JP2013117007A

JP2013117007A - 研磨材

Info

Publication number: JP2013117007A
Application number: JP2012041156A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Tani; 泰弘谷; Chuji Kirino; 宙治桐野
Original assignee: CRYSTAL KOGAKU KK; TOOL BANK KK; Crystal Optics Inc
Current assignee: CRYSTAL KOGAKU KK; TOOL BANK KK; Crystal Optics Inc
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-06-13
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: JP6078864B2

Abstract

【課題】ラッピング研磨加工を行う際のラップ定盤上での滞留性を向上させることにより、研磨能率を向上させることができる研磨材を提供する。
【解決手段】ダイヤモンド、アルミナ、及び炭化ケイ素のいずれかを主成分とする砥粒に、短径が前記砥粒の平均粒径よりも小さく、且つ硬度が前記砥粒よりも低い金属酸化物、非酸化物、金属又はこれらの混合物を含有させた混合粉体からなることを特徴とする研磨材３。
【選択図】図１

Description

本発明は、研磨材に関し、特にラッピング研磨加工を行う際に用いる研磨材に関する。

従来から、例えば、半導体基板であるシリコンウェハ等の研磨工程では、単結晶インゴットをスライスしてウェハとしたものをラッピング研磨加工と呼ばれる粗研磨を経て、更に平坦度を向上させるために、ポリシング研磨加工（仕上げ研磨）という段階を重ねて研磨が行われている。

このような研磨工程のうちのラッピング研磨加工では、従来から研磨材として主にダイヤモンド、アルミナ、炭化ケイ素等からなる硬度が高い研磨材が用いられていた。ラッピング研磨加工を行う際には、例えば、これらの研磨材を加工液に分散させたラップ剤をシリコンウェハ等の研磨対象物が押し付けられるラップ定盤の研磨面へと供給させた状態で、ラップ定盤と研磨対象物を相対的に回転させることでラッピング研磨が行われる。しかしながら、ラップ定盤上に供給される研磨材は、ラッピング研磨加工を行う際にラップ定盤上から流されてしまうため効率良く研磨を行うことができないという問題があった。

このような問題を解決するために、従来からダイヤモンド等の研磨材を粘性が高いペーストに分散させることにより、ラップ定盤上での滞留性を向上させることが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、研磨材が供給されるラップ定盤上の研磨面をラップ剤に含まれるダイヤモンド砥粒（研磨材）と馴染みが良い材質を用いることにより、砥粒と研磨面との間の滑りを抑制することが開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−１４６３４５号公報特開２００７−０７５９４８号公報

しかしながら、特許文献１のように研磨材を分散させるペーストによって、ラッピング研磨加工の際にラップ定盤上に供給される研磨材の滞留性を向上させるものや特許文献２のようにラップ定盤の研磨面の材質によって、ラップ定盤上の研磨材の滞留性を向上させるものは提案されているが、研磨材が有する研磨作用を阻害することなく立体障害効果により、ラップ定盤上での滞留性を向上させたものはこれまでなかった。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、ラッピング研磨加工を行う際のラップ定盤上での滞留性を向上させることにより、研磨能率を向上させることができる研磨材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の研磨材は、ダイヤモンド、アルミナ、及び炭化ケイ素のいずれかを主成分とする砥粒に、短径が前記砥粒の平均粒径よりも小さく、且つ硬度が低い金属酸化物、非酸化物、金属又はこれらの混合物を含有させた混合粉体からなることを特徴としている。

請求項２に記載の研磨材は、平均粒径が１μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴としている。

請求項３に記載の研磨材は、前記金属酸化物、前記非酸化物、前記金属又はこれらの混合物は、前記研磨材全体の質量を１００ｗｔ％とした場合の１０ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下の割合で含まれることを特徴としている。

請求項１に記載の研磨材によれば、ダイヤモンド、アルミナ、及び炭化ケイ素のいずれかを主成分とする砥粒に、該砥粒よりも平均粒径が小さく、且つ硬度が低い金属酸化物、非酸化物、金属又はこれらの混合物を含んでいるので、前記研磨材と同等の沈降特性を示す添加物のためにその立体障害効果により前記研磨材の動きを抑制することができ、ラッピング研磨を行う際のラップ定盤上での滞留性を向上させることができる。これにより、ラップ定盤上のラッピング研磨に作用する研磨材の個数を増加させることができるので、研磨能率を向上させることができる。

請求項２に記載の研磨材によれば、平均粒径が１μｍ以上３０μｍ以下であるので、加工液等に分散させた際の分散性を向上させることができる。

請求項３に記載の研磨材によれば、金属酸化物、非酸化物、金属又はこれらの混合物は、研磨材全体の質量を１００ｗｔ％とした場合の１０ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下の割合で含まれるので、ダイヤモンド、アルミナ、及び炭化ケイ素のいずれかを主成分とする砥粒の研磨作用を阻害することなく、立体障害効果を大きくすることができるため、より効率的に研磨能率を改善することができる。

