JP2013168193A - ガラス基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リードエラーの発生率を低下させることを可能とするガラス基板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】Ｔｓ／Ｔｇ＞０．８（式１）およびΔＲＭＳ＜０．１Ｍｐａ（式２）を具備するガラス基板を用いることで、ガラス基板の変形や、微少クラックの発生を抑制することが可能となる。また、「応力拡散熱処理工程（Ｓ４０）」の後に精密研磨工程（Ｓ５０）を行なうことで、応力緩和によって変化した形状を精密研磨工程（Ｓ５０）で再度整えることができ、磁気ディスクとして用いた場合には、より良好な平坦度を得ることができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、ハードディスク（ＨＤＤ）等の情報記録媒体用の基板、特に熱アシスト記録媒体用の基板として適するガラス基板およびその製造方法に関する。

従来、ハードディスク（ＨＤＤ）等の情報記録媒体用の基板としては、アルミニウム合金が用いられていた。しかしながら、アルミニウム合金は、変形しやすく、また研磨後の基板表面の平滑性が十分ではない等の問題を有していたため、現在ではガラス基板が広く使用されている（たとえば特許文献１〜５）。

特開２０００−１６９１８４号公報 特開２００６−３２７９３５号公報 特開２００６−３２７９３６号公報 特開２００７−１６１５５２号公報 国際公開第２００９／０２８５７０号パンフレット

昨今、上記のような情報記録媒体においては、その情報記録量の増大に伴って記録密度を超高密度状態とすることが求められている。記録手段としては磁性方式が採用されているため、記録密度を高密度化すると記録の保持力が弱くなり、所謂「熱揺らぎ」として知られるように、記録中に発生する熱の影響により記録が消失してしまうという問題があった。

このような問題を解決する手段として、熱アシスト記録という方式の情報記録手段が注目されている。この熱アシスト記録は、レーザで記録媒体用の基板を加熱しながら情報記録を行なうことにより、上記のような問題を解決しようとするものである。このような熱アシスト記録方式の記録媒体は、基板（以下、「熱アシスト記録媒体用の基板」ともいう）としてガラス基板が用いられ、そのガラス基板上に複数の層からなる磁性記録層（以下単に「記録層」という）を形成した構成を有するが、該記録層を緻密化させることを目的としてその形成時（成膜時）に５５０℃程度の極めて高い温度が適用されるという特殊性を有している。

さらに、記録層を形成した後に、記録層の結晶磁気異方性を向上させる目的から、約６００℃程度の後熱処理が行なわれている。

このように高温の加熱処理を施した場合には、情報記録媒体のガラス基板に残存していた内部応力が解放されることによるガラス基板の変形や、微少クラックの発生が問題となる。ガラス基板を用いた情報記録媒体に変形や微少クラックが発生した場合には、情報記録媒体をハードディスクとして用いた場合には、動作した際にリードエラーを発生させる要因となる。

本発明は、上記のような現状に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、リードエラーの発生率を低下させることを可能とするガラス基板およびその製造方法を提供することにある。

この発明に基づいた、ガラス基板においては、熱アシスト磁気記録用媒体の基板として用いられ、その表面に磁気記録層が形成されるガラス基板であって、上記磁気記録層は、当該ガラス基板上への形成後に後熱処理工程を経て形成される層であり、上記後熱処理工程での上記ガラス基板の最高到達温度をＴｓ、当該ガラス基板のガラス転移温度をＴｇとし、上記磁気記録層の上記後熱処理工程前と上記後熱処理工程後とにおけるガラス基板の全面での応力分布の偏差値の変化量をΔＲＭＳとしたとき、下記の（式１）および（式２）を具備する。

