JP2013163228A

JP2013163228A - 研摩材

Info

Publication number: JP2013163228A
Application number: JP2012026147A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Matsuyama; 雅之松山; Sumikazu Ogata; 純和尾形
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2013-08-22

Abstract

【課題】本発明は、二酸化ケイ素を主成分とする基材を、高い研摩速度で、かつより平滑な研摩面を実現できる研摩処理技術を提供する。
【解決手段】本発明は、バナジウム族元素のうち少なくとも一種以上を含有するフッ素化合物を含有する研摩材に関する。本発明のフッ素化合物に含まれるバナジウム族元素の含有量は、０．０００１質量％以上であることが好ましく、その含有量は、砥粒に対して０．０１質量％から１０００質量％であることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、フッ素化合物を含有する研摩材に関し、特に二酸化ケイ素を主成分とする基材を研摩する際に好適な研摩材に関する。

近年、半導体基板や磁気ディスク用基板などでは二酸化ケイ素を主成分とする基材、いわゆるガラス基板が多く利用されている。ここでの主成分とは基材に最も多く含有されている物質である。そして、二酸化ケイ素が主成分として５０質量％以上含有されているようなガラス基材を研摩する場合、酸化セリウムや酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素などを主体とした砥粒を含む研摩材が用いられている。

酸化セリウムや酸化ジルコニウム、二酸化ケイ素、ダイヤモンド、アルミナなどを主体とした砥粒を含む研摩材は、研摩対象である二酸化ケイ素を主成分とする基材に対して、原子レベルの精度で平滑な研摩面を実現できるものの、加工コストの低減などの要求により、更なる研摩速度の向上が求められている。

このような研摩速度向上の要求を実現するために、例えば、研摩対象である被研摩物と化学反応性を有する元素を含む化合物を含有した研摩材が提案されている（特許文献１）。この特許文献１では、ホウ素原子を化学構造中に有する化合物を研摩材中に含有させることにより、研摩速度の向上を図っている。また、ダイヤモンドやアルミナなどの砥粒へフッ素化合物を添加する研摩材が提案されている（特許文献２）。この特許文献２では、フッ素化合物におけるフッ素がイオン化することにより、二酸化ケイ素に対して活性的に作用して、化学研摩作用を誘起して研摩速度の向上を図っている。このフッ化化合物を利用した公知技術として特許文献３や特許文献４も挙げられる。この特許文献３及び４では、各種の砥粒に、フッ化カルシウムなどを添加することで、化学研摩作用を付与することで研摩速度の向上を図っている。さらに、特許文献５においては、アルカリ土類金属及び希土類金属のフッ化物からなる群から選ばれたフッ化化合物微粒子からなる研摩材などの提案されている。

特開２０１０−６７６８１号公報特開平７−２２３１６６号公報特開２００６−１３６９７３号公報特開２０００−３０３０６０号公報特開平８−４８９６９号公報

上記のように、二酸化ケイ素を主成分とする基材を研摩対象にした研摩材が多数提案されているが、更なる研摩速度の向上と、より平滑な研摩面を実現できる研摩技術が要望されているのが現状である。本発明は、二酸化ケイ素を主成分とする基材の好適な研摩材を提供するものであり、高い研摩速度で、かつより平滑な研摩面を実現できる研摩材の提供を目的とする。

上記課題を解決する本発明は、バナジウム族元素のうち少なくとも一種以上を含有するフッ素化合物を含有する研摩材に関する。本発明者等の研究により、フッ素化合物にバナジウム族元素が含まれている場合において、研摩速度がさらに向上することを見出した。フッ素化合物中のフッ素は通常固定されており、研摩中であってもフッ素を放出することはない。詳細は不明であるが、バナジウム族元素がフッ素化合物中に含まれることにより、研摩中のみにフッ素化合物中のフッ素の遊離が生じるものと考えられる。この遊離したフッ素が二酸化ケイ素と化学反応を起こし、原子レベルで二酸化ケイ素の除去が可能となるため、高い研摩速度が得られるとともに、より平滑な研摩面を実現可能となる。そして、本発明では、フッ素化合物のフッ素の遊離が研摩時の高温・高圧下において生じるもので、研摩時以外にはフッ素化合物として安定に存在するため、廃棄する際などには遊離したフッ素に対する特別な処理が不要であり、廃棄処理のための余分な手間やコストを要しない利点がある。本発明におけるバナジウム族元素とは、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）の元素群をいう。また、本発明に係る研摩材は、バナジウム族元素のうち少なくとも一種以上を含有するフッ素化合物と、所定の砥粒とを含むものである。

