JP2001023155A

JP2001023155A - 磁気ディスク用基板、磁気ディスクおよび磁気ディスク用基板の製造方法

Info

Publication number: JP2001023155A
Application number: JP11195872A
Authority: JP
Inventors: Fuminori Takeya; 文則竹矢
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2001-01-26
Also published as: CN1280356A

Abstract

(57)【要約】【課題】少なくとも一種のアルカリ金属が含有されてい
るガラス製の磁気ディスク用基板において、アルカリ金
属イオンの磁性膜、保護膜などへの移動による突起物の
生成を防止し、基板の主面のＲａを５オングストローム
以下とする。【解決手段】基板の外周側の端面と主面との間に面取り
部が形成されており、端面および面取り部において、ア
ルカリ金属イオンの不溶化処理とアルカリ金属含有量の
低減処理との少なくとも一方が施されており、主面が不
溶化処理または低減処理後にポリッシュ加工されてい
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、磁気ディスク用基
板、これを用いた磁気ディスクおよび磁気ディスク用基
板の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ハードディスクドライブの記録密
度の向上が急激に進んでいる。記録密度を高くするため
には、磁気記録媒体（メディア）に記録された信号のト
ラック幅を狭くし、あるいは、ドット長を短くする必要
がる。これは、メディア表面に記録された磁場が、非常
に弱くなってきていることを意味している。この記録密
度向上の背景には、弱い信号でも読み出せる、感度の高
い、磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）や巨大磁気抵
抗効果型ヘッド（ＧＭＲヘッド）に代表される磁気ヘッ
ド技術の改良がある。また、トラック幅やビット長を小
さくしても大きな磁場を残せるような、磁気特性の高い
磁性膜を形成する技術に代表されるメディアの改良があ
る。更に、弱い信号を読み書きするために、ハードディ
スクドライブ動作時の、磁気ヘッドとメディアとの距離
（ヘッド浮上量）を小さくすることも、不可欠な技術と
なっている。

【０００３】ヘッド浮上量を小さくするためには、メデ
ィア表面の平滑性（突起物がないこと）が重要である。
特にＭＲヘッド、ＧＭＲヘッドにおいては、その特性か
ら、メディア表面の突起物に触れることによって生じる
瞬間的な温度上昇によって、信号を読み取ることができ
なくなる（サーマル・アスピリティー）現象が知られて
おり、サーマル・アスピリティーに対する対策として、
メディア表面の平滑性が重視されている。例えば、最近
では、ヘッド浮上量５０ｎｍ、メディア表面の突起物の
最大高さ２５ｎｍのスペックのハードディスクドライブ
が使用され始めてきている。

【０００４】このような平滑なメディア表面を実現する
ために、近年では、メディア用の磁気ディスク用基板に
は、アルミニウム合金に代って、化学強化ガラスや結晶
化ガラス等のガラスが使用されている。アルミニウム合
金は、研磨加工等の機械的処理の過程において、その材
料特性から塑性変形を伴うので、先に述べたような平滑
性を得ることは困難である。それに対して、ガラスは表
面の硬度が高く、研磨加工等の処理を施しても塑性変形
を伴わないため、平滑な面を得やすいのである。これら
の理由から、記録密度の高いハードディスクドライブに
は、メディア用の磁気ディスク用基板にガラスを使用し
たハードディスクドライブが増加しつつある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ガラス製の磁
気デスク用基板には、次の問題がある。

【０００６】即ち、磁気ディスク用基板の表面には、ス
パッタリング法やＣＶＤ法によって、下地膜、磁性膜、
保護膜等、複数層の膜が積層されている。これらの膜の
うち、磁性膜より上に積層された膜、例えば保護膜の厚
さは、それ自体が磁気ヘッドと磁性膜とを遠ざける距離
となっている。保護膜の厚さは、従来、１５ｎｍ程度で
あったが、この距離が前記例示のヘッド浮上量５０ｎｍ
に加算されることになるので、実質的なヘッド−磁性膜
間の距離を６５ｎｍ（５０ｎｍの１．３倍）に増大させ
ている。最近では、実質的なヘッド−磁性膜間の距離を
小さくして記録密度を改善する動きがあり、保護膜の厚
さを、５〜１０ｎｍに薄くする傾向がある。

