JP2003165042A - 基板用乾式研磨装置および基板の乾式研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコンベアウエハの乾式研磨に用いる研磨
速度が速い、研磨装置の提供。 【解決手段】 該基板用乾式研磨装置は、研磨される基
板ｗ面を上向きに固定する吸着チャック２０をスピンド
ル１９に軸承するチャック機構１０ｂと、中央に気体通
路孔３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを有する円盤状硬質基台３
下面にケミカルメカニカル研磨加工具２を円周上に複数
並設したカップホイ−ル型砥石１を備える研磨ヘッド６
を中空スピンドル４に軸承する加工機構１０ａと、前記
加工機構の中空スピンドルに気体を供給する気体供給機
構とを有する基板用乾式研磨装置１０。チャック機構に
研磨される基板面を上向きに保持し、カップホイ−ル型
砥石１のケミカルメカニカル研磨加工具２を前記基板面
に押圧し、研磨剤スラリ−を用いることなく、スピンド
ルと中空スピンドルとを回転させることによりケミカル
メカニカル研磨加工具を基板面上で摺動させて基板表面
を研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンベアウエ
ハ、ガラス基板、Ｇａ−Ａｓ基板、Ｉｎ−Ｐ基板、結晶
サファイア基板、アルチック基板、半導体ウエハ等の基
板の表面を乾式（遊離砥粒である研磨剤スラリ−を用い
ない）で研磨するのに用いる基板用乾式研磨装置および
該乾式研磨装置を用いて基板を乾式研磨する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】インゴットをスライスして得られた基板
の両面を研削加工し、必要によりラップ加工し、この加
工面に研磨剤スラリ−を供給しつつ、研磨パッドを基板
の研削加工面に押圧し、基板と研磨パッドの両者または
一方を回転させて摺動することにより基板表面を鏡面に
研磨加工することは行なわれている。

【０００３】これら基板表面を研磨する方法は、大量の
研磨剤スラリ−を用いるので、砥粒を砥石やパッドに固
定した研磨加工具を用い、研磨剤スラリ−を用いること
なく乾式で基板を研磨する方法が提案されている（１９
９８年度精密工学秋季大会講演論文集１９１頁）。

【０００４】前記乾式の研磨加工具として、特開平９−
１４６１号公報は、粒径が１μｍ以下の細かい砥粒４０
部を水６０部に加え、この液１００部にアルギン酸ソ−
ダ１．５部を加えて分散した水和層に、塩化カルシウム
水溶液（電解質液）２０部を加えて凝固させたパン素地
状の凝固体をカッタ−で切断して研磨加工具を作成し、
この切断された研磨加工具を環状の硬質アルミニウム基
台上に間隔を置いて多数、環状に並べて貼付したカップ
型研磨砥石を提案する。

【０００５】また、乾式の研磨加工具として、「砥粒加
工学会誌 Vol.４４ No.１０ ２０００年１０月号４
３３−４３６頁」は、シリカ、酸化ニッケル、炭酸バリ
ウム、硫酸バリウム等の微細粒子に保護コロイドとなる
アルギン酸ソ−ダを結合剤として用い、１０Ｖの印加電
圧、通電時間３０分の条件の電気泳動法により電極面に
凝集させ、電極を引き抜いたちくわ状の凝集体を電極長
手方向に輪状に切断し、これを乾燥させて得た電気泳動
研磨加工具（ＥＰＤ研磨加工具）を円盤状の硬質基台上
に間隔を置いて多数、環状に並べて貼付したカップ型Ｅ
ＰＤ砥石を提案する。

【０００６】また、砥粒の結合材として、フェノ−ル樹
脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、ウ
レタン樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等
の液状樹脂を用いて強度を高めた研磨加工具も提案され
ている（特開２０００−１９０２２８号、特開２０００
−１９８０７３号、特開２０００−２３３３７５号、特
開２０００−２３７９６２号、特開２００１−１２９７
６４号）。

【０００７】例えば、特開２０００−１９８０７３号公
報は、シリカ、酸化セリウム、アルミナ等の粒径１〜１
００ｎｍの超微細砥粒を１０００個以上凝集させた粒径
１〜２０μｍの凝集砥粒を液状樹脂で結合させた樹脂に
対する凝集砥粒の体積比率が１５〜７０容量％の研磨加
工具を、環状の硬質アルミニウム基台上に間隔を置いて
多数、環状に並べて貼付したカップ型研磨砥石を提案す
る。

