JPH10237425A - 研磨材 - Google Patents

研磨材

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JPH10237425A
JPH10237425A JP3930197A JP3930197A JPH10237425A JP H10237425 A JPH10237425 A JP H10237425A JP 3930197 A JP3930197 A JP 3930197A JP 3930197 A JP3930197 A JP 3930197A JP H10237425 A JPH10237425 A JP H10237425A
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JP
Japan
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polishing
cerium
abrasive
zirconium
oxide
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JP3930197A
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Mamoru Ono
守 大野
Shoichiro Goto
昭一郎 後藤
Toshimitsu Matsumoto
俊光 松本
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Publication date
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  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガラス素材や半導体デバイスなどの研磨材に
関し、これらの素材の研磨面の平担化や研磨速度の向
上。 【解決手段】 従来のシリカを砥粒として添加した研磨
材の研磨速度を向上させ、量産性に優れた研磨材を提供
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はガラス素材や半導体
デバイスなどの研磨材に関し、これらの素材の研磨面の
平担化や研磨速度の向上に好適である。
【0002】
【従来の技術】ガラス素材の用途として、光ディスク基
板、磁気ディスク、液晶TV用カラーフィルター、時計
板、電卓、カメラレンズ、太陽電池のディスプレイ、光
学部品用の各種レンズやフィルターがある。そして、こ
れらのガラス基板は、表面を高精度に研磨する事が要求
される。
【0003】そのために、従来ガラス基板の研磨には、
シリカや酸化セリウムが研磨材として用いられる。シリ
カ研磨材による研磨は研磨面の表面粗さやスクラッチな
どが少なく研磨面の状態は優れる。しかし、研磨速度が
遅いという欠点がある。そこでシリカ研磨材より研磨速
度を上げるために、酸化セリウムを主成分とする研磨材
が開発され、特開平3ー146585号公報に提案され
ている。
【0004】酸化セリウムを用いた研磨材は研磨速度は
シリカ研磨材より速くなるが、スラリー中では、砥粒で
ある酸化セリウムの分散が悪く、砥粒が沈殿するという
欠点がある。通常研磨材は循環しながら使用されるの
で、砥粒が沈殿するとその砥粒が大きな固まりとなり研
磨面を傷つけ、スクラッチを発生させる原因となる。ま
た、配管内や容器内で沈殿すると、砥粒が所定濃度に保
てず研磨速度が経時的に低下し、研磨量が管理出来なく
なり製品管理が困難になる。
【0005】また、半導体デバイスを製造する中間工程
でデバイスを平坦化工程がある。この平坦化技術の一つ
として、メカノケミカルとよばれる研磨法がある。この
方法は、一般的にはCMPとよび、Chemical−
Mechanical−Polishingの略であ
り、砥粒の機械的作用と加工液の化学的作用を複合化さ
せた研磨法である。
【0006】この方法により、層間絶縁膜に塗布されて
いるシリカを研磨することにより、均一な厚みに形成さ
せることが出来る。一般的なメカノケミカルの例とし
て、LSI用シリコンウエハに対し、シリカを砥粒とし
て弱アルカリ性溶液に分散させ研磨材を製造し、平滑で
歪みがない鏡面に研磨する方法がとられる。
【0007】現在実用化されているCMP法には、上述
した微粒子シリカが使用されている。これらのシリカ研
磨材はガラスの研磨の場合と同様に、研磨速度が遅いた
めに、最近では微粒子酸化セリウムを研磨材が開発され
ている。
【0008】しかし、酸化セリウムを用いた研磨材は、
スラリー中では、砥粒である酸化セリウムの分散が悪
く、砥粒が沈殿するという欠点がある。
