TW555614B - ELID mirror polishing device and method for the work of large diameter - Google Patents

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555614 A7 五、發明說明（1 ) [發明背景] [發明之技術領域] —---------裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於矽晶圓或鏡子等大 矛人瓦^工工件之ELID鏡 面研磨裝置及方法。 [相關技術之說明] 為從單結晶石夕之晶鍵切出薄薄的石夕晶圓，傳統上多使 用（1)外齒切割機、（2)内齒切割機、（3)線鋸等方式。 如第1A圖換式所不’外齒切刻 趙切割機係利用具有中心軸 2a之薄圓盤狀切割刃2之高速旋 疋得以其外齒切割晶錠1。 又如第1B圖所示，内齒切割機利 用具有中心孔3a之薄圓 盤狀切割刃3進行高速旋轉，並藉 & 稽田裝5又於内周部之電積 磨石來切割晶錠。此外’如第⑴圖所示線鑛方式則將 直徑0.2至0.3mm之細鋼線4利用導滑輪^進行環狀移 動，且在晶錠1及鋸線4間提供冬女治， J捉供a有磨粒之磨漿來切斷晶 錠。 上述之切割加工，必須具備以下各要件。 (1)切割面的彎度（晶圓全體的弯度）要少。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ⑺切割後的晶圓厚薄參差’亦即〜TV;0:lThlckness Variation)要小 (3)表面粗度要小。 其次’如第2A圖、第2B圖之始j α 圃 < 模式所示，切割的矽晶 圓的表面係以令工件5自韓，因卩主、 0 W同時以杯形磨石6橫磨式單 面研磨裝置來研磨其表面。此外 此外，以驅動滚輪7令工件5 自轉，同時研磨工件雙面的譬面 7又面研磨工件裝置也已經付諸 312604 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱f 555614 A7 _B7 ·| — I ιι’·__ " """ ' 1 --. 五、發明說明（2 ) ^^^^ 實施。 矽晶錠不斷地進行大直徑化，過去以直徑8叫·（約 200mm)程度為極限，但這幾年已經能製造出12时（約 3 00mm)、16吋（約400mm)的矽晶錠。在切割這些大直秤曰 鍵時’其切割面的彎曲度、厚度的不平均及表面粗产 起小直徑晶錠，難免會有惡化之情形。 因此，在進行大直徑晶錠的表面研磨時，若要以上、 傳統之橫磨式平面研磨裝置，則有以下問題。 (1) 因杯形磨石6的直徑，必須比工件5的直徑大因 而杯形磨石的直徑，甚至達例如500mm。因此，會因為把 杯形磨石按押於工件上的按壓力，致杯形磨石容易產生彎 曲，使加工面的加工精度惡化。 (2) 由於杯形磨石6大形化，其旋轉支持結構及旋轉驅 動裝置也需大型化，整個設備形成幾達數十噸的大型機 械，其設備費用將會非常昂貴。 (3) 隨著杯形磨石的大型化，修整時必須花費大量的時 間，同時在使用電解修整時，也須要很大的電解容量（例如 數百A以上），其電源設備也須大型化/高價化。 (4) 在後續工程中使用研磨時，研磨後的表面並非純平 面，而是稍呈凹形狀較為理想，但傳統之裝置僅能從事其 他研磨，即使可從事其他研磨，其裝置也會變成非常複雜， 且形狀之控制性亦不甚理想。 [發明之概述] 本發明係為解決上述之問題而研發者。亦即，本發明 -----------·-裝 rtt先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁} ----^-------- 經濟部智Μ財產局員工消費合作社印製 本，氏張尺度適用中關豕標準（CNs)a4規格⑵G X 297公髮） 2 312604 555614 A7 B7 五、發明說明（3 之目的在於提供一種大直徑工件之ELID鏡面研磨裝置及 方法’該裝置及方法不需使用大型磨石即可從事大直複晶 圓之表面研磨，且可減少磨石彎曲，並保持高加工精度， 可在短時間内進行調整，並可加工平面以外之斷面形 如凹形狀）。 