(57)【要約】【課題】研磨パッドを有する研磨装置を用いて硬脆材料からなる研磨対象物を研磨する際、１５０ｇ／ｃｍ２以上の高い研磨荷重（研磨圧力）条件下において、ビッカース硬度が１，５００ＨＶを超える硬脆材料からなる研磨対象物を高い研磨速度で研磨することができ、かつ該研磨対象物表面の傷等の欠陥の発生や、研磨パッドまたは保持冶具等の傷の発生を抑制することができる研磨用組成物を提供する。【解決手段】ビッカース硬度が１，５００ＨＶを超える硬脆材料からなる研磨対象物を、研磨パッドを有する研磨装置を用いて、１５０ｇ／ｃｍ２以上の研磨荷重で研磨する用途に使用される研磨用組成物であって、砥粒と、水と、前記研磨パッド表面に吸着して、前記研磨パッドと前記研磨対象物との間の不要な摩擦抵抗を低減する添加剤と、を含む、研磨用組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビッカース硬度が１，５００ＨＶを超える硬脆材料からなる研磨対象物を、研磨パッドを有する研磨装置を用いて、１５０ｇ／ｃｍ２以上の研磨荷重で研磨する用途に使用される研磨用組成物であって、
砥粒と、
水と、
前記研磨パッド表面に吸着して、前記研磨パッドと前記研磨対象物との間の不要な摩擦抵抗を低減する添加剤と、
を含む、研磨用組成物。
【請求項２】
前記添加剤は、陰イオン性の界面活性剤および陰イオン性の水溶性高分子からなる群より選択される少なくとも１種である、請求項１に記載の研磨用組成物。
【請求項３】
前記添加剤は、リン酸基、ホスホン酸基、硫酸基、スルホン酸基、カルボキシル基、ヒドロキシ基、およびこれらの塩からなる群より選択される少なくとも１種の官能基を有する、請求項１または２に記載の研磨用組成物。
【請求項４】
前記添加剤は、アルキルベンゼンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、ポリスルホン酸、ポリビニルアルコール、およびこれらの塩または縮合物からなる群より選択される少なくとも１種を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨用組成物を用いて、ビッカース硬度が１，５００Ｈｖを超える硬脆材料からなる研磨対象物を、研磨パッドを有する研磨装置を用いて、１５０ｇ／ｃｍ２以上の研磨荷重で研磨する工程を含む、研磨済研磨対象物の製造方法。
【請求項６】
前記研磨対象物は、サファイアからなる単結晶基板または成形体である、請求項５に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨用組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビッカース硬度が１，５００ＨＶを超える所謂硬脆材料である酸化アルミニウムや炭化ケイ素の単結晶は、ＬＥＤやパワー半導体の支持基板として用いられる他、酸化アルミニウムの単結晶基板は、引っかき傷がつきにくい性質から、時計のカバーガラスなどにも用いられる。
【０００３】
従来、上記硬脆材の結晶表面を高度に平坦化し、高品質な面状態をつくるために、高濃度のコロイダルシリカを含む研磨用組成物による研磨がなされてきた（特許文献１参照）。
【０００４】
しかしながら、上記硬脆材結晶表面は傷つきにくい特性から、研磨速度は非常に低く、長い加工時間を要するため、生産性が悪く、製造コストを上昇させる問題があった。
【０００５】
研磨速度を改善するためには、研磨荷重（研磨圧力）を高める方法がある。高研磨荷重下では、研磨対象物の被研磨表面に対して接触する砥粒の個数が増加するため、砥粒と被研磨表面との摩擦力が大きくなり、研磨効率は高くなる。
【０００６】
メモリーハードディスクに使用されるガラス基板などでは、高研磨荷重下で研磨することで発生する摩擦により、基板表面の傷が発生しやすく、研磨荷重を高めることが難しい。しかし、酸化アルミニウムや炭化ケイ素の硬脆材料からなる単結晶基板は、傷つきにくく硬い性質から、高研磨荷重下で研磨効率を高めて研磨される（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−４４０７８号公報
【特許文献２】特開２００９−２９７８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に記載の高研磨荷重下で硬脆材料を研磨した場合、研磨速度は高くなるものの、基板表面に傷等の欠陥が発生し、製品の歩留まりが低下するという問題があった。また、研磨パッドまたは保持冶具等に傷が発生するという問題もあった。
【０００９】
