WO2014061417A1 - Cmp用研磨液、貯蔵液及び研磨方法 - Google Patents

Cmp用研磨液、貯蔵液及び研磨方法 Download PDF

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WO2014061417A1
WO2014061417A1 PCT/JP2013/076071 JP2013076071W WO2014061417A1 WO 2014061417 A1 WO2014061417 A1 WO 2014061417A1 JP 2013076071 W JP2013076071 W JP 2013076071W WO 2014061417 A1 WO2014061417 A1 WO 2014061417A1
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WO
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polishing
cmp
mass
liquid
aluminum
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/076071
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English (en)
French (fr)
Inventor
小野 裕
井上 恵介
Original Assignee
日立化成株式会社
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/042Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
    • B24B37/044Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor characterised by the composition of the lapping agent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09GPOLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00Polishing compositions
    • C09G1/02Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1454Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • C09K3/1463Aqueous liquid suspensions

Definitions

  • the present invention relates to a CMP polishing liquid for use in chemical mechanical polishing (CMP), a storage liquid for obtaining the polishing liquid, and a polishing method using these.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • Stainless steel which is an alloy of iron and other metals (chromium, nickel, etc.), is used as the material for the chassis of railway vehicles, aircraft parts, automobile parts, electronic equipment, etc., because of its excellent corrosion resistance or strength. It is often done. However, the density of stainless steel is about 7.64 to 8.06 g / cm 3 , and stainless steel has a limit to meet the recent demand for weight reduction of materials.
  • Aluminum-based materials having a density of about 2.64 to 2.82 g / cm 3 (about 1/3 of stainless steel) are attracting attention.
  • Aluminum materials include pure aluminum (1000 series), Al—Cu (2000 series), Al—Mn (3000 series), Al—Si (4000 series), Al—Mg (5000 series), Al—Mg—Si. (6000 series), Al—Zn—Mg (7000 series) and the like are known.
  • the strength of pure aluminum (1000-based) is slightly low, but the aluminum alloy is excellent in workability and the like in addition to being excellent in corrosion resistance and strength like stainless steel.
  • most materials using stainless steel have a slightly blackish silver color derived from chrome, whereas materials using aluminum alloys can be white silvery in appearance. Can be bright and beautiful.
  • the method for polishing an aluminum-based material include mechanical polishing and chemical polishing.
  • the surface of aluminum-based materials finished by mechanical polishing often has a metallic luster that has disappeared (for example, a pattern with no directionality or a pattern with directionality). Further, even when buffing that can be relatively smoothed is used, it cannot be said that a sufficiently smooth surface is obtained.
  • There is a method for obtaining a certain level of metallic luster in mechanical polishing but there is a limit to the gloss that can be obtained by mechanical polishing. As described above, when a sufficiently smooth surface is required in the polishing of an aluminum-based material, it is difficult to satisfy the requirement by the conventional mechanical polishing.
  • chemical polishing may be used to obtain a smooth aluminum-based material surface. Since the smoothing process using only chemical polishing takes time, the surface subjected to the mechanical polishing process may be subjected to a chemical polishing process.
  • a method of adding acetic acid to improve the gloss of the surface to be polished is also known.
  • a method using a liquid containing 50 to 80% by mass of phosphoric acid, 5 to 20% by mass of nitric acid, and 3 to 20% by mass of acetic acid is known (see, for example, Patent Document 1 below).
  • organic substances such as oxalic acid and citric acid are also known as substances added to improve the gloss of the surface to be polished (for example, see Non-Patent Document 1 below).
  • the chemical polishing method is difficult to manage the process because a high concentration of acid needs to be used at a high temperature.
  • polishing of an aluminum-based material by CMP has also been studied.
  • CMP is polishing using both mechanical action and chemical action. Specifically, while the aluminum-based material is softened or dissolved by a chemical action, at the same time, the convex portions on the surface of the aluminum-based material are mechanically caused by friction between the aluminum-based material and abrasive grains (abrasive particles). It may be removed and smoothed.
  • polishing liquids for CMP for polishing aluminum-based materials are known, but the types are not abundant.
  • Patent Document 3 a combination of silica sol and an oxidizing agent
  • Patent Document 4 a combination of phosphoric acid, hydrogen peroxide, and a solid abrasive
  • Patent Document 5 a combination of an oxidizing agent and abrasive grains (for example, It is said that a combination of colloidal silica and a reagent that oxidizes aluminum is effective.
  • a reaction layer that can be polished is chemically formed on the surface of an aluminum-based material with an oxidizing agent, and the formed reaction layer is mechanically removed with abrasive grains or a polishing pad.
  • the oxidizing agent contained in the polishing liquid is a substance having an activity to oxidize an object, it is chemically unstable and gradually decomposes during storage (low storage stability). Therefore, there is a method of manufacturing, storing and transporting in the form of a stock solution for polishing liquid containing components other than the oxidizing agent, and mixing the oxidizing agent immediately before CMP, but the workability is not good, and for CMP There are problems such as the need to install dedicated piping in the device.
  • the present inventors tend to decrease the polishing rate, although the surface roughness after polishing is improved when the grain size of the abrasive grains is small. Found that there is.
  • the inventors have also found that when the grain size of the abrasive grains is large, the polishing rate is improved, but the surface roughness after polishing tends to be large.
  • the present inventors have found that when an aluminum-based material is polished by CMP, the polishing rate and the surface roughness tend to have a trade-off relationship.
  • the present invention is capable of smoothly polishing an aluminum-based material at a good polishing rate, and has excellent storage stability (polishing properties are stable before and after storage). It is an object of the present invention to provide a storage liquid for obtaining a liquid and a polishing method using them.
  • the decomposition of the oxidizing agent is promoted by using a heavy metal or a transition metal as a catalyst.
  • a method of suppressing decomposition of the oxidant by adding a stabilizer and suppressing the oxidant from touching heavy metal or the like is known (for example, Patent Document 6).
  • Patent Document 6 a method of suppressing decomposition of the oxidant by adding a stabilizer and suppressing the oxidant from touching heavy metal or the like is known (for example, Patent Document 6).
  • Patent Document 6 a method of suppressing decomposition of the oxidant by adding a stabilizer and suppressing the oxidant from touching heavy metal or the like.
  • the oxidizing ability of the oxidizing agent is expressed by the decomposition of the oxidizing agent, and thus the oxidizing agent contributes to the polishing rate and smoothness. Therefore, it is considered that increasing the stability of the oxidizing agent may limit the function of the oxidizing agent as a constituent component of the polishing liquid in order to suppress the expression of oxidizing ability
  • diethylenetriaminepentaacetic acid and its salt can sufficiently function as a constituent component of the polishing liquid possessed by the oxidizing agent while functioning as a stabilizer for the oxidizing agent. And found to have a surprising effect.
  • the inventors developed a synergistic effect by controlling the abrasive grains in a polishing liquid containing diethylenetriaminepentaacetic acid or a salt thereof, and achieved both a high polishing rate for aluminum-based materials and excellent smoothness after polishing. I found what I could do.
  • the CMP polishing liquid according to the present invention is a CMP polishing liquid for polishing a substrate containing an aluminum-based material, and the CMP polishing liquid comprises abrasive grains, an oxidizing agent, diethylenetriaminepentaacetic acid and a salt thereof. At least one selected from the group consisting of a liquid medium, and having at least two peaks in the volume-based particle size distribution of the abrasive grains, the first peak having a peak particle size of 10 to 50 nm. The peak particle size of the second peak is 55 to 140 nm.
  • an aluminum-based material can be smoothly polished at a good polishing rate and is excellent in storage stability.
  • the polishing slurry for CMP according to the present invention for example, the polishing characteristics are stable even after storage for 30 days at 40 ° C. in a state containing an oxidizing agent.
  • an aluminum-based material can be polished efficiently and smoothly at a good polishing rate.
  • the pH of the polishing slurry for CMP according to the present invention is preferably 8.0 to 12.0. Thereby, a sufficiently smooth surface of the aluminum-based material can be obtained more efficiently.
  • the oxidizing agent is preferably hydrogen peroxide.
  • the polishing rate for an aluminum-based material becomes a more appropriate range, and a sufficiently smooth surface of the aluminum-based material can be obtained in a shorter time.
  • the effect of suppressing the decomposition of the oxidizing agent by using diethylenetriaminepentaacetic acid or a salt thereof and the effect of improving the polishing rate and smoothness can be more effectively achieved.
  • the content of the abrasive grains is preferably 1 to 30% by mass based on the total mass of the polishing liquid for CMP.
  • the polishing rate for an aluminum-based material becomes a more appropriate range, and a sufficiently smooth surface of the aluminum-based material can be obtained in a short time and at a low cost.
  • the content of the oxidizing agent is preferably 0.05 to 50% by mass based on the total mass of the CMP polishing liquid.
  • the storage liquid according to the present invention is a storage liquid for obtaining the CMP polishing liquid, and the CMP polishing liquid can be obtained by diluting with a liquid medium. According to the stock solution according to the present invention, the cost for storing, transporting, storing and the like of the polishing slurry for CMP can be reduced.
  • the polishing method includes a step of polishing a substrate containing an aluminum-based material using the CMP polishing liquid. According to such a polishing method, the aluminum-based material can be smoothly polished at a good polishing rate.
  • a polishing method includes a step of polishing a substrate containing an aluminum-based material using a CMP polishing liquid obtained by diluting the storage liquid with a liquid medium. According to such a polishing method, it is possible to reduce costs related to storage, transportation, storage, and the like of the polishing liquid for CMP, and thus it is possible to reduce the overall manufacturing cost. In addition, the aluminum-based material can be polished smoothly at a good polishing rate.
  • the base is preferably at least a part of a housing containing an aluminum-based material. In this case, it is possible to obtain a case that is bright and beautiful in appearance and excellent in appearance. Even when the casing is colored, various coatings, etc., a casing with an excellent appearance can be obtained.
  • the present invention it is possible to smoothly polish an aluminum-based material at a good polishing rate, and to obtain a polishing slurry for CMP excellent in storage stability (polishing properties are stable before and after storage) and the polishing solution. And a polishing method using them.
  • a polishing liquid for CMP and a storage liquid to polishing a substrate containing an aluminum-based material is provided.
  • application of a polishing liquid for CMP and a storage liquid to polishing a substrate containing an aluminum alloy is provided.
  • Applications for polishing liquids and storage liquids are provided.
  • the CMP polishing liquid according to this embodiment is a CMP polishing liquid for polishing a substrate containing an aluminum-based material.
  • the polishing slurry for CMP according to this embodiment includes (a) abrasive grains, (b) an oxidizing agent, (c) at least one selected from the group consisting of diethylenetriaminepentaacetic acid and salts thereof, and (d) a liquid medium. , Containing.
  • the CMP polishing liquid according to the present embodiment has at least two peaks in the volume-based particle size distribution of the abrasive grains, the first peak has a peak particle size of 10 to 50 nm, and the second peak has a peak particle size. The diameter is 55 to 140 nm.
  • abrasive grains (b) an oxidizing agent, (c) at least one selected from the group consisting of diethylenetriaminepentaacetic acid and salts thereof, and (d) a liquid medium are included.
  • CMP having at least two peaks in the volume-based particle size distribution of the abrasive grains, the first peak having a peak particle size of 10 to 50 nm, and the second peak having a peak particle size of 55 to 140 nm.
  • the CMP polishing liquid according to this embodiment has at least two peaks (particle size distribution peaks) in the volume-based particle size distribution (for example, particle size distribution curve) of the abrasive grains.
  • the peak particle size (peak top particle size) of the first peak is measured in the range of 10 to 50 nm.
  • the peak particle size of the second peak (peak top particle size) is measured in the range of 55 to 140 nm.
  • the particle size distribution may have three or more peaks. Further, a plurality of peaks may be present in the range of 10 to 50 nm or in the range of 55 to 140 nm.
  • the present inventors use a CMP polishing liquid having at least two peaks in the particle size distribution obtained by measuring the abrasive grains contained in the CMP polishing liquid as a measurement target, and use small abrasive grains. It was found that the surface after polishing can be finished sufficiently smoothly while maintaining the polishing rate when the peak particle size of the abrasive and the peak particle size of the large abrasive grains are in a specific range, respectively. .
  • the inventors of the present invention have found that when the peak particle size of the small particle size abrasive grain and the peak particle size of the large particle size abrasive particle are in specific ranges, the “polishing” It has been found that both the “function of improving the smoothness of the rear surface” and the “function of improving the polishing rate” possessed by the abrasive grains having a large particle diameter can be achieved.
  • the peak particle size of the first peak is 10 nm or more.
  • the peak particle diameter of the first peak is preferably 12 nm or more, more preferably 15 nm or more, and still more preferably 18 nm or more from the viewpoint of easily obtaining a sufficient polishing rate for the aluminum-based material.
  • the peak particle size of the first peak is 50 nm or less.
  • the peak particle diameter of the first peak is preferably 45 nm or less, more preferably 42 nm or less, still more preferably 40 nm or less, and particularly preferably 35 nm or less, from the viewpoint of further improving the smoothness of the surface of the aluminum-based material after polishing.
  • the peak particle size of the second peak is 55 nm or more.
  • the peak particle size of the second peak is preferably 60 nm or more, more preferably 65 nm or more, still more preferably 70 nm or more, and particularly preferably 75 nm or more, from the viewpoint that a sufficient polishing rate for an aluminum-based material can be easily obtained.
  • the peak particle size of the second peak is 140 nm or less.
