JP4203486B2 - ハードディスク用アルミニウム基板の研磨方法および製造方法ならびにハードディスク用アルミニウム基板の仕上げ研磨に用いる研磨パッドをドレッシングするための研磨パッド用ドレッサ - Google Patents

Description

この発明は、ハードディスク用アルミニウム基板の研磨方法に関するものである。

ハードディスク用アルミニウム基板は、コンピュータシステムの主要な記憶装置としてハードディスク装置（ＨＤＤ）の基板に用いられるものである。ハードディスク装置では、アルミニウム基板の表面に磁性膜を形成し、その磁性膜表面に対して微小な間隙を保って磁気ヘッドを浮上させることによって磁性膜に情報を記憶させるものである。デスクトップ型パーソナルコンピュータや、ノートブック型パーソナルコンピュータの普及に伴い、ハードディスク装置には小型化、軽量化が要求されてきている。具体的には、従来、主流であった３．５インチ型から１．８インチ型へとハードディスク装置の小型化、軽量化が進展している。このような技術的な背景のもとで、新たな材料としてハードディスク用ガラス基板が注目され始めている。

ハードディスク用アルミニウム基板やハードディスク用ガラス基板には極めて高い加工精度が要求される。ハードディスク用アルミニウム基板の場合には、ポリッシングは基板加工の最終工程で行なわれる。ポリッシング加工された基板の表面には高精度な平面性が要求される。

ここで、ポリッシングとは、ポリッシング工具と被加工物との間に、軟質の砥粒を充填し、ポリッシング工具を回転させながら被加工物を押し付けることによって行なわれる加工方式のことをいう。ポリッシング加工は、加工によって除去される被加工物の単位が非常に小さいので、加工変質層が生じない仕上げ面を得ることができるという特徴がある。ポリッシング加工の方式には、両面ポリッシング方式と片面ポリッシング方式があるが、現在、使用されている大部分の方式が両面ポリッシング方式である。

このようなポリッシング加工の工程において安定した研磨性能を維持するためには、研磨パッドの使用開始前において表面を修正しておくことや、ポリッシング加工中において研磨パッドの表面を修正することを定期的に行なう必要がある。この研磨パッド表面の修正は、台金の表面に超砥粒としてダイヤモンド砥粒が固着された研磨パッド用ドレッサを用いて研磨パッドの表面をドレッシングすることによって行なわれる。

研磨パッド用ドレッサとしては、金属製の台金の表面にダイヤモンド砥粒をニッケルめっきによって固着したタイプ、ダイヤモンド砥粒を含有したメタルボンドのペレットを金属製の台金の表面に固着したタイプ、ポリッシング加工機のキャリア面に扇形形状のダイヤモンド焼結体を直接貼付けたタイプ等が用いられている。これらのすべてのタイプに用いられるダイヤモンド砥粒の平均粒径としては、たとえば特開２００１−１８１７２の公開特許公報で開示されているように０．０２ｍｍ（２０μｍ）を超えるものであり、一般的にはダイヤモンド砥粒の平均粒径は０．０３〜０．３ｍｍ程度である。このような平均粒径のダイヤモンド砥粒が用いられるのは、主として研磨パッドをドレッシングする速度、すなわち、研磨パッドの表面部分を研削除去する速度を考慮したためである。
特開２００１−１８１７２号公報

しかしながら、上述のようにドレッサを用いて表面を修正した研磨パッドを用いても、被加工物であるハードディスク用基板の表面品質がハードディスク装置の機能面から要求される規格値を満足するまで、ダミーの基板材料を対象にしてダミーポリッシング加工を行なう必要があった。このため、ハードディスク用基板のポリッシング加工の生産性が低下するという問題があった。

そこで、この発明の目的は、上記の問題点を解消するとともに、被加工物であるハードディスク用基板の表面品質が規格値を満足するまでの時間を著しく短縮することができ、事実上ダミーポリッシングを省略することができる程度までドレッシング性能を向上させることが可能な研磨方法を提供することである。

本願発明者らは、上記の問題点を解消するために種々検討した結果、従来、ドレッシング速度を向上させるために平均粒径が０．０２ｍｍ（２０μｍ）を超える大きな超砥粒を用いる必要があると考えられていた制約条件に捕われずに、超砥粒の平均粒径を小さくしたドレッサを用いて表面を修正した研磨パッドを用いると、被加工物である基板の表面品質が規格値を満足するまでのダミーポリッシング時間を著しく短縮できることを見出した。

