JP2016216703A - 研磨組成物、及びその研磨組成物を用いた研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶解安定性に優れ、かつ高い研磨レートでの研磨加工を可能とする研磨組成物、及びその研磨組成物を用いた研磨方法を提供する。【解決手段】［１］（Ａ）成分：ダイヤモンド、窒化ホウ素、炭化ホウ素、及び炭化ケイ素から選ばれる１種以上の砥粒と、（Ｂ）成分：炭素数１０以上２２以下の脂肪酸と、（Ｃ）成分：ノニオン性界面活性剤と、（Ｄ）成分：有機アミン化合物と、（Ｅ）成分：分散媒体とを含有する研磨組成物であって、（Ａ）成分の砥粒の平均粒径が１．０μｍ超、１０．０μｍ以下であり、（Ｃ）成分の含有量が０．３０〜１０質量％であり、（Ｂ）成分に対する（Ｄ）成分のモル比〔（Ｄ）／（Ｂ）〕が４５／５５〜９０／１０である、研磨組成物、及び［２］サファイア、炭化ケイ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウムから選ばれる１種以上の材料からなる基板を、上記［１］に記載の研磨組成物を用いて研磨する、研磨方法である。【選択図】なし

Description

本発明は、高硬度かつ高脆性である基板材料の研磨に使用する研磨組成物、及びその研磨組成物を用いた研磨方法に関する。

発光ダイオード（以下、単に「ＬＥＤ」ともいう）素子作製に用いるサファイア基板、パワー半導体素子用の炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板等は、高硬度かつ高脆性を有する基板材料である。
サファイア基板は、近年ＬＥＤ向けのＧａＮエピタキシャル層の成長基板として多用されている。また、スマートフォンやタブレット端末のカバーガラスとしての用途も拡大しつつある。
炭化ケイ素（以下、単に「ＳｉＣ」ともいう）基板は、耐熱性及び耐電圧性に優れることから、電気・ハイブリッド自動車、太陽光発電、情報機器、家電等に使用され高効率なパワー半導体素子用の基板として実用化が進められている。
しかしながら、サファイアやＳｉＣのような新材料は製造が難しく、また高硬度かつ高脆性であるためウェハ加工技術にも困難な点が多い。そのため材料コスト、加工コストが高くなるという課題がある。

サファイア基板は、例えばＣＺ法などで単結晶のインゴットとして引上げられたのち、所望の結晶面が得られるように円筒状に切り出され、ワイヤーソーでウェハ状に切断される。ウェハ状になったサファイア基板は、両面研磨機を用いて、例えばＧＣ砥粒を含むスラリーで両面研磨され、平坦化される。ＧＣ砥粒研磨後のサファイア基板上には研磨キズ、加工変質層が残っているため、これらを除去する必要がある。
このような除去工程として、例えば片面研磨機を用いて、ダイヤモンド砥粒のスラリーを定盤に滴下し、基板と定盤を回転させながら荷重をかけることで基板を鏡面研磨するラッピング工程（以下、単に「ラッピング工程」ともいう）が行われる。
また、サファイア基板をＬＥＤ向けのＧａＮエピタキシャル層の成長基板とする用途では、さらに面品質を向上させるため、コロイダルシリカを含むスラリーでさらに表面粗さを小さくする化学機械研磨工程も行われる。

ラッピング工程に使用されるダイヤモンド砥粒のスラリーとしては、含窒素界面活性剤とカルボン酸系高分子を用いることで、親水性の砥粒（ダイヤモンド等）を炭化水素油の溶媒に均一に分散し、研磨性能を高めた研磨組成物を提供する技術が知られている（特許文献１）。しかし、この研磨組成物はスラリーのベースが炭化水素油であり、研磨作業後の定盤や被研磨物の洗浄に洗浄剤を必要とし、洗浄作業時間が長くなるという問題がある。
スラリーのベースに水、あるいは水溶性の溶媒を用いた場合は、上記のような洗浄性の問題が改善される。しかしながら、オイルベースのスラリーに比べて潤滑性が悪くなり、被研磨物の表面粗さ等の仕上がりが悪くなる欠点を有する。

そのような水ベースのスラリーの欠点を補うべく、炭素数１０以上２２以下の脂肪酸を含むテクスチャリング加工用組成物が知られている（特許文献２）。特許文献２では、前記脂肪酸の添加により、前記組成物の潤滑性が向上し、良好な表面仕上がりが得られると開示されている。
しかしながら、前記脂肪酸は溶解性が低いため、前記脂肪酸を前記組成物に対して安定的に溶解させる溶解安定性（以下、単に「溶解安定性」ともいう）のために、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、多価アルコール、及び多価アルコールの重合体等を少なくとも１種添加している。

特許第３９７３３５５号明細書 特許第４０１５９４５号明細書

引用文献２に記載の組成物では、良好な表面仕上がりが得られるものの、優れた溶解安定性と高い研磨レートでの研磨加工を得るには未だ十分とはいえず、依然として改良の余地がある。
本発明は、溶解安定性に優れ、かつ高い研磨レートでの研磨加工を可能とする研磨組成物、及びその研磨組成物を用いた研磨方法を提供することを課題とする。

