(57)【要約】      （修正有）【課題】被加工物を研磨する際、被研磨面を出来るだけ均一に研磨して、平坦な面を形成することができる研磨システムを提供すること。【解決手段】被加工物３０の被研磨面３０Ａを研磨するための研磨システム１００であって、研磨システム１００は、被研磨面３０Ａを圧接させるための研磨面Ｓを有し、回転軸Ｘのまわりに回転駆動可能な研磨テーブル１と、被加工物３０を被研磨面３０Ａが研磨面Ｓと対向するように保持するための研磨ヘッド２０と、を備える。研磨面Ｓが、研磨面の外縁側から回転軸Ｘ側に向けて深くなる凹状の面を含むことを特徴とする。【選択図】図１
2017209772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の１つの被研磨面を研磨するための研磨システムであって、
前記被研磨面を圧接させるための研磨面を有し、該研磨面と交差する回転軸のまわりに回転駆動可能な研磨テーブルと、
前記被加工物を前記被研磨面が前記研磨面と対向するように保持するための研磨ヘッドと、
を備え、
前記研磨面が、前記研磨面の外縁側から前記回転軸側に向けて深くなる凹状の面を含む、
研磨システム。
【請求項２】
前記凹状の面の最大深さがｄで、前記研磨面の最大幅がｒであるとき、ｒ／ｄが１００〜５００００である、請求項１に記載の研磨システム。
【請求項３】
前記研磨ヘッドが、前記研磨面と対向する平面内で前記回転軸と略平行な軸のまわりに回転駆動可能である、請求項１又は２に記載の研磨システム。
【請求項４】
前記研磨テーブルが、定盤と、前記定盤の主表面上に設けられた研磨パッド構成体と、
を有し、
前記研磨パッド構成体が、上部主表面及び下部主表面を有し前記上部主表面が前記研磨面である研磨パッド層を含み、
前記研磨パッド層が、有機樹脂材料の成形体である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の研磨システム。
【請求項５】
前記上部主表面が窪みを形成している、請求項４に記載の研磨システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の研磨システムを準備する工程と、
被加工物をその被研磨面が前記研磨面と対向するように前記研磨ヘッドに保持する工程と、
前記研磨ヘッドに保持された前記被加工物の前記被研磨面を研磨液が供給された前記研磨面の前記凹状の面に圧接させながら、前記研磨テーブルを回転駆動して、それにより前記被研磨面を研磨する工程と、
を備える、
被加工物の１つの被研磨面を研磨する方法。
【請求項７】
前記研磨液が、流体成分と、該流体成分中に分散した、セラミックスを含む砥粒と、を含有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
研磨面を有し該研磨面と交差する回転軸のまわりに回転駆動可能な研磨テーブルと、前記研磨面と対向する平面内で前記回転軸と略平行な軸のまわりに回転駆動可能な研磨ヘッドと、を備える研磨システムを準備する工程と、
被加工物をその被研磨面が前記研磨面と対向するように前記研磨ヘッドに保持する工程と、
前記研磨ヘッドに保持された前記被加工物の前記被研磨面を研磨液が供給された前記研磨面に圧接させながら、前記研磨テーブル及び前記研磨ヘッドを回転駆動して、それにより前記被研磨面を研磨する工程と、
を備え、
前記研磨テーブルが、定盤と、前記定盤の主表面上に設けられた研磨パッド構成体と、
を有し、
前記研磨パッド構成体が、上部主表面及び下部主表面を有し前記上部主表面が前記研磨面である研磨パッド層を含み、
前記研磨パッド層が、有機樹脂材料の成形体である、
被加工物の１つの被研磨面を研磨する方法。
【請求項９】
前記上部主表面が窪みを形成している、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記研磨液が、流体成分と、該流体成分中に分散した、セラミックスを含有する砥粒と、を含む、請求項８又は９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨システム、及び被加工物を研磨する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハ等の被加工物を研磨するための種々の方法が提案されてきた。例えば、ウェハを研磨加工する方法に関して、特許文献１は、研磨時の上下定盤の変形を予め把握しておき、定盤作成過程で研磨時の変形を打ち消す形状に上下定盤を加工し、上下定盤に研磨布を貼り付けた後、上下定盤の間にウェハを挟み込み、ウェハを両面研磨する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１６６３５７号公報
【特許文献２】国際公開第２０１５／０４７９３９号
【特許文献３】国際公開第２０１５／０４８０１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
被加工物を研磨する際、研磨面を出来るだけ均一に研磨できること望ましい。研磨面を均一に研磨することで、例えば被加工物がウェハのように円盤状である場合、研磨後の被加工物の厚みのバラツキを小さくすることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面は、被加工物の１つの被研磨面を研磨するための研磨システムを提供する。研磨システムは、被研磨面を圧接させるための研磨面を有し、該研磨面と交差する回転軸のまわりに回転駆動可能な研磨テーブルと、被加工物を被研磨面が研磨面と対向するように保持するための研磨ヘッドと、を備えることができる。研磨面が、研磨面の外縁側から前記回転軸側に向けて深くなる凹状の面を含み得る。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の一側面に係る研磨システムによれば、被加工物の研磨面を高い均一性で研磨することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】研磨システムの一実施形態を示す断面図である。
【図２】研磨テーブルの一実施形態を示す断面図である。
【図３】研磨パッド構成体の一実施形態を示す断面図である。
【図４】研磨パッド構成体の一実施形態を示す断面図である。
【図５】研磨面における窪みの配列の例を示す模式図である。
【図６】研磨面の凹状の面の深さ分布を示すグラフである。
【図７】研磨後のウェハの厚みバラツキと研磨面の最大深さとの関係を示すグラフである。
【図８】研磨速度及び研磨後の厚みバラツキと、研磨ヘッドの回転数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。図面の説明において同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略することがある。
【０００９】
本明細書において、用語「又は」は、その内容について別段の明確な指示がない限り、一般的に「及び／又は」を含む意味で用いられる。
【００１０】
本明細書において記述される数値範囲は、その範囲内に包含されるあらゆる数値を含む。例えば、数値範囲１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８、４、及び５及びこれら以外のあらゆる数値を含む。
【００１１】
本明細書で使用される量又は成分、特性の測定等を表す全ての数は、別途記載のない限り、「約」という用語によって修飾され得る。各数値パラメータは、報告された有効数字の数を考慮して、通常の四捨五入を適用することによって解釈することができる。
【００１２】
図１は、研磨システム（又は研磨装置）の一実施形態を示す断面図である。図１に示す研磨システム１００は、被加工物３０の被研磨面３０Ａを機械的又は化学機械的平面化プロセスにより片面研磨するために用いることができる。被加工物の被研磨面を研磨することにより、被加工物の一部を被研磨面から除去して、研磨前と比較して平坦な面を形成することができる。
【００１３】
研磨システム１００は、被研磨面３０Ａを圧接させるための研磨面Ｓを有し回転軸Ｘのまわりに回転駆動可能な研磨テーブル１と、被加工物３０を被研磨面３０Ａが研磨面Ｓと対向するように保持するための研磨ヘッド２０と、を備える。被研磨面３０Ａを研磨する間、通常、研磨面Ｓ上に研磨液３５が供給される。研磨液３５は、任意の供給機構（例えば、ポンプ）によって、所望の速度で供給される。
【００１４】
研磨ヘッドは、被加工物３０を保持しながら、被研磨面３０Ａを研磨面Ｓに圧接させる。１つの研磨ヘッド２０に保持される被加工物３０の数は、特に制限されないが、例えば１〜５０個であってもよい。なお、研磨ヘッドは被加工物を固着するための固着層、又は他の任意の保持手段を含んでもよい。
【００１５】
研磨システム１００は、研磨テーブル１に連結された研磨テーブル用駆動アセンブリ１５と、研磨ヘッド２０に連結された研磨ヘッド用駆動アセンブリ２５とを更に有する。研磨テーブル用駆動アセンブリ１５は、研磨面Ｓの中心で研磨面Ｓと略垂直に交差する回転軸Ｘのまわりに矢印Ａに沿って回転するように、研磨テーブル１を回転駆動することができる。研磨ヘッド用駆動アセンブリ２５は、研磨面Ｓと対向する平面内で、回転軸Ｘと略平行な軸Ｙのまわりに矢印Ｂに沿って回転するように、研磨ヘッド２０を回転駆動することができる。矢印Ｂは、通常、矢印Ａと同じ回転方向である。すなわち、同じ方向から見たときに、例えば矢印Ａが時計回りであれば、矢印Ｂも通常は時計回りである。
【００１６】
本明細書で用いられる「略平行」の用語は、２本の直線が厳密に平行である場合の他、２本の直線が僅かに傾斜している場合も含む。例えば、略平行な２本の直線がなす角度が、１５°以内、５°以内又は３°以内であってもよい。
【００１７】
いくつかの形態に係る研磨テーブル１は、略円形の主表面を有する定盤１０と、定盤１０の主表面上に設けられた研磨パッド構成体１１とを有する。研磨テーブル１の構成はこれに限られず、例えば、研磨パッド構成体１１が設けられず、定盤１０自体の主表面が研磨面Ｓであり得る。研磨パッド構成体がドーナツ状等の形状を有し、定盤１０の主表面の一部を覆う場合、研磨パッド構成体によって覆われていない部分の定盤の主表面は、研磨面Ｓに含まれない。
【００１８】
図２は、研磨テーブルの例示的な一実施形態を示す断面図である。図２に示す研磨テーブル１の主表面である研磨面Ｓは、全体として略円形であり、その外縁１Ｅ側から中心（ここで回転軸Ｘと研磨面Ｓが交差する場合が多い）に移動するのにしたがって徐々に深くなる凹状の面を形成している。凹状の面は、外縁１Ｅから中心にかけて連続的に徐々に深くなっていてもよいし、深さが実質的に一定の部分を含んでいてもよい。場合により、研磨面Ｓは凹状の面を含まずに全体として平坦であってもよい。また、研磨面Ｓは外縁としての外周と、その内側の内周とを有するドーナツ状の形状をとってもよい。すなわち、凹状の面は、その中央で開口を形成する内周を有していてもよい。この場合、研磨面（凹状の面）の内側の開口と交差する回転軸が、「研磨面と交差する回転軸」とみなされる。なお、本明細書で使用される「外縁」は、所定の領域（研磨面Ｓ）の最も外側の位置を意味する。
【００１９】
本明細書で使用される「凹状の面」の用語は、研磨面Ｓの中心部分を含む面であって、研磨面Ｓの外縁側から中心（回転軸Ｘ）に向けて徐々に凹んでいく部分を含む形状の面を意味する。凹状の面は、中心部が凹んだボール状の曲面のみから構成される面だけでなく、平坦な部分を含む面も含む。例えば、いくつかの形態に係る凹状の面は、回転軸に対して略垂直な平面内にある平坦な中央部と、中央部の周囲に形成された、曲面部、又は中央部に対して傾斜した平面部と、から構成され得る。また、研磨面Ｓがドーナツ状の形状をとる場合、その内周を凹状の面の中心部分とみなす。いくつかの形態に係る凹状の面は、研磨面Ｓがその中心部分に向けて徐々に深くなるように、回転軸Ｘに垂直な平面に対して傾斜した平面を含み得る。後述するように、研磨面Ｓが局所的な窪みを形成していることがあるが、「凹状の面」は、この局所的な窪みも含む面全体として凹んだ形状を意味する。
【００２０】
本明細書で使用される「略円形」の用語は、真円、及び真円に近い楕円形等の形状を含む。例えば、略円形は、長径／短径が１〜２の範囲にある楕円形であってもよい。また、略円形の研磨面Ｓの外縁が円周に沿いながらある程度蛇行していてもよい。
【００２１】
研磨テーブル１が定盤１０及び研磨パッド構成体１１を有する場合、研磨パッド構成体１１の主表面が凹状の面を形成することができる。定盤１０の主表面が凹状の面を形成していてもよい。
【００２２】
研磨面Ｓ全体が凹状の面を形成していてもよいし、研磨面Ｓの一部が凹状の面を形成していてもよい。いくつかの形態に係る研磨面Ｓは、研磨面Ｓの外縁１Ｅに沿って形成された、回転軸Ｘに垂直な平面に略平行なリング状の平面部分と、その平面部分の内側に形成された凹状の面とを有していてもよい。研磨面Ｓ全体のうち、凹状の面を形成している部分の面積割合は、６０〜１００％、７０〜１００％、又は８０〜１００％であってもよい。
【００２３】
凹状の面の凹みの程度が適切な範囲にあることにより、研磨の均一性向上に関して、より一層顕著な効果が得られる傾向がある。係る観点から、研磨面Ｓの凹状の面の最大深さがｄで、研磨面Ｓ（又は凹状の面）の最大幅がｒであるとき、ｒ／ｄが１００〜５００００であってもよい。研磨面Ｓの最大幅ｒは、特に制限されないが、２００〜１５００ｍｍであってもよい。研磨面Ｓ（凹状の面）の最大深さｄは、特に制限されないが、０．０１〜１０ｍｍであってもよい。ここでの「深さ」は、回転軸Ｘに平行な方向における、研磨面Ｓの外縁１Ｅにおける高さとの差を意味する。研磨面Ｓがドーナツ状である場合、最大深さｄは、通常、外周（外縁１Ｅ）における研磨面Ｓの高さと内周における研磨面Ｓの高さとの差である。
【００２４】
図３は、研磨パッド構成体１１の一実施形態を示す断面図である。図３に示す研磨パッド構成体１１は、上部主表面４１ａ及びその裏側の下部主表面４１ｂを有し、上部主表面４１ａが研磨面Ｓである研磨パッド層４１を少なくとも有する。研磨パッド構成体１１は、下部主表面４１ｂに接着する結合層５１と、結合層５１の研磨パッド層４１とは反対側の面上に設けられた第２の研磨パッド層４２とを更に有していてもよい。第２の研磨パッド層４２は、研磨面Ｓ側の上部主表面４２ａ及びその裏側の下部主表面４２ｂを有する。
【００２５】
研磨パッド構成体１１が外周及び内周を有するドーナツ状であってもよい。この場合、研磨面Ｓもドーナツ状となる。
