JP7384725B2

JP7384725B2 - 研磨剤組成物

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Publication number: JP7384725B2
Application number: JP2020053678A
Authority: JP
Inventors: 彰裕川原; 健治内藤
Original assignee: Yamaguchi Seiken Kogyo Co Ltd
Current assignee: Yamaguchi Seiken Kogyo Co Ltd
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2023-11-21
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Description

本発明は、研磨剤組成物に関する。更に詳しくは、酸化物単結晶であるタンタル酸リチウム単結晶材料やニオブ酸リチウム単結晶材料を被研磨物とする精密研磨加工に用いられる研磨剤組成物に関する。

従来、テレビの中間周波数フィルタや共振器等のエレクトロニクス部品として、圧電体における圧電効果により発生する表面弾性波（ＳＡＷ）を利用した表面弾性波デバイスが広く用いられている。このような表面弾性波デバイスを構成する圧電体素子の材料として、圧電体セラミックス、圧電体薄膜等の各種の圧電性物質の採用が検討されている。特に、近年においては、硬脆材料が優れた特性を有していることから、タンタル酸リチウム単結晶材料やニオブ酸リチウム単結晶材料（以下、「酸化物単結晶材料」と称す。）が広く採用されている。

種々の表面弾性波デバイスの表面には、鏡面を得るためにポリッシング加工が通常施される。ここで、酸化物単結晶材料は、硬度が高く、かつ、化学的に極めて安定な材料であり、研磨速度が遅くなることが知られている。そのため、従来の酸化物単結晶材料の研磨は、工業的には研磨液の供給及び回収を繰り返す循環供給方式が一般的に採用されている。しかしながら、所望の厚さになるまで研磨を行おうとすると、例えば、１０時間近い研磨時間が必要となることもあり、製品の生産性や生産効率の点で問題となることがあった。

更に、上記の酸化物単結晶材料を被研磨物として研磨する際に、「キュッキュ」といった独特の摩擦音を発生する所謂“キャリア鳴き”と呼ばれる微細振動を起こしやすいことが知られている。このような微細振動を発生する現象は、酸化物単結晶材料の圧電材料としての特性に起因すると考えられている。そして、かかる微細振動を生じた結果、被研磨物が規定の研磨位置から移動したり、或いは割れたりする等の不具合を生じることがあった。したがって、研磨時における微細振動の抑制が重要な課題となっている。

シリコンウエハの研磨に使用されるコロイダルシリカを主成分として含む研磨剤がタンタル酸リチウム単結晶材料等の酸化物結晶材料の研磨にも採用されている。かかるコロイダルシリカ成分を含有する研磨剤は、表面及び内面に欠陥を生じることなく、研磨面の精度を高度に達成することができる優れた特徴を有する。しかしながら、その一方で、研磨条件等によって、上述したキャリア鳴きと呼ばれる被研磨物の微細振動が発生することがあった。

一方、酸化物単結晶材料の研磨速度の向上を目的として、硬脆材料用の精密研磨剤としてＢＥＴ比表面積が１０～６０ｍ^２／ｇ、２次粒子の平均粒子径が０．５～５μｍの沈降法微粒子シリカのみを固形成分として含んだ水系スラリー分散液が提案されている（例えば、特許文献１参照）。更に、同じく硬脆材料用の研磨剤として、コロイダルシリカの分散安定性の向上を目的として、グルコン酸ナトリウム等の添加剤を加えることで、研磨速度を向上させるものが既に提案されている（例えば、特許文献２参照）。

この他に、タンタル酸リチウム単結晶材料やニオブ酸リチウム単結晶材料で構成された基板のための基板用研磨剤（例えば、特許文献３参照）や、タンタル酸リチウム単結晶材料等の研磨の際に、キャリア鳴きを抑制する目的で多糖類を研磨剤に添加することが既に提案されている（例えば、特許文献４参照）。

特開平５－１２７９号公報特開２００６－１５０４８２号公報特開２００２－１８４７２６号公報特開２０１５－２２７４１０号公報

しかしながら、上述した特許文献１及び特許文献２に示された研磨剤は、圧電材料の研磨におけるキャリア鳴きと呼ばれる微細振動の抑制については何ら開示も示唆もされていない。