本発明に係る研磨材による作用を説明するための概略説明図である。

以下、本発明に係る研磨材について説明する。本発明の研磨材は、ダイヤモンド、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）のいずれかを主成分とする砥粒に、金属酸化物、非酸化物、金属又はこれらの混合物を含有させた混合粉体からなるものであり、主としてラッピング研磨加工を行う際の研磨材（砥粒）として用いられるものである。

ダイヤモンド、アルミナ、及び炭化ケイ素のいずれかを主成分とする砥粒に、添加される金属酸化物、非酸化物、金属又はこれらの混合物としては、例えば比重が前記砥粒よりも大きいものを用いる。例えば、ダイヤモンドを主成分とする砥粒の場合には、ダイヤモンドの比重が３．５２であるので、この比重よりも大きい金属酸化物、非酸化物、金属又はこれらの混合物を添加する。また、同様にアルミナを主成分とする砥粒に対しては、アルミナの比重が３．９７であるので、この比重よりも大きい金属酸化物、非酸化物、金属又はこれらの混合物を添加し、炭化ケイ素を主成分とする砥粒に対しては、炭化ケイ素の比重が３〜３．２であるので、この比重より大きい金属酸化物、非酸化物、金属又はこれらの混合物を添加する。尚、より好ましくは比重が、４以上の金属酸化物、非酸化物、金属又はこれらの混合物を用いるが、必ずしも比重が前記砥粒よりも大きいものである必要はなく、滞留性を向上させることができる金属酸化物、非酸化物、金属又はこれらの混合物であれば良く、例えば炭化ケイ素を主成分とする砥粒にシリカ（ＳｉＯ_２：比重２．２）等の比重が小さい金属酸化物等を添加しても良い。

また、金属酸化物、非酸化物、金属又はこれらの混合物としては、ダイヤモンド、アルミナ、及び炭化ケイ素のいずれかを主成分とする砥粒よりも硬度が低いものを用いる。通常、ダイヤモンドのモース硬度が１０、アルミナのモース硬度が９、炭化ケイ素のモース硬度が９．３であるので、これらのモース硬度よりも低い金属酸化物、非酸化物、金属又はこれらの混合物を用いる。

このようなダイヤモンド、アルミナ、及び炭化ケイ素のいずれかを主成分とする砥粒に添加する金属酸化物としては、例えば、酸化鉛（ＰｂＯ：比重９．５）、三酸化タングステン（ＷＯ_３：比重７．１６）、酸化スズ（ＳｎＯ_２：比重６．９５）、酸化ニッケル（ＮｉＯ：比重６．７）、酸化銅（ＣｕＯ：比重６．３）、酸化銀（Ａｇ_２Ｏ：比重７．１４）、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４：比重４．９〜５．９）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２：比重５．８９）、酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３：比重５．２１）等が用いられる。また、金属酸化物としては、２種類の金属からなる酸化物である金属複酸化物を用いても良い。金属複酸化物としては、例えば、酸化バリウムジルコニウム（ＢａＺｒＯ_３：比重５．５２）、タングステン酸ジルコニウム（ＺｒＷ_２Ｏ_８：比重６．５２）、酸化タングステンストロンチウム（ＳｒＷＯ_４：比重６．２）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３：比重６．１）、珪酸ジルコニウム（ＺｒＳｉＯ_４：比重３．９〜４．７）等を用いることができる。また、その他、前記砥粒よりも硬度が低い金属酸化物であれば適宜用いることができる。

ダイヤモンド、アルミナ、及び炭化ケイ素のいずれかを主成分とする砥粒に添加する非酸化物としては、例えば、タングステンカーバイド（ＷＣ：比重１５．５〜１５．７）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ：比重６．７３）等の炭化物の他、塩化銀（ＡｇＣｌ：比重５．５６）、窒化チタン（ＴｉＮ：比重５．２４）等が用いられる。また、その他、前記砥粒よりも硬度が低い非酸化物を用いても良い。尚、非酸化物とは、金属単体ではなく、金属に酸素以外の元素を結合したものである。

ダイヤモンド、アルミナ、及び炭化ケイ素のいずれかを主成分とする砥粒に添加する金属としては、例えば、鉄（Ｆｅ：比重７．８５）、タングステン（Ｗ：比重１９．３）、錫（Ｓｎ：比重７．３）、鉛（Ｐｂ：比重１１．３）、銅（Ｃｕ：比重９．０）、銀（Ａｇ：比重１０．５）、ニッケル（Ｎｉ：比重８．７）、真鍮（比重８．５）等を用いる。また、ダイヤモンド、アルミナ、及び炭化ケイ素のいずれかを主成分とする砥粒に含められる金属酸化物、非酸化物、金属、又はこれらの混合物としては、ラッピングの際に、研磨対象物の表面に傷やスクラッチ等が生じるのを抑制するために、その短径（最も短い直径）が、ダイヤモンド、アルミナ、及び炭化ケイ素のいずれかを主成分とする砥粒の平均粒径よりも小さいものを用いる。

