JP6200979B2 - 研磨用組成物及びそれを用いた基板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の目的は、結晶性の金属化合物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おいて、研磨対象物の表面欠陥を抑制することができる研磨用組成物及びそれを用いた基板の製造方法を提供することにある。
前記表面吸着剤及び砥粒は、前記砥粒を前記研磨用組成物中の含有量と同量含有する懸濁液に前記表面吸着剤を前記研磨用組成物中の含有量と同量添加した場合、該表面吸着剤が前記砥粒に対し、前記懸濁液中の表面吸着剤の全添加量の5質量%以上吸着する関係が成り立つように選択されてもよい。
前記表面吸着剤は、前記研磨対象物を構成する金属化合物を前記研磨用組成物中の砥粒と同量含有する懸濁液に前記表面吸着剤を前記研磨用組成物中の含有量と同量添加した場合、該表面吸着剤が前記金属化合物に対し、前記懸濁液中の表面吸着剤の全添加量の5質量%以上吸着する関係が成り立つように選択されてもよい。
前記研磨対象物は、サファイア基板であることが好ましい。前記砥粒は、コロイダルシリカであることが好ましい。前記表面吸着剤は、ポリビニルアルコールであることが好ましい。
本実施形態の研磨用組成物は、少なくとも表面吸着剤、砥粒及び水を含有する。この研磨用組成物の研磨対象物は、結晶性の金属化合物であり、パーティクルの付着のしにくさから研磨対象物の表面が親水性を有するものが好ましく、不純物が少ない観点から単結晶材料からなるものがより好ましい。研磨対象物としてより具体的には、酸化アルミニウム及び酸化ジルコニウムが挙げられる。その他参考例として、酸化ケイ素、及び酸化ガリウムなどの酸化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、及び窒化ガリウムなどの窒化物、並びに炭化ケイ素などの炭化物などのセラミックスが挙げられる。中でも、酸化や錯化、エッチングといった化学的作用に対して安定な材料からなる研磨対象物を研磨する用途であって、酸化アルミニウム、特にサファイアを研磨する用途で研磨用組成物が使用されることが好ましい。尚、酸化ケイ素は、形態は特に問われず、石英、ガラス等であってもよい。研磨用組成物が適用される研磨対象物の用途は、特に限定されず、例えば、光学デバイス用材料、パワーデバイス用材料及び化合物半導体などが挙げられる。研磨対象物の形態は、特に限定されず、基板、膜又はその他の成型部材などが挙げられる。
本実施形態の研磨用組成物は、上述したように、表面吸着剤が砥粒の表面又は研磨対象物の表面に対し吸着性を示し、表面吸着剤を研磨用組成物に添加した場合、添加していない研磨用組成物に比べて研磨対象物の表面欠陥を低減する作用を示す。また、研磨用組成物を用いて研磨対象物の表面欠陥を抑制しながら高い研磨速度で研磨するためには、研磨用組成物中に含まれる表面吸着剤の砥粒に対する吸着性又は表面吸着剤の研磨対象物に対する吸着性が所定の吸着率を示す関係が成り立つように選択される。好ましくは、研磨用組成物に含有される表面吸着剤及び砥粒との関係は、砥粒が研磨用組成物中における含有量と同量含有される懸濁液に表面吸着剤を研磨用組成物中における表面吸着剤の含有量と同量添加した場合、該表面吸着剤が砥粒に対し、全添加量の15質量%以上吸着するものが選択される。さらに好ましくは研磨対象物と表面吸着剤との関係は、研磨対象物を構成する金属化合物が研磨用組成物中の砥粒の含有量と同量含有される懸濁液に表面吸着剤を研磨用組成物中における表面吸着剤の含有量と同量添加した場合、該表面吸着剤の金属化合物に対する吸着量が、表面吸着剤の砥粒に対する吸着量未満の関係が成り立つように選択される。それにより、研磨対象物を高い研磨速度で研磨することができるのに加えて、研磨対象物の表面欠陥を抑制することができる。
上記のように得られた研磨用組成物を用いて、結晶性の金属化合物からなる基板の表面を研磨するときには、例えば基板の表面に研磨用組成物を供給しながら、同表面に研磨パッドを押し付けて基板及び研磨パッドを回転させる。このとき、研磨パッドと基板表面との間の摩擦による物理的作用によって基板の表面は研磨される。また、砥粒と基板表面との間の摩擦による物理的作用によっても基板の表面は研磨される。
(1)研磨用組成物は、砥粒及び水を含有し、結晶性の金属化合物からなる研磨対象物を研磨する用途で使用され、さらに表面吸着剤を含有し、該表面吸着剤を含有しない研磨用組成物に比べて表面欠陥を低減する。従って、研磨対象物の表面欠陥を抑制することができる。
なお、前記実施形態を次のように変更されてもよい。
・前記研磨用組成物は、製造時及び販売時には濃縮された状態であってもよい。すなわち、前記研磨用組成物は、研磨用組成物の原液の形態で製造及び販売してもよい。
・前記研磨用組成物に含有される各成分は製造の直前にフィルタによりろ過処理されたものであってもよい。また、前記研磨用組成物は、使用の直前にフィルタによりろ過処理して使用されるものであってもよい。ろ過処理が施されることによって、研磨用組成物中の粗大異物が取り除かれて品質が向上する。
・前記研磨用組成物を用いて基板を研磨するに際して、一度研磨に使用された研磨用組成物を回収して、基板の研磨に再び使用してもよい。研磨用組成物を再使用する方法としては、例えば、研磨装置から排出された研磨用組成物をタンク内に回収し、再度研磨装置内へ循環させて使用する方法が挙げられる。研磨用組成物を再使用することは、廃液として排出される研磨用組成物の量が減ることにより環境負荷が低減できる点、及び使用する研磨用組成物の量が減ることにより基板の研磨にかかる製造コストを抑制できる点において有用である。なお、研磨用組成物を再使用する場合には、研磨により消費・損失された表面吸着剤等の各成分の一部又は全部を、組成物調整剤として添加することが好ましい。
(イ)結晶性の金属化合物からなる研磨対象物を研磨する用途で使用され、添加剤として表面吸着剤、砥粒、及び水を含有する研磨用組成物の添加剤選択方法であって、
前記砥粒を前記研磨用組成物中の含有量と同量含有する懸濁液に前記表面吸着剤を前記研磨用組成物中の含有量と同量添加した場合、該表面吸着剤が前記砥粒に対し、全添加量の15質量%以上吸着し、且つ、
前記研磨対象物を構成する金属化合物を前記研磨用組成物中の砥粒と同量含有する懸濁液に前記表面吸着剤を前記研磨用組成物と同量添加した場合、該表面吸着剤の前記金属化合物に対する吸着量が、前記表面吸着剤の砥粒に対する吸着量未満の関係が成り立つように選択される研磨用組成物の添加剤選択方法。
前記表面吸着剤及び砥粒は、
前記砥粒を前記研磨用組成物中の含有量と同量含有する懸濁液に前記表面吸着剤を前記研磨用組成物中の含有量と同量添加した場合、該表面吸着剤が前記砥粒に対し、全添加量の15質量%以上吸着し、且つ、
前記研磨対象物を構成する金属化合物を前記研磨用組成物中の砥粒と同量含有する懸濁液に前記表面吸着剤を前記研磨用組成物と同量添加した場合、該表面吸着剤の前記金属化合物に対する吸着量が、前記表面吸着剤の砥粒に対する吸着量未満の関係が成り立つように選択される研磨面のオレンジピール状の微少凹部低減方法。
(試験例1:砥粒及び研磨対象物を構成する材料への表面吸着剤の吸着性試験)
砥粒及び研磨対象物を構成する材料に対する各種表面吸着剤の吸着性について試験した。砥粒としてシリカ及び研磨対象物としてアルミナを使用する場合、各構成材料に対し、表1に示される実施例1〜6及び比較例1の各表面吸着剤の吸着量を測定した。
まず、シリカ(平均一次粒子径80nm)2.5g、表1に示される各種表面吸着剤を1.6質量%含有する水溶液(硝酸及び水酸化カリウムによりpH7に調整)を10g、及び水を37.5g添加することにより、吸着量測定用の混合液(懸濁液)を調製した。混合液中のシリカの濃度は5質量%、及び表面吸着剤は0.032質量%である。かかる混合液を室温(24℃)で20時間振とう後、遠心分離(26000rpm、60分)をしてシリカを沈殿させた。次に、上澄み液中の全有機炭素(TOC)をTOC測定器(島津製作所:TOC−5000A)を用いて測定し、上澄み液中に残存する表面吸着剤の量を求めた。表面吸着剤の全添加量に対する上澄み液中に残存する表面吸着剤の量により、最終的なシリカへの表面吸着剤の吸着量を求めた。結果を表1及び図1に示す。
同様に、上記シリカ2.5gの代わりにアルミナ(平均一次粒子径400nm)2.5gを使用して、吸着性試験1と同様に、表面吸着剤の全添加量に対する上澄み液中に残存する表面吸着剤の量により、最終的なアルミナへの表面吸着剤の吸着量を求めた。尚、混合液振とう後、遠心分離は、3000rpm、60分の条件にて行った。結果を表1及び図1に示す。
次に、表1の各実施例及び比較例において用いた表面吸着剤及び砥粒としてシリカを用い、研磨対象物としてアルミナ(サファイア基板)に対して研磨処理を行った場合の研磨速度及び表面欠陥(オレンジピール)について評価した。
研磨機:宇田川鐵工株式会社製のレンズ研磨機
研磨パッド:ニッタ・ハース社製の不織布パッドSUBA800(溝なし)
研磨荷重:300g/cm2(29.4kPa)
底盤回転数:130rpm
研磨用組成物の供給速度:20mL/分(かけ流し)
研磨時間:10分
表1,図2に示されるように、表面吸着剤が砥粒又は研磨対象物に対し、吸着性を示す場合(例えば、全添加量の5質量%以上)、研磨対象物の表面欠陥を抑制することができることが確認された。また、表面吸着剤が砥粒に対し、全添加量の15質量%以上吸着する場合に、研磨対象物を高い研磨速度で研磨することができるのに加えて、研磨対象物の表面欠陥を抑制することができることが確認された。さらに、表面吸着剤の研磨対象物を構成する金属化合物に対する吸着量が、表面吸着剤の砥粒に対する吸着量未満の関係が成り立つ場合に、研磨対象物をより高い研磨速度で研磨することができる傾向にあることが確認された。
Claims (9)
- 砥粒として酸化ケイ素(但し、4価の金属水酸化物又は炭化ケイ素と併用する場合を除く)及び水を含有し、酸化アルミニウムを含む研磨対象物(導電性金属膜を有する研磨対象物、青色レーザ用LEDサファイア基板を除く)を研磨する用途で使用される研磨用組成物であって、
前記研磨用組成物は、さらに表面吸着剤を含有し、該表面吸着剤を含有しない研磨用組成物に比べて表面欠陥を低減する研磨用組成物。 - 前記表面吸着剤は、ビニル系ポリマー、及びポリアルキレンオキサイドから選ばれる少なくとも一種である請求項1に記載の研磨用組成物。
- 前記表面吸着剤の重量平均分子量は、500以上である請求項1又は2に記載の研磨用組成物。
- 前記表面吸着剤及び砥粒は、
前記砥粒を前記研磨用組成物中の含有量と同量含有する懸濁液に前記表面吸着剤を前記研磨用組成物中の含有量と同量添加した場合、該表面吸着剤が前記砥粒に対し、前記懸濁液中の表面吸着剤の全添加量の5質量%以上吸着する関係が成り立つように選択される請求項1〜3のいずれか1項に記載の研磨用組成物。 - 前記表面吸着剤は、前記研磨対象物を構成する金属化合物を前記研磨用組成物中の砥粒と同量含有する懸濁液に前記表面吸着剤を前記研磨用組成物中の含有量と同量添加した場合、該表面吸着剤が前記金属化合物に対し、前記懸濁液中の表面吸着剤の全添加量の5質量%以上吸着する関係が成り立つように選択される請求項1〜4のいずれか1項に記載の研磨用組成物。
- 前記研磨対象物は、サファイア基板である請求項1〜5のいずれか1項に記載の研磨用組成物。
- 前記砥粒は、コロイダルシリカである請求項1〜6のいずれか1項に記載の研磨用組成物。
- 前記表面吸着剤は、ポリビニルアルコールである請求項1〜7のいずれか一項に記載の研磨用組成物。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の研磨用組成物を用いて、酸化アルミニウムの基板(導電性金属膜を有する研磨対象物、青色レーザ用LEDサファイア基板を除く)を研磨する基板の製造方法。
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