半導体素子製造に用いられる研磨材（1950 年頃～現在）

研磨材は刃物を研ぐ砥石などで利用されているが，半導体素子を製造するためにも研磨材が重要な役割を担っている．半導体素子はシリコンウェーハ基板上に形成されるが，シリコンウェーハは平坦である必要がある．ウェーハの平坦加工に研磨材が使用されており，半導体素子の製造には研磨材が必要不可欠である．半導体向けの研磨材としては炭化珪素やアルミナがあり，それぞれ人工的に製造されている．研磨材の製造には膨大
Key-words：研磨加工，炭化ケイ素，アルミナな電気エネルギーが使用されており環境への影響が懸念されている．研磨材製造に関わる企業は研磨材のリサイクルを推進し環境への負荷を削減する取組みに注力している．
１．製品適用分野
シリコンウェーハの平坦加工など

２．適用分野の背景

注１ チョクラルスキー（CZ）法．石英るつぼでシリコンを溶融し，溶融液から種結晶を元にインゴットを引き上げていく方法．大口径の単結晶インゴットの製法として主に用いられている．

法が必要であったため，加工方法および研磨材の開発が進んだという経緯があった．

３．セラミックスの特徴

半導体素子はパソコンや携帯電話，デジタルカメ

一般的なシリコンウェーハの製造工程（図 2）にラなどの家電製品，情報化社会を支えるインフラのおいてスライシング，ラッピング，ポリシングの各材料として使用されており，我々の生活環境の利便

工 程 で 研 磨 材 が 使 用 さ れ て い る． 研 磨 材 に よ る性向上のために極めて重要な役割を果たしている．

ウェーハの加工を，順を追って解説する．

また近年では，モビリティ分野における自動車の電高純度化したシリコン溶融液を CZ 法注１）により装化や，自動運転技術の開発も進み，そこでも重要引上げて単結晶のインゴットとする．インゴットはな役割を果たす半導体素子の必要性はさらに高まっ

外径を研削加工され円柱状となり，スライシングにている．

よりインゴットをウェーハ状に切断する．ウェーハ

半導体素子の一つである集積回路（IC）の集積化のスライシングは主にピアノ線に粘性のある研磨液技術は現在でも発展を遂げており，高密度な集積化をかけ流しながら切断するワイヤーソーという機械技術により家電製品などの小型化・高速化が可能と装置によって行われている．

なっている．

スライシングでは生産効率を上げるため高速切断

IC は回路の設計図をシリコンウェーハ（薄い円が求められ，非常に硬く，化学的に安定な炭化珪素形の板状のもの，（図 1））に転写し形成されるが，の研磨材が用いられる．炭化珪素は炭素（C）と珪転写する配線幅は微細化が進み，現在ではシングル素（Si）からなるセラミックスで主に海外で合成さnm オーダーとなっている．その回路を正確に転写れている．

するには，ウェーハが極めて平坦，平滑で汚れが無いことが必要となる．
結晶引上げ

このように半導体素子を効率よく生産するためにはシリコンを効率よく平坦化することができる加工

外径研削
ウェーハ化
スライシング
ベベリング
ラッピング
平坦化
エッチング
アニーリングポリシング

図1

ウェーハと集積回路（IC）

薄い円形の平坦なシリコンウェーハの上に多層の回路が形成される．

図2鏡面化

シリコンウェーハ製造フローの一例

スライシング，ラッピング，ポリシングでセラミックス系の研磨剤が用いられている．

© 日本セラミックス協会
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10μm
図3

アルミナ質研磨材（SEM）

炭化珪素よりも柔らかいアルミナを主成分とした研磨材である．

100nm
図4 シ
 リカ（二酸化ケイ素）質研磨材（コロイダルシリカ）
ポリシングではシリカの微粒子と薬液を混合した研磨液を使用し，機械的・科学的作用を両立させて研磨を行う．

スライシングによりウェーハには表面から深さ方向に微細な亀裂が入ってしまう．この亀裂を加工変いる必要がある．

質層と呼んでいるが，加工変質層は半導体素子の正炭化珪素やアルミナはシリコンに対して硬い物質常動作を妨げる原因となるため後工程により除去がであり，機械的な作用により加工が進行する．一方必要である．まず切断後のウェーハは端面の欠けやでシリカを用いるポリシングでは，シリカ砥粒によ割れを防ぐためにベベリングと呼ばれる面取りを施る機械的な作用と，ケミカルによる化学的な作用をされ次の工程へ進む．