本発明において、フッ素化合物に含まれるバナジウム族元素の含有量は０．０００１質量％以上であることが好ましい。より好ましくは０．００１質量％以上であり、さらに好ましくは０．００５質量％以上である。バナジウム族元素の含有量が０．０００１質量％未満であると、フッ素化合物のフッ素の遊離を促進する作用が低下し、研摩速度の向上が図れなくなる。尚、このバナジウム族元素の含有量は、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）の元素群のいずれか一種を含む場合はその元素含有量であり、この元素群から二種或いは三種を含む場合は、それら元素合計の含有量となる。

本発明において、フッ素化合物の含有量は、砥粒に対して０．０１質量％から１０００質量％である。好ましくは０．０１質量％〜５００質量％、より好ましくは０．０１質量％〜１００質量％、さらに好ましくは０．０１質量％〜５０質量％、最も好ましくは０．０５質量％〜３０質量％である。砥粒に対するフッ素化合物の含有量が０．０１質量％未満であると、化学研摩作用が小さくなり、研摩速度の向上が図れなくなる。一方、１０００質量％を超えると、砥粒による機械的研摩作用が著しく小さくなり、研摩速度の低下を招く傾向となる。また、本発明におけるフッ素化合物は、水に対する溶解度が０．１ｇ／１００ｇ−Ｈ_２Ｏ以下であることが好ましく、より好ましくは０．０１ｇ／１００ｇ−Ｈ_２Ｏ以下であり、さらに好ましくは０．００１ｇ／１００ｇ−Ｈ_２Ｏ以下である。フッ素化合物の水に対する溶解度が０．１ｇ／１００ｇ−Ｈ_２Ｏより大きな場合、研摩時以外においてもフッ素の遊離が生じてしまい、その遊離したフッ素が砥粒に作用して砥粒の構造的な破壊を引き起こし、結果として研摩速度の低下を招く傾向となる。

本発明におけるフッ素化合物は、製造が容易な点からアルカリ土類金属のフッ素化合物、若しくは希土類のフッ素化合物が好ましい。より具体的には、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化セリウム、フッ化ランタン、フッ化ネオジムであることが好ましい。

本発明に係る研摩材では、モース硬度が６以上の砥粒が好ましく、具体的には、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化セリウム、アルミナ、酸化クロム、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化マンガンが好ましく、特に好ましいのは、酸化ジルコニウム、酸化鉄、酸化セリウム、アルミナ、酸化マンガンである。また、これら各種の砥粒を混合して用いることもできる。

本発明において、フッ素化合物の平均粒径は、砥粒の平均粒径の０．１倍〜２倍であることが好ましい。より好ましくは１．５倍以下、さらに好ましくは１倍以下（砥粒の平均粒径と同等以下）であることが好ましい。フッ素化合物の平均粒径が砥粒の平均粒径の２倍を超えると、砥粒に加わる圧力が低下し、砥粒による機械的な研摩作用が小さくなり、研摩速度の低下を招く傾向となる。また、砥粒の平均粒径は、０．０３μｍ〜７μｍであることが好ましく、より好ましくは、０．０５μｍ〜５μｍである。

本発明に係る研摩材は、二酸化ケイ素を主成分とする基材の研摩に非常に好適である。具体的な基材としては、光学用途向けガラス基板、情報記録媒体用ガラス基板、液晶ディスプレイ用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、二酸化ケイ素の絶縁膜を有する半導体基板などが挙げられる。また、基板の表面をガラスコートした基材にも好適である。

本発明の研摩材は、所定の砥粒と所定のフッ素化合物を予め混合して製造することができる。予め混合することなく、研摩直前に混合したものを用いて研摩処理しても同等な効果を得ることができる。

本発明の研摩材によれば、二酸化ケイ素を主成分とする基材を、高い研摩速度で、かつより平滑な研摩面を実現できる研摩処理が可能となる。

以下、本発明における実施形態について実施例及び比較例により説明する。

［実施例１〜５］
研摩材の作製：砥粒原料として酸化ジルコニウム（第一稀元素化学工業（株）製：ＳＰＺ）を用い、平均粒径Ｄ_５０が０．５μｍとなるように粉砕処理をした。この粉砕処理は、砥粒と水とを混合してスラリー化し、粉砕処理機（ウルトラアペックスミルＵＡＭ０１５寿工業（株）製）により湿式粉砕をした後、乾燥処理をして粉末状の砥粒を得た。この粉末状の砥粒の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布計（ＬＡ−９２０、（株）堀場製作所製）にて測定した（以下同じ）。

