(57)【要約】【課題】サファイア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化ケイ素、ガラス、窒化ガリウム、ヒ化ガリウム、ヒ化インジウム、リン化インジウム等の硬脆材料を研磨する用途においてより好適に使用可能なポリッシング用研磨材及び研磨用組成物を提供する。また、そのポリッシング用研磨材を用いた硬脆材料の研磨方法及び硬脆材料基板の製造方法を提供する。【解決手段】本発明のポリッシング用研磨材は、粉末Ｘ線回折スペクトル中に回折角２θが３０°付近にピークが存在する酸化ジルコニウム粒子を含有することを特徴とする。好ましくは、前記酸化ジルコニウム粒子が、イットリウム原子、カルシウム原子、及びマグネシウム原子から選ばれる少なくとも一種の原子を含むことを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末Ｘ線回折スペクトル中に回折角２θが３０°付近にピークが存在する酸化ジルコニウム粒子を含有することを特徴とするポリッシング用研磨材。
【請求項２】
前記酸化ジルコニウム粒子が、イットリウム原子、カルシウム原子、及びマグネシウム原子から選ばれる少なくとも一種の原子を含むことを特徴とする請求項１に記載のポリッシング用研磨材。
【請求項３】
前記ポリッシング用研磨材は、磁気ディスク用ガラス基板、ディスプレイパネル用ガラス基板、フォトマスク用合成石英基板、又は光学ガラスを研磨する用途に用いられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のポリッシング用研磨材。
【請求項４】
前記酸化ジルコニウム粒子の平均二次粒子径が２μｍ以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載のポリッシング用研磨材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のポリッシング用研磨材と水とを含んでなり、前記ポリッシング用研磨材の含有量が０．１質量％以上であることを特徴とする研磨用組成物。
【請求項６】
請求項５に記載の研磨用組成物を用いて硬脆材料を研磨する工程を含むことを特徴とする硬脆材料の研磨方法。
【請求項７】
請求項５に記載の研磨用組成物を用いて硬脆材料基板を研磨する工程を含むことを特徴とする硬脆材料基板の製造方法。
【請求項８】
前記研磨する工程において、基板にかかる圧力が１０〜１，０００ｇ／ｃｍ２の条件下で硬脆材料基板を研磨する工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の硬脆材料基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サファイア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化ケイ素、ガラス、窒化ガリウム、ヒ化ガリウム、ヒ化インジウム、リン化インジウム等の硬脆材料を研磨する用途において使用されるポリッシング用研磨材及び研磨用組成物に関する。本発明はまた、硬脆材料の研磨方法、及び硬脆材料基板の製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスク用ガラス基板や液晶ディスプレイパネルのガラス基板やフォトマスク用合成石英基板などの基板を研磨する用途で使用される研磨用組成物に対しては、研磨後の基板の品質向上のために、研磨後の基板の表面粗さが小さいこと及び研磨後の基板にスクラッチのような表面欠陥が少ないことが強く要求されている。また、研磨作業にかかる時間を短縮させるためには、基板の研磨速度（除去速度）が高いことも要求されている。
【０００３】
ガラス基板を研磨する用途では従来、酸化セリウム系の研磨材が用いられることがある（特許文献１）。しかしながら、日本ではセリウムを始めとするレアアースが現在、国外からの輸入に頼られている。そのため、レアアースには国際情勢によって供給不足やそれに伴う価格上昇の起こる懸念がある。従って、レアアースを必要としない代替材料による研磨材の開発が望まれている。
【０００４】
一方、ガラス基板を研磨する用途とは別の用途において、例えば特許文献２に記載の研磨用組成物が使用されている。特許文献２に記載の研磨用組成物は、酸化ジルコニウム微粒子及び研磨促進剤からなるものである。しかしながら、特許文献２に記載の研磨用組成物をガラス基板などの硬脆材料を研磨する用途で使用した場合には、上述した要求の全てを十分に満足させることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６０６４号公報
