JP2007067166A - Chemomechanical polishing method of sic substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、SiC基板の研磨方法に関し、より詳細には、SiO2(コロイダルシリカ)を砥粒として用いたSiC基板のケモメカニカル研磨方法に関するものである。 The present invention relates to a method for polishing an SiC substrate, and more particularly to a method for polishing a SiC substrate using SiO 2 (colloidal silica) as abrasive grains.
電気エネルギーの低損失化、高性能化されたパワーデバイスは消費電力の大幅節減に直接寄与するため、多くの分野で利用されている。現在、パワーデバイスにはシリコンウェハを用いたものが利用されているが、シリコンの有する材料特性により、シリコンへ微細な加工を施すことによるパワーデバイスのさらなる高性能化には限界がある。特に、高温等の条件下ではシリコンは使用できないため、シリコンに代わる材料が必要となってきた。
シリコンに代わる材料として、例えばSiC(炭化珪素)があるが、SiCの禁制帯幅はシリコンの禁制帯幅の3倍であるので、シリコンよりも高温条件下で使用できる。また、絶縁破壊電界についてはシリコンの約10倍であるため、小型化も可能である。さらに熱伝導度についてはシリコンの約3倍であり、放熱性に優れ、冷却されやすいという利点もある。
Power devices with low electrical energy loss and high performance directly contribute to a significant reduction in power consumption, and are used in many fields. Currently, a power device using a silicon wafer is used. However, due to material characteristics of silicon, there is a limit to further improving the performance of the power device by performing fine processing on silicon. In particular, since silicon cannot be used under conditions such as high temperatures, materials that replace silicon have become necessary.
For example, SiC (silicon carbide) is an alternative material for silicon, but the band gap of SiC is three times the band gap of silicon, so that it can be used under higher temperature conditions than silicon. In addition, since the electric breakdown field is about 10 times that of silicon, it can be downsized. Furthermore, the thermal conductivity is about three times that of silicon, and there is an advantage that it is excellent in heat dissipation and is easily cooled.
このようにSiCは優れた特性を有することから、SiC基板はシリコン基板に変わるパワーデバイス用半導体基板として注目されている。ところで、SiC基板をパワーデバイスとして使用するには、その表面を研磨する必要がある。最終研磨工法としては、ダイヤモンド砥粒によるポリッシュ、またはSiO2(コロイダルシリカ)を含む懸濁液を用いた研磨工法が現在一般的に使用されている。(例えば、特許文献1、2参照)。
研磨剤としてダイヤモンド砥粒を用いた場合、研磨速度は速いが加工傷やチッピングによるクラックが発生するという問題があった。SiO2(コロイダルシリカ)を含む懸濁液を用いた場合、上記の加工傷やクラックは生じず良質な表面が研磨されるが、より表面粗さの小さい(例えば、0.3nm以下の)研磨しようとすると、短時間では加工できないため加工能率向上が要望されていた。 When diamond abrasive grains are used as an abrasive, the polishing rate is high, but there is a problem that cracks due to processing scratches and chipping occur. When a suspension containing SiO 2 (colloidal silica) is used, the above-mentioned processing scratches and cracks do not occur, and a high-quality surface is polished, but polishing with a smaller surface roughness (for example, 0.3 nm or less) Attempts to improve machining efficiency have been desired since machining cannot be performed in a short time.
本発明のSiC基板のケモメカニカル研磨方法は、コロイダルシリカを砥粒とし、回転する研磨バッドに研磨剤を滴下し、被研磨材のSiC基板を当該研磨パッドに所定の圧力で押圧してSiC基板を研磨するケモメカニカル研磨方法において、第1の砥粒分布を有するコロイダルシリカの砥粒とpH調整剤とを含む分散触媒とを混合した研磨剤にて研磨し、
次に、前記第1の砥粒分布よりシャープな第2の砥粒分布を有するコロイダルシリカの砥粒とpH調整剤とを含む分散触媒とを混合した研磨剤にて研磨することを特徴としたものである。
また、本発明のSiC基板のケモメカニカル研磨方法は、コロイダルシリカを砥粒とし、回転する研磨バッドに研磨剤を滴下し、被研磨材のSiC基板を当該研磨パッドに所定の圧力で押圧してSiC基板を研磨するケモメカニカル研磨方法において、第1の砥粒分布を有するコロイダルシリカの砥粒とpH調整剤とを含む分散触媒とを混合した研磨剤にて研磨する第1の研磨工程、第1の研磨工程で使用した研磨材40を排出するクリーニング工程、次に、前記第1の砥粒分布よりシャープな第2の砥粒分布を有するコロイダルシリカの砥粒とpH調整剤とを含む分散触媒とを混合した研磨剤にて研磨する第2の研磨工程と、で構成することを特徴としたものである。
The SiC substrate chemomechanical polishing method of the present invention uses colloidal silica as abrasive grains, drops a polishing agent on a rotating polishing pad, and presses the SiC substrate as a polishing target against the polishing pad with a predetermined pressure. In the chemomechanical polishing method for polishing the surface, polishing with an abrasive mixed with a dispersion catalyst containing colloidal silica abrasive grains having a first abrasive grain distribution and a pH adjuster,
Next, polishing is carried out with an abrasive mixed with a dispersion catalyst containing colloidal silica abrasive grains having a second abrasive grain distribution sharper than the first abrasive grain distribution and a pH adjuster. Is.
