JP4752072B2 - Polishing method and polishing apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、被加工物表面を鏡面研磨する研磨方法と、その方法を実施する研磨装置に関し、特に、炭化珪素(SiC)やサファイア等の超硬質の物質に対しても、高能率に、かつ、高品位に研磨することを可能にしたものである。 The present invention relates to a polishing method for mirror-polishing the surface of a workpiece, and a polishing apparatus for performing the method. It is possible to polish to high quality.
半導体の製造分野では、従来から、Siウエハを鏡面研磨するために、工作物と研磨液との固液反応を利用した化学的機械研磨技術(Chemical Mechnical Polishing:CMP)が用いられている。
本発明者は、先に、研磨加工における環境の制御が可能なベルジャー型のCMP装置を開発し、加工雰囲気や加圧力等の加工条件が研磨結果に及ぼす影響について考察している(下記特許文献1)。2. Description of the Related Art Conventionally, in the semiconductor manufacturing field, chemical mechanical polishing (CMP) using a solid-liquid reaction between a workpiece and a polishing liquid has been used for mirror polishing of a Si wafer.
The present inventor has previously developed a bell jar type CMP apparatus capable of controlling the environment in the polishing process, and considers the influence of the processing conditions such as the processing atmosphere and the applied pressure on the polishing result (the following patent document). 1).
図15は、このベルジャー内に空気、酸素ガス、窒素ガスまたはアルゴンガスを封入し、それらのガス圧力を変えてベルジャー内でSi基板の研磨を行ったときの加工レートの変化を示している。図15の縦軸にはSiの加工レート(nm/min)を示し、横軸にはベルジャー内の封入ガスの圧力(kPa)を大気圧との差分(0を大気圧とし、+側は大気圧からの増加分、−側は大気圧からの減少分)で示している。また、封入ガスが空気の場合を菱形、酸素ガスの場合を三角形、窒素ガスの場合を四角形、アルゴンガスの場合を丸で表示している。なお、ここでは、研磨布(パッド)として、商品名IC1000/SUBA400(φ200mm)を使用し、スラリー(研磨液)として、Si用のコロイダルシリカ(商品名Compol−80)を使用している。
図15から明らかなように、研磨雰囲気として空気または酸素ガスを選定し、それらの高圧下でSi基板を研磨すると、大気圧下で研磨する場合の2倍から2.5倍の速さで研磨することが可能になる。
As is apparent from FIG. 15, when air or oxygen gas is selected as the polishing atmosphere and the Si substrate is polished under these high pressures, the polishing is performed at a speed twice to 2.5 times that when polishing under atmospheric pressure. It becomes possible to do.
近年、次世代のデバイス用基板として炭化珪素(SiC)やサファイアが注目を集めている。SiCは、C原子が4個のSi原子に取り囲まれ、また、Si原子が4個のC原子に取り囲まれ、Si原子とC原子とが堅い共有結合で結ばれている。このSiCは、ダイアモンドに次ぐ硬度をもち、耐薬品性にも優れている。そのため、通常のシリコン基板デバイスでは使用できない高温での環境や放射線などの過酷な状況下においても動作可能な半導体用基板として用いることができる。
しかし、SiCは、その物性故に研磨加工が極めて難しい。従来のCMPで鏡面研磨を実施した場合は、Siを研磨するときの加工レートの数%以下の速度でしか研磨することができない。また、研磨速度を速めるために、ダイヤモンド砥粒を用いて研磨すると、表面にスクラッチや加工変質層が残り、高い品位の研磨面が得られない。In recent years, silicon carbide (SiC) and sapphire have attracted attention as next-generation device substrates. In SiC, a C atom is surrounded by four Si atoms, a Si atom is surrounded by four C atoms, and the Si atom and the C atom are connected by a hard covalent bond. This SiC has hardness next to diamond and is excellent in chemical resistance. Therefore, it can be used as a semiconductor substrate that can operate even under severe conditions such as high-temperature environments and radiation that cannot be used with ordinary silicon substrate devices.
