JP4557105B2 - 研磨用組成物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面改質材として、0.1〜5μmの平均粒子径を有する、ノイブルグ珪土(Neuburger Kieselerde)を含む研磨用組成物に関する。
【0002】
更に詳しくは、水、砥粒、表面改質材、及び研磨促進剤から構成される研磨用組成物である。
【0003】
本発明の研磨用組成物は、アルミニウムディスクの研磨に有用である。特に本発明の研磨用組成物で研磨すると、高精度で表面欠陥のない研磨表面を効率的に得ることができて、最終仕上げ研磨方法として有用である。
【0004】
ここでのアルミニウムディスクの研磨とは、アルミニウムあるいはその合金からなる磁気記録媒体ディスクの基材そのものの表面、又は基材の上に設けられたNi−P、Ni−Bなどのメッキ層の表面、特にNi90〜92%とP8〜10%の組成の硬質Ni−Pメッキ層、及び酸化アルミニウム層を研磨することをいう。
【0005】
シリカを表面に有する基板のシリカの研磨とは、シリカを50重量%以上含有する、基板上の表面層の研磨を示す。例として、水晶、フォトマスク用石英ガラス、半導体デバイスのSiO2酸化膜、結晶化ガラス製ハードディスク、アルミノ珪酸塩強化ガラス又はソーダライム強化ガラス製ガラスハードディスクの表面、光学ガラスの表面などを研磨することをいう。
【0006】
また、本発明の研磨用組成物は、高精度で表面欠陥のない研磨表面を効率的に得ることができるため、半導体多層配線基板の窒化膜、炭化膜などの精密研磨及び、サファイヤ、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの単結晶、MR磁気ヘッドなどの最終研磨にも有用である。
【0007】
【従来の技術】
米国特許第5,294,248号明細書(対応特許:特開平6−136325号公報)にロウとフッ素化物質との有機溶媒の分散物を基剤にして、砥粒をシリチンN(商品名:ノイブルグ珪土)とする金属表面用艶出し剤が開示されている。 また、1996年9月発行の正華産業(株)技術資料に商品名シリチン、シリコロイド及びアクティジル(ドイツ・ホフマンミネラル社製品:ノイブルグ珪土)が有機溶剤系、水中油型エマルジョン、油水中型エマルジョンの処方で真鍮、ブロンズなどの艶出し剤や自動車磨き用ワックスのフィラーとして使われていることが記載されている。
【0008】
米国特許第4,755,223号明細書には、青銅のシンバル楽器の研磨剤として、カオリン族粘土鉱物、塩酸、塩化ナトリウム、アニオン性界面活性剤及び水からなる研磨剤が開示されている。
【0009】
しかし、アルミニウムディスク、シリカを表面に有する基板、並びに半導体多層配線基板のアルミニウム及び銅配線の研磨用組成物において、ノイブルグ珪土又はカオリン族粘土鉱物が表面改質材として研磨面の表面欠陥(マイクロピット)の発生防止に効果があることは報告されていない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
近年、アルミニウムディスク、ガラスディスク、フォトマスク用石英ガラス、半導体の集積回路の性能は、ますます高密度化、高速化していく傾向にあり、スクラッチ、マイクロピット、突起等の表面欠陥がないことや表面粗さが小さく平坦性が良好な研磨面が求められている。本発明は、これらの要望に応えるものであって、高品質の研磨面を保ちながらしかも研磨速度を速くすることにより研磨工程の生産性の向上及び低コスト化が可能な研磨用組成物とその研磨用組成物を用いる研磨方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、0.1〜5μmの平均粒子径を有する、ノイブルグ珪土が、アルミニウムディスクの研磨用組成物において、表面改質材として用いると研磨面の平滑化に優れた効果があることを見出し、本発明に至ったものである。
【0012】
表面改質材であるノイブルグ珪土とは、ドイツのババリヤ地方で産出する六角板状粒子のカオリナイトと球状石英粒子からなる天然鉱物であり、透過型電子顕微鏡で0.1〜20μmの六角板状粒子のカオリナイトと0.1〜10μmの球状石英粒子が観察され、平均粒子径は1〜10μm、化学組成はSiO2 分82〜91重量%、Al2O3分5〜11重量%である。またカオリナイトとは、平均粒子径は10〜100μmの板状粒子の粘土鉱物であり、化学組成はSiO2分65〜75重量%、Al2O3分20〜25重量%である。これらの原料粉末をボールミル、アトライター、サンドグラインダー、パールミルなどの粉砕装置で平均粒子径が0.1〜5.0μmまで湿式又は乾式粉砕して表面改質材として使用するものである。
【0013】
平均粒子径(平均凝集粒子径)は、メジアン粒子径(50%体積粒子径)である。その測定には、市販の遠心沈降式粒度分布測定装置、例えば堀場製作所(株)のCAPA−700等が挙げられる。
【0014】
表面改質材の平均粒子径が5μmより大きくなると、研磨面の表面粗さが悪くなり、しかもスクラッチが多発するため好ましくない。
【0015】
表面改質材であるノイブルグ珪土の添加量は、固形分として2.1〜3.1重量%である。
【0016】
研磨用組成物の砥粒であるアルミナなども平均粒子径が0.005〜5μmが好ましく、5μmより大きくなると研磨面の表面粗さが悪くなり、しかもスクラッチが多発するため好ましくない。アルミナの含有量は、0.01〜30重量%、より好ましくは0.02〜20重量%である。
【0017】
研磨用組成物における好ましいpHは、1から11であり、また研磨促進剤を添加した場合は、pH1〜6の中性から酸性が好ましい。
【0018】
アルミニウムディスクの研磨には研磨促進剤として、硝酸アルミニウム、塩基性硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、塩基性スルファミン酸アルミニウム、硝酸鉄(III) 、硫酸鉄(III) 、塩化鉄(III) 、及び硫酸カリウム鉄(III) 〔KFe(SO4)2〕からなる群から選ばれる1種類以上の金属塩が挙げられる。
【0019】
シリカを表面に有する基板のシリカの研磨には研磨促進剤として、硝酸セリウム、硫酸セリウム、硝酸アルミニウム、塩基性スルファミン酸アルミニウム、硝酸鉄(III) 、硫酸鉄(III) 、塩化鉄(III) 、及び硫酸カリウム鉄(III) 〔KFe(SO4)2〕からなる群から選ばれる1種類以上の金属塩が挙げられる。
【0020】
半導体多層配線基板のアルミニウム又は銅配線の研磨には、研磨促進剤として、
硝酸アルミニウム、塩基性スルファミン酸アルミニウム、硝酸鉄(III) 、硫酸鉄(III) 、塩化鉄(III) 、及び硫酸カリウム鉄(III) 〔KFe(SO4)2〕からなる群から選ばれる1種類以上の金属塩、又は更に酸化剤として過酸化水素を加えた前記の金属塩が挙げられる。
【0021】
研磨用組成物における好ましい研磨促進剤としての金属塩の添加量は、酸化物としてM2O3換算濃度で0.01〜10重量%、より好ましくは0.02〜5重量%である。ここで、MはAl元素又はFe元素を示す。
【0022】
研磨用組成物には、珪酸ジルコニウム、ムライト、酸化鉄等の酸化物、水酸化アルミニウムなどの水酸化物及びダイヤモンド、窒化珪素、炭化珪素、炭化硼素などの非酸化物も加えることができる。
【0023】
また、研磨剤用組成物として一般的に加えられているエタノール、プロパノール、エチレングルコール、プロピレングリコールなどの水溶性アルコール、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ホルマリンセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどのセルロース類も加えることができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
研磨用組成物の砥粒として、アルミナは、平均粒子径が0.005〜5.0μまでボールミル、アトライター、サンドグラインダー、パールミルなどを用いて、湿式又は乾式粉砕して使用することができる。また、アルミナが、平均粒子径が0.5μm以下であるコロイド微粒子の形態であれば、そのまま使用することもできる。
【0025】
研磨用組成物の研磨促進剤として、塩基性硝酸アルミニウムはAl(OH)x(NO3)3-x(但しXは0.5〜2.7の実数を示す)、塩基性スルファミン酸アルミニウムはAl(OH)x(NH2SO3)3-x(但しXは0.4〜2.0の実数を示す)の化学組成で表示される塩基性塩である。
【0026】
ここで、平均粒子径(平均凝集粒子径)は、メジアン粒子径(50%体積粒子径)である。その測定には、市販の遠心沈降式粒度分布測定装置、例えば堀場製作所(株)のCAPA−700等が挙げられる。
【0027】
【実施例】
実験例1
純水88kgに市販のノイブルグ珪土(化学分析:SiO2 分82重量%、Al2O3分11重量%、平均粒子径2.0μm)25kgを加えたスラリーを、1mmφジルコニアビーズ62kgを充填したパールミル(アシザワ(株)製)にスラリーを15回通液させて粉砕し、平均粒子径0.53μmのノイブルグ珪土を固形分として21.0重量%を有する水性ノイブルグ珪土スラリー(A)を得た。
【0028】
このスラリーを透過型電子顕微鏡観察したところ0.1〜1.0μmの六角板状粒子のカオリナイトと0.05〜0.3μmの球状石英粒子であった。
【0029】
水性ノイブルグ珪土スラリー(A)を純水で希釈して14.0重量%のノイブルグ珪土固形分を有する研磨用組成物(α)を調製した。この研磨用組成物は、pH6.6であった。
【0030】
実験例2
8m3の反応槽に純水3100Lを仕込み、スルファミン酸(日産化学工業(株)製)2000kgを投入し溶解させた。そして攪拌及び窒素ガスを導入し、60〜65℃で金属アルミニウムを400kg反応させた。この反応液を濾過し塩基性スルファミン酸アルミニウム水溶液を得た。この塩基性スルファミン酸アルミニウム水溶液は、Al2O3換算濃度10.4重量%、スルファミン酸イオン濃度31.6重量%を含み、Al(OH)1.4(NH2SO3)1.6の組成で表示される塩基性スルファミン酸アルミニウム水溶液(a)であった。
【0031】
次に純水320kgに市販のバイヤー法仮焼アルミナ粉(α型アルミナ、平均粒子径1.0μm)160kgを加えたスラリーを、0.5mmφジルコニアビーズ80kgを充填したシステムゼータLMZ−25(アシザワ(株)製)にスラリーを循環させながら8時間粉砕し、平均粒子径0.40μmのα型アルミナを固形分として30.3重量%を有する水性α型アルミナスラリー(B)を得た。
【0032】
そして水性α型アルミナスラリー(B)を純水で希釈する際に、研磨促進剤として塩基性スルファミン酸アルミニウム水溶液(a)を加えて3.5重量%のアルミナ固形分と、Al2O3換算濃度0.25重量%、スルファミン酸イオン濃度0.76重量%の塩基性スルファミン酸アルミニウム濃度を有する研磨用組成物(β)を調製した。この研磨用組成物は、pH4.3であった。
【0033】
実験例3
そして、水性ノイブルグ珪土スラリー(A)と水性アルミナスラリー(B)を純水で希釈する際に、研磨促進剤として塩基性スルファミン酸アルミニウム水溶液(a)を加えて2.8重量%のノイブルグ珪土固形分、0.7重量%のアルミナ固形分と、Al2O3換算濃度0.25重量%、スルファミン酸イオン濃度0.76重量%の塩基性スルファミン酸アルミニウム濃度を有する研磨用組成物(γ)を調製した。この研磨用組成物は、pH4.3であった。
【0034】
実験例4
純水215gに市販のカオリナイト(化学分析:SiO2 分70重量%、Al2O3分22重量%、Fe2O3分0.8重量%、その他の成分3重量%、平均粒子径46μm)60gを加えたスラリーを、1mmφジルコニアビーズ1kgを充填したサンドグラインダーに仕込み、ディスクの回転数1500rpmで5時間粉砕し、平均粒子径0.54μmのカオリナイトを固形分として21.2重量%を有する水性カオリナイトスラリー(C)を得た。
【0035】
このスラリーを透過型電子顕微鏡観察したところ0.1〜1.0μmの板状粒子であった。
【0036】
そして、水性カオリナイトスラリー(C)と水性アルミナスラリー(B)を純水で希釈する際に、研磨促進剤として塩基性スルファミン酸アルミニウム水溶液(a)を加えて2.8重量%のカオリナイト固形分、0.7重量%のアルミナ固形分と、Al2O3換算濃度0.25重量%、スルファミン酸イオン濃度0.76重量%の塩基性スルファミン酸アルミニウム濃度を有する研磨用組成物(δ)を調製した。この研磨用組成物は、pH4.3であった。
【0037】
実験例5
水性ノイブルグ珪土スラリー(A)と水性アルミナスラリー(B)を純水で希釈する際に、研磨促進剤として硝酸アルミニウム水溶液(b)を加えて2.8重量%のノイブルグ珪土固形分、0.70重量%のアルミナ固形分と、Al2O3換算濃度0.25重量%、硝酸イオン濃度0.93重量%の硝酸アルミニウム濃度を有する研磨用組成物(ε)を調製した。この研磨用組成物は、pH3.4であった。
【0038】
実験例6
純水320kgに市販のバイヤー法仮焼アルミナ粉(α型アルミナ、平均粒子径1.0μm)160kgを加えたスラリーを、0.5mmφジルコニアビーズ80kgを充填したシステムゼータLMZ−25(アシザワ(株)製)にスラリーを循環させながら2時間30分粉砕し、平均粒子径0.69μmのα型アルミナを固形分として30.3重量%を有する水性α型アルミナスラリー(D)を得た。
【0039】
そして水性α型アルミナスラリー(D)を純水で希釈する際に、研磨促進剤として塩基性スルファミン酸アルミニウム水溶液(a)を加えて3.5重量%のアルミナ固形分と、Al2O3換算濃度0.25重量%、スルファミン酸イオン濃度0.76重量%の塩基性スルファミン酸アルミニウム濃度を有する研磨用組成物(ζ)を調製した。この研磨用組成物は、pH4.3であった。
【0040】
実験例7
水性ノイブルグ珪土スラリー(A)水性α型アルミナスラリー(D)を純水で希釈する際に、研磨促進剤として塩基性スルファミン酸アルミニウム水溶液(a)を加えて2.1重量%のノイブルグ珪土固形分と1.4重量%のアルミナ固形分と、Al2O3換算濃度0.25重量%、スルファミン酸イオン濃度0.76重量%の塩基性スルファミン酸アルミニウム濃度を有する研磨用組成物(η)を調製した。この研磨用組成物は、pH4.3であった。
【0041】
実験例8
オキシ塩化ジルコニウム1000kgに純水2100kgを混合した液に、攪拌しながら25%アンモニア水を264kgを添加した。
【0042】
この反応物を4m3 グラスライニング製オートクレーブ容器に仕込み、130℃で7時間水熱処理した。得られた水性懸濁液に25%アンモニア水を11.7kg添加したpH5.2のコロイド状水性ジルコニアゾルを限外濾過膜(分画分子量5万)を取り付けた攪拌機付き自動連続加圧濾過装置にて、脱塩、濃縮してpH4.6、ZrO2濃度38.0重量%、Cl濃度0.88重量%、NH30.1重量%以下の酸性水性ジルコニアゾル910kgを得た。
【0043】
この酸性水性アルミナゾルを110℃でスプレードライヤーで乾燥して得られた乾燥物をアルミナこう鉢に仕込み電気炉で700℃で5時間焼成した。ここで得られたジルコニア粉体は、X線回折装置で測定したところ単斜相のバッテライトで、窒素吸着法による比表面積は28m2/gであった。
【0044】
100Lのボールミルに5.0mmφジルコニアビーズ200kgを充填し、更に純水40kgとこのジルコニア粉体20kgを仕込み48時間粉砕した後、ボールミルから粉砕スラリーを抜き出し、平均粒子径0.35μmのジルコニアを固形分として33.1重量%を有する水性ジルコニアスラリー(E)を得た。
【0045】
そして、水性ノイブルグ珪土スラリー(B)と水性ジルコニアスラリー(E)を純水で希釈する際に、研磨促進剤として塩基性スルファミン酸アルミニウム水溶液(a)を加えて2.5重量%のノイブルグ珪土固形分、1.1重量%のジルコニア固形分、Al2O3換算濃度0.25重量%、スルファミン酸イオン濃度0.76重量%の塩基性スルファミン酸アルミニウム濃度を有する研磨用組成物(θ)を調製した。この研磨用組成物は、pH4.0であった。
【0046】
実験例9
市販のシリカゾル(スノーテックス−XL(商品名)、日産化学工業(株)製、SiO2 濃度40.5重量%、粒子径40〜50nm)を硝酸でpH7に調製したゾルを純水で希釈し、14.0重量%のシリカ固形分を有する研磨用組成物(ι)を調製した。この研磨用組成物は、pH7.0であった。
【0047】
実験例10
水性ノイブルグ珪土スラリー(A)とシリカゾル(スノーテックス−XL(商品名)、日産化学工業(株)製、SiO2 濃度40.5重量%、粒子径40〜50nm)を硝酸でpH7に調製したゾルを純水で希釈し、1.4重量%のノイブルグ珪土固形分、12.6重量%のシリカ固形分を有する研磨用組成物(κ)を調製した。この研磨用組成物は、pH6.8であった。
【0048】
実施例11
市販の酸性水性アルミナゾル(エクセマイト(商品名)、日産化学工業(株)製、Al2O3 濃度12.0重量%、pH4.3、一辺が10〜20nmの矩形板状一次粒子よりなる50〜300nmの細長い形状の二次粒子を有するベーマイト構造を有する粒子)を110℃で乾燥して得られた乾燥物をガス焼成炉で900℃で10時間焼成した。ここで得られたアルミナ粉体は、X線回折装置で測定したところδ型結晶構造を有し、窒素吸着法による比表面積は100m2 /gであった。このδ型アルミナ粉体10kgを純水40kgに分散させたスラリーを1mmφのジルコニアビーズ62kgを充填したパールミル(アシザワ(株)製)でスラリーを循環させながら3時間粉砕し、平均粒子径0.38μm、10〜40nmの一次粒子径を有するアルミナ固形分として19.7重量%含有する水性δ型アルミナスラリー(F)を得た。
【0049】
この水性δ型アルミナスラリー(F)を純水で希釈する際に、研磨促進剤として塩基性スルファミン酸アルミニウム水溶液(a)を加えて3.5重量%のアルミナ固形分と、Al2O3換算濃度0.25重量%、スルファミン酸イオン濃度0.76重量%の塩基性スルファミン酸アルミニウム濃度を有する研磨用組成物(λ)を調製した。この研磨用組成物は、pH4.0であった。
【0050】
実験例12
水性ノイブルグ珪土スラリー(A)と水性δ型アルミナスラリー(F)を純水で希釈する際に、研磨促進剤として塩基性スルファミン酸アルミニウム水溶液(a)を加えて3.1重量%のノイブルグ珪土固形分、0.4重量%のδ型アルミナ固形分と、Al2O3換算濃度0.25重量%、スルファミン酸イオン濃度0.76重量%の塩基性スルファミン酸アルミニウム濃度を有する研磨用組成物(μ)を調製した。この研磨用組成物は、pH4.2であった。
【0051】
実験例13
水性ノイブルグ珪土スラリー(A)を純水で希釈して4.5重量%のノイブルグ珪土固形分を有する研磨用組成物(ν)を調製した。この研磨用組成物は、pH6.6であった。
【0052】
実験例14
100リットルのステンレス製反応槽に9重量%のアンモニア水溶液37kgを仕込み、液温を30℃に保ちステンレス製のノズルより2Nm3 /時間の窒素ガスを吹き込みながらCeO2 換算濃度として10.4重量%の硝酸セリウム水溶液54kgを添加し水酸化セリウム(III) の懸濁液を得た。続いてこの懸濁液を1時間かけて80℃まで昇温させた後、窒素ガスから4Nm3 /時間の空気に切り替え酸化反応を開始し、3時間で酸化反応が終了した。反応液を冷却後、濾別、洗浄し50〜80nmの一次粒子径よりなる0.25μmの二次粒子径、窒素ガス吸着法による比表面積が30m2 /gを有する立方晶の結晶性酸化第二セリウムを20重量%含む水性酸化セリウムスラリー(H)を得た。
【0053】
水性ノイブルグ珪土スラリー(A)と水性酸化セリウムスラリー(H)を純水で希釈して4.2重量%のノイブルグ珪土固形分と0.5重量%の酸化セリウム固形分を有する研磨用組成物(ξ)を調製した。この研磨用組成物は、pH5.6であった。
【0054】
実験例15
水性ノイブルグ珪土スラリー(A)を純水で希釈する際に、研磨促進剤として硝酸鉄(III) 水溶液を加えて6.7重量%のノイブルグ珪土固形分、とFe2O3換算濃度0.62重量%、硝酸イオン濃度1.44重量%の硝酸鉄(III) 濃度を有する研磨用組成物(ο)を調製した。この研磨用組成物は、pH1.6であった。
【0055】
実験例16
水性ノイブルグ珪土スラリー(A)を純水で希釈する際に、研磨促進剤として塩基性スルファミン酸アルミニウム水溶液(a)と35%過酸化水素水を加えて5.6重量%のノイブルグ珪土固形分、とAl2O3換算濃度0.50重量%、スルファミン酸イオン濃度1.53重量%の塩基性スルファミン酸アルミニウム濃度及び過酸化水素1.0重量%を有する研磨用組成物(π)を調製した。
【0056】
〔研磨試験〕
研磨試験は、下記のように行った。
【0057】
アルミニウムディスクは、アルミニウム基板にNi−Pを10μmの厚さに無電解メッキ(Ni90〜92%とP8〜10%の組成の硬質Ni−Pメッキ層)をした3.5インチの基板を使用した。尚、この基板は1次研磨してあり、平均表面粗さは9.3Aである。
【0058】
ガラスディスクは、SiO2 分77.9重量%、Al2O3分17.3重量%、ZrO2 分2.2重量%、ZnO分1.6重量%の成分からなる3.5インチの強化ガラス基板を使用した。尚、この基板は1次研磨してあり、平均表面粗さは7.3Aである。
【0059】
銅及びアルミニウム表面の研磨試験は、各々3.5インチの基板を使用した。
【0060】
ラップマスターLM−15研磨機(ラップマスターSFT(株)製)の定盤に人工皮革タイプのポリウレタン製研磨布(POLITEX DG(商品名)、380mmφ、ロデール・ニッタ(株)製)を貼り付け、これに基板の研磨面に対向させ11kPaの荷重をかけて研磨した。
【0061】
定盤回転数は、毎分45回転であり、シリカゾル研磨剤の供給量は10ml/分である。研磨後、被加工物を取り出し純水で洗浄した後、乾燥し重量減少から研磨速度を求めた。研磨面の平均表面粗さ(Ra)及び平均うねり(Wa)は、New View 100(Zygo社製)で測定した。ピット等の表面欠陥は、微分干渉顕微鏡により観察した。
【0062】
第1表に実験例の研磨用組成物の組成を示す。そして研磨速度、平均表面粗さ(Ra)及び平均表面粗さに対する研磨速度の比率、マイクロピットの発生数の研磨結果を、アルミニウムディスクについて第2表、ガラスディスクについて第3表、アルミニウム及び銅について第4表に示す。
【0063】
【表1】
【0064】
第1表の記号の説明
A:実験例1で得られた水性ノイブルグ珪土スラリー
B:実験例2で得られた水性α型アルミナスラリー
C:実験例4で得られた水性カオリナイトスラリー
D:実験例6で得られた水性α型アルミナスラリー
E:実験例8で得られた水性酸化ジルコニウムスラリー
F:市販のシリカゾル(粒子径40〜50nm)
G:実験例11で得られた水性δ型アルミナスラリー
H:実験例14で得られた水性酸化セリウムスラリー
a:実験例2で得られた塩基性スルファミン酸アルミニウム
b:硝酸アルミニウム
c:硝酸鉄(III)
d:過酸化水素
【0065】
【表2】
【0066】
表面欠陥であるマイクロピットの発生は、研磨用組成物(β)で多数検出されたが、それ以外は認められなかった。
【0067】
高硬度のα型アルミナを砥粒として含有するアルミニウムディスクの研磨用組成物の場合、α型アルミナの粒度が小さくなると研磨用組成物(β)のようにマイクロピットが発生しやすくなる。しかし、研磨用組成物(β)にノイブルグ珪土やカオリン族粘土鉱物を加えた研磨用組成物(γ)や(δ)は、平均表面粗さに対する研磨速度の比率が同等以上で、しかもマイクロピットの発生が抑えられており、ノイブルグ珪土やカオリン族粘土鉱物が表面改質材として作用していることがわかる。
【0068】
α型アルミナの粒度が大きい研磨用組成物(ζ)と(η)を比較しても、表面粗さが向上し、しかも平均表面粗さに対する研磨速度の比率が大きくなり、研磨特性が良くなっていることがわかる。
【0069】
硝酸アルミニウムを研磨促進剤にした研磨用組成物(ε)は、塩基性スルファミン酸アルミニウムが研磨促進剤の研磨用組成物(γ)より研磨速度が速くなっている。しかし研磨用組成物(ε)は研磨布の目詰まりが激しいことから、研磨布の洗浄のし易さや研磨特性の安定性を考慮すると研磨布の目詰まりが少ない塩基性スルファミン酸アルミニウムの方が研磨促進剤としてはより好ましいといえる。
【0070】
シリカゾルやδ型アルミナに表面改質材のノイブルグ珪土を加えた研磨用組成物(κ)や(μ)は、無添加の研磨用組成物(ι)や(λ)と比較して平均表面粗さに対する研磨速度の比率が向上していることがわかる。
【0071】
【表3】
【0072】
第3表のガラスディスクの研磨結果は、研磨用組成物(ι)のシリカゾルと比較してノイブルグ珪土を含有した研磨用組成物(ν)、(ξ)、(ο)の方が研磨速度が速くなり、平均表面粗さに対する研磨速度の比率が高く研磨特性が向上していることがわかる。
【0073】
【表4】
【0074】
第4表では、研磨用組成物(π)は、アルミニウム及び銅に対して研磨性があり、銅の方がより高速研磨性であることがわかる。
【0075】
よって、本発明より、以下の実施態様1〜6が好ましいことが明らかとなった。
【0076】
[実施態様1] 水、砥粒、表面改質材、及び研磨促進剤を含む研磨用組成物において、
表面改質材として、0.1〜5μmの平均粒子径を有する、ノイブルグ珪土又はカオリン族粘土鉱物を、研磨用組成物中固形分として0.1〜30重量%に含むことを特徴とする研磨用組成物。
【0077】
[実施態様2] 砥粒として、0.005〜5μmの平均粒子径を有する、シリカ、アルミナ、酸化セリウム、酸化錫、及び酸化チタンからなる群から選ばれる1種類以上の金属酸化物を、研磨用組成物中固形分として0.01〜30重量%に含む実施態様1に記載の研磨用組成物。
【0078】
[実施態様3] 研磨促進剤として、硝酸アルミニウム、塩基性硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、塩基性スルファミン酸アルミニウム、硝酸鉄(III) 、硫酸鉄(III) 、塩化鉄(III) 、硫酸カリウム鉄(III) 〔KFe(SO4)2〕、硝酸セリウム、及び硫酸セリウムからなる群から選ばれる1種類以上の金属塩を、研磨組成物中M2O3換算濃度(但し、MはAl元素又はFe元素を示す。)として0.01〜10重量%に含む実施態様1又は2記載の研磨用組成物。
【0079】
[実施態様4] 水、砥粒、表面改質材、及び研磨促進剤を含む、アルミニウムディスクの研磨用組成物において、
砥粒が、0.005〜5μmの平均粒子径を有する、シリカ、アルミナ、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化錫、及び酸化チタンからなる群から選ばれる1種類以上の金属酸化物であること、
表面改質材が、0.1〜5μmの平均粒子径を有する、ノイブルグ珪土又はカオリン族粘土鉱物であること、
並びに、研磨促進剤が、硝酸アルミニウム、塩基性硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、塩基性スルファミン酸アルミニウム、硝酸鉄(III) 、硫酸鉄(III) 、塩化鉄(III) 、及び硫酸カリウム鉄(III) 〔KFe(SO4)2〕からなる群から選ばれる1種類以上の金属塩であることを特徴とする研磨用組成物。
【0080】
[実施態様5] 水、砥粒、表面改質材、及び研磨促進剤を含む、シリカを表面に有する基板のシリカの研磨用組成物において、
砥粒が、0.005〜5μmの平均粒子径を有する、シリカ、アルミナ、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化錫、及び酸化チタンからなる群から選ばれる1種類以上の金属酸化物であること、
表面改質材が、0.1〜5μmの平均粒子径を有する、ノイブルグ珪土又はカオリン族粘土鉱物であること、
並びに、研磨促進剤が、硝酸セリウム、硫酸セリウム、硝酸アルミニウム、塩基性スルファミン酸アルミニウム、硝酸鉄(III) 、硫酸鉄(III) 、塩化鉄(III) 、及び硫酸カリウム鉄(III) 〔KFe(SO4)2〕からなる群から選ばれる1種類以上の金属塩であることを特徴とする研磨用組成物。
【0081】
[実施態様6] 水、砥粒、表面改質材、及び研磨促進剤を含む、半導体多層配線基板のアルミニウム、銅配線の研磨用組成物において、
砥粒が、0.005〜5μmの平均粒子径を有する、シリカ、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化錫、及び酸化チタンからなる群から選ばれる1種類以上の金属酸化物であること、
表面改質材が、0.1〜5μmの平均粒子径を有する、ノイブルグ珪土又はカオリン族粘土鉱物であること、
並びに、研磨促進剤が、硝酸アルミニウム、塩基性スルファミン酸アルミニウム、硝酸鉄(III) 、硫酸鉄(III) 、塩化鉄(III) 、硫酸カリウム鉄(III) 〔KFe(SO4)2〕からなる群から選ばれる1種類上の金属塩、又は硝酸アルミニウム、塩基性スルファミン酸アルミニウム、硝酸鉄(III) 、硫酸鉄(III) 、塩化鉄(III) 、硫酸カリウム鉄(III) 〔KFe(SO4)2〕からなる群から選ばれる1種類上の金属塩と過酸化水素であることを特徴とする研磨用組成物。
【0082】
また、実施態様として、ノイブルグ珪土を砥粒とした[実施態様7]を開示した。
【0083】
[実施態様7]水、砥粒、及び研磨促進剤を含む研磨用組成物において、
砥粒として、0.1〜5μmの平均粒子径を有する、ノイブルグ珪土を、研磨用組成物中固形分として0.1〜30重量%を含むことを特徴とする研磨用組成物。
【0084】
【発明の効果】
本発明は、表面改質材として平均粒子径が0.1〜5μmのノイブルグ珪土又はカオリン族粘土鉱物を含有する、アルミニウムディスクを研磨対象とする研磨用組成物である。本発明の研磨用組成物で高品質の研磨面が得られるのは、カオリナイトが板状粒子であり、しかも軟らかい粒子(モース硬度2.3)であることによるものと考えられる。
【0085】
本発明の研磨用組成物は、高精度で表面欠陥のない研磨面が得られると共に、表面粗さに対する研磨速度の比率が高いことで研磨特性が良いため、研磨工程の生産性の向上及び低コスト化が可能である。
【0086】
更に本発明の研磨用組成物は、半導体多層配線基板の窒化膜、炭化膜などの精密研磨及び、サファイヤ、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの単結晶、MR磁気ヘッドなどの最終研磨にも使用することができる。
Claims (1)
- 水、砥粒、表面改質材、及び研磨促進剤を含む、アルミニウムディスクの研磨用組成物において、
砥粒が、0.005〜5μmの平均粒子径を有するアルミナであること、
表面改質材が、0.1〜5μmの平均粒子径を有する、ノイブルグ珪土であること、
並びに、研磨促進剤が、硝酸アルミニウム、塩基性硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、塩基性スルファミン酸アルミニウム、硝酸鉄(III)、硫酸鉄(III)、塩化鉄(III)、及び硫酸カリウム鉄(III)〔KFe(SO4)2〕からなる群から選ばれる1種類以上の金属塩であって、前記ノイブルグ珪土固形分が2.1〜3.1重量%であることを特徴とする研磨用組成物。
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