(57)【要約】  電子デバイスなどに使用される酸化物結晶等を含むセラミックの研磨において、スクラッチ等の欠陥の発生を抑制して高い研磨速度を実現する。水および砥粒を含有する研磨用組成物であって、前記砥粒は平均粒子径が１０〜４５ｎｍの砥粒を前記砥粒全体量中７１〜８３質量％かつ、平均粒子径が８０〜１７０ｎｍの砥粒を前記砥粒全体量中１７〜２９質量％含有し、前記平均粒子径が１０〜４５ｎｍの砥粒と前記平均粒子径が８０〜１７０ｎｍの砥粒の合計量が前記砥粒全体量中の９０％質量以上占めることを特徴とする研磨用組成物。【特許請求の範囲】
【請求項１】
水および砥粒を含有する研磨用組成物であって、前記砥粒は平均粒子径が１０〜４５ｎｍの砥粒を前記砥粒全体量中７１〜８３質量％かつ、平均粒子径が８０〜１７０ｎｍの砥粒を前記砥粒全体量中１７〜２９質量％含有し、前記平均粒子径が１０〜４５ｎｍの砥粒と前記平均粒子径が８０〜１７０ｎｍの砥粒の合計量が前記砥粒全体量中の９０質量％以上占めることを特徴とする研磨用組成物。
【請求項２】
前記平均粒子径が１０〜４５ｎｍの砥粒中、最も個数が多い砥粒の粒子径Ａに対する、前記平均粒子径が８０〜１７０ｎｍの砥粒中、最も個数が多い砥粒の粒子径Ｂの比Ｂ／Ａが２．５以上である、請求項１に記載の研磨用組成物。
【請求項３】
ｐＨが５．０〜１０．０であることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨用組成物。
【請求項４】
前記砥粒がシリカであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
【請求項５】
金属又は半金属の酸化物又はこれらの複合材料を１種以上含む研磨対象物の表面を研磨することに使用されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
【請求項６】
前記研磨対象物が、第３、４および１３族から選ばれる１種又は２種以上の金属又は半金属の酸化物又はこれらの複合材料を１種以上含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の研磨用組成物を用いて研磨対象物を研磨する研磨方法。
【請求項８】
請求項７に記載の研磨方法を用いる金属又は半金属の酸化物またはこれらの複合材料１種以上を含む部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属又は半金属の酸化物又はこれらの複合材料を含む研磨対象物の研磨に使用される研磨用組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属又は半金属の酸化物又はこれらの複合材料を含むセラミック製品は、各種電子デバイス、機能性セラミックス、硬質材料などとして広く用いられている。
従来、このような硬脆材料からなるセラミック製品の表面を研磨し、鏡面仕上げや平滑化を行うには、特許文献１及び２に開示されるようにダイヤモンド砥粒を含有する研磨用組成物を使用することが使用されている。しかしながら、ダイヤモンド砥粒を含有する研磨用組成物は高価である上、スクラッチが生じやすく高品位な鏡面が得られにくいという問題があった。
また、特許文献３及び４では、コロイダルシリカを砥粒として使用した研磨用組成物を使用することが提案されている。しかしながら、コロイダルシリカを砥粒として使用した研磨用組成物では、十分な研磨速度が得られなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１７９８４８号公報
【特許文献２】特開２００８−２９０１８３号公報
【特許文献３】特開２００８−４４０７８号公報
【特許文献４】特表２００３−５２９６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、精度の高い平滑面や鏡面仕上げによる高い質感が要求される電子デバイスなどに使用される酸化物結晶等を含むセラミックの研磨において、スクラッチ等の欠陥の発生を抑制して高い研磨速度を実現できる研磨用組成物を安価に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態の研磨用組成物は、水および砥粒を含有する研磨用組成物であって、砥粒は、平均粒子径が１０ｎｍ〜４５ｎｍの砥粒を砥粒全体中７１〜８３質量％かつ、平均粒子径が８０〜１７０ｎｍの砥粒を砥粒全体量中１７〜２９質量％含有し、前記平均粒子径が１０ｎｍ〜４５ｎｍの砥粒と前記平均粒子径が８０〜１７０ｎｍの砥粒の合計量が砥粒全体量中の９０質量％以上占めてもよい。【０００６】
