JP2018182120A - ＧａＮ基板のＣＭＰ用研磨材組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】硬脆材料からなる基板を高速研磨して、その表面に優れた平坦性を付与することができるＣＭＰ用研磨材組成物を提供する。【解決手段】本発明のＣＭＰ用研磨材組成物は、分散媒と、前記分散媒中に一次粒子として分散している下記ナノダイヤモンド粒子を含む。ナノダイヤモンド粒子：粒径Ｄ５０が１０ｎｍ以下であり、ナノダイヤモンド粒子に含まれる炭素におけるカルボキシル炭素の含有量が１．０％以上である前記ナノダイヤモンド粒子に含まれる炭素におけるカルボキシル炭素およびカルボニル炭素の合計含有量は２．０％以上であることが好ましい。【選択図】なし
Description
本発明は、ＧａＮデバイスに用いられるＧａＮ基板の表面平坦化加工等に用いられる化学的機械的研磨用研磨材組成物に関する。
また、従来、基板としてはシリコンが使用されてきたが、シリコンでは性能が限界に達している。そこで、次世代のワイドキャップ半導体材料として、窒化ガリウム（ＧａＮ）等の硬く脆い材料が注目されている。
ＧａＮ基板の研磨方法として、研磨材組成物の存在下で、基板の表面と定盤とを互いに接触させつつ相対運動させて基板の表面を研磨する方法が知られている。
ＧａＮ基板の表面に優れた平滑性を付与するためには、研磨材（若しくは、砥粒）として非常に細かい粒子を使用する必要がある。特許文献１には研磨材として超分散性ダイヤモンドを使用することが開示されている。しかし、超分散性ダイヤモンドは凝集しやすく、大きいものでは粒径が数百ｎｍにも達する二次粒子が形成され、二次粒子の大きさに比例して研磨傷の発生頻度が上昇するため、基板に十分な平坦性を付与することが困難であった。
従って、本発明の目的は、ＧａＮ基板を高速研磨して、基板表面に優れた平坦性を付与することができる研磨材組成物を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記研磨材組成物を使用してＧａＮ基板を研磨する工程を有するＧａＮデバイスの製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記研磨材組成物を使用してＧａＮ基板を研磨する工程を有するＧａＮデバイスの製造方法を提供することにある。
本発明者等は上記課題を解決するため鋭意検討した結果、一般に、微粒子の場合、ゼータ電位の絶対値が増加すれば粒子間の反発力が強まり、分散性が向上するが、ＧａＮ基板を研磨研磨用の研磨材組成物としては、ナノダイヤモンドの中でも、ゼータネガティブであり、且つゼータ電位が−６０〜−２０ｍＶの範囲であるナノダイヤモンドを含む研磨材組成物が、ゼータポジティブナノダイヤモンドを含む研磨材組成物に比べて、研磨速度が著しく高く、且つ研磨傷の発生を抑制して極めて優れた平滑性を付与することができることを見いだした。本発明はこれらの知見に基づいて完成させたものである。
すなわち、本発明は、分散媒と、粒径Ｄ５０が１０ｎｍ以下であるナノダイヤモンド粒子を含む研磨材組成物であって、ｐＨが６〜１０であり、当該研磨材組成物に含まれる前記ナノダイヤモンドのゼータ電位が−６０〜−２０ｍＶである、ＧａＮ基板の化学的機械的研磨用研磨材組成物を提供する。
本発明は、また、前記ナノダイヤモンド粒子の含有量が研磨材組成物全量の０．０１〜１０重量％である、前記のＧａＮ基板の化学的機械的研磨用研磨材組成物を提供する。
本発明は、また、分散媒が極性溶媒である、前記のＧａＮ基板の化学的機械的研磨用研磨材組成物を提供する。
本発明は、また、前記ナノダイヤモンド粒子が爆轟法ナノダイヤモンド粒子である、前記のＧａＮ基板の化学的機械的研磨用研磨材組成物を提供する。
本発明は、また、前記のＧａＮ基板の化学的機械的研磨用研磨材組成物を使用して、ＧａＮ基板を研磨する工程を有するＧａＮデバイスの製造方法を提供する。
本発明のＧａＮ基板の化学的機械的研磨用研磨材組成物（以後、「本発明のＣＭＰ用研磨材組成物」と称する場合がある）は、研磨材の粒子が非常に細かく、且つ特定のゼータ電位を有することにより、ＧａＮ基板表面において、研磨材同士の凝集が抑制され高分散状態を保持することができる。そのため、本発明のＣＭＰ用研磨材組成物を使用すれば、研磨材の凝集により研磨傷が発生することを抑制して、ＧａＮ基板に優れた平坦性を付与することができる。また、研磨材が高硬度であるため、ＧａＮ基板を研磨材との相対運動による機械的研磨効果に優れる。更に、前記研磨材は、ＧａＮ基板表面との化学的反応性が高く化学的研磨効果にも優れ、これらの研磨効果の相乗効果により同程度の粒径を有する他の研磨材を使用する場合と比べて、研磨速度を飛躍的に向上することができる。すなわち、本発明のＣＭＰ用研磨材組成物は、非常に細かい研磨材を使用しても優れた研磨速度を発揮することができ、表面平滑性と高研磨速度を高度に兼ね備える。従って、本発明のＣＭＰ用研磨材組成物はＧｓＮデバイスの製造に好適に用いることができる。
［ナノダイヤモンド微粒子］
本発明におけるナノダイヤモンド微粒子（以後、「ＮＤ微粒子」と称する場合がある）は、粒径Ｄ５０（メディアン径）が１０ｎｍ以下のナノダイヤモンド一次粒子であり、水中にて互いに離隔してコロイド粒子として分散している。ＮＤ微粒子の粒径Ｄ５０は、好ましくは９ｎｍ以下、より好ましくは８ｎｍ以下、更に好ましくは７ｎｍ以下である。尚、ＮＤ微粒子の粒径Ｄ５０の下限は、例えば１ｎｍである。本明細書では、一次粒子の粒径Ｄ５０は、いわゆる動的光散乱法によって測定される値とする。
本発明におけるナノダイヤモンド微粒子（以後、「ＮＤ微粒子」と称する場合がある）は、粒径Ｄ５０（メディアン径）が１０ｎｍ以下のナノダイヤモンド一次粒子であり、水中にて互いに離隔してコロイド粒子として分散している。ＮＤ微粒子の粒径Ｄ５０は、好ましくは９ｎｍ以下、より好ましくは８ｎｍ以下、更に好ましくは７ｎｍ以下である。尚、ＮＤ微粒子の粒径Ｄ５０の下限は、例えば１ｎｍである。本明細書では、一次粒子の粒径Ｄ５０は、いわゆる動的光散乱法によって測定される値とする。
また、ＮＤ微粒子のいわゆるゼータ電位は、ｐＨ６〜１０において、−６０〜−２０ｍＶであり、好ましくは−４５〜−３０ｍＶである。コロイド粒子たるＮＤ微粒子のゼータ電位は、極性溶媒中でのＮＤ微粒子の分散安定性に影響を与えるところ、当該構成は、本発明のＣＭＰ用研磨材組成物におけるＮＤ微粒子について、ＧａＮ基板上での安定分散化や安定分散状態の維持を図るうえで好適である。本発明におけるナノダイヤモンド粒子のゼータ電位とは、ナノダイヤモンド濃度が０．２重量％で２５℃のナノダイヤモンド水分散液におけるナノダイヤモンド粒子について測定される値とする。尚、ナノダイヤモンド水分散液に使用する水は超純水である。
ＮＤ微粒子の含む炭素におけるカルボキシル炭素の含有量は、例えば１．０％以上、好ましくは１．２％以上、より好ましくは１．５％以上、より好ましくは１．７％以上、より好ましくは２．０％以上である。当該カルボキシル炭素の含有量の上限は例えば５．０％である。ナノダイヤモンドは、バルクダイヤモンドと同様に、ｓｐ3構造の炭素よりなる基本骨格を有するところ、本実施形態におけるカルボキシル炭素とは、ナノダイヤモンドがその基本骨格に付随して表面に有するカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）に含まれる炭素を意味する。本実施形態では、カルボキシル炭素の含有量は、固体13Ｃ−ＮＭＲ分析によって得られる値とする。ＣＭＰ用研磨材組成物中のＮＤ微粒子は、一次粒子として水中に分散しつつ、上記のカルボキシル炭素の含有量が総じて１．０％以上となる割合で官能基たるカルボキシル基を表面に有する。このような構成は、ＮＤ微粒子について水中にて高い分散性を実現するのに適する。
