JP2005288645A - Grinding/polishing tool with fixed abrasive grains - Google Patents

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幹雄 岸本
Itaru Oshita
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a grinding/polishing tool with fixed abrasive grains assuring excellent surface flatness on a ground workpiece while it can exert an excellent grinding performance. <P>SOLUTION: The invention relates to the grinding/polishing tool with fixed abrasive grains containing plate-form particles in which cerium oxide particles having the mean particle size in the plate surface direction as ranging between 10-200 nm are bound together by a water soluble high-polymer substance. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、被加工物を研削ないし研磨するための固定砥粒研削研磨用工具に関し、特に主たる砥粒として所定の酸化セリウム粒子を用いた固定砥粒研削研磨用工具に関する。   The present invention relates to a fixed abrasive grinding / polishing tool for grinding or polishing a workpiece, and particularly to a fixed abrasive grinding / polishing tool using predetermined cerium oxide particles as main abrasive grains.

シリコンウエハーの薄片化のニーズは強く、各種の方法により薄片化されている。ダイヤモンド砥粒を用いた砥石は、研削効率が高いため汎用されているが、研削効率が高い反面、被加工物に研削痕が残り、この研削痕を除去するためにスラリー砥粒のような異なる研削手段により鏡面仕上げを行わなければいけないのが現状である。すなわち、全く異なる方式により研削を行う必要があり、研削工程が複雑になり、結果的に研削効率が低下し、研削コストが高くなる問題がある。   There is a strong need for thinning silicon wafers, and thinning is performed by various methods. Grinding stones using diamond abrasive grains are widely used due to their high grinding efficiency. However, while grinding efficiency is high, grinding marks remain on the workpiece, and different grinding slurry grains are used to remove the grinding marks. At present, mirror finishing must be performed by grinding means. That is, it is necessary to perform grinding by a completely different method, and the grinding process becomes complicated. As a result, there is a problem that the grinding efficiency is lowered and the grinding cost is increased.

一方、スラリー砥粒を用いる研削方式では、研削後に良好な表面平滑性が得られる反面、研削スピードが遅く、研削効率が低い問題があった。   On the other hand, in the grinding method using slurry abrasive grains, although good surface smoothness can be obtained after grinding, there is a problem that the grinding speed is slow and the grinding efficiency is low.

また、水晶ウエハーの薄片化には、通常、1μm程度の大きさの酸化セリウム粒子を分散させたスラリーが使用されているが、さらなる研削効率の向上が求められており、かつ大量に発生する廃スラリーの処理が環境上、大きな問題になりつつある。   In addition, for the thinning of quartz wafers, a slurry in which cerium oxide particles having a size of about 1 μm are dispersed is usually used. However, further improvement in grinding efficiency is required and waste generated in large quantities. Slurry processing is becoming a major environmental problem.

このように研削効率の一層の向上が求められているにもかかわらず、研削効率を高めると研削後の表面平滑性が低下するという本質的な課題のため、未だに市場ニーズを満たす固定砥粒研削研磨用工具は開発されていないのが現状である。   Despite the need for further improvement in grinding efficiency, fixed abrasive grinding that still meets market needs due to the essential problem of increasing surface efficiency after grinding. At present, polishing tools have not been developed.

一方、特許文献1には、メカノケミカル作用により被加工物を研削できる活性砥粒およびこれを用いた砥石等が記載されている。これは、本発明者の一人が開発したもので、ガラスビーズとアルギン酸ナトリウムなどの水溶性の高分子結合剤とを混合した液体を使用し、これを電気泳動を利用して所定の状態に加工することによって砥石としたものである。そこには、砥石を構成する活性砥粒がメカノケミカル作用によって優れた研削性を示すことや、この砥石を用いた研削方式は研削であるのにもかかわらず、優れた鏡面創成が実現できることが記載されている。   On the other hand, Patent Document 1 describes active abrasive grains capable of grinding a workpiece by mechanochemical action, and a grindstone using the active abrasive grains. This was developed by one of the inventors of the present invention and uses a liquid in which glass beads and a water-soluble polymer binder such as sodium alginate are mixed and processed into a predetermined state using electrophoresis. This is what makes a grindstone. There are active abrasive grains that make up a grindstone that exhibit excellent grindability due to mechanochemical action, and that even if the grinding method using this grindstone is grinding, excellent mirror surface creation can be realized. Has been described.

さらに、特許文献2や特許文献3には、粒子の形状が板状で、粒子の板面方向の平均粒子径が10〜200nmの範囲にある酸化セリウム粒子が記載されている。これは、本発明者の一人が開発したもので、前記特許文献2・3に記載されたような方法で酸化セリウム粒子を合成することによって得られるものである。   Furthermore, Patent Document 2 and Patent Document 3 describe cerium oxide particles having a plate shape and an average particle diameter in the plate surface direction of 10 to 200 nm. This was developed by one of the inventors of the present invention, and is obtained by synthesizing cerium oxide particles by the method described in Patent Documents 2 and 3.

特開2003−73656号公報JP 2003-73656 A 特開2003−049158号公報JP 2003-049158 A 特開2003−206475号公報JP 2003-206475 A

上述したように、従来の固定砥粒研削研磨用工具は、一般的に研削効率が高い反面、被研削体表面に傷が入りやすく、研削面の平滑性が劣る問題があった。一方、湿式方式のスラリー砥粒は、平滑な研削面が得られやすい反面、研削効率が低く、研削効率に劣る欠点があった。現状では優れた研削性を有しながら研削後の被加工物において優れた表面平滑性が得られる固定砥粒研削研磨用工具はいまだ提供されていない。   As described above, the conventional fixed abrasive grinding / polishing tool generally has high grinding efficiency, but has a problem that the surface of the object to be ground is easily damaged and the smoothness of the ground surface is poor. On the other hand, the wet-type slurry abrasive grains are easy to obtain a smooth ground surface, but have the disadvantage that the grinding efficiency is low and the grinding efficiency is poor. At present, no fixed abrasive grinding / polishing tool has been provided which has excellent grindability and can obtain excellent surface smoothness in a workpiece after grinding.

そこで、本発明は、砥粒として特異な形状および粒子径を有する酸化セリウム粒子を使用し、この酸化セリウム粒子を水溶性高分子で結合させることにより、研削砥石がもつ優れた研削性を維持しながら、従来の研削砥石では得られなかった研削後の優れた表面平滑性を同時に実現できる固定砥粒研削研磨用工具を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention uses cerium oxide particles having a specific shape and particle size as abrasive grains, and maintains the excellent grindability of a grinding wheel by binding the cerium oxide particles with a water-soluble polymer. However, an object of the present invention is to provide a fixed abrasive grinding / polishing tool capable of simultaneously realizing excellent surface smoothness after grinding, which cannot be obtained with a conventional grinding wheel.

本発明者らは、本発明者の一人が開発した、粒子の形状が板状で、粒子の板面方向の平均粒子径が10〜200nmの範囲にある酸化セリウム粒子(特許文献2、特許文献3)を、上記の目的の固定砥粒研削研磨用工具に砥粒として使用すると、従来のこの種の工具では得られない優れた研削性能を発現できることを見出した。   The present inventors have developed a cerium oxide particle developed by one of the present inventors and having a plate shape and an average particle diameter in the plate surface direction of 10 to 200 nm (Patent Document 2, Patent Document). It has been found that when 3) is used as abrasive grains in the above-mentioned fixed abrasive grinding / polishing tool, excellent grinding performance that cannot be obtained with this type of conventional tool can be exhibited.

すなわち、通常砥粒の粒子径が小さくなると、研削面の表面平滑性は良好になるが、研削効率が低下する。一方、本発明の砥粒は、平均粒子径が10〜200nmと微粒子であるが、粒子が板状である場合は特に、この板状粒子のエッジを利用することにより、微粒子であるにもかかわらず優れた研削性を示す。このように、本発明者らは、高い研削効率と研削後の優れた表面平滑性という、研削用砥石においては矛盾する2つの特性を、特異な形状と粒子径の酸化セリウム粒子を使用することにより初めて実現することに成功したものである。   That is, when the particle diameter of the abrasive grains is reduced, the surface smoothness of the ground surface is improved, but the grinding efficiency is lowered. On the other hand, the abrasive grains of the present invention are fine particles having an average particle diameter of 10 to 200 nm. Especially when the particles are plate-like, the edges of the plate-like particles are used, even though they are fine particles. Excellent grinding performance. As described above, the present inventors use cerium oxide particles having a unique shape and particle size, which have two contradictory characteristics in grinding wheels, that is, high grinding efficiency and excellent surface smoothness after grinding. This is the first successful implementation.

本発明に使用される板状の酸化セリウム粒子は、そのエッジの部分を利用した場合に特に優れた機械的研削作用を示すのみならず、化学的研削作用が大きい点にも特徴がある。このような板状形状を利用した場合の優れた機械的研削性と酸化セリウムの有する優れた化学的研削性を同時に実現したのは本発明が最初である。   The plate-like cerium oxide particles used in the present invention are characterized by not only exhibiting a particularly excellent mechanical grinding action when using the edge portion but also having a large chemical grinding action. The present invention is the first to simultaneously realize excellent mechanical grindability when such a plate shape is used and excellent chemical grindability possessed by cerium oxide.

また、本発明の固定砥粒研削研磨用工具においては、研削ないし研磨される被加工物の種類や研削仕様に応じて、前記板状の酸化セリウム粒子を主構成粒子とし、板状の酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムおよび酸化鉄から選ばれる少なくとも一種類の酸化物粒子を同時に適当量含有させることができる。このようにすると、これら板状の酸化物粒子の機械的研削性が付加されるので、板状の酸化セリウム粒子のみを用いた場合に比べて、より研削性を高めることも可能になる。   Further, in the fixed abrasive grinding / polishing tool of the present invention, the plate-like cerium oxide particles are used as the main constituent particles according to the type of workpiece to be ground or polished and the grinding specifications. An appropriate amount of at least one oxide particle selected from zirconium oxide and iron oxide can be contained simultaneously. In this way, since the mechanical grindability of these plate-like oxide particles is added, the grindability can be further improved as compared with the case where only the plate-like cerium oxide particles are used.

これらの板状の酸化物粒子を砥粒として用い、アルギン酸ナトリウムなどの水溶性高分子の溶液中に分散させ、砥粒に水溶性高分子を結合させて、水を除去して特定の形状に成形することにより、研削用の砥石とすることができる。さらに特定の形状に成形時に電気泳動現象を利用して作製したものは、板状粒子が特定方向に配向してエッジ部分が揃いやすく、また粒子が密に充填されやすいため、固定砥粒研削研磨用工具として、より優れた性能を発揮する。   These plate-like oxide particles are used as abrasive grains, dispersed in a solution of a water-soluble polymer such as sodium alginate, and the water-soluble polymer is bonded to the abrasive grains to remove water and form a specific shape. By shaping, a grinding wheel can be obtained. In addition, those produced using the electrophoretic phenomenon at the time of molding into a specific shape are fixed abrasive grinding and polishing because the plate-like particles are oriented in a specific direction and the edges are easily aligned and the particles are easily packed densely. Excellent performance as a tool for use.

