CN1680509B - 研磨液组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包含平均粒径为1～30nm的研磨材料和水的研磨液组合物，其中该研磨材料的填充率为79～90重量％；涉及一种基板的制造方法，其包括将上述研磨液组合物引入到基板与研磨垫之间，使其一边与所述基板接触，一边进行研磨的工序；还涉及一种减少被研磨基板的划痕的方法，其包括使用上述研磨液组合物对被研磨基板进行研磨的工序。本发明的研磨液组合物，例如适用于磁盘、磁光盘等磁性记录介质的基板、光掩模基板、光盘、光学透镜、光学反射镜、光学棱镜、半导体基板等精密部件基板的研磨。
Description
技术领域
本发明涉及研磨液组合物、含有使用该研磨液组合物的研磨工序的基板的制造方法以及减少被研磨基板的划痕的方法。
背景技术
在近年的存储硬盘驱动装置中，要求高容量和小型化，为提高记录密度，要求降低磁头的浮动高度，减小单位记录的面积。在磁盘用基板的制造工序中，研磨后所要求的表面质量也随之一年比一年要求严格，作为降低磁头浮动高度的对策，必须减小其表面粗糙度、微观波纹度、跌落(roll-off)以及突起；作为减少单位记录的面积的对策，所容许的每个基板面的划痕数要降低，划痕的大小和深度变得越来越小。
此外，在半导体领域，正在向高度集成化和高速化方面发展，特别是高度集成化，要求配线越来越细。其结果是，在半导体基板的制造过程中，光刻胶曝光时的焦深变浅，希望更进一步提高表面的光洁度。
针对这样的要求，已经公开了用于减小表面粗糙度(Ra、Rmax)、划痕、凹坑(pits)和突起物等、提高表面平面度的研磨液组合物(特开平9-204657号公报、特开平11-167715号公报、特开平11-246849号公报)，其试图通过追加使用胶体氧化硅的精研磨工序来解决宽度大且非常浅的损伤即“微小划痕”(深度不小于0.1nm但不足0.5nm，宽度不小于10μm但不足50μm，长度不小于10μm但不足1000μm)。此外，还公开了以减少微小划痕为目的的研磨液组合物(特开2003-155371号公报、特开2003-147337号公报)。
此外，还公开了以提高研磨速度、减少表面缺陷为目的的由烟法金属氧化物(fumed metal oxide)与胶体氧化硅等研磨材料混合而成的 研磨液组合物(WO2001-36554)。
发明内容
即本发明主要涉及：
(1)一种研磨液组合物，其包含平均粒径为1～30nm的研磨材料和水，其中该研磨材料的填充率为79～90重量％；
(2)一种基板的制造方法，其包含将研磨材料的填充率为79～90重量％的研磨液组合物引入到基板与研磨垫之间，使其一边与所述基板接触，一边进行研磨的工序；
(3)一种基板的制造方法，其包含使用如上述(1)所述的研磨液组合物对被研磨基板进行研磨的工序，以及
(4)一种减少被研磨基板的划痕的方法，其使用含有平均粒径为1～30nm的研磨材料和水的研磨液组合物以减少被研磨基板的划痕，其中将研磨材料的填充率调整到79～90重量％。
具体实施方式
本发明涉及研磨后的被研磨物的表面粗糙度小、显著减少了纳米划痕、且研磨能够以经济的方式进行的研磨液组合物；涉及表面粗糙度小、且显著减少了纳米划痕(nano scratch)的基板的制造方法；以及涉及减少被研磨基板的划痕的方法。此外，本发明还涉及具有较高研磨速度的研磨液组合物。
通过使用例如在高密度化或者高度集成化用精密部件基板的研磨工序中使用本发明的研磨液组合物产生了如下的效果：研磨后基板的表面光洁度高，且显著降低了迄今不能检测出来的细微的纳米划痕，因而本发明可以在短时间内以经济的方式制造出表面性状优良的高品质的存储硬盘基板以及半导体基板等精密部件基板。
通过下述说明，可以弄清楚本发明的上述优点以及其它优点。
下面就本发明进行详细的说明。
1.研磨液组合物
本发明的研磨液组合物的特征在于：其包含平均粒径为1～30nm的研磨材料与水，其中该研磨材料的填充率为79～90重量％。通过使用这样的提高了研磨材料填充率的研磨液组合物，即使研磨速度较高，也可以具有优良的表面性状、且显著减少了导致缺陷的纳米划痕。特别地，在存储硬盘基板或者半导体基板中，这种纳米划痕是对高密度化或者高度集成化具有重要作用的物性。因此，通过使用本发明的研磨液组合物，可以制造表面性状优良的高品质的存储硬盘基板或者半导体基板。
但是，在使用上述研磨液组合物时所得到的基板，对于更高容量、高集成度之类的高密度化，作为基板的品质是不充分的。本发明者潜心研究的结果是，首次确认其原因在于迄今不能检出的“纳米划痕”(深度不小于10nm但不足100nm，宽度不小于5nm但不足500nm，长度为100μm或以上的基板表面的细微划伤)的降低是不充分的。弄清了通过调节研磨液组合物中研磨材料的填充率可以提高基板的品质以及研磨速度，从而完成了本发明。此外，为改善表面粗糙度，当使用了平均粒径较小的研磨材料时，研磨速度变得极低，以致研磨时间必定延长。
