專利名稱：用于計(jì)算機(jī)硬盤基片化學(xué)機(jī)械拋光的拋光液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器硬盤制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，是涉及一種用于計(jì)算機(jī)硬盤基片的拋光液。
背景技術(shù)：
近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，個(gè)人計(jì)算機(jī)朝著高性能、小型化方向不斷前進(jìn)。為適應(yīng)這一趨勢(shì)，作為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的主要部件硬盤相應(yīng)朝著大容量、高轉(zhuǎn)速、體積小和安全性更高的方向發(fā)展，從而對(duì)硬盤基片提出更高的要求。因?yàn)楸P片直接關(guān)系著硬盤容量的大小，所以提高單片容量即提高盤片的存儲(chǔ)密度便成為解決此問題的關(guān)鍵。隨著硬盤基片技術(shù)的發(fā)展，基片表面平整度、粗糙度成為影響著硬盤存儲(chǔ)容量的大小的決定因素。
為了減小硬盤驅(qū)動(dòng)器的最小記錄面積、提高硬盤容量，要求磁頭與磁盤磁介質(zhì)之間的距離進(jìn)一步減小，所以對(duì)磁盤表面質(zhì)量的要求也越來越高。當(dāng)磁盤基片表面粗糙度、波紋度較大或存在其他表面缺陷時(shí)，常常引起磁頭、磁盤的損壞現(xiàn)象，從而導(dǎo)致硬盤無法正常工作或讀寫數(shù)據(jù)的丟失。所以，在完成制造硬盤基片之前，對(duì)硬盤基片進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，使基片表面粗糙度、波紋度達(dá)到最低是極其重要的，同時(shí)還必須去除劃痕、塌邊等表面缺陷。
化學(xué)機(jī)械拋光是利用摻有極小研磨顆粒的化學(xué)溶液來改變晶片表面的化學(xué)鍵，并加以機(jī)械式研磨，以獲得晶片表面平坦化的一種化學(xué)與機(jī)械相結(jié)合的技術(shù)。此技術(shù)集摩擦學(xué)、流體力學(xué)、化學(xué)為一體的超精密平坦化加工技術(shù)?？煞乐箚我坏臋C(jī)械研磨中硬磨料引起的表面脆性裂紋和凹痕、避免磨料顆粒引起的隆起及劃痕，可獲得較完美的表面。
計(jì)算機(jī)硬盤盤基片CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)技術(shù)原理比較復(fù)雜，較公認(rèn)的機(jī)理認(rèn)為是NiP敷鍍得鋁合金硬盤基片表面被拋光液中的氧化劑氧化，在表面上生成一層氧化膜，其強(qiáng)度較低。從而使硬盤表面變脆，然后拋光液中的納米SiO2粒子作為磨粒將此氧化層磨去，磨掉后露出的新鮮表面又可以被氧化，再被磨去，如此循環(huán)。由于盤基片表面會(huì)有凸起的部分會(huì)先被磨去從而實(shí)現(xiàn)了表面的全局平面化。
其中CMP過程中的輸入主要變量是拋光液中的化學(xué)要素氧化劑、絡(luò)合劑、抗腐蝕劑、活性劑等。近幾年來，己有一些專利報(bào)道了存儲(chǔ)器硬盤的磁盤基片的拋光組合物及拋光方法，如專利公開號(hào)CN 1379074A，CN1357586A，CN 1316477A，CN 1213118C。隨著硬盤制造商對(duì)存儲(chǔ)器硬盤的基片表面加工質(zhì)量的提高，己有的化學(xué)機(jī)械拋光拋光液所能得到的最終表面粗糙度、波紋度及表面缺陷的控制，不能滿足存儲(chǔ)器硬盤快速發(fā)展的需要，目前世界占有銷售市場(chǎng)最大的著名公司日本花王、美國(guó)Cabot等生產(chǎn)的拋光液均顯強(qiáng)酸性，所以在拋光過程中，對(duì)機(jī)器造成了腐蝕，對(duì)環(huán)境造成了污染，并且對(duì)人有一定的危害。現(xiàn)有技術(shù)中以三氧化二鋁作為磨料，由于硬度大，容易造成劃傷；且其粘滯性強(qiáng)，后續(xù)清洗不容易。同時(shí)，酸性拋光液主要是以機(jī)械為主的化學(xué)機(jī)械拋光作用，拋光過程中，由于拋光液傳輸?shù)牟环€(wěn)定，并且在拋光速率的增加，拋光液流量的增大，拋光液常常在富集在基片邊緣，這樣容易產(chǎn)生塌邊現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種用于存儲(chǔ)器硬盤的磁盤基片拋光液，堿性環(huán)境下，它具有強(qiáng)螯合作用，磨料是粒徑小、濃度高、分散性好的二氧化硅水溶膠，拋光過程中以化學(xué)作用為主，通過添加螯合劑、活性劑來解決最終表面粗糙度、波紋度和表面缺陷等傳統(tǒng)問題，并且通過使用堿性拋光液和硅溶膠磨料來解決現(xiàn)有的以三氧化二鋁為磨料的酸性拋光液的所存在的問題。
本發(fā)明用于計(jì)算機(jī)硬盤基片化學(xué)機(jī)械拋光的拋光液，通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)，所述拋光液的成分和重量％比組成如下螯合劑0.5-10； pH值調(diào)節(jié)劑 0.5-5；硅溶膠50-90；表面活性劑 0.5-5；氧化劑0.5-10； 去離子水余量。
本發(fā)明所述所述拋光液的較佳配比的成分和重量％比組成如下螯合劑1.5-4；pH值調(diào)節(jié)劑 2.5-4.5；硅溶膠70-85；表面活性劑 1.5-4.5；氧化劑1.5-4；去離子水 余量。
本發(fā)明硅溶膠其粒徑為20～50nm、濃度為40～50％。
本發(fā)明所述的螯合劑為FA/O(具有是13個(gè)以上螯合環(huán)的無金屬離子的溶于水的螯合劑)或EDTA。
本發(fā)明所述的pH值調(diào)節(jié)劑為羥多胺類有機(jī)堿，如三乙醇胺、四甲基氫氧化胺、四羥乙基乙二胺。
本發(fā)明所述的活性劑為非離子活性劑，如FA/O非離子活性劑、JFC型、O系列。
本發(fā)明所述的氧化劑為堿性介質(zhì)下可溶的過氧化物，如過氧化氫、過氧焦磷酸鈉(Na4P2O8·10H2O)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有如下有益效果1.本發(fā)明為堿性拋光液，對(duì)設(shè)備無腐蝕，并且硅溶膠穩(wěn)定性好，從而解決了酸性拋光液污染重、易凝膠等諸多弊端；PH值9以上時(shí)，易生成可溶性的化合物，從而易脫離表面。
2.本發(fā)明中，拋光液在拋光過程中主要起到以化學(xué)作用為主的化學(xué)機(jī)械拋光，螯合劑的加入使得Ni容易形成大分子可溶有機(jī)物，而且形成物穩(wěn)定，易于清洗；同時(shí)磷轉(zhuǎn)化為可溶性磷酸鹽；拋光液無毒、成本低；活性劑增加了高低選擇比，大大降低了表面張力、減小了損傷層、提高了基片表面的均一性、使得表面凹凸差大大降低，從而有效的提高了交換速率，增強(qiáng)了輸運(yùn)過程，達(dá)到高平整高光潔表面；通過創(chuàng)造物理吸附物質(zhì)為主的環(huán)境，控制基片表面長(zhǎng)期處于易清洗的物理吸附狀態(tài)，有效防止顆粒再沉積，實(shí)現(xiàn)集中高效清洗。
3.本發(fā)明中SiO2磨料其粒徑小(20～50nm)、濃度高(＞40％)、硬度小(對(duì)基片損傷度小)、分散度好，能夠達(dá)到高速率高平整低損傷拋光、污染小，解決了Al2O3磨料硬度大等諸多弊端；有效的解決三氧化二鋁為磨料時(shí)引起的劃傷及后清洗困難的問題，提高產(chǎn)品的成品率；同時(shí)，也避免了酸性拋光液拋光中易產(chǎn)生的塌邊現(xiàn)象的發(fā)生；后清洗簡(jiǎn)單，可以降低后清洗中的費(fèi)用。
4.在拋光過程中，本發(fā)明可以降低金屬離子污染。
5.本發(fā)明配方制造成本價(jià)格較低，使用效果可以取代進(jìn)口產(chǎn)品。
本發(fā)明中各組分的有益作用分別為FA/O螯合劑，它不含鈉離子且具有十三個(gè)以上螯合環(huán)，螯合劑的加入，增加了金屬離子在漿料中的有效溶解度，有助于Ni及Ni氧化物顆粒的溶解，形成大分子可溶洛合物，易于清洗，降低了顆粒對(duì)拋光表面的損傷或顆粒在活性拋光表面的再沉積，因而也就降低了表面損傷層；活性劑對(duì)顆粒也有控制作用，活性劑均勻的鋪展在拋光表面，一方面，加強(qiáng)了拋光漿料的均勻一致性；一方面，對(duì)顆粒有“托起”作用，使顆粒在表面為物理吸附。因?yàn)槲锢砦降哪芰枯^小，顆粒易被湍流的漿料帶走，從而提高了表面細(xì)膩性，有助于拋光后清洗的進(jìn)行。
pH調(diào)制劑，在本發(fā)明堿性拋光液中，堿的選擇很重要。文獻(xiàn)報(bào)道的拋光液中常使用NaOH、KOH等強(qiáng)堿作為pH值調(diào)制劑。但是，這有一個(gè)很大的問題，堿金屬離子在拋光過程中會(huì)進(jìn)入襯底或介質(zhì)層中，從而引起器件的局部穿通效應(yīng)、漏電流增大等效應(yīng)，使芯片工作的可靠性降低、器件壽命減?。徊⑶?，假如使用硅溶膠作為磨料，強(qiáng)電解質(zhì)銅離子會(huì)使硅溶膠凝膠，從而使拋光液報(bào)廢。本發(fā)明選擇不含金屬離子的有機(jī)堿就解決了這個(gè)這些問題。有機(jī)堿作為pH值調(diào)節(jié)劑，最高能將pH值調(diào)到12以上；并且還能充當(dāng)緩沖劑，當(dāng)拋光液局部pH值發(fā)生變化時(shí)，可以迅速釋放本身的羥基調(diào)整pH值，使拋光液保持穩(wěn)定的pH值，從而使氧化物表面處去除速率均勻，能得到較好的平行度。同時(shí)，當(dāng)pH值＞12.5時(shí)，SiO2膠粒被轉(zhuǎn)化為可溶性水液，膠粒消失，起不到磨料作用，當(dāng)加入有機(jī)胺可起到高pH值下使SiO2穩(wěn)定的作用，對(duì)提高漿料穩(wěn)定性也有很重要的意義。
本發(fā)明中SiO2磨料其粒徑小(20～50nm)、濃度高(40～50％)、硬度為6～7(對(duì)基片損傷度小)、分散度好，最大粒徑不會(huì)超過粒徑上限的5nm，可以解決硬盤基片磨料的劃傷性問題；且流動(dòng)性好、無沉淀、拋光后產(chǎn)物粘度小，后續(xù)清洗簡(jiǎn)單；且二氧化硅磨料無毒、無污染，是理想的磨料。
表面活性劑，基片拋光中起著非常重要的作用。它影響著拋光液的分散性、顆粒吸附后清洗難易程度以及金屬離子沾污等問題。本發(fā)明選用的活性劑不僅可以提高質(zhì)量傳遞速率，提高凹凸速率差，以提高平整度；而且能降低表面張力，降低粗糙度，減少損傷霧，還可以優(yōu)先吸附，形成長(zhǎng)期易清洗的物理吸附表面，以改善表面狀態(tài)。
氧化劑，拋光過程中可以將基片表面氧化成較軟的氧化層，這樣，在磨料的磨除作用下，能較容易的剝離下來，這樣可以提高拋光速率。基片拋光液常用氧化劑有K3[Fe(CN)6]、Fe(NO3)3、KIO3和雙氧水等。K3Fe(CN)6、Fe(NO3)3會(huì)引入Fe3+，KIO3會(huì)引入K+，形成離子沾污，影響器件性能，而且K3Fe(CN)6還有劇毒，這對(duì)應(yīng)用于生產(chǎn)是非常不利的，并且會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。而本發(fā)明所用的氧化劑，它不含金屬離子，不會(huì)引起金屬離子沾污；而且反應(yīng)產(chǎn)物無污染，易于清洗。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
本發(fā)明拋光液實(shí)施例1～實(shí)施例5的成分和重量(kg)組成如下


以實(shí)施例1來簡(jiǎn)述本發(fā)明拋光液的制備過程取濃度40％，粒徑25～30nm硅溶膠90kg，F(xiàn)A/O螯合劑0.5kg，有機(jī)堿三乙醇胺0.5kg，F(xiàn)A/O非離子活性劑0.5kg，過氧化氫0.5kg，去離子水8kg；在連續(xù)攪拌下的硅溶膠中，緩慢依次加入上述量值的FA/O螯合劑，有機(jī)堿三乙醇胺，F(xiàn)A/O非離子活性劑，過氧化氫，去離子水，攪拌至均勻得計(jì)算機(jī)硬盤基片拋光液。
權(quán)利要求
1.一種用于計(jì)算機(jī)硬盤基片化學(xué)機(jī)械拋光的拋光液，其特征是，所述拋光液的成分和重量％比組成如下螯合劑0.5-10；pH值調(diào)節(jié)劑0.5-5；硅溶膠50-90； 表面活性劑0.5-5；氧化劑0.5-10；去離子水 余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光液，其特征是，所述所述拋光液的成分和重量％比組成如下螯合劑1.5-4； pH值調(diào)節(jié)劑2.5-4.5；硅溶膠70-85； 表面活性劑1.5-4.5；氧化劑1.5-4； 去離子水 余量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的拋光液，其特征是，所述螯合劑為FA/O或EDTA。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的拋光液，其特征是，所述pH值調(diào)節(jié)劑為羥多胺類有機(jī)堿，所述的有機(jī)堿為三乙醇胺、四甲基氫氧化胺或四乙基羥乙基乙二胺。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的拋光液，其特征是，所述活性劑為非離子活性劑，為FA/O非離子活性劑或JFC型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的拋光液，其特征是，所述氧化劑為堿性介質(zhì)下可溶的過氧化物，所述的過氧化物為過氧化氫或過氧焦磷酸鈉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的拋光液，其特征是，所述硅溶膠其粒徑為20～50nm、濃度為40～50％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于存儲(chǔ)器硬盤的磁盤基片拋光的納米SiO
文檔編號(hào)C09G1/04GK1858133SQ200610013979
公開日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2006年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
發(fā)明者劉玉嶺, 劉長(zhǎng)宇, 牛新環(huán), 康靜業(yè) 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)