JP2000087010A

JP2000087010A - 研磨用組成物

Info

Publication number: JP2000087010A
Application number: JP10259849A
Authority: JP
Inventors: Akira Kobayashi; 亮小林; Hiroaki Shimizu; 博昭清水
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 1998-09-14
Filing date: 1998-09-14
Publication date: 2000-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨速度が大で、研磨品質が良く、取り扱い
時に泡立ちが少ない研磨用組成物を提供する。【解決手段】研磨材と、側鎖にカルボキシル基とポリ
アルキレンオキサイド構造を有するポリカルボン酸系重
合体と、消泡剤からなる研磨用組成物は、研磨量が大き
くて作業効率が高く、また表面欠陥が生じ難く、形状精
度にも優れ、使用時の泡立ちが少なく、各種の精密研磨
に適した研磨用組成物である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は研磨用組成物に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスクや光ディスク、ＬＣＤ、フ
ォトマスク等、種々の用途において、基板材料の研磨に
高い表面精度が要求されている。これらの研磨には一般
に、アルミナ、ジルコニア、セリア、シリカ等の粉末を
研磨材として水に分散させた水系スラリーの研磨用組成
物が使用される。また、研磨速度と研磨精度を向上させ
る為に、酸あるいはアルカリ薬品といったケミカルエッ
チング剤を配合した研磨用組成物が使用されている。し
かし、これら従来の研磨用組成物はスラリー中における
研磨材粒子の分散安定性が充分ではない為、スラリーを
循環使用している間に研磨材粒子の凝集が生じ、研磨パ
ットへの凝集粒子の沈降が生じたり、凝集粒子の影響と
考えられる研磨表面の傷、表面欠陥が生じる問題があっ
た。

【０００３】そこで、研磨材粒子の分散性と分散安定性
を改良し、研磨速度と研磨精度をより向上させると共
に、スラリー循環使用時のライフを向上させる目的で、
ポリカルボン酸系分散剤等の各種高分子界面活性剤の使
用が検討されおり、その中でも側鎖にポリアルキレンオ
キサイド構造を有するポリカルボン酸系重合体が効果が
高い事が認められている。しかしながら、側鎖にポリア
ルキレンオキサイド構造を有するポリカルボン酸系重合
体は起泡性が高く使用中に泡が発生し取り扱い難い問題
があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこの問題を解
決するもので、研磨材粒子の分散性と分散安定性向上に
優れ、しかも泡立ちが少なく取り扱い易い研磨用組成物
に関するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記目的
を達成するために鋭意検討したところ、研磨材、側鎖に
カルボキシル基とポリアルキレンオキサイド構造を有す
るポリカルボン酸系重合体、消泡剤を含有する研磨用組
成物が、研磨材粒子の分散安定性に優れ、泡立ちが少な
い事を見いだし、本発明に至った。

【０００６】すなわち本発明の第一は研磨材及び側鎖に
カルボキシル基とポリアルキレンオキサイド構造を有す
るポリカルボン酸系重合体（以下「ポリカルボン酸系重
合体」という。）と消泡剤を含有する研磨用組成物であ
る。第二の発明はポリカルボン酸系重合体が、一般式
（１）で示されるポリアルキレングリコールアルケニル
エーテルと無水マレイン酸からなる共重合体、あるいは
その加水分解物及び／又は加水分解物の塩（以下「ＭＡ
ポリカルボン酸系重合体」という。）である事を特徴と
する第一の発明の研磨用組成物である。

【０００７】

【化２】

【０００８】（Ｒ1はビニル基、アリル基、ＡＯは炭素
数２〜４のオキシアルキル基、ｎは１〜２００の整数、
Ｒ2は水素又は炭素数１〜２０の有機残基）

【０００９】また、第三の発明は消泡剤がエチレングリ
コール−プロピレングリコール共重合体からなるポリエ
ーテル系消泡剤である事を特徴とする第一又は第二の発
明の研磨用組成物である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で用いられるポリカルボン酸系重合体としては、
例えば特開平６−２５６０５４号公報、特公平６−８８
８１８号公報、特公平６−８８８１７号公報等に記載の
ビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体、オレフィン
−無水マレイン酸共重合体、スチレン−無水マレイン酸
共重合体等の不飽和ビニル系モノマーと不飽和ジカルボ
ン酸の共重合体のアルキレングリコール系化合物による
エステル化物がある。

