硬盘基板制造工程用洗净剂

日本三洋化成工业株式会社机能性药剂研究部 山口俊一郎

每天使用的PC及数据服务器，其中均配置有记录情报的硬盘驱动器（HDD）。在当今的信息化社会，各种情报量急剧增加，这也间接导致了HDD的大容量化。以PC用HDD为例，最近已经有内藏超过1TB（1TB=1000GB）的HDD的PC在销售。

从HDD的用途来看（以出厂台数统计），手提电脑用HDD的比率为32%，而台式机用HDD的比率为23%，两者合计超过50%。因此，近年来PC的出厂量增加，直接带动了HDD出厂数量的提高。图1是历年来世界HDD出厂台数的变化情况。除了2011年泰国遭受洪水的影响外，自2007年开始HDD的出厂台数一直呈现增长的势头，2012年比2007年的HDD出厂数量增加约40%（达到了7亿台）。今后HDD市场仍将延续这种增长的势头。本文将对担当HDD中枢的硬盘基板（HD基板）的制造过程做一说明，并介绍三洋化成公司开发的HD基板制造工程用洗净剂。

1. 硬盘基板的制造工程

图2是HDD内部的构造，其中圆盘状的盘就是情报记录媒体的HD基板，在该基板上形成的磁性层就具有传递情报的能力。HD板分为玻璃制和表面镀有Nip（镀镍、镀磷）的铝板两大类。HD基板的制造工程包括对基板研磨使其成为平坦基板的修饰工程（基板工程），以及在平坦化的基板上形成磁性层的工程（媒介工程）。图3是HD基板制造的具体步骤。

图1 历年来世界HDD的出厂台数

图2 HDD内部

在图3所示的基板（substrate ）工程中，研磨处理和洗涤处理要反复进行。在这个工程中，不论是玻璃板还是铝制板，一般经过2个阶段的研磨就可使基板平坦化，即：第一阶段使用粗研磨剂（玻璃基板主要使用氧化铈，铝基板主要使用氧化铝）对基板进行粗研磨。第二阶段则使用细研磨材料（主要是胶体二氧化硅）对基板进行精密研磨。每种基板经过研磨处理后，在基板上都会附着有研磨使用的研磨材料和研磨过程中产生的基板碎渣，因而有必要对基板进行洗净处理。从粗研磨转向精研磨时需要进行一次洗净处理，经过精研磨的基板同样需要经过洗净处理才能成为加工好的基板，在最终的洗净过程结束后，经过干燥捆包，进入媒介工程。

媒介（media）工程需要对基板再度清洗，待除去基板上的异物后才可以进行下一步的加工。该工程对基板的清洁度要求非常高，当在基板上溅涂形成磁性层后，还需要把基板表面的突起物切除，最后在基板上涂敷润滑油上光，得到基板成品。

2. HD基板制造工程用洗净剂

图3 HD板的制造工程

随着情报记录容量的不断增大，HD基板也呈现出高记录密度化的倾向。与从前的HD相比，现在对基板制造时作为杂质的粒子（研磨粒子和研磨残渣）管理更加严格，需要除去的杂质粒子尺寸更小。HD基板制造商为了提高基板的性能、品质，对基板加工的各个工程进行了改良尝试。迄今为止，对HD基板制造条件做轻微调整的场合很多，但由于近年来管理水平的不断提高，对HD基板制造条件进行调整变得很难，这就要求洗涤剂制造商必须开发出洗净性更好的洗涤剂，以满足HD基板加工的高要求。以下将对日本三洋化成工业株式会社开发的高洗净性的HD基板制造工程用洗涤剂ケミクリ-ン PR（Chemical clean PR）的使用方法做一详细的说明。

图4是用Chemical clean PR洗净研磨后HD基板的洗净机理图。在基板工程的粗研磨和精密研磨过程中，基板上会附着研磨材料和研磨过程中产生的基板残渣。粗研磨后的基板上粘附的粒子尺寸约1mm，而精密研磨后基板上附着的粒子尺寸在100nm以下，这么小的粒子用普通洗净剂很难除去。洗净前的媒介工程基板上与基板工程相比，污垢种类更多，再加上对研磨材料和研磨残渣管理水平的提高，对洗净剂性能的要求更高。在HD基板加工的各个阶段，由于需要去除的是不同大小的污垢粒子，因而对洗净剂的要求也不相同。

三洋化成工业的Chemical clean PR是由表面活性剂、螯合剂、酸 · 碱等成分构成的水系洗涤剂。表1是日本三洋化成工业株式会社代表性的HD基板制造工程用洗净剂种类。Chemical clean PR的洗净机理如图4所示：①把各种可能对基板造成光刻蚀的污垢粒子从基板上剥离；②独特的表面活性剂防止污垢粒子再次附着到基板上。第一种机能是洗净剂对基板表面与污垢的连接处发生“溶解”，使污垢粒子从基板表面剥离。污垢粒子对基板的刻蚀性，随洗涤剂的使用浓度和洗净温度而改变，这也是在设计洗净剂时需要重点考虑的因素。第二种机能是防止从基板上剥离的粒子发生再附着。图5是研磨材料（胶体二氧化硅）的ξ电位与pH的关系图。ξ电位是定量粒子表面荷电状态的尺度，从图5看到：在强酸性领域，研磨材料的ξ电位几乎为0，而在强碱性领域，研磨材料的ξ电位是很大的负值。ξ电位成为±0mV的pH值称为等电点。在等电点周边的pH领域，表面电荷被中和，粒子间的静电排斥作用很小，因而,胶体的分散性极低，粒子呈凝集状态或很容易附着在基板上。由于洗净剂一般为碱性，被洗净剂从基板剥离的粒子在用水洗净时，在pH暂时为中性的环境中，粒子表面的电位（ξ电位）近似于等电点，很容易再次附着到原来的基板上。

图4 用Chemical clean PR洗净研磨后HD基板的洗净机理图

表1 三洋化成工业的代表性HD基板制造工程用洗涤剂

图5 添加三洋化成工业株式会社的特殊表面活性剂引起的ξ电位变化

图6 三洋化成工业株式会社特种表面活性剂的机能

图6是三洋化成工业株式会社开发的特殊表面活性剂的机能示意图。这种特殊的表面活性剂不仅会吸附在污垢粒子表面，使粒子带有负电荷，而且，在污垢粒子和基板表面形成的负电性吸附层具有很高的立体排斥力。在三洋化成工业株式会社推出的Chemical clean PR系列HD基板洗净剂中，该特殊表面活性剂不仅在防止刻蚀性、抗再沉积性等与洗净性有关的基本机能优良外，它还能适应用户各种制造工艺的要求。例如，基板表面的粗糙度,高温、低温稳定性，快速发泡性等。Chemical clean PR-403是适合玻璃基板的基质工程洗净的酸性洗涤剂，它对氧化铈和胶体二氧化硅、玻璃碎渣的洗涤性优良。

Chemical clean PR-403F是比Chemical clean PR-403更高品质的洗涤剂，适用于精密研磨后的洗净。Chemical clean PR-025和Chemical clean PR-029是适合铝板的基质工程使用的碱性洗涤剂，对铝、胶体二氧化硅、Nip研磨残渣的洗涤性优良。

现在，三洋化成工业株式会社已在开发满足媒介工程高洗净性要求的洗涤剂。如前所述，为了提高HD基板的性能 · 品质，HD基板洗净剂的开发至关重要。日本三洋化成工业株式会社不仅开发更高性能的HD基板洗涤剂，而且还开发包含洗涤工程和周边工程在内的制造全过程适用的洗涤剂和使用方法提案，以满足顾客提高HD基板品质的要求。目前，日本三洋化成工业株式会社开发的高洗涤度洗涤剂，已经在日本国内的京都工场生产，并向海外的用户提供HD基板洗涤剂。

图7 2011年世界HD基板生产量的分布情况（生产比率）

图7是近期世界HD基板生产量的分布情况。图中显示：HD基板的制造商大多集中在东南亚地区，这也是HD基板洗涤剂最大的消费市场。随着HDD基板的高性能化，它对制造工程用洗涤剂的要求也会越来越多样化，HD基板洗涤剂制造商必须快速适应这种变化。日本三洋化成工业株式会社已经在泰国建立分公司，正式运营HD基板的清洁设备。今后，日本三洋化成工业株式会社将发挥网络化的优势，运用全球化的运作体系快速应对用户的不同需求，为广大用户提供效率更高的高性能清洁剂。