CN103875036B - 制造用于信息记录介质的玻璃衬底的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制造用于信息记录介质的玻璃衬底的方法，包括以下步骤：使用太阳‑行星齿轮型抛光机一次抛光若干玻璃衬底的抛光；选择性地确定抛光板的至少两个不同的环形区域并且控制抛光机的所确定的环形区域的温度变化以抑制并且控制玻璃衬底的厚度变化。当抛光板的不同区域上的温度差距低时可以抑制和控制厚度变化。本发明的目的还在于确定抛光机的抛光板的至少两个不同的环形区域的温度变化不高于2℃。通过根据本发明的这样的方法，抛光板的不同环形区域上的玻璃衬底的表面能够被抛光以具有低的厚度变化。

Description

制造用于信息记录介质的玻璃衬底的方法

技术领域

本文中所描述的发明一般涉及制造用于信息记录介质的玻璃衬底的方法。

发明简述

本发明是鉴于下文所述的情形做出，并且本发明的目的是提供制造用于信息记录介质的玻璃衬底的方法，包括以下步骤：使用太阳-行星齿轮型（sun-and-planet geartype）抛光机一次抛光若干个玻璃衬底的抛光步骤；选择性确定抛光板的至少两个不同的环形区域并且控制抛光机所确定的环形区域的温度变化以抑制并且控制玻璃衬底的厚度变化。

为了实现以上目的，本发明公开了控制抛光工艺中的环境温度变化的方法，其中确定抛光机的至少两个不同的环形区域的温度变化，使得当相应地控制和抑制抛光板的不同区域之间的温度变化时能够控制和抑制厚度变化。

本发明的目的还在于确定抛光机的抛光板的至少两个不同的环形区域的温度变化不超过2℃。

通过根据本发明的该方法，抛光板的不同的环形区域上的玻璃衬底的表面能够被抛光以具有经抑制的厚度变化。

将在下文中更全面地描述并且在权利要求中具体地指出本发明的前述的以及其它的特征，以下说明详细地陈述了本发明的某些说明性实施方案，然而，这些说明性实施方案仅表示可以使用本发明的原理的各种方式中的几种方式。

背景技术

近年来，随着对信息记录装置如硬盘驱动器（HDD）容量的增加以及尺寸的降低的需求，随着信息社会和其他的进步已经提出了各种信息处理装置。为了增加记录能力，正在开发一种用于进一步降低磁头的飞行高度的技术以减小单位记录面积并且改善减弱的磁信号的检测灵敏度。为了测量磁头的飞行高度的降低并且保护记录面积，就平滑度和平整度的提高（划痕、突起、凹陷等的减少）而言，对于磁盘衬底的需求变得日益迫切。为了满足这样的需求，抛光处理起重要的作用。

理论上，在抛光处理中，如果抛光速率保持恒定，则抛光速率是厚度与所需的抛光时间之间的关系；即抛光量与抛光时间（处理时间）成比例。然而，在实际的工业应用中，尽管抛光时间根据适当的抛光速率与期望的厚度之间的关系被确定并且固定，然而，由于在抛光处理中的环境温度和/或抛光浆料的温度的变化，同一操作中衬底的抛光量可能波动。玻璃衬底的厚度的一致性可能由于温度变化而变化，高的温度导致抛光速率升高。这个缺点影响了玻璃衬底的表面的高度、平整度和平滑度的变化。

JPA2007-245265公开了用于具有高平滑度的磁盘的玻璃衬底的制造过程，该过程通过在向玻璃盘的表面提供抛光浆料时提供20℃或更低的抛光浆料的环境温度，或在完成抛光处理时提供30℃或更低的环境温度来实现。

在现有技术中，研究了如下方法：当执行玻璃衬底的抛光处理时，温度或抛光处理可能影响所抛光的对象的表面。本发明因此旨在解决抛光操作中的温度变化问题以抑制并且控制玻璃衬底的厚度变化。

发明详述

在以下描述中，为了解释的目的，陈述了大量具体细节以提供对本发明的原理的深入理解。然而对本领域技术人员而言明显的是，本原理可以在没有这些具体细节的情况下来实施。在说明书中对“实施方案”、“实施例”或类似语言的引用表示结合该实施方案或实施例描述的具体的特征、结构或特性被包括在至少所述的那一个实施方案中，但不一定在其他实施方案中。在说明书各个位置中的短语“在一种实施方案中”或类似短语的各种实例不一定都指代相同的实施方案。

通常，用于作为信息记录介质的磁盘的玻璃衬底（下文中简称为玻璃衬底）由玻璃加工件制成。玻璃衬底可以由包含SiO₂作为用于形成玻璃网络结构的主要成分的玻璃来形成。也可以使用其他成分如Al₂O₃、ZrO₃、CaO、BaO、LiO₂和Na₂O作为重要成分以有助于提高的玻璃化转变温度、改善的耐久性、玻璃结构的稳定性和改善的玻璃衬底的硬度。通过执行包括以下步骤的多个处理来制造衬底：

（1）成型研磨和倒角处理

通过使熔融玻璃成型以获得平板状玻璃来制造玻璃衬底。将平板状玻璃切割成盘状玻璃。然后可以通过使用各种处理机械对盘状玻璃进行若干其他具体的处理来形成玻璃衬底。例如，使用研磨机械如使用行星齿轮型机构的双面研磨机对盘状玻璃的两个主要表面进行研磨处理，以便获得具有基本平滑的主要表面的玻璃基体构件。其后，从第一研磨机上去除通过第一研磨处理获得的玻璃基体构件，并且使用金刚石刀具对玻璃基体构件进行切割处理，以形成盘状玻璃衬底，随后进行取芯处理，其中使用圆柱形钻来形成同心内孔以获得环形玻璃衬底。其后，使用金刚石磨石对内缘表面和外缘表面进行成型和倒角处理。然后可以对玻璃衬底的两个主要表面进行第二研磨处理以去除主要表面上的细微的不规则性。在所述第二研磨处理之后，随后从第二研磨机上移除玻璃衬底并且把玻璃衬底放置在一个或更多个边缘表面抛光机中以实现玻璃衬底的内缘表面和外缘表面上的镜面状态。

（2）抛光处理

通常，随后使用例如双面抛光机（如具有行星齿轮型机构的双面抛光机）以及使用有不同硬度的树脂抛光垫和具有不同尺寸的氧化铈磨料粒的不同的抛光浆料来对主要表面执行一个或更多个表面抛光处理。抛光步骤在以下状态执行：其中通过沿着原材料玻璃板的表面滑动抛光垫来将抛光垫附接至下抛光板和上抛光板。通常通过使上抛光板与下抛光板分离足以使得机器操作员或自动装载/卸载装置能够抓住并且移除衬底的距离来实现衬底的装载和卸载，其后，用新衬底代替已抛光的衬底为随后的操作周期做准备。在抛光步骤中，抛光垫的滑动抛光并平滑原料玻璃板的表面。例如，在应用两步抛光处理时，在第一抛光机中使用第一硬树脂抛光板和第一抛光浆料对玻璃衬底进行抛光之后，将玻璃衬底小心地从第一抛光机中移除并且放置在承载盘或容器中。其后，将玻璃衬底小心地放置在第二抛光机中以使用相似的抛光机并且使用较软的树脂抛光垫和具有较小颗粒的抛光浆料来进行第二抛光处理。

本发明的抛光浆料是胶体颗粒在水中的浆料分散体。胶体颗粒包括作为磨料组分的金属氧化物。可以使用的金属氧化物包括但不限于：氧化铝、二氧化硅、氧化铜、氧化铁、氧化镍、氧化锰、碳化硅、氮化硅、氧化锡、二氧化钛、碳化钛、氧化钨、氧化钇、氧化锆以及其组合。金属氧化物可以是单个的单一颗粒或单个颗粒的聚集体。因此，如本文中所使用的术语“颗粒”是指至少一种主要颗粒的聚集体和单个颗粒二者。

（3）化学强化处理

优选地对玻璃衬底进行化学强化。可以通过已知方法对玻璃衬底进行化学强化处理。将玻璃衬底浸入含有Na离子或K离子的熔融盐中，以在玻璃衬底的表面执行与具有较小原子尺寸的Li离子或Na离子的离子交换以在玻璃衬底的表面形成压缩应力层，从而完成用于信息记录介质的玻璃衬底的制造。

（4）玻璃衬底检查

通过已知方式来执行任意批次中的每个任意取样的玻璃衬底的玻璃衬底厚度，以基于所计算的标准偏差来确定所取样的玻璃衬底的厚度变化是非常好（厚度变化≤1μm）、好（1μm≤厚度变化≤2μm）、差（2μm≤厚度变化≤4μm）还是非常差（厚度变化大于4μm）。此外，还通过已知方式来执行任意批次中的每个任意取样的玻璃衬底的玻璃衬底粗糙度，以基于所计算的标准偏差来确定所取样的玻璃衬底的粗糙度是非常好（变化受高度抑制）、好（变化受抑制）、差（变化未受高度抑制）还是非常差（变化未受抑制）。