一方、特許文献３に開示された硬脆材料で構成された基板用の研磨剤の場合、研磨速度が高く、かつ研磨面等の外観を良好に研磨することを主たる目的とするものである。そのため、γ－アルミナ及びシリカを成分として含み、加えて潤滑剤及び分散助剤を多く含んでいる。ここで、γ－アルミナのようなアルミナ成分及びシリカ成分を含むと沈降が生じやすくなり、上述した循環供給方式の研磨には不向きであることが知られている。

更に、潤滑剤及び分散助剤を多く含むと研磨剤自体の粘度が高くなり、種々の問題が生じやすくなる。また、特許文献３には、キャリア鳴きについても開示も示唆もなされていない。

一方、特許文献４には、タンタル酸リチウム単結晶材料等の酸化物単結晶材料の研磨において、キャリア鳴きを抑制する目的で、多糖類を研磨剤中に添加することが提案されている。しかしながら、研磨速度の向上の点においては不十分であることが知られており、より一層の改善や改良する必要があることが認められている。

そこで、タンタル酸リチウム単結晶材料またはニオブ酸リチウム単結晶材料の酸化物単結晶材料を被研磨物とする研磨加工において、研磨速度の向上を図るとともに、研磨速度が高くなるに連れて発生するキャリア鳴き（微細振動）を抑制し、研磨位置のずれや割れなどの不具合を生じることなく、安定した研磨を行うものが求められている。

上記実情に鑑み、本発明は、酸化物単結晶材料（基板）の研磨において、研磨時におけるキャリア鳴きを抑制するとともに、研磨後の研磨表面の平坦性の向上及び研磨速度の向上を図ることが可能な研磨剤組成物の提供を課題とする。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく、鋭意検討した結果、平均粒子径の異なる二種類のシリカ粒子と水溶性高分子化合物と水とを含有し、水溶性高分子化合物が多糖類であることを特徴とする研磨剤組成物を使用することにより、タンタル酸リチウム単結晶材料またはニオブ酸リチウム単結晶材料の酸化物単結晶基板の研磨において、被研磨物のキャリア鳴きと呼ばれる微細振動を抑制し、研磨速度を向上させ、研磨後の基板の平坦性を向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明によれば、以下に示す研磨剤組成物が提供される。

［１］シリカ粒子、水溶性高分子化合物、及び水を含有し、前記シリカ粒子は、平均粒子径が１０～６０ｎｍの小粒径シリカ粒子と、平均粒子径が７０～２００ｎｍの大粒径シリカ粒子とを含み、前記小粒径シリカ粒子及び前記大粒径シリカ粒子の合計質量に対する前記小粒径シリカ粒子の質量の割合が５０～９５質量％であり、前記水溶性高分子化合物は、多糖類で構成され、タンタル酸リチウム単結晶材料またはニオブ酸リチウム単結晶材料を研磨加工するための研磨剤組成物。

［２］無機酸及び／またはその塩、有機酸及び／またはその塩、及び、塩基性化合物の少なくとも一種類を更に含有する前記［１］に記載の研磨剤組成物。

［３］前記有機酸及び／またはその塩は、キレート性化合物である前記［２］に記載の研磨剤組成物。

「４」前記多糖類は、アルギン酸、アルギン酸エステル、ペクチン酸、寒天、キサンタンガム、及びキトサンよりなる群から選択される少なくも一種類である前記［１］～［３］のいずれかに記載の研磨剤組成物。

平均粒子径の異なる二種類のシリカ粒子と、水溶性高分子化合物と、水とを含み、水溶性高分子化合物が多糖類であることを特徴とする研磨剤組成物を用い、タンタル酸リチウム単結晶材料またはニオブ酸リチウム単結晶材料の研磨を行うことにより、平坦性の向上、研磨速度の向上、及びキャリア鳴きの抑制を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。

１．研磨剤組成物
本発明の一実施形態の研磨剤組成物は、シリカ粒子、水溶性高分子化合物、及び水を含有し、当該シリカ粒子は、平均粒子径の異なる小粒径シリカ粒子及び大粒径シリカ粒子をそれぞれ規定の割合で含み、当該水溶性高分子化合物は、多糖類であり、タンタル酸リチウム単結晶材料またはニオブ酸リチウム単結晶材料を研磨加工するためのものである。

１．１シリカ粒子
本実施形態の研磨剤組成物において用いられるシリカ粒子は、コロイダルシリカ、湿式法シリカ（沈降法シリカ、ゲル法シリカ等）、ヒュームドシリカ等を例示することができ、特に、コロイダルシリカを用いることが好適である。コロイダルシリカは、ケイ酸ナトリウム等のアルカリ金属ケイ酸塩を無機酸と反応させて製造される水ガラス法、テトラエトキシシラン等のアルコキシシランを酸またはアルカリで加水分解する方法、金属ケイ素と水とをアルカリ触媒の存在下で反応させる方法等がある。このうち、製造コストの点において水ガラス法を好適に用いることができる。

シリカ粒子は、平均粒子径が１０～６０ｎｍの小粒径シリカ粒子と、平均粒子径が７０～２００ｎｍの大粒径シリカ粒子とを含有し、小粒径シリカ粒子及び大粒径シリカ粒子の合計質量に対する小粒径シリカ粒子の占める割合（＝小粒径シリカ粒子の質量／（小粒径シリカ粒子の質量＋大粒径シリカ粒子の質量）×１００）が５０～９５質量％の範囲である。かかる小粒径シリカ粒子の占める割合は、好ましくは５５～９０質量％の範囲であり、更に好ましくは６０～８５質量％の範囲である。

更に、小粒径シリカ粒子の平均粒子径は、好ましくは１５～５５ｎｍの範囲であり、一方、大粒径シリカ粒子の平均粒子径は、好ましくは７５～１５０ｎｍの範囲である。

更に、小粒径シリカ粒子、大粒径シリカ粒子、及びその他シリカ粒子を含む全シリカ粒子の平均粒子径は、１０～１５０ｎｍの範囲とすることができる。好ましくは２０～１２０ｎｍの範囲とすることができる。ここで、全シリカ粒子の平均粒子径を１０ｎｍ以上とすることで、研磨加工時における“キャリア鳴き”の発生を抑制する効果が期待される。

更に、全シリカ粒子の平均粒子径を１５０ｎｍ以下とすることで、研磨加工時における“研磨速度”の向上を期待することができる。ここで、上記における各シリカ粒子の平均粒子径は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察結果に基づいて解析し、算出されたものである。なお、全シリカ粒子の合計質量に占める小粒径シリカ粒子及び大粒径シリカ粒子の合計質量の割合は、８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上とすることができる。

また、研磨剤組成物中における全シリカ粒子の濃度は、５～５０質量％の範囲であることが好ましく、１０～４０質量％の範囲であることがより好ましい。全シリカ粒子の濃度を５質量％以上とすることにより、シリカ粒子による研磨効果、特に優れた面質を得ることができる。一方、５０質量％以下とすることにより、経済性の面で有利となるとともに、シリカ粒子以外の研磨材やその他の配合剤を配合することによる凝集やゲル化等の問題が生じ難くなる。

１．２水溶性高分子化合物
本実施形態の研磨剤組成物における水溶性高分子化合物は、多糖類が用いられる。すなわち、アルギン酸、アルギン酸エステル、ペクチン酸、カルボキシルメチルセルロース、寒天、キサンタンガム、キトサンメチルセルロール、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどを多糖類として例示することができる。なお、これらの水溶性高分子化合物は、単独または二種類以上を組み合わせて使用することが可能である。

水溶性高分子化合物は、タンタル酸リチウム結晶材料やニオブ酸リチウム結晶材料によって形成された酸化物単結晶材料の基板の基板表面に吸着しやすい性状を備えると考えられる。そのため、当該基板表面に上記の多糖類で構成された水溶性高分子化合物が接触し、吸着されることによって、基板と砥粒若しくは研磨パッドとの間に水溶性高分子化合物が介在することとなり、基板及び砥粒等の間で生じる必要以上の摩擦が抑えられる利点を有している。すなわち、これらの必要以上の摩擦が抑えられることで、スムーズな研磨が実行可能となり、既に説明したキャリア鳴きと呼ばれる微細振動を抑制することが期待される。特に、上述した多糖類は、基板表面に吸着する際に適度な立体的な嵩高さを有するため、優れた摩擦の低減効果とともに、キャリア鳴きを解消することができる。

