JP4092021B2

JP4092021B2 - 研磨液組成物

Info

Publication number: JP4092021B2
Application number: JP28111598A
Authority: JP
Inventors: 幸治平; 滋夫藤井; 良暁大島
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1998-10-02
Filing date: 1998-10-02
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2018-10-02
Also published as: JP2000109818A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨液組成物、被研磨基板の研磨方法、及び精密部品用基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスクの高密度化が進み、磁気ヘッドの浮上量はますます小さくなってきている。その結果、ハードディスク基板の研磨行程で、研磨速度の向上及び表面粗さの低減が求められ、酢酸等のカルボン酸のアンモニウム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）。
【０００３】
また、半導体分野においても、高集積化、高速化が進むに伴って半導体装置のデザインルームの微細化が進み、デバイス製造プロセスでの焦点深度が浅くなり、パターン形成面の平坦化がより一層求められている。
【０００４】
しかしながら、従来の技術では前述したハードディスク基板及び半導体パターン形成面の表面粗さの低減、平坦化、及び研磨速度が充分ではなく、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り研磨液組成物として満足するものではなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、被研磨物に表面欠陥を生じさせること無く、研磨速度を向上させ、表面粗さを低減し得る研磨液組成物、被研磨基板の研磨方法、及び精密部品用基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨は、炭素数１〜４のアルキルスルホン酸又はその塩と、研磨材と、水とを含有してなる研磨液組成物、該研磨液組成物を用いた被研磨基板の研磨方法及び精密部品用基板の製造方法に関する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
炭素数１〜４のアルキルスルホン酸の具体例としては、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、ブタンスルホン酸が挙げられる。これらの中で、研磨速度を向上させる観点からメタンスルホン酸が好ましい。
【０００８】
これらのアルキルスルホン酸の塩としては、アルキルスルホン酸と、金属、アンモニウム、炭素数１〜２０のアルキルアンモニウム、炭素数２〜１２のアルカノールアミンとの塩が挙げられる。金属、アンモニウム、アルキルアンモニウム、アルカノールアミンは、アルキルスルホン酸と塩を形成し得るものであれば特に限定されない。
【０００９】
金属の具体例としては、周期律表（長周期型）の１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ、７Ａ、８族に属する金属が挙げられる。
【００１０】
アルキルアンモニウムの具体例としては、ジメチルアンモニウム、トリメチルアンモニウム、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム等が挙げられる。また、アルカノールアミンの具体例としては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等が挙げられる。
【００１１】
アルキルスルホン酸塩の中でも、アルミニウム塩、ニッケル塩、鉄塩、コバルト塩、マグネシウム塩、セリウム塩、アンモニウム塩が好ましく、アルミニウム塩、ニッケル塩、鉄塩がさらに好ましい。
【００１２】
アルキルスルホン酸とアルキルスルホン酸塩は、単独で又はそれらを混合して用いても良い。
【００１３】
本発明の研磨液組成物におけるアルキルスルホン酸又はその塩の含有量は、好ましくは0.01〜20重量％、さらに好ましくは0.05〜15重量％、特に好ましくは0.1〜10重量%である。研磨速度を向上させる観点から0.01重量％以上が好ましく、経済性の観点から、20重量%以下が好ましい。
【００１４】
研磨材は研磨用に一般に使用されている砥粒を使用することができる。砥粒としては、金属；金属又は半金属の炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物；ダイヤモンド等が挙げられる。金属又は半金属元素は、周期律表（長周期型）の３Ａ、４Ａ、５Ａ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ、６Ｂ、７Ｂ、又は８族由来のものである。砥粒の具体例としては、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又はヒュームドシリカ粒子が挙げられ、これら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、ヒュームドシリカ粒子は、半導体ウェハや半導体素、磁気記録媒体用基板等の精密部品の研磨に適している。またアルミナ粒子、コロイダルシリカ粒子は、特に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得るので好ましい。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，及び無定型アルミナ粒子等が挙げられる。また、アルミナ粒子として、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用いることができる。
【００１５】
研磨材の一次粒子の平均粒径は、好ましくは0.002〜3μm、より好ましくは0.01〜1μm、さらに好ましくは0.02〜0.8μm、特に好ましくは0.05〜0.5μmである。研磨速度を向上させる観点から0.002μm以上が好ましく、被研磨物の表面粗さを低減させる観点から3μm以下が好ましい。
【００１６】
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は、その二次粒子の平均粒径は、好ましくは0.05〜2μm、さらに好ましくは0.1〜1.5μm，特に好ましくは0.3〜1.2μmである。研磨速度を向上させる観点から0.05μm以上が好ましく、被研磨物の表面粗さを低減させる観点から2μm以下が好ましい。
【００１７】
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（好ましくは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られる。また、二次粒子の平均粒径はレーザー光回折法を用いて体積平均粒径として測定できる。
【００１８】
研磨材のヌープ硬度（JIS Z-2251）は、充分な研磨速度を得るという観点と被研磨物に表面欠陥を発生させない観点から、700〜9000が好ましく、1000〜5000がさらに好ましく、1500〜3000がより一層好ましい。
【００１９】
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が好ましく、2〜4がより好ましい。
【００２０】
本発明の研磨液組成物では、アルキルスルホン酸及びその塩と、研磨材とを添加することによる研磨速度の向上とスクラッチやピットの発生防止との相乗効果を向上させる観点から、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−アルミナ粒子又は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。
【００２１】
研磨材は、水を媒体としたスラリー状態で使用される。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などの応じて適宜決定することが好ましい。研磨液組成物における研磨材の含有量は、好ましくは0.01〜40重量％、さらに好ましくは0.1〜25重量％、特に好ましくは1〜15重量％である。効率よく研磨する観点から0.01重量％以上が好ましく、経済性及び表面粗さを小さくする観点から40重量％以下が好ましい。
【００２２】
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現させる観点から、研磨液組成物中における研磨材と、アルキルスルホン酸及びその塩との含有量比［研磨材の含有量（重量％）／アルキルスルホン酸及びその塩の含有量（重量％）］は好ましくは0.001〜200、より好ましくは0.01〜100、さらに好ましくは0.1〜50、特に好ましくは１〜25となるように配合するのが望ましい。
【００２３】
本発明の研磨液組成物中の水は媒体として用いられる。研磨液組成物中の水の含有量は、被研磨物を効率よく研磨する観点から、好ましくは60〜99.8重量%、より好ましくは70〜99.4重量%、特に好ましくは90〜99.0重量％である。
【００２４】
本発明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又はアンモニウム塩、過酸化物、増粘剤、分散剤、防錆剤、キレート剤、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及び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項左上欄11行、特開平4-275387号公報2頁右欄27行〜3頁左欄12行に記載されているものが挙げられる。これら他の成分の研磨液組成物における含有量は、それぞれ0.1〜5.0重量％が好ましい。
【００２５】
本発明の研磨液組成物の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が好ましい。Ｎｉ-Ｐメッキしたアルミニウム基板等の金属を主対象とした精密部品基板においては、研磨速度の向上と表面品質の向上の観点から、ｐＨは２〜８が特に好ましい。また、半導体ウェハや半導体素子等の酸化物、半金属等の研磨、特にシリコンウェハの研磨に用いる場合は、研磨速度の向上と表面品質の向上の観点から、ｐＨは7〜1２がより好ましく、8〜12がさらに好ましく，9〜11が特に好ましい。pHは、硝酸、硫酸等の無機酸、該無機酸の金属塩又はアンモニウム塩、過酸化物、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アミン等の塩基性物質を用いて調整することができる。
【００２６】
また、本発明の被研磨基板の研磨方法は、本発明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する。
【００２７】
また、本発明の精密部品用基板の製造方法は、本発明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する。
【００２８】
被研磨基板の材質は、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、これらの金属を主成分とした合金、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、及びこれらの金属を主成分とした合金等の延性材料からなる被研磨物、特にNi-Pメッキされたアルミニウム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、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。
【００２９】
被研磨物の形状に特に制限はなく、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のもの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。
【００３０】
本発明の研磨液組成物は、特に精密部品用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、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、ハーフミラー及び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。尚、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。以上のようにして研磨を行うことにより、精密部品用基板を製造することができる。
【００３１】
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。
【００３２】
【実施例】
研磨材としてヌープ硬度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99.9%）10重量%と、表1に示すアルキルスルホン酸又はアルキルスルホン酸塩と、残部水とを混合・攪拌し研磨液組成物を得た。
【００３３】
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が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基板の研磨物を得た。
【００３４】
両面加工機の設定条件を以下に示す。
使用両面加工機：共立精機社製 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
【００３５】
研磨後のアルミニウム基板の厚さを測定し、研磨前と研磨後のアルミニウム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。また、研磨後の各基板の表面の中心線粗さRa及び表面欠陥を以下の方法に従って測定した。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1に示す。
【００３６】
［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
【００３７】
［表面欠陥（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。評価基準は下記の通りである。
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
【００３８】
【表１】

【００３９】
表１に示された結果から、実施例1〜7で得られた研磨液を用いた場合には、比較例１〜２で得られたものを用いた場合と比較して、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。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、研磨速度を向上させ、被研磨物に表面欠陥を生じさせることなく表面粗さを低減させ得る研磨液組成物、被研磨基板の研磨方法、及び精密部品用基板の製造方法が提供される。

Claims

炭素数１〜４のアルキルスルホン酸又はその塩と、研磨材と、水とを含有してなる、ｐＨが２〜８の磁気記録媒体用研磨液組成物。
研磨材がアルミナ粒子である、請求項 1 記載の研磨液組成物。
炭素数１〜４のアルキルスルホン酸塩が、アルミニウム塩、ニッケル塩又は鉄塩である、請求項 1 又は２記載の研磨液組成物。
炭素数１〜４のアルキルスルホン酸又はその塩の含有量が、０．１〜１０重量％である、請求項 1 〜３いずれか記載の研磨液組成物。
研磨材の含有量が、１〜１５重量％である、請求項 1 〜４いずれか記載の研磨液組成物。
研磨材の二次粒子の平均粒径が、０．１〜１．５μｍである、請求項 1 〜５いずれか記載の研磨液組成物。
研磨材と炭素数１〜４のアルキルスルホン酸及びその塩の含有量比［研磨材の含有量（重量％）／アルキルスルホン酸及びその塩の含有量（重量％）］が、１〜２５である、請求項 1 〜６いずれか記載の研磨液組成物。
請求項1〜７いずれか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。
請求項１〜７いずれか記載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する磁気記録媒体用基板の製造方法。