発明者らは、鋭意検討した結果、分散媒体に特定の炭素数の脂肪酸、ノニオン性界面活性剤、及び有機アミン化合物を含有してなる研磨組成物が前記課題を解決することを見出した。研磨組成物中で前記脂肪酸と有機アミン化合物が塩を形成し、その塩の溶解性をノニオン性界面活性剤が高め、前記脂肪酸を安定的に溶解させることができる。これにより、研磨加工において、定盤上に研磨組成物中の前記脂肪酸が析出することを抑制し、研磨組成物と定盤との均一な接触を促進することができると考えられる。その結果、研磨組成物中に含有される前記脂肪酸による潤滑性を高める効果と、ノニオン性界面活性剤と有機アミン化合物による前記脂肪酸の溶解安定性を高める効果が相乗的に作用し、本発明の効果を発現すると考えられる。
本発明は上記の知見に立脚するものである。

すなわち、本発明は次の［１］〜［１３］を提供するものである。
［１］ （Ａ）成分：ダイヤモンド、窒化ホウ素、炭化ホウ素、及び炭化ケイ素から選ばれる１種以上の砥粒と、（Ｂ）成分：炭素数１０以上２２以下の脂肪酸と、（Ｃ）成分：ノニオン性界面活性剤と、（Ｄ）成分：有機アミン化合物と、（Ｅ）成分：分散媒体とを含有する研磨組成物であって、（Ａ）成分の砥粒の平均粒径が１．０μｍ超、１０．０μｍ以下であり、（Ｃ）成分の含有量が０．３０〜１０質量％であり、（Ｂ）成分に対する（Ｄ）成分のモル比〔（Ｄ）／（Ｂ）〕が４５／５５〜９０／１０である、研磨組成物。
［２］ （Ａ）成分の含有量が０．０３〜３．０質量％であり、（Ｂ）成分の含有量が０．１０〜１０質量％であり、（Ｄ）成分の含有量が１．０〜２０質量％であり、及び（Ｅ）成分の含有量が６０〜９８質量％である、上記［１］に記載の研磨組成物。
［３］ 前記砥粒がダイヤモンドである、上記［１］又は［２］に記載の研磨組成物。
［４］ 前記脂肪酸がラウリン酸及びオレイン酸から選ばれる１種以上である、上記［１］〜［３］のいずれかに記載の研磨組成物。
［５］ 前記ノニオン性界面活性剤がポリエーテルアミン及びソルビタンエステル−エチレンオキシド付加物から選ばれる１種以上である、上記［１］〜［４］のいずれかに記載の研磨組成物。
［６］ 前記ノニオン性界面活性剤が、ポリオキシエチレンラウリルアミン、ポリオキシエチレン牛脂アルキルアミン、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、及びポリオキシエチレンソルビタンモノオレートから選ばれる１種以上である、上記［１］〜［５］のいずれかに記載の研磨組成物。
［７］ 前記有機アミン化合物がアルカノールアミンである、上記［１］〜［６］のいずれかに記載の研磨組成物。
［８］ 前記有機アミン化合物がトリエタノールアミンである、上記［１］〜［７］のいずれかに記載の研磨組成物。
［９］ 前記分散媒体が、エチレングリコール、ジエチレングリコール、及びプロピレングリコールから選ばれる１種以上を含有する、上記［１］〜［８］のいずれかに記載の研磨組成物。
［１０］ 前記分散媒体が水溶性有機溶媒と水の混合物であり、水に対する水溶性有機溶媒の質量比（水溶性有機溶媒／水）が３０／７０〜９５／５である、上記［１］〜［９］のいずれかに記載の研磨組成物。
［１１］ 前記分散媒体が、エチレングリコール、ジエチレングリコール、及びプロピレングリコールから選ばれる１種以上と水の混合物である、上記［１］〜［１０］のいずれかに記載の研磨組成物。
［１２］ サファイア、炭化ケイ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウムから選ばれる１種以上の材料からなる基板を、上記［１］〜［１１］のいずれかに記載の研磨組成物を用いて研磨する、研磨方法。
［１３］ 前記基板がサファイアからなる発光ダイオード用基板である、上記［１２］に記載の研磨方法。

本発明によれば、高硬度かつ高脆性材料の研磨において、溶解安定性に優れ、かつ高い研磨レートでの研磨加工を可能とする研磨組成物、及びその研磨組成物を用いた研磨方法を提供することができる。

＜研磨組成物＞
本発明の研磨組成物は、（Ａ）成分：ダイヤモンド、窒化ホウ素、炭化ホウ素、及び炭化ケイ素から選ばれる１種以上の砥粒と、（Ｂ）成分：炭素数１０以上２２以下の脂肪酸と、（Ｃ）成分：ノニオン性界面活性剤と、（Ｄ）成分：有機アミン化合物と、（Ｅ）成分：分散媒体とを含有する研磨組成物であって、（Ａ）成分の砥粒の平均粒径が１．０μｍ超、１０．０μｍ以下であり、（Ｃ）成分の含有量が０．３０〜１０質量％であり、（Ｂ）成分に対する（Ｄ）成分のモル比〔（Ｄ）／（Ｂ）〕が４５／５５〜９０／１０である。
なお、本明細書において、「溶解安定性」とは、脂肪酸を安定的に溶解させることをいう。

