TWI808935B - 研磨材、研磨用組成物及研磨方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供能以充分的研磨速度研磨合金或金屬氧化物之表面,得到高品位的鏡面之研磨材、研磨用組成物及研磨方法。研磨材含有α化率為80%以上且體積基準之累積粒徑分布中的50%粒徑為0.15μm以上0.35μm以下之氧化鋁。研磨用組成物含有此研磨材,pH為7以下。此研磨材及研磨用組成物係使用於研磨含有合金及金屬氧化物之至少一者的研磨對象物。
Description
本發明關於研磨材、研磨用組成物及研磨方法。
自以往以來,進行合金或其陽極氧化皮膜或陶瓷之藉由表面的研磨所致的鏡面加工或平滑化。然而,於以往的研磨方法中,有無法有效率地得到更高品位的鏡面之情況。
例如,於合金之情況,由於主成分的元素與主成分係硬度不同元素混合存在,有在研磨後的合金之表面上發生突起、凹坑、刮痕等的各種缺陷之情況。因此,藉由研磨而高度地鏡面加工合金者係不容易(參照專利文獻1、2)。
又,於陽極氧化皮膜之情況,若採用使用膠態矽石作為磨粒的以往之研磨用組成物進行最終研磨,則有得不到充分的研磨速度之情況(參照專利文獻3)。
再者,為了研磨硬脆材料的金屬氧化物之表面而進行鏡面加工或平滑化,以往使用含有鑽石磨粒的研磨用組成物,但含有鑽石磨粒的研磨用組成物係高價,而且有容易
發生刮痕而難以得到高品位的鏡面之問題。又,於使用膠態矽石作為磨粒的以往之研磨用組成物中,雖然不發生刮痕,但有得不到充分的研磨速度之情況(參照專利文獻4、5)。
[專利文獻1]日本發明專利公開公報平成1年第246068號
[專利文獻2]日本發明專利公開公報平成11年第010492號
[專利文獻3]日本發明專利公開公報平成7年第52030號
[專利文獻4]日本發明專利公開公報平成7年第179848號
[專利文獻5]日本發明專利公開公報2008年第44078號
因此,本發明之課題在於解決如上述之習知技術所具有的問題點,提供能以充分的研磨速度來研磨合金或金屬氧化物之表面,能得到高品位的鏡面之研磨材、研磨用組成物及研磨方法。
為了解決前述課題,本發明之一態樣的研磨材係使用於研磨含有合金及金屬氧化物之至少一者的研磨對象物,以該研磨材含有α化率為80%以上且體積基準之累積粒徑分布中的50%粒徑為0.15μm以上0.35μm以下之氧化鋁者作為要旨。
又,本發明之另一態樣的研磨用組成物係以含有上述一態樣的研磨材,pH為7以下者作為要旨。
再者,本發明之其他態樣的研磨方法係以使用上述另一態樣的研磨用組成物,研磨含有合金及金屬氧化物之至少一者的研磨對象物者作為要旨。
依照本發明,能以充分的研磨速度來研磨合金或金屬氧化物之表面,得到高品位的鏡面。
詳細說明本發明之一實施形態。還有,以下之實施形態係顯示本發明之一例,本發明不受本實施形態所限定。又,於以下的實施形態中,可加以各種的變更或改良,如此加有變更或改良之形態亦可包含於本發明中。
本實施形態之研磨材係使用於研磨含有合金及金屬氧化物之至少一者的研磨對象物,該研磨材含有α
化率為80%以上且體積基準之累積粒徑分布中的50%粒徑為0.15μm以上0.35μm以下之氧化鋁。又,本實施形態之研磨用組成物含有本實施形態之研磨材,pH為7以下。
如此的本實施形態之研磨材及研磨用組成物係可使用於研磨含有合金及金屬氧化物之至少一者的研磨對象物。而且,若使用本實施形態之研磨材、研磨用組成物來研磨研磨對象物,則可以充分的研磨速度來研磨合金或金屬氧化物之表面,得到高品位的鏡面。詳細陳述,若使用本實施形態之研磨材、研磨用組成物來研磨研磨對象物,則可以充分的研磨速度來研磨含有合金及金屬氧化物之至少一者的研磨對象物之表面,同時可提高研磨對象物之表面的平滑性,得到高光澤且刮痕等的缺陷少之高品位的鏡面。
