研磨用磨粒、及其制造方法、研磨方法、研磨装置及浆料制造方法及图纸

本发明专利技术是以湿式研磨法研磨被研磨材。浆料是将研磨用磨粒分散于纯水中而成。研磨用磨粒是使发挥机械化学作用的成分、或对研磨被研磨材时产生的摩擦热起反应的成分等以全体一体化成粒子状。各成分是分别保持各成分的物质固有的性质的状态，通过机械合金化处理而相互直接结合而成。蓝宝石或碳化硅或氮化镓等摩擦工序中使用该浆料时，可比过去大幅缩短研磨时间，可大幅改善加工成本。研磨面为高质量。研磨用磨粒可重复使用于研磨处理。由于浆料的pH为3～9左右，所以不会对研磨作业场环境造成影响，废液的处理也简单。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是关于用于研磨蓝宝石、碳化硅(SiC)或氮化镓(GaN)等被研磨材表面所使用的研磨用磨粒及其制造方法与研磨方法及研磨装置以及研磨用浆料。
技术介绍
近年来，朝着多功能化与高性能化的目标，陆续有新的半导体装置被提案。依据该等提案般，已经开始使用硅(Si)基板以外的新材料。特别是是蓝宝石或电源装置用的SiC、或发光二极管(LED)用的GaN等基板受到瞩目。今后，为了实现更高性能化、可量产的低成本化的目的，开发出基板的新颖加工方法被予以期望。半导体装置的制造工序中，为使基板(Semiconductor substrate)的表面平坦，而进行研磨处理(polishing process)。过去采用的一种方法是使用含金刚石磨粒的油性浆料研磨被研磨材的基板的方法。使被研磨材的基板表面以金刚石磨粒予以机械性研削。金刚石磨粒的硬度比碳化硅的基板高。该方法是研磨速度快速，可以短时间达到目标研磨量的方法。然而，会有于被研磨材的基板表面产生深且大的伤痕的情况。因此，难以获得高质量的研磨面。而且，油性浆料由于因研磨处理的热而变质，所以使金刚石磨粒凝聚。结果，会有昂贵的金刚石磨粒无法再利用的问题。为解决上述问题，已介绍采用产生机械化学效果的研磨方法的技术(专利文献一)。机械化学研磨是以使被研磨材的表面改质，由比被研磨材柔软的研磨磨粒进行研磨。因此，不会在被研磨材表面产生大的伤痕。另外，也介绍使用氧化剂作为碳化硅的研磨材，且提高研磨速率(removal rate)的技术。[先前技术文献][专利文献]专利文献一：日本特开2005-81485号公报专利文献二：日本专利4345746号公报专利文献三：日本专利4827963号公报专利文献四：WO2011136387号公报
技术实现思路
专利文献一中揭示的干式研磨法(Dry polishing)是在被研磨材(object material)与研磨用磨粒(abrasive particle)之间产生高的摩擦热，促进机械化学研磨(mechanochemical polishing)，且实现研磨速度(removal rate)的提高。然而，暴露于高的温度下的研磨用磨粒与研磨屑由于会附着于研磨装置的内部，所以装置的洗净需花费时间。因此，有生产性变差的问题存在。另一方面，专利文献二或专利文献三所示的湿式研磨法(Wet polishing)是将过氧化氢等氧化剂添加于研磨浆料中使被研磨材的表面氧化，实现研磨速率的提高。然而，含有氧化剂的浆料会使作业环境变差，废液处理的成本增大。而且，氧化剂会有腐蚀研磨装置的情况。专利文献四所示的湿式研磨法是使用强碱性浆料促进机械化学研磨，实现研磨速度的提高。然而，如pH10～14的强碱性浆料会使作业环境变差，且废液处理的成本增大。