JPH01187930A

JPH01187930A - 研磨剤及び研磨方法

Info

Publication number: JPH01187930A
Application number: JP63012995A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Doi; 俊郎土肥; Hiroshi Nakada; 宏中田; Yoshihiko Kunimitsu; 国光　嘉彦
Original assignee: Nippon Silica Industrial Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Tosoh Silica Corp; NTT Inc
Priority date: 1988-01-22
Filing date: 1988-01-22
Publication date: 1989-07-27
Also published as: US5032203A

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、研磨剤、研磨方法及び研磨機に関し、特に、
Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　（ガリウム・ヒ素）やＩｎＰ（インジ
ューム・リン）のような化合物半導体結晶等の硬脆材料
を高能率かつ無じょう乱鏡面に研磨する化学研磨もしく
はメカノケミカル研磨に関するものである。

〔従来技術〕

従来、ＧａＡｓやＩｎＰのような化合物半導体結晶基板
の研磨（ポリシング）では、高い研磨能率。

加工表面の完全結晶性を確保するために、エツチング作
用を有するＢ　ｒ２（臭素）とＣＨ３０Ｈ（メタノール
）の混合溶液を研磨剤として用いてきた。

この研磨剤を用いると、所謂従来からのピッチボリシン
グのような機械的ボリシングに比べて、研磨能率は数〜
士数倍高く、その上加工変質層がほとんど検出されない
などの優れた特徴を有する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記従来の研磨（ボリシング）技術では
、適用するＢｒ２（臭素）は不快な刺激のある上に金属
を著しく腐食させるため研磨装置を構成する材料が限定
され、さらに人体に対して極めて有毒な薬品であるため
、取扱いには厳重に気をつけなければならず、研磨装置
には液の混合をはじめ廃液処理、ガス排気など種々の細
心の対策を施す必要があった。

従って、研磨装置には大がかりな周辺装置を必要とし、
研磨剤としてのＢｒ２−ＣＨ，ＯＨ溶液を適用するため
に、装置の高価格化が重大な問題となっていた。

更に、将来的に見て、特に、化合物半導体はＬＳＩ（大
規模半導体集積回路装置）用のＳＬ（シリコン）に代わ
るものとして注目されており、Ｓｉウェハの場合と同等
もしくはそれ以上の生産量が必要とされている。しかし
、Ｂｒ、とＣＨ，○Ｈの混合溶液は、混合してから数十
分たらずで分解してしまうため、使用するにしても極め
て扱いにくい上に、安全衛生上、装置上などを考慮した
対策をとっても、細心の注意を一時たりとも怠ることは
できず、大量生産向きとは言えなかった。

本発明は、訂記課題を解決するためになされたものであ
る。

本発明の課題は、人体に対して害の少ない研磨剤を提供
することにある。

本発明の他の課題は、人体に対して害の少ない研磨技術
を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の課題と新規な特徴は１本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。

〔課題を解決するための手段〕

本願′において開示される発明のうち、代表的なものの
概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明においては、（１）研磨剤において、
亜臭素酸ナトリウムを主成分とする水溶液を主剤とした
ことを最も主要な特徴とする。

（２）前記（１）の亜臭素酸ナトリウム水溶液に、該水
溶液に溶解しない粒子を混入したことを特徴とする。

（３）前記（１）又は（２）の研磨剤に界面活性剤を添
加したことを特徴とする。

（４）被加工物を研磨する修正輪を備えた修正輪型研磨
機において、前記修正輪のポリシャ面の一部に亜臭素酸
ナトリウムを分解する金属を配置したことを特徴とする
。

（５）前記（４）の修正輪の全部を亜臭素酸ナトリウム
を分解する金属で構成したことを特徴とする。

（６）研磨方法において、前記（１）乃至（３）の研磨
剤の容器とは別容器に充填した亜臭素酸ナトリウムを分
解する金属微粒子もしくは当該金属微粒子を分散させた
水溶液を、前記（１）乃至（３）のいずれか−項の研磨
剤を修正輪のポリシャ面上に滴下する直前もしくは直後
に滴下して被加工物を研磨することを特徴とする。

〔作用〕

前記手段によれば、従来のＬＳＩ用のＳｉウェハのメカ
ノケミカル研磨で使用している研磨剤と同様の感覚で使
用でき、害も少なく、安定で高品位にかつ高能率で研磨
できる研磨剤として、亜臭素酸ナトリウム（ＮａＢｒ０
２）をベースとした水溶液を使用して、ＧａＡｓ、Ｉｎ
Ｐなどの化合物半導体結晶をはじめ、Ｓｉ、サファイア
、ガラスなどの硬脆材料等を研磨することができる。

また、従来の研磨方法に用いられるＢｒ、とＣＨ３０Ｈ
の混合溶液のように、有毒である上に、混合液の安定性
が極めて悪い等の課題を解決することができるので、管
理上の問題もなく、工業生産レベルで使用することがで
きる。

〔発明の実施例〕

本発明による研磨剤は、マイルドな酸化作用を有する亜
臭素酸ナトリウム（Ｎ　ａ　Ｂ　ｒ　Ｏ２）を主成分と
するものを水溶液状にしたものがベースとなる。

まず１本発明の研磨剤の製造方法の一実施例として、Ｎ
ａＢｒ０．を６５％以上含在する結晶性粉末を純水に溶
解する。溶解するＮ　ａ　Ｂ　ｒ　Ｏｚの濃度は、被加
工物によって決めるべきであるが、３０重量パーセント
（ｗｔ％）以下が一応の目安であり、沈殿物がなくなる
まで、よく攪拌する。本実施例の研磨剤は、前記溶解し
たＮ　ａ　Ｂ　ｒ　Ｏｚ水溶液がベースとなり、このま
までも研磨剤としての効果は大きいが、種々のバリエー
ションがある。

すなわち、メカノケミカル効果を重畳させるために、Ｎ
ａＢｒ０２水溶液に溶解しない微粒子を添加したり、研
磨品位を一層向上させるために界面活性剤を添加する。

これらの添加物は、被加工物の硬さ、じん性、酸化性な
どの物性を考慮して適宜条件を選択すればよい。

以下、本発明の研磨剤による研磨方法及び研磨機の一実
施例について説明する。

［実施例Ｉ］一辺が１０１１Ｉ１１の正方形で厚さ０．５ｍ＋ａのＧ
　ａ　Ａ　ｓ単結晶基板を直径（φ）６０＋＋＋ｍの接
着プレート（ＳＵＳ製）上にワックスにて接着し、又、
研磨機の定盤（φ２００ｍｍ）にポリシャ（ポリウレタ
ン含浸ポリエステル不織布）を貼り、前記接着プレート
を該ポリシャ上に設置した。研磨液は、ＮａＢｒ０２−
３Ｈ２０の組成をもち、ＮａＢｒ０．とじて６５％以上
含在する無臭の黄色結晶粉末を、純水中に種々の割合で
混合・溶解した。次に、各々の溶解液を研磨液として修
正輪型研磨機（修正輪はプラスチック）により、回転数
６Ｏｒｐｍ、研磨圧力５０〜５００ｇ／ａ＃の条件で前
記試料のＧａＡＳｓ基板を研磨した。

第１図は、Ｎ　ａ　Ｂ　ｒ　Ｏ□結晶粉末濃度Ｃをパラ
メータとして、研磨圧力と研磨能率の関係の一例である
。研磨能率は、従来の研磨液に比べて、大幅に向上して
いる（結晶粉末濃度Ｃ：＝１ｗｔ％で従来の研磨能率に
相当）。

結晶粉末濃度Ｃが２０ｗｔ％以上になると研磨能率は増
大するが、エッチピットが発生しはじめるので、仕上げ
研磨ではなく、高沸率化を主点にした前仕上げ用研磨液
に適する。

結晶粉末濃度Ｃが０．０５〜２０ｖｔ％の液で研磨した
面を評価すると、スクラッチ、エッチピットなどもない
ことを確認した。但し、研磨終了後、被膜が生じたり、
じみが残りやすいので、直ちに純水洗浄を行うほうがよ
い。

［実施例■コ前記実施例Ｉで用いた研磨液に、各種の粒径を有するＳ
　ｉＯｚ　（酸化シリコン）＊粒子を混合して。

実施例Ｉと同様に研磨能率を比較すると、第１表の如＜
、５ｉｎ２微粒子添加なしの場合の１．２〜２倍に増加
する。これは、５ｉｎ２微粒子の機械的作用によって誘
起されるメカノケミカル効果が活発化されることによる
ものである。

