ガラス基板の製造方法、ガラス基板の研磨方法、ガラス基板の洗浄方法およびガラス基板の製造装置

【課題】ガラス基板の研磨後の平坦性を向上させることが可能なガラス基板の研磨方法を提供する。また、上記研磨方法をガラス基板の洗浄方法に応用する。
【解決手段】ガラス基板の研磨方法は、ガラス基板４の主表面の延在方向に沿って、ガラス基板４よりも硬い粒子を含む流体と上記主表面とを高速で相対移動させることにより上記主表面を研磨するものである。ガラス基板の洗浄方法は、ガラス基板４の主表面の延在方向に沿って、ガラス基板４よりも軟らかい粒子を含む流体と上記主表面とを高速で相対移動させることによりガラス基板４を洗浄するものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基板の製造方法、ガラス基板の研磨方法、ガラス基板の洗浄方法およびガラス基板の製造装置に関し、特に、ガラス基板の主表面に沿って該主表面と流体とを高速で相対移動させることによって研磨ないし洗浄を行なう方法ないし装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハードディスク（ＨＤＤ）等の情報記録媒体用の基板としては、アルミニウム合金が用いられていた。しかしながら、アルミニウム合金は、変形しやすく、また研磨後の基板表面の平滑性が十分ではない等の問題を有していたため、現在ではガラス基板が広く使用されている。
【０００３】
ガラス基板を研磨する方法としては、たとえば、特開平５−３０９５５９号公報（特許文献１）、特開２００８−２４６６４５号公報（特許文献２）および特開２００９−２７９７３７号公報（特許文献３）に記載のものなどが挙げられる。
【０００４】
また、研磨時に用いられる研磨液として、たとえば、特開２００２−１７０７９１号公報（特許文献４）に記載のものなどが挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３０９５５９号公報
【特許文献２】特開２００８−２４６６４５号公報
【特許文献３】特開２００９−２７９７３７号公報
【特許文献４】特開２００２−１７０７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
昨今、上記のような情報記録媒体においては、その情報記録量の増大に伴って記録密度を超高密度状態とすることが求められている。それに伴ない、研磨後のガラス基板の平坦性として、ますます厳しい条件が求められるようになっている。
【０００７】
これに対し、従来、特許文献１〜３に示すように、研磨パッドなどの部材を被研磨面に接触させて、被研磨面に対して均一にキズをつけながら研磨を行なうという研磨方法が用いられてきた。しかし、このような方法では、平坦性をさらに向上させることが困難な状況になりつつある。
【０００８】
本願発明は、このような状況を打破するため、従来の方法とは全く異なる方法（詳細は後述する。）によりガラス基板を研磨し、平坦性を向上させようとするものである。さらに、本願発明は、上記研磨方法を、ガラス基板の洗浄方法にも応用しようとするものである。
【０００９】
なお、特許文献４は、研磨パッドを用いる従来の研磨方法を前提とした研磨液を開示するだけのものであり（たとえば特許文献４の段落［００２５］を参照）、研磨方法を根本的に転換する本願発明の思想とは全く関係のないものである。
【００１０】
上述のとおり、本発明の１つの目的は、ガラス基板の研磨後の平坦性を向上させることが可能なガラス基板の研磨方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記研磨方法を応用したガラス基板の洗浄方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るガラス基板の製造方法は、１つの局面では、主表面を有するガラス基板を成形する工程と、ガラス基板の主表面の延在方向に沿って、ガラス基板よりも硬い粒子を含む流体と上記主表面とを高速で相対移動させることにより上記主表面を研磨する工程とを備える。
【００１２】
本発明に係るガラス基板の製造方法は、他の局面では、主表面を有するガラス基板を成形する工程と、上記主表面を研磨する工程と、ガラス基板の主表面の延在方向に沿って、ガラス基板よりも軟らかい粒子を含む流体と上記主表面とを高速で相対移動させることによりガラス基板を洗浄する工程とを備える。
