JP2014216368A - Polishing agent and polishing method - Google Patents
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Abstract
【課題】サファイア基板の研磨において、pHの変動を抑制し、研磨速度の持続性を向上させる等、長期研磨使用時の安定性に優れた研磨剤および研磨方法を提供すること。【解決手段】サファイア基板の被研磨面を研磨するための研磨剤であって、酸化ケイ素微粒子と、アミノ基のpKaが8〜10.5であるアミノ酸、ホウ酸および炭酸水素ナトリウムから選ばれる少なくとも1種のpH調整剤と、水とを含む研磨剤。【選択図】図1An object of the present invention is to provide a polishing agent and a polishing method excellent in stability during long-term polishing use, such as suppressing fluctuations in pH and improving the sustainability of polishing rate in polishing a sapphire substrate. An abrasive for polishing a surface to be polished of a sapphire substrate, comprising at least selected from silicon oxide fine particles, amino acids having an amino group pKa of 8 to 10.5, boric acid, and sodium bicarbonate. An abrasive comprising one kind of pH adjuster and water. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、サファイア(α−Al2O3)基板の被研磨面を研磨するための研磨剤および研磨方法に関する。より詳しくは、サファイア基板被研磨面の研磨において、長時間使用時の安定性に優れる研磨剤およびそれを用いた研磨方法に関する。 The present invention relates to an abrasive and a polishing method for polishing a surface to be polished of a sapphire (α-Al 2 O 3 ) substrate. More specifically, the present invention relates to a polishing agent having excellent stability when used for a long time in polishing a surface to be polished of a sapphire substrate, and a polishing method using the same.
今後大きな伸びが期待されるLEDやパワーデバイス用の基板として、サファイア(α−Al2O3)基板の製造・加工技術が注目を集めている。サファイア基板の上にはGaNなどの結晶薄膜を形成してデバイス化されるため、結晶学的にも低欠陥・高品質な表面が重要とされており、これら低欠陥・高平滑な表面を得るために、化学的機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing:以下、CMPということもある。)技術が注目されてきている。しかしながら、サファイアは非常に硬度が高く、かつ化学的な安定性も高いため、特に品質を決める最終段階の研磨において、品質を確保しながら高効率で研磨することが困難であり、研磨工程が非常に長くなるという問題を抱えていた。 Sapphire (α-Al 2 O 3 ) substrate manufacturing and processing techniques are attracting attention as substrates for LEDs and power devices that are expected to grow significantly in the future. Since a crystal thin film such as GaN is formed on a sapphire substrate to form a device, it is important to have a low defect / high quality surface crystallographically, and to obtain a low defect / high smooth surface. Therefore, a chemical mechanical polishing (hereinafter also referred to as CMP) technique has attracted attention. However, since sapphire is very hard and has high chemical stability, it is difficult to polish with high efficiency while ensuring quality, especially in the final stage of polishing that determines quality, and the polishing process is very difficult. Had the problem of getting longer.
上記化学的機械的研磨ではこれまで多くの場合酸化ケイ素微粒子が研磨砥粒として用いられてきた。ここで、化学的機械的研磨では、研磨剤は循環使用するのが一般的であるが、長期間循環使用すると研磨剤のpHが小さくなり、研磨効率が大幅に低下するという問題があった。そこで、例えば、水酸化ナトリウムやアミン系物質等のアルカリ性剤を、循環する研磨剤にpH調整器を用いて添加し、研磨剤のpHを調整する方法(特許文献1参照)が提案されている。 In the chemical mechanical polishing, silicon oxide fine particles have been used as polishing abrasive grains in many cases. Here, in the chemical mechanical polishing, the abrasive is generally circulated. However, when the circulator is used for a long period of time, there is a problem that the pH of the abrasive is reduced and the polishing efficiency is greatly lowered. Thus, for example, a method has been proposed in which an alkaline agent such as sodium hydroxide or an amine-based substance is added to a circulating abrasive using a pH adjuster to adjust the pH of the abrasive (see Patent Document 1). .
また、酸化ケイ素微粒子を研磨砥粒とする研磨剤のpH調節の方法として、半導体の金属配線の研磨において、研磨砥粒に酸化剤や抑制剤とともにアミノ酸を添加した研磨剤を用いる方法が知られている。(特許文献2参照)。 Further, as a method for adjusting the pH of a polishing agent using silicon oxide fine particles as polishing abrasive grains, a method using a polishing agent in which an amino acid is added to the polishing abrasive grains together with an oxidizing agent and an inhibitor is known in polishing semiconductor metal wiring. ing. (See Patent Document 2).
サファイア基板の研磨においても、酸化ケイ素微粒子を砥粒する研磨剤を循環使用する場合には、研磨剤のpHが低下して砥粒が凝集し易くなり、研磨速度が低下するという問題があるが、pH調整器を用いる方法では、アルカリ剤添加のタイミングによっては研磨速度にばらつきが生じる、自動滴下装置を使用するために装置構成が複雑になる等の問題がある。また、アルカリ剤としてアミン系の化合物を用いる方法では、環境への配慮からその使用が法令で規制されているという問題がある。 Even when polishing a sapphire substrate, when a polishing agent for polishing silicon oxide fine particles is used in a circulating manner, there is a problem that the pH of the polishing agent is lowered and the abrasive particles are easily aggregated, and the polishing rate is reduced. In the method using a pH adjuster, there are problems that the polishing rate varies depending on the timing of addition of the alkaline agent, and that the apparatus configuration becomes complicated due to the use of the automatic dropping apparatus. In addition, the method using an amine compound as an alkaline agent has a problem that its use is regulated by law in consideration of the environment.
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、サファイア基板の被研磨面の研磨において、pHの変動を抑制し、研磨速度の持続性を向上させる等、長期研磨使用時の安定性に優れた研磨剤および研磨方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and in the polishing of the surface to be polished of the sapphire substrate, it is possible to suppress the fluctuation of pH and improve the durability of the polishing rate. An object of the present invention is to provide an abrasive and a polishing method excellent in properties.
本発明は、以下の構成を有するサファイア基板の被研磨面を研磨するための研磨剤を提供する。
[1]サファイア(α−Al2O3)基板の被研磨面を研磨するための研磨剤であって、酸化ケイ素微粒子と、アミノ基のpKaが8〜10.5であるアミノ酸、ホウ酸および炭酸水素ナトリウムから選ばれる少なくとも1種のpH調整剤と、水とを含むことを特徴とする研磨剤。
[2]前記研磨剤のpHは、8〜10.5の範囲である[1]の研磨剤。
[3]前記酸化ケイ素微粒子は、平均一次粒子径が5〜20nmの第1の酸化ケイ素微粒子と、平均一次粒子径が40〜110nmの第2の酸化ケイ素微粒子とを含み、かつ前記第1の酸化ケイ素微粒子と第2の酸化ケイ素微粒子の合計量に占める前記第1の酸化ケイ素微粒子の割合が0.7〜40質量%である[1]または[2]の研磨剤。
[4]前記pH調整剤は、グリシン、アラニン、システイン、ホウ酸および炭酸水素ナトリウムから選ばれる少なくとも1種である[1]〜[3]のいずれかの研磨剤。
[5]前記pH調整剤の含有量は、前記研磨剤全量に対して0.001〜15質量%である[1]〜[4]のいずれかの研磨剤。
The present invention provides an abrasive for polishing a surface to be polished of a sapphire substrate having the following configuration.
[1] A polishing agent for polishing a surface to be polished of a sapphire (α-Al 2 O 3 ) substrate, comprising silicon oxide fine particles, amino acids having a pKa of an amino group of 8 to 10.5, boric acid, and An abrasive comprising at least one pH adjuster selected from sodium hydrogen carbonate and water.
[2] The abrasive according to [1], wherein the pH of the abrasive is in the range of 8 to 10.5.
