JP2006315110A - 研磨剤、その製造方法及び研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被研磨体の表面を、研磨パッドを使用することなく、効果的に研磨処理することのできる研磨剤及びその製造方法を提供する。
【解決手段】被研磨体の表面を研磨するための研磨剤であって、母粒子とその表面を被覆してなる砥粒層からなる二層構造の複合微粒子を含む研磨剤、及び（ａ）砥粒に対して濡れ性のよい媒体中に砥粒を分散させて、砥粒分散液を調製する工程、（ｂ）母粒子に対して濡れ性のよい媒体中に母粒子を分散させて、母粒子分散液を調製する工程、及び（ｃ）前記の砥粒分散液と母粒子分散液を混合する工程を有する前記研磨剤の製造方法である。
【選択図】なし

Description

本発明は、研磨剤、その製造方法及び研磨方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、被研磨体の表面を効果的に研磨処理することのできる、母粒子とその表面を被覆してなる砥粒層の二層構造からなる複合微粒子を含む研磨剤、このものを効率よく製造する方法、及び前記研磨剤を用いて、被研磨体の表面を効果的に研磨処理する方法に関するものである。

従来、電子機器部品に用いられる半導体基板や磁気ディスク基板などの仕上げ工程においては、種々の研磨布を使った遊離砥粒研磨法が採用されており、そして鏡面を実現するために、織布、不織布、発泡体などの弾性のある研磨布が工具として使用されている。
このような遊離砥粒研磨法は、研磨布を研磨パッドとして定盤の上に戴置し、研磨パッドと被研磨体との間に砥粒を追加しながら研磨する方法であり、被研磨体を加圧下に回転させることで砥粒との間で表面研磨を達成するものである。したがって、研磨パッドは被研磨体と定盤とが直接接触してスクラッチを生ずることがないように戴置されるものであるが、例えば織布は、織り目が粗さやうねりに対して悪影響を与える場合があり、不織布でも密度にむらがあるなどの問題を有している。その上、研磨布に荷重がかかるため繰り返しの使用によって研磨布が次第に弾性を失って硬くなるという問題が生じる。

また、砥粒は研磨液に懸濁した状態で供給されるため、研磨布に切りくずや砥粒が堆積して研磨効率が低下したり、凝集粒子が発生してスクラッチの原因となる場合がある。このため、研磨布の表面を削り直す作業が必要となり、研磨工程の一時中止による生産効率の低下を招く。また、近年のシリコンウエハのように被研磨体のサイズの拡大に伴って研磨パッドのサイズの拡大も余儀なくされ、その定盤上への取り付け作業にも熟練が必要となっている。このため、最近の精密研磨における形状精度の高い加工要求性から、より硬質の研磨布が求められるようになり、硬質樹脂層と軟質樹脂層を重ね合わせた二層研磨布なども提案されている。
一方、研磨パッドを使用せずに鏡面加工を行なう方法として、ハイドロプレーン現象を利用して定盤から工作物を浮上させて流体支持した状態で研磨するフロートポリシングがある。しかしながら、この流体支持研磨では、従来の研磨布を用いる場合よりも研磨効率が低いという問題がある。

また、研磨パッドを使用しない研磨方法として、被研磨体の表面を研磨するための研磨剤であって、母粒子とその表面に保持される超微細砥粒とからなる研磨剤が開示されている（例えば、特許文献１参照）。従来の研磨法では、定盤の上に戴置された研磨パッドと被研磨体との間に砥粒を存在させて研磨していたが、上記公報記載の方法は、母粒子の表面に超微細砥粒を保持させ、研磨パッドなしに研磨を行なうものである。この場合、研磨中に研磨剤内の母粒子に超微細砥粒が保持され、研磨中に研磨剤内の超微細砥粒が母粒子の表面の一部から剥離しても再び母粒子の剥離した部分に当該超微細砥粒が付着し、該超微細砥粒によって研磨する。
この公報に開示されている母粒子を使用する方法は従来の研磨パッドを不要にするものであり、研磨パッドの張り替えや修正が必要ないためコスト的に有利である。

しかしながら、このような研磨パッドに代えて砥粒を保持または付着させるキャリア粒子を用いる方法では、キャリア粒子は、定盤と被研磨体とが直接接触して被研磨体を傷つけることがないように定盤と被研磨体との間隔を保持するように働き、かつ研磨スラリー中の砥粒を被研磨体の表面に擦り合わせるように作用している。このような研磨方法では、キャリヤ粒子の界面化学的な性質が砥粒の付着や保持性に関与し、加工特性に影響を及ぼすことが考えられる。また、定盤の荒さやうねりなどの表面形状がキャリヤ粒子の運動性に影響を与える場合もあり、より研磨効率を向上させるための加工特性に影響を及ぼす因子の解明が望まれる。研磨剤は消耗品であるため、少ない使用量で効果的な研磨効率が得られることが好ましいが、未だ十分に満足し得る研磨剤は見出されていないのが実状である。

特開２００１−３００８４３号公報

本発明は、このような状況下で、被研磨体の表面を、研磨パッドを使用することなく、効果的に研磨処理することのできる研磨剤、及びこの研磨剤を用いて、被研磨体の表面を効果的に研磨処理する方法を提供することを目的とするものである。

本発明者は、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、母粒子とその表面を被覆してなる砥粒層からなる二層構造の複合微粒子を含む研磨剤により、その目的を達成し得ること、そしてこの研磨剤は、特定の工程を施すことにより、効率よく製造し得ることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、
（１）被研磨体の表面を研磨するための研磨剤であって、母粒子とその表面を被覆してなる砥粒層からなる二層構造の複合微粒子を含むことを特徴とする研磨剤、
（２）複合微粒子を、媒体中に単一分散状態で含有してなる上記（１）項に記載の研磨剤、
（３）母粒子に対する砥粒層中の砥粒の平均粒径比が、１／２０００〜１／５である上記（１）又は（２）項に記載の研磨剤、
（４）母粒子が、重合性単量体を溶媒中で重合して得られた樹脂粒子である上記（１）〜（３）項のいずれかに記載の研磨剤、

（５）（ａ）砥粒に対して濡れ性のよい媒体中に砥粒を分散させて、砥粒分散液を調製する工程、（ｂ）母粒子に対して濡れ性のよい媒体中に母粒子を分散させて、母粒子分散液を調製する工程、及び（ｃ）前記の砥粒分散液と母粒子分散液を混合する工程を有することを特徴とする、上記（１）〜（４）項のいずれかに記載の研磨剤の製造方法、
（６）（ｃ）工程において、砥粒分散液と母粒子分散液とを、それぞれ母粒子のガラス転移温度よりも０〜４０℃低い範囲の温度に調温し、メディアレス式分散機にて混合する操作を行う上記（５）項に記載の研磨剤の製造方法、
（７）メディアレス式分散機が、ホモミキサー型、櫛歯型又は断続ジェット流発生型である上記（６）項に記載の研磨剤の製造方法、
（８）メディアレス式分散機にて、砥粒分散液と母粒子分散液を混合するに際し、前記母粒子分散液中の媒体が揮発する上記（６）又は（７）項に記載の研磨剤の製造方法、
（９）母粒子分散液中の媒体が、常圧における沸点１００℃未満のアルコール類である上記（８）項に記載の研磨剤の製造方法、
（１０）メディアレス式分散機の回転数が、１０００〜４００００ｒｐｍである上記（６）〜（９）項のいずれかに記載の研磨剤の製造方法、及び
（１１）被研磨体の研磨面と、定盤の上面との間に、上記（１）〜（４）項のいずれかに記載の研磨剤を介在させて、前記の被研磨体と定盤とを相対的に摺動させることを特徴とする研磨方法、
を提供するものである。

本発明によれば、被研磨体の表面を効果的に研磨処理することのできる、母粒子とその表面を被覆してなる砥粒層の二層構造からなる複合微粒子を含む研磨剤、このものを効率よく製造する方法、及び前記研磨剤を用いて、被研磨体の表面を効果的に研磨処理する方法を提供することができる。

本発明の研磨剤は、被研磨体の表面を研磨するための研磨剤であって、母粒子とその表面を被覆してなる砥粒層からなる二層構造の複合微粒子を含むことを特徴とする。
本発明の研磨剤としては、前記複合微粒子が、媒体中に単一分散状態で含有してなる形態を有するものが好ましい。なお、ここで単一分散状態とは、当該複合微粒子が凝集することなく、１個１個独立に分散している状態を示す。
このように、母粒子と砥粒層の二層構造からなる複合微粒子が媒体中に単一分散してなる研磨剤を用いて、被研磨体の表面を研磨処理する場合、定盤と被研磨体との間で当該複合微粒子が無数のミクロパッドとして作用する。複合微粒子表面の被覆された砥粒は被研磨体と接触するため、複合微粒子が研磨剤中に分散されない場合には研磨効率が低下する。この分散性は研磨剤媒体の水素イオン濃度、粘度などの各種特性によって変化するが、複合微粒子と研磨剤媒体との親和性に強く依存し、特に研磨剤媒体に分散する際の複合微粒子の分散性に与える影響が強いことが判明した。すなわち、母粒子とその表面を均一に被覆された砥粒からなる複合微粒子の製法が重要でかつ、該複合微粒子が単一分散されることも重要である。

