(57)【要約】【課題】優れた研磨速度でサファイアウェーハを研磨することができる研磨用組成物を提供する。【解決手段】研磨用組成物は、シリカ粒子と、グリコールエーテル化合物と、水と、を含む。研磨用組成物に含まれるグリコールエーテル化合物の含有量は、０．１質量％以上且つ１０質量％以下である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカ粒子と、
グリコールエーテル化合物と、
水と、
を含み、
前記グリコールエーテル化合物の含有量は、研磨用組成物の全量に対して、０．１質量％以上且つ１０質量％以下である、研磨用組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の研磨用組成物において、
前記グリコールエーテル化合物は、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールイソプロピルメチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、またはエチレングリコールモノヘキシルエーテルである、研磨用組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サファイアウェーハの研磨処理に用いる研磨用組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
サファイアウェーハは、機械的特性、熱的特性、化学的安定性等が優れていることが知られている。サファイアウェーハは、例えば、青色、白色発光ダイオードに用いるＧａＮを成長させるための基板として用いられる。サファイアウェーハは、カイロポーラス法、ＥＦＧ法、チョクラルスキー法等で育成されたサファイア結晶を、ワイヤーソーでウェーハ状に切断加工した後、機械的化学的研磨（ＣＭＰ）で鏡面研磨加工して用いられる。
【０００３】
特許文献１（特開２０１４−０３９０５４号公報）には、アルカノールアミン化合物、シリカ粒子、及び水を含有したサファイア基板用研磨液組成物が開示されている。このサファイア基板用研磨液組成物のｐＨは、９．５以上１１．５未満であり、ｐＨを９．５以上１１．５未満に調整するアルカリ成分として、無機アルカリ化合物、有機アミンからなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物を含有していると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−０３９０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、サファイアウェーハは、高い硬度を有するので、サファイアウェーハの表面を研磨するのに長時間を要する。そこで、本発明者らは、研磨時間を短縮して生産性を高めることが可能な研磨用組成物について、検討を行った。
【０００６】
本発明は、優れた研磨速度でサファイアウェーハを研磨することが可能な研磨用組成物の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決する本発明の研磨用組成物は、シリカ粒子と、グリコールエーテル化合物と、水と、を含む。本発明の研磨用組成物に含まれるグリコールエーテル化合物の含有量は、０．１質量％以上且つ１０質量％以下である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、研磨用組成物がシリカ粒子と、グリコールエーテル化合物と、水と、を含み、グリコールエーテル化合物の含有量が研磨用組成物の全量に対して０．１質量％以上且つ１０質量％以下であるので、優れた研磨速度でサファイアウェーハを研磨することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施例において、ジエチレングリコールジメチルエーテルの濃度と研磨速度の相対値との関係を示すグラフである。
【図２】図２は、実施例において、トリプロピレングリコールジメチルエーテルの濃度と研磨速度の相対値との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、実施例において、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテルの濃度と研磨速度の相対値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明の実施の形態による研磨用組成物ＣＯＭＰは、シリカ粒子と、グリコールエーテル化合物と、水と、を含む。研磨用組成物ＣＯＭＰは、サファイアウェーハの研磨に用いられる。
【００１１】
シリカ粒子は、砥粒として配合されている。シリカ粒子としては、例えば、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ等が挙げられる。研磨用組成物中のシリカ粒子の含有量は、１０〜５０質量％であることが好ましい。また、シリカ粒子の平均粒子径は、４〜２００ｎｍであることが好ましい。
【００１２】