【０００８】さらに、我々は、平均重合度５０〜４０
０、平均粒径５〜１５０μｍの結晶セルロ−ス ５〜５
０重量％および研磨される基板のモ−ス硬度と同等、ま
たはそれより低いモ−ス硬度を有する砥粒 ９５〜５０
重量％の混合物を型内に充填し、１００〜１，０００ｋ
ｇｆ／ｃｍ^２の圧力で該混合物を加圧して賦型したケミ
カルメカニカル研磨加工具の複数を、円盤状硬質基台に
円周上に貼付してなるカップホイ−ル型研磨砥石を基板
の乾式研磨に用いることを提案した（特願２００１−３
６２１４０号）。

【０００９】研磨剤スラリ−を用いないで基板を乾式研
磨するこれら基板のドライポリッシング方法は、排水処
理コストが低減でき、消耗材の消費量も低減できる。ま
た、固形の砥石を用いるので、研磨された基板は段差平
坦化機能に優れるので、エッチング工程が不要になる、
あるいはデバイスの金属回路のディッシングが小さい利
点を有する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】研磨剤スラリ−を用い
ないで基板を乾式研磨する方法は、ケミカルメカニカル
研磨加工具の基板面上での摺動により熱を発生し、被加
工基板が高温となり、軟質砥粒と化学反応を進行させて
研磨を進行する。しかしながら、過分の発熱は乾式研磨
された基板に反りを生じさせたり、結合材が基板に溶着
したり、もしくは炭化して研磨基板面にスクラッチ傷を
発生させる原因となる。従って、発熱を適度に抑えるた
めにスピンドルの回転を遅くするため、研磨速度が研磨
剤スラリ−を用いる湿式研磨方法と同等、またはそれよ
り低くなり、基板の反りを考慮すると従来の湿式研磨方
法に置きかえるメリットが少ない。

【００１１】特開２０００−１９８０７３号公報の段落
００２０には、基板（ウエハ）と砥石間の接触部に発生
する摩擦熱を除去するために、両者間に１０ｃｃ／分の
研磨液の供給が必要であると記載する。しかしながら、
純水のような研磨液の供給は、摩擦熱が高熱のため蒸発
し、研磨基板面に蒸発跡を残す欠点がある。また、摩擦
熱を１００℃未満に下げる目的で多量の研磨液を使用す
ると、基板の温度が下がり過ぎてケミカルな研磨が進行
せず、研磨速度が研磨剤スラリ−を用いる湿式研磨方法
よりも格段と低くなってしまう。

【００１２】本発明の目的の１は、研磨速度を低下する
ことなく、スクラッチ傷を発生しないで基板を乾式研磨
加工できる研磨装置を提供するものである。本発明の別
の目的は、該研磨装置を用い、基板を乾式研磨する方法
を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１は、ス
ピンドルに軸承されたチャック機構に研磨される基板面
を上向きに保持し、中空スピンドルに軸承されたカップ
ホイ−ル型砥石のケミカルメカニカル研磨加工具を前記
基板面に押圧し、研磨剤スラリ−を用いることなく、前
記スピンドルと中空スピンドルとを回転させることによ
りケミカルメカニカル研磨加工具を基板面上で摺動させ
て基板表面を研磨する基板用乾式研磨装置において、該
基板用乾式研磨装置は、研磨される基板面を上向きに固
定する吸着チャックをスピンドルに軸承するチャック機
構と、中央に気体通路孔を有する円盤状硬質基台下面に
ケミカルメカニカル研磨加工具を円周上に複数並設した
カップホイ−ル型砥石を備える研磨ヘッドを中空スピン
ドルに軸承する加工機構と、前記加工機構の中空スピン
ドルに気体を供給する気体供給機構とを有することを特
徴とする基板用乾式研磨装置を提供するものである。

【００１４】基板をケミカルメカニカル研磨加工具で乾
式研磨する際に基板と加工具間に生じる摩擦熱を気体供
給機構より供給される気体で冷却することができるの
で、研磨された基板の反りの発生を防ぐことができると
ともに、中空スピンドルの回転速度を従来の乾式研磨装
置より高めることができ、研磨速度を向上させることが
可能となった。

【００１５】本発明の請求項２は、前記基板用乾式研磨
装置の研磨ヘッドは、中空スピンドルに軸承されたお椀
状ハウジング部、該お椀状ハウジング部の下端部に水平
方向に固定された気体通路を有する可撓性材よりなるダ
イヤフラム、および、該ダイヤフラム下面に円盤状硬質
基台を固定したカップホイ−ル型砥石を備えており、前
記気体供給機構より中空スピンドルに供給された気体は
前記お椀状ハウジング部の内側とダイヤフラムの上面側
とで形成される室と円盤状硬質基台に設けられた気体通
路孔に吹き出される構造となっていることを特徴とす
る。