この発明に従ったハードディスク用アルミニウム基板の研磨方法は、仕上げ研磨工程であるポリッシング工程において平均粒径が５μｍ以上２０μｍ以下の超砥粒が結合材によって台金の表面に一層固着されている研磨パッド用ドレッサを用いてポリッシング用研磨パッドをドレッシングすることを特徴とする。

上記のように超砥粒の平均粒径を２０μｍ以下にすると、ドレッシング速度が従来に比べて低下するため実用的ではないと考えられていたが、被加工物であるハードディスク用基板の表面品質が規格値を満足するまでの時間を著しく短縮することができ、ひいてはダミーポリッシング工程を省略することができ、ハードディスク用基板のポリッシング工程の能率を著しく向上させることができる。

また、超砥粒の平均粒径が５μｍ未満では、研磨パッドをドレッシングする能力が不足し、ダミーポリッシング時間に比較して長時間のドレッシングを必要とするので好ましくない。さらに、超砥粒の平均粒径が５μｍ未満では、超砥粒を単一の層で台金の表面上に固着することが困難になる。この場合、超砥粒を多層に台金の表面上に固着すると、超砥粒の上に載って固着された超砥粒が脱落しやすくなる。この超砥粒がドレッシング中に脱落し、研磨パッドの表面に残留すると、その研磨パッドを用いたポリッシング工程において被加工物であるハードディスク用基板の表面にスクラッチ等の損傷を発生させる原因となる。

好ましくは、この発明の研磨パッド用ドレッサにおいて、超砥粒は、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒、および、ダイヤモンド砥粒とＣＢＮ砥粒の混合砥粒からなる群より選ばれた１種である。

また、好ましくは、この発明の研磨パッド用ドレッサにおいて、結合材は、ニッケルめっきおよびロウ材からなる群より選ばれた１種である。

この発明の研磨パッド用ドレッサにおいて用いられる台金は円盤状の形状を有し、台金の一方面または両面に超砥粒が固着されているのが好ましい。
好ましくは、超砥粒はニッケルめっきにより台金の表面に固着されている。
好ましくは、研磨パッド用ドレッサは自転と公転とを繰返しながら研磨パッドをドレッシングする。
この発明に従ったハードディスク用アルミニウム基板の製造方法は、上記のハードディスク用アルミニウム基板の研磨方法を用いる。
この発明に従ったハードディスク用アルミニウム基板の仕上げ研磨に用いる研磨パッドをドレッシングするための研磨パッド用ドレッサでは、平均粒径が５μｍ以上２０μｍ以下の超砥粒が結合材によって台金の表面に一層固着されている。

以上のように、本発明の研磨パッド用ドレッサを用いて修正加工した研磨パッドによってハードディスク用基板の表面品質を短時間で規格値の範囲内にすることができ、ハードディスク用基板のポリッシング加工の生産性を向上させることができる。その結果、ハードディスク用基板の生産性を向上させることができる。

図１は、この発明の１つの実施の形態として研磨パッド用ドレッサを示す平面図である。図１に示すように、研磨パッド用ドレッサ１００は、ステンレス鋼製で円盤形状の台金１０１と、台金１０１の表面上で周方向に沿って配置した８個の砥粒層１０２とから構成されている。砥粒層１０２は１層から構成される。

図２は、この発明のもう１つの実施の形態として研磨パッド用ドレッサを示す平面図である。図２に示すように、研磨パッド用ドレッサ２００は、ステンレス鋼製で円盤形状の台金２０１と、台金２０１の表面上で周方向に沿って２列に配置した１６個の砥粒層２０２とを備えている。砥粒層２０２は１層から構成される。

上述のように本発明の実施の形態として砥粒層の２つの配置形態を示したが、本発明の研磨パッド用ドレッサにおける砥粒層の配置形態は図１や図２に示されるものに限定されるものではない。

ハードディスク用アルミニウム基板またはハードディスク用ガラス基板の研磨パッド用ドレッサの場合には、台金の形状を被加工物である基板の形状と同一形状か、または類似した形状にすることによって、ポリッシング加工機において被加工物である基板の代わりに研磨パッド用ドレッサを配置して研磨パッドをドレッシングすることが通常行なわれている。したがって、台金の形状は薄板の円盤状に形成されているのが好ましく、台金が高精度に仕上げられていることが重要である。また、超砥粒は電着により一層だけ台金の表面上に固着されている。

本発明の研磨パッド用ドレッサの砥粒層に含められる超砥粒は、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒、または、ダイヤモンド砥粒とＣＢＮ砥粒の混合砥粒であればよいが、耐摩耗性の観点からダイヤモンド砥粒を用いるのが最も好ましい。また、研磨パッドのドレッシングによる修正工程で、研磨パッド用ドレッサの砥粒層中の超砥粒が破砕して破片が研磨パッドの表面上に残存して、被加工物である基板の表面にスクラッチを発生させて被加工物が不良となる場合がある。このような現象を防止するためには、用いられるダイヤモンド砥粒は、破砕することが少ないブロッキータイプであるのが好ましい。

研磨パッド用ドレッサの台金の表面上に砥粒層を形成するために超砥粒を結合させる結合材は、ニッケルめっきまたはロウ材を用いるのが好ましい。超砥粒を台金の表面上に強固に固着することが可能な結合材であれば上記の材料に特に限定されるものではない。しかし、研磨パッドのドレッシングによる修正工程において砥粒層中の超砥粒が脱落すると、研磨パッドの表面に残存して、被加工物である基板の表面にスクラッチを発生させる原因となる。これを効果的に防止するためには、結合材にはより強力な砥粒保持力が要求される。この観点から、結合材としてニッケルめっきを用いるのが最も好ましい。

ニッケルめっきにより超砥粒を台金の表面上に固着したドレッサは以下の特徴を有する。

（ａ） 他の結合材に比較して砥粒保持力が優れる。

（ｂ） 超砥粒の突出量を大きくすることができ、被加工物の切り粉の排出がスムーズになり、切れ味に優れる。

（ｃ） 砥粒密度を高くすることができるために、ドレッサの摩耗が少なく、加工精度に優れる。

（ｄ） 超砥粒が摩耗して使用済みとなっても、台金に損傷や歪がなければ、台金を再利用できる。

この発明の研磨パッド用ドレッサにおいて超砥粒の結合材としてロウ材を用いることもできる。本発明の研磨パッド用ドレッサに用いられるロウ材としては、ロウ付け温度が低く、流動性の高いものが好ましい。たとえば、台金として用いられるチタン（Ｔｉ）合金だけでなく、特にダイヤモンド砥粒とのぬれ性に優れ、高い固着力を得ることができる銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）−チタン（Ｔｉ）系活性化ロウ材を用いるのが最適である。他のロウ材として、ニッケル（Ｎｉ）−クロム（Ｃｒ）系ロウ材またはコバルト（Ｃｏ）−ニッケル（Ｎｉ）−クロム（Ｃｒ）系ロウ材も適用可能である。

ロウ材を用いて超砥粒を台金の表面上に固着するためには、ペースト状のロウ材を用いるのが好ましい。ここで、ペースト状ロウ材とは、一般にロウ材の粉末をバインダで練ったものである。ペースト状のロウ材を用いると、ロウ材が適度の粘性を有するので固着作業を容易に行なうことができる。実際のロウ付け作業では、まず、超砥粒を固着させる台金の表面上にペースト状のロウ材を塗布し、そのロウ材の上に超砥粒をハンドセット法等により規則的に配列させる。ロウ材が乾燥して流動しなくなった時点で台金を炉内に入れて加熱し、ロウ材を溶融させる。その後、炉内を冷却することにより、超砥粒の固着が完了する。

本発明に従った研磨パッド用ドレッサの台金は、図１や図２に示すように円盤状の形状であるのが好ましい。また、砥粒層は、図１や図２に示すように台金の片面だけでなく、両面に固着されていてもよい。

図３は、本発明の研磨パッド用ドレッサを組込んでドレッシングによる研磨パッドの修正工程を行なうことができるように構成されたハードディスク用基板のポリッシング加工機を概略的に示す側面図、図４は、図３のポリッシング加工機において研磨パッド用ドレッサの配置を示す平面図である。

図３と図４に示すように、研磨パッド用ドレッサ１００は、研磨パッド用ドレッサ専用のキャリア６に３枚組込まれる。研磨パッド用ドレッサ１００が組込まれたキャリア６は４個配置されている。２個のキャリア６に組込まれた６枚の研磨パッド用ドレッサ１００は、図３において上方向に砥粒層１０２の表面が向くように配置される。他の２個のキャリア６には、研磨パッド用ドレッサ１００は、図３において下方向に砥粒層１０２の表面が向くように配置される。すなわち、この実施の形態の研磨パッド用ドレッサ１００では、台金１０１の片面側に砥粒層１０２が形成されている。図４では、図３において上方向に砥粒層１０２の表面が向くように配置された研磨パッド用ドレッサ１００にはハッチングが施されている。

サンギア５の外周部に形成された歯車は、４個のキャリア６の外周部に形成された歯車に噛み合っている。また、インターナルギア７の歯車は、４個のキャリア６の歯車に噛み合っている。