グリコールエーテル化合物としては、例えば、ジエチレングリコールエーテル類、モノエチレングリコールエーテル類、トリエチレングリコールエーテル類、テトラエチレングリコールエーテル類、プロピレングリコールエーテル類、ジプロピレングリコールエーテル類、トリプロピレングリコールエーテル類、エチレングリコールエーテルアセテート類、ジエチレングリコールエーテルアセテート類、プロピレングリコールエーテルアセテート類、ジプロピレングリコールエーテルアセテート類等が挙げられる。
【００１３】
ジエチレングリコールエーテル類の具体例としては、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールメチルプロピルエーテル、ジエチレングリコールエチルプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールエチルブチルエーテル、ジエチレングリコールプロピルブチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、ジエチレングリコールイソプロピルメチルエーテル等が挙げられる。
【００１４】
モノエチレングリコールエーテル類の具体例としては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル等が挙げられる。
【００１５】
トリエチレングリコールエーテル類の具体例としては、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル等が挙げられる。
【００１６】
テトラエチレングリコールエーテル類の具体例としては、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル等が挙げられる。
【００１７】
プロピレングリコールエーテル類の具体例としては、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル等が挙げられる。
【００１８】
ジプロピレングリコールエーテル類の具体例としては、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル等が挙げられる。
【００１９】
トリプロピレングリコールエーテル類の具体例としては、トリプロピレングリコールジメチルエーテル等が挙げられる。
【００２０】
エチレングリコールエーテルアセテート類の具体例としては、エチレングリコールメチルエーテルアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、エチレングリコールプロピルエーテルアセテート、エチレングリコールブチルエーテルアセテート等が挙げられる。
【００２１】
ジエチレングリコールエーテルアセテート類の具体例としては、ジエチレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールプロピルエーテルアセテート、ジエチレングリコールブチルエーテルアセテート等が挙げられる。
【００２２】
プロピレングリコールエーテルアセテート類の具体例としては、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、プロピレングリコールブチルエーテルアセテート等が挙げられる。
【００２３】
ジプロピレングリコールエーテルアセテート類の具体例としては、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールエチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールブチルエーテルアセテート等が挙げられる。
【００２４】
研磨用組成物ＣＯＭＰは、グリコールエーテル化合物として、これらのうち１種を含んでいてもよく、２種以上を組み合わせて含んでいてもよい。研磨用組成物ＣＯＭＰは、グリコールエーテル化合物として、これらのうちジエチレングリコールブチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールイソプロピルメチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、またはエチレングリコールモノヘキシルエーテルを含んでいることが好ましい。
【００２５】
研磨用組成物ＣＯＭＰは、ｐＨ調整剤を含んでいてもよい。ｐＨ調整剤としては、例えば、アンモニア、アミン化合物、無機アルカリ化合物（水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等）等が挙げられる。ｐＨ調整剤は、研磨用組成物ＣＯＭＰのｐＨが８．５〜１０．５となるように調整して配合することが好ましい。
【００２６】
研磨用組成物ＣＯＭＰは、この他、水溶性高分子化合物、疎水性高分子化合物、キレート剤、塩基性化合物、界面活性剤等の、研磨用組成物の分野で一般に知られた配合剤を任意に配合することができる。
【００２７】
研磨用組成物ＣＯＭＰは、シリカ粒子、グリコールエーテル化合物を適宜混合して水を加えることによって作製される。あるいは、研磨用組成物ＣＯＭＰは、シリカ粒子、グリコールエーテル化合物を、順次、水に混合することによって作製される。これらの成分を混合する手段としては、ホモジナイザー、および超音波等、研磨用組成物の技術分野において常用される手段が用いられる。
【００２８】
