JP4206313B2

JP4206313B2 - 磁気ディスク用研磨液組成物

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Publication number: JP4206313B2
Application number: JP2003290690A
Authority: JP
Inventors: 博昭北山; 滋夫藤井
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2023-08-08
Also published as: TW200517479A; US20050136807A1; CN1580173A; GB0415976D0; GB2404921B; CN100460478C; US20050032463A1; GB2404921A; JP2005063531A; MY139590A; TWI343943B

Description

本発明は、磁気ディスク用研磨液組成物、並びにそれを用いた研磨方法及び基板の製造方法に関する。

ハードディスクは、最小記録面積を小さくし高容量化を推進するために、磁気ヘッドの浮上量を小さくすることや表面欠陥（表面汚れ）防止が求められている。このヘッドの浮上量を小さくするためにはハードディスク基板の研磨工程での短波長うねり（波長５０〜５００μm のうねり）、並びに長波長うねり（波長０．５ｍｍ以上のうねり）の低減、更には表面への残留物防止が求められている。ここで言う「うねり」とは表面粗さよりも波長の長い表面凹凸のことであり、Canon 販売製「Zygo」に代表される光学計測機器等で測定可能である。このようなうねり、表面汚れを低減した基板を製造するために、研磨パッドの孔径制御、硬さ制御や研磨時の研磨荷重や回転数を制御するといった機械的条件が検討されている。しかし、この様な機械的条件は効果があるものの充分とは言えない。一方、研磨液組成物からのアプローチも検討されている。特許文献１では酸化剤、リン含有無機酸と他の無機酸を含有する研磨液組成物が開示されている。特許文献２では研磨粒子、過酸化水素、金属硝酸塩及び硝酸を含む研磨工程用スラリーが開示されている。しかし、これら研磨液組成物からのアプローチでは、実用化に必要な研磨速度とうねり低減の両立、更には表面汚れ防止という観点で十分とは言えない。
特開２００３−１４７３３号公報特開平１１−２４６８４９号公報

本発明は、高い研磨速度を持ち且つうねりの低減が可能な研磨液組成物を提供することを目的とする。また、該研磨液組成物を用いた被研磨基板のうねりを低減させる研磨方法、及び該研磨液組成物を用いた基板の製造方法を提供することを目的とする。

即ち、本発明の要旨は、
〔１〕アルミナ、水、過酸化物、及び有機酸を含有する磁気ディスク用研磨液組成物、
〔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基板の製造方法
に関する。

本発明の研磨液組成物を磁気ディスク用研磨に用いることにより、高い研磨速度と被研磨物のうねり低減を達成し、且つ基板欠陥、特に基板汚れを低減させるという効果が奏される。また該研磨液組成物を用いた被研磨基板のうねりを低減させる研磨方法及び基板の製造方法が得られる。

本発明の研磨液組成物は、研磨材にアルミナを用いた研磨液組成物の研磨促進剤として、有機酸と過酸化物を併用することに大きな特徴があり、かかる特徴を有する研磨液組成物を用いることで、高い研磨速度を達成し、かつ被研磨基板のうねりを有意に低減することができ、同時にスクラッチ、ピット等の基板欠陥、特に基板汚れが低減できるという顕著な効果が発現される。

本発明の研磨液組成物を用いた場合の研磨の機構の詳細については不明であるが、研磨中のｐＨを低下させるほど研磨速度が向上することから、酸から生じる水素イオンの被研磨材へのエッチング効果で研磨を促進していると推定している。したがって酸強度が高いほど研磨速度は高い。また過酸化物はアルミナの研磨効力が十分に発揮されるように被研磨物の表面を変化させて上記エッチング作用を増幅させ、結果実生産レベルの加工速度でのうねりの低減を可能にしており、この有機酸と過酸化物の組合せによる増幅効果は同時に基板欠陥、特に基板汚れの低減に繋がっていると推測している。

