JP2010218643A - ガラス基板の製造方法、ガラス基板及び磁気記録媒体 - Google Patents

ガラス基板の製造方法、ガラス基板及び磁気記録媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】 化学強化後に研磨を行う場合であっても、ガラス基板の平坦度が変化した場合に平坦度の変化を速やかに抑制することが可能なガラス基板の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のガラス基板1の製造方法においては、ガラス基材1aをイオンを含む溶液である化学強化液59に浸漬して、ガラス基材1aの表面のイオンを化学強化液59のイオンと置換することにより化学強化を行い、その後に、化学強化を行ったガラス基材1aの主表面7a、7bを研磨する。
ここで、前のバッチで主表面7a、7bの平坦度が許容値の範囲外の場合は、平坦度が0に近づくような研磨条件を選択し、これを変化させることにより、次バッチ以降の研磨を行っている。
【選択図】 図9

Description

本発明はガラス基板の製造方法、ガラス基板の製造方法により製造されたガラス基板、および磁気記録媒体に関するものである。
近年、情報化技術の高度化に伴い、情報記録技術、特に磁気記録技術は著しく進歩している。
このような磁気記録技術のひとつであるHDD(ハードディスクドライブ)等の磁気記録媒体用基板としては、かつてはアルミニウム基板が広く用いられてきた。
しかしながら、磁気ディスクの小型化、薄板化、および高密度記録化に伴い、近年は、アルミニウム基板に比べ基板表面の平坦性及び基板強度に優れたガラス基板の需要が高まっている。
ガラス基板は、従来、例えば、特許文献1の段落〔0004〕に示すように、ガラスを円盤状に形成して面取りを行い、端面および主表面を研磨し、その後に耐衝撃性や耐振動性を向上させるための化学強化処理を施すことにより製造されていた(特許文献1)。
この化学強化処理を施す化学強化工程は、例えば、特許文献1の〔0014〕に記載のように、処理対象のガラス基板を化学強化液中に浸漬し、ガラス基板と化学強化液とをイオン交換させることによって行われる。
一方、化学強化は、ガラスに含まれていたイオンを、よりイオン半径の大きいイオンに置換を行う処理でもあるため、化学強化を行うと、ガラス基板の寸法、形状が変化する。
そのため、磁気ディスクの高記録密度化の要求がさらに高まりつつあり、それに伴い、ガラス基板に対してより厳しい寸法精度が要求される現在では、特許文献1の〔0012〕に示すように、化学強化を行った後にガラス基板の主表面を研磨する場合がある。
特開2000−076652号公報
ここで、化学強化後に研磨を行う製法では、研磨により化学強化層が削られるため、研磨後に化学強化を行う製法と比較して、製造されたガラス基板における化学強化層が薄くなりやすい。
化学強化層が薄くなると、研磨工程で2つの主表面の研磨量が異なった場合に2つの主表面の化学強化層の厚さの不均一が顕著となりやすい。
そのため、2つの主表面の化学強化層の厚さの不均一が原因でガラス基板が反ってしまい、寸法精度の悪化を招く恐れがあり、ガラス基板の平坦度の変化(反り)に対しては、より注意して製造を行う必要がある。
ここで、ガラスの平坦度の変化は、研磨に用いられる研磨パッドの交換等の要因によって不可避的に変化する場合がある。
しかしながら、特許文献1では、このような不可避的な平坦度の変化を考慮しておらず、平坦度の変化が生じた際に、平坦度を速やかに抑制することができなかった。
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、化学強化後に研磨を行う場合であっても、ガラス基板の平坦度が変化した場合に平坦度の変化を速やかに抑制することが可能なガラス基板の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