【００１３】
本発明に係るガラス基板の研磨方法は、ガラス基板の主表面の延在方向に沿って、ガラス基板よりも硬い粒子を含む流体と上記主表面とを高速で相対移動させることにより上記主表面を研磨するものである。
【００１４】
本発明に係るガラス基板の洗浄方法は、ガラス基板の主表面の延在方向に沿って、ガラス基板よりも軟らかい粒子を含む流体と上記主表面とを高速で相対移動させることによりガラス基板を洗浄するものである。
【００１５】
本発明に係るガラス基板の製造装置は、１つの局面では、主表面を有するガラス基板を保持する機構と、ガラス基板の主表面の延在方向に沿って、ガラス基板よりも硬い粒子を含む流体と上記主表面とを高速で相対移動させることにより上記主表面を研磨する機構とを備える。
【００１６】
本発明に係るガラス基板の製造装置は、他の局面では、主表面を有するガラス基板を保持する機構と、ガラス基板の主表面の延在方向に沿って、前記ガラス基板よりも軟らかい粒子を含む流体と上記主表面とを高速で相対移動させることによりガラス基板を洗浄する機構とを備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るガラス基板の研磨方法によれば、極めて高いガラス基板の平坦性を得ることができる。また、上記研磨方法に係る思想は、ガラス基板の洗浄方法にも応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係るガラス基板を含むハードディスク用基板の製造方法の各工程を示すフロー図である。
【図２】本発明の１つの実施の形態に係るガラス基板の研磨装置を示す概略図である。
【図３】図２に示す装置を動作させたときの、ガラス基板の主表面近傍の様子を示す図である。
【図４】図３に示す主表面近傍の様子をさらに拡大して示した図である。
【図５】上記研磨装置の１つの変形例を示す図である。
【図６】図５に示す装置における回転軸近傍の様子を拡大して示した図である。
【図７】上記研磨装置の他の変形例を示す図である。
【図８】図７に示す装置の使用状態の変形例を示す図である。
【図９】上記研磨装置のさらに他の変形例を示す図である。
【図１０】上記研磨装置を含むガラス基板の製造装置を示す図である。
【図１１】図１０に示す装置の変形例を示す図である。
【図１２】ガラス基板の回転数と研磨レートとの関係を示す図である。
【図１３】研磨装置の回転軸を水平にする実験方法を説明するための概念図である。
【図１４】研磨装置の回転軸を水平にして行なった実験結果であり、回転中心からの距離と、研磨流体への浸漬率との関係を示す図である。
【図１５】研磨装置の回転軸を水平にして行なった実験結果であり、回転中心からの距離と、研磨レートとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【００２０】
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。
【００２１】
（ハードディスク用基板の製造方法）
図１は、本実施の形態に係るガラス基板の研磨方法を含むハードディスク用基板の製造方法の各工程を示すフロー図である。図１を参照して、まず、ステップ１０（以下、「Ｓ１０」と略す。ステップ２０以降も同様。）の「ガラス溶融工程」において、基板を構成するガラス素材を溶融する。次に、Ｓ２０の「プレス成形工程」において、溶融ガラスをプレス成形してガラス基板を成形する。Ｓ３０の「研磨工程」において、プレス成形されたガラス基板の表面が研磨加工され、ガラス基板の平坦度が調整される。
【００２２】
次に、Ｓ４０の「洗浄工程」において、ガラス基板は洗浄される。以上の工程により、ハードディスク用基板に適用可能なガラス基板が得られる。さらに、Ｓ５０の「成膜工程」において、上記のガラス基板上に、記録層となる膜が形成される。最後に、Ｓ６０の「後熱処理工程」において、記録層が形成されたガラス基板に熱処理が施されることにより、ハードディスク用の基板が完成する。
【００２３】
（ガラス基板の研磨方法）
次に、本実施の形態に係るガラス基板の研磨方法について、図２〜図４を用いて説明する。図２に示すように、本実施の形態に係るガラス基板の製造装置は、回転駆動装置１と、鉛直方向に延びる回転軸２と、容器３とを含む。「被研磨体」であるガラス基板４は、容器内３に位置するように回転軸２に保持されている。ガラス基板４の被研磨面は、回転軸２の軸方向に直交する方向に延在している。容器３内には、流体５が収容されている。回転軸２に保持されたガラス基板４は、流体３内に浸されている。回転駆動装置１は、矢印ＤＲ２方向に沿って、回転軸２およびガラス基板４を回転させることが可能である。
