JP2007021703A - 研磨用組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 （０００１）Ｓｉ面を好適に研磨することができる研磨用組成物を提供する。
【解決手段】 本発明の研磨用組成物は、炭化ケイ素単結晶からなる研磨対象物を研磨する用途で主に使用されるものであり、コロイダルシリカなどの砥粒と、オルト過ヨウ素酸やメタ過ヨウ素酸ナトリウムなどのヨウ素化合物とを含有し、水酸化リチウムやアンモニアなどのアルカリを必要に応じてさらに含有する。この研磨用組成物のｐＨは６以上である。
【選択図】 なし

Description

本発明は、例えば、六方晶炭化ケイ素単結晶基板のような炭化ケイ素単結晶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。

４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板や６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板などの炭化ケイ素単結晶基板は通常、ダイヤモンド砥粒を含むスラリーを用いて基板の表面を予備研磨する工程と、予備研磨した基板の表面を仕上げ研磨する工程とを経て製造される。仕上げ研磨においては、予備研磨により基板の表面に生じる非晶質の加工変質層が除去されるとともに、加工変質層の除去の後に露出する基板の結晶面が平坦化される。この仕上げ研磨の際に使用される研磨用組成物としては、特許文献１に開示されているように、コロイダルシリカを含有したｐＨ７〜１０の研磨用組成物が知られている。しかしながら、特許文献１の研磨用組成物は結晶面を研磨する能力が低いため、特許文献１の研磨用組成物を用いた場合には仕上げ研磨に要する時間が極めて長くなるという問題があった。特に六方晶炭化ケイ素単結晶基板である４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板又は６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の（０００１）Ｓｉ面は、（０００１）Ｓｉ面以外の４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板又は６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の面（例えば（０００−１）Ｃ面）に比べて酸化速度及びエッチング速度が低く、（０００１）Ｓｉ面を高い研磨速度で研磨することは困難であった。
特開２００４−２９９０１８号公報

そこで本発明の目的は、（０００１）Ｓｉ面を好適に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。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、砥粒とヨウ素化合物とを含有してｐＨが６以上である研磨用組成物を提供する。
請求項２に記載の発明は、前記ヨウ素化合物がヨウ素酸、過ヨウ素酸又はそれらの塩からなる請求項１に記載の研磨用組成物を提供する。

請求項３に記載の発明は、リチウム化合物又はアンモニアからなるアルカリをさらに含有する請求項１又は２に記載の研磨用組成物を提供する。
請求項４に記載の発明は、炭化ケイ素単結晶からなる研磨対象物を研磨する用途で使用される請求項１〜３のいずれか一項に記載の研磨用組成物を提供する。

本発明によれば、（０００１）Ｓｉ面を好適に研磨することができる研磨用組成物が提供される。

以下、本発明の第１及び第２実施形態を説明する。
第１実施形態の研磨用組成物は、所定量のヨウ素酸塩又は過ヨウ素酸塩とコロイダルシリカゾルを混合し、必要に応じて水で希釈することにより製造される。従って、第１実施形態の研磨用組成物は、砥粒としてのコロイダルシリカ、ヨウ素化合物としてのヨウ素酸塩又は過ヨウ素酸塩、及び水から実質的になる。

第２実施形態の研磨用組成物は、所定量のヨウ素酸又は過ヨウ素とアルカリとコロイダルシリカゾルを混合し、必要に応じて水で希釈することにより製造される。従って、第２実施形態の研磨用組成物は、砥粒としてのコロイダルシリカ、ヨウ素化合物としてのヨウ素酸又は過ヨウ素酸、ｐＨ調整剤としてのアルカリ、及び水から実質的になる。つまり、第２実施形態の研磨用組成物は、ヨウ素酸塩又は過ヨウ素酸塩の代わりにヨウ素化合物としてヨウ素酸又は過ヨウ素酸を含有する点並びにアルカリを含有する点で第１実施形態の研磨用組成物と異なる。

第１及び第２実施形態の研磨用組成物は、４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板又は６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板を研磨する用途、より具体的には４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板又は６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の（０００１）Ｓｉ面を研磨する用途で使用される。

第１及び第２実施形態の各研磨用組成物中のコロイダルシリカの含有量が０．０５質量％よりも少ない場合、さらに言えば０．１質量％よりも少ない場合、もっと言えば１質量％よりも少ない場合には、研磨用組成物が十分な研磨能力を有さない虞がある。従って、より高い研磨速度を得るためには、各研磨用組成物中のコロイダルシリカの含有量は０．０５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、最も好ましくは１質量％以上である。一方、各研磨用組成物中のコロイダルシリカの含有量が５０質量％よりも多い場合、さらに言えば４８質量％よりも多い場合、もっと言えば４５質量％よりも多い場合には、市販のコロイダルシリカゾルよりも高濃度のコロイダルシリカゾルが研磨用組成物の製造に必要となるために不経済である。従って、各研磨用組成物中のコロイダルシリカの含有量は５０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは４８質量％以下、最も好ましくは４５質量％以下である。

平均一次粒子径が５ｎｍよりも小さいコロイダルシリカ、さらに言えば平均一次粒子径が１５ｎｍよりも小さいコロイダルシリカ、もっと言えば平均一次粒子径が２５ｎｍよりも小さいコロイダルシリカは、（０００１）Ｓｉ面を研磨する能力があまり高くない。従って、より高い研磨速度を得るためには、第１及び第２実施形態の各研磨用組成物に含まれるコロイダルシリカの平均一次粒子径は５ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１５ｎｍ以上、最も好ましくは２５ｎｍ以上である。一方、コロイダルシリカの平均一次粒子径が１２０ｎｍよりも大きい場合、さらに言えば１００ｎｍよりも大きい場合、もっと言えば８５ｎｍよりも大きい場合には、研磨用組成物が十分な研磨能力を発揮するためには各研磨用組成物中のコロイダルシリカの含有量をかなり高くする必要が生じる。従って、各研磨用組成物のコスト低減のためには、各研磨用組成物に含まれるコロイダルシリカの平均一次粒子径は１２０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１００ｎｍ以下、最も好ましくは８５ｎｍ以下である。なお、コロイダルシリカの平均一次粒子径は、例えばＢＥＴ法により測定される比表面積から算出される。

研磨速度の向上のために第１実施形態の研磨用組成物に含まれるヨウ素化合物はヨウ素酸塩及び過ヨウ素酸塩のいずれであってもよいが、中でも過ヨウ素酸塩であることが好ましく、より好ましくはメタ過ヨウ素酸ナトリウム（ＮａＩＯ_４）である。過ヨウ素酸塩はヨウ素酸塩に比べて酸化還元電位が高く酸化力が強い点で好ましく、メタ過ヨウ素酸ナトリウムは他の過ヨウ素酸塩に比べて入手が容易である点で好ましい。

研磨速度の向上のために第２実施形態の研磨用組成物に含まれるヨウ素化合物はヨウ素酸及び過ヨウ素酸のいずれであってもよいが、中でも過ヨウ素酸であることが好ましく、より好ましくはオルト過ヨウ素酸（Ｈ_５ＩＯ_６）である。過ヨウ素酸はヨウ素酸に比べて酸化還元電位が高く酸化力が強い点で好ましく、オルト過ヨウ素酸は他の過ヨウ素酸に比べて入手が容易である点で好ましい。

第１及び第２実施形態の各研磨用組成物中のヨウ素化合物の含有量が０．１ｇ／Ｌよりも少ない場合、さらに言えば０．５ｇ／Ｌよりも少ない場合、もっと言えば１ｇ／Ｌよりも少ない場合には、あまり高い研磨速度で（０００１）Ｓｉ面を研磨することができない虞がある。従って、より高い研磨速度を得るためには、各研磨用組成物中のヨウ素化合物の含有量は０．１ｇ／Ｌ以上であることが好ましく、より好ましくは０．５ｇ／Ｌ以上、最も好ましくは１ｇ／Ｌ以上である。一方、各研磨用組成物中のヨウ素化合物の含有量が５００ｇ／Ｌよりも多い場合、さらに言えば２５０ｇ／Ｌよりも多い場合、もっと言えば１００ｇ／Ｌよりも多い場合には、研磨パッドの劣化が早まる虞がある。それに加えて研磨用組成物に含まれるヨウ素化合物がヨウ素酸塩又は過ヨウ素酸塩である場合には、研磨用組成物中に沈殿が生じる虞もある。従って、こうした不具合を避けるためには、各研磨用組成物中のヨウ素化合物の含有量は５００ｇ／Ｌ以下であることが好ましく、より好ましくは２５０ｇ／Ｌ以下、最も好ましくは１００ｇ／Ｌ以下である。

第２実施形態の研磨用組成物に含まれるアルカリは、良好な保存安定性を有した研磨用組成物を得るためには、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）や無機リチウム塩などのリチウム化合物あるいはアンモニア（ＮＨ_３）であることが好ましく、より好ましくは水酸化リチウム又はアンモニアである。無機リチウム塩としては具体的には、リチウム塩化物、リチウム炭酸塩、リチウム硝酸塩、リチウム硫酸塩、リチウムリン酸塩などが挙げられるが、その中でも入手が容易なのはリチウム塩化物及びリチウム炭酸塩である。

第２実施形態の研磨用組成物中のアルカリの含有量が０．１ｇ／Ｌよりも少ない場合、さらに言えば０．５ｇ／Ｌよりも少ない場合、もっと言えば１ｇ／Ｌよりも少ない場合には、研磨用組成物のｐＨがあまり高くないために（０００１）Ｓｉ面を研磨する研磨用組成物の能力が低下する虞がある。従って、より高い研磨速度を得るためには、研磨用組成物中のアルカリの含有量は０．１ｇ／Ｌ以上であることが好ましく、より好ましくは０．５ｇ／Ｌ以上、最も好ましくは１ｇ／Ｌ以上である。一方、研磨用組成物中のアルカリの含有量が２０ｇ／Ｌよりも多い場合、さらに言えば１５ｇ／Ｌよりも多い場合、もっと言えば１０ｇ／Ｌよりも多い場合には、研磨用組成物の保存安定性が低下する虞がある。従って、良好な保存安定性を得るためには、研磨用組成物中のアルカリの含有量は２０ｇ／Ｌ以下であることが好ましく、より好ましくは１５ｇ／Ｌ以下、最も好ましくは１０ｇ／Ｌ以下である。

第１及び第２実施形態の各研磨用組成物のｐＨは、（０００１）Ｓｉ面の好適な研磨を実現するためには６以上であることが必須である。ただし、たとえｐＨが６以上であってもｐＨが低くなるにつれて（０００１）Ｓｉ面を研磨する各研磨用組成物の能力は低下する傾向がある。従って、より高い研磨速度を得るためには、各研磨用組成物のｐＨは７以上であることが好ましい。一方、各研磨用組成物のｐＨが高すぎると、研磨用組成物中のコロイダルシリカが溶解を起こす虞がある。従って、コロイダルシリカの溶解を防ぐという観点からすると、各研磨用組成物のｐＨは１４以下であることが好ましく、より好ましくは１３以下、最も好ましくは１２以下である。

第１及び第２実施形態によれば以下の利点が得られる。
・ 第１及び第２実施形態の各研磨用組成物は、従来の研磨用組成物に比べて、４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板又は６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の（０００１）Ｓｉ面を高い研磨速度で研磨する能力を有する。これは、第１及び第２実施形態の各研磨用組成物に含まれているヨウ素酸、過ヨウ素酸又はそれらの塩からなるヨウ素化合物がｐＨ６以上の領域において（０００１）Ｓｉ面を酸化するのに十分な酸化力を発揮するためと考えられる。

・ 第２実施形態の研磨用組成物にはアルカリが配合されている。そのため、ヨウ素化合物としてヨウ素酸又は過ヨウ素酸という酸を含有していても、ｐＨが６以上となるように第２実施形態の研磨用組成物を調製することに困難はない。

前記実施形態は次のように変更されてもよい。
・ 第１及び第２実施形態の各研磨用組成物に含まれる砥粒は、フュームドシリカのようなコロイダルシリカ以外のシリカであってもよいし、あるいはアルミナ又は酸化クロムであってもよい。ただし、シリカ（特にコロイダルシリカ）を用いた場合には、アルミナや酸化クロムを用いた場合に比べて、研磨後の研磨対象物の表面に傷が生じにくいので、好ましくはシリカ（特にコロイダルシリカ）である。

・ 第１実施形態の研磨用組成物には必要に応じてｐＨ調整剤としてのアルカリを添加してもよい。第１実施形態の研磨用組成物に添加されるアルカリの好ましい種類、第１実施形態の研磨用組成物中のアルカリの好ましい含有量は、第２実施形態の場合と同じである。

・ 第２実施形態の研磨用組成物に含まれるアルカリを省いてもよい。すなわち、第２実施形態の研磨用組成物は、コロイダルシリカ、ヨウ素酸又は過ヨウ素酸、及び水から実質的になるものであってもよい。ただし、より高い研磨速度を得るためには、アルカリを含有することが好ましい。なお、アルカリを省く場合であっても研磨用組成物のｐＨが６以上であることは必須である。

・ 第１及び第２実施形態の各研磨用組成物には必要に応じて防腐剤や消泡剤のような公知の添加剤を添加してもよい。
・ 第１及び第２実施形態の各研磨用組成物は、（０００１）Ｓｉ面以外の４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板又は６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の面を研磨する用途で使用されてもよい。あるいは、３Ｃ−ＳｉＣ単結晶基板のような立方晶炭化ケイ素単結晶からなる研磨対象物を研磨する用途で使用されてもよい。また、炭化ケイ素単結晶基板以外の炭化ケイ素単結晶からなる研磨対象物を研磨する用途で使用されてもよいし、あるいは炭化ケイ素単結晶からなる研磨対象物以外の研磨対象物を研磨する用途で使用されてもよい。ただし、第１及び第２実施形態の各研磨用組成物は、従来の研磨用組成物に比べて、炭化ケイ素単結晶からなる研磨対象物、とりわけ４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板又は６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の（０００１）Ｓｉ面を研磨する能力が特に高い。従って、炭化ケイ素単結晶からなる研磨対象物を研磨する用途で使用されることが好ましく、４Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板又は６Ｈ−ＳｉＣ単結晶基板の（０００１）Ｓｉ面を研磨する用途で使用されることがより好ましい。

次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。
コロイダルシリカゾル、ヨウ素化合物又はそれに代わる化合物、及びｐＨ調整剤を適宜に混合し、必要に応じて水で希釈することにより実施例１〜１１及び比較例１〜１３の研磨用組成物を調製した。各研磨用組成物中のコロイダルシリカ、ヨウ素化合物又はそれに代わる化合物及びｐＨ調整剤の詳細並びに各研磨用組成物のｐＨは表１に示すとおりである。なお、各研磨用組成物に含まれるコロイダルシリカの平均一次粒子径は３５ｎｍである。

実施例１〜１１及び比較例１〜１３の各研磨用組成物を用いて表２に示す研磨条件で炭化ケイ素単結晶基板の（０００１）Ｓｉ面を研磨した。研磨前後の基板の重量を測定し、その測定値から算出した研磨速度を表１の“研磨速度”欄に示す。

実施例１〜１１及び比較例１〜１３の各研磨用組成物１００ｍＬを容量２５０ｍＬのポリ容器に入れて室温で３ヶ月の間静置し、研磨用組成物の外観的な変化を定期的に観察した。その観察結果に基づいて各研磨用組成物の保存安定性について評価した結果を表１の“安定性”欄に示す。同欄中、◎は、３ヶ月経過後にゲル化や沈殿の発生、粘度上昇などの変化が研磨用組成物に認められなかったことを示し、○は、１ヶ月経過後には変化が認められなかったが３ヶ月経過後には変化が認められたことを示す。

表１に示すように、実施例１〜１１の研磨用組成物によれば、特許文献１の研磨用組成物に相当する比較例１をはじめとして比較例２〜１３の研磨用組成物に比べて、高い研磨速度が得られた。また実施例１〜１１の研磨用組成物は保存安定性に関しても満足できるものであった。比較例１０〜１３の研磨用組成物においては、ヨウ素化合物の代わりに亜塩素酸ナトリウム、塩素酸ナトリウム、過塩素酸ナトリウム、臭素酸ナトリウムがそれぞれ使用されているが、これらの研磨用組成物で得られる研磨速度はいずれも実施例１〜１１の研磨用組成物で得られる研磨速度に比べて低かった。この結果から、ヨウ素化合物と同じハロゲン化合物であっても塩素化合物や臭素化合物には（０００１）Ｓｉ面を研磨する研磨用組成物の能力を高める効果がないことが分かる。

前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・ 請求項１〜４のいずれか一項に記載の研磨用組成物を用いて炭化ケイ素単結晶からなる研磨対象物を研磨する研磨方法。これによれば、（０００１）Ｓｉ面を好適に研磨することができる研磨方法が提供される。

・ 請求項１〜４のいずれか一項に記載の研磨用組成物を用いて炭化ケイ素単結晶からなる研磨対象物を研磨する工程を経て得られる研磨製品。これによれば、（０００１）Ｓｉ面が好適に研磨された研磨製品が提供される。

Claims (4)

1. 砥粒とヨウ素化合物とを含有してｐＨが６以上である研磨用組成物。
2. 前記ヨウ素化合物がヨウ素酸、過ヨウ素酸又はそれらの塩からなる請求項１に記載の研磨用組成物。
3. リチウム化合物又はアンモニアからなるアルカリをさらに含有する請求項１又は２に記載の研磨用組成物。
4. 炭化ケイ素単結晶からなる研磨対象物を研磨する用途で使用される請求項１〜３のいずれか一項に記載の研磨用組成物。