次に、本発明の研磨剤に用いる複合微粒子について説明する。当該複合微粒子は、母粒子とその表面を砥粒によって被覆された状態で、定盤と被研磨体との間に供給され、その被覆された砥粒によって被研磨体を研磨するものであれば、その形状やサイズに特に制限はない。母粒子は、ミクロパッドとしての砥粒の搬送性や研磨効率に優れる点で有機高分子化合物であることが好ましい。この母粒子としては、重合性単量体を溶媒中で重合して得られた樹脂粒子を好ましく用いることができる。前記重合性単量体や重合用溶媒の種類については特に制限はないが、重合用溶媒は、使用する重合性単量体の種類に応じて、重合に至適な溶媒を選択して用いるのがよい。この重合用溶媒が研磨剤用媒体として好ましくない場合には、重合後に重合用溶媒に代えて他の媒体で取り扱えるからである。また、重合方法についても特に制限はなく、例えば付加の繰返しによる付加重合、縮合の繰返しによる縮合重合、環状構造をもつ単量体が環を開きながら行なう開環重合、乳化重合、懸濁重合、分散重合、配位重合、光重合、放射線重合、プラズマ重合、プラズマ開始重合、グループトランスファー重合などのいずれでもよい。また、反応機構についても、ラジカル重合、陽イオン重合、陰イオン重合のいずれでもよく、さらに単独重合体、ランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体などのいずれであってもよく、更にこれらの高分子重合体が分子内架橋を有していてもよい。

母粒子を構成する有機高分子化合物としては、砥粒保持性や分散性などから、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリスチレン、架橋ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン・ＡＳ樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、フェノール樹脂、ユリア・メラミン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリアセタール樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトンなどの中から選ばれる１種又は２種以上からなる混合物や組成物を挙げることができる。
また、この母粒子は有機高分子化合物と無機化合物との複合体であってもよい。例えば、上記有機高分子化合物を核にしてその表面に上記無機化合物を化学的または物理的に担持、吸着、化学的結合等によって付着させたもの、有機高分子化合物を無機化合物の存在下に合成し、有機高分子化合物中に無機化合物を包含させたもの、無機化合物を核として、その表面に有機高分子化合物の薄膜を被覆させたり、化学的な結合によってグラフト鎖等を形成させ、表面を改質したものであってもよい。更に中空部を有する有機高分子化合物自体、該中空部に空気以外のガスや液体が封入されたもの等であってもよい。このような複合体として使用される無機化合物としては、カーボンマイクロビーズ、ガラスビーズ、メソカーボンビーズなどのマイクロビーズの１種または２種以上を併用することができる。カーボンマイクロビーズ、ガラスビーズ、メソカーボンビーズなどのマイクロビーズは大阪ガス株式会社、シミコン・コンポジット社等から市販されている。

より具体的な母粒子としては、以下のものがある。例えば、無機分散剤を含む親水性溶媒中において、スチレンなどの芳香族単量体を、有機過酸化物などを重合開始剤として、攪拌下に６０〜１００℃程度の温度で重合させることにより得られた樹脂粒子がある。
この重合においては、分散安定剤を用いることができ、この分散安定剤としては、硫酸バリウム、硫酸カルシウム等の硫酸塩；炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩；リン酸カルシウム等のリン酸塩；酸化アルミニウム、酸化チタン等の金属酸化物；水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化第二鉄等の金属水酸化物；ポリビニルアルコール、メチルセルロース、ゼラチン等の水溶性高分子化合物；アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤等を挙げることができる。
また、親水性溶媒中において、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ブチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート等の（メタ）アクリル酸エステルを、有機過酸化物などを重合開始剤として、攪拌下に５０〜１００℃程度の温度で重合させることにより得られた樹脂粒子がある。
前記の親水性溶媒としては、純水、イオン交換水、メタノール、エタノール、ブタノール、プロパノール、ｔ−ブタノール等の炭素数１〜１２の分岐を有していてもよいアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのグリコール類等を用いることができる。

有機高分子化合物と無機化合物との複合体からなる母粒子としては、例えば以下のようにして得られた微粒子を挙げることができる。
グアナミン系樹脂の乳化物１００質量部（樹脂固形分換算）に対して、ＢＥＴ法による比表面積が５０〜４００ｍ²／ｇの細孔を有するシリカ１〜１５質量部と硬化触媒０．０１〜５質量部を添加し、微粒子状シリカおよび硬化触媒の共存した乳化状態で樹脂の硬化反応を進め、硬化物を水媒体から得た有機高分子微粒子がある。乳化状態で硬化させ、ろ過や遠心分離によって水媒体から分離した樹脂は塊状であるが、僅かの力でほぐれて微粉末となる。また、シリカと硬化触媒の共存下で重合したため粗大粒子が含まれず分散性に優れる。

