研磨垫和研磨方法

技术领域

本发明涉及用于研磨碳化硅基板的研磨垫和研磨碳化硅基板的研磨方法。

背景技术

近年来，高耐压且能够控制大电流的所谓功率半导体器件受到关注。功率半导体器件例如形成在与硅(Si)的单晶基板相比电特性良好的碳化硅(SiC)的单晶基板的一面侧。

已知在碳化硅的单晶基板的一面侧形成功率半导体器件之前，通过化学机械研磨(CMP)对单晶基板的一面侧进行研磨而使其平坦化(例如，参照专利文献1)。在专利文献1中，记载了使用固定有磨粒的研磨垫和酸性的研磨液，提高碳化硅的单晶基板的研磨速率。

但是，在以往的研磨垫中，存在如下的问题：当抑制由研磨引起的损伤(划痕)的形成时，在被研磨面形成起伏，另一方面，当抑制起伏时，在被研磨面形成划痕。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-253259号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，在对碳化硅的单晶基板进行研磨时，使研磨速率为规定值以上，并且兼顾被研磨面的划痕数量的减少和形成于被研磨面的起伏程度的降低。

用于解决课题的手段

根据本发明的一个方式，提供一种研磨垫，其用于研磨碳化硅基板，其包含聚氨酯和由该聚氨酯固定的磨粒，由损耗模量(E”)/储能模量(E’)表示的损耗角正切(tanδ)在30℃为0.1以上0.35以下，且玻璃化转变温度为40℃以上65℃以下。

根据本发明的另一方式，提供一种研磨方法，其研磨碳化硅基板，其具备：保持工序，利用研磨装置的卡盘工作台对具有该碳化硅基板的被加工物进行保持；以及研磨工序，一边从具有分别为圆盘状的基底基板和研磨垫且在径向的中央部形成有贯通该基底基板和该研磨垫的贯通孔的研磨工具的该贯通孔供给研磨液，一边利用该研磨垫对该碳化硅基板进行研磨，该研磨垫包含聚氨酯和由该聚氨酯固定的磨粒，由损耗模量(E”)/储能模量(E′)表示的损耗角正切(tanδ)在30℃为0.1以上0.35以下，且玻璃化转变温度为40℃以上65℃以下。

发明效果

若使用本发明的一个方式的研磨垫对碳化硅基板进行研磨，则能够使研磨速率为规定值以上，并且兼顾被研磨面的划痕数量的减少和形成于被研磨面的起伏程度的降低。

附图说明

图1是研磨装置的局部剖视侧视图。

图2是研磨工具的立体图。

图3的(A)是利用研磨垫P1进行了研磨的情况下的被研磨面的划痕的图像，图3的(B)是利用研磨垫P3进行了研磨的情况下的被研磨面的划痕的图像，图3的(C)是利用研磨垫P5进行了研磨的情况下的被研磨面的划痕的图像。

图4的(A)是示出利用研磨垫P1进行了研磨的情况下的被研磨面的起伏程度的图像，图4的(B)是示出利用研磨垫P3进行了研磨的情况下的被研磨面的起伏程度的图像，图4的(C)是示出利用研磨垫P5进行了研磨的情况下的被研磨面的起伏程度的图像。

图5是示出温度(横轴)和tanδ(纵轴)的曲线图。

图6是研磨方法的流程图。

具体实施方式

参照附图，对本发明的一个方式的实施方式进行说明。图1是研磨装置2的局部剖视侧视图。需要说明的是，图1所示的Z轴方向与铅垂方向大致平行。图2是从研磨垫20侧观察后述的研磨工具16的立体图。

研磨装置2具有圆盘状的卡盘工作台4。在卡盘工作台4的下表面侧连结有长度方向沿着Z轴方向配置的旋转轴(未图示)。在旋转轴上设置有从动带轮(未图示)。

在卡盘工作台4的附近设置有电动机等旋转驱动源(未图示)。另外，在旋转驱动源的输出轴上设置有驱动带轮(未图示)。在驱动带轮和从动带轮上挂设有带齿的环形带(未图示)。

当使旋转驱动源动作时，输出轴的旋转被传递到卡盘工作台4的旋转轴，卡盘工作台4绕旋转轴旋转。卡盘工作台4具有由氧化铝等陶瓷形成的非多孔质的圆盘状的框体6。

在框体6的上部形成有圆盘状的凹部。在该凹部固定有由氧化铝等陶瓷形成的圆盘状的多孔质板8。多孔质板8的上表面与框体6的上表面大致为同一水平面，形成大致平坦的保持面4a。

多孔质板8经由以放射状形成于框体6的凹部的底面的流路6a、以贯通框体6的凹部的底面的径向的中心的方式形成的流路6b而与真空泵等吸引源(未图示)连接。若使吸引源动作，则向多孔质板8的上表面传递负压。

在保持面4a上载置被加工物11。被加工物11具有碳化硅基板13，该碳化硅基板13是由碳化硅形成的圆盘状的单晶基板。在碳化硅基板13的一面13a侧，呈格子状设定有多条分割预定线(未图示)。

在由多条分割预定线划分出的矩形状的各区域形成有IGBT(Insulated GateBipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)等器件(未图示)。

在一面13a侧，为了防止碳化硅基板13的污染、对器件的冲击等，粘贴有由树脂形成的圆形的保护带15。需要说明的是，被加工物11中的器件的数量、种类、配置等没有特别限定。被加工物11也可以没有器件。

利用保持面4a隔着保护带15而吸引保持被加工物11的一面13a侧。此时，碳化硅基板13的另一面13b以朝向上方的方式露出。在另一面13b侧未设置器件，该另一面13b成为被研磨面。

在保持面4a的上方配置有研磨单元10。研磨单元10具有长度方向与Z轴方向大致平行地配置的圆筒状的主轴壳体(未图示)。

在主轴壳体连结有滚珠丝杠式的Z轴方向移动单元(未图示)。Z轴方向移动单元例如是使研磨单元10沿着Z轴方向移动的滚珠丝杠式的移动机构。

在主轴壳体内以能够旋转的方式收纳有长度方向与Z轴方向大致平行地配置的圆柱状的主轴12的一部分。在主轴12的上侧的一部分设置有用于使主轴12旋转的电动机等旋转驱动源(未图示)。

主轴12的下端部比主轴壳体的下端部向下方突出。在主轴12的下端部连结有圆盘状的安装座14的上表面的中心部。安装座14具有比保持面4a的直径大的直径。

在安装座14的下表面利用螺栓等固定部件(未图示)安装有直径与安装座14大致相同的圆盘状的研磨工具16。研磨工具16具有与安装座14的下表面连结的圆盘状的压板(基底基板)18。

压板18由硬质的树脂形成。压板18具有与安装座14大致相同的直径。在压板18的下表面侧，经由双面胶带(未图示)固定有直径与压板18大致相同的圆盘状的研磨垫20。

研磨垫20具有由硬质发泡聚氨酯形成的主体部。在该主体部分散有二氧化硅制的磨粒20a。即，研磨垫20是磨粒20a被主体部固定的所谓固定磨粒方式的研磨垫。

研磨工具16与主轴12和安装座14同心状地配置。在研磨工具16的径向的中央部形成有贯通研磨垫20和压板18的贯通孔16a。

贯通孔16a与贯通主轴12的径向的中央部的贯通孔12a和贯通安装座14的径向的中央部的贯通孔14a一起构成一个流路。在贯通孔12a的上端部经由导管26a连接有研磨液供给源26。

研磨液供给源26包括研磨液17的贮存槽(未图示)和用于将研磨液17从贮存槽向导管26a输送的泵(未图示)。从研磨液供给源26供给的研磨液17经由贯通孔12a、14a、16a向保持面4a所吸引保持的被加工物11和研磨垫20供给。

研磨液17是不含磨粒20a的酸性液体。研磨液17例如包含溶解有高锰酸盐和硝酸盐的水溶液。作为高锰酸盐，使用高锰酸钠(NaMnO

另外，作为硝酸盐，使用硝酸钇(Y(NO

包含溶解有高锰酸盐和硝酸盐的水溶液的研磨液17为强酸性(例如pH为小于3的规定值)。通过使研磨液17为强酸性，与使研磨液17为弱酸性(pH为3以上的规定值)的情况相比，能够实现高研磨速率。

