(57)【要約】      （修正有）【課題】サファイア基板の超精密加工において、加工効率と表面品質の向上を可能とする複合研磨材の提供。【解決手段】粒径が０．１〜１μｍの硬質研磨材コアと、厚さが５〜１００ｎｍの軟質酸化物シェルを備え、軟質酸化物シェル中の酸化物の結晶粒子の寸法は５〜２０ｎｍであり、酸化物の無機塩前駆体の水溶液と硬質研磨材を原料として、分散、恒温加水分解、固液分離、洗浄や乾燥によって製造されるハードコアソフトシェルの複合研磨材。好ましくは、硬質研磨材が、ダイヤモンド、ｃＢＮ、Ｂ４Ｃ、ＳｉＣ及びＡｌ２Ｏ３の一種以上であり、酸化物がＳｎＯ２、ＣｅＯ２、ＭｇＯ、ＦｅＯ及びＦｅ２Ｏ３の一種以上であるハードコアソフトシェルの複合研磨材。酸化物の無機塩前駆体が、塩化物、硫酸塩及び硝酸塩の一種以上である、ソフトコアソフトシェルの複合研磨材の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハードコアソフトシェルの複合研磨材であって、
粒径が０．１〜１μｍの硬質研磨材コアと厚さが５〜１００ｎｍの軟質酸化物シェルを備え、前記軟質酸化物のシェル中の酸化物の結晶粒子の寸法は５〜２０ｎｍであり、
酸化物の無機塩前駆体の水溶液と硬質研磨材を原料とした、分散、恒温加水分解、固液分離、洗浄や乾燥による製造を製造方法とすることを特徴とするハードコアソフトシェルの複合研磨材。
【請求項２】
前記硬質研磨材はダイヤモンド、ｃＢＮ、Ｂ４Ｃ、ＳｉＣとＡｌ２Ｏ３の中の少なくとも一種であることを特徴とする請求項１に記載のハードコアソフトシェルの複合研磨材。
【請求項３】
前記酸化物はＳｎＯ２、ＣｅＯ２、ＭｇＯ、ＦｅＯとＦｅ２Ｏ３の中の少なくとも一種であることを特徴とする請求項１に記載のハードコアソフトシェルの複合研磨材。
【請求項４】
前記無機塩前駆体は塩化物塩、硝酸塩と硫酸塩の中の少なくとも一種であることを特徴とする請求項１に記載のハードコアソフトシェルの複合研磨材。
【請求項５】
（１）酸化物の無機塩前駆体を脱イオン水に溶かし、濃度０．１〜１ｍｏｌ/Ｌの酸化物の無機塩前駆体の水溶液を作り、
（２）硬質研磨材を前記水溶液の中に入れ、硬質研磨剤が前記水溶液での質量濃度は１〜１０％であり、
（３）ステップ（２）のマテリアルを１０〜１５分間超音波分散させ、安定な懸濁液を形成し、
（４）前記懸濁液を６０〜９０℃で、８〜７２時間定温逆流加水分解させ、
（５）ステップ（４）に得たマテリアルを固液分離した後に、順次蒸留水と無水アルコールで得た固体を洗浄し、
（６）ステップ（５）に得た固体を４０〜４５℃で乾燥し、前記ハードコアソフトシェルの複合研磨材を得る、
というステップを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のハードコアソフトシェルの複合研磨材の製造方法。
【請求項６】
前記ステップ（５）はステップ（４）に得たマテリアルを真空吸引濾過した後に、得た固体を順次蒸留水で５回、無水アルコールで３回洗浄するステップであることを特徴とする請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記ステップ（６）の乾燥時間は２０〜３０時間であることを特徴とする請求項５に記載の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれかに記載のハードコアソフトシェルの複合研磨材がサファイヤ片の超精密研磨での応用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研磨材料の技術分野に関し、具体的はハードコアソフトシェルの複合研磨材及びそれの製造方法と応用に関わる。
【背景技術】
【０００２】