【００１６】可撓性材よりなるダイヤフラムにカップホ
イ−ル型砥石を支持させたので、基板の研磨面のうねり
にケミカルメカニカル研磨加工具の動きは追従できる。

【００１７】本発明の請求項３は、前記基板用乾式研磨
装置のカップホイ−ル型砥石を構成する円盤状硬質基台
は、中央に設けた気体通路孔の他に放射状に多数の気体
通路孔を有し、これら気体通路孔の大きさは、円盤状硬
質基台の中心から外周へ向かって漸次、孔面積が小さく
なるように設けられていることを特徴とする。

【００１８】円盤状硬質基台に気体通路孔を放射状に複
数設けることにより、研磨基板面上の研磨屑およびケミ
カルメカニカル研磨加工具から脱落した砥粒の基板外部
への排出を容易とする。また、これら気体通路孔の大き
さを円盤状硬質基台の中心から外周へ向かって漸次、孔
面積が小さくなるように設けることにより、前述の研磨
屑、脱落砥粒の基板外部への排出がより速くなる。

【００１９】本発明の請求項４は、前記カップホイ−ル
型砥石を構成する円盤状硬質基台は、中央に設けた気体
通路孔の他に同一径の気体通路孔を多数有し、これら気
体通路孔の分布は、円盤状硬質基台の中心から外周へ向
かって漸次、単位面積に占める孔面積が小さくなるよう
に設けられていることを特徴とする。

【００２０】気体通路孔の分布は、円盤状硬質基台の中
心から外周へ向かって漸次、単位面積に占める孔面積が
小さくなる（疎になる）ように設けることにより、研磨
屑、脱落砥粒の基板外部への排出がより速くなる。

【００２１】本発明の請求項５は、スピンドルに軸承さ
れたチャック機構に研磨される基板面を上向きに保持
し、気体通路孔を複数有する円盤状硬質基台下面にケミ
カルメカニカル研磨加工具を円周上に複数並設したカッ
プホイ−ル型砥石を中空スピンドルに軸承したカップホ
イ−ル型砥石のケミカルメカニカル研磨加工具を前記基
板面に押圧し、研磨剤スラリ−を用いることなく、前記
中空スピンドルを経由した気体を基板表面に供給しつ
つ、前記スピンドルと中空スピンドルとを回転させるこ
とによりケミカルメカニカル研磨加工具を基板面上で摺
動させて基板表面を研磨することを特徴とする、基板の
乾式研磨方法を提供するものである。

【００２２】研磨剤スラリ−を用いないで基板を乾式研
磨できるので、排水処理コストが低減でき、消耗材の消
費量も低減でき、かつ、固形の砥石を用いるので段差平
坦化機能に優れる。また、気体の供給により、基板とケ
ミカルメカニカル研磨加工具間に生じる摩擦熱が冷却さ
れるので、中空スピンドルおよびスピンドルの回転数を
上げることにより公知の乾式研磨方法よりも研磨速度を
高くすることができ、基板の研磨時間を短縮できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を詳細
に説明する。図１は研磨装置の断面図、図２は研磨砥石
の斜視図、図２は研磨ヘッドの組み合わせ部材断面図で
ある。

【００２４】本発明の実施に用いる研磨砥石１を示す図
２において、２は研磨加工具、３は硬質基台である。研
磨加工具２は、砥粒を結合材で３０〜６０容量％の気孔
が存在するように固定したケミカルメカニカル研磨加工
具である。砥粒は、研磨される基板のモ−ス硬度と同
等、もしくはそれより低いモ−ス硬度を有する砥粒が選
択される。基板のモ−ス硬度は、例えばシリコン基板で
は６、サファイヤ基板では９、ガラス基板では６から８
である。

【００２５】砥粒の具体例としては、酸化珪素（シリ
カ）、酸化ニッケル、酸化アルミニウム（アルミナ）、
酸化セリウム、酸化マンガン（ＭｎＯ_２、Ｍｎ
_３Ｏ_４）、酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）、酸化クロム、酸化亜
鉛、酸化錫、酸化チタン等の無機酸化物；炭酸カルシウ
ム、炭酸バリウム等の無機炭酸塩；ベ−マイト（ＡｌＯ
ＯＨ）、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム等の無
機水酸化物；硫酸バリウム、石膏等の無機硫酸塩などが
挙げられる。これらは単独で、または２種以上混合して
用いられる。

【００２６】例えば、シリコンベアウエハまたはシリコ
ン蒸着層（絶縁層）用には、酸化珪素、酸化ニッケル、
酸化亜鉛、酸化錫または、炭酸カルシウム単独、あるい
は酸化珪素とベ−マイトの混合物、酸化珪素とベ−マイ
トとアルミナの混合物、酸化珪素とアルミナとの混合物
が使用される。ガラス基板用には、酸化セリウム、酸化
マンガンまたは酸化チタン単独、あるいは酸化セリウム
と酸化マンガンの混合物、酸化セリウムと酸化チタンの
混合物が使用される。

