WO2009154164A1 - 研磨用組成物及びそれを用いた研磨方法 - Google Patents

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WO2009154164A1
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平 大津
圭吾 大橋
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株式会社 フジミインコーポレーテッド
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    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions

Definitions

  • the present invention is used for polishing silicon oxide materials, more specifically, for example, glass substrates for hard disks, synthetic quartz substrates for photomasks, silicon dioxide films for semiconductor devices, borophosphosilicate glass (BPSG) films, phosphosilicate glass (PSG).
  • the present invention relates to a polishing composition mainly used in applications for polishing low dielectric constant films such as films, fluorosilicate glass (FSG) films, and organic siloxane films, and a polishing method using the same.
  • polishing compositions used for polishing silicon oxide materials in order to improve the quality of the silicon oxide material after polishing, the surface roughness of the silicon oxide material after polishing is small and There is a strong demand for silicon oxide materials to have few surface defects such as scratches. Further, in order to shorten the time required for the polishing operation, it is also required that the polishing rate (removal rate) of the silicon oxide material is high.
  • the polishing compositions described in Patent Documents 1 to 4 are known as polishing compositions that can be used for polishing silicon oxide materials.
  • the polishing composition of Patent Document 1 contains abrasive grains such as colloidal silica and a polymer having a sulfonic acid group such as an acrylic acid / sulfonic acid copolymer.
  • the polishing composition of Patent Document 2 includes abrasive grains such as colloidal silica, and a zeta potential adjusting agent comprising an acid, a base, a salt, or a surfactant for adjusting the zeta potential of the abrasive grains to ⁇ 15 to 40 mV. Contains.
  • the polishing composition of Patent Document 3 contains colloidal silica having an average primary particle size of 60 nm or less, and the pH is adjusted to 0.5 to 4.
  • the polishing composition of Patent Document 4 contains colloidal silica having a degree of association greater than 1 and an acid, and the pH is adjusted to 1 to 4.
  • these conventional polishing compositions are insufficient to sufficiently satisfy all the above requirements, and there is still room for improvement.
  • an object of the present invention is to provide a polishing composition that can be more suitably used in an application for polishing a silicon oxide material, and a polishing method using the same.
  • general formula (1) R 2 —R 1 —SO 3 H (However, R 1 is a linear alkylene or hydroxyalkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and R 2 is a hydroxy group, a carboxy group, or a sulfonic acid group when R 1 is a linear alkylene group, , When R 1 is a linear hydroxyalkylene group, it is a carboxy group or a hydroxymethyl group.) Or general formula (2): C 6 H 5 -R 3 (However, R 3 is a sulfonic acid group or a phosphonic acid group.) A polishing composition containing an acid represented by the formula (I) and abrasive grains is provided.
  • the acid contained in the polishing composition is preferably isethionic acid or benzenesulfonic acid.
  • the polishing composition may further contain a water-soluble polymer.
  • a polishing method for polishing a silicon oxide material using the above polishing composition is provided.
  • a polishing composition that can be more suitably used in an application for polishing a silicon oxide material, and a polishing method using the same.
  • the polishing composition of this embodiment is produced by mixing a specific acid and abrasive grains with water. Accordingly, the polishing composition contains a specific acid, abrasive grains, and water.
  • the polishing composition of the present embodiment includes a glass substrate for hard disk, a synthetic quartz substrate for photomask, a silicon dioxide film of a semiconductor device, a BPSG film, a PSG film, an FSG film, and an oxide containing a low dielectric constant film such as an organic siloxane film. Mainly used for polishing silicon material.
  • R 2 is a linear alkylene or hydroxyalkylene group having 1 to 4 carbon atoms, preferably 2 or 3 carbon atoms, particularly preferably 2 carbon atoms
  • R 2 is R 1 Is a linear alkylene group, it is a hydroxy group (—OH), a carboxy group (—COOH) or a sulfonic acid group (—SO 3 H), and when R 1 is a linear hydroxyalkylene group, Or, it is a hydroxymethyl group (—CH 2 OH).
  • the straight-chain alkylene group having 1 to 4 carbon atoms specifically includes a methylene group (—CH 2 —), an ethylene group (—CH 2 CH 2 —), a propylene group (—CH 2 CH 2 CH 2 —). Or a butylene group (—CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 —), and the straight-chain hydroxyalkylene group having 1 to 4 carbon atoms is a hydrogen atom in the straight-chain alkylene group having 1 to 4 carbon atoms. Is substituted with a hydroxy group.
  • the acid represented by the general formula (1) include isethionic acid (HOCH 2 CH 2 SO 3 H), sulfopropionic acid (HOOCCH 2 CH 2 SO 3 H), sulfopropanediol (HOCH 2 CH (OH)). CH 2 SO 3 H) and ethionic acid (HO 3 SCH 2 CH 2 SO 3 H).
  • the specific acid contained in the polishing composition is represented by the general formula (2): C 6 H 5 -R 3 It is an acid represented by However, in the general formula (2), R 3 is a sulfonic acid group (—SO 3 H) or a phosphonic acid group (—PO 3 H 2 ). That is, the acid represented by the general formula (2) is benzenesulfonic acid (C 6 H 5 SO 3 H) or benzenephosphonic acid (C 6 H 5 PO 3 H 2 ).
  • the polishing rate of the silicon oxide material by the polishing composition can be greatly increased. This is because the increase in the polishing rate due to the addition of acid does not occur through the corrosion of the silicon oxide material by the acid, but the action of this acid moderates the repulsive force between the abrasive grains and the silicon oxide material. It is presumed that this occurs through the occurrence of moderate aggregation of the abrasive grains.
