TWI496205B - 晶圓斜角加工方法 - Google Patents

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TWI496205B TW099110687A TW99110687A TWI496205B TW I496205 B TWI496205 B TW I496205B TW 099110687 A TW099110687 A TW 099110687A TW 99110687 A TW99110687 A TW 99110687A TW I496205 B TWI496205 B TW I496205B
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Yukio Ishimasa
Ichiro Katayama
Tadahiro Kato
Kuniaki Oonishi
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Daito Electron Co Ltd
Shinetsu Handotai Kk
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Description

晶圓斜角加工方法
本發明係有關一種在使用無溝旋轉磨輪之晶圓之斜角步驟中，使斜角形狀朝晶圓圓周方向及厚度方向變化之加工方法。
作為各種結晶晶圓及其他半導體裝置晶圓等之積體電路用基板使用之圓盤狀薄板材、由其他含有金屬材料之硬材料所構成之圓盤狀薄板材，例如矽(Si)單結晶、砷化鎵(GaAs)、水晶、石英、藍寶石、鐡氧體(Ferrite)、碳化矽(SiC)等所成者(將此等統稱為晶圓)之斜角加工係使用以樹脂系黏合劑將作為磨粒混入之工業用鑽石變硬之粗削用磨輪進行研削，隨後使用修整用膠態矽石等進行研磨，以形成具有預定之形狀與預定之表面粗細的周緣部。
用於此等斜角加工之晶圓1係如第1圖所示，刻設用以標示周方向之基準位置的V字形或U字形之缺口1n。
於是晶圓1之邊緣(周緣部)1a係如第2圖所示，會有將晶圓1之邊緣1a加工成以下形狀之情形：相對於上平面1su傾斜達角度α1(約22°)之上斜面1au；相對於下平面1sd傾斜達角度α1(約22。)之下斜面1ad；及以單一半徑R1之圓弧1c使此等斜面之間順暢連結之剖面形狀(整體成為略三角形狀)。
此時，將上斜面1au之水平長度稱為「斜角寬度X1」，將下斜面1ad之水平長度稱為「斜角寬度X2」。
又，如第3圖所示，會有將晶圓1之邊緣(周緣部)1a加工成以下形狀之情形：相對於上平面1su傾斜達角度α2之上斜面1au；相對於下平面1sd傾斜達角度α2之下斜面1ad；及在形成邊緣1a緣面之周緣1b之間，藉由2個圓弧(即具有相同半徑R2之圓弧1c、1c)順暢連結之剖面形狀(梯形形狀)。
此時，將上斜面1au之水平長度稱為「斜角寬度X1」，將下斜面1ad之水平長度稱為「斜角寬度X2」，將周緣1b之面寬度長度稱為「斜角寬度X3」。
為了求得剖面形狀或剖面形狀精確度，該種晶圓之斜角加工係有一種採用具有形成要加工之晶圓周緣部外形狀之溝槽的附有溝之成型磨輪者(專利文獻1、2)。
但是，使用此成型磨輪時，因冷却劑不易流入磨輪槽溝之深底部而使磨輪易損傷，且有在邊緣圓周方向殘留條狀傷痕使加工面變粗糙之問題。
於是，提案一種使用含有研磨材之橡膠圓盤作為磨輪而進行晶圓斜角加工之研磨方法與裝置，特別是藉由使用大直徑之橡膠圓盤，更可使條狀傷痕微細化。(專利文獻3)
但是，即使固定有橡膠圓盤之旋轉軸軸心與晶圓旋轉方向平行而進行研磨，仍會在邊緣全周殘留2個至3個坑(pit)而無法達成至全周0個。
因此，有一種加工方法，係為了使邊緣之研磨方向成為從面方向呈約45°之方向，而由橡膠圓盤之周速度與晶圓之周速度算出橡膠圓盤之旋轉軸的所需傾斜角度α，使旋轉軸傾斜在該所需傾斜角度來進行研磨之加工方法(專利文獻4)。
再者，另一加工方法，係使2個圓板狀無溝槽磨輪接近晶圓周緣部之同一部位並相對向配置，並藉由旋轉之2個無溝槽磨輪之加工面對接近晶圓周緣部同一部位之位置同時進行加工，以成形旋轉之晶圓之加工方法(專利文獻5)。
[專利文獻1]日本特開平06-262505號公報
[專利文獻2]日本特開平11-207584號公報
[專利文獻3]日本特開2000-052210號公報
[專利文獻4]日本特開2005-040877號公報
[專利文獻5]日本特開2008-1773448號公報
在此等習知之晶圓斜角加工方法中，晶圓周緣之斜角形狀(剖面形狀)雖然均勻，但是在晶圓製造之後步驟處理時，會呈現均勻之斜角形狀在每一圓周位置變化。
又，隨著半導體晶片之集積度升高，形成於晶圓1之集體電路密度亦高，且晶圓1內之電路部分亦擴展至周緣部，邊緣1a之無形成電路部分會減少而電路形成部分迫近至周緣部，晶圓1之有效利用部分提高，在邊緣部之廢棄部分的極小化及邊緣部之廢棄率的最小化之要求下，遂有使邊緣形狀之極小化及相對於厚度方向之對稱形狀的加工精確度之高度化之需要，因而有開發新加工方法之期待。
