WO2012147605A1 - 非酸化物単結晶基板の研磨方法 - Google Patents

非酸化物単結晶基板の研磨方法 Download PDF

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polished
oxide single
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伊織 吉田
竹宮　聡
浩之 朝長
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    • H10D62/832—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group IV materials, e.g. B-doped Si or undoped Ge being Group IV materials comprising two or more elements, e.g. SiGe
    • H10D62/8325—Silicon carbide

Definitions

  • the present invention relates to a polishing method for polishing a non-oxide single crystal substrate. More specifically, the present invention relates to a polishing method suitable for finish polishing of a silicon carbide single crystal substrate or the like.
  • Silicon carbide (SiC) semiconductors have a higher breakdown electric field, electron saturation drift velocity, and thermal conductivity than silicon semiconductors, so silicon carbide semiconductors can be operated at higher temperatures and higher speeds than conventional silicon devices.
  • Research and development to realize power devices has been conducted.
  • the development of a highly efficient switching element used as a power source for driving a motor of an electric motorcycle, an electric vehicle, a hybrid car or the like has attracted attention.
  • a silicon carbide single crystal substrate having a smooth surface for epitaxial growth of a high-quality silicon carbide semiconductor layer is required.
  • Such a light-emitting element is manufactured using a gallium nitride (GaN) semiconductor, and a silicon carbide single crystal substrate is used as a substrate for forming a high-quality gallium nitride semiconductor layer.
  • GaN gallium nitride
  • a silicon carbide single crystal substrate for such applications requires high processing accuracy in terms of substrate flatness, substrate surface smoothness, and the like.
  • the silicon carbide single crystal has extremely high hardness and excellent corrosion resistance, the workability in producing a substrate is poor, and it is difficult to obtain a silicon carbide single crystal substrate having high smoothness.
  • a smooth surface of a semiconductor single crystal substrate is formed by polishing.
  • the surface is mechanically polished using abrasive grains such as diamond harder than silicon carbide as an abrasive to form a flat surface, but a silicon carbide single crystal substrate polished with diamond abrasive grains A minute scratch corresponding to the grain size of the diamond abrasive grains is introduced on the surface of the.
  • a work-affected layer having mechanical strain is generated on the surface, the smoothness of the surface of the silicon carbide single crystal substrate is not sufficient as it is.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • a polishing composition having a pH of 4 to 9 containing colloidal silica is known as an abrasive for polishing the surface of a silicon carbide single crystal substrate smoothly by CMP (see, for example, Patent Document 1).
  • a polishing composition containing silica abrasive grains, an oxidizing agent (oxygen donor) such as hydrogen peroxide, and a vanadate has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
  • a polishing composition comprising abrasive grains such as alumina, titania, ceria, zirconia, an oxidizing agent such as hydrogen peroxide, permanganate, periodate, and a dispersion medium has been proposed ( For example, see Patent Document 3).
  • Patent Document 4 a method has been proposed in which the surface of a silicon carbide single crystal substrate or the like is smoothly polished using a polishing pad containing abrasive grains in the presence of an oxidizing polishing liquid (see Patent Document 4).
  • the method described in Patent Document 4 has a problem that the polishing rate is not sufficient, and damage such as scratches and distortions is caused on the surface due to the strong mechanical action of the fixed abrasive grains.
  • a non-oxide single crystal substrate having a high hardness and high chemical stability such as a silicon carbide single crystal substrate, is polished at a high polishing rate and smoothed.
  • An object of the present invention is to provide a polishing method for obtaining a smooth surface.
  • a polishing liquid is supplied to a polishing pad that does not contain abrasive grains, the surface to be polished of the non-oxide single crystal substrate and the polishing pad are brought into contact with each other, A method of polishing by relative motion, wherein the polishing liquid contains an oxidizing agent containing a transition metal having an oxidation-reduction potential of 0.5 V or more and water, and does not contain abrasive grains.
  • the oxidizing agent is preferably permanganate ions. And it is preferable that content of the said permanganate ion in the said polishing liquid is 0.05 mass% or more and 5 mass% or less. Furthermore, the pH of the polishing liquid is preferably 11 or less, and more preferably 5 or less. Furthermore, the non-oxide single crystal substrate can be a silicon carbide single crystal substrate or a gallium nitride single crystal substrate.