  • the peak particle diameter of the second peak is preferably 135 nm or less, more preferably 130 nm or less, and still more preferably 125 nm or less, from the viewpoint of further improving the smoothness of the surface of the aluminum-based material after polishing.
  • the peak particle size of the first peak is 12 to 48 nm and the second peak
  • the peak particle size of the peak is preferably 55 to 135 nm
  • the peak particle size of the first peak is preferably 15 to 46 nm
  • the peak particle size of the second peak is more preferably 58 to 130 nm. More preferably, the peak particle size of one peak is 18 to 45 nm and the peak particle size of the second peak is 60 to 125 nm.
  • the particle size distribution of the abrasive grains contained in the CMP polishing liquid can be measured by a particle size distribution meter using a dynamic light scattering method.
  • Specific examples of the particle size distribution measuring method are as follows. This measuring method can be applied not only to a polishing slurry for CMP containing abrasive grains but also to a dispersion liquid of abrasive grains.
  • the particle size distribution meter First, weigh out an appropriate amount of measurement target (CMP polishing liquid, etc.) and prepare a measurement sample by diluting with water as necessary to meet the scattered light intensity required by the dynamic light scattering particle size distribution meter. To do. Next, this measurement sample is put into a dynamic light scattering type particle size distribution meter, and the particle size distribution is measured. The obtained particle size distribution data is subjected to SDP (Size Distribution Processor) analysis, and the peak particle size of each peak is determined by its volume mode. In the monodisperse mode (UNIMMODAL) analysis, which is a high-speed process, the particle size distribution is forcibly converted into a single peak, and therefore, it is not suitable for analyzing each peak separately. Examples of the dynamic light scattering particle size distribution meter include a model number N5 manufactured by BECKMAN COULTER.
  • the CMP polishing liquid according to this embodiment contains abrasive grains.
  • abrasive grains for example, silica (silicon oxide) such as fumed silica and colloidal silica, alumina (aluminum oxide) such as fumed alumina and colloidal alumina, ceria (cerium oxide) such as calcined ceria and colloidal ceria, zirconia ( Zirconium oxide).
  • silica is preferable and colloidal silica is more preferable from the viewpoint of easily achieving both a high polishing rate for an aluminum-based material and smoothing of the surface.
  • the first peak and the second peak in the particle size distribution tend to be attributed to abrasive grains.
  • the abrasive used in the present embodiment may include first particles that contribute to the first peak and second particles that contribute to the second peak.
  • the volume-based particle size distribution of the abrasive grains has at least two peaks.
  • the preferred range of the average particle size of the first particles is the range described above for the peak particle size of the first peak.
  • a preferred average particle size range for the second particles is the range described above for the peak particle size of the second peak.
  • the particle size distribution and average particle size of the abrasive grains dispersed in the CMP polishing liquid can be measured by the above measurement method using a particle size distribution meter by a dynamic light scattering method.
  • the content of abrasive grains (total amount of abrasive grains) in the polishing slurry for CMP is preferably 1% by mass or more, preferably 2% by mass based on the total mass of the polishing slurry for CMP, from the viewpoint that a sufficient polishing rate is easily achieved.
  • the above is more preferable, 3% by mass or more is further preferable, 4% by mass or more is particularly preferable, and 5% by mass or more is extremely preferable.
  • the content of the abrasive grains is preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, based on the total mass of the polishing slurry for CMP, from the viewpoint of easily obtaining an effect of improving the polishing rate according to the content. 15 mass% or less is still more preferable. From the above viewpoint, the content of abrasive grains is preferably 1 to 30% by mass.
  • the content of the first particles is preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, based on the total mass of the abrasive grains, from the viewpoint of further improving the smoothness of the surface of the aluminum-based material after polishing. 20 mass% or more is still more preferable.
  • the content of the first particles is particularly preferably 30% by mass or more, extremely preferably 40% by mass or more, and extremely preferably 50% by mass or more. Is preferable.
  • the content of the first particles is preferably 90% by mass or less, more preferably 85% by mass or less, and more preferably 80% by mass based on the total mass of the abrasive grains from the viewpoint that a sufficient polishing rate for the aluminum-based material can be easily obtained. % Or less is more preferable.
  • the content of the second particles is preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, and more preferably 20% by mass based on the total mass of the abrasive grains from the viewpoint that a sufficient polishing rate for the aluminum-based material can be easily obtained. % Or more is more preferable.
  • the content of the second particles is particularly preferably 30% by mass or more, extremely preferably 40% by mass or more, and very preferably 50% by mass or more.
  • the content of the second particles is preferably 90% by mass or less, more preferably 85% by mass or less, based on the total mass of the abrasive grains, from the viewpoint of further improving the smoothness of the surface of the aluminum-based material after polishing. 80 mass% or less is still more preferable.
  • the pH (25 ° C.) of the CMP polishing liquid according to this embodiment is 8.0 or more, the polishing rate of the aluminum-based material tends to be further improved.
  • the pH is more preferably 8.2 or more, further preferably 8.4 or more, and particularly preferably 8.6 or more.
  • the pH (25 ° C.) of the CMP polishing liquid according to this embodiment is 12.0 or less, excessive corrosion of the aluminum-based material can be prevented.
  • the pH is more preferably 11.8 or less, further preferably 11.6 or less, particularly preferably 11.4 or less, and extremely preferably 11.2 or less. From the above viewpoint, the pH of the CMP polishing liquid according to this embodiment is preferably 8.0 to 12.0.
  • the pH of the CMP polishing liquid can be measured with a pH meter (for example, trade name: Model PH81 manufactured by Yokogawa Electric Corporation). For example, after two-point calibration using standard buffer (phthalate pH buffer, pH: 4.21 (25 ° C.); neutral phosphate pH buffer, pH: 6.86 (25 ° C.)) Then, the value is measured after the electrode is put into the CMP polishing liquid and stabilized for 2 minutes or more.
  • a pH meter for example, trade name: Model PH81 manufactured by Yokogawa Electric Corporation.
  • the CMP polishing liquid according to this embodiment contains an oxidizing agent (metal oxidizing agent) having an ability to oxidize metals.
  • an oxidizing agent metal oxidizing agent
  • A6063 alloy which is a kind of Al—Mg—Si alloy (6000 alloy)
  • A6063 alloy which is a kind of Al—Mg—Si alloy (6000 alloy)
  • relatively large irregularities are generated. This unevenness is caused by the polishing rate of the portion (impurity precipitated phase) containing more elements such as Mg, Si, Fe, etc. on the alloy surface than the surrounding aluminum portion (solid solution phase).
  • oxidizing agents include hydrogen peroxide, persulfates (eg, ammonium persulfate, sodium persulfate, potassium persulfate), nitric acid, periodate (eg, ammonium periodate, sodium periodate, potassium periodate) ), Hypochlorous acid, ozone water, etc., among which hydrogen peroxide is preferred.
  • persulfates eg, ammonium persulfate, sodium persulfate, potassium persulfate
  • nitric acid eg, ammonium periodate, sodium periodate, potassium periodate
  • periodate eg, ammonium periodate, sodium periodate, potassium periodate
  • Hypochlorous acid e.g, Hypochlorous acid, ozone water, etc.
  • hydrogen peroxide one kind may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used. Since hydrogen peroxide is usually available as hydrogen peroxide water, it may be used as a diluent for CMP polishing liquid.
  • the content of the oxidizing agent is effective in eliminating unevenness on the surface of the aluminum-based material (for example, aluminum alloy), and the oxidation rate of the aluminum-based material (for example, aluminum alloy) is insufficient, resulting in a decrease in CMP rate. From the viewpoint of preventing this, it is preferably 0.05% by mass or more, more preferably 0.10% by mass or more, and still more preferably 0.15% by mass or more based on the total mass of the polishing slurry for CMP.
  • the content of the oxidizing agent is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, and more preferably 10% by mass based on the total mass of the polishing slurry for CMP from the viewpoint of easily preventing the surface to be polished from being rough.
  • the content of the oxidizing agent is preferably 0.05 to 50% by mass.
  • Oxidant decomposition inhibitor diethylenetriaminepentaacetic acid and its salts Since the oxidizing agent has an action of oxidizing the target object by the reduction of the oxidizing agent itself, it is easily decomposed and loses its activity. If the oxidant loses its activity during storage, the characteristics of the polishing liquid may be impaired. Therefore, it is preferable to suppress decomposition of the oxidant. Factors affecting the decomposition rate of the oxidant include temperature, the material or shape of the container during storage, pH, heavy metal concentration, the presence of a reducing agent or decomposing enzyme, etc. Heavy metal blockade is effective.
  • the polishing slurry for CMP includes diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) and a salt thereof as an “oxidation agent decomposition inhibitor” (hereinafter sometimes referred to as “decomposition inhibitor”) capable of suitably sequestering heavy metals. At least one selected from the group consisting of: As a result, it is possible to obtain effects such as sufficient ability to suppress the decomposition of the oxidizing agent, no hindering polishing of the aluminum-based material, and easy availability.
  • the salt of diethylenetriaminepentaacetic acid include sodium diethylenetriaminepentaacetate, potassium diethylenetriaminepentaacetate, and trisodium calcium diethylenetriaminepentaacetate.
  • the salt includes a partial salt.
  • the polishing slurry for CMP is an aminocarboxylic acid-based chelating agent (except for diethylenetriaminepentaacetic acid and its salt) in addition to diethylenetriaminepentaacetic acid or its salt as a decomposition inhibitor capable of sequestering heavy metals.
  • a phosphoric acid compound, a phosphonic acid chelating agent, silicic acid and a salt thereof, and at least one selected from the group consisting of an organic acid and a salt thereof may further be contained.
  • aminocarboxylic acid chelating agents include ethylenediamine-N, N'-disuccinic acid (EDDS), ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), propylenediaminetetraacetic acid (PDTA), N-hydroxyethylenediaminetriacetic acid, nitrilotriacetic acid (NTA).
  • Ethylenediaminetetrapropionic acid ethylenediamine-N, N′-diglutamic acid, 2-hydroxypropylenediamine-N, N′-disuccinic acid, triethylenetetraminehexaacetic acid, trans-1,2-diaminocyclohexane-N, N, N
  • Examples thereof include polyaminocarboxylic acids such as', N'-tetraacetic acid and ethanoldiglycine and salts thereof; 2-hydroxyethyl diacetic acid and salts thereof; iminodiacetic acid such as glyceryliminodiacetic acid and salts thereof.
  • Examples of phosphoric acid compounds include orthophosphoric acid, pyrophosphoric acid, tripolyphosphoric acid, and salts thereof.
  • Examples of phosphonic acid chelating agents include aminotri (methylenephosphonic acid), 1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid, ethylenediaminetetra (methylenephosphonic acid), hexamethylenediaminetetra (methylenephosphonic acid), and salts thereof.
  • Examples of the organic acid include oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, maleic acid, phthalic acid, malic acid, tartaric acid, citric acid, and salts thereof.
  • salts of the above-mentioned compounds as aminocarboxylic acid chelating agents, phosphoric acid compounds or phosphonic acid chelating agents, silicic acid salts, and organic acid salts include sodium salts (sodium hydrogen phosphate, sodium oxalate, etc. ).
  • aminocarboxylic acid-based chelating agents other than diethylenetriaminepentaacetic acid and their salts aminocarboxylic acid-based chelating agents other than diethylenetriaminepentaacetic acid and their salts, phosphoric acid compounds, phosphonic acid-based chelating agents, silicic acid and its salts, organic acids and their salts, Therefore, the effect of suppressing the decomposition of the oxidizing agent tends to be lower than that of diethylenetriaminepentaacetic acid and its salt.
  • the content of diethylenetriaminepentaacetic acid and its salt is preferably 0.001% by mass or more based on the total mass of the polishing slurry for CMP, from the viewpoint that a sufficient ability to suppress decomposition of an oxidizing agent can be easily obtained. % Or more is more preferable, and 0.003 mass% or more is still more preferable.
  • the content of diethylenetriaminepentaacetic acid and its salt is preferably 1.0% by mass or less, based on the total mass of the polishing slurry for CMP, from the viewpoint of easily obtaining the ability to suppress decomposition of the oxidizing agent according to the content.
  • the content of diethylenetriaminepentaacetic acid and its salt is preferably 0.001 to 1.0 mass%.
  • the total content of each compound preferably satisfies the above range.
  • the content of the decomposition inhibitor (including diethylenetriaminepentaacetic acid and its salt) is 0.001% by mass or more based on the total mass of the polishing slurry for CMP, from the viewpoint that a sufficient ability to suppress the decomposition of the oxidizing agent is easily obtained. Is preferable, 0.002 mass% or more is more preferable, and 0.003 mass% or more is still more preferable.
  • the content of the decomposition inhibitor is preferably 1.0% by mass or less, based on the total mass of the polishing liquid for CMP, from the viewpoint of easily obtaining the ability to suppress the decomposition of the oxidizer according to the content, and 0.5% by mass. % Or less is more preferable, 0.3% by mass or less is more preferable, and 0.1% by mass or less is particularly preferable. From the above viewpoint, the content of the decomposition inhibitor is preferably 0.001 to 1.0% by mass.
  • the CMP polishing liquid according to this embodiment includes a liquid medium for dissolving the decomposition inhibitor and dispersing abrasive grains.
  • a liquid medium for dissolving the decomposition inhibitor and dispersing abrasive grains.
  • the liquid medium is not particularly limited as long as it can disperse the abrasive grains.
  • the liquid medium preferably contains water as a main component.
  • deionized water, ion exchange water, ultrapure water, or the like is preferable.
  • the organic solvent that can be used as the liquid medium is not particularly limited, but a solvent that can be arbitrarily mixed with water is preferable.
