JP2002184726A - 硬脆材料基板用研磨剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨速度が速いタンタル酸リチウ
ム基板用研磨剤の提供。 【解決手段】 研磨剤組成物中、（ａ）ＢＥＴ比
表面積が４０〜１６０ｍ ²／ｇ、平均粒径が０．５μｍ
以下のγ-アルミナ １〜１０重量％、（ｂ）平均粒径
が１０〜１００ｎｍのコロイダルシリカまたはフュ−ム
ドシリカ １０〜３０重量％、（ｃ）分子量１００〜４
００のポリエチレングリコ−ル １〜２５重量％、
（ｄ）分散助剤 ０．５〜５重量％、および（ｅ）水
３０〜８７重量％を含有する、ｐＨが８．５〜１２．５
の硬脆材料基板用研磨剤。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タンタル酸リチウ
ム単結晶材料やニオブ酸リチウム単結晶材料の如き化合
物半導体結晶よりなる硬脆材料基板用研磨剤に関する。
本発明の研磨剤は研磨速度が高く、研磨された硬脆材料
基板は、外観が良好である。

【０００２】

【従来の技術】テレビの中間周波数フィルタや共振器等
のエレクトロニクス部品として、圧電体における圧電効
果により発生する弾性表面波を利用した弾性表面波デバ
イスが利用されている。この弾性表面波デバイスを構成
する圧電体基板（ウエハ）の材料として、タンタル酸リ
チウム単結晶材料やニオブ酸リチウム単結晶材料の如き
化合物半導体結晶よりなる硬脆材料が使用される。

【０００３】化合物半導体結晶のインゴットは、ワイヤ
−ソウやスライスマシンで薄い板状に切断され、両面を
ラップ加工された後、電極が写真印刷される面側を３０
００番のグリ−ンカ−ボン砥石を用い、片面ラップ加工
し、さらにこのラップ加工面を研磨剤が供給されている
ウレタン定盤に押圧しつつ、定盤を回転、またはウエハ
と定盤の双方を回転しつつ、加工変質層除去のために１
５〜２０μｍの厚さを研磨加工して取り除き、傷（スク
ラッチ）のない、表面が平坦な鏡面仕上の基板としてい
る。

【０００４】基板の研磨加工ダメ−ジのチェックの外観
テストは、研磨された基板面を８〜１５時間、フッ酸水
溶液でエッチング処理した後に行われる。

【０００５】かかるタンタル酸リチウム単結晶材料やニ
オブ酸リチウム単結晶材料の研磨剤として、特開平５−
１２７９号公報は、ＢＥＴ比表面積が１０〜６０ｍ²／
ｇであり、二次粒子の平均粒子径が０．５〜５μｍであ
るコロイダルシリカのみを固型分として分散させたスラ
リ−を提案する。この研磨剤は、表面が平坦な鏡面仕上
の基板を提供するが、研磨速度が特開２０００-２３９
６５２号公報にも記載されるように、研磨速度が３．０
〜４．３μｍ／時（０．０５〜０．０７μｍ／分）と遅
く、１５μｍの取り代を研磨するのに４〜５時間要す
る。

【０００６】また、Ａ社より市販されているコロイダル
シリカのみを固型分として分散させたタンタル酸リチウ
ム基板研磨用スラリ−は、我々の追試によると０．０８
μｍ／分と、同公報に記載される数値と似通った数値で
あった。

【０００７】かかる研磨速度が遅い欠点を改良する研磨
剤として、前述の特開２０００-２３９６５２号公報
は、０．３μｍ以下の平均粒子径（Ｄ５０）を有し、か
つ、ＢＥＴ比表面積が１５〜５０ｍ²／ｇであるα−ア
ルミナを水性媒体中に分散したタンタル酸リチウム基板
用研磨剤、および、前記α−アルミナ ５〜４０重量
％、およびコロイダルシリカ、ヒュ−ムドシリカまたは
無晶形二酸化珪素より選ばれたシリカ ４５重量％以下
を含有する、ｐＨ８．２〜１２のタンタル酸リチウム基
板用研磨剤が提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この公報の実施例５
（α−アルミナ １０重量％、コロイダルシリカ ２０
重量％含有）によると、研磨速度は１０．８μｍ／時
（０．１８μｍ／分）と約３．５倍研磨速度が速くなっ
ている。また、我々の追試（α−アルミナ １０重量
％、コロイダルシリカ １０重量％、潤滑剤 １．２重
量％含有）によると、研磨速度は０．５４μｍ／分と固
形分がコロイダルシリカ単独のの研磨速度より速い。

