JP2008114324A

JP2008114324A - 研磨パッドおよびガラス基板研磨方法

Info

Publication number: JP2008114324A
Application number: JP2006299071A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Fukazawa; 寧司深澤; Masabumi Ito; 正文伊藤
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2008-05-22

Abstract

【課題】研磨パッド表層の小径化の効果をより発揮することができる研磨パッドの提供。
【解決手段】ガラス基板の研磨に用いられ、ガラス面と接触すべき表層１、中間層２および基層３がこの順で積層された研磨パッドであって、基層３の圧縮率が中間層２の圧縮率よりも大きく、表層１は孔を有し、中間層２は孔を有しない、または中間層２が孔を有する場合はその孔径が表層１の孔径よりも小さい研磨パッド。表層１の孔の径が５０μｍ以下である前記研磨パッド。表層１の厚みが１０〜３００μｍ、中間層２の厚みが１００〜７００μｍ、基層３の厚みが１００〜７００μｍである前記研磨パッド。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス基板の仕上げ研磨に好適な研磨パッドおよびガラス基板研磨方法に関する。

一般に、磁気ディスクや液晶用基板、フォトマスクに用いられるガラス基板のように、高精度の平坦性を求められるガラス研磨においては、不織布あるいは樹脂やゴム状物質との混成布、ほかに発泡ポリウレタン系パッドが知られており、酸化セリウムやコロイダルシリカ等の微細砥粒から構成される研磨スラリー液を供給しながら研磨加工が行なわれる。

微細砥粒の平均径は数１０ｎｍ〜数１００ｎｍであるが、研磨パッドの表面には砥粒径に比して極めて大きな数１０μｍ〜数１００μｍの孔が多数存在し、隣合う孔の間隔も孔径と同程度の距離にあるので、この孔内に研磨スラリー液を滞留させることで、微細砥粒は研磨パッド表面上にむらなく分散される。

さらに、研磨パッドをガラス基板に押圧しながら相対移動させることで、研磨パッド表面の孔以外の部分とガラス基板の間に介在する微細砥粒に荷重が加わり、ガラス基板表面をむらなく研磨することが可能となり、高い精度の平坦性を得ることができる。

近年、ハードディスクの大容量化が進められる中、高密度記憶化や記録読み取り精度の向上等を図るために、磁気ディスク記憶装置に使用されるガラス基板には、さらに高精度の平坦性が求められており、特に磁気ヘッドの浮上性能に大きく影響する微小うねりをより小さくすることが強く求められている。さらに、液晶テレビやノート型パーソナルコンピュータ等の液晶パネルにおいて、画面内の色むら分布が２枚のガラス基板に挟まれた液晶の厚み分布に起因して起こるため、液晶用ガラス基板には高い平坦度が求められる。フォトマスクに関しても、高精細なパターンを描画しなければならないため、極めて高い平坦度が要求されている。
このような磁気ディスク用ガラス基板の研磨に用いられる研磨パッドはたとえば特許文献１に開示されている。

特開平５−８９４５９号公報段落番号００４３

特に、磁気ディスク用ガラス基板では、対象となる微小うねりのカットオフ波長が、磁気ヘッドの浮上に大きく影響する凹凸の波長を対象として、短波長側が０．０５ｍｍで、長波長側が１．０ｍｍである。このカットオフ波長範囲の０．０５〜１．０ｍｍの波長を持つ凹凸をいかに低減できるかが微小うねりの大小を左右する。このカットオフ波長は研磨パッド表面の孔径と同等のオーダーであることから、研磨パッド表面の孔径を小さくすることで、微小うねりのカットオフ波長から外れる表面凹凸の形成を図ることがこれまで試みられてきた。

ガラス基板は研磨パッド表面の孔以外の部分とガラス基板との間に介在する微細砥粒によって研磨されるので、孔径と微小うねりの波長には相関関係があると考えられる。仮に、研磨パッドとガラス基板が静止したまま押圧して圧力を加えるならば、孔径はガラス基板表面上における圧力分布の波長に相当することになる。この圧力分布に応じてガラス基板は研磨され凹凸を形成することになるが、研磨パッド表面の孔分布が等方的で偏りがなければ、研磨パッドがガラス基板上を移動することで、研磨によって生じる凹凸は重ね合わされ、その結果形成されるうねり形状の波長が少なくとも荷重分布の波長よりも長くなることは原理的にありえない。すなわち、孔径はガラス基板表面に形成されるうねり形状の最大波長に相当すると予測される。実際、研磨パッド表面の孔径と微小うねりとの間には相関があり、より孔径が小さい研磨パッドを用いることで、微小うねりが低下傾向を示すことを確認することができる。

別の方法として、孔径を大きくするとカットオフ波長から外れる凹凸が形成されることになるが、表面の硬度を下げることにもなるので研磨速度の低下を招きやすく、また、ガラス基板表面にスクラッチ傷を形成しやすくなるので、やはり孔径が小さい研磨パッドを用いることが好ましい。

しかし、ガラス基板の研磨に用いられる多孔性研磨パッドにおいては厚み方向に孔径の分布があり、一般に表層から基層へ向かって厚み方向に孔の大きさは大きくなる傾向にあるため、ガラス基板表面における研磨パッドを押圧した際の圧力分布は、研磨パッド内に存在する大きな孔径の孔に依存する。

研磨パッド基層側は、一般に大きな孔を有するために構造的に低剛性となるので圧縮率が表層に比して高く、研磨パッドをガラス基板に押圧しながら相対移動して研磨する際には、研磨系の動的コンプライアンス（＝研磨パッドとガラス基板の相対移動時に生じる平面方向の無理な弾性変形をいなす性能）を高くする作用を有する。すなわち、特に磁気ディスク用ガラス基板の研磨に用いられる両面研磨機などでは、表層に比して基層側の圧縮率が高い研磨パッドを用いることは研磨性能の維持に欠かせない。ただ、研磨パッドの孔径を小さくすることには限界がある。すなわち、数μｍ程度の小径化まで行けば均一性（孔径分布、分散性）が問題になるので、微小うねりに対しての小径化の効果には限界があると考えられる。

一方、表面の孔径が小さい研磨パッドを選択したとしても、基層側に存在する大きな孔径の孔で決定される圧力分布によって、表面の孔を小径化する効果を十分に発揮させることはできない。
また、研磨パッド内に含まれる孔がすべて小径である研磨パッドを用いると、基層側も高剛性になってしまうため、研磨系の動的コンプライアンスが低くなり、研磨過程において研磨パッドの局所変形を起因とする研磨品質の悪化が生じやすくなる。

このように、従来の研磨パッドでは、表層の小さい孔の効果を動的な状態で十分に発揮させ、より小さな微小うねりが得られるようにすることは困難であった。
本発明は、研磨パッド表層の小径化の効果をより発揮することができる研磨パッドの提供を目的とする。

本発明は、ガラス基板の研磨に用いられ、ガラス面と接触すべき表層、中間層および基層がこの順で積層された研磨パッドであって、基層の圧縮率が中間層の圧縮率よりも大きく、表層は孔を有し、中間層は孔を有しない、または中間層が孔を有する場合はその孔径が表層の孔径よりも小さい研磨パッドを提供する。
また、ガラス基板を前記研磨パッドを用いて研磨するガラス基板研磨方法を提供する。

本発明の研磨パッドにおいては表層が孔を有するので、従来の研磨パッドと同様に研磨スラリー液を用いたガラス基板の研磨加工性を満足させることが可能となる。
また、中間層が孔を有する場合にその孔径を表層の孔径よりも小さいものとしているので、表層の小径化の効果発揮を損なうおそれが減少する。
さらに、中間層の圧縮率は基層の圧縮率よりも小さいので、研磨系の動的コンプライアンスの低下、したがって研磨パッドの局所変形が防止され、研磨性能の維持を図ることが可能となる。

