本发明涉及抛光诸如硅晶片之类的半导体晶片边缘的方法及用 于该方法的设备。

通常，当硅结晶成很大的、在其大部分长度上为圆柱形的块体之 后，要把这种结晶材料切成很薄的，成为硅晶片的圆片，每一块硅晶 片的直径大约在25-300mm的范围内。在把硅晶片装在磨边机的真空 卡盘上之后，对圆片四周的边缘进行精密的磨削，制成以圆片的中心 为圆心的精确的圆形和精密成形的边缘轮廓，并且，常常在圆周周围 的一个部位刻槽。

尽管在圆片的绝大部分面积上的厚度是均匀的，并且这两个表面 上平行的，但，这种圆片周边的断面却磨削成三角形，该三角形的顶 角确定了该晶片的最外部的直径，并且通常是在该圆片的两个平行平 面的中间。

为了用这种圆片最佳地制造半导体器件，很重要的一点是它的暴 露在光刻法下的表面要没有损伤，并且，根据在晶片上形成的微型电 路的显微尺寸的大小来看，靠近平坦的圆形表面与通向尖顶的倾斜表 面相交的圆周线的损伤，将大大减少能够从该晶片上制造出来的器件 的数量。

对于不能在通向尖顶的三角形断面的倾斜表面上制造出质量优 良的精加工磨削表面的机械，在把晶片用于制造半导体器件之前，须 要浸蚀然后抛光晶片的边缘。对于能在通向尖顶的倾斜表面上加工出 质量优良的精加工磨削表面的机械，为了获得无损伤的边缘，只要浸 蚀并抛光掉少量的材料就可以了。

本发明的目的是提供一种经过改进的，用于抛光经过精磨的晶片 边缘的方法和设备。

按照本发明的一个方面，提供了一种磨削和抛光圆形工件的边缘 的方法，它包括下列工步：把上述工件依次输送到一个磨削工作站， 在该工作站上磨削工件的边缘，该工件在磨削之后送到中间储存库， 同时把下一个工件运输和定位在上述磨削工作站上准备进行磨削；此 外，它还包括下列工步：转动在上述中间储存库中的工件，用一个抛 光轮接触上述晶片的边缘，在抛光上述边缘的同时磨削上述下一个工 件；并在抛光之后卸下抛光的工件，并将上述下一个工件从磨削工作 站输送到上述中间储存库中进行抛光，以便能让又一个工件放在上述 磨削工作站上。

那些等待磨削的工件可以装入第一储存库中，而那些磨削并抛光 好的工件则可以装入第二储存库中。上述第一和第二储存库可以是一 个储存设备的两个不同的部分。

本发明是专门应用于圆形半导体晶片的。

上述中间储存库可以很方便地带有一个洗涤工作站，并且，按照 本发明的一个优选实施例，上述晶片边缘的磨削和抛光方法还包括在 抛光工步之前对磨光晶片的洗涤工步。

本发明还提供了一种方法，在这种方法中，晶片在抛光工步之后 进行洗涤。

本发明还提供了一种方法，在这种方法中，晶片在抛光工步之前 和之后都进行洗涤。

按照本发明的一个优选的特征，这种方法包括在完成一个或多个 抛光工步之后在抛光轮上形成或修正一条凹槽的工步。

在抛光轮上形成或修正凹槽可以借助于一个凹槽形成轮来实 现，这个轮子具有三角形横断面的周边轮缘，在其横断面上形成两个 汇合于尖顶的倾斜的截锥形边缘，并且在抛光了一块或多块晶片之 后，在上述凹槽形成轮与抛光轮在绕着各自的轴线旋转的同时，互相 之间产生相对移动，从而在抛光轮上形成或修正凹槽的横断面形状， 以便对下一块晶片进行抛光。

按照本发明的另一个方面，用于磨削半导体材料的圆形晶片的边 缘的设备包括下列部件：一个在内部能储存半导体材料的圆片状晶片 的储存库；一个磨削工作站；每次把一块晶片输送到磨削工作站上的 装置，以便对其边缘进行磨削，并且在磨削后将各晶片依次输送到一 个中间储存库中，并将该晶片定位在其中的一个储存卡盘上，上述输 送装置从仓库中选定下一块晶片，并将其输送到磨削工作站，对其边 缘进行磨削；一个在上述中间储存库中的抛光轮；用于使抛光轮和其 中的晶片旋转的装置；用于在上述晶片和抛光轮之间实现相对移动， 以抛光上述晶片的边缘，同时对下一块晶片进行磨削的装置；上述输 送装置的用途是把抛光后的晶片从中间储存库中取出，并在运动到中 间储存库从其中回收抛光后的晶片之前，从仓库中选定另一块晶片， 把它输送到磨削工作站以磨削它的边缘。

