JP2007109776A - Polishing method and polishing apparatus of silicon carbide crystal substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化シリコン結晶基板の研磨方法及び研磨装置に関するものであり、より詳細には、複合研磨剤を用いる炭化シリコン結晶基板の研磨技術に関する。 The present invention relates to a polishing method and a polishing apparatus for a silicon carbide crystal substrate, and more particularly to a technique for polishing a silicon carbide crystal substrate using a composite abrasive.
低損失で電気エネルギーを扱うパワーデバイスは、大幅な消費電力の節減ができるため、広く利用され、また今後さらに発展していくことが予想されている。現在のパワーデバイスは、シリコン基板から作製されているが、シリコン固有の特性により、さらなる高性能化には限界がある。特に、シリコンは高温になると使用できないため、シリコンに代わる材料が必要となってきた。 Power devices that handle electrical energy with low loss are expected to be widely used and further developed in the future because they can greatly reduce power consumption. Current power devices are fabricated from silicon substrates, but there are limits to further performance enhancement due to the inherent characteristics of silicon. In particular, since silicon cannot be used at high temperatures, materials that replace silicon have become necessary.
このため、近年、炭化シリコン(SiC)が注目を集めている。炭化シリコン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。このように炭化シリコンは優れた特性を有することから、炭化シリコン結晶基板はシリコン基板に変わるパワーデバイス用基板として大変有望である。 For this reason, in recent years, silicon carbide (SiC) has attracted attention. Since the forbidden band width of silicon carbide is three times the forbidden band width of silicon, it can be used under higher temperature conditions than silicon. In addition, since the breakdown electric field is about 10 times that of silicon, the size can be reduced. 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. Since silicon carbide has excellent characteristics as described above, the silicon carbide crystal substrate is very promising as a power device substrate instead of a silicon substrate.
ところで、炭化シリコン結晶基板からパワーデバイスを作製するためには、その表面を最終的に出来る限り滑らかに研磨する必要がある。現行では、まず結晶成長により精製した炭化シリコンインゴットをワイヤーソー、ブレードソーなどによりスライスし、その後、研削を行い基板に存在する凹凸を除き、硬質の研磨定盤を用いる粗研磨、軟質の研磨パッドを用いる精密(鏡面)研磨の過程を経て加工が行なわれている。このうち精密研磨は最も重要な工程で、すでに既知の工法として特許文献1のように複数の平均粒径のダイヤモンドを複合した複合ダイヤモンド砥粒、単一粒子径のダイヤモンド砥粒や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。また最終加工面の前処理工程である粗研磨も精密研磨同様に重要な工程であり、深い傷が存在しないなど、粗研磨後の状態がよければ最終工程の加工時間短縮が期待できる。
しかしながら特許文献1の技術は、ダイヤモンドを研磨砥粒として使用しているため、研磨に要する時間(加工レート)が短いが、被加工物へのダメージが大きい。すなわち、研磨の際に、炭化シリコン結晶へのダメージが大きく、且つ、ダイヤモンド砥粒から生成される凝集物で炭化シリコン結晶の破損が生じやすい。加工傷が深い場合、後工程であるコロイダルシリカ等を用いて行われる精密研磨での加工時間が非常に長くなるなどの問題点がある。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、炭化シリコン結晶へのダメージを抑え、深い加工傷のない良好な炭化シリコン結晶基板の最終加工前処理面を得ることを特徴としたものである。
However, since the technique of
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and is characterized in that a good pre-processed surface of a silicon carbide crystal substrate is obtained which suppresses damage to the silicon carbide crystal and has no deep processing flaws. .
前記従来の課題を解決するために、本発明の炭化シリコン結晶基板の研磨方法は、ダイヤモンド砥粒を主成分とする研磨剤を水に含有させた研磨材スラリーを回転する研磨定盤に滴下し、被研磨材である炭化シリコン結晶基板を当該研磨定盤に所定の圧力で押圧し研磨する炭化シリコン結晶基板の研磨方法において、予め表面粗さRz=50μm以下に表面加工された後の炭化シリコン結晶基板であって、前記ダイヤモンド砥粒の平均粒径より小さい炭化ボロン砥粒を第2の研磨剤とし、前記ダイヤモンド砥粒の平均粒径に応じて所定の重量比で混合し、前記炭化シリコン結晶基板の加工傷深さを所定値より小さく研磨することを特徴としたものである。
また、本発明は、ダイヤモンド砥粒を主成分とする研磨剤を水に含有させた研磨材スラリーを回転する研磨定盤に滴下し、被研磨材である炭化シリコン結晶基板を当該研磨定盤に所定の圧力で押圧し、該ダイヤモンド砥粒の平均粒径の異なる研磨材を用いて複数の研磨工程を逐次行なう炭化シリコン結晶基板の研磨方法において、前記ダイヤモンド砥粒の平均粒径より小さい炭化ボロン砥粒を第2の研磨剤とし、前記炭化ボロンの混合比は、各研磨工程で使用する前記ダイヤモンド砥粒の平均粒径に応じて決定されるが、該ダイヤモンド砥粒の研磨剤に対して最大60%重量比とし、最初の研磨工程に使用するダイヤモンド砥粒の平均粒径が30μmであり、逐次実施する研磨工程では、当該ダイヤモンド砥粒の平均粒径を小さくすることを特徴としたものである。
In order to solve the above-mentioned conventional problems, the polishing method for a silicon carbide crystal substrate according to the present invention is a method in which an abrasive slurry containing diamond abrasive grains as a main component is dripped onto a rotating polishing plate. In a method for polishing a silicon carbide crystal substrate in which a silicon carbide crystal substrate, which is a material to be polished, is pressed against the polishing platen with a predetermined pressure and polished, the silicon carbide after surface processing to a surface roughness Rz = 50 μm or less in advance A silicon carbide boron crystal grain smaller than the average grain diameter of the diamond abrasive grains is used as a second abrasive, and is mixed at a predetermined weight ratio according to the average grain diameter of the diamond abrasive grains. The crystal substrate is polished to have a processing flaw depth smaller than a predetermined value.
Further, the present invention drops an abrasive slurry containing diamond abrasive grains as a main component in water to a rotating polishing platen to rotate the silicon carbide crystal substrate as a polishing material to the polishing platen. In a method for polishing a silicon carbide crystal substrate, which is pressed at a predetermined pressure and sequentially performs a plurality of polishing steps using abrasives having different average particle diameters of the diamond abrasive grains, boron carbide smaller than the average particle diameter of the diamond abrasive grains Abrasive grains are used as the second abrasive, and the mixing ratio of boron carbide is determined according to the average particle diameter of the diamond abrasive grains used in each polishing step. The maximum grain size is 60%, and the average grain size of the diamond abrasive grains used in the first polishing process is 30 μm. In the polishing process that is sequentially performed, the average grain diameter of the diamond abrasive grains should be reduced. It is obtained by the butterfly.
また、本発明の炭化シリコン結晶基板の研磨装置は、ダイヤモンド砥粒を主成分とする研磨剤を水に含有させた研磨材スラリーを回転する研磨定盤に研磨液を滴下し、被研磨材である炭化シリコン結晶基板を当該研磨定盤に所定の圧力で押圧し研磨する炭化シリコン結晶基板の研磨装置において、予め表面粗さRz=50μm以下に表面加工された後の炭化シリコン結晶基板を貼り付ける貼り付け冶具と、前記貼り付け冶具を介して炭化シリコン結晶基板を研磨定盤に押し当てる所定の面圧を印加するためのおもりと、主研磨剤のダイヤモンド砥粒に所定の重量比の炭化ボロンを混合した複合研磨砥粒を水に含有させた研磨液を貯留する貯留タンクと、前記貯留タンク内の研磨液を攪拌するために当該貯留タンク下部に設置される攪拌子と、を備え、前記炭化シリコン結晶基板を貼り付けた貼り付け冶具を回転するとともに、前記研磨液を前記攪拌子を用いて攪拌し前記研磨定盤上に滴下しながら研磨することを特徴としたものである。 Further, the polishing apparatus for a silicon carbide crystal substrate of the present invention drops a polishing liquid onto a polishing surface plate that rotates an abrasive slurry in which a polishing agent mainly containing diamond abrasive grains is contained in water. In a silicon carbide crystal substrate polishing apparatus that polishes a silicon carbide crystal substrate by pressing it against the polishing surface plate with a predetermined pressure, the silicon carbide crystal substrate that has been surface processed to a surface roughness Rz = 50 μm or less is pasted in advance. A bonding jig, a weight for applying a predetermined surface pressure to press the silicon carbide crystal substrate against the polishing surface plate through the bonding jig, and boron carbide having a predetermined weight ratio to the diamond abrasive grains of the main abrasive A storage tank for storing a polishing liquid containing mixed abrasive grains mixed with water, and a stirrer installed at the bottom of the storage tank for stirring the polishing liquid in the storage tank; And rotating the attaching jig to which the silicon carbide crystal substrate is attached, and agitating the polishing liquid using the stirring bar and polishing while dropping on the polishing surface plate. .
本発明によれば、研磨砥粒を従来から使用されている単一粒径若しくは複数粒径のダイヤモンドから炭化ボロンとダイヤモンドから構成される研磨砥粒に変更することで、高速に、被研磨材である炭化シリコン結晶表面へのダメージを軽減した研磨加工を行うことができる。 According to the present invention, the abrasive material is changed at high speed by changing the abrasive grain from conventionally used single-grain or multiple-grain diamond to abrasive grains composed of boron carbide and diamond. Polishing with reduced damage to the silicon carbide crystal surface can be performed.
本発明は、炭化シリコン結晶基板を粗研磨する際に使用される。ここで本発明では粗研磨とは、炭化シリコン結晶基板表面粗さRzが1μmを越え50μm以下のものを研磨後は1μm以下にすることと定義する。 The present invention is used when roughly polishing a silicon carbide crystal substrate. Here, in the present invention, the rough polishing is defined as that the surface roughness Rz of the silicon carbide crystal substrate is more than 1 μm and not more than 50 μm and is made 1 μm or less after polishing.
ここで「表面粗さRz」とは、JIS規格B0601で規定される値であり、基準長さにおける輪郭曲線の山高さの最大値と谷深さの最大値の和として定義されている。 Here, the “surface roughness Rz” is a value defined by JIS standard B0601, and is defined as the sum of the maximum value of the peak height of the contour curve and the maximum value of the valley depth in the reference length.
研磨材スラリーである研磨液は、ダイヤモンドからなる研磨砥粒と炭化ボロンからなる研磨砥粒を含む研磨液を用いる。ダイヤモンドの平均粒径は30μm以下、炭化ボロンの平均粒径は3μm以下の範囲のものを使うのが好ましい。さらに具体的には、本発明では粗研磨の中でも2種類の研磨砥粒を用いて数段階の加工工程を想定しているため、例えばより速く加工を行う必要があるRz=50μmのSiC基板に対しては平均粒径30μmのダイヤモンドからなる研磨砥粒にダイヤモンドからなる研磨砥粒に対して50重量%で平均粒径0.5μmの炭化ボロンからなる研磨砥粒を混ぜ合わせた研磨液を用いると好適であり、後工程である精密研磨工程で十分使用できる加工精度が要求されるRz=1μm付近のSiC基板に対しては平均粒径15μmのダイヤモンドからなる研磨砥粒にダイヤモンドからなる研磨砥粒に対して10重量%で平均粒径0.5μmの炭化ボロンからなる研磨砥粒を混ぜ合わせた研磨液を用いると好適である。なお、ダイヤモンド粒子、炭化ボロン粒子は共に無定形である。 As a polishing liquid that is an abrasive slurry, a polishing liquid containing polishing abrasive grains made of diamond and polishing abrasive grains made of boron carbide is used. It is preferable to use diamond having an average particle diameter of 30 μm or less and boron carbide having an average particle diameter of 3 μm or less. More specifically, since the present invention assumes several processing steps using two types of abrasive grains in rough polishing, for example, on an SiC substrate with Rz = 50 μm that needs to be processed faster. On the other hand, a polishing liquid is used in which abrasive grains made of diamond having an average particle diameter of 30 μm are mixed with abrasive grains made of boron carbide having an average particle diameter of 0.5 μm and 50 wt% with respect to the abrasive grains made of diamond. For SiC substrates near Rz = 1 μm, which requires sufficient processing accuracy to be used in the subsequent precision polishing step, polishing abrasives composed of diamond with an abrasive particle composed of diamond having an average particle size of 15 μm. It is preferable to use a polishing liquid in which abrasive grains made of boron carbide having an average particle diameter of 0.5 μm and 10 wt% with respect to the grains are mixed. The diamond particles and boron carbide particles are both amorphous.
ここで、平均粒径は、自然遠心沈降式方法により測定したものであり、測定装置は株式会社堀場製作所製の商品名”CAPA-300”により測定を行っている。測定装置内で研磨砥粒成分1重量%程度を含むサンプル液を遠心分離し、沈殿する研磨砥粒成分の速度により平均粒径を測定する。 Here, the average particle diameter is measured by a natural centrifugal sedimentation method, and the measuring apparatus measures the product name “CAPA-300” manufactured by Horiba, Ltd. The sample liquid containing about 1% by weight of the abrasive grain component is centrifuged in the measuring apparatus, and the average particle diameter is measured by the speed of the precipitated abrasive grain component.
この研磨材スラリーである研磨液は、例えば純水に研磨砥粒としてダイヤモンドを0.1重量%以上1重量%以下の割合で分散したもので、かつ炭化ボロンからなる研磨砥粒はダイヤモンドからなる研磨砥粒の粒径に影響を受けるがダイヤモンドからなる研磨砥粒の5重量%以上、60重量%以下の割合で分散したものを好ましく使用できる。 The polishing slurry, which is this abrasive slurry, is, for example, a dispersion of diamond in the proportion of 0.1% by weight or more and 1% by weight or less as abrasive grains in pure water, and the abrasive grains made of boron carbide are made of diamond. Although affected by the grain size of the abrasive grains, those dispersed at a ratio of 5 wt% to 60 wt% of the abrasive grains made of diamond can be preferably used.
ここで純水とはイオン交換水のことである。また炭化水素系の液体を使用した一般的な油性スラリーの溶媒成分を純水の代わりに用いてもよい。 Here, pure water is ion-exchanged water. A solvent component of a general oily slurry using a hydrocarbon-based liquid may be used instead of pure water.
本発明方法において、炭化シリコン結晶基板を研磨する研磨定盤上に研磨液を入れた研磨容器である貯留タンクを配置し、研磨容器(タンク)内部の研磨液の研磨砥粒が沈殿しないように貯留タンク(15)内の下部に設置される攪拌子(10)を回転して研磨液を攪拌しながら研磨定盤へ研磨液を滴下しながら研磨するのが好ましい。このようにすると、均一な組成の研磨液を炭化シリコン結晶基板表面に供給できるため、研磨面も均一にできる。 In the method of the present invention, a storage tank, which is a polishing container in which a polishing liquid is placed, is disposed on a polishing surface plate for polishing a silicon carbide crystal substrate so that polishing abrasive grains in the polishing liquid inside the polishing container (tank) do not precipitate. It is preferable to perform polishing while dripping the polishing liquid onto the polishing surface plate while stirring the polishing liquid by rotating the stirring bar (10) installed at the lower part in the storage tank (15). In this way, since a polishing liquid having a uniform composition can be supplied to the surface of the silicon carbide crystal substrate, the polishing surface can be made uniform.
本発明の研磨工程においては、研磨砥粒の平均粒径が異なる複数の研磨工程を含むことが好ましい。このようにすると、段階的に研磨を進めることができる。 In the polishing step of the present invention, it is preferable to include a plurality of polishing steps in which the average particle size of the polishing abrasive grains is different. If it does in this way, polish can be advanced in steps.
