微粒子砥粒砥石による単結晶シリコンウエハ鏡面研削メカニズムの解明

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本研究では,砥粒として長さ数十μm・厚さ約1μmの微細な薄片状凝集シリカ粉末を用いてシリコン鏡面研削用微粒子砥粒砥石(これ以後、薄片状シリカEPDペレットと呼ぶ)を作製し、研削実験に供した。その結果、薄片状シリカEPDペレットでも,従来の球状シリカEPDペレット同様,8インチシリコンウエハを研削痕やスクラッチ痕の無い鏡面に研削できることがわかった。これは,見かけ上の加工は二次粒子である長さ数十μm・厚さ約1μmの薄片状シリカで行われているが,実際には一次粒子であるサブミクロンサイズの粒状シリカによって加工が行われていると考えられる。すなわち,非常に微細なサブミクロンサイズの粒状シリカによって加工が行われているため,薄片状シリカであっても鏡面研削が可能であったと理解できる。一方、シリコンは非常に活性な元素であり、酸素雰囲気中では容易に表面に醸化物を形成する。ミクロな観点からとらえると、微粒子砥粒砥石と単結晶シリコンウエハ界面にはシリコン酸化物が存在しており、実際の加工では微粒子砥粒は金属シリコンではなくシリコン酸化物を除去することにより、加工が進行している可能性がある。そこで、本研究では単結晶シリコン酸化物である水晶ウエハの加工を試みた。立形超精密研削盤を用いて、ビトリファイドダイヤモンドホイールSD4000による前加工を施した水晶ウェハをシリカ微粒子砥粒砥石にて研削加工した。その結果、乾式雰囲気下で3インチ水晶ウエハ全面を焼けやスクラッチのない5nmRy程度の鏡面に仕上げることが可能であった。さらに、加工面に加工歪みのような欠陥は一切みられず、加工に要した時間は10分以下とシリコンウエハよりも短時間で鏡面創成が可能であった。このことは、シリカ微粒子砥粒砥石による単結晶シリコンウエハの加工において、微粒子砥粒は金属シリコンではなく表面に形成されるシリコン酸化物を除去することにより加工が進行している可能性があり、何らかの化学反応が寄与していることを示唆していると考えられる。しかしながら、その化学反応に関する詳細は明らかでなく、今後さらに検討する必要がある。