以下,詳細說明本實施形態之研磨材及研磨用組成物。還有,以下說明的各種操作或物性之測定,只要沒有特別預先指明,則係在室溫(20℃以上25℃以下)、相對濕度40%以上50%以下之條件下進行者。
1.關於研磨對象物
1-1關於合金
本實施形態之研磨材及研磨用組成物係可使用研磨含有合金的研磨對象物之用途。合金含有成為主成分的金屬物種與和主成分之金屬物種不同的金屬物種。金屬物種之數係沒有特別的限定,可為2種,也可為3種以上。又,
製造合金之方法係沒有特別的限定,例如可使用鑄造、鍛造或壓延。
於合金所含有的金屬物種之中,主成分的金屬物種較佳為選自由鋁、鈦、鎂、鐵、鎳、銅所成之群組的任1種。更佳的合金係主成分的金屬物種為鋁、鈦、鎂或鐵,尤佳的合金係主成分的金屬物種為鋁或鐵。合金係根據主成分的金屬物種而給予名稱。因此,作為合金,例如可舉出鋁合金、鈦合金、鎂合金、鐵合金(例如不銹鋼)、鎳合金、銅合金等。
鋁合金係以鋁作為主成分,更含有作為與主成分的金屬物種不同的金屬物種,例如由矽、鐵、銅、錳、鎂、鋅及鉻所選出的至少1種。鋁合金中的鋁以外之金屬物種的含量例如為0.1質量%以上,更具體而言為0.1質量%以上10質量%以下。作為鋁合金之例,可舉出日本工業規格(JIS)H4000:2006、H4040:2006及H4100:2006中記載之合金編號2000號段、3000號段、4000號段、5000號段、6000號段、7000號段、8000號段者。
鈦合金係以鈦作為主成分,更含有作為與主成分的金屬物種不同的金屬物種,例如由鋁、鐵及釩所選出的至少1種。鈦合金中的鈦以外之金屬物種的含量例如為3.5質量%以上30質量%以下。作為鈦合金之例,於日本工業規格(JIS)H4600:2012記載之種類中,可舉出11~23種、50種、60種、61種及80種者。
鎂合金係以鎂作為主成分,更含有作為與主
成分的金屬物種不同的金屬物種,例如由鋁、鋅、錳、鋯及稀土類元素所選出的至少1種。鎂合金中的鎂以外之金屬物種的含量例如為0.3質量%以上10質量%以下。作為鎂合金之例,可舉出日本工業規格(JIS)H4201:2011、H4203:2011及H4204:2011中記載之AZ10、31、61、63、80、81、91、92等。
鐵合金(例如不銹鋼)係以鐵作為主成分,更含有作為與主成分的金屬物種不同的金屬物種,例如由鉻、鎳、鉬及錳所選出的至少1種。鐵合金中的鐵以外之金屬物種的含量例如為10質量%以上50質量%以下。作為不銹鋼之例,於日本工業規格(JIS)G4303:2005記載的種類之記號中,可舉出SUS201、303、303Se、304、304L、304NI、305、305JI、309S、310S、316、316L、321、347、384、XM7、303F、303C、430、430F、434、410、416、420J1、420J2、420F、420C、631J1等。
鎳合金係以鎳作為主成分,更含有作為與主成分的金屬物種不同的金屬物種,例如由鐵、鉻、鉬及鈷所選出的至少1種。鎳合金中的鎳以外之金屬物種的含量例如為20質量%以上75質量%以下。作為鎳合金之例,於日本工業規格(JIS)H4551:2000記載的合金編號中,可舉出NCF600、601、625、750、800、800H、825、NW0276、4400、6002、6022等。
銅合金係以銅作為主成分,更含有作為與主成分的金屬物種不同的金屬物種,例如由鐵、鉛、鋅及錫
所選出的至少1種。銅合金中的銅以外之金屬物種的含量例如為3質量%以上50質量%以下。作為銅合金之例,於日本工業規格(JIS)H3100:2006記載的合金編號中,可舉出C2100、2200、2300、2400、2600、2680、2720、2801、3560、3561、3710、3713、4250、4430、4621、4640、6140、6161、6280、6301、7060、7150、1401、2051、6711、6712等。