前記の研磨工程において、最初の研磨工程で用いられるダイヤモンドからなる研磨砥粒の平均粒径は、最後の研磨工程で用いられるダイヤモンドからなる研磨砥粒の平均粒径より大きく、且つ研磨工程が進むに連れ、順次平均粒径を小さくしていくことが好ましい。このようにすると、粗研磨から段階的に精密研磨に進めることができる。 In the above polishing step, the average particle size of the abrasive grains made of diamond used in the first polishing step is larger than the average particle size of the abrasive particles made of diamond used in the last polishing step, and the polishing step proceeds. Accordingly, it is preferable to gradually reduce the average particle size. If it does in this way, it can advance to precision polishing in steps from rough polishing.
さらに本発明の炭化シリコン結晶研磨方法で用いるダイヤモンドからなる研磨砥粒の平均粒径は30μm以下であることが好ましい。また本発明の炭化シリコン結晶研磨方法で用いる炭化ボロンからなる研磨砥粒の平均粒径は3μm以下であることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the average particle diameter of the abrasive grains made of diamond used in the silicon carbide crystal polishing method of the present invention is 30 μm or less. The average grain size of the abrasive grains made of boron carbide used in the silicon carbide crystal polishing method of the present invention is preferably 3 μm or less.
ここで本発明で使用するダイヤモンド及び炭化ボロンからなる研磨砥粒の平均粒径はそれぞれの組み合わせと濃度によって炭化シリコン結晶基板に対する加工特性は変わるが、一般に市販されている炭化ボロンの最小の平均粒径が約0.5μmであり、これを炭化ボロンからなる研磨砥粒の最小粒径と仮定すれば、本発明で使用するダイヤモンドからなる研磨砥粒の平均粒径は10μm以上30μm以下が好ましいといえる。これはダイヤモンドからなる研磨砥粒の平均粒径が30μm以上の場合は加工後の面状態が悪化し、また研磨液中の砥粒成分が凝集し、沈殿が生じやすくなるため正確な実験データが得られなくなる。一方、平均粒径が10μm以下の場合は炭化ボロンからなる研磨砥粒を混合させることの効果が弱まる、即ち、混合させても加工傷深さ、加工レートがよくならないためである。表1は、ダイヤモンド粒径を30μmまでの場合を記載しているが、30μmを超えると、沈殿が多くなり、実用的でなくなる。 Here, the average grain size of the abrasive grains composed of diamond and boron carbide used in the present invention varies depending on the combination and concentration, but the processing characteristics for the silicon carbide crystal substrate vary. Assuming that the diameter is about 0.5 μm and this is the minimum particle size of abrasive grains made of boron carbide, the average grain size of abrasive grains made of diamond used in the present invention is preferably 10 μm or more and 30 μm or less. I can say that. This is because when the average grain size of the abrasive grains made of diamond is 30 μm or more, the surface condition after processing deteriorates, and the abrasive grain components in the polishing liquid are aggregated and precipitation is likely to occur. It can no longer be obtained. On the other hand, when the average particle size is 10 μm or less, the effect of mixing abrasive grains made of boron carbide is weakened, that is, even if mixed, the processing flaw depth and processing rate are not improved. Table 1 describes the case where the diamond particle size is up to 30 μm, but if it exceeds 30 μm, precipitation increases and becomes impractical.
またこの場合、炭化ボロンからなる研磨砥粒の平均粒径は0.5μm以上3μm以下が好ましいといえる。しかしながら、ここで炭化ボロンからなる研磨砥粒の分級等を行い、炭化ボロンからなる研磨砥粒の平均粒径を0.3μmとか0.1μmとして使用してもよい。実際には0.1μm以上の平均粒径が実用的である。またこの場合、ダイヤモンドからなる研磨砥粒の平均粒径は10μm以下のものを使用しても良好な加工結果が得られることが推測できる。 In this case, it can be said that the average particle diameter of the abrasive grains made of boron carbide is preferably 0.5 μm or more and 3 μm or less. However, the abrasive grains made of boron carbide may be classified here, and the average grain size of the abrasive grains made of boron carbide may be 0.3 μm or 0.1 μm. In practice, an average particle size of 0.1 μm or more is practical. Further, in this case, it can be estimated that good processing results can be obtained even if the average grain size of abrasive grains made of diamond is 10 μm or less.
さらに本発明方法で使用する研磨定盤の回転数は、5rpm以上40rpm以下であり、研磨液の前記研磨定盤への滴下速度は5cc/min以上であることが好ましい。このようにすると効率のよい研磨ができる。ここでいう条件は研磨定盤が乾かないための条件であり、回転数下限、滴下速度上限はない。実用的には回転数は5rpm以上が好適であり、滴下速度についていえば極端にいえば研磨定盤が研磨液に浸かっていてもいいので実用上でも上限はない。 Furthermore, the number of rotations of the polishing platen used in the method of the present invention is preferably 5 rpm or more and 40 rpm or less, and the dropping rate of the polishing liquid onto the polishing platen is preferably 5 cc / min or more. In this way, efficient polishing can be performed. The conditions here are conditions for preventing the polishing platen from drying, and there are no lower limit of rotation speed and no upper limit of dropping speed. Practically, the number of revolutions is preferably 5 rpm or more, and in terms of dropping speed, there is no upper limit in practical use because the polishing surface plate may be immersed in the polishing liquid.
さらに本発明方法で使用する研磨液は、溶媒に純水を用い、ダイヤモンドからなる研磨砥粒の研磨液に対する比率は0.1重量%以上1重量%以下であることが好ましい。これはダイヤモンドが極めて硬い材料であり研磨液に対して1重量%以上の割合でダイヤモンドからなる研磨砥粒を混ぜ合わせても加工量が飽和してしまうためである。また反対にダイヤモンドからなる研磨砥粒の重量%が小さい場合には加工効率が悪化するためである。またこの際、炭化ボロンからなる研磨砥粒はダイヤモンドからなる研磨砥粒の粒径に影響を受けるがダイヤモンドからなる研磨砥粒に対して5重量%以上60重量%以下の割合で混ぜ合わせることが好ましい。炭化ボロンからなる研磨砥粒の研磨液中の割合が5重量%以下の場合は、ダイヤモンドからなる研磨砥粒単独で研磨加工する場合と、等しい加工状態となってしまい、加工レートの向上、炭化シリコン結晶基板表面へのダメージを抑制する各効果が現れない。また反対に炭化ボロンからなる研磨砥粒の研磨液中の割合が60重量%以上の場合は、炭化ボロンからなる研磨砥粒を混合させる効果であるダイヤモンドの滑りをよくする効果がほとんどなくなるからと思慮する。即ち、混合量が多くなると炭化ボロンの粒子数が多くなりすぎダイヤモンド砥粒へ与える運動量増加の効果が弱くなる。炭化ボロンは粒径がダイヤモンドと比較して小さいため混合比が多くなると粒子数が多くなり、研磨定盤上でのダイヤモンド砥粒と衝突、付着などしてダイヤモンド砥粒の動きを悪くすると考えられる。その結果、加工レートの向上、炭化シリコン結晶基板表面へのダメージを抑制する各効果が悪化する。ダイヤモンド砥粒径が20μmで炭化ボロン1500(平均粒径0.5μm)及びダイヤモンド砥粒径30μmの場合を除いて、炭化ボロン60重量%以上混合の場合は、特に加工レートが著しく減少する。
Further, the polishing liquid used in the method of the present invention preferably uses pure water as a solvent, and the ratio of abrasive grains made of diamond to the polishing liquid is preferably 0.1 wt% or more and 1 wt% or less. This is because diamond is an extremely hard material, and even if abrasive grains made of diamond are mixed at a ratio of 1% by weight or more with respect to the polishing liquid, the processing amount is saturated. On the other hand, when the weight percent of the abrasive grains made of diamond is small, the processing efficiency deteriorates. At this time, the abrasive grains made of boron carbide are affected by the grain size of the abrasive grains made of diamond, but may be mixed in a proportion of 5 wt% to 60 wt% with respect to the abrasive grains made of diamond. preferable. When the proportion of abrasive grains made of boron carbide in the polishing liquid is 5% by weight or less, it becomes the same processing state as when polishing alone with abrasive grains made of diamond, improving the processing rate, carbonizing Each effect of suppressing damage to the silicon crystal substrate surface does not appear. On the other hand, when the proportion of abrasive grains made of boron carbide in the polishing liquid is 60% by weight or more, the effect of improving the sliding of diamond, which is the effect of mixing abrasive grains made of boron carbide, is almost lost. Think about it. That is, when the mixing amount increases, the number of boron carbide particles increases too much and the effect of increasing the momentum given to the diamond abrasive grains becomes weak. Since boron carbide has a smaller particle size than diamond, the number of particles increases as the mixing ratio increases, and it is thought that the movement of the diamond abrasive grains deteriorates due to collision and adhesion with the diamond abrasive grains on the polishing surface plate. . As a result, the effects of improving the processing rate and suppressing damage to the silicon carbide crystal substrate surface are deteriorated. Except for the case where the diamond abrasive grain size is 20 μm, boron carbide 1500 (average grain size 0.5 μm) and diamond
さらに本発明の研磨工程における研磨定盤の上全面が研磨液によって常時覆われていることが好ましい。これは乾燥した研磨定盤と湿った研磨定盤とでは研磨砥粒と研磨定盤と炭化シリコン結晶基板の接触部の摩擦抵抗が異なるためであり、乾燥した状態では摩擦抵抗が増大し、炭化シリコン結晶基板の表面に大きな加工傷を生じさせる原因となるためである。 Furthermore, it is preferable that the entire upper surface of the polishing platen in the polishing step of the present invention is always covered with the polishing liquid. This is because the dry polishing surface plate and the wet polishing surface plate have different frictional resistances at the contact portions of the abrasive grains, the polishing surface plate, and the silicon carbide crystal substrate. This is because it causes a large processing flaw on the surface of the silicon crystal substrate.