最好是，在实施本发明的方法和设备中，要把一种研磨剂输送到 晶片与抛光轮之间的接触点上，以便有助于抛光作用。

通常，上述抛光轮是柔软的，并用诸如尿烷或氧化铈之类的材料 制成。

通常，上述研磨剂是一种碱性溶液，其酸碱度最好是pH11。

本发明的方法通常还可以包括下列步骤：通过使抛光轮或者晶片 绕着一根轴线摇摆，在抛光轮与晶片边缘之间产生摇摆运动，上述轴 线与一根和晶片与抛光轮之间的接触点相交的切线重合或平行。

在一种优选的结构中，晶片与带凹槽的抛光轮都安装成绕着隔开 距离的，平行的水平轴线旋转，晶片支承在真空卡盘上，用一台驱动 电动机驱动旋转，抛光轮由一台第二驱动电动机驱动旋转，线性驱动 装置用于驱动抛光轮相对于晶片前进和后退，而振荡驱动装置作用在 抛光轮部件上，并驱动它绕着一根垂直轴线摇摆，以使抛光轮上的凹 槽的两侧面能交替地与晶片边缘部分的倾斜边缘接触。

在另一种结构中，抛光轮和它的旋转驱动装置是固定不动的，但 除了让抛光轮绕着它的轴线旋转之外。而线性移动装置则用于驱动晶 片和协同工作的驱动和支承装置向着带有凹槽的抛光轮前进和后 退，使晶片的边缘与抛光轮上的凹槽接触，振荡驱动装置用于使晶片 的支承件，因而也就使该支承件上的晶片绕着一根垂直轴线摇摆，以 便在晶片与抛光轮旋转时，在晶片的外圆周与凹槽的侧面之间发生交 替的接触。

上述振荡驱动装置包括摇摆驱动装置，和绕着一根轴线首先向一 个方向旋转，然后又向另一个方向旋转的驱动装置。

按照本发明的又一个方面，应该理解，在使晶片与抛光轮旋转的 同时使晶片或抛光轮摇摆，以便让晶片外圆周的两个倾斜的侧面交替 地与抛光轮上凹槽的相应表面接触，并非与晶片安装在与边缘磨削机 械协同工作的中间储存库中的布置方式联系在一起的。本发明的这一 个方面可以与任何晶片边缘抛光机械组合在一起，在那种抛光机械 中，晶片或者抛光轮中的任何一方可以绕着一根适当的轴线，交替地 先向一个方向摆动，然后向另一个方向摆动。

本发明还提供一种抛光晶片边缘的设备，这种设备具有下列各种 装置：使晶片旋转的装置，其中的一个带有凹槽的抛光轮可容纳晶片 的外圆周边缘；使抛光轮旋转的驱动装置；用于在抛光轮与晶片之间 产生相对运动的装置，以使晶片与凹槽接触；以及另一个使晶片与抛 光轮之间产生相对摇摆运动的驱动装置，以使在抛光过程中，晶片外 圆周的相对两面交替地与抛光轮上的凹槽的相对的两个表面部分接 触。

在以上所述的任何一种设备中，在晶片与抛光轮之间的接触区域 附近有一个喷射小孔，用于至少在抛光过程中把一股流体的研磨剂喷 向上述接触区域。

按照本发明的另一个特征，在以上所述的任何一种设备中，安装 了一个凹槽成形轮(开槽工具)，这个开槽工具，或者由它向着抛光 轮运动，或者由抛光轮向着该工具运动，而与抛光轮上的凹槽接触， 而且由于抛光轮与工具的相对旋转而在抛光轮的表面上形成或修正 凹槽。

上述开槽工具是一个圆盘，该圆盘可以安装在上述晶片支承件的 后方，以便与其一起旋转，并且上述成形工步是由上述开槽的抛光轮 移动到与开槽的工具接触，并使两者都旋转，以便形成或修正抛光轮 上的凹槽。