Ｔｓ／Ｔｇ＞０．８・・・（式１）
ΔＲＭＳ＜０．１Ｍｐａ・・・（式２）
この発明に基づいた、ガラス基板の他の形態においては、Ｔｓ＞６００℃である。

この発明に基づいた、ガラス基板の製造方法においては、熱アシスト磁気記録用媒体の基板として用いられ、その表面に磁気記録層が形成されるガラス基板の製造方法であって、上記磁気記録層は、当該ガラス基板上への形成後に後熱処理工程を経て形成される層であり、上記後熱処理工程での上記ガラス基板の最高到達温度をＴｓ、当該ガラス基板のガラス転移温度をＴｇとし、上記磁気記録層の上記後熱処理工程前と上記後熱処理工程後とにおけるガラス基板の全面での応力分布の偏差値の変化量をΔＲＭＳとしたとき、下記の（式１）および（式２）を具備するガラス基板を用いる。

Ｔｓ／Ｔｇ＞０．８・・・（式１）
ΔＲＭＳ＜０．１Ｍｐａ・・・（式２）
また、当該ガラス基板への上記磁気記録層の成膜前に、前熱処理工程を含む。

この発明に基づいた、ガラス基板の製造方法の他の形態においては、Ｔｓ＞６００℃である。

この発明に基づいた、ガラス基板の製造方法の他の形態においては、溶融ガラスをプレス形成したシート状ガラス板に粗研磨処理を行なう工程と、上記前熱処理工程として、粗研磨された上記シート状ガラス板に熱処理を行なう工程と、熱処理された上記シート状ガラス板に精密研磨処理を行なう工程とを含む。

この発明に基づいたガラス基板およびその製造方法によれば、情報のエラー発生率を低下させことができるという優れた効果を有する。

実施の形態における熱アシスト磁気記録装置の概略構成を示す平面図である。 実施の形態における熱アシスト磁気記録装置の概略構成を示す側面図である。 実施の形態における磁気ディスクに用いられるガラス基板を示す斜視図である。 実施の形態における磁気ディスクを示す斜視図である。 実施の形態における他の磁気ディスクの部分拡大断面図である。 実施の形態におけるガラス基板の製造工程を示すフロー図である。 各実施例と各比較例における、ΔＲＭＳ（Ｍｐａ）、平均度変化（μｍ）、ＴＩＲ変化量（μｍ）、および、リードエラー（ｃｏｕｎｔ／面）を示す図である。 ΔＲＭＳ（Ｍｐａ）とＴＩＲ変化量との関係を示す図である。 ＴＩＲ値と枚数との関係を示す図である。

本発明に基づいたガラス基板およびガラス基板の製造方法について、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。

また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。また、各実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。

（熱アシスト磁気記録装置２の概略構成）
まず、図１および図２を参照して、熱アシスト磁気記録装置２の概略構成の一例について説明する。なお、図１は、熱アシスト磁気記録装置２の概略構成を示す平面図、図２は、熱アシスト磁気記録装置２の概略構成を示す側面図である。

図１に示すように、熱アシスト磁気記録装置２は、矢印ＤＲ１方向に回転駆動される記録媒体である熱アシスト磁気記録用の磁気ディスク１に対して、磁気記録ヘッド２Ｄが対向配置されている。

磁気記録ヘッド２Ｄは、サスペンション２Ｃの先端部に搭載されている。サスペンション２Ｃは、支軸２Ａを支点として矢印ＤＲ２方向（トラッキング方向）に回動可能に設けられている。支軸２Ａには、トラッキング用アクチュエータ２Ｂが取り付けられている。

図２に示すように、磁気ディスク１を挟んで、磁気記録ヘッド２Ｄが対向する側には、レーザ光ＬＢが照射される。磁気ディスク１上の記録する部分をレーザ光ＬＢで瞬間的に加熱し、磁気記録ヘッド２Ｄで磁気ディスク１にデータを記録する。

磁気ディスク１に形成された磁性層の磁気粒子は、その温度が上昇すると保持力が低くなる。レーザ光ＬＢで磁性層を加熱することで、常温では高い保持力を有する磁性層でも、通常の磁気記録ヘッド２Ｄでの記録が可能となり、超高密度記録の実現を可能とする。

