JP3701106B2 - プレス成形用金型及び磁気ディスク用ガラス基板 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はゾーンテクスチャ方式の磁気ディスクに最適な磁気ディスク用ガラス基板を生産するプレス成形用金型及びそれを用いて製造した磁気ディスク用ガラス基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータの普及に伴い外部記憶装置の一つであるハードディスクの小型化、高容量化などの高性能化への要求は、非常に高まってきている。それに伴って、磁気ヘッドの低浮上化が盛んに検討され、磁気ディスクの平滑性については極めて高い精度が要求されている。
【０００３】
従来より磁気ディスク用の基板材料としては、アルミニュウム合金が主として用いられてきた。しかしながら、アルミニュウム合金基板は硬度が低いため高精度な砥粒及び研磨装置を使用して精密研磨加工しても、研磨面が塑性変形するため、高精度の平滑面を得ることは難しかった。また、基板表面により硬度の高いニッケル−リンメッキ層を形成しても、なお高精度の平滑面の要求に応えることは難しかった。
【０００４】
また、小型化の動きによりディスク厚の薄膜化が要求されており、強度の低いアルミニュウム合金基板では、この要求に応えることが難しかった。
最近の高感度な磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）の採用は、磁気ディスクにノイズ低減の要求をし、基板には磁性膜成膜後の熱処理によるノイズ低減に対応することが求められている。しかしながら、この面からもアルミニュウム合金は要求に応えることが難しくなってきている。
【０００５】
このため、磁気ディスク用基板として、ガラス、セラミック、カーボンなど新しい材料が提案されており、中でもガラス基板は広く検討され一部では既に実用化されている。ガラス基板は強度が高く、耐熱性も良好で、表面硬度が高く、高精度な精密研磨によって高精度な平滑性の要求に十分応えることができる。
【０００６】
表面平滑性の高い磁気ディスクは、磁気ヘッドの浮上量を低くすることが出来る反面、ヘッドスティックと言う問題が発生する。すなわち、ハードディスクドライブでは、コンタクト・スタート・ストップ（ＣＳＳ）方式が採用されており、装置の起動・停止時には磁気ヘッドと磁気ディスクとが摺動接触している。この状態で回転始動または停止するため、磁気ヘッドと磁気ディスクとの間に摩擦力が生じ、磁気ヘッド及び磁気ディスクの表面を磨耗させ、電磁変換特性の劣化の原因となっている。
【０００７】
特に、磁気ディスクに水分が吸着している状態では、磁気ヘッドと磁気ディスクとの間に水分が入り込み、凝着現象を引き起こすことがある。この状態で起動すると磁気ヘッド・磁気ディスク間に大きな抵抗力が生じ、磁気ヘッド、磁気ディスクの損傷、破壊を引き起こすことがあり、このヘッドスティック現象は大きな問題となっている。
【０００８】
従来、磁気ヘッドの低浮上化と吸着防止を両立させる方法として、可能な範囲で表面粗さを小さくすることが試みられてきたが、この方法では低浮上化の限界に来ている。そこで、この問題を両立する別の方法として、磁気ヘッドが磁気ディスク表面から離着陸を行うＣＳＳゾーン（例えば、ドーナツ状磁気ディスクの内周近傍の領域）の表面を磁気ヘッド・ディスク間の吸着、損傷が防止できる程度の表面粗さにし、他のデータゾーンは低浮上化を実現させるためそれよりも小さい表面粗さにする、いわゆるゾーンテクスチャ方式が提案されている。
【０００９】
従来、磁気ディスク用ガラス基板の表面に平滑面を得るために、所定のサイズに切り抜かれたガラス基板を１枚毎に精密研磨する研磨法が用いられていた。
また、磁気ディスク用基板の表面に凹凸を部分的に形成する方法として、部分的に研磨加工の程度を変える方法や部分的にエッチングする方法が、特開昭６３−１６７４２２号公報に提案されている。さらに、最近ではレーザを用い表面加工する方法が、特開平７−１８２６５５号公報に提案され、制御性の良好な方法として、盛んに検討され始めている。
【００１０】
また、プレス成形法は光学ガラス素子製造の分野では、数多くの検討がなされ、高品質かつ高生産性の可能な製造方法として既に実用化が図られている。
プレス成形に用いる金型は、高温高圧状態でガラスを繰り返し成形しても劣化しない特殊な金型が必要であり、種々の検討がなされている。
【００１１】
プレス成形用の金型母材としては、超硬合金（タングステンカーバイド）や、サーメット、ジルコニア、炭化珪素その他セラミックスが使用され、金型は母材保護と離型時のガラスの粘着を防止するため、離型性、耐酸化性、耐反応性の良い保護膜がコーティングされるものが開発されている。
【００１２】
例えば、特開平２−１３７９１４号公報には、超硬合金表面に貴金属合金薄膜を設け、合金表面上に微細パターンを形成した成形用金型が提案されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような従来の磁気ディスク用基板の製造方法では、以下のような問題があった。
（１）１枚毎にガラス基板を精密研磨する研磨法では、研磨工程に高い精度が要求され、かつ工程数も多いという問題があった。
（２）部分的に研磨加工の程度を変える方法や部分的にエッチングする方法では、表面性の制御を生産性良く行うには限界があった。
（３）レーザを用い表面加工する方法では、高価な装置が必要とされ、製造コストが高くなるという問題があった。
（４）プレス成形法では、金型の母材として用いられる超硬合金（タングステンカーバイド）やサーメットは加工性が悪く、磁気ディスク用基板の金型として十分な平滑性（ｎｍオーダの平滑性）を得ることは難しいという問題があった。
【００１４】
本発明のプレス成形用金型及び磁気ディスク用ガラス基板は、前記問題を解決するものであり、プレス成形用金型に表面平滑領域と表面粗化領域とを形成することにより、ゾーンテクスチャ方式に最適な磁気ディスクを安価にかつ大量に生産できるプレス成形用金型及びこのプレス成形用金型を用いて成形されたＣＳＳ特性向上と低浮上化の両方を可能とする磁気ディスク用ガラス基板とを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明のプレス成形用金型は、磁気ディスク用ガラス基板のプレス成形用金型であって、プレス成形面に中心線平均粗さ（Ｒａ）が２ｎｍ未満の平滑面領域と、中心線平均粗さ（Ｒａ）が２〜５０ｎｍの範囲内の表面粗化領域とが形成されていることを特徴とする。
【００１６】
前記のようなプレス成形用金型によれば、これを用いて成形した磁気ディスク用基板に平滑面領域と表面粗化領域とを形成できるので、表面粗化領域を磁気ヘッドが磁気ディスク表面から離着陸を行うＣＳＳゾーンとして、平滑面領域をデータゾーンとして用いることができ、ＣＳＳ特性向上と低浮上化の両方を可能にする磁気ディスク用ガラス基板を製造することができる。
【００１７】