1-2關於金屬氧化物
本實施形態之研磨材及研磨用組成物係可用於研磨含有金屬氧化物的研磨對象物之用途。金屬氧化物係金屬或半金屬的氧化物或此等的複合氧化物,例如可舉出由週期表之第3、4、13族的元素所選出的1種以上之金屬或半金屬的氧化物或此等的複合氧化物。具體而言,可舉出氧化矽(silica)、氧化鋁(alumina)、氧化鈦(titania)、氧化鋯(zirconia)、氧化鎵、氧化釔(yttria)、氧化鍺以及此等的複合氧化物。於此等金屬氧化物之中,特佳為氧化矽、氧化鋁(剛玉等)、氧化鋯、氧化釔。
還有,研磨對象物所含有的金屬氧化物亦可為複數的金屬或半金屬的氧化物之混合物,也可為複數的複合氧化物之混合物,亦可為金屬或半金屬的氧化物與複合氧化物之混合物。又,研磨對象物所含有的金屬氧化物亦可為金屬或半金屬的氧化物或複合氧化物與其以外的種類之材料(例如金屬、碳、陶瓷)之複合材料。
再者,研磨對象物所含有的金屬氧化物亦可為單結晶、多結晶、燒結體(陶瓷)等之形態。當金屬氧化物為如此的形態時,研磨對象物可其全體由金屬氧化物所構成。或者,研磨對象物所含有的金屬氧化物亦可為藉由陽極氧化皮膜處理純金屬或合金而形成的陽極氧化皮膜之形態。即,研磨對象物所含有的金屬氧化物亦可如純金屬或合金的陽極氧化皮膜,在金屬之表面上所形成的其金屬本身氧化之氧化物。
當金屬氧化物為如此的形態時,研磨對象物可為其一部分由金屬氧化物所構成,其他部分由其他的材質所構成者。當金屬氧化物為陽極氧化皮膜時,研磨對象物係包含其表面的一部分由金屬氧化物所構成,其他部分由純金屬或合金所構成者。
作為陽極氧化皮膜之例,可舉出以氧化鋁、氧化鈦、氧化鎂或氧化鋯所構成的皮膜。
又,於與金屬氧化物不同種類的材質(例如金屬、碳、陶瓷)之基材之表面上,藉由熔射(例如電漿熔射、火焰熔射)、鍍敷、化學蒸鍍(CVD)、物理蒸鍍(PVD)等之皮膜處理而形成皮膜,亦可構成研磨對象物。
作為以熔射所形成的皮膜之例,可舉出以氧化鋁、氧化鋯或氧化釔所構成的金屬氧化物皮膜。
作為以鍍敷所形成的皮膜之例,可舉出以鋅、鎳、鉻、錫、銅或其合金所構成的金屬皮膜。
作為以化學蒸鍍所形成的皮膜之例,可舉出以氧化
矽、氧化鋁或氮化矽所構成的陶瓷皮膜。
作為以物理蒸鍍所形成的皮膜之例,可舉出以銅、鉻、鈦、銅合金、鎳合金或鐵合金所構成的金屬皮膜。
2.關於研磨材
本實施形態之研磨材含有氧化鋁。於氧化鋁中,有α-氧化鋁、β-氧化鋁、γ-氧化鋁、θ-氧化鋁等之結晶形態不同者,而且稱為水合氧化鋁的鋁化合物亦存在。從研磨速度之觀點來看,較佳為將以α-氧化鋁為主成分的粒子當作研磨材(磨粒),使用含有此研磨材的研磨用組成物來進行研磨對象物之研磨。
氧化鋁的α化率係可為70%以上,較佳為80%以上,更佳為90%以上。氧化鋁的α化率係可自X射線繞射測定的(113)面繞射線之積分強度比來求得。
又,氧化鋁的BET比表面積亦可設為5m2/g以上50m2/g以下,較佳設為15m2/g以上25m2/g以下。若氧化鋁的BET比表面積過小,則有無法去除起伏而得不到平滑面之虞,若過大則有得不到充分的研磨速度之虞。氧化鋁的BET比表面積係可使用MICROMERITICS公司製的「Flow Sorb II 2300」測定。測定比表面積時,作為吸附於氧化鋁的氣體,可舉出氮、氬、氪等。
再者,作為氧化鋁之平均2次粒徑的體積基準之累積粒徑分布中的50%粒徑(以下亦記載為「D50」),為0.15μm以上0.35μm以下,較佳為0.16μm以上0.31μm
以下,更佳為0.25μm以上0.29μm以下,尤佳為0.26μm以上0.27μm以下。
又,氧化鋁的體積基準之累積粒徑分布中的10%粒徑(以下亦記載為「D10」)為未達50%粒徑且0.10μm以上0.25μm以下,較佳為未達50%粒徑且0.13μm以上0.23μm以下,更佳為未達50%粒徑且0.18μm以上0.20μm以下,尤佳為未達50%粒徑且0.19μm以上0.20μm以下。
