JP2003095666A - 成形用金型およびその製造方法ならびに情報記録ディスク用ガラス基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 保護膜の表面に存在する凸欠陥を除去するこ
とができ、保護膜の表面にスクラッチを生じることのな
い成形用金型を提供すること。 【解決手段】 金型上の保護膜の表面を、粒径０．００
５μｍ〜０．３μｍの砥粒を含む研磨剤を使用した化学
的機械研磨を用いて研磨し、保護膜の表面の粗さ（Ｒ
ａ）を２ｎｍ以下に仕上げることにより、欠陥がなく、
超平滑平面を有した金型を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気ディスクなど
の情報記録ディスク用ガラス基板成形用金型およびその
製造方法ならびに情報記録ディスク用ガラス基板の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報を磁気的に記録ないし再生する情報
記録ディスクの一つである磁気ディスクでは、小型化、
薄型化、高記録密度化などの高性能化が進んでいる。そ
して、この磁気ディスクの基板材料としては、剛性や硬
度が高く、また平滑化も比較的容易なガラス基板を用い
た開発が進められている。このようなガラス基板を、成
形用金型を用いて、プレス成形する方法は、その成形後
のガラス基板の表面を多くの工程で加工する必要がない
ため、低コストであり、また高品質な基板材料が得られ
るため生産性が高い。そして、このようなプレス成形用
金型は、耐熱性物質からなる金型母材のプレス面に保護
膜が成膜されて構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、磁気ディス
ク用としてのガラス基板では、その表面粗さ（Ｒａ）と
して数ｎｍという超平滑性が要求され、僅か数１０ｎｍ
の高さの欠陥でも、製品不良を引き起こす。そのため、
ガラス基板に転写される金型表面の欠陥や表面粗さを低
減することは前記した製品不良の低減を図るうえで重要
となる。また、磁気ディスク用ガラス基板の大きさは、
光学素子の数倍以上の直径例えば数１０〜８０ｍｍ程度
であり、この面積が大きいことも、欠陥のない超平滑平
面を得る困難さを増す一つの要因となる。

【０００４】そこで、従来では、金型母材の表面をダイ
ヤモンド砥粒などで超平滑平面に研磨した後、その砥粒
や金型母材の研磨粉やその他の異物を除去するために洗
浄を行うようにしている。しかしながら、このような異
物は、洗浄では完全に取り除かれにくいため、その上に
堆積した保護膜の表面にも数１０〜数１００ｎｍの凹凸
の欠陥を生じてしまう。このような欠陥は、成形後のガ
ラス基板に転写され、欠陥となってしまう。

【０００５】また、金型母材の表面に異物がなく、平滑
にしていても、その表面に保護膜を成膜すると、その成
膜中に発生した粒子などにより、保護膜の表面に凹凸な
どの欠陥を生じてしまう。

【０００６】また、保護膜において、その成膜後の表面
粗さは成膜前のそれよりも劣化する。これは保護膜それ
自体の結晶性や成膜メカニズムに起因していると考えら
れ、改善することは困難である。このため、保護膜の平
滑化のために硬く研削力の高いダイヤモンド砥粒等を用
いて研磨する方法も提案されているものの、砥粒を分散
させただけの研磨剤では保護膜の表面に傷が生じてしま
うという問題がある。また、シリカ（二酸化珪素）等の
ように柔らかい砥粒を用いると研磨レートが著しく低
く、研磨自体が困難である。

【０００７】さらに、保護膜の表面に生じた傷などの欠
陥は、ガラス成形時に延びるガラスの抵抗になり、その
際、ガラス中の不純物による保護膜の腐食を引き起こす
ため、金型の寿命を大幅に低下させるというと問題も引
き起こす。

【０００８】したがって、本発明は、金型母材の表面に
成膜される保護膜の表面を、凹凸などの欠陥を生じなく
し、超平滑な平面にすることを解決すべき課題としてい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】(１)本発明の成型用金型
は、ガラス材料を所要形状のガラス基板にプレス成形す
るために用いられる成型用金型であって、金型母材の表
面に所要膜厚の保護膜が成膜されており、前記保護膜
は、粒径０．００５〜０．３μｍの砥粒を含む研磨剤に
より化学的機械研磨されて表面の粗さ（Ｒａ）が２ｎｍ
以下に仕上げられていることを特徴とする。

【００１０】本発明の成型用金型の場合、凹凸などの欠
陥が無く超平滑な保護膜表面を備えたものである。

【００１１】好ましくは、前記保護膜の材料が、白金、
パラジウム、ロジウム、ルテニュウム、イリジウム、オ
スミウム、レニウム、タンタルのなかの少なくとも１種
類からなる。

【００１２】この構成により、金型母材の保護力と成形
後のガラス基板との離型性が向上し、かつ保護膜寿命の
優れたものとなる。

【００１３】好ましくは、前記化学的機械研磨を行なう
研磨剤のｐＨが４以下である。

【００１４】この構成により、研磨レートを向上し、凸
異物の除去効率を高めることができる。

【００１５】好ましくは、前記化学的機械研磨を行なう
研磨剤に含まれる砥粒がアルミナ、シリカ、セリアのう
ち少なくとも一つを主成分とする。

【００１６】砥粒としてこれらの主成分を選択すると、
保護膜に傷を発生させにくくできる。

【００１７】(２)本発明の成型用金型の製造方法は、ガ
ラス材料から情報記録ディスクの形状のガラス基板にプ
レス成形するのに用いられる成型用金型の製造方法であ
って、金型母材の表面に保護膜を成膜する工程と、前記
成膜工程後において前記保護膜の表面の凹凸を化学的機
械研磨して表面粗さ(Ｒａ)で２ｎｍ以下に加工する工程
とを含むことを特徴とする。

【００１８】この製造方法の場合、欠陥がないガラス基
板を成形できると共に、保護膜表面に欠陥が存在しない
ため、保護膜の寿命が優れた金型とすることができる。
また、保護膜表面に存在する凸欠陥を除去することがで
き、保護膜表面にスクラッチ（傷）を生じることなく超
平滑な保護膜表面とガラス成形用金型を得ることができ
る。

【００１９】好ましくは、前記化学的機械研磨が、粒径
０．００５〜０．３μｍの砥粒を含む研磨剤により研磨
するものである。

【００２０】(３) 本発明の情報記録ディスク用ガラス
基板の製造方法は、ガラス素材を、金型を用いて、情報
記録ディスク形状のガラス基板にプレス成形する情報記
録ディスク用ガラス基板の製造方法において、前記金型
として前記(１)に記載の金型を用いることを特徴とする

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明の実施の形態１におけ
る成形用金型の断面構成を示す。図中、Ａは金型全体を
示す。この金型Ａは、表面研磨加工が終了した状態にあ
る金型母材１を有する。金型母材１において、図中上側
の面は、プレス面２となる。このプレス面２には、例え
ば数μｍの膜厚の保護膜３が、例えばプラズマスパッタ
装置によって、成膜されている。この保護膜３は、ガラ
ス成形時の高温と高圧で金型母材１が腐食などにより劣
化するのを防ぐためのものである。

【００２２】保護膜３の材料は、金型母材１の保護力と
成形後のガラス基板との離型性を向上させ、かつ寿命特
性にも優れたものが好ましい。そのため、保護膜３の材
料としては、貴金属系金属またはその貴金属同士の合金
が好ましく、それには、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジ
ウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニュウム（Ｒ
ｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、レニ
ウム（Ｒｅ）、タンタル（Ｔａ）があり、それらから少
なくとも１種類が選択される。

【００２３】保護膜３の表面には、図１(ａ)で示すよう
に、金型母材１の表面に残存していた異物や、成膜時に
付着したパーティクルや、成膜時に発生した微小なモフ
ォロジー等からなる微小な表面凹凸４が存在している。

【００２４】このような保護膜３に対して、図１（ｂ）
に示すように、ｐＨ(水素イオン活性度：ペーハー)が約
３の研磨剤を使用した化学的機械研磨を用いてその表面
を研磨して微小な表面凹凸４を除去する。これによっ
て、保護膜３の表面を、表面粗さＲａで２ｎｍ以下、最
も好ましくは０．５ｎｍ以下の超平滑な平面５に形成す
る。

【００２５】研磨剤のｐＨとしては、研磨レートを向上
し、凸異物の除去効率を高めるうえで、前記した約３に
限定されるものではなく、４以下であればよい。

【００２６】前記研磨剤は、粒径０．００５〜０．３μ
ｍ、好ましくは、粒径０．０１〜０．１ｎｍ、最も好ま
しくは、粒径約０．０１μｍのシリカ(酸化シリコン)砥
粒を含む。他の研磨剤には、アルミナ(酸化アルミニウ
ム)、セリア(酸化セリウム)がある。

【００２７】これら各研磨剤に含まれる砥粒は、アルミ
ナ、シリカ、セリアの少なくとも一つを主成分としてい
るものでよい。

【００２８】このとき行なう化学的機械研磨について図
２を用いて簡単に説明する。

【００２９】化学的機械研磨は、一般にはＣＭＰ（Chem
ical Mechanical Polishing）と呼ばれ、例えば図２に
示すような装置によって行なわれる。

