JP5399115B2

JP5399115B2 - 研磨装置、ガラス基材の研磨方法及びガラス基板の製造方法

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Publication number: JP5399115B2
Application number: JP2009083926A
Authority: JP
Inventors: マルケスジョセフ
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP2010234467A

Description

本発明は研磨装置、ガラス基材の研磨方法、ガラス基板の製造方法、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研削（粗研磨）により厚さ調整を行い、面取りを行った後に、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）。

ここで、研削（粗研磨）や研磨に用いられる装置としては、例えば遊星歯車機構を用いたものがある。

具体的には、例えば特許文献２では、段落〔０００３〕〔０００４〕に、太陽歯車と、その外方に同心円状に太陽歯車を囲むように配置される内歯歯車と、太陽歯車および内歯歯車にかみ合い、被研磨物を保持するキャリアと、キャリアを挟持する上下定盤を有し、キャリアを自転および公転させつつ、研磨液をキャリアに供給して研磨を行う研磨装置が開示されている（特許文献２）。

一方、特許文献２では研磨液として、研磨粒を液体中に分散させたものを用いているため、研磨液中の研磨粒が装置内部の種々の部分に付着する場合がある。

この場合、装置内部が汚染されるため、清掃に手間がかかることや、装置内の各部材間の隙間に入り込んだ研磨粒が、動作の邪魔になったりする場合がある。

また、研磨液を循環して利用する場合は、装置に研磨粒が付着すると徐々に研磨液中の研磨粒の濃度が低下するため、一定条件にて研磨ができなくなるという問題がある。

そのため、研磨装置には、研磨粒が研磨液から分離しないように、スムーズに研磨液を排出、循環させる構造が求められている。

そこで、本出願人は先に、研磨液を排出するための構造として、研磨装置の下定盤の内周面に、周溝を有するフランジを設け、さらに定盤内部に貫通孔を設けて、周溝から貫通孔を通して研磨液を排出する構造を提案している（特許文献３）。

特開２０００−０７６６５２号公報特開２００２−０６６９１０号公報特開２００９−００６４２３号公報

特許文献３のような構造は、研磨粒が研磨装置内部を汚染することなく、研磨液を装置内からスムーズに排出可能であるという点では優秀な発明である。

しかしながら、特許文献３のような構造は下定盤の構造が複雑であり、かつ下定盤に貫通孔の形成等の特別な加工が必要となるため、より簡易に研磨液を排出可能な構造があれば、より好ましい。

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、簡易な構造にて研磨液を効率よく排出可能な研磨装置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）太陽歯車と、前記太陽歯車を囲むように設けられた環状の内歯歯車と、被研磨物を収納する収納部を有し、前記内歯歯車と前記太陽歯車とかみ合い、自転および公転するように設けられたキャリアと、前記キャリアを挟み込むように設けられた上定盤および下定盤と、前記キャリアと前記上下定盤の間に研磨液を供給する供給手段と、前記下定盤の内周の下部に設けられ、研磨液が流入する環状の第１の溝部と、前記下定盤の下部に、前記第１の溝部から前記内歯歯車に向けて設けられ、前記第１の溝部から研磨液が流入する配管と、前記下定盤の外周の下部および前記配管の一端の下部に設けられ、研磨液が流入する第２の溝部と、を有することを特徴とする研磨装置。

（構成２）前記太陽歯車および前記下定盤を保持する第１の保持部を有し、前記第１の溝部は前記第１の保持部に設けられていることを特徴とする構成１記載の研磨装置。

（構成３）前記内歯歯車を保持する第２の保持部を有し、
前記第２の溝部は前記第２の保持部に設けられていることを特徴とする構成１記載の研磨装置。

（構成４）前記第２の溝部に設けられ、前記研磨液を前記供給手段に排出する排出手段を有することを特徴とする構成１記載の研磨装置。

（構成５）前記上定盤および前記下定盤の、前記キャリアと対向する面に設けられた研磨パッドを有することを特徴とする構成１〜４のいずれかに記載の研磨装置。

（構成６）構成１〜５のいずれかに記載の研磨装置を用い、前記被研磨物としてガラス基材を研磨することを特徴とするガラス基材の研磨方法。

（構成７）構成６記載の研磨方法を工程に有することを特徴とするガラス基板の製造方法。

（構成８）構成７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９）構成８記載のガラス基板と、前記ガラス基板の主表面に設けられた下地膜、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、簡易な構造にて研磨液を効率よく排出可能な研磨装置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の製造方法を示すフローチャートである。図３（ａ）は粗研磨装置２１の断面図（一部側面図）であって、図３（ｂ）は、図３（ａ）の太陽歯車２３、内歯歯車２５、キャリア２７および下定盤３１を示す平面図である。図３（ａ）の部分斜視図であって、上定盤２９、下定盤３１およびキャリア２７は図示を省略している。図３（ａ）の右半分の拡大図であって、輸送管３４および貯蔵部４１は図示を省略している。粗研磨を行う際の粗研磨装置２１を示す断面図である。研磨装置２１ａを示す断面図である。

