JP2018070719A - Abrasive composition for sapphire substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＬＥＤ素子などの電子部品材料、光学フィルターなどの光学部品、電気絶縁性材料、時計カバーや窓材、耐摩耗性材料等として使用されるサファイア基板を研磨するために使用される研磨剤組成物に関するものである。 Polishing used for polishing a sapphire substrate used as an electronic component material such as an LED element, an optical component such as an optical filter, an electrically insulating material, a watch cover or window material, an abrasion resistant material, etc. It is related with an agent composition.
サファイア基板はＬＥＤなどの電子部品材料、光学フィルターなどの光学部品、電気絶縁性材料、時計カバーや窓材、耐摩耗性材料などの用途で多用され、近年、その生産量も増加している。サファイア基板の製造は、需要増大・市場拡大とともに益々の低価格化や益々の高品質化というニーズが一層強まり、グローバルな競争が益々激化してきた。サファイアは、機械的、化学的、熱的安定性に優れており、極めて硬い材料であることから、切断、ラッピング、研磨などの加工は極めて難しく、加工は非常に長い時間を必要とする。少しでも加工時間を短縮してコストダウンを図ろうと、様々な試みが行われてきた。従来、サファイアインゴットから切断されたサファイアウエハーは、まず３μｍ以上の粗粒ダイヤモンドを用いて一次ラッピングされ、次に１μｍ以下の微粒ダイヤモンドで二次ラッピングされる。 Sapphire substrates are widely used in applications such as electronic component materials such as LEDs, optical components such as optical filters, electrically insulating materials, watch covers, window materials, and wear-resistant materials, and their production volume has increased in recent years. In the manufacture of sapphire substrates, global competition has intensified as the demand for higher prices and higher quality has further increased along with increasing demand and market expansion. Since sapphire is excellent in mechanical, chemical and thermal stability and is an extremely hard material, processing such as cutting, lapping and polishing is extremely difficult, and processing requires a very long time. Various attempts have been made to shorten the processing time and reduce costs as much as possible. Conventionally, a sapphire wafer cut from a sapphire ingot is first lapped using coarse diamond of 3 μm or more, and then secondarily lapped with fine diamond of 1 μm or less.
最後にサファイア基板の表面平滑性を満足させるために、シリカ粒子を含む研磨剤組成物を用いた仕上げ研磨が行われている。サファイア（α−アルミナ、モース硬度９）基板よりも低硬度であるシリカ（モース硬度７）粒子を砥粒として用いることにより、サファイア基板表面にピットやスクラッチが発生しないようにしている。しかしながら、サファイアの優れた機械的、化学的、熱的安定性のために、シリカ粒子を用いた仕上げ研磨において研磨速度が低いという問題がある。 Finally, in order to satisfy the surface smoothness of the sapphire substrate, finish polishing using an abrasive composition containing silica particles is performed. By using silica (Mohs hardness 7) particles having a lower hardness than the sapphire (α-alumina, Mohs hardness 9) substrate as abrasive grains, pits and scratches are not generated on the surface of the sapphire substrate. However, due to the excellent mechanical, chemical and thermal stability of sapphire, there is a problem that the polishing rate is low in finish polishing using silica particles.
サファイア基板の研磨において、高い研磨速度とスクラッチや欠陥の低減、さらには平坦性の向上を両立させる目的で、いくつかの研磨剤組成物が提案されている。特許文献１では、コロイダルシリカと酸化アルミニウム等の複合砥粒でアルミナ基板等の研磨を行う方法が開示されている。特許文献２では、コロイダルシリカなどが懸濁された水性媒体に塩化合物を含む塩基性ｐＨを有するサファイア用研磨剤が開示されている。塩化合物とは、無機酸または有機酸のアルカリ金属またはアルカリ土類金属塩であり、無機酸としては、塩化水素酸、臭化水素酸、硫酸、硝酸などが例示されており、有機酸としては、アスコルビン酸、シュウ酸、ピコリン酸などが例示されている。特許文献３にはアルミナを含む研磨材とリン化合物を含む研磨剤でアルミニウム含有セラミックス基板を研磨する方法が開示されている。特許文献４にはアルミナを含む研磨材と研磨促進剤として有機カルボン酸系キレートを含み、塩基性ｐＨを有するサファイア基板用研磨剤組成物が開示されている。特許文献５にはアルミナを含む研磨材と研磨促進剤としてオキソ酸塩を含み、塩基性ｐＨを有するサファイア基板用研磨剤組成物が開示されている。オキソ酸塩としては、アルミニウム、ケイ素又はホウ素のオキソ酸のアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩が使用され、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウムが例示されている。 In polishing a sapphire substrate, several abrasive compositions have been proposed for the purpose of achieving both a high polishing rate, a reduction in scratches and defects, and an improvement in flatness. Patent Document 1 discloses a method of polishing an alumina substrate or the like with composite abrasive grains such as colloidal silica and aluminum oxide. Patent Document 2 discloses an abrasive for sapphire having a basic pH containing a salt compound in an aqueous medium in which colloidal silica or the like is suspended. The salt compound is an alkali metal or alkaline earth metal salt of an inorganic acid or an organic acid, and examples of the inorganic acid include hydrochloric acid, hydrobromic acid, sulfuric acid, nitric acid, and the like. Ascorbic acid, oxalic acid, picolinic acid and the like are exemplified. Patent Document 3 discloses a method of polishing an aluminum-containing ceramic substrate with an abrasive containing alumina and an abrasive containing a phosphorus compound. Patent Document 4 discloses an abrasive composition for a sapphire substrate that contains an abrasive containing alumina and an organic carboxylic acid chelate as a polishing accelerator and has a basic pH. Patent Document 5 discloses an abrasive composition for a sapphire substrate that contains an abrasive containing alumina and an oxoacid salt as a polishing accelerator and has a basic pH. As oxo acid salts, alkali metal salts or alkaline earth metal salts of aluminum, silicon or boron oxo acids are used, and sodium aluminate and potassium aluminate are exemplified.
