JP3533356B2

JP3533356B2 - ガラス質基板用研磨砥石

Info

Publication number: JP3533356B2
Application number: JP2000048770A
Authority: JP
Inventors: 嘉弘田中; 卓也小林; 勲七郎辻; 実本田
Original assignee: 日本特殊研砥株式会社
Priority date: 1999-03-11
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2004-05-31
Anticipated expiration: 2020-02-25
Also published as: JP2000317842A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス質基板、特
に磁気ディスク用ガラス基板や液晶ディスプレイ用等の
ガラス質基板の表面を平坦に研磨する際に使用される砥
石（ガラス質基板用研磨砥石）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ用外部記憶装置として一般
に使用されている磁気ディスク装置の記憶媒体には、現
在、アルミニウム基板にニッケル・リンメッキをした基
板の上に、あるいはガラス基板の上に磁性層を成膜した
媒体が使用されているが、記憶密度の向上やディスクの
強度上から、今後はガラス基板が増加していくと考えら
れている。

【０００３】従来より、ガラス基板は、一般にラッピン
グとポリッシングといういわゆる遊離砥粒加工法によっ
て加工されている。より詳しくは、シート材あるいはプ
レス材の内径部をドリルで加工し、外周部はダイヤ砥石
による円筒研削によって直径２．５インチや３．５イン
チに加工されている。そして、次に、基板の両表面につ
いて、鋳鉄定盤上に炭化ケイ素や酸化アルミニウム等を
含有したスラリーを用いてラッピング加工、またはダイ
ヤモンド砥石を用いた加工を行い、仕上加工として酸化
セリウム等のスラリーとポリウレタン樹脂製等の研磨パ
ッドで、一次、必要に応じて二次のポリッシング加工を
行っている。この際、仕上加工における表面粗さは、一
次ポリッシング後のＲａ（算術平均粗さＪＩＳＢ０
６０１−１９９４）が２０Å程度、二次ポリッシング後
のＲａが数Å程度にまで達している。

【０００４】磁気ディスク装置は、今後さらに、記憶容
量の大容量化、回転数の高速化が要求されていくと思わ
れ、これに伴い、磁気ディスク基板の磁性膜厚さの減少
や磁気ヘッド浮上量（磁気ディスク基板からの距離）の
減少が必要になるものと考えられている。このため、磁
気ディスク基板の加工特性として、平坦性、平滑性の向
上、あるいはピット、スクラッチの低減要求が一層厳し
くなってきている。こうしたガラス基板に対する大容量
化、高速化の要求の中で、スラリーとパッドを用いたポ
リッシング加工工程において、パッドに関しては、パッ
ド材料の不均一や加工時の目詰まりの問題があり、ま
た、パッド材はポリウレタン等軟質樹脂製のため、その
硬度が軟らかく、加工後のガラス基板の周辺部がだれ
て、平坦性が悪くなるという問題も指摘されている。そ
こで、これらの問題を解決するために、パッドの硬度を
硬くしたり、硬軟のパッドを組み合わせたりして、基板
の周辺部のだれを解消して、平坦性を良くする方法があ
るが、硬いパッドを使用すると、スクラッチ発生の頻度
が増加するという問題が残る。

【０００５】スラリーに関しては、ガラス基板素材の変
形（ソリ）を除去するため、かなりの研削量を必要とす
る。したがって、高価な酸化セリウム等のスラリーを大
量にたれ流したり、再利用する場合でも組成やｐＨの維
持管理にコストがかかり、かつその廃液処理にも多大な
コストがかかっている。また、スラリーは研磨時の飛散
による作業環境の悪化や、飛散したスラリー乾燥物の被
研磨物上への落下のためにスクラッチが発生するという
問題もある。砥粒が固定化された砥石を用いての研磨
は、被研磨物の平坦性、コスト、環境面から有利とされ
ており、その試みもなされている。

