WO2016043088A1 - サファイア基板用研磨剤組成物 - Google Patents

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WO2016043088A1
WO2016043088A1 PCT/JP2015/075423 JP2015075423W WO2016043088A1 WO 2016043088 A1 WO2016043088 A1 WO 2016043088A1 JP 2015075423 W JP2015075423 W JP 2015075423W WO 2016043088 A1 WO2016043088 A1 WO 2016043088A1
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WO
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polishing
sapphire substrate
composition
abrasive
acid
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Application number
PCT/JP2015/075423
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English (en)
French (fr)
Inventor
良延 山口
内藤　健治
堀本　真樹
Original Assignee
山口精研工業株式会社
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Publication date
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    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting

Definitions

  • the present invention relates to an abrasive composition, particularly an abrasive composition for sapphire.
  • a hard and brittle material includes glass, ceramics, stone, semiconductor crystal material, and the like.
  • What is called a hard and brittle material is a material to be polished that is difficult to process, slows the polishing rate, requires a lot of processing time, and requires a high-quality polished surface with high flatness with very few scratches and defects.
  • a typical example of such a material to be polished is a sapphire substrate.
  • Sapphire substrates are frequently used in applications such as LED element substrates, and their production volume has increased in recent years. For example, the LED is obtained by growing a GaN film on a sapphire substrate by CVD coating. Sapphire is also used in the cover glass of smartphones and tablets.
  • sapphire is a chemically stable and extremely hard material having a Mohs hardness of 9
  • processing such as cutting, lapping and polishing is extremely difficult, and processing requires a very long time.
  • Various attempts have been made to reduce the processing time and reduce the cost as much as possible.
  • a sapphire wafer cut from a sapphire ingot is subjected to a lapping process in which diamond abrasive grains harder than sapphire are changed in a multi-stage from large abrasive grains to small abrasive grains, followed by a silica-based abrasive, especially colloidal silica-based
  • a sapphire substrate has been produced by final polishing in a polishing process using an abrasive.
  • there is a problem that production cost increases because an expensive abrasive such as diamond is used and processing time becomes long in a plurality of processing steps.
  • an abrasive composition for achieving both a high polishing rate and a reduction in scratches and defects and an improvement in flatness is disclosed.
  • Patent Document 1 discloses an abrasive for sapphire having a basic pH containing a salt compound in an aqueous medium in which alumina particles, colloidal silica and the like are suspended.
  • the salt compound is an alkali metal or alkaline earth metal salt of an acid, and the acid here is hydrochloric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, sulfuric acid, nitric acid, ascorbic acid, oxalic acid or picoline. There is a description that it is an acid.
  • Patent Document 1 does not disclose the use of an organic carboxylic acid chelating compound.
  • Patent Document 2 discloses an abrasive composition containing colloidal silica and composite abrasive grains such as aluminum oxide and used for polishing an alumina substrate or the like. However, Patent Document 2 does not disclose the use of an organic carboxylic acid chelating compound.
  • Patent Document 3 discloses an abrasive composition used for polishing an aluminum-containing ceramic substrate, which contains an abrasive containing alumina particles and an additive containing a phosphorus compound, and has a pH of about 8 or higher. However, Patent Document 3 does not disclose the use of an organic carboxylic acid chelating compound.
  • Patent Document 4 discloses a sapphire polishing slurry containing alumina abrasive grains characterized by having a pH in the range of 10.0 to 14.0. However, Patent Document 4 does not disclose the use of an organic carboxylic acid chelating compound.
  • Patent Document 5 as an abrasive composition for hard and brittle materials having a Vickers hardness of 1500 Hv or more, an abrasive composition containing aluminum oxide abrasive grains having a pH of 8.5 or more and a surface area of 20 m 2 / g or less. Things are disclosed. However, Patent Document 5 does not disclose the use of an organic carboxylic acid chelating compound.
  • Patent Document 1 in which colloidal silica is used for abrasive grains, a satisfactory polished surface can be obtained, but a sufficient polishing rate cannot be obtained.
  • Patent Documents 2 to 5 since alumina, which is relatively hard particles, is used for the abrasive grains, the polishing rate is improved, but it cannot be said that a sufficient polishing rate is obtained. In addition, a highly accurate polished surface is not obtained after polishing.
  • the present invention has been intensively studied in view of such problems, and is a polishing composition for a sapphire substrate capable of obtaining a highly accurate polished surface with high scratching speed, low scratches, low surface roughness, and the like. Is to provide.
  • the present invention also provides an abrasive composition that can be used not only for sapphire substrates but also for hard and brittle materials such as hard glass substrates, quartz substrates, silicon and semiconductor substrates having the same problems as described above.
  • the present inventor is an abrasive composition for a sapphire substrate containing inorganic abrasive particles, a polishing accelerator, and water, wherein the inorganic abrasive particles are alumina particles, and the polishing accelerator is organic. It has been found that the above problems can be solved by using a polishing composition for sapphire substrates, which is a carboxylic acid chelating compound and has a pH of 9.0 to 13.0. That is, the present invention relates to the following [1] to [18].
  • An abrasive composition for a sapphire substrate containing inorganic abrasive particles, a polishing accelerator, and water,
  • the inorganic abrasive particles are alumina particles;
  • the polishing accelerator is an organic carboxylic acid chelating compound, the pH is 9.0-13.0,
  • An abrasive composition for a sapphire substrate characterized in that.
  • the organic carboxylic acid chelating compound is ethylenediaminetetraacetic acid, nitrilotriacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, hydroxyethylethylenediaminetetraacetic acid, triethylenetetraaminehexaacetic acid, hydroxyethyliminodiacetic acid, dihydroxyethylglycine, dicarboxymethyl.
  • the above-mentioned dispersant is at least one selected from the group consisting of polycarboxylic acids (salts), copolymers containing repeating units of polycarboxylic acids (salts), and condensed phosphates.
  • abrasive composition for sapphire substrates is at least one compound selected from the group consisting of alumina sol and celluloses.
  • a method for polishing a sapphire substrate comprising polishing using the abrasive composition for sapphire substrate according to any one of [1] to [16].
  • a method for producing a sapphire substrate comprising a step of polishing using the sapphire substrate abrasive composition according to any one of [1] to [16].
  • the abrasive composition of the present invention can polish a hard and brittle material such as a sapphire substrate at high speed, and can finish the polished surface to a high quality polished surface with high flatness and few scratches and defects.
  • the abrasive composition of the present invention is particularly suitable for polishing sapphire substrates.
  • the abrasive composition of the present invention can reduce the polishing time and polish a sapphire substrate or the like at a low cost.
  • the abrasive composition for a sapphire substrate of the present invention contains inorganic abrasive particles, a polishing accelerator, and water, the inorganic abrasive particles are alumina particles, and the polishing accelerator is an organic carboxylic acid chelate.
  • the pH of the sapphire substrate polishing composition is 9.0 to 13.0.
  • the abrasive composition of the present invention contains inorganic abrasive particles, and the inorganic abrasive particles are alumina particles. If necessary, silicon oxide, zircon, zirconium oxide, cerium oxide, silicon nitride, silicon carbide, etc. may be added to the inorganic abrasive particles.
  • gibbsite Al 2 O 3 ⁇ 3H 2 O boehmite Al 2 O 3 ⁇ H 2 O
  • pseudoboehmite Al 2 O 3 ⁇ nH 2 O (n 1 ⁇ 2)
  • ammonium Examples thereof include aluminum salts such as alum AlNH 4 (SO 4 ) 2 ⁇ 12H 2 O and ammonium dosonite NH 4 AlCO 3 (OH) 2 .
  • These alumina raw materials are prepared, for example, by the following method.
  • ammonium alum is obtained by cooling an aqueous solution of ammonium sulfate and aluminum sulfate and precipitating from the solution.
  • Ammonium dosonite is obtained by reacting ammonium alum and ammonium carbonate.
  • Alumina can be obtained by firing or pyrolyzing these alumina raw materials.
  • Alumina particles can be obtained by pulverizing and classifying the obtained alumina.
  • Alumina particles have various crystal forms such as ⁇ -alumina, ⁇ -alumina, ⁇ -alumina, and ⁇ -alumina, and any crystal form can be used.
  • alumina particles made from boehmite or pseudo-boehmite can be used to obtain round and polycrystalline alumina particles, which makes it easier to obtain relatively high-purity alumina particles. Further, when preparing the particle size, it is easy to obtain fine particles with few coarse particles, narrow particle size distribution, and few corners. Since alumina particles having such characteristics are used, when alumina particles made from boehmite or pseudoboehmite are used in the abrasive composition for sapphire substrates of the present invention, scratches on the substrate are reduced and a high polishing rate is obtained. Can do.
  • the D50 value (median diameter) of the inorganic abrasive particles of the present invention is preferably 0.01 to 1.00 ⁇ m.
  • D50 is smaller than 0.01 ⁇ m, it is difficult to obtain a sufficient polishing rate.
  • D50 is larger than 1.00 ⁇ m, surface quality deterioration of the polished surface such as generation of scratches and latent scratches, deterioration of surface roughness, and deterioration of flatness is caused. You may be invited.
  • the dispersion stability (how long a dispersed state can be maintained in an aqueous medium without settling of particles) may be deteriorated.
  • D50 is more preferably 0.10 to 0.90 ⁇ m, still more preferably 0.20 to 0.70 ⁇ m.
  • D50 can be measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer (for example, SALD2200, manufactured by Shimadzu Corporation).
  • SALD2200 laser diffraction particle size distribution analyzer
  • D50 is the particle size distribution measured on the basis of volume based on the laser diffraction method. When the measured particle diameters are integrated in order of increasing particle diameter starting from the smallest particle diameter, It is the particle diameter that occupies 50% of the volume of the particles. For example, D50 of 0.45 ⁇ m means that the total volume of particles having a particle diameter of 0.45 ⁇ m or less occupies 50% of the total volume of all target particles.
  • the specific surface area of the inorganic abrasive particles of the present invention is preferably 0.1 to 15 m 2 / g.
