(57)【要約】【課題】無機粒子からなる研磨用成形体を用いて、液晶、光ディスク、フォトマスク等に使用されるシリカ系材料などを研磨する加工プロセスやＣＭＰプロセスにおいて、無機粒子からなる研磨用成形体とシリカ材料が平面で張り付いて研磨抵抗が高くなることを防ぎ、被研磨材料であるシリカ系材料表面における研磨傷の発生防止に効果があり、研磨時において研磨装置のモーターが停止することなく、効率的に研磨できる研磨する方法を提供する。【解決の手段】シリカ系材料を無機粒子からなる研磨用成形体に押しつけ、前記研磨用成形体及び／又は前記シリカ系材料を摺擦運動させながら、遊離砥粒を加えることなく研磨液を加えつつ前記シリカ系材料を研磨する研磨方法であって、前記シリカ系材料に選択的に吸着できる界面活性剤を研磨液と共に用いる研磨方法を用いる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカ系材料を無機粒子からなる研磨用成形体に押しつけ、前記研磨用成形体及び／又は前記シリカ系材料を摺擦運動させながら、遊離砥粒を加えることなく研磨液を加えつつ前記シリカ系材料を研磨する研磨方法であって、前記シリカ系材料に選択的に吸着できる界面活性剤を研磨液と共に用いることを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
界面活性剤が、ノニオン界面活性剤及び／又はカチオン界面活性剤であることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項３】
ノニオン界面活性剤が、エーテル系ノニオン界面活性剤であることを特徴とする請求項２に記載の研磨方法。
【請求項４】
エーテル系ノニオン界面活性剤が、環式化合物であることを特徴とする請求項３に記載の研磨方法。
【請求項５】
環式化合物が、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルであることを特徴とする請求項４に記載の研磨方法。
【請求項６】
カチオン界面活性剤が、脂肪族カチオン界面活性剤であることを特徴とする請求項２に記載の研磨方法。
【請求項７】
ノニオン界面活性剤またはカチオン界面活性剤の添加濃度が、１０ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項８】
無機粒子からなる研磨用成形体が、酸化セリウムからなる研磨用成形体であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶、光ディスク、フォトマスク等に使用されるシリカ系材料の研磨技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学、エレクトロニクスなどの産業の進展に伴い、磁気ディスク、半導体基板、光学材料等の加工に対する要求は非常に厳しくなってきており、その仕上げ加工では材料表面を研磨加工して表面をより平滑、平坦にする必要性が一段と増してきている。
【０００３】
従来の研磨工程では、遊離砥粒を含有した研磨液を連続的に材料表面に流しながら不織布タイプやスウェードタイプ等のポリッシングパッド（研磨布）を用いて研磨することが多く、この際に使用される遊離砥粒としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化チタン、酸化マンガン、炭化ケイ素などが用いられていた（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
しかしながらこのような遊離砥粒を用いた方法により研磨すると、用いられる研磨布の表面が柔らかいために研磨対象の材料（以下、研磨加工の対象とされる材料を「被研磨材料」という。）の端部などが研磨中に研磨されすぎ、被研磨材料の前面を一様に研磨できないという非効率的な仕上がりとなってしまうことがあった。
【０００５】
さらに、研磨布を用いた従来の研磨方法では、遊離砥粒を含まない研磨液、例えばｐＨを調整した水等を用いることが殆どの場合で出来ないために、遊離砥粒を含む研磨液を大量に使用する必要があり、その結果、遊離砥粒を大量に含有する研磨廃液を生じ、その処理等については研磨処理の効率、廃液処理の設備面、環境への影響を考慮すると改善されるべきものであった。
【０００６】
