DE19813464A1 - Zwischenprodukt eines Plattensubstrats, dazugehöriges Herstellungsverfahren sowie Schleifmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Zwischenprodukt eines Plattensubstrates mit einer präzisen Ebenheit und Oberflächenrauheit, das frei von Fehlern wie Löchern oder Vertiefungen ist. Insbesondere bezieht sie sich auf ein Zwischenprodukt eines Plattensubstrates zur leichten und kostengünstigen Herstellung eines kristallisierten Glassubstrates oder eines anorganischen Substratmaterials wie einem Glassubstrat oder keramischen Substrat, das für eine Festplatte (hard disk) verwendet wird, auf dessen Herstellungsverfahren und auf eine Schleifmaschine.

Ein Plattensubstrat, das derzeit für eine Festplatte verwendet wird, umfaßt ein Aluminiumsubstrat, das eine Aluminiumplatte ist, die mit Ni-P (Nickel-Phosphor) plattiert ist und ein Glassubstrat, das aus kristallisiertem Glas oder Glas (einschließlich vorgespanntem Glas) hergestellt ist. Das Aluminiumsubstrat wird als ein Substrat für eine große Festplatte mit einem Durchmesser von 5,25 oder 3,5 Zoll verwendet, während das Glassubstrat als ein Substrat für eine kleine Festplatte mit einem Durchmesser von 2,5 Zoll oder weniger verwendet wird.

Das Glassubstrat ist höherwertiger im Vergleich zu dem Aluminiumsubstrat hinsichtlich der Funktion, die von einem Festplattensubstrat gefordert wird, wie beispielsweise die Stoßwiderstandsfähigkeit (Härte) oder Steifigkeit (Elastizitätsmodul) und kann eine bessere Oberflächenrauheit liefern. Jedoch sind dessen Herstellkosten höher, weil beim Herstellungsverfahren eine längere Verarbeitungszeit benötigt wird. Da die Herstellungskosten dazu neigen, anzusteigen, wenn das Glassubstrat in seiner Abmessung größer wird, ist das Glassubstrat zusätzlich auf die Verwendung für ein Substrat für eine kleine Festplatte begrenzt, die in einem tragbaren PC eingebaut wird, der eine Stoßfestigkeit verlangt.

Hinsichtlich der Oberflächeneigenschaften des Glassubstrates, das für die Festplatte verwendet wird, wird gefordert, daß sie eine hohe Ebenheit, Oberflächenrauheit und keinen Oberflächendefekt wie ein Loch oder eine Vertiefung besitzt. Um ein Glassubstrat herzustellen, das den geforderten Eigenschaften genügt, wird ein Glassubstratmaterial derzeit geschliffen. Da ein Reaktionszwischenprodukt eines Glassubstrates im allgemeinen eine unzureichende Ebenheit und Oberflächenrauheit hinsichtlich der geforderten Eigenschaften hat, wird ein Verfahren verwendet, um das Zwischenprodukt des Glassubstrates weiter zu polieren.

Das Polieren als letzter Endbearbeitungsschritt bei der Erzeugung des Glassubstrates weist die folgenden Schritte auf: Halten des Glassubstratzwischenproduktes zwischen den oberen und unteren Oberflächenplatten, Aufbringen von Schleifgewebe, das aus Polyurethan oder Velour hergestellt ist, auf eine Polieroberfläche der Oberflächenplatte (Kontaktoberfläche mit dem Glassubstratzwischenprodukt) und Drehen der oberen und unteren Oberflächenplatten in die entgegengesetzte Richtung, während eine Behandlungsflüssigkeit geliefert wird, um die Oberfläche des Glassubstrates mit feinem Schleifkorn aus Zerdioxid (CeO₂) als freies Schleifkorn zu polieren.

D.h., es kann gesagt werden, daß der Polierschritt ein Schritt zur Korrektur winziger Unregelmäßigkeiten ist, die im vorherigen Schleifschritt erzeugt wurden, um eine gleichmäßige und gute Oberflächenrauheit zu erzielen. Deshalb übernimmt der Polierschritt die Ebenheit, die in dem vorherigen Schleifschritt erzielt wurde, so wie sie ist, so daß es theoretisch unmöglich ist (bei einer Produktionseffizienz), die Ebenheit im Polierschritt zu korrigieren. Somit ist es notwendig, in dem Schleifschritt eine hohe Ebenheit zu schaffen, um ein Glassubstrat mit einer hohen Ebenheit zu erzeugen.

Des weiteren bürdet ein besserer Oberflächenzustand des Glassubstratzwischenproduktes nach dem Schleifen dem Polierschritt eine kleinere Belastung auf. D.h., die Zeit, die für den Polierschritt notwendig ist, wird verkürzt, so daß die Produktionseffektivität verbessert wird, während der Verbrauch von Schleifkorn vermindert werden kann. Somit können die Herstellkosten für das Glassubstrat reduziert werden. D.h., es ist beim Herstellen des Glassubstrates wichtig, ein Glassubstratzwischenprodukt mit einer guten Ebenheit und weniger Oberflächendefekten zu erzeugen, oder, mit anderen Worten, ein Schleifverfahren für das Glassubstratmaterial zu entwickeln, das eine gute Ebenheit schafft und kaum einen Oberflächendefekt hervorruft.

Derzeit gibt es als Verfahren zur Herstellung eines Plattensubstratzwischenproduktes aus einem anorganischen Material, das ein solches Glassubstratzwischenprodukt enthält, oder als ein Schleifverfahren für ein Plattensubstratmaterial, ein Gebiet, das eine winzige Zerstörung verwendet und ein Gebiet, das eine winzige Deformation verwendet. Das erstere wird verwendet, um eine Behandlungs- und Entfernungswirkung zu vergrößern und das Läppen mit freiem wärmeabsorbierendem Korn ist ein typisches Beispiel davon. Andererseits wird das letztere dazu verwendet, die Oberfläche mit einer hohen Genauigkeit zu bearbeiten und ein typisches Verfahren enthält einen Schleifvorgang mit einem fixierten Schleifstein.

