CN103415372A - 研磨用组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供至少含有氧化铝磨粒和水，且具有8.5以上的pH的研磨用组合物。氧化铝磨粒具有20m2/g以下的比表面积。氧化铝磨粒优选具有0.1μm以上且20μm以下的平均二次粒径。研磨用组合物在研磨维氏硬度为1500Hv以上的硬脆材料、例如蓝宝石、碳化硅或氮化镓的用途中使用。

Description

研磨用组合物
技术领域
本发明涉及在研磨维氏硬度为1500Hv以上的硬脆材料制成的研磨对象物的用途中使用的研磨用组合物。本发明还涉及硬脆材料的研磨方法和硬脆材料基板的制造方法。
背景技术
硬脆材料是指在脆性材料中硬度也高的物质，通常包括玻璃、陶瓷、石材和半导体晶体材料等。其中，尤其是对于维氏硬度为1500Hv以上的材料，例如金刚石、氧化铝（蓝宝石）、碳化硅、碳化硼、碳化锆、碳化钨、氮化硅、氮化钛、氮化镓而言，通常在化学方面非常稳定、反应性低、硬度也非常高，因此不容易通过研磨进行加工。因此，通常这些材料用金刚石实施抛光，然后通过利用胶体二氧化硅进行研磨来除去抛光产生的划痕，从而进行加工。然而，此时需要长时间的研磨直到得到高平滑的表面。
另外，已知利用包含较高浓度的胶体二氧化硅的研磨用组合物来研磨蓝宝石基板的方案（例如参照专利文献1）、利用包含胶体二氧化硅的具有特定的pH的研磨用组合物来研磨碳化硅基板的方案（例如参照专利文献2）。然而，此时也存在不能得到充分的研磨速度（去除速度）这样的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-44078号公报
专利文献2：日本特开2005-117027号公报
发明内容
发明要解决的问题
因此，本发明的目的在于提供一种研磨用组合物，其能够以高研磨速度来研磨由维氏硬度为1500Hv以上的硬脆材料制成的研磨对象物。另外，本发明的另一目的在于提供使用了该研磨用组合物的硬脆材料的研磨方法和硬脆材料基板的制造方法。
用于解决问题的方案
本发明人等进行了深入研究，结果发现，通过利用含有具有特定的比表面积的氧化铝磨粒的、具有特定的pH的研磨用组合物，可达成上述目的。为了达成上述的目的而从一定数量的磨粒的种类之中选定氧化铝磨粒，同时将氧化铝磨粒的比表面积和研磨用组合物的pH设定在各自规定的范围内，这是即使本领域技术人员也不容易想到的。
本发明的一个实施方式提供一种研磨用组合物，其在研磨维氏硬度为1500Hv以上的硬脆材料制成的研磨对象物的用途中使用，其至少含有氧化铝磨粒和水，且具有8.5以上的pH。氧化铝磨粒的比表面积为20m2/g以下。
氧化铝磨粒的平均二次粒径优选为0.1μm以上且20μm以下。另外，研磨对象物优选为由蓝宝石、氮化镓或碳化硅制成的基板或膜。作为成为研磨对象物的基板的例子，可列举出用于制造各种半导体器件、磁记录器件、光学器件、功率器件等的单晶基板或多晶基板。成为研磨对象物的膜也可以是通过外延生长等公知的成膜方法设置在基板上的膜。
本发明另一方式提供利用上述研磨用组合物研磨硬脆材料的研磨方法；和包括使用了该研磨方法研磨基板的工序的硬脆材料的制造方法。
发明的效果
根据本发明，提供一种研磨用组合物，其能够以高研磨速度来研磨由维氏硬度为1500Hv以上的硬脆材料制成的研磨对象物。另外，还提供使用了该研磨用组合物的硬脆材料的研磨方法和硬脆材料基板的制造方法。
具体实施方式
以下对本发明的一个实施方式进行说明。
本实施方式的研磨用组合物至少含有氧化铝磨粒和水。该研磨用组合物在研磨由维氏硬度为1500Hv以上的硬脆材料制成的研磨对象物的用途中使用，更具体而言，在研磨由蓝宝石、碳化硅或氮化镓制成的研磨对象物的用途中使用。需要说明的是，维氏硬度可以通过与国际标准化组织确定的ISO14705对应的日本工业规格JIS R1610中规定的方法进行测定，根据利用维氏压头对试验面压出凹陷时的试验力和由凹陷的对角线长度求得的凹陷的表面积算出。
研磨用组合物中包含的氧化铝磨粒也可以是例如由α-氧化铝、δ-氧化铝、θ-氧化铝或κ-氧化铝制成的物质，但并不限定于此。其中，为了以更高的速度研磨硬脆材料，优选氧化铝磨粒以α-氧化铝为主成分。具体而言，优选氧化铝磨粒中的氧化铝的α化率为20%以上，更优选为40%以上。氧化铝磨粒中的氧化铝的α化率由基于X射线衍射测定的（113）面衍射线的积分强度比求得。
氧化铝磨粒也可以包含硅、钛、铁、铜、铬、钠、钾、钙、镁等杂质元素。但是，氧化铝磨粒的纯度优选尽量高，具体而言，优选为99质量%以上，更优选为99.5质量%以上，进一步优选为99.8质量%以上。随着氧化铝磨粒的纯度在99质量%以上的范围中增高，使用研磨用组合物研磨后的研磨对象物表面的杂质污染减少。在该方面，若氧化铝磨粒的纯度为99质量%以上，进一步而言为99.5质量%以上，更进一步而言为99.8质量%以上，则变得容易使基于研磨用组合物的研磨对象物表面的杂质污染降低到在实用上特别适宜的水平。需要说明的是，氧化铝磨粒中的杂质元素的含量可通过利用例如株式会社岛津制作所制造的ICPE-9000等ICP发射光谱分析装置的测定值算出。
氧化铝磨粒的平均二次粒径优选为0.1μm以上，更优选为0.3μm以上。随着磨粒的平均二次粒径变大，基于研磨用组合物的研磨对象物的研磨速度提高。
氧化铝磨粒的平均二次粒径优选为20μm以下，更优选为5μm以下。随着磨粒的平均二次粒径减小，容易通过利用研磨用组合物的研磨而得到低缺陷且粗糙度小的表面。需要说明的是，氧化铝磨粒的平均二次粒径与使用例如株式会社堀场制作所制造的LA-950等激光衍射/散射式粒径分布测定装置测定的体积平均粒径相等。
氧化铝磨粒的比表面积为20m2/g以下是必要的。使用了比表面积超过20m2/g的氧化铝磨粒时，无法得到能够以足够高的研磨速度对研磨对象物进行研磨的研磨用组合物。
氧化铝磨粒的比表面积优选为5m2/g以上。随着磨粒的比表面积增大，容易通过利用研磨用组合物的研磨而得到低缺陷且粗糙度小的表面。需要说明的是，氧化铝磨粒的比表面积可使用例如Micromeritics公司制造的FlowSorbII 2300，利用氮吸附法（BET法）求得。
研磨用组合物中的氧化铝磨粒的含量优选为0.01质量%以上，更优选为0.1质量%以上。随着磨粒的含量变多，基于研磨用组合物的研磨对象物的研磨速度提高。
另外，研磨用组合物中的氧化铝磨粒的含量还优选为50质量%以下，更优选为40质量%以下。随着磨粒的含量减少，在研磨用组合物的制造成本降低的基础上，容易通过利用研磨用组合物而得到划痕少的表面。
对氧化铝磨粒的制造方法没有特别的限定。氧化铝磨粒既可以是通过拜耳法从铝土矿提纯得到的氧化铝，也可以是将该氧化铝熔融粉碎而成的物质。或者，也可以是将以铝化合物作为原料水热合成的氢氧化铝进行热处理而得到的氧化铝、通过气相法由铝化合物合成的氧化铝。由铝化合物合成的氧化铝的特征在于，比通常的氧化铝纯度更高。
研磨用组合物的pH为8.5以上是必要的，优选为9.5以上。研磨用组合物的pH低于8.5时，无法使用研磨用组合物以足够高的研磨速度对研磨对象物进行研磨。
对研磨组合物的pH的上限没有特别的限定，优选为12以下。pH为12以下的研磨用组合物的安全性高，使用时的操作性提高。
研磨用组合物的pH可使用各种酸、碱或它们的盐来调整。具体而言，优选使用羧酸、有机磷酸、有机磺酸等有机酸，磷酸、亚磷酸、硫酸、硝酸、盐酸、硼酸、碳酸等无机酸，四甲基氢氧化铵、三甲醇胺、单乙醇胺等有机碱、氢氧化钾、氢氧化钠、氨等无机碱，或它们的盐。
在半导体基板、光学器件用基板、功率器件用基板等要求特别高的面精度的基板的情况下，优选在利用研磨用组合物研磨之后进行精研磨。
根据本实施方式，能获得以下的优点。
本实施方式的研磨用组合物至少含有氧化铝磨粒和水、具有8.5以上的pH。氧化铝磨粒的比表面积为20m2/g以下。根据该研磨用组合物，能够以高研磨速度对由维氏硬度为1500Hv以上的硬脆材料制成的研磨对象物进行研磨。
前述实施方式可如下进行变更。
·前述实施方式的研磨用组合物还可含有氧化铝磨粒以外的磨粒，例如二氧化硅、氧化锆、氧化铈、氧化钛、碳化硅、氢氧化铝制成的磨粒。
·根据需要，前述实施方式的研磨用组合物还可含有氧化剂、络合剂、蚀刻剂等具有提高研磨速度作用的添加剂。
·根据需要，前述实施方式的研磨用组合物还可含有防腐剂、防霉剂、防锈剂这样的公知的添加剂。
·根据需要，前述实施方式的研磨用组合物还可含有使磨粒的分散性提高的分散剂、使磨粒的聚集体的再分散容易的分散助剂这样的添加剂。
·用于研磨由硬脆材料制成的研磨对象物的研磨用组合物可进行回收再利用（循环使用）。更具体而言，将从研磨装置排出的使用完毕的研磨用组合物暂时回收到容器内，从容器内再次向研磨装置内供给即可。此时，由于减少了将使用完毕的研磨用组合物作为废液处理的必要，因此环境负荷的降低和成本的降低成为可能。
循环使用研磨用组合物时，也可对因用于研磨而消耗或损失的研磨用组合物中的氧化铝磨粒等成分之中的至少任一者的减少部分进行补充。补充的成分可以单独添加到使用完毕的研磨用组合物中，或者也能够以包含任意浓度的二种以上成分的混合物的形式添加到使用完毕的研磨用组合物中。
·前述实施方式的研磨用组合物可通过用水稀释研磨用组合物的原液而制备。
·前述实施方式的研磨用组合物既可以是一剂型，也可以是在使用时混合多剂形成的以二剂型为首的多剂型。为二剂型的研磨用组合物时，也可以将第1剂和第2剂分别由不同的路径供给到研磨装置，两者在研磨装置上进行混合。
接着，说明本发明的实施例和比较例。
（实施例1～5和比较例1～5）
用水稀释氧化铝溶胶、氧化硅溶胶或氧化锆溶胶，进一步根据需要加入pH调节剂，由此制备实施例1～5和比较例1～5的研磨用组合物。实施例1～5和比较例1～5的研磨用组合物中的磨粒的含量均为20质量%。作为pH调节剂，适当地使用盐酸和氢氧化钾。然后，使用各例的研磨用组合物，在如表1所示的条件下研磨蓝宝石基板的表面（C面（＜0001＞））。使用的蓝宝石基板均为直径52mm（约2英寸）的同种基板。
各研磨用组合物中的磨粒的详细和各研磨用组合物的pH如表2所示。另外，测定利用了各研磨用组合物的研磨前后的蓝宝石基板的重量，将由研磨前后的重量之差计算求出的研磨速度示于表2的“研磨速度”栏。
[表1]
[表2]
Figure BDA00003691145400071
如表2所示，在使用实施例1～5的研磨用组合物研磨蓝宝石基板时，与使用比较例1～5的研磨用组合物时相比，得到了更高的研磨速度。
（实施例6～8和比较例6～5）
用水稀释氧化铝溶胶，进一步根据需要加入pH调节剂，由此制备实施例6～8和比较例6的研磨用组合物。实施例6～8和比较例6的研磨用组合物中的磨粒的含量均为20质量%。作为pH调节剂，适当地使用盐酸和氢氧化钾。然后，使用各例的研磨用组合物，在如表3所示的条件下研磨氮化镓基板的表面（Ga面）。使用的氮化镓基板均为10mm正方的同种基板。
各研磨用组合物中的磨粒的详细和各研磨用组合物的pH如表4所示。另外，测定利用了各研磨用组合物的研磨前后的氮化镓基板的重量，将由研磨前后的重量之差计算求出的研磨速度示于表4的“研磨速度”栏。
[表3]
Figure BDA00003691145400081
[表4]
如表4所示，在使用实施例6～8的研磨用组合物研磨氮化镓基板时，与使用比较例6的研磨用组合物时相比，得到了更高的研磨速度。
产业上的可利用性
根据本发明，在研磨蓝宝石、氮化硅、碳化硅等硬脆材料时，能够以高效率得到表面缺陷少、具有优异的表面精度的基板、膜等。

Claims (5)

1.一种研磨用组合物，其特征在于，其在研磨维氏硬度为1500Hv以上的硬脆材料的用途中使用，该研磨用组合物至少含有氧化铝磨粒和水，且具有8.5以上的pH，所述氧化铝磨粒具有20m2/g以下的比表面积。
2.根据权利要求1所述的研磨用组合物，其中，所述氧化铝磨粒具有0.1μm以上且20μm以下的平均二次粒径。
3.根据权利要求1或2所述的研磨用组合物，其中，所述硬脆材料为蓝宝石、碳化硅或氮化镓。
4.一种研磨方法，其利用权利要求1～3中任一项所述的研磨用组合物来研磨硬脆材料。
5.一种硬脆材料基板的制造方法，其特征在于，其包括利用权利要求4所述的研磨方法研磨基板的工序。
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