JP2010135052A

JP2010135052A - 研磨剤組成物及び磁気ディスク基板の研磨方法

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Publication number: JP2010135052A
Application number: JP2009241104A
Authority: JP
Inventors: Junichiro Ando; 順一郎安藤; Fumiko Inoue; 史子井上
Original assignee: Yamaguchi Seiken Kogyo Co Ltd
Current assignee: Yamaguchi Seiken Kogyo Co Ltd
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2009-10-20
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2029-10-20
Also published as: JP5576634B2; WO2010053206A1

Abstract

【課題】表面精度を向上させるためにスクラッチ等を低減することができ、研磨工程において発泡が少なく、効率よく研磨することができる研磨剤組成物及び磁気ディスク基板の研磨方法を提供する。
【解決手段】研磨剤組成物は、シリカ、酸、界面活性剤、酸化剤及び水を含有し、界面活性剤は、分子中に繰り返し単位と、スルホン酸（塩）基とを有し、さらに繰り返し単位の主鎖中に芳香族基を有する陰イオン界面活性剤である。陰イオン界面活性剤としては、ナフタレンスルホン酸系化合物、芳香族アミノスルホン酸系化合物、リグニンスルホン酸系化合物およびそれら塩が挙げられる。
【選択図】なし

Description

本発明は、磁気ディスク基板等の研磨に用いられる研磨剤組成物及び磁気ディスク基板の研磨方法に関する。

近年、磁気ディスクの小型化、大容量化により、磁気ディスク基板の表面精度に対する要求が厳しくなってきている。磁気ディスク基板の表面精度を向上させるためには、磁気ディスク基板の研磨行程において、表面粗さや微小うねり、縁だれなどの低減および、突起やピット、スクラッチなどの表面欠陥を低減させることが必要である。

磁気ディスク等の表面精度を向上させるため、界面活性剤としてスルホン酸（塩）および硫酸エステル（塩）を含む陰イオン界面活性剤を用いた研磨剤組成物が開示されている（特許文献１〜３）。また、カルボン酸を用いた研磨剤組成物が開示されている（特許文献４〜５）。

磁気ディスク等の表面粗さおよびスクラッチを低減させるため、（メタ）アクリル酸／スルホン酸共重合体、（メタ）アクリル酸／マレイン酸共重合体、ポリアクリル酸などのイオン性親水基を有する重合体やクメンスルホン酸及びそれらの塩を用いた研磨剤組成物が開示されている（特許文献６）。

しかしながら、従来の研磨剤組成物の場合、スクラッチ等の低減が十分でなく、特に低分子陰イオン界面活性剤を用いた研磨剤組成物の場合、研磨工程において著しく発泡し、研磨工程の効率が低下する問題があった。また、ポリアクリル酸などの重合体はスクラッチ低減に効果が見られるものの、研磨後の付着物が多いという問題があると言われている。そこで、スクラッチ等を十分に低減し、さらに表面精度を向上させるための研磨剤組成物が求められてきた。

特開２００７−６３３７２号公報特開２００７−１３０７２８号公報特開２００７−１７９６１２号公報国際公開第０１／７９３７７号パンフレット特開２００８−１０１１３２号公報特開２００９−１３１９４７号公報

本発明の課題は、表面精度を向上させるためにスクラッチ等を低減することができ、研磨工程において発泡が少なく、効率よく研磨することができる研磨剤組成物及び磁気ディスク基板の研磨方法を提供することにある。

本発明者らは、研磨剤組成物が、界面活性剤として、分子中に繰り返し単位と、スルホン酸（塩）基とを有し、さらに繰り返し単位の主鎖中に芳香族基を有する陰イオン界面活性剤を含むことにより、上記課題を解決しうることを見いだした。すなわち、本発明によれば、以下の研磨剤組成物及び磁気ディスク基板の研磨方法が提供される。

［１］シリカ、酸、界面活性剤、酸化剤、及び水を含有する研磨剤組成物であって、前記界面活性剤は、分子中に繰り返し単位と、スルホン酸（塩）基とを有し、さらに繰り返し単位の主鎖中に芳香族基を有する陰イオン界面活性剤である研磨剤組成物。