另外，虽然不希望受限于理论，也并不清楚通过调整研磨材料的填充率以降低纳米划痕的机理，但是，例如一般认为以前已知的深度较浅的“微小划痕”起因于由化学试剂引起的基板表面的腐蚀，与此相反，本发明可大幅度减少的深度较深的“纳米划痕”起因于研磨材料中所含有的“异物”(凝聚物或者粗大粒子)。即研磨是施加一定的负荷进行的，但填充量较低时，应力集中在“异物”上，以至“异物”被局部地挤入基板表面而产生纳米划痕。但可以推测：像本发明那样采用包含填充率高的研磨材料的研磨液组合物，由于“异物”被研磨材料粒子所包围，向基板表面的应力容易分散，因而可以减缓纳米划痕的产生。此外还可以推测：如果研磨材料的粒子的填充率高，则基板与研磨材料的接触面积增加，进而抑制了研磨材料粒子在研磨 面无摩擦的滑动，由此使物理研磨力上升、研磨速度提高。
在本发明中，研磨材料的填充率可以通过如下方法求得。
<填充率的求算方法>
1)量取25.0g研磨液组合物放入日立工机公司制造的异质同晶聚合物容器(40PA瓶)中，然后将上部的盖子牢牢地封闭好。
2)使用日立工机株式会社制造的型号为CP56G(最大速度：56,000r/m，电压：200V、50/60Hz，CUP：30A、MFG.No：N0008)的超级离心机(在25℃的温度下)以20000r/m的速度连续运转10小时。
3)通过离心分离，容器的上部的水分与下部的研磨材料被分离，研磨材料被压缩到容器的下部而沉降(称之为结块：cake)。使用移液管仔细除去水分，进而使用滤纸吸取附着在容器内壁的水滴以及残留在沉降的结块上部的水分，为了使滤纸仅吸取水分，可倾斜容器使结块不与滤纸接触，继而正确地称量沉降的结块(A)的重量。沉降的结块(A)由研磨材料粒子的堆积物所构成，其粒子间存在水分。
4)使用东洋制造所(株)制造的“ADVANTEC FC-610 FORCEDCONVENTIONAL OVEN”将该沉降的结块(A)于120℃干燥24小时，然后称量干燥后的固体物(B)的重量。
研磨材料的填充率可通过如下公式进行计算：
填充率(重量％)＝(B/A)×100
由干燥所导致的重量的减少量相当于沉降的结块中存在的水分的重量。A和B有时包含微量的添加剂，但不考虑这一因素而将式(1)的计算值当作研磨材料的填充率。
因此，本发明的填充率意味着在向某一空间填充研磨材料时，相对于整个该空间，研磨材料所填充的比例；填充率高的研磨材料意味着在上述情况下未填充研磨材料的间隙较少。
从减少纳米划痕的观点考虑，本发明的研磨材料的填充率为79～90重量％，优选为81～90重量％，更优选为82～90重量％。
作为调整研磨材料的填充率的方法并没有什么特别的限定，但是， 例如当研磨材料为胶体氧化硅时，可以采用诸如以下的方法达到所希望的填充率，通过在其制造阶段加入将在研磨材料粒子的生长过程中成为新核的粒子，使具有各种粒径的粒子共存的方法；以及混合2种或以上具有不同粒径的研磨材料粒子的方法等。另外，也可以通过使用研磨材料粒子的表面修饰以及添加剂等减小粒子间的排斥力来调节填充率。此外，通过控制研磨材料粒子的制造条件，使粒子成为球状或者使粒子表面变得平滑也可以调整填充率。
作为本发明中所使用的研磨材料，可以使用研磨中所通常使用的研磨材料，可以举出金属、金属或准金属的碳化物、氮化物、氧化物、或硼化物、金刚石等。金属或准金属属于元素周期表(长周期型)的2A、2B、3A、3B、4A、4B、5A、6A、7A或第8族的元素。
作为研磨材料的具体实例，可以列举出氧化铝、碳化硅、金刚石、氧化镁、氧化锌、氧化钛、氧化铈、氧化锆、氧化硅等，从提高研磨速度的观点考虑，优选使用它们之中的1种或以上。其中氧化铝、热解法二氧化硅、胶体氧化硅、氧化铈、氧化锆、氧化钛等适用于半导体晶片、半导体元件以及磁性记录介质用基板等精密部件用基板的研磨。
从提高填充率且得到平滑表面的观点考虑，研磨材料的形状优选为球状的胶体粒子，进而从减少导致表面缺陷的纳米划痕的观点考虑，更优选胶体氧化铈粒子、胶体氧化硅粒子、表面修饰的胶体氧化硅粒子等，其中特别优选胶体氧化硅粒子。胶体氧化硅粒子例如可以通过由硅酸水溶液来生成的制造方法而得到。胶体氧化硅粒子适用于要求具有更高光洁度的高记录密度存储磁盘用基板的最终精研磨以及半导体器件基板的研磨。
从使表面平滑的观点考虑，研磨材料的平均粒径为1～30nm。优选为5～30nm，更优选为10～25nm。研磨材料的平均粒径可以通过解析由扫描电子显微镜观察(优选为3000～100000倍)得到的研磨材料的一次粒子的图像来测定。这里，一个一次粒子的粒径采用2轴平 均(长径与短径的平均)粒径。
其中，在本发明的研磨液组合物中，从具有减小表面粗糙度的效果、此外也具有良好的提高研磨速度的效果这一观点考虑，上述填充率优选为79～90重量％，且研磨材料的平均粒径优选为1～30nm。
研磨材料粒子的粒径可以使用扫描电子显微镜(以下称为SEM)并按照如下方法求得。下面给出的是研磨材料粒子为氧化硅粒子的实例。
