专利名称：研磨液组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及研磨液组合物、基板的研磨方法和基板的制造方法。
背景技术：
在近年的存储硬盘驱动装置中，要求小型化和高容量化，为提高记录密度，一直在努力降低磁头的浮动高度并减小单位记录的面积。另一方面，在磁盘用基板的制造工序中，对研磨后的基板的表面质量要求也一年比一年严格，作为降低磁头浮动高度的对策，必须减小其表面粗糙度、微观波纹度以及突起。另外，为了增大每一块硬盘的记录面积，要求到基板的外周端部都是平坦的，并且在基板的研磨中，抑制端面下垂(roll off)变得更重要。
在WO98/21289A中公开了使用氧化烯烷基硫酸盐的研磨液组合物，但是端面下垂的降低称不上充分。在特开2004-179294号公报中，作为半导体研磨技术，公开了使用芳香族磺酸或其盐的研磨液组合物，但是由于和弱酸组合，所以没有充分降低端面下垂。同样地，在特开2005-167231号公报中，作为半导体研磨技术，公开了使用烷基芳香族磺酸或其盐的研磨液组合物，但是由于是弱酸或者碱性的研磨液组合物，所以无法降低端面下垂(边缘圆化(edge-rounding))。
发明内容
本发明涉及[1]一种研磨液组合物，该研磨液组合物含有二氧化硅、酸、表面活性剂和水，其中(a)25℃时酸在水中的溶解度大于等于1g/100g饱和水溶液，(b)表面活性剂为以下述通式(1)所示的磺酸或其盐，且(c)研磨液组合物的pH值为0～4，
R-(O)n-X-SO3H (1)[式中，R表示一部分或全部氢原子可用氟原子取代的碳原子数为3～20的烃基，X表示从芳香烃的芳香环去掉2个氢原子后的残基，n表示0或1。]；[2]一种研磨液组合物，该研磨液组合物含有二氧化硅、酸、表面活性剂和水，其中(a’)25℃时酸在水中的溶解度大于等于1g/100g饱和水溶液，(b’)表面活性剂为以下述通式(2)所示的磺酸或其盐，且(c’)研磨液组合物的pH值为0～3，R’-O-(AO)n-SO3H (2)[式中，R’表示碳原子数为3～20的烃基，AO表示碳原子数为2～4的氧化烯基，n表示AO的平均加成摩尔数且为1～6。]；[3]一种基板的研磨方法，该方法具有研磨工序，在该研磨工序中，对每1cm2的被研磨基板以大于等于0.05mL/分钟的速度供给[1]或者[2]记载的研磨液组合物，并在5～50kPa的研磨压力下进行研磨；[4]一种基板的制造方法，该方法具有研磨工序，在该研磨工序中，对每1cm2的被研磨基板以大于等于0.05mL/分钟的供给速度供给[1]或者[2]记载的研磨液组合物，并在5～50kPa的研磨压力下进行研磨；[5]一种降低基板的端面下垂的方法，该方法具有使用[1]或者[2]记载的研磨液组合物来研磨基板的工序。
图1是表示测定端面下垂时的测定位置的基板的剖视图。
图1中的符号如下所述。
A是从圆盘中心向外周方向离开43.0mm的距离的点，B是从圆盘中心向外周方向离开44.0mm的距离的点，C是从圆盘中心向外周方向离开46.6mm的距离的点，C’是与通过A、B和C点的直线垂直于C点的直线、与圆盘表面的交点，X是端面下垂。
具体实施例方式
本发明涉及一种对于基板外周端部的端面下垂的降低，特别是对于硬盘高容量化所必须的端面下垂的降低而有效的研磨液组合物；使用该研磨液组合物降低端面下垂的基板的研磨方法以及基板的制造方法。
例如，通过在硬盘用基板的制造工序中的研磨工序使用本发明的研磨液组合物，可以起到如下效果由于可以显著降低基板外周端部的边缘圆化即端面下垂，所以可以制造适合高容量硬盘的基板。
本发明的上述优点和其它优点通过下述说明可以表明。
本发明的研磨液组合物的一个特征在于包括含有二氧化硅的研磨材料、由特定结构的磺酸或其盐形成的表面活性剂、对水具有特定的溶解度的酸，并具有特定的pH值。
作为本发明中使用的二氧化硅，可以列举出例如胶体二氧化硅、火成二氧化硅、表面修饰的二氧化硅等。特别是，从获得被研磨基板的表面的更佳的平坦性的观点出发，优选为胶体二氧化硅。胶体二氧化硅可以是市售的，也可以是通过从硅酸水溶液生成胶体二氧化硅的公知的制造方法等得到的。从操作性的观点出发，二氧化硅的使用形态优选为浆液状。