そこで本発明は、研磨パッドを有する研磨装置を用いて硬脆材料からなる研磨対象物を研磨する際、１５０ｇ／ｃｍ２以上の高い研磨荷重（研磨圧力）条件下において、ビッカース硬度が１，５００ＨＶを超える硬脆材料からなる研磨対象物を高い研磨速度で研磨することができ、かつ該研磨対象物表面の傷等の欠陥の発生や、研磨パッドまたは保持冶具等の傷の発生を抑制することができる研磨用組成物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】
【００１０】
上記課題を解決すべく、本発明者らは鋭意研究を積み重ねた。その結果、研磨パッドを有する研磨装置を用いて硬脆材料を研磨する際に、砥粒と、水と、前記研磨パッド表面に吸着して前記研磨パッドと前記研磨対象物との間の不要な摩擦抵抗を低減する添加剤と、を含む研磨用組成物を使用することで、上記課題が解決されうることを見出した。そして、上記知見に基づいて、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、ビッカース硬度が１，５００ＨＶを超える硬脆材料からなる研磨対象物を、研磨パッドを有する研磨装置を用いて１５０ｇ／ｃｍ２以上の研磨荷重で研磨する用途で使用される研磨用組成物であって、砥粒と、水と、前記研磨パッド表面に吸着して前記研磨パッドと前記研磨対象物との間の不要な摩擦抵抗を低減する添加剤とを含む、研磨用組成物である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、研磨パッドを有する研磨装置を用いて硬脆材料からなる研磨対象物を研磨する際、１５０ｇ／ｃｍ２以上の高い研磨荷重条件下において、ビッカース硬度が１，５００ＨＶを超える硬脆材料からなる研磨対象物を高い研磨速度で研磨することができ、かつ該研磨対象物表面の傷等の欠陥の発生や、研磨パッドまたは保持冶具等の傷の発生を抑制することができる研磨用組成物が提供される。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、ビッカース硬度が１，５００ＨＶを超える硬脆材料からなる研磨対象物を、研磨パッドを有する研磨装置を用いて１５０ｇ／ｃｍ２以上の研磨荷重で研磨する用途で使用される研磨用組成物であって、砥粒と、水と、前記研磨パッド表面に吸着して前記研磨パッドと前記研磨対象物との間の不要な摩擦抵抗を低減する添加剤と、を含む、研磨用組成物である。
【００１４】
一般的に、硬脆材料からなる研磨対象物を研磨する際の砥粒濃度は高いため、砥粒が潤滑作用を与える。しかし、高い研磨荷重（研磨圧力）条件下では、研磨対象物の被研磨面と研磨パッドとの間に砥粒が入り難くなり潤滑作用を失うことが考えられ、研磨対象物と研磨パッドとが接触する面積も増大し、両面研磨の際、いわゆるキャリアノイズが発生しやすくなる。キャリアノイズが発生する研磨条件では、研磨対象物と研磨パッドとの間に強い摩擦が働いているため、研磨対象物表面に傷等の欠陥が発生したり、研磨パッドや保持冶具などに傷が発生したりするという問題があった。
【００１５】
これに対し、本発明の研磨用組成物に含まれる研磨パッド表面に吸着して研磨パッドと研磨対象物との間の不要な摩擦抵抗を低減する添加剤は、少なくとも研磨パッドの表面に吸着する作用を有しており、さらに研磨対象物の表面に吸着する作用も有しうる。この添加剤により、研磨対象物の被研磨面と研磨パッドとの間に空間が形成されると考えられる。このような空間を形成することで、研磨用組成物に含まれる砥粒が入り込みやすくなり、砥粒が潤滑効果を発揮することで、研磨対象物と研磨パッドとの間の不要な摩擦抵抗（研磨抵抗）を低減させ、ビッカース硬度が１，５００ＨＶを超える硬脆材料からなる研磨対象物を、研磨パッドを有する研磨装置を用いて１５０ｇ／ｃｍ２以上の研磨荷重の条件下で研磨する際、高い研磨速度が発現できると考えられる。さらに、研磨対象物表面の傷等の欠陥や、研磨パッドまたは保持冶具等の傷の発生を抑制することができると考えられる。この本発明の効果は、研磨荷重を高くするほど顕著に発揮される。
【００１６】
なお、上記メカニズムは推測によるものであり、本発明は上記メカニズムに何ら拘泥されるものではない。
【００１７】
［研磨対象物］
本発明に係る研磨用組成物は、ビッカース硬度が１，５００ＨＶを超える硬脆材料、好ましくはビッカース硬度が２，０００ＨＶ以上の硬脆材料からなる研磨対象物を、研磨パッドを有する研磨装置を用いて１５０ｇ／ｃｍ２以上の研磨荷重で研磨する用途に用いられる。ビッカース硬度とは、押込み圧力に対する堅牢さを示すものであり、具体的には、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４：２００９に記載の方法により測定される硬度である。
