經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 410189 :77 五、發明説明（/ ) 發明背景 發明頜域 本發明係關於一種高生產力的玻璃拋光法以得到鏡 面般的完工表面。更詳言之，係關於一種磁記憶碟片基板 用之碟形玻璃的拋光法。 先前技藝之描述 玻璃除了傳統使用如建材、容器、裝飾品或光學鏡片 以外，近來玻璃正廣泛地用於電子零件領域的多種新用途 ，例如磁記憶碟片基板、光罩或液晶玻璃。特別是用於磁 記憶碟片基板的情況中，不僅需要相當精確的表面粗糙度 ，也需要改善其生產力。 一般而言，對於需要非常精確平坦度和平行度之鏡面 般完工的玻璃拋光法而言，係依序採行下列程序。也就是 說，玻璃板事先以一硏磨過程加以硏磨，如此以獲得必要 的形式正確度和適當的表面粗糙度，然後以一雙面拋光機 拋光，此機器有兩個可旋轉的壓板，其黏有包含氧化鈽的 拋光墊或聚氨酯墊。玻璃板握持且受壓於該壓板之間，而 在固定供應拋光複合物的情況下，藉由該玻璃板和兩壓板 的旋轉作用而拋光，並且改進了玻璃板的表面粗糙度。 關於玻璃拋光用的硏磨劑，最好使用氧化鈽(Ce〇2)的 細微顆粒。硏磨劑顆粒的適當尺寸最好根據所要的正確度 ，並且硏磨劑最好分布成圍繞著名義中央尺寸有一常規分 布曲線。一般來說，氧化铈的平均顆粒大小從次微米等級 到20微米左右。使用幾十個％的氧化鈽水溶性漿液’並包 裝I ί請先閲讀背面之注意事項再^本頁 訂 泉 本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） B7 ___410189 五、發明説明（i) 含適當的分散劑或其他添加物，來做爲玻璃拋光用的拋光 複合物。所含的硏磨劑細微顆粒在所指示的中央尺寸具有 〜常規分布曲線，並且氧化鈽的細微顆粒可以皇次要的絮 凝(flocculated)。在氧化铈硏磨劑的情況中，由於其起始材 料的礦石包含除了铈以外的大量稀土元素，所以氧化鈽硏 磨劑的純度比較低，而且一般使周Ce02含量大於45%的 產品做爲氧化鈽硏磨劑。 同時，以鑽石硏磨石的硏磨也廣泛用爲前述玻璃加工 的方式。鑽石細微顆粒有很強的硏磨力，而且固定於硏磨 石之許多鑽石顆粒的尖銳邊緣能刮除玻璃表面，以進行玻 璃的加工。因此，以鑽石硏磨石的加工適合硏磨玻璃，以 獲得精確的尺寸穩定性和形狀。然而，由於以鑽石硏磨劑 保持一方向上的痕跡和獨特的微裂痕，所以它不適合做爲 最後鏡面般完工的方式。而且表面粗糙度無法改進到精確 的鏡面般完工程度。 關於一次一片地加工平板形玻璃的方法，使用蓋子形 鑽石輪也很受歡迎。至於硏磨碟形玻璃表面的方法，一般 使用的方法是用小九粒型硏磨石，將該九粒型硏磨石黏在 壓板的表面，如此以形成一平坦的硏磨表面，並且一次抓 住數片碟形玻璃並硏磨之(例如日本專利公告號6-22790或 日本專利公開號6-55459)。 同時，玻璃拋光的機制不同於普通的機械加工，後者 使用固定鑽石細微硏磨劑的刮除作用或者硏磨過程中鬆的 硏磨劑之細微打斷作用。玻璃拋光的進行是所謂的機械化 _________—______4_ 本紙張尺度適用中國國家榇率（CNS ) Α4规格（2】0Χ297公釐> 410189 at _____B7_ 五'發明説明（3 ) 學作用，其利用玻璃和水之間的水合反應以及氧化鈽和機 械移除作用。也就是說，當氧化鈽的細微顆粒接觸玻璃表 面時，產生了塑性變形並伴隨變形能量和摩擦熱，藉此， 玻璃表面被化學活化並熔融，然後由硏磨劑之細微顆粒的 機械作用所移除。因爲使用硬度低於玻璃的氧化鈽細微顆 粒做爲硏磨劑，所以可獲得鏡面般完工表面的超精確加1： 。換言之，以硬度高於玻璃的鑽石硏磨劑或其他硏磨劑所 進行的機械加工是觀察不到此效果的，而且也是以氧化铈 做玻璃拋光的一項顯著特色。 