JP6191608B2 - 研磨材粒子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、研磨材粒子の製造方法に関する。
ガラス光学素子やガラス基板、半導体デバイスを製造工程で精密研磨する研磨材としては、従来、酸化セリウムを主成分とし、これに酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化プラセオジムなどが加わった希土類元素の酸化物が使用されている。この他の研磨材としては、ダイヤモンド、酸化鉄、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、コロイダルシリカ等が挙げられるが、研磨速度、研磨後の被研磨物の表面粗さの観点から比較したときに、酸化セリウムが有効であることは公知であり、広範囲で用いられている。しかし、酸化セリウムは、世界的に偏在しており、供給が安定するとはいえない。そこで、酸化セリウムの使用量を削減しつつ、高い精度で研磨を行うことができる研磨材の製造方法の確立が求められている。
光学ガラス等の製造工程で精密研磨を行うことのできる、高純度の酸化セリウム系研磨材の製造方法としては、精製された硝酸第一セリウム、塩化第一セリウム、硫酸第一セリウム等の水溶液に炭酸、シュウ酸、酢酸等の塩を添加して炭酸第一セリウム、シュウ酸第一セリウム、酢酸第一セリウム等の生成物を沈殿させ、この沈殿物をろ過し、乾燥したのち、焼成して酸化セリウムを得る方法がある。
例えば、非特許文献１では、硝酸セリウム水溶液、硝酸イットリウム水溶液、尿素を混合した水溶液を加熱撹拌し、粒子径分布の狭い粒子を得る方法が提案されている。
また、特許文献１には、酸化セリウムよりも比重が小さい無機材からなる基粒子により形成されたコア層と当該基粒子よりも粒径が小さい酸化セリウムを含む微粒子が当該基粒子の外側に、バインダーにより結合されて形成されたシェル層とを有する複合砥粒を含有している研磨材が記載されている。この研磨材は、基粒子である酸化ケイ素粒子を分散させた分散液中にバインダーとなる酸化アルミニウムゾルを撹拌しつつ加え、更に、酸化セリウム粒子を分散させた分散液を撹拌しつつ加えて、得られた基粒子（酸化ケイ素）と微粒子（酸化セリウム）がバインダー（酸化アルミニウム）を介して結合した固体を固液分離し、分離された固体を７００℃〜９００℃で焼成した後、得られた焼成物を乾式ジェットミルで粉砕することにより得られることが記載されている。この方法では、粒子に、酸化ケイ素からなる基粒子（コア層）と、基粒子の外側にバインダーにより結合されて形成された酸化セリウムを含むシェル層と、を有するコアシェル構造を採用することで、酸化セリウムの使用量を削減しながら、従来品と同程度の研磨精度と研磨速度を得ることができる。
例えば、非特許文献１では、硝酸セリウム水溶液、硝酸イットリウム水溶液、尿素を混合した水溶液を加熱撹拌し、粒子径分布の狭い粒子を得る方法が提案されている。
また、特許文献１には、酸化セリウムよりも比重が小さい無機材からなる基粒子により形成されたコア層と当該基粒子よりも粒径が小さい酸化セリウムを含む微粒子が当該基粒子の外側に、バインダーにより結合されて形成されたシェル層とを有する複合砥粒を含有している研磨材が記載されている。この研磨材は、基粒子である酸化ケイ素粒子を分散させた分散液中にバインダーとなる酸化アルミニウムゾルを撹拌しつつ加え、更に、酸化セリウム粒子を分散させた分散液を撹拌しつつ加えて、得られた基粒子（酸化ケイ素）と微粒子（酸化セリウム）がバインダー（酸化アルミニウム）を介して結合した固体を固液分離し、分離された固体を７００℃〜９００℃で焼成した後、得られた焼成物を乾式ジェットミルで粉砕することにより得られることが記載されている。この方法では、粒子に、酸化ケイ素からなる基粒子（コア層）と、基粒子の外側にバインダーにより結合されて形成された酸化セリウムを含むシェル層と、を有するコアシェル構造を採用することで、酸化セリウムの使用量を削減しながら、従来品と同程度の研磨精度と研磨速度を得ることができる。
Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，７１巻、１０号、８４５〜８５３頁（１９８８年）
しかしながら、非特許文献１の方法で製造された粒子を焼成し、研磨材としての効果を確認した結果、研磨速度が低かった。これは、粒子形状と粒子径分布を調整するために、粒子表面にセリウム以外の元素（イットリウム）が多く混合されていることが原因であると考えられる。
また、特許文献１の方法で得られた、バインダーにより結合された酸化セリウムを含む研磨材は、研磨加工を行う際に、研磨組成物に圧力を加えて被研磨物に対して摩擦力を働かせるため、研磨材粒子に加えられている圧力により研磨材粒子自体が時間の経過とともに壊れてしまい、研磨速度の低下につながっている。
また、特許文献１の方法で得られた、バインダーにより結合された酸化セリウムを含む研磨材は、研磨加工を行う際に、研磨組成物に圧力を加えて被研磨物に対して摩擦力を働かせるため、研磨材粒子に加えられている圧力により研磨材粒子自体が時間の経過とともに壊れてしまい、研磨速度の低下につながっている。
本発明の課題は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、酸化セリウムの使用量を抑制し、より高い耐久性及び研磨速度を得ることができる研磨材粒子の製造方法を提供することである。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
研磨材粒子の製造方法において、
Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩を形成させ、当該元素の塩を主成分とする前記研磨材粒子の前駆体の内層を形成させる内層形成工程と、
前記内層形成工程により形成される前記元素の塩を分散させる反応溶液に、前記Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩並びにＣｅの塩により調製された水溶液を所定時間添加して、前記内層の外側に前記Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩並びにＣｅの塩を含む前記研磨材粒子の前駆体の外層を形成させる外層形成工程と、
前記外層形成工程により外層が形成された前記研磨材粒子の前駆体を反応溶液から固液分離する固液分離工程と、
前記固液分離工程で得られた前記研磨材粒子の前駆体を空気中又は酸化性雰囲気中で焼成する焼成工程と、
を備え、
前記外層形成工程での前記研磨材粒子の前駆体の表面を形成させる反応溶液は、前記Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素並びにＣｅを含み、当該反応溶液に含有される前記元素の総含有量に対して、当該Ｃｅの割合が６０ｍｏｌ％以上、９０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする。
研磨材粒子の製造方法において、
Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩を形成させ、当該元素の塩を主成分とする前記研磨材粒子の前駆体の内層を形成させる内層形成工程と、
前記内層形成工程により形成される前記元素の塩を分散させる反応溶液に、前記Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩並びにＣｅの塩により調製された水溶液を所定時間添加して、前記内層の外側に前記Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩並びにＣｅの塩を含む前記研磨材粒子の前駆体の外層を形成させる外層形成工程と、
前記外層形成工程により外層が形成された前記研磨材粒子の前駆体を反応溶液から固液分離する固液分離工程と、
