JP2001047358A

JP2001047358A - 研磨用組成物

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Publication number: JP2001047358A
Application number: JP2000139672A
Authority: JP
Inventors: Toshio Kasai; 敏雄河西; Isao Ota; 勇夫太田; Toru Nishimura; 西村　　透; Kenji Tanimoto; 健二谷本
Original assignee: Nissan Chemical Corp
Current assignee: Nissan Chemical Corp
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2001-02-20
Anticipated expiration: 2020-05-12
Also published as: JP4557105B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高品質の研磨面を保ちながらしかも高速研磨
性により研磨工程の生産性の向上及び低コスト化が可能
な安価なノイブルグ珪土又はカオリン族鉱物を表面改質
材とする研磨用組成物を提供すること。【解決手段】研磨対象物をアルミニウムディスク、シ
リカを表面に有する基板のシリカ、並びに半導体多層配
線基板のアルミニウム又は銅配線とする、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
を特徴とする研磨用組成物を調製すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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）又はカオリン族粘土鉱物
（kaolins）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、シリカを表面に有する基板のシリカ、並びに半
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、０．１〜５
μｍの平均粒子径を有する、ノイブルグ珪土又はカオリ
ン族粘土鉱物が、アルミニウムディスク、シリカを含有
する表面、半導体多層配線基板のアルミニウム及び銅の
配線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又はカオ
リン族粘土鉱物の添加量は、固形分として０．１〜３０
重量％、より好ましくは０．５〜２０重量％である。

【００１６】研磨用組成物の砥粒であるアルミナ、シリ
カ、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化錫、酸化チ
タン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、シリカ、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸
化錫、酸化チタンなどの含有量は、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、ｐ
Ｈ１〜６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（II
I）、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（II
I）、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
ミナ及びシリカ、酸化ジルコニウム、酸化錫、酸化チタ
ンは、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、シリカ、酸化ジルコニウム、酸化
錫、酸化チタンなどが、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：Ｓｉ
Ｏ₂ 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２８ｍ³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、６０〜６
５℃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−２
５（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：ＳｉＯ
₂ 分７０重量％、Ａｌ ₂Ｏ₃分２２重量％、Ｆｅ₂Ｏ₃分
０．８重量％、その他の成分３重量％、平均粒子径４６
μｍ）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２
１．２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、ｐＨ
３．４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２１００ｋ
ｇ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１
１．７ｋｇ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、Ａｌ₂
Ｏ₃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１
０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、１
０〜４０ｎｍ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１４１００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５
０〜８０ｎｍ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（Ｎｉ９
０〜９２％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（ＰＯＬＩＴＥＸＤＧ（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、ＮｅｗＶｉｅｗ１００
（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（II
I）、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（II
I）、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、０．００５〜５
μｍ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（II
I）、及び硫酸カリウム鉄（III）〔ＫＦｅ（Ｓ
Ｏ₄）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、０．０
０５〜５μｍ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（II
I）、塩化鉄（III）、硫酸カリウム鉄（III）〔ＫＦ
ｅ（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（Ｓ
Ｏ₄）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、０．１〜５
μｍ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、シリカを表面
に有する基板のシリカ、並びに半導体多層配線基板のア
ルミニウム又は銅配線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。しかも
安価な天然鉱物のカオリナイト又はカオリン族粘土鉱物
を含有する鉱物を使用するため、安価な研磨用組成物が
提供できる。

【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。

フロントページの続き (72)発明者谷本健二富山県婦負郡婦中町笹倉635 日産化学工業株式会社富山工場内Ｆターム(参考） 3C058 AA07 CA01 CB03 CB05 CB10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、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。
【請求項２】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。
【請求項３】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又は銅配線
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（II
I）、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
塩と過酸化水素であることを特徴とする研磨用組成物。