JP3216214B2 - Ultra-precision mirror processing method and apparatus - Google Patents
Ultra-precision mirror processing method and apparatusInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ラジカル反応を利用し
た超精密鏡面加工方法及びその装置に係わり、更に詳し
くは被加工物の表面を微視的且つ巨視的にも平滑に加工
することが可能な超精密鏡面加工方法及びその装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultra-precision mirror processing method and apparatus utilizing a radical reaction, and more particularly, to a method for processing a surface of a workpiece to be microscopically and macroscopically smooth. The present invention relates to a possible ultra-precision mirror surface processing method and apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、被加工物の鏡面加工には、一般的
にポリッシング加工が用いられている。このポリッシン
グ加工の加工原理は、微粒子による微小な脆性破壊を利
用したものであるため、表面には加工変質層が形成さ
れ、表面粗さ的には優れたものができたとしても物性的
には材料本来の性質を損ねてしまっているのが現状であ
る。特に、被加工物がシリコンウエハである場合、加工
変質層の存在は直接半導体デバイスの電気的性能に影響
を与えるとともに、集積度の限界を律する要因の一つに
もなっている。2. Description of the Related Art Conventionally, polishing is generally used for mirror finishing of a workpiece. Since the processing principle of this polishing process utilizes minute brittle fracture caused by fine particles, a deteriorated layer is formed on the surface, and even if the surface is excellent in terms of surface roughness, its physical properties are At present, the original properties of the material have been impaired. In particular, when the workpiece is a silicon wafer, the presence of the affected layer directly affects the electrical performance of the semiconductor device and is one of the factors that limit the limit of the degree of integration.
【０００３】そこで、本出願人は、特開平１−１２５８
２９号公報にて開示される如く、反応ガスを含む高圧力
の雰囲気気体中に被加工物と電極を配し、該電極に高周
波電圧を印加して、被加工物と電極間に反応ガスに基づ
く中性ラジカルを発生させ、その中性ラジカルと被加工
物を構成する原子又は分子とのラジカル反応によって生
成した揮発性物質を気化、除去して加工する方法（プラ
ズマＣＶＭ）を提案している。また、被加工物の切断加
工にはワイヤー電極を用い、平滑化加工には平板状電極
を用いることも提案している。[0003] The applicant of the present invention has disclosed Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-1258.
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 29, a work and an electrode are arranged in a high-pressure atmosphere gas containing a reaction gas, a high-frequency voltage is applied to the electrode, and a reaction gas is applied between the work and the electrode. (Plasma CVM) which generates neutral radicals based on the radicals and vaporizes and removes volatile substances generated by the radical reaction between the neutral radicals and atoms or molecules constituting the workpiece. . It has also been proposed to use a wire electrode for cutting a workpiece and to use a flat electrode for smoothing.
【０００４】プラズマＣＶＭでは、プラズマ等で活性化
（励起）された中性ラジカルを被加工物表面と反応さ
せ、揮発性物質に変えることにより除去加工を行うの
で、加工の単位は原子単位であり、原子オーダで平滑で
しかも無歪みな加工が可能となる。このプラズマＣＶＭ
を例えばシリコンウエハの加工に応用すれば、インゴッ
ドの切断からポリッシングまで一貫してプラズマＣＶＭ
法で行うことができ、物性的に優れた表面が得られるだ
けでなく、現状加工法では不可欠な加工変質層をエッチ
ング等で除去するといった工程が不必要になるため、工
程の大幅な簡略化ができ、生産性が飛躍的に向上するも
のと考えられるが、幾つかの解決すべき問題がある。[0004] In plasma CVM, neutral radicals activated (excited) by plasma or the like are reacted with the surface of the workpiece to be converted into volatile substances, thereby performing removal processing. Therefore, the processing unit is an atomic unit. In this way, it is possible to perform a smooth and distortion-free processing in the atomic order. This plasma CVM
Is applied to the processing of silicon wafers, for example.
Not only obtains a surface with excellent physical properties, but also eliminates the process of removing the affected layer, which is indispensable in the current processing method, by etching, etc., greatly simplifying the process. It is thought that productivity will be dramatically improved, but there are some problems to be solved.
