JP2017148912A - サファイア基板の研磨方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】互いにトレードオフの関係にある、研磨能率を向上し、研磨傷の発生を抑制する、研磨難度の高いサファイア基板を研磨する方法を提供することを目的とする。【解決手段】サファイア基板を研磨する研磨方法であって、研磨パッドを用いて、砥粒Ａを含む研磨部材Ａで研磨する一次研磨工程と；研磨パッドを用いて、砥粒Ｂを含む研磨スラリーＢで研磨する仕上げ研磨工程と；を含み、前記砥粒Ａが、αアルミナおよび砥粒Ａをそれぞれ単独で２５℃から１０００℃まで加熱して得られる焼成品のＸ線回折を行ったときに、回折角２０〜３０°の範囲で認められなかった回折ピークが、αアルミナと砥粒Ａとを重量比１：１で混合し、２５℃から１０００℃まで加熱して得られる焼成品のＸ線回折を行ったときに、回折角２θで２０〜３０°の範囲で発現するものである、研磨方法。【選択図】図１

Description

本発明はサファイア基板を研磨する研磨方法に関する。
ＬＥＤや電子デバイスを製造する際の基板材料として用いられるサファイアの加工方法は、育成したサファイア結晶の結晶面出し工程、外周研削工程、オリフラ研削工程、切断工程を経て、平面切削機を用いて切断片を基板仕上がり厚さに研磨代を足した所定の厚さまで削った後、平面切削した（いわゆる「粗ラップ工程」）サファイア基板に対して研磨することが一般的である。
サファイア基板は、その面方位により性質が異なっており、その用途により好適な面方位の基板を選択することができる。例えば、Ｃ面等の極性面やＲ面等の半極性面は、ＬＥＤや電子デバイス材料など、結晶成長基板材料としての用途に適しており、また、Ａ面やＭ面等の無極性面は、薄膜用基板や時計の風防など高硬度で傷のない基板を必要とする用途に適していることが知られている。
しかしながら、サファイアは、酸やアルカリに極めて侵され難いという化学的に非常に安定した性質を有する上に、ダイヤモンドに次ぐ高い硬度を有している。そのため、研磨工程では、ダイヤモンドなどの高硬度の材料を砥粒として用い、所望の表面粗さや平坦度を有するサファイア基板に仕上げ（いわゆる「ダイヤラップ工程」）、その後、ＣＭＰで仕上げ研磨を行う（いわゆる「仕上げ工程」）。
このように、サファイア基板の研磨においては、この研磨し難いサファイア基板を如何にして効率よく研磨するか（高い研磨速度を得るか）という点が重要な課題となる。
ここで、ダイヤモンドなどの高硬度の材料を砥粒として用い、所望の表面粗さや平坦度を有するサファイア基板に仕上げる方法としては、固定砥粒研磨による研磨加工や、遊離砥粒研磨による研磨加工による方法が知られている。
前者の固定砥粒研磨による研磨加工としては、例えば特許文献１〜３などに開示があるが、かような固定砥粒研磨による研磨加工には面粗さや加工ダメージの低減が困難との問題があるため、後者の遊離砥粒研磨による研磨加工にて、高い研磨速度を得ることが望まれる。
特許文献４〜５には、かような遊離砥粒研磨による研磨加工の開示があり、それぞれ、「本発明は、研磨速度を向上させることができると共に、表面研磨傷を防止することができ・・・ことを課題とする。」（引用文献４ 「０００５」）、「本発明の課題は、硬質基板を高い研磨速度にて研磨可能な研磨剤組成物を提供することにある。」（引用文献５ 「０００７」）とある。
特開２０１５−４４１号公報 特開２０１４−２１３４０３号公報 特開２０１２−１７８６１７号公報 特開２００９−５１６７８号公報 特開２０１１−４０４２７号公報
しかしながら、従来の技術では、研磨能率が向上する場合があっても、研磨後の表面傷の観点から問題があるため、後工程の研磨に時間が掛かり、研磨全体の時間が掛かってしまうため、生産性が上がらない場合があった。他方、研磨後の表面傷の発生を抑制して、後工程の研磨を有利に進めようとすると、研磨能率が思うように向上せず、やはり研磨全体の時間が掛かり、生産性が上がらない場合があった。
そこでまず、本発明は、酸やアルカリに極めて侵され難いという化学的に非常に安定した性質を有する上、ダイヤモンドに次ぐ高い硬度を有しているサファイア基板を、効率よく研磨する技術を提供することを課題とする。また、効率よく研磨することを追求すると、そのトレードオフで、表面の研磨傷の発生が増加するため、研磨傷の発生を抑え、後の仕上げ研磨を有利にせしめることを課題とする。
すなわち、本発明は、互いにトレードオフの関係にある、研磨能率を向上し、研磨傷の発生を抑制する、研磨難度の高いサファイア基板を研磨する工程を含む方法を提供することを目的とする。
上記課題の少なくとも一つは、サファイア基板を研磨する研磨方法であって、研磨パッドを用いて、砥粒Ａを含む研磨部材Ａで研磨する一次研磨工程と；研磨パッドを用いて、砥粒Ｂを含む研磨スラリーＢで研磨する仕上げ研磨工程と；を含み、前記砥粒Ａが、αアルミナおよび砥粒Ａをそれぞれ単独で２５℃から１０００℃まで加熱して得られる焼成品のＸ線回折を行ったときに、回折角２０〜３０°の範囲で認められなかった回折ピークが、αアルミナと砥粒Ａとを重量比１：１で混合し、２５℃から１０００℃まで加熱して得られる焼成品のＸ線回折を行ったときに、回折角２θで２０〜３０°の範囲で発現するものである、研磨方法により解決される。
本発明によれば、互いにトレードオフの関係にある、研磨能率を向上し、研磨傷の発生を抑制する、研磨難度の高いサファイア基板を研磨する工程を含む方法を提供することができる。そして、研磨能率を向上し、研磨傷の発生を抑制することで、全体の研磨時間を短縮することに繋がり、生産性を向上させることができる。
Ｂ４Ｃ、α−Ａｌ２Ｏ３単品およびそれらの混合品の焼成物のＸＲＤの測定結果である。 Ｂ４Ｃ、α−Ａｌ２Ｏ３単品およびそれらの混合品の焼成物のＸＲＤの測定結果である。 ＳｉＣ、α−Ａｌ２Ｏ３単品およびそれらの混合品の焼成物のＸＲＤの測定結果である。 ＴｉＢ２、α−Ａｌ２Ｏ３単品およびそれらの混合品の焼成物のＸＲＤの測定結果である。
以下、本発明を説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態のみには限定されない。また、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温（２０℃以上２５℃以下）／相対湿度４０％ＲＨ以上５０％ＲＨ以下の条件で測定する。
本発明は、サファイア基板を研磨する研磨方法であって、研磨パッドを用いて、砥粒Ａを含む研磨部材Ａで研磨する一次研磨工程と；研磨パッドを用いて、砥粒Ｂを含む研磨スラリーＢで研磨する仕上げ研磨工程と；を含み、前記砥粒Ａが、αアルミナおよび砥粒Ａをそれぞれ単独で２５℃から１０００℃まで加熱して得られる焼成品のＸ線回折を行ったときに、回折角２０〜３０°の範囲で認められなかった回折ピークが、αアルミナと砥粒Ａとを重量比１：１で混合し、２５℃から１０００℃まで加熱して得られる焼成品のＸ線回折を行ったときに、回折角２θで２０〜３０°の範囲で発現するものである、研磨方法である。
かかる構成によって、互いにトレードオフの関係にある、研磨能率を向上し、研磨傷の発生を抑制する、研磨難度の高いサファイア基板を研磨する方法を提供することができる。また、研磨能率を向上し、研磨傷の発生を抑制することで、全体の研磨時間を短縮することに繋がり、生産性を向上させることができる。
以下、本発明の研磨方法の構成について、詳細に説明する。
＜研磨対象物＞
まず、本発明の研磨方法で研磨する研磨対象物について説明する。本発明の研磨方法で研磨する研磨対象物は、サファイア基板である。サファイア基板（サファイアガラス）は酸化アルミニウム（α−Ａｌ２Ｏ３）から成り、優れた化学的安定性、光透過性等の特性を有すことから人工的に生成された不純物の少ない高純度サファイアが多くの工業用分野で使用されている。また非常に高い硬度を持つ物質であることから難加工材質の代表として知られている。
かようなサファイア基板は、その面方位により性質が異なっており、その用途により好適な面方位の基板を選択することができる。本発明の研磨方法で研磨する研磨対象物としては、Ａ面、Ｍ面等の無極性面を有するもの、Ｒ面等の半極性面を有するもの、Ｃ面等の極性面を有するもの等のいずれであってもよい。近年、需要は多いが加工し難いという性質を有するＡ面を有するサファイア基板であっても、本発明の研磨部材Ａおよび研磨方法は好ましく適用することができる。
上記のように、一般的に、サファイア基板の加工方法は、育成したサファイア結晶の結晶面出し工程、外周研削工程、オリフラ研削工程、切断工程を経る。
そして、平面切削機を用いて切断片を基板仕上がり厚さに研磨代を足した所定の厚さまで削った後、金属定盤を用いて、平面切削する（いわゆる「粗ラップ工程」）。これによって反りを解消することができる。その後、金属定盤を用いて、ダイヤモンドなどの高硬度の材料を砥粒として用い、所望の表面粗さや平坦度を有するサファイア基板に仕上げる（いわゆる「ダイヤラップ工程」）。最後に「ダイヤラップ工程」により生じた表面傷等を解消するため、ＣＭＰ等で仕上げ研磨工程を行う（いわゆる「仕上げ研磨工程」）。
これに対し、本発明の研磨方法においては、サファイア基板を、一次研磨工程と；仕上げ研磨工程とを含む、多段階研磨プロセスを経て研磨する。以下、詳細に説明する。
＜一次研磨工程＞
