WO2015118927A1 - 研磨用砥粒とその製造方法と研磨方法と研磨装置とスラリー - Google Patents

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WO2015118927A1
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polishing
abrasive
polished
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slurry
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俊一 藤本
山下　哲二
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アサヒ化成工業株式会社
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    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
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    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/24—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the composition or properties of the pad materials
    • B24B37/245—Pads with fixed abrasives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02024—Mirror polishing

Definitions

  • the present invention relates to a polishing abrasive used to polish the surface of a material to be polished such as sapphire, silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN), a method of manufacturing the same, a polishing method, a polishing apparatus and a polishing apparatus. It relates to a slurry.
  • a polishing process is performed to planarize the surface of a semiconductor substrate (Semiconductor substrate).
  • One conventionally employed method is a method of polishing a substrate of a material to be polished using an oily slurry containing diamond abrasive grains. The surface of the substrate of the material to be polished is mechanically scraped by the diamond abrasive. Diamond abrasives are harder than silicon carbide substrates. This method is a method in which the polishing rate is high and the target polishing amount can be reached in a short time. However, deep and large scratches may be generated on the surface of the substrate of the material to be polished. Therefore, it is difficult to obtain a high quality polished surface. Moreover, since the oily slurry is denatured by the heat of the polishing treatment, the diamond abrasive grains are aggregated. As a result, there is a problem that expensive diamond abrasive can not be reused.
  • Patent Document 1 a technique employing a polishing method that produces a mechanochemical effect has been introduced.
  • mechanochemical polishing the surface of the material to be polished is altered, and polishing is performed using abrasive grains softer than the material to be polished. Therefore, no large flaws are generated on the surface of the material to be polished.
  • Patent Document 2 Patent Document 3
  • Patent Document 4 Patent Document 4
  • the dry polishing method (dry polishing) disclosed in Patent Document 1 generates high frictional heat between an object material and an abrasive particle to cause mechanochemical polishing. ) To improve the removal rate (removal rate). However, since the abrasive grains and the polishing debris exposed to high temperatures adhere to the inside of the polishing apparatus, it takes time to clean the apparatus. Therefore, there is a problem that productivity is bad.
  • wet polishing shown in Patent Document 2 and Patent Document 3 improves the polishing rate by oxidizing the surface of the material to be polished by adding an oxidizing agent such as hydrogen peroxide to the polishing slurry.
  • an oxidizing agent such as hydrogen peroxide
  • the slurry containing the oxidizing agent deteriorates the working environment and increases the cost of waste solution treatment.
  • the oxidizing agent can corrode the polishing apparatus.
  • the wet polishing method disclosed in Patent Document 4 promotes mechanochemical polishing using a strongly alkaline slurry to improve the polishing rate.
  • strongly alkaline slurries such as pH 10 to 14 degrade the working environment and increase the cost of waste liquid treatment.
  • the present invention adopts a wet polishing method, utilizes a polishing method which produces a mechanochemical effect, and can realize a high quality and high polishing rate of a material to be polished. And a method of manufacturing the same.
  • Another object of the present invention is to provide a polishing method, a polishing apparatus and a slurry for polishing, in which a material to be polished is wet-polished using a slurry which has little influence on the environment.
  • a composite abrasive grain for polishing which is a particle in which a component having mechanical abrasivity and a component having chemical abrasivity are integrated, and the two components are joined by mechanical alloying treatment.
  • a particle for polishing the surface of a material to be polished comprising a plurality of kinds of inorganic compound components bonded by mechanical alloying treatment, each inorganic compound component having a material-specific property of an individual component 5.
  • ⁇ Configuration 7> The plurality of types of inorganic compound components are bonded in a state in which the material-specific properties of the individual components are retained, and each of the inorganic compound components is partially exposed on the outer surface of the particle. Polishing abrasive grains.
  • ⁇ Configuration 8> 6 The abrasive grain according to Configuration 6 or 7, wherein a chemically reactive abrasive that produces a mechanochemical effect on the material to be polished is included in any of a plurality of types of inorganic compound components.
  • ⁇ Configuration 9> 8 The abrasive grain according to configuration 8, wherein each of the plurality of types of inorganic compound components has the same Mohs hardness as the material to be polished or has a Mohs hardness lower than that of the material to be polished.
  • ⁇ Configuration 10> The chemical reactive abrasive that causes a mechanochemical effect to the material to be polished and the component that mechanically scrapes the surface on which the mechanochemical effect of the material to be polished is included in any of a plurality of inorganic compound components The abrasive grain according to Configuration 8.
  • ⁇ Structure 11> 10 The abrasive grain according to configuration 10, wherein the component that mechanically cuts the surface of the material to be polished is the same as the material to be polished or has a Mohs hardness lower than that of the material to be polished.
  • the chemically reactive abrasive that produces a mechanochemical effect on the material to be polished is a component that reacts with the frictional heat generated during the polishing process to oxidize the polishing surface of the material to be polished. grain.
  • Chemically reactive abrasives that produce a mechanochemical effect on the material to be polished include lithium, carbonates of alkaline earth metals, phosphates, fluorides, boron compounds, and silver chloride, silver bromide, silver iodide 10.
  • ⁇ Configuration 14> Abrasive grains for polishing in which raw materials of a plurality of kinds of inorganic compound components are mixed, subjected to mechanical alloying treatment in a dry state, and each inorganic compound component is integrally bonded to each other through an amorphous layer. Manufacturing method.
  • ⁇ Configuration 15> A polishing method for polishing a material to be polished using a slurry in which the abrasive grains for polishing according to any one of constitutions 1 to 12 are dispersed in pure water.
  • a polishing pad which is made of any of synthetic fibers, glass fibers, natural fibers, synthetic resins, and natural resins, and the abrasive grains for polishing described in any one of constitutions 1 to 12 are dispersed and fixed on the surface;
  • a holding device for resiliently pressing the material to be polished toward the surface of the polishing pad;
  • an injector for supplying pure water to the polishing surface,
  • maintenance apparatus is set to the level which generate
  • Silicon carbide having a pH of 4 or more and 11 or less at 25 ° C. which is a suspension formed by dispersing the abrasive grain according to any one of constitutions 1 to 12 in neutral water. Or a slurry for polishing gallium nitride.
  • ⁇ Configuration 20> The composite abrasive grain according to constitution 19, wherein the first abrasive is Al 2 O 3 , ZrSiO 4 or ZrO 2 and occupies 5 weight percent or more and 95 weight percent or less of the integrated particles.
  • the second abrasive is one or two or more materials selected from the group of Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 and SiO 2 , and 5% by weight of the integrated particles
  • composition 22 The composite abrasive grain according to configuration 19, wherein, when SiO 2 is selected as the second abrasive, an abrasive having a Mohs hardness greater than that of SiO 2 is selected as the first abrasive.
  • the tribothermal agent is selected from the group of CaCO 3 , SrCO 3 , MgCO 3 , BaCO 3 , LiCO 3 , Li 2 CO 3 , Ca 3 (PO 4 ) 2 , Li 3 PO 4 and AlK (SO 4 ) 2
  • the first abrasive is Al 2 O 3 , ZrSiO 4 or ZrO 2
  • the second abrasive is one or more materials selected from the group of Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 and SiO 2
  • the tribothermal agent is selected from the group of CaCO 3 , SrCO 3 , MgCO 3 , BaCO 3 , LiCO 3 , Li 2 CO 3 , Ca 3 (PO 4 ) 2 , Li 3 PO 4 and AlK (SO 4 ) 2
  • ⁇ Configuration 25> The first polishing agent, the second polishing agent, and the frictional thermal reaction agent according to Configuration 1 or 6 are combined by a mechanical alloy method and integrated into particles of an average particle diameter of 0.05 ⁇ m to 100 ⁇ m. Composite abrasive grains.
  • ⁇ Composition 26> A composite in which the first polishing agent, the second polishing agent, and the frictional thermal reaction agent according to constitution 19 or 24 are combined by a mechanical alloy method and integrated into particles of an average particle diameter of 0.05 ⁇ m to 100 ⁇ m. Method of manufacturing abrasive grains.
  • ⁇ Configuration 28> When a slurry is prepared by dispersing the above-mentioned composite abrasive grains in 100 ml of pure water at a concentration of 15% by weight, the composite abrasive according to constitution 19 or 24 such that the pH at 25 degrees Celsius is 5 or more and 9 or less. Polishing method for wet polishing sapphire, which selected the composition of particles.
  • ⁇ Configuration 29> A slurry for wet polishing sapphire, wherein the apparent specific volume (static method) of the composite abrasive according to aspect 19 or 24 is from 0.5 ml / g to 200 ml / g.
  • a polishing apparatus comprising: a composite abrasive particle dispersed on the upper surface of the pad by using and pressing; and a pressing device for generating friction between the material to be polished and the abrasive.
  • ⁇ Structure 31> The composite abrasive grains described in constitution 1 or 6 are dispersed and fixed on a pad made of any of synthetic fiber, glass fiber, natural fiber, synthetic resin, and natural resin, and pure water is placed on the pad.
  • Polishing apparatus comprising: a supply device; and a pressing device for elastically pressing the material to be polished against the pad to generate friction between the composite abrasive particles dispersed on the upper surface of the pad and the material to be polished .
  • ⁇ Configuration 32> Abrasive grains made of silicon carbide or gallium nitride as a material to be polished, which react with a component that exerts a chemical polishing action on the material to be polished and frictional heat generated when polishing the material to be polished.
  • the above-mentioned reaction accelerator promoting chemical polishing action is directly combined with each other by mechanical alloying treatment while being retained with the material-specific properties of the individual components, and integrated as a whole in the form of particles.
  • ⁇ Configuration 33> An abrasive comprising silicon carbide or gallium nitride as a material to be polished, wherein the component exerts a mechanical polishing action on the material to be polished, and the component exerts a chemical polishing action on the material to be polished Abrasive grains that are directly combined with each other by mechanical alloying and integrated into a particle as a whole while retaining the material-specific properties of each individual component.
  • ⁇ Configuration 34> An abrasive comprising silicon carbide or gallium nitride as a material to be polished, wherein the component exerts a mechanical polishing action on the material to be polished, and the component exerts a chemical polishing action on the material to be polished And a component containing a reaction accelerator that promotes the chemical polishing action in response to the frictional heat generated when polishing the material to be polished, while maintaining the inherent properties of the individual components.
  • Abrasive grains that are directly bonded to one another by alloying treatment and integrated into a particle as a whole.
  • An abrasive comprising silicon carbide or gallium nitride as a material to be polished,
  • the component which reacts by the frictional heat generated at the time of the polishing treatment to oxidize the polishing surface of the material to be polished and the component which promotes the oxidizing action of the polishing surface by the frictional heat generated at the time of polishing are materials specific to each component.
  • ⁇ Configuration 36> An abrasive comprising silicon carbide or gallium nitride as a material to be polished, The component which reacts by the frictional heat generated at the time of polishing processing and oxidizes the polishing surface of the material to be polished, the component which promotes the oxidation action of the polishing surface by the frictional heat generated at polishing, and the polishing surface of the oxidized material to be polished
  • a polishing abrasive in which components to be mechanically removed are directly combined with each other by mechanical alloying processing to be integrated as a whole in the form of particles while retaining the material-specific properties of the individual components.
  • ⁇ Structure 37> The component exhibiting the mechanical polishing action is SiC, Al 2 O 3 , ZrSiO 4 , ZrO 2 or a silicate compound other than these, and the new Mohs hardness is 9 or more and 13 or less, and the first The polishing abrasive according to any one of Configurations 33, 34, or 36, wherein the component of the composition comprises 5 to 95 wt.
  • ⁇ Configuration 38> The component which exerts the mechanical polishing action is talc, mica or a silicate compound other than these, which has a New Mohs hardness of less than 9, and the first component is the total weight of abrasive grains for polishing.
  • the abrasive grain as described in composition 33, 34 or 36 which occupies 5 weight percent or more and 95 weight percent or less.
  • ⁇ Configuration 39> An oxide of a transition metal element or a group 12 element (zinc group element) on the periodic table, wherein the component exhibiting the chemical polishing action is present between the third to eleventh groups on the periodic table except Zr.
  • ⁇ Configuration 40> The polishing abrasive grain according to any one of constitutions 32 to 34, wherein the component exerting the chemical polishing action is MnO 2 and occupies 5 weight percent or more and 95 weight percent or less with respect to the total weight of the polishing abrasive grain. .
  • the above reaction accelerator is poorly soluble in pure water and is an alkali metal salt or an alkaline earth metal salt, and the above reaction accelerator is 5% by weight based on the total weight of abrasive grains for polishing
  • ⁇ Configuration 42> The abrasive grain according to any one of the constitutions 32 or 33 to 36, wherein the reaction accelerator is CaCO 3 and occupies 5 weight percent or more and 95 weight percent or less with respect to the total weight of the abrasive grain.
  • ⁇ Structure 43> The polishing abrasive grain according to any one of the constitutions 32 to 42, which is used for wet polishing of silicon carbide or gallium nitride and is integrated in the form of particles having an average particle diameter of 0.05 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • ⁇ Configuration 44> The abrasive grain for polishing according to any one of the constitutions 32 to 42, wherein a part of any mixed component is exposed on the outer surface of the abrasive grain for polishing.
  • ⁇ Structure 45> A method for producing a polishing abrasive, comprising integrating two or more components that exert a polishing action on a silicon carbide or gallium nitride material by mechanical alloying treatment.
  • ⁇ Structure 46> A polishing method for dispersing silicon carbide or gallium nitride by dispersing the polishing abrasive according to any one of configurations 32 to 44 in pure water.
  • ⁇ Configuration 47> A polishing method using silicon carbide or gallium nitride as a material to be polished, wherein the pure water is locally supplied to the contact surface between the material to be polished and the abrasive grains described in any one of constitutions 32 to 44. Method.
  • a polishing pad made of any of synthetic fibers, glass fibers, natural fibers, synthetic resins, and natural resins, and having the abrasive grains for polishing described in any one of constitutions 32 to 36 dispersed and fixed on the surface;
  • a holding device for resiliently pressing the material to be polished toward the surface of the polishing pad;
  • an injector for supplying pure water to the polishing surface,
  • maintenance apparatus is a polishing apparatus set to the level which generate
  • Silicon carbide having a pH of 4 or more and 11 or less at 25 ° C. which is a suspension formed by dispersing the abrasive grain according to any one of constitutions 32 to 36 in neutral water. Or a slurry for polishing gallium nitride.
  • polishing abrasive of the present invention plural kinds of components are directly bonded to each other by mechanical alloying treatment and integrated in the form of particles. Since the bonding energy between the components is large, the polishing abrasive does not decompose during the polishing process. A mechanochemical effect is produced by the component that exerts a chemical polishing action on the material to be polished, and even a polishing abrasive having a Mohs hardness lower than that of the material to be polished can be polished at a high polishing rate.
  • the reaction accelerator reacts with heat generated by the friction between the outer surface of the polishing abrasive and the material to be polished, and promotes the chemical polishing action.
  • the polishing rate can be further improved. Since a plurality of types of components are bonded while retaining the material-specific properties of the individual components, each component acts in a chain to promote polishing. Since a plurality of types of components are directly bonded to each other and integrated in the form of particles as a whole, the abrasive grains exhibit their respective functions in a chain. High-speed polishing is possible by using a component that exhibits a mechanical polishing action that has a relatively high hardness. The use of one having a relatively low hardness of the component exerting the mechanical polishing action enables high quality polishing. The slurry obtained by dispersing the above-mentioned abrasive grains in pure water is substantially harmless.
  • polishing abrasives in which a plurality of types of components are integrated in the form of particles can sufficiently exert a chemical polishing action by effectively utilizing thermal energy even in wet polishing.
  • FIG. 9A is a polishing rate comparison diagram of GaN
  • FIG. 9B is a polishing rate comparison diagram of sapphire. It is data which show the relationship between the polishing rate when replacing the reaction promoter and the temperature after the polishing treatment. It is a comparison figure which shows the relationship between polishing pressure and a polishing rate. It is a comparison figure which shows the relationship between the polishing rate of various abrasive grains, and surface roughness. It is a comparison figure which shows the polishing rate of the abrasive grain of a comparative example, and the relationship of surface roughness. It is the comparison figure of the polishing rate graphed. It is the comparison figure of the surface roughness after grinding which was graphed.
  • FIG. 1 is an external view showing a schematic structure of a polishing abrasive according to the present invention.
  • the polishing abrasive 10 of the present invention is used to polish various materials such as sapphire, silicon carbide and gallium nitride.
  • the first component 12, the second component 13 and the reaction accelerator 14 each retain the material-specific properties of the individual components. As it is, they are directly coupled to each other by mechanical alloying processing.
  • the first component 12 is a component that exerts a mechanical polishing action on the material to be polished.
  • the second component 13 is a component that exerts a chemical polishing action on the material to be polished.
  • the reaction accelerator 14 is a component that promotes the above-mentioned chemical polishing action in response to the frictional heat generated when the material to be polished is polished.
  • the polishing abrasive 10 is obtained by integrating these components in the form of particles.
  • the chemical polishing action includes an action of causing a mechanochemical effect on the surface of the material to be polished to deteriorate it.
  • the chemical polishing action also includes an action of reacting with the frictional heat generated at the time of polishing treatment to oxidize the polishing surface of the material to be polished.
  • the direct bonding of the plurality of components above means that materials other than the plurality of components are not used in bonding. It means that it bonds without using bonding materials, such as an adhesive agent.
  • an amorphous layer 15 is formed at the boundary as shown in FIG. 1C.
  • the components are bonded together through the amorphous layer 15.
  • the inorganic compound components are bonded by the chemical activity of the amorphous layer 15 generated on the crystal surface by the mechanical alloying process. Due to this bonding force, each inorganic compound component is not easily separated either before or during polishing.
  • each inorganic compound component is exhibited in a chain at the portion of the abrasive grains for polishing which is in contact with the material to be polished.
  • the amorphous layer 15 formed on various places of the crystal surface of the second component and the third component also has the effect of enhancing the chemical polishing action of these.
  • To be integrated in the form of particles means that it is selected to have a size and shape suitable for use as abrasive grains.
  • the abrasive grains may be selected to have an average particle size of 10 ⁇ m or less.
  • those having a larger particle size can also be used. Therefore, the polishing abrasive of the present invention can meet various surface roughness requirements.
  • the abrasive grains for polishing may be in the form of an integrated block.
  • the outer shape of the polishing abrasive may not be circular.
  • Plural kinds of components are combined by mechanical alloying processing. Thus, multiple types of components are combined while retaining the material-specific properties of the individual components.
  • a plurality of types of components are combined because the material-specific properties of each component are combined to polish the material to be polished.
  • the polishing abrasive of the present invention does not use a chemical slurry containing an acid, an alkali, an oxidizing agent or the like when performing wet polishing. It has a feature that abrasive grains can be dispersed and used in neutral water.
  • the first component exerts a mechanical polishing action on the material to be polished.
  • the new Mohs hardness (modified Mohs hardness) of the first component 12 is selected according to the hardness of the material to be polished. For example, when the material to be polished is silicon carbide or gallium nitride, the composite particle is silicon carbide or gallium nitride at a high mechanical speed such that the new Mohs hardness of 7 or more and 13 or less is 7 or more. This is to provide the minimum hardness required for polishing.