  • the specific surface area of the alumina abrasive grains gradually becomes a small value by firing or pyrolysis of the alumina raw material, and can be adjusted according to the firing and pyrolysis conditions.
  • the specific surface area is smaller than 0.1 m 2 / g, the surface roughness increases and scratches may increase.
  • the specific surface area is larger than 15 m 2 / g, it is difficult to obtain a sufficient polishing rate.
  • the specific surface area is more preferably 1 to 14 m 2 / g.
  • the specific surface area can be measured as a BET value using a flow type specific surface area automatic measuring device (for example, Flowsorb II manufactured by Shimadzu Corporation).
  • the BET value is a specific surface area determined by the BET method (gas adsorption method).
  • the crystal form of the alumina particles of the present invention is preferably ⁇ -alumina.
  • the alumina raw material When the alumina raw material is fired or pyrolyzed, it undergoes a crystal phase transition to an ⁇ crystal, which is a high-temperature stable phase, through crystal phases such as ⁇ crystal, ⁇ crystal, and ⁇ crystal. Since the crystal phase increases in hardness and the size of crystal grains grows as firing and pyrolysis occur, the crystal phase can be adjusted according to the firing and pyrolysis conditions.
  • the alumina raw material can be crystallized to ⁇ crystal by subjecting the alumina raw material to firing or thermal decomposition at a temperature of 1000 ° C. or higher. Since ⁇ -alumina is a crystal form having sufficient hardness, a high polishing rate can be obtained when ⁇ -alumina particles are used in the abrasive composition of the present invention.
  • the content of the inorganic abrasive particles of the present invention is preferably 5 to 50% by mass with respect to the mass of the abrasive composition for a sapphire substrate. If the content is less than 5% by mass, it is difficult to obtain a sufficient polishing rate. Even if the content is more than 50% by mass, no further improvement in the polishing rate is recognized and it is not economical. Dispersibility deteriorates and the viscosity of the abrasive composition increases, so that the polishing rate may decrease, and the liquid feeding resistance may increase when the abrasive composition is circulated and cause problems. is there.
  • the content of the inorganic abrasive particles is more preferably 5 to 20% by mass, and further preferably 8 to 15% by mass with respect to the mass of the abrasive composition for sapphire substrate.
  • the pH of the abrasive composition of the present invention is 9.0 to 13.0.
  • the above pH is suitable for polishing the sapphire substrate for the following reasons.
  • Sapphire is single crystal alumina, but it is known that the surface of sapphire acts as a solid acid in water. Therefore, when frictional heat is generated locally during polishing, it is considered that sapphire is alkaline liquid and the surface dissolution reaction is likely to occur due to frictional heat. It is considered that polishing is started by this dissolution reaction.
  • the pH is less than 9, the dissolution reaction does not start and the polishing rate is remarkably reduced. Even if the value exceeds 13.0, no further improvement in the polishing rate is recognized, and it is dangerous during handling.
  • the pH is more preferably 10.0 to 13.0.
  • the polishing accelerator accelerates the reaction on the surface of the sapphire substrate at a pH of 9.0 to 13.0 of the polishing composition and provides a high polishing rate.
  • an organic carboxylic acid chelating compound is used in the present invention.
  • the abrasive composition of the present invention may optionally use an oxoacid salt as a polishing accelerator.
  • the polishing accelerator referred to in the present invention is considered to have an action of promoting removal of the deteriorated layer due to dissolution generated on the surface of the sapphire substrate by the abrasive composition having a pH of 9.0 to 13.0.
  • the organic carboxylic acid chelating compound is a compound having a polydentate ligand that forms a chelate compound with a metal ion, and includes a carboxylic acid or a salt of a carboxylic acid as a ligand. It is. From the viewpoint of setting the pH of the abrasive composition to 9.0 to 13.0, the organic carboxylic acid chelating compound preferably forms a salt with an alkali metal, ammonia, amine or the like. These salts can also be produced in the abrasive composition by adding an organic carboxylic acid chelate compound and an alkali metal hydroxide, ammonia or amine, respectively, to the abrasive composition.
  • organic carboxylic acid chelating compounds include ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), nitrilotriacetic acid (NTA), diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), hydroxyethylethylenediaminetetraacetic acid (HEDTA), triethylenetetraaminehexaacetic acid (TTHA), hydroxy Ethyliminodiacetic acid (HIDA), dihydroxyethylglycine (DHEG), dicarboxymethylglutamic acid (GMGA), ethylenediamine-N, N ′′ -disuccinic acid (EDDS) and their sodium, potassium, ammonium and amine salts Etc. Said compound may be used independently and may be used in combination of 2 or more type.
  • Preferred organic carboxylic acid chelating compounds include ethylenediaminetetraacetic acid-tetrapotassium salt, hydroxyethylethylenediaminetetraacetic acid-trisodium salt, and the like.
  • Organic carboxylic acid-type chelating compounds are known and can be easily obtained in the market or can be prepared.
  • the content of the organic carboxylic acid chelating compound is preferably in the range of 0.01 to 5% by mass with respect to the mass of the sapphire substrate polishing composition. If the amount is less than 0.01% by mass, the effect of promoting the polishing rate is not sufficient, and if the amount exceeds 5% by mass, no further improvement in the polishing rate is recognized and it is not economical, but the dispersibility starts to deteriorate. Sometimes.
  • the content of the organic carboxylic acid chelating compound is more preferably in the range of 0.01 to 2% by mass, and still more preferably 0.1 to 1% by mass, with respect to the mass of the abrasive composition for sapphire substrate. .
  • an oxoacid salt may optionally be used in combination as a polishing accelerator.
  • the oxo acid of the oxo acid salt optionally used in the present invention is preferably an oxo acid of one or more elements selected from the group consisting of aluminum, silicon and boron.
  • These oxo acid salts include aluminates, silicates, aluminosilicates and borates. Among these, use of aluminate is preferable.
  • the salt of the oxo acid salt used in the present invention is preferably one or more salts selected from the group consisting of alkali metal salts and alkaline earth metal salts.
  • These oxo acid salts include sodium salts, potassium salts, lithium salts, calcium salts and the like. Of these, the use of sodium salt or potassium salt is preferred.
  • the oxoacid salt used in the present invention preferably contains sodium aluminate or potassium aluminate, and most preferably contains sodium aluminate.
  • Oxo acid salts are known and are readily available in the market or can be prepared.
  • the content of the oxoacid salt is preferably in the range of 0.01 to 5% by mass with respect to the mass of the abrasive composition for the sapphire substrate. If the amount is less than 0.01% by mass, the effect of promoting the polishing rate is not sufficient, and if it exceeds 5% by mass, the dispersibility may begin to deteriorate.
  • the content of the oxoacid salt is more preferably 0.01 to 2% by mass, still more preferably 0.01 to 0.5% by mass, and most preferably 0. It is in the range of 1 to 0.4% by mass.
  • the agglomeration of inorganic abrasive particles in the abrasive composition may cause a decrease in polishing surface quality and a reduction in polishing rate, such as generation of scratches and deterioration in surface roughness.
  • a dispersant may be used in combination for the purpose of improving the dispersion state of the inorganic abrasive particles and improving the above problems.
  • the dispersant include a polymer type dispersant, a surfactant type dispersant, an inorganic type dispersant, and the like.
  • the polymeric dispersant include polycarboxylic acids (salts), copolymers containing polycarboxylic acid (salt) repeating units, and inorganic dispersants include condensed phosphates.
  • polycarboxylic acid polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyacrylic acid alkali metal salt, polymethacrylic acid alkali metal salt, polyacrylic acid ammonium salt, polymethacrylic acid ammonium salt, polyacrylic acid amine
  • examples thereof include salts and polymethacrylic acid amine salts.
  • the copolymer containing a repeating unit of polycarboxylic acid (salt) include a copolymer of polyacrylic acid and a structural unit containing a sulfonic acid group, a copolymer of polyacrylic acid and a polyacrylate ester, and the like. It is done.
  • the condensed phosphate include sodium hexametaphosphate, sodium pyrophosphate, potassium pyrophosphate, sodium tripolyphosphate, sodium acid metaphosphate, and sodium acid pyrophosphate.
  • the content of the dispersing agent is preferably in the range of 0.005 to 0.5 mass% with respect to the mass of the abrasive composition for sapphire substrate. If it is less than 0.005% by mass, the effect of improving the dispersion state of the inorganic abrasive particles is not sufficient, and if it exceeds 0.5% by mass, the effect of improving the dispersion state of the inorganic abrasive particles reaches its peak and is economical. Not.
  • the content of the dispersant is more preferably 0.01 to 0.5% by mass, still more preferably 0.02 to 0.3% by mass, with respect to the mass of the sapphire substrate polishing composition. Most preferably, it is 0.05 to 0.2% by mass.
  • the abrasive composition When the abrasive composition is left standing in a bottle, the alumina abrasive grains settle, and when the abrasive composition is used again, it takes time to make it uniformly dispersed again.
  • the abrasive composition In polishing a sapphire substrate or the like, the abrasive composition is generally supplied in a circulating manner when the abrasive composition is supplied to a polishing machine. In this case, the alumina abrasive grains may settle in the abrasive composition flow path, the abrasive composition tank, or the transport tube, which may cause a reduction in the polishing rate.
  • a dispersion aid For the purpose of solving the problems such as sedimentation and re-dispersion as described above, a dispersion aid may be used in combination in the abrasive composition of the present invention.
  • the dispersion aid include alumina sol and celluloses. The reason why the dispersibility of the inorganic abrasive particles is improved by the addition of the dispersion aid is presumed to be because the abrasive particles are trapped in a chemical interaction network such as alumina sol or cellulose.
  • the alumina sol is a colloidal dispersion of aluminum hydroxide or hydrated alumina in an aqueous dispersion medium.
  • examples of the hydrated alumina include boehmite, pseudoboehmite, diaspore, dibsite, and bayerite.
  • Examples of the alumina sol in which aluminum hydroxide is colloidally dispersed in an aqueous dispersion medium include a sol product of an aluminum salt.
  • the aluminum salt solation product is obtained by reacting an aluminum salt with a substance that easily reacts with water to generate a hydroxyl group or a compound containing a hydroxyl group.
