(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
β型炭化珪素粉末６０〜７５重量％と、珪素酸化物粉末１５〜２２重量％と、カーボン粉末１０〜２０重量％とを含有する比表面積が２０５〜３５６ｍ２／ｇの粉末からなり、β型炭化珪素粉末が、平均真円度０．８７〜０．９５、比表面積８８〜１４８ｍ２／ｇ、平均粒子径０．０３〜０．０６μｍであることを特徴とするβ型炭化珪素粉末含有組成物。
【請求項２】
一酸化珪素（ＳｉＯ）ガスとアセチレンとを、温度１６００〜１７００℃、アセチレンとＳｉＯガスの合計分圧０．０１〜０．０３ＭＰａ、水素分圧０．０７〜０．０９ＭＰａの雰囲気下で反応させることを特徴とする請求項１に記載のβ型炭化珪素粉末含有組成物の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のβ型炭化珪素粉末含有組成物からなる研磨粉末。
【請求項４】
媒体中に、請求項３に記載の研磨粉末を、β型炭化珪素粉末として５〜２０重量％含有させてなることを特徴とする研磨剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、β型炭化珪素粉末含有組成物、その製造方法及び用途に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、炭化珪素粉末の製造法には、大別して、固相反応と気相反応法が知られている。二酸化珪素と炭素粉末との混合物を１６００℃以上の高温で熱処理して得られた炭化珪素クリンカーを粉砕精製する固相反応法（アチソン法）は、大規模生産に適しているが、比表面積３０ｍ２／ｇ以上の超微粉や、真円度の高い球状粉末を得ることができないので、用途に制約があった。これに対し、有機珪素化合物ないしは有機珪素化合物と炭化水素との混合物を用いる熱分解法、プラズマ法、ＣＶＤ法等の気相反応法においては、条件を選べば超微粉を得ることができるが、研磨粉末として好適な粒子形状ないしは粒度構成については知られていなかった。また、気相反応法には、高価な有機珪素化合物を用いなければならないという問題もあった。
【０００３】
今日、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法による半導体基板、磁気ディスク等のポリッシングにおいては、シリカ、アルミナ、セリア等の研磨粉末をイオン水等の媒体に分散させてなる研磨剤が用いられている。しかしながら、このような酸化物微粉からなる研磨粉末を用いた研磨剤では、ポリッシング速度を高めることができなかったので、窒化珪素、炭化珪素又はグラファイト等の研磨粉末を用いることが提案されている（特開平９−１９４８２３号公報）。しかしながら、これらの粒子の結晶構造は、針状、柱状ないしは鱗片状であるので、ポリッシングによって、半導体基板等のような被研磨材を傷付けやすく、十分高度に平坦化ができにくい問題が未解決であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、研磨粉末として好適な平均真円度、比表面積及び平均粒子径を有するβ型炭化珪素粉末と、珪素酸化物粉末及びカーボン粉末よりなる改質剤とを含有してなるβ型炭化珪素粉末含有組成物を提供することである。また、本発明の別の目的は、被研磨材に傷を発生させないでポリッシング速度を高めることのできる研磨剤を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、β型炭化珪素粉末６０〜７５重量％と、珪素酸化物粉末１５〜２２重量％と、カーボン粉末１０〜２０重量％とを含有する比表面積が２０５〜３５６ｍ２／ｇの粉末からなり、β型炭化珪素粉末が、平均真円度０．８７〜０．９５、比表面積８８〜１４８ｍ２／ｇ、平均粒子径０．０３〜０．０６μｍであることを特徴とするβ型炭化珪素粉末含有組成物である。