However, SiC is extremely difficult to polish due to its physical properties. When mirror polishing is performed by conventional CMP, polishing can be performed only at a rate of several percent or less of the processing rate for polishing Si. Further, when polishing is performed using diamond abrasive grains in order to increase the polishing rate, scratches and work-affected layers remain on the surface, and a high-quality polished surface cannot be obtained.
また、単結晶サファイア(Al2O3)は、光透過性に優れており、光学機器用レンズやLED用基板等の材料として欠かせないものであるが、このサファイアも、ダイヤモンド、炭化珪素に次ぐ修正モース硬度を有しており、薬品に対する耐性が高く、加工が極めて難しい。In addition, single crystal sapphire (Al 2 O 3 ) is excellent in light transmittance and is indispensable as a material for lenses for optical devices, substrates for LEDs, and the like. It has the next modified Mohs hardness, is highly resistant to chemicals, and is extremely difficult to process.
本発明は、こうした状況を改善するために創案したものであり、SiCやサファイアのような難加工材を高能率で、かつ、高品位の面に研磨することができる研磨方法を提供することを目的としている。 The present invention was devised to improve such a situation, and provides a polishing method capable of polishing difficult-to-work materials such as SiC and sapphire to a high-quality and high-quality surface. It is aimed.
本発明は、被加工物の研磨方法であって、炭化珪素、サファイア、窒化珪素、または、窒化ガリウムの結晶を被加工物とし、酸素を含む加工雰囲気の圧力を大気圧よりも高く設定し、前記加工雰囲気の中で、チタニアの粒子を含むスラリーを用いて、紫外線を照射しながら前記被加工物を研磨することを特徴とする。
光触媒のチタニア(TiO 2 )は、酸素を含む雰囲気中で紫外線の照射を受けて活性酸素を生成し、この活性酸素は、被加工物の強固な原子結合を弱める(あるいは切断する)ため、機械的な研磨処理で被加工物表面を擦り取ることが容易になる。また、高圧の酸素は、容器内での活性酸素の発生を助長する。これらの作用が相俟って、研磨の加工レートは、大幅に向上する。本発明の研磨方法では、炭化珪素、サファイア、窒化珪素、あるいは窒化ガリウムのような難加工材に対して高い加工レートでの研磨が可能である。
The present invention is a method for polishing a workpiece, wherein a silicon carbide, sapphire, silicon nitride, or gallium nitride crystal is the workpiece, the pressure of the processing atmosphere containing oxygen is set to be higher than atmospheric pressure , In the processing atmosphere, the workpiece is polished using a slurry containing titania particles while being irradiated with ultraviolet rays .
The photocatalyst titania (TiO 2 ) is irradiated with ultraviolet rays in an oxygen-containing atmosphere to generate active oxygen . This active oxygen weakens (or breaks) the strong atomic bonds of the work piece. It becomes easy to scrape the surface of the workpiece by a general polishing process. Also, the high pressure oxygen facilitates the generation of active oxygen in the container. Together, these actions greatly improve the polishing processing rate. With the polishing method of the present invention, it is possible to polish a difficult-to-work material such as silicon carbide, sapphire, silicon nitride, or gallium nitride at a high processing rate.
また、本発明の研磨方法では、スラリー中のTiO2の含有量を0.1wt%から10.0wt%の範囲内に設定している。
この範囲のTiO2を含むスラリーを用いることで、平滑な加工研磨面を高能率で得ることができる。
Further, in the polishing method of the present invention, it is set the content of TiO 2 in the slurry in the range of 0.1 wt% of 10.0 wt%.
By using a slurry containing TiO 2 in this range, a smooth processed polished surface can be obtained with high efficiency.
また、本発明の研磨方法では、紫外線の強度を5mW/cm2以上に設定している。
この強度以上の紫外線を照射すれば、スラリー中のTiO2は、高い加工レートの実現に十分な活性酸素を生成する。Further, in the polishing method of the present invention, the intensity of ultraviolet rays is set to 5 mW / cm 2 or more.
