JP4072142B2 - 磁気記録媒体用基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気記録媒体用基板、好ましくは内径２０ｍｍ以下、より好ましくは内径１２ｍｍ以下の小口径基板に関するものである。

磁気記録の記録密度（面密度）の向上は非常に急激で、ここ１０年間の間、年率５０％〜２００％の急激な向上が継続的に進んできた。量産レベルで７０Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ²の製品が出荷され、実験室レベルではその倍以上の１６０Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ²の面記録密度が報告されている。量産レベルの面記録密度は、３．５”（「"」はインチを表す。）ＨＤＤで１プラッター当たり８０Ｇｂｙｔｅに相当し、２．５”ＨＤＤでいうと１プラッター当たり４０Ｇｂｙｔｅに相当する。この記録容量は、通常のデスクトップパソコン（３.５"ＨＤＤ搭載）やノートブックパソコン（２.５"ＨＤＤ搭載）の使用用途では、１プラッターの記録メディア搭載で十分な容量である。

記録密度は今後も向上が期待されている。ただ、従来の水平磁気記録方式は熱揺らぎの記録限界が迫っており、１００ Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ²〜２００ Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ²の記録密度に到達するところで、垂直磁気記録に順次移行していくものと考えられている。垂直磁気記録の記録限界がどの当たりにあるかは現時点では定かではないが、１０００ Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ²（１Ｔｂｉｔ／ｉｎｃｈ²）は達成可能と考えられている。このような高記録密度が達成できると、２.５"ＨＤＤ１プラッター当たり６００〜７００ Ｇｂｙｔｅの記録容量が得られることになる。

パソコンの通常の用途でここまでの大容量は使い切れない可能性が高いため、２.５"よりも小口径の記録メディアが徐々に使われ始めている。代表的には１.８"基板、１"基板であり、過去には１.３"ＨＤＤが発売されたこともある。２"以下のＨＤＤは現時点では量的に非常に僅かであるが、今後磁気記録密度が向上すれば、１.８"ＨＤＤでパソコン（特にノートパソコン）では十分な記録容量が確保できる。また、１"ＨＤＤの記録容量は現在では１〜４Ｇｂｙｔｅ程度であるが、容量が数倍大きくなればデジタルカメラなどのみならず、パソコンやデジタルビデオカメラ・情報端末や携帯音楽機器・携帯電話など幅広いモバイル用途に使える可能性が出てくる。２"以下の小口径ＨＤＤと小口径記録メディア・基板は今後の有望な用途である。

ＨＤＤの記録メディアの基板としては、３.５"基板には主にＡｌ合金基板、２.５"には主にガラス基板が使用されている。ノートブックパソコンのようなモバイル用途ではＨＤＤが衝撃を受ける可能性が高く、これらに搭載される２.５"ＨＤＤは、ヘッドの面打ちで記録メディアやヘッドが傷つき、データ破壊の可能性が高いため、硬度の高いガラス基板が使用されるようになった。したがって、２"以下の小口径基板においてもガラス基板が使用される可能性が高い。

しかし、２"以下の小口径基板はモバイル用途として主に用いられるため、ノートブックパソコンに搭載されている２.５"基板以上に、耐衝撃性が重要である。また、より小型にする必要から基板を含めた部品全体の小型化・薄型化が求められる。２.５"基板の標準厚みである０.６３５ｍｍより更に薄い板厚が、２"以下の基板では求められる。このような小口径基板に要求される仕様から、ヤング率が高く薄板でも十分な強度が得られ、製作しやすい基板が求められている。この点でガラス基板には幾つか問題がある。

まず、現行用いられている結晶化ガラス基板では、０.６３５ｍｍ以下の板厚ではヤング率が十分でなく、回転時の共振周波数が実用回転域に存在してしまう。したがって、これ以上の薄板化がしにくい。また、ガラス原板は概ね０.８ｍｍ台の板厚のものを使用するが、ＨＤＤ用原板に要求されるガラス組成では製作上これ以上の薄板化はしにくい。そのため、０.８ｍｍ台の板厚から０.５ｍｍ台や更にそれ以下の板厚まで、ラップ研磨で調厚する必要がある。調厚するため、研磨時間がかなり長くなり、加工時間や加工コストの上昇を招き望ましくない。