本発明の研磨液組成物は研磨材としてアルミナを含有する。本発明に用いられるアルミナとしては、うねり低減、表面粗さ低減、研磨速度向上及び表面欠陥防止の観点から、アルミナとしての純度が９５％以上のアルミナが好ましく、より好ましくは９７％以上、さらに好ましくは９９％以上のアルミナである。また、研磨速度の観点からは、α−アルミナが好ましく、表面性状及びうねり低減の観点からは、γ−アルミナ、δ−アルミナ、θ―アルミナ、η−アルミナ、κ−アルミナ等の中間アルミナが好ましい。本発明の中間アルミナとは、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、δ−アルミナ、θ−アルミナ、η−アルミナ、κ−アルミナ、これらの混合物等が挙げられる。その中間アルミナの中でも、研磨速度向上及びうねり低減の観点から、γ−アルミナ、δ−アルミナ、θ−アルミナ及びこれらの混合物が好ましく、特に好ましくはγ−アルミナ及びθ−アルミナである。

アルミナの一次粒子の平均粒径は、うねり低減の観点から、一次粒子の平均粒径は0.005 〜0.8 μm がより好ましく、特に好ましくは0.01〜0. 4μm であり、二次粒子の平均粒径は0.01〜2 μm がより好ましく、さらに好ましくは0.05〜1.0 μm 、特に好ましくは0.1 〜0.5 μm である。研磨材の一次粒子の平均粒径は、走査型電子顕微鏡で観察（好適には3000〜30000 倍）又は透過型電子顕微鏡で観察（好適には10000 〜300000倍）して画像解析を行い、粒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体積平均粒径として測定することができる。

特に、アルミナが中間アルミナの場合、BET 法で測定された比表面積好ましくは30〜300 ｍ²／ｇ、より好ましくは50〜200 ｍ²／ｇである。

アルミナの含有量は、研磨速度の向上及びうねり低減の観点から、研磨液組成物中において、好ましくは0.05重量％以上、より好ましくは0.1 重量％以上、さらに好ましくは0.5 重量％以上、特に好ましくは1 重量％以上である。また、表面品質及び経済性の観点から、好ましくは40重量％以下、より好ましくは30重量％以下、さらに好ましくは25重量％以下、特に好ましくは20重量％以下である。即ち、研磨液組成物中のアルミナの含有量は、好ましくは0.05〜40重量％、より好ましくは0.1 〜30重量％、さらに好ましくは0.5 〜25重量％、特に好ましくは１〜20重量％である。

本発明の研磨液組成物は、研磨速度の向上及びうねり低減の観点から、過酸化物を含有する。本発明の過酸化物はその構造から無機系過酸化物と有機系過酸化物に大別される。それら過酸化物の具体例を以下に示す。無機系過酸化物としては、過酸化水素、更には過酸化ナトリウム、過酸化カリウム、過酸化カルシウム、過酸化バリウム、過酸化マグネシウムの様なアルカリ金属、又はアルカリ土類金属の過酸化物類、ペルオキソ炭酸ナトリウム、ペルオキソ炭酸カリウム等のペルオキソ炭酸塩類、ペルオキソ二硫酸アンモニウム、ペルオキソ二硫酸ナトリウム、ペルオキソ二硫酸カリウム、ペルオキソ一硫酸等のペルオキソ硫酸又はその塩類、ペルオキソ硝酸、ペルオキソ硝酸ナトリウム、ペルオキソ硝酸カリウム等のペルオキソ硝酸又はその塩類、ペルオキソリン酸ナトリウム、ペルオキソリン酸カリウム、ペルオキソリン酸アンモニウム等のペルオキソリン酸又はその塩類、ペルオキソホウ酸ナトリウム、ペルオキソホウ酸カリウム等のペルオキソホウ酸塩類、ペルオキソクロム酸カリウム、ペルオキソクロム酸ナトリウム等のペルオキソクロム酸塩類、過マンガン酸カリウム、過マンガン酸ナトリウム等の過マンガン酸塩類、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸カリウム、塩素酸、次亜塩素酸ナトリウム、過沃素酸ナトリウム、過沃素酸カリウム、沃素酸、沃素酸ナトリウム等の含ハロゲン酸素酸又はその誘導体類を用いることができる。有機系過酸化物としては、過酢酸、過ギ酸、過安息香酸等の過カルボン酸類、ｔ−ブチルパーオキサイド、クメンパーオキサイド等のパーオキサイド類、を用いることができる。これらの内、研磨速度向上性や入手性、水溶性等の取り扱い性を比較した場合、無機系過酸化物が好ましい。さらに、環境問題の点を考慮すると重金属を含まない無機系過酸化物が好ましい。以上の観点より、より好ましくは、無機系過酸化物であり、更には過酸化水素、ペルオキソ硫酸塩類、含ハロゲン酸素酸又はその塩であり、特に好ましくは過酸化水素である。また、これらの過酸化物は１種でもよいが、２種以上を混合して用いても良い。