  • the polished surface of a non-oxide single crystal substrate having high hardness and high chemical stability such as a silicon carbide single crystal substrate or a gallium nitride single crystal substrate is polished at a high polishing rate. And a flat and smooth surface to be polished can be obtained.
  • polishing is performed using a polishing liquid that does not contain abrasive grains, there is no risk of unstable supply of the polishing liquid due to agglomeration of abrasive grains, or scratches or the like on the surface to be polished. It can be performed.
  • the “surface to be polished” is a surface to be polished of an object to be polished, such as a surface.
  • the polishing liquid is supplied to a polishing pad that does not contain abrasive grains, and the surface to be polished of the non-oxide single crystal substrate, which is the object to be polished, contacts the polishing pad. And polishing by relative movement between the two.
  • a polishing liquid containing an oxidizing agent having a transition metal-containing oxidation-reduction potential of 0.5 V or more and water and not containing abrasive grains is used as the polishing liquid.
  • the polishing liquid used in the polishing method of the present invention does not contain abrasive grains, but contains an oxidizing agent having a high oxidizing power including a transition metal having an oxidation-reduction potential of 0.5 V or more. For this reason, even with the polishing method of the present invention in which a polishing liquid is supplied to a polishing pad that does not contain abrasive grains and polishing is performed, a non-oxide single crystal substrate having high hardness and high chemical stability, such as a SiC single crystal substrate.
  • the surface to be polished can be polished at a sufficiently high polishing rate, and a flat, smooth and excellent surface property can be obtained.
  • the pH of the polishing liquid is preferably 11 or less.
  • a pH adjuster can be added to the polishing liquid.
  • the pH of the polishing liquid is 11 or less, the oxidizing agent acts effectively, so the polishing rate is high and the polishing characteristics are good.
  • the oxidizing agent containing a transition metal and having an oxidation-reduction potential of 0.5 V or more, contained in the polishing liquid used in the present invention, is applied to an object to be polished (for example, a SiC single crystal substrate or a GaN single crystal substrate) described later.
  • An oxide layer is formed on the polished surface.
  • compound semiconductors such as SiC and GaN are non-oxides and are difficult to polish, but an oxidation layer is formed on the surface by an oxidizing agent containing a transition metal having a redox potential of 0.5 V or more in the polishing liquid.
  • Examples of the oxidizing agent containing a transition metal having a redox potential of 0.5 V or more contained in the polishing liquid include permanganate ions, vanadate ions, dichromate ions, cerium ammonium nitrate, iron nitrate (III )
  • permanganate ions include silver nitrate, phosphotungstic acid, silicotungstic acid, phosphomolybdic acid, phosphotungstomolybdic acid, phosphovanadomolybdic acid and the like.
  • permanganate ions are particularly preferred.
  • permanganate ions such as potassium permanganate and sodium permanganate is preferable.
  • permanganate ions are particularly preferable as an oxidizing agent in polishing a SiC single crystal substrate.
  • Permanganate ions have strong oxidizing power for oxidizing SiC single crystals. If the oxidizing power of the oxidizing agent is too weak, the reaction with the polished surface of the SiC single crystal substrate becomes insufficient, and as a result, a sufficiently smooth surface cannot be obtained.
  • An oxidation-reduction potential is used as an index of the oxidizing power with which an oxidizing agent oxidizes a substance.
  • the redox potential of permanganate ions is 1.70 V, and potassium perchlorate (KClO 4 ) (redox potential 1.20 V) or sodium hypochlorite (NaClO) (redox potential) generally used as an oxidizing agent. Compared with 1.63 V), the redox potential is high.
  • K Permanganate ions have a high reaction rate. Since permanganate ions have a higher oxidation reaction rate than hydrogen peroxide (oxidation-reduction potential: 1.76 V), which is known as an oxidizing agent with a strong oxidizing power, the oxidizing power is exerted quickly. it can.
  • Permanganate ions are safe and low in toxicity to the human body. (4) The permanganate is completely dissolved in water which is a dispersion medium described later. Therefore, the dissolution residue does not adversely affect the smoothness of the substrate.