【００１８】
このような硬脆材料の例としては、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、および酸化ジルコニウムなどの酸化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、および窒化ガリウムなどの窒化物、ならびに炭化ケイ素などの炭化物などのセラミックスが好ましく挙げられる。
【００１９】
中でも、酸化や錯化、エッチングといった化学的作用に対して安定な材料である酸化アルミニウム、特にサファイアを研磨する用途で本発明の研磨用組成物は使用されることが好ましい。さらに、本発明の研磨用組成物が適用される研磨対象物は、いずれの用途に使用されるものであってもよく、例えば、光学デバイス用材料、パワーデバイス用材料または化合物半導体であってもよい。研磨対象物の形態は特に限定されず、基板、膜またはその他の成形体であってもよいが、成形体であることがより好ましい。また、不純物が少ないという観点から、研磨対象物は、硬脆材料からなる単結晶基板であることがより好ましい。
【００２０】
一般に、研磨荷重が高くなればなるほど砥粒による摩擦力が高くなり、機械的な加工力が向上するため研磨速度は高くなる。本発明の研磨用組成物が用いられる研磨荷重（研磨圧力）は、１５０ｇ／ｃｍ２以上であり、好ましくは２００ｇ／ｃｍ２以上である。このような高い研磨荷重であっても、本発明の研磨用組成物を用いることにより、高い研磨速度で硬脆材料を研磨することができ、研磨対象物表面の傷等の欠陥の発生や、研磨パッドまたは保持冶具等の傷の発生を抑制することができる。
【００２１】
次に、本発明の研磨用組成物の構成について、詳細に説明する。
【００２２】
［砥粒］
本発明の研磨用組成物は、砥粒を含む。
【００２３】
砥粒の具体例としては、酸化ケイ素（シリカ）、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、酸化セリウム（セリア）、および酸化チタン（チタニア）からなる群より選択される少なくとも１種が挙げられる。これらの中でも、酸化ケイ素（シリカ）および酸化アルミニウム（アルミナ）は、入手が比較的容易であることに加え、研磨用組成物を用いた研磨により高平滑で低欠陥の表面を得ることが容易である点で有利であり好ましい。より好ましくはコロイダルシリカである。
【００２４】
砥粒は表面修飾されていてもよい。通常のコロイダルシリカは、酸性条件下でゼータ電位の値がゼロに近いために、酸性条件下ではシリカ粒子同士が互いに電気的に反発せず凝集を起こしやすい。これに対し、酸性条件でもゼータ電位が比較的大きな正もしくは負の値を有するように表面修飾された砥粒は、酸性条件下においても互いに強く反発して良好に分散する結果、研磨用組成物の保存安定性を向上させることになる。このような表面修飾砥粒は、例えば、アルミニウム、チタンまたはジルコニウムなどの金属またはこれらの酸化物を砥粒と混合して砥粒の表面にドープさせることにより得ることができる。
【００２５】
あるいは、研磨用組成物中の表面修飾砥粒は、有機酸を固定化したシリカであってもよい。中でも有機酸を固定化したコロイダルシリカを好ましく使用することができる。コロイダルシリカへの有機酸の固定化は、コロイダルシリカの表面に有機酸の官能基を化学的に結合させることにより行われる。コロイダルシリカと有機酸を単に共存させただけではコロイダルシリカへの有機酸の固定化は果たされない。有機酸の一種であるスルホン酸をコロイダルシリカに固定化するのであれば、例えば、“Sulfonic acid-functionalized silica through quantitative oxidation of thiol groups”, Chem. Commun. 246-247 (2003)に記載の方法で行うことができる。具体的には、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のチオール基を有するシランカップリング剤をコロイダルシリカにカップリングさせた後に過酸化水素でチオール基を酸化することにより、スルホン酸が表面に固定化されたコロイダルシリカを得ることができる。あるいは、カルボン酸をコロイダルシリカに固定化するのであれば、例えば、“Novel Silane Coupling Agents Containing a Photolabile 2-Nitrobenzyl Ester for Introduction of a Carboxy Group on the Surface of Silica Gel”, Chemistry Letters, 3, 228-229 (2000)に記載の方法で行うことができる。具体的には、光反応性２−ニトロベンジルエステルを含むシランカップリング剤をコロイダルシリカにカップリングさせた後に光照射することにより、カルボン酸が表面に固定化されたコロイダルシリカを得ることができる。