前記プレス成形用金型においては、前記表面粗さの異なる複数の領域が、前記プレス成形面の外周部を含む外側領域と、この外側領域の内側で前記プレス成形面の中心部を含む内側領域とであることが好ましい。
【００１８】
前記のようなプレス成形用金型によれば、これを用いて成形した磁気ディスク用基板に表面粗さの異なる２種類の領域を形成できるので、一方を磁気ヘッドが磁気ディスク表面から離着陸を行うＣＳＳゾーンとして用い、他方をデータゾーンとして用いることができる。
【００２１】
また、金型母材上に中間層を介して保護層が形成され、前記保護層表面が前記プレス成形面であり、前記金型母材の前記プレス成形面側表面が平滑面で、前記保護層表面に前記表面粗化領域が形成されていることが好ましい。
【００２２】
前記のようなプレス成形用金型によれば、保護層表面の表面粗さはその上に形成された別の保護層の表面粗さに反映されるので、プレス成形面である最上層の保護層の表面粗さを制御することができる。また、中間層を介したことによって、保護層の付着強度を上げることができる。
【００２３】
前記保護層表面に表面粗化領域が形成された好ましいプレス成形用金型においては、前記保護層は、第１の保護層と第２の保護層との２層で形成されており、前記中間層及び前記第１の保護層がスパッタ法により形成され、開口部を有するマスクを前記第１の保護層の表面に形成し、前記開口部における前記第１の保護層をエッチングにより表面粗化を行うことにより、前記第１の保護層表面の一部に粗面化処理がされ、前記エッチング部にさらに前記第２の保護層が形成され、前記マスク除去を取り除いていることが好ましい。
【００２４】
前記のようなプレス成形用金型によれば、保護層表面の表面粗化部の表面粗さはその上に形成された別の保護層の表面粗さに反映されるので、プレス成形面である最上層の保護層に表面粗化面を形成することができる。
【００２５】
また、前記プレス成形用金型においては、金型母材上に、一部に粗面化処理がされた中間層を介して保護層が形成され、前記保護層表面が前記プレス成形面であり、前記金型母材の前記プレス成形面側表面が平滑面であることが好ましい。
【００２６】
前記のようなプレス成形用金型によれば、中間層表面の表面粗さはその上に形成された保護層の表面粗さに反映されるので、プレス成形面である最上層の保護層の表面粗さを制御することができる。
【００２７】
前記一部に粗面化処理がされた中間層が形成された好ましいプレス成形用金型においては、前記保護層は、第１の保護層と第２の保護層との２層で形成されており、前記中間層がスパッタ法により形成され、開口部を有するマスクを前記中間層の表面に形成し、前記開口部における前記中間層をエッチングにより表面粗化を行なうことにより、前記中間層の一部に粗面化処理がされ、前記エッチング部にスパッタ法により前記第１の保護層が形成され、前記マスクを取り除いた後、スパッタ法により前記中間層及び前記第１の保護層上にさらに前記第２の保護層が形成されていることが好ましい。
【００２８】
前記のようなプレス成形用金型によれば、中間層表面の表面粗化部の表面粗さはその上に形成された保護層の表面粗さに反映され、この保護層の表面粗さはさらにこの上に形成された保護層の表面粗さに反映されるので、プレス成形面である最上層の保護層に表面粗化面を形成することができる。
【００２９】
また、前記エッチング部に、前記第１の保護層に代えて前記中間層とは別の第２の中間層が形成されていることが好ましい。
また、前記プレス成形用金型においては、金型母材上に中間層を介して保護層が形成され、前記保護層表面が前記プレス成形面であり、前記金型母材の前記プレス成形面側に形成した前記中間層の一部に粗面化処理された領域が形成されていることが好ましい。
【００３０】
前記のようなプレス成形用金型によれば、金型母材のプレス成形面側の表面粗さはその上に形成された中間層及び保護層の表面粗さに反映されるので、プレス成形面である最上層の保護層の表面粗さを制御することができる。
【００３１】
前記のようなプレス成形用金型によれば、中間層表面の表面粗化部の表面粗さはその上に形成された保護層の表面粗さに反映されるので、プレス成形面である最上層の保護層に表面粗化面を形成することができる。
【００３２】
前記金型母材の前記プレス成形面側の一部に粗面化処理された領域が形成された好ましいプレス成形用金型においては、前記中間層は、第１の中間層と第２の中間層との２層で形成されており、前記金型母材の前記プレス成形面側表面が平滑面で、前記金型母材表面に開口部を有するマスクを形成し、前記開口部における金型母材表面のエッチングを行い、前記エッチング部にスパッタ法により前記第１の中間層が形成され、前記第１の中間層の表面がエッチングにより表面粗化が行われることにより、前記金型母材の前記プレス成形面側の一部に粗面化処理された領域が形成され、前記マスクを取り除いた後、前記金型母材及び前記第１の中間層の表面にスパッタ法にて形成された前記第２の中間層を介して保護膜が形成されていることが好ましい。
【００３３】
前記のようなプレス成形用金型によれば、金型母材表面に形成された中間層表面の表面粗化部の表面粗さはその上に形成された中間層及び保護層の表面粗さに反映されるので、プレス成形面である最上層の保護層に表面粗化面を形成することができる。
【００３４】
また、前記各プレス成形用金型においては、前記金型母材の主成分がガラス材で、前記中間層が炭化珪素、窒化珪素及び酸化珪素から選ばれた少なくとも１つの材料と、その上に形成する保護層に含まれる成分とを含む薄膜で、前記保護層がタングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニュウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）及びタンタル（Ｔａ）から選ばれた少なくとも１つの成分を含む合金薄膜であることが好ましい。
【００３５】
前記のようにプレス成形用金型の材料を選定すれば、長期間の繰り返し使用においても、金型の劣化を防止することができるので、高価な金型の寿命を延ばすことができ、高密度と高信頼性を両立するゾーンテクスチャ方式の高品質な磁気ディスク用ガラス基板を安価にかつ大量に提供することができる。
【００３６】
次に、本発明の磁気ディスク用ガラス基板は、前記各プレス成形用金型により製造したことを特徴とする。前記のような磁気ディスク用ガラス基板によれば、平滑面領域と表面粗化領域とが形成されているので、ＣＳＳ特性向上と低浮上化の両方が可能になる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る磁気ディスク用ガラス基板のプレス成形用金型の製造工程を示す断面図である。以下、本図を用いて製造工程順に説明する。
【００３８】
図１（ａ）に金型母材１を示している。金型母材１に用いるガラス材は、繰り返し使用による変形を防止するため、高温時の機械強度に優れ、熱膨張係数が小さいものが好ましい。例えば石英ガラスはガラス転移温度が高く、金型母材１として好適である。
【００３９】
