特許 6523716 ワーク研磨方法およびワーク研磨装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6523716

(24)【登録日】2019年5月10日

(45)【発行日】2019年6月5日

(54)【発明の名称】ワーク研磨方法およびワーク研磨装置

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/00 20120101AFI20190527BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20190527BHJP

   C09K 3/14 20060101ALI20190527BHJP

   C09G 1/02 20060101ALI20190527BHJP

   B24B 37/04 20120101ALI20190527BHJP

【ＦＩ】

   B24B37/00 H

   H01L21/304 621D

   H01L21/304 622D

   C09K3/14 550C

   C09K3/14 550Z

   C09G1/02

   B24B37/04

【請求項の数】11

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2015-45512(P2015-45512)

(22)【出願日】2015年3月9日

(65)【公開番号】特開2015-186838(P2015-186838A)

(43)【公開日】2015年10月29日

【審査請求日】2018年2月28日

(31)【優先権主張番号】特願2014-51394(P2014-51394)

(32)【優先日】2014年3月14日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000236687

【氏名又は名称】不二越機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001726

【氏名又は名称】特許業務法人綿貫国際特許・商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】澁谷 和孝

(72)【発明者】

【氏名】中村 由夫

【審査官】 稲葉 大紀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２３５３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１７６２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２３４９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１０７０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１３７４３５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 二ノ宮進一、清水俊晴、岩井学、鈴木清，マイクロバブルクーラントの研削液浄化効果，砥粒加工学会誌，日本，砥粒加工学会，２０１２年 ７月，Vol.56 No.7 ，P465-469

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｆ １／００− ５／２６

Ｂ２４Ｂ ３／００− ３／６０

２１／００−３９／０６

５３／００−５７／０４

Ｃ０１Ｂ１３／００−１３／３６

Ｃ０２Ｆ １／４６− １／４８

Ｃ０６Ｂ２１／００−４９／００

Ｃ０６Ｃ ５／００−１５／００

Ｃ０６Ｄ ３／００− ７／００

Ｃ０６Ｆ １／００− ５／０４

Ｃ０９Ｆ １／００−１１／００

Ｃ０９Ｇ １／００− ３／００

Ｃ０９Ｋ ３／１４

Ｃ１０Ｆ ５／００− ７／０８

Ｃ１０Ｈ １／００−２１／１６

Ｇ１１Ｂ ５／８４− ５／８５８

Ｈ０１Ｌ２１／３０４

２１／４６３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワーク表面を、研磨液を供給しながら、回転する定盤表面の研磨部に押圧して研磨するワーク研磨方法において、
前記研磨液に、ガス放電することによってプラズマ化して活性化されると共に、マイクロナノバブル化された活性化ガスが混入された研磨液を用いることを特徴とするワーク研磨方法。

【請求項2】

前記研磨液が、砥粒が混入された研磨液に、前記活性化ガスが直接混入された研磨液であることを特徴とする請求項１記載のワーク研磨方法。

【請求項3】

前記研磨液が、砥粒が混入された研磨液と、前記活性化ガスが混入された他の液体とが混合された研磨液であることを特徴とする請求項１記載のワーク研磨方法。

【請求項4】

前記他の液体が水であることを特徴とする請求項３記載のワーク研磨方法。

【請求項5】

前記活性化されるガスが、空気、酸素、不活性ガス、フッ素系ガスもしくはこれらの混合ガスであることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のワーク研磨方法。

【請求項6】

研磨液供給部を有し、ワーク表面を、前記研磨液供給部から研磨液を供給しながら、回転する定盤表面の研磨部に押圧して研磨するワーク研磨装置において、
ガス放電してプラズマ化した活性化ガスを発生するガス放電部と、
該ガス放電部において活性化されたガスをマイクロナノバブル化する気泡発生部を具備し、
前記研磨液に前記マイクロナノバブル化した前記活性化ガスを混入した研磨液を用いることを特徴とするワーク研磨装置。