此外，任意一情况下，研磨处理中浆料的特性均容易变化，所以监视与调整为不可或缺，而有研磨工序难以自动化的问题。也即，过去已知的方法无法以实用的研磨速率高质量地研磨具有高耐腐蚀性的SiC或GaN。为解决上述课题，本专利技术的目的是提供一种采用湿式研磨方法，利用产生机械化学效果的研磨方法，且可实现被研磨材的高质量、高的研磨速率的研磨用磨粒及其制造方法。另外，本专利技术的目的是提供一种使用对环境影响较少的浆料湿式研磨被研磨材的研磨方法与研磨装置及研磨用浆料。〈构成1〉一种研磨用磨粒，其是使莫氏硬度与被研磨材相等或比被研磨材低的粒子状的第一研磨剂、与使上述被研磨材化学变质的粒子状的第二研磨剂通过机械合金化一体化成粒子状。〈构成2〉如构成1所记载的研磨用磨粒，其中上述第一研磨剂占上述经一体化粒子的5重量百分比以上且95重量百分比以下。〈构成3〉如构成1所记载的研磨用磨粒，其中上述第二研磨剂占上述经一体化粒子的5重量百分比以上且95重量百分比以下。〈构成4〉如构成1至3中任意一项所记载的研磨用磨粒，其中使上述第一研磨剂与第二研磨剂一体化成平均粒径0.05μm以上且100μm以下的粒子状。〈构成5〉一种研磨用复合磨粒，其特征是使具有机械研磨性的成分与具有化学研磨性的成分一体化而成的粒子，且通过机械合金化处理使两成分接合。〈构成6〉如构成1至5中任意一项所记载的研磨用磨粒，其是用于研磨被研磨材表面的粒子，该粒子含有通过机械合金化处理而结合的多种无机化合物成分，各无机化合物成分是以保持各成分的物质固有性质的状态，相互透过非晶质层结合为一体。〈构成7〉如构成6所记载的研磨用磨粒，其中上述多种的无机化合物成分是以保持各成分的物质固有的性质的状态结合，各无机化合物成分分别是其一部分露出于粒子的外表面。〈构成8〉如构成6或7所记载的研磨用磨粒，其中多种无机化合物成分的任意一种含有对被研磨材产生机械化学效果的化学反应性研磨材。〈构成9〉如构成8所记载的研磨用磨粒，其中多种无机化合物成分中任意一种的莫氏硬度与被研磨材相等或莫氏硬度比被研磨材低。〈构成10〉如构成8所记载的研磨用磨粒，其中多种无机化合物成分中任意一种含有对被研磨材产生机械化学效果的化学反应性研磨材、与机械削除被研磨材的产生机械化学效果的表面的成分。〈构成11〉如构成10所记载的研磨用磨粒，其中机械削除被研磨材表面的成分的莫氏硬度与被研磨材相等或比被研磨材低。〈构成12〉如构成10所记载的研磨用磨粒，其中对被研磨材产生机械化学效果的化学反应性研磨材为通过研磨处理时产生的摩擦热反应而使被研磨材的研磨面氧化的成分。〈构成13〉如构成10所记载的研磨用磨粒，其中对被研磨材产生机械化学效果的化学反应性研磨材是由锂、碱土类金属的碳酸盐、磷酸盐、氟化物、硼化合物、及氯化银、溴化银、碘化银等卤化合物、冰晶石、或明矾中选出的1种或2种以上的难溶性的盐。〈构成14〉一种研磨用磨粒的制造方法，其是混合多种的无机化合物成分的原料，且在干式状态下进行机械合金化处理，使各无机化合物成分相互透过非晶质层结合为一体而成为粒子状。〈构成15〉一种研磨被研磨材的研磨方法，其是使用使如构成1至12中任意一项所记载的研磨用磨粒分散于纯水中而成的浆料。〈构成16〉一种研磨构件，其是将如构成1至12中任意一项所记载的研磨用磨粒分散于基材中予以固定。〈构成17〉一种研磨装置，其具备以合成纤维、玻璃纤维、天然纤维、合成纤维、天然树脂的任意一种构成，且使如构成1至12中任意一项所记载的研磨用磨粒分散于表面且固定的研磨垫，使用弹力将被研磨材朝向研磨垫表面按压的保持装置，将纯水供给于研磨面的注液器，上述保持装置的弹力是设定成在上述研磨用磨粒与上述被研磨材之间，于利用上述反应加速剂产生化学反应的温度以上产生摩擦热的程度。