【００２４】
図３は、ガラス基板４における「被研磨面」である主表面４Ａの近傍を拡大して示した図である。図３に示すように、流体５は、粒子５Ａを含んでいる。流体５内でガラス基板４が回転することにより、ガラス基板４の主表面４Ａと流体５（粒子５Ａ）とは矢印ＤＲ２方向に相対移動する。
【００２５】
ガラス基板４を高速回転させ、矢印ＤＲ２方向に沿って主表面４Ａと粒子５Ａとを高速で相対移動させることにより、図４の拡大図に示すように、主表面４Ａにおける凸部に粒子５Ａが衝突する。
【００２６】
粒子５Ａは、ガラス基板４よりも硬い素材からなるものである。したがって、主表面４Ａにおける凸部に粒子５Ａが衝突することによって、上記凸部が削り取られる。この現象を、主表面４Ａの全体に亘って繰り返すことにより、主表面４Ａが研磨される。
【００２７】
すなわち、本実施の形態では、従来のように、被研磨面に対して均一に研磨作用を施すのではなく、被研磨面（主表面４Ａ）における凸部を優先的に削り取ることによって研磨を行なう方法が採用されている。この結果、従来よりも平坦性の高い研磨面が得られる。
【００２８】
（研磨装置の変形例）
図５は、上記研磨装置の１つの変形例を示す図である。図５に示すように、本変形例では、回転軸２に複数のガラス基板４を取り付けて流体５に浸している。このようにすることで、複数のガラス基板４の研磨を同時に行なうことが可能である。
【００２９】
具体的には、複数のガラス基板４は、回転軸２の軸方向に並ぶように配置されている。したがって、複数のガラス基板４の被研磨面は、互いに対向する。複数のガラス基板４の間には、「間隔保持部材」であるスペーサ６が設けられている。これにより、複数の被研磨面どうしの間隔を一定の距離を保つことができる。なお、回転軸２の端部には、「終端保持部材」であるリテーナ７が設けられている。これにより、複数のガラス基板４およびスペーサ６が回転軸２に固定される。
【００３０】
図６は、図５に示す装置における回転軸２の近傍の様子を拡大して示した図である。図６に示すように、本変形例における回転軸２は、流体５が通過可能な穴２Ａを有する中空パイプ状に形成されている。そして、回転軸２に対して、容器３の外部から流体５が供給される。この結果、回転軸２の回転に伴なう遠心力により、穴２Ａから径方向外方に向かって流体５が流出し、図６中の矢印ＤＲ５に示すような対流が生じる。すなわち、穴２Ａは、流体５を流出させる「研磨流体流出口」として機能する。
【００３１】
本変形例のように、複数のガラス基板の被研磨面が対向する場合、その隙間が狭いと、被研磨面の間で流体が滞留し、所望の研磨特性が得られなくなることが懸念される。これに対し、上記の穴２Ａを設けて矢印ＤＲ５のような対流を生じさせることで、研磨特性を向上させることが可能である。
【００３２】
なお、穴２Ａの配置は適宜変更可能であるが、回転軸２の周方向全体に亘って均一に形成されていることが好ましい。
【００３３】
図７は、上記研磨装置の他の変形例を示す図である。図７に示す例では、回転軸２を水平方向に延在させている。図７の例では、回転軸２に保持されたガラス基板４の全体が流体５内に位置しているが、図８に示すように、流体５の液面を下げて、ガラス基板４の一部が流体５の外部に位置するようにしてもよい。なお、ガラス基板４の一部を流体５の外部に位置させることの技術的意義については、後述する。
【００３４】
さらに、図９の例では、液面変動装置８が設けられている。図９（Ａ）に示すように、液面変動装置８が流体５の外にある状態から、図９（Ｂ）に示すように、液面変動装置８を流体５に浸漬させることで、流体５の液面を変動させることができる。このようにすることで、ガラス基板４を保持する回転軸２を移動させることなく、ガラス基板４の一部が流体５の外にある状態（図９（Ａ））と、ガラス基板４の全体が流体５に浸漬されている状態（図９（Ｂ））とを作り出すことが可能となる。
【００３５】
（洗浄装置への応用）
図１０は、上記研磨装置のさらなる応用例である。本実施の形態に係る研磨装置の上述した思想は、洗浄装置にも応用可能である。
【００３６】