本發明係鑑於習知技術之上述問題而研創者，為了解決此等技術問題，提供一種晶圓斜角加工方法，其係提升晶圓斜角加工之剖面形狀精確度，正確地形成所需之剖面形狀，以因應晶圓製造之後序處理。
為了解決上述課題，本發明之晶圓斜角加工方法的解決課題之手段係如下所述。
晶圓斜角加工方法之第1課題解決方法為一種晶圓斜角加工方法，係在旋轉台上裝載經定心之晶圓使其旋轉，再令用以加工此旋轉晶圓之無溝槽磨輪與晶圓周緣部(邊緣)接觸，以對晶圓進行斜角加工，其中使上述晶圓與磨輪朝Z軸與Y軸方向相對地移動，而以在晶圓全周形成同一剖面形狀之移動軌跡作為基準，依據晶圓旋轉角度位置，將晶圓與磨輪之相對位置從上述基準軌跡位置朝Z軸或Y軸中之至少一軸方向變動以進行加工，為了進行上述動作而採用壓電致動器，使上述晶圓依據旋轉角度位置形成不同剖面形狀。
前述晶圓斜角加工方法之第2課題解決方法為，使上述磨輪與晶圓之相對位置關係，依照上述晶圓之旋轉角之每45度互相變更而形成2種不同之剖面形狀。
前述晶圓斜角加工方法之第3種課題解決方法為，在上述晶圓旋轉角度之每45度之上述磨輪與晶圓之相對位置關係之變更途中的旋轉角度位置，連續地使晶圓之剖面形狀改變。
前述晶圓斜角加工方法之第4課題之解決方法為，使上述磨輪與晶圓之相對位置關係，依上述晶圓之旋轉角度之每45度互相變更，而形成2種不同晶圓半徑。
前述晶圓斜角加工方法之第5課題解決方法為，在上述晶圓旋轉角度之每45°之上述磨輪與晶圓之相對位置關係之變更途中的旋轉角度位置，連續地使晶圓之半徑改變。
前述晶圓斜角加工方法之第6課題解決方法為，上述2種剖面形狀係在將晶圓前端斜面之斜角寬度保持為一定之情況下，可使晶圓前端之圓弧大小不同。
前述晶圓斜角加工方法之第7課題解決方法為，上述2種剖面形狀係在將晶圓前端斜面之斜角寬度與晶圓前端部之直線長度保持為一定之情況下，可使晶圓前端之曲線不相同。
前述晶圓斜角加工方法之第8課題解決方法為，上述2種剖面形狀係在將晶圓前端斜面之斜角寬度保持為一定之情況下，可使晶圓前端斜面之角度大小不相同。
前述晶圓斜角加工方法之第9課題解決方法為，相對於使上述晶圓與磨輪朝Z軸及Y軸方向相對地動作而以在晶圓前端形成所希望之剖面形狀之方式使磨輪與晶圓接觸之軌跡，將距晶圓前端直線部之圓弧或曲線開始位置偏移達預定量，一面隨著遠離晶圓前端逐漸回到原來之圓弧或曲線之軌跡，一面進行加工。
前述晶圓斜角加工方法之第10課題解決方法為，將距上述晶圓前端直線部之圓弧或曲線開始位置之偏移量，設為依晶圓旋轉角而不同之偏移量。
前述晶圓斜角加工方法之第11課題解決方法為，使上述晶圓與磨輪朝Z軸及Y軸方向相對地動作，對晶圓前端加工成所希望之剖面形狀後，再使磨輪與晶圓前端直線部接觸，使其朝Z軸及Y軸方向相對地動作，而使晶圓前端直線部相對於原來之直線傾斜預定之角度而進行加工。
又，晶圓斜角加工方法之第12課題解決方法為，係在旋轉台上裝載經定心之晶圓並使其旋轉，再令用以加工此旋轉晶圓之無溝槽磨輪與晶圓周緣部接觸，以對晶圓進行斜角加工之加工方法，其中相對於使上述晶圓與磨輪朝Z軸與Y軸方向相對地動作而以於晶圓全周之前端形成同一剖面形狀之方式使磨輪與晶圓接觸之軌跡，將距晶圓前端直線部之圓弧或曲線開始位置偏移達預定量，一面隨著遠離晶圓前端逐漸回到原來之圓弧或曲線之軌跡，一面進行加工。
又，前述晶圓斜角加工方法之第13課題解決方法，係在旋轉台上裝載經定心之晶圓並使其旋轉，再令用以加工此旋轉晶圓之無溝槽磨輪與晶圓周緣部接觸，以對晶圓進行斜角加工之加工方法，其中使上述晶圓與磨輪朝Z軸及Y軸方向相對地動作，在晶圓全周前端加工成同一剖面形狀之後，使磨輪與晶圓前端直線部再度接觸並朝Z軸與Y軸方向相對地動作，而使晶圓前端直線部相對於原來之直線傾斜預定之角度而進行加工。
晶圓斜角加工方法之第14課題解決方法為，為了使晶圓前端成為所希望之剖面形狀，而以投影圖像方式測量上述晶圓之剖面，來決定磨輪與晶圓之Z軸與Y軸方向之動作量。
晶圓斜角加工方法之第1課題解決方法為一種晶圓斜角加工方法，係在旋轉台上裝載經定心之晶圓並使其旋轉，再令用以加工此旋轉晶圓之無溝槽磨輪與晶圓周緣部接觸以對晶圓進行斜角加工者，其中使上述晶圓與磨輪朝Z軸與Y軸方向相對地移動，而以在晶圓全周形成同一剖面形狀之移動軌跡為基準，依據晶圓旋轉角度位置，將晶圓與磨輪之相對位置從上述基準軌跡位置朝Z軸或Y軸中之至少一軸方向變動以進行加工，為了進行上述動作而採用壓電致動器，使上述晶圓依據旋轉角度位置形成不同剖面形狀；於是，在晶圓製造步驟及在晶圓表面上製造半導體裝置之步驟中，藉由對在斜角步驟以後之後續處理(化學處理、機械處理)步驟中所發生之斜角剖面形狀與晶圓之變化預先補正過之晶圓來進行斜角加工，即可將最終晶圓前端剖面及半徑形狀精確度佳地製成所希望之形狀，使後續步驟完成後之表面平坦度與半導體裝置之良品率等提升，並且可依據上述基準軌跡位置，容易決定晶圓與磨輪之相對變動位置與量等，因而可因應晶圓旋轉角度位置而容易地形成不同之剖面形狀。
再者，於本發明之晶圓斜角加工中，藉由使用壓電驅動機使磨輪脱離上述基準軌跡位置來進行加工，尤其是在因應晶圓1在高速旋轉之旋轉角度位置而改變剖面形狀之晶圓斜角加工中，即可正確地追隨其加工。
於前述晶圓斜角加工方法之第2課題解決方法中，由於使磨輪與晶圓之相對位置關係，依照晶圓之每45°旋轉角互相變更而形成不同之2種剖面形狀，因此可對應由晶圓之結晶構造所產生之8方向之不均等性。
亦即，矽單結晶或化合物半導體結晶係藉由鑽石構造結晶之裁切面，在晶圓中心周圍以每45度之方位成為化學‧機械性質相異之2種結晶面，雖其彼此間有連續變化之性質，但可獲得補正該連續變化之方法。
在前述晶圓斜角加工方法之第3課題解決方法中，由於在晶圓之每45°旋轉角度之磨輪與晶圓之相對位置關係之變更途中之旋轉角度位置，可連續使晶圓之剖面形狀改變，因此在對應由晶圓之結晶構造所產生之8方向形狀不均等性時，可使在其變更位置之形狀變化順暢進行。
在前述晶圓斜角加工方法之第4課題解決方法中，使磨輪與晶圓之相對位置關係，依照晶圓之每45°旋轉角度互相變更而形成2種不同晶圓半徑，因此可對應由晶圓結晶構造產生之8方向半徑方向的不均等性。
在前述晶圓斜角加工方法之第5課題解決方法中，由於在晶圓之每45°晶圓旋轉角度之磨輪與晶圓之相對位置關係之變更途中之旋轉角度位置，可連續使晶圓之半徑改變，因此在對應由晶圓結晶構造產生之8方向的形狀不均等性時，可使在其變更位置之半徑變化順暢進行。
於前述晶圓斜角加工方法之第6課題之解決方法中，由於上述2種剖面形狀係在將晶圓前端斜面之斜角寬度保持一定之情況下，可使晶圓前端之圓弧大小不同，因此可對應由晶圓之單結晶產生之前端形狀的不均等性。
於前述晶圓斜角加工方法之第7課題解決方法中，由於上述2種剖面形狀係在將晶圓前端斜面之斜角寬度與晶圓前端部之直線長度保持一定之情況下，可使晶圓前端之曲線不相同，因此可對應由晶圓之單結晶產生之前端形狀的不均等性。
於前述晶圓斜角加工方法之第8課題解決方法中，由於上述2種剖面形狀係在將晶圓前端斜面之斜角寬度保持一定之情況下，可使晶圓前端斜面之角度大小不相同，因此可對應由晶圓單結晶產生之前端形狀的不均等性。
於前述晶圓斜角加工方法之第9課題解決方法中，相對於使上述晶圓與磨輪朝Z軸及Y軸方向相對地動作而以在晶圓前端形成所希望之剖面形狀之方式使磨輪與晶圓接觸之軌跡，將距晶圓前端直線部之圓弧或曲線開始位置偏移達預定量，一面隨著遠離晶圓前端逐漸回到原來之圓弧或曲線之軌跡，一面進行加工，因此在晶圓斜角步驟中發生於裝置或晶圓之機械性歪扭或變形，尤其是在晶圓厚度方向之非對稱形狀等、晶圓剖面形狀無法加工成所希望形狀時之對應，作成預設其變形之形狀，藉此經後續步驟之結果，可獲得所希望之剖面形狀(例如與晶圓厚度方向對稱之形狀)，並提高後續步驟之精密度與良品率(例如表面之平坦度、半導體裝置之良品率等)。
於前述晶圓斜角加工方法之第10課題解決方法中，距上述晶圓前端直線部之圓弧或曲線開始位置之偏移量係設為因晶圓旋轉角而不同之偏移量，因此可對應由晶圓單結晶產生之因旋轉角所致之前端形狀之不均等性。
於前述晶圓斜角加工方法之第11課題解決方法中，使上述晶圓與磨輪朝Z軸及Y軸方向相對地動作，在晶圓前端加工成所希望之剖面形狀後，由於使磨輪與晶圓前端直線部再度接觸，使其朝Z軸及Y軸方向相對地動作，並使晶圓前端直線部相對於原來之直線傾斜預定之角度而進行加工，因此對於發生在晶圓前端部之機械性歪扭或變形，尤其是在晶圓厚度方向之非對稱性形狀等、晶圓前端之剖面形狀無法加工成所希望形狀時之對應，作成預設其變形之形狀，藉此經後續步驟之結果，可獲得所希望之剖面形狀(例如與晶圓厚度方向對稱的形狀)，並可提高後續步驟之精密度及良品率(例如表面之平坦度或半導體裝置之良品率等)。
於前述晶圓斜角加工方法之第12課題解決方法中，相對於使上述晶圓與磨輪朝Z軸與Y軸方向相對地動作而以在晶圓全周之前端能形成同一剖面形狀之方式使磨輪與晶圓接觸之軌跡，使距晶圓前端直線部之圓弧或曲線開始位置偏移達預定量，由於一面隨著遠離晶圓前端逐漸回到原來之圓弧或曲線之軌跡，一面進行加工，因此在晶圓斜角步驟中發生於裝置或晶圓之機械性歪扭或變形，尤其是在晶圓厚度方向之非對稱形狀等、晶圓剖面形狀無法加工成所希望形狀時之對應，作成預設其變形之形狀，藉此經後續步驟之結果，可獲得所希望之剖面形狀(例如與晶圓厚度方向對稱之形狀)，並提高後續步驟之精密度與良品率(例如表面之平坦度、半導體裝置之良品率等)。
又，於前述晶圓斜角加工方法之第13課題解決方法中，係使上述晶圓與磨輪朝Z軸及Y軸方向相對地動作，在晶圓全周前端加工成同一剖面形狀之後，使磨輪與晶圓前端直線部再度接觸，朝Z軸與Y軸方向相對地動作，可使晶圓前端直線部相對於原來之直線傾斜預定之角度而進行加工，因此對於發生在晶圓前端部之機械性歪扭或變形，尤其是在晶圓厚度方向之非對稱性形狀等、晶圓前端之剖面形狀無法加工成所希望形狀之對應，作成預設其變形之形狀，藉由在後續步驟之結果，可獲得所希望之剖面形狀(例如與晶圓厚度方向對稱的形狀)，並可提高後續步驟之精密度及良品率(例如表面之平坦度或半導體裝置之良品率等)。
又，於前述晶圓斜角加工方法之第14課題解決方法中，係以投影圖像方式測量上述晶圓之剖面，為了使晶圓前端成為所希望之剖面形狀，而決定磨輪與晶圓之Z軸與Y軸方向之動作量，因此有不必破壞晶圓而能測量剖面形狀之優點。此外，由於投影圖像為非接觸方式，因此測量時間短暫且可在不損傷晶圓之情形下進行測量。
