JP2004511355A - 構造化ダイヤモンド様炭素コーティングを含む研磨物品およびそれを用いて基板を機械的に処理する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
背景
パーソナルコンピューターは、現代の作業場ではありふれたものになった。多くのパーソナルコンピューターは、硬質メモリディスクまたはハードドライブを内蔵している。ハードドライブは、磁気媒体の基板として硬質の金属または非金属ディスクを必要とする。従来の一構成では、薄膜硬質ディスクは、アルミニウムベース上にニッケルまたはニッケル合金(たとえば、ニッケル/リン、NiP)の薄膜を無電解ニッケルメッキすることにより製造される。次に、NiPコーティングを研磨して非常に微細な鏡のような仕上品に加工する。研磨後、NiPコーティングにテクスチャー加工を施し、次に、その上に磁気コーティングを適用して磁気媒体を形成する。しかしながら、ガラスまたはセラミック基板のような非金属基板もまた、金属基板の代わりに硬質メモリディスク産業で使用される。これらの非金属基板の場合、後続の研磨、テクスチャー加工、および磁気コーティング適用の前、基板上に適用された金属または金属合金コーティングは存在しない。もっと正確に言えば、ガラスまたはセラミック硬質ディスク自体の表面を研磨し、テクスチャー加工し、その後、いかなる金属または金属合金コーティング層も挟設せずに、その上に磁気コーティングを直接適用する。
【0002】
このプロセスのテクスチャー加工部分は、硬質ディスクの性能面で重要である。テクスチャー加工により、いくつかの目的が達成される。たとえば、テクスチャー加工は、コーティングされたディスクの磁気特性を改良する。テクスチャー加工時に形成される引掻傷は、磁気ドメインサイズを減少させてディスク記憶容量を増大させるうえで重要である。テクスチャー表面はまた、ヘッド(ディスク上のデータを読み書きする)とディスクとの間の静止摩擦を減少させる。コンピューターのスイッチを入れて通電すると、硬質ディスクは回転を開始するであろう。ディスクが平滑でテクスチャー加工されていない場合、このヘッド/ディスク接触により、ディスクが回転を開始することが困難になる。これは静止摩擦/摩擦としてコンピューター産業では公知である。最後に、テクスチャー加工は、ヘッドの下でディスクが回転するときのヘッドと薄膜硬質ディスクとの間の空気力学を改良する可能性がある。
【0003】
テクスチャー加工法は、伝統的には、遊離研磨スラリーを用いて達成される。遊離研磨スラリーは、必要な深さを有する明確に規定されたエッジを有する実質的に円周方向の引掻傷を提供する。しかしながら、遊離研磨スラリーにはいくつかの欠点がある。たとえば、遊離研磨スラリーは、大量のデブリおよび廃棄物を生成する。したがって、バインダー前駆体に由来する表面上の残留物を除去すべく薄膜硬質ディスクを十分に清浄化しなければならない。また、研磨スラリーからの研磨粒子が硬質ディスクの表面に埋め込まれる可能性もあり、このため、現代のディスクドライブで使用される高感度MRヘッドが損傷を受けるおそれがある。最後に、遊離バインダー前駆体はまた、テクスチャー加工に使用される装置に比較的多くの摩耗を与える。
【0004】
遊離研磨スラリーに付随する欠点を克服するために、被覆研磨ラッピングテープが薄膜硬質ディスクをテクスチャー加工するために使用されてきた。そのような製品の例は、3M Company,St.Paul,MN.から市販されている「IMPERIAL」ラッピングフィルム(タイプR3)である。このラッピングフィルムは、結合された研磨コーティング層を有する高分子フィルムバッキングを含んでいる。研磨コーティング層は、バインダー中に分散されかつ高分子フィルム上にコーティングされて薄層(約10〜15μm)を形成する非常に微細な研磨粒子(10μm未満の平均粒径)からなる。研磨コーティングの表面プロフィールは、微細な研磨粒子の一部分で形成された部分的な突起以外は本質的にフラットである。使用時、ラッピングフィルムは、基板表面の一部分を研磨することにより基板の表面をテクスチャー加工する。同様に、Kawashimaらに付与された米国特許第4,974,373号には、ハードディスク、磁気へッド、セラミック、プラスチック、および宝石のような精密機械部品のラッピング、ポリッシング、テクスチャー加工、および種々の他の仕上げ加工に使用するのに好適な研磨ツールが記載されている。ツールは、プラスチックフィルムベース上に連続単層として配置されたバインダー樹脂コート中に互いに離間して近接して固定された研磨粉末粒子から形成される。
【0005】
1993年9月7日に公開された東京磁気印刷株式会社の特開平5−228845号公報には、磁気ディスク基板を対象としたテクスチャー加工用ポリッシングフィルムが開示されている。このポリッシングフィルムは、好ましくは単一粒子層としてプラスチックフィルムまたは不織布テープ上に水溶性樹脂と共に保持された研磨粒子を含んでいる。
【0006】
テクスチャー加工時に研磨除去された基板の一部分は、削り屑として当該業界では公知である。シールされたバッキングおよび非構造化研磨コーティングを有するそのようなラッピングフィルムの使用時に発生する削り屑は、依然として研磨コーティングと基板の被加工表面との境界面に存在することが実施により明らかにされた。したがって、ラッピングフィルムが利用されるテクスチャー加工の対象となる硬質基板上の高いスポットに削り屑が付着するようになる可能性が残る。その特定の現象は、再接合(reweld)として当該業界では公知である。それらの高いスポットはきわめて望ましくない。なぜなら、使用時、それらはコンピューターヘッドと衝突する可能性があり、衝突の結果としてデータの損失および/またはヘッドの損傷を生じる可能性があるからである。
【0007】
再接合の問題に加えて、ラッピングフィルムは、遊離研磨スラリーにより製造されたものと同じようなシャープかつ/またはクリーンなエッジを有する引掻傷を提供しないおそれもある。これらの品質の低下した引掻傷エッジは、テクスチャー加工プロセスでラッピングフィルムを用いて製造されたディスクの品質を低下させる可能性がある。
【0008】
構造化研磨物品の使用が最近報告された。この場合、研磨複合体が、整列した個別の研磨複合体の列の形態でまたは研磨物質の細長い突条(ridge)として可撓性バッキング上に形成される。たとえば、米国特許第5,152,917号(Pieperら)には、バッキングから延在する正確な三次元形状の研磨複合体を有する構造化研磨物品が開示されている。研磨物品からの削り屑の放出を容易にして担持量を減少させるべく、研磨複合造形物間にくぼみまたはチャネルを残す。Pieperらは、硬質ディスクをテクスチャー加工および/またはバフ研磨するためのその研磨物品の使用については開示していない。
【0009】
また、米国特許第5,107,626号(Mucci)には、被加工物表面上に正確なパターンを形成するように構造化研磨物品により被加工物を処理する方法が記載されている。この被加工物は、任意の固体物質として記載される。Mucciにより提示された固体物質の例には、金属および金属合金、たとえば、炭素鋼、ステンレス鋼、高ニッケル合金、およびチタン、ならびに他の異種の表面、たとえば、プラスチック、ペイント表面、セラミック、木材、大理石、石などが含まれる。Pieperらと同じように、Mucciは、硬質ディスクをテクスチャー加工および/またはバフ研磨するための研磨物品の使用については報告していない。
【0010】
米国特許第5,733,178号(Ohishi)には、主面を有する可撓性バッキングと複数の正確に造形された三次元研磨複合体を含むと研磨コーティングとを備えた構造化研磨物品を用いて磁気記録媒体基板をテクスチャー加工する方法が報告されている。研磨複合体は、複合体をバッキングに結合させるのための手段を提供するバインダー中に分散された複数の研磨粒子を含む。
【0011】
概要
本発明は、基板を機械的に処理する方法であって、
(a)機械的処理の対象となる基板を提供するステップと、(該基板は、硬質ディスクまたは硬質ディスク基板からなる群より選択される)
(b)圧力を加えて該基板に接触させた状態で研磨物品を提供するステップと、(該研磨物品は、
第1の主面と第2の主面とを有するバッキングと、
次のコーティング、すなわち、
該可撓性バッキングに接着された第1の表面と複数の正確に造形された突起を含む第2の構造化表面とを有する硬化バインダーコーティング、および
該硬化バインダーコーティングの構造化表面の少なくとも一部分に重ねて接着されたダイヤモンド様炭素コーティング、
から本質的になる研磨コーティングと、
を含む)
(c)該基板および該研磨物品の少なくとも一方を他方に対して移動させて機械的処理を提供するステップと、
を含む上記方法を提供する。
【0012】
本発明は、基板の機械的処理方法を提供する。ここで、機械的処理は、テクスチャー加工、バフ研磨、または清浄化を含めて広く使用される。本明細書中で使用される「テクスチャー加工」とは、硬質ディスク基板に磁気コーティングを適用する前に硬質ディスク基板に引掻傷を生成する方法を意味する。本明細書中で使用される「バフ研磨」とは、硬質ディスクまたは硬質ディスク基板の表面のアスペリティーを除去する方法を意味する。本明細書中で使用される「清浄化」とは、硬質ディスクまたは硬質ディスク基板の表面トポグラフィーを変化させることなく硬質ディスクまたは硬質ディスク基板の表面から、汚染物質、たとえば微粒子汚染物質、を除去する方法を意味する。