【０００７】一方、磁気ディスク用基板に使用されてい
るガラスのうち、強化ガラスにはＮａやＫ、結晶化ガラ
スにはＬｉ等、アルカリ金属が含まれている。これらの
金属イオンは、そのイオン半径が小さいことから移動し
易く、特に高温高湿下では移動し易い。前記のように、
保護膜の厚さを薄くしたメディアでは、そのメカニズム
は明確になっていないが、メディアの表面に移動してき
たアルカリ金属イオンが、周囲の物質と反応して、水酸
化物や炭酸塩等、さまざまな化合物を形成し、メディア
表面に突起物を形成することによって、浮上中のヘッド
と衝突し、ヘッドクラッシュを起こす可能性が否定でき
ない。また、磁性膜を腐食することにより、磁性膜の特
性を劣化させ、記録・再生時にエラーを発生したり、こ
の結果としてヘッドクラッシュを起こす可能性が指摘さ
れている。更に、これらのアルカリ金属イオンがヘッド
側に付着することにより、磁気ヘッド素子自体を腐食す
る可能性や、ヘッドクラッシュを起こす可能性も指摘さ
れている。

【０００８】これらの課題に対して、本発明者らは、特
開平８−３３５３１２号公報の中で、磁気ディスク用基
板を温水や弱酸性水溶液中で処理することにより、磁気
ディスク用基板の表面のアルカリ金属イオン濃度を低下
させる処理を開示した。また、磁気ディスク用基板を加
熱処理することにより、同様の効果が得られることを開
示した。

【０００９】しかし、当時のハードディスクドライブで
は、ヘッド浮上量が７５ｎｍであったので、磁気ディス
ク用基板に求められていた中心線平均表面粗さ（Ｒａ）
は２０オングストロームであった。これに対して、最近
求められている平均表面粗さ（Ｒａ）は、上記したヘッ
ド浮上量の減少に伴い、５オングストローム以下になっ
てきている。特開平８−３３５３１２号公報で開示した
方法では、磁気ディスク用基板の主面の平均表面粗さを
５オングストローム以下に維持することが困難であるこ
とがわかってきた。

【００１０】これと共に、前述したように、アルカリ金
属イオンの移動によって生ずる突起物を防止することは
困難である。

【００１１】本発明の課題は、少なくとも一種のアルカ
リ金属が含有されているガラス製の磁気ディスク用基板
において、アルカリ金属イオンの磁性膜、保護膜などへ
の移動による突起物の生成を防止しつつ、磁気ディスク
用基板の主面の中心線平均表面粗さＲａを５オングスト
ローム以下とできるようにすることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも一
種のアルカリ金属が含有されているガラス製の磁気ディ
スク用基板であって、磁気ディスク用基板の外周側の端
面と主面との間に面取り部が形成されており、端面およ
び面取り部において、アルカリ金属イオンの不溶化処理
とアルカリ金属含有量の低減処理との少なくとも一方の
処理が施されており、主面が不溶化処理または低減処理
後にポリッシュ加工されていることを特徴とする。

【００１３】また、本発明は、前記磁気ディスク用基板
と、この磁気ディスク用基板上に設けられている磁性膜
とを備えていることを特徴とする、磁気ディスクに係る
ものである。

【００１４】また、本発明は、ガラス製の磁気ディスク
用基板を製造する方法であって、原料ガラスを溶融して
溶融ガラスを得、溶融ガラスを成型して板状ガラスを
得、板状ガラスに内径孔を形成し、次いで板状ガラスの
主面を研磨または研削加工することによって板状ガラス
の厚さを調節して基板材を得、次いで基板材の内径孔に
面する内周側端面と外周側の端面とをそれぞれ面取り加
工することによって面取り部を形成し、内周側端面およ
び外周側端面を鏡面にポリッシュ加工し、次いで基板材
の主面、内周側の端面、外周側の端面および各面取り部
にアルカリ金属イオンの不溶化処理とアルカリ金属の含
有量の低減処理との少なくとも一方の処理を施し、次い
で基板材の主面を鏡面にポリッシュ加工して磁気ディス
ク用基板を得ることを特徴とする。