このような課題に対し、砥粒粒子を結合剤として用いた合成樹脂により固定化した固定砥石を研磨用として用いる固定方式の研磨方法が提案されている。これによれば、合成砥石を用いるために研磨布を用いた従来の研磨方法で生じていた被研磨材料の前面を一様に研磨できないという課題に対して効果的であることが示されている（例えば、特許文献２を参照）。このような有機質の結合剤を用いる方法の他にも無機質の結合剤を用いたビトリファイド砥石や金属を結合剤に用いたメタルボンド砥石などが開示されており、合成樹脂を結合剤に用いた場合と同様に研磨布を用いた従来の研磨方法に生じていた被研磨材料の前面を一様に研磨できないという課題に対して効果的であることが示されている。
【０００７】
しかしながら、砥粒を結合するバインダの結合力が弱い砥石では、全体として脆くなり、砥粒は自生しやすく、比較的高い研磨速度が得られるが、凹凸の凸部のみならず、凹部も研磨され、研磨後に完全な平坦性が得られ難く、いわゆる段差特性に問題がある。また、このような砥石においては、表面に凹凸が形成されたデバイスウエハを研磨する場合、凸部のみの研磨が終了した後に、研磨の進行が自動的に停止するいわゆるセルフストップ機能も発現しにくい。
【０００８】
従って、いわゆるセルフストップ機能が働く砥石は、バインダ、砥粒、気孔の組成バランスの取れた比較的狭い範囲にありこのような砥石が研磨対象物に対して所望の研磨速度安定性、段差特性が得られるとは必ずしも限らない。一方で、研磨対象は、シリコン基板、ポリシリコン膜、酸化膜、窒化膜、アルミ又は銅材からなる配線層等と多岐にわたる。このため、これら各種の研磨対象に応じて、研磨速度の安定性、良好な段差特性及びセルフストップ機能を有する砥石を製作することは事実上困難であった。
【０００９】
上記問題を解決するために、固定砥石を用いてデバイスウエハを研磨する方法において、界面活性剤を供給しながら、あるいは固定砥石のドレッシングを行いながら、さらにはその両方を一挙に行いながら、研磨する方法が提案されている。界面活性剤を供給しながら研磨を行うと、ブランケットウエハ（凹凸のない平坦面のウエハ）が殆ど研磨が進行しなくなることが知られている。このことを利用して、界面活性剤を供給することで、いわゆるセルフストップ機能を発現することが可能となった。また、固定砥石のドレッシングを行いながら研磨することで、常に多量の遊離砥粒が存在する状態で研磨が可能となり、研磨速度の安定化に効果的であることが示されている（例えば、特許文献３を参照）。
【００１０】
また、固定砥石で形成された上定盤及び下定盤で挟み込み、ガラス基板を研磨する方法が提案されている。これによれば、従来、粗ラッピング、精ラッピング、一次ポリッシング（粗ポリッシング）の３工程の厚み加工が行われてきた。ウレタンパッドに代わって固定砥石を用いることで高い研磨速度が得られるために、これらの３工程を１工程にできるというものである（例えば、特許文献４を参照）。
【００１１】
しかしながら、以上のような砥石を用いた方法では砥粒が結合剤を介して固定されていることから、その結合剤が研磨に携わる面にも存在するために、いわゆる目詰まりと同じ状況を発生しやすく、研磨効率、生産性が低くなってしまっていた。さらに、無機物や有機物等の結合剤による固定砥石の製造においては微細な砥粒を砥石中に均一分散させることが極めて困難であり、微細な砥粒を用いても見かけ上粗大な砥粒を用いた場合と同様になり、被研磨材料表面に欠陥を生じやすく、微細な砥粒を均一分散させるために用いる砥粒量を低減すると研磨速度が遅く、研磨効率、生産性が低くなってしまっていた。また、結合剤にアルカリ金属等の不純物を多く含有するガラス室等の無機物、樹脂等の有機物、金属等を用いるため、研磨加工条件に依っては研磨加工プロセスでの被研磨材料への固定砥石からの不純物混入の影響も懸念されていた。
【００１２】
そこで、遊離砥粒を用いない研磨用の無機粒子からなる研磨用成形体を用いることによって、研磨用成形体の弾性率が研磨布と比較して小さいため、被研磨材料の端部等の角が研磨中に研磨されすぎることが非常に少なくなり、被研磨材料の前面を一様に研磨することができることを示した。また、研磨用成形体の研磨に携わる表面が、その原料である無機粒子により粗面となっていて無機粒子間に多数の細孔が存在するため、研磨加工におけるいわゆる目詰まりの発生を抑制することができる。また、研磨成形体に結合剤を含まないので研磨加工プロセスにおいても耐熱性、耐薬品性等があり、そのため研磨液をその沸点付近の温度までの範囲で使用することができることやその種類等を適宜選択して最適な研磨加工プロセスとすることで、研磨効率を高めることができる。また、研磨用成形体が砥粒として用いられる無機粒子から構成されており、研磨加工プロセスにおいて、研磨用成形体に起因する被研磨材料への不純物の影響を抑制することができる。また、研磨された被研磨材料の仕上がりが従来の研磨布を用いた方法と同程度であり、研磨速度の面でも同等以上であって、さらに研磨加工中においても研磨性能の経時的な劣化が少ないことが示された（例えば、特許文献５を参照）。
