特開 2023-166263 化合物半導体基板研磨用の研磨液、及び、化合物半導体基板の研磨方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023166263

(43)【公開日】2023-11-21

(54)【発明の名称】化合物半導体基板研磨用の研磨液、及び、化合物半導体基板の研磨方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20231114BHJP

   B24B 37/00 20120101ALI20231114BHJP

   C09K 3/14 20060101ALI20231114BHJP

   C09G 1/02 20060101ALI20231114BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 622C

H01L21/304 622W

B24B37/00 H

C09K3/14 550Z

C09G1/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022077190

(22)【出願日】2022-05-09

(71)【出願人】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】100075384

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 昂

(74)【代理人】

【識別番号】100172281

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100206553

【弁理士】

【氏名又は名称】笠原 崇廣

(74)【代理人】

【識別番号】100189773

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 英哲

(74)【代理人】

【識別番号】100184055

【弁理士】

【氏名又は名称】岡野 貴之

(74)【代理人】

【識別番号】100185959

【弁理士】

【氏名又は名称】今藤 敏和

(72)【発明者】

【氏名】酒井 歩

【テーマコード（参考）】

3C158

5F057

【Ｆターム（参考）】

3C158AA07

3C158CA01

3C158CB03

3C158CB10

3C158DA17

3C158EA26

3C158EB01

3C158EB09

3C158ED21

3C158ED26

5F057AA28

5F057BA11

5F057BB06

5F057BB07

5F057BB09

5F057CA11

5F057DA03

5F057EA02

5F057EA03

5F057EA17

5F057EA21

5F057EA29

5F057EA32

5F057EA35

5F057EB07

5F057EB10

5F057FA13

5F057FA28

5F057FA42

(57)【要約】

【課題】研磨液として過マンガン酸カリウム及び硝酸セリウムアンモニウムを用いる場合よりも高い研磨レートを実現する。
【解決手段】化合物半導体基板研磨用の研磨液であって、過マンガン酸塩と、強酸及び遷移金属元素が化合した水溶性化合物と、が溶解した水溶液を備え、遷移金属元素は、第３族元素、ランタノイド、及び、第４族元素のうち少なくとも１種類の元素を含み、水溶液に含まれるアンモニウムイオン及びアンモニアの濃度は、第３族元素、ランタノイド、及び、第４族元素の濃度以下である化合物半導体基板研磨用の研磨液を提供する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

化合物半導体基板研磨用の研磨液であって、
過マンガン酸塩と、強酸及び遷移金属元素が化合した水溶性化合物と、が溶解した水溶液を備え、
該遷移金属元素は、第３族元素、ランタノイド、及び、第４族元素のうち少なくとも１種類の元素を含み、
該水溶液に含まれるアンモニウムイオン及びアンモニアの濃度は、該第３族元素、該ランタノイド、及び、該第４族元素の濃度以下であることを特徴とする化合物半導体基板研磨用の研磨液。

【請求項2】

該過マンガン酸塩の濃度は０．６ｗｔ％以上であり、該水溶性化合物の濃度は０．３ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体基板研磨用の研磨液。

【請求項3】

該過マンガン酸塩の濃度は４．８ｗｔ％以下であり、該水溶性化合物の濃度は２．４ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の化合物半導体基板研磨用の研磨液。

【請求項4】

化合物半導体基板を研磨する化合物半導体基板の研磨方法であって、
該化合物半導体基板を研磨装置のチャックテーブルで保持する保持工程と、
該化合物半導体基板の一面に対して砥粒を有する研磨パッドを接触させた状態で、該研磨パッドから該化合物半導体基板に研磨液を供給しながら該化合物半導体基板を研磨する研磨工程と、
を備え、
該研磨液は、
過マンガン酸塩と、強酸及び遷移金属元素が化合した水溶性化合物と、が溶解した水溶液を備え、
該遷移金属元素は、第３族元素、ランタノイド、及び、第４族元素のうち少なくとも１種類の元素を含み、
該水溶液に含まれるアンモニウムイオン及びアンモニアの濃度は、該第３族元素、該ランタノイド、及び、該第４族元素の濃度以下であることを特徴とする化合物半導体基板の研磨方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、化合物半導体基板研磨用の研磨液と、化合物半導体基板の研磨方法と、に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、シリコン単結晶基板を用いて形成されている従来のデバイスに比べて高耐圧であり且つ大電流を制御可能なパワーデバイスが注目されている。パワーデバイスは、例えば、ＳｉＣ（炭化ケイ素）単結晶基板の一面側に形成される。

