CN1577511A - 用于制造磁记录介质衬底的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于制造磁记录介质的优选为小直径衬底的高效方法。更具体地说，提供了一种用于制造磁记录介质的衬底的方法，包括：取芯步骤，以从其直径至少为150mm至多为300mm的单晶硅晶片获得其外径至多为65mm的多个环形衬底，其中，内径和外径的取芯通过不同的方式来进行。在所述取芯步骤中，所述的内径取芯是通过水注切割或激光切割来进行的。

Description

用于制造磁记录介质衬底的方法

技术领域

本发明涉及一种用于磁记录介质的衬底，其是一种其内径优选不超过20mm，更优选不超过12mm的小直径衬底。

背景技术

磁记录的记录密度(表面密度)的增长非常快，在过去10年内持续以50到200％的年增长率快速增长。在批量生产水平上，可以发货具有70G位s/平方英寸的产品，而据报道在实验室水平上，表面记录密度则已高出两倍，即160G位s/平方英寸。对于3.5″HDD(3.5英寸)的每个盘片，批量生产水平上的表面记录密度对应于80G字节，且对于2.5″HDD的每个单盘片对应于40G字节。根据这些记录容量，安装单个盘片记录介质对于普通台式个人计算机(配备有3.5″HDD)或膝上型个人计算机(配备有2.5″HDD)的使用就可提供足够的容量。

预期记录密度今后将还会继续提高。但是，传统的横向磁记录方法将接近其热波动记录限界。因此，当100G位/平方英寸的记录密度达到200G位/平方英寸时，相信其将被竖向磁记录替代。目前，不能确定竖向磁记录的记录限界将是多少，但是相信其可达到1000G位/平方英寸(1T位/平方英寸)。如果获得了这种类型的高纪录密度，则每2.5″HDD的单个盘片可以获得600至700G字节的记录容量。

由于这种大容量很可能不会得到普通个人计算机的充分利用，所以会逐渐使用其直径小于2.5″的记录介质。典型地，在过去曾销售过的1.8″或1″和1.3″HDD的衬底。不超过2″的HDD目前具有很小的容量，但是如果将来磁记录密度提高了，则个人计算机中(具体地说膝上型个人计算机中)的1.8″HDD可以确保足够的记录容量。此外，1″HDD的记录容量目前大约为1至4G字节量级，但是如果容量是几倍大的话，则很可能出现各种各样的移动运用，而不仅仅限于数字照相机等，而是例如可以用于个人计算机和数字视频照相机、信息终端、手持音乐设备和移动式电话。其直径不超过2″的小直径HDD、小直径记录介质和衬底在将来具有广阔的应用前景。

作为用于HDD的记录介质的衬底，3.5″衬底主要使用Al合金衬底，而2.5″HDD主要使用玻璃衬底。HDD很可能在诸如膝上型计算机的移动应用中使用，可以承受振荡。因为很可能由于磁头撞击而导致对记录介质或磁头的擦伤而导致数据损失严重，所以装在这些设备上的2.5″HDD已渐渐采用非常硬的玻璃衬底。因此，玻璃衬底也很可能用于不超过2″的小直径衬底。

但是，因为不超过2″的小直径衬底主要用于移动应用，所以耐震强度比装在膝上型计算机上的2.5″衬底具有更大的重要性。此外，由于对较小尺寸的需求，所以存在对把包括该衬底的所有部分做成较小和较薄的需求。2″衬底板的厚度，甚至要求比2.5″衬底的0.635mm标准厚度还要薄。由于这种小直径衬底所需的规范，所以存在对易于制造的衬底的需求，这种衬底即使很薄也具有高杨氏模量和足够的强度。玻璃衬底在这些方面上存在若干问题。

首先，当实际使用的结晶玻璃衬底的板厚度不超过0.635mm时，则杨氏模数不够且在旋转期间在实际旋转区中存在共振频率。因此，难以做得比这更薄。此外，虽然已使用玻璃基板作为其厚度为0.8mm范围的衬底，但是难以制造比这更薄的玻璃组分，如HDD基板所需求的那样。因此，必须通过研磨-抛光把该厚度从0.8mm的范围调整至0.5mm的范围甚至更薄。这不是优选的，因为用于宽度调整的抛光时间变得很长，所以这增大了工艺成本和工艺时间。

此外，玻璃衬底本身就是一种非导体(绝缘体)，因此当通过溅射制作膜时存在给该衬底充电的问题。因此，必须在衬底与磁膜之间插入金属膜缓冲层，以确保与该磁膜的良好接触。基本上，这些技术问题已得到解决，但是，这是为什么在溅射膜形成工艺中难以使用玻璃衬底的一个原因。因此，如果可以使该衬底具有导电性则是理想的，但是这对于玻璃衬底是难以做到的。

