JP5150833B2

JP5150833B2 - 複合粒子の製造方法

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Publication number: JP5150833B2
Application number: JP2006188351A
Authority: JP
Inventors: 博隆伊原; 昭二永岡
Original assignee: Kumamoto Prefecture
Current assignee: Kumamoto Prefecture
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2026-07-07
Also published as: JP2008013716A

Description

本発明は、被加工物を機械的に平滑化するために用いられる複合粒子の製造方法に関する。

近年、大口径化の進む半導体基板や、高記録密度化の進む磁気ディスク基板などでは、形状精度にムラがなく、かつダメージフリーの平滑化技術が今まで以上に要求されるようになってきた。一般に平滑化工程は４つの工程からなり、具体的には、粗ラッピング、仕上げラッピング、粗ポリッシングおよび仕上げポリッシングからなる。

例えば、仕上げポリッシングでは、定盤の上に置いた研磨パッドと、被加工物とをそれぞれ回転駆動させ、ｐＨ調整された分散媒中にシリカ、アルミナ、セリア等の砥粒を分散してなる研磨液（スラリー）を研磨パッド上に供給しながら、被加工物を研磨する遊離砥粒研磨が行われている。

特開２００１−３００８４３号公報特開２００３−８９０５５号公報特開２００３−２７７７２８号公報特開２００３−２７７７３０号公報特開２００３−２７７７３３号公報特開２００３−２８２４９８号公報特開２００３−３２１６７２号公報特開２００４−７５８２７号公報特開２００５−９７４４５号公報特開２００５−１８７４８８号公報特開２００５−２５４３６０号公報

しかし、これら従来の砥粒では、硬度が高く、分散性が悪いので、凝集すると被加工物にスクラッチや傷が発生することがあった。そこで、分散媒に合成界面活性剤を添加し、砥粒を分散媒中に強引に分散させることも可能であるが、合成界面活性剤は人体に有害な物質であり、環境にも悪影響を及ぼすので、それをできるだけ使用しない方が好ましい。また、上記したように、砥粒は硬いので、定盤のひずみやうねりが直接、被加工物に悪影響を及ぼす虞がある。

また、仕上げポリッシングでは、鏡面を実現するために不織布、発泡体などの弾性のある研磨布が研磨パッドとして使用されている。しかし、不織布では密度にムラがあり、それが被加工物に微小うねりを生じさせることが指摘されている。そのため、最近では発泡体の使用が増加している。

最近では、形状精度の高い加工が要求されるようになり、上記の例よりも硬質の研磨布が好まれるようになってきているが、硬質の研磨布を使用すると、粗さが出にくい、スクラッチが発生しやすいなどの問題があり、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が提案されている。ところが、この二層研磨布では、研磨時間とともにその表面の凹凸が少なくなり、また切り屑や砥粒が堆積して研磨能率を低下させる現象がある。このため、コンディショニングと称してダイヤモンド砥石でその表面を削り直す作業が行われている。これは研磨布の寿命を短くし、またダイヤモンド砥石からの砥粒の脱落がスクラッチを生じさせるなど問題視されている。

また、特許文献１〜１１に記載されているように、合成系の有機高分子からなるポリマー粒子を砥粒と共に分散媒にそれぞれ混合し、ポリマー粒子を弾性体として使用する方法がある。ここで、ポリマー粒子はもろくて割れ易いもの、またはスクラッチはできないが被加工物をほとんど研磨できないものであるが、ポリマー粒子が以下に示した材料によって構成されている場合には、研磨の際にその表面に砥粒が付着して、これがミクロな研磨布として作用し、研磨が行えることがわかっている。

ここで、表面に砥粒が付着しうる合成系の有機高分子は、ポリウレタン、ナイロン、ポリイミド、ポリエステル、カーボン、アクリル、ガラス、メソカーボン、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、AS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、ポリスルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトンなどである。

しかし、合成系の有機高分子は環境に悪影響を及ぼし得るので、このような材料もできるだけ使用しない方が好ましい。また、合成系の有機高分子は疎水性を有している場合が多い。そのため、水系の分散媒を用いた場合には、分散媒中で均一に分散しにくく、凝集してしまうこともあり、その結果、被加工物にスクラッチや傷が発生することがあった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、スクラッチや傷、うねりを大幅に低減して均一性の高い加工を可能とすると共に、高速加工を可能とする複合粒子の製造方法を提供することにある。

本発明の製造方法により得られる複合粒子は、基材と、１または複数種類の無機材料からなる砥粒とを備えたものである。砥粒は少なくとも基材の表面に担持されている。

本発明の製造方法により得られた複合粒子では、砥粒が少なくとも基材の表面に担持されている。これにより、例えば、重鎮で被加工物を回転定盤側に押し付けて、この複合粒子を分散媒中に分散させた研磨液を被加工物と定盤または研磨布との間に供給しながら、被加工物と定盤または研磨布とをそれぞれ回転駆動させると、複合粒子が被加工物と定盤または研磨布との間を転がり、基材の表面に担持された砥粒が基材を介して被加工物に押し付けられる。その結果、被加工物が加工される。