【請求項7】

前記研磨液が砥粒が混入された研磨液であり、前記気泡発生部は、前記砥粒が混入された研磨液中に前記活性化ガスを直接マイクロナノバブル化することを特徴とする請求項６記載のワーク研磨装置。

【請求項8】

前記気泡発生部は、他の液体中に前記活性化ガスをマイクロナノバブル化させるものであり、前記研磨液供給部から供給される、砥粒が混入された研磨液と、前記マイクロナノバブル化された前記活性化ガスが混入された液体とを混合して研磨液として用いることを特徴とする請求項６記載のワーク研磨装置。

【請求項9】

前記他の液体が水であることを特徴とする請求項８記載のワーク研磨装置。

【請求項10】

前記ガス放電部および前記気泡発生部が、
前記定盤中に形成された、多孔質材からなる電極兼ガス供給部と、
前記電極兼ガス供給路に高電圧を印加する高圧電源部とを具備し、
該ガス放電部および気泡発生部において発生したマイクロナノバブル化した前記活性化ガスが、前記研磨液供給部から前記定盤上に供給される研磨液に混入されることを特徴とする請求項６記載のワーク研磨装置。

【請求項11】

前記活性化されるガスが、空気、酸素、不活性ガス、フッ素系ガスもしくはこれらの混合ガスであることを特徴とする請求項６〜１０いずれか１項記載のワーク研磨装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、SiC等の高硬度材料からなるワークの研磨に用いて好適なワーク研磨方法およびワーク研磨装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体パワーデバイスを作製する上で基板の平坦化は必須であるが、炭化ケイ素（SiC）、窒化ガリウム（GaN）、ダイヤモンドに代表されるワイドバンドギャップ半導体基板は硬く脆いことから、従来の機械的加工では高能率な平坦化は困難である。
特許文献１には、研磨粒子とマイクロナノバブル水が含まれた研磨液を用いることが記載されている。
また、特許文献２には、研磨砥粒を含む第１の加工液と、電解質と直径が10nm〜1000μmの気泡（マイクロナノバブル）を含む第２の加工液を用いることで、研磨欠陥を低減しつつ大きな加工速度で研磨する研磨方法が提示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−１１１０９４

【特許文献2】特開２００８−２３５３５７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１および２のものでは、研磨加工液に、マイクロナノバブルを混合することで、加工レートの向上および研磨欠陥の低減作用が得られるとされている。しかしながら、これら特許文献のものでも、SiCやダイヤモンドなどの高硬度材料で難加工性のものを加工対象とした場合、十分な加工レートが得られないという課題がある。
本発明は、上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、高硬度材料であっても、高い加工能率が得られるワーク研磨方法およびワーク研磨装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明に係るワークの研磨方法は、ワーク表面を、研磨液を供給しながら、回転する定盤表面の研磨部に押圧して研磨するワーク研磨方法において、前記研磨液に、ガス放電することによってプラズマ化して活性化されると共に、マイクロナノバブル化された活性化ガスが混入された研磨液を用いることを特徴とする。

【0006】

前記研磨液に、砥粒が混入された研磨液に、前記活性化ガスが直接混入された研磨液を用いることができる。
あるいは、前記研磨液に、砥粒が混入された研磨液と、前記活性化ガスが混入された他の液体とを混合した研磨液を用いることができる。
前記他の液体に水を用いることができる。
前記活性化されるガスに、空気、酸素、不活性ガス、フッ素系ガスもしくはこれらの混合ガスを用いることができる。

【0007】

本発明に係るワーク研磨装置は、研磨液供給部を有し、ワーク表面を、前記研磨液供給部から研磨液を供給しながら、回転する定盤表面の研磨部に押圧して研磨するワーク研磨装置において、ガス放電してプラズマ化した活性化ガスを発生するガス放電部と、該ガス放電部において活性化されたガスをマイクロナノバブル化する気泡発生部を具備し、前記研磨液に前記マイクロナノバブル化した前記活性化ガスを混入した研磨液を用いることを特徴とする。