ＮＤ微粒子の含む炭素におけるカルボニル炭素の含有量は、例えば１．０％以上、好ましくは１．２％以上、より好ましくは１．５％以上、より好ましくは１．７％以上、より好ましくは２．０％以上である。当該カルボニル炭素の含有量の上限は例えば５．０％である。本発明におけるカルボニル炭素とは、ナノダイヤモンドがそのｓｐ3炭素基本骨格に付随して表面に有するカルボニル基（−Ｃ＝Ｏ）に含まれる炭素を意味する。本実施形態では、カルボニル炭素の含有量は、固体13Ｃ−ＮＭＲ分析によって得られる値とする。ＣＭＰ用研磨材組成物中のＮＤ微粒子は、一次粒子として水中に分散しつつ、上記のカルボニル炭素の含有量が総じて１．０％以上となる割合で官能基たるカルボニル基を表面に有する。このような構成は、ＮＤ微粒子について水中にて高い分散性を実現するのに適する。
ＮＤ微粒子の含む炭素における水酸基結合炭素の含有量は、例えば１６．８％以上、好ましくは１７．０％以上、より好ましくは１８．０％以上、更に好ましくは２０．０％以上、特に好ましくは２５．０％以上である。当該水素結合炭素の含有量の上限は例えば４０％である。本発明における水酸基結合炭素とは、ナノダイヤモンドがそのｓｐ3炭素基本骨格に付随して表面に有する水酸基（−ＯＨ）の結合する炭素を意味する。本実施形態では、水酸基結合炭素の含有量は、固体13Ｃ−ＮＭＲ分析によって得られる値とする。ＣＭＰ用研磨材組成物中のＮＤ微粒子は、一次粒子として水中に分散しつつ、上記の水酸基結合炭素の含有量が総じて１６．８％以上となる割合で官能基たる水酸基結合を表面に有する。このような構成は、ＮＤ微粒子について水中にて高い分散性を実現するのに適する。
ＮＤ微粒子の含む炭素におけるカルボキシル炭素およびカルボニル炭素の合計含有量は、例えば２．０％以上、好ましくは２．２％以上、より好ましくは２．４％以上、更に好ましくは２．７％以上、特に好ましくは２．９％以上、最も好ましくは３．２％以上である。当該合計含有量の上限は例えば８．０％である。
ＮＤ微粒子の含む炭素におけるカルボキシル炭素および水酸基結合炭素の合計含有量は、例えば１７．８％以上、好ましくは１８．０％以上、より好ましくは１８．３％、更に好ましくは１８．５％以上、特に好ましくは１８．８％以上である。当該合計含有量の上限は例えば３０．０％である。
ＮＤ微粒子の含む炭素におけるカルボニル炭素および水酸基結合炭素の合計含有量は、例えば１７．８％以上、好ましくは１８．０％以上、より好ましくは１８．３％、更に好ましくは１８．５％以上、特に好ましくは１８．８％以上である。当該合計含有量の上限は例えば３０．０％である。
ＮＤ微粒子の含む炭素におけるカルボキシル炭素、カルボニル炭素、および水酸基結合炭素の合計含有量は、例えば１８．８％以上、好ましくは１９．０％以上、より好ましくは１９．２％、更に好ましくは１９．５％以上、特に好ましくは１９．７％以上、最も好ましくは２０．０％、とりわけ好ましくは２０．５％である。当該合計含有量の上限は例えば３０．０％である。
ＮＤ微粒子の含む炭素におけるアルケニル炭素の含有量は、例えば０．１％以上である。本発明におけるアルケニル炭素とは、ナノダイヤモンドがそのｓｐ3炭素基本骨格に付随して表面に有するアルケニル基に含まれる炭素を意味する。アルケニル炭素の含有量が０．１％以上となる割合で官能基たるアルケニル基を表面に有するという本構成は、ＮＤ微粒子について水中にて高い分散性を実現するうえで好ましい場合がある。
ＮＤ微粒子の含む炭素における水素結合炭素の含有量は、例えば２０．０％以上である。本発明における水素結合炭素とは、ナノダイヤモンドがそのｓｐ3炭素基本骨格に付随して表面に有する水素の結合する炭素を意味する。このような構成は、ＮＤ微粒子について水中にて高い分散性を実現するうえで好ましい場合がある。
本実施形態のＣＭＰ用研磨材組成物に分散するＮＤ微粒子は、上述の各種炭素含有量で示される例えばカルボキシル基、カルボニル基、水酸基、アルケニル基、および水素を伴う。このような構成は、上述のように、ＮＤ微粒子について例えば極性溶媒中にて高い分散性を実現するのに適する。ＮＤ微粒子の分散性が高いことは、ＮＤ微粒子と他材料とを含有する複合材料の設計において高い自由度を実現するうえで好適であり、ひいては、ナノダイヤモンド粒子含有複合材料を作製するうえで好適である。
上記ＮＤ微粒子は、例えば爆轟法によって製造することができる。前記爆轟法には、空冷式爆轟法と水冷式爆轟法が含まれる。本発明においては、なかでも、空冷式爆轟法が水冷式爆轟法よりも一次粒子が小さいナノダイヤモンド粒子を得ることができるうえで好ましく、特に、空冷式大気共存下爆轟法、すなわち空冷式であって大気組成の気体が共存する条件下での爆轟法が、官能基量のより多いナノダイヤモンド粒子を得ることができるうえで好ましい。従って、本発明におけるＮＤ微粒子は、爆轟法ナノダイヤモンド粒子、すなわち爆轟法によって生成したナノダイヤモンド粒子が好ましく、より好ましくは空冷式爆轟法ナノダイヤモンド粒子であり、特に好ましくは空冷式大気共存下爆轟法ナノダイヤモンド粒子である。
ＮＤ微粒子の製造方法は、例えば、生成工程、精製工程、化学的解砕工程、ｐＨ調整工程、遠心分離工程を含む。
（生成工程）
生成工程では、空冷式であって大気組成の気体が共存する条件下での爆轟法、すなわち空冷式大気共存下爆轟法によってナノダイヤモンドを生成することが、ダイヤモンド核の成長が抑制され、表面官能基が生成される点で好ましい。空冷式大気共存下爆轟法では、まず、成形された爆薬に電気雷管が装着されたものを爆轟用の耐圧性容器の内部に設置し、容器内において大気組成の常圧の気体が使用爆薬と共存する状態で容器を密閉する。容器は例えば鉄製で、容器の容積は、例えば０．５〜４０ｍ3であり、好ましくは２〜３０ｍ3である。爆薬としては、トリニトロトルエン（ＴＮＴ）とシクロトリメチレントリニトロアミンすなわちヘキソーゲン（ＲＤＸ）との混合物を使用することができる。ＴＮＴとＲＤＸの重量比（ＴＮＴ／ＲＤＸ）は、例えば４０／６０〜６０／４０の範囲とされる。
生成工程では、空冷式であって大気組成の気体が共存する条件下での爆轟法、すなわち空冷式大気共存下爆轟法によってナノダイヤモンドを生成することが、ダイヤモンド核の成長が抑制され、表面官能基が生成される点で好ましい。空冷式大気共存下爆轟法では、まず、成形された爆薬に電気雷管が装着されたものを爆轟用の耐圧性容器の内部に設置し、容器内において大気組成の常圧の気体が使用爆薬と共存する状態で容器を密閉する。容器は例えば鉄製で、容器の容積は、例えば０．５〜４０ｍ3であり、好ましくは２〜３０ｍ3である。爆薬としては、トリニトロトルエン（ＴＮＴ）とシクロトリメチレントリニトロアミンすなわちヘキソーゲン（ＲＤＸ）との混合物を使用することができる。ＴＮＴとＲＤＸの重量比（ＴＮＴ／ＲＤＸ）は、例えば４０／６０〜６０／４０の範囲とされる。
生成工程では、次に、電気雷管を起爆させ、容器内で爆薬を爆轟させる。爆轟とは、化学反応に伴う爆発のうち反応の生じる火炎面が音速を超えた高速で移動するものをいう。爆轟の際、使用爆薬が部分的に不完全燃焼を起こして遊離した炭素を原料として、爆発で生じた衝撃波の圧力とエネルギーの作用によってナノダイヤモンドが生成する。
生成工程では、次に、室温で２４時間放置して、容器およびその内部の温度を降下させる。この放冷の後、容器の内壁に付着しているナノダイヤモンド粗生成物（上述のようにして生成したナノダイヤモンド粒子の凝着体と煤を含む）をヘラで掻き取る作業を行って回収する。回収されたナノダイヤモンド粗生成物は、隣接する一次粒子ないし結晶子の間がファンデルワールス力の作用に加えて結晶面間クーロン相互作用が寄与して非常に強固に集成し、凝着体をなす。