また、金型母材１として二酸化珪素を主成分とし、酸化アルミ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物などの成分を含有したものも必要に応じて用いてもよい。この場合、金型母材１の転移温度は、プレス成形されるガラス素材の成形温度よりも高くする必要がある。具体的には、金型母材１の転移温度は、成形温度よりも５０℃以上高いことが好ましい。
【００４０】
プレス成形面側表面２の平滑性は、磁気ディスク用としては、中心線平均粗さ（Ｒａ）が２ｎｍ未満であることが好ましい。このような平滑面は一般的な炭化珪素、アルミナ、ダイヤモンド粒子による研磨の後、酸化セリウムの微粒子を用いた精密研磨法によって得ることができる。
【００４１】
以上のような金型母材１に、まず図１（ｂ）に示したように、平滑なプレス成形面側表面２上に中間層３を形成する。中間層３は炭化珪素、窒化珪素、及び酸化珪素から選ばれる少なくとも１つの材料とその上に形成する貴金属系合金薄膜に含まれる成分とを含む薄膜である。
【００４２】
中間層３を形成することにより、その上に形成する貴金属系合金薄膜からなる保護層の付着強度を高めることができる。このため、高温高圧下でプレス成形を繰り返し行っても、保護層の膜剥がれを防止できる。また、エッチングとの組合せで表面性を制御することができる。
【００４３】
中間層３は対応する材料からなるターゲットをスパッタリングし、形成することができる。スパッタリング法としては、直流スパッタ法、高周波スパッタ法、マグネトロンスパッタ法、またはイオンビームスパッタ法が用いられる。成膜条件は、ガス圧が１×１０-2〜１×１０-4Ｔｏｒｒの範囲内、パワー密度が１〜１０Ｗ／cm2の範囲内が好ましい。
【００４４】
また、膜厚は０．１〜５μｍの範囲内が好ましい。０．１μｍより小さい膜厚では、付着強度向上の効果が十分でなく、５μｍより大きい膜厚では、表面が荒れやすくなり、金型表面の平滑性が損なわれる。また、中間層を形成する前に、金型母材表面をアルゴンなどの不活性ガスでスパッタし、表面を清浄にすれば、付着強度を向上できる。
【００４５】
次に、図１（ｃ）を用いて表面粗化領域の形成について説明する。表面粗化領域の表面粗さは中心線平均粗さ（Ｒａ）が、２〜５０ｎｍの範囲内が好ましい。この範囲内であれば、磁気ヘッドと磁気ディスクとの摩擦低減作用が顕著になる。２ｎｍより小さいと、磁気ヘッドの吸着が発生し易い。また、５０ｎｍを越えると磁気ヘッドの浮上量が安定せず、信号のノイズが増大してしまう。
【００４６】
表面粗化領域に対応した開口部４を有するマスク５を、中間層３の表面に配置し、アルゴンなどの不活性ガスでスパッタすることによって、中間層表面のドライエッチングを行い、所定の領域の中間層３の薄膜を取り除くと共に、その表面を粗化することができる。ドライエッチングは、次に行う保護層６ａの形成と連続して行い、効率を上げると共に保護層６ａの付着強度を上げることが出来る。
【００４７】
次に、図１（ｄ）に示したように保護層６ａを形成する。保護層６ａは、中間層３と同様にスパッタ法で形成することが出来る。保護層６ａの表面には、下地の中間層３ａ表面により荒れた面が得られる。また、保護層６ａと中間層３の表面は同一面にすることが好ましい。表面段差が大きい場合には、この段差部分で磁気ヘッドの浮上が不安定になるので、出力変動が起こり段差周辺に記憶できない領域が発生し、記憶容量が減少するからである。
【００４８】
次に、マスク５を取り除き、図１（ｅ）に示したように、保護層６ａ及び中間層３の表面に保護層６ｂを形成する。保護層６ａ、６ｂは貴金属系合金薄膜からなり、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニュウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）及びタンタル（Ｔａ）から選ばれる少なくとも一つの元素を含有しており、高温高圧下でのプレス成形を繰り返してもプレス面へのガラス付着を防止でき、プレス面の面荒れによる表面性の低下を防止できる。
【００４９】
保護層６ａ、６ｂの形成に用いるスパッタリング法及び成膜条件は、前記の中間層の場合と同じである。膜厚も中間層と同様に０．１〜５μｍの範囲内が好ましい。これ以下の膜厚では、保護膜として十分な膜強度が得られなくなり、これ以上の膜厚では、中間層と同様に表面が荒れやすくなり、金型表面の平滑性が損なわれる。
【００５０】
保護層の表面は下地の表面粗さを反映し、保護層６ｂ領域では、中間層３の領域よりも荒れた表面性になり、表面粗化領域が得られる。また、平滑性の良好な中間層３の領域では、表面平滑領域が得られる。このため、ゾーンテクスチャーに対応した磁気ディスク用プレス成形金型が得られる。
【００５１】
なお、保護層６ｂを形成する前に、中間層３形成の場合と同様にアルゴンガスなどの高周波プラズマによって中間層３表面をドライエッチングすることにより保護層６ｂの付着強度を高めることができるが、ドライエッチングで中間層３表面を荒らさないように条件の最適化が必要である。
【００５２】
（実施の形態２）
図２は、実施形態２に係るプレス成形用金型の製造工程を示す断面図である。図２（ｄ）に示したように、開口部４のエッチング部に保護層６ａに代えて中間層３ａを形成する点が、実施形態１と異なる。
【００５３】
（実施の形態３）
図３は、実施形態３に係るプレス成形用金型の製造工程を示す断面図である。以下、本図を用いて実施形態１と異なる点について説明する。図３（ｂ）、（ｃ）に示したように金型母材１に中間層３を形成した後、保護層６を形成する。図３（ｄ）に示したように、表面粗化領域に対応した開口部４を有するマスク５を保護層６上に配置する。アルゴンなどの不活性ガスでスパッタすることによって、保護層６のドライエッチングを行い、所定の領域の保護層６の薄膜を取り除くと共に、その表面を粗化することが出来る。
次に、図３（ｅ）に示したように保護層６ａを形成する。保護層６ａの表面には、下地の保護層６ａ表面によって荒れた面が得られる。
【００５４】
（実施の形態４）
図４は、実施形態４に係るプレス成形用金型の製造工程を示す断面図である。以下、本図を用いて実施形態１と異なる点について説明する。図４（ｂ）に示したように、表面粗化領域に対応した開口部４を有するマスク５を金型母材１上に配置し、金型母材１表面を所定の深さにエッチングする。エッチング条件は、実施形態１の中間層の場合と同様である。
【００５５】
次に、図４（ｃ）に示したように、エッチング部分に中間層３ａを形成し、その表面をドライエッチングし、表面粗化領域を形成する。さらに、マスク５を取り除いた後、図４（ｄ）に示したように中間層３ｂを形成する。中間層３ｂの表面には、下地の中間層３ａよって荒れた面が得られる。次に、図４（ｅ）に示したように、中間層３ｂの表面に保護層６を形成する。保護層６の表面には、下地の中間層３ｂ表面によって荒れた面が得られる。
【００５６】
（実施の形態５）
次に、前記実施形態に係る金型を用いたプレス成形による磁気ディスク用のガラス基板の製造について説明する。
【００５７】