茲說明使用圓盤形無溝槽磨輪之晶圓斜角加工之一般方法。
晶圓之斜角加工方法之一例係如第1圖至第6圖所示，使圓盤形無溝槽磨輪3、3之外周面與晶圓1接觸，在1片晶圓1同時有2個圓盤形無溝槽磨輪3、3接觸以進行斜角加工。
在工件安裝台2所裝設之旋轉台2a(參照第4圖)，將晶圓1裝載成同心狀，藉由2個圓盤形無溝槽磨輪3、3對與旋轉台2a一同旋轉之晶圓1同時進行斜角加工。
2個圓盤形無溝槽磨輪3、3係配置成接近周緣1b之同一部位且使彼此相對向之側面接近而相對向，以旋轉之無溝槽磨輪3、3之周面作為加工面同時抵接於晶圓1，同時加工與邊緣(晶圓1之周緣部)1a接近之位置並予以成形(參照第1圖、第2圖及第4圖)。
在此，設定2個無溝槽磨輪3、3之旋轉方向來進行加工，以使與晶圓1之接觸點之加工方向彼此成為相反方向。
又，各磨輪3、3係依加工之種類或依欲加工之晶圓1之端部之形狀，有同時朝相同方向移動，或個別朝不同方向移動之情形。
欲加工具有缺口部1a之晶圓1時(參照第1圖)，在研削晶圓1之外徑而縮徑之周緣縮徑加工時，係在使2個無溝槽磨輪3、3分別保持在一定高度之情形下與晶圓1接觸來進行加工(參照第2圖及第3圖)。
此時，欲加工邊緣1a之剖面形狀為由上下斜面1au、1ad、周緣1b及單一半徑R1之圓弧1c所形成之晶圓1(剖面三角形狀)時，將2個無溝槽磨輪3、3保持在相同之高度以進行加工(參照第2圖)。
又，欲加工邊緣1a之剖面形狀為由上下斜面1au、1ad、成為垂直面之周緣1b、及分別連接在於此等之間具相同半徑R2之上下各角部而成之圓弧1c、1c等所形成之晶圓1(剖面梯形形狀)時，係使2個無溝槽磨輪3、3之高度分別不同，配置在周緣1b成為大致垂直面而進行加工之位置，在分別保持2個圓盤形無溝槽磨輪3、3之位置之下，旋轉晶圓1來加工周緣(參照第3圖)。
將邊緣1a之剖面加工成所希望形狀之輪廓加工，係使2個無溝槽磨輪3、3分別個別地移動至邊緣1a之各面，藉由2個無溝槽磨輪3、3自上下夾住邊緣1a之直徑方向的同一部位，同時對各個面進行加工(參照第4圖及第5圖)。
輪廓加工時，邊緣1a之剖面形狀為上下對稱形狀時，使2個圓盤形無溝槽磨輪3、3個別地動作，其中一個對晶圓1之上側進行加工時，另一個則對晶圓之下側進行加工，可抑制晶圓1之晃動或上下振動，同時加工邊緣1a之剖面形狀(參照第4圖、第5圖)。
再者，藉由使於晶圓1之接觸點同時抵接之2個無溝槽磨輪3、3的旋轉方向彼此相反，即可抑制晶圓1之晃動，更可使加工之斜條痕1d、1e互相交叉而縮小加工面之表面粗糙度而得精細者，並且可提高剖面形狀之加工精確度。
接著，就本發明之斜角加工方法所使用之斜角加工裝置之一例而言，以使用第7圖至第11圖所示之圓盤形無溝槽磨輪3、3之斜角加工裝置10作說明。
此斜角加工裝置10係將2個圓盤形無溝槽磨輪3、3配置成接近彼此相對向之側面，同時以周面作為加工面使用，形成為在分別與晶圓1之接觸點之中間位置上使通過晶圓1之中心之直線與配置2個圓盤形無溝槽磨輪3、3上之中心一致，即可左右均等地進行作研削、研磨加工。
各圓盤形無溝槽磨輪3、3係由具備有磨輪驅動裝置11a、11a之磨輪支撐裝置11、11所支撐，此磨輪支撐裝置11、11係分別由朝上下(Z)方向升降自如(附有精密研削用Z軸馬達)之磨輪升降裝置12、12所支撐，再者，各磨輪升降裝置12、12係以基準不會偏離之方式將固定側構件確實地固定在基台13之同時，以朝上下(Z)方向升降自如之方式支撐移動側構件(第7圖、第10圖)。
工件支撐裝置15係具備：台座16，內建有裝載晶圓1之旋轉台2a及使工件裝載桌子2a旋轉(附θ軸馬達)之裝載工件台之旋轉裝置2b；架台17，用以支撐該台座16；深度方向移動體17b、17b及作為其驅動裝置之(附Y軸馬達)深度方向移動裝置17c，裝載在以使該架台17朝深度(Y)方向直線移動之方式延設之導軌17a、17a且朝深度方向直線移動；以及左右方向移動體17e、17e及作為其驅動裝置之(附X軸馬達)左右方向移動裝置17f，連同該導軌17a、17a、深度方向移動體17b、17b及深度方向移動裝置17c，均裝載在以朝左右(X)方向直線移動之方式延設之導軌17d、17d上，且朝左右方向直線移動。藉此使晶圓1旋轉並移動到設有2個圓盤形無溝槽磨輪3、3之位置，而可進行斜角加工(第9圖、第10圖)。
由此斜角加工裝置10進行斜角加工時，即使在晶圓1產生因上下方向變形、振動、晃動等引起之位移，亦加工成防止與圓盤形無溝槽磨輪3、3之動作連動發生相對性位置偏移，因此在各導軌17a、17a與各導軌17d、17d之中間位置至台座16之下端面，與晶圓側升降裝置支撐構件33之間，由複數個(晶圓側升降用Z軸)壓電致動器34a、…、34a所成，而以晶圓側升降裝置支撐構件33為基準，介設晶圓側升降裝置34，以使整部台座16朝上下方向移動。