【００１３】
しかしながら、無機粒子からなる研磨成形体を用いてシリカ系材料を研磨した場合、研磨抵抗が高いために、シリカ系材料の局所的に高い圧力がかかり研磨傷が発生するという課題が確認された。また、研磨装置のモーターの能力によっては、研磨抵抗が高いためにモーターにかかる負荷が大きいくなりモーターが停止するという課題があった。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００１−１５５３３２号公報
【特許文献２】
特開平４−２５６５８１号公報
【特許文献３】
特開２００１−１２７０２２号公報
【特許文献４】
特開２００１−１５３４５３号公報
【特許文献５】
特開２００２−０１８７２４号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は無機粒子からなる研磨用成形体を用いて、液晶、光ディスク、フォトマスク等に使用されるシリカ系材料などを研磨する加工プロセスやＣＭＰプロセスにおいて、遊離砥粒を含まない研磨液で研磨する方法を提供するものである。すなわち、遊離砥粒を含まない水等の液体に、シリカ系材料に選択吸着できる界面活性剤を添加した研磨液を使用することで、無機粒子からなる研磨用成形体とシリカ材料が平面で張り付いて研磨抵抗が高くなることを防ぎ、被研磨材料であるシリカ系材料表面における研磨傷の発生防止に効果があり、研磨時において研磨装置のモーターが停止することなく、効率的に研磨することが可能となる研磨液を用いて研磨する方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者らは、水に界面活性剤を添加した研磨液を用いて無機粒子からなる研磨用成形体を用いることによって、適切な研磨抵抗を得ることを見出し、前記課題を解決すべく検討し、その結果、以下の知見を見出した。
【００１７】
１）添加する界面活性剤の種類によって、無機粒子からなる研磨用成形体を用いてシリカ系材料を研磨するときの研磨抵抗は増加する場合と低下する場合がある。
【００１８】
２）ノニオン界面活性剤またはカチオン界面活性剤を水に添加した研磨液を用いて、無機粒子からなる研磨用成形体を用いてシリカ系材料を研磨するときの研磨抵抗は、水のみでシリカ系材料を研磨したときの研磨抵抗と同等か、低下する効果がある。
【００１９】
３）シリカ系材料を無機粒子からなる研磨用成形体を用いて研磨したときの研磨抵抗を最適化すると、研磨傷の発生を改善することができる。
【００２０】
さらに、本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、シリカ系材料に選択吸着する界面活性剤を添加した研磨液を用いて、無機粒子からなる研磨用成形体を用いてシリカ系材料を研磨することで、シリカ系材料の表面に研磨傷が少ない状態が得られることを見出し、上記課題を解決して遂に本発明を完成するに至った。
【００２１】
すなわち本発明は、シリカ系材料を無機粒子からなる研磨用成形体に押しつけ、前記研磨用成形体及び／又は前記シリカ系材料を摺擦運動させながら、遊離砥粒を加えることなく研磨液を加えつつ前記シリカ系材料を研磨する研磨方法であって、前記シリカ系材料に選択的に吸着できる界面活性剤を研磨液と共に用いる研磨方法である。
【００２２】
以下、本発明を詳細に説明する。
＜研磨の対象物＞
本発明の方法による研磨対象物としては、シリカ系材料が好ましく用いられる。より具体的には、液晶、半導体製造に用いられる石英ガラス基板や、光学用石英ガラスなどが挙げられる。また、シリコン系基板であっても表面にシリカ相がある場合にも有効となる。
＜研磨液の構成＞
本発明に用いられる研磨液は、例えば、ダイヤモンド、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化マンガン、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化クロム、炭化ケイ素等の１種あるいはそれらの混合物といった通常研磨加工に供される砥粒である無機粒子を含むものではなく、水を含む液体のことを意味し、研磨加工の際にはこれに界面活性剤を加えるものである。
【００２３】
すなわち本発明は、このような遊離砥粒といわれる無機粒子を研磨加工中に加えることなく、被研磨材料であるシリカ成形体を、無機粒子を成形、焼成等の加工手段によって加工された研磨用成形体に押しつけ、両者をあるいは一方を摺擦運動させ、研磨液及び界面活性剤を加えながら研磨する方法である。本発明においては、このように遊離砥粒を加えないのは、遊離砥粒によりシリカ系材料の表面に実質的に研磨傷がない状態のものが得られるようにするためである。
【００２４】
なお、研磨の際に研磨液に加えられる界面活性剤としては、両者を予め混合した後に研磨に供する態様であっても、両者を別々に供する態様であってもよく、後者の場合には研磨液あるいは水等で界面活性剤を予め所定の濃度にした後に供してもよい。
【００２５】
また、研磨液としては、通常水を用いることが多いが、被研磨材料や研磨用成形体の種類、研磨条件等によっては、エッチング効果があるアルカリを含ませたり、エタノール、イソプロパノール等の有機物を含ませることもできる。なお、研磨液として用いられる水は、蒸留水、水道水等、特に限定されるものではない。
【００２６】
本発明において、研磨液に加えられる界面活性剤は、１分子中に疎水性部分と親水性部分を共有しているような化合物である。このような界面活性剤を水に溶解または分散させた場合に、その疎水性部分が一部解離したときに示すイオン性により大別して分類されるのが一般的である。そのような分類によって、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤、両性界面活性剤に大別される。
【００２７】
本発明において用いられる界面活性剤は、無機粒子からなる研磨用成形体を用いて、シリカ系材料を研磨するときの研磨抵抗を下げる効果が得られることから、ノニオン界面活性剤またはカチオン界面活性剤が好ましい。また、これらの界面活性剤を併用しても差し支えない。
【００２８】
本発明において用いられる界面活性剤は、被研磨材料であるシリカ系材料に選択的に吸着できるものであり、このような特性を有する界面活性剤を採用することで、研磨加工時の研磨抵抗を下げることができ、研磨傷発生の抑制や研磨作業を効率的に行えるなど、顕著な効果が認められる。なお、界面活性剤のシリカ系材料への吸着特性については、例えば、シリカ等の無機粒子のスラリーに界面活性剤を混合した後、所定時間後に無機粒子をフィルター等でろ過分離して上清を採取し、ＨＰＬＣ等で分析定量を行うといった方法が例示でき、これ以外にも各種方法を採用しても差し支えない。
【００２９】
さらに、本発明で用いられる界面活性剤を具体的に述べれば、ノニオン界面活性剤としては、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アルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンポリスチリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールなどのエーテル系、グリセリン脂肪酸部分エステル、ソルビタン脂肪酸部分エステル、ペンタエリスリトール脂肪酸部分エステル、プロピレングリコールモノ脂肪酸エステル、多価アルコール部分エステルなどのエステル系、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸部分エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸部分エステル、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸部分エステルなどのエステルエーテル系が挙げられる。これらの内でも、エーテル系のノニオン界面活性剤が好ましく、さらにポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルが好ましく用いられる。
【００３０】
カチオン界面活性剤としては、アルキルアミン塩、ジアルキルアミン塩などの第一アミン塩、第二アミン塩、第三アミン塩、テトラアルキルアンモニウム塩などの脂肪族化合物の第四級アンモニウム塩、トリアルキルベンジルアンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩、２−アルキルー１−アルキル−１−ヒドロキシエチルイミダゾリニウム塩、Ｎ，Ｎ−ジアルキルモルホリウム塩などの環状化合物の第四級アンモニウム塩が挙げられる。これらの内でも脂肪族化合物の第四級アンモニウム塩のカチオン界面活性剤が好ましく、さらにアルキルトリメチルアンモニウムクロライドが好ましく用いられる。
【００３１】
ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル等のエーテル系ノニオン界面活性剤としては、ポリオキシエチレン−ｐ−（２−フェニルイソプロピル）フェニルエーテル等が挙げられる。ポリオキシエチレン鎖長の単位は、特に規定されるものではないが、エチレンオキシド（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）鎖の数として６、８、１０程度が好ましい。また、他のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルとしては、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンポリスチリルフェニルエーテル等が挙げられる。
【００３２】
これらのノニオン界面活性剤及びカチオン界面活性剤は１種単独で用いてもよいが、２種以上を組合わせて用いてもよい。
【００３３】
研磨液は、上記記載の界面活性剤の１種類、あるいはそれらの混合物を水に添加して得られる。界面活性剤の添加濃度は、シリカ系材料と無機粒子からなる研磨用成形体との間の研磨抵抗が低下する濃度であれば、特に規定されるものではないが、廃液の処理、気泡性、コストなどを考慮すれば１０ｗｔ（重量）％以下の添加が好ましく、さらに０．０００１〜１０ｗｔ％の範囲とすることが効果の点から好ましい。
【００３４】
界面活性剤を水に添加する方法は、界面活性剤が水に十分に混合されていれば、撹拌子、ボールミル等、特に規定されるものではない。
＜界面活性剤の吸着率の測定＞
無機粒子のスラリーに界面活性剤を混合した後、所定時間後に無機粒子をフィルター等でろ過分離して上清を採取し、ＨＰＬＣ等で分析定量を行うものであり、特にこの分析方法に規定されるものではない。
＜無機粒子からなる研磨用成形体＞
本発明で使用する、無機粒子からなる研磨用成形体は、特開２００２−０１８７２４号公報（前記した、特許文献５参照）に記載の研磨用成形体を使用できる。
【００３５】
本発明で用いられる研磨用成形体において、その構成される無機粒子としては、被研磨材料であるシリカ系材料との適合性を考慮して適宜選択されるものであり、具体的には、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化マンガン、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化クロム、酸化イットリウム等の酸化物や炭化ケイ素、炭化ホウ素、窒化ホウ素等の非酸化物を用いることができ、さらに酸化ジルコニウムについては、安定化剤として酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化インジウム、酸化セリウム等の希土類酸化物、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等を固溶させた酸化ジルコニウムを用いることができる。これらの無機粒子は、１種単独で用いることもできるが、任意の２種以上を混合して用いてもよい。これらの内でも、シリカ系材料により適合するという点から酸化セリウムが好ましく用いられる。ここで、被研磨材料であるシリカ系材料との適合性とは、例えば、シリカ系材料の硬度、靱性等の物理的特性や化学的反応性等の化学的特性等に対して、要求されるシリカ系材料の仕上げ表面精度、平坦性、研磨速度、表面欠陥等を総合的に判断して選択されることを意味する。
【００３６】
本発明で用いられる研磨用成形体は、実質的に前記の無機粒子のみから構成された立体的構造体であり、その研磨に携わる面が研磨加工プロセスにおいて、被研磨材料に直接接触できる態様をなしているものである。
【００３７】
研磨用成形体の平均粒子径の範囲としては、得られる研磨用成形体を用いて研磨する際に、被研磨材料の平滑な面を得ることができるように、０．００５〜０．３μｍの範囲が好ましい。この理由は、多くの場合、遊離砥粒を含まない研磨スラリーを用いた研磨において、研磨用成形体の平均粒子径は小さいほど被研磨材料の表面精度はよくなる傾向にあるが、実質的に１次粒子径が０．００５μｍよりも小さい粉末が得られにくいことから、実際上０．００５μｍよりも小さい平均粒子径の研磨用成形体も得られにくく、また、平均粒子径が０．３μｍよりも大きくなると研磨された被研磨材料の表面平滑性が悪化してしまうことがあるからである。尚、ここでいう平均粒子径とは、研磨用成形体の粒子径を意味しており、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察を行い、インターセプト法により算出できる。
【００３８】