（精製工程）
精製工程は、生成工程を経て得られたナノダイヤモンド粗生成物に、水溶媒中で強酸を作用させて酸処理を施す工程である。爆轟法で得られるナノダイヤモンド粗生成物には金属酸化物が含まれやすく、この金属酸化物は、爆轟法に使用される容器等に由来するＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の酸化物である。そして、水溶媒中で所定の強酸を作用させることにより、ナノダイヤモンド粗生成物から金属酸化物を溶解・除去することができる（酸処理）。この酸処理において用いられる強酸としては鉱酸が好ましく、例えば、塩酸、フッ化水素酸、硫酸、硝酸、および王水が挙げられる。酸処理では、一種類の強酸を用いてもよいし、二種類以上の強酸を用いてもよい。酸処理で使用される強酸の濃度は例えば１〜５０重量％である。酸処理温度は例えば７０〜１５０℃である。酸処理時間は例えば０．１〜２４時間である。また、酸処理は、減圧下、常圧下、または加圧下で行うことが可能である。このような酸処理の後は、例えばデカンテーションにより、固形分（ナノダイヤモンド凝着体を含む）の水洗を行うことが好ましく、特に沈殿液のｐＨが例えば２〜３に至るまで水洗を反復して行うことが好ましい。
精製工程は、生成工程を経て得られたナノダイヤモンド粗生成物に、水溶媒中で強酸を作用させて酸処理を施す工程である。爆轟法で得られるナノダイヤモンド粗生成物には金属酸化物が含まれやすく、この金属酸化物は、爆轟法に使用される容器等に由来するＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の酸化物である。そして、水溶媒中で所定の強酸を作用させることにより、ナノダイヤモンド粗生成物から金属酸化物を溶解・除去することができる（酸処理）。この酸処理において用いられる強酸としては鉱酸が好ましく、例えば、塩酸、フッ化水素酸、硫酸、硝酸、および王水が挙げられる。酸処理では、一種類の強酸を用いてもよいし、二種類以上の強酸を用いてもよい。酸処理で使用される強酸の濃度は例えば１〜５０重量％である。酸処理温度は例えば７０〜１５０℃である。酸処理時間は例えば０．１〜２４時間である。また、酸処理は、減圧下、常圧下、または加圧下で行うことが可能である。このような酸処理の後は、例えばデカンテーションにより、固形分（ナノダイヤモンド凝着体を含む）の水洗を行うことが好ましく、特に沈殿液のｐＨが例えば２〜３に至るまで水洗を反復して行うことが好ましい。
精製工程は、更に、酸化剤を用いてナノダイヤモンド粗生成物（精製終了前のナノダイヤモンド凝着体）からグラファイトを除去するための酸化処理を施すことが好ましい。爆轟法で得られるナノダイヤモンド粗生成物にはグラファイト（黒鉛）が含まれており、このグラファイトは、使用爆薬が部分的に不完全燃焼を起こして遊離した炭素のうちナノダイヤモンド結晶を形成しなかった炭素に由来する。例えば上記の酸処理を経た後に、所定の酸化剤を作用させることにより、ナノダイヤモンド粗生成物からグラファイトを除去することができる（酸化処理）。この酸化処理に用いられる酸化剤としては、例えば、クロム酸、無水クロム酸、二クロム酸、過マンガン酸、過塩素酸、及びこれらの塩が挙げられる。酸化処理では、一種類の酸化剤を用いてもよいし、二種類以上の酸化剤を用いてもよい。酸化処理で使用される酸化剤の濃度は例えば３〜５０重量％である。酸化処理における酸化剤の使用量は、酸化処理に付されるナノダイヤモンド粗生成物１００重量部に対して例えば３００〜５００重量部である。酸化処理温度は例えば１００〜２００℃である。酸化処理時間は例えば１〜２４時間である。酸化処理は、減圧下、常圧下、または加圧下で行うことが可能である。また、酸化処理は、グラファイトの除去効率向上の観点から、鉱酸（酸処理で使用の鉱酸と同様の例を挙げることができる）の共存下で行うことが好ましい。酸化処理に鉱酸を用いる場合、鉱酸の濃度は例えば５〜８０重量％である。このような酸化処理の後、例えばデカンテーションにより、固形分（ナノダイヤモンド凝着体を含む）の水洗を行うことが好ましく、水洗当初の上澄み液は着色しているところ、上澄み液が目視で透明になるまで水洗を反復して行うことが好ましい。
（化学的解砕工程）
以上のような精製工程を経て精製された後であっても、例えば爆轟法ナノダイヤモンドは、一次粒子間が非常に強く相互作用して集成している凝着体（二次粒子）の形態をとることが多く、この凝着体から一次粒子を分離させるために、更に化学的解砕工程を設けて、ナノダイヤモンド凝着体からナノダイヤモンド一次粒子を分離させて解砕を進行させることが好ましい。化学的解砕処理は、例えば、アルカリおよび過酸化水素を作用させることにより行うことができる。前記アルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム、アンモニア、水酸化カリウム等が挙げられる。アルカリの濃度は、好ましくは０．１〜１０重量％、より好ましくは０．２〜８重量％、更に好ましくは０．５〜５重量％である。過酸化水素の濃度は、好ましくは１〜１５重量％、より好ましくは２〜１０重量％、更に好ましくは４〜８重量％である。処理温度は例えば４０〜９５℃であり、処理時間は例えば０．５〜５時間である。また、化学的解砕処理は、減圧下、常圧下、または加圧下で行うことが可能である。このような化学的解砕処理の後、デカンテーションによって上澄みが除かれる。
以上のような精製工程を経て精製された後であっても、例えば爆轟法ナノダイヤモンドは、一次粒子間が非常に強く相互作用して集成している凝着体（二次粒子）の形態をとることが多く、この凝着体から一次粒子を分離させるために、更に化学的解砕工程を設けて、ナノダイヤモンド凝着体からナノダイヤモンド一次粒子を分離させて解砕を進行させることが好ましい。化学的解砕処理は、例えば、アルカリおよび過酸化水素を作用させることにより行うことができる。前記アルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム、アンモニア、水酸化カリウム等が挙げられる。アルカリの濃度は、好ましくは０．１〜１０重量％、より好ましくは０．２〜８重量％、更に好ましくは０．５〜５重量％である。過酸化水素の濃度は、好ましくは１〜１５重量％、より好ましくは２〜１０重量％、更に好ましくは４〜８重量％である。処理温度は例えば４０〜９５℃であり、処理時間は例えば０．５〜５時間である。また、化学的解砕処理は、減圧下、常圧下、または加圧下で行うことが可能である。このような化学的解砕処理の後、デカンテーションによって上澄みが除かれる。
（ｐＨ調整工程）
ｐＨ調整工程は、上述の化学的解砕処理を経たナノダイヤモンドを含む溶液のｐＨを後述の遠心分離処理より前に所定のｐＨに調整するための工程である。本工程では、デカンテーション後の沈殿液にｐＨ調整剤を加えることが好ましい。前記ｐＨ調整剤としては、例えば、酢酸、ホウ酸、クエン酸、シュウ酸、リン酸、塩酸等の酸；アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリを挙げることができる。ナノダイヤモンドを含む溶液のｐＨを、例えば２〜１３（好ましくは２〜１２）に調整することが、ＮＤ微粒子を含むＣＭＰ用研磨材組成物のｐＨを至適範囲（例えば４〜１２、好ましくは６〜１０）にコントロールすることができる点で好ましい。
