专利名称：蓝宝石研磨用浆液和蓝宝石的研磨方法
技术领域：
本发明涉及主要用于电子器件材料、光学部件、钟表、电绝缘材料、窗材等的蓝宝石表面的研磨エ序中所采用的蓝宝石研磨用浆液与蓝宝石的研磨方法。
背景技术：
近年，伴随期待下一代照明的LED的普及，用作其衬底材料的蓝宝石的需求日益増加。目前的LED的几乎大部分通过以生长于蓝宝石衬底上的GaN膜为基础的方式制造，为了将蓝宝石用作LED衬底，其表面的研磨加工是必不可少的エ序。但是，蓝宝石从化学上是非常稳定的，另外，属于莫氏(Mohs)硬度为9的极硬的原材料，由此，研磨加工困难、加工时间长，此外，为了增加其供给量，必须导入新的研磨加工设备，由此，成本高。另外，同样在当前的蓝宝石的研磨加工中，所采用的金刚石磨粒的价格高，这也是研磨的成本提高的一个原因。当务之急是即使根据LED用的蓝宝石衬底，仍降低其生产成本。为了增加蓝宝石衬底的供给量，同时降低制造成本，希望实现研磨エ时的削減、研磨时间的缩短的方面的改
兹但是，对于蓝宝石的研磨，从研磨前的状态(比如，结束SiC的研磨加工等的一次研磨エ序后的状态)起，还必须要求至少两个エ序以上的研磨エ序。即，针对结束一次研磨的蓝宝石，一般进行精加工前的研磨加工，比如，采用金刚石磨粒和铜或锡等的坚硬平台，对其进行研磨，采用包括硅溶胶的研磨用浆液，另外通过借助化学作用和机械作用而使平面平坦化的化学机械研磨加工(Chemical Mechanical Polishing :CMP),对其进行最終的精加工。针对作为蓝宝石的最終精研磨加工的采用包括上述硅溶胶的研磨用浆液的研磨方法，比如，对于采用在日本特开2009-28814号公报中公开的调节了浆液的pH和4电位的包含氧化硅的CMP用研磨液，对蓝宝石衬底进行研磨的方法等，在过去提出有几种。但是，在以日本特开2009-28814号公报中记载的方法为首的，采用硅溶胶、氧化硅的现有的研磨方法中，研磨速度尚不充分，无法获得省略精加工エ序前的研磨エ序，到可缩短加工时间、削减エ时的充分的研磨速度。
发明内容
发明要解决的课题本发明是针对上述这样的情况而提出的，本发明的目的在于提供蓝宝石研磨用的研磨浆液和蓝宝石的研磨方法，其中，在蓝宝石的研磨吋，即使缩短研磨エ时和研磨时间的情况下，仍获得大于等于现有的程度的研磨速度和平滑面。用于解决课题的技术方案本发明人等对通过CMP而对蓝宝石衬底进行研磨时的研磨用浆液的组成、采用该浆液而研磨的场合的研磨速度、以及研磨面的特性之间的关系进行了深入探讨，其结果是发现，在研磨用浆液中包含的磨粒采用氧化铝而代替硅溶胶，将该浆液控制在指定的PH的强碱区域，若采用该浆液进行CMP的研磨，在此场合，特别是研磨速度显著地提高，研磨エ序的エ时可削減，于是得出本发明。(I)本发明的蓝宝石研磨用浆液的特征在于，其包含氧化铝磨粒，pH在10.0 14.0的范围内，特别是优选在11. 5 13. 5的范围内。(2)另外，本发明的上述⑴所述的蓝宝石研磨用浆液的特征在干，氧化铝磨粒的含量在0. 01 50重量％的范围内，特别是优选在I 15重量％的范围内。(3)此外，本发明的上述(I)或(2)所述的蓝宝石研磨用浆液的特征在干，氧化铝磨粒的平均粒径在0. 05 10 ii m的范围内。(4)还有，本发明的上述⑴ (3)中的任何ー项所述的蓝宝石研磨用浆液的特征在于，上述磨粒的氧化铝结晶相的a化率在I 100%的范围内。
(5)本发明的蓝宝石的研磨方法的特征在于，通过上述(I) ⑷中的任何ー项所述的蓝宝石研磨用浆液进行化学机械研磨。发明的效果按照以氧化铝磨粒为基础，将其pH调节到10. 0 14. 0的强碱区域而得到的本发明的研磨用浆液，以及采用它的蓝宝石研磨方法，由于与以硅溶胶为基础的研磨用浆液的现有的精研磨方法相比较，即使为更优良的研磨速度，仍可获得与现有的方法的研磨的场合相同的精研磨面，故可缩短精研磨时间。另外，在获得所希望的表面粗糙度的蓝宝石时，可省略采用硅溶胶的精加工エ序的在先エ序，可通过ー个エ序完成按照至少两个エ序进行的现有的蓝宝石的研磨エ序，由此，研磨时间大幅度地被缩短，实现用于研磨的成本的大幅度的削減。
图I为针对将氧化铝用作磨粒的研磨浆液、将硅溶胶用作磨粒的研磨浆液中，各浆液的PH与采用该浆液对蓝宝石进行研磨时的研磨速度之间的相关性的曲线图；图2为表示将氧化铝用作磨粒的研磨浆液中的氧化铝结晶相的a化率，与采用该浆液对蓝宝石进行研磨时的研磨速度之间的关系的曲线图。
具体实施例方式下面对本发明进行具体说明。本发明的蓝宝石研磨用浆液(在下面还简称为本发明的研磨用浆液)的特征在于，其包含氧化铝磨粒，PH在10. 0 14. 0的范围内，该浆液可通过下述方式而获得，在水性溶剂中悬浮作为磨粒的氧化铝颗粒(氧化铝磨粒)，形成浆液，将其PH调节到10.0 14.0的范围内。包含氧化铝磨粒的浆液的pH通过添加氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)等的pH调节剂的方式调节。作为本发明所采用的PH调节剂，除了 KOH或NaOH以外，如果为下述碱性的化合物则显然可为KOH或NaOH以外的调节剂，即，可通过添加于含氧化铝磨粒的浆液中，将该浆液的PH调节到10. 0 14. 0的强碱区域的碱性的化合物。另外，在本发明的研磨用浆液中，为了使氧化铝磨粒的分散性良好，还可添加阴离子表面活性剂等的分散剂。图I显示了通过下述的本发明的蓝宝石的研磨方法(在下面还简称为本发明的研磨方法)，将包含氧化铝磨粒的研磨用浆液进行研磨时的研磨用浆液的PH与研磨速度(单位时间的研磨，去除的厚度U m/hr)之间的关系的调查結果。图I的纵轴表示研磨速度O m/hr),横轴表示采用的研磨用楽;液的pH。在图I中，曲线a是针对下述的场合而给出的，在该场合，采用包含2重量％的平均粒径为0. 25 y m的a -氧化铝(氧化铝相的a化率100%)的研磨用浆液，曲线b表示下述的场合，在该场合，采用包括具有20重量％的ニ氧化硅的硅溶胶的研磨用浆液。另外，研磨均采用CMP的研磨装置，在与下述的实施例I相同的条件下进行研磨。如根据图I的曲线a和曲线b的比较而知道的那样，在采用蓝宝石磨粒的场合(曲线a),如果研磨用楽;液的pH超过10,则研磨速度上升,如果研磨用衆液的pH大于11,则研磨速度显著地上升，在PH大致超过12. 5的强碱区域，研磨速度饱和。相对该情况，在通过将硅溶胶用作磨粒的现有的研磨用浆液而进行研磨的场合(曲线b)，与采用具有氧化铝磨粒的研磨用浆液而进行研磨的场合相比较，只获得大致1/3 1/5的研磨速度。另外，无论研磨浆液的pH为10，还是将其变为12. 5，研磨速度没有差别，在碱区域，即使提高浆液的PH，仍没有确认有研磨速度的提高。 S卩，在进行蓝宝石研磨吋，采用以氧化铝磨粒为基础的研磨用浆液，由此，与采用硅溶胶的现有的浆液相比较，研磨速度为5倍速左右，可将精研磨的时间缩短到1/5。另外，即使PH大于13. 5，研磨速度仍几乎不降低，而为了调节pH，必须大量地添加碱成分，这构成成本高的原因，并且氧化铝磨粒凝聚，构成研磨损伤的原因，该方式是不优选的。于是，优选，本申请发明的研磨用浆液的pH事先调节到10. 0 14. 0的区域，特别是优选调节到在11. 5 13. 5的区域。在包含氧化铝磨粒，pH调节到10. 0 14. 0的范围内的本发明的研磨用浆液中，相对该衆液，氧化招磨粒含量占微量的0. 01重量％，由此,与通过由娃溶胶构成的现有的研磨用浆液进行研磨的场合相比较，研磨速度加快，伴随氧化铝磨粒的含量的増加，研磨速度进ー步提高，但是，即使在包含50重量％以上的情况下，其效果几乎不改变。于是，优选，本发明的研磨用浆液中所包含的氧化铝磨粒的量从研磨速度的速度方面来说，为0. 01重量％以上，从研磨成本的观点来说为50重量％以下，特别是优选在I 15重量％的范围内。另外，作为本发明的研磨用浆液中所包含的氧化铝磨粒，如果粒径不足0. 05 U m,则无法获得充分的研磨速度，如果为IOum以上，则构成研磨损伤的原因，作为精研磨，无法获得令人满意的研磨表面。由此，本发明的研磨用浆液所采用的氧化铝磨粒的平均粒径优选在0. 05 10 ii m的范围内。 从可进一步提高研磨速度的方面来说，优选，对于所采用的氧化铝磨粒来说，氧化铝中的特别是氧化铝磨粒结晶相的a化率为1%以上。即使在将浆液的PH调节到11以上的情况下，在磨粒采用Y-氧化铝、￠-氧化铝等的结晶相在a相以外的氧化铝的场合；或磨粒采用氧化铝结晶相的a化率不足1%的氧化铝的场合，只获得与硅溶胶相同程度的研磨速度。在本发明中，氧化铝结晶相的a化率指氧化铝磨粒的结晶相中的a相所占的比例，对于所采用的氧化铝磨粒的结晶相的a化率，采用粉末X射线衍射装置，測定氧化铝磨粒的衍射光谱，像下述那样，根据下述式(I)而计算。
S :样品的衍射光谱的2 0 = 55.8° 58. 9°间的累积峰值计数；TS S的测定所需要的时间；BNl 2 9 = 55. 8。的计数BN2 :2 0 = 58. 9。的计数TBN BNU BN2的测定所需要的时间根据背景噪音(BN) = (BN1+BN2)/2X (TS/TBN)，计算峰值面积(SP) = S-BN，针对a化率100%的样品，进行与此相同的測定，将获得的峰值面积作为S100，则a 化率(%) = (SP/S100) XlOO............ (I)
图2为表示用于研磨用浆液的各氧化铝磨粒的a化率，与采用该浆液对蓝宝石进行研磨时的研磨速度之间的关系的曲线图。在已采用的各研磨用浆液中，分别包含2重量％的a化率不同的氧化铝磨粒，通过KOH将pH调节到12. 5，与图I所示的场合相同，进行蓝宝石的研磨，測定此时的研磨速度，图2的横轴表示已采用的各研磨用浆液中的氧化铝磨粒的a化率(%)，其纵轴表示研磨速度。如根据图2而知道的那样，在采用a化率为1%的氧化铝磨粒的场合，除了采用包含硅溶胶的浆液以外，获得与同样地进行研磨时(由图2的左端的柱状图所示的compol80 (コンポール80)的场合)基本相同的程度的研磨速度，但是，伴随氧化铝磨粒中的氧化铝结晶相的a化率的增加，研磨速度提高，在仅仅由a-氧化铝构成的场合(由图2的右端的柱状图所示的a化率为100%的场合)，研磨速度最大。根据这些结果，作为本发明的研磨用浆液中所采用的氧化铝磨粒，从与现有的采用硅溶胶的研磨用浆液相比较，进ー步提高研磨速度的方面来说，优选，为氧化铝结晶相的a化率在I 100重量％(即，包括至少a化率为I重量％的氧化铝结晶相)的氧化铝磨粒，特别是优选采用仅仅由a -氧化铝形成的氧化铝磨粒。另外，即使在采用按照规定量预先将a -氧化铝、a -相以外的结晶相的氧化铝混合而形成的氧化铝磨粒的情况下，如果按照上述的计算方法而计算的该磨粒的a化率为1%以上，则确认在研磨用浆液中的氧化铝磨粒的a化率和研磨速度之间，具有与图2类似的相关性，由此，在本发明中，用作磨粒的氧化铝还可采用预先按照规定量分别混合结晶相不同的氧化铝而形成的类型。本发明的蓝宝石研磨方法的特征在于，通过上述本发明的研磨用浆液，对蓝宝石表面进行化学机械研磨(CMP)，除了研磨用浆液采用上述本发明的研磨用浆液以外，其它的方面与现有的蓝宝石研磨方法相同。即，比如，通过设置于单面研磨装置上的导板，保持作为被研磨物的蓝宝石，在贴在设置于该装置上的平台上的研磨布或研磨垫上滴落本发明的研磨用浆液的同时，一起地使其进行相对运动，由此，进行作为被研磨物的蓝宝石的表面的研磨。研磨装置也可采用双面研磨装置，在该场合，通过设置于该装置上的支座，保持作为被研磨物的蓝宝石，在贴于设置在该装置上的上平台、下平台上的研磨布或研磨垫之间，插入本发明的研磨用浆液的同时，一起地使其进行相对运动，由此，进行作为被研磨物的蓝宝石的表面的研磨。实施例下面通过实施例对本发明进行具体的说明，但是本发明的范围不限于它们。
实施例I将预先进行了分散处理的平均粒径为0. 25 y m的a -氧化铝磨粒2重量份分散于98重量份的水中，在对液体搅拌的同时，在其内添加氢氧化钾，将分散液的pH调节到12. 55，调制a化率100%的氧化铝磨粒的含量为2重量％的实施例I的研磨用浆液。接着，采用在15英寸小的研磨平台上粘贴研磨垫SUBA600( ニッタ ハース社生产)的单面研磨装置，在导板上装填作为被研磨物的蓝宝石，在其与研磨平台之间，以10ml/min的比例而供给实施例I的研磨用衆液的同时，以研磨平台的转速60rpm, 300g/cm2的研磨压カ研磨60分钟。此时，采用精密天平(型号AG204，メトラートレド社生产)，測定研磨前和研磨后的重量差，根据该重量差计算研磨的厚度，根据该研磨的厚度求出研磨速度，此时，研磨速 度为 3. 4 ii m/hr。实施例2除了下述的方式，按照与实施例I的研磨用浆液相同的方式，调制实施例2的研磨用浆液，在该方式中，在分散有a -氧化铝磨粒的浆液中，代替氢氧化钾而添加氢氧化钠，将浆液的PH调节到13.21。接着，除了研磨用浆液采用实施例2的研磨用浆液，代替实施例I的研磨用浆液的方面以外，按照与实施例I相同的条件进行蓝宝石的研磨，按照与实施例I相同的方式測定研磨速度，此时的研磨速度为2. 8 ii m/hr。另外，采用AFM(キーヱンス社生产，型号VN-8000)测定结束研磨的蓝宝石的研磨表面的中心线平均表面粗糙度(Ra)，此时，Ra为0. 