1)用乙醇稀释含有氧化硅粒子的研磨液组合物，以便使研磨材料粒子的浓度为0.5重量％。将稀释的溶液均匀地涂布在加热到约50℃的SEM用的样品台上。然后，用滤纸吸取过剩的溶液，进行均匀的自然干燥以便使氧化硅粒子不会凝聚。
2)在自然干燥的氧化硅粒子上蒸镀Pt-Pd，使用日立制作所(株)制造的场效应扫描电子显微镜(FE-SEM：S-4000型)，将其放大倍数调整到3000～10万倍，以便视野中可以观察到500个左右的氧化硅粒子，对每个样品台的2个点进行观察并拍摄照片。
3)通过复印机等将拍摄到的照片(10.16cm×12.7cm)放大到A4纸大小(21.0cm×29.7cm)，使用游标卡尺等测量拍摄的全部氧化硅粒子的粒径并进行累计。反复进行该操作数次，以便使测量的氧化硅粒子数达到2000个或以上。
从求得正确的粒径分布的观点考虑，更优选增加基于SEM的测量点数。累计所测得的粒径，并从小粒径开始按顺序累计其频率(％)，以该值达到50％的粒径作为平均粒径。这里所说的粒径是作为一次粒子的粒径而求得的。
关于氧化硅粒子之外的研磨材料，在研磨液组合物为分散于水或者烷醇等溶剂中的料浆状的情况下，可以通过与上述氧化硅同样的方法求出其平均粒径。作为其具体的实例，可以举出通过生长法(增层法：build-up method)制造的氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化锌等。另一方面，在研磨材料为粉末状的情况下，可以先将导电带贴在SEM用 样品台上，再将研磨材料的粉末直接撒在带上，然后蒸镀Pt-Pd而制造样品，随后采用与氧化硅粒子的情况相同的方法来求得平均粒径。
作为其具体的实例，在存在通过粉碎法制造的碳化硅、金刚石、氧化铝、氧化铈、热解法二氧化硅等一次粒子的熔凝粒子的情况下，可以将该熔凝粒子当作一次粒子来求得平均粒径。
从提高研磨速度的观点考虑，研磨液组合物中研磨材料的含量优选为0.5重量％或以上，更优选为1重量％或以上，再优选为3重量％或以上，进一步优选为5重量％或以上。此外，从经济性的观点考虑，研磨液组合物中研磨材料的含量优选为20重量％或以下，更优选为15重量％或以下，再优选为13重量％或以下，进一步优选为10重量％或以下。
即该含量在研磨液组合物中，优选为0.5～20重量％，更优选为1～15重量％，再优选为3～13重量％，进一步优选为5～10重量％。这些含量可以是研磨组合物制造时的含量或者使用时的含量的任一种，在多数情况下，研磨液通常将其制造成浓缩液的形式，然后在使用时将其稀释。
本发明的研磨液组合物的余量为水。作为水，并没有什么特别的限定，可以举出离子交换水、蒸馏水、超纯水等。水的含量在研磨液组合物中，优选为60～99重量％，更优选为70～99重量％，再优选为80～98重量％，进一步优选为85～98重量％。
本发明的研磨液组合物的pH值优选根据被研磨物的种类以及所要求的特性来决定，在被研磨物的材质为金属材料时，从提高研磨速度的观点考虑，一般地pH值优选在酸性范围内，例如为6.5或以下，优选为6.0或以下，更优选为5.0或以下，进一步优选为4.0或以下。此外，从对人体的影响以及对机械的腐蚀的观点考虑，pH值例如为0.1或以上，优选为0.5或以上，更优选为1.0或以上，再优选为1.4或以上。特别是在以镀覆有镍-磷(Ni-P)镀层的铝合金基板的金属为对象的精密部件加工基板中，从提高研磨速度的观点考虑，pH值优选在 酸性范围内，更优选为6.5或以下，再优选为5.0或以下，进一步优选为4.0或以下。因此，可以根据所考虑的目标设定pH值，特别是在以镀覆有镍-磷(Ni-P)镀层的铝合金基板的金属为对象的精密部件加工基板中，从上述观点考虑，pH值优选为0.1～6.5，更优选为1.0～4.5，进一步优选为1.4～3.5。
pH值可以用以下酸和盐来调节。具体地说，可以列举出硝酸、硫酸、亚硝酸、过硫酸、盐酸、高氯酸、磷酸、膦酸、次膦酸、焦磷酸、三聚磷酸、酰胺硫酸(amide sulfuric acid)等无机酸或其盐；2-氨基乙基膦酸、1-羟基亚乙基-1，1-二膦酸、氨基三(亚甲基膦酸)、亚乙基二氨四(亚甲基膦酸)、二亚乙基三氨五(亚甲基膦酸)、乙烷-1，1-二膦酸、乙烷-1，1，2-三膦酸、乙烷-1-羟基-1，1-二膦酸、乙烷-1-羟基-1，1，2-三膦酸、乙烷-1，2-二羧基-1，2-二膦酸、甲烷羟基膦酸、2-磷酰丁烷-1，2-二羧酸、1-磷酰丁烷-2，3，4-三羧酸、α-甲基磷酰琥珀酸等有机膦酸或其盐；谷氨酸、吡啶甲酸、天冬氨酸等氨基酸或其盐；草酸、硝基乙酸、马来酸、草酰乙酸等羧酸或其盐等。其中，从减少纳米划痕的观点考虑，优选无机酸、有机膦酸及其盐。
此外，在无机酸或其盐中，更优选硝酸、硫酸、盐酸、高氯酸或其盐；在有机膦酸或其盐中，更优选1-羟基亚乙基-1，1-二膦酸、氨基三(亚甲基膦酸)、乙二胺四(亚甲基膦酸)、二乙撑三胺五(亚甲基膦酸)或其盐。这些酸或其盐可以单独使用，也可以将其两种或以上混合使用。
