CN1209431C - 用含氨基酸的组合物研磨内存或硬盘的方法 - Google Patents

用含氨基酸的组合物研磨内存或硬盘的方法 Download PDF

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Abstract

一种用以使内存或硬盘表面平坦或抛光的方法，包含用(i)研磨组合物，包含选自过硫酸盐和过氧化物的氧化剂、氨基酸和水，及(ii)磨料，研磨至少一部分表面。

Description

用含氨基酸的组合物研磨内存或硬盘的方法
技术领域
本发明涉及使底质(特别是内存或硬盘)平坦(planarizing)或对其进行研磨(polishing)的方法。
背景技术
提高内存或硬盘存储容量的需求及使内存或硬盘小型化的趋势(因为计算机制造业者希望能使用较小的硬件)一直在强调内存或硬盘生产过程的重要性，包括使这样的硬盘平坦或研磨，以确保有最大效能。虽然对于半导体装置的生产而言存在有多种化学-机械研磨(chemical-mechanical polishing，CMP)组合物和方法，但是传统的CMP法或市售的CMP组合物几乎没有能很好地适用于使内存或硬盘平坦或对其施以处理的产品。
特别地，当施用于内存或硬盘时，这样的研磨组合物和/或方法提供的研磨速率比所希望得到的低并且使得表面缺陷度高。内存或硬盘效能直接与其表面品质有关。因此，研磨组合物和方法提高了内存或硬盘在平坦化或研磨处理之后的抛光或移除速率而降低了表面缺陷度，这一点是相当重要的。
目前已进行了许多尝试，以改善研磨期间内的内存或硬盘移除速率并尽可能降低经研磨表面于平坦化或研磨期间内的缺陷度。例如，美国专利第4,769,046号提出一种用以研磨在硬盘上的镍镀层的方法，其使用了包含氧化铝和研磨加速剂如硝酸镍、硝酸铝或其混合物的组合物。
但以高移除速率使内存或硬盘平坦或对其施以研磨处理并尽可能减少表面缺陷的方法仍有改善的空间。本发明试图提出这样的方法。由此处关于本发明的描述可了解本发明方法的这些和其它优点。
发明内容
本发明提出一种用以使内存或硬盘表面平坦或对其施以研磨处理的方法，包含以(i)研磨组合物(polishing composition)，包含选自过硫酸盐和过氧化物的氧化剂、氨基酸和水，及(ii)磨料(abrasive)，研磨至少一部分表面。
具体实施方式
本发明提出一种用以使内存或硬盘平坦或对其施以研磨处理的方法。此方法包含使内存或硬盘表面与(i)研磨组合物，包含选自过硫酸盐和过氧化物的氧化剂、氨基酸和水，及(ii)磨料，接触，并且通过使得研磨组合物与内存或硬盘相对运动而研磨内存或硬盘的至少一部分表面。这样的接触和研磨可通过任何适当的技术进行。例如，研磨组成物可以施用于内存或硬盘表面并通过使用研磨垫而研磨内存或硬盘的至少一部分表面。
所谓的″内存(memory)或硬盘(rigid disk)″是指任何用以电磁形式留存数据的磁盘、硬盘、硬质碟状物或记忆碟。内存或硬盘通常具有一个包含镍-磷的表面，但内存或硬盘表面可以包含任何其它适当的材料。
此磨料可以是任何适当的磨料。此磨料以金属氧化物磨料为佳。金属氧化物磨料例如包括氧化铝(alumina)、二氧化硅(silica)、氧化钛(titania)、氧化铈(ceria)、氧化锆(zirconia)、氧化锗(germania)、氧化镁(magnesia)和它们的组合。优选，本发明方法中的磨料是缩合-聚合的金属氧化物，例如缩合-聚合的二氧化硅。缩合-聚合的二氧化硅通常是通过缩合Si(OH)4而形成胶态颗粒而制得的。这样的磨料可根据美国专利第5,230,833号制得或者可为多种市售品，如Akzo-Nobel Bindzil 50/80产品及Nalco 1050，2327和2329产品以及DuPont，Bayer，Applied Research，Nissan Chemical和Clariant的其它类似产品。