ダイヤモンド、アルミナ、及び炭化ケイ素のいずれかを主成分とする砥粒としては、特に制限はないが、例えば、従来から一般に市販されているラッピング用のダイヤモンド、アルミナ、及び炭化ケイ素を主成分として６０ｗｔ％以上含む砥粒を用いることができる。

ダイヤモンド、アルミナ、及び炭化ケイ素のいずれかを主成分とする砥粒に含められる金属酸化物、非酸化物、金属又はこれらの混合物は、ラッピング加工を行う際に前記砥粒の研磨作用を阻害することなく、滞留性を向上させるために、研磨材全体の質量を１００ｗｔ％とした場合の１０ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下の割合で含められる。これにより、本発明の研磨材の立体障害作用を従来のラッピング加工の際に使用される研磨材よりも大きくすることができるので、図１に示すように、研磨対象物１に対してラッピング研磨加工を行う際のラップ定盤２上での研磨材３の滞留性を向上させることができる。つまり、図１の左側に示すように、従来のダイヤモンド、アルミナ、及び炭化ケイ素等からなる研磨材（砥粒）４では、同様の沈降特性を有する粒子が少なくラップ定盤１上での滞留性が良くないので、ラッピング研磨加工を行う際に容易にラップ定盤１上から流されてしまうが、本発明の研磨材３では、図１の右側に示すように、金属酸化物、非酸化物、金属又はこれらの混合物である添加物５が砥粒４に添加されているので、従来と比べて同様の沈降特性を有する粒子が多くラップ定盤１上から流れ難いため、ラッピング研磨加工を行う際に作用する多くの研磨材３をラップ定盤１上に長く滞留させることができる。これにより、ラッピング研磨における研磨能率を向上させることができる。

本発明の研磨材の平均粒径は、ラッピング研磨加工を行う際の表面粗さ、研磨能率、及び液体に分散させた場合の研磨スラリーの分散性を考慮して、１μｍ以上３０μｍ以下になるよう形成されることが好ましい。尚、本発明の研磨材がアルミナ又は炭化ケイ素を主成分とする砥粒に金属酸化物、非酸化物、金属又はこれらの混合物を添加させたものの場合には、平均粒径は３μｍ以上３０μｍ以下となるように形成されていれば良い。

本発明の研磨材の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、ダイヤモンド、アルミナ、及び炭化ケイ素のいずれかを主成分とする砥粒と添加物である金属酸化物、非酸化物、金属又はこれらの混合物とを目的とする配合（比率）で混合し、これを湿式分級することにより、同じ沈降特性を示す混合粉体を得ることができる。この際、生成される混合粉体が上述した平均粒径を超えるような場合には、平均粒径が１μｍ以上３０μｍ以下になるように適宜粉砕処理を行うことにより調整すれば良い。また、その他、従来公知の方法を適用しても良い。

以下、本発明の研磨材を用いたラッピング研磨加工の実施例及び従来の研磨材との比較について説明する。

（実施例１）
実施例１では、本発明の研磨材を分散させたラップ剤として、平均粒径８μｍのＷＡ砥粒（アルミナ）：３ｗｔ％、平均粒径２μｍの酸化タングステン（ＷＯ_３）：１ｗｔ％、水：９６ｗｔ％のラップ剤を用いて、ソーダガラスのラッピング研磨を行った。

このラッピング研磨については、以下に示すような条件に基づいて行った。
（ラッピング研磨条件）
ラッピング装置：ＧＲＩＮＤ−ＸＳＰＬ１５Ｔ（株式会社岡本工作機械製作所製）
ラップ定盤：ケメット定盤
研磨圧力：２０ｋＰａ
加工速度：２０ｍ／ｍｉｎ（ラップ定盤回転数：６０ｒｐｍ）
研磨時間：５分
ラップ剤流量：２５ｍＬ／ｍｉｎ

（比較例１）
比較例１では、研磨材として酸化タングステンを添加させていない平均粒径８μｍのＷＡ砥粒：３ｗｔ％を水：９７ｗｔ％に分散させたラップ剤を用いて実施例１と同様の条件にてソーダガラスのラッピング研磨を行った。

