(57)【要約】  合金材料に対する高い研磨速度を十分に維持しつつ、合金材料表面の平滑性を向上させ高光沢な表面を得ることができる研磨用組成物を提供する。本発明は、合金材料を研磨する用途で使用される研磨用組成物であって、一次粒子の平均アスペクト比が１．１０以上であるシリカ粒子と、ｐＨ調整剤と、を含む、研磨用組成物である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金材料を研磨する用途で使用される研磨用組成物であって、
一次粒子の平均アスペクト比が１．１０以上であるシリカ粒子と、
ｐＨ調整剤と
を含む、研磨用組成物。
【請求項２】
前記シリカ粒子は、前記一次粒子が平均で２．５個以上凝集している粒子を含む、請求項１に記載の研磨用組成物。
【請求項３】
前記シリカ粒子の平均一次粒子径が３０ｎｍ以上である、請求項１または２に記載の研磨用組成物。
【請求項４】
前記合金材料の主成分が、アルミニウム、チタン、鉄、ニッケル、および銅からなる群より選択されるいずれか１種である、請求項１〜３のいずれか１に記載の研磨用組成物。
【請求項５】
前記合金材料の主成分がアルミニウムであり、かつケイ素、マグネシウム、鉄、銅、および亜鉛からなる群より選択される少なくとも１種の金属元素を、合金材料全体に対して０．５〜１０重量％の含有量で含む、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】
合金材料を請求項１〜５のいずれか１項に記載の研磨用組成物を用いて研磨する、研磨方法。
【請求項７】
請求項６に記載の研磨方法で研磨する工程を含む、合金材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨用組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
合金とは、１種の金属元素に対して、１種以上の金属元素や、炭素、窒素、ケイ素などの非金属元素を共有させた共有体であり、純金属に対し機械的強度や耐薬品性、耐食性、耐熱性等の性質を向上させることを目的として製造される。それらの中でもアルミニウム合金は、軽量かつ優れた強度を有することから、建材や容器等の構造材料、自動車、船舶、航空機などの輸送機器の他、各種電化製品や、電子部品等様々な用途に用いられている。また、チタン合金は、軽量なうえに耐食性に優れていることから、精密機器、装飾品、工具、スポーツ用品、医療部品等に広く用いられている。また、鉄系合金であるステンレスやニッケル合金は、優れた耐食性を有することから、構造材料や輸送機器の他、工具、機械器具、調理器具など様々な用途で使用されている。また、銅合金は、電気伝導性、熱伝導性、耐食性に優れているほか、加工性に優れておりまた仕上げの美しさから、装飾品、食器、楽器や電気材料の部品等に広く用いられている。【０００３】
これらの合金を用いる場合、その表面を光沢面に仕上げる場合がある。光沢面への仕上げは、その表面を塗装するなど、コーティングを施すことにより鏡面処理を行う場合もあるが、研磨によりその表面を鏡面に仕上げることができれば、塗装面よりも優れた光沢面を供することができ、かつコーティングの材料や作業を必要としない。また、研磨による鏡面は、塗装による光沢面に比べ、耐久性が高いので光沢面が長期に亘り持続されるという利点も有する。【０００４】
そのため、従来、合金材料に対して、研磨用組成物を用いた研磨による鏡面化や平滑化が行われてきた。例えば、特表２００８−５４４８６８号公報（米国特許出願公開第２００７／０１００９８号明細書）では、（ａ）シリカ、セリア、およびジルコニアからなる群より選択される研磨材、（ｂ）アルミニウムを酸化させる試薬、および（ｃ）液体キャリアを含む、アルミニウム合金の研磨用途に使用される研磨用組成物が開示されている。
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献に記載の研磨用組成物では、合金材料に対する高い研磨速度の維持、および研磨後の合金材料表面の平滑性が不十分であり、高光沢な表面が得られないという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、合金材料に対する高い研磨速度を十分に維持しつつ、合金材料表面の平滑性を向上させ高光沢な表面を得ることができる研磨用組成物を提供することを目的とする。