二氧化硅的一次粒子的平均粒径与是否单独使用一种二氧化硅或者将2种或更多种混合使用无关，从提高研磨速度的观点出发，优选为1nm或以上、更优选为3nm或以上、进一步优选为5nm或以上，另外，从降低表面粗糙度(粗糙度算术平均偏差值Ra、峰谷值Rmax)的观点出发，优选为40nm或以下、更优选为35nm或以下、进一步优选为30nm或以下，再进一步优选为25nm或以下，更进一步优选为20nm或以下。因此，该一次粒子的平均粒径希望优选为1～40nm、更优选为1～35nm、进一步优选为3～30nm、再进一步优选为5～25nm、更进一步优选为5～20nm。在一次粒子凝聚形成二次粒子时，同样地从提高研磨速度的观点和降低基板的表面粗糙度的观点出发，该二次粒子的平均粒径优选为5～150nm、更优选为5～100nm、进一步优选为5～80nm、再进一步优选为5～50nm、更进一步优选为5～30nm。
另外，该二氧化硅的一次粒子的平均粒径可使用通过透射型电子显微镜观察的图像，求出从一次粒子的小粒径一侧开始累积的体积频率达到50％的粒径(D50)，将该值作为一次粒子的平均粒径。另外，二次粒子的平均粒径可以使用激光散射法，作为体积平均粒径加以测定。
作为二氧化硅的粒径分布，从减少纳米刮痕、降低表面粗糙度和实现高的研磨速度的观点出发，D90/D50优选为1～3，更优选为1.3～3。另外，所谓D90是指使用通过透射型电子显微镜观察的图像，从一次粒子的小粒径一侧开始累积的体积频率达到90％的粒径。
从提高研磨速度的观点出发，研磨液组合物中的二氧化硅的含量优选为0.5重量％或以上，更优选为1重量％或以上，进一步优选为3重量％或以上，再进一步优选为5重量％或以上，另外，从提高表面性状的观点出发，优选为20重量％或以下，更优选为15重量％或以下，进一步优选为13重量％或以下，再进一步优选为10重量％或以下。也就是说，该含量优选为0.5～20重量％，更优选为1～15重量％，进一步优选为3～13重量％，再进一步优选为5～10重量％。
本发明中使用的酸是在水中25℃时的溶解度为每100g饱和水溶液中大于等于1g的酸。本发明中酸的溶解度表示的是25℃时100g酸的饱和水溶液中含有的酸的质量(g)。酸的溶解度例如记载在修订第4版化学便览(基础篇)II，pp 156-178(日本化学会编)等中。
作为前述的酸，从提高研磨速度和降低端面下垂的观点出发，优选所述溶解度为2g或以上的酸，更优选为3g或以上、进一步优选为4g或以上、再进一步优选为5g或以上、更进一步优选为6g或以上的酸。作为该酸，例如可以列举出硫酸、亚硫酸、过硫酸、硝酸、盐酸、焦磷酸、膦酸、磷酸、氨基磺酸等无机酸，2-氨基乙基膦酸、1-羟基亚乙基-1，1-二膦酸(HEDP)、氨基三(亚甲基膦酸)、乙二胺四(亚甲基膦酸)、二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)、乙烷-1，1-二膦酸、乙烷-1，1，1-三膦酸、甲烷羟基膦酸、2-膦酰基丁烷-1，2-二羧酸、1-膦酰基丁烷-2，3，4-三羧酸、α-甲基膦酰基琥珀酸等有机膦酸，谷氨酸、皮考啉酸等氨基羧酸，草酸、硝基乙酸、马来酸、草乙酸等羧酸。特别是，从降低刮痕和端面下垂的观点出发，优选对水的溶解度大的无机酸和有机膦酸。另外，在无机酸中，更优选硫酸、硝酸、盐酸、高氯酸。在有机膦酸中，更优选HEDP、氨基三(亚甲基膦酸)、二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸)。这些酸可以单独使用，也可以混合2种或更多种后使用。
另外，在使用芳香族羧酸作为酸时，由于在pH为0～4时的溶解度低，即使溶解也没有发现端面下垂的降低，所以不优选。
另外，本发明中使用的这些酸也可以是部分中和的盐的形态。作为该盐的优选的例子，可以列举出柠檬酸钠盐、硫酸钠盐、硝酸钠盐等。
从降低端面下垂和提高研磨速度的观点出发，研磨液组合物中的酸的含量优选为0.1重量％或以上，更优选为0.2重量％或以上，进一步优选为0.4重量％或以上。另外，从对人体的影响和研磨装置的腐蚀的观点出发，酸的含量优选为2重量％或以下，更优选为1.5重量％或以下，进一步优选为1重量％或以下。因此，从降低端面下垂和作业环境的观点出发，优选为0.1～2重量％，更优选为0.2～1.5重量％，进一步优选为0.4～1重量％。
在本发明中，将酸中那些水溶液的标准电极电位(25℃)显示为1V或以上值的酸作为氧化剂处理。水溶液体系的标准电极电位，例如记载在修订第4版化学便览(基础篇)II，pp464-468(日本化学会编)等中。另外，这里所谓酸的标准电极电位是指酸的阴离子的电极电位。
从降低端面下垂的观点出发，本发明中使用的酸更优选pKa为4或以下的酸。特别是，从提高研磨速度和降低端面下垂的观点出发，优选pKa为3或以下的酸，更优选为2或以下、进一步优选为1.5或以下、再进一步优选为1或以下的酸。
作为本发明中使用的表面活性剂的被纳入磺酸的酸并不包含在本发明的研磨液组合物中使用的“酸”中。