［（Ａ）成分：砥粒］
本発明の研磨組成物は、（Ａ）成分：ダイヤモンド、窒化ホウ素、炭化ホウ素、及び炭化ケイ素から選ばれる１種以上の砥粒（以下、単に「（Ａ）成分」ともいう）を含有する。
前記砥粒として用いるダイヤモンドは、特に限定されるものではないが、例えば天然ダイヤモンド、人工ダイヤモンドが好ましい。
人工ダイヤモンドの製造方法は、特に限定されるものではない。また、人工ダイヤモンドは、単結晶ダイヤモンドでも、多結晶ダイヤモンドでもよく、さらに、単結晶ダイヤモンドと多結晶ダイヤモンドとを混合して使用することもできる。
前記砥粒として用いる窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素は、特に限定されるものではないが、工業的に合成された微粒子又は粉末を使用することができる。
前記砥粒は、ダイヤモンド、窒化ホウ素、炭化ホウ素、及び炭化ケイ素から選ばれる１種以上であり、好ましくはダイヤモンド及び炭化ホウ素から選ばれる１種以上、より好ましくはダイヤモンドである。
これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

前記砥粒の平均粒径〔メジアン径（Ｄ５０）、体積基準〕は、１．０μｍ超、１０．０μｍ以下であり、好ましくは１．５〜８．０μｍ、より好ましくは２．０〜６．０μｍである。前記砥粒の平均粒径が１．０μｍ超であると十分な研磨レートが得られ、平均粒径が１０．０μｍ以下であると被研磨基板の表面における研磨キズの発生を抑制することができる。なお、砥粒の平均粒径は、実施例に記載のレーザー回析散乱法により測定されるものである。
（Ａ）成分の含有量は、研磨組成物全量に対して、好ましくは０．０３〜３．０質量％、より好ましくは０．０６〜１．５質量％、更に好ましくは０．０９〜１．０質量％、より更に好ましくは０．１５〜０．５質量％である。（Ａ）成分の含有量が０．０３質量％以上であると、十分な研磨レートが得ることができ、３．０質量％以下であると、砥粒粒子の凝集によるキズ（スクラッチ）発生の頻度を抑制しつつ、得られる研磨レートに対する使用量を抑制することができるため、経済的メリットが高くなる。
前記砥粒を含む研磨組成物への添加方法に特に限定はない。（Ｅ）成分の分散媒体に直接砥粒を添加して、混合させてもよい。あるいは砥粒を水、好ましくは脱イオン水に混合させた後に、（Ｅ）成分の分散媒体に混合してもよい。混合方法は特に限定されないが、マグネティックスターラー、スリーワンモーター、超音波ホモジナイザー等が使用できる。

［（Ｂ）成分：炭素数１０以上２２以下の脂肪酸］
本発明の研磨組成物は、（Ｂ）成分：炭素数１０以上２２以下の脂肪酸（以下、単に「（Ｂ）成分」ともいう）を含有する。
（Ｂ）成分である脂肪酸は、潤滑性を向上させるために用いられる。
本発明に用いる脂肪酸の炭素数は、潤滑性の観点から、１０以上であり、好ましくは１２以上であり、そして、同様の観点から、２２以下であり、好ましくは２０以下、より好ましくは１８以下である。前記脂肪酸の炭素数が１０以上であると、金属腐食性を抑制しつつ、親油性を有するため、潤滑性を向上させることができ、前記脂肪酸の炭素数が２２以下であると、分散媒体がエチレングリコール等の水溶性有機溶媒を含有する場合には溶解性を有するため、良好な溶解安定性を得ることができる。前記脂肪酸は直鎖状であっても分岐状であってもよい。
前記脂肪酸としては、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸等の飽和脂肪酸；オレイン酸、リノール酸、エルカ酸等の不飽和脂肪酸が挙げられる。本発明においては、これらの中でも、研磨組成物の表面張力を低下させ、基板と定盤間への浸透性を向上させ、研磨組成物全体が研磨に効率よく寄与する観点から、好ましくはラウリン酸及びオレイン酸から選ばれる１種以上、より好ましくはラウリン酸である。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。ただし、（Ｂ）成分の脂肪酸として、これらの金属塩は含まれない。
（Ｂ）成分の含有量は、研磨組成物全量に対して、好ましくは０．１０〜１０質量％、より好ましくは０．５０〜８．０質量％、更に好ましくは１．０〜６．０質量％、より更に好ましくは３．０〜６．０質量％である。（Ｂ）成分の含有量が、０．１０質量％以上であると十分な研磨レートの加速向上効果が得られ、１０質量％以下であると研磨レートの加速向上効果を得つつ、溶解度の点から脂肪酸の析出を抑制し、研磨組成物の溶解安定性の効果を向上させることができる。

［（Ｃ）成分：ノニオン性界面活性剤］
本発明の研磨組成物は、（Ｃ）成分：ノニオン性界面活性剤（以下、単に「（Ｃ）成分」ともいう）を含有する。（Ｃ）成分であるノニオン性界面活性剤は、（Ｂ）成分の脂肪酸の溶解安定性向上のために用いられる。
本発明の研磨組成物にノニオン性界面活性剤を含有させると、研磨組成物中で、塩として存在する脂肪酸及び有機アミン化合物の相互作用を阻害することなく、脂肪酸の溶解安定性を向上させることができると考えられる。
前記ノニオン性界面活性剤は、脂肪酸の溶解安定性を向上させる観点から、好ましくはポリオキシアルキレン基を有するノニオン性界面活性剤であり、より好ましくはポリオキシアルキレン基及び脂肪酸残基を有するノニオン性界面活性剤である。
前記ポリオキシアルキレン基を構成するオキシアルキレン基は、好ましくはオキシエチレン基及びオキシプロピレン基から選ばれる１種以上であり、より好ましくはオキシエチレン基である。オキシアルキレン基の平均付加モル数は、好ましくは２〜３０、より好ましくは４〜２０である。
前記脂肪酸残基の炭素数は、好ましくは１０以上、より好ましくは１２以上、更に好ましくは１４以上であり、そして、好ましくは２２以下、より好ましくは２０以下、更に好ましくは１８以下である。
前記ノニオン性界面活性剤は、脂肪酸の溶解安定性を向上させる観点から、好ましくはポリエーテルアミン及びソルビタンエステル−エチレンオキシド付加物から選ばれる１種以上、より好ましくはソルビタンエステル−エチレンオキシド付加物である。

