JP6223786B2 - 硬脆材料用研磨液組成物 - Google Patents
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Description
平均一次粒子径が80〜500nmである大粒径シリカ粒子(成分A)と、平均一次粒子径が5〜70nmである小粒径シリカ粒子(成分B)と、有機酸及び/又はキレート剤(成分C)と、水系媒体(成分D)とを混合してなり、
前記大粒径シリカ粒子(成分A)の乾燥粒子間空隙径(P)と小粒径シリカ粒子(成分B)の平均一次粒子径(D)との比(D/P)が、0.6〜1.4であり、
前記大粒径シリカ粒子と前記小粒径シリカ粒子のSiO2換算モル数の合計に対する有機酸及び/又はキレート剤(成分C)のモル数の比(成分Cのモル数/成分Aと成分Bのモル数の合計)が0.0005〜0.01である。
流体密度が1.0g/cm3、流体粘度が1cpsの分散媒中に分散された、粒子密度が2.2g/cm3、粒子径が80nm以上の粒子を沈殿可能とする遠心条件で遠心分離を行った場合に沈殿する沈殿シリカ粒子(成分X)と、前記遠心条件で遠心分離を行っても沈殿しない浮遊シリカ粒子(成分Y)と、有機酸及び/又はキレート剤(成分C)と、水系媒体(成分D)とを含み、
前記沈殿シリカ粒子の乾燥粒子間空隙径(p)と前記浮遊シリカ粒子の分散粒径(d)との比(d/p)が、0.5〜1.05であり、
前記沈殿シリカ粒子と前記浮遊シリカ粒子のモル数の合計に対する有機酸及び/又はキレート剤(成分C)のモル数の比(成分Cのモル数/成分Xと成分Yのモル数の合計)が0.0005〜0.01である。
本発明の硬脆材料用研磨液組成物(以下「本発明の研磨液組成物」と略称する場合もある。)に含まれる大粒径シリカ粒子(成分A)及び小粒径シリカ粒子(成分B)はともに、砥粒として作用するシリカ粒子である。これらのシリカ粒子としては、コロイダルシリカ、フュームドシリカ等が挙げられるが、研磨された被研磨対象物の平滑性向上の観点から、コロイダルシリカがより好ましい。
本発明の研磨液組成物中の前記全シリカ粒子の質量(大粒径シリカ粒子と小粒径シリカ粒子の質量の合計)に対する大粒径シリカ粒子の質量の割合は、研磨速度向上の観点から、45質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上が更に好ましく、75質量%以上が更により好ましく、同様の観点から、95質量%以下が好ましく、85質量%以下がより好ましい。
変動係数=(標準偏差/平均一次粒子径)
本発明の研磨液組成物中の前記全シリカ粒子の質量(大粒径シリカ粒子と小粒径シリカ粒子の質量の合計)に対する小粒径シリカ粒子の質量の割合は、研磨速度向上の観点から、5質量%以上が好ましく、15質量%以上がより好ましく、同様の観点から、55質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、30質量%以下が更に好ましく、25質量%以下が更により好ましい。
本発明の研磨液組成物に含まれる有機酸及び/又はキレート剤(成分C)は、被研磨対象物が例えば被研磨サファイア基板である場合、Al2O3がアルカリ加水分解することによって生じたAlイオン種を捕捉して、Alイオン種のシリカ粒子への吸着に起因するシリカ粒子の不均一凝集を抑制しているものと推察される。
本発明の研磨液組成物に含まれる水系媒体(成分D)としては、イオン交換水や超純水等の水、又は水と溶媒との混合媒体等が挙げられ、上記溶媒としては、水と混合可能な溶媒(例えば、エタノール等のアルコール)が好ましい。水系媒体としては、なかでも、イオン交換水又は超純水がより好ましく、超純水が更に好ましい。本発明の成分Dが、水と溶媒との混合媒体である場合、成分Dである混合媒体全体に対する水の割合は、特に限定されるわけではないが、経済性の観点から、95質量%以上が好ましく、98質量%以上がより好ましく、実質的に100質量%が更に好ましく、100質量%が更により好ましい。
本発明の研磨液組成物は、各成分を公知の方法で混合することにより、調製することができる。研磨液組成物は、経済性の観点から、通常、濃縮液として製造され、これを使用時に希釈する場合が多い。前記研磨液組成物は、そのまま使用してもよいし、濃縮液であれば希釈して使用すればよい。濃縮液を希釈する場合、その希釈倍率は、特に制限されず、前記濃縮液における各成分の濃度(研磨材の含有量等)や研磨条件等に応じて適宜決定できる。
