JPH0592363A

JPH0592363A - 基板の両面同時研磨加工方法と加工装置及びそれを用いた磁気デイスク基板の研磨加工方法と磁気デイスクの製造方法並びに磁気デイスク

Info

Publication number: JPH0592363A
Application number: JP3026351A
Authority: JP
Inventors: Takao Nakamura; 孝雄中村; Shinya Sekiyama; 伸哉関山; Tsuneo Kawai; 恒男川合; Yoshiki Kato; 義喜加藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-02-20
Filing date: 1991-02-20
Publication date: 1993-04-16
Also published as: US5364655A

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、定盤とは非接触の状態で、基板の両
面を同時に研磨加工することのできる両面同時フロート
ポリシングを実現可能とする研磨方法及びその装置を実
現することにある。【構成】温度制御した研磨液中で磁気ディスク用基板の
ごとき薄板３を、動圧発生面を形成する上下定盤４、５
間に設置したキャリア８の孔部１８内に回動自在に搭載
する。定盤の回転数が増加すると、定盤面と基板面との
間には介在する研磨剤の動圧効果が生じ、基板は定盤と
非接触の状態で研磨される。基板表面は、定盤と基板間
を流動する研磨液中の微細な遊離砥粒により研磨され、
定盤の表面精度を転写した高い平面度とすることができ
る。本発明は、フロートポリシングの特徴を活かし、特
に、磁気ディスク基板のように薄板で加工歪の残留を嫌
う表面研磨に好適で、優れた表面状態を有する磁気ディ
スクを実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板の両面同時研磨加
工方法と加工装置及びそれを用いた磁気ディスク基板の
研磨加工方法と磁気ディスクの製造方法並びに磁気ディ
スクに係り、基板周辺の研磨だれのない両面同時研磨加
工方法とその装置、特に磁気ディスクのヘッド浮上特性
およびＣＳＳ（Ｃontact−Ｓtart−Ｓtop）特性などの
摺動動特性に優れ、信頼性の高い高記録密度磁気ディス
クの製造に好適な基板加工方法及び加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】板状基板の表面研磨は、研磨の基本技術
に関するものであり、従来から種々の用途の基板につい
て検討されている。ここでは、コンピューターの外部記
憶装置に利用されている磁気ディスク装置を代表例とし
て以下に説明する。スパッタリング、めっき、イオンプ
レーティング等の薄膜形成技術を用いて、磁性薄膜を形
成して成る磁気ディスク用基板としては、アルミニウム
合金基板表面に磁性膜形成の下地膜としてニッケル・リ
ン（ＮｉーＰ）めっきを数１０μｍの厚さに施し、この
表面を図７の工程図に示すように両面研削あるいは両面
ラッピング、さらには種々の粒度の砥粒を用いてポリシ
ング加工による両面研磨加工を施し、表面粗さ0.001〜
0.003μｍＲａ、0.005〜0.020μｍＲｍａｘの範囲に仕
上げたものが使用され、その後、磁気ディスク装置とし
てのＣＳＳ駆動時のヘッド粘着を回避するため、テクス
チャ加工と称される円周方向の研磨加工を施し、表面粗
さを再調整し、0.004〜0.008μｍＲａにしたものを使用
してきた。

【０００３】また、基板の円周上に形成したテクスチャ
の効果としては、ヘッド粘着回避のほかに、例えば、、
「インターナショナル・マグネティック・コンファラン
ス（１９８７）ＧＡ０２、ＧＡ０３」〔Ｉnternational
Ｍagnetics Ｃonference（１９８７）ＧＡ０２，ＧＡ
０３〕において論じられているように、この表面に形成
する磁性膜の磁気特性を改善することを目的としてい
る。磁気ディスクは、上記のような工程で前処理された
基板上に磁性膜及び保護膜等の薄膜形成工程、さらには
潤滑膜の形成等の後工程を経て製造される。図８は、磁
気ディスク装置の一部破断斜視図を示したものである
が、この磁気ディスク１を図示のように、磁気ヘッド２
と組み合わせて、磁気ディスク装置として完成する。

【０００４】一方、図９は磁気ヘッド２が回転する磁気
ディスク１上に浮上する様子を模式的に示したものであ
るが、磁気ディスク装置の記録容量を増大させるため、
磁気ヘッドの浮上高さＨ_flyは非常に小さくなり、０．
２μｍ以下から０．１μｍ以下が要求されてきている。
特に、磁気ディスクの表面上に存在する微小突起Ｒｐの
大きさがヘッド浮上特性に問題であり、ディスク表面を
研磨テープやヘッドを用いて表面加工し、微小突起の低
減をはかっていた。テクスチャ加工した表面粗さについ
ても、この浮上特性改善の観点から 0.004μｍＲａ以下
からポリシ加工した表面粗さに近い表面状態になってい
る。

【０００５】また、上記の非常に低い浮上高さでＣＳＳ
特性試験したディスク表面では、基板を研磨したスクラ
ッチなどの研磨痕、すなわち、スクラッチの溝肩部の微
小凸部により摺動欠陥が生じ、著しいときにはヘッドク
ラッシュを生じる要因となった。以上のことから、高密
度記録に指向する磁気ディスクにおいては、さらにヘッ
ド浮上高さを小さくする必要が有り、そのためにはポリ
シ加工面の表面粗さをより小さくし、0.001μｍＲａ以
下、５ｎｍ（0.005μｍ）Ｒｍａｘ以下の表面状態が必
要になる。

