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TW201413809A - 改進的微研磨方法 - Google Patents

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TW201413809A
TW201413809A TW102134178A TW102134178A TW201413809A TW 201413809 A TW201413809 A TW 201413809A TW 102134178 A TW102134178 A TW 102134178A TW 102134178 A TW102134178 A TW 102134178A TW 201413809 A TW201413809 A TW 201413809A
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wafer
grinding
substrate
plates
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TW102134178A
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TWI494981B (zh
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Robert A Rizzuto
Ajay Krishnan
Christopher Arcona
Anand Tanikella
Original Assignee
Saint Gobain Ceramics
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Abstract

在此揭露了一種用於製備(加工)基片(如取向單晶基片)之改進的方法，該改進的方法係藉由使用磨料研磨一基片晶圓，以使得該基片的兩個主表面滿足平面度、平滑度或兩者的某些最低水平。在具體實施方式中，使用一較粗糙的磨料來研磨該晶圓的一個主表面，而使用一較細的磨料來同時研磨該晶圓的另一個主表面。其結果係，一單一的研磨步驟可以產生一具有不同表面粗糙度的相對表面的晶圓。這允許該較粗糙的磨料用於優先的材料去除以使該晶圓變薄，而該細的磨料產生一足夠光滑的表面用於許多用途或用於進一步拋光-從而消除了用於先前技術中的典型的第二下游精細拋光步驟。多個實施方式可以用於多種多樣之基片，包括由不同技術生長的藍寶石、碳化矽和氮化鎵單晶結構。

Description

改進的微研磨方法 相關申請的交叉引用
本申請根據35 U.S.C.§119(e)要求了2012年9月28日提交的、Rizzuto等人的名稱為“改進的研磨方法”、美國申請號61/707,528的優先權，該申請轉讓給本發明受讓人並且藉由引用將以其整體結合在此。
本揭露總體上涉及半導體基片、並且具體涉及藍寶石基片以及製造此類基片之方法。
在許多類型的製造中，包括例如製造用於LED生產中的藍寶石基片，研磨、精研磨(lap)或拋光一基片以使得其兩個主表面(面)滿足平面度、平滑度、或兩者的某些最低水平係常見的。通常，研磨可以被定義為藉由使用一相對粗糙的磨料(>40μm)(典型地處於一研磨墊或盤的形式)快速去除材料，以使它減少至合適的尺寸亦或以便從該表面去除大的不規則性。術語“精研磨”通常用於指使用游離磨料顆粒如一磨料漿料而去除材料。最後，拋光係使用細(< 3微米)磨料顆粒去除材料以產生一無刮痕、類似鏡子的表面。所有的該等材料去除方法可以利用各種各樣的研磨材料如磨料漿液或固著磨料墊或盤，並且在實踐中在該等不同類別之間的界線傾向於模糊。共同地，所有該等方法可以在此總體上被稱為“研磨方法”。
晶圓或基片加工工具的一個實例係典型的雙面精研機100，在圖1中示意性地展示。此種工具可以包括分別佈置在一基片104之上或之下的兩個疊加的台板或精研板102，以使得可以同時處理該基片的相對的表面。將一磨料漿料，典型地含有在5微米至180微米範圍內的磨料顆粒106，直接施用於該等精研板上。如圖2中所示，該雙面精研機100包括多個載體202，每個載體保持多個基片或晶圓204。每個精研板可以具有一圍繞該板的外圓周的內齒圈206以及一內部中心齒輪208。該等載體各自還可以具有一與該等內部和外部齒輪嚙合的有齒外圓周210。該等內部齒輪(如由箭頭212所示)以及外部齒輪(如由箭頭214所示)以相反方向的旋轉造成每個載體圍繞每個載體的軸線(如由箭頭216所示)並且圍繞該精研板的軸線(如由箭頭218所示)進行旋轉。在該等旋轉載體與精研板之間的所產生的相對運動形成一擺線曲線，類似於行星的運行，如行星在它們自己的軸線上旋轉，同時繞太陽運行。在磨料漿液的存在下的這種旋轉研磨掉了該等基片的兩個主表面上的材料。
單面精研機也是已知的，但該等機器一次只處理該等基片的一個面。而且，類似的行星式雙面研磨機有時用 於使用不同類型的固著磨料或墊來將材料從晶圓或基片去除。
典型地，製造一適當地平基片(flat substrate)(如一矽晶圓或一藍寶石晶圓)的方法包括許多研磨、精研磨、或拋光步驟，不論使用什麼類型的方法或研磨材料。例如，當使用雙面研磨機時，最初用一粗糙的固著磨料處理該基片，以便迅速地去除多餘材料以及由從一晶錠鋸切該等基片造成的最壞的表面損壞。取決於應用，該第一粗研磨步驟隨後可以是一或多個細研磨步驟，以產生一適當地平滑並且平的表面。細研磨隨後可以是一拋光步驟，以在該基片上產生一非常平滑的鏡面。經常，只在該基片的單面上需要最平滑的表面。在其他表面上，一相對粗糙的表面將是可接受的，或甚至是令人希望的。然而，需要逐漸更精細的研磨步驟來製備用於拋光的這一表面。因為該等不同的研磨步驟係順序完成的，當使用雙面研磨時，無論如何將該等細研磨步驟施用於兩個面係常見的。這導致不必要的花費，就時間以及額外的物資和設備磨損而言。
這樣，一種改進的基片材料去除的方法將是令人希望的。
在此描述的實施方式可應用於任何硬的基片的製備(加工)，如取向單晶基片，藉由使用磨料研磨一基片晶圓以使得該基片的兩個主表面滿足平面度、平滑度或兩者 的某些最低水平。在具體實施方式中，使用一較粗糙的磨料來研磨該晶圓的一個主表面，而使用一較細的磨料同時研磨該晶圓的另一個主表面。其結果係，一單一的研磨步驟可以產生一具有不同表面粗糙度的相對表面的晶圓。這允許該較粗糙的磨料用於優先的材料去除以使該晶圓變薄，而該細磨料產生一足夠光滑的表面用於許多用途或用於進一步拋光-從而消除或減少對於用於先前技術中的典型的第二下游精細拋光步驟的需求。具體的實施方式可以用於多種多樣的基片，包括由不同技術生長的藍寶石、碳化矽和氮化鎵單晶結構。
