JPH03121185A - 硬脆材料の表面研磨剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、固体表面の研磨剤、特にＧａＡｓ（砒化ガリ
ウム）、ＧａＰ（ｉ化ガリウム）やＩｎＰ（ｆｉ化イン
ジウム）のような化合物半導体結晶等の硬脆材料を高能
率かつ無しよう乱読面に研磨するための化学研磨剤、あ
るいはメカノケミカル研磨剤に関するものである。

（従来の技術） 従来、ＧａＡｓ、ＧａＰやＩｎＰのような化合物半導体
結晶基板の研磨（ポリッシング）は、通常、研磨剤を滴
下しながら軸型研磨機等の研磨装置により適当な研磨圧
力で表面を研磨することで行なうものであり、高い研磨
能率、加工表面の精密鏡面を確保するために、エツチン
グ作用を有する塩素（Ｃ１２）、臭素（Ｂｒ２）の無機
酸化性物質の水溶液による酸化溶解や、臭素とメタノー
ルの混合溶液を研磨剤として用いることが知られている
。

そしてこれらの方法により、組成、濃度の選択と加工技
術によって優れた研磨性能が得られている。

（発明が解決しようとする課題） しかし前記従来の研磨（ポリッシング）技術においては
、薬剤が不安定であるとか、加工に用いる機器等の材質
によって腐食の問題を考慮しなければならないという問
題がある他、加工雰囲気が人体に悪影響する虞れがある
ことから、作業環境の対策に負担がかかるという問題が
あった。

例えば上記研磨剤として次亜塩素酸の水溶液を使用する
場合には、調製した研磨剤水溶液が調製後数時間程度で
分解するため、研磨作業の都度溶液の調製が必要である
という作業能率上の難がある。

またこの次亜塩素酸の研磨剤水溶液は、微量とは言って
も塩素ガスの発生が避けられないので、実際の工業的な
設備においては人体に有毒で刺激が強い塩素ガスを使用
する作業環境を考慮して、ガスシール対策や排気を十分
に配慮した設備を設けることが必要になる。しかも塩素
ガスは金属を腐食する作用が強いために研磨装置を構成
する材料が限定され、装置を構成するための機構的、構
造的な要求を満足できる材料選択と、耐腐食性の点から
の材料選択の要求とを同時に満足することが容易でなく
、設備の高コスト化や設備耐久性の低下、短寿命性とい
う問題があった。

（課題を解決するための手段） 本発明は以上のような従来の研磨剤の問題点を解消し、
硬脆材料の表面研磨剤としての優れた作用を満足しつつ
、取扱い性に優れ、作業環境への悪影響が少なく、しか
も装置を構成する材料に対する腐食性が可及的に減少さ
れることによって、使用設備の材料的な選択範囲が広く
かつ耐久性に優れた装置を構成することができる、新規
な硬脆材料の表面研磨剤を提供することを目的としてな
されたものである。

また本発明の別の目的は、研磨剤として安定であるため
、従来の研磨剤のような使用直前での調製という作業を
必要とせず、したがって研磨作業の手順を能率よく設計
できる研磨剤を提供するところにある。

かかる目的を実現するためになされた本発明よりなる硬
脆材料の表面研磨剤の特徴は、多臭素化第４アンモニウ
ム塩のアルカリ性水溶液からなるところにある。この水
溶液からなる研磨剤には、該水溶液に溶解しない硬質微
粒子、例えば沈殿シリカ（ＳｉＯ２）、炭酸カルシウム
、酸化クロム、アルミナ、炭化ケイ素等を含むことがで
き、これによって化合物半導体結晶基板等に対して特に
有効な、所謂メカノケミカル研磨を好適に行なうことが
できるという特徴がある。この研磨剤水溶液に含ませる
硬質微粒子はその径が小さい、例えば０．００１〜１１
０Ａｔ程度の細粒なものを０．１〜１０％程度含有させ
ることが、硬脆材料の表面を高品位に研磨するために適
当である場合が多い。

本発明において多臭素化第４アンモニウム塩とは、第４
アンモニウム塩と当モル以上の臭素との反応生成物を総
称する。

このような多臭素化第４アンモニウム塩を製造する従来
の方法は、第４アンモニウムの塩素塩（Ｒ’　Ｒ２Ｒ’
　Ｒ’　Ｎ”　Ｃｊ２−　、ただしＲＩＲ２、Ｒ３、Ｒ
４はいずれも有機基）あるいは臭素塩（Ｒ’　Ｒ”　Ｒ
’　Ｒ’　Ｎ”　Ｂｒ−；　Ｒ’、Ｒ”Ｒ３，Ｒ４は上
記と同じ）と、亜臭素酸ナトリウム（ＮａＢｒ０２）を
反応させることによフて得ることができ、例えば第４ア
ンモニウムの塩素塩（あるいは臭素塩）をアルカリ性の
水に溶解し、これに亜臭素酸ナトリウムの水溶液を加え
て無機又は有機酸を添加して酸性とすることにより、多
臭素化第４アンモニウム塩を沈殿として遊離生成させ、
この沈殿物を分離、洗浄等して生成することにより純粋
な多臭素化第４アンモニウム塩を得ることができる。

また多臭素化第４アンモニウム塩は、上記第４アンモニ
ウムの塩素塩あるいは臭素塩と、臭素、又は酸性溶液中
で遊離臭素を発生する化合物を液相中で反応させること
によって得ることもできる。

上記方法に用いる第４アンモニウムの塩素塩あるいは臭
素塩として具体的には、一般に試薬あるいは界面活性剤
などとして市販されているものを使用することができ、
具体的にはラウリルトリメチルアンモニウムクロライド
、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、ジス
テアリルアンモニウムクロライド、アルキルベンジルメ
チルアンモニウムクロライド、ラウリルジメチルベンジ
ルアンモニウムクロライド、セチルトリメチルアンモニ
ウムクロライド、テトラブチルアンモニウムブロマイド
、テトラエチルアンモニウムクロライド等を例示するこ
とができる。臭素をナトリウム、カリウム、リチウム等
のアルカリ性水溶液に反応溶解させて用いる方法の他、
酸性溶液中で遊離臭素を発生する化合物を用いる方法と
しては、臭化ナトリウム（ＮａＢｒ）と臭素酸ナトリウ
ム（ＮａＢｒＯ３）を例えば５：１モルの一定比率で混
合した溶液を用いる方法、あるいは次亜塩素酸ナトリウ
ム（ＮａＣＩｌＯ）水溶液と当モルのＮａＢｒの混合溶
液を用いる方法などの方法を例示することができ、この
方法によれば、亜臭素酸ナトリウムを用いる方法に比べ
て、多臭素化第４アンモニウム塩の合成が、安定に容易
かつ安価に人手できるという利点がある。

これらの多臭素化第４アンモニウム塩を溶解して研磨剤
を構成するためのアルカリ性水溶液としては、力性ソー
ダ、力性カリ、炭酸ソーダ等のアルカリ性水溶液を例示
することができる。

上記多臭素化第４アンモニウム塩を溶解したアルカリ水
溶液の多臭素化第４アンモニウム塩の濃度は、被加工物
の種類、加工の程度等に応じて決められるが、一般的に
は、多臭素化第４アンモニウム塩の濃度が０．１−１０
％程度とすることが適当である場合が多く、アルカリ性
はｐＨｌｏ以上、好ましくはｐＨ１０〜１３未満である
ことが良好である場合が多い。

本発明の研磨剤が適用される硬脆材料としては、代表的
には上述したＧａＡｓ、ＧａＰ。

ＩｎＰが例示されるが、特にこれに限定されるものでは
ない。

（発明の効果） 本発明の研磨剤は、前記の構成をなすことによって、従
来の研磨剤と同様に硬脆材料の研磨剤として優れた作用
を発揮すると共に、人体に対する害がなく、しかも安定
で高品位、高能率に研磨作業を行なうことができるとい
う効果があり、特にＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ等の化合
物半導体結晶の硬脆材料の表面研磨に優れた効果を発揮
するという利点がある。

（実　施　例） 以下本発明の研磨剤の調製法、研磨剤による研磨方法の
実施例について説明するが、本発明の前記並びにその他
の課題と新規な特徴は、以下の説明により一層明かとな
るであろう。

実施例１ ステアリルベンジルジメチルアンモニウムクロライド［
Ｃ＋ａＨｓテＣ？　Ｈ？（ＣＨ３）２　Ｎ”Ｃ１−：商
品名サニゾールＢ−５０．花王社製］の純分０．５　ｍ
ｏＩＬ（２１２ｇ）を水３ＱＯｍｍに溶解し、また１、
５　ｍｏＪＺ　（１２０ｇ）の工業用臭素（東ソー社製
）を濃度１０％の力性ソーダ７００ｎ＋ｆｌに溶解して
、これ。

らの両溶液の全量を常温で混合した。混合溶液は析出物
はなく、均質な溶液でｐＨ１３，８のアルカリ性であフ
った。

この溶液を攪拌しながら、２０％の酢酸水ｍ液を徐々に
加えてｐＨを低下させ、ｐＨ１１〜９で黄褐色の沈殿物
を生成させた。更に酢酸溶液を加えｐＨ４まで低下させ
、その後沈殿を濾過し、水で洗浄した後、５０℃に保っ
て乾燥機で乾燥し、多臭素化第４アンモニウム塩である
多臭素化ステアリルベンジルジメチルアンモニウム（以
下ｒ　５ＯＤＡ−ｎＢｒ」と略記する）３１０ｇを得た
。

これは無臭の黄褐色固形物であり、反応結合臭素３８％
を含み、約５０℃で溶融し、水には不溶であるが苛性ソ
ーダなどのＰＨ１０，５以上としたアルカリ性の水には
溶解し、メタノール、エタノール、塩化メチレンなどの
有機溶媒に可溶である。また常温で長期の保存もでき、
変質９分解は認められなかった。

研磨液の調製 上記により得た５ＢＤＡ−ｎＢｒを、力性ソーダに溶解
して下記第１表の濃度３．８％（試験Ｎｏｔ）。

１．９％（試験Ｎｏ　２　）の研磨液を調製した。また
１、９％の濃度のＳＢＤ八−ｎｏｒ研磨液に、平均粒子
径１．３μｍの沈殿シリカ「ニップシールＥ　−７４３
Ｊ（日本シリカニ業社製）を３．５％含有させてスラリ
ー状の研磨スラリー液（試験Ｎｏ　３　）を調製した。

なお参考として、次亜塩素酸ソーダ（ＮａＣｌ２）の研
磨液（試験Ｎｏ　４　）を調製して、これによる研磨を
合せて行ないその結果を下記第１表に示した。

１彦 厚さ０．７ｖｎのＧａＡｓ＊結晶基板を１５ｍｍ角に切
断し、直径１００ｍｍの接着プレート（７５０ｇ）に３
枚を等間隔に接着した。また研磨機（小型平面研磨装置
；コバルミ子社製ＦＰＭ−３０）の定盤（直径３００ｍ
ｍ）にポリウレタン含浸ポリエステル不織布ポリッシャ
を貼り、上記接着プレートを該ボリンシャ上に設置した
。

次に各々の研磨液を滴下しながら修正輪型研磨機により
、定盤回転数６０ｒｐｍ　、研磨圧力１０７ｇ／ｃｍ’
　、研磨液供給量１β／ｈｒの条件で、上記ＧａＡｓ基
板を３０分間研磨した。

研磨液の濃度、組成、研磨条件と、研磨の結果得られた
研磨面の状態をまとめて下記第１表に示した。

第　　１　　表 第１表の結果から明らかであるように、本発明の各実施
例においては、研磨加工時に刺激性のガスの発生もなく
、そのうえ装置の金属材料の腐食の心配もなく、極めて
穏やかな加工作業を行なうことができた。また研磨性能
については、参考に示した次亜塩素酸ソーダのアルカリ
水溶液を使用した場合と比較して、変質の虞れもなく、
研磨速度も速く、研磨後の研磨面も高品質であった。更
に、微粒子物質の併用によって研磨剤の品位が向上し、
一般に使用されている研磨剤の性能と比較しても優れた
研磨状態が得られることが確認された。

実施例２ 素化テトラブチルアンモニウムの製 テトラブチルアンモニウムブロマイド［Ｃ４Ｈ９）４　
Ｎ”　Ｂ　ｒ−；キシダ化学社製試薬］６４ｇ（０，２
ｍｏＪＺ　）　、臭化ナトリウム（ＮａＢｒ；関東化学
社製試薬）３５ｇ、臭素酸ナトリウム（ＮａＢｒ０３；
関東化学社製試薬）　１０ｇをｐＨ１３に調製した苛性
ソーダ水溶液２００＋ｎｊｌに溶解し、常温で攪拌しな
がら酢酸ｌＯ％の水溶液を徐々に滴下した。ｐＨ１０〜
９に低下したところで褐色の沈殿が生成し、更に酢酸水
溶液を加えてｐＨ３まで低下させて反応を終了した。

この懸濁液に塩化メチレン１００ｍＩＬを加えると、懸
濁物は塩化メチレンに溶解し、水層と分離した。塩化メ
チレンｉ液を水洗した後５０℃に加温することで塩化メ
チレンを留去し、生成物として多臭素化テトラブチルア
ンモニウム（以下ｒ　ＴＢＡ−ｎＢｒ」と略記する）９
２ｇを得た。

分析の結果、結合臭素４７％を含み、水に不溶であるが
　ｐＨ１０，５以上のアルカリ水溶液及び有機溶媒には
溶解し、更に室温で保存するかぎり変質しなかった。

賑ｍと１五 上記により得たＴＢＡ−ｎＢｒを、力性ソーダに？３解
して下記第２表の濃度２．８％（試験Ｎｏ　５　）　。

１．４％（試験Ｎｏ、）の研磨液を調製した。また１、
４％の濃度のＴＢＡ−ｎｏｒ研磨液に、上述沈殿シリカ
（日本シリカニ業社製）を３％含有させてスラリー状の
研磨スラリー液（試験Ｎ０７）を調製した。

凹 以上のようにして調製した研磨液を用いて、実施例１と
同じ条件でＧａＡｓＪＬ結晶基板の研磨を行ない、その
結果を下記第２表に示した。

第２表 第２表の結果から明らかであるように、本実施例におい
ても、実施例１と同様に高い研磨率（研磨速度）、高品
位な研磨面が得られ、更に使用物質が安定であって、実
用上十分な取扱い性を確保できることが確認された。

実施例３ 実施例１の研磨剤ＧａＡｓに代えて、ＧａＰ単結晶基板
及びＩｎＰＪ＄Ｌ結晶基板を対象とした以外は実施例１
と同じにして研磨を行なった。

その結果ＧａＡｓと同様の研磨速度、高品位の研磨面が
得られることが確認された。

実施例４ 実施例１の試験Ｎｏ　３における沈殿シリカに代えて、
炭酸カルシウム、酸化クロム、アルミナ、炭化ケイ素の
微粒子を夫々研磨液に含有させて実施例１と同様に研磨
を行なったところ、同様の研磨速度、高品位の研磨面が
得られることが確認された。研磨液に含有させる硬質微
粒子は、均質径のものほど高品位の研磨面となることが
確認された。

手続補正書 平Ｔ＆／年／１月１３日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多臭素化第４アンモニウム塩のアルカリ性水溶液か
   らなることを特徴とする硬脆材料の表面研磨剤。 ２、請求項１において、前記水溶液中で溶解しない硬質
   微粒子を含むことを特徴とする硬脆材料の表面研磨剤。 ３、請求項１又は２において、硬脆材料が ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰであることを特徴とする硬脆
   材料の表面研磨剤。