  • the reason for setting the new Mohs hardness to 13 or less is to use silicon carbide or gallium nitride particles having a hardness equal to or less than the hardness so as to polish the surface of silicon carbide or gallium nitride without significant damage.
  • silicic acid compounds are suitable.
  • SiC, Al 2 O 3 , ZrSiO 4 , ZrO 2 , talc or mica are suitable.
  • Silicate compounds other than these are also applicable.
  • soft talc or mica is suitable when obtaining a high-quality polished surface. That is, a silicate compound having a new Mohs hardness of less than 9 is suitable. When sapphire having a new Mohs hardness of 9 is polished, the new Mohs hardness of abrasive grains for polishing is preferably 7 or more and 9 or less.
  • the first component 12 preferably accounts for 5 weight percent or more and 95 weight percent or less, where the total weight of the integrated particles is 100. If the blending ratio of the first component 12 is less than 5%, the hardness of the polishing abrasive may be insufficient. Also, if the blending ratio of the first component 12 exceeds 95%, the second component may be insufficient, and the improvement of the polishing rate by the chemical polishing action may be insufficient.
  • the second component 13 produces a mechanochemical effect on the material to be polished.
  • the cause of mechanochemical effect on the material to be polished means that at least the bonds between molecules or atoms on the surface of the material to be polished are cut or oxidized, and some molecules or atoms are combined with other molecules or atoms. It refers to acting as a replacement. In this way, by chemically altering the surface of the material to be polished, it is possible to peel off the altered portion with an abrasive that is equal to or softer than the material to be polished. Thereby, the surface of the material to be polished is planarized.
  • this second component makes it possible to carry out polishing treatment at a high polishing rate (polishing rate per unit time) which could not be obtained so far.
  • the second component 13 may be Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , ZnO, NiO, SnO 2 , Sb 2 O 3 , CuO, Co 3. It is preferable to select and use one or more oxides selected from the group of O 4 , CeO 2 , Pr 6 O 11 and MnO 2 .
  • the second component is an oxide or double oxide of a transition metal element existing between Groups 3 and 11 on the periodic table except Zr or a Group 12 element (zinc group element) on the periodic table. is there.
  • the multiple oxide is one in which any two or more of these oxides form a solid solution.
  • Materials selected as the second component 13 include substances that easily oxidize silicon carbide or gallium nitride at high temperatures.
  • the second components 13 listed in the above examples are all oxides, in particular MnO 2 is well known as a solid oxidizing agent, and the highly active manganese dioxide produced by the electrolytic process is suitable. Manganese dioxide is reacted by the frictional heat generated at the time of polishing treatment to oxidize the C surface of silicon carbide and to react solidly with the Si surface. The oxidized polished surface can be efficiently removed mechanically with a component of Mohs hardness equal to or less than silicon carbide.
  • a material which is likely to have isomorphous substitution with aluminum ion (Al 3 + ) of sapphire is preferable.
  • This material is a material whose ion radius is similar to that of aluminum (Al).
  • silica (SiO 2 ) causes the substitution that occurs upon dehydration of the siloxane. Due to this chemical reaction, the surface of the material to be polished (sapphire) is altered, and efficient polishing is possible with the first abrasive having a hardness equal to or less than that of the material to be polished.
  • the second component 13 preferably occupies 5 weight percent or more and 95 weight percent or less, where the total weight of the integrated particles is 100.
  • the blending ratio of the second component 13 is less than 5%, the chemical polishing action may be insufficient and a sufficiently high polishing rate may not be maintained. If the proportion of the second component 13 exceeds 95%, the hardness of the abrasive grains may be insufficient as a whole.
  • the reaction accelerator 14 is poorly soluble in pure water used as a slurry, and is made of an alkali metal salt or an alkaline earth metal salt.
  • the reaction accelerator 14 is not liquid but solid. If the reaction accelerator 14 is solid, it can be integrated with the first component 12 and the second component 13 by mechanical energy to obtain abrasive grains. On the other hand, when the reaction accelerator 14 is a liquid or a material which is easily dissolved in water, the abrasive grains are decomposed in the slurry. Furthermore, the waste solution adversely affects the environment.
  • the reaction accelerator 14 is one kind selected from the group of CaCO 3 , SrCO 3 , MgCO 3 , BaCO 3 , LiCO 3 , LiCO 3 , Ca 3 (PO 4 ) 2 , Li 3 PO 4 , AlK (SO 4 ) 2 Or it is preferable that they are 2 or more types of materials. It is sparingly soluble in pure water, and alkali metal salts or alkaline earth metal salts are suitable. Any material can promote the polishing function of the second component 13 by the frictional heat generated at the time of polishing. In addition, inorganic compounds that are poorly soluble in pure water and stable in air such as CaF 2 , Na 3 AlF 6 , Na 2 B 4 O 7 , AgCl, AgBr, Agl, etc. are suitable.
  • the material selected as the reaction accelerator 14 has a solubility in pure water of 0.1 or less except for LiCO 3 and AlK (SO 4 ) 2 . That is, the amount dissolved in 100 grams of pure water at 25 degrees Celsius is 0.1 grams or less.
  • the solubility of LiCO 3 in pure water is 1.33
  • the solubility of AlK (SO 4 ) 2 is 6.74, which is larger than other materials.
  • polishing abrasives they do not separate during polishing and dissolve in large amounts in pure water. That is, the reaction accelerator is made difficult to dissolve in pure water by unifying by mechanical processing. Therefore, the abrasive grains for polishing could be circulated together with the slurry and used repeatedly for polishing.
  • “poorly soluble” means that the amount dissolved in 100 grams of pure water at 25 degrees Celsius is 7 grams or less.
  • the reaction accelerator 14 preferably accounts for 5 weight percent or more and 95 percent or less, where the total weight of the integrated particles is 100. If the blending ratio of the reaction accelerator 14 is less than 5% by weight, the effect of promoting the polishing function of the second component 13 may be insufficient. If the proportion of the reaction accelerator 14 exceeds 95 weight percent, the amount of the second component 13 may be insufficient.
  • lithium carbonate and alkaline earth carbonate are selected as reaction accelerators.
  • the abrasive for polishing is rubbed on the material to be polished and frictional heat is locally generated.
  • carbon dioxide is released from lithium carbonate and alkaline earth carbonate.
  • the lithium oxide and the alkaline earth oxide produced here react instantaneously with the water to generate a high heat of hydration, and at the same time, the strongly alkaline substance lithium hydroxide and the alkaline earth hydroxide are produced.
  • This phenomenon occurs in a minute region on the surface of the material in contact with the abrasive grains. Since the abrasive grains for polishing contain a component that causes a mechanochemical effect and a component that exerts a mechanical polishing action on the material to be polished, the mechanochemical effect is promoted in a chained manner, and that portion is efficient. It is scraped off.
  • a fluorine compound or a halogen compound is selected as the reaction accelerator, it is considered that the following reaction occurs.
  • atoms lose their covalent bond and are in a state called dangling bond.
  • the electrons on the dangling bond are chemically active because they are unstable.
  • fluorine ions are generated by the frictional heat.
  • the dangling bond bonds with fluorine.
  • a fluorine atom with high electronegativity distorts the crystal structure of the surface of the material to be polished. Thereby, the mechanochemical effect on the surface of the material to be polished is promoted.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing an example of a polishing apparatus using the polishing abrasive of the present invention.
  • the polishing platen 20 is rotationally driven in the direction of the arrow 32.
  • the upper surface of the polishing platen 20 is covered by a polishing pad 22.
  • the holding device 24 is a device for pressing and supporting the material to be polished 26 (silicon carbide substrate or gallium nitride substrate) against the polishing pad 22.
  • abrasive grains are supplied from the injector 28 in the direction of the arrow 30 together with the slurry.
  • the material to be polished 26 pressed against the surface of the polishing pad 22 is polished in contact with the polishing abrasive.
  • the slurry and the polishing abrasive are continuously supplied in fixed amounts during the polishing process.
  • the polishing abrasive of the present invention can be used, for example, in polishing processes for sapphire substrates and silicon carbide or gallium nitride substrates for power devices.
  • the sapphire substrate has a new Mohs hardness of 9.
  • the silicon carbide substrate and the gallium nitride substrate have a new Mohs hardness of 13.
  • polishing is performed until the surface roughness of the silicon carbide or gallium nitride substrate reaches 0.010 ⁇ m or less.
  • a suspension obtained by dispersing abrasive grains for polishing in pure water can be supplied to a polishing surface to perform polishing treatment. Neutral water can be used for the slurry.
  • a surfactant or a chelating agent may be added to the water to disperse the abrasive grains for polishing.
  • the suspension produced by dispersing the polishing abrasive grain of the present invention in neutral water has a pH at 25 degrees Celsius of 4 or more and 11 or less, as described later. That is, the slurry can be kept in the weakly acidic or weakly alkaline range.
  • the above-mentioned various substrates are double-sided polished so as to adjust their shapes first. This is called roughing. After that, intermediate processing is performed to reduce scratches caused by rough processing. Finally, finish processing is performed to polish the surface to atomic level flatness.
  • diamond abrasive is used to polish a silicon carbide or gallium nitride substrate.
  • the diamond abrasive has a Vickers hardness higher than that of a silicon carbide or gallium nitride substrate, it causes damage reaching a deep part from the surface, which is called a saw mark. In order to repair this polishing mark, it is necessary to perform long intermediate processing thereafter.
  • the use of diamond abrasive for roughing is to improve the polishing rate as much as possible.
  • the polishing abrasive of the present invention solves this problem.
  • the use of the polishing abrasive of the present invention makes it possible to carry out roughing and intermediate processing all at once because a sufficiently high polishing rate can be obtained.
  • the polishing abrasive grain of the present invention is polished using Component 3 which is as soft as silicon carbide or a gallium nitride substrate or softer than this.
  • a polishing slurry in which the polishing abrasive of the present invention is dispersed at a concentration of 15% by weight in 100 ml of pure water is used.
  • the pH of the slurry at 25 degrees Celsius is 4 or more and 11 or less.
  • the waste liquid after the polishing treatment for 4 hours had a pH of about 8.
  • the pH of the waste liquid is most preferably 5 or more and 9 or less, and was within this range when materials other than LiCO 3 and Ca 3 (PO 4 ) 2 were used.
  • LiCO 3 and Ca 3 (PO 4 ) 2 were used as reaction accelerators, the pH was about 10-11. All of them are in the range of weak acidity to weak alkalinity, which can suppress the adverse effect on the working environment.
  • waste liquid treatment is simplified.
  • the above slurry contains 5 weight percent or more of abrasive grains for polishing with respect to 100 parts of pure water, and the apparent specific volume (static method) of the abrasive grains for polishing is 0.5 ml / g or more and 200 ml / g or less It is preferable to adjust so that If the apparent specific volume (static method) is less than 0.5 ml / g, the components of the polishing abrasive will separate. Even if the apparent specific volume (static method) exceeds 200 ml / g, there is no improvement in the polishing rate, the abrasive grains become excessive in the slurry and the sedimentation becomes intense.
  • the holding device 24 is preferably made of synthetic fiber, glass fiber, natural fiber, synthetic resin, natural resin or the like.
  • frictional heat can be generated effectively to realize a high polishing rate. It is preferable that frictional heat be generated between the abrasive grains for polishing and the material to be polished above a temperature at which a chemical reaction by the reaction accelerator occurs.
  • the polishing abrasive of the present invention can also be used for dry polishing.
  • the substrate is a polishing pad
  • the polishing abrasive is dispersed and fixed to the surface of the pad with an appropriate density to obtain a polishing member. What fixed and disperse
  • the abrasive grains and the plastic before solidification are mixed and then cured by a predetermined method to obtain an abrasive member.
  • an abrasive member may be used.
  • This polishing member is suitable for dry polishing, but can also be wet polished by supplying pure water to the polishing surface during polishing processing.
  • FIG. 3 is an explanatory view of a conventional mechanochemical polishing method. These are all listed as comparative examples.
  • the abrasive shown in FIG. 3A is a mixture of a plurality of abrasives.
  • a abrasive 16 and B abrasive 18 are mixed and supplied to the polishing apparatus together with the slurry.
  • the B abrasive 18 has a function of promoting the polishing action of the A abrasive 16.
  • the specific gravity of the A abrasives 16 and B is different, as shown in FIG. 3B, both are separated in the slurry.
  • FIG. 3C shows an example using a slurry 17 that promotes the polishing action of the A abrasive material 16.
  • This method solves the above problems and is widely used in recent years.
  • the slurry 17 is a strongly alkaline one or an oxidizing agent, and is a corrosive solution, the working environment is deteriorated.
  • the treatment cost of the waste liquid after the polishing treatment is large.
  • FIG. 3D shows an example in which the A abrasive 16 is fixed to the surface of the polymer material 19. It is difficult to obtain such abrasive grains having an average particle size suitable for the lapping process of hard and brittle materials. That is, only a large size can be obtained. In addition, the specific gravity is reduced as a whole, and it is washed away from the polishing apparatus. Since the polishing abrasive of the present invention has a heavy specific gravity, it stays on the upper surface of the pad of the polishing apparatus for a long time to improve the polishing rate.
  • FIG. 4A and Fig. 4B are microphotographs of abrasive grains of the present invention, and Fig. 4A and the subsequent figures are explanatory views of the abrading action.
  • FIG. 4A is a microphotograph showing the abrasive grain of Example 1.
  • FIG. Immediately after the integration treatment abrasive grains of various sizes are mixed. Those having an average particle diameter of 5 to 6 ⁇ m and a particle diameter of about 1 ⁇ m are also mixed.
  • Fig 4B is a partial enlarged view thereof. This is a photograph of one polishing abrasive having an outer diameter of about 6 ⁇ m.
  • the three types of previously crushed components are mixed and strongly integrated with each other.
  • Each of the three components is integrated in the form of particles while retaining the inherent physical and chemical properties inherent in the components.
  • the abrasive grains of the example are integrated with a force that does not separate even after being used for the polishing process. For example, the surface condition of the polishing abrasive collected after polishing the silicon carbide substrate for 4 hours was also indistinguishable from this photograph.
  • the abrasive grain of Example 1 is obtained by integrating aluminum oxide (Al 2 O 3 ), manganese dioxide (MnO 2 ) and calcium carbonate (CaCO 3 ). These were mixed in proportions of 50 parts by weight, 37.5 parts by weight, and 12.5 parts by weight, respectively. These were ground to a powder having an outer diameter of 1 ⁇ m or less by a ball milling method, and mechanical impact was continued for about 0.5 hours to obtain abrasive grains. Among them, polishing abrasives having an average particle size of 1 ⁇ m were selected and used. The abrasive grains for polishing obtained by the above method were supplied to the apparatus shown in FIG. 2 together with pure water, and the silicon carbide substrate was polished for 4 hours. The slurry containing the abrasive grains is supplied onto the polishing pad 22 during the polishing process and sequentially discharged. The discharged slurry was collected again, supplied onto the polishing pad 22 and could be used repeatedly.
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • SiO 2 silicon oxide
  • CaCO 3 calcium carbonate
  • a method is known in which a plurality of inorganic compound components are bonded using an adhesive such as a resin.
  • an adhesive such as a resin
  • the bonding force of an adhesive such as a resin can not prevent the plurality of inorganic compound components from being separated from each other by an external force received during polishing.
  • a method of sintering and integrating the respective components is conceivable.
  • the inorganic compound components mix with each other, and the inherent properties of the individual inorganic compound components are largely lost. Therefore, the function of the abrasive grain of the present invention can not be exhibited effectively. That is, a sufficiently efficient polishing rate can not be realized.
  • the components are degraded or decomposed by the heat of about 1000 ° C. received in the sintering process.
  • the mechanical alloying process does not add heat that degrades or decomposes each component.
  • the respective components of the polishing abrasive of this example are uniformly mixed, part of each of the components is exposed on the outer surface of the polishing abrasive.
  • the abrasive grains are in direct continuous contact with the material to be rolled as it rolls.
  • the abrasive grains themselves generate heat due to frictional heat, and the chemically reactive abrasive is directly heated by the frictional heat to produce a mechanochemical effect on the surface of the workpiece.
  • the component of the abrasive grains for polishing which mechanically cuts the surface of the material to be polished contacts the portion where the mechanochemical effect is occurring. From this, the portion where the mechanochemical effect of the material to be polished is generated is scraped.
  • the abrasive grains move in such a manner as to roll on the surface of the material to be polished.
  • the chemically reactive abrasive and the component having the function of mechanically scraping the abrasive are alternately repeated and brought into contact with the surface of the abrasive.
  • the polishing process proceeds efficiently in a chain.
  • polishing can also be coated with one of the components. In this case, the other components are not exposed to the outer surface of the abrasive grain.
  • the coating breaks down and all components are exposed to the surface during the polishing process, the above-mentioned effect occurs.
  • all the components may not be exposed on the surface of the abrasive grain for polishing.
  • FIG. 4E is a cross-sectional view of the vicinity of the surface of the workpiece when the workpiece is polished with the polishing abrasive of the example. Only the hatched portion near the surface of the material to be polished 26 is scraped off.
  • FIG. 4F is a cross-sectional view of the vicinity of the surface of the material to be polished when the surface of the material to be polished 26 is polished with the diamond abrasive grains 36. In this case, deep polishing marks 38 occur on the surface of the material to be polished 26. This has been the most problematic in the past.
  • FIG. 5A is a diagram comparing the components of the polishing abrasive before and after the silicon carbide substrate is polished for 4 hours.
  • the upper part of FIG. 5A shows the proportion of each component of the polishing abrasive before polishing treatment.
  • the lower part shows the proportion of each component of the polishing abrasive after the polishing treatment.
  • the polishing abrasive of the example has no significant change in the component ratio before and after the polishing treatment.
  • the abrasive grain of the present invention has high mechanical strength and can be used repeatedly since it is not broken even by the polishing treatment.
  • FIG. 5B is a diagram comparing the components of the composite abrasive before and after polishing the sapphire substrate for 4 hours.
  • the proportions of aluminum (Al), silicon (Si) and calcium (Ca) in the total were 38.2 wt%, 43.8 wt%, and 17.9 wt%, respectively.
  • After the polishing treatment they were 41.2 wt%, 42.3 wt%, and 16.5 wt%.
  • the ratio of the components other than the aluminum component to the total was almost unchanged.
  • the cause of the increase in the proportion of the aluminum component is considered to be because polishing debris obtained by polishing sapphire is newly included.
  • Mullite is a compound of aluminum oxide and silicon dioxide. Its chemical formula is represented by 3Al 2 O 3 ⁇ 2SiO 2 ⁇ 2Al 2 O 3 ⁇ SiO 2 or Al 6 O 13 Si 2,.
  • the friction between the composite abrasive and the material to be polished generates frictional heat of several hundred degrees Celsius locally. The heat diffuses due to the slurry, but the minute region where the composite abrasive and the material to be polished are in contact becomes high temperature. As a result of the reaction of the material to be polished and the aluminum oxide being promoted by calcium carbonate, it can be judged that mullite is formed.
  • FIG. 6 is a characteristic comparison diagram of waste liquid resulting from polishing processing using various abrasive grains.