以上已經相當寬泛地概括了具體實施方式的該等特徵以及技術優點，從而可能更好地理解以下的詳細說明。實施方式的另外的特徵和優點將在下文中進行描述。熟習該項技術者應該理解的是，所揭露的構思和具體實施方式可以容易地用作修改或者設計用於進行如在此描述的實施方式的相同目的的其他結構的基礎。熟習該項技術者還應該認識到該等等效構造並沒有背離在所附申請專利範圍中提出的本發明之範圍。
100、300‧‧‧雙面精研機
102‧‧‧台板或精研板
104、204、304‧‧‧基片
106‧‧‧磨料顆粒
202、301‧‧‧載體
206‧‧‧內齒圈
208‧‧‧內部中心齒輪
210‧‧‧有齒外圓周
212‧‧‧內部齒輪
214‧‧‧外部齒輪
216‧‧‧載體的軸線
218‧‧‧精研板的軸線
302、303‧‧‧研磨板
308、310‧‧‧磨料板
402‧‧‧供應管線
404‧‧‧回流管線
406‧‧‧冷卻劑儲槽
407‧‧‧離心過濾
408‧‧‧筒式過濾器
藉由參見附圖可以更好地理解本揭露，並且使其許多特徵和優點對於熟習該項技術者變得清楚。
圖1係一先前技術雙面精研機的示意圖。
圖2係示出圖1的雙面精研機的下部精研板和晶圓載體 的示意圖。
圖3係根據一具體實施方式的雙面精研機的截面視圖。
圖4係根據一具體實施方式的研磨液過濾系統的示意圖。
圖5係適合於實施實施方式的一雙面精研機的照片。
該附圖不旨在按比例繪圖。在該等圖中，每個相同的或幾乎相同的、在不同的圖中描述的部件由一相似的數字表示。為了清楚的目的，不是每個部件在每個圖中都標記。
本發明可應用於基片的製備(加工)，如取向單晶基片，藉由使用固著磨料研磨和拋光一基片晶圓，以使得該基片的兩個主表面滿足平面度、平滑度或兩者的某些最低水平。如在此描述的具體實施方式可以用於多種多樣的基片，包括由不同技術生長的藍寶石、碳化矽和氮化鎵單晶結構。
除非另外定義，在此使用的所有的技術性和科學性術語具有如在本發明所屬領域的普通技術人員所理解的相同的意義。該等材料、方法以及實例僅是說明性的並且並無意對其進行限制。就未在此描述的範圍而言，關於具體材料和加工行為的許多細節係常規的並且可以在教科書以及晶體形成和加工領域之內的其他來源中找到。
磨料總體上可以被分類為游離或鬆散磨料以及固著磨料。鬆散磨料總體上由在一形成懸浮液(通常被稱為一漿液)的液體介質中處於粉末或微粒形式的磨料微粒或砂 礫構成。固著磨料利用在一材料基體內的磨料砂礫，該材料基體固定了該等磨料砂礫的彼此相對的位置。固著磨料總體上包括塗覆的磨料，如砂紙、粘結的磨料或類似物。在粘結的磨料中，藉由使用一基體材料(該等砂礫分佈在其中)將該等磨料砂礫固定在彼此相對的位置。在此描述的具體實施方式利用了處於塗覆的或粘結的磨料形式的固著磨料部件。鬆散磨料精研磨和固著磨料“微研磨”(也被稱為具有精研磨運動學的研磨、具有行星式運動學的研磨、以及固著磨料研磨)係用於單晶或多晶材料(如藍寶石和碳化矽、陶瓷、玻璃、金屬組分，等等)的批量加工的操作。
典型地，為了形成適合於用作一用於半導體裝置(具體地，發光二極體/鐳射二極體(LED/LD)應用)的基片的基片，該方法以一大塊材料開始，最終加工的基片將由該大塊材料形成。一種形成適合於LED/LD應用的藍寶石基片的先前技術方法被描述於Tanikella等人的美國專利號8,197,303的“藍寶石基片及其製造方法(Sapphire substrates and methods of making same)”中，該專利藉由引用以其全文結合於此並且被轉讓給本發明的受讓人。
對於藍寶石基片，該方法可以由形成單晶藍寶石的一晶錠或帶狀物開始。如將瞭解的，該藍寶石可以形成為適合於用作一用於半導體裝置(具體地，LED/LD應用)的基片的具有任何尺寸或形狀的一毛坯、晶錠或帶狀物。這樣，一常見形狀係一具有實質上圓柱形輪廓的晶錠。對於一帶狀物，一常見形狀係一片材。使用技術如提拉法(Czochralski Method)、邊緣限定薄膜供料生長(Edge-Defined Film Fed Growth，EFG)、或泡生法(Kyropoulos Method)或其他技術，取決於該晶錠或帶的所希望的尺寸與形狀、以及該晶體的取向，可以完成單晶藍寶石的形成。
在形成該單晶藍寶石後，可以進行鋸切該晶錠或毛坯以將該藍寶石切片並且形成多個晶圓。該藍寶石晶錠的線鋸切提供了多個未精加工的藍寶石晶圓。通常，該線鋸切過程的持續時間可以從約幾個小時，如約2.0小時至約3.0小時變化。總體上，該未精加工的藍寶石的所希望厚度係從1.0mm至10mm。藉由使用一或多個固著磨料線元件，如一陣列的電鍍有或塗覆有磨料顆粒的線可以進行該線鋸切。這種技術的一實例係非繞線類型線鋸切，如，由美國麻塞諸塞州賽勒姆的晶體系統公司(Crystal Systems Inc.of Salem，Mass)提供的FAST(固著磨料切片技術)。另一個實例係繞軸對繞軸(spool-to-spool)線鋸切系統。在由該EFG方法生產的單晶原料的情況下，典型地處於帶狀或片狀的形狀，該線鋸切處理可能不是必需的，並且去芯的(cored-out)(成形的)晶圓可以直接進行一研磨步驟。
在經由鋸切而形成多個藍寶石晶圓後，可以對該等未精加工的藍寶石晶圓的表面進行處理。典型地，該等未精加工的藍寶石晶圓的兩個主要相對表面經受研磨或精研磨，以提高表面的光潔度。常規的粗研磨處理包括研磨未精加工的藍寶石基片的兩個主表面，例如使用雙面的研磨或精研磨。通常，該粗研磨處理以合理地高材料去除速率去除足 夠量值的材料，從而消除由該線鋸鋸切造成的主表面不規則性。這樣，該粗研磨過程典型地從該等未精加工的藍寶石晶圓的主表面(面)上去除至少30微米至50微米的材料。
在使用固著磨料時，該等粗磨料顆粒可以包括常規的磨料顆粒，如晶體材料或陶瓷材料，包括氧化鋁、二氧化矽、碳化矽、氧化鋯-氧化鋁，另一種合適的磨料，或它們的任何組合。此外或可替代地，該等粗磨料顆粒可以包括超級磨料顆粒，包括金剛石、立方氮化硼或它們的混合物。該等粗研磨料顆粒可以具有例如，60微米至300微米的平均粒徑。對於粘結的磨料，該粘結的材料基體可以包括一金屬或金屬合金。一合適的金屬包括鐵、鋁、鈦、青銅、鎳、銀、鋯、它們的合金或類似物。具體研磨輪的實例包括在US 6,102,789、US 6,093,092和US 6,019,668(藉由引用以其全文結合在此)中描述的那些。
該典型的粗研磨處理包括在一夾持器上提供一未精加工的藍寶石晶圓並且相對於一粗磨料表面旋轉該藍寶石晶圓。可以使用一雙面研磨機，類似於在圖1至圖2中所示的雙面精研機。作為舉例，該等研磨板能夠以60rpm至500rpm的速度進行旋轉。典型地，還使用一液體冷卻劑或研磨液。在粗研磨後，藍寶石晶圓典型地具有0.2微米至1微米的平均表面粗糙度Ra。
一旦已經完成該粗研磨，可以使該等藍寶石晶圓經受一細研磨步驟以產生一更平滑的表面。這個細研磨步驟從該基片的表面上去除更少的材料，通常10微米至15微米。
