JP2008000867A

JP2008000867A - 研磨液、その製造方法、および研磨方法

Info

Publication number: JP2008000867A
Application number: JP2006175264A
Authority: JP
Inventors: Naoto Kubo; 久保　　直人
Original assignee: Sumitomo Metal Fine Tech Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Precision Machining Co Ltd
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】比較的硬度が高い研磨対象物を適切に研磨することが可能な研磨液、その製造方法、および研磨方法を提供すること。
【解決手段】研磨対象物Ｗを研磨するための研磨粒子２と、研磨粒子２が混入された分散媒１と、を含む研磨液Ａであって、研磨粒子２よりもその平均粒径が小さく、研磨粒子２に凝集することにより研磨粒子２を分散媒１中において懸濁させる懸濁粒子３、をさらに備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に硬度が高い硬質材料の鏡面研磨に適した研磨液、その製造方法、および研磨方法に関する。

半導体基板の材料となるシリコンウエハは、その表面が平滑状態となるように研磨することが必要とされている。シリコンウエハの研磨には、たとえばＳｉＯ₂からなる研磨粒子が混入された研磨液が使用されている（たとえば、特許文献１参照）。シリコンウエハの表面を平滑とするには、できるだけ微細な研磨粒子を用いることが好ましい。一方、研磨作業の効率化の観点からは、上記研磨粒子が大きいほど研磨速度を向上させることができる。このように、シリコンウエハの平滑度と研磨作業の効率とのバランスから、上記研磨粒子の平均粒径などが決定されている。

しかしながら、近年、シリコンウエハのほかに、たとえばサファイア、ＳｉＣなどからなる物体を研磨することが必要とされ始めている。しかも、研磨された表面は、いわゆる鏡面状態に研磨されることが好ましいとされる。サファイアやＳｉＣは、モース硬度７以上（ヌープ硬度１０００〜６２２５）と、シリコンと比べて格段に硬度が高い。このため、ＳｉＯ₂からなる上記研磨粒子は、かかる高硬度の材料の研磨には適さない。

また、上記研磨粒子として硬度が高いものを用いるほど、一般的に上記研磨液において上記研磨粒子の沈降速度が速くなる傾向がある。研磨作業中に上記研磨粒子が沈降してしまうと、上記研磨を行うための研磨装置に備えられた定盤あるいは研磨布に上記研磨粒子が固定されてしまう。すると、上記研磨粒子が研磨対象物に対して過度に相対運動させられることとなる。このようなことでは、上記研磨対象物の研磨面に研磨キズが生じ、鏡面状態とすることが困難であった。

特開２００１−３５８１９号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、比較的硬度が高い研磨対象物を適切に研磨することが可能な研磨液、その製造方法、および研磨方法を提供することをその課題とする。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面によって提供される研磨液は、研磨対象物を研磨するための研磨粒子と、上記研磨粒子が混入された分散媒と、を含む研磨液であって、上記研磨粒子よりもその平均粒径が小さく、上記研磨粒子に凝集することにより上記研磨粒子を上記分散媒中において懸濁させる懸濁粒子、をさらに備えることを特徴としている。

このような構成によれば、上記研磨粒子を上記分散媒中において比較的長時間浮遊させておくことが可能である。このため、研磨作業中に上記研磨粒子が研磨装置の定盤や研磨布に固定されてしまうおそれが無い。したがって、研磨対象物の表面を鏡面状態に仕上げるのに適している。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記研磨粒子は、その平均粒子径が３００ｎｍ以上であり、上記懸濁粒子は、その平均粒子径が１２０ｎｍ以下である。このような構成によれば、上記懸濁粒子を上記研磨粒子の表面に適切に凝集させることができる。また、このようなサイズの上記研磨粒子を用いれば、研磨対象物の表面を鏡面状態とするのに好適である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記研磨粒子は、ダイヤモンドからなり、上記懸濁粒子は、ＳｉＯ₂またはＡｌ₂Ｏ₃からなる。このような構成によれば、上記研磨粒子は、非常に高硬度であるため、たとえばサファイアやＳｉＣなどからなる研磨対象物を適切に研磨することができる。また、ＳｉＯ₂またはＡｌ₂Ｏ₃からなる上記懸濁粒子は、上記研磨粒子の表面に凝集しやすく、上記研磨粒子を浮遊させるのに好適である。

本発明の第２の側面によって提供される研磨液の製造方法は、本発明の第１の側面に係る研磨液を製造する研磨液の製造方法であって、上記分散媒とＳｉＯ₂とを混合し、ｐＨ８以上の状態とする工程と、酸およびダイヤモンドからなる上記研磨粒子を上記分散媒に加えることにより、上記分散媒をｐＨ５〜ｐＨ８の状態とする工程と、さらに上記酸およびダイヤモンドからなる上記研磨粒子を上記分散媒に加えることにより、上記分散媒をｐＨ２〜ｐＨ５の範囲にする工程と、を有することを特徴としている。

