专利名称：制造存储器硬盘用的抛光组合物和抛光方法
技术领域：
本发明涉及一种抛光组合物，该组合物用来在存储器硬盘(即用于如计算机的存储器装置)所用的磁盘基片制造过程中对磁盘基片表面进行最终抛光(final polishing)。具体而言，本发明涉及一种抛光组合物，它适用于制造例如由Ni-P磁盘、Ni-Fe磁盘、铝磁盘、碳化硼磁盘或碳磁盘代表的存储器硬盘，尤其涉及这样一种抛光组合物，它在对表面粗糙度良好的高度镜面表面进行精加工的抛光工艺中能提供高磨削速率(stock removal rate)，同时适用于获得可用于容量高、记录密度高的磁盘装置的优良抛光加工表面的制造工艺。此外，本发明涉及使用该抛光组合物对存储器硬盘进行抛光的方法。
人们正在不断地努力，力求使用于磁盘设备的存储器硬盘(它是一种用于如计算机的存储介质)尺寸更小且容量更大，并使磁介质由传统的涂覆型介质转变成溅镀、电镀或类似方法制得的薄膜介质。
目前磁盘基片(下文简称为“基片”)得到了非常广泛的应用，它是在坯料上形成的具有无电Ni-P敷镀膜的基片。所用坯料的制法是将铝或其它基板用金刚石车削方法进行车床加工整形，再用SiC磨料粘合制得的PVA磨石进行研磨或者用其它方法进行加工，达到平行度或平面度。然而，通过上述种种整形方法不可能完全除去表面上较大的波度。这样，无电Ni-P敷镀膜会沿着坯料上的这一波度而形成。因此，这一波度也会留在基片上，有时会形成结节(nodules)或较大凹坑。本文中“结节”是直径至少约50微米的凸起物，它是镀敷表面上有杂质进入Ni-P镀敷膜的地方凸起而形成的。“凹坑”是对基片表面进行抛光时形成的凹处，“细小凹坑”是直径小于约10微米的凹坑。
另一方面，随着存储器硬盘容量的增加，表面记录密度也以每年数十％的速率增加。因此，在存储器硬盘上由一预定量记录信息所占据的空间就比以前要窄小，进行记录所需的磁力也趋于变弱。所以，最近的磁盘设备需要使磁头的浮动高度(即磁头和存储器硬盘之间的距离)减小，磁头浮动高度目前已经降低至不高于1.0微英寸(0.025微米)的水平。
此外，在抛光之后有时会对基片进行所谓的纹理化(texturing)加工以形成同心的圆划线，其目的是防止用于读写信息的磁头粘着在存储器硬盘上，并且防止对基片表面进行抛光时形成在不同于存储器硬盘旋转方向上的划线而使存储器硬盘的磁场变得不均匀。近年来，为了进一步缩短磁头的浮动高度，人们通过进行轻纹理化加工来进一步减少基片上形成的划线，或者使用未经纹理化加工的没有划线的基片。人们已经开发出使得磁头浮动高度更低的技术，所以磁头浮动高度的缩短比以前进展得更快了。
当存储器硬盘表面具有波度时，磁头就会随着非常高速旋转的存储器硬盘上的这种波度上下运动。然而，如果波度超过一定的高度，或者如果波度的宽度相对高度很小，磁头就不再能随着波度运动，它就会与基片表面碰撞，从而发生所谓的“磁头压碎”，由此损坏了磁头或存储器硬盘表面上的磁介质，从而导致磁盘设备发生故障或读写信息的错误。
另一方面，存储器硬盘表面上存在数微米的微凸起物时，也会发生磁头压碎。此外，当存储器硬盘表面上存在凹坑时，就可能无法完整地写下信息，由此导致所谓的“信息缺损”或信息读出的失败，会发生错误。
因此，在抛光步骤(即形成磁介质之前的步骤)中使基片的表面粗糙度降至最小是很重要的，同时还必须完全除去较大的波度、微凸起物或细小凹坑以及其它表面缺陷。
为了上述目的，过去通常使用抛光组合物(下文由其形态有时称为“浆液”)通过一步抛光操作来进行精加工，所述抛光组合物包含氧化铝或其它各种磨料和水以及各种抛光促进剂。然而，通过一步抛光操作难以满足以下所有要求在一定时间内除去基片表面上较大的波度和表面缺陷(如结节和大凹坑)，使表面粗糙度降至最小。因此，人们已经在研究包含两个或多个步骤的抛光方法。