【０００７】
上記課題を解決すべく、本発明者らは鋭意研究を積み重ねた。その結果、一次粒子の平均アスペクト比が１．１０以上であるシリカ粒子と、ｐＨ調整剤とを含む研磨用組成物を使用することで、上記課題が解決されうることを見出した。そして、上記知見に基づいて、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、合金材料を研磨する用途で使用される研磨用組成物であって、一次粒子の平均アスペクト比が１．１０以上であるシリカ粒子と、ｐＨ調整剤とを含む、研磨用組成物である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、合金材料を研磨する用途で使用される研磨用組成物であって、一次粒子の平均アスペクト比が１．１０以上であるシリカ粒子と、ｐＨ調整剤と、を含む、研磨用組成物である。
【００１０】
合金材料は、主成分に対し硬度の異なる金属元素が固溶しているため、それら元素の含有している部分と含有していない部分とでは、研磨した場合の研磨速度に差異が見られる。そのため、研磨後の合金材料表面には、研磨速度の差異に起因する突起または凹みや、硬度の高い元素を含有する部分の研磨により生じる傷等の各種欠陥が生ずるため、これら合金材料の研磨による表面の高光沢化（鏡面化）は困難であった。
【００１１】
これに対し、本発明の研磨用組成物は、一次粒子の平均アスペクト比が１．１０以上であるシリカ粒子と、ｐＨ調整剤と、を含む。このような構成とすることにより、合金材料に対する高い研磨速度を十分に維持しつつ、合金材料表面の平滑性を向上させ高光沢な表面を得ることができる。
【００１２】
従来、アスペクト比の高い粒子を用いて研磨を行うと、アスペクト比の低い粒子と比較して、粒子が滑らかに研磨対象物表面に接触し難いため、表面粗さは悪化するという見解が一般的であった。本発明の研磨用組成物は、この従来の見解と相反する効果が期待されるものである。つまりアスペクト比が高いシリカ粒子を用いることにより、合金材料に対する摩擦力や機械的力が高くなるため、結果として表面の素材や硬度、あるいは状態が均一ではない合金材料を、均一に研磨することが容易になるため、表面粗さは低減すると考えられる。
【００１３】
なお、上記メカニズムは推測によるものであり、本発明は上記メカニズムに何ら限定されるものではない。
【００１４】
［合金材料］
本発明に係る研磨用組成物は、合金材料を研磨する用途に用いられる。合金材料は、主成分となる金属種と、主成分とは異なる金属種と、を含有する。
【００１５】
合金材料は、主成分となる金属種に基づいて名称が付される。合金材料としては、例えば、アルミニウム合金、チタン合金、ステンレス鋼（鉄を主成分とする）、ニッケル合金、および銅合金等が挙げられる。
【００１６】
アルミニウム合金は、アルミニウムを主成分とし、主成分と異なる金属種として、例えば、ケイ素、鉄、銅、マンガン、マグネシウム、亜鉛、およびクロムからなる群より選択される少なくとも１種が含有される。アルミニウム合金中における主成分とは異なる金属種の含有量は、合金材料全体に対して例えば０．１〜１０質量％である。アルミニウム合金としては、例えば、ＪＩＳ  Ｈ４０００：２００６に記載される合金番号において、１０８５、１０８０、１０７０、１０５０、１０５０Ａ、１０６０、１１００、１２００、１Ｎ００、１Ｎ３０、２０１４、２０１４Ａ、２０１７、２０１７Ａ、２２１９、２０２４、３００３、３１０３、３２０３、３００４、３１０４、３００５、３１０５、５００５、５０２１、５０４２、５０５２、５６５２、５１５４、５２５４、５４５４、５７５４、５０８２、５１８２、５０８３、５０８６、５Ｎ０１、６１０１、６０６１、６０８２、７０１０、７０７５、７４７５、７１７８、７Ｎ０１、８０２１、８０７９；ＪＩＳ  Ｈ４０４０：２００６に記載される合金番号において、１０７０、１０６０、１０５０、１０５０Ａ、１１００、１２００、２０１１、２０１４、２０１４Ａ、２０１７、２０１７Ａ、２１１７、２０２４、２０３０、２２１９、３００３、３１０３、５Ｎ０２、５０５０、５０５２、５４５４、５７５４、５１５４、５０８６、５０５６、５０８３、６１０１、６Ｎ０１、６００５Ａ、６０６０、６０６１、６２６２、６０６３、６０８２、６１８１、７０２０、７Ｎ０１、７００３、７０５０、７０７５、７０４９Ａ；ＪＩＳ  Ｈ４１００：２００６に記載される合金番号において、１０７０  