前記固液分離工程で得られた前記研磨材粒子の前駆体を空気中又は酸化性雰囲気中で焼成する焼成工程と、
を備え、
前記外層形成工程での前記研磨材粒子の前駆体の表面を形成させる反応溶液は、前記Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素並びにＣｅを含み、当該反応溶液に含有される前記元素の総含有量に対して、当該Ｃｅの割合が６０ｍｏｌ％以上、９０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の研磨材粒子の製造方法であって、
前記内層形成工程及び前記外層形成工程での反応溶液は、前記Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素を含み、当該元素のイオン濃度及びＣｅのイオン濃度の合計値が、１００．２０ｍｍｏｌ/Ｌ以下であることを特徴とする。
前記内層形成工程及び前記外層形成工程での反応溶液は、前記Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素を含み、当該元素のイオン濃度及びＣｅのイオン濃度の合計値が、１００．２０ｍｍｏｌ/Ｌ以下であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の研磨材粒子の製造方法であって、
前記内層形成工程及び前記外層形成工程で形成される塩が塩基性炭酸塩であることを特徴とする。
前記内層形成工程及び前記外層形成工程で形成される塩が塩基性炭酸塩であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の研磨材粒子の製造方法であって、
前記内層形成工程は、前記Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩並びに尿素系化合物により調製された水溶液を撹拌して、前記Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩基性炭酸塩を形成させ、当該元素の塩基性炭酸塩を主成分とする前記研磨材粒子の前駆体の内層を形成させることを特徴とする。
前記内層形成工程は、前記Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩並びに尿素系化合物により調製された水溶液を撹拌して、前記Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩基性炭酸塩を形成させ、当該元素の塩基性炭酸塩を主成分とする前記研磨材粒子の前駆体の内層を形成させることを特徴とする。
本発明により、酸化セリウムの使用量を抑制し、より高い耐久性及び研磨速度を得ることができる。
以下、既存の研磨材及び本発明に係る研磨材粒子の製造方法について詳細に説明する。
＜研磨材＞
一般的な研磨材には、ベンガラ（αＦｅ２Ｏ３）、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、コロイダルシリカ等の研磨材粒子を水や油に分散させてスラリー状にしたものなどがある。本発明は、半導体デバイスやガラスの研磨加工において、高精度に平坦性を維持しつつ、十分な研磨速度を得るために物理的な作用と化学的な作用の両方で研磨を行う、化学機械研磨（ＣＭＰ；Chemical Mechanical Polishing）が可能な酸化セリウムを主成分とする研磨材に用いられる新規な研磨材粒子の製造方法であり、以下、詳細に説明する。
＜研磨材＞
一般的な研磨材には、ベンガラ（αＦｅ２Ｏ３）、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、コロイダルシリカ等の研磨材粒子を水や油に分散させてスラリー状にしたものなどがある。本発明は、半導体デバイスやガラスの研磨加工において、高精度に平坦性を維持しつつ、十分な研磨速度を得るために物理的な作用と化学的な作用の両方で研磨を行う、化学機械研磨（ＣＭＰ；Chemical Mechanical Polishing）が可能な酸化セリウムを主成分とする研磨材に用いられる新規な研磨材粒子の製造方法であり、以下、詳細に説明する。
＜研磨材粒子の構造＞
本発明に係る研磨材粒子として、内層１と、外層２とを有する２層構造の研磨材粒子が好ましい。具体的には、図１に示すように、２層構造の研磨材粒子は、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩、例えば、酸化イットリウムを主成分とする内層１と、内層１の外側に形成される外層２を備えている。
本発明に係る研磨材粒子として、内層１と、外層２とを有する２層構造の研磨材粒子が好ましい。具体的には、図１に示すように、２層構造の研磨材粒子は、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩、例えば、酸化イットリウムを主成分とする内層１と、内層１の外側に形成される外層２を備えている。
内層１は、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩、例えば、酸化イットリウムがほぼ１００ｍｏｌ％を占め、酸化セリウムをほとんど含まない。これは、前記元素の塩が、研磨の際にかかる応力に対して酸化セリウムよりも壊れにくいためである。以下の説明においては、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素をＹ（イットリウム）として説明する。
外層２は、例えば、酸化イットリウムと酸化セリウムを含み、研磨材粒子の中心から表面に向かって酸化セリウムの組成が連続的に増加する。具体的には、外層２のうち、研磨材粒子の中心側の内層１に近い部分の組成は、酸化イットリウムが多い割合を占めている。そして、研磨材粒子の中心側から表面側にむかうにつれて、外層２の組成は、酸化セリウムの占める割合が連続的に増加する。なお、研磨材粒子の形状は、球状に限定するものではなく、略楕円形状等であってもよい。
＜研磨材粒子の製造方法＞
以下に、内層１、外層２からなる研磨材粒子の製造方法を示す。
本発明の研磨材粒子の製造方法は、図２に示すように、内層形成工程Ａ、外層形成工程Ｂ、固液分離工程Ｃ、焼成工程Ｄの４つの工程からなる。
以下に、内層１、外層２からなる研磨材粒子の製造方法を示す。
本発明の研磨材粒子の製造方法は、図２に示すように、内層形成工程Ａ、外層形成工程Ｂ、固液分離工程Ｃ、焼成工程Ｄの４つの工程からなる。
１．内層形成工程Ａ
内層形成工程Ａは、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩を形成させ、当該元素の塩を主成分とする研磨材粒子の前駆体の内層１を形成させる。具体的には、内層形成工程Ａは、イットリウムの塩及び沈殿剤を水に溶解させ、所定の濃度の溶液を調製する。そして、内層形成工程Ａは、調製された溶液を８０℃以上で加熱撹拌し、研磨材粒子の前駆体の内層１となる、水に不溶な塩基性炭酸塩を形成させる。以下の説明においては、加熱撹拌を開始した溶液を反応溶液とする。
内層形成工程Ａは、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩を形成させ、当該元素の塩を主成分とする研磨材粒子の前駆体の内層１を形成させる。具体的には、内層形成工程Ａは、イットリウムの塩及び沈殿剤を水に溶解させ、所定の濃度の溶液を調製する。そして、内層形成工程Ａは、調製された溶液を８０℃以上で加熱撹拌し、研磨材粒子の前駆体の内層１となる、水に不溶な塩基性炭酸塩を形成させる。以下の説明においては、加熱撹拌を開始した溶液を反応溶液とする。
