專利名稱：用于制造磁記錄介質(zhì)襯底的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于磁記錄介質(zhì)的襯底，其是一種其內(nèi)徑優(yōu)選不超過20mm，更優(yōu)選不超過12mm的小直徑襯底。
背景技術(shù)：
磁記錄的記錄密度(表面密度)的增長非常快，在過去10年內(nèi)持續(xù)以50到200％的年增長率快速增長。在批量生產(chǎn)水平上，可以發(fā)貨具有70G位s/平方英寸的產(chǎn)品，而據(jù)報(bào)道在實(shí)驗(yàn)室水平上，表面記錄密度則已高出兩倍，即160G位s/平方英寸。對(duì)于3.5″HDD(3.5英寸)的每個(gè)盤片，批量生產(chǎn)水平上的表面記錄密度對(duì)應(yīng)于80G字節(jié)，且對(duì)于2.5″HDD的每個(gè)單盤片對(duì)應(yīng)于40G字節(jié)。根據(jù)這些記錄容量，安裝單個(gè)盤片記錄介質(zhì)對(duì)于普通臺(tái)式個(gè)人計(jì)算機(jī)(配備有3.5″HDD)或膝上型個(gè)人計(jì)算機(jī)(配備有2.5″HDD)的使用就可提供足夠的容量。
預(yù)期記錄密度今后將還會(huì)繼續(xù)提高。但是，傳統(tǒng)的橫向磁記錄方法將接近其熱波動(dòng)記錄限界。因此，當(dāng)100G位/平方英寸的記錄密度達(dá)到200G位/平方英寸時(shí)，相信其將被豎向磁記錄替代。目前，不能確定豎向磁記錄的記錄限界將是多少，但是相信其可達(dá)到1000G位/平方英寸(1T位/平方英寸)。如果獲得了這種類型的高紀(jì)錄密度，則每2.5″HDD的單個(gè)盤片可以獲得600至700G字節(jié)的記錄容量。
由于這種大容量很可能不會(huì)得到普通個(gè)人計(jì)算機(jī)的充分利用，所以會(huì)逐漸使用其直徑小于2.5″的記錄介質(zhì)。典型地，在過去曾銷售過的1.8″或1″和1.3″HDD的襯底。不超過2″的HDD目前具有很小的容量，但是如果將來磁記錄密度提高了，則個(gè)人計(jì)算機(jī)中(具體地說膝上型個(gè)人計(jì)算機(jī)中)的1.8″HDD可以確保足夠的記錄容量。此外，1″HDD的記錄容量目前大約為1至4G字節(jié)量級(jí)，但是如果容量是幾倍大的話，則很可能出現(xiàn)各種各樣的移動(dòng)運(yùn)用，而不僅僅限于數(shù)字照相機(jī)等，而是例如可以用于個(gè)人計(jì)算機(jī)和數(shù)字視頻照相機(jī)、信息終端、手持音樂設(shè)備和移動(dòng)式電話。其直徑不超過2″的小直徑HDD、小直徑記錄介質(zhì)和襯底在將來具有廣闊的應(yīng)用前景。
作為用于HDD的記錄介質(zhì)的襯底，3.5″襯底主要使用Al合金襯底，而2.5″HDD主要使用玻璃襯底。HDD很可能在諸如膝上型計(jì)算機(jī)的移動(dòng)應(yīng)用中使用，可以承受振蕩。因?yàn)楹芸赡苡捎诖蓬^撞擊而導(dǎo)致對(duì)記錄介質(zhì)或磁頭的擦傷而導(dǎo)致數(shù)據(jù)損失嚴(yán)重，所以裝在這些設(shè)備上的2.5″HDD已漸漸采用非常硬的玻璃襯底。因此，玻璃襯底也很可能用于不超過2″的小直徑襯底。
但是，因?yàn)椴怀^2″的小直徑襯底主要用于移動(dòng)應(yīng)用，所以耐震強(qiáng)度比裝在膝上型計(jì)算機(jī)上的2.5″襯底具有更大的重要性。此外，由于對(duì)較小尺寸的需求，所以存在對(duì)把包括該襯底的所有部分做成較小和較薄的需求。2″襯底板的厚度，甚至要求比2.5″襯底的0.635mm標(biāo)準(zhǔn)厚度還要薄。由于這種小直徑襯底所需的規(guī)范，所以存在對(duì)易于制造的襯底的需求，這種襯底即使很薄也具有高楊氏模量和足夠的強(qiáng)度。玻璃襯底在這些方面上存在若干問題。
首先，當(dāng)實(shí)際使用的結(jié)晶玻璃襯底的板厚度不超過0.635mm時(shí)，則楊氏模數(shù)不夠且在旋轉(zhuǎn)期間在實(shí)際旋轉(zhuǎn)區(qū)中存在共振頻率。因此，難以做得比這更薄。此外，雖然已使用玻璃基板作為其厚度為0.8mm范圍的襯底，但是難以制造比這更薄的玻璃組分，如HDD基板所需求的那樣。因此，必須通過研磨-拋光把該厚度從0.8mm的范圍調(diào)整至0.5mm的范圍甚至更薄。這不是優(yōu)選的，因?yàn)橛糜趯挾日{(diào)整的拋光時(shí)間變得很長，所以這增大了工藝成本和工藝時(shí)間。
此外，玻璃襯底本身就是一種非導(dǎo)體(絕緣體)，因此當(dāng)通過濺射制作膜時(shí)存在給該襯底充電的問題。因此，必須在襯底與磁膜之間插入金屬膜緩沖層，以確保與該磁膜的良好接觸?；旧?，這些技術(shù)問題已得到解決，但是，這是為什么在濺射膜形成工藝中難以使用玻璃襯底的一個(gè)原因。因此，如果可以使該襯底具有導(dǎo)電性則是理想的，但是這對(duì)于玻璃襯底是難以做到的。
正如玻璃襯底主要用于2.5″HDD，Al合金襯底完全不適用于移動(dòng)應(yīng)用。如前所述，襯底的硬度不夠。由于襯底剛度也不夠，確保共振頻率高于實(shí)際旋轉(zhuǎn)區(qū)的唯一途徑是增大厚度。因此不能考慮把AL合金襯底作為用于移動(dòng)應(yīng)用的候選襯底。
也提議了若干其他的替代襯底，例如藍(lán)寶石玻璃、SiC襯底、工程塑料襯底、碳襯底等，但是，根據(jù)從強(qiáng)度、加工性、成本、表面平滑度、對(duì)于膜淀積的兼容性等的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估，所有這些都不足以作為用于小直徑襯底的替代襯底。
已提議使用Si單晶襯底作為HDD記錄膜襯底(日本未決專利No.6-176339/1994)。Si單晶襯底作為HDD襯底是很好的，因?yàn)槠渚哂袃?yōu)良的襯底平滑性、環(huán)境穩(wěn)定性和可靠性，以及由于其剛性與玻璃襯底相比也比較高。不同于玻璃襯底，其至少具有半導(dǎo)體的導(dǎo)電性。此外，由于一般情況下，通常的晶片含有P型或N型摻雜劑，所以導(dǎo)電性甚至更高。因此，不存在玻璃襯底中所存在的在濺射膜形成期間需要充電的問題，且可以直接把金屬膜濺射在Si襯底上。此外，由于其具有良好的導(dǎo)熱性，該襯底易于被加熱，膜形成甚至可以在高于300℃的高溫下進(jìn)行，且極好地適于濺射膜形成工藝。用于半導(dǎo)體IC用途的Si單晶襯底被批量生產(chǎn)其直徑為100mm至300mm的晶片。

發(fā)明內(nèi)容
但是，目前難以獲得其直徑至多100mm的小直徑晶片。因此，更為現(xiàn)實(shí)的是，通過對(duì)目前普遍使用的6″至8″晶片取芯(coring)來裁剪出所需的小直徑襯底。由于硅單晶晶片的價(jià)格不低，所以盡可能從單個(gè)晶片裁剪出多個(gè)HDD襯底是很重要的。只根據(jù)傳統(tǒng)的取芯方法用杯形研磨機(jī)來獲得具有不超過20mm的直徑的取芯要求有與低處理速度相應(yīng)的低旋轉(zhuǎn)速度。即使處理速度減慢，碎片也會(huì)增加，因此該晶片破損率增大。