希望，此磨料为使得约90％或以上的磨料(数量)的颗粒尺寸不大于100纳米的磨料。优选磨料颗粒为使得至少约95％、98％或甚至于基本上所有(或事实上所有)的磨料颗粒(数量)的颗粒尺寸不大于100纳米。较佳情况中，研磨颗粒的这些颗粒尺寸(即，磨料中至少约90％、95％、98％、基本上所有及所有的磨料颗粒(数量)不超过磨料颗粒的特定尺寸)可为其它颗粒尺寸，如：95纳米、90纳米、85纳米、80纳米、75纳米、70纳米和65纳米。
类似地，此磨料颗粒可以为使得至少约90％、95％、98％或甚至于基本上所有(或事实上所有)(数量)的磨料颗粒的颗粒尺寸不低于5纳米。较佳情况中，研磨颗粒的这些颗粒尺寸(即，磨料中至少约90％、95％、98％、几乎所有及所有的磨料颗粒(数量)不超过磨料颗粒的特定尺寸)可为其它颗粒尺寸，如7纳米、10纳米、15纳米、25纳米和30纳米。
除非特别声明，否则此处用以描述磨料本质的百分比值是“数量”百分比，而非重量％。将磨料中的磨料颗粒的颗粒尺寸称为粒径。此颗粒尺寸可通过任何适当的技术测定。此处所提及的颗粒尺寸值是以肉眼观察为基础，特定言之，以磨料的合乎统计的样品(以至少200个颗粒为佳)以透射电子显微(TEM)观察。
磨料中的磨料颗粒的粒径分布的特征在于数量的几何标准偏差，以σg表示。用(a)磨料中84％的较小磨料颗粒(数量)直径除以(b)磨料中的16％较小磨料颗粒(数量)可得到σg值(即，σg值＝d84/d16)。单分散的磨料颗粒的σg值为约1。随着磨料颗粒便成多分散的，磨料颗粒(即，颗粒尺寸逐渐改变)的磨料颗粒的σg值高于1。通常，磨料颗粒的σg值为约2.5或以下(如：约2.3或以下)。磨料颗粒的较佳σg值是至少约1.1(如：约1.1-2.3，如：1.1-1.3)，更佳的σg值至少约1.3(如：约1.5-2.3或甚至1.8-2.3)。
任何适当量的磨料可以存在于此研磨组合物中。以组合物计，磨料的存在浓度以约0.1-30重量％为佳，如：约1-28重量％。更佳情况中，以组合物计，磨料的存在浓度以约3-25重量％为佳，如：约5-20重量％，或甚至约6-15重量％。或者，磨料全数或一部分可以固定(如：埋入)于研磨垫上或之中。
氧化剂可以是任何合适的氧化剂，适当的氧化剂包括，例如：过硫酸盐和过氧化物。较佳情况中，此氧化剂选自过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠和过氧化氢。
任何适当量的氧化剂可以存在于此研磨组合物中。以组合物计，此氧化剂的存在量以约0.01-10重量％为佳，如：约0.1-10重量％。以组合物计，此氧化剂的存在量以约0.5-8重量％更佳，如：约1-6或甚至约2-6重量％。
氨基酸可以是任何适当的氨基酸。适当的氨基酸包括，如，具1-8个碳原子的氨基酸，如：具1-7个碳原子的氨基酸，或甚至具1-6个碳原子的氨基酸。较佳情况中，本发明方法之组合物中的氨基酸是甘氨酸、亚胺基二醋酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丝氨酸和苏氨酸。在更佳情况中，此氨基酸是甘氨酸或丙氨酸。
任何适当量的氨基酸可存在于研磨组合物中。以组合物计，此氨基酸的存在量以约0.01-10重量％为佳，如：约0.1-10重量％。以组合物计，此氨基酸的存在量约0.5-8重量％更佳，如：约0.75-8重量％。以组合物计，此氨基酸的存在量约1-7重量％最佳，如：约2-6重量％，或甚至3-5重量％。
研磨组合物的pH可为任何适当的pH。组合物的pH以约1-7为佳，如：约1-6。组合物的pH为约2-5更佳，如：约2-4或甚至约3-4。
根据需要，可以任何适当方式调整研磨组合物的pH，如：在组合物中添加pH调整剂。适当的pH调整剂包括，例如：碱如氢氧化钾、氢氧化铵、碳酸钠和它们的混合物，以及酸，例如：无机酸如硝酸和硫酸，有机酸如醋酸、柠檬酸、丙二酸、丁二酸、酒石酸和草酸。
此研磨组合物可任选地还包含一或多种其它添加物。这样的添加物包括表面活性剂(如：阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂、氟化表面活性剂和它们的混合物)、聚合物稳定剂或其它表面活性分散剂(如：磷酸、有机酸、氧化锡和膦酸盐化合物)、额外研磨助剂(accelerator)(如：催化剂和螯合或复合剂(如：金属(特别是铁)、硫酸盐，具羧酸基、羟基、磺基和/或膦酸基的化合物，二-、三-、多-和聚-羧酸和盐(如酒石酸和酒石酸盐、苹果酸和苹果酸盐、丙二酸和丙二酸盐、葡糖酸和葡糖酸盐、柠檬酸和柠檬酸盐、苯二甲酸和苯二甲酸盐、焦儿茶酚、焦五倍子酸、五倍子酸和五倍子酸盐、单宁酸和单宁酸盐)、含胺化合物(如：一级、二级、三级和四级胺及氨基酸)及它们的混合物)。