本発明の研磨液組成物の一例に適用される前記遠心条件として、流体密度が1.0g/cm3、流体粘度が1cpsの分散媒と当該分散媒中に分散され、粒子密度が2.2g/cm3、粒子径が80nm(8×10-5cm)以上の粒子とを含む、仮想の粒子分散液において、粒子径が80nm以上の粒子のみを遠心分離により沈殿させることができる遠心力及び遠心時間を採用する。遠心力と遠心時間は、遠心分離に使用する遠心分離機のスペック(最大遠心力、遠沈管の容量)や遠沈管におけるシリカ粒子分散液の液面の高さに左右されるが、所定値の遠心力をシリカ粒子分散液の遠心分離に適用する場合、下記のストークスの式から、粒子の沈降速度vsを決定でき、当該沈降速度vsと遠沈管におけるシリカ粒子分散液の液面の高さから遠心時間を決定できる。
(遠心条件)
前記研磨液組成物を容量50mlの遠沈管内に液面高さが10cmになるまで入れ、当該遠沈管内の研磨液組成物に対して、遠心力2150G(回転速度3500rpm)で3時間遠心分離を行う。
沈殿シリカ粒子の乾燥粒子間空隙径(p)は、充填率を高めて研磨速度を向上させる観点から、5nm以上が好ましく、10nm以上がより好ましく、15nm以上が更に好ましく、同様の観点から、100nm以下が好ましく、80nm以下がより好ましく、50nm以下が更に好ましく、30nm以下が更により好ましい。沈殿シリカ粒子の乾燥粒子間空隙径(p)は、大粒径シリカ粒子の乾燥粒子間空隙径(P)の測定方法と同じ方法で測定できる。
前記沈殿シリカ粒子及び浮遊シリカ粒子を含む研磨液組成物中の前記全シリカ粒子の質量(沈殿シリカ粒子と浮遊シリカ粒子の質量の合計)に対する浮遊シリカ粒子の質量の割合は、研磨速度向上の観点から、5質量%以上が好ましく、15質量%以上がより好ましく、同様の観点から、55質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、30質量%以下が更に好ましく、25質量%以下が更により好ましい。
本発明の硬脆材料の製造方法及び本発明の硬脆材料の研磨方法における被研磨硬脆材料(被研磨対象物)としては、例えば、サファイア基板が挙げられる。被研磨対象の形状について特に制限はなく、例えば、ディスク状、プレート状、スラブ状、プリズム状等の平面部を有する形状のみならず、レンズ等の曲面部を有する形状であってもよい。また、前記被研磨対象物は、集積回路基盤、赤外線探知用レンズ、時計等に用いられるサファイアガラス、LED用サファイア基板等さまざまであるが、本発明の研磨液組成物は、中でも、高い平滑性が要求される半導体素子等の電子部品用サファイア基板、さらには、LED用サファイア基板の製造方法の研磨工程で使用される研磨液組成物として適している。
前記大粒径シリカ粒子(成分A)の乾燥粒子間空隙径(P)と小粒径シリカ粒子(成分B)の平均一次粒子径(D)との比(D/P)が、0.6〜1.4であり、
前記大粒径シリカ粒子と前記小粒径シリカ粒子のSiO2換算モル数の合計に対する有機酸及び/又はキレート剤(成分C)のモル数の比(成分Cのモル数(N1)/成分Aと成分Bのモル数の合計(N2))が0.0005〜0.01である、硬脆材料用研磨液組成物。
<2> 前記硬脆材料用研磨液組成物中の全シリカ粒子(大粒径シリカ粒子(成分A)と小粒径シリカ粒子(成分B)の合計)の濃度は、SiO2換算濃度で、1質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上が更に好ましく、40質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、25質量%以下が更に好ましい、前記<1>に記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<3> 前記硬脆材料用研磨液組成物中の全シリカ粒子の質量(大粒径シリカ粒子と小粒径シリカ粒子の質量の合計)に対する前記大粒径シリカ粒子の質量の割合は、45質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上が更に好ましく、75質量%以上が更により好ましく、95質量%以下が好ましく、85質量%以下がより好ましい、前記<1>又は<2>に記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<4> 