  • organic solvents include acetic acid, glycols, glycol monoethers, glycol diethers, alcohols, carbonates, lactones, ethers, ketones, phenol, dimethylformamide, n-methylpyrrolidone, acetic acid Examples include ethyl, ethyl lactate, and sulfolane.
  • a liquid medium may be used individually by 1 type, and may mix and use 2 or more types.
  • the polishing liquid for CMP according to the present embodiment may contain a surfactant, an anticorrosive agent and the like in addition to abrasive grains, an oxidizing agent, a decomposition inhibitor, and a liquid medium.
  • the CMP polishing liquid according to the present embodiment can be stored as a storage liquid that is used after being diluted with a liquid medium at the time of use, from the viewpoint of suppressing costs related to storage, transportation, storage, and the like.
  • the storage liquid according to the present embodiment is a storage liquid for obtaining a CMP polishing liquid, and the CMP polishing liquid is obtained by diluting with a liquid medium (for example, diluting twice or more on a mass basis).
  • a CMP polishing liquid may be prepared by diluting a storage liquid with a liquid medium immediately before polishing.
  • a storage liquid and a liquid medium may be supplied on a platen (polishing surface plate) to prepare a CMP polishing liquid on the platen. Moreover, you may add these at the time of use, without mix
  • the lower limit of the dilution ratio (mass basis) of the stock solution is preferably 2 times or more and more preferably 3 times or more from the viewpoint that the higher the magnification is, the higher the effect of suppressing costs related to storage, transportation, storage and the like.
  • an upper limit of a dilution rate 10 times or less are preferable, 7 times or less are more preferable, and 5 times or less are still more preferable.
  • the upper limit of the dilution ratio is such that the content of components (chemical components such as acids and oxidizing agents, abrasive grains, etc.) contained in the stock solution is prevented from becoming too high, There is a tendency to maintain stability.
  • the dilution rate is d times, the content of the components contained in the storage liquid is d times the content of the components contained in the CMP polishing liquid.
  • the polishing slurry for CMP according to this embodiment is suitable for CMP of a substrate containing at least an aluminum-based material.
  • aluminum materials pure aluminum (1000 series); Al—Cu (2000 series), Al—Mn (3000 series), Al—Si (4000 series), Al—Mg (5000 series), Al—Mg—Si (6000 series), Al-Zn-Mg (7000 series) and other aluminum alloys.
  • Pure aluminum refers to aluminum to which a different element is not intentionally added.
  • the names of these aluminum-based materials conform to Japanese Industrial Standards (JIS) or international aluminum alloy names.
  • the CMP polishing liquid according to the present embodiment is suitable for polishing an aluminum alloy having a harder portion than pure aluminum.
  • aluminum alloys having parts harder than pure aluminum include Al—Cu (2000 series), Al—Mn (3000 series), Al—Si (4000 series), Al—Mg (5000 series), Al— Mg-Si (6000 series), Al-Zn-Mg (7000 series) and the like can be mentioned.
  • Al—Mg—Si (A6063 series) or Al—Mg (A5052) is preferable from the viewpoint of easily utilizing the characteristics of the polishing slurry for CMP according to the present embodiment.
  • the substrate containing an aluminum-based material is not particularly limited, but may be a substrate such as a semiconductor substrate, a part such as an aircraft part or an automobile part, a vehicle such as a railway vehicle, a case of an electronic device (such as a portable electronic device). Can be mentioned.
  • the substrate may be at least a part of a housing containing an aluminum-based material.
  • the surface of the substrate containing the aluminum-based material (for example, an aluminum alloy) can be polished sufficiently smoothly.
  • the CMP polishing liquid according to this embodiment is particularly suitable for polishing a substrate (for example, a casing) that requires a beautiful appearance.
  • a substrate having a surface roughness (Ra) before polishing of 5.0 nm or more and a surface roughness (Ra) after polishing of 4.0 nm or less are used. It may be used for polishing.
  • the surface roughness (Ra) of the substrate is preferably less than 20.0 nm, more preferably less than 15.0 nm, and even more preferably less than 10.0 nm before polishing from the viewpoint of easily obtaining a smooth surface.
  • the surface roughness (Ra) of the substrate is preferably 5.0 nm or more, more preferably 6.0 nm or more, and even more preferably 7.0 nm or more before polishing.
  • the polishing method according to the present embodiment may include a polishing step of polishing a substrate containing an aluminum-based material using a CMP polishing liquid, and dilute the storage liquid with a liquid medium (for example, twice on a mass basis).
  • a polishing step for polishing a substrate containing an aluminum-based material using a polishing slurry for CMP obtained by diluting as described above may be provided.
  • the surface roughness (Ra) before polishing of the substrate is, for example, 5.0 nm or more
  • the surface roughness (Ra) after polishing of the substrate is, for example, 4.0 nm or less. That is, in the polishing step, for example, a substrate having a surface roughness (Ra) of 5.0 nm or more is polished by using a CMP polishing liquid to obtain a substrate having a surface roughness (Ra) of 4.0 nm or less. It may be a step of obtaining.
  • the surface roughness (Ra) of the substrate is preferably less than 20.0 nm, more preferably less than 15.0 nm, and even more preferably less than 10.0 nm before polishing from the viewpoint of easily obtaining a smooth surface.
  • the surface roughness (Ra) of the substrate is preferably 5.0 nm or more, more preferably 6.0 nm or more, and even more preferably 7.0 nm or more before polishing.
  • a known polishing apparatus can be widely used.
  • a polishing apparatus a general polishing apparatus having a holder for holding a substrate and a platen on which a polishing pad (polishing cloth) is attached can be mentioned.
  • a motor or the like for changing the rotation speed of the platen may be attached to the platen.
  • polishing pad A general nonwoven fabric, a polyurethane foam, a porous fluororesin, etc. are mentioned. It is preferable that a groove is formed on the surface of these polishing pads so that the polishing liquid for CMP is accumulated.
  • the polishing conditions for the substrate are not limited, but from the viewpoint of easily preventing the substrate from popping out, the platen rotation speed is preferably 200 min ⁇ 1 or less.
  • the polishing load is preferably 34.5 kPa (5 psi) or less from the viewpoint of easily suppressing the occurrence of scratches on the substrate surface after polishing.
  • a CMP polishing liquid is supplied between the substrate and the polishing pad by a pump or the like in a state where the substrate including the aluminum-based material is pressed against the polishing pad attached to the platen. Then, the base and the platen are moved relative to each other. By these operations, chemical mechanical polishing can be performed on the substrate surface.
  • the method for supplying the CMP polishing liquid to the polishing apparatus is not particularly limited as long as the CMP polishing liquid can be continuously supplied to the polishing pad during polishing.
  • the supply amount of the polishing liquid for CMP is not limited, but it is preferable that the surface of the polishing pad is always covered with the polishing liquid for CMP. Polishing may be performed while supplying the storage liquid and the liquid medium between the substrate and the polishing pad, and diluting the storage liquid on the platen (for example, diluting twice or more on a mass basis).
  • the substrate after polishing is preferably washed in running water and then dried after removing water droplets adhering to the substrate with a spin dryer or the like.
  • the pH was measured using a product name: Model PH81 manufactured by Yokogawa Electric Corporation.
  • colloidal silica A an aqueous dispersion having a silicon dioxide content of 49 mass%, pH: 9.3, specific gravity (specific gravity based on water at 4 ° C .; the same applies hereinafter): 1.4, viscosity : 18 mPa ⁇ s) and colloidal silica B (an aqueous dispersion having a silicon dioxide content of 41% by mass, pH: 10.1, specific gravity: 1.3, viscosity: 2.8 mPa ⁇ s), Diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) and 30% by mass hydrogen peroxide were added. Further, after adjusting the pH to 10.1 by adding an appropriate amount of 25% by mass of ammonia water, the remaining deionized water is added to obtain a stock solution 1 for obtaining the CMP polishing slurry 1 of Example 1. Produced.
  • DTPA Diethylenetriaminepentaacetic acid
  • the measured values of the average particle diameter when colloidal silica A and colloidal silica B were each measured using a particle size distribution meter (model number: N5 type) manufactured by BECKMAN COULTER were 30 nm and 112 nm.
  • the content of colloidal silica A is 12% by mass
  • the content of colloidal silica B is 8% by mass
  • the content of hydrogen peroxide is 0.5%, based on the total mass of the stock solution 1.
  • Each component was added so that the mass% (1.67 mass% in terms of 30 mass% hydrogen peroxide solution) and the content of DTPA was adjusted to 0.01 mass% to prepare a stock solution 1.
  • the polishing slurry 1 for CMP of Example 1 is prepared. did. That is, based on the total mass of the polishing liquid 1 of Example 1, the content of colloidal silica A is 6 mass%, the content of colloidal silica B is 4 mass%, and the content of hydrogen peroxide is 0.25 mass%. The DTPA content was 0.005% by mass. Moreover, pH of the obtained polishing liquid 1 was 10.0.
  • Example 2 In Example 2, the content of colloidal silica A was adjusted to 4% by mass, and the content of colloidal silica B was adjusted to 16% by mass, based on the total mass of the stock solution, as in Example 1.
  • the storage liquid 2 and the polishing liquid 2 were produced. Based on the total mass of the polishing liquid 2, the content of colloidal silica A was 2% by mass, and the content of colloidal silica B was 8% by mass. Moreover, pH of the obtained polishing liquid 2 was 10.1.
  • Example 3 In Example 3, based on the total mass of the stock solution, the content of colloidal silica A was adjusted to 8% by mass, and the content of colloidal silica B was adjusted to 12% by mass, as in Example 1. The storage liquid 3 and the polishing liquid 3 were produced. Based on the total mass of the polishing liquid 3, the content of colloidal silica A was 4% by mass, and the content of colloidal silica B was 6% by mass. Moreover, pH of the obtained polishing liquid 3 was 10.1.
  • Example 4 In Example 4, based on the total mass of the stock solution, the content of colloidal silica A was adjusted to 16% by mass, and the content of colloidal silica B was adjusted to 4% by mass, as in Example 1. The storage liquid 4 and the polishing liquid 4 were produced. Based on the total mass of the polishing liquid 4, the content of colloidal silica A was 8% by mass, and the content of colloidal silica B was 2% by mass. Moreover, pH of the obtained polishing liquid 4 was 10.1.
  • colloidal silica A in the stock solution is colloidal silica C (an aqueous dispersion having a silicon dioxide content of 41 mass%, pH: 9.0, specific gravity: 1.3, viscosity: 6.8 mPa ⁇ s). Except for having been changed to, it was carried out in the same manner as in Example 1, and a stock solution 5 and a polishing solution 5 were produced. Based on the total mass of the polishing liquid 5, the content of colloidal silica B was 4% by mass and the content of colloidal silica C was 6% by mass. Moreover, pH of the obtained polishing liquid 5 was 10.1. In addition, the measured value of the average particle diameter when measured using only the colloidal silica C using a particle size distribution meter (model number: N5 type) manufactured by BECKMAN COULTER was 20 nm.
  • Example 6 colloidal silica B in the stock solution is colloidal silica D (aqueous dispersion having a silicon dioxide content of 41% by mass, pH: 10.1, specific gravity: 1.3, viscosity: 4.0 mPa ⁇ s). Except for having been changed to, the same procedure as in Example 1 was carried out to prepare a storage solution 6 and a polishing solution 6. Based on the total mass of the polishing liquid 6, the content of colloidal silica A was 6 mass%, and the content of colloidal silica D was 4 mass%. Moreover, pH of the obtained polishing liquid 6 was 10.0. In addition, the measured value of the average particle diameter when measured using only the colloidal silica D using a particle size distribution meter (model number: N5 type) manufactured by BECKMAN COULTER was 60 nm.
  • a particle size distribution meter model number: N5 type
  • Example 7 colloidal silica A in the stock solution was changed to colloidal silica E (an aqueous dispersion having a silicon dioxide content of 41 mass%, pH: 10.3, specific gravity: 1.3, viscosity: 4.4 mPa ⁇ s). Except for having been changed to, the same procedure as in Example 1 was carried out to prepare a storage solution 7 and a polishing solution 7. Based on the total mass of the polishing liquid 7, the content of colloidal silica B was 4% by mass, and the content of colloidal silica E was 6% by mass. Moreover, pH of the obtained polishing liquid 7 was 10.0. In addition, the measured value of the average particle diameter measured only with colloidal silica E using a particle size distribution meter (model number: N5 type) manufactured by BECKMAN COULTER was 45 nm.
  • Comparative Example 1 colloidal silica B was not added as abrasive grains, and only colloidal silica A was added in an amount of 20% by mass based on the total mass of the storage liquid. Liquid 8 was produced. Based on the total mass of the polishing liquid 8, the content of colloidal silica A was 10% by mass. Moreover, pH of the obtained polishing liquid 8 was 10.0.
  • Comparative Example 2 colloidal silica A was not added as abrasive grains, but only colloidal silica B was added in an amount of 20% by mass based on the total mass of the storage liquid, and the same was performed as in Example 1, storage liquid 9 and polishing Liquid 9 was prepared. Based on the total mass of the polishing liquid 9, the content of colloidal silica B was 10% by mass. Moreover, pH of the obtained polishing liquid 9 was 10.0.
  • Comparative Example 3 a storage solution 10 and a polishing solution 10 were prepared in the same manner as in Example 1 except that hydrogen peroxide was not added. Based on the total mass of the polishing liquid 10, the content of colloidal silica A was 6 mass%, and the content of colloidal silica B was 4 mass%. Moreover, pH of the obtained polishing liquid 10 was 10.1.