【０００５】その一つがラジカル反応機構が関与するも
ので、気相中で加工を進行させる場合、もしも反応ガス
等のガスの流れがなければ、反応種である中性ラジカル
原子（又は分子）は互いに熱速度で運動し、衝突を繰り
返しながら被加工物の表面へ方向性なく（ランダムに）
拡散するため、反応は被加工物表面のエネルギー的に高
い所から勝手に起こり、よって表面の微小な凹凸をなら
すといった加工の選択性を持たすことができないといっ
た問題がある。その二つが電極の形状自体が関与するも
ので、被加工物を鏡面加工する場合、平板状電極を用い
れば巨視的な平滑度が比較的容易に得られるが、電界の
集中が弱いため、プラズマ密度ひいては中性ラジカルの
密度が高められなく、加工速度が遅いといった問題であ
り、一方、ワイヤー電極を用いた場合には、電界の集中
が容易に得られる反面、うねり等で代表される長周期の
巨視的な平滑度が得られないといった問題がある。[0005] One of them involves a radical reaction mechanism, and when processing proceeds in a gas phase, if there is no gas flow such as a reaction gas, a neutral radical atom (or molecule) as a reactive species is generated. They move at the thermal speed of each other and repeatedly hit each other without any direction (randomly) toward the surface of the workpiece
Because of the diffusion, the reaction occurs arbitrarily from a high energy point on the surface of the workpiece, and therefore, there is a problem that it is not possible to have processing selectivity such as smoothing out minute irregularities on the surface. The two are related to the shape of the electrode itself.When a workpiece is mirror-finished, the use of a plate-like electrode can provide macroscopic smoothness relatively easily, but the concentration of the electric field is weak, so plasma The problem is that the density and thus the density of neutral radicals cannot be increased, and the processing speed is slow.On the other hand, when a wire electrode is used, the electric field can be easily concentrated, but a long period represented by undulations etc. There is a problem that macroscopic smoothness cannot be obtained.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明が前述の状況に
鑑み、解決しようとするところは、ラジカル反応を利用
して加工変質層を導入することなく被加工物の表面を微
視的且つ巨視的にも原子オーダで平滑に加工することが
可能な超精密鏡面加工方法及びその装置を提供する点に
ある。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above situation, the present invention aims to solve the problem by microscopically and macroscopically observing the surface of a workpiece without introducing a work-affected layer using a radical reaction. It is another object of the present invention to provide an ultra-precision mirror surface processing method and apparatus capable of performing smooth processing in the atomic order.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題解
決のために、高周波電圧を印加した電極と加工面間に反
応ガスに基づく中性ラジカルを発生させ、この中性ラジ
カルと加工面の原子又は分子とのラジカル反応によって
生成した揮発性物質を気化させて除去し、加工面の後退
により被加工物を鏡面加工してなる超精密鏡面加工方法
において、被加工物の加工面に沿ってワイヤー電極若し
くはブレード電極の長手方向に、熱速度以上の速度で反
応ガスと不活性ガスの混合ガスからなる高速ガス流を発
生させて、前記電極の近傍に対応する加工面部分の微視
的な平滑化を行うと同時に、前記電極に対して被加工物
の位置及び回転角度をランダムに変化させて巨視的な平
滑化を行う超精密鏡面加工方法を確立した。According to the present invention, a neutral radical based on a reactive gas is generated between an electrode to which a high-frequency voltage is applied and a processing surface. In an ultra-precision mirror-finishing method in which a volatile substance generated by a radical reaction with an atom or a molecule is vaporized and removed, and the workpiece is mirror-finished by retreating the processing surface, the volatile material is formed along the processing surface of the workpiece. In the longitudinal direction of the wire electrode or the blade electrode, a high-speed gas flow composed of a mixed gas of a reaction gas and an inert gas is generated at a speed higher than the heat speed, and a microscopic view of a processing surface portion corresponding to the vicinity of the electrode is generated. An ultra-precision mirror processing method has been established which performs macroscopic smoothing by randomly changing the position and rotation angle of the workpiece with respect to the electrode while performing smoothing.
【０００８】また、前記方法を具体化するため、加工面
側に開口した複数の平行な凹溝を有する絶縁体からなる
電極サポート体を備え、各凹溝内に高周波電源から高周
波電圧を印加するワイヤー電極若しくはブレード電極を
配するとともに、前記凹溝内に開口し且つその長手方向
に沿って反応ガスと不活性ガスの混合ガスからなる高速
ガス流を発生させるノズルを設けてなる電極構造体と、
前記電極構造体に対し所定微小間隔を設けて平面状加工
面を有する被加工物を固定するステージを備え、該ステ
ージを電極構造体に対し平行を維持して相対運動させる
駆動機構を有する被加工物支持構造体とよりなる超精密
鏡面加工装置を構成した。Further, in order to embody the above method, an electrode support body made of an insulator having a plurality of parallel concave grooves opened on the processing surface side is provided, and a high frequency voltage is applied to each concave groove from a high frequency power supply. An electrode structure provided with a wire electrode or a blade electrode, and provided with a nozzle that opens into the concave groove and generates a high-speed gas flow composed of a mixed gas of a reaction gas and an inert gas along the longitudinal direction thereof. ,
A workpiece having a stage for fixing a workpiece having a planar processing surface at a predetermined minute interval with respect to the electrode structure, and having a drive mechanism for moving the stage relative to the electrode structure while maintaining parallelism; An ultra-precision mirror processing device consisting of an object support structure was constructed.