また、ガラス基板は当然非導電体であるため、スパッタ成膜において基板上のチャージアップの問題があるため、磁性膜との良好なコンタクトを確保するため、基板と磁性膜との間にバッファ金属膜を入れる必要がある。この技術課題は基本的に克服されているが、スパッタ成膜過程でガラス基板の使用を難しいものにしている要因の１つである。そのため、基板に導電性が付与できるのであればそれに越したことはないが、ガラス基板では難しい。

２.５"ＨＤＤでも主にガラス基板が使用されているように、Ａｌ合金基板はモバイル用途には全く不向きである。基板の硬度が足りないことは既に述べたが、また基板剛性の不足のため共振周波数を実用回転域より上にするには板厚を厚くするしかなく、モバイル用途には全く候補基板となり得ない。

その他のサファイアガラス、ＳｉＣ基板、エンジニアリングプラスティック基板、カーボン基板などの代替基板が幾つも提案されたが、強度・加工性・コスト・表面平滑性・成膜親和性などの評価基準から、小口径基板の代替基板としては何れも不十分である。

Ｓｉ単結晶基板をＨＤＤ記録膜基板として使用することが提唱されている（特許文献１）。Ｓｉ単結晶基板は、基板平滑性や環境安定性、信頼性に優れ、剛性もガラス基板と比較して高いため、ＨＤＤ基板として優れている。ガラス基板とは異なり、導電性は少なくとも半導体特性である。また、通常のウェハでは何等かのＰ型もしくはＮ型のドーパントが含まれていることが多いため、導電性は更に高い。したがって、ガラス基板のようなスパッタ成膜時のチャージアップ問題はなく、金属膜のＳｉ基板上への直接スパッタ成膜が可能である。また、熱伝導性も良好であるため、基板加熱も容易で、３００℃以上の高温でも成膜が可能であり、スパッタ成膜工程との親和性も大変良好である。Ｓｉ単結晶基板は半導体ＩＣ用に、直径１００ｍｍから３００ｍｍまでのウェハが量産されている。

特開平６−１７６３３９号 特開平１０−３３４４６１号

しかし、１００ｍｍ径以下の小口径ウェハは、現在では入手が困難である。したがって、現在流通量の多い６"ないし８"ウェハからコア抜きにより、所望の小口径基板を切り抜くのが実際的である。Ｓｉ単結晶基板の価格は廉価ではないため、ウェハ１枚当たりからできるだけ多くのＨＤＤ基板を効率良く切り抜くことが重要である。しかしながら、従来のカップ砥石によるコア抜きだけでは、径２０ｍｍ以下のコア抜きの場合、周速が遅くなり加工速度を遅くする必要があり、更に加工速度を遅くしても尚、チッピングが多くなり、ウェハ破損率も大きくなってしまう。
本発明は、非磁性基板の製造法に関し、好ましくは内径２０ｍｍ以下、より好ましくは内径１２ｍｍ以下の小口径磁気記録媒体用基板の高効率な製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、非磁性基板の製造方法について、特に内径２０ｍｍ以下の小口径基板に関し、内外径のコア抜き方法について鋭意研究を重ねた結果、外径と内径のコア抜きを異なる加工で行い、１枚の単結晶シリコンウェハから複数枚得ることで高効率に製造できることを見出した。特に、内径のコア抜き加工をウォータジェット加工、レーザ加工から選ばれる何れかで行うことが有効であることを見出した。

