo)體圓片，例如精密拋光之后，其局部平整度(毫微位相)極佳。所以，本發(fā)明的另一內(nèi)容是一半導(dǎo)體圓片，其尺寸為2毫米×2毫米的任何預(yù)期測(cè)量范圍內(nèi)的圓片正面最大不均度低于20毫微米、及尺寸為10毫米×10毫米的任何預(yù)期測(cè)量范圍內(nèi)者低于50毫微米。
因此，該圓片特別適于實(shí)施后續(xù)進(jìn)一步加工，以高產(chǎn)量制作利用CMP加工曾制造的品質(zhì)特別高的組件。該CMP加工對(duì)上述短距內(nèi)殘留不均度的反應(yīng)特別重要。
尤其利用一鋼絲鋸切割半導(dǎo)體綻(多重鋼絲切片，MWS)期間，在步驟a)內(nèi)，若鋼絲撕斷必須換以新鋼絲，本發(fā)明的加工方法亦可導(dǎo)致極佳的毫微位相。切割之后，如此可導(dǎo)致圓片厚度圖像的一個(gè)重要步驟。依照現(xiàn)有技術(shù)，此類“鋼絲撕斷”的圓片不能用于高級(jí)應(yīng)用場(chǎng)合而且通常予以報(bào)廢，對(duì)應(yīng)地造成整體制造成本提高的嚴(yán)重后果，因?yàn)樗簲嗟匿摻z經(jīng)常影響該鋸割批內(nèi)的所有圓片，亦即同時(shí)約200至300個(gè)圓片。本發(fā)明方法甚至可將這些圓片加工成高品質(zhì)的最終產(chǎn)品。
經(jīng)由本發(fā)明方法所制半導(dǎo)體圓片的另一特別有利性能是其一直到達(dá)最外邊緣的平整度均高。尤其，甚至評(píng)價(jià)圓片表面時(shí)以往曾遭排除的邊緣區(qū)(邊緣排除，EE)，這些圓片仍具有甚佳的幾何形狀特性。目前邊緣排除通常為3毫米。在本發(fā)明制造的半導(dǎo)體圓片中，當(dāng)特定表面面積增加時(shí)，例如至邊緣排除為2毫米(預(yù)期標(biāo)準(zhǔn))、1毫米(未來(lái))及0.5毫米，品質(zhì)僅略微受損。
尤其是，本發(fā)明制造的圓片無(wú)任何“邊緣低落”，亦即朝向圓片邊緣無(wú)任何厚度中凸或變窄。在SSG或2×SSG的情況中，這些加工所需的大研磨碟直徑導(dǎo)致發(fā)生此類邊緣低落。SSG內(nèi)所用研磨碟直徑通常大于待切削半導(dǎo)體圓片的直徑。為接近切割路徑盡可能沿圓片直徑上直線走向的理想必須如此。這就抵消了由于卡盤軸與研磨主軸軸的偏位引起研磨期間力量引進(jìn)的不均勻所導(dǎo)致的不穩(wěn)定性。所以，SSG所需的大研磨碟幾乎沿垂直方向磨入圓片邊緣上的圓片表面。圓片表面的垂直、迅速研磨嚙合導(dǎo)致結(jié)構(gòu)較弱邊緣的微觀邊緣剝落。再者，由于已知的所謂軌道研磨的研磨運(yùn)動(dòng)(不相互交叉平行研磨標(biāo)記)，SSG導(dǎo)致圓片邊緣的晶格變?nèi)?，在后續(xù)切削(例如化學(xué)蝕刻或化學(xué)機(jī)械拋光)過(guò)程中，此種變?nèi)醅F(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致圓片邊緣材料移除量的增加。
在SSG的情況中，通常是由工件的中凹式夾持將非交叉、徑向軌道研磨強(qiáng)制性地加在略微中凸盤上以致卡盤或主軸線彼此間略微傾斜。原則上，SSG亦可實(shí)施交叉研磨。但，如此并非有利，因?yàn)榭ūP/主軸的軸偏位及所造成的不穩(wěn)定傾向，意味著即使較不均勻的嚙合，連帶振動(dòng)、膠著—及—滑動(dòng)等等，將比以蓄意預(yù)加的諸軸定向操作時(shí)更易發(fā)生。