ここで、基材は多糖類により構成されている。このとき、多糖類がその誘導体の酸化還元電位の極性がマイナスとなる高分子であり、砥粒がｐＨ１３におけるゼータ電位のピーク値の極性がマイナスとなり、かつｐＨ１３におけるゼータ電位の上限値が３０ｍＶ以下となる材料からなる場合には、砥粒を基材の表面に主に担持させることが可能である。

なお、酸化還元電位とは、当該液状物質が他の液状物質をどの程度酸化または還元することができるかを表す指標であって、当該液状物自体がどれだけの電荷を持っているかを表す指標でもある。また、ゼータ電位とは、粒子表面がどれだけの電荷を持っているかを表す指標であるが、ゼータ電位は粒子を分散させている液状物質のｐＨ（ペーハ）によって変動するので、本発明では液状物質のｐＨを１３としたときの値で表されている。従って、本発明は、砥粒が常にｐＨ１３の液状物質に分散されることを前提としたものではない。

本発明の複合粒子の製造方法は、以下の（Ａ１）〜（Ａ２）の各工程を含むものである。
（Ａ１）酸化還元電位の極性がマイナスとなる分散媒に、酸化還元電位の極性がマイナスとなるビスコースと、前記分散媒中で、ｐＨ１３におけるゼータ電位のピーク値の極性がマイナスとなり、かつｐＨ１３におけるゼータ電位の上限値が３０ｍＶ以下となる材料からなる砥粒とを、混合して混合液を得る工程と、
（Ａ２）前記混合液中の前記ビスコースに対して脱硫による固定化処理を行い、セルロースからなる球形状の基材を生成すると共に該基材の表面に砥粒を固定する工程とを含み、
前記分散媒は、カルボキシル基を有する高分子の金属塩水溶液からなり、
前記砥粒は、ダイヤモンド系、アルミナ系、炭化ケイ素系、ジルコニア系またはセリア系から選ばれる１または複数種を組み合わせて用い、該砥粒の径は、前記基材の径を１とすると、１／４０００以上１／２以下に設定した。

本発明の複合粒子の製造方法では、酸化還元電位の極性がマイナスとなる分散媒に、酸化還元電位の極性がマイナスとなる溶解性の誘導体と、分散媒中で、ｐＨ１３におけるゼータ電位のピーク値の極性がマイナスとなり、かつｐＨ１３におけるゼータ電位の上限値が３０ｍＶ以下となる材料からなる砥粒とを混合する。これにより、砥粒は、誘導体および分散媒の双方との電気的な反発により、誘導体と分散媒との界面、すなわち、誘導体の表面に偏在するようになる。そして、砥粒が誘導体の表面に偏在した状態で誘導体に対して固定化処理を行う。これにより、誘導体が不溶性の基材に変化するので、砥粒が基材の表面に担持される。

なお、本発明の複合粒子の製造方法において、誘導体および砥粒を溶媒にあらかじめ混合して予備混合液を得た上で、この予備混合液を分散媒に混合するようにしてもよいし、誘導体および砥粒を別個に分散媒に混合するようにしてもよい。ただし、誘導体および砥粒を溶媒にあらかじめ混合する場合には、砥粒を溶媒に混合したときに、砥粒のゼータ電位が上記の範囲内となることが必要である。

本発明の製造方法により得られた複合粒子によれば、砥粒を少なくとも基材の表面に担持させるようにしたので、基材に担持された砥粒を基材を介して被加工物に押し付けながら被加工物を加工することができる。これにより、単に砥粒を分散媒中に分散させた従来の研磨液を用いた場合と比べて、担持された砥粒を効率よく被加工物に接触させることができる。つまり、基材がいわば微小研磨布として作用するので、研磨液に含まれる砥粒が少なくても、また研磨布がなくても高速加工が可能である。また、複合粒子が被加工物と定盤または研磨布との間のスペーサとしても働くので、上記した従来の研磨液を用いた場合と比べて加工抵抗が低くなり、切り屑の排出が容易となる。これにより、定盤にひずみやうねりがある場合や、研磨布にムラがある場合、または砥粒の硬度が高い場合であっても、複合粒子の転がり効果により、それらの影響をほとんど受けなくなる。その結果、スクラッチや傷、うねりが大幅に低減され、均一性の高い加工が可能である。

ここで、基材をセルロースにより構成しているので、被加工物を加工する際に、砥粒の被加工物に対する加工圧が基材によって緩和される。これにより、上記した影響をほとんど無視することができるので、より均一性の高い加工が可能である。また、セルロースは合成系の有機高分子とは異なり、環境に極めて優しい。また、セルロースは親水性を有しているので、水系の分散媒を用いた場合には、複合粒子が分散媒中で均一に分散しやすく、凝集しにくい。これにより、スクラッチや傷、うねりが大幅に低減され、より均一性の高い加工が可能である。