在以上所述的本发明的任何方法中，还包括下述步骤：至少在两 者的抛光接触过程中，向带凹槽的抛光轮与晶片外圆周之间的接触点 喷射流体研磨剂。

本发明还在于，在上述任何方法中，把一个开槽工具(凹槽成形 轮)定位在带凹槽的抛光轮附近，以便在需要时与该抛光轮接触，形 成或修正上述凹槽。

按照本发明的又一个方面，上述抛光轮有很宽的轴向宽度，在它 的外圆周上有两圈或更多的平行的凹槽，使得当一圈凹槽磨损后需要 修正时，可以使抛光轮换位，以便使用另一圈凹槽来抛光晶片的边 缘，并且，这种从一圈凹槽移动到另一圈凹槽的过程可以不断地进 行，直到所有的凹槽都使用过，并需要在加工过程中断之前进行修 正，以及对抛光轮的凹槽进行修正加工。

按照本发明的另一个方面，在一种对圆片状工件的边缘进行抛光 的方法中，上述工件定位在一个真空卡盘上，以便绕其中心旋转；一 个用合成塑料材料制成的抛光轮与该工件的旋转的边缘接触，该抛光 轮在其抛光表面的周围事先形成了一圈凹槽，该凹槽的横断面与上述 圆片边缘的轮廓互补；把一种抛光研磨剂供入上述抛光轮与工件边缘 之间的接触区域，并转动上述抛光轮，于是在上述抛光轮与圆片的边 缘之间便产生相对运动。

通常，上述抛光轮在接触区域上的旋转方向与上述工件的旋转方 向相反。

通常，上述合成塑料是尿烷。

通常，上述抛光研磨剂是胶体状二氧化硅。

当磨削边缘时，带有凹槽的抛光轮在抛光过程中以一定的送进速 度前进。已经发观，以这样的方式送进合成的塑料抛光轮更为适当， 即，让它以所谓“陷入”的方式和恒定的力量与工件的边缘接触。

经过几分钟的加工，通常是在2-4分钟范围内，就能获得抛光 的表面。

上述方法可以用一种经过改进的边缘磨削机械来完成，这种机械 能磨削圆片的边缘，然后，把磨轮撤回来，向前送进抛光轮，在依旧 安装在同一个卡盘的状态下对工件进行抛光，完成以上所述的方法。 在上述磨削工步与抛光工步之间可以包括一个洗涤工步。

最好是，上述方法是在设定了程序的计算机控制下进行该工艺过 程的各个工步的。

按照本发明的另一个方面，完成上述方法的设备包括：一个用于 接受和支承圆片状工件的真空卡盘；用于使上述卡盘，因而也就是上 述工件，绕着其中心旋转的驱动装置；用于安装带有凹槽的抛光轮的 装置，和用于使抛光轮绕着其中心轴线旋转的装置，并且在抛光轮将 与工件接触的区域内，抛光轮的旋转方向与工件的旋转方向相反；用 于送进和退回抛光轮安装装置的驱动装置，以便为了抛光而使抛光轮 与上述工件的边缘接触；以及用于调节抛光轮与上述安装装置之间的 相对位置，或调节上述安装装置与该设备的其余部分的相对位置，或 者两者都调节的调节装置，以保证抛光轮表面上的凹槽精确地与工件 的边缘对准；上述设备还包括用于向工件与抛光轮的接触区域供应抛 光研磨剂的装置。

最好是，上述设备还包括：一个凹槽成形轮，它安装成能绕着其 中心轴线旋转，并在与抛光轮接触的区域内向着与抛光轮相反的方向 旋转；以及使上述抛光轮与成形轮作相对移动的装置，以使成形轮的 边缘与抛光轮的表面接触，在抛光轮上形成一圈凹槽，上述成形轮的 外圆周轮廓与工件的外边缘的轮廓相同，结果，抛光轮上的凹槽便与 工件边缘的轮廓形状相同。

在以上所描述的设备中，抛光轮可以呈圆筒形，在轴向有相当大 的宽度，因而，当其上的一个做成凹槽的部位由于抛光工作而磨损 时，在沿轴向隔开距离的还可以有另外的一圈或多圈凹槽，只要适当 地使成形轮或抛光轮或两者移位，这台设备可以按照设定的程序在成 形轮与抛光轮之间，以及在抛光轮与工件之间进行相对的移位，于是 便可将抛光轮表面上适用的凹槽用于抛光工件的边缘。