【０００６】また、本発明者らは、ヘッド浮上高さを小
さくし、安定して磁気ヘッドを浮上させるためには、上
記の表面粗さの高精度化とともに、磁気ディスクの表面
形状を表わす平面度を高くすることが重要であると考え
る。特に、磁気ディスク装置のアクセス時間を短くする
ため、磁気ディスクの回転数をこれまでの３６００ｒ／
ｍｉｎから５０００ｒ／ｍｉｎ、あるいは７０００ｒ／
ｍｉｎ以上と高速で回転するようになっている。このデ
ィスクの回転に対して磁気ヘッドが安定して浮上するた
めのディスク表面の動的な形状精度として、ランナウ
ト、加速度の仕様があるが、図１０に示すように、ディ
スクの回転数にしたがって同一の平面度のディスクにお
いて加速度が非常に増大することがわかった。

【０００７】このため、高速回転においても安定したヘ
ッド浮上特性を達成するためには大幅な平面度の改善が
必須である。従来の一般的な研磨加工プロセスによって
得られる磁気ディスク用基板の形状精度についてみる
と、例えば代表的なＮｉ−Ｐめっきアルミ合金基板で
は、平面度が６.８μｍ、標準偏差が２.２μｍであり、
また、一部で適用されているガラス基板では平面度が
５.１μｍ、標準偏差が１.３μｍであった。これらの基
板を用いた磁気ディスクでの浮上特性は、ヘッド浮上高
さが約 0.08〜0.1μｍであり、0.08μｍ以下のヘッド浮
上高さを安定してを得ることは非常に困難であった。

【０００８】また、このときの磁気ディスクの動的な表
面精度を表わすランナウト及び加速度は、ディスクの回
転数が３６００ｒ／ｍｉｎにて、それぞれ１〜１５μｍ
及び１〜５ｍ／ｓ²であった。以上のことから、磁気ヘ
ッドの浮上高さを小さくし、ＣＳＳ特性などの摺動特性
に優れた高記録密度に対応する磁気ディスクを実現する
ためには、従来の加工プロセスとは異なる新しい加工法
による高精度な基板を必要とする。

【０００９】ここで図１１にしたがって従来の代表的な
ディスク基板の片面研磨方法を説明すると、従来の片面
研磨では、図示のように被加工物（基板）３を保持具１
３に樹脂等で接着し、被加工物３の片面を研磨した後、
保持具１３から脱離し、洗浄した後、反転し同様の手順
で保持具に接着し他の面を同様に研磨していたので、接
着による歪や被加工面の表裏での加工に伴う不均一な歪
によって加工面が変形し高精度な平面度を得ることが困
難であった。また、従来の鏡面研磨に伴う劣化要因と考
えられるポリシャ１４を用いた研磨では、加圧によるポ
リシャの粘弾性変形により被加工物の周辺部にだれが生
じ易く高精度な平面度を得ることが困難であった。

【００１０】また、この研磨方法の他に、回転する定盤
と被加工基板面とを離し、この間隙に砥粒を流動させて
非接触の状態で研磨加工する方法として、フロートポリ
シングと称される加工方法が知られている。これによれ
ば従来のポリシングの欠点とされた基板周縁の平面度の
だれを解消することができ、しかもオングストローム級
の表面粗さを達成することが可能とされている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このフ
ロートポリシング方法の最大の問題は、基板の一方の面
をベースに接着固定した状態で研磨するため、両面同時
加工ができず片面加工に限られる点にある。したがっ
て、量産性に欠け、また、反転して他方の面を加工する
に際しては、ベースから基板を一旦取り外し、研磨処理
済みの平坦面を再度ベースに接着固定することから、傷
を付けないように取扱上格別な注意が必要となり研磨工
程の自動化を阻んでいた。さらにまた、フロートポリシ
ングの両面同時加工は、技術的に不可能なものとされ顧
みられることがなかった。

【００１２】また、先述したように磁気ヘッドの浮上特
性及びＣＳＳ特性の安定化を図るためにディスク表面上
の微小突起に注目し、浮上高さ0.08μｍ以下の浮上安定
性に対して、従来の表面粗さの基板や微小突起の低減策
では不十分である。そこで、基板の表面粗さが１ｎｍＲ
ａ以下、数ｎｍＲｍａｘ以下の基板が必要であり、ま
た、磁気ディスクの表面形状である平面度が１μｍ以
下、さらにランナウト及び加速度がそれぞれ１μｍ以下
及び１ｍ／ｓ²以下が要求される。このような磁気ディ
スクを得るためには、基板の平面研磨の表面精度を大幅
に向上させる必要がある。

【００１３】したがって、本発明の目的はかかる観点に
鑑み従来の問題点を解消することにあり、その第１の目
的は磁気ディスクに限らず広く一般の板状基板の両面同
時研磨に適用し得る改良されたフロートポリシングによ
る基板両面同時加工方法を、第２の目的はその加工装置
を、第３の目的はそれを用いた磁気ディスク基板の研磨
加工方法を、第４の目的は磁気ディスクの製造方法を、
そして第５の目的はそれによって製造される磁気ディス
クを、それぞれ提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めに、本発明者等は磁気ディスク用基板に代表される平
板の平滑研磨技術の大幅な改善が必要であることに鑑
み、現状の研磨技術での問題点を徹底的に実験、検討
し、その結果として新規な研磨法の実用化を可能とする
知見を得た。すなわち、本発明はかかる知見に基づいて
為されたものであり、ディスクのような薄い円板の高精
度な平面研磨には、高い平面に形成した定盤の表面精度
を母性原理にしたがって被加工物の加工面に転写し、か
つ両面を同時に研磨するところの従来困難とされていた
両面同時フロートポリシングを実用化し得るようにした
ものである。