【００２７】砥粒の粒径は、０．２ｎｍ〜１０μｍが好
ましく、二次凝集していてもよい。砥粒のモ−ス硬度が
基板のモ−ス硬度と同一、またはそれより低いので基板
にスクラッチ傷を付けないので巨大凝集粒子が存在して
いてもよい。巨大凝集粒子は研磨時に破壊され、チップ
ポケットを形成し、常に新しい砥粒が加工具表面に現れ
て研磨に寄与する。

【００２８】砥粒のモ−ス硬度が基板のモ−ス硬度と同
等、またはそれより硬度が低いにもかかわらず、基板の
研磨が進行するのは、メカニカルな研磨のみでなく、ケ
ミカルな研磨も行われているものと推測される。

【００２９】結合材としては、結晶セルロ−ス、植物セ
ルロ−ス木微粉、トレハロ−ス、カルボキシメチルセル
ロ−ス、きなこ、カゼイン、アルギン酸ソ−ダ、エポキ
シ樹脂、フェノ−ル樹脂、ウレタン樹脂、ノボラック樹
脂、アクリルウレタン樹脂、ポリイミド、不飽和ポエイ
エステル樹脂等が挙げられる。なかでも、耐熱性に優れ
た結晶セルロ−スが好ましい。

【００３０】結晶セルロ−スは、製紙パルプ、溶解パル
プ、コットンリンタ−等のセルロ−ス質を鉱酸またはア
ルカリの作用で加水分解し、パルプの非結晶セルロ−ス
領域を溶解除去、ついで洗浄して結晶部分のみを取得
し、これを機械粉砕して微結晶のセルロ−ス集合物をほ
ぐし、乾燥することにより製造される（米国特許第２，
９７８，４４６号、特開平６−３１６５３５号）。

【００３１】重合度は、セルロ−ス分子を構成する基本
分子（Ｃ₆Ｈ₁₀Ｏ₅）の数であり、結晶セルロ−スは加水
分解により重合度の異なったセルロ−スの混合物である
ので、平均重合度はこれら結晶セルロ−ス混合物の重合
度の平均を示す。平均重合度は、INDUSTRIAL AND ENGIN
EERING CHEMISTRY Vol.42,No.3,頁５０２〜５０７(1950
年)に記載された銅安溶液粘度法により測定する。

【００３２】このような結晶セルロ−スは、真比重が約
１．５５、見掛比重が約０．１５〜０．３、平均粒径３
０〜１５０μｍの白色の粉末で、繊維が粉砕された構造
を示し、フィブリル状構造を残している。この結晶セル
ロ−ス１ｇ当りの水飽和度（ＪＩＳ-Ｋ５１０１に準
拠）は２〜３ｍｌ／ｇである。

【００３３】市販の結晶セルロ−スとしては、旭化成株
式会社から販売されている結晶セルロ−ス アビセル
（登録商標） ＰＨ−１０１、ＦＤ−Ｆ２０（商品
名）、米国ＦＭＣ社の結晶セルロ−ス アビセル（登録
商標） ＦＤ−１０１、ＰＨ−１０２、ＰＨ−１０３、
ＰＨ−Ｆ２０（商品名）等が利用できる。また、結晶セ
ルロ−ス表面がＣＭＣや天然多糖類で被覆されている旭
化成株式会社から販売されている結晶セルロ−ス アビ
セル（登録商標） ＲＣ−Ｎ３０、ＲＣ−Ｎ８１、ＲＣ
−５９１、ＣＬ−６１１（商品名）等も利用できる。平
均重合度が高いほど加工具の硬度はより高くなる。

【００３４】結晶セルロ−スを結合材とする研磨加工具
２の製造は、例えば、平均重合度が５０〜４００、平均
粒径が３０〜１５０μｍの結晶セルロ−ス ５〜５０重
量％および研磨される基板のモ−ス硬度と同等、もしく
はそれより低いモ−ス硬度を有する砥粒 ９５〜５０重
量％の混合物を気体は透過するが固体は透過しない型内
に充填し、結晶セルロ−スが溶融しない温度で、１００
〜１，０００ｋｇｆ／ｃｍ^２、好ましくは２００〜３０
０ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で混合物を加圧して結晶セルロ
−ス間の気体を型外へ逸散させつつ混合物を圧縮して厚
み５〜３０ｍｍの円盤状、楕円板状、リング状、方角板
状または長尺板状に賦型する。

【００３５】結晶セルロ−ス間および結晶セルロ−スと
砥粒間の強固な結合は、結晶セルロ−ス固有の繊維の絡
みおよび結晶セルロ−スが含有する水分および大気中の
湿気が寄与しているものと推測される。よって、予め、
結晶セルロ−スの表面に水を霧吹き（結晶セルロ−スに
対し、水量は１０重量％以下）した後、砥粒と混合し、
型内に充填し、４０〜１２０℃に型を加熱しつつ圧縮成
型してもよい。