本発明の研磨方法の一次研磨工程では、研磨パッドを用いて、砥粒Ａを含む研磨部材Ａで、サファイア基板を研磨する。
［研磨パッド］
本発明の一次研磨工程で使用される研磨パッドとしては、特に限定されないが、例えば硬質発泡タイプ、不織布タイプ、スウェードタイプなどが挙げられる。これらのうち、硬度の観点から硬質発泡タイプが好適で、特にはポリウレタンパッドが好ましい。
研磨パッドのショアーＤ硬度は、研磨能率を向上させる観点から、５０以上が好ましく、より好ましくは５５以上であり、さらに好ましくは６０以上である。なお、硬度の上限は特に制限されないが、目安として定盤より低い硬度であることが好ましい。
かかるショアーＤ硬度は、ＪＩＳ Ｚ２２４６：２０００の方法を用いて測定することができ、本実施例でもそのように測定している。
本発明の一次研磨工程で使用される研磨パッドとして、硬度の比較的高いものを選択することによって、機械的作用の発揮が促進され、研磨能率を向上させることができる。
また、本発明の研磨方法においては、仕上げ研磨の前工程として、従来から行われている金属定盤を使ったダイヤラップ工程を採用せずに、上記のような研磨パッドを使って一次研磨工程することにも特徴を有する。かような研磨パッドを使うと、通常、非常に高い硬度を持つ物質であるサファイア基板の研磨能率は著しく低くなり、生産効率が低下することが技術常識である。しかしながら、本発明では、このような研磨パッドを使用しても、高い研磨能率を確保できる点にも特徴がある。しかも、かような研磨パッドを使用することによって、後の仕上げ工程において、表面の研磨傷を効率的に除去することができる。つまり、本発明の構成によれば、互いにトレードオフの関係にある、研磨能率を向上し、研磨傷の発生を抑制することができ、全体の研磨時間を短縮することに繋がり、生産性を向上させることができる。
［砥粒Ａを含む研磨部材Ａ］
サファイア基板の研磨能率を向上させるためには、砥粒として、機械的作用を期待して硬度の比較的高いものを選択することが好適と考えられる。
しかしながら、高硬度の砥粒を用いたとしても、期待するほど研磨能率が向上しないことを本発明者らは見出した。そこで本発明者らが鋭意検討を行った結果、砥粒として以下の特徴を有するものを使用すると、研磨能率が驚くほど向上することを見出した。すなわち、αアルミナおよび砥粒Ａをそれぞれ単独で２５℃から１０００℃まで加熱して得られる焼成品のＸ線回折を行ったときに、回折角２０〜３０°の範囲で認められなかった回折ピークが、αアルミナと砥粒Ａとを重量比１：１で混合し、２５℃から１０００℃まで加熱して得られる焼成品のＸ線回折を行ったときに、回折角２θで２０〜３０°の範囲で発現するものである。このように、単独の焼成品ではなかった回折ピークが、混合物の焼成品にて発現したのは固相反応が起こったものと判断できる。なお、αアルミナと砥粒Ａとはいずれも粉末の形態であり、Ｘ線回折を行う際の、取り扱いおよび測定精度上、これら平均二次粒子径は、それぞれ０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
かような特徴を有する砥粒Ａを使ってサファイア基板を研磨すると、研磨能率が向上する理由は以下のとおりと推測される。
すなわち、一次研磨工程においては、砥粒Ａを含む研磨部材Ａを供給しながら、研磨パッドを貼付した定盤回転させて、サファイア基板を研磨する。この回転によって、砥粒Ａと、サファイア基板との間に摩擦熱が発生する。この摩擦熱は１０００℃以上に達するものと考えられ、つまり上記の混合物の焼成品の得る場合と同様の現象が生ずるものと考えられる。そうであるため、かような特徴を有する砥粒Ａは、研磨時に、αアルミナを含むサファイアと固相反応を起こし、その固相反応による作用でサファイア基板の研磨が促進されるものと考えられる。換言すれば、このような特徴を有さない砥粒を使って研磨しても、αアルミナを含むサファイアとの固相反応は起こらず、研磨能率を向上させることはできない。なお、焼成品の製造方法と、粉末Ｘ線回折ピークの測定条件は実施例に記載されている方法による。
かかる砥粒Ａの具体例は、典型的にはＢ４Ｃが挙げられる。すなわち、本発明の好ましい形態においては、砥粒Ａが、Ｂ４Ｃである。
本発明の好ましい形態においては、前記砥粒Ａのビッカース硬度の下限は、好ましくは２０００Ｈｖ以上であり、より好ましくは２１００Ｈｖ以上であり、さらに好ましくは２２００Ｈｖ以上である。一方、該ビッカース硬度の上限は、好ましくは４０００Ｈｖ以下であり、より好ましくは３０００Ｈｖ以下であり、さらに好ましくは２５００Ｈｖ以下である。よって、本発明の好ましい形態においては、砥粒Ａのビッカース硬度は２０００Ｈｖ以上４０００Ｈｖ以下である。この範囲であれば、研磨能率がより向上し、研磨加工面へのダメージを低減することができる。なお、ビッカース硬度の測定方法は、ＪＩＳＺ２２４４：２００９による。