Also, the method of chemomechanical polishing of a SiC substrate of the present invention comprises colloidal silica as abrasive grains, dripping an abrasive onto a rotating polishing pad, and pressing the SiC substrate of the material to be polished against the polishing pad with a predetermined pressure. In a chemomechanical polishing method for polishing a SiC substrate, a first polishing step in which polishing is performed with an abrasive mixed with a dispersion catalyst containing abrasive grains of colloidal silica having a first abrasive grain distribution and a pH adjuster, A cleaning step of discharging the abrasive 40 used in the
本発明では、コロイダルシリカと、コロイダルシリカに分散された分散媒を含み、最初に、砥粒分布がブロードで平均粒子径40nmの研磨剤用い高能率加工を行ない、次に、砥粒分布がシャープで平均粒子径80nmの研磨剤にて研磨することにより、加工速度(加工効率)を向上するとともに、所定の表面粗さ以下にSiC基板を研磨することができる。 In the present invention, colloidal silica and a dispersion medium dispersed in colloidal silica are used. First, high-efficiency processing is performed using an abrasive having a broad abrasive grain distribution and an average particle diameter of 40 nm, and then the abrasive grain distribution is sharp. By polishing with an abrasive having an average particle diameter of 80 nm, the processing speed (processing efficiency) can be improved and the SiC substrate can be polished to a predetermined surface roughness or less.
本明細書における、研磨速度(研磨効率)が速く且つ、表面粗さの小さい、高効率なSiCケモメカニカル研磨方法について、図面を用いて詳細に説明する。 A highly efficient SiC chemomechanical polishing method having a high polishing rate (polishing efficiency) and a small surface roughness will be described in detail with reference to the drawings.
図1(a)は、SiC基板1を研磨するための研磨装置を説明するための図であり、図1(b)は、研磨剤6を概念的に示すものである。
FIG. 1A is a view for explaining a polishing apparatus for polishing the
図1(a)に示すように、パッド3aは回転テーブル(下盤)2に固定されている。板状SiC材1はおもり5に固定され、SiC材1はおもり5の荷重によってパッド3aに押し付けられている。すなわち、図1(a)に示したSiC基板の製造方法では、おもりの荷重により研磨加工を行なう方式を採用している。SiC材1の形状は例えば、円盤状である。おもり5にはSiC材1が所定の位置に保持するガイド4が設けられている。パッド3a上に研磨剤6を間欠的に滴下しながら、回転軸7を中心に回転テーブル2を矢印方向に回転させると、研磨剤6がパッド3aに塗布された研磨パッド3とSiC材1とが接した状態となる。同時に、回転軸9を中心に矢印の方向におもり5を回転させると、研磨パッド3によるSiC材1の研磨が開始される。尚、図1(a)に示した例では回転テーブル2とおもり5の回転方向は同じであるが、研磨パッド3がSiC材1に対して相対運動をしていれば、回転テーブル2とおもり5とを逆方向に回転させてもよいし、回転テーブル2およびおもり5のうちいずれか一方のみを回転させてもよい。
As shown in FIG. 1A, the pad 3 a is fixed to the rotary table (lower board) 2. The plate-
図1(b)に示すように、研磨剤6はコロイダルシリカ6aと、コロイダルシリカ6aが分散された分散媒6bとを含んでいる。研磨剤6はコロイダルシリカ6aを5〜40重量%(特許文献1)の割合で含んでいることが望ましい。研磨剤6におけるコロイダルシリカ6aの含有量が多すぎると、SiC材1の表面を研磨する最中に研磨剤6がゲル化する等、研磨剤6が不安定となり、また、少なすぎると研磨効率が悪化するからである。例えば、回転テーブル2を40rpmの回転速度で回転させる場合であって、回転テーブル2の直径が200mmである場合は、常温(約23℃)にて、1分間に10cc以上の研磨剤6をパッド3aに滴下する。
As shown in FIG.1 (b), the abrasive |
また、例えば、回転テーブル2を40rpmの回転速度で回転させる場合であって、直径300mmである場合は、常温(約23℃)にて、30秒間に10cc以上の研磨剤6を滴下する。このようにすれば、パッド3aの表面を乾燥させることなく、パッド3aの表面を常に研磨剤6によって覆われた状態にすることができる。尚、回転テーブル2の直径が300mm以下であれば、研磨速度、および研磨剤6の消費量を考慮すると、回転テーブル2の回転数は10rpm〜100rpmが好ましい。
In addition, for example, when the
本実施形態のSiC基板の製造方法において用いるパッド3aは、多孔体を含んでいると好ましい。例えば、パッド3aを構成する繊維の直径は、100μm以下が好ましく、その繊維はパット3a上にて不織形状であり、熱可塑性樹脂等で固められ多孔膜状態となっている。孔と孔の間が細い柱で連結されているが、通常その直径は10nmから1mm程度まで存在する。 It is preferable that the pad 3a used in the method for manufacturing the SiC substrate of the present embodiment includes a porous body. For example, the diameter of the fibers constituting the pad 3a is preferably 100 μm or less, and the fibers are non-woven on the pad 3a and are solidified with a thermoplastic resin or the like to form a porous film. Between the holes, the holes are connected by a thin column, but the diameter usually ranges from about 10 nm to about 1 mm.