(構成1)ガラス基材をイオンを含む溶液である化学強化液に浸漬して、前記ガラス基材表面のイオンを前記化学強化液のイオンと置換することにより化学強化を行う工程(a)と、前記化学強化を行った前記ガラス基材の主表面を研磨する工程(b)と、を有し、前記工程(b)は、前回研磨した前記ガラス基材の主表面の平坦度が一定値を越えたことを検出した場合に、次回以降の前記ガラス基材を研磨する際の研磨条件を変化させて研磨を行う工程であることを特徴とするガラス基板の製造方法。
(構成2)前記工程(a)の前に、研磨条件を変化させて前記ガラス基材の主表面を研磨した場合の前記ガラス基材の主表面の平坦度の変化を測定して、主表面の平坦度の変化量のデータをあらかじめ得る工程(c)を有し、前記工程(b)は、前回研磨した前記ガラス基材の主表面の平坦度が一定値を越えたことを検出した場合に、前記データを元に、次回以降の前記ガラス基材を研磨する際に、前記ガラス基材の主表面の平坦度が0に近くなるような研磨条件を選択し、前記研磨条件を変化させて研磨を行う工程であることを特徴とする構成1記載のガラス基板の製造方法。
(構成3)前記工程(b)は、研磨パッドを用いて前記ガラス基材をバッチ単位で湿式研磨する工程であり、かつ、前回研磨したバッチの前記ガラス基材の主表面の平坦度が一定値を越えたことを検出した場合に、前記データを元に、次のバッチ以降の前記ガラス基材を研磨する際に、前記ガラス基材の主表面の平坦度が0に近くなるような研磨条件を選択し、前記研磨条件を変化させて研磨を行う工程であることを特徴とする構成2記載のガラス基板の製造方法。
(構成4)前記研磨条件は、前記研磨パッドの回転数、研磨時の圧力、研磨に用いる研磨液の流量のうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする構成3に記載のガラス基板の製造方法。
(構成5)構成1〜4のいずれかに記載のガラス基板の製造方法により製造されたことを特徴とするガラス基板。
(構成6)構成5記載のガラス基板と、前記ガラス基板上に設けられた下地層、磁性層、保護層、潤滑層と、を有することを特徴とする磁気記録媒体。
本発明によれば、化学強化後に研磨を行う場合であっても、ガラス基板の平坦度が変化した場合に平坦度の変化を速やかに抑制することが可能なガラス基板の製造方法を提供することができる。
図1(a)はガラス基板1の平面図、図1(b)は図1(a)のA−A断面図、図1(c)は磁気記録媒体100を示す断面図である。 ガラス基板1の製造方法の概略を示す図である。 ガラス基板1の製造方法の概略を示すフローチャートである。 研削装置21を示す断面図である。 化学強化装置51を示す斜視図である。 研磨システム61の構成を示すブロック図である。 研磨装置21aを示す断面図である。 研磨条件とガラス基材1aの平坦度の関係を示す図である。 図3のステップ107の詳細を示すフローチャートである。 バッチごとのガラス基材1aの平坦度を示す図である。
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を詳細に説明する。
まず、図1を参照して、本実施形態にかかるガラス基板1の製造方法を用いて製造されるガラス基板1の構造について簡単に説明する。
図1(a)に示すように、ガラス基板1は、円板形状を有する本体3を有し、本体3の中心には内孔5が形成されている。
図1(b)に示すように、本体3は、実質的に平滑な主表面7a、7bを有している。
主表面7a、7bは、情報を記録再生するための層が形成される面であり、例えば図1(c)に示すように、主表面7a、7bの一方または両方に、下地層18a、磁性層18b、保護層18c、潤滑層18dを設けることにより、ガラス基板1は、磁気記録媒体100となる(少なくとも磁性層18bは記録層として必要)。
また、本体3は主表面7a、7bに対して直交している内周端面11および外周端面9を有している。
内周端面11および外周端面9は面取されており、それぞれ内周面取面13および外周面取面15が設けられている。
さらに、本体3は表面に化学強化層17が形成されている。
化学強化層17の詳細については後述するが、例えば、ガラス基板1の原料となるガラスのイオンの一部を、よりイオン半径の大きいイオンに置換し、圧縮応力層とした層である。
