CN102077278B - 磁盘用基板及其制造方法以及磁盘 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于提供一种可以应对HDD中的头的低浮上量化以及高速旋转化的磁盘用基板及其制造方法。本发明的玻璃基板的特征在于,在圆环状的磁记录介质用玻璃基板中,玻璃基板的主表面(12)从内周端(13)向外周端(14)同样地倾斜,呈现相对通过玻璃基板的中心的轴各向同性的形状。即,以通过玻璃基板的中心的轴为中心而相对任意角度的旋转是旋转对称的。
Description
技术领域
本发明涉及用作计算机等的记录介质的磁盘用基板及其制造方法、以及磁盘。
背景技术
以往,作为用作硬盘驱动器(HDD)等中使用的磁记录介质之一的磁盘用的基板,广泛使用铝基板。但是,伴随磁盘的小型/薄型化以及高密度记录化,逐渐置换为与铝基板相比基板表面的平坦性以及基板强度更优良的玻璃基板。
磁盘用玻璃基板通常通过以下的工序制造。
(1)第1抛光工序(使玻璃素板的厚度一致的工序)
(2)形状加工工序(将玻璃素板形状加工为圆环状玻璃基板,进行端面的倒角加工的工序)
(3)第2抛光工序(去除在形状加工工序中在主表面中形成的微细的凹凸形状的工序)
(4)表面研磨工序(对玻璃基板的主表面进行研磨的工序。根据需要有第1以及第2研磨工序)
(5)化学强化工序(使玻璃基板的强度强化的工序)
在所述磁盘用玻璃基板的制造工序中,为了提高玻璃基板的强度,根据需要实施化学强化工序。例如,在作为玻璃基板,使用了硅酸铝玻璃的情况下,通过将玻璃基板浸渍到规定的溶液中,使玻璃表面中存在的Li+离子等离子交换为更大的离子(例如Na+离子、K+离子等)。在离子交换后的玻璃表面中产生压缩应力,可以提高玻璃基板的强度。通常,对于由于化学强化处理而产生压缩应力的区域(压缩应力层),通常,即使从玻璃基板表面,也达到100μm程度。
此前,对于HDD用玻璃基板,要求HDD中的记录再生头更佳的浮上稳定性,所以在使基板表面更平坦的方向上,进行技术开发。但是,如果仅单纯地要求平滑性,则在玻璃基板的加工后的平坦性是极其稍小的鞍型的情况下,记录再生头的浮上追随于此而上下摇动,存在浮上变得不稳定这样的课题。此处,鞍型是指,在骑马时使用的鞍那样的形状,以某直径为轴向一个方向湾曲,进而以与所述直径正交的直径为轴向逆方向湾曲的形状。
另外,即使在没有实施化学强化处理的情况下,由于在对玻璃基板进行加工时使用的平台的平坦度,在应力分布中产生偏差,而有时成为鞍型形状的玻璃基板。进而,即使在不实施化学强化处理但能够得到平坦的基板的情况下,在夹紧时也有时向基板的内径产生不均的力,其结果,存在安装到HDD后的玻璃基板的表面歪斜成鞍型这样的课题。
这样的形状的异常在以往不会对HDD的特性造成影响,不特别成为问题,但由于近年来的用于实现HDD的高记录密度化的头的低浮上量化、以及用于缩短读出/写入时间的高速旋转化,有可能对HDD的特性造成影响。
针对这样的磁盘用的玻璃基板表面的起伏,提出了通过在特定的条件下对基板表面进行研磨而解决的方法(例如,专利文献1)。
专利文献1:日本特开2000-348330号公报
发明内容
但是,在所述以往的方法中,虽然可以改善玻璃基板表面的微小起伏,但难以解决玻璃基板稍微地成为鞍型那样的整体的形状异常。
本发明是鉴于所述以往的课题而完成的,其目的在于提供一种磁盘用基板及其制造方法,可以控制磁盘用的玻璃基板的形状,应对近年来的HDD中的头的低浮上量化以及高速旋转化。
为了达成所述目的,本发明者考虑如下方法:并非如以往希望使磁盘用的玻璃基板的形状成为平坦,而是积极地向一个方向湾曲,从而使玻璃基板的形状稳定化,并且在作为磁盘而安装到HDD时,将圆周方向上的头与磁盘的距离保持为一定。
专心研究的结果,通过关于HDD用玻璃基板的两个主表面计算规定的压缩应力差,并精密地控制该应力差,可以得到具有以通过基板中心的轴为中心的旋转对称的形状,并且基板剖面呈现向一个主表面侧翘曲的形状的基板。
进而,通过使主表面的粗糙度成为0.15nm以下,可以将圆周方向上的头与磁盘的距离高度地保持为一定,还可以应用于在2.5英寸HDD中使每个介质具有250G字节以上的存储容量那样的要求高度的头和介质的精度的HDD。
即,本发明的磁盘用玻璃基板具有圆环状的主表面,其特征在于,具有相对通过所述主表面的中心的轴各向同性的形状,在以所述轴向为高度时的所述主表面的所述高度在半径方向上的变动量从所述主表面的内周端朝向外周端单调增加,并且所述主表面的表面粗糙度是0.15nm以下。此处,相对通过中心的轴各向同性的形状是指,以通过玻璃基板的中心的轴为中心而对于任意角度的旋转都旋转对称的形状。
在所述磁盘用玻璃基板中,优选为在所述圆环状的内周端最高,在外周端最低,最高的位置与最低之差是0.3μm以上10μm以下。另外,优选为在主表面的至少一方中具有压缩应力层,压缩应力值在两个所述主表面之间不同,基板的抗折强度优选为5kgf以上。
另外,本发明的磁盘用玻璃基板的制造方法的特征在于,具有:对圆环状的玻璃基板进行化学强化的工序;以及对所述化学强化后的所述玻璃基板的两个主表面进行研磨的工序,通过所述两个主表面的研磨实现的除去厚度不同。
根据该方法,可以得到可以使玻璃基板的形状稳定化,进而在作为磁盘安装到HDD时,可以将圆周方向上的头与磁盘的距离保持为一定的磁盘用玻璃基板。
另外,本发明的磁盘的特征在于,具备:所述磁盘用基板;在所述磁盘用基板上直接或者隔着其他层形成的磁性层。根据该结构,可以使磁盘的形状稳定化,进而在安装到HDD时,可以将圆周方向上的头与磁盘的距离保持为一定。
本发明的磁盘用玻璃基板具有圆环状的主表面,其特征在于,具有相对通过所述主表面的中心的轴各向同性的形状,在以所述轴向为高度时,所述主表面的高度在半径方向上变动,并且所述主表面的表面粗糙度是0.15nm以下。
其结果,可以使玻璃基板的形状稳定化,进而在作为磁盘安装到HDD时,可以将圆周方向上的头与磁盘的距离保持为一定,所以可以得到可以应对近年来的HDD中的头的低浮上量化以及高速旋转化的磁盘。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式中的磁盘的外观的图。
(符号说明)
11:圆孔;12:主表面;13:内周端;14:外周端。
具体实施方式
以下,参照附图,对本发明的实施方式进行详细说明。图1是用于说明本实施方式的磁盘用玻璃基板(以下,称为玻璃基板)的构造的图。图1(a)是玻璃基板的立体图,图1(b)是俯视图,图1(c)是沿着图1(b)的Ic-Ic线的剖面图。
如图1(a)~(c)所示,本实施方式的玻璃基板呈现在圆盘状的玻璃基板的中心形成了圆形形状的孔(以下,称为“圆孔”)11的圆环状的形状。玻璃基板的主表面12从内周端13朝向外周端14同样地倾斜,呈现相对通过玻璃基板的中心的轴各向同性的形状。即,以通过玻璃基板的中心的轴为中心相对任意角度的旋转都旋转对称。
因此,在作为沿着Ic-Ic线的剖面图的图1(c)中,主表面12的切口是具有一定的倾斜的直线,是左右对称。进而,通过玻璃基板的中心且垂直的面中的剖面在任意处都成为与图1(c)相同的形状。
如果是这样的形状,则在使用该玻璃基板来制作磁盘并安装到HDD的情况下,由于圆周方向的磁盘的主表面的高度一定,所以即使使磁盘旋转也易于将磁头与磁盘的距离保持为一定,可以实现磁头的低浮上量化以及磁盘的高速旋转化。
另外,玻璃基板的主表面12的表面粗糙度根据介质的误码率的观点,是0.15nm以下即可。
另外,以所述轴的方向为高度的情况的主表面12的最高的位置与最低的位置之差(图1(c)中的h)优选为0.3μm以上10μm以下。如果小于0.3μm,则如果在高速旋转时对基板施加了冲击,则基板的形状变得不稳定而有时难以读出盘最外周部处的信号。另外,如果大于10μm,则在头进行查找动作时有时难以读出信号。
另外,在所述实施方式中,示出了在图1(c)中主表面12成为直线的例子,但变化量是单调增加即可,例如,也可以是具有规定的曲率半径的曲线。
以下,对本实施方式的磁盘用玻璃基板的制造方法进行说明。本实施方式的玻璃基板通过以下的工序制造。
(1)第1抛光工序(使玻璃素板的厚度一致的工序)
(2)形状加工工序(将玻璃素板形状加工为圆环状玻璃基板,进行端面的倒角加工的工序)
(3)第2抛光工序(去除在形状加工工序中在主表面中形成的微细的凹凸形状的工序)
(4)化学强化工序(使玻璃基板的强度强化的工序)
(5)表面研磨工序(对玻璃基板的主表面进行研磨的工序。根据需要有第1以及第2研磨工序)
在本实施方式的玻璃基板的制造工序中,在化学强化工序之后进行表面精密研磨工序。由此,通过提供两个主表面的压缩应力值之差,可以得到期望形状的基板。
[实施例1]
以下,说明为了使本发明的效果明确而进行的实施例。在该实施例中,经由以下的工序,制造出磁盘用玻璃基板以及磁盘。在以下的说明中,对制造2.5英寸型的磁盘用玻璃基板以及磁盘的例子进行说明,但作为磁盘用玻璃基板以及磁盘的尺寸,没有特别限定,而例如也可以是1.8英寸、1英寸、以及3.5英寸的尺寸。
(1)形状加工工序以及第1抛光工序
在本实施例的磁盘用基板的制造方法中,首先,对板状玻璃的表面进行抛光(研磨)加工而作为玻璃母材,将该玻璃母材切断而切出玻璃盘。作为板状玻璃,可以使用各种板状玻璃。对于该板状玻璃,例如,可以将溶融玻璃作为材料,使用冲压法、浮动法、下拉法、提取法、以及熔合法等公知的制造方法来制造。如果使用它们中的冲压法,则可以廉价地制造板状玻璃。作为板状玻璃的材质,可以使用非晶玻璃、玻璃陶瓷(晶体化玻璃)。作为板状玻璃的材料,可以使用硅酸铝玻璃、碱石灰玻璃、以及硼硅酸玻璃等。特别,作为非晶玻璃,可以实施化学强化,并且可以供给主表面的平坦性以及基板强度优良的磁盘用基板,根据这样的点,优选使用硅酸铝玻璃。
在本实施例中,将溶融后的硅酸铝玻璃通过使用了上模具、下模具、以及体模具的直接冲压成型为盘形状,得到了非晶的板状玻璃。另外,作为硅酸铝玻璃,使用了作为主成分含有SiO2:58~75重量%、Al2O3:5~23重量%、Li2O:3~10重量%、以及Na2O:4~13重量%的玻璃。
接下来,对该板状玻璃的两主表面进行抛光加工,而设为盘状的玻璃母材。对于该抛光加工,通过利用了行星齿轮机构的两面抛光装置,使用氧化铝类游离磨粒来进行。具体而言,在板状玻璃的两面中从上下按压研磨平台,将包括游离磨粒的研磨液供给到板状玻璃的主表面上,使它们相对移动而进行了抛光加工。通过该抛光加工,得到具有平坦的主表面的玻璃母材。
(2)切出工序(取芯、成形、倒角)
接下来,使用金刚石刀具将玻璃母材切断,从该玻璃母材切出圆盘状的玻璃基板。接下来,使用圆筒状的金刚石钻头,在该玻璃基板的中心部形成内孔,而设为圆环状的玻璃基板(取芯)。然后,通过金刚石磨石对内周端面以及外周端面进行研磨,实施规定的倒角加工(成形、倒角)。
(3)第2抛光工序
接下来,针对所得到的玻璃基板的两主表面,与第1抛光工序同样地,进行了第2抛光加工。通过进行该第2抛光工序,可以预先去除作为在前工序的切出工序、端面研磨工序中在主表面中形成的微细的凹凸形状,可以短时间地完成后续的针对主表面的研磨工序。
(4)端面研磨工序
接下来,针对玻璃基板的外周端面以及内周端面,通过刷研磨方法,进行镜面研磨。此时,作为研磨磨粒,使用了包括氧化铈磨粒的浆液(游离磨粒)。
然后,对结束了端面研磨工序的玻璃基板进行水洗净。通过该端面研磨工序,玻璃基板的端面被加工成可以防止产生钠、钾的析出的镜面状态。
(5)主表面研磨工序
作为主表面研磨工序,首先实施第1研磨工序。该第1研磨工序的主要目的在于,去除在第1以及第2抛光工序中在主表面中残留的损伤、歪斜。在第1研磨工序中,将硬质尿烷类焊盘用作研磨衬垫,对于研磨液,使用将水和氧化铈研磨磨粒混合了的研磨液。
(6)化学强化工序
接下来,对结束了所述抛光工序以及研磨工序的玻璃基板,实施化学强化。在化学强化中,准备将硝酸钾(60%)和硝酸钠(40%)混合了的化学强化溶液,将该化学强化溶液预先加热到400℃,并且将洗净完毕的玻璃基板预热至300℃,在化学强化溶液中浸渍约3个小时。在该浸渍时,玻璃基板的表面整体被化学强化,所以以在端面保持多个玻璃基板的方式,以收纳在保持器中的状态进行。
这样,通过在化学强化溶液中进行浸渍处理,玻璃基板的表层的锂离子以及钠离子被分别置换为化学强化溶液中的钠离子以及钾离子,玻璃基板被强化。在玻璃基板的表层中形成的压缩应力层的厚度是约100μm。
将结束了化学强化处理的玻璃基板浸渍到20℃的水槽中进行急冷,并维持约10分钟。然后,将结束了急冷的玻璃基板浸渍到加热至约40℃的10wt%硫酸而进行洗净。进而,将结束了硫酸洗净的玻璃基板依次浸渍到纯水、IPA的各洗净槽中而进行洗净。
(7)镜面研磨工序
接下来,实施第2研磨工序(镜面研磨工序)。第2研磨工序是对第1研磨后的玻璃基板进一步进行研磨,而对玻璃基板的主表面12进行镜面化的工序。在第2研磨工序中,使用聚氨酯类软质抛光机的研磨衬垫,作为研磨液,使用对超纯水加入了胶态状二氧化硅粒子的混合液。对于玻璃基板的两表面12的除去厚度(加工余量),分别针对A面设为0.3μm,针对B面设为0.5μm。通过通常的方法对结束了该第2研磨工序的玻璃基板进行洗净,而得到本实施例的磁盘用玻璃基板。
另外,在针对该磁盘用玻璃基板的抗折强度,使用抗折强度测定试验机(岛津autograph DDS-2000)进行了测定时,是11Kgf。
[比较例1]
此处,为了与所述实施例进行比较,通过依照以往的工序的制造工序来制作玻璃基板。即,在以使A面以及B面的加工余量成为相同的方式对玻璃基板的两表面进行了研磨处理之后,进行化学强化处理,除此以外通过与本实施例同样的工序来制作。
[平坦度测定]
针对如上所述制作的本实施例的玻璃基板、和作为比较例的玻璃基板,测定主表面12的平坦度。另外,此处,平坦度是指,玻璃基板的主表面12的最高的部位与最低的部位的上下方向的距离(高低差)。在本实施例中,作为平坦度的值,使用通过平坦度测定装置(KLA-TENCOR公司制Optiflat)测定的值。
测定的结果,本实施例的玻璃基板的平坦度是3.1μm。另外,确认了玻璃基板的形状呈现相对通过其中心的轴各向同性的形状,在A面中,表面的高度在内周端附近最高,随着接近外周端变低,在外周端附近最低。即,玻璃基板向一个面弯曲,表面的高度的变动量从内周端朝向外周端单调增加。
另外,对于比较例中的玻璃基板,平坦度是0.5μm。另外,确认了表面的高度的变动根据圆周方向而不同,成为沿着规定的直径的变动、和沿着与该规定的直径正交的直径的变动是逆向的所谓的鞍型。
(8)磁盘制造工序
在经由上述工序而得到的玻璃基板的两面中,在玻璃基板的表面中依次成膜由Cr合金构成的附着层、由CoTaZr基合金构成的软磁性层、由Ru构成的基底层、具有粒状构造的非磁性基底层、由CoCrPt类合金构成的具有粒状构造的垂直磁记录层、由碳化氢构成的保护层、以及由全氟聚醚构成的润滑层,从而制造出垂直磁记录盘。更具体而言,使用串行型溅射装置,在玻璃基板上,依次成膜CrTi的附着层、CoTaZr/Ru/CoTaZr的软磁性层、Ru的中间层、CoCrSiO2的非磁性粒状基底层、CoCrPt-SiO2/TiO2的粒状磁性层、以及氢氧化碳保护膜,进而,通过浸泡法(dip method)形成全氟聚醚润滑层而得到磁盘。
(9)磁盘装置制造工序
另外,通过将所述磁盘安装到装置而制造磁盘装置。另外,对于磁盘装置的结构,由于是公知,所以此处省略详细的说明。
(调制试验)
对在实施例以及比较例中得到的磁盘进行调制试验。具体而言,测定了2.5英寸(外径65mmφ)下的距玻璃基板的中心的距离是29.9mm(R1)到31.5mm的点(R2)之间的区域中的调制。
对于具体的测定条件,按照以下的(1)~(3)的步骤进行。
(1)在电磁变换特性测定机(グ一シックテクニカルェンタ一プラィズ社)中设置磁盘,将磁头(DFH(dynamic flying height,动态飞行高度)头)头浮上量(滑动器浮上量)是9nm(读取元件的浮上量是2nm))的头装载到磁盘上之后,写入MF图案(在硬盘中使用的高频的一半的频率)。
(2)将读出信号输入到示波器。
(3)然后,求出所述范围内的任意的半径位置处的每个扇区的调制(包络)。
其结果,对实施例与比较例进行比较的结果,实施例的调制的值更良好(变动的幅度小)。
根据以上的调制试验的结果,在使用本实施例的玻璃基板制作的磁盘中,玻璃基板呈现相对通过该中心的轴各向同性的形状,向一个面弯曲,主表面的高度的变动量从内周端朝向外周端成为单调增加,所以圆周方向上的磁头与磁盘的距离被保持为一定,所以在调制试验中成为良好的结果。
另外,在使用了作为比较例的玻璃基板的磁盘中,玻璃基板呈现鞍型,在圆周方向上,难以将磁头与磁盘的距离保持为一定,所以在调制试验中没有得到良好的结果。
〔实施例1~8、比较例1~11〕
接下来,在变更加工条件,而制作出实施例2~8、比较例2~11的磁盘用玻璃基板之后,与实施例1同样地分别制造磁盘。然后,还与所述实施例1、比较例1一并地进行各种试验。表1示出其结果。
另外,表中的“AFM-Ra(nm)”是指,对于基板,使用原子力显微镜,以256×256像素的分辨率,对2μm×2μm角的测定区域进行了测定时的表面粗糙度(Ra)。
另外,“40万次L/UL耐久性”是指,针对磁头,在磁盘上,在温度70℃湿度80%的条件下,将装载→盘外周→盘内周→盘外周→卸载的一连串的动作反复了40万时,调查有无产生数据错误的结果。
另外,“冲击试验后的膜损伤”是指,在旋转着的磁盘上以使所述DFH头位于盘的外周→内周→外周→内周→...的方式进行读写,同时在作用时间2msec、冲击600G的条件下,使硬盘框体下降而对基板在垂直方向上提供了冲击之后,确认在盘表面的膜中有无产生损伤的结果。根据其结果,可知如果冲击时的弯曲量大,则造成损伤。
另外,“r=22mm下的DFH-TDH”是指,对磁盘的半径22mm的位置处的触地高度进行测定而得到的结果。另外,作为此时的磁头,使用所述DFH头。
另外,“ΔΘ50”是指,调查磁性膜的Co(002)的晶体取向性而得到的结果。
根据其结果,可以将本发明的磁盘用基板良好地用作磁盘。
另外,本发明不限于所述实施方式,基板既可以是玻璃,也可以是铝等。
另外,本发明的磁盘用玻璃基板也可以是仅一个主表面适合于用于记录信息的记录面的主表面形状。另外,在该情况下,优选为仅通过基板的直径的剖面形状中的凹部侧的主表面是适合于用于记录信息的记录面的主表面形状。在仅将所述凹部侧(剖面内侧的面)的主表面作为记录面的情况下,与仅将凸部侧(剖面外侧的面)作为记录面的结构相比,可以直到最外周为止使磁头的浮上稳定。对于该点,进行以下的实验。
在实施例1的磁盘用玻璃基板中,形成所述磁性膜而制作了磁盘之后,对于所述凹部侧和凸部侧的主表面,分别使用DFH(dynamic flyHight)头,针对头浮上量(滑动器浮上量),在9nm(读取元件的浮上量是2nm)的条件下,测量了触地高度(TDH)。其结果,凹部侧的主表面与凸部侧的主表面相比,最外周(r=30.6-31.6mm)附近的TDH更低。另外,针对凹部侧和凸部侧的主表面,使用所述DFH头进行了证明测试的结果,凹部侧的主表面也更良好。由此可知,优选将所述凹部侧的主表面作为记录面。即,在使用所述磁盘用玻璃基板,制造仅将一个主表面作为记录面的磁盘的情况下,优选设为仅将凹部侧的主表面作为信息记录面的表面形状。具体而言,在制造仅将一个主表面作为记录面的磁盘的情况下,也可以仅使凹部侧的主表面的表面粗糙度成为0.15nm以下。
另外,在制造所述那样的仅将一个主表面作为记录面的磁盘的情况下,也可以例如在最终研磨工序中,仅对所述凹部侧的主表面进行研磨。另外,在这样仅将一个主表面作为记录面的情况下,也可以使用单晶片式的研磨装置,仅对一个主表面进行研磨。
另外,所述实施方式中的材料、尺寸、以及处理步骤等是一个例子,可以在发挥本发明的效果的范围内实施各种变更。另外,可以在不脱离本发明的目的的范围内适宜地变更而实施。
Claims (8)
1.一种磁盘用基板,具有圆环状的主表面,其特征在于,
所述基板由玻璃构成,具有相对通过所述主表面的中心的轴各向同性的形状,在以所述轴向为高度时的所述主表面的所述高度在半径方向上的变动量从所述主表面的内周端朝向外周端单调增加,并且两个所述主表面的表面粗糙度是0.15nm以下、或者仅在通过基板的直径的剖面形状中的凹部侧的主表面的表面粗糙度是0.15nm以下,在所述主表面的至少一方中具有压缩应力层,压缩应力层的深度在两个所述主表面之间不同。
2.根据权利要求1所述的磁盘用基板,其特征在于,所述主表面的高度在所述圆环状的所述内周端最高,在所述外周端最低。
3.根据权利要求1所述的磁盘用基板,其特征在于,对于所述主表面的高度,使最高的位置与最低的位置之差成为0.3μm以上10μm以下。
4.根据权利要求1所述的磁盘用基板,其特征在于,所述基板的抗折强度是5kgf以上。
5.根据权利要求1所述的磁盘用基板,其特征在于,仅在通过基板的直径的剖面形状中的凹部侧的主表面中,以成为记录信息的信息记录面的方式,构成表面形状。
6.一种制造权利要求1~5中的任意一项所述的磁盘用基板的磁盘用基板的制造方法,其特征在于,具有:对圆环状的玻璃基板进行化学强化的工序;以及对所述化学强化后的所述玻璃基板的两个主表面进行研磨的工序,使得压缩应力层的深度在两个所述主表面之间不同,使所述两个主表面的通过研磨实现的除去厚度不同。
7.一种磁盘,其特征在于,具备:权利要求1~5中的任意一项所述的磁盘用基板;以及在所述磁盘用基板上直接或者隔着其他层形成的磁性层。
8.根据权利要求7所述的磁盘,其特征在于,仅在通过基板的直径的剖面形状中的凹部侧的主表面中,设置有用于记录信息的记录层。
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