水溶性高分子化合物の含有量は、０．０００１～１．０質量％の範囲であることが好ましく、０．００１～０．５質量％の範囲がより好ましく、０．００３～０．３質量％の範囲が更に好ましい。水溶性高分子化合物の含有量を０．０００１質量％以上とすることにより、研磨加工時のキャリア鳴きの抑制が期待される。一方、１．０質量％以下とすることにより、高粘度化による流動性の低下を抑えることができ、作業性を向上させることができる。

１．３その他の添加剤
本実施形態の研磨剤組成物は、ｐＨ調整のために、無機酸及び／またはその塩、有機酸及び／またはその塩、及び、塩基性化合物の少なくとも一種類を更に含有することができる。また、有機酸及び／またはその塩としては、キレート性化合物の使用が好適である。

更に具体的に説明すると、無機酸としては、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸、ピロリン酸、及びトリポリリン酸等を例示することができ、これらの塩も使用することが可能である。例えば、塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩、及びアンモニウム塩等の使用が好適である。

有機酸としては、ギ酸、酢酸、及びプロピオン酸等のモノカルボン酸、リンゴ酸、マロン酸、マレイン酸、及び酒石酸等のジカルボン酸、クエン酸等のトリカルボン酸、グリシン等のアミノカルボン酸、エチレンジアミン四酢酸等のポリアミノカルボン酸系化合物等を例示することができ、これらの塩も使用することが可能である。例えば、塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩、及びアンモニウム塩等の使用が好適である。

塩基性化合物としては、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物、水酸化カルシウム及び水酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属水酸化物、アンモニア水、及び有機アミン類等を例示することできる。

更に、本実施形態の研磨剤組成物中における無機酸及び／またはその塩、有機酸及び／またはその塩、及び、塩基性化合物の含有量は、０．０５～４質量％の範囲が好ましく、より好ましくは０．１～３質量％の範囲であり、更に好ましくは０．２～２質量％の範囲である。

有機酸及び／またはその塩としては、前述したようにキレート性化合物を使用することが好適であり、ジカルボン酸、トリカルボン酸、アミノカルボン酸、及びポリアミノカルボン酸系化合物等が例示される。更に、ポリアミノカルボン酸系化合物について具体的に示すと、エチレンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸、ニトリロ三酢酸等、及びこれらのアンモニウム塩、アミン塩、ナトリウム塩、及びカリウム塩等が挙げられる。

有機酸及び／またはその塩として、キレート性化合物を用いると、更に研磨速度を向上させることができ、研磨加工時におけるキャリア鳴きの発生を抑制する効果を有している。

本実施形態の研磨剤組成物において、ｐＨ値（２５℃）を７～１１の範囲に調整したものが好ましい。ｐＨ値（２５℃）が７～１１の範囲に調整されると、シリカ粒子の電荷が負に大きくなる傾向が知られている。そのため、シリカ粒子間において働く電気的な反発力が大きくなり、それぞれのシリカ粒子に効果的に作用することで研磨材粒子が均等に分散されるようになる。

これに対し、ｐＨ値（２５℃）が７未満、特に５～６付近となる場合は、シリカ粒子間の電荷のバランスが崩れ、シリカ粒子の凝集やゲル化が発生しやすくなる。また、ｐＨ値（２５℃）が１１を超える場合、徐々にシリカ粒子の表面が溶解し、研磨剤組成物としての作用効果を発揮することができなくなるおそれがある。

２．研磨方法
本実施形態の研磨剤組成物を用いて、タンタル酸リチウム単結晶材料またはニオブ酸リチウム単結晶材料からなる基板に対して研磨加工を施す際には、従来から周知の種々の研磨手法を適宜選択することができる。例えば、所定量の研磨剤組成物を研磨機に設けられた供給容器に投入する。その後、供給容器からノズルやチューブを介して、研磨機の定盤上に貼付された研磨パッドに対して当該研磨剤組成物を滴下して供給しつつ、被研磨物（タンタル酸リチウム単結晶材料等）の研磨面を研磨パッド面に押圧し、定盤を所定の回転速度にて回転させることにより、被研磨物の表面を研磨する。

