(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の組成式（１）で表される酸化物である、研磨材料。
Ａ（Ｆｅ1-yＢy）Ｏx                                    （１）
（ただし、Ａは、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａからなる群から選択される１種又は２種以上を示し、Ｂは、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択される１種又は２種を示し、２．５≦ｘ≦３，０＜ｙ＜１である。）で表される酸化物である、研磨材料。
【請求項２】
前記ＡはＳｒを含む、請求項１に記載の研磨材料。
【請求項３】
前記ＡはＳｒであり、前記ＢはＣｏである、請求項１又は２に記載の研磨材料。
【請求項４】
ガラス用である、請求項１〜３のいずれかに記載の研磨材料。
【請求項５】
研磨用組成物であって、
請求項１〜４いずれかに記載の研磨材料を含有する、組成物。
【請求項６】
研磨方法であって、
請求項５記載の研磨用組成物を用いてワークを研磨する工程、を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨材料、研磨用組成物及び研磨方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、電子デバイスや半導体デバイスにおけるガラス、セラミックス、金属など各種材料の研磨、特に精密研磨に用いる砥粒（研磨材料）としては、シリカや酸化セリウムが一般的に用いられている。なかでも酸化セリウムは、化学機械研磨特性を示すとともに研磨速度に優れており、最も使用されている研磨材料である。
【０００３】
一方、研磨材料の原料をセリウム（Ｃｅ）のみに依存していると、研磨材料の安定供給、ひいては研磨加工の安定的実施が困難になるおそれもある。そこで、セリウム系材料を代替する他の研磨材料も検討されている。
【０００４】
例えば、ＢａＴｉＯ3やＭｇＳｉＯ3など組成式ＡＢＯ3（ただし、Ａは、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅから選択され、ＢはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏから選択される）で表される酸化物が代替研磨材料として開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2001-107028号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本明細書の開示は、セリウムのみに依存しない新たな研磨材料を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、セリウム酸化物の化学機械研磨特性について検討したところ、セリウム酸化物における格子欠陥によるセリウム原子の価数変化に影響されるという知見を得た。さらに、本発明者らは、鉄系ペロブスカイト酸化物のＢサイトにある種の元素を導入して得られる鉄系ペロブスカイト型酸化物粒子が良好な研磨特性を有するという知見を得た。本明細書の開示は、こうした知見に基づき提供される。
【０００８】
本明細書の開示によれば、以下の手段が提供される。すなわち、以下の組成式（１）で表される酸化物である研磨材料が提供される。
Ａ（Ｆｅ1-yＢy）Ｏx                                                  （１）
（ただし、Ａは、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選択される１種又は２種以上を示し、Ｂは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ及びＺｒから選択される１種又は２種以上を示し、２．５≦ｘ≦３，０＜ｙ＜１である。）
【０００９】
前記ＡはＳｒとすることができる。また、前記Ｂは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＺｎから選択される１種又は２種以上であることが好ましく、前記ＢはＣｏ及び／又はＮｉを含むことが好ましい。また、前記ＡはＳｒであり、前記ＢはＣｏとすることができる。さらに、前記研磨材料は、ガラス用とすることが好ましい。
【００１０】
本明細書の開示によれば、前記研磨材料を含有する、研磨用組成物も提供される。さらに、本明細書の開示によれば、前記研磨用組成物を用いてワークを研磨する工程を備える、研磨方法も提供される。さらにまた、本明細書の開示によれば、前記研磨用組成物を用いてワークを研磨する工程を備える、研磨製品の生産方法も提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】噴霧熱分解法により合成した砥粒のＳＥＭ像を示す図である。
