KR20200128390A

KR20200128390A - 연마용 조성물

Info

Publication number: KR20200128390A
Application number: KR1020207023406A
Authority: KR
Inventors: 히로키 곤
Original assignee: 가부시키가이샤 후지미인코퍼레이티드
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2019-03-14
Publication date: 2020-11-12
Also published as: EP3778823A1; US20210017423A1; EP3778823A4; CN111868201B; WO2019188359A1; CN115678438A; CN111868201A; JP7084176B2; TW201942320A; JP2019172784A

Abstract

본 발명은 연마 대상물을 높은 연마 속도로 연마시킬 수 있으며, 또한 해당 연마 대상물 표면의 면질을 보다 향상시킬 수 있는 수단을 제공한다. 본 발명은 연마 대상물을 연마시키기 위하여 사용되는 연마용 조성물이며, 알루미나 지립과, 분산매를 포함하고, 상기 알루미나 지립은, 결정성 알루미나로서 α화율이 80％ 이상인 α-알루미나 A 및 α화율이 80％ 미만인 α-알루미나 B만을 포함하고, 상기 α-알루미나 A의 평균 입자경이 상기 α-알루미나 B의 평균 입자경보다도 작은, 연마용 조성물이다.

Description

연마용 조성물

본 발명은 연마용 조성물에 관한 것이다.

광학 디바이스용 기판 재료나 파워 디바이스용 기판 재료로서, 산화 알루미늄(예를 들어 사파이어), 산화지르코늄, 질화알루미늄, 질화규소, 질화갈륨, 탄화규소 등의 경취 재료가 알려져 있다. 이 경취 재료들로 형성되는 기판 또는 막은, 일반적으로, 산화나 착화, 에칭과 같은 화학적 작용에 대하여 안정적이기 때문에, 연마에 의한 가공이 용이하지 않다. 그 때문에, 경질 재료를 사용한 연삭이나 절삭에 의한 가공이 일반적이지만, 연마 속도가 낮아져 버린다는 문제가 있다.

이러한 문제에 대하여 국제 공개 제2012/115020호(미국 특허 출원 공개 제2013/0324015호 명세서에 상당)는 비커스 경도가 1,500Hv 이상의 경취 재료를 연마시키는 용도로 사용되는 연마용 조성물이며, 적어도 산화 알루미늄 지립 및 물을 함유하고, 또한 8.5 이상의 pH를 갖고, 상기 산화 알루미늄 지립이 20m²/g 이하의 비표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 연마용 조성물을 개시하고 있다. 국제 공개 제2012/115020호(미국 특허 출원 공개 제2013/0324015호 명세서에 상당)에서는, 이와 같은 구성을 갖는 연마용 조성물을 사용함으로써, 경취 재료를 포함하는 연마 대상물을 높은 연마 속도로 연마시킬 수 있도록 하고 있다.

또한, 일본 특허 공개 제2015-120816호 공보 및 일본 특허 공개 제2011-121151호 공보는, 자기 디스크 기판을 연마 대상물로 해서, α화율이 다른 α-알루미나를 혼합하여 사용한 연마액 조성물을 개시하고 있다. 이 기술들에 의하면, 높은 연마 속도가 얻어지고, 연마 대상물 표면의 결함이 저감되도록 하고 있다.

그러나, 국제 공개 제2012/115020호(미국 특허 출원 공개 제2013/0324015호 명세서에 상당)에 기재된 기술에서는, 연마 속도는 높아지기는 하지만, 연마 대상물 표면의 면질의 향상이라는 점에서 개량의 여지가 있었다. 또한, 일본 특허 공개 제2015-120816호 공보나 일본 특허 공개 제2011-121151호 공보에 기재된 기술은, 경취 재료를 포함하는 연마 대상물에 적합하지 않고, 연마 속도나 연마 대상물 표면의 면질의 향상이라고 하는 점에서 개량의 여지가 있었다.

그래서 본 발명은 연마 대상물을 높은 연마 속도로 연마시킬 수 있으며, 또한 해당 연마 대상물 표면의 면질을 보다 향상시킬 수 있는 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자는 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 결정성 알루미나로서 α화율이 80％ 이상인 α-알루미나 A 및 α화율이 80％ 미만인 α-알루미나 B만을 포함하며, 또한 상기 α-알루미나 A의 평균 입자경이 상기 α-알루미나 B의 평균 입자경보다도 작은 알루미나 지립을 포함하는 연마용 조성물에 의해, 상기 과제가 해결될 수 있는 것을 알아내었다. 그리고, 상기 지견에 기초하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 연마 대상물을 연마시키기 위하여 사용되는 연마용 조성물이며, 알루미나 지립과, 분산매를 포함하고, 상기 알루미나 지립은, 결정성 알루미나로서 α화율이 80％ 이상인 α-알루미나 A 및 α화율이 80％ 미만인 α-알루미나 B만을 포함하고, 상기 α-알루미나 A의 평균 입자경이 상기 α-알루미나 B의 평균 입자경보다도 작은 연마용 조성물이다.

본 발명은 연마 대상물을 연마시키기 위하여 사용되는 연마용 조성물이며, 알루미나 지립과, 분산매를 포함하고, 상기 알루미나 지립은, 결정성 알루미나로서 α화율이 80％ 이상인 α-알루미나 A 및 α화율이 80％ 미만인 α-알루미나 B만을 포함하고, 상기 α-알루미나 A의 평균 입자경이 상기 α-알루미나 B의 평균 입자경보다도 작은, 연마용 조성물이다. 이러한 구성을 갖는 본 발명의 연마용 조성물을 사용함으로써, 연마 대상물을 높은 연마 속도로 연마시킬 수 있으며, 또한 해당 연마 대상물 표면의 면질을 보다 향상시킬 수 있다.