【００２６】
該砥粒は、単独でもまたは２種以上混合して用いてもよい。また、該砥粒は、市販品を用いてもよいし合成品を用いてもよい。
【００２７】
また、該砥粒は球形状であってもよいし、非球形状であってもよい。非球形状の具体例としては、三角柱や四角柱などの多角柱状、円柱状、円柱の中央部が端部よりも膨らんだ俵状、円盤の中央部が貫通しているドーナツ状、板状、中央部にくびれを有するいわゆる繭型形状、表面に複数の突起を有するいわゆる金平糖形状、ラグビーボール形状等、種々の形状が挙げられ、特に制限されない。
【００２８】
研磨用組成物中に含まれる砥粒の平均一次粒子径は、５ｎｍ以上であることが好ましく、１０ｎｍ以上であることがより好ましく、２０ｎｍ以上であることがさらに好ましい。砥粒の平均一次粒子径が大きくなるにつれて、研磨用組成物による研磨対象物の研磨速度が向上する。
【００２９】
研磨用組成物中に含まれる砥粒の平均一次粒子径は、２μｍ以下であることが好ましく、５００ｎｍ以下であることがより好ましく、２００ｎｍ以下であることがさらに好ましい。砥粒の平均一次粒子径が小さくなるにつれて、研磨用組成物を用いた研磨により低欠陥で粗度の小さい表面を得ることが容易である。なお、砥粒の平均一次粒子径の値は、例えば、ＢＥＴ法により測定される砥粒の比表面積から算出される。砥粒の比表面積の測定は、例えば、マイクロメリテックス社製の“Ｆｌｏｗ  Ｓｏｒｂ  ＩＩ  ２３００”を用いて行うことができる。
【００３０】
研磨用組成物中の砥粒の含有量の下限値は、０．０１質量％以上であることが好ましく、０．１質量％以上であることがより好ましい。砥粒の含有量が多くなるにつれて、研磨用組成物による研磨対象物の研磨速度が向上する。
【００３１】
また、研磨用組成物中の砥粒の含有量の上限値は、５０質量％以下であることが好ましく、４０質量％以下であることがより好ましい。砥粒の含有量が少なくなるにつれて、研磨用組成物の製造コストが低減するのに加えて、研磨用組成物を用いた研磨により傷等の欠陥が少ない表面を得ることが容易となる。
【００３２】
［水］
本発明の研磨用組成物は、各成分を分散または溶解するための分散媒または溶媒として水を含む。他の成分の作用を阻害することを抑制するという観点から、不純物をできる限り含有しない水が好ましく、具体的には、イオン交換樹脂にて不純物イオンを除去した後、フィルタを通して異物を除去した純水や超純水、または蒸留水が好ましい。
【００３３】
［添加剤］
研磨パッド表面に吸着して研磨パッドと研磨対象物との間の不要な摩擦抵抗を低減する添加剤は、少なくとも研磨パッドの表面に吸着し、さらに研磨対象物の表面に吸着する機能を有しうる。この添加剤が、研磨対象物と研磨パッドとが直接接触することを抑制し、研磨パッドと研磨対象物との間の不要な摩擦抵抗（研磨抵抗）を低減させる働きをする。このような添加剤を含む本発明の研磨用組成物を用いて、研磨パッドを有する研磨装置を使用して硬脆材料からなる研磨対象物を研磨する際、１５０ｇ／ｃｍ２以上の高い研磨荷重（研磨圧力）条件下において、ビッカース硬度が１，５００ＨＶを超える硬脆材料からなる研磨対象物を高い研磨速度で研磨することができ、かつ該研磨対象物表面の傷等の欠陥の発生や、研磨パッドまたは保持冶具等の傷の発生を抑制することができる。
【００３４】
本発明に係る添加剤は、陰イオン性の界面活性剤および陰イオン性の水溶性高分子からなる群より選択される少なくとも１種である。
【００３５】
上記添加剤として用いられる陰イオン性の界面活性剤の具体例としては、例えば、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ステアリル硫酸ナトリウム、セチル硫酸ナトリウム等のアルキル硫酸エステル塩；ポリオキシエチレントリデシルエーテル酢酸ナトリウム等のポリオキシアルキレンアルキルエーテル酢酸塩；ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等のアルキルベンゼンスルホン酸塩；ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸塩；ステアロイルメチルタウリンナトリウム、ラウロイルメチルタウリンナトリウム、ミリストイルメチルタウリンナトリウム、パルミトイルメチルタウリンナトリウム等の高級脂肪酸アミドスルホン酸塩；ラウロイルサルコシンナトリウム等のＮ−アシルサルコシン塩；モノステアリルリン酸ナトリウム等のアルキルリン酸塩；ポリオキシエチレンオレイルエーテルリン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンステアリルエーテルリン酸ナトリウム等のポリオキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステル塩；ポリオキシエチレンスチリルフェニルエーテルホスホン酸塩、ラウリルエーテルホスホン酸塩等のホスホン酸塩；ジ−２−エチルヘキシルスルホコハク酸ナトリウム、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム等の長鎖スルホコハク酸塩、Ｎ−ラウロイルグルタミン酸ナトリウムモノナトリウム、Ｎ−ステアロイル−Ｌ−グルタミン酸ジナトリウム等の長鎖Ｎ−アシルグルタミン酸塩等が挙げられる。
【００３６】
また、上記添加剤として用いられる陰イオン性の水溶性高分子の例としては、例えば、パルミチン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、ドコサヘキサエン酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸、ポリ無水マレイン酸、マレイン酸とイソブチレンとの共重合物、無水マレイン酸とイソブチレンとの共重合物、マレイン酸とジイソブチレンとの共重合物、無水マレイン酸とジイソブチレンとの共重合物、アクリル酸とイタコン酸との共重合物、メタクリル酸とイタコン酸との共重合物、マレイン酸とスチレンとの共重合物、無水マレイン酸とスチレンとの共重合物、アクリル酸とメタアクリル酸との共重合物、アクリル酸とアクリル酸メチルエステルとの共重合物、アクリル酸と酢酸ビニルとの共重合物、アクリル酸とマレイン酸との共重合物、アクリル酸と無水マレイン酸との共重合物、およびこれらのアルカリ金属塩（リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩等）、２族元素の塩（マグネシウム塩、カルシウム塩等）、アンモニウム塩およびアミン塩等のポリカルボン酸塩；アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、アルキルナフタレンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸のホルマリン縮合物、アルキルナフタレンスルホン酸のホルマリン縮合物、およびこれらのアルカリ金属塩（リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩等）、２族元素の塩（マグネシウム塩、カルシウム塩等）、アンモニウム塩およびアミン塩等のナフタレンスルホン酸塩；ポリスチレンスルホン酸、メラミンスルホン酸、アルキルメラミンスルホン酸、メラミンスルホン酸のホルマリン縮合物、アルキルメラミンスルホン酸のホルマリン縮合物、およびこれらのアルカリ金属塩（リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩等）、２族元素の塩（マグネシウム塩、カルシウム塩等）、アンモニウム塩およびアミン塩等のスルホン酸塩等；ポリビニルアルコール；等が挙げられる。
【００３７】
上記添加剤は、単独でもまたは２種以上を組み合わせても用いることができる。これらの中でも、骨格中に電離しやすい構造を有することから、リン酸基、ホスホン酸基、硫酸基、スルホン酸基、カルボキシル基、ヒドロキシ基、およびこれらの塩からなる群より選択される少なくとも１種の官能基を有することが好ましい。より好ましくは、アルキルベンゼンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリスルホン酸、ポリビニルアルコール、それらの塩または縮合物などである。さらに具体例として、デシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、テトラデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ポリビニルアルコールなどが好適に挙げられる。
【００３８】