  • the acid represented by the general formula (1) in which R 1 is a linear alkylene group having 2 carbon atoms and R 2 is a hydroxy group, that is, isethionic acid is polished. Since the effect
  • the acid represented by the general formula (2) in which R 3 is a sulfonic acid group, that is, benzenesulfonic acid is also a silicon oxide material after polishing with the polishing composition. Since the effect of increasing the surface roughness is weak, it can be particularly suitably used as an acid contained in the polishing composition.
  • the content of the acid represented by the general formula (1) or (2) in the polishing composition is preferably 0.001 mol / L or more, more preferably 0.01 mol / L or more, and particularly preferably 0. .015 mol / L or more.
  • the content of the acid represented by the general formula (1) or (2) in the polishing composition is 0.001 mol / L or more, more specifically 0.01 mol / L or more or 0.015 mol / L or more. In this case, it becomes easy to improve the polishing rate of the silicon oxide material by the polishing composition to a particularly suitable level for practical use.
  • the content of the acid represented by the general formula (1) or (2) in the polishing composition is preferably 3 mol / L or less, more preferably 1 mol / L or less, particularly preferably 0.5 mol. / L or less.
  • the content of the acid represented by the general formula (1) or (2) in the polishing composition is 3 mol / L or less, more specifically 1 mol / L or less or 0.5 mol / L or less. This makes it easy to reduce the surface roughness of the silicon oxide material after polishing with the polishing composition to a particularly suitable level for practical use.
  • the type of abrasive grains contained in the polishing composition is not particularly limited.
  • oxide particles such as silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, cerium oxide, or resin particles are used. be able to.
  • silicon dioxide such as colloidal silica and fumed silica can be suitably used when the polishing composition is used for polishing silicon oxide materials, and among these, colloidal silica is particularly preferable.
  • colloidal silica can be suitably used when the polishing composition is used for polishing silicon oxide materials, and among these, colloidal silica is particularly preferable.
  • the average particle diameter (average primary particle diameter) calculated from the BET specific surface area of the abrasive grains contained in the polishing composition is preferably 1 nm or more, more preferably 5 nm or more, still more preferably 10 nm or more, particularly preferably. Is 13 nm or more.
  • the polishing rate of the silicon oxide material by the polishing composition increases.
  • the average primary particle diameter of the abrasive grains is 1 nm or more, more specifically 5 nm or more, 10 nm or more, or 13 nm or more, the polishing rate of the silicon oxide material by the polishing composition is brought to a particularly suitable level for practical use. It becomes easy to improve.
  • the average primary particle diameter of the abrasive grains contained in the polishing composition is preferably 80 nm or less, more preferably 40 nm or less, still more preferably 30 m or less, and particularly preferably 27 nm or less.
  • the surface roughness of the silicon oxide material after polishing with the polishing composition decreases.
  • the average primary particle diameter of the abrasive grains is 80 nm or less, more specifically 40 nm or less, 30 m or less, or 27 nm or less, the surface roughness of the silicon oxide material after polishing with the polishing composition is particularly practical. It becomes easy to improve to a suitable level.
  • the average particle size (average secondary particle size) obtained by the dynamic scattering method of the abrasive grains contained in the polishing composition is preferably 5 nm or more, more preferably 10 nm or more, and even more preferably 15 nm or more. .
  • the polishing rate of the silicon oxide material by the polishing composition increases.
  • the average secondary particle diameter of the abrasive grains is 5 nm or more, more specifically 10 nm or more or 15 nm or more, the polishing rate of the silicon oxide material by the polishing composition is improved to a particularly suitable level for practical use. It becomes easy to make.
  • the average secondary particle diameter of the abrasive grains contained in the polishing composition is preferably 200 nm or less, more preferably 150 nm or less, still more preferably 100 nm or less, and particularly preferably 60 nm or less.
  • the surface roughness of the silicon oxide material after polishing with the polishing composition decreases.
  • the average secondary particle diameter of the abrasive grains is 200 nm or less, more specifically 150 nm or less, 100 nm or less, or 60 nm or less, the surface roughness of the silicon oxide material after polishing with the polishing composition is practically used. It becomes easy to improve to a particularly suitable level.
  • the value obtained by dividing the value of the average secondary particle size of the abrasive grains contained in the polishing composition by the value of the average primary particle size is preferably 3 or less, more preferably 2.5 or less, Particularly preferably, it is 2 or less. As this value decreases, the surface roughness and the number of scratches of the silicon oxide material after polishing with the polishing composition are reduced.
  • the polishing composition It becomes easy to reduce the surface roughness and the number of scratches of the silicon oxide material after polishing with an object to a particularly suitable level for practical use.
  • the content of abrasive grains in the polishing composition is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and further preferably 3% by mass or more. As the abrasive grain content increases, the polishing rate of the silicon oxide material by the polishing composition increases. In this respect, when the content of the abrasive grains in the polishing composition is 0.1% by mass or more, more specifically, 1% by mass or more, or 3% by mass or more, polishing of the silicon oxide material by the polishing composition It becomes easy to improve the speed to a particularly suitable level for practical use.
  • the content of abrasive grains in the polishing composition is preferably 20% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, and further preferably 10% by mass or less.
  • the slurry stability of the polishing composition improves.
  • the content of the abrasive grains in the polishing composition is 20% by mass or less, more specifically 15% by mass or less, or 10% by mass or less, the slurry stability of the polishing composition is particularly practical. It becomes easy to improve to a suitable level.