【０００６】
また、本発明は、一酸化珪素（ＳｉＯ）ガスとアセチレンとを、温度１６００〜１７００℃、アセチレンとＳｉＯガスの合計分圧０．０１〜０．０３ＭＰａ、水素分圧０．０７〜０．０９ＭＰａの雰囲気下で反応させることを特徴とする上記β型炭化珪素粉末含有組成物の製造方法である。
【０００７】
さらに、本発明は、本発明のβ型炭化珪素粉末含有組成物からなる研磨粉末であり、これを媒体中に、β型炭化珪素粉末として５〜２０重量％含有させてなることを特徴とする研磨剤である。
【発明の実施の形態】
【０００８】
本発明で用いるβ型炭化珪素粉末は、二酸化珪素と金属珪素との混合物、又は二酸化珪素とカーボンとの混合物を１６００〜２２００℃で加熱して得られた一酸化珪素（ＳｉＯ）ガスとアセチレンとを、温度１６００〜１８００℃、アセチレンとＳｉＯガスの合計分圧０．０１〜０．０３ＭＰａ、水素分圧０．０７〜０．０９ＭＰａの雰囲気下で反応させ、得られた粉末を必要に応じて分級することによって製造することができる。この場合において、アセチレンガス／ＳｉＯガスのモル比を０．５〜２．０に調整することによって、本発明のβ型炭化珪素粉末組成物を製造することができる。
【０００９】
ここで、アセチレンとＳｉＯガスの合計分圧は、全圧からキャリアーガス分圧を差し引くことによって求めることができる。キャリアーガスとしては水素ガスが用いられる。この水素ガス（キャリアーガス）の分圧は０．０７〜０．０９ＭＰａである。反応温度及びこれらのガス分圧が上記範囲外であると、後述の比較例で示されるように、β型炭化珪素粉末の平均真円度、比表面積、平均粒子径のいずれかが不十分となり、本発明が目的としているβ型炭化珪素粉末組成物を製造することができない。
【００１０】
本発明のβ型炭化珪素粉末組成物は、上記β型炭化珪素粉末と、珪素酸化物粉末及びカーボン粉末からなる改質剤とを含んでなる比表面積が２０５〜３５６ｍ２／ｇの組成物である。比表面積が２０５ｍ２／ｇ未満であると被研磨材料に傷が付きやすくなる（比較例４参照）。β型炭化珪素粉末及び改質剤の含有率は、β型炭化珪素粉末が６０〜７５重量％、改質剤の珪素酸化物粉末が１５〜２２重量％、カーボン粉末が１０〜２０重量％である。珪素酸化物粉末としては、二酸化珪素粉末、一酸化珪素粉末をあげることができる。このような改質剤を併用することによって、更にポリッシング速度を高めることができる。また、改質剤の平均真円度を０．８５以上とすることによって、高いポリッシング速度を維持したままで更に傷の付きにくい研磨剤となる。
【００１１】
本発明のβ型炭化珪素粉末組成物を製造するには、β型炭化珪素粉末と改質剤とを機械的に混合しても良いが、上記のように、β型炭化珪素粉末製造時のアセチレンガス／ＳｉＯガスのモル比を０．５〜２．０に調整し、それを上記した雰囲気条件で反応させればよい。この方法によれば、均一混合物を容易に製造することができるので好ましい。なお、この方法で製造されたβ型炭化珪素粉末組成物を６５０℃の大気中で焼成（加熱処理）してカーボンを除去した後、更にフッ酸と硝酸で酸洗い（酸洗処理）をして珪素酸化物を除去することによって、本発明で用いるβ型炭化珪素粉末を製造することができる。したがって、この加熱処理又は酸洗処理の処理時間を選ぶことによって、β型炭化珪素粉末組成物中の珪素酸化物粉末又はカーボン粉末の含有率を増減させることができる。
【００１２】
本発明で用いるβ型炭化珪素粉末の平均真円度は、０．８７〜０．９５である。平均真円度が０．８７未満では、それを研磨粉末とした場合、被研磨材に傷を付けやすくなる。また、０．９５をこえると、ポリッシング速度が低下する傾向になる。比表面積は８８〜１４８ｍ２／ｇである。比表面積が８８ｍ２／ｇよりも小さいと、ポリッシング時に被研磨材料に傷が付きやすくなり、１４８ｍ２／ｇをこえると、ポリッシング速度が低下するようになる。また、平均粒子径は０．０３〜０．０６μｍである。平均粒子径が０．０６μｍをこえると、被研磨材料に傷が付きやすくなる。さらに、β率は、８０％以上であることが好ましい。β率は、ＣｕＫαによるＸ線回折分析のβ型炭化珪素のピーク強度比によって求めることができる。
【００１３】
本発明の研磨粉末は、本発明のβ型炭化珪素粉末組成物からなるものである。本発明の研磨粉末は、そのままでも研磨剤として使用できるが、多くは媒体に分散させてスラリー化して使用される。媒体としては、水を初め、硝酸等の酸溶媒、アンモニア等のアルカリ溶媒が用いられる。スラリー状研磨剤の作業性を調整するため、常法に従い、乳化剤、界面活性剤等の添加剤が配合される。スラリー中の研磨粉末の濃度は、β型炭化珪素粉末として５〜２０重量％であることが好ましい。５重量％未満では、ポリッシング速度が遅くなり、また２０重量％をこえると、ポリッシング速度の向上が認められなくなる。
【００１４】
本発明において、平均真円度は、走査型電子顕微鏡（例えば日本電子社製「ＪＳＭ−Ｔ２００型」）と画像解析装置（例えば日本アビオニクス社製）を用い、以下のようにして測定することができる。
【００１５】
先ず、粉末のＳＥＭ写真から粒子の投影面積（Ａ）と周囲長（ＰＭ）を測定する。周囲長（ＰＭ）に対応する真円の面積を（Ｂ）とすると、その粒子の真円度はＡ／Ｂとして表示できる。そこで、試料粒子の周囲長（ＰＭ）と同一の周囲長を持つ真円を想定すると、ＰＭ＝２πｒ、Ｂ＝πｒ２であるから、Ｂ＝π×（ＰＭ／２π）２となり、個々の粒子の真円度は、真円度＝Ａ／Ｂ＝Ａ×４π／（ＰＭ）２として算出することができるので、任意の粒子１００個の平均値を平均真円度とする。
【００１６】
比表面積は、窒素ガス吸着によるＢＥＴ式１点法にて測定される。なお、本発明のβ型炭化珪素粉末組成物を構成しているβ型炭化珪素粉末の比表面積を求めたいときは、β型炭化珪素粉末組成物を、６５０℃の大気中で熱処理した後、フッ酸と硝酸で酸洗いし、得られた粉末の比表面積を測定することによって行うことができる。
【００１７】
更に、平均粒子径は、走査型電子顕微鏡（例えば日本電子社製「ＪＳＭ−Ｔ２００型」）と画像解析装置（例えば日本アビオニクス社製）を用い、１０００個の粒子について求めた径の平均値を算出することによって測定することができる。
【００１８】
β型炭化珪素粉末のβ率は、ＣｕＫαによるＸ線回折分析のβ型炭化珪素のピーク強度比によって求めることができる。また、本発明のβ型炭化珪素粉末組成物中のβ型炭化珪素粉末の割合は、同様にして、β型炭化珪素のピーク強度比によって求めることができる。
【００１９】
β型炭化珪素粉末組成物中のカーボン粉末の割合は、６５０℃大気中での熱処理したときの重量減少を測定することによって測定することができる。また、珪素酸化物粉末の割合は、６５０℃の大気中で熱処理した後、フッ酸と硝酸で酸洗いをしたときの重量減少分を測定することによって求めることができる。
【００２０】
【実施例】
実施例１〜４  比較例１〜６
表１に示される温度、圧力の雰囲気下において、ＳｉＯガスとアセチレンガスとを接触反応させ、得られた粉末をバグフィルターで回収して表１に示される種々のβ型炭化珪素粉末組成物を製造した。なお、ＳｉＯガスは、二酸化珪素粉末（平均粒子径１μｍ）と金属珪素粉末（平均粒子径２μｍ）の混合物を温度１９００℃で加熱して発生させたものを使用した。