作为这些盐的相反离子(阳离子)，并没有什么特别的限定，具体地说，可以举出金属离子、铵离子、烷基铵离子等。作为金属的具体实例，可以举出属于元素周期表(长周期型)第1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、6A、7A或第8族金属。从减小纳米划痕的观点考虑，优选铵离子或者属于1A族的金属离子。
此外，在本发明的研磨液组合物中，可以根据需要混合其它组分。 例如可以举出增粘剂、分散剂、防锈剂、碱性物质、表面活性剂等。此外，虽然根据被研磨物的材质的不同而不同，不能一概进行限定，但一般地说，从提高研磨速度的观点考虑，在金属材料中可以添加氧化剂。作为氧化剂，可以列举出过氧化氢、高锰酸、铬酸、硝酸、过氧酸、含氧酸或其盐以及氧化性金属盐等。
本发明的研磨液组合物可以通过采用已知方法混合上述填充率为79～90重量％且平均粒径为1～30nm的研磨材料和水、以及根据需要添加的氧化剂、酸或其盐、其它成分等来进行配制。
通过使用具有这样组成的研磨液组合物来研磨被研磨物，能够以经济的生产速度制造纳米划痕极少、表面性状优良的精密部件用基板等基板。因此，本发明还涉及基板的制造方法。
本发明中所谓的纳米划痕是指深度为不小于10nm但不足100nm，宽度不小于5nm但不足500nm、长度为100μm或以上的基板表面的细微损伤。可通过原子力显微镜(AFM)将其检测出来，并可以用通过后面实施例中所述的目测检测装置“MicroMax”所测定的纳米划痕的根数进行定量评价。
此外，作为表面光洁度尺度的表面粗糙度，其评价方法并无限制，在本发明中，表面粗糙度用通过AFM(原子力显微镜)的波长为10μm或以下的短波可测得的粗糙度来进行评价，并以平均表面粗糙度Ra来表示。具体地说，可以通过后面实施例中所述的方法来得到。
作为本发明中适于使用的被研磨基板等被研磨物的材质，例如可以举出硅、铝、镍、钨、铜、钽、钛等金属或者准金属或者它们的合金，玻璃、玻璃化碳黑、无定形碳等玻璃状物质，氧化铝、二氧化硅、氮化硅、氮化钽、碳化钛等陶瓷材料，聚酰胺树脂等树脂等。其中，含有铝、镍、钨、铜等金属及以这些金属为主成分的合金的被研磨物是合适的。例如更适用于镀覆有Ni-P的铝合金基板以及晶化玻璃、强化玻璃等玻璃基板中，进一步适用于镀覆有Ni-P的铝合金基板中。
对于被研磨物的形状并无特别的限制、例如以圆盘状、平板状、 厚板状、棱柱状等具有平面部分的形状、以及具有透镜等曲面部分的形状可成为使用本发明研磨液组合物的研磨的对象。其中，特别优选将圆盘状的被研磨物用于研磨。
本发明的研磨液组合物适用于精密部件基板的研磨。例如，适用于包括存储硬盘基板在内的磁盘、光盘、磁光盘等磁性记录介质的基板、光掩模基板、光学透镜、光学反射镜、光学棱镜、半导体基板等精密部件基板的研磨中。其中，由于本发明的研磨液组合物能够显著降低在高密度化、高度集成化方面具有重要影响的纳米划痕，因此更适用于存储硬盘基板等磁盘基板以及半导体基板的研磨，特别适用于磁盘用基板的研磨。
存储硬盘基板以及半导体基板的研磨包括：例如硅晶片(裸晶片)的研磨工序、嵌入金属线路的形成工序、层间绝缘膜的平坦化工序、嵌入金属线路的形成工序、嵌入电容的形成工序等。
2.基板的制造方法
本发明的基板的制造方法包含使用本发明的研磨液组合物对被研磨基板进行研磨的工序。具体地说，在该研磨工序中，本发明的研磨液组合物可以供给给具有保持被研磨基板的夹具和研磨布的研磨装置来进行研磨，通过该方法，可以在减少基板的表面粗糙度、显著减少纳米划痕的同时，提高被研磨基板的研磨速度。
通过如下方法对被研磨基板表面进行研磨：将保持被研磨基板的夹具按压在贴有有机高分子类的发泡体、非发泡体、或无纺布形式的研磨布的研磨盘上，或者将被研磨基板卡在贴有研磨布的研磨盘上，向被研磨基板表面供给上述研磨液组合物并施加一定的压力，同时使研磨盘或被研磨基板移动。
从提高研磨速度以及便于控制研磨的观点考虑，研磨时的研磨负荷优选为0.5～20kPa，更优选为1～20kPa，进一步优选为3～20kPa。
从提高研磨速度以及减少纳米划痕的角度考虑，向被研磨基板提供研磨液组合物的速度相对于每1cm2基板，优选为0.01～3ml/min， 更优选为0.05～2.5ml/min，进一步优选为0.1～2ml/min。
此外，作为本发明的基板的制造方法，可以举出包括如下工序的方法：将研磨材料的填充率为79～90重量％的研磨液组合物引入到被研磨基板与研磨垫之间，使其与该基板接触，同时进行研磨。
即使使用上述基板的制造方法，也可以表现出研磨后的研磨物的表面粗糙度小、且可以显著降低纳米划痕的效果。
此外，作为在该基板的制造方法中所使用的研磨材料，只要是与上述本发明的研磨液组合物中所使用的物质相同的物质即可。