【００３６】必要により、滑剤を混合物組成中、０．０
５〜１重量％となる割合で配合して微粉セルロ−スの圧
縮時の滑りを向上させて成型時間を短縮させてもよい。
滑剤としては、ステアリン酸マグウネシウム、ステアリ
ン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アル
ミニウム、メラミン、尿素、メラミン・イソシアヌレ−
ト付加物等が挙げられる。

【００３７】型は、雌型（固定型）と昇降高さを調整で
きる雄型（移動型）よりなる圧縮金型が使用される（例
えば、特開２００１−９７３１号）。雌型と雄型から形
成されるキャビティ内に充填ガンで、ジェットミルで混
合された混合物を充填し、雄型を移動（型締め）させて
キャビティ容積を減少させて空気を一部追い出しなが
ら、圧力が１００〜１，０００ｋｇｆ／ｃｍ^２となった
ところで該圧力を維持した状態で１０〜６０分間放置し
て賦型をなし、ついで雄型を移動（型開き）させて成型
された加工具を取り出す。型は、薬錠剤の打錠成型に用
いる雌型（移動型）と雄型（移動型）よりなる圧縮金型
を使用してもよい。

【００３８】基板用研磨砥石１は、結合材で砥粒を固定
した基板用研磨加工具２の複数を、３〜２５ｍｍの間隔
を置いて硬質基台３に接着剤あるいは粘着剤を用いて貼
付して作成する。硬質基台３としては、アルミニウム剛
板、ステンレス板、セラミック板、低熱膨張ガラス板等
の剛性の高い円盤状板が使用できる。厚みは、５〜３０
ｍｍが好ましい。

【００３９】硬質基台３は、図２または図３に示すよう
に基板中央に気体通路孔３ａを有する。この中央に設け
た気体通路孔３ａの他に放射状に多数の気体通路孔３
ｂ，３ｃ，３ｄを設けても良い。これら気体通路孔３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの形状は、円形、楕円形、四角、
長方形、菱形状のいずれであってもよい。大きさは直径
または１辺が１〜３０ｍｍであり、同一の大きさまたは
径であっても、異なった大きさであってもよい。好まし
くは、円盤状硬質基台３の中心から外周へ向かって漸
次、孔面積が小さくなるように気体通路孔を設ける、ま
たは、直径が１〜６ｍｍの同一径の気体通路孔の分布
を、円盤状硬質基台の中心から外周へ向かって漸次、単
位面積に占める孔面積が小さくなる（疎になる）ように
設けると研磨屑、脱落砥粒の基板外部への排出がより速
くなるので好ましい。円盤状硬質基台３の外周側壁には
フランジ３ｅが設けられる。

【００４０】研磨装置１０は、図１に示すように研磨装
置の上側を構成する研磨手段１０ａと、基板ｗを固定す
る下側のチャック機構１０ｂを備える。基板用研磨砥石
１は研磨装置１０の上側の中空スピンドル４に水平方向
に回転自在に軸承される。中空スピンドル４は、ビルト
インモ−タ５により回転され、砥石１に水平方向の回転
力を伝達する。

【００４１】中空スピンドル４の上方は、ロ−タリ−バ
ルブ７で結ばれ、中空スピンドル４内に気体を供給する
管８が結合され、管は図示されていないコンプレッサに
接続される。管８の途中にはバルブ９が設けられる。こ
れらで気体供給機構を構成している。

【００４２】基板用研磨砥石１を備えるヘッド６は、シ
リンダ３０により昇降自在となっている。ヘッド６の構
造は、中空スピンドル４に軸承されたお椀状ハウジング
部１１、該お椀状ハウジング部の下端部に水平方向に固
定された気体通路１２ａを有する可撓性材よりなるダイ
ヤフラム１２、および、該ダイヤフラム下面に円盤状硬
質基台３を固定したカップホイ−ル型砥石１を備えてお
り、前記気体供給機構のコンプレッサにより中空スピン
ドル４に供給された気体は前記お椀状ハウジング部の内
側とダイヤフラムの上面側とで形成される室１３と円盤
状硬質基台３に設けられた気体通路孔３ａ，３ｂ，３
ｃ，３ｄに吹き出す構造となっている

【００４３】円盤状硬質基台３の外周に設けられたフラ
ンジ３ｅは、お椀状ハウジング部１１の下面部にダイヤ
フラムをボルト１４で固定するのに用いるリング状留め
金具１５の内側に設けられた環状突起１５ａに自由自在
に係止する構造となっており、基板表面のうねりに研磨
加工具が追従できるようになっている。図３に示すよう
に、中空スピンドル４内に可撓性管１６を設け、この先
端をダイヤフラム１２の中央にブッシュ１７で固定し、
この可撓性管１６内に気体または研磨加工後の洗浄液を
供給できるようにしてもよい。