為了控制此等各磨輪3、3、各磨輪驅動裝置11a、11a、各升降裝置12、12、34及各移動裝置17c、17f等在加工時之動作之控制裝置，係如第10圖之控制系統圖所示，由設於控制箱19之操作面板19a輸入初始值設定等，依據其設定值控制斜角加工之動作，而由利用微電腦或個人電腦等控制機器之控制部19b，透過控制訊號輸出部19c，對以下裝置輸出作為動作指示之控制訊號：分別內建有設於加工裝置本體側之各控制部之磨輪升降裝置12、12；晶圓側升降裝置34；內建有使旋轉台2a旋轉之工件裝載台旋轉裝置2b的工件安裝台2；深度方向移動裝置17c；及設有左右方向移動裝置17f之架台17等。
控制箱19具備有：液晶監視器；鍵盤；PBS等，同時具備：操作面板19a，設定自輸入部至各控制裝置之動作所需之初始條件，指示依所需之控制程序而進行之加工動作，並可監視其設定條件、加工條件、初始狀態、及動作狀況等斜角加工所需之條件以及各裝置之狀態；控制部19b，依所指定之設定條件使各圓盤形無溝槽磨輪3、3旋轉之磨輪驅動裝置11a，11a、磨輪升降裝置12、12、晶圓側升降裝置34、內建有裝載工件台旋轉裝置2b之工件安裝台2、設有深度方向移動裝置17c或左右方向移動裝置17f之架台17等之動作條件加以設定，並決定要輸出之控制訊號；以及控制訊號輸出部19c，接受從控制部19b輸出之訊號而輸出用以實施指示之動作所需之控制訊號。
各控制裝置係如第11圖所示，具備：晶圓設定用控制裝置9a，係啟動機械人Z軸馬達、吸附臂R軸馬達或裝料用致動器，將晶圓1自待機處移送至旋轉台2a，使定向(θ軸、Y軸)馬達動作。以確認出偏心度，並修正此偏心度而調準軸心，使晶圓1隨同旋轉台2a移動至加工位置並進行對位，由缺口部1n之位置決定加工初始位置，視需要作為外周緣之修整加工用而進行高速旋轉，並在加工後洗淨表面，將修整後之晶圓1移到完工晶圓1之堆積位置；晶圓加工用控制裝置9b，總括控制裝置，個別地控制晶圓旋轉方向、左右方向(X軸方向)、深度方向(Y軸方向)、修整用上下方向(Z軸方向)等之動作方向；晶圓粗加工用控制裝置9c，總括在晶圓1精密加工前進行之粗加工用所追加之(附有粗磨削用Z軸馬達)磨輪上下方向移動裝置8上所配置之控制對象之裝置(成形磨輪粗磨削用馬達6a、棒狀磨輪粗研削用馬達7a等)；及缺口部精密加工用控制裝置9d，總括各驅動裝置之控制裝置，該驅動裝置係對用以決定晶圓1周緣上之基準位置的缺口部1n進行精密加工。
此等各控制裝置9a至9d係依據由控制訊號輸出部19c所輸出之控制訊號進行控制，啟動所需之驅動裝置W，控制成分別與其他驅動裝置協調動作。
使用此斜角加工裝置10進行晶圓1之斜角加工時，首先從控制部19b透過控制訊號輸出部19c，驅動晶圓設定用控制裝置9a，自分別堆積之晶圓1或收納於匣盒之晶圓1，…，1取出1片晶圓1並移置於旋轉台2a上，再依據來自控制部19b之指示由控制訊號輸出部19c輸出之控制訊號，驅動深度方向移動裝置(Y軸馬達)17c，將裝載晶圓1之旋轉台2a，自第8圖、9所示之晶圓準備位置移動至第7圖及第10圖所示之晶圓加工位置，移動後進行周緣部之縮徑加工。
在周緣縮徑加工時，係依照來自控制部19之指示，依據由控制訊號輸出部19c所輸出之控制訊號，驅動2部(附精密研削用Z軸馬達)磨輪升降裝置12、12，依據目標之周緣形狀，如第2圖或第3圖所示對晶圓1決定配置各圓盤形無溝槽磨輪3、3之位置，共同啟動晶圓加工用控制裝置9b之(附θ軸馬達)工件裝載台旋轉裝置2b及各圓盤無溝槽磨輪3之(附精密研削用主軸馬達)磨輪驅動裝置11a、11a，再將各圓盤形無溝槽磨輪3、3之旋轉數調整為周緣縮徑加工時之旋轉數，適當地控制晶圓1之旋轉與圓盤形無溝槽磨輪3、3之旋轉，以進行精密度良好之研削，在接近所需直徑之後切換為精密之研磨步驟(無火花研磨)，將晶圓1之邊緣1a之晶圓直徑加工成符合目標形狀。
繼之，進行輪廓(Contouring)加工(或稱成形加工)。
輪廓加工時，如第4、5圖所示，由圓盤形無溝槽磨輪3、3分別夾住晶圓1之上下各面，並且各自獨立地調整，同時對位於上下之各圓盤形無溝槽磨輪3、3進行加工。
相對位置之調整係由控制訊號輸出部19c所輸出之精密加工用上側磨輪之Z軸控制訊號，調整精密加工用上側磨輪之磨輪升降裝置(精密研削用上側磨輪Z軸馬達)12之動作，同時由控制訊號輸出部19c所輸出之精密加工用下側磨輪之Z軸控制訊號，調整精密加工用下側磨輪之磨輪升降裝置(精密研削用下側磨輪Z軸馬達)12之動作，由各圓盤形無溝槽磨輪3、3抑制因晶圓1之變形、振動、晃動等所引起之位置偏移，並且調整圓盤形無溝槽磨輪3、3之Z軸方向的位置，藉此分別對上下兩面進行位置補正，同時進行輪廓加工，同時，由控制訊號輸出部19c所輸出之晶圓側升降用Z軸之控制訊號，調整晶圓側升降裝置34之升降動作，使上下2圓盤形無溝槽磨輪3、3與晶圓1之上下方向之相對位置保持一定，並且將加工時之各圓盤形無溝槽磨輪3、3之旋轉調整為輪廓加工時之旋轉數，適當地控制晶圓1之旋轉與圓盤形無溝槽磨輪3、3之旋轉，精密度佳地研削邊緣形狀，待接近所需形狀之後切換為精密之研磨步驟(無火花研磨)，將晶圓1之邊緣1a之形狀研磨成符合目的形狀之尺寸，以提高加工形狀之精密度。
〈第1形態〉
