JP2019016417A - 磁気ディスク基板用研磨剤組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の研磨剤組成物は、一つ目の態様は、コロイダルシリカと、粉砕された湿式法シリカ粒子と、含窒素有機化合物及び/又は含窒素高分子化合物を含有する水系組成物である。
二つ目の態様は、コロイダルシリカと、粉砕された湿式法シリカ粒子と、カルボン酸基を有する単量体及びスルホン酸基を有する単量体を必須単量体とする共重合体を含有する水系組成物である。
三つ目の態様は、コロイダルシリカと、粉砕された湿式法シリカ粒子と、含窒素有機化合物及び/又は含窒素高分子化合物と、カルボン酸基を有する単量体及びスルホン酸基を有する単量体を必須単量体とする共重合体を含有する水系組成物である。
本発明の研磨剤組成物に含有されるコロイダルシリカは、平均一次粒子径が5〜200nmである。平均一次粒子径が5nm以上であることにより、研磨速度の低下を抑制することができる。平均一次粒子径が200nm以下であることにより、研磨後の基板の表面平滑性の悪化を抑制することができる。コロイダルシリカの平均一次粒子径は、好ましくは10〜150nmであり、さらに好ましくは30〜100nmである。
本発明で使用される湿式法シリカ粒子は、ケイ酸アルカリ水溶液と無機酸または無機酸水溶液とを反応容器に添加することにより、沈殿ケイ酸として得られる湿式法シリカから粉砕工程を経て調製される粒子のことであり、本発明の湿式法シリカ粒子には上述のコロイダルシリカは含まれない。
本発明で任意成分として使用されるヒュームドシリカは、揮発性シラン化合物(一般には四塩化ケイ素が用いられる。)を酸素と水素の混合ガスの炎の中(1000℃内外)で加水分解させたもので、極めて微細で高純度なシリカ粒子である。コロイダルシリカと比べると、コロイダルシリカが個々に分散した一次粒子として存在するのに対し、ヒュームドシリカは一次粒子が多数凝集し、鎖状につながり二次粒子を形成している。この二次粒子の形成により研磨パッドへの保持力が高くなり、研磨速度を向上させることができる。
尚、ここに開示される技術において、ヒュームドシリカの平均粒子径とは、特記しない限り、動的光散乱法に基づく体積基準の平均粒子径(D50)をいう。ヒュームドシリカの平均粒子径とは、一次粒子であるか二次粒子であるかを問わず、研磨剤組成物中に分散している粒子の平均粒子径をいう。
本発明で使用される含窒素有機化合物は、脂肪族アルカノールアミン、環状アミン、ポリアルキレンポリアミン、第4級アンモニウム塩からなる群より選ばれる化合物の少なくとも1種又はこれらの混合物である。
本発明で使用される含窒素高分子化合物は、好ましくはカチオン性含窒素高分子化合物であり、例えば第4級アンモニウム塩の基を有する単量体を必須単量体とする重合体又は共重合体が挙げられる。さらに好ましくはジアリルジアルキルアンモニウム塩を必須単量体とする重合体又は共重合体が挙げられる。具体的には、ジアリルジメチルアンモニウムクロライド又はジアリルジエチルアンモニウムクロライドを必須単量体とする重合体又は共重合体が挙げられる。さらに具体的には、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、ポリジアリルジエチルアンモニウムクロライド、ジアリルジメチルアンモニウムクロライド・二酸化イオウ共重合体、ジアリルジエチルアンモニウムクロライド・二酸化イオウ共重合体、ジアリルジメチルアンモニウムクロライド・アクリルアミド共重合体、ジアリルジエチルアンモニウムクロライド・アクリルアミド共重合体などが挙げられる。
カルボン酸基を有する単量体及びスルホン酸基を有する単量体を必須単量体とする共重合体について以下に説明する。カルボン酸基を有する単量体の例としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸およびそれらの塩などが挙げられる。スルホン酸基を有する単量体の例としては、イソプレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−メタクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、ナフタレンスルホン酸およびそれらの塩などが挙げられる。
本発明で、研磨速度を向上させる目的で好ましく使用されるカルボン酸基を有する単量体及びアミド基を有する単量体を必須単量体とする共重合体について以下に説明する。
酸としては、具体的には硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸、ピロリン酸、トリポリリン酸等の無機酸、2−アミノエチルホスホン酸、1−ヒドロキシエチリデン−1,1−ジホスホン酸、アミノトリ(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ジエチレントリアミン(メチレンホスホン酸)、エタン−1,1−ジホスホン酸、メタンヒドロキシホスホン酸等の有機ホスホン酸、グルタミン酸、アスパラギン酸等のアミノカルボン酸、クエン酸、酒石酸、シュウ酸、ニトロ酢酸、マレイン酸等のカルボン酸などが挙げられる。酸の使用量は、研磨剤組成物のpH値の設定に応じて適宜決められる。