このように本発明の固定砥粒研削研磨用工具は、研削用の砥石として使用することにより、優れた研削効率と表面平滑性を同時に実現できる砥石であるが、従来のスラリー砥粒のように水の存在下で使用することも可能である。この場合、水の存在により酸化セリウムの化学的な研磨作用がより強調される利点がある。この水の使用において、使用量は微量でも効果が大きく、用途、目的に応じて任意に調整することができる。このように本発明の固定砥粒研削研磨用工具は、目的に応じて研削砥石としても、また水の存在下で使用することも可能な、広い範囲で使用可能な工具である。   As described above, the fixed abrasive grinding / polishing tool of the present invention is a grindstone that can simultaneously realize excellent grinding efficiency and surface smoothness when used as a grinding stone for grinding. It can also be used in the presence of water. In this case, there is an advantage that the chemical polishing action of cerium oxide is more emphasized by the presence of water. In the use of this water, even if the amount used is small, the effect is great, and it can be arbitrarily adjusted according to the application and purpose. As described above, the fixed abrasive grinding / polishing tool of the present invention is a tool that can be used in a wide range that can be used as a grinding wheel or in the presence of water depending on the purpose.

なお板状の酸化セリウム粒子を使用することの利点を中心に説明してきたが、既述したように板状の酸化セリウム粒子を使用することにより、エッジ部分を利用した機械的な研削性が現われるが、本発明の平均粒子径が10nmから200nmの範囲にある酸化セリウム粒子を水溶性高分子と結合させた構成にすることにより、微粒子による化学的な研削性が強調されて、従来の固定砥粒研削研磨用工具では得られなかった優れた研削研磨性を発揮する。したがって本発明の固定砥粒研削研磨用工具は板状の酸化セリウム粒子に限定されるものではなく、平均粒子径が10nmから200nmの範囲にある酸化セリウム粒子を水溶性高分子と結合させたことを最大の特徴とするものである。   Although the advantages of using plate-like cerium oxide particles have been mainly described, as described above, by using plate-like cerium oxide particles, mechanical grindability using the edge portion appears. However, by using a structure in which the cerium oxide particles having an average particle diameter in the range of 10 nm to 200 nm of the present invention are combined with a water-soluble polymer, chemical grindability by fine particles is emphasized, and the conventional fixed abrasive Exhibits excellent grinding and polishing properties that could not be obtained with a grain grinding and polishing tool. Therefore, the fixed abrasive grinding / polishing tool of the present invention is not limited to the plate-like cerium oxide particles, and cerium oxide particles having an average particle diameter in the range of 10 nm to 200 nm are combined with a water-soluble polymer. Is the biggest feature.

本発明の固定砥粒研削研磨用工具によれば、構成粒子たる酸化セリウム粒子が、その板状のエッジ部分を利用した時に特に優れた機械的研削性を発揮するだけでなく、さらにその化学的特性に基づいて優れた化学的研削性を発揮する。また、その粒子径が10〜200nmと微細なため、被加工物の研削後においても優れた表面平滑性が得られる。こうして、優れた研削効率と、研削後の優れた表面平滑性とを同時に実現できる研削可能な砥石を実現することができる。なお、ここで言う板状とは、粒子の板面方向におけるの最大長さと厚さの比が2〜20の範囲にあるものを示す。このような粒子径は、高分解能の透過電子顕微鏡を用いて撮影した100個の粒子の平均値から求めた。また厚さは、これらの粒子をバインダ中に分散させた塗料をシート上に塗布し、その断面を高分解能の透過電子顕微鏡を用いて観察することにより求めた。   According to the fixed abrasive grinding / polishing tool of the present invention, the cerium oxide particles as the constituent particles not only exhibit particularly excellent mechanical grindability when the plate-like edge portion is utilized, but also their chemical properties. Excellent chemical grindability based on properties. Moreover, since the particle diameter is as fine as 10 to 200 nm, excellent surface smoothness can be obtained even after the workpiece is ground. In this way, a grindstone capable of simultaneously realizing excellent grinding efficiency and excellent surface smoothness after grinding can be realized. In addition, plate shape said here shows that the ratio of the maximum length and thickness in the plate | board surface direction of a particle exists in the range of 2-20. Such a particle diameter was obtained from an average value of 100 particles photographed using a high-resolution transmission electron microscope. The thickness was determined by applying a paint in which these particles were dispersed in a binder on a sheet and observing the cross section with a high-resolution transmission electron microscope.

前記酸化セリウム粒子を主構成粒子とし、さらに板状の酸化アルミニウム等の特定の酸化物粒子を同時に適当量加えた場合には、これら特定の酸化物粒子がもつ機械的研削性がさらに付加されるので、板状の酸化セリウム粒子のみを用いた場合に比べて、より研削性を高めることも可能になる。   When the cerium oxide particles are the main constituent particles and specific oxide particles such as plate-like aluminum oxide are added in an appropriate amount at the same time, the mechanical grindability of these specific oxide particles is further added. Therefore, the grindability can be further improved as compared with the case where only plate-like cerium oxide particles are used.

さらに、以上のような砥石の作製において、電気泳動現象を利用することにより、より優れた研削性を発揮する固定砥粒研削研磨用工具とすることができる。   Furthermore, in the production of the grindstone as described above, by using the electrophoresis phenomenon, a fixed abrasive grinding / polishing tool that exhibits more excellent grindability can be obtained.

本発明の固定砥粒研削研磨用工具は、上述した独自開発の酸化セリウム粒子、すなわち粒子形状が板状で平均粒子径が10〜200nm(10nm以上200nm以下)である酸化セリウム粒子を、水溶性高分子で結合させた構成にすることにより、高い研削効率と優れた表面平滑性を同時に実現したものである。   The fixed abrasive grinding / polishing tool of the present invention is a water-soluble cerium oxide particle developed uniquely as described above, that is, a cerium oxide particle having a plate shape and an average particle diameter of 10 to 200 nm (10 nm to 200 nm). By using a structure bonded with a polymer, high grinding efficiency and excellent surface smoothness are realized at the same time.

本発明で使用する上記の特異な形状と粒子径を有する粒子酸化セリウム粒子は、アルカリ水溶液にセリウム塩の水溶液を添加し、得られたセリウムの水酸化物あるいは水和物を、水の存在下で110〜300℃の温度範囲で加熱処理し、ろ過、乾燥後、さらに空気中200〜1500℃の温度範囲で加熱処理することにより得ることができる。   The particle cerium oxide particles having the specific shape and particle size used in the present invention are obtained by adding an aqueous solution of cerium salt to an alkaline aqueous solution, and then obtaining the obtained cerium hydroxide or hydrate in the presence of water. Can be obtained by heat treatment in the temperature range of 110 to 300 ° C., filtration and drying, and further heat treatment in the temperature range of 200 to 1500 ° C. in the air.

具体的には、まず第一工程として、アルカリ水溶液に上述した金属塩の水溶液を添加し、得られた水酸化物あるいは水和物を、水の存在下で110〜300℃の温度範囲で加熱処理する水熱反応処理により、目的とする形状、粒子径に整える。   Specifically, first, as a first step, an aqueous solution of the metal salt described above is added to an alkaline aqueous solution, and the resulting hydroxide or hydrate is heated in the temperature range of 110 to 300 ° C. in the presence of water. The target shape and particle size are adjusted by hydrothermal reaction treatment.

この場合、水酸化物あるいは水和物として析出するpHが金属の種類により異なるため、pHの制御は重要である。例えば、アルミニウム水酸化物あるいは水和物は酸性領域でもアルカリ性領域でも溶解して析出しないため、中性に近い領域にpHを制御する必要がある。一方セリウムの水酸化物あるいは水和物は、中性領域では溶解して析出しないため、アルカリ性領域にpHを制御する必要がある。また水熱反応により目的の形状、粒子径を有する水酸化物あるいは水和物にするため、水熱反応時のpH制御も重要な因子である。   In this case, since the pH that precipitates as a hydroxide or hydrate varies depending on the type of metal, control of the pH is important. For example, since aluminum hydroxide or hydrate does not dissolve and precipitate in both the acidic region and the alkaline region, it is necessary to control the pH in a region close to neutrality. On the other hand, cerium hydroxide or hydrate does not dissolve and precipitate in the neutral region, so the pH needs to be controlled in the alkaline region. Moreover, in order to obtain a hydroxide or hydrate having a desired shape and particle size by hydrothermal reaction, pH control during hydrothermal reaction is also an important factor.

次に、第二工程として、上記水酸化物あるいは水和物を空気中加熱処理する。これにより、粒子の形状が板状で平均粒子径が10nmから200nmの範囲にあり、しかも粒子径分布が均一で、焼結、凝集が極めて少なく、結晶性の良好な酸化セリウム粒子が得られる。   Next, as a second step, the hydroxide or hydrate is heated in air. As a result, cerium oxide particles having a plate shape and an average particle size in the range of 10 nm to 200 nm, a uniform particle size distribution, extremely little sintering and aggregation, and good crystallinity can be obtained.

このように基本的に二段階の製造工程を経ることにより、これまでの製造方法では不可能であった、粒子の形状が板状で、かつ平均粒子径が10nmから200nmの範囲にある酸化セリウム粒子の開発に成功したものである。   In this way, basically through a two-stage manufacturing process, the cerium oxide has a plate shape and an average particle diameter in the range of 10 nm to 200 nm, which is impossible with conventional manufacturing methods. The particle has been successfully developed.

本発明の固定砥粒研削研磨用工具は、上記のようにして得られた板状の酸化セリウム粒子を水溶性高分子の溶液中に分散させ、板状の酸化セリウム粒子を水溶性高分子で結合することにより作製される。水溶性高分子としては特に限定されるものではないが、アルギン酸ナトリウムやポリビニルアルコールなどが好ましい高分子として使用できる。中でもアルギン酸ナトリウムは、海草に含まれる物質であり、無害な高分子結合剤として特に好ましい。   The fixed abrasive grinding / polishing tool of the present invention disperses the plate-like cerium oxide particles obtained as described above in a water-soluble polymer solution, and the plate-like cerium oxide particles are made of a water-soluble polymer. It is made by bonding. The water-soluble polymer is not particularly limited, but sodium alginate or polyvinyl alcohol can be used as a preferable polymer. Among them, sodium alginate is a substance contained in seaweed and is particularly preferable as a harmless polymer binder.