また、砥粒を基材の表面に主に担持させることで、複合粒子による被加工物の加工速度を上げることができる。

本発明の複合粒子の製造方法によれば、酸化還元電位の極性がマイナスとなる溶解性の誘導体と、ｐＨ１３におけるゼータ電位のピーク値の極性がマイナスであって、かつｐＨ１３におけるゼータ電位の上限値が３０ｍＶ以下である材料からなる砥粒とを、酸化還元電位の極性がマイナスとなる分散媒に混合して、砥粒を誘導体の表面に偏在させたのち、砥粒が誘導体の表面に偏在した状態で誘導体に対して固定化処理を行うようにしたので、砥粒を基材の表面に担持させた複合粒子を形成することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る研磨液１（第１の研磨液）を容器に入れた状態を表したものである。この研磨液１は、本発明の一実施の形態に係る複合粒子２を、例えば水系の材料からなる分散媒３中に分散させたものである。

図２は、複合粒子２を、一部を切り欠いて表したものである。図３は、複合粒子１の表面およびその近傍の断面構成を拡大して表したものである。この複合粒子１は基材１１および砥粒１２からなり、基材１１の表面全体に砥粒１２が担持された構造を有している。つまり、この複合粒子２は、基材１１をコアとして砥粒１２がその表面全体を覆う殻（シェル）となったシェル−コア型構造となっている。

基材１１は、球形状を有する多糖類からなる。ここで、多糖類とは、その誘導体の酸化還元電位の極性がマイナスとなる天然系の有機高分子、例えば、セルロース系、プルラン系、キトサン系、デンプン系、アルギン系、セルロース系の異性体などを指す。この多糖類は合成系の有機高分子とは異なり、環境に極めて優しい。また、多糖類は合成系の有機高分子の多くとは異なり、親水性を有している。そのため、分散媒３として水系の材料を用いた場合には、複合粒子２が分散媒３中で均一に分散しやすく、凝集しにくい。なお、基材１１が例えば２０ｎｍ〜１００ｎｍの細孔を有する多孔質の材料により構成されていてもよい。

この基材１１は、後述するように、不溶性の多糖類を、酸化還元電位の極性がマイナスとなる溶解性の多糖類誘導体１１Ａに一旦変化させたのち、その多糖類誘導体１１Ａに対して固定化処理を施して、この多糖類誘導体１１Ａを再び多糖類に戻すことにより形成されたものである。従って、この基材１１は、再生多糖類からなるともいえる。

砥粒１２は、１または複数種類の無機材料からなる。ここでの無機材料とは、分散媒１４（後述）中で、ｐＨ１３におけるゼータ電位のピーク値の極性がマイナスとなり、かつｐＨ１３におけるゼータ電位の上限値が３０ｍＶ以下となる材料、例えば、ダイヤモンド系、アルミナ系、炭化ケイ素系、ジルコニア系、セリア系またはシリカ系の材料を指す。

なお、ゼータ電位は、砥粒１２を分散させている液状物質のｐＨ（ペーハ）によって変動するので、液状物質のｐＨを１３としたときの値で表されている。従って、本実施の形態は、砥粒１２を常にｐＨ１３の液状物質に分散することを前提とするものではない。また、ゼータ電位は、砥粒１２の形状および大きさなどによっても変化するので、上で挙げた材料を用いればゼータ電位が必ず上記した範囲内のプロファイルになるとは限らず、後の実施の形態のように、これとは異なる範囲内のプロファイルとなることもある。ゼータ電位は、例えば、レーザードップラー（Laser Doppler)方式を用いて測定することが可能である。

この砥粒１２の径は、一般に、５ｎｍから１５μｍ程度であり、平滑化工程の各々の工程（粗ラッピング、仕上げラッピング、粗ポリッシングまたは仕上げポリッシング）に適した大きさとすることが好ましい。また、砥粒１２の径は、以下の製造方法を用いた場合には、基材１１の径を１とすると、１／４０００以上１／２以下であることが好ましく、１／１５００以上１／４以下であることがより好ましい。砥粒１２の径を１／４０００以上１／２以下とすることにより複合粒子２の形状を比較的安定して球形状にすることができ、砥粒１２の径を１／１５００以上１／４以下とすることにより複合粒子２の形状を安定して球形状にすることができる。また、砥粒１２の径を１／２以下とすることにより基材１１から砥粒１２が脱落するのを抑制することができる。なお、砥粒１２は、基材１１に担持させることが可能であればどのような形状であってもよい。

分散媒３は、酸化還元電位の極性がマイナスとなるアルカリ性の溶液、例えば、カルボン酸を有する高分子の金属塩水溶液からなる。このような金属塩水溶液としては、例えば、ポリアクリル酸ナトリウム水溶液がある。この分散媒３の粘度は、例えば、５〜１００００ＣＰＳであり、後述の製造過程において、多糖類誘導体１１Ａをどのくらいの大きさにするかによって適切な値に調整することが好ましい。

