JP4092015B2

JP4092015B2 - 研磨液組成物

Info

Publication number: JP4092015B2
Application number: JP20538498A
Authority: JP
Inventors: 幸治平; 滋夫藤井; 良暁大島
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2018-07-21
Also published as: JP2000034470A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨液組成物に関する。さらに詳しくは、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、該研磨液組成物を用いた被研磨基板の研磨方法及び該研磨液組成物を用いた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工程で研磨速度の向上及び表面粗さの低減を図ることができる研磨液組成物や研磨方法が検討されている（特開平5-311153号公報、特開平7-216345号公報等）。
【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、従来の研磨液組成物は、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及び研磨速度が不充分であった。
【０００５】
従って、近年、被研磨物の表面にスクラッチやピット等の欠陥を生じさせずに、研磨速度を向上させ得る研磨液組成物の開発が望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、研磨速度を向上させ、被研磨物の表面にスクラッチやピット等の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、研磨速度を向上させ、被研磨物の表面にスクラッチやピット等の欠陥を生じさせることなく、表面粗さを低くし得る被研磨基板の研磨方法、及びスクラッチやピットの発生を防止しうる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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨は、
（１）タングステン酸及びタングステン酸塩からなる群より選ばれた少なくとも１種と、研磨材と、水とを含有してなる研磨液組成物、
（２）前記（１）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、並びに
（３）前記（１）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精密部品用基板の製造方法
に関する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられるタングステン酸は、オルトタングステン酸、パラタングステン酸及びメタタングステン酸の総称であり、これらのタングステン酸は、それぞれ単独で又は２種以上を混合して用いることができる。
【０００９】
タングステン酸塩は、タングステン酸金属塩及びタングステン酸アンモニウム塩の少なくとも１種であることが好ましい。
【００１０】
タングステン酸金属塩を構成している金属は、タングステン酸と塩を形成しうるものであれば特に限定されるものではない。その金属の具体例としては、周期律表（短周期型）Iaに属するアルカリ金属、Ibに属する銅族、IIa に属するアルカリ土類金属、IIb に属する亜鉛族、IIIaに属するアルミニウム族、VIIIに属する鉄族等が挙げられる。これらの中では、ナトリウム及びカリウムが表面粗さの低減の観点から好ましい。
【００１１】
タングステン酸金属塩の具体例としては、タングステン酸リチウム、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸カリウム、タングステン酸セリウム、タングステン酸第二鉄、タングステン酸コバルト、タングステン酸マグネシウム、タングステン酸銅等が挙げられ、これらは単独でまたは２種以上を混合して用いることができる。これらの中では、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸カリウム及びタングステン酸第二鉄は、表面粗さの低減の観点から好ましい。
【００１２】
タングステン酸アンモニウム塩の具体例としては、タングステン酸アンモニウム、タングステン酸テトラメチルアンモニウム、タングステン酸メチルアンオニウム、タングステン酸ジメチルアンモニウム等が挙げられ、これらは単独でまたは２種以上を混合して用いることができる。これらの中では、タングステン酸アンモニウムは、表面粗さの低減の観点から好ましい。
【００１３】
研磨液組成物におけるタングステン酸及びタングステン酸塩からなる群より選ばれた少なくとも１種の含有量は、研磨速度を向上させる観点から、好ましくは0.01重量％以上、さらに好ましくは0.05重量％以上、特に好ましくは0.1 重量％以上であり、経済性の観点から、好ましくは20重量％以下、さらに好ましくは15重量％以下、特に好ましくは10重量％以下である。
【００１４】
研磨材としては、一般に研磨用に使用されている砥粒を使用することができる。砥粒の例としては、金属、金属又は半金属の炭化物、金属又は半金属の窒化物、金属又は半金属の酸化物、金属又は半金属のホウ化物、ダイヤモンド等が挙げられる。金属又は半金属元素は、周期律表の３Ａ、４Ａ、５Ａ、３Ｂ、４Ｂ、５Ｂ、６Ｂ、７Ｂ又は８Ｂ族由来のものである。具体的には、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、ヒュームドシリカ粒子等が挙げられ、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及びヒュームドシリカ粒子は、半導体ウェハや半導体素子、磁気記録媒体用基板等の精密部品の研磨に適しており、特にアルミナ粒子は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うるので好ましい。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、無定型アルミナ粒子等が挙げられる。アルミナ粒子としては、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使用しうる。
【００１５】
研磨材の一次粒子の平均粒径は、研磨効率（研磨速度）を向上させる観点から、好ましくは0.002 μｍ以上、より好ましくは0.01μｍ以上、さらに好ましくは0.02μｍ以上、特に好ましくは0.05μｍ以上である。また、被研磨物の表面粗さを低減させる観点から、好ましくは３μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下、さらに好ましくは0.8 μｍ以下、特に好ましくは0.5 μｍ以下、最も好ましくは0.3 μｍ以下である。特に、研磨剤としてアルミナ系粒子を用いた場合には、好ましくは0.01μｍ以上、さらに好ましくは0.02μｍ以上、特に好ましくは0.05μｍ以上である。また、被研磨物の表面粗さを低減させる観点から、好ましくは1.0 μｍ以下、さらに好ましくは0.5 μｍ以下、特に好ましくは0.3 μｍ以下である。
【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には、研磨効率（研磨速度）を向上させる観点から、その二次粒子の平均粒径は、好ましくは0.05μｍ以上、さらに好ましくは0.1 μｍ以上、特に好ましくは0.3 μｍ以上である。また、被研磨物の表面粗さを低減させる観点から、その二次粒子の平均粒径は、好ましくは2.0 μｍ以下、さらに好ましくは1.5 μｍ以下、特に好ましくは1.2 μｍ以下である。研磨材の一次粒子の平均粒径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察して画像解析を行い、２軸平均径を測定することにより求めることができる。また、二次粒子の平均粒径は、レーザー光回折法を用いて屈折率を考慮することにより体積平均粒径として測定することができる。
【００１７】
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の表面に加工ダメージ層（即ち、マイクロクラックやピッチングの層）を発生させないという観点から、700 〜9000であることが好ましく、1000〜5000がさらに好ましく、1500〜3000であることがより一層好ましい。