用于向抛光区域供应抛光用研磨剂的装置通常包括至少一个将 研磨剂对着工件边缘喷射的喷嘴。

最好是，上述喷嘴(一个或多个)将研磨剂喷射到抛光轮与工件 之间的很小的接触区域中。

当抛光轮的转速大大快于工件的转速时，如果把研磨剂喷射到接 触区域，将使研磨剂在接触点上向着与抛光轮圆周的运动方向相同的 方向运动。由于当抛光轮与工件接触时，在抛光轮的凹槽与工件的边 缘之间形成了很小的储存空间，所以工件和抛光轮的旋转方向可以这 样选择，使得抛光轮的周边在接触点上向下运动，结果，研磨剂就能 从上向下喷射到抛光轮与工件边缘之间的结合部，于是在抛光过程的 时间内，就在上述小小的储存空间内保持着研磨剂的搅拌坑。

抛光作用最好是在总体密闭的空间内进行的，所以从旋转零件上 飞溅出来的研磨剂便聚集在外壳的壁上，然后再从壁上排入一个收集 储槽内。

最好，还设有把研磨剂从储槽中排入一个储存罐内的装置，然后 再从该储存罐排出或泵出，以便回收后重新使用。

如果要回收使用过的研磨剂，优选地要设置过滤装置，以便从研 磨剂中去除大于规定尺寸的粒子。

最好还设置用来检测通过喷嘴的研磨剂流量的装置，这种装置中 有一个连锁装置，以便当发生研磨剂流停止流动或流量低于预定的流 量时，使抛光轮退回，与工件脱离接触。

在上述设备中，如果抛光轮是用尿烷制做的，优选的研磨剂是胶 体状二氧化硅。

制作抛光轮的优选材料是尿烷。

在以上所述的设备中还可以包括一台晶片磨削机械，在这种机械 上，一个或多个磨轮在计算机控制下向前送进，与工件接触，进行边 缘的初步(或最终)磨削，在这种机械上也装有抛光轮，并且这个抛 光轮也受计算机的控制，在工件完成了磨削工序之后，向前送进，与 工件的边缘接触，以完成抛光工序。

如果上述抛光轮是装在磨削机械上的，则磨轮与抛光轮可以安装 在同一个磨头部件上，以便由一个共同的驱动装置，例如电动机，液 压或气动马达驱动它们旋转。

如果使用同一个驱动装置，磨削与抛光加工之间的旋转速度应该 适当的变化。

此外，如果磨轮与抛光轮的前进和后退使用同一个送进和后退机 构，则计算机要另外设计程序，将送进的特性从使磨轮前进改变为使 用抛光轮时的恒定力量的“陷入”模式。

由于磨削加工过程会产生数量相当多的切屑和飞溅，所以磨削加 工通常是在一个与用于抛光工步的优选的构造相似的封套中进行 的，并且，如果采用同一个封套，最好在磨削工步与抛光工步之间加 入一个洗涤工步，以便洗涤封套的内部，更具体的说，至少是洗涤抛 光轮的表面，以便在进行抛光工步之前去除任何磨削时遗留的切屑。

此外，或者换一种方式，除了在抛光轮要用于抛光的时候之外， 可以用一个保护套或壳体罩住抛光轮，这样磨屑沾到抛光轮表面上去 的机会就很少了。

当在磨削过程中用保护套或壳体罩住抛光轮时，在磨削加工已经 停止，而且洗涤工步也已经完成之后，这种屏蔽用的外壳能在计算机 控制下打开和移动，以便将抛光轮暴露出来，让它能移动到其抛光加 工的位置。

下面参照附图详细描述本发明的实施例。附图中：

图1是用于与晶片边缘磨削装置组合在一起的抛光洗涤工作站 的示意图；

图2是图1中所示的设备的示意性顶视图；以及

图3是表示用于使抛光轮进行振荡运动的经过改进的机构的示 意图。

本发明可用于抛光半导体晶片，这种晶片的边缘已经用边缘磨削 机床磨过，例如用英国专利说明书No.2317585中所公开的机床。

在图1中示意地表示的这种设备包括一个壳体10，在壳体内有 一块装在能绕着轴线14旋转的真空卡盘上的晶片12，以及一个能绕 着平行的轴线18旋转的尿烷抛光轮16。

在抛光轮16的外圆周上形成了一圈浅的V形凹槽33。当抛光轮 和晶片一边转动，一边相对移动到接触时，晶片的断面呈三角形的外 圆周便进入抛光轮周围的凹槽33内。如图1中的箭头所示，抛光轮 和晶片都顺时针方向转动，所以两者在接触点上的运动方向是相反 的。