When irradiating ultraviolet rays having this intensity or more, TiO2 in the slurry generates sufficient active oxygen for realizing a high processing rate.
本発明の研磨方法では、SiCやサファイアのような難加工材を対象とする場合でも、高能率、かつ、高品位での研磨が可能である。 In the polishing method of the present invention, even when a difficult-to-work material such as SiC or sapphire is targeted, high-efficiency and high-quality polishing is possible.
20 ベルジャー
201 蓋体
202 容器本体
22 研磨布(パッド)
23 定盤
24 スラリー供給部
25 試料
26 押圧プレート
27 アーム
28 ローラ
29 覗き窓
31 スラリー供給ポンプ
32 真空ポンプ
33 ガスボンベ
34 モータ
35 紫外線光源
41 締め付けボルト
42 バルブ
43 バルブ
44 パイプ
45 パイプ
46 ゲージ
47 パッキング材
20
23
図1は、本発明の実施形態における研磨装置の斜視図であり、ベルジャーの一部を切り欠いてその内部を示している。また、図2は、この研磨装置の要部を模式的に図示している。
この装置は、蓋体201と容器本体202とから成るベルジャー20と、ベルジャー20内を排気する真空ポンプ32と、ベルジャー20内に雰囲気ガスを供給するガスボンベ33と、ベルジャー20内にスラリーを供給するスラリー供給ポンプ31とを備え、ベルジャー20の中には、研磨布(パッド)22と、パッド22が貼設された定盤23と、供給されたスラリーをパッド22上に滴下するスラリー供給部24と、研磨すべき試料25を自重でパッド22に押圧する押圧プレート26と、円弧状のアーム27に支持されたローラ28とを備え、また、ベルジャー20の下方に、定盤23を回転駆動するモータ34を有し、また、ベルジャー20の覗き窓29から紫外線を照射する紫外線光源35を有している。FIG. 1 is a perspective view of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention, showing a part of a bell jar cut out. FIG. 2 schematically shows the main part of the polishing apparatus.
This apparatus includes a
ベルジャー20は、加圧、減圧に耐える圧力容器構造を有し、蓋体201は、閉成時に締め付けボルト41によって容器本体202に気密に固定される。
真空ポンプ32によるベルジャー20の減圧、及び、ガスボンベ33によるベルジャー20の加圧は、バルブ42、43により調節が可能である。ベルジャー20内の圧力は、ゲージ46により測定できる。
スラリー供給ポンプ31は、スラリーをベルジャー20に送り込むパイプ44とベルジャー20からスラリーを回収するパイプ45とに接続している。スラリーは、スラリー供給ポンプ31とベルジャー20とを循環しており、スラリー供給ポンプ31から送り出されたスラリーが、スラリー供給部24を通じてパッド22上に供給され、ベルジャー20に溜まったスラリーが、スラリー供給ポンプ31によって吸引される。The
The pressure reduction of the
The
研磨する試料25は、パッド22上に置かれ、その上に押圧プレート26が載る。押圧プレート26の試料25に接する面には、加工する試料面を均一に加工するためにパッキング材47(図2)が設けられている。円弧状のアーム27は、定盤23の中心軸上に位置するローラ28と、定盤23の周縁部近傍に位置するローラ(不図示)とを保持しており、これらのローラは、アーム27に回転自在に支持されている。
パッド22を固定した定盤23がモータ34に駆動されて回転すると、押圧プレート26は、二つのローラ28に接して自転を始める。試料25は、押圧プレート26によりパッド22方向に押されながら、押圧プレート26とともにパッド22上を回転する。そのため、試料25のパッド22に接する面が研磨される。A
When the
ここでは、試料25として単結晶SiC基板を使用している。また、ガスボンベ33から酸素ガスまたは空気をベルジャー20内に供給している。また、スラリーにはコロイダルシリカを使用している。
本発明の研磨方法では、このスラリー中に光触媒であるチタニア(TiO2)粒子を混入する。
TiO2粒子は、酸素中で紫外線光源35から紫外線が照射されると、光触媒反応により、酸化力が強い活性酸素を生成する。この活性酸素の作用でSiCの加工レートは飛躍的に向上する。このとき、活性酸素がSiC基板表面のSi原子及びC原子と結び付き、そのために、強固であったSiとCとの共有結合が弱まり(あるいは切断され)、SiC基板に接触するパッド22の機械的な力によって、基板表面のSi及びCが容易に擦り取られるものと考えられる。Here, a single crystal SiC substrate is used as the
In the polishing method of the present invention, titania (TiO 2) particles as a photocatalyst are mixed in the slurry.