次に、図2〜図10を参照して、本実施形態にかかるガラス基板1の製造方法について説明する。
なお、以下の説明では、製造工程中におけるガラスを「ガラス基材1a」と称し、完成品を「ガラス基板1」と称することにする。
まず、製造方法の概略について、図2を参照して簡単に説明する。
まず、原料となるガラスを加工して図2に示すような円板状のガラス基材1aを製造する。
次に、ガラス基材1aに化学強化を行い、表面に圧縮応力層を形成する。
次に、化学強化を行ったガラス基材1aの主表面7a、7bを研磨して、実質的に平滑にする。
ここで、図2から明らかなように、本実施形態では、ガラス基材1aに化学強化を行った後に主表面7a、7bを研磨しており、化学強化後に研磨を行う製造方法である。
次に、図3〜図10を参照して、具体的な製造方法について説明する。
まず、図3に示すように、原料となるガラスを円板状に成形してガラス基材1aを製造する(ステップ101)。
原料となるガラスとしては例えばフロート法、ダウンドロー法、リドロー法又はプレス法で製造されたソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス、ボロシリケートガラス、結晶化ガラス等が挙げられる。
なお、以下の実施形態ではプレス法で製造されたガラスを例に説明する。
次に、図3に示すように、ガラス基材1aの板厚調整のため、主表面7a、7bを研削(第1ラッピング)する(ステップ102)。
ここで、研削に用いる研削装置21の構造および研削の方法の一例について、図4を参照して簡単に説明する。
図4に示すように、研削装置21は、太陽歯車23と、その外方に同心円状に配置される内歯歯車25と、太陽歯車23及び内歯歯車25に噛み合い、太陽歯車23や内歯歯車25の回転に応じて公転及び自転するキャリア27と、このキャリア27に保持されたガラス基材1aを挟持可能な上定盤29及び下定盤31と、上定盤29と下定盤31との間に研磨液を供給する研磨液供給部(図示せず)とを備えている。
研削装置21は、研削加工時には、キャリア27に保持されたガラス基材1aを上定盤29及び下定盤31とで挟持し、上定盤29及び下定盤31とガラス基材1aとの間に研磨液を供給しながら、太陽歯車23や内歯歯車25の回転に応じてキャリア27が公転及び自転することにより、ガラス基材1aの上下両面(主表面7a、7b)が研削加工される。
また、研磨液は、例えば、アルミナ等の砥粒を水に分散させてスラリーとしたものが用いられる。
次に、図3に示すように、ガラス基材1aの中心に内孔5(図1参照)を形成する(ステップ103)。
内孔5の形成は、例えばコアドリルを用いて行う。
なお、シートガラスを用いた場合は、ステップ101〜103は行わず、代わりに、カッターを用いてシート形状から円板形状にガラスを切り出し、さらに内孔5を切り出す工程(カッティング工程)を行う。
次に、図3に示すように、ガラス基材1aの端面のクラックを除去するため、内周端面11および外周端面9の面取を行う(ステップ104)。面取は、例えばダイヤモンド砥粒が付着した砥石を用いて行う。
なお、面取後に主表面7a、7bを研削(第2ラッピング)する工程を追加してもよい。これにより、内孔5の形成や面取によって生じた凹凸を研削でき、研磨の際の負担を軽減できる。
次に、図3に示すように、ガラス基材1aの内周端面11および外周端面9の研磨、即ち端面研磨を行う(ステップ105)。
端面研磨は例えば回転ブラシを用いて行う。
次に、図3に示すように、ガラス基材1aに化学強化を行い、化学強化層17を形成する(ステップ106)。
ここで、化学強化に用いる化学強化装置51の構造および化学強化の方法の一例について、図5を参照して簡単に説明する。
図5に示すように、化学強化装置51は、ガラス基材1aを保持するホルダ53と、化学強化液59で満たされた処理槽57を有している。
ホルダ53にはガラス基材1aを保持するための保持部55が設けられている。
図5から明らかなように、化学強化装置51は、ガラス基材1aを数10枚〜100枚程度の枚数ごとにバッチ単位で化学強化を行う構造であるが、本発明はバッチ単位での処理に限定されない。
