(57)【要約】【課題】サファイア基板の研磨において、ｐＨの変動を抑制し、研磨速度の持続性を向上させる等、長期研磨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、アミノ基のｐＫａが８〜１０．５であるアミノ酸、ホウ酸および炭酸水素ナトリウムから選ばれる少なくとも１種のｐＨ調整剤と、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、アミノ基のｐＫａが８〜１０．５であるアミノ酸、ホウ酸および炭酸水素ナトリウムから選ばれる少なくとも１種のｐＨ調整剤と、水とを含むことを特徴とする研磨剤。
【請求項２】
前記研磨剤のｐＨは、８〜１０．５の範囲である請求項１記載の研磨剤。
【請求項３】
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または２記載の研磨剤。
【請求項４】
前記ｐＨ調整剤は、グリシン、アラニン、システイン、ホウ酸および炭酸水素ナトリウムから選ばれる少なくとも１種である請求項１〜３のいずれか１項記載の研磨剤。
【請求項５】
前記ｐＨ調整剤の含有量は、前記研磨剤全量に対して０．００１〜１５質量％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】
前記酸化ケイ素微粒子は、コロイダルシリカである請求項１〜５のいずれか１項記載の研磨剤。
【請求項７】
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１〜６のいずれか１項記載の研磨剤。
【請求項８】
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３〜７のいずれか１項記載の研磨剤。
【請求項９】
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３〜８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、長時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。ここで、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るが、長期間循環使用すると研磨剤のｐＨが小さくなり、研磨効率が大幅に低下するという問題があった。そこで、例えば、水酸化ナトリウムやアミン系物質等のアルカリ性剤を、循環する研磨剤にｐＨ調整器を用いて添加し、研磨剤のｐＨを調整する方法（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研磨砥粒とする研磨剤のｐＨ調節の方法として、半導体の金属配線の研磨において、研磨砥粒に酸化剤や抑制剤とともにアミノ酸を添加した研磨剤を用い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】特開平１１−１０５４０号公報
【特許文献２】特開２０００−１３３６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
サファイア基板の研磨においても、酸化ケイ素微粒子を砥粒する研磨剤を循環使用する場合には、研磨剤のｐＨが低下して砥粒が凝集し易くなり、研磨速度が低下するという問題があるが、ｐＨ調整器を用いる方法では、アルカリ剤添加のタイミングによっては研磨速度にばらつきが生じる、自動滴下装置を使用するために装置構成が複雑になる等の問題がある。また、アルカリ剤としてアミン系の化合物を用いる方法では、環境への配慮からその使用が法令で規制されてい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、ｐＨの変動を抑制し、研磨速度の持続性を向上させる等、長期研磨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、アミノ基のｐＫａが８〜１０．５であるアミノ酸、ホウ酸および炭酸水素ナトリウムから選ばれる少なくとも１種のｐＨ調整剤と、水とを含むことを特徴とする研磨剤。
［２］前記研磨剤のｐＨは、８〜１０．５の範囲である［１］の研磨剤。
［３］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］または［２］の研磨剤。
［４］前記ｐＨ調整剤は、グリシン、アラニン、システイン、ホウ酸および炭酸水素ナトリウムから選ばれる少なくとも１種である［１］〜［３］のいずれかの研磨剤。
［５］前記ｐＨ調整剤の含有量は、前記研磨剤全量に対して０．００１〜１５質量％である［１］〜［４］のいずれかの研磨剤。
【０００９】
［６］前記酸化ケイ素微粒子は、コロイダルシリカである［１］〜［５］のいずれかの研磨剤。
［７］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］〜［６］のいずれかの研磨剤。
［８］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［３］〜［７］のいずれかの研磨剤。
［９］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［３］〜［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、ｐＨの変動を抑制し、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（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、アミノ基のｐＫａが８〜１０．５であるアミノ酸、ホウ酸および炭酸水素ナトリウムから選ばれる少なくとも１種のｐＨ調整剤と、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】