［２］前記スルホン酸（塩）基を有し、さらに繰り返し単位の主鎖中に芳香族基を有する前記陰イオン界面活性剤は、ナフタレンスルホン酸系化合物、リグニンスルホン酸系化合物、芳香族アミノスルホン酸系化合物およびそれら塩の群からなる群から選ばれる少なくとも一種である前記［１］に記載の研磨剤組成物。

［３］前記ナフタレンスルホン酸系化合物である前記陰イオン界面活性剤は、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物およびメチルナフタレンスルホン酸からなる群から選ばれる少なくとも一種である前記［２］に記載の研磨剤組成物。

［４］前記酸化剤は、過酸化水素である前記［１］〜［３］のいずれかに記載の研磨剤組成物。

［５］前記酸化剤を０．０１〜１０質量％含む前記［１］〜［４］のいずれかに記載の研磨剤組成物。

［６］前記シリカは、コロイダルシリカである前記［１］〜［５］のいずれかに記載の研磨剤組成物。

［７］前記［１］〜［６］のいずれかに記載の研磨剤組成物を用いて磁気ディスク基板を研磨する磁気ディスク基板の研磨方法。

研磨剤組成物が、分子中に繰り返し単位と、スルホン酸（塩）基とを有し、さらに繰り返し単位の主鎖中に芳香族基を有する陰イオン界面活性剤を含むことにより、磁気ディスク基板等の研磨工程におけるスクラッチ低減効果を得ることができる。また、研磨剤組成物が発泡すると、発泡部分のシリカが乾燥、固化し、シリカの固化成分が研磨剤組成物中に混入してスクラッチの原因となるが、本発明の研磨剤組成物は、発泡しにくく、スクラッチを低減することができる。

ＶＭＸ−２３００によるスクラッチ観察写真である。ＶＭＸ−４１００によるスクラッチ観察写真である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。

本発明の研磨剤組成物は、シリカ、酸、界面活性剤、酸化剤、及び水を含有する研磨剤組成物であって、界面活性剤は、分子中に繰り返し単位と、スルホン酸（塩）基とを有し、さらに繰り返し単位の主鎖中に芳香族基を有する陰イオン界面活性剤である。ここでいう「スルホン酸（塩）基」は「スルホン酸基およびスルホン酸塩基」を表わし、以下同様の表現を用いる。シリカ粒子の安定性の観点から陰イオン界面活性剤を含むことが好ましく、発泡の問題から分子中に繰り返し単位を有する陰イオン界面活性剤であることが好ましい。分子中に繰り返し単位を有する界面活性剤は、優れた界面機能を示すため、シリカ粒子の分散性を向上させてスクラッチの原因となる凝集物の発生を抑えることにより、スクラッチを低減することができるのではないかと考えられる。また、著しい表面張力の低下が認められないため、泡立ちがなく、容器や研磨機の研磨剤供給タンクおよび研磨機に付着した泡が乾燥、固化することにより生じたシリカの固化成分によるスクラッチも低減し、効率よく研磨工程を行うことが可能となる。

分子中に繰り返し単位を有する陰イオン界面活性剤の中ではスルホン酸（塩）基を有し、さらに繰り返し単位の主鎖中に芳香族基を有する陰イオン界面活性剤の使用が好ましい。

分子中に繰り返し単位と、スルホン酸（塩）基とを有し、さらに繰り返し単位の主鎖中に芳香族基を有する陰イオン界面活性剤の具体例としては、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、メチルナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、アントラセンスルホン酸ホルムアルデヒド等のポリアルキルアリールスルホン酸系化合物；メラミンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物等のメラミンホルマリン樹脂スルホン系化合物；リグニンスルホン酸、変成リグニンスルホン酸等のリグニンスルホン酸系化合物；アミノアリールスルホン酸−フェノール−ホルムアルデヒド縮合物などの芳香族アミノスルホン酸系化合物が挙げられるが、ポリアルキルアリールスルホン酸系化合物のうちのナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、メチルナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物等のナフタレンスルホン酸系化合物、リグニンスルホン酸系化合物、芳香族アミノスルホン酸系化合物およびそれらの塩が特に好ましい。ナフタレンスルホン酸系化合物の中でもナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物、メチルナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物およびそれらの塩が特に好ましい。

