JP2703507B2 - ポリッシング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン等のウエハ、
光学レンズ等の被研磨物表面のポリッシング装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】主としてシリコンを材料とする半導体の
ＩＣ基盤を製造する場合には、通常、単結晶シリコンの
インゴットをダイアモンドブレードを用いてスライスし
てウエハを形成し、該ウエハを研磨してその表面を平面
精度の高い鏡面に仕上げている。このようにして形成さ
れたウエハは、その表面をポリッシングして鏡面に仕上
げられる。該ウエハのポリッシングには、大別して次の
３つの工程に分けることができる。

【０００３】第１の工程は、ダイアモンドブレードによ
りスライスされたウエハの反りやブレード条痕等を除去
してウエハを基本的に均一な厚さの平盤とするラッピン
グ工程である。

【０００４】第２の工程は、ラッピング工程に於いてウ
エハ表面に或る深さまで生じた加工変質層を除去するた
めにこの変質層を酸またはアルカリで侵食するエッチン
グ工程である。

【０００５】第３の工程は、エッチングによる加工変質
層（ラッピング後のストック層と称せられる）を除去し
て、純シリコン層がミクロな傷や曇りがなく完全な鏡面
でしかもＩＣ回路の焼付に必要かつ充分の平面性に仕上
げるポリッシング工程である。

【０００６】上記のポリッシング工程では、一般に回転
平盤式のポリッシング装置が使用されている。

【０００７】図８はこのようなポリッシング装置を示す
図であり、図に示すように、大型の回転平盤６１にポリ
ッシングパット６３を貼付けるとともに、該回転平盤６
１と対向配設された複数のキャリヤー円盤６２の下面に
それぞれ複数のウエハ６４を装着しておき、各キャリヤ
ー円盤６２を重錘６５その他の手段によりポリッシング
パッド６３に圧接する。そして、ポリッシングパッド６
３とウエハ６４との間に砥液を通流させながら、回転平
盤６１を公転させつつキャリヤー円盤６２を自転させる
ことにより、各キャリヤー円盤６２に保持されたウエハ
はポリッシングされる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような、従来のポ
リッシング装置では、数多くの欠点が存在する。

【０００９】第１に、回転平盤６１に貼付けたポリッシ
ングパッド６３は被研磨物である各ウエハ６４の研磨面
全体に対向しているために、各ウエハ６４を高精度にポ
リッシングするためには、回転平盤６１とキャリヤー円
盤６２下面とが高精度に平面化されていなければならな
い。

【００１０】また、ポリッシング時には、ウエハの温度
が上昇するために、ウエハに歪みが生じるおそれがあ
る。このような歪を補正するために、回転平盤６１およ
びキャリヤー円盤６２を冷却するための冷却水通路をそ
れぞれの内部に設ける等の複雑な構造が必要となり、し
かも、ポリッシング時には温度コントロールしなければ
ならない。ポリッシングパッド６３は、回転平盤６１に
貼付けても直ちに使用できず、通常ダイアモンド工具な
どにより厚みを均等化したり、あるいはかなりの長時間
にわたって予めポリッシングパッド６３同士を研磨する
いわゆる共摺りを施す必要がある。キャリヤー円盤６２
へのウエハ６４の取り付けに、細心の注意が必要になる
という問題もある。

【００１１】第２に、図８に示すように回転平盤６１の
公転時には、その外周部と内周部とでは周速度は本質的
に異なるため、各ウエハ６４が取り付けられたキャリヤ
ー円盤６２を自転させないと、ポリッシングパッドに対
する各ウエハ６４の摺動運動量が等しくならない。この
ために回転平盤６１の公転に対してキャリヤー円盤６２
を自転させることにより、各ウエハ６４の回転方向およ
び回転速度を調整して、各ウエハ６４のポリッシングパ
ッド６３に対する摺動運動量の均一化を図っている。

【００１２】しかし、キャリヤー円盤６２に取付られた
各ウエハ６４がキャリヤー円盤６２の外周部に位置する
場合と内周部に位置する場合とでも、ポリッシングパッ
ド６３に対する各ウエハ６４の摺動運動量が不均一にな
り、各ウエハ６４のポリッシング精度を均一化すること
は不可能である。このように、各ウエハ６４のポリッシ
ング精度が不均一であれば、ポリッシングパッド６３に
は、研削屑による目詰まりや摩耗が、その径方向に不均
一に生じてしまう。ポリッシングパッド６３の径方向の
目詰まりや摩耗の不均一は、各ウエハ６４のポリッシン
グ精度に差が生じる原因となり、そのポリッシング精度
の差は、ポリッシングを繰返すにつれて大きくなるため
に、各ウエハ６４は高精度にポリッシングできなくな
る。

【００１３】第３に、従来のポリッシング装置は４〜６
個のキャリヤー円盤６２を備え、各キャリヤー円盤６２
に３〜７枚のウエハ６４が装着されるために、１回のポ
リッシング作業が終了すると、少なくとも４〜６個のキ
ャリヤー円盤６２を交換しなければならない。