ポリエーテルアミンとしては、ポリオキシエチレンラウリルアミン、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンラウリルアミン、ポリオキシエチレンアルキル（ヤシ）アミン、ポリオキシエチレンステアリルアミン、ポリオキシエチレンオレイルアミン、ポリオキシエチレン牛脂アルキルアミン等の炭素数１０〜２２の飽和又は不飽和の、直鎖又は分岐鎖の炭化水素基を有するポリオキシアルキレン脂肪族アミンが挙げられる。
前記ポリオキシアルキレン脂肪族アミンを構成する炭化水素基は、研磨レートの向上の観点から、好ましくは１２以上、より好ましくは１４以上であり、そして、好ましくは２０以下、より好ましくは１８以下である。前記ポリオキシアルキレン脂肪族アミンを構成するオキシアルキレン基の平均付加モル数は、好ましくは２〜３０、より好ましくは４〜２０、更に好ましくは４〜１０である。
これらの中でも、研磨レートの向上の観点から、ポリオキシエチレンラウリルアミン、ポリオキシエチレンアルキル（ヤシ）アミン、ポリオキシエチレンオレイルアミン、及びポリオキシエチレン牛脂アルキルアミンから選ばれる１種以上が好ましく、ポリオキシエチレンラウリルアミン、ポリオキシエチレンアルキル（ヤシ）アミン、及びポリオキシエチレン牛脂アルキルアミンから選ばれる１種以上がより好ましく、ポリオキシエチレンラウリルアミン及びポリオキシエチレン牛脂アルキルアミンが更に好ましく、ポリオキシエチレン牛脂アルキルアミンがより更に好ましい。

ソルビタンエステル−エチレンオキシド付加物は、脂肪酸残基を有し、該脂肪酸残基の炭素数は、好ましくは１０以上、より好ましくは１２以上、更に好ましくは１４以上であり、そして、好ましくは２０以下、より好ましくは１８以下である。前記ソルビタンエステル−エチレンオキシド付加物を構成するオキシアルキレン基の平均付加モル数は、好ましくは２〜３０、より好ましくは８〜２５、更に好ましくは１０〜２５である。
ソルビタンエステル−エチレンオキシド付加物としては、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレート等が挙げられ、研磨レートの向上の観点から、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート及びポリオキシエチレンソルビタンモノオレートから選ばれる１種以上が好ましい。

前記ノニオン性界面活性剤としては、研磨レートの向上の観点から、ポリオキシエチレンラウリルアミン、ポリオキシエチレン牛脂アルキルアミン、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、及びポリオキシエチレンソルビタンモノオレートから選ばれる１種以上が好ましく、ポリオキシエチレン牛脂アルキルアミン及びポリオキシエチレンソルビタンモノオレートから選ばれる１種以上がより好ましく、ポリオキシエチレン牛脂アルキルアミンが更に好ましい。

（Ｃ）成分の含有量は、研磨組成物全量に対して、０．３０〜１０質量％であり、好ましくは０．５０〜８．０質量％、より好ましくは０．７０〜７．０質量％、更に好ましくは１．０〜５．０質量％である。（Ｃ）成分の含有量が、０．３０質量％以上であると溶解安定性の向上及び研磨レートの加速向上効果が得られ、１０質量％以下であると研磨レートの加速向上効果が増大する。

［（Ｄ）成分：有機アミン化合物］
本発明の研磨組成物は、（Ｄ）成分：有機アミン化合物（以下、単に「（Ｄ）成分」ともいう）を含有する。（Ｄ）成分である有機アミン化合物は、（Ｂ）成分の脂肪酸と併用することで、研磨レートの加速向上効果が得ることができる。
前記有機アミン化合物としては、分子量が２００以下の低分子量有機アミン化合物が好ましく、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン；エチレンジアミン、プロパンジアミン等のアルキレンジアミン；ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン等のようなポリアルキレンポリアミンが挙げられる。前記有機アミン化合物は、好ましくはアルカノールアミンであり、より好ましくはジエタノールアミン及びトリエタノールアミンから選ばれる１種以上、更に好ましくはトリエタノールアミンである。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。ただし、（Ｄ）成分の有機アミン化合物として、これらの塩は含まれない。
（Ｄ）成分の含有量は、研磨組成物全量に対して、好ましくは１．０〜２０質量％、より好ましくは２．０〜１５質量％、更に好ましくは２．０〜１０質量％、より更に好ましくは３．０〜５．０質量％である。（Ｄ）成分の含有量が、１．０質量％以上であると溶解安定性の向上及び研磨レートの加速向上効果が得られ、２０質量％以下であると研磨レートの加速向上効果が増大する。

