JP2001093866A

JP2001093866A - 酸化物単結晶ウェーハ加工用研磨用組成物及び酸化物単結晶ウェーハの研磨方法

Info

Publication number: JP2001093866A
Application number: JP26596899A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Tanaka; 弘明田中; Akitoshi Yoshida; 明利吉田; Shinya Ichikawa; 真也市川; Takahito Kojima; 孝仁小島
Original assignee: SpeedFam Co Ltd
Current assignee: SpeedFam Co Ltd
Priority date: 1999-09-20
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2001-04-06

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
ッシング加工を行う研磨用組成物、及びそれを用いた酸
化物単結晶ウェーハの鏡面加工を行なう方法を提供す
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が８〜１５０ｎｍ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が１２〜４００ｎｍである酸化珪素
粒子を溶液全体に対して３〜３０重量％含むコロイド溶
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以上であり、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
研磨用組成物である。該研磨用組成物は、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か
ら３０の範囲にあることが好ましい。

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エーハの表面を鏡面研磨するた
めの研磨用組成物に関する。特に本発明の研磨用組成物
は、ある一定のサイズのコロイダルシリカを用い高い導
電率を持たせたものであり、例えばタンタル酸リチウム
またはニオブ酸リチウムなどの硬質の酸化物単結晶ウエ
ーハの表面の高速度で鏡面研磨に適したものである。更
に、その研磨用組成物を用いて、例えばタンタル酸リチ
ウムまたはニオブ酸リチウムなどの硬質の酸化物単結晶
ウエーハの鏡面加工を行なう方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】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、弾
性表面波素子や電気光学素子の基板として使用されてい
るタンタル酸リチウムあるいはニオブ酸リチウムなどの
酸化物単結晶ウエ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】従来よりタンタル酸リチウム、ニオブ酸リ
チウムのような酸化物単結晶の鏡面研磨を行なうため様
々な研磨用組成物が提案されている。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、ＮａＯＨ、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、コロイド状の酸化珪素
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、一次粒子の粒子径に対してある一定のサイズ範囲
の中で二次凝集し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、例えばタンタル
酸リチウムまたはニオブ酸リチウムのような酸化物単結
晶ウエ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、酸化物単結晶ウエーハ
の表面を高速度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、酸化物単結晶ウエーハの表面を
高速度で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が８〜１
５０ｎｍ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が１２〜４００
ｎｍである酸化珪素粒子を溶液全体に対して３〜３０重
量％含む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
研磨用組成物にて達成される。前記酸化物単結晶ウェー
ハ用の研磨用組成物においては、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から３０の
範囲にあることが好ましい。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、酸化物ウェーハを載置
押圧し、前記研磨用組成物を供給しつつ、前記定盤およ
び酸化物ウェーハの双方あるいはその一方を回転するこ
とにより、前記酸化物単結晶ウェーハの鏡面加工を行な
う方法にて達成される。

【０００９】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一次粒子の平均粒子径
が８〜１５０ｎｍであり、その粒子は二次凝集をしてお
り、二次凝集した粒子の平均粒子径が１２〜４００ｎｍ
であり、かつ、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
形態にすることにより、研磨速度を向上することができ
るのであり、しかも一次粒子径が小さいため、加工後の
面粗さを低下させたりスクラッチ等の好ましからざる現
象を引き起こしたりすることはない。

【００１０】

【発明の実施の形態】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８ｎｍ以下で
あると、研磨用組成物の液としては増粘し易く研磨速度
が安定しない。また、平均一次粒子径が１５０ｎｍ以上
であると、スクラッチが発生し易くなり、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１２〜４００ｎｍの範囲にあるも
のを用いることをその重要な点とする。コロイダルシリ
カの平均二次粒子径が１２ｎｍ以下であると研磨速度向
上の効果が不十分であり、また４００ｎｍ以上では沈降
性が増すとともに粘度の上昇もあるため、研磨用組成物
として使い勝手が良くない。特に本発明においては、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から３０の範囲にあることが好ましい。この数
値が１．４未満であると２次凝集による研磨力の改善が
不充分であり、また、３０を超えるとコロイダルシリカ
としての安定性に欠き、安定した研磨力の持続性がなく
なるのみならず、スクラッチ等の好ましからざる現象も
現れ易い。この範囲にあることによって、高い研磨速度
を安定して得ることができる。