過酸化物の含有量は、研磨速度の向上及びうねり低減の観点から、研磨液組成物中において好ましくは0.002 重量％以上、より好ましくは0.005 重量％以上、さらに好ましくは0.007 重量％以上、特に好ましくは0.01重量％以上である。また、表面品質及び経済性の観点から、好ましくは20重量％以下、より好ましくは15重量％以下、さらに好ましくは10重量％以下、特に好ましくは5 重量％以下である。即ち、研磨液組成物中の過酸化物の含有量は好ましくは0.002 〜20重量％、より好ましくは0.005 〜15重量％、さらに好ましくは0.007 〜10重量％、特に好ましくは0.01〜5 重量％である。

本発明の研磨液組成物には研磨速度の向上、及びうねり低減の観点から、アルミナ、過酸化物に加え、有機酸を含有する。本発明に用いられる有機酸は、研磨速度の向上、うねり低減の観点から、そのｐＫ１が７以下、より好ましくは５以下、更に好ましくは４以下、特に好ましくは２以下であることが好ましい。ここでｐＫ１とは２５℃における第１酸解離定数の逆数の対数値を表わす。各化合物のｐＫ１は化学便覧改訂４版（基礎編）II、pp316 〜325 （日本化学会編）等に記載されている。

本発明に用いられる有機酸としては、研磨速度向上、うねり低減及び表面汚れ防止の観点から、含硫黄有機酸、カルボン酸、及び含リン有機酸が好ましい。その具体例を以下に示す。ギ酸、酢酸、グリコール酸、乳酸、プロパン酸、ヒドロキシプロパン酸、酪酸、安息香酸、グリシン等のモノカルボン酸、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、イソクエン酸、フタル酸、ニトロトリ酢酸、エチレンジアミンテトラ酢酸等の多価カルボン酸、メタンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸等の含硫黄有機酸、エチルリン酸、ブチルリン酸、ラウリルリン酸、ホスホノヒドロキシ酢酸、ヒドロキシエチリデン-1,1- ジホスホン酸、ホスホノブタントリカルボン酸、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸等の含リン有機酸等が挙げられる。これらの内、研磨速度の向上、及び、うねり低減の観点から含硫黄有機酸や含リン有機酸が好ましく、より好ましくは有機スルフォン酸類や有機ホスホン酸類、更に好ましくは有機スルフォン酸類である。また、被研磨物の汚れの観点からは含硫黄有機酸やカルボン酸が好ましく、より好ましくは有機スルフォン酸類や多価カルボン酸類である。
これらの化合物は単独で用いても良いし、混合して用いても良い。

有機酸の含有量は、研磨速度の向上及びうねり低減の観点から、研磨液組成物中において好ましくは0.002 重量％以上、より好ましくは0.005 重量％以上、さらに好ましくは0.007 重量％以上、特に好ましくは0.01重量％以上である。また、表面品質及び経済性の観点から、好ましくは20重量％以下、より好ましくは15重量％以下、さらに好ましくは10重量％以下、特に好ましくは5 重量％以下である。即ち、研磨液組成物中の酸の含有量は好ましくは0.002 〜20重量％、より好ましくは0.005 〜15重量％、さらに好ましくは0.007 〜10重量％、特に好ましくは0.01〜5 重量％である。

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り、その含有量は被研磨物を効率良く研磨する観点から、好ましくは55〜99重量％、より好ましくは60〜97重量％、さらに好ましくは70〜95重量％である。