  • Comparative Example 4 a storage solution 11 and a polishing solution 11 were produced in the same manner as in Example 1 except that DTPA was not added. Based on the total mass of the polishing liquid 11, the content of colloidal silica A was 6% by mass, and the content of colloidal silica B was 4% by mass. Moreover, pH of the obtained polishing liquid 11 was 10.0.
  • Comparative Example 5 a storage solution 12 and a polishing solution 12 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the colloidal silica A was not added and the colloidal silica D was added instead. Based on the total mass of the polishing liquid 12, the content of colloidal silica B was 4% by mass, and the content of colloidal silica D was 6% by mass. Moreover, pH of the obtained polishing liquid 12 was 10.0.
  • Comparative Example 6 colloidal silica B in the storage liquid was changed to colloidal silica F (aqueous dispersion having a silicon dioxide content of 20% by mass, pH: 7.2, specific gravity: 1.1, viscosity: 4.0 mPa ⁇ s). Except for having been changed to, it was carried out in the same manner as in Example 1, and a stock solution 13 and a polishing solution 13 were produced. Based on the total mass of the polishing liquid 13, the content of colloidal silica A was 6% by mass, and the content of colloidal silica F was 4% by mass. Moreover, pH of the obtained polishing liquid 13 was 10.0. In addition, the measured value of the average particle diameter when measured using only a colloidal silica F using a particle size distribution meter (model number: N5 type) manufactured by BECKMAN COULTER was 163 nm.
  • colloidal silica A in the stock solution is colloidal silica G (aqueous dispersion having a silicon dioxide content of 20% by mass, pH: 10.4, specific gravity: 1.1, viscosity: 2.8 mPa ⁇ s). Except for having been changed to, the same procedure as in Example 1 was performed to prepare a storage solution 14 and a polishing solution 14. Based on the total mass of the polishing liquid 14, the content of colloidal silica B was 4% by mass, and the content of colloidal silica G was 6% by mass. Moreover, the pH of the obtained polishing liquid 14 was 10.0. In addition, the measured value of the average particle diameter when measured using only the colloidal silica G using a particle size distribution meter (model number: N5 type) manufactured by BECKMAN COULTER was 5 nm.
  • Comparative Example 8 a storage solution 15 and a polishing solution 15 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the colloidal silica B in the storage solution was changed to colloidal silica E. Based on the total mass of the polishing liquid 15, the content of colloidal silica A was 6% by mass, and the content of colloidal silica E was 4% by mass. Moreover, the pH of the obtained polishing liquid 15 was 10.0.
  • Comparative Example 9 In Comparative Example 9, DTPA was not added, but instead ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) was added in the same manner as in Example 1 except that 0.01% by mass based on the total mass of the stock solution, and the stock solution 16 and A polishing liquid 16 was prepared. Based on the total mass of the polishing liquid 16, the content of colloidal silica A was 6% by mass, and the content of colloidal silica B was 4% by mass. Moreover, pH of the obtained polishing liquid 16 was 10.0.
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • Comparative Example 10 Comparative Example 10
  • DTPA was not added, but instead pyrophosphoric acid was added in the same manner as in Example 1 except that 0.1% by mass based on the total mass of the storage solution was used.
  • pyrophosphoric acid was added in the same manner as in Example 1 except that 0.1% by mass based on the total mass of the storage solution was used.
  • the content of colloidal silica A was 6% by mass
  • the content of colloidal silica B was 4% by mass.
  • pH of the obtained polishing liquid 17 was 10.0.
  • Comparative Example 11 In Comparative Example 11, DTPA was not added, but instead, citric acid was added in the same manner as in Example 1 except that 0.1% by mass based on the total mass of the storage solution was used. Produced. Based on the total mass of the polishing liquid 18, the content of colloidal silica A was 6 mass%, and the content of colloidal silica B was 4 mass%. Moreover, pH of the obtained polishing liquid 18 was 10.0.
  • polishing apparatus (CMP method and evaluation method of polishing characteristics) The substrate was subjected to chemical mechanical polishing with a polishing liquid for CMP using the polishing apparatus in the following procedure.
  • the platen was rotated while supplying the CMP polishing liquid between the substrate and the polishing pad with a pump while pressing the following substrate on the polishing pad affixed to the platen. By these operations, chemical mechanical polishing of the substrate surface was performed.
  • A6063 which is an Al—Mg—Si alloy plate, was used as the substrate to be polished.
  • the size of the substrate was 30 mm wide ⁇ 30 mm long ⁇ 5 mm thick.
  • polishing apparatus As a polishing apparatus, a model made by Nano Factor Co., Ltd .: FACT-200 was used. A foamed polyurethane resin having closed cells was used as a polishing pad. The polishing conditions were as follows.
  • Polishing load 9.0 kPa (1.3 psi) Platen rotation speed: 150 min -1 Flow rate (supply amount) of polishing liquid for CMP: 3 mL / min Polishing time: 10 min
  • the polished mass is obtained by measuring the mass of the substrate before and after CMP, and the area and density value of the polished surface of the substrate (assuming that the substrate is pure aluminum (Al) and the density is 2.70 g / cm 3).
  • the polishing rate was calculated.
  • a polishing rate of 50 nm / min or more was evaluated as good. The evaluation results are shown in Tables 1 and 2.
  • the surface roughness was evaluated according to JIS B 0601: 2001.
  • the average surface roughness (Ra) of each substrate after CMP using each polishing liquid was measured using a non-contact surface shape measuring machine.
  • a non-contact surface shape measuring instrument a product name: NewView 7200 ("NewView” is a registered trademark) manufactured by Zygo Co., Ltd. using a scanning white interference method is used. Point measurement was performed, and an average value of the obtained values was defined as Ra.
  • the measurement range was 0.70 mm ⁇ 0.53 mm, and the light source was a white LED.
  • the Ra of the substrate before CMP was 9.4 nm. If the Ra of the substrate after CMP was 4.0 nm or less, it was evaluated as good.
  • the evaluation results are shown in Tables 1 and 2.
  • the hydrogen peroxide concentration in the stock solution was measured by an iodometric titration method. A specific measurement procedure is shown below.
  • ⁇ Measurement of hydrogen peroxide concentration by iodine titration method (1) About 1.0 g of the stock solution was measured in a container. (2) A 5.0 g 10% sulfuric acid aqueous solution containing 0.05% by mass of hexamolybdenum hexamolybdate tetrahydrate was added to a 5.0 g container. (3) 5.0 g of 1.0 mol / L potassium iodide aqueous solution and 30 g of pure water were added to the container.