Ａ１０７０Ｓ、１０６０Ａ１０６０Ｓ、１０５０  Ａ１０５０Ｓ、１１００  Ａ１１００Ｓ、１２００  Ａ１２００Ｓ、２０１４  Ａ２０１４Ｓ、２０１４  Ａ２０１４ＡＳ、２０１７  Ａ２０１７Ｓ、２０１７  Ａ２０１７ＡＳ、２０２４  Ａ２０２４Ｓ、３００３  Ａ３００３Ｓ、３２０３  Ａ３２０３Ｓ、５０５２  Ａ５０５２Ｓ、５４５４  Ａ５４５４Ｓ、５０８３  Ａ５０８３Ｓ、５０８６  Ａ５０８６Ｓ、６１０１  Ａ６１０１Ｓ、６Ｎ０１  Ａ６Ｎ０１Ｓ、６００５Ａ  Ａ６００５ＡＳ、６０６０  Ａ６０６０Ｓ、６０６１  Ａ６０６１Ｓ、６０６３  Ａ６０６３Ｓ、６０８２  Ａ６０８２Ｓ、７Ｎ０１  Ａ７Ｎ０１Ｓ、７００３  Ａ７００３Ｓ、７００５  Ａ７００５Ｓ、７０２０  Ａ７０２０Ｓ、７０５０  Ａ７０５０Ｓ、７０７５  Ａ７０７５Ｓ等が挙げられる。
【００１７】
チタン合金は、チタンを主成分とし、主成分とは異なる金属種として、例えば、アルミニウム、鉄、およびバナジウム等が含有される。チタン合金中における主成分とは異なる金属種の含有量は、合金材料全体に対して例えば３．５〜３０質量％である。チタン合金としては、例えば、ＪＩＳ  Ｈ４６００：２０１２に記載される種類において、１１〜２３種、５０種、６０種、６１種、および８０種のものが挙げられる。
【００１８】
ステンレス鋼は、鉄を主成分とし、主成分とは異なる金属種として、例えば、クロム、ニッケル、モリブデン、およびマンガンからなる群より選択される少なくとも１種が含有される。ステンレス鋼中における主成分とは異なる金属種の含有量は、合金材料全体に対して例えば１０〜５０質量％である。ステンレス鋼としては、例えば、ＪＩＳ  Ｇ４３０３：２００５に記載される種類の記号において、ＳＵＳ２０１、３０３、３０３Ｓｅ、３０４、３０４Ｌ、３０４ＮＩ、３０５、３０５ＪＩ、３０９Ｓ、３１０Ｓ、３１６、３１６Ｌ、３２１、３４７、３８４、ＸＭ７、３０３Ｆ、３０３Ｃ、４３０、４３０Ｆ、４３４、４１０、４１６、４２０Ｊ１、４２０Ｊ２、４２０Ｆ、４２０Ｃ、６３１Ｊ１等が挙げられる。
【００１９】
ニッケル合金は、ニッケルを主成分とし、主成分とは異なる金属種として、例えば、鉄、クロム、モリブデン、およびコバルトから選択される少なくとも１種が含有される。ニッケル合金中における主成分とは異なる金属種の含有量は、合金材料全体に対して例えば２０〜７５質量％である。ニッケル合金としては、例えば、ＪＩＳ  Ｈ４５５１：２０００に記載される合金番号において、ＮＣＦ６００，６０１、６２５、７５０、８００、８００Ｈ、８２５、ＮＷ０２７６、４４００、６００２、６０２２等が挙げられる。
【００２０】
銅合金は、銅を主成分とし、主成分とは異なる金属種として、例えば、鉄、鉛、亜鉛、および錫から選択される少なくとも１種が含有される。銅合金中における主成分とは異なる金属種の含有量は、合金材料全体に対して例えば３〜５０質量％である。銅合金としては、例えば、ＪＩＳ  Ｈ３１００：２００６に記載される合金番号において、Ｃ２１００、２２００、２３００、２４００、２６００、２６８０、２７２０、２８０１、３５６０、３５６１、３７１０、３７１３、４２５０、４４３０、４６２１、４６４０、６１４０、６１６１、６２８０、６３０１、７０６０、７１５０、１４０１、２０５１、６７１１、６７１２等が挙げられる。
【００２１】
合金材料の主成分としては、アルミニウム、チタン、鉄、ニッケル、および銅からなる群より選択されるいずれか１種であることが好ましい。より好ましい合金材料は、合金材料の主成分が、アルミニウムであり、ケイ素、マグネシウム、鉄、銅、および亜鉛からなる群より選択される少なくとも１種の金属元素を、合金材料全体に対して０．５〜１０重量％の含有量で含有する合金材料である。
【００２２】
次に、本発明の研磨用組成物の構成について、詳細に説明する。
【００２３】
［シリカ粒子］
本発明の研磨用組成物は、砥粒として、一次粒子のアスペクト比が１．１０以上であるシリカ粒子を含む。
【００２４】
シリカ粒子の種類としては特に制限されず、例えば、コロイダルシリカ、フュームドシリカ、ゾルゲル法シリカ等が挙げられる。中でも、合金表面の平滑性をより効率的に得るという観点から、フュームドシリカまたはコロイダルシリカが好ましく、比較的大きいアスペクト比を有する粒子をより容易に入手することができるという観点から、フュームドシリカがより好ましい。
【００２５】