多孔体に研磨剤6が滴下され塗布されると、多孔体の孔内にコロイダルシリカ6aが入り込む。孔内に入り込んだコロイダルシリカ6aは、コロイダルシリカ6aを囲う水和層によって多孔体に固定される。そのため、パッド3aに滴下されたコロイダルシリカ6aはあたかも固定砥粒のようになる。パッド3aは例えば、合成繊維、ガラス繊維、天然繊維、および樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種の材料を含む多孔体を含んでいることが好ましい。このように軟らかい材料を含むパッド3aを使用すれば、SiC材1へ与えるダメージを制御できるからである。
When the abrasive 6 is dropped and applied to the porous body, the colloidal silica 6a enters the pores of the porous body. The colloidal silica 6a that has entered the pores is fixed to the porous body by a hydration layer surrounding the colloidal silica 6a. Therefore, the colloidal silica 6a dropped on the pad 3a is as if it were a fixed abrasive. For example, the pad 3a preferably includes a porous body including at least one material selected from the group consisting of synthetic fibers, glass fibers, natural fibers, and resins. This is because the damage given to the
また、本発明のSiC基板の製造方法において用いる基板の表面状態うねりは、3μm以下が好ましい。例えば、図2で示すように表面状態が良好な平坦のSiC基板を用いて研磨する場合が好ましい。また、図3で示すように10ミクロン程度のうねりを有する粗悪な表面状態のSiC基板を用いて研磨する場合は、表面プロファイルの凸部における加工圧力と凹部における加工圧力に差が発生し、基板全面における均一な加工が難しいことが考えられる。即ち、本発明の研磨方法は、SiC基板の前処理段階で、SiC基板の表面状態が所定の平坦度に研磨されていて、精密研磨の仕上げ研磨を行い、全体の加工効率を向上するものである。 Moreover, the surface state waviness of the substrate used in the method for producing a SiC substrate of the present invention is preferably 3 μm or less. For example, it is preferable to polish using a flat SiC substrate having a good surface state as shown in FIG. In addition, when polishing using a SiC substrate having a rough surface state having a waviness of about 10 microns as shown in FIG. 3, a difference occurs between the processing pressure at the convex portion of the surface profile and the processing pressure at the concave portion. It is conceivable that uniform processing on the entire surface is difficult. That is, the polishing method of the present invention improves the overall processing efficiency by performing a precision polishing finish polishing in which the surface state of the SiC substrate is polished to a predetermined flatness in the pretreatment stage of the SiC substrate. is there.
コロイダルシリカ6aの平均粒子径について特に制限はないが、200nm以下であることが好ましい。平均粒子径が大きすぎると、コロイダルシリカ6aを安定な状態で分散媒6bに分散させることが困難となり、研磨の最中に平均粒子径が変化する等の問題も生じるからである。また、平均粒子径が大きすぎると、パッド3aの孔内にコロイダルシリカ6aが固定せれづらくなるため、研磨の精度が低下してしまう(SiC基板の表面粗さが大きくなってしまう)からである。したがって、平均粒子径が200nmを超えるコロイダルシリカ6aを含む研磨剤6は特に、より表面粗さを小さくすることが要求される、研磨の最終工程には適さない。研磨剤6に含まれる分散媒6bとしは例えば、純水等に、アンモニア、クエン酸、水酸化カリウム等のpH調整剤が添加されてたものを用いることができる。研磨装置のパッド3a等や環境への負荷を軽減しながら、実用上十分な速度でSiC材1を研磨するためには、研磨剤6のpHは4〜10で必要であるが、研磨剤6のpHは7〜10であることが好ましい。(特許文献1)より超平滑面を形成することができるからである。