【0003】

ＳｉＣ単結晶基板の一面側にデバイスを形成する前には、当該一面側にＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing。即ち、化学機械研磨）を施すことが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の研磨方法では、チャックテーブルでＳｉＣ単結晶基板を吸引保持した状態で、固定砥粒パッドとＳｉＣ単結晶基板との間に研磨液を供給しながらＳｉＣ単結晶基板を研磨する。

【0004】

特許文献１では、特に、過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ_４）と硝酸セリウムアンモニウム（（ＮＨ_４）_２Ｃｅ（ＮＯ_３）_６）とを研磨液に用いることで、研磨レートを最も高くできる旨が記載されている。

【0005】

例えば、特許文献１では、研磨パッドの回転数（即ち、スピンドルの回転数）を４９５ｒｐｍ、チャックテーブルの回転数を５００ｒｐｍ、研磨パッドからチャックテーブルへの圧力を１ｋｇｆ／ｃｍ^２、３％の過マンガン酸カリウム及び０．１６％の硝酸セリウムアンモニウムを有する研磨液の流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎとした場合に、１９７ｎｍ／ｍｉｎの研磨レートを達成できたことが記載されている。研磨レートにおいて、１９７ｎｍ／ｍｉｎは、１１．８２μｍ／ｈに相当する。また、圧力において、１ｋｇｆ／ｃｍ^２は、約９８ｋＰａに相当する。

【0006】

従来は、４インチ（約１００ｍｍ）のＳｉＣ単結晶基板に対して上述の研磨が行われていたが、４インチを超える径を有する基板を研磨するための研磨装置では、研磨装置の性能上、５０ｋＰａを超える圧力を印加できないという場合がある。

【0007】

プレストンの法則に従う研磨では、圧力に応じて研磨レートが増加するが、従来に比べてＳｉＣ単結晶基板に印加する圧力を下げたとしても、従来の研磨レートを超える高い研磨レートを実現することが求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１２－２５３２５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は係る問題点に鑑みてなされたものであり、研磨液を改良することにより従来よりも高い研磨レートを実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一態様によれば、化合物半導体基板研磨用の研磨液であって、過マンガン酸塩と、強酸及び遷移金属元素が化合した水溶性化合物と、が溶解した水溶液を備え、該遷移金属元素は、第３族元素、ランタノイド、及び、第４族元素のうち少なくとも１種類の元素を含み、該水溶液に含まれるアンモニウムイオン及びアンモニアの濃度は、該第３族元素、該ランタノイド、及び、該第４族元素の濃度以下である化合物半導体基板研磨用の研磨液が提供される。

【0011】

好ましくは、該過マンガン酸塩の濃度は０．６ｗｔ％以上であり、該水溶性化合物の濃度は０．３ｗｔ％以上である。

【0012】

また、好ましくは、該過マンガン酸塩の濃度は４．８ｗｔ％以下であり、該水溶性化合物の濃度は２．４ｗｔ％以下である。

【0013】

本発明の他の態様によれば、化合物半導体基板を研磨する化合物半導体基板の研磨方法であって、該化合物半導体基板を研磨装置のチャックテーブルで保持する保持工程と、該化合物半導体基板の一面に対して砥粒を有する研磨パッドを接触させた状態で、該研磨パッドから該化合物半導体基板に研磨液を供給しながら該化合物半導体基板を研磨する研磨工程と、を備え、該研磨液は、過マンガン酸塩と、強酸及び遷移金属元素が化合した水溶性化合物と、が溶解した水溶液を備え、該遷移金属元素は、第３族元素、ランタノイド、及び、第４族元素のうち少なくとも１種類の元素を含み、該水溶液に含まれるアンモニウムイオン及びアンモニアの濃度は、該第３族元素、該ランタノイド、及び、該第４族元素の濃度以下である化合物半導体基板の研磨方法が提供される。

【発明の効果】

【0014】

本発明の一態様に係る研磨液は、過マンガン酸塩と、強酸及び遷移金属元素が化合した水溶性化合物と、が溶解した水溶液を備える。遷移金属元素は、第３族元素、ランタノイド、及び、第４族元素のうち少なくとも１種類の元素を含む。

【0015】

特に、研磨液に含まれるアンモニウムイオン及びアンモニアの濃度は、第３族元素、ランタノイド、及び、第４族元素の酸化物の濃度以下である。それゆえ、アンモニウムイオン及びアンモニアがこの濃度を超える場合に比べて、過マンガン酸イオンによる化合物半導体基板の一面に対する酸化作用を高く維持できる。

【0016】

化合物半導体基板の一面側が酸化されれば、当該一面側が酸化されていない場合に比べて、酸化された当該一面側を研磨パッドでスムーズに削り取ることができる。この様にアンモニウムイオン及びアンモニアの濃度を低くすることで、研磨液として過マンガン酸カリウム及び硝酸セリウムアンモニウムを用いる場合に比べて、高い研磨レートを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】研磨装置の一部断面側面図である。