其中，在上述方案的基板的制造方法中，从使被研磨基板的表面变得平滑的观点考虑，研磨材料的平均粒径优选为1～30nm，更优选5～30nm，进一步优选为10～25nm。
像上述那样通过使用本发明的研磨液组合物或者上述研磨材料的填充率为79～90重量％的研磨液组合物对被研磨基板进行研磨，可以制造能够减少该基板的表面缺陷特别是纳米划痕的、而且表面粗糙度也低的表面品质良好的基板。
具体地说，可以举出如下的研磨方法：将基板用贴有无纺布形式的有机高分子类研磨布等的研磨盘卡住，向基板表面供给研磨液组合物并施加一定的压力，同时使研磨盘或被研磨基板移动。。
在进入使用研磨液组合物研磨被研磨基板的工序之前，被研磨基板的表面性状并无特别的限制，例如具有Ra为1nm的表面性状的基板是合适的。
上述研磨工序优选在多个研磨工序的第二个工序或以后进行，更优选在最终研磨工序中进行。这时，为了避免混入前面工序的研磨材料以及研磨液组合物，也可以分别使用另外的研磨机，且在分别使用另外的研磨机时，优选在各个阶段将基板洗净。其中，对于研磨机并无特别的限定。
本发明的研磨液组合物在研磨工序中特别有效，而除此以外的研磨工序，例如抛光(lapping)工序等也可以同样适用。
如上所述，使用本发明的研磨液组合物或者本发明的基板的制造方法所制造的基板，可以获得优良的表面光洁度，例如表面粗糙度(Ra)为0.3nm或以下，优选为0.2nm或以下，更优选为0.15nm或以下，进一步优选为0.13nm或以下。
此外，所制造的基板是纳米划痕极少的基板。因此，例如在存储硬盘基板的情况下，该基板可以达到这样的要求，即记录密度达80G位/英寸2、120G位/英寸2，进而达160G位/英寸2或以上，在半导体基板的情况下，该基板可以达到这样的要求，即线宽为65nm，进而为45nm。
3.减少被研磨基板的划痕的方法
此外，本发明还涉及减少被研磨基板的划痕的方法(减少划痕的方法)。
本发明的减少划痕的方法是使用包含研磨材料与水的研磨液组合物以减少被研磨基板的划痕的方法，其特征在于：将平均粒径为1～30nm的研磨材料的填充率调节到79～90重量％，由于具有该特征，可以减少被研磨基板的划痕。
填充率可以与上述填充率相同。
作为调节到如上述的预定的填充率的方法，例如可以举出的方法有：在研磨物组合物的供应管线内和/或基板上将两种或以上不同组成的研磨液组合物(例如，包含两种或以上的不同粒径的研磨材料的研磨液组合物)进行混合的方法，和将包含研磨材料的研磨液组合物与包含添加剂的添加液进行混合的方法。
即使在混合前的各种液体不满足填充率的要件的情况下，也可以在混合后使其满足该要件。
作为本发明的减少划痕的方法中所使用的研磨材料以及水，只要是与上述本发明的研磨液组合物中所使用的物质相同的物质即可。
因此，本发明的减少划痕的方法中，适用于本发明的研磨液组合物。
其中，从使被研磨基板的表面变得平滑的观点考虑，研磨材料的平均粒径为1～30nm，优选为5～30nm，更优选为10～25nm。
此外，作为研磨工序，只要是与如上所述的使用本发明的研磨液组合物的研磨工序相同的工序即可。
其中，从提高研磨速度以及容易控制研磨的观点考虑，在优选为0.5～20kPa、更优选为1～20kPa、进一步优选为3～20kPa的研磨负荷下按压研磨垫。
此外，从提高研磨速度以及减少纳米划痕的观点考虑，相对于每1cm2的被研磨基板，以优选为0.01～3ml/min、更优选为0.05～2.5ml/min、0.1～2ml/min的速度供应研磨液组合物，同时按压研磨垫进行研磨。
实施例
下面通过实施例更进一步说明并公开本发明。这些实施例仅仅是本发明的例示，但并不意味着对本发明的任何限定。
作为被研磨基板，使用下述的镀覆有Ni-P镀层的铝合金基板进行了研磨评价，该基板采用含有氧化铝的研磨材料的研磨液组合物进行了预先粗研磨，表面粗糙度(AFM-Ra)设定为1nm，波纹度(Wa)设定为4.8nm、厚度为0.8mm、直径Φ95mm。
实施例1～12，比较例1～11
配制具有如表1、2中所示的研磨液组合物。将其添加到硫酸(98重量％、和光纯药工业公司制造)和/或HEDP(1-羟基亚乙基-1，1-二膦酸，60重量％，SOLUTIA JAPAN INC.)的水溶液中，若需要，还添加过氧化氢水溶液(35重量％、旭电化工业公司制造)并进行混合，最后边搅拌边加入胶体氧化硅料浆(30～40重量％，介质：水)。
表1
| A | B | C | D | E | HEDP | 硫酸 | |
| 实施例1 | 7.0 | - | - | - | - | 2.0 | - |
| 实施例2 | 4.9 | 2.1 | - | - | - | 0.14 | - |
| 实施例3 | 2.1 | 4.9 | - | - | - | 2.0 | - |
| 实施例4 | 3.5 | 3.5 | - | - | - | 0.05 | - |
| 实施例5 | 3.5 | 3.5 | - | - | - | 2.0 | - |