【0008】

前記研磨液が砥粒が混入された研磨液であり、前記気泡発生部は、前記砥粒が混入された研磨液中に前記活性化ガスを直接マイクロナノバブル化するようにしてもよい。
前記気泡発生部は、他の液体中に前記活性化ガスをマイクロナノバブル化させるものであり、前記研磨液供給部から供給される、砥粒が混入された研磨液と、前記マイクロナノバブル化された前記活性化ガスが混入された液体とを混合して研磨液として用いるようにしてもよい。
前記ガス放電部および前記気泡発生部が、前記定盤中に形成された、多孔質材からなる電極兼ガス供給部と、前記電極兼ガス供給路に高電圧を印加する高圧電源部とを具備し、該ガス放電部および気泡発生部において発生したマイクロナノバブル化した前記活性化ガスが、前記研磨液供給部から前記定盤上に供給される研磨液に混入されるようにしてもよい。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、砥粒による機械的研磨作用と、ガス放電されプラズマ化して活性化されると共に、マイクロナノバブル化された活性化ガスによる化学的研磨作用との相互作用により、ワークＷを高能率に研磨することができる。また、単に機械的研磨作用でなく、化学的研磨作用が生じるので、SiC、GaN、ダイヤモンド等の高硬度材料の研磨も行える。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施の形態に係るワーク研磨装置の概略を示す説明図である。

【図2】第２の実施の形態に係るワーク研磨装置の概略を示す説明図である。

【図3】第３の実施の形態に係るワーク研磨装置の概略を示す説明図である。

【図4】研磨結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
本実施の形態に係るワーク研磨方法とワーク研磨装置は軌を一にするものであるので、以下併せて説明する。
図１はワーク研磨装置１０の第１の実施の形態の概略を示す説明図である。
本実施の形態では、研磨ヘッド１２に保持されたワークＷ表面を、研磨液供給部１４から研磨液を供給しながら、回転する定盤１６の表面の研磨部１８に押圧して研磨するものであって、研磨液に、ガス放電されて活性化されると共に、気泡化された活性化ガスが混入された研磨液を用いることを特徴とする。

【0012】

定盤１６は図示しない回転機構によりシャフト２０を中心に水平面内で回転する。定盤１６の表面は研磨部１８に形成されている。研磨部１８は、例えば不織布やポリウレタン樹脂シート等からなる研磨布が貼付されて成る。あるいは研磨部１８は、定盤１６の表面に特殊な粒子を埋没して形成するなどの方法により構成することもできる。
研磨ヘッド１２は、両面テープや吸引作用等によって下面にワークＷを保持するものである。研磨ヘッド１２には種々の構造の公知の研磨ヘッドを用いることができる。研磨ヘッド１２は、上下動、かつシャフト２２を中心に水平面内で回転する。
研磨液供給部１４からは、研磨砥粒を含む研磨液が定盤１６の研磨部１８上に供給される。研磨液も、ワークＷの材料等に応じて種々の公知の研磨液を用いることができる。

【0013】

２４はガス放電部であり、ポンプ２５により送り込まれる各種ガスを放電により例えばプラズマ化して活性化ガスを発生する。ガス放電部２４は、例えば誘電体バリア放電により各種ガスをプラズマ化する。なお、ガス放電部２４の放電機構は、誘電体バリア放電に限定されるものではなく、コロナ放電、火花放電等、各種ガスを放電によって活性化できるものであればよい。
ガス放電部２４によるガスの活性化機能は公知のものであるが、例えばプラズマ化することにより、OHラジカル等のガス種に応じた各種のラジカル種を生成し、化学的に活性化し、酸化作用、エッチング作用などを呈する。
ガス種としては、空気、酸素、不活性ガス、フッ素系ガスもしくはこれらの混合ガスを用いることができる。

【0014】

２６は気泡発生部であり、公知の機構のものを用いることができる。
気泡発生部２６は、タンク２７に貯留されている水を引き込み、また、ガス放電部２４で発生された活性化ガスが配管２８を通じて送り込まれることにより、活性化ガスを水中に微細気泡化して混入し、この微細気泡化された活性化ガスが混入した水をタンク２７中に戻す。
タンク２７中の、微細気泡化された活性化ガスが混入した水は、図示しないポンプにより、配管２９を通じて定盤１６の研磨部１８上に供給され、研磨液供給部１４から供給される砥粒入りの研磨液と混合される。タンク２７には、図示しない供給部から水が補給される。なお、微細気泡化された活性化ガス（微細活性化ガス）が混入される液体は、水以外の他の液体、例えばpHを調整した電解水であってもよい。

【0015】

気泡発生部２６では、ガス放電され活性化されたガスが、マイクロナノレベルまで微細化される。すなわち、気泡発生部２６では、μｍレベルの大きさの気泡と、ｎｍレベルの大きさの気泡とが混在して水中に混入したマイクロナノバブル水を生成する。このマイクロナノバブル水が定盤１６の研磨部１８上に供給され、研磨液供給部１４から供給される研磨液と混合されるのである。
なお、上記では、ガス放電部２４と気泡発生部２６とを別機構として設けたが、これらを一体に組み込んだ装置（図示せず）により、微細気泡の発生と微細化したガスの放電とをほぼ同時に行うようにし、液中にラジカル種とマイクロバブルとを発生させるようにしてもよい（例えば、特開２０１３−８６０７２）。ガス放電部２４と気泡発生部２６とを一体に組み込んだ装置およびこれを用いる方法も本発明（請求項１および７、米国は１および１１、韓国・台湾は１および１０）に含まれるものである。

【0016】

研磨液供給部１４から供給される研磨液と、タンク２７から供給される、上記マイクロナノバブル水とが混合されて、ワークＷの研磨液として作用する。
研磨液供給部１４から供給される研磨液には砥粒が混入されているが、この砥粒が、マイクロナノバブルの作用により一層研磨液中に均一に分散されることから、ワークＷの均一研磨が行える。
さらに、マイクロナノバブル水中には、ガス放電され活性化されたガスが微細気泡化して混入していることから、活性化ガスがワークＷ表面に直接作用し、ワークＷ表面に酸化作用やエッチング作用を及ぼす。この酸化作用やエッチング作用により、ワークＷ表面が変質し、この変質層が、砥粒が混入する研磨液による機械的研磨作用によって除去される。
また、マイクロナノバブルの気泡は、帯電するにあたってOH^-がより多く集まる傾向を有しており、このOH^-が多い状態から気泡が消滅すると、OHラジカルの活性によって酸化作用やエッチング作用がもたらされることで、強い効果が得られると考えられる。

【0017】

すなわち、本実施の形態では、砥粒による機械的研磨作用（マイクロナノバブルにより均一化された機械的研磨作用）と、ガス放電され活性化されたガス（例えばプラズマ化されたガス）による化学的研磨作用との相互作用により、ワークＷを高能率に研磨することができ、さらに、気泡消滅時におけるOHラジカルの活性による酸化・エッチング作用も加わる。また、単に機械的研磨作用でなく、化学的研磨作用が生じるので、SiC、GaN、ダイヤモンド等の高硬度材料の研磨も行える。

【0018】

図２は、ワーク研磨装置１０の第２の実施の形態の概略を示す説明図である。
第１の実施の形態と同一の部材は同一の符号を以て示す。
本実施の形態では、研磨液供給部１４から砥粒入りの研磨液をタンク２７に供給し、ガス放電部２４、気泡発生部２６により、例えばプラズマ化し、かつ微細化した活性化ガス（微細活性化ガス）を直接タンク２７中の研磨液に混入するようにしている。

【0019】

本実施の形態でも、砥粒による機械的研磨作用（マイクロナノバブルにより均一化された機械的研磨作用）と、例えばプラズマ化され活性化されたガスによる化学的研磨作用との相互作用により、ワークＷを高能率に研磨することができる。また、単に機械的研磨作用でなく、化学的研磨作用が生じるので、SiC、GaN、ダイヤモンド等の高硬度材料の研磨も行える。また、本実施の形態では、研磨液を循環して使用することもできる。

【0020】

図３は、ワーク研磨装置１０の第３の実施の形態の概略を示す説明図である。
第１の実施の形態と同一の部材は同一の符号を以て示す。
本実施の形態では、定盤１６中に、ＳＵＳ材等からなる多孔質材３０が、電極兼ガス供給部として設けられている。この多孔質材３０を覆ってセラミック板（絶縁板）３２が設けられ、さらにこのセラミック板３２を覆って研磨布が貼設されて研磨部１８とされている。研磨ヘッド１２に対応するセラミック板３２には多数の小孔３３が設けられている。
研磨ヘッド１２側は接地され、また、電極兼ガス供給部たる多孔質材３０には高圧電源部３４が接続されて高電圧を印加するようになっている。また、多孔質材３０には、図示しないガス供給源からガスが供給される。

【0021】

第３の実施の形態のワーク研磨装置１０は上記のように構成されている。
本実施の形態では、図示しないガス供給源から多孔質材３０に所要のガスを供給しつつ、高圧電源部３４から多孔質材３０に高電圧を印加する。すると、多孔質材３０と研磨ヘッド１２もしくはワークＷとの間で誘電体バリア放電され、多孔質材３０中に供給されるガスは活性化されるとともに、多孔質材３０から放出されることによって、気泡化され、セラミック板３２の小孔３３を通じて研磨部（研磨布）１８上に流出し、研磨液供給部１４から供給される、砥粒入りの研磨液に混入されることとなり、第１および第２の実施の形態と同一の作用により、ワークＷの研磨がなされるのである。
多孔質材３０、高圧電源部３４、図示しないガス供給源等により、ガス放電部および気泡発生部を構成する。
なお、上記各実施の形態では、片面研磨装置で説明したが、両面研磨装置にも適用できることはもちろんである。

【実施例】

【0022】

図１に示す装置により、プラズマ化され活性化された微細活性化ガスが混入するマイクロナノバブル水を生成し、研磨液（スラリー）と共に定盤１６の研磨布（研磨部１８）上に供給し、SiC基板からなるワークＷの研磨を行った。
なお、ガス放電部２４では、空気を0.3L/minの流量で流し、17kVの高周波電圧を印加した誘電体バリア放電によりプラズマ化し、活性化ガスを生成した。また、気泡発生部２６は、株式会社アスプ製の、ASG2型の超微細気泡発生装置を用いた。気泡の大きさは、25〜45μmの範囲のものが多く、また、nmレベルの大きさの気泡も混入していた。
研磨液（スラリー）は、フジミインコーポレーテッド社製のDSC0902を用いた。
また、研磨布は、ニッタ・ハース社製のSUBA600を用いた。

【0023】

研磨結果を図４に示す。
図４に示すように、プラズママイクロナノバブル水50：研磨液（スラリー）50のものが、単なるマイクロナノバブル水50：スラリー50の場合のほぼ２倍の研磨レートが得られている。なお、単なるマイクロナノバブル水50：スラリー50の場合でも、単にスラリー100％の場合のものよりも、研磨レートが向上している。なお、純水50：スラリー50の場合には、スラリーが希釈されたためか、事実上ほとんど研磨ができなかった。

【符号の説明】

【0024】

１０ ワーク研磨装置、１２ 研磨ヘッド、１４ 研磨液供給部、１６ 定盤、１８ 研磨部、２０ シャフト、２２ シャフト、２４ ガス放電部、２５ ポンプ、２６ 気泡発生部、２７ タンク、２８ 配管、２９ 配管、３０ 多孔質材、３２ セラミック板、３３ 小孔、３４ 高圧電源部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】