JP5819589B2 - 研磨用組成物を用いた方法 - Google Patents

Description

本発明は、研磨用組成物を用いて研磨対象物を研磨し、その後、研磨後の研磨対象物を洗浄するという一連の工程を含む方法に関する。

砥粒を含んだ研磨用組成物を用いて研磨対象物を研磨した場合、砥粒が研磨後の研磨対象物の表面に付着して研磨対象物上に残留することがある。そのため、研磨対象物上に残留する砥粒を除去する目的で、研磨後の研磨対象物を洗浄することが一般に行われている。

研磨対象物上に残留する砥粒を洗浄により効率よく除去するためには、例えば特許文献１及び２に記載されているように、砥粒を研磨対象物に対して静電気的に反発させるようにすればよい。しかしながら、研磨中の研磨対象物に対して砥粒が静電気的に反発すると、砥粒によって研磨対象物が機械的研磨されにくくなるために、研磨用組成物を用いて高い研磨速度で研磨対象物を研磨することは難しい。

特開平８−１０７０９４号公報 特開平９−１３４８９９号公報

そこで本発明の目的は、研磨対象物を高い研磨速度で研磨することができるのに加えて、研磨後の研磨対象物に付着して研磨対象物上に残留する砥粒を洗浄により効率よく除去することができる研磨用組成物を用いた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、少なくとも砥粒及び水を含有した研磨用組成物を用いた方法を提供する。その方法は、研磨用組成物を用いて研磨対象物を研磨する工程、その後、研磨後の研磨対象物の表面に付着して研磨対象物上に残留する砥粒を除去する目的で研磨後の研磨対象物を洗浄する工程を含む。前記洗浄する工程は、研磨時に使用した研磨機を利用してリンス研磨により行われる。研磨用組成物中に含まれる砥粒は、研磨時の砥粒のゼータ電位をＸ１［ｍＶ］、研磨時の研磨対象物のゼータ電位をＹ１［ｍＶ］としたときにＸ１×Ｙ１≦０の関係が成り立ち、かつ、洗浄時の砥粒のゼータ電位をＸ２［ｍＶ］、洗浄時の研磨対象物のゼータ電位をＹ２［ｍＶ］としたときにＸ２×Ｙ２＞０の関係が成り立つように選択され、前記研磨対象物は、ニッケル含有合金、又は酸化アルミニウムであり、前記砥粒は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、及びダイヤモンドから選択される。

研磨後の研磨対象物の洗浄は、水又はアルカリ性溶液を用いて行われることが好ましい。

本発明によれば、研磨対象物を高い研磨速度で研磨することができるのに加えて、研磨後の研磨対象物に付着して研磨対象物上に残留する砥粒を洗浄により効率よく除去することができる研磨用組成物を用いた方法が提供される。

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、少なくとも砥粒及び水を含有する。この研磨用組成物は、半導体デバイス材料、磁気記録デバイス材料、発光デバイス材料、ディスプレイ材料などの各種の電子デバイス材料、より具体的には、例えば、ニッケル−リン、ニッケル−クロム、ニッケル−鉄（パーマロイ）などのニッケル含有合金、サファイアなどの酸化アルミニウム、ケイ素又は酸化ケイ素からなる研磨対象物を研磨する用途で主に使用される。

研磨用組成物を用いて研磨対象物を研磨した後には、研磨後の研磨対象物の表面に付着して研磨対象物上に残留する砥粒を除去する目的で研磨後の研磨対象物を洗浄することが行われる。洗浄の際に使用される洗浄液は、好ましくは、純水又はイオン交換水などの水、あるいはアルカリ性溶液である。アルカリ性溶液のｐＨは９以上であることが好ましく、より好ましくは１０以上である。洗浄は、専用の洗浄機を使用して行ってもよいし、あるいは研磨時に使用した研磨機をそのまま利用して行ってもよい。研磨機を利用して洗浄を行う場合には、研磨機、より具体的には研磨機内の研磨対象物又は研磨パッド上に研磨用組成物の代わりに洗浄液を供給することにより研磨対象物をリンス研磨（すすぎ研磨）する。

研磨用組成物中に含まれる砥粒は、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素又はダイヤモンドからなるものであってもよいが、特に限定はされない。ただし、酸化アルミニウム及び酸化ケイ素は、入手が比較的容易であることに加え、研磨用組成物を用いた研磨により高平滑で低欠陥の表面を得ることが容易である点で有利である。

研磨用組成物中の砥粒の含有量は、０．０１質量％以上であることが好ましく、より好ましくは０．１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研磨対象物の研磨速度が向上する。

研磨用組成物中の砥粒の含有量はまた、５０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは４０質量％以下である。砥粒の含有量が少なくなるにつれて、研磨用組成物の製造コストが低減するのに加えて、研磨用組成物を用いた研磨によりスクラッチの少ない表面を得ることが容易である。