【図2】研磨方法のフロー図である。

【図3】従来の研磨液と本実施形態の研磨液と比較した実験結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。まず、本実施形態の研磨液１（図１参照）について説明する。研磨液１は、過マンガン酸塩と、水溶性化合物と、が溶解した水溶液を含む。

【0019】

過マンガン酸塩としては、過マンガン酸ナトリウム（ＮａＭｎＯ_４）、過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ_４）等が用いられる。なお、後述する様に、過マンガン酸塩としては、過マンガン酸カリウムの溶解度に比べて水への溶解度が高い過マンガン酸ナトリウムを用いる方が好ましい。

【0020】

また、過マンガン酸塩は、過マンガン酸銀（ＡｇＭｎＯ_４）、過マンガン酸亜鉛（Ｚｎ（ＭｎＯ_４）_２）、過マンガン酸マグネシウム（Ｍｇ（ＭｎＯ_４）_２）、過マンガン酸カルシウム（Ｃａ（ＭｎＯ_４）_２）、過マンガン酸バリウム（Ｂａ（ＭｎＯ_４）_２）等の金属陽イオンを含む過マンガン酸塩であってもよい。

【0021】

水溶性化合物としては、（ｉ）強酸と第３族元素とが化合した水溶性化合物、（ｉｉ）強酸とランタノイドとが化合した水溶性化合物、又は、（ｉｉｉ）強酸と第４族元素とが化合した水溶性化合物、が用いられる。

【0022】

強酸としては、硝酸（ＨＮＯ_３）、塩酸（ＨＣｌ）、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）等を挙げることができるが、強酸はこの３種類のみに限定されない。

【0023】

（１）第３族元素としては、例えば、イットリウム（Ｙ）を、（２）ランタノイドとしては、例えば、ランタン（Ｌａ）及びセリウム（Ｃｅ）を、また、（３）第４族元素としては、例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）を、それぞれ挙げることができる。

【0024】

強酸として硝酸（ＨＮＯ_３）を用いる場合、（１）硝酸イットリウム（Ｙ（ＮＯ_３）_３）、（２）硝酸ランタン（Ｌａ（ＮＯ_３）_３）、硝酸セリウム（Ｃｅ（ＮＯ_３）_３）、及び、（３）硝酸ジルコニル（オキシ硝酸ジルコニウムとも呼ばれる）（ＺｒＯ（ＮＯ_３）_２）の各々が、水溶性化合物として用いられる。

【0025】

強酸として塩酸（ＨＣｌ）を用いる場合、（１）塩化イットリウム（ＹＣｌ_３）、（２）塩化ランタン（ＬａＣｌ_３）、塩化セリウム（ＣｅＣｌ_３）、及び、（３）塩化ジルコニル（酸化塩化ジルコニウム又はジルコニウムオキシクロリドとも呼ばれる）（ＺｒＯＣｌ_２）の各々が、水溶性化合物として用いられる。

【0026】

強酸として硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）を用いる場合、（１）硫酸イットリウム（Ｙ_２（ＳＯ_４）_３）、（２）硫酸ランタン（Ｌａ_２（ＳＯ_４）_３）、硫酸セリウム（Ｃｅ（ＳＯ_４）_２）、及び、（３）硫酸ジルコニル（硫酸ジルコニウムとも呼ばれる）（ＺｒＯＳＯ_４）の各々が、水溶性化合物として用いられる。

【0027】

過マンガン酸塩と、水溶性化合物と、が溶解した水溶液を含む研磨液１は、強酸性（例えば、ｐＨが３未満の所定値）であり、図１に示す様に、化合物半導体基板（被加工物）１１を研磨する際に使用される。即ち、研磨液１は、化合物半導体基板研磨用である。

【0028】

化合物半導体基板１１は、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）の単結晶基板であるが、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の他の化合物半導体の単結晶基板であってもよい。

【0029】

特に、研磨液１は強酸性であり、化合物半導体を研磨する際に使用される。これに対して、シリコン単結晶基板は、一般的に、アルカリ性条件下で研磨が行われるので、シリコン単結晶基板の研磨には、研磨液１は通常用いられない。

【0030】

なお、研磨液１は、上述の過マンガン酸塩と水溶性化合物とが溶解した水溶液に加えて、ｐＨ調整剤、粘度調整剤、防錆剤、防腐剤等の添加剤や、遊離砥粒（例えば、シリカ（ＳｉＯ_２）製の砥粒）を更に含んでもよい。