【００１５】本発明者は、先に述べたアルカリ金属イオ
ンの移動に起因すると考える突起物を解析している中
で、図１に示すように、この突起物２の発生位置が、す
べてメディア１の外周部のみであることを発見した。た
だし、４Ａ、４Ｂは主面であり、６は内周側の端面であ
る。

【００１６】本発明者は、この原因を探索した結果、次
の発見に到達した。即ち、図２に拡大して示す磁気ディ
スク用基板５におけるように、主面４Ａ、４Ｂと外周側
端面３ａとの間に面取り部３ｂ、３ｃを形成する。そし
て、前記した突起物をよく観察すると、面取り部３ｂ、
３ｃ上に突出し、主面４Ａ側にまで延びることで、問題
を起こすことが分かった。こうした磁気ディスク用基板
の面取り部の近傍以外では、アルカリ金属イオンの移動
に起因すると見られる突起物は観測されなかった。

【００１７】この原因は、磁気ディスク用基板の外周側
端面の形態の特異性にあるものと思われる。即ち、磁気
ディスク用基板５の外周側端面３ａおよび内周側の端面
６は、図２に示すように面取り加工した後、酸化セリウ
ム等のスラリーを用いて鏡面にポリッシュ加工される。
しかし、実際に仕上がった面の品質を観察したところ、
内周側端面の方が外周側端面よりも優れていることが分
かった。外周側の端面には、内周側端面に比べて、欠け
やピット等が多く観察された。これらの欠けやビットな
どのポリッシュ後に残留する欠陥が、機構は明らかでは
ないが、磁気記録媒体においてアルカリ金属の移動を引
き起し、突起物を生成させる起点となるものと考えられ
る。

【００１８】磁気ディスク用基板を構成するガラスは特
に限定されない。例えば、Ｌｉ₂ Ｏ−Ａｌ₂ Ｏ₃ −Ｓｉ
Ｏ₂ 系のガラス、特に結晶化ガラスが特に好ましい。こ
の系のガラスにおいては、特に好適には、その主結晶層
が、ニケイ酸リチウム（Ｌｉ₂ Ｏ・２ＳｉＯ₂ ）相と、
β−スポジュウメン（Ｌｉ₂ Ｏ・Ａｌ₂ Ｏ ₃ ・４ＳｉＯ
₂ ）相またはβ−スポジュウメン固溶体相によって占め
られており、かつＳｉＯ₂ 結晶相の占める割合が２重量
％以下である。

【００１９】こうした結晶化ガラスからなる基板を製造
するためには、ＳｉＯ₂：６５〜８５重量％、Ｌｉ₂
Ｏ：８〜１２重量％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：２〜８重量％、Ｐ₂
Ｏ₅ ：１〜３重量％を含有する組成の原ガラスを製造す
る。好ましくは、このガラス原料を、５００〜６００℃
で１〜５時間熱処理することにより、結晶核を形成し、
次いで６５０〜８００℃で１〜５時間熱処理することに
より、結晶化ガラスを製造する。こうして得られた結晶
化ガラスからは、図３の工程を経ることによって中心線
平均表面粗さ５オングストローム以下の平滑性を有する
磁気ディスク用基板を得ることができる。

【００２０】なお、この系の結晶化ガラス中には、他の
成分を含有させることができる。まず、Ｐ₂ Ｏ₅ 以外の
核形成剤として、ＴｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ 、ＳｎＯ₂等の金
属酸化物または白金等の金属、フッ化物を、単独で、ま
たは２種以上混合して、含有することができる。また、
Ｋ₂ Ｏを０〜７重量％含有させることができる。これ
は、ガラスの溶融、成形温度を低下させるのと共に、成
形時のガラスの失透を抑制する効果がある。この作用を
発揮させるには、この含有量を２重量％以上とすること
が更に好ましい。また、この含有量が７重量％を越える
と、ガラスセラミックスの強度が低下する傾向がある。
Ａｓ₂ Ｏ₃ とＳｂ₂ Ｏ₃ との一方または双方を、合計で
０〜２重量％含有させることもできる。これらは、ガラ
ス溶融の際の清澄剤である。

【００２１】その他、Ｂ₂ Ｏ₃ 成分を０〜３重量％、Ｃ
ａＯ成分を０〜３重量％、ＳｒＯを０〜３重量％、Ｂａ
Ｏを０〜３重量％含有させることができる。

【００２２】ガラス製磁気ディスク用基板の製造工程の
一例を、図３に示す。

【００２３】原料ガラスを溶融して溶融ガラスを得、こ
の溶融ガラスを成形して板状ガラスを得、好ましくは板
状ガラスを結晶化させる。この板状ガラスに内径孔を形
成し、次いで板状ガラスの主面を粗ラップ加工および精
密ラップ加工し、板状ガラスの厚さを調節して基板材を
得る。次いで、この基板材の内径孔に面する内周側端面
と外周側の端面とをそれぞれ面取り加工することによっ
て面取り部を形成し、内周側端面および外周側端面を鏡
面にポリッシュ加工する。

【００２４】次いで、基板材の主面、内周側の端面およ
び外周側の端面にアルカリ金属イオンの不溶化処理とア
ルカリ金属の含有量の低減処理との少なくとも一方を施
し、次いで基板材の主面を鏡面に最終的なポリッシュ加
工２を施して磁気ディスク用基板を得る。主面ポリッシ
ュ加工１は、前記不溶化処理とアルカリ金属の含有量の
低減処理の前に行ってよく、後に行ってもよい。

【００２５】アルカリ金属イオンの不溶化処理には、２
００〜５５０℃の温度範囲内での熱処理が好適に使用さ
れている。また、含有するアルカリ金属イオンよりもイ
オン半径の大きいアルカリ金属イオンでのイオン交換も
使用することができる。

【００２６】また、アルカリ金属の含有量を低減する処
理としては、基板材を６０℃以上の純水中に浸漬でき
る。また、基板材を弱酸の水溶液または酸性イオン水に
浸漬することができる。

【００２７】更に、不溶化処理や、アルカリ金属含有量
の低減処理によって、基板表面の不特定位置に、平均表
面粗さの数値によっては評価できない突起物やへこみが
生じる懸念がある。このため、これらの処理は、主面の
最終的なポリッシュ加工よりも前に行うことが望まれ
る。

【００２８】本発明によれば、アルカリ金属イオンの不
溶化処理、またはアルカリ金属の含有量を低減する処理
を施した後、主面に最終ポリッシュを施すため、磁気デ
ィスク用基板の表面は、中心線平均表面粗さ５オングス
トローム以下（更に好ましくは４．５オングストローム
以下、一層好ましくは４．０オングストローム以下）の
平滑性を得ることができる。これと共に、アルカリ金属
イオンの移動源となる外周側端面および面取り部におい
ては、アルカリ金属は、不溶化もしくは含有量を低減さ
せられた状態を維持しているので、メディア表面にアル
カリ金属イオンが移動して突起物を形成するのを効果的
に防ぐことができる。

【００２９】

【実施例】（比較例）ＳｉＯ₂ ：７６．１重量％、Ｌｉ₂ Ｏ：９．９重量％、
Ａｌ₂ Ｏ₃ ：５．１重量％、Ｋ₂ Ｏ：２．８重量％、Ｚ
ｒＯ₂ ：４．０重量％、Ｐ₂ Ｏ₅ ：１．９重量％、Ｓｂ
₂ Ｏ₃ ：０．２重量％の組成を有するガラスを作製した
後、図３に示す工程に沿って磁気ディスク用基板を試作
した。ただし、不溶化処理やアルカリ金属の含有量低減
処理は行わなかった。主面ポリッシュ加工２における研
磨除去量は、両面合わせて１μｍ未満である。磁気ディ
スク用基板を、スパッタリング装置内に投入する前に、
基板の主面の中心線平均表面粗さを測定した結果、４．
０オングストロームであった。