Although there is no restriction | limiting in particular about the average particle diameter of the colloidal silica 6a, It is preferable that it is 200 nm or less. If the average particle size is too large, it becomes difficult to disperse the colloidal silica 6a in the dispersion medium 6b in a stable state, and problems such as a change in the average particle size occur during polishing. Further, if the average particle diameter is too large, the colloidal silica 6a is difficult to be fixed in the hole of the pad 3a, so that the polishing accuracy is lowered (the surface roughness of the SiC substrate is increased). . Therefore, the abrasive 6 containing colloidal silica 6a having an average particle diameter exceeding 200 nm is not particularly suitable for the final polishing step that requires a smaller surface roughness. As the dispersion medium 6b contained in the abrasive 6, for example, a solution obtained by adding a pH adjuster such as ammonia, citric acid, potassium hydroxide to pure water or the like can be used. In order to polish the
SiC材1を研磨パッド3に押し付ける圧力は850g/cm2以下であることが好ましい。図1(a)で示した例では、おもり5の自重によりSiC材1を研磨パッド3に押し付けているので、上記圧力は、おもり5によってSiC材1に加えられる圧力である。上記の圧力が大きいと、研磨速度は大きくなるが、SiC基板の表面粗さは大きくなる。下記に、おもり5の自重によりSiC材1を研磨パッド3に押し付ける場合に、SiC材1を研磨パッド3に押し付ける圧力が大き過ぎると、表面粗さの小さいSiC基板を得ることができない理由について説明する。SiC材1を研磨パッド3に押し付ける圧力を大きくするためには、おもり5を大きくしなければならないが、おもり5が大きくなると、回転中におもり5のバランスが崩れ、おもり5によって、SiC材1を均一性よく且つ、滑らかに加工することができなくなる。たとえば、2インチウェーハに対して、850g/cm2の面圧を得るためには、約17kgの重りを要する。単純に、軟鋼で2インチウェーハの面積において、17kgの重りを作成する場合、110mmの高さの重りが必要となり、ワークへの圧力のバランス取ることが難しく、現実的には不可能といえる。
このように、SiC材1を研磨パッド3に押し付ける圧力を大きくすればするほど、おもり5の高さが高くなる。おもり5の高さが高くなると、SiC材1の研磨最中に、おもり5が大きく揺れ、SiC材1へ加わる圧力が不均一となる。その結果、研磨されたSiC材1(SiC基板)の面において、表面粗さが大きくなる。
The pressure for pressing the
Thus, the higher the pressure for pressing the
しかし、SiC材1を研磨パッド3に押し付ける圧力が850g/cm2以下であると、表面粗さが例えば0.3nm以下と小さいSiC基板を得ることができる。尚、SiC材1を研磨パッド3に押し付ける圧力を小さくすればするほど、研磨後のSiC材1(SiC基板)の表面粗さを小さくすることができるが、研磨速度が遅くなるため(研磨能率が悪化するため)、事実上、SiC材1を研磨パッド3に押し付ける圧力は500g/cm2以上、850g/cm2以下が好ましい。
However, when the pressure for pressing the
また、上記圧力はSiC材1の被研磨面の状態に応じて変更してもよい。例えば、SiC材1の表面を研磨する工程を複数に分けて行い、複数回のうち、より表面粗さが小さくなるよう研磨される最終の回においてのみ、850g/cm2以下の圧力でSiC材1の表面を研磨パッド3に押し付けながら、SiC材1を研磨してもよい。
Further, the pressure may be changed according to the state of the polished surface of
また、例えば、SiC材1の表面を研磨する工程を複数に分けて行い、複数回のうちの、初回において、ダイヤモンド砥粒を含むスラリを用いて、SiC材1を研磨してもよい。
Further, for example, the step of polishing the surface of the
例えば、ダイヤモンド砥粒(平均粒子径:125nm)0.2%重量と水99.8%とを含むスラリを用いることが好ましい。また、各回毎にコロイダルシリカ6aの平均粒子径および砥粒分布を変えてもよい。 For example, it is preferable to use a slurry containing diamond abrasive grains (average particle size: 125 nm) 0.2% weight and water 99.8%. Moreover, you may change the average particle diameter and abrasive grain distribution of the colloidal silica 6a each time.