内層形成工程Ａにおいて、水に溶解させるＡｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩としては、硝酸塩、塩酸塩、硫酸塩等を用いることができるが、製品への不純物の混入が少ない硝酸塩を使用することが好ましい。また、沈殿剤としては、前記元素の塩とともに水に混ぜて加熱した際に塩基性炭酸塩を生成する種類のアルカリ化合物であればよく、尿素系化合物、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム等が好ましい。尿素系化合物としては、尿素の塩（例えば、硝酸塩、塩酸塩等）、Ｎ,Ｎ’−ジメチルアセチル尿素、Ｎ,Ｎ’−ジベンゾイル尿素、ベンゼンスルホニル尿素、ｐ−トルエンスルホニル尿素、トリメチル尿素、テトラエチル尿素、テトラメチル尿素、トリフェニル尿素、テトラフェニル尿素、Ｎ−ベンゾイル尿素、メチルイソ尿素、エチルイソ尿素等が挙げられ、尿素も含むものとする。尿素系化合物の中で特に尿素は、徐々に加水分解することでゆっくり沈殿が生成し、均一な沈殿が得られる点で好ましい。また、水に不溶な塩基性炭酸塩、例えば、イットリウムの塩基性炭酸塩を生成させることで、析出した沈殿を単分散の状態で分散させることができる。更に、後述する外層形成工程Ｂにおいてもセリウムの塩基性炭酸塩を形成させるため、塩基性炭酸塩による連続的な層構造を形成させることができる。なお、以下の実施例において、内層形成工程Ａ及び外層形成工程Ｂにおいて反応溶液に添加される水溶液は、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩として、硝酸イットリウムを水に溶解させ、調製されるイットリウム硝酸水溶液の場合を示す。また、尿素系化合物として、尿素を用いる場合について示すが、一例であって、これに限定されるものではない。
内層形成工程Ａにおけるイットリウムを含有する水溶液の添加速度は、１分当たり０．００３ｍｏｌ／Ｌから５．５ｍｏｌ／Ｌが好ましく、８０℃以上で加熱撹拌しながら反応溶液に添加されることが好ましい。添加速度を当該範囲とすることにより、単分散性の優れた、球状の研磨材粒子が形成されやすくなるためである。加熱する温度については、８０℃以上で加熱撹拌されると、添加された尿素の分解が進みやすくなるためである。また、添加する尿素の濃度は、イットリウムのイオン濃度の５から５０倍の濃度が好ましい。これは、イットリウムの水溶液中でのイオン濃度及び尿素の濃度を、当該範囲内とすることで、単分散性を示す球状の研磨材粒子を合成することができるためである。
なお、加熱撹拌の際には、十分な撹拌効率を得られれば、特に撹拌機の形状等は指定しないが、より高い撹拌効率を得るためには、ローター・ステータータイプの軸流撹拌機を使用することが好ましい。
なお、加熱撹拌の際には、十分な撹拌効率を得られれば、特に撹拌機の形状等は指定しないが、より高い撹拌効率を得るためには、ローター・ステータータイプの軸流撹拌機を使用することが好ましい。
２．外層形成工程Ｂ
外層形成工程Ｂは、内層形成工程Ａにより形成される、例えば、イットリウムの塩基性炭酸塩を分散させる反応溶液に、硝酸イットリウム及び硝酸セリウムにより調製された水溶液を一定速度で所定時間添加して、内層１の外側にイットリウムの塩基性炭酸塩及びセリウムの塩基性炭酸塩を含む研磨材粒子の前駆体の外層２を形成させる。なお、水溶液の調製に用いるセリウムの塩として、製品への不純物の混入が少ない硝酸塩を使用することが好ましいため、硝酸セリウムを用いる場合を示したが、これに限定するものではなく、塩酸塩、硫酸塩等を用いることができる。
外層形成工程Ｂは、内層形成工程Ａにより形成される、例えば、イットリウムの塩基性炭酸塩を分散させる反応溶液に、硝酸イットリウム及び硝酸セリウムにより調製された水溶液を一定速度で所定時間添加して、内層１の外側にイットリウムの塩基性炭酸塩及びセリウムの塩基性炭酸塩を含む研磨材粒子の前駆体の外層２を形成させる。なお、水溶液の調製に用いるセリウムの塩として、製品への不純物の混入が少ない硝酸塩を使用することが好ましいため、硝酸セリウムを用いる場合を示したが、これに限定するものではなく、塩酸塩、硫酸塩等を用いることができる。
外層形成工程Ｂで添加する水溶液の添加速度は、１分当たり０．００３ｍｏｌ／Ｌから５．５ｍｏｌ／Ｌが好ましい。これは、添加速度を当該範囲とすることにより、単分散性の優れた、球状の研磨材粒子が形成されやすくなるためである。また、添加する水溶液が含有するセリウムの濃度の割合が９０ｍｏｌ％以下であることが好ましい。これは、添加する水溶液のセリウムの濃度の割合が９０ｍｏｌ％より大きい場合、９０ｍｏｌ％以下に調製された水溶液を添加する場合と同じ添加時間で添加を行うと、形成される研磨材粒子が単分散性を示さず、板状に凝集してしまうためである。また、反応溶液は、前記添加速度で水溶液を添加されながら、８０℃以上で加熱撹拌されることが好ましい。これは、８０℃以上で加熱撹拌されると、内層形成工程Ａにおいて添加された尿素の分解が進みやすくなるためである。
内層形成工程Ａ及び外層形成工程Ｂでの反応溶液中に含まれるイットリウム及びセリウムの組成比変化の一例を図３に示す。図３に示す場合において、反応開始から６０分後までの間は、内層形成工程Ａにおける反応溶液の組成比を表している。反応開始から６０分後以降、反応が終了する１２０分後までの間は、外層形成工程Ｂにおける反応溶液の組成比を表している。具体的には、内層形成工程Ａにおいて、硝酸イットリウム及び尿素により調製された水溶液の加熱撹拌の開始を反応開始として、６０分後までの間、イットリウムが１００ｍｏｌ％を占める反応溶液中で、研磨材粒子の前駆体の内層１が形成される。内層形成工程Ａにおいては、反応溶液に含まれるイットリウムが内層１の形成により消費されるため、所定の間隔でイットリウムを含有する水溶液を添加することが好ましい。
外層形成工程Ｂにおいて、イットリウム及びセリウムを含有する所定の濃度に調製された水溶液を反応溶液に所定時間添加することで、反応溶液中のセリウムの組成が、連続的に増加する。具体的には、図３に示すように、外層形成工程Ｂにおける反応溶液の組成は、当該水溶液の添加開始後から反応溶液中のセリウムの組成比が増加し、イットリウムの組成比が減少する。加熱撹拌を開始してから１００分後付近では反応溶液中で大きな組成変化は見られず、添加する水溶液のイットリウムとセリウムの組成比に近づいている。外層形成工程Ｂにより形成される外層２は、反応溶液の組成変化に対応したイットリウム及びセリウムの組成比で形成される。
具体的には、外層形成工程Ｂで研磨材粒子の前駆体の表面を形成させる反応溶液の組成は、イットリウム及びセリウムのうち、セリウムの割合が６０ｍｏｌ％以上、９０ｍｏｌ％以下に調製される。ここで、研磨材粒子の前駆体の表面とは、研磨材粒子の前駆体に形成された外層２のうち、内層１と接していない側の面である。反応溶液中のセリウムの割合を当該範囲に調製することで、形成される外層２の表面でセリウムが異常成長することなく、単分散性を示す粒子に成長させることができる。また、セリウム単独で凝集することなく単分散性を示す粒子成長を促すためには、当該セリウムの割合が６０ｍｏｌ％以上、８１ｍｏｌ％以下であることがより好ましい。
内層形成工程Ａ及び外層形成工程Ｂでの反応溶液は、イットリウムを含み、含まれるイットリウム及びセリウムのイオン濃度の合計値が１００．２０ｍｍｏｌ／Ｌ以下に調製されることが好ましい。これは、反応溶液にイットリウムが含まれることで、尿素の分解反応により内層１となるイットリウムの塩基性炭酸塩が形成されるためである。また、反応溶液は、含まれるイットリウム及びセリウムのイオン濃度の合計値を１００．２０ｍｍｏｌ／Ｌ以下に調製することで、凝集を抑制して研磨材粒子の前駆体となる塩基性炭酸塩を形成させることができるためである。特に好ましくは、含まれるイットリウム及びセリウムのイオン濃度の合計値を５０．３３ｍｍｏｌ／Ｌ以下に調製することで、より平均粒子径の揃った粒子成長を促すことができる。なお、外層形成工程Ｂにおける硝酸イットリウム及び硝酸セリウムにより調製された水溶液の添加は、反応溶液から析出した分のイットリウム及びセリウムを補うよう調整されている。従って、反応溶液のイオン濃度の合計は、ほぼ一定に保たれるように調整されている。また、反応溶液の加熱撹拌を開始してから水溶液を添加する時間及び反応終了時間は、目的とする研磨材粒子の平均粒子径、外層２に含まれるセリウムの組成比に応じて適宜変更することができる。