根據(jù)本發(fā)明，關(guān)于無磁性襯底的制造方法，本發(fā)明的目的是，提供一種制造用于磁記錄介質(zhì)的小直徑襯底的高效方法，該磁記錄介質(zhì)具有優(yōu)選為不超過20mm，更優(yōu)選為不超過12mm的內(nèi)徑。
關(guān)于無磁性襯底的制造方法，具體地說關(guān)于其內(nèi)徑至多為20mm的小直徑襯底的制造方法，經(jīng)過對(duì)內(nèi)徑和外徑取芯方法的重復(fù)深入研究，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，可以通過不同的切割方法用內(nèi)徑和外徑取芯方式，高效地從單個(gè)單晶硅晶片制造出多個(gè)襯底。具體地說，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)通過水注切割或激光切割執(zhí)行內(nèi)徑取芯是很有效。
即，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于制造磁記錄介質(zhì)的襯底的方法，該方法包括取芯步驟，以從其直徑至少為150mm不超過300mm的單晶硅晶片獲取其外徑不超過65mm的，優(yōu)選其內(nèi)徑不超過20mm的多個(gè)環(huán)形襯底，其中內(nèi)徑和外徑的取芯通過不同的切割方式來進(jìn)行。優(yōu)選地，內(nèi)徑的取芯通過水注切割或激光切割來進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，襯底的高效生產(chǎn)可以通過不同切割方式對(duì)外徑和內(nèi)徑進(jìn)行取芯以從單個(gè)單晶硅晶片獲取多個(gè)襯底的方式來實(shí)現(xiàn)。


圖1是示出了以硅單晶晶片作為基板制造用于HDD磁記錄介質(zhì)的襯底的示例的過程圖。
具體實(shí)施例方式
其直徑為200mm的單晶硅晶片2通過切割單晶硅棒而獲得。接著，在取芯步驟中獲取其外徑不超過65mm和其內(nèi)徑不超過20mm的多個(gè)環(huán)形襯底3?？梢詢?yōu)選對(duì)環(huán)形襯底3的內(nèi)圓周面和外圓周面進(jìn)行倒角的步驟和對(duì)內(nèi)圓周面和外圓周面進(jìn)行拋光的步驟。通常進(jìn)行后續(xù)的堿腐蝕步驟、拋光(或研磨)兩表面的步驟和清洗步驟。
為了從單晶硅晶片或環(huán)形襯底的表面除去優(yōu)選為10μm至100μm的研磨步驟，可以優(yōu)選在取芯步驟之前或之后進(jìn)行，例如在取芯步驟之前，在取芯步驟與倒角步驟之間，在倒角步驟與圓周面拋光步驟之間，或在圓周面拋光步驟之后。研磨步驟可以更優(yōu)選為在取芯步驟之前，在倒角步驟與圓周面拋光步驟之間或在圓周面拋光步驟之后進(jìn)行。
在取芯步驟中所使用的單晶硅晶片可以優(yōu)選為具有(100)的平面取向，至少150mm而不超過300mm的直徑以及0.4至1mm的厚度。
半導(dǎo)體級(jí)硅單晶晶片是很貴的。即使使用單晶基板制造65mm直徑的襯底，其成本也是玻璃襯底的成本的幾倍到十幾倍。硅單晶襯底的特征屬性無論如何好，僅僅這種成本差別就使得其難以進(jìn)入實(shí)際使用。
在取芯步驟中，可以使用在日本未決專利No.10-334461/1998中所提出的方法來執(zhí)行從8″晶片中裁剪出七個(gè)2.5″的HDD襯底的取芯。在這種情況下，通過在2.5″襯底的取芯期間設(shè)置工藝機(jī)械加工余量，使得余量在相鄰所取芯的襯底之間重疊，可以實(shí)現(xiàn)從8″晶片獲得最大七個(gè)2.5″襯底的取芯。