【００１１】また特開平８−１２３９６号公報、特開昭
６２−２１６９５０号公報、特開平１−２２６７５７号
公報、特開平６−２０６７５０号公報等記載の不飽和基
として（メタ）アクリル酸エステル基を有するポリアル
キレングリコール誘導体と、不飽和モノカルボン酸又は
不飽和ジカルボン酸と、アリルスルホン酸、メタリルス
ルホン酸等のスルホン酸基を有する単量体の共重合体が
ある。

【００１２】また特開平７−５３２４９号公報、特開平
７−２１５７４６号公報、特開平８−１６５１５７号公
報、特開平７−２３２９４５号公報等記載のポリオキシ
アルキレン誘導体からなる単量体と、カルボキシル基を
含有する単量体を必須成分とする共重合体がある。

【００１３】この中でも、一般式（１）で示されるポリ
アルキレングリコールアルケニルエーテルと無水マレイ
ン酸からなる共重合体、あるいはその加水分解物及び／
又は加水分解物の塩であるＭＡポリカルボン酸系重合体
は好適に使用される。特にＲ1がビニル基のものは最も
好適に使用される。

【００１４】

【化３】

【００１５】（Ｒ1はビニル基、アリル基、ＡＯは炭素
数２〜４のオキシアルキル基、ｎは１〜２００の整数、
Ｒ2は水素又は炭素数１〜２０の有機残基）

【００１６】ＭＡポリカルボン酸系重合体の加水分解物
の塩は、アンモニウム塩、トリエチルアミン、トリイソ
プロパノールアミン等の有機アミン類との塩、カルシウ
ム、アルミニウム等の２価以上の金属との塩の形で使用
できる。研磨用組成物を使用直前までは粉状プレミック
ス製品の形態で取り扱いたい場合には、ＭＡポリカルボ
ン酸系重合体を粉体化する必要があるが、この場合、カ
ルシウム、アルミニウム等の２価以上金属との塩（以下
「２価塩ＭＡポリカルボン酸系重合体」という。）にす
る事により粉末化できる。２価塩ＭＡポリカルボン酸系
重合体としては、製造の容易さ、価格、低吸湿性の点か
ら、カルシウム塩が好適に使用される。

【００１７】この２価塩ＭＡポリカルボン酸系重合体
は、ＭＡポリカルボン酸系重合体と２価以上の金属との
塩又は水酸化物を、水溶液中又は少量の水共存下の有機
溶媒中またはバルクで反応させた後、水分を除去し、粉
末化する事により製造する事ができる。

【００１８】本願の研磨用組成物においてはポリカルボ
ン酸系重合体、ＭＡポリカルボン酸系重合体に起因する
研磨中等に発生する泡を抑制するために消泡剤を添加す
る必要がある。用いられる消泡剤としては、低級アルコ
ール類、高級アルコール類、油脂類、脂肪酸類、脂肪酸
エステル類、リン酸エステル類、金属石鹸類、鉱物油
類、ポリエーテル系あるいはシリコーン系といった従来
公知の消泡剤を使用できるが中でもシリコーン系消泡
剤、ポリエーテル系化合物からなる高分子系消泡剤等が
好適に使用される。特に、ポリエチレングリコール−ポ
リプロピレングリコール共重合体からなるポリエーテル
系消泡剤はポリカルボン酸系重合体、ＭＡポリカルボン
酸系重合体、２価塩ＭＡポリカルボン酸系重合体に対し
て水溶液状態で優れた抑泡効果、及び消泡効果を発揮し
最も好適に使用される。

【００１９】本発明における研磨材の材質は、一般に研
磨材として使用されるところの材料であれば特に限定さ
れないが、例えば、溶融褐色アルミナ、溶融白色アルミ
ナ、板状アルミナ、低ソーダアルミナ、高純度アルミ
ナ、微粒子アルミナ、活性アルミナ等の酸化アルミニウ
ム、高純度ジルコニア、低純度ジルコニア、共沈安定化
ジルコニア、電融安定化ジルコニア等の酸化ジルコニ
ア、珪酸ジルコニウム、酸化セリウム、炭化珪素、炭化
ホウ素、立方窒化ホウ素、炭化チタン、炭化タングステ
ン、窒化チタン、サイアロン、窒化珪素等の各種セラミ
ック、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ等の酸化珪
素、人工ダイヤモンド、天然ダイヤモンド等のダイヤモ
ンド、コランダム、ベーマイト、ガーネット、エメリ
ー、ケイ砂、トリポリ、軽石、けいそう土、ドロマイト
等の天然研磨材等、並びにこれらの混合物である。

