[发明专利]精密加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于加工物品的精密加工方法，所述物品包括硅晶片和磁盘衬底并且要求高的尺寸精度和平的最终表面，更具体而言，本发明涉及一种例如通过对磨轮的旋转器进行切换控制来以高精度实现有效磨削的精密加工方法，所述切换控制是通过响应于磨削步骤的步进进给控制或者步进压力控制来进行的。

背景技术

近年来，越来越多地需求具有低能耗且小型化的下一代功率器件。例如，电子半导体需要多层和更高的密度。为了实现这些需求，考虑以下的方案：以Si晶片为代表的半导体晶片的厚度极大地减小；开发了用于使加工表面上或者加工表面内部没有位错或晶格畸变的加工方法；并且开发了使工件表面上的表面粗糙度(Ra)从亚nm(亚纳米)到nm(纳米)且平面度从亚μm(亚微米)到μm(微米)或更小的加工方法。

在汽车工业中，作为汽车中的功率器件的IGBT(绝缘栅双极晶体管)是逆变器系统的主要系统。将来，预期这些逆变器的更高的性能和小型化将进一步增强混合动力车辆的销量。由此，需要将构成IGBT的Si晶片的厚度减小到50μm至150μm，更期望的是减小到90μm至120μm，以减小开关损耗、稳态损耗和热损耗。此外，在直径大约为200mm至400mm的圆形Si晶片的加工表面上或者在靠近加工表面的内部形成没有位错或者晶格畸变的完美表面，表面粗糙度(Ra)被设定在亚纳米到纳米，并且平面度被设定在亚微米至微米，使得半导体的电极形成过程的生产率提高并且半导体的层数增加。

一般来说，在目前的情况等下(例如专利文献1)，半导体的加工过程需要大量的步骤。这些步骤包括：用金刚石磨轮进行粗磨、研磨(精研，lapping)、蚀刻和抛光(不使用抛光粉的湿式CMP(化学机械抛光))。在这种传统的加工方法中，加工表面上产生氧化层、位错和晶格畸变。因而，很难获得完美表面。此外，晶片的平面度较低并且由于加工过程中或者形成电极后在晶片上发生的破裂降低了生产率。此外，在传统的加工方法中，很难在晶片直径增加到200mm、300mm和400mm时减小晶片厚度。因而，在目前的情况下，已经进行研究，以将直径为200mm的晶片的厚度减小到100μm。

考虑到传统技术的问题，本发明人已经公开了与精密表面加工机械相关的发明，其能够仅用精密金刚石磨轮来有效地进行从粗加工到超精表面加工(包括最终的延性模式加工)的过程(专利文献2)。

在使用这样的金刚石磨轮的磨削中，三个主动作是很重要的，包括：磨轮的旋转、用于支承磨轮的主轴的进给以及工件的定位。对这些动作的精密控制使得能够进行精密加工。具体而言，为了仅用单个装置一致地进行从粗加工到超精加工的过程，需要在很大范围上控制主动作中的主轴的进给。在传统的磨削中，主轴例如通常通过使用伺服电动机的方法来控制。特别是在进行超精加工的低压区域上进行加工的情况下，这样的方法不能以高精度充分控制从低压区域到高压区域的区域。

因而，在专利文献2中，本发明人已经公开了用于用伺服电动机和超磁致伸缩致动器的组合来控制压力的精密加工工具。在10gf/cm²或更大的压力范围下，通过伺服电动机和压电致动器来控制压力。在10gf/cm²至0.01gf/cm²的压力范围下，通过超磁致伸缩致动器来控制压力，使得可以通过单个装置来一致地进行粗加工至超精加工。此外，将磨粒尺寸小于#3000的金刚石杯形磨轮用作用于磨削的磨轮。

此外，本发明人已经对CMP的问题进行研究并发现可以通过使用合成磨轮来有效地解决该问题，其中合成磨轮包含能够与精细磨粒和工件起反应的化合物。这些化合物由特定的粘合剂固定。本发明人已经将与合成磨轮相关的发明公开在专利文献3中。使用合成磨轮的磨削被称作化学机械磨削(CMG)。

专利文献1：日本专利公报(特开)No.2003-251555

专利文献2：日本专利公报(特开)No.2000-141207

专利文献3：日本专利公报(特开)No.2002-355763

发明内容

根据专利文献2的精密加工工具，可以通过单个装置来一致地进行粗加工到超精加工。但是，仅使用金刚石磨轮的磨削不能将最终的加工表面形成为没有缺陷、没有位错或者没有晶格畸变的完美表面。

考虑到该问题设计了本发明。本发明的目的是提供一种精密加工方法，其通过将基于磨轮或待磨削工件的移动量的控制与基于压力(恒定压力)的控制进行结合，并根据加工步骤选择性地使用金刚石磨轮和CMG磨轮，能够以非常高的精度实现有效的磨削。