【特許文献２】特開平１０−１２１０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、サファイア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化ケイ素、ガラス、窒化ガリウム、ヒ化ガリウム、ヒ化インジウム、リン化インジウム等の硬脆材料を研磨する用途においてより好適に使用可能なポリッシング用研磨材及び研磨用組成物を提供することにある。また、本発明の別の目的は、そのポリッシング用研磨材を用いた硬脆材料の研磨方法及び硬脆材料基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明のポリッシング用研磨材は、粉末Ｘ線回折スペクトル中に回折角２θが３０°付近にピークが存在する酸化ジルコニウム粒子を含有することを特徴とする。
【０００８】
前記酸化ジルコニウム粒子が、イットリウム原子、カルシウム原子、及びマグネシウム原子から選ばれる少なくとも一種の原子を含むことが好ましい。
前記酸化ジルコニウム粒子は、安定化剤が添加されていることが好ましく、さらに前記安定化剤は酸化物であることが好ましい。
【０００９】
前記ポリッシング用研磨材は、磁気ディスク用ガラス基板、ディスプレイパネル用ガラス基板、フォトマスク用合成石英基板、又は光学ガラスを研磨する用途に用いられることが好ましい。
【００１０】
前記酸化ジルコニウム粒子の平均二次粒子径が２μｍ以下であることが好ましい。
本発明の研磨用組成物は、前記ポリッシング用研磨材と水とを含んでなり、前記ポリッシング用研磨材の含有量が０．１質量％以上であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の硬脆材料の研磨方法は、前記研磨用組成物を用いて硬脆材料を研磨する工程を含むことを特徴とする。
本発明の硬脆材料基板の製造方法は、前記研磨用組成物を用いて硬脆材料基板を研磨する工程を含むことを特徴とする。
【００１２】
前記研磨する工程において、基板にかかる圧力が１０〜１，０００ｇ／ｃｍ２の条件下で硬脆材料基板を研磨する工程を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、サファイア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化ケイ素、ガラス、窒化ガリウム、ヒ化ガリウム、ヒ化インジウム、リン化インジウム等の硬脆材料を研磨する用途においてより好適に使用可能なポリッシング用研磨材及び研磨用組成物を提供することができる。また、そのポリッシング用研磨材を用いた硬脆材料の研磨方法及び硬脆材料基板の製造方法を提供することにある。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した研磨用組成物の一実施形態を説明する。
本実施形態の研磨用組成物は、ポリッシング用研磨材及び水を含有する。研磨用組成物は、サファイア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化ケイ素、ガラス、窒化ガリウム、ヒ化ガリウム、ヒ化インジウム、リン化インジウム等の硬脆材料を研磨する用途での使用に好適なものである。ポリッシングとは、被加工基板又は被研磨基板の研磨工程において、平坦化を目的とする粗研磨、精研磨のことを意味し、研削、ラッピングは含まない趣旨である。より具体的には、研磨パッドを定盤に貼り付けて研磨対象物の表面を鏡面のごとく研磨加工する加工方法を示す。
【００１５】
ポリッシング用研磨材は、粉末Ｘ線回折スペクトル中に回折角２θが３０°付近に頂点があるピークが存在する酸化ジルコニウム（ジルコニア）粒子を含む。より具体的には、酸化ジルコニウム粒子は、粉末Ｘ線回折スペクトル中に回折角２θが３０°付近にピークが存在する立方晶系や正方晶系などの結晶構造を含有する酸化ジルコニウムからなるものである。このような酸化ジルコニウム粒子は、例えば安定化剤を添加することにより得られる。酸化ジルコニウム単体は、高温側から立方晶、正方晶、単斜晶と相転移することが知られている。酸化ジルコニウムに安定化剤を添加することにより、その結晶構造を立方晶、正方晶に安定化させて転移を抑制し、低温領域においても立方晶や正方晶が存在するようになる。
【００１６】