３．固液分離工程Ｃ
固液分離工程Ｃは、外層形成工程Ｂにより外層２が形成された研磨材粒子の前駆体を反応溶液から固液分離する。なお、固液分離工程Ｃにおいては、必要に応じて、得られた研磨材粒子の前駆体を乾燥した後に、焼成工程Ｄへ移行してもよい。
固液分離工程Ｃは、外層形成工程Ｂにより外層２が形成された研磨材粒子の前駆体を反応溶液から固液分離する。なお、固液分離工程Ｃにおいては、必要に応じて、得られた研磨材粒子の前駆体を乾燥した後に、焼成工程Ｄへ移行してもよい。
４．焼成工程Ｄ
焼成工程Ｄは、固液分離工程Ｃで得られた研磨材粒子の前駆体を空気中若しくは酸化性雰囲気中、３００℃以上で焼成する。研磨材粒子の前駆体は、焼成されることにより二酸化炭素が脱離するため、塩基性炭酸塩から酸化物となり、目的の研磨材粒子が得られる。
焼成工程Ｄは、固液分離工程Ｃで得られた研磨材粒子の前駆体を空気中若しくは酸化性雰囲気中、３００℃以上で焼成する。研磨材粒子の前駆体は、焼成されることにより二酸化炭素が脱離するため、塩基性炭酸塩から酸化物となり、目的の研磨材粒子が得られる。
＜研磨材の粒子径と研磨速度、表面精度＞
研磨材粒子は、その使用用途によって粒子径に対する要求レベルは異なるが、研磨後の仕上がり表面精度が高くなるにつれて、使用される研磨材に含まれる研磨材粒子の微粒子化が必要になり、例えば、半導体デバイスの製造工程で使用するには平均粒子径が２．０μｍ以下である必要がある。研磨材の粒子径が小さくなるほど、研磨後の仕上がり表面精度が高くなるのに対して、研磨速度は粒子径が小さいほど遅くなる傾向があるので、０．０２μｍ未満の粒子径では、セリウム系研磨材の研磨速度が、コロイダルシリカ等の研磨材に比べて速いという優位性が失われてしまう。したがって、研磨材粒子の平均粒子径としては０．０２〜２．０μｍの範囲が好ましく、さらに０．０５〜１．５μｍの範囲がより好ましい。
また、研磨加工後の平面精度を高めるためには、出来るだけ粒子径が揃っており、粒子径分布の変動係数が小さい研磨材を使用することが望ましい。
研磨材粒子は、その使用用途によって粒子径に対する要求レベルは異なるが、研磨後の仕上がり表面精度が高くなるにつれて、使用される研磨材に含まれる研磨材粒子の微粒子化が必要になり、例えば、半導体デバイスの製造工程で使用するには平均粒子径が２．０μｍ以下である必要がある。研磨材の粒子径が小さくなるほど、研磨後の仕上がり表面精度が高くなるのに対して、研磨速度は粒子径が小さいほど遅くなる傾向があるので、０．０２μｍ未満の粒子径では、セリウム系研磨材の研磨速度が、コロイダルシリカ等の研磨材に比べて速いという優位性が失われてしまう。したがって、研磨材粒子の平均粒子径としては０．０２〜２．０μｍの範囲が好ましく、さらに０．０５〜１．５μｍの範囲がより好ましい。
また、研磨加工後の平面精度を高めるためには、出来るだけ粒子径が揃っており、粒子径分布の変動係数が小さい研磨材を使用することが望ましい。
＜研磨材の使用方法と研磨材の劣化＞
情報記録ディスク用ガラス基板の研磨加工を例にとり、研磨材の使用方法を記載する。
１．研磨材スラリーの調製
研磨材粒子を用いた研磨材の粉体を水等の溶媒に添加し、研磨材スラリーを作製する。研磨材スラリーには、分散剤等を添加することで、凝集を防止するとともに、撹拌機等を用いて常時撹拌し、分散状態を維持する。研磨材スラリーは供給用ポンプを利用して、研磨機に循環供給される。
２．研磨工程
研磨パット（研磨布）が貼られた研磨機の上下定盤にガラス基板を接触させ、接触面に対して研磨材スラリーを供給しながら、加圧条件下でパットとガラスを相対運動させることで研磨される。
３．研磨材の劣化
研磨材は、前記研磨工程にあるように、加圧条件下で使用される。このため、研磨材に含まれる研磨材粒子は、研磨時間が経過するにつれて、徐々に崩壊し微小化してしまう。研磨材粒子の微小化は研磨速度の減少を引き起こすので、研磨前後で粒子径分布の変化が小さい研磨材粒子が望まれる。
情報記録ディスク用ガラス基板の研磨加工を例にとり、研磨材の使用方法を記載する。
１．研磨材スラリーの調製
研磨材粒子を用いた研磨材の粉体を水等の溶媒に添加し、研磨材スラリーを作製する。研磨材スラリーには、分散剤等を添加することで、凝集を防止するとともに、撹拌機等を用いて常時撹拌し、分散状態を維持する。研磨材スラリーは供給用ポンプを利用して、研磨機に循環供給される。
２．研磨工程
研磨パット（研磨布）が貼られた研磨機の上下定盤にガラス基板を接触させ、接触面に対して研磨材スラリーを供給しながら、加圧条件下でパットとガラスを相対運動させることで研磨される。
３．研磨材の劣化
研磨材は、前記研磨工程にあるように、加圧条件下で使用される。このため、研磨材に含まれる研磨材粒子は、研磨時間が経過するにつれて、徐々に崩壊し微小化してしまう。研磨材粒子の微小化は研磨速度の減少を引き起こすので、研磨前後で粒子径分布の変化が小さい研磨材粒子が望まれる。
以下、実施例及び比較例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
＜研磨材１：実施例１＞
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．００１ｍｏｌ/Ｌ、尿素を０．０２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、０．１ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、０．０３ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、０．０７ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
＜研磨材１：実施例１＞
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．００１ｍｏｌ/Ｌ、尿素を０．０２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、０．１ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、０．０３ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、０．０７ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
＜研磨材２：実施例２＞
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．０１ｍｏｌ/Ｌ、尿素を０．２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、１．０ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、０．１ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、０．９ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．０１ｍｏｌ/Ｌ、尿素を０．２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、１．０ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、０．１ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、０．９ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