以上説明した研磨用組成物ＣＯＭＰは、適当な濃度となるように水（例えば、脱イオン水）で希釈した後、サファイアウェーハの研磨処理に用いられる。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。実施例として作製した実施例１〜実施例２３、及び比較例として作製した比較例１〜１０の研磨用組成物の作製条件は、配合された添加剤の種類及び濃度の少なくとも一方を変更させたことを除いて、すべて同一であった。表１は、実施例及び比較例の作製条件を示す。
【００３０】
実施例及び比較例の研磨用組成物は、具体的には、１９．０質量％の砥粒（コロイダルシリカ）、添加剤、及びｐＨ調整剤としての水酸化カリウムを水に配合して全体で１００質量％としたものである。なお、ｐＨ調整剤は、研磨用組成物のｐＨが１０となるように配合量を調整した。研磨用組成物の組成については、表１に示す。また、各実施例及び比較例に添加した添加剤及びその配合量については、表２及び表３に示す。なお、比較例１は、添加剤として何も添加しなかった。
【００３１】
研磨用組成物を調整した結果、添加剤として硝酸アルミニウムを０．５０質量％配合した比較例９では、液体がゲル状となり、研磨用組成物として用いることができなかった。
【００３２】
【表１】
2016141765.tif 000002
【００３３】
【表２】
2016141765.tif 000003
【００３４】
【表３】
2016141765.tif 000004
【００３５】
（研磨速度評価）
まず、研磨前のサファイアウェーハの質量を測定した。そして、枚葉式の研磨装置（Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ  ２０”）を用いて、不織布タイプの研磨パッド（ＳＵＢＡ６００、ニッタ・ハース社製）に実施例１〜実施例２３、比較例１〜比較例８及び比較例１０の研磨用組成物を０．３Ｌ／分の割合で供給し、かつ、直径４インチのサファイアウェーハに５００ｇｆ／ｃｍ２の圧力をかけながら研磨定盤を回転させ、６０分間研磨を行なった。このときの定盤回転速度は１４０ｒｐｍであり、ヘッド回転速度は１３０ｒｐｍであった。また、用いたサファイアウェーハは、面方位がＣ面であり、片面研磨済（Ｐｏｌｉｓｈｅｄ）であった。
【００３６】
研磨終了後、再び、サファイアウェーハの質量を測定した。そして、研磨前と研磨後の質量変化量から、サファイアウェーハの厚さの変化量を算出した。単位時間当たりのサファイアウェーハの厚さ変化量を、研磨速度として評価した。そして、比較例１の研磨速度を基準として、各実施例及び比較例の研磨速度を比較例１の研磨速度で除した研磨速度の相対値を計算した。これらの結果を、上記の表２及び表３に併せて示す。
【００３７】
（評価結果）
表２及び表３を参照して、研磨用組成物にグリコールエーテル化合物を添加剤として含む実施例１〜実施例２３と、添加剤を含まない比較例１とを比較すると、実施例１〜実施例２３は、比較例１よりも大きい研磨速度でサファイアウェーハを研磨できることがわかる。
【００３８】
また、表３を参照して、研磨用組成物に添加剤を含まない比較例１と、グリコールエーテル化合物以外の添加剤を含む比較例２〜比較例８とを比較すると、比較例２〜比較例８では、添加剤を含まない比較例１よりも研磨速度が低下していることがわかる。
【００３９】
以上より、添加剤として研磨用組成物にグリコールエーテル化合物を配合した場合に、サファイアウェーハの研磨において優れた研磨速度を得ることができることがわかる。添加剤として研磨用組成物にグリコールエーテル化合物を配合した場合に、サファイアウェーハの研磨において優れた研磨速度を得ることができるメカニズムについて、本発明者らは、以下のように考察した。
【００４０】
グリコールエーテル化合物を研磨用組成物に添加すると、研磨用組成物の表面張力が低下し、サファイアウェーハに対する研磨用組成物の濡れ性が向上する。そのため、サファイアウェーハと研磨パッドとの接触部分の間に研磨用組成物の砥粒が入り込みやすく、優れた研磨速度で研磨できると考えられる。
【００４１】
表２及び表３を参照して、添加剤として研磨用組成物にグリコールエーテル化合物を含む実施例１〜実施例２３、及び比較例１０を比較すると、グリコールエーテル化合物の濃度が０．１５〜１０質量％である実施例１〜実施例２３では研磨速度の相対値が１．１以上であるのに対し、グリコールエーテル化合物（ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル）の濃度が１５質量％の比較例１０では、研磨速度の相対値が０．９となっている。このことから、グリコールエーテル化合物の配合量が１５質量％以上では研磨速度が低下すると考えられる。したがって、研磨用組成物に含まれるグリコールエーテル化合物の配合量が０．１質量％以上且つ１０質量％以下である場合に研磨速度を向上する効果を得ることができる。
【００４２】
研磨用組成物に含まれるグリコールエーテル化合物の配合量が０．１質量％以上且つ１０質量％以下である場合に研磨速度を向上する効果を得ることができるメカニズムについて、本発明者らは、以下のように考察した。
【００４３】
グリコールエーテル化合物の濃度が高くなると、グリコールエーテル化合物がサファイアウェーハ表面に付着して、サファイアウェーハが空滑りしやすくなると考えられる。サファイアウェーハが空滑りしていることは、グリコールエーテル化合物の濃度が低い場合よりも研磨中の温度上昇が小さい（すなわち、サファイアウェーハと研磨パッドとの間に発生する摩擦熱が小さい）ことからも、推察できる。このため、研磨用組成物中のグリコールエーテル化合物の濃度が大きくなると、研磨速度が低下すると考えられる。