また、ベンゾグアナミン、またはベンゾグアナミン１００〜５０質量部とメラミン０〜５０質量部からなる混合物とホルムアルデヒドとを、ベンゾグアナミン若しくは該混合物１モルに対して１．２〜３．５モルの割合で、ｐＨ５〜１０の範囲で反応させ、メタノール混和度０〜１５０％の範囲の可溶可融性樹脂とした後、これを攪拌状態下にある保護コロイド水溶液に投入して４０〜６０℃の範囲の温度で少なくとも１時間保持した後、常圧または加圧下で６０〜２００℃の範囲の温度で硬化させて得た硬化物を使用することもできる。このような方法で得られた硬化物は、均一な微粒子径を有し、砥粒との結合・保持特性にも優れる点で好ましい。なお、メタノール混和度とは、ベンゾグアナミン、またはベンゾグアナミンとメラミンとの混合物とホルムアルデヒドとの反応生成物２ｇをメタノール５ｇに溶解し、２５℃に保ちながら水を滴下し、白濁を生じさせるのに要した水の質量と反応生成物の質量の比に１００を乗じた数値である。また、保護コロイドとしては、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウム、ポリアクリル酸、水溶性ポリアクリル酸塩などがある。

本発明で使用する母粒子は、定盤と被研磨体との直接接触によるスクラッチを防止するためスペーサーとして機能し、かつ砥粒を保持し加工領域へ運搬する粒子として働き、かつ加工領域に均一に分散かつ研磨が持続するように一定時間滞留する必要がある。そのような各種特性を確保するには、母粒子の平均粒径は、その形状が真球の場合には、好ましくは０．１〜３０μｍ、より好ましくは０．５〜２０μｍ、特に好ましくは１〜１５μｍである。このような範囲の重合体粒子を得るには、重合開始剤の配合量や温度などを適宣選択することで調製可能である。該粒子が高分子化合物である場合には、その表面に有機高分子鎖などからなる微小突起部を有していてもよい。なお、本発明において、母粒子がスペーサーとしての機能を確保するために、不定形状の場合の母粒子の平均サイズは、その最短長さの平均を平均粒子径として算出するものとする。なお、重合体の分子量は、母粒子が上記範囲にあれば特に制限されるものではない。

当該複合微粒子において、前記母粒子表面に被覆された砥粒層を構成する砥粒は、被研磨体の表面を研磨し得るものであればよく特に制限されず、例えばコロイダルシリカ、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素、酸化マンガンなどの中から選ばれる１種又は２種以上からなる混合物を使用することができる。
砥粒の平均粒径は、母粒子の平均粒径にも依存するが、一般に０．００１〜３μｍ、好ましくは０．００５〜２μｍ、より好ましくは０．０１〜１μｍである。砥粒の平均粒径が０．００１〜３μｍの範囲にあれば、研磨面へのスクラッチの発生が抑制されると共に、研磨効率が良好である。母粒子に対する砥粒の平均粒径比は、好ましくは１／２０００〜１／５、より好ましくは１／１５００〜１／５、さらに好ましくは１／１０００〜１／１０である。
なお、砥粒は、被研磨体の表面を研磨するものであり、研磨加工中で母粒子の表面に被覆される必要がある。この場合、研磨中に母粒子の表面の一部から砥粒が剥離したものが再び母粒子の剥離した部分に砥粒が付着してもよい。なお、母粒子と砥粒との結合は、化学的結合又は物理的結合のいずれであってもよく、砥粒は用いる母粒子との結合に適したものを適宜選択すればよい。例えばポリスチレン、架橋ポリスチレン、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ベンゾグアナン樹脂を母粒子とした場合に、コロイダルシリカ、シリカ、セリア、アルミナを砥粒とすることが好ましい。