본 발명의 연마용 조성물에 의해, 왜 상기 효과가 얻어지는 것인지 상세는 불분명하지만, 이하와 같이 추측된다.

α화율이 적절하게 낮은 α-알루미나는, 경도가 낮은 비정질 알루미나와 같은 성분도 포함하고 있기 때문에, 연마 대상물에 대한 걸림 등이 일어나기 쉬워져, 연마 속도를 향상시키는 효과를 초래하지만, 타흔이나 스크래치 등이 발생하기 쉽고, 연마 대상물 표면의 면질을 저하시켜 버리는 경향이 있다. 한편, 입자경이 동일 정도이고 α화율이 높은 α-알루미나는, 연마 대상물에 대한 걸림 등이 일어나기 어렵고, α화율이 낮은 α-알루미나에 비해 타흔이나 스크래치가 적어져 연마 대상물 표면의 면질을 양호하게 하지만, 연마 속도 향상의 효과는 얻어지기 어렵다고 하는 경향이 있다.

이에 비해, 본 발명의 연마용 조성물은, 소경의 α화율이 80％ 이상인 α-알루미나 A와, α-알루미나 A보다도 대경인 α화율이 80％ 미만인 α-알루미나 B를 병용한다. 이러한 병용에 의해, α-알루미나 B에 의한 연마 시에, 소경이고 경도가 높은 α-알루미나 A가 존재하게 되고, α-알루미나 A가, α-알루미나 B와 연마 대상물의 접촉에 있어서의 완충재와 같은 역할을 한다고 생각된다. 따라서, α화율이 낮은 α-알루미나 B의 연마 대상물에 대한 걸림을 저감하고, 연마 속도를 높게 유지하면서, 타흔이나 스크래치 등을 저감하여, 연마 대상물 표면의 면질을 향상시키는 효과가 얻어진다고 생각된다. 또한, 가령 스크래치 등이 발생해도, 경도가 높은 α-알루미나 A가 연마 대상물 표면을 더 연마시킴으로써, 스크래치를 더 저감시킨다고 생각된다.

또한, 상기 메커니즘은 추측에 의한 것이며, 본 발명은 상기 메커니즘에 전혀 제한되는 것은 아니다.

[연마 대상물]

연마 대상물의 예로서는, 금속, 반도체, 유리, 세라믹스 등을 들 수 있고, 특별히 제한되지 않는다.

본 발명의 바람직한 일 실시 형태에 의하면, 연마 대상물은 경취 재료를 포함한다. 경취 재료의 예로서는, 예를 들어 유리, 세라믹스, 석재, 각종 반도체 재료를 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 다이아몬드, 사파이어(산화알루미늄), 산화지르코늄, 탄화규소, 탄화붕소, 탄화지르코늄, 탄화텅스텐, 질화규소, 질화티타늄, 질화갈륨, 질화알루미늄 등을 들 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 일 실시 형태에 의하면, 연마 대상물은 비커스 경도가 1500Hv 이상인 경취 재료를 포함한다. 이와 같은 비커스 경도가 1500Hv 이상인 경취 재료의 예로서는, 예를 들어 사파이어, 탄화규소, 질화갈륨 등을 들 수 있다.

상기 경취 재료는, 단독으로도 또는 2종 이상 조합으로도 사용해도 된다.

이들 중에서도, 연마 대상물은, 사파이어, 탄화규소 및 질화갈륨을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 1종의 경취 재료를 포함하는 것이 바람직하고, 탄화규소 및 질화갈륨을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 1종의 경취 재료를 포함하는 것이 보다 바람직하고, 탄화규소를 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 탄화규소는, 전력 손실이 적고 내열성 등에 우수한 반도체 기판 재료로서 기대되고 있어, 그 표면 성상을 개선하는 것의 실용 상의 이점은 특히 크다.

이어서, 본 발명의 연마용 조성물의 구성에 대해서, 상세하게 설명한다.

[알루미나 지립]

본 발명의 연마용 조성물은, 알루미나 지립을 포함한다.

해당 알루미나 지립은, 결정성 알루미나로서 α화율이 80％ 이상인 α-알루미나 A 및 α화율이 80％ 미만인 α-알루미나 B만을 포함한다. 결정성 알루미나 입자로서는, α-알루미나 이외에, γ-알루미나, δ-알루미나, θ-알루미나, η-알루미나, κ-알루미나, χ-알루미나 등의 중간 알루미나라고 불리는 알루미나 입자가 알려져 있다. 그러나, 본 발명에 따른 알루미나 지립은, 결정성 알루미나로서, α화율이 80％ 이상인 α-알루미나 A 및 α화율이 80％ 미만인 α-알루미나 B만을 포함하고, 중간 알루미나는 포함하지 않는다. 본 발명에서 사용되는 알루미나 지립이, 중간 알루미나를 포함하지 않다는 것은, 알루미나 지립을 X선 회절 측정하여 얻어지는 회절 피크 중에, 중간 알루미나 유래의 피크가 검출되지 않는 것에 의해 확인할 수 있다.

또한, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 한, 해당 알루미나 지립은 비정질 알루미나를 포함해도 된다.

α-알루미나 A의 α화율은 80％ 이상이며, 연마 속도 및 면질의 향상의 관점에서, 바람직하게는 82％ 이상, 보다 바람직하게는 85％ 이상이다. α-알루미나 A의 α화율의 상한값은, 100％ 이하인 것이 바람직하고, 95％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, α화율이 상기의 범위 내이면, α-알루미나 A는 복수종 사용해도 된다.

또한, α-알루미나 B의 α화율은 80％ 미만이고, 연마 속도 및 면질의 향상의 관점에서, 바람직하게는 79％ 이하, 보다 바람직하게는 78％ 이하이다. 또한, α-알루미나 B의 α화율의 하한값은, 60％ 이상인 것이 바람직하고, 70％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, α화율이 상기의 범위 내이면, α-알루미나 B는 복수종 사용해도 된다.

