[发明专利]精密加工设备和精密加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种当磨削例如硅片或磁盘基片等需要精确的几何精度和平整度的待磨削体(下文中也称作“磨削目标体”)时所使用的精密加工设备和精密加工方法。更具体地，本发明涉及一种精密加工设备和精密加工方法，其能够在从粗磨到精磨的所有磨削阶段，在控制位姿控制装置的位姿和控制形成精密加工设备的移动部分的移动量时，通过执行反馈控制精确地控制待磨削体的厚度和平整度。

背景技术

近来，对体积更小、能耗更少的新一代功率器件的需求日益增加。电子设备中使用的高精度、多层半导体就是这样的例子。为了满足这种需求，可以研发各种加工方法，例如用于制造极薄的以硅片为代表的半导体晶片的在加工表面上或加工表面内没有位错和晶格畸变的加工方法，以及表面粗糙度(Ra)为次纳米到纳米级、加工表面的平整度为次微米到微米级或更少的加工方法。

着眼于汽车工业，作为汽车的功率器件的IGBT(绝缘栅双极晶体管)是逆变器系统的主要部分。将来，随着这些逆变器的性能提高和其尺寸减小，预计混合动力车辆的生产将日益增加。因此，形成这些IGBT的硅片必需极薄，厚度约为50至150μm并且优选为90至120μm，并且开关损耗、不变损耗和热损耗均需减小。此外，通过使其具有完美的表面，即在直径约为200至400mm的圆硅片的加工表面上或加工表面内侧附近没有位错、晶格畸变或其它此类缺陷，并且通过使其表面粗糙度(Ra)为次纳米到纳米级、以及使其平整度为次微米到微米级，半导体的电极形成工艺的成品率和半导体的多层化将提高。

通常，前述半导体的加工目前需要多道工序，例如使用金刚石砂轮粗磨、研磨、蚀刻以及使用游离磨粒进行湿式CMP(湿式化学机械抛光)。在这种传统的加工方法中，在加工表面内可能出现氧化层、位错以及晶格畸变，使得极难获得完美的表面。而且，由于在加工期间或电极形成之后发生的晶片破坏，使得晶片的平整度也很差，因而成品率降低。此外，使用传统的加工方法，随着晶片的直径从200mm增加到300mm、400mm，也难以使晶片变得极薄。因此，目前进行的研究是使直径为200mm的晶片的厚度达到100μm的水平。

鉴于传统技术具有前述问题，发明人在日本专利申请公报No.2000-141207中披露了关于精密平面加工机械的发明，该机械能够仅使用精密金刚石砂轮连贯有效地执行从粗磨到包括最终延性模式工序的超精表面加工的所有工序。

在应用于金刚石砂轮的磨削工序中，有三个主要运动很重要：砂轮的转动、支撑砂轮的主轴的前移或进给以及待加工体的定位。精确地控制这些运动使得精密加工成为可能。但是，为了连贯地利用同一设备执行从粗加工到超精加工的所有工序，上述主要运动中的特别是主轴的前移或进给必须在宽的范围内以极高的精度进行控制。在传统磨削工序中为了控制主轴，广泛使用例如应用伺服马达的方法。但是，这种方法不能以足够的精度提供从低压范围到高压范围的控制。特别地，在执行超精密加工的低压区域中这种方法不能产生足够的加工。因此发明人在日本专利申请公报No.2000-141207中披露了一种精密加工机械，其通过将伺服马达与超磁致伸缩致动器结合来执行压力控制。伺服马达和压电致动器在10gf/cm²或更高的压力范围内使用，而超磁致伸缩致动器在10gf/cm²到0.01gf/cm²的压力范围内使用。因此，能够用单个设备连贯地执行从粗加工到超精密加工的所有工序。而且，磨削砂轮是粒度数细于3000的金刚石杯形砂轮。

在半导体的晶片表面磨削工序过程中进行检查以确保不仅当产品加工完成后、而且在磨削阶段中晶片具有所需的厚度并且晶片表面具有所需的平整度很重要。即使磨削设备由高性能致动器控制，如上所述，检查磨削表面的实际平整度等并且将结果反馈到下一磨削工序，也能够获得更好的加工精度。日本专利申请公报No.JP-A-8-174417披露了关于磨削方法的发明，其根据磨削前后盘形样件的厚度差计算磨削量，并且保持磨削量在允许范围内，但是当所计算的磨削量偏离容许值时改变磨削条件或更换磨片等。