  • the temperature was raised from room temperature to about 30 ° C. to 40 ° C. by the polishing process, so the influence by the reaction accelerator could be confirmed .
  • the residue of the slurry discharged after the polishing process except pure water is shavings of a silicon carbide or gallium nitride substrate.
  • the residue is a solid component and can be removed from the waste by a filter.
  • most of the waste liquid had a pH of about 7.5.
  • the drainage is neutral and easy to treat, and there is no problem of environmental pollution.
  • the maximum pH is 11.2, which can be processed without problems.
  • FIG. 7 is a comparison diagram of polishing rates when the first component is replaced and SiC is polished.
  • the portion denoted as Sample 1-1 shows the result of using polishing abrasives in which Al 2 O 3 , MnO 2 and CaCO 3 are integrated for polishing silicon carbide.
  • the operating conditions of the polishing apparatus are 50 revolutions per minute (rpm) of the polishing table 20, 100 revolutions of the holding unit 24 per minute, and the holding unit 24 polishes the workpiece 26.
  • the polishing pressure for pressing in the direction of the platen 20 was 160 grams per square centimeter (g / cm 2 ).
  • the abrasive grains are mixed in pure water at 15% by weight.
  • the slurry thus prepared was supplied onto the polishing pad 22 from the injector 28 at a rate of 10 milliliters per minute (ml / min).
  • sample 2-1 shows the result of using polishing abrasives in which ZrO 2 , MnO 2 and CaCO 3 are integrated for polishing silicon carbide.
  • Sample 2-2 has a first component of ZrSiO 4
  • sample 2-3 has a first component of mica
  • sample 2-4 has a first component of talc.
  • the first component has no action to produce a mechanochemical effect.
  • the new Mohs hardness of the first component ZrO 2 is 11.
  • the new Mohs hardness of silicon carbide is 13. Silicon carbide can not be polished with the first component alone.
  • the polishing abrasive in which the first component ZrO 2 , the second component MnO 2 and the reaction accelerator CaCO are integrated has the highest polishing rate as shown in the figure. While the polishing rate when using the conventional diamond abrasive shown in Comparative Example 6 of FIG. 8 is 0.26 ( ⁇ m / min), the polishing rate of Sample 1-1 is about 2 .8 times 0.72 ( ⁇ m / min). The action of the first component on gallium nitride is substantially similar. Therefore, this experiment is not shown for gallium nitride.
  • FIG. 8 is a comparison diagram of polishing rates when the second component is replaced and the SiC is polished.
  • the portion denoted as Sample 1-1 shows the result of using polishing abrasives in which Al 2 O 3 , MnO 2 and CaCO 3 are integrated for polishing silicon carbide.
  • the example of FIG. 8 shows an example in which the first component and the reaction accelerator are the same and the second component is replaced in order.
  • Sample 3-1 has TiO 2 as the second component, ZnO has the second component as sample 3-2, NiO as the second component as sample 3-3, SnO 2 as the second component as sample 3-4.
  • Sample 3-5 is the second component Sb 2 O 3
  • sample 3-6 is the second component CuO
  • sample 3-7 is the second component Co 3 O 4
  • sample 3-8 is the second The component is CeO 2
  • the sample 3-9 is a complex oxide in which the second component is Pr 6 O 11 and the sample 3-10 is a second component Ti—Cr—Sb.
  • Samples 3-11 and 3-12 are abrasive grains having a two-component structure.
  • Sample 3-11 shows the result of using a polishing abrasive in which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and manganese dioxide (MnO 2 ) are mechanically bonded and integrated in the same manner as the present invention.
  • Samples 3-12 show the results of using a polishing abrasive in which calcium carbonate (CaCO 3 ) and manganese dioxide (MnO 2 ) are mechanically bonded and integrated in the same manner as the present invention. Even in the case of two components, it was possible to obtain the same polishing rate as when using conventional diamond abrasive grains.
  • Comparative Example 1 shows the results of using a polishing abrasive in which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and calcium carbonate (CaCO 3 ) are mechanically bonded and integrated in the same manner as the present invention.
  • Comparative Example 2 shows the results of using a mere mixture (not integrated) of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), manganese dioxide (MnO 2 ) and calcium carbonate (CaCO 3 ) in the slurry.
  • Comparative Example 3 shows the result of using only manganese dioxide (MnO 2 ) as the abrasive.
  • Comparative Example 4 shows the result of using only aluminum oxide (Al 2 O 3 ) as the abrasive.
  • Comparative Example 5 shows the result of using only calcium carbonate (CaCO 3 ) as the abrasive.
  • Comparative Example 6 shows the results of using an oil-based slurry using diamond abrasive grains having an average particle size of 1 to 3 ⁇ m, using a metal platen as a polishing apparatus.
  • Sample 1-1 shown in FIG. 8 exhibits a very high polishing rate, and can be said to be sufficiently effective for polishing SiC. It can be said that Samples 3-11 and 3-12 also have higher polishing rates than in the prior art, and their practicability is sufficiently high.
  • the polishing rates of other samples are as follows when using diamond abrasives. However, these samples have the advantage of not producing harmful waste liquid and the advantage that the polishing surface is of extremely high quality, and can be said to be superior to the conventional method. That is, since the second abrasive grains are integrated with the abrasive grains for polishing, there is an effect that the second abrasive grains are not easily eluted in the slurry and the slurry is not largely contaminated.
  • All samples use a slurry containing pure water as a dispersion medium, which does not deteriorate the working environment and facilitates waste liquid treatment.
  • the surface of the metal platen used for polishing should be as flat as required for polished surfaces of silicon carbide and gallium nitride. However, maintaining its flatness is not easy.
  • the resin pad is merely to apply pressure to press the polishing abrasive on the polishing surface of silicon carbide or gallium nitride. Therefore, a highly accurate structure is not required. Resin pads are inexpensive and easy to maintain.
  • FIG. 9 is a comparison diagram of polishing rates of gallium nitride GaN when the second component is replaced.
  • the abrasive grains of Samples 1-1 and 3-1 to 3-11 each have the same structure as the abrasive grains of the same sample name in FIG.
  • Sample 1-1 showed a very high polishing rate.
  • Samples 3-9 and 3-10 also showed high polishing rates.
  • Samples 3-2, 3-3-3-4, 3-6 also exhibited high polishing rates comparable to Comparative Example 8.
  • the other samples have a low polishing rate, but have no harmful waste solution and an advantage that the polishing surface has a very high quality, as in the case of FIG.
  • the first component has a low New Mohs hardness such as talc and mica, a polishing rate comparable to or higher than that of diamond abrasive can be realized. In addition, it is very effective because a very high quality polishing surface can be obtained.
  • FIG. 9B is a comparison diagram of the results of polishing treatment of sapphire using various abrasive grains.
  • the portion denoted as sample 1 shows the result of using composite abrasives in which Al 2 O 3 , SiO 2 and CaCO 3 are integrated for polishing sapphire.
  • the portion denoted as sample 2 shows the result of using composite abrasives in which Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 and CaCO 3 are integrated for polishing sapphire.
  • sample 3 shows the result of using composite abrasives in which Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 and CaCO 3 are integrated for polishing sapphire.
  • sapphire wafers were polished with GC (green carbonite) having an average particle size of # 325, and those having a surface roughness Ra of 0.22 ⁇ m were used as the polishing agent.
  • the operating conditions of the polishing apparatus are 50 revolutions per minute (rpm) of the polishing table 20, 100 revolutions of the holding device 24, and the direction of the polishing plate 26 with the holding device 24.
  • the polishing pressure for pressing the was 160 grams per square centimeter (g / cm 2).
  • the composite abrasive is mixed in pure water at 15% by weight.
  • the slurry thus prepared was supplied onto the polishing pad 22 from the injector 28 at a rate of 1 milliliter per minute (ml / min).
  • Ref 1 shows the result of using only aluminum oxide (Al 2 O 3 ) as an abrasive.
  • ref2 shows the results of only silicon oxide (SiO 2) was abrasive.
  • ref3 shows the results of only calcium carbonate (CaCO 3) was abrasive.
  • Ref 4 shows the result of using a composite abrasive in which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and silicon oxide (SiO 2 ) are mechanically combined and integrated in the same manner as the present invention.
  • ref5 shows the results of using the composite abrasive particles mechanically coupled integrated aluminum oxide (Al 2 O 3) and calcium carbonate (CaCO 3) in the present invention the same method.
  • ref6 shows the results of using the composite abrasive particles mechanically coupled integrated silicon oxide (SiO 2) and calcium carbonate (CaCO 3) in the present invention the same method.
  • Ref 7 shows the result of using a mixture (not integrated) of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ) and calcium carbonate (CaCO 3 ) in the slurry.
  • Ref 8 shows the result of using a diamond abrasive having an average particle size of 1 to 3 ⁇ m.
  • a resin pad was used as a polishing pad, and a slurry in which abrasive grains were mixed in pure water was used.
  • ref 9 shows the result of using an oily slurry, using a diamond abrasive having an average particle diameter of 1 to 3 ⁇ m, using a metal platen in a polishing apparatus.
  • the polishing rates of all the examples were 1 ⁇ m / min when using the composite abrasive grain of sample 1, but in the examples of ref1 to ref8, all were approximately at about 1 min / min. It can not exceed 0.3 ⁇ m. Also in the example of ref 9, the polishing rate is 0.8 ⁇ m / min, which is less than the polishing rate of the present invention.
  • the example of ref 9 is a method known to have the highest polishing rate.
  • FIG. 10 is data showing the relationship between the polishing rate of SiC and the temperature after the polishing process when the reaction promoter is replaced.
  • the comparative example 1 is an example using the abrasive grain which does not contain a reaction promoter.
  • Samples 11 to 18 are experimental results of polishing abrasives using Al 2 O 3 as the first component and MnO 2 as the second component and using different reaction promoters. The results of measuring the polishing rate and the temperature of the slurry after polishing silicon carbide for 4 hours were displayed.
  • Sample 19 is an example using a polishing abrasive in which only a reaction promoter (CaCO 3 ) and the second component MnO 2 are integrated.
  • Sample 20 is an example using a polishing abrasive in which only a reaction accelerator (CaCO 3 ) and the first component Al 2 O 3 are integrated.
  • the polishing rate in the case of Comparative Example 1 was 0.31 ⁇ m / min, and the temperature of the slurry after polishing was 27 ° C.
  • the temperature of the slurry after polishing was 27 ° C.
  • FIG. 10B is a table showing the relationship between the temperature of the slurry after polishing and the polishing rate.
  • Experimental Examples 1 to 8 experimental results using composite abrasives using Al 2 O 3 as the first abrasive and SiO 2 as the second abrasive and using different reaction accelerators respectively It is.
  • Each of these composite abrasive grains is composed of 50% by weight of the first abrasive, 37.5% by weight of the second abrasive, and 12.5% by weight of the reaction accelerator, as a percentage of the total. ing.
  • the polishing conditions are all the same.
  • the material to be polished has a surface roughness Ra of 0.22 ⁇ m after polishing a sapphire wafer with GC (green carbonite) of average particle size # 325.
  • the temperature of the slurry before polishing was 25 degrees Celsius.
  • the temperature of the slurry after polishing the sapphire for 1 hour was measured.
  • the polishing rate is obtained by measuring the thickness of the material to be polished after polishing and calculating the polishing amount per minute (min).
  • ref1 is a comparative example using an abrasive that does not use a reaction accelerator.
  • Ref 2 is a comparative example using only a reaction promoter (CaCO 3 ) and a second polishing agent SiO 2 .
  • Ref 3 is a comparative example using only a reaction promoter (CaCO 3 ) and the first abrasive Al 2 O 3 .
  • the polishing rate in the case of ref1 was 0.40 ⁇ m / min, and the temperature of the slurry after polishing was 27 ° C.
  • the slurry was heated to 41 degrees Celsius by the heat generation of the reaction accelerator for ref2 (without the first abrasive) and ref3 (without the second abrasive).
  • the polishing rate is not very high. This proves that only the composite abrasive grain of the present invention in which the first abrasive, the second abrasive and the reaction accelerator are combined has a sufficiently high polishing rate.
  • the particles having a Mohs hardness of 13 or less are ZrSiO 4 , Al 2 O 3 , ZrO 2, and SiC. These components act to apply a physical force to silicon carbide or gallium nitride to form a plastic deformation layer (amorphous layer).
  • the second component having the property of causing a mechanochemical effect after the alteration of the plastically degraded layer, the first component acts to mechanically peel off the plastically deformed layer. If the plastically deformed layer is formed of the first component in the material to be polished, the crystal structure of that portion is broken, so it is considered that the mechanochemical effect by the second component is likely to be generated. When the plastically altered layer is altered, it is possible to peel it off with the first abrasive having a hardness lower than that of the material to be polished. This action is the same as in the case where the material to be polished is sapphire.
  • Al 2 O 3 has a new Mohs hardness of 9.
  • ZrSiO 4 and ZrO 2 have a new Mohs hardness of 8. Since neither particle has a new Mohs hardness higher than silicon carbide or gallium nitride, the generation of polishing marks is suppressed. Since Al 2 O 3 is harder than the ZrSiO 4, than abrasive grains using ZrSiO 4, a high polishing rate towards the abrasive grains using Al 2 O 3.
  • the mechanochemical abrasive is Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , ZnO, NiO, SnO 2 , Sb 2 O 3 , CuO, Co 3 O 4 , CeO 2 , Pr 6 O 11 and MnO 2 . Both are susceptible to oxidation reaction with silicon carbide or gallium nitride in a high temperature atmosphere. It is also prone to cause solid phase reaction. This chemical reaction is considered to alter the polished surface of silicon carbide or gallium nitride. This is as introduced in the prior art document.
  • the mechanochemical abrasive for sapphire is Cr 2 O 3 , Fe 2 O 3 or SiO 2 . These abrasives are susceptible to isomorphous substitution with sapphire (Al 2 O 3 ). Homomorphic substitution is a phenomenon in which substances having similar ion radii are mutually replaced by an ion group when pressure or heat is applied from the outside.
  • Substances with an ionic radius close to that of sapphire (six-coordination) Al 3 + (ion radius 0.54 ⁇ (angstrom)) are hexacoordinated Fe 3 + (ion radius 0.55 ⁇ ) or Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 hexacoordinate Cr 3 + (ion radius 0.62 ⁇ ). These groups of ions undergo isomorphic substitution. This chemical reaction is considered to alter the polished surface of sapphire.
  • SiO 2 undergoes the following chemical reaction.
  • SiO 4 tetrahedrons having a silanol group ⁇ Si—OH
  • Al 3 + participates in the dehydration condensation reaction in the form of Al (OH) 3 .
  • the SiO 4 linkage is incorporated into the crystal structure of sapphire.
  • hexacoordinated Si 4 + ion radius of 0.40 ⁇
  • tetracoordinated Al 3 + ion radius of 0.39 ⁇
  • the abrasive grains for polishing form a plastic deformation layer on the polished surface of silicon carbide or gallium nitride, and cause a mechanochemical effect at the portion where the high temperature strong alkaline atmosphere is formed by the reaction accelerator, and carbonize it. Polish silicon and gallium nitride. By this heat generation, the slurry after polishing became 30 degrees Celsius to 40 degrees Celsius. The strong alkaline atmosphere is generated in a very narrow area around the abrasive grains and does not greatly affect the pH of the entire slurry.
  • FIG. 11 is data showing the relationship between the polishing pressure and the polishing rate of Samples 1 to 3. This example is to confirm the change of the polishing rate due to the change of the polishing pressure.
  • three types of polishing pressure per one square centimeter 500 g / cm 2 , 750 g / cm 2 ) and 1000 g / cm 2 are used as the holding device 24 presses the material 26 in the direction of the polishing platen 20.
  • the experimental results of The plate rotation number was 50 rotations per minute, the carrier rotation number was 100 rotations per minute, the slurry concentration was 15%, and the slurry supply amount was 10 ml per minute.
  • the polishing rate of the SiC substrate is improved.
  • the polishing rate is 0.72 ⁇ m / min ( ⁇ m / min)
  • the polishing pressure is 1000 g / cm 2 .
  • the result was that the polishing rate was 1.39 ⁇ m / min.
  • the polishing rate was approximately doubled.
  • the surface roughness of the silicon carbide substrate after polishing can be 0.003 ⁇ m without any polishing marks.
  • polishing abrasives efficiently scrape the polishing surface of the workpiece.
  • any of the polishing abrasives of Samples 1 to 3 high-quality polishing of the material to be polished can be performed at a higher speed than any of the conventional methods.
  • FIG. 12 is a comparison diagram showing the relationship between the polishing rate and surface roughness of various composite abrasives.
  • This example shows the polishing rates of various abrasive particles and the surface roughness of the material to be polished after polishing when pure water is used as a slurry.
  • a single body of SiO 2 , MnO 2 , CeO 2 , TiO 2 and an example using diamond abrasives were included.
  • Abrasive grains other than diamond abrasive grains have a very low polishing rate and become impractical for polishing SiC.
  • the abrasive grains of the present invention show a polishing rate higher than that of the diamond abrasive grains, even when pure water is used for the slurry.
  • the surface roughness of the polished SiC substrate is significantly smaller than that of the diamond abrasive. That is, a high quality polished surface can be obtained.
  • FIG. 13 is a comparison diagram showing the relationship between the polishing rate of the abrasive grains of the comparative example and the surface roughness.
  • the results of polishing a SiC substrate with SiO 2 , MnO 2 , CeO 2 , TiO 2 , and H 2 O 2 as an oxidant included in a slurry are shown.
  • polishing is slightly possible.
  • this polishing rate it takes too much time to polish and is not practical.
  • FIG. 14 is a graph comparing the polishing rates.
  • FIG. 15 is a graph comparing the surface roughness after polishing. The results of FIGS. 12 and 13 are shown graphically in FIGS. 14 and 15, respectively.
  • the polishing abrasive of the present invention can realize a polishing rate equal to or higher than that of diamond abrasive.
  • an overwhelmingly high-quality polished surface can be obtained as compared with the roughness of the polished surface by the diamond abrasive grains.
  • the region in which the reaction accelerator generates frictional heat and the region in which manganese dioxide exerts an oxidizing action are extremely narrow. Moreover, the time for the effect to appear is also very short.
  • the frictional heat promotes the oxidizing action of the second component, and the first component immediately contacts the corresponding surface in that state, thereby enabling effective polishing by interaction. Even if the reaction promoter, the oxidizing agent and the mechanical abrasive alternately contact the surface of the material to be polished for an irregular period of time, sufficient interaction does not appear. That is, there is a significant difference between the case where these particles are dispersed in the slurry and the case of the integrated polishing abrasive as in the present invention. This is the reason why the polishing abrasive of the present invention has dramatically improved the polishing rate.
  • the intermediate process for polishing the material to be polished is compressed in a short time, and the polishing surface having high flatness is generated, so that the finishing process can be significantly shortened. Therefore, the present invention can greatly contribute to the cost reduction of the polishing process which greatly affects the production cost of this type of substrate. Further, since the abrasive grains for polishing are dispersed in neutral water without using a strongly acidic or strongly alkaline aqueous solution, the waste liquid is weakly acidic or weakly alkaline and does not adversely affect the environment.
  • polishing abrasive of the present invention enables high-quality, high-speed polishing even with other materials.
  • examples in which two-component or three-component inorganic compounds are combined are shown.