【０００９】また、前記被加工物支持構造体の具体的構
造としては、外周に歯車部を形成した駆動軸と内周に歯
車部を形成した固定リングを同軸状に配するとともに、
前記駆動軸と固定リングの両歯車部の間隔を直径とし、
外周に前記各歯車部に噛合する歯車部を形成した円盤状
のステージを、前記駆動軸と固定リング間に単又は複数
設けたもの、あるいは第一回転軸に固定した回転体の回
転中心から偏心した位置に、第一回転軸と平行に単又は
複数の第二回転軸を設け且つ該第二回転軸にステージを
固定したものを用いるのが好ましい。Further, as a specific structure of the workpiece support structure, a drive shaft having a gear portion formed on the outer periphery and a fixing ring having a gear portion formed on the inner periphery are coaxially arranged.
The distance between the gears of the drive shaft and the fixed ring is a diameter,
A disk-shaped stage having a gear portion meshed with each gear portion on the outer periphery, one or more disk stages provided between the drive shaft and the fixed ring, or eccentric from the rotation center of the rotating body fixed to the first rotation shaft It is preferable to use one in which one or more second rotating shafts are provided in parallel with the first rotating shaft and the stage is fixed to the second rotating shaft.
【００１０】[0010]
【作用】以上の如き内容からなる本発明の超精密鏡面加
工方法及びその装置は、電極サポート体の凹溝内に配し
たワイヤー電極若しくはブレード電極に高周波電圧を印
加し、その先端に局在化したプラズマを発生させ、そし
て凹溝内に開口したノズルから反応ガスと不活性ガスの
混合ガスを供給して、凹溝の長手方向に沿って気体分子
の熱速度以上の速度で反応ガス等の高速ガス流を発生さ
せることにより、被加工物表面に入射する中性ラジカル
の方向を一方向に制限し、加工の選択性を持たせ、微視
的には加工面の突出部分が他の部分より中性ラジカルと
の反応断面積が大きいことを利用して原子オーダで平滑
な表面を得るとともに、電極構造体に対し所定微小間隔
を設け且つ平行を維持して被加工物を固定したステージ
を相対運動させることによって巨視的にも平滑な表面を
得るものである。The ultra-precision mirror-finish method and apparatus according to the present invention having the above-mentioned contents apply a high-frequency voltage to a wire electrode or a blade electrode arranged in a concave groove of an electrode support body, and localize at a tip thereof. A mixed gas of a reactive gas and an inert gas is supplied from a nozzle opened in the concave groove, and the reaction gas or the like is generated along the longitudinal direction of the concave groove at a speed higher than the heat velocity of gas molecules. By generating a high-speed gas flow, the direction of neutral radicals incident on the surface of the workpiece is limited to one direction to provide selectivity for processing. By utilizing the fact that the reaction cross-sectional area with the neutral radical is larger, a smooth surface is obtained in the atomic order, and a stage in which the work piece is fixed while maintaining a predetermined minute interval and parallel to the electrode structure is maintained. Make relative movement It is intended to obtain a macroscopically smooth even surface by the.
【００１１】また、外周に歯車部を形成した駆動軸と内
周に歯車部を形成した固定リングを同軸状に配するとと
もに、前記駆動軸と固定リングの両歯車部の間隔を直径
とし、外周に前記各歯車部に噛合する歯車部を形成した
円盤状のステージを、前記駆動軸と固定リング間に単又
は複数設けた被加工物支持構造体、あるいは第一回転軸
に固定した回転体の回転中心から偏心した位置に、第一
回転軸と平行に単又は複数の第二回転軸を設け且つ該第
二回転軸にステージを固定した被加工物支持構造体を用
いることにより、ワイヤー電極若しくはブレード電極に
対する被加工物の位置及び回転角度を実質的にランダム
に変化させ、長周期のうねり等が存在しない巨視的な表
面平滑化加工を行えるのである。A drive shaft having a gear portion formed on the outer periphery and a fixed ring having a gear portion formed on the inner periphery are coaxially arranged, and a distance between the drive shaft and the fixed gear is defined as a diameter. A disk-shaped stage formed with a gear portion meshing with each gear portion, a workpiece support structure provided singly or plurally between the drive shaft and the fixed ring, or a rotating body fixed to the first rotary shaft. At a position eccentric from the rotation center, by providing a workpiece support structure provided with one or more second rotation axes parallel to the first rotation axis and fixing a stage to the second rotation axis, a wire electrode or By changing the position and the rotation angle of the workpiece with respect to the blade electrode substantially randomly, macroscopic surface smoothing without long-period undulations or the like can be performed.
【００１２】[0012]
【実施例】次に添付図面に示した実施例に基づき更に本
発明の詳細を説明する。図１は電極構造体１と被加工物
支持構造体２の配置関係を示す部分断面図であり、図２
は電極構造体１の要部の拡大平面図、図３は図２の部分
断面図を示し、図中Ｗは被加工物である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention; FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing an arrangement relationship between an electrode structure 1 and a workpiece support structure 2, and FIG.
3 is an enlarged plan view of a main part of the electrode structure 1, FIG. 3 is a partial cross-sectional view of FIG. 2, and W is a workpiece.
