本申請是申請日為2012年2月20日，申請號為201280009634.2，發明名稱為“研磨用組合物”的申請的分案申請。
本發明涉及在研磨維氏硬度為1500hv以上的硬脆材料制成的研磨對象物的用途中使用的研磨用組合物。本發明還涉及硬脆材料的研磨方法和硬脆材料基板的制造方法。
背景技術：
硬脆材料是指在脆性材料中硬度也高的物質，通常包括玻璃、陶瓷、石材和半導體晶體材料等。其中，尤其是對于維氏硬度為1500hv以上的材料，例如金剛石、氧化鋁(藍寶石)、碳化硅、碳化硼、碳化鋯、碳化鎢、氮化硅、氮化鈦、氮化鎵而言，通常在化學方面非常穩定、反應性低、硬度也非常高，因此不容易通過研磨進行加工。因此，通常這些材料用金剛石實施拋光，然后通過利用膠體二氧化硅進行研磨來除去拋光產生的劃痕，從而進行加工。然而，此時需要長時間的研磨直到得到高平滑的表面。
另外，已知利用包含較高濃度的膠體二氧化硅的研磨用組合物來研磨藍寶石基板的方案(例如參照專利文獻1)、利用包含膠體二氧化硅的具有特定的ph的研磨用組合物來研磨碳化硅基板的方案(例如參照專利文獻2)。然而，此時也存在不能得到充分的研磨速度(去除速度)這樣的問題。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開2008-44078號公報
專利文獻2：日本特開2005-117027號公報
技術實現要素：
發明要解決的問題
因此，本發明的目的在于提供一種研磨用組合物，其能夠以高研磨速度來研磨由維氏硬度為1500hv以上的硬脆材料制成的研磨對象物。另外，本發明的另一目的在于提供使用了該研磨用組合物的硬脆材料的研磨方法和硬脆材料基板的制造方法。
用于解決問題的方案
本發明人等進行了深入研究，結果發現，通過利用含有具有特定的比表面積的氧化鋁磨粒的、具有特定的ph的研磨用組合物，可達成上述目的。為了達成上述的目的而從一定數量的磨粒的種類之中選定氧化鋁磨粒，同時將氧化鋁磨粒的比表面積和研磨用組合物的ph設定在各自規定的范圍內，這是即使本領域技術人員也不容易想到的。
本發明的一個實施方式提供一種研磨用組合物，其在研磨維氏硬度為1500hv以上的硬脆材料制成的研磨對象物的用途中使用，其至少含有氧化鋁磨粒和水，且具有8.5以上的ph。氧化鋁磨粒的比表面積為20m2/g以下。
氧化鋁磨粒的平均二次粒徑優選為0.1μm以上且20μm以下。另外，研磨對象物優選為由藍寶石、氮化鎵或碳化硅制成的基板或膜。作為成為研磨對象物的基板的例子，可列舉出用于制造各種半導體器件、磁記錄器件、光學器件、功率器件等的單晶基板或多晶基板。成為研磨對象物的膜也可以是通過外延生長等公知的成膜方法設置在基板上的膜。
本發明另一方式提供利用上述研磨用組合物研磨硬脆材料的研磨方法；和包括使用了該研磨方法研磨基板的工序的硬脆材料的制造方法。
發明的效果
根據本發明，提供一種研磨用組合物，其能夠以高研磨速度來研磨由維氏硬度為1500hv以上的硬脆材料制成的研磨對象物。另外，還提供使用了該研磨用組合物的硬脆材料的研磨方法和硬脆材料基板的制造方法。
具體實施方式
以下對本發明的一個實施方式進行說明。
本實施方式的研磨用組合物至少含有氧化鋁磨粒和水。該研磨用組合物在研磨由維氏硬度為1500hv以上的硬脆材料制成的研磨對象物的用途中使用，更具體而言，在研磨由藍寶石、碳化硅或氮化鎵制成的研磨對象物的用途中使用。需要說明的是，維氏硬度可以通過與國際標準化組織確定的iso14705對應的日本工業規格jisr1610中規定的方法進行測定，根據利用維氏壓頭對試驗面壓出凹陷時的試驗力和由凹陷的對角線長度求得的凹陷的表面積算出。