〈构成18〉一种用于研磨碳化硅或氮化镓的浆料，其是将如构成1至12中任意一项所记载的研磨用磨粒分散于中性的水中而生成的悬浮液，且在摄氏25度下的pH为4以上11以下。〈构成19〉一种复合磨粒，其是用以湿式研磨蓝宝石的磨粒，且是通过机械合金化使包含下列成分的混合物直接结合而一体化成粒状：莫氏硬度为7以上9以下的粒子状的第一研磨剂，对上述被研磨材具有机械化学作用的粒子状的第二研磨剂，对浆料所使用的纯水为难溶性且由碱金属盐或碱土类金属盐所成的粒子状的摩擦热反应剂。〈构成20〉如构成19所记载的复合磨粒，其中上述第一研磨剂为Al2O3、ZrSiO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种研磨用磨粒，其是使莫氏硬度与被研磨材相等或比被研磨材低的粒子状的第一研磨剂、与使所述被研磨材化学变质的粒子状的第二研磨剂通过机械合金化一体化成粒子状。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.06 JP 2014-021392;2014.07.17 JP 2014-146601.一种研磨用磨粒，用于对被研磨材的表面进行研磨，其特征在于：使莫氏硬度与被研磨材相等或莫氏硬度比被研磨材低的无机化合物的第一成分，与使所述被研磨材化学变质的第二成分，通过机械合金化处理，一体化成平均粒径0.05μm以上100μm以下的粒子状，其中，所述第一成分占所述经一体化粒子的5重量百分比以上95重量百分比以下，所述第二成分占所述经一体化粒子的5重量百分比以上95重量百分比以下。2.一种研磨用磨粒，用于对被研磨材的表面进行研磨，其特征在于：使莫氏硬度与被研磨材相等或莫氏硬度比被研磨材低的无机化合物的第一成分，与使所述被研磨材化学变质的第二成分，都以保持各成分的物质固有性质的状态下，相互透过非晶质层一体化结合成平均粒径0.05μm以上100μm以下的粒子状，其中，所述第一成分占所述经一体化粒子的5重量百分比以上95重量百分比以下，所述第二成分占所述经一体化粒子的5重量百分比以上95重量百分比以下。3.权利要求项2所述的研磨用磨粒，其中：其中，所述第一成分和所述第二成分均分别有一部分露出于粒子的外表面。4.权利要求项1至3中任意一项所述的研磨用磨粒，其特征在于：其中，所述第一成分是选自滑石、ZrSiO4、ZrO2、Al2O3、以及SiC中的一种或两种以上的机械研磨材。5.权利要求项1至3中任意一项所述的研磨用磨粒，其特征在于：其中，所述第二成分是选自锂、碱土类金属的碳酸盐、磷酸盐、氟化物、硼酸化合物、以及氯化银、溴化银、碘化银等的卤素化合物、冰晶石、或是明矾中的一种或两种以上的对纯水为难溶性的盐。6.权利要求项1至3中任意一项所述的研磨用磨粒，其特征在于：其中，所述第二成分是含有对被研磨材产生机械化学效果的化学反应性研磨材。7.权利要求项6所述的研磨用磨粒，其特征在于：其中，所述化学反应性研磨材是选自SiO2、Fe2O3、Cr2O3、以及CeO2中的一种或两种以上的研磨材。8.权利要求项6所述的研磨用磨粒，其特征在于：其中，所述第二成分是含有通过研磨处理时产生的摩擦热反应而使被研磨材的研磨面氧化的氧化剂。9.权利要求项8所述的研磨用磨粒，其特征在于：其中，所述氧化剂为MnO2。10.一种研磨用磨粒的制造方法，其特征在于：将权利要求项2或3所述的第一成分与第二成分混合，并且在干式状态下进行机械合金化处理，使其相互透过非晶质层结合为一体而成为粒子状。11.一种研磨被研磨材的研磨方法，其特征在于：使用使权利要求项1至9中任意一项所述的研磨用磨粒分散于纯水中而成的浆料。12.一种研磨构件，其特征在于：将权利要求项1至9中任意一项所述的研磨用磨粒分散于基材中予以固定。13.一种研磨装置，其特征在于，包括：研磨垫，由合成纤维、玻璃纤维、天然纤维、合成树脂、天然树脂中的任意一种构成，并且使权利要求项1至9中任意一项所述的研磨用磨粒分散于表面且固定；保持装置，使用弹力将被研磨材朝向研磨垫表面按压；以及注液器，将纯水供给于研磨面，其中，所述保持装置的弹力是设定成在所述研磨用磨粒与所述被研磨材之间，利用所述反应加速剂产生化学反应的温度以上产生摩擦热的程度。14.一种浆料，用于研磨碳化硅或氮化镓，其特征在于：所述浆料是将权利要求项1至9中任意一项所述的研磨用磨粒分散于中性的水中而生成的悬浮液，并且在摄氏25度下的pH为4以上11以下。15.一种复合磨粒，用于对蓝宝石进行湿式研磨，其特征在于：将莫氏硬度为7以上9以下的粒子状的第一研磨剂，对所述被研磨材具有机械化学作用的粒子状的第二研磨剂，以及对浆料所使用的纯水为难溶性且由碱金属盐或碱土类金属盐构成的粒子状的摩擦热反应剂的混合物，通过机械合金化直接结合从而一体化成粒状。16.权利要求项15所述的复合磨粒，其特征在于：其中，所述第一研磨剂为Al2O3、ZrSiO4或ZrO2，并且占所述经一体化粒子的5重量百分比以上95重量百分比以下。17.权利要求项15所述的复合磨粒，其特征在于：其中，所述第二研磨剂是选自Cr2O3、Fe2O3、SiO2的群中的一种或两种以上的材料并且占所述经一体化粒子的5重量百分比以上95重量百分比以下。18.权利要求项15所述的复合磨粒，其特征在于：其中，选择SiO2作为所述第二研磨剂时，选择莫氏硬度比SiO2大者作为所述第一研磨剂。19.权利要求项15所述的复合磨粒，其特征在于：其中，所述摩擦热反应剂是选自CaCO3、SrCO3、MgCO3、BaCO3、Li2CO3、Ca3(PO4)2、Li3PO4以及AlK(SO4)2的群中的一种或两种以上的材料，并且占所述经一体化粒子的5重量百分比以上95重量百分比以下。20.权利要求项15所述的复合磨粒，其特征在于：其中，所述第一研磨剂为Al2O3、ZrSiO4或ZrO2，所述第二研磨剂是选自Cr2O3、Fe2O3、SiO2的群中的一种或两种以上的材料，所述摩擦热反应剂是选自CaCO3、SrCO3、MgCO3、BaCO3、Li2CO3、Ca3(PO4)2、Li3PO4及AlK(SO4)2的群中的一种或两种以上的材料。21.一种复合磨粒，其特征在于：是通过机械合金化使权利要求项15或20所述的第一研磨剂与第二研磨剂与摩擦热反应剂结合而一体化成平均粒径为0.05μm以上100μm以下的粒子状。22.一种复合磨粒的制造方法，其特征在于：通过机械合金化使权利要求项15或20的第一研磨剂与第二研磨剂与摩擦热反应剂结合而一体化成平均粒径为0.05μm以上100μm以下的粒子状。23.一种浆料，其特征在于：是将权利要求项15或20所述的复合磨粒分散于纯水中而构成的。24.一种研磨方法，对蓝宝石进行湿式研磨，...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤本俊一，山下哲二，
申请(专利权)人：旭日化成工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP