特許 5972860 研磨用組成物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5972860

(24)【登録日】2016年7月22日

(45)【発行日】2016年8月17日

(54)【発明の名称】研磨用組成物

(51)【国際特許分類】

   C09K 3/14 20060101AFI20160804BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20160804BHJP

   B24B 37/00 20120101ALI20160804BHJP

   C09G 1/02 20060101ALI20160804BHJP

【ＦＩ】

   C09K3/14 550D

   H01L21/304 622D

   H01L21/304 622W

   B24B37/00 H

   C09G1/02

【請求項の数】6

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-501013(P2013-501013)

(86)(22)【出願日】2012年2月20日

(86)【国際出願番号】JP2012053920

(87)【国際公開番号】WO2012115020

(87)【国際公開日】20120830

【審査請求日】2014年11月26日

(31)【優先権主張番号】特願2011-34801(P2011-34801)

(32)【優先日】2011年2月21日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000236702

【氏名又は名称】株式会社フジミインコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】浅野 宏

(72)【発明者】

【氏名】玉井 一誠

(72)【発明者】

【氏名】岡田 安規

【審査官】 ▲吉▼澤 英一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２３９６５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８４７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１３６３８７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０５−００１２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５０６９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２０３１８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０９Ｋ ３／１４

Ｂ２４Ｂ ３７／００

Ｃ０９Ｇ １／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ビッカース硬度が１，５００Ｈｖ以上の硬脆材料を研磨する用途で使用される研磨用組成物であって、研磨用組成物は、少なくとも酸化アルミニウム砥粒及び水を含有し、かつ、８．５以上のｐＨを有し、前記酸化アルミニウム砥粒が２０ｍ^２／ｇ以下の比表面積を有することを特徴とする研磨用組成物。

【請求項2】

前記酸化アルミニウム砥粒が０．１μｍ以上２０μｍ以下の平均二次粒子径を有する請求項１に記載の研磨用組成物。

【請求項3】

前記硬脆材料がサファイア、炭化ケイ素又は窒化ガリウムである請求項１又は２に記載の研磨用組成物。

【請求項4】

前記酸化アルミニウム砥粒の比表面積が５ｍ^２／ｇ以上且つ１２ｍ^２／ｇ以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載の研磨用組成物。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨用組成物を用いて硬脆材料を研磨する研磨方法。

【請求項6】

請求項５に記載の研磨方法を用いて基板を研磨する工程を含むことを特徴とする硬脆材料基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ビッカース硬度が１，５００Ｈｖ以上の硬脆材料からなる研磨対象物を研磨する用途で使用される研磨用組成物に関する。本発明はまた、硬脆材料の研磨方法、及び硬脆材料基板の製造方法にも関する。

【背景技術】

【0002】

硬脆材料とは、脆性材料の中でも硬度の高いものをいい、一般的にはガラス、セラミックス、石材、及び半導体結晶材料等が含まれる。中でも特にビッカース硬度が１，５００Ｈｖ以上である材料、例えばダイヤモンド、酸化アルミニウム（サファイア）、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化ジルコニウム、炭化タングステン、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ガリウムは、一般に化学的に非常に安定であり反応性が低く、硬度も非常に高いために研磨による加工が容易ではない。そのため、通常これらの材料は、ダイヤモンドを用いたラッピングを施した後、ラッピングで生じた傷を、コロイダルシリカを用いた研磨によって除去することにより仕上げられる。しかしながらこの場合、高平滑な表面を得るまでには長時間の研磨が必要である。

【0003】

また、比較的高濃度のコロイダルシリカを含んだ研磨用組成物を用いてサファイア基板を研磨すること（例えば特許文献１参照）や、コロイダルシリカを含んだ特定のｐＨを有する研磨用組成物を用いて炭化ケイ素基板を研磨すること（例えば特許文献２参照）も知られている。しかしながらこの場合も、十分な研磨速度（除去速度）が得られないという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−４４０７８号公報

【特許文献2】特開２００５−１１７０２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで本発明の目的は、ビッカース硬度が１，５００Ｈｖ以上の硬脆材料からなる研磨対象物を高い研磨速度で研磨することができる研磨用組成物を提供することにある。また、本発明の別の目的は、その研磨用組成物を用いた硬脆材料の研磨方法及び硬脆材料基板の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明者らは鋭意検討の結果、特定の比表面積を有する酸化アルミニウム砥粒を含有した特定のｐＨを有する研磨用組成物を用いることにより、上記の目的が達成されることを見出した。上記の目的を達成するべく数ある砥粒の種類の中から酸化アルミニウム砥粒を選定すると同時に酸化アルミニウム砥粒の比表面積及び研磨用組成物のｐＨをそれぞれ所定の範囲内に設定することは、当業者といえども容易に着想しえるものではない。

【0007】

本発明の一態様では、ビッカース硬度が１，５００Ｈｖ以上の硬脆材料からなる研磨対象物を研磨する用途で使用される研磨用組成物であって、少なくとも酸化アルミニウム砥粒及び水を含有し、８．５以上のｐＨを有する研磨用組成物を提供する。酸化アルミニウム砥粒の比表面積は２０ｍ^２／ｇ以下である。

【0008】

酸化アルミニウム砥粒の平均二次粒子径は０．１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。また、研磨対象物は、サファイア、窒化ガリウム又は炭化ケイ素からなる基板又は膜であることが好ましい。研磨対象物となる基板の例としては、各種の半導体デバイス、磁気記録デバイス、光学デバイス、パワーデバイスなどの製造に用いられる単結晶基板又は多結晶基板が挙げられる。研磨対象物となる膜は、エピタキシャル成長などの公知の成膜方法により基板上に設けられたものでもよい。酸化アルミニウム砥粒の比表面積は、５ｍ^２／ｇ以上且つ１２ｍ^２／ｇ以下であってもよい。

【0009】

本発明の別の態様では、上記研磨用組成物を用いて硬脆材料を研磨する研磨方法と、その研磨方法を用いて基板を研磨する工程を含む硬脆材料の製造方法とが提供される。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、ビッカース硬度が１，５００Ｈｖ以上の硬脆材料からなる研磨対象物を高い研磨速度で研磨することができる研磨用組成物が提供される。また、その研磨用組成物を用いた硬脆材料の研磨方法及び硬脆材料基板の製造方法も提供される。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の一実施形態を説明する。

【0012】

本実施形態の研磨用組成物は、少なくとも酸化アルミニウム砥粒及び水を含有する。この研磨用組成物は、ビッカース硬度が１，５００Ｈｖ以上の硬脆材料からなる研磨対象物を研磨する用途、より具体的には、サファイア、炭化ケイ素又は窒化ガリウムからなる研磨対象物を研磨する用途で使用される。なお、ビッカース硬度は、国際標準化機構が定めるISO 14705に対応する日本工業規格JIS R1610に規定の方法で測定することが可能であり、ビッカース圧子を用いて試験面にくぼみをつけたときの試験力と、くぼみの対角線長さから求めたくぼみの表面積とから算出される。

【0013】

研磨用組成物中に含まれる酸化アルミニウム砥粒は、例えば、α−アルミナ、δ−アルミナ、θ−アルミナ、又はκ−アルミナからなるものであってもよいが、それに限定はされない。ただし、硬脆材料をより高速度で研磨するためには、酸化アルミニウム砥粒はα−アルミナを主成分とすることが好ましい。具体的には、酸化アルミニウム砥粒中のアルミナのα化率は２０％以上であることが好ましく、より好ましくは４０％以上である。酸化アルミニウム砥粒中のアルミナのα化率は、Ｘ線回折測定による（１１３）面回折線の積分強度比から求められる。

【0014】

酸化アルミニウム砥粒は、ケイ素、チタン、鉄、銅、クロム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム等の不純物元素を含んでいても良い。ただし、酸化アルミニウム砥粒の純度はできるだけ高いことが好ましく、具体的には、好ましくは９９質量％以上、より好ましくは９９．５質量％以上、更に好ましくは９９．８質量％以上である。酸化アルミニウム砥粒の純度が９９質量％以上の範囲で高くなるにつれて、研磨用組成物を用いて研磨後の研磨対象物表面の不純物汚染が少なくなる。この点、酸化アルミニウム砥粒の純度が９９質量％以上、さらに言えば９９．５質量％以上、もっと言えば９９．８質量％以上であれば、研磨用組成物による研磨対象物表面の不純物汚染を実用上特に好適なレベルにまで低減させることが容易となる。なお、酸化アルミニウム砥粒中の不純物元素の含有量は、例えば株式会社島津製作所製のＩＣＰＥ−９０００等のＩＣＰ発光分光分析装置による測定値より算出が可能である。

【0015】

酸化アルミニウム砥粒の平均二次粒子径は０．１μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．３μｍ以上である。砥粒の平均二次粒子径が大きくなるにつれて、研磨用組成物による研磨対象物の研磨速度が向上する。