ｐＨ調整工程は、上述の化学的解砕処理を経たナノダイヤモンドを含む溶液のｐＨを後述の遠心分離処理より前に所定のｐＨに調整するための工程である。本工程では、デカンテーション後の沈殿液にｐＨ調整剤を加えることが好ましい。前記ｐＨ調整剤としては、例えば、酢酸、ホウ酸、クエン酸、シュウ酸、リン酸、塩酸等の酸；アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリを挙げることができる。ナノダイヤモンドを含む溶液のｐＨを、例えば２〜１３（好ましくは２〜１２）に調整することが、ＮＤ微粒子を含むＣＭＰ用研磨材組成物のｐＨを至適範囲（例えば４〜１２、好ましくは６〜１０）にコントロールすることができる点で好ましい。
（遠心分離工程）
遠心分離工程は、上述の化学的解砕処理を経たナノダイヤモンドを含む溶液を遠心分離処理に付して所定の上清液を得るための工程である。具体的には、まず、上述の化学的解砕工程およびｐＨ調整工程を経たナノダイヤモンド含有液について、遠心分離装置を使用して最初の遠心分離処理を行う。最初の遠心分離処理後の上清液は、淡い黄色透明である場合が多い。そして、遠心分離処理によって生じた沈殿物と上清液とを分けた後、沈殿物に超純水を加えて懸濁し、遠心分離装置を使用して更なる遠心分離処理を行って固液分離を図る。加える超純水の量は、例えば、沈殿物の３〜５倍（体積比）である。遠心分離による固液分離後の沈殿物と上清液との分離、沈殿物に超純水を加えての懸濁、および更なる遠心分離処理という一連の過程を、遠心分離処理後に黒色透明の上清液が得られるまで反復して行う。３回目以降の遠心分離処理で黒色透明の上清液が得られる場合、最初の遠心分離処理と黒色透明の上清液が得られる遠心分離処理との間に行われる遠心分離処理で得られる上清液は、無色透明である場合が多い。本工程の各遠心分離処理における遠心力は例えば１５０００〜２５０００×ｇであり、遠心時間は例えば１０〜１２０分である。以上のようにして得られた黒色透明の上澄み液は、後述のＣＭＰ用研磨材組成物の調製の際にＮＤ微粒子の水分散液として使用することができる。また、黒色透明の上清液を分離取得した後に残る沈殿物については、上述の精製工程を経た別の固形分（ナノダイヤモンド凝着体を含む）と合せて、或は単独で、上述の化学的解砕工程、ｐＨ調整工程、および遠心分離工程の一連の過程に再び供してもよい。
遠心分離工程は、上述の化学的解砕処理を経たナノダイヤモンドを含む溶液を遠心分離処理に付して所定の上清液を得るための工程である。具体的には、まず、上述の化学的解砕工程およびｐＨ調整工程を経たナノダイヤモンド含有液について、遠心分離装置を使用して最初の遠心分離処理を行う。最初の遠心分離処理後の上清液は、淡い黄色透明である場合が多い。そして、遠心分離処理によって生じた沈殿物と上清液とを分けた後、沈殿物に超純水を加えて懸濁し、遠心分離装置を使用して更なる遠心分離処理を行って固液分離を図る。加える超純水の量は、例えば、沈殿物の３〜５倍（体積比）である。遠心分離による固液分離後の沈殿物と上清液との分離、沈殿物に超純水を加えての懸濁、および更なる遠心分離処理という一連の過程を、遠心分離処理後に黒色透明の上清液が得られるまで反復して行う。３回目以降の遠心分離処理で黒色透明の上清液が得られる場合、最初の遠心分離処理と黒色透明の上清液が得られる遠心分離処理との間に行われる遠心分離処理で得られる上清液は、無色透明である場合が多い。本工程の各遠心分離処理における遠心力は例えば１５０００〜２５０００×ｇであり、遠心時間は例えば１０〜１２０分である。以上のようにして得られた黒色透明の上澄み液は、後述のＣＭＰ用研磨材組成物の調製の際にＮＤ微粒子の水分散液として使用することができる。また、黒色透明の上清液を分離取得した後に残る沈殿物については、上述の精製工程を経た別の固形分（ナノダイヤモンド凝着体を含む）と合せて、或は単独で、上述の化学的解砕工程、ｐＨ調整工程、および遠心分離工程の一連の過程に再び供してもよい。
［ＧａＮ基板のＣＭＰ用研磨材組成物］
本発明のＧａＮ基板の化学的機械的研磨用研磨材組成物（＝本発明のＣＭＰ用研磨材組成物）は、分散媒と、粒径Ｄ５０が１０ｎｍ以下であるナノダイヤモンド粒子を含む。前記ナノダイヤモンドは、研磨材としての機能を有する物質であり、前記分散媒中に一次粒子として分散していることが好ましい。
本発明のＧａＮ基板の化学的機械的研磨用研磨材組成物（＝本発明のＣＭＰ用研磨材組成物）は、分散媒と、粒径Ｄ５０が１０ｎｍ以下であるナノダイヤモンド粒子を含む。前記ナノダイヤモンドは、研磨材としての機能を有する物質であり、前記分散媒中に一次粒子として分散していることが好ましい。
本発明のＣＭＰ用研磨材組成物は、例えば、分散媒と、粒径Ｄ５０が１０ｎｍ以下であるナノダイヤモンド粒子を、１軸または多軸のエクストルーダー、ニーダー、ディソルバー、プラネタリーミキサー等の汎用の混合装置を使用して混合することにより製造することができる。
本発明のＣＭＰ用研磨材組成物のｐＨは４〜１０であり、好ましくは６〜１０、特に好ましくは７〜１０である。ｐＨを調整することで、含有するナノダイヤモンドのゼータ電位をコントロールすることができる。尚、ｐＨの調整は、ｐＨ調整剤（例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等）を添加することにより行われる。
ＮＤ微粒子は、上記製造方法で得られたＮＤ粒子を水分散液の状態のままで添加してもよく、水を蒸発乾固させて粉末状態としてから添加してもよい。
前記分散媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、エチレングリコール、ジメチルスルホキシド、およびＮ−メチルピロリドン等の極性溶媒を挙げることができる。分散媒としては、一種類の分散媒を用いてもよいし、二種類以上の分散媒を用いてもよい。本発明においては、なかでもＮＤ微粒子の分散性の観点からは、水、または、水を５０重量％以上含む水系分散媒が好ましい。そして、前記水としては、超純水、イオン交換水、蒸留水、水道水、工業用水等を使用することができる。
分散媒の含有量は、ＣＭＰ用研磨材組成物中の固形分濃度が下記範囲となる量であることが、ＣＭＰ用研磨材組成物の粘度を研磨に適した範囲に調整することができ、研磨速度を向上させることができる点で好ましい。
ＮＤ微粒子の含有量は、ＣＭＰ用研磨材組成物全量（１００重量％）の例えば０．０１〜１０重量％、好ましくは０．１〜１０重量％、特に好ましくは０．５〜１０重量％である。ＮＤ微粒子の含有量が上記範囲を下回ると、研磨速度が低下する傾向がある。
本発明のＣＭＰ用研磨材組成物は、研磨材として上記ＮＤ微粒子以外にも他の研磨材（例えば、シリカ、アルミナ、セリア、窒化ケイ素、ジルコニア等）を含有していても良いが、ＣＭＰ用研磨材組成物に含まれる全研磨材（後述の研磨対象物を研磨する効果を発揮する全ての砥粒）に占めるＮＤ微粒子の割合は、例えば６０重量％以上、好ましくは８０重量％以上、特に好ましくは９５重量％以上である。他の研磨材の含有量が過剰となると、本発明の効果が得られにくくなる傾向がある。
本発明におけるＣＭＰ用研磨材組成物は、上記分散媒と研磨材以外にも必要に応じて他の成分を１種又は２種以上含有していても良い。他の成分としては、例えば、防錆剤、粘度調整剤、界面活性剤、キレート剤、ｐＨ調整剤、防腐剤、消泡剤等を挙げることができる。
前記他の成分は本発明の効果を損なわない範囲内で適宜調整して添加することができ、その使用量は、ＣＭＰ用研磨材組成物全量（１００重量％）の、例えば０．００１〜１０重量％程度、好ましくは０．０５〜５重量％、特に好ましくは０．０１〜２重量％である。
従来のＣＭＰ用研磨材組成物では研磨材が凝集しやすく、研磨材の凝集による二次粒子によってＧａＮ基板表面に研磨傷が発生し、ＧａＮ基板表面に優れた平滑性を付与することが困難であった。更に、研磨傷からクラックが誘発されるという問題もあった。しかし、本発明のＣＭＰ用研磨材組成物は、ＧａＮ基板上において、凝集し難く、分散安定性に優れたＮＤ微粒子を研磨材として含有するため、研磨傷の発生を抑制することができ、ＧａＮ基板表面に優れた平滑性を付与することができる。
例えば、本発明のＣＭＰ用研磨材組成物によりＧａＮ基板表面を研磨して得られる平滑面の表面粗さ（算術平均粗さ：Ｒａ）は、例えば２．５ｎｍ以下、好ましくは２．０ｎｍ以下、特に好ましくは１．５ｎｍ以下である。尚、表面粗さは実施例に記載の方法で測定できる。
また、本発明のＣＭＰ用研磨材組成物は研磨材として上記ＮＤ微粒子を含有するため、高硬度のＧａＮ基板を、高速研磨することができる。
本発明のＣＭＰ用研磨材組成物によるＧａＮ基板表面の研磨速度は、例えば１００ｎｍ／時間以上、好ましくは２００ｎｍ／時間以上、特に好ましくは３００ｎｍ／時間以上、最も好ましくは４００ｎｍ／時間以上である。尚、研磨速度は実施例に記載の方法で測定できる。
また、本発明のＣＭＰ用研磨材組成物によるＧａＮ基板表面の研磨速度は、研磨材として、同量のゼータポジティブナノダイヤモンドを含有する研磨材組成物の、例えば５倍以上、好ましくは８倍以上、特に好ましくは１０倍以上、最も好ましくは１５倍以上の研磨速度を有する。
更に、本発明のＣＭＰ用研磨材組成物は、研磨材として高い水分散性を有するＮＤ微粒子を含有するため、研磨後は、洗浄することにより、研磨屑と共に研磨材をＧａＮ基板表面から容易に取り除くことができる。
本発明のＣＭＰ用研磨材組成物は上記特性を併せて有するため、ＧａＮデバイスに用いられるＧａＮ基板の表面平坦化加工に好適に使用することができる。
［ＧａＮデバイスの製造方法］
本発明のＧａＮデバイスの製造方法は、上記ＣＭＰ用研磨材組成物を使用して、研磨対象物としてのＧａＮ基板を研磨する工程を有することを特徴とする。
本発明のＧａＮデバイスの製造方法は、上記ＣＭＰ用研磨材組成物を使用して、研磨対象物としてのＧａＮ基板を研磨する工程を有することを特徴とする。
ＧａＮ基板の平坦化に使用する研磨機としては、特に限定されず、例えば、ロータリー型、ベルト型等を使用することができ、例えば、本発明のＣＭＰ用研磨材組成物（４）をＣＭＰ用研磨材組成物供給用配管（３）から研磨ヘッド（５）付近に供給しながら定盤（１）と研磨ヘッド（５）を回転させ、研磨対象物（６）表面を定盤（１）上に設けた研磨パッド（２）表面に押圧することにより研磨することができる（図１参照）。
本発明のＣＭＰ用研磨材組成物（４）の供給量としては、例えば５〜３０ｍＬ／分程度である。
研磨パッド（２）としては、通常のポリウレタン樹脂等の発泡体を好適に使用することができる。
研磨は、室温（１〜３０℃）、研磨圧力１０〜６０ｋＰａ程度で行うことが好ましく、研磨ヘッド（５）及び定盤（１）の回転数としては、１０〜１００ｒｐｍ程度が好ましい。
本発明のＧａＮデバイスの製造方法では、研磨後は洗浄することにより、ＧａＮ基板の表面から研磨材を、研磨屑と共に容易に取り除くことができる。
本発明のＧａＮデバイスの製造方法によれば、ＧａＮ基板の表面を、研磨傷を発生させることなく速やかに平坦化することができ、より信頼性の高いＧａＮデバイス（例えば、半導体照明（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）等の光デバイス、パワーデバイス等）を提供することができる。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
調製例１
（生成工程）
まず、ナノダイヤモンド粗生成物を得るための生成工程を行った。具体的には、まず、爆薬に電気雷管が装着されたものを爆轟用の耐圧性容器の内部に設置し、容器内において大気組成の常圧の気体が使用爆薬と共存する状態で容器を密閉した。容器は鉄製で、容器の容積は１５ｍ3である。爆薬としては、トリニトロトルエン（ＴＮＴ）とシクロトリメチレントリニトロアミンすなわちヘキソーゲン（ＲＤＸ）との混合物０．５０ｋｇを使用した。当該爆薬におけるＴＮＴとＲＤＸの重量比（ＴＮＴ／ＲＤＸ）は、５０／５０である。次に、電気雷管を起爆させ、容器内で爆薬を爆轟させた。次に、室温での２４時間の放置により、容器およびその内部を降温させた。この放冷の後、容器の内壁に付着しているナノダイヤモンド粗生成物（上記爆轟法で生成したナノダイヤモンド粒子の凝着体と煤を含む）をヘラで掻き取る作業を行い、ナノダイヤモンド粗生成物を回収した。ナノダイヤモンド粗生成物の回収量は０．０２５ｋｇであった。
（生成工程）
まず、ナノダイヤモンド粗生成物を得るための生成工程を行った。具体的には、まず、爆薬に電気雷管が装着されたものを爆轟用の耐圧性容器の内部に設置し、容器内において大気組成の常圧の気体が使用爆薬と共存する状態で容器を密閉した。容器は鉄製で、容器の容積は１５ｍ3である。爆薬としては、トリニトロトルエン（ＴＮＴ）とシクロトリメチレントリニトロアミンすなわちヘキソーゲン（ＲＤＸ）との混合物０．５０ｋｇを使用した。当該爆薬におけるＴＮＴとＲＤＸの重量比（ＴＮＴ／ＲＤＸ）は、５０／５０である。次に、電気雷管を起爆させ、容器内で爆薬を爆轟させた。次に、室温での２４時間の放置により、容器およびその内部を降温させた。この放冷の後、容器の内壁に付着しているナノダイヤモンド粗生成物（上記爆轟法で生成したナノダイヤモンド粒子の凝着体と煤を含む）をヘラで掻き取る作業を行い、ナノダイヤモンド粗生成物を回収した。ナノダイヤモンド粗生成物の回収量は０．０２５ｋｇであった。
（精製工程；酸処理）
次に、上述のような生成工程を複数回行うことによって取得されたナノダイヤモンド粗生成物に対して精製工程の酸処理を行った。具体的には、当該ナノダイヤモンド粗生成物２００ｇに６Ｌの１０重量％塩酸を加えて得られたスラリーに対し、常圧条件での還流下で１時間の加熱処理を行った。この酸処理における加熱温度は８５〜１００℃である。次に、冷却後、デカンテーションにより、固形分（ナノダイヤモンド凝着体と煤を含む）の水洗を行った。沈殿液のｐＨが低ｐＨ側から２に至るまで、当該固形分の水洗を反復して行った。
次に、上述のような生成工程を複数回行うことによって取得されたナノダイヤモンド粗生成物に対して精製工程の酸処理を行った。具体的には、当該ナノダイヤモンド粗生成物２００ｇに６Ｌの１０重量％塩酸を加えて得られたスラリーに対し、常圧条件での還流下で１時間の加熱処理を行った。この酸処理における加熱温度は８５〜１００℃である。次に、冷却後、デカンテーションにより、固形分（ナノダイヤモンド凝着体と煤を含む）の水洗を行った。沈殿液のｐＨが低ｐＨ側から２に至るまで、当該固形分の水洗を反復して行った。
（精製工程；酸化処理）
次に、精製工程の酸化処理を行った。具体的には、デカンテーション後の沈殿液に、５Ｌの６０重量％硫酸水溶液と２Ｌの６０重量％クロム酸水溶液とを加えてスラリーとした後、このスラリーに対し、常圧条件での還流下で５時間の加熱処理を行った。この酸化処理における加熱温度は１２０〜１４０℃である。次に、冷却後、デカンテーションにより、固形分（ナノダイヤモンド凝着体を含む）の水洗を行った。水洗当初の上澄み液は着色しているところ、上澄み液が目視で透明になるまで、当該固形分の水洗を反復して行った。
次に、精製工程の酸化処理を行った。具体的には、デカンテーション後の沈殿液に、５Ｌの６０重量％硫酸水溶液と２Ｌの６０重量％クロム酸水溶液とを加えてスラリーとした後、このスラリーに対し、常圧条件での還流下で５時間の加熱処理を行った。この酸化処理における加熱温度は１２０〜１４０℃である。次に、冷却後、デカンテーションにより、固形分（ナノダイヤモンド凝着体を含む）の水洗を行った。水洗当初の上澄み液は着色しているところ、上澄み液が目視で透明になるまで、当該固形分の水洗を反復して行った。
（化学的解砕工程）
