(57)【要約】【課題】サファイア基板の被研磨面の研磨において、研磨砥粒の凝集を抑制し、研磨速度の持続性をより向上させる等、長期間使用時の安定性に優れた研磨剤および研磨方法を提供すること。【解決手段】サファイア基板の被研磨面を研磨するための研磨剤であって、酸化ケイ素微粒子と、１分子中にＯＨ基を２個以上有しかつ酸性基およびその塩を有しない多価アルコールと、水とを含む研磨剤。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア（α−Ａｌ２Ｏ３）基板の被研磨面を研磨するための研磨剤であって、酸化ケイ素微粒子と、１分子中にＯＨ基を２個以上有しかつ酸性基およびその塩を有しない多価アルコールと、水とを含むことを特徴とする研磨剤。
【請求項２】
前記酸化ケイ素微粒子は、平均一次粒子径が５〜２０ｎｍの第１の酸化ケイ素微粒子と、平均一次粒子径が４０〜１１０ｎｍの第２の酸化ケイ素微粒子とを含み、かつ前記第１の酸化ケイ素微粒子と第２の酸化ケイ素微粒子の合計量に占める前記第１の酸化ケイ素微粒子の割合が０．７〜４０質量％である請求項１に記載の研磨剤。
【請求項３】
前記多価アルコールは、エチレングリコール、マンニトール、グルコースおよび重合度が１００〜３，５００のポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも１種である請求項１または２記載の研磨剤。
【請求項４】
前記多価アルコールの含有量は、前記研磨剤の質量あたりのＯＨ基の個数として、１．６×１０１７〜４×１０２１個／ｇとなる量である請求項１〜３のいずれか１項記載の研磨剤。
【請求項５】
前記酸化ケイ素微粒子は、コロイダルシリカである請求項１〜４のいずれか１項記載の研磨剤。
【請求項６】
前記第１の酸化ケイ素微粒子と第２の酸化ケイ素微粒子の合計量に占める前記第１の酸化ケイ素微粒子の割合は、１〜４０質量％である請求項２〜５のいずれか１項記載の研磨剤。
【請求項７】
前記第２の酸化ケイ素微粒子の平均一次粒子径は、４５〜１１０ｎｍである請求項２〜６のいずれか１項記載の研磨剤。
【請求項８】
前記第１の酸化ケイ素微粒子の平均一次粒子径は、８〜２０ｎｍである請求項２〜７のいずれか１項記載の研磨剤。
【請求項９】
前記酸化ケイ素微粒子の含有量は、前記研磨剤全量に対して０．０１〜５０質量％である請求項１〜８のいずれか１項記載の研磨剤。
【請求項１０】
研磨剤を研磨パッドに供給し、サファイア（α−Ａｌ２Ｏ３）基板の被研磨面と前記研磨パッドとを接触させて、両者間の相対運動により研磨する方法であって、前記研磨剤として請求項１〜９のいずれか１項記載の研磨剤を使用する研磨方法。
【請求項１１】
前記研磨パッドに供給され研磨に使用された研磨剤を回収し、前記回収した研磨剤を再び研磨パッドに供給する操作を繰り返し行うことで前記研磨剤を循環使用する請求項１０記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サファイア（α−Ａｌ２Ｏ３）基板の被研磨面を研磨するための研磨剤および研磨方法に関する。より詳しくは、サファイア基板被研磨面の研磨において、長期間使用時の安定性に優れる研磨剤およびそれを用いた研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今後大きな伸びが期待されるＬＥＤやパワーデバイス用の基板として、サファイア（α−Ａｌ２Ｏ３）基板の製造・加工技術が注目を集めている。サファイア基板の上にはＧａＮなどの結晶薄膜を形成してデバイス化されるため、結晶学的にも低欠陥・高品質な表面が重要とされており、これら低欠陥・高平滑な表面を得るために、化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：以下、ＣＭＰということもある。）技術が注目されてきている。しかしながら、サファイアは非常に硬度が高く、かつ化学的な安定性も高いため、特に品質を決める最終段階の研磨において、品質を確保しながら高効率で研磨することが困難であり、研磨工程が非常に長くなるという問題を抱えていた。
【０００３】
