JPS5927316B2 - 結晶の無じよう乱鏡面研摩方法 - Google Patents
結晶の無じよう乱鏡面研摩方法Info
- Publication number
- JPS5927316B2 JPS5927316B2 JP51067726A JP6772676A JPS5927316B2 JP S5927316 B2 JPS5927316 B2 JP S5927316B2 JP 51067726 A JP51067726 A JP 51067726A JP 6772676 A JP6772676 A JP 6772676A JP S5927316 B2 JPS5927316 B2 JP S5927316B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polishing
- colloidal silica
- mirror surfaces
- abrasive
- polished
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Landscapes
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、主として薄膜単結晶をエピタキシャル成長さ
せるための下地面となる結晶基板の最終仕上げ加工にお
いて、無欠陥・無じよう乱鏡面を高能率に仕上げる研摩
方法に関するものである。
せるための下地面となる結晶基板の最終仕上げ加工にお
いて、無欠陥・無じよう乱鏡面を高能率に仕上げる研摩
方法に関するものである。
エピタキシャル成長用の下地基板には、エピタキシャル
成長層が下地の原子配列に従うので、多結晶もしくは非
晶質、モザイク層、有歪層といわれる結晶学的に乱れた
加工変質層のない無じよう乱で、ひつかき傷などの欠陥
のない平滑な鏡面を必要とする。従来、平滑な鏡面は微
細砥粒を水に混合させたものを研摩剤として、主に砥粒
による切削作用のような引つかきの集積にもとづく機械
的研摩によつて得ていた。
成長層が下地の原子配列に従うので、多結晶もしくは非
晶質、モザイク層、有歪層といわれる結晶学的に乱れた
加工変質層のない無じよう乱で、ひつかき傷などの欠陥
のない平滑な鏡面を必要とする。従来、平滑な鏡面は微
細砥粒を水に混合させたものを研摩剤として、主に砥粒
による切削作用のような引つかきの集積にもとづく機械
的研摩によつて得ていた。
この場合、加工の尺度が１０１〜１０３λであるので、
表面の原子配列が乱され、加工変質層が存在する。従つ
てエピタキシャル成長用下地基板とするためには、さら
に加工尺度が１００〜１０１λと小さい化学的エッチン
グ処理によつて、加工変質層を除去しなければならない
煩雑さがあつた。また、機械的研摩によつて潜在する引
つかき傷などの加工欠陥が願出され易く、そのために無
駄となつたり、または再研摩を施す煩雑さがあつた。一
方、前記の機械的研摩と化学的エッチングを同時に作用
させる複合加工法として、メカノケミカル研摩もあるが
、結晶によつてはその化学的性質に適合するエッチング
液が発見できないので、メカノケミカル研摩が実現でき
なかつたり、または存在するにしても酸性溶液や高濃度
溶液等を使用するので装置、操作、安全衛生上の問題が
あつた。
表面の原子配列が乱され、加工変質層が存在する。従つ
てエピタキシャル成長用下地基板とするためには、さら
に加工尺度が１００〜１０１λと小さい化学的エッチン
グ処理によつて、加工変質層を除去しなければならない
煩雑さがあつた。また、機械的研摩によつて潜在する引
つかき傷などの加工欠陥が願出され易く、そのために無
駄となつたり、または再研摩を施す煩雑さがあつた。一
方、前記の機械的研摩と化学的エッチングを同時に作用
させる複合加工法として、メカノケミカル研摩もあるが
、結晶によつてはその化学的性質に適合するエッチング
液が発見できないので、メカノケミカル研摩が実現でき
なかつたり、または存在するにしても酸性溶液や高濃度
溶液等を使用するので装置、操作、安全衛生上の問題が
あつた。
本発明は超微細砥粒を溶解に懸濁させたコロイド溶液に
ゲル化速度を促進するため電解質を添加せしめた研摩剤
によつて結晶からなる被研摩物を研摩することを特徴と
し、その目的は結晶のエピタキシャル成長下地などに見
合う加工欠陥のない平滑な鏡面を能率的・経済的に得る
ことにある。
ゲル化速度を促進するため電解質を添加せしめた研摩剤
によつて結晶からなる被研摩物を研摩することを特徴と
し、その目的は結晶のエピタキシャル成長下地などに見
合う加工欠陥のない平滑な鏡面を能率的・経済的に得る
ことにある。
本発明者は結晶の無じよう乱鏡面研摩において、メカノ
ケミカル研摩の他に、その結晶材料の硬さに応じた機械
的微小除去によつても、無じよう乱鏡面化が可能である
と考えた。しかし一般の単なる平滑な鏡面をねらつた砥
粒による引つかき作用を主とした研摩では、その加工の
尺度が原子の大きさの数１０〜数１０００倍であるので
、エッチング後に引つかき傷などのような加工欠陥を生
じ易く、単に微細砥粒を適用するだけでは加工能率が低
下する。ところで、アルカリ液にＯ、０２０Ｉｔｍ程度
の球状ＳｉＯ２を懸濁させたコロイダルシリカを使用し
た場合の研摩量をパラメータとして、ＬｉＴａＯ３，Ｌ
ｉＮｂＯ３，Ｓｉ，ＧＧＧ（Ｇｄ３Ｇａ５Ｏｌ２），サ
フアイア（Ａｔ，Ｏ３）などの結晶材料のビツカース硬
さＨ（即／Ｍｄ）と研摩圧力ｐ（Ｋ７／ｍｌ）の関係を
求めると、近似的になる実験式が得られた。
ケミカル研摩の他に、その結晶材料の硬さに応じた機械
的微小除去によつても、無じよう乱鏡面化が可能である
と考えた。しかし一般の単なる平滑な鏡面をねらつた砥
粒による引つかき作用を主とした研摩では、その加工の
尺度が原子の大きさの数１０〜数１０００倍であるので
、エッチング後に引つかき傷などのような加工欠陥を生
じ易く、単に微細砥粒を適用するだけでは加工能率が低
下する。ところで、アルカリ液にＯ、０２０Ｉｔｍ程度
の球状ＳｉＯ２を懸濁させたコロイダルシリカを使用し
た場合の研摩量をパラメータとして、ＬｉＴａＯ３，Ｌ
ｉＮｂＯ３，Ｓｉ，ＧＧＧ（Ｇｄ３Ｇａ５Ｏｌ２），サ
フアイア（Ａｔ，Ｏ３）などの結晶材料のビツカース硬
さＨ（即／Ｍｄ）と研摩圧力ｐ（Ｋ７／ｍｌ）の関係を
求めると、近似的になる実験式が得られた。
ただし、研摩する結晶材料がＳｉの場合はＳｉがアルカ
リ液に溶去され、メカノケミカル効果も重畳しているの
で、上式においてＰ＜Ｋｌｅｘｐ（Ｋ，・Ｈｖ）であつ
た。これらより、コロイダルシリカによる研摩は、アル
カリ液に溶去されるＳｉを除き、他種結晶では、化学的
作用はほとんどなく、機械的微小除去作用によるものと
推定され、従つて通常、研摩深さＭ（／ｂ）は研摩圧力
Ｐ、相対研摩速度Ｖ（ｍ／ｈ）および研摩時間ｔ（ｈ）
に比例することから、次式で近似される。Ｍ＝α・Ｋｌ
ｅｘｐ（Ｋ１・Ｈｖ）Ｖ−Ｔ，α：定数さらに研摩中の
雰囲気は、高温・高圧状態であるので、超微細砥粒を懸
濁させたコロイダルシリカを研摩剤とすれば、コロイド
溶液に特有な現象であるダイラタンシ一現象が生じ、各
結晶材料は原子的加工尺度と推定される流体摩擦摩耗に
よる機械的微小除去作用のために、無じよう乱鏡面へと
進行するものと考えた。
リ液に溶去され、メカノケミカル効果も重畳しているの
で、上式においてＰ＜Ｋｌｅｘｐ（Ｋ，・Ｈｖ）であつ
た。これらより、コロイダルシリカによる研摩は、アル
カリ液に溶去されるＳｉを除き、他種結晶では、化学的
作用はほとんどなく、機械的微小除去作用によるものと
推定され、従つて通常、研摩深さＭ（／ｂ）は研摩圧力
Ｐ、相対研摩速度Ｖ（ｍ／ｈ）および研摩時間ｔ（ｈ）
に比例することから、次式で近似される。Ｍ＝α・Ｋｌ
ｅｘｐ（Ｋ１・Ｈｖ）Ｖ−Ｔ，α：定数さらに研摩中の
雰囲気は、高温・高圧状態であるので、超微細砥粒を懸
濁させたコロイダルシリカを研摩剤とすれば、コロイド
溶液に特有な現象であるダイラタンシ一現象が生じ、各
結晶材料は原子的加工尺度と推定される流体摩擦摩耗に
よる機械的微小除去作用のために、無じよう乱鏡面へと
進行するものと考えた。
そこで本発明者は結晶材料が非常に硬いもの、たとえば
サフアイア単結晶などに対しては、ダイラタンシ一現象
を促進するゲル化促進剤として電解質を添加したコロイ
ダルシリカを研摩剤として適用することが、結晶の表面
の高能率無じよう乱鏡面化に有効であると判断するに到
つたのである。
サフアイア単結晶などに対しては、ダイラタンシ一現象
を促進するゲル化促進剤として電解質を添加したコロイ
ダルシリカを研摩剤として適用することが、結晶の表面
の高能率無じよう乱鏡面化に有効であると判断するに到
つたのである。
本発明の研摩方法に使用する装置は、一般に使用される
研摩機構造のもの、たとえば光学用プリズムやレンズを
研摩する研摩装置でよい。研摩皿にはダイラタンシ一効
果を充分に発揮でき、傷をつけにくい軟質なもの、たと
えば独立した微小孔を多数有する発泡状の不織布、合成
植毛繊維、合成樹脂などが好ましい。そして適当な圧力
下で研摩運動させれば、ほとんどの結晶材料を加工欠陥
のない平滑な鏡面に加工できる。なお、この効果を強調
させ、研摩能率に主眼をおくとすれば、研摩圧力を大き
く１７、研摩皿の回フ転を速め、または加工面の温度を
外部から高めるなどの手段がある。
研摩機構造のもの、たとえば光学用プリズムやレンズを
研摩する研摩装置でよい。研摩皿にはダイラタンシ一効
果を充分に発揮でき、傷をつけにくい軟質なもの、たと
えば独立した微小孔を多数有する発泡状の不織布、合成
植毛繊維、合成樹脂などが好ましい。そして適当な圧力
下で研摩運動させれば、ほとんどの結晶材料を加工欠陥
のない平滑な鏡面に加工できる。なお、この効果を強調
させ、研摩能率に主眼をおくとすれば、研摩圧力を大き
く１７、研摩皿の回フ転を速め、または加工面の温度を
外部から高めるなどの手段がある。
実施例 １
アルカリ液に０．０１〜０．０２μｍ（７）ＳｉＯ，を
３０ｗｔ％懸濁させたコロイダルシリカおよびそれに硫
酸ナトリウムを１ｗｔ％、１．４ｗｔ％添加したコロイ
ダルシリカをそれぞれ研摩剤とし、合成植毛繊維板を研
摩皿とし、サフアイア単結晶（１１０２）面を研摩した
研摩加工速度の一例を図に示す。
３０ｗｔ％懸濁させたコロイダルシリカおよびそれに硫
酸ナトリウムを１ｗｔ％、１．４ｗｔ％添加したコロイ
ダルシリカをそれぞれ研摩剤とし、合成植毛繊維板を研
摩皿とし、サフアイア単結晶（１１０２）面を研摩した
研摩加工速度の一例を図に示す。
この例は研摩圧力を１１００９／Ｃｌｌ、回転数を６０
ｒｐｍと一定にした場合、無添加のコロイダルシリカに
よる研摩速度（単位時間当りの研摩量に相当する）Ａに
比べ、硫酸ナトリウムを添加したコロイダルシリカによ
る研摩速度Ｂ，Ｃは、約２倍増加した。実施例 ２ 実施例１と同様のコロイダルシリカに、硫酸ナトリウム
の代わりに食塩１ｗｔ％、炭酸アンモニウム１〜２ｗｔ
％、炭酸ナトリウム１ｗｔ％をそれぞれ添加した場合で
も、研摩加工速度５〜６μｍ／ｈが得られた。
ｒｐｍと一定にした場合、無添加のコロイダルシリカに
よる研摩速度（単位時間当りの研摩量に相当する）Ａに
比べ、硫酸ナトリウムを添加したコロイダルシリカによ
る研摩速度Ｂ，Ｃは、約２倍増加した。実施例 ２ 実施例１と同様のコロイダルシリカに、硫酸ナトリウム
の代わりに食塩１ｗｔ％、炭酸アンモニウム１〜２ｗｔ
％、炭酸ナトリウム１ｗｔ％をそれぞれ添加した場合で
も、研摩加工速度５〜６μｍ／ｈが得られた。
得られた研摩面およびそのエツチング面（３００゜Ｃ．
Ｈ３Ｐ０４溶液）を電子顕微鏡で観察したところ、全く
傷のない平滑な無じよう乱面であつた。
Ｈ３Ｐ０４溶液）を電子顕微鏡で観察したところ、全く
傷のない平滑な無じよう乱面であつた。
また実際に研摩面にＳｉをエピタキシヤル成長させた結
果、良好な薄膜が得られた。なお軟い結晶を研摩する場
合には、ゲル化抑制剤を用いるが、コロイダルシリカに
ゲル化抑制剤として、エチレングリコール２．５７０添
加したものを研摩剤として、ＬｉＮｂＯ３，ｌ．ｉＴａ
Ｏ３，ＳｉおよびＧＧＧ単結晶を５０〜１５０９／ＣＴ
ｌｔの圧力下で研摩したところ、研摩速度１．５〜１２
μｍ／ｈが得られ、研摩後のエツチング面を電子顕微鏡
で観察した結果、全く欠陥のない無じよう乱鏡面であつ
た。
果、良好な薄膜が得られた。なお軟い結晶を研摩する場
合には、ゲル化抑制剤を用いるが、コロイダルシリカに
ゲル化抑制剤として、エチレングリコール２．５７０添
加したものを研摩剤として、ＬｉＮｂＯ３，ｌ．ｉＴａ
Ｏ３，ＳｉおよびＧＧＧ単結晶を５０〜１５０９／ＣＴ
ｌｔの圧力下で研摩したところ、研摩速度１．５〜１２
μｍ／ｈが得られ、研摩後のエツチング面を電子顕微鏡
で観察した結果、全く欠陥のない無じよう乱鏡面であつ
た。
ビツカース硬さ約１０００（Ｋ７／Ｍ７ｌ）以下の結晶
に対しては、エチレングリコールのような高級アルコー
ルを、ゲル化抑制剤として数％添加することによつて、
高度な無じよう乱鏡面が再現性よく得られる。前述のよ
うに、本発明の研摩方法は、結晶の無じよう乱鏡面研摩
において、超微細砥粒を溶媒に懸濁させたコロイド溶液
に、ゲル化速度を促進するため電解質を添加したものを
研摩剤として研摩することによつて、砺摩中に流体摩擦
摩耗による機械的微小除去作用を促進するので、研摩加
工速度が増大し、エピタキシヤル成長下地面として、最
上級の無じよう乱鏡面が高能率に再現性よく得られる利
点がある。
に対しては、エチレングリコールのような高級アルコー
ルを、ゲル化抑制剤として数％添加することによつて、
高度な無じよう乱鏡面が再現性よく得られる。前述のよ
うに、本発明の研摩方法は、結晶の無じよう乱鏡面研摩
において、超微細砥粒を溶媒に懸濁させたコロイド溶液
に、ゲル化速度を促進するため電解質を添加したものを
研摩剤として研摩することによつて、砺摩中に流体摩擦
摩耗による機械的微小除去作用を促進するので、研摩加
工速度が増大し、エピタキシヤル成長下地面として、最
上級の無じよう乱鏡面が高能率に再現性よく得られる利
点がある。
図はサフアイア単結晶を本発明の方法で研摩した場合と
従来の方法で研摩した場合の研摩加工速度の比較図であ
る。 Ａ・・・・・・コロイダルシリカによる場合の研摩加工
速度、Ｂ・・・・・・コロイダルシリカに硫酸ナトリウ
ムを１ｗｔ％添加した場合の研摩加工速度、Ｃ・・・・
・・コロイダルシリカに硫酸ナトリウムを１．４ｗｔ％
添加した場合の研摩加工速度。
従来の方法で研摩した場合の研摩加工速度の比較図であ
る。 Ａ・・・・・・コロイダルシリカによる場合の研摩加工
速度、Ｂ・・・・・・コロイダルシリカに硫酸ナトリウ
ムを１ｗｔ％添加した場合の研摩加工速度、Ｃ・・・・
・・コロイダルシリカに硫酸ナトリウムを１．４ｗｔ％
添加した場合の研摩加工速度。
Claims (1)
- １ 超微細ＳｉＯ＿２砥粒をアルカリの溶媒にコロイド
状で懸濁させて、この溶液にゲル化速度を促進せしめる
硫酸ナトリウムもしくは食塩もしくは炭酸アンモニウム
、もしくは炭酸ナトリウムなどの電解質を添加せしめた
研摩剤により、被研摩物のサファイア結晶を研摩するこ
とを特徴とする結晶の無じよう乱鏡面研摩方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51067726A JPS5927316B2 (ja) | 1976-06-11 | 1976-06-11 | 結晶の無じよう乱鏡面研摩方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51067726A JPS5927316B2 (ja) | 1976-06-11 | 1976-06-11 | 結晶の無じよう乱鏡面研摩方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS52150789A JPS52150789A (en) | 1977-12-14 |
| JPS5927316B2 true JPS5927316B2 (ja) | 1984-07-04 |
Family
ID=13353242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51067726A Expired JPS5927316B2 (ja) | 1976-06-11 | 1976-06-11 | 結晶の無じよう乱鏡面研摩方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5927316B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03114615U (ja) * | 1990-03-05 | 1991-11-26 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5243620A (en) * | 1982-08-10 | 1993-09-07 | Wisotzki Juergen | High power reflectors for laser technology |
| US20060196849A1 (en) * | 2005-03-04 | 2006-09-07 | Kevin Moeggenborg | Composition and method for polishing a sapphire surface |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3170273A (en) * | 1963-01-10 | 1965-02-23 | Monsanto Co | Process for polishing semiconductor materials |
| US3328141A (en) * | 1966-02-28 | 1967-06-27 | Tizon Chemical Corp | Process for polishing crystalline silicon |
| JPS5247369A (en) * | 1975-10-08 | 1977-04-15 | Du Pont | Method of polishing semiconductor materials |
-
1976
- 1976-06-11 JP JP51067726A patent/JPS5927316B2/ja not_active Expired
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3170273A (en) * | 1963-01-10 | 1965-02-23 | Monsanto Co | Process for polishing semiconductor materials |
| US3328141A (en) * | 1966-02-28 | 1967-06-27 | Tizon Chemical Corp | Process for polishing crystalline silicon |
| JPS5247369A (en) * | 1975-10-08 | 1977-04-15 | Du Pont | Method of polishing semiconductor materials |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03114615U (ja) * | 1990-03-05 | 1991-11-26 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS52150789A (en) | 1977-12-14 |
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