本発明の研磨組成物中の（Ｂ）成分に対する（Ｄ）成分のモル比〔（Ｄ）／（Ｂ）〕は、４５／５５〜９０／１０であり、好ましくは５０／５０〜９０／１０であり、より好ましくは５０／５０〜８０／２０であり、更に好ましくは５０／５０〜７５／２５であり、より更に好ましくは５０／５０〜７０／３０、より更に好ましくは５０／５０〜６０／４０である。モル比〔（Ｄ）／（Ｂ）〕が４５／５５以上であると、室温で脂肪酸が安定して溶解し、モル比〔（Ｄ）／（Ｂ）〕が９０／１０以下であると、研磨レートの加速向上効果が高く、優れた経済性及び実用性の効果を得ることができる。

［（Ｅ）成分：分散媒体］
本発明の研磨組成物は、（Ｅ）成分：分散媒体（以下、単に「（Ｅ）成分」ともいう）を含有する。前記分散媒体は、水溶性有機溶媒を含有することが好ましい。
水溶性有機溶媒は、その２０℃における水に対する溶解度が、好ましくは１０ｇ／１００ｍｌ以上、より好ましくは２０ｇ／１００ｍｌ以上、更に好ましくは３０ｇ／１００ｍｌ、より更に好ましくは４０ｇ／１００ｍｌ以上、より更に好ましくは５０ｇ／１００ｍｌ以上であるものが好ましく、水と任意の割合で均一に混和するものがより更に好ましい。
前記水溶性有機溶媒としては、引火性や環境負荷の観点からグリコール類が好ましい。グリコール類の具体例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、テトラプロピレングルコール、ポリプロピレングリコール等が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の割合で混合して使用してもよい。
前記水溶性有機溶媒は、引火性や環境負荷の観点、粘度及び溶解安定性の観点から、好ましくはエチレングリコール、ジエチレングリコール、及びプロピレングリコールから選ばれる１種以上、より好ましくはエチレングリコールである。これらの水溶性有機溶媒を用いることにより、揮発性や特有な臭気がないため、作業環境を悪化することなく本発明の研磨組成物を得ることができる。また、これらの水溶性有機溶媒を含む研磨組成物を用いて基板を研磨する際、局所排気設備や有機作業用マスクが不要となり、取扱いが容易となる。
（Ｅ）成分中の水溶性有機溶媒の含有量は、好ましくは３０質量％以上、より好ましくは５０％質量以上、更に好ましくは６０質量％以上、より更に好ましくは７０質量％であり、そして、好ましくは９５質量％以下、より好ましくは９０質量％以下、更に好ましくは８５質量％以下、より更に好ましくは８０質量％以下である。（Ｅ）成分中の水溶性有機溶媒の含有量が、３０質量％以上であると研磨レートの加速向上効果を得ることができ、９５質量％以下であると、適度な粘度を有するため、研磨組成物が定盤上で安定して滞留し研磨加工の効率が向上する。

（Ｅ）成分の含有量は、研磨組成物全量に対して、好ましくは６０質量％以上、より好ましくは７０％質量以上、更に好ましくは８０質量％以上であり、そして、好ましくは９８質量％以下、より好ましくは９５質量％以下である。（Ｅ）成分の含有量が６０質量％以上であると、研磨組成物の粘度が低下し、研磨組成物が定盤上で安定して滞留し研磨加工の効率が向上し、９８質量％以下であると、高い研磨レートが得ることができる。

水溶性有機溶媒の含有量は、研磨組成物全量に対して、好ましくは４０質量％以上、より好ましくは５０％質量以上、更に好ましくは６０質量％以上であり、そして、好ましくは８６質量％以下、より好ましくは８０質量％以下、更に好ましく７８質量％以下、より更に好ましくは７５質量％以下である。水溶性有機溶媒の含有量が、４０質量％以上であると良好な溶解安定性が得ることができ、８６質量％以下であると高い研磨レートが得ることができる。

（Ｅ）成分は、前記砥粒の分散性を高める観点から、更に水を含有してもよく、好ましくは水溶性有機溶媒と水の混合物であり、より好ましくはエチレングリコール、ジエチレングリコール、及びプロピレングリコールから選ばれる１種以上と水の混合物であり、更に好ましくはエチレングリコールと水の混合物である。
水に対する水溶性有機溶媒の質量比（水溶性有機溶媒／水）は、前記砥粒の分散性を高める観点、並びに溶解安定性の向上及び高い研磨レートを得る観点から、好ましくは３０／７０〜９５／５であり、より好ましくは５０／５０〜９０／１０であり、更に好ましくは６０／４０〜８５／１５であり、より更に好ましくは７０／３０〜８０／２０である。
水の含有量は、溶解安定性の観点から、研磨組成物全量に対して、好ましくは６０質量％未満、より好ましくは４０質量％未満、更に好ましくは２０質量％未満であり、そして、好ましくは３．０質量％以上、より好ましくは５．０質量％以上である。水の含有量が、６０質量％未満であると研磨レートの若干の低下傾向があるものの、実用的に十分な研磨レートを得ることができ、水の含有量が３．０質量％以上４０質量％未満であるとより高い研磨レートが得ることができる。
本発明に用いる水は、研磨組成物への異物の混入をさけるためフィルターを通した水が好ましく、純水がより好ましい。本発明の研磨組成物を製造する際に、先に砥粒を水に分散させた砥粒分散水を調製し、該分散水を所望の砥粒濃度になるように水溶性有機溶媒に混合することで得ることができる。

本発明の研磨組成物は、（Ａ）〜（Ｅ）成分以外に、本発明の効果を損なわない範囲において、他の成分を含有してもよい。例えば、さらにｐＨを調整するための添加剤（ｐＨ調整剤）を含有してもよい。ｐＨ調整剤としては、公知の酸、塩基性物質を用いることができる。酸としては例えば、塩化水素酸、臭化水素酸、硫酸、硝酸、リン酸等の無機酸が使用できる。これらの中でも、塩化水素酸、硫酸が好ましい。塩基性物質としては、アンモニア水、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ハイドロオキサイド等が使用できる。これらの中でも、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが好ましい。