研磨用組成物中に含まれる研磨パッド表面に吸着して研磨パッドと研磨対象物との間の不要な摩擦抵抗を低減する添加剤の重量平均分子量は、２００以上であることが好ましく、３００以上であることがより好ましい。上記添加剤の重量平均分子量が大きくなるにつれて、研磨速度が高く保たれる。
【００３９】
研磨パッド表面に吸着して研磨パッドと研磨対象物との間の不要な摩擦抵抗を低減する添加剤の重量平均分子量は、１，５００，０００以下であることが好ましく、１，０００，０００以下であることがより好ましく、５００，０００以下であることがさらに好ましい。上記添加剤の重量平均分子量が小さくなるにつれて、研磨パッドと研磨対象物との間の摩擦抵抗（研磨抵抗）が低減される。
【００４０】
さらに、上記添加剤のうち、陰イオン性の界面活性剤の重量平均分子量は、５，０００以下であることが好ましく、２，０００以下であることがより好ましい。
【００４１】
なお、上記添加剤のうち、陰イオン性の水溶性高分子の重量平均分子量は、ポリスチレンを標準物質としたゲル浸透クロマトグラフィ（ＧＰＣ）により測定した値を採用するものとする。
【００４２】
また、上記添加剤のうち、陰イオン性の界面活性剤の重量平均分子量は、高速液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）により測定した値を採用するものとする。
【００４３】
研磨用組成物中の研磨パッド表面に吸着して研磨パッドと研磨対象物との間の不要な摩擦抵抗を低減する添加剤の含有量は、０．０００１質量％以上であることが好ましく、０．０００５質量％以上であることがより好ましく、０．００１質量％以上であることがさらに好ましい。研磨用組成物中の上記添加剤の含有量が増加するにつれて、摩擦を抑制するのに十分な保護膜が研磨対象物の表面に形成されやすくなるために、研磨中のキャリアノイズが低減され、研磨対象物表面の傷等の欠陥の発生や、研磨パッドまたは保持冶具等の傷の発生を抑制することができる。
【００４４】
また、研磨用組成物中の上記添加剤の含有量は、０．５質量％以下であることが好ましく、より好ましくは０．２質量％以下、さらに好ましくは０．１質量％以下である。研磨用組成物中の上記添加剤の含有量が減少するにつれて、保護膜による研磨対象物の研磨速度の低下がより抑制される。
【００４５】
［他の成分］
本発明の研磨用組成物は、必要に応じて、ｐＨ調整剤、錯化剤、エッチング剤、酸化剤等の研磨速度をさらに高めるための添加剤や、硬脆材料の表面に親水性や分散効果を付与する添加剤、防腐剤、防カビ剤、防錆剤、キレート剤、砥粒の分散性を向上させる分散剤、砥粒の凝集体の再分散を容易にする分散助剤等の他の成分をさらに含んでもよい。
【００４６】
以下、好ましい他の成分であるｐＨ調整剤、防腐剤、および防カビ剤について説明する。
【００４７】
〔ｐＨ調整剤〕
本発明の研磨用組成物は、ｐＨ調整剤を含むことが好ましい。ｐＨ調整剤は、研磨用組成物のｐＨを調整し、これにより、硬脆材料の研磨速度や砥粒の分散性等を制御することができる。該ｐＨ調節剤は、単独でもまたは２種以上混合しても用いることができる。
【００４８】
ｐＨ調整剤としては、公知の酸、塩基、またはそれらの塩を使用することができる。
【００４９】
ｐＨ調整剤の添加量は、特に制限されず、研磨用組成物が所望のｐＨとなるように適宜調整すればよい。
【００５０】
本発明の研磨用組成物のｐＨの下限は、７以上であることが好ましく、８以上であることがより好ましい。研磨用組成物のｐＨが大きくなるにつれて、砥粒の分散性が向上する。
【００５１】
また、本発明の研磨用組成物のｐＨの上限は、１４以下であることが好ましく、１３以下であることがより好ましい。研磨用組成物のｐＨが小さくなるにつれて、砥粒の分散性や、組成物の安全性、組成物の経済性などがより向上する。
【００５２】
〔防腐剤および防カビ剤〕
本発明で用いられる防腐剤および防カビ剤としては、例えば、２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オンや５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン等のイソチアゾリン系防腐剤、パラオキシ安息香酸エステル類、およびフェノキシエタノール等が挙げられる。これら防腐剤および防カビ剤は、単独でもまたは２種以上混合して用いてもよい。
【００５３】
［研磨用組成物の製造方法］
本発明の研磨用組成物の製造方法は、特に制限されず、例えば、砥粒、研磨パッド表面に吸着して研磨パッドと研磨対象物との間の不要な摩擦抵抗を低減する添加剤、および必要に応じて他の成分を、水中で攪拌混合することにより得ることができる。
【００５４】