研磨パッド用ドレッサ６を用いてドレッシングにより修正される円環状の研磨パッド２と４は、上述のように配置された４個のキャリア６の上側と下側に配置されている。下定盤１には研磨パッド２が装着され、上定盤３には研磨パッド４が装着されている。研磨パッド２は、砥粒層１０２の表面が下側に向くように配置された研磨パッド用ドレッサ１００によって修正加工が施され、研磨パッド４は、砥粒層１０２の表面が上側に向くように配置された研磨パッド用ドレッサ１００によって修正加工が施される。

具体的には、回転軸８の回転によって上定盤３が回転し、研磨パッド４が回転するとともに、サンギア５が回転軸８の回転方向と逆の方向に回転する。研磨パッド２は、下定盤１の回転によって研磨パッド４とは逆の方向に回転する。このようにすることにより、研磨パッド用ドレッサ１００は自転と公転を繰返しながら、互いに逆の方向に回転している研磨パッド２と４に対してドレッシングにより修正加工を施す。

（実施例１）
外径１００ｍｍ、厚み３．０ｍｍのステンレス鋼製の円盤状台金を準備した。台金の表面に平均粒径２０μｍのダイヤモンド砥粒をニッケルめっきにより片面に固着した。図１に示すように、ダイヤモンド砥粒を固着した台金１０１の領域は直径９５ｍｍから直径７５ｍｍの範囲であり、台金１０１の表面には８個の砥粒層１０２の間で放射線方向に延びる領域にダイヤモンド砥粒を固着しない部分を設けた。このようにして研磨パッド用ドレッサを作製した。

次に、図３に示すポリッシング加工機に新品の研磨パッドを上下の定盤に貼付けた。研磨パッドの材料としては発泡ポリウレタンを用いた。上記で作製した研磨パッド用ドレッサを１２枚、図３と図４に示すようにポリッシング加工機に取付けた。研磨液を流しながら研磨パッドのドレッシングを行なった。ポリッシング用砥粒としてはコロイダルシリカを用いた。ドレッシング条件は以下のとおりであった。

ドレッシング時間：５０分
ドレッシング圧力：１２ＫＰａ
上定盤の回転数：２０ｒ．ｐ．ｍ
下定盤の回転数：２４ｒ．ｐ．ｍ
サンギアの回転数：４ｒ．ｐ．ｍ
なお、研磨パッドは、円環状の形状を有し、外径寸法が１３００ｍｍ、内径寸法が７００ｍｍのものを用いた。

研磨パッドのドレッシング後、図３に示すポリッシング加工機から研磨パッド用ドレッサを取外し、その代わりにハードディスク用アルミニウム基板を組込んでポリッシング加工を行なった。ポリッシング加工後すぐに、被加工物であるアルミニウム基板の表面のうねりの状態は、規格値の４Å（０．４ｎｍ）を満足した。研磨パッドの使用時間とアルミニウム基板のうねりの大きさとの関係を図５に示す。

（実施例２）
平均粒径が１５μｍのダイヤモンド砥粒を用いた以外は実施例１と同様にして研磨パッド用ドレッサを作製した。この研磨パッド用ドレッサを用いて実施例１と同一の条件でポリッシング加工機で研磨パッドのドレッシングを行なった。

研磨パッドのドレッシング後、ポリッシング加工機から研磨パッド用ドレッサを取外し、その代わりにハードディスク用アルミニウム基板を組込んでポリッシング加工を行なった。ポリッシング加工後すぐに、被加工物であるアルミニウム基板の表面のうねりの状態は、規格値の４Å（０．４ｎｍ）を満足した。研磨パッドの使用時間とアルミニウム基板のうねりとの関係を図５に示す。

（実施例３）
平均粒径が１０μｍのダイヤモンド砥粒を用いた以外は実施例１と同様にして研磨パッド用ドレッサを作製した。この研磨パッド用ドレッサを用いて実施例１と同一の条件でポリッシング加工機で研磨パッドのドレッシングを行なった。

研磨パッドのドレッシング後、ポリッシング加工機から研磨パッド用ドレッサを取外して、その代わりにハードディスク用アルミニウム基板を組込んでポリッシング加工を行なった。ポリッシング加工後すぐに、アルミニウム基板の表面のうねりの状態は、規格値の４Å（０．４ｎｍ）を満足した。研磨パッドの使用時間とアルミニウム基板のうねりとの関係を図５に示す。

（従来例１）
平均粒径が２５μｍのダイヤモンド砥粒を用いた以外は実施例１と同様にして研磨パッド用ドレッサを作製した。この研磨パッド用ドレッサを用いて実施例１と同一の条件でポリッシング加工機で研磨パッドのドレッシングを行なった。

