制造磁记录介质衬底的方法.pdf

本发明提供了一种用于改善取芯步骤产率的方法。更具体地说，本发明提供了一种用于制造用作磁记录介质衬底的衬底的方法，其包括：取芯步骤，以从具有至少150mm和至多300mm直径的单晶硅晶片获得具有至多55mm直径的多个环形衬底，其中，取芯的执行使得不包括多个衬底的残余晶片保留在一片内。在所述取芯步骤中，优选使用激光切割或水喷射切割来执行取芯，使得所述残余晶片的所述表面的所述最小宽度是所述晶片厚度的1.5至2.5倍。

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，以从具有至少150mm和至多300mm直径的单晶硅晶片获得具有至多55mm外径的多个环形衬底，
其中，取芯的执行使得不包括被取出的多个衬底的残余晶片保留在一片内。

2.  根据权利要求1所述的用于制造磁记录介质的衬底的方法，
其中，在所述取芯步骤中，取芯的执行使得在多个衬底被取出之后所述残余晶片表面的最小宽度是所述晶片厚度的1至5倍。

3.  根据权利要求2所述的用于制造磁记录介质的衬底的方法，
其中，在所述取芯步骤中，使用激光切割或水喷射切割来执行取芯，使得所述残余晶片的所述表面的所述最小宽度是所述晶片厚度的1.5至2.5倍。

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的记录介质衬底，更具体地说，本发明涉及一种优选地具有不超过55mm直径且更优选地具有不超过50mm直径的最佳为小直径衬底的用于磁记录的记录介质衬底。
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，可以运送具有70G比特/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比特/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极限。因此，当达到100G比特/平方英寸到200G比特/平方英寸的记录密度时，相信其将被垂直磁记录替代。目前，不能确定垂直磁记录的记录极限将是多少，但是相信其可达到1000G比特/平方英寸(1T比特/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。
由于这种大体积很可能不会得到普通个人计算机的充分利用，所以会逐渐使用具有直径小于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(具体地说在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，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应用，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、信息终侧、手持音乐设备和移动式电话。具有不超过2″直径的小直径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，所以耐震性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″衬底板需要有的厚度甚至比2.5″衬底的0.635mm标准厚度还薄。由于这种小直径衬底所需的规格，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具有0.8mm范围的厚度的衬底，但是难以制造比这更薄的玻璃组分，如HDD基板所需求的那样薄。因此，必须通过把0.8mm的范围精磨-抛光至0.5mm的范围甚至更薄来调整该厚度。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，这是为什么在溅射成膜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电导率则是理想的，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。因此不可能把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度、环境稳定性和可靠性，以及由于其刚性与玻璃衬底相比也相对较高。不同于玻璃衬底地是，其至少具有半导体的电导率。此外，由于一般情况下通常的晶片含有P型或N型掺杂剂，所以电导率甚至更高。因此，不存在玻璃衬底中所存在的在溅射成膜期间需要充电的问题，且有可能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，成膜甚至可以在高于300℃的高温下进行且其极好地适于溅射成膜工艺。用于半导体IC用途的Si单晶衬底被批量生产为具有100mm至300mm直径的晶片。