その他の添加剤として、研磨組成物中での微生物の増殖を抑えるための殺菌剤、潤滑性を向上させるための潤滑剤、粘度を上げるための増粘剤、消泡剤等も、本発明の効果を阻害しない範囲で加えてもよい。
消泡剤を加える場合には、ポリアルキレングリコール誘導体が好ましく、その含有量は、０．１０〜３．０質量％が好ましい。
研磨組成物の製造の場所としては、不純物や他の異物が入らないよう、クリーンルームやフィルターで空気中の浮遊物を除去した空気で陽圧にした作業場所等で行われることが好ましい。異物が入ると研磨の際、基板に傷を付けるためである。

本発明の研磨組成物の２２℃における粘度は、好ましくは５〜３５ｍＰａ・ｓ、より好ましくは１０〜３０ｍＰａ・ｓである。粘度を５ｍＰａ・ｓ以上とすることで、研磨レートの加速向上の効果を得ることができ、３５ｍＰａ・ｓ以下とすることで、研磨組成物が定盤上で安定して滞留し研磨加工の効率が向上する。
なお、２２℃における粘度は、実施例に記載の方法により測定されるものである。
本発明の研磨組成物の２５℃におけるｐＨは、好ましくは７〜９、より好ましくは７〜８である。ｐＨを７〜９とすることで基板の劣化を抑制することができる。
なお、２５℃におけるｐＨは、実施例に記載の方法により測定されるものである。

［研磨組成物の製造方法］
本発明の研磨組成物の製造方法は、特に限定されるものではないが、（Ｅ）成分の分散媒体をビーカー又はタンク中で撹拌しながら、（Ｄ）成分の有機アミン化合物を投入する。撹拌はマグネティックスターラー、スリーワンモーター等が使用できる。
次いで、（Ｃ）成分のノニオン性界面活性剤を投入する。（Ｃ）成分と（Ｄ）成分が均一に混合された後に、（Ｂ）成分の脂肪酸を投入する。（Ｂ）成分が完全に溶解するまで撹拌を行う。最後に（Ａ）成分の砥粒を投入して、均一になるように分散処理を行う。分散処理にはマグネティックスターラー、スリーワンモーター、超音波ホモジナイザー等が使用できる。

本発明の研磨組成物は、キット１として（Ａ）成分の砥粒と、キット２として（Ｂ）成分、（Ｃ）成分、（Ｄ）成分、及び（Ｅ）成分を含む分散液の２つのキットからなる製品として、輸送、保管することができる。研磨の直前に前記キット１及び２を混合して、研磨機に供給して使用することができる。
また（Ａ）成分の砥粒は一定量の水に分散させた砥粒分散水として、前記キット１に含めてもよい。この場合、研磨に使用する際に前記キット１及び２を混合して研磨機に供給してもよいし、砥粒分散水を含むキット１と前記分散液を含むキット２を別々に研磨定盤上に供給してもよい。この場合の研磨機は、修正リングを具備していることが望ましい。

＜研磨方法＞
本発明の研磨方法は、サファイア、炭化ケイ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウムから選ばれる１種以上の材料からなる高硬度かつ高脆性材料基板を、前記研磨組成物を用いて研磨する方法である。
前記基板の中で、高い研磨レートが得られることから、サファイアからなる発光ダイオード用基板が好ましい。
本発明の研磨方法に用いる装置としては、片面及び両面研磨機が挙げられる。例えば、片面研磨機としては、金属又は金属を含む樹脂からなる定盤を固定した回転テーブルと、下面に基板を固定した基板保持部（例えばセラミックス製プレート）と、該基板保持部を該定盤の研磨面に基板を押しつけるようにして、回転させる機構を有する加圧部とを備えたものを用いることができる。その場合には、金属又は金属を含む樹脂からなる定盤上に前記研磨組成物を供給しながら、基板保持部に固定された基板を所定の研磨荷重で該定盤に押し付けて研磨を行う。

本発明の研磨方法における研磨荷重としては、例えば１００〜５００ｇ／ｃｍ^２とすることで、高い研磨レートが得られる。定盤及び基板保持部の回転数としては、例えば３０〜１２０ｒｐｍとすることで高い研磨レートが得られる。
本発明の研磨方法における前記研磨組成物の供給量は、例えば０．１〜５ｍｌ／ｍｉｎとすることで高い研磨レートが得られる。定盤を構成する金属としては、鉄、錫、銅等を用いることができる。また定盤を構成する樹脂としては、エポキシ樹脂、メラミン樹脂等を用いることができる。
本発明の研磨方法は、高硬度かつ高脆性材料の鏡面研磨するラッピング工程に前記研磨組成物を用いることで、高い研磨レートを得られる。

以下、実施例及び比較例を挙げてさらに具体的に本発明を説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。