【００１８】
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であることが好ましく、２〜４であることがより好ましい。
【００１９】
本発明においては、タングステン酸及びタングステン酸塩からなる群より選ばれた少なくとも１種と研磨材とを使用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−アルミナ粒子及び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、ICP （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。
【００２０】
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、経済性及び表面粗さを小さくする観点から、30重量％以下、好ましくは20重量％以下、さらに好ましくは10重量％以下とすることが望ましく、また効率よく研磨することができるようにするために、0.01重量％以上、好ましくは0.02重量％以上、さらに好ましくは0.05重量％以上であることが望ましい。なお、研磨速度をより向上させる場合には、１重量％以上、好ましくは２重量％以上、さらに好ましくは５重量％以上とすることが望ましい。
【００２１】
また、研磨除去効率（設定取り代に対する実際の取り代の比）の低下させずにタングステン酸及びタングステン酸塩からなる群より選ばれた少なくとも１種と、研磨材を配合した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タングステン酸及びタングステン酸塩からなる群より選ばれた少なくとも１種との含有量比［研磨材の含有量（重量％）／タングステン酸及びタングステン酸塩からなる群より選ばれた少なくとも１種の含有量（重量％）］は、0.001 以上、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.1 以上、特に好ましくは１以上とすることが望ましく、また、200 以下、好ましくは100 以下、より好ましくは50以下、さらに好ましくは25以下、特に好ましくは10以下となるように配合するのが望ましい。
【００２２】
本発明の研磨液組成物中の水は、媒体として使用されるものである。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ことができるようにする観点から、60重量％以上、好ましくは70重量％、より好ましくは90重量％以上であることが望ましく、また、99.8重量％以下、好ましくは99.4重量％以下、より好ましくは99.0重量％以下であることが望ましい。
【００２３】
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、アンモニウム塩や過酸化物、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、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1-205973号公報２頁右上欄３〜11行、特開平3-115383号公報２頁右下欄16行〜３頁左上欄11行、特開平4-275387号公報２頁右欄27行〜３頁左欄12行、特開平5-59351 号公報２頁右欄23〜37行等に記載されているものが挙げられる。
【００２４】
他の成分の研磨液組成物における含有量は、その使用目的等に応じて適宜調整すればよいが、通常、それぞれ0.1 〜5.0 重量％程度であることが好ましい。
【００２５】
本発明の研磨液組成物のｐＨは、基板の洗浄性、加工機械の腐食防止性及び人体への安全性の観点から、１〜13が好ましく、２〜11がより好ましく、２〜９が特に好ましい。本発明の研磨液組成物を半導体ウェハや半導体素子等の研磨、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、７〜13が好ましく、８〜12がより好ましく、９〜11が特に好ましい。ｐＨは、硝酸、硫酸等の無機酸、メタンスルホン酸、前記の単量体型の酸化合物の金属塩、アンモニウム塩、過酸化物、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムアミン等の塩基性物質を適宜、所望量で配合することで容易に調整することができる。
【００２６】
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。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。
【００２７】
被研磨基板等に代表される被研磨物の材質は、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、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（Al₂O₃・ TiC)、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合金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、スクラッチやピット等の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。
【００２８】
被研磨物の形状には特に制限がなく、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。
【００２９】
本発明の研磨液組成物は、特に精密部品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や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、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。なお、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。
【００３０】
以上のようにして被研磨基板を研磨することにより、精密部品用基板等を製造することができる。
【００３１】
なお、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】
実施例１〜８及び比較例１〜２（但し、実施例７は参考例である）
研磨材としてヌープ硬度約2000、平均粒径0.75μｍのα−Al2O3(純度約99.9％）10重量％と、表１に示す種類と量のタングステン酸及びタングステン酸塩から選ばれた少なくとも１種と、残部水とを混合・攪拌し、表１に示す組成からなる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 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合金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合金基板の研磨物を得た。
【００３４】
＜両面加工機の設定条件＞
使用両面加工機：共立精機（株）製、6B型両面加工機
加工圧力：100gf/cm²
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：40rpm
研磨液組成物供給流量：30cc/min
研磨時間：７分間
【００３５】
研磨後のアルミニウム合金基板の厚さを測定し、研磨前後のアルミニウム合金基板の厚さの変化から、厚さの減少速度を求め、比較例１を基準として相対値（相対速度）を求めた。
【００３６】
また、研磨後の各基板の表面の中心線粗さRa及びスクラッチを以下の方法に従って測定した。なお、中心線粗さRaは比較例１を基準として相対値（相対粗さ）を求めた。その結果を表１に示す。
【００３７】
［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測定した。
【００３８】
［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Zygo（Zygo社製）により測定した。評価基準は下記のとおりである。
【００３９】
−評価基準−
S：深さ500 Åを越えるスクラッチが０本／１視野
A：深さ500 Åを越えるスクラッチが平均0.5 本未満／１視野
B：深さ500 Å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500 Åを越えるスクラッチが平均１本以上／１視野
【００４０】
【表１】