[3] The silicon oxide fine particles include first silicon oxide fine particles having an average primary particle diameter of 5 to 20 nm and second silicon oxide fine particles having an average primary particle diameter of 40 to 110 nm, and the first The polishing agent according to [1] or [2], wherein a ratio of the first silicon oxide fine particles to a total amount of the silicon oxide fine particles and the second silicon oxide fine particles is 0.7 to 40% by mass.
[4] The abrasive according to any one of [1] to [3], wherein the pH adjuster is at least one selected from glycine, alanine, cysteine, boric acid, and sodium bicarbonate.
[5] The abrasive according to any one of [1] to [4], wherein the content of the pH adjuster is 0.001 to 15% by mass with respect to the total amount of the abrasive.
[6]前記酸化ケイ素微粒子は、コロイダルシリカである[1]〜[5]のいずれかの研磨剤。
[7]前記酸化ケイ素微粒子の含有量は、前記研磨剤全量に対して0.01〜50質量%である[1]〜[6]のいずれかの研磨剤。
[8]前記第2の酸化ケイ素微粒子の平均一次粒子径は、45〜110nmである[3]〜[7]のいずれかの研磨剤。
[9]前記第1の酸化ケイ素微粒子の平均一次粒子径は、8〜20nmである[3]〜[8]のいずれかの研磨剤。
[6] The abrasive according to any one of [1] to [5], wherein the silicon oxide fine particles are colloidal silica.
[7] The abrasive according to any one of [1] to [6], wherein the content of the silicon oxide fine particles is 0.01 to 50% by mass with respect to the total amount of the abrasive.
[8] The abrasive according to any one of [3] to [7], wherein an average primary particle diameter of the second silicon oxide fine particles is 45 to 110 nm.
[9] The abrasive according to any one of [3] to [8], wherein the average primary particle diameter of the first silicon oxide fine particles is 8 to 20 nm.
本発明は、また、以下の構成を有するサファイア基板の被研磨面を研磨するための研磨方法を提供する。
[10]研磨剤を研磨パッドに供給し、サファイア基板の被研磨面と前記研磨パッドとを接触させて、両者間の相対運動により研磨する方法であって、前記研磨剤として[1]〜[9]のいずれかの研磨剤を使用する研磨方法。
[11]前記研磨パッドに供給され研磨に使用された研磨剤を回収し、前記回収した研磨剤を再び研磨パッドに供給する操作を繰り返し行うことで前記研磨剤を循環使用する[10]の研磨方法。
The present invention also provides a polishing method for polishing a surface to be polished of a sapphire substrate having the following configuration.
[10] A method of supplying a polishing agent to a polishing pad, bringing a polishing target surface of a sapphire substrate into contact with the polishing pad, and polishing by relative movement between the two, and the polishing agents [1] to [1] 9] A polishing method using any of the polishing agents.
[11] The polishing agent supplied to the polishing pad and used for polishing is recovered, and the polishing agent is circulated and used by repeatedly supplying the recovered polishing agent to the polishing pad again. Method.
本発明の研磨剤およびこれを用いた研磨方法によれば、サファイア基板の被研磨面の研磨において、繰り返し使用に際しても、pHの変動を抑制し、研磨速度の持続性を向上させることができる。そのため、長期間安定して使用することができる。 According to the polishing agent of the present invention and the polishing method using the same, it is possible to suppress pH fluctuation and improve the durability of the polishing rate even during repeated use in polishing the surface to be polished of the sapphire substrate. Therefore, it can be used stably for a long time.
以下、本発明による研磨剤および研磨方法の実施の形態について説明する。
[研磨剤]
本実施形態の研磨剤は、サファイア(α−Al2O3)基板の被研磨面を研磨するための研磨剤であって、酸化ケイ素微粒子と、アミノ基のpKaが8〜10.5であるアミノ酸、ホウ酸および炭酸水素ナトリウムから選ばれる少なくとも1種のpH調整剤と、水とを含む。
Hereinafter, embodiments of an abrasive and a polishing method according to the present invention will be described.
[Abrasive]
Polishing agent of the present embodiment is a polishing agent for polishing a sapphire (α-Al 2 O 3) the polished surface of the substrate, and silicon oxide particles, pKa of the amino group is a 8 to 10.5 It contains at least one pH adjusting agent selected from amino acids, boric acid and sodium hydrogen carbonate, and water.
本実施形態の研磨剤は、α−Al2O3の単結晶体からなり、修正モース硬度による硬度が12であるサファイアの基板を研磨するための研磨剤である。 Abrasive of the present embodiment is made of a single crystal of α-Al 2 O 3, a polishing agent for hardness polishing a sapphire substrate which is 12 by modified Mohs hardness.
本実施形態の研磨剤においては、研磨砥粒として酸化ケイ素微粒子を用いるとともに、上記したpH調整剤を用いることで、サファイア基板の研磨においてこれを長期間使用した場合の研磨剤のpHの変動を抑制し、研磨速度の持続性を向上させるものである。 In the polishing agent of the present embodiment, silicon oxide fine particles are used as polishing abrasive grains, and the pH adjuster described above can be used to change the pH of the polishing agent when used for a long time in polishing a sapphire substrate. It suppresses and improves the sustainability of the polishing rate.
上述したように、サファイア基板の研磨において、研磨剤を循環使用した場合に、サファイア基板の研磨くずがアルミン酸として混入し、研磨剤のpHが低下することがある。そのため、砥粒である酸化ケイ素微粒子が凝集し易くなり、研磨速度が下がるという問題がある。このとき、研磨剤のpHの変動に応じて研磨剤にアルカリ剤等を添加する方法では、その添加のタイミングによっては研磨剤のpHにばらつきが生じ、研磨速度にばらつきが生じることがある。 As described above, in the polishing of the sapphire substrate, when the abrasive is circulated, the polishing waste of the sapphire substrate may be mixed as aluminate and the pH of the abrasive may be lowered. For this reason, there is a problem that the silicon oxide fine particles which are abrasive grains easily aggregate and the polishing rate is lowered. At this time, in the method in which an alkali agent or the like is added to the abrasive according to the change in pH of the abrasive, the pH of the abrasive varies depending on the timing of the addition, and the polishing rate may vary.
本実施形態の研磨剤は、酸化ケイ素微粒子と、上記した特定のpH調整剤と、水とを含有するものであり、当該特定のpH調整剤が有する高い緩衝作用により、研磨剤のpHの変動を抑制して分散媒中での酸化ケイ素微粒子の分散安定性を向上させることができる。さらに、当該pH調整剤が不揮発性であることから、砥粒である酸化ケイ素微粒子の研磨剤中の濃度を安定に保つことができ、研磨速度を安定に維持することができる。このように、本実施形態の研磨剤は、長期使用時の安定性に優れるものである。さらに、自動滴下装置が不要であるので研磨に用いる装置の構成を簡素化でき、また、アミン系の化合物を使用しないので環境負荷の問題もない。
以下、本実施形態の研磨剤を構成する各要素について説明する。
The abrasive according to the present embodiment contains silicon oxide fine particles, the above-described specific pH adjuster, and water, and the pH of the abrasive varies due to the high buffering action of the specific pH adjuster. And the dispersion stability of the silicon oxide fine particles in the dispersion medium can be improved. Furthermore, since the pH adjuster is non-volatile, the concentration of the silicon oxide fine particles, which are abrasive grains, in the abrasive can be kept stable, and the polishing rate can be kept stable. Thus, the abrasive | polishing agent of this embodiment is excellent in stability at the time of long-term use. Furthermore, since an automatic dripping device is unnecessary, the configuration of the device used for polishing can be simplified, and there is no problem of environmental burden because no amine compound is used.
Hereafter, each element which comprises the abrasive | polishing agent of this embodiment is demonstrated.