研磨部材Ａの形態は、特に制限されないが、本発明の好ましい形態においては、前記研磨部材Ａが、砥粒Ａを含む研磨スラリーである。
砥粒Ａの平均二次粒子径の下限は、研磨能率の観点から、好ましくは３０μｍ以上であり、より好ましくは３３μｍ以上であり、さらに好ましくは３５μｍ以上である。また、砥粒Ａの平均二次粒子径の上限は、研磨加工面へのダメージ低減の観点から、好ましくは５０μｍ以下であり、より好ましくは４５μｍ以下であり、さらに好ましくは４０μｍ以下である。よって、本発明の好ましい形態においては、砥粒Ａの平均二次粒子径が、３０μｍ以上５０μｍ以下である。このような範囲であれば、研磨加工面へのダメージを許容レベル以下に抑えた上で高研磨能率を達成できるという効果を有する。なお、砥粒Ａの平均二次粒子径は、例えばレーザー回折散乱法に代表される動的光散乱法により測定することができる。本発明の実施例でもそのように算出される。
また、研磨部材Ａが、砥粒Ａを含む研磨スラリーの形態である場合、研磨部材Ａは、分散媒を含む。分散媒としては有機溶媒、水が考えられるが、その中でも水を含むことが好ましい。また、分散媒は、特許文献４に開示されているような、多価アルコールと、水とを含む水性分散剤であってもよいし、特許文献５に開示されているような、ベースオイル、エステル基を有する化合物を含むものであってもよい。
研磨部材Ａが、砥粒Ａを含む研磨スラリーの形態である場合、研磨部材Ａ中の砥粒Ａの含有量の下限は、固相反応促進のために砥粒とサファイアとの接点を確保するという観点から、好ましくは１質量％以上であり、より好ましくは３質量％以上であり、さらに好ましくは５質量％以上である。また、研磨部材Ａ中の砥粒Ａの含有量の上限は、コスト低減の観点から、好ましくは１２質量％以下であり、より好ましくは１０質量％以下であり、さらに好ましくは７質量％以下である。このような範囲であれば、コストを抑えた上で高研磨能率を達成できるという効果を有する。
［研磨部材Ａの製造方法］
本発明の研磨部材Ａの製造方法は、特に制限されず、例えば、砥粒Ａ、および必要に応じてｐＨ調整剤などの他の成分を、分散媒中で攪拌混合することにより得ることができる。各成分を混合する順序や、混合する際の温度、また、混合時間も特に制限されない。なお、他の成分については後述する。
＜仕上げ研磨工程＞
本発明の研磨方法における仕上げ研磨工程は、研磨パッドを用いて、砥粒Ｂを含む研磨スラリーＢで研磨する。
研磨パッドとしては、公知のものを使用することができる。
研磨スラリーＢに含まれる砥粒Ｂとしては、無機粒子、有機粒子、および有機無機複合粒子のいずれであってもよい。無機粒子の具体例としては、例えば、コロイダルシリカ等のシリカ、セリア、チタニア等の金属酸化物からなる粒子、窒化ケイ素粒子、炭化ケイ素粒子、窒化ホウ素粒子が挙げられる。有機粒子の具体例としては、例えば、ラテックス粒子、ポリスチレン粒子、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）粒子が挙げられる。該砥粒は、単独でもまたはこれらの複合物でもまたは２種以上混合して用いてもよい。また、該砥粒は、市販品を用いてもよいし合成品を用いてもよい。
これら砥粒の中でも、シリカが好ましい。なお、研磨傷の発生を抑制する観点から、特に好ましいのはコロイダルシリカである。
砥粒Ｂの平均一次粒子径、平均二次粒子径、および粒度分布や、研磨スラリーＢ中の砥粒Ｂの含有量、研磨スラリーＢのｐＨ等については、公知の条件を適宜参照して適用することができる。また、研磨スラリーＢで用いられる分散媒は、特に制限されず、有機溶媒、水等が用いられる。
本発明の研磨スラリーＢの製造方法は、特に制限されず、例えば、砥粒Ｂおよび必要に応じて他の成分を、分散媒中で攪拌混合することにより得ることができる。各成分を混合する順序や、混合する際の温度、混合時間等は特に制限されない。
［他の成分］
本発明の研磨部材Ａおよび研磨スラリーＢの少なくとも一方は、必要に応じて、錯化剤、エッチング剤、酸化剤等の研磨速度をさらに高めるための添加剤や、サファイア基板の表面に親水性や分散効果を付与する添加剤、防腐剤、防カビ剤、防錆剤、キレート剤、砥粒の分散性を向上させる分散剤、砥粒の凝集体の再分散を容易にする分散助剤、ｐＨ調整剤等の他の成分をさらに含んでもよい。
ただし、サファイア基板の表面に親水性や分散効果を付与する添加剤や分散剤、分散助剤などを添加した場合は、サファイア基板への固相反応による加工が抑制され、好適な研磨速度が得られない虞がある。そのためこれらの添加剤を添加する場合の添加量は、研磨部材Ａに対して１質量％未満であることが好ましく、０．５質量％未満であることがより好ましく、０．１質量％未満であることがさらに好ましい。研磨スラリーＢに対しても同様である。
以下、好ましい他の成分であるｐＨ調整剤について説明する。
（ｐＨ調整剤）
ｐＨ調整剤は、研磨部材Ａ、研磨スラリーＢのｐＨを調整し、これにより、サファイア基板の研磨速度や砥粒の分散性等を制御することができる。該ｐＨ調節剤は、単独でもまたは２種以上混合しても用いることができる。
ｐＨ調整剤としては、公知の酸、塩基、またはそれらの塩を使用することができる。ｐＨ調整剤として使用できる酸の具体例としては、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸、ホウ酸、炭酸、次亜リン酸、亜リン酸、およびリン酸等の無機酸や、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、２−メチル酪酸、ｎ−ヘキサン酸、３，３−ジメチル酪酸、２−エチル酪酸、４−メチルペンタン酸、ｎ−ヘプタン酸、２−メチルヘキサン酸、ｎ−オクタン酸、２−エチルヘキサン酸、安息香酸、グリコール酸、サリチル酸、グリセリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、乳酸、ジグリコール酸、２−フランカルボン酸、２，５−フランジカルボン酸、３−フランカルボン酸、２−テトラヒドロフランカルボン酸、メトキシ酢酸、メトキシフェニル酢酸、およびフェノキシ酢酸等の有機酸が挙げられる。ｐＨ調整剤として無機酸を使用した場合、特に硫酸、硝酸、リン酸などが研磨速度向上の観点から特に好ましく、ｐＨ調整剤として有機酸を使用した場合、グリコール酸、コハク酸、マレイン酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、グルコン酸、およびイタコン酸などが好ましい。
ｐＨ調整剤として使用できる塩基としては、脂肪族アミン、芳香族アミン等のアミン、水酸化第四アンモニウムなどの有機塩基、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物、アルカリ土類金属の水酸化物、水酸化テトラメチルアンモニウム、およびアンモニア等が挙げられる。これらの中でも、入手容易性から水酸化カリウムまたはアンモニアが好ましい。
また、前記の酸の代わりに、または前記の酸と組み合わせて、前記酸のアンモニウム塩やアルカリ金属塩等の塩をｐＨ調整剤として用いてもよい。特に、弱酸と強塩基、強酸と弱塩基、または弱酸と弱塩基の組み合わせとした場合には、ｐＨの緩衝作用を期待することができる。
ｐＨ調整剤の添加量は、特に制限されず、所望のｐＨとなるように適宜調整すればよい。
本発明の研磨部材ＡのｐＨの下限は、好ましくは９以上であり、より好ましくは１０以上である。研磨部材ＡのｐＨが大きくなるにつれて、化学的作用が促進するという効果を有する。研磨部材ＡのｐＨの上限は、好ましくは１４以下であり、より好ましくは１３以下である。研磨部材ＡのｐＨが小さくなるにつれて、安全性、経済性などがより向上するという効果を有する。
＜一次研磨工程および仕上げ研磨工程の研磨方法＞
本発明の研磨方法は、研磨パッドを用いて、砥粒Ａを含む研磨部材Ａで研磨する一次研磨工程と；研磨パッドを用いて、砥粒Ｂを含む研磨スラリーＢで研磨する仕上げ研磨工程と；を含む。
サファイア基板に対する、一次研磨工程および仕上げ研磨工程は、サファイア基板の研磨に用いられる、通常の装置や条件を用いて行うことができる。一般的な研磨装置としては、片面研磨装置や両面研磨装置がある。
片面研磨装置では、キャリアと呼ばれる保持具を用いてサファイア基板を保持し、研磨部材Ａまたは研磨スラリーＢを供給しながらサファイア基板の片面に研磨パッドを貼付した定盤を押しつけて定盤を回転させることにより基板の片面を研磨する。
両面研磨装置では、キャリアと呼ばれる保持具を用いてサファイア基板を保持し、上方より研磨部材Ａまたは研磨スラリーＢを供給しながら、サファイア基板の対向面に研磨パッドが貼付された定盤を押しつけ、それらを相対方向に回転させることにより基板の両面を研磨する。
本発明による研磨方法における研磨条件として、研磨荷重が挙げられる。一般に荷重が高くなればなるほど砥粒による摩擦力が大きくなり、機械的な加工力が向上するため研磨速度が上昇する。
本発明による研磨方法における荷重は特に限定されないが、十分な研磨速度と、表面に傷などの欠陥が発生することを抑えるため、一次研磨工程では、基板の単位面積当たりにおいて好ましくは１５０ｇ／ｃｍ２以上であり、より好ましくは２００ｇ／ｃｍ２以上であり、さらに好ましくは２５０ｇ／ｃｍ２以上である。また、基板の単位面積当たりの荷重の上限は、好ましくは７５０ｇ／ｃｍ２以下であり、より好ましくは４００ｇ／ｃｍ２以下であり、さらに好ましくは３５０ｇ／ｃｍ２以下である。
また、仕上げ研磨工程での荷重は、基板の単位面積当たりにおいて好ましくは１５０ｇ／ｃｍ２以上であり、より好ましくは２００ｇ／ｃｍ２以上であり、さらに好ましくは２５０ｇ／ｃｍ２以上である。また、基板の単位面積当たりの荷重の上限は、好ましくは７５０ｇ／ｃｍ２以下であり、より好ましくは４００ｇ／ｃｍ２以下であり、さらに好ましくは３５０ｇ／ｃｍ２以下である。
本発明による研磨方法における研磨条件として、一次研磨工程では、片面研磨装置における定盤の回転速度の下限は、好ましくは９０ｒｐｍ以上であり、より好ましくは１００ｒｐｍ以上である。また、回転速度の上限は、好ましくは１３０ｒｐｍ以下であり、より好ましくは１２０ｒｐｍ以下である。一次研磨工程では、両面研磨装置における定盤の回転速度の下限は、好ましくは２０ｒｐｍ以上であり、より好ましくは３０ｒｐｍ以上である。回転速度の上限は、好ましくは６０ｒｐｍ以下であり、より好ましくは５０ｒｐｍ以下である。
仕上げ研磨工程では、片面研磨装置における定盤の回転速度の下限は、好ましくは９０ｒｐｍ以上であり、より好ましくは１００ｒｐｍ以上である。また、回転速度の上限は、好ましくは１３０ｒｐｍ以下であり、より好ましくは１２０ｒｐｍ以下である。仕上げ研磨工程では、両面研磨装置における定盤の回転速度の下限は、好ましくは２０ｒｐｍ以上であり、より好ましくは３０ｒｐｍ以上である。回転速度の上限は、好ましくは６０ｒｐｍ以下であり、より好ましくは５０ｒｐｍ以下である。
研磨部材Ａまたは研磨スラリーＢの供給量は、研磨装置、研磨条件によっても異なるが、研磨部材Ａまたは研磨スラリーＢが、基板と研磨パッドとの間にムラ無く全面に供給されるのに十分な量であればよい。
本発明の別の実施形態によれば、研磨パッドを用いて研磨する一次研磨工程を含む、サファイア基板の研磨方法に用いられる砥粒であって、αアルミナおよび前記砥粒をそれぞれ単独で２５℃から１０００℃まで加熱して得られる焼成品のＸ線回折を行ったときに、回折角２０〜３０°の範囲で認められなかった回折ピークが、αアルミナと前記砥粒とを重量比１：１で混合し、２５℃から１０００℃まで加熱して得られる焼成品のＸ線回折を行ったときに、回折角２θで２０〜３０°の範囲で発現するものである、砥粒が提供される。
また、本発明の別の実施形態によれば、研磨パッドを用いて研磨する一次研磨工程を含む、サファイア基板の研磨方法に用いられる砥粒を含む、研磨部材であって、前記砥粒が、αアルミナおよび砥粒をそれぞれ単独で２５℃から１０００℃まで加熱して得られる焼成品のＸ線回折を行ったときに、回折角２０〜３０°の範囲で認められなかった回折ピークが、αアルミナと砥粒とを重量比１：１で混合し、２５℃から１０００℃まで加熱して得られる焼成品のＸ線回折を行ったときに、回折角２θで２０〜３０°の範囲で発現するものである、研磨部材が提供される。
これらの別の実施形態における「砥粒」および「研磨部材」についての説明は、それぞれ、上記で説明した「砥粒Ａ」および「研磨部材Ａ」の説明が同様に妥当するので、ここでは説明を省略する。
＜研磨済サファイア基板の製造方法＞
本発明の研磨方法によれば、表面傷が有意に少ないサファイア基板を得ることができる。よって、本発明によれば、上記の研磨方法で研磨する工程を含む、または、研磨パッドを用いて、上記の砥粒もしくは上記の研磨部材で、サファイア基板を研磨する一次研磨工程を含む、研磨済サファイア基板の製造方法が提供される。
本発明を、以下の実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。
＜実施例１＞
（一次研磨工程）
研磨部材Ａを、砥粒（材質：Ｂ４Ｃ、平均二次粒子径：３８μｍ、ビッカース硬度：２，２５０Ｈｖ）、６質量％、ｐＨ調整剤を純水中で混合することにより調製した（混合温度：約２５℃、混合時間：約５分）。なお、ｐＨは、ｐＨ調整剤としてＫＯＨを適量添加することによってｐＨ１１．５に調製した。研磨部材Ａ（液温：２５℃）のｐＨは、ｐＨメータ（株式会社堀場製作所製 型番：ＬＡＱＵＡ Ｆ―７１）により確認した。
当該研磨部材Ａを使って、表１に示す条件で、サファイア基板（Ａ面を有するサファイア基板、１９．６３ｃｍ２）を片面研磨した。
（仕上げ研磨工程）
続いて、研磨スラリーＢを、砥粒（コロイダルシリカ、平均一次粒子径：５０ｎｍ、平均二次粒子径：７５ｎｍ、Ｄ９０／Ｄ１０：３）２０質量％、ｐＨ調整剤を純水中で混合することにより調製した（混合温度：約２５℃、混合時間：約３０分）。なお、ｐＨは、ｐＨ調整剤としてＫＯＨを適量添加することによって、ｐＨ１０に調製した。研磨スラリーＢ（液温：２５℃）のｐＨは、ｐＨメータ（株式会社堀場製作所製 型番：ＬＡＱＵＡ Ｆ―７１）により確認した。
研磨スラリーＢを用いて、表２に示す条件で、一次研磨後のサファイア基板を片面研磨した。
＜比較例１＞
実施例１の一次研磨工程において、研磨パッドを表３に示されるものに変更した以外は、実施例１と同様にして、研磨能率およびＣＭＰ解消性を調べた。
＜比較例２＞
実施例１の一次研磨工程において、砥粒（Ｂ４Ｃ、平均二次粒子径：３８μｍ）を、表３に示されるものに変更した以外は、実施例１と同様にして、研磨能率およびＣＭＰ解消性を調べた。
＜比較例３＞
実施例１の一次研磨工程において、砥粒（Ｂ４Ｃ、平均二次粒子径：３８μｍ）を、表３に示されるものに変更した以外は、実施例１と同様にして、研磨能率およびＣＭＰ解消性を調べた。
＜比較例４＞
実施例１の一次研磨工程において、砥粒（Ｂ４Ｃ、平均二次粒子径：３８μｍ）および研磨パッドを表３に示されるものに変更し、定盤（銅）はあらかじめ多結晶ダイヤモンド（平均二次粒子径：３．０μｍ、０．３２質量％）を埋め込む処理をするとともに、流量を０．４ｍｌ／ｍｉｎに変更した以外は、実施例１と同様にして、研磨能率およびＣＭＰ解消性を調べた。
＜研磨能率およびＣＭＰ解消性＞
（研磨能率）
各実施例および比較例の研磨部材Ａを用い、研磨を１．５時間行い、研磨の前後のサファイア基板の重量を測定し、研磨前後の重量の差から計算して求めた研磨能率（研磨速度）を下記表３に示す。
（ＣＭＰ解消性）
上記研磨スラリーＢを用い、仕上げ研磨工程を３時間行った後に、蛍光灯下で目視し、Ｒａおよび顕微鏡観察（ピット痕等）の評価を、以下の基準で行った。
○：Ｒａ値が１０ｎｍ未満であり、目視および顕微鏡観察で表面キズやピット痕がない
×：Ｒａ値が１０ｎｍ以上であり、目視および顕微鏡観察で表面キズやピット痕がある
−：研磨能率が低くなり過ぎて、一次研磨で必要な取り代が確保できていないため、ＣＭＰ解消性データ無し。
＜Ｘ線回折スペクトル（ＸＲＤ）＞
Ｂ４Ｃ単品（平均二次粒子径：０．６μｍ）、ＳｉＣ単品（平均二次粒子径：０．６μｍ）、ＴｉＢ２単品（平均二次粒子：３．４μｍ）、Ｂ４Ｃ（平均二次粒子径：０．６μｍ）とα−Ａｌ２Ｏ３（平均二次粒子径：０．２μｍ）との混合品（重量比で１：１）、ＳｉＣ（平均二次粒子径：０．６μｍ）とα−Ａｌ２Ｏ３（平均二次粒子径：０．２μｍ）との混合品（重量比で１：１）、ＴｉＢ２単品（平均二次粒子：３．４μｍ）とα−Ａｌ２Ｏ３（平均二次粒子径：０．２μｍ）との混合品（重量比で１：１）を準備した。その後、それぞれを２５℃から１０００℃まで昇温速度２．５℃／ｍｉｎで４時間焼成しサンプルを準備した。
その後、各サンプルのＸＲＤを測定した。測定条件は以下のとおり。
（測定条件）
Ｘ−Ｒａｙ：２０ｋＶ／１０ｍＡ
発散スリット：１°
発散縦制限スリット：１０ｍｍ
散乱スリット：２°
受光スリット：０．０５ｍｍ
Ｓｔａｒｔ：１０°
Ｓｔｏｐ：７０°
Ｓｔｅｐ：０．０１°。
測定の結果、Ｂ４Ｃ単品を焼成したものでは回折角２θ中で２０〜３０°の範囲にシングルピークが確認された。焼成したものが示したシングルピークは焼成温度が上昇するに連れＢ４Ｃが酸化するためか、より顕著に現れるようになった。これは、Ｂ２Ｏ３が生成されたものと推察される（図１、２）。
一方で、Ｂ４Ｃとα−Ａｌ２Ｏ３との混合品を焼成したものでは、単品で確認されたＢ２Ｏ３のピークの右側に新たなピークが確認されダブルピークとなった（図１、２）。この特異ピークを文献値（日化， １９７９， Ｎｏ．１ 山口・中村・清水：アルコキシドから調整した９Ａｌ２Ｏ３・２Ｂ２Ｏ３の生成と分解）と照らし合わせると、ホウ酸アルミニウム（９Ａｌ２Ｏ３・２Ｂ２Ｏ３）のピークと同定できた。要するに、固相反応が生じたと判断できた。
他方、ＳｉＣとα−Ａｌ２Ｏ３との混合品では、単品とのピーク差異（ズレ）は示さなかった（図３）。つまり、αアルミナおよび砥粒Ａをそれぞれ単独で２５℃から１０００℃まで加熱して得られる焼成品のＸ線回折を行ったときに、回折角２０〜３０°の範囲で認められなかった回折ピークが、αアルミナと砥粒Ａとを重量比１：１で混合し、２５℃から１０００℃まで加熱して得られる焼成品のＸ線回折を行ったときに、回折角２θで２０〜３０°の範囲で発現しなかった。
同様にＴｉＢ２でもα−Ａｌ２Ｏ３との混合品では、単品との差異（ズレ）は示さなかった（図４）。つまり、上記の回折ピークが発現しなかった。
＜考察＞
上記表３から明らかなように、本発明の研磨方法によれば、高い研磨速度を有することがわかった。また、本発明の研磨方法によれば、ＣＭＰ解消性も優れていることが分かった。
他方、一次研磨工程において定盤（鋳鉄）を用いた比較例１によれば、研磨能率こそ高いが、一次研磨工程後の表面の研磨傷が酷く、ＣＭＰによっても表面研磨傷を解消することができなかった。
また、実施例１の砥粒は、比較例４の砥粒より１０倍以上大きいが、ＣＭＰ解消性が良好である点も優れている。
本発明の着目すべき点は、以下の点である。
（ｉ）サファイア基板の研磨にあたり、砥粒の硬さ（硬度）が研磨性能へのキーポイントになると予想されるにも関わらず、Ｂ４Ｃよりも硬度が高いＴｉＢ２の研磨能率は低く（比較例３）、また、Ｂ４Ｃと同等の硬度を有するＳｉＣも同様に研磨能率は低く（比較例２）、予想に反しＢ４Ｃの研磨能率が突出して高かった（実施例１）という点。
（ｉｉ）サファイアのビッカース硬度は２３００Ｈｖであり、Ｂ４Ｃのビッカース硬度は２２５０Ｈｖであるため、砥粒の硬度より、研磨対象物の硬度の方が高く、しかも、金属定盤ではなく、ポリウレタンの研磨パッドを使用しているため、研磨能率は殆ど上がらないことが通常であるが、実施例１の方法では驚くほどに高い研磨能率を発揮する点。
（ｉｉｉ）一般的なサファイアＡ面の研磨プロセスは、粗ラップ工程と、ダイヤラップ（銅定盤、砥粒：ダイヤ）と、ＣＭＰ（研磨パッド、砥粒：コロイダルシリカ）とを含むが、本発明によれば、特にコストが高いダイヤを用いたダイヤラップ（銅定盤、砥粒：ダイヤ）工程の代替手段以上のものとなることが期待できる点。
（ｉｖ）一次研磨工程を、研磨パッドを用いて行うことができ、定盤を使う場合のような、面だし（立ち上げ作業）やフェーシング等に手間と時間を掛けなくて済み、その観点でも生産性が向上する点。

Claims (9)

  1. サファイア基板を研磨する研磨方法であって、
    研磨パッドを用いて、砥粒Ａを含む研磨部材Ａで研磨する一次研磨工程と；
    研磨パッドを用いて、砥粒Ｂを含む研磨スラリーＢで研磨する仕上げ研磨工程と；
    を含み、
    前記砥粒Ａが、αアルミナおよび砥粒Ａをそれぞれ単独で２５℃から１０００℃まで加熱して得られる焼成品のＸ線回折を行ったときに、回折角２０〜３０°の範囲で認められなかった回折ピークが、αアルミナと砥粒Ａとを重量比１：１で混合し、２５℃から１０００℃まで加熱して得られる焼成品のＸ線回折を行ったときに、回折角２θで２０〜３０°の範囲で発現するものである、研磨方法。
  2. 前記研磨部材Ａが、砥粒Ａを含む研磨スラリーである、請求項１に記載の研磨方法。
  3. 前記砥粒Ａのビッカース硬度が、２０００Ｈｖ以上４０００Ｈｖ以下である、請求項１または２に記載の研磨方法。
  4. 砥粒Ａが、Ｂ４Ｃである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の研磨方法。
  5. 前記砥粒Ａの平均二次粒子径が、３０μｍ以上５０μｍ以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨方法。
  6. 前記砥粒Ｂが、シリカである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の研磨方法。
  7. 研磨パッドを用いて研磨する一次研磨工程を含む、サファイア基板の研磨方法に用いられる砥粒であって、
    αアルミナおよび前記砥粒をそれぞれ単独で２５℃から１０００℃まで加熱して得られる焼成品のＸ線回折を行ったときに、回折角２０〜３０°の範囲で認められなかった回折ピークが、αアルミナと前記砥粒とを重量比１：１で混合し、２５℃から１０００℃まで加熱して得られる焼成品のＸ線回折を行ったときに、回折角２θで２０〜３０°の範囲で発現するものである、砥粒。
  8. 研磨パッドを用いて研磨する一次研磨工程を含む、サファイア基板の研磨方法に用いられる砥粒を含む、研磨部材であって、
    前記砥粒が、αアルミナおよび砥粒をそれぞれ単独で２５℃から１０００℃まで加熱して得られる焼成品のＸ線回折を行ったときに、回折角２０〜３０°の範囲で認められなかった回折ピークが、αアルミナと砥粒とを重量比１：１で混合し、２５℃から１０００℃まで加熱して得られる焼成品のＸ線回折を行ったときに、回折角２θで２０〜３０°の範囲で発現するものである、研磨部材。
  9. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の研磨方法で研磨する工程を含む、または、
    研磨パッドを用いて、請求項７に記載の砥粒もしくは請求項８に記載の研磨部材で、サファイア基板を研磨する一次研磨工程を含む、研磨済サファイア基板の製造方法。
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