當(dāng)內(nèi)徑不超過20mm時(shí)，進(jìn)行以下的方式則更為有效首先進(jìn)行內(nèi)徑側(cè)的取芯(內(nèi)徑取芯或內(nèi)圓周取芯)，接著使用該內(nèi)徑芯部分作為夾持孔，通過不同的切割方法進(jìn)行外徑側(cè)取芯(外徑取芯或外圓周取芯)。如前所述，對(duì)于內(nèi)徑取芯的杯形研磨機(jī)的圓周速度較慢，因此該晶片易被切碎。此外，由于晶片破損率也較高，所以如果采用相同的切割方法則會(huì)出現(xiàn)大量的浪費(fèi)。如果檢查已經(jīng)過內(nèi)徑取芯的芯，且只有通過檢查的芯才進(jìn)入外徑取芯工藝，則可以提高生產(chǎn)效率。
在傳統(tǒng)的杯形研磨法中，內(nèi)徑側(cè)取芯工藝的生產(chǎn)率可能不高。優(yōu)選地使用水注切割方法或激光切割方法可以提高效率?？梢酝ㄟ^這種方式降低內(nèi)徑取芯的時(shí)間，以及還可以減少切碎情況。更為優(yōu)選地，如果通過激光切割方法進(jìn)行內(nèi)徑側(cè)取芯，則可以大大降低切碎情況以及可以改善生產(chǎn)率。當(dāng)內(nèi)徑不超過20mm時(shí)，效果特別明顯。
在激光方法中，當(dāng)使用CO2激光器作為光源時(shí)，功率密度對(duì)于總功率來說相對(duì)較低。因此，熱量可以容易地傳遞至取芯襯底或殘余晶片，且由于熱震(熱沖擊)而存在破裂趨勢。優(yōu)選使用高功率密度固態(tài)激光器(例如YAG激光器)，因?yàn)閾p失至周圍組件的熱量低，且激光功率實(shí)際被用于取芯本身。根據(jù)激光切割方法，雖然原因不是很清楚，但是外徑切割需要比內(nèi)徑切割花費(fèi)長得多的時(shí)間。因此，由于晶片可能受熱分布效果被破壞，所以可能出現(xiàn)產(chǎn)額下降。
水注切割方法是一種將研磨材料諸如平均粒徑為20至200μm的石榴石微粒摻入至少100MPa的高壓水并噴射的方法。水注切割方法是方便的，因?yàn)槠?工藝寬度)短，沒有對(duì)襯底產(chǎn)生高壓力且基本上沒有熱效應(yīng)。
根據(jù)水注切割方法，由于在穿透(打通預(yù)備孔)之后，進(jìn)行切割外部圓周，所以環(huán)形環(huán)狀襯底可能變得容易受損害且可能變成具有較差圓度的環(huán)狀襯底。
可以以不同的切割方法進(jìn)行外圓周取芯，例如通過諸如杯形研磨、放電、水注切割或激光切割的常規(guī)取芯。但是，外徑取芯方法與內(nèi)進(jìn)行取芯方法不同。
雖然在取芯步驟之前或在取芯步驟之后進(jìn)行該方法沒有什么關(guān)系，但是可以優(yōu)選地提供對(duì)于從晶片表面優(yōu)選地拋光掉10μm至100μm的研磨步驟。當(dāng)在取芯步驟之后提供研磨步驟時(shí)，可以例如在取芯步驟與倒角步驟之間、在倒角步驟與圓周面拋光步驟之間或在圓周面拋光步驟之后進(jìn)行。研磨步驟可以優(yōu)選地提供在倒角步驟與圓周面拋光步驟之間或在圓周面拋光步驟之后。
在研磨步驟中，為了確定在后面的步驟中待拋光的合適量，可以抑制晶片基板或環(huán)形環(huán)狀襯底的翹曲或膨脹，以及可以控制厚度。
在如圖1所示的HDD襯底的制造中，也可以在諸如晶片的基板的取芯步驟之后，提供內(nèi)圓周面和外圓周面倒角步驟以及圓周面拋光步驟。
倒角的角度和尺寸可以在很大程度上限制為標(biāo)準(zhǔn)尺寸。通常，該襯底可以通過倒角步驟變成成品。但是，粘附在邊緣或圓周面上的研磨微粒和工藝廢物可能致使襯底強(qiáng)度降低或可能成為襯底破裂的起始點(diǎn)。因此，可以優(yōu)選地在倒角步驟之后進(jìn)行圓周面拋光步驟，然后進(jìn)行腐蝕步驟，以除去變形層。圓周面指環(huán)形襯底的內(nèi)圓周側(cè)表面和/或外圓周側(cè)表面。
在圓周面拋光步驟之后或在于圓周面拋光步驟之后的研磨步驟之后，可以優(yōu)選地使該襯底進(jìn)行進(jìn)一步的步驟，包括堿腐蝕步驟、拋光已被堿腐蝕的襯底的上表面和下表面的步驟和后續(xù)的清洗步驟。
例如，可以通過浸入40至60℃的2至60wt％的氫氧化鈉溶液中的方式來進(jìn)行堿腐蝕步驟，用于除去從研磨步驟或圓周面拋光步驟中所產(chǎn)生的工藝變形。
拋光被堿腐蝕的襯底的上表面和下表面的步驟可以利用本技術(shù)領(lǐng)域中公知的任何方法來進(jìn)行。例如，可以把襯底扣在上夾板與下夾板之間的載體上，以及同時(shí)旋轉(zhuǎn)該襯底，以利用作為研磨微粒的膠體二氧化硅來拋光該襯底。
清洗步驟可以利用本技術(shù)領(lǐng)域中公知的任何方法來進(jìn)行，諸如使用堿和/或酸性溶液的沖刷清洗或化學(xué)清洗。
用于本發(fā)明的磁記錄介質(zhì)的襯底可以以與傳統(tǒng)襯底同樣的方式來處理。例如引入軟磁層和記錄層可以產(chǎn)生豎向磁記錄介質(zhì)。為了增強(qiáng)與軟磁層的緊密接觸，還可以事先在形成軟磁層之前提供底層。
還可以在記錄層上提供保護(hù)層和潤滑層。
根據(jù)下面的示例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，但是本發(fā)明并不限于這些示例。
下面給出了對(duì)示例的綜述。
對(duì)大直徑單晶硅棒1進(jìn)行切割，從而形成晶片2。用研磨微粒對(duì)晶片2進(jìn)行研磨，以使其厚度和表面平坦。接下來，通過水注切割或激光切割進(jìn)行內(nèi)徑側(cè)的取芯。然后，通過杯形研磨工序進(jìn)行外徑側(cè)取芯，從而從該晶片裁剪出環(huán)形環(huán)狀襯底3。因此根據(jù)上述產(chǎn)生了多個(gè)襯底。接下來，通過研磨石除去襯底的內(nèi)圓周面和外圓周面的邊緣。接著，對(duì)該襯底的前表面和后表面進(jìn)行拋光，從而獲得所需的襯底。接下來，在清洗步驟中除去粘附于襯底上的研磨劑，從而完成了襯底的生產(chǎn)。
實(shí)施例1從大直徑單晶硅棒1獲得直徑為200mm的晶片2并進(jìn)行研磨。獲得三十六個(gè)環(huán)形環(huán)狀襯底3，其中7mm的內(nèi)徑側(cè)取芯是通過利用石榴石微粒#220的水注切割來進(jìn)行的，以及26mm的外徑取芯是用杯形研磨機(jī)來進(jìn)行的。接著，需要271分鐘的取芯來處理五個(gè)晶片2，并獲得173個(gè)襯底3。但是，不對(duì)在內(nèi)徑取芯期間已被切碎的7個(gè)位置進(jìn)行外徑取芯。
實(shí)施例2除了用YAG激光器切割裝置(YAG激光器)進(jìn)行內(nèi)徑側(cè)取芯之外，還進(jìn)行與示例1中同樣的工序，其中在285分鐘內(nèi)處理五個(gè)晶片2，并獲得了180個(gè)襯底3，且未出現(xiàn)切碎。
對(duì)比例1除了通過杯形研磨機(jī)進(jìn)行內(nèi)徑和外徑取芯之外，還進(jìn)行與示例1相同的工序。在436分鐘內(nèi)處理五個(gè)晶片2，并獲得112個(gè)襯底3。但是，一個(gè)晶片3在內(nèi)徑取芯期間破裂，以及在已被切碎的32個(gè)其他位置沒有進(jìn)行外徑取芯。