さらに本発明の研磨工程において、鋳鉄からなる研磨定盤を用いた場合は炭化シリコン結晶基板の厚みが約0.5mmの場合には50gf/cm2以上200gf/cm2以下の面圧を与えて研磨加工をすることが好ましい。これは50gf/cm2未満の面圧では実用的な加工レートを得られないためであり、反対に200gf/cm2を越える面圧では炭化シリコン結晶基板が破損する恐れがあるためである。 Further, in the polishing step of the present invention, when a polishing surface plate made of cast iron is used, a surface pressure of 50 gf / cm 2 or more and 200 gf / cm 2 or less is applied when the thickness of the silicon carbide crystal substrate is about 0.5 mm. It is preferable to perform polishing. This is because a practical processing rate cannot be obtained at a surface pressure of less than 50 gf / cm 2 , and conversely, a silicon carbide crystal substrate may be damaged at a surface pressure exceeding 200 gf / cm 2 .
本発明によれば、研磨砥粒を従来から使用されているダイヤモンドからダイヤモンドと炭化ボロンを混合させたものにすることで、被研磨材である炭化シリコン結晶と研磨定盤表面へのダメージを軽減出来、且つ表面の研磨加工を精密に行うことができる。 According to the present invention, polishing abrasive grains are made by mixing diamond and boron carbide from diamond that has been used conventionally, thereby reducing damage to the silicon carbide crystal to be polished and the surface of the polishing platen. And the surface can be polished precisely.
本発明の炭化シリコン結晶基板の研磨方法の一例について、図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されない。 An example of the method for polishing a silicon carbide crystal substrate of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following Example.
図1(A)は、本発明の一実施例における研磨装置の平面図、図1(B)は、同側面図、図1(C)は図1(B)中のおもりとワークガイドの組み立て体12の部分の拡大図、図1(D)は、図1(C)の組み立て図である。図1(A)〜図1(D)に示すように、研磨定盤1上に炭化シリコン結晶基板2を貼り付けた貼り付けジグ3と、加圧を行なうための適量のおもり4を載せる。
1A is a plan view of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 1B is a side view thereof, and FIG. 1C is an assembly of a weight and a work guide in FIG. 1B. An enlarged view of the portion of the body 12, FIG. 1 (D) is an assembly view of FIG. 1 (C). As shown in FIGS. 1A to 1D, a
そしてワークガイド5を炭化シリコン結晶基板2、貼り付けジグ3、おもり4の外側に取り付け、研磨定盤1を矢印P方向に回転させることで、アーム6に支えられる形で炭化シリコン結晶基板2、貼り付けジグ3、おもり4、ワークガイド5が研磨定盤1上を矢印Q方向に回転する。そしてダイヤモンドおよび炭化ボロンからなる研磨砥粒を含む研磨液7を貯留する貯留タンク15からチュービングポンプ8(例えば東京理科器械株式会社製のカセットチュービングポンプSMP−21など)を用い、シリコンチューブ9を介して定期的に研磨定盤1上に滴下することで研磨加工が進行する。ここで研磨液7は例えば一般に市販されている磁石を内蔵した攪拌子10を研磨液7の容器に入れ、容器下部から一般に市販されているスターラー11により攪拌を行い、研磨液7中のダイヤモンドおよび炭化ボロンからなる研磨砥粒が沈殿しないようにする。ここで攪拌子10、スターラー11は例えば東京理科器械株式会社製のマグネチックスターラー、攪拌子を使用してもよい。
Then, the
このとき炭化シリコン結晶基板2、貼り付けジグ3、おもり4、ワークガイド5はアーム6にモーターを取り付けなくても回転はされるが、アーム6にモーターを取り付け、独自に回転運動をさせた方がより安定した回転数で炭化シリコン結晶基板2、貼り付けジグ3、おもり4、ワークガイド5が回転するので好ましい。またこのときの研磨定盤1、アーム6の回転方向は同方向でも逆方向でも良い。またアーム6に揺動機構を取り付けても良い。
At this time, the silicon
研磨定盤1の材料は、特殊なもので無く、例えば鋳鉄など通常のダイヤモンド砥粒による粗研磨などで使用されているものでよい。炭化シリコン結晶基板2を研磨定盤1に押し付ける面圧は、炭化シリコン結晶基板2の厚みが0.5mmで研磨定盤1が鋳鉄の場合50gf/cm2〜200gf/cm2が望ましい。面圧が50gf/cm2より低い場合は、実用的に炭化シリコン結晶基板2が加工できず、反対に面圧が200gf/cm2より高い場合は、炭化シリコン結晶基板2の割れが発生しやすくなる。同様に研磨定盤1が錫の場合は50gf/cm2〜400gf/cm2であってもよい。鋳鉄と比較して錫は柔らかいためより高圧力を加えても基板の破損が生じにくいため、面圧を大きくすることができる。研磨定盤は他に酸化クロム、窒化珪素、銅、鉛、純鉄、フェノール樹脂などを含む材質であってもよい。
The material of the polishing
また研磨定盤1とアーム6により与えられる炭化シリコン結晶基板2の回転数は研磨定盤1、炭化シリコン結晶基板2のサイズ、研磨定盤1の材質、溝形状と炭化シリコン結晶基板2との組み合わせ、研磨液7の濃度、加工時の温度、湿度、研磨装置の形状にもよるが、鋳鉄からなる研磨定盤1が直径200mm、炭化シリコン結晶基板2が5.08cm(2インチ)、研磨液7を1分あたり5cc滴下した場合は最大でも40rpmである。他の研磨加工条件が同一の場合、回転数が小さい場合は加工効率が悪化するが、炭化シリコン結晶基板2表面へのダメージは小さくなるため、本実施の形態の最終段階などでは特に有効である。逆に回転数が大きい場合は、研磨定盤1上の研磨液7が飛散しやすくなり、研磨定盤1がより乾きやすくなる。研磨定盤1が乾くことは研磨定盤1上の研磨砥粒の凝集の発生につながり、深い加工傷の発生の原因ともなるので避けねばならない。
The number of rotations of the silicon
この研磨定盤1と炭化シリコン結晶基板2の回転数は通常、研磨定盤1と本実施形態でいう炭化シリコン結晶基板2に相当する被研磨材の大きさが大きくなればなるほど小さくするのが好ましい。研磨定盤1、被研磨材のサイズが大きい場合は研磨定盤1、被研磨材が小さい場合と比較して、研磨定盤1上を乾かさないために必要な研磨液7の量が多くなるため、より低速度で加工しなければ効率が悪くなる。また研磨定盤1のサイズが大きい場合は実際に加工される部分の周速度自体が速くなるため、研磨定盤1のサイズが小さい場合と比較して回転数を小さくしても加工効率は落ちにくい。これは炭化シリコン結晶基板2のサイズについても同様である。これら実際の加工具合は前述のとおり、研磨定盤1、炭化シリコン結晶基板2のサイズ、研磨定盤1の材質、溝形状と炭化シリコン結晶基板2との組み合わせ、研磨液7の濃度、加工時の温度、湿度、研磨装置の形状にもよる影響が大きい。また研磨定盤1は円形である必要はなく、また回転運動をしながら研磨を行なう必要もなく線運動、非定常運動であってもよい。
The number of revolutions of the polishing
研磨加工中は、常に研磨液7を攪拌しながら、研磨液7を研磨定盤1上に供給を行なうのが好ましい。これは研磨液7では、長時間の研磨加工中に多少の沈殿が生じるからである。さらに研磨液7中に例えば、アミン系材料であるエチレンジアミン四酢酸のような分散剤を添加し分散性を高めて使用してもよい。