図１０に示すガラス基板の製造装置は、容器３として、３つの容器３１，３２，３３を含む。３つの容器３１，３２，３３には、各々、流体５１，５２，５３が収容されている。ガラス基板４を保持した回転軸２は、まず、流体５１を収容した容器３１内で回転し、その後、流体５２を収容した容器３２内に移動し、該容器３２内で回転する。さらに、回転軸２は、流体５３を収容した容器３３内に移動し、該容器３３内で回転する。
【００３７】
流体５１，５２，５３は、互いに異なるものである。具体的には、流体５１は、ガラス基板４に粗研磨を施すためのものであり、流体５２は、粗研磨が施されたガラス基板４を洗浄するためのものであり、流体５３は、ガラス基板４に仕上研磨を施すためのものである。したがって、流体５１，５３は、研磨のための粒子を含有するものである。流体５３に含まれる粒子の径は、流体５１に含まれる粒子の径よりも小さい。また、流体５２は、純水または洗浄のための粒子（洗浄剤粒子）を含有するものである。洗浄剤粒子は、ガラス基板４よりも軟らかいものである。
【００３８】
図１１は、更なる変形例に係る装置を示す図である。図１１の例では、複数の容器３１，３２に複数の回転軸２が浸漬されている。容器３１の一方の端部に浸漬された回転軸２は、回転しながら容器３１の他方の端部に向かって移動する。その後、回転軸２は、容器３１から取り出される。次に、回転軸２は、容器３２の一方の端部に浸漬され、回転しながら容器３２の他方の端部に向かって移動する。
【００３９】
１つの例として、容器３１内では、ガラス基板４の研磨が行なわれ、容器３２内では、ガラス基板４の洗浄が行なわれる。
【００４０】
図１１に示す変形例によれば、容器３１，３２に複数の回転軸２を浸漬することで、ガラス基板４の研磨工程、洗浄工程の効率を向上させることができる。すなわち、ガラス基板４に対する連続加工が可能となり、量産性が向上する。
【００４１】
（実施例）
図１２は、ガラス基板の回転数と研磨レートとの関係を、研磨流体の濃度を変えて測定した結果を示す図である（濃度：研磨流体Ａ＞研磨流体Ｂ＞研磨流体Ｃ）。図１２の例では、研磨流体として、酸化セリウム研磨剤の水溶液を用いた。
【００４２】
図１２に示すように、研磨流体Ａ，Ｂ，Ｃともに、ガラス基板の回転数が高くなると、研磨レートも向上する。しかし、高回転領域では研磨レートの向上は飽和する傾向にある。
【００４３】
研磨流体Ａ，Ｂ，Ｃについて比較すると、濃度の高い研磨流体Ａ，Ｂの場合は、高回転領域で０．２μｍ／分程度の研磨レートが得られ、その結果、１Å以下の表面粗さ（Ｒａ）を得ることができた。なお、上記「表面粗さ（Ｒａ）」は、ＪＩＳＢ０６０１−２００１に基づく「算術平均粗さ」である。
【００４４】
しかし、被研磨体であるガラス基板は円径であるため、回転させたときの周速は、径方向の位置により異なる。この結果、径方向において研磨レートに差が生じてしまう。
【００４５】
そこで、本願発明者らは、回転軸を水平方向にし、ガラス基板の一部を浸漬させない状態で研磨を行なうことを試みた。その概念図を図１３に示す。
【００４６】
図１３に示すように、回転中心から研磨流体の液面までの距離（ｒ）を、ガラス基板の半径よりも小さくする。このようにすることで、ガラス基板の内周部は、常に研磨流体に浸漬されているが、ガラス基板の外周部に対しては、研磨流体に浸漬されている状態と、研磨流体の外部に露出した状態とが繰り返されることになる。この結果、ガラス基板の外周部と内周部との研磨レートの差を縮小することが可能である。
【００４７】
図１４は、回転中心から研磨流体の液面までの距離（ｒ）を変化させた各状態における、回転中心からの距離（Ｒ）と、研磨流体への浸漬率との関係を示す図である。また、図１５は、図１４と同様、回転中心から研磨流体の液面までの距離（ｒ）を変化させた各状態における、回転中心からの距離（Ｒ）と、研磨レートとの関係を示す図である。
【００４８】
図１４に示すように、ガラス基板の全体が研磨流体に浸漬されている状態（ｒ＝３２ｍｍ）では、円盤のどの部分も常に研磨流体に浸漬されているが、回転中心から１０ｍｍの位置に研磨流体の液面がある場合（ｒ＝１０ｍｍ）は、ガラス基板の最外周部（Ｒ＝３２ｍｍ）は、約６０パーセントの時間が浸漬状態で、残りの約４０パーセントの時間が外部に露出した状態にある。
【００４９】
