CN1858133A

CN1858133A - 用于计算机硬盘基片化学机械抛光的抛光液

Info

Publication number: CN1858133A
Application number: CN 200610013979
Authority: CN
Inventors: 刘玉岭; 刘长宇; 牛新环; 康静业
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology; Hebei Polytechnic University
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2006-11-08

Abstract

本发明公开了一种用于存储器硬盘的磁盘基片抛光的纳米SiO₂水溶胶为磨料的碱性抛光液。本发明抛光液的成分和重量％比组成如下：螯合剂0.5－10、pH值调节剂0.5－5、硅溶胶50－90、表面活性剂0.5－5、氧化剂0.5－10、去离子水为余量。本发明是在碱性环境下，具有强螯合作用，磨料是粒径小、浓度高、分散性好的二氧化硅水溶胶，抛光过程中以化学作用为主，通过添加螯合剂、活性剂解决了最终表面粗糙度、波纹度和表面缺陷等传统问题。

Description

用于计算机硬盘基片化学机械抛光的抛光液

技术领域

本发明涉及计算机存储器硬盘制造技术领域，更具体地说，是涉及一种用于计算机硬盘基片的抛光液。

背景技术

近年来，计算机技术迅猛发展，个人计算机朝着高性能、小型化方向不断前进。为适应这一趋势，作为计算机数据存储的主要部件硬盘相应朝着大容量、高转速、体积小和安全性更高的方向发展，从而对硬盘基片提出更高的要求。因为盘片直接关系着硬盘容量的大小，所以提高单片容量即提高盘片的存储密度便成为解决此问题的关键。随着硬盘基片技术的发展，基片表面平整度、粗糙度成为影响着硬盘存储容量的大小的决定因素。

为了减小硬盘驱动器的最小记录面积、提高硬盘容量，要求磁头与磁盘磁介质之间的距离进一步减小，所以对磁盘表面质量的要求也越来越高。当磁盘基片表面粗糙度、波纹度较大或存在其他表面缺陷时，常常引起磁头、磁盘的损坏现象，从而导致硬盘无法正常工作或读写数据的丢失。所以，在完成制造硬盘基片之前，对硬盘基片进行化学机械抛光，使基片表面粗糙度、波纹度达到最低是极其重要的，同时还必须去除划痕、塌边等表面缺陷。

化学机械抛光是利用掺有极小研磨颗粒的化学溶液来改变晶片表面的化学键，并加以机械式研磨，以获得晶片表面平坦化的一种化学与机械相结合的技术。此技术集摩擦学、流体力学、化学为一体的超精密平坦化加工技术。可防止单一的机械研磨中硬磨料引起的表面脆性裂纹和凹痕、避免磨料颗粒引起的***及划痕，可获得较完美的表面。

计算机硬盘盘基片CMP(化学机械抛光)技术原理比较复杂，较公认的机理认为是：NiP敷镀得铝合金硬盘基片表面被抛光液中的氧化剂氧化，在表面上生成一层氧化膜，其强度较低。从而使硬盘表面变脆，然后抛光液中的纳米SiO₂粒子作为磨粒将此氧化层磨去，磨掉后露出的新鲜表面又可以被氧化，再被磨去，如此循环。由于盘基片表面会有凸起的部分会先被磨去从而实现了表面的全局平面化。

其中CMP过程中的输入主要变量是抛光液中的化学要素：氧化剂、络合剂、抗腐蚀剂、活性剂等。近几年来，己有一些专利报道了存储器硬盘的磁盘基片的抛光组合物及抛光方法，如专利公开号CN 1379074A，CN1357586A，CN 1316477A，CN 1213118C。随着硬盘制造商对存储器硬盘的基片表面加工质量的提高，己有的化学机械抛光抛光液所能得到的最终表面粗糙度、波纹度及表面缺陷的控制，不能满足存储器硬盘快速发展的需要，目前世界占有销售市场最大的著名公司：日本花王、美国Cabot等生产的抛光液均显强酸性，所以在抛光过程中，对机器造成了腐蚀，对环境造成了污染，并且对人有一定的危害。现有技术中以三氧化二铝作为磨料，由于硬度大，容易造成划伤；且其粘滞性强，后续清洗不容易。同时，酸性抛光液主要是以机械为主的化学机械抛光作用，抛光过程中，由于抛光液传输的不稳定，并且在抛光速率的增加，抛光液流量的增大，抛光液常常在富集在基片边缘，这样容易产生塌边现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术中存在的不足，提供一种用于存储器硬盘的磁盘基片抛光液，碱性环境下，它具有强螯合作用，磨料是粒径小、浓度高、分散性好的二氧化硅水溶胶，抛光过程中以化学作用为主，通过添加螯合剂、活性剂来解决最终表面粗糙度、波纹度和表面缺陷等传统问题，并且通过使用碱性抛光液和硅溶胶磨料来解决现有的以三氧化二铝为磨料的酸性抛光液的所存在的问题。

本发明用于计算机硬盘基片化学机械抛光的抛光液，通过下述技术方案予以实现，所述抛光液的成分和重量％比组成如下：

螯合剂 0.5-10； pH值调节剂 0.5-5；

硅溶胶 50-90；表面活性剂 0.5-5；

氧化剂 0.5-10；去离子水余量。

本发明所述所述抛光液的较佳配比的成分和重量％比组成如下：

螯合剂 1.5-4； pH值调节剂 2.5-4.5；

硅溶胶 70-85；表面活性剂 1.5-4.5；

氧化剂 1.5-4；去离子水余量。

本发明硅溶胶其粒径为20～50nm、浓度为40～50％。

本发明所述的螯合剂为FA/O(具有是13个以上螯合环的无金属离子的溶于水的螯合剂)或EDTA。

本发明所述的pH值调节剂为羟多胺类有机碱，如三乙醇胺、四甲基氢氧化胺、四羟乙基乙二胺。

本发明所述的活性剂为非离子活性剂，如FA/O非离子活性剂、JFC型、O系列。

本发明所述的氧化剂为碱性介质下可溶的过氧化物，如过氧化氢、过氧焦磷酸钠(Na₄P₂O₈·10H₂O)。

本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

1.本发明为碱性抛光液，对设备无腐蚀，并且硅溶胶稳定性好，从而解决了酸性抛光液污染重、易凝胶等诸多弊端；PH值9以上时，易生成可溶性的化合物，从而易脱离表面。

2.本发明中，抛光液在抛光过程中主要起到以化学作用为主的化学机械抛光，螯合剂的加入使得Ni容易形成大分子可溶有机物，而且形成物稳定，易于清洗；同时磷转化为可溶性磷酸盐；抛光液无毒、成本低；活性剂增加了高低选择比，大大降低了表面张力、减小了损伤层、提高了基片表面的均一性、使得表面凹凸差大大降低，从而有效的提高了交换速率，增强了输运过程，达到高平整高光洁表面；通过创造物理吸附物质为主的环境，控制基片表面长期处于易清洗的物理吸附状态，有效防止颗粒再沉积，实现集中高效清洗。

3.本发明中SiO₂磨料其粒径小(20～50nm)、浓度高(＞40％)、硬度小(对基片损伤度小)、分散度好，能够达到高速率高平整低损伤抛光、污染小，解决了Al₂O₃磨料硬度大等诸多弊端；有效的解决三氧化二铝为磨料时引起的划伤及后清洗困难的问题，提高产品的成品率；同时，也避免了酸性抛光液抛光中易产生的塌边现象的发生；后清洗简单，可以降低后清洗中的费用。

4.在抛光过程中，本发明可以降低金属离子污染。

5.本发明配方制造***格较低，使用效果可以取代进口产品。

本发明中各组分的有益作用分别为：

FA/O螯合剂，它不含钠离子且具有十三个以上螯合环，螯合剂的加入，增加了金属离子在浆料中的有效溶解度，有助于Ni及Ni氧化物颗粒的溶解，形成大分子可溶洛合物，易于清洗，降低了颗粒对抛光表面的损伤或颗粒在活性抛光表面的再沉积，因而也就降低了表面损伤层；活性剂对颗粒也有控制作用，活性剂均匀的铺展在抛光表面，一方面，加强了抛光浆料的均匀一致性；一方面，对颗粒有“托起”作用，使颗粒在表面为物理吸附。因为物理吸附的能量较小，颗粒易被湍流的浆料带走，从而提高了表面细腻性，有助于抛光后清洗的进行。

pH调制剂，在本发明碱性抛光液中，碱的选择很重要。文献报道的抛光液中常使用NaOH、KOH等强碱作为pH值调制剂。但是，这有一个很大的问题，碱金属离子在抛光过程中会进入衬底或介质层中，从而引起器件的局部穿通效应、漏电流增大等效应，使芯片工作的可靠性降低、器件寿命减小；并且，假如使用硅溶胶作为磨料，强电解质铜离子会使硅溶胶凝胶，从而使抛光液报废。本发明选择不含金属离子的有机碱就解决了这个这些问题。有机碱作为pH值调节剂，最高能将pH值调到12以上；并且还能充当缓冲剂，当抛光液局部pH值发生变化时，可以迅速释放本身的羟基调整pH值，使抛光液保持稳定的pH值，从而使氧化物表面处去除速率均匀，能得到较好的平行度。同时，当pH值＞12.5时，SiO₂胶粒被转化为可溶性水液，胶粒消失，起不到磨料作用，当加入有机胺可起到高pH值下使SiO₂稳定的作用，对提高浆料稳定性也有很重要的意义。

本发明中SiO₂磨料其粒径小(20～50nm)、浓度高(40～50％)、硬度为6～7(对基片损伤度小)、分散度好，最大粒径不会超过粒径上限的5nm，可以解决硬盘基片磨料的划伤性问题；且流动性好、无沉淀、抛光后产物粘度小，后续清洗简单；且二氧化硅磨料无毒、无污染，是理想的磨料。

表面活性剂，基片抛光中起着非常重要的作用。它影响着抛光液的分散性、颗粒吸附后清洗难易程度以及金属离子沾污等问题。本发明选用的活性剂不仅可以提高质量传递速率，提高凹凸速率差，以提高平整度；而且能降低表面张力，降低粗糙度，减少损伤雾，还可以优先吸附，形成长期易清洗的物理吸附表面，以改善表面状态。

氧化剂，抛光过程中可以将基片表面氧化成较软的氧化层，这样，在磨料的磨除作用下，能较容易的剥离下来，这样可以提高抛光速率。基片抛光液常用氧化剂有K₃[Fe(CN)₆]、Fe(NO₃)₃、KIO₃和双氧水等。K₃Fe(CN)₆、Fe(NO₃)₃会引入Fe³⁺，KIO₃会引入K⁺，形成离子沾污，影响器件性能，而且K₃Fe(CN)₆还有剧毒，这对应用于生产是非常不利的，并且会造成严重的环境污染。而本发明所用的氧化剂，它不含金属离子，不会引起金属离子沾污；而且反应产物无污染，易于清洗。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

本发明抛光液实施例1～实施例5的成分和重量(kg)组成如下：

	螯合剂	pH值调节剂	硅溶胶	表面活性剂	氧化剂	去离子水
	螯合剂	pH值调节剂	硅溶胶	表面活性剂	氧化剂	去离子水	1	FA/O0.5	三乙醇胺0.5	浓度40％，粒径25～30nm，90kg	FA/O非离子活性剂0.5	过氧化氢0.5	8
2	FA/O1.5	四甲基氢氧化胺5	浓度40％，粒径35～40nm，60kg	FA/O非离子活性剂1.5	过氧焦磷酸钠2	30	1	FA/O0.5	三乙醇胺0.5	浓度40％，粒径25～30nm，90kg	FA/O非离子活性剂0.5	过氧化氢0.5	8
2	FA/O1.5	四甲基氢氧化胺5	浓度40％，粒径35～40nm，60kg	FA/O非离子活性剂1.5	过氧焦磷酸钠2	30	3	FA/O4	四乙基羟乙基乙二胺	浓度40％，粒径45～	FA/O非离子活性剂	过氧化氢4	13

		4.5	50nm，70kg	4.5
		4.5	50nm，70kg	4.5			4	EDTA5	三乙醇胺2	浓度50％，粒径35～40nm，58	JFC5	过氧焦酸磷钠5	25
5	EDTA1	三乙醇胺2.5	浓度50％，粒径25～30nm，85kg	JFC0.5	过氧焦磷酸钠1	10	4	EDTA5	三乙醇胺2	浓度50％，粒径35～40nm，58	JFC5	过氧焦酸磷钠5	25

以实施例1来简述本发明抛光液的制备过程：

取浓度40％，粒径25～30nm硅溶胶90kg，FA/O螯合剂0.5kg，有机碱三乙醇胺0.5kg，FA/O非离子活性剂0.5kg，过氧化氢0.5kg，去离子水8kg；在连续搅拌下的硅溶胶中，缓慢依次加入上述量值的FA/O螯合剂，有机碱三乙醇胺，FA/O非离子活性剂，过氧化氢，去离子水，搅拌至均匀得计算机硬盘基片抛光液。

Claims

1.一种用于计算机硬盘基片化学机械抛光的抛光液，其特征是，所述抛光液的成分和重量％比组成如下：

螯合剂0.5-10； pH值调节剂0.5-5；

硅溶胶50-90；表面活性剂0.5-5；

氧化剂0.5-10；去离子水余量。

2.根据权利要求1所述的抛光液，其特征是，所述所述抛光液的成分和重量％比组成如下：

螯合剂1.5-4； pH值调节剂2.5-4.5；

硅溶胶70-85；表面活性剂1.5-4.5；

氧化剂1.5-4；去离子水余量。

3.根据权利要求1或2所述的抛光液，其特征是，所述螯合剂为FA/O或EDTA。

4.根据权利要求1或2所述的抛光液，其特征是，所述pH值调节剂为羟多胺类有机碱，所述的有机碱为三乙醇胺、四甲基氢氧化胺或四乙基羟乙基乙二胺。

5.根据权利要求1或2所述的抛光液，其特征是，所述活性剂为非离子活性剂，为FA/O非离子活性剂或JFC型。

6.根据权利要求1或2所述的抛光液，其特征是，所述氧化剂为碱性介质下可溶的过氧化物，所述的过氧化物为过氧化氢或过氧焦磷酸钠。

7.根据权利要求1或2所述的抛光液，其特征是，所述硅溶胶其粒径为20～50nm、浓度为40～50％。