  • the upper limit of the pH value of the polishing composition is not particularly limited, but it is preferably 3 or less when used for polishing a glass substrate for hard disk or a synthetic quartz substrate for photomask, More preferably, it is 2.5 or less, More preferably, it is 2 or less, Most preferably, it is 1.5 or less. As the pH value of the polishing composition decreases, the polishing rate of the glass substrate for hard disk and the synthetic quartz substrate for photomask with the polishing composition increases.
  • the polishing composition has a pH of 3 or less, more specifically 2.5 or less, 2 or less, or 1.5 or less, a glass substrate for a hard disk and a synthetic quartz substrate for a photomask made of the polishing composition It becomes easy to improve the polishing rate to a level particularly suitable for practical use.
  • the lower limit of the pH value of the polishing composition is not particularly limited, but when used for polishing a glass substrate for hard disk or a synthetic quartz substrate for photomask, the polishing pad may be damaged. In order to reduce it, it is preferably 0.5 or more, more preferably 1 or more.
  • an acid or an alkali may be separately added to the polishing composition.
  • the acid or alkali used may be any. According to this embodiment, the following advantages are obtained.
  • the polishing composition of the present embodiment contains the acid represented by the general formula (1) or (2) and abrasive grains, the silicon oxide material is removed at a high removal rate and polished. Polishing can be performed while reducing the surface roughness and the number of scratches of the material. Therefore, the polishing composition of the present embodiment can be suitably used for the purpose of polishing a silicon oxide material.
  • the embodiment may be modified as follows.
  • the polishing composition of the embodiment may further contain a water-soluble polymer.
  • a water-soluble polymer When the water-soluble polymer is further contained, the surface roughness of the silicon oxide material after polishing with the polishing composition is further reduced.
  • water-soluble polymers examples include polystyrene sulfonates, polyacrylates, and polyvinyl acetates, and polystyrene sulfonates such as sodium polystyrene sulfonate can be used particularly preferably.
  • the weight average molecular weight of the polystyrene sulfonate is preferably in the range of 1,000 to 5,000,000, more preferably in the range of 10,000 to 2.5 million, and particularly preferably in the range of 500,000 to 2,000,000.
  • the polishing composition of the above embodiment may further contain an oxidizing agent.
  • oxidants include hydrogen peroxide, peroxide, nitrate, iodate, periodate, hypochlorite, chlorite, chlorate, perchlorate, persulfate , Dichromate, permanganate, ozone water, silver (II) salt, iron (III) salt and the like, and hydrogen peroxide can be particularly preferably used.
  • Each of the polishing compositions of the above embodiments may be prepared by diluting a stock solution of the polishing composition with water.
  • Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 18 polishing compositions were prepared by mixing acid and colloidal silica in water together with a water-soluble polymer as necessary.
  • polishing compositions were prepared by appropriately mixing an acid, colloidal silica, and a water-soluble polymer with water. The details of the acid, colloidal silica and water-soluble polymer in the polishing composition of each example, and the results of measuring the pH of the polishing composition of each example are shown in Tables 1 and 2.
  • A1 is isethionic acid
  • A2 is sulfopropionic acid
  • A3 is sulfopropanediol
  • A4 is benzenesulfonic acid
  • A5 is ethionic acid
  • A6 is sulfuric acid
  • A7 is nitric acid
  • A8 is hydrochloric acid
  • A9 is phosphoric acid
  • A10 is phosphonic acid
  • A11 is citric acid
  • A12 is acetic acid
  • A13 is formic acid
  • A14 is glycolic acid
  • A15 is taurine
  • A16 is methanesulfonic acid
  • A17 is ethanesulfonic acid
  • A18 is ethylene glycol
  • A19 is p-toluenesulfonic acid
  • A20 represents potassium gluconate.
  • B1 is colloidal silica having an average primary particle diameter of 16 nm and an average secondary particle diameter of 16 nm
  • B2 is colloidal silica having an average primary particle size of 23 nm and an average secondary particle size of 35 nm
  • B3 represents colloidal silica having an average primary particle diameter of 30 nm and an average secondary particle diameter of 40 nm.
  • C1 is sodium polystyrene sulfonate having a weight average molecular weight of 10,000
  • C2 is sodium polystyrene sulfonate having a weight average molecular weight of 500,000
  • C3 represents sodium polystyrene sulfonate having a weight average molecular weight of 1,000,000.
  • the surface of an aluminosilicate glass substrate for magnetic disk having a diameter of 2.5 inches (about 65 mm) was polished under the conditions shown in Table 3 using the polishing composition of each example, and based on the difference in weight of the substrate before and after polishing.
  • the polishing rate was determined. When the determined polishing rate value is 0.059 ⁇ m / min or more, “5”, and when it is 0.046 ⁇ m / min or more and less than 0.059 ⁇ m / min, “4”, 0.033 ⁇ m / min or more and 0.
  • the result is evaluated as “3” when less than 046 ⁇ m / min, “2” when less than 0.020 ⁇ m / min and less than 0.033 ⁇ m / min, and “1” when less than 0.020 ⁇ m / min. It is shown in the “polishing rate” column of Tables 1 and 2. Score 4 and score 5, that is, 0.046 ⁇ m / min or more are acceptable levels.
  • the surface roughness Ra of the aluminosilicate glass substrate after polishing using the polishing composition of each example was measured using an atomic force microscope “Nanoscope III Dimension 3000” manufactured by Digital Instruments.
  • the measured surface roughness Ra is less than 0.60 mm, it is “6”, when it is 0.60 mm or more and less than 0.64 mm, it is “5”, and when it is 0.64 mm or more and less than 0.68 mm.
  • the results are shown in the “surface roughness” column of Tables 1 and 2.
  • a score of 3 to 6, that is, less than 0.72 mm is a passing level.
  • the number of scratches on the surface of the aluminosilicate glass substrate after polishing using the polishing composition of each example was measured using a visual inspection apparatus “Micromax VMX2100” manufactured by Vision Cytec. Tables 1 and 2 show the results evaluated as “3” when the number of scratches measured per surface is less than 10, “2” when 10 or more and less than 20, and “1” when 20 or more. In the “Scratch Count” column. Grade 2 and grade 3, ie less than 20 per face, are acceptable levels.
  • Example 21 to 24 the polishing composition was prepared by mixing acid and colloidal silica in water together with a pH adjuster as necessary.
  • colloidal silica was mixed with water together with a pH adjuster as necessary to prepare polishing compositions.
  • the details of the acid, colloidal silica and pH adjuster in the polishing composition of each example, and the results of measuring the pH of the polishing composition of each example are shown in Table 4.
  • A1 in the “Acid type and concentration” column represents isethionic acid
  • B4 in the “Colloidal silica type and concentration” column represents colloidal silica having an average primary particle size of 35 nm and an average secondary particle size of 66 nm.
  • C1 represents nitric acid
  • C2 represents ammonia.
  • a 60 mm ⁇ 60 mm small piece was cut out from a silicon substrate having an 8 inch diameter (about 200 mm) provided with a silicon dioxide film, and the surface of the small piece was polished using the polishing composition of each example under the conditions shown in Table 5.
  • the polishing rate was determined based on the difference in film thickness on the substrate piece before and after polishing. The results are shown in the “Polishing rate” column of Table 4.

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Abstract

　Ｒ２－Ｒ１－ＳＯ３Ｈ（ただし、Ｒ１は、炭素数１～４の直鎖アルキレン又はヒドロキシアルキレン基であり、Ｒ２は、Ｒ１が直鎖アルキレン基の場合にはヒドロキシ基、カルボキシ基又はスルホン酸基であって、Ｒ１が直鎖ヒドロキシアルキレン基の場合にはカルボキシ基又はヒドロキシメチル基である。）又はＣ６Ｈ５－Ｒ３（ただし、Ｒ３は、スルホン酸基又はホスホン酸基である。）で表される酸と砥粒とを含有する研磨用組成物が提供される。研磨用組成物中に含まれる酸は、イセチオン酸又はベンゼンスルホン酸であることが好ましい。研磨用組成物は、ハードディスク用ガラス基板やフォトマスク用合成石英基板、半導体デバイスの二酸化シリコン膜、ＢＰＳＧ膜、ＰＳＧ膜、ＦＳＧ膜及び有機シロキサン膜などの低誘電率膜を含む酸化ケイ素材料を研磨する用途で主に使用される。

Description

研磨用組成物及びそれを用いた研磨方法
　本発明は、酸化ケイ素材料を研磨する用途、より具体的には、例えば、ハードディスク用ガラス基板やフォトマスク用合成石英基板、半導体デバイスの二酸化シリコン膜、borophosphosilicate glass（ＢＰＳＧ）膜、phosphosilicate glass（ＰＳＧ）膜、fluorosilicate glass（ＦＳＧ）膜及び有機シロキサン膜などの低誘電率膜を研磨する用途において主に使用される研磨用組成物及びそれを用いた研磨方法に関する。