本発明の他の実施形態の研磨用組成物は、前記平均粒子径が１０〜４５ｎｍの砥粒中、最も個数が多い砥粒の粒子径Ａに対する、前記平均粒子径が８０〜１７０ｎｍの砥粒中、最も個数が多い砥粒の粒子径Ｂの比Ｂ／Ａが２．５以上であってもよい。
本発明の他の実施形態の研磨用組成物は、前記砥粒がシリカであってもよい。
本発明の他の実施形態の研磨用組成物は、ｐＨが５．０〜１０．０であってもよい。【０００７】
本発明の他の実施形態の研磨用組成物は、金属又は半金属の酸化物又はこれらの複合材料を１種以上含む研磨対象物の表面を研磨することに使用されてもよい。
本発明の他の実施形態の研磨用組成物は、第３、４および１３族から選ばれる１種又は２種以上の金属又は半金属の酸化物又はこれらの複合材料を１種以上含む研磨対象物の表面を研磨することに使用されてもよい。【０００８】
本発明の一実施形態は、上記実施形態の研磨用組成物を用いて研磨対象物の表面を研磨する研磨方法である。
本発明の一実施形態は、上記実施形態の研磨用組成物を用いて、金属又は半金属の酸化物またはこれらの複合材料を含む研磨対象物の表面を研磨する研磨方法である。
本発明の他の実施形態は、上記実施形態の研磨方法を用いる金属又は半金属の酸化物またはこれらの複合材料１種以上を含む部品の製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の研磨用組成物によれば、被研磨物を研磨するにあたり高い研磨速度を実現することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態を説明する。
本発明の一実施形態において、研磨対象物は特に限定されず、金属、合金、セラミックス（酸化物、炭化物、窒化物など）の他、これらを複数含むものであってもよい。研磨対象物は、例えば、金属又は半金属の酸化物またはこれらの複合材料であってもよい。特に、周期律表の第３、４および１３族から選ばれる１種以上の金属又は半金属の酸化物またはこれらの複合材料であってもよく、更に第４族がであってもよい。金属酸化物は、金属若しくは半金属の酸化物又はこれらの複合酸化物であり、例えば、周期律表の第３、４、１３族の元素から選ばれる１種以上の金属若しくは半金属の酸化物又はこれらの複合酸化物が挙げられる。具体的には、酸化ケイ素（シリカ）、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化チタン（チタニア）、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、酸化ガリウム、酸化イットリウム（イットリア）、酸化ゲルマニウムの他、これらの複合酸化物があげられる。これらの金属酸化物の中では、特に酸化ケイ素、酸化アルミニウム（コランダムなど）、酸化ジルコニウム、酸化イットリウムが好適である。
【００１１】
なお、研磨対象物が含有する金属酸化物は、複数の金属又は半金属の酸化物の混合物であってもよいし、複数の複合酸化物の混合物であってもよいし、金属又は半金属の酸化物と複合酸化物との混合物であってもよい。また、研磨対象物が含有する金属酸化物は、金属若しくは半金属の酸化物又は複合酸化物と、それ以外の種類の材料（例えば金属、炭素、セラミック）との複合材料であってもよい。
さらに、研磨対象物が含有する金属酸化物は、単結晶、多結晶、焼結体（セラミック）等の形態であってもよい。金属酸化物がこのような形態である場合は、研磨対象物を、その全体が金属酸化物からなるものとすることができる。あるいは、研磨対象物が含有する金属酸化物は、純金属や合金を陽極酸化皮膜処理することによって形成される陽極酸化皮膜の形態であってもよい。すなわち、研磨対象物が含有する金属酸化物は、純金属や合金の陽極酸化皮膜のように、金属の表面に形成された、その金属自体が酸化した酸化物であってもよい。
【００１２】
金属酸化物がこのような形態である場合は、研磨対象物を、その一部分が金属酸化物からなり、その他の部分が他の材質からなるものとすることができる。金属酸化物が陽極酸化皮膜である場合は、研磨対象物は、その表面を含む一部分が金属酸化物からなり、その他の部分が純金属又は合金からなるものである。
陽極酸化皮膜の例としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、又は酸化ジルコニウムで構成される皮膜があげられる。
