WO2015152021A1 - ＧａＮ単結晶材料の研磨加工方法 - Google Patents

ＧａＮ単結晶材料の研磨加工方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2015152021A1
WO2015152021A1 PCT/JP2015/059526 JP2015059526W WO2015152021A1 WO 2015152021 A1 WO2015152021 A1 WO 2015152021A1 JP 2015059526 W JP2015059526 W JP 2015059526W WO 2015152021 A1 WO2015152021 A1 WO 2015152021A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
polishing
abrasive
abrasive grains
resin
pad
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/059526
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
佐藤　誠
恒 大森
舞子 高橋
Original Assignee
株式会社ノリタケカンパニーリミテド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社ノリタケカンパニーリミテド filed Critical 株式会社ノリタケカンパニーリミテド
Priority to US15/128,626 priority Critical patent/US10272537B2/en
Priority to JP2016511608A priority patent/JP6243009B2/ja
Priority to KR1020207037147A priority patent/KR102230096B1/ko
Priority to KR1020167027954A priority patent/KR102230101B1/ko
Priority to EP15774319.6A priority patent/EP3128536B1/en
Publication of WO2015152021A1 publication Critical patent/WO2015152021A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02024—Mirror polishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
    • B24B37/044—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor characterised by the composition of the lapping agent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
    • B24B7/20—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground
    • B24B7/22—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain
    • B24B7/228—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain for grinding thin, brittle parts, e.g. semiconductors, wafers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00—Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L81/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing sulfur with or without nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of polysulfones; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L81/06—Polysulfones; Polyethersulfones
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/06—Other polishing compositions
    • C09G1/14—Other polishing compositions based on non-waxy substances
    • C09G1/16—Other polishing compositions based on non-waxy substances on natural or synthetic resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing

Definitions

  • the present invention relates to a polishing method for efficiently polishing one surface of a GaN single crystal material into a mirror surface.
  • a single device made of gallium nitride GaN with better electrical characteristics is required. It is expected that the crystal substrate is used in place of the silicon single crystal substrate.
  • a power device using such a single crystal substrate made of gallium nitride GaN can handle a large amount of electric power and can be reduced in size with little heat generation, so a control element that controls the rotational speed and torque of a motor or generator As a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, and the like.
  • a single crystal substrate made of gallium nitride GaN is excellent in high-frequency characteristics, and is expected to be deployed in radio communication stations, relay stations, mobile stations, and the like.
  • VLSI Manufacturing Method
  • a manufacturing method is employed in which a large number of chips are formed on a semiconductor wafer and cut into each chip size in the final process.
  • the degree of integration has dramatically improved and the wiring has become multi-layered. Therefore, in the process of forming each layer, the entire semiconductor wafer is flattened (global planarization).
  • One method for realizing the planarization of the entire semiconductor wafer is a polishing method called a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method.
  • This CMP method means that a wafer is pressed against a polishing pad such as a non-woven fabric or foam pad affixed on a surface plate and forcibly rotated, and a slurry containing fine abrasive particles (free abrasive grains) A thick suspension) dispersed in a liquid such as an alkaline aqueous solution is poured to perform polishing.
  • a polishing pad such as a non-woven fabric or foam pad affixed on a surface plate and forcibly rotated
  • a slurry containing fine abrasive particles (free abrasive grains) A thick suspension) dispersed in a liquid such as an alkaline aqueous solution is poured to perform polishing.
  • relatively high-precision polishing is performed by a synergistic effect of chemical polishing using a liquid component and mechanical polishing using polishing abrasive grains.
  • Patent Document 1 The above-described polishing process method of Patent Document 1 is characterized by specific polishing process conditions that provide high polishing efficiency and low surface roughness of the SiC single crystal substrate within the range of the hydrogen ion concentration pH and oxidation-reduction potential Eh of the polishing liquid. Is found. However, such polishing conditions are inappropriate to be applied as they are to a single crystal substrate made of gallium nitride GaN, which is more difficult to polish than a SiC single crystal substrate. It was difficult to efficiently reduce the surface roughness of the crystal substrate.
  • the present invention has been made against the background of the above circumstances, and the object of the present invention is to provide a polishing efficiency sufficient for polishing a single crystal substrate made of gallium nitride GaN, which is a more difficult to process material, by CMP.
  • An object of the present invention is to provide a polishing method capable of obtaining polishing performance.
  • the present inventors have smoothly polished the surface of a crystal material using a polishing pad in the presence of a polishing liquid and polishing particles.
  • the polishing liquid is made of gallium nitride GaN, which is the difficult-to-process material, within the range of oxidation-reduction potential Eh and pH. It has been found that there are specific regions where the polishing efficiency and polishing performance with respect to the single crystal substrate are remarkably excellent in each of the fixed abrasive polishing pad and the free abrasive polishing pad. The present invention has been made based on this finding.
  • the gist of the first invention is that (a) a CMP method for smoothly polishing the surface of a crystal material using a polishing grain-free polishing pad in the presence of a polishing liquid and a plurality of polishing grains (B) the crystal material is a single crystal of GaN, and (c) the polishing liquid has an oxidation-reduction potential of Ehmin (value determined by the formula (1)) mV to Ehmax ( This is an oxidizing polishing liquid having a value determined in formula (2)) mV and a pH of 0.1 to 6.5.
  • Ehmin (mV) ⁇ 33.9 pH + 750
  • Ehmax (mV) ⁇ 82.1 pH + 1491 (2)
  • the gist of the second invention is (d) a CMP method for smoothly polishing the surface of a crystal material using a polishing abrasive grain fixed polishing pad in the presence of a polishing liquid and a plurality of abrasive grains.
  • the crystal material is a single crystal of GaN
  • the polishing liquid has an oxidation-reduction potential of Ehmin (value determined by equation (3)) mV to Ehmax ( This is an oxidizing polishing liquid having a value determined in formula (4)) mV and a pH of 0.12 to 5.7.
  • Ehmin (mV) ⁇ 27.2 pH + 738.4
  • Ehmax (mV) ⁇ 84.0 pH + 1481 (4)
  • the surface of the crystal material that is a single crystal of GaN has an oxidation-reduction potential of Ehmin (value determined by the expression (1)) mV to Ehmax (the expression (2)). Since the polishing is performed using the polishing pad with fixed abrasive grains in the presence of an oxidizing polishing liquid having a value of mV and a pH of 0.1 to 6.5, low surface roughness can be obtained. However, high polishing efficiency is suitably obtained.
  • the surface of the crystalline material that is a single crystal of GaN has an oxidation-reduction potential of Ehmin (value determined by the expression (3)) mV to Ehmax (the expression (4)). Since the polishing is performed using the polishing pad with fixed abrasive grains in the presence of an oxidizing polishing liquid having a value of mV and a pH of 0.12 to 5.7, low surface roughness can be obtained. However, high polishing efficiency is suitably obtained.
  • the polishing abrasive grain free polishing pad is made of a hard polyurethane resin, and the polishing abrasive grains are free abrasive grains contained in a polishing liquid supplied to the polishing pad. In this way, higher polishing efficiency and lower surface roughness can be obtained, and polishing accuracy can be improved in flatness and the like.
  • the oxidizing polishing liquid is one in which potassium permanganate, potassium dichromate, or potassium thiosulfate is added as a redox potential regulator. In this way, a suitable oxidizing polishing liquid can be easily obtained.
  • the polishing abrasive grain fixed type polishing pad has a base material resin having independent pores or continuous air holes, and the plurality of abrasive grains are independent pores or communication holes formed in the base material resin. It is accommodated in the base material resin in a state where a part is fixed in the pores or a part is separated. In this way, since abrasive grains are encapsulated in the continuous air holes of the base material resin, higher polishing efficiency and lower surface roughness can be obtained. Further, consumption of the abrasive grains is reduced, and expensive abrasive grains can be used.
  • the base resin of the abrasive-abrasive fixed polishing pad is composed of an epoxy resin or a polyethersulfone (PES) resin.
  • PES polyethersulfone
  • higher polishing efficiency can be obtained.
  • fluorine-based synthetic resins such as polyvinyl fluoride, vinyl fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymer, polyethylene resin, and polymethyl methacrylate
  • a synthetic resin containing at least one is preferably used.
  • the abrasive grains are diamond, CBN (cubic silicon nitride), B 4 C (boron carbide), silicon carbide, silica, ceria, alumina, zirconia, titania, manganese oxide, barium carbonate, It contains at least one of chromium oxide and iron oxide.
  • the above-mentioned abrasive grains preferably have an average particle diameter in the range of 0.005 to 10 ( ⁇ m).
  • silica includes fumed silica (nitrate silica: silicon tetrachloride, chlorosilane, etc.) And silica fine particles obtained by high-temperature combustion in the presence of oxygen and the like are preferably used.
  • the volume ratio of the abrasive grains to the polishing body is in the range of 20 to 50 (%), and the weight ratio is in the range of 51 to 90 (%).
  • the amount of the polishing liquid is extremely small when polishing using the polishing-abrasive-fixed polishing pad, and is 0.1 to 200 ml / min / m 2 per area of the polishing platen. In this way, higher polishing efficiency can be obtained and the surface roughness becomes finer.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows notionally the structure of the grinding
  • Experimental Example 1 the abrasive grains used in the polishing of Sample 1 to Sample 14, the abrasive grain diameter, the hardness of the abrasive grains (Knoop hardness), the oxidation-reduction potential of the polishing liquid, and the pH, and the resulting polishing rate PR It is a graph which shows the value of (nm / h) and surface roughness Ra, respectively.
  • FIG. 4 is a two-dimensional coordinate plotting the oxidation-reduction potential and pH of the polishing liquid in polishing of Sample 1 to Sample 14 in FIG. 3 and indicating a region where good polishing can be obtained.
  • the abrasive grains used in the polishing of Sample 15 to Sample 30 the abrasive grain diameter, the hardness of the abrasive grains (Knoop hardness), the oxidation-reduction potential of the polishing liquid, and the pH, and the resulting polishing rate PR It is a graph which shows the value of (nm / h) and surface roughness Ra, respectively.
  • FIG. 7 is a two-dimensional coordinate plotting the oxidation-reduction potential and pH of the polishing liquid in the polishing of Sample 15 to Sample 32 in FIGS. 5 and 6 and indicating a region where good polishing can be obtained.
  • FIG. 1 conceptually shows an essential part of a polishing apparatus 10 for performing polishing by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method to which an example of the present invention is applied, with a frame removed.
  • the polishing apparatus 10 is provided with a polishing surface plate 12 rotatably supported around a vertical axis C ⁇ b> 1, and the polishing surface plate 12 includes a surface plate driving motor 13. Thus, it is driven to rotate in one rotation direction indicated by an arrow in the figure.
  • a polishing pad 14 is attached to the upper surface of the polishing surface plate 12, that is, the surface to which the object to be polished (GaN single crystal material) 16 is pressed.