研磨用組成物中に含まれる砥粒の平均一次粒子径は、５ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ以上である。砥粒の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研磨対象物の研磨速度が向上する。

研磨用組成物中に含まれる砥粒の平均一次粒子径は、２０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１０μｍ以下である。砥粒の平均一次粒子径が小さくなるにつれて、研磨用組成物を用いた研磨により低欠陥で粗度の小さい表面を得ることが容易である。なお、砥粒の平均一次粒子径の値は、例えば、ＢＥＴ法により測定される比表面積から算出される。砥粒の比表面積の測定は、例えば、マイクロメリテックス社製の“Flow SorbII 2300”を用いて行うことができる。

研磨用組成物を用いて研磨対象物を高い研磨速度で研磨するためには、研磨用組成物中に含まれる砥粒が研磨中の研磨対象物に対して静電気的に反発しないことが重要である。そのため、使用される砥粒は、研磨時の砥粒のゼータ電位をＸ１［ｍＶ］、研磨時の研磨対象物のゼータ電位をＹ１［ｍＶ］としたときにＸ１×Ｙ１≦０の関係が成り立つように選択される。Ｘ１×Ｙ１≦０の関係が成り立たない場合、すなわちＸ１×Ｙ１＞０の場合には、研磨用組成物中の砥粒が研磨中に研磨対象物に対して静電気的に反発し、その結果、砥粒によって研磨対象物が機械的研磨されにくくなるために、研磨用組成物を用いて高い研磨速度で研磨対象物を研磨することは難しい。研磨用組成物による研磨対象物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ためには、Ｘ１×Ｙ１の値は−２０以下であることが好ましい。

Ｘ１×Ｙ１の値はまた、−５０００以上であることが好ましく、より好ましくは−２０００以上である。Ｘ１×Ｙ１の値が大きくなるにつれて、研磨後の研磨対象物の表面に付着した砥粒を洗浄により除去することが容易である。

一方、研磨後の研磨対象物の表面に付着して研磨対象物上に残留する砥粒を洗浄により効率よく除去するためには、洗浄中の研磨対象物に対して砥粒が静電気的に反発することが重要である。そのため、使用される砥粒は、洗浄時の砥粒のゼータ電位をＸ２［ｍＶ］、洗浄時の研磨対象物のゼータ電位をＹ２［ｍＶ］としたときにＸ２×Ｙ２＞０の関係が成り立つように選択される。Ｘ２×Ｙ２＞０の関係が成り立たない場合、すなわちＸ２×Ｙ２≦０の場合には、研磨対象物上に残留する砥粒が洗浄中に研磨対象物に対して静電気的に反発しないため、研磨対象物上に残留する砥粒を洗浄により効率よく除去することは難しい。

研磨時の砥粒のゼータ電位の値及び研磨時の研磨対象物のゼータ電位の値は、例えば、研磨用組成物のｐＨの影響を受ける。従って、一種類又は二種類以上のｐＨ調整剤を研磨用組成物に添加することにより、Ｘ１×Ｙ１≦０、好ましくはＸ１×Ｙ１≦−２０の関係が成り立つようにしてもよい。使用されるｐＨ調整剤は酸及びアルカリのいずれであってもよい。

あるいは、吸着性の物質を研磨用組成物に添加した場合には、研磨対象物の表面にその物質が吸着することによって研磨時の研磨対象物のゼータ電位の値が変化する。従って、このような吸着性の物質を研磨用組成物に添加することにより、Ｘ１×Ｙ１≦０、好ましくはＸ１×Ｙ１≦−２０の関係が成り立つようにしてもよい。使用される吸着性の物質は、研磨対象物の種類に応じて適宜に選択されることが望ましいが、例えば、アニオン性、カチオン性、ノニオン性又は両性の界面活性剤、あるいは各種の有機物や金属イオンであってもよい。

また、砥粒の表面をドープや有機官能基修飾などの方法で改質して砥粒のゼータ電位を調整することを通じて、Ｘ１×Ｙ１≦０、好ましくはＸ１×Ｙ１≦−２０の関係が成り立つと同時にＸ２×Ｙ２＞０の関係が成り立つようにしてもよい。

砥粒のゼータ電位の値及び研磨対象物のゼータ電位の値は、例えば電気泳動光散乱法又は電気音響分光法により測定され、例えば大塚電子株式会社製の“ＥＬＳ−Ｚ”又はディスパージョンテクノロジー社（Dispersion Technology Inc.）製の“ＤＴ−１２００”を用いて測定することができる。なお、研磨対象物のゼータ電位の測定は、研磨対象物の材料と同じ材料からなる微粒子のゼータ電位の測定によって代替することができる。あるいは、ゼータ電位が既知の微粒子を含んだ液中に研磨対象物を浸漬し、液中から取り出してから流水で１０秒間前後洗浄した後の研磨対象物の表面を例えば走査型電子顕微鏡を使って観察してもよい。この場合、洗浄後の研磨対象物の表面に付着している微粒子の量から同液中での研磨対象物のゼータ電位の値の符号、すなわち正か負かを知ることができる。

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中に含まれる砥粒は、研磨時の砥粒のゼータ電位をＸ１［ｍＶ］、研磨時の研磨対象物のゼータ電位をＹ１［ｍＶ］としたときにＸ１×Ｙ１≦０の関係が成り立つと同時に、洗浄時の砥粒のゼータ電位をＸ２［ｍＶ］、洗浄時の研磨対象物のゼータ電位をＹ２［ｍＶ］としたときにＸ２×Ｙ２＞０の関係が成り立つように選択されている。すなわち、使用される砥粒は、研磨中の研磨対象物に対しては静電気的に反発しない一方、洗浄中の研磨対象物に対しては静電気的に反発する。そのため、研磨用組成物による研磨対象物の研磨中には研磨用組成物中の砥粒が研磨対象物に対して静電気的に反発することはなく、砥粒による研磨対象物の機械的研磨が効率よく進行する。また、研磨対象物の洗浄中においては、研磨対象物上に残留する砥粒が研磨対象物に対して静電気的に反発するために、残留砥粒が研磨対象物から効率よく除去される。従って、本実施形態の研磨用組成物によれば、研磨対象物を高い研磨速度で研磨することができるのに加えて、研磨後の研磨対象物に付着して研磨対象物上に残留する砥粒を洗浄により効率よく除去することができる。

前記実施形態は次のように変更されてもよい。
・ 前記実施形態の研磨用組成物は、二種類以上の砥粒を含有してもよい。この場合、一部の砥粒についてはＸ１×Ｙ１≦０及びＸ２×Ｙ２＞０の関係が成り立つように必ずしも選択される必要はない。ただし、より高い研磨速度を得るとともにより効率のよい洗浄の実現のためには、いずれの砥粒もＸ１×Ｙ１≦０及びＸ２×Ｙ２＞０の関係が成り立つように選択されることが好ましい。

・ 前記実施形態の研磨用組成物は、防腐剤のような公知の添加剤を必要に応じてさらに含有してもよい。
・ 前記実施形態の研磨用組成物は、研磨用組成物の原液を水で希釈することにより調製されてもよい。

・ 前記実施形態の研磨用組成物は、電子デバイス材料からなる研磨対象物を研磨する用途で使用されるに限らず、その他の研磨対象物を研磨する用途で使用されてもよい。
次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。

（実施例１，２及び比較例１）
平均一次粒子径が８０ｎｍのコロイダルシリカを含んだコロイダルシリカゾルを水で希釈し、さらに必要に応じてｐＨ調整剤を加えることにより、実施例１，２及び比較例１の研磨用組成物を調製した。実施例１，２及び比較例１の研磨用組成物中のコロイダルシリカの含有量はいずれも２０質量％である。ｐＨ調整剤としては塩酸及び水酸化カリウムを適宜に使用した。そして、各例の研磨用組成物を用いて表１に示す条件でサファイア基板の表面（Ｃ面（＜０００１＞）を研磨した。使用したサファイア基板はいずれも、直径５２ｍｍ（約２インチ）の同種のものである。さらに、研磨後のサファイア基板を表２に示す条件で洗浄した。洗浄は、研磨時に使用した研磨機をそのまま利用して、ｐＨ１０に調整した水酸化カリウム溶液によるリンス研磨により行った。

各研磨用組成物のｐＨ、研磨時におけるコロイダルシリカ及びサファイア基板の各ゼータ電位、並びに洗浄時におけるコロイダルシリカ及びサファイア基板の各ゼータ電位は表３に示すとおりである。また、各研磨用組成物を用いた研磨の前後にサファイア基板の重量を測定し、研磨前後の重量の差から計算して求めた研磨速度を表３の“研磨速度”欄に示す。さらに、洗浄後のサファイア基板の表面を、日立ハイテクノロジーズ社製の走査型電子顕微鏡“Ｓ−４７００”を用いて５０，０００倍の倍率で観察し、基板表面の砥粒の残留量が観察視野中に５０個以下のときには○、５０個を超えるときには×と評価した結果を表３の“洗浄性”欄に示す。

表３に示すように、実施例１，２の研磨用組成物を用いてサファイア基板を研磨した場合、研磨時には砥粒のゼータ電位と基板のゼータ電位の積の符号が負であり、洗浄時には砥粒のゼータ電位と基板のゼータ電位の積の符号が正であった。それに対し、比較例１の研磨用組成物を用いてサファイア基板を研磨した場合は、研磨時における砥粒のゼータ電位と基板のゼータ電位の積の符号が正であった。そして、実施例１，２の研磨用組成物の場合、比較例１の研磨用組成物の場合に比べて高い研磨速度が得られた。

