JP6622991B2

JP6622991B2 - 研磨用組成物

Info

Publication number: JP6622991B2
Application number: JP2015131086A
Authority: JP
Inventors: 修平 ▲高▼橋; 正利戸松
Original assignee: Fujimi Inc
Current assignee: Fujimi Inc
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2019-12-18
Anticipated expiration: 2035-06-30
Also published as: TW201706392A; JP2017014362A; WO2017002705A1

Description

本発明は、研磨用組成物に関する。詳しくは、炭化ケイ素単結晶等の高硬度材料の研磨に用いられる研磨用組成物に関する。

ダイヤモンド、サファイア（酸化アルミニウム）、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化タングステン、窒化ケイ素、窒化チタン等の高硬度材料の平坦表面は、通常、研磨定盤にダイヤモンド砥粒を供給して行う研磨（ラッピング）によって実現される。しかし、ダイヤモンド砥粒を用いるラッピングでは、スクラッチの発生、残存等のため、表面平坦性の向上には限度がある。そこで、ダイヤモンド砥粒を用いたラッピングの後に、あるいは当該ラッピングに代えて、研磨パッドを用いて当該研磨パッドと研磨対象物との間に研磨スラリーを供給して行う研磨（ポリシング）が検討されている。この種の従来技術を開示する文献として、特許文献１〜４が挙げられる。

特開２０１１−１２１１５３号公報特開２０１２−２４８５６９号公報特開２０１４−２４１５４号公報特許第５５９２２７６号公報

上記従来技術文献では、ポリシングに使用されるスラリー（研磨用組成物）の含有成分（砥粒、酸化剤等）の工夫により、研磨レート（単位時間当たりに研磨対象物の表面を除去する量）や研磨後の表面平坦性の改善が提案されている。しかし、このような技術によっても、研磨レートおよび表面平坦性に関する実用的な要求レベルを満足させるには不十分であり、なお改善の余地がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、高硬度材料表面に対して、研磨レートと表面平坦性との両立が高いレベルで実現され得る研磨用組成物を提供することである。

本発明によると、１５００Ｈｖ以上のビッカース硬度を有する材料を研磨するための研磨用組成物が提供される。この研磨用組成物は、平均二次粒子径Ｄ２_ｆを有する第１アルミナ砥粒と、前記第１アルミナ砥粒よりも小さい平均二次粒子径Ｄ２_ｓを有する第２アルミナ砥粒とを含む。このように平均二次粒子径が異なるアルミナ砥粒を組み合わせて用いることにより、高硬度材料表面に対して、研磨レートと表面平坦性との両立が高いレベルで実現され得る。

ここに開示される研磨用組成物の好ましい一態様では、前記第１アルミナ砥粒としてα−アルミナを含む。かかる第１アルミナ砥粒は、研磨レートの向上に効果的に寄与し得る。また、前記第２アルミナ砥粒としてアルミナゾル（コロイダルアルミナとも称する。）および中間アルミナからなる群から選択される少なくとも一種を含む。かかる第２アルミナ砥粒は、表面平坦性の向上に効果的に寄与し得る。したがって、このような第１アルミナ砥粒と第２アルミナ砥粒とを上記平均二次粒子径を満たすように組み合わせて使用することにより、研磨レートと表面平坦性との両立がより効果的に実現され得る。

ここに開示される研磨用組成物の好ましい一態様では、前記第１アルミナ砥粒の平均二次粒子径Ｄ２_ｆと前記第２アルミナ砥粒の平均二次粒子径Ｄ２_ｓとの関係が次式：１＜（Ｄ２_ｆ／Ｄ２_ｓ）＜２０；を満たす。上記特定の平均二次粒子径比となるように第１アルミナ砥粒と第２アルミナ砥粒とを組み合わせて用いることにより、研磨レートと表面平坦性との両立がより高いレベルで実現され得る。

ここに開示される研磨用組成物の好ましい一態様では、前記第１アルミナ砥粒の平均二次粒子径Ｄ２_ｆが３５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。また、前記第２アルミナ砥粒の平均二次粒子径Ｄ２_ｓが２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。第１アルミナ砥粒の平均二次粒子径Ｄ２_ｆおよび第２アルミナ砥粒の平均二次粒子径Ｄ２_ｓがそれぞれ上記の範囲内であると、研磨レートと表面平坦性との両立が好適に実現され得る。

ここに開示される研磨用組成物の好ましい一態様では、前記第１アルミナ砥粒および前記第２アルミナ砥粒の含有量の比（第１アルミナ砥粒：第２アルミナ砥粒）が重量基準で９５：５〜５：９５の範囲である。このような第１アルミナ砥粒および第２アルミナ砥粒の含有量の比の範囲内であると、研磨レート向上効果および平坦化効果がより好適に発揮され得る。