本発明で用いられる研磨用成形体は、成形体中に存在する細孔の内の０．５μｍ以上の細孔を除いた部分、すなわち、０．５μｍ未満の細孔と無機粒子から構成される部分の成形体の相対密度が、４５〜９０％の範囲であることが好ましく、さらに４５〜７５％の範囲が好ましい。この相対密度が４５％を下回ると、研磨加工において、研磨用成形体の消耗が著しくなることがあり、また脱落粒子による欠陥の発生が起こることがある。また、９０％以上を上回ると、被研磨材料の研磨用成形体との接触面に欠陥を発生させるといったことが起こることがある。４５％〜７５％の好適な範囲では、被研磨材料の研磨後の表面の平滑性はきわめて良好な面となる。ここで、研磨用成形体の０．５μｍ以上の細孔を除いた部分の相対密度の算出方法は、電子顕微鏡（ＳＥＭ）により研磨用成形体の表面を観察し、インターセプト法などの手法を用いて成形体中の細孔径、粒子径などの成形体の微構造を求めた後、０．５μｍ以上の細孔の相対容積率から０．５μｍ以上の細孔を除いた部分の密度を算出し、これを基に０．５μｍ以上の細孔を除いた部分の相対密度が算出される。
＜研磨用成形体の製造方法＞
本発明の研磨用成形体の製造方法は前記特性を有する研磨用成形体を得ることのできる方法であれば特に限定されるものではなく、前記記載の特性を有する無機材料を用いて成形する、あるいは成形の後に焼成等の加工処理を行うなどの方法を例示することができる。
【００３９】
さらに具体的に本発明の研磨用成形体の製造法を示すと、原料となる無機材料に圧力をかけて成形して適当な形状、大きさの成形体とし、その後必要に応じて加工して研磨に用いられる成形体とするものである。
【００４０】
ここで、圧力をかけて成形する場合、例えばプレス成形等の成形法が例示でき、その圧力条件としては、特に限定されるものではなく、公知の条件にて行うことができる。また、鋳込み成形、射出成形、押し出し成形なども適用できる。
【００４１】
さらに、成形する際に原料粉末の成形性を向上させるために原料粉末に処理を施してもよい。その具体的な処理の方法としては、例えば圧密する方法などが挙げられるが、その条件は特に限定されるものではない。また、同様に原料粉末の成形性を向上させるため、スプレードライ法や転動法などにより造粒したり、バインダー、ワックス等を添加してもよい。
【００４２】
また、原料粉末の成形性を向上させるために成形前に原料粉末へワックスやバインダーなどの有機物を添加する場合には、研磨用成形体への加工に際し、脱脂することが好ましい。脱脂の方法は特に限定されるものではないが、例えば大気雰囲気下での加熱による脱脂、又は窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性雰囲気中での加熱脱脂などが挙げられる。この時の雰囲気ガスの圧力は加圧下又は常圧下、場合によっては減圧下であってもよい。また同様に、成形性を向上させるために、水分を添加し、その後の焼成操作の前に乾燥させることもできる。
【００４３】
さらに、この原料粉末に対して、研磨用成形体の細孔構造を制御するために細孔を導入するための造孔剤を混合してもよい。この造孔剤の種類としては、各種有機物粉末、カーボン粉末等を例示することができる。
【００４４】
次に、成形体、殊にバインダーを取り除いた成形体は、一般的には強度が脆く、その強度を上げ、研磨加工に用いるためにその耐久性を向上させるために、得られた成形体に対して加熱による焼成等の加工を行うことが好ましい。しかし、耐久性を向上させる方法としては、加熱焼成に限定されるものではなく、例えば、成形体の細孔中に物質を導入する方法を採用することもできる。
【００４５】
加熱焼成の場合の焼成条件は特に限定されるものではないが、焼成温度、焼成時間、焼成プログラム、焼成雰囲気等を適宜選択すればよい。
【００４６】
このように、無機材料からなる成形体より研磨用成形体への加工方法としては、加熱脱脂、加熱焼成、機械加工、化学処理、物理処理、あるいはこれらの組み合わせ等による方法が例示できるが、研磨用成形体として研磨作業に使用できる強度を付与できる加工方法であれば特に限定されるものではない。
【００４７】
＜研磨用定盤の構成＞
次に、この研磨用成形体を研磨用の定盤として組み込み、さらにこれを用いて研磨する方法について説明する。
【００４８】
まず、研磨用成形体と研磨用の付帯部品とを用いて研磨用定盤が形成される。
【００４９】
ここで、付帯部品とは研磨用定盤の一部を構成する種々の材質、形状の構造体、例えば金属製の円盤などであり、この付帯部品へ研磨用成形体を以下に示される手法により配置し、固定することで研磨用定盤が形成される。両者の固定の方法としては、接着剤を用いて接着して固定する方法、付帯部品に凹凸を形成させ、その固定場所へ埋め込む方法など、本発明の目的を達成できる方法であれば制限なく用いることができる。
【００５０】