【0013】
本発明の方法の実施形態では、基板は、対向する主面を有する金属ベースと、主面の少なくとも一方上に形成された金属コーティングとを含む硬質ディスク基板である。他の実施形態では、基板は、ガラスまたはセラミックを含む硬質ディスク基板である。本発明の方法の他の実施形態では、基板は硬質ディスクである。
【0014】
他の実施形態では、基板は中心を有する円形であり、ステップ(c)は、中心を軸として基板を回転させて基板に実質的に円周方向の引掻傷を形成することを含む。
【0015】
本発明の方法の他の実施形態では、機械的処理は、研磨物品と硬質ディスクまたは硬質ディスク基板との間に液体を導入することにより、液体環境中で行われる。
【0016】
本発明の方法の他の実施形態では、研磨物品は、基板の進行方向に実質的に垂直な方向に振動させる。
【0017】
本発明はまた、
第1の主面と第2の主面とを有するバッキングと、
次のコーティング、すなわち、
該可撓性バッキングに接着された第1の表面と複数の正確に造形された突起を含む第2の構造化表面とを有する硬化バインダーコーティング、および
該硬化バインダーコーティングの構造化表面の少なくとも一部分に重ねて接着されたダイヤモンド様炭素コーティング、
から本質的になる研磨コーティングと、
を含む研磨物品を提供する。
【0018】
本発明の研磨物品の一実施形態では、ダイヤモンド様炭素コーティングは、約5nm〜1μmの範囲の厚さを有する。他の実施形態では、ダイヤモンド様炭素コーティングは、約26eVを超えるプラズモンエネルギーを有する。
【0019】
他の実施形態では、複数の正確に造形された突起は、立方体、角柱、円錐、円錐台、角錐、および角錐台からなる群より選択される形状を有する。
【0020】
他の実施形態では、バッキングは機械方向軸および対向する側縁を有し、それぞれの側縁は該機械方向軸に平行であり、構造化表面は、バッキング上の固定位置に配置された複数の平行な細長い突条を含み、該突条のそれぞれは約0°(すなわち、側縁に垂直)〜約90°(すなわち、側縁に平行)の範囲の角度で第1および側縁と交差する。
【0021】
平行な細長い突条は、それぞれ、バッキングの側縁間に連続して延在する硬化バインダーの連続突起を含む。他の実施形態では、連続突起は、頂点と辺とを有する角錐形状であり、辺は、約70〜約110°の角度をなして該頂点で交差する。他の実施形態では、突条は、それぞれ、その長手方向軸上に幅方向中心が位置するように整列された複数の個別の正確に造形された突起を含む。
【0022】
他の実施形態では、バッキングは、約25〜125μmの厚さを有するポリエチレンテレフタレートフィルムである。
【0023】
他の実施形態では、バインダーはアクリレートまたはメタクリレートである。
【0024】
詳細な説明
本発明は、硬質ディスク基板の機械的処理に好適な研磨物品を提供し、さらに磁気媒体ディスク(たとえばコンピューターディスク)に使用されるような硬質ディスク基板を機械的に処理する方法をも提供する。
【0025】
本発明の方法を用いて硬質ディスク基板を機械的に処理する典型的な方法には、一般に0.75〜1.25mmの厚さを有する硬質ディスク基板を提供することが含まれる。基板は、硬質の金属または非金属物質から作製することができる。金属物質は、好ましくは、金属ベース上に適用された金属または金属合金のコーティングを含み、金属ベースは、好ましくは、アルミニウム合金である。非金属物質は、好ましくは、ガラスまたはセラミックである。理解できると思うが、本発明の「硬質基板」は、典型的には、単一の別個の層または一体化物品に成形された複数の別個の重ねられた層により構成された円形ディスクの形態であり、その上に磁気層を適用および接着することが可能である。
【0026】
図1に示される硬質ディスク基板について説明する。硬質ディスク基板10はセンター穴11を有する略円形の形状である。金属または金属合金コーティング13は、ディスク状金属ベース25(図2に示す)の少なくとも1つの表面1上に適用される。金属コーティングは、典型的には、硬質ディスク基板10の両方の対向する主面に適用される。
【0027】
本発明の目的では、コーティングは、ときどき、単に「金属」と呼ばれるが、この用語には金属または金属合金が包含されるものとみなされる。金属は典型的には無電解ニッケルメッキにより適用されるが、他のコーティング法を利用することも可能である。金属コーティングの厚さは、一般的には5〜20μm、より典型的には約15μmである。
【0028】
コーティング後、硬質ディスク基板表面12を、通常は従来の遊離スラリーにより研磨して、非常に微細な仕上品に加工にされる。遊離研磨スラリーは、水または有機溶媒のような液体媒体中で分散された複数の研磨粒子(典型的には5μm未満の平均粒径を有する)を含む。遊離バインダー前駆体で研磨した後、金属コーティングは、非常に微細でランダムな引掻傷パターンまたは配向を有する。
【0029】
ポリッシング後、表面12上の金属コーティングは、本発明の方法に従って機械的処理(すなわち、テクスチャー加工)を施すことのできる状態である。一実施形態では、表面12上の金属コーティングを機械的処理に付すことにより、硬質ディスク基板10の中心を軸として実質的に円周方向に引掻傷14のランダムパターンが得られる。引掻傷は、硬質ディスク基板10の中心に対して非同心状であり、種々の箇所でランダムに交雑する引掻傷を生成するが、好ましくは、実質的に円周方向である。
【0030】
次に図2の部分断面図について説明する。硬質ディスク基板10は、両方の基板表面12および22上に形成された完成金属コーティング13を有する金属ベース25を含むが、コーティングを一方の主面12上にだけ存在させることも可能であることは理解されよう。引掻傷14は性質が不規則で、高い領域24および低い領域26を含む。引掻傷14の幅および高さは均一である必要はないが、引掻傷は過度に幅広くなったり深くなったりしてはならない。
【0031】
機械的処理(すなわちテクスチャー加工)を施すと、金属コーティング13の露出表面積が増加する。表面を荒くすればコンピューターヘッドとの静止摩擦/摩擦が低下する可能性があり、引掻傷パターンが実質的に円周方向になるようにすればデータトラック間の分離がより良好になりうるのでディスクデザイナーには望ましいであろう。
【0032】
図2には金属または金属合金で被覆された金属ベースを含む基板が示されているが、本発明では、表面上に形成された金属または金属合金の薄膜コーティングをもたないガラスまたはセラミック物質で作製された基板を機械的に処理することもできると考えられる。本発明の概念は、プラスチック基板にも適用可能であると考えられる。ガラスまたはセラミック基板の場合、ガラスまたはセラミック基板のもともとの表面を本発明の機械的処理方法で直接処理することも可能である。ガラス基板材料は、アルカリおよびアルカリ土類または重金属の珪酸塩の融合する溶融混合物のような硬質無定形型ガラス物質で作製することができる。セラミック基板材料は、創造および、次に、高温に、粘土のような非金属鉱物を造形し次に焼成するすることにより作製された種々の硬質物質で構成することができる。これらのセラミック物質としては、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニウムおよびアルミナのようなセラミックの合金が挙げられる。
【0033】
研磨物品:
本発明は、構造化ダイヤモンド様炭素(DLC)コーティングを有する研磨物品を提供する。本明細書中で使用する場合、「構造化」は、研磨物品の被加工面のトポグラフィーを特性づけるために使用される。構造化トポグラフィーは、バッキング上にあらかじめ決められたパターンで配置された複数の正確に造形された三次元の突起を含む。
【0034】
本発明では、正確に造形された三次元の突起は、バッキング物質上にコーティングされかつ製造ツールを用いて所望の正確な三次元形状に成形された硬化バインダー物質により提供される。硬化バインダーの構造化表面の少なくとも一部分は、硬化バインダーの構造化表面によく整合する硬質ダイヤモンド様炭素コーティングで覆われる。研磨コーティングは、研磨コーティング中に従来の研磨鉱物を含むことなく、所望の研磨特性を提供する。このようにして、研磨コーティングは、構造化表面を有する硬化バインダー物質と、硬化バインダーの構造化表面の少なくとも一部分上に重ねられたダイヤモンド様炭素コーティングとから本質的になる。
【0035】
本明細書中で使用される「正確に造形された」(単数形と複数形)という表面は、バインダー前駆体が製造ツールのキャビティー内に存在している間にバインダー前駆体を硬化させることにより形成された個別の識別可能な境界を有する形状の1つ以上の突起を意味する。そのような正確に造形された突起は、それを形成するのに使用されたキャビティーと同一の形状を本質的に有する。複数の正確に造形された突起は、三次元の表面トポグラフィーを提供する。ここで、それぞれの三次元の造形物は、製造ツールのパターンの逆である全パターンの一部としてバッキングの表面から外向きに突出する。これらの「三次元の」造形物としては、少なくともその遠心端てはそのアレイ中の他の突起から分離された個別の突起と、典型的には直線上に延在する突条である突条の形態の突起とが挙げられる。典型的には、バインダー物質の薄いモノリシック層は、製造ツールから形成された突起の下およびその突起間に延在する連続的ランドを形成する。