於本發明之晶圓斜角加工方法中，藉由作為一例如上所示之加工裝置10，在旋轉台2a上裝載經定心之晶圓1並使其旋轉，使對此旋轉之晶圓1進行加工之無溝槽磨輪3與晶圓周緣部1a接觸，以進行晶圓1之斜角加工方法，但是於本發明中，尤其是在晶圓全周緣形成同一剖面形狀時(第14圖、第16圖)時，係以晶圓1與磨輪3之移動軌跡作為基準，隨晶圓之旋轉角度位置在朝Z軸或Y軸中之至少1軸方向使晶圓1與磨輪3之相對位置自上述基準軌跡位置改變，為了進行此加工之動作，係使用壓電致動器34a，隨晶圓1之旋轉角度位置而形成不同之剖面形狀。
上述基準為使用在晶圓全周緣形成同一之剖面形狀時之使晶圓1與磨輪3朝Z軸及Y軸方向相對移動之移動軌跡的資料。
第12圖表示在加工晶圓剖面之上面側時之磨輪3之相對基準軌跡，第13圖表示在加工晶圓剖面之下面側時之磨輪3之相對基準軌跡。
於加工上面側時，自周緣1b之曲面開始位置(U1)，先以01為中心以R3+r1之半徑使磨輪3以圓弧狀動作。到達上斜面之開始位置U1’後，接著以斜向平行移動至U1”而形成上斜面1au。
下面側也同樣地，自周緣1b之曲面開始位置(L1)先以02為中心以R4+r2之半徑使磨輪3以圓弧狀動作。到達上斜面之開始位置L1’後，接著以斜向平行移動至L1”而形成上斜面1ad。
第10圖為在晶圓側升降用Z軸裝設壓電致動器34a之例，尤其是在隨著晶圓1以高速旋轉之旋轉角度位置改變剖面形狀之本發明之晶圓斜角加工中，可正確地追隨加工。
再者，為了維持厚度方向之剖面形狀的對稱性，在將壓電致動器34a裝設在晶圓側昇降用Z軸時，可分別加工上面側之剖面形狀與下面側之剖面形狀。在晶圓側水平Y軸或磨輪側升降Z軸裝設壓電致動器時，可同時加工上面側之剖面形狀與下面側之剖面形狀。
如第12圖所示作為晶圓1之旋轉角度位置，以距晶圓1之中心之角度分為8等分，將上述磨輪3與晶圓1之相對位置關係依晶圓1之旋轉角每45度互相變更，藉此可形成2種不同之剖面形狀。
又，在上述晶圓1之旋轉角度每45度之上述磨輪3與晶圓1之相對位置關係之變更途中之旋轉角度位置，藉由連續地使晶圓形狀改變，而使變化順暢。如此連續性形狀係由樣條(spline)曲線、雙曲線、正弦曲線、橢圓弧等曲線所形成，亦可為一部分包含直線之形狀。
於本實施方式中使上述磨輪與晶圓之相對位置關係依上述晶圓之旋轉角每45度互相變更所得剖面形狀，可有如下之各種形狀。
第1種剖面形狀係形成隨晶圓之旋轉角度而不同之2種晶圓半徑。
此時，隨晶圓旋轉角度每45度朝Y軸(視需要連動Z軸)方向使晶圓1與磨輪3之相對位置自上述基準軌跡位置變動，以形成隨晶圓旋轉角度位置而不同之剖面形狀(A、B)。
結果，晶圓1係成為依每旋轉角度45度使半徑變化之狀態，例如第15圖之平面形狀的狀態。再者，於第15圖中，係與無如此半徑變化之第14圖之狀態比較放大顯示晶圓半徑之大小差，實際上其差僅為約5微米至50微米左右。
此時，在上述晶圓1之旋轉角度每45度之上述磨輪3與晶圓1之相對位置關係之變化途中之旋轉角度位置，係以使晶圓1之半徑連續地變化為佳。如此連續性形狀係由樣條曲線、雙曲線、正弦曲線、橢圓弧等曲線所形成，且亦可為一部分含有直線之形狀。
第2種剖面形狀係在將晶圓前端斜面之斜角寬度X1、X2設為一定之情形下，使晶圓前端之圓弧半徑大小不同。
亦即，相對於第16圖所示之基準剖面形狀，於第17圖、第18圖中，以實線所繪之晶圓前端之圓弧半徑大小有所不同。
第3種剖面形狀係在將晶圓前端斜面之斜角寬度X1、X2及晶圓前端部之直線長度X3設為一定之情形下，使晶圓前端之曲線成為不同。
相對於第16圖，第19圖、第20圖係表示在將斜角寬度X1、X2與晶圓前端部之直線長度X3保持為一定之情形下，改變成使晶圓前端之曲線不同之狀態。就曲線而言，可形成為樣條曲線、雙曲線、正弦曲線、橢圓弧等。
第4種剖面形狀係在將晶圓前端斜面之斜角寬度X1、X2設為一定之情形下，使晶圓前端斜面之角度大小不同。
相對於晶圓前端斜面角度大小為無變化之第16圖，於第21圖、第22圖中，使晶圓前端斜面之角度大小改變，因此周緣1b之面寬度X3亦不相同。
於本發明中，在實施隨晶圓1之旋轉角度位置形成上述各種不同之剖面形狀之斜角加工時，可實施：相對於使上述晶圓1與磨輪3朝Z軸及Y軸方向相對動作而以在晶圓1前端分別形成所希望之剖面形狀的方式使磨輪3接觸於晶圓1之軌跡，使距晶圓前端直線部之圓弧或曲線開始位置偏移達預定量，一面隨著自晶圓前端遠離逐漸回到原來之圓弧或曲線之軌跡，一面進行晶圓之斜角加工。
又，於本發明中，在實施隨晶圓1之旋轉角度位置形成上述各種不同之剖面形狀之斜角加工時，可實施：先使上述晶圓1與磨輪3朝Z軸及Y軸方向相對動作，將晶圓前端加工成所希望之剖面形狀，在後序步驟中使磨輪3再度與晶圓前端直線部接觸並朝Z軸方向與Y軸方向相對動作，使晶圓前端直線部相對於原來之直線傾斜預定角度，以進行晶圓斜角加工。
〈第2形態〉