即ち、本発明は、直径１５０ｍｍ以上で３００ｍｍ以下の単結晶シリコンウェハをコア抜き加工して、外径６５ｍｍ以下、好ましい内径２０ｍｍ以下の複数のドーナツ状基板を得るコア抜き工程を含んでなる磁気記録媒体用基板の製造方法であって、内径と外径のコア抜きが、異なる手段で行なわれ、上記コア抜き工程における内径コア抜きにウォータジェット加工又はレーザ加工を用い、上記コア抜き工程における外径コア抜きにカップ砥石加工を用いる磁気記録媒体用基板の製造方法を提供する。

以上のように、外径と内径のコア抜きを異なる加工で行い、１枚の単結晶シリコンウェハから複数枚得ることで高効率に製造できる。

図１は、Ｓｉ単結晶ウェハを原板として使用し、ＨＤＤ用磁気記録媒体基板を製作する一例を示す概略工程である。
単結晶シリコン棒１をスライスして直径２００ｍｍ単結晶Ｓｉウェハ２を得た後、コア抜き工程において直径６５ｍｍ以下内径２０ｍｍ以下の複数のドーナツ状基板３を得る。ドーナツ基板３は、好ましくは、内周端面と外周端面を面取りされ、端面研磨される。その後、通常は、アルカリエッチング、両面研磨工程と洗浄工程が行なわれる。
好ましくは、コア抜き工程の前又は後、例えば、コア抜き工程の前、コア抜き工程と面取り工程との間、面取り工程と端面研磨工程との間、又は端面研磨工程の後に、より好ましくは、コア抜き工程の前、面取り工程と端面研磨工程との間、又は端面研磨工程の後に、単結晶シリコンウェハ又はドーナツ状基板の表面を好ましくは１０μｍ〜１００μｍ研削除去するラップ工程とを含んでもよい。

コア抜き工程に用いられる単結晶シリコンウェハは、好ましくは、面方位（１００）であって、直径１５０ｍｍ以上で３００ｍｍ以下、厚み０．４〜１ｍｍである。
半導体グレードＳｉ単結晶ウェハは高価であり、該単結晶原板を使用して６５ｍｍ径基板を製作しても、ガラス基板の数倍から１０倍近くのコストになってしまう。幾らＳｉ単結晶基板の特性が優れていたとしても、これだけのコスト差があっては実用化が難しい。

コア抜き工程において、例えば特許文献２に記載された方法を用いることにより、８"ウェハから２.５"ＨＤＤ基板を７枚コア抜きできる。この場合、２.５"基板コア抜き時の加工取り代部分が、隣接コア抜き基板間で重なるようにすることにより、８"ウェハより最大７枚の２.５"基板がコア抜きできるようになった。

内径が２０ｍｍ以下の場合、先に内径側のコア抜き加工（内径コア抜き加工、内周コア抜き加工）を行った後、内径コア部を押え穴として用い、別の加工方法にて外径側をコア抜き加工（外径コア抜き加工、外周コア抜き加工）する方が効率は良い。内径コア抜きは、前述した通りカップ砥石の周速が遅くてチッピングが発生し易く、また、ウェハの破損率も高いので、同じ加工法で連続して行うのでは無駄が多くなってしまう。内径コア抜き加工を行った後、所定の検査を合格したものだけ外径コア抜き加工に供すると効率良く製造できる。

従来のカップ砥石加工では、内径側コア抜き加工は生産性が高くなく、好ましくはウォータジェット加工法又はレーザ加工法で行う方が効率は高くできる。この方が内径側コア加工は時間が短縮でき、またチッピングも少なくなる。更に好ましくは、レーザ加工法により内径側コア抜き加工を行うと、チッピングは極僅かになり歩留が向上する。これは内径が２０ｍｍ以下の場合、特に効果がある。

レーザ加工法において、ＣＯ₂レーザを光源にする場合は、トータルパワーが大きいわりに、パワー密度は低いので、コア抜き基板や残ウェハに熱が加わり易く、ヒートショックによる割れを起こし易い。パワー密度の高い固体レーザ（ＹＡＧレーザなど）の方が、レーザパワーがコア抜きそのものに使用され、回りの部材への熱流出が少なくより望ましい。レーザ加工法では、理由は明らかでないが、外径加工は内径加工に比べ時間がかかり熱分布の影響でウェハが破損してしまい歩留が低下することがある

ウォータジェット加工法は、１００ＭＰａ以上の高圧水に、平均粒径２０〜２００μｍのガーネット等の研磨材を混合させて照射する加工法である。ウォータジェット加工法は、加工幅は小さく、基板には大きな圧力はかからず、また熱影響はほとんどないので有利である。
ウォータジェット加工法では、ピアッシング（予備穴あけ）後に外周の加工をするため、ドーナツ状の円形基板が破損しやすくなり、また、真円度の悪い円形基板になることがある。

外径コア抜きは、内径コア抜きと異なる別の加工法であるカップ砥石加工法を用いる。

コア抜き工程前後のどちらでも構わないが、ウェハ表面を好ましくは１０μｍから１００μｍ研削除去するラップ工程を設けることが好ましい。コア抜き工程後としては、例えば、コア抜き工程と面取り工程との間、面取り工程と端面研磨工程との間、又は端面研磨工程の後に、好ましくは、面取り工程と端面研磨工程との間、又は端面研磨工程の後にラップ工程を設けてもよい。
ラップ工程により、ウェハ原板又はドーナツ状円形基板のそりやうねりを抑制でき、また、後工程の適切な研磨量を設定するための調厚をすることができる。

図１に示すＨＤＤ用基板製作において、単結晶シリコンウェハ原板に対するコア抜き工程後、内外周端面の面取り工程と端面研磨工程を設けてもよい。
面取り角度や寸法は標準寸法として概ね規定されている。通常は、面取り工程により製品とすることができる。しかし、端面に付着した砥粒や加工屑などが基板強度低下の原因として働き、基板破壊の起点となる可能性があるので、面取り工程後に端面研磨を行い、その後エッチング処理により歪み層を取り除くことが好ましい。端面は、ドーナツ状基板の内径側面と外径側面をいう。

端面研磨工程の後、又は端面研磨工程後のラップ工程の後に、好ましくは、更に、上記基板をアルカリエッチングする工程と、アルカリエッチングされた基板の表裏面を研磨する工程と、その後の洗浄工程とを含んでもよい。
アルカリエッチング工程は、ラップ工程、端面研磨工程の加工歪を除去するために、例えば４０〜６０℃にした２〜６０重量％ＮａＯＨ水溶液に浸漬することにより行なわれる。
アルカリエッチングされた基板の表裏面を研磨する工程は、公知の方法で行なえば良い。例えば、キャリアに装着した基板を、上定盤と下定盤で挟み回転させて、コロイダルシリカを砥粒として研磨すれば良い。
洗浄工程は、公知の方法で行なえば良い。例えば、ブラシ洗浄、アルカリ及び／又は酸溶液に薬液洗浄等である。

本発明の磁気記録媒体用基板は、従来の基板と同様に扱うことかでき、例えば、軟磁性層と記録層を設けて垂直磁気記録媒体とすることができる。軟磁性層の密着性を高めるため、軟磁性層の形成に先立って下地層を設けてもよい。
記録層の上には、保護層と潤滑層を設けてよい。

以下、本発明を実施例に基づき説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
以下は、実施例の概要である。
大口径単結晶シリコン棒１よりスライスが行われ、ウェハ２が形成される。次に、ウェハ２の厚みと表面を整えるために砥粒を用いてラップを行う。次に、ウォータジェット加工により、またはレーザ加工により、内径側のコア抜きを行った後、カップ砥石加工により、外径側コア抜きを行い、ウェハからドーナツ状の円形基板３を切り出す。以上により、複数枚の基板が形成される。次に、基板の内周端面と外周端面の砥石による面取りが行われる。引き続き基板の表裏面の研磨加工が行われ、所望の基板ができ上がる。次に、洗浄工程で基板に付着した研磨剤等を除去し基板の製造を完了する。