  • a work holding member (carrier) 18 for holding the object 16 to be polished such as a GaN wafer on its lower surface by suction or using a holding frame or the like.
  • the workpiece holding member 18 is arranged so as to be rotatable around the center C2 and movable in the direction of the axis C2.
  • the workpiece holding member 18 is provided by a workpiece driving motor (not shown) or by a rotational moment received from the polishing surface plate 12. It can be rotated in one rotation direction indicated by an arrow in FIG.
  • a workpiece 16 that is a GaN single crystal substrate is held on the lower surface of the workpiece holding member 18, that is, the surface facing the polishing pad 14, and the workpiece 16 is pressed against the polishing pad 14 with a predetermined load. ing. Further, a dripping nozzle 22 and / or a spray nozzle 24 are provided in the vicinity of the work holding member 18 of the polishing apparatus 10, and a polishing liquid (lubricant) 20, which is an oxidizing aqueous solution sent from a tank (not shown), is provided. It is supplied on the polishing surface plate 12.
  • the polishing apparatus 10 is disposed so as to be rotatable around an axis C3 parallel to the axis C1 of the polishing surface plate 12, and to be movable in the direction of the axis C3 and the radial direction of the polishing surface plate 12.
  • An adjustment tool holding member (not shown) and a polishing body adjustment tool (conditioner) such as a diamond wheel (not shown) attached to the lower surface of the adjustment tool holding member, that is, the surface facing the polishing pad 14 are provided as necessary.
  • the adjusting tool holding member and the polishing body adjusting tool attached to the adjusting tool holding member are pressed against the polishing pad 14 while being rotated by an adjusting tool driving motor (not shown), and in the radial direction of the polishing surface plate 12.
  • By reciprocating the polishing surface of the polishing pad 14 is adjusted, and the surface state of the polishing pad 14 is polished. It is adapted to be maintained at all times in the state.
  • polishing surface plate 12, the polishing pad 14 attached thereto, the workpiece holding member 18, and the object 16 to be polished held on the lower surface of the polishing table 12 are fixed.
  • the polishing liquid 20 is being supplied from the dropping nozzle 22 and / or the spray nozzle 24 onto the surface of the polishing pad 14 while being rotated around the respective axis centers by the panel driving motor 13 and the workpiece driving motor,
  • the object to be polished 16 held by the holding member 18 is pressed against the polishing pad 14.
  • the surface to be polished of the object to be polished 16 that is, the surface facing the polishing pad 14
  • polishing liquid 20 and contained in the polishing pad 14 is removed from the polishing pad 14. Polishing is performed flatly by the mechanical polishing action by the self-supplied abrasive grains 26.
  • silica having an average particle diameter of about 80 nm is used for the abrasive grains 26.
  • the polishing pad 14 affixed on the polishing surface plate 12 is a polishing abrasive-free polishing pad made of hard foamed polyurethane resin, an epoxy resin having independent pores or continuous vents containing the abrasive grains 26, or This is a polishing pad with fixed abrasive grains made of PES resin, and has dimensions of about 300 (mm ⁇ ) ⁇ 5 (mm), for example.
  • FIG. 2 shows an example of the polishing abrasive grain fixed type (abrasive abrasive inclusion type) polishing pad.
  • the base resin 32 provided with the continuous air holes 30 and the continuous air holes 30 of the base material resin 32 are filled.
  • the portion includes a large number of abrasive grains 26 fixed to the base material resin 32 or partially separated from the base material resin 32 and is formed in a disk shape.
  • This polishing abrasive fixed type (polishing abrasive inclusion type) polishing pad is composed of, for example, about 32% by volume of polishing abrasive grains 26, about 33% by volume of a base resin 32, and a continuous vent hole 30 occupying the remaining volume. It is configured.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of the polishing pad 14 enlarged by a scanning electron microscope.
  • the continuous vent hole 30 of the base material resin 32 formed in a sponge shape or a stitch shape is equivalent to the polishing abrasive grain 26.
  • the polishing pad 14 of the present embodiment enables polishing by a CMP method by supplying a polishing liquid 20 that does not contain loose abrasive grains, without using a slurry containing, for example, colloidal silica.
  • An oxidizing polishing liquid 20 such as an aqueous potassium permanganate solution is supplied from the dropping nozzle 22 from the dropping nozzle 22 in a state where the platen driving motor 13 and a workpiece driving motor (not shown) are driven to rotate around the respective axis centers.
  • the workpiece 16 held by the work holding member 18 is pressed against the surface of the polishing pad 14 while being supplied onto the surface of the polishing pad 14.
  • the surface to be polished of the object to be polished 16 that is, the surface facing the polishing pad 14 is subjected to the chemical polishing action by the polishing liquid 20 and the abrasive grains 26 supplied by the polishing pad 14. It is polished flatly by the mechanical polishing action by.
  • the oxidation-reduction potential is adjusted using potassium permanganate and potassium thiosulfate
  • the pH is adjusted using sulfuric acid and potassium hydroxide so that the pH and the oxidation-reduction potential Eh are different from each other
  • the abrasive grains are 12 Samples 1 to 14 which are 10 mm ⁇ 10 mm ⁇ 0.35 mm GaN single crystal plates were subjected to polishing tests on 14 kinds of oxidizing polishing liquids dispersed so as to be 5 wt%.
  • Polishing processing equipment Engis high press EJW-380 Polishing pad: Hard foam polyurethane 300mm ⁇ ⁇ 2mmt (IC1000 manufactured by Nitta Haas) Polishing pad rotation speed: 60 rpm
  • Object to be polished (sample): GaN single crystal plate (0001)
  • Shape of object to be polished 3 plates of 10 mm ⁇ 10 mm ⁇ 0.35 mm
  • Number of rotations of object to be polished 60 rpm
  • Conditioner SD # 325 (Electroplated diamond wheel)
  • FIG. 3 shows the types of abrasive grains used in Samples 1 to 14, the average grain diameter (nm) of the abrasive grains, the hardness of the abrasive grains (Knoop hardness), the oxidation-reduction potential Eh of the polishing liquid (hydrogen electrode) Reference potential), hydrogen ion concentration pH, and polishing rate PR (nm / h) and surface roughness Ra (nm) as polishing results are shown.
  • samples 1, 2, 4 to 6, 8 can obtain a polished surface having a surface roughness Ra of 2.3 nm or less and a polishing rate of 7 nm / h or more. Suitable polishing results were obtained for .about.13.
  • FIG. 4 shows the regions of the oxidation-reduction potential Eh (hydrogen electrode reference potential) and the hydrogen ion concentration pH of the polishing liquid used in Samples 1, 2, 4 to 6, and 8 to 13 with which the above preferable results were obtained
  • Eh hydrogen electrode reference potential
  • the two-dimensional coordinates indicating the oxidation-reduction potential Eh (hydrogen electrode reference potential) and the hydrogen ion concentration pH of the liquid are shown.
  • the oxidation-reduction potential is in the range of Ehmin (value determined by equation (1)) mV to Ehmax (value determined by equation (2)) mV
  • the pH is in the range of 0.1 to 6.5.
  • the oxidation-reduction potential is about potassium permanganate and About 16 kinds of oxidizing polishing liquids using potassium thiosulfate and adjusting pH and oxidation-reduction potential Eh using sulfuric acid and potassium hydroxide with respect to pH, 10 mm ⁇ 10 mm ⁇ 0.35 mm GaN Polishing tests were performed on Samples 15 to 30 which are single crystal plates.
  • the abrasive-encapsulated polishing pad used for each of the samples 15 to 30 is a base resin having independent pores and a part of the base resin is fixed or part of the base resin is separated from the base resin.
  • the abrasive-encapsulated polishing pad is, for example, formed into a sheet of 500 ⁇ 500 ⁇ 2 mm and cut into a circle of 300 mm ⁇ .
  • Polishing processing equipment Engis high press EJW-380 Polishing pad: Abrasive grain inclusion pad 300mm ⁇ ⁇ 2mmt Polishing pad rotation speed: 60 rpm
  • Object to be polished (sample): GaN single crystal plate (0001)
  • Shape of object to be polished 3 plates of 10 mm ⁇ 10 mm ⁇ 0.35 mm
  • Number of rotations of object to be polished 60 rpm
  • Conditioner SD # 325 (Electroplated diamond wheel)
  • FIG. 5 and 6 show the types of abrasive grains used in each of the samples 15 to 32, the average grain diameter (nm) of the abrasive grains, the hardness of the abrasive grains (Knoop hardness), and the oxidation-reduction potential Eh of the polishing liquid. (Hydrogen electrode reference potential), hydrogen ion concentration pH, polishing rate PR (nm / h) and surface roughness Ra (nm) as polishing results are shown.
  • Samples 15 to 32 Samples 16, 17, 19 to 24, 27 that can obtain a polished surface with a surface roughness Ra of 2.3 nm or less and a polishing rate of 7 nm / h or more. , 29 to 32, suitable polishing results were obtained.
  • FIG. 7 shows regions of the oxidation-reduction potential Eh (hydrogen electrode reference potential) and the hydrogen ion concentration pH of the polishing liquid used for Samples 16, 17, 19 to 24, 27, and 29 to 32 with which the above preferable results were obtained.
  • the two-dimensional coordinates indicating the oxidation-reduction potential Eh (hydrogen electrode reference potential) and the hydrogen ion concentration pH of the polishing liquid are shown.
  • the oxidation-reduction potential is in the range of Ehmin (value determined by equation (3)) mV to Ehmax (value determined by equation (4)) mV
  • the pH is in the range of 0.12 to 5.7.
  • Equation (3) Specified by Equation (3) is a straight line connecting the point indicating the sample 19 and the point indicating the sample 22, and the equation (4) is a straight line connecting the point indicating the sample 21 and the point indicating the sample 27.
  • Ehmin (mV) ⁇ 27.2 pH + 738.4
  • Ehmax (mV) ⁇ 84 pH + 1481 (4)
  • Polishing processing device 12 Polishing surface plate 14: Polishing pad (polishing abrasive-free polishing pad, fixed abrasive polishing pad) 16: Object to be polished (GaN single crystal substrate) 20: Polishing liquid 26: Polishing abrasive grain 30: Continuous air vent 32: Base material resin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

　難加工材料である窒化ガリウムＧａＮの単結晶基板を、ＣＭＰ法により十分な研磨効率や研磨性能が得られる研磨加工方法を提供する。　ＣＭＰ法による研磨加工において、窒化ガリウムＧａＮから成る単結晶基板の表面が酸化性の研磨液の存在下において砥粒内包研磨パッドを用いて研磨されるので、低い表面粗度を得つつ、高い研磨能率が好適に得られる。この研磨液は、酸化還元電位がＥｈｍｉｎ（式（１）で定められる値）ｍＶ～Ｅｈｍａｘ（式（２）で定められる値）ｍＶであり、且つｐＨが０．１～６．５である酸化性の研磨液である。　Ｅｈｍｉｎ（ｍＶ）＝－３３．９ｐＨ＋７５０　・・・（１）　Ｅｈｍａｘ（ｍＶ）＝－８２．１ｐＨ＋１４９１　・・・（２）

Description

ＧａＮ単結晶材料の研磨加工方法
　本発明は、ＧａＮ単結晶材料の一面を、能率良く鏡面に研磨する研磨加工方法に関する。
　半導体集積回路のような電子デバイスはシリコン単結晶基板上に構築される場合が多いが、比較的大きな電力の制御機能が求められるパワーデバイス等では、さらに電気特性が良好な窒化ガリウムＧａＮから成る単結晶基板を上記シリコン単結晶基板に替えて用いることが期待されている。このような窒化ガリウムＧａＮから成る単結晶基板を用いたパワーデバイスは、大きな電力量を扱うことができて、発熱が少なく小型化できるので、モータや発電機の回転数やトルクを制御する制御素子として、ハイブリッド車両や燃料電池車両等に好適に用いられる。また、窒化ガリウムＧａＮから成る単結晶基板は、高周波特性に優れ、無線通信局、中継局、移動局などへの展開が期待されている。
　一般に、超ＬＳＩの製造では半導体ウェハに多数のチップを形成し、最終工程で各チップサイズに切断するという製法が採られている。最近では超ＬＳＩの製造技術の向上に伴い集積度が飛躍的に向上し、配線の多層化が進んでいる為、各層を形成する工程においては、半導体ウェハ全体の平坦化（グローバルプラナリゼーション）が要求される。そのような半導体ウェハ全体の平坦化を実現する手法のひとつとして、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学的機械的研磨）法という研磨方法が挙げられる。このＣＭＰ法とは、定盤上に貼られた不織布あるいは発泡パッドなどの研磨パッドにウェハを押しつけて強制回転させ、そこに微細な研磨粒子（遊離砥粒）を含有したスラリ（細かい粉末がたとえばアルカリ水溶液などの液体中に分散している濃厚な懸濁液）を流して研磨をおこなうものである。かかるＣＭＰ法によれば、液体成分による化学的研磨と、研磨砥粒による機械的研磨との相乗効果によって比較的精度の高い研磨加工がおこなわれる。
　しかし、そのような従来のＣＭＰ法では、研磨加工に相当な時間が費やされていた。また、研磨粒子にダイヤモンド砥粒を用いた遊離砥粒加工を行なった場合、ある程度の加工能率は得られるが、表面粗さはたとえばＲａ＝１０ｎｍ程度に粗くなる。これに対して、シリカ砥粒を用いて遊離砥粒研磨加工を行なった場合、表面粗さは細かくなるが、加工能率が低下するとともに、原因不明のスクラッチ傷が発生し易いという不具合があった。
　これに対し、ＳｉＣ単結晶基板を研磨する研磨加工方法が提案されている。たとえば、特許文献１に記載された研磨加工方法がそれである。
特開２００８－０６８３９０号公報
　上記特許文献１の研磨加工方法は、研磨液の水素イオン濃度ｐＨおよび酸化還元電位Ｅｈの範囲において、高い研磨能率が得られ且つＳｉＣ単結晶基板の表面粗度を低く得られる特有の研磨加工条件を見出したものである。しかしながら、そのような研磨加工条件は、ＳｉＣ単結晶基板よりも一層研磨加工が困難な窒化ガリウムＧａＮから成る単結晶基板に対してそのまま適用することが不適当であり、この窒化ガリウムＧａＮから成る単結晶基板を能率良く表面粗度を低くすることが難しかった。
　本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、一層難加工材料である窒化ガリウムＧａＮから成る単結晶基板を、ＣＭＰ法による研磨において十分な研磨効率や研磨性能が得られる研磨加工方法を提供することにある。
　本発明者は、かかるＣＭＰ法による難加工材料の研磨法を開発すべく鋭意研究を継続した結果、研磨液および研磨粒子の存在下において研磨パッドを用いて結晶材料の表面を平滑に研磨するためのＣＭＰ法による研磨加工方法に際して、その研磨液に酸化剤を溶解して酸化性を付与すると、その研磨液の酸化還元電位ＥｈおよびｐＨの範囲において、前記難加工材料である窒化ガリウムＧａＮから成る単結晶基板に対する研磨能率や研磨性能が格段に優れたものとなる特有の領域が、研磨砥粒固定型研磨パッドおよび研磨砥粒遊離型研磨パッドのそれぞれにおいて存在することを見出した。本発明はこの知見に基づいて為されたものである。
　すなわち、第１発明の要旨とするところは、（ａ）研磨液および複数の研磨砥粒の存在下において研磨砥粒遊離型研磨パッドを用いて結晶材料の表面を平滑に研磨するためのＣＭＰ法による研磨加工方法であって、（ｂ）前記結晶材料は、ＧａＮの単結晶であり、（ｃ）前記研磨液は、酸化還元電位がＥｈｍｉｎ（式（１）で定められる値）ｍＶ～Ｅｈｍａｘ（式（２）で定められる値）ｍＶであり、且つｐＨが０．１～６．５である酸化性の研磨液であることにある。
　　Ｅｈｍｉｎ（ｍＶ）＝－３３．９ｐＨ＋７５０　　　・・・（１）
　　Ｅｈｍａｘ（ｍＶ）＝－８２．１ｐＨ＋１４９１　　・・・（２）
　すなわち、第２発明の要旨とするところは、（ｄ）研磨液および複数の研磨砥粒の存在下において研磨砥粒固定型研磨パッドを用いて結晶材料の表面を平滑に研磨するためのＣＭＰ法による研磨加工方法であって、（ｅ）前記結晶材料は、ＧａＮの単結晶であり、（ｆ）前記研磨液は、酸化還元電位がＥｈｍｉｎ（式（３）で定められる値）ｍＶ～Ｅｈｍａｘ（式（４）で定められる値）ｍＶであり、且つｐＨが０．１２～５．７である酸化性の研磨液であることにある。
　　Ｅｈｍｉｎ（ｍＶ）＝－２７．２ｐＨ＋７３８．４　・・・（３）
　　Ｅｈｍａｘ（ｍＶ）＝－８４．０ｐＨ＋１４８１　　・・・（４）
　第１発明によれば、ＣＭＰ法による研磨加工において、ＧａＮの単結晶である結晶材料の表面が、酸化還元電位がＥｈｍｉｎ（式（１）で定められる値）ｍＶ～Ｅｈｍａｘ（式（２）で定められる値）ｍＶであり、且つｐＨが０．１～６．５である酸化性の研磨液の存在下において研磨砥粒固定型研磨パッドを用いて研磨されるので、低い表面粗度を得つつ、高い研磨能率が好適に得られる。
　第２発明によれば、ＣＭＰ法による研磨加工において、ＧａＮの単結晶である結晶材料の表面が、酸化還元電位がＥｈｍｉｎ（式（３）で定められる値）ｍＶ～Ｅｈｍａｘ（式（４）で定められる値）ｍＶであり、且つｐＨが０．１２～５．７である酸化性の研磨液の存在下において研磨砥粒固定型研磨パッドを用いて研磨されるので、低い表面粗度を得つつ、高い研磨能率が好適に得られる。
　ここで、好適には、前記研磨砥粒遊離型研磨パッドは、硬質ポリウレタン樹脂製であり、前記研磨砥粒は、該研磨パッドに供給される研磨液に含まれる遊離砥粒である。このようにすれば、一層高い研磨能率と、低い表面粗度が得られるとともに、平面度等において研磨精度が高められる。
　また、好適には、前記酸化性の研磨液は、過マンガン酸カリウム、重クロム酸カリウム、またはチオ硫酸カリウムを酸化還元電位調整剤として添加されたものである。このようにすれば、好適な酸化性の研磨液が容易に得られる。
　また、好適には、前記研磨砥粒固定型研磨パッドは、独立気孔または連通気孔を有する母材樹脂を有し、前記複数の研磨砥粒は、前記母材樹脂に形成された独立気孔または連通気孔内に一部が固着し或いは一部が分離した状態で該母材樹脂内に収容されているものである。このようにすれば、母材樹脂の連通気孔内に研磨砥粒が内包されているので、一層高い研磨能率と、低い表面粗度が得られる。また、研磨砥粒の消費量が少なくなり、高価な研磨砥粒を用いることができる。
　また、好適には、前記研磨砥粒固定型研磨パッドの母剤樹脂は、エポキシ樹脂またはポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）樹脂から構成されたものである。このようにすれば、一層高い研磨効率が得られる。しかし、たとえばポリフッ化ビニル、フッ化ビニル・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体等のフッ素系合成樹脂や、ポリエチレン樹脂、およびポリメタクリル酸メチルの内、少なくとも１つを含む合成樹脂等であっても好適に用いられる。
　また、好適には、前記研磨砥粒は、ダイヤモンド、ＣＢＮ（立方晶窒化ケイ素）、Ｂ４Ｃ（炭化ホウ素）、炭化ケイ素、シリカ、セリア、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マンガン酸化物、炭酸バリウム、酸化クロム、および酸化鉄の内、少なくとも１つを含むものである。このようにすれば、良好な表面粗度を得ることができる被研磨体に応じた硬度を備えた研磨砥粒を用いることができるという利点がある。上記研磨砥粒は、好適には、その平均粒径が０．００５～１０（μｍ）の範囲内であり、たとえばシリカとしては、たとえばヒュームドシリカ（硝煙シリカ：四塩化ケイ素、クロロシランなどを水素および酸素の存在のもとで高温燃焼させて得られるシリカ微粒子）などが好適に用いられる。また、好適には、上記研磨砥粒の上記研磨体に対する体積割合は２０～５０（％）の範囲内であり、重量割合は５１～９０（％）の範囲内である。
　また、好適には、前記研磨砥粒固定型研磨パッドを用いた研磨に際して、前記研磨液量は、極めて微量であり、研磨定盤の面積当たり０．１～２００ｍｌ／ｍｉｎ／ｍ２である。このようにすれば、一層高い研磨効率が得られるとともに、表面荒さが細かくなる。
本発明の一適用例の研磨加工方法を実施する研磨加工装置の構成を概念的に示す斜視図である。 図１に示す研磨パッドの表面組織を走査型電子顕微鏡によって拡大した様子を説明する模式図である。 実験例１において、試料１～試料１４の研磨において用いられた砥粒、砥粒径、砥粒の硬さ（ヌープ硬度）、研磨液の酸化還元電位、およびｐＨと、得られた研磨レートＰＲ（ｎｍ／ｈ）および表面粗さＲａの値をそれぞれ示す図表である。 図３の試料１～試料１４の研磨における研磨液の酸化還元電位、およびｐＨをプロットし、且つ、良好な研磨が得られる領域を示す二次元座標である。 実験例２において、試料１５～試料３０の研磨において用いられた砥粒、砥粒径、砥粒の硬さ（ヌープ硬度）、研磨液の酸化還元電位、およびｐＨと、得られた研磨レートＰＲ（ｎｍ／ｈ）および表面粗さＲａの値をそれぞれ示す図表である。 実験例２において、試料３１～試料３２の研磨において用いられた砥粒、砥粒径、砥粒の硬さ（ヌープ硬度）、研磨液の酸化還元電位、およびｐＨと、得られた研磨レートＰＲ（ｎｍ／ｈ）および表面粗さＲａの値をそれぞれ示す図表である。 図５および図６の試料１５～試料３２の研磨における研磨液の酸化還元電位、およびｐＨをプロットし、且つ、良好な研磨が得られる領域を示す二次元座標である。
　以下、本発明の１適用例を図面と共に詳細に説明する。
　図１は、本発明の一例が適用されるＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学的機械的研磨）法による研磨加工を実施するための研磨加工装置１０の要部をフレームを取り外して観念的に示している。この図１において、研磨加工装置１０には、研磨定盤１２がその垂直な軸心Ｃ１まわりに回転可能に支持された状態で設けられており、その研磨定盤１２は、定盤駆動モータ１３により、図に矢印で示す１回転方向へ回転駆動されるようになっている。この研磨定盤１２の上面すなわち被研磨体（ＧａＮ単結晶材料）１６が押しつけられる面には、研磨パッド１４が貼り着けられている。一方、上記研磨定盤１２上の軸心Ｃ１から偏心した位置には、ＧａＮウェハ等の被研磨体１６を吸着或いは保持枠等を用いて下面において保持するワーク保持部材（キャリヤ）１８がその軸心Ｃ２まわりに回転可能、その軸心Ｃ２方向に移動可能に支持された状態で配置されており、そのワーク保持部材１８は、図示しないワーク駆動モータにより或いは上記研磨定盤１２から受ける回転モーメントにより図１に矢印で示す１回転方向へ回転させられるようになっている。ワーク保持部材１８の下面すなわち上記研磨パッド１４と対向する面にはＧａＮ単結晶基板である被研磨体１６が保持され、被研磨体１６が所定の荷重で研磨パッド１４に押圧されるようになっている。また、研磨加工装置１０のワーク保持部材１８の近傍には、滴下ノズル２２および／またはスプレーノズル２４が設けられており、図示しないタンクから送出された酸化性水溶液である研磨液（ルブリカント）２０が上記研磨定盤１２上に供給されるようになっている。
　なお、上記研磨加工装置１０には、研磨定盤１２の軸心Ｃ１に平行な軸心Ｃ３まわりに回転可能、その軸心Ｃ３の方向および前記研磨定盤１２の径方向に移動可能に配置された図示しない調整工具保持部材と、その調整工具保持部材の下面すなわち前記研磨パッド１４と対向する面に取り付けられた図示しないダイヤモンドホイールのような研磨体調整工具（コンディショナー）とが必要に応じて設けられており、かかる調整工具保持部材およびそれに取り付けられた研磨体調整工具は、図示しない調整工具駆動モータにより回転駆動された状態で前記研磨パッド１４に押しつけられ、且つ研磨定盤１２の径方向に往復移動させられることにより、研磨パッド１４の研磨面の調整がおこなわれてその研磨パッド１４の表面状態が研磨加工に適した状態に常時維持されるようになっている。
　上記研磨加工装置１０によるＣＭＰ法の研磨加工に際しては、上記研磨定盤１２およびそれに貼り着けられた研磨パッド１４と、ワーク保持部材１８およびその下面に保持された被研磨体１６とが、上記定盤駆動モータ１３およびワーク駆動モータによりそれぞれの軸心まわりに回転駆動された状態で、上記滴下ノズル２２および／またはスプレーノズル２４から研磨液２０が上記研磨パッド１４の表面上に供給されつつ、ワーク保持部材１８に保持された被研磨体１６がその研磨パッド１４に押しつけられる。そうすることにより、上記被研磨体１６の被研磨面すなわち上記研磨パッド１４に対向する面が、上記研磨液２０による化学的研磨作用と、上記研磨パッド１４内に内包されてその研磨パッド１４から自己供給された研磨砥粒２６による機械的研磨作用とによって平坦に研磨される。この研磨砥粒２６には、たとえば平均粒径８０ｎｍ程度のシリカが用いられる。
　上記研磨定盤１２上に貼り着け付けられた研磨パッド１４は、硬質発泡ポリウレタン樹脂から成る研磨砥粒遊離型研磨パッド、或いは、研磨砥粒２６を収容した独立気孔或いは連通気孔を有するエポキシ樹脂或いはＰＥＳ樹脂から成る研磨砥粒固定型研磨パッドであり、たとえば３００（ｍｍφ）×５（ｍｍ）程度の寸法を備えている。図２は、その研磨砥粒固定型（研磨砥粒内包型）研磨パッドの一例を示し、連通気孔３０を備えた母材樹脂３２と、その母材樹脂３２の連通気孔３０に充填され、一部は母材樹脂３２に固着して状態或いは一部が母材樹脂３２から分離した状態の多数の研磨砥粒２６とを備えて円板状に形成されている。この研磨砥粒固定型（研磨砥粒内包型）研磨パッドは、たとえば、３２容積％程度の研磨砥粒２６と３３容積％程度の母材樹脂３２と、残りの容積を占める連通気孔３０とから構成されている。図２は、その研磨パッド１４の組織を走査型電子顕微鏡によって拡大して示す模式図であり、スポンジ状或いは編み目状に形成された母材樹脂３２の連通気孔３０は研磨砥粒２６よりも同等以上の大きさに形成されており、その連通気孔３０内には多数の研磨砥粒２６が保持されている。その母材樹脂３２と前記研磨砥粒２６とが必要十分な結合力により相互に固着されている。本実施例の研磨パッド１４は、たとえばコロイダルシリカなどを含有したスラリによることなく、遊離砥粒を含まない研磨液２０の供給によってＣＭＰ法による研磨加工を可能とするものである。
　以上のように構成された研磨加工装置１０における研磨加工に際しては、研磨定盤１２およびそれに貼り付けられた研磨パッド１４と、ワーク保持部材１８およびその下面に保持された被研磨体１６とが、定盤駆動モータ１３および図示しないワーク駆動モータによりそれぞれの軸心まわりに回転駆動された状態で、上記滴下ノズル２２から、たとえば過マンガン酸カリウム水溶液などの酸化性の研磨液２０が上記研磨パッド１４の表面上に供給されつつ、ワーク保持部材１８に保持された被研磨体１６がその研磨パッド１４の表面に押しつけられる。そうすることにより、上記被研磨体１６の被研磨面すなわち上記研磨パッド１４に接触する対向面が、上記研磨液２０による化学的研磨作用と、上記研磨パッド１４により自己供給された研磨砥粒２６による機械的研磨作用とによって平坦に研磨される。
［実験例１］
　以下、本発明者等が行った実験例１を説明する。先ず、図１に示す研磨加工装置１０と同様に構成された装置を用い、以下に示す遊離砥粒研磨条件にて、硬質ポリウレタンから成る研磨砥粒遊離型研磨パッドと研磨砥粒とを用いるとともに、酸化還元電位については過マンガン酸カリウムおよびチオ硫酸カリウムを用い、ｐＨについては硫酸と水酸化カリウムを用いて、ｐＨおよび酸化還元電位Ｅｈが相互に異なるように調整され、且つ研磨砥粒が１２．５重量％となるように分散された１４種類の酸化性の研磨液について、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３５ｍｍのＧａＮ単結晶板である試料１～試料１４の研磨試験をそれぞれ行った。
［遊離砥粒研磨条件］
研磨加工装置　　　：エンギスハイプレス　ＥＪＷ－３８０
研磨パッド　　　　：硬質発泡ポリウレタン製　３００ｍｍφ×２ｍｍｔ（ニッタハース社製のＩＣ１０００）
研磨パッド回転数　：６０ｒｐｍ
被研磨体（試料）　：ＧａＮ単結晶板（0001）
被研磨体の形状　　：１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３５ｍｍの板が３個
被研磨体回転数　　：６０ｒｐｍ
研磨荷重（圧力）　：５２．２ｋＰａ
研磨液供給量　　　：１０ｍｌ／ｍｉｎ
研磨時間　　　　　：１２０ｍｉｎ
コンディショナー　：ＳＤ＃３２５（電着ダイヤモンドホイール）
　図３には、各試料１～試料１４に用いられた砥粒の種類、砥粒の平均粒径（ｎｍ）、砥粒の硬さ（ヌープ硬度）、研磨液の酸化還元電位Ｅｈ（水素電極基準電位）、および水素イオン濃度ｐＨと、研磨結果である研磨レートＰＲ（ｎｍ／ｈ）および表面粗度Ｒａ（ｎｍ）とが示されている。これら各試料１～試料１４のうち、表面粗さＲａが２．３ｎｍ以下の研磨面が得られ、且つ研磨レートが７ｎｍ／ｈ以上の研磨レートが得られる試料１、２、４～６、８～１３について好適な研磨結果が得られた。
　図４は、上記好適な結果が得られた試料１、２、４～６、８～１３に用いた研磨液の酸化還元電位Ｅｈ（水素電極基準電位）および水素イオン濃度ｐＨの領域を、研磨液の酸化還元電位Ｅｈ（水素電極基準電位）および水素イオン濃度ｐＨを示す二次元座標において示している。この領域は、酸化還元電位がＥｈｍｉｎ（式（１）で定められる値）ｍＶ～Ｅｈｍａｘ（式（２）で定められる値）ｍＶの範囲であり、且つｐＨが０．１～６．５の範囲で特定される。式（１）は試料４を示す点と試料８を示す点とを結ぶ直線であり、式（２）は試料１１を示す点と試料１３を示す点とを結ぶ直線である。
　　Ｅｈｍｉｎ（ｍＶ）＝－３３．９ｐＨ＋７５０　　　・・・（１）
　　Ｅｈｍａｘ（ｍＶ）＝－８２．１ｐＨ＋１４９１　　・・・（２）
［実験例２］
　以下、本発明者等が行った実験例２を説明する。先ず、図１に示す研磨加工装置１０と同様に構成された装置を用い、以下に示す固定砥粒研磨条件にて、砥粒内包研磨パッドを用いるとともに、酸化還元電位については過マンガン酸カリウムおよびチオ硫酸カリウムを用い、ｐＨについては硫酸と水酸化カリウムを用いて、ｐＨおよび酸化還元電位Ｅｈが異なるように調整された１６種類の酸化性の研磨液について、１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３５ｍｍのＧａＮ単結晶板である試料１５～試料３０の研磨試験をそれぞれ行った。この研磨加工において、各試料１５～試料３０に用いられる砥粒内包研磨パッドは、独立気孔を有する母材樹脂と、その母材樹脂に一部が固着し或いは一部が母材樹脂から分離した状態でその独立気孔内に収容された研磨砥粒とを有するものであり、たとえばシリカ（ρ＝２．２０）或いはアルミナ（ρ＝３．９８）が１０体積％、母材樹脂としてのエポキシ樹脂（ρ＝１．１５）が５５体積％、独立気孔が３５体積％から構成されている。また、試料３１～３２に用いられる砥粒内包研磨パッドは、連通気孔を有する母材樹脂と、その母材樹脂内に収容された研磨砥粒とを有するものであり、たとえばシリカ（ρ＝２．２０）が３２体積％、母材樹脂としてのポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）樹脂（ρ＝１．３５）が３３体積％、連通気孔が３５体積％から構成されている。砥粒内包研磨パッドは、たとえば５００×５００×２ｍｍのシート状に成形し、３００ｍｍφの円形に切り出されたものである。
［固定砥粒研磨条件］
研磨加工装置　　　：エンギスハイプレス　ＥＪＷ－３８０
研磨パッド　　　　：砥粒内包パッド　３００ｍｍφ×２ｍｍｔ
研磨パッド回転数　：６０ｒｐｍ
被研磨体（試料）　：ＧａＮ単結晶板（0001）
被研磨体の形状　　：１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．３５ｍｍの板が３個
被研磨体回転数　　：６０ｒｐｍ
研磨荷重（圧力）　：５２．２ｋＰａ
研磨液供給量　　　：１０ｍｌ／ｍｉｎ
研磨時間　　　　　：１２０ｍｉｎ
コンディショナー　：ＳＤ＃３２５（電着ダイヤモンドホイール）
　図５および図６には、各試料１５～試料３２に用いられた砥粒の種類、砥粒の平均粒径（ｎｍ）、砥粒の硬さ（ヌープ硬度）、研磨液の酸化還元電位Ｅｈ（水素電極基準電位）、および水素イオン濃度ｐＨと、研磨結果である研磨レートＰＲ（ｎｍ／ｈ）および表面粗度Ｒａ（ｎｍ）とが示されている。これら各試料１５～試料３２のうち、表面粗さＲａが２．３ｎｍ以下の研磨面が得られ、且つ研磨レートが７ｎｍ／ｈ以上の研磨レートが得られる試料１６、１７、１９～２４、２７、２９～３２について好適な研磨結果が得られた。
　図７は、上記好適な結果が得られた試料１６、１７、１９～２４、２７、２９～３２に用いた研磨液の酸化還元電位Ｅｈ（水素電極基準電位）および水素イオン濃度ｐＨの領域を、研磨液の酸化還元電位Ｅｈ（水素電極基準電位）および水素イオン濃度ｐＨを示す二次元座標において示している。この領域は、酸化還元電位がＥｈｍｉｎ（式（３）で定められる値）ｍＶ～Ｅｈｍａｘ（式（４）で定められる値）ｍＶの範囲であり、且つｐＨが０．１２～５．７の範囲で特定される。式（３）は試料１９を示す点と試料２２を示す点とを結ぶ直線であり、式（４）は試料２１を示す点と試料２７を示す点とを結ぶ直線である。
　　Ｅｈｍｉｎ（ｍＶ）＝－２７．２ｐＨ＋７３８．４　・・・（３）
　　Ｅｈｍａｘ（ｍＶ）＝－８４ｐＨ＋１４８１　　　　・・・（４）
　その他一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて用いられるものである。
１０：研磨加工装置
１２：研磨定盤
１４：研磨パッド（研磨砥粒遊離型研磨パッド、研磨砥粒固定型研磨パッド）
１６：被研磨体（ＧａＮ単結晶基板）
２０：研磨液
２６：研磨砥粒
３０：連通気孔
３２：母材樹脂

Claims (6)

  1. 　研磨液および複数の研磨砥粒の存在下において研磨砥粒遊離型研磨パッドを用いて結晶材料の表面を平滑に研磨するためのＣＭＰ法による研磨加工方法であって、
    　前記結晶材料は、ＧａＮの単結晶であり、
    　前記研磨液は、酸化還元電位がＥｈｍｉｎ（式（１）で定められる値）ｍＶ～Ｅｈｍａｘ（式（２）で定められる値）ｍＶであり、且つｐＨが０．１～６．５である酸化性の研磨液であることを特徴とする研磨加工方法。
    　　Ｅｈｍｉｎ（ｍＶ）＝－３３．９ｐＨ＋７５０　　　・・・（１）
    　　Ｅｈｍａｘ（ｍＶ）＝－８２．１ｐＨ＋１４９１　　・・・（２）
  2. 　研磨液および複数の研磨砥粒の存在下において研磨砥粒固定型研磨パッドを用いて結晶材料の表面を平滑に研磨するためのＣＭＰ法による研磨加工方法であって、
    　前記結晶材料は、ＧａＮの単結晶であり、
    　前記研磨液は、酸化還元電位がＥｈｍｉｎ（式（３）で定められる値）ｍＶ～Ｅｈｍａｘ（式（４）で定められる値）ｍＶであり、且つｐＨが０．１２～５．７である酸化性の研磨液であることを特徴とする研磨加工方法。
    　　Ｅｈｍｉｎ（ｍＶ）＝－２７．２ｐＨ＋７３８．４　・・・（３）
    　　Ｅｈｍａｘ（ｍＶ）＝－８４ｐＨ＋１４８１　　　　・・・（４）
  3. 　前記酸化性の研磨液は、過マンガン酸カリウムまたはチオ硫酸カリウムを酸化還元電位調整剤として添加されたものである請求項１または２の研磨加工方法。
  4. 　前記研磨砥粒遊離型研磨パッドは、硬質発泡ポリウレタン樹脂製であり、
    　前記研磨砥粒は、該研磨パッドに供給される研磨液に含まれる遊離砥粒である
    　ことを特徴とする請求項１の研磨加工方法。
  5. 　前記研磨砥粒固定型研磨パッドは、独立気孔または連通気孔を有する母材樹脂を有し、
    　前記複数の研磨砥粒は、前記母材樹脂に形成された独立気孔または連通気孔内に一部が固着し或いは一部が該母材樹脂から分離した状態で該母材樹脂内に収容されている
    　ことを特徴とする請求項２の研磨加工方法。
  6. 　前記研磨砥粒固定型研磨パッドの母剤樹脂は、エポキシ樹脂またはポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）樹脂から構成されたものである
    　ことを特徴とする請求項４の研磨加工方法。
PCT/JP2015/059526 2014-03-31 2015-03-26 ＧａＮ単結晶材料の研磨加工方法 WO2015152021A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/128,626 US10272537B2 (en) 2014-03-31 2015-03-26 Method for polishing GaN single crystal material
JP2016511608A JP6243009B2 (ja) 2014-03-31 2015-03-26 ＧａＮ単結晶材料の研磨加工方法
KR1020207037147A KR102230096B1 (ko) 2014-03-31 2015-03-26 GaN 단결정 재료의 연마 가공 방법
KR1020167027954A KR102230101B1 (ko) 2014-03-31 2015-03-26 GaN 단결정 재료의 연마 가공 방법
EP15774319.6A EP3128536B1 (en) 2014-03-31 2015-03-26 Method for polishing gan single crystal material

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-074202 2014-03-31
JP2014074202 2014-03-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015152021A1 true WO2015152021A1 (ja) 2015-10-08

Family

ID=54240347

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/059526 WO2015152021A1 (ja) 2014-03-31 2015-03-26 ＧａＮ単結晶材料の研磨加工方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10272537B2 (ja)
EP (1) EP3128536B1 (ja)
JP (2) JP6243009B2 (ja)
KR (2) KR102230101B1 (ja)
TW (1) TWI659093B (ja)
WO (1) WO2015152021A1 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018012468A1 (ja) * 2016-07-12 2018-01-18 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 研磨体およびその製造方法
TWI641038B (zh) * 2016-08-02 2018-11-11 兆遠科技股份有限公司 拋光液供給系統
JP7409815B2 (ja) * 2019-09-26 2024-01-09 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 半導体ウェハの研磨方法
CN113084694A (zh) * 2021-04-08 2021-07-09 华侨大学 磨料与晶圆衬底摩擦化学反应的实现装置及其实现方法
CN115091338A (zh) * 2022-06-29 2022-09-23 中国地质大学（北京） 通过加入金属氧化物纳米颗粒提高单晶金刚石抛光效率的方法
CN115477899B (zh) * 2022-07-29 2023-09-08 深圳市永霖科技有限公司 一种基于氧化还原电位机理的氮化镓化学机械抛光液

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006179647A (ja) * 2004-12-22 2006-07-06 Renesas Technology Corp 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置
JP2007103457A (ja) * 2005-09-30 2007-04-19 Sumitomo Electric Ind Ltd ポリシングスラリー、ｉｉｉ族窒化物結晶の表面処理方法、ｉｉｉ族窒化物結晶基板、エピタキシャル層付ｉｉｉ族窒化物結晶基板、半導体デバイスおよびその製造方法
JP2007299979A (ja) * 2006-05-01 2007-11-15 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物結晶の表面処理方法およびｉｉｉ族窒化物結晶基板
JP2008010835A (ja) * 2006-05-31 2008-01-17 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物結晶の表面処理方法、窒化物結晶基板、エピタキシャル層付窒化物結晶基板および半導体デバイス、ならびにエピタキシャル層付窒化物結晶基板および半導体デバイスの製造方法
JP2008068390A (ja) * 2006-09-15 2008-03-27 Noritake Co Ltd 結晶材料の研磨加工方法
JP2011129752A (ja) * 2009-12-18 2011-06-30 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物結晶基板、エピ層付ｉｉｉ族窒化物結晶基板、ならびに半導体デバイスおよびその製造方法
JP2012253259A (ja) * 2011-06-06 2012-12-20 Disco Abrasive Syst Ltd 研磨方法及び酸性研磨液

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4266579B2 (ja) 2002-06-28 2009-05-20 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 研磨体およびその製造方法
JP4277826B2 (ja) * 2005-06-23 2009-06-10 住友電気工業株式会社 窒化物結晶、窒化物結晶基板、エピ層付窒化物結晶基板、ならびに半導体デバイスおよびその製造方法
US7354287B1 (en) * 2006-10-31 2008-04-08 Caterpillar Inc. Shorting connector
US20090317638A1 (en) * 2007-02-20 2009-12-24 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Polishing slurry, method for manufacturing the polishing slurry, nitride crystalline material and method for plishing surface of the nitride crystalline material
US8383003B2 (en) * 2008-06-20 2013-02-26 Nexplanar Corporation Polishing systems
JP5410943B2 (ja) * 2008-12-18 2014-02-05 三洋化成工業株式会社 電子材料用洗浄剤
JP5636642B2 (ja) * 2009-06-24 2014-12-10 住友電気工業株式会社 化合物半導体基板
JP4827963B2 (ja) * 2009-12-11 2011-11-30 国立大学法人九州大学 炭化珪素の研磨液及びその研磨方法
US20140248776A1 (en) * 2011-08-09 2014-09-04 Fujimi Incorporated Composition for polishing compound semiconductor
DE112012004193T5 (de) * 2011-10-07 2014-07-03 Asahi Glass Co., Ltd. Siliziumcarbid-Einkristallsubstrat und Polierlösung
JP5696734B2 (ja) * 2013-03-22 2015-04-08 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物結晶基板、エピタキシャル層付ｉｉｉ族窒化物結晶基板および半導体デバイス
US20160257854A1 (en) * 2013-10-22 2016-09-08 Noritake Co., Limited Polishing composition and polishing processing method using same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006179647A (ja) * 2004-12-22 2006-07-06 Renesas Technology Corp 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置
JP2007103457A (ja) * 2005-09-30 2007-04-19 Sumitomo Electric Ind Ltd ポリシングスラリー、ｉｉｉ族窒化物結晶の表面処理方法、ｉｉｉ族窒化物結晶基板、エピタキシャル層付ｉｉｉ族窒化物結晶基板、半導体デバイスおよびその製造方法
JP2007299979A (ja) * 2006-05-01 2007-11-15 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物結晶の表面処理方法およびｉｉｉ族窒化物結晶基板
JP2008010835A (ja) * 2006-05-31 2008-01-17 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物結晶の表面処理方法、窒化物結晶基板、エピタキシャル層付窒化物結晶基板および半導体デバイス、ならびにエピタキシャル層付窒化物結晶基板および半導体デバイスの製造方法
JP2008068390A (ja) * 2006-09-15 2008-03-27 Noritake Co Ltd 結晶材料の研磨加工方法
JP2011129752A (ja) * 2009-12-18 2011-06-30 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物結晶基板、エピ層付ｉｉｉ族窒化物結晶基板、ならびに半導体デバイスおよびその製造方法
JP2012253259A (ja) * 2011-06-06 2012-12-20 Disco Abrasive Syst Ltd 研磨方法及び酸性研磨液

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3128536A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
TWI659093B (zh) 2019-05-11
EP3128536B1 (en) 2022-01-19
JPWO2015152021A1 (ja) 2017-04-13
US10272537B2 (en) 2019-04-30
JP6243009B2 (ja) 2017-12-06
JP6420939B2 (ja) 2018-11-07
EP3128536A4 (en) 2018-06-20
KR20160138099A (ko) 2016-12-02
EP3128536A1 (en) 2017-02-08
TW201542790A (zh) 2015-11-16
JP2018050065A (ja) 2018-03-29
KR20210000328A (ko) 2021-01-04
US20170100815A1 (en) 2017-04-13
KR102230101B1 (ko) 2021-03-18
KR102230096B1 (ko) 2021-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6420939B2 (ja) ＧａＮ単結晶材料の研磨加工方法
JP5336699B2 (ja) 結晶材料の研磨加工方法
WO2012005142A1 (ja) 研磨剤および研磨方法
JP2000049122A (ja) 半導体装置の製造方法
KR20140062107A (ko) 연마제 및 연마 방법
WO2015059987A1 (ja) 研磨用組成物およびそれを用いた研磨加工方法
JP2014128877A (ja) 表面加工装置及び方法
US9761454B2 (en) Method of polishing SiC substrate
US20050205523A1 (en) Methods and systems for planarizing microelectronic devices with Ge-Se-Ag layers
JP3975047B2 (ja) 研磨方法
JP2013099831A (ja) 砥石
JP4688456B2 (ja) 化学的機械的研磨装置
JPH09232257A (ja) 研磨加工方法
Lu et al. Proposal of new polishing technology without using a polishing pad
WO1998011600A1 (fr) Procede de faconnage de tranches de semi-conducteur
TWI746898B (zh) 平坦化機台及其平坦化方法
JP7409820B2 (ja) ＩｎＰ半導体材料の研磨加工方法および研磨液
JP2008288240A (ja) ＳｉＣ結晶研磨方法
JP2017092215A (ja) 半導体装置の製造方法および化学機械研磨用スラリ
JP7433170B2 (ja) ウェハ研磨方法及びウェハ研磨装置
JP6281988B2 (ja) 表面加工装置及び方法
JPH10329033A (ja) Ｌｓｉ金属配線研磨用砥石およびｌｓｉ金属配線研磨方法
JP2013254777A (ja) 研磨方法
CN105575791A (zh) 化学机械研磨制作工艺

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15774319

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016511608

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15128626

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20167027954

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2015774319

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2015774319

Country of ref document: EP