本発明は、上記のような課題を解決するため、鋭意検討を重ねてなされたものであり、サファイア基板に対して、初期研磨速度を高め、さらに長時間研磨におけるライフ特性を高め、かつ高品質な研磨面を得ることを可能とする研磨剤を提供するものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has been made by intensive studies, and with respect to the sapphire substrate, the initial polishing rate is increased, the life characteristics in long-time polishing are increased, and the quality is high. A polishing agent that makes it possible to obtain a smooth polished surface is provided.
上記課題を解決するため、鋭意検討した結果、以下の研磨剤組成物を用いることにより、極めて硬い材料であることから、研磨加工の難しいサファイア基板を、高初期研磨速度かつ高ライフ特性で研磨加工し、さらに研磨後の基板表面を平滑にすることができることを見出し、本発明に到達した。 As a result of diligent research to solve the above problems, it is possible to polish sapphire substrates that are difficult to polish with high initial polishing speed and high life characteristics by using the following abrasive composition. Further, the present inventors have found that the surface of the substrate after polishing can be smoothed, and reached the present invention.
［１］ 砥粒と、研磨促進剤と、水とを含有する、研磨剤組成物であって、研磨促進剤がシアン酸および／またはその塩、チオシアン酸および／またはその塩からなる群から選ばれる少なくとも１種であり、研磨剤組成物のｐＨ値（２５℃）が８．０〜１３．０であるサファイア基板用研磨剤組成物。 [1] An abrasive composition containing abrasive grains, a polishing accelerator and water, wherein the polishing accelerator is selected from the group consisting of cyanic acid and / or a salt thereof, thiocyanic acid and / or a salt thereof. A polishing composition for sapphire substrates, wherein the polishing composition has a pH value (25 ° C.) of 8.0 to 13.0.
［２］ 前記砥粒がシリカ粒子および／またはアルミナ粒子を含む、前記［１］に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。 [2] The abrasive composition for sapphire substrates according to [1], wherein the abrasive grains include silica particles and / or alumina particles.
［３］ 前記砥粒がコロイダルシリカを含む、前記［１］または［２］に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。 [3] The abrasive composition for sapphire substrates according to [1] or [2], wherein the abrasive grains contain colloidal silica.
［４］ 前記研磨促進剤が、シアン酸、シアン酸ナトリウム、シアン酸カリウム、シアン酸アンモニウム、チオシアン酸、チオシアン酸ナトリウム、チオシアン酸カリウム、チオシアン酸アンモニウム、チオシアン酸カルシウム、チオシアン酸リチウム、チオシアン酸ニッケル（ＩＩ）、チオシアン酸銅（Ｉ）、およびチオシアン酸亜鉛から選ばれる少なくとも１種である、前記［１］〜［３］のいずれかに記載のサファイア基板用研磨剤組成物。 [4] The polishing accelerator is cyanic acid, sodium cyanate, potassium cyanate, ammonium cyanate, thiocyanic acid, sodium thiocyanate, potassium thiocyanate, ammonium thiocyanate, calcium thiocyanate, lithium thiocyanate, nickel thiocyanate. The abrasive | polishing agent composition for sapphire substrates in any one of said [1]-[3] which is at least 1 sort (s) chosen from (II), copper (I) thiocyanate, and zinc thiocyanate.
［５］ 前記研磨促進剤が、シアン酸ナトリウム、シアン酸カリウム、チオシアン酸ナトリウム、およびチオシアン酸カリウムから選ばれる少なくとも１種である、前記［１］〜［４］のいずれかに記載のサファイア基板用研磨剤組成物。 [5] The sapphire substrate according to any one of [1] to [4], wherein the polishing accelerator is at least one selected from sodium cyanate, potassium cyanate, sodium thiocyanate, and potassium thiocyanate. Abrasive composition.
［６］ 前記砥粒の前記研磨剤組成物中の濃度が５〜５０質量％である、前記［１］〜［５］のいずれかに記載のサファイア基板用研磨剤組成物。 [6] The abrasive composition for sapphire substrates according to any one of [1] to [5], wherein the concentration of the abrasive grains in the abrasive composition is 5 to 50% by mass.
［７］ 前記研磨促進剤の前記研磨剤組成物中の含有量が０．０１〜１０質量％である、前記［１］〜［６］のいずれかに記載のサファイア基板用研磨剤組成物。 [7] The abrasive composition for sapphire substrates according to any one of [1] to [6], wherein the content of the polishing accelerator in the abrasive composition is 0.01 to 10% by mass.
本発明のサファイア基板用研磨剤組成物は、初期研磨速度を高め、さらに長時間研磨におけるライフ特性を高めることができる。また、本発明のサファイア基板用研磨剤組成物によってサファイア基板を研磨することにより、高品質な研磨面を得ることができる。 The abrasive composition for a sapphire substrate of the present invention can increase the initial polishing rate and further improve the life characteristics in long-time polishing. Moreover, a high quality polishing surface can be obtained by polishing a sapphire substrate with the sapphire substrate polishing composition of the present invention.
以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。 Embodiments of the present invention will be described below. The present invention is not limited to the following embodiments, and changes, modifications, and improvements can be added without departing from the scope of the invention.