  • the content (concentration) of permanganate ions in the polishing liquid is preferably 0.05% by mass or more and 5% by mass or less. If it is less than 0.05% by mass, the effect as an oxidizing agent cannot be expected, and it may take a very long time to form a smooth surface by polishing.
  • the content of permanganate ions exceeds 5% by mass, depending on the temperature of the polishing liquid, the permanganate may not be completely dissolved and precipitates, and the solid permanganate contacts the surface to be polished. May cause scratches.
  • the content of permanganate ions contained in the polishing liquid is more preferably 0.1% by mass or more and 4% by mass or less, particularly preferably 0.2% by mass or more and 3.5% by mass or less, and 1.0% by mass or more. 3.5 mass% or less is very preferable.
  • the polishing liquid used in the present invention includes silicon oxide (silica) particles, cerium oxide (ceria) particles, aluminum oxide (alumina) particles, zirconium oxide (zirconia) particles, and titanium oxide (titania) particles used as polishing abrasive grains. Etc. are substantially not contained. Since the polishing liquid does not contain abrasive grains, the polishing liquid can be used without paying attention to the dispersibility of the abrasive grains, and since the aggregation of the abrasive grains does not occur substantially, damage to the surface of the workpiece is suppressed. There is an advantage.
  • the pH of the polishing liquid used in the present invention is preferably 11 or less, more preferably 5 or less, and particularly preferably 3 or less from the viewpoint of polishing characteristics.
  • the pH is more than 11, not only a sufficient polishing rate cannot be obtained, but also the smoothness of the surface to be polished may be deteriorated.
  • the pH of the polishing liquid can be adjusted by adding or blending an acid or basic compound that is a pH adjusting agent.
  • acids include inorganic acids such as nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and hydrochloric acid, saturated carboxylic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid and butyric acid, hydroxy acids such as lactic acid, malic acid and citric acid, phthalic acid and salicylic acid.
  • Organic acids such as aromatic carboxylic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, fumaric acid, maleic acid and other dicarboxylic acids, amino acids, and heterocyclic carboxylic acids can be used.
  • nitric acid or phosphoric acid is preferable, and use of nitric acid is particularly preferable.
  • the basic compound quaternary ammonium compounds such as ammonia, lithium hydroxide, potassium hydroxide, sodium hydroxide and tetramethylammonium, and organic amines such as monoethanolamine, ethylethanolamine, diethanolamine and propylenediamine can be used.
  • Use of potassium hydroxide and sodium hydroxide is preferable, and potassium hydroxide is particularly preferable.
  • the content ratio (concentration) of these acids or basic compounds is an amount that adjusts the pH of the polishing liquid to a predetermined range (pH 11 or less, more preferably 5 or less, more preferably 3 or less).
  • the polishing liquid used in the present invention contains water as a dispersion medium.
  • Water is a medium for dispersing / dissolving the oxidant and optional components added as necessary.
  • blending component mixing of an impurity, pH, etc., a pure water, an ultrapure water, and ion-exchange water (deionized water) are preferable.
  • the polishing liquid used in the present invention is prepared and used so as to be in a mixed state in which the above-described components are contained in the predetermined ratio and uniformly dissolved.
  • a stirring and mixing method using a stirring blade usually used in the production of a polishing liquid can be employed.
  • the polishing liquid does not necessarily have to be supplied to the polishing site as a mixture of all the polishing components that are configured in advance. When supplying to a polishing place, polishing components may be mixed to form a polishing liquid composition.
  • a lubricant In the polishing liquid, a lubricant, a chelating agent, a reducing agent, a viscosity imparting agent or a viscosity modifier, a rust preventive agent, and the like can be appropriately contained as necessary unless contrary to the gist of the present invention.
  • these additives have the function of an oxidizing agent, an acid, or a basic compound, they are handled as an oxidizing agent, an acid, or a basic compound.
  • anionic, cationic, nonionic, amphoteric surfactants, polysaccharides, water-soluble polymers and the like can be used.
