特許 6936183 合成石英ガラス基板用の研磨剤及びその製造方法、並びに合成石英ガラス基板の研磨方法

(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】6936183

(24)【登録日】2021年8月30日

(45)【発行日】2021年9月15日

(54)【発明の名称】合成石英ガラス基板用の研磨剤及びその製造方法、並びに合成石英ガラス基板の研磨方法

(51)【国際特許分類】

   C09K 3/14 20060101AFI20210906BHJP

   B24B 37/00 20120101ALI20210906BHJP

【ＦＩ】

   C09K3/14 550D

   B24B37/00 H

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2018-83099(P2018-83099)

(22)【出願日】2018年4月24日

(65)【公開番号】特開2019-189729(P2019-189729A)

(43)【公開日】2019年10月31日

【審査請求日】2020年5月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002060

【氏名又は名称】信越化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(72)【発明者】

【氏名】高橋 光人

【審査官】 厚田 一拓

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−０９８３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０３８５３６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０９Ｋ ３／１４

Ｃ０３Ｃ １５／００ − ２３／００

Ｂ２４Ｂ ３／００ − ３／６０

Ｂ２４Ｂ ２１／００ − ３９／０６

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

研磨粒子及び水を含む、合成石英ガラス基板用の研磨剤であって、前記研磨粒子が、セリウムとイットリウムとの複合酸化物粒子であって、前記研磨粒子中に含有される前記セリウムの含有率が７１ｍｏｌ％以上７９ｍｏｌ％以下であり、
前記研磨粒子は焼成処理を行っていない粒子であることを特徴とする合成石英ガラス基板用の研磨剤。

【請求項2】

前記研磨粒子中に含有される前記セリウムの含有量が７３ｍｏｌ％以上７６ｍｏｌ％以下であることを特徴とする請求項１に記載の合成石英ガラス基板用の研磨剤。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の合成石英ガラス基板用の研磨剤の製造方法であって、前記研磨粒子を、希土類塩と、過剰のアルカリ化合物との湿式沈殿法により製造することを特徴とする合成石英ガラス基板用の研磨剤の製造方法。

【請求項4】

前記希土類塩を希土類の硝酸塩とし、前記アルカリ化合物を尿素または尿素系の化合物とすることを特徴とする請求項３に記載の合成石英ガラス基板用の研磨剤の製造方法。

【請求項5】

粗研磨工程と該粗研磨工程後の最終研磨工程とを有する合成石英ガラス基板の研磨方法であって、前記最終研磨工程において、請求項１又は２に記載の合成石英ガラス基板用の研磨剤を使用して最終研磨を行うことを特徴とする合成石英ガラス基板の研磨方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、合成石英ガラス基板用の研磨剤及びその製造方法、並びに該研磨剤を使用した合成石英ガラス基板の研磨方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、光リソグラフィーによるパターンの微細化により、合成石英ガラス基板の欠陥密度や欠陥サイズ、面粗さ、平坦度等の品質に関して、一層厳しいものが要求されている。中でも基板上の欠陥に関しては、集積回路の高精細化、磁気メディアの高容量化に伴い、更なる高品質化が要求されている。

【0003】

このような観点から、合成石英ガラス基板用研磨剤に対しては、研磨後の石英ガラス基板の品質向上のために、研磨後の石英ガラス基板の表面粗さが小さいことや、研磨後の石英ガラス基板表面にスクラッチ等の表面欠陥が少ないことが強く要求されている。

【0004】

従来、合成石英ガラスを研磨するための研磨剤として、シリカ系の研磨剤が一般的に検討されている。シリカ系のスラリーは、シリカ粒子を四塩化ケイ素の熱分解により粒成長させ、ナトリウム等のアルカリ金属を含まないアルカリ溶液でｐＨ調整を行って製造している。例えば、特許文献１では、高純度のコロイダルシリカを中性付近で使用し欠陥を低減できることが記載されている。しかし、コロイダルシリカの等電点を考慮すると、中性付近においてコロイダルシリカは不安定であり、研磨中コロイダルシリカ砥粒の粒度分布が変動し安定的に使用できなくなる問題が懸念され、研磨剤を循環及び繰り返し使用することが困難であり、掛け流しで使用するため経済的に好ましくない問題がある。また、特許文献２では、平均一次粒子径が６０ｎｍ以下のコロイダルシリカと酸を含有した研磨剤を使用することで、欠陥を低減できることが記載されている。しかしながら、これらの研磨剤は現状の要求を満足させるには不十分であり、改良が必要とされる。