【００２０】研磨材の粒子径は、基盤の種類や、粗研磨
か仕上研磨かといった研磨目的によるので一概には言え
ないが、それ単独では粉末状であり、平均粒径で０.０
０５〜５０μの範囲にあり、好ましくは０.０１〜１０
μである。研磨組成物中に占める研磨材の重量割合は１
〜５０重量％が好ましい。

【００２１】ポリカルボン酸系重合体の添加量は研磨材
に対して、０．１〜５０重量％の範囲で使用することが
できる。好適には０．１〜１０重量％であり、特に好適
には０．２〜６重量％である。

【００２２】消泡剤及びポリエーテル系消泡剤はポリカ
ルボン酸系重合体に対して０．１〜１０重量％の範囲で
好適に使用することができる。更に好適には１．０〜５
重量％で使用することができる。

【００２３】使用する水は特に限定されず、純水、脱イ
オン水、井戸水、水道水等を使用することができる。水
の添加量は研磨材とポリカルボン酸系重合体が目的とす
る添加割合になるよう調整することができる。

【００２４】研磨用組成物の製造方法には特に限定され
ず、スラリー状態の研磨用組成物を製造する場合は、例
えば研磨材粒子を水とポリカルボン酸系重合体と混合し
てスラリーとし研磨用組成物を得る方法、研磨材原料を
湿式粉砕する工程や湿式分級する工程等の研磨材粒子を
製造する工程に、最終的な研磨用組成物に必要なポリカ
ルボン酸系重合体を予め添加して研磨材粒子を製造して
おきスラリー状研磨用組成物を得る方法で製造できる。
この際、消泡剤、ポリエーテル系消泡剤は、予めポリカ
ルボン酸系重合体水溶液に配合しておき混合水溶液とし
て使用する方法、又はポリカルボン酸系重合体とは別に
単独に添加する方法、いずれの方法で使用しても良い。

【００２５】水以外の配合物が予めプレミクスされた粉
状研磨用組成物を製造する場合は、研磨材用原料を湿式
粉砕する行程や湿式分級する工程等の研磨材粒子を製造
する工程に、最終的な粉状研磨材組成物に必要なポリカ
ルボン酸系重合体を予め添加して研磨材粒子を製造して
おき粉状研磨用組成物を得る方法や、ポリカルボン酸系
重合体含有率が高い研磨材粒子を予め製造しておき、最
終的な粉状研磨材組成物に必要な研磨材と最終工程で混
合する方法や、２価ＭＡポリカルボン酸系重合体を製造
し粉状としておき、最終的に研磨材粒子及びその他必要
な配合物とブレンドする方法で製造できる。この際、消
泡剤、ポリエーテル系消泡剤は、予めポリカルボン酸系
重合体水溶液に配合しておき研磨材粒子製造工程に添加
する際に一緒に添加する方法、２価ＭＡポリカルボン酸
系重合体を製造する工程に予め添加しておき、２価ＭＡ
ポリカルボン酸系重合体と消泡剤、ポリエーテル系消泡
剤の混合粉体としておき添加する方法、消泡剤、ポリエ
ーテル系消泡剤を単独で研磨材粒子に担持させて消泡剤
自体を粉体化しておき添加する方法、いずれの方法で使
用しても良い。

【００２６】研磨用組成物は前記の成分の他に、研磨促
進剤、ゲル化防止剤、界面活性剤、分散剤、防腐剤、安
定化剤及びｐＨ調整のための酸またはアルカリを含有し
ても良い。また、粉状プレミックス製品の場合にはケー
キング防止剤を含有しても良い。

【００２７】スラリー状研磨用組成物はそのまま研磨用
スラリーとして使用できるし、粉状研磨用組成物は、必
要量の溶媒と混合する事により研磨用スラリーとして使
用する事ができる。

【００２８】本願発明の研磨用組成物は種々の研磨に使
用することができる。例えば、アルミサブストレート及
びアルミサブストレート上にニッケルリンを無電解メッ
キ等したニッケルサブストレート、アルミサブストレー
トを陽極酸化したアルマイトサブストレート等が使用さ
れるコンピュータ等の記憶装置であるアルミニウム磁気
ディスク基板、アクティブマトリックス型ＬＣＤ、液晶
カラーフィルター、時計・電卓・カメラ用ＬＣＤあるは
太陽電池等のディスプレイ用ガラス基板、ＬＳＩフォト
マスク用ガラス基板、光ディスクや磁気ディスク用のガ
ラス基板あるいは光学用レンズなどの各種ガラス材料、
半導体用ウェハーやコンピュータ等の記憶装置であるデ
ィスク基板用の黒鉛及びガラス状カーボン等のカーボン
基板、光学用プラスチックレンズ、カメラ用プラスチッ
クレンズ、眼鏡用プラスチックレンズ等のプラスチック
製品、炭化珪素、窒化珪素、窒化チタン、炭化チタン、
炭化ホウ素、窒化ホウ素、アルミナ、窒化アルミニウ
ム、酸化珪素、酸化ベリリウム、酸化チタン、酸化ジル
コニウム、ムライト、スピネル、コージライト、メノー
石、サイアロン等のセラミック成形体または焼結体及び
鉄、鋼、ステンレス、銅、銅合金、亜鉛、超硬合金等の
金属製品に好適に使用されるが特にこれらに限定される
ものではない。