該等細磨料顆粒可以是與該等粗磨料顆粒同樣的一般材料並且可以使用同樣類型的粘結材料。當然，不同的是該等細磨料顆粒小於該等粗磨料顆粒。例如，該等細磨料顆粒可以具有2微米至75微米的平均粒徑。通常，該等粗固著磨料與細固著磨料之間在平均粒徑上的差異係至少20微米。
一雙面研磨機，類似於在圖1至圖2中所示的這個，可以使用粘合的磨料來用於細研磨或拋光。作為舉例，該等研磨板能夠以60rpm至1000rpm的速度進行旋轉。典型地，還使用一液體冷卻劑或研磨液。在細研磨後，藍寶石晶圓典型地具有約0.10微米至1.0微米的平均表面粗糙度Ra。
在細研磨後，該等藍寶石晶圓可以經受一應力釋放處理，如在EP 0 221 454 B1中揭露的那些。如所描述的，應力釋放可藉由蝕刻或退火處理進行。退火可以在1000℃以上的溫度進行數小時。
在該細研磨步驟後，該等藍寶石晶圓可以經受一拋光步驟，以產生一甚至更平滑的表面。這個拋光步驟從該基片的表面上去除甚至更少的材料，通常1微米至4微米。這個拋光步驟通常使用一磨料漿料，該磨料漿料具有的磨料顆粒的平均粒徑為小於1微米、典型地小於200奈米。一用於此類拋光過程的特別有用的鬆散磨料係氧化鋁，如處於多晶或單晶形式的γ-氧化鋁。
典型地，拋光只在一表面上進行，這與通常包括研磨該等未精加工的藍寶石晶圓的兩個主表面的上述研磨步 驟相反。在拋光後，藍寶石晶圓典型地具有大致10埃至400埃(0.001微米至0.04微米)的平均表面粗糙度Ra。
顯著地，在先前技術中，在最終拋光之前要求至少兩個單獨的研磨步驟(一個粗的和一個細的)。然而，對於許多應用，一個表面上將只要求一粗研磨步驟，而另一個表面要求至少額外的細研磨步驟，接著是拋光。在先前技術中，基片加工操作被設計為使得該部件的頂面上進行的研磨處理與底面上進行的那些是相同的。因此，在該等頂面或底面上的最終表面光潔度或紋理係相同的(在一最終拋光步驟之前，如果有的話)。一些基片，如用於LED製造中的C-面藍寶石或單晶SiC，要求一隨後的拋光步驟以改進只在該晶圓的單面上的表面品質。
如在此描述的具體實施方式可以利用一新穎的微研磨方法作為替換常規的精研磨方法來用於任何硬的基片，如取向單晶體的精加工。在微研磨中，用一固著磨料產品替換用在精研磨中的磨料漿料。使用粘結的固著磨料的微研磨提供了超過使用磨料漿液的多個優點，最值得注意地其材料去除率可以藉由在該磨料和該基片之間施用一更高負載(壓力)而實質性地增加。使用佈置在該等研磨板的工作表面上的固著磨料代替磨料漿液還減少了維護成本以及與將該等板週期修整至平整度和共面性的必要程度相關聯的伴隨非生產性時間。使用粘結的固著磨料的微研磨還將產生比使用一磨料漿液的精研磨更少的亞表面損傷(當優化指令引數時)。
根據在此描述的具體實施方式，改進用於該微研磨方法中的至少一個固著磨料板或輪的設計以產生具有不同品質(光潔度、亞表面損傷、紋理，等等)的相對的基片表面，這樣使得可以消除或減少對該第二下游細研磨過程的需要。在一些實例中，還可以消除或至少大大減少對一最終拋光步驟的需要。在將作為LED生產中的基片的一藍寶石晶圓的情況下，例如，用於該微研磨方法中的頂板或輪較佳的是使用比底板更細的磨料砂礫，以使得在一單一操作中，實現、或幾乎實現在該晶圓的每個面上所希望的表面光潔度。在一些應用中，仍將要求下游細研磨過程，但可以實質上減少對此類細研磨過程的需要，這係顯著的，因為此類過程係即費時又昂貴的。
如在此描述的具體實施方式利用具有行星式運動學的雙面研磨，使用類似於圖1和圖2的雙面精研機的一研磨機。通常用於精研磨中的磨料漿液用兩個固著磨料板或輪代替，該固著磨料板或輪被安裝在該等上部和下部同軸的研磨板上。該等粘結的磨料板中的磨料顆粒可以包括金剛石、立方氮化硼、碳化矽、氧化鋁、氧化鋯、另一種合適的研磨材料、或它們的任何組合。該等磨料顆粒還可以是具有不同的規則或不規則的形狀(圓形、正方形、六角形，等等)與尺寸。該等磨料顆粒被一起粘結在一樹脂、玻璃質或金屬基體中，以形成用於該微研磨方法的剛性基片或板。
圖3係根據一具體實施方式的雙面精研機300的截面視圖。如以上所描述的先前技術精研磨方法，有待加工 的基片304較佳的是被保持在一載體301中，該載體301被佈置在兩個研磨板302、303之間，在這兩個研磨板302、303上安裝了固著磨料板308、310。使該等研磨板一起將一預定壓力施加在該等基片上，同時使該等板、載體、基片或它們的任何組合旋轉，從而將該等基片的表面平面化、拋光、減薄、或它們的組合。較佳的是，這兩個研磨板各自具有一固著磨料(具有不同尺寸的磨料顆粒)。換句話說，一個研磨板具有一種比另一個研磨板的磨料更粗糙的磨料。如下面更詳細地描述，較粗糙的砂礫磨料板310可以是在下部或底部的研磨板303上，而較細的砂礫磨料板308在上部或頂部的研磨板302上。在不同的實施方式中，該等含有磨料的研磨板能夠以相同的方向或相反的方向進行旋轉。還可以將一個板保持在一固定位置，而將另一個板進行旋轉。以此方式，可以將該基片的一個表面加工成比其相對表面更光滑的一表面，並且這兩個表面的研磨的至少一部分可以同時發生。
圖5係適合於實施在此描述的實施方式的一雙面精研機的照片。
根據具體實施方式，當在有待加工的基片的頂部與底部表面之間希望不同的粗糙度(紋理)時，在此情況下，一個研磨板可以使用一細砂礫磨料產品，而另一個板可以使用一較粗糙的砂礫磨料產品。例如，該頂板可以用一細砂礫磨料產品製成，以便產生一具有非常低粗糙度的表面，從而減少或消除實現最終表面特徵所要求的任何下游拋光過程時間。該底板可以包含一較粗砂礫磨料產品，以產生更典型的 具有精研磨或研磨操作的一表面。所選擇的砂礫尺寸較佳的是由有待加工的面的所希望的粗糙度/紋理以及由有待去除的基片材料的量來決定。
藉由使用具有不同砂礫尺寸的兩種固著磨料板，該較粗糙砂礫磨料可以用於大多數的材料去除，例如如果所希望的是使該基片變薄。由該較粗糙磨料離開的表面將比由該較細砂礫產生的表面更粗糙，但在許多情況下，這係不顯著的亦或實際上所希望的。例如，在藍寶石晶圓的情況下一拋光的上表面對於促進化合物薄半導體膜的生長和設備是有利的，然而一較粗糙的底表面被認為促進熱傳遞。
該較細砂礫磨料板將不去除同樣多的材料，但將產生一更光滑的表面，準備進行任何額外的拋光步驟。顯著地，因為該基片的兩個面可以藉由具有不同砂礫尺寸的該等磨料板同時進行加工，產生所希望的基片的過程比先前技術(要求多個順序的研磨步驟)快得多。
甚至在仍將要求一或多個拋光步驟的更多要求的應用中，順序的分開的粗糙的和細的磨料處理步驟的消除節省了顯著量的時間。每個研磨處理步驟典型地要求15分鐘至30分鐘來完成，並且對於每個研磨步驟經常要求將該等基片移動至一完全不同的研磨機。藉由使用一細磨料研磨頂面同時用一較粗糙磨料處理底面，消除了在該過程中的步驟，要求更少的設備，並且減少了供应成本(由於平滑處理該底面沒有浪費多於所要求的磨料)。
