KR20140062107A - 연마제 및 연마 방법 - Google Patents

Abstract

탄화규소 단결정 기판 등의 비산화물 단결정 기판을 높은 연마 속도로 연마하여 평활한 표면을 얻는다. 산화 환원 전위가 0.5 V 이상인 천이 금속을 함유하는 산화제와, 평균 2 차 입자경이 0.2 ㎛ 이하인 실리카 입자와, 분산매를 함유하고, 상기 산화제의 함유 비율이 0.25 질량％ 이상 5 질량％ 이하이고, 또한 상기 실리카 입자의 함유 비율이 0.01 질량％ 이상 20 질량％ 미만인 연마제를 제공한다.

Description

연마제 및 연마 방법{POLISHING AGENT AND POLISHING METHOD}

본 발명은 비산화물 단결정 기판을 화학적 기계적으로 연마하기 위한 연마제 및 연마 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 탄화규소 단결정 기판 등의 연마에 적합한 연마제 및 그것을 사용한 연마 방법에 관한 것이다.

탄화규소 (SiC) 반도체는, 실리콘 반도체보다 절연 파괴 전계, 전자의 포화 드리프트 속도 및 열전도율이 크기 때문에, 탄화규소 반도체를 사용하여 종래의 실리콘 디바이스보다 고온, 고속으로 동작할 수 있는 파워 디바이스를 실현하는 연구·개발이 이루어지고 있다. 그 중에서도, 전동 이륜차, 전기 자동차나 하이브리드카 등의 모터를 구동하기 위한 전원에 사용하는 고효율적인 스위칭 소자의 개발이 주목받고 있다. 이와 같은 파워 디바이스를 실현하기 위해서는, 고품질 탄화규소 반도체층을 에피택셜 성장시키기 위한 표면이 평활한 탄화규소 단결정 기판이 필요하다.

또, 고밀도로 정보를 기록하기 위한 광원으로서, 청색 레이저 다이오드가 주목받고 있고, 또한 형광등이나 전구를 대체하는 광원으로서의 백색 다이오드에 대한 요구가 높아지고 있다. 이와 같은 발광 소자는 질화갈륨 (GaN) 반도체를 사용하여 제작되고, 고품질 질화갈륨 반도체층을 형성하기 위한 기판으로서 탄화규소 단결정 기판이 사용된다.

이러한 용도를 위한 탄화규소 단결정 기판에는, 기판의 평탄도, 기판 표면의 평활성 등에 관하여 높은 가공 정밀도가 요구된다. 그러나, 탄화규소 단결정은 경도가 매우 높고, 또한 내부식성이 우수하기 때문에, 기판을 제작하는 경우의 가공성이 나빠 평활성이 높은 탄화규소 단결정 기판을 얻기는 어렵다.

일반적으로, 반도체 단결정 기판의 평활한 면은 연마에 의해 형성된다. 탄화규소 단결정을 연마하는 경우, 탄화규소보다 단단한 다이아몬드 등의 지립을 연마재로 하여 표면을 기계적으로 연마하여 평탄한 면을 형성하지만, 다이아몬드 지립으로 연마한 탄화규소 단결정 기판의 표면에는, 다이아몬드 지립의 입경에 따른 미소한 스크래치가 도입된다. 또, 기계적인 변형을 갖는 가공 변질층이 표면에 생기기 때문에, 그 상태로는 탄화규소 단결정 기판의 표면의 평활성이 충분하지 않다.

반도체 단결정 기판의 제조에서는, 기계 연마 후의 반도체 기판의 표면을 평활하게 하는 방법으로서, 화학적 기계적 연마 (Chemical Mechanical Polishing : 이하, CMP 라고 하는 경우가 있다.) 기술이 사용된다. CMP 는, 산화 등의 화학 반응을 이용하여 피가공물을 산화물 등으로 변경하고, 생성된 산화물을 피가공물보다 경도가 낮은 지립을 사용하여 제거함으로써 표면을 연마하는 방법이다. 이 방법은, 피가공물의 표면에 변형을 발생시키지 않아, 매우 평활한 면을 형성할 수 있다는 이점을 갖는다.

종래부터, 탄화규소 단결정 기판의 표면을 CMP 에 의해 평활하게 연마하기 위한 연마제로서 콜로이달실리카를 함유하는 pH 4 ∼ 9 의 연마용 조성물이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조). 또, 실리카 지립과 과산화수소와 같은 산화제 (산소 공여제) 와 바나딘산염을 함유하는 연마용 조성물도 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 2 참조).