前記大粒径シリカ粒子の前記乾燥粒子間空隙径(P)は、5nm以上が好ましく、10nm以上がより好ましく、15nm以上が更に好ましく、100nm以下が好ましく、80nm以下がより好ましく、50nm以下が更により好ましく、30nm以下が更に好ましい、前記<1>〜<3>のいずれかに記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<5> 前記硬脆材料用研磨液組成物の製造に用いられる前記大粒径シリカ粒子(成分A)の平均一次粒子径は、500nm以下であり、300nm以下が好ましく、200nm以下がより好ましく、150nm以下が更に好ましく、80nm以上であり、100nm以上が好ましい、前記<1>〜<4>のいずれかに記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<6> 前記大粒径シリカ粒子の一次粒子径の下記変動係数は、1〜50%であると好ましく、1〜30%であるとより好ましく、1〜10%であると更に好ましい、前記<1>〜<5>のいずれかに記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<7> 前記硬脆材料用研磨液組成物中の前記全シリカ粒子の質量(前記大粒径シリカ粒子と前記小粒径シリカ粒子の質量の合計)に対する前記小粒径シリカ粒子の質量の割合は、5質量%以上が好ましく、15質量%以上がより好ましく、55質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、30質量%以下が更に好ましく、25質量%以下が更により好ましい、前記<1>〜<6>のいずれかに記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<8> 前記硬脆材料用研磨液組成物の製造に用いられる前記小粒径シリカ粒子(成分B)の平均一次粒子径(D)は、5nm以上であり、10nm以上が好ましく、15nm以上がより好ましく、20nm以上が更に好ましく、70nm以下であり、50nm以下が好ましく、40nm以下がより好ましく、30nm以下が更に好ましい、前記<1>〜<7>のいずれかに記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<9> 前記小粒径シリカ粒子の一次粒子径の変動係数は、1〜50%であると好ましく、1〜30%であるとより好ましく、1〜10%であると更に好ましい、前記<1>〜<8>のいずれかに記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<10> 前記大粒径シリカ粒子(成分A)の前記乾燥粒子間空隙径(P)と前記小粒径シリカ粒子(成分B)の平均一次粒子径(D)との比(D/P)は、0.6以上であり、0.7以上であると好ましく、1.0以上であるとより好ましく、1.1以上であると更に好ましく、1.4以下であり、1.3以下であると好ましい、前記<1>〜<9>のいずれかに記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<11> 前記硬脆材料用研磨液組成物中の有機酸及び/又はキレート剤(成分C)の濃度は、0.01質量%以上が好ましく、0.05質量%以上がより好ましく、0.1質量%以上が更に好ましく、1質量%以下が好ましく、0.5質量%以下がより好ましく、0.4質量%以下が更に好ましい、前記<1>〜<10>のいずれかに記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<12> 前記硬脆材料用研磨液組成物中の、有機酸及び/又はキレート剤(成分C)のモル数(N1)と、全シリカ粒子(前記大粒径シリカ粒子及び前記小粒径シリカ粒子の合計)のSiO2換算モル数(N2)との比(N1/N2)は、0.0005以上であり、0.0008以上が好ましく、0.001以上がより好ましく、0,002以上が更に好ましく、0.01以下であり、0.008以下が好ましく、0.005以下がより好ましく、0,004以下が更に好ましい、前記<1>〜<11>のいずれかに記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<13> 上記有機酸及び/又はキレート剤(成分C)が、好ましくは1分子内に2個以上のカルボキシル基を有する有機酸であり、より好ましくはクエン酸トリナトリウム及びマレイン酸ジナトリウムからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、更に好ましくはクエン酸トリナトリウムである、前記<1>〜<12>のいずれかに記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<14> 