【0016】

酸化アルミニウム砥粒の平均二次粒子径は、２０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５μｍ以下である。砥粒の平均二次粒子径が小さくなるにつれて、研磨用組成物を用いた研磨によって低欠陥で粗度の小さい表面を得ることが容易である。なお、酸化アルミニウム砥粒の平均二次粒子径は、例えば、株式会社堀場製作所製のＬＡ−９５０などのレーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置を用いて測定される体積平均粒子径に等しい。

【0017】

酸化アルミニウム砥粒の比表面積は、２０ｍ^２／ｇ以下である必要がある。比表面積が２０ｍ^２／ｇを超える酸化アルミニウム砥粒を使用した場合には、十分に高い研磨速度で研磨対象物を研磨することができる研磨用組成物が得られない。

【0018】

酸化アルミニウム砥粒の比表面積は、５ｍ^２／ｇ以上であることが好ましい。砥粒の比表面積が大きくなるにつれて、研磨用組成物を用いた研磨によって低欠陥で粗度の小さい表面を得ることが容易である。なお、酸化アルミニウム砥粒の比表面積は、例えば、マイクロメリテックス社製のFlow SorbII 2300を用いて、窒素吸着法（ＢＥＴ法）により求めることが可能である。

【0019】

研磨用組成物中の酸化アルミニウム砥粒の含有量は、０．０１質量％以上であることが好ましく、より好ましくは０．１質量％以上である。砥粒の含有量が多くなるにつれて、研磨用組成物による研磨対象物の研磨速度が向上する。

【0020】

研磨用組成物中の酸化アルミニウム砥粒の含有量はまた、５０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは４０質量％以下である。砥粒の含有量が少なくなるにつれて、研磨用組成物の製造コストが低減するのに加えて、研磨用組成物を用いた研磨によりスクラッチの少ない表面を得ることが容易である。

【0021】

酸化アルミニウム砥粒の製造方法は特に限定されない。酸化アルミニウム砥粒は、バイヤー法によりボーキサイトから精製したアルミナであってもよいし、そのアルミナを溶融粉砕したものであってもよい。あるいは、アルミニウム化合物を原料として水熱合成された水酸化アルミニウムを熱処理して得られる酸化アルミニウムや、気相法によりアルミニウム化合物から合成された酸化アルミニウムであってもよい。アルミニウム化合物から合成された酸化アルミニウムは、通常の酸化アルミニウムよりも高純度であることが特徴である。

【0022】

研磨用組成物のｐＨは８．５以上である必要があり、好ましくは９．５以上である。研磨用組成物のｐＨが８．５を下回る場合には、研磨用組成物を用いて十分に高い研磨速度で研磨対象物を研磨することができない。

【0023】

研磨組成物のｐＨの上限は特に限定されないが、１２以下であることが好ましい。ｐＨが１２以下の研磨用組成物は安全性が高く、使用時の作業性が向上する。

【0024】

研磨用組成物のｐＨは種々の酸、塩基、又はそれらの塩を用いて調整が可能である。具体的には、カルボン酸、有機ホスホン酸、有機スルホン酸などの有機酸や、燐酸、亜燐酸、硫酸、硝酸、塩酸、ホウ酸、炭酸などの無機酸、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、トリメタノールアミン、モノエタノールアミンなどの有機塩基、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニアなどの無機塩基、又はそれらの塩が好ましく用いられる。

【0025】

半導体基板や光学デバイス用基板、パワーデバイス用基板などの特に高い面精度が要求される基板の場合には、研磨用組成物を用いて研磨した後に、精研磨を行うことが好ましい。

【0026】

本実施形態によれば以下の利点が得られる。

【0027】

本実施形態の研磨用組成物は少なくとも酸化アルミニウム砥粒及び水を含有し、８．５以上のｐＨを有する。酸化アルミニウム砥粒の比表面積は、２０ｍ^２／ｇ以下である。この研磨用組成物によれば、ビッカース硬度が１，５００Ｈｖ以上の硬脆材料からなる研磨対象物を高い研磨速度で研磨することができる。

【0028】

前記実施形態は次のように変更されてもよい。

【0029】

・ 前記実施形態の研磨用組成物は、酸化アルミニウム砥粒以外の砥粒、例えば、二酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化チタニウム、炭化ケイ素、水酸化アルミニウムからなる砥粒をさらに含有してもよい。