Das Läppen ist ein typisches Verfahren zum Abschleifen eines Plattensubstratmaterials und wird häufig in einen primären Läppschritt (Grobläppen) und einen nachfolgenden zweiten Läppschritt (Feinläppen) unterteilt. In jedem Fall wird ein Träger (Platte, die typischerweise aus Kunstharz hergestellt ist, zum Halten eines Plattensubstratmaterials), der mit einem Plattensubstratmaterial verbunden ist, zwischen die oberen und unteren Läppoberflächenplatten, die aus Eisen hergestellt sind, plaziert. Das Plattensubstrat wird auf beiden Seiten unter Druck gehalten. Die oberen und unteren Oberflächenplatten werden in die entgegengesetzte Richtung zueinander gedreht, um beide Oberflächen des Plattensubstrates zu läppen, während freies Schleifkorn wie GC (SiC) und Arbeitsflüssigkeit zwischen diese geliefert wird und Späne und Splitter von der Oberfläche des Plattensubstratmaterials entfernt werden. Es ist vorteilhaft, daß es eine hohe Ebenheit, Arbeitspräzision und Arbeitseffektivität schafft.

Hier verursacht das Läppen einen winzigen Sprödbruch auf der Plattensubstratmaterialoberfläche aufgrund des Zusammenstoßens (Gleitens) zwischen dem Plattensubstratmaterial und dem Schleifkorn, wodurch die Oberfläche eines Plattensubstratmaterials mit einem solchen Bruch geschliffen wird. Anschließend wird eine Arbeitsstörung/-verwerfung oder -verwindung auf der Oberfläche des resultierenden Plattensubstratzwischenproduktes aufgrund des Sprödbruches verursacht.

Wenn ein unterschiedlicher Umfang an Arbeitsstörung bzw. -verwindung auf der Oberfläche des Plattensubstratzwischenproduktes verbleibt, verwindet sich das Plattensubstratzwischenprodukt, so daß es unmöglich wird, eine gute Ebenheit zu erzielen. Wenn jedoch beide Ebenen des Plattensubstratmaterials gleichzeitig bearbeitet werden, kann die Arbeitsdeformation, die auf dem Plattensubstratzwischenprodukt erzeugt wird, gleichmäßig und im wesentlichen im gleichen Umfang auf jeder Ebene gemacht werden. Da somit das Läppen ein Plattensubstrat mit einer geringen Verwindung und einer hohen Ebenheit schaffen kann, ist es als ein Verfahren zur Herstellung eines Plattensubstratzwischenproduktes für eine Festplatte weit verbreitet.

Da das Läppen jedoch eine teilweise Abschleifung verursacht, wenn es über einen verlängerten Zeitraum verwendet wird, könnte es eine plastische Deformation in dem Plattensubstratzwischenprodukt hervorrufen, wodurch die oben erwähnte Ebenheit nicht länger erzielt werden kann, sofern die Läppoberfläche der Läppoberflächenplatte nicht sorgfältig überwacht wird. Zusätzlich hat das Läppen einen Nachteil, daß Löcher oder Vertiefungen, die Kornmarken genannt werden, unvermeidlich erzeugt werden, weil es sich um einen Sprödbruchprozeß handelt.

Diese Löcher oder Vertiefungen sind winzige Eindrückungen, von denen vermutet wird, daß sie erzeugt werden, wenn ein relativ großes Korn (zweites Korn) auf der Oberfläche des Plattensubstratmaterials während dem Läppverfahren rollt. Sie haben typischerweise eine Tiefe von 20-30 µm. Dies macht es erforderlich, diese Löcher oder Vertiefungen im nächsten Polierverfahren zu entfernen, das für gewöhnlich für 40-60 Minuten fortgeführt werden muß, um beide Oberflächen des Plattensubstratzwischenproduktes zu polieren. Die Bearbeitungsdauer ist ungefähr acht- bis zehnmal länger als die Polierdauer beim Herstellungsverfahren für ein Aluminiumsubstrat. Eine solche lange Bearbeitungsdauer resultiert in einer der Hauptursachen der Zunahme der Herstellungskosten.

Es wurde eine Platte mit einer Diamantpelletoberfläche bzw. Oberfläche mit Diamantkörnern als ein Verfahren zur Unterdrückung einer solchen teilweisen Abschleifung der Läppoberflächenplatte während dem Läppen entwickelt. Jedoch wird damit das Problem der Loch- bzw. Vertiefungserzeugung nicht überwunden. Deshalb ist es notwendig, beide Oberflächen des Plattensubstratzwischenproduktes um mindestens 30-40 Fm zu Schleifen, um die Löcher bzw. Vertiefungen im folgenden Polierverfahren zu entfernen. Somit sind die Kosten im wesentlichen dieselben wie diejenigen bei der Verwendung des Läppverfahrens.

Andererseits ist eine Schleifbearbeitung ein Bearbeitungsverfahren, um die Oberfläche des Plattensubstratmaterials durch Drehen eines fixierten Schleifsteins mit einer hohen Drehzahl zu schleifen, wobei der Schleifstein durch Fixieren von Schleifkorn wie Diamant, CBN oder GC an Metall, Kunstharz oder Glas erzeugt wird. Hinsichtlich der Schleifbearbeitung wird kaum ein Loch bzw. eine Vertiefung erzeugt und, sogar wenn eines erzeugt wird, hat es eine sehr geringe Tiefe, so daß die Zeit zur Entfernung eines Unregelmäßigkeitsdefektes, der auf der Ebene des Plattensubstratzwischenproduktes verbleibt, im Poliervorgang merklich reduziert ist.