【００２６】
研磨パッド層４１は、有機樹脂材料の成形体であってもよい。ここでの有機樹脂材料は、有機ポリマーを含んでいればよく、有機ポリマー以外の成分（例えば無機フィラー）も含む組成物であってもよい。有機樹脂材料又は研磨パッド層４１における有機ポリマーの含有量は、有機樹脂材料又は研磨パッド層４１の質量を基準として、３０〜１００質量％、又は５０〜１００質量％であってもよい。
【００２７】
上記有機ポリマーは、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスチレン、及びポリオキシメチレンプラスチックから選ばれる少なくとも１種の熱可塑性樹脂であってもよいし、ポリウレタン、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、及び放射線硬化樹脂から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂であってもよいし、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の組み合わせであってもよい。
【００２８】
研磨パッド層４１は、単層であってもよいし、多層構造を有してもよい。研磨パッド層４１の厚みは、１０ｍｍ未満、５ｍｍ未満、１ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、０．２５ｍｍ未満、０．１２５ｍｍ未満又は０．０５ｍｍ未満であってよい。研磨パッド層４１の厚みは、０．０１ｍｍ以上であってもよい。
【００２９】
結合層５１は、研磨パッド層４１とともに第２の研磨パッド層４２から剥離可能に第２の研磨パッド層４２の上部主表面４２ａと接着していてもよい。結合層５１の例としては、感圧性接着剤層、剥離剤コーティング層、及び支持材層を挙げることができる。結合層５１の厚みは、例えば０．０１〜１０ｍｍである。
【００３０】
第２の研磨パッド層４２の構成（材料、サイズ、形状等）も、研磨パッド層４１（第１の研磨パッド）と同様に選択することができる。
【００３１】
図４に示されるように、研磨パッド構成体１１は、第２の研磨パッド層４２の下部主表面４２ｂ側に設けられた第２の結合層５２及び第３の研磨パッド層４３を更に有していてもよい。同様に、任意の数の追加の結合層と研磨パッド層が更に設けられてもよい。
【００３２】
研磨パッド構成体１１（研磨パッド層４１）の上部主表面４１ａが窪みを形成していてもよい。上部主表面４１ａ（研磨面Ｓ）が形成する窪みは、上部主表面４１ａの最表部に形成された開口部と、開口部から研磨パッド層４１内部に延びる側壁部とを有する。窪みの最深部に、平坦な底面部がさらに形成されていてもよい。窪みは、研磨パッド層４１を貫通することもあり得る。
【００３３】
窪みの開口部の形状は、特に制限されないが、例えば略矩形であってもよい。開口部の長さ（上部主表面４１ａの面内の開口部の最大寸法）は、２μｍ以上、２５μｍ以上、５０μｍ以上、又は１００μｍ以上であってもよいし、２０ｍｍ未満、１０ｍｍ未満、５ｍｍ未満、又は１ｍｍ未満であってもよい。開口部の幅（上部主表面の面内の開口部の最小寸法）は、２μｍ以上、２５μｍ以上、５０μｍ以上、又は１００μｍ以上であってもよいし、２０ｍｍ未満、１０ｍｍ未満、５ｍｍ未満、又は１ｍｍ未満であってもよい。
【００３４】
いくつかの形態に係る研磨パッド層において、複数の窪みが線状に配列されていてもよいし、ランダムに分布していてもよい。図５は、研磨パッド層又は研磨パッド構成体の上部主表面（研磨面）に形成された窪みの配列形態を模式的に示す平面図である。図５に示される各研磨パッド構成体１１は、複数の窪みから構成される窪みの列６０が形成された研磨面（すなわち、研磨パッド層の上部主表面）を有する。窪みの列６０は、（ａ）同心円状、（ｂ）スパイラル状、（ｃ）放射線状、（ｄ）格子状、又は（ｅ）これらの組み合わせの形状に沿って延びていてもよい。
【００３５】
複数の窪みが形成される場合、それらの開口部は互いに連続して当接し溝を形成していてもよいし、略当接していてもよいし、又は一定の又は不規則な間隔をあけて配置されていてもよい。上部主表面４１ａ内の任意の直線１ｃｍ当たりに設けられる開口部の数は、５０００個以下、４００個以下、２００個以下、又は１００個以下であってもよく、０．５個以上、１個以上、２個以上、又は１０個以上であってもよい。
【００３６】
開口部の密度は、上部主表面４１ａ内で均一であっても、不均一であってもよい。いくつかの形態では、開口部の密度は、上部主表面４１ａ全体で平均して、１個／４ｃｍ２以上、１個／ｃｍ２以上、４個／ｃｍ２以上、１００個／ｃｍ２以上、又は１０００個／ｃｍ２であってもよい。
【００３７】
いくつかの形態では、上部主表面４１ａの面内における開口部の面積は、上部主表面４１ａの総面積の３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、９０％以上、９５％、又は９７％以上であってもよい。
【００３８】
いくつかの形態に係る窪みの形状は、立方形、円筒形、プリズム形、半球形、直方体、角錐形、切頂角錐形、円錐形、切頂円錐形、十字形、弓形若しくは柱状、又はこれらの組み合わせなどの多くの幾何学的形状から選択され得る。複数の窪みが形成される場合、それらの一部又は全てが、一定の形状を有していてもよいし、不規則形状であってもよい。
【００３９】
いくつかの形態に係る窪みを形成する側壁部は、上部主表面４１ａに対して垂直であってもよいし、傾斜していてもよい。側壁部が傾斜する角度は、上部主表面４１ａの垂線に対して、１〜７５°、２〜５０°、３〜３５°、又は５〜１５°であり得る。
【００４０】
窪みの深さ（又は最大深さ）は、１μｍ以上、１０μｍ以上、又は８００μｍ以上であってもよいし、１０ｍｍ未満、５ｍｍ未満、又は１ｍｍ未満であってもよい。複数の窪みが形成される場合、それらの深さは一定でも異なっていてもよい。
【００４１】
研磨パッド層の一部又は全部に、研磨パッドの性能改善を促進する充填物質が充填されてもいてもよい。充填物質の例としては、延性のある金属、ワックス、研磨用ピッチ又はこれらの組み合わせを挙げることができる。
【００４２】
当業者に理解されるように、研磨パッド層は、成形、押出加工、型押し加工、及びこれらの組み合わせを含む様々な方法により形成され得る。
【００４３】
いくつかの形態に係る研磨液３５は、流体成分と、流体成分中に分散した砥粒とを含有するスラリーである。流体成分は、砥粒を分散させる分散媒として機能する。
【００４４】
流体成分は、非水性又は水性であってよい。非水性の流体成分は、研磨液全体の５０質量％以上の非水性流体、例えば、有機溶剤を含有するものとして定義される。水性の流体成分は、研磨液全体の５０質量％以上の水を含有するものとして定義される。非水性流体の例としては、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセロール、ポリエチレングリコール、及びトリエチレングリコールのようなアルコール；酢酸エチル、及び酢酸ブチルのようなアセテート；メチルエチルケトンのようなケトン；酢酸のような有機酸；エーテル；トリエタノールアミン又はトリエタノールアミンの錯体のようなアミン錯体；ホウ素等価物；及びこれらの組み合わせを挙げることができる。水性の流体成分は、水に加えて、上記の非水性流体のいずれかから選ぶことのできる非水性流体を含んでもよい。
【００４５】
水性の流体成分は、水から本質的になっていてもよいし、流体成分の質量を基準とする水の含有量が５０質量％以上、７０質量％以上、９０質量％以上、又は９５質量％以上であってもよい。非水性の流体成分は、非水性流体から本質的になっていてもよいし、流体成分の質量を基準とする非水性流体の含有量が、５０質量％以上、７０質量％以上、９０質量％以上、又は９５質量％以上であってもよい。流体成分が水性流体及び非水性流体の両方を含む場合、流体成分は、単相溶液であり得る。
【００４６】
いくつかの形態に係る流体成分は、例えば、分散助剤、レオロジー変性剤、腐食防止剤、ｐＨ調整剤、界面活性剤、キレート剤／錯化剤、不動態化剤、及び発泡防止剤から選ばれる１種類又は２種類以上の添加剤を更に含んでよい。
【００４７】
分散助剤としては、比較的高分子量の脂肪族又は脂環式ハロゲン化物とアミンとの反応生成物（例えばハロゲン化物とポリアルキレンポリアミンとの反応生成物）であるアミン分散剤、炭素原子数３０以上のアルキル基を有するアルキルフェノールとアルデヒド（特にホルムアルデヒド）及びアミン（特にポリアルキレンポリアミン）との反応生成物であるマンニッヒ分散剤を挙げることができる。
【００４８】
Ｌｕｂｒｉｚｏｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｗｉｃｋｌｉｆｆｅ，Ｏｈｉｏ）からＳＯＬＳＰＥＲＳＥ、ＣＡＲＢＯＳＰＥＲＳＥ及びＩＲＣＯＳＰＥＲＳＥの商品名にて入手可能なもの等の立体安定化をもたらす分散助剤を用いてもよい。更なる分散剤には、ＢＹＫ  Ａｄｄｉｔｉｖｅｓ  ａｎｄ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ｗｅｓｅｌ，Ｇｅｒｍａｎｙ）のＤＩＳＰＥＲＢＹＫ  １８０等のＤＩＳＰＥＲＢＹＫ添加剤、並びにＥｖｏｎｉｋ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ（Ｈｏｐｅｗｅｌｌ，Ｖｉｒｇｉｎｉａ）のＴＥＧＯ  ＤＩＳＰＥＲＳ  ６５２、ＴＥＧＯ  ＤＩＳＰＥＲＳ  ６５６及びＴＥＧＯ  ＤＩＳＰＥＲＳＥ  ６７０を含むＤＩＳＰＥＲＳ添加剤が挙げられる。分散助剤は、単独で又は２種類以上の組み合わせで使用することができる。
【００４９】
レオロジー変性剤としては、剪断減粘剤及び剪断増粘剤を挙げることができる。剪断減粘剤としては、ＤＩＳＰＡＲＬＯＮ  ＡＱＨ−８００、ＤＩＳＰＡＲＬＯＮ  ６１００、ＤＩＳＰＡＲＬＯＮ  ＢＢ−１０２を含む、Ｋｉｎｇ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ（Ｎｏｒｗａｌｋ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ）からＤＩＳＰＡＲＬＯＮの商品名にて入手可能なポリオレフィンポリマー材料上に塗布したポリアミドワックスを挙げることができる。モンモリロナイト粘土等のある種の粘土を剪断減粘剤として添加してもよい。レオロジー変性剤は、単独で又は２種類以上の組み合わせで使用することができる。
【００５０】
増粘剤としては、ヒュームドシリカ（例えば、Ｃａｂｏｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｂｏｓｔｏｎ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）からＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬの商品名にて入手可能なもの、Ｅｖｏｎｉｋ  ＩｎｄｕｓｔｉｒｅｓからＡＥＲＯＳＩＬの商品名にて入手可能なもの、Ｌｕｂｒｉｚｏｌ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからＳＯＬＴＨＩＸ  ＲＨＥＯＬＯＧＹ  ＭＯＤＩＦＩＥＲＳ及びＩＲＣＯＧＥＬの商品名にて入手可能なもの）、水溶性ポリマー（例えばポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、セルロース誘導体（ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、セルロースアセテートブチレート、ポリビニルアルコール、ポリ（メタ）アクリル酸、ポリエチレングリコール、ポリ（メタ）アクリルアミド、ポリスチレンスルホン酸又はこれらの任意の組み合わせ）、非水性ポリマー（例えばポリオレフィン、スチレン／マレイン酸エステルコポリマー並びにホモポリマー、コポリマー及びグラフトコポリマー）が挙げられる。
【００５１】
腐食防止剤としては、トリエタノールアミン、脂肪族アミン、オクタン酸オクチルアミン等のアルカリ性物質、並びにドデセニルコハク酸又は無水物及びオレイン酸等の脂肪酸とポリアミンとの縮合生成物が挙げられる。腐食防止剤は、単独で又は２種類以上の組み合わせで使用することができる。
【００５２】
ｐＨ調整剤としては、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、塩基性塩、有機アミン、アンモニア及びアンモニウム塩が挙げられる。ｐＨ調整剤の具体例としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化アンモニウム、ホウ酸ナトリウム、塩化アンモニウム、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン及びエチレンジアミンが挙げられる。幾つかのｐＨ調整剤、例えばジエタノールアミン及びトリエタノールアミンは、金属研磨中にアルミニウムイオン等の金属不純物とキレート化錯体を形成することができる。また、緩衝系を用いてもよい。緩衝剤は、酸性、中性近傍又は塩基性の範囲でｐＨを調整することができる。ｐＨ調整剤は、単独で又は２種類以上の組み合わせで使用することができる。他の緩衝剤としては、三塩基及び多塩基プロトライト及びこれらの塩（例えばアンモニウム塩）が挙げられる。これらの具体例としては、アスパラギン酸、グルタミン酸、ヒスチジン、リジン、アルギニン、オルニチン、システイン、チロシン及びカルノシンのプロトライト（これらの全ては７超のｐＫａを少なくとも１つ有する）に基づいたアンモニウムイオン緩衝系を挙げることができる。
【００５３】