上記化学的機械的研磨ではこれまで多くの場合酸化ケイ素微粒子が研磨砥粒として用いられてきた。化学的機械的研磨において酸化ケイ素微粒子を用いて研磨効率（研磨速度）を高める試みはこれまでもいくつかなされてきており、例えば、研磨砥粒に過酸化物およびポリカルボン酸系化合物等のキレート剤を添加して研磨速度を向上させる方法（特許文献１参照）が提案されている。
【０００４】
また、酸化ケイ素微粒子を砥粒とした研磨方法として、クエン酸と水とを含む研磨剤を用いて非晶質酸化アルミニウムの表面を研磨する方法が知られている。（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−４２２９号公報
【特許文献２】特開昭５９−１７０１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、酸化ケイ素微粒子を研磨砥粒とした化学的機械的研磨では、研磨剤は循環使用するのが一般的であり、長期間使用した際の安定性を考慮する必要がある。中でも、サファイア基板の被研磨面の研磨において、研磨剤のｐＨが小さくなると、研磨砥粒が凝集して研磨効率が大幅に低下しやすくなるため研磨剤を長期間使用した際の安定性が大きく低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、サファイア基板の被研磨面の研磨において、研磨砥粒の凝集を抑制し、研磨速度の持続性をより向上させる等、長期間使用時の安定性に優れた研磨剤および研磨方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下の構成を有するサファイア基板の被研磨面を研磨するための研磨剤を提供する。
［１］サファイア（α−Ａｌ２Ｏ３）基板の被研磨面を研磨するための研磨剤であって、酸化ケイ素微粒子と、１分子中にＯＨ基を２個以上有しかつ酸性基およびその塩を有しない多価アルコールと、水とを含むことを特徴とする研磨剤。
［２］前記酸化ケイ素微粒子は、平均一次粒子径が５〜２０ｎｍの第１の酸化ケイ素微粒子と、平均一次粒子径が４０〜１１０ｎｍの第２の酸化ケイ素微粒子とを含み、かつ前記第１の酸化ケイ素微粒子と第２の酸化ケイ素微粒子の合計量に占める前記第１の酸化ケイ素微粒子の割合が０．７〜４０質量％である［１］の研磨剤。
［３］前記多価アルコールは、エチレングリコール、マンニトール、グルコースおよび重合度が１００〜３，５００のポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも１種である［１］または［２］の研磨剤。
［４］前記多価アルコールの含有量は、前記研磨剤の質量あたりのＯＨ基の個数として、１．６×１０１７〜４×１０２１個／ｇとなる量である［１］〜［３］のいずれかの研磨剤。
【０００９】
［５］前記酸化ケイ素微粒子は、コロイダルシリカである［１］〜［４］のいずれかの研磨剤。
［６］前記第１の酸化ケイ素微粒子と第２の酸化ケイ素微粒子の合計量に占める前記第１の酸化ケイ素微粒子の割合は、１〜４０質量％である［２］〜［５］のいずれかの研磨剤。
［７］前記第２の酸化ケイ素微粒子の平均一次粒子径は、４５〜１１０ｎｍである［２］〜［６］のいずれかの研磨剤。
［８］前記第１の酸化ケイ素微粒子の平均一次粒子径は、８〜２０ｎｍである［２］〜［７］のいずれかの研磨剤。
［９］前記酸化ケイ素微粒子の含有量は、前記研磨剤全量に対して０．０１〜５０質量％である［１］〜［８］のいずれかの研磨剤。
【００１０】
本発明は、また、以下の構成を有するサファイア基板の被研磨面を研磨するための研磨方法を提供する。
［１０］研磨剤を研磨パッドに供給し、サファイア基板の被研磨面と前記研磨パッドとを接触させて、両者間の相対運動により研磨する方法であって、前記研磨剤として［１］〜［９］のいずれかの研磨剤を使用する研磨方法。
［１１］前記研磨パッドに供給され研磨に使用された研磨剤を回収し、前記回収した研磨剤を再び研磨パッドに供給する操作を繰り返し行うことで前記研磨剤を循環使用する［１０］の研磨方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の研磨剤およびこれを用いた研磨方法によれば、サファイア基板の被研磨面の研磨において、繰り返し使用に際しても、研磨砥粒の凝集を抑制し、研磨速度の持続性を向上させることができる。そのため、長期間安定して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の研磨方法に使用可能な研磨装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明による研磨剤および研磨方法の実施の形態について説明する。