次に、図４〜図５を参照して、本実施の形態の研磨液１の製造方法について説明する。

まず、基材１１の前駆体である多糖類誘導体１１Ａを製造する（ステップＳ１）。ここで、多糖類誘導体１１Ａは、砥粒１２と混合する際に用いる溶媒（以下の例では水）に対して溶解しやすい性質（溶解性）を有しており、酸化還元電位の極性がマイナスとなる性質を有している。

例えば、出発原料として不溶性のセルロースを、溶媒として水をそれぞれ用いた場合には、例えば、（１）セルロースをキサントゲン酸アルカリ金属塩水溶液に溶解させたり、（２）セルロースをロダン金属塩水溶液に溶解させたり、（３）アンモニアおよび銅の双方を錯体としてセルロースに配位結合させることにより、多糖類誘導体１１Ａとして溶解性のセルロース誘導体（ビスコース）を製造することができる。このとき、多糖類誘導体１１Ａが溶解されている溶媒に砥粒１２を混合した際に、砥粒１２のゼータ電位は上記した範囲内となるので、多糖類誘導体１１Ａに砥粒１２を混合することが可能であるが、砥粒１２を溶媒に直接混合せずに、砥粒１２を分散媒３に混合することも可能である。

なお、以下では、多糖類誘導体１１Ａに砥粒１２を混合した場合について説明するが、砥粒１２を溶媒に混合した場合に、砥粒のゼータ電位が上記の範囲内とならないときには、砥粒１２を溶媒に直接混合せずに、砥粒１２を分散媒３に混合することが好ましい。

次に、溶媒に溶解した多糖類誘導体１１Ａに砥粒１２を混合して予備混合液１３を作る（ステップＳ２）。ここで、多糖類誘導体１１Ａに混合する砥粒１２の量は、１重量％の多糖類誘導体１１Ａに対して最大で０．１以上５．０以下の重量％であることが好ましい。砥粒１２の混合量が０．１重量％に満たない場合には、後の工程において多糖類誘導体１１Ａの表面を砥粒１２で十分に覆うことができなくなり、複合粒子２の加工能力が低下してしまうからであり、他方、砥粒１２の混合量が５．０重量％を超える場合には、砥粒１２を多糖類誘導体１１Ａ中で分散しにくくなり、多糖類誘導体１１Ａと混合させることが容易でなくなるからである。なお、砥粒１２の混合量を１．０重量％未満とした場合には、複合粒子２を容易に球形状にすることができる。また、砥粒１２の混合量を最大で０．１以上５．０以下の重量％とした場合にも、後の工程において基材１１の表面に砥粒１２を担持させることはもちろん可能である。

ところで、多糖類誘導体１１Ａに複数種類の砥粒１２を混合する場合には、例えば、メカニカルアロイング法に準じた混合法や、スタンプミルによる混合法を用いて、個々の砥粒１２を互いに混合して均質に分散させた混合物を多糖類誘導体１１Ａに混合することが好ましい。これにより、各種の砥粒１２が多糖類誘導体１１Ａ中に均一に分散するので、後の工程で各種の砥粒１２を多糖類誘導体１１Ａの表面に均質に分散させることが可能となり、複合粒子２の表面の部位によらず均質な加工能力を発現させることができる。なお、このような事前の混合を行わずに複数種類の砥粒１２を多糖類誘導体１１Ａに直接混合した場合には、各種の砥粒１２が多糖類誘導体１１Ａ中で相分離しやすく、後の工程で各種の砥粒１２が複合粒子２の表面に不均一に集まる虞があるので、良好な加工能力を得ることが容易でない。

次に、その予備混合液１３を分散媒１４に滴下して混合液１５を作る（ステップＳ３）。ここで、分散媒１４は、酸化還元電位の極性がマイナスとなるアルカリ性の溶液、例えば、カルボン酸を有する高分子の金属塩水溶液からなる。このような金属塩水溶液としては、例えば、ポリアクリル酸ナトリウム水溶液がある。この分散媒１４の粘度は、例えば、５〜１００００ＣＰＳであり、多糖類誘導体１１Ａをどのくらいの大きさにするかによって適切な値に調整することが好ましい。

このとき、例えば、図５に示したようなスリーワンモータなどのホモジナイザＨを用いて分散媒１４をかき混ぜて、多糖類誘導体１１Ａを混合液１５中において微小化する。なお、多糖類誘導体１１Ａの大きさは、かき混ぜることによって生じる分散媒１４の流速の大きさや、分散媒３の粘度の大きさによって制御される。

ここで、多糖類誘導体１１Ａおよび分散媒１４は共に、酸化還元電位の極性がマイナスとなる性質を有しており、砥粒１２は、上記したように、分散媒１４中で、ｐＨ１３におけるゼータ電位のピーク値の極性がマイナスとなり、かつｐＨ１３におけるゼータ電位の上限値が３０ｍＶ以下となるので、多糖類誘導体１１Ａは、凝集力および分散媒１４による電荷的反発力によって球状化し、他方、砥粒１２は、多糖類誘導体１１Ａおよび分散媒１４の双方による電荷的反発力により、多糖類誘導体１１Ａと分散媒１４との界面、すなわち、多糖類誘導体１１Ａの表面に偏在するようになる。