但，在DDG的情況中，使用較小的研磨碟，其直徑約為切削中半導(dǎo)體圓片直徑的一半，亦屬有利地可能。此種情形可能由于兩個(gè)研磨輪主軸的軸是精確地彼此排成一條直線(共線性)，而且與SSG不同，在DDG情況中所有的力均加以精確地彌補(bǔ)。如此可導(dǎo)致研磨體幾乎沿平行于圓片邊緣的方向，所以非?！捌骄彽亍币孕⊙心ソ悄ト雸A片表面。如此可減低邊緣處產(chǎn)生微剝落片的可能。再者，DDG的交叉研磨意味著邊緣區(qū)內(nèi)后續(xù)步驟過(guò)程中，無(wú)材料移除。不均的結(jié)晶學(xué)上選擇性的晶格損壞。
以下參考附圖及實(shí)施例將本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)作更詳細(xì)的說(shuō)明。


圖1A及B所示是一本發(fā)明所制、且經(jīng)施以雙面研磨的硅圓片的圓片表面顯微影像(圖1A)及一依照現(xiàn)有技術(shù)制造的硅圓片(圖1B)，在每一情況中都是在完成機(jī)械切削之后。
圖2A及B所示是一本發(fā)明所制、且經(jīng)施以雙面研磨的硅圓片邊緣區(qū)內(nèi)表面圖像(圖2A)及一依照現(xiàn)有技術(shù)制造的硅圓片(圖2B)，在每一情況中都是在完成機(jī)械切削之后。
圖3A及B所示是一本發(fā)明所制、經(jīng)完成拋光后的硅圓片毫微位相(圖3A)與一依照現(xiàn)有技術(shù)制造的同樣完成拋光后的硅圓片(圖3B)。
圖4A及B所示是如圖3及圖3B的比較，但所不同的是，這些硅圓片是源自錠的一片，其中在利用綱絲鋸切割(MWS)的過(guò)程中鋸鋼絲曾經(jīng)撕斷。
圖中元件編號(hào)說(shuō)明1 研磨標(biāo)記2 研磨標(biāo)記3 磨損4a 圓片表面4b 圓片表面5a 圓片邊緣5b 圓片邊緣7 邊緣低落(過(guò)早低落)8a 完全平整表面8b 短距高度局部差異9a 最終產(chǎn)品表面9b 完全切削(拋光后)圓片表面10a 直到圓片邊緣的優(yōu)良平整度10b 圓片邊緣區(qū)未濾光斷面描繪圖
11 高通濾光粗度曲線具體實(shí)施例的說(shuō)明實(shí)施例1依照本發(fā)明，通過(guò)(1)采用鋼絲鋸將一尺寸業(yè)已精確、公稱直徑300毫米的單晶體加以切割，(2)圓邊，(3)利用粘有#2000(約4至6微米)研磨粒的研磨輪實(shí)施1S-DDG，(4)利用一蝕刻裝置內(nèi)的氫氟酸與硝酸的適當(dāng)混合物以層流方式流經(jīng)晶圖表面上，施以蝕刻，(5)依照本發(fā)明施以雙面預(yù)拋光及單面最終拋光，而制得硅圓片。
圖1A所示是經(jīng)施以1S-DDG切削次步驟的后硅圓片表面的放大圖(在顯微鏡下)。由1S-DDG切削所產(chǎn)生的研磨標(biāo)記2(彼此交叉)可清晰地看到。表面上無(wú)磨耗的材料或污染，而且粗度及損壞深度均低，所以無(wú)需后續(xù)蝕刻或后續(xù)深度清除。該表面非常清潔及均勻。
圖2A所示是經(jīng)施以1S-DDG切削次步驟之后，圓片邊緣的定性表現(xiàn)(利用掃描探針記錄的斷面描繪圖)。一直到達(dá)圓片邊緣的優(yōu)良平整度10a可清晰地辮認(rèn)出來(lái)，圓片表面4a與圓片邊緣5a(已經(jīng)蓄意地加以磨圓)間有驟然轉(zhuǎn)變。實(shí)施圓邊過(guò)程中所產(chǎn)生的去角取面，在由靈敏的高度刻度(單位10千埃＝1微米)所形成、實(shí)質(zhì)上垂直向下的直線處可以看到。
圖3A所示是經(jīng)完全切削、拋光的硅圓片的正面。局部高度差異(-200毫微米至+75微米)的灰度表現(xiàn)是由一干涉量度計(jì)檢查法所測(cè)得的。表面8a是實(shí)質(zhì)上完全平整。尤其，在整個(gè)表面上任何2毫米×2毫米及10毫米×10毫米的預(yù)期測(cè)量面內(nèi)，所有局部高度差異分別低于20毫微米或低于50毫微米。這些灰度代表表面上的絕對(duì)高度，零高度對(duì)應(yīng)于一回歸面。