【0005】

一方で、セリア（ＣｅＯ_２）粒子は、強酸化剤として知られており、化学的に活性な性質を有しているためコロイダルシリカに比べ、ガラス等の無機絶縁体の研磨速度向上に有効である（特許文献３、４）。

【0006】

しかし、一般のセリア系研磨剤では、乾式セリア粒子が使用され、乾式セリア粒子は、不定形な結晶形状を有しており、研磨剤に適用した場合、球形のコロイダルシリカと比較し、石英ガラス基板表面にスクラッチ等の欠陥が発生しやすい問題がある。また、セリア系研磨剤は、コロイダルシリカに比べ分散安定性が悪く、粒子が沈降しやすい問題もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００４−９８２７８号公報

【特許文献2】特開２００７−２１３０２０号公報

【特許文献3】特許第５８６２５７８号公報

【特許文献4】国際公開第ＷＯ２０１４／２０８４１４号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

合成石英ガラス基板のセリア系研磨剤として、乾式セリア粒子に代わり多面体結晶形状である湿式セリア粒子を使用した場合、スクラッチ等の欠陥は乾式セリア粒子と比べ低減されるものの、要求を満たすまでは低減するには至らない。また、湿式セリア粒子はコロイダルシリカに比べ硬度が硬い点も欠陥が発生しやすい原因である。

【0009】

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、研磨速度を低下させることなく、研磨による合成石英ガラス基板表面の欠陥の発生を十分に低減することができる合成石英ガラス基板用の研磨剤及びその製造方法を提供することを目的とする。また、高い研磨速度を有し、研磨による欠陥の発生を十分に低減できる合成石英ガラス基板の研磨方法を提供することも目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明では、研磨粒子及び水を含む、合成石英ガラス基板用の研磨剤であって、前記研磨粒子が、セリウムとイットリウムとの複合酸化物粒子であって、前記研磨粒子中に含有される前記セリウムの含有率が７１ｍｏｌ％以上７９ｍｏｌ％以下であることを特徴とする合成石英ガラス基板用の研磨剤を提供する。

【0011】

このような研磨粒子を含む研磨剤であれば、高い研磨速度を有するとともに、研磨による合成石英ガラス基板表面の欠陥の発生を十分に低減することができる合成石英ガラス基板用の研磨剤となる。

【0012】

また、前記研磨粒子は焼成処理を行っていない粒子であることが好ましい。
このように焼成処理を行っていない研磨粒子は、上述した乾式セリア粒子の問題を回避し得る。

【0013】

さらに、前記研磨粒子中に含有される前記セリウムの含有量が７３ｍｏｌ％以上７６ｍｏｌ％以下であることが好ましい。
このような研磨粒子を含む研磨剤であれば、高い研磨速度を有するとともに、研磨による欠陥の発生を十分に低減することができる合成石英ガラス基板用の研磨剤として特に好適に用いられる。

【0014】

また、本発明は、上記合成石英ガラス基板用の研磨剤の製造方法であって、前記研磨粒子を、希土類塩と、過剰のアルカリ化合物との湿式沈殿法により製造することを特徴とする合成石英ガラス基板用の研磨剤の製造方法を提供する。
こうして、粒径が均一な粒子を製造することができ、このようにして製造された研磨剤を用いることで、研磨による欠陥の発生を十分に低減することができる。

【0015】

このとき、前記希土類塩を希土類の硝酸塩とし、前記アルカリ化合物を尿素または尿素系の化合物とすることが好ましい。
こうして効率よく研磨粒子を析出させることができる。

【0016】

さらに、本発明は、粗研磨工程と該粗研磨工程後の最終研磨工程とを有する合成石英ガラス基板の研磨方法であって、前記最終研磨工程において、上記本発明の合成石英ガラス基板用の研磨剤を使用して最終研磨を行うことを特徴とする合成石英ガラス基板の研磨方法を提供する。
このような本発明の合成石英ガラス基板用の研磨剤を用いた研磨方法であれば、研磨速度を高くすることができ、かつ、研磨による欠陥の発生を抑制できる。この結果、大幅に欠陥の少ない合成石英ガラス基板を効率よく得ることができる。