【００２９】

【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
する。

【００３０】（研磨用組成物（ａ）〜（ｊ）の製造例）
研磨材として酸化アルミニウム（α−Ａｌ₂Ｏ₃、平均粒
径１．２μｍ）１００部に対して、ポリカルボン酸系重
合体としてメトキシポリエチレングリコールビニルエー
テル−マレイン酸共重合体アンモニウム塩を１部、消泡
剤としてポリエチレングリコール−ポリプロピレングリ
コール共重合体アルキルエーテルを０．００５部、そし
て研磨用組成物全体に占めるアルミナの割合が２０重量
％となる様に純水を添加しスラリー状の研磨組成物
（ｂ）を製造した。また、表１記載の様に使用する研磨
材粒子の種類、ポリカルボン酸系重合体の配合量、ポリ
エーテル系消泡剤の配合量を変量した以外は同様にして
スラリー状の研磨組成物（ａ）、（ｃ）〜（ｊ）を製造
した。

【００３１】（実施例１〜８、比較例１〜２）製造例で
得られたスラリー状の研磨用組成物（ａ）〜（ｊ）の泡
立ち安さを測定する為、所定重量のスラリーをホモジナ
イザーに入れ、１５分間、回転速度１５０００ｒｐｍで
混合した。混合したスラリーをメスシリンダーに移し、
気泡を含めた容積を測定し試験スラリー容積値（Ｖ）と
した。研磨材粒子と水のみからなるスラリーについて、
試験スラリーと同じ試験を行い、その時の容積を基準ス
ラリー容積値（Ｖ０）とした。試験スラリー容積値と基
準スラリー容積値から以下の計算方法で気泡量[％]を算
出した。その結果を表１に示した。気泡量〔％〕＝１００×（Ｖ−Ｖ０）／Ｖ０

【００３２】

【表１】

【００３３】表１から明らかなように、本発明の研磨用
組成物は、比較例と比べ非常に泡立ちが少なく、取り扱
い易い事が判る。

【００３４】（粉状研磨用組成物の製造例および研磨用
スラリー（ｋ）〜（ｔ）の調整例）最初に消泡剤を予め
配合した粉状の２価ＭＡポリカルボン酸系重合体を製造
し、その後、研磨材粒子と該２価ＭＡポリカルボン酸系
重合体から粉状研磨用組成物を製造し、得られた粉状研
磨用組成物から研磨用スラリーを調整した。以下、製造
例により製造方法を更に詳細に説明する。

【００３５】（２価ＭＡポリカルボン酸系重合体粉体の
製造例）ポリカルボン酸系共重合体としてメトキシポリ
エチレングリコールビニルエーテル−無水マレイン酸共
重合体１００部に対して純水１００部からなる水溶液
を、温度６０℃に加熱しながら水溶液ｐＨが７〜８にな
るように水酸化カルシウムを添加し、ポリカルボン酸系
重合体カルシウム塩水溶液を得た。次に、ポリエーテル
系消泡剤としてポリエリレングリコール−ポリプロピレ
ングリコール共重合体アルキルエーテルを０．５部添加
し、予め消泡剤が配合された２価ＭＡポリカルボン酸系
重合体の水溶液を調整した。次に、該水溶液を鉄球を入
れた通気回転型乾燥機により、８０℃の条件で乾燥及び
粗粉砕し、消泡剤を含む２価ＭＡポリカルボン酸系重合
体の粗粉砕物を得た。粗粉砕物はＡＣＭパルペライザー
により微粉砕・分級し粉状の２価ＭＡポリカルボン酸系
重合体粉体を製造した。

【００３６】（粉状研磨用組成物の製造例）研磨材とし
て酸化アルミニウム（α−Ａｌ₂Ｏ₃、平均粒径１．２μ
ｍ）１００部に対して、該２価ＭＡポリカルボン酸系重
合体粉体を１．００５部添加し、ブレンドし粉状研磨用
組成物を製造した。

