JP6792554B2 - Polishing abrasive grains, polishing slurry and hard brittle material polishing method, and hard brittle material manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、サファイア等の硬脆材の研磨に使用される研磨砥粒、研磨スラリーおよび硬脆材の研磨方法、ならびに硬脆材の製造方法に関する。 The present invention relates to an abrasive grain used for polishing a hard and brittle material such as sapphire, a polishing slurry and a method for polishing a hard and brittle material, and a method for producing a hard and brittle material.

近年、次世代の半導体デバイスとして、携帯電話等の高周波デバイス、LED等の発光素子、電力変換・制御装置等のパワーデバイス等において、シリコン半導体よりも特性に優れる窒化ガリウム(GaN)等の半導体層を、半導体形成用基板の上に積層した積層半導体ウェハの開発が精力的に行われている。このような積層半導体ウェハにおいて、半導体形成用基板の表面に凸凹があると、半導体層の成長が不均一になったり、半導体形成用基板と半導体層の接着強度が弱くなったりするため、半導体形成用基板には高い表面平滑性が求められている。 In recent years, as next-generation semiconductor devices, semiconductor layers such as gallium nitride (GaN), which have superior characteristics to silicon semiconductors, in high-frequency devices such as mobile phones, light emitting elements such as LEDs, and power devices such as power conversion / control devices. Is being energetically developed as a laminated semiconductor wafer laminated on a semiconductor forming substrate. In such a laminated semiconductor wafer, if the surface of the semiconductor forming substrate is uneven, the growth of the semiconductor layer becomes non-uniform, and the adhesive strength between the semiconductor forming substrate and the semiconductor layer is weakened. High surface smoothness is required for the substrate.

半導体形成用基板の製造における研磨では、通常、ラッピングにより粗研磨を行った後に、仕上げ研磨である化学機械研磨(CMP)によりラッピングで生じた傷を除去することにより高平滑な表面を得る。CMPは、研磨対象物を、研磨パッドを張ったラップに押し付けて、研磨砥粒、および酸またはアルカリ等の成分を含んだ研磨スラリーを流しながら、研磨対象物およびラップを相対運動させることで研磨を行う方法であり、研磨スラリーに含まれる化学成分によって、研磨対象物の表面を改質し、研磨砥粒による機械的な研磨作用を増大させて、高平滑な研磨面を得ることができる。 In polishing in the manufacture of a semiconductor-forming substrate, a highly smooth surface is usually obtained by performing rough polishing by wrapping and then removing scratches caused by wrapping by chemical mechanical polishing (CMP), which is finish polishing. CMP polishes by pressing the object to be polished against a wrap with a polishing pad and moving the object to be polished and the lap relative to each other while flowing a polishing slurry containing abrasive grains and components such as acid or alkali. The surface of the object to be polished is modified by the chemical components contained in the polishing slurry to increase the mechanical polishing action of the abrasive grains, and a highly smooth polished surface can be obtained.

上述の窒化ガリウム(GaN)等の半導体層の形成に使用される基板には、サファイア(Al23)、炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)等が用いられている。これらはいずれも高い硬度を有する脆性材料、すなわち硬脆材であり、従来の金属シリコンおよび酸化ケイ素等と比較して研磨による加工が容易ではない。硬脆材とは、一般的に硬くて脆い材料のことを意味し、ガラス、石材または上記セラミックス等の非常に硬い素材である反面、衝撃に弱く割れやすい素材を総称している。ここでは、ビッカース硬度で500HV以上の硬さを持ち、衝撃を与えた時に割れることがあるものを指す。
例えば、研磨対象物が硬脆材(特にはサファイア)である場合、仕上げ研磨であるCMPでは、コロイダルシリカを研磨砥粒として含む研磨スラリーを用いていることが多い(例えば、特許文献1,2参照)。しかしながら、コロイダルシリカを研磨砥粒として用いたCMPでは十分な研磨速度(除去速度)が得られず、高平滑な表面を得るまでには長時間の研磨が必要であり、生産性の改善のため、より速い研磨速度が得られる研磨砥粒、研磨スラリーの開発が求められている。
Sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), etc. are used as the substrate used for forming the semiconductor layer such as gallium nitride (GaN) described above. ing. All of these are brittle materials having high hardness, that is, hard and brittle materials, and are not easy to process by polishing as compared with conventional metallic silicon, silicon oxide and the like. The hard and brittle material generally means a hard and brittle material, and while it is a very hard material such as glass, stone or the above ceramics, it is a general term for materials that are vulnerable to impact and easily broken. Here, it refers to a Vickers hardness having a hardness of 500 HV or more and which may crack when an impact is applied.
For example, when the object to be polished is a hard and brittle material (particularly sapphire), a polishing slurry containing colloidal silica as polishing abrasive grains is often used in CMP for finish polishing (for example, Patent Documents 1 and 2). reference). However, CMP using colloidal silica as polishing abrasive grains cannot obtain a sufficient polishing rate (removal rate), and long-time polishing is required to obtain a highly smooth surface, in order to improve productivity. There is a demand for the development of polishing abrasive grains and polishing slurries that can obtain faster polishing speeds.

一方、CMP用の研磨スラリーとして、コロイダルシリカに代えてアルミナ砥粒を使用した例が報告されている。特許文献3では特定の粒径および割合のアルミナ砥粒を含有し、pH10.0〜14.0の範囲にある研磨スラリーが開示されている。そして、アルミナ砥粒を強アルカリ性で使用することにより、コロイダルシリカ砥粒と比較して優れた研磨速度が得られることを報告している。また、特許文献4では、特定の比表面積を有するアルミナ砥粒および水を含有し、かつ、pH8.5以上である研磨スラリーが開示されている。しかしながら、特許文献3および特許文献4で開示されたアルミナ砥粒を含有する研磨スラリーにおいても、CMPにおける研磨対象物の研磨速度は十分とはいえず、さらなる改善が求められていた。また、スラリーが強アルカリ性であると、アルミナ砥粒自体が劣化するという問題もあった。 On the other hand, as a polishing slurry for CMP, an example in which alumina abrasive grains are used instead of colloidal silica has been reported. Patent Document 3 discloses a polishing slurry containing alumina abrasive grains having a specific particle size and proportion and having a pH in the range of 10.0 to 14.0. It has been reported that by using alumina abrasive grains in a strongly alkaline manner, an excellent polishing rate can be obtained as compared with colloidal silica abrasive grains. Further, Patent Document 4 discloses a polishing slurry containing alumina abrasive grains having a specific specific surface area and water and having a pH of 8.5 or higher. However, even in the polishing slurries containing alumina abrasive grains disclosed in Patent Documents 3 and 4, the polishing speed of the object to be polished in CMP cannot be said to be sufficient, and further improvement is required. Further, if the slurry is strongly alkaline, there is a problem that the alumina abrasive grains themselves deteriorate.

特開2008−44078号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-44078 特開2009−28814号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-28814 国際公開第2011/136387号International Publication No. 2011/136387 国際公開第2012/115020号International Publication No. 2012/11502

上述のような課題がある中、本発明の目的は、硬脆材の研磨において、研磨速度の高速化と表面平滑性の両立できる研磨砥粒、研磨スラリー、および硬脆材の研磨方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、効率的に表面平滑性の優れた硬脆材を製造する方法を提供することである。 In the face of the above-mentioned problems, an object of the present invention is to provide a polishing abrasive grain, a polishing slurry, and a method for polishing a hard and brittle material, which can achieve both high polishing speed and surface smoothness in polishing a hard and brittle material. It is to be. Another object of the present invention is to provide a method for efficiently producing a hard and brittle material having excellent surface smoothness.

本発明は、以下の手段を提供する。
<1> 硬脆材を研磨するために使用される研磨砥粒であって、1つ以上のネック部を有する連結状粒子を含有し、質量平均粒子径が3μm以下のアルミナ粉末である研磨砥粒。
<2> 前記アルミナが、αアルミナである前記<1>に記載の研磨砥粒。
<3> 前記αアルミナのアルカリ耐性度が、0.7以上である前記<2>に記載の研磨砥粒。
<4> 質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有するアルミナ粉末において、前記連結状粒子の個数割合が、20%以上である前記<1>から<3>のいずれかに記載の研磨砥粒。
<5> 質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有するアルミナ粉末において、表面指数1.4以上の粒子の個数割合が、25%以上である前記<1>から<4>のいずれかに記載の研磨砥粒。
<6> 前記<1>から<5>のいずれかに記載の研磨砥粒と水または水を主体とする溶媒とを含有し、pHが12以上である研磨スラリー。
<7> 前記<6>に記載の研磨スラリーを使用して、硬脆材の表面を化学機械研磨する工程を含む硬脆材の研磨方法。
<8> 前記<7>に記載の研磨方法によって硬脆材を研磨する工程を含む硬脆材の製造方法。
<9> 研磨対象の硬脆材が、サファイアである前記<8>に記載の硬脆材の製造方法。
<10> 前記サファイアが、単結晶サファイアである前記<9>に記載の硬脆材の製造方法。
The present invention provides the following means.
<1> Abrasive abrasive grains used for polishing hard and brittle materials, which are alumina powders containing linked particles having one or more neck portions and having a mass average particle diameter of 3 μm or less. grain.
<2> The abrasive grains according to <1>, wherein the alumina is α-alumina.
<3> The polishing abrasive grain according to <2>, wherein the α-alumina has an alkali resistance of 0.7 or more.
<4> Described in any one of <1> to <3>, wherein the number ratio of the connected particles is 20% or more in the alumina powder having a particle size of 0.5 to 2 times the mass average particle size. Abrasive particles.
<5> In the alumina powder having a particle size of 0.5 to 2 times the mass average particle size, the number ratio of particles having a surface index of 1.4 or more is 25% or more, as described in <1> to <4>. Abrasive particles according to any one.
<6> A polishing slurry containing the abrasive grains according to any one of <1> to <5> and water or a solvent mainly composed of water and having a pH of 12 or more.
<7> A method for polishing a hard and brittle material, which comprises a step of chemically polishing the surface of the hard and brittle material using the polishing slurry according to <6>.
<8> A method for producing a hard and brittle material, which comprises a step of polishing the hard and brittle material by the polishing method according to <7>.
<9> The method for producing a hard and brittle material according to <8>, wherein the hard and brittle material to be polished is sapphire.
<10> The method for producing a hard and brittle material according to <9>, wherein the sapphire is a single crystal sapphire.

本発明によれば、硬脆材の研磨において、研磨速度の高速化と表面平滑性の両立できる研磨砥粒、研磨スラリー、および硬脆材の研磨方法が提供される。当該研磨スラリーを使用して硬脆材の表面を化学機械研磨することにより、高平滑な表面を有する硬脆材を、高い生産性で製造することができる。 According to the present invention, there is provided a polishing abrasive grain, a polishing slurry, and a method for polishing a hard and brittle material, which can achieve both high polishing speed and surface smoothness in polishing a hard and brittle material. By chemically polishing the surface of the hard and brittle material using the polishing slurry, a hard and brittle material having a highly smooth surface can be produced with high productivity.

画像解析に用いた実施例2の研磨砥粒のSEM像である。It is an SEM image of the polishing abrasive grain of Example 2 used for image analysis. 画像解析に用いた実施例2の研磨砥粒のSEM像である。It is an SEM image of the polishing abrasive grain of Example 2 used for image analysis. 実施例1の研磨砥粒のSEM像である。6 is an SEM image of the abrasive grains of Example 1. 実施例2の研磨砥粒のSEM像である。It is an SEM image of the polishing abrasive grain of Example 2. 実施例3の研磨砥粒のSEM像である。6 is an SEM image of the abrasive grains of Example 3. 実施例4の研磨砥粒のSEM像である。6 is an SEM image of the abrasive grains of Example 4. 実施例5の研磨砥粒のSEM像である。6 is an SEM image of the abrasive grains of Example 5. 比較例1の研磨砥粒のSEM像である。6 is an SEM image of the abrasive grains of Comparative Example 1.

以下、本発明について例示物等を示して詳細に説明するが、本発明は以下の例示物等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変更して実施できる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail by showing examples and the like, but the present invention is not limited to the following examples and the like, and can be arbitrarily modified and implemented without departing from the gist of the present invention.

<1.研磨砥粒>
本発明の研磨砥粒は、硬脆材を研磨するために使用される研磨砥粒であって、1つ以上のネック部を有する連結状粒子を含有し、平均粒子径が3μm以下のアルミナ粉末である。本発明の研磨砥粒は、そのまま使用することもできるが、通常、溶媒(分散媒)に分散させて研磨スラリーとして研磨装置に供される。本発明の研磨砥粒を含有する研磨スラリー、および研磨スラリーを使用した研磨方法の詳細については後述する。
<1. Abrasive grains>
The abrasive grains of the present invention are abrasive grains used for polishing hard and brittle materials, and are alumina powders containing connected particles having one or more neck portions and having an average particle diameter of 3 μm or less. Is. The polishing abrasive grains of the present invention can be used as they are, but are usually dispersed in a solvent (dispersion medium) and used as a polishing slurry in a polishing apparatus. The details of the polishing slurry containing the polishing abrasive grains of the present invention and the polishing method using the polishing slurry will be described later.