【０００６】例えば、特開平１０−２９６６１０号公報
には、固定砥粒による研磨方法が開示されているが、こ
の方法では、砥石の目詰まりを防止するためにスラリー
を併用しており、この研磨方法は、砥石による固定砥粒
加工とスラリーによる遊離砥粒加工のミックス加工法と
いえる。また、特開平９−２５４０４１号公報や特開平
９−２３１５６０号公報においても、砥石によるガラス
の研磨が開示されているが、砥石の具体的な機械的性質
と研磨性能の関係が明確化されておらず、このような砥
石を用いても、磁気ディスク用ガラス基板や液晶ディス
プレイ用等のガラス質基板に必要とされる研磨レート、
表面粗さ及び平坦性を得ることは非常に困難である。こ
のように、ガラス基板やガラス質材料のポリッシュ加工
を、砥粒を固定化した砥石によって行うことは、未だ実
現していないのが実情である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の従来
からのガラス質基板の研磨方法にみられる諸問題に鑑
み、磁気ディスク用ガラス基板等のガラス質基板の研磨
を、良好な研磨レート、表面粗さ、平坦性を可能にし、
かつ研磨コストの低減を可能にした研磨砥石を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の目
的のために鋭意検討を行い、砥石の機械的性質、砥粒
率、砥粒種とガラス質基板の研磨性能の関係を明らかに
して、ガラス質基板を研磨する砥石についての最適な機
械的性質（圧縮弾性率及び引張歪み）を見い出し、良好
な研磨性能の砥石を提供することを可能とした。より詳
しくは、砥石の機械的性質において、圧縮弾性率が３７
０〜３６００ＭＰａで、しかも引張歪みが０．１〜１．
０％、望ましくは０．２〜０．７％であるときに、ガラ
ス質基板の研磨において良好な研磨レート、表面粗さ、
平坦性が得られ、コスト低減ができることを見い出し、
このような砥石において、砥粒率が２５〜５０体積％
で、砥粒として平均粒径が０．１〜５．０μｍ、望まし
くは０．２〜２．５μｍの、その純度が３５〜９５重量
％、望ましくは３５〜９０重量％、より望ましくは４０
〜８０重量％の酸化セリウムが使用されているものが、
ガラス質基板の研磨において最も良好な研磨レート、表
面粗さ、平坦性およびコストの低減を可能にすることも
見い出した。

【０００９】即ち、本発明のガラス質基板用研磨砥石
は、ガラス質基板の表面を平坦に研磨するのに使用され
る砥石で、該砥石が、砥粒と、該砥粒を結合可能な樹脂
とからなるものにおいて、砥石の圧縮弾性率が３７０〜
３６００ＭＰａであり、しかも、引張歪みが０．１〜
１．０％であり、砥粒として、平均粒径が０．１〜５．
０μｍでその純度が３５〜９５重量％の酸化セリウムを
含み、研磨砥石における砥粒率が２５〜５０体積％であ
ることを特徴とする。又、本発明は、上記の研磨砥石に
おいて、砥粒として、平均粒径が０．１〜５．０μｍの
ジルコニアを含み、研磨砥石における砥粒率が２５〜５
０体積％であることを特徴とするものでもある。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明のガラス質基板用研磨砥石
においては、その圧縮弾性率が３７０〜３６００ＭＰａ
の範囲内で、しかも、引張歪みが０．１〜１．０％の範
囲内であり、この際、圧縮弾性率が３７０ＭＰａ未満で
あれば、遊離砥粒加工方式で使用されるパッドと同程度
の硬さのため、研磨したガラス質基板の平坦性が良好で
なく、また研磨レートも小さくなる。逆に、圧縮弾性率
が３６００ＭＰａを越えると、通常のレジノイド砥石の
軟らかい硬度と同程度の硬さとなり、スクラッチ発生頻
度が増大する。しかし、たとえ圧縮弾性率が３７０〜３
６００ＭＰａの範囲であっても、引張歪みが０．１％未
満である場合には、研磨中の砥石摩耗が大きく、砥石の
形状が崩れて加工物の平坦性を保つことができなくな
る。逆に、引張歪みが１．０％を越えると、砥石磨耗が
促進されず、自生発刃が行われずに、目詰まりが発生し
易く、スクラッチの発生もある。

【００１１】本発明では、このような研磨に最適な砥粒
率は２５〜５０体積％、望ましくは２５〜４０体積％で
あり、この際、砥粒率が２５体積％未満であると、砥粒
数が少な過ぎるために研磨レートが小さくなり、実用に
ならない。逆に、砥粒率が５０体積％を越えると、たと
え圧縮弾性率を３７０〜３６００ＭＰａの範囲内となる
ように結合剤量を調整しても、良好な研磨性能を得るこ
とができない。これは、砥粒率が５０体積％を越え、か
つ圧縮弾性率が３６００ＭＰａ以下の砥石の場合には、
結合剤量が少なすぎるため、砥石摩耗が大きく、実際の
使用に耐えられないためである。

