JPH11267962A - 研磨方法及び研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】基板材料等を研磨加工するプロセスにおいて、
研磨液廃液の問題を軽減し、従来方法と同程度の研磨仕
上げとなり、かつ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
方法及び研磨装置を提供すること。 【解決手段】被研磨材料４を研磨用定盤１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に際して、研磨用
定盤１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０．０
０１〜０．５μｍである研磨用成形体と付帯部材とから
なり、かつ前記研磨用成形体が配列されている領域２が
被研磨材料の外周部の軌跡７よりも内側であることを特
徴とする研磨方法、及び、当該研磨方法を使用すること
を特徴とする研磨装置。

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方法及び研磨装置に
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。

【０００６】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。

【０００７】

【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り、かつ前記研磨用成形体が
配列されている領域が被研磨材料の外周部の軌跡よりも
内側であ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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】４）研磨用成形体の配列されている領域を
限定することにより、被研磨材料の面だれ現象を顕著に
抑制することが可能となる。

【００１２】５）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。

【００１３】６）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。

【００１４】このように、本発明の研磨方法及び研磨装
置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。

【００１５】また、本発明の研磨方法において、遊離砥
粒を用いずに研磨して研磨廃液に６００ｎｍの光を照射
したときの透過率が水の透過率の１０％以上とするよう
に調整することが好ましく、この透過率を測定する場合
の光路長は１０ｃｍとする。

【００１６】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１７】本発明の研磨方法は、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
研磨方法であって、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り、かつ前記研磨用成形体が
配列されている領域が被研磨材料の外周部の軌跡よりも
内側であることを特徴とする研磨方法である。

【００１８】また、本発明の研磨装置としては、上記研
磨方法を使用し、特に、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り、かつ前記研磨用成形
体が配列されている領域が被研磨材料の外周部の軌跡よ
りも内側であることを特徴とす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
シングマシンや片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
きることにある。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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
ｏｆ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ、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やすくなる。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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０．００１〜０．５μｍ、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、０．５μｍ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。

【００２６】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。

【００２７】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個以上用いればよいが、２個
以上用いることが好ましい。この理由としては、以下の
二つの理由による。

【００２８】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。

【００２９】２）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。

【００３０】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。

【００３１】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。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、３〜２０ｍ
ｍの範囲内であることが好ましい。この理由として、３
ｍｍ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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】この際、研磨用成形体の配列される領域は
研磨加工時に被研磨材料の外周部の通る軌跡の内側であ
ることが好ましい。このように研磨用成形体を配列され
る領域を限定することにより、被研磨材料の外周部を過
剰に研磨することを顕著に抑制することが可能となる。
なお、被研磨材料の外周部の通る軌跡の内側について図
１に説明する。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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２、図３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
２）、枠のような形で設置できる態様（図３）などを例
示できる。

【００４０】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。

【００４１】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４〜７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４）、
（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５）、（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６）、（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
７）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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。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。

【００４５】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。

【００４６】

【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。

【００４７】〜シリカ含量〜シリカ粉末の水分量、灼熱
減量（Ｌｏｓｓ ｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ、以下「Ｉｇ
ロス」という）、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、Ｃａ
Ｏ、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、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｔｉ
Ｏ₂、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＮａ₂Ｏ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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】〜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。

【００５２】〜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。

【００５３】〜平均粒子径〜 研磨用成形体の一部を、走査型電子顕微鏡ＩＳＩ ＤＳ
−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。

【００５４】〜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。

【００５５】〜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。

【００５６】〜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。

【００５７】〜面だれ現象〜 面だれ現象は、走査型電子顕微鏡（明石製作所製、型
式：ＩＳＩ ＤＳ−１３０）を用いて観察し、得られた
写真から図８に示すように面だれ量を定義して算出し
た。すなわち、基板が平面であるとし、基板の周縁部に
おいて非平面となった部分につき、第１に基板表面の周
縁から内側への距離（図８における距離Ａ）として、第
２に基板の厚み方向の接線と基板表面の接線と交差する
点からだれが生じている部分までの距離（図８における
距離Ｂ）とした。