【００１３】電極構造体１は、セラミックス等の絶縁体
から形成された電極サポート体３に被加工物Ｗの加工面
側に開口した複数の平行な凹溝４，…を形成し、各凹溝
４内には高周波電源から高周波電圧を印加するワイヤー
電極５を配設するとともに、各凹溝４内に開口し且つそ
の長手方向に沿って反応ガス等の高速ガス流を発生させ
る複数のノズル６，…を傾斜形成したものである。ここ
で、前記ワイヤー電極５は、図示しない適宜な保持手段
で前記凹溝４内に固定されている。また、ワイヤー電極
５はこれと同様な作用を有する帯状又はリボン状のブレ
ード電極で置き換えることが可能である。更に、前記ノ
ズル６は、本実施例では凹溝４の両対向壁に対称に形成
し、一側壁側のノズル６，…は電極サポート体３の内部
に形成したガス供給孔７に連通している。尚、ノズル６
は直線状の細孔全体を凹溝４の長手方向に対して傾斜し
た構造としても、また吐出口のみを実質的に凹溝４の長
手方向に対して傾斜させてもよいのである。The electrode structure 1 has a plurality of parallel grooves 4 formed on an electrode support 3 formed of an insulator such as ceramics on the processing surface side of the workpiece W. A wire electrode 5 for applying a high-frequency voltage from a high-frequency power source is provided in each of the plurality of nozzles 4, and a plurality of nozzles 6 that open into each of the concave grooves 4 and generate a high-speed gas flow such as a reaction gas along the longitudinal direction thereof. ,... Are formed in an inclined manner. Here, the wire electrode 5 is fixed in the concave groove 4 by a suitable holding means (not shown). In addition, the wire electrode 5 can be replaced with a strip-shaped or ribbon-shaped blade electrode having the same function. Further, in the present embodiment, the nozzles 6 are formed symmetrically on both opposing walls of the concave groove 4, and the nozzles 6 on one side wall communicate with a gas supply hole 7 formed inside the electrode support 3. I have. The nozzle 6
May be configured such that the entire linear pore is inclined with respect to the longitudinal direction of the concave groove 4, or only the discharge port may be substantially inclined with respect to the longitudinal direction of the concave groove 4.
【００１４】被加工物支持構造体２は、図１、図４及び
図５に示すように前記電極構造体１に対し、即ちワイヤ
ー電極５に対し所定微小間隔を設けて平面状加工面８を
有する被加工物Ｗを固定するステージ９を備え、該ステ
ージ９を電極構造体１に対し平行を維持して相対運動さ
せる駆動機構１０を有するものである。前記ワイヤー電
極５と被加工物Ｗの加工面８との間隔Ｄは、通常数１０
〜１００μｍに設定される。尚、図中１１はワイヤー電
極５に高周波電圧を印加するための高周波電源である。
駆動機構１０としては、ワイヤー電極５若しくはブレー
ド電極に対する被加工物Ｗの位置及び回転角度を実質的
にランダムに変化させ得る機構であれば適宜なものを採
用し得る。次に、この駆動機構１０の具体例を図４及び
図５に基づき説明する。As shown in FIGS. 1, 4 and 5, the workpiece support structure 2 is provided with a flat processing surface 8 at a predetermined minute interval with respect to the electrode structure 1, that is, with respect to the wire electrode 5. And a drive mechanism 10 for moving the stage 9 relative to the electrode structure 1 while maintaining the stage 9 parallel to the electrode structure 1. The distance D between the wire electrode 5 and the processing surface 8 of the workpiece W is usually several tens.
１００100 μm. In the figure, reference numeral 11 denotes a high frequency power supply for applying a high frequency voltage to the wire electrode 5.
As the driving mechanism 10, any appropriate mechanism can be adopted as long as it can change the position and the rotation angle of the workpiece W with respect to the wire electrode 5 or the blade electrode substantially at random. Next, a specific example of the driving mechanism 10 will be described with reference to FIGS.
【００１５】図４に示した駆動機構１０は、駆動軸１２
の周囲に固定リング１３を同軸状に配し、この駆動軸１
２と固定リング１３との間に円盤状のステージ９を単又
は複数配したものであり、駆動軸１２の外周に形成した
歯車部１４と固定リング１３の内周に形成した歯車部１
５とに、ステージ９の外周に形成した歯車部１６を同時
に噛合させている。即ち、前記ステージ９の直径を前記
駆動軸１２と固定リング１３の両歯車部１４，１５の間
隔と一致させている。尚、前述のノズル６及びガス供給
孔７は省略している。そして、駆動軸１２を一方向に回
転させると、歯車部１４と１６の噛み合いによってステ
ージ９が逆方向に自転するとともに、ステージ９が回転
すると歯車部１６と１５の噛み合いによって該ステージ
９が駆動軸１２の回りを公転する。通常、このステージ
９は遊星ステージと呼ばれている。従って、前記ステー
ジ９の自転中心に対して偏心した位置に固定された複数
の被加工物Ｗは、ワイヤー電極５に対してその位置及び
回転角度をランダムに連続変化するのである。この駆動
機構１０を有する被加工物支持構造体２は、バッチ処理
に適している。The drive mechanism 10 shown in FIG.