发明内容
但是，目前难以获得具有至多100mm直径的小直径晶片。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。
根据本发明，提供了一种用于增大取芯工艺产率的方法。
根据本发明，提供了一种用于制造磁记录介质用衬底的方法，该方法包括取芯步骤，以从具有至少150mm和至多300mm直径的单晶硅晶片获取具有至多55mm外径和优选地至多20mm内径的多个环形衬底，其中，取芯的执行使得不包括多个衬底的残余晶片保留在一片内。
优选地，在取芯步骤中，取芯的执行使得取出多个衬底之后的残余晶片的表面的最小宽度(或距离)是该晶片厚度的至少1倍和至多5倍。在取芯步骤中，也可以优选地使用比在杯形研磨工艺中较不容易在单晶硅衬底上产生取芯压力的方法。取芯步骤可以优选使用激光切割或水喷射切割，且取出芯时使得取出多个衬底之后的残余晶片的表面的最小宽度是该晶片的厚度的至少1.5倍且不超过2.5倍。
根据本发明，取芯步骤的产率得到改善，且不会打破作为残余晶片的碎片并使其保留在一片内。
附图说明
图1是示出了以硅单晶晶片作为基板制造HDD磁记录介质用衬底的示例的工艺图。
图2示出了用于从具有200mm的直径的单晶硅晶片2取出七个具有65mm的直径的HDD衬底的方法。
图3是在取芯步骤中的最小宽度(或距离)d1的视图。
具体实施方式
本发明涉及制造HDD记录膜用衬底的方法，其中通过取芯工艺从硅单晶晶片中有效地取出尽可能多的小直径衬底。
图1是示出了以硅单晶晶片作为基板制造HDD磁记录介质用衬底的示例的过程图。
具有200mm直径的单晶硅晶片2通过切割单晶硅棒而获得。接着，在取芯步骤中获取具有不超过55mm外径的多个环形衬底3。可以优选地进行环形衬底3的内圆周面和外圆周面的倒棱步骤和内圆周面和外圆周面抛光步骤。然后进行碱腐蚀步骤、抛光(或研磨)两表面的步骤和清洗步骤，则基本制造出了小直径衬底。
用于从单晶硅晶片或环形衬底的表面除去优选为10μm至100μm的精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，在取芯步骤与倒棱步骤之间，在倒棱步骤与圆周面抛光步骤之间，或在圆周面抛光步骤之后。精磨步骤可以更优选为在取芯步骤之前，在倒棱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和不超过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成本的几倍到几十倍。硅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，如图2所示，可以执行从8″晶片获得七个2.5″HDD衬底的取芯。该方法可以根据在日本未决专利No.10-334461/1998中所提出的方法来执行。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。但是，在取出七个衬底之后所剩下的残余部分(在下文中称为“碎片”)没有连接在一起，且在处理期间发生散乱。虽然从晶片取出的最大片数如需要地那样尽可能多地保留，但是，如果碎片在加工中散乱，则工作会变得复杂和困难。此外，散乱的碎片可能与盘撞击而致使切碎或损害盘表面。
对衬底的下表面进行吸气对于保护晶片是有效的。但是对于小于2.5″的衬底，碎片部分很小且难以只使用吸气方法来防止其散乱。虽然可以通过把碎片部分物理地留到后面或除去来解决问题，但是这需要人为介入。这可以由机器设备自动执行，但是由于没有连接在一起的碎片在工序期间会移动，所以除去碎片的工作并不是一项简单的工作。
此外，如果取出的小直径衬底的数目降低，则碎片可以连接在一起且在取芯之后可以作为单片处理。因此，如果最少在晶片上固定三个位置，则可以使碎片不发生散乱且可以简化取芯的制造步骤。但是，这并不是所需的，因为降低所取出的衬底片数目会增大小直径衬底的成本。调整关于取芯步骤中的碎片处理的这些冲突的需求是个很大的问题。
在用杯形研磨机进行的传统取芯中，为了使碎片保留在一片内而不会因在取芯期间对基板晶片所施加的压力而导致的破碎，总是需要使相邻芯之间的最小碎片宽度保留在5mm的水平上(至少6倍于晶片厚度)。如果宽度小于这个水平，则碎片将以恒定的比率破裂。即使在取芯之后，也必须考虑使碎片作为一单个的片且把最小宽度设置得尽可能小。应当注意，最小宽度指碎片表面的最小宽度，其是芯之间或者芯与基板晶片的圆周之间的最小距离。当芯之间的距离短于芯与基板晶片的圆周之间的距离时，在图3中三个芯之间的距离d1是相同的，d1是最小宽度。如果其不具有相同的宽度，则最小宽度是这些宽度中最短的。
通过向取芯方法应用了激光切割方法或水喷射切割方法，本发明人已发现即使在最小碎片宽度不超过5倍于晶片的时候也能完成芯去除且同时使碎片保留在一片内的方法。