  • Examples of the aluminum salt used include aluminum sulfate, aluminum chloride, and aluminum nitrate.
  • Examples of substances that easily react with water and generate hydroxyl groups include ammonia, alkylamines, amine-based chelate compounds, aminocarboxylic acids, aminocarboxylic acid-based chelate compounds, and aminophosphonic acid-based chelate compounds.
  • Examples of the compound containing a hydroxyl group used include sodium hydroxide and potassium hydroxide.
  • Boehmite sol is obtained by solding boehmite and / or pseudo boehmite with an aluminum salt, an inorganic acid or an organic acid.
  • the aluminum salt used include aluminum sulfate, aluminum chloride, and aluminum nitrate.
  • Nitric acid, hydrochloric acid, etc. are mentioned as an inorganic acid used.
  • the organic acid used include acetic acid and gluconic acid.
  • boehmite sol one prepared by the above-mentioned method can be used, but a solidified boehmite sol that is commercially available can be dissolved in water at the time of use to produce a boehmite sol.
  • celluloses examples include cellulose, crystalline cellulose, carboxymethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose and the like.
  • alumina sol is preferable, and aluminum salt solation product and boehmite sol are more preferable.
  • the content of the dispersion aid is preferably 0.01 to 5% by mass with respect to the mass of the sapphire substrate polishing composition.
  • the amount is less than 0.01% by mass, the dispersion effect of the inorganic abrasive particles cannot be sufficiently obtained.
  • the amount is more than 5% by mass, an increase in the viscosity of the abrasive composition is observed, which hinders circulation use.
  • the content of the dispersion aid is more than 5% by mass, the polishing rate may be lowered.
  • the content of the dispersion aid is more preferably 0.01 to 2% by mass with respect to the mass of the abrasive composition for sapphire substrate.
  • the abrasive composition of the present invention may contain a pH adjusting agent in order to obtain a predetermined pH.
  • the pH adjuster include inorganic bases, organic bases, inorganic acids, organic acids and the like.
  • the inorganic base include sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia and the like.
  • the organic base include tetramethylammonium hydroxide and alkanolamine.
  • the inorganic acid include sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, hydrochloric acid and the like.
  • Examples of the organic acid include citric acid and malic acid.
  • the abrasive composition of the present invention includes a rust inhibitor, antibacterial agent, cleaning agent, surface modifier, scratch reducing agent, viscosity modifier, antifoaming agent, antioxidant, surfactant for other purposes, etc. Can also be used together as necessary.
  • the abrasive composition of the present invention can be prepared by mixing each component.
  • the abrasive composition of the present invention is an electronic component material such as an LED element, an optical component such as an optical filter, an electrically insulating material, a watch cover or window material, a sapphire substrate used as an abrasion resistant material, a glass substrate, It can be used for polishing a quartz substrate, silicon, a semiconductor substrate, or the like.
  • polishing agent composition The alumina particle used by an Example and a comparative example was prepared with the following method.
  • Preparation example of alumina particles 1 Commercially available boehmite alumina (CA alumina manufactured by Sasol Corporation) was fired at 1160 ° C. for 9 hours so as to have a specific surface area BET of 4 m 2 / g. The crystal form of the alumina after firing was ⁇ -alumina. The fired product was wet pulverized and adjusted to D50 of 0.35 ⁇ m, 0.45 ⁇ m, and 0.70 ⁇ m. The specific surface area of the prepared alumina particles was as shown in the table.
  • Example of preparation of alumina particles 2 Commercially available alumina (APA-0.4AF manufactured by Sasol Co., Ltd.) having a crystal form of ⁇ -alumina using boehmite alumina as a raw material was wet pulverized to adjust D50 to 0.35 ⁇ m.
  • the specific surface area of the prepared alumina particles was BET 11 m 2 / g.
  • D50 of the alumina particles was measured using a laser diffraction particle size distribution measuring machine (SALD2200, manufactured by Shimadzu Corporation).
  • SALD2200 laser diffraction particle size distribution measuring machine
  • the particle size distribution of the alumina particles is based on volume.
  • the specific surface area of the alumina particles was measured using a flow type specific surface area automatic measuring device (Shimadzu Corporation, Flowsorb II).
  • Alumina sol as a dispersion aid used in Examples and Comparative Examples was prepared by the following method.
  • (Preparation example of alumina sol 1) 77 g of commercially available boehmite alumina (CA alumina manufactured by Sasol Corporation), 44 g of aluminum chloride and 879 g of water were mixed and stirred with a homomixer to prepare a sol.
  • (Preparation example of alumina sol 2) 107 g of 25% aqueous ammonia was added to an aqueous aluminum sulfate solution in which 179 g of aluminum sulfate was dissolved in 714 g of water, and the mixture was mixed and stirred with a homomixer to prepare a sol.
  • An abrasive composition was prepared by the following method using sodium hexametaphosphate as a dispersant and alumina sol prepared by the above method as a dispersion aid.
  • Example 1 Alumina particles 1 (D50: 0.45 ⁇ m, BET 10 m 2 / g), ethylenediaminetetraacetic acid tetrapotassium salt (EDTA-4K), and water were stirred and mixed so as to have the ratios shown in Table 1 to obtain an abrasive composition.
  • Example 2 Alumina particles 1 (D50: 0.45 ⁇ m, BET 10 m 2 / g), ethylenediaminetetraacetic acid tetrapotassium salt (EDTA-4K), and water were stirred and mixed so as to have the ratios shown in Table 1 to obtain an abrasive composition.
  • a polishing test was conducted using the obtained abrasive composition.
  • Example 2 Alumina particles 1 (D50: 0.45 ⁇ m, BET 10 m 2 / g), ethylenediaminetetraacetic acid tetrapotassium salt (EDTA-4K), sodium hexametaphosphate (hexameta), alumina sol 1 and water so that the ratio is as shown in Table 1.
  • the mixture was stirred and mixed to prepare an abrasive composition.
  • water was added so that it might become the remainder which remove
  • a polishing test was conducted using the obtained abrasive composition.
  • Example 3 Alumina particles 1 (D50: 0.45 ⁇ m, BET 10 m 2 / g), ethylenediaminetetraacetic acid tetrapotassium salt (EDTA-4K), sodium hexametaphosphate (hexameta), and water were stirred and mixed so that the ratios shown in Table 1 were obtained. Thus, an abrasive composition was prepared. In addition, water was added so that it might become the remainder which remove
  • Example 4 Alumina particles 1 (D50: 0.45 ⁇ m, BET 10 m 2 / g), ethylenediaminetetraacetic acid tetrapotassium salt (EDTA-4K), alumina sol 1 and water were stirred and mixed so as to have the ratios in Table 1, and then polished. An agent composition was prepared. In addition, water was added so that it might become the remainder which remove
  • EDTA-4K ethylenediaminetetraacetic acid tetrapotassium salt
  • Example 5 Ratio of alumina particles 1 (D50: 0.45 ⁇ m, BET 10 m 2 / g), tetrapotassium salt of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA-4K), sodium aluminate, sodium hexametaphosphate (hexameta), alumina sol 1 and water in Table 1 Then, the mixture was stirred and mixed to prepare an abrasive composition. In addition, water was added so that it might become the remainder which remove
  • Example 6 Alumina particles 1 (D50: 0.45 ⁇ m, BET 10 m 2 / g), hydroxyethylethylenediaminetetraacetic acid trisodium salt (HEDTA-3Na), sodium hexametaphosphate (hexameta), alumina sol 2 and water are in the ratios shown in the table.
  • the mixture was stirred and mixed to prepare an abrasive composition, and tetramethylammonium hydroxide (TMAH) was further added to adjust the pH in Table 1.
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • water was added so that it might become the remainder which remove
  • a polishing test was conducted using the obtained abrasive composition.
  • Example 7 The abrasive composition was prepared in the same manner as in Example 2 except that alumina particles 1 (D50: 0.35 ⁇ m, BET 13 m 2 / g) were used as alumina abrasive grains and the concentration of EDTA-4K was 0.6 mass%. Prepared. A polishing test was conducted using the obtained abrasive composition. (Example 8) The abrasive composition was prepared in the same manner as in Example 2, except that alumina particles 1 (D50: 0.70 ⁇ m, BET 8 m 2 / g) were used as the alumina abrasive grains, and the concentration of EDTA-4K was 0.6 mass%. Prepared.
  • a polishing test was conducted using the obtained abrasive composition.
  • Example 9 Alumina particles 2 (D50: 0.35 ⁇ m, BET 11 m 2 / g), ethylenediaminetetraacetic acid tetrapotassium salt (EDTA-4K), sodium aluminate, alumina sol 3 and water were stirred and mixed so that the proportions in Table 1 were obtained. Thus, an abrasive composition was prepared. In addition, water was added so that it might become the remainder which remove
  • abrasive composition was prepared in the same manner as in Comparative Example 2 except that alumina particles 1 (D50: 0.35 ⁇ m, BET 13 m 2 / g) were used as alumina abrasive grains. A polishing test was conducted using the obtained abrasive composition.
  • Comparative Example 5 An abrasive composition was prepared in the same manner as in Comparative Example 2 except that alumina particles 1 (D50: 0.70 ⁇ m, BET 8 m 2 / g) were used as alumina abrasive grains. A polishing test was conducted using the obtained abrasive composition.
  • EDTA-4K ethylenediaminetetraacetic acid-tetrapotassium salt
  • HEDTA-3Na hydroxyethylethylenediaminetetraacetic acid-trisodium salt
  • HEDP hydroxyethylidene diphosphonic acid
  • Hexmeta sodium hexametaphosphate
  • TMAH Tetramethylammonium hydroxide
  • NaOH Sodium hydroxide
  • a sapphire substrate was polished under the following polishing conditions.
