(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒を含有する研磨パッド、又は砥粒を含有しない研磨パッドに研磨液を供給すると共に、該研磨パッドをＳｉＣ基板に接触させてＳｉＣ基板を研磨するＳｉＣ基板の研磨方法であって、
過マンガン酸塩、酸化力を有する無機塩類、及び水を含有する第１の研磨液を使用してＳｉＣ基板を研磨する第１の研磨工程と、
該第１の研磨工程の後に、過マンガン酸塩、ｐＨ調整剤、及び水を含有する第２の研磨液を使用して該第１の研磨工程と同じ研磨パッドでＳｉＣ基板を仕上げ研磨する第２の研磨工程と、
を含み、
該第２の研磨工程では、水に対して０．１質量％〜５．０質量％の過マンガン酸塩と０．２質量％〜２．０質量％のｐＨ調整剤とを混合し、かつ、ｐＨ調整剤に対する過マンガン酸塩のモル比を０．１〜２．５とした該第２の研磨液を使用することを特徴とするＳｉＣ基板の研磨方法。
【請求項２】
ＳｉＣ基板を保持するチャックテーブルと、
前記研磨パッドと、
前記第１の研磨液及び前記第２の研磨液をそれぞれ貯留するタンクと、
該タンクに貯留された該第１の研磨液及び該第２の研磨液の一方を選択的に供給する供給手段と、を備える研磨装置を用い、
該第１の研磨工程では、該第１の研磨液を供給し、
該第２の研磨工程では、第１の研磨液に替えて第２の研磨液を供給することを特徴とする請求項１記載のＳｉＣ基板の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ基板の研磨に使用される研磨液、及び当該研磨液を用いるＳｉＣ基板の研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ等のパワーエレクトロニクス機器には、電力制御に適したパワーデバイスと呼ばれる半導体素子が組み込まれている。これまでのパワーデバイスは、主に単結晶Ｓｉ（シリコン）を用いて製造され、性能の向上は、デバイス構造を改良することで実現されてきた。
【０００３】
ところが、近年では、デバイス構造の改良による性能の向上が頭打ちになっている。そのため、単結晶Ｓｉに比べてパワーデバイスの高耐圧化、低損失化に有利な単結晶ＳｉＣ（シリコンカーバイド）が注目されている。
【０００４】
単結晶ＳｉＣでなる基板にパワーデバイスを作り込む前には、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）で基板の表面を平坦化している。このＣＭＰの研磨効率を高めるために、砥粒を内包する研磨パッドと酸化力のある研磨液を用いる研磨技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】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】
【０００６】
しかしながら、上述のように酸化力のある研磨液を用いて単結晶ＳｉＣ基板を研磨すると、単結晶ＳｉＣの結晶格子に乱れが生じて、パワーデバイスの性能が大幅に低下してしまう。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、結晶格子の乱れを抑制できる研磨液、及び当該研磨液を用いるＳｉＣ基板の研磨方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
また、本発明によれば、砥粒を含有する研磨パッド、又は砥粒を含有しない研磨パッドに研磨液を供給すると共に、該研磨パッドをＳｉＣ基板に接触させてＳｉＣ基板を研磨するＳｉＣ基板の研磨方法であって、過マンガン酸塩、酸化力を有する無機塩類、及び水を含有する第１の研磨液を使用してＳｉＣ基板を研磨する第１の研磨工程と、該第１の研磨工程の後に、過マンガン酸塩、ｐＨ調整剤、及び水を含有する第２の研磨液を使用して該第１の研磨工程と同じ研磨パッドでＳｉＣ基板を仕上げ研磨する第２の研磨工程と、を含み、該第２の研磨工程では、水に対して０．１質量％〜５．０質量％の過マンガン酸塩と０．２質量％〜２．０質量％のｐＨ調整剤とを混合し、かつ、ｐＨ調整剤に対する過マンガン酸塩のモル比を０．１〜２．５とした該第２の研磨液を使用することを特徴とするＳｉＣ基板の研磨方法が提供される。
