TWI382893B - 基板及其研磨方法、和研磨裝置 - Google Patents
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Description
本發明係關於對例如由碳化矽(SiC)或金剛石(C)所構成之基板表面進行研磨之研磨方法及藉由該方法所獲得之基板、及研磨裝置。
SiC單結晶係高硬度且在耐熱性或耐蝕性方面優越者，且在化學性亦極為穩定之化合物。另外，與具有共價鍵之化學物半導體的SiC與矽(Si)比較，因為具有帶隙為2倍以上、絕緣破壞電場強度約為10倍、電子飽和速度約為2倍、熱傳導率約為3倍以上之優良特性，所以，作為一種對高溫、高速、大電流裝置或藍色發光裝置等有效之材料，已受到注目(例如，參照專利文獻1)。
[專利文獻1]日本專利特開平08-139140號公報
另外，金剛石單結晶之機械強度最高，且化學性、熱性能亦穩定，近年來以作為一種適合於寬帶隙半導體基板之材料受到注目。
為將如上述之長處多的SiC或金剛石用作為基板，需要使其表面極為平滑。然而，可超精密且有效率地研磨加工由SiC或金剛石構成之基板而於其被研磨面不會殘留次表面損傷的技術，實質上尚未被提案。
本發明係鑒於上述問題點而提出者，其目的在於提供一
種可極為平滑且可有效率地研磨加工由碳化矽(SiC)或金剛石構成之基板表面而不會殘留次表面損傷的研磨方法及藉由該方法所獲得之基板、及研磨裝置。
本發明之研磨方法，係一面以高壓使研磨定盤接觸基板之被研磨面，同時自該研磨定盤的背面將紫外線照射於基板之被研磨面，一面使基板相對於該研磨定盤摩擦滑動，藉以進行研磨者，尤其是，在研磨對象為由碳化矽(SiC)或金剛石(C)構成之基板的情況有效。又，在本說明書中，「高壓」係指在0.1MPa以上、較佳為0.1MPa~100MPa之範圍的壓力。
即，於本發明之研磨方法中，例如，一面以高壓將研磨定盤壓抵於金剛石基板表面一面相對摩擦滑動，且自該研磨定盤的背面將紫外線照射於基板之表面，藉以使基板表面強力氧化，進行超精密之化學研磨。又，在本說明書中，「基板」不限於一般意味之板狀者，其厚度或形狀亦可任意。
在本發明之研磨方法中，以對基板之被研磨面或研磨定盤中至少一方，例如照射紅外線進行加熱為較佳，藉以提高該基板之研磨效率。
另外，以在研磨定盤之表面配置氧化鈦等之固體光觸媒粒子為較佳，藉以提高研磨效率。
本發明之基板係由碳化矽(SiC)、金剛石(C)、砷化鎵(GaAs)或硝化鎵(GaN)所構成，且具有藉由上述研磨方法所
研磨完成的面。
本發明之研磨裝置具備：研磨定盤，表面具有槽或孔，並於該槽或孔內埋入固體光觸媒粒子；基板保持器，保持基板；紫外光源燈，對研磨定盤之固體光觸媒粒子照射紫外光；及驅動手段，藉由基板保持器，以高壓將該基板之被研磨面壓抵於研磨定盤的表面，並使基板相對於固體光觸媒粒子摩擦滑動。
在該研磨裝置中，例如，金剛石基板之被研磨面與被保持於研磨定盤側的固體光觸媒粒子接觸，且相對摩擦滑動，同時對固體光觸媒粒子照射紫外光，藉以將基板表面氧化，而實質上進行化學研磨。
即使在該研磨裝置中，若藉例如由紅外光源燈構成之加熱手段來對基板之被研磨面或研磨定盤加熱，即可更進一步促進研磨作用。
具體而言，固體光觸媒粒子係由氧化鈰(CeO2
)、二氧化鈦(TiO2
)、氧化鉻(Cr2
O3
)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎢(WO3
