JP4345746B2 - メカノケミカル研磨装置 - Google Patents
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Description
M.Kikuchi,Y.Takahashi,T Suga,S Suzuki,and Y Bando,"Mechanochemical Polishing of Silicon Carbide Single Crystal with Chromium(III) Oxide Abrasive ",J.Am.Ceram.Soc.,75[1](1992)189
特に、請求項9に記載のように、ポリウレタン材料で垂直発泡体構造のスウェードタイプの研磨布や請求項10に記載のように、繊維の交絡体中に樹脂を含浸することで樹脂が繊維の結合材として働く、あるいは、樹脂層自体が連続発泡体構造になっている不織布タイプの研磨布や請求項11に記載のように、繊維の交絡体中に樹脂を含浸することで樹脂が繊維の結合材として働く、あるいは、樹脂層自体が連続発泡体構造になっている不織布タイプの布を下地層として、これに、ポリウレタン材料で、垂直発泡体構造のスウェードタイプの布を、貼り合わせた2層構造の研磨布が適している。
こともできる。
以下、この発明を具体化した第1の実施の形態を図面に従って説明する。
図1には、本実施の形態におけるメカノケミカル研磨装置の概略構成図を示す。
さらに、研磨定盤1の上方において注液器(ノズル)5が設置され、この注液器5から薬液6が研磨布2上に滴下される。この薬液6は、過酸化水素水(酸化性薬液)に酸化クロム(III) の砥粒を分散させたものである。つまり、酸化クロム砥粒と酸化性の薬液を混合して用いている。
次に、メカノケミカル研磨方法について説明する。
実験は次のようにして行った。試料として、単結晶SiC(6H−SiC)を用い、このSiCウェハの(0001)Si面を研磨した。研磨条件は、(i)本実施形態で説明した過酸化水素水(酸化剤)を滴下しながらのポリッシュと、比較のために、(ii)ドライポリッシュおよび(iii) ウェットポリッシュの三通りである。詳しくは、(i)の過酸化水素水を滴下しながらのポリッシュについては、酸化クロム砥粒(10wt%)を過酸化水素水(濃度10%)に分散させた液を研磨布に滴下して研磨した。(ii)のドライポリッシュについては、酸化クロム砥粒を塗布した研磨布で研磨した。(iii)のウェットポリッシュについては、酸化クロム砥粒を10wt%で水に分散させた酸化クロム液を研磨布に滴下して研磨した。
また、研磨布は発泡ポリウレタン、酸化クロムは粒径0.5μmの砥粒を用いた。加工圧力は3.0kgf/cm2である。研磨前の表面は、研削(#8000)で加工した面であり、一定方向にダイヤモンドの砥石が削った凹凸(研削条痕)があった。
以上のような考察および実験結果から、酸化クロム(Cr2O3)を砥粒にして研磨する際に、酸化クロム砥粒と酸化剤を混合することによって、低い加工圧力で、容易に、効率よくSiCウェハを研磨することができる。より好ましくは、ウェハを研磨する加工圧力を、0.0098〜0.294MPa(0.1〜3.0kgf/cm2)とするとよい。
図10に示すように、酸化クロム砥粒11を塗布した研磨布2に対し、過酸化水素水(薬液10)を滴下して研磨しても同様の効果が得られる。
しかし、研磨布によっては、研磨面に微小な傷と結晶歪みが発生しやすくなる。
ここで、研磨布として、合成繊維、ガラス繊維、天然繊維、合成樹脂、天然樹脂の少なくともいずれかより成る構造体を使うとよい。より具体的には、
(i).ポリウレタン材料で垂直発泡体構造のスウェードタイプの研磨布、
(ii).繊維の交絡体中に樹脂を含浸することで樹脂が繊維の結合材として働く、あるいは、樹脂層自体が連続発泡体構造になっている不織布タイプの研磨布、
(iii).繊維の交絡体中に樹脂を含浸することで樹脂が繊維の結合材として働く、あるいは、樹脂層自体が連続発泡体構造になっている不織布タイプの布を下地層として、これに、ポリウレタン材料で、垂直発泡体構造のスウェードタイプの布を、貼り合わせた2層構造の研磨布、
といったものが特に適している。
被研磨物の欠片がキズと結晶歪みの原因であることは、純水を研磨布上に滴下しながら研磨する水ポリッシュ(表面を加工するのではなく、表面を洗浄する目的で行う方法)で、研磨布として独立発泡体のポリウレタンを使用すると表面にキズと結晶歪みが発生するが、表面に対して垂直方向に連続した孔または空隙が形成された研磨布を使用するとキズも結晶歪みも発生しないことからつきとめた。さらに、スウェードタイプ(Supreme RN-H ロデール・ニッタ(株)製)の研磨布上で、酸化クロム砥粒(10wt%)を過酸化水素水(濃度10%)に分散させた液を滴下しながら研磨する実験を行ったところ、キズ、結晶歪みのない研磨ができることを確認している。詳しくは、独立発泡体のポリウレタンで研磨した研磨面と、スウェードタイプで研磨した研磨面とを、それぞれ水酸化カリウム(KOH)液でエッチングすることで、表面状態の変化を評価した。その結果、独立発泡体のポリウレタンではキズ、結晶歪みの存在で表面が荒れるが、スウェードタイプは面荒れがないことからキズ、結晶歪みはないことが分かった。
(第2の実施の形態)
次に、第2の実施の形態を、第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。
本装置においては、研磨布2上に塗布する砥粒50として、酸化クロムと、酸化作用のある固体粉末を混合したものを使用している。つまり、酸化剤として酸化作用のある固体粉末、具体的には二酸化マンガン(MnO2)の粉末を用い、この粉末を、研磨布2(SiCウェハ4に対し相対運動する部材側)に配することにより研磨面に供給する機構となっている。
図15に示すように、酸化クロム砥粒と二酸化マンガン(MnO2)の粉末を砥粒50として研磨布2上に塗布するとともに、注液器51から過酸化水素水(薬液52)を滴下してもよい。こうすると、酸化効率(研磨能率)を高めることができる。また、この場合、MnO2と過酸化水素が反応して酸素が生成し、さらに効率がよくなる。ここで、薬液52として、過酸化水素水に酸化クロム砥粒を分散させたものを用いてもよい。
(第3の実施の形態)
次に、第3の実施の形態を、第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。
装置の構成としては、図16に示すように、研磨面を酸化性気体雰囲気下にするために密閉容器構造を採用している。詳しくは、酸素雰囲気作成用チャンバ60内に研磨定盤1、研磨布2、ウェハ保持用テーブル3を配置している。チャンバ60内は酸素雰囲気下となっており、この酸素雰囲気下において研磨を行うことにより酸素ガスを研磨面に供給するようにしている。
また、図19に示すように、フィルム基材31上に樹脂接着剤で均一に酸化クロム粒子32を塗布したラッピングフィルム30上でSiCウェハ35を研磨する際に、ガスインジェクタ70から酸素ガス(広義には酸素を含有した気体)を吹き付けるようにすると、目詰まりを防止することができる。
または、酸化クロム砥粒と酸化剤が保持された研磨布、金属、セラミック、酸化クロム粒子を塗布したラッピングフィルム、あるいは酸化クロム砥粒を樹脂で固めたディスクを加熱することによって研磨能率を高めてもよい(向上させてもよい)。
Claims (16)
- 酸化クロム(III)の粉末を砥粒として用い、被研磨材である半導体ウェハの研磨を行うメカノケミカル研磨装置において、
半導体ウェハに対し相対運動する部材の表面に研磨布を配するとともに、前記研磨布上に酸化作用のある固体粉末として二酸化マンガンの粉末と三酸化マンガン粉末との少なくとも一方を供給し、研磨面を前記研磨布上に所定の圧力で押し付けながら研磨することを特徴とするメカノケミカル研磨装置。 - 少なくとも研磨面を加熱する加熱手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載のメカノケミカル研磨装置。
- 酸化クロム粉末以外の化学反応の触媒作用のある固体粉末を分散した液を研磨面に供給するための注液器を設けたことを特徴とする請求項1または2に記載のメカノケミカル研磨装置。
- 半導体ウェハに対し相対運動する部材に、酸化クロム粉末以外の化学反応の触媒作用のある固体粉末を配したことを特徴とする請求項1または2に記載のメカノケミカル研磨装置。
- 前記化学反応の触媒作用のある固体粉末に対し光を照射する光源を設けたことを特徴とする請求項3または4に記載のメカノケミカル研磨装置。
- 半導体ウェハに対し相対運動する部材の表面に研磨布を配したことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のメカノケミカル研磨装置。
- 前記研磨布は、表面に対して垂直方向に連続した孔または空隙が形成された構造体であることを特徴とする請求項6に記載のメカノケミカル研磨装置。
- 前記研磨布は、合成繊維、ガラス繊維、天然繊維、合成樹脂、天然樹脂の少なくともいずれかより成る構造体であることを特徴とする請求項7に記載のメカノケミカル研磨装置。
- 前記研磨布は、ポリウレタン材料で、垂直発泡体構造のスウェードタイプの研磨布であることを特徴とする請求項8に記載のメカノケミカル研磨装置。
- 前記研磨布は、繊維の交絡体中に樹脂を含浸することで樹脂が繊維の結合材として働く、あるいは、樹脂層自体が連続発泡体構造になっている不織布タイプの研磨布であることを特徴とする請求項8に記載のメカノケミカル研磨装置。
- 前記研磨布は、繊維の交絡体中に樹脂を含浸することで樹脂が繊維の結合材として働く、あるいは、樹脂層自体が連続発泡体構造になっている不織布タイプの布を下地層として、これに、ポリウレタン材料で、垂直発泡体構造のスウェードタイプの布を、貼り合わせた2層構造の研磨布であることを特徴とする請求項8に記載のメカノケミカル研磨装置。
- 前記研磨布は、表面と内部に独立した孔または気泡が形成された構造体であることを特徴とする請求項6に記載のメカノケミカル研磨装置。
- 前記研磨布は、合成樹脂または天然樹脂からなる構造体であることを特徴とする請求項12に記載のメカノケミカル研磨装置。
- 前記研磨布は、独立発泡体構造の発泡ポリウレタンタイプの研磨布であることを特徴とする請求項13に記載のメカノケミカル研磨装置。
- 前記研磨布は、表面に対して垂直方向に連続した孔または空隙が形成された構造体の布を下地層として、これに、表面と内部に独立した孔または気泡が形成された構造体の布を、貼り合わせた2層構造の研磨布であることを特徴とする請求項6に記載のメカノケミカル研磨装置。
- 前記研磨布は、繊維の交絡体中に樹脂を含浸することで樹脂が繊維の結合材として働く、あるいは、樹脂層自体が連続発泡体構造になっている不織布タイプの布を下地層として、これに、独立発泡体構造の発泡ポリウレタンタイプの布を、貼り合わせた2層構造の研磨布であることを特徴とする請求項15に記載のメカノケミカル研磨装置。
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