（磁気ディスク１の構成）
次に、図３および図４を参照して、磁気ディスク１の構成について説明する。なお、図３は、磁気ディスク１に用いられるガラス基板１Ｇを示す斜視図、図４は、磁気ディスク１を示す斜視図である。

図３に示すように、磁気ディスク１に用いられるガラス基板１Ｇは、中心に孔１１が形成された環状の円板形状を呈している。ガラス基板１Ｇは、外周端面１２、内周端面１３、表主表面１４、および裏主表面１５を有している。ガラス基板１Ｇの大きさの一例としては、外径約６４ｍｍ、内径約２０ｍｍ、厚さ約０．８ｍｍである。

図４に示すように、磁気ディスク１は、上記したガラス基板１Ｇの表主表面１４上に磁性層２３が形成されている。図示では、表主表面１４上にのみ磁性層２３が形成されているが、裏主表面１４上に磁性層２３を設けることも可能である。

磁性層２３の形成方法としては従来公知の方法を用いることができ、例えば磁性粒子を分散させた熱硬化性樹脂を基板上にスピンコートして形成する方法や、スパッタリング、無電解めっきにより形成する方法が挙げられる。

スピンコート法での膜厚は約０．３〜１．２μｍ程度、スパッタリング法での膜厚は０．０４〜０．０８μｍ程度、無電解めっき法での膜厚は０．０５〜０．１μｍ程度であり、薄膜化および高密度化の観点からはスパッタリング法および無電解めっき法による膜形成が好ましい。

磁性層２３に用いる磁性材料としては、特に限定はなく従来公知のものが使用できるが、高い保持力を得るために結晶異方性の高いＣｏを基本とし、残留磁束密度を調整する目的でＮｉやＣｒを加えたＣｏ系合金などが好適である。近年では、熱アシスト記録用に好適な磁性層材料として、ＦｅＰｔ系の材料が用いられるようになってきている。

また、磁気記録ヘッドの滑りをよくするために磁性層２３の表面に潤滑剤を薄くコーティングしてもよい。潤滑剤としては、例えば液体潤滑剤であるパーフロロポリエーテル（ＰＦＰＥ）をフレオン系などの溶媒で希釈したものが挙げられる。

さらに必要により下地層や保護層を設けてもよい。磁気ディスクにおける下地層は磁性膜に応じて選択される。下地層の材料としては、例えば、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｖ、Ｂ、Ａｌ、Ｎｉなどの非磁性金属から選ばれる少なくとも一種以上の材料が挙げられる。

また、下地層は単層とは限らず、同一又は異種の層を積層した複数層構造としても構わない。例えば、Ｃｒ／Ｃｒ、Ｃｒ／ＣｒＭｏ、Ｃｒ／ＣｒＶ、ＮｉＡｌ／Ｃｒ、ＮｉＡｌ／ＣｒＭｏ、ＮｉＡｌ／ＣｒＶ等の多層下地層としてもよい。

磁性層２３の摩耗や腐食を防止する保護層としては、例えば、Ｃｒ層、Ｃｒ合金層、カーボン層、水素化カーボン層、ジルコニア層、シリカ層などが挙げられる。これらの保護層は、下地層、磁性膜など共にインライン型スパッタ装置で連続して形成できる。また、これらの保護層は、単層としてもよく、あるいは、同一又は異種の層からなる多層構成としてもよい。

なお、上記保護層上に、あるいは上記保護層に替えて、他の保護層を形成してもよい。例えば、上記保護層に替えて、Ｃｒ層の上にテトラアルコキシランをアルコール系の溶媒で希釈した中に、コロイダルシリカ微粒子を分散して塗布し、さらに焼成して酸化ケイ素（ＳｉＯ_２)層を形成してもよい。

（磁気ディスク１Ａ）
図５に、他の磁気ディスク１Ａの構成の一例を示す。図５は、他の磁気ディスク１Ａの部分拡大断面図である。この磁気ディスク１Ａは、ガラス基板１Ｇの上に複数層を有する記録層２０が形成されている。