激光切割是把来自诸如CO₂气体激光器、YAG激光器或激光二极管等的振荡器件的激光会聚来进行切割的方法。
已发现当使用诸如激光切割的热取芯时，最小宽度可以优选地为晶片厚度的至少1.5倍且不超过2.5倍，因为不会在晶片衬底上产生压力。但是，代替压力的是，由于激光照射部分的温度的升高，可能出现小于晶片厚度的最小宽度不能承受热冲击的情况。
因此，最小宽度可以优选地至少与晶片厚度相同。此外，最小宽度可以优选地大于晶片厚度的五倍，因为由于所取出的衬底片的减少而导致成本的增加。当在激光切割方法中把CO₂激光器设置为激光光源时，功率密度对于大的总功率来说相对较低，热量可以容易地传递至取出的衬底或碎片，以及可能存在由于热冲击而导致的破裂趋势。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实际使用的激光功率取决于芯本身。
水喷射切割是一种诸如石榴石的具有20至200μm平均粒径的研磨材料被掺入至少100MPa的高压水中并喷射的方法。水喷射切割方法可以是有利的，因为偏距(工艺宽度)小，没有对衬底产生高压力且基本上没有热效应。最短碎片部分的宽度可以基本具有如激光切割的相同宽度，且可以优选地至少等于晶片厚度但不超过5倍。更加优选地，最短碎片部分的宽度是晶片厚度的至少1.5倍且不超过2.5倍。
当然通过相应地调整制造工艺，利用传统的杯形研磨机也可以保留完整的碎片且使最小宽度不超过晶片厚度的5倍。例如，利用杯形研磨，在取芯之前拉紧碎片的最小宽度部分，从而致使最大的破裂趋势。虽然降低了产率，但是可以通过在取芯之前(例如在将要切割的剩余厚度大约为0.1mm至0.2mm的阶段)使研磨机速率减半且大幅降低切割压力来生成在一片内的碎片。但是，由于没有如激光切割方法那样没有压力，所以最小厚度不能降低至2.5倍或更低。
如果由于碎片被保留在一单个片内而使基板晶片在至少三个点上被固定，则无需在整个工艺中插入任何多余的步骤。此外，当取出的衬底是具有至多2″直径的小直径衬底时，则进一步减少了残余碎片部分的大小。由于诸如吸气的方法也更加难以使用，所以通过使碎片完整来简化制造工艺是非常有利的。
取芯步骤可以包括外径取芯(外圆周取芯)和内径取芯(内圆周取芯)。可以先进行内径取芯或外径取芯。
虽然在取芯步骤之前或在取芯步骤之后进行精磨研磨步骤没有什么关系，但是可以优选地提供从晶片表面优选地抛光掉10μm至100μm的精磨步骤。当在取芯步骤之后提供精磨步骤时，可以例如在取芯步骤与倒棱步骤之间、在倒棱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。精磨步骤可以优选地提供在为倒角倒棱步骤与圆周面抛光步骤之间进行或在圆周面抛光步骤之后进行。
在精磨步骤中，可以抑制晶片基板或环形环状衬底的翘曲或膨胀，为了确定在后面的步骤中将抛光的合适量可以控制厚度。
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取芯步骤之后提供内圆周面和外圆周面倒棱步骤以及圆周面抛光步骤。
倒棱的角度和尺寸可以在很大程度上限制为标准尺寸。通常，该衬底可以通过倒棱步骤变成成品。但是，粘附在边缘或圆周面上的研磨粒子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，可以优选地在倒棱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精磨步骤之后，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600℃的2至60重量％的氢氧化钠溶液中的方式来进行碱腐蚀步骤，其用于除去从精磨步骤或圆周面抛光步骤中所产生的工艺畸变。
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已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，以利用作为研磨粒子的胶态二氧化硅来抛光该衬底。
清洗步骤可以利用本技术领域中已知的任何方法来进行，诸如使用碱和/或酸溶液的冲刷清洗或化学清洗。
本发明的磁记录介质用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垂直磁记录介质。为了增强与软磁层的紧密接触，还可以在形成软磁层之前事先提供底层。
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。
对大直径单晶硅棒进行切割，从而形成晶片。用研磨粒子对晶片进行精磨，以使其厚度和表面均匀。接下来，通过来自YAG激光器振荡装置的激光或通过杯形研磨工序从晶片裁剪出环形环状衬底。因此根据上述产生了多个衬底。接下来，通过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，从而完成了衬底的制造。
