JP2008188710A - ガラス基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の反り、平坦度、および面精度を有するガラス基板を低コストで製造できるガラス基板の製造方法を提供すること。
【解決手段】所望の範囲内の反りを有するガラス板を研磨する粗研磨工程を含み、前記粗研磨工程は、酸化セリウム微粒子を分散させた樹脂からなり圧縮弾性率が３７０ＭＰａより大きく引張歪みが０．１％より大きい酸化セリウム砥石を用いて前記ガラス板を研磨する。好ましくは、前記ガラス板は、母材ガラス板を加熱して軟化し所望の厚さに延伸するリドロー法を用いて製造したものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気ディスク基板等に用いられるガラス基板の製造方法に関するものである。

従来、半導体素子の基板、電界効果型のフラットパネルディスプレイに用いるスペーサ、または磁気ディスク基板等に、ガラス基板が用いられている。たとえば、磁気ディスク基板用のガラス基板は、薄く形成したガラス板をコアリングしてドーナツ状にしたものが用いられる（特許文献１参照）。

上述した各用途に用いられるガラス基板には、反りが少なく、表面の平坦度と面精度とが高いことが要求される。そこで、従来のガラス基板の製造工程においては、反りを少なくするとともに平坦度を高くするために、鋳鉄などの剛性の高い研磨定盤を用いてガラス基板を研削する研削工程を行い、その後、面精度を高くするために、軟性で弾力性のある研磨パッドを用いてガラス基板を研磨する研磨工程を数回以上行っている。なお、面精度は、たとえば表面粗さで規定される。

また、高い平坦度と面精度を得る目的で、樹脂に酸化セリウムまたはダイヤモンドと酸化セリウムとを混合したものを分散させた研磨砥石も考案されている（特許文献２、３参照）。

なお、厚さの薄いガラス板を製造する方法として、所望の厚さを有するとともに面精度の良好な母材ガラス板を加熱軟化させ、薄いガラス板に延伸することによってガラス板を製造するするリドロー法が開示されている（特許文献４参照）。

特開平６−１９８５３０号公報 特開２０００−３１７８４２号公報 特開２００４−２６１９４２号公報 特開平１１−１９９２５５号公報

しかしながら、従来のガラス基板の製造方法は、研削工程の後に研磨工程を数回以上行う必要があったため、工程数が多く、製造コストが高くなるという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、所望の反り、平坦度、および面精度を有するガラス基板を低コストで製造できるガラス基板の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るガラス基板の製造方法は、所望の範囲内の反りを有するガラス板を研磨する粗研磨工程を含み、前記粗研磨工程は、酸化セリウム微粒子を分散させた樹脂からなり圧縮弾性率が３７０ＭＰａより大きく引張歪みが０．１％より大きい酸化セリウム砥石を用いて前記ガラス板を研磨することを特徴とする。

また、本発明に係るガラス基板の製造方法は、上記の発明において、前記ガラス板は、母材ガラス板を加熱して軟化し所望の厚さに延伸するリドロー法を用いて製造したものであることを特徴とする。

また、本発明に係るガラス基板の製造方法は、上記の発明において、前記粗研磨工程は、平均粒径が１μｍ以下の酸化セリウム微粒子を含む酸化セリウムスラリーを用いて前記ガラス板を研磨することを特徴とする。

本発明によれば、酸化セリウム微粒子を分散させた樹脂からなり圧縮弾性率が３７０ＭＰａより大きく引張歪みが０．１％より大きい酸化セリウム砥石を用いて、所望の範囲内の反りを有するガラス板を研磨するので、所望の反り、平坦度、および面精度を有するガラス基板を低コストで製造できるという効果を奏する。

以下に、図面を参照して本発明に係るガラス基板の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係るガラス基板の製造方法のフロー図である。本実施の形態に係るガラス基板の製造方法は、磁気ディスク基板等に用いられるドーナツ状のガラス基板の製造方法であって、図１に示すように、はじめに、製品規格範囲内の反りを有するガラス板を製造する（ステップＳ１０１）。つぎに、製造したガラス板をコアリングしてドーナツ状のガラス基板を成形する（ステップＳ１０２）。つぎに、酸化セリウム微粒子を分散させた樹脂からなり、圧縮弾性率が３７０ＭＰａより大きく引張歪みが０．１％より大きい酸化セリウム砥石を用いて、ガラス基板を研磨する粗研磨工程を行う（ステップＳ１０３）。つぎに、研磨したガラス基板を研磨パッドで研磨する精密研磨工程を行い（ステップＳ１０４）、製品となるガラス基板を製造する。