なお、砥粒１２が、分散媒１４中で、ｐＨ１３におけるゼータ電位のピーク値の極性がマイナスとなり、かつｐＨ１３におけるゼータ電位の上限値もマイナスとなる場合には、多糖類誘導体１１Ａおよび分散媒１４の双方による電荷的反発力が砥粒１２に対して強く働く。また、多糖類誘導体１１Ａおよび分散媒１４の酸化還元電位が大きい場合にも、これらの双方による電荷的反発力が砥粒１２に対して強く働く。従って、このような場合には、混合液１５中に含まれる砥粒１２のほとんどが多糖類誘導体１１Ａの表面に偏在するようになり、シェルとコアとが明確に分離されたシェル−コア型構造となる。

例えば、多糖類誘導体１１Ａがビスコースであり、分散媒１４がポリアクリル酸ナトリウム水溶液である場合には、ビスコースのＣＳＳ^-（ザンテート基）と、ポリアクリル酸ナトリウムのＣＯＯ^-（カルボキシル基）との間に生じる電荷的反発力と、多糖類誘導体１１Ａの凝集力とによって、多糖類誘導体１１Ａが球状化する（ビスコース相分離法）。また、ＣＳＳ^-およびＣＯＯ^-の双方による電荷的反発力によって、砥粒１２は多糖類誘導体１１Ａおよび分散媒３の双方から排斥され、その境界面となる多糖類誘導体１１Ａの表面にほとんど集められ、多糖類誘導体１１Ａの表面全体を覆うようになる。その結果、シェルとコアとが明確に分離されたシェル−コア型構造が形成される。

なお、多糖類誘導体１１Ａを球状化するために、上記したビスコース相分離法を用いてもよいが、その代わりにまたはそれと共に、例えば、予備混合液１３をノズル噴霧して分散媒３に滴下するようにしてもよい。

次に、砥粒１２が多糖類誘導体１１Ａの表面に偏在した状態で砥粒１２の固定化処理を行う（ステップＳ４）。例えば、多糖類誘導体１１Ａがビスコースである場合には、まず、ビスコースを脱硫する。すると、ビスコースの水酸基同士が水素結合して架橋構造が形成され、再生セルロースが生成される。このとき、ビスコースの表面に偏在していた砥粒１２がこの水素結合によって再生セルロースの表面に強固に固定化される。また、再生セルロースは分散媒１４に対して不溶性を有しているので、分散媒１４中で沈降する。そこで、次に、混合液１５から分散媒１４を除去し（デカンテーションを行い）、表面全体が砥粒１２で覆われた再生セルロース（砥粒複合体）を乾燥させる。このようにして、本実施の形態の複合粒子２が製造される。

なお、多糖類誘導体１１Ａの物性に応じて、その固定化の方法は適宜選択される。また、多糖類誘導体１１Ａを球状化する過程で砥粒１２の固定化処理が完了している場合には、この固定化処理を省略することもできる。また、必要に応じて、複合粒子２の粒径に応じて選別を行ったり、複合粒子２の表面の洗浄を行ってもよい。

このように、本実施の形態では、砥粒１２を再生多糖類からなる球形状の基材１１の表面に強固に担持させるようにしたので、基材１１に対して、例えば１００℃を超える熱を加えて炭素化させる必要がない。従って、加熱によって砥粒１２の加工能力が低下する虞はない。

次に、上記したようにして製造した複合粒子２を、例えば水系の分散媒１６に分散して
研磨液１を得る。このようにして、本実施の形態の研磨液１が製造される。

［適用例］
次に、本実施の形態の研磨液１を備えた研磨装置１００について説明する。

図７は、本適用例に係る研磨装置１００の断面構成を表したものである。この研磨装置１００は、回転定盤１１１と重鎮１１２とが互いに対向配置されたものである。回転定盤１１１はＺ軸に垂直な平面を有する金属円盤、例えば、硬度の高い鋳鉄円盤や、硬度の低いすず定盤からなり、図示しない駆動部によりＺ軸に垂直な面内で回転駆動されるようになっている。重鎮１１２は、Ｚ軸に垂直な平面を有する金属円盤、例えば、ステンレスからなる。この重鎮１１２は、被加工物Ｍを回転定盤１１１との対向面に保持する機構を有しており、回転定盤１１１を介して被加工物Ｍに押圧力を加えると共に、Ｚ軸に垂直な面内で任意の方向に移動させることができるようになっている。

この研磨装置１００はまた、研磨液供給装置１１３を備えている。この研磨液供給装置１１３は、複合粒子２を分散媒１４中に分散させた研磨液１を貯蔵した貯蔵部１１３Ａと、この貯蔵部１１３Ａから研磨液１を吐出するための吐出部１１３Ｂとを備えている。吐出部１１３Ｂの先端は、回転定盤１１１のうち被加工物Ｍと接することとなる表面の近傍に配置されており、研磨液１を回転定盤１１１の表面に吐出するようになっている。