如將由熟習該項技術者認識到的，材料去除速率 和所產生的表面的平滑度很大程度上由在研磨過程中所用的該等磨料的尺寸和形狀確定。在這兩個不同磨料板之間的相對材料去除以及由該研磨過程引起的表面損傷程度還可以藉由變化這兩個不同板或該等載體的速度或旋轉方向來進行調節。例如，該粗糙磨料板的較快旋轉將允許從該晶圓的底面去除所希望的材料，同時完成較細磨料研磨過程。例如，藉由調節該等粗糙的和細的磨料研磨板的相對速度，該粗糙磨料可以用於去除，例如，40微米至50微米的材料，在此同時過程中，該較細磨料研磨板用於去除僅僅15微米的材料。在一些先前技術雙面研磨或精研磨機中，一個板被固定而另一個板旋轉以在該等固定的和旋轉的板之間產生一相對速度。在該等機器中，還可以調節在該等旋轉和非旋轉的板之間的相對速度，以實現對於該等粗糙的和細的板的同樣所希望的材料去除速率。
該粗糙磨料板可以是該下部或底部板並且該較細磨料板可以是該上部板。在這個實施方式中，重力將說明防止來自該粗糙磨料的任何鬆散磨料顆粒或切屑毀壞或損壞用該較細磨料處理的基片表面。如將由熟習該項技術者認識到的，該較細微粒的存在將不會不利地影響在該基片的較粗糙磨料面的表面光潔度。
在具體實施方式中，將一研磨液(冷卻劑)循環以在加工過程中從該等磨料板的表面去除微粒(切屑)。可將該研磨液再循環，並且其結果係，存在可能將磨料微粒和切屑不經意地引入到該基片本體與該較細磨料板之間的可能 性。如果將該研磨液再循環，可以將該研磨液過濾，以便實質性地減少或防止粗糙磨料顆粒或切屑損壞用該較細磨料處理的基片的較光滑的表面。
圖4示意性展示了根據具體實施方式的一過濾系統，該過濾系統可以用於實質性地減少或防止粗糙磨料材料不經意地損壞進一步拋光的基片表面。在圖4的過濾系統中，使用可以延伸穿過該頂部研磨板的一冷卻劑供應管線402遞送清潔冷卻劑。在具體實施方式中，冷卻劑在該整個研磨操作過程中流動。一合適的冷卻劑流動速率將提供充分的潤滑性以實質性地減少或防止該等基片被摩擦積聚損壞並且將沖掉研磨碎片。該冷卻劑將流動(經由重力)向下穿過該底部研磨板並且藉由冷卻劑回流管線404流出該研磨機。該冷卻劑然後可以流入用於再循環的冷卻劑儲槽406中。在該儲槽中的冷卻劑首先可以經受離心過濾407以分離出切屑和研磨碎片，並且然後流過一袋式或筒式過濾器408。該袋式或筒式過濾器408將過濾出大於該細磨料顆粒的任何磨料顆粒，以便實質性地減少或防止粗糙磨料顆粒毀壞或損壞該等基片的較光滑的上表面。該最終過濾的尺寸可以由具體的應用確定。
諸位申請人還注意到，在該上部或下部研磨板上使用不同磨料可能傾向於增加該加工的基片將展現出不可接受的翹曲或彎曲的可能性。所用的該等磨料砂礫，與旋轉速度和方向一起，可以被優化以減少能夠產生在晶圓形狀上的此類變化的在該基片本體內的任何應力差值。
使用上述方法生產的藍寶石基片不僅比使用先 前技術方法生產更快而且成本更低，該等精加工的基片還具有超過由常規加工生產的那些的改進的幾何結構。在具體的方面，根據在此描述的實施方式生產的一高表面積藍寶石基片包括一總體上平面的表面，其具有一a-平面取向、r-平面取向、m-平面取向、或c-平面取向，並且包括受控的維數。如在此使用的，“x-平面取向”表示具有總體上沿晶體的x-平面延伸的主表面的基片，典型地具有根據具體基片規格(如由終端客戶所指定的那些)從x-平面的輕微取向偏離。具體的取向包括r-平面和c-平面取向，並且某些實施方式利用c-平面取向。
如上所指出的，該基片可具有一受控維數。受控維數的一度量係總厚度變化，包括TTV(總厚度變化)或nTTV(標準化的總厚度變化)。
例如，在一實例中，該TTV總體上是大約3.00微米，如不大於約2.85微米、或甚至不大於約2.75微米。該等上述TTV參數與大尺寸晶圓、以及特別是具有受控厚度的大尺寸晶圓相關聯。例如，實施方式可具有不小於約6.5cm的直徑，以及不大於約490微米的厚度。根據某些實施方式，該等上述TTV參數與尤其較大尺寸晶圓相關聯，包括具有的直徑不小於7.5cm、不小於9.0cm、不小於9.5cm、或不小於10.0cm的那些晶圓。晶圓尺寸還可以就表面積而言進行限定，並且該等上述TTV值可以與具有的表面積不小於約40cm2、不小於約70cm2、不小於約80cm2、甚至不小於約115cm2的基片相關聯。另外，可以進一步將該等晶圓的厚度控制 到不大於約500微米、如不大於約490微米的值。
應指出，與晶圓、基片或晶錠尺寸相關使用的術語“直徑”表示在該晶圓、基片或晶錠適合內的最小的圓。因此，就此類部件具有一個平面(flats)或多個平面來說，此類平面不會影響該部件的直徑。
不同的實施方式具有良好受控的nTTV，如不大於約0.037μm/cm2。具體的實施方式具有甚至優異的nTTV，如不大於0.035μm/cm2、甚至不大於0.032μm/cm2。大尺寸基片已尤其實現此類受控nTTV，如具有直徑不小於約9.0cm、甚至不小於約10.0cm的那些大尺寸基片。晶圓尺寸還可以就表面積而言進行限定，並且該等上述nTTV值可以與具有的表面積不小於約90cm2、不小於約100cm2、不小於約115cm2的基片相關聯。
參考該藍寶石基片的總厚度變化值，TTV係該藍寶石基片的最大厚度與最小厚度之間的絕對差值(忽略一邊緣禁區，該邊緣禁區典型地包括圍繞該晶圓圓周從該晶圓邊緣延伸的3.0mm的環)，並且nTTV係該值(TTV)對藍寶石基片的表面積進行標準化後的值。ASTM標準F1530-02中給出了一測量總厚度變化的方法。
通常，該nTTV值，以及在此揭露的所有其他標準化的特徵，可以針對一具有總體上平面的表面和實質上圓形周長的藍寶石基片進行標準化，所述藍寶石基片可以包括一用於識別該基片取向的平面。在一具體實施方式中，該藍寶石基片具有的表面積不小於約25cm2，如不小於約30cm2、 不小於35cm2、或甚至不小於約40cm2。儘管如此，該基片可以具有更大的表面積，以使得該總體上平面的表面具有的表面積不小於約50cm2、或仍不小於約60cm2、或不小於約70cm2。該等藍寶石基片可具有的直徑為大於約5.0cm(2.0英寸)，如不小於約6.0cm(2.5英寸)。然而，該等藍寶石基片通常具有的直徑為7.5cm(3.0英寸)或更大，特別包括10cm(4.0英寸)的晶圓。
進一步參考該藍寶石基片的特徵，在一實施方式中，該藍寶石基片的一總體上平面的表面具有的表面粗糙度Ra不大於約100.0Å，如不大於約75.0Å、或約50.0Å，或甚至不大於約30.0Å。可以實現甚至更優異的表面粗糙度，如不大於約20.0Å，如不大於約10.0Å、或不大於約5.0Å。一藍寶石基片的其他主表面將具有高得多的表面粗糙度，由於該第二表面只經受了粗研磨或精研磨，而不是任何細研磨或拋光。該第二、較粗糙的表面將優先具有表面粗糙度為至少7000Å、至少5000Å、或至少4000Å。