次に、化学的解砕処理を行った。具体的には、デカンテーション後の沈殿液に、１Ｌの１０重量％水酸化ナトリウム水溶液と１Ｌの３０重量％過酸化水素水溶液とを加えてスラリーとした後、このスラリーに対し、常圧条件での還流下で１時間の加熱処理を行った。この化学的解砕処理における加熱温度は５０〜１０５℃である。次に、冷却後、デカンテーションによって上澄みを除いた。
次に、化学的解砕処理を行った。具体的には、デカンテーション後の沈殿液に、１Ｌの１０重量％水酸化ナトリウム水溶液と１Ｌの３０重量％過酸化水素水溶液とを加えてスラリーとした後、このスラリーに対し、常圧条件での還流下で１時間の加熱処理を行った。この化学的解砕処理における加熱温度は５０〜１０５℃である。次に、冷却後、デカンテーションによって上澄みを除いた。
（ｐＨ調整工程）
次に、ｐＨ調整を行った。具体的には、化学的解砕処理後のデカンテーションによって得られた沈殿液に塩酸を加え、沈殿液のｐＨを２．５に調整した。このようにして、ｐＨを調整されたスラリーを得た。
次に、ｐＨ調整を行った。具体的には、化学的解砕処理後のデカンテーションによって得られた沈殿液に塩酸を加え、沈殿液のｐＨを２．５に調整した。このようにして、ｐＨを調整されたスラリーを得た。
（遠心分離工程）
次に、遠心分離処理を行った。具体的には、上述のようにしてｐＨ調整を経たスラリー（ナノダイヤモンド含有液）について、まず、遠心分離装置を使用して最初の遠心分離処理を行った。この遠心分離処理における遠心力は２００００×ｇとし、遠心時間は１０分とした。最初の遠心分離処理後の上清液は、少し黄色い透明であった。本工程では、次に、最初の遠心分離処理によって生じた沈殿物と上清液とを分けた後、沈殿物に超純水を加えて懸濁し、遠心分離装置を使用して２回目の遠心分離処理を行って固液分離を図った。加えた超純水の量は、沈殿物の４倍（体積比）とした。２回目の遠心分離処理における遠心力は２００００×ｇとし、遠心時間は６０分とした。２回目の遠心分離処理後の上清液は、無色透明であった。本工程では、次に、２回目の遠心分離処理によって生じた沈殿物と上清液とを分けた後、沈殿物に超純水を加えて懸濁し、遠心分離装置を使用して３回目の遠心分離処理を行って固液分離を図った。加えた超純水の量は、沈殿物の４倍（体積比）とした。３回目の遠心分離処理における遠心力は２００００×ｇとし、遠心時間は６０分とした。３回目の遠心分離処理後の上清液は、黒色透明であった。この後、固液分離後の沈殿物と上清液との分離、沈殿物に４倍量の超純水を加えての懸濁、および更なる遠心分離処理（遠心力２００００×ｇ、遠心時間６０分）という一連の過程を、遠心分離処理後に黒色透明の上清液が得られる限り反復して行った。
次に、遠心分離処理を行った。具体的には、上述のようにしてｐＨ調整を経たスラリー（ナノダイヤモンド含有液）について、まず、遠心分離装置を使用して最初の遠心分離処理を行った。この遠心分離処理における遠心力は２００００×ｇとし、遠心時間は１０分とした。最初の遠心分離処理後の上清液は、少し黄色い透明であった。本工程では、次に、最初の遠心分離処理によって生じた沈殿物と上清液とを分けた後、沈殿物に超純水を加えて懸濁し、遠心分離装置を使用して２回目の遠心分離処理を行って固液分離を図った。加えた超純水の量は、沈殿物の４倍（体積比）とした。２回目の遠心分離処理における遠心力は２００００×ｇとし、遠心時間は６０分とした。２回目の遠心分離処理後の上清液は、無色透明であった。本工程では、次に、２回目の遠心分離処理によって生じた沈殿物と上清液とを分けた後、沈殿物に超純水を加えて懸濁し、遠心分離装置を使用して３回目の遠心分離処理を行って固液分離を図った。加えた超純水の量は、沈殿物の４倍（体積比）とした。３回目の遠心分離処理における遠心力は２００００×ｇとし、遠心時間は６０分とした。３回目の遠心分離処理後の上清液は、黒色透明であった。この後、固液分離後の沈殿物と上清液との分離、沈殿物に４倍量の超純水を加えての懸濁、および更なる遠心分離処理（遠心力２００００×ｇ、遠心時間６０分）という一連の過程を、遠心分離処理後に黒色透明の上清液が得られる限り反復して行った。
以上のようにして、黒色透明のナノダイヤモンド水分散液を製造した。上記３回目の遠心分離処理後のナノダイヤモンド水分散液のｐＨを確認したところ、６であった。本分散液のナノダイヤモンド固形分濃度は１．０８重量％であった。本分散液に含まれるナノダイヤモンド粒子の粒径を動的光散乱法によって測定した結果、粒径Ｄ５０（メディアン径）は６．０４ｎｍであった。本分散液の一部についてナノダイヤモンド濃度０．２重量％への超純水による希釈を行った後に当該ナノダイヤモンド水分散液中のナノダイヤモンド粒子のゼータ電位を測定したところ、−４２ｍＶ（２５℃、ｐＨ６）であった。
本分散液を乾固させて得られた乾燥粉体について、Ｘ線回析装置（商品名「ＳｍａｒｔＬａｂ」、リガク社製）を使用して結晶構造解析を行った。その結果、ダイヤモンドの回析ピーク位置、すなわちダイヤモンド結晶の（１１１）面からの回析ピーク位置に、強い回析ピークが認められ、上述のようにして得られた分散液がナノダイヤモンド水分散液であることを確認した。また、本分散液を乾固させて得られた乾燥粉体について、Ｘ線回析装置（商品名「ＳｍａｒｔＬａｂ」、リガク社製）を使用して小角Ｘ線散乱測定を行い、粒径分布解析ソフト（商品名「ＮＡＮＯ−Ｓｏｌｖｅｒ」、リガク社製）を使用して、散乱角度１°〜３°の領域についてナノダイヤモンドの一次粒子経を見積もった。この見積もりにおいては、ナノダイヤモンド一次粒子が球形であり且つ粒子密度が３．５１ｇ／ｃｍ3であるとの仮定をおいた。その結果、本測定で得られるナノダイヤモンド一次粒子の平均粒径は４．２４０ｎｍであり、一次粒子分布に関する相対標準偏差（ＲＳＤ：relative standard deviation）は４１．４であった。動的光散乱法によって得られた上記Ｄ５０の値（６．０４ｎｍ）よりも小さく比較的に小径な一次粒子群が比較的にシャープな分布を示すことが確認された。
本分散液を乾固させて得られた乾燥粉体について、後記の固体13Ｃ−ＮＭＲ分析を行った。その結果、分析対象の試料の13Ｃ ＤＤ／ＭＡＳ ＮＭＲスペクトルにおいて、ナノダイヤモンドの主成分としてのｓｐ3炭素のピーク、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）に含まれる炭素に由来するピーク、カルボニル基（−Ｃ＝Ｏ）に含まれる炭素に由来するピーク、アルケニル基（Ｃ＝Ｃ）に含まれる炭素に由来するピーク、水酸基の結合する炭素（−ＣＯＨ）に由来するピーク、及び水素の結合する炭素（−ＣＨ）に由来するピークが観測された。ピークごとに波形分離したうえで算出したこれら各種炭素の組成比は、下記表１に示すとおりであった。
〈固形分濃度〉
ナノダイヤモンド水分散液に関する上記の固形分濃度は、秤量した分散液３〜５ｇの当該秤量値と、当該秤量分散液から加熱によって水分を蒸発させた後に残留する乾燥物（粉体）について精密天秤によって秤量した秤量値とに基づき、算出した。
ナノダイヤモンド水分散液に関する上記の固形分濃度は、秤量した分散液３〜５ｇの当該秤量値と、当該秤量分散液から加熱によって水分を蒸発させた後に残留する乾燥物（粉体）について精密天秤によって秤量した秤量値とに基づき、算出した。
〈メディアン径〉
ナノダイヤモンド水分散液に含まれるナノダイヤモンド粒子に関する上記の粒径Ｄ５０（メディアン径）は、スペクトリス社製の装置（商品名「ゼータサイザー ナノＺＳ」）を使用して、動的光散乱法（非接触後方散乱法）によって測定した値である。測定に付されたナノダイヤモンド水分散液は、ナノダイヤモンド濃度が０．５〜２．０重量％となるように超純水で希釈した後に、超音波洗浄機による超音波照射を経たものである。