依本發明所提供之大口徑工件之ELID鏡面研磨裝 置’其特徵為具備：將平板狀工件（5)以水平方式旋轉驅動 之工件旋轉驅動裝置（12);擁有接觸工件表面之外周面的 圓筒狀導電性磨石（14);將該磨石以其轴心為中心旋轉媒 動的磨石旋轉驅動裝置（16);令前述磨石沿著其轴線進行 往復移動之磨石往復移動裝置（18);將前述磨石的輛線相 對水平轴保持-定角度的軸線保持裝置（2〇);及將磨石外 周面做電解修整的ELID裝置（22)。 m 此外，依本發明所提供之大口徑工件物之eud鏡面 研磨裝置，其特徵為具備··將平板狀工件（5)以水平方 轉驅動之工件旋轉驅動裝置（12);擁有接觸工件表面之外 周面的圓筒狀導電性磨石（14);將該磨石以其轴心為中心 旋轉驅動的磨石旋轉驅動裝置⑽；使前述磨石在與工件 之鉍轉軸直交之方向進行往返移動之磨石往復移動裝置 ⑽，·將前述磨石之軸線對水平軸保持一定角度的軸線保 持裝置（20);及將磨石的外周面做電解修整的elid裝 (22)。 罝 再者，依本發明所提供之大口徑工件之eud鏡面研 磨方法’其特徵為：將平板狀工件(5)以水平方式旋轉驅 本紙張尺度適用中關家標準（CAW規格⑵G χ 297公爱） 3 _ 312604 555614 A7 B7 五、發明說明（4 ) 動，將擁有接觸工件表面之外周面之圓筒狀導電性磨石（14) 以其轴心為中心進行旋轉驅動，將前述磨石沿著工件表面 往復移動，將前述磨石的轴線相對於水平軸保持一定之角 度，同時電解修整磨石的外周面。 根據上述本發明之裝置及方法，係藉工件旋轉驅動裝 置（12)水平地旋轉驅動平板狀工件（5)，並利用擁有大致水 平轴線之圓筒狀導電磨石（14)之外周面接觸工件表面以進 行研磨，因此不論工件大小均可自由設定導電性磨石之直 捏。從而，研磨例如16对（約400mm)的晶圓表面時，可設 定較小的磨石外徑，不需使用大型磨石亦可從事大直徑晶 圓表面的研磨。 此外，導電性磨石的直徑可設定較晶圓為小，同時， 因利用磨石旋轉驅動裝置（16)之轴承支持磨石，使之能於 大致水平軸線四周進行回轉，故可大幅減低因加工時之研 磨阻力產生的彎曲。此外，因利用ELID裝置（22)進行磨石 的外周面的電解整修，可以更加降低研磨阻力及因其產生 之彎曲，提高加工面之加工精度。 此外，由於導電性磨石（14)可以較小型，其調整時間 以及電解修整時間也隨之縮短，同時因電解修整的電解電 流變小，電源設備也可以小型化/價廉化。此外，利用軸線 保持裝置（20)將磨石的轴線對於水平轴保持預定的角度 <9 ’且利用轴線保持裝置（18)使磨石沿著軸線往復移動， 故可以角度Θ的設定’將晶圓加工成平面以外的斷面形狀 (例如凹狀）◊ -----------裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) tx---------0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 312604 .1555614 A7 ___D7 五、發明說明（5 ) 依據本發明之較佳實施形態，前述工件旋轉驅動裝置 ()係由可接觸平板狀工件（5)外周面而將其旋轉驅動之 複數驅動滾輪（13)所構成，並配設成上下一對之導電性磨 石（14)可分別接觸工件的兩面。 思 Ϊι 依據上述之結構，利用複數之凝動滚輪（13)旋轉驅動 平板狀工件的同時，藉由上下！對之導電磨石（14)可同時 研磨加工工件之兩面同一位置，當工件產生變曲或厚薄不 一時，可將工件按照預定之形狀（平、凹、凸）予以研磨加 工〇 此外，前述導電性磨石（14)乃金屬黏合磨石前述 ELH)裝置（22)具備有：與磨石的外周面保持隔開之elid 用電極（23)，·將前述磨石作為陽極，前述電極作為陰極， 並於其中施加直流脈衝電壓之電壓施加機構（24广及提供 前述磨石與電極間導電性加工液之加工液供給機構⑼， 以電解修整磨石之外周面，同時以磨石研磨工件。 依：述之構成’可利用電解修整高精度地磨銳金屬黏 S磨石表面’故使用微細的磨粒’可將切斷面精磨成幾乎 近於鏡面般的優異平坦度。此外， / 不但可大幅減低後續工 程（研磨）之負荷，亦可將影響結晶加 9加工之知失降於最低。 本發明之其他目的及有利之特徵， 以下之說明而得以瞭解。 3 照附圖及 [圖面之簡單說明] 第1A圖至第1C圖為傳統切割機模式圖。 第2A圖至第2C圖為傳統之研磨裝式圖 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規>各（210 X 297公复"7 ) 312604