　酸化ケイ素材料を研磨する用途で使用される研磨用組成物に対しては、研磨後の酸化ケイ素材料の品質向上のために、研磨後の酸化ケイ素材料の表面粗さが小さいこと及び研磨後の酸化ケイ素材料にスクラッチのような表面欠陥が少ないことが強く要求されている。また、研磨作業にかかる時間を短縮させるためには、酸化ケイ素材料の研磨速度（除去速度）が高いことも要求されている。
　酸化ケイ素材料を研磨する用途で使用しうる研磨用組成物として、従来、例えば特許文献１～４に記載の研磨用組成物が知られている。特許文献１の研磨用組成物は、コロイダルシリカのような砥粒と、アクリル酸／スルホン酸共重合体のようなスルホン酸基を有する重合体とを含有している。特許文献２の研磨用組成物は、コロイダルシリカのような砥粒と、砥粒のゼータ電位を－１５～４０ｍＶに調整するための酸、塩基、塩又は界面活性剤からなるゼータ電位調整剤とを含有している。特許文献３の研磨用組成物は、平均一次粒子径が６０ｎｍ以下のコロイダルシリカを含有し、ｐＨが０．５～４に調整されている。特許文献４の研磨用組成物は、会合度が１よりも大きいコロイダルシリカ及び酸を含有し、ｐＨが１～４に調整されている。しかしながら、これら従来の研磨用組成物は上記した要求のすべてを十分に満足させるには不十分であり、なお改善の余地がある。
特開２００６－１６７８１７号公報 特開２００６－７３９９号公報 特開２００７－２１３０２０号公報 特開２００８－１１７８０７号公報
　そこで、本発明の目的は、酸化ケイ素材料を研磨する用途においてより好適に使用可能な研磨用組成物及びそれを用いた研磨方法を提供することにある。
　上記の目的を達成するために、本発明の一態様では、一般式（１）：
Ｒ２－Ｒ１－ＳＯ３Ｈ
（ただし、Ｒ１は、炭素数１～４の直鎖アルキレン又はヒドロキシアルキレン基であり、Ｒ２は、Ｒ１が直鎖アルキレン基の場合にはヒドロキシ基、カルボキシ基又はスルホン酸基であって、Ｒ１が直鎖ヒドロキシアルキレン基の場合にはカルボキシ基又はヒドロキシメチル基である。）
又は、一般式（２）：
Ｃ６Ｈ５－Ｒ３
（ただし、Ｒ３は、スルホン酸基又はホスホン酸基である。）
で表される酸と砥粒とを含有する研磨用組成物が提供される。
　研磨用組成物中に含まれる酸は、イセチオン酸又はベンゼンスルホン酸であることが好ましい。研磨用組成物は、水溶性高分子をさらに含有してもよい。
　本発明の別の態様では、上記の研磨用組成物を用いて、酸化ケイ素材料を研磨する研磨方法が提供される。
　本発明によれば、酸化ケイ素材料を研磨する用途においてより好適に使用可能な研磨用組成物及びそれを用いた研磨方法が提供される。
　以下、本発明の一実施形態を説明する。
　本実施形態の研磨用組成物は、特定の酸及び砥粒を水に混合して製造される。従って、研磨用組成物は、特定の酸、砥粒及び水を含有する。本実施形態の研磨用組成物は、ハードディスク用ガラス基板やフォトマスク用合成石英基板、半導体デバイスの二酸化シリコン膜、ＢＰＳＧ膜、ＰＳＧ膜、ＦＳＧ膜及び有機シロキサン膜などの低誘電率膜を含む酸化ケイ素材料を研磨する用途で主に使用される。
　研磨用組成物中に含まれる前記特定の酸は、一般式（１）：
Ｒ２－Ｒ１－ＳＯ３Ｈ
で表わされる酸である。ただし、一般式（１）において、Ｒ１は、炭素数１～４、好ましくは炭素数２又は３、特に好ましくは炭素数２の直鎖アルキレン又はヒドロキシアルキレン基であり、Ｒ２は、Ｒ１が直鎖アルキレン基の場合にはヒドロキシ基（－ＯＨ）、カルボキシ基（－ＣＯＯＨ）又はスルホン酸基（－ＳＯ３Ｈ）であって、Ｒ１が直鎖ヒドロキシアルキレン基の場合にはカルボキシ基又はヒドロキシメチル基（－ＣＨ２ＯＨ）である。ここで、炭素数１～４の直鎖アルキレン基とは具体的に、メチレン基（－ＣＨ２－）、エチレン基（－ＣＨ２ＣＨ２－）、プロピレン基（－ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２－）又はブチレン基（－ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２－）であり、炭素数１～４の直鎖ヒドロキシアルキレン基とは、炭素数１～４の直鎖アルキレン基の中の水素原子の一つがヒドロキシ基で置換されたものである。一般式（１）で表わされる酸の具体例としては、イセチオン酸（ＨＯＣＨ２ＣＨ２ＳＯ３Ｈ）、スルホプロピオン酸（ＨＯＯＣＣＨ２ＣＨ２ＳＯ３Ｈ）、スルホプロパンジオール（ＨＯＣＨ２ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２ＳＯ３Ｈ）、エチオン酸（ＨＯ３ＳＣＨ２ＣＨ２ＳＯ３Ｈ）が挙げられる。
　あるいは、研磨用組成物中に含まれる前記特定の酸は、一般式（２）：
Ｃ６Ｈ５－Ｒ３
で表される酸である。ただし、一般式（２）において、Ｒ３は、スルホン酸基（－ＳＯ３Ｈ）又はホスホン酸基（－ＰＯ３Ｈ２）である。すなわち、一般式（２）で表される酸は、ベンゼンスルホン酸（Ｃ６Ｈ５ＳＯ３Ｈ）又はベンゼンホスホン酸（Ｃ６Ｈ５ＰＯ３Ｈ２）である。
　一般式（１）又は（２）で表される酸を研磨用組成物に添加することにより、研磨用組成物による研磨後の酸化ケイ素材料の表面粗さ及びスクラッチ数をそれほど増大させることなく、研磨用組成物による酸化ケイ素材料の研磨速度を大きく増大させることが可能となる。これは、酸の添加による研磨速度の増大が、酸によって酸化ケイ素材料が腐食されることを通じて起こるのではなく、この酸の働きによって砥粒と酸化ケイ素材料の間の反発力が適度に緩和されること、また砥粒同士の適度な凝集が起こることを通じて起こるためと推察される。