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、本実施形態に係る粗研磨装置２１および研磨装置２１ａで研磨することにより形成されるガラス基板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、後述する粗研磨装置２１および研磨装置２１ａで研磨された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、図１（ｂ）に示すように、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は、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７を参照して、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、図２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２に示すように、ガラス基材１ａの板厚調整のため、粗研磨装置２１を用いて主表面７ａ、７ｂを粗研磨（研削、第１ラッピング）する（ステップ１０２）。

ここで、ステップ１０２の詳細について説明する。

まず、粗研磨に用いる粗研磨装置２１の構造について図３〜図５を参照して説明する。

図３〜図５に示すように、粗研磨装置２１は、太陽歯車２３と、太陽歯車２３を囲むよう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にかみ合い、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を有している。

キャリア２７は被研磨物としてのガラス基材１ａを保持する部材であり、ガラス基材１ａを保持するための孔部２７ａを有している。

また、粗研磨装置２１は、キャリア２７を挟持可能な上定盤２９及び下定盤３１と、上定盤２９に設けられ、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３３とを備えている。研磨液供給部３３は輸送管３４を介して、研磨液が貯蔵された貯蔵部４１に連結されている。

さらに、粗研磨装置２１は、太陽歯車２３および下定盤３１を保持する保持部３５を第１の保持部として有している。保持部３５は、円錐形の部材であり、中央に太陽歯車２３が設けられており、さらに、中央から放射状に設けられ、下定盤３１を保持する板状の下定盤保持部３５ａを有している。

さらに、粗研磨装置２１は、内歯歯車２５および保持部３５を保持する保持部３７を第２の保持部として有している。

また、粗研磨装置２１は、下定盤３１の内周の下部に設けられ、研磨液が流入する環状の第１の溝部４３を有している。第１の溝部４３は保持部３５に設けられている。

第１の溝部４３の底面の一部は開口部４５を形成しており、開口部４５には、第１の溝部４３から研磨液が流入する配管４７が連結されている。

配管４７は下定盤３１の下部に、第１の溝部４３から内歯歯車２５に向けて伸びるように設けられている。

また、粗研磨装置２１は、下定盤３１の外周の下部および配管４７の一端（第１の溝部４３と連結されてない側）の下部に設けられ、研磨液が流入する第２の溝部４９を有している。第２の溝部４９は、保持部３７に設けられている。

さらに、第２の溝部４９には、外側に突き出された管５７が排出手段として連結され、管５７の外側端部の下部には研磨液が流入する第３の溝部５９が設けられている。

第３の溝部５９には輸送管６１が設けられ、輸送管６１は貯蔵部４１に連結されている。なお、管５７に直接輸送管６１を設けてもよい。

次に、粗研磨の方法について図３および図６を参照して説明する。

粗研磨の際は、まずキャリア２７の孔部２７ａにガラス基材１ａを収納して上定盤２９及び下定盤３１とで挟持する。

次に、研磨液を貯蔵部４１から輸送管３４および研磨液供給部３３を介して上定盤２９及び下定盤３１とガラス基材１ａとの間に供給しながら（図６の矢印Ｄ参照）、太陽歯車２３を例えば図３（ｂ）のＡ１の向きに回転させる（なお、内歯歯車２５を回転させてもよい）。

すると、キャリア２７は太陽歯車２３または内歯歯車２５の回転に応じて公転（図３（ｂ）のＢ１の向きの回転）及び自転（図３（ｂ）のＣ１の向きの回転）することにより、ガラス基材１ａの上下両面（主表面７ａ、７ｂ）が研磨液によって、粗研磨される。

なお、研磨液は、例えば、アルミナ等の研磨粒５３を水等の液体５５に分散させてスラリーとしたものが用いられる。

ここで、研磨に用いられた（使用済みの）研磨液は、下定盤３１の内外周端から流れ落ちるが、内周端から流れ落ちた研磨液は、第１の溝部４３内に収容され（図６の矢印Ｉ参照）、開口部４５から配管４７を流れて（図６の矢印Ｆ参照）配管４７の端部から流れ落ち、第２の溝部４９に収容される。

第２の溝部４９に収容された研磨液は、管５７を介して第３の溝部５９に流れ落ち（図６の矢印Ｇ参照）、輸送管６１を介して貯蔵部４１に戻される（図６の矢印Ｈ参照）。即ち、研磨液は循環して使用される。

