JP2001089748A

JP2001089748A - 研磨剤

Info

Publication number: JP2001089748A
Application number: JP2000207766A
Authority: JP
Inventors: Arihisa Yamaguchi; 在久山口; Yoshiaki Fujie; 良紀藤江
Original assignee: Seimi Chemical Co Ltd
Current assignee: Seimi Chemical Co Ltd
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 2000-07-10
Publication date: 2001-04-03

Abstract

(57)【要約】【課題】ハードディスク用ガラス基板研磨工程
において、研削力に優れ、高い平滑性が優れ、かつ、品
質の安定した研磨剤を提供する。【解決手段】酸化セリウム含量の全稀土類酸化物含
量に対する純度が９５％以上である高純度酸化セリウム
からなる砥粒を含有した研磨剤を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ハードディスク用
ガラス基板を研磨するために好適に使用される、酸化セ
リウム砥粒を含む研磨剤に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハードディスクは、大容量化、小型化、
低価格化が可能なことから、現在のパソコンに使用され
ている代表的な不揮発性外部メモリであって、インスト
ールされたＯＳやアプリケーションソフトウエア等のプ
ログラムは、通常ここに記憶され、必要時に随時ＤＲＡ
Ｍ等のメインメモリに呼び出されることにより、演算が
行われる。

【０００３】ハードディスクは、基板上に磁性膜を形成
したものであるが、この基板としては、従来からアルミ
ニウムやガラスが使用されている。しかして近年、イン
ターネットを通じて配信される画像や音楽情報等の所謂
マルチメディア情報の増大、ＯＳやＣＡＤ・ＣＡＭやフ
ォトレタッチソフト等アプリケーションソフト自体の多
様化、高機能化等に起因して、一般的なパソコンにおい
ても、従来数百メガバイトが普通だったものが、現在で
は数ギガから十数ギガバイトの容量のハードディスクを
搭載することが普通の状態になっており、この高密度化
の趨勢は、これにとどまらず、さらに加速する状況にあ
る。

【０００４】高密度記録のためには、磁気ヘッドと数千
ｒｐｍで高速回転するディスクの距離( 隙間 )を出来る
限り小さくして、すなわち、ヘッドの低浮上量を、例え
ば０．１５μｍ以下にまですることが要請される。すな
わち、高速で回転するハードディスクの基板としては、
強度とかつ低浮上量の点から、表面のより高度の平滑性
が求められている。

【０００５】特に近年は、高密度化のため、さらに基板
を薄くする必要があり、強度上の観点からガラス基板が
主に用いられるようになってきた。ハードディスク用ガ
ラス基板の製造工程においては、表面の平滑性をさらに
向上させるため、より高度に研磨する必要がある。

【０００６】現在使用されているガラス用の研磨剤とし
ては、通常、酸化セリウムを含む希土類酸化物混合物を
研磨砥粒として含む研磨剤が代表的なものとして使用さ
れている。

【０００７】しかしながら、基本的に、バストネサイト
（bastnaesite)を低純度のまま原料として使用したセリ
ウム含有率が低いセリウム研磨剤では、作業時や廃棄時
に原料中に含まれる放射性物質やフッ素が環境汚染源と
なるという問題がある。また、他の希土類元素との混合
物であるため組成が一定でなく研磨性能にばらつきが生
じることも問題となっている。

【０００８】また、セリウム含有率の低い研磨剤を使用
したのでは、ガラス基板の面精度のさらなる向上につい
ても要求を満足させる研磨剤が得られていないことも問
題である。特に本発明者の詳細な検討によれば、バスト
ネサイト鉱を原料にした低純度希土類混合物からなる砥
粒を使用して表面の平滑性を上げようとすれば、研削力
が低下したり、ガラス表面に研磨砥粒が付着するという
問題が生じることがわかった。

【０００９】そのために、ハードディスク用ガラス基板
の研磨に適し、特に平滑性をより向上させる、優れた研
磨剤が必要である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、この
ように、ハードディスク用ガラス基板の研磨工程におい
て、研削力を落とすことなく、品質の安定した、高い平
滑性を与えることのできる研磨剤を提供することであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は、
(１) ハードディスク用ガラス基板の研磨工程で使用さ
れ、酸化セリウムを含む希土類酸化物を主体とする砥粒
を含有する研磨剤であって、前記砥粒中の酸化セリウム
含量／全希土類酸化物含量が９５質量％以上であること
を特徴とする研磨剤、によって解決される。

【００１２】本発明の上記課題は、また、 (２) 上記に
記載の研磨剤を研磨布に供給しながら当該研磨布を用い
て、ハードディスク用ガラス基板の平坦化を行うことを
特徴とする研磨方法、によって解決される。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の研磨剤は、酸化セリウム
含量／全希土類酸化物含量が９５質量％以上である高純
度酸化セリウムからなる砥粒を含有する。

【００１４】すなわち、砥粒中の酸化セリウム含量の、
全希土類酸化物含量( 全希土類酸化物含量を以下、ＴＲ
ＥＯ（ｔｏｔａｌｒａｒｅｅａｒｔｈｏｘｉｄ
ｅ）と表す。）に対する含量が、９５質量％以上である
高純度酸化セリウムからなる砥粒( 以下、「本発明の砥
粒」ともいう。 )を含有することを特徴とする研磨剤で
ある。

【００１５】本発明の砥粒としては、好ましくは酸化セ
リウム含量／全希土類酸化物含量が９８質量％以上、よ
り好ましくは９９質量％以上の高純度酸化セリウムから
なることが望ましい。また、砥粒中の放射性物質として
ウランやトリウムの含量が各々０．０１質量％以下であ
ることが好ましく、また、砥粒中のフッ素含量は、１質
量％以下であることが好ましく、環境への悪影響を減ら
す上で、特に０．１質量％が好ましい。

【００１６】本発明の砥粒は、公知の製造方法によって
得られるものが市販品として入手可能であるが、市販の
高純度炭酸セリウムを焼成することによっても製造でき
る。またバストネサイト鉱等から分離精製操作をした
後、焼成を行ってもよい。

【００１７】例えば、希土類元素のフッ化炭酸鉱鉱物で
あるバストネサイト鉱やモナザイト鉱を焙焼、硝酸溶
解、沈殿分離、焙焼して得られた酸化希土を、再度硝酸
に溶解し、水相中のセリウムイオンを、リン酸トリブチ
ル−ベンゼン等の溶媒で有機相に抽出し、さらに亜硝酸
ナトリウムのような還元剤を含む水相により逆抽出して
シュウ酸セリウムとした後、焼成することによって得ら
れる。

【００１８】または同様にして、稀土複雑鉱を、各種の
分離抽出操作と焙焼を行い、不純物である他の希土類元
素やフッ素等を取り除きセリウムの純度を高めた高純度
炭酸セリウムを出発原料とすることもでき、より好まし
い方法として挙げられる。

【００１９】この高純度炭酸セリウムの純度の一例を示
すと次のとおりである。セリウム含量／全希土類含量＝９９．０質量％（ウラン＋トリウム）＜０．０１質量％フッ素＜０．１質量％

【００２０】なお、これらの分析は、以下の分析法で行
ったものである。酸化セリウム及び希土類：蛍光Ｘ線分析ウラン及びトリウム：ＩＣＰ( 誘導結合プラズマ )発
光分析フッ素：吸光光度法

【００２１】高純度炭酸セリウムを出発原料とすること
により、これを空気中で加熱処理(焼成 )するだけで容
易に高純度の酸化セリウムを得ることができる。

【００２２】この焼成の過程において、原料である炭酸
セリウム中のセリウム含量／全希土類含量と、得られる
酸化セリウム中の酸化セリウム含量／ＴＲＥＯは、実質
的に一定に保持される。かくして得られる酸化セリウム
は、焼成の条件により３価〜４価の酸化物となる。焼成
温度は、研磨対象となるガラスの性質によって適宜選択
されるが、５００〜１，１００℃、より好ましくは６０
０〜１，０００℃が望ましく、研磨後の表面平滑性を向
上させるためには、特に７５０〜８５０℃が好ましい。

【００２３】本発明の砥粒の粒径は、目標とする研削力
と表面の平滑性とを考慮して適宜選択され、焼成の前か
後に、粉砕工程を実施することにより調整することがで
きる。また、液体サイクロン、遠心沈降機、遠心傾しゃ
機( デカンター )等の湿式分級により所望の粒径範囲の
ものを分離して使用することも可能である。

【００２４】本発明の砥粒の平均粒径は、０．２〜６μ
ｍ、特に０．５〜４μｍであることが好ましい。平均粒
径が０．２μｍ未満であると、研削力が低下するおそれ
があり、６μｍを越えるとスクラッチが増加するおそれ
がある。

【００２５】本発明において平均粒径は、質量基準で粒
度分布を求め、全質量を１００％とした累積カーブにお
いて、その累積カーブが５０％となる点の粒径である。
これを質量基準累積５０％径ともいう（例えば、化学工
学便覧「改定５版」（化学工学会編）ｐ２２０〜２２１
の記載参照）。

【００２６】これら粒径の測定は、日機装株式会社製マ
イクロトラックＨＲＡＸ−１００等の機器を使用し、酸
化セリウム粒子を水等の媒体に超音波処理して粒子の分
散状態が安定化した時点で粒度分布測定することにより
行われる。

【００２７】本発明の研磨剤は、上記のごとき高純度の
酸化セリウム砥粒等を水又は水性媒体( 本明細書では、
両者をあわせて単に「水系媒体」と云う。 )に撹拌混合
機、ホモジナイザー、ボールミル等で十分分散させ、研
磨砥粒が１〜４０質量％、好ましくは５〜３０質量％分
散しているスラリー( 以下、研磨剤スラリーとも云う。
)として用いることが好ましい。ここで水性媒体とは、
水を主体とし、これにメタノール、エタノール、イソプ
ロパノール等の水溶性又は水と混和しうる有機溶媒を３
０質量％以下、好ましくは２０質量％以下程度含む混合
溶媒である。また、この研磨剤スラリー中には、用途に
応じて、分散剤、増粘剤、防カビ剤、酸化剤又はｐＨ調
節剤等を適宜添加して使用してもよい。

【００２８】なお分散剤としては、通常界面活性剤が使
用され、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸
ナトリウム、オレイン酸アンモニウム、ラウリル硫酸ア
ンモニウム、ラウリル硫酸トリエタノールアミン等の陰
イオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンラウリルエー
テル、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、
ポリエチレングリコールジステアレート等の非イオン性
界面活性剤が好適に使用される。

【００２９】本発明における研磨剤スラリーには、本発
明の砥粒に対して５０質量％以下、好ましくは３０質量
％以下の他の研磨砥粒の一種類以上を加えることも可能
である。他の研磨砥粒としては、アルミナ、シリカ、ジ
ルコニア、チタニア、ゲルマニア等から選択されること
が好ましく、なかでも、アルミナ、シリカ、ジルコニア
等が特に好ましいものとして挙げられる。

【００３０】本発明の研磨方法においては、本発明の研
磨剤を、片面研磨機、両面研磨機等の研磨装置の研磨布
に供給しながら当該研磨布を用い、ガラス基板を研磨す
るが、通常、研磨剤はスラリー状で供給される。この研
磨剤スラリーを使用する研磨工程は、常法に従って行う
ことができる。例えば不織布や発泡ポリウレタン製の研
磨パッド( 研磨布 )がそれぞれ表面に貼りつけられてい
る上定盤と下定盤の間に、研磨すべきガラス基板を保持
せしめ、研磨パッドと基板との間に研磨剤スラリーを供
給しながら研磨する。すなわち所定の圧力をかけて研磨
パッドにより研磨剤を基板に密着させながら定盤を回
転、摺動することにより研磨を行うのである。このよう
に供給された研磨剤スラリーは、研磨パッドに担持され
て研磨が行われると考えられる。

【００３１】通常、研磨圧力は、３０〜１５０ｇ／ｃｍ
² 、好ましくは５０〜１２０ｇ／ｃｍ² 、定盤回転数
は、１０〜８０ｒｐｍ、好ましくは３０〜６０ｒｐｍ程
度であり、ガラス基板の研磨速度は、０．０５〜３μｍ
／ｍｉｎ、好ましくは０．１〜１μｍ／ｍｉｎ程度であ
る。

【００３２】

【作用】現在のところ、本発明の研磨剤がガラス基板の
研磨において高い平滑性を与える研磨機構については、
完全には明確ではないが、おそらく次のようであろうと
推定される。すなわち、本発明の研磨剤の砥粒は、高純
度の酸化セリウムからなり、従来の酸化セリウム研磨剤
と比較して、不純物である他の希土類含量が少ない。他
の希土類元素は、ガラスの研磨において研削力をほとん
ど持たないため、全体としての研削力を低下させるもの
であった。

【００３３】これに対し、本発明の研磨剤は、砥粒の大
部分がガラスに対して大きな研削力を持つ酸化セリウム
であるため、研削力が全体として大幅に向上する。従っ
て、原料の炭酸セリウムを低温で焼成して酸化セリウム
としたものを使用することにより、従来よりも研磨砥粒
がより柔らかいものとなっても、研磨剤全体としては、
十分な研削力を持つことができると考えられる。同様
に、粉砕、分級等により、一次粒径の小さい砥粒粒子と
なった場合でも、やはり全体としては、十分な研削力を
持つことができるのである。

【００３４】これが、本発明の研磨剤が、従来の酸化セ
リウム研磨剤と比較して、これと同様な研削力を有しな
がら、かつ、より高い平滑性を研磨後のガラス表面に与
えることができる理由と考えられる。

【００３５】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明するが、本発明
の技術的範囲がこれに限定されるものではない。以下、
％とあるのは、質量％である。

【００３６】(Ｉ) 〔研磨剤スラリーの調製〕〔実施例１〕セリウム含量／全希土類含量＝９９．０％
の炭酸セリウムをジェットミルで乾式粉砕後、７００℃
で焼成を行った。この焼成物を湿式分級して平均粒子径
１．２μｍの研磨砥粒を得た。これをイオン交換水で砥
粒が１０％になるように調製し研磨剤スラリーを製造し
た。

【００３７】この研磨砥粒は、酸化セリウム含量／ＴＲ
ＥＯ＝９９．０％、フッ素含量＜０．１％、放射性物質
( ウラン＋トリウム )含量＜０．０１％であった。ＴＲ
ＥＯの分析は、ＪＩＳＭ８４０４−１９７６に基づい
て行った。

【００３８】〔実施例２〕セリウム含量／全希土類含量
＝９９．０％の炭酸セリウムをジェットミルで乾式粉砕
後、７５０℃で焼成を行った。この焼成物を湿式分級し
て平均粒子径１．２μｍの研磨砥粒を得た。これをイオ
ン交換水で砥粒が１０％になるように調製し研磨剤スラ
リーを製造した。

【００３９】研磨砥粒は、酸化セリウム含量／ＴＲＥＯ
＝９９．０％、フッ素含量＜０．１％、放射性物質( ウ
ラン＋トリウム )含量＜０．０１％であった。

【００４０】〔実施例３〕セリウム含量／全希土類含量
＝９９．０％の炭酸セリウムを、７００℃で焼成を行っ
た。この焼成物をジェットミルで乾式粉砕後、湿式分級
して平均粒子径１．１μｍの研磨砥粒を得た。これをイ
オン交換水で砥粒が１０％になるように調製し研磨剤ス
ラリーを製造した。

【００４１】この研磨砥粒は、酸化セリウム含量／ＴＲ
ＥＯ＝９９．０％、フッ素含量＜０．１％、放射性物質
( ウラン＋トリウム )含量＜０．０１％であった。

【００４２】〔実施例４〕セリウム含量／全希土類含量
＝９９．０％の炭酸セリウムを、７５０℃で焼成を行っ
た。この焼成物をジェットミルで乾式粉砕後、湿式分級
して平均粒子径１．１μｍの研磨砥粒を得た。これをイ
オン交換水で砥粒が１０％になるように調製し研磨剤ス
ラリーを製造した。

【００４３】この研磨砥粒は、酸化セリウム含量／ＴＲ
ＥＯ＝９９．０％、フッ素含量＜０．１％、放射性物質
( ウラン＋トリウム )含量＜０．０１％であった。

【００４４】〔実施例５〕セリウム含量／全希土類含量
＝９９．０％の炭酸セリウムを、８００℃で焼成を行っ
た。この焼成物をジェットミルで乾式粉砕後、湿式分級
して平均粒子径１．１μｍの研磨砥粒を得た。これをイ
オン交換水で砥粒が１０％になるように調製し研磨剤ス
ラリーを製造した。

【００４５】この研磨砥粒は、酸化セリウム含量／ＴＲ
ＥＯ＝９９．０％、フッ素含量＜０．１％、放射性物質
( ウラン＋トリウム )含量＜０．０１％であった。

【００４６】〔実施例６〕セリウム含量／全希土類含量
＝９９．０％の炭酸セリウムを、８５０℃で焼成を行っ
た。この焼成物をジェットミルで乾式粉砕後、湿式分級
して平均粒子径１．１μｍの研磨砥粒を得た。これをイ
オン交換水で砥粒が１０％になるように調製し研磨剤ス
ラリーを製造した。

【００４７】この研磨砥粒は、酸化セリウム含量／ＴＲ
ＥＯ＝９９．０％、フッ素含量＜０．１％、放射性物質
( ウラン＋トリウム )含量＜０．０１％であった。

【００４８】〔比較例１〕バストネサイト鉱石を原料と
するセリウム含量／全希土類含量＝５５．０％の希土類
混合炭酸セリウム( 原料ロットの異なる３ロット )をジ
ェットミルで乾式粉砕後、８００℃で焼成を行った。こ
の焼成物を湿式分級して平均粒子径が１．１μｍの研磨
砥粒を得た。これをイオン交換水で砥粒が１０％になる
ように調製し研磨剤スラリーを製造した。

【００４９】この研磨砥粒は、酸化セリウム含量／ＴＲ
ＥＯ＝５５．０％、フッ素含量６．０％、放射性物質(
ウラン＋トリウム )含量が０．１％のものであった。

【００５０】（II) 〔研磨試験１〕実施例１〜３、比較例１で得られた各研磨剤スラリー(
比較例１は３ロット )を、以下の方法により、研磨速度
の測定、表面の平滑性の評価を行った。

【００５１】〔研磨試験方法〕研磨圧力：１００ｇ／ｃｍ² 研磨パッド：千代田社製シーガル２５−０研磨機：ナノファクター社製ＮＦ−３００回転数：上盤４０ｒｐｍ、下盤６０ｒｐｍスラリー供給速度：２４ｇ／ｍｉｎ研磨対象物：ハードディスク用ガラス基板

【００５２】〔研磨速度の測定〕上記の条件で、１０分研磨を行い、研磨前後のハードデ
ィスク用ガラス基板の質量差を測定し、比較例１の研磨
剤を使用して研磨したときの研磨前後の質量差（３ロッ
ト平均）を１００とした相対的な値で評価した。