Wenn jedoch eine solche Schleifbearbeitung fortgeführt wird, werden Spitzen vom Schleifkorn weggeschliffen und es wird unmöglich, einen Schleifvorgang durchzuführen, wodurch eine periodische Oberflächenverbesserung erforderlich wird. Da es notwendig ist, eine Oberfläche des Plattensubstratmaterials nach der anderen zu bearbeiten, ist es zusätzlich unmöglich, eine gleichmäßige Menge oder Verteilung an Arbeitsverwindung, die auf jeder Ebene des Plattensubstratmaterials erzeugt wird, zu schaffen, so daß eine unregelmäßige Verwindung oder Verdrehung in dem Plattensubstratzwischenprodukt erzeugt wird und die Ebenheit verschlechtert wird.

Da eine solche Verwindung oder Verdrehung bei der Polierbearbeitung nicht entfernt oder korrigiert werden kann, wie vorstehend beschrieben wurde, wurde eine solche Schleifbearbeitung nicht als Bearbeitung zur Herstellung eines Plattensubstratzwischenproduktes für eine Festplatte verwendet.

Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht solcher Probleme aus dem Stand der Technik getätigt. Der Erfinder hat den Versuch unternommen, die obigen Probleme zu lösen und erreichte die vorliegende Erfindung durch Einsetzen eines Sprödbruchprozesses und eines plastischen Deformationsprozesses in einem Prozeß zum Schleifen einer zu schleifenden Oberfläche eines Plattensubstratmaterials, wobei der Sprödbruchprozeß in einem ersten Schritt durchgeführt wird, der plastische Deformationsprozeß in einem zweiten Schritt durchgeführt wird und ein Ausfunkprozeß (Glättungsprozeß).

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung beabsichtigt, ein Zwischenprodukt eines Plattensubstrates mit einer niedrigen Belastung beim Polierprozeß und mit einer guten Ebenheit zu schaffen und mit einer reduzierten Höhendifferenz von Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche, um ein Verfahren zur Herstellung des Zwischenproduktes des Plattensubstrates zu schaffen, das die Erzeugung von winzigen Löchern oder Vertiefungen und unregelmäßiger Verwindung von Material, das geschliffen werden soll, beim Schleifprozeß verhindern kann, eine gute Ebenheit des Plattensubstratmaterials aufrecht erhalten kann, indem ein konstanter Schleifwiderstand auf der Oberfläche des Plattensubstratmaterials und Ortskurven der fixierten Schleifkörner gehalten werden, und das dazu beiträgt, die Arbeitsgenauigkeit und Effektivität zu verbessern und die Kosten zu reduzieren, und um eine Schleifmaschine zu schaffen.

D.h., es ist erfindungsgemäß ein Zwischenprodukt eines Plattensubstrates vorgesehen, dessen beide Oberflächen mittels eines Schleifsteines geschliffen werden, wobei die Ebenheit auf jeder Ebene 10 Fm oder weniger beträgt, und wobei die Höhendifferenz der Unregelmäßigkeiten, die durch das Schleifen erzeugt werden, 5 Fm oder weniger beträgt. Es ist ferner vorzuziehen, daß die Ortskurven des Schleifprozesses, die auf jeder Ebene des Plattensubstratzwischenproduktes erzeugt werden, radiale Kurven sind, die sich außerhalb der Mitte erstrecken.

Erfindungsgemäß ist zusätzlich ein Prozeß zur Herstellung eines Zwischenproduktes eines Plattensubstrates vorgesehen, der die folgenden Schritte aufweist: sequentielles Schleifen beider Ebenen eines Plattensubstratmaterials, das nacheinander bearbeitet werden soll, um einen im wesentlichen gleichen Betrag an Arbeitsverwindung zu schaffen, die auf jeder Schleifebene verbleibt, wodurch die Ebenheit des Plattensubstratzwischenproduktes nach dem Schleifen bei 10 µm oder weniger gehalten wird.

Hier werden bei dem Verfahren zur Herstellung eines Zwischenproduktes einer Platte gemäß der vorliegenden Erfindung Schleifkörner, die den Schleifstein bilden, vorzugsweise gebrochen oder fallen aus dem Schleifstein heraus, in einem ersten Schleifschritt, der den Hauptteil der vorbestimmten Menge schleift, wenn jede Ebene des Plattensubstratmaterials durch einen sich drehenden Schleifstein geschliffen wird. Zusätzlich ist es vorzuziehen, daß der erste Schleifschritt die folgenden Schritte aufweist:
Befestigen des Plattensubstratmaterials auf einem Werktisch und Drehen von sowohl dem Werktisch als auch dem Schleifstein, wobei die Umdrehungszahl des Werktisches im Bereich von 60-80% oder 20-40% von jener des Schleifsteines liegt.

Des weiteren ist es vorzuziehen, daß der zweite Schleifschritt, der dem ersten Schleifschritt folgt, unter einer Arbeitsbedingung durchgeführt wird, bei der den Schleifstein bildende Schleifkörner im wesentlichen nicht gebrochen werden, oder im wesentlichen nicht herausfallen. Wenn die Ebenheit einer jeden Ebene des Plattensubstratmaterials 10 µm oder weniger beträgt, wird der Prozeß effektiver. Das Plattensubstratmaterial ist in Anbetracht des Bearbeitungsmechanismus ein anorganisches Materialsubstrat und es ist noch vorteilhafter ein Glassubstrat oder ein kristallisiertes Glassubstrat.

Ferner ist erfindungsgemäß eine Schleifmaschine zum Schleifen einer jeden Ebene eines Plattensubstratmaterials vorgesehen, durch Montieren und Befestigen des Plattensubstratmaterials, das bearbeitet werden soll, auf einer Arbeitsoberflächenplatte und durch relatives Gleiten eines Arbeitsschleifsteines in Tassenform und der Arbeitsoberflächenplatte, wobei der tassenförmige Schleifstein durch Verfestigen von Schleifkörnern gebildet wird, wobei die Drehmitte der Arbeitsoberflächenplatte auf dem Umfang des tassenförmigen Schleifsteines angeordnet ist, wobei die Maschine einen Gleitantriebssteuermechanismus aufweist, zum relativen Gleiten des tassenförmigen Schleifsteines und der Arbeitsoberflächenplatte, so daß die Ortskurven der Kontaktabschnitte zwischen dem Plattensubstratmaterial auf der Arbeitsoberflächenplatte und dem tassenförmigen Arbeitsschleifstein gleichförmig sind.

Das Plattensubstratmaterial, das durch die Schleifmaschine für das Plattensubstratmaterial bearbeitet wird, ist vorzugsweise Glas oder kristallisiertes Glas und das für den Schleifstein verwendete Schleifkorn ist vorzugsweise Diamant, CBN oder gesinterte Körner.

Es folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnungen.

Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Schleifmaschine für ein Plattensubstrat.

Fig. 2 ist eine schematische Vorderansicht eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Schleifmaschine für ein Plattensubstrat.

Fig. 3 ist eine schematische Vorderansicht eines anderen Beispiels einer erfindungsgemäßen Schleifmaschine für ein Plattensubstrat.

Die Fig. 4(a) und (b) zeigen Positionsverhältnisse zwischen einem tassenförmigen Arbeitsschleifstein und einer Arbeitsoberflächenplatte (Plattensubstrat) gemäß einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren eines Plattensubstrates.

Fig. 4(a) ist eine schematische Ansicht, die eine Anordnung zeigt und die Fig. 4(b) ist eine bildhafte Darstellung, die die Ortskurven auf einer Schleifoberfläche eines tassenförmigen Arbeitsschleifsteines für ein Plattensubstrat zeigt.

Da ein Zwischenprodukt eines Plattensubstrates gemäß der vorliegenden Erfindung eine gute Ebenheit und eine geringe Höhendifferenz an Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche hat, ist die Belastung beim Polierprozeß gering, so daß die Herstellungskosten des Plattensubstrates reduziert werden können. Zusätzlich werden gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren eines Plattensubstratzwischenproduktes kein Loch oder Vertiefung und keine unregelmäßige Verwindung während dem Schleifprozeß in dem Plattensubstrat erzeugt, wodurch eine gute Ebenheit des Materials, das geschliffen werden soll, aufrecht erhalten bleiben kann, während das Verfahren dazu beitragen kann, die Arbeitsgenauigkeit und Effizienz zu verbessern und die Kosten zu reduzieren.

Nun werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.

Zuerst besteht das Verfahren zur Herstellung eines Zwischenproduktes aus einem Plattensubstrat aus den folgenden Schritten: Erzeugen eines tassenförmigen Arbeitsschleifsteines durch Verfestigen von Schleifkörnern, Plazieren des Drehmittelpunktes einer Arbeitsoberflächenplatte, so daß sie sich auf dem Umfang des tassenförmigen Arbeitsschleifsteines befindet, relatives Gleiten des tassenförmigen Arbeitsschleifsteines und der Arbeitsoberflächenplatte, so daß die Ortskurven von Kontaktbereichen zwischen dem Plattensubstratmaterial auf der Arbeitsoberflächenplatte und dem tassenförmigen Arbeitsschleifstein gleichförmig sind und nachfolgend und weiterführend ein Sprödbruchprozeß und ein plastischer Deformationsprozeß, um im wesentlichen dieselbe Arbeitsverwindung zu schaffen, die in den oberen und unteren Oberflächen des Plattensubstratzwischenproduktes hervorgerufen werden.

Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Beispiel einer Schleifmaschine für ein Plattensubstratmaterial zeigt, die zur Herstellung eines Zwischenproduktes aus einem Plattensubstrat gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Fig. 2 ist eine schematische Vorderansicht von Fig. 1. Zusätzlich ist Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines anderen Beispiels einer Schleifmaschine für ein Plattensubstratmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in den Fig. 1-3 gezeigt ist, ist in der Schleifmaschine für das Plattensubstratmaterial 30 der vorliegenden Erfindung der Drehmittelpunkt P einer plattenförmigen Arbeitsoberflächenplatte 6 so angeordnet, daß er sich auf dem Umfang eines tassenförmigen plattenförmigen Arbeitsschleifstein 2 befindet.

Die Anzahl der Arbeitsoberflächenplatten 6 ist nicht auf eine spezielle Anzahl beschränkt. Jedoch wird in Anbetracht der Notwendigkeit des Verblockens jeweiliger Arbeitsoberflächenplatten 6 und der Größe des zu schleifenden Plattensubstratmaterials 30 eine Mehrzahl von Arbeitsoberflächenplatten 6 ausgewählt. Zusätzlich ist das Plattensubstratmaterial 30 mit Wachs auf der Arbeitsoberflächenplatte 6 befestigt oder mittels eines Vakuumspannfutters oder dergleichen auf der Arbeitsoberflächenplatte 6 montiert, so daß der Drehmittelpunkt P der Arbeitsoberflächenplatte 6 an dem Drehmittelpunkt Q des Plattensubstratmaterials 30 ausgerichtet ist.