接着，基于实验结果，对研磨垫的垫特性和使用研磨垫时的研磨特性进行说明。制造P1至P5这5种研磨垫，分别评价研磨速率、被研磨面的划痕的多少以及形成于被研磨面的起伏的程度(参照下述表1)。

在制造P1至P5的各研磨垫时，首先以规定比例(质量份)混配多元醇A、多元醇B、异氰酸酯和二氧化硅制的磨粒，制成液态树脂混合物。

实验中使用的多元醇A为羟值370mg的聚氧亚烷基多元醇，多元醇B为羟值172mg的聚氧亚烷基多元醇，异氰酸酯为4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)。

但是，在制造本发明的研磨垫时，并不限定于聚氧亚烷基多元醇，作为多元醇，也可以使用含有乙烯基聚合物的聚氧亚烷基多元醇、聚酯多元醇、聚氧亚烷基聚酯嵌段共聚物多元醇等。

另外，异氰酸酯也不限定于4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)，也可以使用其他芳香族异氰酸酯、脂肪族异氰酸酯、脂环族异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯等。

关于多元醇，以多元醇A和多元醇B的合计成为100质量份的方式，使多元醇A从7.0质量份变化至59.0质量份，使多元醇B从41.0质量份变化至93.0质量份。

进而，相对于多元醇A和多元醇B的合计100质量份，使异氰酸酯从37质量份变化至81质量份。另外，相对于多元醇A和多元醇B的合计100质量份，使磨粒从110质量份变化至145质量份。

通过这样改变混配比，制成分别混入有磨粒的5种液态树脂混合物后，将该液态树脂混合物注入模具中，在20℃～30℃的室温下放置24小时，使其发泡固化，制成发泡聚氨酯研磨垫。

然后，将发泡聚氨酯研磨垫贴附于上述压板18的下表面侧后，使用电沉积有金刚石制的磨粒的修正环，修正发泡聚氨酯研磨垫的表面，制作发泡结构在表面露出的厚度2mm的发泡聚氨酯研磨垫(P1至P5)。

然后，利用上述卡盘工作台4的保持面4a直接吸引保持由碳化硅形成的圆盘状的单晶基板即碳化硅基板13(以下，在与实验有关的说明中称为SiC晶片)的C面侧，使SiC晶片的Si面向上方露出。

接着，使卡盘工作台4和主轴12以规定的转速旋转，并且一边从研磨工具16的贯通孔16a向SiC晶片的Si面与研磨垫20之间供给溶解有高锰酸盐和硝酸盐的强酸性的研磨液17，一边对SiC晶片的Si面按压研磨垫，对SiC晶片的Si面进行研磨。

研磨条件如下。

主轴转速：745rpm

卡盘工作台转速：750rpm

研磨压力：40kPa

研磨液的流量：200ml/min

研磨垫的直径：φ450mm

SiC晶片：φ6英寸(约150mm)

关于垫特性，评价比重(g/cm

损耗模量(E”)和储能模量(E’)的测定使用Seiko Instruments株式会社制的弹性测定装置(EXSTAR DMS 6100)。

在弹性测定装置中，使用压缩试验夹具，对长度2mm及直径8mm的圆柱体样品片，一边使温度范围从室温以升温速度2℃/min变化至140℃附近，一边在频率2Hz的条件下进行测定。另外，玻璃化转变温度(Tg)是将横轴设为温度、将纵轴设为tanδ的曲线图中的tanδ的峰温度。

关于研磨特性，测定研磨速率(μm/h)，并且基于研磨后的被研磨面的图像评价划痕的多少和起伏的程度。

划痕的多少使用由KLA-Tencor公司制造销售的光学式检查装置(Candela CS920)进行评价。基于图像的检查的结果，将划痕少的记为A(良)，将划痕多的记为B(不良)。关于划痕，研磨垫P1至P4为A，研磨垫P5为B。