【0036】
この点に関しては、それぞれの突起は境界により規定され、そのベース部分は、正確に造形された突起が接着されるバッキングとの境界面である。境界の残りの部分は、突起が硬化された製造ツールの表面上のキャビティーにより規定される。
【0037】
一実施形態では、突起のアレイは、隣接する突起間の距離がアレイ全体にわたり実質的に同一であるという意味で「非ランダム」に配列される。「隣接する」突起とは、それらの間を直接結ぶ直線に沿って存在して妨害する他の突起が存在しない突起である。
【0038】
図3について説明する。構造化研磨物品30は、複数の正確に造形された突起34を表面上に有するバッキング32を含む。隣接する突起は、ランド領域39によりバッキング位置で互いに分離されている。突起34は、バインダー前駆体を硬化させることにより形成されたバインダー物質38から形成される。突起34は、構造化ダイヤモンド様炭素コーティングを形成するために正確に造形された突起の造形物に整合したダイヤモンド様炭素コーティング37の薄いコーティングで覆われている。ダイヤモンド様炭素コーティング37の厚さは、典型的には、バインダー物質の厚さよりも実質的に薄い。図3では、突起34は、研磨物品の横方向幅にわたって配向した突条の形態である。バインダーの一部分は、硬化後、バッキング32の上側面33上に連続して延在するランド部分39を形成する。図3の実施形態では、ダイヤモンド様炭素コーティング37は、正確に造形された突起34およびランド部分39の両方を覆う。
【0039】
図4について説明する。本発明の構造化研磨物品40は、突起44を表面上に有するバッキング42を含む。突起44は、バインダー前駆体を硬化させることにより形成されたバインダー物質48から形成される。突起44は、断面が三角形を有する細長い連続突条を形成し、それぞれの突条は、研磨物品の横方向幅にわたり中断されることなく連続して延在する。突条は、研磨物品の側縁および機械方向Mに対して約0〜約90°の鋭角で配向している。突条は、上面43および41を有し、これらの上面は、下端で合流してバッキング42に当接し、研磨物品の側面のプロフィール図で観測されるように一般的には約30〜約110°の間に角度(β)を形成する。突起44の上面43および41は、ダイヤモンド様炭素45の薄いコーティングで覆われる。
【0040】
本発明の他の実施形態では、研磨突条は、それぞれ、隆起したバインダー物質の連続した線を含む。本発明の他の実施形態では、研磨突条は、それぞれ、その長手方向軸またはその想像上の延長線上に幅方向中心が整列した複数の個別の正確に造形された突起を含む。好ましい実施形態では、研磨突条は、前述の長手方向線に沿って断続的に間隔をあけて配置された複数の個別複合体で構成され、研磨複合体のそれぞれは、正確に造形されており、研磨複合体を上記の表面に結合する手段に提供するバインダー中に分散された複数の研磨粒子を含む。
【0041】
図5は、本発明の構造化研磨物品の他の実施形態の断面図である。研磨物品60は、前表面63と裏表面64とを有するバッキング62を含む。バッキング62の前表面63は、硬化バインダー物質65から形成された複数の正確に造形された角錐突起61をもつ。複数の正確に造形された突起61は、オフセット列のあらかじめ決められた配列でバッキング62の前表面63上で配置される。薄いダイヤモンド様炭素コーティング67は、正確に造形された突起61上に適用され、それにに接着されて連続コーティングを形成する。
【0042】
バッキング材料:
好適なバッキング材料は、前表面と裏表面とを有しており、任意の従来のシート様材料が利用可能である。そのようなバッキングの例としては、高分子フィルム、金属フィルム、紙、およびそれらの処理物、ならびにそれらの組み合わせが挙げられる。
【0043】
一般的には、バッキング厚さは、約12〜175μm、より好ましくは25〜125μm、最も好ましくは約25〜75μmの範囲である。好ましいバッキング材料はフラットエンボス加工されていない。好ましいバッキングは、約25〜125μmの厚さを有するポリエチレンテレフタレートフィルム(PET)であり、好ましくは、バインダー前駆体を適用する前に、たとえば(ポリ)エチレンアクリル酸で下塗りする。好ましい下塗りPETフィルムは、Dupont,Hopewell,VAから商品名「454 PET FILM」として市販されている。他の有用なバッキングは、Teijin America,Inc.,Atlanta,Ga.から商品名「TEJIN SP7」として入手可能市販の下塗りフィルムである。バッキングの背面には、駆動デバイスとの耐滑り性または摩擦係合を改良する物質のコーティングが含まれていてもよい。そのようなコーティングの例としては、接着剤中に分散させた無機微粒子(例えば、炭酸カルシウムまたは石英)を含む組成物が挙げられよう。
【0044】
バインダー材料:
研磨コーティング突起は、熱可塑性でも熱硬化性でもよい硬化バインダー物質から形成される。熱硬化性バインダーの場合、バインダーは、典型的には、流動性バインダー前駆体から形成される。研磨物品の製造時、熱硬化性バインダー前駆体は、重合および/または硬化プロセスの開始を助けるエネルギー源に暴露される。エネルギー源の例としては、熱エネルギーおよび放射エネルギー、たとえば、電子線、紫外光、および可視光が挙げられる。硬化および/または重合プロセスは、バインダー前駆体を硬化バインダーに変換する。
【0045】
このほか、熱可塑性バインダーの場合、研磨物品の製造時、バインダー前駆体が固化する程度まで熱可塑性バインダーを冷却させる。
【0046】
バインダーは、好ましくは、バッキングの前表面に直接接着する。しかしながら、場合により、バッキングの前表面とバインダーとの間に追加の接着層を存在させてもよい。
【0047】
本発明に使用可能な熱硬化バインダー前駆体の例としては、フェノール樹脂、ユリア−ホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、アクリル化ウレタン、アクリル化エポキシ、エチレン性不飽和化合物、α,β−ペンダント不飽和カルボニル化合物を有するアミノプラスト誘導体、少なくとも1個のペンダントアクリレート基を有するイソシアヌレート誘導体、少なくとも1個のペンダントアクリレート基を有するイソシアネート誘導体、ビニルエーテル、エポキシ樹脂、およびそれらの組み合わせならびに混合物。アクリレートという用語には、アクリレートおよびメタクリレートが包含される。
【0048】
1つの好ましいカテゴリーの熱硬化性バインダー前駆体は、アクリル酸樹脂である。好適なアクリル酸樹脂の例は、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌレートのトリアクリレート、エトキシル化ビスフェノールAジアクリレート、イソボルニルアクリレート、フェノキシエチル(phenyoxethyl)アクリレート、テトラエチレングリコールアクリレートおよびそれらの混合物である。
【0049】
フェノキシエチルアクリル樹脂は、商品名「SR 339」としてSartomer Corp.から市販されており;エトキシル化ビスフェノールAジアクリレート樹脂は、商品名「SR 349」としてSartomer Corp.から入手可能な商業的にある;また、イソボルニルアクリル酸樹脂は、商品名「SR 506」としてSartomer Corp.から市販されている。これらの異なるタイプのアクリル酸樹脂の混合物は、バインダーの性質の最適なバランスを提供するのに好ましい可能性がある。
【0050】
オリゴマー性脂肪族ウレタンアクリレートは、商品名「CN983B88」、「CN963B80」、「CN964E75」、「CN966J75」、および「CN966B85」としてSartomer Corp.から市販されている。オリゴマー性芳香族ウレタンアクリレートは、商品名「CN970H75」および「CN973A80」としてSartomer Corp.から市販されている。
【0051】
任意に、バッキング材料に対する硬化バインダーの接着性を促進するために、接着促進剤をバインダー前駆体に添加してもよい。好適な接着促進剤は、商品名「SR9008」、「SR9011」、「SR9012」、および「CN704」としてSartomer社から市販されている。使用する場合、接着促進剤は、典型的には、約5〜10重量%の範囲の量でバインダー前駆体に添加されるが、いくつかの用途では、他の量が好適であることがわかる場合もある。
【0052】
好ましくは、アクリレートバインダー前駆体は、約−40〜80℃の範囲のガラス転移温度(Tg)を有する硬化バインダーを提供するように配合される。ウレタンアクリレートバインダー前駆体の1つの好ましいブレンドは、約10〜75重量%CN983B88および約80〜20重量%のCN966B85を含む。より好ましくは、ブレンドは、約10〜35重量%のCN983B88および約80〜55重量%のCN966B85を含む。ウレタンアクリレートバインダー前駆体の他の好ましいブレンドは、約10〜75重量%のCN963B80および約80〜20重量%のCN966B85を含む。より好ましくは、ブレンドは、約10〜50重量%のCN963B80および約80〜45重量%のCN966B85を含む。ウレタンアクリレートバインダー樹脂のさらなる他の好ましいブレンドは、約10〜75重量%のCN964E75および約80〜20重量%CNの966B85を含む。より好ましくは、ブレンドは、約10〜50重量%のCN964E75および約80〜45重量%のCN966B85を含む。ウレタンアクリレートバインダー樹脂のさらに他の好ましいブレンドは、約20〜79重量%のCN970H75および約70〜20重量%のCN973A80を含んでいる。より好ましくは、ブレンドは、約20〜70重量%のCN970H75および約70〜20重量%のCN973A80を含む。
【0053】
製造ツールからの硬化バインダーの放出を改良するために、剥離剤をバインダー前駆体に添加してもよい。好適な1つの剥離剤は、Minnesota Mining and Manufacturing Corp,St.Paul,MNから商品名「FC−430」として市販されているフルオロケミカルである。
【0054】
硬化剤:
利用するエネルギー源およびバインダー前駆体の化学に依存して、硬化剤、光開始剤、または触媒が、バインダー前駆体の重合を開始するのを支援するのに好ましいこともある。たとえば、可視線に暴露したとき遊離基源を生成する好適な光開始剤の例が、米国特許第4,735,632号(Oxmanら)に記載されている。可視光で使用するのに好ましい開始剤は、商品名「IRGACURE 369」または「CIBA 1173」としてCiba Geigy Corp.から市販されている。光開始剤は、典型的には、バインダー前駆体の全重量を基準にして約0.5〜5重量%、より好ましくは0.5〜1重量%の量で使用される。一方、エネルギー源が電子線(「E−ビーム」)である場合、エネルギー源自体により、バインダー中の重合を開始させる遊離基を生成および提供する。
【0055】
突起形状および配置:
構造化表面を有するバインダーの層は、複数の直線状突条として形成することが可能であり、それぞれの突条は、バッキングの側縁間に存在する連続線状に形成されるか、または、それぞれの突条は、実線から形成されたあるいはこのほかに伸長することで、バッキングの側縁間に延在する想像線に沿って断続的に位置する複数の個別の突起から形成することが可能である。これらの直線状突条は、バッキングに平行な列として配置される。平行な列を、0〜90°の範囲の角度でバッキングの側縁と交差させてもよい。
【0056】
連続直線状突条として造形された突起が関与する実施形態では、突条は、所望のパターンの突条の逆の造形物を提示するように構成される製造ツール(これ以降で説明する)を用いてバインダー前駆体を適切に造形することにより形成される。バインダー前駆体に付与される基本的な正確に造形されたトポグラフィーを製造ツールのキャビティーにより保持するのに十分な程度にバインダー前駆体を硬化させた後、金型または製造ツールを除去する。連続突条を形成するのに使用されるバインダー前駆体は、ランドの水平な外表面から延在する三次元の突条の下におよびその突条間に延在するバインダーの連続層によって、ランド部分が、隣接する突条間の下部で、すなわち、突条の高さの約25%まで、形成される程度に、製造ツール中にわずかに過剰に充填することができる。
【0057】
直線状ラインをトレースする列に沿って断続的に形成された個別の突起を含む突条が関与する他の実施形態では、個別の研磨突起は、それに付随するそれ自体の形状を有している。個別の造形物は、それに付随する表面または境界を有しており、その結果、1つの突起は、他の隣接する突起からある程度分離されることになる。すなわち、個別の突起を形成するために、突起の形状を与える平面または境界の一部分は、互いに分離させなければならない。この分離部分は、少なくとも突起の上部または遠心端を含んでいなければならない。突起の下部または底部は、互いに当接してもよいし、または突起は、ランド部分が露出するように別々に離間して配置してもよい。個別の突起が離間して配置される場合、典型的には、それを形成するのに使用されるバインダー前駆体は、研磨物質のランド部分が、突起の下および突起間の下部の連続層として延在して形成される程度まで、製造ツール(これ以降でより詳細に説明する)中にわずかに過剰に充填することができる。ランド部分の厚さは、典型的には、ランド部分から伸びた突起の高さの約25%に等しい。いずれにせよ、個別の突起は、たとえば、米国特許第5,152,917号(Pieperら)に報告されている種々の方法により、形成することが可能である。
【0058】
個別の突起は、典型的には、共通の突条に沿って等距離に離間させて配置される。識別可能または個別の突起を使用して突条のそれぞれを作製する場合、突起の形状は、好ましくは、立方体、角柱、円錐、円錐台、角錐、角錐台、複合形(たとえば、ドーム形先端部を有する円錐台ベース)のように、規則的な幾何学的形状になるように選択すべきである。突条間に残された溝または開放空間は、隣接した突条の延長角を追跡する角度で直線的に延在することになろう。また、突起の高さは、研磨物品の全領域にわたって一定であることが好ましい。これらの形状は、バインダー前駆体を造形するのに使用した製造ツール中のキャビティー形状に密接に対応するので、正確である。
【0059】
個別の突起の数は、1cm2あたり5〜15,000突起の間の任意の数、またはそれ以上であってもよいが、最も好ましくは1cm2あたり約1,000〜10,000突起である。列状に整列させた断続的な個別の突起から構成された突条を提供する実施形態では、隣接する突起間の間隔は、すべての突条に対して一定の値になるように選択され、一般的には5〜200μmの範囲である。
【0060】
突条を有するすべての実施形態について、突条は、少なくともその遠心端で分離されているが、バッキングへの結合端では当接していても分離していてもよい。隣接する突起は、両方の遠心端および結合端の両方の近傍でバッキングが突条間に露出するように完全に分離していてもよい。
【0061】
突条間の間隔またはピッチは、連続突条であるか断続突条であるかにかかわらず、1つの突条の中点から隣接すなわち最近接の突条の中点までとして測定し、図3では「p」と記されているが、特定のアレイのいずれについても一様な値が選択されている。本発明を目的では、隣接する突条とは、対象の突条に共通の溝を挟んで対面し、その間に介在する突条がまったく存在しない突条を意味する。ピッチ「p」は、一般的には、約3〜約500μm、より好ましくは約1〜約50μm、最も好ましくは約1〜25μmの値に設定される。
【0062】
本発明を目的では、連続突条の実施形態(図3に示すような実施形態)の場合および突条の列に配置した個別の突起を使用する場合のいずれについても、高さHは、バッキングの外表面または研磨物品の突起面上の任意のランド表面のいずれかと、突起の遠心端の最も外側の部分と、の垂直な距離として測定され、一般的には、約10〜1000μm、より好ましくは約10〜100μm、最も好ましくは約1〜15μmの範囲の値である。
【0063】
しかしながら、以上では硬質のメモリディスクを機械的に処理するために研磨複合体突条を使用することに関連して特定の範囲の値を記載してきたが、本発明の方法は多くの他の用途に適用可能であり、それぞれの用途に応じて最適なパターンサイズおよび角度は変化する可能性があり、経験的に決定しうることは理解されよう。
【0064】
構造化ポリマー表面を有する基板を作製する方法:
本発明の研磨物品を作製するために、構造化ポリマー表面を有する基板を最初に作製しなければならない。構造化ポリマー表面が有するバッキングを作製する好ましい方法は、
(a)複数の正確に造形されたくぼみを形成してなる主面を有する製造ツールを提供するステップと、
(b)該正確に造形されたくぼみにバインダー前駆体を充填するステップと、
(c)前表面と裏表面とを有するバッキングを提供するステップと、
(d)該バッキングの前表面の少なくとも一部分が該バインダー前駆体に接するように、該バッキングの前表面を該製造ツールの表面に積層するステップと、、
(e)該バインダー前駆体を少なくとも部分的に硬化させるのに十分な条件に該バインダー前駆体を付すステップと、
(f)該製造ツールから該バッキングを分離させるステップと、
含む。
【0065】
製造ツールは、複数のキャビティーを含有しており、それらは、本質的に突起の逆の形状であり、突起の形状の生成させる役割を有する。1cm2あたり好ましくは5〜15,000のキャビティーが存在しなければならない。1cm2あたり5〜10,000の突条形成キャビティーが平行に離間して配置することは好ましい。これらのキャビティーは、対応する数の突起/cm2を有する研磨物品の形成を可能にする。これらのキャビティーは、個別の突起を形成するために、立方体、角柱、角錐、円錐台、円錐、円錐台などのようなさまざまな幾何学的形状のいずれかを有することができる。このほか、キャビティーは、連続突条を形成する線状の連続溝形状であってもよい。たとえば、個別の溝は、三角形のプロフィールを有し、製造ツールの表面の全体的輪郭はのこぎり歯輪郭である。キャビティーの寸法は、所望の数の突起/cm2を達成するように選択されている。
【0066】