本发明的研磨液组合物中使用的表面活性剂在第一种方案(方案A)中，是下述通式(1)所示的磺酸或其盐。
R-(O)n-X-SO3H (1)[式中，R表示一部分或全部氢原子可用氟原子取代的碳原子数为3～20的烃基，X表示从芳香烃的芳香环去掉2个氢原子后的残基，n表示0或1。]R可以是饱和烃基，也可以是不饱和烃基，而且可以是直链结构，也可以是支链结构。此外，R的一部分或全部氢原子除了可以用氟原子取代之外，在能够实现本发明的效果的范围内，烃基的氢原子的一部分也可以用氟原子以外的取代基取代。从降低端面下垂的观点出发，R优选是碳原子数为6～20的烃基，R进一步优选是碳原子数为6～20的烷基(包括用氟原子以外的取代基取代的烃基。下同。)或者碳原子数为6～20的全氟烃基。此外，从耐起泡性等操作性的观点出发，更优选碳原子数为6～18的烷基或碳原子数为6～18的全氟烃基。
X是从苯、萘等芳香烃的芳香环去掉2个氢原子后的残基，也可以是该芳香环上结合的氢原子被其它原子或原子团取代后的残基。从降低端面下垂的观点出发，X优选为亚苯基(包括取代的亚苯基)。
在本发明中，用于通式(1)的表面活性剂在R和X之间可以有醚键，也可以没有醚键，当R为烷基时，优选n＝0，当R为全氟烃基时，优选n＝1。另外，也可以将它们混合使用。
作为在本发明的研磨液组合物中使用的磺酸盐的反离子，除了例如碱金属离子、碱土金属离子、铵离子等无机阳离子以外，还可以列举出伯至季铵离子等有机阳离子。从磺酸盐对水的溶解性的观点出发，优选为碱金属离子。
本方案使用的表面活性剂可以列举出作为具有烷基的表面活性剂有十二烷基苯磺酸钠、十二烷基萘磺酸钠等，另外作为具有全氟烃基的表面活性剂有4-(全氟-2-甲基-2-戊烯-3-醚)苯磺酸钠等。例如，可以使用花王株式会社制造的NEOPELEX(商品名)或者PELEX(商品名)、东邦化学工业株式会社制造的LUNOX(商品名)、Tayca株式会社制造的TAYCAPOWER(商品名)、日本乳化剂株式会社制造的NEWCOL(商品名)、NEOS株式会社制造的FTERGENT(商品名)等。
此外，在本发明的其它方案(方案B)中，作为表面活性剂，可以使用下述通式(2)所示的磺酸或其盐。
R’-O-(AO)n-SO3H (2)[式中，R’表示碳原子数为3～20的烃基，AO表示碳原子数为2～4的氧化烯基，n表示AO的平均加成摩尔数且为1～6。]R’可以是饱和烃基，也可以是不饱和烃基，可以是直链结构，也可以是支链结构。另外，可以是脂肪烃，也可以是芳香烃。此外，在能够实现本发明的效果的范围内，R’中烃基的氢原子的一部分可以用其它原子或取代基取代。从降低端面下垂的观点出发，R’优选是碳原子数为6～20的烃基、R’进一步优选是碳原子数为6～20的烷基(包括取代的烃基。下同。)，进而从耐气泡性等操作性的观点出发，更优碳原子数为6～18的烷基。
AO是碳原子数为2～4的氧化烯基。作为这些氧化烯基，可以列举出氧化乙烯基、氧化丙烯基、氧化环丙基(oxytrimethylene group)、氧化丁烯基等。它们可以单独使用一种，也可以使用它们的混合物。
所述磺酸中的氧化烯基的加成摩尔数n为1～6。从抑制磺酸对二氧化硅表面的吸附，提高二氧化硅的分散稳定性的观点出发，氧化烯基的加成摩尔数n优选为1～4，更优选为1～3。
作为本发明的研磨液组合物中使用的磺酸盐的反离子，除了例如碱金属离子、碱土金属离子、铵离子等无机阳离子以外，可以列举出伯至季铵离子等有机阳离子。特别是，从磺酸盐对水的溶解性的观点出发，优选为碱金属离子。
作为在这种方案中优选使用的表面活性剂，可以列举出聚氧乙烯(加成2摩尔)月桂基硫酸钠和聚氧乙烯(加成4摩尔)月桂基硫酸钠等。
将前述表面活性剂与对水的溶解度高的酸一起使用，并将研磨液组合物的pH在方案A中调节为0～4，在方案B中调节为0～3，从而起到本发明的效果。例如，通过将烷基苯磺酸钠或聚氧乙烯月桂基硫酸钠与对水的溶解度(25℃)为80.3g/100g饱和水溶液的硫酸一起使用，可以显著降低端面下垂。研磨液组合物中的表面活性剂可以单独使用一种，也可以将2种或更多种混合后使用。
从降低端面下垂的观点出发，研磨液组合物中的通式(1)或(2)所示的表面活性剂的含量优选为0.005～2重量％，更优选为0.01～2重量％，进一步优选为0.025～2重量％，再进一步优选为0.05～2重量％。此外，考虑到耐起泡性等操作性，更优选为0.05～0.5重量％。