                            实施例
下列实施例进一步说明本发明，但当然不因此限制本发明的范围。
下列所有实施例中的内存或硬盘是Seagate Technology的市售内存或硬盘。内存或硬盘是具铝底质的经镍磷涂覆(电镀)的盘片。此内存或硬盘经事先研磨程序之后用于下列实施例，各内存或硬盘的表面糙度是10-50埃。
所有实施例中所用的研磨垫是Rodel制造的直径为25.4公分的Politex Hi垫。实施例1-3中的内存或硬盘以Streuers(West Lake，Ohio)制造的桌面研磨机以平台速率150rpm、研磨载体速率150rpm、浆料流率100毫升/分钟，向下研磨力50牛顿的条件下研磨。实施例4中的内存或硬盘系使用Strausbaugh6EE研磨机(San Luis Obispo，California)以55-65rpm研磨速率、向下研磨力10-12.5牛顿的条件研磨。
通过在研磨之前和之后称量干净、干燥的内存或硬盘的重量来计算镍-磷研磨速率。以镍-磷密度是8.05克/立方厘米为基础，将重量损耗转化成内存或硬盘厚度损失。对下列实施例中的各研磨组合物作更精确的比较，在一般相同的研磨条件(特别是试验期间内的研磨垫磨耗)，以规则时间间隔使用具4重量％硅石(具体的是Akzo-Nobel Bindzil 50/80产品)和0.25重量％羟基胺硝酸盐(HAN)的对照组合物(其中，对照组合物的pH是3.5)。之后，通过将试验组合物的研磨速率除以最近评估的对照组合物的研磨速率，将各试验组合物的实际研磨速率转化成相对研磨速率。据此，可交叉比较所有实施例中的试验组合物的相对研磨速率。
                          实施例1
此实施例说明本发明可达到的内存或硬盘研磨速率与研磨组合物中的氨基酸种类有关。
镀有镍-磷的内存或硬盘分别以六种含4重量％硅石(特别地是Akzo-Nobel Bindzil 50/80产品)、2重量％H2O2和1-3重量％氨基酸(特别地是甘氨酸、DL-丙氨酸、亚胺基二醋酸或DL-丝氨酸)的不同的研磨组合物研磨，其中各研磨组合物的pH是2.5。为便于比较，镀有镍-磷的内存或硬盘以前述对照研磨组合物和三种″比较用″研磨组合物(″comparative″polishingcomposition)(含4重量％硅石(特别地是Akzo-Nobel Bindzil 50/80产品)和/或2重量％H2O2或1重量％氨基酸(特别地是甘氨酸))研磨，其中所有的研磨组合物的pH都是2.5。使用研磨组合物之后，测定各组合物的相对研磨速率，其结果示于附表1。
表1：
  组合物   氨基酸   H2O2   相对研磨速率
  对照物比较物1比较物2比较物31A1B1C1D1E1F   无无无1重量％甘氨酸1重量％甘氨酸3重量％甘氨酸1重量％DL-丙氨酸3重量％DL-丙氨酸2重量％亚胺基二醋酸2重量％DL-丝氨酸   (HAN)无2无222222   1.00.81.40.92.52.02.31.92.41.6
根据表1所示数据很明显，含H2O2和氨基酸的研磨组合物(组合物1A-1F)的相对研磨速率大于不含H2O2和氨基酸的对照研磨组合物和比较用研磨组合物(对照物1-3)的相对研磨速率。此外，含H2O2和1重量％甘氨酸、1重量％DL-丙氨酸或2重量％亚胺基二醋酸的研磨组合物(组合物1A、1C和1E)的相对研磨速率比含H2O2和3重量％甘氨酸、3重量DL-丙氨酸或2重量％丝氨酸的研磨组合物(组合物1B、1D和1F)的相对研磨速率来得高。这些结果显示本发明的方法中，合并氧化剂和氨基酸的效果及特别的氨基酸对于本发明的方法所能达到的研磨速率的重要影响。
                          实施例2