ここで注目すべきことは研磨面がより高品質になること
である。実施例■で、ややもすると被膜等が生じやすい
が、ＳｉＯ２微粒子を混入することによって、それが１
００％防止できる。そして、表１に併合したように、研
磨面の表面粗さが向上し、９０〜３０人Ｒｍａｘになる
。表面粗さは、研磨剤のみでなくポリシャ材質にも依存
し、軟質な人工皮革を適用すると２０〜１０人Ｒｍａｘ
の表面粗さも実現できる。また、混入するＳｉＯ□微粒
子は、細粒のもの程高品位の面となりやすい。

以下余白［実施例■コ前記実施例■で微粒子としてＳｉＯ２を適用した例を示
したが、前述のようにメカノケミカル効果を活発化でき
る微粒子であればよいから、ｏ、０５〜３０υｔ％のＮ
ａＢｒ０．の溶液に溶解しない微粒子であれば、本発明
の効果を発揮できる。事実、Ｃｒ、Ｏ，、Ａｌ□Ｏ，、
ＺｒＯ２，ＳｉＣ，ＣｅＯ，、ＦｅＯ２やダイヤモンド
等の微粒子を適用しても実施例■と同様の効果を得るこ
とができる。

［実施例■］前記実施例Ｉにおいて、界面活性剤（例えばノニオン系
界面活性剤）を０．０１〜３　、　Ｏｖｏ１％添加した
ものを研磨液（剤）として同様な実験を行ったところ、
実施例■で偶発的にみられた被膜。

しみなどはなく、本界面活性剤を多く添加すると研磨能
率は若干劣る傾向にあるが、高品位な加工面が得ること
ができた。

［実施例■］前記実施例■及び実施例■で用いた研磨剤に、さらに界
面活性剤を実施例■と同様に添加すると、高品位の加工
面が確実に能率よく得ることができた。

ここで、前記実施例■乃至実施例■で用いた研磨剤の安
定性を調べるために、各研磨剤を作製してから放置日数
（ただし、使用するとき以外は密栓）と研磨能率の関係
を求めた。その結果、作製してから２〜３力月たっても
本発明の効果はほとんど変わらなかった。すなわち、溶
液状態にしてもほとんど分解しないことを示すものと言
える。

従来の研磨剤のＢ　ｒ、　−ＣＨ，○Ｈ容液や、次亜塩
素酸塩などの溶液が数分〜数日位で分解してしまうもの
に比べて、安定性の点で格段と優れていることは明らか
である。

また、以上の説明の中で述べていなかったが、本発明の
研磨剤は、光の照射で分解しやすいものではないので、
非常に扱いやすい。また、ＮａＢｒＯ２は粉末状の固体
であるので、取扱いも容易である点も特徴である。更に
、前記実施例ではＧａＡｓ単結晶を試料とした例であっ
たが、ＩｎＰなどの化合物半導体結晶の研磨はもちろん
、Ｓｉ、サファイア、ＬｉＴａ０．などの単結晶をはじ
め石英ガラスなどの硬脆材料等にも適用できることも確
認している。

［実施例■］前記実施例■乃至実施例■で述べた例では、ＮａＢｒＯ
２の分解・反応を試料の研磨面で行わせようとするもの
であった。ＮａＢｒＯ２水溶液は、鉄。

銅、クロム、ニッケル、アルミニウムなどの金属の介在
で分解が進む。例えば、ＣｕイオンにょるＢ　ｒｏ２の
分解・反応は、８Ｂｒ○、＋４Ｃｕ→２ＣｕＢｒ２（水溶性）＋２Ｃｕ
Ｏ（ＮａＯＨ容液に溶は易い）　＋　２　Ｂ　ｒ２＋７
０と表わすことができる。ここで発生するＢｒ、を瞬時
に被加物との反応に寄与させると、研磨能率は増大する
。

［実施例■コ第２図は、本発明の研磨剤を使用して研磨する方法を実
施する実施例■の修正輪型研磨機の概略構成を説明する
ための説明図、第３図は、第２図の■−■線で切断した
断面図である。

