CN1577510A - 磁记录介质用衬底及其制造方法和磁记录介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁记录介质用衬底，优选提供一种具有不大于65mm直径的小直径衬底，其在物理特性和成本方面都具有优势。更具体地，本发明提供一种使用了之前经历过至少一次加热和/或腐蚀的单晶硅晶片的磁记录介质用衬底。此外，本发明提供一种制造磁记录介质用衬底的方法，该方法包括：取芯步骤，用于从经历过至少一次加热和/或腐蚀的直径至少为150mm和至多为300mm的单晶硅晶片上裁剪得到多个外径不大于65mm的环形衬底。所述方法优选地进一步包括倒棱步骤，用于将所述环形衬底内外圆周面上的棱除去；以及圆周面抛光步骤，用于抛光经过倒棱的内外圆周面。

Description

磁记录介质用衬底及其制造方法和磁记录介质

技术领域

本申请涉及一种磁记录用记录介质衬底，更具体地涉及这样一种磁记录用记录介质衬底，其可作为直径不大于65mm，更优选地直径不大于50mm的小直径衬底的最佳选择。

背景技术

磁记录的记录密度(表面密度)已有快速提高，在过去这十年中以持续每年50％至200％的比例快速提高。在大规模生产的水平上，产品以70G比特/平方英寸输送，然而表面记录密度两倍于这个密度，即160G比特/平方英寸，已经在实验室中有报告了。在大规模生产水平上的表面记录密度相应于每一张3.5”HDD(3.5寸)盘为80G字节，以及每张2.5”HDD盘为40G字节。以这样的记录容量，安装一个单盘记录介质，在一个普通的台式个人电脑(装备有3.5”HDD)中或膝上式个人电脑(装备有2.5”HDD)中使用已足够。

预计在将来记录的密度还会继续提高。然而传统的横向磁记录方法已经到达了热起伏记录的极限，因此，当记录密度达到100G比特/平方英寸至200G比特/平方英寸的时候，就由垂直磁记录来代替。到目前为止还不能确定垂直磁记录的记录极限是多少，但是已经能够达到1000G比特/平方英寸(1T比特/平方英寸)。如果获得了这些类型的高记录密度，就可以获得每单张2.5”HDD盘为600至700G字节的记录容量。

由于如此大体积很可能在普通个人电脑上不能被充分利用，则具有比2.5”还小的直径的记录介质逐渐被投入使用。典型地，曾经出售过1.8”或1”以及1.3”HDD的衬底。不大于2”的HDD目前容量小，然而，如果将来磁记录密度增加，那么个人电脑(尤其是一个膝上式电脑)中1.8”HDD就能够保证充足的记录容量。此外，目前1”HDD的记录容量都是1至4G字节，而如果容量增大几倍，则很可能在很宽范围内的移动使用中出现很多可能性，不局限于仅仅是数码相机等，而且还可以用于个人电脑及数码摄像机，信息终端，掌上音乐设备和移动电话。在将来，小直径的HDD，小直径记录介质以及具有不大于2”直径的衬底很有应用前景。

用于HDD记录介质的铝合金衬底主要用于3.5”的衬底，而玻璃衬底主要用于2.5”HDD。HDD在如膝上式电脑等移动应用中很可能承受震动。由于磁头冲撞而导致划伤记录介质或磁头从而引起的数据丢失的可能性很大，因此装配在这些设备中的2.5”HDD已使用坚硬的玻璃衬底。因此，玻璃衬底也可能用于直径不大于2”的小直径衬底中。

然而，由于直径不大于2”的小直径衬底主要在移动应用中使用，所以抗震性比在膝上式电脑中安装的2.5”衬底更重要。此外，由于更小尺寸的需要，要求包括衬底的所有部分都要更小更薄。2”的衬底板的厚度要比2.5”衬底的标准厚度0.635mm还薄。由于这样的小直径衬底的规格需求，要求衬底能够制作简单，即使很薄也具有高杨氏模良和足够的强度。玻璃衬底在这些方面存在很多问题。

首先，当实际使用的结晶玻璃衬底的板厚度不大于0.635mm时，杨氏模良不足且旋转过程中在实际旋转区域内出现共振频率。因此，很难再低于这个厚度。此外，虽然玻璃基板已经被用作厚度在0.8mm范围内的衬底，但是很难制造出比这更薄的、如HDD基板所要求的玻璃组分了。因此，需要通过精研-研磨将厚度从0.8mm调整到0.5mm甚至更薄。这将就增加工艺成本和工艺时间，因为用于宽度调节的抛光时间很长，因此不优选。

此外，玻璃衬底必然是个非导体，因此当通过溅射法成膜时存在给衬底充电的问题。因此，需要在衬底和磁膜之间插入一层金属膜缓冲层来确保与磁膜更好的接触。基本上，这些技术问题已经解决了，然而这是为什么在溅射成膜工艺中很难使用玻璃衬底的一个原因。因为这样，所以理想地是可以使衬底具有传导性，然而这对于玻璃衬底是很难的。

恰是因为玻璃衬底主要用于2.5”HDD中，铝合金衬底完全不适于移动应用中使用。前面叙述过的衬底的硬度不够。因为衬底的刚性也不足，确保共振频率高于旋转区域的唯一办法是增加厚度。因此，不能将其作为在移动应用中使用的候选衬底。

还有许多其它替代品的衬底被提出，如蓝宝石玻璃，SiC衬底，工程塑料衬底，碳衬底等等，从强度，可加工性，成本，表面光滑度以及膜淀积的兼容性等等这些方面的标准评估来看，上述的材料都不足以作为充当小直径衬底的替代品。

使用Si单晶衬底作为HDD记录膜衬底已经被提出(日本专利临时公开号No.6-176339/1994)。Si单晶衬底作为HDD衬底的优势在于它卓越的衬底光滑度，环境稳定以及可靠性，并且与玻璃衬底相比其刚性也比较高。与玻璃衬底不同的是，它至少具有半导体的电导率。此外，因为通常的晶片包括P型或N型掺杂剂，所以电导率很高。因此，在溅射膜的过程中就不存在像溅射玻璃衬底那样的充电问题了，并且可以直接在Si衬底上溅射一层金属膜。此外，它具有良好的导热性，衬底很容易被加热，成膜甚至可以在300℃以上的高温下进行，它很适合溅射成膜工艺。用于半导体IC的Si单晶衬底可作为具有100mm至300mm直径的晶片来批量生产。

发明内容

然而，目前很难获得具有不大于100mm直径的小直径晶片。因此，实际是从目前被普遍使用的6”或8”晶片取芯裁出小直径衬底。然而，因为半导体等级的Si单晶衬底的价格很昂贵，所以从成本方面考虑，其与玻璃基板或铝基板相比的缺点值得注意。

本发明提供一种磁记录介质用衬底，优选地提供一种具有不大于65mm的，更优选不大于50mm直径的小直径衬底，其在物理性质和成本上都有优势。

本发明还提供一种磁记录介质用衬底，其使用了经过至少一次加热和/或腐蚀的单晶硅晶片。

本发明还提供一种制造磁记录介质用衬底的方法，所述方法包括取芯步骤，其中将一个经过至少一次加热和/或腐蚀的直径至少为150mm和至多300mm的单晶硅晶片取芯得到多个环形衬底，其中环形衬底的外径不大于65mm，且优选的内径不大于20mm，更优选的内径不大于12mm。该方法优选地进一步包括倒棱步骤，其中将所述环形衬底的内圆周面和外圆周面上的棱除去；以及圆周面抛光步骤，其中使经过倒棱的内圆周面和外圆周面被抛光(或研磨)。该方法优选地还包括精磨步骤，其中通过抛光(或研磨)从单晶硅晶片的表面或环形衬底的表面上除去10μm至100μm，优选地在取芯步骤前或后进行此步骤。精磨步骤可以优选地在例如取芯步骤之前，或在取芯步骤和倒棱步骤之间，或在倒棱步骤和圆周面抛光步骤之间，或在圆周面抛光步骤之后进行。精磨步骤可以更优选地在取芯步骤前，在倒棱步骤和圆周面抛光步骤之间，或在圆周面抛光步骤之后进行。

根据本发明，提供一种硅单晶衬底，其适合用作HDD磁记录介质的衬底。所述衬底在物理特性和成本方面都很有优势。

附图简述

图1示出了利用硅单晶晶片作为基板制造HDD磁记录介质用衬底的图示。

具体实施方式

本发明涉及一种HDD磁记录介质用衬底，其包括一个直径不大于65mm(这里提到的直径是指名义上的直径)的Si单晶衬底，其是通过将一个经过至少一次热处理和/或腐蚀的硅单晶晶片取芯制造而成的；以及一种制造这种衬底的方法。

图1示出了利用硅单晶晶片作为基板制造HDD磁记录介质用衬底的图示。

将一个单晶硅棒1切割制成直径为200mm的单晶硅晶片2，并经取芯获得外径为65mm的环形晶片3。根据日本专利临时公开号为No.10-334461/1998的申请中公开的方法，可以从200mm的单晶硅晶片获得7个直径为65mm的HDD衬底芯。环形衬底3的内外圆周面上的棱优选地被除去并且圆周面经过抛光。接着，典型地通过碱腐蚀步骤，两表面抛光步骤以及清洗步骤而最终制成小直径的衬底。

优选将单晶硅晶片表面或环形衬底表面研磨去掉10μm至100μm的精磨步骤可以在取芯步骤前后进行，例如取芯步骤之前，取芯步骤和倒棱步骤之间，倒棱步骤和圆周面抛光步骤之间，或者在圆周面抛光步骤之后进行。精磨步骤更优选地是在取芯步骤之前，倒棱步骤和圆周面抛光步骤之间，或者在圆周面抛光步骤之后进行。

用在取芯步骤中的单晶硅晶片优选地具有一个表面定位(100)，且外径至少为150mm和至多300mm，厚度为0.4mm至1mm(更优选至多为0.7mm)。

半导体等级的硅单晶晶片(底材晶片)非常昂贵，所以如果使用单晶基板制成直径为65mm的衬底，其成本是玻璃衬底的几倍到将近十倍。无论硅单晶衬底的特征性质如何之好，单单这价格的差异也使得很难将硅单晶衬底投入实际使用中。

另一方面，相同直径的硅单晶测试晶片用来测试半导体IC加工步骤。当开始一个新的直径衬底或其加工时，测试晶片与底材晶片的比例接近1∶1。虽然测试晶片的质量不在底材晶片以下，但稍有些贵。在半导体IC的加工中使用测试晶片是不可避免的，在HDD衬底中使用期望数量的衬底是很难的，而且即使在基板的价格方面成本没有大幅度的降低。

除了底材晶片和测试晶片以外，在半导体IC加工中也使用模型晶片(或再生晶片)作为Si单晶衬底。模型晶片重复使用至少一次来实现检验和调查工艺的目的。使用过一次并且已经将其表面的氧化膜或金属膜刮去的测试晶片用作再生晶片。很显然，衬底的价格依次为底材晶片)测试晶片)再生晶片。再生晶片通常被使用至少一次，最多达到5至6次之多，并且在每次使用时都将其上表面上附着的各种膜抛光。因为再生晶片逐渐地被磨掉，所以随着每次使用时磨去10μm至100μm的再生晶片变得越来越薄。由于变得比标准厚度值还薄的再生晶片不再适合完成检验加工的目的，因此将其扔掉将来不再使用了。标准厚度有多种，但是一旦他们的厚度到了0.7mm至0.5mm或更少，通常就将他们扔掉了。

因为再生晶片被使用很多次，所以他们在半导体加工中经历了多种步骤。因此，每个晶片都得到了多种热历史记录，多种离子的注入，掺杂剂以及电阻等，变得不再适合用作太阳电池等应用，以至通常被扔掉。

在用于HDD的硅单晶衬底中，单晶晶片基板的热历史记录，或者使用过的掺杂剂的类型等都不重要。不管是N型或P型，只要其至少具有半导体的传导性就可以使用。重要的是单晶在其抛光面上没有晶粒界面。作为HDD的衬底，重点是在抛光之后的表面光滑度，且强度满足衬底要求。再生晶片仍是硅单晶这一点没有改变，因此在抛光之后表面光滑度是绝对没有问题的。

因为再生晶片至少被加热一次，所以会由于在原子水平上的结晶缺陷或位错，或由于在处理HDD衬底过程中的微小划伤或微小裂纹，使得衬底强度减弱。然而，发现只要这些缺陷不存在在衬底表面上，衬底的强度反而会变得更强。这个原因还不清楚，然而似乎溶解的氧与一部分硅相链接并表现出如支撑件一般。因此，可以使用比预定厚度薄的被丢弃的再生晶片作为相对成本较低的HDD基衬底。

本发明提供一种磁记录介质用衬底的制造方法，包括取芯步骤，其中将一个经过至少一次加热和/或腐蚀的直径至少为150mm和至多300mm的单晶硅晶片取芯得到多个环形衬底，其中环形衬底的外径不大于65mm，且优选地包括环形衬底的内外圆周面的倒棱步骤，以及圆周面抛光步骤。

之前经过至少一次加热和/或腐蚀的直径至少为150mm和至多300mm的单晶硅晶片包括再生晶片和用过的测试晶片，不包括底材晶片。

经过至少一次加热的单晶硅晶片可包括，例如，已经经过一次热处理(如400至1350℃)的测试晶片，以及已经经过至少两次热处理的再生晶片。

经过至少一次腐蚀处理的单晶硅晶片可包括，例如，在半导体制造过程中已经经过一次各种类型的腐蚀的测试晶片，以及已经经过至少两次腐蚀处理的再生晶片。

在取芯步骤中，利用，例如，杯型研磨机处理，CO₂激光器或YAG激光器等激光处理，使用高压水与研磨料混合的水喷射处理，或者鼓风处理，从一个直径至少为150mm和至多300mm的单晶硅晶片上获得多个外径不大于60mm的衬底。

取芯步骤可包括外径取芯(外圆周取芯)和内径取芯(内圆周取芯)。

在杯型研磨机处理的情况中，内径取芯之后再外径取芯是很有效的，其中，把内径取芯的位置当作外径取芯过程中的固定孔。这是因为，例如，在内径取芯之后只有通过了预定检查的材料才能进行外径取芯处理。然而，相反顺序的工序也是可以的。

根据本发明，优选地还提供磨掉10μm至100μm的精磨步骤，例如在再生晶片取芯步骤的前后。在取芯步骤之后可提供精磨步骤，例如可以是在取芯步骤和倒棱步骤之间，在倒棱步骤和圆周面抛光步骤之间，或者在圆周面抛光步骤之后。精磨步骤可以优选地在倒棱步骤和圆周面抛光步骤之间，或在圆周面抛光步骤之后进行。

在精磨步骤中主要可以除去晶片基板表面上的凹坑和缺陷。并发现如果除去了凹坑和缺陷，也不影响衬底的强度。通过再生晶片经历多种半导体加工而产生缺陷和凹坑都局限于很靠近表面的那部分，因此可以通过磨掉10μm至100μm的表面来去掉这些凹坑和缺陷。200mm测试晶片的厚度为0.835mm，而废弃的再生晶片厚度为0.6至0.7mm。由于65mm衬底的标准厚度为0.635mm，因此，本发明的HDD衬底适用于直径不大于65mm的小直径衬底是很理想的。

此外，根据本发明，为什么为除掉缺陷而磨掉的一层比较薄是有原因的。尽管HDD衬底是两面应用的，而半导体晶片基本上只使用一面。因此，背面没有经历各种处理(除了加热)。因此，对背面的损害相对轻，所以可以专心于除掉再生晶片使用过的一面的缺陷。大多数能引起强度减弱的缺陷都通过精磨10至100μm而除掉了。然而，如果存在于内部的晶体缺陷或位错(缺陷出现频率比底材晶片等大)暴露在表面上了，就成问题了。取芯处理之后腐蚀的晶片进行了两面抛光之后，能够引起降低衬底强度问题的HDD衬底表面的缺陷，能够在对经过高度镜面精加工的表面进行检查的基础上被除去。因此，问题就集中在圆周面上存在的缺陷。

图1中所示的HDD衬底的制造中，内外圆周面的倒棱步骤和圆周面抛光步骤可以在再生晶片基板的取芯步骤之后进行。

倒棱的角度和尺寸在极大程度上受限于标准尺寸。当使用底材晶片或测试晶片作为基板时，倒棱可以得到一个成品。然而当使用本发明的再生晶片作为基板时，内部缺陷以及出现在圆周面上的类似缺陷将引起衬底强度的减弱。圆周面是指环形衬底内圆周或外圆周的侧表面。倒棱之后暴露在圆周面上的缺陷成为了问题，因为他们变成了毁坏衬底的起始点。在倒棱步骤后的圆周面抛光步骤之后提供通过腐蚀达到消除变形层目的的步骤，发明人发现使用再生晶片作为基板时，也可以确保衬底的强度等同于测试晶片的强度。

在圆周面抛光步骤之后，或者在圆周面抛光步骤后的精磨步骤之后，优选地，衬底进一步经历包括碱腐蚀步骤、碱腐蚀后的衬底上表面和下表面的抛光步骤、以及随后的清洗步骤。

为了去除由精磨步骤和圆周面抛光步骤引起的形变而进行的碱腐蚀步骤，可以通过例如浸在40至60℃的2至60重量％的氢氧化钠水溶液中来实现。

碱腐蚀后的衬底的上表面和下表面的抛光步骤可以很好地由现有的技术来实现。例如，衬底被安装在上板和下板之间的载体内并被扣紧，旋转并用胶态二氧化硅作为抛光粒子对衬底进行抛光。

清洗步骤可以通过刷洗和/或化学清洗来实现，化学清洗利用碱溶液和/或酸溶液进行，这些都是已知技术。

本发明的磁记录介质用衬底可以像处理传统的衬底一样来处理。例如，可在衬底上放置软磁层和记录层，如此可被用作垂直磁记录介质。为了增加软磁层的附着力，可以在形成软磁层之前预先形成底镀层。

在记录层之上可以形成保护层和润滑层。

本发明可以通过下面的实施例进行解释，然而本发明并不局限于这些实施例。

下面给出实施例的一个概括。

一个硅单晶晶片具有表面方位(100)且直径为200mm。在半导体IC加工等中已经经历过加热和/或腐蚀处理的硅单晶晶片，利用磨粒对其精磨除去10μm至100μm，以使得凹坑和缺陷被除掉。然后，通过激光发射器发出的激光从该晶片上裁剪出外径不大于65mm的环形圆状衬底，形成多个这样的衬底。随后，用磨石除去衬底内外圆周面上的棱。衬底的上下面在碱腐蚀之后抛光以得到期望的衬底。最后，附着在衬底上的抛光材料在清洗过程中被除去，至此衬底的制造过程完成了。

例1

准备一个已经4次被加热到1000℃的外径为200mm以及厚度为0.61mm的晶片。通过精磨除去50μm之后，通过使用YAG激光处理器得到一个直径为48mm和内径为12mm的环形圆状衬底。接着，通过使用磨石(金刚石)除去衬底内外圆周面上的棱，并将圆周面抛光。将其浸在50℃的50重量％的NaOH溶液中20分钟进行碱腐蚀之后，衬底的两面都用5重量％的胶态二氧化硅抛光直到出现镜面表面。之后，在清洗步骤中除去附着在衬底上的抛光材料和类似物，以得到磁记录介质衬底。通过将磁记录介质用衬底放置在一个直径45mm管子的圆形末端，在位于管子中心位置上方的衬底上面放置一个直径30mm的Zr球，并使用测压元件从球顶部向衬底施加压力，以测量衬底的压缩破坏性强度。五次抽样平均是500N。

例2

除了精磨去除100μm以外，其他加工与例1相同。测量出的压缩破坏性强度是五次抽样平均值为550N。

例3

准备一个已经6次被加热到1000℃且经过4次腐蚀处理的外径为200mm以及厚度为0.55mm的晶片。通过精磨除去100μm之后，通过使用YAG激光加工设备得到一个直径为26mm且内径为7mm的环形圆状衬底。接着，通过使用磨石(金刚石)除去衬底内外圆周面上的棱。将内外圆周面抛光，并将其浸在50℃的50重量％的NaOH溶液中20分钟进行碱腐蚀之后，衬底的两面都被5重量％的胶态二氧化硅抛光直到出现镜面表面。之后，在清洗步骤中除去附着在衬底上的抛光材料和类似物，以得到磁记录介质用衬底。通过将获得的磁记录介质用衬底放置在一个直径20mm管子上，并将一个直径10mm的Zr球放在内圆周面上，以测量衬底的压缩破坏性强度。五次抽样平均值是70N。

比较例1

准备一个没经历过加热或腐蚀处理的厚度为0.74mm的晶片。通过使用磨粒精磨衬底调整其厚度和表面之后，通过使用YAG激光加工设备得到一个直径为48mm且内径为12mm的环形圆状衬底。接着，通过使用磨石(金刚石)除去衬底内外圆周面上的棱。将内外圆周面抛光，并将其浸在50℃的50重量％的NaOH溶液中20分钟进行碱腐蚀之后，衬底的两面都用5重量％的胶态二氧化硅抛光直到出现镜面表面。之后，在清洗步骤中除去附着在衬底上的抛光材料和类似物，以得到磁记录介质用衬底。通过将获得的磁记录介质用衬底放置在一个直径45mm管子上，并将一个直径30mm的Zr球放在内圆周面上，以测量衬底的压缩破坏性强度。五次抽样平均值是300N。

比较例2

除了处理的是一个直径为26mm且内径为7mm的环形衬底以外，其他加工与比较例1相同。通过将获得的磁记录介质用衬底放置在一个直径20mm管子上，并将一个直径10mm的Zr球放在内圆周面上，以测量衬底的压缩破坏性强度。五次抽样平均是50N。

根据上面给出的，就会发现，使用经历过加热和/或腐蚀处理的晶片来制造磁记录介质用衬底，对于获得高强度具有有利的功效。

Claims (6)

1.一种磁记录介质用衬底，其包括之前经历过至少一次加热和/或腐蚀的单晶硅晶片。

2.一种制造磁记录介质用衬底的方法，所述方法包括：

取芯步骤，以从经历过至少一次加热和/或腐蚀的直径至少为150mm和至多为300mm的单晶硅晶片上裁剪得到多个外径不大于65mm的环形衬底。

3.根据权利要求2的制造磁记录介质用衬底的方法，进一步包括：

倒棱步骤，用于将所述环形衬底内外圆周面上的棱除去；

圆周面抛光步骤，用于抛光经过倒棱的内外圆周面；以及

精磨步骤，通过研磨用于从单晶硅晶片表面或环形衬底表面除去10μm至100μm，精磨步骤可在取芯步骤之前，或取芯步骤和倒棱步骤之间，或者倒棱步骤和圆周面抛光步骤之间，或者是在圆周面抛光步骤之后进行。

4.根据权利要求2或3的制造磁记录介质用衬底的方法，其中在所述取芯步骤中使用的所述单晶硅晶片具有表面方位为(100)且其厚度为不大于0.7mm。

5.根据权利要求3的制造磁记录介质用衬底的方法，所述方法在所述圆周面抛光步骤之后，或者在所述圆周面抛光步骤之后的所述精磨步骤之后，进一步包括：

碱腐蚀衬底的步骤；

抛光碱腐蚀过的衬底的两表面的步骤；以及

随后的清洗步骤。

6.一种包括权利要求1所述衬底的垂直磁记录介质。

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