界面活性剤としては、イオン性及び非イオン性界面活性剤が挙げられる。非イオン性界面活性剤には、親水性部分及び疎水性部分を含むポリマー、例えばＢＡＳＦ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｆｌｏｒｈａｍ  Ｐａｒｋ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）からＰＬＵＲＯＮＩＣの商品名にて入手可能なポリ（プロピレングリコール）−ブロック−ポリ（エチレングリコール）−ブロック−ポリ（プロピレングリコール）、Ｃｒｏｄａ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＰＬＣ（Ｅｄｉｓｏｎ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）からＢＲＩＪの商品名にて入手可能なポリ（エチレン）−ブロック−ポリ（エチレングリコール）、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ（Ｍｉｄｌａｎｄ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ）からＴＥＲＧＩＴＯＬの商品名にて入手可能なノニルフェノールエトキシレート、並びにＣｒｏｄａ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＰＬＣからＴＷＥＥＮ  ６０の商品名にて入手可能なポリエチレングリコールソルビタンモノステアレートを挙げることができる。
【００５４】
イオン性界面活性剤は、カチオン性界面活性剤又はアニオン性界面活性剤であることができる。カチオン性界面活性剤としては、第四級アンモニウム塩、スルホン酸塩、カルボン酸塩、線状アルキルアミン、アルキルベンゼンスルホン酸塩（洗剤）、（脂肪酸）石鹸、ラウリル硫酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩及びリグノスルホン酸塩が挙げられる。アニオン性界面活性剤は、水中で、両親媒性アニオンと、通常アルカリ金属（Ｎａ＋、Ｋ＋）又は第四級アンモニウムであるカチオンとに解離する。アニオン性界面活性剤の例としては、ＫＡＯ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｋａｏ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ  Ａｍｅｒｉｃａｓ  ＬＬＣ（Ｈｉｇｈ  Ｐｏｉｎｔ，Ｎｏｒｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ）のＡＫＹＰＯ  ＲＬＭ−２５等のラウレス−カルボン酸が挙げられる。界面活性剤は、単独で又は２種類以上の組み合わせで使用することができる。
【００５５】
キレート剤及び錯化剤は、特に、被加工物が金属である場合、流体成分に含めることができる。キレート剤及び錯化剤としては、アンモニア、アミン、ハロゲン化物、擬似ハライド、カルボキシレート、及びチオレートのような単座錯化剤、並びに多座アミンのような多座錯化剤が挙げられる。多座アミンとしては、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、及びこれらの組み合わせが挙げられる。キレート剤のその他の例としては、ポリホスフェート、１，３−ジケトン、アミノアルコール、芳香族複素環塩基、フェノール、アミノフェノール、オキシム、シッフ塩基、及びイオウ化合物が挙げられる。特に被加工物が金属酸化物である場合に用いられる錯化剤の例としては、ＮＨ４ＨＣＯ３等のアンモニウム塩、タンニン酸、カテコール、Ｃｅ（ＯＨ）（ＮＯ）３、Ｃｅ（ＳＯ４）２、フタル酸、サリチル酸が挙げられる。
【００５６】
錯化剤は、１つのカルボキシル基を有する一官能性カルボン酸、複数のカルボン酸基を有する多官能性カルボン酸、又はこれらの塩であってもよい。多官能性カルボン酸は、二官能性カルボン酸（ジカルボン酸）又は三官能性カルボン酸（トリカルボン酸）であってもよい。一官能性カルボン酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、３−ブテン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、フェニル酢酸、安息香酸及びトルイル酸が挙げられる。多官能性カルボン酸としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、メチルマロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、イソフタル酸及びテレフタル酸が挙げられる。錯化剤は、１つ又は２つ以上のカルボキシル基に加えて、１つ又は２つ以上の置換基、例えば、ハロゲン化物、ヒドロキシル基、アミノ基、エーテル基及び／又はカルボニル基を含む置換されたカルボン酸であってもよい。１つ又は２つ以上のヒドロキシル基を含むヒドロキシカルボン酸は、置換されたカルボン酸の一種である。代表的なヒドロキシカルボン酸としては、一官能性ヒドロキシカルボン酸及び多官能性ヒドロキシカルボン酸が挙げられる。一官能性ヒドロキシカルボン酸としては、グリセリン酸（２，３−ジヒドロキシプロパン酸）、グリコール酸、乳酸（例えば、Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸及びＤＬ−乳酸）、ヒドロキシブタン酸、３−ヒドロキシプロピオン酸、グルコン酸及びメチル乳酸（２−ヒドロキシイソ酪酸）が挙げられる。多官能性ヒドロキシカルボン酸としては、リンゴ酸及び酒石酸（二官能性ヒドロキシカルボン酸）並びにクエン酸（三官能性ヒドロキシカルボン酸）が挙げられる。錯化剤は、単独で又は２種類以上の組み合わせで使用することができる。
【００５７】
不動態化剤は、被研磨面上に不動態化層を作製するために、流体成分に添加することができる。ベンゾトリアゾール及び対応する類似体を含む、金属基材を不動態化するための当該技術分野において既知の不動態化剤を用いてよい。アミノ酸、例えばグリシン、アスパラギン酸、グルタミン酸、ヒスチジン、リジン、プロリン、アルギニン、システイン及びチロシンを含めた、無機酸化物基材を不動態化することが知られている不動態化剤を用いてもよい。イオン性及び非イオン性界面活性剤は、不動態化剤としても機能し得る。不動態化剤は、単独で、又は２種類以上の組み合わせ（例えば、アミノ酸と界面活性剤の組み合わせ）で使用することができる。
【００５８】
発泡防止剤としては、シリコーン、エチルアクリレートと２−エチルヘキシルアクリレートのコポリマー（所望により酢酸ビニルを更に含んでよい）、並びにトリアルキルホスフェート、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド及び（エチレンオキシド−プロピレンオキシド）ポリマーを含む抗乳化剤が挙げられる。発泡防止剤は、単独で又は２種類以上の組み合わせで使用することができる。
【００５９】
添加剤のその他の例としては、酸化剤及び／又は漂白剤（例えば過酸化水素）、硝酸及び硝酸第二鉄のような遷移金属錯体、潤滑剤、殺生物剤、石鹸が挙げられる。
【００６０】
いくつかの形態に係る研磨液中の１種の添加剤の濃度は、研磨液の質量を基準として、約０．０１質量％以上、約０．１質量％以上、約０．２５質量％以上、約０．５質量％以上、又は約１．０質量％以上であってもよく、約２０質量％未満、約１０質量％未満、約５質量％未満又は約３質量％未満であってもよい。
【００６１】
いくつかの形態に係る砥粒は、セラミックスを含むことができる。砥粒中のセラミックスは、セラミックマトリクスを形成していてもよく、特に多孔質セラミックマトリクスを形成していてもよい。本明細書で使用される「セラミックマトリクス」という用語は、ガラス質と結晶質の両方のセラミックス材料を含む。ガラス質のセラミックマトリクスは、少なくとも約３０％の結晶相から最大約９０％の１つ又は複数の結晶相が生成されるような熱処理によりもたらされる。
