JP2003321672A

JP2003321672A - 研磨剤及び研磨方法

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Publication number: JP2003321672A
Application number: JP2002128126A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Tani; 泰弘谷; Kenji Kawada; 研治河田; Bungun Shu; 文軍周; Tokio Tonami; 時夫礪波; Atsuya Takahashi; 敦哉高橋
Original assignee: Nihon Micro Coating Co Ltd; Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Nihon Micro Coating Co Ltd; Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2003-11-14

Abstract

(57)【要約】【課題】キャリア粒子と親油性表面をもつ砥粒とを用
いた合粒子研磨法で、より研磨能率を高くする。【解決手段】例えば、粘度を５ｃＳｔ（２３℃）と所
定の粘度以上とした母液にキャリア粒子１０３及び砥粒
１０４ならびに図示しないオレイン酸などの脂肪酸から
なる分散剤が含まれた研磨剤１０５を、半導体基板１０
２の研磨に用いる。キャリア粒子１０３は、例えば、有
機高分子化合物からなる粒子であり、平均粒径が１〜２
０μｍである。また、砥粒１０４は、例えば粒径２μｍ
程度の炭化ケイ素（ＳｉＣ）から構成されたものを用い
ることができる。また、この場合、母液には、パラフィ
ン系鉱油からなる基油を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、キャリア粒子と親
油性表面をもつ砥粒とからなる研磨剤及びこの研磨剤を
用いた研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板，磁気ディスク基板の製造な
どにおける基板の仕上げ工程や、半導体集積回路装置に
おける埋め込み金属配線などの形成において、種々の研
磨方法が用いられている。このような、ナノメータオー
ダの平坦度を要求される精密研磨においては、種々の研
磨布を用いた遊離砥粒研磨が採用されている。この研磨
方法では、一般には、織布，不織布，発泡体などの弾性
のある研磨布が使用されてきた。

【０００３】織布や不織布を用いる場合、折り目や密度
のムラが研磨面の粗さやうねりに悪影響を与えるため、
近年では、発泡体が研磨布として主に用いられるように
なっている。しかしながら、研磨布を用いる研磨方法に
は、まず、切り屑により研磨対象の表面に傷を付けてし
まう問題がある。上記研磨布には、微細な複数の穴が存
在し、これらに砥粒を保持する機能を有しているが、こ
こに切り屑も保持される。研磨布に保持される切り屑が
適当に処理されないと、これらで大きな砥粒を形成し、
これにより研磨対象に傷を付ける場合がある。

【０００４】また、研磨布は、研磨処理時間とともに表
面の凹凸が少なくなり、また、切り屑や研磨剤中の粒子
が堆積して研磨能率を低下させる現象がある。このた
め、ダイヤモンド砥石で研磨布の表面を削りなおし、研
磨処理を引き続き行うようにしている。しかしながらこ
れでは、研磨布の寿命を短くしてしまう。また、研磨布
は、一般に２〜３ｍｍ程度の厚さを有しているため、弾
性による変形により研磨布自体が研磨対象に接触し、摩
擦抵抗を増加させて研磨機の動作を阻害する場合もあ
る。しかも、複数の研磨対象を一度に処理しようとする
ため、より大きな面積の研磨布を用いるようになってい
る。このような大きな研磨布を研磨機の定盤上に貼り付
けることは、容易ではない。

【０００５】以上のような従来の研磨布を用いた研磨の
問題点を解消する技術として、つぎに説明する複合粒子
研磨法がある（文献：特開２００１−３００８４３）。
複合粒子研磨法は、研磨布の代わりに、研磨剤中の砥粒
を保持する複数のキャリア粒子を用いるようにしたもの
である。キャリア粒子は、砥粒の５〜５００倍程度であ
る１０μｍ前後と大きな粒径を有し、また弾性を有する
粒子であり、一般には有機高分子材料の微粒子が用いら
れる。

【０００６】キャリア粒子は、定盤と研磨対象の表面と
の間に介在して研磨対象を弾性保持し、研磨対象を堅い
定盤に直接接触させないようにしている。また、研磨布
を用いる場合と異なり、切り屑の排出がよく、加工能率
や加工精度も研磨布を用いる場合より優れている。ま
た、研磨においては、砥粒を研磨対象の表面に運搬して
摺り合わせて研磨している。従って、複合粒子研磨法に
よる研磨では、キャリア粒子と研磨対象との間に砥粒が
存在していることが要件となる。

【０００７】このため、複合粒子研磨法では、キャリア
粒子に砥粒を付着させ、研磨対象とキャリア粒子との間
に効率よく砥粒を介在させる必要がある。例えば、表面
が親水性である砥粒を用いる場合、研磨剤を水系とする
ことで、電気的な作用により砥粒をキャリア粒子に付着
させることが可能となり、効率よく研磨を行うことが可
能となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、研磨を行う
にあたっては、加工対象物及び研磨目的に適した砥粒を
用いることが肝要となる。例えば、対象物によっては、
酸化物ではない炭化ケイ素やダイヤモンドからなる砥粒
が、研磨を行うにあたってより適している場合もある。
ところが、このような砥粒は、表面が親油性（疎水性）
であるため、複合粒子研磨法に適用しようとしても、キ
ャリア粒子に電気的に砥粒を保持させることが困難であ
る。このため、表面が親油性である砥粒を用いた複合粒
子研磨法では、実用的な研磨能率が得られないと言う問
題があった。

【０００９】本発明は、以上のような問題点を解消する
ためになされたものであり、表面が親油性の砥粒を用い
た複合粒子研磨法で、より研磨能率を高くすることを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る研磨方法
は、例えば５ｃＳｔ以上と粘度が所定値以上とされた母
液と、この母液に含まれた複数の親油性表面をもつ砥粒
と、母液に含まれて砥粒より粒径の大きい弾性部材から
なる複数のキャリア粒子とを少なくとも備えたものであ
る。この研磨剤によれば、母液の粘度を所定一以上とし
たことで、より多くの砥粒がキャリア粒子に保持される
ようになる。

【００１１】上記研磨剤において、例えば界面活性剤な
ど、砥粒を母液の中に分散させる分散剤を、母液の中に
添加してもよい。また、上記研磨剤において、例えば、
砥粒は炭化ケイ素もしくはダイヤモンドから構成され、
キャリア粒子は高分子材料から構成されたものである。

【００１２】本発明に係る研磨方法は、例えば５ｃＳｔ
以上と粘度が所定値以上とされた母液と、この母液に含
まれた複数の親油性表面をもつ砥粒と、母液に含まれて
砥粒より粒径の大きい弾性部材からなる複数のキャリア
粒子とを少なくとも備えた研磨剤を用意し、研磨対象の
研磨面と定盤の上面との間に研磨剤を介在させて研磨対
象と定盤とを相対的に摺動させるようにしたものであ
る。この研磨方法によれば、より多くの砥粒がキャリア
粒子に保持された状態で研磨が行われる。

【００１３】上記研磨方法において、砥粒を母液の中に
分散させる分散剤を、母液の中に添加して用いるように
してもよい。また、上記研磨方法において、例えば、砥
粒は炭化ケイ素もしくはダイヤモンドから構成され、キ
ャリア粒子は高分子材料から構成されたものである

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態
における研磨剤を用いた研磨方法における研磨状態を模
式的に示す断面図である。本実施の形態では、まず、母
液（分散媒体）としてパラフィン系鉱油（基油）を用い
た場合について説明する。この場合、基油に、所定量の
キャリア粒子１０３及び砥粒１０４を分散させ、また、
図示しないオレイン酸などの脂肪酸からなる分散剤を添
加した研磨剤１０５を、半導体基板１０２の研磨に用い
る。

【００１５】キャリア粒子１０３は、例えば、ウレタン
やナイロンもしくはアクリルまたはフェノールなどの有
機高分子化合物からなる粒子であり、平均粒径が１〜２
０μｍ程度と砥粒１０４より大きい粒径を有している。
キャリア粒子１０３を構成する高分子材料としては、例
えば、ベンゾグアナミン樹脂を用いることができる。ま
た、砥粒１０４は、例えば粒径２μｍ程度の炭化ケイ素
（ＳｉＣ）から構成されたものを用いることができる。
例えば、基油９２．２ｖｏｌ％，分散剤７．８ｖｏｌ
％，砥粒２．５ｖｏｌ％（基油に対して），キャリア粒
子２ｖｏｌ％から研磨剤１０５を構成すればよい。な
お、砥粒１０４が基油中に容易に分散する場合は、分散
剤を添加する必要はない。

【００１６】加えて、本実施の形態では、研磨剤１０５
の基油の粘度を、所定の粘度、例えば５ｃＳｔ（２３
℃）以上とし、半導体基板１０２の研磨面と定盤１０１
の上面との間に研磨剤１０５を介在させ、半導体基板１
０２と定盤１０１とを相対的に摺動させることで、半導
体基板１０２の表面を研磨するようにした。例えば、粘
度の異なる２種類のパラフィン系鉱油を混合すること
で、基油の粘度を所定の値以上とすることができる。

【００１７】図２の実線で示すように、粘度が５ｃＳｔ
を境に、加工能率が大きく増加していることが判る。図
２は、加工圧１５ｋＰａ，回転数６３ｒｐｍ，研磨剤１
０５の供給流量２５ｍＬ／ｍｉｎ，加工時間２０分と
し、半導体基板１０２として直径４インチのシリコンウ
エハを研磨した結果を示すものである。従って、親油性
表面をもつ砥粒を用いた複合粒子研磨法では、研磨剤に
おける分散媒体である母液（基油）の粘度を５ｃＳｔ以
上、好ましくは８ｃＳｔ以上とすることで、より多くの
砥粒を研磨対象面に作用させることが可能になることが
判る。

【００１８】粘度を所定値以上とすることで、キャリア
粒子に砥粒が保持される作用がより大きくなるため、上
述したように、より多くの砥粒を研磨対象に作用させる
ことが可能となり、結果として、加工能率が大幅に上昇
したものと考えられる。加工能率が上昇することで、加
工速度が上昇する。ただし、母液の粘度が５０ｃＳｔを
超えた大きい値とすると、研磨装置に大きな駆動負担が
かかるようになるため、母液の粘度は５０ｃＳｔ以下と
した方がよい。

【００１９】なお、図２に示す点線は、研磨剤中に前述
した分散剤を添加していない場合を示したものである。
粒径２μｍ程度の炭化ケイ素からなる砥粒は、表面が親
水性となっている場合が多く、分散剤を用いないと基油
に分散しない。このため、図２の点線に示すように、あ
まり研磨がされない状態となる。従って、上記砥粒を用
いる場合、分散剤を用いて基油に分散させて用いること
になる。

【００２０】ところで、上述では、炭化ケイ素からなる
砥粒について説明したが、これに限るものではなく、ダ
イヤモンドからなる砥粒を用いるようにしてもよい。こ
の場合、例えば、分散媒体（母液）に水を用い、この分
散媒体にキャリア粒子とダイヤモンドからなる砥粒とを
分散させた研磨剤で、Ｍｎ−Ｚｎフェライト基板を研磨
することができる。ダイヤモンドからなる砥粒は、表面
が親油性（疎水性）であるが、オレイン酸を界面活性剤
として添加することで水に分散させることが可能とな
る。

【００２１】例えば、オレイン酸０．０１ｗｔ％，砥粒
２．５ｗｔ％，キャリア粒子２ｗｔ％となるように各々
を水に分散・溶解し、また、母液の粘度を調整するため
に、ポリビニルアルコールを添加して研磨剤とする。ポ
リビニルアルコールは、例えば、５ｗｔ％添加すると、
母液（水）の粘度を８ｃＳｔとすることができる。

【００２２】以上のように調整した研磨剤を用い、鋳鉄
定盤を用い加工圧３０ｋＰａ，回転数１０ｒｐｍ，研磨
剤の供給流量２５ｍＬ／ｍｉｎとし、Ｍｎ−Ｚｎフェラ
イト基板を研磨した結果、１．６０μｍ／ｍｉｎと高い
加工能率が得られた。これに対し、ポリビニルアルコー
ルをあまり添加せず、母液の粘度を１ｃＳｔとした研磨
剤を用いた場合、０．０１μｍ／ｍｉｎと、ほとんど研
磨することができなかった。このように、水を母液と
し、ダイヤモンドからなる砥粒を用いる場合であって
も、母液の粘度を５ｃＳｔ以上とすることで、高い研磨
能率を得ることができる。

【００２３】図３は、この実施の形態における研磨方法
を行う両面研磨装置の部分的な構成を概略的に示す平面
図（ａ）と断面図（ｂ）である。この両面研磨装置は、
両面研磨を行う半導体基板１０２をキャリア２０３で保
持し、キャリア２０３の外周歯に太陽歯車２０４と内歯
歯車２０５の各歯部を噛合させてキャリア２０３を自転
と同時に公転させるようにしたものである。定盤（下定
盤）１０１と上定盤２０１との間では、上述したように
キャリア２０３が自転，公転して移動し、また、上定盤
２０１に設けられた研磨剤供給穴２０２より研磨剤が供
給された状態となっている。

【００２４】また、定盤１０１と上定盤２０１は、互い
に異なる方向に回転している。従って、キャリア２０３
に保持されている半導体基板１０２は、研磨剤を介して
定盤１０１及び上定盤２０１と摺動している。この摺動
により、半導体基板１０２の下面が定盤１０１との間の
研磨剤中の砥粒により研磨され、半導体基板１０２の上
面が上定盤２０１との間の研磨剤中の砥粒により研磨さ
れる。

【００２５】このような両面研磨装置において、本実施
の形態における研磨剤を用いるようにすれば、まず、研
磨布を用いることが無く、研磨対象である半導体基板１
０２の両面を研磨できるようになる。加えて、本実施の
形態における研磨剤によれば、より多くの砥粒を研磨対
象の表面に作用させることが可能となり、実用的な研磨
能率で半導体基板１０２を所望の状態に研磨できるよう
になる。

【００２６】なお、上述では、半導体基板およびＭｎ−
Ｚｎフェライト基板の研磨を例に説明したが、この研磨
方法による研磨可能な対象は、半導体基板に限るもので
はない。例えば、ニッケル，銅，アルミなどの基板であ
っても、上述した研磨法により、同様に研磨可能であ
る。また、ＳｉＯ₂から構成されるガラスや水晶などで
あっても、上述した研磨法を適用できる。また、本発明
は、一般に砥粒としてよく用いられて入手性のより炭化
ケイ素やダイヤモンドに限らず、被酸化物系の砥粒な
ど、親油性（疎水性）の表面をもつ他の砥粒に適用可能
であることは、いうまでもない。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
５ｃＳｔ以上と粘度が所定値以上とされた母液で研磨剤
を構成したので、親油性の表面をもつ砥粒を用いた複合
粒子研磨法で、より研磨能率を高くすることができると
いう優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における研磨剤を用いた
研磨方法における研磨状態を模式的に示す断面図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態における研磨剤による複
合粒子研磨における粘度とか高能率の関係を示した特性
図である。

【図３】実施の形態における研磨方法を行う両面研磨
装置の部分的な構成を概略的に示す平面図（ａ）と断面
図（ｂ）である。

【符号の説明】

１０１…定盤、１０２…半導体基板、１０３…キャリア
粒子、１０４…砥粒、１０５…研磨剤。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｄ (72)発明者谷泰弘東京都世田谷区宮坂３丁目47番12号 (72)発明者河田研治神奈川県横浜市泉区和泉町7407番地１ホーユーパレス306号室 (72)発明者周文軍東京都目黒区駒場４丁目６番１号東京大学生産技術研究所内 (72)発明者礪波時夫東京都昭島市武蔵野３丁目４番１号日本ミクロコーティング株式会社内 (72)発明者高橋敦哉東京都狛江市和泉本町１丁目８番１号キンセキ株式会社内Ｆターム(参考） 3C047 FF08 GG15 3C058 AA07 CB03 DA02 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粘度が所定値以上とされた母液と、この母液に含まれた複数の親油性表面をもつ砥粒と、前記母液に含まれ、前記砥粒より粒径の大きい弾性部材
からなる複数のキャリア粒子とを少なくとも備えたこと
を特徴とする研磨剤。
【請求項２】請求項１記載の研磨剤において、前記母液は、粘度が５ｃＳｔ以上とされたものであるこ
とを特徴とする研磨剤
【請求項３】請求項１または２記載の研磨剤におい
て、前記砥粒は炭化ケイ素もしくはダイヤモンドから構成さ
れ、前記キャリア粒子は高分子材料から構成されたものであ
ることを特徴とする研磨剤。
【請求項４】請求項１〜３いずれか１項に記載の研磨
剤において、前記砥粒を前記母液の中に分散させる分散剤が、前記母
液の中に添加されていることを特徴とする研磨剤。
【請求項５】粘度が所定値以上とされた母液と、この
母液に含まれた複数の親油性表面をもつ砥粒と、前記母
液に含まれて前記砥粒より粒径の大きい弾性部材からな
る複数のキャリア粒子とを少なくとも備えた研磨剤を用
意し、研磨対象の研磨面と定盤の上面との間に前記研磨剤を介
在させて前記研磨対象と前記定盤とを相対的に摺動させ
ることを特徴とした研磨方法。
【請求項６】請求項５記載の研磨方法において、前記母液は、粘度が５ｃＳｔ以上とされたものであるこ
とを特徴とする研磨方法。
【請求項７】請求項５または６記載の研磨方法におい
て、前記砥粒は炭化ケイ素もしくはダイヤモンドから構成さ
れ、前記キャリア粒子は高分子材料から構成されたもの
であることを特徴とする研磨方法。
【請求項８】請求項５〜７いずれか１項に記載の研磨
剤において、前記砥粒を前記母液の中に分散させる分散剤が、前記母
液の中に添加されていることを特徴とする研磨方法。