本発明のサファイア基板用研磨剤組成物は、砥粒と、研磨促進剤と、水とを含有する、研磨剤組成物であって、研磨促進剤がシアン酸および／またはその塩、チオシアン酸および／またはその塩からなる群から選ばれる少なくとも１種であり、研磨剤組成物のｐＨ値（２５℃）が８．０〜１３．０である。 The abrasive composition for sapphire substrates of the present invention is an abrasive composition containing abrasive grains, a polishing accelerator, and water, and the polishing accelerator is cyanic acid and / or a salt thereof, thiocyanic acid and And / or at least one selected from the group consisting of salts thereof, and the pH value (25 ° C.) of the abrasive composition is 8.0 to 13.0.
（砥粒）
本発明で使用される砥粒としては、シリカ粒子、アルミナ粒子、アルミノケイ酸塩粒子、チタニア粒子、セリア粒子、ジルコニア粒子、マグネシア粒子などの金属酸化物粒子、ダイヤモンド粒子、炭化珪素粒子およびこれらの組合せなどが挙げられる。これらのなかで、シリカ粒子および／またはアルミナ粒子を含むことが好ましく、コロイダルシリカを含むことがさらに好ましい。
(Abrasive grains)
Abrasive grains used in the present invention include silica particles, alumina particles, aluminosilicate particles, titania particles, ceria particles, zirconia particles, magnesia particles and other metal oxide particles, diamond particles, silicon carbide particles and combinations thereof. Etc. Among these, silica particles and / or alumina particles are preferably contained, and colloidal silica is more preferably contained.
砥粒の濃度は、好ましくは５〜５０質量％であり、さらに好ましくは１０〜４５質量％である。濃度が５質量％よりも少ないと、十分な研磨速度が得られず、５０質量％よりも多くしてもそれ以上の研磨速度の向上が認められず経済的でない。 The density | concentration of an abrasive grain becomes like this. Preferably it is 5-50 mass%, More preferably, it is 10-45 mass%. When the concentration is less than 5% by mass, a sufficient polishing rate cannot be obtained, and even when the concentration is more than 50% by mass, no further improvement in polishing rate is recognized, which is not economical.
（シリカ粒子）
シリカ粒子がコロイダルシリカである場合の平均粒子径（Ｄ５０）は好ましくは１０〜５００ｎｍであり、より好ましくは２０〜３００ｎｍであり、さらに好ましくは３０〜２００ｎｍである。
(Silica particles)
When the silica particles are colloidal silica, the average particle diameter (D50) is preferably 10 to 500 nm, more preferably 20 to 300 nm, still more preferably 30 to 200 nm.
コロイダルシリカは球状、鎖状、金平糖型、異形などの形状が知られており、水中に一次粒子が単分散あるいは凝集してコロイド状をなしている。本発明で使用されるコロイダルシリカは、ケイ酸ナトリウムまたはケイ酸カリウムを原料とする水ガラス法、テトラエトキシシラン等のアルコキシシランを酸またはアルカリで加水分解する方法等によって得られる。例えば異形のコロイダルシリカを得るために、ケイ酸ナトリウムから得られる活性ケイ酸にカルシウム塩又はマグネシウム塩を添加する方法、鎖状のコロイダルシリカを得るためにケイ酸ナトリウムから得られる活性ケイ酸にカルシウム塩を添加する方法、金平糖型コロイダルシリカを得るためにシード粒子の表面に微小粒子を生成および成長させる方法などが知られている。 Colloidal silica is known to have a spherical shape, a chain shape, a confetti shape, an irregular shape, and the like, and primary particles are monodispersed or aggregated in water to form a colloidal shape. The colloidal silica used in the present invention can be obtained by a water glass method using sodium silicate or potassium silicate as a raw material, a method of hydrolyzing an alkoxysilane such as tetraethoxysilane with an acid or alkali, and the like. For example, in order to obtain deformed colloidal silica, a method of adding calcium salt or magnesium salt to active silicic acid obtained from sodium silicate, calcium in active silicic acid obtained from sodium silicate to obtain chain colloidal silica A method of adding a salt, a method of generating and growing microparticles on the surface of seed particles in order to obtain gold-peeled colloidal silica, and the like are known.
またコロイダルシリカ以外のシリカ粒子としては、湿式法シリカ粒子が挙げられる。湿式法シリカ粒子は、ケイ酸アルカリ水溶液と無機酸または無機酸水溶液を反応容器に添加することにより、沈殿ケイ酸として得られるものであり、その一般的な製法は以下の通りである。 Examples of silica particles other than colloidal silica include wet method silica particles. The wet process silica particles are obtained as precipitated silicic acid by adding an alkali silicate aqueous solution and an inorganic acid or an inorganic acid aqueous solution to a reaction vessel, and a general production method thereof is as follows.