  • H 2 O 2 concentration (ppm) D ⁇ K ⁇ F ⁇ M ⁇ 1000 / S
  • D Volume of added Na 2 S 2 O 3 aqueous solution
  • F Factor of Na 2 S 2 O 3 aqueous solution (no unit)
  • M Concentration of Na 2 S 2 O 3 aqueous solution (0.01 mol / L)
  • S Mass of sample (g)
  • polishing liquid 8 using only colloidal silica A, polishing liquid 14 using a mixture of colloidal silica G and colloidal silica B having an average particle diameter of 5 nm, and colloidal silica A and colloidal, both having a small particle diameter
  • polishing liquid 15 using silica E although the average surface roughness was good, the polishing rate was low, and the surface of the substrate after polishing was slightly whitish although it had some metallic luster, resulting in scratches remaining.
  • the polishing liquid 13 used by mixing with silica A had a sufficiently high polishing rate and no scratches, but the average surface roughness was not good, and the polished substrate surface had a cloudy appearance. It was.
  • the polishing liquid 10 containing no hydrogen peroxide had insufficient polishing rate, average surface roughness, and scratches, and the polished substrate surface had a cloudy appearance with scratches remaining.
  • polishing rate was good, the surface of the substrate after polishing was free from scratches, the average surface roughness was a sufficiently small value, and a good smooth surface was obtained.
  • the polishing liquids 11 and 16 to 18 to which DTPA was not added were stored at 40 ° C. for 30 days compared with the polishing liquids 1 to 9 and 12 to 15 to which hydrogen peroxide and DTPA were added. The residual rate of hydrogen peroxide greatly decreased. Also, the polishing characteristics after storage did not change significantly with the polishing liquids 1 to 9 and 12 to 15, whereas the polishing speeds and average surface roughness of the polishing liquids 11 and 16 to 18 were greatly reduced.
  • polishing liquids 16 to 18 a compound having the ability to sequester heavy metals was added as an alternative to DTPA, but the effect of inhibiting the decomposition of hydrogen peroxide could not be confirmed. Further, in Comparative Example 10 using pyrophosphoric acid which is a phosphoric acid compound, the polishing rate was lower than that in Example 1.
  • the polishing slurry for CMP has at least two appropriate peaks in the particle size distribution and contains an oxidizing agent and DTPA which is a decomposition inhibitor of the oxidizing agent, the substrate after polishing It was confirmed that a good surface condition and stable polishing characteristics after storage of the stock solution were obtained.
  • a polishing liquid for CMP, a storage liquid and a polishing method using these according to the present invention include a substrate such as a semiconductor substrate, an aircraft part, a part such as an automobile part, a vehicle such as a railway vehicle, an electronic device (portable electronic device, etc.) It is suitable for CMP of the housing of the above.

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Abstract

 アルミニウム系材料を含む基体を研磨するためのCMP用研磨液であって、砥粒と、酸化剤と、ジエチレントリアミン五酢酸及びその塩からなる群より選ばれる少なくとも一種と、液状媒体と、を含有し、且つ、砥粒の体積基準の粒度分布において少なくとも二つのピークを有し、第一のピークのピーク粒径が10~50nmであり、第二のピークのピーク粒径が55~140nmである、CMP用研磨液。

Description

CMP用研磨液、貯蔵液及び研磨方法
 本発明は、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)に使用するためのCMP用研磨液、当該研磨液を得るための貯蔵液、及び、これらを使用した研磨方法に関する。
 鉄道車両、航空機部品、自動車部品、電子機器の筐体等の材質としては、耐食性又は強度等に優れるという理由から、鉄と他の金属(クロム、ニッケル等)との合金であるステンレス鋼が用いられることが多い。しかしながら、ステンレス鋼の密度は7.64~8.06g/cm程度であり、ステンレス鋼では、近年の材料の軽量化への要求に対応するには限界がある。
 そのため、密度が2.64~2.82g/cm程度(ステンレス鋼の約1/3)であるアルミニウム系材料が注目されている。アルミニウム系材料としては、純アルミニウム(1000系)、Al-Cu(2000系)、Al-Mn(3000系)、Al-Si(4000系)、Al-Mg(5000系)、Al-Mg-Si(6000系)、Al-Zn-Mg(7000系)等が知られている。
 前記アルミニウム系材料のうち、純アルミニウム(1000系)の強度はやや低めであるが、アルミニウム合金は、ステンレス鋼と同様に耐食性、強度に優れることに加え、加工性等にも優れる。また、ステンレス鋼を用いた材料のほとんどが、クロムに由来するやや黒味がかった銀色を呈しているのに対し、アルミニウム合金を用いた材料は、白銀色とすることが可能であり、見た目にも明るく美しくできる。
 美しい白銀色を得るために、アルミニウム系材料の表面を充分に平滑化することが求められる場合がある。アルミニウム系材料の研磨方法としては、機械的研磨と化学的研磨が挙げられる。
 機械的研磨によって仕上げたアルミニウム系材料の表面は、金属光沢が消失しているもの(例えば、方向性のない模様があるもの、方向性のある筋模様があるもの)が多い。また、比較的平滑化が可能なバフ研磨を用いた場合であっても、充分に平滑な表面が得られるとはいえない。機械的研磨の中には、ある程度の金属光沢が得られる方法があるが、機械的研磨で得られる光沢には限界がある。このように、アルミニウム系材料の研磨において充分に平滑な表面が求められる場合、従来の機械的研磨ではその要求を満たすことが難しい。
 一方、平滑なアルミニウム系材料の表面を得る場合には、化学的研磨が用いられることがある。化学的研磨のみによる平滑化処理は工程に時間がかかるため、前記機械的研磨による処理を施した表面に、化学的研磨による処理を施すことがある。
 化学的研磨方法としては、リン酸と硝酸を主成分とした研磨液又は溶剤を110℃以下に加熱し、そこへアルミニウムを浸漬する方法が知られている(例えば、下記特許文献1参照)。また、高価なリン酸を節約するため、リン酸の一部の代替として硫酸を用いることが知られている(例えば、下記特許文献2参照)。これらの研磨は、単に、アルミニウム系材料の表面を溶解させ、化学的な作用のみで表面の凸部を除去して平滑化するものである。
 被研磨面の光沢を向上させるために酢酸を添加する方法も知られており、例えばリン酸50~80質量%、硝酸5~20質量%、酢酸3~20質量%を含有する液体を用いる手法が知られている(例えば、下記特許文献1参照)。被研磨面の光沢を向上させるために添加する物質としては、酢酸の他に、シュウ酸、クエン酸等の有機物質も知られている(例えば、下記非特許文献1参照)。しかしながら、一般的に化学的研磨方法は、高濃度の酸を高温で用いることが必要である等のようにプロセス管理が難しい。
 一方、アルミニウム系材料をCMPにより研磨することも検討されている。ここで、CMPとは、機械的な作用と化学的な作用の両方を利用した研磨のことである。具体的には、化学的な作用でアルミニウム系材料を軟化又は溶解させながら、同時に、アルミニウム系材料と砥粒(研磨粒子)との摩擦による機械的な作用でアルミニウム系材料の表面の凸部を除去して平滑化する場合がある。
 アルミニウム系材料を研磨するためのCMP用研磨液はいくつか知られているが、その種類は豊富とはいえない。その中でも、下記特許文献3においてはシリカゾルと酸化剤の組合せ、下記特許文献4においてはリン酸と過酸化水素と固体研磨材の組合せ、下記特許文献5においては酸化剤と砥粒の組合せ(例えば、コロイダルシリカと、アルミニウムを酸化させる試薬の組合せ)が有効であるとされている。これらは、研磨可能な反応層を酸化剤によりアルミニウム系材料の表面に化学的に形成し、形成された反応層を砥粒又は研磨パッドにより機械的に除去する方法である。
特開昭59-113199号公報 特開2002-285360号公報 特開昭52-81692号公報 特許第2500842号 特開2011-228728号公報 特許第4062569号
小久保定次郎著「アルミニウムの表面処理」(第8版)、内田老鶴圃新社、昭和55年7月20日、p35~39
 しかしながら、前記研磨液に含まれる酸化剤は、対象物を酸化する活性を有する物質であることから、化学的に不安定であり、貯蔵時に徐々に分解してしまう(貯蔵安定性が低い)。そこで、酸化剤以外の成分を含む研磨液用貯蔵液の形態で製造、保管及び運搬し、CMPの直前に酸化剤を混合する手法があるが、作業性が良好でないこと、及び、CMP用の装置に専用の配管を設置する必要があること等の問題がある。
 また、アルミニウム系材料を見た目に明るく美しくするためには、研磨後の表面の表面粗さを低くすることが必要であり、このような特性を有する研磨液が求められる。さらに、研磨液に対しては、アルミニウム系材料に対する良好な研磨速度も必要である。なぜならば、アルミニウム系材料の研磨速度が増加すると、凹凸を解消する速度が向上し、研磨処理をより効率的に行うことができるためである。
 しかしながら、従来の技術では、研磨速度と表面粗さの両立は難しかった。例えば、本発明者らは、砥粒により研磨速度と表面粗さを両立することを試みるに際し、砥粒の粒径が小さい場合、研磨後の表面粗さは向上するものの研磨速度が低下する傾向があることを見いだした。一方、本発明者らは、砥粒の粒径が大きい場合、研磨速度は向上するものの研磨後の表面粗さが大きい傾向があることも見いだした。このように、本発明者らは、アルミニウム系材料をCMPで研磨する場合に、研磨速度と表面粗さとがトレードオフの関係を有する傾向があることを見いだした。
 本発明は、前記問題点に鑑み、アルミニウム系材料を良好な研磨速度で平滑に研磨できると共に、保管安定性に優れた(保管前後で研磨特性が安定している)CMP用研磨液、当該研磨液を得るための貯蔵液、及び、これらを用いた研磨方法を提供することを目的とする。
 ここで、酸化剤の分解は重金属又は遷移金属を触媒として促進すると考えられる。これに対し、安定化剤を添加して、酸化剤が重金属等に触れることを抑制することで、酸化剤の分解を抑制する方法が知られている(例えば、上記特許文献6)。しかしながら、酸化剤の酸化能は、酸化剤が分解することで発現すると考えられ、これにより、酸化剤が研磨速度及び平滑性に寄与すると考えられる。従って、酸化剤の安定性を高めることは、酸化能の発現を抑制するため、酸化剤が有する研磨液の構成成分としての機能を制限する場合があると考えられる。このような理由から、従来、酸化剤を含む研磨液では、酸化剤の安定化剤を積極的に添加することは行われていない。
 これに対し、本発明者らは、ジエチレントリアミン五酢酸及びその塩が、酸化剤に対する安定化剤として機能しつつ、酸化剤が有する研磨液の構成成分としての機能を充分に発現させることができるという、驚くべき作用を有することを見いだした。
 また、本発明者らは、ジエチレントリアミン五酢酸又はその塩を含む研磨液において砥粒を制御することにより相乗効果が発現し、アルミニウム系材料に対する高い研磨速度と、研磨後の優れた平滑性を両立できることを見いだした。
 本発明に係るCMP用研磨液は、アルミニウム系材料を含む基体を研磨するためのCMP用研磨液であって、CMP用研磨液が、砥粒と、酸化剤と、ジエチレントリアミン五酢酸及びその塩からなる群より選ばれる少なくとも一種と、液状媒体と、を含有し、且つ、砥粒の体積基準の粒度分布において少なくとも二つのピークを有し、第一のピークのピーク粒径が10~50nmであり、第二のピークのピーク粒径が55~140nmである。