經濟部智慧財產局R工消費合作社印製 然而，由於玻璃和水之間的水合反應於普通拋光條件 下係微弱且緩慢的，所以玻璃的拋光速率(移除速率）爲每 分鐘1〜1.2微米，係視爲極低的程度，而且已指出此低生 產力是玻璃拋光的一個問題。關於改善拋光速率的對策， 已提出提高拋光壓力或旋轉速度的方法，然而這些所提的 方法會造成加工後玻璃平坦度劣化，並且玻璃最外圍的捲 起變得嚴重，而無法獲得正常的產品。如果考慮要使平坦 度在容許的限度內來決定加工速率，則加工速率會變得很 低。再者，該水合反應可以使用鹼性溶液而改善，但是改 善程度並不顯著。一般而言，係使用顆粒尺寸較大的硏磨 劑來改善加工效果，然而於以氧化鈽做玻璃加工的情況中 ，由於以上述機制進行拋光，所以使用尺寸較大之硏磨劑 的方法對生產力的改進並無貢獻，反而有時引起不要的麻 煩，像是刮痕或其他缺陷。 如上所述，普通的玻璃拋光程序包含硏磨程序和拋光 ____J___ 本紙張尺度適用國家標準（CNS ) A4規^210X297公釐） ^ *~ 五、發明説明（屮） A7 B7 經濟部智慧財產局員工消资合作社印製 程序，並且每一程序又分成二或三個特殊程序。總共移除 0.4或0.5公釐的厚度，並且必須得到5~1〇Α左右的表面粗 糙度(Ra)。在屬於先前程序的硏磨程序中，使用了大量的 硏磨劑，例如碳化矽、氧化鋁或金剛砂，且需要長時間加 工，從環保的觀點來看不太好。拋光程序幾乎也是相同的 情形，浪費了大量的氧化鈽硏磨劑，故強烈需要改善這些 程序。 爲了解決上述問題，已探討了使用從粗磨到鏡面般完 工的一種硏磨石，其中固定有鑽石硏磨劑的細微顆粒。然 而在此方法中，無法避免固定鑽石硏磨劑所產生的微裂痕 ，而且此方法可獲得之最精細的表面粗糙度(Ra)在100A左 右，無法達到粗糙度Ra爲5〜10A的目的。 發明目的 本發明的發明者已進行深入的硏究，以解決傳統玻璃 拋光法所具有的上述問題’並且已發現：使用鬆的氧化鈽 硏磨劑和丸粒型鑽石硏磨石，可提供良好結果並完成了本 發明。也就是說，本發明的目的是要提供一種玻璃拋光法 ，其有效進行高精確度的鏡面般完工。 發明簡述 上述目的可由此玻璃拋光法而達成’其包括：將承載 板所握持的玻璃板設置並加壓於一拋光機’此機器於上、 下位置共有兩個壓板’壓板表面黏有多個九粒型硏磨石’ 且可旋轉於所要的方向’然後供應包含氧化鈽細微顆粒的 水溶性紫液來拋光該玻璃板。該九粒型硏磨石最好是細微 請
I 再f( 本 1 装 訂 泉 本紙張尺度適用中國到家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 410189 A7 B7 _ 五、發明説明（ί ) 鑽石顆粒的鑽石硏磨石，其顆粒尺寸小於JIS-R·6001規範 所定的#1000等級。水溶性漿液中的氧化姉濃度最好是 2〜30重量％，並且、其平均直徑最好小於組成該九粒型硏磨 石的平均直徑。此外，包含氧化铈細微顆粒的水溶性漿液 最好包含0.3〜25重量％的水溶性有機化合物° 圖式簡述 圖1是本發明的雙面硏磨機的部分剖面圖。於圖式中 ，各附註數字表示： 1 :上壓板 2 :下壓板 3 :承載板 4:丸粒型硏磨石 5 :工件 6:漿液供應孔 發明之詳細描述 本發明所用的拋光機於上、下位置共有兩個可旋轉的 壓板、以行星運動握持並移動工件的承載板、以及旋轉該 承載板的驅動齒輪，這也是所謂的雙面機。玻璃板工件由 承載板所握持，並加壓於兩壓板之間，而藉由旋轉至少一 壓板和工件來加工之。本發明重要的一點是要把多個九粒 型小硏磨石黏到兩壓板上，而由丸粒的尖峰形成一真正的 硏磨表面。圖1顯示本發明中所用之雙面機的剖面圖。