During the polishing process, it is preferable to supply the polishing
研磨工程は、ダイヤモンドからなる研磨砥粒の平均粒径を変えて複数回行うのが効果的である。これは他の一般的な研磨加工と同様であるが、研磨前の炭化シリコン結晶基板2は、その面粗さが粗いので、最初に研磨する場合の研磨液7に含まれるダイヤモンドからなる研磨砥粒の平均粒径は大きいものを用い、研磨加工が進むに連れ、順次、ダイヤモンドからなる研磨砥粒の平均粒径を小さくしていくのが良い。一般に、被研磨基板へ与える面圧が同一で有れば、研磨砥粒の平均粒径は大きいほど加工レートは大きくなり(研磨時間が短くなる)、研磨後の面粗さは大きくなる。反対に、研磨砥粒の平均粒径が小さくなるほど加工レートは小さくなり、研磨後の面粗さも少なくなる。
It is effective to perform the polishing step a plurality of times while changing the average particle diameter of the abrasive grains made of diamond. This is the same as other general polishing processes, but the silicon
研磨液7の組成は、純水とダイヤモンドおよび炭化ボロンからなる研磨砥粒成分とから構成され、純水中におけるダイヤモンドの含有率は重量比で0.1重量%以上1重量%以下が好ましい。ダイヤモンドからなる研磨砥粒の純水中における含有率についてであるが、元来ダイヤモンドは他の物質と比較して硬度が極めて高いため(ヌープ硬さでダイヤモンド約7000〜9000、炭化ボロン約2750、炭化シリコン約2500、参考として石英820)若干の含有(0%でなければ)であっても十分な研磨加工を行うことが可能である。しかしながら含有率が高くなりすぎると、加工が飽和状態になり、加工レートが上昇しなくなり、また研磨砥粒の大きさにもよるが沈殿が生じ、沈殿したダイヤモンドからなる研磨砥粒が凝集してみかけの研磨砥粒径が大きくなり、研磨加工の際に、研磨定盤1や炭化シリコン結晶基板2に大きな加工傷を与える。さらに、研磨液7中に濃度分布が生じてしまうので、加工品質にむらが生じる原因となる。また反対に極端にダイヤモンドからなる研磨砥粒の純水中の含有率が低い場合は、加工が進行しないという問題が生じる。
The composition of the polishing
続いて炭化ボロンからなる研磨砥粒の純水中に含有するダイヤモンドからなる研磨砥粒に対する含有率であるが、これは混合させるダイヤモンドからなる研磨砥粒と炭化ボロンからなる研磨砥粒の平均粒径により大きく支配される。表1、表2に10μm、15μm、20μm、30μmの4種類の平均粒径をもつダイヤモンドからなる研磨砥粒にF1000(平均粒径が約5μmで、3μmから7μmの粒径の砥粒が60%以上含有をいう。)、F1200(平均粒径が約2μmで、3μm以下の粒径の砥粒が60%以上含有をいう。)、1500(平均粒径が約0.5μmで、0.5μm以下の粒径の砥粒が60%以上含有をいう。)の3種類の平均粒径の炭化ボロンからなる研磨砥粒をそれぞれ複数の混合比で混ぜ、作製した研磨液7を用いて、研磨加工を行った際の加工傷深さ、加工レートを表1、表2に示す。 Subsequently, the content ratio of abrasive grains made of boron carbide to abrasive grains made of diamond contained in pure water, which is an average grain of abrasive grains made of diamond to be mixed and abrasive grains made of boron carbide It is largely controlled by the diameter. Tables 1 and 2 show that F1000 (with an average particle diameter of about 5 μm and a particle diameter of 3 μm to 7 μm is 60 μm) made of diamond having four types of average particle diameters of 10 μm, 15 μm, 20 μm and 30 μm F1200 (mean particle size is about 2 μm and abrasive particles with a particle size of 3 μm or less is 60% or more), 1500 (average particle size is about 0.5 μm, 0. Abrasive grains having a particle diameter of 5 μm or less are said to contain 60% or more.) Three types of abrasive grains made of boron carbide having an average particle diameter are mixed at a plurality of mixing ratios, and the prepared polishing liquid 7 is used. Tables 1 and 2 show the processing flaw depth and processing rate when polishing is performed.
加工条件は以下のとおりである。研磨定盤1には鋳鉄を用い、研磨定盤1の回転数は40rpm、面圧は150gf/cm2、研磨液7の供給量は1分あたり5ccとした。ここで表1における加工傷深さは株式会社キーエンス製レーザー顕微鏡VK8500で測定した。本願発明において加工傷の深さはすべて同レーザー顕微鏡で測定した。また表2の加工レートは加工前後の炭化シリコン結晶基板2の重量を電子天秤にて測定し、その差から算出した。表1において×は加工傷深さが1.0μm以上のもの、△は加工傷深さが0.6μm以上1.0μm未満のもの、○は加工傷の深さが0.6μm未満であることを示す。表2において△は炭化ボロンを混合しない場合(炭化ボロン混合比0%)の加工レートと同じ程度のもの、×は△に対して加工レートが10%以上遅くなったもの、○は△に対して加工レートが10%以上速くなったもの、◎は△に対して加工レートが30%以上速くなったことを示す。
The processing conditions are as follows. The polishing
ただし、ダイヤモンドの平均粒径が15μm、炭化ボロンの平均粒径が0.5μmの時は、ダイヤモンドに対する炭化ボロン混合比は5重量%以上20重量%以下で良好であった。ダイヤモンドの平均粒径が20μm、炭化ボロンの平均粒径が0.5μmの時は、ダイヤモンドに対する炭化ボロン混合比は20重量%以上40重量%以下で、ダイヤモンドの平均粒径が30μm、炭化ボロンの平均粒径が0.5μmの時は、ダイヤモンドに対する炭化ボロン混合比は40重量%以上60重量%以下で、良好な結果が得られた。 However, when the average particle diameter of diamond was 15 μm and the average particle diameter of boron carbide was 0.5 μm, the boron carbide mixing ratio with respect to diamond was good at 5 wt% or more and 20 wt% or less. When the average particle diameter of diamond is 20 μm and the average particle diameter of boron carbide is 0.5 μm, the mixing ratio of boron carbide to diamond is 20% by weight to 40% by weight, the average particle diameter of diamond is 30 μm, When the average particle size was 0.5 μm, the mixing ratio of boron carbide to diamond was 40% by weight or more and 60% by weight or less, and good results were obtained.