【0009】さらに、半導体デバイスの製造に使用され
る種々の材料は、不純物混入による汚染防止が重要であ
る。特に歩留まりの低下の原因となるナトリウム、カリ
ウムなどのアルカリ金属イオンさらにα線の発生現とな
る放射性元素を含む不純物の混入はさけねばならない。
従って、天然の鉱物を焼成、粉砕して製造した研磨材は
これらの不純物を含むために、半導体デバイス関連の素
材には不適である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はガラス
素材や半導体デバイスなどの研磨に関し、汚染物質を含
まず、現行のシリカ研磨材と同等の表面加工状態を維持
し、且つシリカ研磨材より、研磨速度を向上させ、量産
化に寄与する研磨材を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は基本的に次の構成を有する。すなわち、
「セリウムとジルコニウムとの複合酸化物粒子を含むこ
とを特徴とする研磨材。」である。
【0012】
【発明の実施の形態】研磨速度を上げるために機械的方
法として研磨圧力や回転速度を上げたりする方法が考え
られるが、研磨面にスクラッチなどの傷が入りやすく、
研磨面の精度に悪影響が出てくる。それを避けるため
に、研磨精度を下げることなく、研磨速度を上げる技術
開発が必要とされる。
【0013】その目的を達成するために鋭意検討した結
果、ガラス素材や半導体デバイスなどの表面を平坦化す
る工程の研磨材として、セリウムとジルコニウムとの複
合酸化物粒子を砥粒して使用することが好適であること
を見いだした。
【0014】本発明は、研磨材の砥粒として、セリウム
とジルコニウムとの複合酸化物粒子を用いる。
【0015】この発明で使用するセリウムとジルコニウ
ムとの複合酸化物粒子は、酸化第一セリウムまたは酸化
第二セリウム(以下、これらを総称するときは酸化セリ
ウムという)と酸化ジルコニウムとが固溶体を形成した
り、酸化セリウムと酸化ジルコニウムとが化合物を形成
した状態にある粒子であって、酸化セリウムと酸化ジル
コニウムの粒子が混合されたものではない。
【0016】良好な分散性が発現されるためには、複合
酸化物を構成する酸化セリウムと酸化ジルコニウムとの
割合は、セリウムとジルコニウムとの原子比(Ce/Z
r)で、好ましくは0.25以上、より好ましくは0.
3以上であるほうが良い。なお、ここでいう原子比と
は、原子の数の比であり、即ち原子単位で算出したモル
数の比率である。これは、複合酸化物粒子を元素分析し
て、各元素の重量を測定して、それぞれの原子量で除し
て算出可能であり、あるいはESCA等で分析可能であ
る。なお、上限としては、好ましくは0.98、より好
ましくは0.95である。なお、本発明の効果を阻害し
ない範囲で、セリウム、ジルコニウム、酸素以外の他の
元素を含有していても良く、例えば、アルミニウム、カ
ルシウムまたは珪素などが挙げられるが、セリウム、ジ
ルコニウムおよび酸素の合計は90重量%以上であるこ
とが好ましく、95重量%以上であることがより好まし
い。
【0017】本複合酸化物粒子を砥粒として研磨材に添
加する場合の粒子径は好ましくは、0.002〜10.
0μmであるが、さらに好ましくは0.01〜0.1μ
mである。ここで述べる粒子は、超微粒子であるので、
ストークス法などの原理を用いた粒子径測定が困難であ
り、透過型電子顕微鏡にて観察して、砥粒の1次粒子径
を測定した。粒子径が0.002μm未満では、研磨パ
ッドとの潤滑性が充分でなく研磨パッドが原因で研磨面
を傷つけやすくなり、適切でない。また、10.0μm
を越えると今度は研磨剤の砥粒自身が原因で、研磨面を
傷つけやすいのでやはり適切でない。
【0018】本発明の複合酸化物粒子の研磨材への添加
量は研磨材全体に対し、好ましくは0.5〜30重量%
で有るが、さらに好ましくは、1.0〜10.0重量%
の範囲である。
【0019】添加量が、0.1重量%未満では、砥粒濃
度が希薄すぎて研磨速度が下がる。また30重量%以上
を越えて添加すると、砥粒の単位重量当たりに換算した
場合の研磨速度が下がり、研磨効率が低下するので好ま
しくない。
【0020】
【実施例】
(実施例1)CeとZrとの原子比(Ce/Zr)が30
/70になるように、酸化第二セリウム(CeO2)換
算で1.614mol/lの塩化セリウム(CeC
3)水溶液44.61mlと、酸化ジルコニウム(Z
r02)換算で21.37重量%のオキシ塩化ジルコニ
ウム(ZrOCl2)水溶液96.89gとを混合し、
これに過酸化水素水1.15gを添加、混合した後、純
水を加え200mlとした。これを原料Aという。
【0021】一方、28重量%アンモニア水を、NH3
とCeCl3 及びZrOCl2に含まれるClとの原子