＜研磨材３：実施例３＞
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．０１ｍｏｌ/Ｌ、尿素を０．２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、１．０ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、０．２ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、０．８ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．０１ｍｏｌ/Ｌ、尿素を０．２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、１．０ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、０．２ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、０．８ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
＜研磨材４：実施例４＞
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．０１ｍｏｌ/Ｌ、尿素を０．２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、０．２ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、０．８ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で１２０分間添加した。
３ 前記１から２で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．０１ｍｏｌ/Ｌ、尿素を０．２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、０．２ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、０．８ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で１２０分間添加した。
３ 前記１から２で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
＜研磨材５：実施例５＞
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．０１ｍｏｌ/Ｌ、尿素を０．２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、１．０ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、０．３ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、０．７ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．０１ｍｏｌ/Ｌ、尿素を０．２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、１．０ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、０．３ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、０．７ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
＜研磨材６：実施例６＞
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．０１ｍｏｌ/Ｌ、尿素を０．２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、１．０ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、０．４ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、０．６ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．０１ｍｏｌ/Ｌ、尿素を０．２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、１．０ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、０．４ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、０．６ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
＜研磨材７：実施例７＞
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．０５ｍｏｌ/Ｌ、尿素を１．２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、５．０ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、１．５ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、３．５ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．０５ｍｏｌ/Ｌ、尿素を１．２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、５．０ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、１．５ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、３．５ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
＜研磨材８：実施例８＞
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．１ｍｏｌ/Ｌ、尿素を２．５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、５．０ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分２ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、１．５ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、３．５ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分２ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．１ｍｏｌ/Ｌ、尿素を２．５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、５．０ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分２ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、１．５ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、３．５ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分２ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