母粒子表面に、砥粒層を被覆する方法については、後で述べる研磨剤の製造方法の説明において詳述する。
当該複合微粒子においては、圧縮速度０．２７ｇ／ｓｅｃで測定した１０％変位時の機械的強度が１〜５０ＭＰａであることが好ましい。複合微粒子の機械的強度が低い場合には加圧による変形が容易であり、該変形によって被研磨体と複合微粒子との接触面積が拡大し、研磨効率が指数的に増大する。しかし、該機械的強度が低すぎると、定盤と被研磨体との間隔を確保するミクロパッドとしての作用を奏することが困難となり、被研磨体にスクラッチを発生させる場合がある。したがって、該機械的強度は１ＭＰａ以上が好ましい。また、５０ＭＰａ以下であれば、研磨時の加圧条件下における母粒子の変形が容易で、被研磨体との変形による接触面積の増大が生じ研磨効率を向上させることができる。また、被研磨体にスクラッチが発生するのを抑制することができる。この機械的強度は、より好ましくは１〜４０ＭＰａ、特に好ましくは１〜３０ＭＰａである。
なお、本発明において機械的強度は微小圧縮試験機による測定によるものとし、このような装置として島津微小圧縮試験機ＭＣＴＭ／ＭＣＴＥシリーズがある。試料が粒子である場合、圧縮速度０．２７ｇ／ｓｅｃで変位させた際の強度を算出する。圧縮速度０．２７ｇ／ｓｅｃとしたのは、研磨において、被研磨体への研磨剤の接触がすばやく行われるため、比較的圧縮速度の速い条件を選択したことによる。その測定原理は、試料を該装置の上部加圧圧子（標準は５０μｍ径の平面圧子）と下部加圧板との間に配置し、該試料の粒子一個に電磁力により一定の増加割合で押圧力を与え、このときの試料の変位量を測定することで下記式に従って算出するというものである。
Ｓｔ＝２．８Ｐ／πｄ²
［Ｓｔ：機械的強度（ＭＰａ）、Ｐ：１０％変位時の荷重（Ｎ）、ｄ：粒子径（ｍｍ）］

本発明の研磨剤には、本発明の効果を損なわない範囲で、ｐＨ調整剤、粘度調整剤、分散剤、凝集剤、界面活性剤等を含んでいてもよい。
次に、本発明の研磨剤の製造方法について説明する。
本発明の研磨剤の製造方法は、（ａ）砥粒に対して濡れ性のよい媒体中に砥粒を分散させて、砥粒分散液を調製する工程、（ｂ）母粒子に対して濡れ性のよい媒体中に母粒子を分散させて、母粒子分散液を調製する工程、及び（ｃ）前記の砥粒分散液と母粒子分散液を混合する工程を有することを特徴とする。
本発明の研磨剤の製造方法においては、界面親沈積法、機械的方法により複合微粒子化する方法が用いられる。具体的には、母粒子とそれより小さい砥粒を混合しながら機械的な力を加えていく。母粒子に濡れ性の良い媒体と砥粒に濡れ性の良い媒体で均一分散された物同士を、好ましくはメディアレス式分散機にて温度及び回転数によって母粒子が圧縮されて母粒子の表面が砥粒層で被覆され、加熱温度によって母粒子媒体が揮発されながら複合微粒子が形成され、単一分散された研磨剤が得られる。

より具体的には、砥粒分散液と母粒子分散液とを、それぞれ母粒子のガラス転移温度よりも０〜４０℃低い範囲の温度に調温し、メディアレス式分散機にて混合する。この際、メディアレス分散機の回転数は、好ましくは１０００〜４００００ｒｐｍ、より好ましくは３０００〜２００００ｒｐｍ、特に好ましくは３０００〜１００００ｒｐｍである。該回転数が１０００〜４００００ｒｐｍの範囲にあれば、母粒子と砥粒とのせん断力が適度であって、母粒子の変形を抑制しながら、母粒子表面に良好な被覆力でもって砥粒層が形成される。この混合工程中において、母粒子分散液中の媒体が揮発することが肝要である。このような媒体としては、常圧における沸点が１００℃未満のアルコール類が好ましい。
また、メディアレス分散機で混合する際の温度が、母粒子のガラス転移温度（Ｔｇ）よりも０〜４０℃低い場合、母粒子同士の融着が起こりにくい上、母粒子表面に砥粒層が良好に被覆される。
前記メディアレス分散機としては、ホモミキサー型、櫛歯型、断続ジェット流発生型などを用いることができる。
ホモミキサー型は、高速回転する回転体とそれを取り囲むべく配置された固定環とで構成され、その隙間によって母粒子と砥粒とが速度勾配によるせん断力を受けるタイプのものである。