本適用例では、回転定盤１１１と、被加工物Ｍを回転定盤１１１との対向面に載置した重鎮１１２とを互いに対向配置して重鎮１１２で被加工物Ｍを回転定盤１１１側に押し付けると共に、回転定盤１１１を回転駆動させる。続いて、研磨液供給装置１１３から、研磨液１を被加工物Ｍと回転定盤１１１との間に供給する。すると、研磨液１に含まれる複合粒子２が被加工物Ｍと回転定盤１１１との間を転がり、基材１１の表面に担持された砥粒１２が基材１１を介して被加工物Ｍに押し付けられる。その結果、被加工物Ｍが加工される。

これにより、単に砥粒を分散媒中に分散させた従来の研磨液を用いた場合と比べて、担持された砥粒１２を効率よく被加工物Ｍに接触させることができる。つまり、基材１１がいわば微小研磨布として作用するので、研磨液１に含まれる砥粒１２が少なくても、また研磨布がなくても高速加工が可能である。

また、複合粒子２が被加工物Ｍと回転定盤１１１との間のスペーサとしても働くので、上記した従来の研磨液を用いた場合と比べて加工抵抗が低くなり、また、切り屑の排出が容易となる。これにより、回転定盤１１１や重鎮１１２にひずみやうねりがある場合や、研磨布にムラがある場合、または砥粒１２の硬度が高い場合であっても、複合粒子２の転がり効果により、それらの影響をほとんど受けなくなる。その結果、スクラッチや傷、うねりが大幅に低減され、均一性の高い加工が可能である。

ここで、本適用例では、基材１１を多糖類により構成したするようにしたので、被加工物Ｍを加工する際に、砥粒１２の被加工物Ｍに対する加工圧が基材１１によって緩和される。これにより、上記した影響をほとんど無視することができるので、より均一性の高い加工が可能である。また、多糖類は合成系の有機高分子とは異なり、環境に極めて優しい。また、多糖類は親水性を有しているので、本適用例のように分散媒１４として水系の溶液を用いることにより、複合粒子２が分散媒１４中で均一に分散しやすく、凝集しにくい。これにより、スクラッチや傷、うねりが大幅に低減され、より均一性の高い加工が可能である。

また、本適用例において、砥粒１２を、分散媒１４中で、ｐＨ１３におけるゼータ電位のピーク値の極性がマイナスであって、かつｐＨ１３におけるゼータ電位の上限値が３０ｍＶ以下である無機材料により構成した場合には、砥粒１２を基材１１の表面に主に担持させることができるので、このようにした場合には、複合粒子２による被加工物Ｍの加工速度を上げることができる。

また、本適用例において、基材１１の径を１としたときの砥粒１２の大きさを例えば１／４０００以上１／２以下の範囲内で適宜調整した場合には、研磨液１を平滑化工程における各工程に適用することが可能である。

［実施例］
次に、実施例に係る複合粒子２の製造方法について説明する。

まず、分散媒１４としてポリアクリル酸ナトリウム水溶液を用いた。このポリアクリル酸ナトリウム水溶液は、３リットルのビーカーにポリアクリル酸ナトリウム( 商品名アクアリックＤＬ５２２：日本触媒製( 分子量５００００))の３５％水溶液４００ｇに蒸留水８００ｇを加えて１１. ７％の高分子粘性媒体を調製し、これに分散材としてのＣａＣＯ₃(商品名ＴＰ２２１Ｇ；奥多摩工業製) ８０ｇと、３３％のＮａＯＨ水溶液を４８ｇとを加えたのち、１２０回転／分、時間５３０分の条件で、攪拌することにより作製されたものである。

次に、多糖類誘導体１１Ａとしてビスコース溶液２５０ｇを、砥粒１２として１０ｇのダイヤモンド（２００ｎｍまたは１μｍ) 、１０ｇのアルミナ（３μｍまたは１０μｍ) 、１０ｇの炭化ケイ素（３μｍまたは１３μｍ) 、１０ｇのジルコニア（６０μｍ) 、１０ｇの酸化セリウム（２７μｍ) をそれぞれ用意して、多糖類誘導体１１Ａに砥粒１２を加え、ホモジナイザＨにより５０００回転／分、時間５分の条件で均一な色になるまで攪拌して混合液１３を得た。次に、先に調整した分散媒１４に混合液１３を滴下・混合し、１２０回転／分、時間１５分の条件で攪拌することで、混合液１５を得た。次に、汎用のオイルバスを使用して、昇温時間３０分の条件で混合液１５を７０℃まで加熱し、更に３０分間、当該温度を保持しつつ攪拌を施して、次に４４μメッシュによって分散材であるＣａＣＯ₃を除去し、濾取された砥粒複合体（含水) を５％塩酸５００ｇで脱硫することで固定化処理を完了させた。最後に、ガラスフィルターでろ過、水洗してそのまま凍結乾燥し、所望の複合粒子２を得た。

