(57)【要約】【課題】ＳｉＣやダイヤモンド等からなる基板の表面を、サブサーフェスダメージを残すことなく極めて平滑に、かつ能率よく研磨することが可能な研磨方法および研磨装置を提供する。【解決手段】裏面に反射膜１１を備えた研磨定盤１０と、研磨定盤１０の表面側に配置された紫外光源ランプ１２と、赤外光源ランプ１４とを備えている。研磨定盤１０の表面に基板１６の被研磨面１６ａを押し付けた状態で、紫外光Ｌを研磨定盤１０の表面側から所定の光束で照射しつつ、相対的に擦動させることにより研磨を行う。研磨定盤１０に入射した紫外光Ｌは、研磨定盤１０内を透過してその裏面の反射膜１１において反射することにより、被研磨面１６ａの全面に対して照射される。被研磨面１６ａに形成された酸化膜が除去されて研磨が進行する。紫外光を有効に活用することで、極めて平滑で、かつ能率的な研磨を実現すると同時に、装置が小型化し、設計の自由度が向上する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨対象の被研磨面を、紫外光に対して透明性を有すると共に裏面側に反射膜を備えた研磨定盤の表面に接触させると共に、
紫外光を、前記研磨定盤の表面側から入射し、前記反射膜において反射させることにより前記研磨対象の被研磨面に照射しつつ前記研磨対象を前記研磨定盤に対して相対的に擦動させることにより研磨する
ことを特徴とする研磨方法。            
【請求項２】
前記紫外光の光束を、前記被研磨面に照射されるときの光径が前記被研磨面の大きさに近くなるように調節する
ことを特徴とする請求項１記載の研磨方法。
【請求項３】
前記研磨定盤の外周エッジ部分を面取りすると共に、
前記紫外光を、前記面取りされた部分から入射し、前記反射膜において複数回にわたって全反射させることにより、前記被研磨面に対して異なる角度で複数回照射させる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の研磨方法。
【請求項４】
紫外光に対して透明性を有すると共に裏面側に反射膜を備えた研磨定盤と、
研磨対象を保持するホルダと、
前記研磨定盤の表面に対して紫外光を照射する紫外光源ランプと、
前記ホルダを介して前記研磨対象の被研磨面を前記研磨定盤の表面に押し付けると共に、前記研磨対象を前記研磨定盤に対して相対的に擦動させる駆動手段と
を備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項５】
前記紫外光の光束を、前記被研磨面に照射される前記紫外光の光径が前記被研磨面の大きさに近くなるように調節可能である
ことを特徴とする請求項４記載の研磨装置。
【請求項６】
前記研磨定盤の外周エッジ部分に面取り部を有すると共に、
前記面取り部から前記紫外光を入射させ、前記反射膜において複数回にわたって全反射させることにより、前記被研磨面に対して前記紫外光を異なる角度で複数回照射可能である
ことを特徴とする請求項４または５に記載の研磨装置。
【請求項７】
前記反射膜は、アルミニウム（Ａｌ）あるいは銀（Ａｇ）により構成されている
ことを特徴とする請求項４ないし６のうちのいずれか１項に記載の研磨装置。
【請求項８】
前記研磨定盤は、石英（ＳｉＯ2 ）である
ことを特徴とする請求項４ないし７のうちのいずれか１項に記載の研磨装置。
【請求項９】
前記研磨定盤は、その表面に複数の溝を有する
ことを特徴とする請求項４ないし８のうちのいずれか１項に記載の研磨装置。
【請求項１０】
前記溝に固体光触媒粒子が配置されている
ことを特徴とする請求項９に記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素（ＳｉＣ）やダイヤモンド（Ｃ）などの高硬度の研磨対象の表面の研磨、あるいはＧａＡｓ，ＧａＮ等の半導体基板の研磨に好適な研磨方法および研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣ単結晶は、高硬度で耐熱性や耐蝕性にも優れており、化学的にも極めて安定な化合物である。また、共有結合を持つ化合物半導体であるＳｉＣは、シリコン（Ｓｉ）と比較して、バンドギャップが２倍以上、絶縁破壊電界強度が約１０倍、電子飽和速度が約２倍、熱伝導率が約３倍以上という、優れた特性を有していることから、高温、高速、大電流デバイスや青色発光デバイスなどに有効な材料として注目されている（例えば特許文献１）。また、ダイヤモンド単結晶は、機械的強度が最も高く、化学的、熱的にも安定しており、近年では特にワイドバンドギャップ半導体基板に好適な材料として注目されている。