  • polishing abrasives in which four or more types of inorganic compound components are integrally bonded to each other via an amorphous layer also have the same function.
  • the mixing ratio and the combination of components may be freely selected according to the type of the material to be polished.
  • the polishing abrasive of the present invention can be widely used in the polishing process of sapphire, silicon carbide or gallium nitride used for substrates for power devices, other electronic component materials, electrically insulating materials and the like. Furthermore, the abrasive grain of the present invention can also be used for high quality grinding of biomaterials such as metals, ceramics, or artificial bones. In addition, it can be used for polishing hard materials such as tungsten. And, compared to the conventional polishing method, the polishing time can be shortened significantly, and the cost of the product can be reduced significantly.

Abstract

【課題】被研磨材の表面を、高い研磨レートで高品位に研磨する。 【解決手段】被研磨材を湿式研磨法により研磨する。スラリーは、純水に研磨用砥粒を分散させたものである。研磨用砥粒は、メカノケミカルな作用を発揮する成分や、被研磨材を研磨する際に発生する摩擦熱に反応する成分等が、全体として粒子状に一体化されている。各成分は、それぞれ個々の成分の物質固有の性質を保持したまま、メカニカルアロイング処理によって相互に直接結合されている。サファイアや炭化ケイ素や窒化ガリウム等のラッピング工程にこのスラリーを使用すると、研磨時間を従来より大幅に短縮でき、加工コストを大幅に改善できる。研磨面は高品位である。研磨用砥粒は、繰り返し研磨処理に使用できる。スラリーのｐＨは3～９程度であるから、研磨作業場の環境に影響を与えないし、廃液の処理も簡単である。

Description

研磨用砥粒とその製造方法と研磨方法と研磨装置とスラリー
　本発明は、サファイア、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）等の被研磨材の表面を研磨するために使用される研磨用砥粒とその製造方法と研磨方法と研磨装置と研磨用のスラリーに関する。
　近年、多機能化と高性能化を目指し、新しい半導体デバイスが次々と提案されている。これらの提案に応えるように、シリコン（Ｓｉ）基板以外の新たな材料が使用されるようになった。特に、サファイアやパワーデバイス用ＳｉＣや、発光ダイオード（ＬＥＤ）用ＧａＮ等の基板が脚光を浴びている。今後、更なる高性能化を図り、量産ができるような低コスト化を目的として、基板の新しい加工方法の開発が切望されている。
　半導体デバイスの製造工程では、基板（Semiconductor substrate）の表面を平坦にするために、研磨処理（polishing process）が行われる。従来採用されている一つの方法は、被研磨材の基板を、ダイヤモンド砥粒を含んだ油性スラリーを使用して研磨する方法である。被研磨材の基板の表面が、ダイヤモンド砥粒により機械的に削られる。ダイヤモンド砥粒は炭化ケイ素の基板よりも硬度が高い。この方法は、研磨速度が速く、短時間で目標とする研磨量に達することができる方法である。しかしながら、被研磨材の基板の表面に深く大きな傷を発生させることがある。従って、高品位な研磨面を得ることが難しい。しかも、油性スラリーが、研磨処理の熱で変質するので、ダイヤモンド砥粒が凝集する。その結果、高価なダイヤモンド砥粒を再利用できなくなるという問題があった。
　上記の問題を解決するために、メカノケミカル効果を生じさせる研磨方法を採用した技術が紹介されている（特許文献１）。メカノケミカル研磨では、被研磨材の表面を変質させて、被研磨材よりも柔らかい研磨砥粒で研磨する。従って、被研磨材の表面に大きな傷を発生させない。また、炭化ケイ素の研磨材として、酸化剤を使用し、研磨レート(removal rate）を向上させる技術も紹介されている（特許文献２）（特許文献３）（特許文献４）。
特開２００５－８１４８５号公報 特許４３４５７４６号公報 特許４８２７９６３号公報 ＷＯ２０１１１３６３８７号公報
　特許文献１に示された乾式研磨法(Dry polishing）は、被研磨材(object material）と研磨用砥粒（abrasive particle）との間で高い摩擦熱を発生させて、メカノケミカル研磨(mechanochemical polishing）を促進して、研磨速度(removal rate）の向上を図っている。しかし、高い温度にさらされた研磨用砥粒と研磨屑とが研磨装置の内部に付着するので、装置の洗浄に時間がかかる。従って、生産性が悪いという問題点があった。
　一方、特許文献２や特許文献３に示された湿式研磨法(Wet polishing）は、過酸化水素等の酸化剤を研磨スラリーに添加して被研磨材の表面を酸化させて、研磨レートの向上を図っている。しかし、酸化剤が含まれるスラリーは、作業環境を悪化させ、廃液処理のコストを増大させる。さらに、酸化剤は研磨装置を腐食させることがある。特許文献４に示された湿式研磨法は、強アルカリ性スラリーを使用してメカノケミカル研磨を促進して、研磨速度の向上を図っている。しかし、ｐＨ１０～１４といった強アルカリ性のスラリーは、作業環境を悪化させ、廃液処理のコストを増大させる。また、いずれの場合も、研磨処理中に、スラリーの特性が変化しやすいので、監視と調整が不可欠で、研磨工程の自動化が難しいという問題があった。即ち、従来知られた方法では、高い耐食性を持つＳｉＣやＧａＮを実用的な研磨レートで高品位に研磨することができない。
　上記の課題を解決するために、本発明は、湿式研磨方法を採用し、メカノケミカル効果を生じさせる研磨方法を利用し、被研磨材の高品位で、高い研磨レートを実現できる研磨用砥粒とその製造方法を提供することを目的とする。
　さらに、本発明は、環境に影響の少ないスラリーを使用して被研磨材を湿式研磨する研磨方法と研磨装置と研磨用のスラリーを提供することを目的とする。
　以下の構成はそれぞれ上記の課題を解決するための手段である。
＜構成１＞
　被研磨材と等しいかもしくは被研磨材よりもモース硬度が低い粒子状の第１の研磨剤と、上記被研磨材を化学的に変質させる粒子状の第２の研磨剤とを、メカニカルアロイ法により粒子状に一体化させた研磨用砥粒。
＜構成２＞
　上記第１の研磨剤は、上記一体化された粒子の５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める構成１に記載の研磨用砥粒。
＜構成３＞
　上記第２の研磨剤は、上記一体化された粒子の５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める構成１に記載の研磨用砥粒。
＜構成４＞
　上記第１の研磨剤と第２の研磨剤とを、平均粒径０．０５μｍ以上１００μｍ以下の粒子状に一体化させた構成１乃至３のいずれかに記載の研磨用砥粒。
＜構成５＞
機械的研磨性を持った成分と化学的研磨性を持った成分とが一体化した粒子であって、メカニカルアロイング処理によって両成分が接合したことを特徴とする研磨用複合砥粒。
＜構成６＞
　被研磨材の表面を研磨するための粒子であって、この粒子は、メカニカルアロイング処理により結合された複数種類の無機化合物成分を含み、各無機化合物成分は、個々の成分の物質固有の性質を保持した状態で、相互に非晶質層を介して一体に結合している構成１乃至５のいずれかに記載の研磨用砥粒。
＜構成７＞
　上記複数種類の無機化合物成分は、個々の成分の物質固有の性質を保持した状態で結合され、各無機化合物成分は、それぞれその一部が粒子の外表面に露出している構成６に記載の研磨用砥粒。
＜構成８＞
　複数種類の無機化合物成分のいずれかに、被研磨材に対してメカノケミカル効果を生じさせる化学反応性研磨材が含まれている構成６または７に記載の研磨用砥粒。
＜構成９＞
　複数種類の無機化合物成分はいずれも、被研磨材とモース硬度が等しいかもしくは被研磨材よりもモース硬度が低い構成８に記載の研磨用砥粒。
＜構成１０＞
　複数種類の無機化合物成分のいずれかに、被研磨材に対してメカノケミカル効果を生じさせる化学反応性研磨材と、被研磨材のメカノケミカル効果を生じた表面を機械的に削る成分が含まれている構成８に記載の研磨用砥粒。
＜構成１１＞
　被研磨材の表面を機械的に削る成分は、被研磨材と等しいかもしくは被研磨材よりもモース硬度が低い構成１０に記載の研磨用砥粒。
＜構成１２＞
　被研磨材に対してメカノケミカル効果を生じさせる化学反応性研磨材は、研磨処理時に発生する摩擦熱により反応して被研磨材の研磨面を酸化させる成分である構成１０に記載の研磨用砥粒。
＜構成１３＞
　被研磨材に対してメカノケミカル効果を生じさせる化学反応性研磨材は、リチウム，アルカリ土類金属の炭酸塩，リン酸塩，フッ化物，ホウ素化合物，及び塩化銀，臭化銀，ヨウ化銀等のハロゲン化合物、氷晶石，又はミョウバンの中から選択された１種または２種以上の難溶性の塩である構成１０に記載の研磨用砥粒。
＜構成１４＞
　複数種類の無機化合物成分の原料を混合し、乾式状態でメカニカルアロイング処理を行い、各無機化合物成分を、相互に非晶質層を介して一体に結合させて粒子状にする研磨用砥粒の製造方法。
＜構成１５＞
　純水中に、構成１乃至１２のいずかに記載の研磨用砥粒を分散させたスラリーを使用して、被研磨材を研磨する研磨方法。
＜構成１６＞
　基材に、構成１乃至１２のいずかに記載の研磨用砥粒を分散させて固定した研磨部材。
＜構成１７＞
　合成繊維、ガラス繊維、天然繊維、合成樹脂、天然樹脂のいずれかにより構成され、構成１乃至１２のいずかに記載の研磨用砥粒を表面に分散させて固定した研磨パッドと、
　被研磨材を研磨パッド表面に向かって弾力を用いて押しつける保持装置と、
　研磨面に純水を供給する注液器とを備え、
　上記保持装置による弾力は、上記研磨用砥粒と上記被研磨材との間に、上記反応促進剤による化学反応が生じる温度以上に摩擦熱を発生させるレベルに設定される研磨装置。
＜構成１８＞
　中性の水の中に、構成１乃至１２のいずかに記載の研磨用砥粒を分散させて生成した懸濁液であって、摂氏２５度におけるｐＨが４以上１１以下の、炭化ケイ素または窒化ガリウムを研磨するためのスラリー。
＜構成１９＞
　サファイアを湿式研磨するための砥粒であって、
　モース硬度が７以上９以下の粒子状の第１の研磨剤と、
　上記被研磨材に対してメカノケミカルな作用を有する粒子状の第２の研磨剤と、
　スラリーのために使用する純水に対して難溶性のものであって、アルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩からなる粒子状の摩擦熱反応剤の混合物が、
　メカニカルアロイ法により直接結合され粒子状に一体化されている複合砥粒。
＜構成２０＞
　上記第１の研磨剤は、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＳｉＯ4またはＺｒＯ2であって、上記一体化された粒子の５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める構成１９に記載の複合砥粒。
＜構成２１＞
　上記第２の研磨剤は、Ｃｒ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＳｉＯ2の群の中から選択された、一種または２種以上の材料であって、上記一体化された粒子の５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める構成１９に記載の複合砥粒。
＜構成２２＞
　上記第２の研磨剤としてＳｉＯ2を選択したとき、上記第１の研磨剤として、ＳｉＯ2よりもモース硬度が大きいものが選択される構成１９に記載の複合砥粒。
＜構成２３＞
　上記摩擦熱反応剤は、ＣａＣＯ3、ＳｒＣＯ3、ＭｇＣＯ3、ＢａＣＯ3、Ｌｉ2ＣＯ3、Ｃａ3（ＰＯ4）2、Ｌｉ3ＰＯ4及びＡｌＫ（ＳＯ4）2の群の中から選択された、一種または２種以上の材料であって、上記一体化された粒子の５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める構成１９に記載の複合砥粒。
＜構成２４＞
　上記第１の研磨剤は、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＳｉＯ4またはＺｒＯ2であって、
　上記第２の研磨剤は、Ｃｒ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＳｉＯ2の群の中から選択された、一種または２種以上の材料であって、
　上記摩擦熱反応剤は、ＣａＣＯ3、ＳｒＣＯ3、ＭｇＣＯ3、ＢａＣＯ3、Ｌｉ2ＣＯ3、Ｃａ3（ＰＯ4）2、Ｌｉ3ＰＯ4及びＡｌＫ（ＳＯ4）2の群の中から選択された、一種または２種以上の材料である構成１９に記載の複合砥粒。
＜構成２５＞
　構成１または６に記載の第１の研磨剤と第２の研磨剤と摩擦熱反応剤とを、メカニカルアロイ法により結合させて平均粒径０．０５μｍ以上１００μｍ以下の粒子状に一体化させた複合砥粒。
＜構成２６＞
　構成１９または２４に記載の第１の研磨剤と第２の研磨剤と摩擦熱反応剤とを、メカニカルアロイ法により結合させて平均粒径０．０５μｍ以上１００μｍ以下の粒子状に一体化する複合砥粒の製造方法。
＜構成２７＞
　純水中に構成１９または２４に記載の複合砥粒を分散させたスラリーを使用して、上記被研磨材を湿式研磨する研磨方法。
＜構成２８＞
　１００ミリリットルの純水中に上記複合砥粒を１５重量パーセントの濃度で分散させてスラリーを構成したとき、摂氏２５度におけるｐＨが５以上９以下となるように構成１９または２４に記載の複合砥粒の配合を選定した、サファイアを湿式研磨する研磨方法。
＜構成２９＞
　構成１９または２４に記載の複合砥粒のみかけ比容（静置法）が、０．５ｍｌ／ｇ以上２００ｍｌ／ｇ以下であるようにした、サファイアを湿式研磨するためのスラリー。
＜構成３０＞
　合成繊維、ガラス繊維、天然繊維、合成樹脂、天然樹脂のいずれかにより構成されるパッド上に構成９乃至１１のいずれかに記載のスラリーを供給する装置と、被研磨材を上記パッドに弾力を用いて押しつけて、上記パッドの上面に分散した複合砥粒と上記被研磨材との間に摩擦を発生させる押圧装置とを備えた研磨装置。
＜構成３１＞
　合成繊維、ガラス繊維、天然繊維、合成樹脂、天然樹脂のいずれかにより構成されるパッド上に構成１または６に記載の複合砥粒を分散させて固定し、かつ、上記パッド上に純水を供給する装置と、被研磨材を上記パッドに弾力を用いて押しつけて、上記パッドの上面に分散した複合砥粒と上記被研磨材との間に摩擦を発生させる押圧装置とを備えた研磨装置。
＜構成３２＞
　炭化ケイ素または窒化ガリウムを被研磨材とする砥粒であって、上記被研磨材に対して化学的研磨作用を発揮する成分と、上記被研磨材を研磨する際に発生する摩擦熱に反応して上記の化学的研磨作用を促進する反応促進剤とが、それぞれ個々の成分の物質固有の性質を保持したまま、メカニカルアロイング処理によって相互に直接結合されて全体として粒子状に一体化されている研磨用砥粒。
＜構成３３＞
　炭化ケイ素または窒化ガリウムを被研磨材とする砥粒であって、上記被研磨材に対して機械的研磨作用を発揮する成分と、上記被研磨材に対して化学的研磨作用を発揮する成分とが、それぞれ個々の成分の物質固有の性質を保持したまま、メカニカルアロイング処理によって相互に直接結合して全体として粒子状に一体化されている研磨用砥粒。
＜構成３４＞
　炭化ケイ素または窒化ガリウムを被研磨材とする砥粒であって、上記被研磨材に対して機械的研磨作用を発揮する成分と、上記被研磨材に対して化学的研磨作用を発揮する成分と、上記被研磨材を研磨する際に発生する摩擦熱に反応して上記化学的研磨作用を促進する反応促進剤とを含む成分が、それぞれ個々の成分の物質固有の性質を保持したまま、メカニカルアロイング処理によって相互に直接結合して全体として粒子状に一体化されている研磨用砥粒。
＜構成３５＞
　炭化ケイ素または窒化ガリウムを被研磨材とする砥粒であって、
　研磨処理時に発生する摩擦熱により反応して被研磨材の研磨面を酸化させる成分と、研磨時に発生する摩擦熱によって研磨面の酸化作用を促進する成分とが、それぞれ個々の成分の物質固有の性質を保持したまま、メカニカルアロイング処理によって相互に直接結合して全体として粒子状に一体化されている研磨用砥粒。
＜構成３６＞
　炭化ケイ素または窒化ガリウムを被研磨材とする砥粒であって、
　研磨処理時に発生する摩擦熱により反応して被研磨材の研磨面を酸化させる成分と、研磨時に発生する摩擦熱によって研磨面の酸化作用を促進する成分と、酸化した被研磨材の研磨面を機械的に除去する成分とが、それぞれ個々の成分の物質固有の性質を保持したまま、メカニカルアロイング処理によって相互に直接結合して全体として粒子状に一体化されている研磨用砥粒。
＜構成３７＞
　上記機械的研磨作用を発揮する成分が、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＳｉＯ4、ＺｒＯ2またはこれら以外のケイ酸塩化合物であって、新モース硬度が９以上１３以下のもので、上記第１の成分は研磨用砥粒の全重量に対して５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める構成３３、３４または３６に記載の研磨用砥粒。
＜構成３８＞
　上記機械的研磨作用を発揮する成分が、タルク、雲母またはこれら以外のケイ酸塩化合物であって、新モース硬度が９未満のもので、上記第１の成分は研磨用砥粒の全重量に対して５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める構成３３、３４または３６に記載の研磨用砥粒。
＜構成３９＞
　上記化学的研磨作用を発揮する成分が、Ｚｒを除く周期表上第３族から第１１族までの間に存在する遷移金属元素若しくは周期表上第１２族元素（亜鉛族元素）の、酸化物または複酸化物であって、上記第２の成分は研磨用砥粒の全重量に対して５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める構成３２乃至３４のいずれかに記載の研磨用砥粒。