比較例1硅圓片的制造方式類似于實(shí)施例1，但不同的是在機(jī)械切削步驟過(guò)程中，將1S-DDG加工代之以實(shí)施兩次之循序單面研磨(2×SSG)。該2×SSG加工包括第一個(gè)軟卡盤研磨步驟，經(jīng)過(guò)硅圓片的脫卡盤、轉(zhuǎn)動(dòng)及立即清除之后，繼之以第二個(gè)、硬卡盤研磨步驟。所用樹脂一粘合研磨輪粘有粒徑15微米(約#1200)的研磨粒。再者，在機(jī)械切削及拋光之間進(jìn)行一種酸性層流蝕刻步驟，其中總材料移除量為20微米。
圖1B所示是實(shí)施機(jī)械切削之后，硅圓片表面的放大圖(在顯微鏡下)。大致平行且彼此不相交的個(gè)別研磨標(biāo)記甚為明顯。研磨輪樹脂粘合料的磨損3需要后續(xù)材料移除深度清除或一蝕刻步驟。在這些額外步驟中，由于曾發(fā)生磨損部位的護(hù)罩作用，材料堆高區(qū)仍留存在原處，此種情形對(duì)粗度具有不良影響而且需要將相當(dāng)更大量的材料移除。
圖2B所示是實(shí)施機(jī)械切削之后圓片表面邊緣區(qū)的斷面描繪圖10b。所用研磨加工意味著圓片表面4b朝向邊緣區(qū)5b(先前已經(jīng)蓄意加以磨圓)有一過(guò)早低落7。對(duì)3毫米的邊緣排除(目前常見的情形，本圖所示約位于x＝7000毫微米處)而言，討厭的邊緣低落7(差異約為3千埃＝0.3微米)尚不能對(duì)硅圓片總平整度作出決定性差異。將來(lái)，2毫米(在此情況約位于x＝8000微米，該處的差異Δy約為4千埃＝0.4微米)、1毫米(x～9000微米；Δy～6千埃＝0.6微米)、或0.5毫米(x～9500微米；Δy～8千埃＝0.8微米)的縮小邊緣排除帶，以及對(duì)圓片整個(gè)表面平整度的其他更高要求，由品質(zhì)及產(chǎn)量的降低可明顯地察覺到此邊緣低落7的存在。圖中所示是未經(jīng)濾光的斷面描繪圖10b及一高通濾光粗度曲線11。
圖3B所示是經(jīng)完全切削硅圓片的亳微位相。-155毫微米至+95毫微米的灰度表現(xiàn)亦是源自干涉量度計(jì)檢查法。顯著的短距局部高度差異(8b)可清楚地看出，且在所選2毫米×2毫米或10毫米×10毫米的測(cè)量范圍內(nèi)，其尺寸常分別大于20毫微米或50毫微米。由本發(fā)明制造的此類半導(dǎo)體圓片太需要進(jìn)一步加工，而且不適用于超大規(guī)模集成微電子多層組件及尤其用以制造這些組件的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)加工。
實(shí)施例2以實(shí)施例1所述的類似方式，依照本發(fā)明制成硅圓片。與實(shí)施例1的唯一差別是由MWS切割硅單晶體的過(guò)程中，鋸鋼絲經(jīng)撕斷，而且新鋼絲裝上后切割操作仍繼續(xù)進(jìn)行。熱流失及許多其他理由足以說(shuō)明，加工中斷常導(dǎo)致如此所切圓片的厚度輪廓內(nèi)一個(gè)顯著步驟。然而，如圖4A中的干涉圖所示，進(jìn)一步加工將此步驟幾乎完全消除。終端產(chǎn)品的表面9a幾乎呈完美平整。
比較例2由實(shí)施例2鋸割批(其中曾發(fā)生鋼絲撕斷狀況)所制造的硅圓片，是以比較例1所述的類似方式，依照現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步加工。圖4B所示是經(jīng)完全切削硅圓片的干涉圖。即使利用比圖4A大得多的高度尺度(-165毫微米至+145毫微米，而圖4A中為-100毫微米至+35毫微米)，表面9b內(nèi)的步驟(當(dāng)鋼絲撕斷時(shí)所形成的)，在完全切削(亦即拋光之后)的圓片上仍可清楚地看出一嚴(yán)重的高度局部差異。依照現(xiàn)有技術(shù)制造的此類圓片，所以以及曾發(fā)生鋼絲撕斷狀況的整個(gè)鋸切批太需要進(jìn)一步加工而且不適用于非常大型秋體微電子多層組件，尤其是在化學(xué)機(jī)械平整化(CMP)處理被用于制造這些組件的情況下。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體圓片的方法，該方法包含在單一步驟內(nèi)對(duì)半導(dǎo)體圓片進(jìn)行雙面同時(shí)研磨(1S-DDG)，其中，該研磨加工是用以切削半導(dǎo)體圓片之表面的唯一材料移除機(jī)械切削步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，該方法包含下列諸次步驟a)將一半導(dǎo)體錠分成許多個(gè)半導(dǎo)體圓片，b)將半導(dǎo)體圓片的邊緣磨圓，c)將半導(dǎo)體圓片的兩面同時(shí)加以研磨(1S-DDG)，d)將這些半導(dǎo)體圓片加以拋光。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，在半導(dǎo)體圓片進(jìn)行拋光之前，用一蝕刻介質(zhì)將圓片之表面的一面或兩面加以處理。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中，在該研磨過(guò)程中采用陶瓷粘附研磨輪。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，其中，在該研磨過(guò)程中，所用研磨輪的研磨粒粒徑可提供半精密(最終)加工。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所用研磨粒粒徑是日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)/美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)#2000網(wǎng)目或更細(xì)。
7.一種半導(dǎo)體圓片，在一個(gè)步驟內(nèi)同時(shí)對(duì)半導(dǎo)體圓片之兩面進(jìn)行研磨(1S-DDG)之后，該圓片與預(yù)期目標(biāo)厚度THK的差異ΔTHK≤0.75微米，其幾何形狀值TTV≤1微米及轉(zhuǎn)動(dòng)性對(duì)稱ΔROT為≤0.5微米。
8.一種半導(dǎo)體圓片，在任何2毫米×2毫米大小的預(yù)期測(cè)量范圍內(nèi)，其圓片正面上的最大不均度低于20亳微米，在任何10毫米×10毫米大小的預(yù)期測(cè)量范圍內(nèi)，其圓片正面上的最大不均度低于50毫微米。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體圓片，其中，除邊緣排除為0.5毫米之外，該半導(dǎo)體圓片可符合最大不均度標(biāo)準(zhǔn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體圓片的方法，該方法包含在單一步驟內(nèi)實(shí)施半導(dǎo)體圓片的雙面同時(shí)研磨(1S－DDG)，其中該研磨加工是用以切削半導(dǎo)體圓片的唯一材料移除機(jī)械切削步驟。本發(fā)明還涉及具有改良的幾何形狀與毫微位相的半導(dǎo)體圓片。
文檔編號(hào)B24B7/22GK1434489SQ0214198
公開日2003年8月6日 申請(qǐng)日期2002年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月30日
發(fā)明者格奧爾格·J·皮奇, 米夏爾多·克斯坦, 安東·胡貝爾 申請(qǐng)人:瓦克硅電子股份公司