A fixed ring 13 is coaxially disposed around the drive shaft 1.
A single or a plurality of disk-shaped stages 9 are arranged between the second ring 2 and the fixed ring 13, and a gear portion 14 formed on the outer periphery of the drive shaft 12 and a gear portion 1 formed on the inner periphery of the fixed ring 13.
5 and the gear portion 16 formed on the outer periphery of the stage 9 are simultaneously meshed. That is, the diameter of the stage 9 is made equal to the distance between the gears 14 and 15 of the drive shaft 12 and the fixed ring 13. The nozzle 6 and the gas supply hole 7 described above are omitted. When the drive shaft 12 is rotated in one direction, the stage 9 rotates in the opposite direction by the meshing of the gears 14 and 16, and when the stage 9 rotates, the stage 9 is meshed by the gears 16 and 15 to rotate the drive shaft. Revolves around 12. Usually, this stage 9 is called a planetary stage. Accordingly, the plurality of workpieces W fixed at positions eccentric with respect to the rotation center of the stage 9 randomly and continuously change their positions and rotation angles with respect to the wire electrode 5. The workpiece support structure 2 having the drive mechanism 10 is suitable for batch processing.
【００１６】図５に示した駆動機構１０は、第一回転軸
１７に固定した回転体１８の回転中心から偏心した位置
に、第一回転軸１７と平行に単又は複数の第二回転軸１
９を設け且つ該第二回転軸１９にステージ９を固定した
ものであり、前記第一回転軸１７と第二回転軸１９はそ
れぞれ駆動モータ２０，２１で独立回転可能となしてい
る。また、駆動モータ２１を省いて、第一回転軸１７と
第二回転軸１９をタイミングベルトや歯車で連係させ、
一つの駆動モータ２０の回転によって連動回転するよう
になしてもよい。この駆動機構１０によっても、ステー
ジ９は自転と公転を組合せた回転運動を行い、該ステー
ジ９に固定した被加工物Ｗは、ワイヤー電極５に対して
その位置及び回転角度を連続的に変化するのである。こ
の駆動機構１０を有する被加工物支持構造体２は、枚葉
処理に適している。The driving mechanism 10 shown in FIG. 5 is provided at a position eccentric from the rotation center of the rotating body 18 fixed to the first rotating shaft 17, in parallel with the first rotating shaft 17.
9 is provided and the stage 9 is fixed to the second rotating shaft 19. The first rotating shaft 17 and the second rotating shaft 19 can be independently rotated by drive motors 20 and 21, respectively. Further, the drive motor 21 is omitted, and the first rotation shaft 17 and the second rotation shaft 19 are linked by a timing belt or a gear,
The rotation of one drive motor 20 may be interlocked to rotate. With this drive mechanism 10 as well, the stage 9 performs a rotational motion combining rotation and revolution, and the workpiece W fixed to the stage 9 continuously changes its position and rotation angle with respect to the wire electrode 5. It is. The workpiece support structure 2 having the drive mechanism 10 is suitable for single-wafer processing.
【００１７】そして、前記ガス供給孔７からは、反応ガ
スと不活性ガスとを混合した１気圧以上の高圧力の混合
ガスを供給してノズル６，…から噴出させ、凹溝４の一
方向に沿った高速ガス流を形成すると同時に、ワイヤー
電極５に高周波電圧を印加する。それにより、前記ワイ
ヤー電極５と被加工物Ｗの加工面８との間に先ず不活性
ガスに基づくプラズマＰを発生させ、励起活性化された
不活性ガスの原子又は分子と反応ガスとを衝突させて、
反応ガスに基づく中性ラジカルを生成させる。この中性
ラジカルは反応性に富んだ励起状態にあり、加工面８を
構成する原子又は分子とラジカル反応を生じさせて、生
成した揮発性物質を気化、除去して加工を進行させるの
である。この際、プラズマＰの発生領域は、ワイヤー電
極５の近傍に限定され、このプラズマ領域に接する加工
面８の部分が選択的に加工されて微視的な平滑化がなさ
れるが、前述の駆動機構１０を有する被加工物支持構造
体２によって、被加工物Ｗの加工面８はワイヤー電極５
に対してその位置及び回転角度をランダムに変化するか
ら、加工面８の全面が平均的に均一に鏡面加工されて巨
視的な平滑化もなされるのである。A high-pressure mixed gas of at least 1 atm, which is a mixture of a reactive gas and an inert gas, is supplied from the gas supply holes 7 and ejected from the nozzles 6. A high-frequency voltage is applied to the wire electrode 5 at the same time when a high-speed gas flow along the line is formed. As a result, a plasma P based on an inert gas is first generated between the wire electrode 5 and the processing surface 8 of the workpiece W, and the atoms or molecules of the excited and activated inert gas collide with the reactive gas. Let me
Generates neutral radicals based on the reaction gas. The neutral radical is in a highly reactive and excited state, and causes a radical reaction with atoms or molecules constituting the processing surface 8 to vaporize and remove the generated volatile substance to advance the processing. At this time, the generation region of the plasma P is limited to the vicinity of the wire electrode 5, and the portion of the processing surface 8 in contact with this plasma region is selectively processed to perform microscopic smoothing. By the workpiece support structure 2 having the mechanism 10, the processing surface 8 of the workpiece W is
However, since the position and the rotation angle are randomly changed, the entire surface of the processing surface 8 is evenly mirror-finished on average, and macroscopic smoothing is also performed.