ここで、研磨パッドとしては、従来から周知の不織布、発泡ポリウレタン、多孔質樹脂、及び非多孔質樹脂等からなるものを適宜選択して使用することができる。更に、研磨パッドへの研磨剤組成物の供給を促進し、或いは研磨パッドに当該研磨剤組成物が一定量留まるようにするために、研磨パッドの表面に格子状、同心円状、または螺旋状等の溝加工が施されているものであってもよい。

以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、本発明には、以下の実施例の他にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えることができる。

（研磨剤組成物の調製）
下記表１または表２の配合割合になるように、以下に示す方法で、実施例１～１５及び比較例１～６の研磨剤組成物の調製を行った。なお、比較例１及び比較例４は、水溶性高分子化合物を含まない研磨剤組成物である。

（実施例１）
市販のアルカリ性コロイダルシリカＡ（平均粒子径２０ｎｍ、固形分濃度５０質量％）と、アルカリ性コロイダルシリカＢ（平均粒子径１００ｎｍ、固形分濃度５０質量％）を７：３の質量比で固形分として３００ｇ、これにアルギン酸プロピレングリコールエステル０．２ｇを加えた。更に研磨剤組成物のｐＨ値（２５℃）を８．５に調整するための必要量のリン酸が添加された酸性水溶液４００ｇを加え、攪拌することにより、実施例１の研磨剤組成物１ｋｇを得た。

（実施例２）
上記実施例１において、リン酸をマロン酸に変更することにより、実施例２の研磨剤組成物１ｋｇを得た。

（実施例３）
上記実施例１において、リン酸をクエン酸に変更することにより、実施例３の研磨剤組成物１ｋｇを得た。

（実施例４）
上記実施例１において、アルギン酸プロピレングリコールエステルをキサンタンガムに変更することにより、実施例４の研磨剤組成物１ｋｇを得た。

（実施例５）
上記実施例４において、リン酸をマロン酸に変更することにより実施例５の研磨剤組成物１ｋｇを得た。

（実施例６）
上記実施例４において、リン酸をクエン酸に変更することにより実施例６の研磨剤組成物１ｋｇを得た。

（実施例７）
市販のアルカリ性コロイダルシリカＣ（平均粒子径４０ｎｍ、固形分濃度５０質量％）とアルカリ性コロイダルシリカＢ（平均粒子径１００ｎｍ、固形分濃度５０質量％）を８：２の質量比で固形分として３００ｇ、これにアルギン酸プロピレングリコールエステル０．２ｇを加えた。更に研磨剤組成物のｐＨ値（２５℃）を８．５に調整するための必要量のリン酸が添加された酸性水溶液４００ｇを加え、攪拌することにより、実施例７の研磨剤組成物１ｋｇを得た。

（実施例８）
市販のアルカリ性コロイダルシリカＤ（平均粒子径３０ｎｍ、固形分濃度５０質量％）とアルカリ性コロイダルシリカＥ（平均粒子径８０ｎｍ、固形分濃度５０質量％）を７：３の質量比で固形分として３００ｇ、これにアルギン酸プロピレングリコールエステル０．２ｇを加えた。更に研磨剤組成物のｐＨ値（２５℃）を８．５に調整するための必要量のリン酸が添加された酸性水溶液４００ｇを加え、攪拌することにより、実施例８の研磨剤組成物１ｋｇを得た。

（実施例９）
市販のアルカリ性コロイダルシリカＤ（平均粒子径３０ｎｍ、固形分濃度５０質量％）とアルカリ性コロイダルシリカＥ（平均粒子径８０ｎｍ、固形分濃度５０質量％）を９：１の質量比で固形分として３００ｇ、これにアルギン酸プロピレングリコールエステル０．２ｇを加えた。更に研磨剤組成物のｐＨ（２５℃）を８．５とするのに必要量のリン酸が添加された酸性水溶液４００ｇを加え、攪拌することにより、実施例９の研磨剤組成物１ｋｇを得た。

