研磨用组合物及使用了该组合物的存储硬盘的制造方法

专利名称：研磨用组合物及使用了该组合物的存储硬盘的制造方法
技术领域：
本发明涉及在制造存储硬盘，即用于计算机等记忆装置磁盘的基盘时，适用于研磨其表面的研磨用组合物。更具体涉及用于以Ni-P盘、Ni-Fe盘、碳化硼盘及碳盘等为代表的存储硬盘的制造的研磨用组合物。特别涉及适用于可获得良好的精加工表面制造技术的研磨用组合物。此外，本发明还涉及通过使用前述研磨组合物而获得适用于具有高记录密度的高容量磁盘装置的存储硬盘的制造方法。
背景技术：
近年，随着计算机的小型化及高性能化，也要求作为记忆装置的磁盘装置及用于该装置的存储硬盘实现小型化及高容量化，存储硬盘的面记录密度每年都正以数十％的比例提高。
由于规定量记录信息占存储硬盘上的空间越来越小，记录所必须的磁力变得越来越弱。因此，最新的磁盘装置必须缩小对信息进行读写的磁头和存储硬盘间的距离，目前磁头和硬盘间的距离已达到1.0微英寸(约0.025μm)以下。
如果转速非常快的存储硬盘表面存在超过一定尺寸的突起和沟槽，则会出现磁头破损的现象，由于导致存储硬盘表面的磁性介质和磁头受损，所以必须防止存储硬盘表面存在超过一定尺寸的突起和沟槽。
目前被最广泛使用的存储硬盘用基盘(以下称为“基片”)是在板材上形成了非电解Ni-P镀膜的基片。上述板材为了达到平整的要求，必须通过金刚石砂轮加工或采用由SiC研磨材料制得的PVA磨石进行研磨加工或其他方法，对由铝及其他材料形成的基片进行整形处理。
一般，为了防止因为磁头与存储硬盘吸附或因研磨使基片表面出现与存储硬盘的旋转方向不同的一定方向的纹理而导致存储硬盘上的磁场不均一，往往进行所谓的组织(结构)加工使研磨后的基片上形成同心圆状纹理。近年，为进一步缩小磁头与硬盘的距离，打薄基片上的纹理进行轻度组织加工，或者也可使用不进行组织加工表面没有纹理的非组织加工基片。
存储硬盘表面如果存在超过一定深度和长度的被称为刮痕和小坑的凹陷，则这部分就完全无法记录信息，引起被称为“点落”的信息遗漏和信息记录不良，继而导致磁盘装置差错。在使用前述非组织加工的基片制造存储硬盘的情况下，上述刮痕和小坑等表面缺陷即使非常浅也会出现问题。即使使用经过组织加工或轻度组织加工的基片的情况下，如果不能够通过上述加工手段将刮痕和小坑除净，则往往也会出现上述情况。
因此，在研磨步骤，即形成磁性介质前的步骤中，将基片表面的粗度控制在最小，实现较高的平整性和平滑性，防止刮痕、小坑、微小突起及其他表面缺陷的出现是极为重要的。
以往，一般使用包含氧化铝或其他各种研磨材料、水及各种研磨促进剂的研磨用组合物(以下，根据其性状称为“浆料”)对基片进行1次研磨加工。但是，1次研磨过程中，很难除去基片表面较大的突起及小坑等表面缺陷和沟槽，且不能够在一定时间内使表面粗度达到最小。因此，人们在探讨进行2次以上的研磨工艺。
进行2个步骤的研磨加工时，第1次研磨的主要目的是除去基片表面存在的较大突起及小坑等表面缺陷和沟槽，即提高平整性。与其减小表面粗度水如不产生第2次精研磨所无法除去的较深刮痕，因此要求研磨用组合物对前述表面缺陷及沟槽具有较好的加工修正能力。
第2次研磨即精研磨的目的是使基片的表面粗度达到最小。因此，该研磨用组合物与其满足第1次研磨所要求的对较大的表面缺陷及沟槽具有较好的加工修正能力，不如能减小表面粗度提高平滑性，能够防止微细刮痕和小坑、微小突起或其他表面缺陷的产生。此外，从生产性考虑，加快研磨速度也是至关重要的。表面粗度根据基片的制造步骤、存储硬盘的最终记录容量及其他条件所决定。因此，根据所要求的表面粗度大小也可进行2次以上的研磨加工。