湿式法シリカ粒子の原料であるケイ酸アルカリ水溶液としては、ケイ酸ナトリウム水溶液、ケイ酸カリウム水溶液、ケイ酸リチウム水溶液などが挙げられるが、一般的にはケイ酸ナトリウム水溶液が好ましく使用される。無機酸としては、硫酸、塩酸、硝酸等を挙げることができるが、一般的には硫酸が好ましく使用される。反応終了後、反応液を濾過、水洗し、その後乾燥機で水分が１０質量％以下になるように乾燥を行う。乾燥機は静置乾燥機、噴霧乾燥機、流動乾燥機のいずれでも良い。その後ジェットミル等の粉砕機で粉砕し、さらに分級を行い、湿式法シリカ粒子を得る。湿式法シリカ粒子の平均粒子径（Ｄ５０）は、好ましくは１０〜１０００ｎｍであり、さらに好ましくは１０〜５００ｎｍである。湿式法シリカ粒子の平均粒径は、平均粒子径（Ｄ５０）が４００ｎｍ以下の粒子では、動的光散乱式粒度分布測定装置（例えば、日機装（株）製、マイクロトラックＵＰＡ）、また平均粒子径（Ｄ５０）が４００ｎｍより大きい粒子ではレーザー回折式粒度分布測定機（例えば、（株）島津製作所製、ＳＡＬＤ２２００）を用いて測定することができる。 Examples of the alkali silicate aqueous solution that is a raw material of the wet process silica particles include a sodium silicate aqueous solution, a potassium silicate aqueous solution, and a lithium silicate aqueous solution. In general, a sodium silicate aqueous solution is preferably used. Examples of the inorganic acid include sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid and the like, but generally sulfuric acid is preferably used. After completion of the reaction, the reaction solution is filtered and washed with water, and then dried with a dryer so that the water content is 10% by mass or less. The dryer may be a stationary dryer, a spray dryer, or a fluidized dryer. Thereafter, the mixture is pulverized by a pulverizer such as a jet mill and further classified to obtain wet method silica particles. The average particle diameter (D50) of the wet process silica particles is preferably 10 to 1000 nm, and more preferably 10 to 500 nm. The average particle size of the wet method silica particles is a dynamic light scattering type particle size distribution measuring device (for example, Microtrac UPA, manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) or an average particle size for particles having an average particle size (D50) of 400 nm or less. Particles having a (D50) larger than 400 nm can be measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer (for example, SALD2200, manufactured by Shimadzu Corporation).
（アルミナ粒子）
アルミナ粒子はα−アルミナおよび／または中間アルミナを含む。中間アルミナとしては、γ−アルミナ、δ−アルミナ、θ−アルミナなどが挙げられる。またα−アルミナと中間アルミナの両方を含む場合の混合比（中間アルミナ／α−アルミナ、重量比）は、０．１〜２が好ましく、さらに好ましくは０．５〜１である。
(Alumina particles)
The alumina particles include α-alumina and / or intermediate alumina. Examples of the intermediate alumina include γ-alumina, δ-alumina, and θ-alumina. Further, the mixing ratio (intermediate alumina / α-alumina, weight ratio) in the case of containing both α-alumina and intermediate alumina is preferably from 0.1 to 2, more preferably from 0.5 to 1.
アルミナを製造する際の原料としては、ギブサイト：Ａｌ２Ｏ３・３Ｈ２Ｏ、ベーマイト：Ａｌ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ、擬ベーマイト：Ａｌ２Ｏ３・ｎＨ２Ｏ（ｎ＝１〜２）などが挙げられる。 As the raw material in the production of alumina, gibbsite: Al 2 O 3 · 3H 2 O, boehmite: Al 2 O 3 · H 2 O, pseudoboehmite: Al 2 O 3 · nH 2 O (n = 1~2) Etc.
これらのアルミナ原料は、例えば以下のような方法で調製される。
ギブサイト：Ａｌ２Ｏ３・３Ｈ２Ｏ
ボーキサイトを水酸化ナトリウムの熱溶液で溶解し、不溶成分をろ過により除去して得られた溶液を冷却し、その結果得られた沈殿物を乾燥することにより得られる。
ベーマイト：Ａｌ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ
金属アルミニウムとアルコールとの反応により得られるアルミニウムアルコキシド：Ａｌ（ＯＲ）３を加水分解することにより得られる。
擬ベーマイト：Ａｌ２Ｏ３・ｎＨ２Ｏ（ｎ＝１〜２）
ギブサイトをアルカリ性雰囲気下、水蒸気で処理して得られる。
これらのアルミナ原料を焼成することなどにより、α−アルミナ、γ−アルミナ、δ−アルミナ、θ−アルミナなどが得られる。
These alumina raw materials are prepared, for example, by the following method.
Gibbsite: Al 2 O 3 3H 2 O
It is obtained by dissolving bauxite with a hot solution of sodium hydroxide, removing insoluble components by filtration, cooling the resulting solution, and drying the resulting precipitate.
Boehmite: Al 2 O 3 .H 2 O
It is obtained by hydrolyzing aluminum alkoxide: Al (OR) 3 obtained by the reaction of metal aluminum and alcohol.
Pseudoboehmite: Al 2 O 3 · nH 2 O (n = 1~2)
It is obtained by treating gibbsite with water vapor in an alkaline atmosphere.
By firing these alumina raw materials, α-alumina, γ-alumina, δ-alumina, θ-alumina and the like are obtained.
アルミナ粒子の平均粒子径（Ｄ５０）は、好ましくは１０〜１０００ｎｍであり、より好ましくは１０〜８００ｎｍ、さらに好ましくは１０〜５００ｎｍである。アルミナ粒子の平均粒径は、平均粒子径（Ｄ５０）が２００ｎｍ以下の粒子では、動的光散乱式粒度分布測定装置（例えば、日機装（株）製、マイクロトラックＵＰＡ）、また平均粒子径（Ｄ５０）が２００ｎｍより大きい粒子ではレーザー回折式粒度分布測定機（例えば、（株）島津製作所製、ＳＡＬＤ２２００）を用いて測定することができる。 The average particle diameter (D50) of the alumina particles is preferably 10 to 1000 nm, more preferably 10 to 800 nm, and still more preferably 10 to 500 nm. The average particle size of the alumina particles is a dynamic light scattering type particle size distribution measuring device (for example, Microtrac UPA, manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) or an average particle size (D50) for particles having an average particle size (D50) of 200 nm or less. ) Larger than 200 nm can be measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer (for example, SALD2200, manufactured by Shimadzu Corporation).