  • Polishing machine Air pressure 6B double-side polishing machine made by Speedfam Polishing pad: SUBA-800 Surface plate rotation speed: Lower 60rpm, Upper 20rpm Load: 120 g / cm 2 Polishing time: 420 minutes (7 hours) Abrasive composition supply amount: 120 ml / min Circulating polishing work: ⁇ 7.62 cm (3 inch) sapphire wafer ⁇ 3P
  • Polishing rate Polishing rate [ ⁇ m / hr] (mass before polishing of sapphire substrate ⁇ mass after polishing) [g] ⁇ polishing area of sapphire substrate [45 cm 2 ] ⁇ density of sapphire substrate [3.98 g / Cm 3 ] ⁇ polishing time [420 minutes] ⁇ 10000 [ ⁇ m / cm] ⁇ 60 [minute / hr], and shown in the table.
  • the surface roughness Ra of the sapphire substrate was measured with an atomic force microscope AFM (SPA-500 type manufactured by SII Technology) in a non-contact mode, a scan rate of 1.0 Hz, and a visual field of 10 ⁇ m 2 .
  • AFM atomic force microscope
  • Example 1 and Comparative Example 1 When Example 1 and Comparative Example 1, Examples 2 and 6 and Comparative Example 2, Example 7 and Comparative Example 4, and Example 8 and Comparative Example 5 are compared, an organic carboxylic acid chelating compound is used as a polishing accelerator. It can be seen that a high polishing rate can be obtained by adding.
  • Examples 2, 3, 4 and Example 1 are compared, it can be seen that the redispersibility of the slurry is improved when at least one of the dispersant and the dispersion aid is included.
  • the present invention is an electronic component material such as an LED element, an optical component such as an optical filter, an electrically insulating material, a watch cover or window material, a sapphire substrate used as a wear resistant material, a glass substrate, a quartz substrate, silicon,
  • the present invention relates to an abrasive composition used for polishing a semiconductor substrate or the like.
  • the present invention is not limited to these applications, and can be used as an abrasive composition for other hard and brittle materials.
  • the abrasive composition of the present invention is a heat-resistant chip for laser emission, a substrate for LED lighting, a material for electronic components such as a substrate for high-frequency power devices used as GaN on Sapphire, a polarizer holding plate for a liquid crystal projector, a camera, etc.

Abstract

　スクラッチ等の表面欠陥がなく、高い研磨速度で且つ高精度の研磨面が得られるサファイア基板用研磨剤組成物を提供する。　成分として、無機研磨材粒子と、研磨促進剤と、水とを含有する。無機研磨材粒子は、アルミナ粒子であり、研磨促進剤は、有機カルボン酸系キレート性化合物であり、ｐＨは、９．０～１３．０である。

Description

サファイア基板用研磨剤組成物
　本発明は、研磨剤組成物、特に、サファイア用の研磨剤組成物に関する。
　一般に硬脆材料と呼ばれるものには、ガラス、セラミックス、石材、半導体結晶材料等が含まれる。このような硬脆材料と呼ばれるものは、加工が難しく研磨速度も遅く、多くの加工時間を要する被研磨材料で、かつスクラッチや欠陥等が極めて少ない平坦性の高い高品質な研磨面が必要とされている。このような被研磨材料としては、典型的にサファイア基板をあげることができる。
　サファイア基板はＬＥＤ素子基板等の用途で多用され、近年、その生産量も増加している。例えば、ＬＥＤは、サファイア基板上にＧａＮ膜をＣＶＤコートし、成長させたものである。スマートフォンやタブレットのカバーガラスにもサファイアが使用されている。
　サファイア基板の製造は、需要増大・市場拡大とともに益々低価格化や高品質化というニーズが強まり、グローバルな競争が益々激化してきた。サファイアは、化学的に安定でモース硬度９と極めて硬い材料であることから、切断、ラッピング、研磨等の加工は極めて難しく、加工は非常に長い時間を必要とする。少しでも加工時間を短縮してコストダウンを図るために、様々な試みが行われてきた。従来、サファイアインゴットから切断されたサファイアウエハーは、サファイアより硬いダイヤモンド砥粒を大きな砥粒から小さな砥粒へと多段に変えて機械研磨するラップ工程を経た後、シリカ系研磨剤、特にコロイダルシリカ系研磨剤を使用したポリッシング工程で最終研磨が行なわれ、サファイア基板が生産されてきた。
　しかしながら、これらの工程では、ダイヤモンドという高価研磨材を用いることや複数の加工工程で加工時間が長くなることから、生産コストが増大するという問題があった。さらに、高硬度ダイヤモンド研磨材を用いる加工であることから、加工基板表面にはスクラッチが入り易くなるとともに、基板内部には目視では確認できない“潜傷”が入り易くなるため、ＬＥＤ基板等で要求される高品質な加工を行うことは難しくなるという問題があった。そのため、市場が要求する低価格基板やコストダウン、さらには高品質加工等の達成はなかなか困難というのが現状である。
　サファイア基板の研磨において、高い研磨速度とスクラッチや欠陥の低減や平坦性の向上を両立させるための研磨剤組成物が開示されている。
　特許文献１では、アルミナ粒子、コロイダルシリカ等が懸濁された水性媒体に塩化合物を含む塩基性ｐＨを有するサファイア用研磨剤が開示されている。塩化合物とは、酸のアルカリ金属又はアルカリ土類金属塩であり、ここでいう酸とは、塩化水素酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、硫酸、硝酸、アスコルビン酸、シュウ酸又はピコリン酸であるとの記載がある。しかしながら、特許文献１は、有機カルボン酸系キレート性化合物の使用について全く開示していない。
　特許文献２では、コロイダルシリカと酸化アルミニウム等の複合砥粒とを含み、アルミナ基板等の研磨に用いられる研磨剤組成物が開示されている。しかしながら、特許文献２は、有機カルボン酸系キレート性化合物の使用について全く開示していない。
　特許文献３では、アルミナ粒子を含む研磨剤とリン化合物を含む添加剤とを含み、約８以上のｐＨを有する、アルミニウム含有セラミック基板の研磨に用いられる研磨剤組成物が開示されている。しかしながら、特許文献３は、有機カルボン酸系キレート性化合物の使用について全く開示していない。
　特許文献４では、ｐＨが１０．０～１４．０の範囲にあることを特徴とするアルミナ砥粒含有のサファイア研磨用スラリーが開示されている。しかしながら、特許文献４は、有機カルボン酸系キレート性化合物の使用について全く開示していない。
　特許文献５では、ビッカーズ硬度が１５００Ｈｖ以上の硬脆材料用研磨剤組成物として、８．５以上のｐＨを有し、２０ｍ2／ｇ 以下の表面積を有する酸化アルミニウム砥粒を含有する研磨剤組成物が開示されている。しかしながら、特許文献５は、有機カルボン酸系キレート性化合物の使用について全く開示していない。
特表２００８－５３１３１９号公報 特開平５－１５６２３８号公報 特開２０１１－６２８１５号公報 国際公開第２０１１／１３６３８７号 国際公開第２０１２／１１５０２０号
　しかしながら、コロイダルシリカを砥粒に用いる特許文献１では、良好な研磨面を得られるものの、十分な研磨速度は得られない。
　特許文献２～５では、比較的硬い粒子であるアルミナを砥粒に用いているため、研磨速度は向上しているが、十分な研磨速度が得られているとは言えない。また、研磨後に高精度な研磨表面が得られていない。
　本発明は、このような課題に鑑みて鋭意研究を重ねなされたものであり、高い研磨速度でスクラッチが少なく、表面粗さが低い、高精度な研磨表面を得られるサファイア基板用研磨剤組成物を提供することにある。
　また、サファイア基板のみならず上記と同様の課題を有する硬質ガラス基板、水晶基板、シリコンや半導体基板等の硬脆材料に対しても使用可能な研磨剤組成物を提供するものである。