【００３０】この磁気ディスク用基板の主面に、スパッ
タリングにより、下地膜と磁性膜を形成し、その上にＣ
ＶＤ法によりダイヤモンドライクカーボン膜を形成し、
更にその上に潤滑剤をコーティングし、メディアを作製
した。スパッタリングによって形成した膜の合計厚さは
９０ｎｍであり、ＣＶＤで形成した膜の厚さは１０ｎｍ
である。メディアを２５枚作製した。各メディアを、温
度７０℃、湿度８０％の恒温恒湿槽中に２４０時間放置
した後、メディアの表面に発生する突起物の有無をハロ
ゲンランプの下で目視で観察した。

【００３１】この結果、５枚のメディアにおいて、図１
に示すように、基板の外周エッジ部分上において、突起
物２がメディア表面に白く光って観察された。また、こ
の白色部分を飛行時間型２次イオン質量分析装置（ＴＯ
Ｆ−ＳＩＭＳ）で分析した結果、異常のない箇所に比べ
てリチウムイオン濃度が高いことがわかった。即ち、リ
チウムイオンの移動によって突起物２が生成しているこ
とが確認された。

【００３２】（実施例１）比較例１と同様にして磁気デ
ィスク用基板を製造した。ただし、主面ポリッシュ加工
１と２との間に、基板を３００℃で３時間熱処理した
（不溶化処理）。この結果、主面ポリッシュ加工２後の
基板主面のＲａは４．０オングストロームであった。２
５枚の基板について上記と同様に腐食試験を行った結
果、いずれも突起物は観測されなかった。

【００３３】（比較例２）比較例１と同様にして基板を
製造した。ただし、洗浄後に、基板を３００℃で３時間
熱処理した（不溶化処理）。この結果、基板主面のＲａ
は６．０オングストロームであった。

【００３４】（実施例２）比較例１と同様にして基板を
製造した。ただし、主面ポリッシュ加工１と２との間
に、基板を８０℃の温純水中に４時間浸漬した（含有量
低減処理）。この結果、主面ポリッシュ加工２後の基板
主面のＲａは４．０オングストロームであった。２５枚
の基板について上記と同様に腐食試験を行った結果、い
ずれも突起物は観測されなかった。

【００３５】（比較例３）比較例１と同様にして基板を
製造した。ただし、洗浄後に、基板を８０℃の温純水中
に４時間浸漬した（含有量低減処理）。この結果、基板
主面のＲａは６．３オングストロームであった。

【００３６】（実施例３）比較例１と同様にして基板を
製造した。ただし、主面ポリッシュ加工１と２との間
に、基板を０．１Ｎの硝酸水溶液（８０℃）中に４時間
浸漬した（含有量低減処理）。この結果、主面ポリッシ
ュ加工２後の基板主面のＲａは４．０オングストローム
であった。２５枚の基板について上記と同様に腐食試験
を行った結果、いずれも突起物は観測されなかった。

【００３７】（比較例４）比較例１と同様にして基板を
製造した。ただし、洗浄後に、基板を０．１Ｎの硝酸水
溶液（８０℃）中に４時間浸漬した（含有量低減処
理）。この結果、基板主面のＲａは５．８オングストロ
ームであった。

【００３８】これらの結果より、加熱による不溶化処理
や、水性媒体によるアルカリ金属含有量の低減処理を、
最終的な主面のポリッシュ加工２の前に施せば、ポリッ
シュ加工２による研磨によって、不溶化処理や含有量低
減処理を施していない場合と同じ平滑性が得られること
がわかる。

【００３９】しかも、主面に対して不溶化処理や含有量
低減処理を施した後に、最終的に主面ポリッシュ加工２
を施し、主面を精密研磨して削除した場合であっても、
リチウムイオンの移動に起因して発生する突起物は観測
されなかった。