化学強化装置51を用いてガラス基材1aを化学強化する場合は、まず、保持部55にガラス基材1aを引っ掛けることによりホルダ53にガラス基材1aを収納し、ホルダ53ごと処理槽57内の化学強化液59にガラス基材1aを浸漬する。
化学強化液59の組成は例えば、硝酸カリウム、硝酸ナトリウム等をそれぞれ単独、あるいは混合したものである。
化学強化液59の温度は、ガラス基材1aの材質の歪点よりも好ましくは50〜150℃程度低い温度であり、より好ましくは化学強化液59自体の温度が350〜400℃程度である。
化学強化液59にガラス基材1aを浸漬すると、化学強化液59に含まれているイオンと、ガラス基材1aに含まれているイオンとがイオン交換される。
具体的には、例えばガラス基材1aに含まれているリチウムイオン、ナトリウムイオンが、それぞれ、化学強化液59に含まれているナトリウムイオン、カリウムイオンと交換される。
この際、ガラス基材1aに含まれているイオンよりもイオン半径が大きいイオンとイオン交換が生じることにより、化学強化層17は圧縮応力層となり、ガラス基材1aの表面の強度が上昇する。
次に、化学強化が終わると、ガラス基材1aを洗浄して表面の化学強化液を除去した後、図3に示すように、ガラス基材1aの主表面7a、7bの平坦度と表面粗さを調整する(実質的に平滑にする)ため、主表面7a、7bを研磨する(ステップ107)。
ここで、ステップ107で用いる研磨システム61の構成について図6〜図8を参照して説明する。
図6に示すように、研磨システム61はガラス基材1aを研磨する研磨装置21aと研磨したガラス基材1aの(主表面7a、7bの)平坦度を測定する平坦度測定装置63(基本的には研磨装置とは独立しスタンドアローンタイプ、また研磨装置と一体型とすればなお良い)を有している。研磨装置21aと平坦度測定装置63には後述する研磨条件を設定するための判断部66が接続されている。判断部66はCPU(Central Processing Unit)等である。
判断部66には、後述する研磨条件と(主表面7a、7bの)平坦度の関係を示すデータ71が記憶された、データ蓄積部69が接続されている。データ蓄積部69は外部記憶装置からなる、半導体メモリー・ハードディスク装置等である。
ここで、研磨に用いる研磨装置21aの構造および研磨の方法の一例について、図7を参照して簡単に説明する。
研磨装置21aの構造は、研削装置21と同様であるが、図7に示すように、上定盤29及び下定盤31に研磨パッド33が貼り付けられている。
研磨装置21aは、研磨加工時には、キャリア27に保持されたガラス基材1aを上定盤29及び下定盤31とで挟持し、研磨パッド33とガラス基材1aとの間に研磨液を供給しながら、太陽歯車23や内歯歯車25の回転に応じてキャリア27が公転及び自転することにより、ガラス基材1aの上下両面(主表面7a、7b)が研磨加工(湿式研磨)される。
研磨パッド33としては、軟質ポリッシャの研磨パッドであることが好ましい。研磨パッド33の硬度はアスカーC硬度で、60以上80以下とすることが好適である。研磨パッド33のガラス基材1aとの当接面は、発泡ポアが開口した発泡樹脂、特に発泡ポリウレタンとすることが好ましい。このようにして研磨を行うと、ガラス基材1aの主表面7a、7bを平滑な鏡面状に研磨することができる。
また、研磨液は、例えば、酸化セリウムや酸化ランタン等の砥粒を水に分散させてスラリーとしたものが用いられる。
次に、研磨条件と平坦度の関係を示すデータ71について図8を参照して説明する。
図8は研磨条件と(主表面7a、7bの)平坦度の関係を示すデータ71の一例であり、研磨条件はA〜Eのアルファベットで表現されている。
研磨条件は例えば、太陽歯車23や内歯歯車25の回転数(研磨パッド33の回転数)、研磨の際の圧力、研磨液の供給量等である。
各条件における図8の縦軸の線は、各条件により制御可能な平坦度の範囲を示しており、縦軸における+α、−αは、それぞれ平坦度の許容値の上下限値である。
例えば、あるバッチにおける研磨したガラス基材1aの主表面7a、7bの平坦度が図8のβの場合、平坦度の許容値の上限値αを超えているため、次バッチ以降のガラス基材1aを研磨する際は、平坦度を許容値±α内に収めるように、研磨条件を変化させて研磨しなければならない。