)、及氧化鐵(F2
O3
)所構成之群中的至少一種，此外，該些亦可為加上氧化鋯(ZrO2
)或氧化鋁(Al2
O3
)等之混合劑。
根據本發明之研磨方法或研磨裝置，可極為平滑且可有效率地研磨加工由SiC或金剛石構成之基板表面而不會殘留次表面損傷。
以下，參照圖面具體說明本發明之實施形態。
第1圖為本發明之第1實施形態之研磨裝置的構成的示意圖。該研磨裝置具備：研磨定盤1、紫外光源燈2及紅外光源燈3，且例如是以碳化矽(SiC)或金剛石之基板30作為研磨對象者。
研磨定盤1係由對紫外光之透明性高的材料、例如石英所構成，且為大致圓盤狀者，在其中心安裝有轉軸4。研磨定盤1係藉由自外部的旋轉動力源(省略圖示)供給該轉軸4之轉矩而進行旋轉(或左右反複轉動)。
在研磨定盤1表面設置有多道格子狀槽11，並於該些槽11內埋入固體光觸媒粒子20。固體光觸媒粒子20係可舉出具有光觸媒功能之例如、氧化鈰(CeO2
)、二氧化鈦(TiO2
)、氧化鉻(Cr2
O3
)、氧化鋅(ZnO)、氧化鎢(WO3
)、及氧化鐵(F2
O3
)，可使用該等當中之1種或2種以上。又，亦可為於該等當中例如於TiO2
加上有氧化鋯(ZrO2
)或氧化鋁(Al2
O3
)等之混合劑。槽11之平面形狀，例如，可為第2圖所示一例之格子狀圖案，或除此之外例如亦可為放射狀的圖案。然後，藉由加壓板(未圖示)而以高壓、具體而言為0.1MPa以上、較佳為0.1MPa~100MPa之範圍的壓力，將藉由基板保持器31所機械性支持之基板30的被研磨面30A，壓抵於該研磨定盤1表面，而在該狀態下進行研磨。
研磨定盤1之槽11的間距、深度、寬度等的諸元素係與被研磨之SiC或金剛石之基板30的大小等相依，但例如可設定為槽11的間距=1.5[mm]、寬度=30~50[mm]、深度=0.1
~0.3[mm]，以不產生氣泡等之方式而在槽11內壓入、充填TiO2
微粒的膠狀物，並加以乾燥保持等。第3圖為將槽11內埋入有固體光觸媒粒子20之狀態放大的示意圖。
在此，埋入固體光觸媒粒子20，不僅限於如上述之槽11，此外，例如亦可於研磨定盤1之表面分散配置多個點狀的盲孔(省略圖示)，並於該各個盲孔內埋入膠狀之固體光觸媒粒子20。
紫外光源燈2係配置於研磨定盤1的背面，自石英製之研磨定盤1的背面，透過該研磨定盤1而對槽11內之固體光觸媒粒子20照射紫外光。該紫外光之波長，作為一例，在使用TiO2
作為固體光觸媒粒子20的情況下，為了促進基板30之被研磨面30A的氧化，例如，以設定為250[nm]等為較佳。又，亦可於研磨定盤1之表面側配置紫外光源燈5，以便在研磨開始前來激勵TiO2
。
紅外光源燈3係配置於研磨定盤1的表面側，利用將紅外光照射於研磨定盤1的表面，將該研磨定盤1表面之固體光觸媒粒子20或基板30的被研磨面30A加以熱活性化，以促進被研磨面30A之化學性、機械性的研磨效率。作為該被研磨面30A之較佳的加熱溫度，在研磨SiC基板的情況下，為100~150℃，而在研磨金剛石基板的情況下，為300~400℃。藉由該種加熱，與不進行加熱之情況比較，可達成3~10倍之研磨效率。
又，作為進行加熱用之能束，除紅外光外，例如，亦可使用YAG雷射之雷射光或電子束等。
其次，說明該研磨裝置之作用。
首先，於研磨定盤1之槽11內埋入固體光觸媒粒子20(例如、TiO2
)，並自紫外光源燈5對該固體光觸媒粒子20照射紫外光，使TiO2