【特許文献１】特開平０８−１３９１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような特徴を有するＳｉＣやダイヤモンドなどを実際に半導体素子基板等として用いるためには、その表面を精密な平滑面とする必要がある。そのためＳｉＣなどからなる基板に対し、その被研磨面にサブサーフェスダメージを残すことなく超精密で、かつ能率的な研磨加工を実現する技術が望まれている。
【０００４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高硬度の基板の表面を、サブサーフェスダメージを残すことなく極めて平滑に、しかも能率よく研磨することが可能な研磨方法および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】
本発明の研磨方法は、研磨対象の被研磨面を、紫外光に対して透明性を有すると共に裏面側に反射膜を備えた研磨定盤の表面に接触させると共に、紫外光を、研磨定盤の表面側から入射し、反射膜において反射させることにより研磨対象の被研磨面に照射しつつ研磨対象を研磨定盤に対して相対的に擦動させることにより研磨するものである。
【０００６】
ここに、「紫外光」とは、１７０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長の光をいうものとする。また、研磨定盤に対する反射膜の配置箇所については、例えば研磨定盤と他の基板や定盤等によって反射膜が挟み込まれた構造等であったとしても、結果的に反射膜で紫外光を反射できるような構造を有していればよいため、研磨定盤の裏面ではなく「裏面側」としている。
【０００７】
本発明の研磨装置は、紫外光に対して透明性を有すると共に裏面側に反射膜を備えた研磨定盤と、研磨対象を保持するホルダと、研磨定盤の表面に対して紫外光を照射する紫外光源ランプと、ホルダを介して研磨対象の被研磨面を研磨定盤の表面に押し付けると共に、研磨対象を研磨定盤に対して相対的に擦動させる駆動手段とを備えたものである。
【０００８】
本発明の研磨方法および研磨装置では、研磨対象の被研磨面が研磨定盤の表面に押し付けられて擦動されると共に、研磨定盤の表面側に紫外光が照射される。研磨定盤の表面側から入射した紫外光は、研磨定盤をその裏面まで透過したのち反射膜によって反射され、この反射された紫外光が基板の被研磨面に間接的に照射されることによって、被研磨面が活性化して酸化膜が形成される。そして、この被研磨面と研磨定盤との相互摩擦により酸化膜が除去されることで研磨が進行する。
【０００９】
本発明では、また、紫外光の光束を、被研磨面に照射される紫外光の光径（紫外光が金属反射面において反射した後、被研磨面に対して照射されるときの光径）が被研磨面の大きさに近くなるように調節する、あるいは、研磨定盤の外周エッジ部分を面取りして、この面取りした部分から紫外光を入射させ、研磨定盤内で複数回全反射させることにより、被研磨面に対して複数回異なった角度から紫外光が照射されるようにすることが望ましい。
【００１０】
さらに、研磨対象としては、特に炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイヤモンド（Ｃ）からなる基板、あるいはＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体基板等が好適であり、一方、研磨定盤には石英を用いることが好ましい。また、反射膜はアルミニウム（Ａｌ）あるいは銀（Ａｇ）により構成することが望ましい。
【００１１】
また、本発明では、研磨定盤の表面に複数の溝を設け、これらの溝の中に固体光触媒粒子を配置するような構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の研磨方法または研磨装置によれば、紫外光を研磨定盤の裏面に配置された反射膜において反射させることにより、研磨対象の被研磨面に照射するようにしたので、紫外光を有効に活用でき、特にＳｉＣやダイヤモンドからなる基板の表面を、サブサーフェスダメージ等を残すことなく極めて平滑に、かつ能率よく研磨することが可能となる。
【００１３】