(1)pH調整剤
本実施形態の研磨剤において、pH調整剤は、アミノ基のpKaが8〜10.5であるアミノ酸(以下、アミノ酸(A)という。)、ホウ酸および炭酸水素ナトリウムから選ばれる少なくとも1種である。
アミノ酸はアミノ基とカルボキシル基を有する化合物であり、通常、アミノ基のpKaとカルボキシル基のpKaを有する。本実施形態にpH調整剤として用いるアミノ酸(A)は、アミノ基のpKaが8〜10.5のアミノ酸であればよく、カルボキシル基のpKa等は特に制限されない。なお、アミノ酸(A)は2個以上のアミノ基を有していてもよく、この場合、上記アミノ基のpKaとは、2個以上のアミノ基のいずれか1個のpKaをいう。
また、ホウ酸および炭酸水素ナトリウムについてもpKaはそれぞれ9.2および10.3であり、アミノ酸(A)のアミノ基のpKaと同程度のpKa値を有する。
(1) pH adjuster In the abrasive | polishing agent of this embodiment, a pH adjuster is from amino acid (henceforth an amino acid (A)) whose pKa of an amino group is 8-10.5, boric acid, and sodium hydrogencarbonate. At least one selected.
An amino acid is a compound having an amino group and a carboxyl group, and usually has an amino group pKa and a carboxyl group pKa. The amino acid (A) used as a pH adjuster in this embodiment may be any amino acid having an amino group pKa of 8 to 10.5, and the carboxyl group pKa is not particularly limited. The amino acid (A) may have two or more amino groups, and in this case, the pKa of the amino group refers to any one pKa of two or more amino groups.
Also, boric acid and sodium bicarbonate have pKa values of 9.2 and 10.3, respectively, and have a pKa value similar to the pKa value of the amino group of amino acid (A).
アミノ酸(A)、ホウ酸および炭酸水素ナトリウムは、上記pKa値を有することで、酸化ケイ素微粒子を砥粒とする研磨剤中で、サファイア基板の研磨くずの混入による研磨剤のpHの低下を抑制し、pHを一定に保つpH緩衝作用を奏する化合物である。アミノ酸(A)としては、アミノ基のpKaが9〜10.5のアミノ酸(A)が好ましい。なお、アミノ酸(A)としては水溶性、好ましくは水に対する溶解度として5mg/100mL以上、かつ不揮発性の化合物が好ましい。ホウ酸および炭酸水素ナトリウムは十分な水溶性を有するとともに不揮発性の化合物である。 Amino acid (A), boric acid and sodium bicarbonate have the above-mentioned pKa value, thereby suppressing the decrease in pH of the abrasive due to the mixing of polishing waste on the sapphire substrate in the abrasive using silicon oxide fine particles as abrasive grains. It is a compound that exhibits a pH buffering action that keeps the pH constant. The amino acid (A) is preferably an amino acid (A) having an amino group with a pKa of 9 to 10.5. The amino acid (A) is preferably a water-soluble compound, preferably a solubility in water of 5 mg / 100 mL or more and a nonvolatile compound. Boric acid and sodium bicarbonate are sufficiently non-volatile compounds with sufficient water solubility.
本実施形態の研磨剤において、pH調整剤として用いられるアミノ酸(A)として、例えば、グリシン(9.2)、アラニン(9.69)、メチオニン(9.06)、アルギニン(9.01)、フェニルアラニン(9.19)、プロリン(10.38)、アスパラギン(8.72)、システイン(8.15,10.29)、チロシン(9.04,10.14)、グルタミン(9.01)、ヒスチジン(9.08)、イソロイシン(9.56)、ロイシン(9.57)、リシン(9.08)、トレオニン(8.97)、トリプトファン(9.33)、セリン(9.06)、バリン(9.49)、シスチン(8.03,8.8)、ヒドロキシプロリン(9.46)、ヒドロキシリジン、チロキシン、o−ホスホセリン、デスモシン、β−アラニン(10.10)、サルコシン(9.97)、オルニチン(8.74)、クレアチン、γ−アミノ酪酸、オパイン、テアニン、トリコロミン酸、カイニン酸、ドウモイ酸、イボテン酸、アクロメリン酸等が挙げられる。なお、上記したアミノ酸について、括弧内はアミノ基のpKaの値である。 In the polishing agent of the present embodiment, as the amino acid (A) used as a pH adjuster, for example, glycine (9.2), alanine (9.69), methionine (9.06), arginine (9.01), Phenylalanine (9.19), proline (10.38), asparagine (8.72), cysteine (8.15, 10.29), tyrosine (9.04, 10.14), glutamine (9.01), Histidine (9.08), isoleucine (9.56), leucine (9.57), lysine (9.08), threonine (8.97), tryptophan (9.33), serine (9.06), valine (9.49), cystine (8.03, 8.8), hydroxyproline (9.46), hydroxylysine, thyroxine, o-phosphoserine, desmosine, β-alanine 10.10), sarcosine (9.97), ornithine (8.74), creatine, .gamma.-aminobutyric acid, opine, theanine, Torikoromin acid, kainic acid, domoic acid, ibotenic acid, and acromelic acid. In addition, about the above-mentioned amino acid, the value in parentheses is the pKa value of the amino group.
pH調整剤としては、上記した中でも、入手し易いこと、pHの安定性および長期研磨時の研磨速度の持続性に優れることから、グリシン、アラニン、システイン、ホウ酸および炭酸水素ナトリウムから選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。 Among the above, the pH adjuster is at least selected from glycine, alanine, cysteine, boric acid and sodium bicarbonate because it is easily available, has excellent pH stability, and excellent polishing rate sustainability during long-term polishing. One type is preferable.
なお、pH調整剤としては、上記した1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 In addition, as a pH adjuster, 1 type mentioned above may be used independently and 2 or more types may be used together.
本実施形態の研磨剤において、pH調整剤の含有量は、研磨剤全量に対して、0.001〜15質量%であることが好ましく、0.005〜10質量%であることがより好ましい。 In the abrasive of this embodiment, the content of the pH adjuster is preferably 0.001 to 15% by mass and more preferably 0.005 to 10% by mass with respect to the total amount of the abrasive.
(2)酸化ケイ素微粒子
本実施形態の研磨剤において、酸化ケイ素微粒子は研磨砥粒として用いられる。酸化ケイ素微粒子としては、種々の公知の方法で製造されるものを使用できる。例えば、四塩化ケイ素を酸素と水素の火炎中で気相合成したヒュームドシリカやケイ酸ナトリウムをイオン交換、もしくは中和後脱塩したコロイダルシリカまたはケイ素アルコキシドを液相で加水分解したコロイダルシリカ等の酸化ケイ素微粒子が挙げられる。これらのうちでも、本実施形態の研磨剤においては、品種の多様性の観点からケイ酸ナトリウムを出発原料とするコロイダルシリカがより好ましい。なお、コロイダルシリカは、あらかじめ酸化ケイ素微粒子が水に分散した状態で供給されるが、そのpHは7〜11であることが好ましく、8〜10.5であることがより好ましい。
(2) Silicon oxide fine particles In the abrasive of this embodiment, the silicon oxide fine particles are used as abrasive grains. As the silicon oxide fine particles, those produced by various known methods can be used. For example, fumed silica obtained by vapor phase synthesis of silicon tetrachloride in an oxygen and hydrogen flame, colloidal silica obtained by ion exchange or neutralization of sodium silicate, or colloidal silica obtained by hydrolyzing silicon alkoxide in the liquid phase, etc. And silicon oxide fine particles. Among these, in the abrasive | polishing agent of this embodiment, the colloidal silica which uses sodium silicate as a starting material from a viewpoint of the diversity of a kind is more preferable. In addition, colloidal silica is supplied in a state in which silicon oxide fine particles are dispersed in water in advance, and the pH is preferably 7 to 11, and more preferably 8 to 10.5.