When irradiated with ultraviolet rays from an
次に、研磨方法の詳細とその結果について説明する。
試料25である単結晶SiC基板には、改良レーリー法等で生成された単結晶SiCをダイヤモンド外周刃等でスライシングし、さらに、ダイヤモンド砥粒で前加工のポリシングを施したものを使用している。試料25は、4H−SiC形であり、研磨面は(0001面)であり、試料直径は2インチである。図14には、ダイヤモンド砥粒でポリシングした状態の試料表面のAFM(原子間力顕微鏡)像を示している。Next, details of the polishing method and the results will be described.
For the single crystal SiC substrate as
この試料25に対する平滑鏡面化及びダメージ層の除去のための仕上げポリシングを図1の装置で実施した。実施条件は次の通りである。
パッド22は、商品名IC1000(K−GRY)/SUBA400(ニッタ・ハース製)(φ200mm)を使用した。
スラリーは、粒子径数10nm前後の軟質な二酸化ケイ素(SiO2)粒子(コロイダルシリカ)が水溶液に5wt%分散された商品名Horizonor−SiC(D−process製)を使用し、このスラリーに平均粒径が0.8μmのTiO2粒子を添加した。
定盤23の回転数は90(rpm)に設定した(試料25とパッド22との相対速度は40m/min前後)。
押圧プレート26の押圧力は180g/cm2に設定した。
また、各試料についての加工時間は2時間とした。The
The
As the slurry, a product name Horizon-SiC (manufactured by D-process) in which 5 wt% of soft silicon dioxide (SiO 2) particles (colloidal silica) having a particle diameter of about 10 nm are dispersed in an aqueous solution is used. TiO2 particles having a diameter of 0.8 μm were added.
The rotation speed of the
The pressing force of the
The processing time for each sample was 2 hours.
仕上げポリシングは、前記実施条件の下で、スラリーに0.5wt%のTiO2を添加し、ベルジャー20の覗き窓29から紫外線強度を100mW/cm2に設定した紫外線を照射しながら実施した。
図3は、このときに、ガスボンベ33からベルジャー20内に封入する酸素ガスあるいは空気の圧力を種々に変えた場合のSiC基板の加工レートを示し、それとともに、比較のため、ベルジャー20内に窒素ガス及びアルゴンガスを封入し、その他の条件は全て同一にして研磨を実施した場合のSiC基板の加工レートを併せて示している。Finish polishing was carried out under the above-mentioned conditions while adding 0.5 wt% of TiO2 to the slurry and irradiating from the
FIG. 3 shows the processing rate of the SiC substrate when the pressure of the oxygen gas or air sealed in the
図3の縦軸にはSiCの加工レート(μm/h)を示し、横軸にはベルジャー内の封入ガスの圧力(kPa)を大気圧との差分(0を大気圧)で示している。また、封入ガスが酸素ガスの場合を四角形、空気の場合を菱形、アルゴンガスの場合を三角形、窒素ガスの場合を丸で表示している。
図4は、比較のため、スラリーへのTiO2の添加、及び、紫外線照射は行わずに、その他の条件は図3の場合と全て同じに設定してSiCを研磨したときの加工レートを示している。The vertical axis of FIG. 3 shows the SiC processing rate (μm / h), and the horizontal axis shows the pressure (kPa) of the sealed gas in the bell jar as a difference from atmospheric pressure (0 is atmospheric pressure). In addition, the case where the sealed gas is oxygen gas is indicated by a rectangle, the case of air is indicated by a diamond, the case of argon gas is indicated by a triangle, and the case of nitrogen gas is indicated by a circle.