また、それぞれ塩とした場合の対イオンとしては、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属塩、カルシウムなどのアルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、モノエタノールアミンなどの一級アミン塩、ジエタノールアミンなどの二級アミン塩、トリエタノールアミンなどの三級アミン塩、テトラメチルアンモニウムなどの四級アンモニウム塩等が挙げられる。

これらは、分子内にスルホン酸（塩）基を有し、さらに繰り返し単位の主鎖中に芳香族基を有し、分子量が大きい。ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物を下記一般式（１）に、リグニンスルホン酸系化合物の一例を下記一般式（２）に、芳香族アミノスルホン酸系化合物の一例としてアミノベンゼンスルホン酸−フェノール−ホルムアルデヒド縮合物を下記一般式（３）に示す（一般式（１）〜（３）において、Ｍは、水素または塩基を示す。）。

ナフタレンスルホン酸系化合物、リグニンスルホン酸系化合物、芳香族アミノスルホン酸系化合物およびそれらの塩としては、酸および上述のナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属塩、カルシウムなどのアルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、モノエタノールアミンなどの一級アミン塩、ジエタノールアミンなどの二級アミン塩、トリエタノールアミンなどの三級アミン塩、テトラメチルアンモニウムなどの四級アンモニウム塩等の塩が挙げられるが、中でもナフタレンスルホン酸ナトリウムホルムアルデヒド縮合物等が特に好ましい。

研磨剤組成物中の界面活性剤の含有量は、０．０００１〜２質量％であることが好ましく、０．００１〜２質量％であることがさらに好ましい。０．０００１質量％未満の場合、スクラッチ低減の効果が十分に得られない。２質量％を超えると、研磨レートの低下が見られる。

本発明の研磨剤組成物には、酸化剤を０．０１〜１０質量％含むことが好ましい。酸化剤としては、過酸化物、硝酸塩等が挙げられ、中でも過酸化物を用いることがより好ましい。過酸化物としては過酸化水素、過ホウ素酸塩、過硫酸塩等が挙げられ、中でも過酸化水素を用いることが特に好ましい。酸化剤は、磁気ディスク基板の表面を酸化する作用を有し、これにより、研磨が促進されるため、研磨レートを向上させることができる。酸化剤が０．０１質量％未満であると、研磨レートを向上させにくい。一方、１０質量％超えると、磁気ディスク基板の表面の面荒れが発生しやすくなる。

本研磨剤組成物に含まれる研磨材の砥粒であるシリカとしては、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ等が挙げられる。研磨材としての砥粒は、これに限定されるものではなく、アルミナ、チタニア、ジルコニア等を使用することができる。ただし、砥粒は、シリカであることが好ましく、より好ましくは、コロイダルシリカである。コロイダルシリカを研磨材の砥粒として用いた場合には、磁気ディスク基板のスクラッチを低減することができる。

また、砥粒の平均粒子径は、研磨レート向上、スクラッチ低減のため、１〜２００ｎｍの範囲が好ましく、さらに３〜１００ｎｍの範囲がより好ましい。本明細書においてコロイダルシリカの粒子径は、シアーズ法によって測定した粒子径を意味する。シアーズ法は、アナレティカル・ケミストリー（ＡＮＡＬＹＴＩＣＡＬＣＨＥＭＩＳＴＲＹ）第２８巻第１２号（１９５６年１２月）第１９８１頁に説明されている様に、水酸化ナトリウムを用いた滴定による比表面積から換算される粒子径の測定方法である。

研磨剤組成物中のシリカの含有量は、研磨レートを向上させるために１〜３０質量％が好ましく、３〜２０質量％であることがさらに好ましい。

本発明の研磨剤組成物に含まれる酸としては、有機ホスホン酸および又は無機酸を少なくとも一種用いることが好ましい。有機ホスホン酸としては１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸（ＨＥＤＰ）、ホスホノブタントリカルボン酸（ＰＢＴＣ）、アミノトリスメチレンホスホン酸（ＮＴＭＰ）等が挙げられる。無機酸としてはリン酸、硫酸、ホスホン酸、硝酸、塩酸、アミド硫酸等が挙げられる。酸は、磁気ディスク基板を化学的に研磨する。そして、研磨レートの向上に寄与する。研磨剤組成物に含まれる酸が０．１質量％よりも少ない場合、研磨レートがあまり向上しない。一方、８質量％よりも多い場合、腐食作用が強くなり、面荒れが発生しやすくなる。そこで、０．１質量％以上８質量％以下が好ましい。

本発明の研磨剤組成物は、磁気ディスク基板の研磨に用いることができる。研磨される磁気ディスク基板としては、例えば、アルミニウムのディスク（以下、アルミディスクという）が挙げられる。例えば、両面研磨機を用いて、上定盤及び下定盤の各々に研磨パッドを貼り付け、上定盤と下定盤の間にアルミディスクを挟み、アルミディスクの表裏両面を同時に研磨する。

この場合に、この研磨パッドに本発明の研磨剤組成物を供給しながら、アルミディスクに所定の単位荷重で研磨パッドを押し付けて研磨を行う。研磨パッドは、ウレタンタイプ、スウェードタイプ、不織布タイプ、その他いずれのタイプも使用することができる。本発明の研磨剤組成物は、第１研磨（粗研磨、ポリシング）、第２研磨（仕上げ研磨、ポリシング）のいずれも使用することができる。本発明の研磨剤組成物を使用すれば、研磨レートを低下させることなく、被研磨面にスクラッチ、ピットが無く、被研磨面の表面粗度に優れた鏡面研磨をすることができる。

以上のように、本発明の研磨剤組成物を用いることにより、従来の研磨剤組成物で見られるような発泡がないため、泡が乾燥、固化することにより生じたシリカの固化成分によるスクラッチを低減し、効率よく研磨を行うことができ、また、優れた界面機能を有するため、砥粒によるスクラッチも低減させて高品質の磁気ディスク基板を製造することができる。

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜３９、比較例１〜２０）
シリカ、分子中に繰り返し単位と、スルホン酸基とを有し、さらに繰り返し単位の主鎖中に芳香族基を有する陰イオン界面活性剤、酸、過酸化水素、純水を混合、攪拌し、表１および表２に示す組成からなる研磨剤組成物を得た。分子中に繰り返し単位と、スルホン酸基とを有し、さらに繰り返し単位の主鎖中に芳香族基を有する陰イオン界面活性剤として、ナフタレンスルホン酸ナトリウムホルムアルデヒド縮合物（実施例１〜１２）、メチルナフタレンスルホン酸ナトリウムホルムアルデヒド縮合物（実施例１３〜１５）、リグニンスルホン酸ナトリウム（実施例１６〜２１）、ナフタレンスルホン酸系化合物（実施例２２〜３３、混合物の割合は表４に示す。）、芳香族アミノスルホン酸系化合物（実施例３４〜３９、混合物の割合は表４に示す。）を用いた。また、酸としては、ＨＥＤＰ、リン酸、硫酸を用いた。

一方、比較として、分子中に繰り返し単位と、スルホン酸基とを有し、さらに繰り返し単位の主鎖中に芳香族基を有する陰イオン界面活性剤を含まない研磨剤組成物（表１の比較例１、表２および表３の比較例１１）、分子中に繰り返し単位と、スルホン酸基とを有し、さらに繰り返し単位の主鎖中に芳香族基を有する陰イオン界面活性剤に変えて、カルボン酸であるシュウ酸（表１の比較例２〜４）、分子中に繰り返し単位を有していない陰イオン界面活性剤であるアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム（表１の比較例５〜７）、同じく分子中に繰り返し単位を有していない陰イオン界面活性剤であるアルキル硫酸トリエタノールアミン（表１の比較例８〜１０）、芳香族基を有しない陰イオン界面活性剤であるアクリル酸−イソプレンスルホン酸共重合体（表３の比較例１２〜１４）、繰り返し単位の主鎖に芳香族基を有しない陰イオン界面活性剤であるポリスチレンスルホン酸ナトリウム（表３の比較例１５〜２０）を用いた研磨剤組成物を作製した。

用いたシリカの粒子径は、シアーズ法で測定した。以下、シアーズ法による粒子径測定方法を説明する。

（１）１．５ｇのコロイダルシリカを含有するスラリー量を下式で計算した。
サンプル量Ｗｒ（ｇ）＝１５０／スラリー中のコロイダルシリカ濃度（％）
（２）（１）で計算した量のスラリーをビーカーに秤量した。実際の秤量値をＷａ（ｇ）とした。
（３）秤量したスラリーに純水１００ｍｌを加えた。
（４）さらにｐＨが３〜３．５になるように０．１ｍｏｌ／ｌ塩酸水溶液を加えた。
（５）塩化ナトリウムを３０ｇ加え、純水５０ｍｌを加えて攪拌した。
（６）液にｐＨ電極を浸けて攪拌しながら０．１ｍｏｌ／ｌ水酸化ナトリウム水溶液をｐＨ４．０となるまで滴定した。
（７）続けてｐＨ９．０となるまで０．１ｍｏｌ／ｌ水酸化ナトリウム水溶液を滴定した。ここでｐＨ４．０から９．０までの滴定に要した０．１ｍｏｌ／ｌ水酸化ナトリウム水溶液の量をＶｓ（ｍｌ）とした。
（８）ブランク測定を行った。塩化ナトリウム３０ｇに純水１５０ｍｌを加えて攪拌し、ｐＨが３〜３．５になるように０．１ｍｏｌ／ｌ塩酸水溶液を加えた。さらに（６）、（７）と同様の方法で滴定を行い、ここでｐＨ４．０〜９．０までの滴定に要した０．１ｍｏｌ／ｌ水酸化ナトリウム水溶液の量をＶｂ（ｍｌ）とした。
（９）比表面積ＳＳＡを計算した。
比表面積ＳＳＡ（ｍ^２／ｇ）＝２６．５（Ｖｓ−Ｖｂ）／（Ｗｒ／Ｗａ）
（１０）比表面積から平均粒子径Ｄを計算した。
平均粒子径Ｄ（ｎｍ）＝３１００／ＳＳＡ
（コロイダルシリカの密度を１．９ｇ／ｃｍ^３として計算した。）

（研磨装置および研磨条件）
表１においては、基板としてＮｉＰ無電解メッキした外径９５ｍｍφのアルミディスクを粗研磨した基板を使用した。研磨試験機は、両面研磨機（９Ｂ型両面研磨機、スピードファム（株）製）、研磨パッドＣＦ４３０１Ｎ（フジボウ製）を用いて、スラリー供給速度を５ｍｌ／ｍｉｎ／ｐｃｓとして研磨剤組成物をアルミディスク上に供給した。定盤回転数は、下定盤を１６ｒｐｍ、上定盤を１６／３ｒｐｍ、加工圧力は１００ｇ／ｃｍ^２とし、研磨時間は３９０秒とした。

表２および３においては、基板としてＮｉＰ無電解メッキした外径９５ｍｍφのアルミディスクを粗研磨した基板を使用した。研磨試験機は、両面研磨機（９Ｂ型両面研磨機、システム精工（株）製）、研磨パッドＰ２用（フィルウェル製）を用いて、スラリー供給速度を１０ｍｌ／ｍｉｎ／ｐｃｓとして研磨剤組成物をアルミディスク上に供給した。定盤回転数は、下定盤を２０ｒｐｍ、上定盤を１４ｒｐｍ、Ｓｕｎギアの回転数は８ｒｐｍ、加工圧力は１１０ｇ／ｃｍ^２とし、研磨時間は３００秒とした。