本実施例■の修正輪型研磨機は、第２図及び第３図に示
すように、回転駆動源に連結されている回転軸１１に取
り付けられている定盤１２上にポリシャ１が貼り付けら
れている。このポリシャ１の上に前記実施例！乃至実施
例Ｖの研磨剤１０を滴下し、修正輪３の中に試料（例え
ばＧ　ａ　Ａ　ｓ結晶）２を貼りつけた接着プレート５
を配置しその接着プレート５の上に荷重４を載置して研
磨を行うものである。

前記修正輪３のポリシャ１側には、銅、ニッケルあるい
はアルミニウム、鉄などの金属小片３′を等分装置して
貼りつけである。このような構成で研磨を行うと前記の
分解・反応が研磨直前で行われるので、Ｂｒ２が極めて
有効に作用する。事実。

研磨能率は前記実施例Ｔ乃至実施例■の場合の１゜、　
　２〜１．５倍程度に増大した。修正輪３に金属小片３
′を貼り付けなくても、修正輪３そのものを金属にして
もあるいはポリシャ面の一部に金属を配置してもよいこ
とは当然である。また、金属微粒子を研磨剤１０を滴下
する直前もしくは直後に滴下すると効果は大きい。金属
微粒子は純水に混合しつつ滴下することが望ましい。な
お、第３図において、符号１３は研磨剤１０の収容容器
、符号１４は研磨剤１０の滴下量調整用コックである。

以上、本発明を実施例にもとづき具体的に説明したが、
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は言うまでもない。

例えば、本発明は、Ｓｉ、サファイアｐ　Ｌ　ｉ　Ｔ　
ａ　Ｏ３ｔガラスなどの研磨一般に適用・応用できるこ
とは勿論である。

〔発明の効果〕

以上、説明したように１本発明によれば、ＮａＢｒ０□
を含む結晶状の粉末を純水に溶解させた水溶液をベース
としたものは、ＧａＡｓやＩｎなどの化合物半導体をエ
ツチングする能力もあり、微粒子や界面活性剤を添加さ
せた研磨剤を用いることにより、高品位な（無じょう乱
）加工面が高能率に得られ、その上、溶液の安定性がよ
い上に人体にほとんど無害であり、また、従来の通常の
研磨材と同様に使用できるので、工業生産レベルで無理
なく安心して使用することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ＮａＢｒ０□結晶粉末濃度Ｃをパラメータと
して、研磨圧力と研磨能率の関係の一例を示す特性曲線
図、第２図は、本発明の研磨剤を使用して研磨する方法を実
施する一実施例の修正輪型研磨機の概略構成を説明する
ための説明図、第３図は、第２図のｍ−ｍＨで切断した断面図である。図中、１・・・ポリシャ、２・・・試料、３・・・修正
輪、４・・・荷重、５・・・接着プレート、１０・・・
研磨剤、１２・・・定盤、１３・・・研磨剤収容容器、
１４・・・研磨剤滴下量調整用コックである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）亜臭素酸ナトリウムを主成分とする水溶液を主剤
としたことを特徴とする研磨剤。
（２）亜臭素酸ナトリウム水溶液に、該水溶液に溶解し
ない粒子を混入したことを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載の研磨剤。
（３）界面活性剤を添加したことを特徴とする特許請求
の範囲第１項又は第２項に記載の研磨剤。
（４）被加工物を研磨する修正輪を備えた研磨機におい
て、前記被加工物を研磨する修正輪のポリシャ面の一部
に亜臭素酸ナトリウムを分解する金属を配置したことを
特徴とする研磨機。
（５）前記修正輪の全部を亜臭素酸ナトリウムを分解す
る金属で構成したことを特徴とする特許請求の範囲第４
項に記載の研磨機。
（６）前記研磨剤の容器とは別容器に充填した亜臭素酸
ナトリウムを分解する金属微粒子もしくは当該金属微粒
子を分散させた水溶液を、前記特許請求の範囲第１項乃
至第３項のいずれか一項に記載の研磨剤を修正輪のポリ
シャ面上に滴下する直前もしくは直後に滴下して被加工
物を研磨することを特徴とする研磨方法。