本実施の形態によれば、製品規格範囲内の反りを有するガラス基板に対して、ステップＳ１０３の粗研磨工程において、酸化セリウム微粒子を分散させた樹脂からなり、圧縮弾性率が３７０ＭＰａより大きく引張歪みが０．１％より大きい酸化セリウム砥石を用いて研磨を行うので、基板表面の面精度を劣化させずに、製品規格範囲内の平坦度および厚さとなるまでガラス基板を研磨できる。その結果、厚さを製品規格範囲内にするための厚さ仕上げ研磨が不要であり、その後にステップＳ１０４の精密研磨工程を１回だけ行うという少ない工程数で、所望の面精度を有するガラス基板とすることができる。したがって、少ない工程数、すなわち低い製造コストで、製品規格範囲内の反り、平坦度、および面精度を有するガラス基板を製造できる。

以下、各工程について具体的に説明する。まず、ステップＳ１０１のガラス板の製造については、たとえば溶融ガラスを原料としたフロート法、フュージョン法、ダウンドロー法などの公知の方法を用いることができる。なお、特許文献３に開示されるような、フロート法等を用いて製造した母材ガラス板を加熱して軟化し、所望の厚さに延伸するリドロー法を用いれば、ガラス板の厚さおよび反りを所望の範囲内に容易に調整できるので好ましい。

また、ガラス板の材料としては、アモルファスガラスや結晶化ガラスなどのガラスセラミックスを用いることができる。なお、成形性や加工性の観点からアモルファスガラスを用いることが好ましく、たとえば、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、ソーダアルミノ珪酸ガラス、アルミノボロシリケートガラス、ボロシリケートガラス、風冷または液冷等の処理を施した物理強化ガラス、化学強化ガラスなどを用いることが好ましい。

つぎに、ステップＳ１０２のドーナツ状のガラス基板の成形については、たとえば特許文献１に開示された従来のコアリング工程によって実施することができる。その結果、図２に上面および側断面を示すような、中央部に孔１ａが形成されたドーナツ状のガラス基板１が成形される。なお、このガラス基板１は、製品規格範囲内の反りを有するが、中心部から外周方向に向かって厚さが増加する形状をしており、表面の平坦度は製品規格の上限よりも大きいものとなっている。

つぎに、ステップＳ１０３の粗研磨工程においては、たとえば図３、４に示す市販の両面同時研磨機を用いて実施することができる。ここで、図３は両面同時研磨機の側面の一部を示す概略図である。図３に示すように、この両面同時研磨機２は、鋳鉄製の上定盤３および下定盤４と、ガラス基板１を上定盤３と下定盤４との間に保持するキャリアー６と、上定盤３および下定盤４のガラス基板１との接触面に取り付けられた酸化セリウム砥石５、５とを備える。そして、この両面同時研磨機２は、キャリアー６によって上定盤３と下定盤４との間にガラス基板１を保持し、上定盤３と下定盤４とによってガラス基板１を所定の加工圧力で挟圧し、酸化セリウム砥石５、５とガラス基板１との間に純水等の研磨液を所定の供給量で供給しながら、上定盤３と下定盤４とを軸Ａを回転軸として互いに異なる向きに回転させる。これによって、ガラス基板１は酸化セリウム砥石５、５の表面を摺動し、両表面が同時に研磨される。

なお、酸化セリウム砥石５、５は、酸化セリウム微粒子を分散させた樹脂からなり、圧縮弾性率が３７０ＭＰａより大きく引張歪みが０．１％より大きいものである。この樹脂としては、たとえば通常の砥石に用いられるフェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、あるいはこれらの樹脂を２種類以上混合したものを用いることができる。

図４は、上定盤３を取り外した状態の両面同時研磨機２の平面概略図である。図４に示すように、キャリアー６は、最大で５つのガラス基板１を保持し、キャリアー６の外周部に設けられた歯車は、太陽車７の外周部に設けられた歯車とインターナルギア８とに噛合している。その結果、各キャリアー６はその中心を軸として回転しながら太陽車７の周囲を移動し、キャリアー６に保持されたガラス基板１は、両表面が一様に研磨される。そして、粗研磨工程後のガラス基板１は、図５に示すような、反りに加えて厚さおよび平坦度も製品規格範囲内の値を有するものとなる。