图3的(A)是利用研磨垫P1进行了研磨的情况下的被研磨面的划痕的图像，

图3的(B)是利用研磨垫P3进行了研磨的情况下的被研磨面的划痕的图像，图3的(C)是利用研磨垫P5进行了研磨的情况下的被研磨面的划痕的图像。

起伏程度使用由山下电装株式会社制造销售的表面缺陷检查装置(YIS-300SP)进行评价。需要说明的是，表面缺陷检查装置是应用魔镜的原理以高灵敏度检查被研磨面的表面状态的装置。

基于图像的检查的结果，将起伏程度小的记为A(良)，将起伏程度大的记为B(不良)。关于起伏，研磨垫P1为B，但研磨垫P2至P5为A。

图4的(A)是示出利用研磨垫P1进行了研磨的情况下的被研磨面的起伏程度的图像，在图4的(A)中可见的放射状的线与形成于被研磨面的起伏对应。

图4的(B)是示出利用研磨垫P3进行了研磨的情况下的被研磨面的起伏程度的图像，图4的(C)是示出利用研磨垫P5进行了研磨的情况下的被研磨面的起伏程度的图像。在图4的(B)和图4的(C)中，没有图4的(A)那样的起伏。

将与以上的实验相关的内容汇总示于下述表1。

[表1]

如表1所示，在综合判定中，将研磨速率为6.00(μm/h)以上、划痕少(即，为A)、且起伏程度小(即，为A)的情况记为A(良)，将任一者不满足的情况记为B(不良)。

在研磨垫P2、P3和P4中，研磨速率为6.00(μm/h)以上，划痕少，且起伏程度小。因此，研磨垫P2、P3和P4可以说是适合于SiC晶片的研磨的良好的研磨垫。

与此相对，在研磨垫P1中，研磨速率为6.00(μm/h)以上，但起伏程度大。另外，在研磨垫P5中，研磨速率小于6.00(μm/h)，而且划痕多。即，研磨垫P1和P5与研磨垫P2、P3和P4相比，不适合SiC晶片的研磨。

SiC晶片的研磨中的适合/不适合表现为垫特性中的玻璃化转变温度和30℃的tanδ。图5是关于研磨垫P1、P3和P5示出温度(横轴)和tanδ(纵轴)的曲线图。

在图5中，峰位于最左侧(低温侧)的曲线是研磨垫P1的tanδ的温度变化。另外，在图5中，峰位于中央部(40℃以上65℃以下的范围)的曲线是研磨垫P3的tanδ的温度变化。

另外，在图5中，峰位于最右侧(高温侧)的曲线是研磨垫P5的tanδ的温度变化。基于上述表1所示的实验结果，玻璃化转变温度(Tg)优选设为40℃以上65℃以下(参照图5中的Tg的范围)。

同样地，基于上述表1所示的实验结果，30℃的tanδ优选超过研磨垫P5的30℃的tanδ且小于研磨垫P1的30℃的tanδ。

具体而言，30℃的tanδ优选超过0.04且小于0.40，更优选的范围为0.1以上0.35以下。需要说明的是，也可以设为0.12以上0.20以下。

在此，叙述对玻璃化转变温度和30℃的tanδ的考察。首先，叙述玻璃化转变温度的最佳温度范围。

研磨垫的软硬可以通过多元醇的羟值和异氰酸酯的混配量来调节。通过提高多元醇的羟值和/或增加异氰酸酯的混配量，能够提高玻璃化转变温度。若玻璃化转变温度高，则研磨垫成为硬质。

与此相对，通过降低多元醇的羟值和/或减少异氰酸酯的混配量，能够降低玻璃化转变温度。若玻璃化转变温度低，则研磨垫成为软质。

研磨垫的软硬影响研磨速率、被研磨面的划痕的多少以及起伏的程度。在SiC晶片的研磨中，与由硅形成的圆盘状的单晶基板(以下称为Si晶片)的研磨相比，以化学反应为主，进行化学机械研磨。

在对Si晶片进行研磨的情况下，例如使用玻璃化转变温度为85℃以上100℃以下(即，较硬)的研磨垫。但是，在对SiC晶片进行研磨的情况下，由表1所示的实验结果可知，使用玻璃化转变温度为65℃以下(即，比较软)的研磨垫较好。