この結果、図１５に示すように、ガラス基板の外周部と内周部との研磨レートの差が縮小される。具体的には、ガラス基板の全体が研磨流体に浸漬されている状態（ｒ＝３２ｍｍ）では、内周部（Ｒ＝１０ｍｍ）は、最外周部（Ｒ＝３２ｍｍ）の１／３程度の研磨レートしか得られなかったのに対し、回転中心から１０ｍｍの位置に研磨流体の液面がある場合（ｒ＝１０ｍｍ）は、内周部（Ｒ＝１０ｍｍ）の研磨レートの最外周部（Ｒ＝３２ｍｍ）の研磨レートに対して１／２程度である。
【００５０】
このように、研磨流体の液面の位置を適宜設定することで、径方向の研磨レートのばらつきを軽減させることが可能である。
【００５１】
（変形例）
上述した例では、ガラス基板は円盤状の形状を有し、ガラス基板を回転させることで研磨ないし洗浄を行なっているが、ガラス基板の形状は円盤状に限定されないし、ガラス基板を回転させる代わりにたとえば直進移動させることにより研磨ないし洗浄を行なってもよい。さらに、上記の研磨ないし洗浄は、研磨流体ないし洗浄流体に対してガラス基板が相対移動することによって行なわれるため、ガラス基板を固定し、その主表面方向に沿って研磨流体ないし洗浄流体を流すことによって研磨ないし洗浄を行なうことも当然に予定されている。
【００５２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態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えられるべきである。本発明の範囲は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変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５３】
１回転駆動装置、２回転軸、２Ａ穴、３，３１，３２，３３容器、４ガラス基板、４Ａ主表面、５，５１，５２，５３流体、５Ａ粒子、６スペーサ（間隔保持部材）、７リテーナ（終端保持部材）、８液面変動装置。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面を有するガラス基板を成形する工程と、
前記ガラス基板の主表面の延在方向に沿って、前記ガラス基板よりも硬い粒子を含む流体と前記主表面とを高速で相対移動させることにより前記主表面を研磨する工程とを備えた、ガラス基板の製造方法。
【請求項２】
前記ガラス基板の主表面の延在方向に沿って、前記流体とは異なる第２流体と前記主表面とを高速で相対移動させることにより前記ガラス基板を洗浄する工程をさらに備えた、請求項１に記載のガラス基板の製造方法。
【請求項３】
主表面を有するガラス基板を成形する工程と、
前記主表面を研磨する工程と、
前記ガラス基板の主表面の延在方向に沿って、前記ガラス基板よりも軟らかい粒子を含む流体と前記主表面とを高速で相対移動させることにより前記ガラス基板を洗浄する工程とを備えた、ガラス基板の製造方法。
【請求項４】
ガラス基板の主表面の延在方向に沿って、前記ガラス基板よりも硬い粒子を含む流体と前記主表面とを高速で相対移動させることにより前記主表面を研磨する、ガラス基板の研磨方法。
【請求項５】
ガラス基板の主表面の延在方向に沿って、前記ガラス基板よりも軟らかい粒子を含む流体と前記主表面とを高速で相対移動させることにより前記ガラス基板を洗浄する、ガラス基板の洗浄方法。
【請求項６】
主表面を有するガラス基板を保持する機構と、
前記ガラス基板の主表面の延在方向に沿って、前記ガラス基板よりも硬い粒子を含む流体と前記主表面とを高速で相対移動させることにより前記主表面を研磨する機構とを備えた、ガラス基板の製造装置。
【請求項７】
前記ガラス基板の主表面の延在方向に沿って、前記流体とは異なる第２流体と前記主表面とを高速で相対移動させることにより前記主表面を洗浄する機構をさらに備えた、請求項６に記載のガラス基板の製造装置。
【請求項８】
主表面を有するガラス基板を保持する機構と、
前記ガラス基板の主表面の延在方向に沿って、前記ガラス基板よりも軟らかい粒子を含む流体と前記主表面とを高速で相対移動させることにより前記ガラス基板を洗浄する機構とを備えた、ガラス基板の製造装置。
【請求項９】
前記流体を収容する容器をさらに備え、
前記ガラス基板を保持する機構は、前記容器内に収容された前記流体内に前記ガラス基板が位置するように該ガラス基板を保持し、
前記流体と前記主表面とを相対移動させる機構は、前記流体内において前記ガラス基板を回転させる、請求項６から請求項８のいずれかに記載のガラス基板の製造装置。

【図１】