つぎに、ステップＳ１０４の精密研磨工程については、たとえばコロイダルシリカを含むスラリーを供給しながら、硬質のポリウレタンからなる研磨パットを用いてガラス基板１を研磨する。ステップＳ１０３において、ガラス基板１の表面の面精度を劣化させずに研磨を行っているので、１回の精密研磨工程によって製品規格範囲内の面精度を有するドーナツ状ガラス基板１を得ることができる。

以上説明したように、本実施の形態に係るガラス基板の製造方法によれば、製品規格範囲内の反り、平坦度、および面精度を有するガラス基板を低コストで製造できる。

以下に、本発明の実施例及び比較例を示す。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

（実施例１〜４、比較例１〜３）
リドロー法でガラス板を製造し、このガラス板をコアリングして成形したドーナツ状のガラス基板に対して、図３、４に示す両面同時研磨機を用いて様々な条件で図１に示す粗研磨工程を行い、粗研磨工程後のガラス基板の特性を測定した。

粗研磨工程前のガラス基板の特性については、外径が６５ｍｍ、孔の内径が２０ｍｍ、孔の近傍の厚さが６４３μｍ、反りが４μｍ、平坦度が２０μｍ、微少うねりが３．０ｎｍ、面精度を表わす平均表面粗さが３．０ｎｍであり、ロールオフはほぼゼロであった。さらに、外周部の近傍の厚さについては、６８０μｍ以上であった。ここで、粗研磨工程後において、反りが４μｍ以下、平坦度が４μｍ以下、微少うねりが０．６ｎｍ以下、ロールオフが０．１μｍ以下、平均表面粗さが２ｎｍ以下であれば、その後に仕上げ研磨として精密研磨を１回行うだけで製品となるガラス基板とできる。なお、ガラス基板の製品規格は、たとえば、平坦度が４μｍ以下、微少うねりが０．６ｎｍ以下、ロールオフが０．２μｍ以下、平均表面粗さが０．３ｎｍ以下である。

つぎに、実施例１〜４、比較例１として、図６に示す特性を有する酸化セリウム砥石を用いて、上述の特性を有するガラス基板を、孔の近傍の厚さが６４０μｍになるまで研磨した。なお、図６において、砥粒率、結合剤率、気泡率は、それぞれ酸化セリウム砥石中の酸化セリウム微粒子、樹脂、気泡の体積％を示す。また、酸化セリウム砥石中の酸化セリウム微粒子の平均粒径は、いずれの場合も約１．０μｍであった。また、研磨液として、純水、または平均粒径が１μｍ以下の酸化セリウム微粒子を含む酸化セリウムスラリーを用いた。

一方、比較例２として、酸化セリウム砥石の代わりに硬質のポリウレタンからなる研磨パットを上下の定盤に貼り付け、上述と同様の酸化セリウムスラリーを研磨液として、上述の特性を有するガラス基板を孔の近傍の厚さが６４０μｍになるまで研磨した。また、比較例３として、酸化セリウム砥石の代わりに粒度＃１５００のダイヤモンドペレットを上下の定盤に貼り付け、純水を研磨液として、上述の特性を有するガラス基板を同様の厚さまで研磨した。なお、その他の研磨条件は、図７に示すとおりである。

ここで、本明細書においては、反りは、図９に示すように、ガラス基板１を水平面上に置いた時、基板上の任意の単位長さ１１ｂだけ離れた二点間での基板の厚さ方向の中心線１１ｃの垂直方向における最高点と最低点の差１１ａで定義される。一方、平坦度は、図１０に示すように、ガラス基板１を水平面上に置いた時、基板上の任意の単位長さ１１ｅだけ離れた二点での基板表面１１ｆの垂直方向における最高点と最低点との差１１ｄで定義される。なお、反りおよび平坦度の測定は表面性状測定機（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｔｒｏｐｅｌ社製 Ｆｌａｔ Ｍａｓｔｅｒ ＦＭ１００ＸＲ）にて行い、上述の単位長さ１１ｂ、１１ｅはいずれも６０ｍｍとした。また、微少うねりは、表面形状測定機（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ社製 Ｏｐｔｉｆｌａｔ）で測定した波長１．５〜５ｍｍの表面の算術平均うねりである。また、平均表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１の粗さ曲線の算術平均高さによるものであり、原子間力顕微鏡（島津製作所製 ＳＰＭ−９５００Ｊ３）で測定したものである。また、ロールオフは、図１１に示すように、ガラス基板１の表面１１ｆにおいて中心から距離Ｒ１からＲ２までの部分の平坦面を基準とした場合の、中心から距離Ｒ３の外周端位置における輪郭線上の点までの変位量１１ｇで定義される。なお、ガラス基板１の外径が６５ｍｍの場合は、Ｒ１は２３．０ｍｍ、Ｒ２は２７．０ｍｍ、Ｒ３は３１．５ｍｍである。