【００１５】本発明の研磨方法について概略説明する
と、図３に示すように、２枚の定盤にはポリシャを用い
ず、粘弾性の小さい金属材料を利用し、所望の表面形状
に精度良く修正した定盤の表面精度を被加工物の両表面
に同時に転写し、また研磨によるスクラッチなどの加工
欠陥の発生を防ぐため、被加工面と定盤面とを離して研
磨する非接触研磨（フロートポリシング）機構を適用す
ることによって、微細砥粒によるオングストローム級の
除去にて表面を研磨する。この研磨法により、高精度に
修正した定盤の平面度が略そのままの状態で被加工面に
転写され、平面度１μｍ以下の高い形状精度が得られ
る。さらに、砥粒径を０．１μｍ以下の微細砥粒を使用
し、表面粗さ１ｎｍＲａ以下、数ｎｍＲｍａｘ以下の加
工面を達成することができた。また、両面の形状精度が
高く、板厚のばらつきも非常に小さいので、基板を回転
して測定したランナウト、加速度も目的の精度を得た。

【００１６】ここで、上記本発明の目的達成手段につい
て更に具体的に説明すると、以下の通りである。すなわ
ち、上記第１の目的は、予め所定の表面状態に研磨加工
され、回転可能な状態で配設された上下２枚の定盤間
に、キャリアを介して所定の基板を回動自在に保持し、
少なくとも前記何れか一方の定盤の回転軸近傍に設けら
れた研磨液通路を通して所定の粒度の研磨剤が分散され
た研磨液を供給し、前記定盤の回転力により前記定盤上
に動圧を発生せしめて前記基板を上下定盤間に浮上せし
めると共に、前記研磨液通路から供給された研磨液を前
記キャリアで上下２層に分流し、これを前記定盤の遠心
力により定盤の回転軸近傍から前記基板上を経由して定
盤の円周端部方向に流動せしめ、この基板と定盤間を流
動する研磨液で、前記定盤とは非接触の状態で前記基板
の両面を同時に研磨加工し、前記定盤の表面状態を前記
基板表面に転写する工程を有してなる基板の両面同時研
磨加工方法により、達成される。

【００１７】上記キャリアに基板を保持する方法として
は、キャリアに複数枚の基板を搭載するための孔部を少
なくとも基板数に見合う個数だけ設けると共に、この孔
部壁を介して各々の基板が互いに独立して非接触の状態
で、しかも回動自在に保持されるようにすることが望ま
しい。さらに、上記一方の回転する定盤に研磨荷重を付
与し、これによって研磨液が流動する基板と定盤間の距
離を制御して基板表面の研磨加工量を制御し得るように
することが望ましい。また、上記キャリヤは回転させず
に固定しても良いが、回転させる場合には、定盤と逆方
向に回転させるか、もしくは定盤と同方向に回転させる
場合には、キャリアの回転速度を定盤のそれよりも遅く
して両者の速度差に基づく動圧を発生せしめるようにし
する必要がある。また、上記定盤の表面状態は任意形状
を選択し得るが、表面粗さ 0.001μｍＲａ以下、平面度
１μｍとすることが望ましい。

【００１８】また、上記第２の目的は、予め所定の表面
状態に研磨加工され、回転可能な状態で所定の間隔を置
いて配設された上下２枚の定盤と、被加工基板が孔部内
に回動自在に搭載され、前記定盤間に保持される基板搭
載用孔部を有するキャリアと、少なくとも前記何れか一
方の定盤の回転軸近傍に設けられた研磨液通路を通して
所定の粒度の研磨剤が分散された研磨液を供給する研磨
剤供給装置と、前記定盤を回転させる回転駆動機構とを
有し、前記定盤の回転力により前記定盤上に動圧を発生
せしめて前記基板を上下定盤間に浮上せしめると共に、
前記研磨液通路から供給された研磨液を前記キャリアで
上下２層に分流し、これを前記定盤の遠心力により定盤
の回転軸近傍から前記基板上を経由して定盤の円周端部
方向に流動せしめ、この基板と定盤間を流動する研磨液
で、前記定盤とは非接触の状態で前記基板の両面を同時
に研磨加工し、前記定盤の表面状態を前記基板表面に転
写し得るようにして成る基板の両面同時研磨加工装置に
より、達成される。

【００１９】そして上記キャリアとしては、張力を張っ
た薄板状キャリアで構成されると共に、その平面内には
所定の間隔を置いて複数枚の被加工基板が各々独立に搭
載される複数個の孔部を有して成り、これら孔部内に搭
載された各々の基板は孔部壁を介して互いに非接触、回
動自在に前記定盤間に保持されるようにすることが望ま
しい。さらに好ましくは、上記上定盤の回転軸を上下移
動可能な構成とすると共に、前記上定盤上下動軸にエア
クッションで支持され上定盤に所定の研磨荷重を付加す
るソフトローディング機構を配設し、これによって研磨
液が流動する基板と定盤間の距離を所定値に制御して基
板表面の研磨加工量を制御し得るようにすることが望ま
しい。また、上記研磨剤供給装置としては、回転する定
盤の円周端部から排出される研磨液を回収して、定盤の
回転軸近傍に設けられた研磨液通路に供給する研磨液循
環系を構成すると共に、この循環系内に研磨液の温度制
御手段を設け任意の温度に設定できるようにすることが
望ましい。また、上記定盤の表面状態は任意の形状を選
択し得るが、表面粗さ 0.001μｍＲａ以下、平面度１μ
ｍとすることが望ましい。

【００２０】なお、上下定盤の回転軸は、同軸上にそれ
ぞれ独立に駆動できるように構成しても良いし、所定距
離を置いて独立に離間しても良い。ただし、上下定盤は
互いに少なくともその一部が空間的に交差する状態で回
転するように構成し、その交差部に基板が配置されるよ
うにキャリアを配設する必要がある。