I 555614 A7 B7 _ 五、發明說明（6 ) ' 第3圖為本發明之ELm鏡面研磨裝置之第ι實施形 態構成圖。 第 4圖為本發明之 ELID鏡面研磨裝置之第2實施 態構成圖。 第 5圖為本發明的 ELID鏡面研磨裝置之第3實施 態構成圖。 [符號說明] 1 晶鍵 2、 3 切割刀 2a 中心軸 3a 中心孔 4 切割線 4a 引導滑輪 5 工件 6 杯形磨石 7、13 驅動滚輪 10 ELID鏡面研磨裝置 12 工件旋轉驅動裝置 I2a 工件裝設台 12b 旋轉驅動裝置 13a ' 16b驅動裝置 14 導電性磨石 16 磨石旋轉驅動裝置 16a 軸承 18 > 20轴線保持裝置 18a 引導件 18b 驅動壓力缸 22 ELID裝置 23 ELID用電極 24 電壓施加機構 25 加工液供給機構 [較佳實施例之說明] (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以下，以圖面說明本發明之較佳實施形態。在此，於 各圖面之共通部分係使相同之符號，並省略重複之說明。

第3圖為本發明之ELID鏡面研磨裝置之第ι實施形 痞的構成圖。如圖所示’本發明之大直徑工作物之ELID 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 6 312604 555614 A7 -------B7 1 _ 五、發明說明（7 ) 鏡面研磨裝置10,是由工件旋轉驅動裝置12、導電性磨石 14、磨石旋轉驅動裝置16、磨石往復移動裝置18、軸線保 持裝置20以及ELID裝置22所構成。 在本實施例中，平板狀工件5為外徑16吋（約400mm) 程度之單結晶矽晶圓。本發明並不限制於該晶圓，其他晶 圓，例如SiC晶圓或石英晶圓等亦可適用。此外，當然亦 可適用於厚壁工作物之加工，即本發明之適用範圍並不限 定為晶圓。 在本實施例中，工件旋轉驅動裝置12由具有水平表面 之工件裝设台12a及使該裝設台繞著垂直旋轉軸2旋轉之 旋轉驅動裝置12b組成，將以吸著等方式固定於工件裝設 台12a表面之工件5予以水平旋轉驅動。又，旋轉驅動裝 置12b之旋轉軸Z以對垂直軸呈傾斜度0為佳。 導電性磨石14係為具有接觸於工件表面之外周面之 圓筒狀金屬黏合磨石。該金屬黏合磨石係由磨粒（例如金剛 砂磨粒）及金屬結合材組成。亦可混和塑膠粉。為使最後完 工面如鏡面般的優異平坦《，磨纟之顆粒粒徑愈細愈好， 例如可使用粒徑2以111(相當於粒度#8〇〇〇)至粒徑5以瓜（相 當於粒度#3,0，_)者。此外，為提高研磨效率可相對 地使用粒徑較粗者，例如相當於粒度#325至粒徑m(粒 度相當於#4000)之磨粒。使用粗顆粒磨粒，可以提高加工 效率，使用細顆粒磨粒，則可將表面加工成如鏡面般的優 異平坦度。 磨石旋轉驅動裝置16係由支持磨石14使其能以軸線 ------------裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（½ x 297公爱·; 7 312604 555614 A7

五、發明說明（8 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 X為中心旋轉之轴承16a及使磨石14以軸線χ之中心旋 轉驅動之驅動裝置16b所構成。此外，磨石往復移動裝置 18,由使磨石旋轉驅動裝置16沿著其轴線χ引導其進行 往復移動之引導件18a及，使其往復移動之驅動壓力紅18b 所構成。 轴線保持裝置20係將磨石往復移動裝置丨8對水平面 保持預定的角度<9，並將磨石i 4之軸線χ相對於水平線 保持預定的角度。該角度<9是任意的。可以是〇。，也可 以是正或負角度。此外，也可利用搖動裝置以數值控制方 式隨時改變該角度 在這種情形下，也可以製造出具有預 定曲率之球面形或曲率變化有之非球面形等。 此外，如第3圖所示，ELID裝置22具備有：與磨石 14之外周面保時間隔的ELID用電極23 ;以磨石14為陽 極（+)’以電極23為陰極（一），並於其間施加直流脈衝電 壓之電壓施加機構24;及於磨石14與電極23間供給導電 性加工液之加工液供給機構25。 藉由上述之構成’在修整磨石14外周面的同時，可以 磨石研磨工件5。

依照本發明之方法，係使用上述第3圖構成之ELI〇 鏡磨裝置10，以工件旋轉驅動裝置12將平板狀工件5保 持水平旋轉驅動，藉由磨石旋轉驅動裝置16將具有接觸； 件表面之外周面的圓筒狀導電性磨石14以轴心χ為中心 旋轉驅動，並利用磨石往復移動裝置18使磨石14沿著軸 線X做往復移動，以轴線保持裝置20將磨石1 4之軸線X I ^1 ϋ ϋ ϋ ϋ H ϋ I I I · ϋ ϋ I ϋ I ϋ 一 ον ϋ ϋ ϋ ϋ I ϋ ϋ I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） 8 312604 555614 經 濟 部 智 慧 財 產 局 消 費 合 作 社 印 製 312604 A7 五、發明說明（9 ) 對水平軸保持預定之角度0，同時利用ELID裝置22做磨 石14外周面之電解修整。 依照上述本發明之裝置及方法，平板狀工件5水平旋 轉驅動，擁有水平轴線之圓筒狀導電性磨石14之外周面接 觸並研磨工件表面，因此不拘工件的大小，可自由設定導 電性磨石之直徑。因此，如研磨16吋（約400mm)晶圓表面 時’可將磨石外徑設定得較小，不必使用大型磨石即可進 行大直徑晶圓的表面研磨。 此外，相較於晶圓，可將導電性磨石的直徑設定得較 小’同時以磨石紅轉驅動裝置16之轴承16a將磨石14支 持成可繞著水平軸線X旋轉，故可以大幅降低工件加工時 因研磨阻力所產生之彎曲。此外，因利用ELID裝置22將 磨石14之外周面做電解修整，可更加降低研磨阻力所產生 之彎曲’並提高加工面之加工精度。 此外，由於導電性磨石14可小型化’故可短縮調整時 間，且使得電解修整之電解電流變小，並可將電源設備小 型化並降低設備成本。再者，利用軸線保持裝置2〇將磨石 的軸線對於水平轴保持預定的角度0，以磨石往復動裝置 18使磨石14沿著轴線X做往復移動，故藉由角度0的設 定’可以將晶圓加工成平面以外之斷面形狀（例如凹形 狀）。 第4圖為本發明之ELID鏡面研磨裝置之第2實施形 態之構成圖。該圖中，工件旋轉驅動裝置12係由接觸平板 狀工件5之外周面使其旋轉驅動之複數（最少3個）驅動滾 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公们 --------—--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 555614 A7 五、發明說明（10 / (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 輪13所構成。該驅動滾輪13係利用驅動裝置13a，以預 疋之壓力分別推壓同時回轉驅動工件5之外周面，藉此將 工件5以垂直轴線z為中心旋轉。此例中，驅動滚輪13 的中央部係呈凹陷狀，以保持工件5的外周，但亦可另設 支持工件之支持滾輪。 此外’該例中，裝設有上下1對之導電性磨石14，各 磨石14配置成可從相同之位置分別接觸工件5兩面。其他 之構成則與第3圖相同。此外，上述磨石旋轉驅動裝置16、 磨石往復移動裝置18、軸線保持裝置2〇及ELId裝置22 等最好是各別裝設，但視實際需要亦可共用丨台。 利用第4圖所示之構成，可獲得與第3圖相同之效果。 此外’依第4圖之構成，特別是利用複數驅動滚輪1 3旋轉 驅動平板狀工件5的同時，可藉由上下1對之導電性磨石 14同時加工工件同一位置的兩面，故即使工件有彎曲或厚 薄不一的情形，亦可將工件研磨成預定之形狀（平、凹、 凸）。此外，亦可藉由變更上下磨石的角度，以從事上面為 凹狀’下面為凸狀之加工。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ▲第5圖為本發明之ELID鏡面研磨裝置之第3實施形 態構成圖。該圖中，上下一對之導電性磨石14為截頭圓錐 形，，其斜面則可接觸工件之兩面。在此情況下，上述磨石 彺復移動裝置1 8係將磨石旋轉驅動裝置丨6沿著工件兩面 (即與旋轉轴Z呈直交方向）進行往復移動。其他之構成則 與第2實施形態相同。利用該構成，可輕易避免滾輪和磨 石之抵觸。 本紙張尺g用中關家標準（&NS)A4規格（2斤 x 297公釐） 312604 555614 A7 五、發明說明（U ) 如上所述’本發明之大直徑 工件物之ELID鏡面研磨 方法及裝置可以不使用大型磨石 ^ x ^ P i進行大直徑晶圓之表 面研磨，減少磨石的彎曲且俘拄古丄 '、夺内加工精度，縮短調整時 間，又以小型電源設備即可從事 爭電解修整，同時可從事平 面以外之斷面形狀（例如凹形妝）沾 仏狀）的加工，顯具有許多優越 效果。 此外，本發明並不限定於上述實施形態及實施例，本 發明可在未超出本發明要旨的範圍内進行種種的變更，應 勿庸置疑。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐） 11 312604

Claims (1)

1. 555614 象輳齊黃明承，本案?|正後妥否·技更存賀f 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 -ct

   2. Η3 第901 1 1276號專利申請案 申睛專利範圍修正本 備種==件之·鏡面研磨装置，其特徵為且)丨 備·轩板狀卫件（5)予以水平旋轉 動裝置⑽;擁有接觸工件表面之外周面之：狀轉媒 =生磨石(14);將該磨石以其軸心為中心旋轉驅動的 ::轉驅動裝置⑽；前述磨石沿著其軸線 復移動之磨石往復移動裝置⑽；將前述 =於水平轴保持預定角度之轴線保持裝置(2〇)轴； 將磨石外周面做電解修整的ELID裝置（22)。 種大直位工件之EUD鏡面研磨裝置，其特徵為具 :動=板狀工件(5)以水平方式旋轉驅動之工件旋轉 =Γ2);擁有接觸工件表面之外周面的圓筒狀 磨石⑽；將該磨石以其軸心為中心旋轉驅動 的磨石旋轉驅動裝置（16);使前述磨石在與工件之旋 成直交之方向進行往復移動之磨石往復移動裝置 (18);將前述磨石之轴線對於水平轴保持-定角度之 線保持裝置（20)，及將磨石的外周面做電解修整的 ELID 裝置（22)。 申明專利範圍第1項或第2項之ELID鏡面研磨裝 m前述工件旋轉驅動裝置（12)係由接觸平板 片件（5)之外周面’使其旋轉驅動之複數滾輪（13)所 _i成而上下1!之導電性磨石(14)分別裝設成可接 本紙張尺度適 1 312604 555614 H3 觸工件之兩面。 4.如申請專利範圍第〗項或第2 se 4+ _x_ 鏡面研磨裝 置〜、t ’前述導電性磨石金 述EUD裝置（22)具備有：與磨 磨石剛 用電極⑼;將前述磨石作：:極周面：f隔開之 為陰極，並於其中施加直流脈:電為:之極電 ^ 、 电I之電壓施加機構 ()’及提供前述磨石與電極間導電性加工液之加工 液供給機構（25)，以電解修整磨石之外周面， 石研磨工件。 5_如申請專利範圍第3項之ELm鏡面研磨裝置，1中， 前述導電性磨石（14)乃金屬黏合磨石，前述eud裝置 (22) 具備有：與磨石的外周面保持隔開之ELID用電極 (23) ;將前述磨石作為陽極，前述電極作為陰極，並 於其中施加直流脈衝電壓之電壓施加機構;及提 供前述磨石肖電極間導電性加工液之加工液供給機構 (25)，以電解修整磨石之外周面，同時磨石研磨工件。 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 6· —種大直徑工件之ELID鏡面研磨方法，其特徵為： 水平地旋轉驅動平板狀工件（5)，令具有接觸工件表面 之外周面的圓筒狀導電性磨石（14)使其以軸心為中心 旋轉驅動，使^述磨石之軸線對於水平軸保持預定的 角度，同時以磨石之外周面進行電解修整。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 x297公爱） 2 312604