研磨用成形体を研磨用の付帯部品へ固定する際の研磨用成形体の個数については、１個又は２個以上用いればよく、さらに２個以上用いることが好ましい。この理由としては、以下のことなどが考えられる。しかしながら、これらは本発明を限定するものではない。
【００５１】
研磨加工プロセスにおいて用いられる研磨液を研磨中に適切に排出することで研磨速度を向上させるためである。このため、研磨用成形体を２個以上用いて研磨用定盤を形成させた場合には、研磨用成形体の間の隙間より研磨液の排出ができる。また、１個を用いた場合には、成形体の研磨面の側に研磨液を排出できる適当な溝の構造を持たせることが好ましい。
【００５２】
研磨用成形体を２個以上用いて研磨用定盤を形成させた場合には、被研磨材料への当たりが良くなり、被研磨材料全面の研磨速度に偏りなく、効率よく研磨できるようになる。
【００５３】
用いられる研磨用成形体の形状は特に限定されるものではなく、研磨用成形体が研磨用の付帯部品へ装着できるものであればどのような形状のものも採用できる。例えば円柱状ペレットや、四角柱状ペレット，三角柱状ペレットなどの角柱状ペレット、扇型柱状ペレット、あるいはそれらの中心を繰り抜いたリング状ペレット等を例示でき、さらには、被研磨材料との接触面が直線と曲線を組み合わせてできるあらゆる形状のものも例示できる。また、その大きさは通常用いられる範囲であれば特に限定されるものではなく、研磨用定盤中の研磨用成形体を組み込むための付帯部品の大きさに応じて決められる。
【００５４】
本発明において用いられる研磨用成形体を研磨用定盤として配置する際の配置方法の態様としては、上記記載の研磨用成形体の特性を有するものを組み合わせるのであれば特に限定されるものではなく、例えば、研磨用成形体の小片を組み合わせて一体化する方法、大きな円板に埋め込む方法などが挙げられる。
【００５５】
このような研磨用成形体を２個以上研磨用定盤へ配列させる場合には配置された研磨用成形体の研磨面を被研磨材料の形状に合うように整えることが望ましい。この場合、付帯部品についてその形状に合ったものを選択してもよい。例えば、被研磨材料表面が平坦な場合にはその研磨用成形体の被研磨材料との接触面を平坦化することが望ましく、曲面状の場合にはそれに合った曲面状とすることが望ましい。これは、得られた研磨用定盤を用いて研磨加工する際に、被研磨材料と研磨用成形体が直接接触できるようになっているため、その接触面を多く取ることができるようにするためである。特に平坦化する場合は、研磨用定盤からの垂直方向の高さに対してばらつきがないように配置することが好ましい。
＜遊離砥粒を用いない研磨液を用いた研磨方法＞
このようにして得られた、研磨液を用いて、無機粒子からなる研磨用定盤によりシリカ系材料の研磨を行う方法においては、研磨加工プロセスにおいて使用されるものであれば、研磨条件等は特に限定されるものではない。例えば、研磨液を使用する場合には、その温度は界面活性剤を添加した水溶液の沸点より低い温度範囲であれば、特に限定されるものではない。また、研磨液の流量に関しても特に限定されるものではない。研磨条件に関しても、加工圧力、シリカ系材料と定盤の加工中の相対速度（研磨用定盤の回転速度）など、特に限定されるものではない。
【００５６】
無機粉末を含有する砥粒研磨用スラリーを用いた、砥粒研磨と組み合わせて使用しても、組み合わせず使用しても、特に限定されるものではない。
【００５７】
【実施例】
以下、本発明を、実施例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、各評価は以下に示した方法によって実施した。〜吸着率の測定〜
平均粒径が０．５μｍのシリカ粉末または、平均粒径が０．２μｍの酸化セリウム粉末の１０ｗｔ％スラリーに界面活性剤１ｗｔ％を添加して、混合する。１時間後に、無機粒子を分別して上清を得た。ＨＰＬＣで上清中の界面活性剤を分析定量した。装置はＣＣＰＭＩＩ、ＳＤ８０２３、ＡＳ８０２０、ＣＯ８０２０、検出器はＲＩ８０２２を用いた。無機粒子の分別は０．２２μｍのフィルターを使用した。得られた上清は、界面活性剤の種類によって、最適な希釈を行い、アニオン界面活性剤はカラムＴＳＫｇｅｌ  ｓｕｐｅｒＡＷＭ−Ｈを用いて、カチオン界面活性剤はカラムＴＳＫｇｅｌ  ＯＤＳ−１２０Ａを用いて、ノニオン界面活性剤はカラムＴＳＫｇｅｌ  ｓｕｐｅｒＡＷ２５００を用いて分析定量した。
〜研磨試験〜
無機粒子からなる研磨用成形体を５Ｂ両面研磨装置（不二越機械工業（株）製）の研磨用定盤を固定するプレートに接着固定し、研磨用成形体の表面を平坦に整えた。研磨用成形体を貼りつけた下定盤と上定盤の回転数を９０ｒｐｍ、所定加工圧力のもとで、表１に示した界面活性剤を水に添加した研磨液を流量６００ｍｌ／ｍｉｎで流しながら、５０ｍｍ×５０ｍｍ×２ｍｍｔの石英ガラス基板の両面を１０分間研磨した。