（実施例１０～１５）
実施例１０は実施例１と同様に調製し、実施例１１は実施例２と同様に調製し、実施例１２は実施例３と同様に調製し、実施例１３は実施例４と同様に調製し、実施例１４は実施例５と同様に調製し、及び、実施例１５は実施例６と同様に調製し、それぞれの研磨剤組成物１ｋｇを得た。

（比較例１）
上記実施例１において、アルギン酸プロピレングリコールエステルを添加しないこと以外は同様に調製して、比較例１の研磨剤組成物１ｋｇを得た。

（比較例２）
市販のアルカリ性コロイダルシリカＡ（平均粒子径２０ｎｍ、固形分濃度５０質量％）を固形分として３００ｇ、これにアルギン酸プロピレングリコールエステル０．２ｇを加えた。更に研磨剤組成物のｐＨ（２５℃）を８．５に調整するための必要量のリン酸が添加された酸性水溶液４００ｇを加え、攪拌することにより、比較例２の研磨剤組成物１ｋｇ得た。

（比較例３）
市販のアルカリ性コロイダルシリカＢ（平均粒子径１００ｎｍ、固形分濃度５０質量％）を固形分として３００ｇ、これにアルギン酸プロピレングリコールエステル０．２ｇを加えた。更に研磨剤組成物のｐＨ（２５℃）を８．５に調整するための必要量のリン酸が添加された酸性水溶液４００ｇを加え、攪拌することにより、比較例３の研磨剤組成物１ｋｇを得た。

（比較例４～６）
比較例４は比較例１と同様に調製し、比較例５は比較例２と同様に調製し、及び、比較例６は比較例３と同様に調製し、それぞれの研磨剤組成物１ｋｇを得た。

（コロイダルシリカの粒子径）
コロイダルシリカの粒子径（Ｈｅｙｗｏｏｄ径）は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）（日本電子（株）製、透過型電子顕微鏡ＪＥＭ２０００ＦＸ（２００ｋＶ））を用いて倍率１０万倍の視野の写真を撮影し、この写真を解析ソフト（マウンテック（株）製、Ｍａｃ－ＶｉｅｗＶｅｒ．４．０）を用いて解析することによりＨｅｙｗｏｏｄ径（投射面積円相当径）として測定した。コロイダルシリカの平均粒子径は前述の方法で２０００個程度のコロイダルシリカ粒子径を解析し、小粒径側からの積算粒径分布（累積体積基準）が５０％となる粒径を上記解析ソフト（マウンテック（株）製、Ｍａｃ－ＶｉｅｗＶｅｒ．４．０）を用いて算出した平均粒子径（Ｄ５０）である。

（研磨試験）
上記で得られた実施例１～１５及び比較例１～６の各１ｋｇの研磨剤組成物を、それぞれ両面研磨機（ＳＰＥＥＤＦＡＭ社製：６Ｂ－５Ｐ－ＩＩ、ポリッシング定盤直径：４２２ｍｍ）に設けられた研磨剤供給容器に導入した後、この研磨機を用いて、タンタル酸リチウム単結晶材料、またはニオブ酸リチウム単結晶材料からなる基板（直径：７６ｍｍ、厚み０．３ｍｍ）の表面に５時間のポリッシングを行った。

ポリッシングに際して、定盤の回転速度（回転数）は５５ｒｐｍに設定され、研磨圧力は３００ｇ／ｃｍ^２であった。研磨剤組成物は、チューブポンプを用いて、２００ｍｌ／ｍｉｎの供給速度にて、定盤上に貼られた研磨布上に供給されるとともに、あふれ出した研磨剤組成物が容器に戻される、いわゆる循環供給方式によって、繰り返し用いられた。

そして、上述のように基板の表面をポリッシングしつつ、研磨時間が１時間経過するごとに、マイクロメータ（ミツトヨ社製、測定精度：１μｍ）を用いて基板の厚みを測定し、それにより、１時間ごとの研磨速度（μｍ／ｈｒ）を求めた。表１には実施例１～９及び比較例１～３でのタンタル酸リチウム単結晶基板の研磨試験結果を示す。表２には実施例１０～１５及び比較例４～６でのニオブ酸リチウム単結晶基板の研磨試験結果を示す。

