JPH04105874A - 研磨用砥石およびそれを用いた研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、研磨用砥石およびそれを用いた研磨方法に関
する。

（従来の技術） 従来、シリコンウェハの鏡面研削面は、まずＡｌ２Ｏ３
粒子やＺｒＯ２粒子等からなる遊離砥粒を水や浦に混合
した砥粒液を用いてラッピング（荒研磨）し、さらにエ
ツチングで加工変質層を除去した後、５ｉ０２粒子を強
アルカリ液に混合したスラリーを用いてポリッシング（
鏡面研磨）することによって得ていた。しかし、いずれ
の研磨工程も砥粒を流動させながら研磨しているため、
砥粒の分散状態の制御が難しく、よってウェハの表面品
質の安定や加工効率（生産性）の安定確保が完全には得
られないという難点があった。

このような理由から、固定砥粒方式っまりグラインデン
グ方式の砥石をシリコンウェハの鏡面研磨に利用するこ
とが試みられている。

ここで、適用できる砥石の条件としては、■ボンド材の
屑がウェハのエッチンク工程で容易に除去できること、
■砥石の寸法精度の維持性能に優れること、■研削性能
を左右する砥粒の突出し量が一定に確保できること等で
ある。

上記■の条件に関しては、樹脂系やセラミックス系のボ
ンド材は不向きであり、酸やアルカリ溶液に溶かすこと
かできる金属系ボンド材を用いた、いわゆるメタルボン
ド砥石か適している。また、■についてもメタルボンド
砥石は適しているといえることから、シリコンウェハの
鏡面研磨用砥石としてはメタルボンド砥石か主流となり
つつある。

しかし、上記■に関しては、メタルボンド砥石は研磨中
に自動的にドレッシングされる自生作用かないため、各
種のドレッシング方法か検討されている。−船釣なドレ
ッシング方法としては、例えばホワイトアランダム砥石
（ＷＡ砥石）等により機械的に行う方法が考えられるか
、この方法では数１００μｍ程度の面精度しか得られな
いため、シリコンウェハの鏡面研磨には適用することが
できないと共に、研磨プロセスとは別−］−程とする必
要があ□ることから、作業効率的にも好ましくない。

そこで、数１０μｍ程度の面積度を確保することが可能
で、かつインプロセスドレッシングとすることか可能な
化学的研磨による方法が検討されているか、一般にホン
ト利として用いられているＰ　ｅ　。

Ｎ１、Ｃｕ等は、酸液による研磨が必要であり、研磨装
置への負担が大きいという難点かある。また、装置に対
する負担が少ないアルカリ溶液によって研磨することが
可能なＡ１をボンド材として用いることも検討されてい
るが、Ａ口Ａは延性が大きいために１」詰りしやすく、
研磨性能の低下を招きやすいという難点かある。

一方、最近では電解技術によるインプロセスドレッシン
グも研究されているが、この方法では砥石面が絶えず変
動し、電解条件の制御が困難であるため、シリコンウェ
ハ表面の品質が安定しないという難点がある。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように、従来のメタルボンド砥石においては、
Ｐｅｓ　Ｎ１％　Ｃｌ等をボンド材として用いた場合、
化学的研磨のために酸液が必要であることから、装置に
対する負担が大きいという難点かあり、また、アルカリ
溶液による研磨が可能なＡＩをボンド材として用いた場
合、研磨性能の低下を招きやすいという難点かあった。

また、電解研磨によるドレッシングは、ボンド材の種類
に拘らず適用できる半面、シリコンウェハ表面の品質が
安定しないという難点かあった。

本発明は、このような従来技術の課題に対処するために
なされたもので、例えばシリコンウェハの鏡面研磨にお
いて、十分に研磨性能を維持することを可能にした上で
、インプロセスドレッシングが可能な研磨用砥石および
それを用いた研磨方法を提供することを目的とするもの
である。

［発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 本発明の研磨用砥石は、合金と、この合金の外縁部に金
属系ボンド材によって固着された砥粒層とを具備する研
磨用砥石において、前記金属系ボンド材は、アルミニウ
ムあるいはアルミニウム合金をセラミックス祠て強化し
た複合材であることを特徴とするものである。

また、本発明の研磨方法は、上記研磨用砥石を用いて被
処理物の研磨を行うにあたり、研磨液としてアルカリ性
液体を用い、化学的研磨によって前記研磨用砥石のドレ
ッシングを行いつつ、前記被処理物の研磨を行うことを
特徴としている。

本発明の研磨用砥石に用いる砥粒としては、例えば−船
釣なダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒等が用いられ、また
セラミックス砥粒等を用いることも可能である。使用す
る砥粒の粒度は、用途によって適宜選択するものである
が、シリコンウェハの研磨等に使用する場合は、通常６
００〜２４００メッシ二程度のものを使用する。