【００４４】
図１は、添加剤として研磨用組成物にジエチレングリコールジメチルエーテルを含む実施例１〜実施例３の結果を示すグラフである。図１のグラフにおいて、横軸は研磨用組成物中のジエチレングリコールジメチルエーテルの濃度、及び縦軸は研磨速度の相対値を示す。なお、図１における破線は、研磨速度の相対値が１のラインを示す。図１より、添加剤がジエチレングリコールジメチルエーテルの場合、ジエチレングリコールジメチルエーテルの濃度が１．０〜５．０質量％の範囲において、研磨速度を改善する効果が得られることが確認できた。
【００４５】
表２を参照して、実施例４〜実施例６は、添加剤として研磨用組成物にジエチレングリコールジエチルエーテルを配合し、添加剤の濃度を１．０〜５．０質量％に変化させた研磨用組成物である。実施例４〜実施例６において研磨速度の相対値が全て１．１以上となっていることから、添加剤がジエチレングリコールジエチルエーテルの場合、ジエチレングリコールジエチルエーテルの濃度が１．０〜５．０質量％の範囲において、研磨速度を改善する効果が得られることが確認できた。
【００４６】
表２を参照して、実施例１０〜実施例１１は、添加剤として研磨用組成物にジエチレングリコールジブチルエーテルを配合し、添加剤の濃度を０．１０〜０．１５質量％に変化させた研磨用組成物である。実施例１０〜実施例１１において研磨速度の相対値が全て１．４以上となっていることから、添加剤がジエチレングリコールジブチルエーテルの場合、ジエチレングリコールジブチルエーテルの濃度が０．１０〜０．１５質量％の範囲において、研磨速度を改善する効果が得られることが確認できた。
【００４７】
図２は、添加剤として研磨用組成物にトリプロピレングリコールジメチルエーテルを含む実施例１２〜実施例１６の結果を示すグラフである。図２のグラフにおいて、横軸は研磨用組成物中のトリプロピレングリコールジメチルエーテルの濃度、及び縦軸は研磨速度の相対値を示す。なお、図２における破線は、研磨速度の相対値が１のラインを示す。図２より、添加剤がトリプロピレングリコールジメチルエーテルの場合、トリプロピレングリコールジメチルエーテルの濃度が１．０〜１０．０質量％の範囲において、研磨速度を改善する効果が得られることが確認できた。
【００４８】
図３は、添加剤として研磨用組成物にジエチレングリコールモノイソブチルエーテル（イソブチルグリコール）を含む実施例１７〜実施例２０、及び比較例１０の結果を示すグラフである。図３のグラフにおいて、横軸は研磨用組成物中のジエチレングリコールモノイソブチルエーテルの濃度、及び縦軸は研磨速度の相対値を示す。なお、図３における破線は、研磨速度の相対値が１のラインを示す。図３より、添加剤がジエチレングリコールモノイソブチルエーテルの場合、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテルの濃度が１．０質量％以上且つ１０．０質量％以下の範囲において、研磨速度を改善する効果が得られることがわかる。
【００４９】
表２を参照して、グリコールエーテル化合物として、末端に結合されるアルカンとして直鎖に繋がった炭素数が４以上のアルカン（つまり、ブチル基またはヘキシル基）を有する実施例７、実施例８、実施例１０、実施例１１、実施例２１、及び実施例２３の研磨用組成物を用いてサファイアウェーハの研磨を行ったときの研磨速度の相対値は、１．２〜１．５である。一方、末端に直鎖に結合された炭素数が３以下のアルカン（つまり、メチル基、イソブチル基、イソプロピル基，またはプロピル基）のみを含む実施例１〜実施例６、実施例９、実施例１２〜実施例２０、及び実施例２２の研磨用組成物を用いてサファイアウェーハの研磨を行ったときの研磨速度の相対値は、１．１〜１．３である。このことから、グリコールエーテル化合物の末端に結合されるアルカンとして、直鎖に繋がった炭素数が４以上のアルカンを含むことが好ましいと考えられる。
【００５０】
以上、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【００５１】
この発明の本実施形態による研磨用組成物は、シリカ粒子と、グリコールエーテル化合物と、水と、を含む。研磨用組成物に含まれるグリコールエーテル化合物の含有量は、０．１質量％以上且つ１０質量％以下である。
【００５２】
この発明の本実施形態による研磨用組成物において、グリコールエーテル化合物は、好ましくは、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールイソプロピルメチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、またはエチレングリコールモノヘキシルエーテルである。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、研磨用組成物について利用可能である。
【図１】
2016141765.tif 000005
【図２】
2016141765.tif 000006
【図３】
2016141765.tif 000007