對(duì)比例2除了通過水注切割進(jìn)行內(nèi)徑和外徑取芯之外，還進(jìn)行與示例1相同的工序。在51分鐘內(nèi)處理五個(gè)晶片2，并獲得129個(gè)襯底3。但是，一個(gè)晶片3在內(nèi)徑取芯期間破裂，以及在已被切碎的15個(gè)其他位置沒有進(jìn)行外徑取芯。
對(duì)比例3除了通過YAG激光切割進(jìn)行內(nèi)徑和外徑取芯之外，還進(jìn)行與示例1相同的工序。處理五個(gè)晶片2而沒有出現(xiàn)切碎，并在80分鐘內(nèi)獲得144個(gè)襯底3。在外徑取芯期間一個(gè)晶片被打破。
如上所述，當(dāng)使用杯形研磨機(jī)時(shí)，晶片在內(nèi)取芯期間易于被打破。當(dāng)使用水注切割或YAG激光器切割時(shí)，晶片在外取芯期間易于被打破。當(dāng)以不同的方法進(jìn)行內(nèi)徑和外徑取芯時(shí)，獲得了較高的產(chǎn)量。
實(shí)施例3除了把內(nèi)徑設(shè)置為12mm且把外徑設(shè)置為48mm之外，還進(jìn)行與示例1相同的工序。在122分鐘內(nèi)從五個(gè)晶片2獲得了五十一個(gè)襯底3。但是，不對(duì)已被切碎的4個(gè)位置進(jìn)行外徑取芯工序。
實(shí)施例4除了把內(nèi)徑設(shè)置為12mm且把外徑設(shè)置為48毫米之外，還進(jìn)行與示例2相同的工序。在129分鐘內(nèi)處理五個(gè)晶片2，因此獲得了55個(gè)襯底3，而沒有出現(xiàn)切碎。
對(duì)比例4除了用杯形研磨機(jī)進(jìn)行內(nèi)徑和外徑取芯以及把內(nèi)徑設(shè)置為12mm和把外徑設(shè)置為48mm之外，還進(jìn)行與示例1相同的工序。在218分鐘內(nèi)處理五個(gè)晶片2，并獲得了43個(gè)襯底3。但是，不對(duì)已被切碎的12個(gè)位置進(jìn)行外徑取芯。
權(quán)利要求
1.一種用于制造磁記錄介質(zhì)的襯底的方法，該方法包括取芯步驟，以從其直徑至少為150mm至多為300mm的單晶硅晶片獲得其外徑至多為65mm的多個(gè)環(huán)形襯底，其中，內(nèi)徑和外徑的取芯通過不同的方式來進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造磁記錄介質(zhì)襯底的方法，其中，在所述取芯步驟中，所述的內(nèi)徑取芯是在使內(nèi)徑至多為20mm的條件進(jìn)行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的用于制造磁記錄介質(zhì)襯底的方法，其中，在所述取芯步驟中，所述的內(nèi)徑取芯是通過水注切割或激光切割來進(jìn)行的。
全文摘要
提供了一種用于制造磁記錄介質(zhì)的優(yōu)選為小直徑襯底的高效方法。更具體地說，提供了一種用于制造磁記錄介質(zhì)的襯底的方法，包括取芯步驟，以從其直徑至少為150mm至多為300mm的單晶硅晶片獲得其外徑至多為65mm的多個(gè)環(huán)形襯底，其中，內(nèi)徑和外徑的取芯通過不同的方式來進(jìn)行。在所述取芯步驟中，所述的內(nèi)徑取芯是通過水注切割或激光切割來進(jìn)行的。
文檔編號(hào)B29D17/00GK1577511SQ200410071639
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月15日
發(fā)明者石井政利, 津森俊宏, 大橋健 申請(qǐng)人:信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社