再者,氧化鋁的體積基準之累積粒徑分布中的90%粒徑(以下亦記載為「D90」)為超過50%粒徑且0.18μm以上0.45μm以下,較佳為超過50%粒徑且0.20μm以上0.42μm以下,更佳為超過50%粒徑且0.35μm以上0.39μm以下,尤佳為超過50%粒徑且0.36μm以上0.37μm以下。
若氧化鋁的上述粒徑過小則有得不到充分的研磨速度之虞,若過大則有無法去除起伏而得不到平滑面之虞。
又,D90相對於D50之比率(D90/D50)係可為1.1以上2.5以下,較佳為1.1以上1.7以下,更佳為1.2以上1.5以下。
再者,D90相對於D10之比率(D90/D10)係可為1.2以上6.5以下,較佳為1.3以上2.5以下,更佳為1.7以上2.1以下。
再者,D50相對於D10之比率(D50/D10)係可為1.1以上2.0以下,較佳為1.1以上1.8以下,更佳為1.2以
上1.6以下。
若此等之比率過小則有氧化鋁的製造成本變高之情況,若過大則有在研磨對象物之表面上發生刮痕之虞。
還有,所謂的D10、D50、D90,就是於體積基準之累積粒徑分布中,自小粒徑側起的累積度數各自成為10%、50%、90%之粒徑。此等D10、D50、D90係可使用雷射繞射/散射式粒徑分布測定裝置(例如股份有限公司堀場製作所製之「LA-950」)測定。
再者,本實施形態的研磨用組成物中之研磨材的含量係可為0.5質量%以上40質量%以下,較佳為1質量%以上20質量%以下。若研磨材的含量過少則有得不到充分的研磨速度之虞,若過多則有研磨用組成物變高成本之虞。
3.關於研磨用組成物
本實施形態之研磨用組成物含有上述本實施形態之研磨材,其pH為7以下。本實施形態之研磨用組成物係除了研磨材,還可依所欲含有液狀介質或添加劑。
3-1關於液狀介質
本實施形態之研磨用組成物亦可成為漿料狀,其含有使研磨材分散,分散或溶解的其他成分的分散介質或作為溶劑的液狀介質。作為液狀介質,較佳為水,從將阻礙其
他成分的作用予以抑制之觀點來看,較佳為儘可能不含雜質的水。具體而言,較佳為以離子交換樹脂去除雜質離子後,通過過濾器去除異物後之純水或超純水、或蒸餾水。
3-2關於pH及pH調整劑
本實施形態之研磨用組成物的pH為7.0以下,較佳為4.0以下。又,本實施形態之研磨用組成物的pH較佳為2.0以上。當pH在上述範圍內時,研磨速度優異。又,pH在上述範圍內的研磨用組成物由於安全性高,可安全地操作。
本實施形態之研磨用組成物的pH之調整係可藉由作為添加劑的pH調整劑而進行。pH調整劑係調整研磨用組成物的pH,藉此可控制研磨對象物的研磨速度或研磨材的分散性等。pH調整劑係可單獨使用1種,也可混合2種以上使用。
作為pH調整劑,可使用眾所周知的酸、鹼或彼等之鹽。可作為pH調整劑使用的酸之具體例,可舉出鹽酸、硫酸、硝酸、氫氟酸、硼酸、碳酸、次磷酸、亞磷酸及磷酸等之無機酸,或甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、2-甲基丁酸、正己酸、3,3-二甲基丁酸、2-乙基丁酸、4-甲基戊酸、正庚酸、2-甲基己酸、正辛酸、2-乙基己酸、苯甲酸、乙醇酸、水楊酸、甘油酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、馬來酸、苯二甲酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、乳酸、二乙醇酸、2-呋喃
羧酸、2,5-呋喃二羧酸、3-呋喃羧酸、2-四氫呋喃羧酸、甲氧基乙酸、甲氧基苯基乙酸及苯氧基乙酸等之有機酸。