【００１８】ここで、反応ガスは、反応種を生成するた
めのもので、シリコンウエハ等の半導体材料を鏡面加工
する場合には、フッ素系のＳＦ6 やＣＦ4 等が使用さ
れ、その他の材料の場合には、塩素系のＣｌ2 等も使用
され、被加工物Ｗの材質に応じて適宜なものが使用され
る。また、不活性ガスは、高圧力のプラズマの発生、維
持を容易にし、前記反応ガスと衝突させて活性化するた
めのもので、反応ガスの種類に応じてＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ
等の最適なものが使用され、これらの単体若しくは混合
ガスとして使用する。例えば、被加工物Ｗがシリコンウ
エハの場合、反応ガスとしてＳＦ6 を用い、不活性ガス
としてＨｅを用いると加工速度が速く、ラジカル反応に
よって生成される揮発性物質は、昇華性を有し蒸気圧の
高い特性を有するＳｉＦ4 である。この揮発性物質を気
化させて加工を進行させるには、常温以下で気化するも
の以外は適宜温度に加熱し、その蒸気圧を高めて気化を
促進させる必要があるが、その加熱温度は被加工物Ｗの
物性を損なうことがない程度の低温である。The reactive gas is used to generate reactive species. When a semiconductor material such as a silicon wafer is mirror-finished, fluorine-based SF 6 or CF 4 is used. In this case, chlorine-based Cl 2 or the like is also used, and an appropriate material is used according to the material of the workpiece W. The inert gas facilitates generation and maintenance of high-pressure plasma, and is used for activating the plasma by colliding with the reaction gas. He, Ne, and Ar are used depending on the type of the reaction gas.
And the like, and these are used alone or as a mixed gas. For example, when the workpiece W is a silicon wafer, the processing speed is high when SF 6 is used as a reactive gas and He is used as an inert gas, and the volatile substance generated by the radical reaction has sublimation and vapor. This is SiF 4 having high pressure characteristics. In order to advance the processing by vaporizing this volatile substance, it is necessary to heat to an appropriate temperature except for those that vaporize at room temperature or lower, and to increase the vapor pressure to promote the vaporization. The temperature is low enough not to impair the physical properties of the object W.
【００１９】また、一般的に反応ガスは腐食性が強いの
で、ワイヤー電極５若しくはブレード電極の材質として
は、この反応ガスに対して十分な耐食性を有するものを
使用する。例えば、反応ガスとしてＳＦ6 やＣＦ4 を用
いた場合には、電極材料はＡｌが好ましく、又はワイヤ
ー電極５として引張り強度が要求される場合には、Ａｌ
以外の強度の高い線材の表面に、耐食性の高いＡｌ2 Ｏ
3 やＭｇＦ2 等をコーティング又はディップするとよ
い。Since the reaction gas is generally highly corrosive, a material having sufficient corrosion resistance to the reaction gas is used as the material of the wire electrode 5 or the blade electrode. For example, when SF 6 or CF 4 is used as the reaction gas, the electrode material is preferably Al, or when the wire electrode 5 requires tensile strength, Al is preferably used.
Al 2 O with high corrosion resistance
3 or MgF 2 may be coated or dipped.
【００２０】[0020]
【発明の効果】以上にしてなる本発明の超精密鏡面加工
方法及びその装置によれば、加工面側に開口した複数の
平行な凹溝を有する絶縁体からなる電極サポート体を備
え、各凹溝内に高周波電源から高周波電圧を印加するワ
イヤー電極若しくはブレード電極を配するとともに、前
記凹溝内に開口し且つその長手方向に沿って反応ガスと
不活性ガスの混合ガスからなる高速ガス流を発生させる
ノズルを設けてなる電極構造体と、前記電極構造体に対
し所定微小間隔を設けて平面状加工面を有する被加工物
を固定するステージを備え、該ステージを電極構造体に
対し平行を維持して相対運動させる駆動機構を有する被
加工物支持構造体とよりなるので、凹溝の長手方向に沿
って反応ガス等の高速ガス流を発生させることにより、
被加工物表面に入射する中性ラジカルの方向を一方向に
制限し、加工の選択性を持たせて微視的には原子オーダ
で平滑な表面を得ることができるとともに、電極構造体
に対し所定微小間隔を設け且つ平行を維持して被加工物
を固定したステージを駆動機構によって相対運動させる
ことによって巨視的にも平滑な表面を得ることができ
る。According to the method and apparatus for processing an ultra-precision mirror surface of the present invention as described above, an electrode support made of an insulator having a plurality of parallel concave grooves opened on the processing surface side is provided. A wire electrode or a blade electrode for applying a high-frequency voltage from a high-frequency power supply is arranged in the groove, and a high-speed gas flow composed of a mixed gas of a reaction gas and an inert gas is opened along the longitudinal direction and opened in the concave groove. An electrode structure provided with a nozzle to be generated, and a stage for fixing a workpiece having a planar processing surface at a predetermined minute interval with respect to the electrode structure, the stage being parallel to the electrode structure. Since it is composed of a workpiece support structure having a drive mechanism for maintaining and relatively moving, by generating a high-speed gas flow such as a reaction gas along the longitudinal direction of the groove,
The direction of neutral radicals incident on the surface of the workpiece is limited to one direction, processing selectivity is provided, and a microscopically smooth surface can be obtained in the atomic order. A relatively smooth surface can be obtained macroscopically by providing a predetermined minute interval and maintaining the parallelism and holding the work piece relative to each other by a drive mechanism to relatively move the stage.