製造ツールとしては、ベルト、シート、連続シートもしくはウェブ、輪転グラビアロールのようなコーティングロール、またはコーティングロール上で配置されたスリーブを挙げることができる。製造ツールは、金属(たとえばニッケル)、金属合金、セラミック、またはプラスチックから作製することができる。金属製造ツールは、型彫、ホビング、エッチング、電鋳、ダイヤモンド旋削などのような任意の従来法により作製することができる。熱可塑性ツールは、メタルマスタツールから複製することができる。マスターツールは、製造ツール用としてデザインされる逆のパターンを有するであろう。マスターツールは、好ましくは、金属、たとえば、クロムメッキしたニッケルで作製する。熱可塑性シート材料は、任意にマスターツールと一緒に、両者を一緒にプレスすることによりマスターツールパターンで熱可塑性物質をエンボス加工するように、加熱することができる。熱可塑性物質をマスターツール中に押出またはキャスティングし、プレスし、その後、熱可塑性物質を冷却させて固化させすることにより、製造ツールを作製することもできる。
【0067】
製造ツールはまた、製造ツールから研磨物品をより容易に取り出せるように、剥離コーティングを含有していてもよい。そのような剥離コーティングとしては、たとえば、シリコーンおよびフルオロケミカルが挙げられる。プラスチック製造ツールを使用する場合、使用するポリマーをシリコーンまたはフルオロケミカルでグラフトすると好ましい。
【0068】
製造ツールを作製するための好ましい方法は、米国特許第5,435,816号(Spurgeonら)、同第5,658,184号(Hoopmanら)、および米国特許出願第08/923,862号(Hoopman)(1997年9月3日出願)中に報告されている。
【0069】
バインダー前駆体が熱硬化性バインダー前駆体を含む場合、バインダー前駆体は、重合法により硬化される。重合は、典型的には、エネルギー源に暴露することにより開始される。エネルギー源としては、たとえば、熱エネルギーおよび放射エネルギーが挙げられる。エネルギー量は、バインダー前駆体の化学、バインダー前駆体の寸法(たとえば厚さ)および量のようないくつかの因子および任意の添加剤のタイプに依存する。熱エネルギーについて、温度は、約30〜150℃、一般的には40〜120℃の範囲にすることができる。時間は、約5分から24時間以上まで変化させることができる。放射エネルギー源には、電子線、紫外光もまたは可視光が含まれる。電離放射線として知られる電子線放射線は約0.1〜10Mradのエネルギーレベル、好ましくは約1〜約10Mradのエネルギーレベルでで使用することができる。紫外線とは、約200〜約400nmの範囲内、好ましくは約250〜400nmの範囲内の波長を有する放射線を意味する。300〜600ワット/インチ(120〜240ワット/cm)の紫外光を使用することが好ましい。可視線とは、約400〜約800nmの範囲、好ましくは約400〜約550nmの範囲の波長を有する非粒子状放射線を意味し、好ましくは、300〜600ワット/インチ(120〜240ワット/cm)のエネルギーレベルで使用される。
【0070】
一態様において、バインダー前駆体は、たとえば、ロールコーティング、トランスファコーティング、スプレー被覆、ダイコーティング、真空ダイコーティング、ナイフコーティング、カーテンコーティング、および輪転グラビアコーティングのような任意の従来のコーティング技術を用いてバッキングの前表面上に最初に直接コーティングされる。次に、製造ツールのくぼみの中へのバインダー前駆体が流れ込むように、製造ツールをバインダー前駆体被覆バッキングと接触させる。バインダー前駆体を流動させて製造ツールのくぼみを満たすように、ニップロールまたは他の好適な技術により圧力を加えてもよい。
【0071】
この方法の好ましい態様では、製造ツールにバインダー前駆体を直接コーティングすることによりくぼみを満たす。たとえば、ロールコーティング、トランスファコーティング、スプレー被覆、ダイコーティング、真空ダイコーティング、ナイフコーティング、カーテンコーティング、または輪転グラビアコーティングのような任意の従来のコーティング法によりこれを達成することができる。次に、バインダー前駆体がバッキングの表面を湿潤させるように、バッキングを製造ツールの外表面に接触させる。バッキングにバインダー前駆体を押し付けて得られたバインダーとバッキングとの接着性を改良するために、ニップロールまたは他の好適な技術により圧力を加えてもよい。
【0072】
次に、バインダー前駆体を硬化させる。これは、エネルギー源からのエネルギーにバインダー前駆体を暴露することにより達成することができる。エネルギーは、熱、放射エネルギー(すなわち赤外もしくは可視線)、または電子線であってもよい。好ましくは、エネルギーは放射エネルギーである。放射エネルギーは、バッキングまたは製造ツールを透過することができる。好ましくは、バッキングおよび製造ツールはそれぼと放射エネルギーを吸収しない。さらに、放射エネルギー源はそれほどバッキングや製造ツールを分解してはならない。このほか、製造ツールを特定の熱可塑性物質(たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ(エーテルスルホン)、ポリ(メチルメタクリレート)、ポリウレタン、ポリビニルクロリドあるいはそれらの組み合わせ)から作製する場合、紫外または可視光が製造ツールを透過してさらにバインダー前駆体に入ることができる。バインダー前駆体の硬化(すなわち、バインダーの形成)を行った後、構造化バインダーの結合されたバッキングを製造ツールから分離させる。
【0073】
得られた硬化したバインダー物質は、製造ツールの逆のパターンに対応する構造化表面を有するであろう。製造ツール上でバインダー前駆体を少なくとも部分的に硬化させることにより、バインダーは、製造ツールから取り出した後、その正確に造形された構造化トポグラフィーを保持するであろう。バインダー前駆体は、たとえば、製造ツールから取り出した後、熱処理によりさらに硬化させてもよい。ダイヤモンド様炭素コーティングを後で真空蒸着させる際のポンプダウンを妨害するおそれのある揮発性成分をバインダーからより完全に除去するために、熱処理が有益なこともある。
【0074】
ダイヤモンド様炭素コーティング:
構造化ポリマー表面を有する基板を形成した後、次に、本発明の研磨物品を提供するために、ダイヤモンド様炭素コーティングは、構造化表面の少なくとも一部分上に適用する。ダイヤモンド様炭素膜はまた、本明細書ではときどき「DLC」の略号で記される。本明細書中で使用する場合、DLCは、スパッター堆積炭素コーティング、水素化DLCコーティング、および非水素化DLCコーティングを包含するものとみなされる。スパッター堆積炭素コーティングは、中性炭素原子として堆積され、コーティングはほとんど黒鉛様sp2結合を含有していることにより特性づけることが可能である。水素化DLCコーティングは、ガス状炭化水素プラズマから生成される。そのような水素化DLCコーティングを作製するために、いくつかの技術を用いることができる。たとえば、堆積種が主として活性化炭化水素分子および分子フラグメントであるRFプラズマCVDを用いることができる。典型的には、水素化DLCコーティングは、10〜60原子%の水素を含んでいる。四面体配位非結晶性炭素とも呼ばれる非水素化DLCは、パルスレーザー堆積または陰極アークのいずれかにより堆積させることが可能である。これらの2つの方法では、堆積種は、少なくとも部分的に基板に埋め込むのに十分なエネルギーでコーティングされる基板に衝突する高いエネルギー炭素イオンである。
【0075】
水素化DLCコーティングのプラズモンエネルギーは約25eV未満であり、一方、非水素化DLCコーティングのプラズモンエネルギーは約26eV以上、典型的には27〜30eVである。DLC膜のプラズモンエネルギーは、電子エネルギー損失分光法(EELS)を用いて決定される。プラズモンエネルギーは、原子密度に比例する価電子密度に比例するので、DLC膜の構造の性質に関係する。DLC膜のプラズモンエネルギーは、約2000eVのビームエネルギーを用いて反射モードで測定することが可能である。この際、基板からDLC膜を分離させる必要はない。
【0076】
本発明中のダイヤモンド様炭素物質の硬質炭素コーティング層または膜の平均厚さは、通常50μm未満、好ましくは10μm未満、より好ましくは1μm未満、最も好ましくは100〜2000オングストロームの範囲である。5000オングストロームを超えるDLC膜厚はいずれの場合においても望ましくないであろう。なぜなら、製造費が比較的高くなるうえに、高い硬度を有している場合、脆くなりかつ接着性が弱くなるからである。一方、100オングストローム未満のDLC厚さもまた、いずれの場合においても望ましくないであろう。なぜなら、硬質ディスク表面の機械的処理で使用するのに十分な厚さがないからである。
【0077】
陰極アークプラズマ堆積を使用する場合、所望の厚さに到達するまでのコーティング時間は、約10秒〜約10時間、通常、約30秒〜約10分の間で変動しうる。コーティング時間は、目標のDLCコーティング厚さにコーティングしなければならない物質の長さによって決まる。チャンバー雰囲気、炭素源、および電力を制御して、陰極アークコーティング分野の当業者により理解される方法でコーティング時間を調節することができる。
【0078】