본 명세서에 있어서, 해당α화율은, X선 회절 스펙트럼에 있어서의 α-알루미나 특유의 회절선 피크(2θ=57.5°)의 적분 강도로부터 구해진 값을 채용한다. 보다 구체적으로는, 실시예에 기재된 방법에 의해 구해질 수 있다.

본 발명에 있어서, α-알루미나 A의 평균 입자경은, α-알루미나 B의 평균 입자경보다도 작다. α-알루미나 A의 평균 입자경이 α-알루미나 B의 평균 입자경과 동등하거나 큰 경우, 연마 속도 향상의 경향은 보이지만, α-알루미나 A에서 유래되는 타흔이나 스크래치가 증가되는 경향으로 된다. 바람직한 일 실시 형태에 있어서, α-알루미나 A의 평균 입자경은, α-알루미나 B의 평균 입자경의 0.9배보다 작은 것이 바람직하고, 0.8배보다 작은 것이 보다 바람직하고, 0.75배 이하인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 다른 바람직한 일 실시 형태에 있어서, α-알루미나 A의 평균 입자경은, 0.4㎛ 미만인 것이 바람직하고, 0.35㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.32㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, α-알루미나 A의 평균 입자경의 하한값은, 0.1㎛ 이상인 것이 바람직하고, 0.2㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, α-알루미나 B의 평균 입자경은, 0.4㎛ 이상인 것이 바람직하고, 0.41㎛ 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.43㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, α-알루미나 B의 평균 입자경의 상한값은, 5㎛ 이하인 것이 바람직하고, 2.5㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.

본 명세서에 있어서, α-알루미나 A 및 α-알루미나 B의 평균 입자경은, 레이저 회절 산란법에 의해 측정되는 체적 기준의 메디안 직경(D50)(체적 평균 입자경)을 채용하는 것으로 한다. 보다 구체적으로는, 가부시키가이샤 호리바 세이사꾸쇼제의 레이저 회절/산란식 입도 분포 측정 장치(상품명 「LA-950」)를 사용하여 측정할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시 형태에 있어서, α-알루미나 A 및 α-알루미나 B 중 적어도 한쪽의 결정자 사이즈가, 42nm 초과인 것이 바람직하고, 45nm 이상인 것이 보다 바람직하다. 본 발명의 다른 바람직한 일 실시 형태에 있어서, α-알루미나 A의 결정자 사이즈는 40nm 이하인 것이 바람직하고, 38nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 35nm 이하인 것이 더욱 바람직하다. 본 발명의 다른 바람직한 일 실시 형태에 있어서, α-알루미나 B의 결정자 사이즈는 45nm 이상인 것이 바람직하고, 50nm 이상인 것이 보다 바람직하고, 60nm 이상인 것이 더욱 바람직하다.

또한, α-알루미나의 결정자란, α-알루미나의 2차 입자를 구성하는 단결정을 말한다. 결정자 사이즈는, X선 회절 스펙트럼으로부터 얻어진 데이터를 기초로 쉐러의 식에 의해 산출될 수 있고, 보다 구체적으로는 실시예에 기재된 방법에 의해 구할 수 있다.

연마용 조성물에 있어서의 알루미나 지립의 함유량(즉 α-알루미나 A와 α-알루미나 B의 합계 함유량)은 특별히 제한되지 않지만, 가공 시간 단축의 관점에서, 0.1질량％ 이상인 것이 바람직하고, 0.5질량％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 1질량％ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 3질량％ 이상인 것이 특히 바람직하다. 연마의 안정성 및 비용 저감 등의 관점에서, 상기 알루미나 지립의 함유량은, 20질량％ 이하가 적당하고, 바람직하게는 15질량％ 이하, 보다 바람직하게는 12질량％ 이하, 더욱 바람직하게는 10질량％ 이하이다. 여기에 개시되는 기술은, 예를 들어 연마용 조성물에 있어서의 알루미나 지립의 함유량이 0.1질량％ 이상 20질량％ 이하(바람직하게는 3질량％ 이상 10질량％ 이하)인 양태에서 바람직하게 실시될 수 있다.

α-알루미나 A와 α-알루미나 B의 함유 질량비(α-알루미나 A/α-알루미나 B)는 특별히 제한되지 않지만, 5/95 이상 95/5 이하인 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 일 실시 형태에 있어서, 더 높은 연마 속도를 얻는다는 관점에서, α-알루미나 A와 α-알루미나 B의 함유 질량비(α-알루미나 A/α-알루미나 B)는 7/93 이상 30/70 이하인 것이 보다 바람직하고, 10/90 이상 20/80 이하인 것이 더욱 바람직하다. 본 발명의 다른 바람직한 일 실시 형태에 있어서, 연마 대상물의 면질을 보다 우수한 것으로 한다는 관점에서, α-알루미나 A와 α-알루미나 B의 함유 질량비(α-알루미나 A/α-알루미나 B)는 70/30 이상 93/7 이하인 것이 보다 바람직하고, 80/20 이상 90/10 이하인 것이 더욱 바람직하다.

α-알루미나 A 및 α-알루미나 B는, 시판품을 사용해도 되고 합성품을 사용해도 된다. α-알루미나 A 및 α-알루미나 B의 제조 방법(합성 방법)은 특별히 제한되지 않으며, 일반적인 α-알루미나의 제조 방법을 적절히 참조하여 제조할 수 있다. α-알루미나 A 및 α-알루미나 B의 α화율은, 예를 들어 제조 시의 소성 온도, 소성 시간 등으로 제어할 수 있다. 일반적으로, 소성 온도가 높을수록, 또한 소성 시간이 길수록, α화율은 높아진다. 또한, α-알루미나 A 및 α-알루미나 B의 평균 입자경은, 예를 들어 원분(原粉)을 분쇄할 때의 조건 등에 의해 제어할 수 있다.