本実施形態の研磨剤において、酸化ケイ素微粒子の平均一次粒子径は、5〜110nmであることが好ましく、8〜110nmがより好ましい。なお、酸化ケイ素微粒子を研磨砥粒として用いる場合には、長期使用時における安定性の観点から、平均一次粒子径が異なる2種以上の酸化ケイ素微粒子を組合せて用いることが好ましい。 In the abrasive of this embodiment, the average primary particle diameter of the silicon oxide fine particles is preferably 5 to 110 nm, and more preferably 8 to 110 nm. When using silicon oxide fine particles as abrasive grains, it is preferable to use a combination of two or more types of silicon oxide fine particles having different average primary particle sizes from the viewpoint of stability during long-term use.
このような酸化ケイ素微粒子の組合せとして、具体的には、平均一次粒子径が5〜20nmの第1の酸化ケイ素微粒子と、平均一次粒子径が40〜110nmの第2の酸化ケイ素微粒子とを含む組合せが好ましく、その場合、第1の酸化ケイ素微粒子と第2の酸化ケイ素微粒子の合計量に占める第1の酸化ケイ素微粒子の割合が0.7〜40質量%であることが好ましい。 Specifically, the combination of such silicon oxide fine particles includes first silicon oxide fine particles having an average primary particle diameter of 5 to 20 nm and second silicon oxide fine particles having an average primary particle diameter of 40 to 110 nm. A combination is preferable, and in this case, the ratio of the first silicon oxide fine particles to the total amount of the first silicon oxide fine particles and the second silicon oxide fine particles is preferably 0.7 to 40% by mass.
酸化ケイ素微粒子として第1および第2の酸化ケイ素微粒子を用い、第1の酸化ケイ素微粒子の平均一次粒子径および第2の酸化ケイ素微粒子の平均一次粒子径をそれぞれ上記範囲とし、上記配合割合で研磨剤に配合することで、大粒子径の第2の酸化ケイ素微粒子とともに小粒子径の第1の酸化ケイ素微粒子が上記配合割合のように少量存在し、第1の酸化ケイ素微粒子の大きな比表面積による緩衝作用の効果により、pHの変動をより抑制して長期使用時の安定性をさらに向上させることができる。さらに、研磨に際して研磨砥粒として上記配合割合のように大部分を占める大粒子径の第2の酸化ケイ素微粒子の間に少量存在する小粒子径の第1の酸化ケイ素微粒子が研磨性を上げる方向に作用して高い研磨速度を得ることができる。 The first and second silicon oxide fine particles are used as the silicon oxide fine particles, and the average primary particle diameter of the first silicon oxide fine particles and the average primary particle diameter of the second silicon oxide fine particles are within the above ranges, respectively, and polishing is performed at the above blending ratio. By blending with the agent, a small amount of the first silicon oxide fine particles having a small particle diameter is present together with the second silicon oxide fine particles having a large particle size as shown in the above blending ratio, and the large specific surface area of the first silicon oxide fine particles Due to the buffering effect, it is possible to further improve the stability during long-term use by further suppressing pH fluctuations. Further, the first silicon oxide fine particles having a small particle diameter present between the second silicon oxide fine particles having a large particle size, which occupies most of the above-mentioned blending proportions as polishing abrasive grains during polishing, increase the polishability. A high polishing rate can be obtained by acting on the above.
これら第1の酸化ケイ素微粒子および第2の酸化ケイ素微粒子は平均一次粒子径が異なる以外は同様の酸化ケイ素微粒子を用いることが可能である。 These first silicon oxide fine particles and second silicon oxide fine particles can be the same silicon oxide fine particles except that the average primary particle diameter is different.
酸化ケイ素微粒子として、第1および第2の酸化ケイ素微粒子を用いる場合には、第1の酸化ケイ素微粒子の平均一次粒子径は、より好ましくは8〜20nmである。 When the first and second silicon oxide fine particles are used as the silicon oxide fine particles, the average primary particle diameter of the first silicon oxide fine particles is more preferably 8 to 20 nm.
また、第2の酸化ケイ素微粒子の平均一次粒子径は、より好ましくは45〜110nmである。 The average primary particle diameter of the second silicon oxide fine particles is more preferably 45 to 110 nm.
なお、本明細書において、酸化ケイ素微粒子の平均一次粒子径とは、窒素吸着BET法により測定される比表面積を、球状粒子の直径に換算したものである。 In the present specification, the average primary particle diameter of the silicon oxide fine particles is obtained by converting the specific surface area measured by the nitrogen adsorption BET method into the diameter of the spherical particles.
本実施形態の研磨剤における、上記第1および第2の酸化ケイ素微粒子の配合割合として、第1の酸化ケイ素微粒子と第2の酸化ケイ素微粒子の合計量に占める第1の酸化ケイ素微粒子の割合は1〜40質量%がより好ましく、3〜40質量%が特に好ましい。 As a blending ratio of the first and second silicon oxide fine particles in the polishing agent of the present embodiment, the ratio of the first silicon oxide fine particles to the total amount of the first silicon oxide fine particles and the second silicon oxide fine particles is as follows: 1-40 mass% is more preferable, and 3-40 mass% is especially preferable.
本実施形態の研磨剤中の酸化ケイ素微粒子の含有量は、研磨剤全質量に対して0.01〜50質量%の範囲で、研磨速度、均一性、材料選択性、分散安定性等を考慮して適宜設定することが好ましい。酸化ケイ素微粒子の含有量が、研磨剤全質量に対して0.01質量%未満では、十分な研磨速度が得られないことがあり、50質量%を超えると、砥粒濃度の増加に見合った研磨速度の向上が認められず、また、研磨剤の粘性が上がり過ぎたり、研磨剤のゲル化を促進したりする場合がある。酸化ケイ素微粒子の含有量は、さらに好ましくは1〜30質量%の範囲である。 The content of silicon oxide fine particles in the abrasive of this embodiment is in the range of 0.01 to 50% by mass with respect to the total mass of the abrasive, taking into consideration the polishing rate, uniformity, material selectivity, dispersion stability, and the like. Therefore, it is preferable to set appropriately. When the content of the silicon oxide fine particles is less than 0.01% by mass with respect to the total mass of the abrasive, a sufficient polishing rate may not be obtained. When the content exceeds 50% by mass, the increase in abrasive concentration is commensurate. In some cases, the polishing rate is not improved, the viscosity of the abrasive is excessively increased, or the gelation of the abrasive is promoted. The content of silicon oxide fine particles is more preferably in the range of 1 to 30% by mass.
なお、酸化ケイ素微粒子として、上記した第1および第2の酸化ケイ素微粒子を用いる場合には、研磨剤中の酸化ケイ素微粒子の含有量は、研磨剤全体に含有される第1の酸化ケイ素微粒子および第2の酸化ケイ素微粒子の合計質量の割合である。 When the first and second silicon oxide fine particles are used as the silicon oxide fine particles, the content of the silicon oxide fine particles in the abrasive is such that the first silicon oxide fine particles contained in the entire abrasive and It is a ratio of the total mass of the second silicon oxide fine particles.
(3)水
本実施形態の研磨剤が含有する水は、研磨砥粒である上記酸化ケイ素微粒子を分散させ、pH調整剤を溶解させるとともに、その他必要に応じて添加される任意成分を分散・溶解するための媒体である。水については、特に制限はないが、他の配合成分に対する影響、不純物の混入、pH等への影響から、純水または脱イオン水が好ましい。水は研磨剤の流動性を制御する機能を有するので、その含有量は、研磨速度、平坦化特性等の目標とする研磨特性に合わせて適宜設定することができる。
(3) Water The water contained in the abrasive of this embodiment disperses the silicon oxide fine particles that are abrasive grains, dissolves the pH adjuster, and disperses other optional components that are added as necessary. It is a medium for dissolution. Although there is no restriction | limiting in particular about water, A pure water or deionized water is preferable from the influence with respect to another compounding component, mixing of an impurity, pH, etc. Since water has a function of controlling the fluidity of the abrasive, the content thereof can be appropriately set according to the target polishing characteristics such as the polishing rate and the flattening characteristics.