上記キレート剤は、好ましくは、エチレンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、エチレンジアミン二酢酸、イミノ二酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸、メタフェニレンジアミン四酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸、及びノルロイシンアミノ酢酸からなる群から選ばれる少なくとも1種のアルカリ金属塩であり、より好ましくはエチレンジアミン四酢酸ジナトリムである、前記<1>〜<13>のいずれかに記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<15> 前記硬脆材料用研磨液組成物中の全シリカ粒子(前記大粒径シリカ粒子(成分A)と前記小粒径シリカ粒子(成分B)の合計)の分散粒径は、10nm以上が好ましく、50nm以上がより好ましく、100nm以上が更に好ましく、500nm以下が好ましく、300nm以下がより好ましく、200nm以下が更に好ましい、前記<1>〜<14>のいずれかに記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<16> 前記硬脆材料用研磨液組成物中の全シリカ粒子(前記大粒径シリカ粒子(成分A)と前記小粒径シリカ粒子(成分B)の合計)のBET比表面積は、10m2/g以上が好ましく、20m2/g以上がより好ましく、40m2/g以上が更に好ましく、200m2/g以下が好ましく、100m2/g以下がより好ましく、60m2/g以下が更に好ましい、前記<1>〜<15>のいずれかに記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<17> 流体密度が1.0g/cm3、流体粘度が1cpsの分散媒中に分散された、粒子密度が2.2g/cm3、粒子径が80nm以上の粒子を沈殿可能とする遠心条件で遠心分離を行った場合に沈殿する沈殿シリカ粒子(成分X)と、前記遠心条件で遠心分離を行っても沈殿しない浮遊シリカ粒子(成分Y)と、有機酸及び/又はキレート剤(成分C)と、水系媒体(成分D)とを含み、
前記沈殿シリカ粒子の乾燥粒子間空隙径(p)と前記浮遊シリカ粒子の分散粒径(d)との比(d/p)が、0.5〜1.05であり、
前記沈殿シリカ粒子と前記浮遊シリカ粒子のモル数の合計に対する有機酸及び/又はキレート剤(成分C)のモル数の比(成分Cのモル数/成分Xと成分Yのモル数の合計)が0.0005〜0.01である、硬脆材料用研磨液組成物。
<18> 前記沈殿シリカ粒子の前記乾燥粒子間空隙径(p)は、5nm以上が好ましく、10nm以上がより好ましく、15nm以上が更に好ましく、100nm以下が好ましく、80nm以下がより好ましく、50nm以下が更に好ましく、30nm以下が更により好ましい、前記<17>に記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<19> 前記沈殿シリカ粒子のBET比表面積は、10m2/g以上が好ましく、20m2/g以上がより好ましく、30m2/g以上が更に好ましく、100m2/g以下が好ましく、80m2/g以下がより好ましく、50m2/g以下が更に好ましく、40m2/g以下が更により好ましい、前記<17>又は<18>に記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<20> 前記硬脆材料用研磨液組成物中の前記全シリカ粒子の質量(前記沈殿シリカ粒子と前記浮遊シリカ粒子の質量の合計)に対する前記沈殿シリカ粒子の質量の割合は、45質量%以上が好ましく、60質量%以上がより好ましく、70質量%以上が更に好ましく、75質量%以上が更により好ましく、95質量%以下が好ましく、85質量%以下がより好ましい、前記<17>〜<19>のいずれかに記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<21> 