櫛歯型は、櫛歯型の高速回転する回転体と櫛歯型の固定環で構成される。母粒子と砥粒はローターが回転することにより内側から外側へ通過する際隙間でのせん断力を受ける効果とスリット部のずれにより圧力変動によるキャビテーションを発生させるタイプのものである。
断続ジェット流発生型は、高速回転する回転体と微小な隙間で配置された数十本のスリットをもったスクリーンで構成される。母粒子と砥粒がスクリーンスリットを通過することにより速度が増大され、槽内の処理物に断続ジェット流を形成し、その速度界面で処理物同士のせん断力を発生させるタイプのものである。
なお、研磨剤用媒体すなわち砥粒分散液における媒体は、本発明の研磨剤において砥粒と母粒子との結合を容易にするため、または研磨効果の向上等のために使用される。このような研磨剤用媒体としては、親水性媒体がよい。本発明においては、砥粒に対する濡れ性及び経済的にも環境負荷の面からも純水及びイオン交換水がよい。但し、被研磨体の特性によって、使用する母粒子の種類、砥粒の種類等に応じて適宜選択することができる。

また、前記の母粒子分散液に用いる媒体としては、母粒子の溶解性が純水より低く、かつ濡れ性及び沸点１００℃未満を考慮してメタノール、エタノール、ブタノール等の炭素数１〜１２の分岐を有していてもよいアルコール類が挙げられる。また、疎水性媒体としては、鉱物油、植物油、シリコーンオイル等の油類等を用いることができる。本発明ではこれらの媒体は１種用いてもよく、２種以上を併用してもよい。この媒体は、粒子と砥粒との結合を容易にするため両者の特性によって至適な水素イオン濃度に調整でき、または両者の分散性を向上させるために至適な粘度に調整することもできる。
本発明の方法では、母粒子用媒体は、母粒子が濡れ性のある媒体に単一分散される量であればよく、その量と、砥粒に対して濡れ性のある媒体との量の合計が、母粒子の取扱い時の媒体量に制限されることなく、研磨剤として至適な量を選択することができる。研磨剤用媒体の使用量としては、母粒子の種類などによって至適範囲が異なるが、一般には、母粒子と砥粒との合計量の１〜３００質量倍、より好ましくは５〜８０質量倍である。研磨剤用媒体の使用量が１〜３００質量倍の範囲にあれば、良好な研磨効率を発揮することができる。

本発明では、複合微粒子を媒体の共存下に取り扱う点に特徴があるが、好ましい母粒子は重合性単量体を溶媒中で重合して得られた粒子であるため、母粒子が親水性か疎水性かによって研磨剤用媒体と至適な組み合わせがある。すなわち一般的に、母粒子が親水性の場合には親水性分散媒には分散しやすいが、疎水性分散媒には分散が困難である。したがって本発明は、母粒子が疎水性であってアルコール媒体に分散させ、工程中で揮発させる。この方法では、研磨剤用媒体が親水性媒体である場合に特に有効である。例えば、母粒子がポリスチレン、架橋ポリスチレン、未架橋体メタクリル樹脂、架橋体メタクリル樹脂、未架橋体アクリル樹脂、架橋体アクリル樹脂、ポリエチレン等の疎水性有機高分子化合物の場合には、研磨剤用媒体として純水、イオン交換水、メタノール、エタノールなどのアルコール類等の親水性媒体を用いるのがよい。
本発明の方法において、砥粒分散液と母粒子分散液を混合する際の母粒子と砥粒の混合割合は、母粒子１００質量部に対して、砥粒を、好ましくは１０〜２０００質量部、より好ましくは５０〜１０００質量部、特に好ましくは５０〜５００質量部の割合で混合するのがよい。砥粒の混合割合が１０〜２０００質量部の範囲にあれば、母粒子表面に砥粒が効率よく保持されると共に、研磨効率も良好となる。なお、コロイダルシリカ等のように砥粒が既に溶媒を含んでいる場合には、砥粒の配合量はコロイダルシリカ中のシリカ量を砥粒の配合量として算出する。

次に、本発明の研磨方法について説明する。本発明の研磨方法は、被研磨体の研磨面と、定盤の上面との間に、前述した本発明の研磨剤を介在させて、前記の被研磨体と定盤とを相対的に摺動させることを特徴とする。
本発明の研磨方法は、研磨機に設けられた定盤と被研磨体との間に当該研磨剤を所定の量で供給し、研磨剤に含まれる砥粒を被研磨体と接触させるため被研磨体を回転させれば、砥粒と被研磨体との相対運動によってその表面が研磨される。
研磨機としては、定盤を有し研磨剤の供給手段、被研磨体の回転手段が設けられていれば、定盤のサイズなどは被研磨体のサイズに応じて適宜選択することができる。
定盤は銅や錫などの金属、ガラス、セラミックまたはプラスチックから製造される平面性の良好なものが好適である。該定盤の形状は平面に限定されず、曲面、球面または凹凸面などでもよい。このような定盤を使用することによって、従来のウレタン系のポリッシングパッドが不要となり、平面度や微小うねりなどが改善される。