【００５８】
研磨抵抗の指標である両面研磨機のモーターに流れる電流値（以下、モーター電流値とする）を計測した。モーター電流値の測定は、下定盤と上定盤の回転数が大きいと正確な測定が行えないので、下定盤と上定盤の回転数を３ｒｐｍに設定して、所定加工圧で行った。研磨試験の連続使用に問題のない３．３Ａ未満のモーター電流値を○、研磨条件によっては連続研磨に不具合が発生する３．３Ａ以上のモーター電流値を×とした。
【００５９】
研磨後の石英ガラス基板表面を光学顕微鏡の暗視野法で観察し、単位面積あたりのスクラッチ等の研磨傷数を評価した。
【００６０】
【表１】
2004160622.tif 000002
実施例１〜３
表１に示される界面活性剤１（エチレンオキシド鎖の数として８）、界面活性剤３（エチレンオキシド鎖の数として８）を表２に記載の濃度となるように水に添加して、研磨液を得て、酸化セリウムからなる研磨用成形体で構成された研磨定盤を用いて、加工圧力を１００ｇ／ｃｍ２として、研磨試験を行った。表２に研磨試験により得られたシリカ系材料表面の研磨傷の有無とモーター電流値の結果を示す。実施例１〜３では、石英ガラス基板表面に研磨傷は１本／ｃｍ２以下であり良好な結果が得られた。また、モーター電流値も３．３Ａ未満の良好な結果が得られた。
【００６１】
【表２】
2004160622.tif 000003
実施例４
表１に示される界面活性剤２（エチレンオキシド鎖の数として８）を表２に記載の濃度となるように水に添加して、研磨液を得て、酸化セリウムからなる研磨用成形体で構成された研磨定盤を用いて、加工圧力を１００ｇ／ｃｍ２として、研磨試験を行った。表２に研磨試験により得られた石英ガラス表面の研磨傷の結果とモーター電流値の結果を示す。実施例４では、石英ガラス基板表面の研磨傷は５本／ｃｍ２であった。モーター電流値は３．１Ａで良好な結果が得られた。
【００６２】
実施例５
表１に示される界面活性剤１及び界面活性剤３を表２に記載の濃度となるように水に添加して、研磨液を得て、酸化セリウムからなる研磨用成形体で構成された研磨定盤を用いて、加工圧力を１００ｇ／ｃｍ２として、研磨試験を行った。
表２に研磨試験により得られた石英ガラス表面の研磨傷の結果とモーター電流値の結果を示す。実施例４では、石英ガラス基板表面の研磨傷は５本／ｃｍ２であった。モーター電流値は３．１Ａで良好な結果が得られた。
【００６３】
比較例１
酸化セリウムからなる研磨用成形体から構成された研磨定盤を用いて界面活性剤を添加しない水のみを用いて、加工圧力を１００ｇ／ｃｍ２として、研磨試験を行った結果、研磨開始８分後にモーターが停止した。８分間の研磨を行った後の石英ガラス基板表面の研磨傷を評価し、表３に示した。
【００６４】
【表３】
2004160622.tif 000004
比較例２〜４
表１に示される界面活性剤４（エチレンオキシド鎖の数として８）、界面活性剤５（エチレンオキシド鎖の数として８）を表２に記載の濃度となるように水に添加して、研磨液を得て、酸化セリウムからなる研磨用成形体で構成された研磨定盤を用いて、加工圧力を１００ｇ／ｃｍ２として、研磨試験を行った。表３に研磨試験により得られた石英ガラス表面の研磨傷の結果とモーター電流値の結果を示す。比較例２〜４では、石英ガラス基板表面に１本以上／ｃｍ２の研磨傷が観察され、良好な結果が得られなかった。また、モーター電流値は３．３Ａを超えていて、悪い結果であった。
【００６５】
以上の実施例と比較例とを比較すると、表１に示されるシリカへの吸着性が高いあるいは比較的高いノニオン界面活性剤及びカチオン界面活性剤を加えた場合には、研磨傷の発生が少なく、また、モーター電流値すなわちモーターへの抵抗も低く抑えられることが分かった。これに対し、比較例で用いたアニオン界面活性剤を加えた場合には研磨傷が多くなり、また、モーター抵抗も高くなることが分かった。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
１）遊離砥粒を含まず、無機粒子からなる研磨用成形体によりシリカ系材料を研磨するため、遊離砥粒により生じうる研磨傷を極めて少なく、あるいは実質的に無くすことができ、精密な研磨ができる。
２）界面活性剤が加えられるため、研磨加工中に被研磨材料であるシリカ系材料が研磨用成形体にはりつくなどして研磨抵抗が大きくなるのを抑制することができ、研磨傷の発生防止に効果がある。
３）また、研磨抵抗が大きくなるのを抑制することができることから、研磨時において研磨装置のモーターが停止するといった問題が発生することを回避でき、効率的に作業ができる。