另外，根据本发明，提供除了能降低端面下垂，还能降低基板表面的波纹度、特别是外周部的波纹度的研磨液组合物以及使用该研磨液组合物的基板的研磨方法。该研磨液组合物是含有二氧化硅和表面活性剂，且pH值为0～2.5的磁盘基板用研磨液组合物，其特征在于所述表面活性剂是选自以通式(3)和(4)所示的磺酸化合物中的一种或多种化合物。
由于磁头是遍及磁盘基板的整个表面进行悬浮和移动，因此要求降低基板整个表面的波纹度。然而，迄今为止，由于使用触针式和光学式测定器，所以只能评价微小部分(例如，触针直径为0.2μm，裁切尺寸(cut-off)800μm)的波纹度。因此，由于测定基板整个表面的波纹度非常花时间，所以实际上很困难。因此，并没有对遍及基板整个表面的波纹度进行过评价。
本次，发明人等首次使用能够评价磁盘基板整个表面的装置(ThoT社制造，model M4224)，对遍及基板整个表面的波纹度进行评价，结果发现波纹度的大小在基板面内有很大的不同。特别是，可以知道外周部(例如，从基板中心起半径为46mm的位置)的波纹度明显比内部(例如，从基板中心起半径为20mm的位置)大。因此，可以认为通过降低外周部的波纹度，可以降低遍及基板整个表面的波纹度，结果是，能进一步降低磁头浮起的高度。
通式(3)所示的磺酸化合物是指下式所示的磺酸或其盐。
R1-(O)m1-SO3M1(3)[式中，R1表示碳原子数为3～20的烃基，M1表示氢原子、无机阳离子或有机阳离子，m1表示0或1。]R1可以是饱和烃基，也可以是不饱和烃基，而且可以是直链结构，也可以是支链结构。从降低端面下垂和外周部的波纹度的观点出发，R1是碳原子数为6～20的烃基，优选碳原子数为6～20的烷基，更优选碳原子数为8～16的烷基，进一步优选碳原子数为8～14的烷基。另外，作为M1的无机阳离子，可以列举出碱金属离子、碱土金属离子、铵离子等。特别是，从降低端面下垂和外周部的波纹度的观点出发，优选为碱金属离子、铵离子，更优选为碱金属离子。作为M1的有机阳离子，可以列举出伯至季铵离子、各种胺等。特别是，优选胺盐，更优选三乙醇胺。
作为通式(3)所示的表面活性剂的具体例子，可以列举出辛基磺酸钠、链烷基(C14-16)磺酸钠、月桂基硫酸钠盐、月桂基硫酸铵盐、月桂基硫酸三乙醇胺盐、高级醇硫酸钠盐等。
通式(4)所示的磺酸化合物是下式所示的磺酸或其盐。
R2OOC-CH2-CH(SO3M2)-COOR3(4)[式中，R2和R3各自独立地表示碳原子数为3～20的烃基，M2表示氢原子、无机阳离子或有机阳离子。]R2和R3各自独立地可以是饱和烃基，也可以是不饱和烃基，而且可以是直链结构，也可以是支链结构。从降低端面下垂和外周部的波纹度的观点出发，作为优选的R2和R3，可以各自独立地例示出和前述R1相同的基团。另外，作为M2的无机阳离子和有机阳离子，可以例示和前述M1相同的阳离子。
作为通式(4)所示的表面活性剂的具体例子，可以列举出二辛基磺基琥珀酸钠、二-十三烷基磺基琥珀酸钠、二环己基磺基琥珀酸钠等。
在进一步使用通式(3)或者(4)所示的表面活性剂时，研磨液组合物中的这些表面活性剂的含量，从降低端面下垂和外周部的波纹度的观点出发，优选为0.005～1重量％，更优选为0.01～1重量％，进一步优选为0.02～1重量％。此外，如果考虑到耐起泡性等操作性，该含量优选为0.02～0.5重量％，更优选为0.02～0.2重量％。
作为本发明的研磨液组合物中使用的水，可以列举出蒸馏水、离子交换水、超纯水等。从被研磨基板的表面清洁性的观点出发，优选为离子交换水和超纯水，更优选为超纯水。研磨液组合物中的水的含量优选为60～99重量％，更优选为70～98重量％。另外，在不阻碍本发明效果的范围内，可以含有醇等有机溶剂。
本发明的研磨液组合物的pH在方案A中为0～4，在方案B中为0～3。pH也可以通过通式(1)或(2)的磺酸或其盐来进行调节，从降低端面下垂的观点出发，优选用在水中25℃时的溶解度大于等于1g/100g饱和水溶液的酸来进行调节。从降低端面下垂和提高研磨速度的观点出发，所述pH在方案A中优选为3或以下，更优选为2.5或以下，进一步优选为2或以下。另外，从研磨装置的腐蚀的观点出发，该pH优选为0.1或以上，更优选为0.5或以上，进一步优选为0.8或以上。因此，从降低端面下垂和作业环境的观点出发，优选为0.1～3，更优选为0.5～2.5，进一步优选为0.8～2。另外，在方案B中，从降低端面下垂和提高研磨速度的观点出发，该pH优选为2.8或以下，更优选为2.5或以下，进一步优选为2或以下。另外，从研磨装置的腐蚀的观点出发，该pH优选为0.1或以上，更优选为0.5或以上，进一步优选为0.8或以上。因此，从降低端面下垂以及作业环境的观点出发，优选为0.1～2.8，更优选为0.5～2.5，进一步优选为0.8～2。