また、本発明における金属系ボンド材は、アルミニウム
あるいはアルミニウム合金をセラミックス祠で強化した
複合材からなるものである。

上記したように、本発明におけるボンド材の母相金属は
、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなるもの
であり、この母相を構成するアルミニウム合金としては
、アルミニウムを含む各種の合金を適用することが可能
である。具体的には、Ａｌ−８ｔ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系
合金、Ａ　ｌ−Ｃｕ系合金、Ａｌ−Ｌｉ系合金等か例示
される。また、合金中のＡ含有量は、ドレッンンク時に
おける研磨量等から設定されるものであり、Ａ１含有量
は少なくとも２０重量％以上、好ましくは４０重量％以
上、さらに好ましくは５０重量％以上、望ましくは８０
重量％以上である。

また、」１記ボンド材の母相金属には、チタンを含有さ
せることか好ましい。ＴＩはダイヤモンド等の砥粒と反
応して反応層を形成することにより、砥粒の固定化効果
をもたらすものである。Ｔｉの含有量は、０．０５〜８
重量　９６の範囲とすることか好ましく、さらに好まし
くは０．５〜３重鳳％である。

上記母相金属の強化材となるセラミックス材としては、
セラミックス粉末、セラミックス繊維、セラミックスウ
ィスカー等が用いられる。使用するセラミックスの素材
としては、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、チタン酸カ
リウム等の酸化物系セラミックスや、炭化ケイ素、窒化
ケイ素等の非酸化物系セラミックス等、各種のものを使
用することか可能であるか、硬度がビッカーズ硬さてＨ
ｖ５００以上のものを使用することが好ましい。

また、使用するセラミックス材は、使用する砥粒の粒径
の１／１０〜１／２程度の径を有する形状のものか好ま
しい。ここで、セラミックス材の径とは、粉末（例えば
アスペクト比か１〜ｌ０程度）であれば粒径をさし、ま
た繊維やウィスカー（例えばアスペクト比力月０〜１０
３程度）の場合には細い部分の直径をさすものとする。

また、繊維やウィスカの場合の好ましいアスペクト比は
、２０〜１００程度である。

これらセラミックス材は、ボンド材中に　５〜３０重量
％程度含有させることが好ましく、さらに好ましくは１
５〜２５重量％である。セラミックス材の含有量が５重
量％未満ては、Ａ１もしくはＡ１合金からなる母相金属
を十分に強化することができず、また３０重量％を超え
ると、砥粒の開管性能の低下を招くためである。

本発明の研磨用砥石は、例えば以下のようにして製造さ
れる。

まず、Ａ１もしくはＡ１合金からなる母相金属粉末と、
強化材であるセラミックス粉末やセラミックス繊維堝と
を十分に混合してボンド材を調整する。

次に、このボンド材に所定量の砥粒を添加、混合し、こ
の混合物をホットプレスした後、スチール材やアルミニ
ウム材等からなる合金の所定位置に接着することによっ
て砥石を得る。また、合金に対する砥粒層の接着は、ホ
ットプレス時に同時に行うことも可能である。なお、ボ
ンド材と砥粒との混合比は、通常、体積比で１：０．４
〜ｌ：０．０５程度である。

また、本発明の研磨方法は、上記構成の研磨用砥石を用
いて、例えばシリコンウエノ＼等の被処理物の鏡面研磨
を行う際に、研磨液としてアルカリ溶液を使用し、化学
研磨によって上記鏡面研磨用砥石のドレッシングを行う
、いわゆるインプロセスドレッシングによって目立てを
行いながら研磨を施す方法である。

」二記研磨液として使用するアルカリ溶液のｐＨは、ボ
ンド材の母相金属の種類やドレッシング度合等によって
適宜設定するものであり、例えばｐ　１１８〜ｐ　Ｈ１
２程度に設定する。このアルカリ溶液によってボンド材
が徐々に溶解し、随時新規な砥粒が露出して一定の研磨
条件を得ることが可能となる。

また、対象となる研磨は鏡面研磨に限らず、使用する砥
粒の粒度によっては荒研磨を対象とすることも可能であ
る。

なお、本発明の研磨用砥石の使用方法としては、上記化
学研磨によるインプロセスドレッシングによる方法に限
らず、電解研磨によるドレッシングを適用することも可
能であるが、ボンド材の研磨速度の安定性等の点で化学
研磨を適用することが好ましい。電解研磨によるドレッ
シングは、例えば砥石を（＋）側の電極とし、電解液中
で（−）側の電極と対向させることにより、ボンド材を
電解してドレッシングを行う方法である。この方法もイ
ンプロセスドレッシングとすることかできる。