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ｐＨ調整剤を用いることで、サファイア基板の研磨においてこれを長期間使用した場合の研磨剤のｐＨの変動を抑制し、研磨速度の持続性を向上させるものである。
【００１６】
上述したように、サファイア基板の研磨において、研磨剤を循環使用した場合に、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が低下することがある。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。このとき、研磨剤のｐＨの変動に応じて研磨剤にアルカリ剤等を添加する方法では、その添加のタイミングによっては研磨剤のｐＨにばらつきが生じ、研磨速度にばらつきが生じることがある。
【００１７】
本実施形態の研磨剤は、酸化ケイ素微粒子と、上記した特定のｐＨ調整剤と、水とを含有するものであり、当該特定のｐＨ調整剤が有する高い緩衝作用により、研磨剤のｐＨの変動を抑制して分散媒中での酸化ケイ素微粒子の分散安定性を向上させることができる。さらに、当該ｐＨ調整剤が不揮発性であることから、砥粒である酸化ケイ素微粒子の研磨剤中の濃度を安定に保つことができ、研磨速度を安定に維持することができる。このように、本実施形態の研磨剤は、長期使用時の安定性に優れるものである。さらに、自動滴下装置が不要であるので研磨に用いる装置の構成を簡素化でき、また、アミン系の化合物を使用しないので環境負荷の問題もない。
以下、本実施形態の研磨剤を構成する各要素について説明する。
【００１８】
（１）ｐＨ調整剤
本実施形態の研磨剤において、ｐＨ調整剤は、アミノ基のｐＫａが８〜１０．５であるアミノ酸（以下、アミノ酸（Ａ）という。）、ホウ酸および炭酸水素ナトリウムから選ばれる少なくとも１種である。
アミノ酸はアミノ基とカルボキシル基を有する化合物であり、通常、アミノ基のｐＫａとカルボキシル基のｐＫａを有する。本実施形態にｐＨ調整剤として用いるアミノ酸（Ａ）は、アミノ基のｐＫａが８〜１０．５のアミノ酸であればよく、カルボキシル基のｐＫａ等は特に制限されない。なお、アミノ酸（Ａ）は２個以上のアミノ基を有していてもよく、この場合、上記アミノ基のｐＫａとは、２個以上のアミノ基のいずれか１個のｐＫａをいう。
また、ホウ酸および炭酸水素ナトリウムについてもｐＫａはそれぞれ９．２および１０．３であり、アミノ酸（Ａ）のアミノ基のｐＫａと同程度のｐＫａ値を有する。
【００１９】
アミノ酸（Ａ）、ホウ酸および炭酸水素ナトリウムは、上記ｐＫａ値を有することで、酸化ケイ素微粒子を砥粒とする研磨剤中で、サファイア基板の研磨くずの混入による研磨剤のｐＨの低下を抑制し、ｐＨを一定に保つｐＨ緩衝作用を奏する化合物である。アミノ酸（Ａ）としては、アミノ基のｐＫａが９〜１０．５のアミノ酸（Ａ）が好ましい。なお、アミノ酸（Ａ）としては水溶性、好ましくは水に対する溶解度として５ｍｇ／１００ｍＬ以上、かつ不揮発性の化合物が好ましい。ホウ酸および炭酸水素ナトリウムは十分な水溶性を有するとともに不揮発性の化合物である。
【００２０】
本実施形態の研磨剤において、ｐＨ調整剤として用いられるアミノ酸（Ａ）として、例えば、グリシン（９．２）、アラニン（９．６９）、メチオニン（９．０６）、アルギニン（９．０１）、フェニルアラニン（９．１９）、プロリン（１０．３８）、アスパラギン（８．７２）、システイン（８．１５，１０．２９）、チロシン（９．０４，１０．１４）、グルタミン（９．０１）、ヒスチジン（９．０８）、イソロイシン（９．５６）、ロイシン（９．５７）、リシン（９．０８）、トレオニン（８．９７）、トリプトファン（９．３３）、セリン（９．０６）、バリン（９．４９）、シスチン（８．０３，８．８）、ヒドロキシプロリン（９．４６）、ヒドロキシリジン、チロキシン、ｏ−ホスホセリン、デスモシン、β−アラニン（１０．１０）、サルコシン（９．９７）、オルニチン（８．７４）、クレアチン、γ−アミノ酪酸、オパイン、テアニン、トリコロミン酸、カイニン酸、ドウモイ酸、イボテン酸、アクロメリン酸等が挙げられる。なお、上記したアミノ酸について、括弧内はアミノ基のｐＫａの値である。
【００２１】
ｐＨ調整剤としては、上記した中でも、入手し易いこと、ｐＨの安定性および長期研磨時の研磨速度の持続性に優れることから、グリシン、アラニン、システイン、ホウ酸および炭酸水素ナトリウムから選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【００２２】
なお、ｐＨ調整剤としては、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。
【００２３】
本実施形態の研磨剤において、ｐＨ調整剤の含有量は、研磨剤全量に対して、０．００１〜１５質量％であることが好ましく、０．００５〜１０質量％であることがより好ましい。
【００２４】
（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。なお、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が、そのｐＨは７〜１１であることが好ましく、８〜１０．５であることがより好ましい。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、さらに好ましくは１〜３０質量％の範囲である。
【００３４】
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。
【００３５】
（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、ｐＨ調整剤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。
【００３６】
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４０〜９９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４０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。
【００３７】
（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ｐＨ調整剤と、（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。
【００３８】
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、酸化ケイ素微粒子を含むコロイダルシリカの水分散液を所望の割合で混合し、所定量の（１）ｐＨ調整剤を添加して、適宜水によって希釈することで調整できる。
【００３９】
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）ｐＨ調整剤を添加して、適宜水によって希釈すればよい。
【００４０】
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。
【００４１】
このようにして得られる本実施形態の研磨剤のｐＨは、８〜１０．５の範囲にあることが好ましく、８．５〜１０．５がより好ましい。本実施形態の研磨剤の必須成分である（１）ｐＨ調整剤と、（２）酸化ケイ素微粒子と、（３）水とを所定の割合で混合すれば、概ねｐＨは上記範囲となり、後述の緩衝溶液として機能することができる。
【００４２】
なお、実施形態においては、研磨剤のｐＨを上記範囲に調整するために、任意成分として、強酸または強塩基等のｐＨ調整補助剤をさらに添加してもよい。研磨剤におけるｐＨ調整補助剤の添加量は、研磨剤が緩衝溶液と十分機能する範囲であり、（１）ｐＨ調整剤の含有量に対して２０質量％以下が好ましい。ｐＨ調整補助剤としては、塩酸、硝酸、硫酸等の強酸の水溶液、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の強塩基またはこれらの水溶液を用いることができる。なお、（１）〜（３）の必須成分にｐＨ調整補助剤を任意に加えて、研磨剤を調製する方法として、具体的には、ｐＨ調整補助剤を配合せずに調整された研磨剤について、ｐＨを測定しつつ、上記したｐＨ調整補助剤を適当な濃度の水溶液とし、ｐＨが所望の値となるようにそれぞれ適当な量、好ましくは上に示す上限値以下で添加する方法が挙げられる。
【００４３】
また、本実施形態の研磨剤は、緩衝溶液であることが好ましい。本実施形態の研磨剤においてはこれを用いてサファイア基板を研磨した際に緩衝溶液として作用することが好ましい。すなわち、本実施形態の研磨剤を用いてサファイア基板が化学的機械的研磨されると、研磨くずはアルミン酸の形で研磨剤中に排出されるが、一定量のアルミン酸を取り込んだ後もｐＨの変化が少ない研磨剤であることが好ましい。
【００４４】
例えば、本実施形態の研磨剤は、ｐＨを上記した好ましい範囲としたものであって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混合後の合計質量に対して０．０４質量％となる量添加した後のｐＨと、アルミン酸ナトリウム添加前のｐＨとの差が±１．５以内であるものが好ましく、±１以内であるものがより好ましい。また、このアルミン酸ナトリウムを添加した後のｐＨは、６．５〜１２の範囲であることが好ましい。
【００４５】
このように、本実施形態の研磨剤においては、研磨に際してサファイア基板の研磨くずが混入しても、（１）ｐＨ調整剤が単独でまたは必要に応じて添加される成分とともにｐＨ緩衝剤として働き、研磨剤が緩衝溶液となっているので、ｐＨを上記した好ましいｐＨの範囲に保つことが可能であり、長期安定使用が可能となる。
【００４６】
［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。
【００４７】
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、本発明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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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のサファイヤ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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、研磨砥粒の凝集やゲル化を招きやすく、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、研磨砥粒の凝集の原因となるｐＨの低下が抑制されることで、循環使用時の研磨速度の低下が抑制される。
【００５７】
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】
【００５８】
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１〜１３は実施例、例１４〜１６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。
【００５９】
（例１）
最終的に得られる研磨剤の全質量に対して、（１）ｐＨ調整剤としてアラニンを０．１質量％、（２）第２の酸化ケイ素微粒子を２５質量％、（３）水（イオン交換水）を７０質量％となるように、第２のコロイダルシリカ分散液とアラニンと水とを混合して撹拌した。この混合液のｐＨ（（１）（２）（３）混合時ｐＨ）は８．５であった。
【００６０】
次いで、ｐＨが９．５になるまで、ｐＨ調整補助剤（ＫＯＨの１０質量％水溶液）を添加し、その後全量が１００質量％となるように水を加え、十分に撹拌して研磨剤を調整した。このときのｐＨ調整補助剤の添加量は、研磨剤全量に対して０．０６質量％であった。また、研磨剤のｐＨは、ポータブルｐＨ計（ＴＯＡＤＫＫ社製）を用いて測定した。
表１に、上記例１で得られた研磨剤の組成を示す。
【００６１】
（例２〜１６）
ｐＨ調整剤としてそれぞれ表１の化合物を用いて、第１および第２の酸化ケイ素微粒子と、ｐＨ調整剤と、水と、必要に応じて表１に示すｐＨ調整補助剤（ＫＯＨの１０質量％水溶液およびＨＮＯ３の１０質量％水溶液）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２〜１６の研磨剤を調整した。また、各例について、ｐＨ調整剤、酸化ケイ素微粒子および水を混合し、ｐＨ調整補助剤を添加する前の混合液のｐＨを測定した。
なお、例９および例１１では、酸化ケイ素微粒子とｐＨ調整剤（グリシン）と水とを混合したときのｐＨが９．５であったため、ｐＨ調整補助剤は添加していない。
【００６２】
［評価］
上記で得られた例１〜例１６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場合のｐＨの変化について評価を行った。
【００６３】
＜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。
【００６４】
＜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。
【００６５】
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。
【００６６】
＜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各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、さら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。
【００６７】
（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。）
【００６８】
＜初期研磨速度＞
まず、例１〜例１６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１５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２に示す。
【００６９】
＜２４０分研磨後の研磨速度＞
例１〜例１６の研磨剤について、２４０分研磨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。
＜研磨速度の持続性＞
次に研磨速度の持続性について、例１５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分研磨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１５の初期研磨速度の値）
【００７０】
＜研磨剤のｐＨ変化を評価する方法＞
研磨使用前と、２４０分研磨後の研磨剤のｐＨを、それぞれポータブルｐＨ計（ＴＯＡＤＫＫ社製）を用いて測定した。得られたｐＨ測定値から研磨使用前後におけるｐＨの差、ΔｐＨを次の式により算出した。結果を表１に示す。なお、研磨剤は２４０分の循環使用中に研磨くずを除去する等の操作は施されていない。
ΔｐＨ＝（研磨使用前の研磨剤のｐＨ）−（２４０分研磨後の研磨剤のｐＨ）
【００７１】
【表１】
2014216368.tif 000003
【００７２】
表１からわかるように、実施例である例１〜１３の研磨剤は、研磨初期から２４０分研磨後の研磨速度の低下が小さく、研磨速度の持続性に優れている。また、このときの研磨剤のｐＨの低下も抑制されている。すなわち長期使用安定性に優れていることが分かる。
【００７３】
一方、比較例である、例１４〜１６をみると、例１４の研磨剤では初期研磨速度が小さく、例１５、１６の研磨剤では２４０分研磨後の研磨速度が初期研磨速度から大きく低下している。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
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、研磨速度の持続性に優れ、ｐＨの変動も抑制されるため、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】
【００７５】
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】
2014216368.tif 000004