本発明の研磨砥粒が、1つ以上のネック部を有する連結状粒子を含有することにより、研磨速度が向上し、かつ、研磨対象の表面平滑性が向上する原因については現段階では詳細な理由は完全には明らかではないが、アルミナがネック部を有する形状であると、CMPで使用される研磨パッドに保持されやすくなり、研磨に実際に作用する研磨砥粒の数が増加して研磨速度が向上することが原因の一つと推測される。 The reason why the polishing abrasive grains of the present invention contain connected particles having one or more neck portions, thereby improving the polishing speed and the surface smoothness of the object to be polished is detailed at this stage. Although the reason is not completely clear, the shape of alumina having a neck makes it easier to hold it on the polishing pad used in CMP, and the number of abrasive grains that actually act on polishing increases and polishing is performed. It is presumed that one of the causes is the improvement in speed.

本発明において、「1つ以上のネック部を有する連結状粒子」とは、複数の一次粒子が焼結等によって連結しているか、あるいは、一次粒子そのものが凹凸形状をしており、凹部であるネック部を1つ以上有している粒子を意味する。 In the present invention, the "connected particles having one or more neck portions" are recesses because a plurality of primary particles are connected by sintering or the like, or the primary particles themselves have an uneven shape. It means a particle having one or more neck portions.

1つ以上のネック部を有する連結状粒子であるか否かを判定する方法として、例えば、以下の[判定方法1]および[判定方法2]が挙げられる。[判定方法1]および[判定方法2]のいずれかの判定基準を満たすものを、1つ以上のネック部を有する連結状粒子とする。 Examples of the method for determining whether or not the particles are connected particles having one or more neck portions include the following [determination method 1] and [determination method 2]. Those that satisfy the judgment criteria of either [Judgment Method 1] or [Judgment Method 2] are connected particles having one or more neck portions.

[判定方法1]
走査型電子顕微鏡(SEM)にてアルミナ粒子を倍率20000倍で観察し、ネック部の有無を目視で判定し、ネック部を1つ以上有しているアルミナ粒子を、1つ以上のネック部を有する連結状粒子と判定する。
[Judgment method 1]
Alumina particles are observed with a scanning electron microscope (SEM) at a magnification of 20000 times, the presence or absence of a neck portion is visually determined, and alumina particles having one or more neck portions are formed on one or more neck portions. Judged as having linked particles.

[判定方法2]
SEMにてアルミナ粒子を倍率20000倍で観察し、下記式(I)で表される面積欠損率を計算して、面積欠損率が10%以上の粒子を、1つ以上のネック部を有する連結状粒子と判定する。

面積欠損率 =(面積A − 面積B) ÷ 面積A ×100 (I)

面積Aは、アルミナ粒子のSEM像において、アルミナ粒子の外周の凸部を結ぶ複数の直線を、アルミナ粒子と交わらず、アルミナ粒子を囲むように引くことにより得られる、アルミナ粒子および凹部を囲んだ部分の面積である。
面積Bは、当該SEM像における、アルミナ粒子の面積である。
面積欠損率が大きいほど、アルミナ粒子の凹凸が大きいか、あるいはアルミナ粒子に存在する凹凸が多いと考えられる。より優れた研磨速度を得る観点から、面積欠損率は、好ましくは15%以上である。面積欠損率は通常、40%以下である。
面積欠損率は、市販の画像解析ソフト、例えば三谷商事株式会社の「WinROOF」を用いて画像解析により計算してよい。
[Judgment method 2]
Alumina particles are observed by SEM at a magnification of 20000 times, the area loss rate represented by the following formula (I) is calculated, and the particles having an area loss rate of 10% or more are connected with one or more necks. Judged as a state particle.

Area loss rate = (Area A-Area B) ÷ Area A x 100 (I)

The area A surrounds the alumina particles and the recesses obtained by drawing a plurality of straight lines connecting the convex portions on the outer periphery of the alumina particles so as to surround the alumina particles in the SEM image of the alumina particles. The area of the part.
The area B is the area of the alumina particles in the SEM image.
It is considered that the larger the area loss rate, the larger the unevenness of the alumina particles, or the more unevenness existing in the alumina particles. From the viewpoint of obtaining a better polishing rate, the area defect rate is preferably 15% or more. The area loss rate is usually 40% or less.
The area loss rate may be calculated by image analysis using commercially available image analysis software, for example, "WinROOF" of Mitani Corporation.

アルミナ粒子の画像解析の際には、1つのアルミナ粒子を観察できるように、アルミナ粒子が分散されたSEM像を得る必要がある。1つのアルミナ粒子とは、例えばSEMで観察したときに、輪郭線により連続で囲まれたものをいう。しかし、乾燥したアルミナ粉末を得るためにスラリーを単に乾燥させるだけでは、アルミナ粒子は集合した状態であるため、アルミナ粒子が分散された画像解析に適したSEM像を得ることは難しい。そこで、後述の[評価方法2]に記載したように、十分に希釈したアルミナ分散液を用いることにより、アルミナ粒子が分散されたSEM像を得ることができる。図1は、後述の実施例2のアルミナ粒子が分散された状態のSEM像である。なお、図4はアルミナ粒子が集合した状態のSEM像である。 At the time of image analysis of alumina particles, it is necessary to obtain an SEM image in which the alumina particles are dispersed so that one alumina particle can be observed. One alumina particle means, for example, those continuously surrounded by a contour line when observed by SEM. However, it is difficult to obtain an SEM image suitable for image analysis in which the alumina particles are dispersed because the alumina particles are in an aggregated state simply by drying the slurry in order to obtain the dried alumina powder. Therefore, as described in [Evaluation Method 2] described later, an SEM image in which alumina particles are dispersed can be obtained by using a sufficiently diluted alumina dispersion. FIG. 1 is an SEM image in which the alumina particles of Example 2 described later are dispersed. Note that FIG. 4 is an SEM image of the aggregated alumina particles.

図1の1〜4は2個以上のアルミナ粒子が接触または重なっており、5は1つのアルミナ粒子である。画像解析の際には、図1の1〜4のように2つ以上のアルミナ粒子が接触または重なっている場合には、下部の粒子の輪郭および個数が不明確であるため、輪郭線により連続で囲まれた最上部の粒子のみを1つのアルミナ粒子と判定して、解析対象とする。図2において、図1に示されたアルミナ粒子のうち、1つのアルミナ粒子と判定された粒子が塗りつぶされており、塗りつぶされた粒子が解析対象である。 1 to 4 in FIG. 1 are contacted or overlapped with two or more alumina particles, and 5 is one alumina particle. In image analysis, when two or more alumina particles are in contact with each other or overlap each other as shown in FIGS. 1 to 4, the contour and number of the lower particles are unclear, so that the contour lines are continuous. Only the uppermost particle surrounded by is determined as one alumina particle and is used as an analysis target. In FIG. 2, among the alumina particles shown in FIG. 1, particles determined to be one alumina particle are filled, and the filled particles are the analysis target.

本発明の研磨砥粒は、1つ以上のネック部を有する連結状粒子の個数割合が、アルミナ粉末を構成する全粒子の数の20%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましく、70%以上であることがさらに好ましい。1つ以上のネック部を有する連結状粒子の個数割合が多いと、アルミナ砥粒のうち研磨に寄与する粒子の割合が多くなり、より研磨速度を高速化することができる。 In the abrasive grains of the present invention, the number ratio of the connected particles having one or more neck portions is preferably 20% or more, preferably 50% or more of the total number of particles constituting the alumina powder. More preferably, it is more preferably 70% or more. When the number ratio of the connected particles having one or more neck portions is large, the ratio of the particles contributing to polishing in the alumina abrasive grains is large, and the polishing speed can be further increased.

当該個数割合は、例えば、集合した状態のアルミナ粒子を倍率20000倍で観察したSEM像において、アルミナ粒子100個を無造作に抽出して、上述のように、それぞれの粒子について目視により連結状粒子であるか否かを判別し、以下の式により求めることができる。

1つ以上のネック部を有する連結状粒子の個数割合(%)
=(ネック部を有すると目視で確認された粒子数)÷(無造作に抽出した全粒子数(100個))×100 (II)
The number ratio is, for example, in an SEM image in which aggregated alumina particles are observed at a magnification of 20000, 100 alumina particles are randomly extracted, and as described above, each particle is visually linked as a connected particle. It can be determined by the following formula to determine whether or not it exists.

Percentage of connected particles with one or more necks (%)
= (Number of particles visually confirmed to have a neck) ÷ (Total number of randomly extracted particles (100)) x 100 (II)

また、粉砕等によって生じた微粒子および粉砕されていない粗大粒子は研磨作用への寄与が小さい。そこで、そのような粒子を除いた、研磨作用への寄与が大きいアルミナ粒子を測定対象として、1つ以上のネック部を有する連結状粒子であるか否かを判定することが好ましい。従って、好ましい実施形態において、アルミナ粉末の質量平均粒子径の0.5倍〜2倍の粒子径を有するアルミナ粒子を測定対象とすることが好ましい。
このような観点から、本発明の研磨砥粒は、アルミナ粉末の質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有するアルミナ粉末において、1つ以上のネック部を有する連結状粒子の個数割合が、20%以上であることが好ましく、25%以上であることがより好ましく、30%以上であることがさらに好ましい。当該個数割合が多いと、アルミナ砥粒のうち研磨に寄与する粒子の割合が多くなり、より研磨速度を高速化することができる。
Further, the fine particles generated by crushing and the like and the coarse particles not crushed have a small contribution to the polishing action. Therefore, it is preferable to determine whether or not the alumina particles, excluding such particles, which have a large contribution to the polishing action, are connected particles having one or more neck portions as measurement targets. Therefore, in a preferred embodiment, it is preferable to measure alumina particles having a particle size of 0.5 to 2 times the mass average particle size of the alumina powder.
From this point of view, the abrasive grains of the present invention are the number of connected particles having one or more neck portions in the alumina powder having a particle size of 0.5 to 2 times the mass average particle size of the alumina powder. The ratio is preferably 20% or more, more preferably 25% or more, and even more preferably 30% or more. When the number ratio is large, the ratio of particles contributing to polishing in the alumina abrasive grains is large, and the polishing speed can be further increased.

当該個数割合は、例えば、上述のように分散した状態のアルミナ粒子を倍率20000倍で観察したSEM像において、アルミナ粉末の質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有するアルミナ粒子100個を無造作に抽出して、上述のように、それぞれの粒子の面積欠損率を計算して1つ以上のネック部を有する連結状粒子であるか否かを判定し、以下の式により求めることができる。アルミナ粉末の粒子径は、アルミナ粒子のSEM像の円相当径であってよく、市販の画像解析ソフト、例えば三谷商事株式会社の「WinROOF」を用いて画像解析により計算してよい。

アルミナ粉末の質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有するアルミナ粉末における、1つ以上のネック部を有する連結状粒子の個数割合(%)
=(アルミナ粉末の質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有する面積欠損率10%以上の粒子数)÷(無造作に抽出した、アルミナ粉末の質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有する全粒子数(100個))×100 (III)
The number ratio is, for example, the alumina particles 100 having a particle size of 0.5 to 2 times the mass average particle size of the alumina powder in an SEM image obtained by observing the dispersed alumina particles as described above at a magnification of 20000 times. Randomly extract the particles, calculate the area loss rate of each particle as described above, determine whether or not the particles are connected particles having one or more necks, and obtain them by the following formula. Can be done. The particle size of the alumina powder may be the equivalent circle diameter of the SEM image of the alumina particles, and may be calculated by image analysis using commercially available image analysis software, for example, "WinROOF" of Mitani Shoji Co., Ltd.

Number ratio (%) of connected particles having one or more necks in alumina powder having a particle size 0.5 to 2 times the mass average particle size of the alumina powder.
= (Number of particles with an area defect rate of 10% or more having a particle size 0.5 to 2 times the mass average particle size of the alumina powder) ÷ (0.5 to 0.5 of the mass average particle size of the alumina powder randomly extracted) Total number of particles with twice the particle size (100)) x 100 (III)

本発明の研磨砥粒は、より優れた研磨速度を得る観点から、好ましくは1.4以上、より好ましくは1.5以上の表面指数を有する粒子を含有する。本発明の研摩砥粒が含有する粒子の表面指数の上限は通常、3.5である。表面指数が1.4以上である粒子を含有することにより、研磨速度が向上し、かつ、研磨対象の表面平滑性が向上する原因については現段階では詳細な理由は完全には明らかではないが、粒子の表面指数が1.4以上であると、粒子表面の微小な凹凸が大きいため、CMPで使用される研磨基板と砥粒の微小な接触点数が増え研磨速度が向上することが原因の一つと推測される。また、表面指数を3.5以下とすることにより、研磨レートに寄与しないが表面指数は高い粒子、例えば非常に細長い扁平粒子を除く点で効果的である。 The polishing abrasive grains of the present invention contain particles having a surface index of preferably 1.4 or more, more preferably 1.5 or more, from the viewpoint of obtaining a more excellent polishing rate. The upper limit of the surface index of the particles contained in the abrasive grains of the present invention is usually 3.5. At this stage, the detailed reason for the reason why the polishing speed is improved and the surface smoothness of the object to be polished is improved by containing the particles having a surface index of 1.4 or more is not completely clear. When the surface index of the particles is 1.4 or more, the minute irregularities on the surface of the particles are large, so that the number of minute contact points between the polishing substrate and the abrasive grains used in CMP increases and the polishing speed improves. Presumed to be one. Further, setting the surface index to 3.5 or less is effective in removing particles having a high surface index, for example, very elongated flat particles, which do not contribute to the polishing rate.