尚、図1(a)で示した例では、おもり5の荷重によりSiC材1を研磨パッド3に押し付けているが、SiC材1を研磨パッド3に押し付ける方法はこれに制限されない。例えば、図4に示すような加圧装置を用いて、SiC材1を研磨パッド3に押し付けてもよい。加圧装置は、例えば、加圧ヘッド15と、加圧機構を含んでいる。加圧ヘッド15は、SiC材1の研磨パッド3の反対側に配置して使用され、加圧機構はSiC材1を研磨パッド3に押し付ける方向に加圧ヘッド15を押すことができる。上記加圧機構は例えば、バネ弾性圧、油圧、および空気圧からなる群から選ばれる少なくとも1種の圧力によって加圧ヘッド15を押すことができる。
In the example shown in FIG. 1A, the
図4に示す加圧装置は、空気圧によりSiC材1の表面を研磨パッド3に押し付ける機構になっている。図4に示す加圧装置は、駆動モーター11、空気供給路12、回転軸13、エアバック14、加圧ヘッド15、ヘッド保持スタンド16等から構成されている。回転軸13は駆動モーター11の回転に伴って軸10を中心に回転する。図4に示す加圧装置の加圧機構は、空気供給路12およびエアバック14を含んでいる。エアバック14はその内側がゴムなどの軟質材料で覆われた構造をしている。エアバック14の底面には加圧ヘッド15が直接取り付けられている。したがって、エアバック14の内部に圧力が与えられると、エアバック14の底面に接した加圧ヘッド15が下方向に押される。エアバック14の内部は空気によって加圧されているので、エアバック14の内面全体に対して同じ圧力がかかる。エアバック14と加圧ヘッド15との接触面積をSiC材1の加圧ヘッド15側の面積と等しくするか、または、大きくすればSiC材1へ加わる圧力を均一化することができる。
The pressurizing apparatus shown in FIG. 4 has a mechanism for pressing the surface of the
また、加圧装置はヘッド保持スタンド16を備えているので、SiC材1を研磨パッド3に押し付ける際に加圧装置全体が動くのを防ぎ、SiC材1を均一性よく且つ、滑らかに加工することができる。
In addition, since the pressurizing apparatus includes the
図4に示した加圧装置を用いる場合のように、加圧ヘッド15を空気圧等によってSiC材1に押し付けることによりSiC材1を研磨パッド3に押し付ける場合は、図1(a)に示した例のように、おもり5の荷重によりSiC材1を研磨パッド3に押し付ける場合よりも、より大きい圧力(例えば850g/cm2以上)で研磨を行なっても、均一性よくSiC材1を加圧することができる。よって、より高速度で、表面粗さの小さいSiC基板を得ることができる。図4で示したような加圧装置によりSiC材1を研磨パッド3に押さえつける場合においても、事実上、SiC材1を研磨パッド3に押さえつける圧力は500g/cm2以上が好ましい。
When the
また、図4で示したような加圧装置を用いてSiC材1を研磨パッド3に押さえつける圧力は、SiC材1の被研磨面の状態に応じて変更してもよい。例えば、SiC材1の表面を研磨する工程を複数に分けて行い、複数回のうち、より表面粗さが小さくなるよう研磨される最終の回においてのみ、850g/cm2以下の圧力でSiC材1の表面を研磨パッド3に押し付けながら、SiC材1を研磨してもよい。
Further, the pressure for pressing the
また、例えば、SiC材1の表面を研磨する工程を複数に分けて行い、複数回のうちの、初回において、ダイヤモンド砥粒を含むスラリを用いて、SiC材1を研磨してもよい。また、各回毎にコロイダルシリカ6aの平均粒子径および砥粒分布を変えてもよい。
Further, for example, the step of polishing the surface of the
図1(a)および図4で示した例では、回転テーブル(下盤2)とSiC材1とをそれぞれの矢印方向に回転運動させることにより、SiC材1の研磨がなされているが、例えば、図5に示すように、下盤2を矢印方向に往復運動させることにより、研磨パッド3をSiC材1に対して相対運動させてもよい。得られた基板の直径は通常、2インチ〜3インチ(50mm〜70mm)である。
In the example shown in FIG. 1A and FIG. 4, the
以下に、本発明のSiC基板製造方法の一例についてさらに詳細に説明する。尚、コロイダルシリカの平均粒子径は、表面積測定器(ユアサアイオニクス社製、マルチソーブ)にて測定されたコロイダルシリカの表面積の値から換算して求めた。SiC基板の表面状態は、光干渉式表面粗さ測定器(Zygo社製、NewView5032)にて測定した。SiC基板の表面粗さは下記のように測定した。表面あらさの測定は、光干渉式表面粗さ測定器(Zygo社製、NewView5032)を用いて、SiC基板の中心と、SiC基板の外周から5mm以内の領域における4点(90度間隔)について、算術平均粗さを測定し、これら5点の平均値(表面粗さ)を求めた。尚、このようにして算出された表面粗さが小さいほど、SiC材1の被研磨面が均一性よく且つ滑らかに研磨されていることを意味する。加工効率の測定は、電子天秤(日本シイベルヘグナー社製、AG204、最小分解能0.1mg)を用いて、研磨前と研磨後のSiC基板の質量差を計測し、加工量=質量差/SiC比重/基板面積/研磨時間により算出した。
Below, an example of the SiC substrate manufacturing method of this invention is demonstrated still in detail. In addition, the average particle diameter of colloidal silica was calculated | required in conversion from the value of the surface area of colloidal silica measured with the surface area measuring device (the Yuasa Ionics company make, multisorb). The surface state of the SiC substrate was measured with an optical interference type surface roughness measuring instrument (manufactured by Zygo, New View 5032). The surface roughness of the SiC substrate was measured as follows. The surface roughness is measured using an optical interference type surface roughness measuring instrument (Zygo, NewView 5032), with respect to the center of the SiC substrate and four points (90-degree intervals) in a region within 5 mm from the outer periphery of the SiC substrate. The arithmetic average roughness was measured, and the average value (surface roughness) of these five points was determined. In addition, it means that the to-be-polished surface of the