For comparison, FIG. 4 shows the processing rate when SiC is polished with the addition of
図3及び図4から次のことが分かる。即ち、酸素ガス及び空気の雰囲気中(即ち、酸素を含む加工雰囲気中)でSiCを研磨する場合は、加工雰囲気の圧力を高めることで加工レートは上昇するが、それに加えて、スラリー中に光触媒を添加し、紫外線を照射しながら研磨することにより、加工レートは2倍程度向上する。また、このSiC加工面の表面粗さRa(算術平均粗さ)を測定した結果は0.3nm以下であり、平滑な鏡面が得られている。
一方、酸素を含まない窒素ガスやアルゴンガス雰囲気中では、スラリー中に光触媒を添加すると、むしろ加工レートは低下する。The following can be understood from FIGS. That is, when SiC is polished in an atmosphere of oxygen gas and air (that is, in a processing atmosphere containing oxygen), the processing rate increases by increasing the pressure of the processing atmosphere, but in addition, the photocatalyst is added to the slurry. Is added and polished while irradiating with ultraviolet rays, the processing rate is improved about twice. Moreover, the result of measuring the surface roughness Ra (arithmetic mean roughness) of this SiC processed surface is 0.3 nm or less, and a smooth mirror surface is obtained.
On the other hand, when a photocatalyst is added to the slurry in a nitrogen gas or argon gas atmosphere that does not contain oxygen, the processing rate is rather lowered.
図5は、研磨加工レートに及ぼす光触媒反応の影響を加工雰囲気別に示している。ここでは、大気中と同一条件で研磨した結果を「封入ガス:なし」として表し、それ以外は、研磨時の各加工雰囲気の圧力を500KPaに設定している。また、スラリーへのTiO2の添加、及び、紫外線照射を行わずに研磨したときの加工レートを「UV照射なし」として示し、一方、スラリーへのTiO2の添加、及び、紫外線照射を行いながら研磨したときの加工レートを「UV照射あり」として示している。なお、光触媒には、平均粒径が0.5μmのアナターゼ型TiO2を使用し、前述したコロイダルシリカを含むスラリー中に、このTiO2を0.5wt%加えている。また、押圧プレート26の押圧力は500g/cm2に設定している。その他の研磨条件は図3の場合と同じである。
これらの測定結果は、酸素を含む加工雰囲気の圧力を高めた状態の下で、スラリーにTiO2を添加し、紫外線照射を行いながら研磨すると加工レートが大幅に上昇すること、特に、加工雰囲気として酸素を選択した場合は、加工レートの上昇が顕著であることを示している。
これは、加工雰囲気中に存在する酸素が、TiO2の光触媒反応による活性酸素の発生を助長し、その活性酸素の作用でSi−C結合が切れ易くなり、加工レートが飛躍的に向上すると考えられる。FIG. 5 shows the influence of the photocatalytic reaction on the polishing processing rate for each processing atmosphere. Here, the result of polishing under the same conditions as in the atmosphere is expressed as “filled gas: none”, and the pressure of each processing atmosphere at the time of polishing is set to 500 KPa otherwise. Also, the addition of TiO2 to the slurry and the processing rate when polishing without UV irradiation was shown as "No UV irradiation", while polishing was performed while adding TiO2 to the slurry and UV irradiation The processing rate at that time is shown as “with UV irradiation”. As the photocatalyst, anatase TiO2 having an average particle diameter of 0.5 μm is used, and 0.5 wt% of TiO2 is added to the slurry containing colloidal silica described above. The pressing force of the
These measurement results show that when the pressure of the processing atmosphere containing oxygen is increased and TiO2 is added to the slurry and polishing is performed while irradiating with ultraviolet rays, the processing rate is significantly increased. Is selected, the increase in the processing rate is remarkable.