 本発明に係るCMP用研磨液によれば、アルミニウム系材料を良好な研磨速度で平滑に研磨できると共に、保管安定性に優れている。本発明に係るCMP用研磨液によれば、例えば、酸化剤を含む状態で40℃にて30日間貯蔵した後においても研磨特性が安定している。また、本発明に係るCMP用研磨液によれば、アルミニウム系材料を良好な研磨速度で効率的且つ平滑に研磨できる。
 本発明に係るCMP用研磨液のpHは、8.0~12.0であることが好ましい。これにより、充分に平滑なアルミニウム系材料の表面を更に効率的に得ることができる。
 酸化剤は過酸化水素であることが好ましい。これにより、アルミニウム系材料(例えばアルミニウム合金)に対する研磨速度が更に適切な範囲となり、充分に平滑なアルミニウム系材料の表面を更に短時間で得ることができる。また、ジエチレントリアミン五酢酸又はその塩を用いることによる酸化剤の分解抑制効果と、研磨速度及び平滑性の向上効果とを更に効果的に両立できる。
 砥粒の含有量は、CMP用研磨液の全質量を基準として1~30質量%であることが好ましい。これにより、アルミニウム系材料(例えばアルミニウム合金)に対する研磨速度が更に適切な範囲となり、充分に平滑なアルミニウム系材料の表面を短時間且つ低コストで得ることができる。
 酸化剤の含有量は、CMP用研磨液の全質量を基準として0.05~50質量%であることが好ましい。これにより、アルミニウム系材料(例えばアルミニウム合金)に対する研磨速度が更に適切な範囲となり、充分に平滑なアルミニウム系材料の表面を更に短時間で得ることができる。
 本発明に係る貯蔵液は、前記CMP用研磨液を得るための貯蔵液であって、液状媒体で希釈することにより前記CMP用研磨液が得られる。本発明に係る貯蔵液によれば、CMP用研磨液の貯蔵、運搬、保管等に係るコストを低減できる。
 本発明の一側面に係る研磨方法は、前記CMP用研磨液を用いて、アルミニウム系材料を含む基体を研磨する工程を備える。このような研磨方法によれば、アルミニウム系材料を良好な研磨速度で平滑に研磨できる。
 本発明の他の一側面に係る研磨方法は、前記貯蔵液を液状媒体で希釈することにより得られるCMP用研磨液を用いて、アルミニウム系材料を含む基体を研磨する工程を備える。このような研磨方法によれば、CMP用研磨液の貯蔵、運搬、保管等に係るコストを抑制できるため総合的な製造コストを低減できる。また、アルミニウム系材料を良好な研磨速度で平滑に研磨できる。
 前記基体は、アルミニウム系材料を含む筐体の少なくとも一部であることが好ましい。この場合、見た目に明るく美しい、外観に優れた筐体を得ることができる。また、筐体に着色、各種コーティング等を施す場合であっても、優れた外観の筐体を得ることができる。
 本発明によれば、アルミニウム系材料を良好な研磨速度で平滑に研磨できると共に、保管安定性に優れた(保管前後で研磨特性が安定している)CMP用研磨液、当該研磨液を得るための貯蔵液、及び、これらを用いた研磨方法を提供できる。
 本発明によれば、アルミニウム系材料を含む基体の研磨へのCMP用研磨液及び貯蔵液の応用が提供される。本発明によれば、アルミニウム合金を含む基体の研磨へのCMP用研磨液及び貯蔵液の応用が提供される。本発明によれば、研磨前における表面粗さ(Ra)が5.0nm以上である基体を、研磨後における表面粗さ(Ra)が4.0nm以下となるように研磨する研磨工程へのCMP用研磨液及び貯蔵液の応用が提供される。
 以下、本発明の実施形態について説明する。但し、本発明は下記の実施形態に何ら限定されるものではない。
[CMP用研磨液]
 本実施形態に係るCMP用研磨液は、アルミニウム系材料を含む基体を研磨するためのCMP用研磨液である。本実施形態に係るCMP用研磨液は、(a)砥粒と、(b)酸化剤と、(c)ジエチレントリアミン五酢酸及びその塩からなる群より選ばれる少なくとも一種と、(d)液状媒体と、を含有する。本実施形態に係るCMP用研磨液は、砥粒の体積基準の粒度分布において少なくとも二つのピークを有し、第一のピークのピーク粒径が10~50nmであり、第二のピークのピーク粒径が55~140nmである。
 本実施形態によれば、(a)砥粒と、(b)酸化剤と、(c)ジエチレントリアミン五酢酸及びその塩からなる群より選ばれる少なくとも一種と、(d)液状媒体と、を含有し、且つ、砥粒の体積基準の粒度分布において少なくとも二つのピークを有し、第一のピークのピーク粒径が10~50nmであり、第二のピークのピーク粒径が55~140nmであるCMP用研磨液の、アルミニウム系材料(例えばアルミニウム合金)を含む基体の化学機械研磨への応用(use)が提供される。
(粒度分布)
 本実施形態に係るCMP用研磨液は、砥粒の体積基準の粒度分布(例えば粒度分布曲線)において少なくとも二つのピーク(粒度分布ピーク)を有している。第一のピークのピーク粒径(ピークトップの粒径)は、10~50nmの範囲に測定される。第二のピークのピーク粒径(ピークトップの粒径)は、55~140nmの範囲に測定される。なお、粒度分布は、3つ以上のピークを有していてもよい。また、10~50nmの範囲、又は、55~140nmの範囲に複数のピークが存在していてもよい。
 ここで、粒度分布において単一のピークを有する研磨液を用いた場合には、アルミニウム系材料の表面を良好な研磨速度で充分に平滑に仕上げることが難しい。本発明者らは、砥粒の粒径が大きいほど、研磨速度は向上するが研磨後表面の平滑性は低下し、逆に、砥粒の粒径が小さいほど、研磨後表面の平滑性は向上するが研磨速度は低下することを見いだした。このようなトレードオフの関係により、従来技術においては、研磨速度と研磨後表面の平滑性を両立することが難しい。
 これに対し、本発明者らは、CMP用研磨液に含まれる砥粒を測定対象として得られる粒度分布において少なくとも二つのピークを有するようなCMP用研磨液を使用し、小粒径の砥粒のピーク粒径と、大粒径の砥粒のピーク粒径がそれぞれ特定の範囲にある場合、研磨速度を維持したまま研磨後の表面を充分に平滑に仕上げることが可能であることを見いだした。すなわち、本発明者らは、小粒径の砥粒のピーク粒径と、大粒径の砥粒のピーク粒径がそれぞれ特定の範囲にある場合に、小粒径の砥粒が有する「研磨後表面の平滑性を向上させる機能」と、大粒径の砥粒が有する「研磨速度を向上させる機能」とを両立できることを見いだした。
 アルミニウム系材料に対する充分な研磨速度を得る観点から、第一のピークのピーク粒径は10nm以上である。第一のピークのピーク粒径は、アルミニウム系材料に対する充分な研磨速度を得やすい観点から、12nm以上が好ましく、15nm以上がより好ましく、18nm以上が更に好ましい。
 研磨後のアルミニウム系材料の表面の平滑性に優れる観点から、第一のピークのピーク粒径は50nm以下である。第一のピークのピーク粒径は、研磨後のアルミニウム系材料の表面の平滑性に更に優れる観点から、45nm以下が好ましく、42nm以下がより好ましく、40nm以下が更に好ましく、35nm以下が特に好ましい。
 アルミニウム系材料に対する充分な研磨速度を得る観点から、第二のピークのピーク粒径は55nm以上である。第二のピークのピーク粒径は、アルミニウム系材料に対する充分な研磨速度が得られやすい観点から、60nm以上が好ましく、65nm以上がより好ましく、70nm以上が更に好ましく、75nm以上が特に好ましい。
 研磨後のアルミニウム系材料の表面の平滑性に優れる観点から、第二のピークのピーク粒径は140nm以下である。第二のピークのピーク粒径は、研磨後のアルミニウム系材料の表面の平滑性に更に優れる観点から、135nm以下が好ましく、130nm以下がより好ましく、125nm以下が更に好ましい。
 研磨後のアルミニウム系材料の表面の平滑性に更に優れ、且つ、アルミニウム系材料に対する充分な研磨速度が得られやすい観点から、第一のピークのピーク粒径が12~48nmであり且つ第二のピークのピーク粒径が55~135nmであることが好ましく、第一のピークのピーク粒径が15~46nmであり且つ第二のピークのピーク粒径が58~130nmであることがより好ましく、第一のピークのピーク粒径が18~45nmであり且つ第二のピークのピーク粒径が60~125nmであることが更に好ましい。
 CMP用研磨液に含まれる砥粒の粒度分布は、動的光散乱方式による粒度分布計によって測定できる。粒度分布の測定方法の具体例は、以下の通りである。なお、この測定方法は、砥粒を含むCMP用研磨液だけではなく、砥粒の分散液にも適用できる。
 まず、適量の測定対象(CMP用研磨液等)を量り取り、動的光散乱方式の粒度分布計が必要とする散乱光強度を満たすように必要に応じて水で希釈して測定サンプルを調製する。次に、この測定サンプルを動的光散乱方式の粒度分布計に投入し、粒度分布の測定を行う。得られた粒度分布データをSDP(Size Distribution Processor)解析し、その体積モードによりそれぞれのピークのピーク粒径を求める。高速な処理である単分散モード(UNIMODAL)解析では、粒度分布が単一のピークに強制的に変換されるため、それぞれのピークを分離解析する場合には適さない。前記動的光散乱方式の粒度分布計としては、BECKMAN COULTER社製の型番:N5型等が挙げられる。
(砥粒)
 本実施形態に係るCMP用研磨液は、砥粒を含有する。砥粒としては、例えば、フュームドシリカ、コロイダルシリカ等のシリカ(酸化珪素)、フュームドアルミナ、コロイダルアルミナ等のアルミナ(酸化アルミニウム)、焼成セリア、コロイダルセリア等のセリア(酸化セリウム)、ジルコニア(酸化ジルコニウム)が挙げられる。中でも、アルミニウム系材料に対する高い研磨速度と、表面の平滑化の両立を図りやすい観点から、シリカが好ましく、コロイダルシリカがより好ましい。
 粒度分布における第一のピーク及び第二のピークは、砥粒に起因する傾向がある。本実施形態において用いられる砥粒は、第一のピークに寄与する第一の粒子と、第二のピークに寄与する第二の粒子とを含んでいてもよい。この場合、砥粒の体積基準の粒度分布が少なくとも二つのピークを有している。第一の粒子の好ましい平均粒径の範囲は、第一のピークのピーク粒径に関する上記の範囲である。第二の粒子の好ましい平均粒径の範囲は、第二のピークのピーク粒径に関する上記の範囲である。CMP用研磨液に分散した状態の砥粒の粒度分布及び平均粒径は、動的光散乱方式による粒度分布計を用いた上記の測定方法によって測定できる。
 CMP用研磨液における砥粒の含有量(砥粒の総量)は、充分な研磨速度が達成されやすい観点から、CMP用研磨液の全質量を基準として、1質量%以上が好ましく、2質量%以上がより好ましく、3質量%以上が更に好ましく、4質量%以上が特に好ましく、5質量%以上が極めて好ましい。砥粒の含有量は、含有量に応じた研磨速度の向上効果が得られやすい観点から、CMP用研磨液の全質量を基準として、30質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましく、15質量%以下が更に好ましい。上記の観点から、砥粒の含有量は1~30質量%が好ましい。
 第一の粒子の含有量は、研磨後のアルミニウム系材料の表面の平滑性に更に優れる観点から、砥粒の全質量を基準として、10質量%以上が好ましく、15質量%以上がより好ましく、20質量%以上が更に好ましい。研磨後のアルミニウム系材料の表面の平滑性をより優先する場合には、第一の粒子の含有量は、30質量%以上が特に好ましく、40質量%以上が極めて好ましく、50質量%以上が非常に好ましい。第一の粒子の含有量は、アルミニウム系材料に対する充分な研磨速度が得られやすい観点から、砥粒の全質量を基準として、90質量%以下が好ましく、85質量%以下がより好ましく、80質量%以下が更に好ましい。
 第二の粒子の含有量は、アルミニウム系材料に対する充分な研磨速度が得られやすい観点から、砥粒の全質量を基準として、10質量%以上が好ましく、15質量%以上がより好ましく、20質量%以上が更に好ましい。アルミニウム系材料に対する充分な研磨速度をより優先する場合には、第二の粒子の含有量は、30質量%以上が特に好ましく、40質量%以上が極めて好ましく、50質量%以上が非常に好ましい。第二の粒子の含有量は、研磨後のアルミニウム系材料の表面の平滑性に更に優れる観点から、砥粒の全質量を基準として、90質量%以下が好ましく、85質量%以下がより好ましく、80質量%以下が更に好ましい。
(pH)
 本実施形態に係るCMP用研磨液のpH(25℃)が8.0以上であることにより、アルミニウム系材料の研磨速度が更に向上する傾向がある。同様の観点から、pHは、8.2以上がより好ましく、8.4以上が更に好ましく、8.6以上が特に好ましい。本実施形態に係るCMP用研磨液のpH(25℃)が12.0以下であることにより、アルミニウム系材料の過剰な腐食を防ぐことができる。同様の観点から、pHは、11.8以下がより好ましく、11.6以下が更に好ましく、11.4以下が特に好ましく、11.2以下が極めて好ましい。上記の観点から、本実施形態に係るCMP用研磨液のpHは8.0~12.0であることが好ましい。
 CMP用研磨液のpHは、pHメータ(例えば、横河電機株式会社製の商品名:Model PH81)で測定できる。例えば、標準緩衝液(フタル酸塩pH緩衝液、pH:4.21(25℃);中性リン酸塩pH緩衝液、pH:6.86(25℃))を用いて2点校正した後、電極をCMP用研磨液に入れて、2分以上経過して安定した後の値を測定する。
(酸化剤)
 本実施形態に係るCMP用研磨液は、金属を酸化する能力を有する酸化剤(金属酸化剤)を含有する。酸化剤を含有しない研磨液を用いると、例えばAl-Mg-Si系合金(6000系合金)の一種であるA6063合金を研磨した際、比較的大きな凹凸が生じる。この凹凸は、合金表面において、Mg、Si、Fe等の元素が周辺のアルミニウム部分(固溶相)に比べて多く含まれた部分(不純物析出相)の研磨速度が、固溶相の研磨速度に比べ遅いことによって生じると考えられる。一方、酸化剤を用いた研磨液では、凹凸の小さな研磨後表面が得られ、アルミニウム合金の研磨速度が向上する。この理由は明確ではないが、合金表面における固溶相と不純物析出相の両方に酸化剤が同程度に作用するためと考えられる。
 酸化剤としては、過酸化水素、過硫酸塩(例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム)、硝酸、過ヨウ素酸塩(例えば、過ヨウ素酸アンモニウム、過ヨウ素酸ナトリウム、過ヨウ素酸カリウム)、次亜塩素酸、オゾン水等が挙げられ、中でも、過酸化水素が好ましい。酸化剤としては、一種類を単独で用いてもよく、二種類以上を混合して用いてもよい。過酸化水素は、通常、過酸化水素水として入手できるため、CMP用研磨液の希釈液として使用してもよい。
 酸化剤の含有量は、アルミニウム系材料(例えばアルミニウム合金)の表面の凹凸を更に効果的に解消する観点、及び、アルミニウム系材料(例えばアルミニウム合金)の酸化が不充分となってCMP速度が低下することを防ぐ観点から、CMP用研磨液の全質量を基準として、0.05質量%以上が好ましく、0.10質量%以上がより好ましく、0.15質量%以上が更に好ましい。酸化剤の含有量は、被研磨面に荒れが生じることを防ぎやすい観点から、CMP用研磨液の全質量を基準として、50質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、10質量%以下が更に好ましい。上記観点から、酸化剤の含有量は0.05~50質量%が好ましい。なお、酸化剤として過酸化水素水を使用してもよい。この場合、過酸化水素が最終的に前記範囲になるように換算して、過酸化水素水を配合する。
(酸化剤の分解抑制剤:ジエチレントリアミン五酢酸及びその塩)
 酸化剤は、酸化剤自体が還元することで対象物を酸化させる作用があることから、分解しやすく、活性を失いやすい。貯蔵している間に酸化剤が活性を失うと、研磨液の特性が損なわれる場合があるため、酸化剤の分解を抑制することが好ましい。酸化剤の分解速度に影響を与える因子としては、温度、貯蔵時の容器の材質又は形状、pH、重金属濃度、還元剤又は分解酵素の存在等が挙げられるが、酸化剤の分解抑制には特に重金属の封鎖が有効である。