［研磨剤］
本実施形態の研磨剤は、サファイア基板の被研磨面を研磨するための研磨剤であって、酸化ケイ素微粒子と、１分子中にＯＨ基を２個以上有しかつ酸性基およびその塩を有しない多価アルコールと、水とを含む。
【００１４】
本実施形態の研磨剤は、α−Ａｌ２Ｏ３の単結晶体からなり、修正モース硬度による硬度が１２であるサファイアの基板を研磨するための研磨剤である。
【００１５】
上述したように、サファイア基板の研磨において、研磨剤を循環使用すると、サファイア基板の研磨くずがアルミン酸として混入し、研磨剤のｐＨが下がることがある。そのため、砥粒である酸化ケイ素微粒子が凝集し易くなり、研磨速度が下がるという問題がある。
【００１６】
本実施形態の研磨剤においては、研磨砥粒として酸化ケイ素微粒子を用いるとともに、上記した特定の多価アルコールを用いているため、多価アルコール分子内のＯＨ基がアルミン酸に配位することでキレート効果を奏し、これにより酸化ケイ素微粒子とアルミン酸の凝集が抑制されるため酸化ケイ素微粒子の水等の分散媒中での分散安定性が保たれる。また、分散する酸化ケイ素微粒子に対して本実施形態の研磨剤が後述するような適当な量のＯＨ基を含むと、アルミン酸に対するキレート能をより向上させることができる。このように、本実施形態の研磨剤は、研磨砥粒の凝集を抑制することで研磨速度の持続性を向上させることができ、長期使用時の安定性が得られるものである。
【００１７】
このとき、上記した多価アルコールが酸性基を有すると、研磨剤のｐＨが下がって研磨砥粒が凝集し易くなり研磨速度が低下することがある。酸性基が塩を形成していても同様である。そのため、多価アルコールとしては、酸性基および塩を形成している酸性基のいずれも有しないものを用いる。
【００１８】
このように、本実施形態の研磨剤は、研磨砥粒の凝集を抑制することができるので、研磨速度の持続性を向上させることができる。
以下、本実施形態の研磨剤が含有する各成分について説明する。
【００１９】
（１）多価アルコール
本実施形態の研磨剤において、多価アルコールは、１分子中にＯＨ基を２個以上有する化合物であり、かつ、酸性基およびその塩を有しない化合物である。
【００２０】
一般に、多価アルコールは、炭化水素の少なくとも２個の水素原子をＯＨ基に置換した化合物である。本実施形態に用いる多価アルコールが有するＯＨ基の数は１分子中に２個以上であれば特に制限されない。多価アルコールが有する１分子中のＯＨ基の数は、好ましくは２〜３，５００個である。
【００２１】
本実施形態において、多価アルコールが、炭素数が２以上の炭化水素基で構成される場合、ＯＨ基の結合する炭素原子は同一であっても異なっていてもよく、異なっていることが好ましい。多価アルコールの炭化水素基は、飽和炭化水素基または不飽和炭化水素基のいずれであってもよく、直鎖状、分枝状および環状のいずれであってもよく、芳香環を有していてもよい。多価アルコールの炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基であることが好ましい。
また、多価アルコールは、水溶性、好ましくは水に対する溶解度として０．００５ｍｇ／１００ｍＬ以上であることが好ましい。さらに、不揮発性の化合物であることが好ましく、その沸点は、６０℃以上であることが好ましい。
【００２２】
本実施形態の研磨剤において用いられる多価アルコールとしては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
エチレングリコール、１，２−ブタンジオール、１，２−ヘプタンジオール、１，２−ヘキサンジオール、１，２−オクタンジオール等のアルカンジオール類；
グリセリン、１，２，４−ブタントリオール、１，１，１−ヘキサントリオール、１，２，３−ヘキサントリオール、１，２，６−ヘキサントリオール、１，２，３−ヘプタントリオール、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン等のアルカントリオール類；
ジグリセリン、ポリグリセリン、ジトリメチロールプロパン、ジペンタエリスリトール等のポリオール類の縮合物；
ブチルグリセリルエーテル、ペンチルグリセリルエーテル、へキシルグリセリルエーテル、オクチルグリセリルエーテル等のグリセリルアルキルエーテル類；
リボース、アラビノース、キシロース、リキソース、アロース、アルトロース等の単糖類；
グルコース、マンノース、グロース、イドース、ガラクトース、タロース、フルクトース、エリトロース、トレオース、トレハロース、マルトース、セロビオース、ゲンチオビオース、ラクトース、スクロース（ショ糖)等の２糖類；
ラフィノース、ゲンチアノース、メレチトース、マルトトリオース、セロトリオース、マンニノトリオース等の３糖類；
澱粉、セルロース、マンナン、スタキオース、イヌリン、キトサン等の多糖類；
エリスリトール、リビトール、ｐ−アラビニトール、キシリトール、アリトール、ソルビトール、マンニトール、ｐ−イジトール、ガラクチトール、タリトール等の糖アルコール類；
ガラクトサミン等、上記化合物の誘導体；
ポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡともいう。）等。
なお、多価アルコールとして糖類を用いる場合には、Ｄ体およびＬ体のいずれでもよく、両者を併用してもよい。
【００２３】
本実施形態において、多価アルコールとして用いられるポリビニルアルコールの重合度は、入手し易さの観点から１００以上であることが好ましい。また、研磨速度の持続性および砥粒の凝集抑制効果に優れることから３，５００未満であることが好ましく、２，５００未満であることがより好ましい。
【００２４】
多価アルコールとしては、上記した中でも研磨速度の持続性および砥粒の凝集抑制効果に優れることから、エチレングリコール、マンニトール、グルコースおよび重合度１００〜３，５００のポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【００２５】
なお、多価アルコールとしては、上記した１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２６】
本実施形態の研磨剤において、多価アルコールの含有量は、研磨剤の質量あたりのＯＨ基の個数として、１．６×１０１７〜４×１０２１個／ｇであることが好ましく、３．２×１０１７〜２．８２×１０２１個／ｇであることがより好ましい。多価アルコールの含有量が１．６×１０１７個／ｇ未満であると凝集抑制効果に劣り、４×１０２１個／ｇを超えると十分な研磨速度を得られないことがある。
【００２７】
本実施形態の研磨剤において、多価アルコールの含有量は、研磨剤全体に対して、０．００５〜５質量％であることが好ましい。多価アルコールの含有量が０．００５質量％未満であると凝集抑制効果に劣り、５質量％を超えると十分な研磨速度を得られないことがある。
【００２８】
（２）酸化ケイ素微粒子
本実施形態の研磨剤において、酸化ケイ素微粒子は研磨砥粒として用いられる。酸化ケイ素微粒子としては、種々の公知の方法で製造されるものを使用できる。例えば、四塩化ケイ素を酸素と水素の火炎中で気相合成したヒュームドシリカやケイ酸ナトリウムをイオン交換、もしくは中和後脱塩したコロイダルシリカまたはケイ素アルコキシドを液相で加水分解したコロイダルシリカ等の酸化ケイ素微粒子が挙げられる。これらのうちでも、本実施形態の研磨剤においては、品種の多様性の観点からケイ酸ナトリウムを出発原料とするコロイダルシリカがより好ましい。
【００２９】
本実施形態の研磨剤において、酸化ケイ素微粒子の平均一次粒子径は、５〜１１０ｎｍであることが好ましく、８〜１１０ｎｍがより好ましい。なお、酸化ケイ素微粒子を研磨砥粒として用いる場合には、長期使用時における安定性の観点から、平均一次粒子径が異なる２種以上の酸化ケイ素微粒子を組合せて用いることが好ましい。
【００３０】
このような酸化ケイ素微粒子の組合せとして、具体的には、平均一次粒子径が５〜２０ｎｍの第１の酸化ケイ素微粒子と、平均一次粒子径が４０〜１１０ｎｍの第２の酸化ケイ素微粒子とを含む組合せが好ましく、その場合、第１の酸化ケイ素微粒子と第２の酸化ケイ素微粒子の合計量に占める第１の酸化ケイ素微粒子の割合が０．７〜４０質量％であることが好ましい。
【００３１】
酸化ケイ素微粒子として第１および第２の酸化ケイ素微粒子を用い、第１の酸化ケイ素微粒子の平均一次粒子径および第２の酸化ケイ素微粒子の平均一次粒子径をそれぞれ上記範囲とし、上記配合割合で研磨剤に配合することで、大粒子径の第２の酸化ケイ素微粒子とともに小粒子径の第１の酸化ケイ素微粒子が上記配合割合のように少量存在し、第１の酸化ケイ素微粒子の大きな比表面積による緩衝作用の効果により、ｐＨの変動をより抑制して長期使用時の安定性をさらに向上させることができる。さらに、研磨に際して研磨砥粒として上記配合割合のように大部分を占める大粒子径の第２の酸化ケイ素微粒子の間に少量存在する小粒子径の第１の酸化ケイ素微粒子が研磨性を上げる方向に作用して高い研磨速度を得ることができる。
【００３２】
これら第１の酸化ケイ素微粒子および第２の酸化ケイ素微粒子は平均一次粒子径が異なる以外は同様の酸化ケイ素微粒子を用いることが可能である。
【００３３】
酸化ケイ素微粒子として、第１および第２の酸化ケイ素微粒子を用いる場合には、第１の酸化ケイ素微粒子の平均一次粒子径は、より好ましくは８〜２０ｎｍである。
【００３４】
また、第２の酸化ケイ素微粒子の平均一次粒子径は、より好ましくは４５〜１１０ｎｍである。
【００３５】
なお、本明細書において、酸化ケイ素微粒子の平均一次粒子径とは、窒素吸着ＢＥＴ法により測定される比表面積を、球状粒子の直径に換算したものである。
【００３６】
本実施形態の研磨剤における、上記第１および第２の酸化ケイ素微粒子の配合割合として、第１の酸化ケイ素微粒子と第２の酸化ケイ素微粒子の合計量に占める第１の酸化ケイ素微粒子の割合は１〜４０質量％がより好ましく、３〜４０質量％が特に好ましい。
【００３７】
本実施形態の研磨剤中の酸化ケイ素微粒子の含有量は、研磨剤全質量に対して０．０１〜５０質量％の範囲で、研磨速度、均一性、材料選択性、分散安定性等を考慮して適宜設定することが好ましい。酸化ケイ素微粒子の含有量が、研磨剤全質量に対して０．０１質量％未満では、十分な研磨速度が得られないことがあり、５０質量％を超えると、砥粒濃度の増加に見合った研磨速度の向上が認められず、また、研磨剤の粘性が上がり過ぎたり、研磨剤のゲル化を促進したりする場合がある。酸化ケイ素微粒子の含有量は、より好ましくは１〜３０質量％の範囲である。
【００３８】
なお、酸化ケイ素微粒子として、上記した第１および第２の酸化ケイ素微粒子を用いる場合には、研磨剤中の酸化ケイ素微粒子の含有量は、研磨剤全体に含有される第１の酸化ケイ素微粒子および第２の酸化ケイ素微粒子の合計質量の割合である。
【００３９】
（３）水
本実施形態の研磨剤が含有する水は、研磨砥粒である上記酸化ケイ素微粒子を分散させ、多価アルコールを溶解させるとともに、その他必要に応じて添加される任意成分を分散・溶解するための媒体である。水については、特に制限はないが、他の配合成分に対する影響、不純物の混入、ｐＨ等への影響から、純水または脱イオン水が好ましい。水は研磨剤の流動性を制御する機能を有するので、その含有量は、研磨速度、平坦化特性等の目標とする研磨特性に合わせて適宜設定することができる。
【００４０】
本実施形態の研磨剤において、水は、研磨剤全質量に対して４５〜９９質量％の範囲で含まれることが好ましい。水の含有量が、研磨剤全質量に対して４５質量％未満では、研磨剤の粘性が高くなり流動性が損なわれる場合があり、９９質量％を超えると、研磨砥粒である上記酸化ケイ素微粒子の濃度が低くなり十分な研磨速度が得られないことがある。
【００４１】
（４）研磨剤の調製および任意成分
本実施形態の研磨剤は、必須成分として含有する上記（１）の多価アルコールと、（２）の酸化ケイ素微粒子と、（３）の水を、例えば、上記含有量となるように秤量し、混合することにより調製できる。
【００４２】
ここで、酸化ケイ素微粒子としてコロイダルシリカを用いた場合、コロイダルシリカはあらかじめ酸化ケイ素微粒子が水に分散した状態で供給されるため、酸化ケイ素微粒子を含むコロイダルシリカを所望の割合で混合し、所定量の（１）多価アルコールを添加して、適宜水によって希釈することで調整できる。
【００４３】
また、酸化ケイ素微粒子として、第１の酸化ケイ素微粒子および第２の酸化ケイ素微粒子を用いる場合には、第１の酸化ケイ素微粒子を含むコロイダルシリカと、第２の酸化ケイ素微粒子を含むコロイダルシリカを所望の割合で混合し、所定量の（１）多価アルコールを添加して、適宜水によって希釈すればよい。
