[發明專利]精密加工方法

有效

• 申請號: 200680010445.1
• 申請日: 2006-04-04
• 公開（公告）號: CN101151123A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發明（設計）人: 神谷純生;巖瀨久雄;永池哲也;江田弘;周立波
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: B24B7/22
• 分類號: B24B7/22;B24B7/20;B24B7/04
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所
• 代理人: 馬江立;柴智敏

技術領域

本發明涉及一種用于加工物品的精密加工方法，所述物品包括硅晶片和磁盤襯底并且要求高的尺寸精度和平的最終表面，更具體而言，本發明涉及一種例如通過對磨輪的旋轉器進行切換控制來以高精度實現有效磨削的精密加工方法，所述切換控制是通過響應于磨削步驟的步進進給控制或者步進壓力控制來進行的。

背景技術

近年來，越來越多地需求具有低能耗且小型化的下一代功率器件。例如，電子半導體需要多層和更高的密度。為了實現這些需求，考慮以下的方案：以Si晶片為代表的半導體晶片的厚度極大地減小；開發了用于使加工表面上或者加工表面內部沒有位錯或晶格畸變的加工方法；并且開發了使工件表面上的表面粗糙度(Ra)從亞nm(亞納米)到nm(納米)且平面度從亞μm(亞微米)到μm(微米)或更小的加工方法。

在汽車工業中，作為汽車中的功率器件的IGBT(絕緣柵雙極晶體管)是逆變器系統的主要系統。將來，預期這些逆變器的更高的性能和小型化將進一步增強混合動力車輛的銷量。由此，需要將構成IGBT的Si晶片的厚度減小到50μm至150μm，更期望的是減小到90μm至120μm，以減小開關損耗、穩態損耗和熱損耗。此外，在直徑大約為200mm至400mm的圓形Si晶片的加工表面上或者在靠近加工表面的內部形成沒有位錯或者晶格畸變的完美表面，表面粗糙度(Ra)被設定在亞納米到納米，并且平面度被設定在亞微米至微米，使得半導體的電極形成過程的生產率提高并且半導體的層數增加。

一般來說，在目前的情況等下(例如專利文獻1)，半導體的加工過程需要大量的步驟。這些步驟包括：用金剛石磨輪進行粗磨、研磨(精研，lapping)、蝕刻和拋光(不使用拋光粉的濕式CMP(化學機械拋光))。在這種傳統的加工方法中，加工表面上產生氧化層、位錯和晶格畸變。因而，很難獲得完美表面。此外，晶片的平面度較低并且由于加工過程中或者形成電極后在晶片上發生的破裂降低了生產率。此外，在傳統的加工方法中，很難在晶片直徑增加到200mm、300mm和400mm時減小晶片厚度。因而，在目前的情況下，已經進行研究，以將直徑為200mm的晶片的厚度減小到100μm。

考慮到傳統技術的問題，本發明人已經公開了與精密表面加工機械相關的發明，其能夠僅用精密金剛石磨輪來有效地進行從粗加工到超精表面加工(包括最終的延性模式加工)的過程(專利文獻2)。

在使用這樣的金剛石磨輪的磨削中，三個主動作是很重要的，包括：磨輪的旋轉、用于支承磨輪的主軸的進給以及工件的定位。對這些動作的精密控制使得能夠進行精密加工。具體而言，為了僅用單個裝置一致地進行從粗加工到超精加工的過程，需要在很大范圍上控制主動作中的主軸的進給。在傳統的磨削中，主軸例如通常通過使用伺服電動機的方法來控制。特別是在進行超精加工的低壓區域上進行加工的情況下，這樣的方法不能以高精度充分控制從低壓區域到高壓區域的區域。

因而，在專利文獻2中，本發明人已經公開了用于用伺服電動機和超磁致伸縮致動器的組合來控制壓力的精密加工工具。在10gf/cm²或更大的壓力范圍下，通過伺服電動機和壓電致動器來控制壓力。在10gf/cm²至0.01gf/cm²的壓力范圍下，通過超磁致伸縮致動器來控制壓力，使得可以通過單個裝置來一致地進行粗加工至超精加工。此外，將磨粒尺寸小于#3000的金剛石杯形磨輪用作用于磨削的磨輪。

此外，本發明人已經對CMP的問題進行研究并發現可以通過使用合成磨輪來有效地解決該問題，其中合成磨輪包含能夠與精細磨粒和工件起反應的化合物。這些化合物由特定的粘合劑固定。本發明人已經將與合成磨輪相關的發明公開在專利文獻3中。使用合成磨輪的磨削被稱作化學機械磨削(CMG)。

專利文獻1：日本專利公報(特開)No.2003-251555

專利文獻2：日本專利公報(特開)No.2000-141207

專利文獻3：日本專利公報(特開)No.2002-355763

發明內容

根據專利文獻2的精密加工工具，可以通過單個裝置來一致地進行粗加工到超精加工。但是，僅使用金剛石磨輪的磨削不能將最終的加工表面形成為沒有缺陷、沒有位錯或者沒有晶格畸變的完美表面。

考慮到該問題設計了本發明。本發明的目的是提供一種精密加工方法，其通過將基于磨輪或待磨削工件的移動量的控制與基于壓力(恒定壓力)的控制進行結合，并根據加工步驟選擇性地使用金剛石磨輪和CMG磨輪，能夠以非常高的精度實現有效的磨削。