ここに開示される研磨用組成物の好ましい一態様では、ｐＨが、８〜１１の範囲内である。ｐＨが上記範囲内にある研磨用組成物において、本発明の適用効果が好適に発揮され得る。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。

＜研磨対象物＞
ここに開示される研磨用組成物は、１５００Ｈｖ以上のビッカース硬度を有する材料（高硬度材料）を研磨するために用いられる。高硬度材料のビッカース硬度は、好ましくは１８００Ｈｖ以上（例えば２０００Ｈｖ以上、典型的には２２００Ｈｖ以上）である。ビッカース硬度の上限は特に限定されないが、凡そ７０００Ｈｖ以下（例えば５０００Ｈｖ以下、典型的には３０００Ｈｖ以下）であってもよい。なお、本明細書において、ビッカース硬度は、ＪＩＳＲ１６１０：２００３に基づいて測定することができる。上記ＪＩＳ規格に対応する国際規格はＩＳＯ１４７０５：２０００である。

１５００Ｈｖ以上のビッカース硬度を有する材料としては、ダイヤモンド、サファイア（酸化アルミニウム）、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化タングステン、窒化ケイ素、窒化チタン等が挙げられる。ここに開示される研磨方法は、機械的かつ化学的に安定な上記材料の単結晶表面に対して好ましく適用することができる。なかでも、研磨対象物表面は、炭化ケイ素から構成されていることが好ましい。炭化ケイ素は、電力損失が少なく耐熱性等に優れる半導体基板材料として期待されており、その表面性状を改善することの実用上の利点は特に大きい。ここに開示される研磨用組成物は、炭化ケイ素の単結晶表面に対して特に好ましく適用される。

＜研磨用組成物＞
（砥粒）
ここに開示される研磨用組成物は、平均二次粒子径Ｄ２_ｆを有する第１アルミナ砥粒と、第１アルミナ砥粒よりも小さい平均二次粒子径Ｄ２_ｓを有する第２アルミナ砥粒とを含有する。このように平均二次粒子径が異なるアルミナ砥粒を組み合わせて用いることにより、高硬度材料表面に対して、研磨レートと表面平坦性との両立が高いレベルで実現され得る。

第１アルミナ砥粒の平均二次粒子径（以下、単に「Ｄ２_ｆ」と表記することがある。）は、第２アルミナ砥粒の平均二次粒子径（以下、単に「Ｄ２_ｓ」と表記することがある。）よりも大きければよく（すなわち、Ｄ２_ｆ＞Ｄ２_ｓであればよく）、特に限定されない。Ｄ２_ｆは、例えば１００ｎｍ以上にすることが適当であり、通常は１５０ｎｍ以上、典型的には２００ｎｍ以上である。研磨効率等の観点から、Ｄ２_ｆは、好ましくは３００ｎｍ以上、より好ましくは３５０ｎｍ以上、さらに好ましくは４００ｎｍ以上である。研磨レートと表面平坦性とを両立する観点から、Ｄ２_ｆが２００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下の第１アルミナ砥粒が好ましく、３００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の第１アルミナ砥粒が好ましく、３５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下（例えば８００ｎｍ以下）のものが特に好ましい。

一方、第２アルミナ砥粒としては、その平均二次粒子径Ｄ２_ｓがＤ２_ｆより小さければよく、特に限定されない。平坦化効果の観点から、第２アルミナ砥粒としては、Ｄ２_ｓが５００ｎｍ以下のものを好ましく採用することができる。例えば、研磨効率および表面平坦性を両立させる観点から、Ｄ２_ｓが２０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の第２アルミナ砥粒が好ましく、５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の第２アルミナ砥粒が好ましく、７５ｎｍ以上３００ｎｍ以下のものが特に好ましい。例えば、Ｄ２_ｆが７５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下（例えば１００ｎｍ以下）の第２アルミナ砥粒であってもよい。

第１アルミナ砥粒と第２アルミナ砥粒とを併用することによる効果をよりよく発揮させる観点から、Ｄ２_ｆとＤ２_ｓとの関係が１＜（Ｄ２_ｆ／Ｄ２_ｓ）＜２０を満たすことが好ましい。第１アルミナ砥粒と第２アルミナ砥粒とを特定の平均二次粒子径比となるように組み合わせて用いることにより、研磨レートと表面平坦性との両立がより高いレベルで実現され得る。ここに開示される技術は、例えば、Ｄ２_ｆとＤ２_ｓとの関係が、１．２≦（Ｄ２_ｆ／Ｄ２_ｓ）≦１５、より好ましくは１．５≦（Ｄ２_ｆ／Ｄ２_ｓ）≦１０、さらに好ましくは１．８≦（Ｄ２_ｆ／Ｄ２_ｓ）≦８、特に好ましくは２≦（Ｄ２_ｆ／Ｄ２_ｓ）≦６である態様で好ましく実施され得る。

