【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学機械研磨方法の技術分野に属し、より詳細には、化学機械研磨装置における研磨速度を制御することにより、安定稼動を可能とする化学機械研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体基板の研磨には、化学機械研磨法（以下、ＣＭＰ法）が用いられている。この方法は、珪素がｐＨが高い領域（ｐＨ＝７以上）で化学的に溶解性があることを利用し、砥粒と併用し、効率良く研磨する方法である。これに対し金属面を研磨する場合は、ｐＨの低い領域（ｐＨ＝７以下）で研磨することにより、半導体基板と同様に効率良く研磨することが可能である。しかし、金属面の場合その金属の種類や組成比によっては、特定の金属だけが溶出したり、仕上がり面が荒れてしまう場合が多々ある。
そのため、研磨液としてｐＨの高い領域（ｐＨ＝７以上）のものを使用しなければならずその結果、研磨速度が低くなり、平坦性や生産性が低下してしまうという問題があった。平均うねりの少ない研磨面を得るために、異なったモノモーダル数粒子径分布を有するコロイダルシリカ粒子群を用いるアプローチも近年報告されている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３０２７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の様な従来技術に伴う問題点を解決しようとするものであって、生産性を低下させずに、金属膜付基板の研磨面の面粗さを改善しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、研磨液のｐＨを最初の研磨で低くすることで研磨効率を向上させ、最終研磨においてｐＨを高くすることで研磨面の面粗さを改善しようとするものである。
つまり、研磨液のｐＨのコントロールのみで研磨速度を調整するものである。さらに、研磨終了時には研磨面が腐蝕しない領域までｐＨを高めることにより、研磨面の面粗さも向上させるものである。
【０００６】
本発明は、具体的には、金属膜付基板の研磨方法であって、研磨液のｐＨが１以上７未満の範囲である酸性研磨工程と、その後の研磨液のｐＨが７を超えて１４以下の範囲であるアルカリ研磨工程とを含む研磨方法を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の金属膜付基板面の研磨において、研磨液のｐＨコントロールによる研磨方法について詳細に説明する。
金属膜付基板の基板は、好ましくは、アルミニウムと銅と真鍮とガラスとカーボンと珪素とからなる一群から選ばれる。
研磨する金属膜付基板は、好ましくは、金属膜付アルミニウムディスク、金属膜付銅ディスク、金属膜付ガラスディスク、金属膜付カーボンディスク、又は金属膜付珪素ディスクであって、この基板上に基板とは異なる金属膜を配した金属膜付基板である。この基板上に基板とは異なる金属膜を配するのは、基板の強度向上や記録メディアとしての用途が主であるためである。基板の厚さは、特に限定されないが、通常０．１〜１ｍｍである。
【０００８】
研磨する金属膜付基板の金属膜は、単金属又は２種以上の合金もしくは２種以上の多層膜である。金属膜は、好ましくは、コバルトとニッケルと鉄と白金と銅とからなる一群から選ばれる一種又は二種以上の合金、又は二種以上の多層膜である。金属膜の厚さは、特に限定されないが、好ましくは、０．１〜１０μｍである。
【０００９】
金属膜を金属基板に設ける方法は、特に限定されず、公知の方法が用いられる。好ましい方法としては、スパッタ法、メッキ法、ペースト法、接着法、焼結法等である。
【００１０】
この金属膜を、迅速にかつ平坦に研磨するため、研磨液を研磨初期にはＣＭＰ法によるところの、化学的エッチングと機械的研磨を組み合わせるために、酸性側（ｐＨ＜７）に設定し、研磨速度を向上させる（酸性研磨工程）。
最終研磨においては、機械研磨のみとするためにアルカリ側（ｐＨ＞７）に設定する（アルカリ研磨工程）。
酸性研磨工程とアルカリ研磨工程との間には、必要であれば、中和熱の発生を防止するため水を用いるリンス研磨工程を設けてもよい。アルカリ研磨工程の後には、洗浄工程、乾燥工程を設けることができる。
【００１１】
研磨液のｐＨコントロールは、酸性側は、無機酸（塩酸、硝酸、硫酸等）、有機酸（酢酸、酒石酸、クエン酸等）、アルカリ側は、無機塩（水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、アンモニア等）、有機塩（酢酸ナトリウム、酒石酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム等）又はイオン交換により調整することができるが、研磨する材料の特性に応じ選択することができ、特に限定されるものでない。
これら研磨液を用いて、１台以上の精密両面研磨機で研磨を行い、研磨中に研磨液を酸系からアルカリ系に切り替えることにより達成できる。
【００１２】
研磨液は、好ましくは、アルミナと酸化ジルコニウムと酸化チタンと酸化セリウムとシリカとからなる一群から選ばれる１種以上の酸化物粒子を含む分散液である。粒子の大きさは、特に限定されず、用途に応じて選択できるが、通常はナノメーターオーダー又はマイクロメーターオーダーである。研磨液の濃度は、用途に応じて適宜希釈して用いることができる。
酸性研磨工程に用いる研磨液とアルカリ研磨工程に用いる研磨液は、同じ金属酸化物粒子を含んでいてもよいし、異なる金属酸化物粒子を含んでいてもよい。
【００１３】
研磨液は、掛け捨て、循環式のどちらでも良いが、製造コストから考えて循環式が好ましいと考えられるが、被研磨物と特性に応じてどちらでも選択は可能である。
特に、本発明の利点としては、研磨装置に２個以上の研磨タンクを設置することにより、研磨パッド、砥粒の粒度、研磨装置の条件（回転速度、面圧など）を変えることなく、研磨レートをコントロールできることから、従来より少ない研磨装置で迅速な研磨が可能となる。研磨液のｐＨのみのコントロールなので、砥粒サイズ変更による洗浄や研磨パッドの張替えの必要が無いためである。
【００１４】
本発明の研磨方法は、磁気記録媒体に用いられる、軟磁性膜付基板の研磨に特に好ましい。軟磁性膜付基板は、軟磁性膜の上に硬磁性膜である記録層を設けると、ハードディスク等となるものである。なお、軟磁性膜とは、保磁力で定義すると数十Ｏｅ以下の膜であり、保持力数百Ｏｅ以上の硬磁性膜と区別される。
基板としては、Ｓｉ単結晶基板やガラス基板が挙げられる。軟磁性膜としては、好ましくは、コバルトとニッケルと鉄とからなる一群から選ばれる一種以上の金属が挙げられる。軟磁性膜の研磨は、アルカリ条件で研磨速度が遅いため、通常、酸性条件下で行なわれるが、膜が曇る問題がある。本発明の研磨方法を用いると、この曇りの問題が解消される。推測であるが、酸性条件下の研磨のみでは酸化物が生成されて曇りを発生させたものと考えられる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、実施例１〜２と比較例１〜２に使用した研磨方法のスキームを図１に示す。
実施例１
金属膜付基板としてＮｉ−Ｆｅ（重量比１：１）膜が５μｍ付着した３．５インチガラス基板を１枚準備した。
研磨機は６Ｂ型両面研磨機（キャリアサイズ６インチ）とし、研磨パッドはファイナル用のスエードタイプを用い、研磨した。研磨液は、ＰＨが２と１１の６０〜８０ｎｍのコロイダルシリカを準備した。（ｐＨ調整はイオン交換法で行った）
研磨工程は図１のように、最初ＰＨ＝２の研磨液を使用し、リンス後、ＰＨ＝１１の研磨液で研磨した。研磨後、洗浄剤を用いて洗浄・乾燥を行った後、原子間力顕微鏡（日本電子社製走査プローブ顕微鏡ＪＳＰＭ−４２００）を用いて、ＡＦＭ観察を行い、面粗さを測定した。
【００１６】
比較例１〜２
実施例１の比較として、最初から最後までｐＨ＝２の研磨液を使用したものと最初から最後までｐＨ＝１１の研磨液を使用したものを比較検討品とした。
【００１７】
実施例２
金属膜付基板としてＮｉ−Ｆｅ（重量比１：１）膜が２μｍ付着した３．５インチＳｉ基板を１枚準備した。
研磨機は６Ｂ型両面研磨機（キャリアサイズ６インチ）とし、研磨パッドはファイナル用のスエードタイプを用い研磨した。研磨液は、ｐＨが４と１１の３０〜５０ｎｍのコロイダルシリカを準備した。なお、ｐＨ調整はイオン交換法で行った。研磨工程は図１のように、最初ｐＨ＝４の研磨液を使用し、リンス後、ｐＨ＝１１の研磨液で研磨した。研磨後、洗浄剤を用いて洗浄・乾燥を行った後、原子間力顕微鏡（日本電子社製走査プローブ顕微鏡ＪＳＰＭ−４２００）を用いて、ＡＦＭ観察を行い面粗さを測定した。
【００１８】
使用した各評価方法について以下に説明し、結果を表１に示す。
金属膜厚の測定
卓上型蛍光Ｘ線分析計（セイコーインスツルメンツ社製ＳＥＡ５１２０）を用いて、研磨前後の膜厚を測定し、研磨量を算出した。また、研磨速度は研磨量／研磨時間で算出した。
【００１９】
面粗さの測定
原子間力顕微鏡（日本電子社製走査プローブ顕微鏡ＪＳＰＭ−４２００）を用いて、ＡＦＭ観察を行い、面粗さを測定した。観察エリアは１０μｍ角とした。
【００２０】
平坦度の測定
フラットネステスター（ニデック社製ビデオフラットネステスターＦＴ−７）により、干渉じまの数で平坦度を測定した。
【００２１】
【表１】
【００２２】
実施例１および比較例１〜２の結果より、ｐＨ＝２の研磨液のみで研磨した比較例１は、研磨速度は速いものの、研磨面の面粗さが大きくなってしまった。また、ｐＨ＝１１の研磨液のみで研磨した比較例２は面粗さは改善しているが、研磨速度が遅くなってしまった。さらに、平坦性についても、研磨速度が影響して比較例１より低下してしまった。
これに対し、実施例１は、研磨速度も速く、面粗、平坦性についても良好な結果が得られた。
実施例２については、面圧や研磨液のｐＨや砥粒の粒度の細粒化により、研磨速度は遅くなったものの、面粗さや平坦性は良好な結果が得られた。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、１台の研磨機により従来の多段研磨と同等の面粗さ、研磨速度が得られる上、トータル作業時間も多段研磨に比べ短縮できた。さらに研磨機と研磨パッド、作業スペースを節約でき、低コスト化が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１〜２と比較例１〜２に使用した研磨方法のスキームを示す。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of a chemical mechanical polishing method, and more particularly, to a chemical mechanical polishing method that enables stable operation by controlling a polishing rate in a chemical mechanical polishing apparatus.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a chemical mechanical polishing method (hereinafter, referred to as a CMP method) has been used for polishing a semiconductor substrate. This method utilizes the fact that silicon is chemically soluble in a high pH region (pH = 7 or more), and is used in combination with abrasive grains for efficient polishing. On the other hand, when polishing a metal surface, it is possible to polish efficiently in the same manner as a semiconductor substrate by polishing in a low pH region (pH = 7 or less). However, in the case of a metal surface, depending on the type and composition ratio of the metal, there are many cases where only a specific metal is eluted or the finished surface is roughened.
Therefore, a polishing solution having a high pH range (pH = 7 or more) must be used, and as a result, there is a problem that the polishing rate is reduced, and the flatness and productivity are reduced. An approach using colloidal silica particles having different monomodal number particle size distributions in order to obtain a polished surface with a small average waviness has recently been reported (Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-30274
[Problems to be solved by the invention]
The present invention is intended to solve the problems associated with the prior art as described above, and is intended to improve the surface roughness of a polished surface of a substrate with a metal film without reducing productivity. is there.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention seeks to improve the polishing efficiency by lowering the pH of the polishing liquid in the first polishing, and to improve the surface roughness of the polished surface by increasing the pH in the final polishing.
That is, the polishing rate is adjusted only by controlling the pH of the polishing liquid. Furthermore, at the end of polishing, the surface roughness of the polished surface is also improved by increasing the pH to a region where the polished surface does not corrode.
[0006]
More specifically, the present invention relates to a method for polishing a substrate with a metal film, wherein an acidic polishing step in which the pH of the polishing liquid is in the range of 1 or more and less than 7, The present invention provides a polishing method including an alkali polishing step in the following range.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a polishing method by controlling the pH of the polishing liquid in polishing the substrate surface with the metal film of the present invention will be described in detail.
The substrate of the substrate with a metal film is preferably selected from a group consisting of aluminum, copper, brass, glass, carbon, and silicon.
The substrate with a metal film to be polished is preferably an aluminum disk with a metal film, a copper disk with a metal film, a glass disk with a metal film, a carbon disk with a metal film, or a silicon disk with a metal film. This is a substrate provided with a metal film provided with a metal film different from the above. The reason why a metal film different from that of the substrate is provided on the substrate is mainly to improve the strength of the substrate and to use it as a recording medium. The thickness of the substrate is not particularly limited, but is usually 0.1 to 1 mm.
[0008]
The metal film of the substrate with a metal film to be polished is a single metal, two or more alloys, or two or more multilayer films. The metal film is preferably one or more alloys selected from the group consisting of cobalt, nickel, iron, platinum, and copper, or two or more multilayer films. The thickness of the metal film is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 10 μm.
[0009]
The method for providing the metal film on the metal substrate is not particularly limited, and a known method is used. Preferred methods include a sputtering method, a plating method, a paste method, a bonding method, and a sintering method.
[0010]
In order to quickly and flatly polish this metal film, a polishing solution is set to an acidic side (pH <7) in order to combine chemical etching and mechanical polishing in the initial stage of polishing by a CMP method. Improve the polishing rate (acid polishing step).
In the final polishing, it is set on the alkali side (pH> 7) in order to perform only mechanical polishing (alkali polishing step).
Between the acidic polishing step and the alkaline polishing step, if necessary, a rinsing polishing step using water to prevent generation of heat of neutralization may be provided. After the alkali polishing step, a washing step and a drying step can be provided.
[0011]
For the pH control of the polishing liquid, the acidic side is an inorganic acid (hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, etc.), the organic acid (acetic acid, tartaric acid, citric acid, etc.), and the alkaline side is an inorganic salt (potassium hydroxide, sodium hydroxide, water). It can be adjusted by lithium ion, ammonia, etc.), organic salts (sodium acetate, sodium tartrate, sodium citrate, etc.) or ion exchange, but can be selected according to the characteristics of the material to be polished, and are particularly limited. Not.
The polishing can be achieved by performing polishing with one or more precision double-side polishing machines using these polishing liquids and switching the polishing liquid from an acid type to an alkaline type during polishing.
[0012]
The polishing liquid is preferably a dispersion liquid containing one or more oxide particles selected from the group consisting of alumina, zirconium oxide, titanium oxide, cerium oxide and silica. The size of the particles is not particularly limited and can be selected according to the application, but is usually on the order of nanometers or micrometers. The concentration of the polishing liquid can be appropriately diluted according to the intended use.
The polishing liquid used for the acidic polishing step and the polishing liquid used for the alkali polishing step may contain the same metal oxide particles or different metal oxide particles.
[0013]
The polishing liquid may be either of a dropping type or a circulating type, but a circulating type is considered preferable from the viewpoint of manufacturing cost. However, either type can be selected according to the object to be polished and the characteristics.
In particular, an advantage of the present invention is that by installing two or more polishing tanks in a polishing apparatus, polishing can be performed without changing the polishing pad, the grain size of abrasive grains, and the conditions (rotational speed, surface pressure, etc.) of the polishing apparatus. Since the rate can be controlled, rapid polishing can be performed with a smaller number of polishing apparatuses than before. This is because since only the pH of the polishing liquid is controlled, there is no need to perform cleaning by changing the abrasive grain size or change the polishing pad.
[0014]
The polishing method of the present invention is particularly preferable for polishing a substrate with a soft magnetic film used for a magnetic recording medium. A substrate with a soft magnetic film becomes a hard disk or the like when a recording layer that is a hard magnetic film is provided on the soft magnetic film. The soft magnetic film is a film having a coercive force of several tens Oe or less and is distinguished from a hard magnetic film having a coercive force of several hundreds Oe or more.
Examples of the substrate include a Si single crystal substrate and a glass substrate. The soft magnetic film preferably includes at least one metal selected from the group consisting of cobalt, nickel and iron. Polishing of the soft magnetic film is usually performed under acidic conditions because the polishing rate is low under alkaline conditions, but there is a problem that the film becomes cloudy. The use of the polishing method of the present invention eliminates the problem of fogging. It is speculated that it is considered that only polishing under acidic conditions generated oxides and caused fogging.
[0015]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described based on examples, but the present invention is not limited thereto. FIG. 1 shows a scheme of the polishing method used in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.
Example 1
As a substrate with a metal film, one 3.5-inch glass substrate to which a Ni—Fe (weight ratio: 1: 1) film was adhered to 5 μm was prepared.
The polishing machine was a 6B type double-side polishing machine (carrier size 6 inches), and the polishing pad was a final suede type polishing. As a polishing liquid, colloidal silica having a pH of 2 and 11 and a thickness of 60 to 80 nm was prepared. (PH adjustment was performed by ion exchange method)
In the polishing step, as shown in FIG. 1, a polishing liquid having a pH of 2 was first used, and after rinsing, polishing was carried out with a polishing liquid having a pH of 11. After polishing, washing and drying were performed using a detergent, AFM observation was performed using an atomic force microscope (scanning probe microscope JSPM-4200 manufactured by JEOL Ltd.), and the surface roughness was measured.
[0016]
Comparative Examples 1-2
As a comparison of Example 1, a product using a polishing solution having a pH of 2 from the beginning to the end and a product using a polishing solution having a pH of 11 from the beginning to the end were used as comparative products.
[0017]
Example 2
As a substrate with a metal film, one 3.5-inch Si substrate to which a Ni—Fe (weight ratio 1: 1) film was adhered to 2 μm was prepared.
The polishing machine was a 6B double-side polishing machine (carrier size 6 inches), and the polishing pad was polished using a suede type for final. As the polishing liquid, colloidal silica having a pH of 4 and 11 and a thickness of 30 to 50 nm was prepared. The pH was adjusted by an ion exchange method. In the polishing step, as shown in FIG. 1, a polishing liquid having a pH of 4 was used first, and after rinsing, polishing was performed with a polishing liquid having a pH of 11. After the polishing, cleaning and drying were performed using a cleaning agent, and AFM observation was performed using an atomic force microscope (JSPM-4200, a scanning probe microscope manufactured by JEOL Ltd.) to measure the surface roughness.
[0018]
Each evaluation method used is described below, and the results are shown in Table 1.
Measurement of Metal Film Thickness The film thickness before and after polishing was measured using a tabletop fluorescent X-ray analyzer (SEA5120 manufactured by Seiko Instruments Inc.), and the polishing amount was calculated. The polishing rate was calculated by polishing amount / polishing time.
[0019]
AFM observation was performed using an atomic force microscope (a scanning probe microscope JSPM-4200 manufactured by JEOL Ltd.) to measure the surface roughness. The observation area was 10 μm square.
[0020]
Measurement of flatness The flatness was measured by the number of interference fringes using a flatness tester (Video Flatness Tester FT-7 manufactured by Nidek).
[0021]
[Table 1]
From the results of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, in Comparative Example 1 in which polishing was performed only with a polishing liquid having a pH of 2, although the polishing rate was high, the surface roughness of the polished surface was large. In Comparative Example 2 in which polishing was performed only with a polishing liquid having a pH of 11, the surface roughness was improved, but the polishing rate was reduced. Further, the flatness was also lower than that of Comparative Example 1 due to the influence of the polishing rate.
On the other hand, in Example 1, the polishing rate was high, and good results were obtained in terms of surface roughness and flatness.
In Example 2, although the polishing rate was reduced due to the reduction in the surface pressure, the pH of the polishing solution, and the grain size of the abrasive grains, good results were obtained in the surface roughness and flatness.
[0023]
【The invention's effect】
According to the present invention, the same surface roughness and polishing speed as those of the conventional multi-stage polishing can be obtained with one polishing machine, and the total working time can be reduced as compared with the multi-stage polishing. Furthermore, the polishing machine, polishing pad and work space can be saved, and cost reduction has become possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a scheme of a polishing method used in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.