【００４４】研磨装置のチャック機構１０ｂは、モ−タ
１８により回転駆動されるスピンドル１９に軸承された
吸着板２０上に基板ｗをバキュ−ム吸着させる。吸着板
２０は樹脂板に孔２０ａを多数穿孔したものであっても
よいし、ポ−ラスセラミック板であってもよい。吸着板
２０下面にはチャンバ−２１が設けられ、三方切替弁２
１の切り替えで空気、純水が自由に出入りする。チャン
バ−２１を減圧することにより基板ｗは吸着板２０に固
定される。吸着板２０を冷却するためにポンプ２２を用
いて冷却水を吸着板２０側壁の周りに供給する。

【００４５】モ−タ１８の駆動力は、クラッチ２３を介
してスピンドル１９に伝達される。純水、空気等の用役
の供給管２４，２５はロ−タリ−バルブ２０，２１でス
ピンドル１４内の管に結合される。

【００４６】基板の乾燥研磨は、スピンドル１９に軸承
されたチャック機構に研磨される基板面を上向きに保持
し、気体通路孔を複数有する円盤状硬質基台３下面にケ
ミカルメカニカル研磨加工具２を円周上に複数並設した
カップホイ−ル型砥石１を中空スピンドル４に軸承した
カップホイ−ル型砥石のケミカルメカニカル研磨加工具
２を前記基板面に押圧し、研磨剤スラリ−を用いること
なく、前記中空スピンドル４を経由した気体を１〜１０
０リットル／分の割合で連続または間歇に基板ｗ表面に
供給しつつ、前記スピンドル１９と中空スピンドル４と
を回転させることによりケミカルメカニカル研磨加工具
２を基板面上で摺動させて基板表面を研磨する。

【００４７】スピンドル１９の回転数は１０〜４００ｒ
ｐｍ、中空スピンドル４の回転数は１００〜３０００ｒ
ｐｍ、研磨砥石１の基板ｗへの押圧は５０〜１０００ｇ
ｆ／ｃｍ^２が適している。気体は、空気が安価で好まし
いが、窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンガス、ヘリウムガ
スでもよい。

【００４８】

【実施例】実施例１ 旭化成株式会社製結晶セルロ−ス粉末 アビセル ＦＤ
−１０１（平均重合度１７５、平均粒径３０μｍ、真比
重１．５５、見掛比重０．３） ３０重量部、および平
均粒径３５ｎｍのシリカ粒子 ７０重量部を１０分かけ
て混合し、この混合物を相対湿度４５％、温度３０℃の
部屋に３０分間放置した。

【００４９】ついで、この混合物を気体は透過するが固
体は透過しない型（温度３０℃）のキャビティ内に充填
し、雄型をゆっくりと移動させて圧力を叙々に高めてキ
ャビティ内の空気を型外へ逃がした。型締圧力が２２０
ｋｇｆ／ｃｍ^２となった時点で雄型の移動を停止し、該
圧力下に２０分間保ち、賦型を終了した。雄型を移動す
ることにより型開きし、気孔を有する厚み１０ｍｍ、直
径１５ｍｍの円柱状成型体（研磨加工具）を複数得た。

【００５０】これら円柱状成型体の下面周縁部を１ア−
ル状丸く研削し、これら成型体複数を厚み５ｍｍアルミ
ニウム製環状リング表面に５ｍｍの等間隔で並べてエポ
キシ樹脂接着剤で貼付し、アルミニウム製環状リングを
円盤状アルミニウム製支持板（気体流通路の孔径は、中
央より外周に向かって１５ｍｍ、１２ｍｍ、９ｍｍ、６
ｍｍ）に固定し、カップ型研磨砥石を作成した。

【００５１】３００ｍｍ径、厚み約６００μｍの両面が
研削加工されたベアシリコンウエハを、図１に示す研磨
装置のチャック機構の吸着板に減圧吸引して固定し、前
記カップ型研磨砥石を軸承した中空スピンドル４を１０
００ｒｐｍで回転させながら下降させ、３００ｇｆ／ｃ
ｍ^２の圧で押し当てながら、前記チャック機構のスピン
ドル１９の回転数を１００ｒｐｍで回転（回転方向は逆
方向）する摺動を１８０秒行ってベアシリコンウエハ表
面を研磨した後、カップ型研磨砥石を軸承したスピンド
ルを上昇させた。この摺動の間、中空スピンドル４内に
空気を４リットル／分の量供給した。