Ｄ２_ｆは、Ｄ２_ｓより１００ｎｍ以上大きいことが好ましく、２００ｎｍ以上大きいことがより好ましい。また、Ｄ２_ｆからＤ２_ｓを減じた値（すなわち、Ｄ２_ｆ−Ｄ２_ｓ）は、好ましくは１０００ｎｍ以下であり、より好ましくは８００ｎｍ以下、さらに好ましくは５００ｎｍ以下である。例えば、Ｄ２_ｆ−Ｄ２_ｓが２５０ｎｍ以下であってもよい。

なお、砥粒の平均二次粒子径は、５００ｎｍ未満の粒子については、例えば、日機装社製の型式「ＵＰＡ−ＵＴ１５１」を用いた動的光散乱法により、体積平均粒子径（体積基準の算術平均径；Ｍｖ）として測定することができる。また、５００ｎｍ以上の粒子についてはＢＥＣＫＭＡＮＣＯＵＬＴＥＲ社製の型式「Ｍｕｌｔｉｓｉｚｅｒ３」を用いた細孔電気抵抗法等により、体積平均粒子径として測定することができる。

第１アルミナ砥粒の含有量と第２アルミナ砥粒の含有量との比（重量基準）は特に限定されない。第１アルミナ砥粒と第２アルミナ砥粒とを併用することによる効果をよりよく発揮させる観点から、第１アルミナ砥粒と第２アルミナ砥粒との重量比が９５：５〜５：９５であることが適当であり、９５：５〜２０：８０であることが好ましく、９５：５〜４０：６０であることがより好ましい。研磨効率等の観点からは、第１アルミナ砥粒の含有量を第２アルミナ砥粒の含有量以上とすることが効果的である。ここに開示される技術は、例えば、第１アルミナ砥粒と第２アルミナ砥粒との重量比が９５：５〜７０：３０である態様で好ましく実施され得る。

第１アルミナ砥粒および第２アルミナ砥粒の各々は、公知の各種アルミナ粒子のなかから、適切な平均二次粒子径を有するものを適宜選択して使用することができる。そのような公知のアルミナ粒子の例には、α−アルミナおよび中間アルミナが含まれる。ここで中間アルミナとは、α−アルミナ以外のアルミナ粒子の総称であり、具体的には、γ−アルミナ、δ−アルミナ、θ−アルミナ、η−アルミナ、κ−アルミナ、χ−アルミナ等が例示される。また、製法による分類に基づきヒュームドアルミナと称されるアルミナ（典型的にはアルミナ塩を高温焼成する際に生産されるアルミナ微粒子）を使用してもよい。さらに、コロイダルアルミナまたはアルミナゾルと称されるアルミナ（例えばベーマイト等のアルミナ水和物）も、上記公知のアルミナ粒子の例に含まれる。

第１アルミナ砥粒として好ましく採用し得るアルミナ粒子の具体例として、α−アルミナが挙げられる。かかる第１アルミナ砥粒は、研磨レートの向上に効果的に寄与し得る。第２アルミナ砥粒としては、第１アルミナ砥粒よりも平均二次粒子径の小さいα−アルミナを用いてもよく、α−アルミナ以外のアルミナ粒子を使用してもよい。

好ましい一態様において、第１アルミナ砥粒および第２アルミナ砥粒は、第１アルミナ砥粒の硬度よりも第２アルミナ砥粒の硬度が低くなるように選択することができる。このことによって、第１アルミナ砥粒による研磨レート向上効果と第２アルミナ砥粒による表面平坦性向上効果とをそれぞれ効率的に発揮させることができ、研磨レートと表面平坦性との両立がより高いレベルで実現され得る。例えば、第１アルミナ砥粒としてα−アルミナを使用する場合、第２アルミナ砥粒としては、各種の中間アルミナを好ましく採用することができる。上記中間アルミナはヒュームドアルミナであってもよい。アルミナゾル（コロイダルアルミナ）もまた、第２アルミナ砥粒として好ましく使用することができる。