＜研磨材９：実施例９＞
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．１１ｍｏｌ/Ｌ、尿素を２．７５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、５．５ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分２ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、１．６５ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、３．８５ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分２ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．１１ｍｏｌ/Ｌ、尿素を２．７５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、５．５ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分２ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、１．６５ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、３．８５ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分２ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
＜研磨材１０：比較例１＞
１ 水１０Ｌに対して、尿素を０．２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、１．０ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、１．０ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で１０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
１ 水１０Ｌに対して、尿素を０．２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、１．０ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、１．０ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で１０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
＜研磨材１１：比較例２＞
１ 水１０Ｌに対して、尿素を０．２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、１．０ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、１．０ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
１ 水１０Ｌに対して、尿素を０．２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、１．０ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、１．０ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
＜研磨材１２：比較例３＞
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．０１ｍｏｌ/Ｌ、尿素を０．２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、１．０ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、０．０５ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、０．９５ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．０１ｍｏｌ/Ｌ、尿素を０．２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、１．０ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、０．０５ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、０．９５ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
＜研磨材１３：比較例４＞
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．０１ｍｏｌ/Ｌ、尿素を０．２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、１．０ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、０．５ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、０．５ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
１ 水１０Ｌに対して、イットリウム硝酸水溶液を０．０１ｍｏｌ/Ｌ、尿素を０．２５ｍｏｌ/Ｌになるように調製し、十分に撹拌したのち、９０℃で加熱撹拌を開始した。
２ 前記１の水溶液に対して、１．０ｍｏｌ/Ｌのイットリウム硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
３ 前記２の水溶液に対して、０．５ｍｏｌ/Ｌのイットリウム、０．５ｍｏｌ/Ｌのセリウムを含む硝酸水溶液を毎分１ｍＬの添加速度で６０分間添加した。
４ 前記１から３で析出した研磨材粒子の前駆体をメンブランフィルターにて分離し、６００℃で焼成して研磨材粒子を得た。
以上の研磨材１から１３についての実験条件を表１にまとめた。なお、表１においてＹ濃度及びＵ濃度とは、反応開始前に調製された水溶液のイットリウムの濃度及び尿素の濃度を表す。また、添加Ｙ濃度及び添加Ｃｅ濃度は、添加された水溶液に含まれるイットリウム及びセリウムの濃度を表す。また、添加時間１、添加時間２及び添加速度は、それぞれ内層形成工程Ａ及び外層形成工程Ｂにおける水溶液を添加した時間及び水溶液の添加速度を表す。
＜研磨材の評価＞
研磨材１から１３の外層形成工程Ｂ後（反応終了後）の溶液について、以下の方法に従って、組成分析を行うとともに、研磨材１から１３の形状及び研磨性能の評価を行った。
研磨材１から１３の外層形成工程Ｂ後（反応終了後）の溶液について、以下の方法に従って、組成分析を行うとともに、研磨材１から１３の形状及び研磨性能の評価を行った。
１．反応溶液の組成分析
反応終了後の沈殿を含む溶液を採取し、沈殿物と上澄み液に固液分離した後、上澄み液に含まれるイットリウム、セリウムの各濃度及び合計値を、エスアイアイナノテクノロジー社製 ＩＣＰ−ＡＥＳ（SPS3520V）により、フッ化水素酸導入システムを用いて測定した。得られたイットリウム及びセリウムの濃度の合計値を反応溶液濃度とした。また、得られたイットリウム及びセリウムの各濃度に基づいて、反応溶液中のセリウムの組成比を算出した。