実施例１
大口径単結晶シリコン棒１を用いて、直径２００ｍｍのウェハ２を得て、ラップを行った。ウォータジェット加工（ガーネット粒子＃２２０）により、直径７ｍｍの内径側コア抜きを行い、カップ砥石加工装置により直径２６ｍｍの外径側コア抜きを行って、ドーナツ状円形基板３を３６枚得た。引き続き、コア抜きを行い、ウェハ２を５枚加工するのに２７１分かかり、１７３枚の基板３が得られたが、途中内径側コア抜きでチッピングが発生した７箇所は外径側コア抜きを行わなかった。

実施例２
内径側コア抜きをＹＡＧレーザ加工装置（ＹＡＧレーザ）で行った他は、実施例１と同様の処理を行い、ウェハ２を５枚加工するのに２８５分かかり、チッピング無く１８０枚の基板３が得られた。

比較例１
内外径のコア抜きをどちらもカップ砥石加工装置により行った他は、実施例１と同様の処理を行い、ウェハ２を５枚加工するのに４３６分かかり、１１２枚の基板３が得られたが、内径コア抜き加工途中１枚のウェハが破損し、その他チッピングが発生した３２箇所は外径コア抜きを行わなかった。

比較例２
内外径のコア抜きをどちらもウォータジェット加工により行った他は、実施例１と同様の処理を行い、ウェハ２を５枚加工するのに５１分かかり、１２９枚の基板３が得られたが、外径コア抜き加工途中１枚のウェハが破損し、その他チッピングが発生した１５箇所は外径コア抜きを行わなかった。

比較例３
内外径のコア抜きをどちらもＹＡＧレーザ加工により行った他は、実施例１と同様の処理を行い、ウェハ２を５枚加工してチッピング無く１４４枚の基板３が得られたが時間は８０分かかり、外径コア抜き加工途中１枚のウェハが破損した。

以上のように、カップ砥石加工では内径コア抜き時に、ウォータジェット加工およびＹＡＧレーザ加工では外径コア抜き時にウェハが破損しやすくなり、外径と内径のコア抜きを異なる加工で行った方が歩留良く製造できた。

実施例３
内径を１２ｍｍ、外径を４８ｍｍとした他は、実施例１と同様の処理を行い、ウェハ２を５枚加工するのに１２２分かかり、５１枚の基板３が得られたが、チッピングが発生した４箇所は外径コア抜きを行わなかった。

実施例４
内径を１２ｍｍ、外径を４８ｍｍとした他は、実施例２と同様の処理を行い、ウェハ２を５枚加工するのに１２９分かかり、チッピング無く５５枚の基板３が得られた。

比較例４
内外径のコア抜きをどちらもカップ砥石加工装置により行い、内径を１２ｍｍ、外径を４８ｍｍとした他は、実施例１と同様の処理を行い、ウェハ２を５枚加工するのに２１８分かかり、４３枚の基板３が得られたが、チッピングが発生した１２箇所は外径コア抜きを行わなかった。

Ｓｉ単結晶ウェハを原板として使用し、ＨＤＤ用磁気記録媒体基板を製作する一例を示す概略工程である。

符号の説明

１ 単結晶シリコン棒
２ 単結晶Ｓｉウェハ
３ ドーナツ状基板

Claims (2)

1. 直径１５０ｍｍ以上で３００ｍｍ以下の単結晶シリコンウェハをコア抜き加工して外径６５ｍｍ以下の複数のドーナツ状基板を得るコア抜き工程を含んでなる磁気記録媒体用基板の製造方法であって、内径と外径のコア抜きが、異なる手段で行われ、上記コア抜き工程における内径コア抜きにウォータジェット加工又はレーザ加工を用い、上記コア抜き工程における外径コア抜きにカップ砥石加工を用いる磁気記録媒体用基板の製造方法。
2. 上記コア抜き工程における内径コア抜きが、内径を２０ｍｍ以下とするように行なわれる請求項１に記載の磁気記録媒体用基板の製造方法。

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