CN1693406A - 抛光组合物和抛光方法 - Google Patents
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Abstract
一种抛光组合物，它包括氧化铝、胶体二氧化硅、柠檬酸、除柠檬酸以外的有机酸、氧化剂和水。当用该抛光组合物抛光磁盘基片的表面时，基片以高抛光率被抛光，且被抛基片的表面缺陷也得以减少。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于抛光磁盘基片等物体的抛光组合物，以及使用所述抛光组合物抛光物体的抛光方法。
背景技术
基片在制造工艺中通常要经过若干个抛光阶段。在第一抛光阶段中，通常使用含有氧化铝、有机酸和水的抛光组合物。为获得表面缺陷较少的基片，希望抛光组合物中氧化铝的粒径要尽可能的小。但是，含有小粒径氧化铝的抛光组合物却不能以高抛光率对基片进行抛光。
发明内容
本发明的目的在于提供一种即使氧化铝的粒径很小也能以高抛光率对物体进行抛光、并能够减少被抛物体表面缺陷的抛光组合物。本发明的另一个目的是提供使用这种抛光组合物的抛光方法。
为了达到上述目标，本发明提供了一种抛光组合物，它包括氧化铝、胶体二氧化硅、柠檬酸、除柠檬酸以外的有机酸、氧化剂和水。
本发明还提供了一种抛光磁盘基片的抛光方法。该方法包括制备上述抛光组合物，以及使用所制备的抛光组合物抛光基片表面。
本发明的其他方面和优点将通过下面对本发明原理所举实施例的描述得以显而易见。
具体实施方式
下面描述本发明的一个实施方式。
根据该实施方式的抛光组合物包括氧化铝、胶体二氧化硅、有机酸、氧化剂和水。
抛光组合物中的氧化铝是作为机械抛光物体的磨料。平均粒径至少为0.1μm的氧化铝具有较强的抛光能力，而平均粒径至少为0.2μm的氧化铝的抛光能力尤其强。因此，氧化铝的平均粒径优选至少为0.1μm，进一步优选至少为0.2μm。另一方面，平均粒径超过1.2μm，甚至仅超过1.0μm的氧化铝会导致粗糙度稍微增加且在被抛物体表面造成刮痕。因此，氧化铝的平均粒径优选不超过1.2μm，进一步优选不超过1.0μm。
如果抛光组合物中氧化铝的含量太低，抛光组合物的抛光能力可能会稍微下降。为防止抛光组合物的抛光能力因氧化铝的含量太低而下降，氧化铝的含量优选为至少0.01wt％，进一步优选为至少0.1wt％，最优选为至少0.2wt％。另一方面，如果抛光组合物中氧化铝的含量太高，抛光组合物的粘度会增大。粘度过度增大会降低抛光组合物的可操作性。为防止抛光组合物的粘度因氧化铝的含量太高而变大，氧化铝的含量优选不超过8wt％，进一步优选不超过7wt％，最优选不超过5wt％。
抛光组合物中的胶体二氧化硅同氧化铝一样，也是作为机械抛光物体的磨料。平均粒径小于10nm的胶体二氧化硅会导致被抛物体表面上凹陷的稍微增加。平均粒径至少为15nm的胶体二氧化硅具有高抛光能力。因此，胶体二氧化硅的平均粒径优选至少为10nm，进一步优选至少为15nm。另一方面，半均粒径不超过200nm的胶体二氧化硅很容易获取，而平均粒径不超过100nm的胶体二氧化硅具有绝佳的稳定性。因此，胶体二氧化硅的平均粒径优选为不超过200nm，进一步优选为不超过100nm。
如果抛光组合物中胶体二氧化硅的含量太低，抛光组合物的抛光能力会稍微下降。为防止抛光组合物的抛光能力因胶体二氧化硅的含量太低而下降，抛光组合物中胶体二氧化硅的含量优选为至少0.2wt％，进一步优选为至少0.6wt％，最优选为至少1wt％。另一方面，如果抛光组合物中胶体二氧化硅的含量太高，抛光组合物的粘度会增大。为防止抛光组合物的粘度因胶体二氧化硅含量太高而变大，胶体二氧化硅的含量优选不超过10wt％，进一步优选不超过8wt％，最优选不超过6wt％。
胶体二氧化硅可以是单分散的，还可以包含高纵横比的联合颗粒。
抛光组合物中的有机酸通过对物体的化学作用来促进磨料的机械抛光。有机酸的具体例子包括柠檬酸、琥珀酸、亚氨乙酰乙酸、衣康酸、马来酸、苹果酸、丙二酸、巴豆酸、葡糖酸、乙醇酸、乳酸或扁桃酸。
本抛光组合物包含柠檬酸和除柠檬酸以外的有机酸。除柠檬酸以外的有机酸优选琥珀酸、亚氨乙酰乙酸、衣康酸、马来酸、苹果酸或丙二酸，进一步优选琥珀酸。琥珀酸、亚氨乙酰乙酸、衣康酸、马来酸、苹果酸和丙二酸对用磨料机械抛光的促进作用很强，而琥珀酸对用磨料机械抛光的促进作用尤其强。
如果抛光组合物中柠檬酸的含量太低，抛光组合物的抛光能力会稍微下降。为防止抛光组合物的抛光能力因柠檬酸的含量太低而下降，柠檬酸的含量优选至少为0.02wt％，进一步优选至少为0.1wt％，最优选至少为0.2wt％。另一方面，如果抛光组合物中柠檬酸的含量太高，抛光组合物的抛光能力会达到饱和水平而造成浪费，或者会减弱胶体二氧化硅在抛光组合物中的稳定性。为防止因柠檬酸含量太高而造成不利效果，柠檬酸的含量优选不超过3wt％，进一步优选不超过2wt％，最优选不超过1.4wt％。
如果抛光组合物中除柠檬酸以外的有机酸的含量太低，抛光组合物的抛光能力会稍微下降。为防止抛光组合物的抛光能力因除柠檬酸以外的有机酸的含量太低而下降，除柠檬酸以外的有机酸的含量优选至少为0.002wt％，进一步优选至少为0.02wt％，最优选至少为0.1wt％。另一方面，如果抛光组合物中除柠檬酸以外的有机酸的含量太高，抛光组合物的抛光能力会达到饱和水平而造成浪费，或者会减弱胶体二氧化硅在抛光组合物中的稳定性。为防止因除柠檬酸以外的有机酸含量太高而造成不利效果，除柠檬酸以外的有机酸的含量优选不超过2wt％，进一步优选不超过1wt％，最优选不超过0.6wt％。
抛光组合物中的氧化剂将物体氧化以促进磨料的机械抛光。氧化剂的具体例子包括过氧化氢、硝酸铁、过二硫酸、高碘酸、高氯酸和次氯酸。氧化剂优选过氧化氢和高碘酸，更优选过氧化氢。过氧化氢和高碘酸对磨料机械抛光的促进作用很强，而过氧化氢具有容易使用的优点。
如果抛光组合物中氧化剂的含量太低，抛光组合物的抛光能力会稍微下降。为防止抛光组合物的抛光能力因氧化剂的含量太低而下降，氧化剂的含量优选至少为0.02wt％，进一步优选至少为0.2wt％，最优选至少为0.5wt％。另一方面，如果抛光组合物中氧化剂的含量太高，抛光组合物的抛光能力会达到饱和水平而造成浪费，抛光组合物的稳定性会下降，或者抛光组合物的可操作性会下降。为防止因氧化剂含量太高而造成不利效果，氧化剂的含量优选不超过2wt％，进一步优选不超过1.7wt％，最优选不超过1.5wt％。
抛光组合物中的水是作为分散介质，用来分散氧化铝和胶体二氧化硅，同时水还作为用于溶解有机酸和氧化剂的溶剂。水中的杂质希望尽可能的少。水优选是离子交换水、纯水、超纯水或蒸馏水。
根据本实施方式的抛光组合物用于抛光如磁盘基片的表面。该抛光组合物优选在通常基片制造工艺中多个抛光阶段的第一阶段中使用。
当使用根据本实施方式的抛光组合物抛光物体时，物体以较高的抛光率被抛光，且抛光后物体的表面缺陷减少了。这一现象的主要原因据推测是抛光组合物中的胶体二氧化硅与每个氧化铝颗粒的表面发生静电键合，从而适当的削弱了氧化铝的抛光力。可以推断，当使用本抛光组合物抛光物体时，与胶体二氧化硅发生键合的氧化铝对因有机酸和氧化剂的作用而变脆的物体表面进行抛光。
对熟知该技术领域的人而言，本发明可在不脱离本发明的宗旨或范围的条件下以许多其它具体形式来实施。尤其是应当了解，本发明还可以下列形式实施。
本抛光组合物可包含两种或更多种除柠檬酸以外的有机酸。
本抛光组合物可包含常规抛光组合物中通常含有的已知添加剂，如表面活性剂、螯合剂、防腐剂等。
本抛光组合物可以两种或多种隔离溶液的形式保存。每种隔离溶液含有至少一种抛光组合物的组分。
本抛光组合物可通过用水稀释未稀释溶液制得。未稀释溶液仅包含抛光组合物中较高浓度的组分而不含有水。未稀释溶液中氧化铝的含量优选为0.05～40wt％，进一步优选0.5～35wt％，最优选1～25wt％。未稀释溶液中胶体二氧化硅的含量优选为1～50wt％，进一步优选3～40wt％，最优选5～30wt％。未稀释溶液中柠檬酸的含量优选为0.1～15wt％，进一步优选0.5～10wt％，最优选1～7wt％。未稀释溶液中除柠檬酸以外的有机酸的含量优选为0.01～10wt％，进一步优选0.1～5wt％，最优选0.5～3wt％。未稀释溶液中氧化剂的含量优选为0.1～10wt％，进一步优选1～8.5wt％，最优选2.5～7.5wt％。
本抛光组合物可用于除磁盘基片以外的物体的抛光。本抛光组合物可用来例如抛光金属，如绝缘基片上的镍铁合金、钌以及铂。但是，本抛光组合物优选用于抛光磁盘基片的表面。
下面结合实施例和对照例对本发明进行更进一步的详细描述。
在实施例1～22和对照例1～21中，通过将磨料、水、以及有机酸或无机酸混合而制得未稀释抛光组合物，如有需要，再混入氧化剂。每种未稀释组合物中的磨料、有机酸或无机酸、以及氧化剂具体示于表1～3。在每种抛光组合物中作为磨料的氧化铝的平均粒径，在表1中的实施例1～14和对照例1～11中为0.6μm，在表2中的实施例15～18和对照例12～16中为0.8μm，在表3中的实施例19～22和对照例17～21中为0.3μm。在每种抛光组合物中作为磨料的胶体二氧化硅的平均粒径在每个实施例和对照例中都为40nm。将每个未稀释抛光组合物用水以5倍稀释得到抛光组合物，在下面的抛光条件下抛光物体：
抛光机：双面抛光机“9.5B-5P”，System Seiko有限公司制造。
抛光板：聚氨酯板“CR2000”，Kanebo有限公司制造。
被抛光物体：15片直径3.5英寸的基片，通过在铝合金制素材的表面上进行无电镀覆磷化镍形成。
抛光载荷：10kPa
上压盘转速：24rpm
下压盘转速：16rpm
抛光组合物供给速率：150mL/分钟
抛光量：包括每个基片的两个表面在内总共2μm的厚度
表1～3中标题为“抛光率”的一栏表示在上述抛光条件下使用每种抛光组合物对基片进行抛光时得到的抛光率。每个抛光率通过下面的公式计算。
RP＝(WS1-WS2)/(AS×DS×TP×10-4)
在该式中，RP表示抛光率(μm/分钟)，WS1表示基片抛光前的重量(g)，WS2表示基片抛光后的重量(g)，AS表示被抛基片表面的面积(cm2)，DS表示基片的密度(g/cm3)，TP表示抛光时间(分钟)。
在上述抛光条件下使用每种抛光组合物抛光基片表面的状况，通过根据基片表面上观察到凹陷数评为“好”(G)和“不好”(NG)的两级标准来评价。
表1
| 磨料[wt％] | 有机酸或无机酸[wt％] | 氧化剂[wt％] | 抛光率[μm/min] | 凹陷 | ||||
| 实施例1 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸琥珀酸 | 0.31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.65 | G |
| 实施例2 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸琥珀酸 | 1.51 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.67 | G |
| 实施例3 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸琥珀酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.70 | G |
| 实施例4 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 152 | 柠檬酸琥珀酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.68 | G |
| 实施例5 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 154 | 柠檬酸琥珀酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.69 | G |
| 实施例6 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸琥珀酸 | 30.05 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.63 | G |
| 实施例7 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸琥珀酸 | 30.3 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.66 | G |
| 实施例8 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸琥珀酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 0.5 | 0.60 | G |
| 实施例9 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸琥珀酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 2 | 0.65 | G |
| 实施例10 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸亚氨乙酰乙酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.67 | G |
| 实施例11 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸衣康酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.66 | G |
| 实施例12 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸乙醇酸 | 31 | 31％过氧化氧水溶液 | 5 | 0.60 | G |
| 实施例13 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸琥珀酸 | 31 | 硝酸铁 | 5 | 0.60 | G |
| 实施例14 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸琥珀酸 | 31 | 过二硫酸 | 5 | 0.59 | G |
| 对照例1 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 琥珀酸 | 1 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.50 | G |
| 对照例2 | 胶体二氧化硅 | 15 | 柠檬酸琥珀酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.33 | NG |
| 对照例3 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸 | 3 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.55 | G |
| 对照例4 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸 | 5 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.56 | G |
| 对照例5 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸琥珀酸 | 31 | - | - | 0.46 | G |
| 对照例6 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 亚氨乙酰乙酸琥珀酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.53 | G |
| 对照例7 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 衣康酸琥珀酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.50 | G |
| 对照例8 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 乙醇酸琥珀酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.46 | G |
| 对照例9 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 硝酸铝 | 3 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.47 | G |
| 对照例10 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 硝酸铝琥珀酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.51 | G |
| 对照例11 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 硝酸铁 | 3 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.35 | G |
表2
| 磨料[wt％] | 有机酸[wt％] | 氧化剂[wt％] | 抛光率[μm/min] | 凹陷 | ||||
| 实施例15 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸琥珀酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.91 | G |
| 实施例16 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸亚氨乙酰乙酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.87 | G |
| 实施例17 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸衣康酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.85 | G |
| 实施例18 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸乙醇酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.83 | G |
| 对照例12 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 琥珀酸 | 1 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.45 | NG |
| 对照例13 | 氧化铝 | 15 | 柠檬酸琥珀酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.48 | NG |
| 对照例14 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸 | 3 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.75 | G |
| 对照例15 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸琥珀酸 | 31 | - | - | 0.70 | G |
| 对照例16 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 亚氨乙酰乙酸琥珀酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.75 | G |
表3
| 磨料[wt％] | 有机酸[wt％] | 氧化剂[wt％] | 抛光率[μm/min] | 凹陷 | ||||
| 实施例19 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸琥珀酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.35 | G |
| 实施例20 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸亚氨乙酰乙酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.33 | G |
| 实施例21 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸衣康酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.32 | G |
| 实施例22 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸乙醇酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.31 | G |
| 对照例17 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 琥珀酸 | 1 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.23 | G |
| 对照例18 | 氧化铝 | 15 | 柠檬酸琥珀酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.10 | NG |
| 对照例19 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸 | 3 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.20 | G |
| 对照例20 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 柠檬酸琥珀酸 | 31 | - | - | 0.18 | G |
| 对照例21 | 氧化铝胶体二氧化硅 | 1510 | 亚氨乙酰乙酸琥珀酸 | 31 | 31％过氧化氢水溶液 | 5 | 0.25 | G |
如表1～3所示，实施例1～14中的抛光率高于对照例1～11中的抛光率，实施例15～18中的抛光率高于对照例12～16中的抛光率，实施例19～22中的抛光率高于对照例17～21中的抛光率。在实施例1～22中，被抛基片的表面状况非常好。
本实施例和实施方式仅用于说明而非限制本发明，本发明不受限于这里提到的细节，而可以在所附权利要求书的范围内或同等条件下做改变。
Claims (20)
1.一种抛光组合物，它由氧化铝、胶体二氧化硅、柠檬酸、除柠檬酸以外的有机酸、氧化剂和水组成。
2.如权利要求1所述的抛光组合物，其特征在于，所述抛光组合物用于磁盘基片表面的抛光。
3.如权利要求1或2所述的抛光组合物，其特征在于，所述抛光组合物中氧化铝的平均粒径为0.2～1.0μm。
4.如权利要求1或2所述的抛光组合物，其特征在于，所述抛光组合物中氧化铝的含量从0.2～5wt％。
5.如权利要求1或2所述的抛光组合物，其特征在于，所述抛光组合物中胶体二氧化硅的平均粒径为15～100nm。
6.如权利要求1或2所述的抛光组合物，其特征在于，所述抛光组合物中胶体二氧化硅的含量为1～3wt％。
7.如权利要求1或2所述的抛光组合物，其特征在于，所述除柠檬酸以外的有机酸为选自琥珀酸、亚氨乙酰乙酸、衣康酸、马来酸、苹果酸和丙二酸中的至少一种。
8.如权利要求7所述的抛光组合物，其特征在于，所述除柠檬酸以外的有机酸为琥珀酸。
9.如权利要求1或2所述的抛光组合物，其特征在于，所述抛光组合物中柠檬酸的含量为0.2～1.4wt％。
10.如权利要求1或2所述的抛光组合物，其特征在于，所述抛光组合物中除柠檬酸以外的有机酸的含量为0.1～0.6wt％。
11.如权利要求1或2所述的抛光组合物，其特征在于，所述氧化剂为选自过氧化氢、硝酸铁、过二硫酸、高碘酸、高氯酸和次氯酸中的至少一种。
12.如权利要求11所述的抛光组合物，其特征在于，所述氧化剂为过氧化氢。
13.如权利要求1或2所述的抛光组合物，其特征在于，所述抛光组合物中氧化剂的含量为0.5～1.5wt％。
14.如权利要求1或2所述的抛光组合物，其特征在于，一种未稀释溶液包含氧化铝、胶体二氧化硅、柠檬酸、除柠檬酸以外的有机酸、氧化剂和部分水，所述抛光组合物是通过用剩余的水稀释所述未稀释溶液制得的。
15.如权利要求14所述的抛光组合物，其特征在于，所述未稀释溶液中氧化铝的含量为1～25wt％。
16.如权利要求14所述的抛光组合物，其特征在于，所述未稀释溶液中胶体二氧化硅的含量为5～15wt％。
17.如权利要求14所述的抛光组合物，其特征在于，所述未稀释溶液中柠檬酸的含量为1～7wt％。
18.如权利要求14所述的抛光组合物，其特征在于，所述未稀释溶液中除柠檬酸以外的有机酸的含量为0.5～3wt％。
19.如权利要求14所述的抛光组合物，其特征在于，所述未稀释溶液中氧化剂的含量为2.5～7.5wt％。
20.一种抛光磁盘基片的抛光方法，该方法包括：
制备一种抛光组合物，所述抛光组合物包含有氧化铝、胶体二氧化硅、柠檬酸、除柠檬酸以外的有机酸、氧化剂和水；以及
使用所制备的所述抛光组合物抛光基片表面。
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