酸化剤としては、過酸化物、過マンガン酸またはその塩、クロム酸またはその塩、過ヨウ素酸またはその塩などが挙げられる。具体例としては、過酸化水素、過酸化ナトリウム、過酸化バリウム、過マンガン酸カリウム、オルト過ヨウ素酸、メタ過ヨウ素酸ナトリウムなどが挙げられる。これらの中でも過酸化水素が好ましい。酸化剤は、研磨剤組成物中の含有量として、通常0.1〜10.0質量%の範囲で使用される。
本発明の研磨剤組成物のpH値(25℃)は0.1〜4.0であることが好ましく、より好ましくは0.5〜3.0である。研磨剤組成物のpH値(25℃)が0.1以上であることにより、表面平滑性の悪化を抑制することができる。研磨剤組成物のpH値(25℃)が4.0以下であることにより、研磨速度の低下を抑制することができる。無電解ニッケル−リンめっきにおいて、pH値(25℃)が4.0以下の条件ではニッケルが溶解傾向に向かうため、めっきが進行しにくくなる。一方、研磨においては、例えば、pH値(25℃)が4.0以下の条件下でニッケルが溶解傾向となるため、本発明の研磨剤組成物を用いることにより、研磨速度を高めることが可能になる。
本発明の研磨剤組成物は、無電解ニッケル−リンめっきされたアルミニウム磁気ディスク基板(以下、「アルミディスク」)やガラス磁気ディスク基板等の磁気ディスク基板の研磨での使用に適している。特にアルミディスクの研磨での使用に適している。
実施例1〜30および比較例1〜5で使用した研磨剤組成物は、下記の材料を、下記の含有量で含んだ研磨剤組成物である。尚、全ての実施例と比較例で全シリカ粒子の濃度は4質量%であり、研磨剤組成物のpHは1.2である。これらの研磨剤組成物を使用して研磨試験を行った結果を表1〜3に示した。
全シリカ粒子中の割合は表1〜3に示した。実施例1〜7、9〜24、26〜30、比較例1〜5で使用した。
<コロイダルシリカ2>(平均一次粒子径(D50):80nm、市販のコロイダルシリカ)
全シリカ粒子中の割合は表1、3に示した。実施例8、25で使用した。
<湿式法シリカ粒子1>(平均粒子径(D50):300nm、市販の湿式法シリカ粒子)
全シリカ粒子中の割合は表1〜3に示した。実施例1〜8、10〜25、27〜30、比較例1〜5で使用した。
<湿式法シリカ粒子2>(平均粒子径(D50):400nm、市販の湿式法シリカ粒子)
全シリカ粒子中の割合は表1、3に示した。実施例9、26で使用した。
<ヒュームドシリカ>(平均粒子径(D50):270nm、市販のヒュームドシリカ)
全シリカ粒子中の割合は50質量%であり、実施例18〜30、比較例4、5で使用した。
<硫酸>研磨剤組成物のpHが1.2になるように添加量を調整した。実施例1〜30、比較例1〜5で使用した。
<過酸化水素>0.9質量%、実施例1〜30、比較例1〜5で使用した。
<ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド>(第一工業製薬(株)製、DC−902P、重量平均分子量=8000)添加量は表1〜3に示した。実施例1、2、5〜10、14、15、18、19、22〜27で使用した。
<ペンタエチレンヘキサミン:PEHAと略す>添加量は表1〜3に示した。実施例3、16、20で使用した。
<ラウリルジメチルベンジルアンモニウムクロライド>(第一工業製薬(株)製、カチオーゲンBC−50)添加量は表1〜3に示した。実施例4、17、21で使用した。
<アクリルポリマー1>(アクリル酸/2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸=50/50(mol比)の共重合体ナトリウム塩、重量平均分子量=10000)添加量は表1、3に示した。実施例6、7、11、12、23、24、28、29で使用した。
<アクリルポリマー2>(アクリル酸/2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸=90/10(mol比)の共重合体ナトリウム塩、重量平均分子量=10000)添加量は表1、3に示した。実施例13、30で使用した。
<アクリルポリマー3>(アクリル酸/N−tert−ブチルアクリルアミド=90/10(mol比)の共重合体、重量平均分子量=10000)添加量は表1、3に示した。実施例5、7、10、12、22、24、27、29で使用した。
<アクリルポリマー4>(アクリル酸の単独重合体ナトリウム塩、重量平均分子量=10000)添加量は表1、3に示した。比較例2、5で使用した。
[GPC条件]
カラム: TSKgel G4000PWXL(東ソー製)+G2500PWXL(東ソー製)+SHODEX OHpak SB−806M−HQ(昭和電工製)
溶離液:0.2Mリン酸バッファー/アセトニトリル=9/1(容量比)
流速:1.0mL/min
温度: 40℃
検出: 示差屈折率(RI)
サンプル: 濃度0.1wt%(注入量100μL)
検量線用ポリマー: ポリアクリル酸 分子量(Mp)11.5万、2.8万、4100、1250(創和科学(株)、American Polymer Standards Corp.)