【００２１】また、外周に歯車部を形成した駆動軸と内
周に歯車部を形成した固定リングを同軸状に配するとと
もに、前記駆動軸と固定リングの両歯車部の間隔を直径
とし、外周に前記各歯車部に噛合する歯車部を形成した
円盤状のステージを、前記駆動軸と固定リング間に単又
は複数設けた被加工物支持構造体、あるいは第一回転軸
に固定した回転体の回転中心から偏心した位置に、第一
回転軸と平行に単又は複数の第二回転軸を設け且つ該第
二回転軸にステージを固定した被加工物支持構造体を用
いることにより、ワイヤー電極若しくはブレード電極に
対する被加工物の位置及び回転角度を実質的にランダム
に変化させ、長周期のうねり等が存在しない巨視的な表
面平滑化加工を行えるのである。Further, a drive shaft having a gear portion formed on the outer periphery and a fixed ring having a gear portion formed on the inner periphery are coaxially arranged, and a distance between the gear portion of the drive shaft and the fixed ring is set to a diameter. A disk-shaped stage formed with a gear portion meshing with each gear portion, a workpiece support structure provided singly or plurally between the drive shaft and the fixed ring, or a rotating body fixed to the first rotary shaft. At a position eccentric from the rotation center, by providing a workpiece support structure provided with one or more second rotation axes parallel to the first rotation axis and fixing a stage to the second rotation axis, a wire electrode or By changing the position and the rotation angle of the workpiece with respect to the blade electrode substantially randomly, macroscopic surface smoothing without long-period undulations or the like can be performed.
【図１】電極構造体と被加工物支持構造体の配置関係を
示す部分断面図である。FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing an arrangement relationship between an electrode structure and a workpiece support structure.
【図２】電極構造体の要部の拡大平面図である。FIG. 2 is an enlarged plan view of a main part of the electrode structure.
【図３】図２の部分断面図である。FIG. 3 is a partial sectional view of FIG. 2;
【図４】被加工物支持構造体の駆動機構の一例を示す要
部斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of an essential part showing an example of a drive mechanism of a workpiece support structure.
【図５】他の駆動機構の例を示す要部斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of a main part showing an example of another drive mechanism.
Ｗ 被加工物 Ｐ プラズマ １ 電極構造体 ２ 被加工物支持構
造体 ３ 電極サポート体 ４ 凹溝 ５ ワイヤー電極 ６ ノズル ７ ガス供給孔 ８ 加工面 ９ ステージ 10 駆動機構 11 高周波電源 12 駆動軸 13 固定リング 14 歯車部 15 歯車部 16 歯車部 17 第一回転軸 18 回転体 19 第二回転軸 20 駆動モータ 21 駆動モータW Workpiece P Plasma 1 Electrode structure 2 Workpiece support structure 3 Electrode support 4 Concave groove 5 Wire electrode 6 Nozzle 7 Gas supply hole 8 Working surface 9 Stage 10 Drive mechanism 11 High frequency power supply 12 Drive shaft 13 Fixing ring 14 Gear part 15 Gear part 16 Gear part 17 First rotating shaft 18 Rotating body 19 Second rotating shaft 20 Drive motor 21 Drive motor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−291923（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−274082（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−161621（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−116077（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−162624（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−334038（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/304 645 H01L 21/3065 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-62-291923 (JP, A) JP-A-62-274082 (JP, A) JP-A-63-161621 (JP, A) 116077 (JP, A) JP-A-4-162624 (JP, A) JP-A-6-334038 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/304 645 H01L 21/3065
Claims (4)
反応ガスに基づく中性ラジカルを発生させ、この中性ラ
ジカルと加工面の原子又は分子とのラジカル反応によっ
て生成した揮発性物質を気化させて除去し、加工面の後
退により被加工物を鏡面加工してなる超精密鏡面加工方
法において、被加工物の加工面に沿ってワイヤー電極若
しくはブレード電極の長手方向に、熱速度以上の速度で
反応ガスと不活性ガスの混合ガスからなる高速ガス流を
発生させて、前記電極の近傍に対応する加工面部分の微
視的な平滑化を行うと同時に、前記電極に対して被加工
物の位置及び回転角度をランダムに変化させて巨視的な
平滑化を行うことを特徴とする超精密鏡面加工方法。1. A neutral radical based on a reaction gas is generated between an electrode to which a high-frequency voltage is applied and a processing surface, and volatile substances generated by a radical reaction between the neutral radical and atoms or molecules on the processing surface are vaporized. In the ultra-precision mirror-finishing method in which the workpiece is mirror-finished by retreating the processing surface, the speed is higher than the heat speed in the longitudinal direction of the wire electrode or blade electrode along the processing surface of the workpiece. A high-speed gas flow composed of a mixed gas of a reaction gas and an inert gas is generated to microscopically smooth a processing surface portion corresponding to the vicinity of the electrode, and at the same time, a workpiece to be processed with respect to the electrode. An ultra-precision mirror-finishing method characterized in that macroscopic smoothing is performed by randomly changing the position and the rotation angle of the surface.