一股射流20把液体的抛光研磨剂沿着将要与晶片12接触的抛光 轮16的外圆周的运动方向，向下喷射。研磨剂通常是带有胶体状氧 化硅的酸碱度PH值为11的碱性溶液，主要粒子的尺寸为30-50nm； 例如由Clariant公司制造的，称为Klubesol 50R50，并用水以10∶ 1稀释的研磨剂。

一个能绕着轴线24旋转的凹槽成形轮22装在远离晶片的位置 上。成形轮22与抛光轮16之间的相对移动使得成形轮22的边缘与 抛光轮16接触，并进入其周围的凹槽33内。成形轮22外圆周的形 状与要用抛光轮16中的凹槽进行抛光的晶片12的外圆周的横断面相 同，而且，由于成形轮22是用硬质材料制成的，而抛光轮16是用柔 软的材料，例如尿烷制成的，所以当成形轮与抛光轮上的凹槽接触 时，抛光轮外圆周上的凹槽33就会成形或修正。

成形轮22的另一种可替换的方式是用不旋转的成形车刀23(图 中用虚线表示)，在加工时，车刀沿着箭头25的方向滑动到与抛光 轮16接触，以便使凹槽33成形或修正。

图2是更加详细地表示从上方看的图1中的的设备。

图中的晶片12安装在由主轴28支承、并由电动机30驱动旋转 的真空卡盘26上。装在轴28上可供选择的凹槽成形轮32(代替成 形轮22)外圆周的轮廓可用于在抛光轮16的圆筒形表面上形成V形 凹槽33。

抛光轮16由用电动机36驱动旋转的轴34支承。

电动机36安装在滑道上，在气缸38的作用下能沿着滑道横向滑 动，以便让晶片12与凹槽33接触，或者，借助于另一个驱动装置 40，沿着箭头42的方向作适当的轴向移动，实现凹槽33与凹槽成形 轮32之间的接触。

电动机36安装成能绕着垂直于其滑道的轴线旋转，图中的杠杆 44从电动机壳体的一侧延伸出来，由两个活塞一气缸驱动装置46和 48带动。流体，例如空气，从压缩空气管线52输送过来，并通过阀 50有选择地供应给这两个驱动装置。

通过交替地先后向驱动装置46、48供应流体，于是它们的两个 活塞便先向一个方向运动，然后又向另一个方向运动。这样，就使得 杠杆44，因而也就使固定在它上面的电动机作振荡运动，产生绕着 枢轴轴线的摇摆运动。

较理想的是，抛光轮和驱动装置组件由上、下枢转臂支承，这两 条臂把旋转运动传递给一根垂直地穿过抛光轮中心的轴线。为此，上 述电动机壳体可以安装在上臂与下臂之间，这两条臂在抛光轮16的 上方和下方从壳体向前伸出，并且，在抛光轮的上方和下方设有在垂 直方向上对准的枢转轴承，上述两条臂安装在该枢转轴承上，并且臂 组件能绕着枢转轴承旋转，以使抛光轮16相对于晶片12绕着垂直轴 线作摇摆运动。

上述摇摆运动对晶片12的三角形横断面的边缘部分的外侧面进 行抛光。

图3表示一种经过改进的，使抛光轮16相对于晶片(图中未表 示)作振荡运动的结构图。抛光轮上有两条凹槽33A、33B，所以， 当一条凹槽磨损时，可以使用另一条凹槽。

在此图中，抛光轮16安装在轴34上，由装在滑道64上的耳轴 60和62支承，而滑道则沿水平方向安装成与晶片的旋转轴线平行。 轴34也是由一台电动机(图中未表示)驱动旋转。

一根插销66从滑道64向下凸出的，插销的相对两侧交替地与相 应的气缸72、74的推杆68、70接触，而这两个气缸又通过支承件73 安装滑板76上。上述滑板的水平运动，因而也就是气缸的水平运动 由一个电动机驱动的凸轮78，例如一个偏心轮控制，这个偏心轮与 两个能旋转的凸轮从动件80、81接触，而从动件的主轴84、86则连 接在滑板76上。

工作时，凸轮78的转动使插销66交替地与两根推杆68、70接 触。气缸中的空气压力P调节为使得作用在晶片侧面上的侧向力是恒 定的，与上述气缸上的杆的实际位移量无关。