本発明では、また、紫外光の光束を、研磨対象の被研磨面に対する照射径が被研磨面の大きさに近くなるように調節するようにすれば、被研磨面全体に対して均一かつ効率的に紫外光を照射することができる。あるいは、研磨定盤の外周エッジ部分を面取りして、この面取りした部分から紫外光を入射させ、研磨定盤内で複数回全反射させることにより、研磨対象の被研磨面に対して複数回異なった角度から紫外光が照射されるようにすれば、被研磨面に対して紫外光を有効に供給することができる。従って、より精密かつ効率的に研磨を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の第１の実施の形態に係る研磨装置１の概要構成を表している。この研磨装置１は、研磨定盤１０、紫外光源ランプ１２、ホルダ１３および赤外光源ランプ１４を備えており、研磨対象、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）やダイヤモンド、あるいはＧａＡｓ，ＧａＮ等から成る基板１６の被研磨面１６ａに対して研磨を行うものである。
【００１６】
研磨定盤１０は、研磨対象となる基板１６を構成する材料よりも軟質であると共に、紫外光Ｌに対する透明性の高い材料から構成され、例えば石英（ＳｉＯ2 ）から構成されている。この石英は、紫外光を効率よく低損失で透過させるだけでなく、赤外光を吸収しやすいため、加熱性の点においても優れた特性を有する。また、研磨定盤１０は円盤形状を有しており、その中心位置に取り付けられた回転軸１５によって回転するようになっている。研磨定盤１０には、その表面に複数の溝１７が形成されると共に裏面が反射膜１１によって覆われている。
【００１７】
溝１７は、例えば、図３に示したように、研磨定盤１０の表面に格子状となるように形成されている。溝１７のピッチ、幅および深さは、研磨対象となる基板１６の構成材料等に依存するが、例えばＳｉＣやダイヤモンドの場合、ピッチが０．２ｍｍ、幅が５０μｍ以下、深さが５０μｍ以下とする。これは、研磨定盤１０の表面に溝１７を形成しないと、基板１６の被研磨面１６ａと研磨定盤１０とが相互に鏡面で接触することになるため、高圧での摩擦により焼きつきが生じ、研磨効率が低減するからである。なお、溝１７の平面形状は上記のような格子状に限らず、放射状（図示省略）のような構成としてもよく、あるいは、溝１７の代わりに、ドット状のブラインド孔（図示省略）を多数個、分散配置させるような構成としてもよい。
【００１８】
研磨定盤１０の裏面側に設けられた反射膜１１は、例えばアルミニウムや銀等の、紫外光Ｌを良好に反射する金属によって構成されており、その膜厚は０．１ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００１９】
紫外光源ランプ１２は、図１に示したように、研磨定盤１０の斜め上部の定盤に接近した位置に配置されており、研磨定盤１０の表面側に対して、紫外光Ｌを照射するものである。紫外光Ｌは、例えば波長１７０ｎｍ以上４００ｎｍ以下であり、好ましくは、基板１６を構成する材料のバンドギャップエネルギー以上となるようにする。基板１６がＳｉＣやダイヤモンド等から成る場合には、波長２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下となるようにするのが望ましい。紫外光Ｌが研磨定盤１０に対して照射されると、研磨定盤１０内を透過してその裏面まで進み、反射膜１１において反射されたのち、最終的に被研磨面１６ａに照射されるようになっている。このとき紫外光Ｌが被研磨面１６ａの全面に対して照射されるように、紫外光源ランプ１２および出射する紫外光Ｌの角度および光束を調節することが望ましい。
【００２０】
ホルダ１３は、研磨定盤１０の表面側に研磨定盤１０と平行に配置されており、研磨定盤１０に対して基板１６を機械的に支持する。基板１６は、このホルダ１３を介して図示しない加圧板により所定の圧力、具体的には１ＭＰａ以上、好ましくは１０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下の範囲の圧力で押し付けられるようになっている。
【００２１】
赤外光源ランプ１４は研磨定盤１０の表面側に配置されており、研磨定盤１０の表面に赤外光を照射することで、その研磨定盤１０の表面の固体光触媒粒子２０や基板３０の被研磨面１６ａを熱的に活性化させて、被研磨面１６ａの化学的・機械的な研磨能率を促進するものである。この被研磨面１６ａの好適な加熱温度としては、ＳｉＣ基板を研磨する場合では１００〜１５０℃、ダイヤモンド基板を研磨する場合では３００〜４００℃程度である。このような加熱によって、加熱をしなかった場合と比較して、３〜１０倍もの研磨能率を達成することが可能である。なお、加熱を行うためのエネルギービームとしては、赤外光の他にも、例えばＹＡＧレーザのようなレーザ光などを用いることも可能である。