This is because oxygen existing in the processing atmosphere promotes the generation of active oxygen due to the photocatalytic reaction of TiO2, and the Si-C bond is easily broken by the action of the active oxygen, so that the processing rate is drastically improved. .
また、光触媒反応は、研磨面を平滑化する上でも効果を有している。図5に示す、酸素500KPaの加工雰囲気中で「UV照射なし」により研磨した加工面と、同一加工雰囲気中で「UV照射あり」により研磨した加工面とのRaを比較すると、「UV照射なし」のRaは0.304nmであるが、「UV照射あり」のRaは0.281nmであり、「UV照射あり」の方が、表面粗さが小さい。
また、図6は、酸素500KPaの加工雰囲気中で「UV照射あり」により研磨した加工面のラインプロファイルを示している。これは、AFMを用いて、図7に示す2.35μm四方の研磨面を横断する3本の平行な直線上の凹凸を測定し、その凹凸の平均値をグラフ化したものであり、横軸は直線の始端から終端までをμm単位で表し、縦軸は高さ方向の凹凸をpm(ピコメートル)単位で表している。このラインプロファイルから研磨面が極めて平滑であることが分かる。The photocatalytic reaction is also effective in smoothing the polished surface. When comparing the Ra of the processed surface polished by “without UV irradiation” in the processing atmosphere of
FIG. 6 shows a line profile of a processed surface polished by “with UV irradiation” in a processing atmosphere of
また、図8として示す表は、スラリーへのTiO2添加量を変えてSiC基板を研磨したときの加工レートRR(μm/h)とSiC加工面の表面粗さRaとの関係を示している。ここでは、加工雰囲気ガスとして酸素ガスを選定し、ベルジャー20内の圧力を500KPaに設定している。また、ベルジャー20の覗き窓29から照射する紫外線強度は100mW/cm2に設定している。その他の実施条件は図3の場合と同じである。
図8の表から明らかなように、TiO2の添加量が増えると、活性酸素の発生量が増加し、それに伴って加工レートが上昇する。但し、TiO2粒子の量が多くなり過ぎると、研磨品質の低下する可能性がある。図8の表から、スラリーへのTiO2の添加量が少なくとも0.1wt%〜10.0wt%の範囲内であれば、SiC基板を高い加工レートで、かつ、加工面を良好な状態に研磨できることが分かる。
図9は、図8の表のNo.2の試料におけるSiC加工面のAFM像を示し、図10は、図8の表のNo.4の試料におけるSiC加工面のAFM像を示している。The table shown as FIG. 8 shows the relationship between the processing rate RR (μm / h) and the surface roughness Ra of the SiC processed surface when the SiC substrate is polished while changing the amount of
As is apparent from the table of FIG. 8, when the amount of TiO2 added increases, the amount of active oxygen generated increases, and the processing rate increases accordingly. However, if the amount of TiO2 particles is too large, the polishing quality may be deteriorated. From the table of FIG. 8, if the amount of TiO2 added to the slurry is within the range of at least 0.1 wt% to 10.0 wt%, the SiC substrate can be polished at a high processing rate and in a good state. I understand.
FIG. 9 shows No. in the table of FIG. 2 shows an AFM image of the SiC processed surface of the sample of No. 2, and FIG. 4 shows an AFM image of the SiC processed surface of Sample No. 4.
