JP4718164B2 - 研磨用組成物及びそれを用いた研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、酸化物単結晶基板等の研磨対象物を研磨する用途に用いられる研磨用組成物、及びそうした研磨用組成物を用いて酸化物単結晶基板等の研磨対象物を研磨する方法に関する。

特許文献１に開示されている研磨用組成物は、フュームドアルミナ又はフュームドシリカ、及びコロイダルシリカを含有し、タンタル酸リチウムウエハを始めとする酸化物単結晶基板等を研磨する用途に用いられる。酸化物単結晶基板はモース硬度で５〜６と硬度が高く且つ化学的にも極めて安定なことから、酸化物単結晶基板の研磨には通常、長大な時間がかかる。そのため、酸化物単結晶基板を研磨する用途に用いられる研磨用組成物には、研磨に要する時間を短縮するべく、高い研磨能力を有することが求められている。しかしながら、特許文献１に開示されている研磨用組成物はこうした要求を十分に満足するものではなく、依然として改良の余地を残している。
特開２００１−３４２４５５号公報

本発明の目的は、酸化物単結晶基板等を研磨する用途においてより好適に使用可能な研磨用組成物を提供すること、及びそうした研磨用組成物を用いて研磨対象物を研磨する研磨方法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、タンタル酸リチウムウエハ又はニオブ酸リチウムウエハを研磨する用途に用いられる研磨用組成物であって、研磨材としてコロイダルシリカと、グルコン酸のナトリウム塩及びグルコン酸のカリウム塩から選ばれる少なくとも一種と、水とを含有する研磨用組成物を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の研磨用組成物を用いて研磨対象物としてタンタル酸リチウムウエハ又はニオブ酸リチウムウエハを研磨する研磨方法を提供する。

本発明によれば、酸化物単結晶基板等を研磨する用途においてより好適に使用可能な研磨用組成物が提供される。また本発明によれば、そうした研磨用組成物を用いて研磨対象物を研磨する研磨方法も提供される。

以下、本発明の一実施形態を説明する。
本実施形態に係る研磨用組成物は、研磨材、アルドース誘導体、及び水からなる。
研磨対象物を機械的に研磨する役割を担う前記研磨材は、少なくともコロイダルシリカを含有することが好ましく、コロイダルシリカからなることがより好ましい。なぜならコロイダルシリカは、研磨後の研磨対象物の表面品質（例えば表面粗さ）を低下させる虞が少ないからである。

平均一次粒子径が１５ｎｍよりも小さいコロイダルシリカ、さらに言えば２５ｎｍよりも小さいコロイダルシリカは、研磨対象物を研磨する能力があまり高くない。従って、研磨速度の向上のためには、コロイダルシリカの平均一次粒子径は、好ましくは１５ｎｍ以上、より好ましくは２５ｎｍ以上である。一方、平均一次粒子径が１００ｎｍよりも大きいコロイダルシリカ、さらに言えば８０ｎｍよりも大きいコロイダルシリカは、製造にコストがかかる。従って、コスト低減のためには、コロイダルシリカの平均一次粒子径は、好ましくは１００ｎｍ以下、より好ましくは８０ｎｍ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研磨材の比表面積から求められる。

研磨用組成物中のコロイダルシリカの含有量が５質量％よりも少ない場合、さらに言えば１０質量％よりも少ない場合には、研磨用組成物があまり高い研磨能力を有さない虞がある。従って、研磨速度の向上のためには、研磨用組成物中のコロイダルシリカの含有量は、好ましくは５質量％以上、より好ましくは１０質量％以上である。一方、研磨用組成物中のコロイダルシリカの含有量が６０質量％よりも多い場合、さらに言えば５０質量％よりも多い場合には、研磨用組成物の分散安定性が低下する虞がある。従って、研磨用組成物の分散安定性の低下防止のためには、研磨用組成物中のコロイダルシリカの含有量は、好ましくは６０質量％以下、より好ましくは５０質量％以下である。

前記アルドース誘導体は、アルドースの酸化によって得られる酸及びそれの塩のうちの少なくとも一方であり、研磨用組成物に添加されることによって研磨用組成物の研磨能力の向上及び分散安定性の向上に寄与する。アルドースの酸化によって得られる酸が一つ又は二つの末端カルボキシ基及び一つ以上のヒドロキシ基を有しているため、アルドースの酸化によって得られる酸及びそれの塩はキレート性を有する。

アルドースは化学式：ＣＨ₂ＯＨ−（ＣＨＯＨ）_n−ＣＨＯで表され、ｎは好ましくは１〜４の整数である。ｎが１のアルドースとしてはグリセルアルデヒドが挙げられる。ｎが２のアルドースとしてはエリトロース及びトレオースが挙げられる。ｎが３のアルドースとしてはリボース、アラビノース、キシロース、及びリキソースが挙げられる。ｎが４のアルドースとしてはアロース、アルトロース、グルコース、マンノース、グロース、イドース、ガラクトース、及びタロースが挙げられる。なお、例示したアルドースはＤ体及びＬ体のどちらであってもよい。

アルドースの酸化によって得られる酸としてはウロン酸、アルドン酸及びアルダル酸が挙げられる。アルドースはアルデヒド基を有する単糖類の総称であり、これを酸化して得られるウロン酸、アルドン酸及びアルダル酸も含めて環境負荷が非常に低い。

ウロン酸は、化学式：ＣＨＯ−（ＣＨＯＨ）_n−ＣＯＯＨで表され、ｎは好ましくは１〜４の整数である。ｎが２のウロン酸としてはエリトルロン酸及びトレウロン酸が挙げられる。ｎが３のウロン酸としてはリブロン酸、アラビヌロン酸、キシルロン酸、及びリキスロン酸が挙げられる。ｎが４のウロン酸としてはアルロン酸、アルトルロン酸、グルクロン酸、マンヌロン酸、グルロン酸、イズロン酸、ガラクツロン酸、タルロン酸が挙げられる。なお、例示したウロン酸はＤ体及びＬ体のどちらであってもよい。

アルドン酸は、化学式：ＣＨ₂ＯＨ−（ＣＨＯＨ）_n−ＣＯＯＨで表され、ｎは好ましくは１〜４の整数である。ｎが２のアルドン酸としてはエリトロン酸及びトレオン酸が挙げられる。ｎが３のアルドン酸としてはリボン酸、アラビノン酸、キシロン酸、及びリキソン酸が挙げられる。ｎが４のアルドン酸としてはアロン酸、アルトロン酸、グルコン酸、マンノン酸、グロン酸、イドン酸、ガラクトン酸、タロン酸が挙げられる。なお、例示したアルドン酸はＤ体及びＬ体のどちらであってもよい。

アルダル酸は、化学式：ＣＯＯＨ−（ＣＨＯＨ）_n−ＣＯＯＨで表され、ｎは好ましくは１〜４の整数である。ｎが２のアルダル酸としてはエリトラル酸及びトレアル酸が挙げられる。ｎが３のアルダル酸としてはリバル酸、アラビナル酸、キシラル酸が挙げられる。ｎが４のアルダル酸としてはアラル酸、アルトラル酸、グルカル酸、マンナル酸、イダル酸、ガラクタル酸が挙げられる。なお、例示したアルダル酸はＤ体及びＬ体のどちらであってもよい。

アルドースの酸化によって得られる酸及びそれの塩の中でも好ましいのはグルコン酸塩であり、より好ましいのはグルコン酸ナトリウム及びグルコン酸カリウムのようなグルコン酸のアルカリ塩である。グルコン酸のアルカリ塩は食品添加剤等の用途で大量生産されており、環境を汚染する不純物を含まないものが安価且つ容易に入手できる。

研磨用組成物中のアルドース誘導体の含有量が０．０１質量％よりも少ない場合、さらに言えば０．１質量％よりも少ない場合には、研磨用組成物があまり高い研磨能力を有さない虞がある。従って、研磨速度の向上のためには、研磨用組成物中のアルドース誘導体の含有量は、好ましくは０．０１質量％以上、より好ましくは０．１質量％以上である。一方、研磨用組成物中のアルドース誘導体の含有量が３．０質量％以上である場合、さらに言えば２．５質量％よりも多い場合には、研磨用組成物の分散安定性が低下する虞がある。従って、研磨用組成物の分散安定性の低下防止のためには、研磨用組成物中のアルドース誘導体の含有量は、好ましくは３．０質量％未満、より好ましくは２．５質量％以下である。

前記水は、研磨用組成物中の水以外の成分を分散又は溶解する媒質としての役割を担う。水は、工業用水、水道水、蒸留水、又はそれらをフィルター濾過したものであってもよく、不純物をできるだけ含有しないことが好ましい。

研磨用組成物のｐＨが７よりも低い場合、さらに言えば８よりも低い場合、もっと言えば９よりも低い場合には、研磨用組成物の分散安定性が低下する虞がある。従って、研磨用組成物の分散安定性の低下防止のためには、研磨用組成物のｐＨは、好ましくは７以上、より好ましくは８以上、最も好ましくは９以上である。一方、研磨用組成物のｐＨが１２よりも高い場合、さらに言えば１１．５よりも高い場合、もっと言えば１１よりも高い場合には、研磨用組成物中の研磨材が溶解する虞がある。従って、研磨材の溶解の発生防止のためには、研磨用組成物のｐＨは、好ましくは１２以下、より好ましくは１１．５以下、最も好ましくは１１以下である。