バナジウム族元素のニオブ（Ｎｂ）、或いはタンタル（Ｔａ）が溶解したフッ酸に消石灰を添加した後、固液分離した沈殿物をフッ酸で酸洗浄し、再度固液分離をして、沈殿物を乾燥させることで、フッ素化合物としてのフッ化カルシウムの合成を行った。このフッ化カルシウムの合成では、表１に示すようにニオブ、タンタルの含有率が異なるフッ化カルシウムを作製した。そして、合成したフッ化カルシウムは、平均粒径Ｄ_５０が０．５μｍとなるように、砥粒原料と同様な粉砕処理をした。

粉砕した酸化ジルコニウムと粉砕したフッ化カルシウムとを水に分散させて、濃度が１０質量％である各研摩材スラリー（実施例１〜５、表１参照）を作製した。作製した研摩材スラリーにより、ＨＤガラス基板の研摩試験を行い、研摩速度、基板の表面粗さを評価した。表１にその結果を示す。

研摩試験：各研摩材スラリーを用いて、以下の手順で研摩を行った。研摩対象は直径６５ｍｍのＨＤ（ハードディスク）ガラス基板（研摩処理前の初期表面粗さＲａ１０．０ｎｍ）を用いた。研摩装置として、片面ポリッシングマシン４３４（ＭＡＴ（エム・エー・ティー）社製）を用いた。定盤に取り付ける研摩パッドには、スウェードパッドＨ９９００（フジボウ愛媛（株）製）を用いた。定盤の回転数は６０ｒｐｍ、強制駆動回転数は６０ｒｐｍに設定し、スラリー供給量は、６００ｍＬ／ｍｉｎとした。また、研摩時の荷重は６０ｇ／ｃｍ^２とし、研摩時間は２０分間とした。

研摩速度：研摩前後の基板の質量差を測定して、その質量差を各研摩材スラリーの研摩速度の指標とした。比較例１の質量差を、研摩速度の指標値１．００とし、各研摩材スラリーの研摩速度は、比較例１を基準（１．００）とした相対値として示した（表１）。

表面粗さ：表面粗さＲａの測定は、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡：Ｖｅｅｃｏ社製ＮａｎｏｓｃｏｐｅIIIａ）を用いて行った。測定範囲は、基板表面の１０μｍ×１０μｍとした。

［比較例１、２］
比較例１として、合成したフッ化カルシウムを全く添加していない研摩材スラリー（砥粒の酸化ジルコニウムのみ）を用いた。また、バナジウム族元素を全く含んでないフッ化カルシウムと、酸化ジルコニウムとを混合した研摩材スラリーを用いた。原料、フッ化カルシウムなどの作製条件、及び研摩試験条件は、上記実施例１〜５と同様である。比較例の結果を表１に示す。

表１により、比較例１と比較例２を比較すると判るように、フッ化カルシウムを添加すると、研摩速度が向上することが確認できた。そして、比較例２と実施例１〜５を比べると、ニオブまたはタンタルを含有するフッ化カルシウム、つまり、バナジウム族元素を１種以上含有するフッ素化合物を用いると、研摩速度の更なる向上が図れることが判明した。また、実施例１〜５における基板研摩後の表面粗さは、Ｒａ０．５０ｎｍ未満の研摩精度であった。

［実施例６〜１０、比較例３〜７］
研摩材の作製：この実施例６〜１０（比較例３〜７）においては、各種砥粒について調査した。まず、実施例６（比較例３）では、砥粒原料として酸化セリウム（ミレークＥ０５：三井金属鉱業（株）製）を用いた。そして、実施例６では、この酸化セリウムに上記実施例３で用いたフッ化カルシウムを４質量％添加して、濃度が１０質量％である研摩材スラリーを作製した。比較例３の場合は、粉砕した酸化セリウムのみで、濃度が１０質量％である研摩材スラリーを作製した。

実施例７（比較例４）では、砥粒原料として二酸化マンガン（ＭｎＯ_２：東ソー（株）製）を用い、平均粒径Ｄ_５０が０．５μｍとなるように粉砕処理をした。そして、実施例７も、粉砕した二酸化マンガンに上記実施例３で用いたフッ化カルシウムを４質量％添加して、濃度が１０質量％である研摩材スラリーを作製した。比較例４の場合は、粉砕した二酸化マンガンのみで濃度が１０質量％である研摩材スラリーを作製した。