該シリカ粒子は、単独でもまたは２種以上混合して用いてもよい。また、該シリカ粒子は、市販品を用いてもよいし合成品を用いてもよい。
【００２６】
コロイダルシリカの製造方法としては、公知の方法が挙げられる。例えば、作花済夫著  「ゾル−ゲル法の科学」（アグネ承風社刊）の第１５４〜１５６頁に記載のアルコキシシランの加水分解による方法；特開平１１−６０２３２号公報に記載の、ケイ酸メチルまたはケイ酸メチルとメタノールとの混合物を水、メタノールおよびアンモニア、またはアンモニアとアンモニウム塩とからなる混合溶媒中に滴下してケイ酸メチルと水とを反応させる方法；特開２００１−４８５２０号公報に記載の、アルキルシリケー卜を酸触媒で加水分解した後、アルカリ触媒を加えて加熱してケイ酸の重合を進行させて粒子成長させる方法；特開２００７−１５３７３２号公報に記載の、アルコキシシランの加水分解の際に特定の種類の加水分解触媒を特定の量で使用する方法等が挙げられる。また、ケイ酸ソーダをイオン交換することにより製造する方法も挙げられる。
【００２７】
フュームドシリカの製造方法としては、四塩化ケイ素を気化し、酸水素炎中で燃焼させる気相反応を用いる公知の方法が挙げられる。さらに、フュームドシリカは、公知の方法で水分散液とすることができ、水分散液とする方法としては、例えば、特開２００４−４３２９８号公報、特開２００３−１７６１２３号公報、特開２００２−３０９２３９号公報に記載の方法が挙げられる。
【００２８】
研磨用組成物中のシリカ粒子の一次粒子の平均アスペク卜比は、１．１０以上である。該平均アスペクト比が１．１０未満の場合、合金材料に対する摩擦力や機械的力が低くなり、合金材料を均一に研磨することが困難になる。該平均アスペクト比は、好ましくは１，２５以上である。なお、該平均アスペク卜比の上限値は、特に制限されない。
【００２９】
該平均アスペクト比は、走査型電子顕微鏡によるシリカ粒子の画像に外接する最小の長方形の長辺の長さを、同じ長方形の短辺の長さで除することにより得られる値の平均であり、一般的な画像解析ソフトウエアを用いて求めることができる。
【００３０】
研磨用組成物中に含まれるシリカ粒子の平均一次粒子径の下限は、３０ｎｍ以上であることが好ましい。シリカ粒子の平均一次粒子径が大きくなるにつれて、合金材料の研磨速度が向上する。
【００３１】
また、研磨用組成物中に含まれるシリカ粒子の平均一次粒子径の上限は、１５０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１００ｎｍ以下である。シリカの平均一次粒子径が小さくなるにつれて、低欠陥で粗度の小さい表面を得ることが容易となる。
【００３２】
なお、シリカ粒子の平均一次粒子径は、窒素吸着法（ＢＥＴ法）による比表面積の測定値と密度とから算出することができる。さらに具体的には、実施例に記載の方法により求めることができる。
【００３３】
該シリカ粒子は、一次粒子が平均で２．５個以上凝集している粒子（以下、単に凝集粒子とも称する）を含むことが好ましい。このような凝集粒子を含むことにより、研磨用組成物の合金材料に対する摩擦力や機械的力がより高くなり、表面の素材や硬度、あるいは状態が均一ではない合金材料を、均一に研磨することがより容易になる。なお、凝集粒子中の一次粒子の数の上限は特に制限されないが、製造容易性などの観点から好ましくは平均で１３個以下である。
【００３４】
かような凝集粒子を得る方法としては、当該シリカ粒子の製造方法にもよるが、シリカ粒子の製造中または製造後にシリカ粒子を会合させることにより得ることが可能である。
【００３５】
凝集粒子を構成する一次粒子の数は、凝集粒子の平均粒子径を、凝集粒子を構成する一次粒子の平均粒子径で除することにより、近似的に求めたものである。凝集粒子の平均粒子径は動的光散乱法により求められた体積平均粒子径である。凝集粒子を構成する一次粒子の平均粒子径は、走査透過型電子顕微鏡によるシリカ粒子の画像の面積を計測し、それと同じ面積の直径として求められる粒子の粒子径の平均値であり、一般的な画像解析ソフトウエアを用いて求めることができる。
【００３６】
研磨用組成物中の砥粒の含有量の下限値は、１重量％以上であることが好ましく、より好ましくは２重量％以上である。砥粒の含有量が多くなるにつれて、研磨用組成物による合金材料の研磨速度が向上する。
【００３７】