ここに開示される研磨用組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、第１アルミナ砥粒および第２アルミナ砥粒以外のアルミナ砥粒（すなわち、第３以降のアルミナ砥粒）を含有してもよい。第３以降のアルミナ砥粒を含有する場合、研磨用組成物に含まれるアルミナ砥粒の全重量のうち第１アルミナ砥粒と第２アルミナ砥粒との合計重量が７０重量％とすることが適当であり、好ましくは８０重量％以上、より好ましくは９０重量％以上である。なかでも、研磨用組成物に含まれるアルミナ砥粒の１００重量％が第１アルミナ砥粒および第２アルミナ砥粒である研磨用組成物が好ましい。

ここに開示される研磨用組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、アルミナ以外の材質からなる砥粒（以下、非アルミナ砥粒ともいう。）を含有してもよい。そのような非アルミナ砥粒の例として、シリカ粒子、酸化セリウム粒子、酸化クロム粒子、二酸化チタン粒子、酸化ジルコニウム粒子、酸化マグネシウム粒子、二酸化マンガン粒子、酸化亜鉛粒子、酸化鉄粒子等の酸化物粒子；窒化ケイ素粒子、窒化ホウ素粒子等の窒化物粒子；炭化ケイ素粒子、炭化ホウ素粒子等の炭化物粒子；ダイヤモンド粒子；炭酸カルシウムや炭酸バリウム等の炭酸塩；等のいずれかから実質的に構成される砥粒が挙げられる。

上記非アルミナ砥粒の含有量は、研磨用組成物に含まれる砥粒の全重量のうち、例えば３０重量％以下とすることが適当であり、好ましくは２０重量％以下、より好ましくは１０重量％以下である。
ここに開示される技術は、研磨用組成物に含まれる砥粒の全重量のうちアルミナ砥粒の合計割合が９０重量％よりも大きい態様で好ましく実施され得る。上記アルミナ砥粒の割合は、より好ましくは９５重量％以上、さらに好ましくは９８重量％以上、特に好ましくは９９重量％以上である。なかでも、研磨用組成物に含まれる砥粒の１００重量％がアルミナ砥粒である研磨用組成物が好ましい。

また、ここに開示される研磨用組成物は、砥粒としてダイヤモンド粒子を実質的に含まないことが好ましい。ダイヤモンド粒子はその高硬度ゆえ、平滑性向上の制限要因となり得る。また、ダイヤモンド粒子は概して高価であることから、コストパフォーマンスの点で有利な材料とはいえず、実用面からは、ダイヤモンド粒子等の高価格材料への依存度は低いことが望ましい。

（研磨助剤）
ここに開示される研磨用組成物は研磨助剤を含むことが好ましい。研磨助剤は、ポリシングによる効果を増進する成分であり、典型的には水溶性のものが用いられる。研磨助剤は、特に限定的に解釈されるものではないが、ポリシングにおいて研磨対象物表面を変質（典型的には酸化変質）する作用を示し、研磨対象物表面の脆弱化をもたらすことで、砥粒による研磨に寄与していると考えられる。

研磨助剤としては、過酸化水素等の過酸化物；硝酸、その塩である硝酸鉄、硝酸銀、硝酸アルミニウム、その錯体である硝酸セリウムアンモニウム等の硝酸化合物；ペルオキソ一硫酸、ペルオキソ二硫酸等の過硫酸、その塩である過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等の過硫酸化合物；塩素酸やその塩、過塩素酸、その塩である過塩素酸カリウム等の塩素化合物；臭素酸、その塩である臭素酸カリウム等の臭素化合物；ヨウ素酸、その塩であるヨウ素酸アンモニウム、過ヨウ素酸、その塩である過ヨウ素酸ナトリウム、過ヨウ素酸カリウム等のヨウ素化合物；鉄酸、その塩である鉄酸カリウム等の鉄酸類；過マンガン酸、その塩である過マンガン酸ナトリウム、過マンガン酸カリウム等の過マンガン酸類；クロム酸、その塩であるクロム酸カリウム、二クロム酸カリウム等のクロム酸類；バナジン酸、その塩であるバナジン酸アンモニウム、バナジン酸ナトリウム、バナジン酸カリウム等のバナジン酸類；過ルテニウム酸またはその塩等のルテニウム酸類；モリブデン酸、その塩であるモリブデン酸アンモニウム、モリブデン酸二ナトリウム等のモリブデン酸類；過レニウム酸またはその塩等のレニウム酸類；タングステン酸、その塩であるタングステン酸二ナトリウム等のタングステン酸類；が挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよく２種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。なかでも、研磨効率等の観点から、過マンガン酸またはその塩、クロム酸またはその塩、鉄酸またはその塩が好ましく、過マンガン酸ナトリウム、過マンガン酸カリウムが特に好ましい。

