JPH01103261A - 表面研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野） この発明は、半導体シリコンウェーハ等の薄板表面の研
磨に用いて好適な研磨方法にｒ＠するものである。

（従来の技術） シリコンウェーハは、ＩＣや半導体素子の基板となる超
高純度シリコン単結晶の円板状薄板である。このシリコ
ンウェーハは、極めて＾精度の表面粗さや平面度が要求
されるため、一般にその表面にはラッピングやポリッシ
ングが行なわれており、Ｒｎ的に鏡面仕上げが施されて
いる。

これらラッピングやポリッシングなどの研磨工程におい
ては、従来より種々の方法が用いられているが、その中
でシリコンウェーへの片面を研磨する場合に従来より広
く用いられている方法を第５図及び第６図を用いて説明
する。

第５図において符号１はシリコンウェーハであり、この
シリコンウェーハ１は図に示すように複数枚が等間隔に
円形のキャリアプレート２に固着されている。この固着
方法としては、シリコンウェーハ１の片面にワックスを
塗布することによりシリコンウェーハ１をキャリアプレ
ート２の片面に接着するワックス法と、真空吸着、水貼
り等の方法により吸着するワックスレス法とがある。

上記のいずれかの方法によりキャリアプレート２の片面
に固着されたシリコンウェーハ１は、ついで表面研磨が
行なわれるが、この方法を第６図により説明する。

先ず、キャリアプレート２を、シリコンウェーハ１が固
着された面を下方にして、その表面に研磨布３が張り付
１ノられた定５１８４上に載置する。なお、この定盤４
は図示しない駆動装置と連結されており、軸線Ｏを中心
として回転運動をすることが可能である。また定ａ４上
に載置するキャリアプレート２の枚数は図では１枚とな
っているが、実際には複数枚を載置するものである。

次に、キャリアプレート２の上部に加圧ヘッド５を密着
させ、シリコンウェーハ１を研磨布３に加圧する。なお
、この加圧ヘッド５は図示しない昇降装置と自在継手に
よって連結されており、上昇下降可能で且つ回転自在と
なっている。

シリコンウェーハ１を研磨布３に加圧したら、ｒｌ布３
上に砥粒とアルカリ液とを氾合したスラリー状？ｉｌＩ
磨液を供給しながら定盤４を軸線Ｏを中心として図中矢
印方向に回転さぼる。この場合、キャリアプレート２に
固着された各シリコンウェーハ１と研磨布３との接触面
における相対速度は定５！８４の軸ｔｉａＯから離れる
に従って大きくなるため、キャリアプレート２に固着さ
れたシリコンウェーハ１のうち、研磨布３と定盤４の外
側において接触しているシリコンウェーハ１にはより大
ぎい相対速度が与えられ、キャリアプレート２は加圧ヘ
ッド５とともに図中矢印方向に回転させられる。そして
、各シリコンウェーハ１の下面が研磨布３に擦られ研磨
液を介して研磨されるのである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上記方法によってシリコンウェーハ１表面を
研磨する場合、次のような問題点があった。

一般に、所要の面粗度や平面度を一回の研磨工程で得る
ことは難しいため、通常は研磨工程を粗研磨工程と仕上
げ研磨工程とに分けて作業を行なっている。従って、上
記従来の研磨方法によれば、先ず表面の研磨布３が粗研
磨用となっている定盤４を備えた粗研磨装置でシリコン
ウェーハ１表面に粗研磨を施し、ついで表面の研磨布３
が仕上げ研磨用となっている定盤４を備えた仕上げ研磨
装置でシリコンウェーハ１表面に仕上げ研磨を施すとい
う研磨装置の使い分けが必要であり、このことは、研ｆ
ｆｉ装置に対する設備投資や設置スペースの負担が増大
するばかりでなく、段取り換えに相当の人手や時間を要
し、非常に不経済且つ非能率的なものであった。また、
粗研磨終了後に加圧を開放して各シリコンウェーハ１を
別の定盤に載せ換えるため、各装置の精度特性の相違や
、各シリコンウェーハ１への加圧状態の変化が原因とな
って各シリコンウェーハ１表面の面粗度が向上しても、
平面度がかえって劣化する場合もあった。さらに、上記
従来の研磨方法では、スラリー状ｌ１ｌｌｓ液が供給さ
れた研磨布３の表面上を次々とシリコンウェーハ１が通
過するため研磨液や切屑の逃げ場がなく、ｒｔｌＩ磨布
３が容易に目詰まりを起こしてその表面の研磨能が低下
し、研磨に要する時間が長くなったり、シリコンウェー
ハ１表面の精度に悪影響を与えることもあった。

本発明は上記の事情に鑑み、被研磨材表面を研磨する場
合に、装置を使い分けることなく粗研磨と仕上げ研磨を
連続して行ない、且つ研磨面の目詰まりも防いで、研磨
に要する時間や人手を削減し所要の面粗度や平面度を容
易に得ることが可能な表面研磨方法を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の表面研磨方法においては、研磨に使用する定盤
表面の周方向に粗研磨面と仕上げω１磨面とを交互に隣
接させて形成し、これら各研磨面が定盤の軸方向に互い
に段差を生じるような移動機構を設け、先ず定盤表面に
粗研磨面を突出させ、この状態で被研磨材表面に粗研磨
を施し、ついで定盤表面に仕上げ研磨面を突出させ、こ
の状態で被研磨材表面に仕上げ研磨を行なう。この場合
、定盤表面に供給されたスラリー状研磨液や切屑は、定
盤表面から後退している研磨面に排出されるので、定盤
表面に突出させられた研磨面には目詰りが起こりにくい
。従って、被研磨材表面に短時間で能率良く研磨を施す
ことが可能である。

〔実施例〕

以下、本発明の表面研磨方法の一実施例を第１図乃至第
４図を用いて説明する。なお、第１図乃至第４図におい
て、第５凹凸び第６図と同一の構成要素には同一符号を
示しである。

第１凹凸び第３図において符号１はシリコンウェーハで
ある。このシリコンウェーハ１は、第３図に示ずように
複数枚が等間隔に円形のキャリアプレート２に固着され
ており、この固着方法は上記従来のワックス法若しくは
ワックスレス法のいずれかによるものである。

上記キャリアプレート２に固着されたシリコンウェーハ
１は、本発明の表面研磨方法においては定盤４上に加圧
され、その表面に粗１ｉＡ磨面及び仕上げ研磨が連続し
て行なわれるのであるが、これに用いる研磨装置を第１
図乃至第３図を用いて説明する。

第１凹凸び第２図に示すように定盤４は、固定定盤６と
移動室！１１７を同軸的に組み合わせることにより構成
されている。固定定盤６は第２図に示すように円筒体で
、その上面は扇形突部６ａと扇形溝部６ｂとによって放
射状に８等分され、さらにその中心には案内穴６Ｃが形
成されている。そして、上記扇形突部６ａの表面には仕
上げ研磨用研磨布８が張り付けられている。

一方、上記移動定盤７は、上記固定定盤６の扇形溝部６
ｂと同一形状の４枚の扇形フランジ７ａを同一平面状で
放射状に配設し、これら各扇形７ランジ７ａを、上記固
定定盤６の案内穴６Ｃの内径寸法と同一の外径寸法を右
する中心軸７ｂによってその軸端部で一体に結合した形
状であり、さらに中心軸７ｂの他端にはおねじ部７Ｃが
形成されている。そして各扇形７ランジ７ａの表面には
粗研磨用研磨布９が張り付けられており、この粗研磨用
研磨布９を含んだ扇形フランジ７ａの厚さは、上記固定
定盤６の仕上げ研磨用研磨布８の表面から扇形溝部６ｂ
底面迄の深さ寸法より十分に小さく定められており、扇
形溝部６ｂと扇形７ランジ７ａを当接させたとぎ、粗研
磨用研磨布９が十分に仕上げ研磨用研磨布８の下方へ位
置するようになっている。

上記固定定盤６の案内穴６Ｃに移動定盤７の中心軸７ｂ
をはめ合わせ、扇形フランジ７ａを扇形溝部６ｂにはめ
込むことによって定９１１４表面には第３図に示すよう
にその円周方向に交互に各研磨布８，９の表面が露出さ
れる。そして、上記移動定盤７を定盤４内の移動機構１
０によって軸方向に移動させることにより、定盤４表面
に粗研磨用研磨布９若しくは仕上げ研磨用研磨布８のみ
を突出させることができる。

上記移１７Ｊ機横１０は、第１図に示すように一対の小
かさ歯車１１と大かさ歯車１２とから成るものである。

小かさ歯１１１１は、定盤４の軸線Ｏと直交する方向に
その軸線を有し、上記固定室Ｉ６の側面内に設けられた
ベアリング１３によって軸１１ａを介し回転自在に支持
されている。そして、この軸１１ａの先端部には固定室
５！ｌ１６の側面から突出させておねじ部１４が形成さ
れており、このおねじ部１４には上記小かさ歯１１１１
の回転を固定するための止ナツト１５がねじ込まれ、さ
らにこのおねじ部１４の端面には六角穴１６が形成され
ている。一方、上記大かさ歯車１２は上記小かさ歯車１
１と噛み合わされており、その軸１２ａの両端部がベア
リング１７．１８によって支持され、上記小かさ歯車１
１の回転によって軸線Ｏのまわりに回転することができ
る。また、この大かさ歯車１２の内周面にはめねじ部１
９が形成されており、このめねじ部１９には上記移動・
定盤７のおねじ部７Ｃがねじ込まれている。ところで、
上記移動定盤７はその扇形７ランジ７ａが固定定盤６の
扇形溝部６ｂにはめ込まれているため、固定定盤６に対
して回転運動を行なうことができない。

従って、上記小かさ歯車１１を回転させるとこの回転運
動が大かさ歯車１２のめねじ部１９に減速して伝えられ
、これにねじ込まれた移動定盤７のおねじ部７Ｃに直線
運動が与えられ、移動定盤７が軸１／ＭＯの方向に移動
することになるのである。

一方、上記定盤４の下面には第１図に示すように回転軸
２０が固定されており、この回転＠２０は図示しない駆
動装置と連結されているため、上記窓５Ｉ８４はその＠
線０のまわりに回転することができる。また、定盤４の
上方には複数の加圧ヘッド５が設けられており、各加圧
ヘッド５は図示しない昇降装置と自在継手によって連結
されており、上昇下降可能で且つ回転自在となっている
。

上記構成の研磨装置を用いて、キャリアプレート２に固
着されたシリコンウェーハ１表面に先ず粗研磨を施すに
は以下の手順で行なう。

先ず、第１図及び第３図に示すようにキャリアプレート
２をシリコンウェーハ１が固着された面を下方にして、
定５１ｉ１４表面に複数枚等間隔に載置する。ついで、
上記六角穴１６に六角レンチを挿入して小かさ歯車１１
を回し、移動室１７を上方へ移動させて、第４図（Ａ）
に示すように粗研磨用研磨布９表面の凹部頂点が仕上げ
研磨用研磨布８表面の凸部頂点とほぼ同じ高さとなった
ら、止ナツト１５を締め付けて小かさ歯車１１の回転を
固定する。そして、各加圧ヘッド５を下降させ、キャリ
アプレート２上面と密着させて、上記粗研磨用研磨布９
の表面凹凸部によってシリコンウェーハ１の表面が擦ら
れる程度にシリコンウェーハ１を加圧し、この状態で定
５１４表面にスラリー状研磨液を供給しながら、定盤４
を軸線０を中心として図中矢印方向に回転させる。この
場合、上記従来の表面研磨方法の場合と同じく、各シリ
コンウェーハ１接触面における相対速度の違いから各キ
ャリアプレート２は各加圧ヘッド５とともに図中矢印方
向へ回転さＶられる。そして、各シリコンウェーハ１の
表面は上記粗研磨用研磨布９及び仕上げ研磨用研磨布８
の表面を交互に通過するのであるが、上述のように粗研
磨用研磨布９の凹凸部が仕上げ研磨用研磨布８の凸部頂
点より高くなっていることと、各加圧ヘッド５による加
圧力が仕上げ研磨用研磨布８表面の白部分では十分小さ
いことから各シリコンウェーハ１の表面は仕上げ研磨用
研磨布８上を通過する際にはその表面凸部によって支持
されて研磨されず、粗研磨用ω１磨布９上を通過する際
にはその表面の凹凸部分と擦られ、研磨液を介して粗研
磨が施されるのである。

以上の手順によって粗研磨を行ない定！３４の回転を停
止したら、本発明の表面研磨方法においては引き続き仕
上げ研磨を行なうが、この手順を以下に説明する。

先ず、上記六角穴１６に六角レンチを挿入し、上記粗研
磨時とは逆方向へ小かさ歯車１１を回し、移動室！８７
を下方へ移動させて、第４図（Ｂ）に示すように仕上げ
研磨用研磨布８表面の四部頂点が粗研磨用研磨布９表面
の凸部頂点とほぼ同じ高さとなったら、止ナツト１５を
締め付けて小かさ歯車１１の回転を固定する。そして、
各加圧ヘッド５をわずかに下降させ、上記仕上げ研磨用
研磨布８の表面凹凸部によってシリコンウェーハ１の表
面が擦られる程度にシリコンウェーハ１を加圧し、上記
粗研磨時と同様に定盤４表面にスラリー状研磨液を供給
しながら定５１１４を回転させる。すると、シリコンウ
ェーハ１表面が粗研磨用研磨布９上を通過する際にはそ
の表面凸部によって支持されて研磨されず、仕上げ研磨
用研磨布８上を通過する際にはその表面の凹凸部と擦ら
れ、研磨液を介して仕上げ研磨が施されるのである。

以上のように本実施例では、粗研磨を終了したのち仕上
げ研磨を施すには、移動定盤７を軸方向に移動させて粗
研磨用研磨布９の仕上げ研磨用研磨布８に対する相対位
置を変化させ、各加圧ヘッド５をわずかに下降させるだ
けでよく、上記従来の表面研磨方法が装置の使い分けを
必要としたことに比べて、使用する装置が一つで、人手
や時間もかからないので非常に経済的且つ能率的に表面
研磨が行なえる。そして、上記作業においては、各シリ
コンウェーハ１は定盤４表面に密着させられたままであ
るから精度劣化の心配もない。また、粗研磨時及び仕上
げ研磨時のいずれの場合にもシリコンウェーハ１表面の
研磨に寄与しない研磨布表面が、研磨を行なう研磨布表
面より低くなっているので、スラリー状研磨液や切屑は
、この低くなった研磨布表面に次々と流れ込み、定盤４
の回転による遠心力で定盤４の外周部から逐次排出され
る。従って、各研磨布８．９は目詰まりを起こすことも
なく、研磨時間を長引かせたり、シリコンウェーハ１表
面の精度に悪影響を与えることもない。

なお、本実施例においては、シリコンウェーハ１の片面
を研磨する方法について説明したが、本発明の表面研磨
方法はこれに限るものではなく、例えば表面に研磨面が
形成された２枚の定盤で４ニヤリアに保持された被研磨
材を挟み込み、これら各定盤をそれぞれ反対方向に回転
させるとともに上記キャリアを遊星運動させ、被Ｉｉｌ
ＩＭ材両面を研磨するフォーウェイ方式の表面研磨方法
においても、各定盤を本実施例において使用した定盤４
と同一の構成とすればなんら支障なく本発明の効果を生
じせしめることができるものである。また、研磨中に供
給するスラリー状研磨液の種類を粗研磨と仕上げ研磨と
で変化させても、各研磨時において研磨液や切屑の排出
性が良好で研磨布表面が目詰まりを起こさないから、研
磨終了時に研磨布表面に残った研磨液を容易に除去でき
るので何ら問題はない。

（発明の効果〕 以上説明したように、本発明の表面研磨方法においては
、被研磨材が加圧される定盤の表面周方向に粗研磨面と
仕上げ研磨面とを交互に隣接させて形成し、これら各研
磨面が定盤の軸方向に互いに段差を生じるような移動機
構を設け、これら各研磨面を使い分けることによって被
研磨材表面に粗研磨及び仕上げ研磨を連続して施してい
る。従って、表面研磨に用いる装置に対する設備投資や
その設置スペースの負担が軽減され、研磨に要する人手
や時間も大幅に低減され、極めて経流的且つ能率的に表
面研磨を行なうことが可能である。

そして、被研磨材の載せ換えを必要としないから、被研
磨材表面の平面度を劣化させる心配もなく、また研磨面
の研磨液や切屑による目詰まりも防止できるので、その
研磨能も低下せず、研磨に要する時間が長くなったり、
被研磨材表面に悪影響を与えることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の表面研磨方法の一実施例を
示すものであり、第１図は研磨装置の断面図、第２図は
定盤の構成を示す斜視図、第３図は各被研磨材の定盤表
面への載置状態を示す平面図、第４図は各研磨時におけ
る定盤表面部分の側面拡大図であり、（Ａ）は粗研磨時
の拡大図、（８）は仕上げ研磨時の拡大図、そして第５
図及び第６図は従来の表面研磨方法の一例を示すもので
、第５図はシリコンウェーハが固着されたキャリアプレ
ートの平面図、第６図は研磨方法の説明図である。 １・・・シリコンウェーハ、２・・・キャリアプレート
、３・・・研磨布、４・・・定盤、５・・・加圧ヘッド
、６・・・固定定盤、７・・・移動定盤、８・・・仕上
げ研磨用研磨布、９・・・粗研磨用研磨布、１０・・・
移動機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　被研磨材をその表面が研磨面となつている定盤に加圧
   し、この定盤を回転運動させて前記被研磨材表面と前記
   研磨面との間に相対運動を与え、被研磨材表面の研磨を
   行なう表面研磨方法において、前記定盤表面の周方向に
   粗研磨面と仕上げ研磨面とを交互に隣接させて形成し、
   これら各研磨面が定盤の軸方向に互いに段差を生じるよ
   うな移動機構を設け、先ず定盤表面に粗研磨面を突出さ
   せ、この状態で被研磨材表面に粗研磨を施し、ついで定
   盤表面に仕上げ研磨面を突出させ、この状態で被研磨材
   表面に仕上げ研磨を行なうことを特徴とする表面研磨方
   法。