近年，为了减少加工成本，对利用PVA磨石对板材进行加工的方法进行了各种改进。通过这些改进，减小了板材的表面粗度，使研磨前的镀膜基板的表面粗度和沟槽等品质达到了以往第1次研磨后的水平。通过这种加工方法就不需要进行以往的第1次加工，只要仅进行所谓的精研磨加工即可。
为了达到上述目的，特别是在精研磨过程中，可以将氧化铝或其他研磨材料彻底粉碎，然后将粒子粒径调整到适当程度，在其中加入水，再加入硝酸铝、各种有机酸及其他研磨促进剂，调制得研磨用组合物，或采用含有胶体二氧化碳及水的研磨用组合物对基片进行研磨。
但是，使用前一种研磨用组合物的情况下，对存在微小突起及微细凹痕方面有改进的余地。而使用后一种研磨用组合物的情况下，则在研磨速度、作为基片表面坑的指标的滚动和平整情况以及研磨后的洗涤等方面有改进的余地。
为了解决前述问题，日本专利公开公报平1-246068号揭示了以利用有机酸将pH值调整到8以下的胶体二氧化碳溶液作为研磨剂，同时对铝合金基板的单面或双面进行研磨为特征的铝合金基板的镜面加工方法。此外，日本专利公开公报平2-185365号揭示了用通过有机酸将pH值调整到8以下的胶体二氧化碳溶液对包含Mg、Mn、Al及不可避免的杂质构成的铝合金圆板进行研磨的研磨方法。
日本专利公开公报平10-204416号揭示了含有研磨材料和水的用于研磨存储硬盘的组合物，其特征是含铁化合物溶存于该组合物中。使用该研磨用组合物研磨速度快，能获得表面粗度较小的基片。
日本专利公开公报平11-167711号揭示了磁盘基板的制造方法，该方法的特征是采用含有0.01mol/l以上三价铁离子的盐、且含有粒径在0.5μm以下的二氧化硅粒子的胶态研磨剂进行研磨。
日本专利公开公报2000-42904公报揭示了表面研磨用浆料，该浆料的特征是，包含液层、研磨剂及该表面所含元素的配位体，该配位体与各种元素的离子或原子结合，该结合能够有效除去吸附在表面的各种元素的离子或原子。
但是，根据本发明者研究的结果，很难同时全部满足研磨速度理想、控制刮痕的产生、防止研磨机的腐蚀与损伤、且研磨面品质良好的要求。
发明的揭示本发明解决了上述问题，即提供了可实现以往对研磨用组合物要求那样的研磨速度快、能防止刮痕产生、表面粗度小的研磨用组合物。
本发明的可解决以往存在的问题的用于研磨存储硬盘的组合物的特征是，包含水，二氧化硅，氧化剂及至少1种选自苹果酸、马来酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、琥珀酸、富马酸、乙醇酸、己二酸、抗坏血酸、衣康酸、亚氨基二乙酸、乙醛酸、甲酸、丙烯酸、巴豆酸、烟酸、柠康酸及酒石酸的有机酸，组合物的pH值在1以上但不到7，且组合物中实质上不含有金属离子。
本发明的存储硬盘的制造方法的特征是，用前述研磨用组合物对表面粗度Ra在30埃以下的Ni-P盘进行研磨。
本发明的存储硬盘的制造方法具备以下特征，即用前述研磨用组合物对预先已至少进行1次预备研磨表面粗度Ra在15埃以下的存储硬盘用基片进行精研磨。
本发明的用于研磨存储硬盘的组合物的研磨速度较快，能够抑制刮痕产生，并能够减小表面粗度。
利用本发明的存储硬盘的制造方法，能够以较快的研磨速度制得可抑制刮痕产生、表面粗度较小的存储硬盘。