＜構成４０＞
　上記化学的研磨作用を発揮する成分はＭｎＯ2であって、研磨用砥粒の全重量に対して５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める構成３２乃至３４のいずれかに記載の研磨用砥粒。
＜構成４１＞
　上記反応促進剤が、純水に対して難溶性のもので、かつ、アルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩であって、上記反応促進剤は研磨用砥粒の全重量に対して５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める構成３２または３３乃至３６のいずれかに記載の研磨用砥粒。
＜構成４２＞
　上記反応促進剤はＣａＣＯ3であって、研磨用砥粒の全重量に対して５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める構成３２または３３乃至３６のいずれかに記載の研磨用砥粒。
＜構成４３＞
　炭化ケイ素または窒化ガリウムの湿式研磨に使用されるものであって、平均粒径が０．０５μｍ以上１００μｍ以下の粒子状に一体化された構成３２乃至４２のいずれかに記載の研磨用砥粒。
＜構成４４＞
　混合されたいずれの成分も、その一部が研磨用砥粒の外表面に露出している構成３２乃至４２のいずれかに記載の研磨用砥粒。
＜構成４５＞
　炭化ケイ素または窒化ガリウムの被研磨材に対して研磨作用を発揮する２種以上の成分をメカニカルアロイング処理によって一体化する研磨用砥粒を製造する方法。
＜構成４６＞
　構成３２乃至４４のいずれかに記載の研磨用砥粒を純水中に分散させて炭化ケイ素または窒化ガリウムを研磨する研磨方法。
＜構成４７＞
　炭化ケイ素または窒化ガリウムを被研磨材とする研磨方法であって、上記被研磨材と構成３２乃至４４のいずれかに記載の研磨用砥粒との接触面に局部的に純水を供給する研磨方法。 
＜構成４８＞
　合成繊維、ガラス繊維、天然繊維、合成樹脂、天然樹脂のいずれかにより構成され、構成３２乃至３６のいずかに記載の研磨用砥粒を表面に分散させて固定した研磨パッドと、
　被研磨材を研磨パッド表面に向かって弾力を用いて押しつける保持装置と、
　研磨面に純水を供給する注液器とを備え、
　上記保持装置による弾力は、上記研磨用砥粒と上記被研磨材との間に、上記反応促進剤による化学反応が生じる温度以上に摩擦熱を発生させるレベルに設定される研磨装置。
＜構成４９＞
　中性の水の中に、構成３２乃至３６のいずかに記載の研磨用砥粒を分散させて生成した懸濁液であって、摂氏２５度におけるｐＨが４以上１１以下の、炭化ケイ素または窒化ガリウムを研磨するためのスラリー。
　本発明の研磨用砥粒は、複数種類の成分（component）が、メカニカルアロイング処理によって相互に直接結合され、粒子状に一体化されている。各成分間の結合エネルギが大きいので、研磨処理中に研磨用砥粒が分解することがない。被研磨材に対して化学的研磨作用を発揮する成分によって、メカノケミカル効果を生じさせ、被研磨材よりモース硬度の低い研磨用砥粒でも高い研磨レートで研磨できる。反応促進剤は、研磨用砥粒の外表面と被研磨材との摩擦により発生する熱で反応し、化学的研磨作用を促進する。化学的研磨作用が促進されれば、研磨レートをさらに向上させることができる。
　複数種類の成分が、それぞれ個々の成分の物質固有の性質を保持したまま結合しているので、それぞれの成分が連鎖的に作用して研磨を促進する。複数種類の成分が、相互に直接結合して全体として粒子状に一体化されているので、各研磨用砥粒がそれぞれの機能を連鎖的に発揮する。
　機械的研磨作用を発揮する成分の硬度が相対的に高いものを使用すると、高速研磨が可能である。機械的研磨作用を発揮する成分の硬度が相対的に低いものを使用すると、高品質の研磨が可能になる。
　純水中に上記の研磨用砥粒を分散させたスラリーは、ほぼ無害である。研磨作業場の環境に影響を与えないし、廃液処理も簡単である。しかも、研磨中に砥粒を構成する成分の消費が僅かなので、繰り返し使用することができ、経済的である。
　水等のスラリーを用いた湿式研磨では熱エネルギが発散してしまい、一般には化学的研磨作用が十分に発揮されない。これに対して、複数種類の成分が粒子状に一体化された研磨用砥粒は、湿式研磨でも熱エネルギを有効に利用して、化学的研磨作用を十分に発揮することができる。
本発明の研磨用砥粒の概略構造例を示す外観図である。 研磨用砥粒を使用する研磨装置の一例を示す概略斜視図である。 従来知られたメカノケミカル研磨方法の説明図である。 本発明の研磨用砥粒の顕微鏡写真と、研磨動作説明図である。 実施例の研磨用砥粒で研磨処理前後の研磨用砥粒の成分を比較した図である。 各種の砥粒を使用して研磨処理をした後の廃液の性質比較図である。 第１の成分を取り替えたときのＳｉＣの研磨レート比較図である。 第２の成分を取り替えたときのＳｉＣの研磨レート比較図である。 Fig9Aは、ＧａＮの研磨レート比較図で、Fig9Bはサファイアの研磨レート比較図である。 反応促進剤を取り替えたときの研磨レートと研磨処理後の温度の関係を示すデータである。 研磨圧力と研磨レートの関係を示す比較図である。 各種砥粒の研磨レートと表面粗さの関係を示す比較図である。 比較例の砥粒の研磨レートと表面粗さの関係を示す比較図である。 グラフ化した研磨レートの比較図である。 グラフ化した研磨後の表面粗さの比較図である。
　図１は、本発明の研磨用砥粒の概略構造を示す外観図である。
　本発明の研磨用砥粒１０はサフアィアや、炭化ケイ素や窒化ガリウム等の各種材料を研磨するために使用される。本発明の研磨用砥粒１０は、例えば、図１FigAに示すように、第１の成分１２と第２の成分１３と反応促進剤１４とが、それぞれ個々の成分の物質固有の性質を保持したまま、メカニカルアロイング処理によって相互に直接結合されたものである。第１の成分１２は、被研磨材に対して機械的研磨作用を発揮する成分である。第２の成分１３は、被研磨材に対して化学的研磨作用を発揮する成分である。反応促進剤１４は、被研磨材を研磨する際に発生する摩擦熱に反応して上記化学的研磨作用を促進する成分である。この研磨用砥粒１０は、これらの成分を粒子状に一体化したものである。
　このほかに、図１Fig1Bに示すように、第２の成分１３と第３の成分１４のみからなる研磨用砥粒１１も後で実施例として説明する。さらに、各種の組み合わせが可能である。化学的研磨作用には、被研磨材の表面にメカノケミカル効果を生じさせて、変質させる作用が含まれる。また、化学的研磨作用には、研磨処理時に発生する摩擦熱により反応して被研磨材の研磨面を酸化させる作用も含まれる。これらの作用により、被研磨材の表面を、完全な状態の被研磨材の硬度以下の硬度に変質させて研磨することが可能になる。
　研磨処理時に発生する摩擦熱により反応して被研磨材の研磨面を酸化させる第２の成分と、研磨時に発生する摩擦熱によって研磨面の酸化作用を促進する第３の成分の２成分を組み合わせても十分な実用性がある。
　上記の複数の成分が直接結合されているというのは、複数の成分以外の材料を使用して結合させていないという意味である。接着剤等の結合材料を使用しないで結合しているという意味である。メカニカルアロイング処理によって複数の成分を結合させると、図１Fig1Cに示すように、境界部分に非晶質層１５が形成される。各成分は、この非晶質層１５を介して、一体に結合する。各無機化合物成分は、メカニカルアロイング処理により結晶表面に生じた、非晶質層１５の持つ化学的活性により結合している。この結合力により、研磨前も、研磨中も各無機化合物成分が容易に分離しない。従って、研磨用砥粒の、被研磨材に接触した部分で、各無機化合物成分の特性が連鎖的に発揮される。しかも、Fig1Cに示すように、第２の成分や第３の成分の結晶表面の各所に形成された非晶質層１５は、これらの化学的研磨作用を高める効果もある。
　粒子状に一体化されているというのは、砥粒としての用途に適するサイズと形状に選定されているという意味である。炭化ケイ素または窒化ガリウム基板のラッピング用として求められる表面粗さが０．０１μｍ以下のとき、研磨用砥粒は、平均粒度が１０μｍ以下に選定されるとよい。湿式研磨に使用する場合には、本発明の研磨用砥粒は、平均粒径０．０５μｍ以上１００μｍ以下の粒子状に製造することが好ましい。研磨パッドや砥石に固定してこの研磨用砥粒を使用する場合には、さらに大きな粒径のものも使用できる。従って、本発明の研磨用砥粒は、様々な面粗さの要求に応えることができる。
　研磨用砥粒は一体化した塊状のものであればよい。研磨用砥粒の外形は円形でなくてもよい。複数種類の成分は、メカニカルアロイング処理により結合されている。により、複数種類の成分が、個々の成分の物質固有の性質を保持した状態で結合されている。複数種類の成分を結合させたのは、各成分の物質固有の性質を組み合わせて、被研磨材を研磨するためである。いずれの場合でも、本発明の研磨用砥粒は、湿式研磨を行う場合には、酸やアルカリあるいは酸化剤等を含んだケミカルスラリーを使用しない。中性の水に研磨用砥粒を分散して使用することができるという特徴を有する。
　［メカニカルアロイング処理］
　メカニカルアロイング処理では、まず、第１の成分１２の粉末と第２の成分１３の粉末と反応促進剤１４の粉末とを混合して、砕く、摩擦する、圧縮する、引っ張る、叩く、曲げるまたは衝突させるといった機械的衝撃を繰り返し加える。どの種類の衝撃を与えてもよい。複数種類の衝撃が組み合わされてもよい。これらの機械的衝撃により粉末が砕かれて、一様に混ざり合う。その後、一部の粉末が一体化して粒子状に固まる現象が生じる。各成分は、それぞれ個々の成分の物質固有の性質を保持したまま、相互に直接結合して全体として粒子状に一体化される。各成分は非晶質層を介して、一体に結合される。
［第１の成分の作用］
　第１の成分は、被研磨材に対して機械的研磨作用を発揮する。第１の成分１２の新モース硬度（修正モース硬度）は、被研磨材の硬さに従って選択される。例えば、被研磨材が炭化ケイ素または窒化ガリウムの場合には、新モース硬度が７以上１３以下である新モース硬度が７以上としたのは、複合粒子が炭化ケイ素または窒化ガリウムを機械的に高速研磨するために必要な最小限の固さを備えるためである。新モース硬度が１３以下としたのは、炭化ケイ素または窒化ガリウムの硬度以下の粒子を使用して、炭化ケイ素または窒化ガリウムの表面に大きな傷を付けずに研磨をするためである。第１の成分１２には、ケイ酸化合物が適する。例えば、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＳｉＯ4、ＺｒＯ2、タルク、または雲母が適する。これら以外のケイ酸塩化合物も適用できる。高い研磨レートを得る場合には、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＳｉＯ4またはＺｒＯ2であって、新モース硬度が９以上１３以下のものが適する。一方、高品質な研磨面を得る場合には、より柔らかいタルク、または雲母が適する。即ち、ケイ酸塩化合物であって、新モース硬度が９未満のものが適する。なお、新モース硬度が９のサファイアを研磨する場合には、研磨用砥粒の新モース硬度が７以上９以下が適する。
　第１の成分１２は、上記一体化された粒子の全重量を１００としたとき、５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占めることが好ましい。第１の成分１２の配合割合が５パーセントに満たないと、研磨用砥粒の硬度が不足することがある。また、第１の成分１２の配合割合が９５パーセントを越えると、第２の成分が不足して、化学的研磨作用による研磨レートの向上が不十分になることがある。
［第２の成分の作用］
　第２の成分１３は、被研磨材に対してメカノケミカル効果を生じさせる。被研磨材に対してメカノケミカル効果を生じさせるというのは、少なくとも被研磨材の表面の分子や原子間の結合を切ったり、酸化させたり、一部の分子や原子を他の分子や原子と置き換えたりする作用をすることをいう。こうして被研磨材の表面を化学的に変質させることにより、被研磨材と同等かそれよりも柔らかい砥粒で、変質させた部分を剥ぎ取ることを可能にする。これにより、被研磨材の表面が平坦化される。被研磨材の表面に近い部分だけが剥ぎ取られるので、被研磨材の表面に深い大きな傷を発生させない。この第２の成分の作用により、これまで得られなかった高い研磨レート（removal rate　単位時間当たりの研磨量）で研磨処理をすることができるようになった。
　炭化ケイ素または窒化ガリウムが被研磨材の場合には、第２の成分１３として、Ｃｒ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＳｎＯ2、Ｓｂ2Ｏ3、ＣｕＯ、Ｃｏ3Ｏ4、ＣｅＯ2、Ｐｒ6Ｏ11、ＭｎＯ2の群の中から選択された、一種または２種以上の酸化物を選択して使用することが好ましい。第２の成分は、Ｚｒを除く周期表上第３族から第１１族までの間に存在する遷移金属元素若しくは周期表上第１２族元素（亜鉛族元素）の、酸化物または複酸化物である。複酸化物（multiple oxide）は、これらの酸化物のいずれか２種以上が固溶したものである。
　第２の成分１３として選択される材料には、炭化ケイ素または窒化ガリウムを高温で酸化させやすい物質が含まれる。上記の例で列挙した第２の成分１３は、いずれも、酸化物である、特にＭｎＯ2は固体酸化剤として良く知られており、電解法によって製造された活性の強い二酸化マンガンが適する。二酸化マンガンは、研磨処理時に発生する摩擦熱により反応して炭化ケイ素のＣ面を酸化し、Ｓｉ面と固相反応する。酸化した研磨面は、炭化ケイ素と同等以下のモース硬度の成分で効率よく機械的に除去することができる。
　サファイアを被研磨材とする場合には、サファイアのアルミニウムイオン（Ａｌ3 +）と同形置換が起こりやすい材料が好ましい。この材料は、イオン半径がアルミニウム（Ａｌ）と近似する物質である。一方、シリカ（ＳｉＯ2）は、シロキサンの脱水時に生じる置換を生じさせる。この化学反応により、被研磨材（サファイア）の表面が変質して、被研磨材と同等以下の硬度の第１の研磨剤で効率よく研磨が可能になる。なお、第２の成分１３は、上記一体化された粒子の全重量を１００としたとき、５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占めることが好ましい。第２の成分１３の配合割合が５パーセントに満たないと、化学的研磨作用が不足して、十分高い研磨レートを維持できないことがある。また、第２の成分１３の配合割合が９５パーセントを越えると、全体として研磨用砥粒の硬度が不足することがある。
［反応促進剤の作用］
　反応促進剤１４は、スラリーとして使用する純水に対して難溶性のものであって、アルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩からなる。反応促進剤１４は液体ではなく、固体である。反応促進剤１４が固体であれば、機械的エネルギによって第１の成分１２や第２の成分１３と一体化処理して、研磨用砥粒を得ることができる。これに対して、反応促進剤１４が液体である場合、または水に溶解し易い材料である場合には、スラリー中で研磨用砥粒が分解する。さらに、廃液が環境に悪影響を及ぼす。
　反応促進剤１４は、ＣａＣＯ3、ＳｒＣＯ3、ＭｇＣＯ3、ＢａＣＯ3、ＬｉＣＯ3、Ｃａ3（ＰＯ4）2、Ｌｉ3ＰＯ4、ＡｌＫ（ＳＯ4）2の群の中から選択された、一種または２種以上の材料であることが好ましい。純水に対して難溶性のもので、かつ、アルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩が適する。いずれの材料も、研磨時に発生する摩擦熱によって、第２の成分１３の研磨機能を促進することができる。このほかに、ＣａＦ2、Ｎａ３ＡｌＦ６、Ｎａ２Ｂ4Ｏ７、ＡｇＣｌ、ＡｇＢｒ、Ａｇｌ等の大気中で安定な純水に対して難溶性の無機化合物が適する。
　なお、具体的には、反応促進剤１４として選択される材料は、ＬｉＣＯ3とＡｌＫ（ＳＯ4）2を除いて、純水に対する溶解度が０．１以下である。即ち、摂氏２５度の１００グラムの純水に対して溶解する量が、０．１グラム以下である。一方、純水に対するＬｉＣＯ3の溶解度は１．３３、ＡｌＫ（ＳＯ4）2の溶解度は６．７４であって、他の材料に比べると大きい。しかしながら、研磨用砥粒として使用した場合に、いずれも、研磨中に分離して純水に多量に溶解することはない。即ち、メカニカルアログイング処理により一体化することによって、反応促進剤を、純水に溶解し難くさせている。従って、研磨用砥粒をスラリーとともに循環させて、繰り返し研磨に使用することができた。本発明において、難溶性とは、摂氏２５度の１００グラムの純水に対して溶解する量が、７グラム以下のものを指す。
　反応促進剤１４は、一体化された粒子の全重量を１００としたとき、５重量パーセント以上９５パーセント以下を占めることが好ましい。反応促進剤１４の配合割合が５重量パーセントに満たないと、第２の成分１３の研磨機能を促進する効果が不十分になることがある。反応促進剤１４の配合割合が９５重量パーセントを越えると、第２の成分１３の量が不足してしまうことがある。
　例えば反応促進剤として、リチウム炭酸塩、アルカリ土類炭酸塩を選択した場合を考える。本発明の研磨用砥粒により湿式研磨を行うと、被研磨材に研磨用砥粒が擦り付けられて、局所的に摩擦熱が発生する。その結果、リチウム炭酸塩、アルカリ土類炭酸塩から二酸化炭素が離脱する。ここで生じた酸化リチウムや酸化アルカリ土類は、瞬間的に水分と反応し、高い水和熱を発生するとともに、強アルカリ性物質である水酸化リチウムや水酸化アルカリ土類が生成される。
　被研磨材表面の、研磨用砥粒と接する微小領域でこの現象が生じる。研磨用砥粒にメカノケミカル効果を生じさせる成分と、被研磨材に対して機械的研磨作用を発揮する成分が含まれているから、連鎖的にメカノケミカル効果が促進され、その部分が効率的に削り取られる。
　反応促進剤として、ミョウバン、すなわちＡｌＫ（ＳＯ４）２を選択した場合には、ま摩擦熱の作用により、被研磨材表面付近に酸性の領域を形成して、メカノケミカル効果を促進する。
　反応促進剤として、フッ素化合物やハロゲン化合物を選択した場合には、以下の反応が生じているものと考えられる。
　Ｓｉ系の被研磨材の表面付近では、原子が共有結合先を失い、ダングリングボンドと呼ばれる状態になっている。ダングリングボンド上の電子は不安定なため化学的に活性である。被研磨材の表面に研磨用砥粒が擦り付けられると、摩擦熱によりフッ素イオンが発生する。その結果、ダングリングボンドとフッ素とが結合する。電気陰性度の強いフッ素原子は、被研磨材の表面の結晶構造を歪ませる。これにより、被研磨材の表面でのメカノケミカル効果が促進される。
［研磨装置］
　図２は、本発明の研磨用砥粒を使用する研磨装置の一例を示す概略斜視図である。
　研磨定盤２０は矢印３２の方向に回転駆動される。研磨定盤２０の上面は研磨パッド２２により覆われている。保持装置２４は被研磨材２６（炭化ケイ素基板や窒化ガリウム基板）を研磨パッド２２に押しつけて支持するための装置である。本発明では、注液器２８から矢印３０の方向に、スラリーとともに研磨用砥粒が供給される。研磨パッド２２の表面に押しつけられた被研磨材２６は、研磨用砥粒に接触して研磨される。スラリーと研磨用砥粒は研磨処理中に連続して定量ずつ供給される。