本実施形態の研磨剤において、水は、研磨剤全質量に対して40〜99質量%の範囲で含まれることが好ましい。水の含有量が、研磨剤全質量に対して40質量%未満では、研磨剤の粘性が高くなり流動性が損なわれる場合があり、99質量%を超えると、研磨砥粒である上記酸化ケイ素微粒子の濃度が低くなり十分な研磨速度が得られないことがある。 In the abrasive of this embodiment, water is preferably contained in the range of 40 to 99 mass% with respect to the total mass of the abrasive. When the water content is less than 40% by mass with respect to the total mass of the abrasive, the viscosity of the abrasive may be increased and the fluidity may be impaired. In some cases, the concentration of the fine particles becomes low and a sufficient polishing rate cannot be obtained.
(4)研磨剤の調製および任意成分
本実施形態の研磨剤は、必須成分として含有する上記(1)のpH調整剤と、(2)の酸化ケイ素微粒子と、(3)の水を、例えば、上記含有量となるように秤量し、混合することにより調製できる。
(4) Preparation of polishing agent and optional components The polishing agent of the present embodiment contains the pH adjusting agent (1), the silicon oxide fine particles (2), and the water (3) contained as essential components, for example. , And can be prepared by weighing and mixing to achieve the above content.
ここで、酸化ケイ素微粒子としてコロイダルシリカを用いた場合、酸化ケイ素微粒子を含むコロイダルシリカの水分散液を所望の割合で混合し、所定量の(1)pH調整剤を添加して、適宜水によって希釈することで調整できる。 Here, when colloidal silica is used as the silicon oxide fine particles, an aqueous dispersion of colloidal silica containing the silicon oxide fine particles is mixed in a desired ratio, a predetermined amount of (1) a pH adjuster is added, and water is appropriately added. It can be adjusted by diluting.
また、酸化ケイ素微粒子として、第1の酸化ケイ素微粒子および第2の酸化ケイ素微粒子を用いる場合には、第1の酸化ケイ素微粒子を含むコロイダルシリカと、第2の酸化ケイ素微粒子を含むコロイダルシリカを所望の割合で混合し、所定量の(1)pH調整剤を添加して、適宜水によって希釈すればよい。 In addition, when the first silicon oxide fine particles and the second silicon oxide fine particles are used as the silicon oxide fine particles, colloidal silica containing the first silicon oxide fine particles and colloidal silica containing the second silicon oxide fine particles are desired. And a predetermined amount of (1) pH adjuster may be added and appropriately diluted with water.
なお、本実施形態の研磨剤には、上記本発明の効果を損なわない範囲において、上記(1)〜(3)の必須成分以外に、通常の化学的機械的研磨用の研磨剤が含有するような任意成分を含有させてもよい。 In addition, the abrasive | polishing agent of this embodiment contains the abrasive | polishing agent for normal chemical mechanical polishing in addition to the essential component of said (1)-(3) in the range which does not impair the effect of the said this invention. Such optional components may be included.
このようにして得られる本実施形態の研磨剤のpHは、8〜10.5の範囲にあることが好ましく、8.5〜10.5がより好ましい。本実施形態の研磨剤の必須成分である(1)pH調整剤と、(2)酸化ケイ素微粒子と、(3)水とを所定の割合で混合すれば、概ねpHは上記範囲となり、後述の緩衝溶液として機能することができる。 Thus, it is preferable that the pH of the abrasive | polishing agent of this embodiment obtained exists in the range of 8-10.5, and 8.5-10.5 is more preferable. If (1) pH adjuster, (2) silicon oxide fine particles, and (3) water, which are essential components of the abrasive of the present embodiment, are mixed at a predetermined ratio, the pH is generally within the above range, which will be described later. It can function as a buffer solution.
なお、実施形態においては、研磨剤のpHを上記範囲に調整するために、任意成分として、強酸または強塩基等のpH調整補助剤をさらに添加してもよい。研磨剤におけるpH調整補助剤の添加量は、研磨剤が緩衝溶液と十分機能する範囲であり、(1)pH調整剤の含有量に対して20質量%以下が好ましい。pH調整補助剤としては、塩酸、硝酸、硫酸等の強酸の水溶液、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の強塩基またはこれらの水溶液を用いることができる。なお、(1)〜(3)の必須成分にpH調整補助剤を任意に加えて、研磨剤を調製する方法として、具体的には、pH調整補助剤を配合せずに調整された研磨剤について、pHを測定しつつ、上記したpH調整補助剤を適当な濃度の水溶液とし、pHが所望の値となるようにそれぞれ適当な量、好ましくは上に示す上限値以下で添加する方法が挙げられる。 In the embodiment, in order to adjust the pH of the abrasive to the above range, a pH adjusting auxiliary agent such as a strong acid or a strong base may be further added as an optional component. The addition amount of the pH adjustment auxiliary agent in the abrasive is in a range where the abrasive functions sufficiently with the buffer solution, and (1) 20% by mass or less is preferable with respect to the content of the pH adjuster. As the pH adjustment aid, an aqueous solution of a strong acid such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, a strong base such as sodium hydroxide or potassium hydroxide, or an aqueous solution thereof can be used. In addition, as a method for preparing an abrasive by arbitrarily adding a pH adjusting auxiliary to the essential components (1) to (3), specifically, an abrasive adjusted without blending a pH adjusting auxiliary. For the above, a method of adding the above-mentioned pH adjusting auxiliary agent to an aqueous solution having an appropriate concentration while measuring the pH and adding each in an appropriate amount, preferably not more than the upper limit shown above, so that the pH becomes a desired value. It is done.
また、本実施形態の研磨剤は、緩衝溶液であることが好ましい。本実施形態の研磨剤においてはこれを用いてサファイア基板を研磨した際に緩衝溶液として作用することが好ましい。すなわち、本実施形態の研磨剤を用いてサファイア基板が化学的機械的研磨されると、研磨くずはアルミン酸の形で研磨剤中に排出されるが、一定量のアルミン酸を取り込んだ後もpHの変化が少ない研磨剤であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the abrasive | polishing agent of this embodiment is a buffer solution. In the abrasive | polishing agent of this embodiment, when grind | polishing a sapphire substrate using this, it acts as a buffer solution. That is, when the sapphire substrate is chemically and mechanically polished using the polishing agent of this embodiment, polishing waste is discharged into the polishing agent in the form of aluminate, but even after taking a certain amount of aluminate into the pH. It is preferable that the polishing agent has a small change in.
例えば、本実施形態の研磨剤は、pHを上記した好ましい範囲としたものであってアルミン酸ナトリウムNa[Al(OH)4]を、アルミン酸ナトリウムと研磨剤との混合後の合計質量に対して0.04質量%となる量添加した後のpHと、アルミン酸ナトリウム添加前のpHとの差が±1.5以内であるものが好ましく、±1以内であるものがより好ましい。また、このアルミン酸ナトリウムを添加した後のpHは、6.5〜12の範囲であることが好ましい。 For example, the abrasive according to the present embodiment has a pH in the above-described preferable range, and sodium aluminate Na [Al (OH) 4 ] is used with respect to the total mass after mixing the sodium aluminate and the abrasive. The difference between the pH after addition of 0.04 mass% and the pH before addition of sodium aluminate is preferably within ± 1.5, more preferably within ± 1. Moreover, it is preferable that pH after adding this sodium aluminate is the range of 6.5-12.
このように、本実施形態の研磨剤においては、研磨に際してサファイア基板の研磨くずが混入しても、(1)pH調整剤が単独でまたは必要に応じて添加される成分とともにpH緩衝剤として働き、研磨剤が緩衝溶液となっているので、pHを上記した好ましいpHの範囲に保つことが可能であり、長期安定使用が可能となる。 As described above, in the polishing agent of this embodiment, even if polishing scraps of the sapphire substrate are mixed during polishing, (1) the pH adjuster functions as a pH buffering agent alone or together with components added as necessary. Since the polishing agent is a buffer solution, the pH can be maintained within the above-described preferable pH range, and stable use for a long period of time becomes possible.