在抛光方法包括两个步骤的情况下，第一步抛光的主要目的是除去基片表面上的较大波度和表面缺陷(如结节和大凹坑)，即进行整形。因此所需的抛光组合物应具有很强的能力用以除去上述波度和表面缺陷，且不会形成用第二步抛光不能除去的深划痕，而不是使表面粗糙度降至最小。
第二步抛光(即精抛光或最终抛光)的目的是使基片的表面粗糙度降至最小。因此，重要的是第二步抛光的抛光组合物能够使表面粗糙度降至最小，并能够防止形成微凸起物、细小凹坑或其它表面缺陷，而不是具有第一步抛光所需要的很强的修整大波度或表面缺陷的能力。此外，从产率角度来看，磨削速率高同样也是重要的。表面粗糙度的程度由基片的制备方法、作为存储器硬盘的最终记录容量和其它情况决定。然而，根据所需表面粗糙度的程度也可以使用包含两步以上的抛光工艺。
此外，近来在用PVA磨床加工坯料方面已经作出了改进，得以降低加工成本，由此用来降低在使用主要抛光组合物前坯料的表面粗糙度，这样，与抛光前经敷镀基片的表面粗糙度或波度有关的质量也达到常规第一次抛光步骤后的程度。如果进行这样一种加工，就无需常规的第一次抛光步骤，只需要所谓的精抛光(finishing polishing)。
为了上述目的，尤其是在精抛光中，通常用一种抛光组合物进行抛光，该抛光组合物的制法是将氧化铝和其它磨料充分磨成粉状，调节至合适的粒度，向其中加入水，并将硝酸铝或各种有机酸和其它抛光促进剂混入其中。或者是用包含胶体二氧化硅和水的抛光组合物进行抛光。然而，用前一种抛光组合物进行抛光存在的问题是机械组分和化学组分的平衡较差，易于形成微凸起物或细小凹坑。用后一种抛光组合物进行抛光的问题是磨削速率太低以致抛光耗时长，生产率低，作为基片端面下垂(sagging)指数的轧去量(roll off)或锤平量(″duboff″)会变差，或者抛光之后的冲洗会变得困难。
为了解决上述问题，JP-A-10-204416提出了一种包含磨料和一种铁化合物的抛光组合物。该出版物所揭示的抛光组合物是为了解决上述问题的，它具有高磨削速率，能够提供表面粗糙度小的抛光表面。然而，本发明的发明人进一步研究发现，为了确保用所揭示的抛光组合物得到高抛光效率，需要大量的铁化合物，具体是硝酸铁(Ⅲ)或硫酸铁(Ⅲ)。此时就存在一个问题，即组合物的pH值会低至小于2.0。
本发明的一个目的是解决上述问题，提供一种抛光组合物，它如迄今对抛光组合物所要求的那样，具有高磨削速率，能够防止形成微凸起物、细小凹坑和其它表面缺陷，它还能够在甚至大于2.0的pH值得到高磨削速率。
本发明提供一种用于存储器硬盘的抛光组合物，该组合物至少包含以下组分(a)至(d)(a)以抛光组合物总量计的0.1-50％(重量)至少一种磨料，选自二氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化锆、氧化钛、氮化硅和二氧化锰，(b)以抛光组合物总量计的0.001-10％(重量)至少一种高碘酸(盐)，选自高碘酸、高碘酸钾、高碘酸钠和高碘酸锂，(c)以抛光组合物总量计的0.01-30％(重量)至少一种过二硫酸盐，选自过二硫酸铵、过二硫酸钾和过二硫酸钠，(d)水，所述抛光组合物的pH值为2-7。
此外，本发明提供一种制造存储器硬盘的方法，该方法包括用存储器硬盘用的抛光组合物对存储器硬盘用的基片进行抛光，所述抛光组合物至少包含以下组分(a)至(d)(a)以抛光组合物总量计的0.1-50％(重量)至少一种磨料，选自二氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化锆、氧化钛、氮化硅和二氧化锰，(b)以抛光组合物总量计的0.001-10％(重量)至少一种高碘酸(盐)，选自高碘酸、高碘酸钾、高碘酸钠和高碘酸锂，(c)以抛光组合物总量计的0.01-30％(重量)至少一种过二硫酸盐，选自过二硫酸铵、过二硫酸钾和过二硫酸钠，(d)水，所述抛光组合物的pH值为2-7。
本发明用于存储器硬盘的抛光组合物具有高磨削速率，能够提供具有低表面粗糙度的经抛光表面，还能够防止形成微凸起物、细小凹坑和其它表面缺陷，它还能够在甚至大于2.0的pH值得到高磨削速率。
此外，采用本发明用于制造存储器硬盘的方法，其磨削速率很高，能得到表面粗糙度低，微凸起物、细小凹坑或其它表面缺陷少的存储器硬盘。
磨料在本发明抛光组合物的组分中，适用的主要磨料选自二氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化钛、氮化硅、氧化锆和二氧化锰。磨料不限于这些磨料中的任何特定一种，但较好的是二氧化硅。二氧化硅包括胶体二氧化硅、热解法二氧化硅(fumed silica)和许多制备方法或性质不同的其它类型二氧化硅。
此外，氧化铝包括α-氧化铝、δ-氧化铝、θ-氧化铝、κ-氧化铝和其它不同形态的氧化铝。还包括一种因其制备方法而得名的热解法氧化铝(fumedalumina)。
氧化铈根据氧化数划分，有三价氧化铈和四价氧化铈，根据晶系划分，有六方晶系、等轴晶系和面心立方晶系。
氧化锆根据晶系划分，有单斜晶系、四方晶系和非晶态。此外，还有一种因其制备方法而得名的热解法氧化锆(fumed zirconia)。
氧化钛根据晶系划分，包括一氧化钛、三氧化二钛、二氧化钛等。此外，还有一种因其制备方法而得名的热解法二氧化钛(fumed titania)。
氮化硅包括α-氮化硅、β-氮化硅、非晶态氮化硅和其它不同形态的氮化硅。
二氧化锰根据形态划分，包括α-二氧化锰、β-二氧化锰、γ-二氧化锰、δ-二氧化锰、ε-二氧化锰、η-二氧化锰和其它不同形态的二氧化锰。
对于本发明的组合物，如有必要也可以任意组合使用上述这些磨料。当它们组合使用时，具体的组合方式和各磨料的比例并无特别限制。
在这些磨料中，胶体二氧化硅能较好地用作本发明的磨料。作为制备胶体二氧化硅的方法，通常采用的方法是将硅酸钠或硅酸钾进行离子交换，得到超细胶体二氧化硅，然后进行晶粒生长，或者采用用酸或碱水解烷氧基硅烷的方法，或者采用将有机硅化合物在湿体系中加热和分解的方法。
上述磨料是以其磨粒通过机械作用对要抛光的表面进行抛光的。其中二氧化硅的粒度通常为0.005-0.6微米，较好为0.01-0.2微米，该粒度是由BET方法测量的表面积换算得到的平均粒度。同样地，氧化铝、氧化锆、氧化钛和氮化硅的粒度通常为0.01-1微米，较好为0.05-0.3微米，是用激光衍射粒度分布测量仪测得的平均粒度。此外，氧化铈和二氧化锰的粒度通常为0.01-1微米，较好为0.05-0.3微米，是用扫描电子显微镜观察得到的平均粒度。
如果这些磨料的平均粒度超过上述范围的话，经抛光表面的表面粗糙度往往较差，或者容易形成划痕。另一方面，如果平均粒度小于上述范围，磨削速率会非常低，无法实际应用。
抛光组合物中磨料的含量随所用磨料的类型而异。当磨料是二氧化硅或氧化铝时，含量通常为0.1-40％(重量)，较好是1.0-15％(重量)，以组合物的总量计。当磨料是氧化钛、氮化硅或二氧化锰时，含量通常为0.1-30％(重量)，较好是0.5-15％(重量)。当磨料为氧化铈或氧化锆时，含量通常为0.5-50％(重量)，较好是1-25％(重量)。如果磨料含量太少的话，磨削速率会很低。如果磨料含量太高，往往很难保持均匀的分散，而且组合物的粘度会过大以致难以使用。
促进剂此外，本发明抛光组合物的特点是含有高碘酸(盐)作为抛光促进剂。
本发明抛光组合物中高碘酸(盐)的含量随所用具体化合物的效果而不同。然而，该含量通常为0.001-10％(重量)，较好为0.01-5％(重量)，更好为0.1-5％(重量)，以抛光组合物的总量计。如果高碘酸(盐)含量少，抛光组合物中过二硫酸盐的化学作用就不能有效地发挥，由此抛光性能会较差，从而不经济。另一方面，如果过量使用高碘酸(盐)，抛光性能并不能获得进一步的改进，因此是不经济的。
促进助剂此外，本发明抛光组合物的特点是含有过二硫酸盐。该过二硫酸盐被认为能作为抛光促进助剂促进由高碘酸(盐)的化学作用达到的抛光促进效果。过二硫酸盐的加入量随上述高碘酸(盐)的量而变化，但通常为0.01-30％(重量)，较好是0.1-10％(重量)，以抛光组合物的总量计。如果该用量小，抛光效率较差，从而不经济。另一方面，如果该用量太大，改进的程度往往较小，从而在经济上不合算。不仅如此，在贮存期间由于过量的过二硫酸盐分解会形成氧气，贮存容器内的压力会过大，在极端情况下容器会破裂或处于潜在的危险状态。因此，需要给予应有的注意。
缓冲组分此外，本发明抛光组合物如有必要可含有缓冲组分。所述缓冲组分较好是有机酸，特别好是柠檬酸、苹果酸或马来酸。这类有机酸的作用是将抛光组合物的pH值降低至2-7，更好为2-5。这一作用并不是必需的，但通过降低pH值可以用少量的高碘酸(盐)组分获得良好的抛光性能，原因是已经发现氧化电位在酸性溶液中会提高。也就是说，缓冲组分的含量可以较少而不会产生任何问题，除非需要大量的高碘酸(盐)来获得良好的抛光性能。另一方面，如果缓冲组分含量太高，pH值可能会低于2.0，这样抛光组合物会对使用者的皮肤存在刺激性，或者可能对抛光机产生腐蚀，处理时需要给予应有的注意。用于降低浆液pH值的较佳酸是马来酸，因为马来酸被发现能促进高碘酸(盐)的稳定性。然而，也可以使用其它酸，但高碘酸(盐)的长期稳定性会降低，浆液会变成粉红色或产生碘酸盐臭味。
抛光组合物此外，本发明的抛光组合物可以较高浓度储液的形式制备、贮存或运输，而在实际抛光操作时稀释使用。上述较佳范围的浓度是指实际抛光操作中用的浓度。不用说，当采用使用时稀释的方法时，抛光组合物在贮存或运输时是较高浓度的溶液。此外，从贮存和运输效率的角度来看，将抛光组合物制成浓缩形式更为适宜。
此外，为了防止本发明抛光组合物贮存期间过二硫酸盐的分解，抛光组合物可以分成两种或多种组合物进行贮存。具体而言，只有磨料和高碘酸(盐)以较高浓度贮液的形式进行制备和贮存，这样过二硫酸盐，或者过二硫酸盐和缓冲组分，或者这两者的混合物可以在即将进行抛光操作之前稀释贮液时进行溶解。另外，高碘酸(盐)、过二硫酸盐和缓冲组分可以粉末形式按预定比例混合后而加以贮存，因此如果情况需要，该混合物和磨料可以在即将进行抛光操作之前分散/溶解在水中。通过使用上述方法，可以较高浓度进行贮存。
在制备上述抛光组合物时，还可加入各种已知添加剂，用来稳定或保持产品的质量，加入添加剂还取决于被抛光物体的类型、抛光条件或其它加工条件方面的需求。这些添加剂的较佳例子包括(a)纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素以及其它纤维素类，(b)乙醇、丙醇、乙二醇以及其它水溶性醇类，(c)烷基苯磺酸钠、萘磺酸的甲醛水缩合物、以及其它表面活性剂，(d)木素磺酸盐、聚丙烯酸酯以及其它有机多阴离子物质，(e)聚乙烯醇以及其它水溶性聚合物(乳化剂)，(f)藻酸钠、碳酸氢钾以及其它杀菌剂。
尚不清楚本发明的抛光组合物为何能在抛光基片时具有高的磨削速率，能够得到表面粗糙度低，微凸起物、细小凹坑或其它表面缺陷少的抛光表面的具体机理。然而，可以用Ni-P敷镀的基片作为例子进行以下说明。
关于高速抛光Ni-P敷镀的基片的原因，据认为是Ni-P敷镀的表面被高碘酸(盐)的作用而氧化，由此变脆，能容易地通过磨料的机械作用除去。或者，Ni-P通过由颗粒的机械研磨而加速的还原氧化作用而溶解。此外，存在于浆液中的过二硫酸盐能促进高碘酸(盐)的氧化作用。据认为过二硫酸盐还会对Ni-P敷镀的表面产生合适的氧化作用，因此表面粗糙度小，微凸起物、细小凹坑或其它表面缺陷少。
存储器硬盘的制造制造本发明存储器硬盘的方法包括用上述抛光组合物对存储器硬盘进行抛光。
待抛光的存储器硬盘的基片例如是Ni-P磁盘、Ni-Fe磁盘、铝磁盘、碳化硼磁盘和碳磁盘等。其中，较好的是使用Ni-P磁盘或铝磁盘。
本发明制造存储器硬盘的方法可以使用任何常规的抛光存储器硬盘的方法或抛光条件的组合，只要能够使用上述抛光组合物。
例如，可使用单面抛光机、双面抛光机或其它机器作为抛光机。此外，抛光垫可以是绒面型、非织造型、植绒型、起绒型等。
此外，本发明用于制造存储器硬盘方法的抛光组合物具有高磨削速率，同时能得到平整的抛光表面。因此，抛光工艺可以一步进行，或者在不同的抛光条件下分两步或多步进行。在两步或多步抛光工艺的情况下，较好的是使用上述抛光组合物的抛光步骤作为最终抛光步骤，即经过初步抛光的基片用上述抛光组合物进行抛光。此外，为了更有效地用本发明的抛光组合物进行抛光，较好的是将经初步抛光的基片的表面粗糙度调节至Ra最多为30埃，该值由接触表面粗糙度计测得。
现参照一些实施例对本发明的抛光组合物作进一步说明。然而应该理解，本发明不受这些具体实施例的限制。
抛光组合物的制备先将高碘酸(盐)、过二硫酸盐和缓冲剂完全溶解于水中，然后加入表1所示的胶体二氧化硅(初始颗粒的粒度35纳米，经过预分散)，混合得到实施例1-6和比较例1-3的试验样品。
抛光试验然后，使用上述抛光组合物对经DISKLITE-1312(由Fujimi Incorporated制造)初步抛光的基片进行抛光试验。抛光条件如下抛光条件抛光机双面抛光机被抛光物体3.5″无电敷镀Ni-P的基片(已经过第一步的抛光；表面粗糙度Ra=16埃)被抛光基材的数目2片/1块载体×5块载体×2次试验=20片抛光垫Politex DPC5350(由Rodel Inc.U.S.A制造)处理压力60g/cm2工作台旋转速度40rpm
抛光组合物的供应量100cc/min抛光时间12分钟抛光后，继而对基片进行清洗和干燥，然后测量由抛光造成的基片重量减少。对所有20片被抛光的基片进行这一测量，由平均值得到磨削速率。所得的结果示于表1。
表1
*加入NaOH用以提高pH值由表1的结果可见，本发明的抛光组合物的抛光性能优于作为比较例的仅含高碘酸(盐)的组合物、仅含过二硫酸盐的组合物、或者含有加入碘酸盐来代替高碘酸(盐)的组合物。此外，当加入缓冲组分时，用比不加入缓冲组分的情况更少的高碘酸(盐)就能得到基本相同的抛光性能。
此外，用接触表面粗糙度计Tencor P12(由Tencor Instruments Co.,U.S.A.制造)测量基片的表面粗糙度。结果，实施例和比较例之间没有显著的差别，可见在实施例和比较例中，可得到Ra值低于4.0埃的非常光滑的表面。此外，于暗室中在聚光灯下用肉眼观察划痕，发现实施例和比较例之间的划痕数没有显著区别。可见，在实施例和比较例中，都可得到划痕少的良好表面。
如前所述，本发明的抛光组合物具有高的磨削速率，能够提供表面粗糙度低的抛光表面，能够防止形成微凸起物、细小凹坑或其它表面缺陷。该抛光组合物的特点还有即使在pH值大于2.0时也显示高的磨削速率。
权利要求
1．一种用于存储器硬盘的抛光组合物，该组合物至少包含以下组分(a)至(d)(a)以抛光组合物总量计的0.1-50％(重量)至少一种磨料，选自二氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化锆、氧化钛、氮化硅和二氧化锰，(b)以抛光组合物总量计的0.001-10％(重量)至少一种高碘酸(盐)，选自高碘酸、高碘酸钾、高碘酸钠和高碘酸锂，(c)以抛光组合物总量计的0.01-30％(重量)至少一种过二硫酸盐，选自过二硫酸铵、过二硫酸钾和过二硫酸钠，(d)水，所述抛光组合物的pH值为2-7。
2．如权利要求1所述的抛光组合物，其特征在于所述磨料是胶体二氧化硅。
3．如权利要求1所述的抛光组合物，其特征在于所述组合物还包含选自柠檬酸、苹果酸和马来酸的物质作为缓冲组分，所述抛光组合物的pH值为2-5。
4．如权利要求1所述的抛光组合物，其特征在于所述组合物包含马来酸作为缓冲组分，所述抛光组合物的pH值为2-5。
5．一种制造存储器硬盘的方法，该方法包括采用一种存储器硬盘用的抛光组合物对存储器硬盘用的基片进行抛光，所述抛光组合物至少包含以下组分(a)至(d)(a)以抛光组合物总量计的0.1-50％(重量)至少一种磨料，选自二氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化锆、氧化钛、氮化硅和二氧化锰，(b)以抛光组合物总量计的0.001-10％(重量)至少一种高碘酸(盐)，选自高碘酸、高碘酸钾、高碘酸钠和高碘酸锂，(c)以抛光组合物总量计的0.01-30％(重量)至少一种过二硫酸盐，选自过二硫酸铵、过二硫酸钾和过二硫酸钠，(d)水，所述抛光组合物的pH值为2-7。
6．如权利要求5所述的方法，其特征在于所述基片是Ni-P磁盘或铝磁盘。
7．如权利要求5所述的方法，其特征在于用所述抛光组合物对经过一次或多次初步抛光的Ni-P磁盘或铝磁盘进行最终抛光。
8如权利要求6所述的方法，其特征在于在最终抛光前Ni-P磁盘或铝磁盘的表面粗糙度Ra最多为30埃。
全文摘要
公开了一种用于存储器硬盘的抛光组合物,该组合物至少包含以下组分(a)至(d)∶(a)以抛光组合物总量计的0.1－50%(重量)至少一种磨料,选自二氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化锆、氧化钛、氮化硅和二氧化锰,(b)以抛光组合物总量计的0.001－10%(重量)至少一种高碘酸(盐),选自高碘酸、高碘酸钾、高碘酸钠和高碘酸锂,(c)以抛光组合物总量计的0.01－30%(重量)至少一种过二硫酸盐,选自过二硫酸铵、过二硫酸钾和过二硫酸钠和(d)水,所述抛光组合物的pH值为2－7。
文档编号C09G1/02GK1312345SQ0110476
公开日2001年9月12日 申请日期2001年2月23日 优先权日2000年2月23日
发明者D·M·谢姆, W·S·雷德, 大胁寿树 申请人:不二见美国股份有限公司