【0030】

・ 前記実施形態の研磨用組成物は、酸化剤や錯化剤、エッチング剤等の研磨速度を高める作用を有する添加剤を必要に応じてさらに含有してもよい。

【0031】

・ 前記実施形態の研磨用組成物は、防腐剤、防黴剤、防錆剤のような公知の添加剤を必要に応じてさらに含有してもよい。

【0032】

・ 前記実施形態の研磨用組成物は、砥粒の分散性を向上させる分散剤や砥粒の凝集体の再分散を容易にする分散助剤のような添加剤を必要に応じてさらに含有してもよい。

【0033】

・ 硬脆材料からなる研磨対象物の研磨に使用した研磨用組成物は、回収して再利用（循環使用）してもよい。より具体的には、研磨装置から排出される使用済みの研磨用組成物をタンク内にいったん回収し、タンク内から再び研磨装置内へと供給するようにしてもよい。この場合、使用済みの研磨用組成物を廃液として処理する必要が減るため、環境負荷の低減及びコストの低減が可能である。

【0034】

研磨用組成物を循環使用するときには、研磨に使用されることにより消費されたり損失したりした研磨用組成物中の酸化アルミニウム砥粒などの成分のうち少なくともいずれかの減少分の補充を行うようにしてもよい。補充する成分は個別に使用済みの研磨用組成物に添加してもよいし、あるいは、二以上の成分を任意の濃度で含んだ混合物のかたちで使用済みの研磨用組成物に添加してもよい。

【0035】

・ 前記実施形態の研磨用組成物は、研磨用組成物の原液を水で希釈することにより調製されてもよい。

【0036】

・ 前記実施形態の研磨用組成物は一剤型であってもよいし、使用時に混合される複数の剤からなる二剤型を始めとする多剤型であってもよい。二剤型の研磨用組成物の場合、第１剤と第２剤をそれぞれ別の経路から研磨装置に供給し、研磨装置上で両者が混合するようにしてもよい。

【0037】

次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。

【0038】

（実施例１〜５及び比較例１〜５）
酸化アルミニウムゾル、酸化ケイ素ゾル、又は酸化ジルコニウムゾルを水で希釈し、さらに必要に応じてｐＨ調整剤を加えることにより、実施例１〜５及び比較例１〜５の研磨用組成物を調製した。実施例１〜５及び比較例１〜５の研磨用組成物中の砥粒の含有量はいずれも２０質量％である。ｐＨ調整剤としては塩酸及び水酸化カリウムを適宜に使用した。そして、各例の研磨用組成物を用いて表１に示す条件でサファイア基板の表面（Ｃ面（＜０００１＞）を研磨した。使用したサファイア基板はいずれも、直径５２ｍｍ（約２インチ）の同種のものである。

【0039】

各研磨用組成物中の砥粒の詳細及び各研磨用組成物のｐＨは表２に示すとおりである。また、各研磨用組成物を用いた研磨の前後にサファイア基板の重量を測定し、研磨前後の重量の差から計算して求めた研磨速度を表２の“研磨速度”欄に示す。

【0040】

【表1】

【0041】

【表2】

【0042】

表２に示すように、実施例１〜５の研磨用組成物を用いてサファイア基板を研磨した場合、比較例１〜５の研磨用組成物の場合に比べて高い研磨速度が得られた。

【0043】

（実施例６〜８及び比較例６）
酸化アルミニウムゾルを水で希釈し、さらに必要に応じてｐＨ調整剤を加えることにより、実施例６〜８及び比較例６の研磨用組成物を調製した。実施例６〜８及び比較例６の研磨用組成物中の砥粒の含有量はいずれも２０質量％である。ｐＨ調整剤としては塩酸及び水酸化カリウムを適宜に使用した。そして、各例の研磨用組成物を用いて表３に示す条件で窒化ガリウム基板の表面（Ｇａ面）を研磨した。使用した窒化ガリウム基板はいずれも、１０ｍｍ四方の同種のものである。

【0044】

各研磨用組成物中の砥粒の詳細及び各研磨用組成物のｐＨは表４に示すとおりである。また、各研磨用組成物を用いた研磨の前後に窒化ガリウム基板の重量を測定し、研磨前後の重量の差から計算して求めた研磨速度を表４の“研磨速度”欄に示す。

【0045】

【表3】

【0046】

【表4】

【0047】

表４に示すように、実施例６〜８の研磨用組成物を用いて窒化ガリウム基板を研磨した場合には、比較例６の研磨用組成物の場合に比べて高い研磨速度が得られた。

【産業上の利用可能性】

【0048】

本発明によれば、サファイア、窒化ケイ素、炭化ケイ素等の硬脆材料を研磨するに際し、表面欠陥が少なく、優れた表面精度を有する基板や膜などを高効率で得ることが出来る。