【００１４】このように、従来のポリッシング装置で
は、ポリッシング作業が継続的に行われるバッチ作業と
なって、連続的にポリッシング作業を行えず、作業効率
が悪いという問題がある。また、前述したように、ポリ
ッシングパッド６３はその径方向位置によるポリッシン
グ能力が不均一になることは該ポリッシングパッド６３
とウエハ６４との相対摺動運動量の不均一に起因する目
詰まり状態が不均一に発生することが主たる原因であ
る。このため、ポリッシングされたウエハ６４に平面不
良が生じる以前にポリッシング作業を中断し、回転平板
６１に貼着したポリッシングパッド６３を洗いながらス
クイーズして研磨屑（主として削り取られたポリッシン
グ後のストック）を除去するドレッシング作業を１バッ
チあるいは数バッチ毎に行わねばならない。

【００１５】第４に、従来のポリッシング装置では回転
平盤６１に貼着されたポリッシングパッド６３に、多数
のウエハ６４が同時に摺動するために、ポリッシングパ
ッド６３とそれぞれのウエハ６４との間に砥液を均一に
供給することが容易ではなく、しかも砥液の供給に特別
の配慮をすることが困難である。

【００１６】通常は、回転平盤６１の中心付近に砥液を
流下させて、遠心力とキャリヤー円盤６２の回転によ
り、砥液をウエハ６４とポリッシングパッド６３との間
へ自然に流しており、また、両者の間隙からの排出も遠
心力により行われている。このように、遠心力によりウ
エハ６４とポリッシングパッド６３との間に砥液を介在
させるためには、砥液の流量を大きくする必要がある
が、このように流量が大きくなれば、大部分はポリッシ
ング作用を行なうことなく無為に回転平盤６１上を通流
することになる。この場合でも、砥液はウエハ６４の全
面に亘って均一に通流しない。ウエハ６４の中心付近に
おいて、砥液の供給および排出を良好に行わせるため
に、ポリッシングパッド６３に溝等を設けて該溝内に砥
液を通流させる試みも為されているが、ポリッシング作
用が阻害される等の不都合があり、必ずしも良好な結果
は得られていない。

【００１７】第５に、ポリッシング速度が遅いという問
題がある。従来の回転平盤式のポリッシング装置ではウ
エハの寸法が大きくなるに連れて回転平盤６１も大きく
なる。例えば、通常、回転平盤６１の外径は４８〜５２
インチ程度であり、５〜６個のキャリヤー円盤６２が設
けられている。そして、各キャリヤー円盤６２に６イン
チウエハを５〜７枚装着するようになっている。

【００１８】このような大型のポリッシング装置では、
回転速度を大きくすることは難しく、回転平盤６１は、
通常、キャリヤー円盤６２中心位置において、６０〜１
００ｍ／分程度の低周速となるようにされており、ポリ
ッシング作業としてはかなり低い速度である。従って、
ポリッシュ作業はきわめて低能率であり、ストックリム
ーバル（エッチングされた加工変質層を磨き去る）と称
する粗ポリッシング工程においても、０．５〜１．０μ
ｍ／分の速度であるため、通常、２０〜３０分を要す
る。

【００１９】第６に、作業装置の大型化が困難である。
前述のように６インチウエハ用のポリッシング装置で
も、作業やメンテナンス性の限界に近づいているが、さ
らに近い将来、８インチウエハが使用される環境となれ
ば、ポリッシング装置の大型化は深刻な問題となる。

【００２０】そこで、１枚のウエハ毎にポリッシングす
る単葉型或は少枚数型のポリッシング装置の開発が行わ
れているが、いずれの装置もウエハを回転させるため
に、前述した第２の問題点であるウエハが径方向で均一
にポリッシングされないという基本的な欠点がある。

【００２１】例えば、特開昭６２−１６２４６７号公報
には、ウエハをチャックに取り付けて回転させて、布又
は帯等よりなるポリッシングロールを回転接触させ、加
工面にポリッシング液を供給しつつポリッシングを行な
うことが開示されている。該装置は、ポリッシングの最
終工程である、いわゆる仕上げポリッシングにのみ適用
され、また、ポリッシングローラー自体を布、帯等より
なるものとしたいわゆるバフロール的作用を示すもので
ある。

【００２２】しかも、ウエハがポリッシングローラーに
接して回転する構成であるため、前述したように、ウエ
ハの内周部と外周部とによりポリッシング精度に差が生
じるという問題がある。

【００２３】特公昭６１−１６５８６号公報、特開昭６
２−１６２４６６号公報には、帯状のベルトを用いた研
磨方法が開示されている。しかし、いずれの方法も、被
研磨物を回転させつつ研磨しているため、やはり、同様
の問題が生じる。

【００２４】本発明は上記のような従来の問題点を解決
するためになされたもので、ウエハを全体にわたって高
精度にポリッシングすることができ、しかもポリッシン
グ作業能率を著しく向上させることができる、小型かつ
コンパクトなポリッシング装置を得ることが本発明の目
的である。

【００２５】

【課題を解決するための手段】この発明に係るポリッシ
ング装置は、ガイド部に摺動可能に支持され、研磨すべ
き被研磨物を装着するためのキャリア部材と、該キャリ
ア部材に装着された被研磨物の被研磨面に、周面が一定
間隔隔てた非接触状態としてまたは略接触して対向する
よう、軸受に回転可能に取り付けられた円柱状の回転工
具と、該回転工具に周面に接触してその軸心方向に沿っ
て往復移動し、該回転工具の周面を、その軸心方向に平
行となるよう整形する整形手段と、該回転工具の周面と
被研磨物との対向部間に砥液を供給する手段と、該回転
工具と被研磨物とを該回転工具の軸心に対して適当な角
度をなす方向へ直線的に相対移動させる手段とを備え、
該回転工具の軸受と、該キャリア部材のガイド部とは一
体に構成され、そのことにより上記目的が達成される。

【００２６】

【００２７】

【００２８】この発明のポリッシング装置では、前記被
研磨物が平板状であり、該被研磨物と回転工具とが該回
転工具の軸心に対して略直交する方向に相対移動される
ことが好ましい。

【００２９】この発明のポリッシング装置では、前記回
転工具の外周面には、砥液を通流しやすくする溝部が形
成されていることが好ましい。

【００３０】

【作用】この発明においては、ガイド部に摺動可能に支
持され、研磨すべき被研磨物を装着するためのキャリア
部材と、該キャリア部材に装着された被研磨物の被研磨
面に、周面が非接触状態としてまたは略接触して対向す
るよう、軸受に回転可能に取り付けられた円柱状の回転
工具とを備え、円柱状の回転工具の周面と被研磨物との
対向部間に砥液を供給するようにしたから、回転工具の
回転により砥液が被研磨物の研磨面上を一定方向に流れ
ることとなり、これにより、被研磨物の研磨面が均一に
ポリッシングされる。

【００３１】また、該回転工具の軸受と、該キャリア部
材のガイド部とは一体に構成されているため、被研磨物
の研磨面と回転工具の周面との間隔を精度よく規定し、
かつこれらの相対的な直線移動により研磨を行うための
構造を小型でしかもコンパクトなものとできる。

【００３２】

【００３３】また、該回転工具の周面に接触してその軸
心方向に沿って往復移動し、該回転工具の周面を、その
軸心方向に平行となるよう整形する整形手段を備えてい
るため、被研磨物のポリッシング作業中においても、随
時、被研磨物の被研磨面と回転工具の周面とが平行にな
るよう調整されることとなり、一層均一性の高いポリッ
シングが可能となる。加えて、上述したように回転工具
の軸受と、キャリア部材の摺動に用いるガイド部とが一
体的に構成されているので、軸受とガイド部との距離が
変動しない構造となっており、そのため整形手段が回転
工具を整形する際に、回転工具が整形手段により押され
ても、回転工具とキャリア部材との間の距離、または、
回転工具と被研磨物との間の距離が変動するのを防止で
きるので、回転工具に接触して設けた整形手段が、回転
している回転工具により被研磨物を研磨しているとき
に、非常に微妙な間隔を要求される回転工具と被研磨物
との間の距離を変動させることなく、回転している回転
工具を整形できる。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００３５】図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施例
によるポリッシング装置を説明するための図であり、１
００は本実施例のポリッシング装置で、この装置１００
では、円筒型の回転工具１１が精密軸受１６に支持され
て高精度に回転し得るように配設されている。各軸受１
６の上方には、各軸受１６とは一体的に構成された一対
のガイド１２および１２が配設されている。

【００３６】各ガイド１２は、回転工具１１の各端部側
方の上方に位置しており、両ガイド１２間に、平盤キャ
リヤー１３が架けわたされている。該平盤キャリヤー１
３は、各ガイド１２に案内されて、回転工具１１の上方
をその軸方向、或いはその軸方向の近似の方向に往復運
動しながら、回転工具１１の軸心に直交する方向、ある
いは適当な斜角方向に往復移動される。

【００３７】平盤キャリヤー１３の回転工具１１とは対
向する下面にはポリッシュすべきウエハ１４が装着され
ている。回転工具１１の上端部近傍には、砥液を該回転
工具１１の上端部の上方に向けて吐出するノズル部１５
が配設されている。また、回転工具１１の下方には、該
回転工具１１の周面に接触してその軸心方向に沿って往
復移動する整形治具１７が配設されており、円筒状の回
転工具１１の周面を、その軸心に平行状態になるように
整形する。

【００３８】このような構成により平盤キャリヤー１３
に装着されたウエハ１４は、回転工具１１の上端部と
は、軸心方向に平行な適当な間隙をあけて、略接線方向
へ往復移動される。この間隙には、ノズル部１５から砥
液がウエハ１４に向けて吐出され、該砥液は、回転工具
１１とウエハ１４との間に介在される。回転工具１１は
高速にて回転されており、ウエハ１４は、回転工具１１
の周面とは砥液を介して線状に対向され、両者の間に介
在された砥液によりウエハ１４がポリッシングされる。
砥液は、ノズル部１５配設側とは回転工具１１を挟んで
反対側方向へ排出される。

【００３９】回転工具１１は基本的には硬質プラスチッ
ク等のように、保形性が高く、高精度に容易に加工する
ことができる材質が選ばれる。該回転工具１１は、必要
に応じて内部から水冷される。

【００４０】該回転工具１１はドラム状、或いはディス
ク状とされるが、必要に応じて、外周面に、砥液を保持
したり流れ易くするための凹部、溝部等を設けてもよ
い。

【００４１】砥液は、一般に、アルカリ性のコロイダル
シリカ水溶液、微細砥粒を懸濁させたアルカリ性あるい
は酸性の水溶液、もしくはこれ等にアミンを加えたもの
が使用される。砥液が含有された微細砥粒がウエハを機
械的にポリッシングし、そして、該砥液の酸性あるいは
アルカリ性により、また、砥液に添加されたアミンによ
りウエハは化学的にポリッシングされる。

【００４２】このような砥液により、粗ポリッシング工
程、中間ポリッシング工程、および仕上げ工程の各ポリ
ッシング作業が行われる。このような砥液及びこれを使
用するポリッシュ方法は、例えば特公昭６１−３８９５
４号公報に開示されている。次に、上述した本実施例の
ポリッシング装置を用いて行ったポリッシング試験及び
その結果について説明する。

【００４３】（第１の実験）図１に示す装置により、ポ
リッシングを行った。円筒型回転工具は硬質クロムメッ
キした砲金で製作し、外周に硬質塩ビ製の外筒を圧入し
て外径１５０ｍｍ、軸方向長さ１８０ｍｍとした。該回
転工具の両軸を空気圧軸受けで支えてモーターローター
（図示せず）を装着して直接電動駆動とし、インバータ
電流を以て６０ｒｐｍの回転数を与え、周速を約２８３
ｍ／分としたところ、外周面の回転精度の振れが０．３
μｍ以下であった。外周面には深さ０．３ｍｍ、幅３ｍ
ｍの溝をねじれ角３０°、ピッチ６ｍｍで該設した受軸
と一体的な構造基体にセラミック製ガイドウェーを設
け、この上を滑動するキャリヤーを同様のセラミックで
製作し、キャリヤー下面にシリコン製６インチウエハを
ワックスで貼り付けて、キャリヤーを毎分０．１ｍの速
度で一方から他方へ送り、その間に往復量２５ｍｍで毎
分１２０回のベースで左右動させた。

【００４４】線状に対向するウエハと回転工具との間
に、該回転工具の全幅に平均に１００ｃｃ／分の流量で
コロイダルシリカの水溶液をシリカゾル濃度１．５％に
希釈し、温度２５℃に調整して供給した。

【００４５】この装置をシリコンウエハの仕上げポリッ
シング工程に使用した。ウエハと回転工具外周との隙間
は平均０．４μｍに調整したが、仕上げポリッシング工
程前の中ポリッシング工程後、面粗度Ｒｍａｘ≒１０オ
ングストロームのウエハはポリッシング後にＲｍａｘ＜
５オングストロームとなり、このポリッシュに於ける取
代は平均０．２５μｍであり、マイクロスクラッチ、ヘ
イズ等もなく、完全なジェットブラック鏡面を得た。

【００４６】この成績は在来法の仕上げポリッシング工
程に比して約１０倍の速度であった。

【００４７】（第２の実験）第１の実験例と同様にし
て、回転工具とウエハとの間隙を変化させてポリッシン
グしたところ、図７に示すグラフの結果が得られた。回
転工具とウエハとの間隙が０μｍでは、１００μｍ／時
の加工速度で１０オングストローム程度の表面粗さとな
り、間隔が５μｍでは、５０μｍ／時の加工速度で、５
〜４オングストロームの表面粗さとなり、さらに、１０
μｍの間隔では、３０μｍ／時の加工速度で４オングス
トロームの表面粗さとなった。さらに、１５〜３０μｍ
の間隔では、１５〜５μｍ／時の加工速度で表面粗さが
究極ともいえる３オングストローム以下となった。

【００４８】このように本実施例では、円筒状の回転工
具１１の周面とウエハ１４とを線状に対向させ、両者を
直線状に相対移動させるようにしたので、従来の回転円
盤式ポリッシング方式のように、被研磨物とポリシッン
グパッド等との相対摺動量が不均一であるおそれがな
く、ボリッシング精度が著しく向上する。さらに内部か
らの水冷を施すことも容易である。

【００４９】また、ウエハ１４をキャリヤー１３に装着
して、これに小さい円運動を与えながら、或は回転させ
ながら、一方向にスルーフィードすることにより、ウエ
ハの研磨を一個ずつ連続的に処理することができる。

【００５０】従って、従来の如く１回の研磨作業に多数
のウエハ１４を装着し、１回の研磨毎にウエハを脱着す
るいわゆるバッチ作業でなく、研磨作業を連続作業で容
易に行えるので、ポリッシング作業を安定した研磨仕上
りの品質で高効率に実施する事ができる。

【００５１】また、該回転工具１１の軸受１６と、該キ
ャリア部材１３のガイド部１２とは一体に構成されてい
るため、ウエハ１４の研磨面と回転工具の周面との間隔
を精度よく規定し、かつこれらの相対的な直線移動によ
り研磨を行うための構造を小型でしかもコンパクトなも
のとできる。