実施例８（比較例５）では、上記実施例７の砥粒原料である二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）を８５０℃、２時間の焼成処理を行って得られた三酸化二マンガン（Ｍｎ_２Ｏ_３）を用い、平均粒径Ｄ_５０が０．５μｍとなるように粉砕処理をした。そして、実施例８も、粉砕した三酸化二マンガンに上記実施例３で用いたフッ化カルシウムを４質量％添加して、濃度が１０質量％である研摩材スラリーを作製した。比較例５の場合は、粉砕した三酸化二マンガンのみで、濃度が１０質量％である研摩材スラリーを作製した。

実施例９（比較例６）では、砥粒原料として三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３：和光純薬工業（株）製）を用い、平均粒径Ｄ_５０が０．５μｍとなるように粉砕処理をした。そして、実施例９も、粉砕した三酸化二鉄に上記実施例３で用いたフッ化カルシウムを４質量％添加して、濃度が１０質量％である研摩材スラリーを作製した。比較例４の場合は、粉砕した三酸化二鉄のみで、濃度が１０質量％である研摩材スラリーを作製した。

実施例１０（比較例７）では、砥粒原料として四酸化三鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４：和光純薬工業（株）製）を用い、平均粒径Ｄ_５０が０．５μｍとなるように粉砕処理をした。そして、実施例１０も、粉砕した四酸化三鉄に上記実施例３で用いたフッ化カルシウムを４質量％添加して、濃度が１０質量％であるの研摩材スラリーを作製した。比較例４の場合は、粉砕した四酸化三鉄のみで、濃度が１０質量％である研摩材スラリーを作製した。

実施例６〜１０及び比較例３〜７についても、上記実施例１〜５と同様な条件で評価を行った。その結果を表２に示す。

表２より、ニオブを含有するフッ化カルシウムを添加した場合（実施例６〜１０）、添加していない場合（比較例３〜７）に比べ、明らかに研摩速度の向上が図れることが判明した。この結果より、砥粒として酸化ジルコニウム以外のものであっても、バナジウム族元素を一種以上含むフッ素化合物を混合すると、研摩速度の向上が図れることが確認できた。また、実施例６〜１０における基板研摩後の表面粗さは、Ｒａ０．５０ｎｍ前後の研摩精度であった。そして、フッ化カルシウムを添加していない場合に比較すると、実施例６〜１０では研摩後の基板表面の研摩精度が改善されることが判明した。

［実施例１１、比較例８］
研摩材の作製：この実施例１１（比較例８）においては、フッ素化合物としてフッ化マグネシウムを合成した場合を調査した。フッ化マグネシウムの合成は、ニオブを溶解したフッ酸（実施例１１）と、ニオブを溶解していないフッ酸（比較例８）に、それぞれ水酸化マグネシウムを添加した後、固液分離した沈殿物をフッ酸で酸洗浄し、再度固液分離をして、沈殿物を乾燥させることによって行った。そして、合成したフッ化マグネシウムは、平均粒径Ｄ_５０が０．５μｍとなるように粉砕処理をした。また、砥粒としては、実施例１で用いた酸化ジルコニウムを用いて、フッ化マグネシウムを４質量％添加して、濃度が１０質量％である研摩材スラリーを作製した。作製した各研摩材スラリーについて、上記実施例１〜５と同じ条件にて評価を行った。その結果を表３に示す。

表３より、フッ素化合物がフッ化マグネシウムの場合であっても、ニオブを含有する場合の方が、研摩速度の向上が図れることが判明した。また、実施例１１における基板研摩後の表面粗さは、Ｒａ０．５０ｎｍ未満の研摩精度であった。そして、フッ化マグネシウムを添加していない場合に比較すると、実施例１１では研摩後の基板表面の研摩精度が改善されることが判明した。

本発明によれば、ＨＤガラス基板のような二酸化ケイ素を主成分とする基材を高速に研摩でき、高精度の研摩面を実現できる。

Claims

バナジウム族元素のうち少なくとも一種以上を含有するフッ素化合物を含有する研摩材。
フッ素化合物に含まれるバナジウム族元素の含有量は、０．０００１質量％以上である請求項１に記載の研摩材。
フッ素化合物の含有量は、砥粒に対して０．０１質量％から１０００質量％である請求項１または請求項２に記載の研摩材。
フッ素化合物は、アルカリ土類金属、希土類のいずれかである請求項１〜請求項３いずれかに記載の研摩材。
砥粒は、モース硬度で６以上の硬さを有するものである請求項１〜請求項４いずれかに記載の研摩材。
フッ素化合物の平均粒径は、砥粒の平均粒径の０．１倍〜２倍である請求項１〜請求項５いずれかに記載の研摩材
請求項１〜請求項６いずれか一項に記載の研摩材であって、
研摩対象が二酸化ケイ素を主成分とする基材である二酸化ケイ素系基材用の研摩材。