記録層２０は、ガラス基板１Ｇの表主表面１４上に直接形成されるＡｌＮ等からなるシード（凹凸制御）層２１、シード（凹凸制御）層２１の上に形成される厚さ約６０ｎｍの下地層２２、下地層２２の上に形成される厚さ約３０ｎｍの磁性層２３、磁性層２３の上に形成される厚さ約１０ｎｍの保護層２４、および、保護層２４の上に形成される厚さ約０．８ｎｍの潤滑層２５を含んでいる。

なお、上記磁気ディスク１Ａの構成はあくまでも一例であり、磁気ディスク１Ａに要求される性能に応じて、ガラス基板１Ｇの大きさ、記録層２０の構成は適宜変更される。

（ガラス基板１Ｇの製造工程）
次に、図６のフローチャートを用いて、本実施の形態に係るガラス基板を含むハードディスク用基板の製造方法を説明する。

まず、ステップ１０（以下、「Ｓ１０」と略す。ステップ２０以降も同様。）の「ガラス溶融工程」において、基板を構成するガラス素材を溶融する。次に、Ｓ２０の「プレス成形工程」において、溶融ガラスを下型上に流し込み、上型によってプレス成形する。

Ｓ３０の「粗研磨工程」において、プレス成形されたガラス基板の表面が研磨加工され、ガラス基板の平坦度などが予備調整される。

次に、Ｓ４０の「応力拡散熱処理工程（前熱処理工程）」において、ガラス基板に対して、応力拡散のための熱処理を行なう。加熱処理温度としては、たとえば、６３０℃で３時間程度ある。

さらに、Ｓ５０の「精密研磨工程」において、ガラス基板に研磨加工が再度施され、平坦度などが微調整される。次に、Ｓ６０の「洗浄工程」において、ガラス基板は洗浄される。以上の工程により、ハードディスク用基板に適用可能なガラス基板が得られる。

さらに、Ｓ７０の「成膜工程」において、上記のガラス基板上に、記録層となる膜が形成される。最後に、Ｓ８０の「後熱処理工程」において、結晶磁界異方性向上のための加熱処理を施す。加熱温度は、約６００℃である。以上により、ハードディスク（磁気ディスク）が完成する。

（評価：ΔＲＭＳ＜０．１Ｍｐａ）
次に、上記製造工程を経て形成された実施例１および実施例２と、比較例１、比較例２、比較例３、および比較例４のそれぞれにおける磁気ディスクに対して、ΔＲＭＳ（Ｍｐａ）、平坦度変化量（μｍ），ＴＩＲ変化量（μｍ）、およびリードエラー（ｃｏｕｎｔ／面）を測定した結果を、図７に示す。

実施例１、実施例２、比較例１、比較例２、比較例３、および比較例４に使用したガラス基板は、外径６４ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの円環状のガラスディスクを用いた。各ガラスディスクＴｇはいずれも６８０℃である。記録層２０のうち、磁性層２３には、ＦｅＰｔ合金層を形成した。

実施例１および実施例２における後熱処理工程（Ｓ８０）でのガラス基板１Ｇの最高到達温度Ｔｓは、６００℃である。したがって、Ｔｓ／Ｔｇ＞０．８（式１）が成立する。なお、比較例１、比較例２、比較例３、および比較例４においては、Ｓ４０の「応力拡散熱処理工程（前熱処理工程）」は実施していない。

ＴＩＲと平坦度との値は、ガラス基板の平坦度を表す指標であり、評価面の最小二乗平面から最高点までの距離と、最小二乗平面から最低点までの距離との合計の値である。

ＴＩＲは、半径２５ｍｍの位置における周方向１周分を測定した値である。平坦度はガラス基板の全面を測定するもので、最小二乗平面を基準とした最高点までの距離、最低点までの距離、の合計を評価面の全面にわたって測定した値である。