　本発明者は、無機研磨材粒子と、研磨促進剤と、水とを含有する、サファイア基板用研磨剤組成物であって、無機研磨材粒子が、アルミナ粒子であり、研磨促進剤が、有機カルボン酸系キレート性化合物であり、ｐＨが９．０～１３．０である、サファイア基板用研磨剤組成物を使用することにより、上記課題を解決しうることを見出した。すなわち、本発明は、下記〔１〕～〔１８〕に関する。
〔１〕無機研磨材粒子と、研磨促進剤と、水とを含有する、サファイア基板用研磨剤組成物であって、
　前記無機研磨材粒子が、アルミナ粒子であり、
　前記研磨促進剤が、有機カルボン酸系キレート性化合物であり、
　ｐＨが９．０～１３．０である、
ことを特徴とする、サファイア基板用研磨剤組成物。
〔２〕前記有機カルボン酸系キレート性化合物が、エチレンジアミンテトラ酢酸、ニトリロトリ酢酸、ジエチレントリアミンペンタ酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミンテトラ酢酸、トリエチレンテトラアミンヘキサ酢酸、ヒドロキシエチルイミノジ酢酸、ジヒドロキシエチルグリシン、ジカルボキシメチルグルタミン酸及びエチレンジアミン－Ｎ，Ｎ’’－ジコハク酸並びにそれらのナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩及びアミン塩からなる群から選択される一種以上である、前記〔１〕に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
〔３〕前記有機カルボン酸系キレート性化合物が、エチレンジアミンテトラ酢酸－四カリウム塩又はヒドロキシエチルエチレンジアミンテトラ酢酸－三ナトリウム塩である、前記〔２〕に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
〔４〕前記有機カルボン酸系キレート性化合物の含有量が、前記サファイア基板用研磨剤組成物の質量に対して０．０１～５質量％である、前記〔１〕～〔３〕のいずれか１つに記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
〔５〕前記有機カルボン酸系キレート性化合物の含有量が、前記サファイア基板用研磨剤組成物の質量に対して０．０１～２質量％である、前記〔４〕に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
〔６〕前記アルミナ粒子の比表面積が、０．１～１５ｍ2／ｇである、前記〔１〕～〔５〕のいずれか１つに記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
〔７〕前記アルミナ粒子が、αアルミナ粒子である、前記〔１〕～〔６〕のいずれか１つに記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
〔８〕前記アルミナ粒子のＤ５０値が、０．０１～１．０μｍである、前記〔１〕～〔７〕のいずれか１つに記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
〔９〕前記アルミナ粒子が、ベーマイトＡｌ2Ｏ3・Ｈ2Ｏ及び／又は擬ベーマイトＡｌ2Ｏ3ｎＨ2Ｏ（ｎ＝１～２）を原料とする酸化アルミニウムである、前記〔１〕～〔８〕のいずれか１つに記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
〔１０〕前記アルミナ粒子の含有量が、前記サファイア基板用研磨剤組成物の質量に対して５～５０質量％である、前記〔１〕～〔９〕のいずれか１つに記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
〔１１〕更に分散剤を含有する、前記〔１〕～〔１０〕のいずれか１つに記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
〔１２〕前記分散剤が、ポリカルボン酸（塩）、ポリカルボン酸（塩）の繰り返し単位を含む共重合体及び縮合リン酸塩からなる群から選択される一種以上である、前記〔１１〕に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
〔１３〕前記分散剤の含有量が、前記サファイア基板用研磨剤組成物の質量に対して０．００５～０．５質量％である、前記〔１１〕又は〔１２〕に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
〔１４〕更に分散助剤を含有し、前記分散助剤が、アルミナゾル及びセルロース類からなる群から選択される少なくとも一種の化合物である、前記〔１〕～〔１３〕のいずれか１つに記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
〔１５〕前記アルミナゾルが、アルミニウム塩のゾル化組成物及びベーマイトゾルからなる群から選択される一種以上である、前記〔１４〕に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
〔１６〕前記分散助剤の含有量が、前記サファイア基板用研磨剤組成物の質量に対して０．０１～５質量％である、前記〔１４〕又は〔１５〕に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
〔１７〕前記〔１〕～〔１６〕のいずれか１つに記載のサファイア基板用研磨剤組成物を用いて研磨を行うことを特徴とする、サファイア基板の研磨方法。
〔１８〕前記〔１〕～〔１６〕のいずれか１つに記載のサファイア基板用研磨剤組成物を用いて研磨を行う工程を含む、サファイア基板の製造方法。
　本発明の研磨剤組成物は、サファイア基板等の硬脆材料を、高速に研磨し、かつ、研磨加工表面は高平坦度でスクラッチや欠陥等が少ない高品質研磨表面状態に仕上げることができる。本発明の研磨剤組成物は、特にサファイア基板の研磨に適している。
　また、本発明の研磨剤組成物は、研磨時間を短縮し、低コストでサファイア基板等を研磨することができる。
　以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
　本発明のサファイア基板用研磨剤組成物は、無機研磨材粒子と、研磨促進剤と、水とを含有し、無機研磨材粒子が、アルミナ粒子であり、研磨促進剤が、有機カルボン酸系キレート性化合物であり、サファイア基板用研磨剤組成物のｐＨが９．０～１３．０である。
［無機研磨材粒子］
　本発明の研磨剤組成物は、無機研磨材粒子を含み、無機研磨材粒子はアルミナ粒子である。無機研磨材粒子には、必要に応じて、酸化ケイ素、ジルコン、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素等を添加してもよい。
　一般的に、アルミナ粒子の原料としては、ギブサイトＡｌ2Ｏ3・３Ｈ2Ｏ、ベーマイトＡｌ2Ｏ3・Ｈ2Ｏ、擬ベーマイトＡｌ2Ｏ3・ｎＨ2Ｏ（ｎ＝１～２）、アンモニウムミョウバンＡｌＮＨ4（ＳＯ4）2・１２Ｈ2ＯやアンモニウムドーソナイトＮＨ4ＡｌＣＯ3（ＯＨ）2といったアルミニウム塩等が挙げられる。これらのアルミナ原料は、例えば以下のような方法で調製される。
（１）ギブサイトＡｌ2Ｏ3・３Ｈ2Ｏ
　ボーキサイトを水酸化ナトリウムの熱溶液で溶解し、不純分をろ過により除去して得られた溶液を冷却して生じた沈降物を乾燥することにより得られる。この方法は一般的にバイヤー法と呼ばれる。
（２）ベーマイトＡｌ2Ｏ3・Ｈ2Ｏ
　金属アルミニウムとアルコールとの反応により得られるアルミニウムアルコキシドＡｌ（ＯＲ）3を、加水分解することにより得られる。この方法は一般的にアルミニウムアルコキシド法と呼ばれる。
（３）擬ベーマイトＡｌ2Ｏ3・ｎＨ2Ｏ（ｎ＝１～２）
　ギブサイト又はバイヤライトをアルカリ性雰囲気下、水蒸気で処理して得られる。
（４）アルミニウム塩
　たとえば、アンモニウムミョウバンは、硫酸アンモニウムと硫酸アルミニウムとの水溶液を冷却し、溶液中より析出させることで得られる。アンモニウムドーソナイトは、アンモニウムミョウバンと炭酸アンモニウムとを反応させることによって得られる。
　これらのアルミナ原料を焼成や熱分解をすること等により、アルミナは得られる。得られたアルミナを粉砕や分級をすることにより、アルミナ粒子が得られる。アルミナ粒子はαアルミナ、γアルミナ、δアルミナ、θアルミナ等いろいろな結晶形が存在し、いずれの結晶形を使用することもできる。
　本発明で使用されるアルミナ粒子の原料は特に限定はされないが、ベーマイトＡｌ2Ｏ3・Ｈ2Ｏ及び／又は擬ベーマイトＡｌ2Ｏ3・ｎＨ2Ｏ（ｎ＝１～２）を原料としたアルミナであることが特に好ましい。
　ベーマイト又は擬ベーマイトを原料としたアルミナ粒子は、他の原料から調製されるアルミナ粒子と比較して、丸く多結晶状のアルミナ粒子が得られ、比較的高純度のアルミナ粒子を得やすい。また、粒度調製の際に粗粒が少なく、粒度分布が狭く、角の少ない微粒子を得やすい。
　このような特徴を有するアルミナ粒子となるため、ベーマイト又は擬ベーマイトを原料としたアルミナ粒子を本発明のサファイア基板用研磨剤組成物で使用すると、基板のスクラッチが少なくなり、高い研磨速度を得ることができる。
　本発明の無機研磨材粒子のＤ５０値（中位径）は、０．０１～１．００μｍであることが好ましい。Ｄ５０が０．０１μｍより小さいと、十分な研磨速度が得にくくなり、１．００μｍより大きいと、スクラッチや潜傷の発生、表面粗さの悪化、平坦度の低下といった研磨表面の面質悪化を招くことがある。また、Ｄ５０が１．００μｍより大きいと、分散安定性（水性媒体中、粒子が沈降することなく分散された状態をどれだけ長期間保持できるか）の悪化も招くこともある。Ｄ５０は、より好ましくは、０．１０～０．９０μｍであり、さらに好ましくは０．２０～０．７０μｍである。
　Ｄ５０は、レーザー回折式粒度分布測定装置（例えば、島津製作所社製、ＳＡＬＤ２２００)を用いて、測定することができる。Ｄ５０とは、レーザー回折法を測定原理とする体積基準で測定された粒度分布において、測定された粒子径を最小の粒子径を起点に粒子径が大きくなる順に積算していったときにすべての粒子の体積の５０％を占める粒子径のことである。例えば、Ｄ５０が０．４５μｍとは、粒子径０．４５μｍ以下の粒子の体積の合計が、対象となる全ての粒子の体積の合計の５０％を占めることを意味する。
　本発明の無機研磨材粒子の比表面積は、０．１～１５ｍ2／ｇであることが好ましい。アルミナ砥粒の比表面積は、アルミナ原料の焼成や熱分解によって徐々に小さな値となり、焼成や熱分解の条件によって調整することができる。