両立させた加工を行っている．

スライシング後のウェーハは部位によって厚みのばらつきがある．ウェーハを均一な厚みにするために機械的な圧力をかけながら研磨液をかけ流し研磨４．製品
シリコンウェーハの製造工程で使用される代表的する．このような研磨加工を一般的にはラッピングな研磨材製品を以下に記載する．と呼んでいる．

（株式会社フジミインコーポレーテッドの製品をラッピングではアルミナを基材とした研磨材（図記載）3）が用いられている．アルミナは炭化珪素よりは・スライシング：GC（Green Silicon Carbide）

柔らかく，ラッピングで求められる研磨性能の高さ

・ラッピング：FO（Fujimi Optical Emery）と加工変質層発生の抑制を両立できる研磨材である．

WA（White Fused Alumina）

ラッピングによりウェーハが平坦化され厚みが均一

・ポリシング：G LANZOX シリーズ（高純度コロイダルシリカスラリー）となるが，ウェーハ表層には加工変質層や微細な粗さが残存している状態となる．
エッチングは薬液によりウェーハの表層を溶解さ５．製法

せる工程で，機械的な圧力を使用しないため，加工炭化珪素は一般的にはケイ石やコークスを原料と変質層を生じさせずに加工変質層を除去できる手法

して Acheson 法により合成されている．アルミナはである．

水酸化アルミニウムを原料として高温で溶融して得最後にウェーハ表面の微細な粗さや歪み，最終的な加工変質層の除去を行う．ここで用いる研磨材はられる．炭化珪素，アルミナはいずれも合成のために多量の電気エネルギーを必要とする．

100 nm 以下のシリカ粒子（図 4）が主流で，機械的合成後の炭化珪素やアルミナは，大きな塊状のもな作用による加工変質層の発生を防ぐために樹脂製のとなっており粉砕機や分級機などを用いて適度なの柔らかい研磨パッドを用い研磨を行う．この工程

粒度分布を持った研磨材を生産している．特に粒度をポリシングと呼んでおり，加工後のウェーハは表分布のバラつきや，粗大な粒子の混入は，ウェーハ面の微細な粗さが限りなく取り除かれて鏡面化する．の研磨時にスクラッチと呼ばれる傷を形成する要因

スライシングやラッピングといった機械的な作用となるため，精度よく安定した粒度分布を作る分級による研削・研磨加工では研磨材の形状がある程度技術が非常に重要となる．

鋭利であり，外部からの力に耐えうる硬さを具えてセラミックス

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表 1 ラッピン材 FO 製品の粒度分布規格
ウェーハの平坦化に用いられ，粒度分布により研磨性能が変わる．

６．製品性能・スペック
一例として，半導体ウェーハのラッピングに用いされる研磨材には超高純度であることが要求され，デバイス特性に影響する金属不純物についてもきびられる FO 製品の規格を以下に記載する．

しい低減要求がなされている．

７．現在・将来展望

会の実現には，半導体素子の製造技術開発が必要で来るべき IoT を初めとしたさらなる高度情報化社

このように研磨材は半導体素子の製造には欠かせある．そのためには半導体素子を形成する土台となないものであり，情報化社会を支える陰の立役者とるウェーハの品質向上が必要不可欠であり，同様にも言い換えることができる．しかしながら，研磨材高品質なウェーハを提供することができる次世代研の製造には膨大なエネルギーを消費することから，磨材の開発が常に求められている．また，資源の無環境への影響が懸念されている．

駄を省き環境への影響を配慮しながらサステナブルインゴットをウェーハ状に切断するワイヤーソーで用いる炭化珪素の粒子径は #600（約 20μm）かな社会を実現するべく，研磨材のリサイクル研究も並行して行われている．

ら始まり，現在では #1500（約 8μm）まで細粒化が進んでいる．
切断に用いるピアノ線径の細線化と研磨材の細粒化により 1 つのインゴットから得られるウェーハの枚数が増加するため，資源を無駄にしないために参考文献・資料（株）フジミインコーポレーテッドホームページ．
小林昭，河西敏雄，森脇俊道

他，“超精密生産技術体系

実用技術”，フジテクノシステム（1994）
．
高田清司

他，
“21 世紀の半導体シリコン産業”，工業調査会（2000）．

より多くのウェーハを取り出す細線化・細粒化技術の研究が継続的に進められている．
IC は年々の高集積化技術が進んでおり，ポリシング後のウェーハに求められる品質基準は非常に厳［連絡先］ 増田 祐司（ますだ ゆうじ）
〒590-0109 岐阜県各務原市テクノプラザ 1-22
株式会社フジミインコーポレーテッド
先端技術・機能材料本部

しく管理されている．なかでも，ポリシングで使用

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