示例1
从大直径单晶硅棒切割获得具有200mm的直径的晶片。用杯形研磨机获得十一个具有48mm的外径和12mm的内径的环形环状衬底。这次，环形环状衬底之间的最小宽度d1设置为是晶片厚度的5倍，且在结束取芯之前磨石供给速度在0.2mm的点上降低一半。因此，作为残余晶片的碎片保留在一片内，且没有损坏。然后，进行取芯。这需要400分钟来处理五个晶片，因而获得55个衬底。在较短的时间段内获得了大量的衬底，且没有由碎片所导致的其表面的切碎或损坏。
示例2
除了把最小宽度d1设置为晶片厚度的三倍之外，进行与示例1中同样的工序。作为残余晶片的碎片保留在一片内，且没有损坏。然后，进行取芯。这需要400分钟来处理五个晶片，因而获得60个衬底。在较短的时间段内获得了大量的衬底，且没有由碎片所导致的其表面的切碎或损坏。
示例3
除了把最小宽度d1设置为晶片厚度的八倍以及保持磨石的供给速度为常规速度之外，进行与示例1中同样的工序。作为残余晶片的碎片保留在一片内，且没有损坏。但是所获得的环形环状衬底的数目低至8片。然后，进行取芯。这需要370分钟来处理五个晶片，因而获得40个衬底。所获得的衬底没有由碎片所导致的其表面的剥落或损坏。
对比示例1
除了把最小宽度d1设置为晶片厚度的0.5倍之外，进行与示例1中同样的工序。作为残余晶片的碎片被损坏且散乱。除去损坏的碎片，继续进行取芯。这需要560分钟来处理五个晶片，因而获得60个衬底。但是，衬底还被破碎的碎片刮划，因此实际能使用的只有40个衬底。
根据如上所述，已发现当最小宽度设置为晶片厚度的2.5至5倍时碎片可以保留在一片内且可有效获得衬底，以进行杯形研磨工艺。
示例4
从大直径单晶硅棒1获得200mm直径的晶片。用YAG激光器加工设备来获得十二个具有48mm外径和12mm内径的环形环状衬底3。这次，环形环状衬底之间的最小宽度d1设置为是晶片厚度的两倍。因此，作为残余晶片的碎片保留在一片内，且没有损坏。然后，进行取芯。这需要50分钟来处理五个晶片，因而获得60个衬底。在较短的时间段内获得了大量的衬底，且没有由碎片所导致的其表面的切碎或损坏。
示例5
从大直径单晶硅棒获得200mm直径的晶片。用YAG激光器加工设备来获得三十个具有26mm外径和7mm内径的环形环状衬底。这次，环形环状衬底之间的最小宽度d1设置为是晶片厚度的三倍。作为残余晶片的碎片保留在一片内，且没有损坏。然后，进行取芯。这需要60分钟来处理五个晶片2，因而获得150个衬底。在较短的时间段内获得了大量的衬底，且没有由碎片所导致的其表面的切碎或损坏。
示例6
除了把最小宽度d1设置为是晶片厚度的1.2倍之外，进行与示例5中同样的工序。作为残余晶片的碎片保留在一片内，且没有损坏。然后，进行取芯。这需要70分钟来处理五个晶片，因而获得180个衬底。在较短的时间段内获得了大量的衬底，且没有由碎片所导致的其表面的切碎或损坏。
对比示例2
除了利用杯形研磨机进行取芯之外，进行与示例5中同样的工序。从大直径单晶硅棒获得200mm直径的晶片。试图获得三十个具有26mm外径和7mm内径的环形环状衬底，但是由于该晶片被损害且散乱，因此什么也没得到。
对比示例3
除了把最小宽度d1设置为是晶片厚度的0.5倍之外，进行与示例5中同样的工序。作为残余晶片的碎片的一部分被损坏。除去损坏的碎片，然后进行取芯。这需要100分钟来处理5个晶片，因而获得200个衬底。但是，当碎片损坏时衬底被刮划，因此实际能使用的只有140个衬底。
根据如上所述当用于激光切割的最小宽度d1设置为是晶片厚度的1至2.5倍时，已发现碎片可以保留在一片内且甚至可以更加有效地获得衬底。
示例7
从大直径单晶硅棒获得具有200mm直径的晶片。用水喷射加工设备使用石榴石粒子#220来获得十一个具有48mm外径和12mm内径的环形环状衬底。这次，环形环状衬底之间的最小宽度d1设置为是晶片厚度的三倍。作为残余晶片的碎片保留在一片内，且没有损坏。然后，在取芯工艺中，需要40分钟来处理五个晶片，因而获得55个衬底。在较短的时间段内获得了大量的衬底，且没有由碎片所导致的其表面的切碎或损坏。
示例8
除了把最小宽度d1设置为是晶片厚度的1.2倍之外，进行与示例7中同样的工序。作为残余晶片的碎片保留在一片内，且没有损坏。然后，需要45分钟来进行取芯，以处理五个晶片，因而获得60个衬底。在较短的时间段内获得了大量的衬底，且没有由碎片所导致的其表面的切碎或损坏。
对比示例4
除了把最小宽度d1设置为是晶片厚度的0.5倍之外，进行与示例7中同样的工序。作为残余晶片的碎片的一部分被损坏。除去破碎的碎片并继续进行取芯，在60分钟内通过处理五个晶片获得56个衬底。当碎片损坏时衬底还被刮划，因此实际能使用的只有50个。
已发现当通过水喷射切割把最小宽度d1设置为是晶片厚度的1至2.5倍时，如上所述，碎片可以保留在一片内且甚至可以更加有效地获得衬底。