此实施例说明本发明方法所能获得的内存或硬盘的研磨速率与研磨组合物中的氧化剂特性(identity)、氨基酸浓度和研磨组合物的pH有关。
镀有镍-磷的内存或硬盘分别以八种含4重量％硅石(二氧化硅)(特定言之，Akzo-Nobel Bindzil 50/80产品)、1-3重量％甘氨酸和2重量％氧化剂(特定言之，H2O2或过硫酸铵(APS))的不同的研磨组合物研磨，其中各研磨组合物的pH是2.5-3.5。使用研磨组合物之后，测定各组合物的相对研磨速率，其结果示于表2。为便于比较，表2亦列出前述对照组合物和实施例1中所述″比较用″研磨组合物(比较用组合物1-3)的相对研磨速率。
附表2：
  组合物     甘氨酸重量％  氧化剂     pH   相对研磨速率
  对照物比较物1比较物2比较物32A2B2C2D2E2F2G2H     无无无113131313  (HAN)无2重量％H2O2无2重量％APS2重量％APS2重量％APS2重量％APS2重量％H2O22重量％H2O22重量％H2O22重量％H2O2     3.52.52.52.52.52.53.53.52.52.53.53.5   1.00.81.40.92.31.72.01.72.52.01.71.6
根据表2所示数据很明显，所有其它条件皆相同时，具1重量％甘氨酸和氧化剂的研磨组合物(组合物2A、2C、2E和2G)所显示的相对研磨速率高于具3重量％甘氨酸和氧化剂的研磨组合物(组合物2B、2D、2F和2H)的相对研磨速率。此外，所有其它条件皆相同时，含甘氨酸和氧化剂且pH2.5的研磨组合物(组合物2A、2B、2E和2F)的相对研磨速率与含甘氨酸和氧化剂且pH3.5的研磨组合物(组合物2C、2D、2G和2H)的相对研磨速率相同或相比更高。这些结果显示在本发明的方法中，特定的氧化剂、氨基酸浓度和pH对于研磨速率有重大影响。
                          实施例3
此实施例说明本发明方法中的组合物所能达到的内存或硬盘研磨速率与研磨组合物中的氧化剂特性、氨基酸浓度和研磨组合物的pH有关。
镀有镍-磷的内存或硬盘分别以八种含4重量％硅石(特定言之，Akzo-Nobel Bindzil 50/80产品)、1-3重量％DL-丙氨酸和2重量％氧化剂(特定言之，H2O2或过硫酸钾(KPS))的不同的研磨组合物研磨，其中各研磨组合物的pH是2.5-3.5。使用研磨组合物之后，测定各组合物的研磨速率，其结果示于表3。为便于比较，表3亦列出前述对照组合物和实施例1中所述的两种″比较用″研磨组合物(比较用组合物1-2)的相对研磨速率。
表3：
  组合物   DL-丙氨酸重量％  氧化剂     pH     相对研磨速率
  对照物比较物1比较物23A3B3C3D3E3F3G3H   无无无13131313  (HAN)无2重量％H2O22重量％KPS2重量％KPS2重量％KPS2重量％KPS2重量％H2O22重量％H2O22重量％H2O22重量％H2O2     3.52.52.52.52.53.53.52.52.53.53.5     1.00.81.42.01.51.71.52.31.91.71.5
根据表3所示数据很明显，所有其它条件皆相同时，具1重量％DL-丙氨酸和氧化剂的研磨组合物(组合物3A、3C、3E和3G)的相对研磨速率高于具3重量％DL-丙氨酸和氧化剂的研磨组合物(组合物3B、3D、3F和3H)的相对研磨速率。此外，所有其它条件皆相同时，含DL-丙氨酸和氧化剂且pH2.5的研磨组合物(组合物3A、3B、3E和3F)的相对研磨速率与含DL-丙氨酸和氧化剂且pH3.5的研磨组合物(组合物3C、3D、3G和3H)的相对研磨速率相同或相比更高。这些结果显示：在本发明的方法中，特别的氧化剂、氨基酸浓度和pH对于本发明的方法所能达到的研磨速率有重大影响。
                          实施例4
此实施例说明本发明方法中，研磨组合物中的氨基酸浓度对于所能获致的内存或硬盘之研磨速率有重大影响。