<알루미나 지립 이외의 지립>

본 발명의 연마용 조성물은, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 상기 알루미나 지립 이외의 재료로 이루어지는 지립(이하, 비알루미나 지립이라고도 함)을 함유해도 된다. 이러한 비알루미나 지립의 예로서, 실리카 입자(산화규소 입자), 산화세륨 입자, 산화크롬 입자, 산화티타늄 입자, 산화지르코늄 입자, 산화마그네슘 입자, 산화망간 입자, 산화아연 입자, 산화철 입자 등의 산화물 입자; 질화규소 입자, 질화붕소 입자 등의 질화물 입자; 탄화규소 입자, 탄화붕소 입자 등의 탄화물 입자; 다이아몬드 입자; 탄산칼슘이나 탄산바륨 등의 탄산염 등 중 어느 것으로부터 실질적으로 구성되는 지립을 들 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 비알루미나 지립의 함유 비율은, 연마용 조성물에 포함되는 지립의 전체 질량 중, 20질량％ 이하인 것이 바람직하고, 10질량％ 이하가 보다 바람직하고, 5질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 0질량％, 즉 비알루미나 지립을 포함하지 않는 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 알루미나 지립의 함유 비율은, 연마용 조성물에 포함되는 지립의 전체 질량 중 80질량％ 이상인 것이 바람직하고, 90질량％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 95질량％ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 100질량％인 것이 특히 바람직하다.

[분산매]

본 발명의 연마용 조성물에 사용되는 분산매는, 알루미나 지립을 분산시킬 수 있는 것이면 되고, 특별히 제한되지 않는다. 분산매로서는, 물을 바람직하게 사용할 수 있다. 다른 성분의 작용을 저해하는 것을 억제한다는 관점에서, 불순물을 가능한 한 함유하지 않는 물이 바람직하고, 구체적으로는, 이온 교환수(탈이온수), 순수, 초순수, 증류수 등을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 해당 분산매는, 필요에 따라, 물과 균일하게 혼합할 수 있는 저급 알코올, 저급 케톤 등의 유기 용매를 더 함유해도 된다. 통상은, 연마용 조성물에 포함되는 분산매의 90체적％ 이상이 물인 것이 바람직하고, 95체적％ 이상(전형적으로는 99체적％ 이상)이 물인 것이 보다 바람직하다.

[pH]

본 발명의 바람직한 일 실시 형태에 의하면, 연마용 조성물의 pH의 하한은, 1 이상인 것이 바람직하고, 3 이상인 것이 보다 바람직하고, 5 이상인 것이 더욱 바람직하고, 7 이상인 것이 특히 바람직하다.

또한, 본 발명의 바람직한 일 실시 형태에 의하면, 연마용 조성물의 pH의 상한은, 12 이하인 것이 바람직하고, 11 이하인 것이 보다 바람직하고, 10 이하인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 다른 바람직한 일 실시 형태에 의하면, 연마용 조성물의 pH는 7 이상인 것이 바람직하고, 8 이상인 것이 보다 바람직하고, 8.5 이상인 것이 더욱 바람직하고, 또한 12 이하인 것이 바람직하고, 11 이하인 것이 보다 바람직하고, 10 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이와 같은 범위이면, 본 발명의 효과가 보다 잘 발휘될 수 있다.

원하는 pH로 조정하기 위해서, pH 조정제를 사용해도 된다. pH 조정제로서는, 공지된 산, 염기 또는 그의 염들을 사용할 수 있다. pH 조정제는 단독으로도 또는 2종 이상 혼합해서도 사용할 수 있다. 또한, pH 조정제의 첨가량도, 특별히 제한되지 않으며, 연마용 조성물이 원하는 pH가 되도록 적절히 조정하면 된다.

또한, 해당 pH는, 실시예에 기재된 방법에 의해 측정한 값을 채용한다.

[산화제]

본 발명의 연마용 조성물은, 산화제를 포함하는 것이 바람직하다. 산화제는, 폴리싱에 의한 효과를 증진하는 성분이며, 전형적으로는 수용성의 것이 사용된다. 산화제는, 특별히 한정적으로 해석되는 것은 아니지만, 폴리싱에 있어서 연마 대상물 표면을 산화 변질시키는 작용을 나타내고, 연마 대상물 표면의 취약화를 초래함으로써 지립에 의한 연마에 기여하고 있다고 생각된다.

산화제의 예로서는, 과산화수소 등의 과산화물; 질산, 그의 염인 질산철, 질산은, 질산알루미늄, 그 착체인 질산세륨암모늄 등의 질산 화합물; 퍼옥소일황산칼륨, 퍼옥소디황산 등의 과황산, 그의 염인 과황산암모늄, 과황산칼륨 등의 과황산화합물; 염소산이나 그의 염, 과염소산, 그의 염인 과염소산칼륨 등의 염소 화합물; 브롬산, 그의 염인 브롬산칼륨 등의 취소 화합물; 요오드산, 그의 염인 요오드산암모늄, 과요오드산, 그의 염인과 요오드산나트륨, 과요오드산칼륨 등의 요오드 화합물; 철산, 그의 염인 철산칼륨 등의 철산류; 과망간산, 그의 염인 과망간산나트륨, 과망간산칼륨 등의 과망간산류; 크롬산, 그의 염인 크롬산칼륨, 니크롬산칼륨 등의 크롬산류; 바나듐산, 그의 염인 바나듐산암모늄, 바나듐산나트륨, 바나듐산칼륨 등의 바나듐산류와 루테늄산 또는 그의 염 등의 루테늄산류; 몰리브덴산, 그의 염인 몰리브덴산암모늄, 몰리브덴산이나트륨 등의 몰리브덴산류; 과레늄 또는 그의 염 등의 레늄산류; 텅스텐산, 그의 염인 텅스텐산이나트륨 등의 텅스텐산류를 들 수 있다.