また、金属酸化物とは異なる種類の材質（例えば金属、炭素、セラミック）の基材の表面に、溶射（例えばプラズマ溶射、フレーム溶射）、化学的蒸着（ＣＶＤ）等の皮膜処理によって皮膜を形成することにより、研磨対象物を構成してもよい。
溶射で形成される皮膜の例としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、又は酸化イットリウムで構成される金属酸化物皮膜があげられる。
化学的蒸着で形成される皮膜の例としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、又は窒化ケイ素で構成されるセラミック皮膜があげられる。
【００１３】
（砥粒）
本発明の一実施態様の研磨用組成物中の砥粒は、平均粒子径が１０〜４５ｎｍの範囲内の砥粒かつ、平均粒子径が８０〜１７０ｎｍの範囲内の砥粒を含む。本明細書においては、便宜上、平均粒子径１０〜４５ｎｍの範囲内の砥粒を小粒径砥粒とよび、平均粒子径８０〜１７０ｎｍの範囲内の砥粒を大粒径砥粒とよぶ。砥粒の粒子径、粒度分布、長径および短径は、砥粒の走査型電子顕微鏡画像から、画像解析ソフトウエア等を使用して測定される。砥粒の粒子径は、走査型電子顕微鏡画像における当該粒子の面積を計測し、それと同じ面積の円の直径として求めることができる。砥粒の平均粒子径は、走査型電子顕微鏡の視野範囲内にある複数の粒子の粒子径の平均値である。砥粒の粒度分布は走査型顕微鏡の視野範囲内にある複数の粒子の粒子径から体積に換算し、その割合を計算した。各粒子の長径と短径の値は、それぞれ、当該粒子の走査型電子顕微鏡画像における最小外接矩形の長辺および短辺の長さとして求めることができる。砥粒のアスペクト比は各粒子の長径の値を短径の値で除した値であり、走査型電子顕微鏡の視野範囲内における複数の粒子のアスペクト比の平均値である。
【００１４】
研磨用組成物に含有される砥粒全体に占める小粒径砥粒と大粒径砥粒の合計量の割合は９０質量％以上であることが好ましく、さらに好ましくは９５質量％以上である。
研磨用組成物に含有される砥粒全体に占める小粒径砥粒の割合は７５質量％以上であることが好ましく、さらに好ましくは７８質量％以上である。また、研磨用組成物に含有される砥粒全体に占める小粒径砥粒の割合は、８３質量％以下であることが好ましい。小粒径砥粒の割合が上記の範囲内にある場合、被研磨物表面に接触する砥粒の作用点が増加することで、砥粒総量を増やすことなく、より高い研磨速度を得ることが出来る。
【００１５】
研磨用組成物に含有される砥粒全体に占める大粒径砥粒の割合は１７質量％以上であることが好ましい。また、研磨用組成物に含有される砥粒全体に占める大粒径砥粒の割合は、２９質量％以下であることが好ましく、更に好ましくは２３％質量以下であることが好ましい。大粒径砥粒の割合が上記の範囲内にある場合、被研磨物表面にかかる局所圧力が増加することで、研磨荷重を増やすことなく、より高い研磨速度を得ることが出来る。
【００１６】
小粒径砥粒中、最も個数が多い砥粒の粒子径Ａに対する、大粒径砥粒中、最も個数が多い砥粒の粒子径Ｂの比Ｂ／Ａが２．５以上であることが好ましく、更に好ましくは３．０以上であることが好ましく、更に好ましくは３．５以上であることが好ましい。Ａに対するＢの比が上記の範囲内にある場合、被研磨対象物表面にかかる局所圧力が増加することで、研磨荷重を増やすことなく、より高い研磨速度を得ることが出来る。
【００１７】
各平均粒子径範囲の砥粒における最も個数の多い粒子径を求めるためには、例えば、動的光散乱法による粒度分布測定装置によって測定される粒子の粒度分布によって、最も分布数の多い粒子径を特定することなどによって行うことができる。
研磨用組成物中の砥粒の含有量の上限は特に限定されないが、５０質量％以下であることが好ましく、さらに好ましくは４５質量％以下である。砥粒の含有量が少ないほど研磨用組成物の分散安定性が向上するため、研磨用組成物の取り扱いが容易になる。尚、本発明によれば、少ない砥粒含有量において高い研磨速度を実現できる。そのため、研磨工程を安価に実施することが可能となる。
【００１８】
砥粒の種類は一般に研磨用組成物に使用される砥粒であれば特に限定されることはなく、砥粒の粒径およびその含有量が本発明で特定する条件を満たすものであればよい。例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、ジルコンサンド、セリア、チタニア、炭化ケイ素、ホウ化チタン、ダイヤモンド等であってもよい。