【００５３】〔表面の平滑性の評価〕ＳＥＩＫＯ製ＳＰＩ３８００Ｎ走査型プローブ顕微
鏡を用い研磨後のガラス基板の表面を１０μｍ×１０μ
ｍの範囲で走査し、ＪＩＳＢ０６０１に規定されてい
る平均粗さ測定を行ってＲａ値で比較した。試験結果を
表１に示した。

【００５４】

【表１】

【００５５】（III)〔研磨試験２〕実施例３〜６、比較例１で得られた各研磨剤スラリー(
比較例１は３ロット )を、以下の方法により、研磨速度
の測定、表面の平滑性の評価を行った。

【００５６】〔研磨試験方法〕研磨圧力：１００ｇ／ｃｍ² 研磨パッド：スピードファム社製ポリテクスＤＧ研磨機：スピードファム社製３２ＧＰＡＷ回転数：上盤３５ｒｐｍ、下盤４０ｒｐｍスラリー供給速度：５００ｇ／ｍｉｎ研磨対象物：ハードディスク用ガラス基板

【００５７】〔研磨速度の測定〕上記の条件で、３０分研磨を行い、研磨前後のハードデ
ィスク用ガラス基板の質量差を測定し、比較例１の研磨
剤を使用して研磨したときの研磨前後の質量差（３ロッ
トの平均）を１００とした相対的な値で評価した。

【００５８】〔表面の平滑性の評価〕島津製作所社製ＳＰＭ−９５００Ｊ２走査型プロー
ブ顕微鏡を用い研磨後のガラス基板の表面を１０μｍ×
１０μｍの範囲で走査し、ＪＩＳＢ０６０１に規定さ
れている平均粗さ測定を行ってＲａ値で比較した。試験
結果を表２に示した。

【００５９】

【表２】

【００６０】表１から明らかなように、酸化セリウム以
外の希土類元素酸化物の多い研磨砥粒を使用する比較例
の場合は、高純度酸化セリウムからなる研磨砥粒を使用
する実施例に対して、研磨速度が低く、表面平滑性も劣
るだけでなく、特に比較例１の研磨砥粒の場合は、原料
ロットにより結果にバラツキが出る。すなわち品質が安
定しないことが明らかである。

【００６１】

【発明の効果】本発明の高純度酸化セリウムを研磨砥粒
とすることによって、ハードディスク用ガラス基板研磨
工程において、従来に比べて研削力を落とすことなく高
い表面平滑性を得ることができる。

【００６２】また、原料ロットによるバラツキもなく、
品質の安定した研磨剤を提供することができる。

【００６３】さらに、本発明の研磨剤を使用して研磨す
ると、放射性物質やフッ素を含まず廃棄物が環境を汚染
することもない。

【００６４】なお、本発明の研磨剤は、ハードディスク
用ガラス基板だけでなく、光ディスクや光磁気ディクス
( ＭＯ )用ガラス基板の研磨にも、好適に適用すること
ができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ハードディスク用ガラス基板の研磨工程
で使用され、酸化セリウムを含む希土類酸化物を主体と
する砥粒を含有する研磨剤であって、前記砥粒中の酸化
セリウム含量／全希土類酸化物含量が９５質量％以上で
あることを特徴とする研磨剤。
【請求項２】前記砥粒中のウラン及びトリウムの含量
が、各々０．０１質量％以下である請求項１に記載の研
磨剤。
【請求項３】前記砥粒中のフッ素含量が１質量％以下
である請求項１または２に記載の研磨剤。
【請求項４】水系媒体に懸濁させてスラリー状態で用
いられる請求項１〜３の何れかに記載の研磨剤。
【請求項５】請求項１〜４の何れかに記載の研磨剤を
研磨布に供給しながら当該研磨布を用いて、ハードディ
スク用ガラス基板の平坦化を行うことを特徴とする研磨
方法。