496nm。比较例I代替氧化铝磨粒，通过纯水按照I : I的比例对粒径在62 82nm的胶态氧化硅浆液(コンポール80，フジミインコーポレーテッド社生产)进行稀释调合，调制比较例I的研磨用浆液。调制的浆液的PH为10. 2。接着，除了代替实施例I的研磨用浆液，而采用比较例I的研磨用浆液的方面以夕卜，在与实施例I相同的条件下求出研磨速度，此时的研磨速度为0. 6 m/hr。比较例2在比较例I的研磨用浆液中，采用氢氧化钠将pH调节到12. 55，调制比较例2的研磨用浆液。接着，除了代替实施例I的研磨用浆液，采用比较例2的研磨用浆液的方面以外，在与实施例I相同的条件下求出研磨速度，此时的研磨速度为0. 6 m/hr。另外，与实施例2相同，測定此时研磨的蓝宝石的研磨表面的中心线平均表面粗糙度(Ra)，Ra为0. 503nm，该表面粗糙度为在与实施例2的方法和条件下研磨的粗糙度基本相同的程度。如根据实施例1、2和比较例1、2的比较而知道的那样，在蓝宝石研磨时，在采用包含氧化铝的磨粒的研磨用浆液的场合(实施例1、2)，研磨面的中心线平均表面粗糙度(Ra)几乎没有差别，相对该情况，研磨速度比采用硅溶胶构成磨粒的研磨用浆液的场合(比较例1、2)大，特别是在采用pH调节到12以上的强碱区域的研磨用浆液的场合(实施例1、2和比较例2的比较)，采用氧化铝磨粒的场合和采用胶态氧化硅的场合的研磨速度的差别显著。实施例3通过实施例I的研磨用浆液，在与实施例I相同的研磨条件下，采用#220的SiC，将仅仅进行研磨加工处理的蓝宝石研磨到精研磨面的程度。在此期间，按照15分钟的间隔测定通过研磨而去除的蓝宝石的去除量。其结果在表I中给出。另外，是否达到精研磨面的判断通过光学显微镜(型号BX60M，ォリンパス社生产)的目视观察而进行。(表 I)
权利要求
1.ー种蓝宝石研磨用浆液，其特征在于，其包含氧化铝磨粒，pH在10. 0 14. 0的范围内。
2.根据权利要求I所述的蓝宝石研磨用浆液，其特征在于，上述氧化铝磨粒的含量在0. 01 50重量％的范围内。
3.根据权利要求I或2所述的蓝宝石研磨用浆液，其特征在于，上述氧化铝磨粒的平均粒径在0. 05 10 ii m的范围内。
4.根据权利要求I 3中任何ー项所述的蓝宝石研磨用浆液，其特征在干，上述氧化铝结晶相的a化率在I 100%的范围内。
5.ー种蓝宝石的研磨方法，其特征在于，通过权利要求I 4中任何ー项所述的蓝宝石研磨用浆液对蓝宝石的表面进行化学机械研磨。
全文摘要
本发明的课题在于提供一种蓝宝石研磨用的研磨用浆液以及蓝宝石衬底的研磨方法，其中，在蓝宝石衬底研磨时，即使缩短研磨工时和研磨时间，仍可获得大于等于现有的研磨工序的研磨速度和平滑面。形成包含氧化铝磨粒、pH调节到10.0～14.0的范围内的浆液，采用该浆液，按照CMP技术对蓝宝石进行研磨。上述氧化铝磨粒特别是优选至少包含α-氧化铝，其含量特别是优选在0.01～50重量%的范围内。上述氧化铝磨粒的平均粒径优选在0.05～10μm的范围内。
文档编号B24B37/00GK102869478SQ201180021088
公开日2013年1月9日 申请日期2011年4月27日 优先权日2010年4月28日
发明者细井大祐, 繁田岳志 申请人:日本百考基株式会社