（キャリア鳴きの判定）
研磨開始直後より研磨終了までの間において、研磨試験機の回転する定盤やキャリア周辺から発生する音を以下に従って評価し、キャリア鳴きの発生の有無を判定した。
○：研磨時の通常の摺動音が認められる。
△：摺動音ではないキュッキュという摩擦音が認められる。
×：ガリッガリという強い摩擦音が認められる。

（基板の平坦性評価方法）
基板の中心部及び円周部の４点、計５点の厚みをマイクロメータで測定し、基板の平均厚みを計算する。基板の平均厚みと各点の厚み差を以下の基準で分類し、平坦性を評価した。
〇：基板の平均厚みと各点の厚みの差が１％未満である。
△：基板の平均厚みと各点の厚みの差が１～１．５％の範囲である。
×：基板の平均厚みと各点の厚みの差が１．５％以上である。

（研磨速度の評価）
基板がタンタル酸リチウム単結晶基板の場合、水溶性高分子化合物を用いない比較例１の値を基準として、基板がニオブ酸単結晶基板の場合、水溶性高分子化合物を用いない比較例４の値を基準としてそれぞれ評価した。
○：比較例１（または比較例４）よりも研磨速度が大きい（＝研磨速度の向上）。
△：比較例１（または比較例４）と研磨速度が同じ。
×：比較例１（または比較例４）よりも研磨速度が小さい（＝研磨速度の低下）。

（考察）
表１の結果から、タンタル酸リチウム単結晶基板の研磨において、本発明の効果は明らかである。実施例１、４と比較例１の対比から、多糖類の水溶性高分子化合物を添加することにより、研磨速度が向上し、平坦性も向上し、キャリア鳴きも抑制されることがわかる。具体的には、比較例１の研磨速度が２８．６μｍ／ｈｒであるのに対し、実施例１及び実施例４の研磨速度がそれぞれ３１．５μｍ／ｈｒ及び３１．０μｍ／ｈｒであり，研磨速度の向上が認められる。同様に、平坦性の評価も比較例１が“△”であるのに対し、実施例１及び実施例４はいずれも“○”である。キャリア鳴きの評価も比較例１が“×”であるのに対し、実施例１及び実施例４はいずれも“○”であった。

実施例１と比較例２、３との対比から、小粒径シリカ粒子と大粒径シリカ粒子の組み合わせにすることにより、小粒径シリカ粒子単独あるいは大粒径シリカ粒子単独の場合に比べて研磨速度が向上し、平坦性も向上し、キャリア鳴きも抑制されることがわかる。具体的には、比較例２，３の研磨速度がそれぞれ８．３μｍ／ｈｒ及び１６．７μｍ／ｈｒであるのに対し、実施例１の研磨速度は３１．５μｍ／ｈｒである。更に比較例２の平坦性の評価が“×”、キャリア鳴きの評価が“△”であるのに対し、実施例１の平坦性及びキャリア鳴きの評価が“○”であった。

実施例２、３は実施例１に対して、使用する酸を無機酸からキレート性の有機酸に変更した結果であるが、研磨速度が実施例１よりも向上している。同様のことが実施例５、６と実施例４の対比においてもいえる。具体的には、実施例１の研磨速度が３１．５μｍ／ｈｒであるのに対し、実施例２の研磨速度は３２．８μｍ／ｈｒ及び実施例３の研磨速度は３３．２μｍ／ｈｒであり、研磨速度の向上が認められる。同様に、実施例４の研磨速度が３１．０μｍ／ｈｒであるのに対し、実施例５の研磨速度は３１．３μｍ／ｈｒ及び実施例６の研磨速度は３１．９μｍ／ｈｒであり、キレート性の有機酸の使用により研磨速度の向上が認められる。

実施例７～９は、実施例１に対して、小粒径シリカ粒子と大粒径シリカ粒子の平均粒子径、及び小粒径シリカ粒子と大粒径シリカ粒子の割合を変化させた場合の結果である。表１に示されるように、本発明において規定された要件を満たす研磨剤組成物は、研磨速度、平坦性、及びキャリア鳴きのいずれにおいても良好な評価を得ることが確認された。

表２の結果から、ニオブ酸リチウム単結晶基板の研磨においても、本発明の効果は明らかである。実施例１０、１３と比較例４の対比から、多糖類の水溶性高分子化合物を添加することにより、研磨速度が向上し、平坦性も向上し、キャリア鳴きも抑制されることがわかる。具体的には、比較例４の研磨速度が５８．５μｍ／ｈｒであるのに対し、実施例１０及び実施例１３の研磨速度がそれぞれ６０．８μｍ／ｈｒ及び６２．５μｍ／ｈｒであり，研磨速度の向上が認められる。同様に、平坦性の評価も比較例４が“△”であるのに対し、実施例１０及び実施例１３はいずれも“○”である。キャリア鳴きの評価も比較例４が“×”であるのに対し、実施例１０及び実施例１３はいずれも“○”であった。

実施例１０と比較例５、６の対比から、小粒径シリカ粒子と大粒径シリカ粒子の組み合わせにすることにより、小粒径シリカ粒子単独あるいは大粒径シリカ粒子単独の場合に比べて研磨速度が向上し、平坦性も向上し、キャリア鳴きも抑制されることがわかる。具体的には、比較例５，６の研磨速度がそれぞれ１６．８μｍ／ｈｒ及び３２．０μｍ／ｈｒであるのに対し、実施例１０の研磨速度は６０．８μｍ／ｈｒである。更に比較例５の平坦性の評価が“×”、キャリア鳴きの評価が“△”であるのに対し、実施例１０の平坦性及びキャリア鳴きの評価が“○”であった。

実施例１１、１２は実施例１０に対して、使用する酸を無機酸からキレート性の有機酸に変更した結果であるが、研磨速度が実施例１０よりも向上している。同様のことが実施例１４、１５と実施例１３の対比においてもいえる。具体的には、実施例１０の研磨速度が６０．８μｍ／ｈｒであるのに対し、実施例１１の研磨速度は６３．０μｍ／ｈｒ及び実施例１２の研磨速度は６４．６μｍ／ｈｒであり、研磨速度の向上が認められる。同様に、実施例１３の研磨速度が６２．５μｍ／ｈｒであるのに対し、実施例１４の研磨速度は６３．８μｍ／ｈｒ及び実施例１５の研磨速度は６４．７μｍ／ｈｒであり、研磨速度の向上が認められる。

以上のことから、平均粒子径の異なる２種類のシリカ粒子と多糖類である水溶性高分子化合物を含有する研磨剤組成物を用いて、タンタル酸リチウム単結晶基板またはニオブ酸リチウム単結晶基板の研磨を行うことにより、基板の平坦性が向上し、研磨速度の向上が図れ、更にキャリア鳴きの抑制が図れることがわかる。

本発明の研磨剤組成物は、タンタル酸リチウム単結晶材料、ニオブ酸リチウム単結晶材料の研磨に用いることができる。

Claims

シリカ粒子、水溶性高分子化合物、及び水を含有し、
前記シリカ粒子は、
平均粒子径が１０～６０ｎｍの小粒径シリカ粒子と、
平均粒子径が７０～２００ｎｍの大粒径シリカ粒子と
を含み、
前記小粒径シリカ粒子及び前記大粒径シリカ粒子の合計質量に対する前記小粒径シリカ粒子の質量の割合が５０～９５質量％であり、
前記水溶性高分子化合物は、
多糖類で構成され、
タンタル酸リチウム単結晶材料またはニオブ酸リチウム単結晶材料を研磨加工するための研磨剤組成物。
無機酸及び／またはその塩、有機酸及び／またはその塩、及び、塩基性化合物の少なくとも一種類を更に含有する請求項１に記載の研磨剤組成物。
前記有機酸及び／またはその塩は、
キレート性化合物である請求項２に記載の研磨剤組成物。
前記多糖類は、
アルギン酸、アルギン酸エステル、ペクチン酸、寒天、キサンタンガム、及びキトサンよりなる群から選択される少なくも一種類である請求項１～３のいずれか一項に記載の研磨剤組成物。