好ましい一態様では、研磨用組成物は、研磨助剤として複合金属酸化物を含む。上記複合金属酸化物としては、硝酸金属塩、鉄酸類、過マンガン酸類、クロム酸類、バナジン酸類、ルテニウム酸類、モリブデン酸類、レニウム酸類、タングステン酸類が挙げられる。なかでも、鉄酸類、過マンガン酸類、クロム酸類がより好ましく、過マンガン酸類がさらに好ましい。

さらに好ましい一態様では、上記複合金属酸化物として、１価または２価の金属元素（ただし、遷移金属元素を除く。）と、周期表の第４周期遷移金属元素と、を有する複合金属酸化物ＣＭＯが用いられる。上記１価または２価の金属元素（ただし、遷移金属元素を除く。）の好適例としては、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａが挙げられる。なかでも、Ｎａ、Ｋがより好ましい。周期表の第４周期遷移金属元素の好適例としては、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉが挙げられる。なかでも、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒがより好ましく、Ｍｎがさらに好ましい。

ここに開示される研磨用組成物が、研磨助剤として複合金属酸化物（好ましくは複合金属酸化物ＣＭＯ）を含む場合、複合金属酸化物以外の研磨助剤をさらに含んでもよく、含まなくてもよい。ここに開示される技術は、研磨助剤として複合金属酸化物（好ましくは複合金属酸化物ＣＭＯ）以外の研磨助剤（例えば過酸化水素）を実質的に含まない態様でも好ましく実施され得る。

（その他の成分）
ここに開示される研磨用組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、キレート剤、増粘剤、分散剤、ｐＨ調整剤、界面活性剤、有機酸、有機酸塩、無機酸、無機酸塩、防錆剤、防腐剤、防カビ剤等の、研磨用組成物（典型的には高硬度材料研磨用組成物、例えば炭化ケイ素基板ポリシング用組成物）に用いられ得る公知の添加剤を、必要に応じてさらに含有してもよい。上記添加剤の含有量は、その添加目的に応じて適宜設定すればよく、本発明を特徴づけるものではないため、詳しい説明は省略する。

（溶媒）
研磨用組成物に用いられる溶媒は、砥粒を分散させることができるものであればよく、特に制限されない。溶媒としては、イオン交換水（脱イオン水）、純水、超純水、蒸留水等を好ましく用いることができる。ここに開示される研磨用組成物は、必要に応じて、水と均一に混合し得る有機溶剤（低級アルコール、低級ケトン等）をさらに含有してもよい。通常は、研磨用組成物に含まれる溶媒の９０体積％以上が水であることが好ましく、９５体積％以上（典型的には９９〜１００体積％）が水であることがより好ましい。

＜研磨液＞
ここに開示される研磨用組成物は、典型的には該研磨用組成物を含む研磨液の形態で研磨対象物に供給されて、その研磨対象物の研磨に用いられる。上記研磨液は、例えば、ここに開示されるいずれかの研磨用組成物を希釈（典型的には、水により希釈）して調製されたものであり得る。あるいは、該研磨用組成物をそのまま研磨液として使用してもよい。すなわち、ここに開示される技術における研磨用組成物の概念には、研磨対象物に供給されて該研磨対象物の研磨に用いられる研磨液（ワーキングスラリー）と、希釈して研磨液として用いられる濃縮液（研磨液の原液）との双方が包含される。ここに開示される研磨用組成物を含む研磨液の他の例として、該組成物のｐＨを調整してなる研磨液が挙げられる。

ここに開示される研磨液における砥粒の含有量（複数の砥粒の合計含有量）は特に制限されないが、研磨効率の観点から、典型的には０．１重量％以上であり、０．５重量％以上であることが好ましく、１重量％以上であることがより好ましく、３重量％以上であることがさらに好ましく、５重量％以上であることが特に好ましい。砥粒の含有量の増大によって、より高い研磨レートが実現され得る。また、研磨用組成物の分散安定性等の観点から、通常は、上記含有量は、３０重量％以下が適当であり、好ましくは２０重量％以下、より好ましくは１５重量％以下、さらに好ましくは１０重量％以下である。好ましい一態様では、研磨液における第１アルミナ砥粒の含有量は、第２アルミナ砥粒の含有量よりも多い。第１アルミナ砥粒の含有量から第２アルミナ砥粒の含有量を減じた値は、研磨効率等の観点から、好ましくは１重量％以上、より好ましくは２重量％以上、さらに好ましくは３重量％以上である。

