CN1993206A

CN1993206A - 用于磁记录介质的抛光托架和硅基底的制造方法以及用于磁记录介质的硅基底

Info

Publication number: CN1993206A
Application number: CNA2005800260135A
Authority: CN
Inventors: 会田克昭
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2005-08-01
Publication date: 2007-07-04

Abstract

一个目的是提供一种抛光托架，该抛光托架在抛光易碎且具有高裂解强度的单晶硅基底时，可以防止基底边缘面发生擦伤，并防止边缘面产生碎片；并且，当其在后续工序中存储在盒子中时，很难由于摩擦盒子而产生碎片，并防止基底破裂。因此，与硅基底接触的抛光托架中的基底保持孔的内周面部分由硬度小于硅基底的衬垫形成。可以使用从例如绒面革、聚酰胺树脂、聚丙烯树脂或环氧树脂中选择的任何一种形成衬垫。特别地，用环氧树脂是理想的。

Description

用于磁记录介质的抛光托架和硅基底的制造方法以及用于磁记录介质的硅基底

技术领域

本发明涉及一种抛光用于磁记录介质的硅基底的方法。具体地，涉及抛光用于磁记录介质的硅基底时使用的抛光托架的结构。

本申请要求2004年8月2日申请的日本专利申请No.2004-225660和2004年8月12日申请的美国临时申请No.60/600,778的优先权，通过引用这两个申请在此全文引入。

背景技术

随着近年来信息设备的范围的扩展，磁记录介质的存储容量持续增加。特别是在计算机外部存储中扮演重要角色的磁盘，其存储量和存储密度逐年增加。但是，为了进行更高密度的记录，仍需要改善。例如，由于笔记本式个人电脑和掌上个人电脑的发展，需要小型且耐冲击的记录器。因此，需要能够进行更高密度记录并具有高机械强度的磁记录介质。此外，近年来，超小型磁记录介质已经用于一些导航系统和便携音乐复制单元中。

迄今为止，已经采用铝合金、镀NiP的基底或玻璃基底作为磁盘的基底，当作磁记录介质。但是，铝合金基底具有很差的耐磨性和可加工性，因此，涂敷NiP镀层以补偿这些缺陷。但是，涂敷了NiP镀层的基底具有易弯曲、被磁化等缺陷。此外，玻璃基底具有在回火时表面产生一层应力并且压应力作用于其上的问题。因此，当基底被加热时易弯曲。

当能够以高密度记录的超小型磁记录介质的直径为1英寸(25.4mm)或0.85英寸(21.6mm)时，基底的弯曲是一个特大的缺陷。对于超小型磁记录介质的基底来说，需要更薄且抗冲击、不易受外力而变形、具有平坦表面并且磁记录层易于形成于其上的材料。

因此，提出了使用经常作为半导体器件的基底的硅基底作为磁记录介质(例如，参见未审日本专利申请，首次公开No.57-105826)。

单晶硅具有很多优点，例如，比铝具有更低的密度、更高的杨氏模量、更小的热膨胀系数和更好的温度特性，并且是导电的。即使使用硅基底，基底的直径更小、冲击力更低，从而能够制造耐用的磁记录器件。

通常，通过研磨和抛光盘状基底完成用作磁记录介质的基底的镜面抛光。

在要加工的基底放置在设置在圆形抛光托架中的多个圆形基底保持孔中的情况下，并且在该基底保持在抛光器件的下表面平台和上表面平台之间的情况下，通过上下表面平台的相反旋转进行盘状基底的研磨和抛光。这里，在抛光托架外周部分形成一个齿轮，并且该齿轮与一个内齿轮和一个中心齿轮相啮合。因此，由于内齿轮和中心齿轮之间旋转速度的差异，抛光托架进行行星运动。结果，研磨并抛光盘状基底，直至其两个表面同时完成镜面抛光。

对于上述抛光托架，已知一种类型，通过用环氧树脂使玻璃织物饱和并将其干燥而获得的预定数量的预浸制品放置在彼此顶部，并且，加热并加压以将其形成一片。在通过使用该抛光托架进行抛光时，可能出现由于基底在镜面抛光工序中完成镜面抛光后，在抛光托架上时基底的边缘面被摩擦而产生擦痕线，称为瑕疵边缘。在基底具有边缘面瑕疵时，存在一个问题，即，由于与在后续工序中使用的存储容器接触而产生碎片，因而导致热不平度(thermal asperities)。