ナノダイヤモンド水分散液に含まれるナノダイヤモンド粒子に関する上記の粒径Ｄ５０（メディアン径）は、スペクトリス社製の装置（商品名「ゼータサイザー ナノＺＳ」）を使用して、動的光散乱法（非接触後方散乱法）によって測定した値である。測定に付されたナノダイヤモンド水分散液は、ナノダイヤモンド濃度が０．５〜２．０重量％となるように超純水で希釈した後に、超音波洗浄機による超音波照射を経たものである。
〈ゼータ電位〉
ナノダイヤモンド水分散液に含まれるナノダイヤモンド粒子に関する上記のゼータ電位は、スペクトリス社製の装置（商品名「ゼータサイザー ナノＺＳ」）を使用して、レーザードップラー式電気泳動法によって測定した値である。測定に付されたナノダイヤモンド水分散液は、ナノダイヤモンド濃度０．２重量％への超純水による希釈を行った後に超音波洗浄機による超音波照射を経たものである。また、測定に付されたナノダイヤモンド水分散液のｐＨは、ｐＨ試験紙（商品名「スリーバンドｐＨ試験紙」、アズワン（株）製）を使用して確認した値である。
ナノダイヤモンド水分散液に含まれるナノダイヤモンド粒子に関する上記のゼータ電位は、スペクトリス社製の装置（商品名「ゼータサイザー ナノＺＳ」）を使用して、レーザードップラー式電気泳動法によって測定した値である。測定に付されたナノダイヤモンド水分散液は、ナノダイヤモンド濃度０．２重量％への超純水による希釈を行った後に超音波洗浄機による超音波照射を経たものである。また、測定に付されたナノダイヤモンド水分散液のｐＨは、ｐＨ試験紙（商品名「スリーバンドｐＨ試験紙」、アズワン（株）製）を使用して確認した値である。
〈固体13Ｃ-ＮＭＲ分析〉
固体13Ｃ-ＮＭＲ分析は、固体ＮＭＲ装置（商品名「CMX-300 Infinity」、Chemagnetics 社製）を使用して行う固体ＮＭＲ法によって行った。測定法その他の測定に係る条件は以下のとおりである。
測定法：ＤＤ／ＭＡＳ法
測定核周波数：７５.１８８８２９ ＭＨｚ（13Ｃ核）
スペクトル幅：３０.００３ ｋＨｚ
パルス幅：４．２μsec（９０°パルス）
パルス繰り返し時間：ＡＣＱＴＭ ６８.２６ｍsec，ＰＤ １５sec
観測ポイント：２０４８（データポイント：８１９２）
基準物質：ポリジメチルシロキサン（外部基準：１.５６ｐｐｍ）
温度：室温（約２２℃）
資料回転数：８.０ ｋＨｚ
固体13Ｃ-ＮＭＲ分析は、固体ＮＭＲ装置（商品名「CMX-300 Infinity」、Chemagnetics 社製）を使用して行う固体ＮＭＲ法によって行った。測定法その他の測定に係る条件は以下のとおりである。
測定法：ＤＤ／ＭＡＳ法
測定核周波数：７５.１８８８２９ ＭＨｚ（13Ｃ核）
スペクトル幅：３０.００３ ｋＨｚ
パルス幅：４．２μsec（９０°パルス）
パルス繰り返し時間：ＡＣＱＴＭ ６８.２６ｍsec，ＰＤ １５sec
観測ポイント：２０４８（データポイント：８１９２）
基準物質：ポリジメチルシロキサン（外部基準：１.５６ｐｐｍ）
温度：室温（約２２℃）
資料回転数：８.０ ｋＨｚ
実施例１
調製例１で得られたナノダイヤモンド水分散液にイオン交換水を加えて混合し、ｐＨ８のＣＭＰ用研磨材組成物（１）（ナノダイヤモンドの粒径（Ｄ５０）：６．０４ｎｍ、ナノダイヤモンド濃度：１重量％）を得た。本分散液の一部についてナノダイヤモンド濃度０．２重量％への超純水による希釈を行った後に当該ナノダイヤモンド水分散液中のナノダイヤモンド粒子のゼータ電位を測定したところ、−４２ｍＶ（２５℃、ｐＨ６）であった。
調製例１で得られたナノダイヤモンド水分散液にイオン交換水を加えて混合し、ｐＨ８のＣＭＰ用研磨材組成物（１）（ナノダイヤモンドの粒径（Ｄ５０）：６．０４ｎｍ、ナノダイヤモンド濃度：１重量％）を得た。本分散液の一部についてナノダイヤモンド濃度０．２重量％への超純水による希釈を行った後に当該ナノダイヤモンド水分散液中のナノダイヤモンド粒子のゼータ電位を測定したところ、−４２ｍＶ（２５℃、ｐＨ６）であった。
比較例１
（精製工程；酸化処理）
調製例１と同様に（生成工程）（精製工程；酸処理）を経て得られたデカンテーション後の沈殿液（ナノダイヤモンド凝着体を含む）に、６Ｌの９８質量％硫酸水溶液と１Ｌの６９質量％硝酸水溶液とを加えてスラリーとした後、このスラリーに対し、常圧条件での還流下で４８時間の加熱処理を行った。この酸化処理における加熱温度は１４０〜１６０℃である。次に、冷却後、デカンテーションにより、固形分（ナノダイヤモンド凝着体を含む）の水洗を行った。水洗当初の上澄み液は着色しているところ、上澄み液が目視で透明になるまで、デカンテーションによる当該固形分の水洗を反復して行った。
（精製工程；酸化処理）
調製例１と同様に（生成工程）（精製工程；酸処理）を経て得られたデカンテーション後の沈殿液（ナノダイヤモンド凝着体を含む）に、６Ｌの９８質量％硫酸水溶液と１Ｌの６９質量％硝酸水溶液とを加えてスラリーとした後、このスラリーに対し、常圧条件での還流下で４８時間の加熱処理を行った。この酸化処理における加熱温度は１４０〜１６０℃である。次に、冷却後、デカンテーションにより、固形分（ナノダイヤモンド凝着体を含む）の水洗を行った。水洗当初の上澄み液は着色しているところ、上澄み液が目視で透明になるまで、デカンテーションによる当該固形分の水洗を反復して行った。
次に、溶液酸化処理後のデカンテーションを経て得た沈殿液（ナノダイヤモンド凝着体を含む）に対して１Ｌの１０質量％水酸化ナトリウム水溶液と１Ｌの３０質量％過酸化水素水溶液とを加えてスラリーとした後、このスラリーに対し、常圧条件での還流下で１時間の加熱処理を行った（アルカリ過水処理）。この処理における加熱温度は５０〜１０５℃である。次に、冷却後、デカンテーションによって上澄みを除いた。そして、残留画分について乾燥処理に付して乾燥粉体を得た。乾燥処理の手法としては、エバポレーターを使用して行う蒸発乾固を採用した。
次に、得られたナノダイヤモンド粉体４.５ｇをガス雰囲気炉（商品名「ガス雰囲気チューブ炉 ＫＴＦ０４５Ｎ１」，光洋サーモシステム（株）製）の炉心管内に静置し、炉心管に窒素ガスを流速１Ｌ／分で３０分間通流させ続けた後、通流ガスを窒素から酸素と窒素との混合ガスへと切り替えて当該混合ガスを流速１Ｌ／分で炉心管に通流させ続けた。混合ガス中の酸素濃度は４体積％であった。混合ガスへの切り替えの後、炉内を加熱設定温度３５０℃まで昇温させた。昇温速度については、加熱設定温度より２０℃低い３３０℃までは１０℃／分とし、その後、３３０℃から加熱設定温度３５０℃までは１℃／分とした。そして、炉内の温度条件を３５０℃に維持しつつ、炉内のナノダイヤモンド粉体について酸素酸化処理を行った。処理時間は３時間とした。以上のようにして、ナノダイヤモンド粉体を得た。
酸素酸化処理を経て得られたナノダイヤモンド粉体が内部に配されているガス雰囲気炉に対して窒素ガスを流速１Ｌ／分で３０分間通流させ続けた後、通流ガスを窒素から水素と窒素との混合ガスへと切り替えて当該混合ガスを流速１Ｌ／分で炉心管に通流させ続けた。混合ガス中の水素濃度は２体積％であった。混合ガスへの切り替えの後、炉内を加熱設定温度６００℃まで昇温させた。昇温速度は１０℃／分とした。そして、炉内の温度条件を６００℃に維持しつつ、炉内のナノダイヤモンド粉体について水素酸化処理を行った。処理時間は５時間とした。以上のようにして、ナノダイヤモンド粉体を得た。