本発明において、アルミナ粒子の表面指数は、断面が真円(三次元的には球)の場合を1とし、そこからの離れ具合を表す指標であって、アルミナ粒子の周囲長と面積から下式(IV)により計算される。

表面指数 =(アルミナ粒子の周囲長の二乗)÷(アルミナ粒子の面積)÷ 4π (IV)

アルミナ粒子の表面指数は、例えば、SEMにてアルミナ粒子を倍率20000倍で観察し、アルミナ粒子のSEM像の周囲長および面積から計算してよい。
表面指数は、市販の画像解析ソフト、例えば三谷商事株式会社の「WinROOF」を用いて画像解析により計算してよい。画像解析の際には、上述のように、1つのアルミナ粒子を観察できるように、アルミナ粒子が分散されたSEM像を得て、1つのアルミナ粒子と判定した粒子を解析対象にする。
In the present invention, the surface index of the alumina particles is set to 1 when the cross section is a perfect circle (three-dimensionally a sphere), and is an index showing the degree of separation from the circle, which is lower than the peripheral length and area of the alumina particles. Calculated by equation (IV).

Surface index = (square of the peripheral length of alumina particles) ÷ (area of alumina particles) ÷ 4π (IV)

The surface index of the alumina particles may be calculated from, for example, the peripheral length and area of the SEM image of the alumina particles by observing the alumina particles at a magnification of 20000 times by SEM.
The surface index may be calculated by image analysis using commercially available image analysis software, for example, "WinROOF" of Mitani Corporation. At the time of image analysis, as described above, an SEM image in which the alumina particles are dispersed is obtained so that one alumina particle can be observed, and the particles determined to be one alumina particle are set as the analysis target.

また、粉砕等によって生じた微粒子および粉砕されていない粗大粒子は研磨作用への寄与が小さい。そこで、そのような粒子を除いた、研磨作用への寄与が大きいアルミナ粒子を測定対象として、表面指数を求めることが好ましい。従って、好ましい実施形態において、アルミナ粉末の質量平均粒子径の0.5倍〜2倍の粒子径を有するアルミナ粒子を測定対象とすることが好ましく、測定対象となったアルミナ粒子の表面指数が1.4以上であることが好ましい。
このような観点から、本発明の研磨砥粒は、アルミナ粉末の質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有するアルミナ粉末において、表面指数1.4以上の粒子の個数割合が、25%以上であることが好ましく、30%以上であることがより好ましく、35%以上であることがさらに好ましい。当該個数割合が多いと、アルミナ砥粒のうち研磨に寄与する粒子の割合が多くなり、より研磨速度を高速化することができる。
Further, the fine particles generated by crushing and the like and the coarse particles not crushed have a small contribution to the polishing action. Therefore, it is preferable to determine the surface index of alumina particles, excluding such particles, which have a large contribution to the polishing action, as the measurement target. Therefore, in a preferred embodiment, it is preferable to measure alumina particles having a particle size of 0.5 to 2 times the mass average particle size of the alumina powder, and the surface index of the alumina particles to be measured is 1. It is preferably 4 or more.
From this point of view, in the abrasive grains of the present invention, the number ratio of particles having a surface index of 1.4 or more in the alumina powder having a particle size of 0.5 to 2 times the mass average particle size of the alumina powder is high. It is preferably 25% or more, more preferably 30% or more, and even more preferably 35% or more. When the number ratio is large, the ratio of particles contributing to polishing in the alumina abrasive grains is large, and the polishing speed can be further increased.

当該個数割合は、例えば、上述のように分散した状態のアルミナ粒子を倍率20000倍で観察したSEM像において、アルミナ粉末の質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有するアルミナ粒子100個を無造作に抽出して、それぞれの粒子の表面指数を算出し、以下の式により求めることができる。アルミナ粉末の粒子径は、アルミナ粒子のSEM像の円相当径であってよく、市販の画像解析ソフト、例えば三谷商事株式会社の「WinROOF」を用いて画像解析により計算してよい。

アルミナ粉末の質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有するアルミナ粉末における、表面指数1.4以上の粒子の個数割合(%)
=(アルミナ粉末の質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有する表面指数1.4以上の粒子数)÷(無造作に抽出した、アルミナ粉末の質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有する全粒子数(100個))×100 (V)
The number ratio is, for example, the alumina particles 100 having a particle size of 0.5 to 2 times the mass average particle size of the alumina powder in an SEM image obtained by observing the dispersed alumina particles as described above at a magnification of 20000 times. Individuals can be randomly extracted, the surface index of each particle can be calculated, and it can be calculated by the following formula. The particle size of the alumina powder may be the equivalent circle diameter of the SEM image of the alumina particles, and may be calculated by image analysis using commercially available image analysis software, for example, "WinROOF" of Mitani Shoji Co., Ltd.

Percentage of particles with a surface index of 1.4 or more (%) in alumina powder having a particle size 0.5 to 2 times the mass average particle size of the alumina powder
= (Number of particles with a surface index of 1.4 or more having a particle size 0.5 to 2 times the mass average particle size of the alumina powder) ÷ (0.5 to 0.5 of the mass average particle size of the alumina powder randomly extracted) Total number of particles with twice the particle size (100)) x 100 (V)

アルミナ粉末の平均粒子径は3μm以下であり、好適には2μm以下である。ここで規定する「平均粒子径」は、レーザー回折法により得た質量基準で累積百分率50%相当粒子径を意味する。研磨砥粒であるアルミナ粉末の粒径が3μmを超えると、高平滑な表面を得られないおそれがある。アルミナ粉末の平均粒子径の下限値は高平滑な表面を得るという面では制限はないが、粒径が小さくなると研磨速度が低下するため、通常、0.1μm以上、好適には0.2μm以上である。 The average particle size of the alumina powder is 3 μm or less, preferably 2 μm or less. The "average particle size" defined here means a particle size equivalent to a cumulative percentage of 50% on a mass basis obtained by a laser diffraction method. If the particle size of the alumina powder, which is the abrasive grain, exceeds 3 μm, a highly smooth surface may not be obtained. The lower limit of the average particle size of the alumina powder is not limited in terms of obtaining a highly smooth surface, but since the polishing rate decreases as the particle size decreases, it is usually 0.1 μm or more, preferably 0.2 μm or more. Is.

アルミナにはαアルミナ、γアルミナ等の結晶形があるが、硬脆材の高速研磨においてはαアルミナが好ましい。αアルミナの中でも、アルカリ耐性度が、0.7以上のαアルミナであることが好ましい。ここで、「アルカリ耐性度」とは、高アルカリ溶液中に一定時間浸漬させたときにαアルミナの結晶構造がどの程度維持されているかの指標であり、具体的にはX線回折パターンで測定したアルカリ溶液浸漬前後のピーク強度比で規定される。具体的なアルカリ耐性度の規定方法については、実施例にて後述する。 Alumina has a crystalline form such as α-alumina and γ-alumina, but α-alumina is preferable for high-speed polishing of hard and brittle materials. Among α-alumina, α-alumina having an alkali resistance of 0.7 or more is preferable. Here, the "alkali resistance" is an index of how much the crystal structure of α-alumina is maintained when immersed in a highly alkaline solution for a certain period of time, and specifically, it is measured by an X-ray diffraction pattern. It is defined by the peak intensity ratio before and after immersion in the alkaline solution. A specific method for defining the alkali resistance will be described later in Examples.

本発明において、αアルミナとは結晶相の主相がα相であるアルミナを意味する。そのため、アルミナとして一般的な結晶相であるγ相、θ相、χ相、δ相、κ相またはρ相を含んでいてもよい。 In the present invention, α-alumina means alumina in which the main phase of the crystal phase is the α phase. Therefore, alumina may contain a general crystal phase such as γ phase, θ phase, χ phase, δ phase, κ phase or ρ phase.

以下、アルミナ粉末の製造方法について説明する。
アルミナ粉末の製造方法は特に限定されず、例えば、バイヤー法で製造された水酸化アルミニウムを焼成する方法;アルミニウムアルコキシド法で製造された水酸化アルミニウムを焼成する方法;有機アルミニウムを使って合成する方法;その原料に遷移アルミナまたは熱処理により遷移アルミナとなるアルミナ粉末を、塩化水素を含有する雰囲気ガス中にて焼成する方法;特開平11−049515号公報、特開2010−150090号公報、特開2008−100903号公報、特開2002−047009号公報、特開2001−354413号公報などに記載の方法などが挙げられる。
また、研磨砥粒が、破断面等に起因してエッジを有する形状(角が鋭利な形状)であると、研磨対象物の研磨面に傷が残りやすいので好ましくない。微粒の水酸化アルミニウムを用いることで、焼成等による粒子成長過程において粒子同士の凝結を強くすることができ、連結状粒子の連結部(ネック部)強度に優れ、ネック破断面等に起因するエッジの少ないαアルミナ粒子となり、研磨対象物の研磨面に傷が残らず仕上がり性が損なわれないという利点がある。
Hereinafter, a method for producing the alumina powder will be described.
The method for producing the alumina powder is not particularly limited, and for example, a method for firing aluminum hydroxide produced by the Bayer process; a method for firing aluminum hydroxide produced by the aluminum alkoxide method; a method for synthesizing using organic aluminum. A method of calcining an alumina powder that becomes transition alumina or transition alumina by heat treatment as a raw material in an atmospheric gas containing hydrogen chloride; JP-A-11-049515, JP-A-2010-150090, JP-A-2008 Examples thereof include the methods described in JP-A-100903, JP-A-2002-04009, JP-A-2001-354413 and the like.
Further, if the abrasive grains have a shape having edges (shape with sharp corners) due to a fracture surface or the like, scratches are likely to remain on the polished surface of the object to be polished, which is not preferable. By using fine particles of aluminum hydroxide, it is possible to strengthen the cohesion between particles in the particle growth process by firing, etc., the strength of the connecting part (neck part) of the connected particles is excellent, and the edge caused by the neck fracture surface etc. There is an advantage that the α-alumina particles with a small amount of particles do not leave scratches on the polished surface of the object to be polished and the finish is not impaired.

アルミニウムアルコキシド法としては、例えば、アルミニウムアルコキシドを、水を用いて加水分解してスラリー状、ゾル状、ゲル状の水酸化アルミニウムを得て、それを乾燥させることにより乾燥粉末状の水酸化アルミニウムを得る方法などが挙げられる。
乾燥させることにより得られる粉末状の水酸化アルミニウムは、軽装かさ密度が通常0.1〜0.4g/cm3程度のかさ高い粉末であり、好ましくは0.1〜0.2g/cm3の軽装かさ密度を有する。
As an aluminum alkoxide method, for example, aluminum alkoxide is hydrolyzed with water to obtain slurry-like, sol-like, and gel-like aluminum hydroxide, which is dried to obtain dry powder-like aluminum hydroxide. How to get it.
The powdered aluminum hydroxide obtained by drying is a bulky powder having a light bulk density of usually about 0.1 to 0.4 g / cm 3 , preferably 0.1 to 0.2 g / cm 3 . Has a light bulk density.

水酸化アルミニウムの累積細孔容積(細孔半径が0.01μm以上1μm以下の範囲)は特に制限されないが、0.6mL/g以上の累積細孔容積を有することが好ましい。このような水酸化アルミニウムは、一次粒子が小さく、分散性に優れ、凝集粒子が少ないため、焼成しても、強固に結合した粉砕困難なアルミナ凝集粒子の発生を防ぐことができる。 The cumulative pore volume of aluminum hydroxide (range of pore radius of 0.01 μm or more and 1 μm or less) is not particularly limited, but it is preferable to have a cumulative pore volume of 0.6 mL / g or more. Since such aluminum hydroxide has small primary particles, excellent dispersibility, and few agglomerated particles, it is possible to prevent the generation of strongly bonded alumina agglomerated particles that are difficult to pulverize even when fired.

アルミニウムアルコキシド法により得られた乾燥粉末状の水酸化アルミニウムを焼成することにより、目的とするαアルミナ粉末を得ることができる。水酸化アルミニウムの焼成は通常、焼成容器に水酸化アルミニウムを充填して行われる。焼成容器としては、例えば鞘などが挙げられる。また、焼成容器の材質は、得られるαアルミナ粉末の汚染防止の観点からアルミナであることが好ましく、特に高純度のαアルミナであるのがよい。水酸化アルミニウムの焼成容器への充填方法は特に制限されないが、自重で充填し、過度に圧密しないことが好ましい。 The desired α-alumina powder can be obtained by firing the dry powdered aluminum hydroxide obtained by the aluminum alkoxide method. The firing of aluminum hydroxide is usually carried out by filling a firing container with aluminum hydroxide. Examples of the firing container include a sheath and the like. Further, the material of the firing container is preferably alumina from the viewpoint of preventing contamination of the obtained α-alumina powder, and particularly preferably high-purity α-alumina. The method for filling the fired aluminum hydroxide container is not particularly limited, but it is preferable that the aluminum hydroxide is filled by its own weight and not excessively compacted.

水酸化アルミニウムの焼成に用いる焼成炉としては、例えば、トンネルキルン、回分式通気流型箱型焼成炉、回分式並行流型箱型焼成炉などに代表される材料静置型焼成炉;ロータリーキルンに代表される材料移動型焼成炉が挙げられる。 Examples of the firing furnace used for firing aluminum hydroxide include a tunnel kiln, a batch type ventilation flow type box firing furnace, a batch type parallel flow type box firing furnace, and the like. Material transfer type firing furnace to be used.