【発明の効果】

【0017】

以上のように、本発明であれば、合成石英ガラス基板の最終研磨等において、研磨速度を低下させることなく合成石英ガラス基板の表面の欠陥発生を十分に抑制することが可能となる。その結果、合成石英ガラス基板の製造における、生産性及び歩留りを向上できる。また、本発明の合成石英ガラス基板用の研磨剤を使用することで、半導体デバイスの高精細化につながる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の合成石英ガラス基板の研磨方法において使用できる研磨装置の一例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

上述のように、研磨速度を低下させることなく、研磨による合成石英ガラス基板表面の欠陥の発生を十分に低減することができる合成石英ガラス基板用の研磨剤の開発が求められていた。

【0020】

本発明者は、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、研磨粒子がセリウムとイットリウムとの複合酸化物粒子であって、研磨粒子中に含有されるセリウムの含有率を７１ｍｏｌ％以上７９ｍｏｌ％以下の範囲で製造した粒子を合成石英ガラス基板用の研磨剤に適用した結果、合成石英ガラス基板を高い研磨速度で、且つ、低欠陥で研磨できることを見出し、本発明をなすに至った。

【0021】

即ち、本発明は、研磨粒子及び水を含む、合成石英ガラス基板用の研磨剤であって、前記研磨粒子が、セリウムとイットリウムとの複合酸化物粒子であって、前記研磨粒子中に含有される前記セリウムの含有率が７１ｍｏｌ％以上７９ｍｏｌ％以下であることを特徴とする合成石英ガラス基板用の研磨剤である。

【0022】

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0023】

上述のように、本発明の石英ガラス基板用の研磨剤（以下、単に「研磨剤」とも称する。）は、研磨粒子及び水を含み、研磨粒子がセリウムとイットリウムとの複合酸化物粒子であって、研磨粒子中に含有されるセリウムの含有量が７１ｍｏｌ％以上７９ｍｏｌ％以下である。また、この研磨粒子は、セリウム塩をはじめとする希土類塩と過剰のアルカリ化合物との湿式沈殿法により製造される。

【0024】

本発明の合成石英ガラス基板用の研磨剤の研磨粒子として、このような研磨粒子を使用することで、研磨速度を低下させることなく研磨による傷等の欠陥の発生を抑制することが可能となる。

【0025】

以下、各成分及び任意に添加できる成分、及び本発明の研磨剤による合成石英ガラス基板の研磨についてより詳細に説明する。

【0026】

一般的に合成石英ガラス基板の最終研磨においてはシリカ粒子が使用されている。これは形状が球形であり表面が滑らかである点で、低欠陥かつ高平滑な表面が得られるためである。しかし、シリカ粒子はセリア系粒子と違いガラスとの反応性が低いがために研磨速度は遅く、研磨能力のある研磨砥粒とは言い難い。

【0027】

ガラスに対し反応性が高いセリア系粒子を使用することで研磨能力を高くすることが可能であるが、シリカ粒子に比べ研磨によるスクラッチ等の欠陥が発生しやすい。これはセリア系粒子の形状がシリカ系粒子に比べ不定形であることに起因するとともに、シリカ系粒子に比べ硬度が硬いことが原因とされる。

【0028】

そこで、研磨粒子として、セリウム塩をはじめとする希土類塩と過剰のアルカリ化合物との湿式沈殿法により製造される粒子を用いることで、研磨速度を低下させることなく研磨による欠陥の発生を低減することが可能となる。

【0029】

本発明の研磨粒子の平均一次粒子径は、好ましくは１００ｎｍから５００ｎｍ、更に好ましくは１００ｎｍから４００ｎｍ、特に好ましくは１００ｎｍから３００ｎｍである。
研磨粒子の平均一次粒子径が１００ｎｍ以上であれば、石英ガラスの研磨能力を十分に満たす。また、平均一次粒子径が５００ｎｍ以下であれば、研磨によるスクラッチ等の欠陥が発生することもない。