水素酸化処理を経て得られたナノダイヤモンド粉体０.９ｇと純水２９.１ｍＬとを５０ｍＬのサンプル瓶に加えて混合し、スラリー約３０ｍＬを得た。次に、当該スラリーについて、遠心分離処理（遠心力２００００×ｇで１０分間）とその後の超音波処理を施した。超音波処理においては、超音波照射器（商品名「超音波洗浄機 ＡＳ−３」，アズワン（ＡＳ ＯＮＥ）社製）を使用して、当該スラリーに対して２時間の超音波照射を行った。この後、ビーズミリング装置（商品名「並列四筒式サンドグラインダー ＬＳＧ−４Ｕ−２Ｌ型」，アイメックス（株）製）を使用してビーズミリングを行った。具体的には、１００ｍＬのミル容器たるベッセル（アイメックス（株）製）に対して超音波照射後のスラリー３０ｍＬと直径３０μｍのジルコニアビーズとを投入して封入し、装置を駆動させてビーズミリングを実行した。このビーズミリングにおいて、ジルコニアビーズの投入量はミル容器の容積に対して例えば３３％であり、ミル容器の回転速度は２５７０ｒｐｍであり、ミリング時間は２時間であった。
超音波処理を経て得られたスラリーについて、遠心分離装置を使用して遠心分離処理を行った。この遠心分離処理における遠心力は２００００×ｇとし、遠心時間は１０分間とした。次に、当該遠心分離処理を経たナノダイヤモンド含有溶液の上清１０ｍＬを回収した。このようにして、ナノダイヤモンドが純水に分散するＣＭＰ用研磨材組成物（２）（ｐＨ８.０７）を得た。このＣＭＰ用研磨材組成物（２）について、固形分濃度ないしナノダイヤモンド濃度は２.１質量％であった。ナノダイヤモンドの粒径Ｄ５０（メディアン径）は５.０５ｎｍ、ナノダイヤモンドの粒径Ｄ９０は７.５４ｎｍであった。ナノダイヤモンド分散液のゼータ電位は４１.８ｍＶであった。
比較例２
コロイダルシリカ（商品名「Compol80」、Fujimi Inc.）にイオン交換水を加えて混合し、ＣＭＰ用研磨材組成物（３）（シリカの粒径（Ｄ５０）：７２ｎｍ、シリカ濃度：２０重量％）を得た。
コロイダルシリカ（商品名「Compol80」、Fujimi Inc.）にイオン交換水を加えて混合し、ＣＭＰ用研磨材組成物（３）（シリカの粒径（Ｄ５０）：７２ｎｍ、シリカ濃度：２０重量％）を得た。
実施例及び比較例で得られたＣＭＰ用研磨材組成物を使用して下記条件にてＣＭＰを行って、研磨特性（研磨速度、及び研磨後の表面平滑性）を評価した。
ＣＭＰ条件
研磨対象物：ＧａＮウェハ
研磨装置：片面研磨装置（８インチ）
研磨パッド：不織布パッド（商品名「ＳＵＢＡ８００」、ニッタ・ハース（株）製）
研磨圧力：２４ｋＰａ
回転数：２００ｒｐｍ
ＣＭＰ用研磨材組成物滴下量：１０ｍＬ／ｍｉｎ
研磨時間：４０分（＝１０分×４回）
ＣＭＰ条件
研磨対象物：ＧａＮウェハ
研磨装置：片面研磨装置（８インチ）
研磨パッド：不織布パッド（商品名「ＳＵＢＡ８００」、ニッタ・ハース（株）製）
研磨圧力：２４ｋＰａ
回転数：２００ｒｐｍ
ＣＭＰ用研磨材組成物滴下量：１０ｍＬ／ｍｉｎ
研磨時間：４０分（＝１０分×４回）
尚、研磨速度は、研磨前後のＧａＮ基板の質量を測定することにより算出した。
また、表面平滑性は、表面粗さ（Ｒａ）を下記条件で測定することにより評価した。
光学測定機器：白色干渉顕微鏡、商品名「Newview5032」、Zygo Corporation製
測定点数：５（直径２インチのＧａＮ基板の中心から外周方向へ５ｍｍ間隔で５点）
視野：０．７０×０．５２ｎｍ
平均回数：４
フィルタ：Ｈｉｇｈ ｐａｓｓ
カットオフ：０．０８ｍｍ
また、表面平滑性は、表面粗さ（Ｒａ）を下記条件で測定することにより評価した。
光学測定機器：白色干渉顕微鏡、商品名「Newview5032」、Zygo Corporation製
測定点数：５（直径２インチのＧａＮ基板の中心から外周方向へ５ｍｍ間隔で５点）
視野：０．７０×０．５２ｎｍ
平均回数：４
フィルタ：Ｈｉｇｈ ｐａｓｓ
カットオフ：０．０８ｍｍ
＜研磨速度＞
結果を図２に示す。図２より、ＣＭＰ用研磨材組成物（１）は、研磨材として、ゼータポジティブナノダイヤモンドを使用したＣＭＰ用研磨材組成物（２）や、シリカを使用したＣＭＰ用研磨材組成物（３）と比べて、研磨速度が飛躍的に向上することがわかる。
結果を図２に示す。図２より、ＣＭＰ用研磨材組成物（１）は、研磨材として、ゼータポジティブナノダイヤモンドを使用したＣＭＰ用研磨材組成物（２）や、シリカを使用したＣＭＰ用研磨材組成物（３）と比べて、研磨速度が飛躍的に向上することがわかる。
＜表面平滑性＞
結果を図３に示す。図３より、ＣＭＰ用研磨材組成物（１）を使用した場合は、急激に平面粗さが低下して、ゼータポジティブナノダイヤモンドを使用したＣＭＰ用研磨材組成物（２）や、シリカを使用したＣＭＰ用研磨材組成物（３）と比べて、表面平滑性を向上できることがわかる。
結果を図３に示す。図３より、ＣＭＰ用研磨材組成物（１）を使用した場合は、急激に平面粗さが低下して、ゼータポジティブナノダイヤモンドを使用したＣＭＰ用研磨材組成物（２）や、シリカを使用したＣＭＰ用研磨材組成物（３）と比べて、表面平滑性を向上できることがわかる。
１ 定盤
２ 研磨パッド
３ ＣＭＰ用研磨材組成物供給用配管
４ ＣＭＰ用研磨材組成物
５ 研磨ヘッド
６ 研磨対象物
２ 研磨パッド
３ ＣＭＰ用研磨材組成物供給用配管
４ ＣＭＰ用研磨材組成物
５ 研磨ヘッド
６ 研磨対象物
Claims (5)
- 分散媒と、粒径Ｄ５０が１０ｎｍ以下であるナノダイヤモンド粒子を含む研磨材組成物であって、ｐＨが６〜１０であり、当該研磨材組成物に含まれる前記ナノダイヤモンドのゼータ電位が−６０〜−２０ｍＶである、ＧａＮ基板の化学的機械的研磨用研磨材組成物。
- 前記ナノダイヤモンド粒子の含有量が研磨材組成物全量の０．０１〜１０重量％である、請求項１に記載のＧａＮ基板の化学的機械的研磨用研磨材組成物。
- 分散媒が極性溶媒である、請求項１又は２に記載のＧａＮ基板の化学的機械的研磨用研磨材組成物。
- 前記ナノダイヤモンド粒子が爆轟法ナノダイヤモンド粒子である、請求項１〜３の何れか１項に記載のＧａＮ基板の化学的機械的研磨用研磨材組成物。
- 請求項１〜４の何れか１項に記載のＧａＮ基板の化学的機械的研磨用研磨材組成物を使用して、ＧａＮ基板を研磨する工程を有するＧａＮデバイスの製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2017081293A JP2018182120A (ja) | 2017-04-17 | 2017-04-17 | ＧａＮ基板のＣＭＰ用研磨材組成物 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116083052A (zh) * | 2022-12-31 | 2023-05-09 | 北京国瑞升科技股份有限公司 | 一种金刚石研磨膏及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005001983A (ja) * | 2003-05-20 | 2005-01-06 | Futaba Corp | 超分散状態ナノ炭素およびその製造方法 |
| JP2006225208A (ja) * | 2005-02-18 | 2006-08-31 | Hiroshi Ishizuka | 高分散性の単結晶質ダイヤモンド微粉及びその製造方法 |
| JP2012519969A (ja) * | 2009-03-13 | 2012-08-30 | サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス，インコーポレイティド | ナノダイヤモンドを用いた化学機械平坦化 |
| WO2016072137A1 (ja) * | 2014-11-07 | 2016-05-12 | 株式会社ダイセル | ナノダイヤモンド凝集体の懸濁液、及びナノダイヤモンド一桁ナノ分散液 |
-
2017
- 2017-04-17 JP JP2017081293A patent/JP2018182120A/ja active Pending
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