（実施例３及び比較例２）
砥粒及び水を混合し、さらに塩化アルミニウムを加えてｐＨ３．５に調整することにより、実施例３及び比較例２の研磨用組成物を調製した。そして、各例の研磨用組成物を用いて表４に示す条件で磁気ディスク用の無電解ニッケル−リンめっき基板の表面を研磨した。使用したニッケル−リンめっき基板はいずれも、直径９５ｍｍ（約３．５インチ）の同種のものである。さらに、研磨後のニッケル−リンめっき基板を表５に示す条件で洗浄した。洗浄は、研磨時に使用した研磨機をそのまま利用して、純水によるリンス研磨により行った。

研磨用組成物中の砥粒の種類及び含有量、研磨時における砥粒及び基板の各ゼータ電位の符号、並びに洗浄時における砥粒及び基板の各ゼータ電位の符号は表６に示すとおりである。また、各研磨用組成物を用いた研磨の前後にニッケル−リンめっき基板の重量を測定し、研磨前後の重量の差から計算して求めた研磨速度を表６の“研磨速度”欄に示す。さらに、洗浄後のニッケル−リンめっき基板の表面を、日立ハイテクノロジーズ社製の走査型電子顕微鏡“Ｓ−４７００”を用いて５０，０００倍の倍率で観察し、基板表面の砥粒の残留量が観察視野中に５０個以下のときには○、５０個を超えるときには×と評価した結果を表６の“洗浄性”欄に示す。

表６に示すように、実施例３の研磨用組成物を用いてニッケル−リンめっき基板を研磨した場合、研磨時には砥粒のゼータ電位と基板のゼータ電位の積の符号が負であり、洗浄時には砥粒のゼータ電位と基板のゼータ電位の積の符号が正であった。それに対し、比較例２の研磨用組成物を用いてニッケル−リンめっき基板を研磨した場合は、洗浄時における砥粒のゼータ電位と基板のゼータ電位の積の符号が負であった。そして、実施例３の研磨用組成物の場合、比較例２の研磨用組成物の場合に比べて洗浄性が良好であった。

次に、上記した実施形態、変形例及び実施例より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・ 少なくとも砥粒及び水を含有した研磨用組成物を用いて研磨対象物を研磨し、その後、研磨後の研磨対象物の表面に付着して研磨対象物上に残留する砥粒を除去する目的で研磨後の研磨対象物を洗浄することを含む方法であって、研磨時の砥粒のゼータ電位をＸ１［ｍＶ］、研磨時の研磨対象物のゼータ電位をＹ１［ｍＶ］としたときにＸ１×Ｙ１≦０の関係が成り立ち、かつ、洗浄時の砥粒のゼータ電位をＸ２［ｍＶ］、洗浄時の研磨対象物のゼータ電位をＹ２［ｍＶ］としたときにＸ２×Ｙ２＞０の関係が成り立つことを特徴とする方法。この方法によれば、研磨対象物を高い研磨速度で研磨することができるのに加えて、研磨後の研磨対象物に付着して研磨対象物上に残留する砥粒を洗浄により効率よく除去することができる。

・ 上記の方法において、研磨後の研磨対象物の洗浄は、研磨時に使用した研磨機を利用してリンス研磨により行われてもよい。この場合、専用の洗浄機を利用することなく洗浄を行うことができる。

Claims (2)

1. 少なくとも砥粒及び水を含有した研磨用組成物を用いて研磨対象物を研磨する工程、その後、研磨後の研磨対象物の表面に付着して研磨対象物上に残留する砥粒を除去する目的で研磨後の研磨対象物を洗浄する工程を含む方法であって、
   前記洗浄する工程は、研磨時に使用した研磨機を利用してリンス研磨により行われ、
   研磨用組成物中に含まれる前記砥粒は、研磨時の砥粒のゼータ電位をＸ１［ｍＶ］、研磨時の研磨対象物のゼータ電位をＹ１［ｍＶ］としたときにＸ１×Ｙ１≦０の関係が成り立ち、かつ、洗浄時の砥粒のゼータ電位をＸ２［ｍＶ］、洗浄時の研磨対象物のゼータ電位をＹ２［ｍＶ］としたときにＸ２×Ｙ２＞０の関係が成り立つように選択され、
   前記研磨対象物は、ニッケル含有合金、又は酸化アルミニウムであり、
   前記砥粒は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、及びダイヤモンドから選択されることを特徴とする方法。
2. 研磨後の研磨対象物の洗浄は、水又はアルカリ性溶液を用いて行われる、請求項１に記載の方法。