【００４１】
表１に示された結果から、実施例で得られた研磨液組成物を用いた場合には、比較例で得られたものを用いた場合と対比して、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。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、研磨速度を向上させ、被研磨物の表面にスクラッチやピット等の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を得ることができる。
【００４３】
また、本発明の研磨剤組成物を用いれば、研磨速度を向上させ、被研磨物の表面にスクラッチやピット等の欠陥を生じさせることなく、表面粗さを低くすることができるという効果が奏される。

Claims

タングステン酸第二鉄及びタングステン酸アンモニウム塩からなる群より選ばれた少なくとも１種のタングステン酸塩と、研磨材と、水とを含有してなる磁気記録媒体用研磨液組成物。
タングステン酸塩がパラタングステン酸塩である請求項 1 記載の研磨液組成物。
タングステン酸塩の含有量が、０．１重量％以上１０重量％以下である請求項 1 又は２記載の研磨液組成物。
研磨材の含有量が、１重量％以上２０重量％以下である請求項 1 〜３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 〜４いずれか記載の研磨液組成物。
研磨材がα−アルミナである請求項 1 〜５いずれか記載の研磨液組成物。
研磨材とタングステン酸塩の含有量比［研磨材の含有量（重量％）／タングステン酸塩の含有量（重量％）］が、１以上１０以下である請求項 1 〜６いずれか記載の研磨液組成物。
研磨液組成物のｐＨが、２〜９である請求項 1 〜７いずれか記載の研磨液組成物。
請求項１〜８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磁気記録媒体用基板の研磨方法。
請求項１〜８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。