本発明の研磨液組成物には更なる研磨速度向上及びうねり低減の観点から無機酸を併用することが好ましい。無機酸としては硝酸、亜硝酸等の含窒素無機酸、硫酸、亜硫酸、アミド硫酸等の含硫黄無機酸、リン酸、ピロリン酸、ポリリン酸、ホスホン酸等の含リン無機酸等が挙げられる。これらの内、研磨速度向上の観点から、好ましくは硝酸、亜硝酸、硫酸、亜硫酸及びアミド硫酸であり、より好ましくは硫酸、亜硫酸及びアミド硫酸、特に好ましくは硫酸である。無機酸を併用する場合の含有量は研磨液組成物中において好ましくは0.002 重量％以上、より好ましくは0.005 重量％以上、さらに好ましくは0.007 重量％以上であり、特に好ましくは0.01重量％以上である。また、表面品質及び経済性の観点から好ましくは20重量％以下、より好ましくは15重量％以下、さらに好ましくは10重量％以下、特に好ましくは５重量％以下である。即ち、研磨液組成物中の無機酸の含有量は好ましくは0.002 〜20重量％、より好ましくは0.005 〜15重量％、さらに好ましくは0.007 〜10重量％、特に好ましくは0.01〜5 重量％である。

また、本発明の研磨液組成物には、必要に応じて、無機塩、増粘剤、防錆剤、塩基性物質等の他の成分を配合することができる。特に、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、硫酸カリウム、硫酸ニッケル、硫酸アルミニウム、スルファミン酸アンモニウム等の無機塩は研磨速度向上の補助的効果がある。これらの成分は単独で用いても良いし、２種類以上混合して用いても良い。また、その含有量は経済性の観点から、研磨液組成物中好ましくは０．０５〜２０重量％、より好ましくは０．０５〜１０重量％、さらに好ましくは０．０５〜５重量％である。

さらに、他の成分として必要に応じて殺菌剤や抗菌剤等を配合することができる。これらの殺菌剤、抗菌剤の含有量は機能を発揮する観点、並びに研磨性能への影響及び経済性の観点から、研磨液組成物中、好ましくは0.0001〜0.1 重量% 、より好ましくは0.001 〜0.05重量％、さらに好ましくは0.002 〜0.02重量％である。

尚、本発明の研磨液組成物の各成分濃度は、研磨する際の好ましい濃度であるが、該組成物の製造時の濃度であって良い。通常、組成物は濃縮液として組成物は製造され、これを使用前あるいは使用時に希釈して用いる場合が多い。

また、研磨液組成物は目的成分を任意の方法で添加、混合して製造することができる。

研磨液組成物のｐＨは、被研磨物の種類や要求品質等に応じて適宜決定することが好ましい。ｐＨは研磨速度とうねり低減の観点から低ければ低いほど好ましいが、加工機械の腐食防止性及び作業者の安全性の観点からはｐH は７に近いほど好ましい。よって両者を加味した場合、0.1 以上６未満が好ましく、さらに好ましくは0.5 以上５未満であり、より好ましく１以上４未満であり、特に好ましくは１以上３未満である。研磨液組成物のｐＨは硝酸、硫酸等の無機酸、オキシカルボン酸、多価カルボン酸やアミノポリカルボン酸、アミノ酸等の有機酸、及びその金属塩やアンモニウム塩、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アミン等の塩基性物質を適宜、所望量で配合することで調整することができる。

本発明の基板の製造方法は、前記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。

本発明の対象とする被研磨基板である磁気ディスク基板とは、磁気記録用媒体の基板として使用されるものである。磁気ディスク基板の具体例としては、アルミニウム合金にＮｉ−Ｐ合金をメッキした基板が代表的であるが、アルミニウム合金の代わりにガラスやグラッシュカーボンを使用し、これにＮｉ−Ｐメッキを施した基板、あるいはＮｉ−Ｐメッキの代わりに、各種金属化合物をメッキや蒸着により被覆した基板を挙げることができる。