研磨液における研磨助剤（複数の研磨助剤を含む場合には、それらの合計含有量）の含有量は特に制限されないが、通常は０．１重量％以上とすることが適当である。研磨レート等の観点から、上記含有量は０．５重量％以上が好ましく、１重量％以上がより好ましい。一方、研磨助剤の含有量が多すぎると、研磨レート向上効果が鈍化傾向になることに加えて、当該組成物の安定性が低下する場合があり得る。研磨用組成物の安定性等の観点から、上記研磨助剤の含有量は、通常は１０重量％以下とすることが適当であり、８重量％以下とすることが好ましく、５重量％以下とすることがより好ましい。

上記研磨液のｐＨは、２以上（例えば３以上）であることが好ましく、より好ましくは６以上、さらに好ましくは８以上、特に好ましくは８．５以上である。研磨液のｐＨの上限値は特に制限されないが、１２以下（例えば１１以下）であることが好ましく、１０以下（例えば９．５以下）であることがより好ましい。このことによって、研磨対象物をより平坦に研磨することができる。

＜濃縮液＞
ここに開示される研磨用組成物は、研磨対象物に供給される前には濃縮された形態（すなわち、研磨液の濃縮液の形態）であってもよい。このように濃縮された形態の研磨用組成物は、製造、流通、保存等の際における利便性やコスト低減等の観点から有利である。濃縮倍率は、例えば、体積換算で２倍〜５倍程度とすることができる。

このように濃縮液の形態にある研磨用組成物は、所望のタイミングで希釈して研磨液を調製し、その研磨液を研磨対象物に供給する態様で使用することができる。上記希釈は、典型的には、上記濃縮液に前述の溶媒を加えて混合することにより行うことができる。また、上記溶媒が混合溶媒である場合、該溶媒の構成成分のうち一部の成分のみを加えて希釈してもよく、それらの構成成分を上記溶媒とは異なる量比で含む混合溶媒を加えて希釈してもよい。また、後述するように多剤型の研磨用組成物においては、それらのうち一部の剤を希釈した後に他の剤と混合して研磨液を調製してもよく、複数の剤を混合した後にその混合物を希釈して研磨液を調製してもよい。

上記濃縮液における砥粒の含有量は、例えば４０重量％以下とすることができる。研磨用組成物の安定性（例えば、砥粒の分散安定性）や濾過性等の観点から、通常、上記含有量は、３０重量％以下としてもよく、２０重量％以下（例えば１５重量％以下）としてもよい。また、製造、流通、保存等の際における利便性やコスト低減等の観点から、砥粒の含有量は、例えば０．２重量％以上とすることができ、好ましくは１重量％以上、より好ましくは３重量％以上（例えば４重量％以上）である。

ここに開示される研磨用組成物は、一剤型であってもよいし、二剤型を始めとする多剤型であってもよい。例えば、該研磨用組成物の構成成分（典型的には、溶媒以外の成分）のうち一部の成分を含むＡ液と、残りの成分を含むＢ液とが混合されて研磨対象物の研磨に用いられるように構成されていてもよい。

＜研磨用組成物の調製＞
ここに開示される研磨用組成物の製造方法は特に限定されない。例えば、翼式攪拌機、超音波分散機、ホモミキサー等の周知の混合装置を用いて、研磨用組成物に含まれる各成分を混合するとよい。これらの成分を混合する態様は特に限定されず、例えば全成分を一度に混合してもよく、適宜設定した順序で混合してもよい。

＜研磨方法＞
この明細書によると、１５００Ｈｖ以上のビッカース硬度を有する研磨対象材料を研磨する研磨方法が提供される。上記研磨方法は、ここに開示される研磨用組成物を用いて研磨対象物を研磨する工程を含むことによって特徴づけられる。好ましい一態様に係る研磨方法は、予備ポリシングを行う工程（予備ポリシング工程）と、仕上げポリシングを行う工程（仕上げポリシング工程）と、を含んでいる。ここでいう予備ポリシング工程とは、少なくとも表面（研磨対象面）が１５００Ｈｖ以上のビッカース硬度を有する材料から構成された研磨対象物に対して、予備ポリシングを行う工程である。典型的な一態様では、予備ポリシング工程は、仕上げポリシング工程の直前に配置されるポリシング工程である。予備ポリシング工程は、１段のポリシング工程であってもよく、２段以上の複数段のポリシング工程であってもよい。また、ここでいう仕上げポリシング工程は、予備ポリシングが行われた研磨対象物に対して仕上げポリシングを行う工程であって、砥粒を含むポリシング用スラリーを用いて行われるポリシング工程のうち最後に（すなわち、最も下流側に）配置される研磨工程のことをいう。このように予備ポリシング工程と仕上げポリシング工程とを含む研磨方法において、ここに開示される研磨用組成物は、予備ポリシング工程で用いられてもよく、仕上げポリシング工程で用いられてもよく、予備ポリシング工程および仕上げポリシング工程の両方で用いられてもよい。