　比表面積が０．１ｍ2／ｇより小さいと、表面粗さが大きくなり、スクラッチが多くなってしまうことがあり、１５ｍ2／ｇより大きいと、研磨速度が十分に得にくくなる。比表面積は、より好ましくは１～１４ｍ2／ｇである。
　比表面積は、流動式比表面積自動測定装置（例えば、島津製作所社製、フローソーブＩＩ）を用いて、ＢＥＴ値として測定することができる。ＢＥＴ値とは、ＢＥＴ法（ガス吸着法）により求められる比表面積のことである。
　本発明のアルミナ粒子の結晶形はαアルミナであることが好ましい。アルミナ原料を焼成や熱分解するとγ晶、δ晶、θ晶等の結晶相を経て高温安定相であるα晶に結晶相転移する。焼成や熱分解するにつれて結晶相は硬度を増していき、また結晶粒子のサイズも成長していくので、結晶相は、焼成や熱分解の条件によって調整することができる。例えば、特許第４２９０７９９号公報の段落００２１の記述にあるように、アルミナ原料を１０００℃以上の温度で焼成や熱分解に付することにより、アルミナ原料をα晶に結晶相転移させることができる。
　αアルミナは十分な硬度を持つ結晶形であるため、本発明の研磨剤組成物においてαアルミナ粒子を用いると高い研磨速度が得られる。
　本発明の無機研磨材粒子の含有量は、サファイア基板用研磨剤組成物の質量に対して、５～５０質量％であることが好ましい。含有量が５質量％よりも少ないと、十分な研磨速度が得にくくなり、５０質量％よりも多くしてもそれ以上の研磨速度の向上が認められず経済的でないどころか、無機研磨材粒子の分散性が悪化し、研磨剤組成物の粘度が上昇するため、かえって研磨速度が低下することがあり、また、研磨剤組成物の循環使用の際に送液抵抗が高くなり不具合を生じることがある。無機研磨材粒子の含有量は、サファイア基板用研磨剤組成物の質量に対して、より好ましくは５～２０質量％であり、さらに好ましくは８～１５質量％である。
[ｐＨ]
　本発明の研磨剤組成物のｐＨは、９．０～１３．０である。サファイア基板の研磨において上記ｐＨが適しているのは以下の理由からと考えられる。
　サファイアとは単結晶のアルミナのことであるが、水中でサファイアの表面は固体酸として働くことが知られている。そのため、研磨時に摩擦熱が局所的に発生するような場合に、摩擦熱によりサファイアはアルカリ性の液性で表面の溶解反応が起こりやすくなると考えられる。この溶解反応により、研磨が開始されていると考えられる。ｐＨが９未満であると溶解反応が始まらず、研磨速度の低下が著しい。１３．０より大きな値になってもそれ以上の研磨速度の向上が認められず、また取扱い時に危険である。
　ｐＨはより好ましくは１０．０～１３．０である。
[研磨促進剤]
　研磨促進剤は、研磨組成物のｐＨ９．０～１３．０において、サファイア基板の表面上の反応を促進し、高い研磨速度を提供するものである。
　研磨促進剤としては、本発明では有機カルボン酸系キレート性化合物が使用される。本発明の研磨剤組成物は、研磨促進剤として、任意にオキソ酸塩を併用してもよい。
　本発明でいう研磨促進剤は、ｐＨが９．０～１３．０の研磨剤組成物によりサファイア基板表面に生じた溶解による変質層の除去を促進する作用を持っていると考えられ、その結果、変質層が除去されたサファイア基板表面に再びｐＨが９．０～１３．０の研磨剤組成物により溶解による変質層が生じ、研磨促進剤によりその変質層を除去することで研磨が進行し、研磨速度を向上させると思われる。
[有機カルボン酸系キレート性化合物]
　有機カルボン酸系キレート性化合物は、金属イオンとキレート化合物を形成する多座配位子を持つ化合物であるキレート性化合物の中で、配位子としてカルボン酸又はカルボン酸の塩を含むキレート性化合物である。
　研磨剤組成物のｐＨを９．０～１３．０とする観点から、有機カルボン酸系キレート性化合物は、アルカリ金属、アンモニア、アミン等と塩を形成していることが好ましい。これらの塩は研磨剤組成物に有機カルボン酸系キレート化合物とアルカリ金属水酸化物、アンモニア又はアミンとをそれぞれ添加することで、研磨剤組成物中で生成することもできる。
　有機カルボン酸系キレート性化合物としては、エチレンジアミンテトラ酢酸（ＥＤＴＡ）、ニトリロトリ酢酸（ＮＴＡ）、ジエチレントリアミンペンタ酢酸（ＤＴＰＡ）、ヒドロキシエチルエチレンジアミンテトラ酢酸（ＨＥＤＴＡ）、トリエチレンテトラアミンヘキサ酢酸（ＴＴＨＡ）、ヒドロキシエチルイミノジ酢酸（ＨＩＤＡ）、ジヒドロキシエチルグリシン（ＤＨＥＧ）、ジカルボキシメチルグルタミン酸（ＧＭＧＡ）、エチレンジアミン－Ｎ，Ｎ’’－ジコハク酸（ＥＤＤＳ）及びそれらのナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、アミン塩等が挙げられる。上記の化合物を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。好ましい有機カルボン酸キレート性化合物としては、エチレンジアミンテトラ酢酸－四カリウム塩、ヒドロキシエチルエチレンジアミンテトラ酢酸－三ナトリウム塩等が挙げられる。
　有機カルボン酸系キレート性化合物は公知であり、市場において容易に入手することができるか、又は調製可能である。
　有機カルボン酸系キレート性化合物の含有量は、サファイア基板用研磨剤組成物の質量に対して、０．０１～５質量％の範囲であることが好ましい。０．０１質量％よりも少ないと、研磨速度を促進する効果が十分でなく、５質量％を超えてもそれ以上の研磨速度の向上が認められず経済的でないどころか、分散性が悪化し始めることもある。有機カルボン酸系キレート性化合物の含有量は、サファイア基板用研磨剤組成物の質量に対して、より好ましくは０．０１～２質量％、更に好ましくは０．１～１質量％の範囲である。
[オキソ酸塩]
　本発明の研磨剤組成物には、研磨促進剤として、任意にオキソ酸塩を併用してもよい。
　本発明で任意に使用されるオキソ酸塩のオキソ酸は、アルミニウム、ケイ素及びホウ素からなる群より選ばれる一種以上の元素のオキソ酸であることが好ましい。これらのオキソ酸塩としては、アルミン酸塩、ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩及びホウ酸塩が挙げられる。これらのなかではアルミン酸塩の使用が好ましい。
　本発明で使用されるオキソ酸塩の塩は、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩からなる群より選ばれる一種以上の塩であることが好ましい。これらのオキソ酸塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩、リチウム塩、カルシウム塩等が挙げられる。これらのなかではナトリウム塩又はカリウム塩の使用が好ましい。
　本発明で使用されるオキソ酸塩は、アルミン酸ナトリウム又はアルミン酸カリウムを含むことがより好ましく、アルミン酸ナトリウムを含むことが最も好ましい。
　オキソ酸塩は公知であり、市場において容易に入手することができるか、又は調製可能である。
　研磨促進剤としてオキソ酸塩を併用する場合のオキソ酸塩の含有量は、サファイア基板用研磨剤組成物の質量に対して、０．０１～５質量％の範囲であることが好ましい。０．０１質量％よりも少ないと、より研磨速度を促進する効果が十分でなく、５質量％を超えると、分散性が悪化し始めることがある。オキソ酸塩の含有量は、サファイア基板用研磨剤組成物の質量に対して、より好ましくは０．０１～２質量％、更に好ましくは０．０１～０．５質量％、最も好ましくは０．１～０．４質量％の範囲である。
　研磨剤組成物中で無機研磨材粒子の凝集が生じることにより、傷の発生や表面粗さの悪化といった研磨面質の低下や研磨速度の低下が起こる場合がある。
[分散剤]
　無機研磨材粒子の分散状態を改善し、上記のような問題を改善する目的で、本発明の研磨剤組成物では、分散剤を併用してもよい。
　分散剤としては、高分子型分散剤、界面活性剤型分散剤、無機型分散剤等が挙げられる。本発明の研磨剤組成物においては、高分子型分散剤及び無機型分散剤の使用が好ましい。
　高分子型分散剤としては、ポリカルボン酸（塩）、ポリカルボン酸（塩）の繰り返し単位を含む共重合体等が挙げられ、無機型分散剤としては縮合リン酸塩等が挙げられる。
　ポリカルボン酸(塩）としては、ポリアクリル酸、ポリメタアクリル酸、ポリアクリル酸アルカリ金属塩、ポリメタアクリル酸アルカリ金属塩、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリメタアクリル酸アンモニウム塩、ポリアクリル酸アミン塩、ポリメタアクリル酸アミン塩等が挙げられる。
　ポリカルボン酸(塩）の繰り返し単位を含む共重合体としては、ポリアクリル酸とスルフォン酸基を含む構成単位との共重合体、ポリアクリル酸とポリアクリル酸エステルとの共重合体等が挙げられる。
　縮合リン酸塩としては、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、ピロリン酸カリウム、トリポリリン酸ナトリウム、酸性メタリン酸ナトリウム、酸性ピロリン酸ナトリウム等が挙げられる。
　分散剤の含有量は、サファイア基板用研磨剤組成物の質量に対して、０．００５～０．５質量％の範囲であることが好ましい。０．００５質量％未満では無機研磨材粒子の分散状態を改善する効果が十分でなく、０．５質量％を超えても無機研磨材粒子の分散状態を改善する効果が頭打ちとなり、かつ経済的でない。分散剤の含有量は、サファイア基板用研磨剤組成物の質量に対して、より好ましくは０．０１～０．５質量％であり、更に好ましくは０．０２～０．３質量％であり、最も好ましくは０．０５～０．２質量％である。
　研磨剤組成物がボトルに収められている状態で静置されると、アルミナ砥粒の沈降が起こり、再び研磨剤組成物を使用する際に、再度均一な分散状態にするのに時間を要する場合がある。また、サファイア基板等の研磨では、研磨機に研磨剤組成物が供給される際に、循環方式で研磨剤組成物が供給されることが一般的である。この場合、研磨剤組成物の流路、研磨剤組成物のタンクや輸送チューブ内で、アルミナ砥粒の沈降が起こる場合があり、研磨速度の低下等を引き起こす可能性もある。
［分散助剤］
　上記のような沈降や再分散といった問題を解決する目的で、本発明の研磨剤組成物では、分散助剤を併用してもよい。分散助剤としては、アルミナゾル、セルロース類等が挙げられる。分散助剤の添加で無機研磨材粒子の分散性が向上する理由は、研磨材粒子がアルミナゾルやセルロース類等の化学的相互作用ネットワークに捕捉された状態にあるためではないかと推察される。
　また、分散助剤の添加により、研磨速度が向上する効果も認められる。