反応終了後の沈殿を含む溶液を採取し、沈殿物と上澄み液に固液分離した後、上澄み液に含まれるイットリウム、セリウムの各濃度及び合計値を、エスアイアイナノテクノロジー社製 ＩＣＰ−ＡＥＳ（SPS3520V）により、フッ化水素酸導入システムを用いて測定した。得られたイットリウム及びセリウムの濃度の合計値を反応溶液濃度とした。また、得られたイットリウム及びセリウムの各濃度に基づいて、反応溶液中のセリウムの組成比を算出した。
２．元素分析
得られた研磨材粒子に日立ハイテクノロジーズ社製 集束イオンビーム（FB-2000A）により断面加工を行い、粒子中心付近を通る面を切り出した。切断面より、日立ハイテクノロジーズ社製 ＳＴＥＭ−ＥＤＸ（HD-2000）を使用して元素分析を行い、粒子組成の分布評価を行った。一例として、実施例５の研磨材粒子の元素分析結果を図４に示す。図４Ａに示す実施例５の研磨材粒子の断面について、研磨材粒子の表面に近い０．０５μｍ付近及び０．６μｍ付近におけるセリウムの割合が高くなっていることが確認できる（図４Ｂ参照）。
得られた研磨材粒子に日立ハイテクノロジーズ社製 集束イオンビーム（FB-2000A）により断面加工を行い、粒子中心付近を通る面を切り出した。切断面より、日立ハイテクノロジーズ社製 ＳＴＥＭ−ＥＤＸ（HD-2000）を使用して元素分析を行い、粒子組成の分布評価を行った。一例として、実施例５の研磨材粒子の元素分析結果を図４に示す。図４Ａに示す実施例５の研磨材粒子の断面について、研磨材粒子の表面に近い０．０５μｍ付近及び０．６μｍ付近におけるセリウムの割合が高くなっていることが確認できる（図４Ｂ参照）。
３．平均粒子径・粒子径分布の変動係数
研磨材粒子１００個の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ像）から平均粒子径及び粒子径分布の変動係数を求めた。
図５に研磨材粒子１００個の走査型電子顕微鏡写真を示す。図５Ａは、研磨材粒子が、分散溶媒中で単分散となっている様子である。図５Ｂは、研磨材粒子が、分散溶媒中で凝集状態となっている様子である。図５Ｃは、研磨材粒子が、分散溶媒中で板状に分散している様子である。
また、粒子径分布の変動係数は下記の式で求めた。
粒子径分布の変動係数（％）＝（粒子径分布の標準偏差／平均粒子径）×１００
研磨材粒子１００個の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ像）から平均粒子径及び粒子径分布の変動係数を求めた。
図５に研磨材粒子１００個の走査型電子顕微鏡写真を示す。図５Ａは、研磨材粒子が、分散溶媒中で単分散となっている様子である。図５Ｂは、研磨材粒子が、分散溶媒中で凝集状態となっている様子である。図５Ｃは、研磨材粒子が、分散溶媒中で板状に分散している様子である。
また、粒子径分布の変動係数は下記の式で求めた。
粒子径分布の変動係数（％）＝（粒子径分布の標準偏差／平均粒子径）×１００
４．研磨速度
研磨加工に使用した研磨機は、研磨材粒子を用いた研磨材の粉体を水等の溶媒に分散させた研磨材スラリーを、研磨対象面に供給しながら、研磨対象面を研磨布で研磨するものである。研磨材スラリーは分散媒を水のみとして、濃度は１００ｇ／Ｌとした。研磨試験においては、研磨材スラリーを５Ｌ／ｍｉｎの流量で循環供給させて研磨加工を行った。研磨対象物として、６５ｍｍΦのガラス基板を使用し、研磨布は、ポリウレタン製の物を使用した。研磨面に対する研磨時の圧力は、９．８ｋＰａ（１００ｇ／ｃｍ２）とし、研磨試験機の回転速度は１００ｍｉｎ−１（ｒｐｍ）に設定し、３０分間研磨加工を行った。研磨前後の厚さをＮｉｋｏｎ Ｄｉｇｉｍｉｃｒｏ（MF501）にて測定し、厚さ変位から１分間当たりの研磨量（μｍ）を算出し、研磨速度とした。この研磨速度で研磨を連続５回繰り返し、初回と５回目での研磨速度の変化を調べた。ここで、初回の研磨速度を研磨速度１とし、５回目の研磨速度を研磨速度２として得られた研磨速度を表２に示す。
研磨加工に使用した研磨機は、研磨材粒子を用いた研磨材の粉体を水等の溶媒に分散させた研磨材スラリーを、研磨対象面に供給しながら、研磨対象面を研磨布で研磨するものである。研磨材スラリーは分散媒を水のみとして、濃度は１００ｇ／Ｌとした。研磨試験においては、研磨材スラリーを５Ｌ／ｍｉｎの流量で循環供給させて研磨加工を行った。研磨対象物として、６５ｍｍΦのガラス基板を使用し、研磨布は、ポリウレタン製の物を使用した。研磨面に対する研磨時の圧力は、９．８ｋＰａ（１００ｇ／ｃｍ２）とし、研磨試験機の回転速度は１００ｍｉｎ−１（ｒｐｍ）に設定し、３０分間研磨加工を行った。研磨前後の厚さをＮｉｋｏｎ Ｄｉｇｉｍｉｃｒｏ（MF501）にて測定し、厚さ変位から１分間当たりの研磨量（μｍ）を算出し、研磨速度とした。この研磨速度で研磨を連続５回繰り返し、初回と５回目での研磨速度の変化を調べた。ここで、初回の研磨速度を研磨速度１とし、５回目の研磨速度を研磨速度２として得られた研磨速度を表２に示す。
＜研磨材の形状・研磨性能の評価＞
以上の評価により得られた結果を表２にまとめた。
以上の評価により得られた結果を表２にまとめた。
Ｃｅ組成比及び反応溶液濃度は、反応終了後の溶液から上記組成分析により求めた値である。表２に示す形状は、研磨材粒子１００個のＳＥＭ像から確認できる粒子の形状である。また、研磨材粒子１００個のＳＥＭ像から平均粒子径（μｍ）を求めた。また、変動係数は、上記式から求めた粒子径分布の変動係数である。
表２から分かるように、本発明の実施例１〜９で得られた研磨材粒子の粒子形状は、単分散性を示し、平均粒子径が小さく、変動係数も小さい。また、研磨性能については、高い研磨速度を示すとともに、研磨速度１の値と５回目の研磨速度である研磨速度２の値を比較して、研磨速度の減少が抑えられていることから、耐久性が高いことが分かる。従って、外層形成工程Ｂでの外層２の表面を形成する反応溶液中のセリウムの組成比を６０〜９０ｍｏｌ％の範囲内とする反応溶液中で研磨材粒子の前駆体を形成させ、内層形成工程Ａから焼成工程Ｄを経て研磨材粒子を形成させることで、酸化セリウムの使用量を抑えながら、高い研磨速度及び耐久性を示す研磨材粒子を得ることができる。更に、反応溶液濃度を１００．２０ｍｍｏｌ／Ｌ以下である、実施例１〜８は、実施例９よりも平均粒子径及び変動係数が小さいことが分かる。また、反応溶液濃度が１．１７〜５０．３３ｍｍｏｌ/Ｌの範囲内であって、反応溶液におけるセリウムの組成比を６０〜８１ｍｏｌ％の範囲内とした、実施例１、３〜７は、他の実施例よりも更に平均粒子径及び変動係数が小さいことが分かる。
表２から分かるように、本発明の実施例１〜９で得られた研磨材粒子の粒子形状は、単分散性を示し、平均粒子径が小さく、変動係数も小さい。また、研磨性能については、高い研磨速度を示すとともに、研磨速度１の値と５回目の研磨速度である研磨速度２の値を比較して、研磨速度の減少が抑えられていることから、耐久性が高いことが分かる。従って、外層形成工程Ｂでの外層２の表面を形成する反応溶液中のセリウムの組成比を６０〜９０ｍｏｌ％の範囲内とする反応溶液中で研磨材粒子の前駆体を形成させ、内層形成工程Ａから焼成工程Ｄを経て研磨材粒子を形成させることで、酸化セリウムの使用量を抑えながら、高い研磨速度及び耐久性を示す研磨材粒子を得ることができる。更に、反応溶液濃度を１００．２０ｍｍｏｌ／Ｌ以下である、実施例１〜８は、実施例９よりも平均粒子径及び変動係数が小さいことが分かる。また、反応溶液濃度が１．１７〜５０．３３ｍｍｏｌ/Ｌの範囲内であって、反応溶液におけるセリウムの組成比を６０〜８１ｍｏｌ％の範囲内とした、実施例１、３〜７は、他の実施例よりも更に平均粒子径及び変動係数が小さいことが分かる。