次に、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の研磨パッドの断面の概念図である。この研磨パッドは、厚み方向に表層１、基層３、および表層１と基層３との間に挟まれた中間層２からなる積層構造を有し、表層１は孔を有するものであり、通常はいわゆる多孔性といわれるものである。
中間層２の孔径は表層１の孔径よりも小さい。なお、図１の中間層２には孔が存在するが、中間層における孔の存在は必須ではない。
基層３は、その圧縮率が中間層２の圧縮率よりも大きいものとされる。
このような構成からなる研磨パッドは、高品位な平坦度を要求される磁気ディスク用ガラス基板の鏡面研磨において好ましく用いることができる。

表層１の孔径は５０μｍ以下であることが好ましい。５０μｍ超１００μｍ以下の孔径では、微小うねりのカットオフ範囲の凹凸をガラス基板上に形成しやすく、微小うねりを増加させるおそれがある。さらに、１００μｍ超の孔径では、表層１が軟らかくなり過ぎてキズの発生率が高まるおそれがある、または研磨速度が小さくなるなどして研磨性能を維持することが難しくなる。

中間層２に孔が存在する場合において、その孔径が表層１の孔径よりも小さいことにより表層１がガラス基板上に形成する圧力分布よりも長波長である圧力分布の形成が防止されるので、表層１の小径化による微小うねり低減効果を発揮させることができる。
中間層２に孔が存在しない場合としては、中間層２にＰＥＴ樹脂フィルムのような無発泡層を用いる場合が例示される。

一方で、表層１よりも下の中間層２の孔径が小さいまたは中間層２に孔が存在しないので研磨系の動的コンプライアンスは低下する傾向になる。本発明においては前記動的コンプライアンスを高めるべく中間層２の下に中間層２よりも大きい圧縮率を有する基層３を設けている。その結果、研磨性能の維持を図りながら、微小うねりの低減を実現することが可能となる。

基層３の圧縮率を大きくする方法は特に限定されない。研磨加工性を発揮できる範囲で中間層２よりも軟らかい材料を用いる方法や、孔を有する中間層２と同一材料を用いる場合には図１のように基層３の孔径を中間層２の孔径よりも大きな構造とすればよい。

研磨工程における安定生産を維持するためにダイヤドレスやサンドペーパーなどで定期的に研磨パッド表面の数μｍオーダーの凹凸を整えるツルーイング作業が必要になるが、その都度研磨パッドの表層１は厚みを失っていくので、表層１は１０μｍ以上の厚みを有していることが好ましい。逆に、厚過ぎると厚み分布の偏差がガラス基板上の圧力分布に影響を及ぼすおそれがあるので、表層１の孔径がガラス基板上の圧力分布を支配するようにするためには、表層１の厚みは３００μｍ以下であることが好ましい。

基層３の圧縮率を大きくするためには、基層３が孔を有する多孔性材料である場合、基層３の厚みは基層３の孔の直径以上であることが好ましい。ただし、基層３の孔の直径を大きくしていくと、基層３の孔径の分布も同時に大きくなり、圧縮率の偏差を生みやすくなるので、安定な動的コンプライアンスを得るべく図２に示した従来の多孔性研磨パッドの基層と同程度の直径に留めておくことが好ましい。したがって、基層３の厚みは１００〜７００μｍの範囲にあることが好ましい。

基層３を大径の多孔性材料や軟らかい材料で構成すると、研磨パッドをガラス基板に押圧しているときに基層３の弾性変形量は大きくなる傾向にあるため、中間層２が基層３から受ける圧力分布の波長は微小うねりのカットオフ範囲も含めて動的に変化しやすくなる。そこで、基層３よりも圧縮率が小さい中間層２の厚みを、基層３と同じ１００〜７００μｍにすると、基層３により形成される乱れた圧力分布を中間層２で分散し表層１へ一様化して伝えることができ、表層１の小径化効果に影響を与えないようにすることができるので好ましい。

本発明におけるガラス基板は典型的には、磁気ディスク用ガラス基板、液晶用ガラス基板およびフォトマスク用ガラス基板のいずれかである。

次に、具体的な実施例を述べる。
研磨対象であるガラス基板には、酸化物換算の質量％で表示した組成が、ＳｉＯ_２：５６％、Ｂ_２Ｏ_３：６％、Ａｌ_２Ｏ_３：１１％、Ｆｅ_２Ｏ_３：０．０５％、Ｎａ_２Ｏ：０．１％、ＭｇＯ：２％、ＣａＯ：３％、ＢａＯ：１５％、ＳｒＯ：６．５％からなり、外径６５ｍｍ、厚さ０．９ｍｍの円形ガラス基板を用意する。

前記円形ガラス基板の外周端面を＃５００メッシュアンダーのダイヤモンド砥粒を用いて仕上げ研磨を行い、次いで平均粒径９μｍのアルミナ砥粒を用いてラップ研磨を行い、厚さが約０．７ｍｍになるまで研削する。この円形ガラス基板をさらにフッ酸と硫酸をそれぞれ５％含むフツ硫酸液中に１５分間浸漬し、エッチング深さ約２０μｍのエッチング処理を行なう。
エッチング処理後、両面研磨機を用いて平均粒径１．２μｍの酸化セリウム砥粒含有スラリーを使用して、研磨しろを約４０μｍとする鏡面研磨を続けて行い、本発明の研磨パッドと従来研磨パッドによる研磨試験用に５枚ずつガラス基板を作製した。

従来研磨パッドは発泡ウレタン樹脂からなり、厚みは７００μｍ、表層の開口径は最大３０μｍであり、基層に近いほど孔径が大きくなっている。基層付近の最大孔径は３５０μｍであり、研磨パッド全体の圧縮率は３％である。

本実施例における本発明の研磨パッドの表層内の最大孔径は３０μｍで、中間層の最大孔径は５μｍである。中間層と基層の圧縮率はそれぞれ３％と１０％であり、基層も多孔質構造でその最大孔径は３２０μｍである。表層、中間層、基層の厚みはそれぞれ１５０μｍ、２５０μｍ、４００μｍであり、これら３層の素材はいずれも従来研磨パッドと同様のウレタン樹脂製であり同質である。

両面研磨機に本発明の研磨パッドを設置し、前記ガラス基板５枚について平均粒径０．０８μｍのシリカ砥粒含有スラリーを用いて研磨しろを約１μｍとする仕上げ研磨を行なう。また、本発明の研磨パッドのかわりに従来研磨パッドを用いて前記ガラス基板５枚について同様に仕上げ研磨を行なう。
仕上げ研磨後の各ガラス基板５枚（サンプル１〜５）の微小うねり（カットオフ波長：０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍ）をＺＹＧＯ社製レーザ干渉式表面測定機を用いて測定すると表１のようになる（単位：ｎｍ）。本発明の研磨パッドを用いることにより微小うねりを低減させることができる。

本発明は磁気ディスク用ガラス基板などガラス基板の製造に利用できる。

本発明の研磨パッドの断面の概念図である。従来研磨パッドの断面の概念図である。

符号の説明

１：表層
２：中間層
３：基層

Claims

ガラス基板の研磨に用いられ、ガラス面と接触すべき表層、中間層および基層がこの順で積層された研磨パッドであって、基層の圧縮率が中間層の圧縮率よりも大きく、表層は孔を有し、中間層は孔を有しない、または中間層が孔を有する場合はその孔径が表層の孔径よりも小さい研磨パッド。
表層の孔の径が５０μｍ以下である請求項１の研磨パッド。
表層の厚みが１０〜３００μｍ、中間層の厚みが１００〜７００μｍ、基層の厚みが１００〜７００μｍである請求項１または２の研磨パッド。
ガラス基板が磁気ディスク用ガラス基板、液晶用ガラス基板およびフォトマスク用ガラス基板のいずれかである請求項１、２または３の研磨パッド。
ガラス基板を請求項１、２または３の研磨パッドを用いて研磨するガラス基板研磨方法。
ガラス基板が磁気ディスク用ガラス基板、液晶用ガラス基板およびフォトマスク用ガラス基板のいずれかである請求項５のガラス基板研磨方法。