ここで、図8では平坦度βは研磨条件Bで制御可能な平坦度の範囲内であるため、次バッチ以降のガラス基材1aを研磨する際は、研磨条件Bを、平坦度を0に近づくように変化させることにより、次バッチのガラス基材1aの平坦度を許容値内に収めることができる。
この研磨条件と平坦度の関係を示すデータ71は、ステップ107の前に、あらかじめ取得しておくものであり、具体的には、研磨条件を変化させてガラス基材1aの主表面7a、7bを研磨し、ガラス基材1aの平坦度の変化を測定することにより取得する。
次に、ステップ107の具体的な手順について図6〜図10を参照して説明する。
まず、図9に示すように、研磨装置21a(図7参照)はガラス基材1aを研磨する(ステップ201)。
具体的な研磨の方法は研磨装置21aの説明で既に述べたため、ここでは省略する。
次に、図9に示すように、平坦度測定装置63は研磨したガラス基材1aの(主表面7a、7bの)平坦度を測定し、測定した平坦度の数値を図6に示す判断部66に送信する(ステップ202)。
次に、図9に示すように、判断部66は平坦度が許容値の範囲内にあるか否かを判断し、範囲内の場合はステップ204に進み、範囲外の場合はステップ205に進む(ステップ203)。
なお、平坦度が平坦度が許容値の範囲外となる場合は、例えば研磨装置21aの研磨パッド33を交換した直後のバッチ(図10の1バッチ目)を研磨した場合が挙げられる。
また、研磨パッド33にドレス処理(研磨パッド33の表面を研磨して目詰まりを取り除く処理)を行った直後のバッチ(図10のnバッチ目)を研磨した場合も挙げられる。
平坦度が許容値の範囲内の場合は、研磨条件を変更する必要はないので、判断部66は研磨条件を変更せず(ステップ204)、研磨装置21aは次バッチ以降のバッチのガラス基材1aを、前のバッチと同じ条件で研磨する。
平坦度が許容値の範囲外の場合、即ち、平坦度が一定値を越えたことを検出した場合は、判断部66はデータ蓄積部69を参照し、研磨条件と平坦度の関係を示すデータ71から、測定した平坦度が制御可能な平坦度の範囲内にある研磨条件を選択し(ステップ205)、当該条件を変化させるように研磨装置21aに指示する(ステップ206)。
例えば、図10では研磨パッド33を交換した直後のバッチ(1バッチ目)の平坦度βが、平坦度の許容値である±αの範囲外にあるが、図8に示すように、平坦度βは研磨条件Bの制御可能範囲内にあるため、判断部66は、研磨条件Bを次バッチ(2バッチ目)以降の研磨条件として選択し、研磨条件Bを、平坦度が0に近づくように変化させるように研磨装置21aに指示する。
なお、例えば図10のnバッチ目の平坦度γのように、選択可能な研磨条件が複数ある場合(図8では条件BとD)は、いずれの条件を選択してもよいが、より平坦度を0に近づけることができるような条件(図8では条件D)を選択するのが望ましい。
このように、あるバッチのガラス基材1aの平坦度が許容値の範囲外だった場合に、研磨条件を変化させて研磨することにより、図10に示すように、次バッチ(次回)以降のガラス基材1aの平坦度を許容値の範囲内にすることができる。
すなわち、平坦度の変化を速やかに抑制することが可能である。
以上がステップ107の具体的な手順である。
なお、研磨は2段階に分けて行っても良い。
具体的には、例えば、研磨液に含まれる砥粒として、粒径が異なる2種類の砥粒を用い、まず粒径が相対的に大きい砥粒を用いて第1研磨を行い、次に粒径が相対的に小さい砥粒を用いて第2研磨を行う。
研磨が終了すると、図3に示すように、ガラス基材1aを洗浄し、製造中に表面に付着した研磨剤や不純物を除去する(ステップ108)。
具体的にはスクラブ洗浄、超音波洗浄等の物理的な洗浄や、フッ化物、有機酸、過酸化水素、界面活性剤等を用いた薬液洗浄が挙げられる。
最後に、図3に示すように、製品検査(例えば主表面7a、7bの表面粗さやパーティクルの量の検査)を行う(ステップ109)。
具体的には、例えばODT(Optical Defect Tester)やOSA(Optical Surface Analyzer)を用いて欠陥検査を行う。