【００４４】
なお、本実施形態の研磨剤には、上記本発明の効果を損なわない範囲において、上記（１）〜（３）の必須成分以外に、通常の化学的機械的研磨用の研磨剤が含有するような任意成分を含有させてもよい。
【００４５】
［研磨方法］
本実施形態の研磨剤を用いて、サファイア基板の被研磨面を研磨する方法としては、研磨剤を研磨パッドに供給しながら、サファイア基板の被研磨面と研磨パッドとを接触させ、両者間の相対運動により研磨を行う研磨方法が好ましい。
【００４６】
上記研磨方法において、研磨装置としては従来公知の研磨装置を使用することができる。図１に、本実施形態に使用可能な、研磨剤を循環使用する研磨装置の一例を示し、以下に説明するが、本実施形態に使用される研磨装置はこのような構造のものに限定されるものではない。
【００４７】
この研磨装置１０は、サファイア基板１を保持する研磨ヘッド２と、研磨定盤３と、研磨定盤３の表面に貼り付けられた研磨パッド４と、研磨剤５を貯留するタンク８と、タンク８から研磨剤供給手段７を用いて、研磨パッド４に研磨剤５を供給する研磨剤供給配管６とを備えている。研磨装置１０は、研磨剤供給配管６から研磨剤５を供給しながら、研磨ヘッド２に保持されたサファイア基板１の被研磨面を研磨パッド４に接触させ、研磨ヘッド２と研磨定盤３とを相対的に回転運動させて研磨を行うように構成されている。
【００４８】
このような研磨装置１０を用いて、サファイア基板１の被研磨面の研磨を行うことができる。ここで、研磨装置１０はサファイア基板の片面を被研磨面として研磨する研磨装置であるが、例えば、サファイア基板の上下面に研磨装置１０と同様の研磨パッドを配した両面同時研磨装置を使用してサファイア基板の被研磨面（両面）を研磨することも可能である。
【００４９】
研磨ヘッド２は、回転運動だけでなく直線運動をしてもよい。また、研磨定盤３および研磨パッド４は、サファイア基板１と同程度またはそれ以下の大きさであってもよい。その場合は、研磨ヘッド２と研磨定盤３とを相対的に移動させることにより、サファイア基板１の被研磨面の全面を研磨できるようにすることが好ましい。さらに、研磨定盤３および研磨パッド４は回転運動を行なうものでなくてもよく、例えばベルト式で一方向に移動するものであってもよい。
【００５０】
このような研磨装置１０の研磨条件には特に制限はないが、研磨ヘッド２に荷重をかけて研磨パッド４に押しつけることで、より研磨圧力を高め、研磨速度を向上させることも可能である。研磨圧力は１０〜５０ｋＰａ程度が好ましく、研磨速度のサファイア基板１の被研磨面内均一性、平坦性、スクラッチなどの研磨欠陥防止の観点から、１０〜４０ｋＰａ程度がより好ましい。研磨定盤３および研磨ヘッド２の回転数は、５０〜５００ｒｐｍ程度が好ましいがこれに限定されない。また、研磨剤５の供給量については、研磨剤の組成、上記各研磨条件等により適宜調整、選択されるが、例えば、直径５０ｍｍのサファイアウェハを研磨する場合には、概ね５〜３００ｃｍ３／分程度の供給量が好ましい。
【００５１】
研磨パッド４としては、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質樹脂、非多孔質樹脂などからなるものを使用することができる。また、研磨パッド４への研磨剤５の供給を促進し、あるいは研磨パッド４に研磨剤５が一定量溜まるようにするために、研磨パッド４の表面に格子状、同心円状、らせん状などの溝加工が施されていてもよい。
【００５２】
また、必要により、パッドコンディショナーを研磨パッド４の表面に接触させて、研磨パッド４表面のコンディショニングを行いながら研磨してもよい。
【００５３】
また、図１に示す研磨装置１０は、研磨に使用した研磨剤５を研磨パッド４から回収する回収手段（図示せず）を有し、回収した研磨剤５がタンク８に輸送される構成となっている。タンク８に戻った研磨剤５は、再び研磨剤供給手段７を用いて研磨剤供給配管６を経て研磨パッド４に供給される。研磨剤５は、このようにして循環使用される。
【００５４】
なお、本実施形態の研磨方法においては、研磨パッドに供給された研磨剤が研磨に使用された後、上記同様に回収されるが、１回の研磨使用毎に廃棄される、いわゆる掛け流し構成の研磨装置を使用することも可能である。
【００５５】
研磨剤が循環使用される研磨方法は、研磨剤が１回の研磨使用毎に廃棄される研磨方法と比較して研磨剤の消費量を減らすことができるため好ましい。しかし、研磨の進行に伴い研磨によりサファイア基板の研磨くずが研磨剤に混入してくるため、従来の研磨剤では、研磨砥粒の凝集を招きやすく、パッドの目詰まりを誘引して次第に研磨速度が低下するという問題があった。本実施形態の研磨剤を用いれば、研磨砥粒の研磨剤中での分散安定性に優れるため、循環使用時の研磨速度の低下が抑制される。
【００５６】
すなわち本実施形態の研磨剤は、循環方式で用いた際の研磨速度の低下が抑制されるという特徴を有している。これにより研磨工程の効率が向上するだけでなく、研磨剤の消費量の低減や、パッドのドレッシングやフラッシングなどの頻度低減によるダウンタイムの短縮、更にはパッド消費量の削減にもつながり、研磨工程を効率的に行えるため、各種デバイス製造の量産性向上に与える意義は非常に大きいといえる。
【実施例】
【００５７】
以下に本発明を、実施例を用いて説明するが、本発明は以下の記載に限定されるものではない。例１〜１２は実施例、例１３〜１５は比較例である。
各例において、研磨剤に第１の酸化ケイ素微粒子および第２の酸化ケイ素微粒子を砥粒として配合する際には、以下のコロイダルシリカ水分散液を用いた。
（砥粒）
第１の酸化ケイ素微粒子については、平均一次粒子径が１０ｎｍのコロイダルシリカの固形分濃度３０質量％水分散液（以下、「第１のコロイダルシリカ分散液」という）を用いた。
第２の酸化ケイ素微粒子については、平均一次粒子径が１１０ｎｍのコロイダルシリカの固形分濃度４０質量％水分散液（以下、「第２のコロイダルシリカ分散液」という）を用いた。
なお、第１、第２の酸化ケイ素微粒子の平均一次粒子径はいずれも、窒素吸着ＢＥＴ法により比表面積を測定して得られた値である。
【００５８】
（例１）
最終的に得られる研磨剤の全質量に対して、第２の酸化ケイ素微粒子が２５質量％、多価アルコールとしてエチレングリコールが０．５質量％、水（イオン交換水）が７４．５質量％となるように、第２のコロイダルシリカ分散液とエチレングリコールと水とを混合して撹拌し、研磨剤を調整した。
表１に、上記例１で得られた研磨剤の組成を示す。
【００５９】
（例２〜１５）
多価アルコールとして表１に示す化合物を用いて、酸化ケイ素微粒子と、多価アルコールと水との配合割合を表１のようにし、その他は例１と同様にして例２〜１５の研磨剤を調整した。
なお、例１〜１５で用いているグルコースおよびマンニトールは全てＤ体（Ｄ−グルコースまたはＤ−マンニトール）である。
【００６０】
［評価］
上記で得られた例１〜例１５の研磨剤の研磨特性を以下の方法により評価した。
研磨特性の評価として、研磨剤を循環使用した際の研磨速度の持続性、および循環使用することで研磨剤がサファイア基板研磨くずを含有した状態での研磨砥粒の凝集状態について評価を行った。
【００６１】
＜被研磨物＞
被研磨物として、単結晶サファイア基板の２インチウェハ（信光社製、（０００１）面、基板の厚み４２０μｍ）を使用した。
【００６２】
＜研磨方法＞
研磨機としては、ＳＰＥＥＤＦＡＭ社製卓上研磨装置を使用した。研磨パッドとしては、ＳＵＢＡ８００−ＸＹ−ｇｒｏｏｖｅ（ニッタハース社製）を使用し、試験前にＭＥＣ１００−ＰＨ３．５Ｌ（三菱マテリアル社製）および、ブラシを用いてコンディショニングを行った。
【００６３】
研磨は、研磨剤の供給速度を１００ｃｍ３／分、研磨定盤の回転数は９０ｒｐｍとし、研磨圧を５ｐｓｉすなわち３４．５ｋＰａとして行った。研磨剤は循環使用し、研磨ヘッドは単独では回転せず研磨定盤の回転に伴い回転する設定とした。
【００６４】
＜研磨速度＞
研磨速度は、単位時間当たりの基板の厚さの変化量（μｍ／ｈｒ）で評価した。具体的には、上記評価に用いた単結晶サファイア基板について、厚みが既知の未研磨基板の質量と所定の時間研磨した後の基板質量とを測定し、その差から質量変化を求め、更に質量変化から求めた基板の厚みの時間当たりの変化を下記の式を用いて算出した。
【００６５】
（研磨速度（Ｖ）の計算式）
Δｍ＝ｍ０−ｍ１
Ｖ＝Δｍ／ｍ０  ×  Ｔ０  ×  ６０／ｔ        …（１）
（式中、Δｍ（ｇ）は研磨前後の質量変化、ｍ０（ｇ）は未研磨基板の初期質量、ｍ１（ｇ）は研磨後基板の質量、Ｖは研磨速度（μｍ／ｈｒ）、Ｔ０は未研磨基板の基板厚み（μｍ）、ｔは研磨時間（ｍｉｎ）を表す。）