図８はダイヤモンドの粒径が２００ｎｍの複合粒子２の表面写真を、図９はダイヤモンドの粒径が１μｍの複合粒子２の表面写真をそれぞれ示したものである。図１０はアルミナの粒径が３μｍの複合粒子２の表面写真を、図１１はアルミナの粒径が１０μｍの複合粒子２の表面写真をそれぞれ示したものである。図１２は炭化ケイ素の粒径が３μｍの複合粒子２の表面写真を、図１３は炭化ケイ素の粒径が１３μｍ) の複合粒子２の表面写真をそれぞれ示したものである。図１４はジルコニアの粒径が６０μｍの複合粒子２の表面写真を示したものである。図１５は酸化セリウムの粒径が２７μｍの複合粒子２の表面写真を示したものである。

図８〜図１５に示したように、本実施の形態の複合粒子２の製造方法を用いることにより、砥粒１２が基材１１の表面に担持されていることがわかる。なお、本製造方法において使用した原料や装置についての詳細情報を以下に示した。

（使用原料)
１．ビスコース：苛性ソーダ５. ５重量％、セルロース９．５重量％；レンゴー（株）製
２．炭酸カルシウム: 奥多摩工業（株）製
３．ダイヤモンド（２００ｎｍ）；東名ダイヤモンド工業（株）製
( ｐＨ１３におけるゼータ電位の上限値：- １５ｍＶ)
４．ダイヤモンド（１．０μｍ）；東名ダイヤモンド工業（株）製
( ｐＨ１３におけるゼータ電位の上限値：１５ｍＶ)
５．炭化ケイ素（３．０μｍ）；東名ダイヤモンド工業（株）製
( ｐＨ１３におけるゼータ電位の上限値：１５ｍＶ)
６．炭化ケイ素（１３．０μｍ）；東名ダイヤモンド工業（株）製
７．酸化セリウム（２７μｍ）；東名ダイヤモンド工業（株）製
( ｐＨ１３におけるゼータ電位の上限値：１５ｍＶ)
８．ジルコニア（３０μｍ）；住友大阪セメント（株）製
９．アルミナ3 （３μｍ）；東名ダイヤモンド工業（株）製
( ｐＨ１３におけるゼータ電位の上限値：１５ｍＶ)
１０．アルミナ（１０μｍ）；東名ダイヤモンド工業（株）製
( ｐＨ１３におけるゼータ電位の上限値：１５ｍＶ)

(使用装置)
１．ホモジナイザＨ（ SMT-Process Homogenizer）；（株）エスエムテー製
２．電解放射型走査型電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）；商品名Ｓ−４０００；（株）日立製作所製
３．紫外可視拡散反射スペクトル測定計；商品名ＪＡＳＣＯ V-５６０／ＩＳＶ−４６９；日本分光（株）製
４．予備混合装置：商品名遊星型ボールミルＰ−５；フリッチェ製

次に、実施例に係る研磨装置１００について説明する。

本実施例では、被加工物Ｍとして、磁気ディスクおよび石英ガラスディスクを用いた。また、基材１１としてセルロースを、砥粒１２としてダイヤモンド（１μｍ）をそれぞれ用いた。このとき、複合粒子２として粒径が４０μｍのものを用意し、複合粒子２における砥粒１２の仕込み比を１５重量％とした。また、分散媒１６として水を用い、研磨液１における複合粒子２の仕込み比を４重量％とした。また、重鎮１１２として重さ８．１９０ｋｇのステンレスを、回転定盤１１１としてすず定盤をそれぞれ用いた。このとき、回転定盤１１１の回転速度を６０ｒｐｍとし、研磨液供給装置１１３からの研磨液１の吐出量を２．５ｃｃ／ｍｉｎとした。

本実施例では、市販のダイヤモンド（３μｍ）を砥粒として分散媒中に分散させた研磨液と、回転定盤１１１として鋳鉄定盤とを用いて、被加工物Ｍをあらかじめ粗ラッピングしたのち、本研磨装置１００を用いて仕上げラッピングを行った。一方、比較例では、市販のダイヤモンド（１μｍ）研磨材を分散媒中に分散させた研磨液を用いて、上記粗ラッピングした被加工物Ｍに対して仕上げラッピングを行った。その後、本実施例の被加工物Ｍおよび比較例の被加工物Ｍのそれぞれの表面粗さを表面粗さ測定装置を用いて計測し、さらに、それぞれのうねりを共焦点レーザー顕微鏡を用いて観察した。このときの表面粗さの測定結果を図１６（Ａ），（Ｂ）に表す。なお、図１６（Ａ），（Ｂ）中の実線が実施例における測定結果に対応しており、図１６（Ａ），（Ｂ）中の破線が比較例における測定結果に対応している。また、図１６（Ａ）は被加工物Ｍの表面の所定の部位における測定結果を、図１６（Ｂ）は図１６（Ａ）とは異なる部位における測定結果をそれぞれ表している。