比較例１、２は、外層形成工程Ｂにおいて、イットリウムを含まずセリウムを含有する水溶液を添加しているため、酸化イットリウムのみからなる内層１と、酸化セリウムのみからなる外層２とを有する２層構造の研磨材粒子となっている。比較例１は、外層形成工程Ｂでのセリウムを含有する水溶液の添加時間が実施例よりも短いため、外層２が実施例よりも薄く形成されている。このため、比較例１は、研磨速度１と研磨速度２の値を比較すると、実施例と比較して格段に低下しており、耐久性が低下していると考えられる。比較例２は、実施例と同じ添加時間で水溶液を添加したため、反応溶液中のセリウムの組成比が実施例の範囲を越えて高い値となり、研磨材粒子が板状に形成されている。比較例３は、外層形成工程Ｂで添加する水溶液のセリウムの濃度の割合が実施例の範囲を越えて高い値であるため、反応溶液中のセリウムの組成比が実施例の範囲を越えて高い値となり、研磨材粒子が板状に形成されている。比較例４は、外層形成工程Ｂで添加する水溶液のセリウムの濃度の割合が実施例の範囲を越えて低い値であるため、外層形成工程Ｂでの外層２の表面を形成する反応溶液中のセリウムの組成比が実施例の範囲を越えて低い値となり、研磨材粒子の研磨速度が実施例よりも低い値を示している。
以上のように、本実施形態の研磨材粒子の製造方法によれば、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩を形成させ、当該元素の塩を主成分とする研磨材粒子の前駆体の内層１を形成させる内層形成工程Ａと、内層形成工程Ａにより形成される元素の塩を分散させる反応溶液に、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩並びにＣｅの塩により調製された水溶液を所定時間添加して、内層１の外側にＡｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩並びにＣｅの塩を含む研磨材粒子の前駆体の外層２を形成させる外層形成工程Ｂと、外層形成工程Ｂにより外層２が形成された研磨材粒子の前駆体を反応溶液から固液分離する固液分離工程Ｃと、固液分離工程Ｃで得られた研磨材粒子の前駆体を空気中又は酸化性雰囲気中で焼成する焼成工程Ｄと、を備え、外層形成工程Ｂでの研磨材粒子の前駆体の表面を形成させる反応溶液は、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素並びにＣｅを含み、当該反応溶液に含有される前記元素の総含有量に対して、当該Ｃｅの割合が６０ｍｏｌ％以上、９０ｍｏｌ％以下であるので、研磨材粒子の中心から表面にむかって酸化セリウムの組成比を連続的に増加させることにより、酸化セリウムの使用量を抑えつつ、研磨材粒子の表面に酸化セリウムを多く使用することでき、酸化セリウムによる高い研磨速度及び耐久性を示す研磨材粒子を製造することができる。
また、内層形成工程Ａ及び外層形成工程Ｂでの反応溶液は、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素を含み、当該元素のイオン濃度及びＣｅのイオン濃度の合計値が、１００．２０ｍｍｏｌ/Ｌ以下であるので、凝集を抑制して研磨材粒子の前駆体となる塩を形成させることができる。
また、内層形成工程Ａ及び外層形成工程Ｂで形成される塩が塩基性炭酸塩であるので、形成された塩は、反応溶液である水溶液に不溶であり、反応溶液中で単分散性を示して分散することができる。
内層形成工程Ａは、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩並びに尿素系化合物により調製された水溶液を撹拌して、Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩基性炭酸塩を形成させ、当該元素の塩基性炭酸塩を主成分とする研磨材粒子の前駆体の内層１を形成させるので、尿素系化合物が徐々に加水分解することでゆっくり沈殿が生成し、均一な沈殿を得ることができる。
なお、本実施形態では、外層形成工程Ｂにおいて反応溶液のイットリウム及びセリウムの組成比について、水溶液を一定速度で添加することで、図３に示すような反応溶液の組成変化が得られるが、これに限定するものではない。外層形成工程Ｂにおいて反応溶液の組成変化が連続的に変化することにより外層２が形成されればよく、添加速度及び添加時間は目的とする研磨材粒子の粒子サイズ等に応じて適宜変更することができる。また、図３に示す場合については、反応溶液にイットリウム及びセリウムを含有する水溶液の添加による組成変化がほぼ収束した後も水溶液の添加を続けて行っているが、反応溶液の組成が水溶液に含まれるイットリウム及びセリウムの組成比に近づいた時点で水溶液の添加をやめ、反応を終了させてもよい。また、本実施例では、硝酸イットリウム及び尿素により調製された水溶液を加熱撹拌することにより内層形成工程Ａの反応を開始しているが、別個の水溶液として所定の濃度に調製した後に混合して、加熱撹拌することにより反応を開始させてもよい。
本発明は、ガラス製品や半導体デバイス、水晶発振子等の製造工程において、酸化セリウムを含有する研磨材により研磨する分野において利用可能性がある。
１ 内層
２ 外層
Ａ 内層形成工程
Ｂ 外層形成工程
Ｃ 固液分離工程
Ｄ 焼成工程
２ 外層
Ａ 内層形成工程
Ｂ 外層形成工程
Ｃ 固液分離工程
Ｄ 焼成工程
Claims (4)
- 研磨材粒子の製造方法において、
Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩を形成させ、当該元素の塩を主成分とする前記研磨材粒子の前駆体の内層を形成させる内層形成工程と、
前記内層形成工程により形成される前記元素の塩を分散させる反応溶液に、前記Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩並びにＣｅの塩により調製された水溶液を所定時間添加して、前記内層の外側に前記Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩並びにＣｅの塩を含む前記研磨材粒子の前駆体の外層を形成させる外層形成工程と、
前記外層形成工程により外層が形成された前記研磨材粒子の前駆体を反応溶液から固液分離する固液分離工程と、
前記固液分離工程で得られた前記研磨材粒子の前駆体を空気中又は酸化性雰囲気中で焼成する焼成工程と、
を備え、
前記外層形成工程での前記研磨材粒子の前駆体の表面を形成させる反応溶液は、前記Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素並びにＣｅを含み、当該反応溶液に含有される前記元素の総含有量に対して、当該Ｃｅの割合が６０ｍｏｌ％以上、９０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする研磨材粒子の製造方法。 - 前記内層形成工程及び前記外層形成工程での反応溶液は、前記Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素を含み、当該元素のイオン濃度及びＣｅのイオン濃度の合計値が、１００．２０ｍｍｏｌ/Ｌ以下であることを特徴とする請求項１に記載の研磨材粒子の製造方法。
- 前記内層形成工程及び前記外層形成工程で形成される塩が塩基性炭酸塩であることを特徴とする請求項１又は２に記載の研磨材粒子の製造方法。
- 前記内層形成工程は、前記Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩並びに尿素系化合物により調製された水溶液を撹拌して、前記Ａｌ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｗ、Ｂｉ、Ｔｈ及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも１種の元素の塩基性炭酸塩を形成させ、当該元素の塩基性炭酸塩を主成分とする前記研磨材粒子の前駆体の内層を形成させることを特徴とする請求項３に記載の研磨材粒子の製造方法。
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