【００６６】
＜初期研磨速度＞
まず、例１〜例１５の研磨剤について、１５分研磨した後の研磨速度を測定・算出し、初期研磨速度とした。すなわち、１５分研磨後の基板を研磨ヘッドからはずしてその質量を測定した。未研磨基板の質量から１５分研磨後の基板の質量を引き算した値を（１）式におけるΔｍ（ｇ）とし、初期研磨速度を算出した。初期研磨速度は、例１３で調製した第１および第２の酸化ケイ素微粒子を砥粒とし、ｐＨ調整剤を含有しない研磨剤の初期研磨速度を１．００としたときの比率を求めて表した。結果を表１に示す。
【００６７】
＜２４０分研磨後の研磨速度＞
例１〜例１５の研磨剤について、２４０分研磨した後の研磨速度を測定・算出し、２４０分研磨後の研磨速度とした。すなわち、上記初期研磨速度の測定に続き、質量測定後の１５分研磨後の基板を再度研磨ヘッドに保持させ、研磨開始からの合計で２２５分研磨後に基板を研磨ヘッドから外して質量を測定して２２５分研磨後の基板質量とした。次いで質量測定後の基板を再度研磨ヘッドに保持させてさらに１５分研磨した後（研磨開始からの合計で２４０分研磨後）、基板を研磨ヘッドから外して質量を測定し、２４０分研磨後の基板質量とした。（１）式においてΔｍを２２５分研磨後の基板質量から２４０分研磨後の基板質量を引き算した値として、２４０分研磨後の研磨速度を算出した。２４０分研磨後の研磨速度は、例１３で調製した第１および第２の酸化ケイ素微粒子を砥粒とし、ｐＨ調整剤を含有しない研磨剤の初期研磨速度を１．００としたときの比率を求めて表わした。
＜研磨速度の持続性＞
次に研磨速度の持続性について、例１３における初期研磨速度（研磨開始から１５分後の研磨速度）と比較した上記２４０分間研磨した後の研磨速度を次式で算出し、評価した。具体的には、数値が大きいほど、研磨速度の低下がなく、研磨速度の持続性がよいことを示している。
研磨速度の持続性＝（２４０分研磨後の研磨速度の値）／（例１３の初期研磨速度の値）
【００６８】
＜研磨くずを含有する研磨剤の砥粒の凝集状態を評価する方法＞
サファイア基板の研磨くずはアルミン酸として研磨剤中に混入する。そのため、研磨を２４０分間行った後の、サファイア基板の研磨くずを含有した状態における研磨剤を模擬した研磨剤を次のように調整した。すなわち、アルミン酸ナトリウム（Ｎａ［Ａｌ（ＯＨ）４］）を、アルミン酸ナトリウムと研磨剤との合計質量に対して０．０４質量％となる量添加したものを、研磨くずを含有した模擬研磨剤とした。
【００６９】
また、研磨くずを含有した模擬研磨剤およびアルミン酸ナトリウムを添加していない研磨使用前の研磨剤について、それぞれ、粒度分布を、レーザー回折・散乱法による光学粒度分布計（商品名、マクロトラック、ＮＩＫＫＩＳＯ社製）で測定し、Ｄ９５（粒度分布における積算値９５％時の粒子径を意味する。）の変化を以下の式で算出し、評価した。
凝集率＝（研磨くずを含有した模擬研磨剤のＤ９５）／（研磨使用前の研磨剤のＤ９５）
凝集率の値が小さいほど、研磨砥粒の凝集がないことを示している。
【００７０】
【表１】
2014204063.tif 000003
【００７１】
表１からわかるように、実施例である例１〜１２の研磨剤は、２４０分研磨後の研磨速度の持続性に優れ、かつ研磨砥粒の凝集も抑制されている。すなわち長期使用安定性に優れていることが分かる。
【００７２】
これに対し、比較例である例１３〜１５をみると、例１３、１４では２４０分研磨後、研磨砥粒の凝集が大きく、さらに研磨速度が初期研磨速度から大幅に低下している。また、例１５では初期研磨速度が小さくなっている。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明によれば、硬度の高いサファイア単結晶基板の被研磨面を効率よく研磨することが可能であり、研磨剤の長期使用安定性の向上が可能となる。これによりサファイア基板の生産性の向上に寄与することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１…サファイア基板、２…研磨ヘッド、３…研磨定盤、４…研磨パッド、５…研磨剤、６…研磨剤供給配管、７…研磨剤供給手段、８…タンク、１０…研磨装置
【図１】
2014204063.tif 000004