水本发明的研磨用组合物中如果实质上不含有金属离子，则也可使用工业用水、民用水、离子交换水及蒸馏水中的任一种，但最好将实质上不含金属离子的离子交换水过滤后除去杂质再使用。本发明的研磨用组合物虽然也可使用含有金属离子的水，但这种情况下必需采用适当的手段，例如由离子交换法从最终的研磨用组合物中除去金属离子。
本发明中的金属是指IA族、IIA族、IB～VIIB族及VIII族的元素。
研磨材料本发明的研磨用组合物的特征是含有二氧化硅作为研磨材料。二氧化硅虽然包括胶体二氧化碳、气态二氧化硅及其他制造方法和性状都不同的多种二氧化硅，但最好的是胶体二氧化碳。
制造胶体二氧化碳的方法包括使硅酸钠或硅酸钾经离子交换而得的超微粒子胶体二氧化硅粒子成长的方法；用酸或碱对烷氧基硅烷进行水解的方法；或对有机硅化合物进行湿式加热分解的方法。
通过添加酸及/或碱或者通过离子交换对市售胶体二氧化硅的pH值进行调整能使胶体二氧化硅在浓度提高的情况下也可维持其胶体状态。市售的胶体二氧化硅有单粒分散的、有一定比例多个粒子结合的、或使金属杂质等的含量下降的高纯度产品，本发明的研磨用组合物可使用上述任何一种胶体二氧化碳。
二氧化硅的粒径对研磨速度及研磨面的品质有影响。从维持足够的研磨速度、充分减小研磨面的表面粗度、将刮痕的产生控制在最小限度考虑，由用BET法测得的比表面积求出的二氧化硅平均粒径一般为0.005～0.2μm，更好为0.01～0.1μm。
二氧化硅含量因所用二氧化硅种类的不同而有所不同。但是，从维持足够的研磨速度、组合物的均一分散性和保持适当的粘度考虑，二氧化硅的含量一般为整个研磨用组合物重量的1～40％，更好为1～20％。
研磨促进剂本发明的研磨用组合物以含有氧化剂为特征。该氧化剂通过与后述有机酸组合使用起到研磨促进剂的作用。本发明的氧化剂中最好不含金属离子。这种氧化剂较好为选自氯酸、高氯酸、硫酸、过硫酸、硝酸、过硝酸、过氧化氢、碘酸及高碘酸中的至少1种，特别好的是过氧化氢。氧化剂虽然含有金属离子也可以，但这种情况下，必须采取适当的方法，例如通过离子交换法等从最终的研磨用组合物中除去金属离子。
本发明的研磨用组合物中的氧化剂含量根据种类的不同而有所不同。但是，从充分显现氧化剂的化学效果、维持足够的研磨速度、且防止刮伤的角度考虑，氧化剂含量对应于研磨用组合物的总重量一般在0.1％以上。如果超过一定含量，则从随着氧化剂增加研磨速度无法改善的观点以及从防止因过剩的氧化剂分解产生氧而使存储容器变形或破裂的观点考虑，氧化剂的含量对应于研磨用组合物的总重量一般在5％以下，最好在3％以下。
本发明的研磨用组合物的特征是包含至少1种选自苹果酸、马来酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、琥珀酸、富马酸、乙醇酸、己二酸、抗坏血酸、衣康酸、亚氨基二乙酸、乙醛酸、甲酸、丙烯酸、巴豆酸、烟酸、柠檬庚酸及酒石酸的有机酸。这些有机酸与前述氧化剂组合使用可起到研磨促进剂的作用。特别好的是选自苹果酸、马来酸、乳酸、衣康酸及乙酸中的至少一种。此外，含有金属离子的有机酸盐会使作为研磨材料的二氧化硅凝聚，这些凝集粒子往往成为产生刮痕的原因。
本发明的研磨用组合物中的有机酸含量根据种类不同而不同。但是，从充分显现有机酸的化学效果、维持足够的研磨速度、防止刮痕的产生和经济性方面考虑，有机酸含量对应于研磨用组合物的总重量一般为0.01～10％，更好为0.1～5％。
调制上述研磨用组合物时，为了达到保证产品品质和稳定化的目的，还可根据被加工物的种类、加工条件及其他研磨加工上的要求，添加各种公知的添加剂。