〔砥粒の平均粒径（メジアン径（Ｄ５０）、体積基準）〕
砥粒の平均粒径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置（装置名：マイクロトラックＭＴ３０００II、日機装（株）製）を用いて体積粒度分布を測定し、測定結果から累積体積分布における小粒径側からの累積体積が５０％となる値より求めた。
砥粒０．１ｇをサンプル瓶に秤量し、９．９ｇの純水を投入して１質量％の砥粒分散水を調製した。砥粒分散水を超音波ホモジナイザー「ＵＳ−３００Ｔ」（機種名、（株）日本精機製作所製）で３分間、分散処理したのち、上記の粒度分布測定装置で測定を行った。測定条件は以下のとおりである。
粒子透過性：透過
粒子屈折率：２．４１（ダイヤモンド）
粒子形状：非球形
溶媒：水
溶媒屈折率：１．３３３
計算モード：ＭＴ３０００II

〔研磨試験〕
実施例及び比較例で得られた研磨組成物を用いて、サファイア基板の研磨試験を行った。研磨試験の条件は下記に示す。
研磨機：「ＳＬＭ−１４０」（製品名、不二越機械工業（株））
研磨荷重：１５０ｇ／ｃｍ^２
定盤回転数：６１ｒｐｍ
加圧部回転数：６３ｒｐｍ
修正リング回転数：６３ｒｐｍ
研磨組成物供給量：０．３３ｍｌ／ｍｉｎ
定盤：直径４００ｍｍ、銅製定盤
加工時間：２０ｍｉｎ
基板：４インチサファイア基板 厚み約７００μｍ

〔研磨レート〕
ダイヤルゲージを用いて、研磨前後のサファイア基板の厚みを測定し、研磨レートを下記の計算式（１）により算出した
研磨レート（μｍ／ｍｉｎ）＝｛［研磨前のサファイア基板厚み（μｍ）］−［研磨後のサファイア基板厚み（μｍ）］｝／［研磨時間（ｍｉｎ）］ （１）

〔溶解安定性の評価〕
実施例及び比較例で得られた混合液を溶解安定性評価用サンプルとし、該評価用サンプルを室温（２５℃）と氷水で０℃にそれぞれ１時間保持した後、目視で観察し析出物の有無を以下の評価基準により評価した。結果を表１〜７に示す。
（評価基準）
○：室温下及び０℃下のいずれにおいても析出物が全くなかった。
×：室温下では析出物はなかったが、０℃下では析出物があった。

〔粘度〕
実施例及び比較例で得られた混合液を測定用サンプルとして、該混合液の粘度を測定した。
振動式粘度計：ビスコメイトＶＭ−１００Ａ−Ｌ（機種名、山一電機（株）製）
測定温度：２２℃

〔ｐＨ〕
実施例及び比較例で得られた混合液を測定用サンプルとして、該混合液のｐＨを測定した。
ｐＨメーター：Ｄ−１３（機種名、（株）堀場製作所製）
測定温度：２５℃

実施例１〜１８、比較例１〜７、及び参考例１
表１〜７に示す成分組成で研磨組成物を調製した。各成分組成は研磨組成物全量に対する質量％であり、各成分は以下のとおりである。なお、水はイオン交換水を使用した。
以下、研磨組成物の調製方法について述べる。
まず、（Ｅ）成分、（Ｄ）成分、（Ｃ）成分をこの順にビーカーに量りとり、均一になるまでマグネティックスターラーで撹拌、混合した。次いで（Ｂ）成分を添加し、溶解するまで撹拌して、混合液を得た。該混合液に、さらに砥粒である（Ａ）成分を添加し研磨組成物を得た。
溶解安定性、粘度、ｐＨの評価は、上記で得られた混合液を用いて行った。前記混合液を用いて得られた溶解安定性の評価、並びに粘度及びｐＨの測定値を、研磨組成物の溶解安定性の評価、並びに粘度及びｐＨの測定値とみなした。
また、研磨試験は、上記で得られた研磨組成物を用いて行った。

［（Ａ）成分］
・ダイヤモンド：平均粒径（メジアン径、体積基準）Ｄ５０＝３．６５μｍ、Beijing Grish社製（グレードＰＣＤ Ｇ３．５）
［（Ｂ）成分］
・脂肪酸：ラウリン酸〔日油（株）製、商品名：ＮＡＡ（登録商標）−１２２〕

［（Ｃ）成分］
・ポリオキシエチレン牛脂アルキルアミン〔日油（株）製、商品名：ナイミーン（登録商標）Ｔ２−２１０〕
・ポリオキシエチレンラウリルアミン〔日油（株）製、商品名：ナイミーン（登録商標）Ｌ−２０７〕
・ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート〔花王（株）製、商品名：レオドールスーパー ＴＷ−Ｌ１２０〕
・ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート〔日油（株）製、商品名：ノニオンＯＴ−２２１〕

［（Ｄ）成分］
・トリエタノールアミン（三和油脂興業（株）製）
［（Ｅ）成分］
（水溶性有機溶媒）
・エチレングリコール（山一化学工業（株）製）
・ジエチレングリコール（関東化学（株）製）
・プロピレングリコール（（株）ＡＤＥＫＡ製）

［その他の成分］
（消泡剤）
・ポリアルキレングリコール誘導体〔日油（株）製、商品名：ディスホーム（登録商標）ＣＣ−１１８〕
（脂肪酸アミド）
・ラウリン酸ジエタノールアミド〔日油（株）製、商品名：スタホーム（登録商標）ＤＬ〕
・オレイン酸ジエタノールアミド〔日油（株）製、商品名：スタホーム（登録商標）ＤＯ〕
・ヤシ油脂肪酸ジエタノールアミド〔日油（株）製、商品名：スタホーム（登録商標）Ｆ〕
（アニオン性界面活性剤）
・ポリオキシエチレン−アルキルエーテル−硫酸エステル−トリエタノールアミン塩〔日油（株）製、商品名：パーソフト（登録商標）ＥＬ−Ｔ〕