因此，为了防止在抛光等过程中基底边缘面产生擦痕，提出保持基底的基底保持孔的内边缘与基底接触的部分由硬度小于或等于100(AskerC)的材料形成(例如，参见日本未审专利申请，首次公开No.2000-288922)。

根据该方案，公开了具有与玻璃基底接触的部分由聚氨基甲酸酯、高压聚乙烯、聚碳酸酯、氯乙烯和橡胶中的任何一种形成的基底保持孔的抛光托架，并且不存在对在抛光等过程中基底的边缘面产生擦痕的担心。

发明内容

但是，由于硅基底比玻璃基底更脆且具有高裂解强度，所以，在抛光过程中，采用适于玻璃基底的抛光托架很难防止基底边缘面产生擦痕。

本发明旨在提供一种抛光托架的结构，该结构在抛光易碎且具有高裂解强度的单晶硅基底时，可以防止基底边缘面发生擦痕，并防止边缘面产生碎片；并且，当在后续工序中存储在盒子中时，使其很难由于与盒子摩擦而产生碎片，并防止基底破裂。

为解决上述问题，本申请提供下述发明：

(1)一种抛光托架，具有基底保持孔，该基底保持孔保持用于磁记录介质的硅基底，其中，基底保持孔与硅基底接触的内周面部分用硬度小于硅基底的衬垫形成；

(2)根据(1)的抛光托架，其中，用环氧树脂作为衬垫；

(3)根据(1)的抛光托架，其中，选择绒面革、聚酰胺树脂和聚丙烯树脂中的任何一种作为衬垫；

(4)根据(1)～(3)中任何一项的抛光托架，其中，衬垫的厚度小于或等于1mm；

(5)根据(1)～(4)中任何一项的抛光托架，其中，在衬垫的内周面设有与硅基底接触的多个突起；

(6)根据(5)的抛光托架，其中，突起的数量在3和6之间；

(7)一种用于磁记录介质的硅基底的制造方法，其中，用根据(1)～(6)中任何一项的抛光托架抛光用于磁记录介质的硅基底；

(8)根据(7)的用于磁记录介质的硅基底的制造方法，其中，通过与中心齿轮和内齿轮啮合来旋转用于磁记录介质的硅基底，从而抛光该基底；以及

(9)一种使用(6)或(7)的用于磁记录介质的硅基底的制造方法制造的用于磁记录介质的硅基底。

如果所述基底保持孔的与硅基底接触的部分由硬度小于硅基底的硬度的衬垫构成，在抛光过程中能够有效防止擦痕等发生。

根据本发明，即使在抛光易碎且具有高裂解强度的单晶硅基底时，也能够有效防止擦痕等发生，因此，减少了残品的产生。因此，对超小型磁记录介质的推广具有显著的贡献。

附图说明

图1为根据第一实施例的抛光托架的平面图；

图2为沿图1中线A-A’的横截面图；

图3为抛光托架安装在抛光器件上的状态的示图；

图4为解释进行基底抛光的条件的示图；

图5为根据第二实施例的抛光托架的平面图；

图6为沿图5中线B-B’的横截面图；

图7为根据第三实施例的抛光托架的横截面图；

图8为根据第四实施例的抛光托架的横截面图；

图9为根据第五实施例的抛光托架的横截面图；

图10为根据第六实施例的抛光托架的横截面图。

具体实施方式

第一实施例

图1为根据本发明的第一实施例的抛光托架的平面图。图2为沿图1中线A-A’的横截面图。图3为抛光托架安装在抛光器件上的状态的示图。图4为图3的局部截面图。下文为参照附图的描述。

在图1中，抛光托架1包括一个盘状基底保持部分2和一个安装并固定在基底保持部分的外周上的齿轮部分3。多个基底保持孔2a至2g形成于基底保持部分2中。基底保持孔2a至2g具有适当的尺寸来保持用于磁记录介质的硅基底。硅基底的尺寸没有特别的限定。但是，给出直径为1英寸(25.4mm)或0.85英寸(21.6mm)的用于磁记录介质的硅基底作为实例。

图2为沿图1中A-A’线的横截面图，并且是抛光托架的一个实例，其中，基底保持部分2由一层硬质材料24和一粘合并固定到基底保持孔2a至2g内表面的软质材料衬垫21组成。包含衬垫21的基底保持部分2形成为比硅基底4的厚度稍薄。

对于硬质材料24，可以使用例如，纤维增强环氧树脂，并且，对于衬垫21，可以使用例如，环氧树脂、绒面革和聚丙烯树脂中的任何一种，它们是比抛光垫或硅基底更软的材料。

由于当抛光或研磨时使用的抛光垫的硬度(Asker C)小于100，所述衬垫21优选使用硬度小于等于100Asker C的上述材料。作为参考，材料的硬度(Asker C)为：环氧树脂为小于等于80、绒面革为50至80、聚丙烯树脂为70至100，并且硅基底的硬度远大于110。

通过以这种方式构建抛光托架的基底保持部分2，硅基底4的边缘面(外周侧面)仅与相对柔软的衬垫21接触，如图2所示，并且不与硬质材料24的环氧树脂层接触。因此，可以有效防止硅基底4的边缘面(外周侧面)在抛光过程中被擦伤。

上述实例示出纤维增强环氧树脂用作硬质材料24的一个实例。但是，可以使用比衬垫21更硬并能够在抛光或研磨时在基底表面上达到足够精度的任何材料。例如，可以使用如玻璃环氧(FRP)、不锈钢(SUS)等材料。

此外，可以根据要获得的基底的最终厚度适当调整抛光托架1的厚度。例如，在1英寸硅基底时，硅基底厚度为0.381±0.010mm。因此，优选使抛光托架1的厚度比该基底的厚度薄，大约为0.3至0.35mm。与基底接触的抛光托架1的衬垫21的高度H小于或等于抛光托架1的厚度。此外，衬垫21的厚度T可以为0.5至1.0mm。

如图1中所示，齿轮部分3与抛光器件中的中心齿轮和内齿轮相啮合并通过抛光器件中的中心齿轮和内齿轮旋转，并且，由具有良好机械代用耐用性和耐磨性的不锈钢制成。其内周边缘面粘合并固定到基底保持部分2的外周边缘面。

下面是抛光工序的简要描述，其中，抛光托架1安装在抛光器件中，并且抛光并研磨用于磁记录介质的硅基底4。

图3为示出抛光托架1安装在抛光器件中的状态的示图。

在抛光器件中，抛光托架1安装在抛光托架安装部分5中，该抛光托架安装部分5具有以预定旋转比旋转并被驱动的内齿轮51和中心齿轮52。

当多个抛光托架1安装在抛光托架安装部分5中时，抛光托架1的齿轮部分3与内齿轮51和中心齿轮52相啮合。

此外，如图4所示，在抛光器件中，上表面平台53和下表面平台54被驱动进行相反的旋转，并将抛光托架安装部分5保持在它们之间，这样，硅基底4的前后表面被固定在上表面平台和下表面平台54上的抛光垫53a和54a同时抛光或研磨。

当要被抛光的用于磁记录介质的硅基底4安装在每个抛光托架1的基底保持孔2a至2g中，并开始抛光时，由于内齿轮51和中心齿轮52的旋转速度的差异基底托架1进行行星运动。同时，上表面平台53和下表面平台54相反方向旋转，并且同时抛光或研磨硅基底4的前后表面。

通常，经过粗抛光、研磨(粗砂覆盖的(grit covered))、边缘面镜面加工(mirror processing)和抛光等步骤，用于磁记录介质的基底就完成了镜面精加工。这里，研磨工序旨在提高尺寸精度和形状精度，并通过研磨机处理基底的主表面。抛光工序旨在提高表面光滑度(减小表面粗糙度)，并减小制造变形。通常，其包括使用硬抛光器的第一抛光工序和使用软抛光器的第二抛光工序(最终抛光工序)。

本发明的抛光托架可以用于上述任何工序。但是，通过在对边缘面进行镜面精加工之后的工序中，例如，在研磨工序之后的抛光工序中使用本发明的抛光托架，可以显示出最好的效果。