【００２１】
上記で製造されたβ型炭化珪素粉末組成物を、６５０℃の大気中で加熱処理して脱カーボン処理を行い、またフッ酸と硝酸による酸洗い処理を行って、種々のβ型炭化珪素粉末を製造した。
【００２２】
これらのβ型炭化珪素粉末組成物及び精製されたβ型炭化珪素粉末について、上記に従う物性を測定した。それらの結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
0003957432.tif 000002
【００２４】
比較例２、３に示されるように、アセチレンとＳｉＯガスの合計分圧が０．０１〜０．０３ＭＰａ、水素分圧が０．０７〜０．０９ＭＰａの範囲内であっても、反応温度が１９００℃よりも高温になると、炭化珪素粉末の平均真円度と比表面積が共に小さくなり、平均粒子径は大きくなる。しかも、β型炭化珪素粉末のβ率も低下する。これらの結果、本発明のβ型炭化珪素粉末組成物を製造することができなくなる。一方、比較例４、５のように、反応温度が１６００〜１７００℃の範囲内にあっても、アセチレンガスとＳｉＯガスの分圧の合計が０．０３ＭＰａをこえると（すなわち水素分圧が０．０７ＭＰａ未満であると）、β型炭化珪素粉末の平均真円度が小さくなり、また比表面積が小さくなる。
【００２５】
次に、上記で製造されたβ型炭化珪素粉末組成物を、表２に示ように、加熱処理するか、酸洗処理するか、それらの両方の処理をするか、又はいずれの処理も行わないで研磨粉末となし、以下の評価を行った。
【００２６】
β型炭化珪素粉末分として１０％の濃度となるよう研磨粉末に水を加えてスラリー状の研磨剤を調製した。被研磨材として、４インチシリコンウェハーを用い、片面ラッピングマシーンで加重１１０ｋｇ／ｃｍ２、定盤の回転数６０ｒｐｍ、ワークの回転数４０ｒｐｍで６０分の研磨を行った。得られた被研磨材の傷、表面粗さを測定し、研磨剤（研磨粉末）の評価をした。それらの結果を表２に示す。
【００２７】
表面傷は、研磨した被研磨材をＳＥＭ（ＪＥＯＬ社製「ＪＳＭ−８４０」）にて倍率１０万倍で観察し、傷の有無を調べた。評価レベルは、傷の少ない順に◎：傷無し、○：傷がほとんど観察されない、×：傷が多い、の順でランク付けを行った。
【００２８】
表面粗さの測定は、市販表面粗さ計（デジタルインスツルメント社製「ナノスコープＩＩ型ＡＦＭ」）を用い、被研磨材の２μｍ×２μｍの領域において、１００点の表面粗さを測定し、それを二乗平均粗さ（ＲＭＳ）で表示した。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
表２から、本発明のβ型炭化珪素粉末組成物（実施例１〜４）を用いて調製された研磨粉末（研磨剤）によれば、比較例１〜６に比べて、表面傷が少なく、しかも表面粗さも小さいので、研磨剤として優れたものであることが分かる。
【００３１】
次いで、上記実施例１〜４と比較例５、６との研磨剤を用いた研磨試験において、加重と、定盤の回転数と、ワークの回転数とをいずれも１０％高め、５０分の研磨試験を行ったところ、被研磨材の表面傷、表面粗さは、いずれも上記実施例とほぼ同程度の好結果が得られた。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、研磨粉末等の製造に好適なβ型炭化珪素粉末組成物が提供される。本発明の研磨粉末ないしは研磨剤によれば、被研磨材に傷を付けることがなく、表面粗さが小さく、しかもポリッシング速度を高めたポリッシングを行うことができる。