　本発明の研磨用砥粒は、例えば、サファィア基板や、パワーデバイス用の炭化ケイ素または窒化ガリウム基板のポリシング処理（polishing process）に使用できる。サファイア基板は新モース硬度が９である。炭化ケイ素基板や窒化ガリウム基板は新モース硬度が１３である。ポリシング処理では、例えば、炭化ケイ素または窒化ガリウム基板の表面荒さが０．０１０μｍ以下に達するまで研磨する。純水中に、研磨用砥粒を分散させた懸濁液を、研磨面に供給して研磨処理を行うことができる。スラリー用として、中性の水を使用することができる。この水には、研磨用砥粒を分散させるために、界面活性剤やキレート剤を添加して構わない。中性の水に本発明の研磨用砥粒を分散させて生成した懸濁液は、後で説明するように、摂氏２５度におけるｐＨは４以上１１以下である。即ち、スラリーを弱酸性か弱アルカリ性の範囲に収めることができる。
　一般に、上記の各種基板は、始めに形状を整えるように両面研磨をする。これを粗加工という。その後、粗加工で生じた傷を低減するための中間加工を行う。最後に、原子レベルの平坦度まで表面を研磨する仕上げ加工を行う。従来は、粗加工の工程で、炭化ケイ素または窒化ガリウム基板の研磨にダイヤモンド砥粒を使用している。しかし、ダイヤモンド砥粒が炭化ケイ素または窒化ガリウム基板よりもビッカース硬度が高いので、研磨痕（saw mark）と呼ぶ、表面から深い部分に達するダメージを付けてしまう。この研磨痕を修復するために、その後長時間の中間加工が必要であった。粗加工にダイヤモンド砥粒を使用するのは研磨レートを可能な限り向上させるためである。
　上記の研磨痕の発生を抑制するために、微細なダイヤモンド砥粒を使用する方法がある。しかし、メカニカルな研磨を行う場合には、砥粒粒径が小さくなるにつれて研磨レートが低くなる、また、砥粒粒径が小さくなるにつれて、ダイヤモンド砥粒を使用する場合のコストが高くなるという問題がある。従って、研磨処理の速度を高め、かつ、ダメージの発生を防ぐ方法は未だ確立されていなかった。
　本発明の研磨用砥粒は、この問題を解決する。本発明の研磨用砥粒を使用すれば、十分高い研磨レートが得られるため、粗加工と中間加工を一気に行うことを可能にする。本発明の研磨用砥粒は、炭化ケイ素や窒化ガリウム基板と同程度かこれよりも柔らかい成分３を使用して研磨する。
　上記のポリシング処理工程では、例えば、１００ミリリットルの純水に、本発明の研磨用砥粒を１５重量パーセントの濃度で分散させた研磨用スラリーを使用する。摂氏２５度における上記スラリーのｐＨは４以上１１以下である。実験によれば、４時間研磨処理後の廃液はほぼｐＨ８程度であった。廃液のｐＨは５以上９以下が最も望ましく、ＬｉＣＯ3とＣａ3（ＰＯ4）2以外の材料を使用したときはこの範囲内であった。ＬｉＣＯ3とＣａ3（ＰＯ4）2を反応促進剤に使用した場合には、ｐＨ１０～１１程度であった。いずれも、弱酸性～弱アルカリ性の範囲内であり、作業環境への悪影響を抑えることができる。同時に、廃液処理が簡便になる。
　上記のスラリーは、純水１００に対して、研磨用砥粒を５重量パーセント以上含有させて、研磨用砥粒のみかけ比容（静置法）が０．５ｍｌ／ｇ以上２００ｍｌ／ｇ以下となるように調整することが好ましい。みかけ比容（静置法）が０．５ｍｌ／ｇに満たないと研磨用砥粒の各成分が分離してしまう。みかけ比容（静置法）が２００ｍｌ／ｇを越えても研磨レートの向上はなく、研磨用砥粒がスラリー中で過剰になり沈降が激しくなる。
　図２に示した装置において、被研磨材２６を研磨パッド２２表面に向かって弾力を用いて押しつけるようにすると、研磨パッド２２の表面に分散した研磨用砥粒と被研磨材２６との間で摩擦熱が発生し易い。従って、例えば、保持装置２４を弾力のあるゴム板等で構成することが好ましい。研磨パッド２２は、合成繊維、ガラス繊維、天然繊維、合成樹脂、天然樹脂等により構成されるものが好ましい。保持装置２４が被研磨材２６に対して適度な弾力を与えることにより、効果的に摩擦熱を発生させて高い研磨レートを実現することができる。研磨用砥粒と被研磨材との間に、反応促進剤による化学反応が生じる温度以上に摩擦熱を発生させるとよい。
　また、研磨装置を起動した当初は、摩擦熱の蓄積が無いため、被研磨材２６の研磨面の温度上昇が不十分になる。そのために研磨レートが低くなる。この場合は、スラリーの温度を適温に調整する装置を設けるとよい。また、本発明の研磨用砥粒は乾式研磨にも使用できる。例えば、基材が、研磨用のパッドである場合には、パッドの表面に適切な密度で研磨用砥粒を分散させて固定して、研磨部材を得る。樹脂や繊維に複合砥粒を分散させて固定したものを使用できる。基材がプラスチック成型品である場合には、研磨用砥粒と固化前のプラスチックとを混ぜ合わせてから、所定の方法で硬化させて、研磨部材を得る。また、テープ状の基材に分散させて固定したものでもよい。この研磨部材は、乾式研磨に適するが、研磨処理中に研磨面に純水を供給して、湿式研磨をすることもできる。
［従来技術との比較］
　図３は従来のメカノケミカル研磨方法の説明図である。
　これらは、いずれも比較例として列挙したものである。ＦＩＧ３Ａに示した砥粒は、複数種類の研磨剤を混合したものである。Ａ研磨材１６とＢ研磨材１８とを混合してスラリーとともに研磨装置に供給する。Ｂ研磨材１８はＡ研磨材１６の研磨作用を促進する機能を持つ。この場合、一般には、Ａ研磨材１６とＢ研磨材１８の比重が相違するので、ＦＩＧ３Ｂに示すように、両者がスラリー内で分離してしまう。
　ＦＩＧ３Ｃは、Ａ研磨材１６の研磨作用を促進するスラリー１７を使用した例を示す。この方法は上記の問題を解決しているので、近年広く採用されている。しかしながら、スラリー１７には強アルカリ性のものや、酸化剤等が使用され、腐食性の強い溶液になるため、作業環境を悪くする。さらに、研磨処理後の廃液の処理費用が多額になる。
　ＦＩＧ３Ｄは、Ａ研磨材１６を高分子材料１９の表面に固定した例を示す。この研磨用砥粒は、硬脆材料のラッピング工程に適するような平均粒度のものを得難い。即ち、サイズが大きいものしか得られない。また、全体として比重が軽くなり、研磨装置から押し流されてしまう。本発明の研磨用砥粒は比重が重いので、研磨装置のパッド上面に長く滞留し、研磨レートを向上させる。
［研磨用砥粒の構造と作用］
　図４ Fig4Aと Fig4Bは本発明の研磨用砥粒の微鏡写真で、Fig4A以下はその研磨作用の説明図である。
　Fig4Aは実施例１の研磨用砥粒を示す顕微鏡写真である。一体化処理直後のもので、大小様々なサイズの研磨用砥粒が混在している。平均粒径が５～６μｍで粒径１μｍ程度のものも混在している。Fig4Bはその部分拡大図である。外径が約６μｍの１個の研磨用砥粒を撮影したものである。予め粉砕された３種類の成分が混在し、互いに強く連結一体化されている。３種類の成分は、いずれも、本来備える固有の物理的化学的性質を保持したまま粒子状に一体化されている。実施例の研磨用砥粒は、研磨処理に使用された後も、分離しない程度の力で一体化されている。例えば、炭化ケイ素基板を４時間研磨した後に回収した研磨用砥粒の表面状態も、この写真とあまり区別できない程度であった。
　実施例１の研磨用砥粒は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）とニ酸化マンガン（ＭｎＯ2）と炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）とを一体化したものである。これらをそれぞれ５０重量部、３７．５重量部、１２．５重量部の割合で混合した。ボールミリング（Ball Milling）法によりこれらを外径１μｍ以下の粉末になるまで粉砕して、さらに約０．５時間機械的衝撃を加え続けることにより研磨用砥粒を得た。その中から平均粒度１μｍの研磨用砥粒を選別して使用した。上記の方法で得た研磨用砥粒を純水とともに図２に示した装置に供給して、炭化ケイ素基板を４時間研磨した。研磨用砥粒を含むスラリーは研磨処理中に研磨パッド２２の上に供給され、順次排出される。排出されたスラリーは再び回収され、研磨パッド２２の上に供給されて繰り返し使用することができた。
　サファィア研磨用として、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）と酸化ケイ素（ＳｉＯ2）と炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）とを、それぞれ５０重量部、３７．５重量部、１２．５重量部の割合で混合しして、ボールミリング法により一体化したものを製造した。平均粒度２μｍの研磨用砥粒を得た。サファイア基板を４時間研磨した後にスラリー中から取り出した複合砥粒も、上記と同様の結果を得た。
　例えば、複数の無機化合物成分を樹脂等の接着剤を使用して結合させる方法が知られている。しかしながら、樹脂等の接着剤による結合力は、研磨中に受ける外力により複数の無機化合物成分が互いに分離するのを防ぐことができない。このほかに、各成分を焼結して一体化する方法が考えられる。しかしながら、焼結をすると、無機化合物成分が互いに混ざり合って、個々の無機化合物成分の物質固有の性質が大部分失われてしまう。従って、本発明の研磨用砥粒のような機能を効果的に発揮させることができない。即ち、十分効率の良い研磨レートを実現できない。しかも、焼結処理のときに受ける摂氏１０００度ほどの熱により成分が変質したり分解してしまう。メカニカルアロイング処理では、各成分を変質させたり分解させるような熱は加わらない。
　Fig4Cに示すように、この実施例の研磨用砥粒は、各成分が一様に混合されているから、いずれの成分もその一部が研磨用砥粒の外表面に露出している。研磨用砥粒は転がるように被研磨材に直接連続して接触する。研磨用砥粒自体が摩擦熱で発熱し、化学反応性研磨材が直接その摩擦熱で加熱されて、被研磨材の表面にメカノケミカル効果を生じさせる。さらに、Fig4Cの状態からFig4Dの状態に移行すると、メカノケミカル効果が生じている部分に、ただちに、研磨用砥粒の、被研磨材表面を機械的に削る成分が接触する。これより、被研磨材のメカノケミカル効果が生じている部分が削られる。
　研磨用砥粒は、被研磨材の表面を転がるような運動をする。このとき、被研磨材の表面に、化学反応性研磨材と被研磨材を機械的に削る機能を持つ成分とが交互に繰り返し、接触する。しかも、摩擦熱がスラリー中に拡散する前に、これらが時間的な間隔を置かずに接触するから、効率よく連鎖的に研磨処理が進行する。なお、研磨用砥粒全体をいずれかの成分でコーティングすることもできる。この場合には、他の成分は研磨用砥粒の外表面に露出しない。しかしながら、研磨処理中にこのコーティングが壊れて全ての成分が表面に露出すれば、上記の作用が生じる。また、例えば、コーティングが他の成分の作用を妨げない程度の厚みであれば、全ての成分が研磨用砥粒の表面に露出していなくても構わない。
　化学反応性研磨材と機械的に削る機能を持つ無機化合物成分とがスラリー中に分散して存在すると、被研磨材のメカノケミカル効果が生じている部分に、その部分を機械的に削る機能を持つ無機化合物成分が直接接触する確率は非常に少ない。従って、長時間研磨処理を続けなければならない。
　全面に一様にメカノケミカル効果を生じさせれば、どの部分を機械的に削ってもよい。従って、強いアルカリ溶液のスラリーによって、被研磨材の全面にメカノケミカル効果を生じさせる方法が、従来、最も実用的な方法として採用されている。しかし、この方法は、廃液処理が問題になる。これは既に説明したとおりである。
　Fig4Eは、実施例の研磨用砥粒で被研磨材を研磨したときの、被研磨材表面付近の断面図である。被研磨材２６の表面付近のハッチングを施した部分だけが削り取られる。Fig4Fは、ダイヤモンド砥粒３６で被研磨材２６の表面を研磨したときの被研磨材表面付近の断面図である。この場合、被研磨材２６の表面に深い研磨痕３８が生じる。これが従来最も問題になっていた。
［研磨後の研磨用砥粒の分析］
　図５Fig5Aは、炭化ケイ素基板を４時間研磨した前後の研磨用砥粒の成分を比較した図である。
　Fig5Aの上段は、研磨処理前の研磨用砥粒の、各成分が占める割合を示す。下段は、研磨処理後の研磨用砥粒の、各成分が占める割合を示す。この図で示すように、実施例の研磨用砥粒は研磨処理前と後で、その成分比に著しい変化がない。本発明の研磨用砥粒は機械的強度が高く、研磨処理によっても破壊されないから繰り返し使用できる。即ち、炭化ケイ素基板を４時間研磨した後にスラリー中から取り出した研磨用砥粒の外観及び分析結果により、混合した材料の大部分が原形のまま存在していることが分かった。総重量にして約３％は上記の化学反応により消費されていることもわかった。
　Fig5Bは、サファイア基板を４時間研磨した前後の複合砥粒の成分を比較した図である。
　研磨前はアルミニウム（Ａｌ）とシリコン（Ｓｉ）とカルシウム（Ｃａ）の全体に占める割合がそれぞれ３８．２重量％、４３．８重量％、１７．９重量％であった。研磨処理後は４１．２重量％，４２．３重量％，１６．５重量％であった。アルミニウム成分以外の成分の全体に占める割合はほぼ変化していなかった。アルミニウム成分の割合が増加した原因は、サファイアを研磨した研磨屑が新たに含まれたためと考えられる。
　研磨処理後のスラリーとともに排出された残渣を分離し分析した。その結果、アルミニウム（Ａｌ）とシリコン（Ｓｉ）とカルシウム（Ｃａ）の全体に占める割合がそれぞれ５２％、３３％、０．５％の割合で含む残渣が得られた。成分分析の結果、ムライトが含まれていた。
　研磨処理中に、複合砥粒が機械的あるいは熱的に分解してムライトが生成されたものか、それ以外の原因により生成されたものかを検討した。ムライトの生成量は研磨時間に比例していた。しかも、研磨処理前後の複合砥粒の消費量を十分に越える量のムライトが発生していた。即ち、複合砥粒が被研磨材の表面を化学的に変質させながら研磨して、その残渣がムライトであることがわかった。従来のいずれの湿式研磨方法を使用しても、４時間研磨後にこれだけの量のムライトを発生させることは無かった。従って、上記の反応促進剤が研磨中有効に機能していることが証明された。
　ムライトは、酸化アルミニウムと二酸化ケイ素の化合物で。その化学式は、３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2～２Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2、またはＡｌ6Ｏ13Ｓｉ2で表される。複合砥粒と被研磨材との摩擦により、局部的には摂氏数百度の摩擦熱が発生する。スラリーによりこの熱は拡散するが、複合砥粒と被研磨材とが接する微小領域は高温になる。炭酸カルシウムが、被研磨材と酸化アルミニウムの反応を促進した結果、ムライトが生成されたものと判断できる。
　図６は、各種の砥粒を使用して研磨処理をした結果の廃液の性質比較図である。
　Fig6Aに示すように、研磨処理後排出されたスラリーの温度を測定した結果、研磨処理によって、室温から摂氏３０度～４０度程度まで温度上昇していたので、反応促進剤による影響を確認できた。研磨処理後排出されたスラリーの純水を除いた残渣は、炭化ケイ素または窒化ガリウム基板の削り屑である。残渣は固形成分であって、フィルタにより廃液から除去できる。反応促進剤の種類により相違があるが、大部分の廃液はｐＨ７．５程度であった。排水は中性で処理が容易であり、環境汚染の問題もない。また、最大でもｐＨ１１．２であり、問題無く処理できる。
　Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2とＣａＣＯ3とを一体化した研磨用砥粒でサフアィアを研磨したときは、いずれも、毎分０．７～１．０μｍという高い研磨レートを実現した。Fig6Bに示すように、ＬｉＣＯ3とＣａ3（ＰＯ4）2以外の材料を反応促進剤として使用したとき，研磨前の測定値は、ｐＨ４．６３　８．０、研磨後の測定値はｐＨ４．２～８．２の範囲内であった。ＬｉＣＯ3とＣａ3（ＰＯ4）2を反応促進剤として使用したとき、研磨前の測定値は、それぞれｐＨ１０．１と９．０、研磨後の測定値はそれぞれｐＨ１１．２と９．６であった。いずれも、弱酸性～弱アルカリ性の範囲内であり、作業環境への悪影響を抑えることができる。しかも、廃液処理が簡便になる。高温で高アルカリ雰囲気となる領域が微少領域であるから、スラリーのｐＨに大きく影響しないことがわかった。
［第１の成分の作用を実証］
　図７は、第１の成分を取り替えてＳｉＣを研磨したときの研磨レートの比較図である。
　サンプル１－１と表示した部分は、Ａｌ2Ｏ3とＭｎＯ2とＣａＣＯ3を一体化した研磨用砥粒を、炭化ケイ素の研磨に使用した結果を示す。
　この実施例では、研磨装置の運転条件が、研磨定盤２０の回転数を毎分５０回転（ｒｐｍ）、保持装置２４の回転数を毎分１００回転、保持装置２４が被研磨材２６を研磨定盤２０の方向に押しつける研磨圧力を１平方センチメートルあたり１６０グラム（ｇ／ｃｍ2）とした。研磨用砥粒は、純水中に１５重量％混入されている。こうして調整されたスラリーは、注液器２８から毎分１０ミリリットル（ｍｌ／ｍｉｎ）で研磨パッド２２上に供給された。
　サンプル２－１と表示した部分は、ＺｒＯ2とＭｎＯ2とＣａＣＯ3を一体化した研磨用砥粒を、炭化ケイ素の研磨に使用した結果を示す。サンプル２－２は第１の成分がＺｒＳｉＯ4、サンプル２－３は第１の成分が雲母、サンプル２－４は第１の成分がタルクである。第１の成分はメカノケミカル効果を生じさせる作用はない。第１の成分ＺｒＯ2の新モース硬度は１１である。炭化ケイ素の新モース硬度は１３である。第１の成分単体では炭化ケイ素を研磨することができない。
　しかし、第１の成分ＺｒＯ2と第２の成分ＭｎＯ2と反応促進剤ＣａＣＯとを一体化した研磨用砥粒は、図のように最も高い研磨レートを示す。次の図８の比較例６に示した従来のダイヤモンド砥粒を使用した場合の研磨レートが０．２６（μｍ／ｍｉｎ）であるのに対して、サンプル１－１の研磨レートがその約２．８倍の０．７２（μｍ／ｍｉｎ）であった。窒化ガリウムに対する第１の成分の作用もほぼ同様である。従って、窒化ガリウムについて、この実験例は示していない。
［第２の成分の作用を実証］
　図８は、第２の成分を取り替えてＳｉＣを研磨したときの研磨レートの比較図である。
　サンプル１－１と表示した部分は、Ａｌ2Ｏ3とＭｎＯ2とＣａＣＯ3を一体化した研磨用砥粒を、炭化ケイ素の研磨に使用した結果を示す。図８の実施例では、第１の成分と反応促進剤が同じで、第２の成分を順に取り替えた例を示す。サンプル３－１は第２の成分がＴｉＯ2、サンプル３－２は第２の成分がＺｎＯ、サンプル３－３は第２の成分がＮｉＯ、サンプル３－４は第２の成分がＳｎＯ2、サンプル３－５は第２の成分がＳｂ2Ｏ3、サンプル３－６は第２の成分がＣｕＯ、サンプル３－７は第２の成分がＣｏ3Ｏ4、サンプル３－８は第２の成分がＣｅＯ2、サンプル３－９は第２の成分がＰｒ6Ｏ11、サンプル３－１０は第２の成分がＴｉ－Ｃｒ－Ｓｂであって複酸化物である。