第二实施例

图5为根据本发明的第二实施例的抛光托架的平面视图。

如图5所示，根据第二实施例的抛光托架的特征在于，在衬垫21上设有多个突起2a。图6为沿图5中B-B’线的横截面图。如图5和图6所示，在该实施例中，由于硅基底4的边缘面41仅与衬垫21的突起2a接触，不用担心由于边缘面41的滑动产生擦痕。

图5示出三个突起21a的实例。如果突起21a的数量为2，则支撑不稳定，并且，如果突起21a的数量超过7，将丧失减少接触点的数量的效果。因此，形成三至六个突起是合适的。突起21a可以从衬垫21表面突出大约0.5mm。

使用硬度小于硅基底的硬度的材料形成衬垫21。例如，可以使用从绒面革、聚酰胺树脂、聚丙烯树脂或环氧树脂中选择的任何一种，并且，特别地，更希望是用环氧树脂。

第三实施例

图7为根据本发明的第三实施例的抛光托架的横截面图。

如图7所示，根据第三实施例的抛光托架的特征在于，衬垫21被夹在上侧构件22和下侧构件23之间而形成叠加结构，并通过粘合固定。在该实施例中，环氧树脂材料用于衬垫21，并且，更硬的材料，纤维增强环氧树脂用于上侧构件22和下侧构件23。

在这种情况下，在衬垫21、上侧构件22和下侧构件23中形成构成基底保持孔2a至2g的开孔。但是，衬垫21的开孔的孔直径稍小于在上侧构件22和下侧构件23中形成的孔的直径。

因此，硅基底4的边缘面(外周侧面)仅与由相对较软的环氧树脂形成的衬垫21接触，并且，不与上侧构件22和下侧构件23相接触。

使用硬度低于硅基底的硬度的材料形成衬垫21。例如，可以使用从绒面革、聚酰胺树脂、聚丙烯树脂或环氧树脂中选择的任何一种，并且，特别地，环氧树脂的使用是理想的。

由此，有效防止了抛光过程中硅基底4边缘面41(外周侧面)产生擦痕。

第四实施例

图8为根据本发明的第四实施例的抛光托架的横截面图。

如图8所示，根据第四实施例的抛光托架的特征在于，基底保持部分2由一层硬质材料形成，每个基底保持孔2a至2g的内周表面形成一凹入的曲面，并且，内周表面研磨为平面的环状衬垫21安装到所述凹入的曲面部分中。

同样，使用硬度低于硅基底的硬度的材料形成衬垫21。例如，可以使用从绒面革、聚酰胺树脂、聚丙烯树脂或环氧树脂中选择的任何一种，并且，特别地，环氧树脂的使用是理想的。

第五实施例

图9为根据本发明的第五实施例的抛光托架的横截面图。

如图9所示，根据第五实施例的抛光托架的特征在于，基底保持部分2由上侧构件26、中间构件27和下侧构件28形成，所述各构件由硬质材料构成，并堆叠和固定在一起。中间构件27的孔直径稍小，使得中间构件27向基底保持孔2a至2g的内周表面突起。由衬垫21形成的在其外周具有一个腔的环安装并固定到该突起部分上。

使用在垂直和水平方向具有高机械强度并提供高强度齿轮，并且产生较少碎片的材料形成中间构件27是理想的。例如，可以使用不锈钢、芳族聚酸胺纤维环氧玻璃等。

由此，有效防止了抛光过程中硅基底4的边缘面41(外周侧面)产生擦痕。

第六实施例

图10为根据本发明的第六实施例的抛光托架的横截面图。

如图10所示，根据第六实施例的抛光托架的特征在于，基底保持部分2由上侧构件26、中间构件27和下侧构件28形成，所述各构件由硬质材料构成，并堆叠和固定在一起。中间构件27的孔直径稍小，使得在基底保持孔2a至2g的内周表面形成空腔。由衬垫21形成的环安装并固定到该空腔内，并且，该环向基底保持孔2a至2g的内周表面突出。

本发明的抛光托架可以用于研磨工序或抛光工序中。下面详细描述抛光工序。

在进行抛光(或者第一抛光工序或最终抛光工序)时，在形成在抛光托架1的外周部分的齿轮部分3与抛光托架安装部分5的中心齿轮52和内齿轮51相啮合的状态下，抛光托架1安装在固定有抛光托架安装部分5的抛光垫54a的下表面平台54上。接着，要抛光的用于磁记录介质的硅基底4放置在基底保持孔2a至2g中，并且保持在适当的位置。

然后，硅基底4夹在固定有抛光垫54a的下表面平台54和固定有抛光垫53a的上表面平台53之间，并且，当提供包含由硅胶体(colloidal silica)形成的研磨剂颗粒的抛光液体时，下表面平台54和上表面平台53以相反方向旋转。这样，由于中心齿轮52和内齿轮51的旋转速度的差异，当抛光托架1沿其轴旋转时，硅基底4的两个表面同时被抛光。

在抛光过程中，硅基底4在基底保持孔2a至2g中旋转，并且与基底保持孔2a至2g的内周部分摩擦。但是，由于保持硅基底4的衬垫21为柔软材料，硅基底4的边缘面不会被擦伤。

作为实例，可以提供材料为绒面革或天鹅绒的柔软的抛光器，以及例如硬天鹅绒、聚氨酯(urethane)泡沫、沥青浸渍绒面革等硬抛光器作为抛光垫53和54。

下文为以使用直径一英寸(25.4mm)的用于磁记录介质的硅基底作为实例的制造过程的详细描述。

(1)第一研磨工序(第一粗砂覆盖工序)

首先，将用Czochralski方法制造的单晶硅锭切成约1mm厚度的薄片，以产生硅基底。

接下来，在硅基底上进行研磨。该研磨工序旨在提高尺寸精度和形状精度。该研磨过程使用研磨设备进行，用颗粒号为#400的铝粒作为抛光介质，负载L设为大约100g/cm²，并且，通过旋转中心齿轮和内齿轮，容纳在托架中的硅基底的两个表面被研磨为不规则分布(profileirregularity)为0至1μm，且表面粗糙度(Rmax)(依照JISB0601测量)约6μm。

然后，使用圆柱研磨机，在每个硅基底中心做一个直径5.8mm的孔，并且在外周边缘面和内周边缘面上形成预定的斜面。此时，硅基底的内外周边缘面的表面粗糙度约为14μmRmax。

(2)边缘面抛光工序

然后，当基底旋转时，通过用约100nm平均颗粒尺寸的硅胶体颗粒拂拭(brushing)，抛光所述基底的边缘面部分(角部分、侧面部分和斜面部分)，所述角部分形成半径0.2至10mm的曲面，并且表面粗糙度约为1μm Rmax和0.3μm Ra。用水冲洗边缘面已经被抛光的硅基底的表面。

(3)第二研磨工序(第二粗砂覆盖工序)

然后，使用研磨设备，用衬垫由环氧树脂制成的抛光托架，用颗粒号近似为#1000(颗粒大小约3μm)的铝粒，负载L设为约100g/cm²，并且，通过旋转中心齿轮和内齿轮进行研磨，得到硅基底的两个表面的表面粗糙度(Rmax)约2μm。完成第二研磨工序的硅基底被依次浸入中性洗涤剂洗槽和水清洗槽中进行清洗。

(4)第一抛光工序(初级抛光工序)

第一抛光工序旨在去除研磨工序后残存的擦痕和变形，并且，该工序使用抛光器件进行。具体地，使用硬抛光器(由SpeedFam公司制造的铈垫MHC15)作为抛光垫(抛光布)，使用具有由环氧树脂(硬度80(AskerC))形成的衬垫的抛光托架，并且，在以下抛光条件进行抛光：抛光介质：平均颗粒尺寸80nm的硅胶体+水、负载：100g/cm²，下表面平台旋转速度：40rpm、上表面平台旋转速度：35rpm、中心齿轮转速：14rpm、内齿轮转速：29rpm。

将如上所述完成第一抛光工序的硅基底依次浸泡在中性洗涤剂、纯净水、纯净水清洗槽中进行清洗。

(5)第二抛光工序(最终抛光工序)