（研磨促進剤）
研磨促進剤は、研磨速度を向上させることを目的として添加されるものであり、本発明で使用される研磨促進剤は、シアン酸および／またはその塩、チオシアン酸および／またはその塩からなる群から選ばれる少なくとも１種である。具体例としては、シアン酸、シアン酸ナトリウム、シアン酸カリウム、シアン酸アンモニウム、チオシアン酸、チオシアン酸ナトリウム、チオシアン酸カリウム、チオシアン酸アンモニウム、チオシアン酸カルシウム、チオシアン酸リチウム、チオシアン酸ニッケル（ＩＩ）、チオシアン酸銅（Ｉ）、チオシアン酸亜鉛などが挙げられる。サファイア基板用研磨剤組成物は、これらから選ばれる少なくとも１種を研磨促進剤として含むことが好ましい。
(Polishing accelerator)
The polishing accelerator is added for the purpose of improving the polishing rate, and the polishing accelerator used in the present invention is a group consisting of cyanic acid and / or a salt thereof, thiocyanic acid and / or a salt thereof. Is at least one selected from Specific examples include cyanic acid, sodium cyanate, potassium cyanate, ammonium cyanate, thiocyanic acid, sodium thiocyanate, potassium thiocyanate, ammonium thiocyanate, calcium thiocyanate, lithium thiocyanate, nickel thiocyanate (II), Examples include copper (I) thiocyanate and zinc thiocyanate. The abrasive composition for sapphire substrate preferably contains at least one selected from these as a polishing accelerator.
これらの中でも好ましくは、シアン酸ナトリウム、シアン酸カリウム、チオシアン酸ナトリウム、チオシアン酸カリウムが挙げられる。さらに好ましくは、シアン酸カリウム、チオシアン酸カリウムが挙げられる。 Of these, sodium cyanate, potassium cyanate, sodium thiocyanate, and potassium thiocyanate are preferable. More preferably, potassium cyanate and potassium thiocyanate are mentioned.
研磨促進剤の含有量は、好ましくは０．０１〜１０質量％であり、より好ましくは０．０５〜５質量％であり、さらに好ましくは０．１〜３質量％である。研磨促進剤の含有量が０．０１質量％未満では、十分な研磨速度が得られない。また１０質量％を超えても研磨速度の向上効果はこれ以上期待できず、経済的にも不利である。 The content of the polishing accelerator is preferably 0.01 to 10% by mass, more preferably 0.05 to 5% by mass, and still more preferably 0.1 to 3% by mass. When the content of the polishing accelerator is less than 0.01% by mass, a sufficient polishing rate cannot be obtained. Moreover, even if it exceeds 10 mass%, the improvement effect of polishing rate cannot be expected any more, and it is economically disadvantageous.
（ｐＨ）
本発明の研磨剤組成物のｐＨ値（２５℃）は、８．０〜１３．０である。サファイア基板の研磨において上記ｐＨ値が適しているのは以下の理由からと考えられる。サファイアとは単結晶のアルミナのことであるが、水中でサファイア表面は固体酸として働くことが知られている。そのため、サファイアはアルカリ性の液性において、研磨時に摩擦熱が局所的に発生するような場合には、表面の溶解反応が起こりやすくなると考えられる。この溶解反応により、研磨のサイクルが開始されていると考えられる。ｐＨ値（２５℃）が８未満であると溶解反応が始まらず、研磨レートの低下が著しい。ｐＨ値（２５℃）が１３．０より大きな値になってもそれ以上の研磨レートの向上が認められず、また取扱い時に危険である。
(PH)
The pH value (25 degreeC) of the abrasive | polishing agent composition of this invention is 8.0-13.0. The above pH value is suitable for polishing the sapphire substrate for the following reasons. Sapphire is single crystal alumina, but it is known that the surface of sapphire acts as a solid acid in water. Therefore, it is considered that sapphire has an alkaline liquid property, and when frictional heat is locally generated during polishing, surface dissolution reaction is likely to occur. It is considered that the polishing cycle is started by this dissolution reaction. When the pH value (25 ° C.) is less than 8, the dissolution reaction does not start and the polishing rate is remarkably lowered. Even if the pH value (25 ° C.) is higher than 13.0, no further improvement in the polishing rate is observed, and it is dangerous during handling.
（ｐＨ調整剤）
本発明の研磨剤組成物は、研磨剤組成物のｐＨ値を所望の値に調整する目的で、ｐＨ調整剤として、無機酸、有機酸、無機塩基、有機塩基等を含有することができる。
(PH adjuster)
The abrasive composition of the present invention may contain an inorganic acid, an organic acid, an inorganic base, an organic base, or the like as a pH adjuster for the purpose of adjusting the pH value of the abrasive composition to a desired value.
無機酸としては、硫酸、硝酸、塩酸、リン酸、などが挙げられる。有機酸としては、酢酸、プロピオン酸、リンゴ酸、シュウ酸、クエン酸、乳酸、マロン酸、などが挙げられる。無機塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニアなどが挙げられる。有機塩基としては、水酸化テトラメチルアンモニウム、アルカノールアミンなどが挙げられる。 Examples of the inorganic acid include sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, and the like. Examples of the organic acid include acetic acid, propionic acid, malic acid, oxalic acid, citric acid, lactic acid, malonic acid, and the like. Examples of the inorganic base include sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia and the like. Examples of the organic base include tetramethylammonium hydroxide and alkanolamine.