| 比较例1 | - | - | 7.0 | - | - | 2.0 | - |
| 比较例2 | - | 7.0 | - | - | - | 2.0 | - |
| 比较例3 | - | - | - | 7.0 | - | 2.0 | - |
| 比较例4 | 3.5 | - | - | 3.5 | - | 2.0 | - |
| 比较例5 | - | - | - | - | 7.0 | 2.0 | - |
表中，数字表示重量％。余量为水。
表2
| A | B | C | D | E | 过氧化氢 | HEDP | 硫酸 | |
| 实施例6 | 7.0 | - | - | - | - | 0.6 | 2.0 | - |
| 实施例7 | 4.9 | 2.1 | - | - | - | 0.6 | 2.0 | - |
| 实施例8 | 3.5 | 3.5 | - | - | - | 0.6 | 0.14 | 0.4 |
| 实施例9 | 2.8 | 4.2 | - | - | - | 0.6 | 0.14 | 0.4 |
| 实施例10 | 2.1 | 4.9 | - | - | - | 0.6 | 2.0 | - |
| 实施例11 | 3.5 | 3.5 | - | - | - | 0.3 | 2.0 | - |
| 实施例12 | 3.5 | 3.5 | - | - | - | 0.6 | 2.0 | - |
| 比较例6 | - | - | 7.0 | - | - | 0.6 | 2.0 | - |
| 比较例7 | - | 7.0 | - | - | - | 0.6 | 2.0 | - |
| 比较例8 | - | - | - | 7.0 | - | 0.6 | 2.0 | - |
| 比较例9 | 3.5 | - | - | 3.5 | - | 0.6 | 2.0 | - |
| 比较例10 | - | - | - | - | 7.0 | 0.6 | 2.0 | - |
| 比较例11 | - | 7.0 | - | - | - | 0.6 | 0.02 | - |
表中，数字表示重量％。余量为水。
表中A～E为在上述胶体氧化硅料浆中使用的胶体氧化硅。
A：杜邦公司制造(平均粒径27nm)
B：杜邦公司制造(平均粒径17nm)
C：日产化学工业公司制造(平均粒径15nm)
D：杜邦公司制造(平均粒径40nm)
E：日产化学工业公司制造(平均粒径10nm)
对于实施例1～12和比较例1～11中得到的研磨液组合物，按照如下方法测定并评价研磨材料的填充率、研磨液组合物的pH值、纳米划痕以及表面粗糙度(AFM-Ra)。所得到的结果如表3、4所示。
I-1.研磨条件
·研磨试验机：SPEED FAM公司制造的9B型双面研磨机
·研磨布：FUJIBO公司制造的聚氨酯制研磨垫
·压盘(platen)旋转速度：32.5r/min
·研磨液组合物的供给速度：100ml/min
·研磨时间：4min
·研磨载荷：7.8kPa
·投入的基板的块数：10块。
I-2.填充率的测定条件
按照前面所述的方法进行测定。
I-3.pH值的测定条件
使用pH计(东亚电波工业株式会社制造、玻璃型氢离子浓度指示计“HM-30G”)直接测定研磨液组合物的pH值。
I-4.研磨速度的测定条件
通过将研磨试验前后的基板的重量差(g)除以被研磨物的密度(8.4g/cm3)，再除以盘的表面积(65.97cm2)和研磨时间，计算得到每单位时间内的两面研磨速度(μm/min)。
I-5.纳米划痕的测试条件
·测试仪器：VISION PSYTEC公司制造的“MicroMax VMX-2100CSP”
·光源：2Sλ(250W)以及3Pλ(250W)均为100％
·倾角：-6°
·倍率：最大(视角范围：总面积的1/120)
·视角范围：整个面积(外周φ95mm且内周φ25mm的基板)
·光圈(iris)：槽口(notch)
·评价：随机选取4块经研磨试验机研磨的基板，将这4块基板
的各自正反面所存在的总的纳米划痕数(根)除以8，便计算出每个基板面的纳米划痕数。
I-6.表面粗糙度(AFM-Ra)的测试条件
·测试仪器：数字设备公司(Digital Instrument)制造的“NanoscopeIII、Dimension 3000”
·扫描速度：1.0Hz
·扫描面积：2×2μm
·评价：每隔120°等间隔地测量基板两面的内周和外周上的3个点，测量总计6个点的基板的表面粗糙度(AFM-Ra)，将总计6个点的平均值定义为平均表面粗糙度。
另外，在本发明中，纳米划痕数为200个或以下且AFM-Ra为0.2nm或以下的产品为合格品。
表3
| 填充率(重量％) | 平均粒径 (nm) | pH值 | 纳米划痕数 (根/面) | 研磨速度 (μm/min) | AFM-Ra (nm) | |
| 实施例1 | 80.0 | 27 | 1.5 | 36 | 0.04 | 0.18 |