Der tassenförmige Arbeitsschleifstein 2 wird durch eine sich drehende Welle 4, die mit einem Motor (nicht gezeigt) verbunden ist, drehbar angetrieben. Die Arbeitsoberflächenplatten 6 werden durch Verkuppeln jeweiliger Drehwellen 8 mit einem Riemen (V-Riemen) 10 von einem Motor 12 drehbar angetrieben, wodurch der tassenförmige Arbeitsschleifstein 2 und die Arbeitsoberflächenplatten 6 relativ zueinander gleiten, wobei der Abstand zwischen dem tassenförmigen Arbeitsschleifstein 2 und den Arbeitsoberflächenplatten 6 und die Anzahl der jeweiligen Umdrehung des tassenförmigen Arbeitsschleifsteines 2 und der Arbeitsoberflächenplatten 6 mittels eines Gleitantriebssteuermechanismus (nicht gezeigt) so gesteuert werden, daß die Schleifoberfläche 20 (Kontaktbogen d-d'), die eine Kontaktfläche des Plattensubstratmaterials 30 auf der Arbeitsoberflächenplatte 6 zu dem tassenförmigen Arbeitsschleifstein 2 ist, gleichmäßige Ortskurven 40 aus radialen Kurven vom Mittelpunkt zum Außenumfang, wie in den Fig. 4(a) und (b) gezeigt ist, beschreibt.

Somit führt der Schleifmechanismus hauptsächlich einen Sprödbruch durch, so daß die auf jeder Oberfläche des Plattensubstratmaterials 30 erzeugte Arbeitsverwindung im wesentlichen gleich gemacht werden kann, wie in dem vorstehend beschriebenem Läppvorgang, wenn man es mit einem herkömmlichen ebenen Drehschleifverfahren vom Drehtyp unter Verwendung eines tassenförmigen Schleifsteines vergleicht, da dies ermöglicht, gleichförmige Ortskurven der Schleifebene des tassenförmigen Arbeitsschleifsteines zum Widerstand und dem Plattensubstratmaterial 30 auf der Arbeitsoberflächenplatte zu halten, sogar wenn das Plattensubstratmaterial von einer Oberfläche nach einer anderen geschliffen wird. Folglich wird das daraus resultierende Zwischenprodukt des Plattensubstrates an einer unregelmäßigen Verwindung gehindert, so daß eine gute Ebenheit erhalten werden kann.

Um hauptsächlich einen solchen Sprödbruch durchzuführen, ist es notwendig, Arbeitsbedingungen zu schaffen, so daß den Schleifstein bildende Schleifkörner, die zum Schleifen verwendet werden, heraus gebrochen werden oder herausfallen. Zu diesem Zweck führt die vorliegende Erfindung einen Schleifvorgang durch Drehen von sowohl der drehbaren Arbeitsoberflächenplatte 6, auf der das Plattensubstratmaterial 30 befestigt ist, als auch des tassenförmigen Arbeitsschleifsteines 2, an dem Schleifkörner befestigt sind, durch. In diesem Fall liegt die Drehzahl der Arbeitsoberflächenplatte 6 vorzugsweise in einem Bereich von 20-40% oder 60-80% von demjenigen des tassenförmigen Arbeitsschleifsteines 2. Dies ermöglicht es, einen Schleifmechanismus zu bilden, der hauptsächlich einen Sprödbruch durchführt.

Als Bedingungen für einen solchen Sprödbruch ist es ferner notwendig, eine Geschwindigkeit zum Zuführen des tassenförmigen Arbeitsschleifsteines 2 zum Plattensubstratmaterial 30 zu berücksichtigen. Die Zuführgeschwindigkeit kann leicht im Bereich der Drehzahl der Arbeitsoberflächenplatte 6 festgelegt werden.

Beim oben beschriebenen Schleifverfahren kann der Schleifwiderstand reduziert werden, weil die Schleifebene pro Zeiteinheit gering ist, so daß die Erzeugung von Schleifwärme unterdrückt werden kann, während das Plattensubstratmaterial 30 mit einer hohen Geschwindigkeit geschliffen werden kann. Während bei dem Schleifverfahren zum hauptsächlichen Durchführen von Sprödbruch eine sehr hohe Ebenheit erzielt werden kann, reicht jedoch die Höhendifferenz an Unregelmäßigkeiten auf der Schleifoberfläche nur mit dem Sprödbruchprozeß bis zu ungefähr 8 µm. Es ist vorteilhaft, einen Prozeß mit plastischer Deformation hinzuzufügen, nachfolgend auf den Sprödbruchprozeß, als ein Verfahren zum weiteren Reduzieren der Höhendifferenz von Unregelmäßigkeiten.

Wenn bei dem Schleifprozeß eine plastische Deformation erzeugt wird, kann hier die Arbeitsverwindung manchmal merklich zunehmen. Um eine Erzeugung einer solchen Arbeitsverwindung zu unterdrücken, ist es vorteilhaft, den Umfang an Schleifen mit der plastischen Deformation auf höchstens 5 µm oder weniger zu unterdrücken. Dann ist es als ein Verfahren, mit dem verhindert wird, daß die Ebenheit des Plattensubstratmaterials 30 durch die plastische Deformation verschlechtert wird, vorzuziehen, wenn eine Schleifortskurve, die auf der Schleifoberfläche des Plattensubstratzwischenproduktes belassen wird, eine Radialkurve ist, die sich von dem Mittelpunkt zum Außenumfang verteilt, wie in Fig. 4 (b) gezeigt ist.