根據上述該等方法加工的藍寶石基片的總體上平面的表面同樣可以具有優異的平整度。一平面的平整度典型地理解為一表面與一最佳擬合參考平面的最大偏差(參見ASTM F 1530-02)。在此方面，標準化的平整度係藉由總體上平面的表面上的表面積標準化的該表面平整度的一度量。在一實施方式中，該總體上平面的表面的標準化平整度(n-平整度)係大於約0.100μm/cm2，如不大於約0.080μm/cm2、或甚至不大於約0.070μm/cm2。儘管如此，該總體上平面的 表面的標準化平整度可以更小，如不大於約0.060μm/cm2、或不大於約0.050μm/cm2。
根據在此提供的方法處理的藍寶石基片可以展現出一減少的翹曲度，該翹曲度表徵為標準化的翹曲度，下文中為n-翹曲度。一基片的翹曲度通常理解為該基片的中央表面與一最佳擬合參考平面的偏差(參見ASTM F 697-92(99))。關於該n-翹曲度的測量，將該翹曲度進行標準化以將該藍寶石基片的表面積計算在內。在一實施方式中，該n-翹曲度係不大於約0.190μm/cm2，如不大於約0.170μm/cm2、或甚至不大於約0.150μm/cm2。
該總體上平面的表面還展現出減少的彎曲度。如典型理解的，一表面的彎曲度係該表面、或該表面的一部分的凹度或變形的絕對值測量，如從獨立於存在的任何厚度變化的基片中心線所測量的。根據在此提供的方法處理的基片的總體上平面的表面展現出減少的標準化彎曲度(n-彎曲度)，該標準化彎曲度係一標準化為將該總體上平面的表面的表面積標準化計算在內的彎曲度量度。這樣，在一實施方式中，該總體上平面的表面的n-彎曲度係不大於約0.100μm/cm2，如不大於約0.080μm/cm2、或甚至不大於約0.070μm/cm2。在另一實施方式中，該基片的n-彎曲度在約0.030μm/cm2和約0.100μm/cm2之間的範圍內，並且特別在約0.040μm/cm2與約0.090μm/cm2之間的範圍內。
許多不同方面和實施方式係可能的。在此描述了那些方面和實施方式中的一些。在閱讀本說明書以後，熟練 的業內人士將瞭解到，那些方面和實施方式僅僅是說明性的，並且不限制本發明的範圍。實施方式可以根據以下所列事項中的任何一項或多項。
項目1.一種機加工一具有第一和第二相對主表面的晶圓的方法，該方法包括使用一第一固著磨料研磨一晶圓的第一主表面；並且使用一第二固著磨料研磨該晶圓的第二主表面，該第二固著磨料具有的砂礫尺寸比該第一固著磨料的砂礫尺寸更粗糙，其中該晶圓的第一和第二主表面的研磨的至少一部分同時發生。
項目2.如項目1所述的方法，其中該晶圓係一藍寶石基片。
項目3.如項目1或2中任一項所述的方法，其中該第一固著磨料具有的平均磨料顆粒尺寸為不大於5微米、不大於20微米、不大於35微米、或不大於75微米。
項目4.如以上項目中任一項所述的方法，其中該第二固著磨料具有的平均磨料顆粒尺寸為至少60微米、至少80微米、至少100微米、或至少200微米。
項目4’.如以上項目中任一項所述的方法，其中，在該上部固著磨料盤中的平均磨料顆粒尺寸與在該下部固著磨料盤中的平均磨料顆粒尺寸之間的差值係至少20微米、至少50微米、或至少100微米。
項目5.如以上項目的任一項所述的方法，其中，研磨一晶圓的第一主表面和研磨該晶圓的第二主表面包括對在一第一磨料板與一第二磨料板之間的晶圓進行研磨，該第 二磨料板具有一種比該第一磨料板更粗糙的磨料，其中該第一磨料板研磨該晶圓的一第一主表面並且該第二磨料板研磨該晶圓的一第二主表面。
項目6.如專案5所述的方法，其中該第二磨料板位於該第一磨料板的下面，以使得該第二磨料板研磨該晶圓的底表面並且該第一磨料板研磨該晶圓的頂表面。
項目7.如項目1至4中任一項所述的方法，其中研磨該晶圓的一第一主表面以及研磨該晶圓的一第二主表面包括將一晶圓放置在第一與第二磨料板之間，以使得該晶圓的頂面與該第一磨料板的研磨表面處於平面接觸(flat contact)並且該晶圓的底面與該第二磨料板的研磨表面處於平面接觸；並且使該等磨料板、該晶圓、或它們的任何組合旋轉以研磨該晶圓的頂面和底面。
項目8.如項目1至4中任一項所述的方法，其中研磨該晶圓的一第一主表面以及研磨該晶圓的一第二主表面包括將至少一個晶圓放入一位於第一與第二磨料板之間的圓形載體中，使得該晶圓的頂面與該第一磨料板的研磨表面處於平面接觸並且該晶圓的底面與該第二磨料板的研磨表面處於平面接觸，旋轉該等磨料板、並且旋轉該載體以使在該等旋轉的磨料板之間的晶圓旋轉。
項目9.如項目8所述的方法，其中將多個晶圓放入該圓形載體中。
項目10.如項目8或9中任一項所述的方法，其中旋轉該載體包括引起該載體圍繞它自己的軸線並且圍繞該 等磨料板的中央軸線進行旋轉。
項目11.如申請專利範圍5至10中任一項所述的方法進一步包括當研磨時，將一預定壓力施加到具有該等磨料板的研磨表面的該晶圓的頂表面和底表面。
項目12.如項目5至11中任一項所述的方法，其中該相對的材料去除和由研磨引起的任何亞表面損壞的程度可以藉由改變該晶圓相對於至少一個磨料板的旋轉速度或方向來進行調節。
項目13.如項目5至12中任一項所述的方法，其中該第二磨料板去除40微米至50微米的材料，在此同時過程中該第一磨料板去除10微米至15微米的材料。
項目14.如項目5至13中任一項所述的方法，進一步包括施用一研磨液以便冷卻該等研磨表面並且以便去除鬆散的研磨材料或切屑。
項目15.如項目14所述的方法，進一步包括在該研磨液已用於冷卻該等研磨表面以及用於去除鬆散的研磨材料或切屑後，將它進行再循環，並且在將該已使用的研磨液重新引入之前，將它過濾以防止在研磨過程中在該再循環的研磨液中的鬆散的粗糙磨料顆粒損壞該晶圓的表面。
項目16.如以上項目中任一項所述的方法，其中在該研磨過程中，用該第二固著磨料研磨該晶圓去除了30微米至50微米的材料。
項目17.如以上項目中任一項所述的方法，其中在該研磨過程中，用該第一固著磨料研磨該晶圓去除了10微 米至15微米的材料。
項目18.如以上項目中任一項所述的方法，其中，當完成該研磨過程時，該晶圓由該第二固著磨料研磨的面上的表面粗糙度將是至少4000Å、至少5000Å、或至少7000Å。
項目19.如以上項目中任一項所述的方法，其中，當完成該研磨過程時，該晶圓由該第一固著磨料研磨的面上的表面粗糙度將是不大於1000Å、不大於500Å、或不大於100Å。
項目20.如以上項目中任一項所述的方法，其中該晶圓包括一單晶基片。
項目21.如以上項目中任一項所述的方法，其中該晶圓包括一多晶材料。
項目22.如以上項目中任一項所述的方法，其中該晶圓包括藍寶石、碳化矽或氮化鎵。
項目23.如以上項目中任一項所述的方法，其中該晶圓包括玻璃、陶瓷、或金屬化合物。