このうち、例えば、コロイダルシリカ、フュームドシリカ、ゾルゲル法シリカ、フュームドアルミナ、コロイダルアルミナ、アルミナゾル、フュームドジルコニア、アルミナゾル、フュームドジルコニア、コロイダルジルコニア、ジルコニアゾルが好ましい。これらの砥粒は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。また、これらの中でも、研磨対象物の表面をより効率的に平滑化できるという観点から、フュームドシリカ、コロイダルシリカを使用してもよい。
【００１９】
（ｐＨおよびｐＨ調整剤）
研磨用組成物のｐＨは５．０以上であることが好ましく、より好ましくは６．０以上、更に好ましくは６．５以上である。また、研磨用組成物のｐＨは１０．０以下であることが好ましく、より好ましくは９．５以下であることが好ましく、更に好ましくは９．０以下である。ｐＨが上記の範囲内にある場合、研磨速度が向上する。加えて、研磨用組成物を安全に取り扱うことができる。ｐＨが上記範囲内にある場合、研磨レートが高くなる傾向にある。上記のｐＨで研磨レートが高くなる理由については、研磨対象物であるセラミックのゼータ電位が関係していると推察される。
【００２０】
本発明の研磨用組成物のｐＨの調整は、ｐＨ調整剤によって行ってもよい。ｐＨ調整剤は、研磨用組成物のｐＨを調整し、これにより、セラミック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調整剤は、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、塩酸、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。
【００２１】
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、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、さらに強酸と強塩基との組み合わせとした場合には、少量で、ｐＨだけでなく電導度の調整が可能である。
【００２２】
ｐＨ調整剤の添加量は、特に制限されず、研磨用組成物が所望のｐＨとなるように適宜調整すればよい。
本発明の別の態様は、研磨用組成物を用いて金属又は半金属の酸化物を研磨する研磨方法である。また、他の実施形態は、上記実施形態の研磨方法を用いて金属又は半金属の酸化物をまたはこれらの複合材料１種以上を含む部品の製造方法である。
【００２３】
本発明の実施形態の研磨組成物を使用して、金属又は半金属の酸化物結晶等からなる被研磨物を高い研磨速度で研磨することができる。理論に拘束される趣旨ではないが、この研磨機能のメカニズムは、次のように考えることができる。即ち、８０〜１７０ｎｍ以下の粒子径を有するシリカと１０〜４５ｎｍの粒子径を有するシリカとが適切な粒度分布を有し、かつ研磨用組成物中に適切な含有量で含有されると、両者がその機械的研磨作用を相乗的に増強し、顕著に優れた研磨速度をもたらすと考えられる。この場合、研磨用組成物に含有されるシリカ全体の内の主たるシリカは、機械的研磨作用の大きい８０〜１７０ｎｍの粒子径を有する大粒子径シリカであることが好ましい。一方、砥粒表面と酸化物結晶からなる被研磨物との間の固相反応も研磨速度の向上に寄与していると考えられる。そのため、十分な表面積を持つシリカを研磨用組成物に含有させることにより、研磨性能の持続力が向上し研磨性能を維持できると考えられる。本発明は、研磨用組成物に８０〜１７０ｎｍの粒子径を有する大粒子径シリカと１０〜４５ｎｍの粒子径を有する小粒子径シリカとを適量含有させることにより、顕著に優れた研磨速度をもたらすものである。
【００２４】
（水）
本発明の研磨用組成物は、各成分を分散または溶解するための分散剤または溶媒としての水を含む。他の成分の作用を阻害することを抑制するという観点から、不純物をできる限り含有しない水が好ましく、具体的には、イオン交換樹脂にて不純物イオンを除去した後、フィルタを通して異物を除去した純水や超純水、または蒸留水が好ましい。
【００２５】
（他の成分）
本実施形態の研磨用組成物には、その性能を向上させるために、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作用を有する添加剤を必要に応じて含有してもよい。また、研磨対象物の表面や砥粒の表面に作用する水溶性重合体（共重合体やその塩、誘導体でもよい）を含有してもよい。さらに、研磨用組成物は、砥粒の分散性を向上させる分散剤や凝集体の再分散を容易にする分散助剤のような添加剤を必要に応じてさらに含有してもよい。
【００２６】
また、研磨用組成物は、防腐剤、防黴剤、防錆剤のような公知の添加剤を必要に応じてさらに含有してもよい。
これらの添加剤は、研磨用組成物において通常添加できるものとして、多くの特許文献等において公知であり、その種類及び添加量は特に限定されるものではない。ただし、これらの添加剤を添加する場合の添加量は、研磨用組成物に対して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。これらの添加剤は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００２７】
錯化剤の例としては、無機酸、有機酸、アミノ酸、ニトリル化合物およびキレート剤などが挙げられる。無機酸の具体例としては、硫酸、硝酸、ホウ酸、炭酸などが挙げられる。有機酸の具体例としては、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、乳酸などが挙げられる。メタンスルホン酸、エタンスルホン酸およびイセチオン酸などの有機硫酸も使用可能である。無機酸または有機酸の代わりにあるいは無機酸または有機酸と組み合わせて、無機酸または有機酸のアルカリ金属塩などの塩を用いてもよい。中でもグリシン、アラニン、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、グリコール酸、イセチオン酸またはそれらの塩が好ましい。
【００２８】
キレート剤の例としては、グルコン酸等のカルボン酸系キレート剤、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリメチルテトラアミンなどのアミン系キレート剤、エチレンジアミン四酢酸、ニトリロ三酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸などのポリアミノポリカルボン系キレート剤、２−アミノエチルホスホン酸、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、エチレンジアミンテトラキス（メチレンホスホン酸）、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）、エタン−１，１−ジホスホン酸、エタン−１，１，２−トリホスホン酸、メタンヒドロキシホスホン酸、１−ホスホノブタン−２，３，４−トリカルボン酸などの有機ホスホン酸系キレート剤、フェノール誘導体、１，３−ジケトン等が挙げられる。
【００２９】
エッチング剤の例としては、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、フッ酸などの無機酸、酢酸、クエン酸、酒石酸やメタンスルホン酸などの有機酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどの無機アルカリ、アンモニア、アミン、第四級アンモニウム水酸化物などの有機アルカリ等が挙げられる。
酸化剤の例としては、過酸化水素、過酢酸、過炭酸塩、過酸化尿素、過塩素酸塩、過硫酸塩、硝酸、過マンガン酸カリウム等が挙げられる。
【００３０】
水溶性重合体、共重合体やその塩、誘導体の例としては、ポリアクリル酸塩などのポリカルボン酸、ポリホスホン酸、ポリスチレンスルホン酸などのポリスルホン酸、キタンサンガム、アルギン酸ナトリウムなどの多糖類、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ソルビタンモノオレエート、単一種または複数種のオキシアルキレン単位を有するオキシアルキレン系重合体等が挙げられる。
【００３１】
分散助剤の例としては、ピロリン酸塩やヘキサメタリン酸塩などの縮合リン酸塩等が挙げられる。防腐剤の例としては、次亜塩素酸ナトリウム等が挙げられる。防黴剤の例としてはオキサゾリジン−２，５−ジオンなどのオキサゾリン等が挙げられる。
防食剤の例としては、界面活性剤、アルコール類、高分子、樹脂、アミン類、ピリジン類、テトラフェニルホスホニウム塩、ベンゾトリアゾール類、トリアゾール類、テトラゾール類、安息香酸等が挙げられる。
【００３２】
界面活性剤としては、ノニオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤が挙げられる。ノニオン性界面活性剤としては、エーテル型、エーテルエステル型、エステル型、含窒素型が挙げられ、アニオン性界面活性剤としては、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩が挙げられる。また、カチオン性界面活性剤としては、脂肪族アミン塩、脂肪族四級アンモニウム塩、塩化ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩が挙げられ、両性界面活性剤としては、カルボキシベタイン型、アミノカルボン酸塩、イミダゾリニウムベタイン、レシチン、アルキルアミンオキサイドが挙げられる。
【００３３】
（研磨用組成物の製造方法）
本実施形態の研磨用組成物の製造方法は特に限定されるものではなく、所定の含有量、平均粒径、粒度分布およびアスペクト比を有する大粒径シリカと小粒径シリカを含むシリカ（砥粒）と、所望による各種添加剤とを、水等の液体溶媒中で撹拌、混合することによって製造することができる。例えば、大粒径シリカと小粒径シリカを含むシリカと、ｐＨ調整剤等の各種添加剤とを、水中で撹拌、混合することによって製造することができる。混合時の温度は特に限定されるものではないが、１０℃以上４０℃以下が好ましく、溶解速度を向上させるために加熱してもよい、また、混合時間も特に限定されない。
【００３４】
研磨用組成物は一剤型であってもよいし、二剤型以上の多剤型であってもよい。また、研磨剤の供給経路を複数有する研磨装置を用いる場合、二つ以上の組成物を予め調製しておき、研磨装置内でそれらの組成物が混合されて研磨用組成物を形成するようにしてもよい。
研磨用組成物は、研磨用組成物の原液を水で希釈することにより調製されてもよい。研磨用組成物が二剤型である場合には、両方の組成物の混合と希釈の順序は任意である。例えば、一方の組成物を水で希釈した後、他方の組成物と混合してもよいし、両方の組成物の混合と水での希釈を同時に行ってもよいし、あるいは、両方の組成物を混合した後に水で希釈してもよい。
【００３５】
（研磨装置及び研磨方法）
前記研磨用組成物は、酸化物結晶からなる被研磨物の研磨で通常に用いられる装置および条件で使用することができる。研磨装置として、片面研磨装置や両面研磨装置が一般的に使用されている。片面研磨装置は、キャリアと呼ばれる保持具を用いて被研磨物を保持し、研磨用組成物を供給しながら、研磨パッドを貼付した定盤を被研磨物の片面に押しつけ、定盤を回転させることにより被研磨物の片面を研磨する。両面研磨装置は、キャリアを用いて被研磨物を保持し、上方より研磨用組成物を供給しながら、研磨パッドが貼付された定盤を被研磨物の両面に押しつけ、それらを相反する方向に回転させることにより被研磨物の両面を研磨する。このとき、研磨パッド及び研磨用組成物と被研磨物との間の摩擦による物理的作用と、研磨用組成物が被研磨物にもたらす化学的作用によって被研磨物は研磨される。
【００３６】
研磨条件には研磨荷重が含まれる。一般に研磨荷重が大きいほど砥粒と被研磨物との間の摩擦力が高くなる。その結果、機械的加工特性が向上し、研磨速度が上昇する。被研磨物に適用される研磨荷重は特に限定されないが、５０〜１，０００ｇ／ｃｍ２であることが好ましく、より好ましくは１００〜８００ｇ／ｃｍ２、さらに好ましくは１５０〜６００ｇ／ｃｍ２である。研磨荷重が上記の範囲内にある場合、十分に高い研磨速度が発揮されることに加え、被研磨物の破損や表面欠陥の発生を低減することができる。
【００３７】
また、研磨条件には線速度が含まれる。一般に研磨パッドの回転数、キャリアの回転数、被研磨物の大きさ、被研磨物の数等が線速度に影響する。線速度が大きい場合は、被研磨物に砥粒が接触する頻度が高いため、被研磨物と砥粒との間に働く摩擦力が大きくなり、被研磨物に対する機械的研磨作用が大きくなる。また、摩擦によって発生する熱が、研磨用組成物による化学的研磨作用を高めることがある。線速度は特に限定されないが、１０〜３００ｍ／分であることが好ましく、より好ましくは、３０〜２００ｍ／分である。線速度が上記の範囲内にある場合、十分に高い研磨速度が達成されることに加え、被研磨物に対し適度な摩擦力を付与することができる。一方で、研磨パッドと被研磨物との間に直接発生する摩擦は、研磨に寄与しないため、極力小さいことが好ましい。
【００３８】
研磨パッドは、材質、厚み、あるいは硬度などの物性によって限定されるものではない。例えば、種々の硬度や厚みを有するポリウレタンタイプ、不織布タイプ、スウェードタイプ、砥粒を含むもの、砥粒を含まないものなど、任意の研磨パッドを用いることができる。
上記した研磨用組成物は、一度研磨に使用された後、回収され再度研磨に使用されることができる。研磨用組成物を再使用する方法の一例として、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内へ循環させて使用する方法が挙げられる。研磨用組成物を循環使用することで、廃液となる研磨用組成物の排出量を削減し、研磨用組成物の使用量を減らすことができる。このことは、環境負荷を軽減できる点と、被研磨物の製造コストを抑制できる点で有用である。
【００３９】
研磨用組成物を循環使用すると、研磨用組成物中のシリカなどの成分が研磨により消費され、損失する。このため、シリカなどの成分の減少分を循環使用中の研磨用組成物に補充してもよい。補充する成分は個別に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として研磨用組成物に添加してもよい。この場合、研磨用組成物が再利用されるのに好適な状態に調整され、研磨性能が好適に維持される。
研磨条件には、研磨用組成物の供給速度が含まれる。研磨用組成物の供給速度は、被研磨物の種類や、研磨装置の種類、他の研磨条件に依存するが、研磨用組成物が被研磨物および研磨パッドの全体に均一に供給されるのに十分な速度であることが好ましい。
【実施例】
【００４０】
次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。
表１に示される粒径、含有量からなるシリカ、液状媒体である水、および添加剤であるｐＨ調整剤を混合して、砥粒を水に分散させ、実施例、比較例の研磨用組成物を製造した。ｐＨ調整剤として硝酸及び水酸化カリウムを用い、表１に記載のｐＨに調整した。
発明例、及び比較例の研磨用組成物を用いて、下記の研磨条件で、白色ジルコニアセラミック製の矩形板状部材（寸法は縦６０ｍｍ、横８０ｍｍ）の研磨を行った。そして、研磨前の矩形板状部材の質量と、研磨後の矩形板状部材の質量とを測定し、研磨前後の質量差から研磨速度を算出した。結果を表１に示す。【００４１】
（研磨条件）
研磨装置：片面研磨装置（定盤の直径：３８０ｍｍ）
研磨布：ポリウレタン製研磨布
研磨荷重：２２５ｇｆ／ｃｍ２
定盤の回転速度：９０ｍｉｎ−１
研磨速度（線速度）：７１．５ｍ／分
研磨時間：１５分
研磨用組成物の供給速度：２６ｍＬ／分【００４２】
各研磨用組成物中に含まれるシリカの含有量、およびその中の平均粒径１０〜４５ｎｍ、４６〜７０ｎｍ、８０〜１７０ｎｍのシリカの割合は表１に示すとおりである。また、比較例においては、平均粒径４６〜７９ｎｍのシリカの含有量も示した。実施例１〜８、比較例２、５及び７において、平均粒径１０〜４５ｎｍのシリカ中も最も個数の多いものの粒径はいずれも３３nmであり、平均粒径８０〜１７０ｎｍのシリカ中も最も個数の多いものの粒径はいずれも１３０nmである。ただし、比較例３においては、平均粒径１０〜４５ｎｍのシリカ中も最も個数の多いものの粒径はいずれも２７nmであり、平均粒径８０〜１７０ｎｍのシリカ中も最も個数の多いものの粒径は１３０nmである。シリカの平均粒子径は、画像解析ソフトウエアを使用して測定した。測定は、走査型電子顕微鏡の画像から選択した合計１０００個以上のシリカについて実施した。表1では、平均粒子径が大粒子径または少粒子径の範囲内にある場合について、それぞれその含有量を示した。Ｂ／Ａの値は、各平均粒子径範囲の砥粒中の最も個数の多い粒子径を、動的光散乱法による粒度分布測定装置によって測定される粒子の粒度分布によって特定することによって算出した。また、各研磨用組成物の研磨速度を算出するために、研磨の前後に基板の重量を測定した。研磨前後の基板重量の差から算出された研磨速度を表１の「研磨速度」の欄に示す。【００４３】
【表１】
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【００４４】
表１に示すように、実施例の研磨用組成物を用いてジルコニアを研磨した場合には、比較例に比較して高い研磨速度が得られた。
なお、比較例１では小粒径シリカが含まれず、比較例２では小粒径シリカの含有量が４０質量％未満であり大粒径シリカの含有量が２９質量％を超え、比較例３では小粒径シリカの含有量が８３％を超え大粒径シリカの含有量が１７質量％未満であり、比較例４では大粒径シリカが含まれず、比較例５では大粒径シリカの含有量が２９質量％を超え、比較例６では小粒径シリカが含まれず大粒径シリカの含有量が２９質量％を超え、比較例７では小粒径シリカの含有量が４０％未満であり大粒径シリカ２９質量％を超えている。
【国際調査報告】
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