一方、下定盤３１の外周端から流れ落ちた研磨液は、第２の溝部４９に流れ落ち（図６の矢印Ｃ参照）、管５７を介して第３の溝部５９に流れ落ち、輸送管６１を介して貯蔵部４１に戻される。

このように、粗研磨装置２１は、使用済みの研磨液が第１の溝部４３、配管４７、第２の溝部４９を通って排出されるように構成されている。

そのため、研磨液の流動がスムーズであり、研磨液から研磨粒５３が分離して装置内に付着するのを低減できる。

また、第１の溝部４３、配管４７、第２の溝部４９は他の部材とは独立した部材であり、既存の研磨装置に容易に取り付けることができる。

そのため、別途定盤の加工等を要さずに研磨液の流路を形成可能である。

以上が、ステップ１０２の詳細である。

次に、図２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。

次に、図２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を再度、粗研磨装置２１を用いて粗研磨（第２ラッピング）を行う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２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２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）。

具体的には、ガラス基材１ａを、例えば硝酸カリウム、硝酸ナトリウム、硝酸銀等をそれぞれ単独、あるいは少なくとも２種を混合した化学強化液に浸漬し、化学強化液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する。

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２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、研磨に用いる研磨装置２１ａの構造について図７を参照して説明する。

研磨装置２１ａの構造は、粗研磨装置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３３ａ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３３ａ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）が研磨加工される。

研磨装置２１ａも、粗研磨装置２１と同様に、第１の溝部４３、配管４７、第２の溝部４９を有し、使用済みの研磨液が第１の溝部４３、配管４７、第２の溝部４９を通って排出されるように構成されている。

また、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。

以上がステップ１０７の詳細である。

研磨が終了すると、図２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液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２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、本実施形態に係る粗研磨装置２１および研磨装置２１ａは、太陽歯車、内歯歯車２５、キャリア２７、上定盤２９、下定盤３１、第１の溝部４３、配管４７、第２の溝部４９を有し、使用済みの研磨液が第１の溝部４３、配管４７、第２の溝部４９を通って排出されるように構成されている。

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を製造ための研磨装置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、遊星歯車方式にて研磨を行う必要がある全ての被研磨物に適用できる。

また、上述した実施形態ではガラス基材１ａに化学強化を行っているが、化学強化の代わりにエッチングを行っても良い。

さらに、上述した実施形態ではガラス基材１ａに化学強化を行った後に研磨装置２１ａを用いて研磨を行っているが、研磨装置２１ａを用いて研磨を行った後に化学強化を行ってもよい。

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…………粗研磨装置
２１ａ………研磨装置
２３…………太陽歯車
２５…………内歯歯車
２７…………キャリア
２７ａ………孔部
２９…………上定盤
３１…………下定盤
３３…………研磨液供給部
３３ａ………研磨パッド
３４…………輸送管
３５…………保持部
３７…………保持部
４１…………貯蔵部
４３…………第１の溝部
４５…………開口部
４７…………配管
４９…………第２の溝部
５７…………管
５９…………第３の溝部
６１…………輸送管

Claims

太陽歯車と、
前記太陽歯車を囲むように設けられた環状の内歯歯車と、
被研磨物を収納する収納部を有し、前記内歯歯車と前記太陽歯車とかみ合い、自転および公転するように設けられたキャリアと、
前記キャリアを挟み込むように設けられた上定盤および下定盤と、
前記キャリアと前記上定盤および前記下定盤の間に研磨液を供給する供給手段と、
前記下定盤の内周の下部に設けられ、研磨液が流入する環状の第１の溝部と、
前記下定盤の下部に、前記第１の溝部から前記内歯歯車に向けて設けられ、前記第１の溝部から研磨液が流入する配管と、
前記下定盤の外周の下部および前記配管の一端の下部に設けられ、研磨液が流入する第２の溝部と、
を有することを特徴とする研磨装置。
前記太陽歯車および前記下定盤を保持する第１の保持部を有し、
前記第１の溝部は前記第１の保持部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
前記内歯歯車を保持する第２の保持部を有し、
前記第２の溝部は前記第２の保持部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
前記第２の溝部に設けられ、前記研磨液を前記供給手段に排出する排出手段を有することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
前記上定盤および前記下定盤の、前記キャリアと対向する面に設けられた研磨パッドを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の研磨装置。
請求項１〜５のいずれかに記載の研磨装置を用い、前記被研磨物としてガラス基材を研磨することを特徴とするガラス基材の研磨方法。
請求項６記載の研磨方法を工程に有することを特徴とするガラス基板の製造方法。