【００１２】ところで、本発明のガラス質基板用研磨砥
石における砥粒としては、０．１〜５．０μｍの平均粒
径を有する、その純度が３５〜９５重量％の酸化セリウ
ム、０．１〜５．０μｍの平均粒径を有するジルコニア
が特に好ましく、砥粒の平均粒径が０．１μｍ未満であ
る場合には、研磨レートが小さくなり、実用化に耐えら
れる製品とはならず、逆に、平均粒径が５．０μｍを越
えると、粗粒によるスクラッチ発生が見られ、表面粗さ
が粗くなる。又、酸化セリウムについては、種々の純度
の製品があるが、砥粒中の酸化セリウム含有量が３５重
量％未満のものは、不純物が多いために、酸化セリウム
の研磨性能が充分生かされず、研磨レートが小さくな
り、又、スクラッチも多くなる。更に、砥粒中の酸化セ
リウム含有量が９５重量％を越えた場合にも研磨レート
が小さくなり、かつ、精製のためのコストが加わり、砥
粒単価が上昇し、その結果、研磨コストが高くなる。酸
化セリウム純度が９８重量％を越えると、スクラッチは
少なくなるが、研磨レートが小さ過ぎて実際の使用に適
さないものとなる。ただし、本発明では、砥粒の種類
が、酸化セリウムやジルコニアだけでなく、ガラス質の
研磨に通常使用されている砥粒、例えば、炭化ケイ素、
アルミナ、酸化クロム、シリカ等を一種または二種以上
混合して使用することも可能である。

【００１３】一方、本発明の研磨砥石において、上記の
砥粒を結合可能な樹脂（結合剤）としては、通常のレジ
ノイド砥石に使用される樹脂、例えば、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、
ウレタン樹脂等を一種または二種以上混合して使用する
ことができる。

【００１４】本発明のガラス質基板用研磨砥石は、砥粒
と結合剤、気孔剤、その他の添加剤を混合攪拌して、所
定の金型に投入し、適当な温度で反応させて固化させる
か、あるいは混合攪拌して所定の金型に投入して、プレ
ス成型することにより製造可能であり、反応やプレスに
よって固化した物を、必要に応じて水洗、乾燥や、１０
０〜１８０℃の温度で１〜６時間熱処理し、硬化させ
る。本発明の研磨砥石における機械的性質、砥粒率等
は、砥粒種や砥粒量、結合剤量を変化させたり、あるい
は熱処理の温度や時間を変えて、種々の物性の砥石を製
造し、所定の寸法に成形したものを用いてガラスを実際
に研磨し、研磨レート、研磨面粗さ等を測定し、ガラス
質基板の研磨に最適な範囲を規定したものである。

【００１５】本発明のガラス質基板用研磨砥石は、前述
のように磁気ディスク用ガラス基板の他、液晶ディスプ
レイ用ガラス、光学レンズ、半導体ウェハーの層間絶縁
膜等のガラス質基板の研磨に適用できる。また、本発明
の研磨砥石は、シリコンウェハーのような硬質脆性材料
の研磨にも適用可能なものである。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
はこれらに限定されるものではない。実施例１：本発明のガラス質基板用研磨砥石の製造例砥粒として、平均粒径１．０μｍの酸化セリウム（三井
金属鉱業製、純度約５０重量％）２６４０グラムを準備
し、これを、レゾールタイプのフェノール樹脂（住友デ
ュレズ社製、固形分７０％）３８０グラムと混合、攪拌
した後、外径３５５ｍｍ、内径１５５ｍｍの金型に投入
し、厚さ１５ｍｍにプレス成形した。その後、さらに、
１５０℃で３時間熱処理して硬化させた。このようにし
て得られた研磨砥石は、砥粒率３５体積％（酸化セリウ
ムの比重を６．２として計算）、結合剤率１７体積％
（結合剤の比重を１．３として計算）であり、圧縮弾性
率１１００ＭＰａ、引張歪み０．３５％であった。

【００１７】実施例２〜５：砥粒種、砥粒量、結合剤
種、結合剤量等を、以下の表１に記載されるようにして
変化させ、実施例１と同様の製造条件を用いて、種々の
物性の研磨砥石を製造した。この際、実施例３では、結
合剤のエポキシ樹脂として、チバガイギー社製アラルダ
イト（商品名）とその硬化剤を使用し、実施例４では、
砥粒のジルコニアとして、平均粒径が０．５μｍのもの
を使用した。

【００１８】そして、上記実施例１〜５で得られた研磨
砥石をそれぞれ用いて、円盤状のガラス板（青板ガラ
ス）を研磨した。研磨機は、両面平面研磨機（スピード
ファム製３５０Ｌ）を用い、研磨条件は以下のように行
った。砥石回転数上面１０ｒｐｍ下面３０ｒｐｍ加工時間１０ｍｉｎ加工圧力１５０ｇ／ｃｍ² 研削液（純水）量５００ｃｃ／ｍｉｎワーク寸法外径５０ｍｍ厚さ５ｍｍ砥石寸法外径３５５ｍｍ内径１５５ｍｍ厚さ１５ｍｍ