正如玻璃衬底主要用于2.5″HDD，Al合金衬底完全不适用于移动应用。如前所述，衬底的硬度不够。由于衬底刚度也不够，确保共振频率高于实际旋转区的唯一途径是增大厚度。因此不能考虑把AL合金衬底作为用于移动应用的候选衬底。

也提议了若干其他的替代衬底，例如蓝宝石玻璃、SiC衬底、工程塑料衬底、碳衬底等，但是，根据从强度、加工性、成本、表面平滑度、对于膜淀积的兼容性等的标准评估，所有这些都不足以作为用于小直径衬底的替代衬底。

已提议使用Si单晶衬底作为HDD记录膜衬底(日本未决专利No.6-176339/1994)。Si单晶衬底作为HDD衬底是很好的，因为其具有优良的衬底平滑性、环境稳定性和可靠性，以及由于其刚性与玻璃衬底相比也比较高。不同于玻璃衬底，其至少具有半导体的导电性。此外，由于一般情况下，通常的晶片含有P型或N型掺杂剂，所以导电性甚至更高。因此，不存在玻璃衬底中所存在的在溅射膜形成期间需要充电的问题，且可以直接把金属膜溅射在Si衬底上。此外，由于其具有良好的导热性，该衬底易于被加热，膜形成甚至可以在高于300℃的高温下进行，且极好地适于溅射膜形成工艺。用于半导体IC用途的Si单晶衬底被批量生产其直径为100mm至300mm的晶片。

发明内容

但是，目前难以获得其直径至多100mm的小直径晶片。因此，更为现实的是，通过对目前普遍使用的6″至8″晶片取芯(coring)来裁剪出所需的小直径衬底。由于硅单晶晶片的价格不低，所以尽可能从单个晶片裁剪出多个HDD衬底是很重要的。只根据传统的取芯方法用杯形研磨机来获得具有不超过20mm的直径的取芯要求有与低处理速度相应的低旋转速度。即使处理速度减慢，碎片也会增加，因此该晶片破损率增大。

根据本发明，关于无磁性衬底的制造方法，本发明的目的是，提供一种制造用于磁记录介质的小直径衬底的高效方法，该磁记录介质具有优选为不超过20mm，更优选为不超过12mm的内径。

关于无磁性衬底的制造方法，具体地说关于其内径至多为20mm的小直径衬底的制造方法，经过对内径和外径取芯方法的重复深入研究，本发明人已发现，可以通过不同的切割方法用内径和外径取芯方式，高效地从单个单晶硅晶片制造出多个衬底。具体地说，本发明人已发现通过水注切割或激光切割执行内径取芯是很有效。

即，根据本发明，提供了一种用于制造磁记录介质的衬底的方法，该方法包括取芯步骤，以从其直径至少为150mm不超过300mm的单晶硅晶片获取其外径不超过65mm的，优选其内径不超过20mm的多个环形衬底，其中内径和外径的取芯通过不同的切割方式来进行。优选地，内径的取芯通过水注切割或激光切割来进行。

根据本发明，衬底的高效生产可以通过不同切割方式对外径和内径进行取芯以从单个单晶硅晶片获取多个衬底的方式来实现。

附图说明

图1是示出了以硅单晶晶片作为基板制造用于HDD磁记录介质的衬底的示例的过程图。

具体实施方式

其直径为200mm的单晶硅晶片2通过切割单晶硅棒而获得。接着，在取芯步骤中获取其外径不超过65mm和其内径不超过20mm的多个环形衬底3。可以优选对环形衬底3的内圆周面和外圆周面进行倒角的步骤和对内圆周面和外圆周面进行抛光的步骤。通常进行后续的碱腐蚀步骤、抛光(或研磨)两表面的步骤和清洗步骤。

为了从单晶硅晶片或环形衬底的表面除去优选为10μm至100μm的研磨步骤，可以优选在取芯步骤之前或之后进行，例如在取芯步骤之前，在取芯步骤与倒角步骤之间，在倒角步骤与圆周面抛光步骤之间，或在圆周面抛光步骤之后。研磨步骤可以更优选为在取芯步骤之前，在倒角步骤与圆周面抛光步骤之间或在圆周面抛光步骤之后进行。

在取芯步骤中所使用的单晶硅晶片可以优选为具有(100)的平面取向，至少150mm而不超过300mm的直径以及0.4至1mm的厚度。

半导体级硅单晶晶片是很贵的。即使使用单晶基板制造65mm直径的衬底，其成本也是玻璃衬底的成本的几倍到十几倍。硅单晶衬底的特征属性无论如何好，仅仅这种成本差别就使得其难以进入实际使用。

在取芯步骤中，可以使用在日本未决专利No.10-334461/1998中所提出的方法来执行从8″晶片中裁剪出七个2.5″的HDD衬底的取芯。在这种情况下，通过在2.5″衬底的取芯期间设置工艺机械加工余量，使得余量在相邻所取芯的衬底之间重叠，可以实现从8″晶片获得最大七个2.5″衬底的取芯。

当内径不超过20mm时，进行以下的方式则更为有效：首先进行内径侧的取芯(内径取芯或内圆周取芯)，接着使用该内径芯部分作为夹持孔，通过不同的切割方法进行外径侧取芯(外径取芯或外圆周取芯)。如前所述，对于内径取芯的杯形研磨机的圆周速度较慢，因此该晶片易被切碎。此外，由于晶片破损率也较高，所以如果采用相同的切割方法则会出现大量的浪费。如果检查已经过内径取芯的芯，且只有通过检查的芯才进入外径取芯工艺，则可以提高生产效率。

在传统的杯形研磨法中，内径侧取芯工艺的生产率可能不高。优选地使用水注切割方法或激光切割方法可以提高效率。可以通过这种方式降低内径取芯的时间，以及还可以减少切碎情况。更为优选地，如果通过激光切割方法进行内径侧取芯，则可以大大降低切碎情况以及可以改善生产率。当内径不超过20mm时，效果特别明显。

在激光方法中，当使用CO₂激光器作为光源时，功率密度对于总功率来说相对较低。因此，热量可以容易地传递至取芯衬底或残余晶片，且由于热震(热冲击)而存在破裂趋势。优选使用高功率密度固态激光器(例如YAG激光器)，因为损失至周围组件的热量低，且激光功率实际被用于取芯本身。根据激光切割方法，虽然原因不是很清楚，但是外径切割需要比内径切割花费长得多的时间。因此，由于晶片可能受热分布效果被破坏，所以可能出现产额下降。

水注切割方法是一种将研磨材料诸如平均粒径为20至200μm的石榴石微粒掺入至少100MPa的高压水并喷射的方法。水注切割方法是方便的，因为偏距(工艺宽度)短，没有对衬底产生高压力且基本上没有热效应。

根据水注切割方法，由于在穿透(打通预备孔)之后，进行切割外部圆周，所以环形环状衬底可能变得容易受损害且可能变成具有较差圆度的环状衬底。

可以以不同的切割方法进行外圆周取芯，例如通过诸如杯形研磨、放电、水注切割或激光切割的常规取芯。但是，外径取芯方法与内进行取芯方法不同。

虽然在取芯步骤之前或在取芯步骤之后进行该方法没有什么关系，但是可以优选地提供对于从晶片表面优选地抛光掉10μm至100μm的研磨步骤。当在取芯步骤之后提供研磨步骤时，可以例如在取芯步骤与倒角步骤之间、在倒角步骤与圆周面抛光步骤之间或在圆周面抛光步骤之后进行。研磨步骤可以优选地提供在倒角步骤与圆周面抛光步骤之间或在圆周面抛光步骤之后。

在研磨步骤中，为了确定在后面的步骤中待抛光的合适量，可以抑制晶片基板或环形环状衬底的翘曲或膨胀，以及可以控制厚度。

在如图1所示的HDD衬底的制造中，也可以在诸如晶片的基板的取芯步骤之后，提供内圆周面和外圆周面倒角步骤以及圆周面抛光步骤。

倒角的角度和尺寸可以在很大程度上限制为标准尺寸。通常，该衬底可以通过倒角步骤变成成品。但是，粘附在边缘或圆周面上的研磨微粒和工艺废物可能致使衬底强度降低或可能成为衬底破裂的起始点。因此，可以优选地在倒角步骤之后进行圆周面抛光步骤，然后进行腐蚀步骤，以除去变形层。圆周面指环形衬底的内圆周侧表面和/或外圆周侧表面。

在圆周面抛光步骤之后或在于圆周面抛光步骤之后的研磨步骤之后，可以优选地使该衬底进行进一步的步骤，包括碱腐蚀步骤、抛光已被碱腐蚀的衬底的上表面和下表面的步骤和后续的清洗步骤。

例如，可以通过浸入40至60℃的2至60wt％的氢氧化钠溶液中的方式来进行碱腐蚀步骤，用于除去从研磨步骤或圆周面抛光步骤中所产生的工艺变形。

抛光被碱腐蚀的衬底的上表面和下表面的步骤可以利用本技术领域中公知的任何方法来进行。例如，可以把衬底扣在上夹板与下夹板之间的载体上，以及同时旋转该衬底，以利用作为研磨微粒的胶体二氧化硅来抛光该衬底。

清洗步骤可以利用本技术领域中公知的任何方法来进行，诸如使用碱和/或酸性溶液的冲刷清洗或化学清洗。

用于本发明的磁记录介质的衬底可以以与传统衬底同样的方式来处理。例如引入软磁层和记录层可以产生竖向磁记录介质。为了增强与软磁层的紧密接触，还可以事先在形成软磁层之前提供底层。

还可以在记录层上提供保护层和润滑层。

根据下面的示例对本发明进行说明，但是本发明并不限于这些示例。

下面给出了对示例的综述。

对大直径单晶硅棒1进行切割，从而形成晶片2。用研磨微粒对晶片2进行研磨，以使其厚度和表面平坦。接下来，通过水注切割或激光切割进行内径侧的取芯。然后，通过杯形研磨工序进行外径侧取芯，从而从该晶片裁剪出环形环状衬底3。因此根据上述产生了多个衬底。接下来，通过研磨石除去衬底的内圆周面和外圆周面的边缘。接着，对该衬底的前表面和后表面进行抛光，从而获得所需的衬底。接下来，在清洗步骤中除去粘附于衬底上的研磨剂，从而完成了衬底的生产。

实施例1

从大直径单晶硅棒1获得直径为200mm的晶片2并进行研磨。获得三十六个环形环状衬底3，其中7mm的内径侧取芯是通过利用石榴石微粒#220的水注切割来进行的，以及26mm的外径取芯是用杯形研磨机来进行的。接着，需要271分钟的取芯来处理五个晶片2，并获得173个衬底3。但是，不对在内径取芯期间已被切碎的7个位置进行外径取芯。

实施例2

除了用YAG激光器切割装置(YAG激光器)进行内径侧取芯之外，还进行与示例1中同样的工序，其中在285分钟内处理五个晶片2，并获得了180个衬底3，且未出现切碎。

对比例1

除了通过杯形研磨机进行内径和外径取芯之外，还进行与示例1相同的工序。在436分钟内处理五个晶片2，并获得112个衬底3。但是，一个晶片3在内径取芯期间破裂，以及在已被切碎的32个其他位置没有进行外径取芯。

对比例2

除了通过水注切割进行内径和外径取芯之外，还进行与示例1相同的工序。在51分钟内处理五个晶片2，并获得129个衬底3。但是，一个晶片3在内径取芯期间破裂，以及在已被切碎的15个其他位置没有进行外径取芯。

对比例3

除了通过YAG激光切割进行内径和外径取芯之外，还进行与示例1相同的工序。处理五个晶片2而没有出现切碎，并在80分钟内获得144个衬底3。在外径取芯期间一个晶片被打破。

如上所述，当使用杯形研磨机时，晶片在内取芯期间易于被打破。当使用水注切割或YAG激光器切割时，晶片在外取芯期间易于被打破。当以不同的方法进行内径和外径取芯时，获得了较高的产量。

实施例3

除了把内径设置为12mm且把外径设置为48mm之外，还进行与示例1相同的工序。在122分钟内从五个晶片2获得了五十一个衬底3。但是，不对已被切碎的4个位置进行外径取芯工序。

实施例4

除了把内径设置为12mm且把外径设置为48毫米之外，还进行与示例2相同的工序。在129分钟内处理五个晶片2，因此获得了55个衬底3，而没有出现切碎。

对比例4

除了用杯形研磨机进行内径和外径取芯以及把内径设置为12mm和把外径设置为48mm之外，还进行与示例1相同的工序。在218分钟内处理五个晶片2，并获得了43个衬底3。但是，不对已被切碎的12个位置进行外径取芯。

Claims (3)

1.一种用于制造磁记录介质的衬底的方法，该方法包括：

取芯步骤，以从其直径至少为150mm至多为300mm的单晶硅晶片获得其外径至多为65mm的多个环形衬底，

其中，内径和外径的取芯通过不同的方式来进行。

2.根据权利要求1所述的用于制造磁记录介质衬底的方法，

其中，在所述取芯步骤中，所述的内径取芯是在使内径至多为20mm的条件进行的。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的用于制造磁记录介质衬底的方法，

其中，在所述取芯步骤中，所述的内径取芯是通过水注切割或激光切割来进行的。