また、図11として示す表は、TiO2を含むスラリーに照射する紫外線の強度を変えてSiC基板を研磨したときの加工レートRR(μm/h)とSiC加工面の表面粗さRaとの関係を示している。ここでは、加工雰囲気ガスとして酸素ガスを選定し、ベルジャー20内の圧力を500KPaに設定している。また、スラリーへのTiO2の添加量は0.5wt%に設定している。その他の研磨条件は図3の場合と同じである。
図11の表から明らかなように、紫外線強度が増すと、TiO2による活性酸素の発生量が増加し、それに伴って加工レートが上昇する。但し、活性酸素の発生量が飽和すると、それ以上紫外線強度を増やしても、加工レートの上昇は得られない。図11の表から、紫外線強度が5mW/cm2以上であれば、SiC基板を高い加工レートで、かつ、加工面を良好な状態に研磨できることが分かる。図9のAFM像は、図11の表のNo.3の試料におけるSiC加工面の加工状態である。In addition, the table shown in FIG. 11 shows the relationship between the processing rate RR (μm / h) and the surface roughness Ra of the SiC processed surface when the SiC substrate is polished by changing the intensity of ultraviolet light irradiated to the
As is apparent from the table of FIG. 11, when the ultraviolet intensity increases, the amount of active oxygen generated by
このように、被加工物の研磨に際して、酸素を含む加工雰囲気の圧力を大気圧よりも高く設定し、紫外線を照射しながら、光触媒を分散したスラリーを用いて研磨処理を行うことにより、SiCのような難加工材であっても、高能率、かつ、高品位に仕上げ加工することができる。 Thus, when polishing the workpiece, the pressure of the processing atmosphere containing oxygen is set to be higher than atmospheric pressure, and the polishing process is performed using the slurry in which the photocatalyst is dispersed while irradiating ultraviolet rays, so that the SiC Even such difficult-to-process materials can be finished with high efficiency and high quality.
次に、サファイアの研磨について説明する。
サファイアに対しても、SiCと同様に、酸素を含む加工雰囲気の圧力を大気圧より高く設定し、紫外線を照射しながら、光触媒を分散したスラリーを用いて研磨することにより、高品位の研磨面を高能率で得ることができる。Next, polishing of sapphire will be described.
Also for sapphire, like SiC, the pressure of the processing atmosphere containing oxygen is set higher than the atmospheric pressure, and polishing is performed using a slurry in which a photocatalyst is dispersed while irradiating ultraviolet rays, thereby achieving a high-quality polished surface. Can be obtained with high efficiency.
図12は、加工雰囲気や加工条件を変えて単結晶サファイア基板を研磨したときの加工レートを示している。図12では、大気中において、コロイダルシリカスラリーで研磨したときの加工レートを「大気下:SiO2」として示し、純水にTiO2粒子(0.5wt%)を混合したスラリーで研磨したときの加工レートを「大気下:TiO2」として示し、また、コロイダルシリカスラリーに0.5wt%のTiO2粒子を添加し、「UV照射あり」で研磨したときの加工レートを「大気下:TiO2(0.5wt%)+UV」として示している。また、ベルジャー内を500KPaの酸素で満たし、コロイダルシリカスラリーで研磨したときの加工レートを「酸素500KPa:SiO2」として示し、また、コロイダルシリカスラリーに0.5wt%のTiO2粒子を添加し、「UV照射あり」で研磨したときの加工レートを「酸素500KPa:SiO2+TiO2+UV」として示している。 FIG. 12 shows the processing rate when the single crystal sapphire substrate is polished while changing the processing atmosphere and processing conditions. In FIG. 12, the processing rate when polishing with colloidal silica slurry in the atmosphere is shown as “under air:
なお、ここでは、サファイア基板のC面を研磨面としている。また、パッドは、SiCの研磨と同じものを使用し、押圧プレートの押圧力は500g/cm2、回転数は90rpm、加工時間は1時間に設定している。また、コロイダルシリカスラリーには、砥粒濃度5wt%、砥粒径70nm、p.H7.5の「D−process社製、Horizonor−Al2O3」を使用し、光触媒には、平均粒径が140nmのアナターゼ型TiO2を使用している。
図12から明らかなように、圧力を高めた酸素雰囲気の下で、スラリーにTiO2を添加し、紫外線照射を行いながらサファイア単結晶を研磨する場合には、加工レートが大幅に上昇する。Here, the C surface of the sapphire substrate is the polished surface. The pad used is the same as that for SiC polishing, the pressing force of the pressing plate is set to 500 g / cm 2 , the rotation speed is set to 90 rpm, and the processing time is set to 1 hour. The colloidal silica slurry uses “D-process, Horizonor-Al 2 O 3 ” having an abrasive concentration of 5 wt%, an abrasive particle size of 70 nm, and a pH of 7.5, and the photocatalyst has an average particle size of Uses anatase TiO2 of 140 nm.