【００６２】
例示的な形態に係るセラミックマトリクスの少なくとも一部は、ガラス質セラミックスを含む。セラミックマトリクスは、セラミックマトリクスの質量を基準として、５０質量％以上、７０質量％以上、７５質量％以上、８０質量％以上、又は９０質量％以上のガラス質セラミックスを含んでもよい。セラミックマトリクスは、本質的にガラス質セラミックスからなっていてもよい。
【００６３】
いくつかの形態に係るセラミックマトリクスは、例えば、酸化アルミニウム、酸化ホウ素、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化ナトリウム、酸化マンガン、酸化亜鉛又はこれらの組み合わせを含む金属酸化物であることができる。セラミックマトリクスとしては、Ｓｉ２Ｏ、Ｂ２Ｏ３及びＡｌ２Ｏ３を含むアルミナ−ホウケイ酸ガラスを挙げることができる。アルミナ−ホウケイ酸ガラスは、約１８％のＢ２Ｏ３、８．５％のＡｌ２Ｏ３、２．８％のＢａＯ、１．１％のＣａＯ、２．１％のＮａ２Ｏ、１．０％のＬｉ２Ｏを含み、その残りはＳｉ２Ｏであり得る。アルミナ−ホウケイ酸ガラスは、Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｇｌａｓｓ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（Ｏｌｄｓｍａｒ  Ｆｌｏｒｉｄａ）から市販されている。
【００６４】
本明細書で使用される「多孔質」という用語は、全体にわたって分布する細孔又は間隙を有する材料（ここではセラミックマトリクス）の構造を記述するために用いられる。細孔は、砥粒の外表面に向かって開かれていてもよいし、塞がれていてもよい。砥粒における細孔又は間隙の割合は、砥粒の見かけの体積を基準として、４容積％以上、７容積％以上、１０容積％以上又は２０容積％以上であってもよく、９５容積％未満、９０容積％未満、８０容積％未満又は７０容積％未満であってもよい。
【００６５】
多孔質セラミックマトリクスは、当該技術分野において周知の技術によって形成することができる。例えば、セラミックマトリクス前駆体を焼成する方法、又はセラミックマトリクス前駆体に孔形成剤、例えばガラスバブルを添加する方法によって形成することができる。
【００６６】
いくつかの形態に係る砥粒は、セラミックマトリクス中に分散された研磨粒子を含んでよい。研磨粒子の形状は、規則的でも不規則であってもよい。
【００６７】
砥粒がセラミックマトリクス及び研磨粒子を含有する場合、セラミックマトリクスの含有量は、セラミックマトリクス及び研磨粒子の合計質量を基準として、５質量％以上、１０質量％以上、１５質量％以上、又は３３質量％以上であってもよく、９５質量％未満、９０質量％未満、８０質量％未満又は７０質量％未満であってもよい。
【００６８】
いくつかの形態に係る研磨粒子を構成する材料としては、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、溶融酸化アルミニウム、セラミック酸化アルミニウム、熱処理した酸化アルミニウム、炭化ケイ素、炭化ホウ素、アルミナジルコニア、酸化鉄、セリア、ガーネット及びこれらの組み合わせを挙げることができる。研磨粒子は、ダイヤモンドを含んでいてもよいし、ダイヤモンドから本質的になっていてもよい。ダイヤモンドは、天然又は合成ダイヤモンドであってよい。ダイヤモンド粒子は、単結晶又は多結晶であることができる。多結晶ダイヤモンドは、例えばＭｙｐｏｄｉａｍｏｎｄ  Ｉｎｃ．（Ｓｍｉｔｈｆｉｅｌｄ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ）から「Ｍｙｐｏｌｅｘ」の商品名で市販されている。単結晶ダイヤモンドは、例えばＤｉａｍｏｎｄ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ（Ｗｏｒｔｈｉｎｇｔｏｎ，Ｏｈｉｏ）から入手できる。ダイヤモンド粒子は、金属コーティング（ニッケル、アルミニウム、銅等）、無機コーティング（例えばシリカ）又は有機コーティング等の表面コーティングを有してもよい。
【００６９】
２種以上の研磨粒子を組み合わせてもよい。例えば、ダイヤモンド粒子と、より柔らかい第２の研磨粒子とを組み合わせてもよい。この場合の第２の研磨粒子は、ダイヤモンド粒子よりも小さい平均粒子径を有していてもよい。
【００７０】
いくつかの形態に係る研磨粒子は、均一に（又は実質的に均一に）セラミックマトリクス全体に分散されてよい。本明細書で使用される「均一に分布」とは、砥粒中の任意の２つの部分における単位平均密度を比較したときに、単位平均密度が両者で２０％超、１５％超、１０％超又は５％超で変動しないことを意味する。
【００７１】
研磨粒子の平均粒子径は、０．５μｍ以上、１μｍ以上又は３μｍ以上であってもよく、３００μｍ未満、１００μｍ未満又は５０μｍ未満であってもよい。研磨粒子の平均粒子径は、平均長軸径、又は粒子を貫通する最長の線分の長さの平均値を意味する。研磨粒子の平均粒子径は、例えば、所望の切削速度及び／又は被加工物の所望の表面粗さをもたらすように選択することができる。研磨粒子は、８以上、９以上又は１０以上のモース硬度を有してよい。
【００７２】
砥粒に含まれる研磨粒子の質量は、セラミックマトリクスの質量の１／２０以上、１／１０以上、１／６以上、又は１／３以上であってもよく、３０／１未満、２０／１未満、１５／１未満又は１０／１未満であってもよい。
【００７３】
いくつかの形態に係る砥粒は、充填剤、カップリング剤、界面活性剤及び発泡抑制剤等の更なる添加剤を含んでもよい。これら添加剤の量は、所望の特性をもたらすように選択され得る。砥粒は、１種類又は２種類以上の剥離剤を含んでよい。剥離剤が砥粒の外表面に付着していてもよい。剥離剤は、砥粒の凝集を防ぐために、砥粒の製造において使用することができる。剥離剤としては、例えば、金属酸化物（例えば酸化アルミニウム）、金属窒化物（例えば窒化ケイ素）、黒鉛及びこれらの組み合わせを挙げることができる。
【００７４】
いくつかの形態に係る砥粒の平均粒子径は、５μｍ以上、１０μｍ以上、１５μｍ以上又は２０μｍ以上であってもよく、１０００μｍ未満、５００μｍ未満、２００μｍ未満又は１００μｍ未満であってもよい。ここでの平均粒子径は、平均長軸径又は砥粒を貫通する最長の線分の長さを意味する。いくつかの形態に係る砥粒の平均粒子径は、研磨粒子の平均粒子径の３倍以上、５倍以上又は１０倍以上であってもよく、研磨粒子の平均粒子径の３０倍未満、２０倍未満又は１０倍未満であってもよい。
【００７５】
砥粒は、規則的でも不規則でもよい任意の形状を有することができる。砥粒は、例えば、立方体、ブロック状、円筒形、角柱形、角錐形、角錐台、円錐形、円錐台、球形、半球形、十字形又は柱様であってもよい。砥粒は、異なる形状及び／又はサイズの粒子の混合物であってもよい。砥粒は、回転楕円体であってもよい。
【００７６】
研磨液における砥粒の濃度は、流体成分の質量を基準として、０．０６５質量％以上、０．１６質量％以上、０．３３質量％以上又は０．６５質量％以上であってもよく、６．５質量％未満、４．６質量％未満、３．０質量％未満又は２．０質量％未満であってよい。
【００７７】