このような構成によれば、上記分散媒のｐＨ５〜ｐＨ８の範囲で酸性側へと移行させることにより、ＳｉＯ₂を徐々に凝集しやすい状態としつつ、このＳｉＯ₂を上記研磨粒子に即座に凝集させることが可能である。そして、ｐＨ２〜ｐＨ５の範囲に到達したときには、それまでに加えられたすべての上記研磨粒子に対してＳｉＯ₂を適切に凝集させることが可能である。したがって、上記分散媒中において上記研磨粒子が好適に浮遊した上記研磨液を製造することができる。

本発明の第３の側面によって提供される研磨方法は、研磨対象物に対して定盤を相対動させるとともに、上記研磨対象物と上記定盤との間に研磨液を供給する研磨方法であって、上記研磨液として、本発明の第１の側面に係る研磨液を用いることを特徴としている。

このような構成によれば、比較的高硬度である上記研磨対象物の表面が鏡面状態となるように適切に研磨することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明に係る研磨液の一例を示している。図示された研磨液Ａは、分散媒１、研磨粒子２、および懸濁粒子３を備えている。

分散媒１は、研磨液Ａにおいて研磨粒子２および懸濁粒子３を分散させるための媒質である。本実施形態においては、分散媒１は、水を主成分としている。

研磨粒子２は、研磨対象物を研磨するための粒子であり、比較的高強度の材質からなる。本実施形態においては、研磨粒子２は、ダイヤモンドからなる。また、研磨粒子２の平均粒径は、３００ｎｍ以上とされている。

懸濁粒子３は、研磨粒子２の表面に凝集することにより、研磨粒子２を分散媒１中において懸濁させるためのものである。本実施形態においては、懸濁粒子３は、ＳｉＯ₂からなり、球状のコロイダルシリカと呼ばれるものが用いられている。また、懸濁粒子３の平均粒径は、１２０ｎｍ以下とされている。

研磨液Ａを用いて研磨を行うには、図１に示すように、研磨対象物Ｗと定盤Ｄを対向は位置する。研磨対象物Ｗは、比較的高硬度の基板などであり、たとえばサファイア、ＳｉＣなどからなる。定盤Ｄは、研磨対象物Ｗに対して相対回転自在とされている。また、実施しようとする研磨の種類に応じて、定盤Ｄの表面に研磨布（図示略）を設けてもよい。

研磨対象物Ｗと定盤Ｄとの間に、研磨液Ａを介在させる。これは、たとえば、研磨対象物Ｗに対して定盤Ｄを回転させた状態で、定盤Ｄに設けた研磨液供給孔（図示略）を通して研磨液Ａを滴下すればよい。定盤Ｄと研磨対象物Ｗとの間においては、懸濁粒子３が凝集した研磨粒子２が浮遊状態となる。この浮遊状態となった研磨粒子２によって研磨対象物Ｗの表面を研磨することができる。

次に、研磨液Ａの製造方法について説明する。

まず、分散媒１に、懸濁粒子３を混入する。ＳｉＯ₂からなる懸濁粒子３を混入することにより、分散媒１をｐＨ８以上の状態としておく。なお、以降の工程においては、ｐＨセンサを用いることにより、分散媒１のｐＨを常時監視する。この状態においては、図２に示すように、ＳｉＯ₂のゲル化時間が比較的長い。このため、分散媒１中においては、ＳｉＯ₂が凝集およびゲル化すること無く、均一に分散した状態となっている。

次に、分散媒１に酸と研磨粒子２とを徐々に混入していく。この混入には、たとえば自動滴定装置を用いる。この工程においては、上述したｐＨセンサにより、分散媒１のｐＨを監視しながら、そのｐＨ値に応じて上記酸および研磨粒子２を滴下する。上記酸としては、塩酸、硫酸、硝酸などを用いればよい。また、研磨粒子２の滴下量は、分散媒１のｐＨ変化量に応じて決定する。

この滴下を継続することにより、分散媒１をｐＨ８の状態からｐＨ５の状態まで移行させる。この工程においては、図２に示すように、ＳｉＯ₂のゲル化時間が短く、懸濁粒子３が凝集しゲル化しやすい状態にある。しかしながら、分散媒１のｐＨ変化に応じて適正量の研磨粒子２を混入させることにより、凝集しようとする懸濁粒子３を研磨粒子２に適切に凝集させることが可能である。したがって、懸濁粒子３どうしが不当に凝集してしまうことを防止することができる。

上記酸および研磨粒子２の滴下をさらに継続することにより、分散媒１をｐＨ２〜ｐＨ５の状態とする。この状態に至るまで、分散媒１のｐＨ変化に応じて研磨粒子２を適切に滴下しているため、滴下された研磨粒子２には懸濁粒子３が適切に凝集させられている。このｐＨ範囲においては、図２に示すように、ＳｉＯ₂のゲル化速度が比較的長く、ゲル化が抑制されている。以上の工程の結果、懸濁粒子３が凝集した研磨粒子２が分散媒１中に均一に分散した研磨液Ａが得られる。