前記硬脆材料用研磨液組成物中の前記全シリカ粒子の質量(前記沈殿シリカ粒子と前記浮遊シリカ粒子の質量の合計)に対する前記浮遊シリカ粒子の質量の割合は、5質量%以上が好ましく、15質量%以上がより好ましく、55質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、30質量%以下が更に好ましく、25質量%以下が更により好ましい、前記<17>〜<20>のいずれかに記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<22> 前記硬脆材料用研磨液組成物中の前記浮遊シリカ粒子の分散粒径は、70nm以下が好ましく、50nm以下がより好ましく、40nm以下が更に好ましく、30nm以下が更により好ましく、5nm以上が好ましく、10nm以上がより好ましく、15nm以上が更に好ましく、20nm以上が更により好ましい、前記<17>〜<21>のいずれかに記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<23> 前記沈殿シリカ粒子の前記乾燥粒子間空隙径(p)と前記浮遊シリカ粒子の分散粒径(d)との比(d/p)は、0.5以上であり、0.80以上であると好ましく、0.85以上であるとより好ましく、0.87以上であると更に好ましく、1.05以下であり、1.03以下であると好ましい、前記<17>〜<22>のいずれかに記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<24> 前記硬脆材料用研磨液組成物中の全シリカ粒子(沈殿シリカ粒子(成分X)と浮遊シリカ粒子(成分Y)の合計)の濃度は、SiO2換算濃度で、1質量%以上が好ましく、5質量%以上がより好ましく、10質量%以上が更に好ましく、40質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、25質量%以下が更に好ましい、前記<17>〜<23>のいずれかに記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<25> 25℃におけるpHが9.0〜11.5である、前記<1>〜<24>のいずれかに記載の硬脆材料用研磨液組成物。
<26> 前記<1>〜<25>のいずれかの項に記載の硬脆材料用研磨液組成物を用いて被研磨硬脆材料を研磨する工程を含む、硬脆材料の製造方法。
<27> 前記硬脆材料が、好ましくは電子部品用サファイア基板であり、さらに好ましく端LED用サファイア基板である、前記<26>に記載の硬脆材料の製造方法。
<28> 前記<1>〜<25>のいずれかの項に記載の硬脆材料用研磨液組成物を用いて被研磨硬脆材料を研磨する工程を含む、硬脆材料の研磨方法。
<29> 前記硬脆材料が、好ましくは電子部品用サファイア基板であり、さらに好ましく端LED用サファイア基板である、前記<28>に記載の硬脆材料の研磨方法。
室温下、水496gに有機酸(成分C)としてクエン酸トリナトリウム二水和物(磐田化学製)2.55gを溶解した後、更に48%水酸化ナトリウム水溶液1.31gを溶解させることにより、有機酸ナトリウム水溶液500gを調製した。
有機酸(成分C)としてクエン酸トリナトリウムニ水和物(磐田化学製)2.55gの代わりに1.28gを用いたこと以外は、実施例1と同様にして研磨液組成物(全シリカ粒子の濃度(SiO2換算濃度)20質量%、pH=11)を製造した。研磨液組成物中の有機酸ナトリウム濃度は、0.11質量%であり、全シリカ粒子のSiO2に対する有機酸ナトリウム(成分C)のモル比は、0.0013であった。
有機酸(成分C)としてクエン酸トリナトリウム二水和物(磐田化学製)2.55gの代わりにマレイン酸ジナトリウム(和光純薬製)1.39gを用いたこと以外は、実施例1と同様にして研磨液組成物(全シリカ粒子の濃度(SiO2換算濃度)20質量%、pH11)を製造した。研磨液組成物中の有機酸ナトリウム濃度は、0.14質量%であり、全シリカ粒子のSiO2に対する有機酸ナトリウムのモル比は、0.0026であった。
キレート剤(成分C)としてクエン酸トリナトリウム二水和物(磐田化学製)2.55gの代わりにエチレンジアミン四酢酸テトラナトリウム(和光純薬製)3.30gを用いたこと以外は、実施例1と同様にして研磨液組成物(全シリカ粒子の濃度(SiO2換算濃度)20質量%、pH=11)を製造した。研磨液組成物中のキレート剤濃度は、0.33質量%であり、全シリカ粒子のSiO2に対するキレート剤のモル比は、0.0026であった。
