CN1782014A - 抛光用组合物及使用该组合物的抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抛光用组合物，它含有：抛光材料、通过醛糖的氧化所得的酸及其盐中至少一种的醛糖衍生物和水。该抛光用组合物尤其用于抛光氧化物单晶片的用途。
Description
技术领域
本发明涉及用于抛光氧化物单晶片(日文：酸化物単結晶基板)等的抛光对象物的用途的抛光用组合物，及使用其抛光用组合物对氧化物单晶片等的抛光对象物进行抛光的方法。
背景技术
日本专利特开2001-342455号公报中揭示的抛光用组合物，含有气相法氧化铝(fumedalumina)或气相法二氧化硅(fumed silica)及胶体二氧化硅，用于将以钽酸锂晶片为首的氧化物单晶片等进行抛光的用途上。氧化物单晶片由于硬度很高，其莫氏硬度为5～6，开且在化学上也极其稳定，所以氧化物单晶片的抛光通常需要很长的时间。为此，对用于抛光氧化物单晶片用途的抛光用组合物，为缩短抛光所需的时间，要求具有很高的抛光能力。然而，在日本专利特开2001-342455号公报中揭示的抛光用组合物不能充分满足如此要求，仍然留有改良的余地。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种抛光用组合物，所述抛光用组合物更适用于对氧化物单晶片等进行抛光的用途。
为了达到上述目的，本发明提供的抛光用组合物具有：抛光材料、通过醛糖的氧化制得的酸及其盐中至少一种的醛糖衍生物和水。
本发明还提供一种采用上述抛光用组合物，对如由氧化物单晶构成的抛光对象物进行抛光的方法。
本发明进一步提供一种氧化物单晶片的制造方法。该方法包括：准备上述抛光用组合物的工序，和使用该抛光用组合物对氧化物单晶片的半成品进行抛光的工序。
具体实施方式
以下，说明本发明的一实施形态。
本实施形态的抛光用组合物由抛光材料、醛糖衍生物及水构成。
抛光用组合物中的抛光材料起着将抛光对象物进行机械抛光的作用。抛光用组合物中所含的抛光材料，优选至少含有胶体二氧化硅，更优选的是由胶体二氧化硅构成。因为，胶体二氧化硅不会降低抛光后的抛光对象物的表面品质(如表面粗糙度)。
平均一次粒径比15nm更小的胶体二氧化硅、进一步说比25nm更小的胶体二氧化硅，其对抛光用组合物中所含的抛光对象物进行抛光的能力不太高。所以，为了提高抛光速度，抛光用组合物中所含的胶体二氧化硅的平均一次粒径优选在15nm以上、更优选的是25nm以上。另一方面，平均一次粒径比100nm更大的胶体二氧化硅、进一步说比80nm更大的胶体二氧化硅，其制造成本高。所以，为了降低成本，抛光用组合物中所含的胶体二氧化硅的平均一次粒径优选在100nm以下、更优选的是80nm以下。还有，胶体二氧化硅的平均一次粒径由例如通过BET法测定的抛光材料的比表面积而得。
抛光用组合物中的胶体二氧化硅的含量比5质量％更少的的场合，进一步说比10质量％更少的场合，抛光用组合物不太可能具有很高的抛光能力。所以，为了提高抛光速度，抛光用组合物中的胶体二氧化硅的含量，优选在5质量％以上、更优选的是10质量％以上。另一方面，抛光用组合物中的胶体二氧化硅的含量比60质量％更多的场合，进一步说比50质量％更多的场合，抛光用组合物的分散稳定性可能降低。所以，为了防止抛光用组合物的分散稳定性的降低，抛光用组合物中的胶体二氧化硅的含量优选在60质量％以下、更优选的是50质量％以下。
抛光用组合物中所含的醛糖衍生物是通过醛糖的氧化得到的酸及其盐中的至少一种，它对抛光用组合物的抛光能力的提高及分散稳定性的提高有贡献。通过醛糖的氧化得到的酸由于具有一个或两个末端羧基及一个以上的羟基，所以通过醛糖的氧化得到的酸及其盐具有螯合性。
醛糖用化学式：CH2OH-(CHOH)n-CHO表示，n优选是1～4的整数。作为n为1的醛糖可以举甘油醛。作为n为2的醛糖可以举赤藓糖及丙醛糖(トレオ一ス)。作为n为3的醛糖可以举核糖、阿拉伯糖、木糖及来苏糖。作为n为4的醛糖可以举阿洛糖、阿卓糖、葡萄糖、甘露糖、古罗糖、艾杜糖、半乳糖及塔罗糖。还有，例示的醛糖也可以是D型或L型的任一种。
作为通过醛糖的氧化得到的酸可以列举糖醛酸、醛糖酸及(醛)糖二酸。醛糖是具有醛基的单糖类的总称，醛糖也包括将具氧化所得的糖醛酸、醛糖酸及糖二酸，对环境影响非常低。
糖醛酸用化学式：CHO-(CHOH)n-COOH表示，n优选是1～4的整数。作为n为2的糖醛酸可以举赤藓糖醛酸及丙糖醛酸(トレウロン酸)。作为n为3的糖醛酸可以举核糖醛酸、阿拉伯糖醛酸、木糖醛酸及来苏糖醛酸。作为n为4的糖醛酸可以举阿洛糖醛酸、阿卓糖醛酸、葡糖醛酸、甘露糖醛酸、古罗糖醛酸、艾杜糖醛酸、半乳糖醛酸及塔罗糖醛酸(タルロン酸)。还有，例示的糖醛酸也可以是D型或L型的任一种。
醛糖酸用化学式：CH2OH-(CHOH)n-COOH表示，n优选是1～4的整数。作为n为2的醛糖酸可以举赤藓糖酸及丙糖酸(トレオン酸)。作为n为3的醛糖酸可以举核糖酸、阿拉伯糖酸、木糖酸及来苏糖酸。作为n为4的醛糖酸可以举阿洛糖酸、阿卓糖酸、葡萄糖酸、甘露糖酸、古罗糖酸、艾杜糖酸、半乳糖酸及塔罗糖酸。还有，例示的醛糖酸也可以是D型或L型的任一种。
(醛)糖二酸用化学式：COOH-(CHOH)n-COOH表示，n优选是1～4的整数。作为n为2的糖二酸可以举赤藓糖二酸(エリトラル酸)及丙糖二酸(トレアル酸)。作为n为3的糖二酸可以举核糖二酸(リバル酸)、阿拉伯糖二酸(アラビナル酸)及木糖二酸(キシラル)酸。作为n为4的醛糖二酸可以举阿洛糖二酸(アラル酸)、阿卓糖二酸(アルトラル酸)、葡糖二酸、甘露糖二酸、古罗糖二酸及半乳糖二酸。还有，例示的糖二酸也可以是D型或L型的任一种。
在通过醛糖的氧化得到的酸及其盐中优选的是葡萄糖酸盐，更优选的是如葡糖酸钠及葡糖酸钙这样的葡萄糖酸的碱性盐。葡萄糖酸的碱性盐作为食品添加剂等的用途被大量生产，不含有污染环境的杂质的葡萄糖酸碱性盐廉价且可以容易得到。
抛光用组合物中的醛糖衍生物的含量比0.01质量％更少的场合，进一步说比0.1质量％更少的场合，抛光用组合物可能不太具有很高的抛光能力。所以，为了提高抛光速度，抛光用组合物中的醛糖衍生物的含量优选是0.01质量％以上，更优选的是0.1质量％以上。另一方面，抛光用组合物中的醛糖衍生物的含量为3.0质量％以上的场合，进一步说比2.5质量％更多的场合，抛光用组合物的分散稳定性可能降低。所以，为了防止抛光用组合物的分散稳定性的降低，抛光用组合物中的醛糖衍生物的含量优选不到3.0质量％以下、更优选的是2.5质量％以下。
所述水起着作为分散或溶解抛光用组合物中的水以外的成分的介质的作用。水也可以是工业用水、自来水、蒸馏水或将这些经滤器过滤的水，优选是尽量不含有杂质的水。
抛光用组合物的pH比7更低的场合，进一步说比8更低的场合，更进一步说比9更低的场合，抛光用组合物的分散稳定性可能降低。所以，为了防止抛光用组合物的分散稳定性的降低，抛光用组合的pH优选是7以上，更优选是8以上、更进一步优选是9以上。另一方面，在抛光用组合物中的pH比12更高的场合，进一步说比11.5更高的场合，更进一步说比11更高的场合，抛光用组合物中的抛光材料可能溶解。所以，为了防止抛光材料的溶解，抛光用组合物中的pH优选是12以下，更优选是11.5以下、更进一步优选是11以下。
本实施形态中的抛光用组合物，用于如将所谓钽酸锂晶片、铌酸锂晶片的氧化物单晶片的表面进行抛光的用途上。换言之，为了得到作为抛光产品的氧化物单晶片，本实施形态中的抛光用组合物用于抛光氧化物单晶片的半成品的用途上。
在使用抛光用组合物将抛光对象物进行抛光的时候，如使抛光对象物接触抛光垫等的抛光构件，在其接触部分供给抛光用组合物，将抛光对象物及抛光构件的任意一侧相对于另一侧进行滑动。
本实施形态具有以下优点。
本实施形态的抛光用组合物，具有有助于提高抛光用组合物的抛光能力的醛糖衍生物。因此，本实施形态的抛光用组合物与以往的抛光用组合物相比具有很高的抛光能力，可以将抛光对象物、尤其可以将氧化物单晶片迅速地抛光。所以，本实施形态中的抛光用组合物在将氧化物单晶片进行抛光的用途上特别有用。
醛糖衍生物由于也有助于提高抛光用组合物的分散稳定性，所以本实施形态中的抛光用组合物与以往的抛光用组合物相比具有很高的分散稳定性。即，即便在具有高浓度的抛光材料的场合，抛光用组合物的抛光材料也不会凝胶化或固化。
上述实施形态也可以进行如下变更。
作为抛光材料，在上述实施形态的抛光用组合物也可以取代胶体二氧化硅，或除了胶体二氧化硅之外，再含有氧化铝、气相法二氧化硅、非晶质二氧化硅粉末、二氧化铈或二氧化锰作为抛光材料。但是，为了提高抛光速度，作为抛光材料，抛光用组合物优选至少含有胶体二氧化硅或二氧化铈。
上述实施形态的抛光用组合物，还可以进一步含有pH调节剂、防霉剂、表而活性剂等。pH调节剂既可以是硫酸、盐酸、硝酸、碳酸等的无机酸或者醋酸、草酸等的有机酸，也可以是无机酸盐或有机酸盐。或者pH调节剂也可以是氢氧化钾、氧氧化钠、氨、氢氧化四甲基铵等的碱性化合物。防霉剂优选是含有氮及硫黄的有机类防霉剂。抛光用组合物中的防霉剂的含量优选是0.001～1.0质量％，更优选是0.01～0.1质量％。表面活性剂也可以是如阴离子表面活性剂、非离子型表面活性剂及氟系表面活性剂的任一种。表面活性剂具有提高抛光用组合物中的抛光材料的分散性的作用。
上述实施形态的抛光用组合物也可以用于对氧化物单晶片之外的抛光对象物的抛光用途上。如在上述实施形态的抛光用组合物，既可用于对除了氧化物单晶片之外的氧化物基板进行抛光的用途上，又可以用于对除了氧化物基板之外的氧化物进行抛光的用途上。或者也可用于对磁盘用的玻璃基板进行抛光的用途上。
上述实施形态的抛光用组合物也可以通过用水稀释原液进行调制。
以下，举实施例及比较例更具体地说明本发明。
在实施例1～11中，将抛光材料、醛糖衍生物及水进行混合，根据需要进一步加入pH调节剂调制抛光用组合物。在比较例1～20中，将抛光材料及水进行混合，根据需要进一步混合替代醛糖衍生物的添加剂及pH调节剂，调制抛光用组合物。实施例1～11及比较例1～20的抛光用组合物的抛光材料、醛糖衍生物及替代醛糖衍生物的添加剂的种类及含量，如表1及表2中所示。另外各抛光用组合物的pH也如表1及表2中所示。还有，虽然在表1及表2中未示，但实施例4的抛光用组合物中添加作为pH调节剂的碳酸钠，在比较例18及比较例19的抛光用组合物中添加作为pH调节剂的氢氧化钠。
采用实施例1～11及比较例1～20的抛光用组合物，用表3所示的抛光条件将氧化物单晶片进行抛光。此时，用千分表测定抛光前后的基板厚度之差、即因抛光引起的基板的厚度减少量。其结果示于表1及表2的“抛光速度”栏中。还有，在表1及表2的“抛光速度”栏中所示的值为用6个样品各测定4点的厚度减少量的平均值。
在设定为65℃的恒温槽中保管各抛光用组合物，每隔一定时间取出，目测观察抛光用组合物的外观，根据其观察结果，用良(○)、可(△)、不良(×)的三个等级评价抛光用组合物的分散稳定性。即，在第7天为止抛光用组合物发生凝胶化或固化的场合，评价为×，从第7天到30天为止的期间为抛光用组合物发生凝胶化或固化的场合，评价为△，到30天为止抛光用组合物不发生凝胶化或固化的场合，评价为○。有关分散稳定性的抛光用组合物的评价结果，在表1及表2的“分散稳定性”栏中表示。
表1
| 抛光材料(质量百分比) | 醛糖衍生物(质量百分比) | pH | 抛光速度[μm/小时] | 分散稳定性 | |
| 实施例1 | 胶体二氧化硅27％ | 葡糖酸钠1.0％ | 9.3 | 10.5 | ○ |
| 实施例2 | 胶体二氧化硅27％ | 葡糖酸钠2.0％ | 9.3 | 10.9 | ○ |
| 实施例3 | 胶体二氧化硅27％ | 葡糖酸钠3.0％ | 9.4 | 11.3 | △ |
| 实施例4 | 胶体二氧化硅27％ | 葡糖酸钠2.0％ | 10.5 | 11.1 | ○ |
| 实施例5 | 胶体二氧化硅27％ | 葡糖酸钠1.0％ | 9.1 | 10.9 | ○ |
| 实施例6 | 胶体二氧化硅27％ | 葡糖酸钠2.0％ | 9.3 | 12.1 | ○ |
| 实施例7 | 胶体二氧化硅27％ | 葡糖酸钠3.0％ | 9.4 | 13.2 | △ |
| 实施例8 | 胶体二氧化硅20％ | 葡糖酸钠1.0％ | 9.4 | 9.5 | ○ |
| 实施例9 | 胶体二氧化硅36％ | 葡糖酸钠1.0％ | 9.3 | 11.8 | ○ |
| 实施例10 | 胶体二氧化硅45％ | 葡糖酸钠1.0％ | 9.4 | 13.2 | ○ |
| 实施例11 | 胶体二氧化硅23％ | 葡糖酸钠0.5％ | 9.4 | 9.6 | ○ |
表2
| 抛光材料(质量百分比) | 醛糖衍生物(质量百分比) | pH | 抛光速度[μm/小时] | 分散稳定性 | |
| 比较例1 | 胶体二氧化硅27％ | 三聚磷酸钠1.0％ | 9.3 | 9.9 | △ |
| 比较例2 | 胶体二氧化硅27％ | 三聚磷酸钠2.0％ | 9.9 | 10.3 | × |
| 比较例3 | 胶体二氧化硅27％ | 乙二胺四乙酸二钠盐1.0％ | 8.8 | 8.4 | ○ |
| 比较例4 | 胶体二氧化硅27％ | 乙二胺四乙酸四钠盐1.0％ | 8.4 | 8.6 | ○ |
| 比较例5 | 胶体二氧化硅27％ | 草酸钠1.0％ | 10.1 | 8.6 | ○ |
| 比较例6 | 胶体二氧化硅27％ | 枸橼酸钠1.0％ | 8.2 | 8.2 | ○ |
| 比较例7 | 胶体二氧化硅27％ | 枸橼酸钙1.0％ | 8.3 | 8.6 | ○ |
| 比较例8 | 胶体二氧化硅27％ | 酒石酸钠1.0％ | 9.8 | 8.8 | ○ |
| 比较例9 | 胶体二氧化硅27％ | 甘氨酸1.0％ | 8.0 | 8.3 | ○ |
| 比较例10 | 胶体二氧化硅27％ | 丙氨酸1.0％ | 7.9 | 8.3 | ○ |
| 比较例11 | 胶体二氧化硅27％ | 碳酸钠1.0％ | 9.2 | 9.0 | × |
| 比较例12 | 胶体二氧化硅27％ | 碳酸钾1.0％ | 9.2 | 9.5 | × |
| 比较例13 | 胶体二氧化硅27％ | 碳酸钾1.5％ | 9.5 | 9.8 | × |
| 比较例14 | 胶体二氧化硅27％ | 山梨糖醇1.0％ | 8.0 | 8.0 | ○ |
| 比较例15 | 胶体二氧化硅27％ | 7.9 | 8.0 | ○ | |
| 比较例16 | 胶体二氧化硅27％ | 非晶质二氧化硅粉末1.0％ | 7.9 | 80 | ○ |
| 比较例17 | 胶体二氧化硅27％ | 非晶质二氧化硅粉末10.％ | 7.9 | 8.4 | ○ |
| 比较例18 | 胶体二氧化硅27％ | 气相法氧化铝1.0％ | 9.0 | 8.0 | ○ |
| 比较例19 | 胶体二氧化硅27％ | 气相法氧化铝10.％ | 9.0 | 8.5 | ○ |
| 比较例20 | 胶体二氧化硅27％ | γ氧化铝10.％ | 7.9 | 8.1 | ○ |
表3
| 抛光对象物：直径3英寸(＝约75nm)的钽酸锂晶片抛光机：不二越机械工业社制的单面抛光机“SPM-11”抛光方式：每次抛光使用2片用蜡贴合3片钽酸锂晶片的直径285nm的陶瓷盘。抛光垫：ロデ一ル社制的“Suba800”定盘旋转数：60rpm抛光压力：20kpa(＝200gf/cm2)抛光时间：30分抛光组合物供给量：18mL/分(流水作业法冲洗)抛光垫的温度：23℃ |
在表1及表2的“抛光材料”栏中，“胶体二氧化硅”表示平均一次粒径为35nm的胶体二氧化硅。表2的“替代醛糖衍生物的添加剂”栏中，“非晶质二氧化硅粉末”表示平均粒径为1.2μm的非晶质二氧化硅粉末，“气相法二氧化硅”表示平均粒径为30nm的气相法二氧化硅，“γ-氧化铝”表示平均粒径为2.5μm的γ-氧化铝。还有，胶体二氧化硅的平均一次粒径是由根据BET法测定的比表面积得出的，非晶质二氧化硅粉末、气相法二氧化硅及γ-氧化铝的平均粒径是用COULTER公司制的Coulter多功能分粒机(CoulterMultisizer)进行测定的。
将表1及表2所示的结果进行如下总结。
在使用实施例1～11的抛光用组合物时测定的抛光速度(基板的厚度减少量)与在使用比较例1～20的抛光用组合物时测定的抛光速度相比，大致更大。该结果启示：实施例1～11的抛光用组合物具有很高的抛光能力。
具有3.0质量％醛糖衍生物的实施例3及7的抛光用组合物，与醛糖衍生物的含量不到3.0质量％的其他实施例的抛光用组合物相比，对前者分散稳定性的评定更低。该结果启示：通过将抛光用组合物中的醛糖衍生物的含量设定为不满3.0质量％，则抛光用组合物的分散稳定性得以提高。
在使用实施例1～11的抛光用组合物时测定的抛光速度，与使用含有：与醛糖衍生物同样具有螯合性的乙二胺四乙酸二钠盐或乙二胺四乙酸四钠盐的比较例3及4的抛光用组合物时测定的抛光速度相比，前者更大。由此可知：即使是同样的螯合性化合物，醛糖衍生物与乙二胺四乙酸二钠盐及乙二胺四乙酸四钠盐相比，前者提高抛光组合物的抛光能力的效果很大。
另外，在使用实施例1～11的抛光用组合物时测定的抛光速度，与使用含有与醛糖衍生物同样具有螯合性的二羧酸或三羧酸的碱性盐的比较例5～8的抛光用组合物、以及包含具有螯合性的氨基酸的比较例9及比较例10的抛光用组合物时测定的抛光速度相比，前者也更大。由此可知：即使是同样的螯合性化合物，醛糖衍生物与二羧酸或三羧酸的碱性盐、以及氨基酸相比，前者提高抛光组合物的抛光能力的效果更大。
含有碳酸的碱性盐的比较例11～13的抛光用组合物，其分散稳定性差，不实用。
在使用实施例1～11的抛光用组合物时测定的抛光速度，与使用具有醛糖衍生物的一种的葡萄糖酸的末端羧基被置换为羟甲基的山梨糖醇(别名D-葡糖醇的抛光用组合物时测定的抛光速度相比前者更大。由此可知：可以推测醛糖衍生物的末端羧基对抛光组合物的抛光能力的提高很重要。
即使添加非晶质二氧化硅粉末或气相法二氧化硅、γ-氧化铝等的抛光材料以替代醛糖衍生物，从比较例16～20可知：抛光速度也并无多大提高。
Claims (11)
1.一种抛光用组合物，其特征在于，所述抛光用组合物含有：
抛光材料，
通过醛糖的氧化所得的酸及其盐中至少一种的醛糖衍生物，和
水。
2.如权利要求1所述的抛光用组合物，其特征在于，通过醛糖的氧化所得的所述酸是糖醛酸、醛糖酸或糖二酸。
3.如权利要求1所述的抛光用组合物，其特征在于，所述醛糖衍生物是葡萄糖酸盐。
4.如权利要求3所述的抛光用组合物，其特征在于，所述醛糖衍生物是匍萄糖酸的碱性盐。
5.如权利要求4所述的抛光用组合物，其特征在于，所述醛糖衍生物是葡萄糖酸钠或葡萄糖酸钾。
6.如权利要求1～5中任一项所述的抛光用组合物，其特征在于，抛光用组合物的醛糖衍生物的含量为不到3.0质量％。
7.如权利要求1～5中任一项所述的抛光用组合物，其特征在于，所述抛光材料含有胶体二氧化硅。
8.如权利要求1～5中任一项所述的抛光用组合物，其特征在于，所述抛光用组合物用于氧化物单晶片的抛光用途。
9.一种抛光方法，该方法使用权利要求1～5中任一项所述的抛光用组合物，对抛光对象物进行抛光。
10.如权利要求9所述的抛光方法，其特征在于，所述抛光对象物由氧化物单晶组成。
11.一种氧化物单晶片的制造方法，其特征在于，该方法包括，使用权利要求1～5中任一项所述的抛光用组合物，对氧化物单晶片的半成品进行抛光，从而得到氧化物单晶片。
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