使用無機酸作為pH調整劑時,從研磨速度提高之觀點來看,較佳為硫酸、硝酸、鹽酸、磷酸等,使用有機酸作為pH調整劑時,較佳為乙醇酸、琥珀酸、馬來酸、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、葡萄糖酸及伊康酸等。
可作為pH調整劑使用的鹼,可舉出脂肪族胺、芳香族胺等之胺、氫氧化四級銨等之有機鹼、氫氧化鉀等之鹼金屬的氫氧化物、鹼土類金屬的氫氧化物及氨等。於此等之鹼中,從取得容易性來看,較佳為氫氧化鉀、氨。
又,代替前述之酸,或與前述之酸組合,亦可使用前述酸之銨鹽或鹼金屬鹽等之鹽作為pH調整劑。特別地,使用弱酸與強鹼之鹽、強酸與弱鹼之鹽、或弱酸與弱鹼之鹽時,可期待pH的緩衝作用,再者使用強酸與強鹼之鹽時,藉由少量的添加,不僅pH而且電導度之調整為可能。
pH調整劑的添加量係沒有特別的限定,只要是可將研磨用組成物適宜地調整至所欲的pH即可。
3-3關於其他的添加劑
本實施形態之研磨用組成物,為了提高其性能,視需要亦可進一步含有pH調整劑以外的添加劑。例如,研磨用組成物亦可含有錯化劑、蝕刻劑、氧化劑等具有進一步
提高研磨速度的作用之添加劑。又,研磨用組成物也可含有作用於研磨對象物之表面或研磨材之表面的水溶性聚合物(亦可為共聚物或其鹽、衍生物)。再者,研磨用組成物亦可含有如使研磨材的分散性升高之分散劑或使研磨材的凝集體之再分散成為容易的分散助劑之添加劑。還有,研磨用組成物亦可含有如防腐劑、防黴劑、防銹劑之眾所周知的添加劑。
此等的各種添加劑係可為在研磨用組成物中通常添加者,在許多的專利文獻等中眾所周知,添加劑之種類及添加量係沒有特別的限定。惟,添加此等添加劑時的添加量,相對於研磨用組成物全體而言,各自較佳為未達1質量%,各自更佳為未達0.5質量%。此等添加劑係可單獨使用1種,也可併用2種以上。
作為錯化劑之例,可舉出無機酸、有機酸、胺基酸、腈化合物及螯合劑等。作為無機酸之具體例,可舉出硫酸、硝酸、硼酸、碳酸等。作為有機酸之具體例,可舉出甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、2-甲基丁酸、正己酸、3,3-二甲基丁酸、2-乙基丁酸、4-甲基戊酸、正庚酸、2-甲基己酸、正辛酸、2-乙基己酸、苯甲酸、乙醇酸、水楊酸、甘油酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、馬來酸、苯二甲酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、乳酸等。亦可使用甲磺酸、乙磺酸及羥乙磺酸等之有機硫酸。代替無機酸或有機酸或與無機酸或有機酸組合,亦可使用無機酸或有機酸的鹼金屬鹽等之鹽。於此等
錯化劑之中,較佳為甘胺酸、丙胺酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、乙醇酸、羥乙磺酸或彼等之鹽。
作為螯合劑之例,可舉出葡萄糖酸等之羧酸系螯合劑,或乙二胺、二伸乙三胺、三甲基四胺等之胺系螯合劑,或乙二胺四乙酸、氮基三乙酸、羥乙基伸乙二胺三乙酸、三伸乙四胺六乙酸、二伸乙三胺五乙酸等之多胺基多羧酸系螯合劑。又,可舉出2-胺基乙基膦酸、1-羥基亞乙基-1,1-二膦酸、胺基三(亞甲基膦酸)、乙二胺四(亞甲基膦酸)、二伸乙三胺五(亞甲基膦酸)、乙烷-1,1-二膦酸、乙烷-1,1,2-三膦酸、甲烷羥基膦酸、1-膦醯基丁烷-2,3,4-三羧酸等之有機膦酸系螯合劑、或酚衍生物、或1,3-二酮等亦作為螯合劑之例。
作為蝕刻劑之例,可舉出硝酸、硫酸、鹽酸、磷酸、氫氟酸等之無機酸、或乙酸、檸檬酸、酒石酸、甲磺酸等之有機酸、或氫氧化鉀、氫氧化鈉、氨等之無機鹼、或胺、四級銨氫氧化物等之有機鹼等。
作為氧化劑之例,可舉出過氧化氫、過乙酸、過碳酸鹽、過氧化脲、過氯酸鹽、過硫酸鹽、硝酸、過錳酸鉀等。
作為水溶性聚合物(亦可為共聚物或其鹽、衍生物)之例,可舉出聚丙烯酸鹽等之聚羧酸、或聚磺酸、或聚苯乙烯磺酸等之聚磺酸、或黃原膠、海藻酸鈉等之多醣類、或羥乙基纖維素、羧甲基纖維素等之纖維素衍生物。又,可舉出聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯啶酮、
山梨糖醇酐單油酸酯、具有單一種或複數種的氧化烯單位之氧化烯系聚合物等亦作為水溶性聚合物之例。
作為防蝕劑之例,可舉出界面活性劑、醇類、高分子、樹脂、胺類、吡啶類、四苯基鏻鹽、苯并三唑類、三唑類、四唑類、苯甲酸等。
作為界面活性劑,可舉出非離子性界面活性劑、陰離子性界面活性劑、陽離子性界面活性劑、兩性界面活性劑。作為非離子性界面活性劑,可舉出醚型、醚酯型、酯型、含氮型,作為陰離子性界面活性劑,可舉出羧酸鹽、磺酸鹽、硫酸酯鹽、磷酸酯鹽。又,作為陽離子性界面活性劑,可舉出脂肪族胺鹽、脂肪族四級銨鹽、氯化苄烷銨鹽、氯化苄乙氧銨、吡啶鎓鹽、咪唑鎓鹽,作為兩性界面活性劑,可舉出羧基甜菜鹼型、胺基羧酸鹽、咪唑鎓甜菜鹼、卵磷脂、烷基胺氧化物。
4.關於研磨用組成物之製造方法
本實施形態的研磨用組成物之製造方法係沒有特別的限定,可藉由將氧化鋁與依所欲的各種添加劑在水等的液
狀溶劑中攪拌、混合而製造。例如,可藉由將氧化鋁與pH調整劑等之各種添加劑在水中攪拌、混合而製造。混合各成分時的溫度係沒有特別的限定,但較佳為10℃以上40℃以下,為了提高溶解速度,亦可加熱。又,混合時間亦沒有特別的限定。
本實施形態之研磨用組成物係可為一劑型,也可為二劑型以上的多劑型。又,若使用具有複數的研磨用組成物之供給路徑的研磨裝置來進行研磨對象物的研磨時,則亦可如以下地進行研磨。即,可預先調製複數的成為研磨用組成物的原料之原料組成物,通過供給路徑將彼等複數的原料組成物供給至研磨裝置內,於研磨裝置內混合彼等複數的原料組成物,以形成研磨用組成物的方式進行研磨。
本實施形態之研磨用組成物係可藉由以水稀釋研磨用組成物的原液而調製。當研磨用組成物為二劑型時,成為研磨用組成物的原料之二個原料組成物之混合與稀釋之順序為任意。例如,可以在以水稀釋一個原料組成物後,與另一個原料組成物混合,也可以同時進行兩個原料組成物之混合與以水之稀釋,或也可在混合兩個原料組成物後,以水稀釋。
5.關於研磨裝置及研磨方法
本實施形態之研磨用組成物例如可在以由金屬氧化物的結晶所成的研磨對象物之研磨中通常使用的研磨裝置及
研磨條件中使用。作為研磨裝置,可使用一般的單面研磨裝置或雙面研磨裝置。使用單面研磨裝置研磨時,藉由使用稱為載體的保持具來保持研磨對象物,一邊供給研磨用組成物,一邊將貼附有研磨墊的壓盤推壓至研磨對象物的單面,使壓盤旋轉而研磨研磨對象物的單面。使用雙面研磨裝置研磨時,藉由使用載體來保持研磨對象物,一邊供給研磨用組成物,一邊將貼附有研磨墊的壓盤推壓至研磨對象物的雙面,使研磨墊與研磨對象物在相反的方向中旋轉而研磨研磨對象物之雙面。使用任一研磨裝置時,皆藉由研磨墊及研磨用組成物與研磨對象物之間的摩擦之物理作用與研磨用組成物對研磨對象物造成的化學作用,而研磨研磨對象物。
於研磨條件之中,研磨荷重(研磨時負荷於研磨對象物之壓力)係沒有特別的限定,但一般而言研磨荷重愈大則研磨材與研磨對象物之間的摩擦力愈高。結果,機械加工特性升高,研磨速度上升。研磨荷重較佳為2kPa(20gf/cm2)以上98kPa(1000gf/cm2)以下,更佳為3kPa(30gf/cm2)以上78kPa(800gf/cm2)以下,尤佳為3kPa(30gf/cm2)以上59kPa(600gf/cm2)以下。研磨荷重在上述之範圍內時,可發揮充分高的研磨速度,而且可減少研磨對象物的破損或表面缺陷之發生。
又,於研磨條件之中,線速度(研磨時的研磨墊與研磨對象物之相對速度)一般受到研磨墊的旋轉速度、載體的旋轉速度、研磨對象物的大小、研磨對象物之
