JPH11226862A

JPH11226862A - 研磨装置及び研磨方法

Info

Publication number: JPH11226862A
Application number: JP2968598A
Authority: JP
Inventors: Toshihito Kuramochi; 豪人倉持; Yoshitaka Kubota; 吉孝窪田
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1998-02-12
Publication date: 1999-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨廃液の問題を軽減し、従来の方法と同程度
の研磨仕上げとなり、かつ研磨処理における耐久性があ
り、また、より速く被研磨材料表面の平滑性を得ること
ができ、さらに面だれなしによりいっそうの平滑性を得
ることのできる研磨装置及び研磨方法を提供する。【解決の手段】被研磨材料を研磨用定盤に押しつけ研磨
用定盤及び／又は被研磨材料を摺擦運動させながら研磨
液を加えつつ被研磨材料を研磨する研磨装置において、
前記研磨用定盤が主としてシリカ（二酸化珪素）からな
り、かさ密度が０．２〜１．５ｇ／ｃｍ³であり、ＢＥ
Ｔ比表面積が１０〜４００ｍ²／ｇであり、平均粒子径
が０．００１〜０．５μｍである研磨用成形体と付帯部
材とからなる研磨装置及び研磨方法を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウエハー
やニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウムなどの酸化物
基板、化合物半導体基板、ガラス基板、金属基板等の基
板材料、石材等の研磨に好適な研磨装置及び研磨方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコンウエハーや酸化物基板、
化合物半導体基板などの基板材料等の研磨される材料
（以下、「被研磨材料」という）を研磨加工するプロセ
スでは、基板材料等の表面にコロイダルシリカ等の遊離
砥粒を水酸化カリウム等の化学薬品に調合した研磨液を
連続的に流しながら不織布タイプやスウエードタイプ等
のポリッシングパッドで磨くことによって仕上げてお
り、例えば特開平５−１２７９、特開平５−１５４７６
０、特開平７−３２６５９７には種々の研磨剤と研磨布
を用いてシリコンウエハーやタンタル酸リチウム基板の
研磨を実施することが開示されている。しかし、このよ
うな方法による場合、遊離砥粒を大量に使用するため、
遊離砥粒を大量に含有する研磨廃液が生じ、その処理等
については研磨処理の効率、廃液処理の設備面、環境へ
の影響を考慮すると改善されるべきものであった。ま
た、研磨処理において、研磨布は目詰まり等の性能劣化
が短時間で生じるために新たなものへと取り替える必要
が生じ、研磨処理作業の効率化の面での課題もあった。

【０００３】また、研磨布を用いた研磨方法の場合、研
磨布に弾性があるために被研磨材料に加えられる加重を
高めると研磨布の弾性変形により被研磨材料と研磨布の
間の摩擦熱により被研磨材料の温度が非常に高くなりや
すいため、被研磨材料に加えられる加重に制限が生じて
いた。研磨速度を向上させるためには、高加重を加える
ことが有効であることはすでに公知ではあるが、そのた
めには研磨加工中の温度上昇を抑制する必要があった。
この温度上昇を抑制する方法としては、従来より単位時
間に大量の研磨液を研磨布表面に供給して冷却作用を持
たす方法などが行われていたが、このような大量の研磨
液を供給することは遊離砥粒を大量に含有する研磨廃液
の原因となり、実用上の課題となっていた。

【０００４】さらに、前記のように研磨布には弾性があ
り被研磨材料表面の凹凸に柔軟に対応してしまうため
に、被研磨材料の表面を平滑にするためには、被研磨材
料表面の凹凸の最大高さ以上の厚さを研磨しなければな
らず、そのため研磨に時間がかかってしまうという課題
があり、また、より平滑に研磨するには長時間研磨加工
を継続する必要があり、そのために被研磨材料に面だれ
を生じてしまうという課題も生じていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の方法
により研磨加工を行った場合、コロイダルシリカ等の遊
離砥粒を大量に含有する研磨液を廃棄することになると
いう問題や、研磨加工プロセスのさらなる効率化といっ
た課題が生じていた。本発明は上記問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、シリコンウエハーや酸化
物基板、化合物半導体基板などの基板材料等を研磨加工
するプロセスにおいて、このような遊離砥粒を含まない
か少量の遊離砥粒を含む研磨液を使用することで廃液の
問題を軽減し、従来の方法と同程度の研磨仕上げとな
り、かつ研磨処理における耐久性もあるために研磨作業
を効率化でき、またより速く被研磨材料表面の平滑性を
得ることができ、さらに面だれなしによりいっそうの平
滑性を得ることのできる研磨装置及び研磨方法を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するために鋭意検討を重ねた結果、被研磨材料を研
磨用定盤に押しつけた後、研磨用定盤及び／又は被研磨
材料を摺擦運動させながら研磨液を加えつつ被研磨材料
を研磨する研磨方法において、主としてシリカ（二酸化
珪素）からなり、かさ密度が０．２〜１．５ｇ／ｃｍ³
であり、ＢＥＴ比表面積が１０〜４００ｍ²／ｇであ
り、平均粒子径が０．００１〜０．５μmである研磨用
成形体と付帯部材とからなる研磨用定盤を用い、また、
これらを装置に組み込むことで以下の知見を見出だし
た。