本发明的研磨液组合物由于进一步含有氧化剂，所以可以不使端面下垂变差，而提高研磨速度。作为氧化剂可以使用过氧化物、高锰酸盐、铬酸盐、硝酸盐、过氧酸或其盐、含氧酸或其盐、金属盐类等。
作为过氧化物，可以列举出过氧化氢、过氧化钠、过氧化钡等；作为高锰酸盐，可以列举出高锰酸钾等；作为铬酸盐，可以列举出铬酸金属盐、重铬酸金属盐等；作为硝酸盐，可以列举出硝酸铁(III)、硝酸铵等；作为过氧酸或其盐，可以列举出过氧化二硫酸、过氧化二硫酸铵、过氧化二硫酸金属盐、过氧化磷酸、过氧化硫酸、过氧化硼酸钠、过甲酸、过乙酸、过苯甲酸、过邻苯二甲酸等；作为含氧酸或其盐，可以列举出次氯酸、次溴酸、次碘酸、氯酸、溴酸、碘酸、次氯酸钠、次氯酸钙等；作为金属盐类，可以列举出氯化铁(III)、硫酸铁(III)、柠檬酸铁(III)、硫酸铵铁(III)等。作为优选的氧化剂，可以列举出过氧化氢、硝酸铁(III)、过乙酸、过氧化二硫酸铵、硫酸铁(III)和硫酸铵铁(III)等。这些氧化剂可以单独使用一种，也可以将二种或多种混合使用。从来自氧化剂的离子难以粘附到被研磨物表面的观点出发，优选使用过氧化氢。
从提高研磨速度的观点出发，研磨液组合物中的氧化剂的含量优选为0.002重量％或以上，更优选为0.005重量％或以上，进一步优选为0.007重量％或以上，再进一步优选为0.01重量％或以上，从降低表面粗糙度和波纹度，减少凹痕、刮痕等表面缺陷，从而提高表面品质的观点出发，优选为20重量％或以下，更优选为15重量％或以下，进一步优选为10重量％或以下，再进一步优选为5重量％或以下。因此，为了既保持表面品质又提高研磨速度，该含量优选为0.002～20重量％，更优选为0.005～15重量％，进一步优选为0.007～10重量％，再进一步优选为0.01～5重量％。
本发明的研磨液组合物根据需要可以含有自由基捕捉剂、防锈剂、除泡剂和抗菌剂等。研磨液组合物中的其它任意成分的含量优选为0～10重量％，更优选为0～5重量％。
本发明的研磨液组合物，例如可以如下所述地制备。即，制备表面活性剂水溶液，在其中加入对水的溶解度(25℃)大于等于1g/100g饱和水溶液的酸以及二氧化硅浆液，从而制备研磨液组合物。根据需要，可以进一步混合任意成分，供给至研磨机。表面活性剂和任意成分可以在供给至研磨机前预先添加并混合，也可以在供给至研磨机的过程(例如，在供给配管中或研磨基板上)中添加并混合。二氧化硅可以在制备研磨液组合物时以浓缩的浆液状态进行混合，也可以用水等稀释后进行混合。此外，还可以和前述同样地，在供给至研磨机的过程中添加并混合。
在制备本发明的研磨液组合物时，从二氧化硅的稳定性的观点出发，优选在预先制备酸的水溶液后，在其中添加二氧化硅浆液，并进行混合。另外，还优选将其它任意成分也预先溶解在水中形成水溶液后，再混合二氧化硅浆液。此外，在混合二氧化硅浆液时，从防止因二氧化硅粒子的干燥而引起凝聚的观点出发，优选以二氧化硅粒子不会干燥的速度进行混合。在混合二氧化硅浆液时，从二氧化硅的分散性的观点出发，优选一边搅拌二氧化硅以外的成分的水溶液，一边在其中添加二氧化硅浆液，并进行混合。
本发明还涉及基板的研磨方法和基板的制造方法。使用如上所述得到的本发明的研磨液组合物来研磨被研磨基板，可以制造抑制了端面下垂的基板。具体地说，用贴附了无纺布状的有机高分子系研磨布等的研磨盘等夹住基板，对每1cm2的被研磨基板以0.05mL/分钟或以上的速度将本发明的研磨液组合物供给至基板，在5～50kPa的研磨压力下，移动研磨定盘和基板，对基板进行研磨，由此可以有效地抑制端面下垂。
本发明的研磨方法和制造方法中所谓研磨压力，是指研磨时施加在被研磨基板的研磨面上的定盘的压力。研磨压力如果设定为5kPa或以上，可以推测被研磨基板受到定盘的挤压，被研磨基板不易产生振动，不易在基板外周端部施加负荷，所以可以有效的降低端面下垂。如果考虑到生产率，研磨压力优选为7kPa或以上，更优选为10kPa或以上。另一方面，由于研磨压力变高容易产生刮痕，所以定盘压力为50kPa或以下，优选为30kPa或以下，更优选为20kPa或以下。因此，在本发明的研磨方法和制造方法中，研磨压力为5～50kPa，优选为7～30kPa，更优选为10～20kPa。研磨压力可以通过定盘和/或对基板施加空气压力和重力进行调节。
本发明的研磨方法和制造方法中的研磨液组合物的供给速度是每1cm2被研磨基板为0.05mL/分钟或以上。当供给速度为0.05mL/分钟或以上时，可以推测研磨布和被研磨基板的摩擦阻力得到抑制，被研磨基板不易产生振动，不易在基板外周端部施加负荷，所以可以有效降低端面下垂。从通过摩擦阻力增加而降低端面下垂的观点出发，该流量优选为0.07mL/分钟或以上，更优选为0.09mL/分钟或以上，进一步优选为0.12mL/分钟或以上，再进一步优选为0.15mL/分钟或以上。另外，从经济性地降低端面下垂的观点出发，对每1cm2被研磨基板，优选为0.50mL/分钟或以下，更优选为0.30mL/分钟或以下，进一步优选为0.25mL/分钟或以下。因此，对每1cm2被研磨基板，研磨液组合物的供给速度优选为0.07～0.50mL/分钟，更优选为0.09～0.50mL/分钟，进一步优选为0.12～0.30mL/分钟，再进一步优选为0.15～0.25mL/分钟。
作为将本发明的研磨液组合物供给至被研磨基板的方法，例如可以列举出使用泵等连续地供给的方法。此时，研磨液组合物除了以含有所有成分的1种液体的方式进行供给的方法以外，考虑到研磨液组合物的稳定性等，还可以分成几个试剂盒，以2种或多种液体的方式进行供给。在后一种情况下，例如，可以在供给配管中或研磨基板上，将前述几个试剂盒混和，形成本发明的研磨液组合物。
作为本发明中使用的研磨垫没有特别的限制，可以使用小山羊皮型、无纺布型、聚氨酯独立发泡型以及将它们层叠而形成的二层型等研磨垫。
通过降低研磨工序中的被研磨基板相对研磨垫的相对速度，可以进一步改善基板的端面下垂和外周部的波纹度。其中，所谓被研磨基板相对研磨垫的相对速度，是指下式表达的相对速度。
相对速度(m/s)＝2π{(Rup-Rdown)/2}×{Din/2+(Dout-Din)/4}＝(π/4)×(Rup-Rdown)×(Dout+Din)其中，Rup上定盘的转速(转/秒)Rdown下定盘的转速(转/秒)(注)和上定盘同方向时用正表示，反方向时用负表示。
Dout上或下定盘的外径(m)
Din上或下定盘的内径(m)。
从降低端面下垂和外周部的波纹度的观点出发，研磨工序中的被研磨基板相对研磨垫的相对速度优选为1m/s或以下，更优选为0.8m/s或以下，进一步优选为0.6m/s或以下。另外，从提高生产率观点出发，该相对速度优选为0.1m/s或以上，更优选为0.2m/s或以上，进一步优选为0.3m/s或以上，再进一步优选为0.4m/s或以上。也就是说，该相对速度优选为0.1～1m/s，更优选为0.2～0.8m/s，进一步优选为0.3～0.6m/s，再进一步优选为0.4～0.6m/s。
在多个研磨工序中，该研磨方法优选在第2个工序或其后进行，更优选在最后的研磨工序中进行。此时，为了避免混入前一个工序的研磨材料和研磨液组合物，可以分别使用不同的研磨机，而且在分别使用不同的研磨机时，优选在每个研磨工序中洗涤基板。另外，研磨机没有特别的限定。
本发明可以通过前述研磨液组合物和前述研磨方法降低基板的端面下垂。因此，作为本发明的一种方案，是提供可以降低本发明的基板的端面下垂的方法。
本发明的基板的研磨方法和基板的制造方法中使用的基板的表面性状没有特别的限定，但是为了制造高记录密度用的基板，例如合适的是具有表面粗糙度(Ra)为1nm左右的表面性状的基板。所谓表面粗糙度，是表面平滑性的尺度，评价方法没有限定，例如可以用原子力显微镜的的波长为10μm或以下的波长可测得的粗糙度来进行评价，并以粗糙度算术平均偏差值Ra来表示。
适合在本发明中使用的被研磨基板等被研磨物的材质，例如可以列举出硅、铝、镍、钨、铜、钽、钛等金属或类金属或它们的合金；玻璃、玻璃化碳、无定型碳等玻璃状物质；氧化铝、二氧化硅、氮化硅、氮化钽、碳化钛等陶瓷材料；聚酰亚胺树脂等树脂等。其中，适用于含有铝、镍、钨、铜等金属及以这些金属为主成分的合金的被研磨基板。例如更适用于镀覆有Ni-P的铝合金基板以及晶化玻璃、强化玻璃等玻璃基板，进一步适用于镀覆有Ni-P的铝合金基板。
对于被研磨基板的形状并无特别的限制，例如以圆盘状、平板状、厚板状、棱柱状等具有平面部分的形状、以及透镜等具有曲面部分的形状可使用本发明的研磨液组合物进行研磨。其中，更加适合对圆盘状的被研磨基板进行研磨。
本发明的研磨液组合物适用于精密部件用基板的研磨。例如，适用于磁盘、光盘、光磁盘等盘状记录介质的基板、光掩模基板、液晶用玻璃、光学透镜、光学反射镜、光学棱镜、半导体基板等的研磨。本发明的研磨液组合物、基板的研磨方法以及基板的制造方法在高容量化时，可以显著降低重要的端面下垂，因此特别适用于硬盘用基板的研磨及其制造。
实施例以下，通过实施例进一步记载、公开本发明的方案。该实施例仅仅是本发明的例示，并没有任何限定的意义。
作为被研磨基板，预先用含有氧化铝研磨材料的研磨液对镀覆有Ni-P镀层的铝合金基板(厚度为1.27mm、外周为φ95mm、内周为φ25mm)进行粗研磨，使得Ra为1nm，并用该铝合金基板进行了研磨评价。
实施例1～10、比较例1～8在水中添加并混合表1记载的规定量的表面活性剂、硫酸(98重量％产品，和光纯药工业公司制造)、以及根据需要加入的过氧化氢水溶液(35重量％产品，旭电化工业公司制造)，最后边搅拌边添加胶体二氧化硅浆液(有效成分为0～40重量％，介质水)，得到研磨液组合物。
1.研磨条件·研磨试验机SPEEDFAM公司制造，9B型双面研磨机·研磨布FUJIBO公司制造，精研磨用垫(厚度为0.9mm，平均开孔直径为30μm)·定盘转速45r/min·研磨液组合物的供给速度0.04～0.23mL/min·研磨时间5min·研磨压力(定盘压力)2.9～10kPa·研磨基板的块数10块2.端面下垂的测定条件·测定机器Zygo公司制造的New View 5032·透镜2.5倍·变焦0.5倍·分析软件Zygo Metro Pro以距离圆盘中心43.0～47.0mm的圆盘外周端部作为测定区域。如图1所示，从圆盘中心朝向外周方向在一条直线上取43.0mm、44.0mm和46.6mm的点分别作为A、B和C点。对研磨前和研磨后的基板测定相对于连接A点和B点的延长线的圆盘表面上的C’点在圆盘厚度方向的位置，分别作为研磨前的端面下垂和研磨后的端面下垂(nm)。使用分析软件计算该位置。根据下式，用研磨试验前后的端面下垂的差值除以研磨量，算出每单位研磨重量(mg)的端面下垂，作为端面下垂值(nm/mg)。另外，每一次研磨是对2块基板测定两面，且每一面测定4个点，将共16点的平均值记载在表1中。
端面下垂值(nm/mg)＝{研磨前的端面下垂(nm)-研磨后的端面下垂(nm)}/研磨重量(mg)3.pH的测定条件使用pH计(东亚电波工业株式会社制造，玻璃式氢离子浓度指示计“HM-30G”)，在25℃下测定研磨液组合物的pH值。
4.研磨速度的测定方法对10块基板测定研磨前后的基板重量变化(Sartorius公司制造BP-210S)，将其平均值除以研磨时间，以该值作为重量变化速度。研磨速度(μm/min)由Ni-P的密度(8.4g/cm3)和基板单面面积(65.87cm2)按照下式算出。
重量变化速度＝{研磨前的基板重量(g)-研磨后的基板重量(g)}/研磨时间(min)研磨速度(μm/min)＝[重量变化速度(g/min)/基板单面面积(mm2)/Ni-P镀层密度(g/cm3)]×106
表1
1)剩余部分是水
从表1所示的结果可知，使用实施例1～7的研磨液组合物得到的基板和比较例1～6的基板相比，可以抑制端面下垂。另外还可以知道，采用实施例4、8～10的研磨方法和制造方法得到的基板和比较例7、8的基板相比，端面下垂得到了降低。
实施例11～26、比较例9～11在水中添加表2记载的规定量的表面活性剂、硫酸(98重量％产品，和光纯药工业公司制造)和/或HEDP水溶液(60重量％产品，Solutia Japan公司制造)后，根据需要添加混合过氧化氢水溶液(35重量％产品，旭电化工业公司制造)，最后边搅拌边添加胶体二氧化硅浆液(平均一次粒径22nm，有效成分为20～40重量％，介质水)，得到研磨液组合物。
1.研磨条件·研磨试验机SPEEDFAM公司制造，9B型双面研磨机·研磨布FUJIBO公司制造，精研磨用垫(厚度为0.9mm，平均开孔直径为30μm)·定盘转速45r/min·研磨液组合物的供给速度0.1～0.2mL/min·研磨时间5min·研磨压力(定盘压力)6～15kPa·研磨基板的块数10块端面下垂的测定条件、pH的测定条件、研磨速度的测定方法与前述实施例1～10中记载的方法相同。
表2
1)剩余部分是水，重量％表示研磨液组合物中的净含量。
2)HEDP1-羟基亚乙基-1，1-二膦酸3)TEA三乙醇铵从表2所示的结果可知，使用实施例11～26的研磨液组合物得到的基板和比较例9～11的基板相比，可以抑制端面下垂。
实验例1～21使用上述被研磨基板和下述研磨液组合物进行研磨，评价研磨速度和波纹度。
在离子交换水中，按照表3所示的混合量，溶解硫酸(和光纯药工业公司制造，特级)、过氧化氢(旭电化工业公司制造，35重量％产品)、表面活性剂(花王株式会社制造或东京化成试剂公司制造)，充分搅拌。之后，添加胶体二氧化硅的水浆液(二氧化硅的平均一次粒径(D50)12nm，D9026nm，二氧化硅浓度25重量％，pH＝10)，再次搅拌，制备研磨液组合物。测定所得的研磨液组合物的pH值。
·研磨试验机SPEEDFAM公司制造，9B型双面研磨机·研磨垫FUJIBO公司制造的小山羊皮型(厚度为0.9mm，平均开孔直径为30μm)·研磨时间5min·研磨块数10块/次(研磨压力、研磨液组合物的供给速度、被研磨基板相对研磨垫的相对速度参照表3)。
对于pH的测定条件和研磨速度的测定方法来说，除了在研磨速度的测定方法中，使Ni-P的密度为8.0g/cm3、基板单面面积为66.0cm3以外，按照前述实施例1～10中记载的方法进行。
在研磨后的10块基板中任意选择2块基板，在下述条件下对它们的两面测定波纹度。结果如表3所示。
测定机ThoT Model 4224(ThoT Technologies公司制造)测定原理激光多普勒振动计(碘稳定化He-Ne激光633nm)测定波长0.4-2mm测定位置距离基板中心的半径20mm到46mm的整个表面基板转速6000r/min增益16过滤器10kHz激光范围5mm/s/V磁道间距0.01mm
表3
1)重量％2)三乙醇铵3)用NaOH调节pH值4)波纹度R20和波纹度R46分别表示从基板中心起半径为20mm和半径为46mm的位置的波纹度。波纹度表示2块×2面(两面)共4面的平均值。
从表3所示的结果可知，使用本发明的研磨液组合物得到的基板，外周部的波纹度显著降低，遍及基板整个表面的波纹度降低。此外，通过使用本发明的研磨方法，可以进一步降低波纹度。
本发明的研磨液组合物、基板的研磨方法以及基板的制造方法，例如适合用于磁盘、光盘、光磁盘等盘状记录介质用的基板的研磨。
如上所述的本发明明显在同一范围内可采取多种变更方式。这种多样性不应当认为是脱离本发明的意图和范围的，本领域技术人员应当了解的所有的变更方式都包含在权利要求的技术范围内。
权利要求
1.一种研磨液组合物，该研磨液组合物含有二氧化硅、酸、表面活性剂和水，其中(a)25℃时酸在水中的溶解度大于等于1g/100g饱和水溶液，(b)表面活性剂为以下述通式(1)所示的磺酸或其盐，且(c)研磨液组合物的pH值为0～4，R-(O)n-X-SO3H (1)式中，R表示一部分或全部氢原子可用氟原子取代的碳原子数为3～20的烃基，X表示从芳香烃的芳香环去掉2个氢原子后的残基，n表示0或1。
2.一种研磨液组合物，该研磨液组合物含有二氧化硅、酸、表面活性剂和水，其中(a’)25℃时酸在水中的溶解度大于等于1g/100g饱和水溶液，(b’)表面活性剂为以下述通式(2)所示的磺酸或其盐，且(c’)研磨液组合物的pH值为0～3，R’-O-(AO)n-SO3H (2)式中，R’表示碳原子数为3～20的烃基，AO表示碳原子数为2～4的氧化烯基，n表示AO的平均加成摩尔数且为1～6。
3.根据权利要求1所记载的研磨液组合物，其中通式(1)的R是碳原子数为6～20的烷基或碳原子数为6～20的全氟烃基。
4.根据权利要求1所记载的研磨液组合物，其中通式(1)的X是亚苯基。
5.根据权利要求2所记载的研磨液组合物，其中通式(2)的R’是碳原子数为6～20的烷基。
6.根据权利要求1所记载的研磨液组合物，其中表面活性剂的含量为0.005～2重量％。
7.根据权利要求2所记载的研磨液组合物，其中表面活性剂的含量为0.005～2重量％。
8.根据权利要求1所记载的研磨液组合物，该组合物进一步含有氧化剂。
9.根据权利要求2所记载的研磨液组合物，该组合物进一步含有氧化剂。
10.一种基板的研磨方法，该方法具有研磨工序，在该研磨工序中，对每1cm2的被研磨基板以大于等于0.05mL/分钟的速度供给权利要求1～9任一项所记载的研磨液组合物，并在5～50kPa的研磨压力下进行研磨。
11.一种基板的制造方法，该方法具有研磨工序，在该研磨工序中，对每1cm2的被研磨基板以大于等于0.05mL/分钟的速度供给权利要求1～9任一项所记载的研磨液组合物，并在5～50kPa的研磨压力下进行研磨。
12.根据权利要求11所记载的基板的制造方法，其中基板是硬盘用基板。
13.一种降低基板的端面下垂的方法，该方法具有使用权利要求1～9任一项所记载的研磨液组合物来研磨基板的工序。
全文摘要
本发明提供一种研磨液组合物，以及使用该研磨液组合物的基板的研磨方法。所述研磨液组合物含有二氧化硅、酸、表面活性剂和水，其中(a)25℃时酸在水中的溶解度大于等于1g/100g饱和水溶液，(b)表面活性剂为以通式(1)或(2)所示的磺酸或其盐，且(c)研磨液组合物的pH值为特定范围。该研磨液组合物例如适合用于磁盘、光盘、光磁盘等盘状记录介质用的基板的研磨。
文档编号G11B5/84GK1923943SQ20061010843
公开日2007年3月7日 申请日期2006年8月2日 优先权日2005年8月30日
发明者山口哲史 申请人:花王株式会社