本発明の研磨剤組成物には、キレート性化合物、オキソ酸塩、防錆剤、防菌剤、洗浄剤、表面改質剤、粘度調整剤、消泡剤、酸化防止剤、その他の目的の界面活性剤等も必要に応じて添加することができる。 The abrasive composition of the present invention includes chelating compounds, oxo acid salts, rust inhibitors, antibacterial agents, cleaning agents, surface modifiers, viscosity modifiers, antifoaming agents, antioxidants, and other purposes. A surfactant or the like can be added as necessary.
（水）
本発明で使用される水は、蒸留水、イオン交換水などの不純物を除去した水が好ましく用いられる。研磨後の洗浄性を考慮すると、イオン交換水が好ましい。水は、研磨剤の流動性を制御する機能を有するので、その含有量は、研磨速度のような目標とする研磨特性に合わせて適宜設定することができる。例えば、水の含有割合は、研磨剤組成物の４０〜９０質量％の範囲とすることが好ましい。水の含有量が、研磨剤組成物の４０質量％未満では、研磨剤の粘度が高くなり、流動性が損なわれる場合がある。一方、水の含有量が９０質量％を超えると、砥粒濃度が低くなり、十分な研磨速度が得られないことがある。
(water)
The water used in the present invention is preferably water from which impurities such as distilled water and ion exchange water have been removed. Considering detergency after polishing, ion exchange water is preferable. Since water has a function of controlling the fluidity of the abrasive, the content thereof can be appropriately set according to the target polishing characteristics such as the polishing rate. For example, the water content is preferably in the range of 40 to 90% by mass of the abrasive composition. When the water content is less than 40% by mass of the abrasive composition, the viscosity of the abrasive becomes high and fluidity may be impaired. On the other hand, if the water content exceeds 90% by mass, the abrasive concentration is lowered, and a sufficient polishing rate may not be obtained.
（調製方法）
本発明の研磨剤組成物は、各成分を公知の方法で混合することにより、調製することができる。研磨剤組成物は、経済性の観点から、通常、濃縮液として製造され、これを使用時に希釈する場合が多い。研磨剤組成物は、そのまま使用してもよいし、濃縮液であれば希釈して使用すればよい。濃縮液を希釈する場合、その希釈倍率は、特に制限されず、濃縮液における各成分の濃度や研磨条件に応じて適宜決定できる。尚、前述した各成分の含有量は、使用時における含有量である。
(Preparation method)
The abrasive composition of the present invention can be prepared by mixing each component by a known method. The abrasive composition is usually produced as a concentrated liquid from the viewpoint of economy, and it is often diluted at the time of use. The abrasive composition may be used as it is, or may be diluted and used if it is a concentrated liquid. When diluting the concentrate, the dilution factor is not particularly limited, and can be appropriately determined according to the concentration of each component in the concentrate and the polishing conditions. In addition, content of each component mentioned above is content at the time of use.
（研磨装置および研磨方法）
本発明の研磨剤組成物を用いてサファイア基板を研磨する装置としては、特に制限は無く、サファイア基板を保持する治具（キャリア）と研磨パッドとを備える研磨機を用いることができ、両面研磨機および片面研磨機のいずれでもよい。
(Polishing apparatus and polishing method)
The apparatus for polishing the sapphire substrate using the abrasive composition of the present invention is not particularly limited, and a polishing machine equipped with a jig (carrier) for holding the sapphire substrate and a polishing pad can be used. Any of a polishing machine and a single-side polishing machine may be used.
研磨パッドとしては、特に制限はなく、従来公知のものが使用できる。研磨パッドの材質としては、例えばポリウレタンなどが挙げられる。研磨パッドの形状は、例えば不織布状のもの、スウェード状のものなどが好ましく使用される。 There is no restriction | limiting in particular as a polishing pad, A conventionally well-known thing can be used. Examples of the material of the polishing pad include polyurethane. As the shape of the polishing pad, for example, a nonwoven fabric or a suede is preferably used.
本発明の研磨剤組成物を研磨機に供給する方法は、予め研磨剤組成物の構成成分が十分に混合された状態で研磨パッドとサファイア基板の間にポンプ等で供給する方法、研磨の直前の供給ライン内等で構成成分を混合して供給する方法などを用いることができる。研磨速度向上の観点および研磨機負荷軽減の観点から、予め研磨剤組成物の構成成分が十分に混合された状態で、研磨剤組成物を、研磨パッドとサファイア基板の間にポンプ等で供給する方法が好ましい。 The method of supplying the abrasive composition of the present invention to a polishing machine is a method of supplying a polishing pad and a sapphire substrate with a pump or the like in a state where the constituents of the abrasive composition are sufficiently mixed in advance, immediately before polishing. A method of mixing and supplying the components in the supply line or the like can be used. From the viewpoint of improving the polishing rate and reducing the load on the polishing machine, the abrasive composition is supplied between the polishing pad and the sapphire substrate with a pump or the like in a state where the constituents of the abrasive composition are sufficiently mixed in advance. The method is preferred.
本発明の研磨剤組成物は、全ての面方位のサファイア基板の研磨に使用することができる。無極性面（Ａ面、Ｍ面等）のサファイア基板の研磨においても、半極性面（Ｒ面等）のサファイア基板の研磨においても、さらに極性面（Ｃ面等）のサファイア基板の研磨においても使用することができる。これらの中でも極性面（Ｃ面等）のサファイア基板の研磨に、好ましく使用される。 The abrasive composition of the present invention can be used for polishing sapphire substrates of all plane orientations. For polishing sapphire substrates with nonpolar surfaces (A surface, M surface, etc.), for polishing sapphire substrates with semipolar surfaces (R surface, etc.), and for polishing sapphire substrates with polar surfaces (C surface, etc.) Can be used. Among these, it is preferably used for polishing a sapphire substrate having a polar surface (C surface or the like).