以下に、本発明のSiC基板の研磨方法の一例についてさらに詳細に説明する。平均粒子径40nmで、その砥粒分布はブロードのコロイダルシリカ40重量%と、純水とpH調整剤を含む分散媒60重量%とを混合した研磨剤40を使用した。さらに詳しく説明すると、砥粒分布がブロードとは、図6で示すように40nmの粒子径を中心に、1nm〜150nmの大小砥粒サイズが幅広い分布状態を有し、90nm〜150nmの粒径の砥粒を20%程度含有する。中心粒径は、40nmとしたが、40nm±10nmが好ましい範囲である。
Below, an example of the grinding | polishing method of the SiC substrate of this invention is demonstrated in detail. The average particle size was 40 nm, and the abrasive grain distribution used was an abrasive 40 in which broad
次に、図4に示した加圧装置を用い常温(23℃)にて、研磨剤40を間欠的にパッド3aに滴下しながら、回転テーブル2(直径600mm)の回転軸7を中心に矢印方向に回転させ研磨した。研磨剤40は1分間に10ccがパッド3aに塗布されるようにパッド3aに滴下した。尚、パッド3aには、市販のポリウレタン製の多孔体(ニッタ・ハース(株)製、SUBA400)を用いた。回転テーブル2の回転速度は40rpmとした。SiC材1の回転速度は40rpmとした。空気圧に付勢された加圧ヘッド15により、SiC材1を研磨パッド3に押し付ける圧力は850g/cm2とした。尚、SiC基板は3インチを使用した。
Next, while the abrasive 40 is dropped intermittently on the pad 3a at room temperature (23 ° C.) using the pressurizing apparatus shown in FIG. 4, an arrow is centered on the
図7は研磨開始から2時間毎に表面粗さの変化を測定した結果を示す。研磨時間6時間を越えると表面粗さの変化はほとんど見受けられなくなり、表面粗さが0.4nm〜0.35nmの間でとどまった。 FIG. 7 shows the results of measuring changes in surface roughness every 2 hours from the start of polishing. When the polishing time exceeded 6 hours, almost no change in surface roughness was observed, and the surface roughness remained between 0.4 nm and 0.35 nm.
表面粗さが小さくならない要因としては、図8に示すように、被研磨面のうねりを取り除くことができなく、均一性良く平坦化できないためである。また、研磨開始から研磨6時間までの加工能率を算出すると、約1時間で90nmの加工量が研磨されているSiC基板を得ることができた。この90nm/1時間の加工量の値は、次の実施例2で説明する研磨剤50を使用した場合と比較すると、約2倍以上の加工速度(加工効率)で研磨されていることがわかっており、研磨剤40は、加工速度(加工効率)の速い研磨が得られる半面、被研磨面の0.4nm〜0.35nmのうねりは取り除くことができない。また、本発明の研磨法の目的は、高効率の研磨方法で、且つ、高品位のSiC基板を実現するものであるが、高品位のSiC基板を実現するために、第1のブロードな砥粒分布を有する研磨剤40を使用した粗研磨を先に行い、次の実施例2で説明する第2のシャープな砥粒分布を有する研磨剤で仕上げ研磨を行なうことで高品位のSiC基板を実現することができる。その実施例については、以下に説明する。 The reason why the surface roughness does not decrease is that, as shown in FIG. 8, the waviness of the surface to be polished cannot be removed, and the surface cannot be flattened with good uniformity. Further, when the processing efficiency from the start of polishing to 6 hours of polishing was calculated, a SiC substrate having a processing amount of 90 nm polished in about 1 hour could be obtained. It can be seen that the processing amount of 90 nm / 1 hour is polished at a processing speed (processing efficiency) of about twice or more compared with the case where the abrasive 50 described in Example 2 is used. In addition, the abrasive 40 cannot remove the waviness of 0.4 nm to 0.35 nm on the polished surface, while the polishing with a high processing speed (processing efficiency) can be obtained. The purpose of the polishing method of the present invention is to achieve a high-quality SiC substrate with a high-efficiency polishing method. In order to realize a high-quality SiC substrate, the first broad abrasive is used. First, rough polishing using the abrasive 40 having a grain distribution is performed, and then finish polishing is performed with the abrasive having the second sharp abrasive grain distribution described in Example 2 to obtain a high-quality SiC substrate. Can be realized. Examples thereof will be described below.