好ましい一態様において、上記研磨用組成物を用いるポリシング工程は、予備ポリシング工程である。予備ポリシング工程では、仕上げポリシング工程に比べて要求される研磨レートが大きい。そのため、ここに開示される研磨用組成物は、高硬度材料表面の予備ポリシング工程に用いられる研磨用組成物（予備ポリシング用組成物）として好適である。予備ポリシング工程が２段以上の複数段のポリシング工程を含む場合、ここに開示される研磨用組成物は、前段（上流側）の予備ポリシングに好ましく適用することができる。なかでも、後述するラッピング工程を経た最初の予備ポリシング工程（典型的には１次研磨工程）において好ましく使用され得る。

予備ポリシングおよび仕上げポリシングは、片面研磨装置による研磨、両面研磨装置による研磨のいずれにも適用可能である。片面研磨装置では、セラミックプレートにワックスで研磨対象物を貼りつけたり、キャリアと呼ばれる保持具を用いて研磨対象物を保持し、ポリシング用組成物を供給しながら研磨対象物の片面に研磨パッドを押しつけて両者を相対的に移動（例えば回転移動）させることにより研磨対象物の片面を研磨する。両面研磨装置では、キャリアと呼ばれる保持具を用いて研磨対象物を保持し、上方よりポリシング用組成物を供給しながら、研磨対象物の対向面に研磨パッドを押しつけ、それらを相対方向に回転させることにより研磨対象物の両面を同時に研磨する。

ここに開示される各ポリシング工程で使用される研磨パッドは、特に限定されない。例えば、不織布タイプ、スウェードタイプ、硬質発泡ポリウレタンタイプ、砥粒を含むもの、砥粒を含まないもの等のいずれを用いてもよい。

ここに開示される方法により研磨された研磨物は、典型的にはポリシング後に洗浄される。この洗浄は、適当な洗浄液を用いて行うことができる。使用する洗浄液は特に限定されず、公知、慣用のものを適宜選択して用いることができる。

なお、ここに開示される研磨方法は、上記予備ポリシング工程および仕上げポリシング工程に加えて任意の他の工程を含み得る。そのような工程としては、予備ポリシング工程の前に行われるラッピング工程が挙げられる。上記ラッピング工程は、研磨定盤（例えば鋳鉄定盤）の表面を研磨対象物に押し当てることにより研磨対象物の研磨を行う工程である。したがって、ラッピング工程では研磨パッドは使用しない。ラッピング工程は、典型的には、研磨定盤と研磨対象物との間に砥粒（典型的にはダイヤモンド砥粒）を供給して行われる。また、ここに開示される研磨方法は、予備ポリシング工程の前や、予備ポリシング工程と仕上げポリシング工程との間に追加の工程（洗浄工程やポリシング工程）を含んでもよい。

以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明を実施例に示すものに限定することを意図したものではない。なお、以下の説明において「％」は、特に断りがない限り重量基準である。

＜研磨用組成物の調製＞
（実施例１）
第１アルミナ砥粒としてのα−アルミナ（平均二次粒子径５００ｎｍ）と、第２アルミナ砥粒としてのアルミナゾル（平均二次粒子径９０ｎｍ）と、研磨助剤としての過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ_４）と脱イオン水とを混合して研磨用組成物を調製した。研磨用組成物中におけるα−アルミナの含有量は６％、アルミナゾルの含有量は２％、ＫＭｎＯ_４の含有量は１．２％とした。研磨用組成物のｐＨは、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いて９．０に調整した。

（実施例２）
ＫＭｎＯ_４に代えて過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）を使用し、かつ、研磨用組成物中におけるＨ_２Ｏ_２の含有量を１．２％としたこと以外は実施例１と同様にして研磨用組成物を調製した。

（実施例３）
アルミナゾルに代えてヒュームドアルミナ（平均二次粒子径２５０ｎｍ）を使用し、かつ、研磨用組成物中におけるヒュームドアルミナの含有量を２％としたこと以外は実施例１と同様にして研磨用組成物を調製した。

（比較例１）
第２アルミナ砥粒としてのアルミナゾルを用いなかったこと以外は実施例１と同様にして研磨用組成物を作製した。

（比較例２）
第１アルミナ砥粒としてのα−アルミナを用いなかったこと、および、アルミナゾルの含有量を６％としたこと以外は実施例１と同様にして研磨用組成物を調製した。

（比較例３）
第１アルミナ砥粒としてのα−アルミナを用いなかったこと、および、ヒュームドアルミナの含有量を６％としたこと以外は実施例３と同様にして研磨用組成物を調製した。

＜研磨レートの評価＞
用意した研磨用組成物をそのまま研磨液として使用して、平均粒子径５μｍのダイヤモンド砥粒を用いてラッピングを予め実施したＳｉＣウェーハの表面に対し、下記の条件でポリシングを実施した。そして、以下の計算式（１）、（２）に従って研磨レートを算出した。結果を表１の該当欄に示す。
（１）研磨取り代［ｃｍ］＝研磨前後のＳｉＣウェーハの重量の差［ｇ］／ＳｉＣの密度［ｇ／ｃｍ^３］（＝３.２１ｇ／ｃｍ^３）／研磨対象面積［ｃｍ^２］（＝１９．６２ｃｍ^２）
（２）研磨レート［ｎｍ／時間］＝研磨取り代［ｃｍ］×１０^７／研磨時間（＝１時間）
［ポリシング条件］
研磨装置：日本エンギス社製の片面研磨装置、型式「ＥＪ−３８０ＩＮ」
研磨パッド：ニッタ・ハース社製「ＳＵＢＡ８００」
研磨圧力：３００ｇ／ｃｍ^２
定盤回転数：８０回転／分
研磨時間：１時間
ヘッド回転数：４０回転／分
研磨液の供給レート：２０ｍＬ／分（掛け流し）
研磨液の温度：２５℃
研磨対象物：ＳｉＣウェーハ（伝導型：ｎ型、結晶型４Ｈ４°ｏｆｆ）２インチ

＜平坦性＞
各例に係る研磨後の研磨物表面につき、非接触表面形状測定機（商品名「ＮｅｗＶｉｅｗ５０３２」、Ｚｙｇｏ社製）を用いて、倍率１０倍、測定領域７００μｍ×５００μｍの条件で表面粗さＲａ（ｎｍ）を測定した。結果を表１に示す。

表１に示されるように、第１アルミナ砥粒および第２アルミナ砥粒としてα−アルミナとこれより平均二次粒子径の小さいアルミナゾルとを組み合わせて使用した実施例１の研磨用組成物は、上記α−アルミナを単独で使用した比較例１の研磨用組成物と同程度の研磨レートを維持しつつ、表面粗さがより小さく抑えられていた。実施例１と同じα−アルミナとアルミナゾルとを組み合わせて使用した実施例２の研磨用組成物は、上記アルミナゾルを単独で使用した比較例２の研磨用組成物に比べて研磨レートが向上し、なおかつ表面粗さも小さく抑えられていた。上記第１アルミナ砥粒とこれより平均二次粒子径の小さいヒュームドアルミナとを組み合わせて使用した実施例３の研磨用組成物は、上記ヒュームドアルミナを単独で使用した比較例３の研磨用組成物に比べて研磨レートが向上し、なおかつ表面粗さも小さく抑えられていた。これらの結果から、平均二次粒子径が異なるアルミナ砥粒を組み合わせて用いることにより、研磨レートと表面平坦性との両立を高いレベルで実現し得ることが確認できた。実施例１の研磨用組成物では、実施例２に比べてさらに高い研磨レートが実現された。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

Claims

１５００Ｈｖ以上のビッカース硬度を有する材料を研磨するための研磨用組成物であって、ここで前記１５００Ｈｖ以上のビッカース硬度を有する材料は炭化ケイ素であり、
平均二次粒子径Ｄ２_ｆを有する第１アルミナ砥粒と、
前記第１アルミナ砥粒よりも小さい平均二次粒子径Ｄ２_ｓを有する第２アルミナ砥粒と
を含み、
前記第１アルミナ砥粒の平均二次粒子径Ｄ２ _ｆが３５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、
前記第２アルミナ砥粒の平均二次粒子径Ｄ２ _ｓが２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、研磨用組成物。
前記第１アルミナ砥粒としてα−アルミナを含み
前記第２アルミナ砥粒としてアルミナゾルおよび中間アルミナからなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項１に記載の研磨用組成物。
前記第１アルミナ砥粒の平均二次粒子径Ｄ２_ｆと前記第２アルミナ砥粒の平均二次粒子径Ｄ２_ｓとの関係が次式：１＜（Ｄ２_ｆ／Ｄ２_ｓ）＜２０；を満たす、請求項１または２に記載の研磨用組成物。
前記第１アルミナ砥粒および前記第２アルミナ砥粒の含有量の比（第１アルミナ砥粒：第２アルミナ砥粒）が重量基準で９５：５〜５：９５の範囲である、請求項１から３のいずれか一項に記載の研磨用組成物。
ｐＨが８〜１１の範囲内である、請求項１から４のいずれか一項に記載の研磨用組成物。