］　０ （作　用） 本発明の研磨用砥石においては、ドレッシングされるボ
ンド材としてアルミニウム系金属材料を採用しているた
め、アルカリ性研磨液を用いて化学的研磨法によるドレ
ッシングを行うことができる。この化学的研磨法によれ
ば、電解法や放電法等の電気的研磨によるドレッシング
法とは異なり、研磨液温度を制御すれば安定なドレ・ソ
シング速度が得られる。また、比較的ｐｎ度が希薄なア
ルカリ性研磨液でも、十分な反応速度が得られ、研削装
置全体への腐食を小さく抑えることかできる。

また、例えばシリコンウェハ＼の場合、脆性材料である
ため、砥粒が局部的に突出し過ぎていると、ウェハ表面
にクラックや条痕を生じる原因となる。

これに対して軟質なアルミニウム系ボンド材であれば、
緩衝作用により上記問題を軽減する。

そして、本発明においては、アルカリ性研磨液でドレッ
シングすることが可能なアルミニウム系ボンド材中に、
セラミックスの繊維や粒子を複合化しているため、アル
ミニウム系材料単独の場合に生じる目詰まりや砥粒脱落
を防止することが可能となり、安定した研磨か実現でき
る。

以上のアルミニウム基複合材ボンド砥石を用い、アルカ
リ性研磨液を流しながらシリコンウェハ等を研磨するこ
とにより、同時に砥石がドレッシングされていく、いわ
ゆる化学研磨インプロセスドレッシングが可能となる。

放電法や電解法によるインプロセスドレッシングでは、
砥石と電極の間隔の変動、切屑の混入、電極の精度変化
、接触子の不安定性等の要因により電流条件を一定に保
持することが困難であるが、上記方法では研磨速度か安
定しており、研磨液の濃度、温度、流量の制御により適
正条件を設定することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。

実施例１ まず、粒径３−５μｍの［１，８ｗｔ％Ｓｉ−［１，３
ｖｔ％ＦｅＯ，３ｗｔ％Ｃｕ−１，１ｗｔ％８ｇ−ｂａ
ｌ　Ａｔ合金（記号：　６０６ＬＡ＋）粉末に対し、平
均径がφ　０．４μｍ〜１．５μｍで長さが２０〜３０
μｍのチタン酸カリウムウィスカーを１５重量％の割合
で添加し、ざらに粒径０．５μｍ〜１．０μｍの人工ダ
イヤモンド砥粒を集中度が７５となるように添加し、乳
鉢にて均一に混合して、砥粒層原料を調整した。

次に、上記砥粒層原料を外径８０１１１１１１％内径６
０ｎ＋ｍのリング状溝を有する黒鉛型に充填し、約８Ｍ
Ｐａの圧力で冷間予備圧縮成形した後、約１０””Ｐａ
の真空中にて８００にの温度と４０ＭＰａの圧力でホッ
トプレスし、外径約８０＋ｎ＋ｎ、内径約６０肝、高さ
１０ｍｍのリング状砥石を作製した。

この後、第１図に示すように、」１記リング状砥石１を
カップ型の軟鋼製台金２の開放側端部２ａにろう付し、
放電加工にてリング状砥石１に４ケ所の研磨液供給孔３
（幅−２ｍｍ）を設け、さらにＷＡ砥石を用いて形状精
度を高めてカップ型砥石４を製作した。なお図中、５は
研磨液供給孔である。

次に、上記カップ型砥石４を研磨装置に組込み、従来方
法によるラッピング（遊離砥粒使用）にて荒研磨された
シリコンウニｌ＼を研磨し、上記力・ツブ型砥石４の評
価を行った。

なお、第２図は砥石の評価に用いた研磨装置の構成を示
す図である。同図において、１１は下部に冷却部］２を
有する定盤であり、図示を省略した回転駆動機構に接続
された回転軸１３によって回転可能とされている。上記
定盤１１上には、キャリア］４によって固定された被処
理物であるシリコンウェハ１５が配置されており、この
シリコンウェハ１５とリング状砥石１が対面するように
、回転駆動されるカップ型砥石４が配置されている。

そして、カップ型砥石４の研磨液供給孔５から研磨液１
６を供給しつつ、定盤１１とカップ型砥石４をそれぞれ
回転駆動させて、シリコンウェハ１５の鏡面研磨が行わ
れる。

研磨試験は、研磨液としてｐｌ−１９のＮａＯＨ（カセ
イソーダ）水溶液を用い、加工圧力０．５ｋｇｆ／ａｔ
、定盤］１と砥石４との相対速度を約２００ｍ　／分と
し、研磨液流量を０．３ρ／分、液温を約３０℃に保持
して行った。