実施例1において、全シリカ粒子に対する大粒径シリカ粒子(成分A)の割合を70質量%、小粒径シリカ粒子(成分B)の割合を30質量%としたこと以外は、実施例1と同様にして研磨液組成物(全シリカ粒子の濃度(SiO2換算濃度)20質量%、pH11)を製造した。
実施例1において、小粒径シリカ粒子(成分B)の供給源として、コロイダルシリカ水分散液(カタロイドSI−30W、SiO2=30質量%、平均一次粒子径16nm、変動係数10%、粒子形状球状、日揮触媒化成製)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして研磨液組成物(全シリカ粒子の濃度(SiO2換算濃度)20質量%、pH=11)を製造した。
実施例1において、全シリカ粒子に対する大粒径シリカ粒子(成分A)の割合を50質量%、小粒径シリカ粒子(成分B)の割合を50質量%としたこと以外は、実施例1と同様にして研磨液組成物(全シリカ粒子の濃度(SiO2換算濃度)20質量%、pH=11)を製造した。
実施例1において、有機酸塩(成分C)を配合しなかったこと以外は、実施例1と同様にして研磨液組成物(全シリカ粒子の濃度(SiO2換算濃度)20質量%、pH=11)を製造した。
実施例1において、小粒径シリカ粒子(成分B)を混合せず全シリカ粒子に対する大粒径シリカ粒子(成分A)の割合を100質量%としたこと以外は、実施例1と同様にして研磨液組成物(全シリカ粒子の濃度(SiO2換算濃度)20質量%、pH=11)を製造した。
実施例1において、大粒径シリカ粒子(成分A)を混合せず全シリカ粒子に対する小粒径シリカ粒子(成分B)の割合を100質量%としたこと以外は、実施例1と同様にして研磨液組成物(全シリカ粒子の濃度(SiO2換算濃度)20質量%、pH=11)を製造した。
実施例6において、大粒径シリカ粒子(成分A)を混合せず全シリカ粒子に対する小粒径シリカ粒子(成分B)の割合を100質量%としたこと以外は、実施例6と同様にして研磨液組成物(全シリカ粒子の濃度(SiO2換算濃度)20質量%、pH=11)を製造した。
実施例1において、有機酸(成分C)としてクエン酸トリナトリウム二水和物(磐田化学製)2.55gの代わりに12.8gを用いたこと以外は、実施例1と同様にして研磨液組成物(全シリカ粒子の濃度(SiO2換算濃度)20質量%、pH=11)を製造した。研磨液組成物中の有機酸ナトリウム濃度は、1.1質量%であり、全シリカ粒子のSiO2に対する有機酸ナトリウム(成分C)のモル比は、0.013であった。
実施例1において、小粒径シリカ粒子(成分B)を含むコロイダルシリカ水分散液(カタロイドSI−22PW、SiO2=40質量%、平均一次粒子径30nm、変動係数8%、粒子形状球状、日揮触媒化成製)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして研磨液組成物(全シリカ粒子の濃度(SiO2換算濃度)20質量%、pH=11)を製造した。
実施例1において、小粒径シリカ粒子(成分B)を含むコロイダルシリカ水分散液(カタロイドSI−550W、SiO2=20質量%、平均一次粒子径8nm、変動係数15%、粒子形状球状、日揮触媒化成製)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして研磨液組成物(全シリカ粒子の濃度(SiO2換算濃度)20質量%、pH=11)を製造した。
シリカ粒子の形状は、一又は複数の実施形態において、透過型電子顕微鏡(TEM)の観察写真及びそれを用いた分析で判別されうる分類である。「金平糖型シリカ粒子」とは、球状の粒子表面に特異な疣状突起を有するシリカ粒子をいう。金平糖型シリカ粒子は、一又は複数の実施形態において、粒径が5倍以上異なる2つ以上の粒子が凝集又は融着した形状の粒子をいう。「球状シリカ粒子」とは、真球に近い球形状の粒子(一般的に市販されているコロイダルシリカ)をいう。
シリカ粒子の乾燥粒子間空隙径は、100℃で24時間乾燥させた粉末サンプルについて、細孔径測定装置(マイクロメリティック自動ポロシメーター オートポアIV9500、島津製作所製)を用いて、水銀圧入法により、1.5〜60000psiの圧力範囲での乾燥粒子間空隙径の分布を得、当該分布のピークを乾燥粒子間空隙径とした。
シリカ粒子の比表面積は、100℃で24時間乾燥させた粉末サンプルについて、測定サンプル約0.1gを測定セルに小数点以下4桁まで精量し、比表面積の測定直前に200℃の雰囲気下で30分間乾燥した後、比表面積測定装置(マイクロメリティック自動比表面積測定装置 フローソーブIII2305、島津製作所製)を用いて窒素吸着法(BET法)により測定した。