次に、研磨液Ａおよびこれを用いた研磨方法の作用について説明する。

本実施形態によれば、分散媒１中において研磨粒子２を適切に浮遊させることが可能である。図３は、本実施形態の研磨粒子２として用いたダイヤモンド粒子と懸濁粒子３として用いたＳｉＯ₂粒子の沈降テストを行った結果を示している。このテストにおいては、１０ｍｍ角のシリンジと、３種類の試験液とを用意した。これらの試験液は、１０ｃｃの水に対して、２０重量％の粒子を混入したものである。それぞれの粒子としては、ダイヤモンド粒子のみ、ダイヤモンド粒子とＳｉＯ₂粒子との混合粒子、およびＳｉＯ₂粒子のみを用いた。

図３に示すように、ダイヤモンド粒子のみの場合、テスト開始直後から上記シリンジ底部に上記ダイヤモンド粒子が顕著に堆積している。これは、上述した定盤や研磨布にこていされてしまうことを意味する。ＳｉＯ₂粒子のみの場合は、ほとんど沈降しないことが分かる。これらに対し、ダイヤモンド粒子とＳｉＯ₂粒子とを混合した場合、テスト開始直後には、ほとんど沈降が起こらず、約７２時間経過後においても、ダイヤモンド粒子のみの場合の沈降量の約１／５程度である。工業上の使用を考慮した場合、研磨装置による研磨作業は、たとえば８時間ごとに作業者の入れ替わりがあり、このタイミングで研磨液の入れ替えが行われる。テスト結果によれば、テスト開始後８時間程度では、ダイヤモンド粒子とＳｉＯ₂粒子とを混合した場合、ほとんど沈降は起こっておらず、十分に浮遊している状態であるといえる。これは、ダイヤモンド粒子にＳｉＯ₂粒子が凝集することによりいわゆる懸濁状態が実現されていることによる。

上記テストの結果から明らかなように、研磨液Ａを用いれば、研磨作業中において研磨粒子２はほとんど沈降せず、分散媒１中に浮遊している。これにより、研磨粒子２を研磨対象物Ｗと定盤Ｄとの間に介在させることが可能であり、研磨粒子２を研磨対象物Ｗに過度に押し付けるおそれが無い。したがって、研磨対象物Ｗに不要な研磨キズをつけることなく、その表面を鏡面状態に仕上げることができる。

研磨粒子２はダイヤモンドからなるため、サファイアやＳｉＣなどと比べてその硬度が顕著に高い。したがって、サファイアやＳｉＣからなる研磨対象物Ｗを適切に研磨可能である。また、研磨粒子２の平均粒径が３００ｎｍ以上であることにより、研磨速度が極端に低下することを防止しつつ、研磨対象物Ｗの表面を鏡面状態とすることができる。一方、ＳｉＯ₂からなる懸濁粒子３は、ダイヤモンドからなる研磨粒子２に凝集させやすい。しかも、懸濁粒子３の平均粒径を１２０ｎｍ以下とすることにより、上述したサイズとされた研磨粒子２に凝集させるのに好適である。

本発明に係る研磨液、その製造方法、および研磨方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る研磨液、その製造方法、および研磨方法の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

懸濁粒子としては、ＳｉＯ₂からなるものの他に、Ａｌ₂Ｏ₃からなるものも用いてもよい。この場合、いわゆるコロイダルＡｌ₂Ｏ₃を用いれば、比較的小サイズであり、かつ粒径のバラツキがすくない懸濁粒子とすることができる。

本発明に係る研磨液および研磨方法の一例を示す要部断面図である。ＳｉＯ₂のゲル化速度とｐＨとの関係を示すグラフである。研磨粒子および懸濁粒子の沈降テストの結果を示すグラフである。

符号の説明

Ａ研磨液
１分散媒
２研磨粒子
３懸濁粒子

Claims

研磨対象物を研磨するための研磨粒子と、
上記研磨粒子が混入された分散媒と、を含む研磨液であって、
上記研磨粒子よりもその平均粒径が小さく、上記研磨粒子に凝集することにより上記研磨粒子を上記分散媒中において懸濁させる懸濁粒子、をさらに備えることを特徴とする、研磨液。
上記研磨粒子は、その平均粒子径が３００ｎｍ以上であり、
上記懸濁粒子は、その平均粒子径が１２０ｎｍ以下である、請求項１に記載の研磨液。
上記研磨粒子は、ダイヤモンドからなり、
上記懸濁粒子は、ＳｉＯ₂またはＡｌ₂Ｏ₃からなる、請求項１または２に記載の研磨液。
請求項３に記載の研磨液を製造する研磨液の製造方法であって、
上記分散媒とＳｉＯ₂とを混合し、ｐＨ８以上の状態とする工程と、
酸およびダイヤモンドからなる上記研磨粒子を上記分散媒に加えることにより、上記分散媒をｐＨ５〜ｐＨ８の状態とする工程と、
さらに上記酸およびダイヤモンドからなる上記研磨粒子を上記分散媒に加えることにより、上記分散媒をｐＨ２〜ｐＨ５の範囲にする工程と、を有することを特徴とする、研磨液の製造方法。
研磨対象物に対して定盤を相対動させるとともに、
上記研磨対象物と上記定盤との間に研磨液を供給する研磨方法であって、
上記研磨液として、請求項１ないし３のいずれかに記載の研磨液を用いることを特徴とする、研磨方法。