仕上げ研磨に用いる研磨剤50は、図9に示すシャープな砥粒分布を有するもので、中心粒子径80nmで、70nm〜90nmの粒子径で70%程度の大半を占めるコロイダルシリカ40重量%と、純水とpH調整剤を含む分散媒60重量%とを混合した研磨剤である。中心粒径は70nm±10nmが好ましい範囲である。
The polishing
実施例1と同様に、図4に示した加圧装置を用い常温(23℃)にて、研磨剤50を間欠的にパッド3aに滴下しながら、回転テーブル2(直径600mm)の回転軸7を中心に矢印方向に回転させ研磨した。研磨剤50は1分間に10ccがパッド3aに塗布されるようにパッド3aに滴下した。尚、パッド3aには、市販のポリウレタン製の多孔体(ニッタ・ハース(株)製、SUBA400)を用いた。回転テーブル2の回転速度は40rpmとした。SiC材1の回転速度は40rpmとした。空気圧に付勢された加圧ヘッド15により、SiC材1を研磨パッド3に押し付ける圧力は850g/cm2とした。尚、SiC基板は3インチを使用した。
As in Example 1, the
図10は研磨開始から2時間毎に表面粗さの変化を測定した結果を示す。研磨時間14時間を超えたところで、表面粗さの値は0.3nm以下まで小さくすることが確認できた。尚、研磨開始から研磨14時間までの加工能率を算出すると、約1時間で40nmの加工量が研磨されているSiC基板を得ることができた。上記実施例1、2の結果を鑑みて中心粒子径40nmで、ブロードな砥粒分布を有する研磨剤40は、中心粒子径80nmで、シャープな砥粒分布を有する研磨剤50と比較すると、約2倍以上の研磨速度(研磨効率)向上のSiC基板を得ることができた。また、図11で示すように、中心粒子径80nmで、シャープな砥粒分布を有する研磨剤50を使用して研磨すると、被研磨面を均一性よく且つ滑らかなSiC基板を得ることができた。
FIG. 10 shows the result of measuring the change in surface roughness every 2 hours from the start of polishing. When the polishing time exceeded 14 hours, it was confirmed that the surface roughness value was reduced to 0.3 nm or less. When the processing efficiency from the start of polishing to the polishing for 14 hours was calculated, a SiC substrate with a processing amount of 40 nm polished in about 1 hour could be obtained. In view of the results of Examples 1 and 2 above, the abrasive 40 having a broad abrasive distribution with a central particle diameter of 40 nm is approximately equal to the abrasive 50 having a central particle diameter of 80 nm and a sharp abrasive distribution. A SiC substrate having a polishing rate (polishing efficiency) improved by 2 times or more could be obtained. Further, as shown in FIG. 11, when polishing was performed using a polishing
次に、図12(a)、(b)を用い、実施例1で使用した研磨剤40と上記、研磨剤50の研磨途中で変化させて研磨する本発明の高効率なSiC基板の研磨法の一例を示す工程概略を説明する。
Next, by using FIGS. 12A and 12B, the polishing
図12(a)は、図4に示した加圧装置を用い常温(23℃)にて、中心粒子径40nmで、ブロードな砥粒分布を有する研磨剤40を間欠的にパッド3aに滴下しながら、回転テーブル2(直径600mm)の回転軸7を中心に矢印方向に回転させ研磨した。研磨剤40は1分間に10ccがパッド3aに塗布されるようにパッド3aに滴下した。尚、パッド3aには、市販のポリウレタン製の多孔体(ニッタ・ハース(株)製、SUBA400)を用いた。回転テーブル2の回転速度は40rpmとした。SiC材1の回転速度は40rpmとした。空気圧に付勢された加圧ヘッド15により、SiC材1を研磨パッド3に押し付ける圧力は850g/cm2とした。尚、SiC基板は3インチを使用した。
In FIG. 12A, the abrasive 40 having a center particle diameter of 40 nm and a broad abrasive distribution is intermittently dropped onto the pad 3a at room temperature (23 ° C.) using the pressurization apparatus shown in FIG. However, the rotating table 2 (diameter 600 mm) was rotated around the
研磨剤40によるSiC材1の研磨開始から6時間を経過して研磨剤40の滴下止め、次に、図12(b)に示すようにクリーニングヘッド30が研磨パッド3に向かって下降し接触する。クリーニングヘッド30は、ブラシ21、ブラッシングヘッド22、回転軸23、駆動モーター24、から構成されている。
After 6 hours have elapsed from the start of polishing of the
回転軸23は、駆動モーター24の回転に伴って軸25を中心として回転する。すなわち、回転テーブル2(下盤)回転方向と同方向に回転駆動できる機構になっている。クリーニングヘッド30が研磨パッド3へ接触し回転し始めると同時に、純水20が注ぎ込こまれ研磨パッド3のクリーニングが開始される。この動作により、パッド3aの多孔体の孔内および表面に付着していた研磨剤40は洗い流され研磨パッド3より排出される。つまり、上記の研磨剤40をパッド3aより排出することにより、研磨速度(研磨の効率)の速い被研磨面の研磨が終了することになる。例えば、10分以上のパッド3aから研磨剤40の排出作業をした後、ブラシ21は回転が止まり、図12(a)に示すようにクリーニングヘッド30は研磨パッド3から離れて上昇し、同時に純水20の供給が止まりクリーニング動作を完了する。
The rotating
そして、次に、中心粒子径80nmで、シャープな砥粒分布を有する研磨剤50を間欠的にパッド3aに滴下され、再度研磨剤50によるSiC材1の研磨が開始される。つまり、パッド3aの多孔体の孔内および表面に研磨剤50が付着し、被研磨面の仕上げ研磨が開始される。研磨剤50での研磨開始から2時間を経過したところで、(すなわち、研磨剤40での研磨が6時間、研磨剤50での研磨が2時間経過して合計8時間の研磨)表面粗さを計測した結果、表面粗さ0.3nm以下に被研磨面を均一性よく且つ滑らかに研磨できるSiC基板を得ることができた。