前記研磨工程においては、多孔質の有機高分子系の研磨布等を貼り付けた研磨盤で基板を挟み込み、本発明の研磨液組成物を研磨面に供給し、圧力を加えながら研磨盤や基板を動かすことにより、被研磨基板を研磨することができる。したがって、本発明は、前記研磨液組成物を用いて、被研磨基板を研磨する方法に関する。研磨を行なう際の他の条件（研磨機の種類、研磨温度、研磨速度、研磨液の供給量等）については特に限定はない。

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。

実施例１〜６、比較例１〜２
１．研磨液の調製
表１に示すアルミナ（二次粒子の平均粒径0.2 μm 、純度約99.9％）、過酸化物、有機酸、他の添加剤等を所定量、残分をイオン交換水として配合、攪拌し、調製した。

２．研磨方法
厚さ1.27 mm 、直径3.5 インチのNi-Pメッキされたアルミニウム合金からなる基板（「Zygo NewView200 」で短波長うねり3.8nm 、長波長うねり1.6nm ）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、磁気記録媒体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。

両面加工機の設定条件を下記に示す。
＜両面加工機の設定条件＞
両面加工機：スピードファーム（株）製、9B型両面加工機
加工圧力：9.8kPa
研磨パッド：フジボウ（株）製「H9900 」（商品名）
定盤回転数：50r/min
研磨液組成物供給流量：100ml/min
研磨時間：4min
投入した基板の枚数：10枚

３．評価方法
（１）研磨速度
研磨前後の各基板の重さを計り（Sartorius 社製「BP-210S 」）を用いて測定し、各基板の重量変化を求め、１０枚の平均値を減少量とし、それを研磨時間で割った値を重量減少速度とした。重量の減少速度を下記の式に導入し、研磨速度（μm/min ）に変換した。比較例の研磨速度を基準値１として各実験例の研磨速度の相対値（相対速度）を求めた。
重量減少速度(g/min) ＝｛研磨前の重量(g) −研磨後の重量(g) ｝／研磨時間(min)
研磨速度（μm/min)＝重量減少速度(g/min) ／基板片面面積(mm² )
／Ni-Pメッキ密度(g/cm³ )×1000000

（２）うねり
研磨後の各基板を下記の条件で測定した。
機器：Zygo NewView200
レンズ：2.5 倍 Micheison
ズーム比：０．５
リムーブ：Cylinder
フィルター：FFT Fixed Band Pass
短波長うねり：50〜500 μm
長波長うねり：0.5 〜5mm
エリア：4.33mm×5.77mm

（３）表面汚れ
研磨後の各基板の表面を偏光光学顕微鏡にて３００倍で観察し、下記の５段階評価をした。１，２は実用上の不良である。
５：表面にアルミナ残留物や研磨クズ等が全く観察されないもの
４：極わずかしか見られなかったもの
３：少し観察されたもの
２：多く観察されたもの
１：非常に多く観察されたもの

表１に結果を示す。

表１の結果より、実施例１〜６で得られた研磨液組成物は、比較例１〜２のものに比べて、高い研磨速度を有し、短波長うねり、長波長うねりを共に低減することができ、さらに基板の表面汚れも顕著に低減しうるものであることがわかる。

本発明の研磨液組成物は、高品質のハードディスク等の磁気ディスク基板の製造に好適に使用することができる。

Claims

α−アルミナ、水、過酸化水素、有機酸、及び無機酸を含有する磁気ディスク用研磨液組成物であって、前記有機酸が多価カルボン酸であり、前記α−アルミナの二次粒子の平均粒径が0.1 〜0.5 μmである、磁気ディスク用研磨液組成物。
研磨液組成物のｐＨが１以上４未満である、請求項１記載の研磨液組成物。
α−アルミナの含有量が、研磨液組成物中0.05〜40重量％である、請求項１又は２記載の研磨液組成物。
過酸化水素の含有量が、研磨液組成物中0.002〜20重量％である、請求項１〜３いずれか記載の研磨液組成物。
有機酸の含有量が、研磨液組成物中0.002〜20重量％である、請求項１〜４いずれか記載の研磨液組成物。
無機酸の含有量が、研磨液組成物中0.002〜20重量％である、請求項１〜５いずれか記載の研磨液組成物。
請求項１〜６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方法。
請求項１〜６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基板の製造方法。