【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
〜３０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３０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２５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、このうち安定性の面等から、特に
硝酸塩とすることが好ましい。これらの塩は２種類以上
混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
が凝集をはじめるため研磨用組成物の安定性が低下しこ
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、などがあげ
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て研磨され
る酸化物の具体例としては、特に硬度が高く化学的に安
定なタンタル酸リチウムまたはニオブ酸リチウムをあげ
ることができる。本発明の研磨用組成物によるタンタル
酸リチウムまたはニオブ酸リチウム等の酸化物単結晶ウ
エ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
置の回転可能な定盤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、本
発明の研磨用組成物を供給しつつ押圧回転することによ
り、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの酸化
物単結晶ウエーハを研磨表面の品質を落とさず、高速に
鏡面研磨する事が出来る。

【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電極の校正を行なった後測定した。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。研磨面の評価は、ＡＦＭを用
い表面粗さ（Ｒａ）を測定した。

【００１７】実施例１〜２８、比較例１〜７表１〜表７に使用した研磨用組成物の組成と物性、およ
び前記方法にて得られた研磨試験結果を併記する。表１
及び表２の実験例においては、導電率を上げるための塩
類の添加の有無を比較し、表３の実験例においては酸化
珪素（砥粒）の濃度を変化させた実験結果を載せてい
る。また、表４の実験例においては二次粒子径の大きさ
と粒径比の影響を見るための実験を行なっている。更
に、表５、６、７の実験例においては添加剤たる塩類の
種類及び量を変化させる実験を行なった。なお、表中略
号で示している化学物質の正式名称は次の通りである。ＴＭＡ₂ＣＯ₃：炭酸テトラメチルアンモニウム

【００１８】

【表１】表中の結果から明らかなように、本発明の範囲にあるも
のは良好な研磨速度と優れた面粗さを有するが、導電率
が本発明の範囲以下であると、研磨速度は低下する。

【００１９】

【表２】表１、２の結果から明らかな如く、粒子径（一次、二
次）粒径比、濃度、ｐＨ等の条件が本発明の条件を満足
していても、導電率が低いと研磨速度は高くならない。

【００２０】

【表３】表中の結果から明らかなように、研磨剤（酸化珪素）の
濃度が低いと、他の条件は充足しても研磨速度は不十分
である。

【００２１】

【表４】表中の結果から明らかなように、二次粒子径が大きくま
た粒径比が本発明範囲を超えると面粗さが不十分とな
る。また、スクラッチ等の欠点も出易い。

【００２２】

【表５】

【００２３】

【表６】

【００２４】

【表７】表５から表７の実施例に示す通り、添加剤たる塩類の種
類および量を変化させても研磨剤の濃度、２次粒子径、
粒径比、導電率が所望の範囲内であれば、高い研磨速度
と高精度の鏡面仕上げの面を得ることができる。

【００２５】以上、表１から表７の結果に示される通
り、本発明になる研磨用組成物を用いれば高品質な研磨
面を保ちながら、かつ高速度にタンタル酸リチウム及び
ニオブ酸リチウム等酸化物単結晶の表面を鏡面研磨する
ことができる。砥粒である酸化珪素が二次凝集の形態に
あり、平均一次粒子径Ａと平均二次粒子径Ｂの比、Ｂ／
Ａが１．４から３０の範囲にありかつ導電率を高くした
ものが、高速度にタンタル酸リチウム及びニオブ酸リチ
ウムの表面を高速に鏡面研磨できることを示している。

【００２６】

【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
の酸化物単結晶ウエ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

【特許請求の範囲】

【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が８〜１５０ｎｍ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が１２〜４００ｎｍである酸
化珪素粒子を溶液全体に対して３〜３０重量％含むコロ
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。
【請求項２】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から３０の範囲にあることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の酸化物単結晶ウェ
ーハ用の研磨用組成物。
【請求項３】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、第２項記載の酸化物単結晶ウェーハ用の研磨組
成物。
【請求項４】請求項第１項ないし第３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
晶ウェーハ用の研磨組成物。
【請求項５】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４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一方
を回転することにより、前記酸化物単結晶ウェーハの鏡
面加工を行なう方法。