(57)【要約】      （修正有）【課題】結晶面の少なくとも１つの面積が１ｍｍ2以上からなる単結晶を含む多結晶シリコン基板の研磨において基板表面に段差の発生しない平面研磨加工方法を提供する。【解決手段】基板表面に２種以上の異なる結晶方位を有する結晶面を露出し、該結晶面の少なくとも１つの面積が１ｍｍ2以上である単結晶からなる多結晶シリコン基板の平面研磨加工方法であって、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｅ，Ｃａ，Ｍｇの酸化物、水酸化物、炭化物、窒化物である研磨材とコロイダルシリカ、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化セリウムの一種以上からなる酸化剤とを含む研磨液を用いて研磨を行う多結晶シリコン基板の平面研磨加工方法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に２種以上の異なる結晶方位を有する結晶面を露出し、該結晶面の少なくとも１つの面積が１ｍｍ2以上である単結晶からなる多結晶シリコン基板の平面研磨加工方法であって、
研磨材と酸化剤とを含む研磨液を用いて研磨を行う多結晶シリコン基板の平面研磨加工方法。
【請求項２】
前記研磨液中に含まれる研磨材が、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｅ，ＣａおよびＭｇの酸化物、水酸化物、炭化物もしくは窒化物であることを特徴とする請求項１に記載の多結晶シリコン基板の平面研磨加工方法。
【請求項３】
前記研磨液中に含まれる研磨材が、コロイダルシリカ、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、および、酸化セリウムからなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２に記載の多結晶シリコン基板の平面研磨加工方法。
【請求項４】
前記研磨液中の酸化剤が、塩素酸塩、次亜塩素酸塩、過酸化水素、ハロゲン単体、オゾン、過マンガン酸カリウム、二クロム酸カリウム、臭素酸ナトリウム−臭素酸ナトリウム、硝酸、クロラミン、四酸化オスミウム、ジメチルスルオキシド、過酢酸、および、メタクロロ過安息香酸からなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の多結晶シリコン基板の平面研磨加工方法。
【請求項５】
前記研磨液中の酸化剤濃度が、０．１〜３０質量％であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の多結晶シリコン基板の平面研磨加工方法。
【請求項６】
前記研磨は、硬度が７０以上である研磨パッドを用いて行うことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の多結晶シリコン基板の平面研磨加工方法。
【請求項７】
前記研磨パッドが、不織布系、スエード系、または、ポリウレタン系のいずれかであることを特徴とする請求項６に記載の多結晶シリコン基板の平面研磨加工方法。
【請求項８】
多結晶シリコン基板が、太陽電池用基板、磁気記録媒体用基板またはデバイス用基板のいずれかであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の多結晶シリコン基板の平面研磨加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶シリコン基板の平面研磨加工方法に関し、特に、太陽電池用基板、磁気記録媒体用基板、デバイス用基板等の製造における被処理物の多結晶シリコン基板の平面研磨加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録の記録密度（面密度）の向上は非常に急激で、ここ２〜３年で垂直磁気記録媒体が実用化され、２００７年上期には記録密度１２０Ｇｂ／平方インチの製品化されている。今後、２〜３年後には記録密度３４５  Ｇｂ／平方インチが製品化される予定である。しかしながら、１０年後を見据えた記録密度を考えていくと、記録密度は４Ｔｂ（テラビット）／  平方インチが必要になってくる。現在、記録密度の向上のため、磁性粒子の小型化に取り組んでいるが、小型化を進めて行くと情報ビットを記録した磁化エネルギーが常温でも反転してしまう「熱ゆらぎ」という現象が起こってしまい、単に磁性粒子の小型化だけでは記録密度を向上させることは難しいと予想される。そのため、この垂直磁気記録方式を更に進化させた「パターンドメディア」や「熱アシスト記録方式」が研究されている。
【０００３】
これら、「パターンドメディア」や「熱アシスト記録方式」用基板としての特性として、平滑性の他に基板の加工性や耐熱性が要求される。特に、「熱アシスト記録方式」の場合、５００℃以上の高温に曝されるので耐熱性が要求される。
更に、「パターンドメディア」の場合は、磁性層を加工するか、基板を加工するかで課題が変わってくる。磁性層を加工する場合、イオンエッチングなどにより高温に曝されるので基板の耐熱性が要求される。また、基板を加工する場合は、基板の加工性が要求される。
【０００４】
現在、磁気記録媒体用基板として、主にガラスおよびアルミニウム基板が用いられているが、「パターンドメディア」や「熱アシスト記録方式」の磁気記録媒体を考えた場合、加工性や耐熱性に問題がある。
これに対し、シリコンは半導体でのフォトリソグラフィ技術からもわかるように表面加工性に優れる上、耐熱性にも優れており、次世代の磁気記録媒体用基板を考えた場合、材料として有望である。
【０００５】
シリコンは現在、半導体や太陽電池用に需要が拡大しており、単結晶、多結晶共にひっ迫している。しかし多結晶シリコンは２０１０年には需給バランスが改善すると予想されており、原料供給面で問題無いと考えられる。したがって今後、原料供給面やコストを考えて、シリコン基板の安定供給原料として多結晶シリコンを考えていく必要がある。
但し、多結晶の場合、単結晶とは異なり、結晶方位が異なった面が露出しているので、通常のＣＰＭ研磨（主にコロイダルシリカやヒュームドシリカを研磨材とするアルカリ性の研磨液による化学・機械研磨）では、エッチングレートや機械加工レートの差により研磨速度が結晶方位ごとに異なり、図３に示すように処理後基板表面３０１に段差３３が生じる問題がある。
【０００６】
ポリシリコンを主体とする膜の研磨剤として、ポリシリコンの研磨速度を向上させる為に酸化剤を含有させた研磨剤が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。ポリシリコンとは半導体業界において一般に、ＣＶＤもしくはスパッタによって形成された微細な単結晶粒からなる薄膜を指すので、試料表面に表れている単結晶粒の大きさが本願と異なるものと思われる。またこの文献においては、ポリシリコン表面と窒化珪素等の異種材料表面との研磨速度の比率に着目しているが、ポリシリコン表面における結晶方位と研磨速度との関係について開示していない。
【特許文献１】特開２００６−３４４７８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
段差の発生は、基板の凹凸として表れ、ウエビネス、マイクロウエビネスを劣化させる原因となる。
本発明は上記現状に鑑み、結晶面の少なくとも１つの面積が１ｍｍ2以上からなる単結晶を含む多結晶シリコン基板において、段差の発生を抑制した平面研磨加工方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかる多結晶シリコン基板の平面研磨加工方法は、基板表面に２種以上の異なる結晶方位を有する結晶面を露出し、該結晶面の少なくとも１つの面積が１ｍｍ2以上である単結晶からなる多結晶シリコン基板の平面研磨加工方法であって、研磨材と酸化剤とを含む研磨液を用いて研磨を行うことよりなる。
本発明では各結晶方位の研磨速度を一定するため、一旦研磨する面をＳｉＯ2化することで均一研磨を実現した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる多結晶シリコン基板の平面研磨加工方法により、結晶方位に関係なく一定の研磨速度で研磨することが可能となり、多結晶シリコン基板を段差無く平滑研磨することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、以下に説明する実施の形態は本発明を限定するものではない。
本発明にかかる多結晶シリコン基板の平面研磨加工方法は、基板面に２つ以上の結晶方位が存在する多結晶シリコン基板の平面研磨加工に適用することが好ましい。
研磨するワークは、基板表面に２種以上の異なる結晶面を露出し、面積１ｍｍ2以上の単結晶を含む多結晶シリコン基板である。基板面上の単結晶面積の上限は、４００ｍｍ2である。
上記基板表面の単結晶の面積は、ＥＢＳＤ（電子線後方散乱電子線パターン分析）により計測する。
【００１１】
被処理物の形状は、円状、擬似円状、環状、楕円状、多角形状などの任意の形状でよく、特に限定されるものではないが、板状の形状が好ましい。また、被処理物の被処理面である少なくとも１つの面は、実質的に平面であることが好ましい。この場合、両面研磨による多結晶シリコン基板の平面研磨加工を好適に行うことができるためである。
【００１２】
本発明でいう多結晶シリコン基板の平面研磨加工とは、表裏が平行に研磨されることである。研磨の形態としては、フローティングによる研磨（被処理物は研磨中、固定されず定盤内を移動している）であり、通常の片面研磨のように吸着パッドやワックスなどによる支持体固定式ではない。
【００１３】
なお、多結晶シリコン基板の目標厚み、すなわち、多結晶シリコン基板の平面研磨加工後に望まれる多結晶シリコン基の厚みは、多結晶シリコン基板の平面研磨加工の目的に応じて適宜設定されるべきものであり、特に限定されるものではない。
具体的には、特に限定されるものではないが、被処理物の目標厚みは、磁気記録媒体の製造に適用する場合には、０．０５〜５ｍｍ、太陽電池の製造に適用する場合には、０．１〜５ｍｍ、デバイスの製造に適用する場合には、０．０５〜５ｍｍとすることが好ましい。
【００１４】
本発明にかかる加工方法で用いる研磨液は、水等の溶剤に上記研磨材及び酸化剤を分散、溶解させて用いるものである。
研磨材としては、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｅ，Ｃａ，Ｍｇの酸化物、水酸化物、炭化物、窒化物を含有するものが好ましく、これらの混合物や複合酸化物であってもよい。具体的には、特に限定されるものではないが、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）、ＴｉＯ2、ＣｅＯ2（酸化セリウム）、ＳｉＯ2（コロイダルシリカ）、ＳｉＣ，ＳｉＮ，Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2，ＣａＯ−ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3−ＺｒＯ2−ＳｉＯ2などが挙げられる。
【００１５】
酸化剤としては特に限定されないが、例えば、塩素酸塩（カリウム、ナトリウム等）、次亜塩素酸塩（カリウム、ナトリウム等）、過酸化水素、ハロゲン単体、オゾン、過マンガン酸カリウム、二クロム酸カリウム、臭素酸ナトリウム−臭素酸ナトリウム、硝酸、クロラミン、四酸化オスミウム、ジメチルスルオキシド、過酢酸、メタクロロ過安息香酸等が挙げられる。酸化剤を選択する際には、研磨材のｐＨ（ｐＨ７以下）に合わせた酸化剤の組み合わせが重要と考えられる。
研磨液中の酸化剤濃度は、０．１〜３０質量％であることが好ましい。酸化剤の濃度が薄いと、酸化膜の形成ができなくなる場合があり、また濃度が濃すぎると研磨する膜の厚さが厚くなってしまう場合がある。
酸化剤の添加方法としては、特に限定されないが、例えば、固形物として添加する方法、水溶液として添加する方法、ガスをバブリングして添加する方法等を採用することができる。
【００１６】
本発明にかかる加工方法で用いる研磨液は、上記溶剤、研磨剤または酸化剤以外に、ｐＨを前記酸化剤の酸化力が最も大きくなるｐＨにするためにｐＨ調整剤を含むものであってよい。ｐＨ調整剤としては、例えば、塩酸、硫酸等の無機酸等が挙げられる。
本発明にかかる加工方法で用いる研磨液は、上記溶剤、研磨剤、酸化剤もしくはｐＨ調整剤以外に、極性を調整するための物質を含むものであってもよいが、極性を調整するための物質を含まないものであってもよく、上記溶剤、研磨剤および酸化剤からなるものであってもよいし、上記溶剤、研磨剤、酸化剤およびｐＨ調整剤からなるものであってもよい。
【００１７】
本発明にかかる加工方法では、前記研磨は、硬度が７０以上である研磨パッドを用いて行うことが好ましい。研磨パッドとしては、不織布系、スエード系、または、ポリウレタン系のいずれかを採用することができる。硬度は、ＪＩＳ  Ｓ  ６０５０に準拠して算出される値である。酸化剤含有の研磨液を用い、さらに上記硬度範囲にある研磨パッドを用いて研磨することにより、多結晶シリコン基板の結晶方位による研磨速度の違いによる段差の発生を抑制し、結果的にウエビネス、マイクロウエビネスを改善することができる。
【００１８】
本発明にかかる多結晶シリコン基板の平面研磨加工方法は、磁気記録媒体用基板、太陽電池用基板、デバイス用基板等の多結晶シリコン基板の平面研磨加工に好適に適用することができる。例えば、磁気記録媒体の製造に適用した場合にあっては、記録密度の向上に必要になってくるであろう、「パターンドメディア」や「熱アシスト記録方式」の磁気記録媒体の技術に有望と考えられる。
【実施例】
【００１９】
参考実験例１  化学研磨速度および機械研磨速度の結晶方位依存性実験
段差が発生するのは、多結晶シリコンは基板面に２つ以上の結晶方位（１００）や（１１１）等が存在し、この結晶方位によって化学的研磨速度、機械的研磨速度が異なることが要因として挙げられる。段差は、スラリーをｐＨ７以上にして砥粒により削り取る機械研磨の比率を、アルカリによって溶解させて削り取る化学研磨の比率に比べて相対的に低くして研磨した場合に顕著に発生するので、結晶方位によって、エッチングレートが大きく異なることが予想される。
かかる予想を検証すべく、面方位（１００）、（１１１）の２種のシリコン基板を準備（φ６５／２０ｍｍ穴空きシリコン基板）し、下記条件にて化学研磨処理または機械研磨処理のいずれかを行った。研磨処理前後の基板厚みを面粗度形状測定機（ミツトヨ社製ＳＵＲＦＴＥＳＴ  ＳＶ−６００）を用いて測定することにより、１分間当たりの研磨速度を算出した。化学研磨速度および機械研磨速度を測定した。結果を表１に示す。
化学研磨
エッチング液：５０質量％−ＮａＯＨ
温度：８０℃
浸漬時間：１０分間
機械研磨
研磨機：両面ラップ機
面圧：１００ｇ／ｃｍ2
回転数：３０ｒｐｍ（下定盤）
研磨材：ＦＯ（Ａｌ−Ｚｒ−Ｏ系研磨材）＃８００
研磨時間：２０分間
【００２０】
【表１】
2008264952.tif 000002
表１から、結晶方位（１００）と（１１１）では化学的な研磨速度は（１００）に対し（１１１）は３０％程度、機械的な研磨速度については（１１１）は７５％程度になることが確認できた。またこれらの結果より、スラリーをｐＨ７以上にして砥粒により削り取る機械研磨の比率をアルカリによる溶解させて削り取る化学研磨の比率に比べて相対的に高くして研磨した方が段差の発生は抑えることはできるが、完全に除去することはできないこともわかった。
【００２１】
参考実験例２  ラッピングおよびエッチング後の多結晶シリコン基板の表面観察
ラップ上に研磨剤（ＦＯ（Ａｌ−Ｚｒ−Ｏ系研磨材）＃８００）を介してφ６５／２０ｍｍ穴空きの多結晶シリコン基板（トクヤマ社製）を配設し、回転数３０ｒｐｍで２０分間ラッピングを行った。次いで基板を５０質量％−ＮａＯＨからなるエッチング液に浸漬し、８０℃で１０分間エッチングを行った。
得られた基板表面を目視観察したところ、図１に示すように色のコントラスト１１が観察された。これは、各結晶方位でエッチングレートが異なることによるものと考えられる。また基盤表面に面積１ｍｍ2以上の単結晶を含んでいることも観察できた。
つぎに、面粗度形状測定機  ミツトヨ社製ＳＵＲＦＴＥＳＴ  ＳＶ−６００にて面粗度測定を行った。その結果、各結晶境界に３〜４μｍ程度の段差が確認できた。
【００２２】
実験例１〜６
以上の参考実験例１、２の結果をもとに、機械研磨を優先させるだけでは無く、結晶方位の異なる基板面の研磨速度を同じにする手法はないか検討することにした。
具体的には、多結晶シリコン基板の最表面にミクロ的に酸化膜を生成させ、生成した酸化膜（ＳｉＯ2）を硬度７０以上の研磨パッドを用いて研磨することで研磨速度を同一にできないか検討した。
その結果、研磨液に一定量の酸化剤を添加することで、図２に示すように被処理基板２０１’の結晶方位が異なる面上に酸化膜２１が形成され、形成された酸化膜を研磨することで、処理後基板表面２０１に段差の抑えられた多結晶シリコン基板を得ることに成功した。研磨パッドとしては、不織布系、スエード系、ポリウレタン系のいずれかを用いて、基板を介して上下盤で研磨液を注入しながら研磨した。
詳細を以下に説明する。まず多結晶シリコン基板として２．５インチ（厚み０．６６ｍｍ）基板を２５枚準備した。ポリッシングマシンは９Ｂ型両面研磨機（キャリアサイズ９インチ）とし、上下盤には不織布系研磨パッド（硬度８０）を準備した。ダイヤモンドペレット付修正プレートにて充分修正を行った。ダイヤモンドペレット付修正プレートのダイヤモンドの粒度は＃４００を使用した。また研磨条件は、
下定盤回転数：６０ｒｐｍ
面圧：１２０ｇ／ｃｍ2
研磨液供給量：２Ｌ／分
研磨液温度：２０℃
とした。加工キャリアとしては、ガラエポ製の厚み０．５０ｍｍを用いた。加工キャリアは計５枚で１枚につき５枚の基板を研磨した。
研磨液はコロイダルシリカ（ＣＯＭＰＯＬ５０、フジミ社製）を１０質量％スラリーとし、酸化剤として過酸化水素を研磨液に対し０〜２０質量％添加し、各種研磨液を用いて両面研磨を行い、目標０．６３ｍｍ厚まで研磨した。
研磨後の被研磨面について、白色光干渉計型凹凸形状測定機（ＯｐｔｉＦｌａｔ、Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）を用いてウエビネス、３次元表面構造解析顕微鏡（ＺｙｇｏＮｅｗＶｉｅｗ５０２２、キヤノンマーケティングジャパン社製）を用いてマイクロウエビネスおよび段差（ＰＶ値）を測定した。
【００２３】
実験例７〜１２
実験例１で最も効果のあった、過酸化水素含有研磨液を用いて、研磨パッド硬度の検討を行った。
研磨パッドは硬度が異なるポリウレタン製パッド（硬度６０〜９７）を用いて、多結晶シリコン基板の研磨を行い、研磨後の段差抑制効果の有無を確認した。
その他、諸条件は実験例１に順ずる。
【００２４】
実験例１３〜１５
実験例１で最も効果のあった、過酸化水素含有研磨液を用いて、研磨材を酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化セリウムとし研磨を行い、研磨後の段差抑制効果の有無を確認した。
【００２５】
実験例１６、１７
酸化剤を過酸化水素から、酸性域で強い酸化力を有する塩素酸カリウムとして研磨後の段差抑制効果の有無を確認した。なお、ｐＨは塩酸によって調整を行った。
【００２６】
＜ウエビネス測定＞
白色光干渉計型凹凸形状測定機（Ｏｐｔｉｆｌａｔ、Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）を用いて、研磨後の被処理物のほぼ全面（２．５インチの場合、Ｒ１５−２８ｍｍ）視野にて測定した。今回の測定値は測定範囲、測定条件、測定値のバンドパスなどによって実測値が上下変動することがあるので、測定範囲、測定条件固定で、バンドパスなどのフィルタリング処理は  Ｌｏｗ  Ｆｒｅｑ  Ｃｕｔｏｆｆのみ５ｍｍとした。
＜マイクロウエビネス測定・段差測定＞
３次元表面構造解析顕微鏡（ＺｙｇｏＮｅｗＶｉｅｗ５０２２）を用いて、研磨後の被処理物の研磨面を３ｍｍ×２ｍｍ視野にて測定した。今回の測定値は測定範囲、測定条件、測定値のバンドパスなどによって実測値が上下変動することがあるので、測定範囲、測定条件固定で、バンドパスなどのフィルタリング処理も行わなかった。
段差測定はライン分析により高低差を測定し段差とした。
【００２７】
【表２】
2008264952.tif 000003
【００２８】
実験例１〜６より、研磨液に過酸化水素を添加することにより、ウエビネス、マイクロウエビネス、段差の改善が認められた。更に、添加量が１質量％まで改善が認められ、それ以上では大きな変化は無かった。
実験例７〜１２より、研磨パッドの硬度が増すごとにウエビネス、マイクロウエビネス、段差の改善が認められ、硬度が７０以上であると特に段差が小さくなることがわかった。
実験例１３〜１５より、研磨材の検討を行った結果、特に酸化ジルコニウムで良好な結果が得られた。これは、結晶方位による研磨速度の差が機械的研磨を優先させた方が小さくなる傾向があるので、酸化剤との組み合わせで研磨速度差がより小さくなったものと考えられる。
実験例１６〜１７より、酸化剤の種類について検討した結果、研磨材との組み合わせで効果に大きな差が認められた。これは、塩素酸カリウムがアルカリ性域では酸化力が無く、酸性域で強い酸化力を有する為であると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、ラッピングおよびエッチングを行った後の多結晶シリコン基板の実物写真および寸法である。
【図２】図２は、本発明にかかる研磨方法によってもたらされる研磨の均一化を示す図である。
【図３】図３は、結晶方位によって研磨速度が異なることによって生じる結晶境界の段差を示す従来図である。
【符号の説明】
【００３０】
１１  コントラスト
２１  酸化膜
３１  同一結晶方位を有する面
３３  段差
２０１’  被処理基板
２０１  処理後基板表面
３０１’被処理面
３０１  処理後基板表面
【図２】
2008264952.tif 000004
【図３】
2008264952.tif 000005
【図１】
2008264952.tif 000006