各成分を混合する際の温度は特に制限されないが、１０〜４０℃が好ましく、溶解速度を上げるために加熱してもよい。また、混合時間も特に制限されない。
【００５５】
［研磨済研磨対象物の製造方法］
上述のように、本発明の研磨用組成物は、ビッカース硬度が１，５００ＨＶを超える硬脆材料からなる研磨対象物の研磨に好適に用いられる。よって、本発明は、ビッカース硬度が１，５００ＨＶを超える硬脆材料からなる研磨対象物を、研磨パッドを有する研磨装置を用いて、１５０ｇ／ｃｍ２以上の研磨荷重で、本発明の研磨用組成物を用いて研磨する工程を含む、研磨済研磨対象物の製造方法を提供する。前記研磨対象物は、サファイアからなる単結晶基板または成形体であることが好ましい。
【００５６】
本発明の研磨用組成物を用いて硬脆材料を研磨する際には、通常の硬脆材料の研磨に用いられる研磨パッドを有する研磨装置や研磨条件を用いて行うことができる。一般的な研磨装置としては、片面研磨装置や、両面研磨装置があり、片面研磨装置では、キャリアと呼ばれる保持具を用いて基板を保持し、研磨用組成物を供給しながら基板の片面に研磨布（研磨パッド）を貼付した定盤を押しつけて定盤を回転させることにより硬脆材料の片面を研磨する。両面研磨装置では、キャリアと呼ばれる保持具を用いて基板を保持し、上方より研磨用組成物を供給しながら、基板の対向面に研磨布（研磨パッド）が貼付された定盤を押しつけ、それらを相対方向に回転させることにより硬脆材料の両面を研磨する。このとき、研磨パッドおよび研磨用組成物と、硬脆材料との摩擦による物理的作用と、研磨用組成物が硬脆材料にもたらす化学的作用とによって研磨される。
【００５７】
本発明による研磨方法における研磨条件として、研磨における線速度が挙げられる。一般に研磨パッドの回転数、キャリアの回転数、基板の大きさ、基板の数等が線速度に影響するが、線速度が大きい場合は基板にかかる摩擦力が大きくなるため、エッジが機械的に研磨される作用が大きくなる。また、摩擦によって摩擦熱が発生し、研磨用組成物による化学的作用が大きくなることがある。本発明による研磨方法における線速度は特に限定されないが、１０〜３００ｍ／分であることが好ましく、２５〜２００ｍ／分であることがより好ましい。線速度が低いと十分な研磨速度が得られない場合がある。また線速度が大きいと、基板の摩擦により研磨パッドを破損させる場合や、逆に基板への摩擦が十分に伝わらず、所謂基板が滑る状態になり十分研磨できないことがある。
【００５８】
本発明の研磨方法で使用される研磨パッドは、特に限定されないが、例えばポリウレタンタイプ、不織布タイプ、スウェードタイプ等の材質の違いの他、硬度や厚みなどの物性の違い、さらに砥粒を含むものや砥粒を含まないもの等があるが、これらのいずれのパッドを用いてもよい。
【００５９】
本発明による研磨方法における研磨条件として、研磨用組成物の供給量が挙げられる。供給量は研磨する基板の種類や、研磨装置、研磨条件によっても異なるが、研磨用組成物が、研磨対象物と研磨パッドとの間にムラ無く全面に供給されるのに十分な量であればよい。研磨用組成物の供給量が少ない場合は、研磨用組成物が基板全体に供給されないことや、組成物が乾燥凝固し基板表面に欠陥を生じさせることがある。逆に供給量が多い場合は、経済的でないことの他、過剰な研磨用組成物、特に水等の媒体により摩擦が妨げられ研磨が阻害されることがある。
【００６０】
本発明の研磨用組成物に含有される各成分は、研磨用組成物製造の直前にフィルタによりろ過処理されたものであってもよい。また、本発明の研磨用組成物は、使用の直前にフィルタによりろ過処理して使用されるものであってもよい。ろ過処理が施されることによって、研磨用組成物中の粗大異物が取り除かれて、研磨用組成物の品質が向上する。
【００６１】
本発明の研磨用組成物を用いて硬脆材料を研磨する際には、一度研磨に使用された研磨用組成物を回収し、再度研磨に使用することができる。研磨用組成物の再使用する方法の一例として、研磨装置から排出された研磨用組成物をタンク内に回収し、再度研磨装置内へ循環させて使用する方法が挙げられる。研磨用組成物を循環使用することは、廃液として排出される研磨用組成物の量を減らすことで環境負荷が低減できる点と、使用する研磨用組成物の量を減らすことで硬脆材料の研磨にかかる製造コストを抑制できる点で有用である。
【００６２】
本発明の研磨用組成物を循環使用する際には、研磨により消費・損失された砥粒、研磨パッド表面に吸着して研磨パッドと研磨対象物との間の不要な摩擦抵抗を低減する添加剤、およびその他の添加剤の一部または全部を組成物調整剤として循環使用中に添加することができる。この場合、組成物調整剤としては砥粒、研磨パッド表面に吸着して研磨パッドと研磨対象物との間の不要な摩擦抵抗を低減する添加剤、およびその他の添加剤の一部または全部を任意の混合比率で混合したものとしてもよい。組成物調整剤を追加で添加することにより、研磨用組成物が再利用されるのに好適な組成物に調整され、研磨が好適に維持される。組成物調整剤に含有される砥粒、研磨パッド表面に吸着して研磨パッドと研磨対象物との間の不要な摩擦抵抗を低減する添加剤、およびその他の添加剤の濃度は任意であり、特に限定されないが、循環タンクの大きさや研磨条件に応じて適宜調整されるのが好ましい。
【００６３】
本発明の研磨用組成物は一液型であってもよいし、研磨用組成物の一部または全部を任意の混合比率で混合した二液型をはじめとする多液型であってもよい。また、研磨用組成物の供給経路を複数有する研磨装置を用いた場合、研磨装置上で研磨用組成物が混合されるように、予め調整された２つ以上の研磨用組成物を用いてもよい。
【００６４】
また、本発明の研磨用組成物は、研磨用組成物の原液を水で希釈することにより調製されてもよい。研磨用組成物が二液型であった場合には、混合および希釈の順序は任意であり、例えば一方の組成物を水で希釈後それらを混合する場合や、混合と同時に水で希釈する場合、また、混合された研磨用組成物を水で希釈する場合等が挙げられる。
【実施例】
【００６５】
本発明を、以下の実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。
【００６６】
（研磨用組成物の調製）
平均一次粒子径が２０ｎｍのコロイダルシリカを含むコロイダルシリカゾルを水で希釈し、さらに、下記表１に記載の研磨パッド表面に吸着して研磨パッドと研磨対象物との間の不要な摩擦抵抗を低減する添加剤を加え、実施例１〜８および比較例１〜６の研磨用組成物を調製した。実施例１〜８および比較例１〜５の研磨用組成物は、いずれもコロイダルシリカの含有量が２０質量％、研磨パッド表面に吸着して研磨パッドと研磨対象物との間の不要な摩擦抵抗を低減する添加剤の含有量が０．０１質量％である。また、比較例６は、コントロールとして、コロイダルシリカの含有量が２０質量％であり、研磨パッド表面に吸着して研磨パッドと研磨対象物との間の不要な摩擦抵抗を低減する添加剤を含んでいない研磨用組成物を準備した。
【００６７】
（研磨速度およびキャリアノイズの測定）
実施例１〜８、および比較例１〜６の各研磨用組成物を用いて、下記の研磨条件でサファイア基板の表面（Ａ面（＜１１２０＞、ビッカース硬度：２３００ＨＶ）を研磨した。使用したサファイア基板は、いずれも直径５２ｍｍ（約２インチ）の同種のものである。
【００６８】
＜サファイア基板の研磨条件＞
研磨機：両面研磨機  ６ＢＮ（浜井産業株式会社製） 
研磨布（研磨パッド）：ニッタ・ハース株式会社製、不織布パッド  ＳＵＢＡ８００
被研磨物：サファイア基板  Ａ面  ２インチ円盤
加工枚数：（１枚／１キャリア）×３キャリア
荷重：３００ｇ／ｃｍ２
回転数：４０ｒｐｍ
研磨用組成物供給量：２００ｍＬ／分（循環使用）
研磨時間：６０分
各実施例および比較例の研磨用組成物を用いて研磨した後、サファイア基板の質量を測定し、研磨前後の質量の差から研磨速度を測定し、比較例６の研磨パッド表面に吸着して研磨パッドと研磨対象物との間の不要な摩擦抵抗を低減する添加剤を含まない研磨用組成物の場合の研磨速度を１としたときの比率を求めた。
【００６９】
また、キャリアノイズを下記の条件で測定し、下記表１の基準に従って評価した。
【００７０】
＜キャリアノイズ測定条件＞
測定器：ＳＯＵＮＤ  ＬＥＶＥＬ  ＭＥＴＥＲ  ＳＭ−３２５（アズワン株式会社製）
測定範囲：５０〜１００ｄＢ
周波数特性：Ｃ特性
研磨機から測定器までの距離：１００ｃｍ
【００７１】
【表１】
2015203081.tif 000002
【００７２】
各評価結果を下記表２に示す。
【００７３】
【表２】
2015203081.tif 000003
【００７４】
表２から明らかなように、実施例１〜８の研磨用組成物を用いた場合、研磨対象物を高い研磨速度で研磨できることがわかった。また、実施例１〜８の研磨用組成物を用いた場合、キャリアノイズが小さく、研磨対象物表面の傷等の欠陥の発生や、研磨パッドまたは保持冶具等の傷の発生が抑制されうることがわかった。
【００７５】
比較例１〜６の研磨用組成物では、キャリアノイズが大きく、研磨対象物表面の傷等の欠陥の発生や、研磨パッドまたは保持冶具等の傷の発生が示唆された。比較例３のセルロースを用いた研磨用組成物では、研磨速度も低くなった。