JP2001152134A - 酸化物単結晶ウェーハ用研磨用組成物及び酸化物単結晶ウェーハの研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】タンタル酸リチウムあるいはニオブ酸リチウム
等、比較的高硬度の酸化物単結晶ウェーハの効率的ポリ
ッシング加工を行なう研磨用組成物を提供する。 【構成】ＢＥＴ法により測定した比表面積より真球換算
で算出した平均一次粒子径Ａが４０〜１５０ｎｍであ
り、かつマイクロトラックＵＰＡによるレーザー散乱法
で測定した平均二次粒子径Ｂとの径の比率Ｂ／Ａが１以
上１．４未満の酸化珪素粒子を含み、酸化珪素粒子の溶
液全体での含有率が３〜２５重量％のコロイド溶液であ
り、更に２５℃における導電率が酸化珪素１重量％あた
り１０ｍＳ／ｍ以上であるように導電性を与える成分を
含有し、かつｐＨが８〜１１の間にあることを特徴とす
る酸化物単結晶ウェーハ用の研磨用組成物および研磨方
法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、弾性表面波素子や
電気光学素子等の基板となる強誘電体ウェーハとして広
く用いられるタンタル酸リチウムあるいはニオブ酸リチ
ウム等の酸化物単結晶ウェーハの表面を鏡面研磨する方
法に関する。特に本発明は、高い導電率を持つコロイダ
ルシリカの水分散物を主成分とする研磨用組成物を用い
タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムよりなる硬
質の酸化物単結晶ウェーハの表面を高速度でしかも優れ
た面粗さで鏡面研磨を行なう方法に関する。

【０００２】

【従来技術】近年の携帯電話、コードレスホーンあるい
は自動車電話等の移動体通信の急激な発達により、タン
タル酸リチウムあるいはニオブ酸リチウムよりなる酸化
物単結晶ウェーハの生産が急増している。これらのタン
タル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの酸化物単結晶
は硬度（モース硬度で５〜６）が高いため、通常のポリ
ッシング方法では研磨速度が遅く、所定の厚みを得るた
めに、１０時間近い研磨時間を要する場合もあり、その
生産性と効率の低さが指摘されていた。

【０００３】一般的な研磨方法としては、例えば超精密
生産技術体系第２巻（フジテクノシステム発行）の１０
２５ページにおいて、「・・・コロイダルシリカをベー
スとしたアルカリ系スラリーにより、安定した表面状態
が得られる。市販品には、平均粒子径が２０〜１２０ｎ
ｍ程度で、有機アミン、ＮａＯＨなどでｐＨ９．０〜１
０．５レベルに調合した研磨剤が普及している。」との
記載があり、これは通常のシリコンウェーハ等のポリッ
シングに用いられる方法を、ほぼそのまま踏襲したもの
であり、現状においては、上述の通り、この方法による
研磨速度の低さが指摘されているものである。

【０００４】従来より様々な研磨用組成物がタンタル酸
リチウム、ニオブ酸リチウムよりなる酸化物単結晶の鏡
面研磨を行なうためのする研磨用組成物として提案され
ている。例えば、特開平６−１９１９８８では、コロイ
ダルシリカ、コロイダルアルミナあるいはコロイダルジ
ルコニアよりなる研磨剤に、加工液としてＫＯＨ、Ｎａ
ＯＨ、ＮａＣｌＯ、Ｂｒ−メタノールを加えて用いるこ
とが提案されている。しかしながら、タンタル酸リチウ
ム、ニオブ酸リチウムよりなる酸化物単結晶は、前述の
通り硬度が高いことの他に、化学的にも非常に安定な化
合物であるため、例えばアルカリあるいは酸化剤等の薬
剤によってもほとんど侵蝕されることなく、そのため、
メカノケミカル的な研磨方法を用いても、研磨速度が改
善されることはほとんどない。

【０００５】また、特開平３−５４２８７では、仮焼ア
ルミナ粉末を含有した研磨用組成物が提案されている。
更に、特開平５−１２７９では、ＢＥＴ比表面積が１０
〜６０ｍ²／ｇで、二次粒子径が０．５〜５μｍである
沈降法シリカの水性スラリー分散液を研磨用組成物とし
て使用する方法が提案されている。しかしながら、これ
らの方法は、比較的平均粒子径の大きな研磨剤砥粒を用
いており、高精度の鏡面は得られずまたスクラッチの発
生も多く、最終的な鏡面仕上げにおける研磨速度の改善
を目的としたものではない。

【０００６】研磨速度を改善する一つの方法としては、
研磨剤としての砥粒の濃度を高濃度にする方法もある。
しかしながら、この方法もある濃度を超えると、研磨速
度が飽和値に達して、所期の効果は得られずむしろスク
ラッチの発生や、研磨液循環作業への弊害が目立つよう
になり、完全なものではない。更に、研磨速度改善の方
法として、ダイヤモンド、窒化硼素等の超硬砥粒を使用
する方法も考えられるが、最終的な鏡面を得るに適した
超微粉は得にくい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、前述の
従来の技術の持つ問題点に鑑み、二酸化珪素（Ｓｉ
Ｏ₂：以下酸化珪素と記す）のコロイド状の粒子（コロ
イダルシリカと記す）を研磨用砥粒として用いることを
基本とする方法での研磨速度の向上を行なう方法につい
て鋭意研究を行なった結果、ある一定範囲のサイズの粒
子径を持ち、その二次凝集を狭い範囲に抑えたコロイダ
ルシリカを、ある一定の導電率とｐＨの条件におくこと
によって、タンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウム
よりなる酸化物単結晶ウェーハの鏡面仕上げに適した研
磨用組成物が得られることを見出して本発明を完成する
に至ったものである。すなわち、本発明の目的は、酸化
物単結晶ウェーハの表面を、極めて優れた面粗さでしか
も高速で鏡面研磨を行なうに適した研磨用組成物を提供
することにある。更に、本発明の他の目的は前記研磨用
組成物を用いて、酸化物単結晶ウェーハの表面を鏡面研
磨する方法を提供することにある。

【０００８】上述の目的は、ＢＥＴ法により測定した比
表面積より真球換算で算出した平均一次粒子径Ａが４０
〜１５０ｎｍであり、かつマイクロトラックＵＰＡによ
るレーザー散乱法で測定した平均二次粒子径Ｂとの径の
比率Ｂ／Ａが１以上１．４未満の酸化珪素粒子を含み、
該酸化珪素粒子の溶液全体に対する含有率が３〜２５重
量％のコロイド状溶液であり、更に２５℃における導電
率が酸化珪素１重量％あたり１０ｍＳ／ｍ以上であるよ
うに導電性を与える成分を含有し、かつｐＨが８〜１１
の間にあることを特徴とする酸化物単結晶ウェーハ用研
磨用組成物にて達成される。更に、本発明の他の目的
は、上下両面あるいは片面に、合成樹脂発泡体、合成皮
革あるいは不織布等からなるポリッシングパッドを貼付
した回転可能な定盤を有する研磨機に、酸化物単結晶ウ
ェーハを載置押圧し、請求項第１項ないし請求項第３項
に記載の研磨用組成物を供給しつつ、前記定盤および酸
化物単結晶ウェーハの双方あるいはそのいずれか一方を
回転することにより、前記酸化物単結晶ウェーハ用の研
磨を行なう方法にて達成される。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の肝要は、研磨に用いる研
磨用組成物の中に含まれる酸化珪素粒子の平均一次粒子
径が４０〜１５０ｎｍであり、その粒子の二次凝集は、
一次粒子の径Ａと二次粒子の径Ｂとの比率Ｂ／Ａが１．
４未満に抑えられている点にあり、更に、導電性成分の
添加により導電性を与えられた液である点にある。研磨
用組成物中の砥粒をかかる形態、すなわち、ほとんど二
次凝集がなく単分散に近いようにすることにより、スク
ラッチ等の欠点の発生に繋がる大型粒子がなく、極めて
優れた仕上げ面粗さを持った面が得られ、かつ、導電性
成分の添加により研磨速度を顕著に向上させることがで
きるのである。

【００１０】本発明においては平均一次粒子径の測定
は、ＢＥＴ法により測定した比表面積より真球換算で算
出した値を用い、また、平均二次粒子径としてはマイク
ロトラックＵＰＡ（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ社製）によるレ
ーザー散乱法で測定した体積平均粒子径を用いる。コロ
イダルシリカの平均一次粒子径が４０ｎｍ以下である
と、研磨速度は十分に向上しない。また、平均一次粒子
径が１５０ｎｍ以上を超えると、スクラッチ等の欠点が
発生し易くなり、また仕上げ面粗さも良くなく好ましく
ない。一般に微細粒子が凝集する場合は、フロック化
し、巨大粒子化する傾向が強いが、本発明においては平
均一次粒子径Ａと平均二次粒子径Ｂとの比率、Ｂ／Ａが
１．４未満に抑えられている点にあるものを用いること
をその重要な点とする。粒子径の比率Ｂ／Ａが１．４以
上であると、スクラッチが生じ易く、極めて優れた面粗
さを持った仕上がり面の創成といった点で効果が不十分
である。

【００１１】本発明に用いるコロイド状の酸化珪素は、
水ガラスから脱アルカリを行なって製造されるコロイダ
ルシリカ、有機ケイ素化合物を加水分解して得られたコ
ロイダルシリカ、フュームドシリカを水に分散させたコ
ロイダルシリカ等いずれも使用でき、特に製法には限定
されなく、極めて微細な酸化珪素微粉がコロイド状に分
散されたものである。そして、研磨時のシリカ濃度は３
〜２５重量％の間にあることが必要であり、望ましく
は、１０〜１８重量％の間である。シリカ濃度が３重量
％以下であると、研磨速度が低く実用性がない。シリカ
濃度が２５重量％以上になると、粗大な凝集粒子が生じ
易くスクラッチ等が発生し易い。研磨時の酸化珪素濃度
が高くなれば研磨加工速度自体は増大するが約１５重量
％を越えるあたりでその値は飽和値に達してしまう。

【００１２】本発明においては、単位長あたりの導電率
の数値（ｍｉｃｒｏ・Ｓｉｅｍｅｎｓ）を酸化珪素１重
量％当りに換算した数値で示し、その２５℃における数
値は１０ｍＳ／ｍ／１％−ＳｉＯ₂以上であることが必
要である。好ましくは１５ｍＳ／ｍ／１％−ＳｉＯ₂以
上にすることにより、研磨速度は一層上昇する。研磨用
組成物に導電性を付与する成分については特に限定を受
けるものではないが、アルカリ金属、コリン、テトラメ
チルアンモニウムまたはアンモニウムの塩のうち少なく
とも一つを添加剤として用いることができる。アルカリ
金属、コリン、テトラメチルアンモニウムまたはアンモ
ニウムの塩の形態としては、フッ化物、塩化物、臭化
物、硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、臭素酸塩、
ヨウ素酸塩、過塩素酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩等の無機
塩類、クエン酸塩、シュウ酸塩、酒石酸塩、等の有機酸
塩類があげられるが、このうち研磨性能の安定性といっ
た面から、特に硝酸塩とすることが好ましい。これらの
塩は複合して用いても良い。

【００１３】本発明においては研磨用組成物のｐＨは８
〜１１の範囲にあることが肝要である。ｐＨが８以下で
あると研磨速度は著しく低下し実用の範囲からは外れ
る。また、ｐＨが１１以上になると、コロイダルシリカ
が凝集をはじめて本発明の範囲から外れ、そのため研磨
用組成物の安定性が低下してこれも実用の範囲から外れ
る。そしてまた、このｐＨは摩擦、熱、外気との接触あ
るいは他の成分との混合等、考えられる外的条件の変化
により容易に変化するようなものであってはならない
が、本発明においては研磨用組成物溶液自体を、外的条
件の変化に対してｐＨの変化の幅の少ない、所謂緩衝作
用の強い液とすることも研磨性能の安定化と持続性のた
めに有効である。緩衝作用の強い液とするために有効な
塩は、例えば、炭酸、硼酸、燐酸、クエン酸、蓚酸ある
いは酒石酸等の塩である。

【００１４】本発明の研磨用組成物の物性を改良するこ
と及び、研磨物の研磨表面の品質を向上させるため、界
面活性剤、分散剤、などを併用してもかまわない。界面
活性剤、分散剤としては、水溶性の有機物などが具体的
に挙げられる。また、本発明の研磨用組成物は水分散物
としているが、有機溶媒を添加してもかまわない。本発
明の研磨用組成物は、研磨時にコロイダルシリカとアル
カリ金属、コリン、テトラメチルアンモニウムまたはア
ンモニウムの塩と添加剤と水とを混合して調製してもよ
い。また、コロイダルシリカとして、１５〜６５％の濃
縮組成物として調製しておき、水あるいは、水と有機溶
媒の混合物で希釈して使用できる。

【００１５】本発明の研磨用組成物を使用したタンタル
酸リチウムまたはニオブ酸リチウムよりなる酸化物単結
晶ウェーハの鏡面仕上げ研磨方法は、装置として例え
ば、スピードファム・アイペック（株）社製ＳＨ−２４
型片面機、ＤＳＭ−１２Ｂ型両面機などである。これら
研磨装置で本発明の研磨用組成物を使いタンタル酸リチ
ウム、ニオブ酸リチウムなどの酸化物単結晶ウェーハを
研磨速度を一定の高いレベルに保った上で、優れた仕上
がり面粗さを持った鏡面を得ることができる。

【００１６】

【実施例】次に実施例及び比較例をあげて本発明の研磨
用組成物、およびそれを用いた研磨加工方法を具体的に
説明するが、特にこれにより限定を行なうものではな
い。研磨実験に使用した装置および条件は以下の通りで
ある。 研磨装置：（株）マルトー製、卓上小型研磨機ドクター
ラップ 定盤回転数：８２ＲＰＭ 研磨布：ＳＵＢＡ８００（ロデールニッタ社製） 研磨用組成物流量：２０ｍｌ／分 加工荷重：３２６ｇｆ／ｃｍ² 加工時間：３０分 ワークピース：１５ｍｍ角に裁断したもの３枚を同時研
磨 研磨速度は、研磨前後の重量差より求めた。研磨用組成
物のｐＨはｐＨメーターを用い測定した。測定にあたっ
ては、ｐＨ６．８６と９．１８のｐＨ標準溶液であらか
じめｐＨ電極の校正を行った後測定した。酸化珪素１重
量％あたりの導電率は導電率計にて測定した値を酸化珪
素濃度で除して用いた。更に研磨面の評価は、ＡＦＭを
用いて表面粗さ（Ｒａ）を測定した。

【００１７】実施例１〜１０、比較例１〜５ 表１、表２および表３に、実施例および比較例で使用し
た研磨用組成物の組成と物性、および前記方法に準拠し
て得られた研磨試験結果を併記する。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１は本発明の実施例である添加剤を加え
た場合と、添加剤を加えない従来例による比較例の結果
を示すものである。塩化ナトリウムあるいは芒硝等の塩
類の添加物を加えることにより、導電率を実施例１〜３
に示す如く１０ｍＳ／ｍ−１％ＳｉＯ₂以上の範囲に調
整することができ、良好な研磨速度と面粗さが得られる
る。これに対し、添加剤を加えない場合は導電率は比較
例１、２に示すように１０ｍＳ／ｍ−１％ＳｉＯ₂未満
となって、研磨速度は実施例の約半分の値を示し、好ま
しくない。

【００２０】

【表２】

【００２１】表２において比較例３及び４は粒径比Ｂ／
Ａを本発明範囲１．４より大きくしたものの例であり、
比較例５は一次粒子径を本発明範囲である４０ｎｍに達
しない小粒径のものを用いた例である。表２の結果より
明らかな如く、粒径比Ｂ／Ａが１．４を超えた場合はス
クラッチの発生が見られて好ましくなく、また、一次粒
子径が４０ｎｍ以下であると研磨速度が本発明の実施例
４、５の約半分になってしまい、好ましくない。

【００２２】

【表３】

【００２３】表３においては、添加剤を硝酸塩あるいは
炭酸塩としたものの実施例を示す。いずれの例において
も良好な研磨速度と面粗さを得ることができる。

【００２４】

【発明の効果】以上の実施例および比較例の結果から示
される通り、本発明になる研磨用組成物を用いれば、例
えば硬質のタンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなど
の酸化物単結晶ウェーハの鏡面仕上げ研磨において、従
来のものより倍以上の高い研磨速度が得られることは明
らかであり、しかも表面粗さについては、高精度の鏡面
仕上げの面を得ることが可能である。本発明になる研磨
用組成物により、従来多大な時間と手間を要していた鏡
面仕上げ研磨（ポリッシング）工程の時間短縮および効
率の向上を図ることが可能となり、そのことが例えば移
動体通信の重要部品である弾性表面波素子や電気光学素
子の生産性向上とコスト引き下げに多大に寄与するもの
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市川 真也 神奈川県綾瀬市早川2647 スピードファ ム・アイペック株式会社内 (72)発明者 小島 孝仁 神奈川県綾瀬市早川2647 スピードファ ム・アイペック株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＢＥＴ法により測定した比表面積より真球
   換算で算出した平均一次粒子径Ａが４０〜１５０ｎｍで
   あり、かつマイクロトラックＵＰＡによるレーザー散乱
   法で測定した平均二次粒子径Ｂとの径の比率Ｂ／Ａが１
   以上１．４未満の酸化珪素粒子を含み、該酸化珪素粒子
   の溶液全体での含有率が３〜２５重量％のコロイド溶液
   であり、更に２５℃における導電率が酸化珪素１重量％
   あたり１０ｍＳ／ｍ以上であるように導電性を与える成
   分を含有し、かつ、ｐＨが８〜１１の間にあることを特
   徴とする酸化物単結晶ウェーハ用研磨用組成物。
2. 【請求項２】導電性を与える成分が、アルカリ金属、コ
   リン、テトラメチルアンモニウムまたはアンモニウムの
   塩のうち少なくとも一つであることを特徴とする請求項
   第１項記載の酸化物単結晶ウェーハ用研磨組成物。
3. 【請求項３】請求項第１項ないし第２項記載の酸化物単
   結晶ウェーハ用の研磨組成物において、酸化物単結晶ウ
   ェーハが、タンタル酸リチウムあるいはニオブ酸リチウ
   ムの単結晶ウェーハであることを特徴とする酸化物単結
   晶ウェーハ用研磨組成物。
4. 【請求項４】上下両面あるいは片面に、合成樹脂発泡
   体、合成皮革あるいは不織布等からなるポリッシングパ
   ッドを貼付した回転可能な定盤を有する研磨機に、酸化
   物単結晶ウェーハを載置押圧し、請求項第１項ないし請
   求項第３項に記載の研磨用組成物を供給しつつ、前記定
   盤および酸化物単結晶ウェーハの双方あるいはそのいず
   れか一方を回転することにより、前記酸化物単結晶ウェ
   ーハ用の研磨を行なう方法。