上記条件によりシリコンウェハ１５の鏡面研磨を約１０
分間行った結果、ラッピング直後の表面粗さがＲｍａＸ
で約２μｍであったウェハをＲｌ１ｌａＸで０．０２μ
川まで表面精度を高めることができた。

これは、従来のコロイダルシリカによるメカノケミカル
ポリッシングと同等の面積度である。また、　１回の研
磨で１８枚の　５インチウェハの加工ができた。そして
、そのまま続けて３０回（ウェハ枚数５４０枚）加工し
てもウェハの面積度に変化がないことを確認した。また
、平面度（ＬＴＶ値：　ＬｏｃａｌＴｈｉｃｋｎｅｓｓ
　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ　）は平均　１μｍであり、従来
のポリッシング方法とほぼ同て９のレベルを得た。

加工時間としては、従来法に比較して１ノ３〜１／４に
短縮できたことになる。

実施例２ 上記実施例１で用いたＡ１合金（記号：　６０ＢＩＡ＋
）に　１重量％のＴｉを添加した合金粉末（粒径１０〜
１５μｍ）に対し、平均径がφ　４μｍで長さが２０μ
ｍ〜３０μｍの炭酸繊維チョップを５重量％の割合で添
加し、さらに粒径２．０μｍ〜４０μｍの人工ダイヤモ
ンド砥粒を集中度が５０となるように添加し、乳鉢にて
均一に混合して、砥粒層原料を調整した。

上記砥粒層原料を用いて、実施例１と同一条件によるホ
ットプレスによってリング状砥石を形成し、さらにカッ
プ型砥石を作製した。

次に、上記カップ型砥石を実施例１で用いた研磨装置に
組込み、シリコンウェハの荒研磨（ラッピング）を行い
、上記カップ型砥石の評価を行った。研磨液は、実施例
１と同じものを使用した。

研磨条件は、加工圧力１．５ｋｇｆ／ｃＪ、相対速度５
０ｍ／分、研磨液流量０，８ρ／分、液温的３０℃とし
た。なお、加工圧力が比較的大きいため、ダイヤモンド
砥粒の脱落を防ぐため、ボンド材マトリックスにＴｉを
含有せしめ、砥粒界面に反応相（ＴｊＣ）を生成させ、
界面の優先腐食を防いだ。

スライスしたウェハは、平面度平均３μｍ１表面粗さＲ
ｍａｘ　　３μｍであったが、上記条件にて約６分間ラ
ッピングすることにより、平面度１．５μｍ、表面粗さ
Ｒｎａｘ　　１μｍを得た。これにより、従来の遊離砥
粒方式ラッピングと同等以上の精度を、加工時間が約１
ノ５程度の短時間で加工できることを確認した。

１　に のように、砥石による研磨であるため、従来の使い捨て
であった遊離砥粒と比べ、砥粒のコストを大幅に低減す
ることが実現できた。また、アルカリ性研磨液によるイ
ンプロセスドレッシングを実現できることから、研磨精
度の向上と加工効率の向上が図れる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、ボンド材として複
合強化したアルミニウム系金属材料を用いていることか
ら、例えばアルカリ性研磨液によるドレッシングが実現
でき、よってインプロセスドレッシングが可能となると
共に、十分に研磨性能を維持することかできる。したが
って、例えばシリコンウェハを高品質で安定に、かつ短
時間で鏡面研磨することが可能となり、さらに砥粒層の
大幅な削減を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のカップ型砥石の構成を示す
図、第２図は本発明の実施例で使用した鏡面研磨装置の
構成を示す図である。 ］７ １・・・・・・砥粒層、２・・・・・・カップ型の合金
、３・・・・・・研磨液排出溝、４・・・・・・カップ
型砥石、５・・・・・・研磨液供給孔、１１・・・・・
・定盤、１２・・・・・・冷却部、１３・・・・・・回
転軸、１４・・・・・・キャリア、１５・・・・・・シ
リコンウェハ、１６・・・・・研磨液。 出願人　　　　　　株式会社　東芝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）台金と、この台金の外縁部に金属系ボンド材によ
   って固着された砥粒層とを具備する研磨用砥石において
   、 前記金属系ボンド材は、アルミニウムあるいはアルミニ
   ウム合金をセラミックス材で強化した複合材であること
   を特徴とする研磨用砥石。
2. （２）請求項１記載の研磨用砥石において、前記金属系
   ボンド材の母相金属であるアルミニウムあるいはアルミ
   ニウム合金は、チタンを含有していることを特徴とする
   研磨用砥石。
3. （３）請求項１記載の研磨用砥石を用いて被処理物の研
   磨を行うにあたり、 研磨液としてアルカリ性液体を用い、化学的研磨によっ
   て前記研磨用砥石のドレッシングを行いつつ、前記被処
   理物の研磨を行うことを特徴とする研磨方法。