水素化タイプまたは非水素化タイプにかかわらず、ダイヤモンド様炭素膜を作製する他の方法としては、化学蒸着(CVD)、プラズマ支援CVD、イオンビーム、レーザーアブレーション、RFプラズマ、マイクロ波、アーク放電、および陰極アークプラズマ堆積のような一般に知られる技術が挙げられる。一実施形態では、陰極アークコーターを用いてダイヤモンド様炭素膜を堆積させる。陰極アークコーターでは、陰極とコーティングされる物品とを約90cmの距離で配置した水平構成をとる。しかしながら、本明細書に記載の適切な対策をとって研磨物品の温度増加を十分に抑制することによりダイヤモンド様炭素膜の黒鉛化が防止されるかぎり、陰極とコーティングされる物品との間の距離を5〜500cmの範囲に設定することが可能である。アーク光源とサンプル物品との離間距離を比較長くすると、DLC形成を促進する温度で、かつダイヤモンドコーティングで通常見受けられるおよび利用される温度よりも低い温度で、ダイヤモンド様炭素コーティングを堆積させることが可能になる。この距離では、1993年11月11日出願の米国特許出願第08/149,292号に記載されているように、任意のマクロ粒子フィルターの利用が可能である。それらの開示内容は参照により本明細書に組み入れられるものとする。構造化バッキング材料の一領域または一部分を単にコーティングすることも本発明の範囲内である。たとえば、外側数cmだけをコーティングすることが可能である。
【0079】
ダイヤモンド様炭素膜を作製するために、陰極アークコーターの陰極材料として炭素源を利用する。陰極材料として使用可能な種々の物質としては、熱分解黒鉛、無定形炭素、黒鉛、およびガラス質炭素が挙げられる。コーティング処理は、通常、真空中で、通常10−4torr未満で行われる。残留ガスは、空気(すなわち、主として窒素および酸素)または不活性ガスのいずれかであろう。
【0080】
場合により、清浄化を行ったり、堆積されるDLCコーティング膜との接着を妨害する汚染物質を除去したりすることにより、基板を前処理してもよい。DLCのコーティング前またはコーティング中の基板の清浄化は、不活性プラズマまたはイオンビームを用いて、たとえば、アルゴン、ヘリウム、クリプトン、キセノン、または周期表の第8族のメンバーから誘導されたイオンを含むイオンビームを用いて行うことが可能である。アルゴンは、コストおよび利用可能性の点で洗浄用プラズマとして好ましい。
【0081】
DLC物質の硬質炭素コーティング層は、基板またはその正確な形状の実質的な分解、破壊、または劣化を起こすことがないように、基板の正確に造形された三次元の表面に適用される。すなわち、DLC層の適用時、過度の熱への暴露に伴う基板の破壊または基板への悪影響を生じないように注意しなければならない。したがって、DLC層の適用時、過度の熱を発生させないように注意しなければならない。さらに、過度の熱は、DLC物質の望ましくない黒鉛化を引き起こす可能性もある。一般的な要件として、基板への損傷を防止しかつDLC膜自体の黒鉛化を防止するために、DLC膜の形成中、研磨物品の温度を常に約200℃未満に保持しなければならない。
【0082】
移動ウェブにDLCコーティングを適用する1つの好ましい方法は、パルス陰極アークプラズマ堆積と呼ばれるものであり、米国特許第5,643,343号(Selifanovら)に報告されている。パルス陰極アークプラズマ堆積では、コンデンサーのバンクに蓄積された電気エネルギーにより陰極アークプラズマ放電を行う。コンデンサー放電の時間的変動性により時間的変動場を生じ、これがプラズマを自己収束させるように作用する。このため、この技術に関しては、DC駆動陰極アーク法のときと同様に外部磁界輸送システムは必要でない。コンデンサー放電時間が典型的には500μsed未満と短いため、アークスポットの移動できる距離が制限される。これが高い瞬間電流と組み合わされて、より安定で再現性のある放電が得られる。厚さはコンデンサー駆動プラズマ放電の数に直接関連づけられるので(すなわち、厚さはコンデンサーのパルス数をカウントすることにより制御される)、これらの因子のすべてが組み合わさって、より正確に厚さを制御することのできるプロセスが形成される。このプロセスでは、介在磁界が必要でなく、パルス周波数の制御によりDLCコーティング厚さの均一性が制御されるので、移動ウェブ上での均一な堆積が可能である。より均一なフィルム厚さが提供されることに加えて、パルス陰極アークプラズマ堆積の他の利点は、この技術を使用した場合、従来のDC陰極アーク法と比較して、マクロ粒子の生成が大幅に低減されるということである。したがって、よりクリーンなコーティングを作製することができる。
【0083】
機械的処理装置:
図6は、本発明の方法に使用するための機械的処理装置70を示す概略図である。基板72の片面だけの機械的処理が示されているが、典型的には、個別の研磨物品または同一の研磨物品により、基板72の両面を同時に処理することができると考えられる。好ましくは、機械的処理は、界面活性剤の存在下、湿式方式でまたは水を充満させた状態で行われる。基板72の直径は、一般的には50〜200mm、通常、60〜150mmである。基板72は、Exclusive Design Company(EDC),Fox Lane,CA製のモデル800C HDF Rigid Disk Burnisherのような機械に取り付ける。機械は、ディスク上の表面速度が約7.5〜約440m/分になるように約50〜700rpmで基板72を回転させる、より速いまたはより遅い速度も利用可能であると考えられる。本発明の研磨物品74は、好ましくは、幅20〜60mm、好ましくは25〜50mmを有する連続ロールの形態で提供される。研磨物品74の連続ロールは、1つのステーション76から巻出されて第2のステーション78に送られる。基板72が回転すると、ローラー79の働きで研磨物品74が基板72の表面に接触する。ローラー79は、約50mmの好ましい直径を有し、好ましくは約50のショアA硬度値を有するエラストマー材料から作製される。研磨物品74と基板72との間の力は、50mmの直径および45〜60、好ましくは50のショアA硬度値を有するゴムロールを用いて31.1mmの接触長にしたとき、0.1〜4kg、好ましくは0.5〜3kgである。圧力が高すぎると、得られる表面仕上Raが高すぎるであろう、すなわち約7nm(0.0070mμ)を超えるであろう。圧力が低すぎると、引掻傷の高さが低くなり、表面仕上が低すぎであろう、すなわち約1.8nm(0.0018mμ)未満であろう。好ましい方法は、テクスチャー加工時、基板72の半径方向にローラー79を振動させることを含む。半径方向の振動を行うことにより、研磨物品74により形成される引掻傷を基板72上で同心状でなくランダムに交差して実質的に円周方向を向くようにできる。また、機械的処理中、ステーション76と78との間で制御速度で研磨物品74を移動させ、基板72に既知の均一な処理を施し、ディスクに接触する研磨材を連続してクリーンな研磨材と交換する。研磨物品74の割送速度は、5〜400cm/分、好ましくは15〜250cm/分である。割送研磨物品74および振動ローラー79の組み合わせにより、所望のランダムな実質的に円周方向に離間した引掻傷が提供される。典型的には、テクスチャー加工後、デブリまたは削り屑をすべて除去するように硬質基板72を清浄化する。清浄化後、任意の従来の磁気コーティングを引掻傷上に適用することができる。典型的な硬質磁気媒体ディスクでは、クロムのようなコーティングを基板のテクスチャー表面上に適用する。磁性材料の追加コーティングをクロムコーティング上に適用する。磁性材料は、たとえば、CoXY合金〔式中、Coはコバルトであり、Xとしては白金またはタンタルが使用でき、Yとしてはクロムまたはニッケルが使用できる。〕である。最後に、磁気コーティング上に炭素コーティングを適用する。
【0084】
本発明の基板のテクスチャー加工を評価するとき、次の定義を使用する:
Ra: 平均線または中心線からの粗さプロフィールの絶対値の算術平均偏差である。中心線は、それを超える全領域がそれよりも下の全領域と等しくなるようにプロフィールを分割する。
Rms: サンプリング長さで測定された平均線からの粗さプロフィールの二乗和平均偏差または幾何平均偏差である。
P−V: ピーク/バレー(Rtとしても知られる)は、平均線でレベリングしてサンプリング長さ内で最も高いピークと最も低いバレーとの間の垂直距離である。
Rp: サンプリング長さ内で平均線と最も高いピークとの間の距離である。
Rv: サンプリング長さ内で平均線と最も低いバレーとの間の距離である。
【0085】
以下の実施例により本発明についてさらに具体的に説明するが、これらの実施例に限定されるものではない。実施例中の部、パーセント、比などはすべて、別段の記載がないかぎり重量基準である。全体にわたり以下の略号を使用する。
【0086】
実施例
材料リスト:
UACR1: 商品名「PHOTOMER 6010」としてHenkel Corp.から市販されている脂肪族ウレタンアクリレートモノマー。
【0087】
TMPTA: 商品名「SR−351」としてSartomer Corp.から市販されているトリメチロールプロパントリアクリレートモノマー。
【0088】
PI1: 商品名「DAROCURE 1173」としてCiba Specialty Chemicals Additivesから市販されている遊離基光開始剤。
【0089】
一般手順1: 構造化基板の作製方法:
最初に、実施例に記載の物質を十分に混合することによりバインダー前駆体を調製した。比はすべて重量基準である。バインダー前駆体がツール中のくぼみを満たすように、実施例に記載のトポグラフィーを有する金属製造ツール上にバインダー前駆体をコーティングした。次に、ニップローラーを利用してポリエステルフィルム(3M Heatsealable Polyester #29972)基板を製造ツールに押圧し、表面上にプライマーを有するポリエステルフィルムの前表面をバインダー前駆体で湿潤させた。バッキングを介して約600ワット/インチ(236ワット/cm)の紫外光をバインダー前駆体中に送った。紫外光は、バインダー前駆体の重合を開始させた。この紫外光暴露の結果、バインダー前駆体は、ポリエステルフィルムバッキングに接着した硬化バインダーに変換された。次に、硬化した構造化バインダーコーティングを有するポリエステルフィルムを製造ツールから分離させた。
【0090】
一般手順2: ダイヤモンド様炭素コーティング:
次の一般手順では、ダイヤモンド様炭素コーティングの作製方法について説明する。米国特許第5,643,343号に記載のものと類似した単一炭素パルス陰極アーク系を備えた真空系中に構造化基板材料のロールを取り付けることにより、実施例のそれぞれをDLCでコーティングした。炭素フィードストック陰極は、Poco Graphite Inc.から入手した(物質グレードSFG−2)。しかしながら、この手順では、炭素プラズマが垂直方向上向きになるように炭素プラズマ源を取り付けられた。基板は、基板の構造化表面が下向きで炭素プラズマ源に対してラインオブサイト位置になるように取り付けられた。基板の構造化表面は、陰極アークプラズマ源の炭素カソードから約15インチ(38.1cm)の位置に配置した。ポリマーロールを取り付けた後、1×10−5Torr未満の圧力まで系を減圧した。約0.33〜0.5Å/パルスになるように、炭素パルス陰極アークプラズマ源を操作した。パラメーターは次のとおりであった:主電圧:300V;補助電圧:300V;イグニッション電圧:700V;およびセットポイント周波数:3.3Hz。1フィート/分の速度で構造化基板を炭素プラズマ堆積ゾーンに通して移動させ、ウェブを堆積ゾーンに複数回通して移動させることにより所望の厚さのDLCコーティングを作製した。
【0091】
DLCコーティングを適用した後、得られた構造化DLC被覆研磨物質を真空系から取り出し、真空系を介した輸送中に物質に付着した可能性のある微粒子汚染物質を完全に除去するために超音波洗浄を行った。超音波洗浄ヘッド(Ultra Cleaner)は、Web Systems Inc.から購入された。超音波洗浄後、ナイフスリッティング系を用いて、構造化DLC被覆研磨物質を1.375”(3.5cm)の幅にスリットした。
【0092】
テクスチャー加工手順1:
本発明の方法を用いて硬質ディスクでテクスチャー加工試験を行った。Exclusive Design Co.,San Jose,CAにより製造されたモデル800C HDF Rigid Disk Burnisherを使用した。硬質ディスク基板は、Akashic Memories Corp.,San Jose,Californiaから入手した(直径95mm)ニッケル/リン(NIP)メッキアルミニウムディスク被研磨Falcon基板335326であった。
【0093】
一方のテープがディスクの一方の面に接触し、他方のテープがディスクの他方の面に接触するように、2つの1−3/8”幅の研磨材スプールをEDC 800Cディスクブラッシャーに取り付けられた。テープの幅がディスクの全半径に接触するように、研磨物品を配置した。150rpmでディスクを回転させた。当該業界で標準的に使用されるクリーニングテープを試験に使用し、ディスク表面がディスクの各回転に対して研磨テープおよびクリーニングテープの両方の下を通過するように、フィニッシングテープと直径方向で反対の位置に配置した。新たな研磨剤がディスク表面と連続して接触するように、研磨物品を9.4インチ/分で前進させた。ショアジュロメーター硬度A50を有するエラストマーローラーにより4.36ポンドの荷重ロール力を加えて、研磨物品を硬質ディスク表面にプレスした。それぞれのディスクのテクスチャー時間は35秒であった。
【0094】
テクスチャー加工手順2:
本発明の方法を用いて硬質ディスクでテクスチャー加工試験を行った。Exclusive Design Co.,San Mateo,CAにより製造されたモデル1800 HDF Rigid Disk Burnisherを使用した。硬質ディスク基板は、直径95mm、厚さ31.5mm、およびRa表面8〜13を有するニッケル/リン(NIP)メッキアルミニウムディスクであった。ディスク基板は、StorMedia Inc.,Santa Clara,CAから部品番号15−003−01として市販されている。
【0095】
一方のテープがディスクの一方の面に接触し、他方のテープがディスクの他方の面に接触するように、2つの1−3/8”幅の研磨材スプールをディスクブラッシャーに取り付けられた。テープの幅がディスクの全半径に接触するように、研磨物品を配置した。80rpmでディスクを回転させた。クリーニングテープも試験に使用し、ディスク表面がディスクの各回転に対して研磨テープおよびクリーニングテープの両方の下を通過するように、フィニッシングテープと直径方向で反対の位置に配置した。冷却剤をクリーニングテープ上に12ml/分の速度で滴下した。冷却剤は、Coral International Inc.,Paramount,CAから市販されているDevelopment X2,590−27の1%の溶液からなるものであった。未使用の研磨剤がディスク表面と連続して接触するように、1.0ポンドの張力下で研磨物品を3.0インチ/分で前進させた。7.6Hzの振動周波数で、0.05インチ振幅をテクスチャー加工中に使用した。ショアジュロメーター硬度A50を有するエラストマーローラーにより2.5ポンドの荷重ロール力を加えて、研磨物品を硬質ディスク表面にプレスした。それぞれのディスクのテクスチャー時間は30秒であった。
【0096】
テスト手順1: テクスチャー加工されたディスクの表面プロフィルメーター測定:
次に、本発明による機械的処理がディスクの表面トポグラフィーをいかに変化させるか判定するために、コンタクトスタイラスプロフィルメーターを用いて、テクスチャー加工された硬質ディスクの表面の特性づけを行った。5mgの力で0.2mmトレースを用いる0.15ミクロンのスタイラスを備えたモデル「P2」Tencorプロフィルメーターを、これらの「粗さ」測定に使用した。典型的には、次のパラメーターを含めていくつかの粗さパラメータを記録する:Ra、Rq、Rp、Rv、Rt、Rz、PC(10Å)、PC(40Å)、およびPC(70Å)。最後の3つのパラメーターは、スキャン距離にわたって見いだすことのできる特定のサイズ範囲のピークの数に関連づけられる。2つのディスクについてそれぞれ6回、合計12回の測定を行った。
【0097】
実施例1:
一般手順1に従って構造化基板を作製した。構造化表面は、1インチあたり600ラインで配置された四角錐台からなるものであった。製造ツールはSouthern Flexographic Coatings,Louisville,KYから入手した。「Q−34」という名称であった。バインダー前駆体の式は、49.5重量部UACR−1、49.5重量部TMPTA、および1重量部PI1を含むものであった。
【0098】
構造化基板を作製した後、一般手順2に従ってダイヤモンド様炭素コーティングを基板の構造化表面に適用した。堆積ゾーンを通過した回数を表1に示す。得られた研磨物品を用いてテクスチャー加工手順1に従ってディスクをテクスチャー加工し、得られたテクスチャー加工済みディスクを試験手順1を用いて特性づけした。結果を表1に報告する。
【0099】
実施例2:
一般手順1に従って構造化基板を作製した。構造化表面は、三角形の断面を有する連続突条を含むものであった。突条の夾角(すなわちピーク角)は90°であった。24μmのピーク間距離でバッキング上に突条を配置した。バッキングの側縁に平行な方向に連続突条を向けた(すなわち、突条は、ウェブ進行方向に連続したものであった)。
【0100】
構造化基板を作製した後、一般手順2に従ってダイヤモンド様炭素コーティングを基板の構造化表面に適用した。堆積ゾーンを通過した回数を表1に示す。得られた研磨物品を用いてテクスチャー加工手順1に従ってディスクをテクスチャー加工し、得られたテクスチャー加工済みディスクを試験手順1を用いて特性づけした。結果を表1に報告する。
【0101】
【表1】
表1
【0102】
ピークカウント(PC)値の増加および顕微鏡写真から推測されるように本発明の研磨物品はディスク表面から物質を除去しディスク表面に線密度パターンを付与したことを結果は示している。このほか、薄いコーティングよりも厚いDLCコーティングのほうが侵食性が強く、Raのようなディスクの粗さパラメータを増大させた。このほか、2つのパターンは異なる形で表面トポグラフィーを変化させ、線状のパターンを有する実施例4の研磨物品は、PC(ピークカウント)値を大きく増加させたが、Ra値はわずかに増加したにすぎなかった。
【0103】
実施例3:
一般手順1に従って構造化基板を作製した。構造化表面は、1インチあたり600ラインで配置された四角錐台からなるものであった。製造ツールはSouthern Flexographic Coatings,Louisville,KYから入手した。「Q−34」という名称であった。バインダー前駆体の式は、49.5重量部UACR−1、49.5重量部TMPTA、および1重量部PI1を含むものであった。
【0104】
構造化基板を作製した後、一般手順2に従ってダイヤモンド様炭素コーティングを基板の構造化表面に適用した。堆積ゾーンを通過した回数を表1に示す。得られた研磨物品を用いてテクスチャー加工手順2に従ってディスクをテクスチャー加工し、得られたテクスチャー加工済みディスクを試験手順1を用いて特性づけした。結果を表2に報告する。
【0105】
実施例4:
一般手順1に従って構造化基板を作製した。構造化表面は、三角形の断面を有する連続突条を含むものであった。突条の夾角(すなわちピーク角)は90°であった。24μmのピーク間距離でバッキング上に突条を配置した。バッキングの側縁に平行な方向に連続突条を向けた(すなわち、突条は、ウェブ進行方向に連続したものであった)。
【0106】
構造化基板を作製した後、一般手順2に従ってダイヤモンド様炭素コーティングを基板の構造化表面に適用した。堆積ゾーンを通過した回数を表2に示す。得られた研磨物品を用いてテクスチャー加工手順2に従ってディスクをテクスチャー加工し、得られたテクスチャー加工済みディスクを試験手順1を用いて特性づけした。結果を表2に報告する。
【0107】
【表2】
表2
【0108】
上記の実施例は、本発明の研磨物品を用いて、硬質ディスクまたは硬質ディスク基板の表面トポグラフィーを改変しうることを示している。被加工物表面特性(たとえば、トポグラフィー、粗さなど)が研磨物品の表面トポグラフィーと相関関係にあることが明確に示される。さらに、研磨物品のカット率が硬質物質の量およびその硬度に関連することがわかる。したがって、本発明は、制御下で硬質ディスクまたは硬質ディスク基板を機械的に処理するように最適化された研磨物品を作製しうることを示している。本発明は、硬質ディスクまたは硬質ディスク基板上に所望の表面トポグラフィーを付与する正確な表面ポグラフィーを研磨物品に提供する。有利なことに、ダイヤモンド様コーティングの厚さを制御することにより研磨物品の侵食性(すなわち、カット率)を制御することができるので、従来のグリッドベースの研磨物品よりもテクスチャー加工、バフ研磨、および清浄化のような機械的処理を改良することができる。
【0109】
本発明の種々の修正態様および変更態様は、本発明の範囲および精神から逸脱することなく当業者に自明なものとなろう。また、本発明は本明細書に記載の例示的な実施形態に過度に制限されるべきものではないことを理解しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法に従ってテクスチャー加工された金属被覆硬質ディスク基板の平面図である。
【図2】図1の2−2に沿って得られた金属被覆ディスク基板の断面図である。
【図3】本発明の研磨物品の一実施形態の断面図である。
【図4】本発明の研磨物品の他の実施形態の断面図で示される最近接端を有する斜視図である。
【図5】本発明の研磨物品の一実施形態の断面図である。
【図6】本発明の方法で使用されるテクスチャー加工装置の概略図である。
Claims (32)
- 基板を機械的に処理する方法であって、
(a)機械的処理の対象となる基板を提供するステップと、(該基板は、硬質ディスクまたは硬質ディスク基板からなる群より選択される)
(b)圧力を加えて該基板に接触させた状態で研磨物品を提供するステップと、(該研磨物品は、
第1の主面と第2の主面とを有するバッキングと、
次のコーティング、すなわち、
該可撓性バッキングに接着された第1の表面と複数の正確に造形された突起を含む第2の構造化表面とを有する硬化バインダーコーティング、および
該硬化バインダーコーティングの構造化表面の少なくとも一部分に重ねて接着されたダイヤモンド様炭素コーティング、
から本質的になる研磨コーティングと、
を含む)
(c)該基板および該研磨物品の少なくとも一方を他方に対して移動させて機械的処理を提供するステップと、
を含む、方法。 - 前記機械的処理が、テクスチャー加工、バフ研磨、または洗浄である、請求項1に記載の方法。
- 前記基板が、対向する主面を有する金属ベースと該主面の少なくとも一方上に形成された金属コーティングとを含む硬質ディスク基板である、請求項1に記載の方法。
- 前記基板が、ガラスまたはセラミックを含む硬質ディスク基板である、請求項1に記載の方法。
- 前記基板が、中心を有する円形であり、ステップ(c)が、該中心を軸として前記基板を回転させて、前記基板に実質的に円周方向の引掻傷を形成することを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記研磨物品と前記硬質ディスクまたは硬質ディスク基板との間に液体を導入するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- ステップ(c)が、前記基板の進行方向に実質的に垂直な方向に前記研磨物品を振動させることを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記複数の正確に造形された突起が、立方体、角柱、円錐、円錐台、角錐、および角錐台からなる群より選択される形状を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記バッキングが機械方向軸および対向する側縁を有し、それぞれの側縁が該機械方向軸に平行であり、前記構造化表面が、前記バッキング上の固定位置に配置された複数の平行な細長い突条を含み、該突条のそれぞれが約0°〜約90°の角度で該側縁と交差する、請求項1に記載の方法。
- 前記平行な細長い突条が、それぞれ、前記バッキングの側縁間に連続して延在する硬化バインダーの連続突起を含む、請求項9に記載の方法。
- 前記突起が、頂点と辺とを有する角錐形状であり、該辺が、約70〜約110°の角度をなして該頂点で交差する、請求項9に記載の方法。
- 前記突条が、それぞれ、その長手方向軸上に幅方向中心が位置するように整列された複数の個別の正確に造形された突起を含む、請求項9に記載の方法。
- 前記突起のそれぞれが、少なくとも3つの辺を有する角錐形状を含む、請求項12に記載の方法。
- 前記角錐形状が角錐台形状を含む、請求項13に記載の方法。
- 前記ダイヤモンド様炭素コーティングが約5nm〜1μmの範囲の厚さを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記ダイヤモンド様炭素コーティングが約26eVを超えるプラズモンエネルギーを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記バッキングが、約25〜125μmの厚さを有するポリエチレンテレフタレートフィルムである、請求項1に記載の方法。
- 前記バインダーがアクリレートまたはメタクリレートである、請求項1に記載の方法。
- 前記バインダーが研磨粒子を含まない、請求項1に記載の方法。
- 第1の主面と第2の主面とを有するバッキングと、
次のコーティング、すなわち、
該可撓性バッキングに接着された第1の表面と複数の正確に造形された突起を含む第2の構造化表面とを有する硬化バインダーコーティング、および
該硬化バインダーコーティングの構造化表面の少なくとも一部分に重ねて接着されたダイヤモンド様炭素コーティング、
から本質的になる研磨コーティングと、
を含む、研磨物品。 - 前記複数の正確に造形された突起が、立方体、角柱、円錐、円錐台、角錐、および角錐台からなる群より選択される形状を有する、請求項20に記載の研磨物品。
- 前記バッキングが機械方向軸および対向する側縁を有し、それぞれの側縁が該機械方向軸に平行であり、前記構造化表面が、前記バッキング上の固定位置に配置された複数の平行な細長い突条を含み、該突条のそれぞれが約0°〜約90°の角度で該側縁と交差する、請求項20に記載の研磨物品。
- 前記平行な細長い突条が、それぞれ、前記バッキングの側縁間に連続して延在する硬化バインダーの連続突起を含む、請求項22に記載の研磨物品。
- 前記突起が、頂点と辺とを有する角錐形状であり、該辺が、約70〜約110°の角度をなして該頂点で交差する、請求項22に記載の研磨物品。
- 前記突条がそれぞれ、その長手方向軸上に幅方向中心が位置するように整列された複数の個別の正確に造形された突起を含む、請求項22に記載の研磨物品。
- 前記突起のそれぞれが、少なくとも3つの辺を有する角錐形状を含む、請求項25に記載の研磨物品。
- 前記角錐形状が角錐台形状を含む、請求項26に記載の研磨物品。
- 前記ダイヤモンド様炭素コーティングが約5nm〜1μmの範囲の厚さを有する、請求項20に記載の研磨物品。
- 前記ダイヤモンド様炭素コーティングが約26eVを超えるプラズモンエネルギーを有する、請求項20に記載の研磨物品。
- 前記バッキングが、約25〜125μmの厚さを有するポリエチレンテレフタレートフィルムである、請求項20に記載の研磨物品。
- 前記バインダーがアクリレートまたはメタクリレートである、請求項20に記載の研磨物品。
- 前記バインダーが研磨粒子を含まない、請求項20に記載の研磨物品。
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