図８は、粗研磨工程における研磨速度および粗研磨工程後のガラス基板の特性を示す図である。なお、研磨速度については、ガラス基板の研磨前後の重量差を研磨速度に換算することによって求めたものである。

図８に示すように、実施例１〜４は、反りが４μｍ以下、平坦度が４μｍ以下、平均表面粗さが２ｎｍ以下であり、良好な特性が得られた、さらに、実施例１、３、４については、微少うねりが０．６ｎｍ以下、ロールオフの絶対値が０．１μｍ以下であり、その後に仕上げ研磨として精密研磨を１回行うだけで、製品規格を満たすガラス基板とできるものとなった。また、研磨速度についても、研磨時間を１０分以内に収める事ができる程度の値が得られた。特に、実施例４のように研磨液として酸化セリウムスラリーを用いることにより、研磨速度を上昇させてより短時間で研磨を行い、さらなる低コスト化を実現できることが確認された。

これに対して、比較例１は、砥石の圧縮弾性率および引張歪みが小さいため、研磨中に砥石の形状が崩れやすいため、平坦度、ロールオフ、微少うねりが大きい値となった。また、比較例２は、良好な平均表面粗さを得ることができたが、研磨に用いたポリウレタンパットが柔らかすぎるため、加工前のガラス基板の形状に沿って研磨されてしまい、平坦度が大きくなり、またロールオフおよび微小うねりについても大きかった。また、比較例３は、平坦度は小さかったが、平均表面粗さが２００ｎｍと極めて大きく、また潜傷なども発生していたため、製品規格を満たすために、その後に複数回の精密研磨を行う必要があった。

なお、上記実施の形態は、磁気ディスク用のガラス基板の製造方法に係るものであったが、本発明はこれに限らず、光ディスク、光磁気ディスク等の他の記録媒体用のガラス基板の製造、あるいは半導体素子の基板、電界効果型のフラットパネルディスプレイに用いるスペーサの製造にも適用できるものである。

本発明の実施の形態に係るガラス基板の製造方法のフロー図である。 成形したドーナツ状のガラス基板の上面および側断面を示す概略図である。 両面同時研磨機の側面の一部を示す概略図である。 上定盤を取り外した状態の両面同時研磨機の平面概略図である。 粗研磨工程後のガラス基板の上面および側断面を示す概略図である。 実施例１〜４、比較例１に係る酸化セリウム砥石の特性を示す図である。 実施例１〜４、比較例１〜３に係る研磨条件を示す図である。 実施例１〜４、比較例１〜３に係る粗研磨工程における研磨速度と粗研磨工程後のガラス基板の特性を示す図である。 ガラス基板の反りを説明する説明図である。 ガラス基板の平坦度を説明する説明図である。 ガラス基板のロールオフを説明する説明図である。

符号の説明

１ ガラス基板
１ａ 孔
２ 両面同時研磨機
３ 上定盤
４ 下定盤
５ 酸化セリウム砥石
６ キャリアー
７ 太陽車
８ インターナルギア

Claims (3)

1. 所望の範囲内の反りを有するガラス板を研磨する粗研磨工程を含み、
   前記粗研磨工程は、酸化セリウム微粒子を分散させた樹脂からなり圧縮弾性率が３７０ＭＰａより大きく引張歪みが０．１％より大きい酸化セリウム砥石を用いて前記ガラス板を研磨することを特徴とするガラス基板の製造方法。
2. 前記ガラス板は、母材ガラス板を加熱して軟化し所望の厚さに延伸するリドロー法を用いて製造したものであることを特徴とする請求項１に記載のガラス基板の製造方法。
3. 前記粗研磨工程は、平均粒径が１μｍ以下の酸化セリウム微粒子を含む酸化セリウムスラリーを用いて前記ガラス板を研磨することを特徴とする請求項１または２に記載のガラス基板の製造方法。

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