As is apparent from FIG. 12, when TiO2 is added to the slurry under an oxygen atmosphere with increased pressure and the sapphire single crystal is polished while being irradiated with ultraviolet rays, the processing rate is significantly increased.
また、図13(a)は「酸素500KPa:SiO2+TiO2+UV」による研磨面のAFM像を示しており、この研磨面のRaは0.374nmである。また、図13(b)は「大気下:SiO2」による研磨面のAFM像を示しており、この研磨面のRaは0.324nmである。従って、「酸素500KPa:SiO2+TiO2+UV」では、「大気下:SiO2」の場合の2倍の加工レートで、「大気下:SiO2」での表面粗さと遜色が無い平滑鏡面化した研磨面が得られている。 FIG. 13A shows an AFM image of the polished surface by “
なお、ここでは、SiC及びサファイアの研磨について説明したが、本発明は、SiNやGaNなどの難加工材を始め、その他の材料を研磨する場合にも適用できることを確認している。
また、研磨に使用するスラリーの砥粒がコロイダルシリカの場合、その粒子径は、10nm〜数100nmであることが望ましい。また、スラリーの砥粒は、コロイダルシリカ以外のヒュームドシリカ、セリア、アルミナ等であっても良い。Here, the polishing of SiC and sapphire has been described. However, it has been confirmed that the present invention can be applied to polishing difficult materials such as SiN and GaN as well as other materials.
Moreover, when the abrasive grain of the slurry used for grinding | polishing is colloidal silica, it is desirable that the particle diameter is 10 nm-several hundred nm. The abrasive grains of the slurry may be fumed silica other than colloidal silica, ceria, alumina, or the like.
また、ここでは平均粒径が0.8μmや0.5μmのTiO2をスラリーに含めた例を説明したが、活性酸素の発生はTiO2の表面積に依り、粒径に直接関係する訳ではないので、本発明では、平均粒径が数nm〜数ミクロンのTiO2であっても使用できる。
また、パッドは、柔らくても硬くても良く、不織布や人工皮革などを使用しても問題ない。Moreover, although the example which included TiO2 with an average particle diameter of 0.8 micrometer or 0.5 micrometer here was demonstrated, since generation | occurrence | production of active oxygen depends on the surface area of TiO2, it is not necessarily directly related to a particle size, In the present invention, even TiO2 having an average particle diameter of several nm to several microns can be used.
The pad may be soft or hard, and there is no problem even if a nonwoven fabric or artificial leather is used.
本発明は、SiCやサファイアのような難加工材の高能率、かつ、高品位での研磨を可能にするものであり、半導体製造分野を始めとして、難加工材の処理に携わる各分野において広く利用することができる。 The present invention enables high-efficiency and high-quality polishing of difficult-to-process materials such as SiC and sapphire. Can be used.
Claims (3)
炭化珪素、サファイア、窒化珪素、または、窒化ガリウムの結晶を被加工物とし、
酸素を含む加工雰囲気の圧力を大気圧よりも高く設定し、前記加工雰囲気の中で、チタニアの粒子を含むスラリーを用いて、紫外線を照射しながら前記被加工物を研磨することを特徴とする研磨方法。A method for polishing a workpiece,
A silicon carbide, sapphire, silicon nitride, or gallium nitride crystal is a workpiece,
The pressure of the processing atmosphere containing oxygen is set to be higher than the atmospheric pressure, and the workpiece is polished while irradiating with ultraviolet rays using a slurry containing titania particles in the processing atmosphere. Polishing method.
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