(57)【要約】  炭化ケイ素単結晶基板等の非酸化物単結晶基板を、高い研磨速度で研磨し、平滑で表面性状に優れた高品質な表面を得るための研磨方法を提供する。この研磨方法は、砥粒を内包しない研磨パッドに研磨液を供給し、非酸化物単結晶基板の被研磨面と前記研磨パッドとを接触させ、両者間の相対運動により研磨する方法であって、前記研磨液は、酸化還元電位が０．５Ｖ以上の、遷移金属を含む酸化剤と、水とを含み、砥粒を含まないことを特徴とする。
2012147605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒を内包しない研磨パッドに研磨液を供給し、非酸化物単結晶基板の被研磨面と前記研磨パッドとを接触させ、両者間の相対運動により研磨する方法であって、
前記研磨液は、酸化還元電位が０．５Ｖ以上の、遷移金属を含む酸化剤と、水とを含み、砥粒を含まないことを特徴とする非酸化物単結晶基板の研磨方法。
【請求項２】
前記酸化剤は、過マンガン酸イオンである請求項１に記載の非酸化物単結晶基板の研磨方法。
【請求項３】
前記研磨液中の前記過マンガン酸イオンの含有量は、０．０５質量％以上５質量％である請求項２に記載の非酸化物単結晶基板の研磨方法。
【請求項４】
前記研磨液のｐＨは１１以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の非酸化物単結晶基板の研磨方法。
【請求項５】
前記研磨液のｐＨは５以下である請求項４に記載の非酸化物単結晶基板の研磨方法。
【請求項６】
前記非酸化物単結晶基板は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）単結晶基板または窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶基板である請求項１〜５のいずれか１項に記載の非酸化物単結晶基板の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非酸化物単結晶基板を研磨するための研磨方法に関する。より詳しくは、炭化ケイ素単結晶基板等の仕上げ研磨に適した研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）半導体は、シリコン半導体よりも絶縁破壊電界、電子の飽和ドリフト速度および熱伝導率が大きいため、炭化ケイ素半導体を用いて、従来のシリコンデバイスよりも高温、高速で動作が可能なパワーデバイスを実現する研究・開発がなされている。なかでも、電動二輪車、電気自動車やハイブリッドカー等のモータを駆動するための電源に使用する高効率なスイッチング素子の開発が注目されている。このようなパワーデバイスを実現するためには、高品質な炭化ケイ素半導体層をエピタキシャル成長させるための表面平滑な炭化ケイ素単結晶基板が必要である。【０００３】
また、高密度で情報を記録するための光源として、青色レーザダイオードが注目されており、さらに、蛍光灯や電球に替わる光源としての白色ダイオードへのニーズが高まっている。このような発光素子は窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体を用いて作製され、高品質な窒化ガリウム半導体層を形成するための基板として、炭化ケイ素単結晶基板が使用されている。【０００４】
こうした用途のための炭化ケイ素単結晶基板には、基板の平坦度、基板表面の平滑性等において高い加工精度が要求される。しかし、炭化ケイ素単結晶は硬度が極めて高く、かつ耐腐食性に優れるため、基板を作製する場合の加工性が悪く、平滑性の高い炭化ケイ素単結晶基板を得ることは難しい。【０００５】
一般に、半導体単結晶基板の平滑な面は研磨によって形成される。炭化ケイ素単結晶を研磨する場合、炭化ケイ素よりも硬いダイヤモンド等の砥粒を研磨材として表面を機械的に研磨し、平坦な面を形成するが、ダイヤモンド砥粒で研磨した炭化ケイ素単結晶基板の表面には、ダイヤモンド砥粒の粒径に応じた微小なスクラッチが導入される。また、機械的な歪みを有する加工変質層が表面に生じるため、そのままでは炭化ケイ素単結晶基板の表面の平滑性が十分ではない。【０００６】