　アルミナゾルとは、水酸化アルミニウム又は水和アルミナを水系分散媒中にコロイド状に分散させたものである。水和アルミナには、ベーマイト、擬ベーマイト、ダイアスポア、ジブサイト、バイヤライト等が挙げられる。
　水酸化アルミニウムが水系分散媒中にコロイド状に分散したアルミナゾルとしては、アルミニウム塩のゾル化生成物が挙げられる。
　アルミニウム塩のゾル化生成物は、アルミニウム塩と、水と反応して水酸基を発生しやすい物質又は水酸基を含有する化合物との反応によって得られる。
　使用されるアルミニウム塩としては、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム等が挙げられる。使用される水と反応して水酸基を発生しやすい物質としては、アンモニアやアルキルアミン、アミン系キレート化合物、アミノカルボン酸、アミノカルボン酸系キレート化合物、アミノフォスフォン酸系キレート化合物等が挙げられる。使用される水酸基を含有する化合物としては、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等が挙げられる。
　水和アルミナが水系分散媒中にコロイド状に分散したアルミナゾルとしては、ベーマイトゾルが挙げられる。
　ベーマイトゾルは、ベーマイト及び／又は擬ベーマイトをアルミニウム塩、無機酸又は有機酸によりゾル化することにより得られる。
　使用されるアルミニウム塩としては、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム等が挙げられる。使用される無機酸としては、硝酸、塩酸等が挙げられる。使用される有機酸としては、酢酸、グルコン酸等が挙げられる。
　ベーマイトゾルは、上述の方法で調製したものを使用することができるが、市販されているベーマイトゾルを固化したものを、使用時に水に溶解しベーマイトゾルを生成させて使用することもできる。
　セルロース類としては、セルロース、結晶性セルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等が挙げられる。
　本発明で使用される分散助剤としては、アルミナゾルが好ましく、アルミニウム塩のゾル化生成物及びベーマイトゾルがより好ましい。
　分散助剤の含有量は、サファイア基板用研磨剤組成物の質量に対して、０．０１～５質量％であることが好ましい。０．０１質量％よりも少ないと、無機研磨材粒子の分散効果が十分に得られない。５質量%よりも多いと、研磨剤組成物の粘度の上昇がみられ、循環使用に支障をきたすようになる。また、分散助剤の含有量が５質量%よりも多いと、研磨速度が低下してしまう場合もある。分散助剤の含有量は、サファイア基板用研磨剤組成物の質量に対して、０．０１～２質量％であることがより好ましい。
[その他]
　本発明の研磨剤組成物には、所定のｐＨとするために、ｐＨ調整剤を含ませることができる。ｐＨ調整剤としては無機塩基、有機塩基、無機酸、有機酸等が挙げられる。無機塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等が挙げられる。有機塩基としては、水酸化テトラメチルアンモニウム、アルカノールアミン等が挙げられる。無機酸としては、硫酸、硝酸、リン酸、塩酸等が挙げられる。有機酸としては、クエン酸、リンゴ酸等が挙げられる。
　本発明の研磨剤組成物には、防錆剤、防菌剤、洗浄剤、表面改質剤、スクラッチ低減剤、粘度調整剤、消泡剤、酸化防止剤、その他の目的の界面活性剤等も必要に応じて併用することができる。
　本発明の研磨剤組成物は、各成分を混合することにより調製することができる。
　本発明の研磨剤組成物は、ＬＥＤ素子等の電子部品材料、光学フィルター等の光学部品、電気絶縁性材料、時計カバーや窓材、耐摩耗性材料等として使用されるサファイア基板、ガラス基板、水晶基板、シリコンや半導体基板等を研磨するために用いることができる。
　以下実施例及び比較例を詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（１）研磨剤組成物の調製方法
　実施例及び比較例で使用されるアルミナ粒子は、以下の方法で調製した。
（アルミナ粒子１の調製例）
　市販のベーマイトアルミナ（サソール社製　ＣＡアルミナ）を、比表面積ＢＥＴ４ｍ2／ｇとなるように、１１６０℃で９時間焼成した。焼成後のアルミナの結晶形は、αアルミナであった。焼成品を湿式微粉砕し、０．３５μｍ、０．４５μｍ、０．７０μｍの各Ｄ５０に調整した。調製したアルミナ粒子の比表面積は、表中の通りであった。
（アルミナ粒子２の調製例）
　ベーマイトアルミナを原料とした、結晶形がαアルミナである、市販のアルミナ（サソール社製　ＡＰＡ－０．４ＡＦ）を湿式粉砕し、Ｄ５０を０．３５μｍに調整した。調製したアルミナ粒子の比表面積は、ＢＥＴ１１ｍ2／ｇであった。
　アルミナ粒子のＤ５０は、レーザー回折式粒度分布測定機（島津製作所社製、ＳＡＬＤ２２００）を用いて測定した。アルミナ粒子の粒度分布は体積基準としたものである。
　アルミナ粒子の比表面積は、流動式比表面積自動測定装置（島津製作所社製、フローソーブＩＩ）を用いて測定した。
　実施例及び比較例で使用される、分散助剤であるアルミナゾルは、以下の方法で調製した。
（アルミナゾル１の調製例）
　市販のベーマイトアルミナ（サソール社製　ＣＡアルミナ）７７ｇと塩化アルミニウム４４ｇ及び水８７９ｇをホモミキサーで混合撹拌してゾル化させることにより調製した。
（アルミナゾル２の調製例）
　硫酸アルミニウム１７９ｇを７１４ｇの水に溶解した硫酸アルミニウム水溶液に２５％アンモニア水１０７ｇを添加し、ホモミキサーで混合撹拌してゾル化させることにより調製した。
（アルミナゾル３の調製例）
　市販のベーマイトゾル（サソール社製　Ｄｉｓｐａｌ２３Ｎ４－８０）１００ｇを水８８８ｇに添加し、よく混合撹拌してゾル化させることにより調製した。
　アルミナ砥粒として上記の方法で調製されたアルミナ粒子、研磨促進剤としてエチレンジアミンテトラ酢酸の四カリウム塩（ＥＤＴＡ－４Ｋ）、ヒドロキシエチルエチレンジアミンテトラ酢酸の三ナトリウム塩（ＨＥＤＴＡ－３Ｎａ）及びアルミン酸ナトリウム、分散剤としてヘキサメタリン酸ナトリウム、分散助剤として上記の方法で調製されたアルミナゾルを使用して、研磨剤組成物を以下の方法で調製した。
（実施例１）
　アルミナ粒子１（Ｄ５０：０．４５μｍ、ＢＥＴ１０ｍ2／ｇ）、エチレンジアミンテトラ酢酸の四カリウム塩（ＥＤＴＡ－４Ｋ）及び水を表１中の割合となるように、攪拌混合して、研磨剤組成物を調製した。なお、水は組成物から他の成分を除いた残部となるように添加した。得られた研磨剤組成物を用いて研磨試験を行った。
（実施例２）
　アルミナ粒子１（Ｄ５０：０．４５μｍ、ＢＥＴ１０ｍ2／ｇ）、エチレンジアミンテトラ酢酸の四カリウム塩（ＥＤＴＡ－４Ｋ）、ヘキサメタリン酸ナトリウム（ヘキメタ）、アルミナゾル１及び水を表１中の割合となるように、攪拌混合して、研磨剤組成物を調製した。なお、水は組成物から他の成分を除いた残部となるように添加した。得られた研磨剤組成物を用いて研磨試験を行った。
（実施例３）
　アルミナ粒子１（Ｄ５０：０．４５μｍ、ＢＥＴ１０ｍ2／ｇ）、エチレンジアミンテトラ酢酸の四カリウム塩（ＥＤＴＡ－４Ｋ）、ヘキサメタリン酸ナトリウム（ヘキメタ）及び水を表１中の割合となるように、攪拌混合して、研磨剤組成物を調製した。なお、水は組成物から他の成分を除いた残部となるように添加した。得られた研磨剤組成物を用いて研磨試験を行った。
（実施例４）
　アルミナ粒子１（Ｄ５０：０．４５μｍ、ＢＥＴ１０ｍ2／ｇ）、エチレンジアミンテトラ酢酸の四カリウム塩（ＥＤＴＡ－４Ｋ）、アルミナゾル１及び水を表１中の割合となるように、攪拌混合して、研磨剤組成物を調製した。なお、水は組成物から他の成分を除いた残部となるように添加した。得られた研磨剤組成物を用いて研磨試験を行った。
（実施例５）
　アルミナ粒子１（Ｄ５０：０．４５μｍ、ＢＥＴ１０ｍ2／ｇ）、エチレンジアミンテトラ酢酸の四カリウム塩（ＥＤＴＡ－４Ｋ）、アルミン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム（ヘキメタ）、アルミナゾル１及び水を表１中の割合となるように、攪拌混合して、研磨剤組成物を調製した。なお、水は組成物から他の成分を除いた残部となるように添加した。得られた研磨剤組成物を用いて研磨試験を行った。
（実施例６）
　アルミナ粒子１（Ｄ５０：０．４５μｍ、ＢＥＴ１０ｍ2／ｇ）、ヒドロキシエチルエチレンジアミンテトラ酢酸の三ナトリウム塩（ＨＥＤＴＡ－３Ｎａ）、ヘキサメタリン酸ナトリウム（ヘキメタ）、アルミナゾル２及び水を表中の割合となるように、攪拌混合して、研磨剤組成物を調製し、さらに水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を添加して表１中のｐＨに調整した。なお、水は組成物から他の成分を除いた残部となるように添加した。得られた研磨剤組成物を用いて研磨試験を行った。
（実施例７）
　アルミナ砥粒としてアルミナ粒子１（Ｄ５０：０．３５μｍ、ＢＥＴ１３ｍ2／ｇ）を用い、ＥＤＴＡ－４Ｋの濃度を０．６質量％とした以外は実施例２と同じ方法で、研磨剤組成物を調製した。得られた研磨剤組成物を用いて研磨試験を行った。
（実施例８）
　アルミナ砥粒としてアルミナ粒子１（Ｄ５０：０．７０μｍ、ＢＥＴ８ｍ2／ｇ）を用い、ＥＤＴＡ－４Ｋの濃度を０．６質量％とした以外は実施例２と同じ方法で、研磨剤組成物を調製した。得られた研磨剤組成物を用いて研磨試験を行った。
（実施例９）
　アルミナ粒子２（Ｄ５０：０．３５μｍ、ＢＥＴ１１ｍ2／ｇ）、エチレンジアミンテトラ酢酸の四カリウム塩（ＥＤＴＡ－４Ｋ）、アルミン酸ナトリウム、アルミナゾル３及び水を表１中の割合となるように、攪拌混合して、研磨剤組成物を調製した。なお、水は組成物から他の成分を除いた残部となるように添加した。得られた研磨剤組成物を用いて研磨試験を行った。
（比較例１）
　アルミナ粒子１（Ｄ５０：０．４５μｍ、ＢＥＴ１０ｍ2／ｇ）及び水を表中の割合となるように、攪拌混合して、研磨剤組成物を調製し、さらに水酸化ナトリウムを添加して表１中のｐＨに調整した。なお、水は組成物から他の成分を除いた残部となるように添加した。得られた研磨剤組成物を用いて研磨試験を行った。
（比較例２）
　アルミナ粒子１（Ｄ５０：０．４５μｍ、ＢＥＴ１０ｍ2／ｇ）、ヘキサメタリン酸ナトリウム（ヘキメタ）、アルミナゾル１及び水を表中の割合となるように、攪拌混合して、研磨剤組成物を調製し、さらに水酸化ナトリウムを添加して表１中のｐＨに調整した。なお、水は組成物から他の成分を除いた残部となるように添加した。得られた研磨剤組成物を用いて研磨試験を行った。
（比較例３）