水酸化アルミニウムの焼成温度、焼成温度までの昇温速度および焼成時間は、所望の物性を有するαアルミナとなるように適宜選定する。
水酸化アルミニウムの焼成温度は、例えば1100℃以上1450℃以下、好ましくは1200℃以上1350℃以下であり、この焼成温度まで昇温するときの昇温速度は、通常30℃/時間以上500℃/時間以下であり、水酸化アルミニウムの焼成時間は、通常0.5時間以上24時間以内、好ましくは1時間以上10時間以内である。
The firing temperature of aluminum hydroxide, the rate of temperature rise to the firing temperature, and the firing time are appropriately selected so as to obtain α-alumina having desired physical properties.
The firing temperature of aluminum hydroxide is, for example, 1100 ° C. or higher and 1450 ° C. or lower, preferably 1200 ° C. or higher and 1350 ° C. or lower, and the rate of temperature rise when raising the temperature to this firing temperature is usually 30 ° C./hour or higher and 500 ° C./or. It is less than an hour, and the firing time of aluminum hydroxide is usually 0.5 hours or more and 24 hours or less, preferably 1 hour or more and 10 hours or less.

水酸化アルミニウムの焼成は、例えば大気雰囲気中の他、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気中で焼成してもよく、プロパンガスなどの燃焼によって焼成するガス炉のように、水蒸気分圧が高い雰囲気中で焼成してもよい。 Aluminum hydroxide may be fired in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen gas or argon gas as well as in an air atmosphere, and the partial pressure of steam is divided like a gas furnace that burns by burning propane gas or the like. May be fired in a high atmosphere.

得られたアルミナ粉末は、平均粒子径が10μmを超えた状態で凝集している場合がある。その場合は粉砕して、本発明の研磨砥粒として使用できる3μm以下の平均粒子径にする。
アルミナ粉末の粉砕は、例えば振動ミル、ボールミル、ジェットミルなどの公知の装置を用いて行うことができ、乾式状態で粉砕する方法、および、湿式状態で粉砕する方法のいずれも採用することができるが、ネック部を維持しながら、粗大な凝集粒子を含まず、前述のαアルミナ粉末の物性を達成するためには、ボールなどの粉砕メディアを使用せずに粉砕する方法、例えばジェットミルによる粉砕、またはボール若しくはビーズなどの粉砕メディアを使用するが、ネック部を維持しながら粗大な凝集粒子を含まないような条件に調節して粉砕する方法、例えば振動ミルが好ましい方法として挙げられる。
得られたアルミナ粉末に含まれる10μm以上の粗大粒子の含有量は、10ppm以下であることが好ましく、3ppm以下であることがより好ましい。
The obtained alumina powder may be aggregated in a state where the average particle size exceeds 10 μm. In that case, it is pulverized to an average particle diameter of 3 μm or less that can be used as the abrasive grains of the present invention.
The alumina powder can be pulverized by using a known device such as a vibration mill, a ball mill, or a jet mill, and either a method of pulverizing in a dry state or a method of pulverizing in a wet state can be adopted. However, in order to achieve the above-mentioned physical properties of α-alumina powder without containing coarse agglomerated particles while maintaining the neck portion, a method of crushing without using a crushing medium such as a ball, for example, crushing with a jet mill. , Or a method of using a pulverizing medium such as a ball or a bead, but adjusting the condition so as not to contain coarse agglomerated particles while maintaining the neck portion, for example, a vibration mill is mentioned as a preferable method.
The content of coarse particles of 10 μm or more contained in the obtained alumina powder is preferably 10 ppm or less, and more preferably 3 ppm or less.

アルミナ粉末の、粒度分布の小径側から質量基準で累積百分率5%、累積100%に相当する粒径をそれぞれd5、d100としたとき、[(d100−d5) ÷ 質量平均粒子径]が30以下であることが好ましく、さらに好ましくは10以下である。 When the particle sizes corresponding to the cumulative percentage of 5% and the cumulative 100% of the alumina powder from the smaller diameter side of the particle size distribution are d5 and d100, respectively, [(d100-d5) ÷ mass average particle size] is 30 or less. Is preferable, and more preferably 10 or less.

粉砕装置は、得られるアルミナ粉末への異物混入などの汚染が少ない点で、αアルミナと接する面が高純度のアルミナの材質で構成されているか、あるいは樹脂ライニングされていることが好ましい。媒体撹拌ミルなどを用いて粉砕する場合は、これに用いられる粉砕メディアも、高純度のアルミナの材質で構成されていることが好ましい。 In the pulverizer, the surface in contact with α-alumina is preferably made of a high-purity alumina material or has a resin lining in that the obtained alumina powder is less contaminated with foreign matter. When pulverizing using a medium stirring mill or the like, it is preferable that the pulverizing medium used for this is also made of a high-purity alumina material.

<2.研磨スラリー>
本発明の研磨スラリーは、本発明の研磨砥粒と、水または水を主体とする溶媒とを含有し、pHが12以上である。
<2. Polishing slurry>
The polishing slurry of the present invention contains the polishing abrasive grains of the present invention and water or a solvent mainly composed of water, and has a pH of 12 or more.

本発明の研磨スラリーは、pH12以上の強アルカリであるため、当該スラリーを使用すると研磨対象である硬脆材の表面が改質された状態となり、その状態で研磨性に優れた本発明の研磨砥粒によって物理的に研磨されるため、高い研磨速度を得ることができる。 Since the polishing slurry of the present invention is a strong alkali having a pH of 12 or higher, when the slurry is used, the surface of the hard and brittle material to be polished is in a modified state, and the polishing of the present invention having excellent polishability in that state. Since it is physically polished by the abrasive grains, a high polishing speed can be obtained.

研磨スラリーのpHは、研磨対象物の表面を改質するのみならず、水または水を主体とする溶媒を用いたときに、研磨砥粒の分散性を制御するために重要である。好適なpH範囲は、研磨砥粒の種類とそのアルカリ耐性、分散性を考慮して決定されるが、本発明の研磨スラリーでは、アルカリによる表面改質を促進し、研磨速度を高めるために、pH12以上とし、好適にはpH13以上である。 The pH of the polishing slurry is important not only for modifying the surface of the object to be polished, but also for controlling the dispersibility of the abrasive grains when water or a water-based solvent is used. The suitable pH range is determined in consideration of the type of abrasive grains and their alkali resistance and dispersibility. However, in the polishing slurry of the present invention, in order to promote surface modification by alkali and increase the polishing rate, The pH is 12 or higher, preferably 13 or higher.

特に研磨砥粒として、アルカリ耐性度が、0.7以上のαアルミナを使用することにより、pH12以上のスラリーで長時間保管し、使用しても研磨砥粒の劣化が抑制され、優れた研磨作用を保つことができる。 In particular, by using α-alumina having an alkali resistance of 0.7 or more as the polishing abrasive grains, deterioration of the polishing abrasive grains is suppressed even if the slurry is stored for a long time with a pH of 12 or more and used, and excellent polishing is performed. The action can be maintained.

研磨スラリー中の研磨砥粒の濃度は、研磨砥粒が研磨スラリー中で安定して分散できる濃度範囲で決定すればよく、通常、0.1〜50重量%、好適には5〜20重量%である。 The concentration of the abrasive grains in the polishing slurry may be determined within a concentration range in which the polishing abrasive grains can be stably dispersed in the polishing slurry, and is usually 0.1 to 50% by weight, preferably 5 to 20% by weight. Is.

以下、研磨スラリーの構成成分について説明する。なお、研磨砥粒については上述の本発明の研磨砥粒で説明したため、省略する。 Hereinafter, the constituent components of the polishing slurry will be described. Since the polishing abrasive grains have been described in the above-mentioned polishing abrasive grains of the present invention, they will be omitted.

(溶媒)
溶媒(分散媒)は、研磨砥粒および必要に応じて添加される任意成分を分散させ、溶解するための媒体であり、本発明のスラリーにおいては、水または水を主体とする溶媒が使用される。なお、「水を主体とする溶媒」とは、少なくとも水を50重量%以上含み、水以外にエタノール等の他の溶媒または添加成分を含む溶媒を意味する。なお、環境負荷が小さく、廃棄処理が容易である等の点で、全溶媒のうち、水を70重量%以上含有することが好適であり、90重量%以上含有することがより好適である。
水については、特に制限はないが、配合成分に対する影響、不純物の混入、pH等への影響の点で、蒸留水、イオン交換水が好ましい。
(solvent)
The solvent (dispersion medium) is a medium for dispersing and dissolving abrasive grains and optional components added as needed. In the slurry of the present invention, water or a solvent mainly composed of water is used. To. The "water-based solvent" means a solvent containing at least 50% by weight or more of water and containing other solvents such as ethanol or additive components in addition to water. It is preferable that water is contained in an amount of 70% by weight or more, and more preferably 90% by weight or more, among all the solvents, from the viewpoints that the environmental load is small and the disposal treatment is easy.
The water is not particularly limited, but distilled water and ion-exchanged water are preferable in terms of the influence on the compounding components, the mixing of impurities, the influence on pH and the like.

(アルカリ成分)
アルカリ成分は、pHの調整のためにスラリーに添加され、本発明の効果を損なわない限り特に限定はなく、具体的には水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属の水酸化物、テトラアルキルアンモニウムの水酸化物、水酸化カルシウムまたは水酸化マグネシウムなどのアルカリ土類金属の水酸化物、水酸化アンモニウム等が挙げられる。この中でも、入手性およびコストの関係から、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが好ましく用いられる。
(Alkaline component)
The alkaline component is added to the slurry for adjusting the pH, and is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not impaired. Specifically, hydroxide of an alkali metal such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, or lithium hydroxide. Examples thereof include hydroxides of tetraalkylammonium, hydroxides of alkaline earth metals such as calcium hydroxide and magnesium hydroxide, and ammonium hydroxide. Among these, sodium hydroxide and potassium hydroxide are preferably used from the viewpoint of availability and cost.

(その他の成分)
本発明の研磨スラリーには、アルカリ成分以外にも、本発明の目的を損なわない限り、他の成分を必要に応じて適宜含有させることができる。他の成分として、例えば、分散剤、界面活性剤、粘度調節剤等が挙げられる。これらの他の成分を使用する場合、含有割合は、研磨砥粒の全質量に対して、通常、0.01〜10質量%の範囲程度である。
(Other ingredients)
In addition to the alkaline component, the polishing slurry of the present invention may appropriately contain other components as necessary, as long as the object of the present invention is not impaired. Examples of other components include dispersants, surfactants, viscosity modifiers and the like. When these other components are used, the content ratio is usually in the range of 0.01 to 10% by mass with respect to the total mass of the abrasive grains.

分散剤としては、縮合燐酸または縮合燐酸塩、ポリスチレンスルホン酸塩、ポリカルボン酸型高分子化合物、ポリアクリル酸型高分子化合物、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル等が挙げられる。
界面活性剤としては、陰イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、および両性界面活性剤が挙げられる。
粘度調節剤としては、水溶性セルロースエーテル、多糖類、多価アルコールおよびその誘導体、水溶性高分子化合物、増粘作用を持つ水溶性酸化物およびその塩類、生体高分子等が挙げられる。
Examples of the dispersant include condensed phosphate or condensed phosphate, polystyrene sulfonate, polycarboxylic acid type polymer compound, polyacrylic acid type polymer compound, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitol fatty acid ester and the like. ..
Surfactants include anionic surfactants, nonionic surfactants, cationic surfactants, and amphoteric surfactants.
Examples of the viscosity modifier include water-soluble cellulose ethers, polysaccharides, polyhydric alcohols and derivatives thereof, water-soluble polymer compounds, water-soluble oxides having a thickening action and salts thereof, biopolymers and the like.

研磨スラリーは、研磨砥粒(および任意の成分)を分散媒に均一に分散するように混合することによって調製される。混合方法は特に制限はなく、例えば、超音波分散機、ホモジナイザー等による撹拌混合方法を挙げることができる。
混合方法は、従来公知の混合方法で行うことができ、混合順序も任意であり、研磨スラリーの構成成分(研磨砥粒、アルカリ成分、溶媒、および任意の成分)のうち、何れか2成分または3成分以上を予め混合し、その後に残りの成分を混合してもよいし、一度に全部を混合してもよい。
The polishing slurry is prepared by mixing abrasive grains (and any component) so as to be uniformly dispersed in a dispersion medium. The mixing method is not particularly limited, and examples thereof include a stirring and mixing method using an ultrasonic disperser, a homogenizer, or the like.
The mixing method can be carried out by a conventionally known mixing method, the mixing order is arbitrary, and any two of the constituent components of the polishing slurry (abrasive abrasive grains, alkaline component, solvent, and arbitrary component) or Three or more components may be mixed in advance and then the remaining components may be mixed, or all may be mixed at once.

<3.硬脆材の研磨方法>
本発明の硬脆材の研磨方法(以下、「本発明の研磨方法」と記載する。)は、上述の本発明の研磨スラリーを使用して、硬脆材の表面を化学機械研磨(CMP)する工程を有する。本発明の研磨方法は、研磨スラリーとして本発明の研磨スラリーを用いる以外は、従来のCMPによる研磨方法と同様である。すなわち、研磨砥粒を含む研磨スラリーを研磨パッドに供給しながら、研磨対象物の被研磨面と、定盤に貼り付けて使用する研磨パッドとを接触させ、両者の相対運動により研磨対象物の研磨を行うことができる。
<3. Polishing method for hard and brittle materials>
The method for polishing a hard and brittle material of the present invention (hereinafter, referred to as "the polishing method of the present invention") uses the above-mentioned polishing slurry of the present invention to polish the surface of the hard and brittle material by chemical mechanical polishing (CMP). Has a step to do. The polishing method of the present invention is the same as the conventional polishing method by CMP except that the polishing slurry of the present invention is used as the polishing slurry. That is, while supplying the polishing slurry containing the polishing abrasive grains to the polishing pad, the surface to be polished of the object to be polished is brought into contact with the polishing pad used by sticking to the surface plate, and the object to be polished is subjected to the relative movement of both. Polishing can be performed.

本発明の研磨方法における研磨対象である硬脆材として具体的には、酸化アルミニウム(サファイア)、ダイヤモンド、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化ジルコニウム、炭化タングステン、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ガリウム、窒化アルミニウム等が挙げられる。これらは単結晶、多結晶、非晶質のいずれもが研磨対象になり得る。
これらの中でも、半導体素子の基板として好適なサファイア(特には単結晶サファイア)は、加工が困難な硬脆材であり、高速研磨による生産性改善が求められていたため、本発明の研磨方法の好適な対象である。研磨後の硬脆材の表面はより平滑であることが好ましく、硬脆材が単結晶サファイアである場合には算術平均表面粗さ(Ra)が2nm以下となるようにすることが好ましく、1nm以下にすることがより好ましい。ただし、ポリシングの仕上げに別砥粒を用いて実施するなど、表面粗さがそれほど必要とされない場合はこれに限らない。
Specific examples of the hard and brittle material to be polished in the polishing method of the present invention include aluminum oxide (sapphire), diamond, silicon carbide, boron carbide, zirconium carbide, tungsten carbide, silicon nitride, titanium nitride, gallium nitride, and aluminum nitride. And so on. These can be polished by any of single crystal, polycrystalline and amorphous.
Among these, sapphire (particularly single crystal sapphire) suitable as a substrate for a semiconductor element is a hard and brittle material that is difficult to process, and improvement in productivity by high-speed polishing has been required. Therefore, the polishing method of the present invention is suitable. Target. The surface of the hard and brittle material after polishing is preferably smoother, and when the hard and brittle material is single crystal sapphire, the arithmetic average surface roughness (Ra) is preferably 2 nm or less, and 1 nm. More preferably: However, this is not limited to cases where surface roughness is not so required, such as when polishing is finished by using different abrasive grains.

研磨装置としては、従来公知のCMP研磨装置を使用することができる。以下、一般的な片面研磨方式のCMP研磨装置を使用する場合を例に説明する。 As the polishing apparatus, a conventionally known CMP polishing apparatus can be used. Hereinafter, a case where a general single-sided polishing type CMP polishing apparatus is used will be described as an example.

片面研磨方式のCMP研磨装置の代表的な構成は、回転軸を中心として回転し、表面に研磨パッドが貼り付けられた定盤と、研磨対象物をワックス等でサンプルホルダ下部に固定した状態で研磨パッドに押圧することが可能なサンプルホルダ(以下、ヘッドと記載する場合がある。)、研磨荷重用の加圧機構と、研磨パッド上に研磨砥粒を含む研磨スラリーを供給するノズルとを主要な構成部分として備える。このような構成のCMP研磨装置では定盤とサンプルホルダが、それぞれの軸心の回りに回転した状態で、定盤に貼付けられた研磨パッドの表面にノズルから研磨スラリーを供給し、サンプルホルダの下面に保持された研磨対象物が研磨パッドに押し付けられることにより、研磨対象物の被研磨面が研磨される。 A typical configuration of a single-sided polishing CMP polishing device is a platen that rotates around a rotation axis and has a polishing pad attached to the surface, and the object to be polished fixed to the bottom of the sample holder with wax or the like. A sample holder that can be pressed against the polishing pad (hereinafter, may be referred to as a head), a pressurizing mechanism for a polishing load, and a nozzle that supplies a polishing slurry containing polishing abrasive grains on the polishing pad. Prepare as a main component. In the CMP polishing device having such a configuration, the surface plate and the sample holder are rotated around their respective axes, and the polishing slurry is supplied from the nozzle to the surface of the polishing pad attached to the surface plate, and the sample holder is used. The surface to be polished of the object to be polished is polished by pressing the object to be polished held on the lower surface against the polishing pad.

研磨速度は、研磨スラリー(研磨砥粒の種類、粒子径、研磨スラリー中の研磨砥粒濃度、スラリーの供給速度)、研磨装置(研磨荷重、定盤とヘッドの回転数、研磨パッドの種類)により決定される。上述の性質を有する本発明の研磨スラリーを用いているため、硬脆材からなる基板(特には単結晶サファイア基板)に対しても、高い研磨速度を設定することができ、平滑性の高い表面の硬脆材を効率よく生産することができる。
例えば、研磨砥粒としてアルミナを含有する研磨スラリーを使用し、研磨対象が単結晶サファイア(c面)である場合には、基板の表面粗さ(Ra)1nmを維持することが可能な研磨速度を4μm/hr以上(好適には5μm/hr以上、より好適には6μm/hr以上)とすることができる。
The polishing speed is the polishing slurry (type of polishing abrasive grains, particle size, concentration of abrasive grains in the polishing slurry, supply speed of the slurry), polishing device (polishing load, number of rotations of surface plate and head, type of polishing pad). Is determined by. Since the polishing slurry of the present invention having the above-mentioned properties is used, a high polishing rate can be set even for a substrate made of a hard and brittle material (particularly a single crystal sapphire substrate), and a surface with high smoothness can be set. Hard and brittle material can be produced efficiently.
For example, when a polishing slurry containing alumina is used as the polishing abrasive grains and the polishing target is single crystal sapphire (c-plane), the polishing rate capable of maintaining the surface roughness (Ra) of the substrate is 1 nm. Can be 4 μm / hr or more (preferably 5 μm / hr or more, more preferably 6 μm / hr or more).

定盤に貼り付けて使用する研磨パッドには、不織布、発泡ポリウレタン、多孔質樹脂、非多孔質樹脂等の種類があり、一般に市販されているものを使用でき、用いる研磨砥粒の硬度および粒子径、研磨速度および研磨荷重等の研磨条件および硬脆材の種類等を考慮して、適且決定すればよい。 There are various types of polishing pads used by attaching to the surface plate, such as non-woven fabric, polyurethane foam, porous resin, non-porous resin, etc., and commercially available ones can be used, and the hardness and particles of the polishing abrasive grains to be used. It may be appropriately determined in consideration of polishing conditions such as diameter, polishing speed and polishing load, and the type of hard and brittle material.

研磨スラリーの供給量は、研磨対象物の構成材料、研磨砥粒の種類およびスラリー中の研磨砥粒濃度を考慮して適宜決定される。
なお、研磨砥粒は、必ずしも予めすべての成分を混合した研磨スラリーとして研磨パッドに供給する必要はない。例えば、研磨砥粒をそのまま供給し、溶媒を別途供給してもよい。一方で、研磨パッドに研磨砥粒を均等に分散させ、研磨の均一性を高めるためにはあらかじめ、研磨砥粒を溶媒に分散させた研磨スラリーとして用いることが好ましい。
The amount of the polishing slurry supplied is appropriately determined in consideration of the constituent materials of the object to be polished, the type of abrasive grains, and the concentration of abrasive grains in the slurry.
The polishing abrasive grains do not necessarily have to be supplied to the polishing pad as a polishing slurry in which all the components are mixed in advance. For example, the abrasive grains may be supplied as they are, and the solvent may be supplied separately. On the other hand, in order to evenly disperse the abrasive grains on the polishing pad and improve the uniformity of polishing, it is preferable to use it as a polishing slurry in which the abrasive grains are dispersed in a solvent in advance.

研磨する際の、定盤の回転数も特に制限されず、使用する研磨装置の能力の範囲で、安定的に運転可能な範囲とすればよい。研磨を短時間で行うためには、定盤の回転数は速いほうが好ましいが、使用する研磨砥粒(研磨スラリー)、および研磨対象物に求められる表面平滑性などを考慮して適且決定することが好ましい。 The rotation speed of the surface plate during polishing is not particularly limited, and it may be within the range of the capacity of the polishing apparatus to be used so that it can be operated stably. In order to perform polishing in a short time, it is preferable that the rotation speed of the surface plate is high, but it is appropriately determined in consideration of the polishing abrasive grains (polishing slurry) to be used and the surface smoothness required for the object to be polished. Is preferable.

研磨する際の荷重も特に制限されず、使用する研磨装置の能力の範囲で、安定的に運転可能な範囲で決定すればよい。研磨を短時間で行うためには、荷重は大きいほうが好ましいが、回転用モーターの動力負荷も大きくなるため、使用する研磨砥粒(研磨スラリー)、および研磨対象物に求められる表面平滑性などを考慮して適且決定することが好ましい。 The load for polishing is not particularly limited, and it may be determined within the range of the capacity of the polishing device to be used and within the range in which stable operation is possible. In order to perform polishing in a short time, it is preferable that the load is large, but since the power load of the rotary motor is also large, the polishing abrasive grains (polishing slurry) to be used and the surface smoothness required for the object to be polished are determined. It is preferable to make an appropriate decision in consideration.

研磨対象物の研磨に使用した研磨スラリーは、回収して再利用してもよい。研磨装置において研磨スラリーを循環させて使用することにより、廃液が減少するので環境負荷を低減し、かつ、コストを低減することができる。なお、研磨スラリーを循環使用するときには、消費された成分(研磨砥粒、溶媒、pH調整剤、その他任意成分)を適宜補充することもできる。 The polishing slurry used for polishing the object to be polished may be collected and reused. By circulating and using the polishing slurry in the polishing apparatus, the waste liquid is reduced, so that the environmental load can be reduced and the cost can be reduced. When the polishing slurry is circulated and used, the consumed components (polishing abrasive grains, solvent, pH adjuster, and other optional components) can be appropriately replenished.

以上、本発明の研磨方法を一般的な片面研磨方式のCMP研磨装置を使用する場合で説明したが、特に、今回開示された研磨装置において、明示的に開示されていない運転条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。また、本発明の研磨方法で使用される研磨装置は片面研磨方式のCMP研磨装置に限定されない。例えば、両面研磨方式の研磨装置、またはサンプルホルダを回転運動でなく直線往復方式した装置などを用いてもよい。また、定盤が回転運動を行うものではなく、例えばベルト式で一方向に移動するものであってもよい。 The polishing method of the present invention has been described above in the case of using a general single-sided polishing type CMP polishing apparatus, but in particular, in the polishing apparatus disclosed this time, operating conditions, various parameters, which are not explicitly disclosed, The dimensions, weight, volume, etc. of the components do not deviate from the range normally practiced by those skilled in the art, and values that can be easily assumed by those skilled in the art are adopted. Further, the polishing apparatus used in the polishing method of the present invention is not limited to the single-sided polishing type CMP polishing apparatus. For example, a double-sided polishing device or a device in which the sample holder is linearly reciprocated instead of rotationally may be used. Further, the surface plate does not rotate, but may move in one direction by, for example, a belt type.

<4.硬脆材の製造方法>
本発明の硬脆材の製造方法は、上記本発明の研磨方法によって硬脆材を研磨する工程(以下、「本発明の研磨工程」と記載する。)を含む。
本発明の製造方法は、上述の本発明の研磨工程を有するため、生産性良く高平滑な表面を有する硬脆材を製造することができる。
<4. Manufacturing method of hard and brittle material>
The method for producing a hard and brittle material of the present invention includes a step of polishing the hard and brittle material by the above-mentioned polishing method of the present invention (hereinafter, referred to as "polishing step of the present invention").
Since the production method of the present invention includes the polishing step of the present invention described above, it is possible to produce a hard and brittle material having a highly productive and highly smooth surface.

本発明の硬脆材の製造方法において、本発明の研磨工程で硬脆材を研磨する工程以外の工程は、原料となる硬脆材の公知の製造方法に準じて行えばよい。
以下、本発明の硬脆材の製造方法の好適な対象であるサファイア(特には単結晶サファイア基板)を例に説明する。
In the method for producing a hard and brittle material of the present invention, steps other than the step of polishing the hard and brittle material in the polishing step of the present invention may be performed according to a known production method of the hard and brittle material as a raw material.
Hereinafter, sapphire (particularly a single crystal sapphire substrate), which is a suitable target of the method for producing a hard and brittle material of the present invention, will be described as an example.

サファイア(特には単結晶サファイア)は、高周波デバイス、LEDの発光素子等に用いられるGaN系半導体層用の基板、および液晶プロジェクタ用の偏光子保持基板等をはじめとして、様々な用途で用いられている。
サファイアの結晶は、面方位により性質が異なっており、極性面であるc面、および半極性面であるr面は、その表面に窒化ガリウム等の半導体層を成長させるための半導体用基板としての用途に適しており、無極性面であるa面およびm面は、高硬度で傷のない基板を必要とする用途(例えば、薄膜用基板または半導体製造装置用のチャンバー窓)に適する。
Sapphire (particularly single crystal sapphire) is used in various applications such as a substrate for a GaN-based semiconductor layer used for a high-frequency device, an LED light emitting element, and a polarizer holding substrate for a liquid crystal projector. There is.
The properties of sapphire crystals differ depending on the plane orientation, and the c-plane, which is a polar plane, and the r-plane, which is a semi-polar plane, serve as a semiconductor substrate for growing a semiconductor layer such as gallium nitride on the surface. The a-plane and m-plane, which are non-polar surfaces, are suitable for applications and are suitable for applications that require a high-hardness, scratch-free substrate (for example, a thin film substrate or a chamber window for a semiconductor manufacturing apparatus).