実施例１〜１８は、比較例１〜７と比較して、溶解安定性に優れ、かつ高い研磨レートが得られることが分かる。これは、ノニオン性界面活性剤及び有機アミン化合物を添加することにより脂肪酸を安定に溶解させることができるためと考えられる。

比較例４、比較例５、比較例６は、脂肪酸及び有機アミン化合物の代わりに脂肪酸アミドであるラウリン酸ジエタノールアミド、オレイン酸ジエタノールアミド、ヤシ油脂肪酸ジエタノールアミドを、それぞれ５質量％添加したものである。実施例１〜１８と比較して、研磨レートは低調であった。また、比較例４では、溶解安定性も有さないことが示された。
これらの結果は、脂肪酸及び有機アミン化合物の添加が研磨レートの向上に大きく寄与していることを示している。実施例１〜１８では、脂肪酸及び有機アミン化合物の添加により解離性のアミン塩を形成するため、定盤への脂肪酸の親和性が高くなり、その結果、脂肪酸アミドより潤滑性が向上し、研磨レートが向上したものと考えられる。

比較例１は、界面活性剤を添加しない研磨組成物であるが、実施例１〜１８と比較して、研磨レートは低調であった。また、溶解安定性も有さないことが示された。
比較例３は、アニオン性界面活性剤を用いたものである。実施例１〜１８と比較して、研磨レートが低調であった。これは研磨組成物中で脂肪酸と有機アミン化合物が塩として存在し、その溶解性をノニオン性界面活性剤が高めていると考えられる。これに対して、アニオン性界面活性剤は、脂肪酸と有機アミン化合物の相互作用を阻害し、脂肪酸が安定して研磨組成物中に溶解できず、良好な結果が得られなかったと考えられる。

実施例１８は、消泡剤としてポリアルキレングリコール誘導体を１質量％添加したものであり、実施例１〜１７と同様に優れた溶解安定性を有し、かつ高い研磨レートが得られた。これにより、研磨中の泡の発生が懸念される場合は、研磨組成物に消泡剤を添加しても本発明の効果を損なわないことが示された。

本発明の研磨組成物は、発光ダイオード（ＬＥＤ）用サファイア基板、パワー半導体デバイス用のＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板等の高硬度かつ高脆性材料基板の鏡面研磨工程の研磨剤として有用である。

Claims (13)

1. （Ａ）成分：ダイヤモンド、窒化ホウ素、炭化ホウ素、及び炭化ケイ素から選ばれる１種以上の砥粒と、（Ｂ）成分：炭素数１０以上２２以下の脂肪酸と、（Ｃ）成分：ノニオン性界面活性剤と、（Ｄ）成分：有機アミン化合物と、（Ｅ）成分：分散媒体とを含有する研磨組成物であって、（Ａ）成分の砥粒の平均粒径が１．０μｍ超、１０．０μｍ以下であり、（Ｃ）成分の含有量が０．３０〜１０質量％であり、（Ｂ）成分に対する（Ｄ）成分のモル比〔（Ｄ）／（Ｂ）〕が４５／５５〜９０／１０である、研磨組成物。
2. （Ａ）成分の含有量が０．０３〜３．０質量％であり、（Ｂ）成分の含有量が０．１０〜１０質量％であり、（Ｄ）成分の含有量が１．０〜２０質量％であり、及び（Ｅ）成分の含有量が６０〜９８質量％である、請求項１に記載の研磨組成物。
3. 前記砥粒がダイヤモンドである、請求項１又は２に記載の研磨組成物。
4. 前記脂肪酸がラウリン酸及びオレイン酸から選ばれる１種以上である、請求項１〜３のいずれかに記載の研磨組成物。
5. 前記ノニオン性界面活性剤がポリエーテルアミン及びソルビタンエステル−エチレンオキシド付加物から選ばれる１種以上である、請求項１〜４のいずれかに記載の研磨組成物。
6. 前記ノニオン性界面活性剤が、ポリオキシエチレンラウリルアミン、ポリオキシエチレン牛脂アルキルアミン、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、及びポリオキシエチレンソルビタンモノオレートから選ばれる１種以上である、請求項１〜５のいずれかに記載の研磨組成物。
7. 前記有機アミン化合物がアルカノールアミンである、請求項１〜６のいずれかに記載の研磨組成物。
8. 前記有機アミン化合物がトリエタノールアミンである、請求項１〜７のいずれかに記載の研磨組成物。
9. 前記分散媒体が、エチレングリコール、ジエチレングリコール、及びプロピレングリコールから選ばれる１種以上を含有する、請求項１〜８のいずれかに記載の研磨組成物。
10. 前記分散媒体が水溶性有機溶媒と水の混合物であり、水に対する水溶性有機溶媒の質量比（水溶性有機溶媒／水）が３０／７０〜９５／５である、請求項１〜９のいずれかに記載の研磨組成物。
11. 前記分散媒体が、エチレングリコール、ジエチレングリコール、及びプロピレングリコールから選ばれる１種以上と水の混合物である、請求項１〜１０のいずれかに記載の研磨組成物。
12. サファイア、炭化ケイ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウムから選ばれる１種以上の材料からなる基板を、請求項１〜１１のいずれかに記載の研磨組成物を用いて研磨する、研磨方法。
13. 前記基板がサファイアからなる発光ダイオード用基板である、請求項１２に記載の研磨方法。