引き続いて、本実施例では、ウレタン製の研磨パッドを回転定盤１１１の上に置き、重鎮１１２の重さを２．３２０ｋｇに軽くし、さらに、複合粒子２の砥粒１２を酸化セリウム（１μｍ）に変えて、ポリッシングを行った。一方、比較例では、ウレタン製の研磨パッドを回転定盤１１１の上に置き、重鎮１１２の重さを２．３２０ｋｇに軽くし、さらに、研磨材を市販の酸化セリウム（１μｍ）に変えて、ポリッシングを行った。その後、本実施例の被加工物Ｍおよび比較例の被加工物Ｍのそれぞれの表面粗さを表面粗さ測定装置を用いて計測し、さらに、それぞれのうねりを共焦点レーザー顕微鏡を用いて観察した。このときの表面粗さの測定結果を図１７（Ａ），（Ｂ）に表す。なお、図１７（Ａ），（Ｂ）中の実線が実施例における測定結果に対応しており、図１７（Ａ），（Ｂ）中の破線が比較例における測定結果に対応している。また、図１７（Ａ）は図１６（Ａ）と同じ部位における測定結果を、図１７（Ｂ）は図１６（Ｂ）と同じ部位における測定結果をそれぞれ表している。

その結果、図１６（Ａ），図１７（Ａ）に示したように、実施例のうねりΔＲ１の方が比較例のうねりΔＲ２よりもほんの僅かに大きくなっている部位があるものの、図１６（Ｂ），図１７（Ｂ）に示したように、被加工物Ｍの表面のほとんどの領域において、実施例のうねりΔＲ１の方が比較例のうねりΔＲ２よりも大幅に小さくなっており、実施例における被加工物Ｍの表面の方がより均一となっていることがわかった。このことから、実施例における被加工物Ｍの表面はその部位に依らずほぼ均一となっているといえる。

なお、本実施例および比較例において使用した原料や装置についての詳細情報を以下に示した。

(原料)
１．潤滑液: 日本エンギス（株）製
２．市販ダイヤモンド配合研磨液(1 mm, 3 mm): 日本エンギス（株）製
３．市販酸化セリウム配合研磨液: バイコウスキージャパン製

(装置)
１．ポリッシング・ラッピング装置: LAPOLISH 15 LAPMASTER SDT Corp. 製
２．表面粗さ測定装置: SVRFCON （株）東京精密製
３．共焦点レーザー顕微鏡: VK-9500 キーエンス製
４．鋳鉄定盤: ノリタゲダイヤ（株）製
５．すず定盤: ノリタゲダイヤ（株）製

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は、これらに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

本発明の一実施の形態に係る研磨液の概略構成図である。図１の複合粒子を一部を切り欠いて表した斜視図である。図１の複合粒子の断面構成図である。図１の複合粒子の製造手順を表した流れ図である。図１の複合粒子の製造過程を説明するための概略構成図である。実施形態の研磨液の概略構成図である。図１の研磨液を備えた研磨装置の概略構成図である。一実施例に係る複合粒子の表面写真である。他の実施例に係る複合粒子の表面写真である。さらに他の実施例に係る複合粒子の表面写真である。さらに他の実施例に係る複合粒子の表面写真である。さらに他の実施例に係る複合粒子の表面写真である。さらに他の実施例に係る複合粒子の表面写真である。さらに他の実施例に係る複合粒子の表面写真である。さらに他の実施例に係る複合粒子の表面写真である。仕上げラッピングしたときの表面粗さの分布を実施例と比較例とで対比して表す分布図である。ポリッシングしたときの表面粗さの分布を実施例と比較例とで対比して表す分布図である。参考例に係る研磨液の概略構成図である。

符号の説明

１，４…研磨液、２，５…複合粒子、３，１４…分散媒、１１…基材、１１Ａ…多糖類誘導体、１２…砥粒、１３…予備混合液、１５…混合液、１００…研磨装置、１１１…回転定盤、１１２…重鎮、１１３…研磨液供給装置、１１３Ａ…貯蔵部、１１３Ｂ…吐出部、Ｈ…ホモジナイザ、Ｍ…被加工物。

Claims

酸化還元電位の極性がマイナスとなる分散媒に、酸化還元電位の極性がマイナスとなるビスコースと、前記分散媒中で、ｐＨ１３におけるゼータ電位のピーク値の極性がマイナスとなり、かつｐＨ１３におけるゼータ電位の上限値が３０ｍＶ以下となる材料からなる砥粒とを、混合して混合液を得る工程と、
前記混合液中の前記ビスコースに対して脱硫による固定化処理を行い、セルロースからなる球形状の基材を生成すると共に該基材の表面に砥粒を固定する工程とを含み、
前記分散媒は、カルボキシル基を有する高分子の金属塩水溶液からなり、
前記砥粒は、ダイヤモンド系、アルミナ系、炭化ケイ素系、ジルコニア系またはセリア系から選ばれる１または複数種を組み合わせて用い、該砥粒の径は、前記基材の径を１とすると、１／４０００以上１／２以下に設定した
ことを特徴とする複合粒子の製造方法。
前記基材を多孔質とした請求項１記載の複合粒子の製造方法。
前記砥粒は、ｐＨ１３におけるゼータ電位の上限値の極性がマイナスとなる材料を用いた請求項１または２記載の複合粒子の製造方法。