サファイア基板の製造方法では、まず、サファイア結晶(インゴッド)を適当な大きさに研削し、切断して所定の大きさの切断片を得る(研削・切断工程)。次いで、得られた切断片を所定の厚さまで平面切削することにより板状のサファイアを得る(平面切削工程)。得られた板状のサファイアに対し、ラッピング等により粗研磨を行い、仕上げ研磨であるCMPによりラッピングで生じた傷を除去して高平滑な表面を得る。
本発明の研磨工程に相当するCMP以外の工程は、一般的なサファイア基板の製造方法に準じる公知の方法を採用すればよい。
In the method for manufacturing a sapphire substrate, first, a sapphire crystal (ingod) is ground to an appropriate size and cut to obtain a cut piece having a predetermined size (grinding / cutting step). Next, a plate-shaped sapphire is obtained by flat-cutting the obtained cut piece to a predetermined thickness (planar cutting step). The obtained plate-shaped sapphire is roughly polished by wrapping or the like, and scratches generated by the wrapping are removed by CMP, which is a finish polishing, to obtain a highly smooth surface.
For the steps other than CMP corresponding to the polishing step of the present invention, a known method according to a general method for manufacturing a sapphire substrate may be adopted.

なお、本発明の硬脆材の製造方法は、硬脆材を含む製品、例えば、半導体層が形成されたウェハから半導体層を除去して再利用される硬脆材の製造に適用してもよい。この場合、硬脆材を含む製品から硬脆材以外の部分を研削または粗研磨により除去した後に本発明の研磨工程に供される。 The method for producing a hard and brittle material of the present invention may be applied to a product containing a hard and brittle material, for example, a hard and brittle material that is reused by removing the semiconductor layer from a wafer on which a semiconductor layer is formed. Good. In this case, a portion other than the hard and brittle material is removed from the product containing the hard and brittle material by grinding or rough polishing, and then subjected to the polishing step of the present invention.

また、本発明の硬脆材の製造方法は、さらに必要に応じて適時、任意の工程を有していてもよい。例えば、熱処理工程、ウェットエッチング工程、洗浄工程等が挙げられる。 In addition, the method for producing a hard and brittle material of the present invention may further have an arbitrary step in a timely manner, if necessary. For example, a heat treatment step, a wet etching step, a cleaning step and the like can be mentioned.

熱処理工程における熱処理方法は特に限定されず、対象となる硬脆材の熱処理方法として従来公知の方法で行えばよい。熱処理を行う目的としては、例えば、硬脆材内部に残留する結晶の歪みを取り除くこと、または硬脆材表面の酸化を促進して表面の加工をしやすくすること等が挙げられる。熱処理温度、熱処理雰囲気等の熱処理条件は、処理する硬脆材の種類または目的に応じて適宜決定される。 The heat treatment method in the heat treatment step is not particularly limited, and a conventionally known method may be used as the heat treatment method for the target hard and brittle material. The purpose of the heat treatment is, for example, to remove the distortion of crystals remaining inside the hard and brittle material, or to promote the oxidation of the surface of the hard and brittle material to facilitate the surface processing. The heat treatment conditions such as the heat treatment temperature and the heat treatment atmosphere are appropriately determined according to the type or purpose of the hard and brittle material to be treated.

ウェットエッチング工程におけるウェットエッチング方法は特に限定されず、対象となる硬脆材のウェットエッチング方法として従来公知の方法で行えばよい。ウェットエッチングに使用する薬液の種類、処理温度および処理時間といったウェットエッチング条件は、処理する硬脆材の材質または除去対象によって適宜決定される。 The wet etching method in the wet etching step is not particularly limited, and a conventionally known method may be used as a wet etching method for the target hard and brittle material. Wet etching conditions such as the type of chemical solution used for wet etching, treatment temperature and treatment time are appropriately determined depending on the material of the hard and brittle material to be treated or the object to be removed.

洗浄工程における洗浄方法は特に限定されず、対象となる硬脆材の洗浄方法として従来公知の方法で行えばよい。例えば、洗浄対象である硬脆材を、アルコールなどの有機溶媒、または塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、フッ化水素酸、過酸化水素酸等の酸系洗浄液、水酸化アルカリ、アンモニア、有機アミンなどの塩基系洗浄液でリンスするか、または当該洗浄液に浸漬して、基板に残存する微量の異物を除去することができる。 The cleaning method in the cleaning step is not particularly limited, and a conventionally known method may be used as a cleaning method for the target hard and brittle material. For example, the hard and brittle material to be cleaned is subjected to an organic solvent such as alcohol, an acid-based cleaning solution such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid, or hydrogen peroxide, alkali hydroxide, ammonia, or organic amine. It is possible to remove a small amount of foreign matter remaining on the substrate by rinsing with a basic cleaning solution such as, or immersing in the cleaning solution.

製造された硬脆材の用途はその他硬脆材の種類によって適宜選択すればよい。例えば、サファイアの場合には高周波デバイス、LEDの発光素子等に用いられるGaN系半導体層用の基板、または液晶プロジェクタ用の偏光子保持基板等が挙げられる。 The application of the produced hard and brittle material may be appropriately selected depending on the type of other hard and brittle material. For example, in the case of sapphire, a substrate for a GaN-based semiconductor layer used for a high-frequency device, an LED light emitting element, or a polarizer holding substrate for a liquid crystal projector can be mentioned.

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。なお、各物性の評価方法は次の通りである。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples. The evaluation method of each physical property is as follows.

(1)1つ以上のネック部を有する連結状粒子の個数割合の評価
実施例1は、後述の[評価方法1]で評価し、実施例2〜5および比較例1は、後述の[評価方法2]で評価した。
(1) Evaluation of the Number Ratio of Connected Particles Having One or More Neckes Example 1 is evaluated by [Evaluation Method 1] described later, and Examples 2 to 5 and Comparative Example 1 are evaluated by [Evaluation] described later. Method 2] was evaluated.

[評価方法1]
アルミナ粒子の1つ以上のネック部を有する連結状粒子の個数割合は、SEMにて、アルミナ粒子が集合した状態を倍率20000倍で観察し、SEM像の中から合計100個の粒子を無造作に抽出して、それぞれの粒子につき目視によってネック部の有無を判断し、以下の式で計算した。なお、当該評価方法1において、SEM像では、ネック部を有する連結状粒子であっても、観察する角度または粒子の配置状態によってはネック部を確認できないことがあるため、ここでは、明確にネック部を有すると目視で確認された粒子のみを「ネック部を有する連結状粒子」として算出した。

1つ以上のネック部を有する連結状粒子の個数割合(%)
=(ネック部を有すると目視で確認された粒子数)÷(無造作に抽出した全粒子数(100個))×100 (II)

以下、当該個数割合を「個数割合[1]」と示すことがある。
[Evaluation method 1]
As for the number ratio of the connected particles having one or more necks of the alumina particles, the state where the alumina particles are aggregated is observed at a magnification of 20000 times by SEM, and a total of 100 particles are randomly selected from the SEM image. After extraction, the presence or absence of a neck portion was visually determined for each particle, and the calculation was performed using the following formula. In the evaluation method 1, even if the particles have a neck portion in the SEM image, the neck portion may not be confirmed depending on the observation angle or the arrangement state of the particles. Therefore, here, the neck portion is clearly defined. Only the particles visually confirmed to have a portion were calculated as "connected particles having a neck portion".

Percentage of connected particles with one or more necks (%)
= (Number of particles visually confirmed to have a neck) ÷ (Total number of randomly extracted particles (100)) x 100 (II)

Hereinafter, the number ratio may be referred to as “number ratio [1]”.

[評価方法2]
JIS R 1633:1998の7.2b)および7.3に準じて、エタノールにアルミナを極少量添加し、超音波洗浄機を用いて懸濁液を調整し、続いて、スポイトを用いて懸濁液をスライドガラス上に滴下し、薄く伸ばした後、溶媒を蒸発乾燥させ、カーボンを蒸着し、SEM観察用の試料を得た。次に、日立ハイテクノロジーズ社製の電界放出型走査電子顕微鏡「S4800」を用いて、加速電圧2kVで、倍率20000倍で試料を観察し、図1に示される程度にアルミナ粒子が分散されていることを確認し、画像解析用のSEM像を得た。なお、図1に示される程度にアルミナ粒子が分散されていない場合には、当該懸濁液をエタノールで2倍に薄めた希釈液を調整し、上記と同様にしてアルミナ粒子の分散の程度を確認し、図1に示される程度にアルミニウム粒子が分散された状態になるまで同様の操作を繰り返した。
得られたアルミナ粒子のSEM像を、三谷商事株式会社の「WinROOF」を用いて解析し、円相当径が質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有するアルミナ粒子100個を無造作に抽出した。2つ以上のアルミナ粒子が接触または重なっている場合には、最上部の粒子のみを1つのアルミナ粒子と判定して抽出した。
次に、三谷商事株式会社の「WinROOF」を用いて、それぞれの粒子の面積欠損率を計算して1つ以上のネック部を有する連結状粒子であるか否かを判定し、アルミナ粉末の質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有するアルミナ粉末における、1つ以上のネック部を有する連結状粒子の個数割合を、以下の式で計算した。

アルミナ粉末の質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有するアルミナ粉末における、1つ以上のネック部を有する連結状粒子の個数割合(%)
=(アルミナ粉末の質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有する面積欠損率10%以上の粒子数)÷(無造作に抽出した、アルミナ粉末の質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有する全粒子数(100個))×100 (III)

以下、当該個数割合を「個数割合[2]」と示すことがある。
[Evaluation method 2]
According to JIS R 1633: 1998 7.2b) and 7.3, a very small amount of alumina was added to ethanol, the suspension was prepared using an ultrasonic cleaner, and then suspended using a dropper. The liquid was dropped onto a slide glass, spread thinly, and then the solvent was evaporated and dried to vaporize carbon to obtain a sample for SEM observation. Next, using a field emission scanning electron microscope "S4800" manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, the sample was observed at an acceleration voltage of 2 kV and a magnification of 20000 times, and alumina particles were dispersed to the extent shown in FIG. After confirming that, an SEM image for image analysis was obtained. When the alumina particles are not dispersed to the extent shown in FIG. 1, a diluted solution obtained by diluting the suspension with ethanol twice is prepared, and the degree of dispersion of the alumina particles is adjusted in the same manner as described above. After confirmation, the same operation was repeated until the aluminum particles were dispersed to the extent shown in FIG.
The SEM image of the obtained alumina particles was analyzed using "WinROOF" of Mitani Shoji Co., Ltd., and 100 alumina particles having a diameter equivalent to a circle 0.5 to 2 times the mass average particle diameter were randomly selected. Extracted to. When two or more alumina particles were in contact with each other or overlapped with each other, only the uppermost particle was determined to be one alumina particle and extracted.
Next, using "WinROOF" of Mitani Shoji Co., Ltd., the area loss rate of each particle is calculated to determine whether or not the particle is a connected particle having one or more necks, and the mass of the alumina powder is determined. The number ratio of the connected particles having one or more neck portions in the alumina powder having a particle size of 0.5 to 2 times the average particle size was calculated by the following formula.

Number ratio (%) of connected particles having one or more necks in alumina powder having a particle size 0.5 to 2 times the mass average particle size of the alumina powder.
= (Number of particles with an area defect rate of 10% or more having a particle size 0.5 to 2 times the mass average particle size of the alumina powder) ÷ (0.5 to 0.5 of the mass average particle size of the alumina powder randomly extracted) Total number of particles with twice the particle size (100)) x 100 (III)

Hereinafter, the number ratio may be referred to as “number ratio [2]”.

(2)表面指数の評価
上記(1)[評価方法2]と同様にして、アルミニウム粒子が分散された状態のSEM像を得た後、三谷商事株式会社の「WinROOF」を用いて解析し、円相当径が質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有するアルミナ粒子100個を無造作に抽出した。

次に、三谷商事株式会社の「WinROOF」を用いて、それぞれの粒子の表面指数を計算し、アルミナ粉末の質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有するアルミナ粉末における、表面指数1.4以上の粒子の個数割合を、以下の式で計算した。

アルミナ粉末の質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有するアルミナ粉末における、表面指数1.4以上の粒子の個数割合(%)
=(アルミナ粉末の質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有する表面指数1.4以上の粒子数)÷(無造作に抽出した、アルミナ粉末の質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有する全粒子数(100個))×100 (V)

以下、当該個数割合を「個数割合[3]」と示すことがある。
(2) Evaluation of surface index In the same manner as in (1) [Evaluation method 2] above, after obtaining an SEM image in which aluminum particles are dispersed, analysis is performed using "WinROOF" of Mitani Shoji Co., Ltd. 100 alumina particles having a diameter equivalent to a circle having a particle diameter of 0.5 to 2 times the mass average particle diameter were randomly extracted.

Next, using "WinROOF" of Mitani Shoji Co., Ltd., the surface index of each particle was calculated, and the surface index of the alumina powder having a particle size of 0.5 to 2 times the mass average particle size of the alumina powder was calculated. The number ratio of particles of 1.4 or more was calculated by the following formula.