安定化剤としては、金属原子、例えばイットリウム原子、カルシウム原子、及びマグネシウム原子を含む金属化合物が挙げられる。より具体的には、金属酸化物、例えばイットリア、カルシア、及びマグネシアが挙げられる。また、安定化剤の添加量を減らして部分的に安定化されたいわゆる部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）を使用することができる。酸化ジルコニウム粒子中における安定化剤の含有量は、安定化剤の種類により適宜設定可能であるが、１４質量％以下が好ましく、３〜９質量％がより好ましい。
【００１７】
粉末Ｘ線回折スペクトルは、粉末Ｘ線回折法によって測定され、例えば株式会社リガク製MiniFlex等の粉末Ｘ線回折装置を用いて測定される。上述したようにポリッシング用研磨材は、粉末Ｘ線回折スペクトル中に回折角２θが３０°付近の回折ピークがあることが好ましい。より具体的には、２θが２９°を超え且つ３１°未満の範囲内に頂点がある回折ピークがあることが好ましい。また、粉末Ｘ線回折装置を用いれば酸化ジルコニウムの結晶子サイズを測定することが出来る。
【００１８】
酸化ジルコニウム粒子の比表面積は１ｍ２／ｇ以上であることが好ましく、より好ましくは２ｍ２／ｇ以上である。また、酸化ジルコニウム粒子の比表面積は１５ｍ２／ｇ以下であることが好ましく、より好ましくは１３ｍ２／ｇ以下、更に好ましくは９ｍ２／ｇ以下である。酸化ジルコニウム粒子の比表面積が１〜１５ｍ２／ｇの範囲であれば、研磨用組成物による硬脆材料の研磨速度を実用上好適なレベルにまで向上させることが容易となる。なお、酸化ジルコニウム粒子の比表面積は、例えば島津株式会社製ＦｌｏｗＳｏｒｂII２３００等の窒素吸着法による比表面積測定装置により測定が可能である。
【００１９】
酸化ジルコニウム粒子の平均二次粒子径は２μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１μｍ以下である。平均二次粒子径が２μｍ以下の場合、研磨用組成物を用いて例えば硬脆材料基板を研磨すると、研磨後の硬脆材料基板の研磨速度が向上し、併せてスクラッチ低減も図ることができる。この点、酸化ジルコニウム粒子の平均二次粒子径が２μｍ以下、さらに言えば１μｍ以下であれば、研磨用組成物を用いて研磨後の硬脆材料基板の研磨速度及びスクラッチ低減レベルを実用上特に好適なレベルにまで向上させることが容易となる。なお、酸化ジルコニウム粒子の二次粒子径は、体積基準の積算分率における５０％粒子径の値を示す。平均二次粒子径は、散乱式粒子径分布測定装置（例えば株式会社堀場製作所製、ＬＡ−９５０）により測定することができる。
【００２０】
酸化ジルコニウム原料粉末の製造方法は、特に限定されるものでは無く、湿式法及び乾式法のいずれでもよい。湿式法では、ジルコンやジルコン砂などのジルコニウム含有鉱石を原料とし、それを溶融、溶解及び精製して得られるジルコニウム化合物を加水分解して水酸化ジルコニウムを得た後、それを焼成及び粉砕して酸化ジルコニウム粉末が得られる。乾式法では、高温処理によりジルコンやジルコン砂などのジルコニウム含有鉱石から酸化ケイ素を取り除くことで酸化ジルコニウムが得られるか、あるいはバデライト等の酸化ジルコニウム鉱石を、粉砕したのち、不純物を取り除くことで酸化ジルコニウム粉末が得られる。乾式法よりも湿式法のほうが、純度の高い酸化ジルコニウム原料粉末を得ることが可能であることに加え、焼結、粉砕、分級等の操作により、得られる酸化ジルコニウム原料粉末の粒度や比表面積の調整が比較的容易である。そのため、本発明で使用される酸化ジルコニウム原料粉末は湿式法で製造されることが好ましい。
【００２１】
ポリッシング用研磨材は、酸化ジルコニウム粒子の他に、酸化ジルコニウム粒子以外の粒子を含有していてもよい。酸化ジルコニウム粒子以外の粒子の例としては、酸化ケイ素（シリカ）、及び酸化ハフニウム（ハフニア）等が挙げられる。例えば、本実施形態の研磨材は、酸化ジルコニウムと酸化ハフニウムとを含有するものであってもよい。ただし、研磨材中に占める酸化ジルコニウムの割合は高い方が好ましい。具体的には、研磨材中の酸化ジルコニウムの含有量は５０質量％以上が好ましく、より好ましくは９０質量％以上である。また、ポリッシング用研磨材中の酸化ケイ素の含有量は１０質量％未満であることが好ましく、より好ましくは１質量％未満である。また、ポリッシング用研磨材中の酸化ハフニウムの含有量は０．５〜５質量％であることが好ましく、より好ましくは１〜２質量％である。
【００２２】
また、ポリッシング用研磨材は、酸化ジルコニウム粒子中に、安定化剤由来の元素とは異なる元素を含有していてもよい。このような元素としてはハフニウム等が挙げられる。