以下に実施例および比較例で本発明を詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.
本発明のコロイダルシリカの平均粒子径（Ｄ５０）は、以下の方法により測定した。まず、コロイダルシリカの粒子径（Ｈｅｙｗｏｏｄ径）を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）（日本電子（株）製、透過型電子顕微鏡ＪＥＭ２０００ＦＸ（２００ｋＶ））を用いて倍率１０万倍の視野の写真を解析ソフト（マウンテック（株）製、Ｍａｃ−Ｖｉｅｗ Ｖｅｒ．４．０）を用いて解析することによりＨｅｙｗｏｏｄ径（投射面積円相当径）として測定した。 The average particle diameter (D50) of the colloidal silica of the present invention was measured by the following method. First, the colloidal silica particle diameter (Heywood diameter) was analyzed using a transmission electron microscope (TEM) (manufactured by JEOL Ltd., transmission electron microscope JEM2000FX (200 kV)) at a magnification of 100,000 times. It was measured as Heywood diameter (projected area equivalent circle diameter) by analyzing using software (manufactured by Mountec Co., Ltd., Mac-View Ver. 4.0).
コロイダルシリカの平均粒子径（Ｄ５０）は、前述の方法で２０００個程度のコロイダルシリカの粒子径を解析し、小粒径側からの積算粒径分布（累積体積基準）が５０％となる粒子径を上記解析ソフト（マウンテック（株）製、Ｍａｃ−Ｖｉｅｗ Ｖｅｒ．４．０）を用いて算出した。 The average particle size (D50) of the colloidal silica is the particle size at which the cumulative particle size distribution (accumulated volume basis) from the small particle size side is 50% when the particle size of about 2000 colloidal silica is analyzed by the method described above. Was calculated using the above analysis software (Mac-View Ver. 4.0, manufactured by Mountec Co., Ltd.).
研磨試験を行う際の研磨条件を以下に示す。
研磨対象物：単結晶サファイア ３ｉｎｃｈ基板
研磨対象結晶面：Ｃ面
研磨加工機：スピードファム（株）製６Ｂ両面研磨機
研磨パッド：ＳＵＢＡ ６００（ニッタ・ハース（株）製）
研磨圧力：１５０ｇ／ｃｍ２
定盤回転数：６０ｒｐｍ
研磨時間：１ｈｒ（初期研磨速度・表面粗さを確認）、１２ｈｒ（ライフ特性を確認）
研磨剤組成物の供給方法：循環
研磨剤組成物の供給速度：１６０ｍｌ／ｍｉｎ
The polishing conditions for performing the polishing test are shown below.
Polishing object: single crystal sapphire 3inch substrate polishing target crystal plane: C-side polishing machine: 6B double-side polishing machine by Speedfam Co., Ltd. Polishing pad: SUBA 600 (Nitta Haas Co., Ltd.)
Polishing pressure: 150 g / cm 2
Plate rotation speed: 60rpm
Polishing time: 1 hr (check initial polishing speed and surface roughness), 12 hr (check life characteristics)
Abrasive composition supply method: Circulating abrasive composition supply rate: 160 ml / min
（被研磨面の特性評価・研磨速度の算出方法）
被研磨面の特性評価で、研磨速度は下式により求めた。表面粗さ（Ｒａ）は原子間力顕微鏡ＡＦＭ（ＳＩＩテクノロジー製ＳＰＡ−５００型）で、非接触モード、スキャンレート１．０Ｈｚ、視野１０μｍ×１０μｍで、研磨開始１ｈｒ後のサファイア基板のＲａをｎｍ単位で測定した。尚、初期研磨速度は、研磨開始１ｈｒ後の研磨速度とした。ライフ特性は研磨開始１ｈｒ後の研磨速度を１とした場合に、研磨開始１２ｈｒ後の研磨速度の相対値で示した。
(Characteristic evaluation of polished surface / Calculation method of polishing rate)
In the evaluation of the characteristics of the surface to be polished, the polishing rate was determined by the following equation. Surface roughness (Ra) is atomic force microscope AFM (SPA-500 model manufactured by SII Technology), non-contact mode, scan rate 1.0 Hz, visual field 10 μm × 10 μm, and Ra of sapphire substrate after 1 hr of polishing is nm Measured in units. The initial polishing rate was the polishing rate 1 hour after the start of polishing. The life characteristics are shown as a relative value of the polishing rate 12 hours after the start of polishing when the polishing rate 1 after the start of polishing is 1.
研磨速度（μｍ／ｈｒ）＝（サファイア基板の研磨前質量−サファイア基板の研磨後質量）（ｇ）÷サファイア基板の研磨面積（ｃｍ２）÷サファイア基板の密度（ｇ／ｃｍ３）÷研磨時間（ｈｒ）×１０４ Polishing rate (μm / hr) = (mass before polishing of sapphire substrate−mass after polishing of sapphire substrate) (g) ÷ polishing area of sapphire substrate (cm 2 ) ÷ density of sapphire substrate (g / cm 3 ) ÷ polishing time (Hr) × 10 4
（研磨剤組成物の調製方法）
実施例１〜１６および比較例１、２で使用した研磨剤組成物は、下記の材料を、下記の濃度または含有量で含んだ研磨剤組成物である。これらの研磨剤組成物を使用して研磨試験を行った結果を表１に示した。
(Method for preparing abrasive composition)
The abrasive | polishing agent composition used in Examples 1-16 and Comparative Examples 1 and 2 is an abrasive | polishing agent composition containing the following material with the following density | concentration or content. The results of polishing tests using these abrasive compositions are shown in Table 1.