　一般式（１）で表される酸の中でも、Ｒ１が炭素数２の直鎖アルキレン基であってＲ２がヒドロキシ基である一般式（１）で表わされる酸、すなわちイセチオン酸は、研磨用組成物による研磨後の酸化ケイ素材料の表面粗さを増大させる作用が弱いことから、研磨用組成物中に含まれる酸として特に好適に使用されうる。また、一般式（２）で表される酸の中でも、Ｒ３がスルホン酸基である一般式（２）で表わされる酸、すなわちベンゼンスルホン酸も、研磨用組成物による研磨後の酸化ケイ素材料の表面粗さを増大させる作用が弱いことから、研磨用組成物中に含まれる酸として特に好適に使用されうる。
　研磨用組成物中の一般式（１）又は（２）で表される酸の含有量は０．００１ｍｏｌ／Ｌ以上であることが好ましく、より好ましくは０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上、特に好ましくは０．０１５ｍｏｌ／Ｌ以上である。この酸の含有量が多くなるにつれて、研磨用組成物による酸化ケイ素材料の研磨速度は向上する傾向にある。この点、研磨用組成物中の一般式（１）又は（２）で表される酸の含有量が０．００１ｍｏｌ／Ｌ以上、さらに言えば０．０１ｍｏｌ／Ｌ以上又は０．０１５ｍｏｌ／Ｌ以上である場合には、研磨用組成物による酸化ケイ素材料の研磨速度を実用上特に好適なレベルにまで向上させることが容易となる。
　また、研磨用組成物中の一般式（１）又は（２）で表される酸の含有量は３ｍｏｌ／Ｌ以下であることが好ましく、より好ましくは１ｍｏｌ／Ｌ以下、特に好ましくは０．５ｍｏｌ／Ｌ以下である。この酸の含有量が少なくなるにつれて、研磨用組成物による研磨後の酸化ケイ素材料の表面粗さは低減される。この点、研磨用組成物中の一般式（１）又は（２）で表される酸の含有量が３ｍｏｌ／Ｌ以下、さらに言えば１ｍｏｌ／Ｌ以下又は０．５ｍｏｌ／Ｌ以下である場合には、研磨用組成物による研磨後の酸化ケイ素材料の表面粗さを実用上特に好適なレベルにまで低減させることが容易となる。
　研磨用組成物中に含まれる前記砥粒は特に種類を限定されるものではなく、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化セリウムなどの酸化物粒子、あるいは樹脂粒子を使用することができる。ただし、酸化ケイ素材料を研磨する用途で研磨用組成物が用いられる場合に好適に使用されうるのはコロイダルシリカやフュームドシリカなどの二酸化ケイ素であり、その中でも特にコロイダルシリカである。二酸化ケイ素、中でもコロイダルシリカを砥粒として使用した場合には、研磨用組成物による研磨後の酸化ケイ素材料はスクラッチ数が特に低減される。
　研磨用組成物中に含まれる砥粒のＢＥＴ比表面積から算出される平均粒子径（平均一次粒子径）は１ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは５ｎｍ以上、さらに好ましくは１０ｎｍ以上、特に好ましくは１３ｎｍ以上である。平均一次粒子径が大きくなるにつれて、研磨用組成物による酸化ケイ素材料の研磨速度は向上する。この点、砥粒の平均一次粒子径が１ｎｍ以上、さらに言えば５ｎｍ以上、１０ｎｍ以上又は１３ｎｍ以上である場合には、研磨用組成物による酸化ケイ素材料の研磨速度を実用上特に好適なレベルにまで向上させることが容易となる。
　また、研磨用組成物中に含まれる砥粒の平均一次粒子径は８０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは４０ｎｍ以下、さらに好ましくは３０ｍ以下、特に好ましくは２７ｎｍ以下である。平均一次粒子径が小さくなるにつれて、研磨用組成物による研磨後の酸化ケイ素材料は表面粗さが低減される。この点、砥粒の平均一次粒子径が８０ｎｍ以下、さらに言えば４０ｎｍ以下、３０ｍ以下又は２７ｎｍ以下である場合には、研磨用組成物による研磨後の酸化ケイ素材料の表面粗さを実用上特に好適なレベルにまで向上させることが容易となる。
　研磨用組成物中に含まれる砥粒の動的散乱法により求められる平均粒子径（平均二次粒子径）は５ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ以上、さらに好ましくは１５ｎｍ以上である。平均二次粒子径が大きくなるにつれて、研磨用組成物による酸化ケイ素材料の研磨速度は向上する。この点、砥粒の平均二次粒子径が５ｎｍ以上、さらに言えば１０ｎｍ以上又は１５ｎｍ以上である場合には、研磨用組成物による酸化ケイ素材料の研磨速度を実用上特に好適なレベルにまで向上させることが容易となる。
　また、研磨用組成物中に含まれる砥粒の平均二次粒子径は２００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１５０ｎｍ以下、さらに好ましくは１００ｎｍ以下、特に好ましくは６０ｎｍ以下である。平均二次粒子径が小さくなるにつれて、研磨用組成物による研磨後の酸化ケイ素材料は表面粗さが低減される。この点、砥粒の平均二次粒子径が２００ｎｍ以下、さらに言えば１５０ｎｍ以下、１００ｎｍ以下又は６０ｎｍ以下である場合には、研磨用組成物による研磨後の酸化ケイ素材料の表面粗さを実用上特に好適なレベルにまで向上させることが容易となる。
　研磨用組成物中に含まれる砥粒の平均二次粒子径の値を平均一次粒子径の値で除して得られる値は、３以下であることが好ましく、より好ましくは２．５以下、特に好ましくは２以下である。この値が小さくなるにつれて、研磨用組成物による研磨後の酸化ケイ素材料は表面粗さ及びスクラッチ数が低減される。この点、砥粒の平均二次粒子径の値を平均一次粒子径の値で除して得られる値が３以下、さらに言えば２．５以下又は２以下である場合には、研磨用組成物による研磨後の酸化ケイ素材料の表面粗さ及びスクラッチ数を実用上特に好適なレベルにまで低減させることが容易となる。