また、研磨用組成物中の砥粒の含有量の上限値は、４０重量％以下であることが好ましく、より好ましくは３０重量％以下である。砥粒の含有量が少なくなるにつれて、研磨用組成物の製造コストが低減するのに加えて、研磨用組成物を用いた研磨によりスクラッチの少ない表面を得ることが容易である。また、砥粒の含有量が少なくなるにつれて、合金への砥粒の残存量が低減され洗浄性が向上する。
【００３８】
［ｐＨ調整剤］
本発明の研磨用組成物は、ｐＨ調整剤を含む。ｐＨ調整剤は、研磨用組成物のｐＨを調整し、これにより、合金材料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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
本発明の研磨用組成物のｐＨの下限は、２以上であることが好ましく、８以上であることがより好ましい。研磨用組成物のｐＨが大きくなるにつれて、砥粒であるシリカ粒子の分散性が向上する。
【００４５】
また、本発明の研磨用組成物のｐＨの上限は、１２以下であることが好ましく、１１．５以下であることがより好ましい。研磨用組成物のｐＨが小さくなるにつれて、シリカ粒子の分散性や、組成物の安全性、組成物の経済性などがより向上する。
【００４６】
［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媒または溶媒として水を含むことが好ましい。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。
【００４７】
［他の成分］
本発明の研磨用組成物は、必要に応じて、合金材料の溶解を促進するエッチング剤、合金材料の表面を酸化させる酸化剤、合金材料の表面や砥粒表面に作用する水溶性重合体、共重合体やその塩、誘導体、合金材料の表面の腐食を抑制する防食剤やキレート剤、砥粒の凝集体の再分散を容易にする分散助剤、その他機能を有する防腐剤、防黴剤等の他の成分を更に含んでも良い。
【００４８】
エッチング剤の例としては、硝酸、硫酸、リン酸などの無機酸、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、過硫酸塩等が挙げられる。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、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アルキルフェニルエーテル、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。防食剤の例としては、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。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。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。
【００４９】
［研磨用組成物の製造方法］
本発明の研磨用組成物の製造方法は、特に制限されず、例えば、シリカ粒子、ｐＨ調整剤、および必要に応じて他の成分を、水中で攪拌混合することにより得ることができる。
【００５０】
各成分を混合する際の温度は特に制限されないが、１０〜４０℃が好ましく、溶解速度を上げるために加熱してもよい。また、混合時間も特に制限されない。
【００５１】
［研磨方法および合金材料の製造方法］
上述のように、本発明の研磨用組成物は、合金材料の研磨に好適に用いられる。よって、本発明は、合金材料を本発明の研磨用組成物を用いて研磨する研磨方法を提供する。また、本発明は、合金材料を前記研磨方法で研磨する工程を含む合金材料の製造方法を提供する。
【００５２】
本発明の研磨用組成物を用いて合金を研磨する際には、通常の金属研磨に用いられる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、両面研磨装置があり、片面研磨装置では、キャリアと呼ばれる保持具を用いて基板を保持し、研磨用組成物を供給しながら基板の片面に研磨布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合金材料の片面を研磨する。両面研磨装置では、キャリアと呼ばれる保持具を用いて基板を保持し、上方より研磨用組成物を供給しながら、基板の対向面に研磨布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合金材料の両面を研磨する。このとき、研磨パッドおよび研磨用組成物と、合金との摩擦による物理的作用と、研磨用組成物が合金にもたらす化学的作用とによって研磨される。