【００５２】また、該回転工具１１の周面に接触してそ
の軸心方向に沿って往復移動し、該回転工具の周面を、
その軸心方向に平行となるよう整形する整形手段１７を
備えているため、ウエハ１４のポリッシング作業中にお
いても、随時、ウエハの被研磨面と回転工具の周面とが
平行になるよう調整されることとなり、一層均一性の高
いポリッシングが可能となる。

【００５３】従って、高いポリッシング精度の装置を容
易に実現し得る。

【００５４】例えば、被研磨物としてＩＣ製造用シリコ
ンウエハに例をとれば、要求されるＴＴＶ１μm 以下を
得ることがきわめて容易になる。

【００５５】また、回転工具がウエハに対して線状に対
向しつつ両者が相対的に高速に直線運動し、この対向部
間に機械的かつ化学的研磨力を有する砥液を介在させて
作用させることによって被研磨物をポリッシングするの
で、従来のように、ポリッシングパッド材と被研磨物と
を略接触状態として、両者の間に砥液を介在させてポリ
ッシングする態様であってもよく、さらに回転工具が被
研磨物と直接には接触することなく高速回転することに
より、被研磨物表面に接触する砥液の粘性流体摩擦にて
ポリッシングする態様であってもよい。

【００５６】なお、上記実施例では、ウエハの形状を角
形に図示したが、これは本発明の効果を最も高く利用す
る態様として示したものであって、現在一般に広く使わ
れている丸形ウエハであっても何ら本発明の適用を脱す
るものではない。被研磨物は、シリコンウエハに限ら
ず、ガリウムヒ素、LiNbO₃、LiTaO₃、サファイア等の半
導体材料、Al、ステンレス等の金属材料、ガラス、SiC
等の光学材料であってもよい。

【００５７】また、上記実施例では、回転工具１１が下
にあり、ウエハ１４が回転工具１１の上方を通過する場
合について説明したが、このようなものに本発明は限定
されるものではなく、例えば、前記各実施例と上下が逆
であっても、あるいはウエハが下から上へ、もしくは上
から下へ送られる方式でも、又、回転工具の軸が水平で
はなく鉛直であって、ウエハが鉛直状に横方向に送られ
る方式であってもよい。

【００５８】また回転工具は、硬質プラスチック、ジュ
ラコン、フッ素樹脂、セルロイド等からなるものでもよ
く、回転工具１１は、径が一定の円柱状に限らず、例え
ば、中央部の外径が各端部よりも大きくなった鼓状であ
ってもよい。回転工具がこのような形状の場合には、例
えば表面が凹状に窪んだ光学材料のポリッシングに適し
ている。

【００５９】ウエハ等の被研磨物は、回転工具に対し
て、往復移動させてもよく、また、一方向にのみ移動さ
せてもよい。回転工具を移動させる構成であってもよ
い。

【００６０】以下には、本発明の実施例ではないが、上
述した本発明の実施例と対比される比較例について説明
する。

【００６１】（比較例１）この比較例は、上記実施例に
おける円筒状の回転工具の代わりに、図２に示すよう
に、筒状体の外周面にポリッシングベルト１８を全周に
わたって巻掛けしてなるものを用いている。該ポリッシ
ングベルト１８の周回域の下部は、洗浄液が収容された
洗浄液槽２１内に位置しており、該洗浄液槽２１内の洗
浄液にて該ポリッシングベルト１８が洗浄される。

【００６２】ポリッシングベルト１８は、構成材質と使
用条件に応じて、砥液を保持し得るポリッシングパッド
材を無端シームレス状となしたものが使用される。該ポ
リッシングベルト１８は、例えば、回転工具１１に貼着
され、該回転工具１１とは一体的に回転される。

【００６３】この場合、ポリッシュベルト１８とウエハ
１４との対向部間に、ノズル部１５により砥液を供給す
ることは図１に示す実施例と同様である。

【００６４】該洗浄液槽２０内には、回転工具１１に貼
着されたポリッシングベルト１８が洗浄液から退出する
側に、該ポリッシングベルト１８に転接するスクラバロ
ール２２が配設されている。該スクラバロール２２はブ
ラシ状になっており、ポリッシングベルト１８に付着し
た研削屑等を除去している。

【００６５】また洗浄槽２１内の回転工具１１が洗浄液
内へ進入する側には、再生用ロール２３がポリッシング
ベルト１８に転接するように配設されている。該再生用
ロール２３は、例えば、ゴム製であり、ポリッシングベ
ルト１８の表面に転接して該表面を研削することにより
再生している。

【００６６】（比較例２）ポリッシングベルト１８は、
回転工具１１の全周に巻掛けられている必要はなく、例
えば、図３に示す比較例２のように、該回転工具１１の
下方に、従動ローラ２４を配設し、該従動ローラ２４と
回転工具１１との間にテンションローラ２５を配設し
て、これら回転工具１１、従動ローラ２４およびテンシ
ョンローラ２５に無端状のポリッシングベルト１８を巻
掛けることにより、回転工具１１の周面にポリッシング
ベルト１８を略半周にわたって巻掛けるようにしてもよ
い。この場合も、ポリッシングベルト１８が洗浄および
再生されるように、従動ローラ２４は、前記図２に示す
実施例と同様に、スクラバローラ２２および再生ローラ
２３が配設された洗浄液槽２１内に配設される。