　アルミナ粒子１（Ｄ５０：０．４５μｍ、ＢＥＴ１０ｍ2／ｇ）、有機スルホン酸系キレート性化合物であるヒドロキシエチリデンジホスホン酸（ＨＥＤＰ）、ヘキサメタリン酸ナトリウム（ヘキメタ）、アルミナゾル１及び水を表中の割合となるように、攪拌混合して、研磨剤組成物を調製し、さらに水酸化ナトリウムを添加して表１中のｐＨに調整した。なお、水は組成物から他の成分を除いた残部となるように添加した。得られた研磨剤組成物を用いて研磨試験を行った。
（比較例４）
　アルミナ砥粒としてアルミナ粒子１（Ｄ５０：０．３５μｍ、ＢＥＴ１３ｍ2／ｇ）を用いた以外は比較例２と同じ方法で、研磨剤組成物を調製した。得られた研磨剤組成物を用いて研磨試験を行った。
（比較例５）
　アルミナ砥粒としてアルミナ粒子１（Ｄ５０：０．７０μｍ、ＢＥＴ８ｍ2／ｇ）を用いた以外は比較例２と同じ方法で、研磨剤組成物を調製した。得られた研磨剤組成物を用いて研磨試験を行った。
（比較例６）
　アルミナ粒子２（Ｄ５０：０．３５μｍ、ＢＥＴ１１ｍ2／ｇ）、アルミナゾル３及び水を表中の割合となるように、攪拌混合して、研磨剤組成物を調製し、さらに水酸化ナトリウムを添加して表１中のｐＨに調整した。なお、水は組成物から他の成分を除いた残部となるように添加した。得られた研磨剤組成物を用いて研磨試験を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表中のキレート性化合物の記載は、以下を指している。
　ＥＤＴＡ－４Ｋ：エチレンジアミンテトラ酢酸－四カリウム塩
　ＨＥＤＴＡ－３Ｎａ：ヒドロキシエチルエチレンジアミンテトラ酢酸－三ナトリウム塩
　ＨＥＤＰ：ヒドロキシエチリデンジホスホン酸
　表中のオキソ酸塩の記載は、以下を指している。
　アルミン酸Ｎａ：アルミン酸ナトリウム
　表中の分散剤の記載は、以下を指している。
　ヘキメタ：ヘキサメタリン酸ナトリウム
　表中のｐＨ調整剤の記載は、以下を指している。
　ＴＭＡＨ：水酸化テトラメチルアンモニウム
　ＮａＯＨ：水酸化ナトリウム
　得られた研磨剤組成物を用い、以下の研磨条件でサファイア基板を研磨した。
（２）研磨条件
研磨機：スピ－ドファム製エア加圧式６Ｂ両面研磨機
研磨パッド：ＳＵＢＡ－８００（ニッタハース製）
定盤回転数：下６０ｒｐｍ、上２０ｒｐｍ
荷重：１２０ｇ／ｃｍ2
研磨時間：４２０分（７時間）
研磨剤組成物供給量：１２０ｍｌ／分循環
研磨ワーク：φ７．６２ｃｍ（３ｉｎｃｈ）サファイアウエハー×３Ｐ
（３）研磨した基板の評価
　研磨した基板の評価は、上記方法で研磨したサファイア基板を、洗浄、乾燥した後、下記の測定法、測定機を用いて評価した。
（３－１）研磨速度
　研磨速度［μｍ／ｈｒ］＝（サファイア基板の研磨前質量－同研磨後質量）［ｇ］÷サファイア基板の研磨面積［４５ｃｍ2］÷サファイア基板の密度［３．９８ｇ／ｃｍ3］÷研磨時間［４２０分］×１００００［ μｍ／ｃｍ］×６０［分／ｈｒ］で算出し、表中に示した。
（３－２）表面粗さＲａ
　原子間力顕微鏡ＡＦＭ（ＳＩＩテクノロジー製ＳＰＡ－５００型）で、非接触モード、スキャンレート１．０Ｈｚ、視野１０μｍ2でサファイア基板の表面粗度Ｒａを測定した。
（３－３）スクラッチ
　田中機販製ＭＩＣＲＯ－ＭＡＸ（ＶＭＸ－２２００Ｚ－ＰＬ）でサファイア基板を観察し、スクラッチの数をカウントした。
　両面のスクラッチの数の合計が２以下のものを評価１、３のものを評価２、４のものを評価３、５～８のものを評価４、９以上のものを評価５とした。
（４）スラリーの再分散性の評価
　スラリーの再分散性について、調製した研磨剤組成物を下記の方法で評価した。
　１Ｌの容器に研磨剤組成物１ｋｇを入れ、昼夜静置し、容器を上下ひっくり返して２０回手振とうし、スラリー中の沈降固形分が底面に残らないものを、沈降残「なし」とし、僅かでも残ったものを、沈降残「あり」とした。
　実施例１と比較例１、実施例２及び６と比較例２、実施例７と比較例４、実施例８と比較例５を比べてみると、研磨促進剤として有機カルボン酸系キレート性化合物を添加することにより、高い研磨速度が得られることがわかる。
　実施例２、３、４と実施例１を比べてみると、分散剤と分散助剤のうち少なくとも一種を含むと、スラリーの再分散性が向上することがわかる。
　本発明は、ＬＥＤ素子等の電子部品材料、光学フィルター等の光学部品、電気絶縁性材料、時計カバーや窓材、耐摩耗性材料等として使用されるサファイア基板、ガラス基板、水晶基板、シリコンや半導体基板等を研磨するために使用される研磨剤組成物に関するものである。本発明は、これらの用途に限定されるものではなく、その他の硬脆材料等の研磨剤組成物として使用することができる。
　特に、本発明の研磨剤組成物は、レーザー発光用耐熱チップ、ＬＥＤ照明の基板、ＧａＮ　ｏｎ　Ｓａｐｐｈｉｒｅとして使用される高周波パワーデバイス用基板等の電子部品材料、液晶プロジェクター用偏光子保持板、カメラ等に使用される透光性の光学部品部材、電気絶縁材料、耐熱炉の窓材、サファイアチューブ（熱電対の保護管）、サファイアガラスとして、高級スマートフォン（多機能携帯電話）のカバーガラス、カメラの保護レンズ、タッチＩＤセンサー、タブレット（小型板状携帯情報通信機器）、カーナビゲイション等のカバーガラス（スクリーン）、タッチＩＤセンサー等に使用、検討されている、サファイア基板の研磨に使用するのに適している。

Claims (18)

  1. 　無機研磨材粒子と、研磨促進剤と、水とを含有する、サファイア基板用研磨剤組成物であって、
    　前記無機研磨材粒子が、アルミナ粒子であり、
    　前記研磨促進剤が、有機カルボン酸系キレート性化合物であり、
    　ｐＨが９．０～１３．０である、
    ことを特徴とする、サファイア基板用研磨剤組成物。
  2. 　前記有機カルボン酸系キレート性化合物が、エチレンジアミンテトラ酢酸、ニトリロトリ酢酸、ジエチレントリアミンペンタ酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジアミンテトラ酢酸、トリエチレンテトラアミンヘキサ酢酸、ヒドロキシエチルイミノジ酢酸、ジヒドロキシエチルグリシン、ジカルボキシメチルグルタミン酸及びエチレンジアミン－Ｎ，Ｎ’’－ジコハク酸並びにそれらのナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩及びアミン塩からなる群から選択される一種以上である、請求項１に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
  3. 　前記有機カルボン酸系キレート性化合物が、エチレンジアミンテトラ酢酸－四カリウム塩又はヒドロキシエチルエチレンジアミンテトラ酢酸－三ナトリウム塩である、請求項２に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
  4. 　前記有機カルボン酸系キレート性化合物の含有量が、前記サファイア基板用研磨剤組成物の質量に対して０．０１～５質量％である、請求項１～３のいずれか１項に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
  5. 　前記有機カルボン酸系キレート性化合物の含有量が、前記サファイア基板用研磨剤組成物の質量に対して０．０１～２質量％である、請求項４に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
  6. 　前記アルミナ粒子の比表面積が、０．１～１５ｍ2／ｇである、請求項１～５のいずれか１項に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
  7. 　前記アルミナ粒子が、αアルミナ粒子である、請求項１～６のいずれか１項に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
  8. 　前記アルミナ粒子のＤ５０値が、０．０１～１．０μｍである、請求項１～７のいずれか１項に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
  9. 　前記アルミナ粒子が、ベーマイトＡｌ2Ｏ3・Ｈ2Ｏ及び／又は擬ベーマイトＡｌ2Ｏ3ｎＨ2Ｏ（ｎ＝１～２）を原料とする酸化アルミニウムである、請求項１～８のいずれか１項に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
  10. 　前記アルミナ粒子の含有量が、前記サファイア基板用研磨剤組成物の質量に対して５～５０質量％である、請求項１～９のいずれか１項に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
  11. 　更に分散剤を含有する、請求項１～１０のいずれか１項に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
  12. 　前記分散剤が、ポリカルボン酸（塩）、ポリカルボン酸（塩）の繰り返し単位を含む共重合体及び縮合リン酸塩からなる群から選択される一種以上である、請求項１１に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
  13. 　前記分散剤の含有量が、前記サファイア基板用研磨剤組成物の質量に対して０．００５～０．５質量％である、請求項１１又は１２に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
  14. 　更に分散助剤を含有し、前記分散助剤が、アルミナゾル及びセルロース類からなる群から選択される少なくとも一種の化合物である、請求項１～１３のいずれか１項に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
  15. 　前記アルミナゾルが、アルミニウム塩のゾル化組成物及びベーマイトゾルからなる群から選択される一種以上である、請求項１４に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
  16. 　前記分散助剤の含有量が、前記サファイア基板用研磨剤組成物の質量に対して０．０１～５質量％である、請求項１４又は１５に記載のサファイア基板用研磨剤組成物。
  17. 　請求項１～１６のいずれか１項に記載のサファイア基板用研磨剤組成物を用いて研磨を行うことを特徴とする、サファイア基板の研磨方法。
  18. 　請求項１～１６のいずれか１項に記載のサファイア基板用研磨剤組成物を用いて研磨を行う工程を含む、サファイア基板の製造方法。
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