이 산화제들은, 단독으로도 또는 2종 이상을 적절히 조합하여 사용해도 된다. 그 중에서도, 연마 효율 등의 관점에서, 과망간산 또는 그의 염, 과산화물, 바나듐산 또는 그의 염, 과요오드산 또는 그의 염이 바람직하고, 과망간산나트륨, 과망간산칼륨이 보다 바람직하다.

바람직한 일 실시 형태에 있어서는, 연마용 조성물은, 산화제로서 복합 금속 산화물을 포함한다. 상기 복합 금속 산화물로서는, 질산금속염, 철산류, 과망간산류, 크롬산류, 바나듐산류, 루테늄산류, 몰리브덴산류, 레늄산류, 텅스텐산류를 들 수 있다. 그 중에서도, 철산류, 과망간산류, 크롬산류가 보다 바람직하고, 과망간산류가 더욱 바람직하다.

더욱 바람직한 일 실시 형태에 있어서는, 상기 복합 금속 산화물로서, 1가 또는 2가의 금속 원소(단, 전이 금속 원소를 제외함)와, 주기율표의 제4 주기 전이 금속 원소를 갖는 복합 금속 산화물 CMO가 사용된다. 상기 1가 또는 2가의 금속 원소(단, 전이 금속 원소를 제외함)의 적합 예로서는, Na, K, Mg, Ca를 들 수 있다. 그 중에서도, Na, K가 보다 바람직하다. 주기율표의 제4 주기 전이 금속 원소의 적합 예로서는, Fe, Mn, Cr, V, Ti를 들 수 있다. 그 중에서도, Fe, Mn, Cr이 보다 바람직하고, Mn이 더욱 바람직하다.

본 발명의 연마용 조성물이, 산화제로서 복합 금속 산화물(바람직하게는 복합 금속 산화물 CMO)을 포함하는 경우, 복합 금속 산화물 이외의 산화제를 더 포함해도 되고, 포함하지 않아도 된다. 여기에 개시되는 기술은, 산화제로서 복합 금속 산화물(바람직하게는 복합 금속 산화물 CMO) 이외의 산화제(예를 들어 과산화수소)를 실질적으로 포함하지 않는 양태에서도 바람직하게 실시될 수 있다.

연마용 조성물에 있어서의 산화제의 함유량(농도)은 0.1질량％ 이상이 바람직하다. 연마 속도와 면질을 고도로 또한 효율적으로 양립한다는 관점에서, 산화제의 함유량은 0.3질량％ 이상이 보다 바람직하고, 0.5질량％ 이상이 더욱 바람직하고, 0.8질량％ 이상이 특히 바람직하다. 또한, 평활성 향상의 관점에서, 상기 산화제의 함유량은, 10질량％ 이하가 바람직하고, 8질량％ 이하가 보다 바람직하고, 6질량％ 이하가 더욱 바람직하고, 5질량％ 이하가 더더욱 바람직하고, 3질량％ 이하가 특히 바람직하다.

[다른 성분]

본 발명의 연마용 조성물은, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 킬레이트제, 증점제, 분산제, 표면 보호제, 습윤제, 계면 활성제, 유기산, 유기산염, 무기산, 무기산염, 방청제, 방부제, 곰팡이 방지제 등의, 연마용 조성물(전형적으로는 고경도 재료 연마용 조성물, 예를 들어 탄화규소 기판 폴리싱용 조성물)에 사용될 수 있는 공지된 첨가제를, 필요에 따라서 더 함유해도 된다. 상기 첨가제의 함유량은, 그 첨가 목적에 따라 적절히 설정하면 된다.

[연마용 조성물의 제조 방법]

연마용 조성물의 제조 방법은 특별히 제한되지 않지만, α화율이 80％ 이상인 α-알루미나 A 및 α화율이 80％ 미만인 α-알루미나 B를, 필요에 따라서 포함되는 다른 성분과 함께 분산매 중에서 혼합하는 것을 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명은 α화율이 80％ 이상인 α-알루미나 A와 α화율이 80％ 미만인 α-알루미나 B를, 분산매 중에서 혼합하는 것을 포함하고, 상기 α-알루미나 A의 평균 입자경이 상기 α-알루미나 B의 평균 입자경보다도 작은, 연마용 조성물의 제조 방법을 제공한다.

α-알루미나 A, α-알루미나 B 및 필요에 따라 포함되는 다른 성분의 혼합 방법은 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 날개식 교반기, 초음파 분산기, 호모 믹서 등의 공지된 혼합 장치를 사용하여 혼합하면 된다. 이들 성분을 혼합하는 양태는 특별히 한정되지 않고 예를 들어 모든 성분을 한번에 혼합해도 되고, 적절히 설정된 순서로 혼합해도 된다.

각 성분을 혼합할 때의 온도는 특별히 제한되지 않지만, 10℃ 이상 40℃ 이하가 바람직하고, 용해 속도를 올리기 위하여 가열해도 된다. 혼합 시간도 특별히 제한되지 않는다.

본 발명의 연마용 조성물은, 1액형이어도 되고, 2액형을 비롯한 다액형이어도 된다. 예를 들어, 연마용 조성물의 구성 성분(전형적으로는, 분산매 이외의 성분) 중 일부의 성분을 포함하는 A액과, 나머지의 성분을 포함하는 B액이 혼합되어서 연마 대상물의 연마에 사용되도록 구성되어 있어도 된다.