[研磨方法]
本実施形態の研磨剤を用いて、サファイア基板の被研磨面を研磨する方法としては、研磨剤を研磨パッドに供給しながら、サファイア基板の被研磨面と研磨パッドとを接触させ、両者間の相対運動により研磨を行う研磨方法が好ましい。
[Polishing method]
As a method for polishing the surface to be polished of the sapphire substrate using the polishing agent of the present embodiment, the surface to be polished of the sapphire substrate and the polishing pad are brought into contact with each other while supplying the polishing agent to the polishing pad. A polishing method in which polishing is performed by relative motion is preferable.
上記研磨方法において、研磨装置としては従来公知の研磨装置を使用することができる。図1に、本実施形態に使用可能な、研磨剤を循環使用する研磨装置の一例を示し、以下に説明するが、本発明に使用される研磨装置はこのような構造のものに限定されるものではない。 In the above polishing method, a conventionally known polishing apparatus can be used as the polishing apparatus. FIG. 1 shows an example of a polishing apparatus that can be used in the present embodiment and circulates an abrasive. The polishing apparatus used in the present invention is limited to the structure described above. It is not a thing.
この研磨装置10は、サファイア基板1を保持する研磨ヘッド2と、研磨定盤3と、研磨定盤3の表面に貼り付けられた研磨パッド4と、研磨剤5を貯留するタンク8と、タンク8から研磨剤供給手段7を用いて、研磨パッド4に研磨剤5を供給する研磨剤供給配管6とを備えている。研磨装置10は、研磨剤供給配管6から研磨剤5を供給しながら、研磨ヘッド2に保持されたサファイア基板1の被研磨面を研磨パッド4に接触させ、研磨ヘッド2と研磨定盤3とを相対的に回転運動させて研磨を行うように構成されている。
The polishing
このような研磨装置10を用いて、サファイア基板1の被研磨面の研磨を行うことができる。ここで、研磨装置10はサファイア基板の片面を被研磨面として研磨する研磨装置であるが、例えば、サファイア基板の上下面に研磨装置10と同様の研磨パッドを配した両面同時研磨装置を使用してサファイア基板の被研磨面(両面)を研磨することも可能である。
The polishing surface of the sapphire substrate 1 can be polished using such a
研磨ヘッド2は、回転運動だけでなく直線運動をしてもよい。また、研磨定盤3および研磨パッド4は、サファイア基板1と同程度またはそれ以下の大きさであってもよい。その場合は、研磨ヘッド2と研磨定盤3とを相対的に移動させることにより、サファイア基板1の被研磨面の全面を研磨できるようにすることが好ましい。さらに、研磨定盤3および研磨パッド4は回転運動を行なうものでなくてもよく、例えばベルト式で一方向に移動するものであってもよい。 The polishing head 2 may perform a linear motion as well as a rotational motion. Further, the polishing surface plate 3 and the polishing pad 4 may be as large as or smaller than the sapphire substrate 1. In that case, it is preferable that the entire surface to be polished of the sapphire substrate 1 can be polished by relatively moving the polishing head 2 and the polishing surface plate 3. Furthermore, the polishing surface plate 3 and the polishing pad 4 do not have to perform rotational movement, and may move in one direction, for example, by a belt type.
このような研磨装置10の研磨条件には特に制限はないが、研磨ヘッド2に荷重をかけて研磨パッド4に押しつけることで、より研磨圧力を高め、研磨速度を向上させることも可能である。研磨圧力は10〜50kPa程度が好ましく、研磨速度のサファイア基板1の被研磨面内均一性、平坦性、スクラッチなどの研磨欠陥防止の観点から、10〜40kPa程度がより好ましい。研磨定盤3および研磨ヘッド2の回転数は、50〜500rpm程度が好ましいがこれに限定されない。また、研磨剤5の供給量については、研磨剤の組成、上記各研磨条件等により適宜調整、選択されるが、例えば、直径50mmのサファイヤウェハを研磨する場合には、概ね5〜300cm3/分程度の供給量が好ましい。
The polishing conditions of the polishing
研磨パッド4としては、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質樹脂、非多孔質樹脂などからなるものを使用することができる。また、研磨パッド4への研磨剤5の供給を促進し、あるいは研磨パッド4に研磨剤5が一定量溜まるようにするために、研磨パッド4の表面に格子状、同心円状、らせん状などの溝加工が施されていてもよい。
As the polishing pad 4, one made of a general nonwoven fabric, foamed polyurethane, porous resin, non-porous resin or the like can be used. Further, in order to promote the supply of the polishing
また、必要により、パッドコンディショナーを研磨パッド4の表面に接触させて、研磨パッド4表面のコンディショニングを行いながら研磨してもよい。 In addition, if necessary, polishing may be performed while bringing the pad conditioner into contact with the surface of the polishing pad 4 and conditioning the surface of the polishing pad 4.
また、図1に示す研磨装置10は、研磨に使用した研磨剤5を研磨パッド4から回収する回収手段(図示せず)を有し、回収した研磨剤5がタンク8に輸送される構成となっている。タンク8に戻った研磨剤5は、再び研磨剤供給手段7を用いて研磨剤供給配管6を経て研磨パッド4に供給される。研磨剤5は、このようにして循環使用される。
The polishing
なお、本実施形態の研磨方法においては、研磨パッドに供給された研磨剤が研磨に使用された後、上記同様に回収されるが、1回の研磨使用毎に廃棄される、いわゆる掛け流し構成の研磨装置を使用することも可能である。 In the polishing method of the present embodiment, after the abrasive supplied to the polishing pad is used for polishing, it is recovered in the same manner as described above, but is discarded after each polishing use. It is also possible to use this polishing apparatus.
研磨剤が循環使用される研磨方法は、研磨剤が1回の研磨使用毎に廃棄される研磨方法と比較して研磨剤の消費量を減らすことができるため好ましい。しかし、研磨の進行に伴い研磨によりサファイア基板の研磨くずが研磨剤に混入してくるため、従来の研磨剤では、研磨砥粒の凝集やゲル化を招きやすく、パッドの目詰まりを誘引して次第に研磨速度が低下するという問題があった。本実施形態の研磨剤を用いれば、研磨砥粒の凝集の原因となるpHの低下が抑制されることで、循環使用時の研磨速度の低下が抑制される。 A polishing method in which the abrasive is used in a circulating manner is preferable because the consumption of the abrasive can be reduced as compared with a polishing method in which the abrasive is discarded for each polishing use. However, as the polishing progresses, polishing scraps on the sapphire substrate are mixed into the abrasive due to polishing, so conventional abrasives tend to cause aggregation and gelation of abrasive grains, leading to pad clogging. There was a problem that the polishing rate gradually decreased. If the abrasive | polishing agent of this embodiment is used, the fall of the polishing rate at the time of circulation use will be suppressed by suppressing the fall of pH which causes aggregation of an abrasive grain.
すなわち本実施形態の研磨剤は、循環方式で用いた際の研磨速度の低下が抑制されるという特徴を有している。これにより研磨工程の効率が向上するだけでなく、研磨剤の消費量の低減や、パッドのドレッシングやフラッシングなどの頻度低減によるダウンタイムの短縮、更にはパッド消費量の削減にもつながり、研磨工程を効率的に行えるため、各種デバイス製造の量産性向上に与える意義は非常に大きいといえる。 That is, the abrasive according to the present embodiment has a feature that a decrease in the polishing rate when used in a circulation system is suppressed. This not only improves the efficiency of the polishing process, but also reduces the consumption of abrasives, shortens downtime by reducing the frequency of pad dressing and flushing, etc., and also reduces the pad consumption. Therefore, it can be said that it has great significance for improving the mass productivity of various device manufacturing.