Percentage of particles with a surface index of 1.4 or more (%) in alumina powder having a particle size 0.5 to 2 times the mass average particle size of the alumina powder
= (Number of particles with a surface index of 1.4 or more having a particle size 0.5 to 2 times the mass average particle size of the alumina powder) ÷ (0.5 to 0.5 of the mass average particle size of the alumina powder randomly extracted) Total number of particles with twice the particle size (100)) x 100 (V)

Hereinafter, the number ratio may be referred to as “number ratio [3]”.

(3)質量平均粒子径
レーザー粒度分布測定装置〔日機装(株)製「マイクロトラック」〕を用いてレーザー回折法により、質量基準で累積百分率50%相当粒子径を平均粒子径とした。また、粒度分布の小径側から質量基準で累積百分率5%、累積100%に相当する粒径をそれぞれd5、d100とした。測定に際しては、0.2重量%のヘキサメタ燐酸ソーダ水溶液で超音波分散し、アルミナ粒子の屈折率は1.76とした。
(3) Mass average particle size The average particle size was defined as a particle size equivalent to a cumulative percentage of 50% on a mass basis by a laser diffraction method using a laser particle size distribution measuring device [“Microtrack” manufactured by Nikkiso Co., Ltd.]. Further, the particle sizes corresponding to the cumulative percentage of 5% and the cumulative 100% from the small diameter side of the particle size distribution were set to d5 and d100, respectively. In the measurement, the alumina particles were ultrasonically dispersed with a 0.2 wt% sodium hexametaphosphate aqueous solution, and the refractive index of the alumina particles was 1.76.

(4)アルカリ耐性度
水酸化カリウム(KOH)でpH13.5に調整した水溶液に固形分濃度が10重量%になるようにアルミナ粉末を投入し、4週間浸漬後の固形成分を回収した。水酸化カリウム水溶液の浸漬前後の粉末X線回折パターンを株式会社リガク製RINT−2000で測定し、2θ=43.4°のピーク強度から、アルカリ耐性度を以下式で算出した。

アルカリ耐性度=(4週間浸漬後のピーク強度)÷(浸漬前のピーク強度)
(4) Alkali resistance Alumina powder was added to an aqueous solution adjusted to pH 13.5 with potassium hydroxide (KOH) so that the solid content concentration was 10% by weight, and the solid components after immersion for 4 weeks were recovered. The powder X-ray diffraction pattern before and after immersion in the potassium hydroxide aqueous solution was measured with RINT-2000 manufactured by Rigaku Co., Ltd., and the alkali resistance was calculated from the peak intensity of 2θ = 43.4 ° by the following formula.

Alkali resistance = (peak intensity after immersion for 4 weeks) ÷ (peak intensity before immersion)

(5)BET比表面積
比表面積測定装置として、島津製作所社製の「フローソーブII 2300」を使用し、JIS−Z−8830:2013「ガス吸着による粉体(固体)の比表面積測定法」に規定された方法に従って、窒素吸着法一点法によりBET比表面積を求めた。
(5) BET Specific Surface Area As a specific surface area measuring device, "Flow Sorb II 2300" manufactured by Shimadzu Corporation is used, and is specified in JIS-Z-8830: 2013 "Method for measuring the specific surface area of powder (solid) by gas adsorption". The BET specific surface area was determined by the one-point method of nitrogen adsorption method according to the method described above.

(6)表面粗さ
表面粗さ測定装置として、株式会社菱化システム製の白色干渉計「VertScan R5500G」を使用し、算術平均表面粗さ(Ra)を求めた。測定は研磨面の6点を測定し、その平均を研磨特性とした。
(6) Surface Roughness As a surface roughness measuring device, a white interferometer "VertScan R5500G" manufactured by Ryoka System Co., Ltd. was used, and the arithmetic average surface roughness (Ra) was determined. Six points on the polished surface were measured, and the average was taken as the polishing characteristics.

(実施例1)
(1)研磨砥粒の製造
純度99.99%のアルミニウムを原料にして調製したアルミニウムイソプロポキシドを、水を用いて加水分解してスラリー状の水酸化アルミニウムを得て、これを乾燥させることにより軽装かさ密度が0.1g/cm3の乾燥粉末状の水酸化アルミニウムを得た。さらに、この乾燥粉末状の水酸化アルミニウムをプロパンガス等の燃焼によって焼成するガス炉にて、1220℃で4時間保持して焼成し、ジェットミルにて粉砕してαアルミナ粉末からなる実施例1の研磨砥粒を得た。得られた研磨砥粒(αアルミナ粉末)について、上記方法(1)[評価方法1]により、1つ以上のネック部を有する連結状粒子の個数割合[1]の評価を行い、上記方法(3)〜(5)により、質量平均粒子径、アルカリ耐性度およびBET比表面積を評価した。評価結果を以下に示す。また、図3に、アルミナ粒子が集合した状態の実施例1の研磨砥粒(αアルミナ粉末)のSEM像を示す。
(Example 1)
(1) Production of Abrasive Abrasive Grains Aluminum isopropoxide prepared from 99.99% pure aluminum as a raw material is hydrolyzed with water to obtain slurry aluminum hydroxide, which is dried. A dry powdered aluminum hydroxide having a light bulk density of 0.1 g / cm 3 was obtained. Further, in the gas furnace in which the dry powdery aluminum hydroxide is calcined by burning propane gas or the like, the mixture is held at 1220 ° C. for 4 hours, calcined, and pulverized by a jet mill to form α-alumina powder. Abrasive abrasive grains were obtained. With respect to the obtained abrasive grains (α-alumina powder), the number ratio [1] of the connected particles having one or more neck portions was evaluated by the above method (1) [evaluation method 1], and the above method (evaluation method 1) was performed. The mass average particle size, alkali resistance and BET specific surface area were evaluated according to 3) to (5). The evaluation results are shown below. Further, FIG. 3 shows an SEM image of the abrasive grains (α-alumina powder) of Example 1 in a state where the alumina particles are aggregated.

粒子形状:個数割合[1] 81%
平均粒子径:0.65μm(10μm以上の粗大粒子3ppm以下)
アルカリ耐性度:0.75
BET比表面積:4.2m2/g
[(d100−d5)/平均粒子径]=6.7
Particle shape: Number ratio [1] 81%
Average particle size: 0.65 μm (coarse particles of 10 μm or more and 3 ppm or less)
Alkali resistance: 0.75
BET specific surface area: 4.2 m 2 / g
[(D100-d5) / average particle size] = 6.7

(2)研磨スラリーの調製
実施例1の研磨砥粒を、水酸化カリウム(KOH)でpH13.5に調整した水溶液に固形分濃度が10重量%になるように投入し、羽根撹拌を行った後に、超音波を照射し研磨砥粒を1時間分散させることにより、実施例1の研磨スラリーを得た。
(2) Preparation of Polishing Slurry The polishing abrasive grains of Example 1 were added to an aqueous solution adjusted to pH 13.5 with potassium hydroxide (KOH) so that the solid content concentration was 10% by weight, and the blades were stirred. Later, the polishing slurry of Example 1 was obtained by irradiating ultrasonic waves to disperse the abrasive grains for 1 hour.

(3)研磨試験
研磨試料としてサファイア基板(c面):2インチΦ(ダイヤラップ加工済、Ra5nm)を使用した。研磨装置として、株式会社ハイテクノス製NANO−450−DOCAbを使用し、実施例1のスラリーを使用して以下の条件で1時間研磨を行い、研磨前後のサファイア基板の重量差から平均研磨速度を算出し、研磨後の試料表面を光学顕微鏡(50倍)で観察した。
(研磨条件)
定盤回転数:60rpm
サンプルホルダ(ヘッド)回転数:60rpm
ヘッド荷重:500g/cm2
ヘッド搖動:1mm/s(搖動幅:±20mm)
研磨パッド:ニッタ・ハース株式会社製SUBA800(不織布)
スラリー量:0.6L/min(循環使用)
研磨時間:1時間
(3) Polishing test A sapphire substrate (c-plane): 2 inch Φ (dialap processed, Ra 5 nm) was used as a polishing sample. Using NANO-450-DOCAb manufactured by Hi-Technos Co., Ltd. as a polishing device, polishing was performed for 1 hour under the following conditions using the slurry of Example 1, and the average polishing speed was calculated from the weight difference of the sapphire substrate before and after polishing. After calculation, the surface of the sample after polishing was observed with an optical microscope (50 times).
(Polishing conditions)
Surface plate rotation speed: 60 rpm
Sample holder (head) rotation speed: 60 rpm
Head load: 500 g / cm 2
Head sway: 1 mm / s (sway width: ± 20 mm)
Polishing pad: SUBA800 (nonwoven fabric) manufactured by Nitta Haas Co., Ltd.
Slurry amount: 0.6 L / min (using circulation)
Polishing time: 1 hour

実施例1では、平均研磨速度は6.5μm/hourであり、研磨後の試料表面は極めて平坦であり、研磨前に観察された傷が観察されなかった。 In Example 1, the average polishing rate was 6.5 μm / hour, the surface of the sample after polishing was extremely flat, and the scratches observed before polishing were not observed.

(実施例2)
(1)研磨砥粒の製造
実施例1と同じ条件で、実施例2の研磨砥粒を得た。得られた研磨砥粒(αアルミナ粉末)について、上記方法(1)[評価方法2]により、1つ以上のネック部を有する連結状粒子の個数割合[2]の評価を行い、上記方法(2)〜(5)により、表面指数、質量平均粒子径、アルカリ耐性度およびBET比表面積を評価した。評価結果を以下に示す。また、図4に、アルミナ粒子が集合した状態の実施例2の研磨砥粒(αアルミナ粉末)のSEM像を示す。
(Example 2)
(1) Production of Abrasive Abrasive Grains The abrasive abrasive grains of Example 2 were obtained under the same conditions as in Example 1. With respect to the obtained abrasive grains (α-alumina powder), the number ratio [2] of the connected particles having one or more neck portions was evaluated by the above method (1) [evaluation method 2], and the above method (evaluation method 2) was performed. From 2) to (5), the surface index, mass average particle size, alkali resistance and BET specific surface area were evaluated. The evaluation results are shown below. Further, FIG. 4 shows an SEM image of the abrasive grains (α-alumina powder) of Example 2 in a state where the alumina particles are aggregated.

粒子形状:個数割合[2] 63%、個数割合[3] 73%
平均粒子径:0.65μm(10μm以上の粗大粒子3ppm以下)
アルカリ耐性度:0.75
BET比表面積:4.2m2/g
[(d100−d5)/平均粒子径]=6.7
Particle shape: Number ratio [2] 63%, Number ratio [3] 73%
Average particle size: 0.65 μm (coarse particles of 10 μm or more and 3 ppm or less)
Alkali resistance: 0.75
BET specific surface area: 4.2 m 2 / g
[(D100-d5) / average particle size] = 6.7

(2)研磨スラリーの調製
実施例1の研磨砥粒に代えて、実施例2の研磨砥粒を使用した以外は、実施例1と同様にして実施例2の研磨スラリーを得た。
(2) Preparation of Polishing Slurry A polishing slurry of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polishing abrasive grains of Example 2 were used instead of the polishing abrasive grains of Example 1.

(3)研磨試験
研磨試料としてサファイア基板(c面):2インチΦ(ダイヤラップ加工済、Ra5.8nm)を使用し、実施例1の研磨スラリーに代えて、実施例2の研磨スラリーを使用した以外は、実施例1と同様にして研磨試験を行った。実施例2では、平均研磨速度は6.5μm/hourであり、研磨後の試料表面は極めて平坦であり、研磨前に観察された傷が観察されなかった。また、上記方法(6)で表面粗さを評価した結果、表面粗さは1.0nmであった。
(3) Polishing test A sapphire substrate (c-plane): 2 inch Φ (dialap processed, Ra 5.8 nm) is used as a polishing sample, and the polishing slurry of Example 2 is used instead of the polishing slurry of Example 1. The polishing test was carried out in the same manner as in Example 1 except for the above. In Example 2, the average polishing rate was 6.5 μm / hour, the surface of the sample after polishing was extremely flat, and the scratches observed before polishing were not observed. Moreover, as a result of evaluating the surface roughness by the above method (6), the surface roughness was 1.0 nm.