研磨パッドのドレッシング後、ポリッシング加工機から研磨パッド用ドレッサを取外し、その代わりにハードディスク用アルミニウム基板を組込んでポリッシング加工を行なった。アルミニウム基板の表面のうねりの状態は、すぐには規格値の４Å（０．４ｎｍ）を満足せず、約３時間ダミーポリッシングを行なった後、規格値を満足した。研磨パッドの使用時間とアルミニウム基板のうねりとの関係を図５に示す。

（従来例２）
平均粒径が７６μｍのダイヤモンド砥粒を用いた以外は実施例１と同様にして研磨パッド用ドレッサを作製した。この研磨パッド用ドレッサを用いて実施例１と同一の条件でポリッシング加工機で研磨パッドのドレッシングを行なった。

研磨パッドのドレッシング後、ポリッシング加工機から研磨パッド用ドレッサを取外して、その代わりにハードディスク用アルミニウム基板を組込んでポリッシング加工を行なった。アルミニウム基板の表面のうねりの状態は、すぐには規格値４Å（０．４ｎｍ）を満足せず、約５時間ダミーポリッシングを行なった後、規格値を満足した。研磨パッドの使用時間とアルミニウム基板のうねりとの関係を図５に示す。

図５は、実施例１〜３と従来例１および２の各研磨パッド用ドレッサを用いて研磨パッドをドレッシングした後、そのドレッシングされた各研磨パッドを用いてハードディスク用アルミニウム基板の表面をポリッシング加工し、１時間ごとにアルミニウム基板の表面のうねりの状態を測定した結果を示す。実施例１〜３によれば、研磨パッドの使用開始からすぐに規格値の４Å（０．４ｎｍ）程度になり、規格値を満足することが可能になることがわかる。したがって、ダミーポリッシングを省略することができることがわかる。これに対して、従来例１と２によれば、ドレッシングした研磨パッドを用いて３〜５時間程度ダミーポリッシングを行なった後に、アルミニウム基板の表面のうねりの状態が規格値を満足するようになることがわかる。

このように、本発明の研磨パッド用ドレッサにより研磨パッドをドレッシングすれば、研磨パッドの表面精度を極めて良好にすることができるので、ダミーポリッシングを省略することができる。その結果、ハードディスク用アルミニウム基板のポリッシング加工の生産性を著しく向上させることができる。

以上に開示された実施の形態や実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態や実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものである。

この発明の１つの実施の形態として研磨パッド用ドレッサを示す平面図である。 この発明のもう１つの実施の形態として研磨パッド用ドレッサを示す平面図である。 この発明の研磨パッド用ドレッサを組込んで研磨パッドをドレッシングすることができるようにされたポリッシング加工機の１つの実施の形態を概略的に示す側面図である。 図３に示すポリッシング加工機において研磨パッド用ドレッサの配置を示す平面図である。 本発明の実施例１〜３と従来例１および２において、研磨パッドの使用時間とアルミニウム基板のうねりとの関係を示す図である。

符号の説明

１００，２００ 研磨パッド用ドレッサ、１０１，２０１ 台金、１０２，２０２ 砥粒層。

Claims (5)

1. ハードディスク用アルミニウム基板の研磨方法であって、仕上げ研磨工程であるポリッシング工程において平均粒径が５μｍ以上２０μｍ以下の超砥粒が結合材によって台金の表面に一層固着されている研磨パッド用ドレッサを用いてポリッシング用研磨パッドをドレッシングすることを特徴とする、ハードディスク用アルミニウム基板の研磨方法。
2. 前記超砥粒はニッケルめっきにより前記台金の表面に固着されていることを特徴とする、請求項１に記載のハードディスク用アルミニウム基板の研磨方法。
3. 前記研磨パッド用ドレッサは自転と公転とを繰返しながら研磨パッドをドレッシングすることを特徴とする、請求項１に記載のハードディスク用アルミニウム基板の研磨方法。
4. 請求項１に記載のハードディスク用アルミニウム基板の研磨方法を用いたことを特徴とする、ハードディスク用アルミニウム基板の製造方法。
5. 請求項１に記載のハードディスク用アルミニウム基板の仕上げ研磨に用いる研磨パッドをドレッシングするための研磨パッド用ドレッサであって、平均粒径が５μｍ以上２０μｍ以下の超砥粒が結合材によって台金の表面に一層固着されていることを特徴とする、ハードディスク用アルミニウム基板の仕上げ研磨に用いる研磨パッドをドレッシングするための研磨パッド用ドレッサ。

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