研磨用組成物中のポリッシング用研磨材の含有量は０．１質量％以上であることが好ましく、より好ましくは１質量％以上、さらに好ましくは３質量％以上である。ポリッシング用研磨材の含有量が多くなるにつれて、研磨用組成物による硬脆材料の研磨速度は向上する。この点、研磨用組成物中のポリッシング用研磨材の含有量が０．１質量％以上、さらに言えば１質量％以上、もっと言えば３質量％以上であれば、研磨用組成物による硬脆材料の研磨速度を実用上特に好適なレベルにまで向上させることが容易となる。
【００２３】
研磨用組成物のｐＨは３以上であることが好ましい。また、研磨用組成物のｐＨは１２以下であることが好ましい。研磨用組成物のｐＨが上記範囲内であれば、研磨用組成物による硬脆材料の研磨速度を実用上特に好適なレベルにまで向上させることが容易となる。
【００２４】
研磨用組成物のｐＨは種々の酸、塩基、又はそれらの塩を用いて調整が可能である。具体的には、カルボン酸、有機ホスホン酸、有機スルホン酸などの有機酸や、燐酸、亜燐酸、硫酸、硝酸、塩酸、ホウ酸、炭酸などの無機酸、テトラメチルアンモニウムオキサイド、トリメタノールアミン、モノエタノールアミンなどの有機塩基、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニアなどの無機塩基、又はそれらの塩が好ましく用いられる。
【００２５】
研磨用組成物には、研磨促進のためにセリウム塩又はジルコニウム塩を添加してもよい。セリウム塩の例としては、硝酸セリウムアンモニウム、硝酸セリウム、塩化セリウム、硫酸セリウム等が挙げられる。ジルコニウム塩の例としては、オキシ塩化ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、炭酸ジルコニウム、水酸化ジルコニウム等が挙げられる。
【００２６】
研磨用組成物中のセリウム塩の含有量は２ｍＭ以上であることが好ましく、より好ましくは２０ｍＭ以上である。研磨用組成物中のジルコニウム塩の含有量は１ｍＭ以上であることが好ましく、より好ましくは１０ｍＭ以上である。セリウム塩又はジルコニウム塩の含有量が多くなるにつれて、研磨用組成物による硬脆材料の研磨速度は向上する。
【００２７】
また、研磨用組成物中のセリウム塩の含有量は３６０ｍＭ以下であることが好ましい。研磨用組成物中のジルコニウム塩の含有量は１８０ｍＭ以下であることが好ましい。セリウム塩を研磨用組成物に添加した場合には、ｐＨ調整のために使用されるアルカリの種類によってはセリウム塩の析出が起こることがある。セリウム塩が析出すると、セリウム塩の添加による研磨促進の効果が十分得られない。
【００２８】
研磨用組成物には、分散安定性の向上のために分散剤が添加されてもよい。分散剤は、先にも述べたとおり、酸化ジルコニウム原料粉末の製造時の粉砕又は分級の工程で使用されることもある。分散剤の例としては、例えばヘキサメタリン酸ナトリウムや、ピロリン酸ナトリウムなどのポリリン酸塩が挙げられる。また、ある種の水溶性高分子又はそれらの塩も分散剤として用いることができる。分散剤を添加することによって研磨用組成物の分散安定性が向上し、スラリー濃度の均一化により研磨用組成物の供給の安定化が可能になる。その一方、分散剤を過剰に添加した場合には、研磨用組成物中のポリッシング用研磨材が保管又は輸送時に沈降して生じる沈殿が強固となりやすい。そのため、研磨用組成物の使用に際してその沈殿を分散させることが容易でない、すなわち、研磨用組成物中のポリッシング用研磨材の再分散性が低下することがある。
【００２９】
分散剤として使用される水溶性高分子の例としては、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸塩、ポリスルホン酸、ポリスルホン酸塩、ポリアミン、ポリアミド、ポリオール、多糖類の他、それらの誘導体や共重合体などが挙げられる。より具体的には、ポリスチレンスルホン酸塩、ポリイソプレンスルホン酸塩、ポリアクリル酸塩、ポリマレイン酸、ポリイタコン酸、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリグリセリン、ポリビニルピロリドン、イソプレンスルホン酸とアクリル酸の共重合体、ポリビニルピロリドンポリアクリル酸共重合体、ポリビニルピロリドン酢酸ビニル共重合体、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物の塩、ジアリルアミン塩酸塩二酸化硫黄共重合体、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースの塩、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、プルラン、キトサン、キトサン塩類などが挙げられる。
【００３０】
研磨用組成物中の分散剤の含有量は、０．００１質量％以上が好ましく、より好ましくは０．００５質量％以上、更に好ましくは０．０２質量％以上である。分散剤の含有量が０．００１質量％以上であれば、良好な分散安定性を有する研磨用組成物を得ることが容易である。その一方、研磨用組成物中の分散剤の含有量は、１０質量％以下が好ましく、より好ましくは１質量％以下、更に好ましくは０．２質量％以下である。分散剤の含有量が１０質量％以下であれば、研磨用組成物中のポリッシング用研磨材の再分散性を低下させることなく、研磨用組成物の保存安定性の向上を図ることができる。
【００３１】
研磨用組成物には更に、ロールオフ低減剤として各種の界面活性剤を添加してもよい。ロールオフ低減剤は、例えば硬脆材料基板を研磨する場合、基板の外周部分が中央部分に比べて過剰に研磨されることによりその外周部分の平坦度が劣ることになるロールオフと呼ばれる現象の発生を防ぐ働きをする。ロールオフ低減剤の添加により硬脆材料基板の外周部分の過剰な研磨が抑制される理由としては、硬脆材料基板と研磨パッドとの摩擦が適度に調整されることが推察される。
【００３２】
ロールオフ低減剤として使用される界面活性剤は、アニオン系及びノニオン系のいずれの界面活性剤であってもよい。好ましいノニオン系界面活性剤の例としては、同一または異なる種類のオキシアルキレン単位を複数個有する重合体、その重合体にアルコール、炭化水素又は芳香環を結合させた化合物が挙げられる。より具体的には、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシブチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオキシブチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンカルボン酸エステル、ポリオキシエチレンカルボン酸ジエステル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンカルボン酸エステル、ポリオキシエチレンポリオキシブチレンカルボン酸エステル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオキシブチレンカルボン酸エステル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンコポリマー、ポリオキシエチレンポリオキシブチレンコポリマー、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンポリオキシブチレンコポリマー、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル及びポリオキシエチレンソルビット脂肪酸エステル、及び下記一般式（１）で表される化合物等が挙げられる。
【００３３】
【化１】
2014024154.tif 000002
（式（１）中、Ｘは活性水素原子を有する化合物とアルキレンオキシドとから誘導されたポリエーテルポリオールの残基（ただし、ポリエーテルポリオールのポリエーテル鎖中にはオキシエチレン基が２０〜９０重量％含まれる）を表す。ｍは２〜８の整数を表し、ポリエーテルポリオール１分子中の水酸基の数に等しい。Ｙは二価の炭化水素基を表す。Ｚは活性水素原子を有する一価の化合物の残基を表す。ｎは３以上の整数を表す。）
アニオン系界面活性剤の例としてはスルホン酸系活性剤が挙げられ、より具体的にはアルキルスルホン酸、アルキルエーテルスルホン酸、ポリオキシエチレンアルキルエーテルスルホン酸、アルキル芳香族スルホン酸、アルキルエーテル芳香族スルホン酸、ポリオキシエチレンアルキルエーテル芳香族スルホン酸、及びそれらの塩などが挙げられる。
【００３４】
研磨用組成物中のロールオフ低減剤の含有量は、０．００１質量％以上が好ましく、より好ましくは０．００５質量％以上である。ロールオフ低減剤の含有量が０．００１質量％以上であれば、研磨用組成物を用いて研磨後の硬脆材料基板のロールオフ量が低減するため、良好な平坦性を有する硬脆材料基板を得ることが容易である。その一方、研磨用組成物中のロールオフ低減剤の含有量は、１質量％以下が好ましく、より好ましくは０．５質量％以下である。ロールオフ低減剤の含有量が１質量％以下であれば、研磨用組成物による硬脆材料基板の研磨速度を実用上特に好適なレベルに維持させることが容易である。
【００３５】
次に、本実施形態の研磨用組成物の作用について説明する。
本実施形態の研磨用組成物は、上述したように、粉末Ｘ線回折スペクトル中に回折角２θが３０°付近にピークが存在する酸化ジルコニウム粒子を含有するポリッシング用研磨材が用いられる。通常、研磨においては、研磨材が研磨対象に及ぼす物理的な作用と、研磨材と研磨対象との化学的な作用が複合的にもたらされる。本発明のポリッシング用研磨材では、例えば立方晶や正方晶を含む酸化ジルコニウムを用いることにより強度、靭性などの機械的特性が向上する一方、硬脆材料をはじめとする研磨対象との化学的特性もある程度維持されるため、高い研磨速度が達成されると考えられる。
【００３６】
次に、上記のように得られた研磨用組成物を用いた例えば硬脆材料基板の製造方法について説明する。
前記実施形態の研磨用組成物は、上記の酸化ジルコニウムを水に分散させ、必要に応じ公知の添加剤を添加することにより調製される。ただし、研磨用組成物を調製するに際しての各成分の混合順序は任意である。酸化ジルコニウム、水及び添加剤を含有する濃縮組成物をまず製造し、その濃縮組成物を水希釈することにより研磨用組成物を調製してもよい。あるいは、添加剤を溶解した水溶液に酸化ジルコニウムを分散させることにより研磨用組成物を調製してもよい。あるいは、粉末状の酸化ジルコニウムに粉末状の添加剤を混合し、その混合物に水を加えることより研磨用組成物を調製してもよい。
【００３７】
前記実施形態の研磨用組成物は、例えば硬脆材料基板の研磨で通常に用いられるのと同じ装置及び条件で使用することができる。片面研磨装置を使用する場合には、キャリアと呼ばれる保持具を用いて基板を保持し、研磨パッドを貼付した定盤を基板の片面に押しつけた状態で、研磨用組成物を基板に対して供給しながら定盤を回転させることにより基板の片面を研磨する。両面研磨装置を使用する場合には、キャリアと呼ばれる保持具を用いて基板を保持し、研磨パッドをそれぞれ貼付した上下の定盤を基板の両面に押しつけた状態で、上方から基板に対して研磨用組成物を供給しながら、２つの定盤を互いに反対方向に回転させることにより基板の両面を研磨する。このとき、研磨パッド及び研磨用組成物中の研磨材が基板の表面に摩擦することによる物理的作用と、研磨用組成物中の研磨材以外の成分が基板の表面に与える化学的作用によって基板の表面は研磨される。
【００３８】
また、高温、高圧条件下では、研磨において物理的作用が発現しやすく、本発明のポリッシング用研磨材においては特に好ましい。研磨時の荷重、すなわち研磨荷重を高くするほど、研磨速度が上昇する。前記実施形態の研磨用組成物を用いて硬脆材料基板を研磨するときの研磨荷重は特に限定されないが、基板表面の面積１ｃｍ２当たり１０〜１，０００ｇであることが好ましく、より好ましくは５０〜８００ｇである。また、特に硬脆材料がガラス材料である場合の研磨荷重は、基板表面の面積１ｃｍ２当たり１０〜５００ｇであることが好ましく、より好ましくは５０〜３００ｇであり、より好ましくは１００〜２００ｇである。研磨荷重が上記範囲内である場合には、実用上十分な研磨速度が得られると同時に、研磨後に表面欠陥の少ない基板を得ることができる。また、このような高圧条件下で行う研磨工程は、本発明の研磨用組成物を用いた研磨工程の全工程であっても部分的に行う工程であってもよい。部分的に高圧条件下で行う研磨工程を実施する場合としては、例えば以下の実施形態が挙げられる。すなわち、高圧条件下で行う研磨工程の前工程、後工程又は前後の工程において、比較的低圧力条件での研磨を行う。この比較的低圧力条件としては、基板表面の面積１ｃｍ２当たり５〜３０ｇが好ましく、より好ましくは１０〜２０ｇである。
【００３９】
研磨時の線速度、すなわち研磨線速度は一般に、研磨パッドの回転数、キャリアの回転数、基板の大きさ、基板の数等のパラメータの影響を受ける。線速度が大きくなるほど、基板に加わる摩擦力が大きくなるため、基板はより強く機械的な研磨作用を受ける。また、摩擦熱が大きくなるために、研磨用組成物による化学的な研磨作用が強まることもある。ただし、線速度が大きすぎると、研磨パッドが基板に対して十分に摩擦せず、研磨速度の低下をきたすことがある。前記実施形態の研磨用組成物を用いて硬脆材料基板を研磨するときの線速度は１０〜１５０ｍ／分であることが好ましく、より好ましくは、３０〜１００ｍ／分である。線速度が上記範囲内である場合には、実用上十分な研磨速度を得ることが容易である。
【００４０】
また、前記実施形態の研磨用組成物を用いて硬脆材料基板を研磨するときの定盤の回転数は、通常、前記線速度を考慮して設定される。回転数は、研磨機の定盤径が３５０〜８００ｍｍの場合、１０〜２００ｒｐｍであることが好ましく、より好ましくは４０〜１００ｒｐｍである。定盤の回転数が上記範囲内である場合には、実用上十分な研磨速度が得られると同時に、研磨後に表面欠陥の少ない基板を得ることができる。
【００４１】
上記実施形態の研磨用組成物によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態において、研磨用組成物に配合されるポリッシング用研磨材は、粉末Ｘ線回折スペクトル中に回折角２θが３０°付近にピークが存在する酸化ジルコニウム粒子を含有する。したがって、例えば硬脆材料基板を高い除去速度で研磨する能力を有する。また、研磨後の硬脆材料基板の表面粗さを良好に低減する能力を有する。
【００４２】
従って、前記実施形態の研磨用組成物は、例えば硬脆材料を研磨する用途で好適に使用することができる。硬脆材料とは、脆性材料の中でも硬度の高いもののことをいい、例えばガラス、セラミックス、石材及び半導体材料が含まれる。
【００４３】
前記実施形態の研磨用組成物は、硬脆材料の中でもサファイア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化ケイ素、ガラス、窒化ガリウム、ヒ化ガリウム、ヒ化インジウム、リン化インジウムを研磨する用途で特に好適に使用することが出来る。さらに、石英ガラス、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス、ボロシリケートガラス、アルミノボロシリケートガラス、無アルカリガラス、結晶化ガラス、ソーダアルミノケイ酸ガラス、シリコン酸化膜等のガラス又は酸化物基板を研磨する用途では現在、酸化セリウムを主体とした研磨材が主に使用されており、前記実施形態の酸化ジルコニウム粒子は、従来の酸化セリウム研磨材に替わる代替材料としての使用が期待される。
【００４４】
（２）好ましくは、酸化ジルコニウム粒子が、イットリウム原子、カルシウム原子、及びマグネシウム原子から選ばれる少なくとも一種の原子を含む。よって、粉末Ｘ線回折スペクトル中に回折角２θが３０°付近にピークが存在する酸化ジルコニウム粒子を容易に得ることができる。
【００４５】
（３）好ましくは、酸化ジルコニウム粒子が、安定化剤を添加して得られるものである。安定化剤としては、イットリウム原子、カルシウム原子、及びマグネシウム原子から選ばれる少なくとも一種の原子を含む化合物が好ましく、より好ましくは酸化物であるイットリア、カルシア、及びマグネシアである。これにより、粉末Ｘ線回折スペクトル中に回折角２θが３０°付近にピークが存在する酸化ジルコニウム粒子をより容易に入手することができる。
【００４６】
・上記実施形態において用いられる酸化ジルコニウムは、安定化剤を添加したものに限定されるものではない。安定化剤の添加以外の方法により、粉末Ｘ線回折スペクトル中に回折角２θが３０°付近にピークが存在する酸化ジルコニウムを得ることができれば、かかる方法を採用してもよい。
【００４７】
・前記実施形態の研磨用組成物を用いて硬脆材料を研磨するときに使用される研磨パッドは、例えばポリウレタンタイプ、不織布タイプ、スウェードタイプ等のいずれのタイプのものであってもよい。また、砥粒を含むものであっても、砥粒を含まないものであってもよい。研磨パッドの硬度や厚みも特に限定されない。
【００４８】
・硬脆材料の研磨に使用した研磨用組成物は、回収して再利用（循環使用）してもよい。より具体的には、研磨装置から排出される使用済みの研磨用組成物をタンク内にいったん回収し、タンク内から再び研磨装置へと供給するようにしてもよい。この場合、使用済みの研磨用組成物を廃液として処理する必要性が減るため、環境負荷の低減及びコストの低減が可能である。
【００４９】
・研磨用組成物を循環使用するときには、研磨対象物の研磨に使用されることより消費されたり損失したりした研磨用組成物中のポリッシング用研磨材などの成分のうち少なくともいずれかの減少分の補充を行うようにしてもよい。補充する成分は個別に使用済みの研磨用組成物に添加してもよいし、あるいは、二以上の成分を任意の濃度で含んだ混合物のかたちで使用済みの研磨用組成物に添加してもよい。
【００５０】
・研磨装置に対する研磨用組成物の供給速度は、研磨する基板等の研磨対象物の種類や、研磨装置の種類、研磨条件によって適宜に設定される。ただし、研磨対象物の研磨面及び研磨パッドの全体に対してむら無く研磨用組成物が供給されるのに十分な速度であることが好ましい。
【００５１】
・本実施形態の研磨用組成物によって研磨される硬脆材料の用途は特に限定されず、例えば磁気ディスク用ガラス基板、ディスプレイパネル用ガラス、フォトマスク用合成石英基板、及び光学ガラスが挙げられる。さらに光学ガラスとしては、例えば凹凸レンズ、及びプリズムなどが挙げられる。
【００５２】
・磁気ディスク用ガラス基板、ディスプレイパネル用ガラス、フォトマスク用合成石英基板、光学ガラスなどの特に高い面精度が要求される基板の場合、前記実施形態の研磨用組成物を用いて研磨した後に、精研磨を行ってもよい。精研磨では研磨材を含有した研磨用組成物、すなわち精研磨用組成物が使用される。精研磨用組成物中の研磨材は、基板表面のうねり、粗さ、欠陥を低減する観点から、０．１５μｍ以下の平均粒子径を有することが好ましく、より好ましくは０．１０μｍ以下、さらに好ましくは０．０７μｍ以下である。また、研磨速度向上の観点から、精研磨用組成物中の研磨材の平均粒子径は０．０１μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．０２μｍ以上である。精研磨用組成物中の研磨材の平均粒子径は、例えば日機装株式会社製Ｎａｎｏｔｒａｃ  ＵＰＡ−ＵＴ１５１を用いて、動的光散乱法により測定することができる。
【００５３】
・精研磨用組成物のｐＨは、１〜４又は９〜１１であることが好ましい。精研磨用組成物のｐＨの調整は、前記実施形態の研磨用組成物の場合と同様、種々の酸、塩基又はそれらの塩を用いて行うことができる。
【００５４】
・前記実施形態の研磨用組成物には、必要に応じて、キレート剤や上記以外の界面活性剤、防腐剤、防黴剤、防錆剤などの添加剤を添加してもよい。
・前記実施形態の研磨用組成物及び精研磨用組成物はそれぞれ組成物の原液を水で希釈することによって調製されてもよい。
【００５５】
・前記実施形態の研磨用組成物及び精研磨用組成物はそれぞれ粉末状態の組成物を水に溶解又は分散することによって調製されてもよい。
【実施例】
【００５６】
次に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１〜４及び比較例１〜３の研磨用組成物は、酸化ジルコニウム粒子を水に混合することにより調製した。各研磨用組成物の詳細を表１，２に示す。表１は、酸化ジルコニウム粒子が研磨用組成物中に９．２質量％含有する実施例１，２及び比較例１，２の研磨用組成物を示し、表２は、酸化ジルコニウム粒子が研磨用組成物中に４．８質量％含有する実施例３，４及び比較例３の研磨用組成物を示す。
【００５７】
表１の“ｐＨ”欄には、各研磨用組成物のｐＨを示す。
表１の“ＸＲＤ  ３０°ピークの有無”欄には、各研磨用組成物で使用した酸化ジルコニウム粒子について、株式会社リガク製ＭｉｎｉＦｌｅｘを用いて測定される２θが３０°付近の回折ピークの有無を示す。尚、測定条件は、Ｘ線：Ｃｕ  ３０ｋＶ／１５ｍＡ、散乱スリット：４．２°、受光スリット：０．３ｍｍとした。
【００５８】
表１の“平均二次粒子径”欄には、体積基準の積算分率における５０％粒子径の値を示す。平均二次粒子径は、散乱式粒子径分布測定装置（株式会社堀場製作所製、ＬＡ−９５０）によって測定した。
【００５９】
磁気ディスク用アルミノシリケートガラス基板の表面を、各研磨用組成物を用い、以下に示す条件で研磨し、研磨前後の基板の重量の差に基づいて研磨速度を求めた。求められた研磨速度の値を“研磨速度”欄に示す。また、酸化ジルコニウム粒子が研磨用組成物中に９．２質量％含有する実施例１，２及び比較例１〜３の研磨用組成物においては、比較例１の研磨速度を１００とした場合の相対研磨速度を併せて示す。同様に酸化ジルコニウム粒子が研磨用組成物中に４．８質量％含有する実施例３，４及び比較例４の研磨用組成物においては、比較例４の研磨速度を１００とした場合の相対研磨速度を併せて示す。
【００６０】
＜研磨条件＞
研磨基板：磁気ディスク用アルミノシリケートガラス基板
直径６５ｍｍ（約２．５インチ）
研磨機：ＳＰＥＥＤＦＡＭ社製 両面研磨機９Ｂ−５Ｐ（定盤径  ６４０ｍｍ）
研磨パッド：ニッタ・ハース社製  ポリウレタン製パッドＭＨ−Ｓ１５Ａ
研磨荷重：１８０ｇ／ｃｍ２
下定盤回転数：６０ｒｐｍ
研磨用組成物の供給速度：３６０ｍＬ／分
【００６１】
【表１】
2014024154.tif 000003
【００６２】
【表２】
2014024154.tif 000004
表１，２に示すように、実施例１〜４の研磨用組成物はいずれも、研磨速度が各比較例に対し高いことが確認された。