激勵後，在以指定壓力將由SiC或金剛石構成之基板30的被研磨面30A壓抵於研磨定盤1之表面的狀態下，使該研磨定盤1旋轉或轉動(往返旋轉運動)。此時，研磨定盤1之石英係比基板30之SiC或金剛石更為軟質，所以，研磨定盤1之表面會被逐漸略微磨耗。但是，即使研磨定盤1之表面有磨耗，被埋入槽11內之固體光觸媒粒子20，隨磨耗之進行，自該槽11內不斷地被供給研磨定盤1之表面，所以繼續研磨步驟之期間(亦即、研磨定盤1之表面磨耗朝厚度方向行進直到槽11消失為止之期間)，一直持續將固體光觸媒粒子20供給研磨定盤1之表面。
另一方面，與該機械之研磨動作並行，自配置於研磨定盤1之背面的紫外光源燈2，透過透明之研磨定盤1，對介入研磨定盤1之表面與SiC或金剛石之基板30的被研磨面30A的固體光觸媒粒子20，照射紫外光。藉由該紫外光之照射，對固體光觸媒粒子20供給有效之光能，確實進行研磨面之強力氧化。
更詳之，固體光觸媒粒子20係藉由接受紫外光而生成之羥基自由基或氧自由基之強力的氧化作用，以使SiC或金剛石之基板30的被研磨面30A氧化。另外該被氧化之部分係作為一氧化碳或二氧化碳而被除去。如此，進行所謂的
化學研磨。
在此，研磨定盤1係由石英所構成，石英係對紫外光之透光性高。因此，藉由如此由石英來構成研磨定盤1，可有效地(透過研磨定盤1時為低損失)將配置於研磨定盤1之背面側的紫外光源燈2的紫外光，照射於固體光觸媒粒子20。
另外，研磨時，研磨定盤1之表面或基板30的被研磨面30A藉由來自紅外光源燈3之紅外光的照射而被加熱，所以，研磨效率更為提高。而且，研磨定盤1係藉由可良好地吸收紅外光之石英所形成，所以可極為有效地進行此時之加熱。又，藉由該研磨裝置，以高純度氧化鈰(CeO2
)之固體光觸媒粒子20來實際研磨由SiC構成之基板30，經察所獲得之被研磨面30A的表面粗細度，可精加工為Ra=0.2nm之最為平滑的面，而相當良好。
如上述，在本實施形態之研磨裝置中，可平滑且極有效地對在習知金剛石砂石等中為不可能的SiC或金剛石之基板30進行超精密研磨加工，而不會殘留次表面損傷。
第4圖為本發明之第2實施形態的研磨裝置的構成的示意圖。該研磨裝置具備：研磨定盤110、及照射紫外光UV之紫外光照射部120，與第1實施形態相同，例如，係以碳化矽(SiC)或金剛石之基板30作為研磨對象者。
研磨定盤110係由對紫外光UV之透明性高的材料、例如石英所構成，為大致圓盤狀者，且由定盤保持器111所
保持。另外，在研磨定盤110上安裝有轉軸(未圖示)，藉由自外部的旋轉動力源(省略圖示)供給該轉軸之轉矩而進行旋轉(或左右反複轉動)。藉由加壓板(未圖示)而以高壓、具體而言為0.1MPa以上、較佳為0.1MPa~100MPa之範圍的壓力，將藉由基板保持器(未圖示)所機械性支持之基板30的被研磨面30A壓抵於該研磨定盤110表面，而在該狀態下進行研磨。研磨定盤110之直徑，例如為50mm，基板130例如係為3mm□至5mm□。
在研磨定盤110之表面，亦可與第1實施形態之研磨定盤1相同，設置有如第2及第3圖所示之多數道之格子狀槽11，並於該些槽11內埋入固體光觸媒粒子20。固體光觸媒粒子20係可使用與第1實施形態相同者。有關槽11之平面形狀、間距、尺寸等，係第1實施形態相同。