【0030】

本発明の研磨粒子中の組成としては、セリウムの含有率（含有量）が、７１ｍｏｌ％以上７９ｍｏｌ％以下、更に好ましくは７３ｍｏｌ％以上７６ｍｏｌ％以下、の範囲にすることで、研磨性能に優れた研磨粒子とすることができる。
研磨粒子中に含有されるセリウムの含有率が７１ｍｏｌ％未満では、セリウムの含有率が低いことにより研磨性能が低下する問題が発生する。また、研磨粒子中に含有されるセリウムの含有率が７９ｍｏｌ％を超えると、製造される研磨粒子の粒径が大きくなり、研磨による欠陥が発生しやすくなる問題が生じる。
ここで、「ｍｏｌ％」とは、セリウムとイットリウムの合計を１００％としたときのセリウムの値をいう。

【0031】

粒子中の希土類元素の含有量は、元素分析により測定が可能であり、たとえば、ＩＣＰ発光分光プラズマ装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）により元素分析が可能である。

【0032】

本発明で使用される研磨粒子は、セリウム塩をはじめとする希土類塩を水に溶解した溶液と、過剰のアルカリ化合物を水に溶解した塩基性溶液とを混合・加熱処理する湿式沈殿法により製造される粒子であるのが好ましい。

【0033】

研磨粒子の製造方法としては、まず、希土類塩として前駆体である硝酸セリウムを超純水と混合してセリウム溶液を製造する。同様に、希土類塩として硝酸イットリウムを超純水と混合してイットリウム溶液を製造し、セリウム含有量が７１ｍｏｌ％以上７９ｍｏｌ％以下の範囲となるようにセリウム溶液と混合してセリウムイットリウム混合溶液を製造する。
引き続き、塩基性溶液を製造する。塩基性溶液のアルカリ化合物としては、尿素または尿素系の化合物を使用することができ、超純水と混合して適切な濃度に調整して使用される。ここで尿素系化合物としては、ジメチルアセチル尿素、ベンゼンスルホニル尿素、トリメチル尿素、テトラエチル尿素、テトラメチル尿素、トリフェニル尿素、テトラフェニル尿素等を使用することもできる。

【0034】

セリウムの含有量を７１ｍｏｌ％以上７９ｍｏｌ％以下に調整したセリウムイットリウム混合溶液中のイオン濃度としては、０．０１ｍｏｌ・ｄｍ^−３から０．１ｍｏｌ・ｄｍ^−３の範囲とすることが可能である。また、セリウムイットリウム混合溶液に対して過剰の塩基性溶液（アルカリ化合物）を混合するが、塩基性溶液中のイオン濃度としては、セリウムイットリウム混合溶液のイオン濃度の２０〜５０倍の濃度とすることが好ましい。
混合溶液のイオン濃度及び塩基性溶液のイオン濃度を上記範囲内に設定することで、粒径が均一な粒子を製造することができる。

【0035】

次に、製造されたセリウム溶液、イットリウム溶液、塩基性溶液を所定の混合比率で反応容器に移した後、撹拌し、所定の温度で熱処理を行う。この時の熱処理温度は、１００℃以下、例えば８０℃以上１００℃以下の温度で加熱処理をすることができ、熱処理時間は、１時間以上、例えば２時間〜３時間行うことができる。また、常温から熱処理温度までの昇温速度は、毎分３℃〜６℃、好ましくは毎分４℃の速度で昇温することができる。

【0036】

熱処理を実施した混合溶液を、室温まで冷却する。このような過程を経て、平均一次粒子径、例えば５００ｎｍ以下のセリウムとイットリウムとの複合酸化物粒子が生成された混合液が製造される。

【0037】

上記のように、本発明の研磨粒子は、セリウム溶液とイットリウム溶液と塩基性溶液の混合液を、適切な昇温速度で昇温して、適切な範囲の熱処理温度で加熱することで、平均一次粒子径が１００ｎｍ〜５００ｎｍのセリウムとイットリウムとの複合酸化物粒子として製造される。
なお、本発明の研磨粒子は焼成処理を行っていない粒子であることが好ましい。このように焼成処理を行わないことにより、上述した乾式セリア粒子の問題を回避し得る。

【0038】

そして、本発明の合成石英ガラス基板用の研磨剤の製造方法では、上記のように所定の希土類塩（希土類の硝酸塩）と過剰のアルカリ化合物（尿素または尿素系の化合物）との湿式沈殿法により製造した研磨粒子を水（特に純水）と混合し、適宜下記添加剤を添加したり、分散処理等を施したりすることにより、本発明の合成石英ガラス基板用の研磨剤を製造できる。