【００２２】
回転軸１５は、外部の回転動力源（図示省略）から与えられる回転トルクによって、研磨定盤１０を回転（または左右反復回動）させるものである。
【００２３】
本実施の形態に係る研磨装置１では、研磨定盤１０の表面に基板１６の被研磨面１６ａを所定の圧力で押し付けた状態で、紫外光源ランプ１２より紫外光Ｌを研磨定盤１０の表面側から所定の角度および光束で照射しつつ、回転軸１５を駆動して研磨定盤１０を回転または回動（往復回転運動）させることにより、基板１６の被研磨面１６ａを研磨すると同時に、研磨定盤１０に対して赤外光源ランプ１４により赤外光を照射する。
【００２４】
このとき、被研磨面１６ａと研磨定盤１０との相互摩擦によって生じる温度上昇やひずみエネルギーの蓄積により、被研磨面１６ａの研磨定盤１０との接触面が活性化される。他方、研磨定盤１０の表面から所定の角度および光束で入射した紫外光Ｌは、研磨定盤１０内を透過して進み、研磨定盤１０の裏面に設けられた反射膜１１で反射された後、被研磨面１６ａの全面に照射される。
【００２５】
このように、活性化した被研磨面１６ａに対して紫外光Ｌが照射されると、被研磨面１６ａでは電子−正孔対によって水酸基ラジカルや酸素ラジカルが生成されて、酸化膜が形成される。この酸化膜が、研磨定盤１０により一酸化炭素（ＣＯ）あるいは二酸化炭素（ＣＯ2 ）として除去されて研磨が進行する。
【００２６】
このように本実施の形態に係る研磨装置１では、基板１６の被研磨面１６ａを研磨定盤１０に所定の圧力で押し付けた状態で、紫外光を被研磨面１６ａに照射しつつ、相対的に擦動させるようにしたので、サブサーフェスダメージ等を残すことなく極めて平滑に、かつ能率よく、超精密研磨を行うことが可能となる。また、このとき、紫外光Ｌを研磨定盤１０の裏面に備えられた反射膜１１において反射させることにより、被研磨面１６ａに照射するようにしたので、被研磨面１６ａに対して研磨定盤１０の表面側の接近した位置に紫外光源ランプ１２を配置することができる。これによって、紫外光Ｌを有効に活用できると共に、装置の小型化や設計自由度の向上につながる。
【００２７】
また、紫外光Ｌの光束を、被研磨面１６ａに対して照射される紫外光Ｌの光径が被研磨面１６ａの大きさと同程度となるように、調節するようにしたので、被研磨面１６ａの全面に対して、均一かつ継続的に紫外光Ｌを供給することができる。これによって、研磨の精度および効率が向上する。
【００２８】
〔第２の実施の形態〕
図２は本発明の第２の実施の形態に係る研磨装置２の概要構成を表すものである。なお、図中の研磨定盤２０内には、紫外光Ｌの光路を矢印で模式的に示している。この研磨装置２は、研磨定盤２０の裏面に、反射膜１１を介して、研磨定盤２０の強度を確保するための支持定盤２１を備えている。本実施の形態では、この研磨定盤２０の構成と、支持定盤２１を備えていることを除いては、第１の実施の形態に係る研磨装置１と同様の構成を有している。従って、第１の実施の形態と同様の構成、作用および効果の説明については省略する。
【００２９】
研磨定盤２０は、その外周エッジ部分が面取り研磨された形状を有しており、この面取り部２０ａに対して紫外光Ｌを入射させる。このとき、研磨定盤２０内に入射した紫外光Ｌが研磨定盤２０内において全反射するように、研磨定盤２０の構成材料の全反射角（臨界角以上の角度）で入射するようにする。
【００３０】
このような構成にすることにより、研磨定盤２０に対して入射した紫外光Ｌが、研磨定盤２０内部で全反射を複数回繰り返すこととなる。さらに、研磨定盤２０の裏面は反射膜１１によって覆われているので、裏面における紫外光Ｌの全反射率は高くなる。従って、被研磨面１６ａに対して、異なる角度から複数回にわたって紫外光Ｌが照射されることとなる。
【００３１】
本実施の形態に係る研磨装置２によれば、研磨定盤２０の外周エッジ部分に面取り部２０ａを設けると共に、この面取り部２０ａから紫外光Ｌを所定の角度で入射させて研磨定盤２０内で全反射するようにしたので、紫外光エネルギーを最大限に活用し、被研磨面１６ａに対して紫外光Ｌを有効に供給することが可能となる。これによって、研磨の精度および効率が向上する。
【００３２】
(変形例)
上記実施の形態の変形例として、研磨定盤１０あるいは研磨定盤２０に替えて、以下のような研磨定盤４０を用いることも可能である。
【００３３】
図４に示したように、研磨定盤４０は、その表面に形成された溝４７内に更に固体光触媒粒子Ｓが埋め込まれた構成を有している。研磨定盤４０の溝４７以外の構成については、上述の実施の形態と同様である。また、溝４７のピッチ、幅および深さは、例えば、ピッチが１．５ｍｍ、幅が３０μｍ以上５０μｍ以下、深さが０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下と設定するのが好ましい。
【００３４】
固体光触媒粒子Ｓとしては、光触媒機能を有する物質、例えば二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）や酸化クロム（Ｃｒ2 Ｏ3 ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ），酸化タングステン（ＷＯ3 ）または酸化鉄（Ｆ2 Ｏ3 ）が挙げられ、これらのうち１種、あるいは２種以上が用いられる。更に、これらのうち例えばＴｉＯ2 に、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2 ）またはアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）などを加えた混合剤としてもよい。
【００３５】
このような研磨定盤４０は、例えば次のようにして作成することができる。まず、固体光触媒粒子Ｓを、気泡等が発生しないように圧入・充填して乾燥させることにより溝４７内に埋め込む。その後、溝４７内に埋め込んだ固体光触媒粒子Ｓに対して紫外光を照射することにより励起させて、研磨定盤４０を形成する。照射する紫外光の波長は、固体光触媒粒子ＳとしてＴｉＯ2 を用いた場合には、被研磨面１６ａの酸化を促進するために、例えば２５０ｎｍに設定することが好適である。
【００３６】
固体光触媒粒子Ｓが溝４７に埋め込まれた研磨定盤４０を用いて、上述した研磨を行うようにすると、被研磨面１６ａと研磨定盤４０との間に、この固体光触媒粒子Ｓが介在することとなる。従って、被研磨面１６ａに対して紫外光Ｌが照射されるのと同時に、固体光触媒粒子Ｓに対しても紫外光Ｌが照射され、これにより、被研磨面１６ａの酸化が強力に促進される。また、このとき、研磨定盤４０は基板１６よりも軟質の材料を用いているので、研磨定盤４０の表面が僅かずつ摩耗していく。この摩耗が進行するにつれて、溝４７に埋め込まれている固体光触媒粒子Ｓは、その溝４７から続々と研磨定盤４０の表面に対して供給されていく。すなわち、摩耗により溝４７が無くなるまでの間は、常に、研磨定盤４０の表面に固体光触媒粒子Ｓが有効に供給されることとなる。
【００３７】
従って、上記のような研磨定盤４０を用いることにより、被研磨面１６ａに対して、固体光触媒粒子Ｓを効率的に供給され、被研磨面１６ａの酸化を強力に促進するため、さらに研磨効率が向上する。
【００３８】
なお、上記実施の形態では、研磨対象をＳｉＣやダイヤモンドの基板としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他例えばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）などの基板を用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る研磨装置の概要構成を表す側面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る研磨装置の概要構成を表す側面図である。
【図３】研磨定盤の表面を拡大して表す平面図である。
【図４】本発明の変形例に係る研磨定盤の断面構成を拡大して表す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１，２…研磨装置、１０，２０，４０…研磨定盤、１１…反射膜、１２…紫外光源ランプ、１３…ホルダ、１４…赤外光源ランプ、１５…回転軸、１６…基板、１６ａ…被研磨面、１７，４７…溝、２０ａ…面取り部、２１…支持定盤、Ｌ…紫外光、Ｓ…固体光触媒粒子。
【図１】
2007253244.tif 000003
【図２】
2007253244.tif 000004
【図３】
2007253244.tif 000005
【図４】
2007253244.tif 000006