| 实施例2 | 81.5 | 24 | 1.5 | 22 | 0.05 | 0.15 |
| 实施例3 | 80.6 | 18 | 1.5 | 46 | 0.06 | 0.10 |
| 实施例4 | 80.0 | 22 | 7.0 | 158 | 0.05 | 0.13 |
| 实施例5 | 82.3 | 22 | 1.5 | 10 | 0.06 | 0.13 |
| 比较例1 | 78.1 | 15 | 1.5 | 488 | 0.02 | 0.11 |
| 比较例2 | 78.0 | 17 | 1.5 | 364 | 0.02 | 0.10 |
| 比较例3 | 81.0 | 40 | 1.5 | 125 | 0.06 | 0.25 |
| 比较例4 | 81.6 | 34 | 1.5 | 83 | 0.06 | 0.23 |
| 比较例5 | 77.8 | 10 | 1.5 | 1200 | 0.02 | 0.09 |
表4
| 填充率(重量％) | 平均粒径 (nm) | pH值 | 纳米划痕数 (根/面) | 研磨速度 (μm/min) | AFM-Ra (nm) | |
| 实施例6 | 80.0 | 27 | 1.5 | 35 | 0.12 | 0.18 |
| 实施例7 | 81.5 | 24 | 1.5 | 20 | 0.14 | 0.15 |
| 实施例8 | 82.3 | 22 | 1.5 | 44 | 0.15 | 0.13 |
| 实施例9 | 82.1 | 20 | 1.5 | 24 | 0.13 | 0.11 |
| 实施例10 | 80.6 | 18 | 1.5 | 26 | 0.12 | 0.10 |
| 实施例11 | 80.0 | 22 | 7.0 | 146 | 0.06 | 0.13 |
| 实施例12 | 82.3 | 22 | 1.5 | 13 | 0.14 | 0.13 |
| 比较例6 | 78.1 | 15 | 1.5 | 456 | 0.07 | 0.11 |
| 比较例7 | 78.0 | 17 | 1.5 | 356 | 0.08 | 0.10 |
| 比较例8 | 81.0 | 40 | 1.5 | 445 | 0.13 | 0.25 |
| 比较例9 | 81.6 | 34 | 1.5 | 312 | 0.13 | 0.23 |
| 比较例10 | 77.8 | 10 | 1.5 | 1021 | 0.06 | 0.09 |
| 比较例11 | 78.0 | 17 | 7.0 | 2203 | 0.04 | 0.10 |
由表3、4的结果可知：如实施例1～12所示，如果填充率为79～90重量％且平均粒径为1～30nm，则使用研磨液组合物所得到的基板的纳米划痕显著降低、研磨速度提高、且表面粗糙度为0.2nm或以下。
此外，如比较例1、2、5、6、7、10、11所示，如果填充率降低，则纳米划痕增多；如比较例3、4、8、9所示，即使填充率高达79重量％，在平均粒径超过30 nm的情况下，表面粗糙度也增大。
实施例13、14和比较例12
将外周为65mm、内周为20mm、厚度为0.65mm、Ra 4.0
的强化玻璃基板用作被研磨基板进行研磨评价。
配制如表5所示的研磨液组合物。将胶体氧化硅料浆A～C的至少一种在搅拌下加入到盐酸(36重量％，和光纯药工业公司制造)的水溶液中。其中，胶体氧化硅料浆A～C与前面所述的相同。
表5
| A | B | C | 盐酸 | |
| 实施例13 | 10.0 | - | - | 0.24 |
| 实施例14 | 5.0 | 5.0 | - | 0.24 |
| 比较例12 | - | - | 10.0 | 0.25 |
表中，数字表示重量％。余量为水。
对于实施例13、14和比较例12中所得到的研磨液组合物，按照如下方法测定并评价研磨材料的填充率、平均粒径、研磨液组合物的pH值、研磨速度以及表面粗糙度(AFM-Ra)。所得到的结果如表6所示。
II-1.研磨条件
·研磨装置：“Musasino Denshi MA-300”(单面研磨机，压盘直径300mm，载体(carrier)强制驱动型)
·研磨布：Kanebo公司制造，麂皮型研磨垫
·压盘旋转速度：90r/min
·载体旋转速度：90r/min
·研磨液组合物的供给速度：50ml/min
·研磨时间：10min
·研磨载荷：14.7kPa
·一次研磨投入的基板的块数：1块
另外，研磨材料的平均粒径、填充率、研磨液组合物的pH值的测定条件与实施例1相同。
II-2.研磨速度的测定条件
通过将研磨试验前后的基板的重量差(g)除以被研磨物的密度
(2.41g/cm3)，再除以盘的表面积(30.04cm2)和研磨时间，计算
得到单位时间内单面研磨量(μm/min)。
II-3.表面粗糙度(AFM-Ra)的测定条件