本発明の固定砥粒研削研磨用工具は、結合剤として水溶性高分子を使用するため、製造工程において環境に与える負荷が小さくなるという利点を有する。ただし、本発明の目的とする研削砥石を作製する上で、水溶性高分子に限定されるものではなく、有機溶媒に溶解する各種の高分子結合剤も使用可能であることは言うまでもない。例えば、塩化ビニル系やポリウレタン系、ニトロセルロース系などの各種の高分子結合剤も使用可能である。   Since the fixed abrasive grinding / polishing tool of the present invention uses a water-soluble polymer as a binder, it has an advantage of reducing the load on the environment in the manufacturing process. However, it is needless to say that various polymer binders that are soluble in an organic solvent can be used for producing a grinding wheel that is an object of the present invention. For example, various polymer binders such as vinyl chloride, polyurethane, and nitrocellulose can be used.

本発明に使用される酸化セリウム粒子は、機械的研磨作用のみならず化学的研磨作用が大きい特徴を有するが、さらに目的に応じて、この酸化セリウム粒子を主構成粒子として、さらに板状の酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムおよび酸化鉄を含有させると、これらの粒子の優れた機械的研削性を付加することができる。   The cerium oxide particles used in the present invention have a large chemical polishing action as well as a mechanical polishing action. However, depending on the purpose, the cerium oxide particles may be used as main constituent particles to further form plate-like oxidation. When aluminum, zirconium oxide and iron oxide are contained, excellent mechanical grindability of these particles can be added.

本発明の固定砥粒研削研磨用工具は、具体的には以下のようにして作製することができる。   Specifically, the fixed abrasive grinding / polishing tool of the present invention can be produced as follows.

まず、所定量の水溶性高分子を溶解した溶液を作製し、この溶液中に上述した板状の酸化物粒子を所定量分散させる。分散方法としては特に限定されるものではないが、ボールミルやペイントコンデイショナー等を用いて、均一な分散体を作製する。   First, a solution in which a predetermined amount of water-soluble polymer is dissolved is prepared, and a predetermined amount of the above plate-like oxide particles is dispersed in this solution. The dispersion method is not particularly limited, but a uniform dispersion is produced using a ball mill, a paint conditioner or the like.

固定砥粒研削研磨用工具における水溶性高分子の含有量としては、0.5〜30重量%の範囲が好ましく、より好ましくは1〜25重量%であり、さらに好ましくは2〜20重量%である。この含有量が少ないと板状粒子の結合能力が低くなり、研削時に粒子が脱落しやすくなる。一方、多すぎると分散液の粘度が高くなり、粒子の均一分散が困難になる。   The content of the water-soluble polymer in the fixed abrasive grinding / polishing tool is preferably in the range of 0.5 to 30% by weight, more preferably 1 to 25% by weight, and further preferably 2 to 20% by weight. is there. When this content is low, the binding ability of the plate-like particles is lowered, and the particles are likely to fall off during grinding. On the other hand, when the amount is too large, the viscosity of the dispersion becomes high, and it becomes difficult to uniformly disperse the particles.

一方、酸化物粒子の含有量としては、50〜99重量%の範囲が好ましく、より好ましくは60〜97重量%であり、さらに好ましくは75〜95重量%である。含有量がこの範囲より少ないと研削効率が低くなり、一方、多すぎると高分子との結合性が低下して、研削時に砥粒が脱落しやすくなる。   On the other hand, the content of the oxide particles is preferably in the range of 50 to 99% by weight, more preferably 60 to 97% by weight, and still more preferably 75 to 95% by weight. If the content is less than this range, the grinding efficiency is lowered. On the other hand, if the content is too large, the binding property to the polymer is lowered, and the abrasive grains easily fall off during grinding.

上記のようにして得られた分散体は、これをスラリー砥石として用いることも可能であるが、さらに電気泳動現象を利用しながら特定の形状に成形することが好ましい。この電気泳動方法は特に限定されるものではないが、例えば電気泳動槽の中央付近に円柱状の正極棒を置き、この周囲を取り囲むように負極を設置した装置を使用して行うことができる。すなわち、上記電気泳動槽中に上述した分散液を入れ、正極棒を回転させながら正・負の両極間に電圧を印加することにより、水溶性高分子で覆われた板状酸化物粒子が正極棒に吸着しながら析出する。本発明の板状酸化物粒子は、このような電気泳動を利用して吸着析出させたときに、板状粒子の場合は板面が正極棒に平行になるように配列しやすい特長がある。このように配列することにより、板状粒子のエッジ面が特定方向に揃いやすくなるため、固定砥粒研削研磨工具として使用した際に、研削効率はより向上する。   Although the dispersion obtained as described above can be used as a slurry grindstone, it is preferable to form the dispersion into a specific shape while utilizing the electrophoresis phenomenon. The electrophoresis method is not particularly limited. For example, the electrophoresis can be performed using an apparatus in which a cylindrical positive electrode rod is placed near the center of the electrophoresis tank and a negative electrode is installed so as to surround the periphery. That is, by placing the above-mentioned dispersion in the electrophoresis tank and applying a voltage between the positive and negative electrodes while rotating the positive electrode rod, the plate-like oxide particles covered with the water-soluble polymer are positive electrode Precipitates while adsorbing to the rod. When the plate-like oxide particles of the present invention are adsorbed and precipitated by using such electrophoresis, the plate-like particles have the advantage that they are easily arranged so that the plate surface is parallel to the positive electrode rod. By arranging in this way, the edge surfaces of the plate-like particles are easily aligned in a specific direction, so that the grinding efficiency is further improved when used as a fixed abrasive grinding tool.

次に、分散液から正極棒を引き上げ、板状酸化物粒子と水溶性高分子からなる成形体から正極棒を取り除くことにより、所定形状の成形体(この例では、丸棒状の正極棒の周囲に成形体が形成されるので、当該正極棒の形状に対応したほぼ円柱状の成形体)が得られる。この成形体を任意の大きさに切断し、空気中で乾燥することにより、最終目的の工具とすることができる。   Next, the positive electrode rod is pulled up from the dispersion, and the positive electrode rod is removed from the molded body made of plate-like oxide particles and a water-soluble polymer, thereby forming a molded body having a predetermined shape (in this example, around the positive electrode having a round bar shape). Thus, a substantially cylindrical shaped body corresponding to the shape of the positive electrode rod is obtained. By cutting this molded body into an arbitrary size and drying in the air, the final target tool can be obtained.

なお、上記の例では、電気泳動現象を利用して円柱状の成形体を作製する場合について示したが、電極の形状や成形形状を変えることにより、円板状、角柱状など任意の形状、大きさの研削砥石を作製できることは言うまでもない。さらに、板状酸化物粒子が高充填された砥石とする上で、電気泳動現象の利用は有効な方法の一つであるが、電気泳動現象を利用することなく、例えばプレス成形のみで砥石を作製することも可能である。プレス成形のみで作製する方法は、製造工程が簡易になる利点がある。   In the above example, a case where a cylindrical molded body is produced using an electrophoresis phenomenon has been shown, but by changing the shape of the electrode and the molded shape, an arbitrary shape such as a disk shape or a prismatic shape, It goes without saying that a grinding wheel of a size can be produced. Furthermore, the use of electrophoretic phenomenon is one of the effective methods for making a high-filled grindstone with plate-like oxide particles. It is also possible to produce it. The method of producing only by press molding has an advantage that the manufacturing process is simplified.

本発明の固定砥粒研削研磨用工具は、研削用の砥石として使用することにより、優れた研削効率と表面平滑性を同時に実現できるが、水の存在下で使用することも可能である。この場合、水の使用量を調整することにより、水が存在することによる酸化セリウムの化学的な研磨作用を任意に調整することができる。このように本発明の固定砥粒研磨工具は、用途、目的に応じて研削砥石としても、また水の存在下で使用することも可能である。すなわち、様々な態様で使用できる利用範囲の広い固定砥粒研削研磨用工具と言える。   The fixed abrasive grinding / polishing tool of the present invention can simultaneously achieve excellent grinding efficiency and surface smoothness when used as a grinding wheel for grinding, but it can also be used in the presence of water. In this case, the chemical polishing action of cerium oxide caused by the presence of water can be arbitrarily adjusted by adjusting the amount of water used. Thus, the fixed abrasive polishing tool of the present invention can be used as a grinding wheel or in the presence of water depending on the application and purpose. That is, it can be said that it is a fixed abrasive grinding / polishing tool with a wide range of use that can be used in various modes.

またこのように酸化セリウム粒子を使用することにより、特に板状形状の場合はエッジ部分を利用した機械的な研削性が現われるが、本発明の平均粒子径が10nmから200nmの範囲にある酸化セリウム粒子を水溶性高分子と結合させた構成にするだけでも、粒子サイズが小さいため化学的な研削性がより強調されて、従来の固定砥粒研削研磨用工具では得られなかった優れた研削研磨性を発揮する。   Further, by using cerium oxide particles in this way, especially in the case of a plate-like shape, mechanical grindability using an edge portion appears, but the average particle diameter of the present invention is in the range of 10 nm to 200 nm. Even if the particles are combined with a water-soluble polymer, chemical grindability is emphasized because of the small particle size, and excellent grinding and polishing that cannot be obtained with conventional fixed abrasive grinding tools. Demonstrate sex.

以下、本発明の主要な製造方法について更に詳細に説明する。特に板状酸化セリウム粒子を使用すると本発明の効果がより発揮されるため、板状酸化セリウム粒子を使用する例について説明するが、既述したように、本発明は平均粒子径が10nmから200nmの範囲にある酸化セリウム粒子を水溶性高分子と結合させた構成にするだけでも、その化学的な研削性が強調されて、従来の固定砥粒研削研磨用工具では得られなかった優れた研削研磨性を発揮する。   Hereinafter, the main production method of the present invention will be described in more detail. In particular, when the plate-like cerium oxide particles are used, the effect of the present invention is more exhibited. Therefore, an example using the plate-like cerium oxide particles will be described. As described above, the present invention has an average particle diameter of 10 nm to 200 nm. Even with a structure in which cerium oxide particles in the range are combined with a water-soluble polymer, the chemical grindability is emphasized and excellent grinding that cannot be obtained with conventional fixed abrasive grinding tools Exhibits abrasiveness.

《板状酸化セリウム粒子等の作製》
(沈殿物の作製)
まず、塩化セリウム、硝酸セリウム、硫酸セリウムなどのセリウム塩を水に溶解させ、セリウムイオンを含有する水溶解液(セリウム塩水溶液)を作製する。これらのセリウム塩のうち、粒径分布のシャープな酸化セリウム粒子を得る上で、塩化セリウムが最も好ましい。アルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、アンモニア水溶液などが好ましく使用できる。
<Production of plate-like cerium oxide particles, etc.>
(Preparation of precipitate)
First, a cerium salt such as cerium chloride, cerium nitrate, and cerium sulfate is dissolved in water to prepare a water solution (cerium salt aqueous solution) containing cerium ions. Of these cerium salts, cerium chloride is most preferred for obtaining cerium oxide particles having a sharp particle size distribution. As the alkali, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, aqueous ammonia solution or the like can be preferably used.

次に、前記セリウム塩水溶液をアルカリ水溶液中に滴下して、セリウムの水酸化物あるいは水和物の沈殿物を生成する。この沈殿物を含む懸濁液のpHは、8〜11の範囲に調整し、またこの懸濁液を室温において1日程度熟成することが好ましい。このpH調整および熟成は、この後の工程の加熱処理において、比較的低い温度で、より結晶性の高い酸化セリウム粒子を得る上で効果的である。   Next, the cerium salt aqueous solution is dropped into an alkaline aqueous solution to form a cerium hydroxide or hydrate precipitate. The pH of the suspension containing the precipitate is preferably adjusted to a range of 8 to 11, and the suspension is preferably aged at room temperature for about 1 day. This pH adjustment and aging are effective in obtaining cerium oxide particles having higher crystallinity at a relatively low temperature in the heat treatment in the subsequent step.

(水熱処理)
セリウムの水酸化物あるいは水和物の上記沈殿物を含む懸濁液に対し、オートクレーブ等を用いて水熱処理を行う。この水熱処理において、上記の沈殿物を含む懸濁液をそのまま水熱処理を行っても構わないが、水洗により、上記沈殿物以外の生成物や残存物を除去し、その後NaOHなどにより再度pH調整することが好ましい。この時のpHの値は、7〜11とすることが好ましく、このpHより低いと、水熱処理時に結晶成長が不十分になり、また高すぎると、粒子径分布が広くなったり、目的とする粒子径の小さい粒子を得ることが困難になったりする。
(Hydrothermal treatment)
Hydrothermal treatment is performed on the suspension containing the above precipitate of cerium hydroxide or hydrate using an autoclave or the like. In this hydrothermal treatment, the suspension containing the precipitate may be subjected to hydrothermal treatment as it is, but products and residues other than the precipitate are removed by washing with water, and then the pH is adjusted again with NaOH or the like. It is preferable to do. The pH value at this time is preferably 7 to 11, and if it is lower than this pH, crystal growth becomes insufficient during hydrothermal treatment. It may be difficult to obtain particles having a small particle size.

水熱処理温度は、110℃から300℃の範囲とすることが好ましい。この温度より低いと、板状の形状を有するセリウムの水酸化物あるいは水和物が得られにくく、この温度より高いと発生圧力が高くなるため、装置が高価なものとなり、メリットはない。   The hydrothermal treatment temperature is preferably in the range of 110 ° C to 300 ° C. If the temperature is lower than this temperature, it is difficult to obtain a cerium hydroxide or hydrate having a plate-like shape. If the temperature is higher than this temperature, the generated pressure becomes high, so that the apparatus becomes expensive and has no merit.

水熱処理時間は、1時間から4時間の範囲が好ましい。水熱処理時間が短すぎると、特定の形状への成長が不十分になり、水熱時間が長すぎても特に問題となることはないが、製造コストが高くなるだけで、意味がない。   The hydrothermal treatment time is preferably in the range of 1 hour to 4 hours. If the hydrothermal treatment time is too short, the growth to a specific shape becomes insufficient, and even if the hydrothermal time is too long, there is no particular problem, but only the production cost becomes high and is meaningless.

(加熱処理)
水熱処理後のセリウムの水酸化物あるいは水和物粒子は、ろ過、乾燥した後、加熱処理を行うが、ろ過する前に、水洗によりpHを6〜9の付近の中性領域に調整しておくことが好ましい。このpHまで水洗することにより、加熱処理工程において、焼結などの悪影響をおよぼすナトリウムや塩素などの不純物が除去されるためである。
(Heat treatment)
The cerium hydroxide or hydrate particles after hydrothermal treatment are filtered and dried, and then heat-treated. Before filtration, the pH is adjusted to a neutral region around 6 to 9 by washing with water. It is preferable to keep it. This is because, by washing with water up to this pH, impurities such as sodium and chlorine that have adverse effects such as sintering are removed in the heat treatment step.

セリウムの水酸化物あるいは水和物粒子に、さらに珪酸ナトリウムなどの珪素化合物を添加して、シリカ処理を施こしても良い。このシリカ処理は、最終目的物である酸化セリウム粒子を特定の形状に保持する上で、効果的である。   Silica treatment may be performed by adding a silicon compound such as sodium silicate to cerium hydroxide or hydrate particles. This silica treatment is effective in maintaining the final target cerium oxide particles in a specific shape.

ろ過、乾燥したセリウムの水酸化物あるいは水和物は、加熱処理により酸化セリウム粒子とすることができる。加熱処理時の雰囲気は特に限定されないが、空気中加熱が、最も製造コストがかからないため、好ましい。加熱処理温度は、300℃から1200℃の範囲が好ましい。この温度より低いと、結晶性の酸化セリウム微粒子が得られにくく、高すぎると、焼結により粒子サイズが大きくなったり、さらに粒子径分布が広くなる。この加熱処理により、酸化セリウム粒子が得られるが、さらに水洗などにより、未反応物を除去すると、より高純度の酸化セリウム粒子が得られるため、研磨剤と使用するためには、最終工程で水洗することが好ましい。   The filtered or dried cerium hydroxide or hydrate can be converted into cerium oxide particles by heat treatment. The atmosphere during the heat treatment is not particularly limited, but heating in air is preferable because it is the least expensive to manufacture. The heat treatment temperature is preferably in the range of 300 ° C to 1200 ° C. If it is lower than this temperature, crystalline cerium oxide fine particles are difficult to be obtained, and if it is too high, the particle size becomes larger due to sintering or the particle size distribution becomes wider. By this heat treatment, cerium oxide particles are obtained. However, if unreacted substances are removed by washing with water or the like, higher-purity cerium oxide particles are obtained. It is preferable to do.

このようにして得られた酸化セリウム粒子は、粒子径が10nmから200nmの範囲である板状の形状を有する粒子であり、固定砥粒研削研磨工具用として最適の粒子となる。この酸化セリウム粒子は、X線回折スペクトルを測定すると、CaF2 構造をもつCeO2 の結晶構造に対応するピークが明瞭に観察され、また電子顕微鏡観察においても晶壁が明瞭に観察され、これまでの製造法では得られなかった極めて良好な結晶性を有する板状の粒子であることが示された。 The cerium oxide particles thus obtained are particles having a plate-like shape with a particle diameter in the range of 10 nm to 200 nm, and are optimum particles for a fixed abrasive grinding tool. When the X-ray diffraction spectrum of this cerium oxide particle is measured, a peak corresponding to the crystal structure of CeO 2 having a CaF 2 structure is clearly observed, and a crystal wall is also clearly observed in an electron microscope. It was shown that it was a plate-like particle having extremely good crystallinity that could not be obtained by the above production method.

なお、板状酸化セリウム粒子の作製方法を例に上げて説明したが、板状酸化アルミニウムや板状酸化ジルコニウム、板状酸化鉄も本発明の発明者の一人が開発した方法(特許文献2、特許文献3)により、同様の手法で作製できる。   The method for producing plate-like cerium oxide particles has been described as an example, but plate-like aluminum oxide, plate-like zirconium oxide, and plate-like iron oxide were also developed by one of the inventors of the present invention (Patent Document 2, According to Patent Document 3), it can be produced by the same method.

《固定砥粒研削研磨工具用分散液の調整》
上述した方法で作製した酸化セリウム粒子を使用して、固定砥粒研削研磨用工具を作製するための分散液調整方法の一例を以下に示す。
《Adjustment of dispersion for fixed abrasive grinding tool》
An example of a dispersion adjusting method for producing a fixed abrasive grinding / polishing tool using the cerium oxide particles produced by the method described above will be described below.

所定量の水にアルギン酸ナトリウムを溶解した。このときのアルギン酸ナトリウムの添加量は水に対して0.1〜2重量%が適当である。添加量がこの範囲より少ないと、酸化セリウム粒子を均一に分散させることが困難になり、酸化セリウム粒子が沈降しやすくなる。一方、添加量がこの範囲より多いと粘度が高くなり、酸化セリウム粒子を分散させるときの分散性が悪くなる。   Sodium alginate was dissolved in a predetermined amount of water. The amount of sodium alginate added at this time is suitably 0.1 to 2% by weight with respect to water. When the addition amount is less than this range, it becomes difficult to uniformly disperse the cerium oxide particles, and the cerium oxide particles tend to settle. On the other hand, when the addition amount is larger than this range, the viscosity becomes high, and the dispersibility when dispersing the cerium oxide particles is deteriorated.

次に、このアルギン酸ナトリウム水溶液に、酸化セリウム粒子を添加し分散させる。酸化セリウム粒子の添加量は、水に対して1〜20重量%が適当である。添加量がこの範囲より少ないと固定砥粒研削研磨用工具としたときの高い研磨効率を得にくくなり、また添加量がこの範囲より多いと酸化セリウム粒子の均一分散が困難になり、均一な分散体を得にくくなる。   Next, cerium oxide particles are added and dispersed in this aqueous sodium alginate solution. The addition amount of the cerium oxide particles is suitably 1 to 20% by weight with respect to water. If the amount added is less than this range, it will be difficult to obtain high polishing efficiency when a fixed abrasive grinding tool is used, and if the amount added is more than this range, it will be difficult to uniformly disperse the cerium oxide particles, resulting in uniform dispersion. It becomes difficult to get a body.

分散方法は特に限定されるものではなく、ボールミル、ペイントコンデイショナー、ディスパーなど各種の分散機が使用可能であるが、中でもペイントコンデイショナーが好適な分散機として使用できる。分散時間は、使用する分散装置により異なるが、例えばペイントコンデイショナーを使用する場合には、1〜10時間が適当である。   The dispersion method is not particularly limited, and various dispersers such as a ball mill, a paint conditioner, and a disper can be used. Among them, a paint conditioner can be used as a suitable disperser. The dispersion time varies depending on the dispersion apparatus to be used. For example, when a paint conditioner is used, 1 to 10 hours is appropriate.

次いで、この分散液をホットプレート上に乗せて、分散液を攪拌しながら加熱して、水を蒸発させて分散液を濃縮する。蒸発濃縮後の重量としては、蒸発前の重量に対して1/2〜1/10になるようにすることが好ましい。濃縮の程度がこの範囲より少ないと、後述する電気泳動現象を利用した成形体作製時に、酸化セリウム粒子の充填性が低くなったり、分散液名中の酸化セリウム粒子が沈降しやすくなったりする。またこの範囲より多いと、電気泳動現象による酸化セリウム粒子の移動が困難になり、成形体作製効率が低下する。   Next, the dispersion is placed on a hot plate, and the dispersion is heated while stirring to evaporate water and concentrate the dispersion. The weight after evaporation and concentration is preferably 1/2 to 1/10 of the weight before evaporation. When the degree of concentration is less than this range, the filling property of the cerium oxide particles becomes low or the cerium oxide particles in the dispersion liquid are liable to settle during the production of a molded body using the electrophoresis phenomenon described later. On the other hand, when the amount is larger than this range, it becomes difficult to move the cerium oxide particles due to the electrophoretic phenomenon, resulting in a reduction in the efficiency of forming the molded body.

蒸発濃縮後の分散液中のアルギン酸ナトリウムおよび酸化セリウム粒子の含有量が0.2〜5重量%および2〜60重量%になるようにすると、電気泳動現象を利用した成形体作製時の効率が最も良くなり、しかもこの成形体を用いて作製した固定砥粒研削研磨用工具としての研削性、酸化セリウム粒子の保持性などが最もバランスの取れたものとなる。   When the content of sodium alginate and cerium oxide particles in the dispersion after evaporation and concentration is 0.2 to 5% by weight and 2 to 60% by weight, the efficiency at the time of forming a molded body using the electrophoresis phenomenon is improved. In addition, the grindability as a fixed abrasive grinding tool produced using this molded body, the retention of cerium oxide particles, and the like are the most balanced.

《電気泳動を利用した酸化セリウム/水溶性高分子混合物の成形体の作製》
上述した蒸発濃縮した分散液をガラス製のビーカに入れ、金属製の正極棒を取り囲むように金属製の負極を螺旋状に配置した。正極棒を回転させながら、正負両極に直流電圧を印加した。印加電圧は、正負両極の大きさ、形状、間隔により異なるが、1〜20Vが好ましい。このときの電流は、0.1〜3A程度であり、水溶性高分子で覆われた酸化セリウム粒子が正極棒に電気的に引き寄せられて堆積し、時間とともに堆積厚みが増加する。
<< Preparation of molded body of cerium oxide / water-soluble polymer mixture using electrophoresis >>
The dispersion liquid evaporated and concentrated as described above was placed in a glass beaker, and a metal negative electrode was spirally arranged so as to surround the metal positive electrode rod. A DC voltage was applied to both the positive and negative electrodes while rotating the positive electrode rod. The applied voltage varies depending on the size, shape and interval of the positive and negative electrodes, but is preferably 1 to 20V. The current at this time is about 0.1 to 3 A, and the cerium oxide particles covered with the water-soluble polymer are electrically attracted and deposited on the positive electrode rod, and the deposition thickness increases with time.

《固定砥粒研削研磨用工具の作製》
水溶性高分子で覆われた酸化セリウム粒子を上述した方法により適当な厚さになるまで堆積させた後、正極棒を分散液から引き上げ、さらに正極棒を引き抜き、円柱状の堆積物を適当な高さに切断した。この切断物を空気中、室温で乾燥させた。さらに、この乾燥物の周囲を磨いて平滑にして、最終的に目的とする工具に仕上げた。
《Preparation of fixed abrasive grinding tool》
After the cerium oxide particles covered with the water-soluble polymer are deposited to an appropriate thickness by the above-described method, the positive electrode rod is pulled up from the dispersion, and further the positive electrode rod is pulled out, and the cylindrical deposit is appropriately removed Cut to height. The cut product was dried in air at room temperature. Furthermore, the periphery of the dried product was polished and smoothed, and finally the target tool was finished.

[実施例]
以下、本発明の実施例および比較例について説明する。
[Example]
Examples of the present invention and comparative examples will be described below.

〈板状酸化セリウム粒子の作製〉
0.90モルの水酸化ナトリウムを800mlの水に溶解し、アルカリ水溶液を作製した。このアルカリ水溶液とは別に、0.074モルの塩化セリウム(III)七水和物を400mlの水に溶解して、塩化セリウムの水溶液を調整した。前者のアルカリ水溶液に、後者の塩化アルミニウム水溶液を滴下して、約25℃で水酸化セリウムを含む沈殿物を調整した。このときのpHは10.5であった。この沈殿物を懸濁液の状態で20時間熟成させた。
<Preparation of plate-like cerium oxide particles>
0.90 mol of sodium hydroxide was dissolved in 800 ml of water to prepare an aqueous alkaline solution. Separately from this alkaline aqueous solution, 0.074 mol of cerium (III) chloride heptahydrate was dissolved in 400 ml of water to prepare an aqueous solution of cerium chloride. The latter aqueous aluminum chloride solution was dropped into the former alkaline aqueous solution to prepare a precipitate containing cerium hydroxide at about 25 ° C. The pH at this time was 10.5. This precipitate was aged in a suspension state for 20 hours.

次に、上澄み液を除去した後、この沈殿物の懸濁液を、オートクレーブに仕込み、180℃で2時間、水熱処理を施した。   Next, after removing the supernatant, the precipitate suspension was charged into an autoclave and hydrothermally treated at 180 ° C. for 2 hours.

水熱処理生成物を水洗し、ろ過して、90℃で空気中乾燥させた。この乾燥物を乳鉢で軽く解砕した後、空気中600℃で1時間の加熱処理を行って酸化セリウム粒子とした。加熱処理後、未反応物や残存物を除去するために、さらに超音波分散機を使って水洗し、ろ過、乾燥した。   The hydrothermal treatment product was washed with water, filtered and dried in air at 90 ° C. The dried product was lightly crushed with a mortar and then heat-treated at 600 ° C. in air for 1 hour to obtain cerium oxide particles. After the heat treatment, in order to remove unreacted substances and residual substances, they were further washed with an ultrasonic disperser, filtered and dried.

得られた酸化セリウム粒子について、X線回折スペクトルを測定したところ、蛍石構造の酸化セリウムに対応するスペクトルが観測された。また透過電子顕微鏡(日立電界放出型電子顕微鏡HF−200型)を用いて20万倍で形状観察を行ったところ、平均粒子径は21nmの板状の粒子であることがわかった。なお、平均粒子径は、透過電子顕微鏡撮影した印画紙上、100個の粒子の粒子径の平均値として求めた。粒子の板面方向における最大長さと厚さの比は、約5であった。この粒子の板面方向における最大長さと厚さの比は、同じ電子顕微鏡を用いて500万倍での断面観察により求めた。   When the X-ray diffraction spectrum of the obtained cerium oxide particles was measured, a spectrum corresponding to cerium oxide having a fluorite structure was observed. Moreover, when shape observation was performed by 200,000 times using the transmission electron microscope (Hitachi field emission electron microscope HF-200 type | mold), it turned out that an average particle diameter is 21 nm of plate-shaped particle | grains. In addition, the average particle diameter was calculated | required as an average value of the particle diameter of 100 particle | grains on the photographic paper image | photographed with the transmission electron microscope. The ratio of the maximum length and thickness of the particles in the plate surface direction was about 5. The ratio of the maximum length and thickness of the particles in the plate surface direction was determined by cross-sectional observation at 5 million times using the same electron microscope.

この酸化セリウム粒子の20万倍で撮影した透過電子顕微鏡写真を図1に、X線回折スペクトル図を図2にそれぞれ示す。   A transmission electron microscope photograph taken at 200,000 times the cerium oxide particles is shown in FIG. 1, and an X-ray diffraction spectrum is shown in FIG.

〈板状酸化セリウム粒子と水溶性高分子を用いた分散液の作製〉
560gの水に、水溶性高分子としてアルギン酸ナトリウム3gを溶解した。この溶解液に、上述した方法で作製した板状の酸化セリウム粒子(砥粒)37gを添加し、ペイントコンデイショナーを用いて2時間分散した。ペイントコンデイショナー用のポットには、この混合液に加えてさらに、分散処理用の媒体として直径1mmのジルコニアビーズ200gを入れた。この分散処理により、個々の酸化セリウム粒子がアルギン酸ナトリウム水溶液に均一に分散した分散液を得た。
<Preparation of dispersion using plate-like cerium oxide particles and water-soluble polymer>
3 g of sodium alginate was dissolved in 560 g of water as a water-soluble polymer. To this solution, 37 g of plate-like cerium oxide particles (abrasive grains) prepared by the above-described method was added and dispersed for 2 hours using a paint conditioner. In addition to this mixed solution, 200 g of zirconia beads having a diameter of 1 mm were placed in a pot for paint conditioner as a medium for dispersion treatment. By this dispersion treatment, a dispersion liquid in which individual cerium oxide particles were uniformly dispersed in a sodium alginate aqueous solution was obtained.

次にポットから分散液を取り出し、その内の300gを500cm3 のガラスビーカに入れ、ホットプレート上で攪拌しながら総重量が75gになるまで水を蒸発させて濃縮した。 Next, the dispersion liquid was taken out from the pot, 300 g of the dispersion liquid was put into a 500 cm 3 glass beaker, and water was evaporated and concentrated until the total weight became 75 g while stirring on a hot plate.

〈電気泳動を利用した板状酸化セリウム粒子/水溶性高分子混合物の成形体の作製〉
上述した濃縮分散液を100cm3 のガラスビーカーに移し替え、これに正極棒と負極をセットした。正極棒としては、直径4mm、長さ10cmの黄銅棒を使用した。負極としては、同じ黄銅棒を螺旋状に成形したものを使用し、これをビーカーの壁面に沿うように配置した。
<Preparation of a molded body of plate-like cerium oxide particles / water-soluble polymer mixture using electrophoresis>
The concentrated dispersion described above was transferred to a 100 cm 3 glass beaker, and a positive electrode rod and a negative electrode were set therein. As the positive electrode rod, a brass rod having a diameter of 4 mm and a length of 10 cm was used. As the negative electrode, the same brass rod formed into a spiral shape was used, and this was arranged along the wall surface of the beaker.

この正極と負極の両極間に、直流低電圧電源を使用して10Vの電圧を印加した。このとき両極間に流れる電流は約0.7〜0.1Aであった。この状態で正極棒を回転させながら30分間電圧を印加し、正極棒に、アルギン酸ナトリウムで覆われた板状の酸化セリウム粒子を堆積させた。このときの堆積厚さは、約4mmで、直径は約12mmであった。   A voltage of 10 V was applied between the positive electrode and the negative electrode using a DC low voltage power source. At this time, the current flowing between the two electrodes was about 0.7 to 0.1 A. In this state, a voltage was applied for 30 minutes while rotating the positive electrode rod, and plate-like cerium oxide particles covered with sodium alginate were deposited on the positive electrode rod. The deposition thickness at this time was about 4 mm, and the diameter was about 12 mm.