反応ガスに基づく中性ラジカルを発生させ、この中性ラ
ジカルと加工面の原子又は分子とのラジカル反応によっ
て生成した揮発性物質を気化させて除去し、加工面の後
退により被加工物を鏡面加工してなる超精密鏡面加工装
置において、 加工面側に開口した複数の平行な凹溝を有する絶縁体か
らなる電極サポート体を備え、各凹溝内に高周波電源か
ら高周波電圧を印加するワイヤー電極若しくはブレード
電極を配するとともに、前記凹溝内に開口し且つその長
手方向に沿って反応ガスと不活性ガスの混合ガスからな
る高速ガス流を発生させるノズルを設けてなる電極構造
体と、 前記電極構造体に対し所定微小間隔を設けて平面状加工
面を有する被加工物を固定するステージを備え、該ステ
ージを電極構造体に対し平行を維持して相対運動させる
駆動機構を有する被加工物支持構造体と、 よりなることを特徴とする超精密鏡面加工装置。2. A neutral radical based on a reaction gas is generated between an electrode to which a high-frequency voltage is applied and a processing surface, and volatile substances generated by a radical reaction between the neutral radical and atoms or molecules on the processing surface are vaporized. An ultra-precision mirror-finishing apparatus that mirror-finishes a workpiece by retreating a processing surface, comprising an electrode support body made of an insulator having a plurality of parallel concave grooves opened on the processing surface side, A wire electrode or a blade electrode for applying a high-frequency voltage from a high-frequency power source is arranged in each groove, and a high-speed gas that is opened in the groove and that is composed of a mixed gas of a reactive gas and an inert gas along its longitudinal direction. An electrode structure provided with a nozzle for generating a flow; and a stage for fixing a workpiece having a planar processing surface at a predetermined minute interval with respect to the electrode structure. A workpiece support structure having a drive mechanism for relative movement while maintaining the parallel chromatography di to the electrode structure, ultra-precision mirror processing apparatus characterized by comprising more.
歯車部を形成した駆動軸と内周に歯車部を形成した固定
リングを同軸状に配するとともに、前記駆動軸と固定リ
ングの両歯車部の間隔を直径とし、外周に前記各歯車部
に噛合する歯車部を形成した円盤状のステージを、前記
駆動軸と固定リング間に単又は複数設けた被加工物支持
構造体を用いてなる請求項２記載の超精密鏡面加工装
置。3. A work shaft having a gear portion formed on the outer periphery and a fixed ring having a gear portion formed on the inner periphery are coaxially arranged as the workpiece support structure, and both of the drive shaft and the fixed ring are provided. The distance between the gear portions is a diameter, a disk-shaped stage having a gear portion meshed with each of the gear portions on the outer periphery, using a workpiece support structure provided singly or plurally between the drive shaft and the fixed ring. 3. An ultra-precision mirror processing apparatus according to claim 2, wherein
転軸に固定した回転体の回転中心から偏心した位置に、
第一回転軸と平行に単又は複数の第二回転軸を設け且つ
該第二回転軸にステージを固定した被加工物支持構造体
を用いてなる請求項２記載の超精密鏡面加工装置。4. The work support structure according to claim 1, wherein said workpiece support structure is eccentric from a rotation center of a rotating body fixed to a first rotating shaft.
3. The ultra-precision mirror-finishing apparatus according to claim 2, wherein a workpiece support structure having one or more second rotation axes parallel to the first rotation axis and having a stage fixed to the second rotation axis is used.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10034792A JP3216214B2 (en) | 1992-03-25 | 1992-03-25 | Ultra-precision mirror processing method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10034792A JP3216214B2 (en) | 1992-03-25 | 1992-03-25 | Ultra-precision mirror processing method and apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH06168924A JPH06168924A (en) | 1994-06-14 |
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