本実施形態に係る研磨用組成物は、例えば、タンタル酸リチウムウエハ及びニオブ酸リチウムウエハといった酸化物単結晶基板の表面を研磨する用途に使用される。換言すれば、研磨用組成物は、例えば、研磨製品としての酸化物単結晶基板を得るべく、酸化物単結晶基板の半製品を研磨する用途に用いられる。

研磨用組成物を用いて研磨対象物を研磨するときには、例えば、研磨対象物に研磨パッド等の研磨部材を接触させて、その接触部分に研磨用組成物を供給しながら研磨対象物及び研磨部材のいずれか一方を他方に対して摺動させる。

本実施形態は、以下の利点を有する。
・ 本実施形態に係る研磨用組成物は、研磨用組成物の研磨能力の向上に寄与するアルドース誘導体を含有している。そのため、本実施形態に係る研磨用組成物は、従来の研磨用組成物と比べて高い研磨能力を有しており、研磨対象物、特に酸化物単結晶基板を迅速に研磨することができる。従って、本実施形態に係る研磨用組成物は、酸化物単結晶基板を研磨する用途において特に有用である。

・ アルドース誘導体は、研磨用組成物の分散安定性の向上にも寄与するので、本実施形態に係る研磨用組成物は、従来の研磨用組成物と比べて高い分散安定性を有する。すなわち、研磨材を高濃度に含有する場合であっても、研磨用組成物中の研磨材がゲル化又は固化する虞が少ない。

前記実施形態は以下のように変更されてもよい。

・ 前記実施形態に係る研磨用組成物は、ｐＨ調整剤、防カビ剤、界面活性剤等をさらに含有してもよい。ｐＨ調整剤は、硫酸や塩酸、硝酸、炭酸などの無機酸、又は酢酸やシュウ酸などの有機酸であってもよいし、無機酸又は有機酸の塩であってもよい。あるいはｐＨ調整剤は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニア、水酸化テトラメチルアンモニウムなどのアルカリ化合物であってもよい。防カビ剤は窒素及び硫黄を含有する有機系防カビ剤であることが好ましい。研磨用組成物中の防カビ剤の含有量は、好ましくは０．００１〜１．０質量％、より好ましくは０．０１〜０．１質量％である。界面活性剤は、例えば、アニオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤、及びフッ素系界面活性剤のいずれであってもよい。界面活性剤は、研磨用組成物中の研磨材の分散性を向上させる作用を有する。

・ 前記実施形態に係る研磨用組成物は原液を水で希釈することによって調製されてもよい。
次に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。

実施例１〜１１においては、研磨材、アルドース誘導体、及び水を混合し、必要に応じてｐＨ調整剤をさらに加えて研磨用組成物を調製した。比較例１〜２０においては、研磨材及び水を混合し、必要に応じてアルドース誘導体に代わる添加剤やｐＨ調整剤をさらに混合して研磨用組成物を調製した。実施例１〜１１及び比較例１〜２０に係る研磨用組成物中の研磨材、アルドース誘導体、及びアルドース誘導体に代わる添加剤の種類及び含有量は表１及び表２に示すとおりである。また各研磨用組成物のｐＨも表１及び表２に示すとおりである。なお、表１及び表２には示さないが、実施例４に係る研磨用組成物にはｐＨ調整剤として炭酸ナトリウムが添加されており、比較例１８及び比較例１９に係る研磨用組成物には同じくｐＨ調整剤として水酸化ナトリウムが添加されている。

実施例１〜１１及び比較例１〜２０に係る研磨用組成物を用いて表３に示す研磨条件で酸化物単結晶基板を研磨した。このとき、研磨前後の基板の厚みの差、すなわち研磨による基板の厚み減少量をダイヤルゲージで測定した。その結果を表１及び表２の“研磨速度”欄に示す。なお、表１及び表２の“研磨速度”欄に示す値は、６つのサンプルで各４点ずつ測定した厚み減少量の平均値である。

６５℃に設定された恒温槽中に各研磨用組成物を保管し、一定期間毎に取り出して研磨用組成物の外観を目視にて観察し、その観察結果に基づいて研磨用組成物の分散安定性を良（○）、可（△）、不良（×）の三段階で評価した。すなわち、７日目までに研磨用組成物にゲル化又は固化が生じた場合には×、７日目から３０日目までの間に研磨用組成物にゲル化又は固化が生じた場合には△、３０日目まで研磨用組成物にゲル化又は固化が生じなかった場合には○と評価した。分散安定性に関する研磨用組成物の評価の結果を表１及び表２の“分散安定性”欄に示す。

表１及び表２の“研磨材”欄において、“コロイダルシリカ”は平均一次粒子径が３５ｎｍであるコロイダルシリカを表す。表２の“アルドース誘導体に代わる添加剤”欄において、“非晶質シリカパウダー”は平均粒子径が１．２μｍである非晶質シリカパウダーを表し、“フュームドシリカ”は平均粒子径が３０ｎｍであるフュームドシリカを表し、“γ−アルミナ”は平均粒子径が２．５μｍであるγ−アルミナを表す。なお、コロイダルシリカの平均一次粒子径は、ＢＥＴ法により測定される比表面積から求め、非晶質シリカパウダー、フュームドシリカ及びγ−アルミナの平均粒子径は、COULTER社製のCoulter Multisizer IIを用いて測定した。

表１及び表２に示す結果を以下にまとめる。
・ 実施例１〜１１に係る研磨用組成物の使用時に測定される研磨速度（基板の厚み減少量）は、比較例１〜２０に係る研磨用組成物の使用時に測定される研磨速度に比べて概ね大きい。この結果は、実施例１〜１１に係る研磨用組成物が高い研磨能力を有することを示唆するものである。

・ アルドース誘導体を３．０質量％含有する実施例３及び７に係る研磨用組成物は、アルドース誘導体の含有量が３．０質量％未満である他の実施例に係る研磨用組成物に比べて分散安定性に関する評価が低い。この結果は、研磨用組成物中のアルドース誘導体の含有量を３．０質量％未満に設定することによって、研磨用組成物の分散安定性が向上することを示唆するものである。

・ 実施例１〜１１に係る研磨用組成物の使用時に測定される研磨速度は、アルドース誘導体と同様にキレート性を有するエチレンジアミンテトラ酢酸二ナトリウム塩又はエチレンジアミンテトラ酢酸四ナトリウム塩を含有する比較例３及び比較例４に係る研磨用組成物の使用時に測定される研磨速度に比べて大きい。このことから、同じキレート性化合物であってもアルドース誘導体はエチレンジアミンテトラ酢酸二ナトリウム塩及びエチレンジアミンテトラ酢酸四ナトリウム塩に比べて研磨用組成物の研磨能力を向上させる効果が大きいことが分かる。

・ また、実施例１〜１１に係る研磨用組成物の使用時に測定される研磨速度は、同じくキレート性を有するジカルボン酸又はトリカルボン酸のアルカリ塩を含有する比較例５〜８に係る研磨用組成物や、同じくキレート性を有するアミノ酸を含む比較例９及び比較例１０に係る研磨用組成物の使用時に測定される研磨速度に比べても大きい。このことから、同じキレート性化合物であってもアルドース誘導体はジカルボン酸又はトリカルボン酸のアルカリ塩やアミノ酸に比べて研磨用組成物の研磨能力を向上させる効果が大きいことが分かる。

・ 炭酸のアルカリ塩を含有する比較例１１〜１３に係る研磨用組成物は、分散安定性が悪くて実用に適さない。
・ 実施例１〜１１に係る研磨用組成物の使用時に測定される研磨速度は、アルドース誘導体の一種であるグルコン酸の末端カルボキシ基がヒドロキシメチル基で置換されているソルビトール（別名Ｄ−グルシトール）を含有する比較例１４に係る研磨用組成物の使用時に測定される研磨速度に比べて大きい。このことから、アルドース誘導体の末端カルボキシ基が研磨用組成物の研磨能力の向上にとって重要であることが推測される。

・ アルドース誘導体の代わりに、非晶質シリカパウダーやフュームドシリカ、γ−アルミナなどの研磨材を添加しても、比較例１６〜２０から明らかなように、研磨速度は大して向上しない。

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。
・ 研磨用組成物中のアルドース誘導体の含有量は３．０質量％未満である前記研磨用組成物。

・ 前記研磨用組成物を用いて半製品を研磨する工程を経て得られる研磨製品。
・ 前記研磨用組成物を用いて酸化物単結晶基板としてタンタル酸リチウムウエハ又はニオブ酸リチウムウエハの半製品を研磨する工程を経て得られる酸化物単結晶基板。

Claims (2)

1. タンタル酸リチウムウエハ又はニオブ酸リチウムウエハを研磨する用途に用いられる研磨用組成物であって、
   研磨材としてコロイダルシリカと、
   グルコン酸のナトリウム塩及びグルコン酸のカリウム塩から選ばれる少なくとも一種と、
   水と
   を含有する研磨用組成物。
2. 請求項１に記載の研磨用組成物を用いて研磨対象物としてタンタル酸リチウムウエハ又はニオブ酸リチウムウエハを研磨する研磨方法。