以下に本発明を、実施例を用いて説明するが、本発明は以下の記載に限定されるものではない。例1〜13は実施例、例14〜16は比較例である。
各例において、研磨剤に第1の酸化ケイ素微粒子および第2の酸化ケイ素微粒子を砥粒として配合する際には、以下のコロイダルシリカ水分散液を用いた。
(砥粒)
第1の酸化ケイ素微粒子については、平均一次粒子径が10nmのコロイダルシリカの固形分濃度30質量%水分散液(以下、「第1のコロイダルシリカ分散液」という)を用いた。
第2の酸化ケイ素微粒子については、平均一次粒子径が110nmのコロイダルシリカの固形分濃度40質量%水分散液(以下、「第2のコロイダルシリカ分散液」という)を用いた。
なお、第1、第2の酸化ケイ素微粒子の平均一次粒子径はいずれも、窒素吸着BET法により比表面積を測定して得られた値である。
Hereinafter, the present invention will be described using examples, but the present invention is not limited to the following description. Examples 1 to 13 are Examples, and Examples 14 to 16 are Comparative Examples.
In each example, when the first silicon oxide fine particles and the second silicon oxide fine particles were blended as abrasive grains in the abrasive, the following colloidal silica aqueous dispersion was used.
(Abrasive grains)
For the first silicon oxide fine particles, a 30% by weight solid dispersion of colloidal silica having an average primary particle diameter of 10 nm (hereinafter referred to as “first colloidal silica dispersion”) was used.
For the second silicon oxide fine particles, a 40% by weight solid dispersion of colloidal silica having an average primary particle diameter of 110 nm (hereinafter referred to as “second colloidal silica dispersion”) was used.
The average primary particle diameter of the first and second silicon oxide fine particles is a value obtained by measuring the specific surface area by the nitrogen adsorption BET method.
(例1)
最終的に得られる研磨剤の全質量に対して、(1)pH調整剤としてアラニンを0.1質量%、(2)第2の酸化ケイ素微粒子を25質量%、(3)水(イオン交換水)を70質量%となるように、第2のコロイダルシリカ分散液とアラニンと水とを混合して撹拌した。この混合液のpH((1)(2)(3)混合時pH)は8.5であった。
(Example 1)
(1) 0.1% by mass of alanine as a pH adjuster, (2) 25% by mass of second silicon oxide fine particles, and (3) water (ion exchange) with respect to the total mass of the abrasive obtained finally. The second colloidal silica dispersion, alanine and water were mixed and stirred so that the water was 70% by mass. The pH of this mixed solution (pH during mixing of (1), (2) and (3)) was 8.5.
次いで、pHが9.5になるまで、pH調整補助剤(KOHの10質量%水溶液)を添加し、その後全量が100質量%となるように水を加え、十分に撹拌して研磨剤を調整した。このときのpH調整補助剤の添加量は、研磨剤全量に対して0.06質量%であった。また、研磨剤のpHは、ポータブルpH計(TOADKK社製)を用いて測定した。
表1に、上記例1で得られた研磨剤の組成を示す。
Next, add a pH adjustment aid (10% by weight aqueous solution of KOH) until the pH reaches 9.5, then add water so that the total amount becomes 100% by weight, and adjust the abrasive by stirring well. did. The addition amount of the pH adjustment aid at this time was 0.06% by mass with respect to the total amount of the abrasive. The pH of the abrasive was measured using a portable pH meter (manufactured by TOADKK).
Table 1 shows the composition of the abrasive obtained in Example 1 above.
(例2〜16)
pH調整剤としてそれぞれ表1の化合物を用いて、第1および第2の酸化ケイ素微粒子と、pH調整剤と、水と、必要に応じて表1に示すpH調整補助剤(KOHの10質量%水溶液およびHNO3の10質量%水溶液)との配合割合を表1のようにし、その他は例1と同様にして例2〜16の研磨剤を調整した。また、各例について、pH調整剤、酸化ケイ素微粒子および水を混合し、pH調整補助剤を添加する前の混合液のpHを測定した。
なお、例9および例11では、酸化ケイ素微粒子とpH調整剤(グリシン)と水とを混合したときのpHが9.5であったため、pH調整補助剤は添加していない。
(Examples 2 to 16)
Using each of the compounds in Table 1 as a pH adjuster, the first and second silicon oxide fine particles, the pH adjuster, water, and the pH adjuster auxiliary shown in Table 1 as necessary (10% by mass of KOH) The mixing ratio of the aqueous solution and the 10% by weight aqueous solution of HNO 3 was as shown in Table 1, and the abrasives of Examples 2 to 16 were prepared in the same manner as in Example 1. Moreover, about each example, the pH adjuster, the silicon oxide microparticles | fine-particles, and water were mixed, and pH of the liquid mixture before adding a pH adjustment adjuvant was measured.
In Examples 9 and 11, the pH when the silicon oxide fine particles, the pH adjuster (glycine), and water were mixed was 9.5, and thus no pH adjusting aid was added.
[評価]
上記で得られた例1〜例16の研磨剤の研磨特性を以下の方法により評価した。
研磨特性の評価として、研磨剤を循環使用した際の研磨速度の持続性、および循環使用することで研磨剤がサファイア基板研磨くずを含有した場合のpHの変化について評価を行った。
[Evaluation]
The polishing characteristics of the abrasives of Examples 1 to 16 obtained above were evaluated by the following methods.
As evaluation of the polishing characteristics, the sustainability of the polishing rate when the abrasive was used in circulation and the change in pH when the abrasive contained sapphire substrate polishing scraps were evaluated.
<被研磨物>
被研磨物として、単結晶サファイア基板の2インチウェハ(信光社製、(0001)面、基板の厚み420μm)を使用した。
<Polished object>
As the object to be polished, a 2-inch wafer of a single crystal sapphire substrate (manufactured by Shinko, (0001) plane, substrate thickness of 420 μm) was used.
<研磨方法>
研磨機としては、SPEEDFAM社製卓上研磨装置を使用した。研磨パッドとしては、SUBA800−XY−groove(ニッタハース社製)を使用し、試験前にMEC100−PH3.5L(三菱マテリアル社製)および、ブラシを用いてコンディショニングを行った。
<Polishing method>
As a polishing machine, a table polishing apparatus manufactured by SPEEDFAM was used. As a polishing pad, SUBA800-XY-groove (manufactured by Nitta Haas) was used, and conditioning was performed using MEC100-PH3.5L (manufactured by Mitsubishi Materials) and a brush before the test.
研磨は、研磨剤の供給速度を100cm3/分、研磨定盤の回転数は90rpmとし、研磨圧を5psiすなわち34.5kPaとして行った。研磨剤は循環使用し、研磨ヘッドは単独では回転せず研磨定盤の回転に伴い回転する設定とした。 Polishing was carried out at a polishing agent supply rate of 100 cm 3 / min, a polishing plate speed of 90 rpm, and a polishing pressure of 5 psi, ie 34.5 kPa. The abrasive was circulated and the polishing head was set not to rotate alone but to rotate with the rotation of the polishing platen.
<研磨速度>
研磨速度は、単位時間当たりの基板の厚さの変化量(μm/hr)で評価した。具体的には、上記評価に用いた単結晶サファイア基板について、厚みが既知の未研磨基板の質量と各時間研磨した後の基板質量とを測定し、その差から質量変化を求め、さらに質量変化から求めた基板の厚みの時間当たりの変化を下記の式を用いて算出した。
<Polishing speed>
The polishing rate was evaluated by the amount of change in the thickness of the substrate per unit time (μm / hr). Specifically, for the single crystal sapphire substrate used for the above evaluation, the mass of an unpolished substrate with a known thickness and the substrate mass after polishing each time are measured, and the mass change is obtained from the difference, and further the mass change The change per time of the thickness of the substrate obtained from the above was calculated using the following formula.