【００５２】チャック機構のスピンドルの回転を停止
し、チャック機構のチャンバ−の減圧を停止した後、チ
ャンバ−に圧空を供給し、研磨加工したシリコンウエハ
を取り外し、スピナ−上に置き、純水で洗浄、ついでス
ピン乾燥した。

【００５３】研磨速度は１．２５μｍ／分であり、得ら
れた研磨加工シリコンウエハ表面は、ベアウエハの渦巻
状研削跡が消滅し、マイクロスクラッチ傷、大スクラッ
チ傷とも見受けられず、表面粗さＲａが４ｎｍの鏡面を
呈した。研磨加工シリコンウエハに反りは見うけられな
かった。

【００５４】実施例２ 実施例１において、中空スピンドルの回転数を５００ｒ
ｐｍで行う外は同様にして基板の研磨を行なった。研磨
速度は１．０８μｍ／分であり、得られた研磨加工シリ
コンウエハ表面は、ベアウエハの渦巻状研削跡が消滅
し、マイクロスクラッチ傷、大スクラッチ傷とも見受け
られず、表面粗さＲａが４ｎｍの鏡面を呈した。研磨加
工シリコンウエハに反りは見うけられなかった。

【００５５】実施例３ 旭化成株式会社製結晶セルロ−ス粉末 アビセル ＦＤ
−１０１（商品名）１８重量部の表面に、純水 １重量
部を霧吹きし、ついで、平均粒径３５ｎｍのシリカ粒子
８１．５重量部、オレイン酸 ０．３重量部およびス
テアリン酸マグネシウム ０．２重量部を加えた後、１
０分かけて混合し、この混合物を相対湿度３５％、温度
３０℃の部屋に６０分間放置した。

【００５６】ついで、この混合物を気体は透過するが固
体は透過しない型（温度３０℃）のキャビティ内に充填
し、雄型をゆっくりと移動させて圧力を叙々に高めてキ
ャビティ内の空気を型外へ逃がした。型締圧力が２８０
ｋｇｆ／ｃｍ^２となった時点で雄型の移動を停止し、該
圧力下に２０分間保ち、賦型を終了した。雄型を移動す
ることにより型開きし、気孔を有する厚み１０ｍｍ、直
径１５ｍｍの円柱状成型体（研磨加工具）を複数得た。

【００５７】これら円柱状成型体の下面周縁部を１ア−
ル状に丸く研削し、これら成型体複数、厚み５ｍｍアル
ミニウム製環状リング表面に５ｍｍの等間隔で並べて接
着剤で貼付し、アルミニウム製環状リングを円盤状支持
板に固定し、カップ型研磨砥石を作成した。

【００５８】３００ｍｍ径、厚み約６００μｍの両面が
研削加工されたベアシリコンウエハを図１に示す研磨装
置のチャック機構の吸着板に減圧吸引して固定し、前記
カップ型研磨砥石を軸承したスピンドルを回転させなが
ら下降させ、３００ｇｆ／ｃｍ^２の圧で押し当てなが
ら、前記チャック機構の回転数を１００ｒｐｍ、研磨砥
石の回転数を８００ｒｐｍで回転（回転方向は逆方向）
させつつ、空気を１０リットル／分の割合でウエハ面に
供給して１８０秒間ベアシリコンウエハ表面を研磨した
後、カップ型研磨砥石を軸承したスピンドルを上昇させ
た。

【００５９】チャック機構のスピンドルの回転を停止
し、チャック機構のチャンバ−の減圧を停止した後、チ
ャンバ−に圧空を供給し、研磨加工したシリコンウエハ
を取り外し、スピナ−上に置き、純水で洗浄、ついでス
ピン乾燥した。

【００６０】研磨速度は１．５０μｍ／分であり、得ら
れた研磨加工シリコンウエハは反りがなく、その研磨表
面は、ベアウエハの研削渦巻跡が消滅しており、、マイ
クロスクラッチ傷、大スクラッチ傷とも見受けられず、
表面粗さＲａが３ｎｍの鏡面を呈した。

【００６１】参考例 ３００ｍｍ径、厚み約６００μｍのベアシリコンウエハ
を株式会社 岡本工作機械製作所の研磨装置ＳＰＰ８０
１ＡＴの基板キャリアに減圧吸引して固定し、ロデ−ル
の研磨布”ＳＵＢＡ＃８００（商品名）を表面に貼った
研磨プラテンに３００ｇｆ／ｃｍ^２の圧で押し当てなが
ら、かつ、研磨布表面にデュポン株式会社のシリコン研
磨剤スラリ− ＭＡＺＩＮ（登録商標）ＳＲＳ３（商品
名）を２００ｃｃ／分の量供給しつつ、前記キャリアの
回転数を６０ｒｐｍ、研磨プラテンの回転数を６０ｒｐ
ｍで回転（回転方向は逆方向）させ、３００秒摺動させ
ることによりシリコンウエハ表面を研磨した。研磨速度
は０．７６μｍ／分であり、得られた研磨加工シリコン
ウエハ表面にはマイクロスクラッチ傷、大スクラッチ傷
とも見受けられなかった。

【００６２】

【発明の効果】本発明の乾燥研磨装置は、研磨剤スラリ
−を用いないで基板を乾式研磨できるので、排水処理コ
ストが低減でき、消耗材の消費量も低減できる。かつ、
固形の砥石を用いるので段差平坦化機能に優れる。ま
た、研磨速度も、研磨加工中、基板加工面に気体を連続
して、または間歇的に供給して基板とケミカルメカニカ
ル研磨加工具間の摩擦熱の上昇を抑制するので、スピン
ドル回転数をより高くすることができ、公知の乾式研磨
装置より基板の研磨時間を短縮できる。かつ、固形の砥
石を用いるので段差平坦化機能に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の乾式研磨装置の正面図である。

【図２】研磨砥石の斜視図である。

【図３】乾式研磨装置のヘッド構造を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 研磨砥石 ｗ 基板 ２ 研磨加工具 ３ 硬質基台 ４ 中空スピンドル ６ ヘッド １０ 研磨装置 １０ａ 研磨加工機構 １０ｂ チャック機構 １４ スピンドル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スピンドルに軸承されたチャック機構に
   研磨される基板面を上向きに保持し、中空スピンドルに
   軸承されたカップホイ−ル型砥石のケミカルメカニカル
   研磨加工具を前記基板面に押圧し、研磨剤スラリ−を用
   いることなく、前記スピンドルと中空スピンドルとを回
   転させることによりケミカルメカニカル研磨加工具を基
   板面上で摺動させて基板表面を研磨する基板用乾式研磨
   装置において、 該基板用乾式研磨装置は、研磨される基板面を上向きに
   固定する吸着チャックをスピンドルに軸承するチャック
   機構と、中央に気体通路孔を有する円盤状硬質基台下面
   にケミカルメカニカル研磨加工具を円周上に複数並設し
   たカップホイ−ル型砥石を備える研磨ヘッドを中空スピ
   ンドルに軸承する加工機構と、前記加工機構の中空スピ
   ンドルに気体を供給する気体供給機構とを有することを
   特徴とする基板用乾式研磨装置。
2. 【請求項２】 前記研磨ヘッドは、中空スピンドルに軸
   承されたお椀状ハウジング部、該お椀状ハウジング部の
   下端部に水平方向に固定された気体通路を有する可撓性
   材よりなるダイヤフラム、および、該ダイヤフラム下面
   に円盤状硬質基台を固定したカップホイ−ル型砥石を備
   えており、前記気体供給機構より中空スピンドルに供給
   された気体は前記お椀状ハウジング部の内側とダイヤフ
   ラムの上面側とで形成される室と円盤状硬質基台に設け
   られた気体通路孔に吹き出される構造となっていること
   を特徴とする、請求項１に記載の基板用乾式研磨装置。
3. 【請求項３】 前記カップホイ−ル型砥石を構成する円
   盤状硬質基台は、中央に設けた気体通路孔の他に放射状
   に多数の気体通路孔を有し、これら気体通路孔の大きさ
   は、円盤状硬質基台の中心から外周へ向かって漸次、孔
   面積が小さくなるように設けられていることを特徴とす
   る、請求項２に記載の基板用乾式研磨装置。
4. 【請求項４】 前記カップホイ−ル型砥石を構成する円
   盤状硬質基台は、中央に設けた気体通路孔の他に同一径
   の気体通路孔を多数有し、これら気体通路孔の分布は、
   円盤状硬質基台の中心から外周へ向かって漸次、単位面
   積に占める孔面積が小さくなるように設けられているこ
   とを特徴とする、請求項２に記載の基板用乾式研磨装
   置。
5. 【請求項５】 スピンドルに軸承されたチャック機構に
   研磨される基板面を上向きに保持し、気体通路孔を複数
   有する円盤状硬質基台下面にケミカルメカニカル研磨加
   工具を円周上に複数並設したカップホイ−ル型砥石を中
   空スピンドルに軸承したカップホイ−ル型砥石のケミカ
   ルメカニカル研磨加工具を前記基板面に押圧し、研磨剤
   スラリ−を用いることなく、前記中空スピンドルを経由
   した気体を基板表面に供給しつつ、前記スピンドルと中
   空スピンドルとを回転させることによりケミカルメカニ
   カル研磨加工具を基板面上で摺動させて基板表面を研磨
   することを特徴とする、基板の乾式研磨方法。