実施例1〜7、比較例1〜7の研磨組成物中のシリカ粒子の分散粒径、及び上澄み液中の浮遊シリカ粒子の分散粒径は、動的光散乱(DLS)粒度分布計(マルバーン社製、ゼータサイザーナノS)を用い、溶媒:水(屈折率1.333)、粒子:コロイダルシリカ(屈折率1.45、減衰係数0.02)、測定温度:25℃の条件で測定し、体積換算平均粒径を分散粒径として求めた。
pHメーター(東亜電波工業社製、HM−30G)を用い、25℃にて研磨液組成物のpHを測定した。
水希釈した研磨液組成物(SiO2=5質量%)に対して下記のとおり遠心分離を行って、沈殿シリカ粒子と浮遊シリカ粒子とを分離した。遠沈管(旭硝子製、イワキ2345−050、容量50mL)に水希釈した研磨液組成物(SiO2=5質量%)を液面高さ10cmまで入れ密栓後、卓上遠心分離機(コクサン製、H−28F、ローターRF−120)を用いて3500rpm(2150G)で3時間遠心分離を行った。デカンテーションにより、沈殿シリカ粒子(X)を含んだ沈殿物と浮遊シリカ粒子(Y)を含んだ上澄み液とを分離した後、各々を、すぐに80℃で3日間乾燥させ、沈殿物中の沈殿シリカ粒子(X)の濃度及び上澄み液中の浮遊シリカ粒子(Y)の濃度を求めた後、求めた各濃度から沈殿シリカ粒子(X)と浮遊シリカ粒子(Y)の質量の合計に対する沈殿シリカ粒子(X)の質量割合、沈殿シリカ粒子(X)と浮遊シリカ粒子(Y)の質量の合計に対する浮遊シリカ粒子(Y)の質量割合を求め、表1に示した。
2インチのサファイア基板(c面)に対して下記の研磨条件で、実施例1〜7、比較例1〜7の研磨液組成物を用いて、1時間および3時間循環研磨を行った。そして、サファイア基板の研磨前後の重量変化を求め、サファイア密度(3.98g/cm3)、サファイア基板面積(20.3cm2)から研磨速度(μm/h)を算出し、表1に示した。
片面研磨機(テクノライズ製TR15M−TRK1、定盤径38cm)
不織布研磨パッド(ニッタハース製SUBA800)
研磨荷重300g/cm2
定盤回転数120rpm
キャリア回転数120rpm
研磨液流量80mL/min(循環)
Claims (6)
- 平均一次粒子径が80〜500nmである大粒径シリカ粒子(成分A)と、平均一次粒子径が5〜70nmである小粒径シリカ粒子(成分B)と、有機酸及び/又はキレート剤(成分C)と、水系媒体(成分D)とを混合してなり、
前記大粒径シリカ粒子(成分A)の乾燥粒子間空隙径(P)と小粒径シリカ粒子(成分B)の平均一次粒子径(D)との比(D/P)が、0.6〜1.4であり、
前記大粒径シリカ粒子と前記小粒径シリカ粒子のSiO2換算モル数の合計に対する有機酸及び/又はキレート剤(成分C)のモル数の比(成分Cのモル数/成分Aと成分Bのモル数の合計)が0.0005〜0.01である、硬脆材料用研磨液組成物。 - 上記有機酸及び/又はキレート剤(成分C)が、1分子内に2個以上のカルボキシル基を有する有機酸である、請求項1に記載の硬脆材料用研磨液組成物。
- 25℃におけるpHが9.0〜11.5である、請求項1又は2に記載の硬脆材料用研磨液組成物。
- 流体密度が1.0g/cm3、流体粘度が1cpsの分散媒中に分散された、粒子密度が2.2g/cm3、粒子径が80nm以上の粒子のみを沈殿可能とする遠心条件で遠心分離を行った場合に沈殿する沈殿シリカ粒子(成分X)と、前記遠心条件で遠心分離を行っても沈殿しない浮遊シリカ粒子(成分Y)と、有機酸及び/又はキレート剤(成分C)と、水系媒体(成分D)とを含み、
前記沈殿シリカ粒子の乾燥粒子間空隙径(p)と前記浮遊シリカ粒子の分散粒径(d)との比(d/p)が、0.5〜1.05であり、
前記沈殿シリカ粒子と前記浮遊シリカ粒子のモル数の合計に対する有機酸及び/又はキレート剤(成分C)のモル数の比(成分Cのモル数/成分Xと成分Yのモル数の合計)が0.0005〜0.01である、硬脆材料用研磨液組成物。 - 請求項1〜4のいずれかの項に記載の硬脆材料用研磨液組成物を用いて被研磨硬脆材料を研磨する工程を含む、硬脆材料の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれかの項に記載の硬脆材料用研磨液組成物を用いて被研磨硬脆材料を研磨する工程を含む、硬脆材料の研磨方法。
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