単結晶サファイヤには優れた光電性能、化学安定性、ハイ耐磨耗性、高融解点やハイ硬度などの特徴があり、光電子、通信や国防など数多い分野に使われる。ハイテク技術の絶え間ない発展に伴い、サファイヤの加工に対する要求も高くなっており、表面がサブナノメートルレベルの加工精度に達することが要求されると共に、表面及びサブ表面には残留応力及び損傷がないことも要し、同時に、加工効率やコストに配慮を加えることも必要である。サファイヤ基板を全面的に滑らかにするために、現在のサファイヤ片の超精密加工の多くは化学機械研磨技術（ＣＭＰ）を採用している。化学機械研磨方法は広く応用されているが、単結晶サファイヤは典型的な硬くて脆い材料の代表として、硬度が高く、脆さが大きく且つ化学不活性が強いなどの特徴があり、このような伝統的なウエハー加工方式をサファイヤ研磨に使う時に、材料の除去率が低く、表面品質が悪く、加工コストが高いこと、及び腐食液の深刻な環境汚染などの問題が存在している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は現有技術の欠陥を克服し、ハードコアソフトシェルの複合研磨材を提供することを目的とする。
【０００４】
本発明のもう一つの目的は前記ハードコアソフトシェルの複合研磨材の製造方法を提供することである。
【０００５】
本発明の更なる目的は前記ハードコアソフトシェルの複合研磨材の応用を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の具体的な技術案は、ハードコアソフトシェルの複合研磨材であり、粒径が０．１〜１μｍの硬質研磨材コアと厚さが５〜１００ｎｍの軟質酸化物シェルを備え、前記軟質酸化物シェル中の酸化物の結晶粒子の寸法は５〜２０ｎｍである。
【０００７】
酸化物の無機塩前駆体の水溶液と硬質研磨材を原料として、分散、定温逆流加水分解、固液分離、洗浄や乾燥で作られることを製造方法とする。
【０００８】
好ましい実施形態において、前記硬質研磨材はダイヤモンド、ｃＢＮ、Ｂ４Ｃ、ＳｉＣとＡｌ２Ｏ３の中の少なくとも一種である。
【０００９】
好ましい実施形態において、前記酸化物はＳｎＯ２、ＣｅＯ２、ＭｇＯ、ＦｅＯとＦｅ２Ｏ３の中の少なくとも一種である。
【００１０】
もっと好ましい実施形態において、前記無機塩前駆体は塩化物塩、硝酸塩と硫酸塩の中の少なくとも一種である。
【００１１】
前記ハードコアソフトシェルの複合研磨材の製造方法は以下のステップを含み、
（１）酸化物の無機塩前駆体を脱イオン水に溶かし、濃度０．１〜１ｍｏｌ/Ｌの酸化物の無機塩前駆体の水溶液を作り、
（２）硬質研磨材を前記水溶液の中に入れ、硬質研磨剤の前記水溶液中の質量濃度は１〜１０％であり、
（３）ステップ（２）の物質を１０〜１５分間超音波分散させ、安定な懸濁液を形成し、
（４）前記懸濁液を６０〜９０℃で、８〜７２時間定温逆流加水分解させ、
（５）ステップ（４）で得た物質を固液分離した後に、順次蒸留水と無水アルコールで得た固体を洗浄し、
（６）ステップ（５）で得た固体を４０〜４５℃で乾燥し、前記ハードコアソフトシェルの複合研磨材を得る。
【００１２】
好ましい実施形態において、前記ステップ（５）はステップ（４）で得た物質を真空吸引濾過した後に、得た固体を順次蒸留水で５回、無水アルコールで３回洗浄するステップである。
【００１３】
好ましい実施形態において、前記ステップ（６）の乾燥時間は２０〜３０時間である。
【００１４】
ハードコアソフトシェルの複合研磨材はサファイヤ片の超精密研磨での応用である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のメリットとして、
１、本発明のハードコアソフトシェルの複合研磨材はサファイヤを基材とする超精密加工過程において、加工効率や表面品質を向上することができる。具体的な原理として、硬質研磨材の機械加工応力の作用下、複合研磨材表面の軟質酸化物シェルがウエハーと接触している部位は、摩擦によってインターフェースの化学反応が行われ、相変化鈍化層を形成し、鈍化層の組織はサファイヤと比べて柔らかいので、除去しやすく、且つ、応力や損傷層を残留することはないので、サファイヤ片の高効率超精密での無損失の加工を実現することが挙げられる。
【００１６】
２、本発明の製造方法の被覆層の構造・形貌・厚さが制御でき、工芸が簡単で、コストが低く、大規模の工業化生産に向いている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は本発明のハードコアソフトシェルの複合研磨材の構造図である。
【図２】図２は本発明の実施例１のダイヤモンド研磨材の走査型電子顕微鏡の写真である。
【図３】図３は本発明の実施例１によって製造したハードコアソフトシェルの複合研磨材の走査型電子顕微鏡の写真である。