（研磨特性の評価）
研磨レートは、アルミディスクの研磨前後の重量減より換算した数値を相対値で表した。スクラッチは、測定器としてＭｉｃｒｏＭＡＸＶＭＸ−４１００（ＶＩＳＩＯＮＰＳＹＴＥＣ製）を用いた。

参考のために、従来からスクラッチ観察によく用いられているＭｉｃｒｏＭａｘＶＭＸ−２３００（ＶＩＳＩＯＮＰＳＹＴＥＣ製）による写真を図１に、今回使用したＶＭＸ−４１００による写真を図２に示す。図１及び図２に示すスクラッチＡは、同じものである。図２では、図１では観測されないスクラッチＢを多数観測することができる。つまり、ＶＭＸ−２３００では観察できないスクラッチがＶＭＸ−４１００で確認できるため、本実験による研磨特性の評価は、従来問題視されることのなかった微小なスクラッチも評価するものである。

ＭｉｃｒｏＭＡＸＶＭＸ−４１００を用いて、基板にあるスクラッチ本数を測定し、相対値で表した。なお、測定条件は、チルト角−５°、倍率２０倍とした。研磨レート及びスクラッチの相対値は、表１においては比較例１を、表２および表３においては比較例１１を基準とした。研磨剤組成物の組成、及び研磨特性の評価結果を表１、表２および表３に示す。

表１および２に示すように、ナフタレンスルホン酸ナトリウムホルムアルデヒド縮合物（実施例１〜１２）、メチルナフタレンスルホン酸ナトリウムホルムアルデヒド縮合物（実施例１３〜１５）、リグニンスルホン酸ナトリウム（実施例１６〜２１）、ナフタレンスルホン酸系化合物（実施例２２〜３３、混合物の割合は表４に記載）、芳香族アミノスルホン酸系化合物（実施例３４〜３９、混合物の割合は表４に記載）を用いた場合には、研磨工程において発泡が少なく、効率よく研磨することができた上、スクラッチを低減することができた。

一方、カルボン酸を用いた比較例２〜４では、スクラッチを低減することができず、分子中に繰り返し単位を有していない陰イオン界面活性剤を用いた比較例５〜１０では、発泡が多かった。また、芳香族基を有しない陰イオン界面活性剤であるアクリル酸−イソプレンスルホン酸共重合体を用いた比較例１２〜１４では、発泡しないこととスクラッチ低減の両立ができず、繰り返し単位の主鎖に芳香族基を有しない陰イオン界面活性剤であるポリスチレンスルホン酸ナトリウムを用いた比較例１５〜２０では、スクラッチを低減することができなかった。

本発明の研磨剤組成物は、磁気ディスク基板、特に、アルミディスクの研磨剤組成物として利用することができる。

Claims

シリカ、酸、界面活性剤、酸化剤、及び水を含有する研磨剤組成物であって、
前記界面活性剤は、分子中に繰り返し単位と、スルホン酸（塩）基とを有し、さらに繰り返し単位の主鎖中に芳香族基を有する陰イオン界面活性剤である研磨剤組成物。
前記スルホン酸（塩）基を有し、さらに繰り返し単位の主鎖中に芳香族基を有する前記陰イオン界面活性剤は、ナフタレンスルホン酸系化合物、リグニンスルホン酸系化合物、芳香族アミノスルホン酸系化合物およびそれら塩の群からなる群から選ばれる少なくとも一種である請求項１に記載の研磨剤組成物。
前記ナフタレンスルホン酸系化合物である前記陰イオン界面活性剤は、ナフタレンスルホン酸ホルムアルデヒド縮合物およびメチルナフタレンスルホン酸からなる群から選ばれる少なくとも一種である請求項２に記載の研磨剤組成物。
前記酸化剤は、過酸化水素である請求項１〜３のいずれか１項に記載の研磨剤組成物。
前記酸化剤を０．０１〜１０質量％含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨剤組成物。
前記シリカは、コロイダルシリカである請求項１〜５のいずれか１項に記載の研磨剤組成物。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の研磨剤組成物を用いて磁気ディスク基板を研磨する磁気ディスク基板の研磨方法。