<농축액>

상기 연마용 조성물은, 연마 대상물에 공급되기 전에는 농축된 형태(즉, 연마액의 농축액 형태)여도 된다. 이와 같이 농축된 형태의 연마용 조성물은, 제조, 유통, 보존 등의 때에 있어서의 편리성이나 비용 저감 등의 관점에서 유리하다. 농축 배율은, 예를 들어 체적 환산으로 2배 내지 5배 정도로 할 수 있다.

이러한 농축액의 형태에 있는 연마용 조성물은, 원하는 타이밍에 희석하여 연마액을 조제하여, 그 연마액을 연마 대상물에 공급하는 양태로 사용할 수 있다. 상기 희석은, 전형적으로는, 상기 농축액에 전술한 분산매를 첨가하여 혼합함으로써 행할 수 있다. 또한, 상기 분산매가 혼합물일 경우, 해당 분산매의 구성 성분 중 일부의 성분만을 첨가하여 희석해도 되고, 그 구성 성분들을 상기 분산매와는 다른 양비로 포함하는 혼합 분산매를 첨가하여 희석해도 된다. 또한, 후술하는 바와 같이 다제형의 연마용 조성물에 있어서는, 그들 중 일부의 제를 희석한 후에 다른 제와 혼합하여 연마액을 조제해도 되고, 복수의 제를 혼합한 후에 그 혼합물을 희석하여 연마액을 조제해도 된다.

상기 농축액에 있어서의 지립의 함유량은, 40질량％ 이하가 바람직하다. 연마용 조성물의 안정성(예를 들어, 지립의 분산 안정성)이나 여과성 등의 관점에서, 30질량％ 이하가 보다 바람직하고, 20질량％ 이하가 더욱 바람직하고, 15질량％ 이하가 특히 바람직하다. 또한, 제조, 유통, 보존 등의 때에 있어서의 편리성이나 비용 저감 등의 관점에서, 농축액에 있어서의 지립의 함유량은, 0.2질량％ 이상이 바람직하고, 1질량％ 이상이 보다 바람직하고, 5질량％ 이상이 더욱 바람직하고, 10질량％ 이상이 특히 바람직하다.

[연마 방법]

본 발명의 연마용 조성물은, 예를 들어 이하의 조작을 포함하는 양태에서, 연마 대상물의 연마에 사용할 수 있다.

즉, 여기에 개시되는 어느 연마용 조성물을 포함하는 연마액(슬러리)을 준비한다. 상기 연마액을 준비하는 것에는, 연마용 조성물에, 농도 조정(예를 들어 희석), pH 조정 등의 조작을 추가하여 연마액을 조제하는 것이 포함될 수 있다. 혹은, 상기 연마용 조성물을 그대로 연마액으로서 사용해도 된다. 또한, 다액형의 연마용 조성물의 경우, 상기 연마액을 준비하는 것에는, 그 제들을 혼합하는 것, 해당 혼합 전에 하나 또는 복수의 제를 희석하는 것, 해당 혼합 후에 그의 혼합물을 희석하는 것 등이 포함될 수 있다.

이어서, 그 연마액을 연마 대상물 표면에 공급하고, 통상의 방법에 의해 연마시킨다. 예를 들어, 일반적인 연마 장치에 연마 대상물을 세트하고, 해당 연마 장치의 연마 패드를 통하여 해당 연마 대상물의 표면(연마 대상면)에 상기 연마액을 공급한다. 전형적으로는, 상기 연마액을 연속적으로 공급하면서, 연마 대상물 표면에 연마 패드를 밀어붙여 양자를 상대적으로 이동(예를 들어 회전 이동)시킨다. 이러한 폴리싱 공정을 거쳐서 연마 대상물의 연마가 완료된다.

본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 경취 재료를 포함하는 연마 대상물을 연마시키는 연마 방법 및 해당 연마 방법을 사용한 연마 완료 연마 대상물의 제조 방법이 제공된다. 상기 연마 방법은, 여기에 개시되는 연마용 조성물을 사용하여 연마 대상물을 연마시키는 공정을 포함함으로써 특징지어진다. 바람직한 일 실시 형태에 따른 연마 방법은, 예비 폴리싱을 행하는 공정(예비 폴리싱 공정)과, 마무리 폴리싱을 행하는 공정(마무리 폴리싱 공정)을 포함한다. 여기에서 말하는 예비 폴리싱 공정이란, 연마 대상물에 대하여 예비 폴리싱을 행하는 공정이다. 전형적인 일 양태에서는, 예비 폴리싱 공정은, 마무리 폴리싱 공정의 직전에 배치되는 폴리싱 공정이다. 예비 폴리싱 공정은, 1단의 폴리싱 공정이어도 되고, 2단 이상의 복수단의 폴리싱 공정이어도 된다. 또한, 여기서 말하는 마무리 폴리싱 공정은, 예비 폴리싱이 행하여진 연마 대상물에 대하여 마무리 폴리싱을 행하는 공정이며, 지립을 포함하는 폴리싱용 슬러리를 사용하여 행하여지는 폴리싱 공정 중 마지막으로(즉, 가장 하류측에) 배치되는 연마 공정을 말한다. 이와 같이 예비 폴리싱 공정과 마무리 폴리싱 공정을 포함하는 연마 방법에 있어서, 여기에 개시되는 연마용 조성물은, 예비 폴리싱 공정에서 사용되어도 되고, 마무리 폴리싱 공정에서 사용되어도 되고, 예비 폴리싱 공정 및 마무리 폴리싱 공정의 양쪽에서 사용되어도 된다.

바람직한 일 실시 형태에 있어서, 상기 연마용 조성물을 사용하는 폴리싱 공정은, 예비 폴리싱 공정일 수 있다. 여기에 개시되는 연마용 조성물은, 높은 연마 속도를 실현할 수 있는 점에서, 연마 대상물 표면의 예비 폴리싱 공정에 사용되는 연마용 조성물(예비 폴리싱용 조성물)로서 적합하다. 예비 폴리싱 공정이 2단 이상의 복수단의 폴리싱 공정을 포함하는 경우, 그들 중 2단 이상의 폴리싱 공정을, 여기에 개시되는 어느 연마용 조성물을 사용하여 실시하는 것도 가능하다. 여기에 개시되는 연마용 조성물은, 전단(상류측)의 예비 폴리싱에 바람직하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 후술하는 랩핑 공정을 거친 최초의 예비 폴리싱 공정(전형적으로는 1차 연마 공정)에 있어서도 바람직하게 사용될 수 있다.

다른 바람직한 일 실시 형태에 있어서, 상기 연마용 조성물을 사용하는 폴리싱 공정은, 마무리 폴리싱 공정이다. 여기에 개시되는 연마용 조성물은, 연마 후의 표면에 있어서 스크래치수를 효과적으로 저감시킬 수 있는 점에서, 연마 대상물 표면의 마무리 폴리싱 공정에 사용되는 연마용 조성물(처리 폴리싱용 조성물)로서 특히 바람직하게 사용될 수 있다.

예비 폴리싱 공정 및 마무리 폴리싱 공정은, 편면 연마 장치에 의한 연마, 양면 연마 장치에 의한 연마 중 어느 것에도 적용 가능하다. 편면 연마 장치에서는, 세라믹 플레이트에 왁스로 연마 대상물을 부착하고, 캐리어라고 불리는 보유 지지구를 사용하여 연마 대상물을 보유 지지하고, 폴리싱용 조성물을 공급하면서 연마 대상물의 편면에 연마 패드를 밀어붙여 양자를 상대적으로 이동(예를 들어 회전 이동)시킴으로써 연마 대상물의 편면을 연마시킨다. 양면 연마 장치에서는, 캐리어라고 불리는 보유 지지구를 사용하여 연마 대상물을 보유 지지하고, 상방에서 폴리싱용 조성물을 공급하면서, 연마 대상물의 대향면에 연마 패드를 밀어붙여, 그것들을 상대 방향으로 회전시킴으로써 연마 대상물의 양면을 동시에 연마시킨다.

각 폴리싱 공정에서 사용되는 연마 패드는, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 부직포 타입, 스웨이드 타입, 경질 발포 폴리우레탄 타입, 지립을 포함하는 것, 지립을 포함하지 않는 것 등 중 어느 것을 사용해도 된다.

상기 연마 방법에 의해 연마된 연마 완료 연마 대상물은, 전형적으로는 폴리싱 후에 세정된다. 이 세정은, 적당한 세정액을 사용하여 행할 수 있다. 사용하는 세정액은 특별히 한정되지 않고, 공지, 관용의 것을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.

또한, 연마 방법은, 상기 예비 폴리싱 공정 및 마무리 폴리싱 공정에 더하여 임의의 다른 공정을 포함할 수 있다. 그러한 공정으로서는, 예비 폴리싱 공정 전에 행하여지는 랩핑 공정을 들 수 있다. 상기 랩핑 공정은, 연마 정반(예를 들어 주철 정반)의 표면을 연마 대상물로 압박함으로써 연마 대상물의 연마를 행하는 공정이다. 따라서, 랩핑 공정에서는 연마 패드는 사용하지 않는다. 랩핑 공정은, 전형적으로는, 연마 정반과 연마 대상물 사이에 지립(전형적으로는 다이아몬드 지립)을 공급하여 행하여진다. 또한, 여기에 개시되는 연마 방법은, 예비 폴리싱 공정 전이나, 예비 폴리싱 공정과 마무리 폴리싱 공정 사이에 추가의 공정(세정 공정이나 폴리싱 공정)을 포함해도 된다.

본 발명에는, 상기 연마용 조성물을 사용한 폴리싱 공정을 포함하는 연마 완료 연마 대상물의 제조 방법(예를 들어 탄화규소 기판의 제조 방법) 및 해당 방법에 의해 제조된 연마 완료 연마 대상물의 제공이 포함될 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 경취 재료를 포함하는 연마 대상물에, 여기에 개시되는 어느 연마용 조성물을 공급하여 해당 연마 대상물을 연마시키는 것을 포함하는, 연마 완료 연마 대상물의 제조 방법 및 해당 방법에 의해 제조된 연마 완료 연마 대상물이 제공된다. 상기 제조 방법은, 여기에 개시되는 어느 연마 방법의 내용을 바람직하게 적용함으로써 실시될 수 있다. 상기 제조 방법에 의하면, 면질이 향상된 연마 후 표면을 갖는 연마 완료 연마 대상물(예를 들어 탄화규소 기판)이 효율적으로 제공될 수 있다.

실시예

본 발명을, 이하의 실시예 및 비교예를 사용하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 본 발명의 기술적 범위가 이하의 실시예에만 제한되는 것은 아니다.

알루미나 지립의 체적 평균 입자경(D50)은 레이저 회절/산란식 입자경 분포 측정 장치(가부시키가이샤 호리바 세이사꾸쇼제, LA-950)에 의해 측정하였다.

알루미나 지립의 α화율 및 결정자 사이즈는, 하기의 측정 조건에서 X선 회절 측정을 행해 구하였다;

장치: 가부시키가이샤 리가쿠제, 분말 X선 회절 장치 Ultima IV

X선 발생 전압: 40kV

방사선: Cu-Kα1선

전류: 10mA

스캔 속도: 10°/분

측정 스텝: 0.01°

α화율은, α-알루미나 특유의 회절선 피크(2θ=57.5°)의 적분 강도를 기초로 산출하였다. 또한, 결정자 사이즈는, 분말 X선 회절 패턴 종합 해석 소프트웨어 JADE(MDI사제, 쉐러의 식에 의한 자동 계산)를 사용하여 산출하였다.