 本実施形態に係るCMP用研磨液は、重金属を好適に封鎖可能な「酸化剤の分解抑制剤」(以下、場合により「分解抑制剤」という)として、ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)及びその塩からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する。これにより、酸化剤の分解抑制能が充分に得られる、アルミニウム系材料の研磨を阻害しない、入手しやすい等の効果を得ることができる。ジエチレントリアミン五酢酸の塩としては、ジエチレントリアミン五酢酸ナトリウム、ジエチレントリアミン五酢酸カリウム、ジエチレントリアミン五酢酸カルシウム三ナトリウム等が挙げられる。なお、前記塩は部分塩を含む。
 本実施形態に係るCMP用研磨液は、重金属の封鎖が可能な分解抑制剤として、ジエチレントリアミン五酢酸又はその塩に加えて、アミノカルボン酸系キレート剤(但し、ジエチレントリアミン五酢酸及びその塩を除く)、リン酸化合物、ホスホン酸系キレート剤、ケイ酸及びその塩、並びに、有機酸及びその塩からなる群より選ばれる少なくとも一種を更に含有していてもよい。
 アミノカルボン酸系キレート剤としては、エチレンジアミン-N,N’-ジコハク酸(EDDS)、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、プロピレンジアミン四酢酸(PDTA)、N-ヒドロキシエチレンジアミン三酢酸、ニトリロ三酢酸(NTA)、エチレンジアミンテトラプロピオン酸、エチレンジアミン-N,N’-ジグルタミン酸、2-ヒドロキシプロピレンジアミン-N,N’-ジコハク酸、トリエチレンテトラミン六酢酸、トランス-1,2-ジアミノシクロヘキサン-N,N,N’,N’-四酢酸、エタノールジグリシン等のポリアミノカルボン酸及びこれらの塩;2-ヒドロキシエチル二酢酸及びその塩;グリセリルイミノ二酢酸等のイミノ二酢酸及びその塩などが挙げられる。
 リン酸化合物としては、オルトリン酸、ピロリン酸、トリポリリン酸及びこれらの塩等が挙げられる。ホスホン酸系キレート剤としては、アミノトリ(メチレンホスホン酸)、1-ヒドロキシエチリデン-1,1-ジホスホン酸、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ヘキサメチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)及びこれらの塩等が挙げられる。有機酸としては、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、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸及びこれらの塩等が挙げられる。
 アミノカルボン酸系キレート剤、リン酸化合物又はホスホン酸系キレート剤として上述した化合物の塩、ケイ酸の塩、及び、有機酸の塩としては、例えばナトリウム塩(リン酸水素ナトリウム、シュウ酸ナトリウム等)が挙げられる。
 これらのうち、例えば、ジエチレントリアミン五酢酸及びその塩以外のアミノカルボン酸系キレート剤、リン酸化合物、ホスホン酸系キレート剤、ケイ酸及びその塩、有機酸及びその塩は、酸化剤の分解抑制能が高くないことから、ジエチレントリアミン五酢酸及びその塩と比較して酸化剤の分解抑制の効果が低い傾向がある。そのため、ジエチレントリアミン五酢酸又はその塩を含むことなく、ジエチレントリアミン五酢酸及びその塩以外のアミノカルボン酸系キレート剤、リン酸化合物、ホスホン酸系キレート剤、ケイ酸又はその塩、有機酸又はその塩を含む研磨液を用いた場合には、充分な保管安定性を得ることが難しい。
 ジエチレントリアミン五酢酸及びその塩の含有量は、充分な酸化剤の分解抑制能が得られやすい観点から、CMP用研磨液の全質量を基準として、0.001質量%以上が好ましく、0.002質量%以上がより好ましく、0.003質量%以上が更に好ましい。ジエチレントリアミン五酢酸及びその塩の含有量は、含有量に応じた酸化剤の分解抑制能が得られやすい観点から、CMP用研磨液の全質量を基準として、1.0質量%以下が好ましく、0.5質量%以下がより好ましく、0.3質量%以下が更に好ましく、0.1質量%以下が特に好ましい。上記観点から、ジエチレントリアミン五酢酸及びその塩の含有量は0.001~1.0質量%が好ましい。ジエチレントリアミン五酢酸とジエチレントリアミン五酢酸の塩とを併用する場合は、各化合物の含有量の合計が上記範囲を満たすことが好ましい。
 分解抑制剤(ジエチレントリアミン五酢酸及びその塩を含む)の含有量は、充分な酸化剤の分解抑制能が得られやすい観点から、CMP用研磨液の全質量を基準として、0.001質量%以上が好ましく、0.002質量%以上がより好ましく、0.003質量%以上が更に好ましい。分解抑制剤の含有量は、含有量に応じた酸化剤の分解抑制能が得られやすい観点から、CMP用研磨液の全質量を基準として、1.0質量%以下が好ましく、0.5質量%以下がより好ましく、0.3質量%以下が更に好ましく、0.1質量%以下が特に好ましい。上記観点から、分解抑制剤の含有量は0.001~1.0質量%が好ましい。
(液状媒体)
 本実施形態に係るCMP用研磨液は、分解抑制剤を溶解し、且つ、砥粒を分散させるための液状媒体を含む。液状媒体としては、公知の液状媒体である水及び有機溶媒を広く使用できる。砥粒を分散できる液体であれば、液状媒体は特に制限されない。但し、pH調整の容易性、安全性、被研磨面との反応性等の観点から、液状媒体は水を主成分とすることが好ましい。液状媒体としては、脱イオン水、イオン交換水、超純水等が好ましい。液状媒体として用いることができる有機溶媒としては、特に制限はないが、水と任意に混合できる溶媒が好ましい。具体的な有機溶媒としては、酢酸、グリコール類、グリコールモノエーテル類、グリコールジエーテル類、アルコール類、炭酸エステル類、ラクトン類、エーテル類、ケトン類、フェノール、ジメチルホルムアミド、n-メチルピロリドン、酢酸エチル、乳酸エチル、スルホラン等が挙げられる。液状媒体は、一種類を単独で用いてもよく、二種類以上を混合して用いてもよい。
 本実施形態に係るCMP用研磨液は、砥粒、酸化剤、分解抑制剤、液状媒体以外に界面活性剤、防食剤等を含有していてもよい。
[貯蔵液]
 本実施形態に係るCMP用研磨液は、貯蔵、運搬、保管等に係るコストを抑制する観点から、使用時に液状媒体で希釈されて使用される貯蔵液として保管できる。本実施形態に係る貯蔵液は、CMP用研磨液を得るための貯蔵液であり、液状媒体で希釈する(例えば、質量基準で2倍以上に希釈する)ことによりCMP用研磨液が得られる。本実施形態では、研磨の直前に液状媒体で貯蔵液を希釈してCMP用研磨液を調製してもよい。また、プラテン(研磨定盤)上に貯蔵液と液状媒体を供給し、プラテン上でCMP用研磨液を調製してもよい。また、酸化剤及び/又は分解抑制剤を貯蔵液に配合せず、使用時にこれらを添加してもよい。
 貯蔵液の希釈倍率(質量基準)の下限としては、倍率が高いほど貯蔵、運搬、保管等に係るコストの抑制効果が高い観点から、2倍以上が好ましく、3倍以上がより好ましい。希釈倍率の上限としては、特に制限はないが、10倍以下が好ましく、7倍以下がより好ましく、5倍以下が更に好ましい。このような希釈倍率の上限値である場合、貯蔵液に含まれる成分(酸及び酸化剤等の化学成分、砥粒など)の含有量が高くなり過ぎることが抑制され、保管中の貯蔵液の安定性を維持しやすい傾向がある。なお、希釈倍率がd倍であるとき、貯蔵液中に含まれる成分の含有量は、CMP用研磨液中に含まれる成分の含有量のd倍である。
[アルミニウム系材料を含む基体]
 本実施形態に係るCMP用研磨液は、アルミニウム系材料を少なくとも含む基体のCMPに適している。アルミニウム系材料としては、純アルミニウム(1000系);Al-Cu(2000系)、Al-Mn(3000系)、Al-Si(4000系)、Al-Mg(5000系)、Al-Mg-Si(6000系)、Al-Zn-Mg(7000系)等のアルミニウム合金などが挙げられる。なお、純アルミニウムとは、意図的に異種元素を添加していないアルミニウムをいう。これらのアルミニウム系材料の名称は、日本工業規格(JIS)又は国際アルミニウム合金名に準じるものである。
 また、本実施形態に係るCMP用研磨液は、純アルミニウムよりも硬い部分を有するアルミニウム合金の研磨に適している。純アルミニウムよりも硬い部分を有するアルミニウム合金の具体例としては、Al-Cu(2000系)、Al-Mn(3000系)、Al-Si(4000系)、Al-Mg(5000系)、Al-Mg-Si(6000系)、Al-Zn-Mg(7000系)等が挙げられる。これらの中でも、本実施形態に係るCMP用研磨液の特性を活かしやすい観点から、Al-Mg-Si(A6063系)又はAl-Mg(A5052)等が好ましい。
 アルミニウム系材料を含む基体としては、特に制限はないが、半導体基板等の基板、航空機部品、自動車部品等の部品、鉄道車両等の車両、電子機器(携帯型電子機器等)の筐体などが挙げられる。基体は、アルミニウム系材料を含む筐体の少なくとも一部であってもよい。本実施形態に係るCMP用研磨液を用いた研磨によれば、前記アルミニウム系材料(例えばアルミニウム合金)を含む基体の表面を充分に平滑に研磨できる。このような研磨によって、美しい白銀色を呈する基体の表面が得られる。また、このような表面に塗装等の着色処理を行った場合においても、美しい外観が得られる。したがって、本実施形態に係るCMP用研磨液は、美しい外観が要求される基体(例えば筐体)の研磨に特に好適である。
 本実施形態に係るCMP用研磨液は、例えば、研磨前における表面粗さ(Ra)が5.0nm以上である基体を、研磨後における表面粗さ(Ra)が4.0nm以下となるように研磨するために用いられてもよい。基体の表面粗さ(Ra)は、平滑な表面が得られやすい観点から、研磨前において20.0nm未満が好ましく、15.0nm未満がより好ましく、10.0nm未満が更に好ましい。また、基体の表面粗さ(Ra)は、研磨前において5.0nm以上が好ましく、6.0nm以上がより好ましく、7.0nm以上が更に好ましい。
[研磨方法]
 本実施形態に係る研磨方法は、CMP用研磨液を用いて、アルミニウム系材料を含む基体を研磨する研磨工程を備えていてもよく、貯蔵液を液状媒体で希釈する(例えば質量基準で2倍以上に希釈する)ことにより得られるCMP用研磨液を用いて、アルミニウム系材料を含む基体を研磨する研磨工程を備えていてもよい。
 研磨工程において、基体の研磨前における表面粗さ(Ra)は例えば5.0nm以上であり、基体の研磨後における表面粗さ(Ra)は例えば4.0nm以下である。すなわち、研磨工程は、例えば、CMP用研磨液を用いて、5.0nm以上の表面粗さ(Ra)を有する基体を研磨して、4.0nm以下の表面粗さ(Ra)を有する基体を得る工程であってもよい。基体の表面粗さ(Ra)は、平滑な表面が得られやすい観点から、研磨前において20.0nm未満が好ましく、15.0nm未満がより好ましく、10.0nm未満が更に好ましい。また、基体の表面粗さ(Ra)は、研磨前において5.0nm以上が好ましく、6.0nm以上がより好ましく、7.0nm以上が更に好ましい。
 本実施形態に係る研磨方法では、公知の研磨装置を広く用いることができる。例えば、研磨装置としては、基体を保持するホルダーと、研磨パッド(研磨布)を貼り付けたプラテンとを有する一般的な研磨装置が挙げられる。プラテンには、例えば、プラテンの回転数を変更するためのモータ等が取り付けられていてもよい。
 研磨パッドとしては、特に限定されないが、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂等が挙げられる。これらの研磨パッドの表面には、CMP用研磨液が溜まるような溝が形成されていることが好ましい。基体の研磨条件に制限はないが、基体の飛び出しを防止しやすい観点から、プラテンの回転数は200min-1以下であることが好ましい。研磨後の基体表面における傷の発生を抑制しやすい観点から、研磨荷重は34.5kPa(5psi)以下であることが好ましい。
 本実施形態に係る研磨方法では、例えば、プラテンに貼り付けられた研磨パッドに、アルミニウム系材料を含む基体を押圧した状態で、CMP用研磨液を基体と研磨パッドとの間にポンプ等により供給し、基体とプラテンとを相対的に動かす。これらの操作により、基体表面に対する化学機械研磨を行うことができる。CMP用研磨液を研磨装置に供給する方法は、研磨の間、CMP用研磨液を研磨パッドに連続的に供給できるものであれば、特に限定されない。CMP用研磨液の供給量に制限はないが、研磨パッドの表面が常にCMP用研磨液で覆われていることが好ましい。貯蔵液と液状媒体とを基体と研磨パッドとの間に供給し、プラテン上で貯蔵液を希釈(例えば質量基準で2倍以上に希釈)しながら研磨を行ってもよい。
 研磨終了後の基体は、流水中でよく洗浄後、基体上に付着した水滴をスピンドライヤ等により払い落としてから乾燥させることが好ましい。
 以下、実施例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明の技術思想を逸脱しない限り、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。なお、pHの測定は、横河電機株式会社製の商品名:Model PH81を用いて行った。
[貯蔵液及び研磨液の調製]
(実施例1)
 脱イオン水に、コロイダルシリカA(二酸化ケイ素含有量が49質量%の水分散液、pH:9.3、比重(4℃の水を基準とする比重。以下同じ。):1.4、粘度:18mPa・s)と、コロイダルシリカB(二酸化ケイ素含有量が41質量%の水分散液、pH:10.1、比重:1.3、粘度:2.8mPa・s)とを添加した後、ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)と、30質量%過酸化水素水とを添加した。さらに、25質量%アンモニア水を適量添加してpHを10.1に調整した後に、残分の脱イオン水を追加して、実施例1のCMP用研磨液1を得るための貯蔵液1を作製した。
 コロイダルシリカA及びコロイダルシリカBをそれぞれ単独でBECKMAN COULTER社製の粒度分布計(型番:N5型)を用いて測定した場合の平均粒径の測定値は、30nm及び112nmであった。貯蔵液1の調製工程では、貯蔵液1の全質量を基準として、コロイダルシリカAの含有量が12質量%、コロイダルシリカBの含有量が8質量%、過酸化水素の含有量が0.5質量%(30質量%過酸化水素水換算で1.67質量%)、DTPAの含有量が0.01質量%に調整されるように各成分を添加して貯蔵液1を調製した。
 貯蔵液1を水で2倍に希釈する(貯蔵液1と、貯蔵液1と同質量の脱イオン水とを混合する。以下同じ。)ことによって、実施例1のCMP用研磨液1を調製した。すなわち、実施例1の研磨液1の全質量を基準として、コロイダルシリカAの含有量は6質量%、コロイダルシリカBの含有量は4質量%、過酸化水素の含有量は0.25質量%、DTPAの含有量は0.005質量%であった。また、得られた研磨液1のpHは10.0であった。
(実施例2)
 実施例2では、貯蔵液の全質量を基準として、コロイダルシリカAの含有量を4質量%に調整し、コロイダルシリカBの含有量を16質量%に調整したこと以外は実施例1と同様に行い、貯蔵液2及び研磨液2を作製した。研磨液2の全質量を基準として、コロイダルシリカAの含有量は2質量%、コロイダルシリカBの含有量は8質量%であった。また、得られた研磨液2のpHは10.1であった。
(実施例3)
 実施例3では、貯蔵液の全質量を基準として、コロイダルシリカAの含有量を8質量%に調整し、コロイダルシリカBの含有量を12質量%に調整したこと以外は実施例1と同様に行い、貯蔵液3及び研磨液3を作製した。研磨液3の全質量を基準として、コロイダルシリカAの含有量は4質量%、コロイダルシリカBの含有量は6質量%であった。また、得られた研磨液3のpHは10.1であった。
(実施例4)
 実施例4では、貯蔵液の全質量を基準として、コロイダルシリカAの含有量を16質量%に調整し、コロイダルシリカBの含有量を4質量%に調整したこと以外は実施例1と同様に行い、貯蔵液4及び研磨液4を作製した。研磨液4の全質量を基準として、コロイダルシリカAの含有量は8質量%、コロイダルシリカBの含有量は2質量%であった。また、得られた研磨液4のpHは10.1であった。
