计算机硬盘基片无磨粒抛光技术及机理研究

针对下一代垂直存储技术中计算机硬盘基片（盘片）表面"原子级平整、无损伤、超净"的极端加工要求，以及现有化学机械抛光（CMP）技术存在的抛光损伤及磨粒残留难题，提出研究基于"原位氧化-去除(in situ oxidization and removal)"新思路的盘片表面无磨粒抛光技术。拟采用分子设计的方法合成适当活性的引发剂，利用抛光垫对盘片表面粗糙峰（微凸点）的摩擦活化，引发盘片表面微凸点/引发剂之间的氧化-还原反应，通过盘片表面微凸点的原位氧化及氧化层随后被抛光液中蚀刻剂的化学溶解，而未氧化的基体表面不受影响，实现微凸点的选择性材料去除，达到盘片表面的原子级平整化。通过研究硬盘基片的高性能无磨粒抛光液、无磨粒抛光机理，以及分步CMP复合抛光技术，探索实现硬盘基片"原子级、无损伤、超净"抛光的方法与途径。为下一代垂直存储技术要求的计算机硬盘基片制造提供技术与理论支持。

针对下一代垂直存储技术中计算机硬盘基片（盘片）表面"原子级平整、无损伤、超净"的极端加工要求，以及现有化学机械抛光（CMP）技术存在的抛光损伤及磨粒残留难题，研究了基于"原位氧化-去除(in situ oxidization and removal)"新思路的盘片表面无磨粒抛光技术。首先，采用分子设计的方法合成了合成了一系列引发剂，研究得到了适合抛光使用的一系列引发体系，包括有机偶氮化合物-双氧水、有机过氧化物-双氧水、无机或有机氧化-还原引发体系、氧化剂-金属离子体系等数十种复合引发剂。EPR测试表明，这些体系均可以产生自由基。并且，系统研究了不同的引发体系、不同的氧化剂、金属离子、络合剂、PH值、抛光工艺参数等AFP关键参数对计算机硬盘基片无颗粒抛光性能的影响规律。得到了硬盘AFP的最佳工艺条件及抛光液参数，发现研制的不同引发体系均显著提高了硬盘AFP的抛光速率并降低了表面粗糙度，引发剂与双氧水复合体现出明显的协同作用。进而，研究了计算机硬盘的二步复合抛光技术，即以传统CMP为初抛，无磨粒抛光为精抛。研究发现，与经典含磨粒CMP对比，“CMP+AFP”二步抛光技术可有效降低抛光后表面粗糙度，大大降低残留颗粒数量，提高了盘片的表面平整质量以及清洁性能，有望成为一种有应用前景的计算机硬盘“高精度、无损伤、超洁净”抛光技术。最后，对含有引发剂抛光液对硬盘的AFP机理进行了研究。结果表明，抛光条件下，引发剂可通过促进H2O2分解更多的HO∙自由基和新的自由基，自由基强的氧化能力促进了硬盘基片表面的氧化过程，氧化膜为纳米厚度且结构疏松，氧化膜与盘片的结合力较弱，在AFP加工过程的机械作用下较易去除，达到了“原位氧化-去除”的目的。Zn (Ⅱ)在硬盘AFP中的作用机理研究中，X-射线光电子能谱（XPS）分析发现，抛后盘片表面出现金属Zn，首次直接证实了抛光过程中存在摩擦化学反应。研究为下一代垂直存储技术要求的计算机硬盘基片制造提供技术与理论支持。