【図４】図４は本発明実施例１によって製造したハードコアソフトシェルの複合研磨材が研磨する前のサファイヤの形貌図である。
【図５】図５は本発明実施例１によって製造したハードコアソフトシェルの複合研磨材が研磨する後のサファイヤの形貌図である。
【図６】図６は本発明実施例３によって製造したハードコアソフトシェルの複合研磨材の透過型電子顕微鏡の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下で図と実施例を組み合せながら本発明技術案の更なる説明を行う。
【実施例１】
【００１９】
（１）塩化鉄を脱イオン水に溶かし、３００ｍＬの濃度１ｍｏｌ/Ｌの塩化鉄溶液を作った。
【００２０】
（２）４．５ｇＷ1ダイアモンド研磨材（図２に示す）を前記塩化鉄の溶液に入れた。
【００２１】
（３）ステップ（２）の物質を１０分間超音波分散させ、安定な懸濁液が形成された。
【００２２】
（４）前記懸濁液を９０℃の定温水浴に置き、４８時間定温逆流加水分解させた。
【００２３】
（５）ステップ（４）で得た物質を真空吸引濾過した後に得た固体を順次蒸留水で５回、無水アルコールで３回洗浄した。
【００２４】
（６）ステップ（５）で得た固体を４０℃で２４時間乾燥し、前記ハードコアソフトシェルの複合研磨材（図１と図３に示す）を得た。それには粒径が１μｍのダイアモンド研磨材コアと厚さが約１００ｎｍの軟質酸化鉄のシェル層があり、前記シェル層中の酸化鉄の結晶粒子の寸法は１０ｎｍぐらいである。
【００２５】
前記ハードコアソフトシェルの複合研磨材をサファイヤ片の半圧密軟性研磨道具の機械化学研磨に使い、Ｒａが０．８ｎｍのサブナノメートルレベルの表面加工品質になり、加工前後の比較を図４、図５に示す。
【実施例２】
【００２６】
（１）硝酸マグネシウムを脱イオン水に溶かし、２００ｍＬの濃度０．２ｍｏｌ/Ｌの硝酸マグネシウム溶液を作った。
【００２７】
（２）２ｇＷ０．５のアルミナ研磨材を前記硝酸マグネシウム溶液に入れた。
【００２８】
（３）ステップ（２）の物質を１０分間超音波分散させ、安定な懸濁液を形成した。
【００２９】
（４）前記懸濁液を６０℃の定温水浴に置かせ、２４時間定温逆流加水分解させた。
【００３０】
（５）ステップ（４）で得た物質を真空吸引濾過した後に得た固体を順次蒸留水で５回、無水アルコールで３回洗浄した。
【００３１】
（６）ステップ（５）で得た固体を４０℃で２４時間乾燥し、前記ハードコアソフトシェルの複合研磨材（図１に示す）を得た。それには粒径が０．５μｍのアルミナ研磨材コアと厚さが約２０ｎｍの軟質酸化マグネシウムのシェル層があり、前記シェル層中の酸化マグネシウムの結晶粒子の寸法は８ｎｍぐらいである。
【００３２】
前記ハードコアソフトシェルの複合研磨材をサファイヤ片の半圧密軟性研磨道具の機械化学研磨に使い、研磨後のサファイヤの表面粗さＲａが０．６ｎｍである。
【実施例３】
【００３３】
（１）硫酸第二鉄を脱イオン水に溶かし、２５０ｍＬの濃度０．２ｍｏｌ/Ｌの硫酸第一鉄溶液を作った。
【００３４】
（２）５ｇＷ０．２５立方晶窒化ホウ素研磨材を前記硫酸第一鉄の溶液に入れた。
【００３５】
（３）ステップ（２）の物質を１５分間超音波分散させ、安定な懸濁液を形成した。
【００３６】
（４）前記懸濁液を８５℃の定温水浴に置かせ、３６時間定温逆流加水分解させた。
【００３７】
（５）ステップ（４）で得た物質を真空吸引濾過した後に、得た固体を順次蒸留水で５回、無水アルコールで３回洗浄した。
【００３８】
（６）ステップ（５）で得た固体を４５℃で２０時間乾燥し、前記ハードコアソフトシェルの複合研磨材（図１と図６に示す）を得た。それには粒径が０．２５μｍの立方晶窒化ホウ素研磨材コアと厚さが約１５ｎｍの軟質酸化第一鉄のシェル層があり、前記シェル層中の酸化第一鉄の結晶粒子の寸法は５ｎｍぐらいである。
【００３９】
前記ハードコアソフトシェルの複合研磨材をサファイヤ片の半圧密軟性研磨道具の機械化学研磨に使われ、研磨後のサファイヤの表面粗さＲａが０．４ｎｍである。
【実施例４】
【００４０】
（１）硝酸セリウムを脱イオン水に溶かし、２００ｍＬの濃度０．５ｍｏｌ/Ｌの硝酸セリウム溶液を作った。
【００４１】