爲 本發明工件的玻璃板5由承載板3所握持，並加壓於黏到 (210X297公釐） ----：------裝------訂---------東 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ( 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4Ϊ0189 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（6 ) 上壓板1和下壓板2的丸粒型硏磨石4之間。水溶性漿液 由挖穿上壓板1的漿液供應孔6所供應。於本發明中，工 件是平板形玻璃，特定而言，本方法所要加工的主要物件 是磁記億碟片基板用的碟形玻璃。磁記憶碟片基板用的玻 璃碟片一般是由鹼石灰玻璃、矽酸鋁型非晶質玻璃或結晶 化玻璃所做的，其形狀爲小碟形平板，中間有一個中央孔 〇 本發明所用的九粒型硏磨石爲小柱型硏磨石，其截面 呈圓形、橢圓形、菱形或矩形，而黏著並固定於壓板。丸 粒於壓板上的安排並無限制，然而最好不要安排剩下硏磨 石接觸的空白地方或不均勻的地方。硏磨石尖峰所形成的 真正表面積最好占壓板整個面積的30〜70%。如果小於 30%，則硏磨石接觸工件就變得不均勻，相反地，從幾何 觀點來看，很難安排超過70%。丸粒型硏磨石的形狀並無 限制，然而從容易處理和黏附過程的角度來看，最好是直 徑7〜20公釐的柱形。 關於要包含在本發明之九粒型硏磨石中的硏磨劑，最 好使用硬度大於玻璃的硏磨劑。具體而言，可以使用鑽石 、氮化硼、氧化鋁、碳化矽或金剛砂的細微顆粒，而在這 幾種硏磨劑中，從明顯的硏磨力和固定不斷的存續之觀點 來看，最好使用鑽石的細微顆粒。再者，考慮對玻璃有效 的硏磨力和所定的表面粗糙度，鑽石硏磨劑的顆粒尺寸最 好小於JIS-R-6001規範所定的#1000等級。舉例而言，當 材料是鹼石灰玻璃時，最好使用#1000到#3000等級的硏磨 ___ 8 、張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' ：------^------ΐτ-----------^ (請先閲讀背面之注意事項再^本頁) ί A7 B7 410189 五、發明説明（η ) 胃1 °此外，關於用以固定這些硏磨劑於硏磨石基底裡的黏 結衬料，可以使用金屬、樹脂或陶瓷。 (請先聞讀背面之注意事項再本頁) 氧化鈽的細微顆粒乃從例如獨居石(monazik)或氟碳酸 鈽鑭礦（bastnaesite)的礦石所製得，而有兩種不同的Ce02 濃度。其一爲50%左右的低Ce02濃度型，此類似材料礦 石中的濃度；另一爲Ce02濃度約90%的純化型。於本發 8月中，兩種都可以使用。當中分散有氧化鈽細微顆粒的水 溶性漿液則用做拋光複合物，而水溶性漿液中的氧化鈽濃 度最好是3〜30重量％，且更好是10〜20重量％。當濃度低 於3重量％時，無法期望有良好的效果。由於是以循環方 式來使用漿液，所以玻璃的細微碎屑遂逐漸儲存於漿液中 β因此，當起始的漿液濃度高於30重量％時，漿液的黏滯 性顯著地上升，且不利硏磨操作。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明重要的一點是：以該鑽石硏磨石做機械硏磨， 同時還有氧化鈽的機械化學處理，來進行磁記憶碟片用之 玻璃基板的硏磨過程。藉此方法，不僅可以得到非常精確 的表面粗糙度和平坦度，而且也可以達到每分鐘高於5微 米的高移除率。底下說明爲什麼可以得到如此顯著的效果 。也就是如上所述，玻璃和水之間的水合反應在玻璃的表 面形成了化學活化的異質層，而當氧化鈽的細微顆粒接觸 玻璃的表面，產生了伴隨塑性變形的變形能量，以及由摩 擦所產生的熱。該異質層由固定於硏磨石中之鑽石硏磨劑 的刮除作用而強迫移除，因而持續進行著移除作用。在單 獨使用氧化鈽的傳統方法情況裡，由於該異質層的移除作 ___ 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（210x297公釐） 經濟部智慧財產局貞工消资合作社印製 410189 a? _B7 五、發明説明（<?) 