【０００９】しかしながら、４インチ径のタンタル酸リ
チウム基板を研磨後、研磨面を５０％フッ酸水溶液でエ
ッチング処理し、表面外観を顕微鏡で観察したところ、
スクラッチ（傷）が２〜３本存在することと、表面に無
数の微細な突起（凸部）が残り、面粗度の粗い基板しか
得られないことが判明した。本発明は、研磨速度を向上
し、得られる基板にスクラッチ等の加工ダメ−ジの少な
い、表面が鏡面を呈する基板を与える硬脆材料基板用研
磨剤の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１は、研
磨剤組成物中、（ａ）ＢＥＴ比表面積が４０〜１６０ｍ
²／ｇ、平均粒径が０．５μｍ以下のγ-アルミナ １〜
１０重量％、（ｂ）平均粒径が１０〜１００ｎｍのコロ
イダルシリカまたはフュ−ムドシリカ １０〜３０重量
％、（ｃ）潤滑剤 １〜２５重量％、（ｄ）分散助剤
０．５〜５重量％、および（ｅ）水 ３０〜８７重量％
を含有する、ｐＨが８．５〜１２．５の硬脆材料基板用
研磨剤を提供するものである。

【００１１】α−アルミナに代えてγ−アルミナを用
い、潤滑剤を併用することにより、研磨速度を低下させ
ずにタンタル酸リチウム基板に傷や突部の発生をなくし
た鏡面の基板が得られる。

【００１２】本発明の請求項２は、前記硬脆材料基板用
研磨剤において、（ｃ）成分の潤滑剤が、分子量１００
〜４００のポリエチレングリコ−ルであることを特徴と
する。

【００１３】水性媒体との相溶性に優れ、γ−アルミ
ナ、シリカの分散性も向上する。

【００１４】本発明の請求項３は、前記硬脆材料基板用
研磨剤において、（ｄ）成分の分散助剤が、テトラメチ
ルアンモニウムヒドロキシド、アンモニア、ニコチン酸
ソ−ダ、多臭素化ステアリルベンジルメチルアンモニウ
ム、キサンタンガム、ポリビニルアルコ−ル、カルボキ
シメチルセルロ−ス、ポリアクリル酸アンモニウム、ポ
リアクリル酸ソ−ダ、ポリアクリル酸カリウム、およ
び、ノニオン性界面活性剤より選ばれた化合物であるこ
とを特徴とする。

【００１５】水性媒体中のγ−アルミナ、シリカの分散
性を向上させる。

【００１６】本発明の請求項４は、前記硬脆材料基板用
研磨剤において、γ-アルミナ １重量部に対し、シリ
カが２〜１０重量部（固型分重量比）の割合で用いられ
ることを特徴とする。

【００１７】γ-アルミナ砥粒により研磨速度は向上
し、該γ-アルミナ砥粒により研磨加工中に発生する軽
度のスクラッチは研磨剤中に共存するより多数の軟質シ
リカ微粒子により平滑化される。

【００１８】

【発明の実施の形態】（ａ）成分：アルミナ粒子：
（ａ）成分のγ−アルミナは、研磨速度を向上させる作
用をなすもので、ＢＥＴ比表面積が４０〜１６０ｍ²／
ｇ、好ましくは８０〜１２０ｍ²／ｇ、平均粒径が０．
５μｍ以下、好ましくは０．２〜０．０５μｍのものが
使用される。このγ-アルミナは、研磨剤組成物中、１
〜１０重量％、好ましくは３〜１０重量％の割合で用い
る。

【００１９】アルミナには、α型、β型、γ型の結晶構
造のものが存在するが、基板に傷を付けぬため、および
研磨加工基板に突起部を発生させないためにγ型アルミ
ナ構造が主体（５０重量％以上）のものを用いる。γ型
アルミナは、ベ−マイトや水酸化アルミニウムを９００
〜１１００℃で焼成した後、これを粉砕し、分旧するこ
とにより得られる。

【００２０】（ｂ）シリカ微粒子：（ｂ）成分のコロイ
ダルシリカまたはフュ−ムドシリカは、主として基板の
平坦性を高める作用をするもので、平均粒径が１０〜１
００ｎｍの微粒子が、研磨剤組成物中、１０〜３０重量
％、好ましくは１５〜２５重量％用いられる。

【００２１】（ａ）成分のγ-アルミナ １重量部に対
し、（ｂ）成分のシリカは２〜１０重量部（固型分重量
比）の割合で用いるのが好ましい。γ-アルミナの量が
増加するにつれ、研磨速度は向上する。また、シリカの
増加につれ表面平坦成は向上する。

【００２２】（ｃ）潤滑剤：（ｃ）成分の潤滑剤は、研
磨速度を向上させるとともに、固体粒子の分散を助ける
もので、分子量１００〜４００のポリエチレングリコ−
ル、エチレンオキシド・プロピレンオキシド共重合体、
プロピレングリコ−ル等が挙げられる。潤滑剤は、研磨
剤組成物中、１〜２５重量％、好ましくは、５〜１５重
量％の割合で用いる。

【００２３】（ｄ）分散助剤：（ｄ）成分の分散助剤
は、水溶性のもので、（ａ）成分および（ｂ）成分の固
体粒子の分散を助けるものである。具体的には、テトラ
メチルアンモニウムヒドロキシド、アンモニア、ニコチ
ン酸ソ−ダ、多臭素化ステアリルベンジルメチルアンモ
ニウム、キサンタンガム、ポリビニルアルコ−ル、カル
ボキシメチルセルロ−ス、ポリアクリル酸アンモニウ
ム、ポリアクリル酸ソ−ダ、ポリアクリル酸カリウム、
ノニオン性界面活性剤等が利用できる。

【００２４】ノニオン性界面活性剤としては、ポリオキ
シエチレンアルキルエ−テル、ポリオキシエチレンアル
キルフェニルエ−テル、脂肪酸ポリオキシエチレンエス
テル、脂肪酸ポリオキシエチレンソルビタンエステル、
ポリオキシエチレンひまし油、脂肪酸蔗糖エステル、ポ
リオキシエチレン・オキシプロピレンアルキルエ−テル
等が挙げられる。具体的には、ジラウリン酸ポリエチレ
ングリコ−ルエステル、トリデシルポリオキシエチレン
エ−テル、ノニルフェニルポリオキシエチレンエ−テ
ル、モノステアリン酸ポリエチレングリコ−ル等が挙げ
られる。好ましくは、ＨＬＢが１０以上のノニオン性界
面活性剤が好ましい。（ｄ）成分の分散助剤は、研磨剤
組成物中、０．５〜５重量％の割合で用いられる。

【００２５】（ｅ）水：ａ成分およびｂ成分の固体粒子
の分散媒体としては水が使用され、研磨剤組成物中、水
は３０〜８７重量％の割合で使用される。水の一部をイ
ソプロピルアルコ−ル、メチルアルコ−ル、エチルアル
コ−ル、１，４−ブタンジオ−ル、エチレングリコ−
ル、１，６−ヘキサンジオ−ルの水溶性化合物に置き代
えてもよい。

【００２６】ｐＨ調整剤：硬脆材料基板用研磨剤は、ｐ
Ｈが８．５〜１２．５となるように、研磨剤組成物にｐ
Ｈ調整剤を加えて調整する。ｐＨ調整剤としては、苛性
ソ−ダ、苛性カリ、アンモニア水、モルフォリン、イミ
ダゾ−ル等が使用される。

【００２７】上記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）およ
び（ｅ）成分、ｐＨ調整剤のほかに、他の研磨助剤、例
えば、防錆剤、消泡剤、防かび剤等を配合してもよい。
防錆剤としてはアルカノ−ルアミン・アルカノ−ルアミ
ンホウ酸縮合物、モノエタノ−ルアミン、ジエタノ−ル
アミン、トリエタノ−ルアミン、ほう酸アルカノ−ルア
ミン塩、ベンズイソチアゾリン類等の含窒素有機化合物
が挙げられる。消泡剤としては、流動パラフィン、ジメ
チルシリコンオイル、ステアリン酸モノ、ジ-グリセリ
ド混合物、ソルビタンモノパルミチエ−ト、等が挙げら
れる。

【００２８】研磨条件：研磨剤は、定盤上に５０〜２５
０ｃｃ／分の割合で供給される。ヘッドに保持された基
板は、定盤上に２００〜５００ｇ／ｃｍ²の圧力で押圧
され、摺動される。基板、定盤の回転数は、４０〜２０
０ｍｉｎ^-1である。

【００２９】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。なお、研磨装置として、ロデ−ルニッタ株式会社
のウレタン布 ＳＵＢＡ６００（商品名）をテ−ブルに
貼付した定盤、４枚の基板保持ヘッドおよび前記定盤の
表面に研磨剤を供給する供給管を備えた株式会社岡本工
作機械製作所の研磨装置 ＳＰＰ６００ＡＴ（商品名）
を用いた。

【００３０】研磨される基板としては、インゴットをワ
イヤ−ソウで薄い板状に切断され、両面をラップ加工さ
れた後、電極が写真印刷される面側を３０００番のグリ
−ンカ−ボン砥石を用い、片面ラップ加工した直径４イ
ンチ、厚み約７５０μｍのタンタル酸リチウムウエハを
用いた。

【００３１】 実施例１ 研磨剤の調製： （ａ）比表面積１２０〜１２５ｍ²／ｇ、平均粒径０．２μｍのγ−アルミナ を５重量％濃度の割合で含有するγ−アルミナ、 （ｂ）平均粒径５７μｍ、濃度２２重量％のコロイダルシリカ水分散液 （ｃ）平均分子量３００のポリエチレングリコ−ル、 （ｄ）５重量％濃度ポリアクリル酸アンモニウム水溶液 １０ｃｃ、 （ｅ）２０％濃度モノエタノ−ルアミン水溶液 １０ｃｃ、 （ｆ）水 をホモジナイザ−で混合して約４０００ｃｃのスラリ--
とした後、ついで、２０重量％苛性ソ−ダ水溶液を加
え、ホモジナイザ−で混合してｐＨ１０．５に研磨剤ス
ラリ−のｐＨを調整して、研磨剤スラリ−中のγ−アル
ミナ濃度が３重量％、シリカ濃度が１２．５重量％、ポ
リエチレングリコ−ル濃度が２重量％の研磨剤を調製し
た。

【００３２】このようにして得た研磨剤を研磨定盤の研
磨布上に滴下しつつ、ヘッドに保持された４枚のタンタ
ル酸リチウム基板の３０００番ＧＣ砥石ラップ面を定盤
の研磨布面に押し当て、研磨定盤の回転数とヘッドの回
転数を次の条件で回転させ、１５μｍの厚み分を取除く
研磨加工を行った。 定盤回転数 ６０ｍｉｎ^-1 ヘッド回転数 ６０ｍｉｎ^-1 ヘッド加圧 ３００ｇ／ｃｍ²

【００３３】研磨終了後（研磨速度は、０．５８μｍ／
分）、研磨面を純水で洗浄し、ついで、５０％濃度フッ
酸水溶液で研磨面を１１時間エッチング処理し、純水で
洗浄、スピン乾燥して研磨・エッチング面をレ−ザ−光
による表面欠陥解析装置を用いて観察した。マイクロス
クラッチは検出されなかった。また、突起はなく、表面
粗度も良好で、鏡面を呈した。

【００３４】参考例１ 研磨剤として、Ａ社市販のタンタル酸リチウム基板用研
磨剤（コロイダルシリカ単独砥粒）を用いる外は実施例
１と同様にしてタンタル酸リチウム基板の１５μｍ研磨
を行った。研磨速度は、０．０８μｍ／分であった。得
た研磨・エッチング加工基板は、マイクロスクラッチは
なく、突起もなく、表面粗度も良好で、鏡面を呈した。