（２）１０ｇＷ０．５炭化ホウ素研磨材を前記硝酸セリウムの溶液に入れた。
【００４２】
（３）ステップ（２）の物質を１０分間超音波分散させ、安定な懸濁液を形成した。
【００４３】
（４）前記懸濁液を７０℃の定温水浴に置かせ、５４時間定温逆流加水分解させた。
【００４４】
（５）ステップ（４）で得た物質を真空吸引濾過した後に、得た固体を順次蒸留水で５回、無水アルコールで３回洗浄した。
【００４５】
（６）ステップ（５）で得た固体を４５℃で２０時間乾燥し、前記ハードコアソフトシェルの複合研磨材（図１に示す）を得た。それには粒径が０．５μｍの炭化ホウ素研磨材コアと厚さが約６０ｎｍの軟質酸化セリウムのシェル層があり、前記シェル層中の酸化セリウムの結晶粒子の寸法は１５ｎｍぐらいである。
【００４６】
前記ハードコアソフトシェルの複合研磨材をサファイヤ片の半圧密軟性研磨道具の機械化学研磨に使い、研磨後のサファイヤの表面粗さＲａが０．９ｎｍである。
【実施例５】
【００４７】
（１）塩化スズ(IV)を脱イオン水に溶かし、３００ｍＬの濃度１ｍｏｌ/Ｌの四塩化スズ溶液を作った。
【００４８】
（２）６ｇＷ１炭化シリコンを前記塩化スズ(IV)の溶液に入れた。
【００４９】
（３）ステップ（２）の物質を１０分間超音波分散させ、安定な懸濁液を形成した。
【００５０】
（４）前記懸濁液を６０℃の定温水浴に置かせ、１６時間定温逆流加水分解させた。
【００５１】
（５）ステップ（４）で得た物質を真空吸引濾過した後に得た固体を順次蒸留水で５回、無水アルコールで３回洗浄した。
【００５２】
（６）ステップ（５）で得た固体を４０℃で３０時間乾燥し、前記ハードコアソフトシェルの複合研磨材（図１に示す）を得た。それには粒径が１μｍの炭化シリコン研磨材コアと厚さが約２０ｎｍの軟質酸化スズのシェル層があり、前記シェル層中の酸化スズの結晶粒子の寸法は５ｎｍぐらいである。
【００５３】
前記ハードコアソフトシェルの複合研磨材をサファイヤ片の半圧密軟性研磨道具の機械化学研磨に使い、研磨後のサファイヤの表面粗さＲａが１．３ｎｍである。
【００５４】
本分野の普通の技術者は知っている通り、本発明の成分やパラメーターを以下の範囲に変化しても、前記実施例と同じ又は類似の技術効果になり、これも本発明の保護範囲である。
【００５５】
ハードコアソフトシェルの複合研磨材は、粒径が０．１〜１μｍの硬質研磨材コアと厚さが５〜１００ｎｍの軟質酸化物シェルを備え、前記軟質酸化物シェル中の酸化物の結晶粒子の寸法は５〜２０ｎｍである。
製造方法として、酸化物の無機塩前駆体の水溶液と硬質研磨材を原料として、分散、定温逆流加水分解、固液分離、洗浄や乾燥して製造する。
【００５６】
前記硬質研磨材はダイヤモンド、ｃＢＮ、Ｂ４Ｃ、ＳｉＣとＡｌ２Ｏ３の中の少なくとも一種である。
【００５７】
前記酸化物はＳｎＯ２、ＣｅＯ２、ＭｇＯ、ＦｅＯとＦｅ２Ｏ３の中の少なくとも一種である。
【００５８】
前記無機塩前駆体は塩化物塩、硝酸塩と硫酸塩の中の少なくとも一種である。
【００５９】
ハードコアソフトシェルの複合研磨材の製造方法は以下のステップを含み、
（１）酸化物の無機塩前駆体を脱イオン水に溶かし、濃度０．１〜１ｍｏｌ/Ｌの酸化物無機塩前駆体の水溶液を作り、
（２）硬質研磨材を前記水溶液の中に入れ、硬質研磨剤の前記水溶液中の質量濃度は１〜１０％であり、
（３）ステップ（２）の物質を１０〜１５分間超音波分散させ、安定な懸濁液を形成し、
（４）前記懸濁液を６０〜９０℃で、８〜７２時間定温逆流加水分解させ、
（５）ステップ（４）で得た物質を固液分離した後に、順次蒸留水と無水アルコールで得た固体を洗浄し、
（６）ステップ（５）で得た固体を４０〜４５℃で２０〜３０時間乾燥し、前記ハードコアソフトシェルの複合研磨材を得る。
【００６０】
前記実施例は本発明の好ましい実施例であり、本発明は実施例に限定されるものではなく、当業者が、本発明の技術実質に基づき、前記実施例に対して行ういかなる簡単な修正、類似変化及び修飾も本発明技術案の保護範囲に属する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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