半導体単結晶基板の製造では、機械研磨後の半導体基板の表面を平滑にする方法として、化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：以下、ＣＭＰということがある。）技術が用いられる。ＣＭＰは、酸化等の化学反応を利用して被加工物を酸化物等に変え、生成した酸化物を、被加工物よりも硬度の低い砥粒を用いて除去することにより、表面を研磨する方法である。この方法は、被加工物の表面に歪みを生じさせることなく、極めて平滑な面を形成できるという利点を有する。【０００７】
従来から、炭化ケイ素単結晶基板の表面をＣＭＰにより平滑に研磨するための研磨剤として、コロイダルシリカを含有するｐＨ４〜９の研磨用組成物が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、シリカ砥粒と、過酸化水素のような酸化剤（酸素供与剤）と、バナジン酸塩とを含む研磨用組成物が提案されている（例えば、特許文献２参照）。さらに、アルミナ、チタニア、セリア、ジルコニア等の砥粒と、過酸化水素、過マンガン酸塩、過ヨウ素酸塩のような酸化剤と、分散媒とを含む研磨用組成物も提案されている（例えば、特許文献３参照）。【０００８】
しかし、特許文献１の研磨用組成物による炭化ケイ素単結晶基板の研磨速度は低く、研磨に要する時間が非常に長くなるというという問題があった。また、特許文献２の研磨用組成物を使用した場合も、研磨速度が十分でなく、研磨に時間がかかるという問題があった。さらに、特許文献３の研磨用組成物を使用した場合も、短時間で砥粒の凝集が生じたり、十分な研磨速度が得られないという問題があった。【０００９】
また、酸化性の研磨液の存在下において、砥粒を内包する研磨パッドを用いて炭化ケイ素単結晶基板等の表面を平滑に研磨する方法が提案されている（特許文献４参照）。しかしながら、特許文献４に記載された方法では、研磨速度が十分ではなく、かつ固定された砥粒による強い機械的作用により、表面に傷や歪み等のダメージが入るという問題があった。また、研磨パッドに内包される砥粒の粒径や含有量、含有分布の調整が難しく、研磨後に平滑な表面を得ることが難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−１１７０２７号公報
【特許文献２】特開２００８−１７９６５５号公報
【特許文献３】国際公開第２００９／１１１００１号パンフレット
【特許文献４】特開２００８−６８３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、炭化ケイ素単結晶基板等の硬度が高く化学的安定性が高い非酸化物単結晶基板を、高い研磨速度で研磨し、平滑な表面を得るための研磨方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の非酸化物単結晶基板の研磨方法は、砥粒を内包しない研磨パッドに研磨液を供給し、非酸化物単結晶基板の被研磨面と前記研磨パッドとを接触させ、両者間の相対運動により研磨する方法であって、前記研磨液は、酸化還元電位が０．５Ｖ以上の、遷移金属を含む酸化剤と、水とを含み、砥粒を含まないことを特徴とする。【００１３】
本発明の非酸化物単結晶基板の研磨方法において、前記酸化剤は、過マンガン酸イオンであることが好ましい。そして、前記研磨液中の前記過マンガン酸イオンの含有量は、０．０５質量％以上５質量％以下であることが好ましい。さらに、前記研磨液のｐＨは１１以下であることが好ましく、５以下であることがより好ましい。またさらに、前記非酸化物単結晶基板は、炭化ケイ素単結晶基板または窒化ガリウム単結晶基板とすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の研磨方法によれば、炭化ケイ素単結晶基板や窒化ガリウム単結晶基板のような硬度が高く化学的安定性が高い非酸化物単結晶基板の被研磨面を、高い研磨速度で研磨することができ、平坦かつ平滑な被研磨面が得られる。また、砥粒を含有しない研磨液を用いて研磨を行うので、砥粒の凝集により研磨液の供給が不安定になったり、被研磨面にキズ等が発生するおそれがなく、安定した高速研磨を行うことができる。なお、本発明において、「被研磨面」とは研磨対象物の研磨される面であり、例えば表面を意味する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の研磨方法の実施形態に使用可能な研磨装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
［研磨方法］
本発明の非酸化物単結晶基板の研磨方法は、砥粒を内包しない研磨パッドに研磨液を供給し、研磨対象物である非酸化物単結晶基板の被研磨面と前記研磨パッドとを接触させ、両者間の相対運動により研磨する方法である。そして、研磨液として、遷移金属を含む酸化還元電位が０．５Ｖ以上の酸化剤と、水とを含み、砥粒を含まない研磨液を使用することを特徴とする。
【００１８】
本発明の研磨方法に使用する研磨液は、砥粒を含有しないが、酸化還元電位が０．５Ｖ以上の、遷移金属を含む酸化力の大きい酸化剤を含有している。このため、砥粒を内包しない研磨パッドに研磨液を供給して研磨する本発明の研磨方法によっても、ＳｉＣ単結晶基板のような硬度が高く化学的安定性が高い非酸化物単結晶基板の被研磨面を、十分に高い研磨速度で研磨することができ、平坦かつ平滑で表面性状に優れた表面を得ることができる。
【００１９】
なお、研磨液のｐＨは１１以下とすることが好ましい。ｐＨを１１以下に調整するために、研磨液にはｐＨ調整剤を添加できる。研磨液のｐＨを１１以下とした場合には、前記酸化剤が効果的に作用するため、研磨速度が高く研磨特性が良好である。以下、研磨液の各成分およびｐＨについて詳述する。
【００２０】
［研磨液］
（酸化剤）
本発明に使用する研磨液に含有される、酸化還元電位が０．５Ｖ以上の、遷移金属を含む酸化剤は、後述する研磨対象物（例えば、ＳｉＣ単結晶基板やＧａＮ単結晶基板）の被研磨面に酸化層を形成するものである。この酸化層を機械的な力で被研磨面から除去することにより、研磨対象物の研磨が促進される。すなわち、ＳｉＣやＧａＮ等の化合物半導体は非酸化物であり、難研磨材料であるが、研磨液中の、酸化還元電位が０．５Ｖ以上の、遷移金属を含む酸化剤により、表面に酸化層を形成できる。形成された酸化層は、研磨対象物に比べて硬度が低く研磨されやすいので、砥粒を内包しない研磨パッドとの接触によっても除去できる。したがって、十分に高い研磨速度を得ることができる。
【００２１】
研磨液に含有される、酸化還元電位が０．５Ｖ以上の、遷移金属を含む酸化剤としては、例えば、過マンガン酸イオン、バナジン酸イオン、二クロム酸イオン、硝酸セリウムアンモニウム、硝酸鉄（III）九水和物、硝酸銀、リンタングステン酸、ケイタングステン酸、リンモリブデン酸、リンタングストモリブデン酸、リンバナドモリブデン酸等を挙げることができ、特に過マンガン酸イオンが好ましい。過マンガン酸イオンの供給源としては、過マンガン酸カリウムや過マンガン酸ナトリウム等の過マンガン酸塩が好ましい。
【００２２】
ＳｉＣ単結晶基板の研磨における酸化剤として、過マンガン酸イオンが特に好ましい理由を以下に示す。
（１）過マンガン酸イオンは、ＳｉＣ単結晶を酸化する酸化力が強い。
酸化剤の酸化力が弱すぎると、ＳｉＣ単結晶基板の被研磨面との反応が不十分となり、その結果十分に平滑な表面を得ることができない。酸化剤が物質を酸化する酸化力の指標として、酸化還元電位が用いられる。過マンガン酸イオンの酸化還元電位は１．７０Ｖであり、酸化剤として一般に用いられる過塩素酸カリウム（ＫＣｌＯ４）（酸化還元電位１．２０Ｖ）や次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）（酸化還元電位１．６３Ｖ）に比べて、酸化還元電位が高い。
（２）過マンガン酸イオンは反応速度が大きい。
過マンガン酸イオンは、酸化力の強い酸化剤として知られている過酸化水素（酸化還元電位１．７６Ｖ）に比べて、酸化反応の反応速度が大きいので、酸化力の強さを速やかに発揮できる。
（３）過マンガン酸イオンは、人体に対して毒性が低く安全である。
（４）過マンガン酸塩は、後述する分散媒である水に完全に溶解する。したがって、溶解残渣が基板の平滑性に悪影響を与えることがない。
【００２３】
高い研磨速度を得るために、研磨液中の過マンガン酸イオンの含有割合（濃度）は、０．０５質量％以上５質量％以下が好ましい。０．０５質量％未満では、酸化剤としての効果が期待できず、研磨により平滑な面を形成するのに非常に長時間を要するおそれがある。過マンガン酸イオンの含有割合が５質量％を超えると、研磨液の温度によっては、過マンガン酸塩が完全に溶解しきれずに析出し、固体の過マンガン酸塩が被研磨面と接触することによりスクラッチが発生するおそれがある。研磨液に含まれる過マンガン酸イオンの含有割合は、０．１質量％以上４質量％以下がさらに好ましく、０．２質量％以上３．５質量％以下が特に好ましく、１．０質量％以上３．５質量％以下が極めて好ましい。
【００２４】