用僅由鬆的氧化鈽硏磨劑之滾壓作用所進行，所以移除速 率緩慢。然而，於本發明的情況中，該異質層是由具有強 硏磨力的固定鑽石硏磨劑所強迫移除，所以顯著改善了移 除速率。再者，於固定的鑽石硏磨劑和玻璃之間存在著該 活化層和氧化鈽硏磨劑’它們可做爲緩衝材料，因而觀察 不到一般鑽石硏磨劑所產生的刮痕或缺陷。所以可得到類 似單獨由氧化鈽所拋光之精確的鏡面般完工表面。爲了獲 得沒有缺陷之鏡面般的完工表面，最好限制氧化铈硏磨劑 的尺寸等於或小於固定於硏磨石中的硏磨劑尺寸，更好是 小於其二分之一的尺寸。 一種添加劑，例如分散劑或安定劑，可視需要加入包 含氧化鈽細微顆粒的水性漿液。於本發明中，最好包含 0,3〜25重量％的水溶性有機化合物。水溶性有機化合物不 僅做爲氧化鈽細微顆粒或安定劑的分散劑。同時也避免殘 留於工件表面上的漿液於乾燥時產生略呈白色的污點，和 拋光複合物於循環管路中聚集的問題。關於水溶性有機化 合物的具體例子，包括多羥基醇類、聚醚類或它們的衍生 物。具體而言，像是甘油、甘醇或聚氧乙烯。 範例 參考範例和比較性範例將可更容易了解本發明，然而 ，這些範例只是要示範說明本發明，而不是要建構成本發 明範圍的限制。要用於範例和比較性範例的機器是12Β-8 型雙面硏磨機(Speedfam-Ipec有限公司的產品）。多個九粒 型鑽石硏磨石黏著並安排於機器上、下位置的兩個可旋轉 ---^---------装------訂--„---；--嚷 f\ -.1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) < 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 410189 A7 _B7 五、發明説明（？） 的壓板，如此形成平坦的硏磨表面。在普通拋光過程的情 況下，固定的拋光墊黏於壓板。關於工件，則使用直徑2.5 英吋、厚度1.1公釐的玻璃碟片，其係用做磁記憶碟片的 基板，由鹼石灰玻璃所做的。關於硏磨石，則使用當中固 定有所要尺寸之鑽石硏磨劑的柱形鑽石硏磨石。多個該硏 磨石黏著並安排於上 '下壓板，而於各壓板上形成平坦的 硏磨表面。柱形鑽石硏磨石的具體尺寸爲直徑2Π2公釐、 高3公釐，而硏磨石所提供的總有效硏磨面積占壓板全部 面積的60%。關於拋光程序中用的拋光墊，這些範例和比 較性範例使用的是聚氨酯發泡片(UP)或包含氧化鈽細微顆 粒的聚氨酯發泡片(CP) »它們視需要而適當地使用。 範例1 使用上述的工件(碟形玻璃)和雙面硏磨機。事先以安 排有金屬結合之#1500柱狀鑽石硏磨石的雙面硏磨機硏磨 工件之後，然後以本發明的拋光法拋光，其使用鑽石硏磨 石和氧化铈漿液。用於此實驗的鑽石硏磨劑尺寸爲#3000， 而固定地供應水溶性漿液來拋光，此漿液包含15重量％的 氧化鈽，其平均直徑1.5微米，以及5重量％的甘醇。然後 進行最後的拋光。實驗結果顯不於表1。 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（21 〇 X 297公釐} ^ ：-------裳------訂--.---_--後 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) < A7 B7 410189 五、發明説明（卜） 表1 範例1 步 驟 加工方法 硏磨劑 等級 Zw* (微米/分鐘） Ra (微米） 移除厚度 (公釐） 加工時 間(分鐘） I DP** 1500 55 0.2 0-36 6.5 II DP+Ce02 3000 5 0.005> 0.07 10 〜14 III UP+Ce02 1 0.00!> 0.02 10-20 *移除速率 Μ鑽石九粒 本拋光法用做此實驗的第二步驟，且步驟總數可減到 3，並且總加工時間可從90分鐘減到40分鐘。