【００３５】比較例１ 実施例１において、研磨剤として、γ−アルミナ水分散
液の代わりにα−アルミナ（比表面積 ５０〜５３ｍ²
／ｇ、平均粒径０．２０μｍ）水分散液を用いる外は同
様にして研磨剤を調製し、同様にタンタル酸リチウム基
板を研磨して研磨剤を評価した。研磨速度は、０．７２
μｍ／分であった。得た研磨・エッチング加工基板は、
マイクロスクラッチが２本乃至４本存在し、表面に微細
な突起のある表面粗度が不良のものであった。

【００３６】実施例２ 実施例１において、研磨剤として次ぎの調製で得たもの
を用いる外は同様にしてタンタル酸リチウム基板の１５
μｍ研磨を行った。研磨速度は、０．７０μｍ／分であ
った。得た研磨・エッチング加工基板は、マイクロスク
ラッチはなく、突起もなく、表面粗度も良好で、鏡面を
呈した。も良好で、鏡面を呈した。

【００３７】 研磨剤の調製： （ａ）比表面積１２６〜１３１ｍ²／ｇ、平均粒径０．１８μｍのγ−アルミ ナ （ｂ）平均粒径５７μｍ、濃度２２重量％のコロイダルシリカ水分散液 （ｃ）平均分子量２0０のポリエチレングリコ−ル、 （ｄ）５重量％濃度ポリアクリル酸アンモニウム水溶液 ２０ｃｃ、 （ｅ）１重量％濃度ノニルフェノ−ルポリオキシエチレンアルコ−ル５ｃｃ、 （ｆ）２０％濃度モノエタノ−ルアミン水溶液 １０ｃｃ、 （ｇ）水 をホモジナイザ−で混合して４０００ｃｃの分散液と
し、、ついで、２０重量％苛性ソ−ダ水溶液を加え、ホ
モジナイザ−で混合してｐＨ１０．３に研磨剤スラリ−
のｐＨを調整して、研磨剤スラリ−中のγ−アルミナ濃
度が５重量％、シリカ濃度が２５重量％、ポリエチレン
グリコ−ル濃度が１．８重量％の研磨剤を調製した。

【００３８】以上、実施例において、（ｂ）成分として
コロイダルシリカを例に取り上げたが、ヒュ−ムドシリ
カでも同等の効果が予測される。

【００３９】

【発明の効果】特定の物性のγ−アルミナとコロイダル
シリカまたはヒュ−ムドシリカを組み合わせ、これに更
に潤滑剤を配合した研磨剤を用いることにより、研磨速
度が市販品の研磨剤の５〜８倍と向上し、しかも有害な
加工歪（スクラッチ、微小突起）が解消されたタンタル
酸リチウム研磨基板が得られる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨剤組成物中、（ａ）ＢＥＴ比表面積
   が４０〜１６０ｍ²／ｇ、平均粒径が０．５μｍ以下の
   γ-アルミナ １〜１０重量％、（ｂ）平均粒径が１０
   〜１００ｎｍのコロイダルシリカまたはフュ−ムドシリ
   カ １０〜３０重量％、（ｃ）潤滑剤 １〜２５重量
   ％、（ｄ）分散助剤 ０．５〜５重量％、および（ｅ）
   水 ３０〜８７重量％を含有する、ｐＨが８．５〜１
   ２．５の硬脆材料基板用研磨剤。
2. 【請求項２】 （ｃ）成分の潤滑剤が、分子量１００〜
   ４００のポリエチレングリコ−ルであることを特徴とす
   る、請求項１に記載の硬脆材料基板用研磨剤。
3. 【請求項３】 （ｄ）成分の分散助剤が、テトラメチル
   アンモニウムヒドロキシド、アンモニア、ニコチン酸ソ
   −ダ、多臭素化ステアリルベンジルメチルアンモニウ
   ム、キサンタンガム、ポリビニルアルコ−ル、カルボキ
   シメチルセルロ−ス、ポリアクリル酸アンモニウム、ポ
   リアクリル酸ソ−ダ、ポリアクリル酸カリウム、およ
   び、ノニオン性界面活性剤より選ばれた化合物であるこ
   とを特徴とする、請求項１に記載の硬脆材料基板用研磨
   剤。
4. 【請求項４】 γ-アルミナ １重量部に対し、シリカ
   が２〜１０重量部（固型分重量比）の割合で用いられる
   ことを特徴とする、請求項１に記載の硬脆材料基板用研
   磨剤。