使用与实施例1相同的测量仪器和评价方法。
另外，在玻璃基板的情况下，AFM-Ra为0.3nm或以下的产品为合格品。
表6
| 填充率 (重量％) | 平均粒径 (nm) | pH值 | 研磨速度 (μm/min) | AFM-Ra (nm) | |
| 实施例13 | 80.0 | 27 | 1.5 | 0.24 | 0.29 |
| 实施例14 | 82.3 | 22 | 1.5 | 0.26 | 0.22 |
| 比较例12 | 78.1 | 15 | 1.5 | 0.14 | 0.15 |
由表6的结果可知：如实施例13、14所示，如果填充率为79～90重量％、且平均粒径为1～30nm，则研磨基板的表面粗糙度为0.25nm或以下，进而研磨速度显著提高。此外，如比较例12所示，如果填充率降低，则研磨速度也降低。
本发明的研磨液组合物适用于例如磁盘、光盘、磁光盘等磁性记录介质的基板、光掩模基板、光盘、光学透镜、光学反射镜、光学棱镜、半导体基板等精密部件基板的研磨中。
因此，对于以上所说明的本发明，通过多种可变化的方法得到相同的内容是显而易见的。该变化并不认为是脱离了本发明的目的和范围，且本领域技术人员所清楚了解的这类变化将全部包括在权利要求的范围内。
Claims (6)
1.一种磁盘基板的制造方法，其包含：将通过混合具有不同粒径的2种以上的作为研磨材料的胶体氧化硅而将该胶体氧化硅的填充率调整为79～90重量％的研磨液组合物引入到磁盘基板与研磨垫之间，使其一边与所述基板接触，一边进行研磨的工序，其中所述胶体氧化硅的平均粒径为1～30nm，所述研磨液组合物还包含选自无机酸、有机膦酸或羧酸的酸和水，所述填充率通过下述方法求得，
1)量取25.0g研磨液组合物放入日立工机公司制造的异质同晶聚合物容器中，然后将盖子封闭；
2)使用日立工机株式会社制造的型号为CP56G的超级离心机，在25℃的温度下以20000r/m的速度连续运转10小时，所述超级离心机的最大速度为56,000r/m，电压为200V、50/60Hz，CUP为30A，MFG.No为N0008；
3)通过离心分离，容器的上部的水分与下部的研磨材料被分离，研磨材料被压缩到容器的下部而沉降，将其称为结块，使用移液管除去水分，进而使用滤纸吸取附着在容器内壁的水滴以及残留在沉降的结块上部的水分，继而称量沉降的结块A的重量；
4)使用东洋制造所株式会社制造的ADVANTEC FC-610FORCED CONVENTIONAL OVEN将该沉降的结块A于120℃干燥24小时，然后称量干燥后的固体物B的重量，
研磨材料的填充率通过如下公式进行计算：
填充率(重量％)＝(B/A)×100。
2.如权利要求1所述的基板的制造方法，其包括以0.5～20kPa的研磨负荷按压研磨垫。
3.如权利要求1所述的基板的制造方法，其中，相对于每1cm2的被研磨基板，以0.01～3ml/min的速度供应研磨液组合物，同时按压研磨垫。
4.一种减少被研磨基板的划痕的方法，其使用通过混合具有不同粒径的2种以上的作为研磨材料的胶体氧化硅而将该胶体氧化硅的填充率调整为79～90重量％的磁盘基板用研磨液组合物以减少被研磨基板的划痕，其中所述胶体氧化硅的平均粒径为1～30nm，所述研磨液组合物还含有选自无机酸、有机膦酸或羧酸的酸和水，所述填充率通过下述方法求得，
1)量取25.0g研磨液组合物放入日立工机公司制造的异质同晶聚合物容器中，然后将盖子封闭；
2)使用日立工机株式会社制造的型号为CP56G的超级离心机，在25℃的温度下以20000r/m的速度连续运转10小时，所述超级离心机的最大速度为56,000r/m，电压为200V、50/60Hz，CUP为30A，MFG.No为N0008；
3)通过离心分离，容器的上部的水分与下部的研磨材料被分离，研磨材料被压缩到容器的下部而沉降，将其称为结块，使用移液管除去水分，进而使用滤纸吸取附着在容器内壁的水滴以及残留在沉降的结块上部的水分，继而称量沉降的结块A的重量；
4)使用东洋制造所株式会社制造的ADVANTEC FC-610 FORCED CONVENTIONAL OVEN将该沉降的结块A于120℃干燥24小时，然后称量干燥后的固体物B的重量，
研磨材料的填充率通过如下公式进行计算：
填充率(重量％)＝(B/A)×100。
5.如权利要求4所述的方法，其包括以0.5～20kPa的研磨负荷按压研磨垫。
6.如权利要求4所述的方法，其中，相对于每1cm2的被研磨基板，以0.01～3ml/min的速度供应研磨液组合物，同时按压研磨垫。
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Granted publication date: 20101215 Termination date: 20190406 |
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