JP2017025231A - 研磨液組成物及び研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高速かつ精密に研磨することが可能な研磨液組成物を提供する。
【解決手段】シリカ粒子を含有する研磨液組成物である。Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピレン尿素、２−アミノピリミジン、テトラヒドロ−２−ピリミジノン、ピペラジン、ピラジン、ピペリジン、ピリジン、アニリン、１，２−フェニレンジアミン、１，３−フェニレンジアミン、１，４−フェニレンジアミン、フェノール、２−メチルフェノール、３−メチルフェノール、及び４−メチルフェノールからなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物を０．００１〜１．０質量％の範囲でさらに含有する。
【選択図】なし

Description

本発明は、研磨液組成物、及びこの研磨液組成物を用いる研磨方法に関する。

近年、外部記憶装置であるハードディスクドライブの大容量化が求められている。このため、高密度記憶化や記録読取精度の向上を図るべく、ハードディスク内部に用いられる磁気ディスク用ガラス基板には、０．００１〜０．０１ｎｍという桁数での平坦性が求められている。

従来、ガラス基体を平坦化する手法として、様々な研磨液を用いてガラス基体を研磨する技術が報告されている。例えば、特許文献１においては、研磨速度と表面平滑性の観点から、研磨材として１μｍ付近の平均粒径を有するアルミナ砥粒を含有する研磨液を用いることが報告されている。また、特許文献２においては、表面改質されたコロイダルシリカを含有する化学機械研磨用の研磨組成物が報告されている。

特開２００１−０６４６３１号公報 特開２００９−２５６１８４号公報

従来の研磨液組成物を用いて近年の磁気ディスク用ガラス基板に求められるような超高精度の平坦性を達成するには、研磨速度を遅くする必要があったため、生産性が低いという問題点があった。

本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、高速かつ精密に研磨することが可能な研磨液組成物を提供することにある。また、本発明の課題とするところは、上記研磨液組成物を用いた研磨方法を提供することにある。

本発明者らは、検討を重ねた結果、特定の組成を有する研磨液組成物とすることによって上記課題を解決することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明によれば、シリカ粒子を含有する研磨液組成物において、Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピレン尿素、２−アミノピリミジン、テトラヒドロ−２−ピリミジノン、ピペラジン、ピラジン、ピペリジン、ピリジン、アニリン、１，２−フェニレンジアミン、１，３−フェニレンジアミン、１，４−フェニレンジアミン、フェノール、２−メチルフェノール、３−メチルフェノール、及び４−メチルフェノールからなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物を０．００１〜１．０質量％の範囲でさらに含有する研磨液組成物が提供される。

また、本発明によれば、上記研磨液組成物を用いて基体を研磨する工程を有する研磨方法が提供される。

本発明の研磨液組成物によれば、ガラス基体などを高速に研磨し、精密に研磨された被研磨体を生産性よく製造することができる。

以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。本発明の研磨液組成物は、シリカ粒子を含有する。そして、特定の化合物を所定の含有量でさらに含有することを重要な特徴の一つとする。

シリカ粒子の種類は特に限定されず、周知のシリカ粒子を使用することができる。また、シリカ粒子は、シランカップリング剤などで表面改質されたものであってもよい。シリカ粒子としては、シリカ粒子が安定に分散しているコロイダルシリカ（コロイダルシリカ溶液）が好ましい。動的光散乱法によって測定されるコロイダルシリカ中のシリカ粒子の平均粒子径は、１〜２５００ｎｍであることが好ましく、２〜１０００ｎｍであることがさらに好ましく、３〜１００ｎｍであることが特に好ましい。シリカ粒子の平均粒子径が上記の範囲内であると、研磨液組成物中でより安定に分散可能であるとともに、研磨砥粒としてより有効に機能するので、さらに平坦化された被研磨体を製造することができるために好ましい。コロイダルシリカ中のシリカ粒子の濃度は、１０〜７０質量％であることが好ましく、３０〜６０質量％であることがさらに好ましい。また、研磨液組成物中のシリカ粒子の濃度は、１０〜７０質量％であることが好ましく、３０〜６０質量％であることがさらに好ましい。

本発明の研磨液組成物は、Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピレン尿素、２−アミノピリミジン、テトラヒドロ−２−ピリミジノン、ピペラジン、ピラジン、ピペリジン、ピリジン、アニリン、１，２−フェニレンジアミン、１，３−フェニレンジアミン、１，４−フェニレンジアミン、フェノール、２−メチルフェノール、３−メチルフェノール、及び４−メチルフェノールからなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物を含有する。これらの化合物は、研磨用添加剤として機能しうる成分である。

上記の化合物のなかでも、Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピレン尿素、２−アミノピリミジン、テトラヒドロ−２−ピリミジノン、ピリジン、フェノール、２−メチルフェノール、３−メチルフェノール、及び４−メチルフェノールが好ましく、フェノール、２−メチルフェノール、３−メチルフェノール、及び４−メチルフェノールがさらに好ましい。これらの化合物を用いると、研磨速度がさらに速くなるとともに、研磨後の被研磨基体の表面の平坦性をさらに高めることができる。特に、４−メチルフェノールを用いると、平坦性が非常に高い被研磨体を得ることができるために好ましい。また、研磨時に使用する研磨パッドがウレタン系研磨パッドであると、研磨速度がより速くなるとともに、研磨後の被研磨基体の表面の平坦性がより向上するために好ましい。

研磨液組成物中の上記の化合物の濃度は、０．００１〜１．０質量％の範囲であり、０．００２〜０．５質量％の範囲であることが好ましく、０．０５〜０．２質量％の範囲であることがさらに好ましい。上記の化合物の濃度を上記の範囲内とすることで、研磨速度が速くなるとともに、研磨後の被研磨基体の表面の平坦性を高めることができる。上記の化合物の濃度が０．００１質量％未満であると、上記の化合物を添加した効果が発現しない。一方、上記の化合物の濃度を１．０質量％超にしても、添加した効果は向上しない。

本発明の研磨液組成物には、通常の研磨液組成物に添加しうる成分等（その他の添加剤）を、本発明の目的を損なわない範囲内で任意に含有させることができる。その他の添加剤としては、例えば、有機酸、ｐＨ調整剤、酸化剤、キレート剤、界面活性剤、防腐剤、防錆剤、防黴剤などを挙げることができる。

有機酸の具体例としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、２−メチル酪酸、ｎ−ヘキサン酸、３，３−ジメチル酪酸、２−エチル酪酸、４−メチルペンタン酸、ｎ−ヘプタン酸、グリコール酸、グリセリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フマル酸、乳酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、無水酢酸などの脂肪族有機カルボン酸；安息香酸、２−ヒドロキシ安息香酸、３−ヒドロキシ安息香酸、４−ヒドロキシ安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、キナルジン酸、ナフタレン−１−カルボン酸、ナフタレン−２−カルボン酸などの芳香族カルボン酸；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、ペンタンスルホン酸、ヘキサンスルホン酸、ヘプタンスルホン酸、オクタンスルホン酸、ノルボルネンスルホン酸、アダマンタンスルホン酸、シクロヘキサンスルホン酸、カンファースルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ペンタフルオロエタンスルホン酸、ヘプタフルオロプロパンスルホン酸などの脂肪族スルホン酸；ベンゼンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、オクチルベンゼンスルホン酸、デシルベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ナフタレン−１−スルホン酸、ナフタレン−２−スルホン酸、アントラセンスルホン酸、アセナフテンスルホン酸、フェナントレンスルホン酸などの芳香族スルホン酸などを挙げることができる。これらの有機酸は、１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。研磨液組成物中の有機酸の含有量は、０．０００５〜５質量％であることが好ましい。

本発明の研磨液組成物のｐＨは特に限定されず、研磨対象となる基体（被研磨基体）の材質に応じて適宜設定すればよい。但し、研磨液組成物のｐＨが１２〜１４であると、研磨液組成物中のコロイダルシリカなどのシリカ粒子が溶解する可能性がある。被研磨基体がアルミノシリケートガラスなどのガラスで構成されたガラス基体である場合、研磨液組成物のｐＨは２〜１２であることが好ましく、２〜５であることがさらに好ましい。研磨液組成物のｐＨが上記の範囲内であると、研磨速度がより速くなるとともに、研磨後の被研磨基体の表面の平坦性がより向上する。一方、研磨液組成物のｐＨが９〜１２であると、研磨速度は若干低下するが、研磨後の被研磨基体の表面の平坦性はさらに向上する。このため、被研磨基体が非常に薄い場合や、研磨速度の制御が必要な場合においては、研磨液組成物のｐＨは９〜１２であることが好ましい。

ｐＨ調整剤としては、水溶性塩基性化合物や水溶性酸性化合物を用いることができる。水溶性塩基性化合物の具体例としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水酸化アルカリ金属類；水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウムなどの水酸化アルカリ土類金属類；炭酸アンモニウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属の炭酸塩類；テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、コリンなどの４級アンモニウムヒドロキシド類；エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ヒドロキシエチルアミンなどの有機アミン類；アンモニアなどを挙げることができる。これらの水溶性塩基性化合物は、１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。なかでも、アンモニアや水酸化アルカリ金属類が、安価で扱いやすいために好ましい。

水溶性酸性化合物の具体例としては、前述の有機酸の具体例のうちで水溶性のもの；塩酸、硫酸、及び硝酸などの無機酸を挙げることができる。

酸化剤の具体例としては、過酸化水素、硝酸、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸カリウム、過ヨウ素酸リチウム、過ヨウ素酸ナトリウム、過マンガン酸カリウム、過マンガン酸リチウム、過マンガン酸ナトリウム、重クロム酸、重クロム酸カリウム、重クロム酸リチウム、重クロム酸ナトリウム、過塩素酸、過塩素酸塩（アルカリ金属塩、アンモニウム塩など）、次亜塩素酸、次亜塩素酸塩（アルカリ金属塩、アンモニウム塩など）、過硫酸、過硫酸塩（アルカリ金属塩、アンモニウム塩など）、過酢酸、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド、過安息香酸、オゾンなどを挙げることができる。これらの酸化剤は、１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。研磨液組成物中の酸化剤の含有量は、０．０１〜１０質量％であることが好ましい。

本発明の研磨液組成物は、通常、上記成分以外の成分として水を含有する。このため、本発明の研磨席組成物は、通常、水を溶媒とする分散液の状態で提供される。

本発明の研磨方法は、前述の研磨液組成物を用いて基体（被研磨基体）を研磨する工程を有する。本発明の研磨方法は、前述の研磨液組成物を研磨液として使用すること以外は、従来の研磨方法と同様に実施することができる。具体的には、市販の研磨装置を用いる研磨方法を採用することができる。研磨装置を用いる研磨方法の具体例としては、（ｉ）キャリアで保持した被研磨基体を、研磨パッドを貼りつけた研磨定盤で挟み込み；（ｉｉ）研磨液組成物を研磨パッドと被研磨基体との間に供給し；（ｉｉｉ）所定の圧力の下で研磨定盤及び被研磨基体の少なくともいずれかを動かすことにより、研磨液組成物を被研磨基体に接触させながら研磨する方法などを挙げることができる。上記の圧力は特に限定されず、所望とする研磨速度及び所望の平坦性を有する被研磨体が得られるように適宜調整すればよい。上記の圧力は、例えば１〜１０００ｇ／ｃｍ²であればよく、１０〜５００ｇ／ｃｍ²であることが好ましい。

研磨パッドとしては、ウレタン系研磨パッド、不織布系研磨パッド、スウェード系研磨パッドなどを用いることができる。なかでも、ポリウレタンパッドなどのウレタン系研磨パッドを用いると、研磨速度がさらに向上するとともに、得られる被研磨体表面の平坦性がより良好になるために好ましい。ウレタン系研磨パッドの好適例としては、商品名「Ｂｅｌｌａｔｒｉｘシリーズ」（ＦＩＬＷＥＬ社製）などを挙げることができる。

研磨対象となる被研磨基体の材質としては、例えば、石英ガラス、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス、ボロシリケートガラス、アルミノボロシリケートガラス、無アルカリガラス、結晶化ガラスなどを挙げることができる。本発明の研磨液組成物は、強化ガラス基板用のアルミノシリケートガラスや、ガラスセラミック基板（結晶化ガラス基板）、石英ガラス基板の研磨に適している。

被研磨基体の形状は特に限定されない、被研磨基体の形状としては、例えば、ディスク状、プレート状、スラブ状、プリズム状等の平坦部を有する形状や、レンズ等の曲面部を有する形状などを挙げることができる。本発明の研磨液組成物は、ディスク状又はプレート状の被研磨基体の研磨に適している。

被研磨体は、研磨液組成物を用いる前述の研磨方法で製造することができる。製造される被研磨体（研磨が施された製品）は特に限定されない。製造される被研磨体としては、例えば、液晶パネル用ガラス、光学ガラス、ハードディスク用ガラス、フォトマスク、及び水晶振動子などを挙げることができる。なかでも、ガラスハードディスクを好適に製造することができる。

以下、実施例及び比較例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜１９）研磨液組成物Ｎｏ．１〜１９の製造
表１に示すコロイダルシリカ溶液を用いて、表２に示す配合にしたがって研磨液組成物Ｎｏ．１〜１９（実施例１〜１９）を製造した。研磨液組成物Ｎｏ．１〜１９には、ｐＨを２．０とするのに必要な量だけの硫酸を加えた。残分は水である。

（比較例１〜６）比較組成物１〜６の製造
表３に示す配合にしたがって比較組成物１〜６（比較例１〜６）を製造した。比較組成物１〜６には、ｐＨを２．０とするのに必要な量だけの硫酸を加えた。残分は水である。

（実施例２０〜３８、比較例７〜１２）被研磨基体の研磨
製造した研磨液組成物Ｎｏ．１〜１９及び比較組成物１〜６を使用し、下記研磨条件Ａにしたがって被研磨基体Ａを研磨した。研磨後の被研磨基体Ａを純水で洗浄し、さらにエアーガンを用いて乾燥させてから、研磨速度及び表面粗さを評価した。研磨速度は、研磨前後の被研磨基体の質量（ｇ）を測定し、下記計算式Ａによって算出した。表面粗さは、走査型プローブ顕微鏡（商品名「Ｍｕｌｔｉ Ｍｏｄｅ８」、ＢＲＵＫＥＲ社製、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ））を用いて測定した。

［研磨条件Ａ］
研磨機：商品名「ＮＦ−３００」（ナノファクター社製）
研磨パッド：ウレタン系研磨パッド（商品名「ＮＰ−２２５」、ＦＩＬＷＥＬ社製）
回転数：キャリア／定盤＝６５／５０ｒｐｍ
研磨圧力：１１４．４ｇ／ｃｍ²
研磨時間：３０分
研磨液組成物の供給量：１５ｍＬ／ｍｉｎにて循環
研磨液組成物のｐＨ：２．０
被研磨基体Ａ：結晶化ガラス（商品名「ＮＣＧ−３」、オハラ社製、直径６５ｍｍφ、厚さ０．８ｍｍ、比重２．５０ｇ／ｃｍ³）
前処理：ダイヤモンドドレッサー（＃１０００）による研磨パッド表面の目立て処理

［計算式Ａ］

比較組成物１を用いて研磨した場合（比較例７）の研磨速度との比（研磨速度比（Ｌ））を算出し、研磨速度を評価した。算出した研磨速度比（Ｌ）の値を表４に示す。なお、研磨速度比（Ｌ）は、下記計算式Ｂによって算出した。研磨速度比（Ｌ）が１よりも大きい場合、研磨速度が速い（良好である）と評価することができる。

［計算式Ｂ］
「研磨速度比（Ｌ）」＝各実施例及び比較例の研磨速度／比較例７の研磨速度

また、比較組成物１を用いて研磨した場合（比較例７）の表面粗さとの比（表面粗さ比（Ｓ））を算出し、表面粗さを評価した。算出した表面粗さ比（Ｓ）の値を表４に示す。なお、表面粗さ比（Ｓ）は、下記計算式Ｃによって算出した。表面粗さ比（Ｓ）が１よりも小さい場合、表面粗さが小さい（良好である）と評価することができる。

［計算式Ｃ］
「表面粗さ比（Ｓ）」＝各実施例及び比較例で得た研磨後被研磨基体の表面粗さ／比較例７で得た研磨後被研磨基体の表面粗さ

表４に示すように、比較例８、１１及び１２では表面粗さが小さくなった一方で、研磨速度が遅くなったことが分かる。また、比較例９及び１０では研磨速度が速くなった一方で、表面粗さが大きくなったことが分かる。これに対して、実施例２０〜３８では、いずれも表面粗さが小さくなっているとともに、研磨速度も０〜２０％程度上昇していることが分かった。なかでも、実施例３１〜３８では研磨速度が特に速いとともに、表面粗さを小さくする効果が特に高いことが分かる。

Claims (4)

1. シリカ粒子を含有する研磨液組成物において、
   Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピレン尿素、２−アミノピリミジン、テトラヒドロ−２−ピリミジノン、ピペラジン、ピラジン、ピペリジン、ピリジン、アニリン、１，２−フェニレンジアミン、１，３−フェニレンジアミン、１，４−フェニレンジアミン、フェノール、２−メチルフェノール、３−メチルフェノール、及び４−メチルフェノールからなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物を０．００１〜１．０質量％の範囲でさらに含有する研磨液組成物。
2. 前記化合物が、フェノール、２−メチルフェノール、３−メチルフェノール、及び４−メチルフェノールからなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載の研磨液組成物。
3. ガラス基体を研磨するために用いられる請求項１又は２に記載の研磨液組成物。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の研磨液組成物を用いて基体を研磨する工程を有する研磨方法。