　研磨用組成物中の砥粒の含有量は０．１質量％以上であることが好ましく、より好ましくは１質量％以上、さらに好ましくは３質量％以上である。砥粒の含有量が多くなるにつれて、研磨用組成物による酸化ケイ素材料の研磨速度は向上する。この点、研磨用組成物中の砥粒の含有量が０．１質量％以上、さらに言えば１質量％以上又は３質量％以上である場合には、研磨用組成物による酸化ケイ素材料の研磨速度を実用上特に好適なレベルにまで向上させることが容易となる。
　また、研磨用組成物中の砥粒の含有量は２０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは１５質量％以下、さらに好ましくは１０質量％以下である。砥粒の含有量が少なくなるにつれて、研磨用組成物のスラリー安定性は向上する。この点、研磨用組成物中の砥粒の含有量が２０質量％以下、さらに言えば１５質量％以下又は１０質量％以下である場合には、研磨用組成物のスラリー安定性を実用上特に好適なレベルにまで向上させることが容易となる。
　研磨用組成物のｐＨの値は特に上限を限定されるものではないが、ハードディスク用ガラス基板又はフォトマスク用合成石英基板を研磨する用途で使用される場合には３以下であることが好ましく、より好ましくは２．５以下、さらに好ましくは２以下、特に好ましくは１．５以下である。研磨用組成物のｐＨの値が小さくなるにつれて、研磨用組成物によるハードディスク用ガラス基板及びフォトマスク用合成石英基板の研磨速度は向上する。この点、研磨用組成物のｐＨが３以下、さらに言えば２．５以下、２以下又は１．５以下である場合には、研磨用組成物によるハードディスク用ガラス基板及びフォトマスク用合成石英基板の研磨速度を実用上特に好適なレベルにまで向上させることが容易となる。
　また、研磨用組成物のｐＨの値は特に下限を限定されるものではないが、ハードディスク用ガラス基板又はフォトマスク用合成石英基板を研磨する用途で使用される場合には、研磨パッドのダメージを少なくするためには０．５以上であることが好ましく、より好ましくは１以上である。
　研磨用組成物のｐＨを所望の値に調整する目的で酸又はアルカリを研磨用組成物に別途に添加してもよい。使用される酸又はアルカリは任意のものであってよい。
　本実施形態によれば、以下の利点が得られる。
　本実施形態の研磨用組成物は、一般式（１）又は（２）で表される酸及び砥粒を含有しているために、酸化ケイ素材料を高い除去速度でかつ、研磨後の酸化ケイ素材料の表面粗さ及びスクラッチ数を良好に低減しながら研磨することができる。従って、本実施形態の研磨用組成物は、酸化ケイ素材料を研磨する用途で好適に使用することができる。
　前記実施形態は、次のようにして変更されてもよい。
　前記実施形態の研磨用組成物は、水溶性高分子をさらに含有してもよい。水溶性高分子をさらに含有させた場合には、研磨用組成物による研磨後の酸化ケイ素材料の表面粗さがより一層低減される。使用可能な水溶性高分子としては、ポリスチレンスルホン酸塩、ポリアクリル酸塩、ポリ酢酸ビニルなどが挙げられるが、特に好適に使用されうるのは、ポリスチレンスルホン酸ナトリウムなどのポリスチレンスルホン酸塩である。ポリスチレンスルホン酸塩の重量平均分子量は１千から５００万の範囲内であることが好ましく、より好ましくは１万～２５０万の範囲内、特に好ましくは５０万～２００万の範囲内である。
　前記実施形態の研磨用組成物は、酸化剤をさらに含有してもよい。使用可能な酸化剤としては、過酸化水素、過酸化物、硝酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸塩、次亜塩素酸塩、亜塩素酸塩、塩素酸塩、過塩素酸塩、過硫酸塩、重クロム酸塩、過マンガン酸塩、オゾン水、銀（ＩＩ）塩、鉄（ＩＩＩ）塩などが挙げられるが、特に好適に使用されうるのは過酸化水素である。
　前記実施形態の研磨用組成物には、必要に応じて、キレート剤や界面活性剤、ｐＨ調整剤、防腐剤、防黴剤、防錆剤などの添加剤を添加してもよい。
　前記実施形態の研磨用組成物はそれぞれ研磨用組成物の原液を水で希釈することによって調製されてもよい。
　次に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
　＜実施例１～１５及び比較例１～１８＞
　実施例１～実施例１５では、酸及びコロイダルシリカを、必要に応じて水溶性高分子とともに水に混合して研磨用組成物を調製した。比較例１～比較例１８では、酸、コロイダルシリカ及び水溶性高分子を適宜に水と混合して研磨用組成物を調製した。各例の研磨用組成物中の酸、コロイダルシリカ及び水溶性高分子の詳細、並びに各例の研磨用組成物のｐＨを測定した結果を表１及び表２に示す。
　なお、表１及び表２の“酸の種類及び濃度”欄中、
Ａ１は、イセチオン酸、
Ａ２は、スルホプロピオン酸、
Ａ３は、スルホプロパンジオール、
Ａ４は、ベンゼンスルホン酸、
Ａ５は、エチオン酸、
Ａ６は、硫酸、
Ａ７は、硝酸、
Ａ８は、塩酸、
Ａ９は、リン酸、
Ａ１０は、ホスホン酸、
Ａ１１は、クエン酸、
Ａ１２は、酢酸、
Ａ１３は、ギ酸、
Ａ１４は、グリコール酸、
Ａ１５は、タウリン、
Ａ１６は、メタンスルホン酸、
Ａ１７は、エタンスルホン酸、
Ａ１８は、エチレングリコール、
Ａ１９は、パラトルエンスルホン酸、
Ａ２０は、グルコン酸カリウムを表す。
　表１及び表２の“コロイダルシリカの種類及び濃度”欄中、
Ｂ１は、平均一次粒子径１６ｎｍ、平均二次粒子径１６ｎｍのコロイダルシリカ、
Ｂ２は、平均一次粒子径２３ｎｍ、平均二次粒子径３５ｎｍのコロイダルシリカ、
Ｂ３は、平均一次粒子径３０ｎｍ、平均二次粒子径４０ｎｍのコロイダルシリカを表す。
　表１及び表２の“水溶性高分子の種類及び濃度”欄中、
Ｃ１は、重量平均分子量が１万のポリスチレンスルホン酸ナトリウム、
Ｃ２は、重量平均分子量が５０万のポリスチレンスルホン酸ナトリウム、
Ｃ３は、重量平均分子量が１００万のポリスチレンスルホン酸ナトリウムを表す。
　直径２．５インチ（約６５ｍｍ）の磁気ディスク用アルミノシリケートガラス基板の表面を、各例の研磨用組成物を用いて表３に示す条件で研磨し、研磨前後の基板の重量の差に基づいて研磨速度を求めた。求められた研磨速度の値が０．０５９μｍ／分以上の場合には“５”、０．０４６μｍ／分以上０．０５９μｍ／分未満の場合には“４”、０．０３３μｍ／分以上０．０４６μｍ／分未満の場合には“３”、０．０２０μｍ／分以上０．０３３μｍ／分未満の場合には“２”、０．０２０μｍ／分未満の場合には“１”と評価した結果を表１及び表２の“研磨速度”欄に示す。評点４及び評点５、すなわち０．０４６μｍ／分以上が合格レベルである。
　各例の研磨用組成物を用いて研磨後のアルミノシリケートガラス基板の表面粗さＲａを、デジタルインスツルメンツ社製の原子間力顕微鏡“ナノスコープＩＩＩ　ディメンジョン３０００”を使用して測定した。測定された表面粗さＲａの値が０．６０Å未満の場合には“６”、０．６０Å以上０．６４Å未満の場合には“５”、０．６４Å以上０．６８Å未満の場合には“４”、０．６８Å以上０．７２Å未満の場合には“３”、０．７２Å以上０．７６Å未満の場合には“２”、０．７６Å以上の場合には“１”と評価した結果を表１及び表２の“表面粗さ”欄に示す。評点３～評点６、すなわち０．７２Å未満が合格レベルである。
　各例の研磨用組成物を用いて研磨後のアルミノシリケートガラス基板の表面におけるスクラッチ数を、ビジョンサイテック社製の外観検査装置“マイクロマックスＶＭＸ２１００”を使用して計測した。面当たりで計測されたスクラッチ数が１０未満の場合には“３”、１０以上２０未満の場合には“２”、２０以上の場合には“１”と評価した結果を表１及び表２の“スクラッチ数”欄に示す。評点２及び評点３、すなわち面当たり２０未満が合格レベルである。
　各例の研磨用組成物のスラリー安定性に関して、常温での静置保存を開始してから１４日経過してもなお砥粒の凝集や沈殿の生成が認められなかった場合には“３”、７日目以降１４日目までにそれらが認められた場合には“２”、７日目までにそれらが認められた場合には“１”と評価した結果を表１及び表２の“スラリー安定性”欄に示す。評点２及び評点３、すなわち７日目までに砥粒の凝集や沈殿の生成が認められないことが合格レベルである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 　表１に示すように、実施例１～１５の研磨用組成物はいずれも、研磨速度、表面粗さ、スクラッチ数及びスラリー安定性のいずれに関しても合格レベルの評価が得られた。これに対し、表２に示すように、比較例１～１８の研磨用組成物はいずれも、少なくとも研磨速度と表面粗さのいずれか一方に関して合格レベルの評価が得られなかった。
　＜実施例２１～２４及び比較例２１～２４＞
　実施例２１～実施例２４では、酸及びコロイダルシリカを、必要に応じてｐＨ調整剤とともに水に混合して研磨用組成物を調製した。比較例２１～比較例２４では、コロイダルシリカを、必要に応じてｐＨ調整剤とともに水に混合して研磨用組成物を調製した。各例の研磨用組成物中の酸、コロイダルシリカ及びｐＨ調整剤の詳細、並びに各例の研磨用組成物のｐＨを測定した結果を表４に示す。
　なお、表４中、“酸の種類及び濃度”欄のＡ１はイセチオン酸を表し、“コロイダルシリカの種類及び濃度”欄のＢ４は、平均一次粒子径３５ｎｍ、平均二次粒子径６６ｎｍのコロイダルシリカを表し、“ｐＨ調整剤”欄のＣ１は硝酸、Ｃ２はアンモニアを表す。
　二酸化シリコン膜が設けられた直径８インチ（約２００ｍｍ）のシリコン基板から６０ｍｍ×６０ｍｍの小片を切り出し、その小片の表面を、各例の研磨用組成物を用いて表５に示す条件で研磨し、研磨前後の基板小片上の膜厚の差に基づいて研磨速度を求めた。その結果を表４の“研磨速度”欄に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 　表３に示すように、実施例２１～２４の研磨用組成物は、比較例２１～２４の研磨用組成物と比較して大幅に研磨速度が高いことが確認された。

Claims (5)

  1. 　一般式（１）：
    Ｒ２－Ｒ１－ＳＯ３Ｈ
    （ただし、Ｒ１は、炭素数１～４の直鎖アルキレン又はヒドロキシアルキレン基であり、Ｒ２は、Ｒ１が直鎖アルキレン基の場合にはヒドロキシ基、カルボキシ基又はスルホン酸基であって、Ｒ１が直鎖ヒドロキシアルキレン基の場合にはカルボキシ基又はヒドロキシメチル基である。）
    又は、一般式（２）：
    Ｃ６Ｈ５－Ｒ３
    （ただし、Ｒ３は、スルホン酸基又はホスホン酸基である。）
    で表される酸と砥粒とを含有することを特徴とする研磨用組成物。
  2. 　前記酸がイセチオン酸である請求項１に記載の研磨用組成物。
  3. 　前記酸がベンゼンスルホン酸である請求項１に記載の研磨用組成物。
  4. 　水溶性高分子をさらに含有する請求項１～３のいずれか一項に記載の研磨用組成物。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の研磨用組成物を用いて、酸化ケイ素材料を研磨することを特徴とする研磨方法。
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