Then, a polishing
第1のブロードな砥粒分布を有する研磨剤40での第1の研磨工程、次に第1の研磨工程で使用した研磨材40を排出するクリーニング工程、そして、第2のシャープな砥粒分布を有する研磨剤50での仕上げの工程である第2の研磨工程をすることによりSiC基板を表面粗さ0.3nm以下の平坦度を高効率で研磨することができる。なお、第1、第2の砥粒分布は、一例を示したもので、第1、第2の研磨工程の研磨時間は、研磨剤の砥粒分布を変更することにより、それぞれの研磨時間を変更することができる。
A first polishing step with a polishing
本発明によれば、平均粒子径と粒径分布を研磨途中に変化させることにより、研磨速度(研磨効率)が高い工程から表面粗さを小さくする仕上げ工程まで一貫して実現できる。したがって、本発明のSiC基板のケモメカニカル研磨方法は、高品質のSiC基板を製造する方法として有用である。 According to the present invention, by changing the average particle size and the particle size distribution during polishing, it is possible to consistently realize a process from a high polishing rate (polishing efficiency) to a finishing process to reduce the surface roughness. Therefore, the chemical mechanical polishing method for an SiC substrate of the present invention is useful as a method for producing a high-quality SiC substrate.
1 SiC材
2 回転テーブル(下盤)
3 研磨パッド
3a パッド
4 ガイド
5 おもり
6 研磨剤
6a コロイダルシリカ
6b 分散媒
7 回転軸
9 回転軸
10 軸
11 駆動モーター
12 空気供給路
13 回転軸
14 エアバック
15 加圧ヘッド
16 ヘッド保持スタンド
20 純水
21 ブラシ
22 ブラッシングヘッド
23 回転軸
24 駆動モーター
25 軸
30 クリーニングヘッド
40 研磨剤
50 研磨剤
1
DESCRIPTION OF
Claims (5)
第1の砥粒分布を有するコロイダルシリカの砥粒とpH調整剤とを含む分散触媒とを混合した研磨剤にて研磨し、
次に、前記第1の砥粒分布よりシャープな第2の砥粒分布を有するコロイダルシリカの砥粒とpH調整剤とを含む分散触媒とを混合した研磨剤にて研磨することを特徴とするケモメカニカル研磨方法。 In a chemomechanical polishing method in which colloidal silica is used as abrasive grains, an abrasive is dropped onto a rotating polishing pad, and the SiC substrate is polished by pressing the SiC substrate of the material to be polished against the polishing pad with a predetermined pressure.
Polishing with an abrasive mixed with a dispersion catalyst containing colloidal silica abrasive grains having a first abrasive grain distribution and a pH adjuster,
Next, polishing is performed with an abrasive mixed with a dispersion catalyst containing colloidal silica abrasive grains having a second abrasive grain distribution sharper than the first abrasive grain distribution and a pH adjuster. Chemomechanical polishing method.
第1の砥粒分布を有するコロイダルシリカの砥粒とpH調整剤とを含む分散触媒とを混合した研磨剤にて研磨する第1の研磨工程、
第1の研磨工程で使用した研磨材40を排出するクリーニング工程、
次に、前記第1の砥粒分布よりシャープな第2の砥粒分布を有するコロイダルシリカの砥粒とpH調整剤とを含む分散触媒とを混合した研磨剤にて研磨する第2の研磨工程と、
で構成することを特徴とするケモメカニカル研磨方法。
In a chemomechanical polishing method in which colloidal silica is used as abrasive grains, an abrasive is dropped onto a rotating polishing pad, and the SiC substrate is polished by pressing the SiC substrate of the material to be polished against the polishing pad with a predetermined pressure.
A first polishing step of polishing with an abrasive mixed with a dispersion catalyst containing abrasive grains of colloidal silica having a first abrasive grain distribution and a pH adjuster;
A cleaning step of discharging the abrasive 40 used in the first polishing step;
Next, a second polishing step of polishing with an abrasive mixed with a dispersion catalyst containing colloidal silica abrasive grains having a second abrasive grain distribution sharper than the first abrasive grain distribution and a pH adjuster. When,
A chemomechanical polishing method comprising:
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2005
- 2005-08-31 JP JP2005251168A patent/JP2007067166A/en active Pending
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