紫外光照射部120係配置於研磨定盤110的背面，用以自石英製之研磨定盤110的背面，透過該研磨定盤110而對基板30之被研磨面30A照射紫外光UV。該紫外光UV之波長係在相當於被加工物之帶隙能的波長以下，例如，相對於金剛石，以250nm以下為較佳。
紫外光照射部120，例如具有連結於未圖示之紫外光源的光纖121、將來自該光纖之紫外光UV加以聚光的聚光透鏡122、及保持光纖121與聚光透鏡122之透鏡保持器123。光纖121例如係外徑ψ1=8mm，內徑ψ2=5mm，聚光透鏡122之聚光外徑ψ係配合於基板30之尺寸，例如為3mm~5mm，聚光透鏡122至基板30的被研磨面30A的距
離d，例如為10mm。
於該研磨裝置中，在以指定壓力將由SiC或金剛石構成之基板30的被研磨面30A壓抵於研磨定盤110之表面的狀態下，使該研磨定盤110旋轉或轉動(往返旋轉運動)。此時，因為與該機械之研磨動作並行，自配置於研磨定盤110之背面的紫外光照射部120照射紫外線UV，所以，基板30的被研磨面30A被氧化，而進行化學研磨。藉以提高研磨效率。
如此，在本實施形態中，一面自透明研磨定盤110的背面，藉由紫外光照射部120而對基板30之被研磨面30A照射紫外光UV一面進行研磨，可提高研磨效率，可極平滑且極有效地對在習知金剛石砂石等中為不可能的SiC或金剛石之基板30進行超精密研磨，而不會殘留次表面損傷。
又，上述實施形態中，亦可在研磨定盤110之表面側配置與第1實施形態之紫外光源燈5相同之紫外光源燈。又，亦可在研磨定盤110之表面側配置與第1實施形態之紅外光源燈3相同之紅外光源燈，可一面對於研磨定盤110之表面照射紅外光一面進行研磨。
第5圖為本發明之第3實施形態的研磨裝置的構成的示意圖。該研磨裝置係除由對紫外光UV不透明之材料所構成外，其餘係與第2實施形態之研磨裝置相同的構成。藉此，針對對應之構成要素，賦予相同之元件符號來說明。
研磨定盤110係由樹脂等之對紫外光UV不透明之材料、例如、聚氨基甲酸酯薄板所構成，但形成具有自表面朝向背面貫穿之紫外線通過孔110A，且藉由該紫外線通過孔110A，可將紫外光UV照射於基板30之被研磨面30A的構成。紫外光照射部120係與第2實施形態相同的構成。
該研磨裝置係與第2實施形態進行相同作用，可獲得相同之效果。尤其是，被加工物係如GaAs或GaN而硬度比石英低之材料，其在使用由氨基甲酸酯薄板等的樹脂構成的研磨定盤110的情況變得有效。
又，詳細說明本發明之具體實施例。
藉由上述第2實施形態說明研磨裝置來進行基板130的研磨。基板130係使用金剛石銷(單結晶(100)面)。當計測研磨前之金剛石銷之直徑時，為387.4μm。在最初之9小時，僅使用研磨定盤110，而不進行紫外光UV之照射，進行研磨。接著，在其次之9小時，自研磨定盤110的背面，一面照射紫外光UV一面進行研磨。在研磨中每3分鐘調查金剛石銷之直徑及其擴展、及z軸方向加工效率。在調查z軸方向加工效率時，假定傾斜為30度。第6圖及表1顯示獲得之結果。
另外，分別調查加工前之粗細度及研磨後之粗細度，加工前之粗細度Ra=5nm~8nm，而研磨後之粗細度Ra=0.2nm~0.4nm。尤其是，在機械研磨中，雖金剛石(111)面不可能，但在本發明之使用紫外光的研磨方法中，在30分鐘自Ra=5nm成為Ra=0.4nm。
由第6圖及表1可知，在自研磨定盤110的背面側一面照射紫外光UV一面進行研磨的9小時，比僅藉由研磨定盤110進行研磨之最初9小時，無論是直徑之擴展、z軸方向加工效率之任一者，均獲得良好的效果。亦即，若自研磨定盤110的背面，一面對基板30之被研磨面30A照射紫外光UV一面進行研磨的話，可提高研磨效率。