いくつかの形態に係る研磨液は、剥離剤を更に含むことができる。その場合、流体成分の質量を基準とする砥粒及び剥離剤の合計濃度は、０．１質量％以上、０．２５質量％以上、０．５質量％以上又は１．０質量％以上であってもよく、１０質量％未満、７質量％未満、５質量％未満又は３質量％未満であってもよい。
【００７８】
砥粒は、例えば、鋳造、複製、微細複製、成形、噴霧、噴霧乾燥、微粒化、塗布、めっき、堆積、加熱、硬化、冷却、凝固、圧縮、圧縮形成、押出し、焼結、ブレージング（braising）、微粒子化、浸入、含浸、真空化、吹付け、破壊を含めた任意の粒子形成プロセス（マトリックス材料の選択に応じて）又は他の任意の利用可能な方法により形成することができる。
【００７９】
一般に、セラミックマトリクス及び研磨粒子を含む砥粒を製造する方法は、有機結合剤、溶剤、研磨粒子、及びセラミックマトリクス前駆体粒子（例えばガラスフリット）を混合することと、この混合物を高温で噴霧乾燥して、研磨粒子、セラミックマトリクス前駆体粒子及び有機結合剤を含む未焼結の複合粒子を作製することと、未焼結の複合粒子を、例えば板状白色アルミナと混合することと、得られた粉末混合物を、有機結合剤を除去しながら研磨粒子を含むセラミックマトリクス前駆体粒子をガラス化するのに十分な温度で焼きなますことと、砥粒を形成することを含む。形成後の砥粒は、任意で所望の粒子サイズにふるい分けすることができる。
【００８０】
いくつかの形態において、研磨液に有益な特性を付与する試薬で砥粒の表面改質してもよい。例えば、ガラス表面を酸又は塩基でエッチングして適切な表面ｐＨをもたらすことができる。共有結合による改質表面は、１種類又は２種類以上の表面処理剤からなる表面処理で粒子を反応させることによって作製することができる。好適な表面処理剤の例としては、シラン類、チタン酸塩類、ジルコン酸塩類、有機リン酸塩類、及び有機スルホン酸塩類が挙げられる。シラン表面処理剤の例としては、オクチルトリエトキシシラン、ビニルシラン（例えば、ビニルトリメトキシシラン及びビニルトリエトキシシラン）、テトラメチルクロロシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、トリス−［３−（トリメトキシシリル）プロピル］イソシアヌレート、ビニル−トリス−（２−メトキシエトキシ）シラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、ビス−（γ−トリメトキシシリルプロピル）アミン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリアルコキシシラン、γ−ウレイドプロピルトリメトキシシラン、アクリルオキシアルキルトリメトキシシラン、メタクリルオキシアルキルトリメトキシシラン、フェニルトリクロロシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ＳＩＬＱＵＥＳＴ  Ａ１２３０専売非イオン性シラン分散剤（Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ（Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，Ｏｈｉｏ）から入手可能）及びこれらの混合物が挙げられる。市販の表面処理剤の例としては、ＳＩＬＱＵＥＳＴ  Ａ１７４及びＳＩＬＱＵＥＳＴ  Ａ１２３０（Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅから入手可能）が挙げられる。表面処理剤は、改質を施す表面の疎水的性質又は親水的性質を調整するために使用することができる。ビニルシランを用いて、別の試薬とビニル基を反応させることによって、更により高度な表面改質をもたらすことができる。反応性又は不活性の金属をガラスダイヤモンド粒子と組み合わせて、表面を化学的に又は物理的に変えることができる。スパッタリング、真空蒸着、化学蒸着（ＣＶＤ）又は溶融金属技術を用いることができる。
【００８１】
いくつかの形態に係る、被加工物を研磨する方法は、上述の研磨システムを用いて行うことができる。この方法は、例えば、被加工物３０をその被研磨面３０Ａが研磨面Ｓと対向するように研磨ヘッド２０に保持する工程と、研磨ヘッド２０に保持された被加工物３０の被研磨面３０Ａを研磨液３５が供給された研磨面Ｓの凹状の面に圧接させながら、研磨テーブル１を回転駆動して、それにより被研磨面３０Ａを研磨する工程と、を含む。
【００８２】
被加工物の材料は、金属、金属合金、金属酸化物、セラミックス、又はポリマー（一般に半導体ウェハ又は光学レンズの形態）であり得る。いくつかの実施形態では、被加工物は、サファイア（Ａ面、Ｒ面、又はＣ面）、ケイ素、炭化ケイ素、石英、又はケイ酸塩ガラスなどの超硬質基板であり得る。加工後のサファイア結晶、シート、又はウェハは、例えば、発光ダイオード産業において、又は携帯機器のカバー層として有用である。
【００８３】
被加工物は、１つ又は２つ以上の被研磨面を有し得るが、いくつかの形態に係る方法は、１つの被研磨面を研磨する片面研磨に関する。片面研磨の場合、１つの被加工物が有する２つ以上の被研磨面を１つずつ順次研磨してもよい。
【００８４】
研磨テーブル１が回転することにより、研磨面Ｓと被研磨面３０Ａの間に相対運動が生じる。研磨テーブル１の回転速度は、例えば、５回転／分以上、１５回転／分以上、又は３０回転／分以上であってもよく、３００回転／分以下、２００回転／分以下、又は１００回転／分以下であってもよい。研磨の間、研磨ヘッドは自由回転させておいてもよいし、所定の回転速度で回転駆動されてもよい。自由回転の場合、研磨テーブル１の回転に誘導されて研磨ヘッド２０が回転し得る。研磨ヘッド２０を回転駆動する場合、研磨ヘッド２０の回転速度の研磨テーブル１の回転速度に対する比が、０．１以上、０．３以上、又は０．５以上であってもよく、３０以下、１０以下、又は５以下であってもよい。これら範囲内で研磨ヘッドの回転速度を制御することにより、回転速度向上、及び研磨の均一性改善の点でより顕著な効果が得られ得る。
【００８５】
研磨の間、研磨テーブルにより被加工物に印加される圧力は、例えば、被研磨面の面積１ｃｍ２当たり１０〜１０００ｇｆの間で調整することができる。
【００８６】
研磨の間、研磨液３５中の砥粒が研磨面Ｓにはめ込まれ得る。特に、研磨面Ｓが上述の窪みを形成している場合、研磨液３５中の砥粒の一部又は全部が窪み内に保持されることで、研磨作業面が形成され得る。
【００８７】
いくつかの形態に係る方法では、研磨の途中で、研磨液の供給量及び／又は組成を変化させてもよい。例えば、研磨液の供給量が、初期の供給量と比べて、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、又は１００％低減されてもよい。最終段階で供給される研磨液（第２の研磨液）における砥粒の濃度が、初期の研磨液（第１の研磨液）における砥粒の濃度の３０％未満、４０％未満、５０％未満、６０％未満、７０％未満、８０％未満、９０％未満、又は１００％未満であってもよい。いくつかの形態に係る第２の研磨液における砥粒の濃度は、研磨液の質量を基準として、０．５質量％未満、０．３質量％未満、又は０．１質量％未満であり得る。
【実施例】
【００８８】