各种衬底制造业的发展已经使得能够连续地生产较大量的衬底。例如，现今所使用的典型的行星齿轮型抛光机包括那些具有在单个步骤中抛光一百个衬底的能力的行星齿轮型抛光机。可以以多种方式影响从这种大量衬底的生产所获得的高容量信息记录装置的操作可靠性，如改变衬底抛光条件以实现改善的可用记录区域的平整度、波纹和微波纹，以及最近的改善衬底的外周部分表面高度的最大变化。

抛光机同时抛光玻璃衬底的上表面和下表面。抛光机包括用于压住衬底的上抛光板、和用于支撑衬底的下抛光板。这些抛光板相互同轴地布置。另外，在上抛光板与下抛光板之间沿着其圆周方向布置有在支持衬底的同时进行太阳-行星旋转的多个载体。衬底被安装在每个载体的通孔中并且与载体一起运动。通过旋转抛光板，可以抛光每个衬底的两个表面。然而，由于载体与抛光垫之间的运动，抛光机的不同环形区域的温度变化增大。

已经发现了在大量生产的玻璃衬底的同一批次中发生的平均粗糙度（Ra）的变化；即玻璃衬底呈现高Ra和低Ra。这在过去不是问题，因为高Ra值是可接受的，当然低Ra值也可以接受。然而，现在，要求玻璃衬底具有较低的Ra值，因此生产具有Ra变化的玻璃衬底的传统方法不再是可接受的，或者换句话说，高Ra不再是可接受的。不能实现低Ra会随着抛光处理的不同温度而产生问题。

已经发现在大量生产的同一批次的玻璃衬底之间的Ra变化实际上归因于传统方法下衬底的厚度的内在变化（即切削量的变化）。

在这方面，在本发明中认识到，实际上可以通过抑制抛光机的区域之间的温度变化来抑制和控制大量生产的衬底之间的厚度变化。

本发明的用于降低玻璃衬底的厚度变化的方法可应用于待使用任意太阳-行星齿轮型机器处理的各种玻璃衬底。

本发明涉及降低玻璃衬底的厚度变化的方法。如上所述，玻璃衬底的表面高度的一致性可以由于温度变化而变化，高的温度导致抛光速率升高。本发明的目的是在抛光处理中控制环境温度变化以抑制和控制表面高度变化。温度变化由抛光机中至少两个不同的环形区域的环境温度来确定。

本发明的其它目的和效果将通过以下描述变得清楚。

本文中所描述的本发明的潜在优势在于其能够通过控制抛光机的不同的环形区域的温度变化来显著地抑制和控制任意抛光操作中玻璃衬底的厚度变化。

以下解释了本发明的实施方案。然而，本发明不应该被理解为限于以下实施方案。与本发明的精神一致并且产生同样效果的实施方案包括在本发明中。

如上所述，本发明的目的是提供制造用于信息记录介质的玻璃衬底的方法，包括以下步骤：使用太阳-行星齿轮型抛光机一次抛光若干玻璃衬底的抛光；选择性地确定抛光板的至少两个不同的环形区域，检测每个环形区域的环境温度；并且控制环形区域的温度变化以抑制并且控制玻璃衬底的厚度变化。

已经发现抛光板的不同环形区域的温度差距越低，玻璃衬底的厚度变化越低。因此，控制温度变化不高于2℃。优选的是控制温度变化不高于1℃。

具体地，本发明提供了抑制和控制玻璃衬底的厚度的方法，其中确定抛光板的内环形区域和外环形区域并且控制这些区域的温度变化。优选地，确定抛光板的3个不同的环形区域。

在实施方案的进一步细节中，抛光板的任意区域处的温度在24℃至26℃的范围内。

当上抛光板和下抛光板未被覆盖时，本发明的温度是可检测地可测量的。

在本发明的各个方面，根据需要，温度变化可通过调节抛光浆料的温度或冷却剂的流速可控地调节。以下将通过参考本发明的以下实施例来对本发明进行详细地说明和解释。本发明不应当被理解为限于以下示例的组成。