またダイヤモンドの平均粒径が15μm、炭化ボロンの平均粒径が0.5μm、ダイヤモンドに対する炭化ボロン混合比が5重量%以上20重量%以下の場合は研磨加工後の表面粗さRzが1μm以下となっており、本発明における炭化シリコン結晶基板の粗研磨工程の目標値を達成していることが確認できた。本発明におけるポイントは加工傷深さが浅くかつ加工レートも速いことであるが、より重要なのは加工傷深さが浅いことであるので本発明における有効な条件を探す場合は表1が重要となる。通常は、加工傷深さが浅くて、加工レートが遅い条件は用途があるが、加工傷深さが深くて、加工レートが速い条件には用途がないので、ダイヤモンド砥粒と炭化ボロン砥粒の複合研磨砥粒を使用して炭化シリコン結晶基板を研磨する方法は、有用である。 When the average particle diameter of diamond is 15 μm, the average particle diameter of boron carbide is 0.5 μm, and the boron carbide to diamond mixing ratio is 5 wt% or more and 20 wt% or less, the surface roughness Rz after polishing is 1 μm or less. It was confirmed that the target value for the rough polishing step of the silicon carbide crystal substrate in the present invention was achieved. The point in the present invention is that the depth of the processing flaw is shallow and the processing rate is fast, but more important is that the depth of the processing flaw is shallow, so Table 1 is important when searching for effective conditions in the present invention. . Normally, there are applications where the processing depth is shallow and the processing rate is slow, but there are no applications for conditions where the processing depth is deep and the processing rate is high, so diamond abrasive grains and boron carbide abrasive grains A method of polishing a silicon carbide crystal substrate using the composite abrasive grains is useful.
表1、表2の結果から傾向として大きなダイヤモンドからなる研磨砥粒により小さな炭化ボロンからなる研磨砥粒を混合させることで加工傷深さの減少、加工レート向上の効果が高いことが確認できる。例えばダイヤモンドの平均粒径が10μmの場合、良好な結果は得られていないが、20μm、30μmとダイヤモンドの平均粒径が大ききなるほど良好な結果が得られていることが分かる。またダイヤモンドの平均粒径が20μmの条件を見た場合、炭化ボロンの平均粒径が小さいほど良好な結果が得られていることが分かる。特に加工レートにおいて顕著な傾向が見受けられる。 From the results shown in Tables 1 and 2, it can be confirmed that the effect of reducing the processing flaw depth and improving the processing rate is high by mixing the abrasive grains made of small boron carbide with the abrasive grains made of large diamond. For example, when the average particle diameter of diamond is 10 μm, good results are not obtained, but it can be seen that better results are obtained as the average particle diameter of diamond is increased to 20 μm and 30 μm. Further, when the condition that the average particle diameter of diamond is 20 μm is seen, it can be seen that the smaller the average particle diameter of boron carbide is, the better results are obtained. In particular, a remarkable tendency can be seen in the processing rate.
表1において、加工傷深さが0.6μm未満の場合を○と表示しているが、この○の結果が得られる条件での加工時間と加工量の関係を図2に示す。また図2には従来の条件であるダイヤモンド砥粒のみからなる研磨砥粒(平均粒径15μm)の場合も併せて示す。 In Table 1, the case where the depth of the processing flaw is less than 0.6 μm is indicated by “◯”, and FIG. 2 shows the relationship between the processing time and the processing amount under the condition where the result of “◯” is obtained. In addition, FIG. 2 also shows the case of polishing abrasive grains (average particle diameter of 15 μm) consisting only of diamond abrasive grains, which is a conventional condition.
これをみると図2中(4)の条件で加工傷深さ(0.6μm以下)を考慮した場合の加工レートにおいて、飛躍的に加工量が増大していることが確認できる。例えば炭化シリコン結晶基板2を50μm削る場合、従来の条件(図2中(1)の条件)では約50分必要であるが、30μmの平均粒径のダイヤモンドからなる研磨砥粒に0.5μmの平均粒径の炭化ボロンからなる研磨砥粒を混ぜた(4)の条件では炭化シリコン結晶基板2を50μm削るのに要する時間はわずか15分ほどになる。またこの時の炭化シリコン結晶基板2表面への加工傷深さは(1)の従来条件では0.6μm以上1.0μm未満であったものが(4)の条件では0.6μm未満に減少しており後工程のコロイダルシリカ等を用いた精密研磨工程での負担を大きく減少させることが可能となる。
From this, it can be confirmed that the machining amount is dramatically increased at the machining rate when the machining flaw depth (0.6 μm or less) is considered under the condition (4) in FIG. For example, when cutting the silicon
もちろん、加工レートに関しては、炭化ボロン砥粒を混合しないダイヤモンド砥粒のみの場合も、それぞれのダイヤモンド砥粒の平均粒子径に対応した平均粒子径の炭化ボロン砥粒を混合した場合に近い加工レートが得られるが、複合砥粒を使用した場合、加工傷深さを考慮した加工レートがダイヤモンド砥粒のみの研磨砥粒を用いた場合に比べ、改善される。 Of course, regarding the processing rate, even when only diamond abrasive grains not mixed with boron carbide abrasive grains are used, the processing rate is close to that when boron carbide abrasive grains having an average particle diameter corresponding to the average particle diameter of each diamond abrasive grains are mixed. However, when the composite abrasive is used, the processing rate considering the processing flaw depth is improved as compared with the case where the abrasive abrasive using only the diamond abrasive is used.
表1、表2の結果をまとめると以下のことが言える。ダイヤモンドからなる研磨砥粒の平均粒径は10μm以上30μm以下であれば加工傷深さを減少できていることが確認できる。ここでダイヤモンドからなる研磨砥粒の平均粒径が10μmの場合は加工傷深さにおいては若干抑制する効果が確認できているが、実用性は低い。また反対に30μmを越す場合は研磨砥粒が大きすぎるため研磨液7中で研磨砥粒を分散させるのが容易でなく、研磨加工中に研磨砥粒の沈殿、凝集が生じてしまいこれも実用的でない。
The following can be said by summarizing the results of Tables 1 and 2. It can be confirmed that if the average grain size of the abrasive grains made of diamond is 10 μm or more and 30 μm or less, the processing flaw depth can be reduced. Here, when the average grain size of the abrasive grains made of diamond is 10 μm, the effect of suppressing the processing scratch depth is confirmed, but the practicality is low. On the other hand, if it exceeds 30 μm, it is not easy to disperse the abrasive grains in the polishing
炭化ボロンからなる研磨砥粒の平均粒径は3μm(F1200)以下であれば、加工傷深さが浅くなり、加工レートも30%以上速くなっている条件があるが、実用性を考慮すると炭化ボロンの平均粒径は0.5μm(1500)以下が好適といえる。 If the average particle size of the abrasive grains made of boron carbide is 3 μm (F1200) or less, there is a condition that the depth of the processing flaw becomes shallow and the processing rate is also increased by 30% or more. The average particle size of boron is preferably 0.5 μm (1500) or less.
加工傷は、ダイヤモンド砥粒で決まるのでその平均粒径が小さい程、加工傷深さが浅くなる。しかし、加工レートは、ダイヤモンド砥粒の平均粒径が大きい程良好であり、ダイヤモンド砥粒の平均粒径が小さくかつ、加工レートも良好な条件として、炭化ボロン砥粒を混合した加工例を示す表1と表2より、ダイヤモンド砥粒の平均粒子径が15μmで、炭化ボロン砥粒の平均粒子径が0.5μmで、混合比が5〜15重量%が得られる。 Since the processing flaw is determined by the diamond abrasive grains, the smaller the average particle size, the shallower the processing flaw depth. However, the processing rate is better as the average grain size of the diamond abrasive grains is larger, and a processing example in which boron carbide abrasive grains are mixed is shown as a condition that the average grain diameter of the diamond abrasive grains is smaller and the processing rate is also better. From Table 1 and Table 2, the average particle diameter of the diamond abrasive grains is 15 μm, the average particle diameter of the boron carbide abrasive grains is 0.5 μm, and the mixing ratio is 5 to 15% by weight.