（砥粒）
本発明に使用する研磨液は、研磨砥粒として使用される酸化ケイ素（シリカ）粒子、酸化セリウム（セリア）粒子、酸化アルミニウム（アルミナ）粒子、酸化ジルコニウム（ジルコニア）粒子、酸化チタン（チタニア）粒子等を、実質的に含有していないことを特徴とする。研磨液が砥粒を含有しないので、砥粒の分散性に留意することなく研磨液を使用できる、実質的に砥粒の凝集が発生しないため、被研磨物表面へのダメージが抑制されるというという利点がある。
【００２５】
（ｐＨおよびｐＨ調整剤）
本発明に使用する研磨液のｐＨは、研磨特性の点から、１１以下が好ましく、５以下がより好ましく、３以下が特に好ましい。ｐＨが１１超では、十分な研磨速度が得られないばかりでなく、被研磨面の平滑性が悪化するおそれがある。
【００２６】
研磨液のｐＨは、ｐＨ調整剤である酸または塩基性化合物の添加・配合により調整できる。酸としては、硝酸、硫酸、リン酸、塩酸のような無機酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸等の飽和カルボン酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸等のヒドロキシ酸、フタル酸、サリチル酸等の芳香族カルボン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、フマル酸、マレイン酸等のジカルボン酸、アミノ酸、複素環系のカルボン酸のような有機酸を使用できる。硝酸またはリン酸の使用が好ましく、中でも硝酸の使用が特に好ましい。塩基性化合物としては、アンモニア、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、テトラメチルアンモニウム等の４級アンモニウム化合物、モノエタノールアミン、エチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、プロピレンジアミン等の有機アミンを使用できる。水酸化カリウム、水酸化ナトリウムの使用が好ましく、中でも水酸化カリウムが特に好ましい。
【００２７】
これらの酸または塩基性化合物の含有割合（濃度）は、研磨液のｐＨを所定の範囲（ｐＨ１１以下、より好ましくは５以下、さらに好ましくは３以下）に調整する量とする。
【００２８】
（水）
本発明に使用する研磨液においては、分散媒として水が含有される。水は、前記酸化剤および必要に応じて添加される後述する任意成分を分散・溶解するための媒体である。水については、特に制限はないが、配合成分に対する影響、不純物の混入、ｐＨ等への影響の観点から、純水、超純水、イオン交換水（脱イオン水）が好ましい。
【００２９】
（研磨液の調製および任意成分）
本発明に使用する研磨液は、前記した成分が前記所定の割合で含有され、均一に溶解した混合状態になるように調製され使用される。混合には、研磨液の製造に通常用いられる撹拌翼による撹拌混合方法を採ることができる。研磨液は、必ずしも予め構成する研磨成分をすべて混合したものとして研磨の場に供給する必要はない。研磨の場に供給する際に、研磨成分が混合されて研磨液の組成になってもよい。
【００３０】
研磨液には、本発明の趣旨に反しない限り、潤滑剤、キレート化剤、還元剤、粘性付与剤または粘度調節剤、防錆剤等を必要に応じて適宜含有させることができる。ただし、これらの添加剤が、酸化剤、酸または塩基性化合物の機能を有する場合は、酸化剤、酸または塩基性化合物として扱うものとする。
【００３１】
潤滑剤としては、アニオン性、カチオン性、ノニオン性、両性の界面活性剤、多糖類、水溶性高分子等を使用できる。
【００３２】
界面活性剤としては、疎水基として脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基を有し、またそれら疎水基内にエステル、エーテル、アミド等の結合基、アシル基、アルコキシル基等の連結基を１つ以上導入したもの、親水基として、カルボン酸、スルホン酸、硫酸エステル、リン酸、リン酸エステル、アミノ酸からなるものを使用できる。
【００３３】
多糖類としては、アルギン酸、ペクチン、カルボキシメチルセルロース、カードラン、プルラン、キサンタンガム、カラギナン、ジェランガム、ローカストビーンガム、アラビアガム、タマリンド、サイリウム等を使用できる。
【００３４】