研磨用組合物中包含的氧化鋁磨粒也可以是例如由α-氧化鋁、δ-氧化鋁、θ-氧化鋁或κ-氧化鋁制成的物質，但并不限定于此。其中，為了以更高的速度研磨硬脆材料，優選氧化鋁磨粒以α-氧化鋁為主成分。具體而言，優選氧化鋁磨粒中的氧化鋁的α化率為20％以上，更優選為40％以上。氧化鋁磨粒中的氧化鋁的α化率由基于x射線衍射測定的(113)面衍射線的積分強度比求得。
氧化鋁磨粒也可以包含硅、鈦、鐵、銅、鉻、鈉、鉀、鈣、鎂等雜質元素。但是，氧化鋁磨粒的純度優選盡量高，具體而言，優選為99質量％以上，更優選為99.5質量％以上，進一步優選為99.8質量％以上。隨著氧化鋁磨粒的純度在99質量％以上的范圍中增高，使用研磨用組合物研磨后的研磨對象物表面的雜質污染減少。在該方面，若氧化鋁磨粒的純度為99質量％以上，進一步而言為99.5質量％以上，更進一步而言為99.8質量％以上，則變得容易使基于研磨用組合物的研磨對象物表面的雜質污染降低到在實用上特別適宜的水平。需要說明的是，氧化鋁磨粒中的雜質元素的含量可通過利用例如株式會社島津制作所制造的icpe-9000等icp發射光譜分析裝置的測定值算出。
氧化鋁磨粒的平均二次粒徑優選為0.1μm以上，更優選為0.3μm以上。隨著磨粒的平均二次粒徑變大，基于研磨用組合物的研磨對象物的研磨速度提高。
氧化鋁磨粒的平均二次粒徑優選為20μm以下，更優選為5μm以下。隨著磨粒的平均二次粒徑減小，容易通過利用研磨用組合物的研磨而得到低缺陷且粗糙度小的表面。需要說明的是，氧化鋁磨粒的平均二次粒徑與使用例如株式會社堀場制作所制造的la-950等激光衍射/散射式粒徑分布測定裝置測定的體積平均粒徑相等。
氧化鋁磨粒的比表面積為20m2/g以下是必要的。使用了比表面積超過20m2/g的氧化鋁磨粒時，無法得到能夠以足夠高的研磨速度對研磨對象物進行研磨的研磨用組合物。
氧化鋁磨粒的比表面積優選為5m2/g以上。隨著磨粒的比表面積增大，容易通過利用研磨用組合物的研磨而得到低缺陷且粗糙度小的表面。需要說明的是，氧化鋁磨粒的比表面積可使用例如micromeritics公司制造的flowsorbii2300，利用氮吸附法(bet法)求得。
研磨用組合物中的氧化鋁磨粒的含量優選為0.01質量％以上，更優選為0.1質量％以上。隨著磨粒的含量變多，基于研磨用組合物的研磨對象物的研磨速度提高。
另外，研磨用組合物中的氧化鋁磨粒的含量還優選為50質量％以下，更優選為40質量％以下。隨著磨粒的含量減少，在研磨用組合物的制造成本降低的基礎上，容易通過利用研磨用組合物而得到劃痕少的表面。
對氧化鋁磨粒的制造方法沒有特別的限定。氧化鋁磨粒既可以是通過拜耳法從鋁土礦提純得到的氧化鋁，也可以是將該氧化鋁熔融粉碎而成的物質。或者，也可以是將以鋁化合物作為原料水熱合成的氫氧化鋁進行熱處理而得到的氧化鋁、通過氣相法由鋁化合物合成的氧化鋁。由鋁化合物合成的氧化鋁的特征在于，比通常的氧化鋁純度更高。
研磨用組合物的ph為8.5以上是必要的，優選為9.5以上。研磨用組合物的ph低于8.5時，無法使用研磨用組合物以足夠高的研磨速度對研磨對象物進行研磨。
對研磨組合物的ph的上限沒有特別的限定，優選為12以下。ph為12以下的研磨用組合物的安全性高，使用時的操作性提高。
研磨用組合物的ph可使用各種酸、堿或它們的鹽來調整。具體而言，優選使用羧酸、有機磷酸、有機磺酸等有機酸，磷酸、亞磷酸、硫酸、硝酸、鹽酸、硼酸、碳酸等無機酸，四甲基氫氧化銨、三甲醇胺、單乙醇胺等有機堿、氫氧化鉀、氫氧化鈉、氨等無機堿，或它們的鹽。
在半導體基板、光學器件用基板、功率器件用基板等要求特別高的面精度的基板的情況下，優選在利用研磨用組合物研磨之后進行精研磨。
根據本實施方式，能獲得以下的優點。