炭化ボロンとの混合砥粒を用いた場合、表1と表2の結果を見るとダイヤモンドからなる研磨砥粒の平均粒径を小さくしていくと、炭化シリコン結晶基板の加工後の表面粗さRzとして1μm以下を得られる場合が多くなる。加工傷深さが浅くかつ加工レートも速い条件として、ダイヤモンドからなる研磨砥粒の平均粒径が15μm、炭化ボロンからなる研磨砥粒の平均粒径が0.5μm(1500)、ダイヤモンドに対する炭化ボロンの混合比が10重量%(5重量%以上20重量%以下)の条件が最も本発明における粗研磨工程での最終研磨条件として好適であるといえる。ここでダイヤモンドからなる研磨砥粒の平均粒径が15μmの研磨砥粒とは12μmから16μmの研磨砥粒が50%以上含有されているものである。 When mixed abrasive grains with boron carbide are used, the results of Tables 1 and 2 show that when the average grain size of abrasive grains made of diamond is reduced, the surface roughness after processing of the silicon carbide crystal substrate is reduced. In many cases, Rz of 1 μm or less can be obtained. As conditions where the depth of processing flaws is shallow and the processing rate is high, the average grain size of abrasive grains made of diamond is 15 μm, the average grain size of abrasive grains made of boron carbide is 0.5 μm (1500), and boron carbide against diamond The mixing ratio of 10 wt% (5 wt% or more and 20 wt% or less) can be said to be most suitable as the final polishing condition in the rough polishing step in the present invention. Here, the abrasive grains made of diamond having an average grain size of 15 μm contain 50% or more of abrasive grains having a diameter of 12 μm to 16 μm.
炭化ボロンからなる研磨砥粒をダイヤモンドからなる研磨砥粒に混合させ、研磨液7として用いた場合、加工傷深さが減少し、加工レートが向上する理由であるが、これはダイヤモンドと炭化ボロン各研磨砥粒の流動性に求めることができる。研磨液7自体の流動性を確認することは困難であるので、代替的にダイヤモンド、炭化ボロン各研磨砥粒の粉体での流動性を確認した。粉体の流動性を確認する手法として安息角測定という手法がある。安息角は測定環境により測定値が大きくばらつき、定量測定には向かないが、簡便に測定が可能であり粉体流動性の基本データのひとつとなっている。安息角の測定手法としては容器に粉体を充填し、容器を傾けた際にどの角度で滑りが生じるかを確認する。即ち、より低角度で滑りが生じた場合は流動性が高く、反対に高角度で滑りが生じた場合は流動性が低いということになる。この安息角の測定により炭化ボロンからなる研磨砥粒(安息角:約40°)はダイヤモンドからなる研磨砥粒(安息角:約60°)と比べ流動性が高いことが確認され、ダイヤモンドからなる研磨砥粒に10%の炭化ボロンからなる研磨砥粒を含有させた複合研磨砥粒はダイヤモンドからなる研磨砥粒単体と炭化ボロンからなる研磨砥粒単体での安息角の値の中間(安息角:約50°)となり、またダイヤモンドからなる研磨砥粒に炭化ボロンからなる研磨砥粒を含有させることで粒子の流動性が高まることが確認できた。
When abrasive grains made of boron carbide are mixed with abrasive grains made of diamond and used as polishing
この安息角の測定結果から炭化ボロンからなる研磨砥粒の純水中に含有するダイヤモンドからなる研磨砥粒に対する含有率が低い場合は、流動性が上がらず、従来のダイヤモンドからなる研磨砥粒単体での加工に等しい状態での加工がなされ、炭化シリコン結晶基板2表面に深い傷が形成される原因となる。反対に炭化ボロンからなる研磨砥粒の純水中に含有するダイヤモンドからなる研磨砥粒に対する含有率が高い場合は、研磨液7の流動性が高くなりすぎダイヤモンドからなる研磨砥粒がより滑りやすくなり、炭化シリコン結晶基板2表面での加工が進まないため加工性が減退する原因となる。また一部で研磨砥粒濃度が高くなり、砥粒凝集が生じ、突発的な加工傷の発生の原因ともなりうる。
From the measurement result of the angle of repose, when the content of abrasive grains made of boron carbide with respect to abrasive grains made of diamond contained in pure water is low, fluidity does not increase, and conventional abrasive grains made of diamond alone Processing in a state equal to the processing in
また炭化ボロンはダイヤモンドを除いて最も硬度の高い材料のひとつであり、また化学的にも安定なため、研磨加工中に変形することがなく安定して炭化シリコン結晶基板2の研磨加工を行うことができる。
Boron carbide is one of the hardest materials except diamond and is chemically stable, so that the silicon
即ち本願発明において、炭化ボロンからなる研磨砥粒を純水中に含有するダイヤモンドからなる研磨砥粒に適量に含有させた研磨液7を用いて炭化シリコン結晶基板2を研磨加工することは、炭化ボロンからなる研磨砥粒の含有によりダイヤモンドからなる研磨砥粒の流動性を向上させ、その結果としてダイヤモンドと炭化ボロンからなる研磨砥粒の運動量が増加することで、より高速に炭化シリコン結晶基板2の加工が行われ、またダイヤモンドと炭化ボロンからなる研磨砥粒の滑りがよくなることで、特にダイヤモンドからなる研磨砥粒が炭化シリコン結晶基板2に深く突き刺さることがなくなり、深い加工傷が生じにくくなるといえる。これにより粗研磨工程での加工傷が浅くなり、後工程であるコロイダルシリカ等を用いた精密研磨での負担を減らすことが可能となる。
That is, in the present invention, polishing the silicon
以下に、本発明の研磨方法の効果を、図1の研磨装置を用いて、2段階の研磨工程を使用して加工傷深さを測定した例を、詳細に説明し、測定結果を表3に示す。 Hereinafter, the effect of the polishing method of the present invention will be described in detail with reference to an example in which the processing flaw depth was measured using the polishing apparatus of FIG. Shown in
炭化シリコン結晶基板2には初期表面粗さRz(最大高さ)=50μmの2インチサイズのCREE、INC社製のSiC単結晶基板を使用した。Rzは小坂研究所製触針式形状測定器SurfcorderSE3500で測定した。貼り付けジグ3への炭化シリコン結晶基板2の貼り付けには日化精工株式会社製のエレクトロンワックスを使用した。
As the silicon
また研磨定盤1には第1工程では鋳鉄、第2工程では錫を使用した。研磨液7を研磨定盤1上に1分当たりに5cc滴下し、研磨定盤1およびアーム6の回転数を同方向に40rpmとして、おもり4により炭化シリコン結晶基板2へ面圧で150gf/cm2の加圧力を与えた。加工時間は第1工程を10分、第2工程を15分とし、第2工程終了後炭化シリコン結晶基板2の表面状態はRz=1μmとなった。
The polishing
比較例1においては、研磨液7に有限会社エフアールティージャパン製のダイヤモンド砥粒を純水に含有させたものを使用した。ダイヤモンドからなる研磨砥粒は第1工程で平均粒径15μmのものを第2工程で1μmのものをそれぞれ使用した。使用した研磨液7がダイヤモンドのみの研磨砥粒を含有するものである以外は実施例1と同様とした。また加工時間は第1工程20分、第2工程30分とした。
In Comparative Example 1, a polishing
表3には、実施例1の第1工程、第2工程、比較例1の第1工程、第2工程の各研磨加工結果のうち、それぞれの加工条件での加工レートおよび加工傷深さを示す。加工レートは研磨加工前後の炭化シリコン結晶基板2の重量を電子天秤により測定し、炭化シリコン結晶基板2の比重を3.2として計算した加工除去量を1時間あたりの量で示したものである。加工傷深さは前述のレーザー顕微鏡測定した値である。
Table 3 shows the processing rate and the processing flaw depth under the respective processing conditions among the polishing processing results of the first step, the second step, the first step of the comparative example 1, and the second step of Example 1. Show. The processing rate is a value obtained by measuring the weight of the silicon
表3にあるように、サンプル1は比較例1のダイヤモンドのみからなる研磨液7を用いた場合と比較して加工レート、加工傷深さとも改善していることが分かる。ここでサンプル1の第2工程において使用した研磨液7は図2の(2)に示すものと同じものであるが、加工レートが異なるのは研磨定盤1の硬さが異なるためである。即ち、図2の(2)で使用した研磨定盤より若干硬い定盤を用いたため、加工レートが半分程度になっているが、比較例1に比べ、第2工程では10倍以上加工レートの向上がみられる。
As shown in Table 3, it can be seen that
表3より、第1工程では、加工傷深さ0.55μmで加工レート180μ/h、第2工程では、加工傷深さ0.53μmで加工レート35μm/hが得られた。従って、上記サンプル1の条件で研磨加工を行えば、従来と比較してより高速にかつ深い加工傷を炭化シリコン結晶基板2に与えることなく加工を進めることができ、より品質のよい炭化シリコン結晶基板2を得ることができる。
From Table 3, a processing rate of 180 μ / h was obtained at a processing scratch depth of 0.55 μm in the first step, and a processing rate of 35 μm / h was obtained at a processing scratch depth of 0.53 μm in the second step. Therefore, if the polishing process is performed under the conditions of the
本発明によれば、ダイヤモンドからなる研磨砥粒に炭化ボロンからなる研磨砥粒を混合させて研磨液として使用することで、通常のダイヤモンドからなる研磨砥粒での研磨加工と比較して、より高速にかつ炭化シリコン結晶基板へのダメージを抑制した炭化シリコン結晶基板を提供でき、炭化シリコン結晶基板の研磨方法として有用である。 According to the present invention, by mixing abrasive grains made of diamond with abrasive grains made of boron and using it as a polishing liquid, compared to polishing with ordinary abrasive grains made of diamond, It is possible to provide a silicon carbide crystal substrate that can prevent damage to the silicon carbide crystal substrate at high speed, and is useful as a method for polishing a silicon carbide crystal substrate.