然后，使用在第一抛光工序中使用的抛光器件，将所述抛光垫由硬抛光器换成软抛光器，并且使用由环氧树脂形成衬垫的抛光托架进行第二抛光工序。抛光条件可以与第一抛光工序的相同，除抛光介质为硅胶体(平均颗粒度：40nm)、负载为100g/cm²且去除量为1μm之外。将完成第二抛光工序的硅基底依次浸入中性洗涤剂、中性洗涤剂、纯净水、纯净水、IPA(异丙醇，isopropyl alcohol)和IPA(蒸汽干燥)等清洗槽中进行清洗。这里，给每个清洗槽提供超声波是理想的。

通过上述工序获得用于磁记录介质的硅基底。

实例

在抛光工序中用在第一实施例中使用的抛光托架和在第二实施例中使用抛光托架进行处理的硅基底经历振动，该振动与当它们容纳在盒中并移动以运输时将预计要经历的振动类似，并且，检查所述基底边缘面上产生损坏的情况和所产生的碎片的外观。

用于抛光托架的基底保持部分由纤维强化环氧树脂制成，并且，所述衬垫由环氧树脂制成。此外，使用直径为一英寸(25.4mm)的硅基底。

通过用光学显微镜观察基底边缘面来检查基底边缘面发生损坏的情况。此外，通过使用用于运输的盒来进行下述步骤从而测试碎片的产生。

(1)将硅基底插入盒中，然后，安装顶盖进行包装。

(2)为模拟运输，硅基底被向所述盒的顶部和底部移动10次。

(3)为模拟所述盒的装载和卸载，硅基底插入所述盒的槽中并从盒的槽中取出。

在完成上述过程(1)、(2)和(3)之后，用光学显微镜测量在基底外周部分产生的作为盒子材料的聚碳酸酯颗粒。通过10个基底样品的观察进行测量，并且，用计算的所述颗粒数量除以基底个数(10)的值进行比较。结果示于表1中。

为了比较，可以用具有由纤维增强环氧树脂制成的基底保持孔的没有衬垫的抛光托架，以及具有三个突起的由纤维增强环氧树脂制成的基底保持孔的抛光托架进行相同的测试。测试结果一起列在表1中。

表1

	号码	抛光托架	基底边缘面产生的擦痕	颗粒产生的比例
	号码	抛光托架	基底边缘面产生的擦痕	颗粒产生的比例	实例	1	环氧树脂衬垫	无	0.5
2	具有三个凹口的环氧树脂衬垫	无	0.4			1	环氧树脂衬垫	无	0.5
2	具有三个凹口的环氧树脂衬垫	无	0.4	比较例		3	无衬垫	很多擦痕	8.2
4	无衬垫，具有三个凹口	几个擦痕	4.7			3	无衬垫	很多擦痕	8.2

表1中的结果显示，当使用本发明的抛光托架进行处理的情况下，基底边缘面没有擦痕产生，并且所产生的颗粒的数量也显著减少。

Claims

1、一种抛光托架，具有保持用于磁记录介质的硅基底的基底保持孔，其中，所述基底保持孔与所述硅基底接触的内周面部分用硬度小于硅基底的衬垫形成。

2、根据权利要求1的抛光托架，其中，所述衬垫为环氧树脂。

3、根据权利要求1的抛光托架，其中，所述衬垫为从绒面革、聚酰胺树脂和聚丙烯树脂所组成的一组材料中选择的任何一种材料。

4、根据权利要求1～3中任何一项的抛光托架，其中，所述衬垫的厚度小于或等于1mm。

5、根据权利要求1～4中任何一项的抛光托架，其中，在所述衬垫的内周面设有与所述硅基底接触的多个突起。

6、根据权利要求5的抛光托架，其中，所述突起的数量在3和6之间。

7、一种制造用于磁记录介质的硅基底的方法，其中，使用根据权利要求1～6中任何一项的抛光托架抛光用于磁记录介质的所述硅基底。

8、根据权利要求7的制造用于磁记录介质的硅基底的方法，其中，通过与中心齿轮和内齿轮的啮合来旋转用于磁记录介质的所述硅基底，以抛光所述基底。

9、一种用于磁记录介质的硅基底，该用于磁记录介质的硅基底是使用权利要求6或7所述的制造用于磁记录介质的硅基底的方法制造的。