ΔＲＭＳ、平坦度変化量、およびＴＩＲ変化量は、磁気異方性を向上させるための熱処理工程を含む成膜工程前と成膜工程後で測定した値の差分である。

面形状について、ハードディスクドライブにおいて、磁気ディスクは回転して使用されるために、ヘッドとの相対移動を考慮すれば特に周方向で測定するＴＩＲの値を抑えることがヘッドの安定浮上のために重要となる。

図７に示す測定結果に基づき、図８にΔＲＭＳとＴＩＲ変化量と関係を示す。図８に示す結果から、ΔＲＭＳが０．１ＭＰａを超えると急激にＴＩＲ値の変化（増加）が大きくなっている。逆にΔＲＭＳが０．１ＭＰａを超えていないものは、応力解放によるガラス基板の形状変化が起こっていないと考えられる。したがって、Ｔｓ／Ｔｇ＞０．８（式１）の条件の下、ΔＲＭＳ＜０．１Ｍｐａ（式２）であることが好ましい。

ΔＲＭＳが大きいことでＴＩＲと平坦度とが悪化する理由としては、磁気異方性を向上させるための熱処理工程において研削加工や研磨加工時に蓄積された内部応力が解放され、形状が悪化した結果と考えられる。

周方向１周分のＴＩＲを１．０μｍ以下にすると磁気記録ヘッドの低浮上化や高速回転への対応が容易になり、安定して記録・再生を行なうことができる。外周ＴＩＲが１．０μｍより大きいと、場合によっては磁気記録ヘッドと磁気ディスクとの接触による記録・再生エラーが発生するおそれがある。よって、外周ＴＩＲは１．０μｍ以下であることが好ましい。その中でも好ましくは０．５μｍ以下である。

実際に３０枚の磁気ディスクを作製し成膜工程前にＴＩＲを測ったヒストグラムを、図９に示す。加工でのばらつきによってＴＩＲ値もばらついているが、この状態でおおよそ１μｍ以下になっていることがわかる。しかしながら、記録層の形成時の加熱処理によってこの値が大きくなってしまうと、磁気ディスクのＴＩＲ値は１μｍを超えるものが多発し、不良率が高くなってしまう。

（評価：記録膜の成膜前に、ガラス基板に熱処理工程（Ｓ４０）を追加）
ガラス基板の内部応力を緩和する（Ｓ４０）の「応力拡散熱処理工程」の後に精密研磨工程（Ｓ５０）を行なうことで、応力緩和によって変化した形状を精密研磨工程（Ｓ５０）で再度整えることができる。その結果、磁気ディスクとして用いた場合には、より良好な平坦度を得ることができる。

以上、本実施の形態におけるガラス基板およびその製造方法によれば、上述の（式１）および（式２）を具備するガラス基板を用いることで、ガラス基板の変形や、微少クラックの発生を抑制することが可能となる。また、「応力拡散熱処理工程（Ｓ４０）」の後に精密研磨工程（Ｓ５０）を行なうことで、応力緩和によって変化した形状を精密研磨工程（Ｓ５０）で再度整えることができ、磁気ディスクとして用いた場合には、より良好な平坦度を得ることができる。

その結果、このガラス基板を用いた情報記録媒体をハードディスクとして用いた場合には、動作の安定性を確保することが可能となる。

なお、ガラス基板の表面の平滑性を得るためには、精密研磨工程（Ｓ５０）を２回以上にわけて実施してもよい。そのとき、内部応力を緩和する加熱処理工程は１回目の精密研磨工程の前に実施してもよいし、１回目の精密研磨工程の後で、かつ最終の精密研磨工程の前に実施してもよいし、最終の精密研磨工程の後に実施することでも同様の効果が得られる。なお、精密研磨工程を２回にわけて実施する際には一般に酸化セリウムとコロイダルシリカによる２段階の工程を採用されるが、それに限るものではない。