【図２】噴霧熱分解法により合成した砥粒のＸ線回折パターンを示す図である。
【図３】研磨試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書の開示は、研磨材料、研磨用組成物、研磨方法及び研磨製品の生産方法に関する。本明細書に開示される研磨材料は、セリウムの使用を抑制できる、あるいはセリウムの使用を回避できる、研磨材料である。本明細書に開示される研磨材料は、組成式（１）で表される酸化物であって、そのＢサイトに鉄（Ｆｅ）以外の第２の元素を含むペロブスカイト型酸化物である。これらの第２の元素を含むために、第２の元素を添加しないときの鉄系ペロブスカイト型酸化物に比較して高い研磨特性（化学機械研磨における特性を含む）、例えば、研磨速度を発揮することができる。
【００１３】
本明細書の開示を拘束するものではないが、Ｂサイトへの第２の元素の添加により、酸素欠損並びに格子欠陥を生じ、そのために、Ｆｅの価数変化が生じやすくなているものと考えられ、この結果、研磨速度などの研磨特性が向上しているものと推論される。
【００１４】
また、本明細書に開示される研磨材料を用いることで、セリウムの使用を抑制又は回避できるとともに研磨特性に優れた研磨用組成物が提供される。こうした研磨用組成物を用いることで、安定的にかつ効率的に研磨工程を実施できる研磨方法や研磨製品の生産方法も提供される。
【００１５】
以下、本明細書の開示の実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
（研磨材料）
本明細書に開示される研磨材料（以下、単に本研磨材料という。）は、以下の組成式（１）で表される酸化物を含んでいる。
Ａ（Ｆｅ1-yＢy）Ｏx                                                  （１）
【００１７】
組成式（１）で表される酸化物は、鉄系ペロブスカイト型酸化物である。組成式（１）におけるＡサイトは、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選択される１種又は２種以上の金属元素とすることができる。これらの元素によれば、二価のアルカリ土類金属であり、酸素のイオン半径と同程度であるため、組成式（１）で表される酸化物は、立方晶ペロブスカイト構造をとることができる。
【００１８】
また、ＢサイトにＦｅに加えて導入される第２の元素としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ及びＺｒから選択される１種又は２種以上とすることができる。これらの元素によれば、酸素欠損を導入可能であって、格子欠陥によりＦｅの価数変化を誘起して優れた研磨特性を発揮しうるからである。なかでも、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ及びＣｏは、様々な価数を取りうる元素であり、Ｂサイト元素とすることができる。また、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ及びＺｒは、通常、価数が定まっており、二価〜四価をとる元素でありＢサイト金属とすることができる。なお、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎは二価であり、Ａｌ、Ｇａは三価であり、Ｔｉ、Ｚｒは四価である。
【００１９】
組成式（１）におけるｙは、０＜ｙ＜１とすることができ、この範囲で適宜設定することができる。Ｆｅの作用を考慮すると、好ましくは、ｙは０近傍から０．５以下であり、より好ましくは０近傍から０．４以下であり、さらに好ましくは０．３以下であり、さらにまた好ましくは０．２以下である。また、組成式（１）におけるｘは、２．５≦ｘ≦３の範囲で適宜設定することができる。
【００２０】
こうしたペロブスカイト型酸化物としては、例えば、Ｃａ（Ｆｅ1-yＣｏy）Ｏx、Ｃａ（Ｆｅ1-yＮｉy）Ｏx、Ｓｒ（Ｆｅ1-yＣｏy）Ｏx、Ｓｒ（Ｆｅ1-yＮｉy）Ｏx、Ｂａ（Ｆｅ1-yＣｏy）Ｏx、Ｂａ（Ｆｅ1-yＮｉy）Ｏx等が挙げられる。なかでも、Ｓｒ（Ｆｅ1-yＣｏy）Ｏx、Ｓｒ（Ｆｅ1-yＮｉy）Ｏxが好ましく用いられる。
【００２１】
これらの鉄系ペロブスカイト型酸化物は、公知のセラミックス合成方法で取得することができる。なかでも、粒子径分布が良好な球状粒子を得ることができる点において、噴霧熱分解法を用いることが好ましい。噴霧熱分解法は、原料を含む溶液あるいは分散液を、焼成ガス流が流れる加熱炉に液滴状態で導入し、熱分解、焼成、さらには時に焼結を経て、合成セラミックス粒子を得ることができる。各種方法で得られた合成セラミックス粉末は、必要に応じて粉砕されてもよい。
【００２２】