【0039】

本発明の研磨剤には、研磨特性を調整する目的で、添加剤を含有することができる。このような添加剤としては、研磨粒子の表面電位をマイナスに転換することができるアニオン性界面活性剤、またはアミノ酸を含むことができる。複合酸化物粒子の表面電位をマイナスにすれば、研磨剤中で分散しやすいため、粒径の大きな二次粒子が生成されにくく、研磨傷の発生をより一層抑制できる。

【0040】

このような添加剤としてのアニオン性界面活性剤には、モノアルキル硫酸塩、アルキルポリオキシエチレン硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、モノアルキルリン酸塩、ラウリル硫酸塩、ポリカルボン酸、ポリアクリル酸塩、ポリメタクリル酸塩等があげられる。アミノ酸には、例えばアルギニン、リシン、アスパラギン酸、グルタミン酸、アスパラギン、グルタミン、ヒスチジン、プロリン、チロシン、セリン、トリプトファン、トレオニン、グリシン、アラニン、メチオニン、システイン、フェニルアラニン、ロイシン、バリン、イソロイシン等があげられる。
これらの添加剤を使用する場合の濃度は、研磨粒子１質量部を基準として０．００１質量部から０．０５質量部の範囲で含有することが好ましく、０．００５質量部から０．０２質量部の範囲で含有することがより好ましい。含有量が研磨粒子１質量部に対して０．００１質量部以上であれば、研磨剤中の混合粒子がより安定して分散し、粒径の大きな凝集粒子が形成され難くなる。また、含有量が研磨粒子１質量部に対して０．０５質量部以下であれば、添加剤が研磨を阻害することがなく、研磨速度の低下を防止することができる。従って、上記範囲で添加剤を含めば、研磨剤の分散安定性をより向上させたうえに、研磨速度の低下を防止することができる。

【0041】

本発明の研磨剤のｐＨは、研磨剤の保存安定性や、研磨速度に優れる点で、３．０以上８．０以下の範囲にあることが好ましい。ｐＨが３．０以上であれば研磨剤中の研磨粒子が安定して分散する。ｐＨが８．０以下であれば、研磨速度をより向上させることが可能である。また、ｐＨの好ましい範囲の下限は４．０以上であることがより好ましく、６．０以上であることが特に好ましい。また、ｐＨの好ましい範囲の上限は、８．０以下であり、７．０以下であることがより好ましい。また、研磨剤のｐＨは、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸等の無機酸、ギ酸、酢酸、クエン酸、シュウ酸等の有機酸、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）などを添加することによって調整可能である。

【0042】

次に、本発明の研磨剤を使用した合成石英ガラス基板の研磨方法について説明する。本発明の研磨剤は特に粗研磨工程後の最終研磨工程で使用することが好ましいため、最終研磨工程において片面研磨を行う場合を例に説明する。しかしながら、もちろんこれに限定されることはなく、本発明の研磨剤は粗研磨にも用いることができる。また、本発明の研磨剤は片面研磨だけではなく両面研磨などにも用いることができる。

【0043】

本発明の研磨方法に用いることができる片面研磨装置は、例えば、図１に示すように、研磨パッド４が貼り付けられた定盤３と、研磨剤供給機構５と、研磨ヘッド２等から構成された片面研磨装置１０とすることができる。また、図１に示すように、研磨ヘッド２は、研磨対象の合成石英ガラス基板Ｗを保持することができ、また、自転することができる。また、定盤３も自転することができる。研磨パッド４としては、不織布、発泡ポリウレタン、多孔質樹脂等が使用できる。また、研磨を実施している間は、常に研磨パッド４の表面が研磨剤１で覆われていることが好ましいため、研磨剤供給機構５にポンプ等を配設することで連続的に研磨剤１を供給することが好ましい。このような片面研磨装置１０では、研磨ヘッド２で合成石英ガラス基板Ｗを保持し、研磨剤供給機構５から研磨パッド４上に本発明の研磨剤１を供給する。そして、定盤３と研磨ヘッド２をそれぞれ回転させて合成石英ガラス基板Ｗの表面を研磨パッド４に摺接させることにより研磨を行う。このような本発明の研磨剤を用いた研磨方法であれば、研磨速度を高くすることができ、かつ、研磨による欠陥の発生を抑制できる。そして、本発明の研磨方法は、大幅に欠陥の少ない合成石英ガラス基板を得ることができるので最終研磨に好適に使用できる。

【0044】

特に本発明の研磨方法により最終研磨を実施した合成石英ガラス基板は、半導体関連の電子材料（特に最先端用途の半導体関連電子材料）に用いることができ、フォトマスク用、ナノインプリント用、磁気デバイス用として好適に使用することができる。なお、仕上げ研磨前の合成石英ガラス基板は、例えば、以下のような工程により準備することができる。まず、合成石英ガラスインゴットを成形し、その後、合成石英ガラスインゴットをアニールし、続いて、合成石英ガラスインゴットをウェーハ状にスライスする。続いて、スライスしたウェーハを面取りし、その後、ラッピングし、続いて、ウェーハの表面を鏡面化するための研磨を行う。そしてこのようにして準備した合成石英ガラス基板に対して、本発明の研磨方法により最終研磨を実施することができる。

【実施例】

【0045】

以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0046】

［実施例１］
セリウムのイオン濃度が７１ｍｏｌ％、イットリウムのイオン濃度が２９ｍｏｌ％となるように、１ｍｏｌ／ｌの硝酸セリウム溶液２．８４ｇと、１ｍｏｌ／ｌの硝酸イットリウム溶液１．１６ｇを純水で希釈して４００ｇのセリウムイットリウム混合溶液を調製した。

【0047】

引き続き、５ｍｏｌ／ｌの尿素溶液４８ｇを純水６００ｇで希釈して尿素溶液を調製し、セリウムイットリウム混合溶液と混合して１０００ｇの反応溶液を調製した。

【0048】

調製した反応溶液をセパラブルフラスコに投入し反応溶液を９０℃で２時間加熱撹拌し、反応溶液中に粒子を析出させた。

【0049】

析出した粒子を遠心分離機により回収し乾燥させることで研磨粒子を得た。得られた研磨粒子のＩＣＰ−ＡＥＳ元素分析による組成比は、セリウム７１ｍｏｌ％、イットリウム２９ｍｏｌ％であった。

【0050】

また、透過型電子顕微鏡により換算した平均一次粒子径は２８０ｎｍであった。

【0051】

引き続き、５０ｇの研磨粒子を純水９５０ｇと混合し、撹拌しながら超音波分散処理を行うことで５％の研磨剤１０００ｇを製造した。

【0052】

次に、この研磨剤を使用して、本発明の合成石英ガラス基板の研磨方法により、図１に示すように合成石英ガラス基板（４インチ：１００ｍｍ）Ｗを研磨した。
具体的には、研磨パッド（軟質スェード製／ＦＩＬＷＥＬ製）４を定盤３に貼り付け、合成石英ガラス基板Ｗの取り付けが可能な研磨ヘッド２に、粗研磨を行った後の合成石英ガラス基板Ｗをセットし、研磨荷重１００ｇｆ／ｃｍ^２、定盤３及び研磨ヘッド２の回転速度を５０ｒｐｍ、上記合成石英ガラス基板用の研磨剤を毎分１００ｍｌで供給しながら、粗研磨工程で発生した欠陥を除去するのに十分な量として１μｍ以上研磨した。研磨後合成石英ガラス基板Ｗを研磨ヘッド２から取り外し、純水で洗浄後さらに超音波洗浄を行った後、８０℃乾燥器で乾燥させた。反射分光膜厚計（ＳＦ−３ 大塚電子（株）製）により、研磨前後の合成石英ガラス基板Ｗの厚さ変化を測定することで研磨速度を算出した。また、レーザー顕微鏡により、１００ｎｍ以上の研磨後の合成石英ガラス基板Ｗ表面に発生した欠陥の個数を求めた。この結果、研磨速度は１．０μｍ／ｈｒ、欠陥数は１個であった。

【0053】

［実施例２］
セリウムのイオン濃度が７８ｍｏｌ％、イットリウムのイオン濃度が２２ｍｏｌ％となるように、１ｍｏｌ／ｌの硝酸セリウム溶液３．１２ｇと、１ｍｏｌ／ｌの硝酸イットリウム溶液０．８８ｇを純水で希釈して４００ｇのセリウムイットリウム混合溶液を調製した。

【0054】

後は実施例１と同様な手順で研磨剤を製造し、合成石英ガラス基板Ｗの研磨を行った。得られた研磨粒子のＩＣＰ−ＡＥＳ元素分析による組成比は、セリウム７９ｍｏｌ％、イットリウム２１ｍｏｌ％であった。

【0055】

また、透過型電子顕微鏡により換算した平均一次粒子径は３５０ｎｍであった。研磨速度は１．２μｍ／ｈｒ、欠陥数は１個であった。

【0056】

［実施例３］
セリウムのイオン濃度が７３ｍｏｌ％、イットリウムのイオン濃度が２７ｍｏｌ％となるように、１ｍｏｌ／ｌの硝酸セリウム溶液２．９２ｇと、１ｍｏｌ／ｌの硝酸イットリウム溶液１．０８ｇを純水で希釈して４００ｇのセリウムイットリウム混合溶液を調製した。

【0057】

後は実施例１と同様な手順で研磨剤を製造し、合成石英ガラス基板Ｗの研磨を行った。得られた研磨粒子のＩＣＰ−ＡＥＳ元素分析による組成比は、セリウム７４ｍｏｌ％、イットリウム２６ｍｏｌ％であった。

【0058】

また、透過型電子顕微鏡により換算した平均一次粒子径は３００ｎｍであった。研磨速度は１．１μｍ／ｈｒ、欠陥数は０個であった。

【0059】

［実施例４］
セリウムのイオン濃度が７５ｍｏｌ％、イットリウムのイオン濃度が２５ｍｏｌ％となるように、１ｍｏｌ／ｌの硝酸セリウム溶液３．００ｇと、１ｍｏｌ／ｌの硝酸イットリウム溶液１．００ｇを純水で希釈して４００ｇのセリウムイットリウム混合溶液を調製した。

【0060】

後は実施例１と同様な手順で研磨剤を製造し、合成石英ガラス基板Ｗの研磨を行った。得られた研磨粒子のＩＣＰ−ＡＥＳ元素分析による組成比は、セリウム７６ｍｏｌ％、イットリウム２４ｍｏｌ％であった。

【0061】

また、透過型電子顕微鏡により換算した平均一次粒子径は３１０ｎｍであった。研磨速度は１．１μｍ／ｈｒ、欠陥数は０個であった。

【0062】

［比較例１］
セリウムのイオン濃度が１００ｍｏｌ％となるように、１ｍｏｌ／ｌの硝酸セリウム溶液８．００ｇを純水で希釈して４００ｇのセリウム溶液を調製した。後は実施例１と同様な手順で研磨剤を製造し、合成石英ガラス基板Ｗの研磨を行った。

【0063】

透過型電子顕微鏡により換算した平均一次粒子径は６５００ｎｍであった。研磨速度は２．５μｍ／ｈｒ、欠陥数は５０個であった。

【0064】

［比較例２］
セリウムのイオン濃度が８５ｍｏｌ％、イットリウムのイオン濃度が１５ｍｏｌ％となるように、１ｍｏｌ／ｌの硝酸セリウム溶液３．４０ｇと、１ｍｏｌ／ｌの硝酸イットリウム溶液０．６０ｇを純水で希釈して４００ｇのセリウムイットリウム混合溶液を調製した。

【0065】

後は実施例１と同様な手順で研磨剤を製造し、合成石英ガラス基板Ｗの研磨を行った。得られた研磨粒子のＩＣＰ−ＡＥＳ元素分析による組成比は、セリウム８５ｍｏｌ％、イットリウム１５ｍｏｌ％であった。

【0066】

また、透過型電子顕微鏡により換算した平均一次粒子径は５０００ｎｍであった。研磨速度は２．４μｍ／ｈｒ、欠陥数は４８個であった。

【0067】

［比較例３］
セリウムのイオン濃度が８０ｍｏｌ％、イットリウムのイオン濃度が２０ｍｏｌ％となるように、１ｍｏｌ／ｌの硝酸セリウム溶液３．２０ｇと、１ｍｏｌ／ｌの硝酸イットリウム溶液０．８０ｇを純水で希釈して４００ｇのセリウムイットリウム混合溶液を調製した。

【0068】

後は実施例１と同様な手順で研磨剤を製造し、合成石英ガラス基板Ｗの研磨を行った。得られた研磨粒子のＩＣＰ−ＡＥＳ元素分析による組成比は、セリウム８０ｍｏｌ％、イットリウム２０ｍｏｌ％であった。

【0069】

また、透過型電子顕微鏡により換算した平均一次粒子径は４８００ｎｍであった。研磨速度は２．４μｍ／ｈｒ、欠陥数は４５個であった。

【0070】

［比較例４］
イットリウムのイオン濃度が１００ｍｏｌ％となるように、１ｍｏｌ／ｌの硝酸イットリウム溶液８．００ｇを純水で希釈して４００ｇのイットリウム溶液を調製した。後は実施例１と同様な手順で研磨剤を製造し、合成石英ガラス基板Ｗの研磨を行った。

【0071】

透過型電子顕微鏡により換算した平均一次粒子径は１１０ｎｍであった。研磨速度は０．０１μｍ／ｈｒ、欠陥数は２個であった。

【0072】

［比較例５］
セリウムのイオン濃度が５０ｍｏｌ％、イットリウムのイオン濃度が５０ｍｏｌ％となるように、１ｍｏｌ／ｌの硝酸セリウム溶液２．００ｇと、１ｍｏｌ／ｌの硝酸イットリウム溶液２．００ｇを純水で希釈して４００ｇのセリウムイットリウム混合溶液を調製した。

【0073】

後は実施例１と同様な手順で研磨剤を製造し、合成石英ガラス基板Ｗの研磨を行った。得られた研磨粒子のＩＣＰ−ＡＥＳ元素分析による組成比は、セリウム４９ｍｏｌ％、イットリウム５１ｍｏｌ％であった。

【0074】

また、透過型電子顕微鏡により換算した平均一次粒子径は１４０ｎｍであった。研磨速度は０．０６μｍ／ｈｒ、欠陥数は２個であった。

【0075】

［比較例６］
セリウムのイオン濃度が７０ｍｏｌ％、イットリウムのイオン濃度が３０ｍｏｌ％となるように、１ｍｏｌ／ｌの硝酸セリウム溶液２．８０ｇと、１ｍｏｌ／ｌの硝酸イットリウム溶液１．２０ｇを純水で希釈して４００ｇのセリウムイットリウム混合溶液を調製した。

【0076】

後は実施例１と同様な手順で研磨剤を製造し、合成石英ガラス基板Ｗの研磨を行った。得られた研磨粒子のＩＣＰ−ＡＥＳ元素分析による組成比は、セリウム７０ｍｏｌ％、イットリウム３０ｍｏｌ％であった。

【0077】

また、透過型電子顕微鏡により換算した平均一次粒子径は１８０ｎｍであった。研磨速度は０．２１μｍ／ｈｒ、欠陥数は２個であった。

【0078】

前記実施例１から４、比較例１から６の結果を表１に示す。なお、表中の数字は各実施例及び比較例で研磨した合成石英ガラス基板Ｗ５枚の平均値である。

【0079】

【表1】

【0080】

実施例１から４の研磨剤、すなわち、セリウムの比率を本発明の範囲内の比率で製造した研磨粒子を使用し、合成石英ガラス基板Ｗを研磨した場合、研磨速度を低下させずに研磨による欠陥の発生を少なく抑えることができた。

【0081】

一方、セリウムの比率が所定の比率より高い比較例１から３の研磨剤では、粒径が大きくなり、研磨後の欠陥数が増加した。また、比較例４から６のセリウムの比率が所定の比率に対し低い研磨粒子を使用した場合は、粒径が小さく研磨速度が低下した。

【0082】

以上のように、本発明の合成石英ガラス基板用の研磨剤により合成石英ガラス基板を研磨することで、合成石英ガラス基板に対して研磨速度を低下させずに研磨後の合成石英ガラス基板表面の欠陥発生を十分に抑制させて研磨できることがわかった。

【0083】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【符号の説明】

【0084】

１…研磨剤、 ２…研磨ヘッド、 ３…定盤、
４…研磨パッド、 ５…研磨剤供給機構、
１０…片面研磨装置、
Ｗ…合成石英ガラス基板。

【図1】