JP4076630B2

JP4076630B2 - 研磨液組成物

Info

Publication number: JP4076630B2
Application number: JP22410798A
Authority: JP
Inventors: 幸治平; 滋夫藤井; 良暁大島
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1998-08-07
Filing date: 1998-08-07
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2018-08-07
Also published as: JP2000053948A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨液組成物に関する。さらに詳しくは、研磨速度を向上させ、表面粗さを低減して高品質の研磨面が得られる研磨液組成物及び該研磨液組成物を用いた被研磨基板の研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスクの高密度化が進み、ハードディスク基板の研磨工程で研磨速度の向上、表面粗さの低減及びスクラッチ、ピット等の表面欠陥を生じさせないことが求められ、酢酸等のカルボン酸塩を含有する研磨液組成物や研磨方法が検討されている（特開平2-158683号公報等）。しかしながら、この技術では、研磨速度及び表面粗さの低減が十分でなく、また被研磨物によってはスクラッチ、ピット等の表面欠陥を生じさせることがあるため、研磨液組成物としては満足するものとは言えなかった。
また、グルコン酸又は乳酸とコロイダルアルミナとを使用する方法が検討されている（特開平2-84485 号公報等）。しかしながら、この方法には、表面粗さの低減及び表面欠陥が改善されるものの研磨速度が不十分であるという欠点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、研磨速度を向上させ、表面粗さを低減させることが可能で、被研磨物の表面にスクラッチやピット等の表面欠陥を生じさせることのない研磨液組成物、並びに研磨速度を向上させ、表面粗さを低減させることが可能で、被研磨物の表面にスクラッチやピット等の表面欠陥を生じさせることのない被研磨基板の研磨方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨は、
（１）酒石酸およびリンゴ酸からなる群より選ばれるキレート性化合物と酸化性金属イオンと水とを含有してなる、Ｎｉ−Ｐメッキされたアルミニウム合金基板用の研磨液組成物（以下、第１の研磨液組成物という）、
（２）さらに研磨材を含有してなる前記（１）記載の研磨液組成物（以下、第２の研磨液組成物という）、並びに
（３）前記（１）又は（２）記載の研磨液組成物を用いて被研磨基板を研磨する被研磨基板の研磨方法
に関する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられるキレート性化合物は、金属イオンと結合してキレート化合物を形成する多座配位子をもつ化合物である。例えば、酒石酸、リンゴ酸等のヒドロキシカルボン酸化合物、エチレンジアミンテトラ酢酸、ニトロトリ酢酸等のポリアミノカルボン酸系キレート性化合物等の単量体、これらのアンモニウム塩、アミン塩、ナトリウム塩、カリウム塩等の塩及びこれらの単量体が導入された高分子化合物等が挙げられる。また（メタ）アクリル酸重合体、（メタ）アクリル酸と他の単量体との共重合体、及びこれらのアンモニウム塩、アミン塩、ナトリウム塩、カリウム塩等が挙げられる。２個以上のカルボキシル基を有するものは、研磨速度向上の面から特に好ましい。ヒドロキシカルボン酸化合物の中では、２個のカルボキシル基を有する酒石酸及びリンゴ酸が特に好ましい。また、酸化性金属イオンの析出を抑制する点から、前記単量体が好ましい。また、キレート性化合物と酸化性金属イオンとの塩もキレート性化合物として使用することができる。従って、この塩は、水中でキレート性化合物と酸化性金属イオンとに平衡定数に従って解離するので、キレート性化合物及び酸化性金属イオンとして用いることができる。
【０００６】
本発明においては、酸化性金属イオンが用いられている点に１つの大きな特徴がある。かかる酸化性金属イオンが用いられることにより、研磨速度をさらに向上させ、表面粗さをさらに低減させ、被研磨物の表面にスクラッチやピット等の表面欠陥を生じさせない研磨液組成物を得ることができるという優れた作用効果を発現する。
【０００７】
酸化性金属イオンは、被研磨物を酸化させうる能力を持つイオンであれば特に制限されることはない。例えば、Ni-Pメッキされたアルミニウム基板のハードディスク用研磨では、ニッケル金属を酸化しうる金属イオンが対象となり、Ni²⁺＋2e^-→Niの標準電極電位（-0.257V)を越える標準電極電位を持つ３価の鉄イオン、３価のコバルトイオン、２価及び４価のスズイオン、４価のセリウムイオン等が挙げられる。これらの中では、３価の鉄イオン及び３価のコバルトイオンがピットやスクラッチ等の表面欠陥の発生防止及び研磨速度向上の観点から特に好ましい。これら酸化性金属イオンは、硝酸塩、硫酸塩、燐酸塩等の無機酸塩、酢酸塩等の有機酸塩として使用しても、また前記キレート性化合物との塩として使用しても、また、それら２種以上を混合して使用してもよい。
【０００８】
第１の研磨液組成物中におけるキレート性化合物及び酸化性金属イオンの含有量〔但し、酸化性金属イオンの含有量は、酸化性金属イオンと第１の研磨液組成物中に含まれる酸化性金属イオンを生成し得る化合物から換算された酸化性金属との総量を示す（以下同じ）〕は、研磨速度を向上させる観点から、それぞれ0.02重量％以上、好ましくは0.05重量％以上、さらに好ましくは0.1 重量％以上であることが望ましく、経済性の観点から、20重量％以下、好ましくは15重量％以下、さらに好ましくは10重量％以下であることが望ましい。また、キレート性化合物と酸化性金属イオンとの重量比〔キレート性化合物（重量％）／酸化性金属イオン（重量％）〕の値は、良好な酸化性金属イオンの作用効果を得て、十分な研磨速度向上となる相乗効果を得る観点から、0.2 以上が好ましく、さらに好ましくは0.4 以上、特に好ましくは0.5 以上であり、スクラッチ、ピット等の表面欠陥の発生防止及び端面だれ抑制の観点から、20以下が好ましく、さらに好ましくは10以下、特に好ましくは５以下、最も好ましくは３以下である。
【０００９】
本発明の第１の研磨液組成物中の水は、媒体として使用されるものであり、その含有量は、被研磨物を効率よく研磨する観点から、60重量％以上、好ましくは70重量％以上、より好ましくは90重量％以上が望ましく、また、99.8重量％以下、好ましくは99.4重量％以下、より好ましくは99.0重量％以下が望ましい。
【００１０】
本発明の第１の研磨液組成物は、固定砥石等を用いる研磨方式において有効である。例えば、固定砥石による研磨方式の研磨中に本発明の第１の研磨液組成物を使用することによって被研磨物に表面欠陥を生じさせずに、研磨速度を向上させることができる。
【００１１】
第２の研磨液組成物は、第１の研磨液組成物に研磨材をさらに含有させたものである。
【００１２】
第２の研磨液組成物で用いられる研磨材は、一般に研磨用に使用されている砥粒を使用することができる。該砥粒としては、金属、金属又は半金属の炭化物、金属又は半金属の窒化物、金属又は半金属の酸化物、金属又は半金属のホウ化物、ダイヤモンド等が挙げられる。なお、金属又は半金属元素は、周期律表の３Ａ、４Ａ、５Ａ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ、６Ｂ、７Ｂ又は８Ｂ族由来のものである。砥粒の具体例として、アルミナ粒子、炭化ケイ素粒子、ダイヤモンド粒子、酸化マグネシウム粒子、酸化セリウム粒子、酸化ジルコニウム粒子、コロイダルシリカ粒子、ヒュームドシリカ粒子等が挙げられ、これらを１種以上使用することは研磨速度を向上させる観点から好ましい。特に、アルミナ粒子、酸化セリウム粒子、酸化ジルコニウム粒子、コロイダルシリカ粒子及びヒュームドシリカ粒子は、半導体ウェハや半導体素子、磁気記録媒体用基板等の精密部品の研磨に適しており、特にアルミナ粒子及びコロイダルシリカ粒子は磁気記録媒体用基板の研磨に適している。アルミナ粒子の中では、中間アルミナ粒子は、被研磨物の表面粗さを極めて低くしうるので好ましい。なお、中間アルミナ粒子とは、α―アルミナ粒子以外のアルミナ粒子の総称であり、具体的には、γ―アルミナ粒子、δ―アルミナ粒子、θ―アルミナ粒子、η―アルミナ粒子、無定型アルミナ粒子等が挙げられる。アルミナ粒子は、研磨液組成物を機械的に攪拌したり、研磨する際に、二次粒子が一次粒子に再分散するアルミナ系粒子を好適に使用しうる。
【００１３】
研磨材の一次粒子の平均粒径は、研磨速度を向上させる観点から、好ましくは0.002 μｍ以上、より好ましくは0.01μｍ以上、さらに好ましくは0.02μｍ以上、特に好ましくは0.05μｍ以上である。また、被研磨物の表面粗さを低減させる観点から、好ましくは３μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下、さらに好ましくは0.8 μｍ以下、特に好ましくは0.5 μｍ以下、最も好ましくは0.3 μｍ以下である。特に、研磨剤としてアルミナ系粒子を用いた場合には、研磨速度を向上させる観点から、好ましくは0.01μｍ以上、さらに好ましくは0.02μｍ以上、特に好ましくは0.05μｍ以上である。また、被研磨物の表面粗さを低減させる観点から、好ましくは1.0 μｍ以下、さらに好ましくは0.5 μｍ以下、特に好ましくは0.3 μｍ以下である。
【００１４】
さらに、一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には、研磨速度を向上させる観点から、その二次粒子の平均粒径は、好ましくは0.05μｍ以上、さらに好ましくは0.1 μｍ以上、特に好ましくは0.3 μｍ以上である。また、被研磨物の表面粗さを低減させる観点から、その二次粒子の平均粒径は、好ましくは2.0 μｍ以下、さらに好ましくは1.5 μｍ以下、特に好ましくは1.2 μｍ以下である。研磨材の一次粒子の平均粒径は、走査型電子顕微鏡で観察して（好適には3000〜100000倍）画像解析を行い、２軸平均径を測定することにより求めることができる。また、二次粒子の平均粒径は、レーザー光回折法を用いて屈折率を考慮することにより体積平均粒径として測定することができる。
【００１５】
研磨材のヌープ硬度（JIS Z-2251）は、十分な研磨速度を得るという観点と被研磨物の表面に加工ダメージ層（即ち、マイクロクラックやピッチングの層）を発生させないという観点から、700 〜9000であることが好ましく、1000〜5000がさらに好ましく、1500〜3000であることがより一層好ましい。
研磨材の比重は、分散性及び研磨装置への供給性や回収再利用性の観点から、２〜６であることが好ましく、２〜４であることがより好ましい。
【００１６】
本発明の第２の研磨液組成物を磁気記録媒体用基板の研磨に用いる場合、研磨材とキレート性化合物及び酸化性金属イオンを使用することによるスクラッチやピット等の表面欠陥の発生防止及び研磨速度の向上の観点から、特に好ましく用いられる研磨材は、ヌープ硬度1500〜3000、純度が98重量％以上、好ましくは99重量％以上、特に好ましくは99.9重量％以上のα−アルミナ粒子及びγ−アルミナ粒子である。この研磨材は、高純度アルミニウム塩を用いた結晶成長法（ベルヌーイ法等）により製造することができる。なお、この研磨材の純度は、研磨材１〜3gを酸又はアルカリ水溶液に溶かし、プラズマ発光分析測定法を用いてアルミニウムイオンを定量することによって測定できる。
【００１７】
研磨材は、水を媒体としたスラリー状態で使用される。第２の研磨液組成物における研磨材の含有量は、研磨液組成物の粘度や被研磨物の要求品質等に応じて適宜決定することが好ましい。例えば、研磨材の含有量は、経済性及び表面粗さを小さくする観点から、第１の研磨液組成物100 重量部に対して40重量部以下、好ましくは25重量部以下、さらに好ましくは15重量部以下とすることが望ましく、また効率よく研磨することができるようにするために、0.01重量部以上、好ましくは0.02重量部以上、さらに好ましくは0.05重量部以上であることが望ましい。なお、研磨速度をより向上させる場合には、１重量部以上、好ましくは２重量部以上、さらに好ましくは５重量部以上とすることが望ましい。
【００１８】
また、研磨速度を向上させ、表面粗さを低減させる効果を十分に発揮させる観点から、第２の研磨液組成物中における研磨材とキレート性化合物及び酸化性金属イオンとの含有量比〔研磨材の含有量（重量％）／キレート性化合物及び酸化性金属イオンの含有量（重量％）〕は、0.001 以上、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.1 以上、特に好ましくは１以上とすることが望ましく、また、200 以下、好ましくは100 以下、より好ましくは50以下、さらに好ましくは25以下、特に好ましくは10以下となるように配合するのが望ましい。
【００１９】
本発明の第１及び第２の研磨剤組成物には、必要に応じて他の成分を配合することができる。該他の成分としては、単量体型の酸化合物の金属塩、アンモニウム塩や過酸化物、増粘剤、分散剤、防錆剤、塩基性物質、界面活性剤等が挙げられる。単量体型の酸化合物の金属塩、アンモニウム塩や過酸化物の具体例としては、特開昭62-25187号公報２頁右上欄３〜11行、特開昭63-251163 号公報３頁左上欄４行〜右上欄２行、特開平3-115383号公報２頁右下欄16行〜３頁左上欄11行、特開平4-275387号公報２頁右欄27行〜３頁左欄12行等に記載されているものが挙げられる。
【００２０】
本発明の第１及び第２の研磨液組成物のｐＨは、基板の洗浄性及び加工機械の腐食防止性の観点から、２〜12が好ましく、また、Ni-Pメッキされたアルミニウム基板等の金属を主対象とした精密部品用基板においては、研磨速度の向上と表面品質の向上の観点から、２〜８が特に好ましい。ｐＨは、硝酸、硫酸等の無機酸、前記の単量体型の酸化合物の金属塩、アンモニウム塩、過酸化物、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アミン等の塩基性物質を適宜、所望量で配合することで調整することができる。
【００２１】
本発明の被研磨基板の研磨方法は、本発明の第１又は第２の研磨液組成物を用いて被研磨基板を研磨する工程を有し、特に本発明の第２の研磨液組成物を用いると精密部品用基板を好適に製造することができる。
【００２２】
被研磨基板等に代表される被研磨物の材質は、例えば、シリコン、アルミニウム、タングステン、銅等の金属又は半金属、ガラス、ガラス状カーボン、アモルファスカーボン等のガラス状物質、アルミナ・炭化チタン、二酸化ケイ素等のセラミック材料、ポリイミド樹脂等の樹脂等が挙げられる。これらの中では、アルミニウム、ニッケル、タングステン、銅等の金属及びこれらの金属を主成分とする合金が被研磨物であるか、又は半導体素子等の半導体基板のような、それら金属を含んだ被研磨物であるのが好ましい。特にNi-Pメッキされたアルミニウム合金からなる被研磨基板を研磨する際に、本発明の研磨液組成物を用いた場合、スクラッチやピット等の表面欠陥の発生が抑制され、表面粗さを従来より低くしながら高速で研磨できるので好ましい。
【００２３】
被研磨物の形状には特に制限がなく、例えば、ディスク状、プレート状、スラブ状、プリズム状等の平面部を有する形状や、レンズ等の曲面部を有する形状が本発明の研磨液組成物を用いた研磨の対象となる。その中でも、ディスク状の被研磨物の研磨に特に優れている。
【００２４】
本発明の第２の研磨液組成物は、特に精密部品基板の研磨に好適に用いられる。例えば、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク等の磁気記録媒体の基板や半導体ウェハや半導体素子等の半導体基板、光学レンズ、光学ミラー、ハーフミラー、光学プリズム等の研磨に適している。その中でも、磁気記録媒体の基板や半導体基板、特に、ハードディスク基板の研磨に適している。なお、半導体素子の研磨には、例えば、層間絶縁膜の平坦化工程、埋め込み金属配線の形成工程、埋め込み素子分離膜の形成工程、埋め込みキャパシタ形成工程等において行われる研磨がある。
【００２５】
以上のようにして被研磨基板を研磨することにより、精密部品用基板等を製造することができる。
【００２６】
なお、本発明の研磨液組成物は、ポリッシング工程において特に効果があるが、これ以外の研磨工程、例えば、ラッピング工程等にも同様に適用することができる。
【００２７】
【実施例】
実施例１〜４及び比較例１〜４（但し、実施例１は参考例）
表１に示す化合物とイオン交換水を混合、攪拌した後、得られた混合液にアンモニウム水又は硝酸水溶液（ｐＨ調整液）を撹拌下に少量加えて混合液のｐＨが2.5 となるように調整し、表１に示す組成を有する第１の研磨液組成物を得た。
【００２８】
【表１】

【００２９】
この第１の研磨液組成物100 重量部に対して、ヌープ硬度2000、一次平均粒径0.29μｍ、二次平均粒径0.56μｍのα−アルミナ（純度約99.9％）10重量部を添加・混合して第２の研磨液組成物を得た。
得られた研磨液組成物を用い、下記の方法によって測定した中心線平均粗さRa 0.1μｍ、厚さ0.9mm 、直径2.5 インチのNi-Pメッキされたアルミニウム合金基板の表面を両面加工機により、以下の両面加工機の設定条件でポリッシングしてハードディスク用基板として用いられる、Ni-Pメッキされたアルミニウム合金基板の研磨物を得た。
【００３０】
＜両面加工機の設定条件＞
両面加工機：共立精機（株）製、6B型両面加工機
加工圧力：9.8kPa
研磨パッド：ポリテックスDG（ロデールニッタ社製）
定盤回転数：40r/min
研磨液組成物供給流量：30mL/min
研磨時間：７min
【００３１】
研磨後のアルミニウム合金基板の厚さを測定し、研磨前後のアルミニウム合金基板の厚さの変化から、厚さの減少速度を求め、比較例１を基準として相対速度（相対値）を求めた。
【００３２】
また、研磨後の各基板の表面の中心線平均粗さRa及びスクラッチを以下の方法に従って測定した。なお、中心線平均粗さRaは比較例１を基準として相対粗さ（相対値）を求めた。その結果を表２に示す。
【００３３】
［中心線平均粗さRa］
ランク・テーラーホブソン社製のタリーステップを用いて以下の条件で測定した。
針サイズ：25μｍ×25μｍ、ハイパスフィルター：80μｍ、測定長：0.64mm
【００３４】
［スクラッチ］
光学顕微鏡観察（微分干渉顕微鏡）を用いて倍率×50倍で各基板の表面を60度おきに６ヵ所測定した。スクラッチの深さはザイゴ（Zygo社製）により測定した。評価基準は下記のとおりである。
【００３５】
−評価基準−
S：深さ50nmを越えるスクラッチが０本／１視野
A：深さ50nmを越えるスクラッチが平均0.5 本未満／１視野
B：深さ50nmを越えるスクラッチが平均0.5 本以上１本未満／１視野
C：深さ50nmを越えるスクラッチが平均１本以上／１視野
【００３６】
【表２】

【００３７】
表２に示された結果から、実施例１〜４で得られた第２の研磨液組成物を用いた場合には、比較例１〜４で得られたものを用いた場合と対比して、研磨速度が高く、表面粗さが小さく、スクラッチも少なく、良好な研磨表面を有する被研磨基板を得ることができることがわかる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、研磨速度を向上させ、被研磨物の表面にスクラッチやピット等の欠陥を生じさせることなく、表面粗さを低減させうる研磨液組成物を得ることができる。
また、本発明の研磨剤組成物を用いれば、研磨速度を向上させ、被研磨物の表面にスクラッチやピット等の欠陥を生じさせることなく、表面粗さを低くすることができるという効果が奏される。

Claims

α−アルミナ粒子と、酒石酸およびリンゴ酸からなる群より選ばれるキレート性化合物と、Ｆｅ ³⁺ 及びＣｏ ³⁺ から選ばれる酸化性金属イオンと、水とを含有してなる、Ｎｉ−Ｐメッキされたアルミニウム合金基板用の研磨液組成物。
請求項１記載の研磨液組成物を用いて被研磨基板を研磨する被研磨基板の研磨方法。