一般に複数回での精密研磨工程は、１回目の精密研磨がより粗い加工であるため、ガラス基板の形状を整える効果が大きい。したがって、ガラス基板の内部応力を緩和する熱処理工程は精密研磨工程（Ｓ５０）の１回目の精密研磨工程の前に行なうことが望ましい。

なお、（Ｓ４０）の「応力拡散熱処理工程」での６３０℃で３時間の加熱処理においては、平坦な金属セッターを用いてガラス基板の形状が悪化しないようにしている。また、各工程の前後にガラス基板の洗浄工程を適宜追加することで、より清浄なガラス基板を作成できる。また、「応力拡散熱処理工程」は精密研磨工程の後に行ってもよい。

本実施の形態では研磨前の素板は溶融プレス加工で作製したが、シート材からの切り出し加工などで作製してもよい。また、ガラス基板の表面あるいは端面部をイオン交換する化学強化工程を導入することで、耐衝撃性を増すこともできる。たとえば、表面強化の化学強化工程であれば精密研磨工程の前に行なうものとし、強化に伴う面荒れを精密研磨で除去することが望ましい。

化学強化工程では一般に数百度に加熱した化学強化溶液に浸漬するため、この工程によって内部応力を緩和する加熱処理を兼ねるものとしても良い。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 磁気ディスク、１，１Ａ 磁気ディスク、１Ｇ ガラス基板、２ 熱アシスト磁気記録装置、２Ａ 支軸、２Ｂ トラッキング用アクチュエータ、２Ｃ サスペンション、２Ｄ 磁気記録ヘッド、１１ 孔、１２ 外周端面、１３ 内周端面、１４ 表主表面、１５ 裏主表面、２０ 記録層、２１ シード（凹凸制御）層、２２ 下地層、２３ 磁性層、２４ 保護層、２５ 潤滑層。

Claims (5)

1. 熱アシスト磁気記録用媒体の基板として用いられ、その表面に磁気記録層が形成されるガラス基板であって、
   前記磁気記録層は、当該ガラス基板上への形成後に後熱処理工程を経て形成される膜であり、前記後熱処理工程での前記ガラス基板の最高到達温度をＴｓ、当該ガラス基板のガラス転移温度をＴｇとし、前記磁気記録層の前記後熱処理工程前と前記後熱処理工程後とにおけるガラス基板の全面での応力分布の偏差値の変化量をΔＲＭＳとしたとき、下記の（式１）および（式２）を具備する、ガラス基板。
   Ｔｓ／Ｔｇ＞０．８・・・（式１）
   ΔＲＭＳ＜０．１Ｍｐａ・・・（式２）
2. Ｔｓ＞６００℃である、請求項１に記載のガラス基板。
3. 熱アシスト磁気記録用媒体の基板として用いられ、その表面に磁気記録膜が形成されるガラス基板の製造方法であって、
   前記磁気記録層は、当該ガラス基板上への形成後に後熱処理工程を経て形成される膜であり、前記後熱処理工程での前記ガラス基板の最高到達温度をＴｓ、当該ガラス基板のガラス転移温度をＴｇとし、前記磁気記録層の前記後熱処理工程前と前記後熱処理工程後とにおけるガラス基板の全面での応力分布の偏差値の変化量をΔＲＭＳとしたとき、下記の（式１）および（式２）を具備するガラス基板を用い、
   Ｔｓ／Ｔｇ＞０．８・・・（式１）
   ΔＲＭＳ＜０．１Ｍｐａ・・・（式２）
   当該ガラス基板への前記磁気記録層の成膜前に、前熱処理工程を含む、ガラス基板の製造方法。
4. Ｔｓ＞６００℃である、請求項３に記載のガラス基板の製造方法。
5. 溶融ガラスをプレス形成したシート状ガラス板に粗研摩処理を行なう工程と、
   前記前熱処理工程として、粗研摩された前記シート状ガラス板に熱処理を行なう工程と、
   熱処理された前記シート状ガラス板に精密研摩処理を行なう工程と、
   を含む、請求項３または４に記載のガラス基板の製造方法。

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