【００６７】（比較例３）さらにポリッシングベルト１
８は無端状である必要はなく例えば、図４に示す比較例
３のように、有端状であって、各端部をそれぞれ巻取り
リール３１および３６に巻回しておき、適当なアイドル
ローラ３２および３３を介して、回転工具１１の一部に
巻掛けるようにしてもよい。該回転工具１１に巻掛けら
れたポリッシングベルト１８は、適当なアイドルローラ
３４および３５を介して巻取りリール３６に巻回されて
いる。

【００６８】この場合にも、ポリッシングベルト１８の
周回域に、洗浄液槽２１が配設される。このように、ポ
リッシングベルト１８が有端状の場合には、ポリッシン
グベルト１８を容易に往復移動し得るため、ウエハ１４
のポリッシング時に往復移動させるように構成してもよ
い。

【００６９】（比較例４）さらに、多数の回転工具１１
を用いて、ウエハ１４のポリッシングを多段階で行うよ
うにしてもよい。

【００７０】例えば、図５に示す比較例４のように、キ
ャリヤー１３によるウエハ１４の搬送域に対向させてウ
エハ１４の移動方向に多数の回転工具１１を並設すると
共に、隣接する各回転工具１１間の下方にそれぞれ従動
ロール４１を並設し、各回転工具１１と従動ロール４１
とに交互にポリッシングベルト１８を巻掛ける構成とし
てもよい。

【００７１】各従動ロール４１は砥液が収容された砥液
槽４２内に配設され、各従動ロール４１の周面を通過す
るポリッシングベルト１８には砥液槽４２内の砥液が保
持される。この場合ポリッシングベルト１８は無端状で
あってもよく、また図６に示す比較例５のように有端状
であってもよい。いずれの場合にも、スクラバロール２
２および再生ロール２３を有する洗浄液槽２１を、ポリ
ッシングベルト１８の周回域に配設すればよい。

【００７２】ポリッシングベルト１８としては、フェル
トタイプポリッシングパッド材を無端シームレス状に、
又は長尺切り放し状に形成したもの、ナップタイプポリ
ッシングパッド材を無端シームレスに、又は長尺切り放
し状に形成したもの、あるいはこれ等パッド状の構成体
の内部、もしくは背面をコード状、織布状或はシート状
の屈曲性抗張材をもって補強したもの、ポリッシング面
に織布を用い織布の背面に適宜の厚みのエラストマー層
を接合積層したポリッシングパッド材を無端シームレス
に、又は長い尺切り放し状に形成したもの、或いはプラ
スチック、或いはエラストマーのそれぞれ単一又はそれ
らの複合積層構造体で、その何かの側の面をポリッシュ
面と為し、其の面に砥液を保持するための凹部を適宜の
密度に配設し、或はさらに砥液の流れを良くするための
溝等を、型押し、又は刻設したポリッシングパッド材料
を無端シームレスに、又は長尺切り放し状に形成したも
の等が使用される。

【００７３】次に、上記比較例のポリッシング装置につ
いてもポリッシング試験を行っているので、その試験方
法及び結果を示す。

【００７４】（比較例３の装置による実験１）図４に示
す装置により、ウエハをポリッシングした。該装置は、
硬質のクロメッキを施した砲金製の回転工具（直径１５
０ｍｍ、面長１８０ｍｍ）を空気軸受で支持している。
該回転工具は、外周直線度０．０４μｍ、外周のフレ
０．２μｍであった。これにフェルトタイプの厚み０．
８ｍｍのポリッシングパッド材（ロデール・ニッタ株式
会社製、商品名「SUBA-600」）を幅１７５ｍｍ、長さ５
０ｍの長尺切り放し状にしたポリッシングベルトを、芯
径１５０ｍｍ、フランヂ径３８０ｍｍの一対の巻取りリ
ールにそれぞれの巻回するとともに、回転円筒に巻掛け
た。このポリッシングベルトを１５０ｍ／分の速度で巻
取りリールを交互方向に反復して走行させた。

【００７５】この装置をシリコンウエハの粗ポリッシン
グ（ストックリームバル）工程に使用するため、キャリ
ヤーに６インチウエハを装着し、砥液としてコロイダル
シリカのゾル成分２％の水溶液にエタノールアミンを加
えたものを、幅方向全体にわたって均一に５０ｃｃ／分
の流量で供給しながら、キャリヤーをストローク２０ｍ
ｍ、４０サイクル／分で往復運動させた。ポリッシング
ベルトの１走行毎に３ｍｍまで間欠的にベルトの走行し
ている間に一方向から他方向へ送り、約１７分間で１枚
のウエハのストックリムーバルを行った。

【００７６】得られたウエハは面粗度Ｒｍａｘ≒２０〜
３０オングストロームで、ウエハの取代は１５μｍ、ポ
リッシング後の平面度は、ＴＴＶ（Total Thickness Va
riation）０．８μｍであって、従来の粗ポリッシング
工程と同等以上の仕上がりを約２倍の能率で行い得た。

【００７７】（比較例３の装置による実験２）比較例３
の装置による実験１と同じように硬質のクロムメッキを
施した砲金製の回転円筒（直径１５ｍｍ、面長１８０ｍ
ｍ）を空気軸受けで支持し、外周直線度０．０４μｍ、
外周のフレ０．２μｍを得た。これに薄手のナイロン平
織布の裏面に軟質プラスチック（ポリウレタン）をコー
ティングしたものを、高精度に調整して、厚み０．３μ
ｍ、幅１７５ｍｍ、長さ１３０ｍｍの長尺切り放し状の
ポリッシングベルトを、芯径１５０ｍｍ、フランジ径３
８０ｍｍの一対の巻取りリールに夫々の端部を巻回する
とともに、回転工具に巻掛けた。このポリッシングベル
トを、１００ｍ／分の速度で巻取りリールの間を交互方
向に反復して走行させた。

【００７８】この装置を、比較例３の装置による実験１
によるストックリムーバルポリッシング工程を経たシリ
コンウエハの中ポリッシング工程に使用するべく、ポリ
ッシングベルトの１走行毎に４０ｍｍまで間欠的に送
り、約３分でウエハの中間ポリッシング工程を行った。
得られたウエハは、取代は、０．８μｍ得られた面粗度
はＲｍａｘ≒１０〜２０オングストロームに達した。

【００７９】（比較例２の装置による実験）図３に示す
装置により、ウエハをポリッシングした。該装置の回転
工具は、前記実験例１と同様に、硬質のクロムメッキを
施した砲金製（直径１５０ｍｍ、軸方向長さ１８０ｍ
ｍ）であって、空気軸で支持されている。該回転工具の
外周直線度は０．０４μｍ外周のフレ０．２μｍであっ
た。該回転工具と同一径のローラを反対側に芯間距離約
６００ｍｍで平行に設置し、２つの円筒間に後述のシー
ムレス無端ポリッシングベルトを巻掛け、さらにテンシ
ョンローラを用いてベルトを弛みなく緊張させた。

【００８０】ポリッシングベルトは、２軸延伸処理をし
たポリエステルフィルムであって厚み１８０μｍのもの
を、幅１７５ｍｍ、長さ１６８０ｍｍのシームレス無端
状に接合し、表面にポリウレタンを厚み６０μｍにコー
ティングし、さらに幅１ｍｍ、深さ２０μｍの溝部を、
ピッチ３ｍｍ、斜角３０°にエンボスしたものを使用し
た。

【００８１】この装置をベルト速度１５０ｍ／分で走行
させ、コロイダルシリカ水溶液をシリカゾル濃度１．５
％に希釈して供給しながら、実施例２で中間ポリッシン
グ工程を経たシリコンウエハの仕上げポリッシング工程
に使用した。

【００８２】ウエハは、ストローク２０ｍｍ、４０サイ
クル／分で往復運動させながら、一方から他方へ毎分５
０ｍｍで送った。この場合、ポリッシングベルトとウエ
ハの隙間は平均１μｍ±０．４μｍに調整された。その
結果、仕上げポリッシング工程は約３分で行われ、得ら
れた結果は取代平均０．２μｍであり、中間ポリッシン
グ工程後に残っていたマイクロスラッチ、ヘイズ等は完
全に除去され、鏡面平面となっていた。

【００８３】上述した比較例１〜５のようにポリッシン
グベルトを用いる場合には、該ポリッシングベルトのポ
リッシング作業域の外に於て、研磨屑の排出、研磨面の
再生、洗浄、砥液の供給、等を行い得るので、これらの
作業のためにポリッシング作業を中断する必要が無い。

【００８４】ボリッシングベルトは速度の変更が容易で
あるため、被研磨物との対向間隙をコントロールし易
く、その結果、超高精度の研磨面が得られ、仕上げポリ
ッシングの前段の中間研磨工程に於ては研磨速度を著し
く向上させることができ、高効率にてポリッシング作業
を行い得る等の優れた効果を奏する。被研磨物であるシ
リコンウエハが大径化しても容易に対応できる。

【００８５】しかも従来頻繁に必要だった研磨布の洗浄
再生等のメンテナンスを、ポリッシングベルトが作動し
ている最中に平行して行い得るので、ポリッシング作業
はポリッシングベルトの寿命がつきるまで中断すること
なく作業を継続し得る。

【００８６】ポリッシングベルトは機械力学的な無理を
冒すことなく、従来の回転円盤ポリッシャに比してはる
かに大きい線速度でも使用が可能である。従って、砥液
の動粘度との組合わせ選択によって、ポリッシングベル
トと被研磨物との接触の状態を、接触、準接触、非接触
（砥液膜のみが接触）の何れにでも容易にコントロール
することができる。この結果、ポリッシングベルトをウ
エハ研磨の初期工程に使用する場合には、接触又は準接
触の状態にて使用することにより、研磨能率を高めるこ
とができる。又、ウエハ研磨の仕上げ工程に使用する場
合には非接触の状態を選んで、仕上がりウエハの表面を
ヘイズや結晶荒れ等の無い高度の鏡面平面とすることが
できる。

【００８７】図１に示す実施例を上述した比較例と対比
してみると、該実施例のポリッシング装置では、その構
造が簡単でコンパクトなものとなっており、また整形手
段１７を有しているため、高精度のポリッシングが容易
であると言える。

【００８８】

【発明の効果】以上のようにこの発明に係るポリッシン
グ装置によれば、ガイド部に摺動可能に支持され、研磨
すべき被研磨物を装着するためのキャリア部材と、該キ
ャリア部材に装着された被研磨物の被研磨面に、周面が
非接触状態としてまたは略接触して対向するよう、軸受
に回転可能に取り付けられた円柱状の回転工具とを備
え、円柱状の回転工具の周面と被研磨物との対向部間に
砥液を供給するようにしたので、回転工具の回転により
砥液が被研磨物の研磨面上を一定方向に流れることとな
り、これにより、被研磨物の研磨面を均一にポリッシン
グすることができ、しかも該回転工具の軸受と、該キャ
リア部材のガイド部とは一体に構成されているため、被
研磨物の研磨面と回転工具の周面との間隔を精度よく規
定し、かつこれらの相対的な直線移動により研磨を行う
ための構造を小型でしかもコンパクトなものとできる効
果がある。また、回転工具の軸受と、該キャリア部材の
ガイド部とは一体に構成されているため、整形手段が回
転工具を整形する際に、回転工具が整形手段により押さ
れても、回転工具とキャリア部材との間の距離、また
は、回転工具と被研磨物との間の距離が変動するのを防
止できるので、回転工具に接触して設けた整形手段が、
回転している回転工具により被研磨物を研磨していると
きに、非常に微妙な間隔を要求される回転工具と被研磨
物との間の距離を変動させることなく、回転している回
転工具を整形できる。

【００８９】また、この発明に係るポリッシング装置に
よれば、上記整形手段が、回転工具の周面に接触してそ
の軸心方向に沿って往復移動し、回転工具の周面を、そ
の軸心方向に平行となるよう整形するものであるので、
被研磨物のポリッシング作業中においても、随時、被研
磨物の被研磨面と回転工具の周面とが平行になるよう調
整されることとなり、一層均一性の高いポリッシングが
可能となるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるポリッシング装置を説
明するための図であり、図１（ａ）は本実施例装置の一
例を示す平面図, 図１（ｂ）はそのＢ−Ｂ線における断
面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ線における断面
図である。

【図２】本発明の実施例と対比される比較例１によるポ
リッシング装置を説明するための図であり、図２（ａ）
は該装置の断面図、図２（ｂ）はその正面図である。

【図３】本発明の実施例と対比される比較例２によるポ
リッシング装置の断面図である。

【図４】本発明の実施例と対比される比較例３によるポ
リッシング装置の断面図である。

【図５】本発明の実施例と対比される比較例４によるポ
リッシング装置の断面図である。

【図６】本発明の実施例と対比される比較例４によるポ
リッシング装置の断面図である。

【図７】本発明の一実施例によるポリッシング装置にお
けるポリッシングベルトとウエハとの間隙とポリッシン
グ速度およびウエハの面粗度との関係をグラフで示す図
である。

【図８】従来のポリッシング装置を説明するための図で
あり、図８（ａ）は従来のポリッシング装置の側面図、
図８（ｂ）はそのＢ−Ｂ線における断面図である。

【符号の説明】

１１ 回転工具 １２ ガイド １３ キャリヤー １４ ウエハ １５ ノズル部 １７ 整形手段 １００ ポリッシング装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−287973（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−150160（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−77661（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−67080（ＪＰ，Ａ) 特公 昭49−45537（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガイド部に摺動可能に支持され、研磨す
   べき被研磨物を装着するためのキャリア部材と、 該キャリア部材に装着された被研磨物の被研磨面に、周
   面が一定間隔隔てた非接触状態としてまたは略接触して
   対向するよう、軸受に回転可能に取り付けられた円柱状
   の回転工具と、該回転工具に周面に接触してその軸心方向に沿って往復
   移動し、該回転工具の周面を、その軸心方向に平行とな
   るよう整形する整形手段と、 該回転工具の周面と被研磨物との対向部間に砥液を供給
   する手段と、 該回転工具と被研磨物とを該回転工具の軸心に対して適
   当な角度をなす方向へ直線的に相対移動させる手段とを
   備え、該回転工具の軸受と、該キャリア部材のガイド部
   とは一体に構成されているポリッシング装置。
2. 【請求項２】 前記被研磨物が平板状であり、該被研磨
   物と回転工具とが該回転工具の軸心に対して略直交する
   方向に相対移動される請求項１に記載のポリッシング装
   置。
3. 【請求項３】 前記回転工具の外周面には、砥液を通流
   しやすくする溝部が形成されている請求項２に記載のポ
   リッシング装置。