  • the surfactant there are an aliphatic hydrocarbon group and an aromatic hydrocarbon group as a hydrophobic group, and a linking group such as an ester, ether, amide, etc., an acyl group, an alkoxyl group, etc. is included in the hydrophobic group.
  • a linking group such as an ester, ether, amide, etc., an acyl group, an alkoxyl group, etc.
  • One having one or more introduced groups and one having a carboxylic acid, a sulfonic acid, a sulfate ester, a phosphoric acid, a phosphate ester or an amino acid can be used as the hydrophilic group.
  • alginic acid pectin, carboxymethylcellulose, curdlan, pullulan, xanthan gum, carrageenan, gellan gum, locust bean gum, gum arabic, tamarind, psyllium and the like can be used.
  • polyacrylic acid polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, polymethacrylic acid, polyacrylamide, polyaspartic acid, polyglutamic acid, polyethyleneimine, polyallylamine, polystyrene sulfonic acid and the like can be used.
  • a polishing object to be polished using such a polishing liquid is a non-oxide single crystal substrate.
  • non-oxide single crystal substrates include compound semiconductor substrates such as SiC single crystal substrates and GaN single crystal substrates.
  • the polishing liquid by polishing the polished surface of a single crystal substrate having a modified Mohs hardness of 10 or more, such as the SiC single crystal substrate or the GaN single crystal substrate, using the polishing liquid, the effect of improving the polishing rate can be obtained. You can get even more.
  • the polishing method of the present invention uses a known polishing pad that does not contain abrasive grains, and supplies the polishing liquid to the polishing pad while polishing the surface to be polished of the non-oxide single crystal substrate that is the object to be polished. This is a method in which a pad is brought into contact and polishing is performed by relative movement between the two.
  • FIG. 1 shows an example of a polishing apparatus that can be used in an embodiment of the present invention, but the polishing apparatus used in the present invention is not limited to such a structure.
  • a polishing surface plate 1 is provided in a state of being rotatably supported around a vertical axis C 1, and this polishing surface plate 1 is supported by a surface plate driving motor 2. , And is driven to rotate in the direction indicated by the arrow in the figure.
  • a known polishing pad 3 that does not contain abrasive grains is attached to the upper surface of the polishing surface plate 1.
  • a substrate holding member (carrier) 5 for holding a polishing object 4 such as a SiC single crystal substrate on the lower surface by suction or using a holding frame is provided at a position eccentric from the axis C1 on the polishing surface plate 1. It is supported so as to be rotatable about the axis C2 and movable in the direction of the axis C2.
  • the substrate holding member 5 is configured to be rotated in a direction indicated by an arrow by a carrier drive motor (not shown) or by a rotational moment received from the polishing surface plate 1.
  • a non-oxide single crystal substrate that is an object to be polished 4 is held. The polishing object 4 is pressed against the polishing pad 3 with a predetermined load.
  • a dripping nozzle 6 or a spray nozzle (not shown) is provided in the vicinity of the substrate holding member 5, and the above-described polishing liquid 7 sent from a tank (not shown) is supplied onto the polishing surface plate 1. It has become so.
  • the polishing liquid 7 is supplied from the dropping nozzle 6 or the like to the surface of the polishing pad 3, and the polishing object 4 held by the substrate holding member 5 is pressed against the polishing pad 3.
  • the surface to be polished of the polishing object 4 that is, the surface facing the polishing pad 3 is chemically and mechanically polished.
  • the substrate holding member 5 may perform a linear motion as well as a rotational motion. Further, the polishing surface plate 1 and the polishing pad 3 do not have to rotate, and may move in one direction, for example, by a belt type.
  • the polishing pad 3 a known pad made of a non-woven fabric, a porous resin such as foamed polyurethane, or the like and containing no abrasive grains can be used. Further, in order to promote the supply of the polishing liquid 7 to the polishing pad 3 or to collect a certain amount of the polishing liquid 7 on the polishing pad 3, the surface of the polishing pad 3 has a lattice shape, a concentric circle shape, a spiral shape, or the like. Groove processing may be performed. Further, if necessary, polishing may be performed while bringing the pad conditioner into contact with the surface of the polishing pad 3 and conditioning the surface of the polishing pad 3.