【００１９】比較例１〜６：一方、比較例として、以下
の表２に記載されるようにして、砥粒種、砥粒量、結合
剤種、結合剤量等を変化させ、実施例１と同様の製造条
件を用いて、種々の物性の砥石（比較例１〜６）を製造
し、上記の研磨条件にて円盤状のガラス板（青板ガラ
ス）を研磨した。比較例７：又、平均粒径１．０μｍの酸化セリウム（三
井金属鉱業製、純度約５０重量％）の１０％分散液とパ
ッド（ロデール・ニッタ製ＭＨＣ１５Ａ）での研磨も
行った。研磨条件は、スラリー量を５００ｃｃ／ｍｉｎ
として、他条件は砥石の場合と同じである。比較例８：又、平均粒径１．０μｍの酸化セリウム（ロ
ーヌ・プーラン社製、純度９９．０重量％、比重７．
３）を使用して実施例１と同様の砥粒量、結合剤量にな
るよう砥石を製造し、前述の条件で研磨実験した。比較例９：平均粒径４．１μｍの酸化セリウム（純度３
３重量％、比重６．２）を使用して実施例１と同様の砥
粒量、結合剤量になるよう砥石を製造し、前述の条件で
研磨実験した。

【００２０】以下の表１及び表２における研磨レート
は、研磨前後の加工重量差より研磨量を測定する重量法
により求めたものであり、加工物の表面粗さおよび平坦
性は、表面粗さ計を用いて測定したものであり、スクラ
ッチの有無は、金属顕微鏡１００倍による観察で行った
ものである。上記の研磨実験にて得られた結果を、表１
及び表２に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】表１および表２の実験結果からわかるよう
に、本発明のガラス質基板用研磨砥石の場合には、スラ
リーと同等の研磨レートでガラス板の表面を研磨するこ
とが可能であり、目詰まりを起こさず、しかも、スクラ
ッチの無い平坦性に優れた研磨表面が得られる。特に、
酸化セリウムの純度を変えた比較実験については、実施
例１と比較例８及び９との比較からもわかるように、比
較例９の砥石（純度３３重量％の酸化セリウム砥粒を使
用）の研磨レートは、実施例１の砥石の場合の約５０％
程度であり、比較例８の砥石（純度９９．９重量％の酸
化セリウム砥粒を使用）の研磨レートは、実施例１の砥
石の場合の約５５％程度であった。

【００２４】

【発明の効果】本発明のガラス質基板用研磨砥石を使用
することによって、砥石によるガラス質基板の研磨にお
いて、スラリーと同等の研磨レートで、良好な平坦性を
スクラッチ無く研磨することが可能となり、研磨コスト
の低減も実現可能となった。特に本発明では、精製工程
を必要とする高価な高純度酸化セリウムを使用する必要
がなく、市販の通常の純度（例えば４０〜６０％）の砥
粒をそのまま広く利用することができるという利点があ
り、製造コストの点で非常に有利である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者本田実京都府京都市南区吉祥院御池町18番地日本特殊研砥株式会社内 (56)参考文献特開平６−226608（ＪＰ，Ａ) 特開平11−354474（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24D 3/00 B24D 3/28 B24D 3/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス質基板の表面を平坦に研磨するの
に使用される砥石で、該砥石が、砥粒と、該砥粒を結合
可能な樹脂とからなるものにおいて、上記砥石の圧縮弾
性率が３７０〜３６００ＭＰａであり、しかも、引張歪
みが０．１〜１．０％であること、及び、上記砥粒とし
て、平均粒径が０．１〜５．０μｍでその純度が３５〜
９５重量％の酸化セリウムを含み、当該研磨砥石におけ
る砥粒率が２５〜５０体積％であることを特徴とするガ
ラス質基板用研磨砥石。
【請求項２】ガラス質基板の表面を平坦に研磨するの
に使用される砥石で、該砥石が、砥粒と、該砥粒を結合
可能な樹脂とからなるものにおいて、上記砥石の圧縮弾
性率が３７０〜３６００ＭＰａであり、しかも、引張歪
みが０．１〜１．０％であること、及び、上記砥粒とし
て、平均粒径が０．１〜５．０μｍのジルコニアを含
み、当該研磨砥石における砥粒率が２５〜５０体積％で
あることを特徴とするガラス質基板用研磨砥石。