本领域技术人员能够容易地想到另外的优势和修改。因此，本发明在其更广泛的方面不限于本文中所示出和描述的具体的细节和说明性示例。

因此，在不偏离如由所附权利要求和其对等物定义的总的发明构思的精神和范围的情况下，可以做出各种修改。

实施例

现在将在下文中参考一些实施例和比较例来描述用于大容量信息记录介质的大量的2.5英寸（65mm）玻璃衬底的制造过程的实施例。在表示大量的玻璃衬底的生产时，在每个衬底生产过程中生产100个玻璃衬底，并且每个过程重复100次以便为实施例和比较例中的每一个生产总共10,000个玻璃衬底。在本文中应当理解的是，所述方法的示例性实施方案可用于其它类型的衬底和那些具有其他预定尺寸和形状的衬底，如3.5英寸（89mm）、2.5英寸（65mm）、1.8英寸（48mm）、1英寸（27.4mm）、0.8英寸（21.6mm）或更小的衬底。

对使用外径为65mm、内径为20mm、厚度为0.635mm的尺寸的盘状玻璃衬底的实施例做出描述。

根据本发明，抛光垫可以是任意类型的垫，例如标准垫或固定的研磨垫。承载架在玻璃衬底上提供可控负载以推压其紧靠抛光垫。通常向抛光垫的表面提供抛光浆料。抛光浆料包括含有至少一种化学反应试剂的一般组合物。

其中一种示例性实施方式是通过控制抛光机的不同环形区域的温度变化来抑制和控制玻璃衬底的厚度的本发明的方法，包括以下步骤：

-设置抛光机的不同环形区域上的至少两个不同的位置；（这两个不同的环形区域是圆形的抛光板上的不同的半径位置）

-检测所述位置的温度并且测量温度差距；

-测量每个玻璃衬底的厚度并且分析厚度变化；

-可控地调节并且确定抛光机的温度变化以实现适当的厚度变化。

随后，在以下抛光条件下使用以下抛光设备对10个样品衬底进行抛光。

抛光条件

抛光机：太阳-行星齿轮型

抛光垫：有孔聚氨酯形式类型的垫（睡垫）

抛光表面板的旋转数：30rpm至40rpm

抛光时间：10分钟至100分钟

抛光负载：30g/cm²至120g/cm²

在抛光机的不同区域上安装温度记录仪。当上抛光板和下抛光板未被覆盖时记录每个环形区域上的温度。在这种情况下，两个环形区域被定义为圆形抛光板的内侧位置和外侧位置。

使用表面粗糙度测量装置如原子力显微镜（AFM）来评估粗糙度（Ra）。

附图说明

图1示出了太阳-行星齿轮型抛光机

最佳实施方式

如本发明的详细描述中所公开的。

Claims (9)

1.一种制造用于信息记录介质的同一批次中的多个玻璃衬底的方法，包括以下步骤：

使用太阳-行星齿轮型抛光机来抛光所述玻璃衬底的上表面和下表面，所述太阳-行星齿轮型抛光机包括：上抛光板、下抛光板以及支持所述玻璃衬底的多个载体，所述载体进行太阳-行星旋转并布置在所述上抛光板和所述下抛光板之间；

确定所述上抛光板和所述下抛光板中的每个的至少两个不同的环形区域，所述至少两个不同的环形区域是圆形的每个抛光板上的不同的半径位置；

选择性地检测每个环形区域的环境温度；以及

控制所述环形区域的温度变化以抑制并且控制玻璃衬底的厚度变化。

2.根据前述权利要求1所述的方法，其中将所述温度变化控制为不高于2℃。

3.根据前述权利要求1或2所述的方法，其中将所述温度变化控制为不高于1℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其中控制内侧环形区域和外侧环形区域的所述温度变化。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中控制内侧环形区域、中间环形区域和外侧环形区域的所述温度变化。

6.根据前述权利要求1、2、4中任一项所述的方法，其中抛光板的任意区域处的温度在24℃至26℃的范围内。

7.根据前述权利要求1、2、4中任一项所述的方法，其中所述温度变化可通过调节抛光浆料的温度可控地调节。

8.根据权利要求1、2、4中任一项所述的方法，所述温度变化可通过调节冷却剂的流速可控地调节。

9.根据前述权利要求1、2、4中任一项所述的方法，其中当所述上抛光板和所述下抛光板未被覆盖时，所述温度变化通过在抛光机的不同区域上安装的温度记录仪来测量，

在所述玻璃衬底被抛光之后用新衬底来代替同一批次中的所述玻璃衬底以重复进行抛光。