【００２１】さらにまた、上記第３の目的は、予め所定
の表面状態に研磨加工され、回転可能な状態で配設され
た上下２枚の定盤間に、複数枚の磁気ディスク基板をキ
ャリアを介して互いに独立に非接触の状態でしかも回動
自在に保持し、少なくとも前記何れか一方の定盤の回転
軸近傍に設けられた研磨液通路を通して所定の粒度の研
磨剤が分散された研磨液を供給し、前記定盤の回転力に
より前記定盤上に動圧を発生せしめて前記基板を上下定
盤間に浮上せしめると共に、前記研磨液通路から供給さ
れた研磨液を前記キャリアで上下２層に分流し、これを
前記定盤の遠心力により定盤の回転軸近傍から前記基板
上を経由して定盤の円周端部方向に流動せしめ、この基
板と定盤間を流動する研磨液で、前記定盤とは非接触の
状態で前記基板の両面を同時に研磨加工し、前記定盤の
表面状態を前記基板表面に転写する工程を有してなる磁
気ディスク基板の研磨加工方法により、達成される。

【００２２】そして好ましくは、上記上下２枚の定盤の
表面粗さを0.001μｍＲａ以下、平面度１μｍ以下と
し、上記磁気ディスク基板をアルミニウムもしくはアル
ミニウム合金で構成し、しかもその表面には予めニッケ
ル・リンめっき膜を形成する工程を設けることが望まし
い。

【００２３】また、第４の目的は、予め所定の表面状態
に研磨加工され、回転可能な状態で配設された上下２枚
の定盤間に、複数枚の磁気ディスク基板をキャリアを介
して互いに独立に非接触の状態で回動自在に保持し、少
なくとも前記何れか一方の定盤の回転軸近傍に設けられ
た研磨液通路を通して所定の粒度の研磨剤が分散された
研磨液を供給し、前記定盤の回転力により前記定盤上に
動圧を発生せしめて前記基板を上下定盤間に浮上せしめ
ると共に、前記研磨液通路から供給された研磨液を前記
キャリアで上下２層に分流して、これを前記定盤の遠心
力により定盤の回転軸近傍から前記基板上を経由して定
盤の円周端部方向に流動せしめ、この基板と定盤間を流
動する研磨液で、前記定盤とは非接触の状態で前記基板
の両面を同時に研磨加工し、前記定盤の表面状態を前記
基板表面に転写する工程を有してなる磁気ディスク基板
の表面研磨加工工程と、前記基板上にスパッタ成膜法に
より磁性金属膜と保護膜とを順次形成する工程と、潤滑
膜を塗布する工程とを有して成る磁気ディスクの製造方
法により、達成されるそして好ましくは、上記上下２枚の定盤の表面粗さを0.
001μｍＲａ以下、平面度１μｍ以下に加工し、上記磁
気ディスク基板をアルミニウムもしくはアルミニウム合
金で構成し、しかもその表面には予めニッケル・リンめ
っき膜を形成する工程と、上記磁性金属膜を形成する工
程として、コバルト系磁性合金膜を形成する工程とを設
けることが望ましい。

【００２４】そしてまた、上記第５の目的は、表面粗さ
0.001μｍＲａ以下、平面度１μｍ以下の基板、特に好
ましくはＮｉーＰめっき処理したアルミニウム基板上に
磁性膜、保護膜、潤滑膜を形成して成る磁気ディスクに
より、達成される。

【００２５】なお、上記課題を解決するための手段の中
では、基板として磁気ディスク基板の例を主として説明
したが、本発明では、その他例えばＳｉウェハ、液晶パ
ネル用ガラス板、露光マスク用ガラス板等の薄板で、研
磨時に歪が入るのを極力避けたい分野の基板に有効に適
用できる。本発明は、両面同時研磨の特徴である基板に
歪が入りにくい点を利用していることから、特に薄板の
研磨には有効であるからである。

【００２６】

【作用】本発明の磁気ディスク用基板を達成するための
加工装置を例にとり、その作用を後の実施例の項で詳述
する図３〜図５にしたがって概略説明する。表面精度２
μｍ以下に修正し、微細な溝を表面に形成した定盤５上
に、被加工物となる薄板円板３をキャリア８の孔部１８
内に搭載し、温度制御した研磨剤を分散した研磨液６を
供給し、この研磨液中で定盤を回転させる。下定盤５の
回転とともに図６に示すように、定盤面と円板面との間
には動圧が発生して円盤３が浮上し、その空間に研磨剤
６の液層が形成され、定盤５と円板３とは非接触の状態
となる。回転する上定盤４を徐々に降下させ、上定盤４
と円板３との間にも下定盤５と同様の関係により研磨剤
の液層が形成される。

【００２７】さらに、ソフトローディング機構１２によ
り上定盤上下動軸１０を介して上定盤４に加える付加荷
重を徐々に増大させると、液層の厚さが薄く絞られた状
態で研磨が進行する。このように、円板の両面を同時
に、温度制御した研磨剤中で非接触状態で研磨するの
で、従来のように粘弾性体のポリシャによる周辺だれの
発生や、粗大砥粒によるスクラッチの発生が大幅に改善
される。なお、キャリア８は被加工物となる薄板円板３
をその孔部１８内に回動自在に留め、隣合う円板３同志
が接触しないようにこの孔部１８の壁面がそれ自身仕切
壁の役割を有していると共に、上下定盤間の研磨液の流
れを２層に分流する作用を有している。

【００２８】また、研磨液の流れは定盤の回転に伴う遠
心力により研磨液が供給される回転軸近傍から定盤周端
部方向に形成され、研磨液が円板面に接して流れる過程
で円板面が研磨される。つまり、研磨液中の研磨剤が基
板に衝突することによって研磨が進行する。したがっ
て、円板面の研磨量は、研磨液の流速によって大きく左
右されるので、流速を律する回転速度や上定盤４に加え
る付加荷重をコントロールすることにより、またその
他、研磨剤の粒度、研磨液の液温等によっても影響を受
けるので、円板の材質に見合ってこれらを任意の条件に
設定すれば、或る程度任意に制御することができる。定
盤の表面状態が基板上に転写されて研磨が進行する訳で
あるが、この転写は定盤の平面度が主体で転写され、表
面粗さについては使用する研磨剤の粒径に基づくものと
推考する。それ故、研磨剤としては目的に応じて所定の
粒径のものを選択することとなる。

【００２９】

【実施例】次ぎに、本発明の代表的な実施例を図面に基
づいて以下に説明する。〈実施例１〉図３〜図５は、本発明の研磨装置の一実施
例を示したものであり、図３は装置要部の概略断面図
を、図４はキャリアの平面図を、そして図５は図４の矢
視Ａ−Ａ´線の断面図をそれぞれ示したものである。本
発明研磨装置は、図３に示すように、被加工基板３が回
転駆動する上下定盤４、５間にキャリア８を介して回動
自在に保持され、所定の回転数を超えると浮上し、基板
３と定盤４、５間にそれぞれ隙間が生じる。この隙間を
定盤の回転による遠心力により、研磨剤の分散された研
磨液６が流動することにより、液中の研磨剤が基板に衝
突して研磨が行われる。

【００３０】すなわち、この装置は、予め平面度１μｍ
以下に修正し、基板３との相対速度および基板との間に
介在する研磨剤によって動圧を生じる動圧発生面を形成
した上下定盤４、５と、上下定盤の間の基板３を回動自
在に保持し、しかも上下定盤４、５間を流動する研磨液
６を上下２層に分流させるキャリア８と、これらの上下
定盤４、５及びキャリア８を回転駆動する駆動手段（モ
ータ）１１−１、１１−２、１１−３と、上定盤４を降
下させ、基板３上に軽荷重で接触させ、定盤の回転と共
に基板３との間で生じる研磨剤による動圧作用に対し付
加荷重を徐々に増加させるソフトロ−ディング機構１２
と、基板３の両面研磨中に基板及び上下定盤４、５を研
磨液６中に浸しておくため研磨槽２５に温度制御した研
磨液６を供給する研磨剤供給装置９とから構成されてい
る。なお、この研磨剤供給装置９には、温度制御手段と
してヒータ９１により加熱もしくは冷却された熱媒体が
熱交換器９２を循環し、研磨液の温度を図示されていな
い温度検出器により検出して常時所定温度に設定できる
ように構成されている。

【００３１】図４、図５にキャリア８の詳細を示したよ
うに、センタ−ギア１７とインタ−ナルギア１６との間
に設置したキャリア８は、基板３を回動自在に保持する
ための孔部１８が複数個（ここでは４個）所定間隔で設
けられた基板より充分に薄い金属板であり、外部リング
２０と内部リング２１との間に、押さえリング２２を介
してＯリング２３をボルト２４で締め付けて外部リング
２０と内部リング２１に引っ張られる状態で固定されて
いる。また、このキャリア８には、上定盤４と同様に回
転軸２６−３の近傍に研磨剤を分散した研磨液６が上部
から下部に流入する通路１９−１が設けられている。こ
のキャリア８は、回転軸２６−３を介して研磨槽２５の
内部に形成されたインタ−ナルギア１６とセンタ−ギア
１７とによって必要に応じて回転することもできる構成
となっている。

【００３２】さらに、上定盤４は一方では上下動軸１０
にエアクッション７で回転自在に支持され、他方では回
転軸２６−１を介して駆動用モ−タ１１−１によって回
転するように構成されている。ソフトロ−ディング機構
１２の駆動に基づく上下動軸１０の降下により、上定盤
４と基板３との接触を検知する位置センサ−１５−１が
上定盤の頂部に設置してある。なお、ソフトロ−ディン
グ機構１２の機能についてさらに詳記すると、基板３を
装置にセットする際には、装着し易いように上下動軸１
０を上部に上昇させておき、キャリア８の孔部１８内に
基板を搭載してからは粗動で所定の位置まで降下させ
る。この時の位置検出は位置センサ−１５−２により行
う。次いで微動送りにより上定盤４が基板３に接触する
位置まで降下させ、接触状態を位置センサ−１５−１に
より検出する。この後、所定位置まで微動送りにより再
度上昇させ基板３上に所定の隙間を形成しておき、定盤
の回転駆動を待つ。このようにソフトロ−ディング機構
１２は、上下動軸１０を介して上定盤４を上下に粗動と
微動との２段階（さらに多段階にすることも可能）で昇
降させ、しかも所定の荷重を加えることのできる機構と
なっている。なお、位置合わせの微調整は、エアクッシ
ョン７の圧力をコントロールすることにより容易にでき
る。

【００３３】以上の構成の研磨装置を用いた基板３の研
磨方法をつぎに示す．基板３として磁気ディスク用基板
である外径φ130ｍｍ、内径φ40ｍｍ、板厚1.9ｍｍのア
ルミニウム合金円板に、予めＮｉ-Ｐめっきを厚さ約10
μｍ施し、周知の方法で両面研削及び両面研磨したもの
を試料基板３とし、これを４枚用いた。先ず、これら基
板３をインタ−ナルギア１６及びセンタ−ギア１７によ
って支持されたキャリア８に設けられた所定孔部１８内
にそれぞれ載置し、温度293Ｋに制御された粒径数20〜4
0ｎｍの市販のコロイダルシリカ研磨液６を供給する。
なお、研磨液の粘度調整は、コロイダルシリカ原液に純
水を加えて所定の流動性を有するものとした。

【００３４】次ぎに、上定盤４をエアクッション７によ
り支持された上下動軸１０により降下させ、上定盤４を
基板面に接触させる。この上下動軸１０の降下による基
板面の接触位置検出は、位置センサ−１５が作動し、自
動的に上下動軸１０の降下が停止する。この停止位置か
ら約５μｍエアクッション７により上定盤４を上昇さ
せ、研磨液６中で上下定盤４、５を互いに反対方向に回
転させ、それぞれの回転数を設定回転数100ｒ／ｍｉｎ
とする。この例では、センタ−ギア１７は回転させず、
キャリア８は停止した状態とした。これにより、キャリ
ア８によって研磨液は２層に分流され、上層部と下層部
とで介在する研磨液によって定盤面と基板面とのそれぞ
れの界面で発生する動圧Ｗは、下記の式１にしたがい、
定盤と基板面とは非接触で相対運動する。すなわち、

【００３５】

【数１】

【００３６】ここで、μは研磨液６の粘性係数、Ｕは定
盤と基板３との相対速度、Ｄは基板の直径、ｈは基板面
と定盤面との隙間、ｋは補正係数である。基板面には研
磨液中の粒径数十ｎｍの微細粒子が衝突を繰り返し、基
板面の微小な凸部を徐々に研磨し表面粗さを向上させ、
また、平面度1μｍに修正した定盤面の形状が基板面に
転写され、基板面の平面度が向上する。

【００３７】以上の加工方法によって得られた基板の表
面精度の評価結果について、以下に説明する。（１）平面度の測定は、光干渉式平面度測定器（ＺＹＧ
Ｏ社製のＨｅ-Ｎｅレ−ザ光：波長0.6328μｍ）により
行った。（２）表面粗さの測定は、測定器としてランク・テーラ
・ホブソン社製の商品名タリステップ：スタイラス形状
0.1μｍ×2.5μｍによって測定した。

【００３８】本実施例により両面研磨して得られた基板
の表面精度特性は、平面度0.8μｍ−表面粗さ0.6ｎｍＲ
ａ、5ｎｍＲｍａｘであった。これに対し比較例となる
従来方法で両面研磨した基板の特性は、平面度5μｍ−
表面粗さ3ｎｍＲａ、40ｎｍＲｍａｘであり、本発明の
有効性が顕著であることが確認された。

【００３９】本発明によって得られた基板の表面精度の
一例を、ＷＹＫＯ社製の表面測定装置（商品名ＴＯＰＯ
-３Ｄ）により非接触微小表面計測した結果を図１に示
す。また、表面粗さ形状をランク・テーラ・ホブソン社
製の超精密表面粗さ計（商品名ナノステップ）によって
測定した結果を図２に示す。いずれの測定においても、
表面粗さ1ｎｍＲａ以下、数ｎｍＲｍａｘ以下の基板が
得られている。

【００４０】上記の例は、図３の装置においてキャリア
８を停止した状態で研磨したが、センタ−ギア１７を回
転させ、キャリア８を数ｒ／ｍｉｎの遅い速度で回転さ
せても同様の基板を得ることができる。また、両面研磨
開始後、基板の凸部が研磨され定盤面と基板面との隙間
が初期の設定値より大きくなると、上記式１から明らか
なように隙間ｈが大きくなると、動圧Ｗが小さくなり、
これにより研磨荷重が小さくなり研磨能率が減少する。
そこで、研磨時間と共に、基板面の凸部の減少と共に、
定盤と基板とが接触しないように上定盤４を降下させ、
定盤面と基板面との隙間を小さくすることによって研磨
能率の向上を図ることもできる。

【００４１】実施例として、基板材料にＮｉ-Ｐめっき
処理したアルミニウム合金基板について述べたが、陽極
酸化処理したアルミニウム基板、ガラス基板やセラミッ
ク基板についても同様である。

【００４２】〈実施例２〉この実施例では、前記実施例
１で得られた磁気ディスク基板を用いて磁気ディスクを
製造した例について説明するものである。実施例１で得
られた磁気ディスク基板上に、周知のスパッタリング成
膜技術により、磁性膜としてＣｏ−Ｃｒ系磁性合金膜を
厚さ50ｎｍ、カ−ボン保護膜を厚さ40ｎｍに順次形成
し、さらに潤滑膜を厚さ約5ｎｍ形成して目的とする磁
気ディスクを得た。この磁気ディスクを周知の磁気ディ
スク装置に組み込んで磁気ヘッドの浮上特性を調べた。

【００４３】その結果、下記の表１に示すようにディス
ク回転数3600ｒ／ｍｉｎにて、ランナウト及び加速度が
それぞれ１μｍ以下及び１ｍ／ｓ²以下を達成し、ヘッ
ド浮上高さ0.06μｍで安定した浮上特性を得た。なお、
ランナウトは、非接触変位計により回転するディスクの
変位を測定した特性値で、平面度の評価に対応し、加速
度はその変位量を微分した特性値で、表面粗さの評価に
対応する。また、磁気ディスク装置の駆動方式であるＣ
ＳＳ（Contact-Start-Stopの略）試験において、ディス
ク面上での磁気ヘッドの摺動が安定するのでディスクの
ダメ−ジが少なく、ＣＳＳ回数30,000回以上を安定して
達成することができた。

【００４４】

【表１】

【００４５】〈実施例３〉図１２は、本発明の研磨方法
及び研磨装置の他の実施例を示すもので、実施例１の図
３に示した変形例である。同図（ａ）は平面図を、同図
（ｂ）は断面図をそれぞれ示す。この例では上下定盤
４、５の回転軸をずらし、定盤のおおむね半分が重なる
ように配置した上下定盤間に配設した帯状のキャリア
８、このキャリア８の中央部には、基板３を回転自在に
保持する孔部を設け、定盤間を揺動させる案内スライド
３０及び揺動駆動機構（図示せず）、上下定盤及びキャ
リアを研磨液中で研磨するための研磨剤供給装置９とか
らなる。

【００４６】上記構成の両面研磨装置により、キャリア
８の孔部に基板を載置し、上定盤４を降下させ、実施例
１と同様に、上定盤４と基板３との間を所定の隙間で配
設する。温度制御した研磨液６を供給し、上下定盤４、
５を回転させることによって定盤と基板との間には動圧
が発生し、基板と定盤とは非接触の状態で相対運動す
る。基板３表面には、研磨液中の微細な砥粒が衝突を繰
返し、基板表面の凸部を削り取り、表面粗さを向上させ
ると共に、高精度な平面の定盤面を転写することによっ
て、基板の形状精度を向上させる。

【００４７】また、この時、基板を回転自在の状態で保
持したキャリアを案内スライドに沿って微小量揺動させ
ながら基板両面を研磨しても同様に基板面を高精度に研
磨することができる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば上述のとおり、定盤とは
非接触の状態で、基板の両面を同時に研磨加工すること
ができ、従来不可能とされていた両面同時フロートポリ
シングを実現可能とするもので、その意義は極めて大な
るものである。特に、薄板の表面研磨では基板内に大き
な加工歪が残るという従来の致命的問題点を、本発明で
は両面同時フロートポリシングの特徴を有効に活かし、
これを著しく低減することができるという効果がある。

【００４９】具体的な効果の例として、高い平面度で、
かつ表面粗さが１ｎｍＲａ以下の高精度な表面の基板を
スパッタ磁気ディスクとして用いることにより、高密度
記録に対応してヘッド浮上高さが大幅に低減でき、記録
密度を著しく増大することができる。さらに、磁気ディ
スクのランナウト、加速度の改善により、磁気ヘッドの
浮上安定性が向上し、また、ＣＳＳにおけるヘッド摺動
によるダメージが少なくなり、磁気ディスクの耐摺動特
性が大幅に改善できる。特に、磁気ディスク装置のアク
セス時間の短縮化のニーズから磁気ディスクの高速回転
に対して、ヘッド浮上安定性や摺動信頼性の効果が大で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置実施例となる磁気ディスク基板の
表面精度を示した特性図（三次元表示）である。

【図２】同じく本発明の実施例となる磁気ディスク基板
の表面粗さを表示した特性図である。

【図３】本発明の研磨方法及び研磨装置の一実施例を示
する加工装置の概略図である。

【図４】図３に表示したキャリア８の平面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ´線の断面図である。

【図６】本発明の加工方法の加工状態を模式的に示した
断面図である。

【図７】磁気ディスク用基板の製造工程図である。

【図８】磁気ディスク装置の概略図を示したもので、一
部破断斜視図である。

【図９】磁気ディスク装置の駆動時における磁気ディス
クと磁気ヘッドとの関係を示す説明図である。

【図１０】ディスク回転数とランナウトと加速度との関
係を示した特性図である。

【図１１】従来技術による基板の片面加工方法を示す概
略図である。

【図１２】本発明の研磨方法及び研磨装置のさらに異な
る実施例となる加工装置の概略図である。

【符号の説明】

１…磁気ディスク２…磁気ヘッド３…基板４…上定盤５…下定盤６…研磨剤を分散した研磨液７…エアクッション８…キャリア９…研磨剤供給装置１０…上定盤上下動軸１１…回転駆動用モータ１２…ソフトローディング機構１５…位置センサー１６…インターナルギア１７…センターギア１８…孔部１９…研磨液通路２０…外部リング２１…内部リング２２…押えリング２３…Ｏリング２４…ボルト２５…研磨槽２６…回転軸９１…ヒータ９２…熱交換器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤義喜神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社日立製作所小田原工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】予め所定の表面状態に研磨加工され、回転
可能な状態で配設された上下２枚の定盤間に、キャリア
を介して所定の基板を回動自在に保持し、少なくとも前
記何れか一方の定盤の回転軸近傍に設けられた研磨液通
路を通して所定の粒度の研磨剤が分散された研磨液を供
給し、前記定盤の回転力により前記定盤上に動圧を発生
せしめて前記基板を上下定盤間に浮上せしめると共に、
前記研磨液通路から供給された研磨液を前記キャリアで
上下２層に分流し、これを前記定盤の遠心力により定盤
の回転軸近傍から前記基板上を経由して定盤の円周端部
方向に流動せしめ、この基板と定盤間を流動する研磨液
で、前記定盤とは非接触の状態で前記基板の両面を同時
に研磨加工し、前記定盤の表面状態を前記基板表面に転
写する工程を有してなる基板の両面同時研磨加工方法。
【請求項２】上記キャリアに基板を保持する方法とし
て、キャリアに複数枚の基板を搭載するための孔部を少
なくとも基板数に見合う個数だけ設けると共に、孔部壁
を介して各々の基板が互いに非接触の状態で、しかも回
動自在に保持されるようにして成る請求項１記載の基板
の両面同時研磨加工方法。
【請求項３】上記一方の回転する定盤に研磨荷重を付与
し、これによって研磨液の流動する基板と定盤間の距離
を制御して基板表面の研磨加工量を制御する工程を有し
て成る請求項１記載の基板の両面同時研磨加工方法。
【請求項４】上記キャリヤを回転させる場合には、定盤
と逆方向に回転させるか、もしくは定盤と同方向に回転
させる場合には、キャリアの回転速度を定盤のそれより
も遅くして両者の速度差に基づく動圧を発生せしめるよ
うにして成る請求項１記載の基板の両面同時研磨加工方
法。
【請求項５】上記定盤の表面状態を表面粗さ0.001μｍ
Ｒａ以下、平面度１μｍとし、前記定盤の表面状態を前
記基板表面に転写する研磨加工工程を有して成る請求項
１記載の基板の両面同時研磨加工方法。
【請求項６】予め所定の表面状態に研磨加工され、回転
可能な状態で所定の間隔を置いて配設された上下２枚の
定盤と、被加工基板が孔部内に回動自在に搭載され、前
記定盤間に保持される基板搭載用孔部を有するキャリア
と、少なくとも前記何れか一方の定盤の回転軸近傍に設
けられた研磨液通路を通して所定の粒度の研磨剤が分散
された研磨液を供給する研磨剤供給装置と、前記定盤を
回転させる回転駆動機構とを有し、前記定盤の回転力に
より前記定盤上に動圧を発生せしめて前記基板を上下定
盤間に浮上せしめると共に、前記研磨液通路から供給さ
れた研磨液を前記キャリアで上下２層に分流し、これを
前記定盤の遠心力により定盤の回転軸近傍から前記基板
上を経由して定盤の円周端部方向に流動せしめ、この基
板と定盤間を流動する研磨液で、前記定盤とは非接触の
状態で前記基板の両面を同時に研磨加工し、前記定盤の
表面状態を前記基板表面に転写し得るようにして成る基
板の両面同時研磨加工装置。
【請求項７】上記キャリアは、張力を張った薄板状キャ
リアで構成されると共に、その平面内には所定の間隔を
置いて複数枚の被加工基板が各々独立に搭載される複数
個の孔部を有して成り、これら孔部内に搭載された各々
の基板は孔部壁を介して互いに非接触、回動自在に前記
定盤間に保持されるようにして成る請求項６記載の基板
の両面同時研磨加工装置。
【請求項８】上記上定盤の回転軸を上下移動可能な構成
とすると共に、前記上定盤上下動軸にエアクッションで
支持され上定盤に所定の研磨荷重を付加するソフトロー
ディング機構を配設して成り、これによって研磨液が流
動する基板と定盤間の距離を所定値に制御して基板表面
の研磨加工量を制御し得るようにして成る請求項６記載
の基板の両面同時研磨加工装置。
【請求項９】上記研磨剤供給装置は、回転する定盤の円
周端部から排出される研磨液を回収して、定盤の回転軸
近傍に設けられた研磨液通路に供給する研磨液循環系を
構成すると共に、この循環系内に研磨液の温度制御手段
を具備して成る請求項６記載の基板の両面同時研磨加工
装置。
【請求項１０】上記定盤の表面状態を表面粗さ0.001μ
ｍＲａ以下、平面度１μｍとして成る請求項６載の基板
の両面同時研磨加工装置。
【請求項１１】予め所定の表面状態に研磨加工され、回
転可能な状態で配設された上下２枚の定盤間に、複数枚
の磁気ディスク基板をキャリアを介して互いに独立に、
非接触の状態で回動自在に保持し、少なくとも前記何れ
か一方の定盤の回転軸近傍に設けられた研磨液通路を通
して所定の粒度の研磨剤が分散された研磨液を供給し、
前記定盤の回転力により前記定盤上に動圧を発生せしめ
て前記基板を上下定盤間に浮上せしめると共に、前記研
磨液通路から供給された研磨液を前記キャリアで上下２
層に分流し、これを前記定盤の遠心力により定盤の回転
軸近傍から前記基板上を経由して定盤の円周端部方向に
流動せしめ、この基板と定盤間を流動する研磨液で、前
記定盤とは非接触の状態で前記基板の両面を同時に研磨
加工し、前記定盤の表面状態を前記基板表面に転写する
工程を有してなる磁気ディスク基板の研磨加工方法。
【請求項１２】上記上下２枚の定盤の表面粗さを0.001
μｍＲａ以下、平面度１μｍ以下に加工する工程と、上
記磁気ディスク基板をアルミニウムもしくはアルミニウ
ム合金で構成し、しかもその表面には予めニッケル・リ
ンめっき膜を形成する工程とを有して成る請求項１１記
載の磁気ディスク基板の研磨加工方法。
【請求項１３】予め所定の表面状態に研磨加工され、回
転可能な状態で配設された上下２枚の定盤間に、複数枚
の磁気ディスク基板をキャリアを介して互いに独立に、
非接触の状態で回動自在に保持し、少なくとも前記何れ
か一方の定盤の回転軸近傍に設けられた研磨液通路を通
して所定の粒度の研磨剤が分散された研磨液を供給し、
前記定盤の回転力により前記定盤上に動圧を発生せしめ
て前記基板を上下定盤間に浮上せしめると共に、前記研
磨液通路から供給された研磨液を前記キャリアで上下２
層に分流して、これを前記定盤の遠心力により定盤の回
転軸近傍から前記基板上を経由して定盤の円周端部方向
に流動せしめ、この基板と定盤間を流動する研磨液で、
前記定盤とは非接触の状態で前記基板の両面を同時に研
磨加工し、前記定盤の表面状態を前記基板表面に転写す
る工程を有してなる磁気ディスク基板の表面研磨加工工
程と、前記基板上にスパッタ成膜法により磁性金属膜と
保護膜とを順次形成する工程と、潤滑膜を塗布する工程
とを有して成る磁気ディスクの製造方法。
【請求項１４】上記上下２枚の定盤の表面粗さを0.001
μｍＲａ以下、平面度１μｍ以下に加工する工程と、上
記磁気ディスク基板をアルミニウムもしくはアルミニウ
ム合金で構成し、しかもその表面には予めニッケル・リ
ンめっき膜を形成する工程と、上記磁性金属膜を形成す
る工程として、コバルト系磁性合金膜を形成する工程と
を有して成る請求項１３記載の磁気ディスクの製造方
法。
【請求項１５】表面粗さ0.001μｍＲａ以下、平面度１
μｍ以下の基板上に、磁性膜、保護膜、潤滑膜を順次形
成して成る磁気ディスク。
【請求項１６】上記基板を、ＮｉーＰめっき処理したア
ルミニウムもしくはアルミニウム合金基板で構成して成
る請求項１５記載の磁気ディスク。