Das hauptsächliche Durchführen der plastischen Deformation beim Schleifprozeß kann durch Senken der Zuführgeschwindigkeit des tassenförmigen Arbeitsschleifsteines 2 erzielt werden. Durch Kombinieren des Sprödbruchprozesses und des plastischen Deformationsprozesses wird es möglich, die Ebenheit zu verbessern und die Höhendifferenz der Unregelmäßigkeiten auf 5 µm oder weniger zu unterdrücken. D.h., gemäß der Schleifmaschine für ein Plattensubstratmaterial 30 der vorliegenden Erfindung wird zuerst ein Schleifprozeß mit Sprödbruch sicher durchgeführt, wodurch das Verstopfen des tassenförmigen Arbeitsschleifsteins 2 des Schleifsteines unterdrückt wird und die nachfolgende plastische Deformation kann effizient durchgeführt werden.

Der Gleitantriebssteuermechanismus (nicht gezeigt) der Schleifmaschine der vorliegenden Erfindung dient vorzugsweise dazu, eine Regelung mit Rückkopplung durchzuführen, die den Abstand zwischen dem tassenförmigen Arbeitsschleifstein und der Arbeitsoberflächenplatte mißt, die Drehzahl des tassenförmigen Arbeitsschleifsteines und der Arbeitsoberflächenplatte oder dergleichen und das Ergebnis an einen Gleitantrieb (nicht gezeigt) zurückleitet.

Da andererseits die Verwindung, die in dem Plattensubstratzwischenprodukt aufgrund des Festspannens auf die Arbeitsoberflächenplatte oder der Schleifwärme verbleibt, die Arbeitsgenauigkeit merklich beeinflußt, ist es notwendig, der Steuerung des Einbaus des Plattensubstratmaterials und einem Verfahren zur Ableitung von Schleifwärme ausreichend Aufmerksamkeit zu schenken, um das Zwischenprodukt des Plattensubstrates mit einer gleichmäßigen Dicke und Verwindung und einer hochgenauen Ebenheit zu erhalten.

Somit wird der Schleifvorgang für gewöhnlich in einer nassen Art und Weise durchgeführt, so daß Einrichtungen wie eine Düse zum Liefern von Schleifflüssigkeit zu einem Bereich, der geschliffen wird, und eine Rückführleitung vorgesehen sind. Die Schleifflüssigkeit hängt vom Typ der den tassenförmigen Arbeitsschleifstein bildenden Schleifkörner ab. Z.B. ist eine wasserlösliche Schleifflüssigkeit mit einer guten Kühlfähigkeit für einen Diamant oder gesinterten Schleifstein vorteilhaft, während eine wasserunlösliche Schleifflüssigkeit für einen CBN Schleifstein vorteilhaft ist.

Hier hat der tassenförmige Arbeitsschleifstein, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, vorzugsweise eine hohe Festigkeit, um ein Plattensubstratmaterial mit einer hohen Genauigkeit zu schleifen, das eine viel höhere Schleifwiderstandsfähigkeit in Normalrichtung als in Tangentialrichtung hat. Deshalb bestehen die den tassenförmigen Arbeitsschleifstein bildenden Schleifkörner vorzugsweise aus einem der Körner aus Diamant, CBN oder gesinterten Körnern. Genauer gesagt, werden sowohl gesinterte als auch Diamantkörner verwendet. Zusätzlich ist der tassenförmige Arbeitsschleifstein, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, vorzugsweise entweder ein poröser Schleifstein, ein Pelletschleifstein oder ein Segmentschleifstein, um ein einfaches Entfernen von Spänen zu ermöglichen und um eine Versorgung eines Bereiches, der geschliffen wird, mit einer Schleifflüssigkeit zu ermöglichen.

Da das Zwischenprodukt des Plattensubstrates durch die Schleifmaschine der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, um radiale Kurven 40 als Schleifortskurven auf ihren Oberflächen zu haben, die daran gehindert sind, daß sie Löcher bzw. Vertiefungen auf der Schleifoberfläche erzeugen und daß es eine Höhendifferenz von Unregelmäßigkeiten von 5 µm oder weniger hat, wird es möglich, den Schleifbetrag im folgenden Polierprozeß auf ungefähr 10 µm auf beiden Seiten zu unterdrücken.

Da die Schleifmenge im Polierprozeß reduziert werden kann, kann somit das Polieren kostengünstig durchgeführt werden, während eine Ebenheit des Plattensubstratzwischenproduktes aufrecht erhalten wird, ohne ein Wegrollen oder Verkratzen hervorzurufen. Anschließend wird das Plattensubstratzwischenprodukt, das beispielsweise aus Schleifglas oder kristallisiertem Glas hergestellt ist, geeignet als Vorläufer eines Plattensubstrates mit einem Durchmesser von 3,5 Zoll oder mehr für eine Festplatte verwendet.

[Beispiele]

Nun wird die vorliegende Erfindung weiterhin detailliert unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben. Es ist selbstverständlich, daß diese Beispiele die vorliegende Erfindung nicht beschränken.

Ein Schleifvorgang wurde unter Schleifbedingungen, die in Tabelle 1 aufgelistet sind, durchgeführt, wobei als ein Plattensubstratmaterial ein kristallisiertes Glassubstratmaterial verwendet wurde, das ein donutsförmiges Glassubstrat ist (Durchmesser: 65 mm, Dicke: 0,83 mm), das durch Erwärmen auf 750°C für zwei Stunden kristallisiert wurde, und indem ein Herstellungsverfahren für ein Zwischenprodukt eines Plattensubstrates vom Typ, wie er in Fig. 2 gezeigt ist (im nachfolgenden wird er als selbstdrehender ebener Drehschleifvorgang bezeichnet) (Beispiele 1 und 2), ein Läpprozeß mit einem fixierten Schleifstein (auch als Pelletschleifen bezeichnet) (Vergleichsbeispiel 1), und ein Läpprozeß mit freien Schleifkörnern (auch als GC-Läppen bezeichnet) (Vergleichsbeispiel 2), verwendet wurde.

Anschließend wird ein Poliervorgang (Spiegelläppen) unter Verwendung von Zeroxid auf das Zwischenprodukt des Glassubstrates, das nach dem Schleifvorgang erhalten wurde, mit den jeweiligen Prozessen durchgeführt. Tabelle 2 listet die Poliermenge auf, die zur vollständigen Entfernung von Oberflächendefekten des Zwischenproduktes des Glassubstrates in diesem Fall erforderlich ist.

Tabelle 1 listet ferner die Ebenheit des Zwischenproduktes des Glassubstrates, die vor und nach dem Schleifen erhalten wurde, und den Zustand der geschliffenen Oberflächen (Erzeugung von Löchern bzw. Vertiefungen und Verwindung) auf. Die Ergebnisse von Tabelle 1 zeigen, daß das Schleifen durch die herkömmliche Diamantpelletoberflächenplatte (Vergleichsbeispiel 1) und durch das Läppen mittels freier Schleifkörner (Vergleichsbeispiel 2) die Erzeugung von einer Verwindung verhindern kann, aber nicht die Erzeugung von Löchern bzw. Vertiefungen verhindern kann. Andererseits, wenn das selbstdrehende ebene Drehschleifen, was den Herstellungsprozeß des Plattensubstrates der vorliegenden Erfindung darstellt, verwendet wird (Beispiele 1 und 2), wurde herausgefunden, daß eine Erzeugung von Löchern bzw. Vertiefungen und einer Verwindung während dem Schleifen verhindert werden kann.

Zusätzlich zeigt Tabelle 2, daß die Ebenheit nach dem Schleifen auf 4 µm oder weniger in allen Beispielen 1 und 2 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 unterdrückt wird. Da beispielsweise die für ein Plattensubstrat für eine Festplatte erforderliche Qualität einer Ebenheit (Verwindung) bei 5 µm oder weniger liegt, kann gesagt werden, daß dieser Schleifprozeß ein gutes Ergebnis hinsichtlich der Ebenheit schafft.

Anschließend ist es gewünscht, ein Zwischenprodukt eines Plattensubstrates zu haben, das einen so geringen Schleifprozeß beim Polieren wie möglich in Anbetracht der Notwendigkeit eines größeren Plattensubstrates und aus Kostengründen hat. Es ergibt sich aus Tabelle 2, daß die Schleifmenge, die beim Polieren erforderlich ist, bei den Beispielen 1 und 2 auf 8-15 µm unterdrückt wird, weil kein Loch bzw. keine Vertiefung erzeugt wird, während die Vergleichsbeispiele 1 und 2 30-50 µm Abschleifung erfordern, um die erzeugten Löcher bzw. Vertiefungen zu entfernen. Es kann deshalb festgestellt werden, daß das selbstrotierende ebene Drehschleifen gemäß der vorliegenden Erfindung die niedrigste Last beim Polieren hervorruft und ein hervorragender Schleifprozeß ist.

Anschließend wurde das gleiche kristallisierte Glassubstratmaterial wie jenes, das in dem Beispiel 1 verwendet wurde, oder dergleichen durch Veränderung des Verhältnisses der Drehzahlen des tassenförmigen Arbeitsschleifsteines und der Arbeitsoberflächenplatte beim Herstellungsverfahren eines Plattensubstrates vom Typ, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, geschliffen. Die Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse.

Tabelle 3 offenbart, daß unter einer Bedingung, unter der das Verhältnis der Drehzahl des Arbeitstisches (= Anzahl der Umdrehungen des Arbeitstisches/Anzahl der Umdrehungen des tassenförmigen Schleifsteines *100) 20-40% oder 60-80% beträgt, der Sprödbruchprozeß und der plastische Deformationsprozeß kontinuierlich und wiederholt durchgeführt werden können und daß ein solcher Zustand eine hervorragende Bearbeitungsgenauigkeit schafft.

[Tabelle 1]

[Tabelle 2]

[Tabelle 3]

Wie vorstehend beschrieben wurde, kann das Zwischenprodukt des Plattensubstrates der vorliegenden Erfindung die Poliermenge im nächsten Schritt reduzieren und deshalb die für das Polieren notwendige Zeit merklich reduzieren, so daß es einen hervorragenden Vorteil beim Einsparen von Kosten des Plattensubstrates zeigt. Zusätzlich kann ein großes Substrat, das größer als 2,5 Zoll ist, das nicht geschaffen worden ist, mit geringen Kosten geschaffen werden. Da gemäß dem Prozeß zur Herstellung eines Zwischenproduktes eines Plattensubstrates und gemäß der Schleifmaschine der vorliegenden Erfindung verhindert werden kann, daß ein Loch bzw. eine Vertiefung und eine unregelmäßige Verwindung während dem Schleifen erzeugt wird, durch Aufrechterhalten eines gleichförmigen Schleifwiderstandes und Ortskurven von fixierten Schleifkörnern für eine Oberfläche eines Plattensubstratmaterials, kann ferner ein Zwischenprodukt eines Plattensubstrates erzielt werden, bei dem eine gute Ebenheit aufrechterhalten wird und die Arbeitsgenauigkeit und Effizienz kann verbessert werden, so daß ein merklicher Vorteil beim Einsparen von Arbeitskosten geschaffen wird. Ferner reduziert dies die Poliermenge beim Polierprozeß, wodurch die Belastung beim Polierprozeß reduziert wird und es können Kosten eingespart werden und folglich kann ein Plattensubstrat kostengünstig erzeugt werden.

Es wird ein Zwischenprodukt eines Plattensubstrates geschaffen, das eine hochgenaue Ebenheit und Oberflächenrauheit hat, das frei von Oberflächendefekten wie Löchern oder Vertiefungen ist und das kostengünstig hergestellt werden kann, ein dazugehöriges Herstellungsverfahren und eine Schleifmaschine. Ein tassenförmiger Arbeitsschleifstein 2 wird durch Verfestigen von Schleifkörnern gebildet und in einer solchen Art und Weise angeordnet, daß der Drehmittelpunkt P der Arbeitsoberflächenplatte 6 auf dem Umfang des tassenförmigen Arbeitsschleifsteines 2 liegt. Anschließend wird ein Schleifvorgang durch relatives Gleiten des tassenförmigen Arbeitsschleifsteines 2 und der Arbeitsoberflächenplatte 6 durchgeführt, so daß Ortskurven des Kontaktbereiches 20 des tassenförmigen Arbeitsschleifsteines 2 zu einem Plattensubstrat 30 auf der Arbeitsoberflächenplatte 6 gleichförmig sind.

Claims (12)

1. Zwischenprodukt eines Plattensubstrates, von dem beide Oberflächen durch einen Schleifstein (2) geschliffen werden, wobei die Ebenheit einer jeden Ebene 10 µm oder weniger beträgt und wobei die Höhendifferenz von Unregelmäßigkeiten, die durch das Schleifen erzeugt werden, 5 µm oder weniger betragen.

2. Zwischenproduktes eines Plattensubstrates gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ortskurven (40) des Schleifprozesses, die auf jeder Ebene des Plattensubstratzwischenproduktes gebildet werden, radiale Kurven sind, die sich von der Mitte nach außen erstrecken.

3. Verfahren zur Herstellung eines Zwischenproduktes eines Plattensubstrates, das die folgenden Schritte aufweist: sequentielles Schleifen beider Ebenen eines Plattensubstratmaterials (30), die eine nach dem anderen bearbeitet werden sollen, um im wesentlichen dieselbe Menge an Arbeitsverwindung zu schaffen, die auf jeder Schleifebene verbleibt, wodurch die Ebenheit des Plattensubstratzwischenproduktes nach dem Schleifen bei 10 µm oder weniger aufrechterhalten wird.

4. Verfahren zur Herstellung eines Zwischenproduktes eines Plattensubstrates gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn jede Ebene des Plattensubstratmaterials (30) durch einen sich drehenden Schleifstein (2) geschliffen wird Schleifkörner, die den Schleifstein (2) bilden, in einem ersten Schleifschritt, der den Hauptteil der vorbestimmten Menge schleift, vorzugsweise aus dem Schleifstein herausbrechen oder herausfallen.

5. Verfahren zur Herstellung eines Zwischenproduktes eines Plattensubstrates gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schleifschritt die folgenden Schritte aufweist: Befestigen des Plattensubstratmaterials (30) auf einem Arbeitstisch und Drehen von sowohl dem Arbeitstisch als auch dem Schleifstein (2) und Schleifen von jeder Ebene des Plattensubstratmaterials (30), wobei die Drehzahl des Arbeitstisches in einem Bereich von 60-80% oder von 20-40% von jener des Schleifsteines (2) liegt.

6. Verfahren zur Herstellung eines Zwischenproduktes eines Plattensubstrates gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schleifschritt nachfolgend nach dem ersten Schleifschritt durchgeführt wird und unter einer Arbeitsbedingung, in der Schleifkörner, die den Schleifstein (2) bilden, im wesentlichen nicht herausbrechen oder im wesentlichen nicht herausfallen.

7. Verfahren zur Herstellung eines Zwischenproduktes eines Plattensubstrates gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenheit einer jeden Ebene des Plattensubstratmaterials (30) 10 µm oder weniger beträgt.

8. Verfahren zur Herstellung eines Zwischenproduktes eines Plattensubstrates gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattensubstratmaterial (30) ein anorganisches Plattensubstratmaterial ist.

9. Verfahren zur Herstellung eines Zwischenproduktes eines Plattensubstrates gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische Materialsubstrat ein Glassubstrat oder ein kristallisiertes Glassubstrat ist.

10. Eine Schleifmaschine zum Schleifen einer jeden Ebene eines Plattensubstratmaterials durch Montieren und Befestigen des Plattensubstratmaterials (30), das bearbeitet werden soll, auf eine Arbeitsoberflächenplatte (6) und relatives Gleiten eines tassenförmigen Arbeitsschleifsteines (2) und der Arbeitsoberflächenplatte (6), wobei der tassenförmige Schleifstein (2) durch Verfestigen von Schleifkörnern gebildet wird, wobei der Drehmittelpunkt (P) der Arbeitsoberflächenplatte (6) auf dem Umfang des tassenförmigen Arbeitsschleifsteines (2) angeordnet ist, wobei die Maschine einen Gleitantriebssteuermechanismus zum relativen Gleiten des tassenförmigen Schleifsteines und der Arbeitsoberflächenplatte (6) aufweist, so daß Ortskurven (40) der Kontaktabschnitte zwischen dem Plattensubstratmaterial (30) auf der Arbeitsoberflächenlpatte und dem tassenförmigen Arbeitsschleifstein gleichförmig sind.

11. Schleifmaschine für ein Plattensubstratmaterial gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Glassubstratmaterial Glas oder kristallisiertes Glas ist.

12. Schleifmaschine für ein Plattensubstratmaterial gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifkörner Diamant-, CBN oder nitrierte Körner sind.