　サンプル３－１１とサンプル３－１２は２成分構造の研磨用砥粒である。サンプル３－１１は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）と二酸化マンガン（ＭｎＯ2）を本発明と同様の方法で機械的に結合し一体化した研磨用砥粒を使用した結果を示す。サンプル３－１２は、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）と二酸化マンガン（ＭｎＯ2）とを本発明と同様の方法で機械的に結合し一体化した研磨用砥粒を使用した結果を示す。２成分であっても、従来のダイヤモンド砥粒を使用した場合と同等の研磨レートを得ることができた。
　比較例１は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）と炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）を本発明と同様の方法で機械的に結合し一体化した研磨用砥粒を使用した結果を示す。比較例２は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）と二酸化マンガン（ＭｎＯ2）と炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）の単なる混合物（一体化されていない）をスラリーに混入して使用した結果を示す。比較例３は、二酸化マンガン（ＭｎＯ2）のみを砥粒とした結果を示す。比較例４は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）のみを砥粒とした結果を示す。比較例５は、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）のみを砥粒とした結果を示す。
　以上の例は、いずれも、研磨装置に樹脂パッドを使用し、砥粒を純水に混入したスラリーを使用した。一方、比較例６は、平均粒径が１～３μmのダイヤモンド砥粒を使用し、研磨装置に金属定盤を使用し、油性のスラリーを使用した結果を示す。
　ここで、これら全ての例の研磨レートを比較すると、サンプル１の研磨用砥粒を使用した場合には、毎分０．７２μmであったのに対して、比較例１～５の例では、いずれもほとんど研磨をすることができなかった。ダイヤモンド砥粒を使用した比較例６でも、研磨レートは毎分０．２６という低い値である。しかも、ダイヤモンド砥粒を使用したば場合には研磨痕の問題がある。
　図８に示したサンプル１－１は、きわめて高い研磨レートを示し、ＳｉＣの研磨においに十分に威力を発揮するということができる。サンプル３－１１やサンプル３－１２も従来に比べて研磨レートが高く、十分に実用性が高いということができる。その他のサンプルの研磨レートは、ダイヤモンド砥粒を使用した場合以下のものもある。しかし、これらのサンプルは、有害な廃液を出さない点と、研磨面がきわめて高品質になる利点を有し、従来よりも優れた方法といえる。即ち、第２の砥粒が研磨用砥粒と一体化しているので、スラリー中に溶出し難く、スラリーを大きく汚染しないという効果がある。
　全てのサンプルは、作業環境を悪化させず、廃液処理が容易な純水を分散媒体としたスラリーを使用している。研磨に使用される金属定盤の面は、炭化ケイ素や窒化ガリウムの研磨面に要求されるのと同じ程度に平坦でなければならない。しかしながら、その平坦度を維持するのは容易でない。一方、樹脂パッドは、炭化ケイ素や窒化ガリウムの研磨面に研磨用砥粒を押しつけるための圧力を加えるだけのものである。従って、精度の高い構造は求められていない。樹脂パッドは、安価でメンテナンスも容易である。
（窒化ガリウムの場合）
　図９は、第２の成分を取り替えたときの窒化ガリウムＧａＮの研磨レートの比較図である。
　サンプル１－１、３－１～３－１１の砥粒は、それぞれ図８の同じサンプル名の砥粒と同一構造のものである。窒化ガリウムを研磨した場合には、サンプル１－１がきわめて高い研磨レートを示した。また、サンプル３－９，３－１０も高い研磨レートを示した。サンプル３－２，３－３－３－４，３－６も比較例８と遜色ない高い研磨レートを示した。その他のサンプルは、研磨レートが低いものの、有害な廃液を出さない点と、研磨面がきわめて高品質になる利点を有し、図８の場合と同様である。即ち、第１の成分がタルクや雲母のような新モース硬度が低いものでも、ダイヤモンド砥粒と同程度かそれ以上の研磨レートを実現できる。しかも、きわめて高品質な研磨面を得ることができるので非常に有効である。
（サフアィアの場合）
　Fig9Bは、各種の砥粒を使用してサファイアの研磨処理をした結果の比較図である。
　サンプル１と表示した部分は、Ａｌ2Ｏ3とＳｉＯ2とＣａＣＯ3を一体化した複合砥粒を、サファイアの研磨に使用した結果を示す。サンプル２と表示した部分は、Ａｌ2Ｏ3とＦｅ2Ｏ3とＣａＣＯ3を一体化した複合砥粒を、サファイアの研磨に使用した結果を示す。サンプル３と表示した部分は、Ａｌ2Ｏ3とＣｒ2Ｏ3とＣａＣＯ3を一体化した複合砥粒を、サファイアの研磨に使用した結果を示す。
　この実施例では、サファィアウエハを平均粒度が＃３２５のＧＣ（green carbonite）で研磨をして、表面粗さＲａ＝０．２２μｍのものを被研磨剤に使用した。研磨装置の運転条件は、研磨定盤２０の回転数を毎分５０回転（ｒｐｍ）、保持装置２４の回転数を毎分１００回転、保持装置２４が被研磨材２６を研磨定盤２０の方向に押しつける研磨圧力を１平方センチメートルあたり１６０グラム（ｇ／ｃｍ2）とした。複合砥粒は、純水中に１５重量％混入されている。こうして調整されたスラリーは、注液器２８から毎分１ミリリットル（ｍｌ／ｍｉｎ）で研磨パッド２２上に供給された。
　以下は、比較例である。ref1は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）のみを砥粒とした結果を示す。ref2は、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）のみを砥粒とした結果を示す。ref3は、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）のみを砥粒とした結果を示す。
　ref4は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）と酸化ケイ素（ＳｉＯ2）を本発明と同様の方法で機械的に結合し一体化した複合砥粒を使用した結果を示す。ref5は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）と炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）を本発明と同様の方法で機械的に結合し一体化した複合砥粒を使用した結果を示す。
　ref6は、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）と炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）を本発明と同様の方法で機械的に結合し一体化した複合砥粒を使用した結果を示す。ref7は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）と酸化ケイ素（ＳｉＯ2）と炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）の単なる混合物（一体化されていない）をスラリーに混入して使用した結果を示す。ref8は、平均粒径が１～３μmのダイヤモンド砥粒を使用した結果を示す。以上の例は、いずれも、研磨パッドとして樹脂パッドを使用し、砥粒を純水に混入したスラリーを使用した。一方、ref9は、平均粒径が１～３μmのダイヤモンド砥粒を使用し、研磨装置に金属定盤を使用し、油性のスラリーを使用した結果を示す。
　ここで、これら全ての例の研磨レートを比較すると、サンプル１の複合砥粒を使用した場合には、毎分１μmであったのに対して、ref1～ref8の例では、いずれも毎分約０．３μmを越えることができない。ref9の例でも、研磨レートは毎分０．８μmであって、本発明の研磨レートに及ばない。ref9の例は、既知の最も研磨レートが高いと言われている方法である。
　サンプル１と２の場合には、既知のどの方法よりも高い研磨レートを実現できた。サンプル３の場合はref9と同程度の研磨レートを実現できた。全てのサンプルは、作業環境を悪化せず、廃液処理が容易な純水を分散媒体としたスラリーを使用している。また、金属定盤を使用した場合に、その面は、サファイアの研磨面に要求されるのと同程度に平坦でなければならない。しかしながら、その平坦度を維持するのは容易でない。一方、樹脂パッドは、サファイアの研磨面に複合砥粒を押しつけるための圧力を加えるためのものである。従って、精度の高い構造は求められていない。樹脂パッドは、安価でメンテナンスも容易である。本発明は、樹脂パッドのような柔らかい研磨パッドを使用できるので、金属定盤を使用する場合よりも有利である。
［反応促進剤の作用を実証］
　図１０は、反応促進剤を取り替えたときのＳｉＣの研磨レートと研磨処理後の温度の関係を示すデータである。
　比較例１は、反応促進剤を含まない砥粒を使用した例である。サンプル１１～１８は、第１の成分にＡｌ2Ｏ3を使用し、第２の成分にＭｎＯ2を使用して、それぞれ別の反応促進剤を使用した研磨用砥粒による実験結果である。炭化ケイ素を４時間研磨した後の研磨レートとスラリーの温度を測定した結果を表示した。
　サンプル１９は、反応促進剤（ＣａＣＯ3）と第２の成分ＭｎＯ2のみを一体化した研磨用砥粒を使用した例である。サンプル２０は、反応促進剤（ＣａＣＯ3）と第１の成分Ａｌ2Ｏ3のみを一体化した研磨用砥粒を使用した例である。
　図１０Fig10Aに示すように、比較例１を除き、研磨後のスラリーの温度はいずれも摂氏３０度以上であった。これは、反応促進剤の発熱によって、スラリーが加熱されたことを意味する。また研磨後のスラリーの温度が高いものほど、研磨レートが高いことが分かる。即ち、摩擦熱によって反応促進剤が活発に化学反応をするほど、研磨レートが高くなる。
　比較例１の場合の研磨レートは０．３１μｍ／ｍｉｎで、研磨後のスラリーの温度は摂氏２７度であった。この例とその他の例とを比較すると、研磨時に発生する摩擦熱だけでなく、反応促進剤の化学反応により発生する熱がスラリーの温度を上昇させていることが分かる。さらに、サンプル１１～１８のように、第１の成分と第２の成分と反応促進剤とを組み合わせた研磨用砥粒が、研磨レートを飛躍的に高めることも証明された。反応促進剤の作用は、窒化ガリウムの研磨でも同様のため、例示をしていない。
　Fig10Bは、研磨後のスラリーの温度と研磨レートの関係を示す表である。実験例１～８は、第１の研磨剤にＡｌ2Ｏ3を使用し、第２の研磨剤にＳｉＯ2を使用し、それぞれ別の反応促進剤を使用した複合砥粒を使用した実験結果である。これらの複合砥粒は、いずれも、全体に占める割合が、第１の研磨剤は５０重量％、第２の研磨剤は３７．５重量％、反応促進剤は１２．５重量％で構成されている。研磨条件は全て同一である。被研磨材は、サファイアウエハを平均粒度＃３２５のＧＣ（green carbonite）で研磨した後の表面粗さＲａ－０．２２μｍのものである。研磨前のスラリーの温度は摂氏２５度であった。サファイアを１時間研磨した後のスラリーの温度を測定した。研磨レートは、研磨後の被研磨材の厚みを測定して、１分（ｍｉｎ）あたりの研磨量を計算して求めたものである。
　ｒｅｆ１は、反応促進剤を使用しない砥粒を使用した比較例である。ｒｅｆ２は、反応促進剤（ＣａＣＯ3）と第２の研磨剤ＳｉＯ2のみを使用した比較例である。ｒｅｆ３は、反応促進剤（ＣａＣＯ3）と第１の研磨剤Ａｌ2Ｏ3のみを使用した比較例である。
　実験例１～８の結果から、研磨後のスラリーの温度はいずれも摂氏３０度以上であった。これは、被研磨材と研磨剤の摩擦で発生する熱だけでなく、反応促進剤の化学反応によって、スラリーが加熱されたことを意味する。また研磨後のスラリーの温度が高いものほど、研磨レートが大きいことが分かる。即ち、摩擦熱によって反応促進剤が活発に化学反応をするほど、研磨速度が速くなることがわかった。
　ｒｅｆ１の場合の研磨レートは０．４０μｍ／ｍｉｎで、研磨後のスラリーの温度は摂氏２７度であった。また、ｒｅｆ２（第１の研磨剤が無い）とｒｅｆ３（第２の研磨剤が無い）では、反応促進剤の発熱によってスラリーが摂氏４１度まで加熱されていることが分かった。しかしながら、研磨レートはあまり高く無い。これにより、第１の研磨剤と第２の研磨剤と反応促進剤とを組み合わせた本発明の複合砥粒だけが、研磨レートを十分に高めることが証明された。
［研磨レートの向上理由］
　ここで、本発明の研磨用砥粒による著しい研磨レート向上の理由を整理して説明する。
（１）研磨用砥粒に新モース硬度が１３以下の第１の成分を含めた場合
　新モース硬度が１３以下の粒子は、ＺｒＳｉＯ4とＡｌ2Ｏ3とＺｒＯ2　とＳｉＣである。これらの成分は、炭化ケイ素や窒化ガリウムに対して物理的な力を加えて塑性変形層（アモルファス層）を形成する働きをする。さらに、メカノケミカル効果を生じさせる性質を持つ第２の成分で、塑性変質層を変質させた後、第１の成分が、その塑性変形層を機械的に剥ぎ取る働きをする。被研磨材に第１の成分で塑性変形層を形成すると、その部分の結晶構造が破壊されているので、第２の成分によるメカノケミカル効果を生じ易くなると考えられる。塑性変質層を変質させると、被研磨材よりも硬度の低い第１の砥粒でこれを剥ぎ取ることが可能になる。この作用は被研磨材がサフアイアの場合も同様である。
　Ａｌ2Ｏ3は新モース硬度が９である。ＺｒＳｉＯ4とＺｒＯ2は新モース硬度が８である。いずれの粒子も炭化ケイ素または窒化ガリウムよりも新モース硬度が高くないので、研磨痕の発生が抑制される。Ａｌ2Ｏ3はＺｒＳｉＯ4よりも固いから、ＺｒＳｉＯ4を使用した研磨用砥粒よりも、Ａｌ2Ｏ3を使用した研磨用砥粒のほうが研磨レートが高い。
（２）研磨用砥粒にメカノケミカル効果を生じさせる研磨材を含めた場合
　メカノケミカル研磨材は、Ｃｒ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＳｎＯ2、Ｓｂ2Ｏ3、ＣｕＯ、Ｃｏ3Ｏ4、ＣｅＯ2、Ｐｒ6Ｏ11、ＭｎＯ2である。いずれも、炭化ケイ素または窒化ガリウムと高温雰囲気下で酸化反応を起こし易い。また固相反応を起こしやすい。この化学反応が、炭化ケイ素や窒化ガリウムの被研磨面を変質させると考えられる。これは、先行技術文献で紹介されたとおりである。
　サフアィアに対するメカノケミカル研磨材は、Ｃｒ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3またはＳｉＯ2である。これらの研磨材は、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）と同形置換（ isomorphous substitution ）を起こし易い。同型置換とは、イオン半径が近似する物質同士が、外部から圧力や熱を加えられると、イオン群が互いに置き換わる現象である。
　サファイアの六配位（six‐coordination）Ａｌ3 +（イオン半径０．５４Å（オングストローム））と近いイオン半径をもつ物質は、Ｆｅ2Ｏ3の六配位Ｆｅ3 +（イオン半径0.55Å）や、Ｃｒ2Ｏ3の六配位Ｃｒ3 +（イオン半径0.62Å）である。これらのイオン群が同形置換を起こす。この化学反応が、サファイアの被研磨面を変質させると考えられる。
　一方、ＳｉＯ2は、次のような化学反応をする。シラノール基（≡Ｓｉ－ＯＨ）を有するＳｉＯ4の四面体が、脱水縮合反応によって連結する際に、Ａｌ3 +がＡｌ（ＯＨ）3のような形で脱水縮合反応に加わる。ＳｉＯ4連結体がサファイアの結晶構造内に取り込まれる。ＳｉＯ4連結体の内部では、六配位Ｓｉ4 +（イオン半径0.40Å）が、四配位Ａｌ3 +（イオン半径0.39Å）によって置換された状態になる。この同形置換による化学反応が、サファイアの被研磨面を変質させると考えられる。　
（３）反応促進剤を研磨用砥粒に含めた場合
　反応促進剤として炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）を使用した場合の化学反応を説明する。炭酸カルシウムは、研磨用砥粒と炭化ケイ素や窒化ガリウムの研磨面との摩擦により発生した摩擦熱で、ＣａＯとＣＯ2に分解する。さらに摩擦熱により摂氏数百度の熱が発生したとき、酸化カルシウムＣａＯが水と反応して発熱し、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ2））が生成される。この反応は、炭化ケイ素や窒化ガリウムと研磨用砥粒とが接触したきわめて狭い領域でのみ生じる。この反応により炭化ケイ素や窒化ガリウムが変質する。同時に、高温の強アルカリ雰囲気で、メカノケミカル効果を生じさせる研磨材の化学反応が加速されると考えられる。
　以上のように、研磨用砥粒は、炭化ケイ素や窒化ガリウムの研磨面に塑性変形層を形成し、反応促進剤により高温強アルカリ雰囲気が形成された部分でメカノケミカル効果を生じさせて、炭化ケイ素や窒化ガリウムを研磨する。この発熱によって、研磨後のスラリーは、摂氏３０度～４０度になった。強アルカリ雰囲気が発生するのは研磨用砥粒の周辺のきわめて狭い領域なのでスラリー全体のｐＨに大きな影響を及ぼさない。
　ＳｒＣＯ3、ＭｇＣＯ3、ＢａＣＯ3等についても、全く同様の反応が生じている。上記の反応はきわめて局部的に生じる。研磨処理後のスラリーのｐＨは、中性の７よりもわずかに上昇するだけである。また、たとえ第２の成分で炭化ケイ素や窒化ガリウムの表面を変質させても、その場所正確に第１の成分が接触しなければ研磨レートは向上しない。従って、従来のように研磨剤と反応促進剤とが分離した状態でスラリー中に含まれていても、高い研磨レートは得られない。本発明の研磨用砥粒は、第１の成分や第２の成分と摩擦滅反応剤とが一体に結合しているので、上記の効果が得られた。即ち、炭化ケイ素や窒化ガリウムを、湿式研磨により、十分な高い研磨レートで研磨して、高品位な研磨面を得ることが可能になった。
　図１１は、サンプル１～３の研磨圧力と研磨レートの関係を示すデータである。
　この実施例は、研磨圧力を変更したことによる研磨レートの変化を確認するためのものである。この図は、保持装置２４が被研磨材２６を研磨定盤２０の方向に押しつける研磨圧力が、１平方センチメートルあたり５００グラム（ｇ／ｃｍ2）、７５０ｇ／ｃｍ2）、１０００ｇ／ｃｍ2の３種類の実験結果を示している。定盤回転数は毎分５０回転、キャリア回転数は毎分１００回転、スラリー濃度は１５％、スラリー供給量は毎分１０ミリリットルであった。
　この結果によれば、研磨圧力を増加させると、ＳｉＣ基板の研磨レートが向上する。例えば、サンプル１の場合、研磨圧力が５００ｇ／ｃｍ2の場合には、研磨レートが毎分０．７２ミクロンメータ（μｍ／ｍｉｎ）であるのに対し、研磨圧力が１０００ｇ／ｃｍ2の場合には、研磨レートが１．３９μｍ／ｍｉｎという結果が得られた。研磨レートが約２倍になった。しかも、研磨圧力を１０００ｇ／ｃｍ2にしても、研磨痕の無い状態で炭化ケイ素基板の研磨後の面粗さを、０．００３μｍにすることができた。
　研磨圧力を高めることによって、より多く摩擦熱が発生し、同時に、研磨用砥粒が被研磨材の研磨面を効率よく削ることが、この実施例によって証明された。サンプル１～３のいずれの研磨用砥粒も、従来のどの方法よりも高速で被研磨材の高品質な研磨が可能になる。
　図１２は、各種複合砥粒の研磨レートと表面粗さの関係を示す比較図である。
　この例は、純水をスラリーに使用した場合の、各種砥粒の研磨レートと、研磨後の被研磨材の表面粗さを示したものである。比較のため、ＳｉＯ2、ＭｎＯ2、ＣｅＯ2、ＴｉＯ2の単体と、ダイヤモンド砥粒を使用した例を含めた。ダイヤモンド砥粒以外の砥粒は、ＳｉＣの研磨に対して、研磨レートがきわめて低く実用にならない。本発明の研磨用砥粒は、純水をスラリーに使用しても、いずれもダイヤモンド砥粒よりも高い研磨レートを示している。しかも、研磨後のＳｉＣ基板の表面粗さがダイヤモンド砥粒に比べて著しく小さい。即ち、高品質の研磨面を得ることができる。
　図１３は、比較例の砥粒の研磨レートと表面粗さの関係を示す比較図である。
　ここでは、ＳｉＯ2、ＭｎＯ2、ＣｅＯ2、ＴｉＯ2を、酸化剤であるＨ2Ｏ2をスラリーに含めて、ＳｉＣ基板を研磨した結果を示す。図１２の例と比較すれば、わずかに研磨が可能になることがわかる。しかし、この研磨レートでは、研磨時間がかかりすぎて、実用にならない。
　図１４は、グラフ化した研磨レートの比較図である。図１５は、グラフ化した研磨後の表面粗さの比較図である。　
　図１２と図１３の結果を図１４と図１５にグラフで表示した。図１４に示すように、本発明の研磨用砥粒は、ダイヤモンド砥粒と同等以上の研磨レートを実現できる。また、同時に、図１５に示すように、ダイヤモンド砥粒による研磨面の粗さと比較して、圧倒的に高品質な研磨面が得られる。
　以上説明したように、反応促進剤が摩擦熱を発生させる領域や、二酸化マンガンが酸化作用を及ぼす領域は、それぞれきわめて狭い。しかも、その効果が現れる時間もごく短時間である。摩擦熱により第２の成分による酸化作用が促進され、その状態で該当する面にただちに第１の成分が接触することで、相互作用による効果的な研磨が可能になる。反応促進剤と酸化剤と機械的研磨剤とがそれぞれ交互に不規則に時間をおいて被研磨剤の表面に接触しても、十分な相互作用が現れない。即ち、スラリー中にこれらの粒子が分散している場合と、本発明のように一体化した研磨用砥粒の場合とでは、著しい差が生じる。本発明の研磨用砥粒が研磨レートを画期的に向上させた原因はここにある。
　以上の発明により、被研磨材を研磨する中間工程を短時間に圧縮するとともに、高い平坦度の研磨面を生成するので、仕上げ加工工程を大幅に短縮することができる。従って、この種の基板の生産コストに大きく影響を及ぼしている研磨処理のコスト削減に大きく寄与することができる。また、強酸性や強度アルカリ性の水溶液を使用せず、中性の水に研磨用砥粒を分散させるので、廃液は弱酸性あるいは弱アルカリ性で、環境に悪影響を及ぼさない。
　なお、上記の実施例では、被研磨材として、サファイア、炭化ケイ素あるいは窒化ガリウムを例示して説明した。しかしながら、本発明の研磨用砥粒により、これ以外の材料であっても、高品質で高速な研磨を可能にする。また、上記の実施例では、２成分または３成分の無機化合物を結合させた例を示した。しかしながら、４種類以上の無機化合物成分を相互に非晶質層を介して一体に結合させた研磨用砥粒も、同様の機能を有する。混合割合や成分の組み合わせは、は被研磨材の種類に応じて自由に選択するとよい。
　また、上記の実施例においては、第１の成分と第２の成分をそれぞれ１種類、あるいは、第１の成分と第２の成分と第３の成分それぞれ１種類結合させる例を説明した。しかしながら、例えば、第１の成分を１種類で第２の成分を２種類というように、各成分をそれぞれ複数種類組み合わせて結合させても構わない。。
　本発明の研磨用砥粒は、パワーデバイス用基盤、その他の電子部品材料、電気絶縁性材料等に使用されるサファイア、炭化ケイ素または窒化ガリウムの研磨工程に広く利用することができる。さらに、本発明の研磨用砥粒は、金属やセラミック、あるいは人工骨などの生体材料の高品質な研磨にも利用できる。また、タングステン等の硬質材料の
研磨にも利用できる。そして、従来の研磨方法と比較して、大幅に研磨時間を短縮することができ、大幅に製品のコストダウンが可能となる 
１０　研磨用砥粒（３成分）
１１　研磨用砥粒（２成分）
１２　第１の成分
１３　第２の成分
１４　反応促進剤
１５　非晶質層
１６　Ａ研磨材
１８　Ｂ研磨材
１７　スラリー
１９　高分子材料
２０　研磨定盤
２２　研磨パッド
２４　保持装置
２６　被研磨材
２８　注液器
３０　矢印
３２　矢印
３３　矢印

Claims (49)

  1. 　被研磨材と等しいかもしくは被研磨材よりもモース硬度が低い粒子状の第１の研磨剤と、上記被研磨材を化学的に変質させる粒子状の第２の研磨剤とを、メカニカルアロイ法により粒子状に一体化させた研磨用砥粒。
  2. 　上記第１の研磨剤は、上記一体化された粒子の５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める請求項１に記載の研磨用砥粒。
  3. 　上記第２の研磨剤は、上記一体化された粒子の５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める請求項１に記載の研磨用砥粒。
  4. 　上記第１の研磨剤と第２の研磨剤とを、平均粒径０．０５μｍ以上１００μｍ以下の粒子状に一体化させた請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨用砥粒。
  5. 機械的研磨性を持った成分と化学的研磨性を持った成分とが一体化した粒子であって、メカニカルアロイング処理によって両成分が接合したことを特徴とする研磨用複合砥粒。
  6. 　被研磨材の表面を研磨するための粒子であって、この粒子は、メカニカルアロイング処理により結合された複数種類の無機化合物成分を含み、各無機化合物成分は、個々の成分の物質固有の性質を保持した状態で、相互に非晶質層を介して一体に結合している請求項１乃至５のいずれかに記載の研磨用砥粒。
  7. 　上記複数種類の無機化合物成分は、個々の成分の物質固有の性質を保持した状態で結合され、各無機化合物成分は、それぞれその一部が粒子の外表面に露出している請求項６に記載の研磨用砥粒。
  8. 　複数種類の無機化合物成分のいずれかに、被研磨材に対してメカノケミカル効果を生じさせる化学反応性研磨材が含まれている請求項６または７に記載の研磨用砥粒。
  9. 　複数種類の無機化合物成分はいずれも、被研磨材とモース硬度が等しいかもしくは被研磨材よりもモース硬度が低い請求項８に記載の研磨用砥粒。
  10. 　複数種類の無機化合物成分のいずれかに、被研磨材に対してメカノケミカル効果を生じさせる化学反応性研磨材と、被研磨材のメカノケミカル効果を生じた表面を機械的に削る成分が含まれている請求項８に記載の研磨用砥粒。
  11. 　被研磨材の表面を機械的に削る成分は、被研磨材と等しいかもしくは被研磨材よりもモース硬度が低い請求項１０に記載の研磨用砥粒。
  12. 　被研磨材に対してメカノケミカル効果を生じさせる化学反応性研磨材は、研磨処理時に発生する摩擦熱により反応して被研磨材の研磨面を酸化させる成分である請求項１０に記載の研磨用砥粒。
  13. 　被研磨材に対してメカノケミカル効果を生じさせる化学反応性研磨材は、リチウム，アルカリ土類金属の炭酸塩，リン酸塩，フッ化物，ホウ素化合物，及び塩化銀，臭化銀，ヨウ化銀等のハロゲン化合物、氷晶石，又はミョウバンの中から選択された１種または２種以上の難溶性の塩である請求項１０に記載の研磨用砥粒。
  14. 　複数種類の無機化合物成分の原料を混合し、乾式状態でメカニカルアロイング処理を行い、各無機化合物成分を、相互に非晶質層を介して一体に結合させて粒子状にする研磨用砥粒の製造方法。
  15. 　純水中に、請求項１乃至１２のいずかに記載の研磨用砥粒を分散させたスラリーを使用して、被研磨材を研磨する研磨方法。
  16. 　基材に、請求項１乃至１２のいずかに記載の研磨用砥粒を分散させて固定した研磨部材。
  17. 　合成繊維、ガラス繊維、天然繊維、合成樹脂、天然樹脂のいずれかにより構成され、請求項１乃至１２のいずかに記載の研磨用砥粒を表面に分散させて固定した研磨パッドと、
    　被研磨材を研磨パッド表面に向かって弾力を用いて押しつける保持装置と、
    　研磨面に純水を供給する注液器とを備え、
    　上記保持装置による弾力は、上記研磨用砥粒と上記被研磨材との間に、上記反応促進剤による化学反応が生じる温度以上に摩擦熱を発生させるレベルに設定される研磨装置。
  18. 　中性の水の中に、請求項１乃至１２のいずかに記載の研磨用砥粒を分散させて生成した懸濁液であって、摂氏２５度におけるｐＨが４以上１１以下の、炭化ケイ素または窒化ガリウムを研磨するためのスラリー。
  19. 　サファイアを湿式研磨するための砥粒であって、
    　モース硬度が７以上９以下の粒子状の第１の研磨剤と、
    　上記被研磨材に対してメカノケミカルな作用を有する粒子状の第２の研磨剤と、
    　スラリーのために使用する純水に対して難溶性のものであって、アルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩からなる粒子状の摩擦熱反応剤の混合物が、
    　メカニカルアロイ法により直接結合され粒子状に一体化されている複合砥粒。
  20. 　上記第１の研磨剤は、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＳｉＯ4またはＺｒＯ2であって、上記一体化された粒子の５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める請求項１９に記載の複合砥粒。
  21. 　上記第２の研磨剤は、Ｃｒ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＳｉＯ2の群の中から選択された、一種または２種以上の材料であって、上記一体化された粒子の５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める請求項１９に記載の複合砥粒。
  22. 　上記第２の研磨剤としてＳｉＯ2を選択したとき、上記第１の研磨剤として、ＳｉＯ2よりもモース硬度が大きいものが選択される請求項１９に記載の複合砥粒。
  23. 　上記摩擦熱反応剤は、ＣａＣＯ3、ＳｒＣＯ3、ＭｇＣＯ3、ＢａＣＯ3、Ｌｉ2ＣＯ3、Ｃａ3（ＰＯ4）2、Ｌｉ3ＰＯ4及びＡｌＫ（ＳＯ4）2の群の中から選択された、一種または２種以上の材料であって、上記一体化された粒子の５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める請求項１９に記載の複合砥粒。
  24. 　上記第１の研磨剤は、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＳｉＯ4またはＺｒＯ2であって、
    　上記第２の研磨剤は、Ｃｒ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3、ＳｉＯ2の群の中から選択された、一種または２種以上の材料であって、
    　上記摩擦熱反応剤は、ＣａＣＯ3、ＳｒＣＯ3、ＭｇＣＯ3、ＢａＣＯ3、Ｌｉ2ＣＯ3、Ｃａ3（ＰＯ4）2、Ｌｉ3ＰＯ4及びＡｌＫ（ＳＯ4）2の群の中から選択された、一種または２種以上の材料である請求項１９に記載の複合砥粒。
  25. 　請求項１または６に記載の第１の研磨剤と第２の研磨剤と摩擦熱反応剤とを、メカニカルアロイ法により結合させて平均粒径０．０５μｍ以上１００μｍ以下の粒子状に一体化させた複合砥粒。
  26. 　請求項１９または２４に記載の第１の研磨剤と第２の研磨剤と摩擦熱反応剤とを、メカニカルアロイ法により結合させて平均粒径０．０５μｍ以上１００μｍ以下の粒子状に一体化する複合砥粒の製造方法。
  27. 　純水中に請求項１９または２４に記載の複合砥粒を分散させたスラリーを使用して、上記被研磨材を湿式研磨する研磨方法。
  28. 　１００ミリリットルの純水中に上記複合砥粒を１５重量パーセントの濃度で分散させてスラリーを構成したとき、摂氏２５度におけるｐＨが５以上９以下となるように請求項１９または２４に記載の複合砥粒の配合を選定した、サファイアを湿式研磨する研磨方法。
  29. 　請求項１９または２４に記載の複合砥粒のみかけ比容（静置法）が、０．５ｍｌ／ｇ以上２００ｍｌ／ｇ以下であるようにした、サファイアを湿式研磨するためのスラリー。
  30. 　合成繊維、ガラス繊維、天然繊維、合成樹脂、天然樹脂のいずれかにより構成されるパッド上に請求項９乃至１１のいずれかに記載のスラリーを供給する装置と、被研磨材を上記パッドに弾力を用いて押しつけて、上記パッドの上面に分散した複合砥粒と上記被研磨材との間に摩擦を発生させる押圧装置とを備えた研磨装置。
  31. 　合成繊維、ガラス繊維、天然繊維、合成樹脂、天然樹脂のいずれかにより構成されるパッド上に請求項１または６に記載の複合砥粒を分散させて固定し、かつ、上記パッド上に純水を供給する装置と、被研磨材を上記パッドに弾力を用いて押しつけて、上記パッドの上面に分散した複合砥粒と上記被研磨材との間に摩擦を発生させる押圧装置とを備えた研磨装置。
  32. 　炭化ケイ素または窒化ガリウムを被研磨材とする砥粒であって、上記被研磨材に対して化学的研磨作用を発揮する成分と、上記被研磨材を研磨する際に発生する摩擦熱に反応して上記の化学的研磨作用を促進する反応促進剤とが、それぞれ個々の成分の物質固有の性質を保持したまま、メカニカルアロイング処理によって相互に直接結合されて全体として粒子状に一体化されている研磨用砥粒。
  33. 　炭化ケイ素または窒化ガリウムを被研磨材とする砥粒であって、上記被研磨材に対して機械的研磨作用を発揮する成分と、上記被研磨材に対して化学的研磨作用を発揮する成分とが、それぞれ個々の成分の物質固有の性質を保持したまま、メカニカルアロイング処理によって相互に直接結合して全体として粒子状に一体化されている研磨用砥粒。
  34. 　炭化ケイ素または窒化ガリウムを被研磨材とする砥粒であって、上記被研磨材に対して機械的研磨作用を発揮する成分と、上記被研磨材に対して化学的研磨作用を発揮する成分と、上記被研磨材を研磨する際に発生する摩擦熱に反応して上記化学的研磨作用を促進する反応促進剤とを含む成分が、それぞれ個々の成分の物質固有の性質を保持したまま、メカニカルアロイング処理によって相互に直接結合して全体として粒子状に一体化されている研磨用砥粒。
  35. 　炭化ケイ素または窒化ガリウムを被研磨材とする砥粒であって、
    　研磨処理時に発生する摩擦熱により反応して被研磨材の研磨面を酸化させる成分と、研磨時に発生する摩擦熱によって研磨面の酸化作用を促進する成分とが、それぞれ個々の成分の物質固有の性質を保持したまま、メカニカルアロイング処理によって相互に直接結合して全体として粒子状に一体化されている研磨用砥粒。
  36. 　炭化ケイ素または窒化ガリウムを被研磨材とする砥粒であって、
    　研磨処理時に発生する摩擦熱により反応して被研磨材の研磨面を酸化させる成分と、研磨時に発生する摩擦熱によって研磨面の酸化作用を促進する成分と、酸化した被研磨材の研磨面を機械的に除去する成分とが、それぞれ個々の成分の物質固有の性質を保持したまま、メカニカルアロイング処理によって相互に直接結合して全体として粒子状に一体化されている研磨用砥粒。
  37. 　上記機械的研磨作用を発揮する成分が、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＳｉＯ4、ＺｒＯ2またはこれら以外のケイ酸塩化合物であって、新モース硬度が９以上１３以下のもので、上記第１の成分は研磨用砥粒の全重量に対して５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める請求項３３、３４または３６に記載の研磨用砥粒。
  38. 　上記機械的研磨作用を発揮する成分が、タルク、雲母またはこれら以外のケイ酸塩化合物であって、新モース硬度が９未満のもので、上記第１の成分は研磨用砥粒の全重量に対して５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める請求項３３、３４または３６に記載の研磨用砥粒。
  39. 　上記化学的研磨作用を発揮する成分が、Ｚｒを除く周期表上第３族から第１１族までの間に存在する遷移金属元素若しくは周期表上第１２族元素（亜鉛族元素）の、酸化物または複酸化物であって、上記第２の成分は研磨用砥粒の全重量に対して５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める請求項３２乃至３４のいずれかに記載の研磨用砥粒。
  40. 　上記化学的研磨作用を発揮する成分はＭｎＯ2であって、研磨用砥粒の全重量に対して５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める請求項３２乃至３４のいずれかに記載の研磨用砥粒。
  41. 　上記反応促進剤が、純水に対して難溶性のもので、かつ、アルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩であって、上記反応促進剤は研磨用砥粒の全重量に対して５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める請求項３２または３３乃至３６のいずれかに記載の研磨用砥粒。
  42. 　上記反応促進剤はＣａＣＯ3であって、研磨用砥粒の全重量に対して５重量パーセント以上９５重量パーセント以下を占める請求項３２または３３乃至３６のいずれかに記載の研磨用砥粒。
  43. 　炭化ケイ素または窒化ガリウムの湿式研磨に使用されるものであって、平均粒径が０．０５μｍ以上１００μｍ以下の粒子状に一体化された請求項３２乃至４２のいずれかに記載の研磨用砥粒。
  44. 　混合されたいずれの成分も、その一部が研磨用砥粒の外表面に露出している請求項３２乃至４２のいずれかに記載の研磨用砥粒。
  45. 　炭化ケイ素または窒化ガリウムの被研磨材に対して研磨作用を発揮する２種以上の成分をメカニカルアロイング処理によって一体化する研磨用砥粒を製造する方法。
  46. 　請求項３２乃至４４のいずれかに記載の研磨用砥粒を純水中に分散させて炭化ケイ素または窒化ガリウムを研磨する研磨方法。
  47. 　炭化ケイ素または窒化ガリウムを被研磨材とする研磨方法であって、上記被研磨材と請求項３２乃至４４のいずれかに記載の研磨用砥粒との接触面に局部的に純水を供給する研磨方法。 
  48. 　合成繊維、ガラス繊維、天然繊維、合成樹脂、天然樹脂のいずれかにより構成され、請求項３２乃至３６のいずかに記載の研磨用砥粒を表面に分散させて固定した研磨パッドと、
    　被研磨材を研磨パッド表面に向かって弾力を用いて押しつける保持装置と、
    　研磨面に純水を供給する注液器とを備え、
    　上記保持装置による弾力は、上記研磨用砥粒と上記被研磨材との間に、上記反応促進剤による化学反応が生じる温度以上に摩擦熱を発生させるレベルに設定される研磨装置。
  49. 　中性の水の中に、請求項３２乃至３６のいずかに記載の研磨用砥粒を分散させて生成した懸濁液であって、摂氏２５度におけるｐＨが４以上１１以下の、炭化ケイ素または窒化ガリウムを研磨するためのスラリー。
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