【００１０】
前記ＳｉＣ基板の研磨方法において、ＳｉＣ基板を保持するチャックテーブルと、前記研磨パッドと、前記第１の研磨液及び前記第２の研磨液をそれぞれ貯留するタンクと、該タンクに貯留された該第１の研磨液及び該第２の研磨液の一方を選択的に供給する供給手段と、を備える研磨装置を用い、該第１の研磨工程では、該第１の研磨液を供給し、該第２の研磨工程では、第１の研磨液に替えて第２の研磨液を供給することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る研磨液は、過マンガン酸塩、ｐＨ調整剤、及び水を含有するので、過マンガン酸塩、酸化力を有する無機塩類、及び水を含有する研磨液と比較して、ＳｉＣ基板を研磨する際の結晶格子の乱れを抑制できる。
【００１２】
また、本発明に係るＳｉＣ基板の研磨方法では、過マンガン酸塩、酸化力を有する無機塩類、及び水を含有する研磨液を用いてＳｉＣ基板を研磨した後に、過マンガン酸塩、ｐＨ調整剤、及び水を含有する研磨液を用いてＳｉＣ基板を仕上げ研磨するので、研磨の効率を高く維持しながら結晶格子の乱れを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係るＳｉＣ基板の研磨方法で用いられる研磨装置の構成例を模式的に示す図である。
【図２】酸化力を有する無機塩類と研磨レートとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
酸化力のある研磨液を用いてＳｉＣ基板を研磨すると、研磨効率を高めることはできるが、結晶格子に乱れが生じてパワーデバイスの性能は大幅に低下してしまう。本発明者は、この現象を鋭意研究した結果、結晶格子の乱れの原因が酸化力を付与するために研磨液に含有させた無機塩類にあることを突き止めた。そして、この知見に基づき、本発明を完成させた。以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
これまでの研磨液は、例えば、過マンガン酸塩、酸化力を有する無機塩類（酸化性無機塩類）、及び水を含有していた。ここで、過マンガン酸塩とは、過マンガン酸カリウム、過マンガン酸ナトリウムに代表されるマンガンのオキソ酸塩であり、酸化力を有する無機塩類とは、塩素酸塩、硫酸塩、硝酸塩、クロム酸塩等の酸化性固体（危険物の第１類に相当）である。
【００１６】
これに対して、本実施形態に係る研磨液では、従来使用されていた酸化力を有する無機塩類に替えて、ｐＨ調整剤を含有させている。すなわち、本実施形態に係る研磨液は、過マンガン酸塩、ｐＨ調整剤、及び水を含有する。ここで、ｐＨ調整剤とは、塩酸（塩化水素）、硫酸、硝酸、リン酸等のｐＨを酸性側に調整する試薬である。このような研磨液を用いることで、ＳｉＣ基板の研磨に伴う結晶格子の乱れを適切に抑制できる。
【００１７】
次に、本実施形態の研磨液を用いるＳｉＣ基板の研磨方法について説明する。本実施形態に係るＳｉＣ基板の研磨方法は、少なくとも、第１の研磨工程及び第２の研磨工程を含む。
【００１８】
第１の研磨工程では、過マンガン酸塩、酸化力を有する無機塩類、及び水を含有する研磨液（第１の研磨液）を使用してＳｉＣ基板を研磨する。第２の研磨工程では、過マンガン酸塩、ｐＨ調整剤、及び水を含有する研磨液（第２の研磨液）を使用してＳｉＣ基板を仕上げ研磨する。
【００１９】
まず、本実施形態に係るＳｉＣ基板の研磨方法で用いられる研磨装置について説明する。図１は、本実施形態に係るＳｉＣ基板の研磨方法で用いられる研磨装置の構成例を模式的に示す図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態の研磨装置２は、ＳｉＣ基板１１を吸引保持するチャックテーブル４を備えている。このチャックテーブル４は、モータ等の回転駆動源（不図示）と連結されており、鉛直方向に平行な回転軸の周りに回転する。