即，在对SiC晶片进行研磨的情况下，与对Si晶片进行研磨的情况相比，在使用比较柔软的研磨垫的情况下，研磨垫紧贴于被研磨面，因此能够实现研磨速率的提高。进而，能够减少划痕的数量。

但是，如上述表1的研磨垫P1的实验结果所示，若研磨垫过软，则这次起伏的程度变大。因此，在对SiC晶片进行研磨的情况下，将玻璃化转变温度设为40℃以上较好。即，玻璃化转变温度最佳为40℃以上65℃以下。

接着，叙述30℃的tanδ的意义。tanδ的值越小，磨粒越难以沉入研磨垫，因此划痕变多。与此相对，tanδ的值越大，磨粒越容易沉入研磨垫，因此划痕变少。

另外，在开始SiC晶片的研磨时，SiC晶片和研磨垫都是与洁净室的室温(例如，22℃至24度)大致相同的温度。随着研磨的进行，SiC晶片的被研磨面和研磨垫的研磨面的温度逐渐上升至30℃、40℃，但最终温度上升停止，在50℃左右大致恒定。

在此，若在接近研磨开始时的时刻从研磨垫的研磨面突出的磨粒难以沉入研磨垫，则会成为在被研磨面形成划痕的原因。例如，在30℃的tanδ小于0.1(例如，表1的研磨垫P5：0.04)的情况下，由于从研磨面突出的磨粒，会在被研磨面形成划痕。

与此相对，在30℃的tanδ超过0.35(例如，表1的研磨垫P1：0.40)的情况下，从研磨垫的研磨面突出的磨粒容易沉入研磨垫，但这次形成于被研磨面的起伏的程度变大。因此，30℃的tanδ优选为0.1以上0.35以下。

接着，参照图6，对使用上述研磨装置2对被加工物11中的碳化硅基板13进行研磨的研磨方法进行说明。图6是研磨方法的流程图。首先，利用卡盘工作台4的保持面4a对被加工物11进行吸引保持(保持工序S10)。

在保持工序S10中，可以在将保护带15粘贴于一面13a的状态下隔着保护带15对被加工物11进行吸引保持，也可以不使用保护带15而利用保持面4a直接对被加工物11进行吸引保持。

接着，使卡盘工作台4和主轴12分别以规定的旋转速度旋转，并且一边从研磨工具16的贯通孔16a供给强酸性的研磨液17，一边以规定的压力将研磨垫20按压于被加工物11的另一面13b侧。由此，对碳化硅基板13的另一面13b侧进行研磨(研磨工序S20)。

另外，卡盘工作台4的转速可以设为400rpm以上900rpm以下。更优选为500rpm以上750rpm以下。其中，主轴12的转速设为比卡盘工作台4的转速低规定数量(例如5rpm)的值。

研磨压力可以为19kPa以上60kPa以下。更优选为29kPa以上50kPa以下。另外，研磨液17的流量可以为50ml/min以上300ml/min以下。更优选为150ml/min以上300ml/min以下。

如上所述，若使用研磨垫20对碳化硅基板13进行研磨，则能够使研磨速率为规定值(例如6.00μm/h)以上，并且兼顾被研磨面的划痕数量的减少和形成于被研磨面的起伏程度的降低。

此外，上述实施方式的结构、方法等能够在不脱离本发明的目的的范围内适当变更来实施。

对于碳化硅基板13的制法，没有特别限定。碳化硅基板13可以从锭切出，也可以从锭剥离。另外，也可以在晶种基板上通过外延生长而形成。

符号说明

2:研磨装置，4：卡盘工作台，4a：保持面

6:框体、6a、6b：流路、8：多孔质板

10:研磨单元，12：主轴，12a：贯通孔

11:被加工物，13：碳化硅基板，13a：一面、13b：另一面

14:安装座、14a：贯通孔

15:保护带、17：研磨液

16:研磨工具、16a：贯通孔、18：压板(基底基板)

20:研磨垫、20a：磨粒

26:研磨液供给源、26a：导管

S10：保持工序、S20：研磨工序