水溶性高分子としては、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリスチレンスルホン酸等を使用できる。
【００３５】
［研磨対象物］
このような研磨液を使用して研磨する研磨対象物は、非酸化物単結晶基板である。非酸化物単結晶基板としては、ＳｉＣ単結晶基板やＧａＮ単結晶基板のような化合物半導体基板が挙げられる。特に、前記ＳｉＣ単結晶基板やＧａＮ単結晶基板のような、修正モース硬度が１０以上の単結晶基板の被研磨面を、前記研磨液を使用して研磨することで、研磨速度向上の効果をよりいっそう得ることができる。
【００３６】
［研磨方法］
本発明の研磨方法は、砥粒を内包しない公知の研磨パッドを使用し、この研磨パッドに前記した研磨液を供給しながら、研磨対象物である非酸化物単結晶基板の被研磨面と研磨パッドとを接触させ、両者間の相対運動により研磨を行う方法である。
【００３７】
本発明の研磨方法において、研磨装置としては従来公知の研磨装置を使用できる。図１に、本発明の実施形態に使用可能な研磨装置の一例を示すが、本発明に使用される研磨装置はこのような構造のものに限定されるものではない。
【００３８】
図１に示す研磨装置１０においては、研磨定盤１がその垂直な軸心Ｃ1の回りに回転可能に支持された状態で設けられており、この研磨定盤１は、定盤駆動モータ２により、図に矢印で示す方向に回転駆動されるようになっている。この研磨定盤１の上面には、砥粒を内包しない公知の研磨パッド３が貼り着けられている。
【００３９】
一方、研磨定盤１上の軸心Ｃ1から偏心した位置には、下面においてＳｉＣ単結晶基板等の研磨対象物４を吸着または保持枠等を用いて保持する基板保持部材（キャリヤ）５が、その軸心Ｃ2の回りに回転可能でかつ軸心Ｃ2方向に移動可能に支持されている。この基板保持部材５は、図示しないキャリヤ駆動モータにより、あるいは上記研磨定盤１から受ける回転モーメントにより、矢印で示す方向に回転されるように構成されている。基板保持部材５の下面、すなわち上記研磨パッド３と対向する面には、研磨対象物４である非酸化物単結晶基板が保持されている。研磨対象物４は、所定の荷重で研磨パッド３に押圧されている。
【００４０】
また、基板保持部材５の近傍には、滴下ノズル６またはスプレーノズル（図示を省略。）が設けられており、図示しないタンクから送出された前記した研磨液７が研磨定盤１上に供給されるようになっている。
【００４１】
このような研磨装置１０による研磨に際しては、研磨定盤１およびそれに貼り着けられた研磨パッド３と、基板保持部材５およびその下面に保持された研磨対象物４とが、定盤駆動モータ２およびキャリヤ駆動モータによりそれぞれの軸心の回りに回転駆動される。そして、その状態で、滴下ノズル６等から研磨液７が研磨パッド３の表面に供給され、基板保持部材５に保持された研磨対象物４がその研磨パッド３に押し付けられる。それにより、研磨対象物４の被研磨面、すなわち研磨パッド３に対向する面が化学的機械的に研磨される。
【００４２】
基板保持部材５は、回転運動だけでなく直線運動をしてもよい。また、研磨定盤１および研磨パッド３も回転運動を行うものでなくてもよく、例えばベルト式で一方向に移動するものであってもよい。
【００４３】
研磨パッド３としては、不織布、発泡ポリウレタン等の多孔質樹脂等からなり、砥粒を含有しない公知のものを使用できる。また、研磨パッド３への研磨液７の供給を促進し、あるいは研磨パッド３に研磨液７が一定量溜まるようにするために、研磨パッド３の表面に格子状、同心円状、らせん状などの溝加工が施されていてもよい。さらに、必要により、パッドコンディショナーを研磨パッド３の表面に接触させて、研磨パッド３表面のコンディショニングを行いながら研磨してもよい。
【００４４】
このような研磨装置１０による研磨条件に特に制限はないが、基板保持部材５に荷重をかけて研磨パッド３に押し付けることでより研磨圧力を高め、研磨速度を向上させることが可能である。研磨圧力は５〜８０ｋＰａ程度が好ましく、被研磨面内における研磨速度の均一性、平坦性、スクラッチ等の研磨欠陥防止の観点から、１０〜５０ｋＰａ程度がより好ましい。研磨定盤１および基板保持部材５の回転数は、５０〜５００ｒｐｍ程度が好ましいがこれに限定されない。また、研磨液７の供給量については、研磨液の組成や上記した研磨条件等により適宜調整され選択される。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明を実施例および比較例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。例１〜１５、例２０、例２１、例２３、例２５、例２８〜２９、および例３１は実施例であり、例１６〜１９、例２２、例２４、例２６〜２７、例３０および例３２は比較例である。【００４６】
[例１〜３２]
（１）研磨液および研磨剤液の調製
（１−１）
実施例である例１〜１５、例２０、例２１、例２３、例２５、例２８〜２９および例３１において、以下に示すようにして研磨液を調製した。まず、表１および表２に示す酸化剤である過マンガン酸カリウムに純水を加え、撹拌翼を用いて１０分間撹拌した。次いで、この液に、表１および表２に示すｐＨ調整剤（リン酸、硝酸、水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウム）を撹拌しながら徐々に添加して、表１および表２に示す所定のｐＨに調整し、研磨液を得た。各実施例において使用した各成分の研磨液全体に対する含有割合（濃度；質量％）を表１および表２に示す。なお、表１および表２における酸化剤濃度は、イオンである過マンガン酸イオンの濃度ではなく、過マンガン酸カリウムの濃度である。【００４７】
（１−２）
比較例である例１６〜１９、例２２、例２４、例２６〜２７、例３０および例３２において、砥粒を含有する研磨剤液を、以下に示すようにして調製した。例１６においては、平均1次粒子径が４０ｎｍ、平均２次粒子径が約７０ｎｍのコロイダルシリカ分散液（シリカ固形分約４０質量％）に、純水を加え、撹拌翼を用いて１０分間撹拌した。次いで、この液に、金属塩としてバナジン酸アンモニウムを撹拌しながら加え、最後に過酸化水素水を添加して３０分間撹拌し、表１に示す所定の各成分濃度に調整された研磨剤液を得た。【００４８】
例１７〜１９においては、平均1次粒子径が８０ｎｍ、平均２次粒子径が約１１０ｎｍのコロイダルシリカ分散液（シリカ固形分約４０質量％）に、純水を加えて１０分間撹拌した。次いで、この液に、酸化剤として過マンガン酸カリウムを撹拌しながら加え、必要に応じてリン酸または硝酸を徐々に添加して表１に示す所定のｐＨに調整し、研磨剤液を得た。【００４９】
例２２、例２４、例２６〜２７、例３０および例３２においては、平均２次粒子径が３０ｎｍの酸化セリウム分散液（セリア固形分約３０質量％）に純水を加えて１０分間撹拌した。次いで、この液に、酸化剤として過マンガン酸カリウムを撹拌しながら加え、さらに硝酸を徐々に添加して表２に示す所定のｐＨに調整し、研磨剤液を得た。各比較例において使用した各成分の研磨剤液全体に対する含有割合（濃度；質量％）を、表１および表２に示す。なお、表１および表２における酸化剤濃度は、イオンである過マンガン酸イオンの濃度ではなく、過マンガン酸カリウムの濃度である。【００５０】
例１６〜１９で配合されるシリカ粒子の平均１次粒子径については、ＢＥＴ法で得られた比表面積から換算して求め、平均２次粒子径については、マイクロトラックＵＰＡ（日機装社製）により測定した。また、例２２、例２４、例２６〜２７、例３０および例３２で配合される酸化セリウム粒子の平均２次粒子径は、マイクロトラックＵＰＡ（日機装社製）により測定したものである。【００５１】
（２）ｐＨの測定
例１〜１５、例２０、例２１、例２３、例２５、例２８〜２９、および例３１で得られた各研磨液、および例１６〜１９、例２２、例２４、例２６〜２７、例３０および例３２で得られた各研磨剤液のｐＨを、横河電機社製のｐＨ８１−１１を使用し２５℃で測定した。測定結果を表１および表２に示す。【００５２】
（３）各研磨液および各研磨剤液の研磨特性、砥粒沈降性の評価
例１〜１５、例２０、例２１、例２３、例２５、例２８〜２９および例３１で得られた各研磨液、および例１６〜１９、例２２、例２４、例２６〜２７、例３０および例３２で得られた各研磨剤液について、以下の方法で研磨特性、および砥粒沈降性の評価を行った。【００５３】
（３−１）研磨条件
研磨機としては、ＭＡＴ社製小型研磨装置を使用した。研磨パッドとしては、ＳＵＢＡ８００−ＸＹ−ｇｒｏｏｖｅ（ニッタハース社製）を使用し、研磨前にダイヤディスクおよびブラシを用いて、研磨パッドのコンディショニングを行った。【００５４】
研磨液または研磨剤液の供給速度を２５ｃｍ３／分、研磨定盤の回転数を６８ｒｐｍ、基板保持部の回転数を６８ｒｐｍ、研磨圧を５ｐｓｉ（３４．５ｋＰａ）として、３０分間研磨を行った。【００５５】
（３−２）被研磨物