以下、実施例を挙げて本発明についてさらに具体的に説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００８９】
研磨液スラリーの調製
デキストリン（Ｓｔａｎｄｅｘ  ２３０、Ｓｔａｌｅｙ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ社製）４９gを１１００ｇのイオン交換水に投入し、１０分間攪拌した。そこに、７２０gの粉砕したガラス粉（平均粒子径１.５μｍ、Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｇｌａｓｓ社製）を投入した。その後、８８０gの単結晶ダイヤモンド粒子（粒子径１．５μｍ、Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ  Ｓｕｐｅｒａｂｒａｓｉｖｅｓ社製）を投入して攪拌した。得られた水性分散液を、遠心分離アトマイザ（スプレードライヤー）を用いて噴霧化し、形成された液滴を乾燥して、単結晶ダイヤモンド粒子、ガラス粉及びデキストリンを含む粉体を得た。噴霧化の際、アトマイザーホイールを分速２００００回転に設定し、２００℃のエアーを供給した。
【００９０】
得られた粉体とアルミナ粒子（平均粒子径３μｍ、フジミ社製）とを、アルミナ粒子の割合が全体の３５質量％となるようなの比率で混合し、混合物を７５０℃で１時間の加熱により焼成した。焼成物を６３μｍの開口部を有する篩に通して、セラミックマトリクス中に研磨粒子としての単結晶ダイヤモンド粒子が分散している、約６３μｍ以下の粒子径を有する砥粒を得た。
【００９１】
得られた砥粒、エチレングリコール、及び添加剤（Ｃｈａｌｌｅｎｇｅ  ５４３ＨＴ、ケメットジャパン社製）を混合して、研磨液スラリーを得た。研磨液スラリーにおける各成分の配合比は以下のとおりである。
・砥粒：２質量％
・エチレングリコール：９３質量％
・添加材：５質量％
（合計１００質量％）
【００９２】
研磨試験１
外径（外周の直径）９１０ｍｍ、内径（内周の直径）２００ｍｍのドーナツ形状の主表面を有し、主表面に複数の窪みが配列されたポリプロピレンシート（厚み６５０μｍ）を研磨パッド層として準備した。窪みは１辺約７００μｍの略正方形の開口部を有しており、ポリプロピレンシートの全面にわたって、約７００μｍの間隔を空けながら格子状に配列していた。このポリプロピレンシートを研磨パッド層として用い、これを定盤の円形の主表面に結合層としての両面テープで貼り付けた。
【００９３】
その状態で、ポリプロピレンシートの主表面（研磨面）をダイヤモンドパッドコンディショナー又はフェイシング装置を用いて研磨して、研磨面の内周部分が最も深くなる凹状の面を形成させた。同様の操作により最大深さが異なる数種の研磨面を形成させた。
【００９４】
形成された凹状の面の深さを、研磨面の直径方向に沿って数カ所測定することで、凹状の面の深さ分布を確認した。図６は、形成された凹状の面の深さ分布の一例を示すグラフである。“１”及び“７”の位置が研磨面の外縁（外周）の位置で、“４”が研磨面の内周部分である。研磨面の内周部分の最大深さが１００μｍ程度である凹状の面が形成されていることが確認された。
【００９５】
図１と本質的に同様の構成を有する研磨システムにより、定盤及び上記ポリプロピレンシートを研磨テーブルとして用いながら、被加工物のサンプルとしてのサファイアウェハを以下の条件で研磨した。１つの研磨ヘッドに６個のサンプルを保持し、それらを研磨した。研磨液として、上述の“研磨液スラリーの調製”において得た研磨液スラリーを用いた。深さが異なる凹状の面が形成された研磨テーブル、及び、凹状の面を形成する加工が施されていない研磨テーブルを用いて研磨を行った。
・ウェハ面積１ｃｍ２あたりの荷重：３００ｇｆ
・定盤（研磨テーブル）の回転数：６０回転／分
・研磨ヘッド：自由回転
・研磨時間：１５分間
【００９６】
研磨後のサファイアウェハの厚みを、中央部とその両側の外縁近傍の３箇所で測定し、厚みの最大値と最小値の差を、厚みバラツキとして記録した。６個のサンプルの厚みバラツキの平均値を求めた。図７は、測定された厚みバラツキと、研磨面の最大深さｄとの関係を示すグラフである。図中、最大深さｄが約１０μｍのプロットは、凹状の面が形成されていない研磨テーブルによる試験例の結果を示す。この場合も、ポリプロピレンシートが元々有していた微小な凹凸のため、最大深さｄが厳密に０とはならない。
【００９７】
図７に示されるように、研磨面が凹状であることにより、研磨後のウェハの厚みバラツキが有効に低減されることが確認された。さらに、ウェハの厚みバラツキと最大深さｄととが良好に相関することも認められており、このことから、凹状の面の傾きが大きくなると、研磨の均一性が向上する傾向にあることも示唆された。
【００９８】
研磨試験２
研磨試験１と同様に最大深さｄが約１００μｍの凹状の面が形成された研磨テーブルを用いて、研磨ヘッドの回転数の影響を検討した。以下の条件で、１つの研磨ヘッドにサファイアウェハの６個のサンプルを保持し、それらを研磨した。研磨液として、上述の“研磨液スラリーの調製”において得た研磨液スラリーを用いた。
・ウェハ面積１ｃｍ２あたりの荷重：４００ｇｆ
・定盤（研磨テーブル）の回転数：６０回転／分
・研磨ヘッド：４０回転／分、５５回転／分、６０回転／分、又は８０回転／分
・研磨時間：１５分間
【００９９】
研磨後のサンプルの厚みを測定して、研磨試験１と同様に厚みバラツキを求めた。また、研磨により減少した厚みの平均値及び研磨時間から、研磨速度を求めた。図８は、研磨速度及び研磨後の厚みバラツキと、研磨ヘッドの回転数との関係を示すグラフである。図８から、研磨ヘッドを機械的に回転駆動しながら被加工物を研磨することにより、低い厚みバラツキを維持しながら、更に高い研磨速度で研磨できることが確認された。なお、研磨ヘッドが自由回転である以外は同様の条件で研磨を行った場合、研磨速度は４０回転／分の場合よりも遅く、２．３０μｍ／分程度である。
【符号の説明】
【０１００】
１…研磨テーブル、１Ｅ…研磨面の外縁、１０…定盤、１１…研磨パッド構成体、１５…研磨テーブル用駆動アセンブリ、２０…研磨ヘッド、２５…研磨ヘッド用駆動アセンブリ、３０…被加工物、３０Ａ…被研磨面、３５…研磨液、４１…研磨パッド層、４２…第２の研磨パッド層、４３…第３の研磨パッド層、４１ａ，４２ａ，４３ａ…上部主表面、４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ…下部主表面、５１…結合層、５２…第２の結合層、６０…研磨面の窪み、１００…研磨システム、ｄ…研磨面（凹状の面）の最大深さ、ｒ…研磨面の最大幅、Ｓ…研磨面、Ａ…研磨テーブルの回転方向、Ｂ…研磨ヘッドの回転方向、Ｘ…研磨テーブルの回転軸、Ｙ…研磨ヘッドの回転軸。
【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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【図７】
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【図８】
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