表１は、実施例１及び比較例１のラッピング研磨結果について示すものである。表１に示すように、表面粗さについてはどちらもほとんど差はないが、研磨能率においては、比較例１の酸化タングステンを添加させていない従来のＷＡ砥粒を用いてラッピング研磨を行った場合には、研磨能率が４．７８μｍ／ｍｉｎであるのに対して、実施例１では、研磨能率が９．２μｍ／ｍｉｎとなり、研磨能率が大幅に向上している。

（実施例２）
実施例２では、本発明の研磨材を分散させたラップ剤として、平均粒径１０μｍのＧＣ砥粒（ＳｉＣ）：３ｗｔ％、平均粒径４μｍの酸化タングステン（ＷＯ_３）：１ｗｔ、水：９６ｗｔ％のラップ剤を用いて実施例１と同様の条件についてソーダガラスのラッピング研磨を行った。

（実施例３）
実施例３では、本発明の研磨材を分散させたラップ剤として、平均粒径１０μｍのＧＣ砥粒（ＳｉＣ）：３ｗｔ％、平均粒径２μｍのシリカ粒子（ＳｉＯ_２）：１ｗｔ％、水：９６ｗｔ％のラップ剤を用いて実施例１及び実施例２と同様の条件にてソーダガラスのラッピング研磨を行った。

（比較例２）
比較例２では、研磨材として酸化タングステン及びシリカ粒子のどちらも添加させていない平均粒径１０μｍのＧＣ砥粒：３ｗｔ％を水：９７ｗｔ％に分散させたラップ剤を用いて実施例１〜３と同様の条件にてソーダガラスのラッピング研磨を行った。

表２は、実施例２、３及び比較例２のラッピング研磨結果について示すものである。表２に示すように、実施例２、３及び比較例２についても実施例１と比較例２の結果と同様に表面粗さについてはどの場合もほとんど差はないが、研磨能率においては、比較例２の酸化タングステンを添加させていない従来のＧＣ砥粒を用いてラッピング研磨を行った場合には、研磨能率が１４．７８μｍ／ｍｉｎであるのに対して、実施例１及び実施例２では、研磨能率がそれぞれ１７．９１μｍ／ｍｉｎに向上している。

（実施例４）
実施例４では、本発明の研磨材を分散させたラップ剤として、平均粒径３μｍのダイヤモンド砥粒：３ｗｔ％、平均粒径１μｍのジルコニア砥粒：１ｗｔ％、水：９６ｗｔ％のラップ剤を用いて、ＳｉＣ基板のラッピング研磨を行った。

このＳｉＣ基板のラッピング研磨については、以下に示すような条件に基づいて行った。
（ラッピング研磨条件）
ラッピング装置：ＧＲＩＮＤ−ＸＳＰＬ１５Ｔ（株式会社岡本工作機械製作所製）
ラップ定盤：ケメット定盤
研磨圧力：３０ｋＰａ
加工速度：２０ｍ／ｍｉｎ（ラップ定盤回転数：６０ｒｐｍ）
研磨時間：１時間
ラップ剤流量：２５ｍＬ／ｍｉｎ

また、比較例３では、研磨材としてジルコニア砥粒を添加させていない平均粒径３μｍのダイヤモンド砥粒：３ｗｔ％を水：９７ｗｔ％に分散させたラップ剤を用いて実施例３と同様の条件にてＳｉＣ基板のラッピング研磨を行った。

表３は、実施例４及び比較例３のラッピング研磨結果について示すものである。表３に示すように、実施例４及び比較例３でも、表面粗さについてはどちらもほとんど差はないが、研磨能率においては、比較例３のジルコニア砥粒を添加させていない従来のダイヤモンド砥粒を用いてラッピング研磨を行った場合には、研磨能率が８．９μｍ／ｈであるのに対して、実施例４では、研磨能率が１２．１μｍ／ｈに向上している。

以上のように、本発明の研磨材では、従来の研磨材に比べて大幅に研磨能率を改善させることができるので、ラッピング研磨を行う際に用いる研磨材として有効である。

尚、本発明に係る研磨材は、上述の形態に限るものではなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。

本発明に係る研磨材は、ラッピング研磨の際の研磨能率を向上させる研磨材として有効に利用することができる。

１研磨対象物
２ラップ定盤
３研磨材
４従来のラッピング研磨加工用の研磨材
５添加物

Claims

ダイヤモンド、アルミナ、及び炭化ケイ素のいずれかを主成分とする砥粒に、短径が前記砥粒の平均粒径よりも小さく、且つ硬度が前記砥粒よりも低い金属酸化物、非酸化物、金属又はこれらの混合物を含有させた混合粉体からなることを特徴とする研磨材。
平均粒径が１μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の研磨材。
前記金属酸化物、前記非酸化物、前記金属又はこれらの混合物は、前記研磨材全体の質量を１００ｗｔ％とした場合の１０ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下の割合で含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の研磨材。