被研磨物として、ダイヤモンド砥粒を用いて予備研磨処理を行った３インチ径の４Ｈ−ＳｉＣ基板を使用し、主面（０００１）がＣ軸に対して０°＋０．２５°以内のＳｉＣ単結晶基板（以下、On-axis基板と示す。）と、主面のＣ軸に対するオフ角が４°±０．５°以内のＳｉＣ単結晶基板をそれぞれ使用し、Ｓｉ面側を研磨し評価した。なお、例１〜２、例８、例１１、例１７〜３３の研磨液または研磨剤液については、オフ角が４°以内のＳｉＣ単結晶基板（以下、４度オフ基板と示す。）に対する研磨特性（研磨速度）のみを評価した。また、例４、例１０、例１５の研磨液については、On-axis基板に対する研磨特性（研磨速度）のみを評価した。【００５６】
（３−３）研磨速度の測定
研磨速度は、単位時間当たりの基板（ウェハ）の厚さの変化量（ｎｍ／ｈｒ）で評価した。具体的には、厚さが既知の未研磨基板の質量と各時間研磨した後の基板質量とを測定し、その差から質量変化を求めた。そして、この質量変化から求めた基板の厚さの時間当たりの変化を、下記の式を用いて算出した。研磨速度の算出結果を表１および表２に示す。
（研磨速度（Ｖ）の計算式）
Δｍ＝ｍ０−ｍ１
Ｖ＝Δｍ／ｍ０  ×  Ｔ０  ×  ６０／ｔ
（式中、Δｍ（ｇ）は研磨前後の質量変化、ｍ０（ｇ）は未研磨基板の初期質量、ｍ１（ｇ）は研磨後基板の質量、Ｖは研磨速度（ｎｍ／ｈｒ）、Ｔ０は未研磨基板の厚さ（ｎｍ）、ｔは研磨時間（ｍｉｎ）を表す。）【００５７】
（３−４）砥粒沈降性評価
砥粒沈降性評価は、例１６〜１９、例２２、例２４、例２６〜２７、例３０および例３２で得られた各研磨剤液を、２０ｍｌの試験管に入れて静置し、目視により試験管の底に砥粒の沈殿層が確認されるまでの時間を測定し評価した。なお、５分経過後も沈殿層が確認されない場合は、「凝集せず」と評価した。【００５８】
【表１】
2012147605.tif 000003
【００５９】
【表２】
2012147605.tif 000004
【００６０】
表１および表２からわかるように、実施例である例１〜１５、例２０、例２１、例２３、例２５、例２８〜２９および例３１の研磨液を使用した場合は、On-axis基板と４度オフ基板の少なくとも一方に対して、高い研磨速度が得られており、特に例３、例５〜７、例９および例１２〜１４の研磨液を使用した場合は、On-axis基板と４度オフ基板の両方に対して高い研磨速度が得られ、高速研磨が可能である。また、例１〜１５、例２０、例２１、例２３、例２５、例２８〜２９および例３１のいずれの研磨液を使用した場合も、研磨対象物であるＳｉＣ単結晶基板の被研磨面に、研磨に起因するキズが発生することがなく、平坦性および平滑性に優れた研磨後の表面が得られる。【００６１】
これに対して、コロイダルシリカと過酸化水素およびバナジン酸アンモニウムを含有する例１６の研磨剤液を使用した場合は、例１〜１５、例２０、例２１、例２３、例２５、例２８〜２９および例３１の研磨液を使用した場合に比べて研磨速度が低くなっている。【００６２】
また、酸化剤として過マンガン酸カリウムを含有し、さらに砥粒としてコロイダルシリカを含有する例１６〜１９の研磨剤液を使用した場合は、砥粒沈降性評価では砥粒の凝集は確認されないが、砥粒であるコロイダルシリカを含有しない例１〜１５および例２０、例２１、例２３、例２５、例２８〜２９および例３１の研磨液を使用した場合に比べて研磨速度が大幅に低くなっている。【００６３】
さらに、酸化剤として過マンガン酸カリウムを含有し、砥粒として酸化セリウムを含有する例２２、例２４、例２６〜２７、例３０および例３２の研磨剤液を使用した場合は、砥粒を含有しない他は同一の酸化剤濃度で同じｐＨを有する、例２０、例２１、例２３、例２５、例２８〜２９および例３１の研磨液を使用した場合に比べて、研磨速度が低下している。【００６４】
また、砥粒沈降性評価からは、砥粒として酸化セリウムを含有する例２２、例２４、例２６〜２７、例３０および例３２の研磨剤液は、５分未満で砥粒の凝集が確認されている。このような研磨剤液は、研磨装置への安定した供給が困難であり、かつ凝集した砥粒に起因するキズが発生するおそれがある。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明によれば、非酸化物単結晶基板、特にＳｉＣ単結晶基板やＧａＮ単結晶基板等の硬度が高く化学的安定性の高い化合物半導体基板を高い研磨速度で研磨することができ、キズがなく平坦性および平滑性に優れた研磨後の表面を得ることができる。したがって、それらの基板の生産性の向上に寄与できる。
【符号の説明】
【００６６】
１…研磨定盤、２…定盤駆動モータ、３…研磨パッド、４…研磨対象物、５…基板保持部材、６…滴下ノズル、７…研磨液、１０…研磨装置。
【図１】
2012147605.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月7日(2014.3.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒を内包しない研磨パッドに研磨液を供給し、非酸化物単結晶基板の被研磨面と前記研磨パッドとを接触させ、両者間の相対運動により研磨する方法であって、
前記研磨液は、酸化還元電位が０．５Ｖ以上の、遷移金属を含む酸化剤と、水とを含み、砥粒を含まず、前記遷移金属を含む酸化剤が過マンガン酸イオンであることを特徴とする非酸化物単結晶基板の研磨方法。
【請求項２】
前記研磨液中の前記過マンガン酸イオンの含有量は、０．０５質量％以上５質量％以下である請求項１に記載の非酸化物単結晶基板の研磨方法。
【請求項３】
前記研磨液のｐＨは１１以下である請求項１または２に記載の非酸化物単結晶基板の研磨方法。
【請求項４】
前記研磨液のｐＨは５以下である請求項３に記載の非酸化物単結晶基板の研磨方法。
【請求項５】
前記非酸化物単結晶基板は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）単結晶基板または窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶基板である請求項１〜４のいずれか１項に記載の非酸化物単結晶基板の研磨方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の非酸化物単結晶基板の研磨方法は、砥粒を内包しない研磨パッドに研磨液を供給し、非酸化物単結晶基板の被研磨面と前記研磨パッドとを接触させ、両者間の相対運動により研磨する方法であって、前記研磨液は、酸化還元電位が０．５Ｖ以上の、遷移金属を含む酸化剤と、水とを含み、砥粒を含まず、前記遷移金属を含む酸化剤が過マンガン酸イオンであることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の非酸化物単結晶基板の研磨方法において、前記研磨液中の前記過マンガン酸イオンの含有量は、０．０５質量％以上５質量％以下であることが好ましい。さらに、前記研磨液のｐＨは１１以下であることが好ましく、５以下であることがより好ましい。またさらに、前記非酸化物単結晶基板は、炭化ケイ素単結晶基板または窒化ガリウム単結晶基板とすることができる。
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月15日(2014.5.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒を内包しない研磨パッドに研磨液を供給し、炭化ケイ素（ＳｉＣ）単結晶基板の被研磨面と前記研磨パッドとを接触させ、両者間の相対運動により研磨する方法であって、
前記研磨液は、酸化還元電位が０．５Ｖ以上の、遷移金属を含む酸化剤と、水とを含み、砥粒を含まず、前記遷移金属を含む酸化剤が過マンガン酸イオンであることを特徴とする非酸化物単結晶基板の研磨方法。
【請求項２】
前記研磨液中の前記過マンガン酸イオンの含有量は、０．０５質量％以上５質量％以下である請求項１に記載の非酸化物単結晶基板の研磨方法。
【請求項３】
前記研磨液のｐＨは１１以下である請求項１または２に記載の非酸化物単結晶基板の研磨方法。
【請求項４】
前記研磨液のｐＨは５以下である請求項３に記載の非酸化物単結晶基板の研磨方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の非酸化物単結晶基板の研磨方法は、砥粒を内包しない研磨パッドに研磨液を供給し、炭化ケイ素（ＳｉＣ）単結晶基板の被研磨面と前記研磨パッドとを接触させ、両者間の相対運動により研磨する方法であって、前記研磨液は、酸化還元電位が０．５Ｖ以上の、遷移金属を含む酸化剤と、水とを含み、砥粒を含まず、前記遷移金属を含む酸化剤が過マンガン酸イオンであることを特徴とする。
【国際調査報告】
2012147605.tif 000006
2012147605.tif 000007