コロイダルシリカの粒子径(Heywood径)は、透過型電子顕微鏡(TEM)(日本電子(株)製、透過型電子顕微鏡JEM2000FX(200kV)を用いて倍率10万倍の視野の写真を撮影し、この写真を解析ソフト(マウンテック(株)製、Mac−View Ver.4.0)を用いて解析することによりHeywood径(投射面積円相当径)として測定した。コロイダルシリカの平均一次粒子径は、前述の方法で2000個程度のコロイダルシリカの粒子径を解析し、小粒径側からの積算粒径分布(累積体積基準)が50%となる粒径を上記解析ソフト(マウンテック(株)製、Mac−View Ver 4.0)を用いて算出した平均一次粒子径(D50)である。
無電解ニッケル−リンめっきした外径95mmのアルミディスクを研磨対象の基板として、下記研磨条件で研磨を行った。
研磨機:システム精工(株)製、9B両面研磨機
研磨パッド:(株)FILWEL社製、P1パッド
定盤回転数:上定盤 −9.0min−1
下定盤 12.0min−1
研磨剤組成物供給量: 90ml/min
研磨時間:研磨量が1.2〜1.5μm/片面となる時間まで研磨する。
(240〜720秒)
加工圧力:120kPa
研磨速度は、研磨後に減少したアルミディスクの質量を測定し、下記式に基づいて算出した。
研磨速度(μm/min)=アルミディスクの質量減少量(g)/研磨時間(min)/アルミディスク片面の面積(cm2)/無電解ニッケル−リンめっき皮膜の密度(g/cm3)/2×104
(ただし、上記式中、アルミディスク片面の面積は65.9cm2、無電解ニッケル−リンめっき皮膜の密度は、8.0g/cm3)
ピットはZygo社製の走査型白色干渉法を利用した三次元表面構造解析顕微鏡を用いて測定した。Zygo社製の測定装置(New View 8300(レンズ:1.4倍、ズーム:1.0倍)とZygo社製の解析ソフト(Mx)を用いて測定した。得られた形状プロファイルにおいて、ピットがほとんど認められない場合に「○(良)」と評価した。ピットが若干認められた場合に「△(可)」と評価した。ピットが多数認められた場合に「×(不可)」と評価した。評価が「×(不可)」とは、目視でもピットを観察することができる場合であるが、今回の実験ではなかった。
アルミディスクのうねり(Sa)は、Zygo社製の走査型白色干渉法を利用した三次元表面構造解析顕微鏡を用いて測定した(以下、この方法によって測定したうねりを、「Zygo−Sa」という)。測定条件は、Zygo社製の測定装置(New View 8300(レンズ:1.4倍、ズーム:1.0倍)、波長100〜500μmとし、測定エリアは6mm×6mmとし、Zygo社製の解析ソフト(Mx)を用いて解析を行った。
各実施例・各比較例で研磨後のアルミディスクに対して、イオン交換水でリンスし、イオン交換水を用いてバフ洗浄を行い、バフ洗浄後さらにイオン交換水でリンスを行ったのち、スピン乾燥を行った。得られたアルミディスクを、洗浄性評価用基板とした。
なお、上記の操作はクリーンルーム内で実施した。
MicroMAX VMX−4100測定条件:
傾斜:−5°
アイリス:10
ズーム:10
洗浄性評価基準(12視野合計の残留パーティクル数):
◎:残留パーティクル数0〜10個
〇:残留パーティクル数11〜30個
△:残留パーティクル数31〜50個
×:残留パーティクル数>50個
実施例1〜10、14〜17、18〜27は、それぞれ窒素有機化合物・高分子化合物を含まない比較例1、3、4よりも優れた洗浄性を示している。実施例11〜13、28〜30は、それぞれカルボン酸基を有する単量体およびスルホン酸基を有する単量体を必須単量体とする共重合体を含まない比較例1、4よりも優れた洗浄性を示している。実施例9や実施例26はうねり高く見えるが、これは湿式法シリカの粒子径が大きいことによる影響であり、粒子径による影響を除けば、実施例においてうねりは問題がなかった。また、かわりにアクリル酸単独重合体を添加した比較例2、5では、洗浄性の改善効果がみられない。
Claims (13)
- 平均一次粒子径5〜200nmのコロイダルシリカと、
平均粒子径100〜1000nmの粉砕された湿式法シリカ粒子と、
含窒素有機化合物及び/又は含窒素高分子化合物と、
水と、を含み、
全シリカ粒子に占める前記コロイダルシリカの割合が5〜95質量%、前記粉砕された湿式法シリカ粒子の割合が5〜95質量%であり、
前記全シリカ粒子の濃度が1〜50質量%である磁気ディスク基板用研磨剤組成物。 - 平均一次粒子径5〜200nmのコロイダルシリカと、
平均粒子径100〜1000nmの粉砕された湿式法シリカ粒子と、
カルボン酸基を有する単量体およびスルホン酸基を有する単量体を必須単量体とする共重合体と、
水と、を含み、
全シリカ粒子に占める前記コロイダルシリカの割合が5〜95質量%、前記粉砕された湿式法シリカ粒子の割合が5〜95質量%であり、
全シリカ粒子の濃度が1〜50質量%である磁気ディスク基板用研磨剤組成物。 - 平均一次粒子径5〜200nmのコロイダルシリカと、
平均粒子径100〜1000nmの粉砕された湿式法シリカ粒子と、
含窒素有機化合物及び/又は含窒素高分子化合物と、
カルボン酸基を有する単量体およびスルホン酸基を有する単量体を必須単量体とする共重合体と、
水と、を含み、
全シリカ粒子に占める前記コロイダルシリカの割合が5〜95質量%、前記粉砕された湿式法シリカ粒子の割合が5〜95質量%であり、
全シリカ粒子の濃度が1〜50質量%である磁気ディスク基板用研磨剤組成物。 - 前記含窒素有機化合物が、ポリアルキレンポリアミン及び/又は第4級アンモニウム塩である請求項1または3に記載の磁気ディスク基板用研磨剤組成物。
- 前記含窒素高分子化合物が、カチオン性含窒素高分子化合物であり、第4級アンモニウム塩の基を有する単量体を必須単量体とする重合体又は共重合体である請求項1または3に記載の磁気ディスク基板用研磨剤組成物。
- 前記含窒素高分子化合物の重量平均分子量が500〜1,000,000であり、前記研磨剤組成物中の濃度が0.00001〜1.0質量%である請求項5に記載の磁気ディスク基板用研磨剤組成物。
- 前記カルボン酸基を有する単量体及びスルホン酸基を有する単量体を必須単量体とする共重合体は、カルボン酸基を有する単量体に由来する構成単位とスルホン酸基を有する単量体に由来する構成単位の量比が、mol比で95:5〜5:95の範囲にある共重合体である請求項2または3に記載の磁気ディスク基板用研磨剤組成物。
- 前記研磨剤組成物が、さらにカルボン酸基を有する単量体及びアミド基を有する単量体を必須単量体とする共重合体を含有する請求項1〜7のいずれか一項に記載の磁気ディスク基板用研磨剤組成物。
- 前記カルボン酸基を有する単量体及びアミド基を有する単量体を必須単量体とする共重合体は、カルボン酸基を有する単量体に由来する構成単位とアミド基を有する単量体に由来する構成単位の量比が、mol比で95:5〜5:95の範囲にある共重合体である請求項8に記載の磁気ディスク基板用研磨剤組成物。
- 前記カルボン酸基を有する単量体及びアミド基を有する単量体を必須単量体とする共重合体は、重量平均分子量が1,000〜1,000,000であり、前記研磨剤組成物中の濃度が0.0001〜2.0質量%である請求項8または9に記載の磁気ディスク基板用研磨剤組成物。
- 前記研磨剤組成物が酸をさらに含有し、pH値(25℃)が0.1〜4.0の範囲にある請求項1〜10のいずれか一項に記載の磁気ディスク基板用研磨剤組成物。
- 前記研磨剤組成物が酸化剤をさらに含有している請求項1〜11のいずれか一項に記載の磁気ディスク基板用研磨剤組成物。
- 無電解ニッケル−リンめっきされたアルミニウム磁気ディスク基板の研磨に用いられる請求項1〜12のいずれか一項に記載の磁気ディスク基板用研磨剤組成物。
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