【００３０】ＣＭＰに用いられる研磨剤（スラリー）７
には、前記砥粒の他に、酸化剤、分散材、安定剤、ｐＨ
調整剤などの化学成分が含まれており、毎分数１０回転
で回転する定盤８の中央から滴下され被研磨物の表面に
分散供給される。

【００３１】被研磨物である金型Ａは、キャリア９の内
部に被研磨面であるプレス面を下にして保持されてお
り、発泡ポリウレタンや腐食布などの弾性体からなる研
磨布（研磨パッド）１０に所望の圧力で押し付けられ
る。

【００３２】これにより金型Ａの被研磨面は化学的に反
応しながら機械的な力を受けて研磨されるというもので
ある。この化学的機械研磨の研磨レートは、圧力が高い
ほど高くなる特性を有しているため、凸欠陥は早く研磨
されて消失し、凹欠陥は周辺の平坦な領域より研磨レー
トが低いため研磨されにくく、周辺が研磨されて膜厚が
薄くなることにより消失させることができる。

【００３３】したがって、本実施の形態１によると、金
型Ａはその保護膜３に欠陥がない超平滑な平面５を有
し、その平面５が成形後のガラス基板に転写させること
ができるため、ガラス基板も欠陥がない超平滑な平面と
なり、情報記録ディスク用ガラス基板として最適なもの
とすることができる。

【００３４】また、本実施の形態１の場合、保護膜３の
表面に存在する欠陥に起因した、成形時の保護膜３の劣
化を大幅に低減し、その寿命を大幅に改善することがで
きる。したがって、このような保護膜３を備えた金型を
用いれば、高品質な情報記録ディスク用ガラス基板を安
価にかつ大量に製造できる。

【００３５】なお、本実施の形態１では被研磨物である
金型Ａよりも研磨パッド１０の方が大きい場合を示した
が、金型Ａよりも研磨パッド１０が小さくても良い。

【００３６】また、研磨剤として約０．１μｍのアルミ
ナ砥粒を含み、ｐＨが約３であるとしたが、粒径が０．
０１μｍ〜０．３μｍの砥粒を含む研磨剤であれば、保
護膜３の種類に合わせてシリカなどの他の砥粒を用いた
り他のｐＨとしても良い。 （実施の形態２）図３(ａ)(ｂ)は、それぞれ、本発明の
実施の形態２における磁気ディスク用ガラス基板成形用
金型を示す概略斜視図および概略断面図である。これら
の図において、Ｂは、金型の全体を示す。この金型Ｂ
は、その側面が２段構成になっている。図中、１は、金
型母材、２はプレス面、３は、保護膜、５は、平滑平面
である。この平面５は、実施の形態１で記載した方法を
用いて表面粗さＲａが２ｎｍ以下の超平滑な平面とされ
ている。

【００３７】保護膜３は、約１μｍ例えばイリジウムか
らなる膜で構成され、金型母材１の底面を除く表面に覆
われている。この場合、保護膜３は、金型母材１のプレ
ス面２にのみ形成されていてもよい。

【００３８】なお、本実施の形態２では金型Ｂが２段構
成になっている場合を示しているが、それ以上の段数で
あってもよいし、また、保護膜３は、他の膜種や膜厚で
あってもよい。 （実施の形態３）図４(ａ)(ｂ)は、それぞれ、本発明の
実施の形態３における磁気ディスク用ガラス基板の製造
方法の実施に用いる製造装置の概略断面図であり、図４
(ａ)は、プレス成形前、図４(ｂ)はプレス成形状態を示
す。この製造方法の実施に際して、実施形態１の金型Ａ
が用いられるが、実施形態２の金型Ｂを用いてもよい。

【００３９】図４（ａ）において、上下一対の金型Ａ
は、互いの平面５が向かい合わせになるように、対応す
るヒータ１１それぞれに固定されている。下側の金型Ａ
には、ガラス素材１２が設置されている。ガラス素材１
２は、前記両金型Ａによるプレス成形により成形されて
磁気ディスク用のガラス基板１５となる。

【００４０】以下、説明する。まず、図４(ａ)で示すよ
うに、成形室内１３内における下側金型Ａの中央にガラ
ス素材１２を設置する。次に、ヒータ１１により、上下
金型Ａおよびガラス素材１２を当該ガラス素材１２の特
性にあわせた所望の温度（例えば６００℃、ガラス素材
１２の質により異なり、ガラス軟化点Ｔｓ近傍（±５０
℃程度）)に加熱する。

【００４１】次に、図４（ｂ）に示すように、加圧機１
４を用いて、上側金型Ａを、下側金型Ａに向けて下降さ
せ、両金型Ａ間でガラス素材１２を、例えば４００Ｋｇ
／ｃｍ²の圧力で数分間加圧して所望の厚さのガラス基
板１５に成形する。もちろん、これら成形条件は一例で
あり、ガラス素材の特性に合わせた他の成形条件でも良
い。

【００４２】その後、両金型Ａおよびをガラス基板１５
を約３００℃まで冷却した後、金型Ａ同士を離し、ガラ
ス基板１５を成形室８外に取出す。

【００４３】以上の製造方法により製造されたガラス基
板１５は、金型Ａの表面粗さＲａが２ｎｍ以下の超平滑
な平面が転写されているから、磁気ディスク用として適
したものとなる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、保護膜の
表面に存在する凸欠陥が除去され、超平滑な平面を備え
た成形用金型を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における金型の製造方法
の説明に供するもので、(ａ)は保護膜表面に凹凸欠陥の
ある金型の側面断面図、(ｂ)は保護膜表面に凹凸欠陥が
無く平滑された金型の側面断面図を示す。

【図２】図１の金型の保護膜表面の研磨に用いる化学的
機械研磨装置の概略斜視図である。

【図３】本発明の実施の形態２における金型に係り(ａ)
は、その概略斜視図、(ｂ)は、その概略断面図である。

【図４】本発明の実施の形態３における磁気ディスク用
ガラス基板の製造方法の実施に供する製造装置に係り、
(ａ)は、プレス成形前の前記製造装置の概略断面図、
(ｂ)は、プレス成形状態の前記製造装置の概略断面図を
示す。

【符号の説明】

Ａ 金型 １ 金型母材 ２ プレス面（平面） ３ 保護膜 ４ 微小な表面凹凸 ５ 超平滑平面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島田 隆 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5D006 CB04 CB07 DA03 5D112 AA02 BA03 BA10

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス材料を所要形状のガラス基板にプ
   レス成形するのに用いられる成型用金型であって、 金型母材の表面に所要膜厚の保護膜が成膜されており、 前記保護膜は、粒径０．００５〜０．３μｍの砥粒を含
   む研磨剤により化学的機械研磨されて表面の粗さ（Ｒ
   ａ）が２ｎｍ以下に仕上げられている、ことを特徴とす
   る成型用金型。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の成型用金型において、 前記保護膜の材料が、白金、パラジウム、ロジウム、ル
   テニュウム、イリジウム、オスミウム、レニウム、タン
   タルのなかの少なくとも１種類からなることを特徴とす
   る成形用金型。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の成形用金型にお
   いて、 前記化学的機械研磨を行なう研磨剤のｐＨが４以下であ
   ることを特徴とする成型用金型。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の成
   型用金型において、 前記化学的機械研磨を行なう研磨剤に含まれる砥粒がア
   ルミナ、シリカ、セリアのうち少なくとも一つを主成分
   とすることを特徴とする成型用金型。
5. 【請求項５】 ガラス材料から情報記録ディスクの形状
   のガラス基板にプレス成形するのに用いられる成型用金
   型の製造方法であって、 金型母材の表面に保護膜を成膜する工程と、 前記成膜工程後において前記保護膜の表面の凹凸を化学
   的機械研磨して表面粗さがＲａで２ｎｍ以下に加工する
   工程と、 を含むことを特徴とする成型用金型の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の成型用金型の製造方法
   において、 前記化学的機械研磨が、粒径０．００５〜０．３μｍの
   砥粒を含む研磨剤により研磨するものである、ことを特
   徴とする成型用金型の製造方法。
7. 【請求項７】 請求項５または６記載の成型用金型の製
   造方法において、 前記保護膜の材料として、白金、パラジウム、ロジウ
   ム、ルテニュウム、イリジウム、オスミウム、レニウ
   ム、タンタルのなかの少なくとも１種類から選択するこ
   とを特徴とする成形用金型の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項５ないし７いずれかに記載の成形
   用金型の製造方法において、 前記化学的機械研磨を行なう研磨剤のｐＨを４以下とす
   ることを特徴とする成型用金型の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項５ないし８のいずれかに記載の成
   型用金型の製造方法において、 前記化学的機械研磨を行なう研磨剤として、それに含ま
   れる砥粒がアルミナ、シリカ、セリアのうち少なくとも
   一つを主成分に含むものを用いる、ことを特徴とする成
   型用金型の製造方法。
10. 【請求項１０】 ガラス素材を、金型を用いて、情報記
    録ディスクの形状のガラス基板にプレス成形する情報記
    録ディスク用ガラス基板の製造方法において、 前記金型として請求項１ないし４いずれかに記載の金型
    を用いる、ことを特徴とする情報記録ディスク用ガラス
    基板の製造方法。