【００４０】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
磁気ディスク用基板上に、スパッタリング法およびＣＶ
Ｄ法で磁性膜等を形成して作製したメディアの高温高湿
下での信頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】メディア１を高温高湿下で腐食試験をしたとき
に、メディアの外周エッジ部分に突起物が生成した状態
を示す模式図である。

【図２】磁気ディスク用基板の外周エッジ部分を模式的
に示す、拡大部分断面図である。

【図３】結晶化ガラス製の磁気ディスク用基板の製造工
程フローの一例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１メディア２アルカリ金属イオンの移動に
よって生じた突起物３ａ基板の外周側の端面
３ｂ、３ｃ面取り部４Ａ、４Ｂ主面６内周側の端面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一種のアルカリ金属が含有され
ているガラス製の磁気ディスク用基板であって、前記磁
気ディスク用基板の外周側の端面と主面との間に面取り
部が形成されており、前記端面および前記面取り部にお
いて、アルカリ金属イオンの不溶化処理とアルカリ金属
含有量の低減処理との少なくとも一方の処理が施されて
おり、前記主面が前記処理後にポリッシュ加工されてい
ることを特徴とする、磁気ディスク用基板。
【請求項２】前記主面の中心線平均表面粗さが５オング
ストローム以下であることを特徴とする、請求項１記載
の磁気ディスク用基板。
【請求項３】前記アルカリ金属が、リチウム、ナトリウ
ム、およびカリウムからなる群より選ばれた一種以上の
アルカリ金属であることを特徴とする、請求項１または
２記載の磁気ディスク用基板。
【請求項４】前記磁気ディスク用基板の前記端面および
前記面取り部におけるアルカリ金属の含有量が、この磁
気ディスク用基板全体のアルカリ金属含有量の平均値の
１／２以下であることを特徴とする、請求項１−３のい
ずれか一つの請求項に記載の磁気ディスク用基板。
【請求項５】前記ガラスが結晶化ガラスであることを特
徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載
の磁気ディスク用基板。
【請求項６】請求項１−５のいずれか一つの請求項に記
載の磁気ディスク用基板と、この磁気ディスク用基板上
に設けられている磁性膜とを備えていることを特徴とす
る、磁気ディスク。
【請求項７】前記磁気ディスク用基板と前記磁性膜との
間に下地層が設けられており、前記磁性膜の上に保護膜
が設けられていることを特徴とする、請求項６記載の磁
気ディスク。
【請求項８】ヘッド浮上量が５０ｎｍ以下であるスペッ
クのハードディスクドライブにおいて使用されることを
特徴とする、請求項６または７記載の磁気ディスク。
【請求項９】ガラス製の磁気ディスク用基板を製造する
方法であって、原料ガラスを溶融して溶融ガラスを得、この溶融ガラス
を成形して板状ガラスを得、この板状ガラスに内径孔を
形成し、次いで前記板状ガラスの主面を研磨または研削
加工することによって前記板状ガラスの厚さを調節して
基板材を得、次いでこの基板材の前記内径孔に面する内
周側端面と外周側の端面とをそれぞれ面取り加工するこ
とによって各面取り部を形成し、前記内周側端面および
前記外周側端面を鏡面にポリッシュ加工し、次いで前記
基板材の主面、前記内周側の端面、前記外周側の端面お
よび前記各面取り部にアルカリ金属イオンの不溶化処理
とアルカリ金属の含有量の低減処理との少なくとも一方
を施し、次いで前記基板材の主面に最終的なポリッシュ
加工を施して磁気ディスク用基板を得ることを特徴とす
る、磁気ディスク用基板の製造方法。
【請求項１０】前記基板材を２００〜５５０℃の温度範
囲内で熱処理することによって、前記アルカリ金属イオ
ンの不溶化処理を施すことを特徴とする、請求項９記載
の磁気ディスク用基板の製造方法。
【請求項１１】前記基板材を水性媒体中に浸漬すること
によって、前記基板材の表面におけるアルカリ金属の含
有量を、この基板材全体のアルカリ金属含有量の平均値
の１／２以下にすることを特徴とする、請求項９記載の
磁気ディスク用基板の製造方法。