研磨用组合物一般，在水中混入二氧化硅、氧化剂及有机酸使它们分散，再根据需要溶解其他添加剂就可调制出本发明的研磨用组合物。这些成分在水中分散或溶解的方法是任意的。例如，可采用叶轮式搅拌机进行搅拌或通过超声波分散法进行分散。此外，这些成分的添加顺序是任意的，可以先分散溶解任何一种，也可同时进行。
本发明的研磨用组合物可根据各种辅助添加剂的添加对其pH值进行调整，但为了显现本发明的效果，必须使pH值达到1以上但不到7。最好使pH值达到2以上但不到4。如果组合物的pH值在该范围内，则可得到足够的研磨速度和防止研磨机等腐蚀的效果。因此，在研磨用组合物的pH值低于1或高于7的情况下，必须用碱或酸对pH值进行调整。此时最好使用不含金属离子的碱或酸，这样最终的研磨用组合物就不会含有金属离子。如果原料中含有金属离子，则必须采用适当的手段从研磨用组合物中除去这些金属离子。
本发明的研磨用组合物中实质上不含金属离子。实质上不含有金属离子的意思是允许有不会影响到本发明效果的金属离子存在。具体来讲，本发明的研磨用组合物中的金属离子含量一般在500ppm以下，更好在50ppm以下。
在存储本发明的研磨用组合物时，为了防止氧化剂分解，可将研磨用组合物分成2部分或更多部分的组合物状态进行保管。例如，可考虑将含有研磨材料、有机酸及水的浆料调制成高浓度的原液进行保管，在即将研磨前或稀释该原液时再使氧化剂溶于其中，获得规定组成的研磨用组合物，如果采用这种方法，则能够以较高浓度长时间地保存。
本发明的研磨用组合物可先调制成浓度较高的原液，然后存储或运输，在真正进行研磨加工时再稀释使用。前述各种成分的理想浓度范围就是实际进行研磨加工时的浓度范围。采取上述方法时，在存储或运输状态下的溶液具有较高浓度。从使用方便角度考虑，研磨用组合物以其浓缩状态制备为佳。
本发明的研磨用组合物在基片研磨时，对于可使表面粗度减小、研磨速度加快同时防止刮痕产生的原因的详细机理还不十分清楚，以下以具有Ni-P镀膜的基片为例进行探讨。
首先，关于使表面粗度减小、研磨速度加快的理由，可以认为是因为Ni-P镀膜表面由有机酸的化学作用而被腐蚀的同时因氧化剂的化学作用而氧化变脆后，通过微细二氧化硅粒子的机械作用，以较小的单位很容易地从Ni-P表面除去。
关于能够防止刮痕产生的理由可以认为是本发明的研磨用组合物中不含金属离子，不会促进作为研磨材料的二氧化硅的凝聚的缘故。
存储硬盘的制造方法本发明的存储硬盘的制造方法是采用前述研磨用组合物对存储硬盘进行研磨。
作为研磨对象的存储硬盘的基片包括Ni-P盘、Ni-Fe盘、碳化硼盘、碳盘等。其中特别合适的是Ni-P盘。
本发明的存储硬盘的制造方法不仅限于使用前述研磨用组合物，仍可组合使用以往任何存储硬盘的研磨方法及研磨条件。
例如，可使用单面研磨机、两面研磨机及其他研磨机。另外，研磨衬垫则可采用仿麂皮型、非织造布型、植绒布型和起绒布型等。
本发明的研磨用组合物由于可使表面粗度变小、研磨速度加快、同时还可防止刮痕的产生，所以对表面粗度Ra已被调整到30埃以下的基片可进行1次研磨，也可进行研磨条件不同的2次研磨。进行2次研磨时，使用了前述研磨用组合物的研磨步骤作为最终的研磨步骤，即最好用本发明的研磨用组合物对已预研磨过的基片进行研磨。此外，为了能够更有效地利用本发明的研磨用组合物进行研磨，经过预研磨的基片的表面粗度最好在用光学表面粗度计的测定方法中将Ra调整到15埃以下。
以下，对本发明的研磨用组合物及存储硬盘的制造方法以实例进行具体说明。本发明在不超过其要点的范围内，并不仅限于以下所述诸例的内容。