比(NH3 /Cl)が1.5になるように44.53m
l計りとり、これに純水を加えて全量を200mlとし
た。以下、これを原料Bという。次に、純粋50mlを
すでに入れてあるビーカに、原料Aと原料Bを、攪拌し
ながら滴下し、全量をビーカに投入し、含水酸化セリウ
ムと含水酸化ジルコニウムの共沈ゲルを得た。
【0022】次にこの共沈ゲルを、オートクレーブに
て、150℃で24時間加熱処理し、得られたスラリー
を純水で5回濾過、洗浄し、さらにアセトンで3回濾
過、洗浄し、ケークを得た。このケークに、300ml
のアセトンを加えて、ボールミルで24時間粉砕処理
し、得られた有機溶剤ゾルをロータリエバポレータを使
用して60℃で乾燥し、平均粒子径0.01μmで、C
e/Zrが30/70であるセリウムとジルコニウムと
の複合酸化物粒子を得た。
【0023】次に、上記複合酸化物粒子を3%の濃度に
なるように添加して、スラリー状の研磨材を調整した。
このようにして得られた研磨材を用いて、ガラスディス
クの研磨効果を調べた。
【0024】研磨条件 被研磨材 :ガラスサブストレート(φ100m
m青板ガラス) 研磨装置 :ラッピングマシーン ポリシングクロス:合成スエードクロス 加重 :30g/cm2 定盤の回転数 :30rpm ワークの回転数 :30rpm 研磨時間 :5時間 研磨速度 30分毎に研磨前と研磨後の重量を測定し、前後の重量
減を厚みに換算し、研磨時間で除し平均の研磨速度を求
めた。
【0025】傷の観察 ガラスディスクを1%HF溶液で2分間エッチングし、
純水で、洗浄、乾燥後、集光ランプで傷を観察する。そ
のときのスクラッチのの本数を数える。
【0026】この研磨材の、研磨速度は5.3μm/h
rであり、傷は観察されなかった。 (比較例1)研磨材用の砥粒として市販品のコロイダル
シリカ(粒子径0.04μm)を10%の濃度になるよ
うに添加して、スラリー状の研磨材を調整したほかは実
施例1と同様にして研磨した。この研磨材の、研磨速度
は1.2μm/hrであり、傷は観察されなかった。
【0027】(実施例2)CeとZrとの原子比(Ce
/Zr)が40/60になるように、塩化セリウム(Ce
Cl3)水溶液59.48mlと、オキシ塩化ジルコニ
ウム(ZrOCl2)水溶液83.04gとしたほかは
実施例1と同様にして原料Aを得た。また、やはりアン
モニア水を、NH3とCeCl3 及びZrOCl2に含ま
れるClとの原子比(NH3 /Cl)が1.5になるよ
うに48.57mlとしたほかは実施例1と同様にして
原料Bを得た。さらに、実施例1と同様に純水による濾
過、水洗、アセトン処理、乾燥を行い、粒子径0.01
μmの複合酸化物粒子を得た。
【0028】研磨材用の砥粒として上記複合酸化物粒子
を5%の濃度になるように添加して、スラリー状の研磨
剤を調整した。このようにして得られた研磨材を用いて
シリコンウエハの研磨効果を調べた。
【0029】研磨条件 被研磨材 :4インチシリコーンウエハ 研磨装置 :ラッピングマシーン ポリシングクロス:発泡ポリウレタン 加重 :100g/cm2 定盤の回転数 :60rpm ワークの回転数 :30rpm 研磨時間 :60分 研磨速度と研磨傷は実施例1と同様な方法で評価した。
【0030】この研磨材の、研磨速度は6.3μm/h
rであり、傷は観察されなかった。
【0031】(比較例2)研磨材用の砥粒として市販品
のコロイダルシリカ(粒子径0.04μm)10%の濃
度になるように添加して、スラリー状の研磨材を調整し
たほかは実施例2と同様にして研磨した。この研磨材
の、研磨速度は2.5μm/hrであり、傷は観察され
なかった。
【0032】
【発明の効果】本発明は、セリウムとジルコニウムとの
複合酸化物粒子を砥粒として研磨材に添加して用いるこ
とにより、ガラス素材や半導体デバイスなどの研磨に関
し、汚染物質を含まず、現行のシリカ研磨材と同等の表
面加工状態を維持し、且つシリカ研磨材より、研磨速度
を向上させることが出来る。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セリウムとジルコニウムとの複合酸化物
    粒子を含むことを特徴とする研磨材。
  2. 【請求項2】 セリウムとジルコニウムとの原子比(C
    e/Zr)が0.25以上であることを特徴とする請求
    項1の研磨材。
  3. 【請求項3】 粒子径が0.002〜10.0μmであ
    ることを特徴とする請求項1の研磨材。
  4. 【請求項4】 該複合酸化粒子が液体中でスラリーとし
    て分散していることを特徴とする請求項1の研磨材。
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