  • the polishing conditions by the polishing apparatus 10 are not particularly limited, but by applying a load to the substrate holding member 5 and pressing it against the polishing pad 3, it is possible to increase the polishing pressure and improve the polishing rate.
  • the polishing pressure is preferably about 5 to 80 kPa, and more preferably about 10 to 50 kPa from the viewpoint of uniformity of polishing rate in the surface to be polished, flatness, and prevention of polishing defects such as scratches.
  • the number of rotations of the polishing surface plate 1 and the substrate holding member 5 is preferably about 50 to 500 rpm, but is not limited thereto.
  • the supply amount of the polishing liquid 7 is appropriately adjusted and selected according to the composition of the polishing liquid, the polishing conditions described above, and the like.
  • Example 1 to 15, Example 20, Example 21, Example 23, Example 25, Examples 28 to 29, and Example 31 are examples.
  • Examples 16 to 19, Example 22, Example 24, Examples 26 to 27, Example 30 and Example 32 is a comparative example.
  • polishing liquid and abrasive liquid (1-1) In Examples 1 to 15, Example 20, Example 21, Example 23, Example 25, Examples 28 to 29 and Example 31, polishing liquids were prepared as follows. First, pure water was added to potassium permanganate, which is an oxidizing agent shown in Tables 1 and 2, and stirred for 10 minutes using a stirring blade. Next, a pH adjuster (phosphoric acid, nitric acid, potassium hydroxide or sodium hydroxide) shown in Table 1 and Table 2 was gradually added to this liquid with stirring to obtain a predetermined pH shown in Table 1 and Table 2. To obtain a polishing liquid. Tables 1 and 2 show the content (concentration: mass%) of each component used in each example with respect to the entire polishing liquid. The oxidant concentration in Tables 1 and 2 is not the concentration of permanganate ions that are ions, but the concentration of potassium permanganate.
  • Example 16 In Comparative Examples 16 to 19, Example 22, Example 24, Examples 26 to 27, Example 30 and Example 32, abrasive liquids containing abrasive grains were prepared as follows. In Example 16, pure water was added to a colloidal silica dispersion (silica solid content of about 40% by mass) having an average primary particle size of 40 nm and an average secondary particle size of about 70 nm, and stirred for 10 minutes using a stirring blade. did. Next, ammonium vanadate as a metal salt is added to this solution while stirring. Finally, hydrogen peroxide solution is added and stirred for 30 minutes, and an abrasive solution adjusted to the prescribed component concentrations shown in Table 1 is prepared. Obtained.
  • Examples 17 to 19 pure water was added to a colloidal silica dispersion (silica solid content of about 40% by mass) having an average primary particle size of 80 nm and an average secondary particle size of about 110 nm, followed by stirring for 10 minutes. Next, potassium permanganate as an oxidant was added to this liquid while stirring, and phosphoric acid or nitric acid was gradually added as necessary to adjust to the predetermined pH shown in Table 1 to obtain an abrasive liquid. .
  • Examples 22, 24, 26 to 27, 30 and 32 pure water was added to a cerium oxide dispersion having an average secondary particle size of 30 nm (ceria solid content of about 30% by mass) and stirred for 10 minutes. .
  • potassium permanganate as an oxidant was added to this liquid while stirring, and nitric acid was gradually added to adjust to a predetermined pH shown in Table 2 to obtain an abrasive liquid.
  • Tables 1 and 2 show the content (concentration: mass%) of each component used in each comparative example with respect to the entire abrasive liquid.
  • the oxidant concentration in Tables 1 and 2 is not the concentration of permanganate ions that are ions, but the concentration of potassium permanganate.
  • the average primary particle size of the silica particles blended in Examples 16 to 19 is obtained by conversion from the specific surface area obtained by the BET method.
  • the average secondary particle size is determined by Microtrac UPA (Nikkiso Co., Ltd.). It was measured. Further, the average secondary particle diameter of the cerium oxide particles blended in Examples 22, 24, 26 to 27, 30 and 32 was measured by Microtrac UPA (Nikkiso Co., Ltd.).
  • polishing machine a small polishing machine manufactured by MAT was used.