數等的影響。線速度大時由於研磨材接觸研磨對象物的頻率變高,作用於研磨對象物與研磨材之間的摩擦力變大,對於研磨對象物的機械研磨作用變大。另外,因摩擦所發生的熱會提高研磨用組成物的化學研磨作用。
線速度係沒有特別的限定,但較佳為10m/分鐘以上300m/分鐘以下,更佳為30m/分鐘以上250m/分鐘以下。線速度在上述之範圍內時,可達成充分高的研磨速度,而且對於研磨對象物可給適度的摩擦力。另一方面,於研磨墊與研磨對象物之間直接發生的摩擦,由於無助於研磨,較佳為盡量小。
再者,於研磨條件之中,研磨用組成物的供給速度雖然依賴於研磨對象物的種類、或研磨裝置的種類、或其他的研磨條件,但較佳為研磨用組成物能均勻供給至研磨對象物及研磨墊的全體之充分供給速度。
研磨墊之種類係沒有特別的限定,可使用材質、厚度、硬度等之物性為各種不同者。例如,可使用聚胺甲酸酯類型、不織布類型、麂皮類型等各種材質的研磨墊。又,亦可使用含有磨粒的研磨墊、不含磨粒的研磨墊之任一研磨墊。
再者,本實施形態之研磨用組成物係可在使用於研磨對象物的研磨後回收,再使用於研磨對象物的研磨。作為再使用研磨用組成物的方法之一例,可舉出在桶槽中回收自研磨裝置所排出的使用過之研磨用組成物,從桶槽內再度循環到研磨裝置內而使用於研磨之方法。若循
環使用研磨用組成物,則可減少作為廢液所排出的研磨用組成物之量,故可減低環境負荷。另外,由於可減少所使用的研磨用組成物之量,故可抑制研磨對象物之研磨所需要的製造成本。
於再使用本實施形態之研磨用組成物之際,添加因使用於研磨而消耗、損失的研磨材、添加劑等之一部分或全部作為組成調整劑後,可再使用。亦可使用以任意的混合比率混合有研磨材、添加劑等者作為組成調整劑。也可將研磨材、添加劑等直接單獨地使用作為組成調整劑。藉由追加地添加組成調整劑,可調整至適合再使用研磨用組成物的組成,進行適宜的研磨。組成調整劑中所含有的研磨材、添加劑之濃度為任意,並沒有特別的限定,可按照桶槽的大小或研磨條件來適宜調整。
以下顯示實施例及比較例,更具體地說明本發明。
首先,混合氧化鋁粒子、pH調整劑(檸檬酸)、水溶性聚合物(聚丙烯酸鈉)及純水,製造13種的研磨用組成物。研磨用組成物中的各成分之含量係如表1中記載,剩餘部分為純水。作為氧化鋁粒子,使用性質形狀(α化率、D10、D50、D90、比表面積)不同的7種中之任一者。氧化鋁粒子的α化率、D10、D50、D90、比表面積係如表1中記載。又,各研磨用組成物的pH係如表1中記載。
還有,氧化鋁粒子的α化率係自使用股份有限公司RIGAKU製的X線繞射裝置Ultima IV所測定的(113)面繞射線之積分強度比來算出。又,氧化鋁粒子的D10、D50、D90係使用股份有限公司堀場製作所製之雷射繞射/散射式粒徑分布測定裝置LA-950測定。再者,氧化鋁粒子的BET比表面積係使用MICROMERITICS公司製的比表面積測定裝置Flow Sorb II 2300測定。
接著,使用13種的研磨用組成物,進行研磨對象物的研磨,測定研磨速度、被研磨面之表面粗糙度Rz及被研磨面之霧度。研磨對象物係使用7000號段鋁合金製基板(一邊32mm的正方形狀)、具有陽極氧化皮膜的鋁製基板(一邊60mm的正方形狀)、SUS304製基板(直徑25mm的圓形狀)、SUS316L製基板(一邊45mm的正方形狀)中之任一者。研磨用組成物與基板之種類的組合係如表1中所示。
研磨條件係如以下。
<7000號段鋁合金製的基板之研磨條件>
研磨裝置:單面研磨裝置(壓盤的直徑:380mm)
研磨墊:聚胺甲酸酯製研磨墊
研磨荷重:17.1kPa(175gf/cm2)
壓盤的旋轉速度:90min-1
研磨速度(線速度):71.5m/分鐘
研磨時間:15分鐘
研磨用組成物的供給速度:26mL/分鐘
<具有陽極氧化皮膜的鋁製基板之研磨條件>
研磨裝置:單面研磨裝置(壓盤的直徑:65mm)
研磨墊:聚胺甲酸酯製研磨墊