以上の工程により、ガラス基板1が完成する。
このように、本実施形態にかかるガラス基板1の製造方法によれば、ガラス基材1aに化学強化を行った後に主表面7a、7bを研磨しており、かつ、研磨工程においては、前のバッチで平坦度が許容値の範囲外の場合は、平坦度が0に近づくような研磨条件を選択し、これを変化させることにより、次バッチ(次回)以降の研磨を行っている。
そのため、化学強化後に研磨を行う場合であっても、ガラス基板1の平坦度が大きく変化した場合に平坦度の変化を速やかに抑制することが可能である。
上述した実施形態では、本発明を磁気記録媒体用のガラス基板1を製造する製造方法に適用した場合について説明したが、本発明は何らこれに限定されることなく、化学強化後に研磨を行う必要がある全てのガラスの製造方法に適用できる。
また、上述した実施形態では、平坦度が許容値の範囲内にあるか否かの判断や研磨条件の選択をそれぞれ判断部66が行っているが、作業者が行っても良い。
また、上述した実施形態では、データ蓄積部69として外部記憶装置からなる、半導体メモリー・ハードディスク装置等を例示しているが、データ71を保持できるもの、あるいは作業者がデータ71を視認できるものであれば、特に限定されない。
1……………ガラス基板
1a…………ガラス基材
3……………本体
5……………内孔
7a…………主表面
17…………化学強化層
18b………磁性層
21…………研削装置
21a………研磨装置
51…………化学強化装置
59…………化学強化液
66…………判断部
69…………データ蓄積部
71…………データ

Claims (6)

  1. ガラス基材をイオンを含む溶液である化学強化液に浸漬して、前記ガラス基材表面のイオンを前記化学強化液のイオンと置換することにより化学強化を行う工程(a)と、
    前記化学強化を行った前記ガラス基材の主表面を研磨する工程(b)と、
    を有し、
    前記工程(b)は、前回研磨した前記ガラス基材の主表面の平坦度が一定値を越えたことを検出した場合に、次回以降の前記ガラス基材を研磨する際の研磨条件を変化させて研磨を行う工程であることを特徴とするガラス基板の製造方法。
  2. 前記工程(a)の前に、
    研磨条件を変化させて前記ガラス基材の主表面を研磨した場合の前記ガラス基材の主表面の平坦度の変化を測定して、主表面の平坦度の変化量のデータをあらかじめ得る工程(c)を有し、
    前記工程(b)は、
    前回研磨した前記ガラス基材の主表面の平坦度が一定値を越えたことを検出した場合に、
    前記データを元に、次回以降の前記ガラス基材を研磨する際に、前記ガラス基材の主表面の平坦度が0に近くなるような研磨条件を選択し、前記研磨条件を変化させて研磨を行う工程であることを特徴とする請求項1記載のガラス基板の製造方法。
  3. 前記工程(b)は、研磨パッドを用いて前記ガラス基材をバッチ単位で湿式研磨する工程であり、
    かつ、前回研磨したバッチの前記ガラス基材の主表面の平坦度が一定値を越えたことを検出した場合に、
    前記データを元に、次のバッチ以降の前記ガラス基材を研磨する際に、前記ガラス基材の主表面の平坦度が0に近くなるような研磨条件を選択し、前記研磨条件を変化させて研磨を行う工程であることを特徴とする請求項2記載のガラス基板の製造方法。
  4. 前記研磨条件は、前記研磨パッドの回転数、研磨時の圧力、研磨に用いる研磨液の流量のうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項3に記載のガラス基板の製造方法。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載のガラス基板の製造方法により製造されたことを特徴とするガラス基板。
  6. 請求項5記載のガラス基板と、
    前記ガラス基板上に設けられた下地層、磁性層、保護層、潤滑層と、
    を有することを特徴とする磁気記録媒体。
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