【００３７】（研磨用スラリーの調整）得られた粉状研
磨用組成物に、スラリー全体に占める研磨材の割合が２
０重量％となるように純水を添加、混合し研磨用スラリ
ー（ｌ）とした。また、得られる研磨用スラリーの最終
配合が表２記載の配合になるように、使用する研磨材粒
子の種類、２価ＭＡポリカルボン酸系重合体の配合量、
ポリエーテル系消泡剤の配合量を変量した以外は、同様
に２価ＭＡポリカルボン酸系重合体の製造、粉状研磨用
組成物の製造、研磨用スラリー調整を行い、研磨用スラ
リー（ｋ）、（ｍ）〜（ｔ）を調整した。

【００３８】（実施例９〜１６、比較例３〜４）製造例
で得られた粉状研磨用組成物から調整した研磨用スラリ
ー（ｋ）〜（ｔ）について、実施例１〜８及び比較例１
〜２と同様の方法により気泡量を測定した。その結果を
表２に記載する。

【００３９】

【表２】

【００４０】表２から明らかな様に、本発明の研磨用組
成物は最初に粉状の研磨用組成物とした後にスラリー化
する使用方法においても、比較例と比較し泡立ちが非常
に少なく取り扱い易い事が判る。

【００４１】（実施例１７）表１記載のスラリー状の研
磨用組成物（ｄ）について研磨性を評価した。研磨には
研磨機として両面ポリッシングマシン、研磨パットとし
てスェードクロスを用い、アルミニウムの１３０ｍｍ外
径の円輪盤状基板の両面に、厚さ３０μのニッケル・り
んメッキを施したものを被研磨体として用いた。この被
研磨体を研磨機に取付、研磨圧力５０ｇ／ｃｍ２、研磨
組成物（ｄ）の供給速度２００ｍｌ／ｍｉｎの条件で１
０分間研磨した。研磨性は、研磨前後の被研磨体の厚さ
から算出した研磨量と、研磨後の研磨表面検査による表
面欠陥により評価した。その結果、研磨量２．９μ／ｍ
ｉｎ、表面欠陥０〔数／面〕で、循環使用時に泡立ちが
無い良好な研磨性が得られた。

【００４２】（実施例１８）粉状の研磨組成物から調整
した表２記載の研磨用スラリー（ｓ）について研磨性を
評価した。被研磨体として円輪板状ガラスディスクを用
いた以外は実施例１７と同様に行った。その結果、研磨
量０．７２μ／ｍｉｎ、表面欠陥数１１〔数／面〕で、
循環使用時に泡立ちが無い良好な研磨性が得られた。

【００４３】

【発明の効果】本発明の研磨用組成物は、研磨量が大き
く研磨作業の効率が高く、研磨表面の欠陥が生じ難く、
形状精度にも優れ、使用時の泡立ちが無く非常に取り扱
い易く、各種の精密研磨に適している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｃ０８Ｆ 222/06 Ｃ０８Ｆ 222/06 290/06 290/06 Ｆターム(参考） 4D011 CB06 4J002 BE041 BH021 CH022 DA016 DB016 DE096 DE146 DF016 DG066 DJ006 DJ016 DK006 DM006 FD202 4J027 AC02 AC03 AC07 AJ02 BA03 CA10 CA11 4J100 AB02P AE02P AE09P AE13P AE18P AK32Q BA02P BA03H BA08H BA08P BA15H BA16H BA17H BA18H CA04 CA31 HA08 HA11 HA61 HC10 JA00 JA36 JA43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨材、側鎖にカルボキシル基とポリア
ルキレンオキサイド構造を有するポリカルボン酸系重合
体および消泡剤を含有する研磨用組成物。
【請求項２】ポリカルボン酸系重合体が、一般式
（１）で示されるポリアルキレングリコールアルケニル
エーテルと無水マレイン酸からなる共重合体、あるいは
その加水分解物及び／又は加水分解物の塩であることを
特徴とする請求項１記載の研磨用組成物。【化１】（Ｒ1はビニル基、アリル基、ＡＯは炭素数２〜４のオ
キシアルキル基、ｎは１〜２００の整数、Ｒ2は水素又
は炭素数１〜２０の有機残基）
【請求項３】消泡剤がエチレングリコール−プロピレ
ングリコール共重合体からなるポリエーテル系消泡剤で
ある事を特徴とする請求項１又は請求項２記載の研磨用
組成物。