以上，雖以實施形態及實施例來說明本發明，但本發明不限於上述實施形態及實施例，其可作種種的變形。例如，在上述實施形態及實施例中，雖將研磨對象作為SiC或金剛石之基板，但本發明不侷限於此，其實例如亦可使用砷化鎵(GaAs)或硝化鎵(GaN)等之基板。
1‧‧‧研磨定盤
2‧‧‧紫外光源燈
3‧‧‧紅外光源燈
4‧‧‧轉軸
5‧‧‧紫外光源燈
11‧‧‧槽
20‧‧‧固體光觸媒粒子
30‧‧‧基板
30A‧‧‧被研磨面
31‧‧‧基板保持器
110‧‧‧研磨定盤
110A‧‧‧紫外線通過孔
111‧‧‧定盤保持器
120‧‧‧紫外光照射部
121‧‧‧光纖
122‧‧‧聚光透鏡
123‧‧‧透鏡保持器
第1圖為顯示本發明之第1實施形態之研磨裝置的主要構成的側視圖。
第2圖為將研磨定盤之表面放大之側視圖。
第3圖為將研磨定盤之剖面構成放大的示意圖。
第4圖為顯示本發明之第2實施形態的研磨裝置的構成的側視圖。
第5圖為顯示本發明之第3實施形態的研磨裝置的構成的側視圖。
第6圖為本發明之實施例的結果的示意圖。
1‧‧‧研磨定盤
2‧‧‧紫外光源燈
3‧‧‧紅外光源燈
4‧‧‧轉軸
5‧‧‧紫外光源燈
11‧‧‧槽
30‧‧‧基板
30A‧‧‧被研磨面
31‧‧‧基板保持器
Claims (6)
- 一種研磨方法，其中使用一研磨定盤，該研磨定盤係由石英所製成及其前表面具有格子狀的槽，該槽內以固體光觸媒粒子充填，當以高壓力將由碳化矽(SiC)或鑽石所製成的基板之待研磨面壓抵至該研磨定盤的表面時，將紫外線自該研磨定盤的背面透過該研磨定盤地照射於該基板之待研磨面，且以紅外光加熱該基板之待研磨面或該研磨定盤之表面中至少一者，使該基板相對於該研磨定盤摩擦，藉以研磨該基板。
- 如申請專利範圍第1項之研磨方法，其中該固體光觸媒粒子含有選自由氧化鈰(CeO2 )、二氧化鈦(TiO2 )、氧化鉻(Cr2 O3 )、氧化鋅(ZnO)、氧化鎢(WO3 )、及氧化鐵(F2 O3 )所構成之群中的至少一種。
- 如申請專利範圍第2項之研磨方法，其中將氧化鋯(ZrO2 )及氧化鋁(Al2 O3 )之至少一種加入該固體光觸媒粒子內以形成混合物。
- 如申請專利範圍第1項之研磨方法，其中藉由照射紫外線，使該基板之表面氧化而進行化學研磨。
- 一種研磨裝置，係用以研磨由碳化矽(SiC)或鑽石所製成之基板的表面之研磨裝置，包括：研磨定盤，其係由石英所製成且在其表面具有格子狀的槽，且該槽係以固體光觸媒粒子充填； 基板保持器，其保持該基板；紫外光源燈，係配置於該研磨定盤的背面，並自該研磨定盤的背面透過該研磨定盤地對在該研磨定盤之固體光觸媒粒子照射紫外光；驅動機構，其藉由該基板保持器以高壓力將該基板之待研磨面壓抵至研磨定盤的表面，並使該基板相對於固體光觸媒粒子摩擦；及加熱機構，利用紅外光加熱該基板之待研磨面及該研磨定盤之前表面中至少一者。
- 如申請專利範圍第5項之研磨裝置，其中該固體光觸媒粒子含有選自由氧化鈰(CeO2 )、二氧化鈦(TiO2 )、氧化鉻(Cr2 O3 )、氧化鋅(ZnO)、氧化鎢(WO3 )、及氧化鐵(F2 O3 )所構成之群中的至少一種。
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