如第23圖所示之本發明之晶圓斜角加工方法中，其第2實施方式為，藉由上述之加工裝置10，在旋轉台2a上裝載經定心之晶圓1而旋轉，使無溝槽磨輪3與晶圓周緣部1a接觸以進行晶圓1之斜角加工時，相對於使晶圓1與磨輪3朝Y軸與Z軸相對動作而以在晶圓1全周之前端形成相同剖面形狀之方式使磨輪3與晶圓1接觸之軌跡(2點虛線部分)，使距晶圓前端直線部之圓弧或曲線開始位置偏移達預定量，一面隨著自晶圓前端遠離而逐漸回到原來之圓弧或曲線之軌跡，一面進行加工(實線部分)，藉此在晶圓全周前端形成相同之剖面形狀。
如此預估斜角步驟之變形而形成上下非對稱(X3U＜X3L)之剖面形狀，即可在斜角步驟結束後使其成為上下對稱(X3 ‘U=X3’ L)之剖面形狀(2點虛線部分)。
〈第3形態〉
再者，即使欲形成如第24圖之正常剖面形狀，由於在斜角步驟中晶圓1會因來自磨輪3之壓力而如第25圖所示變形，因此在此狀態下垂直地加工晶圓前端直線部(周緣1b)時，在上述斜角步驟後晶圓前端直線部回復原來狀態時，如第26圖所示將成為非對稱形狀而不會成為正常的剖面形狀。
於是，作為第3實施形態，藉由如上所述之加工裝置10，在旋轉桌子2a上裝載經定心之晶圓1並使之旋轉，而使無溝槽磨輪3與晶圓周緣部1a接觸以進行晶圓1之斜角加工時，使上述晶圓1與磨輪3朝Z軸方向及Y軸方向相對動作，對晶圓前端加工成所希望之剖面形狀，在後序之斜角步驟中，如第27圖使磨輪3再度與晶圓前端直線部接觸並朝Z軸與Y軸方向相對動作，將晶圓前端直線部相對於原來之直線傾斜預定角度來進行加工。
如此預估斜角步驟之變形，將晶圓前端直線部(周緣1b)相對於原來之(垂直的)直線傾斜預定角度以進行加工，即可在斜角步驟結束後使其成為上下對稱之剖面形狀(第24圖)。
〈第4形態〉
於本發明之晶圓斜角加工方法中，作為第4實施形態，係於上述各實施形態中，以投影圖像測量晶圓之各種剖面，以決定磨輪與晶圓之Z軸與Y軸之動作量，而使晶圓之前端成為所希望之剖面形狀。
就得到該投影圖像之手段而言，係如第28圖所示，將來自照明器50之平行光照射在旋轉之晶圓1的邊緣1a附近，以CCD照相機51受光，針對晶圓1全周緣獲得用以形成所希望剖面形狀之資訊，以決定磨輪3與晶圓1之Z軸及Y軸之動作量。
1．．．晶圓
1a．．．邊緣(周緣部)
1au．．．上斜面
1ad．．．下斜面
1b．．．周緣
1c．．．圓弧
1d．．．斜條狀傷痕
1e．．．(反向)斜條狀傷痕
1n．．．缺口部
2．．．工件安裝台
2a．．．旋轉台
2b．．．(附θ軸馬達)工件裝載台旋轉裝置
3．．．圓盤形無溝槽磨輪
8．．．(附粗研削用Z軸馬達)磨輪上下方向移動裝置
9a．．．晶圓設定用控制裝置
9b．．．晶圓加工用控制裝置
9c．．．晶圓粗加工用控制裝置
9d．．．缺口部精密加工用控制裝置
10．．．斜角加工裝置
11．．．磨輪支撐裝置
11a．．．(附精密研削用主軸馬達)磨輪驅動裝置
12．．．(附精密研削用Z軸馬達)磨輪升降裝置
13．．．基台
15．．．工件支撐裝置
16．．．台座
17．．．架台
17a、17d．．．導軌
17b．．．深度(Y)方向移動體
17c．．．(附Y軸馬達)深度方向移動裝置
17e．．．左右(X)方向移動體
17f．．．(附X軸馬達)左右方向移動裝置
19．．．控制箱
19a．．．操作面板
19b．．．控制部
19c．．．控制訊號輸出部
33．．．晶圓側升降裝置支撐構件
34．．．晶圓側升降裝置
34a．．．(晶圓側升降用Z軸)壓電致動器
50．．．照明器
51．．．CCD照相機
r1、r2、R1、R2、R3、R4．．．半徑
W．．．驅動裝置
X1、X2、X3．．．斜角寬度
X、Y、Z、θ．．．(表示移動方向)箭頭
α1、α2．．．角度
O1、O2．．．中心
U1、U2軌跡
第1圖係表示本發明之加工方法之第1實施方式之晶圓周緣之加工狀態的斜視說明圖。
第2圖係表示於前述第1實施方式之晶圓周緣與圓盤形無溝槽磨輪之接觸狀態之放大局部剖面說明圖。
第3圖係表示於前述第1實施方式之與第2圖不同形狀之晶圓周緣與圓盤形無溝槽磨輪之接觸狀態之放大局部剖面說明圖。
第4圖係表示於前述第1實施方式之輪廓加工時圓盤形無溝槽磨輪之接觸狀態的放大局部剖面說明圖。
第5圖係表示於前述第1實施方式之輪廓加工時之隨晶圓位置偏移改變位置之圓盤形無溝槽磨輪之接觸狀態的放大局部剖面說明圖。
第6圖係表示前述第1實施方式之圓盤形無溝槽磨輪所形成之斜條狀傷痕之加工說明圖。
第7圖係表示本發明所用之加工裝置之正面圖。
第8圖係表示於本發明所用之加工裝置之側面圖。
第9圖係表示於本發明所用之加工裝置之平面圖。
第10圖係表示於本發明所用之加工裝置之控制系統圖。
第11圖係表示於本發明所用之加工裝置之控制系統一部分的方塊圖。
第12圖係表示加工晶圓周緣之上面側時之磨輪軌跡之加工說明圖。
第13圖係表示加工晶圓周緣之下面側時之磨輪軌跡之加工說明圖。
第14圖係表示習知所用之附缺口部之晶圓的平面說明圖。
第15圖係表示於第1實施方式之形成第1剖面形狀之附缺口部之晶圓的平面說明圖。
第16圖係表示具有前端為在角部具有2圓弧之垂直周面所形成之邊緣形狀之晶圓邊緣部之局部剖面圖。
第17圖係表示具有將角部之圓弧加工成比第16圖為大之邊緣形狀之晶圓邊緣部之局部剖面圖。
第18圖係表示具有將角部之圓弧加工成比第16圖為小之邊緣形狀之晶圓邊緣部之局部剖面圖。
第19圖係表示具有將角部之曲線加工成比第16圖更平緩之邊緣形狀之晶圓邊緣部之局部剖面圖。
第20圖係表示具有將角部之曲線加工成較第16圖更陡之邊緣形狀之晶圓邊緣部之局部剖面圖。
第21圖係表示具有將晶圓前端斜面之角度加工成比第16圖平緩之邊緣形狀之晶圓邊緣部之局部剖面圖。
第22圖係表示具有將晶圓前端斜面之角度加工成比第16圖陡之邊緣形狀之晶圓邊緣部之局部剖面圖。
第23圖係表示將距晶圓前端直線部之圓弧或曲線開始位置偏移達預定量所形成之晶圓邊緣部之局部剖面圖。
第24圖係表示在斜角步驟中晶圓無變形時之晶圓之局部剖面圖。
第25圖係表示斜角步驟中之晶圓變形之局部剖面圖。
第26圖係表示在斜角步驟完成後晶圓變形回復之狀態之局部剖面圖。
第27圖係表示使晶圓前端直線部相對於原來之直線傾斜預定角度來進行加工之晶圓的局部剖面圖。
第28圖係表示測量第4實施方式之投影圖像所採用之晶圓斜角加工方法之斜視圖。
3．．．圓盤形無溝槽磨輪
O1．．．中心
r1、R3．．．半徑
U1．．．軌跡
Y、Z．．．(表示移動方向)箭頭

Claims (14)

  1. 一種晶圓斜角加工方法，係在旋轉台上裝載經定心之晶圓並使其旋轉，再令用以加工此旋轉晶圓之無溝槽磨輪與晶圓周緣部(邊緣)接觸，以對晶圓進行斜角加工之方法，其中使上述晶圓與磨輪朝Z軸與Y軸方向相對地移動，而以在晶圓全周形成同一剖面形狀之移動軌跡作為基準，依據晶圓旋轉角度位置，採用壓電致動器將晶圓與磨輪之相對位置從上述基準軌跡位置朝Z軸或Y軸中之至少一軸方向變動以進行加工，以使上述晶圓依據旋轉角度位置形成不同剖面形狀。
  2. 如申請專利範圍第1項之晶圓斜角加工方法，其中，使上述磨輪與晶圓之相對位置關係，依照上述晶圓之旋轉角之每45度互相變更而形成2種不同之剖面形狀。
  3. 如申請專利範圍第2項之晶圓斜角加工方法，其中，在上述晶圓旋轉角度之每45度之上述磨輪與晶圓之相對位置關係之變更途中之旋轉角度位置，連續地使晶圓之剖面形狀改變。
  4. 如申請專利範圍第1項之晶圓斜角加工方法，其中，使上述磨輪與晶圓之相對位置關係，依上述晶圓之旋轉角度之每45度互相變更，而形成2種不同晶圓半徑。
  5. 如申請專利範圍第4項之晶圓斜角加工方法，其中，在上述晶圓旋轉角度之每45度之上述磨輪與晶圓之相對 位置關係之變更途中的旋轉角度位置，連續地使晶圓之半徑改變。
  6. 如申請專利範圍第2項或第3項之晶圓斜角加工方法，其中，上述2種剖面形狀係在將晶圓前端斜面之斜角寬度保持為一定之情況下，可使晶圓前端之圓弧大小不同。
  7. 如申請專利範圍第2項或第3項之晶圓斜角加工方法，其中，上述2種剖面形狀係在將晶圓前端斜面之斜角寬度與晶圓前端部之直線長度保持為一定之情況下，可使晶圓前端之曲線不相同。
  8. 如申請專利範圍第2項或第3項之晶圓斜角加工方法，其中，上述2種剖面形狀係在將晶圓前端斜面之斜角寬度保持為一定之情況下，可使晶圓前端斜面之角度大小不相同。
  9. 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項之晶圓斜角加工方法，其中，相對於使上述晶圓與磨輪朝Z軸及Y軸方向相對地動作而以在晶圓前端形成所希望之剖面形狀之方式使磨輪與晶圓接觸之軌跡，將距晶圓前端直線部之圓弧或曲線開始位置偏移達預定量，一面隨著遠離晶圓前端逐漸回到原來之圓弧或曲線之軌跡，一面進行加工。
  10. 如申請專利範圍第9項之晶圓斜角加工方法，其中，距上述晶圓前端直線部之圓弧或曲線開始位置之偏移量 係設為因晶圓旋轉角而不同之偏移量。
  11. 如申請專利範圍第1項至第10項中任一項之晶圓斜角加工方法，其中，使上述晶圓與磨輪朝Z軸及Y軸方向相對地動作，在晶圓前端加工成所希望之剖面形狀後，使磨輪與晶圓前端直線部再度接觸，使其朝Z軸及Y軸方向相對地動作，並使晶圓前端直線部相對於原來之直線傾斜預定角度而進行加工。
  12. 一種晶圓斜角加工方法，係在旋轉台上裝載經定心之晶圓並使其旋轉，再令用以加工此旋轉晶圓之無溝槽磨輪與晶圓周緣部接觸，以對晶圓進行斜角加工之方法，其中相對於使上述晶圓與磨輪朝Z軸與Y軸方向相對地動作而以在晶圓全周之前端形成同一剖面形狀之方式使磨輪與晶圓接觸之軌跡，將距晶圓前端直線部之圓弧或曲線開始位置偏移達預定量，一面隨著遠離晶圓前端逐漸回到原來之圓弧或曲線之軌跡，一面進行加工。
  13. 一種晶圓斜角加工方法，係在旋轉台上裝載經定心之晶圓並使其旋轉，再令用以加工此旋轉晶圓之無溝槽磨輪與晶圓周緣部接觸，以對晶圓進行斜角加工之方法，其中使上述晶圓與磨輪朝Z軸及Y軸方向相對地動作，在晶圓全周前端加工成同一剖面形狀之後， 使磨輪與晶圓前端直線部再度接觸並朝Z軸與Y軸方向相對地動作，而使晶圓前端直線部相對於原來之直線傾斜預定角度而進行加工。
  14. 如申請專利範圍第1項至第13項中任一項之晶圓斜角加工方法，其中，為了使晶圓前端成為所希望之剖面形狀，而以投影圖像方式測量上述晶圓之剖面，來決定磨輪與晶圓之Z軸與Y軸方向之動作量。
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