マンガン系砥粒による SiC 加工に及ぼす影響

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Table 5.2 実験条件

加工試料 単結晶4H-SiCウエハSi面 {0001}

50mm×t430m

使用研磨機 片面CMP加工装置ベルジャー 定盤回転速度 [min^-1] 30 min^-1,60 min^-1,90min^-1

加工圧力 [kPa] 19

パッド IC1000-xy

加工時間 [min] 30

加工雰囲気 Air 0,300, O2 0,300, N2 0,300

スラリー MnO2

砥粒濃度 [%] 3,5,10

粒径 [µm] 0.4

pH 7,9,10,11,11.5,12 流量 [mL/min] 4

Fig.5.3 密閉型片面CMP加工装置

(a) 密閉型片面CMP装置モデル図，(b)実体の外観写真 (b)

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5.3.2 定盤回転速度によるSiCウエハ加工レートへの影響

まず，定盤回転速度を変え，SiC ウエハ片面の加工に及ぼす影響を調査した．

定盤の回転速度を 30 min^-1,60 min^-1,90min^-1の三つに設定して，常圧 Air 中で，

実験を行った．

結果を図 5.4 に示す．縦軸は SiC ウエハの加工レートを，横軸は定盤回転速 度を表す．SiC ウエハの Si 面を加工した場合，定盤の回転速度の増加にしたが って，加工レートは上昇した．

Fig.5.4 定盤回転速度による加工レートの影響

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5.3.3 スラリー砥粒濃度によるSiCウエハ加工レートへの影響

スラリー中の砥粒の濃度による SiC ウエハへの影響を調べるため，砥粒濃度 が 3wt%，5wt%，10wt%の三種類のスラリーを作成して，常圧 Air 中で，実験 を行った．

実験結果を図 5.5 に示す．縦軸は SiC ウエハの加工レートを，横軸はスラリ ーの砥粒濃度を表す．砥粒濃度が 3wt%の時，加工レートは 15nm/hであった．

また，砥粒濃度の増加により，機械的な除去が促進された．

しかし，砥粒濃度 10wt%の場合に沈殿が発生し，ポンプ及び管路を塞ぎやす いことから，以下の実験ではすべて砥粒濃度が5wt%のMnO2スラリーを用いて 行った．

Fig.5.5 砥粒濃度による加工レートの影響

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5.3.4 スラリーpHによるSiCウエハ加工レートへの影響

MnO2スラリーの pHを 7から 12まで変化させて，CMP実験を行った．実験 結果を図 5.6に示す．縦軸は SiCウエハの加工レートを，横軸はスラリーの pH を表す．MnO2スラリーでの加工レートは，特に pH が 10 以上の領域において 大きく上昇した[13]．一方，pH7の場合，沈殿が発生していた．そこで， MnO2

スラリーの pHを 7 と 11 に調整し，それぞれの沈殿の様子を観察した．図 5.7 にその結果を示す．pH7 のスラリー (a) は 6 時間静置した後，砥粒の沈殿が観 察された．一方pH11に調整したスラリー (b) では (a) に比べて沈殿が抑えられ ていた．pHを大きくすることにより分散性が良くなり沈殿が抑えられた．加工 レートが上昇する一因と考えられる．

Fig.5.6 MnO2スラリーにおける加工レートとpHの関係

6 8 10 12

0 20 40 60

R em ov al ra te n m /h

MnO

Slurry pH

Polishing pad : IC1000−xy Pressure : 19kpa

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図5.8に示すマンガン及びシリコンのpHと酸化還元電位のダイアグラムから わかるように，アルカリ性において pH をより大きくすることで，酸化マンガ ン砥粒が水和反応し，分散性が高くなるとともに，Si 面とも反応するものと推 測される[11]．これらの複合要因により SiC 基板の加工レートが大きく向上し ているものと思われる．

Fig.5.7 MnO2スラリーを6時間静置させたときの様子 (a) pH7 (b) pH11

Fig.5.8 マンガンのpHと酸化還元電位の関係

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5.3.5 加工雰囲気によるSiCウエハ加工レートへの影響

加工部加工雰囲気を変化させて，CMP実験を行った．実験結果を図 5.9に示 す．縦軸はSiCウエハの加工レートを，横軸は加工雰囲気を表す．

高圧雰囲気中の加工レートは常圧 Air の加工レートより高く，気圧が上昇す ると加工を促進させる．O2雰囲気中で加工レートが最も大きくなった．その理 由は，高圧 Air，高圧 O2雰囲気下では，スラリー中の溶存酸素量が増加すると 考えられる．また，N2雰囲気の効果はあまり見られない．

Fig.5.9 加工雰囲気がSi面加工に及ぼす影響

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