【００５３】
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高くなり、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、基板の単位面積当たりにおいて５０〜１，０００ｇ／ｃｍ2であることが好ましく、より好ましくは８０〜８００ｇ／ｃｍ2、さらに好ましくは１００〜６００ｇ／ｃｍ2である。この範囲であれば、十分な研磨速度が発揮され、荷重によるウェハの破損や、表面に傷などの欠陥が発生することを抑制することができる。
【００５４】
また、本発明による研磨方法における研磨条件として、研磨における線速度が挙げられる。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、基板の数等が線速度に影響するが、線速度が大きい場合は基板にかかる摩擦力が大きくなるため、エッジが機械的に研磨される作用が大きくなる。また、摩擦によって摩擦熱が発生し、研磨用組成物による化学的作用が大きくなることがある。本発明による研磨方法におけ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。この範囲であれば、十分な研磨速度が得られ、また、基板の摩擦による研磨パッドの破損を抑制でき、さらに基板への摩擦が十分に伝わり、所謂基板が滑る状態を防ぐことができ、十分に研磨することができる。
【００５５】
前記実施形態の研磨用組成物を用いた研磨方法で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材質の違いの他、その硬度や厚みなどの物性の違い、更に砥粒を含むもの、砥粒を含まないものがあるが、なかでも砥粒を含まないスウェードタイプのものを使用することが好ましい。また、スウェードタイプのパッドの中でも加工中の圧力による変形の少ないもの、換言すればパッドの硬度が高いものがより好ましい。具体的にはパッドの硬度が、ＴＥＣＬＯＣＫでの測定にて７５以上のものがよく、例えば、基材にポリエチレンテレフタレートや不織布を用いることにより硬度の高いスウェードタイプのパッドを得ることが出来る。ＴＥＣＬＯＣＫは、ＪＩＳ  Ｋ６２５３：１９９７にて測定法が規定されている。
【００５６】
本発明による研磨方法における研磨条件として、研磨用組成物の供給量が挙げられる。供給量は研磨する基板の種類や、研磨装置、研磨条件によっても異なるが、研磨用組成物が、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。研磨用組成物の供給量が少ない場合は、研磨用組成物が基板全体に供給されないことや、組成物が乾燥凝固し基板表面に欠陥を生じさせることがある。逆に供給量が多い場合は、経済的でないことの他、過剰な研磨用組成物、特に水等の媒体により摩擦が妨げられ研磨が阻害されることがある。
【００５７】
本発明による研磨方法においては、研磨工程前に別の研磨用組成物を用いた予備研磨工程を有することができる。合金表面に加工ダメージや輸送時の傷などを有する場合、それらの傷を一つの工程で鏡面化するには多くの時間が掛かり、不経済なうえ平滑性を損ねるなどの虞がある。予備研磨工程により合金表面の傷を除去しておくことにより、本発明の研磨方法による研磨に要する研磨時間を短縮することができ、優れた鏡面を効率的に得ることが期待できる。以下、予備研磨工程に用いる予備研磨用組成物について説明する。
【００５８】
予備研磨工程に用いる予備研磨用組成物は、本発明で用いる研磨用組成物に比べて、より研磨力の強いものを用いることが好ましい。具体的には、本実施形態に用いる研磨用組成物に用いる砥粒よりも、より硬度の高く、粒子サイズの大きい砥粒を使用することが好ましい。
【００５９】
予備研磨用組成物に含まれる砥粒としては、例えば炭化ケイ素、酸化アルミニウム（アルミナ）、ジルコニア、ジルコン、セリア、チタニア等が挙げられるが、これらに限定されるものでは無い。これらの砥粒のなかでも、酸化アルミニウムを用いることが特に好ましい。酸化アルミニウムとしては、特に種類を限定されるものではないが、例えば、α−アルミナ、δ−アルミナ、θ−アルミナ、κ−アルミナ、およびその他の形態的に異なる物を使用することができる。また、酸化アルミニウムは、アルミニウム以外のケイ素、チタン、鉄、銅、クロム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム等の不純物元素を含んでいても良い。
【００６０】
なお、合金材料が硬脆材料であって、その合金材料をより高速度で研磨する場合においては、α−アルミナを主成分とするアルミナであり、アルミナ砥粒を構成するアルミナの結晶形態においてα化率が２０％以上、さらには４０％以上のものを使用することが好ましい。ここでいうアルミナのα化率は、Ｘ線回折測定による（１１３）面回折線の積分強度比から求められたものである。
【００６１】
予備研磨用組成物中に含まれる砥粒の平均粒子径は０．１μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．３μｍ以上である。砥粒の平均粒子径が大きくなるにつれて、合金材料の研磨速度が向上する。
【００６２】
予備研磨用組成物中に含まれる砥粒の平均粒子径は、２０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５μｍ以下である。砥粒の平均粒子径が小さくなるにつれて、低欠陥で粗度の小さい表面を得ることが容易である。なお、砥粒の平均粒子径の測定は、例えば、レーザ回折／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の“ＬＡ−９５０”を用いて行うことができる。
【００６３】
予備研磨用組成物中に含まれる砥粒の比表面積は、２０ｍ2／ｇ以下であることが好ましい。砥粒の比表面積が小さくなるにつれて、合金材料の研磨速度が向上する。また、予備研磨用組成物中に含まれる砥粒の比表面積は、５ｍ2／ｇ以上であることが好ましい。砥粒の比表面積が大きくなるにつれて、低欠陥で粗度の小さい表面を得ることが容易となる。なお、砥粒の比表面積の測定は、例えば、マイクロメリテックス社製の“Ｆｌｏｗ  ＳｏｒｂＩＩ  ２３００”を用いて行うことができる。
【００６４】
予備研磨用組成物中の砥粒の含有量は、０．５質量％以上であることが好ましく、より好ましくは１質量％以上である。砥粒の含有量が多くなるにつれて、研磨用組成物による合金材料の研磨速度が向上する。
【００６５】
予備研磨用組成物中の砥粒の含有量は、２０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは１０質量％以下である。砥粒の含有量が少なくなるにつれて、研磨用組成物の製造コストが低減するのに加えて、研磨用組成物を用いた研磨によりスクラッチの少ない表面を得ることが容易となる。
【００６６】
予備研磨用組成物のｐＨは研磨用組成物のｐＨと同様、研磨する合金材料の種類により異なる。予備研磨用組成物中のｐＨは公知の酸、塩基、またはそれらの塩により調整される。なかでも酸として有機酸、特にグリコール酸、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を用いた場合、砥粒表面への作用等により、研磨速度の向上が期待出来る。
【００６７】
本発明の研磨用組成物を用いて合金材料を研磨する際には、一度研磨に使用された研磨用組成物を回収し、再度研磨に使用することができる。研磨用組成物の再使用する方法の一例として、研磨装置から排出された研磨用組成物をタンク内に回収し、再度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は、廃液として排出される研磨用組成物の量を減らすことで環境負荷が低減できる点と、使用する研磨用組成物の量を減らすことで合金材料の研磨にかかる製造コストを抑制できる点で有用である。
【００６８】
本発明の研磨用組成物を循環使用する際には、研磨により消費・損失されたシリカ粒子、ｐＨ調整剤、およびその他の添加剤の一部または全部を組成物調整剤として循環使用中に添加することができる。この場合、組成物調整剤としてはシリカ粒子、ｐＨ調整剤、およびその他の添加剤の一部または全部を任意の混合比率で混合したものとしてもよい。組成物調整剤を追加で添加することにより、研磨用組成物が再利用されるのに好適な組成物に調整され、研磨が好適に維持される。組成物調整剤に含有される砥粒、酸化剤及びその他の添加剤の濃度は任意であり、特に限定されないが、循環タンクの大きさや研磨条件に応じて適宜調整されるのが好ましい。
【００６９】
本発明の研磨用組成物は一液型であってもよいし、二液型をはじめとする多液型であってもよい。また、本発明の研磨用組成物は、研磨用組成物の原液を水などの希釈液を使って、例えば１０倍以上に希釈することによって調製されてもよい。
【実施例】
【００７０】
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。【００７１】
（実施例１〜４、比較例１〜４）
砥粒としての表２に示すようなシリカ粒子が２０重量％の含有量となるように水で希釈し、さらに、ｐＨ調整剤として水酸化カリウムを組成物のｐＨが１０．２となるように加え、研磨用組成物を調製した。なお、表２中のシリカ粒子の欄の「フュームド」とはフュームドシリカを、「コロイダル」とはコロイダルシリカを、それぞれ示す。【００７２】
また、シリカ粒子の平均一次粒子径は、マイクロメリテックス社製の“Ｆｌｏｗ  ＳｏｒｂＩＩ  ２３００”を用いて測定されたＢＥＴ法によるシリカ粒子の比表面積と、シリカ粒子の密度とから算出した。さらに、一次粒子の平均アスペクト比は、走査型電子顕微鏡  株式会社日立ハイテクノロジーズ製  Ｓ−４７００  により、粒子１０００個を測定した値の平均値を算出した。【００７３】
さらに、凝集粒子の体積平均粒子径は、動的光散乱法による粒度測定器（日機装株式会社製のＵＰＡ−ＵＴ１５１）により測定した。凝集粒子を構成する一次粒子の平均粒子径は、走査透過型電子顕微鏡  株式会社日立ハイテクノロジーズ製  ＨＤ−２７００  により、粒子１０００個を測定した値の平均値を算出した。凝集粒子を構成する一次粒子の数は、上記で測定した凝集粒子の体積平均粒子径を、上記で算出した凝集粒子を構成する一次粒子の平均粒子径で除することにより求めた。【００７４】
表２の「合金材料」欄に示されるアルミニウム合金を、各実施例および比較例の研磨用組成物を用いて研磨する研磨工程を行った。アルミニウム合金の研磨対象となる面は、表面粗さＲａが約２０ｎｍとなるように予備研磨を施した面である。なお、表２の合金材料欄に示す「５０５２」とは、ＪＩＳ  Ｈ４０００：２００６に記載される合金番号の５０５２を、「６０６３」とは、ＪＩＳ  Ｈ４０００：２００６に記載される合金番号の６０６３を、それぞれ示す。研磨工程における研磨条件を下記表１に示す。【００７５】
また、以下に示す方法で研磨速度、および研磨工程後の合金材料の研磨面における表面粗さを求めた。【００７６】
＜研磨速度＞
研磨工程の前の合金材料の重量と、研磨工程後の合金材料の重量とを測定し、研磨工程前後の重量の差から研磨速度を算出した。その結果を下記表２の「研磨速度」の欄に示す。【００７７】
＜表面粗さ＞
研磨工程後の合金材料の研磨面における表面粗さを示す「Ｒａ」を、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１に記載の方法に基づき、表面形状測定機（商品名：ＺＹＧＯ  Ｎｅｗ  Ｖｉｅｗ  ５０００  ５０３２、Ｚｙｇｏ社製）を用いて測定した。なお、「Ｒａ」は、粗さ曲線の高さ方向の振幅の平均を示すパラメータであって、一定視野内での合金材料表面の高さの算術平均を示す。表面形状測定機の測定条件としては、測定範囲を１．４ｍｍ×１．１ｍｍとした。その結果を下記表２の「表面粗さＲａ」の欄に示す。【００７８】
【表１】
2014069043.tif 000002
【００７９】
【表２】
2014069043.tif 000003
【００８０】
表２に示すように、実施例１〜４の研磨用組成物を用いて研磨した合金材料の表面粗さ（Ｒａ）は、比較例１〜４の研磨用組成物を用いた場合よりも小さい値となった。この結果から、実施例の研磨用組成物を用いた場合、合金材料に対する高い研磨速度を十分に維持しつつ、表面粗さＲａの値のより小さい研磨面を有する合金材料、すなわち平滑性のより高い研磨面を有する合金材料が容易に得られることが分かる。【００８１】
なお、本出願は、２０１２年１０月３１日に出願された日本特許出願第２０１２−２４０４４６号に基づいており、その開示内容は、参照により全体として引用されている。
【国際調査報告】
2014069043.tif 000004
2014069043.tif 000005
2014069043.tif 000006
2014069043.tif 000007