實驗後工件 的平坦度小於3微米，捲起度小於0.05微米。拋光表面上 觀察不到略呈白色的污點，而與傳統方法所得到的表面沒 有差別。 比較性範例1 此爲最普遍的傳統方法。使用與範例1相同的工件。 在第一步驟，以#4〇〇碳化矽硏磨劑做輕磨，在第二步驟， 以#1200 FO硏磨劑做輕磨。工件事先以第一和第二步驟輕 磨，然後以氧化铈漿液拋光。拋光程序由兩個步驟組成。 實驗結果顯示於表2。 表2 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 比較性範例1 步 驟 加工方法 硏磨劑 等級 Zw* (微米/分鐘） Ra (微米） 移除厚度 (公釐） 加工時 間(分鐘） I 輕磨 GC#400 25 0.2 0.35 10 II 輕磨 F0#1200 8 0.08 0.06 20 III CP+CeO, 1 0.005> 0.04 > 40 IV UP+Ce〇5 1 0.002> 0.02 20 '移除速率 12 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨0Χ297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 410189 A7 _____B7_ 五、發明説明（I丨） 總加工時間爲90分鐘。 比較性範例2 工件在第一步驟硏磨是以金屬結合的鑽石硏磨石來硏 磨，而在第二步驟硏磨是以樹脂結合的硏磨石來硏磨。以 鑽石硏磨石硏磨之後，工件以兩步驟的拋光程序做拋光。 實驗結果顯示於表3。 表3 比較性範例2 步 驟 加工方法 硏磨劑 等級 Zw* (微米/分鐘） Ra (微米） 移除厚度 (公釐） 加工時 間(分鐘） I DP (Μ) 1500 55 0.2 0.35 6.5 II DP (R) 1500 15 0.08 0.06 5 III CP+Ce〇2 1 0.005> 0.04 40 IV UP+CeO, 1 0.002> 0.02 20 *移除速率 （M)金屬結合 （R)樹脂結合 由於鑽石硏磨石造成的微裂痕深度很深，所以拋光程 序花了很長的時間來移除微裂痕。此情況下並未用到鑽石 硏磨石的好處。 從表1的實驗結果很明顯的：藉由同時使用鑽石硏磨 石與氧化鈽漿液，可獲得Ra小於50A的表面粗糙度(真正 的Ra爲15A)，以及可獲得高於傳統拋光的移除速率。總 加工時間可減少到小於顯示在比較性範例2之傳統加工時 間的一半。此外，在比較性範例2中顯示了沒有氧化鈽而 以鑽石硏磨石的硏磨結果，很明顯地顯露不出本發明的優 異效果。 13 •ii衣.—*訂~~ I---.--東 (請先Μ讀背面之注意事項再t本頁) ， ί 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210><297公釐） 410189 B7 五、發明説明（丨i) 本發明的效果 如上所示範，本發明的玻璃拋光法使用鑽石硏磨石和 含有氧化鈽的水溶性漿液，以高移除速率達成非常精確的 表面粗糙度，而沒有影響工件的品質，例如平坦度。藉由 本發明，在製造磁記憶碟片基板或石英震盪器時，.得以獲 祺超精細的表而細糙度，而钿捐抛I渦程的牛產力。藉由 j rV->—I. | I""3 * jl-Lj 一 I I > I I < - · . i、·*/ > « · —* * « I I 〆— .，一 · * 本發明，顯著改善了玻璃精確加工的技術等級，也顯著增 加了磁記憶碟片工業中玻璃碟片基板的數量比例。 --^~ -------裝-------訂----------線 (請先聞讀背面之注意事項再填辦本頁) ί 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐）