JP2012185885A - 磁気ディスク用ガラス基板の製造方法及び磁気ディスクの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】研磨砥粒としてコロイダルシリカを含む研磨液と、研磨パッドが配備された定盤とを用いて、ガラス基板の主表面を研磨する研磨工程を含む磁気ディスク用ガラス基板の製造方法である。ここで、上記研磨工程の前に、スルホン酸基を含むアクリル系ポリマーを含有する水溶液中に上記ガラス基板を浸漬させ、しかる後、上記研磨工程を行う。
【選択図】図3
Description
従来のガラス基板の研磨方法は、酸化セリウムやコロイダルシリカ等の金属酸化物の研磨材を含有するスラリー(研磨液)を供給しながら、ポリウレタン等のポリシャの研磨パッドを用いて行っている。高い平滑性を有するガラス基板は、たとえば酸化セリウム系研磨材を用いて研磨した後、さらにコロイダルシリカ砥粒を用いた仕上げ研磨(鏡面研磨)によって得ることが可能である。ここで例えば、酸性になるようにpH調整されたコロイダルシリカスラリーを磁気ディスク基板の研磨に用いることが提案されている(下記特許文献1参照)。また、研磨液にアルカリを含有させることによりpHが10.2を超え、12以下となるように調整されたコロイダルシリカスラリーを磁気ディスク用ガラス基板の研磨に用いることも提案されている(下記特許文献2参照)。
磁気ヘッドの浮上量(磁気ヘッドと媒体(磁気ディスク)表面との間隙)の大幅な低下(低浮上量化)が挙げられる。こうすることで、磁気ヘッドと媒体の磁性層との距離が近づくため、より小さい磁性粒子の信号も拾うことができるようになり、高記録密度化を達成することができる。近年、従来以上の低浮上量化を実現するために、DFH(Dynamic Flying Height)という機能が磁気ヘッドに搭載されている。これは、磁気ヘッドの記録再生素子部の近傍に極小のヒーター等の加熱部を設けて、記録再生素子部周辺のみを媒体表面方向に向けて突き出す機能である。今後、このDFH機能によって、磁気ヘッドの素子部と媒体表面との間隙は、2nm未満と極めて小さくなると見られている。このような状況下で、基板表面の平均粗さを極めて小さくしたところで、従来問題とならなかった極く小さなスクラッチ等の表面欠陥や、異物付着による凸状表面欠陥が存在すると、媒体表面においても基板表面のスクラッチの両側が盛り上がることがあり、また基板表面の凸状欠陥がそのまま媒体表面においても凸状欠陥となるので、磁気ヘッドの衝突の危険性が高まる。また、スクラッチの底(谷)部分においては、媒体の磁性層と磁気ヘッドの素子部との距離が離れてしまうため、磁気信号のリードまたはライト時にエラーとなりやすい。
(構成1)
研磨砥粒としてコロイダルシリカを含む研磨液と、研磨パッドが配備された定盤とを用いて、ガラス基板の主表面を研磨する研磨工程を有する磁気ディスク用ガラス基板の製造方法であって、前記研磨工程の前に、スルホン酸基を含むアクリル系ポリマーを含有する水溶液中に前記ガラス基板を浸漬させ、しかる後、前記研磨工程を行うことを特徴とする磁気ディスク用ガラス基板の製造方法である。
前記水溶液中の前記スルホン酸基を含むアクリル系ポリマーの含有量は、0.01〜1重量%の範囲であることを特徴とする構成1に記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法である。
前記コロイダルシリカ砥粒は、粒径が10〜40nmであることを特徴とする構成1又は2に記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法である。
前記研磨パッドとしてスウェードパッドを用いることを特徴とする構成1乃至3のいずれかに記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法である。
前記ガラス基板は、アモルファスのアルミノシリケートガラスからなることを特徴とする構成1乃至4のいずれかに記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法である。
構成1乃至5のいずれかに記載の製造方法によって得られた磁気ディスク用ガラス基板上に、少なくとも磁性層を形成することを特徴とする磁気ディスクの製造方法である。
磁気ディスク用ガラス基板は、通常、粗研削工程(粗ラッピング工程)、形状加工工程、精研削工程(精ラッピング工程)、端面研磨工程、主表面研磨工程(第1研磨工程、第2研磨工程)、化学強化工程、等を経て製造される。
この磁気ディスク用ガラス基板の製造は、まず、溶融ガラスからダイレクトプレスにより円盤状のガラス基板(ガラスディスク)を成型する。なお、このようなダイレクトプレス以外に、ダウンドロー法やフロート法で製造された板ガラスから所定の大きさに切り出してガラス基板(ガラスディスク)を得てもよい。次に、この成型したガラス基板(ガラスディスク)に寸法精度及び形状精度を向上させるための研削(ラッピング)を行う。この研削工程は、通常両面ラッピング装置を用い、ダイヤモンド等の硬質砥粒を用いてガラス基板主表面の研削を行う。こうしてガラス基板主表面を研削することにより、所定の板厚、平坦度に加工するとともに、所定の表面粗さを得る。
従来研磨加工に用いられている研磨液は、基本的には研磨材と溶媒である水の組合せであり、さらに研磨液のpHを調整するためのpH調整剤や、その他の添加剤が必要に応じて含有されている。
例えば図3は、ガラス基板の鏡面研磨工程に用いることができる遊星歯車方式の両面研磨装置の概略構成を示す縦断面図である。図3に示す両面研磨装置は、太陽歯車2と、その外方に同心円状に配置される内歯歯車3と、太陽歯車2及び内歯歯車3に噛み合い、太陽歯車2や内歯歯車3の回転に応じて公転及び自転するキャリア4と、このキャリア4に保持された被研磨加工物1を挟持可能な研磨パッド7がそれぞれ貼着された上定盤5及び下定盤6と、上定盤5と下定盤6との間に研磨液を供給する研磨液供給部(図示せず)とを備えている。
また、本発明において表面粗さ(例えば、最大粗さRmax、算術平均粗さRa)は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて1μm×1μmの範囲を512×256ピクセルの解像度で測定したときに得られる表面形状の表面粗さとすることが実用上好ましい。
本発明によって得られる磁気ディスク用ガラス基板を利用することにより、信頼性の高い磁気ディスクを得ることができる。
(実施例1)
以下の(1)粗ラッピング工程(粗研削工程)、(2)形状加工工程、(3)精ラッピング工程(精研削工程)、(4)端面研磨工程、(5)主表面第1研磨工程、(6)化学強化工程、(7)基板浸漬工程、(8)主表面第2研磨工程、を経て本実施例の磁気ディスク用ガラス基板を製造した。
まず、溶融ガラスから上型、下型、胴型を用いたダイレクトプレスにより直径66mmφ、厚さ1.0mmの円盤状のアルミノシリゲートガラスからなるガラス基板を得た。なお、このようなダイレクトプレス以外に、ダウンドロー法やフロート法で製造された板ガラスから所定の大きさに切り出してガラス基板を得てもよい。このアルミノシリケートガラスとしては、SiO2:58〜75重量%、Al2O3:5〜23重量%、Li2O:3〜10重量%、Na2O:4〜13重量%を含有する化学強化用ガラスを使用した。
次に、円筒状の砥石を用いてガラス基板の中央部分に孔を空けると共に、外周端面の研削をして直径を65mmφとした後、外周端面および内周端面に所定の面取り加工を施した。このときのガラス基板端面の表面粗さは、Rmaxで4μm程度であった。なお、一般に、2.5インチ型HDD(ハードディスクドライブ)では、外径が65mmの磁気ディスクを用いる。
この精ラッピング工程は両面ラッピング装置を用い、粒度#1000のダイヤモンド砥粒をアクリル樹脂で固定したペレットが貼り付けられた上下定盤の間にキャリアにより保持したガラス基板を密着させて行なった。
具体的には、荷重を100kg程度に設定して、上記ラッピング装置のサンギアとインターナルギアを回転させることによって、キャリア内に収納したガラス基板の両面を、表面粗さRmaxで2μm程度、Raで0.2μm程度にラッピングした。
上記ラッピング工程を終えたガラス基板を、中性洗剤、水の各洗浄槽(超音波印加)に順次浸漬して、超音波洗浄を行なった。
次いで、ブラシ研磨により、ガラス基板を回転させながらガラス基板の端面(内周、外周)の表面の粗さを、Rmaxで1μm、Raで0.3μm程度に研磨した。そして、上記端面研磨を終えたガラス基板の表面を水洗浄した。
次に、上述したラッピング工程で残留した傷や歪みを除去するための第1研磨工程を前述の図3に示す両面研磨装置を用いて行なった。両面研磨装置においては、研磨パッド7が貼り付けられた上下研磨定盤5,6の間にキャリア4により保持したガラス基板を密着させ、このキャリア4を太陽歯車2と内歯歯車3とに噛合させ、上記ガラス基板を上下定盤5,6によって挟圧する。その後、研磨パッドとガラス基板の研磨面との間に研磨液を供給して回転させることによって、ガラス基板が定盤5,6上で自転しながら公転して両面を同時に研磨加工するものである。具体的には、ポリシャとして硬質ポリシャ(硬質発泡ウレタン)を用い、第1研磨工程を実施した。研磨液としては、酸化セリウム(平均粒径1μm)を研磨剤として10重量%分散したRO水中にさらにエタノール系の低分子量の界面活性剤を添加して中性に調整されたものを使用した。荷重は100g/cm2、研磨時間は15分とした。
上記第1研磨工程を終えたガラス基板を、中性洗剤、純水、純水、IPA(イソプロピルアルコール)、IPA(蒸気乾燥)の各洗浄槽に順次浸漬して、超音波洗浄し、乾燥した。
次に、上記洗浄を終えたガラス基板に化学強化を施した。化学強化は硝酸カリウムと硝酸ナトリウムの混合した化学強化液を用意し、この化学強化溶液を380℃に加熱し、上記洗浄・乾燥済みのガラス基板を約4時間浸漬して化学強化処理を行なった。化学強化を終えたガラス基板を硫酸、中性洗剤、純水、純水、IPA、IPA(蒸気乾燥)の各洗浄槽に順次浸漬して、超音波洗浄し、乾燥した。
次に、上記化学強化工程を終えたガラス基板を、アクリル/スルホン酸系共重合体であるアロンA−6016A(商品名:東亜合成(株)製)を0.3重量%含有する水溶液(液温25℃)中に5分間浸漬させた。なお、浸漬終了後はガラス基板を乾燥させずに、次工程へ進めた。
次いで上記の第1研磨工程で使用したものと同じ両面研磨装置を用い、ポリシャを軟質ポリシャ(スウェード)の研磨パッド(アスカーC硬度で72の発泡ポリウレタン)に替えて第2研磨工程を実施した。この第2研磨工程は、上述した第1研磨工程で得られた平坦な表面を維持しつつ、例えばガラス基板主表面の表面粗さをRmaxで2nm程度以下の平滑な鏡面に仕上げるための鏡面研磨加工である。研磨液としては、コロイダルシリカ(平均粒径15nm)を研磨剤として15重量%分散したRO水中に、硫酸を添加して酸性(pH=2)に調整されたものを使用した。なお、荷重は100g/cm2、研磨時間は10分とした。
上記第2研磨工程を終えたガラス基板を、中性洗剤、純水、純水、IPA、IPA(蒸気乾燥)の各洗浄槽に順次浸漬して、超音波洗浄し、乾燥した。
また、スクラッチ及び異物欠陥の評価については、得られたガラス基板の主表面をOSA(Optical Surface Analyzer)にて観察し、検出された表面欠陥(30ポイント)を原子間力顕微鏡(AFM)で分析した。AFM分析の結果、表面欠陥がスクラッチであることが確認されたポイントが30ポイント中10ポイント以下で5ポイントより多い場合は、スクラッチが「少ない」、5ポイント以下の場合はスクラッチが「特に少ない」、10ポイントよりも多い場合は、スクラッチが「多い」とした。また、AFM分析の結果、表面欠陥が異物欠陥(異物付着による凸状欠陥)であることが確認されたポイントが30ポイント中10ポイント以下で5ポイントより多い場合は、異物欠陥が「少ない」、5ポイント以下の場合は異物欠陥が「特に少ない」、10ポイントよりも多い場合は、異物欠陥が「多い」とした。
得られたガラス基板の外径は65mm、内径は20mm、板厚は0.8mmであった。
上記実施例1の基板浸漬工程において、アロンA−6016Aを0.1重量%添加した水溶液を用いて、ガラス基板を5分間浸漬させたこと以外は、実施例1と同様にして基板浸漬工程を実施した。そして、この基板浸漬工程以外は実施例1と同様にして磁気ディスク用ガラス基板を得た。
得られた100枚のガラス基板の主表面の表面粗さを原子間力顕微鏡(AFM)にて測定したところ、Ra=0.137nmと従来品よりも更に超平滑な表面を持つガラス基板を得た。また、実施例1と同様にしてスクラッチ評価、異物欠陥評価を行った。
後記の表1に上記Raの値、研磨レート、スクラッチ評価、異物欠陥評価の結果を示した。本実施例によれば、スクラッチや異物欠陥等の表面欠陥を従来品より更に低減させることができる。
上記実施例1の基板浸漬工程において、アロンA−6016Aを0.01重量%添加した水溶液を用いて、ガラス基板を5分間浸漬させたこと以外は、実施例1と同様にして基板浸漬工程を実施した。そして、この基板浸漬工程以外は実施例1と同様にして磁気ディスク用ガラス基板を得た。
得られた100枚のガラス基板の主表面の表面粗さを原子間力顕微鏡(AFM)にて測定したところ、Ra=0.140nmと従来品よりも更に超平滑な表面を持つガラス基板を得た。また、実施例1と同様にしてスクラッチ評価、異物欠陥評価を行った。
後記の表1に上記Raの値、研磨レート、スクラッチ評価、異物欠陥評価の結果を示した。本実施例によれば、スクラッチや異物欠陥等の表面欠陥を従来品より更に低減させることができる。
上記実施例1の基板浸漬工程において、アロンA−6016Aを1.0重量%添加した水溶液を用いて、ガラス基板を5分間浸漬させたこと以外は、実施例1と同様にして基板浸漬工程を実施した。そして、この基板浸漬工程以外は実施例1と同様にして磁気ディスク用ガラス基板を得た。
得られた100枚のガラス基板の主表面の表面粗さを原子間力顕微鏡(AFM)にて測定したところ、Ra=0.135nmと従来品よりも更に超平滑な表面を持つガラス基板を得た。また、実施例1と同様にしてスクラッチ評価、異物欠陥評価を行った。
後記の表1に上記Raの値、研磨レート、スクラッチ評価、異物欠陥評価の結果を示した。本実施例によれば、スクラッチや異物欠陥等の表面欠陥を従来品より更に低減させることができる。
上記実施例1の基板浸漬工程において、アロンA−6016Aを0.005重量%添加した水溶液を用いて、ガラス基板を5分間浸漬させたこと以外は、実施例1と同様にして基板浸漬工程を実施した。そして、この基板浸漬工程以外は実施例1と同様にして磁気ディスク用ガラス基板を得た。
得られた100枚のガラス基板の主表面の表面粗さを原子間力顕微鏡(AFM)にて測定したところ、Ra=0.142nmと従来品よりも超平滑な表面を持つガラス基板を得た。また、実施例1と同様にしてスクラッチ評価、異物欠陥評価を行った。
後記の表1に上記Raの値、研磨レート、スクラッチ評価、異物欠陥評価の結果を示した。本実施例によれば、スクラッチや異物欠陥等の表面欠陥を従来品より低減させることができる。
上記実施例1の基板浸漬工程において、アロンA−6016Aを1.5重量%添加した水溶液を用いて、ガラス基板を5分間浸漬させたこと以外は、実施例1と同様にして基板浸漬工程を実施した。そして、この基板浸漬工程以外は実施例1と同様にして磁気ディスク用ガラス基板を得た。
得られた100枚のガラス基板の主表面の表面粗さを原子間力顕微鏡(AFM)にて測定したところ、Ra=0.134nmと従来品よりも更に超平滑な表面を持つガラス基板を得た。また、実施例1と同様にしてスクラッチ評価、異物欠陥評価を行った。
後記の表1に上記Raの値、研磨レート、スクラッチ評価、異物欠陥評価の結果を示した。本実施例によれば、スクラッチや異物欠陥等の表面欠陥を従来品より更に低減させることができる。なお、研磨レートの若干の低下が認められた。
上記実施例1の基板浸漬工程を省いたこと以外は、実施例1と同様にして磁気ディスク用ガラス基板を得た。
得られた100枚のガラス基板の主表面の表面粗さを原子間力顕微鏡(AFM)にて測定し、また、実施例1と同様にしてスクラッチ評価、異物欠陥評価を行った。
後記の表1に上記Raの値、研磨レート、スクラッチ評価、異物欠陥評価の結果を示した。本比較例によれば、スクラッチや異物欠陥等の表面欠陥の発生が顕著になった。基板表面品質への要求が現行よりもさらに厳しいものとなっている次世代用の基板として使用するためには不十分である。
上記実施例1で得られた磁気ディスク用ガラス基板に以下の成膜工程を施して、垂直磁気記録用磁気ディスクを得た。
すなわち、上記ガラス基板上に、Ti系合金薄膜からなる付着層、CoTaZr合金薄膜からなる軟磁性層、Ru薄膜からなる下地層、CoCrPt合金からなる垂直磁気記録層、カーボン保護層、潤滑層を順次成膜した。保護層は、磁気記録層が磁気ヘッドとの接触によって劣化することを防止するためのもので、水素化カーボンからなり、耐磨耗性が得られる。また、潤滑層は、アルコール変性パーフルオロポリエーテルの液体潤滑剤をディップ法により形成した。
得られた磁気ディスクについて、DFHヘッドを備えたHDDに組み込み、80℃かつ80%RHの高温高湿環境下においてDFH機能を作動させつつ1ヶ月間のロードアンロード耐久性試験を行ったところ、特に障害も無く、良好な結果が得られた。
2 太陽歯車
3 内歯歯車
4 キャリア
5 上定盤
6 下定盤
7 研磨パッド
11 基板の主表面
12,13 基板の端面
Claims (6)
- 研磨砥粒としてコロイダルシリカを含む研磨液と、研磨パッドが配備された定盤とを用いて、ガラス基板の主表面を研磨する研磨工程を有する磁気ディスク用ガラス基板の製造方法であって、
前記研磨工程の前に、スルホン酸基を含むアクリル系ポリマーを含有する水溶液中に前記ガラス基板を浸漬させ、しかる後、前記研磨工程を行うことを特徴とする磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。 - 前記水溶液中の前記スルホン酸基を含むアクリル系ポリマーの含有量は、0.01〜1重量%の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
- 前記コロイダルシリカ砥粒は、粒径が10〜40nmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
- 前記研磨パッドとしてスウェードパッドを用いることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
- 前記ガラス基板は、アモルファスのアルミノシリケートガラスからなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の磁気ディスク用ガラス基板の製造方法。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載の製造方法によって得られた磁気ディスク用ガラス基板上に、少なくとも磁性層を形成することを特徴とする磁気ディスクの製造方法。
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