〈固定砥粒研削研磨用工具の作製〉
上述のようにして作製した堆積物から正極棒を抜き取り、高さ約1cmになるようにカッターナイフで切断した。この円柱状の成形物を空気中、室温で約1日間乾燥させた。乾燥により、収縮し、直径が約8mm、高さが約7mmの、アルギン酸ナトリウムと板状の酸化セリウム粒子との結合体からなる成形体を得た。この成形体の周囲および端面を研磨テープ等を用いて平滑にして、固定砥粒研削研磨用工具とした。
<Fabrication of fixed abrasive grinding tool>
The positive electrode rod was extracted from the deposit produced as described above and cut with a cutter knife so that the height was about 1 cm. The cylindrical shaped product was dried in air at room temperature for about 1 day. By drying, a molded body made of a combined body of sodium alginate and plate-like cerium oxide particles having a diameter of about 8 mm and a height of about 7 mm was obtained. The periphery and end face of the molded body were smoothed using a polishing tape or the like to obtain a fixed abrasive grinding / polishing tool.

実施例1における板状酸化セリウム粒子の作製において、沈殿物の懸濁液の水熱処理条件を180℃、2時間から200℃、2時間に変更し、かつ空気中での加熱処理条件を、600℃、1時間から800℃、1時間に変更した以外は、実施例1と同様にして、水酸化セリウムを含有する沈殿物を生成させ、水洗、ろ過、乾燥後、加熱処理して、酸化セリウム粒子を作製した。   In the production of the plate-like cerium oxide particles in Example 1, the hydrothermal treatment condition of the suspension of the precipitate was changed from 180 ° C., 2 hours to 200 ° C., 2 hours, and the heat treatment condition in air was 600 The precipitate containing cerium hydroxide was produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature was changed from 1 ° C. to 800 ° C. for 1 hour, washed with water, filtered, dried, heat-treated, and then treated with cerium oxide. Particles were made.

得られた酸化セリウム粒子について、X線回折スペクトルを測定したところ、実施例1と同様に蛍石構造の酸化セリウムに対応するスペクトルが観測された。また透過電子顕微鏡で形状観察を行ったところ、平均粒子径が58nmの板状の粒子であることがわかった。この酸化セリウム粒子の20万倍で撮影した透過電子顕微鏡写真を図3に示す。この粒子の板面方向における最大長さと厚さの比は約8であった。   When an X-ray diffraction spectrum was measured for the obtained cerium oxide particles, a spectrum corresponding to cerium oxide having a fluorite structure was observed as in Example 1. Moreover, when shape observation was performed with the transmission electron microscope, it turned out that it is a plate-shaped particle | grain with an average particle diameter of 58 nm. A transmission electron micrograph taken at 200,000 times the cerium oxide particles is shown in FIG. The ratio of the maximum length and thickness of the particles in the plate surface direction was about 8.

この酸化セリウム粒子を用いて、実施例1と同様の方法で水溶性高分子を用いた分散液の作製し、さらに電気泳動を利用して板状酸化セリウム粒子/水溶性高分子混合物の成形体の作製し、固定砥粒研削研磨用工具とした。   Using this cerium oxide particle, a dispersion using a water-soluble polymer was prepared in the same manner as in Example 1, and a molded product of a plate-like cerium oxide particle / water-soluble polymer mixture using electrophoresis. To obtain a fixed abrasive grinding / polishing tool.

実施例1の平均粒子径が21nmの板状酸化セリウム粒子と水溶性高分子とを用いた分散液の作製において、560gの水に水溶性高分子として添加するアルギン酸ナトリウムの量を、3gから1.5gに変更した以外は、実施例1と同様にして分散液を作製し、濃縮した。さらに実施例1と同じ条件で、板状酸化セリウム粒子/水溶性高分子混合物の成形体を作製し、固定砥粒研削研磨用工具とした。   In the preparation of the dispersion using the plate-like cerium oxide particles having an average particle diameter of 21 nm and the water-soluble polymer in Example 1, the amount of sodium alginate added as a water-soluble polymer to 560 g of water is changed from 3 g to 1 A dispersion was prepared and concentrated in the same manner as in Example 1 except that the amount was changed to 0.5 g. Furthermore, a molded body of a plate-like cerium oxide particle / water-soluble polymer mixture was produced under the same conditions as in Example 1 to obtain a fixed abrasive grinding / polishing tool.

実施例1の平均粒子径が21nmの板状酸化セリウム粒子と水溶性高分子とを用いた分散液の作製において、560gの水に水溶性高分子として添加するアルギン酸ナトリウムの量を、3gから4.5gに変更した以外は、実施例1と同様にして分散液を作製し、濃縮した。さらに実施例1と同じ条件で、板状酸化セリウム粒子/水溶性高分子混合物の成形体を作製し、固定砥粒研削研磨用工具とした。   In the preparation of the dispersion using the plate-like cerium oxide particles having an average particle diameter of 21 nm and the water-soluble polymer in Example 1, the amount of sodium alginate added as a water-soluble polymer to 560 g of water is changed from 3 g to 4 A dispersion was prepared and concentrated in the same manner as in Example 1 except that the amount was changed to 0.5 g. Furthermore, a molded body of a plate-like cerium oxide particle / water-soluble polymer mixture was produced under the same conditions as in Example 1 to obtain a fixed abrasive grinding / polishing tool.

実施例1の平均粒子径が21nmの板状酸化セリウム粒子と水溶性高分子とを用いた分散液の作製において、560gの水に添加する酸化セリウム粒子の量を37gから18.5gに変更した以外は、実施例1と同様にして分散液を作製し、濃縮した。さらに実施例1と同じ条件で、板状酸化セリウム粒子/水溶性高分子混合物の成形体を作製し、固定砥粒研削研磨用工具とした。   In the preparation of the dispersion using the plate-like cerium oxide particles having an average particle diameter of 21 nm and the water-soluble polymer in Example 1, the amount of cerium oxide particles added to 560 g of water was changed from 37 g to 18.5 g. Except for the above, a dispersion was prepared and concentrated in the same manner as in Example 1. Furthermore, a molded body of a plate-like cerium oxide particle / water-soluble polymer mixture was produced under the same conditions as in Example 1 to obtain a fixed abrasive grinding / polishing tool.

実施例2の平均粒子径が58nmの板状酸化セリウム粒子と水溶性高分子とを用いた分散液の作製において、560gの水に水溶性高分子として添加するアルギン酸ナトリウムの量を、3gから4.5gに変更した以外は、実施例2と同様にして分散液を作製し、濃縮した。さらに実施例2と同じ条件で、板状酸化セリウム粒子/水溶性高分子混合物の成形体を作製し、固定砥粒研削研磨用工具とした。   In the preparation of the dispersion using the plate-like cerium oxide particles having an average particle diameter of 58 nm and the water-soluble polymer in Example 2, the amount of sodium alginate added as a water-soluble polymer to 560 g of water was changed from 3 g to 4 A dispersion was prepared and concentrated in the same manner as in Example 2 except that the amount was changed to 0.5 g. Furthermore, a molded body of a plate-like cerium oxide particle / water-soluble polymer mixture was produced under the same conditions as in Example 2 to obtain a fixed abrasive grinding / polishing tool.

実施例1における板状酸化セリウム粒子と水溶性高分子とを用いた分散液の作製において、560gの水に、水溶性高分子としてアルギン酸ナトリウム3gを溶解し、この溶解液に、酸化物粒子として、実施例2で作製した平均粒子径が58nmの酸化セリウム粒子29.6gと、平均粒子径が80nmで、粒子の板面方向における最大長さと厚さの比が約10の板状酸化アルミニウム(γ−アルミナ)粒子7.4gとを添加した。後者の板状酸化アルミニウム粒子は、本発明の発明者の一人が開発した方法に基づき、既述した板状酸化セリウム粒子の作製法と基本的に同じ作製法により作製したものである。分散液および固定砥粒研削研磨用工具は実施例1と同様の方法により作製した。   In the preparation of the dispersion using the plate-like cerium oxide particles and the water-soluble polymer in Example 1, 3 g of sodium alginate as a water-soluble polymer was dissolved in 560 g of water, and the resulting solution was used as oxide particles. 29.6 g of cerium oxide particles having an average particle diameter of 58 nm prepared in Example 2, and plate-like aluminum oxide having an average particle diameter of 80 nm and a ratio of the maximum length and thickness in the plate surface direction of about 10 ( 7.4 g of (γ-alumina) particles were added. The latter plate-like aluminum oxide particles are produced by basically the same production method as the plate-like cerium oxide particles described above based on the method developed by one of the inventors of the present invention. The dispersion and the fixed abrasive grinding / polishing tool were produced in the same manner as in Example 1.

実施例7において、平均粒子径が80nmの板状酸化アルミニウム粒子7.4gを添加したことに代えて、平均粒子径が20nmで、粒子の板面方向における最大長さと厚さの比が約3の板状酸化ジルコニウム粒子7.4gを添加した以外は、実施例7と同様にして分散液および固定砥粒研削研磨用工具を作製した。なお、この板状酸化ジルコニウム粒子も、本発明の発明者の一人が開発した方法に基づき、既述した板状酸化セリウム粒子の作製法と基本的に同じ作製法により作製したものである。   In Example 7, instead of adding 7.4 g of plate-like aluminum oxide particles having an average particle size of 80 nm, the average particle size was 20 nm, and the ratio of the maximum length to the thickness of the particles in the plate surface direction was about 3 A dispersion and a fixed abrasive grinding / polishing tool were produced in the same manner as in Example 7 except that 7.4 g of the plate-like zirconium oxide particles was added. The plate-like zirconium oxide particles are also produced by the same production method as the plate-like cerium oxide particles described above based on the method developed by one of the inventors of the present invention.

実施例7において、平均粒子径が80nmの板状酸化アルミニウム粒子7.4gを添加したことに代えて、平均粒子径が50nmで、粒子の板面方向における最大長さと厚さの比が約5の板状酸化鉄粒子7.4gを添加した以外は、実施例7と同様にして分散液および固定砥粒研削研磨用工具を作製した。なお、この板状酸化鉄粒子も、本発明の発明者の一人が開発した方法に基づき、既述した板状酸化セリウム粒子の作製法と基本的に同じ作製法により作製したものである。   In Example 7, instead of adding 7.4 g of plate-like aluminum oxide particles having an average particle size of 80 nm, the average particle size is 50 nm and the ratio of the maximum length to the thickness of the particles in the plate surface direction is about 5 A dispersion and a fixed abrasive grinding / polishing tool were produced in the same manner as in Example 7 except that 7.4 g of the plate-like iron oxide particles was added. The plate-like iron oxide particles are also produced by the same production method as the plate-like cerium oxide particles described above based on the method developed by one of the inventors of the present invention.