【0031】

次に、化合物半導体基板１１であるＳｉＣ単結晶基板に対して、過マンガン酸ナトリウム（ＮａＭｎＯ_４）と、硝酸ランタン（Ｌａ（ＮＯ_３）_３）と、が溶解した水溶液を含む研磨液１で化学機械研磨を施すときのメカニズムについて説明する。なお、次に説明するメカニズムは、出願人の推測であり、実際のメカニズムは異なる可能性がある。

【0032】

まず、化合物半導体基板１１の一面１１ａ（図１参照）に対して研磨液１が供給されると、過マンガン酸（即ち、酸化剤）の酸化作用により一面１１ａ側のＳｉ原子が酸化されて、ＳｉＯ_２（酸化シリコン）層が形成される。

【0033】

なお、ＳｉＣ単結晶基板のＣ原子は、カルボキシル基、二酸化炭素等に変化する。カルボキシル基は、Ｌａ^３＋や砥粒に配位して化合物半導体基板１１から引き抜かれる。また、二酸化炭素は、炭酸イオンとして研磨液１に溶解したり、気体となり研磨液１から外に排出されたりする。

【0034】

一面１１ａ側に形成されたＳｉＯ_２層は、ＳｉＣの結晶面に比べて柔らかい。ＳｉＯ_２層が砥粒により物理的に削り取られることで、新たなＳｉＣの結晶面が露出する。これ以降、同様に、酸化によるＳｉＯ_２層の形成と、砥粒による物理的な削り取りとが、交互に繰り返される。

【0035】

この様に、研磨液１を用いて一面１１ａ側の研磨を進行させるためには、研磨液１において化合物半導体基板１１の一面１１ａを酸化する能力を十分に発揮させる必要がある。

【0036】

本実施形態では、主として過マンガン酸で一面１１ａ側を酸化する。過マンガン酸は、ｐＨが高いとき（即ち、中性又はアルカリ性条件下）よりも、ｐＨが低いとき（即ち、酸性条件下）に酸化力が強くなる。

【0037】

本実施形態では、強酸及び遷移金属元素が化合した水溶性化合物を用いて研磨液１を強酸性に維持することで、過マンガン酸の酸化能力を十分に発揮させることができる。

【0038】

これに対して、従来の様に、過マンガン酸カリウムと硝酸セリウムアンモニウムとが溶解した水溶液を用いる場合、過マンガン酸がアンモニウムイオン（ＮＨ^４＋）及びアンモニア（ＮＨ_３）を酸化することで、研磨液１中の過マンガン酸が消費されると考えられる。

【0039】

それゆえ、一面１１ａ側を酸化する過マンガン酸の数が減るので、過マンガン酸の酸化能力が相対的に弱くなると考えられる。一面１１ａ側の酸化が進行し難くなると、砥粒による削り取りが進み難くなり、結果として研磨レートが低下すると考えられる。

【0040】

翻って、本実施形態の水溶性化合物は、上述の様に、アンモニウムイオン及びアンモニアを含んでいない（即ち、略０ｗｔ％である）。それゆえ、過マンガン酸カリウム及び硝酸セリウムアンモニウムを有する従来の研磨液に比べると、研磨液１に含まれるアンモニウムイオン及びアンモニアの濃度は、第３族元素、ランタノイド、及び、第４族元素の濃度以下となる。

【0041】

例えば、本実施形態の研磨液１において、アンモニウムイオンの濃度はイオンクロマトグラフィーの定量下限値以下であり、略０ｗｔ％である。但し、研磨を行うクリーンルーム内に存在するアンモニウムイオンが研磨液１に微量に溶解する可能性があるので、研磨液１中のアンモニウムイオンは完全に０ｗｔ％ではないかもしれない。

【0042】

しかし、本実施形態の研磨液１には、製造時に原材料としてアンモニア、アンモニウムイオン等の塩基性物質及び塩基性イオンが意図的に添加されていない。それゆえ、研磨液１では、従来の研磨液に比べて、過マンガン酸の酸化能力を十分に発揮させることができる。

【0043】

次に、研磨液１を用いた化合物半導体基板１１の研磨方法について説明する。まずは、使用する研磨装置２について説明する。図１は、研磨装置２の一部断面側面図である。なお、図１に示すＺ軸方向は、鉛直方向と略平行である。

【0044】

研磨装置２は、円盤状のチャックテーブル４を有する。チャックテーブル４の下面側には、長手方向がＺ軸方向に沿って配置された回転軸（不図示）が連結されている。回転軸には、従動プーリ（不図示）が設けられている。

【0045】

チャックテーブル４の近傍には、モータ等の回転駆動源（不図示）が設けられている。回転駆動源の出力軸には、駆動プーリ（不図示）が設けられている。駆動プーリ及び従動プーリには、無端ベルト（不図示）がかけられており、回転駆動源の動力はチャックテーブル４の回転軸に伝達される。

【0046】

回転駆動源が動作すると、チャックテーブル４は回転軸の周りで回転する。チャックテーブル４、回転駆動源等は、所定方向（例えば、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向）に沿って移動可能な移動板（不図示）で支持されている。

【0047】

移動板は、ボールねじ式の移動機構（不図示）により、チャックテーブル４、回転駆動源等と共に、Ｘ軸方向に沿って移動可能である。チャックテーブル４は、セラミックスで形成された円盤状の枠体６を有する。枠体６の上部には、円盤状の凹部が形成されている。

【0048】

この凹部には多孔質セラミックス等で形成された円盤状のポーラス板８が固定されている。ポーラス板８の上面と、枠体６の上面とは、面一となっており、略平坦な保持面４ａを形成している。

【0049】

ポーラス板８は、枠体６中に形成されている流路６ａ、６ｂを介して、真空ポンプ等の吸引源（不図示）に接続されている。吸引源を動作させれば、ポーラス板８の上面には負圧が伝達される。

【0050】

保持面４ａ上には、化合物半導体基板１１が載置される。図１に示す化合物半導体基板１１の他面１１ｂには、汚染、衝撃等を防ぐために、樹脂で形成された円形の保護テープ１３が貼り付けられている。

【0051】

化合物半導体基板１１は、他面１１ｂとは反対側に位置する一面１１ａが上方を向く様に、他面１１ｂ側が保護テープ１３を介して保持面４ａで吸引保持される。保持面４ａの上方には、研磨ユニット１０が配置されている。

【0052】

研磨ユニット１０は、円筒状のスピンドルハウジング（不図示）を有する。スピンドルハウジングの長手方向は、Ｚ軸方向と略平行に配置されている。スピンドルハウジングには、研磨ユニット１０をＺ軸方向に沿って移動させるボールねじ式のＺ軸方向移動ユニット（不図示）が連結されている。

【0053】

スピンドルハウジング内には、円柱状のスピンドル１２の一部が回転可能に収容されている。スピンドル１２の長手方向は、Ｚ軸方向と略平行に配置されている。スピンドル１２における上側の一部には、スピンドル１２を回転させるためのモータ等の回転駆動源（不図示）が設けられている。

【0054】

スピンドル１２の下端部には、円盤状のマウント１４の上面の中心部が連結されている。マウント１４は、保持面４ａの径よりも大きな径を有する。マウント１４の下面には、マウント１４と略同径の円盤状の研磨工具１６が装着されている。

【0055】

研磨工具１６は、マウント１４の下面に連結された円盤状の基台（プラテンとも称される）１８を有する。基台１８は、ステンレス鋼等の金属で形成されている。基台１８の下面には、基台１８と略同径の研磨パッド２０が固定されている。

【0056】

研磨パッド２０は、硬質発泡ウレタン樹脂で形成された本体部を有する。この本体部には、シリカ製の砥粒２０ａが固定されている。つまり、研磨パッド２０は、所謂、固定砥粒パッドである。なお、図１では、砥粒２０ａが研磨パッド２０に規則的に配置されているが、実際には、砥粒２０ａは研磨パッド２０においてランダムに配置されている。

【0057】

ところで、研磨パッド２０においては、硬質発泡ウレタン樹脂に代えて、他の硬質発泡樹脂や、不織布を用いてもよい。また、研磨パッド２０には、砥粒２０ａが固定されていなくてもよい。この場合、研磨液１に遊離砥粒が分散される。

【0058】

研磨パッド２０、基台１８、マウント１４及びスピンドル１２の径方向の中心位置は、略一致しており、これらの中心位置を通る様に、円柱状の貫通孔２２が形成されている。貫通孔２２の上端部は、導管２６ａにより研磨液供給源２６に接続されている。

【0059】

研磨液供給源２６は、研磨液１の貯留槽（不図示）、貯留槽から研磨液１を導管２６ａへ送るためのポンプ（不図示）等を備える。研磨液供給源２６から供給される研磨液１は、貫通孔２２を介して研磨パッド２０の中央部へ供給される。

【0060】

図２は、化合物半導体基板１１を研磨する際の研磨方法のフロー図である。なお、本例の化合物半導体基板１１は、直径６インチ（約１５０ｍｍ）のＳｉＣ単結晶基板である。一面１１ａを研磨する際には、まず、一面１１ａが上方に露出する様に、１つの化合物半導体基板１１をチャックテーブル４上に載置する。

【0061】

そして、化合物半導体基板１１の他面１１ｂ側を保持面４ａで吸引保持する（保持工程Ｓ１０）。本実施形態の一面１１ａはＳｉ面であり且つ他面１１ｂはＣ面であるが、一面１１ａがＣ面であり且つ他面１１ｂがＳｉ面であってもよい。

【0062】

次に、研磨工程Ｓ２０を行う。研磨工程Ｓ２０では、チャックテーブル４を所定方向に回転させると共に、スピンドル１２も所定方向に回転させる。回転数は、例えば、チャックテーブル４を７５０ｒｐｍとし、スピンドル１２（即ち、研磨工具１６）を７４５ｒｐｍとする。

【0063】

この様に、チャックテーブル４及びスピンドル１２のうち一方の回転数が偶数となり、他方の回転数が奇数となる様に速度差を設定することで、チャックテーブル４及びスピンドル１２の回転数を同じ値とした場合の様に一面１１ａ及び研磨パッド２０の同じ領域が所定時間継続して接触し続けることを防止できる。

【0064】

また、本実施形態では、被研削面（一面１１ａ）を上向き（即ち、ファイスアップ）とし、被研削面の上方から被研削面に研磨液１を供給するので、チャックテーブル４を１２０ｒｐｍ超としても、被研削面に適切に研磨液１を供給できる。

【0065】

これに対して、被研削面を下向き（即ち、フェイスダウン）とする場合、図１に示す研磨パッド２０の位置に化合物半導体基板１１が配置され、図１に示すチャックテーブル４の位置に研磨パッド２０が配置され、化合物半導体基板１１と接していない研磨パッド２０の所定領域に上方から研磨液１が供給される。

【0066】

しかし、この様に被研削面を下向き（即ち、フェイスダウン）とする場合、研磨パッド２０の回転数を１２０ｒｐｍ超とすると、研磨パッド２０に供給された研磨液１が遠心力により研磨パッド２０外へ飛散するので、被研削面に研磨液１が適切に供給されない。その結果、研磨パッド２０の回転数を上げても研磨レートが増加し難い（即ち、プレストンの法則に従わない）。

【0067】

本実施形態では、ファイスアップ方式を採用することで、１２０ｒｐｍを超える高速回転を行っても適切に被研削面に研磨液１を供給できる。また、チャックテーブル４及びスピンドル１２の回転数を上げるほど、研磨レートを増加させることができる。即ち、プレストンの法則に従う研磨を実現できる。

【0068】

研磨液１の流量は、０．１Ｌ／ｍｉｎ以上０．３Ｌ／ｍｉｎ以下（例えば、０．２Ｌ／ｍｉｎ）とする。また、研磨パッド２０が化合物半導体基板１１を押圧する圧力は、３０ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下（例えば、４０ｋＰａ）とする。

【0069】

しかし、本実施形態の研磨は、プレストンの法則に従うので、研磨の態様に応じて圧力を適宜高くしても低くしてもよい。但し、研磨装置２の性能上、圧力は、５０ｋＰａ以下、より好ましくは、４０ｋＰａ以下とする。

【0070】

研磨工程Ｓ２０では、一面１１ａに対して研磨パッド２０を接触させた状態で、チャックテーブル４及びスピンドル１２を回転させると共に研磨パッド２０から化合物半導体基板１１に研磨液１を供給しながら化合物半導体基板１１を研磨する。このとき、上述した化学機械研磨のメカニズムに従い、一面１１ａ側が研磨される。

【0071】

なお、研磨工程Ｓ２０では、Ｘ軸方向移動機構により、所定距離の範囲でチャックテーブル４をＸ軸方向に沿って揺動させてもよい。即ち、研磨工程Ｓ２０では、チャックテーブル４を＋Ｘ方向に所定距離移動させた後、－Ｘ方向に所定距離移動させるという動作を繰り返してもよい。

【0072】

所定距離は、化合物半導体基板１１の半径よりも小さく、より好ましくは、化合物半導体基板１１の直径の１／１０よりも小さい。化合物半導体基板１１の直径が６インチ（約１５０ｍｍ）である本実施形態では、所定距離を１０ｍｍとする。

【0073】

この様に、研磨工程Ｓ２０でチャックテーブル４の揺動を行うことで、揺動させない場合に比べて、一面１１ａ側をより均一に研磨できる（例えば、ＴＴＶ（total thickness variation）をより低くできる）という利点がある。

【0074】

（第１の実験）次に、図３を参照し、第１の実験について説明する。図３は、従来の研磨液（実験例１及び実験例２）と、本実施形態の研磨液１（実験例３及び実験例４）と、の研磨レートを比較した実験結果を示す図である。

【0075】

図３の実験例１から実験例４では、株式会社アドマテックス製のシリカ砥粒（製品名：ＳＯ－Ｅ２、粒径は０．４μｍから０．６μｍ）が硬質発泡ウレタン樹脂のパッドに固定された固定砥粒方式の研磨パッド２０を用いた。また、研磨条件を下記の様にした。

【0076】

チャックテーブル４の回転数：７５０ｒｐｍ
研磨パッド２０の回転数 ：７４５ｒｐｍ
研磨液の流量 ：０．２Ｌ／ｍｉｎ
研磨パッド２０からの圧力 ：３９．２ｋＰａ
研磨時間 ：６２０ｓ
化合物半導体基板１１ ：ＳｉＣ単結晶基板
化合物半導体基板１１の径 ：６インチ（約１５０ｍｍ）
被研磨面 ：Ｓｉ面

【0077】

実験例１（従来例）では、６０ｇの硝酸セリウムアンモニウムを十分な量の純水に添加し、これに１２０ｇの過マンガン酸カリウムを更に添加し、次いで、これを純水で１０Ｌ希釈した後、撹拌機を用いて１００ｒｐｍで３０分間撹拌することで、過マンガン酸カリウムが１．２ｗｔ％、硝酸セリウムアンモニウムが０．６ｗｔ％溶解した１０Ｌの研磨液を準備した。

【0078】

実験例２（従来例）では、６０ｇの硝酸セリウムアンモニウムを十分な量の純水に添加し、これに１２０ｇの過マンガン酸ナトリウムを更に添加し、次いで、これを純水で１０Ｌ希釈した後、撹拌機を用いて１００ｒｐｍで３０分間撹拌することで、過マンガン酸ナトリウムが１．２ｗｔ％、硝酸セリウムアンモニウムが０．６ｗｔ％溶解した１０Ｌの研磨液を準備した。

【0079】

実験例３（本実施形態の一例）では、７９．９４ｇの硝酸ランタン（ＩＩＩ）六水和物を十分な量の純水に添加し、これに１２０ｇの過マンガン酸カリウムを更に添加し、次いで、これを純水で１０Ｌ希釈した後、撹拌機を用いて１００ｒｐｍで３０分間撹拌することで、過マンガン酸カリウムが１．２ｗｔ％、硝酸ランタンが０．６ｗｔ％溶解した１０Ｌの研磨液１を準備した。

【0080】

実験例４（本実施形態の他の例）では、７９．９４ｇの硝酸ランタン（ＩＩＩ）六水和物を十分な量の純水に添加し、これに１２０ｇの過マンガン酸ナトリウムを更に添加し、次いで、これを純水で１０Ｌ希釈した後、撹拌機を用いて１００ｒｐｍで３０分間撹拌することで、過マンガン酸ナトリウムが１．２ｗｔ％、硝酸ランタンが０．６ｗｔ％溶解した１０Ｌの研磨液１を準備した。

【0081】

なお、実験例１から実験例４では、固定砥粒方式の研磨パッド２０を用いるので、研磨液に遊離砥粒は含まれていない。つまり、各濃度は、砥粒を含まない研磨液におけるｗｔ％を意味する。

【0082】

実験例１から実験例４では、上述の研磨条件に従ってＳｉＣ単結晶基板のＳｉ面側を研磨した。実験例１の研磨レートは５．２２μｍ／ｈとなり、実験例２の研磨レートは６．７８μｍ／ｈとなった。この様に、従来の研磨液を用いた実験例１及び実験例２では、目標とする研磨レート７．００μｍ／ｈには及ばなかった。

【0083】

これに対して、実験例３の研磨レートは８．０９μｍ／ｈとなり、実験例４の研磨レートは８．５３μｍ／ｈとなり、目標とする研磨レート７．００μｍ／ｈを超えることができた。

【0084】

上述の様にアンモニウムイオン及びアンモニアの濃度を低くすることで、従来の様に研磨液として過マンガン酸カリウム及び硝酸セリウムアンモニウムを用いる場合に比べて、高い研磨レートを実現できたと考えられる。

【0085】

また、過マンガン酸カリウムに比べて過マンガン酸ナトリウムを用いる方が、研磨レートが向上した理由は、過マンガン酸ナトリウムの溶解度が、過マンガン酸カリウムの溶解度よりも高いことに起因していると考えられる。

【0086】

例えば、２５℃、１００ｇの純水に対する過マンガン酸ナトリウム溶解度は６１．６ｇであるのに対して、２５℃、１００ｇの純水に対する過マンガン酸カリウムの溶解度は７．５ｇである。

【0087】

溶解度が高い方が過マンガン酸の数が増え、過マンガン酸の数が増えるほど、ＳｉＣ単結晶基板を酸化しやすいので、研磨レートの増加につながったと推測される。なお、これは出願人の推測であり、研磨レートの増加は、他の要因に起因する可能性もある。

【0088】

（第２の実験）次に、過マンガン酸ナトリウム及び硝酸ランタンが溶解した水溶液を含む研磨液１を用いて、化合物半導体基板１１であるＳｉＣ単結晶基板を研磨した実験結果を示す（表１及び表２参照）。

【0089】

なお、研磨条件は、研磨パッド２０から化合物半導体基板１１への圧力を４０．０ｋＰａとした以外、上述の研磨条件と同じ研磨条件とした。また、Ｓｉ面の研磨時間は上述と同様に６２０ｓとしたが、Ｃ面の研磨時間は１４０ｓとした。

【0090】

表１は、研磨液１中の過マンガン酸ナトリウム及び硝酸ランタンの各濃度に応じたＳｉ面の研磨レートを示す。

【0091】

【表1】

【0092】

表２は、研磨液１中の過マンガン酸ナトリウム及び硝酸ランタンに応じたＣ面の研磨レートを示す。

【0093】

【表2】

【0094】

表１及び表２から明らかな様に、過マンガン酸ナトリウムの濃度を０．６０ｗｔ％以上、且つ、硝酸ランタンの濃度を０．３０ｗｔ％以上とすれば、研磨が比較的難しいとされるＳｉ面を研磨する場合であっても、目標とする研磨レート７．００μｍ／ｈを達成できる。

【0095】

また、過マンガン酸ナトリウムの濃度を４．８０ｗｔ％以下、且つ、硝酸ランタンの濃度を２．４０ｗｔ％以下とすることで、研磨液１の材料費の増加を抑えつつ、十分な研磨レートを得ることができる。

【0096】

その他、上述の実施形態に係る構造、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。例えば、研磨液１に用いられ水溶性化合物は、硝酸ランタンに限定されない。

【0097】

硝酸イットリウム、硝酸セリウム、及び、硝酸ジルコニルを用いた場合でも、同様のメカニズムにより、硝酸セリウムアンモニウムを用いる場合に比べて、高い研磨レートを実現できることは合理的に推測できる。

【0098】

同様に、塩化イットリウム、塩化ランタン、塩化セリウム、及び、塩化ジルコニルを用いた場合や、硫酸イットリウム、硫酸ランタン、硫酸セリウム、及び、硫酸ジルコニルを用いた場合でも、硝酸セリウムアンモニウムを用いる場合に比べて、高い研磨レートを実現できることは合理的に推測できる。

【0099】

それゆえ、異なる族の遷移金属元素を組み合わせて研磨液１に用いてもよい。例えば、硝酸イットリウム、硝酸ランタン及び硝酸ジルコニルの２種類以上を適宜組み合わせて研磨液１に用いてもよい。即ち、研磨液１に用いる遷移金属元素は、第３族元素、ランタノイド、及び、第４族元素のうち少なくとも１種類の元素を含んでいればよい。

【0100】

また、硝酸と、第３族元素、ランタノイド、及び、第４族元素のうち少なくとも１種類の元素を含む遷移金属元素と、の水溶性化合物（即ち、硝酸系の水溶性化合物）と、硫酸と、第３族元素、ランタノイド、及び、第４族元素のうち少なくとも１種類の元素を含む遷移金属元素と、の水溶性化合物（即ち、硫酸系の水溶性化合物）と、を研磨液１において組み合わせてもよい。

【0101】

ところで、研磨工程Ｓ２０では、貫通孔２２から研磨液１を供給することに代えて、チャックテーブル４の径方向の外側に配置されたスプレーノズルから、化合物半導体基板１１と接していない研磨パッド２０の下面側の領域に研磨液１を噴き上げることで、研磨パッド２０から化合物半導体基板１１へ研磨液１を供給してもよい。

【符号の説明】

【0102】

１：研磨液、２：研磨装置、４：チャックテーブル、４ａ：保持面
６：枠体、６ａ、６ｂ：流路、８：ポーラス板
１０：研磨ユニット、１２：スピンドル、１４：マウント
１１：化合物半導体基板、１１ａ：一面、１１ｂ：他面、１３：保護テープ
１６：研磨工具、１８：基台、２０：研磨パッド、２０ａ：砥粒、２２：貫通孔
２６：研磨液供給源、２６ａ：導管
Ｓ１０：保持工程、Ｓ２０：研磨工程

【図1】

【図2】

【図3】