【０００７】１）研磨の際に、研磨用成形体の表面がそ
の原料であるシリカ粉末により粗面となっており、これ
と被研磨材料とが直接接触するために、コロイダルシリ
カ等の遊離砥粒を含まない研磨液を使用して基板材料等
の研磨加工プロセスへの適用が可能となり、しかもその
際に成形体の粒子の脱落が非常に少なくなり、廃液の問
題が軽減される。

【０００８】２）研磨用成形体の強度が高いために研磨
加工プロセスにおいても耐久性があり、そのため長期に
渡って取換えなしで研磨作業を実施できると共に、従来
のシリコン基板の研磨加工では５００ｇ／ｃｍ²が限度
であったものをその加工圧力をさらに高くすることがで
きるために加工時間の短縮が可能となる。

【０００９】３）研磨用成形体に弾性がないので研磨加
工プロセスにおいて、被研磨材料の研磨面の面積に対し
て高い加重を加えても被研磨材料と研磨用成形体の間の
温度上昇を抑制することができる。

【００１０】４）研磨された被研磨材料の仕上がりが従
来の方法と同程度以上であり、同程度の仕上がりを得る
場合の研磨速度の面でも同等以上であって、研磨性能の
経時的な劣化が少ない。

【００１１】５）たとえ遊離砥粒を含有する研磨剤を用
いた場合でも、従来の方法よりも希薄な遊離砥粒濃度で
研磨速度が向上する。

【００１２】このように、本発明の研磨装置及び研磨方
法を用いることでこれらの優れた点を見出だし、本発明
を完成するに至った。

【００１３】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１４】本発明の研磨装置は、被研磨材料を研磨用
定盤に押しつけ研磨用定盤及び／又は被研磨材料を摺擦
運動させながら研磨液を加えつつ被研磨材料を研磨する
研磨装置であって、研磨用定盤が主としてシリカ（二酸
化珪素）からなり、かさ密度が０．２〜１．５ｇ／ｃｍ
³であり、ＢＥＴ比表面積が１０〜４００ｍ²／ｇであ
り、平均粒子径が０．００１〜０．５μm である研磨用
成形体と付帯部材とからなる研磨用定盤を設置できる構
造を有したものであれば通常研磨加工に用いられる装置
をそのまま用いることができ、例えば、両面ポリッシン
グマシンなどが例示できる。本発明において重要な点
は、本発明において用いられる研磨用定盤の特性を活か
して研磨加工条件を設定できることにあり、以下に研磨
用定盤について説明する。

【００１５】本発明の研磨装置の定盤部分は主としてシ
リカ（二酸化珪素）からなり、かさ密度が０．２〜１．
５ｇ／ｃｍ³であり、ＢＥＴ比表面積が１０〜４００ｍ²
／ｇであり、平均粒子径が０．００１〜０．５μｍであ
る研磨用成形体と付帯部材から構成される。ここで、定
盤部分中の研磨用成形体が研磨布のような場合には、通
常遊離砥粒を用いなければならないために研磨廃液中に
大量の遊離砥粒を含有するので廃液処理の問題が生じて
しまい好ましくない。また、通常研磨布は本発明で用い
られる研磨用成形体より明らかに弾性が高いために研磨
布と被研磨材料との間の摩擦熱による温度上昇を勘案す
ると高い加工圧力を加えることができないために研磨速
度の向上に制限が生じうるため好ましくない。

【００１６】本発明で用いられる付帯部材は研磨用成形
体が研磨装置の定盤部分に設置・固定されて研磨加工作
業に支障がない状態を作り出せるものであれば特に限定
はされないが、例えば金属製や樹脂製等の平板等が例示
される。また、研磨装置の定盤部分に研磨用成形体を直
接設置・固定することも可能であり、その場合、設置・
固定に用いられる接着剤等も本発明においては付帯部材
に含まれる。この接着剤は後記する研磨用成形体と付帯
部材とを固定する際に用いられる接着剤と同一でもよ
く、特に限定されるものではない。