(実施例3)
(1)実施例3の研磨砥粒として、実施例1と同じ方法で得た乾燥粉末状の水酸化アルミニウムを、プロパンガス等の燃焼によって焼成するガス炉で1200℃にて3時間保持して焼成し、振動ミルで粉砕して得た下の物性を有するアルミナ粉末を使用した。当該研磨砥粒について、上記方法(1)[評価方法2]により、1つ以上のネック部を有する連結状粒子の個数割合[2]の評価を行い、上記方法(2)〜(5)により、表面指数、質量平均粒子径、アルカリ耐性度およびBET比表面積を評価した。評価結果を以下に示す。また、図5に、アルミナ粒子が集合した状態の実施例3の研磨砥粒のSEM像を示す。
粒子形状:個数割合[2] 42%、個数割合[3] 54%
平均粒子径: 0.38μm
アルカリ耐性度:0.75
BET比表面積:6.8m2/g
[(d100−d5)/平均粒子径]= 34.0
(Example 3)
(1) As the abrasive grains of Example 3, dry powdered aluminum hydroxide obtained by the same method as in Example 1 is held at 1200 ° C. for 3 hours in a gas furnace that is calcined by burning propane gas or the like. Alumina powder having the following physical properties obtained by firing and pulverizing with a vibration mill was used. For the abrasive grains, the number ratio [2] of the connected particles having one or more neck portions is evaluated by the above method (1) [evaluation method 2], and the above methods (2) to (5) are used. , Surface index, mass average particle size, alkali resistance and BET specific surface area were evaluated. The evaluation results are shown below. Further, FIG. 5 shows an SEM image of the abrasive grains of Example 3 in a state where the alumina particles are aggregated.
Particle shape: Number ratio [2] 42%, Number ratio [3] 54%
Average particle size: 0.38 μm
Alkali resistance: 0.75
BET specific surface area: 6.8 m 2 / g
[(D100-d5) / average particle size] = 34.0

(2)研磨スラリーの調製
実施例1の研磨砥粒に代えて、実施例3の研磨砥粒を使用した以外は、実施例1と同様にして実施例3の研磨スラリーを得た。
(2) Preparation of Polishing Slurry A polishing slurry of Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polishing abrasive grains of Example 3 were used instead of the polishing abrasive grains of Example 1.

(3)研磨試験
実施例2の研磨スラリーに代えて、実施例3の研磨スラリーを使用した以外は、実施例2と同様にして研磨試験を行った。実施例3では、平均研磨速度は4.7μm/hourと高かった。また、研磨後の試料表面には研磨前に観察された傷が確認されなかった。上記方法(6)で表面粗さを評価した結果、表面粗さは0.9nmであった。
(3) Polishing test The polishing test was carried out in the same manner as in Example 2 except that the polishing slurry of Example 3 was used instead of the polishing slurry of Example 2. In Example 3, the average polishing rate was as high as 4.7 μm / hour. In addition, no scratches observed before polishing were confirmed on the surface of the sample after polishing. As a result of evaluating the surface roughness by the above method (6), the surface roughness was 0.9 nm.

(実施例4)
(1)実施例4の研磨砥粒として、バイヤー法で作製した水酸化アルミニウムを原料に用い、ボールミルで粉砕して得た下の物性を有するアルミナ粉末を使用した。当該研磨砥粒について、上記方法(1)[評価方法2]により、1つ以上のネック部を有する連結状粒子の個数割合[2]の評価を行い、上記方法(2)〜(5)により、表面指数、質量平均粒子径、アルカリ耐性度およびBET比表面積を評価した。評価結果を以下に示す。また、図6に、アルミナ粒子が集合した状態の実施例4の研磨砥粒のSEM像を示す。
粒子形状:個数割合[2] 46%、個数割合[3] 63%
平均粒子径:0.91μm
アルカリ耐性度:0.82
BET比表面積:4.1m2/g
[(d100−d5)/平均粒子径]= 4.7
(Example 4)
(1) As the polishing abrasive grains of Example 4, aluminum hydroxide produced by the Bayer process was used as a raw material, and alumina powder having the following physical properties obtained by pulverizing with a ball mill was used. For the abrasive grains, the number ratio [2] of the connected particles having one or more neck portions is evaluated by the above method (1) [evaluation method 2], and the above methods (2) to (5) are used. , Surface index, mass average particle size, alkali resistance and BET specific surface area were evaluated. The evaluation results are shown below. Further, FIG. 6 shows an SEM image of the abrasive grains of Example 4 in a state where the alumina particles are aggregated.
Particle shape: Number ratio [2] 46%, Number ratio [3] 63%
Average particle size: 0.91 μm
Alkali resistance: 0.82
BET specific surface area: 4.1 m 2 / g
[(D100-d5) / average particle size] = 4.7

(2)研磨スラリーの調製
実施例1の研磨砥粒に代えて、実施例4の研磨砥粒を使用した以外は、実施例1と同様にして実施例4の研磨スラリーを得た。
(2) Preparation of Polishing Slurry A polishing slurry of Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polishing abrasive grains of Example 4 were used instead of the polishing abrasive grains of Example 1.

(3)研磨試験
実施例2の研磨スラリーに代えて、実施例4の研磨スラリーを使用した以外は、実施例2と同様にして研磨試験を行った。実施例4では、平均研磨速度は5.3μm/hourと高かった。また、研磨後の試料表面には研磨前に観察された傷が確認されなかった。表面粗さは1.6nmであった。
(3) Polishing test The polishing test was carried out in the same manner as in Example 2 except that the polishing slurry of Example 4 was used instead of the polishing slurry of Example 2. In Example 4, the average polishing rate was as high as 5.3 μm / hour. In addition, no scratches observed before polishing were confirmed on the surface of the sample after polishing. The surface roughness was 1.6 nm.

(実施例5)
(1)実施例5の研磨砥粒として、バイヤー法で作製した水酸化アルミニウムを原料に用い、ジェットミルで粉砕して得た下の物性を有するアルミナ粉末を使用した。当該研磨砥粒について、上記方法(1)[評価方法2]により、1つ以上のネック部を有する連結状粒子の個数割合[2]の評価を行い、上記方法(2)〜(5)により、表面指数、質量平均粒子径、アルカリ耐性度およびBET比表面積を評価した。評価結果を以下に示す。また、図7に、アルミナ粒子が集合した状態の実施例5の研磨砥粒のSEM像を示す。
粒子形状:個数割合[2] 51%、個数割合[3] 69%
平均粒子径:0.96μm
アルカリ耐性度:0.78
BET比表面積:4.2m2/g
[(d100−d5)/平均粒子径]=4.6
(Example 5)
(1) As the abrasive grains of Example 5, aluminum hydroxide produced by the Bayer process was used as a raw material, and alumina powder having the following physical properties obtained by pulverizing with a jet mill was used. For the abrasive grains, the number ratio [2] of the connected particles having one or more neck portions is evaluated by the above method (1) [evaluation method 2], and the above methods (2) to (5) are used. , Surface index, mass average particle size, alkali resistance and BET specific surface area were evaluated. The evaluation results are shown below. Further, FIG. 7 shows an SEM image of the abrasive grains of Example 5 in a state where the alumina particles are aggregated.
Particle shape: Number ratio [2] 51%, Number ratio [3] 69%
Average particle size: 0.96 μm
Alkali resistance: 0.78
BET specific surface area: 4.2 m 2 / g
[(D100-d5) / average particle size] = 4.6

(2)研磨スラリーの調製
実施例1の研磨砥粒に代えて、実施例5の研磨砥粒を使用した以外は、実施例1と同様にして実施例5の研磨スラリーを得た。
(2) Preparation of Polishing Slurry A polishing slurry of Example 5 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polishing abrasive grains of Example 5 were used instead of the polishing abrasive grains of Example 1.

(3)研磨試験
実施例2の研磨スラリーに代えて、実施例5の研磨スラリーを使用した以外は、実施例2と同様にして研磨試験を行った。実施例5では、平均研磨速度は5.2μm/hourと高かった。また、研磨後の試料表面には研磨前に観察された傷が確認されなかった。上記方法(6)で表面粗さを評価した結果、表面粗さは1.0nmであった。
(3) Polishing test A polishing test was carried out in the same manner as in Example 2 except that the polishing slurry of Example 5 was used instead of the polishing slurry of Example 2. In Example 5, the average polishing rate was as high as 5.2 μm / hour. In addition, no scratches observed before polishing were confirmed on the surface of the sample after polishing. As a result of evaluating the surface roughness by the above method (6), the surface roughness was 1.0 nm.

(比較例1)
(1)比較例1の研磨砥粒として、以下の物性を有するαアルミナ粉末を使用した。当該研磨砥粒について、上記方法(1)[評価方法1]および[評価方法2]により、1つ以上のネック部を有する連結状粒子の個数割合[1]および個数割合[2]の評価を行い、上記方法(2)〜(5)により、表面指数、質量平均粒子径、アルカリ耐性度およびBET比表面積を評価した。評価結果を以下に示す。また、図8に、アルミナ粒子が集合した状態の比較例1の研磨砥粒(αアルミナ粉末)のSEM像を示す。
粒子形状:個数割合[1] 0%、個数割合[2] 0%、個数割合[3] 0%
平均粒子径:0.65μm(10μm以上の粗大粒子3ppm以下)
アルカリ耐性度:0.62
BET比表面積:4.1m/g
[(d100−d5)/平均粒子径]=6.3
(Comparative Example 1)
(1) As the abrasive grains of Comparative Example 1, α-alumina powder having the following physical properties was used. For the abrasive grains, the number ratio [1] and the number ratio [2] of the connected particles having one or more neck portions are evaluated by the above method (1) [evaluation method 1] and [evaluation method 2]. Then, the surface index, mass average particle size, alkali resistance and BET specific surface area were evaluated by the above methods (2) to (5). The evaluation results are shown below. Further, FIG. 8 shows an SEM image of the abrasive grains (α-alumina powder) of Comparative Example 1 in a state where the alumina particles are aggregated.
Particle shape: Number ratio [1] 0%, Number ratio [2] 0%, Number ratio [3] 0%
Average particle size: 0.65 μm (coarse particles of 10 μm or more and 3 ppm or less)
Alkali resistance: 0.62
BET specific surface area: 4.1 m 2 / g
[(D100-d5) / average particle size] = 6.3

(2)研磨スラリーの調製
実施例1の研磨砥粒に代えて、比較例1の研磨砥粒を使用した以外は、実施例1と同様にして比較例1の研磨スラリーを得た。
(2) Preparation of Polishing Slurry A polishing slurry of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polishing abrasive grains of Comparative Example 1 were used instead of the polishing abrasive grains of Example 1.

(3)研磨試験
実施例1の研磨スラリーに代えて、比較例1の研磨スラリーを使用した以外は、実施例1と同様にして研磨試験を行った。比較例1では、平均研磨速度は3.1μm/hourと低かった。
(3) Polishing test A polishing test was carried out in the same manner as in Example 1 except that the polishing slurry of Comparative Example 1 was used instead of the polishing slurry of Example 1. In Comparative Example 1, the average polishing rate was as low as 3.1 μm / hour.

本発明の研磨砥粒を含有する研磨スラリーを使用することにより、研磨が困難なサファイア等の硬脆材であっても、研磨速度の高速化することができ、表面平滑性に優れた硬脆材を得るための研磨時間の短縮が可能になる。そのため、工業的な利用価値が大きい。 By using the polishing slurry containing the polishing abrasive grains of the present invention, the polishing speed can be increased even for a hard and brittle material such as sapphire, which is difficult to polish, and the hard and brittle material has excellent surface smoothness. It is possible to shorten the polishing time for obtaining the material. Therefore, it has great industrial utility value.

Claims (10)

硬脆材を研磨するために使用される研磨砥粒であって、1つ以上のネック部を有する連結状粒子を含有し、質量平均粒子径が0.2〜2.0μmであり、BET比表面積が、4.1〜6.8m /gであるアルミナ粉末である研磨砥粒。 Abrasive abrasive grains used for polishing hard and brittle materials, which contain connected particles having one or more neck portions, have a mass average particle diameter of 0.2 to 2.0 μm, and have a BET ratio. Abrasive particles that are alumina powder having a surface area of 4.1 to 6.8 m 2 / g . 前記アルミナが、αアルミナである請求項1に記載の研磨砥粒。 The polishing abrasive grain according to claim 1, wherein the alumina is α-alumina. 前記αアルミナのアルカリ耐性度が、0.7以上である請求項2に記載の研磨砥粒。 The abrasive grain according to claim 2, wherein the α-alumina has an alkali resistance of 0.7 or more. 質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有するアルミナ粉末において、前記連結状粒子の個数割合が、20%以上である請求項1から3のいずれかに記載の研磨砥粒。 The polishing abrasive grain according to any one of claims 1 to 3, wherein the number ratio of the connected particles is 20% or more in the alumina powder having a particle size of 0.5 to 2 times the mass average particle size. 質量平均粒子径の0.5〜2倍の粒子径を有するアルミナ粉末において、表面指数1.4以上の粒子の個数割合が、25%以上である請求項1から4のいずれかに記載の研磨砥粒。 The polishing according to any one of claims 1 to 4, wherein the number ratio of particles having a surface index of 1.4 or more is 25% or more in an alumina powder having a particle size of 0.5 to 2 times the mass average particle size. Abrasive particles. 請求項1から5のいずれかに記載の研磨砥粒と水または水を主体とする溶媒とを含有し、pHが12以上である研磨スラリー。 A polishing slurry containing the polishing abrasive grains according to any one of claims 1 to 5 and water or a solvent mainly composed of water and having a pH of 12 or more. 請求項6に記載の研磨スラリーを使用して、硬脆材の表面を化学機械研磨する工程を有する硬脆材の研磨方法。 A method for polishing a hard and brittle material, which comprises a step of chemically mechanically polishing the surface of the hard and brittle material using the polishing slurry according to claim 6. 請求項7に記載の研磨方法によって硬脆材を研磨する工程を含む硬脆材の製造方法。 A method for producing a hard and brittle material, which comprises a step of polishing the hard and brittle material by the polishing method according to claim 7. 研磨対象の硬脆材が、サファイアである請求項8に記載の硬脆材の製造方法。 The method for producing a hard and brittle material according to claim 8, wherein the hard and brittle material to be polished is sapphire. 前記サファイアが、単結晶サファイアである請求項9に記載の硬脆材の製造方法。 The method for producing a hard and brittle material according to claim 9, wherein the sapphire is a single crystal sapphire.
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