镀有镍-磷的内存或硬盘分别以六种含4重量％硅石(特定言之，Akzo-Nobel Bindzil 50/80产品)、1.5重量％H2O2和0.1-1.3重量％甘氨酸的不同的研磨组合物研磨，其中各研磨组合物的pH是2.5。使用研磨组合物之后，测定各组合物的相对研磨速率，其结果示于表4。为便于比较，表4亦列出前述对照组合物的相对研磨速率。
表4：
    组合物     甘氨酸重量％   H2O2重量％   相对研磨速率
    对照物4A4B4C4D4E4F     无0.10.350.50.711.3   (HAN)1.51.51.51.51.51.5   1.01.11.31.51.82.31.7
根据表4所示数据很明显，含H2O2和0.7-1.3重量％甘氨酸的研磨组合物(组合物4D-F)的相对研磨速率高于含H2O2和0.1-0.5重量％甘氨酸的研磨组合物(组合物4A-C)的相对研磨速率。此外，含H2O2和1重量％甘氨酸的研磨组合物(组合物4E)的相对研磨速率比含H2O2且甘氨酸浓度低于1重量％的研磨组合物(组合物4A-D)的相对研磨速率及含H2O2且甘氨酸浓度高于1重量％的研磨组合物(组合物4F)的相对研磨速率相比更高。这些结果显示：特别的氧化剂、氨基酸浓度对于本发明方法所能达到的研磨速率有重大影响。
兹将此处所列所有参考文献(包括专利、专利申请和公开出版物)均列入本文作为参考。
虽然在本发明中结合较佳的实施例已经说明了本发明，但是对于本领域普通技术人员清楚的是：可以对本发明优选的实施方案进行改变，因此实际上本发明能够以此处所述的特定形式以外的方式实施。据此，本发明含括属法令允许范围内的本发明权利要求范围内的所有修饰。

Claims (25)

1.一种用以使内存或硬盘表面平坦或对其进行研磨处理的方法，包括用(i)研磨组合物，包含(a)选自过硫酸盐和过氧化物的氧化剂、(b)氨基酸和(c)水，及(ii)磨料，研磨至少一部分表面；
其中磨料选自氧化铝、二氧化硅、氧化钛、氧化铈、氧化锆、氧化锗、氧化镁和它们的组合；及其中氨基酸的存在量是以组合物计0.01-10重量％。
2.根据权利要求1的方法，其中内存或硬盘的表面包含镍-磷。
3.根据权利要求1的方法，其中磨料是二氧化硅。
4.根据权利要求3的方法，其中磨料是缩合聚合的二氧化硅。
5.根据权利要求1的方法，其中90％或以上数量的磨料颗粒的颗粒尺寸不超过100纳米。
6.根据权利要求5的方法，其中基本上全部的磨料颗粒数量的颗粒尺寸不超过100纳米。
7.根据权利要求1的方法，其中磨料颗粒具有特征为数量的几何标准偏差σg至少为1.3的磨料颗粒的颗粒尺寸。
8.根据权利要求1的方法，其中磨料以占组合物重量0.1-30％的浓度存在。
9.根据权利要求1的方法，其中磨料固定于研磨垫上或之中。
10.根据权利要求1的方法，其中氧化剂是过硫酸铵、过硫酸钾或过硫酸钠。
11.根据权利要求1的方法，其中氧化剂是过氧化氢。
12.根据权利要求1的方法，其中氧化剂的存在量是以组合物计0.01-10重量％。
13.根据权利要求1的方法，其中氨基酸选自甘氨酸、亚胺基二醋酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丝氨酸和苏氨酸。
14.根据权利要求13方法，其中氨基酸是甘氨酸。
15.根据权利要求13方法，其中氨基酸是丙氨酸。
16.根据权利要求1的方法，其中研磨组合物的pH值为1-6。
17.根据权利要求16方法，其中研磨组合物的pH值为2-4。
18.权利要求13的方法，其中以数量计90％或更多的磨料的粒径不大于100nm。
19.权利要求3的方法，其中氧化剂是过硫酸铵、过硫酸钾、或过硫酸钠。
20.权利要求3的方法，其中氧化剂是过氧化氢。
21.权利要求3的方法，其中氧化剂的存在量为组合物的0.01-10重量％。
22.权利要求3的方法，其中氨基酸选自甘氨酸、亚胺基二醋酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、丝氨酸和苏氨酸。
23.权利要求22的方法，其中氨基酸是甘氨酸。
24.权利要求22的方法，其中氨基酸是丙氨酸。
25.权利要求3的方法，其中研磨组合物的pH值为2-4。
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