【００１７】本発明で用いられる研磨用成形体として
は、主としてシリカ（二酸化珪素）からなり、かさ密度
が０．２〜１．５ｇ／ｃｍ³であり、ＢＥＴ比表面積が
１０〜４００ｍ²／ｇであり、平均粒子径が０．００１
〜０．５μｍである。

【００１８】ここで、主としてシリカとは、シリカ成分
が全量の９０重量％以上有するものが好ましく用いら
れ、例えば、その種類として乾式法シリカ、湿式法シリ
カなどが例示できる。また、シリカ以外の成分として、
例えば結合剤などは含まれない。ここで、シリカ成分が
９０重量％以上とはシリカ粉末を１０５℃で２時間加熱
処理した後のシリカ成分、不純物、灼熱減量（Ｌｏｓｓ
ｏｆＩｇｎｉｔｉｏｎ、以下「Ｉｇロス」という）
の総量を全量としたときのシリカ成分の重量％である。
従って、灼熱減量を除いて考えれば、本発明で用いられ
るシリカ原料粉末は実質的にシリカ成分は９７重量％以
上となる。シリカ成分が上記範囲を逸脱すると研磨加工
時に被研磨材料への不純物による汚染等の影響や被研磨
材料に欠陥が生じる等の問題が生じてしまいやすくな
る。

【００１９】研磨用成形体のかさ密度の範囲としては、
研磨中における研磨用成形体の形状を保持し、効率的に
被研磨材料の平滑な面を得るために０．２〜１．５ｇ／
ｃｍ³の範囲が好ましく、さらに０．４〜０．９ｇ／ｃ
ｍ³の範囲が好ましい。かさ密度が０．２ｇ／ｃｍ³を下
回るとその形状を保てないほど形状保持性が悪くなるた
めに研磨中に成形体自身が磨耗しやすくなり好ましくな
い。また、１．５ｇ／ｃｍ³を上回ると、逆に成形体自
身の強度が高くなり過ぎ、被研磨材料が研磨中に損傷し
たり、研磨により研磨用成形体の表面が滑らかになり過
ぎて研磨速度が低下するため好ましくない。

【００２０】研磨用成形体のＢＥＴ比表面積の範囲とし
ては、研磨中における研磨用成形体の形状を保持し、被
研磨材料の平滑な面を得るために１０〜４００ｍ²／ｇ
の範囲が好ましく、さらに１０〜２００ｍ²／ｇ、特に
１０〜１００ｍ²／ｇの範囲が好ましい。ＢＥＴ比表面
積が４００ｍ²／ｇを越えると研磨用成形体の形状を保
てないほど形状保持性が悪くなるために研磨中に成形体
自身が磨耗しやすくなり好ましくない。また、１０ｍ²
／ｇを下回ると、逆に成形体自身の強度が高くなり過
ぎ、被研磨材料が研磨中に損傷したり、研磨により研磨
用成形体の表面が滑らかになり過ぎて研磨速度が低下す
るため好ましくない。

【００２１】研磨用成形体の平均粒子径の範囲として
は、多孔体への成形を容易にし、被研磨材料の平滑な面
を得るために０．００１〜１μｍ、さらに０．０１〜
０．３μｍ、特に０．０３〜０．２μｍの範囲が好まし
い。平均粒子径が０．００１μｍよりも小さくなると原
料粉末の１次粒子径が０．００１μｍよりも小さくな
り、多孔体に成形することが非常に難しくなるために実
用に供しえなくなり、１μｍよりも大きくなると被研磨
材料に欠陥を生じる等の問題が生じることがあり好まし
くない。ここでいう平均粒子径とは、研磨用成形体表面
のシリカ微粒子の粒子径を意味しており、例えば実施例
に記載の通り、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などにより
測定できる。

【００２２】上記記載の研磨用成形体を付帯部材に研磨
用の定盤として組み込むことで研磨用定盤が形成され
る。以下に、本発明の研磨装置において用いられる研磨
用定盤について説明する。

【００２３】本発明の研磨用定盤に用いられる研磨用成
形体の個数については、１個又は２個以上用いればよ
く、さらに２個以上用いることが好ましい。この理由と
しては、１）研磨加工プロセスにおいて用いられる研磨
液を研磨中に適切に排出することで研磨速度を向上させ
るためである。このため、研磨用成形体を２個以上用い
て研磨用定盤を構成した場合には、研磨用成形体の間の
隙間より研磨液の排出ができる。また、１個を用いた場
合には、成形体の研磨面の側に研磨液を排出できる適当
な溝の構造を持たせることが好ましい。２）また、研磨
用成形体を２個以上用いて研磨用定盤を構成した場合に
は、被研磨材料への当たりが良くなり、被研磨材料全面
の研磨速度に偏りなく、効率よく研磨できるようにな
る。

【００２４】用いられる研磨用成形体の形状は特に限定
されるものではなく、研磨用成形体が付帯部材へ装着で
きるものであればどのような形状のものも採用できる。
例えば円柱状ペレットや、四角柱状ペレット，三角柱状
ペレットなどの角柱状ペレット等を例示でき、さらに
は、被研磨材料との接触面が直線と曲線を組み合わせて
できるあらゆる形状のものも例示できる。又、その大き
さは通常用いられる範囲であれば特に限定されるもので
はなく、研磨装置中の研磨用成形体を組み込むための付
帯部材の大きさに応じて決められる。

【００２５】例えば、通常、付帯部材の大きさはその径
として２００〜８００ｍｍ程度のものが使用されるが、
研磨用成形体を１個用いる場合には、用いる付帯部材の
大きさよりも若干小さく、その中に収まる大きさであれ
ば良い。また、２個以上の研磨用成形体を用いる場合に
は、使用する個数にもよるが、一辺が５〜１００ｍｍの
角程度の範囲内に収まる大きさであることが実用上好ま
しい。例えば、円柱状ペレットでは直径５ｍｍ以上１０
０ｍｍ以下、四角柱状ペレットでは一辺が５〜１００ｍ
ｍの範囲となる。一辺が５ｍｍ角の範囲よりも小さい場
合でも研磨加工プロセスにおいて機能を十分発揮する
が、配列個数が非常に多くなって実用的でない場合があ
り、一辺が１００ｍｍ角の範囲よりも大きい場合にも研
磨加工プロセスにおいて機能を十分に発揮するが、研磨
用成形体を２個以上配列する効果が小さくなることがあ
る。また、大きさについては、研磨用成形体の研磨面の
側に溝加工などを施せば、その好ましい大きさを大きく
して実施することもできる。

【００２６】さらに、この研磨用成形体の厚さ、すなわ
ち研磨用の付帯部材に対して垂直方向となる長さは特に
限定されるものではないが、３〜２０ｍｍの範囲内であ
ることが好ましい。この理由として、３ｍｍより小さい
場合には研磨加工プロセスにおいて機能を十分に発揮す
るが研磨加工の際の成形体の強度を考慮すると実用的で
ないことがあり、厚さが２０ｍｍよりも大きい場合には
研磨加工プロセスにおいて機能を十分に発揮するが、研
磨用成形体の大きさが大きくなり過ぎて実用的でないこ
とがある。

【００２７】上記記載の研磨用成形体を配列する具体的
な個数としては、研磨用成形体個々の大きさ、研磨用成
形体を研磨加工プロセスで使用するために当然配列しな
ければならない場所、例えば研磨装置の回転定盤などの
大きさ等により一概に限定することはできないが、研磨
用成形体を配列すべき場所の総面積に対する研磨用成形
体の研磨面（研磨加工時に被研磨材料に接触する面のこ
とであり、以下同じ）の総面積の割合で表すと９５％以
下であることが好ましい。この割合が９５％を超えると
いうことは研磨速度の面で大きな研磨用成形体１個を使
用した場合とあまり変わらなくなり、研磨用成形体を２
個以上配列して研磨装置に組み込む効果が小さくなって
しまう。この場合の下限値は特に限定されるものではな
いが、小さすぎると研磨用成形体の研磨面の総面積が小
さくなることを意味しており、３０％程度以上が実用的
である。

【００２８】さらに、研磨用成形体を研磨用定盤へ組み
込む際の付帯部材への配列の仕方としては、研磨用成形
体を研磨加工プロセスで使用できるために当然配列しな
ければならない場所、例えば研磨装置の定盤などの全面
にわたって偏りなく配列されていれば特に限定されるも
のではなく、ランダムであってもかまわないが、被研磨
材料の研磨位置により研磨効率が影響されないようにす
るためには、研磨用定盤又は付帯部材の中心線に対して
左右対称になるように配置することが好ましい。ここ
で、中心線とは、研磨装置の定盤または付帯部材におい
て、中心となる位置を決めておき、これを通過する任意
の線を意味する。

【００２９】本発明において用いられる研磨用成形体を
研磨用定盤に組み込む際の付帯部材への配置方法の態様
としては、上記記載の研磨用成形体の特性を有するもの
を組み合わせるのであれば特に限定されるものではな
く、例えば、研磨用成形体の小片を組み合わせて一体化
する方法、大きな円板に埋め込む方法などが挙げられ
る。

【００３０】このような研磨用成形体を２個以上研磨装
置のへ配列させる場合には配置された研磨用成形体の研
磨面を被研磨材料の形状に合うように整えることが望ま
しい。この場合、付帯部材についてその形状に合ったも
のを選択しても良い。例えば、被研磨材料表面が平坦な
場合にはその研磨用成形体の被研磨材料との接触面を平
坦化することが望ましく、曲面状の場合にはそれに合っ
た曲面状とすることが望ましい。これは、研磨用定盤に
組み込んだ研磨用成形体を用いて研磨加工する際に、被
研磨材料と研磨用成形体が直接接触できるようになって
いるため、その接触面を多く取ることができるようにす
るためである。特に平坦化する場合は、研磨用定盤から
の垂直方向の高さに対してばらつきがないように配置す
ることが好ましい。

【００３１】研磨用成形体と付帯部材としての金属製や
樹脂製等の平板等との固定方法については、接着剤によ
り固定したり、平板等に研磨用成形体の大きさに対応し
た凹凸面を施し、研磨用成形体を固定しても良い。接着
剤を用いて研磨用成形体と平板等とを固定する場合に用
いられる接着剤は本発明の目的を達成できるものであれ
ば特に制限なく用いることができ、特に、弾性接着剤の
ような、研磨用成形体を定盤へ接着固定する際に生じる
ことがあるひび、割れ等がない接着剤を用いることが好
ましい。

【００３２】研磨加工中の研磨用成形体の設置・固定を
よりいっそう確実にするためには研磨用定盤に用いられ
る付帯部材が研磨用成形体を保持する態様をなしている
ことがより好ましい。

【００３３】ここで付帯部材が研磨用成形体を保持する
態様をなしているとは、付帯部材に研磨用成形体を設
置、固定する部位が決められていることを示している。
このことを図５、図６をもとに説明すると、例えば研磨
用成形体を埋め込むような形で設置できる態様（図
５）、枠のような形で設置できる態様（図６）などを例
示できる。

【００３４】このような態様をなしていることにより、
研磨用成形体の位置決めが非常に簡便化され、作業性、
生産性が向上するとともに再現性よく位置決めすること
ができる。また、研磨用成形体を埋め込む形、枠で囲う
形等によって保持することにより、研磨用成形体と付帯
部材の固定がより強固となり、研磨作業中の研磨用成形
体のずれ、破損等をいっそう抑制することができる。

【００３５】以上のようにして研磨用定盤が形成され、
研磨装置に組み込まれて研磨加工するわけであるが、研
磨装置により被研磨材料を研磨加工する態様としては、
例えば図１〜４にその１例が示されるように、（ａ）研
磨用成形体を装着した定盤部分を回転させながら一度に
被研磨材料の片面のみを研磨加工する態様（図１）、
（ｂ）研磨用成形体を装着した定盤部分で被研磨材料を
両面から挟み込んで当該定盤を回転させて両面を一度に
研磨加工する態様（図２）、（ｃ）研磨用成形体を装着
した定盤部分を直線方向に往復運動させながら当該往復
運動方向に直交する方向に被研磨材料をスライドさせな
がら摺擦運動させて研磨加工する態様（図３）、（ｄ）
研磨用成形体を装着した定盤部分を回転させ被研磨材料
も回転させながら摺擦運動させて研磨加工する態様（図
４）等を例示でき、研磨装置の定盤部分が研磨用成形体
と付帯部材から構成されており、当該研磨用成形体に被
研磨材料が押し付けて摺擦運動させる状態を満たせれば
特に限定されるものではない。

【００３６】本発明の研磨装置において、研磨液を滴下
する方法は研磨装置の被研磨材料群の近傍に滴下できる
態様をなしていることが好ましい。

【００３７】このことを定盤部分を回転させる片面研磨
装置を例にして説明すると、研磨布を用いた通常の研磨
装置においては、図７及び図８に示されるように、例え
ば４ヘッドの場合、研磨液を中央から滴下しても研磨布
が平坦であることから研磨布全面に研磨液が行き渡り研
磨加工作業が問題なく進行する。しかしながら、研磨用
成形体を用いる本発明の研磨装置では図９及び図１０の
ように図７及び図８の場合と同様の研磨液の供給方法で
は研磨用成形体間の段差のために研磨液が行き渡りにく
くなっている。そのため、図１１及び図１２に示される
ように各ヘッドの近傍、好ましくは回転定盤の回転方向
に対してヘッドの手前側に研磨液を供給することでよ
い。このようにすることにより、各被研磨材料に均一に
研磨液が行き渡るようになり、被研磨材料を効率よく、
かつ均一に研磨加工することが可能となる。

【００３８】本発明の研磨方法において用いられる研磨
液としては、研磨加工プロセスで用いられている通常の
研磨液であれば特に限定されるものではなく、例えば
水、水酸化カリウム水溶液等のアルカリ水溶液等の遊離
砥粒を含有しない研磨液、コロイダルシリカを水等で希
釈した研磨液等のように遊離砥粒を従来よりも低い濃度
で含有する研磨液等を例示でき、その研磨液のｐＨ等に
ついても特に限定されるものではない。

【００３９】また、本発明の研磨装置を用いて研磨する
方法としては、装置として研磨加工プロセスにおいて使
用されるものであれば、その性状、研磨条件、研磨液等
の使用などについては特に限定されるものではない。

【００４０】本発明の研磨装置を実際に使用する際に本
発明で用いられる研磨用成形体の機械的強度が高いこと
から、研磨用成形体と被研磨材料とを押し付けあって摺
擦運動させるときの圧力が被研磨材料の研磨面に対して
５００ｇ／ｃｍ³以上といった高い加工圧力で研磨加工
作業を行うことが可能となる。従来の方法では、例えば
特開平２−３６０６９に示されているように、加工圧力
は１００〜５００ｇ／ｃｍ²程度であった。その理由の
１つは従来の研磨布を用いる研磨方法では、研磨布に弾
性があるので研磨速度を速めるために被研磨材料に加え
られる加工圧力を高めると研磨布の弾性変形により被研
磨材料と研磨布の間の摩擦熱により被研磨材料の温度が
非常に高くなりやすいため、被研磨材料に加えられる加
工圧力を５００ｇ／ｃｍ³以上といった高い加工圧力に
することが難しかったのである。

【００４１】また、本発明の研磨方法においては研磨布
を用いないため、研磨中に従来の方法においてみられた
ような研磨布の性能劣化によるその取り替え等による研
磨作業の中断を著しく減ずることができ、研磨作業の効
率化が達成できるという利点を有している。さらに、従
来の研磨剤による方法において生じる遊離砥粒を含んだ
研磨廃液については、本発明の研磨方法を用いることで
遊離砥粒を用いなくても研磨することが可能となって研
磨廃液中の遊離砥粒がなくなり、廃液処理の問題が軽減
される。また、たとえ遊離砥粒を含有する研磨液を用い
た場合でも、従来の方法の場合よりも希薄な遊離砥粒濃
度で従来の方法と同程度の研磨加工の仕上がりとするこ
とができるため廃液処理の問題が軽減される。

【００４２】本発明の研磨装置及び研磨方法の用途とし
ては、シリコンウエハーやガリウムリン、ガリウム砒素
等の化合物半導体基板、ニオブ酸リチウム、タンタル酸
リチウム、ホウ酸リチウム等の酸化物基板、石英ガラス
基板などの基板材料、石英ガラス、金属材料、建築等の
石材等の研磨加工プロセス、殊にケミカル・メカニカル
ポリッシング（ＣＭＰ）法などに有用である。

【００４３】

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて更に詳細に説
明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、各評価は以下に示した方法によって実施した。

【００４４】〜シリカ含量〜シリカ粉末の水分量、灼熱減量（ＬｏｓｓｏｎＩｇ
ｎｉｔｉｏｎ、以下「Ｉｇロス」という）、Ａｌ₂Ｏ₃、
Ｆｅ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＮａ₂Ｏを以下
に示す方法により測定した。シリカ粉末の全量より水分
量を除いた残り分の重量（不含水量）よりＩｇロス、Ａ
ｌ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＮａ₂
Ｏの合計重量を差し引いた重量をシリカ含量とし、重量
％にて求めた。

【００４５】水分量は、シリカ粉末を１０５℃、２時間
の加熱処理による処理前後の重量変化により求めた。

【００４６】Ｉｇロスは、シリカ粉末を１０５℃、２時
間加熱して水分を取り除いた試料を基に、さらに１００
０℃で加熱処理し、その処理前後の重量変化より求め
た。

【００４７】Ａｌ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＣａＯ、
ＭｇＯ及びＮａ₂Ｏの量は、シリカ粉末を１０５℃、２
時間加熱して水分を取り除いた試料を基にし、これを溶
解させた後、ＩＣＰ法で測定して求めた。

【００４８】〜示差熱重量分析〜研磨用成形体を示差熱重量分析計（（株）リガク、型
式：ＴＡＳ−１００）を用い、昇温速度１０℃／分にて
測定したところ、室温から１２００℃の範囲において重
量の減少は認められず、研磨用成形体を製造する際に用
いられたバインダー等の添加剤は消失してしまっている
ことを確認した。

【００４９】〜かさ密度〜１００ｍｍ×１００ｍｍ×１５ｍｍ（厚さ）の平板状試
料を作製し、サンプルとした。このサンプルを電子天秤
で測定した重量と、マイクロメータで測定した形状寸法
とから算出した。

【００５０】〜平均粒子径〜研磨用成形体の一部を、走査型電子顕微鏡ＩＳＩＤＳ
−１３０（明石製作所製）で観察し、シリカ粒子部分の
みを考慮してインタセプト法により求めた。

【００５１】〜ＢＥＴ比表面積〜研磨用成形体を砕いた後、ＭＯＮＯＳＯＲＢ（米国ＱＵ
ＡＮＴＡＣＨＲＯＭＥ社製）を用い、ＢＥＴ式１点法に
より測定した。

【００５２】〜研磨試験〜直径２５ｍｍ、厚さ５ｍｍの研磨用成形体の試験片を作
製し、付帯部材を介して定盤に装着し、研磨用成形体の
表面を平坦に整えた。これを定盤回転数１００ｒｐｍ、
定盤への被研磨材料の所定の加工圧力のもとで、被研磨
材料として直径３インチのタンタル酸リチウム基板を用
い、水を研磨液（液温：２５℃）として用いて、研磨液
流量を１リットル／分の速度で滴下して循環使用しなが
ら研磨した。研磨後、タンタル酸リチウムの表面を顕微
鏡（ＯＬＹＭＰＵＳ製、型式：ＢＨ−２）で観察した。
評価に際しては、極めて平滑でスクラッチ等のない良好
な面である場合を○、平滑にもならずに研磨加工できな
い場合を×とした。

【００５３】〜表面粗さ〜研磨終了後のタンタル酸リチウム基板の表面粗さを原子
間力顕微鏡（ＡＦＭ）ＳＰＩ３６００（ＳＩＩ社製）を
用い、コンタクトモードによる斥力測定法により測定し
た。測定はタンタル酸リチウム基板上の２μｍ×２μｍ
の範囲を３領域ずつ任意に測定して平均し、中心線平均
粗さ（Ｒａ）にて評価した。ここで研磨終了とは実施例
１及び２、比較例１のいずれも通常製品としていわれる
研磨面相当の面を得た段階のことで、通常単結晶インゴ
ットをワイヤーソーで切断して板状基板を得、それを両
面ラップした面を約１０μｍ鏡面研磨した状態のことで
ある。

【００５４】〈研磨装置の作製・評価〉実施例１表１に示す特性の直径２５ｍｍ、厚さ５ｍｍの研磨用成
形体１００個を接着剤を用いて金属製定盤（８１０ｍｍ
φ）に固定し、研磨液の滴下を図１１及び図１２の態様
で行う方式の研磨装置を作製した。この研磨装置を用い
てタンタル酸リチウム基板の研磨加工を行った。なお、
被研磨材料は通常のワックスで平坦なプレートに固定し
た後、研磨ヘッドを介して上方から１５０ｇ／ｃｍ²の
加工圧力を加えて前記研磨用成形体に押し付けて摺擦運
動させた。

【００５５】

【表１】

【００５６】

【表２】

【００５７】実施例２表１に示す特性の直径２５ｍｍ、厚さ５ｍｍの研磨用成
形体１００個を図５の態様で金属製定盤（８１０ｍｍ
φ、研磨用成形体の形状に合わせた深さ２ｍｍの凹部を
有する）に埋め込み、接着剤を用いて定盤に固定し、研
磨液の滴下を図１１及び図１２の態様で行う方式の研磨
装置を作製した。この研磨装置を用いて実施例１と同様
に研磨加工を行った。

【００５８】比較例１スウエード系ポリッシングパッド（フジミインコーポレ
ーテッド製、ＳＵＲＦＩＮ０１８−３）を定盤に貼付
し、定盤回転数１００ｒｐｍ、加工圧力１５０ｇ／ｃｍ
²の条件のもとで、被研磨材料としてタンタル酸リチウ
ム基板を用い、また研磨液として市販のコロイダルシリ
カ（フジミインコーポレーテッド製、ＣＯＭＰＯＬ８
０）をシリカ（二酸化珪素）含有量２０重量％となるよ
うに調製した研磨液（液温２５℃、ｐＨ＝１２）を用い
て、１リットル／分の速度で滴下して研磨加工した。

【００５９】以上の実施例１及び２、比較例１の結果か
ら、本発明の研磨装置を用いて研磨を実施することで、
研磨加工に適用できる研磨装置が得られ、しかも表２に
示したように従来の研磨方法により得られるものと同程
度以上の表面粗さの被研磨材料であることが分かった。

【００６０】＜研磨廃液の評価＞実施例３実施例１で得られた研磨用成形体を用い、研磨試験に記
載の方法により研磨を実施した。研磨廃液については、
生じた廃液の濁度を分光光度計（日本分光製、型式：Ｕ
ｂｅｓｔ−５５）を用い、精製水を基準として波長６０
０ｎｍにおける透過率により評価した。その結果を表３
に示した。透過率が高い場合は研磨廃液中の遊離砥粒量
が少ないことを示し、低い場合は逆に多いことを示す。

【００６１】

【表３】

【００６２】実施例４実施例２で得られた研磨用成形体を用いて研磨を実施
し、研磨廃液を実施例３と同様に評価した。結果を表３
に示す。

【００６３】比較例２比較例１で実施した研磨試験で得られた研磨廃液を実施
例２と同様に評価し、表３に示した。

【００６４】以上の実施例２と、比較例２とを比較する
と、本発明の研磨装置を用いて研磨を実施することで研
磨廃液の透過率は従来の方法よりも高く、研磨廃液中の
遊離砥粒量が極めて少ないことが分かる。

【００６５】

【発明の効果】本発明の研磨装置は、研磨加工プロセス
中に従来法で見られた遊離砥粒を大量に含有する研磨廃
液を生じることがなく、従来法と同程度にシリコンウエ
ハー、酸化物基板、ガラス基板等の基板材料を研磨加工
することができ、シリコンウエハー、酸化物基板、ガラ
ス基板等の基板材料の研磨加工プロセスに有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨装置と研磨方法を示す態様の１例
である。

【図２】本発明の研磨装置と研磨方法を示す態様の１例
である。

【図３】本発明の研磨装置と研磨方法を示す態様の１例
である。

【図４】本発明の研磨装置と研磨方法を示す態様の１例
である。

【図５】本発明の研磨装置に用いられる研磨用定盤を示
す態様の１例である。

【図６】本発明の研磨装置に用いられる研磨用定盤を示
す態様の１例である。

【図７】従来の研磨布を用いた研磨装置の側面図と研磨
方法を示す態様の１例である。

【図８】従来の研磨布を用いた研磨用定盤を示す態様の
１例（上面図）である。

【図９】本発明の研磨装置の側面図と従来の研磨液の流
通方式示す態様の１例である。

【図１０】本発明の研磨装置に用いられる研磨用定盤を
用い、従来の研磨液の流通方式示す態様の１例（上面
図）である。

【図１１】本発明の研磨装置の側面図と本発明の研磨方
法による研磨液の流通方式示す態様の１例である。

【図１２】本発明の研磨装置に用いられる研磨用定盤を
用い、本発明の研磨方法による研磨液の流通方式示す態
様の１例（上面図）である。

【符号の説明】

以下の符号の説明は図１〜１２において共通に用いられ
る。１：被研磨材料２：研磨用成形体３：研磨用定盤４：トップリング５：基板保持治具６：付帯部材７：研磨液ノズル８：研磨液９：回転定盤１０：研磨布１１：研磨ヘッド１２：ヘッド回転軸１３：定盤１４：研磨プレート１５：ワックス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被研磨材料を研磨用定盤に押しつけ研磨用
定盤及び／又は被研磨材料を摺擦運動させながら研磨液
を加えつつ被研磨材料を研磨する研磨装置において、前
記研磨用定盤が主としてシリカ（二酸化珪素）からな
り、かさ密度が０．２〜１．５ｇ／ｃｍ³であり、ＢＥ
Ｔ比表面積が１０〜４００ｍ²／ｇであり、平均粒子径
が０．００１〜０．５μｍである研磨用成形体と付帯部
材とからなることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】請求項１に記載の研磨装置において、研磨
液を被研磨材料の近傍に滴下する構成となることを特徴
とする研磨装置。
【請求項３】被研磨材料を研磨用定盤に押しつけた後、
研磨用定盤及び／又は被研磨材料を摺擦運動させながら
研磨液を加えつつ被研磨材料を研磨する研磨方法におい
て、前記研磨用定盤が主としてシリカ（二酸化珪素）か
らなり、かさ密度が０．２〜１．５ｇ／ｃｍ³であり、
ＢＥＴ比表面積が１０〜４００ｍ²／ｇであり、平均粒
子径が０．００１〜０．５μｍである研磨用成形体と付
帯部材とからなることを特徴とする研磨方法。
【請求項４】遊離砥粒を用いずに研磨して研磨廃液の６
００ｎｍにおける透過率が水の透過率の１０％以上にす
ることを特徴とする請求項３に記載の研磨方法。