  • polishing pad SUBA800-XY-groove (manufactured by Nitta Haas) was used, and the polishing pad was conditioned using a diamond disk and a brush before polishing.
  • Polishing was performed for 30 minutes with a polishing liquid or abrasive liquid supply rate of 25 cm 3 / min, a polishing platen rotation speed of 68 rpm, a substrate holder rotation speed of 68 rpm, and a polishing pressure of 5 psi (34.5 kPa). .
  • (3-2) Object to be polished A 3 inch diameter 4H—SiC substrate that had been pre-polished using diamond abrasive grains was used as the object to be polished, and the principal surface (0001) was 0 ° with respect to the C axis.
  • An SiC single crystal substrate (hereinafter referred to as an On-axis substrate) within + 0.25 ° and an SiC single crystal substrate with an off angle with respect to the C axis of the main surface within 4 ° ⁇ 0.5 ° are used, respectively.
  • the Si surface side was polished and evaluated.
  • polishing liquids or abrasive liquids of Examples 1 to 2, Example 8, Example 11, and Examples 17 to 33 are for SiC single crystal substrates having an off angle of 4 ° or less (hereinafter referred to as 4 ° off substrates). Only the polishing characteristics (polishing rate) were evaluated. For the polishing liquids of Example 4, Example 10, and Example 15, only the polishing characteristics (polishing rate) for the On-axis substrate were evaluated.
  • polishing rate was evaluated by the amount of change in thickness (nm / hr) of the substrate (wafer) per unit time. Specifically, the mass of an unpolished substrate with a known thickness and the substrate mass after polishing each time were measured, and the mass change was determined from the difference. And the change per time of the thickness of the board
  • On-axis A high polishing rate is obtained with respect to at least one of the substrate and the 4-degree off-substrate.
  • the polishing liquids of Examples 3, 5-7, 9 and 12-14 are used, the On-axis A high polishing rate can be obtained for both the substrate and the 4-degree off-substrate, and high-speed polishing is possible.
  • Example 16 containing colloidal silica, hydrogen peroxide and ammonium vanadate was used, Examples 1 to 15, Example 20, Example 21, Example 23, Example 25, and Example 28 to The polishing rate is lower than when the polishing liquids of 29 and Example 31 are used.
  • the abrasive liquids of Examples 16 to 19 containing potassium permanganate as the oxidizing agent and further containing colloidal silica as the abrasive grains are used, the aggregation of the abrasive grains is not confirmed in the abrasive sedimentation evaluation.
  • the polishing rate is significantly lower than when the polishing liquids of Examples 1 to 15 and Example 20, Example 21, Example 23, Example 25, Examples 28 to 29 and Example 31 which do not contain colloidal silica as an abrasive grain are used. It has become.
  • Example 22 when the abrasive liquids of Example 22, Example 24, Examples 26 to 27, Example 30 and Example 32 containing potassium permanganate as the oxidizing agent and cerium oxide as the abrasive grains were used, the abrasive grains were changed.
  • the polishing rate is lower than when the polishing liquids of Examples 20, 21, 21, 23, 25, 28 to 29, and 31 having the same pH at the same oxidant concentration are used except that they are not contained. ing.
  • a compound semiconductor substrate having high hardness and high chemical stability such as a non-oxide single crystal substrate, particularly a SiC single crystal substrate or a GaN single crystal substrate, can be polished at a high polishing rate.
  • a polished surface having excellent flatness and smoothness can be obtained. Therefore, it can contribute to the improvement of productivity of those substrates.

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Abstract

　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。

Description

非酸化物単結晶基板の研磨方法
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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）。
　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。
　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。
特開２００５－１１７０２７号公報 特開２００８－１７９６５５号公報 国際公開第２００９／１１１００１号パンフレット 特開２００８－６８３９０号公報
　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。
　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。
　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。
　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。
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。
　以下、本発明の実施の形態について説明する。
［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。
　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。
　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。
［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。
　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。
　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。
　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。
（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。
（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。
　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。
　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。
（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。
（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
［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。
［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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
[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。
（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。
　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。
　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。
　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。
（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。
（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。
（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。
　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。
（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。
（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。）
（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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。

Claims (6)

  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
  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。
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