本實施方式的研磨用組合物至少含有氧化鋁磨粒和水、具有8.5以上的ph。氧化鋁磨粒的比表面積為20m2/g以下。根據該研磨用組合物，能夠以高研磨速度對由維氏硬度為1500hv以上的硬脆材料制成的研磨對象物進行研磨。
前述實施方式可如下進行變更。
·前述實施方式的研磨用組合物還可含有氧化鋁磨粒以外的磨粒，例如二氧化硅、氧化鋯、氧化鈰、氧化鈦、碳化硅、氫氧化鋁制成的磨粒。
·根據需要，前述實施方式的研磨用組合物還可含有氧化劑、絡合劑、蝕刻劑等具有提高研磨速度作用的添加劑。
·根據需要，前述實施方式的研磨用組合物還可含有防腐劑、防霉劑、防銹劑這樣的公知的添加劑。
·根據需要，前述實施方式的研磨用組合物還可含有使磨粒的分散性提高的分散劑、使磨粒的聚集體的再分散容易的分散助劑這樣的添加劑。
·用于研磨由硬脆材料制成的研磨對象物的研磨用組合物可進行回收再利用(循環使用)。更具體而言，將從研磨裝置排出的使用完畢的研磨用組合物暫時回收到容器內，從容器內再次向研磨裝置內供給即可。此時，由于減少了將使用完畢的研磨用組合物作為廢液處理的必要，因此環境負荷的降低和成本的降低成為可能。
循環使用研磨用組合物時，也可對因用于研磨而消耗或損失的研磨用組合物中的氧化鋁磨粒等成分之中的至少任一者的減少部分進行補充。補充的成分可以單獨添加到使用完畢的研磨用組合物中，或者也能夠以包含任意濃度的二種以上成分的混合物的形式添加到使用完畢的研磨用組合物中。
·前述實施方式的研磨用組合物可通過用水稀釋研磨用組合物的原液而制備。
·前述實施方式的研磨用組合物既可以是一劑型，也可以是在使用時混合多劑形成的以二劑型為首的多劑型。為二劑型的研磨用組合物時，也可以將第1劑和第2劑分別由不同的路徑供給到研磨裝置，兩者在研磨裝置上進行混合。
接著，說明本發明的實施例和比較例。
(實施例1～5和比較例1～5)
用水稀釋氧化鋁溶膠、氧化硅溶膠或氧化鋯溶膠，進一步根據需要加入ph調節劑，由此制備實施例1～5和比較例1～5的研磨用組合物。實施例1～5和比較例1～5的研磨用組合物中的磨粒的含量均為20質量％。作為ph調節劑，適當地使用鹽酸和氫氧化鉀。然后，使用各例的研磨用組合物，在如表1所示的條件下研磨藍寶石基板的表面(c面(＜0001＞))。使用的藍寶石基板均為直徑52mm(約2英寸)的同種基板。
各研磨用組合物中的磨粒的詳細和各研磨用組合物的ph如表2所示。另外，測定利用了各研磨用組合物的研磨前后的藍寶石基板的重量，將由研磨前后的重量之差計算求出的研磨速度示于表2的“研磨速度”欄。
[表1]
[表2]
如表2所示，在使用實施例1～5的研磨用組合物研磨藍寶石基板時，與使用比較例1～5的研磨用組合物時相比，得到了更高的研磨速度。
(實施例6～8和比較例6～5)
用水稀釋氧化鋁溶膠，進一步根據需要加入ph調節劑，由此制備實施例6～8和比較例6的研磨用組合物。實施例6～8和比較例6的研磨用組合物中的磨粒的含量均為20質量％。作為ph調節劑，適當地使用鹽酸和氫氧化鉀。然后，使用各例的研磨用組合物，在如表3所示的條件下研磨氮化鎵基板的表面(ga面)。使用的氮化鎵基板均為10mm正方的同種基板。
各研磨用組合物中的磨粒的詳細和各研磨用組合物的ph如表4所示。另外，測定利用了各研磨用組合物的研磨前后的氮化鎵基板的重量，將由研磨前后的重量之差計算求出的研磨速度示于表4的“研磨速度”欄。
[表3]
[表4]
如表4所示，在使用實施例6～8的研磨用組合物研磨氮化鎵基板時，與使用比較例6的研磨用組合物時相比，得到了更高的研磨速度。
產業上的可利用性
根據本發明，在研磨藍寶石、氮化硅、碳化硅等硬脆材料時，能夠以高效率得到表面缺陷少、具有優異的表面精度的基板、膜等。