알루미나 입자로서, 하기 표 1에 나타내는 세 종류를 준비하였다.

또한, 상기 3종의 알루미나 입자에 대해서, α-알루미나 이외의 결정성 알루미나 유래의 피크는 확인되지 않았다.

(실시예 1)

지립으로서 알루미나 A1 및 알루미나 B1을 준비하고, 알루미나 A1:알루미나 B1=1:9(질량비)로 되도록, 또한 지립 전체의 함유량으로서 6질량％로 되도록 수중에서 혼합하였다. 계속해서, 과망간산칼륨을 2질량％의 함유량으로 되도록 첨가하여, 실온(25℃)에서 30분간 교반하여, 분산액을 조제하였다. 분산액의 pH를 pH 미터(가부시키가이샤 호리바 세이사꾸쇼제)에 의해 확인하면서, 해당 분산액에 알칼리로서 0.01질량％의 함유량으로 되도록 수산화칼륨 수용액(농도 48질량％)을 첨가하고, pH 9.0로 조정하여, 연마용 조성물을 조제하였다.

(실시예 2 내지 5)

알루미나 A1 및 알루미나 B1의 질량비를, 하기 표 2에 기재된 질량비로 되도록 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 연마용 조성물을 조제하였다.

(비교예 1 내지 4)

알루미나 A1 및 알루미나 B1 대신에 하기 표 2에 기재된 알루미나 입자를 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 연마용 조성물을 조제하였다.

(연마 속도 및 면질의 평가)

[연마 속도]

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 4의 각 연마용 조성물을 사용하여, 하기의 연마 조건에서 탄화규소 기판을 연마하였다.

<탄화규소 기판의 연마 조건>

탄화규소(SiC) 기판: 2인치 N형, 4H-SiC, 4°off

연마 장치: EJ-3801N(일본 엔기스 가부시키가이샤 제조)

연마 패드: 부직포 패드 SUBA800(닛타·하스 가부시키가이샤 제조)

연마 하중: 300g/cm²

정반 회전수: 80rpm

연마시간: 30min

각 실시예 및 비교예의 연마용 조성물을 사용하여 연마시킨 후, SiC 기판의 질량을 측정하고, 연마 전후의 질량 차를 연마 시간으로 제산함으로써 연마 속도를 산출하였다. 또한, 표 2의 연마 속도는, 비교예 1의 연마용 조성물을 사용한 경우의 연마 속도를 100％로 했을 때의 비율을 나타내고 있다.

[면질(Ra, 오목 결함수 및 스크래치수)의 평가〕

표면 조도 Ra는, 연마 후의 연마 대상물의 표면에 대해서, 원자간력 현미경(AFM, 파크 시스템즈사제, NX-HDM)을 사용하여, 1매당 중심을 포함하는 4점을 측정 시야 10㎛□(10㎛ 평방)로 측정하여, 3매의 기판의 평균값을 구하였다. 또한, 표면 조도 Ra는, 조도 곡선의 높이 방향의 진폭의 평균을 나타내는 파라미터이며, 일정 시야 내에서의 연마 대상물 표면의 높이의 산술 평균을 나타낸다.

오목 결함(점 형상의 오목부)수 및 스크래치수는, 상기의 측정으로 얻어진 AFM화상에 대해서, 1매씩 부속 소프트웨어로 확인하고, 하나의 예당 12매의 화상의 총계에 의해 구하여, 오목 결함 및 스크래치의 깊이도 확인하였다.

각 평가 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

상기 표 2로부터 명백해진 바와 같이, 실시예의 연마용 조성물을 사용한 경우, 연마 대상물을 높은 연마 속도로 연마시킬 수 있고, 또한 오목 결함수가 적고, 스크래치가 발생해도 극히 얕은 것이며, 연마 대상물 표면의 표면 조도도 작고, 굴곡이 적고 평활한, 높은 면질을 갖는 표면이 얻어지는 것을 알 수 있다. 특히, 실시예 1 및 2의 연마용 조성물을 사용한 경우, 더 높은 연마 속도가 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 4 및 5의 연마용 조성물을 사용한 경우, 연마 대상물 표면의 면질이 보다 향상되는 것을 알 수 있다.

비교예 1 내지 4의 연마용 조성물을 사용한 경우, 특히 오목 결함수가 많아져서, 연마 대상물 표면의 면질이 저하되는 것을 알 수 있다.

또한, 본 출원은, 2018년 3월 28일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2018-061561호에 기초하고 있고, 그 개시 내용은, 참조에 의해 전체로서 인용되어 있다.

Claims

연마 대상물을 연마시키기 위하여 사용되는 연마용 조성물이며,
알루미나 지립과, 분산매를 포함하고,
상기 알루미나 지립은, 결정성 알루미나로서 α화율이 80％ 이상인 α-알루미나 A 및 α화율이 80％ 미만인 α-알루미나 B만을 포함하고, 상기 α-알루미나 A의 평균 입자경이 상기 α-알루미나 B의 평균 입자경보다도 작은, 연마용 조성물.
제1항에 있어서,
상기 α-알루미나 A와 상기 α-알루미나 B의 함유 질량비가, 5/95 이상 95/5 이하인, 연마용 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
산화제를 더 포함하는, 연마용 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
pH가 7 이상인, 연마용 조성물.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연마 대상물은 경취 재료를 포함하는, 연마용 조성물.
제5항에 있어서,
상기 경취 재료는 탄화규소를 포함하는, 연마용 조성물.
α화율이 80％ 이상인 α-알루미나 A와 α화율이 80％ 미만인 α-알루미나 B를, 분산매 중에서 혼합하는 것을 포함하고,
상기 α-알루미나 A의 평균 입자경이 상기 α-알루미나 B의 평균 입자경보다도 작은, 연마용 조성물의 제조 방법.