【００２１】
チャックテーブル４の上面には、凹部が形成されており、この凹部には、多孔質材料でなる保持板６が嵌合している。保持板６の上面は、単結晶ＳｉＣでなる円盤状のＳｉＣ基板１１を吸引保持する保持面６ａとなっている。この保持面６ａには、チャックテーブル４の内部に形成された流路４ａを通じて吸引源（不図示）の負圧が作用する。
【００２２】
図１に示すように、ＳｉＣ基板１１の下面には、保持面６ａより大径のフィルム１３が貼着されている。このフィルム１３を保持面６ａに接触させた状態で吸引源の負圧を作用させれば、ＳｉＣ基板１１はフィルム１３を介してチャックテーブル４に吸引保持される。
【００２３】
チャックテーブル４の上方には、ＳｉＣ基板１１を研磨する研磨ユニット８が配置されている。研磨ユニット８は、回転軸を構成するスピンドル１０を備えている。スピンドル１０の下端部（先端部）には、円盤状のホイールマウント１２が設けられている。
【００２４】
ホイールマウント１２の下面には、ホイールマウント１２と略同径の研磨ホイール１４が装着されている。研磨ホイール１４は、ステンレス、アルミニウム等の金属材料で形成されたホイール基台１６を備えている。
【００２５】
ホイール基台１６の下面には、円盤状の研磨パッド１８が固定されている。この研磨パッド１８は、例えば、ポリウレタン等の材料に砥粒を混合して形成される。ただし、研磨パッド１８は、砥粒を含有していなくても良い。
【００２６】
スピンドル１０の上端側（基端側）には、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されている。研磨ホイール１４は、この回転駆動源から伝達される回転力によって、鉛直方向と平行な回転軸の周りに回転する。
【００２７】
スピンドル１０、ホイールマウント１２、ホイール基台１６、及び研磨パッド１８の内部には、それぞれ、鉛直方向に貫通する縦穴１０ａ，１２ａ，１６ａ，１８ａが形成されている。縦穴１０ａの下端と縦穴１２ａの上端とは連結されており、縦穴１２ａの下端と縦穴１６ａの上端とは連結されており、縦穴１６ａの下端と縦穴１８ａの上端とは連結されている。
【００２８】
縦穴１０ａの上端には、配管等を介して供給制御装置（供給手段）２０が接続されている。この供給制御装置２０には、更に配管等を介して第１のタンク２２及び第２のタンク２４が接続されている。
【００２９】
第１のタンク２２には、過マンガン酸塩、酸化力を有する無機塩類、及び水を含有する研磨液が貯留されている。一方、第２のタンク２４には、過マンガン酸塩、ｐＨ調整剤、及び水を含有する研磨液が貯留されている。供給制御装置２０は、第１のタンク２２及び第２のタンク２４に貯留されている研磨液の一方を選択的に供給する。
【００３０】
供給制御装置２０から縦穴１０ａに送られた研磨液１５は、研磨パッド１８の下面中央に形成された縦穴１８ａの開口から、ＳｉＣ基板１１と研磨パッド１８との接触部に供給される。チャックテーブル４及びスピンドル１０を回転させつつ、研磨ホイール１４を下降させ、研磨液１５を供給しながらＳｉＣ基板１１の上面に研磨パッド１８の下面を接触させることで、ＳｉＣ基板１１を研磨できる。
【００３１】
本実施形態に係るＳｉＣ基板の研磨方法では、まず、過マンガン酸塩、酸化力を有する無機塩類、及び水を含有する研磨液を使用してＳｉＣ基板１１を研磨する第１の研磨工程を実施する。
【００３２】
具体的には、第１のタンク２２に貯留されている研磨液（過マンガン酸塩、酸化力を有する無機塩類、及び水を含有する研磨液）がＳｉＣ基板１１と研磨パッド１８との接触部に供給されるように供給制御装置２０で制御しながら、ＳｉＣ基板１１を研磨する。あらかじめ設定された任意の研磨量までＳｉＣ基板１１が研磨されると、第１の研磨工程は終了する。なお、この第１の研磨工程で使用される研磨液には、砥粒を混合しても良い。
【００３３】
第１の研磨工程の後には、過マンガン酸塩、ｐＨ調整剤、及び水を含有する研磨液を使用してＳｉＣ基板１１を仕上げ研磨する第２の研磨工程を実施する。具体的には、第２のタンク２４に貯留されている研磨液（過マンガン酸塩、ｐＨ調整剤、及び水を含有する研磨液）がＳｉＣ基板１１と研磨パッド１８との接触部に供給されるように供給制御装置２０で制御しながら、ＳｉＣ基板１１を研磨する。
【００３４】
すなわち、ＳｉＣ基板１１と研磨パッド１８との接触部に供給する研磨液を、第１の研磨工程と第２の研磨工程とで切り替えて、あらかじめ設定された任意の研磨量までＳｉＣ基板１１が研磨されると、第２の研磨工程は終了する。なお、この第２の研磨工程で使用される研磨液には、砥粒を混合しても良い。
【００３５】
上述した第１の研磨工程では、過マンガン酸塩、酸化力を有する無機塩類、及び水を含有する研磨液を使用するので、研磨効率を高く維持できる。一方、第２の研磨工程では、過マンガン酸塩、ｐＨ調整剤、及び水を含有する研磨液を使用するので、結晶格子の乱れを抑制できる。なお、第１の研磨工程の研磨量と第２の研磨工程の研磨量とは、研磨の効率や品質を共に高い水準で維持できるように調整すると良い。
【００３６】
以上のように、本実施形態に係る研磨液は、過マンガン酸塩、ｐＨ調整剤、及び水を含有するので、過マンガン酸塩、酸化力を有する無機塩類、及び水を含有する研磨液と比較して、ＳｉＣ基板１１を研磨する際の結晶格子の乱れを抑制できる。
【００３７】
また、本実施形態に係るＳｉＣ基板の研磨方法では、過マンガン酸塩、酸化力を有する無機塩類、及び水を含有する研磨液を用いてＳｉＣ基板を研磨した後に、過マンガン酸塩、ｐＨ調整剤、及び水を含有する研磨液を用いてＳｉＣ基板１１を仕上げ研磨するので、研磨の効率を高く維持しながら結晶格子の乱れを抑制できる。
【００３８】
次に、本発明の効果を確認するために行った実験について説明する。本実験では、第２の研磨工程で使用される研磨液（第２の研磨液）の過マンガン酸塩及びｐＨ調整剤の含有量と、研磨後のＳｉＣ基板の品質との関係を確認した。
【００３９】
具体的には、第１の研磨工程後のＳｉＣ基板に対して、過マンガン酸塩及びｐＨ調整剤の含有量が異なる研磨液を用いて第２の研磨工程を実施した。なお、第１の研磨工程では、過マンガン酸カリウムを０．５質量％、酸化力を有する無機塩類を０．２質量％含む研磨液を使用している。図２は、第１の研磨工程で用いられる研磨液が含有する酸化力を有する無機塩類と研磨レートとの関係を示すグラフである。いずれの場合にも、十分な研磨レートが得られている。
【００４０】
第２の研磨工程では、過マンガン酸カリウム（過マンガン酸塩）、リン酸（Ｐｈ調整剤）及び水を混合した研磨液Ａ、又は、過マンガン酸ナトリウム（過マンガン酸塩）、リン酸（Ｐｈ調整剤）及び水を混合した研磨液Ｂを用いている。
【００４１】
研磨液Ａでは、水に対して０．１質量％〜５．０質量％の過マンガン酸カリウムと０．０１質量％〜２．０質量％のリン酸とを混合し、かつ、リン酸に対する過マンガン酸カリウムのモル比を０．１〜２．５とする場合に、良好な研磨品質を得られるのが分かった。
【００４２】
同様に、研磨液Ｂでも、水に対して０．１質量％〜５．０質量％の過マンガン酸ナトリウムと０．０１質量％〜２．０質量％のリン酸とを混合し、かつ、リン酸に対する過マンガン酸ナトリウムのモル比を０．１〜２．５とする場合に、良好な研磨品質を得られるのが分かった。
【００４３】
なお、上記実施形態に係る構成、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。
【符号の説明】
【００４４】
２  研磨装置
４  チャックテーブル
４ａ  流路
６  保持板
６ａ  保持面
８  研磨ユニット
１０  スピンドル
１０ａ  縦穴
１２  ホイールマウント
１２ａ  縦穴
１４  研磨ホイール
１６  ホイール基台
１６ａ  縦穴
１８  研磨パッド
１８ａ  縦穴
２０  供給制御装置（供給手段）
２２  第１のタンク
２４  第２のタンク
１１  ＳｉＣ基板
１３  フィルム
１５  研磨液
【図１】
0006448314.tif 000002
【図２】
0006448314.tif 000003