コロイダルシリカ（平均粒子径（Ｄ５０）：１１０ｎｍ、市販のコロイダルシリカ）、４０質量％（実施例１〜６、８〜１５、比較例１で使用）
コロイダルシリカ（平均粒子径（Ｄ５０）：４０ｎｍ、市販のコロイダルシリカ）、４０質量％（実施例７、１６、比較例２で使用）
チオシアン酸カリウム（ＫＳＣＮ） ０．２質量％（実施例１で使用）
チオシアン酸カリウム（ＫＳＣＮ） ０．６質量％（実施例２、７で使用）
チオシアン酸カリウム（ＫＳＣＮ） １．０質量％（実施例３で使用）
チオシアン酸カリウム（ＫＳＣＮ） ２．０質量％（実施例４で使用）
チオシアン酸カリウム（ＫＳＣＮ） ３．０質量％（実施例５で使用）
チオシアン酸ナトリウム（ＮａＳＣＮ） ０．６質量％（実施例６で使用）
シアン酸カリウム（ＫＯＣＮ） ０．２質量％（実施例８で使用）
シアン酸カリウム（ＫＯＣＮ） ０．６質量％（実施例９、１６で使用）
シアン酸カリウム（ＫＯＣＮ） １．０質量％（実施例１０で使用）
シアン酸カリウム（ＫＯＣＮ） ２．０質量％（実施例１１で使用）
シアン酸カリウム（ＫＯＣＮ） ３．０質量％（実施例１２で使用）
シアン酸ナトリウム（ＮａＯＣＮ） ０．６質量％（実施例１３で使用）
シアン酸ナトリウム（ＮａＯＣＮ） ２．０質量％（実施例１４で使用）
シアン酸ナトリウム（ＮａＯＣＮ） ３．０質量％（実施例１５で使用）
水酸化カリウム（ＫＯＨ） ｐＨ値（２５℃）が９．７になるように必要量を添加（実施例１〜１６、比較例１、２で使用）
Colloidal silica (average particle diameter (D50): 110 nm, commercially available colloidal silica), 40% by mass (used in Examples 1 to 6, 8 to 15, and Comparative Example 1)
Colloidal silica (average particle diameter (D50): 40 nm, commercially available colloidal silica), 40% by mass (used in Examples 7 and 16 and Comparative Example 2)
Potassium thiocyanate (KSCN) 0.2% by mass (used in Example 1)
Potassium thiocyanate (KSCN) 0.6 mass% (used in Examples 2 and 7)
Potassium thiocyanate (KSCN) 1.0 mass% (used in Example 3)
Potassium thiocyanate (KSCN) 2.0 mass% (used in Example 4)
Potassium thiocyanate (KSCN) 3.0 mass% (used in Example 5)
Sodium thiocyanate (NaSCN) 0.6 mass% (used in Example 6)
Potassium cyanate (KOCN) 0.2% by mass (used in Example 8)
Potassium cyanate (KOCN) 0.6 mass% (used in Examples 9 and 16)
Potassium cyanate (KOCN) 1.0 mass% (used in Example 10)
Potassium cyanate (KOCN) 2.0 mass% (used in Example 11)
Potassium cyanate (KOCN) 3.0% by mass (used in Example 12)
Sodium cyanate (NaOCN) 0.6 mass% (used in Example 13)
Sodium cyanate (NaOCN) 2.0 mass% (used in Example 14)
Sodium cyanate (NaOCN) 3.0% by weight (used in Example 15)
Potassium hydroxide (KOH) Necessary amount added so that pH value (25 ° C.) is 9.7 (used in Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 and 2)
（考察）
実施例１〜６と比較例１の対比、および実施例７と比較例２の対比からチオシアン酸塩を添加することにより、初期研磨速度が向上し、ライフ特性も改善されることがわかる。さらに表面粗さも改善されることがわかる。また、実施例８〜１５と比較例１の対比、および実施例１６と比較例２の対比から、シアン酸塩を添加することにより、初期研磨速度が向上し、ライフ特性も改善されることがわかる。さらに表面粗さも改善されることがわかる。以上のことから、本発明の研磨剤組成物を使用することにより、サファイア基板の研磨において、初期研磨速度が向上し、ライフ特性も改善し、表面粗さも改善することがわかる。
(Discussion)
From the comparison between Examples 1 to 6 and Comparative Example 1, and from the comparison between Example 7 and Comparative Example 2, it can be seen that the initial polishing rate is improved and the life characteristics are also improved. It can also be seen that the surface roughness is also improved. Further, from the comparison between Examples 8 to 15 and Comparative Example 1 and the comparison between Example 16 and Comparative Example 2, the addition of cyanate may improve the initial polishing rate and improve the life characteristics. Recognize. It can also be seen that the surface roughness is also improved. From the above, it can be seen that the use of the abrasive composition of the present invention improves the initial polishing rate, improves the life characteristics, and improves the surface roughness in polishing the sapphire substrate.
本発明の研磨剤組成物は、ＬＥＤ素子などの電子部品材料、光学フィルターなどの光学部品、電気絶縁材料、時計カバーや窓材、耐摩耗性材料等として使用されるサファイア基板を研磨するために使用することができる。 The abrasive composition of the present invention is for polishing a sapphire substrate used as an electronic component material such as an LED element, an optical component such as an optical filter, an electrical insulating material, a watch cover, a window material, an abrasion resistant material, etc. Can be used.
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