그러나, 특허문헌 1 의 연마용 조성물에서는, 탄화규소 단결정 기판에 대한 연마 속도가 낮아 연마에 필요로 하는 시간이 매우 길어진다는 문제가 있었다. 또, 특허문헌 2 의 연마용 조성물을 사용한 경우에도, 연마 속도가 충분하지 않아 연마에 시간이 걸린다는 문제가 있었다.

일본 공개특허공보 2005-117027호 일본 공개특허공보 2008-179655호

본 발명은, 이와 같은 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 탄화규소 단결정 기판 등의 경도가 높고 화학적 안정성이 높은 비산화물 단결정 기판을 높은 연마 속도로 연마하여, 평활한 표면을 얻기 위한 연마제 및 연마 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 연마제는, 비산화물 단결정 기판을 화학적 기계적으로 연마하기 위한 연마제로서, 천이 금속을 함유하는 산화 환원 전위가 0.5 V 이상인 산화제와, 평균 2 차 입자경이 0.2 ㎛ 이하인 실리카 입자와, 분산매를 함유하고, 상기 산화제의 함유 비율이 0.25 질량％ 이상 5 질량％ 이하이고, 또한 상기 실리카 입자의 함유 비율이 0.01 질량％ 이상 20 질량％ 미만인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 연마제에 있어서, 상기 산화제는 과망간산 이온인 것이 바람직하다. 또, 본 발명의 연마제의 pH 는 11 이하인 것이 바람직하고, 5 이하인 것이 더욱 바람직하다. 그리고, 상기 비산화물 단결정 기판은, 탄화규소 (SiC) 단결정 기판 또는 질화갈륨 (GaN) 단결정 기판인 것이 바람직하다.

본 발명의 연마 방법은, 연마제를 연마 패드에 공급하고, 연마 대상물인 비산화물 단결정 기판의 피연마면과 상기 연마 패드를 접촉시켜 양자 사이의 상대 운동에 의해 연마하는 방법으로서, 상기 연마제로서 상기 본 발명의 연마제를 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 연마제 및 이것을 사용한 연마 방법에 의하면, 탄화규소 단결정 기판이나 질화갈륨 단결정 기판과 같은 경도가 높고 화학적 안정성이 높은 비산화물 단결정 기판의 피연마면을 높은 연마 속도로 연마할 수 있고, 평탄하고 또한 평활한 피연마면을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서,「피연마면」이란 연마 대상물의 연마되는 면으로, 예를 들어 표면을 의미한다.

도 1 은, 본 발명의 연마 방법의 실시형태에 사용할 수 있는 연마 장치의 일례를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 관하여 설명한다.

[연마제]

본 발명의 연마제는, 비산화물 단결정 기판을 화학적 기계적으로 연마하기 위한 연마제로서, 천이 금속을 함유하는 산화 환원 전위가 0.5 V 이상인 산화제와, 지립인 평균 2 차 입자경이 0.2 ㎛ 이하인 실리카 입자와, 분산매를 함유하고, 슬러리 형상을 갖는다. 그리고, 실리카 입자의 함유량 비율은, 연마제 전체에 대하여 0.01 질량％ 이상 20 질량％ 미만으로 되어 있다. 또, 산화제의 함유 비율은, 연마제 전체에 대하여 0.25 질량％ 이상 5 질량％ 이하로 되어 있다. 또한, 이하의 기재에 있어서, 연마제를 연마액으로 기재하는 경우가 있다.

본 발명의 연마제는, 산화 환원 전위가 0.5 V 이상인 천이 금속을 함유하는 산화제를 0.25 질량％ 이상 5 질량％ 이하의 비율로 함유하고, 또한 평균 2 차 입자경이 0.2 ㎛ 이하인 실리카 입자를 0.01 질량％ 이상 20 질량％ 미만의 비교적 낮은 비율 (농도) 로 함유하고 있으므로, SiC 단결정 기판과 같은 경도가 높고 화학적 안정성이 높은 연마 대상물의 피연마면을 높은 연마 속도로 연마할 수 있어, 평탄하고 또한 평활한 표면이 얻어진다.

또한, 본 발명의 연마제는 pH 를 11 이하로 하는 것이 바람직하다. pH 를 11 이하로 조정하기 위해서, pH 조정제를 첨가할 수 있다. 연마제의 pH 를 11 이하로 한 경우에는, 산화제가 효과적으로 작용하기 때문에, 연마 특성이 양호하고, 또한 지립인 실리카 입자의 분산 안정성도 우수하다. 이하, 본 발명의 연마제의 각 성분 및 pH 에 관하여 상세히 서술한다.

(산화제)

본 발명의 연마제에 함유되는 산화제는, 후술하는 연마 대상물 (예를 들어, SiC 단결정 기판이나 GaN 단결정 기판) 의 피연마면에 산화층을 형성하는 것이다. 이 산화층을 기계적인 힘으로 피연마면으로부터 제거함으로써, 연마 대상물의 연마가 촉진된다. 즉, SiC 나 GaN 등의 화합물 반도체는 비산화물이고, 난 (難) 연마 재료이지만, 연마제 중의 산화제에 의해 표면에 산화층을 형성할 수 있다. 형성된 산화층은, 연마 대상물에 비하여 경도가 낮아 잘 연마되기 때문에, 지립인 실리카 입자에 의해 효과적으로 제거할 수 있다. 그 결과, 높은 연마 속도가 얻어진다.

본 발명의 연마제에 함유되는 산화제는, 산화 환원 전위가 0.5 V 이상인 천이 금속을 함유하는 것이다. 천이 금속을 함유하는 산화 환원 전위가 0.5 V 이상인 산화제로는, 예를 들어, 과망간산 이온, 바나딘산 이온, 이크롬산 이온, 질산세륨암모늄, 질산 철 (III) 9 수화물, 질산은, 인텅스텐산, 규텅스텐산, 인몰리브덴산, 인텅스토몰리브덴산, 인바나드몰리브덴산 등을 들 수 있고, 특히 과망간산 이온이 바람직하다. 과망간산 이온의 공급원으로는, 과망간산칼륨이나 과망간산나트륨 등의 과망간산염이 바람직하다.

SiC 단결정 기판의 연마에 있어서의 산화제로서, 과망간산 이온이 특히 바람직한 이유를 이하에 나타낸다.

(1) 과망간산 이온은, SiC 단결정을 산화하는 산화력이 강하다.

산화제의 산화력이 지나치게 약하면, SiC 단결정 기판의 피연마면과의 반응이 불충분해지고, 그 결과 충분히 평활한 표면이 얻어지지 않는다. 산화제가 물질을 산화하는 산화력의 지표로서 산화 환원 전위가 사용된다. 과망간산 이온의 산화 환원 전위는 1.70 V 이고, 산화제로서 일반적으로 사용되는 과염소산 칼륨 (KClO₄) (산화 환원 전위 1.20 V) 이나 차아염소산나트륨 (NaClO) (산화 환원 전위 1.63 V) 에 비하여 산화 환원 전위가 높다.

(2) 과망간산 이온은 반응 속도가 크다.

과망간산 이온은, 산화력이 강한 산화제로서 알려져 있는 과산화수소 (산화 환원 전위 1.76 V) 에 비하여, 산화 반응의 반응 속도가 크기 때문에, 산화력의 강도를 신속하게 발휘할 수 있다.

(3) 과망간산 이온은 환경 부하가 작다.

(4) 과망간산염은, 후술하는 분산매 (물) 에 완전히 용해된다. 따라서, 용해 잔류물이 기판의 평활성에 악영향을 미치지 않는다.

연마 속도 향상의 효과를 얻기 위해서, 연마제 중의 과망간산 이온의 함유 비율 (농도) 은, 0.25 질량％ 이상 5 질량％ 이하가 바람직하다. 0.25 질량％ 미만에서는, 산화제로서의 효과를 기대할 수 없고, 연마에 의해 평활한 면을 형성하는 데에 매우 장시간을 필요로 하거나 혹은 피연마면에 스크래치가 발생할 우려가 있다. 과망간산 이온의 함유 비율이 5 질량％ 를 초과하면, 연마액의 온도에 따라서는, 과망간산염이 완전히 다 용해되지 않고 석출되고, 고체인 과망간산염이 피연마면과 접촉함으로써 스크래치가 발생할 우려가 있다. 연마제에 함유되는 과망간산 이온의 함유 비율은, 0.5 질량％ 이상 5 질량％ 이하가 더욱 바람직하고, 1 질량％ 이상 5 질량％ 이하가 특히 바람직하다.

(실리카 입자)

본 발명의 연마제에 있어서는, 연마 지립으로서 평균 2 차 입자경이 0.2 ㎛ 이하인 실리카 입자가 0.01 질량％ 이상 20 질량％ 미만의 비율 (농도) 로 함유된다. 실리카 입자의 평균 2 차 입자경은 0.15 ㎛ 이하가 보다 바람직하다. 이와 같은 평균 2 차 입자경을 갖는 실리카 입자로는, 콜로이달실리카, 흄드실리카 (연무질 실리카라고도 한다.) 등을 들 수 있다.

SiC 단결정 기판의 연마에 있어서, 상기한 산화제와 함께, 상기 실리카 입자를 0.01 질량％ 이상 20 질량％ 미만의 비율로 함유하는 연마제를 사용한 경우에는, 실리카 입자를 보다 고농도로 함유하는 연마제를 사용한 경우와 비교하여, 연마 속도가 높고 또한 표면 조도가 작아 평활한 표면이 얻어진다.

또, 지립으로서 상기 평균 2 차 입자경의 범위를 초과하는 실리카 입자를 사용한 경우에는, SiC 단결정 기판의 피연마면에 주는 데미지가 커져, 평활하고 고품질인 표면이 얻어지지 않는다.

또한, 지립으로서 함유되는 실리카 입자는, 통상적으로는 연마제 중에서 1 차 입자가 응집된 응집 입자 (2 차 입자) 로서 존재하고 있기 때문에, 실리카 입자의 바람직한 입자경을 평균 2 차 입자경 (평균 응집 입경) 으로 나타내는 것으로 한다. 평균 2 차 입자경은, 연마제 중의 실리카 2 차 입자의 직경의 평균값이고, 예를 들어 동적 광산란을 이용한 입도 분포계를 사용하여 측정된다. 실리카 입자의 1 차 입자경의 평균값 (평균 1 차 입자경) 은, 연마 특성과 분산 안정성의 관점에서 5 ∼ 150 ㎚ 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 여기서, 평균 1 차 입자경은, 예를 들어, 입자의 비표면적으로부터 등가 구 환산의 입자경으로서 구해진다. 그 입자의 비표면적은, BET 법으로서 알려져 있는 질소 흡착법에 의해 측정된다.

본 발명의 연마제 중의 실리카 입자의 함유 비율 (농도) 은, 충분한 연마 속도를 얻기 위해서, 0.01 질량％ 이상 20 질량％ 미만으로 한다. 실리카 입자의 함유 비율이 0.01 질량％ 미만에서는, 충분한 연마 속도를 얻는 것이 어렵다. 20 질량％ 이상의 경우에도 연마 속도가 현저하게 저하되어 바람직하지 않다. 보다 바람직한 함유 비율은 0.05 ∼ 15 질량％ 이고, 더욱 바람직한 함유 비율은 0.1 ∼ 10 질량％ 이다.

(pH 및 pH 조정제)

본 발명에 관련된 연마제의 pH 는, 연마 특성 및 지립인 실리카 입자의 분산 안정성의 관점에서 11 이하가 바람직하고, 5 이하가 보다 바람직하고, 3 이하가 특히 바람직하다. pH 가 11 이상에서는, 충분한 연마 속도가 얻어지지 않을 뿐만 아니라, 피연마면의 평활성이 악화될 우려가 있다.

연마제의 pH 는, pH 조정제인 산 또는 염기성 화합물의 첨가·배합에 의해 조정할 수 있다. 산으로는, 질산, 황산, 인산, 염산과 같은 무기산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산 등의 포화 카르복실산, 락트산, 말산, 시트르산 등의 하이드록시산, 프탈산, 살리실산 등의 방향족 카르복실산, 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 푸마르산, 말레산 등의 디카르복실산, 아미노산, 복소고리계의 카르복실산과 같은 유기산을 사용할 수 있다. 질산 및 인산의 사용이 바람직하고, 그 중에서도 질산의 사용이 특히 바람직하다. 염기성 화합물로는, 암모니아, 수산화리튬, 수산화칼륨, 수산화나트륨 등의 무기 알칼리, 테트라메틸암모늄 등의 4 급 암모늄 화합물, 모노에탄올아민, 에틸에탄올아민, 디에탄올아민, 프로필렌디아민 등의 유기 아민을 사용할 수 있다. 수산화칼륨, 수산화나트륨의 사용이 바람직하고, 수산화칼륨이 특히 바람직하다.

이들의 산 또는 염기성 화합물의 함유 비율 (농도) 은, 연마제의 pH 를 소정의 범위 (pH 11 이하, 보다 바람직하게는 5 이하) 로 조정하는 양으로 한다.

(분산매)

본 발명의 연마제에 있어서는, 분산매로서 물이 함유된다. 물은, 실리카 입자를 안정적으로 분산시킴과 함께, 산화제 및 필요에 따라 첨가되는 후술하는 임의 성분을 분산·용해하기 위한 매체이다. 물에 대해서는, 특별히 제한은 없지만, 배합 성분에 대한 영향, 불순물의 혼입, pH 등에 대한 영향의 관점에서 순수, 초순수, 이온 교환수 (탈이온수) 가 바람직하다.

(연마제의 조제 및 임의 성분)

본 발명의 연마제는, 상기한 성분이 상기 소정의 비율로 함유되고, 실리카 입자에 대해서는 균일하게 분산되고, 그 이외의 성분에 대해서는 균일하게 용해된 혼합 상태가 되도록 조제되어 사용된다. 혼합에는, 연마제의 제조에 통상적으로 사용되는 교반 혼합 방법, 예를 들어 초음파 분산기, 호모게나이저 등에 의한 교반 혼합 방법을 채용할 수 있다. 본 발명에 관련된 연마제는, 반드시 미리 구성하는 연마 성분을 모두 혼합한 것으로서 연마 장 (場) 에 공급할 필요는 없다. 연마 장에 공급할 때에, 연마 성분이 혼합되어 연마제의 조성이 되어도 된다.

본 발명의 연마제에는, 본 발명의 취지에 반하지 않는 한, 응집 방지 또는 분산제 (이하, 분산제로 나타낸다.), 윤활제, 킬레이트화제, 환원제, 점성 부여제 또는 점도 조절제, 방청제 등을 필요에 따라 적절히 함유시킬 수 있다. 단, 이들의 첨가제가 산화제, 산 또는 염기성 화합물의 기능을 갖는 경우에는, 산화제, 산 또는 염기성 화합물로서 취급하는 것으로 한다.

분산제란, 지립인 실리카 입자를 순수 등의 분산매 중에 안정적으로 분산시키기 위해서 첨가하는 것이다. 또, 윤활제는, 연마 대상물과의 사이에 생기는 연마 응력을 적절히 조정하여, 안정적인 연마를 가능하게 하는 것이다. 분산제로는, 아니온성, 카티온성, 논이온성, 양성의 계면활성제나 계면 활성 작용이 있는 수용성 폴리머를 사용할 수 있다. 또, 윤활제로는, 아니온성, 카티온성, 논이온성, 양성의 계면활성제, 다당류, 수용성 고분자 등을 사용할 수 있다.

여기서, 계면활성제로는, 소수기로서 지방족 탄화수소기, 방향족 탄화수소기를 갖고, 또 그들 소수기 내에 에스테르, 에테르, 아미드 등의 결합기, 아실기, 알콕시기 등의 연결기를 1 개 이상 도입한 것으로, 친수기로서 카르복실산, 술폰산, 황산에스테르, 인산, 인산에스테르, 아미노산을 갖는 것을 사용할 수 있다.

다당류로는, 알긴산, 펙틴, 카르복시메틸셀룰로오스, 커드란, 풀루란, 잔탄 검, 카라기난, 젤란검, 로커스트빈검, 아라비아검, 타마린드, 실리움 등을 사용할 수 있다.

수용성 고분자로는, 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리메타크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리아스파르트산, 폴리글루타민산, 폴리에틸렌이민, 폴리알릴아민, 폴리스티렌술폰산 등을 사용할 수 있다. 분산제 및 윤활제를 사용하는 경우, 그 함유 비율은, 각각 연마제의 전체 질량에 대하여 0.001 ∼ 5 질량％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

[연마 대상물]

본 발명의 연마제를 사용하여 연마하는 연마 대상물은, 비산화물 단결정 기판이다. 비산화물 단결정 기판으로는, SiC 단결정 기판이나 GaN 단결정 기판과 같은 화합물 반도체 기판을 들 수 있다. 특히, 상기 SiC 단결정 기판이나 GaN 단결정 기판과 같은 수정 모스 경도가 10 이상인 단결정 기판의 연마에 본 발명의 연마제를 사용함으로써, 고속 연마의 효과를 한층 더 얻을 수 있다.

[연마 방법]

본 발명의 연마제를 사용하여 연마 대상물인 비산화물 단결정 기판을 연마하는 방법으로는, 연마제를 연마 패드에 공급하면서, 연마 대상물의 피연마면과 연마 패드를 접촉시켜 양자 사이의 상대 운동에 의해 연마를 실시하는 방법이 바람직하다.

상기 연마 방법에 있어서, 연마 장치로는 종래 공지된 연마 장치를 사용할 수 있다.

도 1 에, 본 발명의 실시형태에 사용할 수 있는 연마 장치의 일례를 나타내지만, 본 발명의 실시형태에 사용되는 연마 장치는 이와 같은 구조의 것에 한정되지 않는다.

도 1 에 나타내는 연마 장치 (10) 에 있어서는, 연마 정반 (1) 이 그 수직인 축심 (C1) 의 둘레로 회전할 수 있도록 지지된 상태로 형성되어 있고, 이 연마 정반 (1) 은, 정반 구동 모터 (2) 에 의해, 도면에 화살표로 나타내는 방향으로 회전 구동되도록 되어 있다. 이 연마 정반 (1) 의 상면에는, 공지된 연마 패드 (3) 가 첩착 (貼着) 되어 있다.

한편, 연마 정반 (1) 상의 축심 (C1) 으로부터 편심된 위치에는, 하면에 있어서 SiC 단결정 기판 등의 연마 대상물 (4) 을 흡착 또는 유지 프레임 등을 사용하여 유지하는 기판 유지 부재 (캐리어) (5) 가, 그 축심 (C2) 의 둘레로 회전할 수 있고 또한 축심 (C2) 방향으로 이동할 수 있도록 지지되어 있다. 이 기판 유지 부재 (5) 는, 도시되지 않은 워크 구동 모터에 의해, 혹은 상기 연마 정반 (1) 으로부터 받는 회전 모멘트에 의해, 화살표로 나타내는 방향으로 회전되도록 구성되어 있다. 기판 유지 부재 (5) 의 하면, 즉 상기 연마 패드 (3) 와 대향하는 면에는 연마 대상물 (4) 이 유지되어 있다. 연마 대상물 (4) 은, 소정의 하중으로 연마 패드 (3) 에 가압되어 있다.

또, 기판 유지 부재 (5) 의 근방에는, 적하 노즐 (6) 등이 형성되어 있고, 도시되지 않은 탱크로부터 송출된 본 발명의 연마제 (이하, 연마액이라고도 나타낸다.) (7) 가 연마 정반 (1) 상에 공급되도록 되어 있다.

이와 같은 연마 장치 (10) 에 의한 연마시에는, 연마 정반 (1) 및 그에 첩착된 연마 패드 (3) 와, 기판 유지 부재 (5) 및 그 하면에 유지된 연마 대상물 (4) 이 정반 구동 모터 (2) 및 워크 구동 모터에 의해 각각의 축심의 둘레로 회전 구동된다. 그리고, 그 상태에서 적하 노즐 (6) 등으로부터 연마제 (7) 가 연마 패드 (3) 의 표면에 공급되고, 기판 유지 부재 (5) 에 유지된 연마 대상물 (4) 이 그 연마 패드 (3) 에 가압된다. 그에 따라, 연마 대상물 (4) 의 피연마면, 즉 연마 패드 (3) 에 대향하는 면이 화학적 기계적으로 연마된다.

기판 유지 부재 (5) 는, 회전 운동뿐만 아니라 직선 운동을 해도 된다. 또, 연마 정반 (1) 및 연마 패드 (3) 도 회전 운동을 실시하는 것이 아니어도 되고, 예를 들어 벨트식으로 일방향으로 이동하는 것이어도 된다.

연마 패드 (3) 로는, 부직포, 발포 폴리우레탄과 같은 다공질 수지, 비다공질 수지 등으로 이루어지는 것을 사용할 수 있다. 연마 패드 (3) 로는, 지립을 함유하지 않은 것이 바람직하다. 또, 연마 패드 (3) 로의 연마액 (7) 의 공급을 촉진시키고, 혹은 연마 패드 (3) 에 연마액 (7) 이 일정량 고이도록 하기 위해서, 연마 패드 (3) 의 표면에 격자상, 동심원상, 나선상 등의 홈 가공이 실시되어 있어도 된다. 또한 필요에 따라, 패드 컨디셔너를 연마 패드 (3) 의 표면에 접촉시켜, 연마 패드 (3) 표면의 컨디셔닝을 실시하면서 연마해도 된다.

이와 같은 연마 장치 (10) 에 의한 연마 조건에는 특별히 제한은 없지만, 기판 유지 부재 (5) 에 하중을 가하여 연마 패드 (3) 에 가압함으로써, 보다 연마 압력을 높여 연마 속도를 향상시키는 것이 가능하다. 연마 압력은 5 ∼ 80 kPa 정도가 바람직하고, 피연마면 내에 있어서의 연마 속도의 균일성, 평탄성, 스크래치 등의 연마 결함 방지의 관점에서 10 ∼ 50 kPa 정도가 보다 바람직하다. 연마 정반 (1) 및 기판 유지 부재 (5) 의 회전수는, 50 ∼ 500 rpm 정도가 바람직하지만 이것에 한정되지 않는다. 또, 연마액 (7) 의 공급량에 대해서는, 피연마면의 구성 재료나 연마액의 조성, 상기 연마 조건 등에 따라 적절히 조정되어 선택된다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 예 1 ∼ 21 은 본 발명의 실시예이고, 예 22 ∼ 29 는 비교예이다.

(1) 연마제의 조제

(1-1)

예 1 의 연마제를, 이하에 나타내는 바와 같이 하여 조제하였다. 산화제인 과망간산칼륨 분말에 순수를 첨가하여 10 분간 교반하였다. 이어서, 콜로이달실리카 분산액을 첨가하여 3 분간 교반하고, 추가로 pH 조정제인 질산을 서서히 첨가하고, 표 1 에 나타내는 소정의 과망간산칼륨 농도, 지립 농도 및 표 2 에 나타내는 pH 로 조정하여 연마제를 얻었다. 예 2 ∼ 21 의 각 실시예에 있어서도, 예 1 과 동일한 방법에 의해 표 1 및 표 2 에 기재된 각 연마제를 조제하였다. 또한, 표 1 에 있어서의 산화제 농도는, 과망간산 이온의 농도가 아니라, 과망간산칼륨의 농도이다.

(1-2)

예 22 ∼ 29 의 연마제를, 이하에 나타내는 바와 같이 하여 조제하였다. 예 22 에 있어서는, 콜로이달실리카 분산액에 순수를 첨가하여 10 분간 교반하고, 이어서, 이 액에 금속염으로서 바나딘산암모늄을 교반하면서 첨가하고, 마지막으로 과산화수소수를 첨가하고 30 분간 교반하여, 표 1 및 표 2 에 나타내는 소정의 각 성분 농도로 조정된 연마제를 얻었다. 예 23 ∼ 25 및 예 29 에 관해서는, 예 1 과 동일한 방법으로 조제하여, 표 1 및 표 2 에 기재된 각 성분 농도로 조정된 연마제를 얻었다. 예 26 ∼ 29 에 관해서는, 콜로이달실리카 분산액에 순수를 첨가하여 10 분간 교반하고, 이어서, 이 액에 pH 조정제인 질산을 서서히 첨가하여, 표 1 및 표 2 에 나타내는 소정의 각 성분 농도로 조정된 연마제를 얻었다.

또한, 예 1 ∼ 29 에서 배합되는 실리카 입자의 2 차 입자경에 관해서는, 마이크로 트랙 UPA (닛키소사 제조) 에 의해 측정하였다.

(2) pH 의 측정

예 1 ∼ 29 에서 얻어진 연마제의 pH 를 요코가와 전기사 제조의 pH 81 - 11 을 사용하여 25 ℃ 에서 측정하였다. 측정 결과를 표 2 에 나타낸다.

(3) 연마 특성

예 1 ∼ 29 에서 얻어진 연마제를 사용하여, 이하에 나타내는 조건에서 연마를 실시하였다.

(3-1) 연마 조건

연마기로는, MAT 사 제조의 소형 연마 장치를 사용하였다. 연마 패드로는, SUBA 800-XY-groove (닛타 하스사 제조) 를 사용하고, 연마 전에 다이아몬드 디스크와 브러쉬를 사용하여, 5 분간 컨디셔닝을 실시하였다. 또, 연마제의 공급 속도를 25 ㎤/분, 연마 정반의 회전수를 68 rpm, 기판 유지 부재의 회전수를 68 rpm, 연마압을 5 psi (34.5 kPa) 로 하여 30 분간 연마를 실시하였다.

(3-2) 피연마물

피연마물로서 다이아몬드 지립을 사용하여 예비 연마 처리를 실시한 3 인치 직경의 4 H-SiC 기판을 사용하였다. 주면 (0001) 의 C 축에 대하는 오프각이 4°± 0.5°이내인 SiC 단결정 기판 (이하, 4 도 오프 기판으로 나타낸다.) 을 사용하여 Si 면측을 연마하고, 연마 특성 (연마 속도) 을 평가하였다.

(3-3) 연마 속도의 측정

연마 속도는, 상기 SiC 단결정 기판의 단위 시간당 두께의 변화량 (㎚/hr) 으로 평가하였다. 구체적으로는, 두께가 이미 알려진 미연마 기판의 질량과 각 시간 연마한 후의 기판의 질량을 측정하고, 그 차이로부터 질량 변화를 구하였다. 그리고, 이 질량 변화로부터 구한 기판 두께의 시간 당 변화를, 하기의 식을 이용하여 산출하였다. 연마 속도의 산출 결과를 표 2 에 나타낸다.

(연마 속도 (V) 의 계산식)

Δm = m0 - m1

V = Δm/m0 × T0 × 60/t

(식 중, Δm(g) 는 연마 전후의 질량 변화, m0(g) 는 미연마 기판의 초기 질량, m1(g) 는 연마 후 기판의 질량, V 는 연마 속도 (㎚/hr), T0 는 미연마 기판의 두께 (㎚), t 는 연마 시간 (min) 을 나타낸다.)

표 2 로부터 알 수 있는 바와 같이, 예 1 ∼ 21 의 연마제를 사용한 경우에는, 오프각이 4°± 0.5°이내인 SiC 단결정 기판에 대하여 높은 연마 속도가 얻어져 고속 연마가 가능하다. 또, 연마 대상물인 SiC 단결정 기판의 피연마면에 연마에서 기인되는 흠집이 발생하지 않아, 평탄성 및 평활성이 우수한 표면이 얻어진다.

이에 비하여, 예 22 의 연마제에서는, 산화제로서 과망간산칼륨이 아니라 과산화수소가 함유되어 있으므로, SiC 단결정 기판의 연마 속도가 예 1 ∼ 21 에 비하여 낮아진다. 또, 예 23 ∼ 25 의 연마제에서는, 지립인 콜로이달실리카의 함유 비율 (농도) 이 20 질량％ 이상으로 본 발명의 범위 밖으로 되어 있으므로, 예 1 ∼ 21 에 비하여 연마 속도가 대폭 낮아진다. 또, 예 29 의 연마제에서는, 산화제인 과망간산칼륨의 함유 비율 (농도) 이 0.2 질량％ 로 본 발명의 범위 밖으로 되어 있으므로, 예 1 ∼ 21 에 비하여 연마 속도가 대폭 낮아진다. 또한 예 26 ∼ 28 의 연마제에서는, 산화제인 과망간산칼륨이 함유되어 있지 않기 때문에, SiC 단결정 기판에 대한 연마 속도가 0 (제로) 이나 0 (제로) 근처로 현저히 낮아진다.

산업상 이용가능성

본 발명의 연마제에 따르면, 비산화물 단결정 기판, 특히 SiC 단결정 기판이나 GaN 단결정 기판과 같은 경도가 높고 화학적 안정성이 높은 화합물 반도체 기판을 고속으로 연마할 수 있고, 또한 흠집이 없고 평탄성 및 평활성이 우수한 연마면을 얻는 것이 가능해진다. 따라서, 그들 기판의 생산성 향상에 기여할 수 있다.

1 : 연마 정반
2 : 정반 구동 모터
3 : 연마 패드
4 : 연마 대상물
5 : 기판 유지 부재
6 : 적하 노즐
7 : 연마제
10 : 연마 장치

Claims (6)

1. 비산화물 단결정 기판을 화학적 기계적으로 연마하기 위한 연마제로서,
   천이 금속을 함유하는 산화 환원 전위가 0.5 V 이상인 산화제와, 평균 2 차 입자경이 0.2 ㎛ 이하인 실리카 입자와, 분산매를 함유하고,
   상기 산화제의 함유 비율이 0.25 질량％ 이상 5 질량％ 이하이고, 또한 상기 실리카 입자의 함유 비율이 0.01 질량％ 이상 20 질량％ 미만인 것을 특징으로 하는 연마제.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 산화제는 과망간산 이온인 연마제.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   pH 가 11 이하인 연마제.
4. 제 3 항에 있어서,
   pH 가 5 이하인 연마제.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 비산화물 단결정 기판은, 탄화규소 (SiC) 단결정 기판 또는 질화갈륨 (GaN) 단결정 기판인 연마제.
6. 연마제를 연마 패드에 공급하고, 연마 대상물인 비산화물 단결정 기판의 피연마면과 상기 연마 패드를 접촉시켜 양자 사이의 상대 운동에 의해 연마하는 방법으로서, 상기 연마제로서 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 연마제를 사용하는 연마 방법.

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