(研磨速度(V)の計算式)
Δm=m0−m1
V=Δm/m0 × T0 × 60/t …(1)
(式中、Δm(g)は研磨前後の質量変化、m0(g)は未研磨基板の初期質量、m1(g)は研磨後基板の質量、Vは研磨速度(μm/hr)、T0は未研磨基板の基板厚み(μm)、tは研磨時間(min)を表す。)
(Calculation formula of polishing rate (V))
Δm = m0−m1
V = Δm / m0 × T0 × 60 / t (1)
(In the formula, Δm (g) is the mass change before and after polishing, m0 (g) is the initial mass of the unpolished substrate, m1 (g) is the mass of the substrate after polishing, V is the polishing rate (μm / hr), and T0 is (The substrate thickness (μm) of the unpolished substrate, and t represents the polishing time (min).)
<初期研磨速度>
まず、例1〜例16の研磨剤について、15分研磨した後の研磨速度を測定・算出し、初期研磨速度とした。すなわち、15分研磨後の基板を研磨ヘッドからはずしてその質量を測定した。未研磨基板の質量から15分研磨後の基板の質量を引き算した値を(1)式におけるΔm(g)とし、初期研磨速度を算出した。初期研磨速度は、例15で調製した第1および第2の酸化ケイ素微粒子を砥粒とし、pH調整剤を含有しない研磨剤の初期研磨速度を1.00としたときの比率を求めて表した。結果を表2に示す。
<Initial polishing rate>
First, with respect to the abrasives of Examples 1 to 16, the polishing rate after polishing for 15 minutes was measured and calculated, and used as the initial polishing rate. That is, the substrate after polishing for 15 minutes was removed from the polishing head and its mass was measured. The initial polishing rate was calculated by subtracting the mass of the substrate after 15 minutes polishing from the mass of the unpolished substrate as Δm (g) in the equation (1). The initial polishing rate was expressed by calculating the ratio when the first and second silicon oxide fine particles prepared in Example 15 were used as abrasive grains and the initial polishing rate of an abrasive containing no pH adjuster was set to 1.00. . The results are shown in Table 2.
<240分研磨後の研磨速度>
例1〜例16の研磨剤について、240分研磨後の研磨速度を測定・算出し、240分研磨後の研磨速度とした。すなわち、上記初期研磨速度の測定に続き、質量測定後の15分研磨後の基板を再度研磨ヘッドに保持させ、研磨開始からの合計で225分研磨後に基板を研磨ヘッドから外して質量を測定して225分研磨後の基板質量とした。次いで質量測定後の基板を再度研磨ヘッドに保持させてさらに15分研磨した後(研磨開始からの合計で240分研磨後)、基板を研磨ヘッドから外して質量を測定し、240分研磨後の基板質量とした。(1)式においてΔmを225分研磨後の基板質量から240分研磨後の基板質量を引き算した値として、240分研磨後の研磨速度を算出した。
<研磨速度の持続性>
次に研磨速度の持続性について、例15における初期研磨速度(研磨開始から15分後の研磨速度)と比較した上記240分研磨後の研磨速度を次式で算出し、評価した。具体的には、数値が大きいほど、研磨速度の低下がなく、研磨速度の持続性がよいことを示している。
研磨速度の持続性=(240分研磨後の研磨速度の値)/(例15の初期研磨速度の値)
<Polishing speed after 240 minutes polishing>
About the abrasive | polishing agent of Example 1- Example 16, the grinding | polishing speed after 240-minute grinding | polishing was measured and calculated, and it was set as the grinding | polishing speed after 240-minute grinding | polishing. That is, following the measurement of the initial polishing rate, the substrate after polishing for 15 minutes after the mass measurement is again held by the polishing head, and after the polishing for a total of 225 minutes from the start of polishing, the substrate is removed from the polishing head and the mass is measured. The substrate mass after polishing for 225 minutes. Next, the substrate after the mass measurement is held again on the polishing head and further polished for 15 minutes (after polishing for a total of 240 minutes from the start of polishing), then the substrate is removed from the polishing head, the mass is measured, and the 240-minute polishing is performed. It was set as the substrate mass. In formula (1), Δm is a value obtained by subtracting the substrate mass after 240 minutes polishing from the substrate mass after 225 minutes polishing, and the polishing rate after 240 minutes polishing was calculated.
<Durability of polishing rate>
Next, the polishing rate after the 240 minute polishing was compared with the initial polishing rate in Example 15 (the polishing rate after 15 minutes from the start of polishing), and the polishing rate was evaluated by the following formula. Specifically, it shows that the larger the numerical value, the lower the polishing rate and the better the polishing rate persistence.
Persistence of polishing rate = (value of polishing rate after 240 minutes polishing) / (value of initial polishing rate in Example 15)
<研磨剤のpH変化を評価する方法>
研磨使用前と、240分研磨後の研磨剤のpHを、それぞれポータブルpH計(TOADKK社製)を用いて測定した。得られたpH測定値から研磨使用前後におけるpHの差、ΔpHを次の式により算出した。結果を表1に示す。なお、研磨剤は240分の循環使用中に研磨くずを除去する等の操作は施されていない。
ΔpH=(研磨使用前の研磨剤のpH)−(240分研磨後の研磨剤のpH)
<Method for evaluating pH change of abrasive>
The pH of the abrasive before polishing and after polishing for 240 minutes was measured using a portable pH meter (manufactured by TOADKK). From the obtained pH measurement value, a difference in pH before and after polishing use, ΔpH, was calculated by the following equation. The results are shown in Table 1. Note that the abrasive is not subjected to operations such as removal of polishing debris during circulation for 240 minutes.
ΔpH = (pH of polishing agent before polishing) − (pH of polishing agent after 240 minutes polishing)
表1からわかるように、実施例である例1〜13の研磨剤は、研磨初期から240分研磨後の研磨速度の低下が小さく、研磨速度の持続性に優れている。また、このときの研磨剤のpHの低下も抑制されている。すなわち長期使用安定性に優れていることが分かる。 As can be seen from Table 1, the polishing agents of Examples 1 to 13 which are examples are small in decrease in the polishing rate after 240 minutes of polishing from the initial stage of polishing and are excellent in sustainability of the polishing rate. Moreover, the fall of pH of the abrasive | polishing agent at this time is also suppressed. That is, it is understood that the long-term use stability is excellent.
一方、比較例である、例14〜16をみると、例14の研磨剤では初期研磨速度が小さく、例15、16の研磨剤では240分研磨後の研磨速度が初期研磨速度から大きく低下している。 On the other hand, in Examples 14 to 16, which are comparative examples, the initial polishing rate is low with the abrasive of Example 14, and the polishing rate after 240 minutes of polishing with the abrasives of Examples 15 and 16 is greatly reduced from the initial polishing rate. ing.
本発明によれば、硬度の高いサファイア単結晶基板の被研磨面を効率よく研磨することが可能であり、研磨速度の持続性に優れ、pHの変動も抑制されるため、研磨剤の長期使用安定性の向上が可能となる。これによりサファイア基板の生産性の向上に寄与することができる。 According to the present invention, it is possible to efficiently polish the surface to be polished of a sapphire single crystal substrate with high hardness, excellent polishing rate sustainability, and pH fluctuations are also suppressed. Stability can be improved. Thereby, it can contribute to the improvement of productivity of a sapphire substrate.
1…サファイア基板、2…研磨ヘッド、3…研磨定盤、4…研磨パッド、5…研磨剤、6…研磨剤供給配管、7…研磨剤供給手段、8…タンク、10…研磨装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sapphire substrate, 2 ... Polishing head, 3 ... Polishing surface plate, 4 ... Polishing pad, 5 ... Polishing agent, 6 ... Abrasive supply piping, 7 ... Abrasive supply means, 8 ... Tank, 10 ... Polishing apparatus
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- 2013-04-23 JP JP2013090201A patent/JP2014216368A/en active Pending
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