(実施例5)
 実施例5では、貯蔵液中のコロイダルシリカAをコロイダルシリカC(二酸化ケイ素含有量が41質量%の水分散液、pH:9.0、比重:1.3、粘度:6.8mPa・s)に変更したこと以外は実施例1と同様に行い、貯蔵液5及び研磨液5を作製した。研磨液5の全質量を基準として、コロイダルシリカBの含有量は4質量%、コロイダルシリカCの含有量は6質量%であった。また、得られた研磨液5のpHは10.1であった。なお、コロイダルシリカCのみでBECKMAN COULTER社製の粒度分布計(型番:N5型)を用いて測定した場合の平均粒径の測定値は20nmであった。
(実施例6)
 実施例6では、貯蔵液中のコロイダルシリカBをコロイダルシリカD(二酸化ケイ素含有量が41質量%の水分散液、pH:10.1、比重:1.3、粘度:4.0mPa・s)に変更したこと以外は実施例1と同様に行い、貯蔵液6及び研磨液6を作製した。研磨液6の全質量を基準として、コロイダルシリカAの含有量は6質量%、コロイダルシリカDの含有量は4質量%であった。また、得られた研磨液6のpHは10.0であった。なお、コロイダルシリカDのみでBECKMAN COULTER社製の粒度分布計(型番:N5型)を用いて測定した場合の平均粒径の測定値は60nmであった。
(実施例7)
 実施例7では、貯蔵液中のコロイダルシリカAをコロイダルシリカE(二酸化ケイ素含有量が41質量%の水分散液、pH:10.3、比重:1.3、粘度:4.4mPa・s)に変更したこと以外は実施例1と同様に行い、貯蔵液7及び研磨液7を作製した。研磨液7の全質量を基準として、コロイダルシリカBの含有量は4質量%、コロイダルシリカEの含有量は6質量%であった。また、得られた研磨液7のpHは10.0であった。なお、コロイダルシリカEのみでBECKMAN COULTER社製の粒度分布計(型番:N5型)を用いて測定した場合の平均粒径の測定値は45nmであった。
(比較例1)
 比較例1では、砥粒としてコロイダルシリカBを添加せず、コロイダルシリカAのみを貯蔵液の全質量を基準として20質量%添加したこと以外は実施例1と同様に行い、貯蔵液8及び研磨液8を作製した。研磨液8の全質量を基準として、コロイダルシリカAの含有量は10質量%であった。また、得られた研磨液8のpHは10.0であった。
(比較例2)
 比較例2では、砥粒としてコロイダルシリカAを添加せず、コロイダルシリカBのみを貯蔵液の全質量を基準として20質量%添加したこと以外は実施例1と同様に行い、貯蔵液9及び研磨液9を作製した。研磨液9の全質量を基準として、コロイダルシリカBの含有量は10質量%であった。また、得られた研磨液9のpHは10.0であった。
(比較例3)
 比較例3では、過酸化水素を添加しないこと以外は実施例1と同様に行い、貯蔵液10及び研磨液10を作製した。研磨液10の全質量を基準として、コロイダルシリカAの含有量は6質量%、コロイダルシリカBの含有量は4質量%であった。また、得られた研磨液10のpHは10.1であった。
(比較例4)
 比較例4では、DTPAを添加しないこと以外は実施例1と同様に行い、貯蔵液11及び研磨液11を作製した。研磨液11の全質量を基準として、コロイダルシリカAの含有量は6質量%、コロイダルシリカBの含有量は4質量%であった。また、得られた研磨液11のpHは10.0であった。
(比較例5)
 比較例5では、コロイダルシリカAを添加せず、替わりにコロイダルシリカDを添加したこと以外は実施例1と同様に行い、貯蔵液12及び研磨液12を作製した。研磨液12の全質量を基準として、コロイダルシリカBの含有量は4質量%、コロイダルシリカDの含有量は6質量%であった。また、得られた研磨液12のpHは10.0であった。
(比較例6)
 比較例6では、貯蔵液中のコロイダルシリカBをコロイダルシリカF(二酸化ケイ素含有量が20質量%の水分散液、pH:7.2、比重:1.1、粘度:4.0mPa・s)に変更したこと以外は実施例1と同様に行い、貯蔵液13及び研磨液13を作製した。研磨液13の全質量を基準として、コロイダルシリカAの含有量は6質量%、コロイダルシリカFの含有量は4質量%であった。また、得られた研磨液13のpHは10.0であった。なお、コロイダルシリカFのみでBECKMAN COULTER社製の粒度分布計(型番:N5型)を用いて測定した場合の平均粒径の測定値は163nmであった。
(比較例7)
 比較例7では、貯蔵液中のコロイダルシリカAをコロイダルシリカG(二酸化ケイ素含有量が20質量%の水分散液、pH:10.4、比重:1.1、粘度:2.8mPa・s)に変更したこと以外は実施例1と同様に行い、貯蔵液14及び研磨液14を作製した。研磨液14の全質量を基準として、コロイダルシリカBの含有量は4質量%、コロイダルシリカGの含有量は6質量%であった。また、得られた研磨液14のpHは10.0であった。なお、コロイダルシリカGのみでBECKMAN COULTER社製の粒度分布計(型番:N5型)を用いて測定した場合の平均粒径の測定値は5nmであった。
(比較例8)
 比較例8では、貯蔵液中のコロイダルシリカBをコロイダルシリカEに変更したこと以外は実施例1と同様に行い、貯蔵液15及び研磨液15を作製した。研磨液15の全質量を基準として、コロイダルシリカAの含有量は6質量%、コロイダルシリカEの含有量は4質量%であった。また、得られた研磨液15のpHは10.0であった。
(比較例9)
 比較例9では、DTPAを添加せず、替わりにエチレンジアミン四酢酸(EDTA)を貯蔵液の全質量を基準として0.01質量%添加したこと以外は実施例1と同様に行い、貯蔵液16及び研磨液16を作製した。研磨液16の全質量を基準として、コロイダルシリカAの含有量は6質量%、コロイダルシリカBの含有量は4質量%であった。また、得られた研磨液16のpHは10.0であった。
(比較例10)
 比較例10では、DTPAを添加せず、替わりにピロリン酸を貯蔵液の全質量を基準として0.1質量%添加したこと以外は実施例1と同様に行い、貯蔵液17及び研磨液17を作製した。研磨液17の全質量を基準として、コロイダルシリカAの含有量は6質量%、コロイダルシリカBの含有量は4質量%であった。また、得られた研磨液17のpHは10.0であった。
(比較例11)
 比較例11では、DTPAを添加せず、替わりにクエン酸を貯蔵液の全質量を基準として0.1質量%添加したこと以外は実施例1と同様に行い、貯蔵液18及び研磨液18を作製した。研磨液18の全質量を基準として、コロイダルシリカAの含有量は6質量%、コロイダルシリカBの含有量は4質量%であった。また、得られた研磨液18のpHは10.0であった。
[研磨液の粒度分布測定]
 研磨液1~18の粒度分布の測定結果を表1及び表2に示す。研磨液の粒度分布は、BECKMAN COULTER社製の粒度分布計(型番:N5型)を用いて測定した。表2から明らかなように、単一のコロイダルシリカを添加した研磨液8、9では、ピークの数が一つのみであったのに対し、二種のコロイダルシリカを添加した研磨液1~7、10~18では、それぞれのコロイダルシリカに起因する二つのピークが測定された。
[貯蔵液及び研磨液の特性評価]
 以下の方法により、前記で作製した貯蔵液及び研磨液の特性評価を行った。
(CMP方法及び研磨特性の評価方法)
 以下の手順で、研磨装置を用いてCMP用研磨液による基体の化学機械研磨を行った。
 プラテンに貼り付けられた研磨パッドに、下記の基体を押圧した状態で、CMP用研磨液を基体と研磨パッドとの間にポンプにより供給しながら、プラテンを回転させた。これらの操作により、基体表面の化学機械研磨を行った。
 研磨する基体としては、Al-Mg-Si系合金の板であるA6063を使用した。基体のサイズは横30mm×縦30mm×厚さ5mmであった。CMP前の板の表面には傷(初期凹凸)があった。この初期凹凸に起因して板の表面は完全に曇っており、充分に物体を映し出すことができない状態であった。
 研磨装置として、株式会社ナノファクター製の型式:FACT―200を用いた。研磨パッドとして、独立気泡を有する発泡ポリウレタン樹脂を用いた。研磨条件は以下の通りとした。
<研磨条件>
 研磨荷重:9.0kPa(1.3psi)
 プラテンの回転数:150min-1
 CMP用研磨液の流量(供給量):3mL/min
 研磨時間:10min
(研磨速度)
 基体のCMP前後の質量を測定することで、研磨された質量を求め、そこから基体の被研磨面の面積と密度の値(基体を純アルミニウム(Al)と仮定し密度2.70g/cmの値を使用)を用いて膜厚に換算し、研磨速度を算出した。50nm/min以上の研磨速度を良好であると評価した。評価結果を表1及び表2に示す。
(CMP後における基体表面の傷の有無)
 各研磨液を用いたCMP後の各基体の表面状態を目視で観察した。CMP後に初期凹凸(傷)が完全になくなった場合を「傷無し」と評価した。CMP後に傷が一部でも残っている場合、又は、傷が全て残っている場合を「傷有り」と評価した。傷無しであれば良好であると評価した。評価結果を表1及び表2に示す。
(CMP後における基体表面の平均表面粗さ)
 表面粗さをJIS B 0601:2001に準拠して評価した。各研磨液を用いたCMP後の各基体の平均表面粗さ(Ra)を、非接触表面形状測定機を用いて測定した。非接触表面形状測定機として、走査型白色干渉法を利用したZygo社製の商品名:NewView7200(「NewView」は登録商標)を用い、対物レンズ×10(10倍)のモードで基体中央を3点測定し、得られた値の平均値をRaとした。なお、測定範囲は0.70mm×0.53mm、光源は白色LEDであった。CMP前の基体のRaは9.4nmであった。CMP後の基体のRaが4.0nm以下であれば良好であると評価した。評価結果を表1及び表2に示す。
(貯蔵液保管後の過酸化水素の残存率測定)
 貯蔵液10を除く各貯蔵液を40℃にて30日間貯蔵した後に過酸化水素の残存率を測定した。貯蔵後の過酸化水素の残存率は以下の式により算出した。評価結果を表1及び表2に示す。
 過酸化水素の残存率(%)=(40℃にて30日間貯蔵した貯蔵液中の過酸化水素濃度)/(貯蔵液作製直後の過酸化水素濃度)×100
 なお、貯蔵液の過酸化水素濃度はヨウ素滴定法により測定した。具体的な測定手順を以下に示す。
<ヨウ素滴定法による過酸化水素濃度測定>
(1)容器に貯蔵液を約1.0g測り取った。
(2)七モリブデン酸六アンモニウム四水和物を0.05質量%含む10質量%硫酸水溶液を5.0g容器に加えた。
(3)1.0mol/Lのヨウ化カリウム水溶液を5.0gと、純水30gとを容器に加えた。
(4)滴定液として0.01mol/Lのチオ硫酸ナトリウム
(Na)水溶液を使用し、過酸化水素の酸化作用により遊離したヨウ素を滴定した。滴定が進行するに従い、赤色から透明に変色した。なお、滴定では、平沼産業株式会社製の電位差滴定装置、商品名:COM-2500を用い、電位の変化に基づき終点を決定した。
(5)過酸化水素(H)濃度を以下の式により算出した。
 H濃度(ppm)=D×K×F×M×1000/S
  D:加えたNa水溶液の体積(L)
  K:1molのNaに対する過酸化水素の質量当量=17(g/mol)
  F:Na水溶液のファクター(単位なし)
  M:Na水溶液の濃度(0.01mol/L)
  S:サンプルの質量(g)
(貯蔵液保管後の研磨特性評価)
 各貯蔵液を40℃にて30日間貯蔵した後に脱イオン水で2倍に希釈して研磨液を調製した。前記(CMP方法及び研磨特性の評価方法)と同様の方法及び評価基準で、貯蔵液保管後の研磨特性を評価した。評価結果を表1及び表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
[評価結果]
(作製直後の研磨結果)
 研磨液1~7については、研磨速度が良好であり、研磨後の基体表面に傷も無く、平均表面粗さが充分に小さい値であり、良好な平滑面が得られた。
 コロイダルシリカAのみを用いた研磨液8、平均粒径が5nmであるコロイダルシリカGとコロイダルシリカBとを混合して用いた研磨液14、及び、いずれも小粒径であるコロイダルシリカAとコロイダルシリカEを用いた研磨液15については、平均表面粗さは良好であるものの研磨速度が小さく、研磨後の基体表面は一部金属光沢があるもののやや白っぽく、傷が残る結果となった。
 コロイダルシリカBのみを用いた研磨液9、平均粒径が60nmであるコロイダルシリカDとコロイダルシリカBとを混合して用いた研磨液12、及び、平均粒径が163nmであるコロイダルシリカFとコロイダルシリカAとを混合して用いた研磨液13については、研磨速度は充分に大きく、傷も残らなかったが、平均表面粗さが良好ではなく、研磨後の基体表面は曇ったような外観であった。
 過酸化水素を含有していない研磨液10については、研磨速度、平均表面粗さ及び傷のいずれもが不充分であり、研磨後の基体表面は傷が残る曇った外観であった。
(保管後の過酸化水素残存率及び研磨結果)
 研磨液1~7については、研磨速度が良好であり、研磨後の基体表面に傷も無く、平均表面粗さが充分に小さい値であり、良好な平滑面が得られた。
 DTPAが添加されていない研磨液11、16~18は、過酸化水素とDTPAが添加されている研磨液1~9、12~15と比較して、貯蔵液を40℃で30日間保管した後の過酸化水素の残存率が大きく低下した。また、保管後の研磨特性も研磨液1~9、12~15では大きく変化しなかったのに対し、研磨液11、16~18については研磨速度及び平均表面粗さが大きく低下した。研磨液16~18については、DTPAの代替として、重金属の封鎖能を有する化合物を添加したが、過酸化水素の分解抑性効果は確認できなかった。さらに、リン酸化合物であるピロリン酸を使用した比較例10では研磨速度が実施例1に比べて低下した。
 以上の結果より、CMP用研磨液が、粒度分布において少なくとも二つの適切なピークを有し、且つ、酸化剤と、酸化剤の分解抑制剤であるDTPAとを含有する場合に、研磨後の基体の良好な表面状態、及び、貯蔵液保管後の安定した研磨特性が得られることが確認された。
 本発明に係るCMP用研磨液、貯蔵液及びこれらを用いた研磨方法は、半導体基板等の基板、航空機部品、自動車部品等の部品、鉄道車両等の車両、電子機器(携帯型電子機器等)の筐体などのCMPに好適である。

Claims (9)

  1.  アルミニウム系材料を含む基体を研磨するためのCMP用研磨液であって、
     前記CMP用研磨液が、砥粒と、酸化剤と、ジエチレントリアミン五酢酸及びその塩からなる群より選ばれる少なくとも一種と、液状媒体と、を含有し、且つ、前記砥粒の体積基準の粒度分布において少なくとも二つのピークを有し、
     第一のピークのピーク粒径が10~50nmであり、
     第二のピークのピーク粒径が55~140nmである、CMP用研磨液。
  2.  pHが8.0~12.0である、請求項1に記載のCMP用研磨液。
  3.  前記酸化剤が過酸化水素である、請求項1又は2に記載のCMP用研磨液。
  4.  前記砥粒の含有量がCMP用研磨液の全質量を基準として1~30質量%である、請求項1~3のいずれか一項に記載のCMP用研磨液。
  5.  前記酸化剤の含有量がCMP用研磨液の全質量を基準として0.05~50質量%である、請求項1~4のいずれか一項に記載のCMP用研磨液。
  6.  請求項1~5のいずれか一項に記載のCMP用研磨液を得るための貯蔵液であって、
     液状媒体で希釈することにより前記CMP用研磨液が得られる、貯蔵液。
  7.  請求項1~5のいずれか一項に記載のCMP用研磨液を用いて、アルミニウム系材料を含む基体を研磨する工程を備える、研磨方法。
  8.  請求項6に記載の貯蔵液を液状媒体で希釈することにより得られるCMP用研磨液を用いて、アルミニウム系材料を含む基体を研磨する工程を備える、研磨方法。
  9.  前記基体が、アルミニウム系材料を含む筐体の少なくとも一部である、請求項7又は8に記載の研磨方法。
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