本研磨材料は、通常、砥粒という形態で用いられ、粉末形態となっている。本研磨材料の粒子形状は、特に限定しないが、研磨特性や分散性を考慮すると球状であることが好ましい。本研磨材料は、その平均粒子径が０．１μｍ以上５μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは０．５μｍ以上３μｍ以下である。なお、ここでいう平均粒子径は、体積換算あるいは個数換算に基づいていてもよいが、好ましくは、個数換算である。また、粒度分布は、例えばレーザー回折方式の粒度分布測定装置、動的光散乱方式や光子相関法等を用いた粒度分布測定装置を使用して体積換算の粒度分布を求めることができる。
【００２３】
本研磨材料は、各種の研磨方法及び研磨対象に適用できる。例えば、従来、酸化セリウムが研磨材料として用いられていた研磨方法及び研磨対象に適用できる。例えば、本研磨材料を適用する研磨方法としては、通常の研磨のほか、化学機械研磨が挙げられる。また、本研磨材料を適用する研磨対象（ワーク）は特に限定されないで、ガラス、金属、セラミックス等が挙げられる。なかでも、本研磨材料は、ガラスに好ましく適用でき、光学レンズ用ガラス基板、光ディスクや磁気ディスク用ガラス基板、プラズマディスプレー用ガラス基板、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）型ＬＣＤやねじれネマチック（ＴＮ）型ＬＣＤなどの液晶用ガラス基板、液晶テレビ用カラーフィルター、ＬＳＩフォトマスク用等のガラス基板などの、各種光学、エレクトロニクス関連ガラス材料や一般のガラス製品等の仕上げ研磨に用いられる。また、本研磨材料は、磁気ディスク用ガラス基板に好ましく使用できる。
【００２４】
（研磨用組成物）
本明細書に開示される研磨用組成物（以下、単に、本組成物という。）は、本研磨材料を含有する組成物である。本組成物の形態は特に限定されない。本組成物は、粉末等の固形であっても、スラリー形態であってもよい。また、本組成物は、そのままワークの研磨に用いられるあるいは適当な媒体に適宜分散しあるいは当該媒体で適宜希釈してワークの研磨に用いられるように構成されていてもよい。研磨材料は、通常、研磨時にスラリーとして使用される。
【００２５】
本組成物は、研磨材料としては、本研磨材料のほか、本研磨材料以外の他の研磨材料を含むことができる。こうした研磨材料としては、例えば、酸化セリウム、酸化ケイ素、酸化鉄、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マンガン、酸化クロム、炭化ケイ素、ダイヤモンドが挙げられる。なお、これらの他の研磨材料の本組成物における含有比率は特に限定されない。
【００２６】
本組成物においては、研磨材料の全質量に対して、本研磨材料を３０質量％以上含むことが好ましく、より好ましくは５０質量％以上であり、さらに好ましくは７０質量％以上であり、いっそう好ましくは８０質量％以上であり、よりいっそう好ましくは８０質量％以上でい、さらにいっそう好ましくは９０質量％以上であり、もっとも好ましくは９５質量％以上あるいは本研磨材料のみからなる。
【００２７】
本組成物がスラリー形態を採るとき、本研磨材料を本組成物の全質量に対して１質量％以上含むことが好ましく、より好ましくは３質量％以上である。また、好ましくは２０質量％以下であり、より好ましくは１０質量％である。
【００２８】
本組成物がスラリー形態を採るとき、研磨材料を分散する媒体は、特に限定されないで、公知の研磨スラリーに用いられる媒体を用いることができる。例えば、水、水溶性有機溶媒及びこれらの混液から選択される水性媒体を用いることができる。
【００２９】
水溶性有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール等の炭素数が１以上１０以下程度の１価アルコール類、エチレングリコール、グリセリン等の炭素数３以上１０以下程度の多価アルコール、アセトン、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルホムアミド（ＤＭＦ）、テトラヒドロフラン、ジオキサン等が挙げられる。なかでも、水、アルコール及びグリコールが好ましく用いられる。
【００３０】
本組成物は、本研磨材料及び他の研磨材料を含む場合には、これらを媒体に良好に分散させるために分散剤を含むことができる。かかる分散剤としては、トリポリリン酸塩のような高分子分散剤、ヘキサメタリン酸塩等のリン酸塩、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロースエーテル類、ポリビニルアルコール等の水溶性高分子などの添加剤を添加することもできる。これらの添加剤の添加量は、研磨材に対して、０．０５質量％以上２０質量％以下の範囲内であることが一般的に好ましく、特に好ましくは０．１質量％以上１０質量％以下の範囲である。なお、分散剤としては、このほか、アルカリ、無機塩類が挙げられる。
【００３１】
また、本組成物は、界面活性剤を含んでいてもよい。界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤等や両性イオン界面活性剤が挙げられ、これらは単独で用いても２種以上を混合して用いてもよい。
【００３２】
さらに、本組成物は、研磨対象や研磨方法に応じた各種の成分を含んでいてもよい。例えば、化学機械研磨の場合には、ワーク表面を改質するための改質するための酸やアルカリを含んでいてもよい。また、金属研磨の場合には、キレート剤を含んでいてもよい。
【００３３】
本組成物は、本研磨材料ほか、上記した成分等公知の研磨用組成物に用いられる材料を用いて、公知の方法で製造することができる。たとえば、スラリー形態の本組成物は、本研磨材料等の研磨材料を水性媒体に分散させて得ることができる。必要に応じて、湿式粉砕を組み合わせてもよい。あるいは、本研磨材料を乾式粉砕後に、水性媒体に分散させてもよい。
【００３４】
本組成物は、１０質量％で水に分散させて１０分経過したとき、セリア系砥粒（例えば、三井金属鉱業製のMirek E21又はその同等物を用いることができる。）を１０質量％で水に分散させたときよりも良好な分散状態を呈することが好ましい。分散状態は、目視等による砥粒の沈降程度で判断することができる。
【００３５】
本組成物は、本研磨材料と同様の研磨方法及び研磨対象に適用することができる。
【００３６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。
【実施例】
【００３７】
以下、本明細書の開示を、実施例を挙げて具体的に説明するが、本明細書の開示は、以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３８】
鉄系ペロブスカイト型酸化物であるＳｒＦｅＯｘにＣｏを添加した砥粒を噴霧熱分解法で作製した。すなわち、Ｓｒ源として硝酸ストロンチウム、Ｆｅ源とし硝酸鉄(III)９水和物及びＣｏ源として硝酸コバルト(II)６水和物を用いて、ＳｒＦｅ0.9Ｃｏ0.1Ｏｘの酸化物換算で０．４ｍｏｌ／Ｌの原料溶液を調製した。また、加熱温度は、加熱炉の入り口付近を２００℃とし、４００℃、８００℃、出口温度を１０００℃と段階的に上げ、キャリアガスとして空気を３Ｌ／分で流して、Ｃｏ添加砥粒を噴霧熱分解法により合成した。
【００３９】
また、鉄系ペロブスカイト型酸化物である、ＳｒＦｅＯｘにＮｉを添加した砥粒を噴霧熱分解法で作製した。この砥粒は、Ｃｏ源としての硝酸コバルト(II)６水和物に替えてＮｉ源として硝酸ニッケル(II)６水和物を用いて、ＳｒＦｅ0.9Ｎｉ0.1Ｏｘの酸化物換算で０．４ｍｏｌ／Ｌの原料溶液を調製する以外は、上記したＣｏ添加砥粒合成時と同様に操作してＮｉ添加砥粒を噴霧熱分解法により合成した。
【００４０】
なお、対照として、Ｃｏ又はＮｉを含まないＳｒＦｅＯｘを、Ｓｒ源として硝酸ストロンチウム及びＦｅ源とし硝酸鉄(III)９水和物を用いてＳｒＦｅＯｘの酸化物換算で０．４ｍｏｌ／Ｌとする以外は、Ｃｏ添加砥粒と同様にして噴霧熱分解法により合成した。
【００４１】
図１に、合成した３種類のＣｏ添加砥粒（ＳｒＦｅ0.9Ｃｏ0.1Ｏｘ）、Ｎｉ添加砥粒（ＳｒＦｅ0.9Ｎｉ0.1Ｏｘ）及び無添加砥粒（ＳｒＦｅＯｘ）のＳＥＭ像を図１に示し、これらのＸ線回折パターンを示す。
【００４２】
図１に示すように、合成したセラミックス粉末は、いずれも数十ｎｍの一次粒子からなる直径約１μｍの球状粒子であることを確認した。また、Ｃｏ及びＮｉの添加による粒子形状の大きな変化は無いこともわかった。
【００４３】
また、図２に示すように、合成したセラミックス粉末は、いずれもペロブスカイト構造を有するＳｒＦｅＯxに起因するピークのみを確認した。したがって、それぞれのセラミックス粉末は単一相から成り、Ｃｏ及びＮｉはそれぞれＢサイトに置換固溶していることを確認した。
【実施例２】
【００４４】
実施例１で合成したセラミックス粉末各５０ｇと蒸留水４５０ｇを混ぜ、濃度１０質量％のスラリーとした。研磨試験には片面研磨機（テグラシステム、丸本ストルアス製）を用いた。研磨スラリーはダイヤフラムポンプを用いて循環した。その他、研磨試験は以下の条件で行った。
研磨対象：37.5 mm×30 mm LCD用ガラス
研磨パッド：発泡ポリウレタンパッド（MH-C15A、ニッタ・ハース製）
定盤径：300 mm
定盤回転数：150 rpm
スラリー供給量：100 mL / min
研磨圧力：102 g / cm2
研磨時間：30分
【００４５】
研磨前のＬＣＤガラスにつき、その厚さ（各５点）及び研磨前後の重量を測定し、重量減少分を厚み換算し、研磨速度を計算した。図３に研磨試験結果を示す。
【００４６】
図３に示すように、ＳｒＦｅＯxにＣｏ及び／又はＮｉを添加することによって、無添加の砥粒に比べ２倍程度の研磨速度を示すことがわかった。添加物の種類や添加量の最適化により更なる研磨速度向上が可能であると考えられる。
【図２】
0005726501.tif 000002
【図３】
0005726501.tif 000003
【図１】
0005726501.tif 000004