1 研磨定盤
2 炭化シリコン結晶基板
3 貼り付けジグ
4 おもり
5 ワークガイド
6 アーム
7 研磨液
8 チュービングポンプ
9 シリコンチューブ
10 攪拌子
11 スターラー
12 おもりとワークガイドの組み立て体
15 貯留タンク
DESCRIPTION OF
Claims (7)
予め表面粗さRz=50μm以下に表面加工された後の炭化シリコン結晶基板であって、
前記ダイヤモンド砥粒の平均粒径より小さい炭化ボロン砥粒を第2の研磨剤とし、前記ダイヤモンド砥粒の平均粒径に応じて所定の重量比で混合し、前記炭化シリコン結晶基板の加工傷深さを所定値より小さく研磨することを特徴とする炭化シリコン結晶基板の研磨方法。 An abrasive slurry containing diamond abrasive as a main component is dripped onto a rotating polishing surface plate, and a silicon carbide crystal substrate as a material to be polished is pressed against the polishing surface plate with a predetermined pressure. In the polishing method of the silicon carbide crystal substrate to be polished,
A silicon carbide crystal substrate after surface processing to a surface roughness Rz = 50 μm or less in advance,
Boron carbide abrasive grains smaller than the average grain diameter of the diamond abrasive grains are used as a second abrasive, and are mixed at a predetermined weight ratio according to the average grain diameter of the diamond abrasive grains. A method for polishing a silicon carbide crystal substrate, characterized by polishing the thickness less than a predetermined value.
前記ダイヤモンド砥粒の平均粒径より小さい炭化ボロン砥粒を第2の研磨剤とし、
前記炭化ボロンの混合比は、各研磨工程で使用する前記ダイヤモンド砥粒の平均粒径に応じて決定されるが、該ダイヤモンド砥粒の研磨剤に対して最大60%重量比とし、最初の研磨工程に使用するダイヤモンド砥粒の平均粒径が30μmであり、逐次実施する研磨工程では、当該ダイヤモンド砥粒の平均粒径を小さくすることを特徴とする炭化シリコン結晶基板の研磨方法。 An abrasive slurry containing diamond abrasive as a main component is dripped onto a rotating polishing surface plate, and a silicon carbide crystal substrate as a material to be polished is pressed against the polishing surface plate with a predetermined pressure. In the method for polishing a silicon carbide crystal substrate in which a plurality of polishing steps are sequentially performed using abrasives having different average particle diameters of the diamond abrasive grains,
Boron carbide abrasive grains smaller than the average grain size of the diamond abrasive grains as the second abrasive,
The mixing ratio of the boron carbide is determined in accordance with the average particle diameter of the diamond abrasive grains used in each polishing step, and the maximum polishing ratio is 60% with respect to the abrasive of the diamond abrasive grains. A method for polishing a silicon carbide crystal substrate, characterized in that the average grain size of diamond abrasive grains used in the process is 30 μm, and the average grain diameter of the diamond abrasive grains is reduced in the sequential polishing process.
予め表面粗さRz=50μm以下に表面加工された後の炭化シリコン結晶基板を貼り付ける貼り付け冶具と、
前記貼り付け冶具を介して炭化シリコン結晶基板を研磨定盤に押し当てる所定の面圧を印加するためのおもりと、
主研磨剤のダイヤモンド砥粒に所定の重量比の炭化ボロンを混合した複合研磨砥粒を水に含有させた研磨液を貯留する貯留タンクと、
前記貯留タンク内の研磨液を攪拌するために当該貯留タンク下部に設置される攪拌子と、
を備え、
前記炭化シリコン結晶基板を貼り付けた貼り付け冶具を回転するとともに、前記研磨液を前記攪拌子を用いて攪拌し前記研磨定盤上に滴下しながら研磨することを特徴とする炭化シリコン結晶基板の研磨装置。 A polishing liquid is dropped on a polishing surface plate rotating a polishing material slurry containing a polishing agent mainly containing diamond abrasive grains in water, and a silicon carbide crystal substrate as a material to be polished is applied to the polishing surface plate with a predetermined pressure. In the silicon carbide crystal substrate polishing apparatus pressed and polished with
An affixing jig for affixing a silicon carbide crystal substrate that has been surface-treated to a surface roughness Rz = 50 μm or less in advance;
A weight for applying a predetermined surface pressure to press the silicon carbide crystal substrate against the polishing surface plate via the attaching jig;
A storage tank for storing a polishing liquid containing water containing composite abrasive grains in which a predetermined weight ratio of boron carbide is mixed with diamond abrasive grains of a main abrasive;
A stirring bar installed at the bottom of the storage tank for stirring the polishing liquid in the storage tank;
With
A silicon carbide crystal substrate comprising: a silicon carbide crystal substrate, wherein the silicon carbide crystal substrate is polished while rotating a bonding jig on which the silicon carbide crystal substrate is bonded, stirring the polishing liquid using the stirrer, and dropping the polishing liquid on the polishing platen. Polishing equipment.
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CN115091354A (en) * | 2019-12-17 | 2022-09-23 | 深圳硅基仿生科技有限公司 | Grinding tool for grinding ceramic surfaces |
CN117681064A (en) * | 2024-02-04 | 2024-03-12 | 合肥先端晶体科技有限责任公司 | Diamond rapid polishing method and device based on ultraviolet light |
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011110656A (en) * | 2009-11-27 | 2011-06-09 | Admatechs Co Ltd | Polishing composition and polishing method |
CN115091354A (en) * | 2019-12-17 | 2022-09-23 | 深圳硅基仿生科技有限公司 | Grinding tool for grinding ceramic surfaces |
CN115091354B (en) * | 2019-12-17 | 2023-09-26 | 深圳硅基仿生科技股份有限公司 | Abrasive article for abrading ceramic surfaces |
CN113752093A (en) * | 2020-06-05 | 2021-12-07 | 化大兰天密封技术(天津)有限公司 | Silicon carbide grinding and polishing method |
CN117681064A (en) * | 2024-02-04 | 2024-03-12 | 合肥先端晶体科技有限责任公司 | Diamond rapid polishing method and device based on ultraviolet light |
CN117681064B (en) * | 2024-02-04 | 2024-04-30 | 合肥先端晶体科技有限责任公司 | Diamond rapid polishing method and device based on ultraviolet light |
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