項目24.一種用於平基片的雙面研磨的裝置，該裝置包括：一上部和一下部研磨板，這兩個研磨板係同軸地安裝的，以使得可以將一基片佈置在這兩個研磨板之間並且這兩個研磨板藉由一研磨板驅動機構圍繞它們的同軸中央軸線是可旋轉的；一佈置在這兩個研磨板之間的基片載體，該載體包括一 載體驅動機構，該載體驅動機構用於使該載體圍繞它自己的中央軸線並且圍繞該上部和下部研磨板的同軸中央軸線進行旋轉；一安裝到該上部研磨板的內表面上的上部固著磨料盤以及一安裝到該下部研磨板的內表面上的下部固著磨料盤，其中該下部固著磨料盤具有一種比該上部固著磨料盤更粗糙的磨料砂礫，以使得一基片的雙面基片研磨將以不同速率將材料從相對的基片表面去除，並且以使得雙面基片研磨將產生具有不同表面粗糙度的相對基片表面。
項目25.如申請專利範圍24所述的裝置，其中該基片包括一單晶基片。
項目26.如申請專利範圍24所述的裝置，其中該基片包括一多晶材料。
項目27.如申請專利範圍24所述的裝置，其中該基片包括藍寶石、碳化矽或氮化鎵。
項目28.如專案24所述的裝置，其中該基片包括玻璃、陶瓷、或金屬化合物。
項目29.如專案24至28中的任一項，其中該上部固著磨料盤、該下部固著磨料盤、或兩者包括磨料顆粒。
項目30.如專案29所述的裝置，其中該等磨料顆粒包括多晶材料或陶瓷材料。
項目31.如專案29所述的裝置，其中該等磨料顆粒包括氧化鋁、二氧化矽、碳化矽、氧化鋯-氧化鋁、或它們的任何組合。
項目32.如專案29所述的裝置，其中該等磨料顆粒包括金剛石、立方氮化硼、或它們的任何組合。
項目33.如項目29至32中任一項所述的裝置，其中，在該上部固著磨料盤中的平均磨料顆粒尺寸與在該下部固著磨料盤中的平均磨料顆粒尺寸之間的差值係至少20微米、至少50微米、或至少100微米。
項目34.如項目29至33中任一項所述的裝置，其中該等磨料顆粒在形狀上是不規則的。
項目35.如項目29至34中任一項所述的裝置，其中該等磨料顆粒在形狀上是圓形、正方形、或六角形的。
項目36.如項目29至35中任一項所述的裝置，其中該上部固著磨料盤、該下部固著磨料盤、或兩者包括一粘結的固著磨料。
項目37.如專案36所述的裝置，其中該粘結的固著磨料包括固定在一基體中的磨料顆粒。
項目38.如專案37所述的裝置，其中該基體包括一金屬或金屬合金。
項目39.如專案37所述的裝置，其中該基體包括鐵、鋁、鈦、青銅、鎳、銀。
項目40.如專案36所述的裝置，其中該粘結的固著磨料包括固定在一樹脂、玻璃質、或金屬基體中的磨料顆粒。
項目41.如專案36所述的裝置，其中該粘結的固著磨料包括一起粘結在一樹脂、玻璃質、或金屬基體中的磨 料顆粒以形成該磨料盤。
項目42.一種機加工藍寶石基片的方法包括使用一第一固著磨料研磨一藍寶石基片(具有的直徑不下於)的第一表面；並且使用一第二固著磨料研磨該藍寶石基片的第二表面，該第二固著磨料具有的砂礫尺寸不同於該第一固著磨料的砂礫尺寸，其中該藍寶石基片的第一和第二面的研磨的至少一部分同時發生。
項目43.一種機加工具有第一和第二相對主表面的晶圓的方法，該方法包括使用一第一固著磨料研磨一晶圓的第一主表面；並且使用一第二固著磨料研磨該晶圓的第二主表面，該第二固著磨料具有的砂礫尺寸比該第一固著磨料的砂礫尺寸更粗糙，其中該晶圓的第一和第二主表面的研磨的至少一部分同時發生。
項目44.一種同時雙面加工平基片的方法，該方法包括：將一平基片放置在一第一磨料板與一第二磨料板之間，該第一和第二磨料板係同軸的並且各自具有一研磨表面，該第二磨料板的研磨表面包括的磨料顆粒具有比在該第一磨料板的研磨表面上的磨料顆粒更粗糙的砂礫尺寸；使該第一磨料板的研磨表面與該基片的頂表面處於平面接觸並且該第二磨料板的研磨表面與該基片的底面處於平面接觸；並且使該第一磨料板、該第二磨料板、該基片、或它們的任何組合旋轉以研磨該基片的頂面和底面，該第二磨料板的較 粗糙砂礫尺寸造成更大的材料去除速率並且導致與該基片的頂面相比在該基片的底面上一更粗糙的表面。
項目45.一種藉由具有行星式運動學的雙面研磨從晶圓去除材料的方法，該方法包括：將該基片夾入在一第一與一第二粘結的固著磨料板之間，所述第一和第二磨料板各自具有一面向內的研磨表面，該第一磨料板的研磨表面具有比該第二磨料板更細的砂礫，並且該第二磨料板具有比該第一磨料板更粗糙的砂礫；使該第一和第二磨料板、該晶圓、或它們的任何組合旋轉以從該晶圓的頂表面和底表面兩者同時去除材料，該第二磨料板的較粗糙砂礫引起比該第一磨料板更高的材料去除速率並且該第一磨料板的較細砂礫導致一比該第二磨料板更平滑的晶圓表面。
項目46.如專案42、43或45中任一項所述的方法，其中該第一固著磨料具有的平均磨料顆粒尺寸為不大於5微米、不大於20微米、不大於35微米、或不大於75微米。
項目47.如項目42、43、45、和46中任一項所述的方法，其中該第二固著磨料具有的平均磨料顆粒尺寸為至少60微米、至少80微米、至少100微米、或至少200微米。
項目48.如以上項目的任一項，其中研磨一晶圓或藍寶石基片的第一和第二表面包括研磨在一第一磨料板與一第二磨料板之間的藍寶石基片，該第二磨料板具有一比該第一磨料板更粗糙的磨料。
項目49.如以上項目的任一項，其中，研磨一晶 圓或藍寶石基片的第一和第二表面包括研磨在一第一磨料板與一第二磨料板之間的藍寶石基片，該第二磨料板具有一種比該第一磨料板更粗糙的磨料，並且該第二磨料板位於該第一磨料板下面以使得該第二磨料板研磨該晶圓或藍寶石基片的底表面，並且該第一磨料板研磨該晶圓或藍寶石基片的頂表面。
項目50.如以上項目的任一項，其中研磨一晶圓或藍寶石基片的第一和第二表面包括：將一藍寶石晶圓放置在該第一與第二磨料板之間，以使得該藍寶石晶圓的頂面與該第一磨料板的研磨表面處於平面接觸並且該藍寶石晶圓的底面與該第二磨料板的研磨表面處於平面接觸；並且使該等磨料板、該藍寶石晶圓、或它們的任何組合旋轉以研磨該藍寶石晶圓的頂面和底面。
項目52.如以上項目的任一項，其中將多個晶圓或藍寶石基片裝載入一圓形載體中，該圓形載體位於該第一磨料板與該第二磨料板之間。
項目52.如以上項目的任一項，其中研磨一晶圓或藍寶石基片的第一和第二表面包括將至少一個藍寶石晶圓放入一位於該第一與第二磨料板之間的圓形載體中；使得該藍寶石晶圓的頂面與該第一磨料板的研磨表面處於平面接觸並且該藍寶石基片的底面與該第二磨料板的研磨表面處於平面接觸；使該等磨料板旋轉；並且使該載體旋轉以使在該等旋轉的磨料板之間的藍寶石晶圓旋轉。
項目53.如以上項目的任一項，其中將該等有待加工的基片保持在一載體中，該載體被佈置在這兩個磨料板的研磨表面之間，並且，其中研磨一晶圓或藍寶石基片的第一和第二表面包括引起該載體圍繞它自己的軸線並且圍繞該等磨料板的中央軸線進行旋轉。
項目54.如以上項目的任一項，進一步包括將一預定的向內壓力施加到具有該等磨料板的研磨表面的該晶圓或藍寶石基片的頂表面和底表面，同時使該載體、磨料板、或它們的任何組合旋轉。
項目55.如以上項目的任一項，其中在這兩個不同研磨板之間的相對材料去除以及由該研磨過程引起的表面損傷程度還可以藉由變化這兩個不同板或該等載體的速度或旋轉方向來進行調節。
項目56.如以上項目的任一項，其中該第二磨料板去除40微米至50微米的材料，在此同時過程中該第一磨料板去除10微米至15微米的材料。
項目57.如以上項目的任一項，進一步包括將一研磨液施用到該第一和第二磨料板的研磨表面以便冷卻該等研磨表面並且以便去除鬆散的研磨材料或切屑。
項目58.專案57，進一步包括在該研磨液用於冷卻該等研磨表面以及用於去除鬆散的磨料材料或切屑後，將它進行再循環，並且在將該已使用的研磨液重新引入到該第一磨料板之前，將它過濾以防止來自第二磨料板的粗糙磨料顆粒損壞該晶圓或藍寶石基片的表面，該晶圓或藍寶石基片 的表面藉由該第一磨料板被研磨至一更光滑的光潔度。
項目59.一種用於平基片的雙面研磨的裝置，該裝置包括：一上部和一下部研磨板，這兩個研磨板係同軸地安裝的，以使得可以將一基片安裝在這兩個研磨板之間並且這兩個研磨板藉由一驅動機構是可旋轉的；一用於保持佈置在這兩個研磨板之間的基片的載體，該載體包括一驅動機構，該驅動機構用於使該載體圍繞它自己的中央軸線並且圍繞該等研磨板的同軸中央軸線進行旋轉；安裝到該上部研磨板的內表面上的一上部固著磨料板以及安裝到該下部研磨板的內表面上的一下部固著磨料板，其中該下部固著磨料板具有比該上部固著磨料板更粗糙的磨料砂礫，以使得一基片的雙面基片研磨將以不同速率將材料從該等相對的基片表面去除，並且以使得雙面基片研磨將產生具有不同表面粗糙度的相對基片表面。
項目60.如以上項目的任一項，其中該基片包括一單晶基片。
項目61.如以上項目的任一項，其中該基片包括一多晶材料。
項目62.如以上項目的任一項，其中該基片包括藍寶石、碳化矽或氮化鎵。
項目63.如以上項目的任一項，其中該基片包括玻璃、陶瓷、或金屬化合物。
項目64.如以上項目的任一項，其中該第一和第 二磨料包括磨料顆粒。
項目65.項目64，其中該等磨料顆粒包括多晶材料或陶瓷材料。
項目66.項目64，其中該等磨料顆粒包括氧化鋁、二氧化矽、碳化矽、氧化鋯-氧化鋁、或它們的任何組合。
項目67.項目64，其中該等磨料顆粒包括金剛石、立方氮化硼、或它們的任何組合。
項目68.專案64，其中在該第一磨料中的平均磨料顆粒尺寸與在該該第二磨料中的平均磨料顆粒尺寸之間的差值係至少20微米、至少50微米、或至少100微米。
項目69.項目64，其中該等磨料顆粒在形狀上是不規則的。
項目70.項目64，其中該等磨料顆粒係圓形、正方形、或六角形的。
項目71.如以上項目的任一項，其中該第一和第二磨料的至少一種包括一塗覆的固著磨料。
項目72.如以上項目的任一項，其中該第一和第二磨料包括粘結的磨料顆粒。
項目73.項目72，其中該等粘結的固著磨料包括固定在一基體中的磨料顆粒。
項目74.項目72，其中該等粘結的固著磨料包括固定在一樹脂、玻璃質、或金屬基體中的磨料顆粒。
項目75.項目72，其中該等粘結的固著磨料包括被一起粘結在一樹脂、玻璃質或金屬基體中的磨料顆粒，以 形成用於該微研磨方法的一剛性磨料板。
項目76.如以上項目的任一項，其中該第一和第二磨料包括粘結的固著磨料，該等粘結的固著磨料包括固定在一基體中的磨料顆粒。
項目77.項目73，其中該基體包括一金屬或金屬合金。
項目78.項目73，其中該基體包括鐵、鋁、鈦、青銅、鎳、銀、或它們的任何組合。
項目79.如以上項目的任一項，其中在該研磨過程中，藉由該第二磨料板的粗研磨去除了30微米至50微米的材料。
項目80.如以上項目的任一項，其中在該研磨過程中，藉由該第一磨料板的細研磨去除了10微米至15微米的材料。
項目81.如以上項目的任一項，其中當完成該研磨過程時，該晶圓或藍寶石基片的粗糙磨料面上的表面粗糙度將是至少4000Å、至少5000Å、或至少7000Å。
項目82.如以上項目的任一項，其中當完成該研磨過程時，該細磨料面上的表面粗糙度將是不大於1000Å、不大於500Å、或不大於100Å。
項目83.一個精加工的藍寶石基片，具有一具有不大於1000Å的表面粗糙度的第一面以及一具有至少4000Å的表面粗糙度的第二面。
項目84.使用以上項目的任一項的方法製備的一 精加工藍寶石基片。
作為舉例，藉由施用以下所述的加工參數，根據實施方式對具有直徑為4英寸的C-平面藍寶石晶圓進行加工。
如上所述，從加工一已切割或切片晶錠或鑄錠開始。該晶錠典型地用一線鋸切技術進行切片。該線鋸切過程可以持續幾個小時，通常在約4小時至8小時之間的範圍內。應瞭解，該線鋸切過程的持續時間係至少部分地取決於正在被切片的晶錠的直徑並且因此可以持續8小時以上。
線上鋸切後，該等晶圓具有的平均厚度為約1.0mm或更小。通常，該等晶圓具有的平均表面粗糙度(Ra)為小於約1.0微米，平均總厚度變化為約30微米，以及平均彎曲度為約30微米。
線上鋸切該晶錠以產生晶圓後，該等晶圓經受根據如在此描述的實施方式的一研磨處理。該等晶圓可以被裝載到一雙面微研磨機如一彼特沃爾特斯公司(Peter Wolters)的AC 1000或一PR霍夫曼公司(PR Hoffman)的RC 5400中。該底部研磨板可以使用具有在約80微米至200微米範圍內的平均砂礫尺寸的一粗糙玻璃化研磨輪。該粗研磨板將以大約60rpm至500rpm進行旋轉。
該頂部研磨板較佳的是使用具有在約10微米至80微米範圍內的平均砂礫尺寸的一較細的玻璃化研磨輪。該細研磨板較佳的是將以比該粗糙板更慢的速度進行旋轉，以使得基片材料將較佳的是從該等基片的底表面被去除。
任何典型的合成研磨液可以用作該冷卻劑/研磨 液。
在一具體實施方式中，以上該等加工參數應該導致對於該粗糙磨料板大約5μm/min至10μm/min的材料去除速率(MPR)以及對於該細磨料板1μm/min至5μm/min的MPR。在研磨完成後，該等藍寶石基片將較佳的是大約1mm厚。該細磨料面上的表面粗糙度將是大約0.1μm(1000Å)，但可以是低至500Å。該粗磨料面上的表面粗糙度將是大約4000Å，但可以是高至7000Å或對於一些應用更大。
一旦該研磨步驟完成，可以使用常規的拋光方法在該細磨料面進一步拋光該等藍寶石基片以使得該表面粗糙度降至10Å至400Å的鏡面光潔度。
儘管之前討論的多數是針對藍寶石晶圓，在此描述的實施方式可以應用於任何基片生產過程，該基片生產過程利用一粗精研磨或微研磨，接著是一第二較細拋光步驟以改進表面光潔度或減少只在該基片的單面需要的表面損壞。例如，本發明的實施方式可以應用於取向單晶體的精加工(生產)，該等單晶體包括藍寶石和碳化矽、其他多晶材料、陶瓷類、玻璃類、金屬類、塑膠類，等等。此外，本發明的實施方式可以應用於目前在一研磨操作或固著磨料操作中加工的任何基片或零件以生產一所希望的幾何體和表面光潔度，該研磨操作或固著磨料操作被稱為“微研磨”、“具有精研磨運動學的研磨”、“具有行星式運動學的研磨”或“固著磨料精研磨”。
如在此使用的，在此同義地使用術語“晶圓”和“基 片”以指正在形成的或處理的切成片的藍寶石材料，該藍寶石材料用作一用於半導體層在其上外延生長的基片，如用於形成一光電裝置。時常地，將未精加工的藍寶片稱為晶圓以及將經過精加工的藍寶石片稱為基片是常見的，然而如在此使用的，該等術語不一定意味著這種區別。
