板状酸化アルミニウムの単結晶および多結晶シリコンウェーハの研削および研磨への応用
板状酸化アルミニウム（板状／六角板状α-Al₂O₃、日本のフジミPWAシリーズに相当）は、アスペクト比を制御可能でエッジが鈍い高純度の平面六角形結晶です。シリコンウェハースライス後の薄肉化、研削、前研磨工程における主流の精密研磨材です。単結晶シリコンウェハーや太陽電池グレードの多結晶シリコンウェハーの両面研削、エッジ面取り、CMP前研磨工程に広く使用されており、傷がつきやすく表面下損傷が大きいといった一般的なコランダム研磨材の欠点を完全に解決しています。
一 板状酸化アルミニウムの特性
1.結晶相と純度：結晶形はα-Al2O3で、モース硬度は9です。純度は99%以上で、ナトリウム、鉄、磁性不純物が少なく、シリコンウェーハの金属イオン汚染を回避します。化学的に非常に不活性で、水系研磨スラリー中で加水分解しません。
2. 独自の板状形態：粒子は滑らかなエッジを持つ平らな六角形のウェーハ状で、鋭利な角はありません。研削中、粒子は平らに並び、シリコンウェーハ表面に付着します。鋭利な角による微細切削ではなく、平面滑り研削が用いられます。圧力が均等に分散されるため、粒子は容易に破損せず、ピット状の傷や深い表面下損傷層が大幅に低減されます。
3.粒子径の制御性：粒子径を精密に調整でき、粒子径分布範囲が狭く、粉砕の一貫性が高く、過粉砕欠陥が発生しにくい。
2．単結晶シリコンウェハへのマルチプロセス技術の応用
1.スライスした後、両面を粗く挽きます。
用途：内円切断やワイヤ切断によって生じる表面の凹凸や切断損傷層を除去し、シリコンウェーハの全厚偏差を制御する。
研磨材の選択：1.5～5μmの平型アルミナを水系研磨懸濁液に配合し、両面研削盤の鋳鉄製研削ディスクに使用する。
プロセス効果：通常の白色コランダムと比較して、材料除去率がより安定しており、表面下損傷層の厚さが8～12μmから3～5μmに減少します。シリコンウェーハ表面に微細な傷が密集せず、後続の研磨時間が30%以上短縮されます。研磨材の消費量が40%削減され、装置の研削ディスクの摩耗が少なくなります。
2. 単結晶シリコンウェハのエッジ面取りおよびエッジ研削
シリコンウェーハの端部は応力集中箇所であり、白色コランダムや緑色炭化ケイ素などの従来の研磨剤では、端部の欠けや微細亀裂が発生しやすい。一方、平らなアルミナ粒子は、シリコンウェーハの端部を穏やかかつ均一に切削し、端部の微細亀裂を効果的に抑制するとともに、その後の高温エピタキシャル成長および接合プロセスの歩留まりを向上させる。半導体ウェーハの端部研磨専用の研磨剤である。
3. 事前研磨（CMP前研削）
選定方法：化学機械研磨前の平滑化工程として、超微細な平らなアルミナとポリウレタン研磨パッドを組み合わせる。
目的：表面粗さRaを0.8～1.5nmに低減し、最終シリカCMPスラリーの研磨時間を大幅に短縮し、CMP消耗品コストを削減し、傷欠陥を低減し、ウェーハ歩留まりを99%以上に向上させる。
3．太陽光発電用多結晶シリコンウェハへの大規模応用
多結晶シリコンインゴットを四角形に加工した後、シリコンブロックをスライスします。太陽光発電用多結晶シリコンウェーハの量産における研削工程には、主に2つのシナリオがあります。
1. 多結晶シリコンウェーハの両面レベリングおよび研削：従来の遊離研磨材は不規則なアルミナを使用するため、多結晶シリコンの粒界に粒界傷が発生しやすい。一方、平面アルミナによる摺動研削は穏やかな作用で、粒界に沿って溝状の欠陥を生じさせず、多結晶シリコンウェーハ全体の厚さを均一に保ち、銀ペースト印刷時のライン切れの問題を軽減し、PERCおよびTOPConセルシリコンウェーハの前処理工程に適している。
2. 超薄型多結晶シリコンウェーハの薄化研削：超薄型シリコンウェーハの場合、平面砥粒の切削力が穏やかであるため、シリコンウェーハの反りやひび割れを効果的に防止し、超薄型シリコンウェーハ研削の合格率を大幅に向上させます。