【００５８】〈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４５０個を接着剤を用いて図７で説明したように被
研磨材料の通る軌跡の内側になるように金属製定盤（８
１０ｍｍφ）に固定し、研磨液の滴下を図１１及び図１
２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。得られた結果を以下の表１及び表
２に示した。

【００５９】

【表１】

【００６０】

【表２】

【００６１】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、ＳＵＲＦＩＮ ０１８−３）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、ＣＯＭＰＯＬ ８
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。得
られた結果を表１及び表２に示した。

【００６２】以上の実施例１、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
の表面粗さであり、面だれ現象を顕著に抑制した被研磨
材料であることが分かった。

【００６３】＜研磨廃液の評価＞ 実施例２ 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、光路長＝１０ｃｍ）を用い、精製水を
基準として波長６００ｎｍ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。

【００６４】

【表３】

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】

【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】被研磨材料の外周部の通る軌跡の内側を表わす
図である。

【符号の説明】

１：定盤 ２：研磨用成形体の配列の領域 ３：研磨プレート（被研磨材料の設置用） ４：被研磨材料 ５：ヘッド回転軸 ６：定盤回転軸 ７：被研磨材料の外周部分の軌跡

【図２】付帯部材が研磨用成形体を保持する態様のう
ち、研磨用成形体を埋め込むような形で設置できる態様
を示す図である。

【符号の説明】

２：研磨用成形体 ３：研磨用定盤 ６：付帯部材

【図３】付帯部材が研磨用成形体を保持する態様のう
ち、枠のような形で設置できる態様を示す図である。

【符号の説明】

２：研磨用成形体 ３：研磨用定盤 ６：付帯部材

【図４】研磨装置により被研磨材料を研磨加工する態様
として、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を
示す図である。

【符号の説明】

１：被研磨材料 ２：研磨用成形体 ３：研磨用定盤 ４：研磨ヘッド

【図５】研磨装置により被研磨材料を研磨加工する態様
として、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を示す図である。

【符号の説明】

１：被研磨材料 ２：研磨用成形体 ３：研磨用定盤 ５：基板保持治具

【図６】研磨装置により被研磨材料を研磨加工する態様
として、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
工する態様を示す図である。

【符号の説明】

１：被研磨材料 ２：研磨用成形体 ３：研磨用定盤

【図７】研磨装置により被研磨材料を研磨加工する態様
として、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
様を示す図である。

【符号の説明】

１：被研磨材料 ２：研磨用成形体 ３：研磨用定盤

【図８】面だれ量の算出方法を示す図である。

【符号の説明】

１：基板研磨用の接線を外挿した線 ２：基板表面上の面だれが生じた部分とその内側の面だ
れが生じていない部分との境界 ３：２の位置より基板表面に対して直角に引いた線 ４：線１と直角に交わる基板厚さ方向の接線を外挿した
線 ５：基板の厚さ方向の表面における面だれが生じた部分
とその基板表面側の面だれが生じていない部分との境界 ６：５の位置より基板の厚さ方向に対して直角に引いた
線 Ａ：基板表面の周縁部における面だれの生じている範囲
（線３と線４の距離） Ｂ：基板厚さ方向の面だれ量（線１と線６の距離）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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、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
   材とからなり、かつ前記研磨用成形体が配列されている
   領域が被研磨材料の外周部の軌跡よりも内側であること
   を特徴とする研磨方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の研磨方法において、遊離
   砥粒を用いずに研磨した研磨廃液に６００ｎｍの光を照
   射した時の透過率が水の透過率の１０％以上にすること
   を特徴とする研磨方法。
3. 【請求項３】請求項１又はに請求項２に記載の研磨方法
   を使用することを特徴とする研磨装置。