被研磨体は、研磨剤上で回転しながら砥粒と接触するが、本発明においては通常公知の回転速度で回転させればよく、母粒子や砥粒、被研磨体の材質等に応じて適宜選択することができる。
また、被研磨体は、母粒子や砥粒の種類やサイズに応じて適宜加工圧を選択することができるが、本発明においては５〜１００ｋＰａであることが好ましく、より好ましくは１０〜７０ｋＰａである。
また、研磨剤の供給量も定盤のサイズに応じて適宜選択することができ、研磨工程に供給する際の研磨剤の攪拌力も、使用する母粒子や砥粒の種類および配合量などによって適宜選択することができる。具体的に、上記研磨剤の定盤上への供給量は、通常１〜１００ｍｌ／分であり、好適には１０〜５０ｍｌ／分である。また、該定盤を所定の回転速度で回転させながら、被研磨体をラップ加工する場合において、前記所定の回転速度は、通常１０〜５００ｒｐｍであり、好適には２０〜２００ｒｐｍである。
本発明の研磨方法では、特にシリコンウエハ、水晶、ガラス、サファイヤ等を被研磨体とする場合に、その表面の鏡面研磨に優れる。

次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
製造例１
スチレン１００質量部に、２，２’−アゾビス−（２，４−ジメチルバレロニトリル）２質量部を添加し、充分に混合することにより、油相を得た。続いて、攪拌機、還流冷却器および温度計を備えた５リットルの４つ口セパラブルフラスコにイオン交換水３８０質量部に、分散安定剤としての第３リン酸カルシウム１０質量部を添加し、塩酸によって燐酸カルシウムを溶解することにより水相を得た。この水相に上記油相を投入し、アルカリ性水溶液にて燐酸カルシウムを析出させた後、充分に混合して懸濁液を形成した。更に、この懸濁液をメディアレス式攪拌機（エムテクニック社製「クリアミックス１５Ｓ」）を用いて、回転数１０，０００回毎分で攪拌し造粒し、更に６０℃で６時間その後、８０℃で２時間窒素雰囲気下で重合反応を行い、水性分散液を得た。
続いて、上記懸濁液を固液分離し、希塩酸による洗浄、イオン交換水による水洗を行い、充分に乾燥させ樹脂粒子を得た。この樹脂粒子のＴｇは９２℃であった。
得られた樹脂粒子の平均粒子径を粒度分布測定装置（コールター・カウンター マルチサイザーII型（Ｂｅｃｋｍａｎ Ｃｏｕｌｔｅｒ，ｉｎｃ）で測定した結果、平均粒径は１０．５μｍであった。これに、エタノール１質量％を混合させ、十分に粒子表面を濡らした。

製造例２
メチルメタクリレート１００質量部に、２，２’−アゾビス−（２，４−ジメチルバレロニトリル）２質量部を添加し、充分に混合することにより、油相を得た。続いて、攪拌機、還流冷却器および温度計を備えた５リットルの４つ口セパラブルフラスコにイオン交換水３８０質量部に、分散安定剤としての第３リン酸カルシウム１０質量部を添加し、塩酸によって燐酸カルシウムを溶解することにより水相を得た。この水相に上記油相を投入し、アルカリ性水溶液にて燐酸カルシウムを析出させた後、充分に混合して懸濁液を形成した。更に、この懸濁液をメディアレス式攪拌機（エムテクニック社製「クリアミックス１５Ｓ」）を用いて、回転数１０，０００回毎分で攪拌し造粒し、更に６０℃で６時間その後、８０℃で２時間窒素雰囲気下で重合反応を行い、水性分散液を得た。
続いて、上記懸濁液を固液分離し、希塩酸による洗浄、イオン交換水による水洗を行い、充分に乾燥させ樹脂粒子を得た。この樹脂粒子のＴｇは１１０℃であった。
得られた樹脂粒子の平均粒子径を粒度分布測定装置（コールター・カウンター マルチサイザーII型（Ｂｅｃｋｍａｎ Ｃｏｕｌｔｅｒ，ｉｎｃ）で測定した結果、平均粒径は９．５μｍであった。これに、エタノール１質量％を混合させ、十分に粒子表面を濡らした。
製造例３
製造例２において、樹脂粒子にエタノールを混合しなかったこと以外は、製造例２と同様な操作を行い、樹脂粒子を得た。

実施例１
製造例１で得たエタノール１質量％を混合させた樹脂粒子を母粒子分散体とした。一方、砥粒として酸化セリウム粉末（ユシロ化学社製、商品名「ユシロンテックＣＥＰ１０」、平均粒径１．０μｍ）を、媒体として水を使用し、下記の研磨剤が得られるような濃度の砥粒分散液を調製した。
次いで、この砥粒分散液と、前記母粒子分散体を、母粒子濃度が２．５質量％及び砥粒濃度が５質量％になるように、メディアレス攪拌機「クリアミックス１５Ｓ」（前出）にて１００００ｒｐｍで３０分間、７０℃で混合し、研磨剤（母粒子表面に砥粒が被覆した複合微粒子の分散液）を調製した。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察により、砥粒が母粒子表面を被覆している状態を確認した。なお、ｐＨメーターで測定したところ、該研磨剤のｐＨは５．６であった。
該研磨剤を、片面研磨機（株式会社岡本工作機械製作所製、商品名「ＳＰＬ−１５」）を用いて、４インチシリコンウェハの研磨試験を行った。
工具プレートは、表面粗さＲａ（算術平均粗さ）２．５μｍのガラスを用いた。シリコンウェハ及び定盤の回転数は６０ｒｐｍ、該研磨剤の供給量は２５ｍｌ／分とし、２０分間研磨加工した。
研磨終了後に純水で洗浄し、研磨前後の質量の増減を除去量として計測して研磨効率として評価し、及びスクラッチの有無を目視により評価した。また、複合微粒子の機械的強度を島津微小圧縮試験機ＭＣＴＭ／ＭＣＴＥシリーズにより測定した。結果を表１に示す。

実施例２
実施例１において、母粒子分散体として、製造例２で得たエタノール１質量％を混合させた樹脂粒子を用いた以外は、実施例１と同様な操作を行った。結果を表１に示す。
なお、得られた研磨剤は、ｐＨ５．６であり、またＳＥＭ観察により、砥粒が母粒子表面を被覆している状態を確認した。
比較例１
実施例１において、母粒子分散体の代わりに製造例３で得たエタノールを混合していない樹脂粒子（母粒子）を用いた以外は、実施例１と同様な操作を行った。結果を表１に示す。
なお、得られた研磨剤は、ｐＨ５．６であり、またＳＥＭ観察により、母粒子が凝集しており、砥粒が母粒子表面を均一に被覆していない状態であることを確認した。

本発明の研磨剤は、母粒子とその表面を被覆してなる砥粒層の二層構造からなる複合微粒子を含み、例えばシリコンウエハ、水晶、ガラス、サファイヤなどの被研磨体の表面を、効果的に鏡面研磨処理することができる。

Claims (11)

1. 被研磨体の表面を研磨するための研磨剤であって、母粒子とその表面を被覆してなる砥粒層からなる二層構造の複合微粒子を含むことを特徴とする研磨剤。
2. 複合微粒子を、媒体中に単一分散状態で含有してなる請求項１に記載の研磨剤。
3. 母粒子に対する砥粒層中の砥粒の平均粒径比が、１／２０００〜１／５である請求項１又は２に記載の研磨剤。
4. 母粒子が、重合性単量体を溶媒中で重合して得られた樹脂粒子である請求項１〜３のいずれかに記載の研磨剤。
5. （ａ）砥粒に対して濡れ性のよい媒体中に砥粒を分散させて、砥粒分散液を調製する工程、（ｂ）母粒子に対して濡れ性のよい媒体中に母粒子を分散させて、母粒子分散液を調製する工程、及び（ｃ）前記の砥粒分散液と母粒子分散液を混合する工程を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の研磨剤の製造方法。
6. （ｃ）工程において、砥粒分散液と母粒子分散液とを、それぞれ母粒子のガラス転移温度よりも０〜４０℃低い範囲の温度に調温し、メディアレス式分散機にて混合する操作を行う請求項５に記載の研磨剤の製造方法。
7. メディアレス式分散機が、ホモミキサー型、櫛歯型又は断続ジェット流発生型である請求項６に記載の研磨剤の製造方法。
8. メディアレス式分散機にて、砥粒分散液と母粒子分散液を混合するに際し、前記母粒子分散液中の媒体が揮発する請求項６又は７に記載の研磨剤の製造方法。
9. 母粒子分散液中の媒体が、常圧における沸点１００℃未満のアルコール類である請求項８に記載の研磨剤の製造方法。
10. メディアレス式分散機の回転数が、１０００〜４００００ｒｐｍである請求項６〜９いずれかに記載の研磨剤の製造方法。
11. 被研磨体の研磨面と、定盤の上面との間に、請求項１〜４のいずれかに記載の研磨剤を介在させて、前記の被研磨体と定盤とを相対的に摺動させることを特徴とする研磨方法。