研磨荷重:3.7kPa(38gf/cm2)
壓盤的旋轉速度:1000min-1
研磨速度(線速度):108m/分鐘
研磨時間:5分鐘
研磨用組成物的供給速度:15mL/分鐘
<SUS304製基板的研磨條件>
研磨裝置:單面研磨裝置(壓盤的直徑:380mm)
研磨墊:不織布製研磨墊
研磨荷重:16.7kPa(170gf/cm2)
壓盤的旋轉速度:90min-1
研磨速度(線速度):71.5m/分鐘
研磨時間:5分鐘
研磨用組成物的供給速度:17mL/分鐘
<SUS316L製基板的研磨條件>
研磨裝置:單面研磨裝置(壓盤的直徑:380mm)
研磨墊:不織布製研磨墊
研磨荷重:27.9kPa(285gf/cm2)
壓盤的旋轉速度:72min-1
研磨速度(線速度):57.3m/分鐘
研磨時間:10分鐘
研磨用組成物的供給速度:35mL/分鐘
研磨速度、被研磨面之表面粗糙度Rz及被研磨面的霧度之測定方法係如以下。研磨速度係測定研磨前後的基板之質量,由其差來算出。
研磨對象物的被研磨面之表面粗糙度Rz係對於7000號段鋁合金製基板與SUS304製基板,以Zygo公司製之表面形狀測定機ZYGO New View 5032測定,對於具有陽極氧化皮膜的鋁製基板,以股份有限公司東京精密製的觸針式表面粗糙度形狀測定機SURFCOM 1500DX測定,對於SUS316L製基板,以股份有限公司KEYENCE製之表面形狀測定機VK-X200測定。
關於研磨對象物的被研磨面之霧度,於螢光燈照明下目視確認研磨後的基板,當發生白濁缺陷的部分未達基板表面的面積之10%時,評價為「無霧度」,當發生白濁缺陷的部分為基板表面的面積之10%以上時,評價為「有霧度」。
表1中顯示結果。還有,對於7000號段鋁合金製基板與SUS304製基板與SUS316L製基板,各自研磨3片的基板,研磨速度及表面粗糙度Rz係在表1中顯示3片基板的結果之平均值。對於具有陽極氧化皮膜的鋁製基板,研磨1片的基板,表1中顯示該基板的研磨速度及表
面粗糙度Rz。
如由表1中所示的結果可知,實施例1~4係以充分的研磨速度研磨基板之表面,同時表面粗糙度Rz及霧度亦良好。又,實施例5雖然為pH超過7.0之例,但以充分的研磨速度研磨基板之表面。相對於其,比較例1~8雖然研磨速度為充分,但是表面粗糙度Rz及霧度之一者或兩者為不良。
Claims (8)
- 一種研磨用組成物,其係使用於研磨含有合金及金屬氧化物之至少一者的研磨對象物,該研磨用組成物含有α化率為80%以上且體積基準之累積粒徑分布中的50%粒徑為0.15μm以上0.27μm以下之氧化鋁、液狀介質及水溶性聚合物,於前述氧化鋁的體積基準之累積粒徑分布中的90%粒徑相對於體積基準之累積粒徑分布中的10%粒徑之比率(D90/D10)係1.7以上2.1以下,且前述氧化鋁的BET比表面積為15m2/g以上25m2/g以下。
- 如請求項1之研磨用組成物,其中前述氧化鋁的體積基準之累積粒徑分布中的10%粒徑係未達前述50%粒徑且為0.10μm以上0.25μm以下。
- 如請求項1之研磨用組成物,其中前述氧化鋁的體積基準之累積粒徑分布中的90%粒徑係超過前述50%粒徑且為0.20μm以上0.45μm以下。
- 一種研磨用組成物,其含有如請求項1~3中任一項之研磨用組成物,且pH為7以下。
- 一種研磨方法,其使用如請求項4之研磨用組成物,研磨含有合金及金屬氧化物之至少一者的研磨對象物。
- 如請求項5之研磨方法,其中前述研磨對象物係包含其表面的一部分為由金屬氧化物所構成,其他部分由合金所構成。
- 如請求項5或6之研磨方法,其中前述合金含有 鋁、鈦、鐵及鎂之至少1種。
- 如請求項5或6之研磨方法,其中前述金屬氧化物含有氧化矽、氧化鋁及氧化鋯之至少1種。
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