在此描述的本發明具有廣泛的適用性，並且可以提供如上所述和上面的實例中示出的許多益處。該等實施方式將依據具體應用有很大的改變，並且不是每一個實施方式將提供所有的益處並且滿足所有由本發明所能達到的目標。應注意，不是所有的以上在整個說明或實例中描述的活動都是必需的，一特定活動的一部分可以不是必需的，並且除了描述的那些之外還可以進行一或多種另外的活動。仍進一步地，將該等活動列出的順序並不必須是進行它們的順序。
在以上的說明書中，已經關於多個具體的實施方式對多個概念進行了說明。然而，熟習該項技術者應理解，在不脫離如在以下的申請專利範圍中所提出的本發明範圍的情況下，能夠做出不同的修改和變化。因此，應該在一說明性的而非一限制性的意義上看待本說明書和附圖，並且所有此類修改均旨在包括於本發明的範圍之內。在閱讀該說明書後，熟習該項技術者將理解，某些特徵，為了清楚起見，在此描述在單獨的實施方式的上下文中，也可以在單個實施方式中組合提供。與此相反，為簡潔起見，在單個實施方式的上下文中描述的不同特徵也可以分開地或以任何子組合的方式提供。另外，對規定範圍值的引用包括該範圍內的每一個 值。
如在此所使用，術語“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(has)”、“具有(having)”，或它們的任何其他變化，旨在涵蓋非專屬的內含物。例如，包括一列特徵的一種工藝、方法、物品或器具不一定僅限於那些特徵，而是可以包括對於這種工藝、方法、物品或器具沒有明確列出或固有的其他特徵。此外，除明確規定相反的情形外，“或”係指包容性的-或，不是排他性的-或。例如，條件A或B符合以下任何一項：A係真(或存在)並且B係假(或不存在)，A係假(或不存在)並且B係真(或存在)，以及A和B兩者都是真(或存在)。另外，使用“一/一個/一種(a/an)”來描述在此所描述的元件及部件。這樣做僅僅是為了方便並且給出本發明範圍的一概括性意義。這種說明應該被解讀為包括一個(種)或至少一個(種)，並且單數還包括複數，除非它明顯另有所指。
在以上已經相對於具體實施方式描述了益處、其他優點、以及問題解決方案。但是，該等益處、優點、問題解決方案以及可以導致任何益處、優點或解決方案出現或變得更顯著的任何一或多種特徵不應被解釋為任何或所有申請專利範圍的關鍵性的、必需的或必要的特徵。
儘管已經詳細地說明了本發明及其優點，但是應當理解，在不背離所附申請專利範圍限定的本發明的精神和範圍的情況下可以在此說明的實施方案中做出不同的變更、 替換、以及改變。此外，本發明的範圍不是旨在限制本說明書中描述的過程、機器、製造、物質組成、手段、方法以及步驟的具體實施方式。如熟習該項技術者從本發明的揭露內容中很容易認識的，根據本發明可以使用與在此說明的相應的實施方式進行基本上相同的功能或者基本上實現相同的結果的現在存在的或者以後有待發展的過程、機器、製造、物質組成、手段、方法或步驟。因此，所附申請專利範圍旨在於其範圍之內包括此類過程、機器、製造、物質構成、手段、方法、或步驟。
300‧‧‧雙面精研機
301‧‧‧載體
302、303‧‧‧研磨板
304‧‧‧基片
308、310‧‧‧磨料板

Claims (10)

  1. 一種用於加工具有第一和第二相對的主表面的晶圓之方法，該方法包括：使用一第一固著磨料研磨一晶圓的第一主表面；並且使用一第二固著磨料研磨該晶圓的第二主表面，該第二固著磨料具有的砂礫尺寸比該第一固著磨料的砂礫尺寸更粗糙，其中該晶圓的第一和第二主表面的研磨的至少一部分同時發生。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該晶圓係一藍寶石基片。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，在該上部固著磨料盤的平均磨料顆粒尺寸與在該下部固著磨料盤的平均磨料顆粒尺寸之間的差值係至少20微米、至少50微米、或至少100微米。
  4. 如前述申請專利範圍任一項所述之方法，其中，研磨一晶圓的第一主表面以及研磨該晶圓的第二主表面包括對在一第一磨料板與一第二磨料板之間的晶圓進行研磨，該第二磨料板具有一種比該第一磨料板更粗糙的磨料，其中該第一磨料板研磨該晶圓的第一主表面並且該第二磨料板研磨該晶圓的第二主表面。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之方法，其中，研磨該晶圓的一第一主表面以及一第二主表面包括：將一晶圓放置在第一與第二磨料板之間，以使得該晶圓的頂面與該第一磨料板的研磨表面處於平面接觸並且該晶圓的底面與該第二磨料板的研磨表面處於平面接觸；並且使該等磨料板、該晶圓、或它們的任何組合旋轉，以便研磨該晶圓的頂面和底面。
  6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之方法，其中，研磨該晶圓的一第一主表面和一第二主表面包括：將至少一個晶圓放入一位於第一與第二磨料板之間的圓形載體中；使該晶圓的頂面與該第一磨料板的研磨表面呈平面接觸並且該晶圓的底面與該第二磨料板的研磨表面呈平面接觸；使該等磨料板旋轉；並且使該載體旋轉以使在該等旋轉的磨料板之間的晶圓旋轉。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之方法，進一步包括施用一研磨液以便冷卻該等研磨表面並且以便去除鬆散的研磨材料或切屑。
  8. 一種用於平基片的雙面研磨之裝置，該裝置包括：一上部和一下部研磨板，這兩個研磨板係同軸地安裝的，以使得可以將一基片佈置在這兩個研磨板之間並且這兩個研磨板藉由一研磨板驅動機構圍繞它們的同軸中央軸線是可旋轉的；一佈置在這兩個研磨板之間的基片載體，該載體包括一載體驅動機構，該載體驅動機構用於使該載體圍繞它自己的中央軸線並且圍繞該上部和下部研磨板的同軸中央軸線進行旋轉；以及一安裝到該上部研磨板的內表面上的上部固著磨盤以及一安裝到該下部研磨板的內表面上的下部固著磨料盤，其中該下部固著磨料盤具有一種比該上部固著磨盤更粗糙的磨料砂礫，以使得一基片的雙面基片研磨以不同速率將材料從該等相對的基片表面去除，並且以使得雙面基片研磨產生具有不同表面粗糙度的相對的基片表面。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之裝置，其中，該上部固著磨料盤中的平均磨料顆粒尺寸與該下部固著磨料盤中的平均磨料顆粒尺寸之間的差值係至少20微米、至少50微米、或至少100微米。
  10. 如申請專利範圍第8或9項所述之裝置，其中，該上部固著磨料盤、該下部固著磨料盤、或兩者包括一粘結的固著磨料。
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