実施例1における板状酸化セリウム粒子の作製において、沈殿物の懸濁液の水熱処理を行わずに、かつ空気中での加熱処理条件を、600℃、1時間から300℃、1時間に変更した以外は、実施例1と同様にして、水酸化セリウムを含有する沈殿物を生成させ、水洗、ろ過、乾燥後、加熱処理して、酸化セリウム粒子を作製した。得られた酸化セリウム粒子について、X線回折スペクトルを測定したところ、実施例1と同様に蛍石構造の酸化セリウムに対応するスペクトルが観測された。また透過電子顕微鏡で形状観察を行ったところ、平均粒子径は30nmの球状ないしは粒状の粒子であることがわかった。   In the production of the plate-like cerium oxide particles in Example 1, the heat treatment condition in the air was changed from 600 ° C., 1 hour to 300 ° C., 1 hour without hydrothermal treatment of the precipitate suspension. Except that, a cerium hydroxide-containing precipitate was produced in the same manner as in Example 1, washed with water, filtered, dried, and then heat-treated to produce cerium oxide particles. When an X-ray diffraction spectrum was measured for the obtained cerium oxide particles, a spectrum corresponding to cerium oxide having a fluorite structure was observed as in Example 1. Further, when the shape was observed with a transmission electron microscope, it was found that the average particle diameter was 30 nm spherical or granular particles.

この酸化セリウム粒子を用いて、実施例1と同様の方法で水溶性高分子を用いた分散液の作製し、さらに電気泳動を利用して球状ないしは粒状酸化セリウム粒子/水溶性高分子混合物の成形体の作製し、固定砥粒研削研磨用工具とした。   Using this cerium oxide particle, a dispersion using a water-soluble polymer is prepared in the same manner as in Example 1, and further, a spherical or granular cerium oxide particle / water-soluble polymer mixture is formed using electrophoresis. A body was prepared and used as a fixed abrasive grinding / polishing tool.

[比較例1]
水260gの水に、水溶性高分子としてアルギン酸ナトリウム3gを溶解した。この溶解液に市販のダイヤモンド砥粒(平均粒子径:カタログ値0.1μm)37gを添加し、攪拌機を用いて1時間分散した。この分散液をホットプレート上に乗せて、攪拌できなくなるまで水を加熱蒸発させた。
[Comparative Example 1]
In 260 g of water, 3 g of sodium alginate was dissolved as a water-soluble polymer. To this solution, 37 g of commercially available diamond abrasive grains (average particle diameter: catalog value 0.1 μm) was added and dispersed for 1 hour using a stirrer. This dispersion was placed on a hot plate, and water was heated and evaporated until stirring was not possible.

この濃縮混合体を円柱状に成形加工し、実施例1と同様に室温で乾燥後、この成形体の周囲および端面を研磨テープ等を用いて平滑にして、固定砥粒研削研磨用工具とした。すなわち、この比較例1では、砥粒としてダイヤモンド粒子を用いて、水溶性高分子で固定した工具を作製した。   This concentrated mixture was formed into a cylindrical shape, dried at room temperature in the same manner as in Example 1, and then the periphery and end face of the formed body were smoothed using a polishing tape or the like to obtain a fixed abrasive grinding / polishing tool. . That is, in this Comparative Example 1, a tool fixed with a water-soluble polymer was prepared using diamond particles as abrasive grains.

[比較例2]
水260gの水に、水溶性高分子としてアルギン酸ナトリウム3gを溶解した。この溶解液に市販のα−アルミナ砥粒(平均粒子径:カタログ値0.2μm)37gを添加し、攪拌機を用いて1時間分散した。この分散液をホットプレート上に乗せて、攪拌できなくなるまで水を加熱蒸発させた。
[Comparative Example 2]
In 260 g of water, 3 g of sodium alginate was dissolved as a water-soluble polymer. To this solution, 37 g of commercially available α-alumina abrasive grains (average particle diameter: catalog value 0.2 μm) was added and dispersed for 1 hour using a stirrer. This dispersion was placed on a hot plate, and water was heated and evaporated until stirring was not possible.

この濃縮混合体を円柱状に成形加工し、実施例1と同様に室温で乾燥後、この成形体の周囲および端面を研磨テープ等を用いて平滑にして、固定砥粒研削研磨用工具とした。すなわち、この比較例2では、砥粒としてα−アルミナ粒子を用い、これを水溶性高分子で固定した工具を作製した。   This concentrated mixture was formed into a cylindrical shape, dried at room temperature in the same manner as in Example 1, and then the periphery and end face of the formed body were smoothed using a polishing tape or the like to obtain a fixed abrasive grinding / polishing tool. . That is, in Comparative Example 2, a tool was produced in which α-alumina particles were used as abrasive grains and fixed with a water-soluble polymer.

〈研削性の評価〉
以上の各実施例および比較例で得られた固定砥粒研削研磨用工具の研削性能を調べるため、これらを用いて実際に被加工物を研削し、その研削性を評価した。研削性の評価には、被加工物として直径4インチ(約10.16cm)のシリコンウエハーを用いた。研削性を調べるための装置としては、精工技研社製のファイバーポリッシャー(SFP−120A)を使用した。研削するにあたっては、まず前記ファイバーポリッシャーにおける直径約18cmの円形の金属定盤(上部定盤)の直径約5cmの内周部分に、上述した方法で作製した工具4個を円周部分に沿って等間隔に接着剤を使って固定した。一方、直径約12cmの下部定盤上にシリコンウエハーを固定し、このシリコンウエハーの上部に、上記工具を固定した上部定盤を乗せ、上部定盤の自重により上記工具すなわち砥石がシリコンウエハーの表面に押し付けられるようにした。そして、上部定盤を固定し、下部定盤を75rpmで回転させることにより、下部定盤上に固定したシリコンウエハーの表面を研削した。
<Evaluation of grindability>
In order to investigate the grinding performance of the fixed abrasive grinding / polishing tools obtained in each of the above Examples and Comparative Examples, the workpiece was actually ground using these tools, and the grindability was evaluated. For the evaluation of grindability, a silicon wafer having a diameter of 4 inches (about 10.16 cm) was used as a workpiece. As an apparatus for examining grindability, a fiber polisher (SFP-120A) manufactured by Seiko Giken Co., Ltd. was used. When grinding, first, four tools prepared by the above-described method are provided along the circumferential portion of the circular metal surface plate (upper surface plate) having a diameter of about 18 cm in the fiber polisher. It fixed using the adhesive agent at equal intervals. On the other hand, a silicon wafer is fixed on a lower surface plate having a diameter of about 12 cm, and an upper surface plate on which the tool is fixed is placed on the upper surface of the silicon wafer. I was able to be pressed against. And the surface of the silicon wafer fixed on the lower surface plate was ground by fixing the upper surface plate and rotating the lower surface plate at 75 rpm.

研削効率は、シリコンウエハー表面にAkashi社製のヌープ硬度計(HM−122)を用いて菱形の傷をいれ、研削の進行に伴うこの傷の深さの減少量、すなわち研削深さを調べることによって評価した。また研削後の表面平滑性は、Zygo社製の非接触表面粗さ計(New View5000)を用いてシリコンウエハーの表面粗さ(中心線平均粗さ)Raを測定し、この値(Ra値)から評価した。   Grinding efficiency is determined by placing a diamond-shaped flaw on the silicon wafer surface using an Akashi Knoop hardness tester (HM-122) and examining the amount of decrease in the flaw depth as the grinding proceeds, that is, the grinding depth. Evaluated by. Moreover, the surface smoothness after grinding measured the surface roughness (centerline average roughness) Ra of a silicon wafer using a non-contact surface roughness meter (New View 5000) manufactured by Zygo, and this value (Ra value) It was evaluated from.

表1に、以上の各実施例および比較例で使用した砥粒の種類、平均粒子径、添加量割合、砥石中の砥粒の含有量、水溶性高分子の含有量を示し、表2に、各実施例および比較例で得られた固定砥粒研削研磨用工具を用いて行った研削の評価結果を示す。なお、表2に示した研削深さおよび研削面のRa値は、30分間研削を行った時点で測定したものである。研削深さが大きいものほど研削効率が高く、またRa値が小さいものほど表面平滑性が優れていることを示す。   Table 1 shows the types of abrasive grains used in each of the above Examples and Comparative Examples, the average particle diameter, the ratio of added amount, the content of abrasive grains in the grindstone, and the content of water-soluble polymer. The evaluation result of the grinding performed using the tool for fixed abrasive grinding obtained by each example and a comparative example is shown. Note that the grinding depth and the Ra value of the grinding surface shown in Table 2 were measured when grinding was performed for 30 minutes. The greater the grinding depth, the higher the grinding efficiency, and the smaller the Ra value, the better the surface smoothness.

Figure 2005288645
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Figure 2005288645
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表2から明らかなように、実施例1〜5で得られた板状酸化セリウム粒子を用いた固定砥粒研削研磨用工具は、研削効率と研削後の表面平滑性のバランスの良好な砥石であることがわかる。このように使用する砥粒が微粒子であるにもかかわらず優れた研削効率を示すのは、砥粒である酸化セリウム粒子が板状形状を有することによるエッジを利用した優れた機械的研削性と、酸化セリウム粒子が有する化学的研削性の相乗効果によるものである。また優れた表面平滑性は、砥粒である酸化セリウム粒子が平均粒子径20nm〜60nmと極めて微粒子であることに基づく。   As is apparent from Table 2, the fixed abrasive grinding / polishing tool using the plate-like cerium oxide particles obtained in Examples 1 to 5 is a grindstone having a good balance between grinding efficiency and surface smoothness after grinding. I know that there is. Despite the fact that the abrasive grains used in this way are fine particles, the excellent grinding efficiency is due to the excellent mechanical grindability utilizing the edge due to the cerium oxide particles being abrasive grains having a plate shape. This is due to the synergistic effect of chemical grindability of the cerium oxide particles. The excellent surface smoothness is based on the fact that the cerium oxide particles, which are abrasive grains, are extremely fine particles with an average particle diameter of 20 nm to 60 nm.

また、実施例7〜9の固定砥粒研削研磨用工具は、板状の酸化セリウム粒子を主構成粒子にして、さらに板状の酸化アルミニウム粒子、板状の酸化ジルコニウム粒子および酸化鉄粒子を含有させたものである。これらは、表面平滑性は板状の酸化セリウム粒子だけを用いたものに比べて若干劣るが、これは被加工物としてシリコンウエハーを用いたためである。本発明者らは、研削ないし研磨される被加工物の種類や研削条件によっては、これらの実施例の工具が優れた研削性能を示すことを確認している。したがって、目的、用途に応じて砥石の構成を選択することが好ましい。さらに、本実施例における評価結果は、研削砥石としての研削性を調べたものであるが、さらに水を添加して研削することも可能である。被加工物の種類や研削内容によって、乾式研削や水添加研削あるいは高湿度下での研削など、任意に研削条件を設定できる。   Moreover, the fixed abrasive grinding / polishing tools of Examples 7 to 9 contain plate-like cerium oxide particles as main constituent particles, and further contain plate-like aluminum oxide particles, plate-like zirconium oxide particles and iron oxide particles. It has been made. These are slightly inferior in surface smoothness to those using only plate-like cerium oxide particles because a silicon wafer was used as the workpiece. The inventors have confirmed that the tools of these examples exhibit excellent grinding performance depending on the type of workpiece to be ground or polished and the grinding conditions. Therefore, it is preferable to select the configuration of the grindstone according to the purpose and application. Furthermore, although the evaluation result in a present Example investigated grindability as a grinding wheel, it is also possible to grind by adding water. Depending on the type of workpiece and the grinding content, grinding conditions can be set arbitrarily, such as dry grinding, water addition grinding, or grinding under high humidity.

また粒状の酸化セリウム粒子を用いた実施例10の固定砥粒研削研磨用工具は、板状の酸化セリウム粒子を用いたものに比べて研削性は若干劣るが、比較例1および2に示す従来の砥粒を用いたものに比べて優れたバランスの良い研削性を示す。   In addition, the fixed abrasive grinding / polishing tool of Example 10 using granular cerium oxide particles is slightly inferior in grindability compared to that using plate-like cerium oxide particles, but the conventional example shown in Comparative Examples 1 and 2 is used. Compared to those using the above abrasive grains, it exhibits a well-balanced grindability.

一方、ダイヤモンド砥粒を用いた比較例1の固定砥粒研削研磨用工具は、ダイヤモンド粒子の高い硬度を反映して研削効率は高いが、研削後に明らかに研削痕が残り、表面平滑性は著しく劣る。   On the other hand, the fixed abrasive grinding / polishing tool of Comparative Example 1 using diamond abrasives has high grinding efficiency reflecting the high hardness of diamond particles, but the grinding marks remain clearly after grinding and the surface smoothness is remarkably high. Inferior.

α−アルミナ粒子を用いた比較例2の固定砥粒研削研磨用工具では、比較的良好な表面平滑性は得られるが、研削効率が著しく低い。これは、α−アルミナは比較的高い硬度を有するが、化学的研削性がないためである。   In the fixed abrasive grinding / polishing tool of Comparative Example 2 using α-alumina particles, relatively good surface smoothness can be obtained, but the grinding efficiency is remarkably low. This is because α-alumina has a relatively high hardness but lacks chemical grindability.

このように、本発明の酸化セリウム粒子(特に板状の酸化セリウム粒子)と水溶性高分子とを含有してなる固定砥粒研磨工具は、優れた研削効率と表面平滑性を同時に実現した、従来の研削砥石では得られなかった優れた研削特性を有する固定砥粒研削研磨用工具であることがわかる。   Thus, the fixed abrasive polishing tool comprising the cerium oxide particles (particularly plate-like cerium oxide particles) of the present invention and a water-soluble polymer simultaneously achieves excellent grinding efficiency and surface smoothness. It can be seen that this is a fixed abrasive grinding / polishing tool having excellent grinding characteristics that cannot be obtained with conventional grinding wheels.

実施例1で得られた酸化セリウム粒子の20万倍の透過電子顕微鏡写真を示した図である。2 is a transmission electron micrograph of 200,000 times the cerium oxide particles obtained in Example 1. FIG. 実施例1で得られた酸化セリウム粒子のX線回折図である。2 is an X-ray diffraction pattern of cerium oxide particles obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得られた酸化セリウム粒子の20万倍の透過電子顕微鏡写真を示した図である。4 is a transmission electron micrograph of 200,000 times the cerium oxide particles obtained in Example 2. FIG.

Claims (11)

被加工物を研削ないし研磨するための固定砥粒研削研磨用工具であって、平均粒子径が10nmから200nmの範囲にある酸化セリウム粒子が水溶性高分子により結合されていることを特徴とする固定砥粒研削研磨用工具。   A fixed abrasive grinding / polishing tool for grinding or polishing a workpiece, characterized in that cerium oxide particles having an average particle diameter in the range of 10 nm to 200 nm are bound by a water-soluble polymer. Fixed abrasive grinding and polishing tool. 酸化セリウム粒子の形状が板状であり、粒子の板面方向における最大長さと厚さの比が2〜20の範囲にある、請求項1記載の固定砥粒研削研磨用工具。   The fixed abrasive grinding / polishing tool according to claim 1, wherein the shape of the cerium oxide particles is plate-like, and the ratio of the maximum length to the thickness of the particles in the plate surface direction is in the range of 2-20. 被加工物を研削ないし研磨するための固定砥粒研削研磨用工具であって、平均粒子径が10nmから200nmの範囲にある酸化セリウム粒子を主構成粒子とし、さらに平均粒子径が10nmから200nmの範囲にある酸化ジルコニウム粒子、酸化アルミニウム粒子および酸化鉄粒子の中から選ばれた少なくとも一種類の酸化物粒子を含有し、これらの粒子が水溶性高分子により結合されていることを特徴とする固定砥粒研削研磨用工具。   A fixed abrasive grinding / polishing tool for grinding or polishing a workpiece, wherein cerium oxide particles having an average particle diameter in the range of 10 nm to 200 nm are main constituent particles, and the average particle diameter is 10 nm to 200 nm. Fixing characterized in that it contains at least one kind of oxide particles selected from zirconium oxide particles, aluminum oxide particles and iron oxide particles in a range, and these particles are bound by a water-soluble polymer. Abrasive grinding tool. 酸化セリウム粒子の形状が板状であり、粒子の板面方向における最大長さと厚さの比が2〜20の範囲にある、請求項3記載の固定砥粒研削研磨用工具。   The fixed abrasive grinding / polishing tool according to claim 3, wherein the shape of the cerium oxide particles is plate-like, and the ratio of the maximum length to the thickness of the particles in the plate surface direction is in the range of 2-20. 酸化ジルコニウム粒子、酸化アルミニウム粒子および酸化鉄粒子の中から選ばれた少なくとも一種類の酸化物粒子の形状が板状であり、粒子の板面方向における最大長さと厚さの比が2〜20の範囲にある、請求項3または4記載の固定砥粒研削研磨用工具。   The shape of at least one kind of oxide particles selected from zirconium oxide particles, aluminum oxide particles and iron oxide particles is plate-like, and the ratio of the maximum length and thickness in the plate surface direction of the particles is 2 to 20 The fixed abrasive grinding / polishing tool according to claim 3 or 4, which is in a range. 前記酸化セリウム粒子に対する、前記酸化ジルコニウム粒子、酸化アルミニウム粒子および酸化鉄粒子の中から選ばれた少なくとも一種類の酸化物粒子の含有量が、1〜50重量%の範囲にある、請求項3ないし5のいずれかに記載の固定砥粒研削研磨用工具。   The content of at least one kind of oxide particles selected from the zirconium oxide particles, aluminum oxide particles, and iron oxide particles with respect to the cerium oxide particles is in the range of 1 to 50% by weight. The fixed abrasive grinding / polishing tool according to claim 5. 前記固定砥粒研削研磨用工具は、前記水溶性高分子が溶解した溶液中に前記板状の酸化セリウム粒子が分散された分散液を用いて、特定の形状に成形することにより作製されたものであり、その成形体の状態において前記板状の酸化セリウム粒子が特定の方向に実質的に配向した状態となっている、請求項1または2記載の固定砥粒研削研磨用工具。   The fixed abrasive grinding / polishing tool is produced by molding into a specific shape using a dispersion in which the plate-like cerium oxide particles are dispersed in a solution in which the water-soluble polymer is dissolved. The fixed abrasive grinding / polishing tool according to claim 1 or 2, wherein the plate-like cerium oxide particles are substantially oriented in a specific direction in the state of the molded body. 前記固定砥粒研削研磨用工具は、前記水溶性高分子が溶解した溶液中に、前記主構成粒子としての板状の酸化セリウム粒子と、板状の酸化ジルコニウム粒子、酸化アルミニウム粒子および酸化鉄粒子の中から選ばれた少なくとも一種類の酸化物粒子とが分散された分散液を用いて、特定の形状に成形することにより作製されたものであり、その成形体の状態において前記板状の酸化セリウム粒子および酸化物粒子が特定の方向に実質的に配向した状態となっている、請求項3ないし6のいずれかに記載の固定砥粒研削研磨用工具。   The fixed abrasive grinding / polishing tool includes a plate-like cerium oxide particle, a plate-like zirconium oxide particle, an aluminum oxide particle, and an iron oxide particle as the main constituent particles in a solution in which the water-soluble polymer is dissolved. It is produced by molding into a specific shape using a dispersion in which at least one kind of oxide particles selected from the above is dispersed, and the plate-like oxidation in the state of the molded body The fixed abrasive grinding / polishing tool according to any one of claims 3 to 6, wherein the cerium particles and the oxide particles are substantially oriented in a specific direction. 前記板状の酸化セリウム粒子が分散された分散液を用いて、または前記板状の酸化セリウム粒子と前記板状の酸化物粒子とが分散された分散液を用いて、特定の形状に成形するに当り、電気泳動現象を利用する、請求項7または8記載の固定砥粒研削研磨用工具。   Using a dispersion liquid in which the plate-like cerium oxide particles are dispersed, or using a dispersion liquid in which the plate-like cerium oxide particles and the plate-like oxide particles are dispersed, it is molded into a specific shape. The fixed abrasive grinding / polishing tool according to claim 7 or 8, wherein an electrophoretic phenomenon is used in the step. 前記水溶性高分子の含有量が0.5〜30重量%の範囲にあり、前記板状の酸化セリウム粒子の含有量が50〜99重量%の範囲にある、請求項1、2または7のいずれかに記載の固定砥粒研削研磨用工具。   The content of the water-soluble polymer is in the range of 0.5 to 30% by weight, and the content of the plate-like cerium oxide particles is in the range of 50 to 99% by weight. The fixed abrasive grinding / polishing tool according to any one of the above. 前記水溶性高分子の含有量が0.5〜30重量%の範囲にあり、前記主構成粒子としての酸化セリウム粒子と、酸化ジルコニウム粒子、酸化アルミニウム粒子および酸化鉄粒子の中から選ばれた少なくとも一種類の酸化物粒子との含有量が50〜99重量%の範囲にある、請求項3、4、5、6、8または9のいずれかに記載の固定砥粒研削研磨用工具。   The content of the water-soluble polymer is in the range of 0.5 to 30% by weight, and is at least selected from cerium oxide particles as the main constituent particles, zirconium oxide particles, aluminum oxide particles, and iron oxide particles. The fixed abrasive grinding / polishing tool according to any one of claims 3, 4, 5, 6, 8, and 9, wherein the content of the oxide particles of one kind is in the range of 50 to 99% by weight.
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