研磨用组合物的调制首先，分别按照表1所示量在离子交换水中添加混合胶体二氧化硅(一次粒径为0.035μm)、氧化剂及有机酸，调制出实施例1～32及比较例1～13的试样。使用浓度为31％的过氧化氢水，但表1所示含量是过氧化氢值。各试样的pH值如表1所示。
研磨试验用基片的制作为了进行2次研磨评估，使用前述试样制作基片。研磨条件如下所述。
研磨条件(第1次)研磨机双面研磨机被加工物 3.5”非电解Ni-P基片研磨数量(2片/载体)×5载体×2批＝20片研磨用组合物 DISKLITE-A3510(FUJIMI株式会社制)研磨用组合物的稀释率 1∶2离子交换水研磨用组合物的供给量 100cc/分钟研磨衬垫 Surfin 018-3(FUJIMI株式会社制)加工压力 80g/cm2底盘转速 60rpm研磨时间 5分钟研磨试验然后，使用上述实施例1～32及比较例1～13的试样和第1次研磨完的基片进行研磨试验。研磨条件如下所述。基片的表面粗度(Ra)记录为用光学表面粗度计MicroXam[X50](美国Phase Shift公司制)所测得的值。
研磨条件研磨机双面研磨机被加工物 3.5”非电解Ni-P基片(第1次研磨完的表面粗度Ra为12埃)研磨数量 (2片/载体)×5载体×2批＝20片研磨用组合物 DISKLITE-A3510(FUJIMI株式会社制)研磨衬垫 BELLATRIX N0058(Kanebo株式会社制)加工压力 100g/cm2底盘转速 40rpm
研磨用组合物的稀释率 原液研磨用组合物的供给量 50cc/分钟研磨时间 10分钟研磨后，依次对基片进行洗涤和干燥后，测定研磨后基片重量的减少量。对经过研磨的20片基片全部进行测定，由其平均值求得研磨速度。评估标准如下。
◎0.1μm/min以上○0.05μm/min以上0.01μm/min以下×0.05μm/min以下然后，在暗室内用聚光灯(山田光学工业株式会社制，50万勒克斯)肉眼观察研磨后的所有基片的表面和内面，计数刮痕数，由其平均值求得每一面的刮痕数。评估基准如下所述。
◎10处/面以下○10处/面以上20处/面以下×20处/面以上关于研磨速度及产生刮痕的情况的评估结果如表1所示。
表1

表2

从表1的实施例1～32的结果可看出，本发明的研磨用组合物能够获得较快的研磨速度。此外，从实施例1～32和比较例1～4的结果可看出，本发明的研磨用组合物能够发挥出较高的研磨性能。
从实施例1～32和比较例5、12及13的结果可看出，包含至少1种选自苹果酸、马来酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、琥珀酸、富马酸、乙醇酸、己二酸、抗坏血酸、衣康酸、亚氨基二乙酸、乙醛酸、甲酸、丙烯酸、巴豆酸、烟酸的有机酸的研磨用组合物与包含其它有机酸如谷氨酸或作为有机酸铁盐的柠檬酸铁铵的组合物相比，前者能够防止刮痕的产生。
从实施例4及比较例6、7的结果可看出，本发明的研磨用组合物与包含含金属离子氧化剂的氯酸钾和过硫酸钾的组合物相比，前者的研磨速度更快，且能够防止刮痕的产生。
从实施例1～9及比较例8、9的结果可看出，含有有机酸的本发明的研磨用组合物与含有有机酸盐的组合物相比，前者的研磨速度快，且能够防止刮痕的产生。
从实施例1～26及比较例10～13的结果可看出，本发明的研磨用组合物与以往含有铁化合物的组合物及还含有氧化剂的组合物相比，前者能够防止刮痕的产生。
用实施例1～32及比较例1～13中的任何一种试样研磨过的基片的表面粗度都有所减小，在这方面不存在问题。
如前述可见，本发明的研磨用组合物的研磨速度快，能够抑制刮痕的产生，可使表面粗度减小。
如上所述，本发明的研磨用组合物的研磨速度快，能够抑制刮痕的产生，可使表面粗度减小。
通过使用本发明的研磨用组合物，能够使研磨速度加快，防止刮痕的产生，并使表面粗度减小，可以有效地制得具有良好加工表面的存储硬盘用基片。
此外，预先至少进行1次预研磨，然后对精研磨前表面粗度Ra在30埃以下的存储硬盘用基片再用本发明的研磨用组合物进行精研磨，可以制得具有良好加工表面的存储硬盘用基片。
权利要求
1.用于研磨存储硬盘的组合物，其特征在于，包含水，二氧化硅，氧化剂及至少1种选自苹果酸、马来酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、琥珀酸、富马酸、乙醇酸、己二酸、抗坏血酸、衣康酸、亚氨基二乙酸、乙醛酸、甲酸、丙烯酸、巴豆酸、烟酸、柠康酸及酒石酸的有机酸，所述组合物的pH值在1以上但不到7，且组合物中实质上不含有金属离子。
2.如权利要求1所述的用于研磨存储硬盘的组合物，其中，金属离子的含量在500ppm以下。
3.如权利要求1或2所述的用于研磨存储硬盘的组合物，其中，二氧化硅为胶体二氧化碳。
4.如权利要求1～3的任一项所述的用于研磨存储硬盘的组合物，其中，氧化剂为选自氯酸、高氯酸、硫酸、过硫酸、硝酸、过硝酸、过氧化氢、碘酸及高碘酸中的至少1种。
5.如权利要求4所述的用于研磨存储硬盘的组合物，其中，氧化剂为过氧化氢。
6.如权利要求1～5的任一项所述的用于研磨存储硬盘的组合物，其中，有机酸为选自苹果酸、马来酸、乳酸、衣康酸及乙酸中的至少1种。
7.如权利要求1～6的任一项所述的用于研磨存储硬盘的组合物，其中，二氧化硅含量对应于研磨用组合物的重量为1～40％。
8.如权利要求1～7的任一项所述的用于研磨存储硬盘的组合物，其中，氧化剂含量对应于研磨用组合物的重量为0.1～5％。
9.如权利要求1～8的任一项所述的用于研磨存储硬盘的组合物，其中，有机酸含量对应于研磨用组合物的重量为0.01～10％。
10.如权利要求1～9的任一项所述的用于研磨存储硬盘的组合物，所述组合物的pH值在2以上但不到4。
11.存储硬盘的制造方法，其特征在于，用权利要求1～9的任一项所述的研磨用组合物对表面粗度Ra在30埃以下的Ni-P盘进行研磨。
12.存储硬盘的制造方法，其特征在于，用权利要求1～9的任一项所述的研磨用组合物对预先已进行至少1次预研磨、表面粗度Ra在15埃以下的存储硬盘用基片进行精研磨。
全文摘要
本发明提供了研磨速度较快、可防止刮痕的产生、并可减小表面粗度的用于研磨存储硬盘的组合物及使用了该组合物的存储硬盘的制造方法。该组合物包含水,二氧化硅,氧化剂及至少1种选自苹果酸、马来酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、琥珀酸、富马酸、乙醇酸、己二酸、抗坏血酸、衣康酸、亚氨基二乙酸、乙醛酸、甲酸、丙烯酸、巴豆酸、烟酸、柠康檬酸及酒石酸的有机酸,所述组合物的pH值在1以上但不到7,且组合物中实质上不含有金属离子。
文档编号C09G1/02GK1379074SQ02107700
公开日2002年11月13日 申请日期2002年3月29日 优先权日2001年3月29日
发明者安福昇, 大脇寿树, 横道典孝, 平野淳一 申请人:不二见株式会社