図５は、本発明に係る金型を用いたプレス成形機の構成図である。ガラス素材７はプレス成形用金型の下型９上におかれ、胴型８を介して、上型１０がセットされている。胴型８はディスクの外径及び厚みを規制すると共に上下型のガイドとして働き、位置規制を行う。金型は下型用ヒータ部１１、上型用ヒータ部１２及び側面用ヒータ部１３によって加熱され、ピストンシリンダー１４によって加圧される。金型はこれらヒータによって、ガラス素材７の軟化点付近まで均一に加熱され、プレス成形を行う。
【００５８】
また、プレス成形機全体はチャンバー１５の中に設置されている。窒素ガス導入口１６から窒素ガスが導入されるので、低い酸素濃度雰囲気でプレス成形することができ、成形時の高温による金型の酸化による耐久性の低下を防止することができる。
【００５９】
成形後、ガラス素材のガラス転移点までゆっくりと第１段階の冷却を行い、その後圧力を減少させ、第２段階の冷却を行う。第１段階の冷却では、金型温度の不均一による成形ガラス基板の内部歪みの発生を防止することが必要である。歪みの発生は成形ガラス基板の平坦性に影響し、ソリが発生したり、著しい場合には、クラックが発生することがあるからである。
【００６０】
【実施例】
以下、本発明に係るゾーンテクスチャ用の磁気ディスク用ガラス基板のプレス成形用金型及び磁気ディスク用ガラス基板について、実施例を用いて更に具体的に説明する。
【００６１】
（実施例１）
実施例１のプレス成形用金型は、図１に示た製造工程に従って製作し、中間層表面に表面粗化部を形成したものである。プレス成形用金型母材１として、直径４８mm、厚み３０mmの円柱状の石英ガラスを２つ（上型用と下型用）準備し、プレス成形面２を粒径０．１μｍの微細なダイヤモンド砥粒を用いて鏡面研磨した後、酸化セリウムを用い中心線平均粗さ（Ｒａ）０．５nmに研磨した（以下の実施例２〜４も同じ。）。
【００６２】
次に、真空度３×１０-4Ｔｏｒｒ、電力１００Ｗの条件で研磨面をアルゴンガスの高周波プラズマでクリーニングした後、真空度５×１０-4Ｔｏｒｒ、電力６００Ｗの条件でマグネトロン高周波スパッタ法により炭化珪素（ＳｉＣ）上にイリジウム（Ｉｒ）配置したターゲットを用い、膜厚１．０μｍの中間層３を形成した（図１（ｂ））。
【００６３】
次に、中心部に直径１８mmの円形の開口部４を有するマスク５を中間層３に設置し、真空度３×１０-4Ｔｏｒｒ、電力５００Ｗの条件で中間層表面をアルゴンガスの高周波プラズマでエッチングし、中心部の表面を荒らした中間層３を形成した（図１（ｃ））。
【００６４】
その後、イリジウム（Ｉｒ）−ロジウム（Ｒｈ）をターゲットとし、マグネトロン高周波スパッタ法により真空度５×１０-4Ｔｏｒｒ、電力６００Ｗの条件でＩｒ５０ａｔｏｍ％−Ｒｈ５０ａｔｏｍ％組成の薄膜から成る保護層６ａを形成した（図１（ｄ））。
【００６５】
マスク５を取り除いた後、中間層３及び保護層６ａの表面に保護層６ａと同条件で膜厚１．０μｍの保護層６ｂを形成し、平滑面領域及び表面粗化領域を持つ一対のプレス成形用金型（試料１）を製作した（図１（ｅ））。
【００６６】
また、比較例としてプレス成形面を粒径０．１μｍの微細なダイヤモンド砥粒を用いて鏡面研磨した超硬合金を用い、本実施例と同様に、プレス面全体にマグネトロン高周波スパッタ法によりＩｒ５０ａｔｏｍ％−Ｒｈ５０ａｔｏｍ％組成の薄膜から成る膜厚１．０μｍの保護層を形成したプレス成形用金型（試料５）を製作した。
【００６７】
次に試料１及び試料５の金型を図５に示したプレス成形機に下型９、上型１０としてセットし、ガラス素材７として直径３５mmのソーダライムガラスを用いてプレス成形して、磁気ディスク用ガラス基板を作成した。
【００６８】
プレス成形は酸素濃度０．１％以下の窒素雰囲気中で、温度７３０℃、プレス圧２００kg／cm2で行い、プレスした状態で２分間保持した後、そのままの状態で４２０℃まで１０℃／分の条件で冷却した。その後、常温まで急冷した後、プレス成形したガラス基板を取り出し、機械加工により内径加工を行い、磁気ディスク用ガラス基板とした。プレス成形の各条件は、以下の実施例２〜４でも同じである。
【００６９】
（実施例２）
実施例２のプレス成形金型は、図２に示す製造工程に従って製作し、中間層表面に表面粗化部を形成したものである。
【００７０】
真空度３×１０-4Ｔｏｒｒ、電力１００Ｗの条件で研磨面をアルゴンガスの高周波プラズマでクリーニングした後、真空度５×１０-4Ｔｏｒｒ、電力６００Ｗの条件でマグネトロン高周波スパッタ法により酸化珪素（ＳｉＯ2）上に白金（Ｐｔ）配置したターゲットを用い、膜厚０．８μmの中間層３を金型母材１上に形成した（図２（ｂ））。
【００７１】
次に、中心部に直径１８mmの円形の開口部４を有するマスク５を、中間層３上に設置し、真空度３×１０-4Ｔｏｒｒ、電力５００Ｗの条件で中間層３表面をアルゴンガスの高周波プラズマでエッチングし、中間層３の中心部の表面を荒らした（図２（ｃ））。この後、中間層３と同条件でスパッタし、中間層３ａを形成した（図２（ｄ））。
【００７２】
マスク５を取り除き、中間層３及び３ａの表面を真空度３×１０-4Ｔｏｒｒ、電力１００Ｗの条件でアルゴンガスの高周波プラズマでクリーニングした。次に、白金（Ｐｔ）−タングステン（Ｗ）をターゲットとし、マグネトロン高周波スパッタ法により真空度５×１０-4Ｔｏｒｒ、電力６００Ｗの条件で、Ｐｔ５０ａｔｏｍ％−Ｗ５０ａｔｏｍ％組成の膜厚１．３μｍの保護層４を形成し（図２（ｅ））、平滑面領域及び表面粗化領域を持つ一対のプレス成形用金型（試料２）を製作した。
【００７３】
次に、実施例１と同条件で、試料２の金型を用いて、磁気ディスク用ガラス基板を製作した。
（実施例３）
実施例３のプレス成形用金型は、図３に示した製造工程に従って製作し、保護層に表面粗化部を形成したものである。
【００７４】
真空度３×１０-4Ｔｏｒｒ、電力１００Ｗの条件で研磨面をアルゴンガスの高周波プラズマで金型母材１をクリーニングした後、真空度５×１０-4Ｔｏｒｒ、電力６００Ｗの条件でマグネトロン高周波スパッタ法により窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）上にオスミウム（Ｏｓ）配置したターゲットを用い、膜厚０．５μmの中間層３を金型母材１上に形成した（図３（ｂ））。
【００７５】
次に、オスミウム（Ｏｓ）−パラジウム（Ｐｄ）をターゲットとしマグネトロン高周波スパッタ法により真空度５×１０-4Ｔｏｒｒ、電力６００Ｗの条件でＰｔ５０ａｔｏｍ％−Ｗ５０ａｔｏｍ％組成の薄膜から成る膜厚２．０μｍの保護層６を中間層３上に形成した（図３（ｃ））。
【００７６】
次に、中心部に直径１８mmの円形の開口部４を有するマスク５を保護層６上に設置し、真空度３×１０-4Ｔｏｒｒ、電力５００Ｗの条件で保護層表面をアルゴンガスの高周波プラズマでエッチングし、保護層６の中心部の表面を荒らした（図３（ｄ））。保護層６を形成した後、保護層６と同条件で膜厚１．３μｍの保護層６ａを形成し（図３（ｅ））、平滑面領域及び表面粗化領域を持つ一対のプレス成形用金型（試料３）を製作した。
【００７７】
次に、実施例１と同条件で、試料３の金型を用いて、磁気ディスク用ガラス基板を製作した。
（実施例４）
実施例４のプレス成形用金型は、図４に示す製造工程に従って製作し、金型母材表面に表面粗化部を形成したものである。
【００７８】
中心部に直径１８mmの円形の開口部４を有するマスク５を、金型母材１上に設置し、真空度３×１０-4Ｔｏｒｒ、電力３００Ｗの条件で研磨面をＣＦ4と酸素の混合ガスの高周波プラズマでエッチングした（図４（ｂ））。真空度５×１０-4Ｔｏｒｒ、電力６００Ｗの条件でマグネトロン高周波スパッタ法により炭化珪素（ＳｉＣ）上にタンタル（Ｔａ）を配置したターゲットを用い、中間層３ａを形成し、真空度３×１０-4Ｔｏｒｒ、電力５００Ｗの条件で中間層３ａ表面をアルゴンガスの高周波プラズマでエッチングし、中間層３ａ表面を荒らした（図４（ｃ））。
【００７９】
次に、中間層３ａと同条件で膜厚１．２μmの中間層３ｂを形成した。その後、タンタル（Ｔａ）−パラジウム（Ｐｄ）をターゲットとしマグネトロン高周波スパッタ法により真空度５×１０-4Ｔｏｒｒ、電力６００Ｗの条件でＴａ５０ａｔｏｍ％−Ｐｄ５０ａｔｏｍ％組成の薄膜から成る膜厚１．１μｍの保護層６を形成し（図４（ｅ））、平滑面領域及び表面粗化領域を持つ一対のプレス成形用金型（試料４）を製作した。
【００８０】
比較例として中間層を形成せず、本実施例と同様にしてマグネトロン高周波スパッタ法によりＴａ５０ａｔｏｍ％−Ｐｄ５０ａｔｏｍ％組成の薄膜から成る膜厚１．０μｍの保護層を金型母材上に形成し、平滑面領域及び表面粗化領域を持つ金型（試料６）を製作した。
【００８１】
次に、実施例１と同条件で、試料４及び６の金型を用いて、磁気ディスク用ガラス基板を製作した。
実施例１〜４のプレス成形金型を用いたプレス成形は、各実施例について３０００回行った。初期及び３０００回プレス後の金型及び成形した磁気ディスク用ガラス基板の平滑面領域及び表面粗化領域の表面をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いて５０μｍ角で５ヶ所測定し、その表面粗さ（ＳＲａ）の平均を算出し評価した。また、光干渉方式の３次元表面粗さ計を用いて、高さ５０nm以上の粗大突起（金型の場合は凹み）の数を測定した。以下の表１に、この結果を示す。
【００８２】
【表１】
表１から分かるように、本実施例（試料１〜４）のプレス成形用金型で製作した磁気ディスク用基板は、３０００回目のプレス成形品でも初期の成形品と比較して表面粗さの変化は小さく、粗大突起の形成も見られなかった。
【００８３】
これに対して超硬合金を用いた比較例（試料５）では、初期から表面粗さが大きく、５０nm以上の突起が見られた。また、光学顕微鏡で倍率８００倍で金型表面を観察したところ、ミクロな欠陥が発生している部分が見られた。
【００８４】
また、中間層のない比較例（試料６）では、初期には問題がないものの、数回のプレス成形で保護膜のハガレが発生し、使用不可能となった。
なお、前記実施例１〜４において、中間層及び保護層の材料は各実施例に示したものに限らず、中間層が炭化珪素、窒化珪素、酸化珪素の内少なくとも１つの材料と、その上に形成する保護層に含まれる成分とを含む薄膜からなり、保護層がタングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニュウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）、タンタル（Ｔａ）のうち少なくとも一つの成分を含む合金薄膜の場合にも、同様の効果が得られた。
【００８５】
【発明の効果】
以上のように本発明のプレス成形用金型によれば、プレス成形面に表面粗さの異なる複数の領域が形成されているので、これを用いて成形した磁気ディスク用基板に表面粗さの異なる複数の領域を形成でき、ＣＳＳ特性向上と低浮上化の両方を可能にする磁気ディスク用ガラス基板を製造することができる。
【００８６】
また、金型母材の主成分をガラス材とし、中間層を介して保護層を形成することにより、長期間の繰り返し使用においても金型の劣化を防止することができるので、高価な金型の寿命を延ばすことができ、高密度と高信頼性を両立するゾーンテクスチャ方式の高品質な磁気ディスク用ガラス基板を安価にかつ大量に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るプレス成形用金型の製造工程を示す断面図
【図２】本発明の実施形態２に係るプレス成形用金型の製造工程を示す断面図
【図３】本発明の実施形態３に係るプレス成形用金型の製造工程を示す断面図
【図４】本発明の実施形態４に係るプレス成形用金型の製造工程を示す断面図
【図５】本発明のプレス成形用金型を用いたプレス成形機の模式図
【符号の説明】
１ 金型母材
２ プレス成形面側表面
３，３ａ，３ｂ 中間膜
４ 開口部
５ マスク
６，６ａ 保護層
７ ガラス素材
８ 胴型
９ 下型
１０ 上型
１１ 下型用ヒータ部
１２ 上型用ヒータ部
１３ 側面用ヒータ部
１４ ピストンシリンダー
１５ チャンバー
１５ 窒素ガス導入口
【発明の属する技術分野】
本発明はゾーンテクスチャ方式の磁気ディスクに最適な磁気ディスク用ガラス基板を生産するプレス成形用金型及びそれを用いて製造した磁気ディスク用ガラス基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータの普及に伴い外部記憶装置の一つであるハードディスクの小型化、高容量化などの高性能化への要求は、非常に高まってきている。それに伴って、磁気ヘッドの低浮上化が盛んに検討され、磁気ディスクの平滑性については極めて高い精度が要求されている。
【０００３】
従来より磁気ディスク用の基板材料としては、アルミニュウム合金が主として用いられてきた。しかしながら、アルミニュウム合金基板は硬度が低いため高精度な砥粒及び研磨装置を使用して精密研磨加工しても、研磨面が塑性変形するため、高精度の平滑面を得ることは難しかった。また、基板表面により硬度の高いニッケル−リンメッキ層を形成しても、なお高精度の平滑面の要求に応えることは難しかった。
【０００４】
また、小型化の動きによりディスク厚の薄膜化が要求されており、強度の低いアルミニュウム合金基板では、この要求に応えることが難しかった。
最近の高感度な磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）の採用は、磁気ディスクにノイズ低減の要求をし、基板には磁性膜成膜後の熱処理によるノイズ低減に対応することが求められている。しかしながら、この面からもアルミニュウム合金は要求に応えることが難しくなってきている。
【０００５】
このため、磁気ディスク用基板として、ガラス、セラミック、カーボンなど新しい材料が提案されており、中でもガラス基板は広く検討され一部では既に実用化されている。ガラス基板は強度が高く、耐熱性も良好で、表面硬度が高く、高精度な精密研磨によって高精度な平滑性の要求に十分応えることができる。
【０００６】
表面平滑性の高い磁気ディスクは、磁気ヘッドの浮上量を低くすることが出来る反面、ヘッドスティックと言う問題が発生する。すなわち、ハードディスクドライブでは、コンタクト・スタート・ストップ（ＣＳＳ）方式が採用されており、装置の起動・停止時には磁気ヘッドと磁気ディスクとが摺動接触している。この状態で回転始動または停止するため、磁気ヘッドと磁気ディスクとの間に摩擦力が生じ、磁気ヘッド及び磁気ディスクの表面を磨耗させ、電磁変換特性の劣化の原因となっている。
【０００７】
特に、磁気ディスクに水分が吸着している状態では、磁気ヘッドと磁気ディスクとの間に水分が入り込み、凝着現象を引き起こすことがある。この状態で起動すると磁気ヘッド・磁気ディスク間に大きな抵抗力が生じ、磁気ヘッド、磁気ディスクの損傷、破壊を引き起こすことがあり、このヘッドスティック現象は大きな問題となっている。
【０００８】
従来、磁気ヘッドの低浮上化と吸着防止を両立させる方法として、可能な範囲で表面粗さを小さくすることが試みられてきたが、この方法では低浮上化の限界に来ている。そこで、この問題を両立する別の方法として、磁気ヘッドが磁気ディスク表面から離着陸を行うＣＳＳゾーン（例えば、ドーナツ状磁気ディスクの内周近傍の領域）の表面を磁気ヘッド・ディスク間の吸着、損傷が防止できる程度の表面粗さにし、他のデータゾーンは低浮上化を実現させるためそれよりも小さい表面粗さにする、いわゆるゾーンテクスチャ方式が提案されている。
【０００９】
従来、磁気ディスク用ガラス基板の表面に平滑面を得るために、所定のサイズに切り抜かれたガラス基板を１枚毎に精密研磨する研磨法が用いられていた。
また、磁気ディスク用基板の表面に凹凸を部分的に形成する方法として、部分的に研磨加工の程度を変える方法や部分的にエッチングする方法が、特開昭６３−１６７４２２号公報に提案されている。さらに、最近ではレーザを用い表面加工する方法が、特開平７−１８２６５５号公報に提案され、制御性の良好な方法として、盛んに検討され始めている。
【００１０】
また、プレス成形法は光学ガラス素子製造の分野では、数多くの検討がなされ、高品質かつ高生産性の可能な製造方法として既に実用化が図られている。
プレス成形に用いる金型は、高温高圧状態でガラスを繰り返し成形しても劣化しない特殊な金型が必要であり、種々の検討がなされている。
【００１１】
プレス成形用の金型母材としては、超硬合金（タングステンカーバイド）や、サーメット、ジルコニア、炭化珪素その他セラミックスが使用され、金型は母材保護と離型時のガラスの粘着を防止するため、離型性、耐酸化性、耐反応性の良い保護膜がコーティングされるものが開発されている。
【００１２】
例えば、特開平２−１３７９１４号公報には、超硬合金表面に貴金属合金薄膜を設け、合金表面上に微細パターンを形成した成形用金型が提案されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような従来の磁気ディスク用基板の製造方法では、以下のような問題があった。
（１）１枚毎にガラス基板を精密研磨する研磨法では、研磨工程に高い精度が要求され、かつ工程数も多いという問題があった。
（２）部分的に研磨加工の程度を変える方法や部分的にエッチングする方法では、表面性の制御を生産性良く行うには限界があった。
（３）レーザを用い表面加工する方法では、高価な装置が必要とされ、製造コストが高くなるという問題があった。
（４）プレス成形法では、金型の母材として用いられる超硬合金（タングステンカーバイド）やサーメットは加工性が悪く、磁気ディスク用基板の金型として十分な平滑性（ｎｍオーダの平滑性）を得ることは難しいという問題があった。
【００１４】
本発明のプレス成形用金型及び磁気ディスク用ガラス基板は、前記問題を解決するものであり、プレス成形用金型に表面平滑領域と表面粗化領域とを形成することにより、ゾーンテクスチャ方式に最適な磁気ディスクを安価にかつ大量に生産できるプレス成形用金型及びこのプレス成形用金型を用いて成形されたＣＳＳ特性向上と低浮上化の両方を可能とする磁気ディスク用ガラス基板とを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明のプレス成形用金型は、磁気ディスク用ガラス基板のプレス成形用金型であって、プレス成形面に中心線平均粗さ（Ｒａ）が２ｎｍ未満の平滑面領域と、中心線平均粗さ（Ｒａ）が２〜５０ｎｍの範囲内の表面粗化領域とが形成されていることを特徴とする。
【００１６】
前記のようなプレス成形用金型によれば、これを用いて成形した磁気ディスク用基板に平滑面領域と表面粗化領域とを形成できるので、表面粗化領域を磁気ヘッドが磁気ディスク表面から離着陸を行うＣＳＳゾーンとして、平滑面領域をデータゾーンとして用いることができ、ＣＳＳ特性向上と低浮上化の両方を可能にする磁気ディスク用ガラス基板を製造することができる。
【００１７】
前記プレス成形用金型においては、前記表面粗さの異なる複数の領域が、前記プレス成形面の外周部を含む外側領域と、この外側領域の内側で前記プレス成形面の中心部を含む内側領域とであることが好ましい。
【００１８】
前記のようなプレス成形用金型によれば、これを用いて成形した磁気ディスク用基板に表面粗さの異なる２種類の領域を形成できるので、一方を磁気ヘッドが磁気ディスク表面から離着陸を行うＣＳＳゾーンとして用い、他方をデータゾーンとして用いることができる。
【００２１】
また、金型母材上に中間層を介して保護層が形成され、前記保護層表面が前記プレス成形面であり、前記金型母材の前記プレス成形面側表面が平滑面で、前記保護層表面に前記表面粗化領域が形成されていることが好ましい。
【００２２】
前記のようなプレス成形用金型によれば、保護層表面の表面粗さはその上に形成された別の保護層の表面粗さに反映されるので、プレス成形面である最上層の保護層の表面粗さを制御することができる。また、中間層を介したことによって、保護層の付着強度を上げることができる。
【００２３】
前記保護層表面に表面粗化領域が形成された好ましいプレス成形用金型においては、前記保護層は、第１の保護層と第２の保護層との２層で形成されており、前記中間層及び前記第１の保護層がスパッタ法により形成され、開口部を有するマスクを前記第１の保護層の表面に形成し、前記開口部における前記第１の保護層をエッチングにより表面粗化を行うことにより、前記第１の保護層表面の一部に粗面化処理がされ、前記エッチング部にさらに前記第２の保護層が形成され、前記マスク除去を取り除いていることが好ましい。
【００２４】
前記のようなプレス成形用金型によれば、保護層表面の表面粗化部の表面粗さはその上に形成された別の保護層の表面粗さに反映されるので、プレス成形面である最上層の保護層に表面粗化面を形成することができる。
【００２５】
また、前記プレス成形用金型においては、金型母材上に、一部に粗面化処理がされた中間層を介して保護層が形成され、前記保護層表面が前記プレス成形面であり、前記金型母材の前記プレス成形面側表面が平滑面であることが好ましい。
【００２６】
前記のようなプレス成形用金型によれば、中間層表面の表面粗さはその上に形成された保護層の表面粗さに反映されるので、プレス成形面である最上層の保護層の表面粗さを制御することができる。
【００２７】
前記一部に粗面化処理がされた中間層が形成された好ましいプレス成形用金型においては、前記保護層は、第１の保護層と第２の保護層との２層で形成されており、前記中間層がスパッタ法により形成され、開口部を有するマスクを前記中間層の表面に形成し、前記開口部における前記中間層をエッチングにより表面粗化を行なうことにより、前記中間層の一部に粗面化処理がされ、前記エッチング部にスパッタ法により前記第１の保護層が形成され、前記マスクを取り除いた後、スパッタ法により前記中間層及び前記第１の保護層上にさらに前記第２の保護層が形成されていることが好ましい。
【００２８】
前記のようなプレス成形用金型によれば、中間層表面の表面粗化部の表面粗さはその上に形成された保護層の表面粗さに反映され、この保護層の表面粗さはさらにこの上に形成された保護層の表面粗さに反映されるので、プレス成形面である最上層の保護層に表面粗化面を形成することができる。
【００２９】
また、前記エッチング部に、前記第１の保護層に代えて前記中間層とは別の第２の中間層が形成されていることが好ましい。
また、前記プレス成形用金型においては、金型母材上に中間層を介して保護層が形成され、前記保護層表面が前記プレス成形面であり、前記金型母材の前記プレス成形面側に形成した前記中間層の一部に粗面化処理された領域が形成されていることが好ましい。
【００３０】
前記のようなプレス成形用金型によれば、金型母材のプレス成形面側の表面粗さはその上に形成された中間層及び保護層の表面粗さに反映されるので、プレス成形面である最上層の保護層の表面粗さを制御することができる。
【００３１】
前記のようなプレス成形用金型によれば、中間層表面の表面粗化部の表面粗さはその上に形成された保護層の表面粗さに反映されるので、プレス成形面である最上層の保護層に表面粗化面を形成することができる。
【００３２】
前記金型母材の前記プレス成形面側の一部に粗面化処理された領域が形成された好ましいプレス成形用金型においては、前記中間層は、第１の中間層と第２の中間層との２層で形成されており、前記金型母材の前記プレス成形面側表面が平滑面で、前記金型母材表面に開口部を有するマスクを形成し、前記開口部における金型母材表面のエッチングを行い、前記エッチング部にスパッタ法により前記第１の中間層が形成され、前記第１の中間層の表面がエッチングにより表面粗化が行われることにより、前記金型母材の前記プレス成形面側の一部に粗面化処理された領域が形成され、前記マスクを取り除いた後、前記金型母材及び前記第１の中間層の表面にスパッタ法にて形成された前記第２の中間層を介して保護膜が形成されていることが好ましい。
【００３３】
前記のようなプレス成形用金型によれば、金型母材表面に形成された中間層表面の表面粗化部の表面粗さはその上に形成された中間層及び保護層の表面粗さに反映されるので、プレス成形面である最上層の保護層に表面粗化面を形成することができる。
【００３４】
また、前記各プレス成形用金型においては、前記金型母材の主成分がガラス材で、前記中間層が炭化珪素、窒化珪素及び酸化珪素から選ばれた少なくとも１つの材料と、その上に形成する保護層に含まれる成分とを含む薄膜で、前記保護層がタングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニュウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）及びタンタル（Ｔａ）から選ばれた少なくとも１つの成分を含む合金薄膜であることが好ましい。
【００３５】
前記のようにプレス成形用金型の材料を選定すれば、長期間の繰り返し使用においても、金型の劣化を防止することができるので、高価な金型の寿命を延ばすことができ、高密度と高信頼性を両立するゾーンテクスチャ方式の高品質な磁気ディスク用ガラス基板を安価にかつ大量に提供することができる。
【００３６】
次に、本発明の磁気ディスク用ガラス基板は、前記各プレス成形用金型により製造したことを特徴とする。前記のような磁気ディスク用ガラス基板によれば、平滑面領域と表面粗化領域とが形成されているので、ＣＳＳ特性向上と低浮上化の両方が可能になる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る磁気ディスク用ガラス基板のプレス成形用金型の製造工程を示す断面図である。以下、本図を用いて製造工程順に説明する。
【００３８】
図１（ａ）に金型母材１を示している。金型母材１に用いるガラス材は、繰り返し使用による変形を防止するため、高温時の機械強度に優れ、熱膨張係数が小さいものが好ましい。例えば石英ガラスはガラス転移温度が高く、金型母材１として好適である。
【００３９】
また、金型母材１として二酸化珪素を主成分とし、酸化アルミ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物などの成分を含有したものも必要に応じて用いてもよい。この場合、金型母材１の転移温度は、プレス成形されるガラス素材の成形温度よりも高くする必要がある。具体的には、金型母材１の転移温度は、成形温度よりも５０℃以上高いことが好ましい。
【００４０】
プレス成形面側表面２の平滑性は、磁気ディスク用としては、中心線平均粗さ（Ｒａ）が２ｎｍ未満であることが好ましい。このような平滑面は一般的な炭化珪素、アルミナ、ダイヤモンド粒子による研磨の後、酸化セリウムの微粒子を用いた精密研磨法によって得ることができる。
【００４１】
以上のような金型母材１に、まず図１（ｂ）に示したように、平滑なプレス成形面側表面２上に中間層３を形成する。中間層３は炭化珪素、窒化珪素、及び酸化珪素から選ばれる少なくとも１つの材料とその上に形成する貴金属系合金薄膜に含まれる成分とを含む薄膜である。
【００４２】
中間層３を形成することにより、その上に形成する貴金属系合金薄膜からなる保護層の付着強度を高めることができる。このため、高温高圧下でプレス成形を繰り返し行っても、保護層の膜剥がれを防止できる。また、エッチングとの組合せで表面性を制御することができる。
【００４３】
中間層３は対応する材料からなるターゲットをスパッタリングし、形成することができる。スパッタリング法としては、直流スパッタ法、高周波スパッタ法、マグネトロンスパッタ法、またはイオンビームスパッタ法が用いられる。成膜条件は、ガス圧が１×１０-2〜１×１０-4Ｔｏｒｒの範囲内、パワー密度が１〜１０Ｗ／cm2の範囲内が好ましい。
【００４４】
また、膜厚は０．１〜５μｍの範囲内が好ましい。０．１μｍより小さい膜厚では、付着強度向上の効果が十分でなく、５μｍより大きい膜厚では、表面が荒れやすくなり、金型表面の平滑性が損なわれる。また、中間層を形成する前に、金型母材表面をアルゴンなどの不活性ガスでスパッタし、表面を清浄にすれば、付着強度を向上できる。
【００４５】
次に、図１（ｃ）を用いて表面粗化領域の形成について説明する。表面粗化領域の表面粗さは中心線平均粗さ（Ｒａ）が、２〜５０ｎｍの範囲内が好ましい。この範囲内であれば、磁気ヘッドと磁気ディスクとの摩擦低減作用が顕著になる。２ｎｍより小さいと、磁気ヘッドの吸着が発生し易い。また、５０ｎｍを越えると磁気ヘッドの浮上量が安定せず、信号のノイズが増大してしまう。
【００４６】
表面粗化領域に対応した開口部４を有するマスク５を、中間層３の表面に配置し、アルゴンなどの不活性ガスでスパッタすることによって、中間層表面のドライエッチングを行い、所定の領域の中間層３の薄膜を取り除くと共に、その表面を粗化することができる。ドライエッチングは、次に行う保護層６ａの形成と連続して行い、効率を上げると共に保護層６ａの付着強度を上げることが出来る。
【００４７】
次に、図１（ｄ）に示したように保護層６ａを形成する。保護層６ａは、中間層３と同様にスパッタ法で形成することが出来る。保護層６ａの表面には、下地の中間層３ａ表面により荒れた面が得られる。また、保護層６ａと中間層３の表面は同一面にすることが好ましい。表面段差が大きい場合には、この段差部分で磁気ヘッドの浮上が不安定になるので、出力変動が起こり段差周辺に記憶できない領域が発生し、記憶容量が減少するからである。
【００４８】
次に、マスク５を取り除き、図１（ｅ）に示したように、保護層６ａ及び中間層３の表面に保護層６ｂを形成する。保護層６ａ、６ｂは貴金属系合金薄膜からなり、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニュウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）及びタンタル（Ｔａ）から選ばれる少なくとも一つの元素を含有しており、高温高圧下でのプレス成形を繰り返してもプレス面へのガラス付着を防止でき、プレス面の面荒れによる表面性の低下を防止できる。
【００４９】
保護層６ａ、６ｂの形成に用いるスパッタリング法及び成膜条件は、前記の中間層の場合と同じである。膜厚も中間層と同様に０．１〜５μｍの範囲内が好ましい。これ以下の膜厚では、保護膜として十分な膜強度が得られなくなり、これ以上の膜厚では、中間層と同様に表面が荒れやすくなり、金型表面の平滑性が損なわれる。
【００５０】
保護層の表面は下地の表面粗さを反映し、保護層６ｂ領域では、中間層３の領域よりも荒れた表面性になり、表面粗化領域が得られる。また、平滑性の良好な中間層３の領域では、表面平滑領域が得られる。このため、ゾーンテクスチャーに対応した磁気ディスク用プレス成形金型が得られる。
【００５１】
なお、保護層６ｂを形成する前に、中間層３形成の場合と同様にアルゴンガスなどの高周波プラズマによって中間層３表面をドライエッチングすることにより保護層６ｂの付着強度を高めることができるが、ドライエッチングで中間層３表面を荒らさないように条件の最適化が必要である。
【００５２】
（実施の形態２）
図２は、実施形態２に係るプレス成形用金型の製造工程を示す断面図である。図２（ｄ）に示したように、開口部４のエッチング部に保護層６ａに代えて中間層３ａを形成する点が、実施形態１と異なる。
【００５３】
（実施の形態３）
図３は、実施形態３に係るプレス成形用金型の製造工程を示す断面図である。以下、本図を用いて実施形態１と異なる点について説明する。図３（ｂ）、（ｃ）に示したように金型母材１に中間層３を形成した後、保護層６を形成する。図３（ｄ）に示したように、表面粗化領域に対応した開口部４を有するマスク５を保護層６上に配置する。アルゴンなどの不活性ガスでスパッタすることによって、保護層６のドライエッチングを行い、所定の領域の保護層６の薄膜を取り除くと共に、その表面を粗化することが出来る。
次に、図３（ｅ）に示したように保護層６ａを形成する。保護層６ａの表面には、下地の保護層６ａ表面によって荒れた面が得られる。
【００５４】
（実施の形態４）
図４は、実施形態４に係るプレス成形用金型の製造工程を示す断面図である。以下、本図を用いて実施形態１と異なる点について説明する。図４（ｂ）に示したように、表面粗化領域に対応した開口部４を有するマスク５を金型母材１上に配置し、金型母材１表面を所定の深さにエッチングする。エッチング条件は、実施形態１の中間層の場合と同様である。
【００５５】
次に、図４（ｃ）に示したように、エッチング部分に中間層３ａを形成し、その表面をドライエッチングし、表面粗化領域を形成する。さらに、マスク５を取り除いた後、図４（ｄ）に示したように中間層３ｂを形成する。中間層３ｂの表面には、下地の中間層３ａよって荒れた面が得られる。次に、図４（ｅ）に示したように、中間層３ｂの表面に保護層６を形成する。保護層６の表面には、下地の中間層３ｂ表面によって荒れた面が得られる。
【００５６】
（実施の形態５）
次に、前記実施形態に係る金型を用いたプレス成形による磁気ディスク用のガラス基板の製造について説明する。
【００５７】
図５は、本発明に係る金型を用いたプレス成形機の構成図である。ガラス素材７はプレス成形用金型の下型９上におかれ、胴型８を介して、上型１０がセットされている。胴型８はディスクの外径及び厚みを規制すると共に上下型のガイドとして働き、位置規制を行う。金型は下型用ヒータ部１１、上型用ヒータ部１２及び側面用ヒータ部１３によって加熱され、ピストンシリンダー１４によって加圧される。金型はこれらヒータによって、ガラス素材７の軟化点付近まで均一に加熱され、プレス成形を行う。
【００５８】
また、プレス成形機全体はチャンバー１５の中に設置されている。窒素ガス導入口１６から窒素ガスが導入されるので、低い酸素濃度雰囲気でプレス成形することができ、成形時の高温による金型の酸化による耐久性の低下を防止することができる。
【００５９】
成形後、ガラス素材のガラス転移点までゆっくりと第１段階の冷却を行い、その後圧力を減少させ、第２段階の冷却を行う。第１段階の冷却では、金型温度の不均一による成形ガラス基板の内部歪みの発生を防止することが必要である。歪みの発生は成形ガラス基板の平坦性に影響し、ソリが発生したり、著しい場合には、クラックが発生することがあるからである。
【００６０】
【実施例】
以下、本発明に係るゾーンテクスチャ用の磁気ディスク用ガラス基板のプレス成形用金型及び磁気ディスク用ガラス基板について、実施例を用いて更に具体的に説明する。
【００６１】
（実施例１）
実施例１のプレス成形用金型は、図１に示た製造工程に従って製作し、中間層表面に表面粗化部を形成したものである。プレス成形用金型母材１として、直径４８mm、厚み３０mmの円柱状の石英ガラスを２つ（上型用と下型用）準備し、プレス成形面２を粒径０．１μｍの微細なダイヤモンド砥粒を用いて鏡面研磨した後、酸化セリウムを用い中心線平均粗さ（Ｒａ）０．５nmに研磨した（以下の実施例２〜４も同じ。）。
【００６２】
次に、真空度３×１０-4Ｔｏｒｒ、電力１００Ｗの条件で研磨面をアルゴンガスの高周波プラズマでクリーニングした後、真空度５×１０-4Ｔｏｒｒ、電力６００Ｗの条件でマグネトロン高周波スパッタ法により炭化珪素（ＳｉＣ）上にイリジウム（Ｉｒ）配置したターゲットを用い、膜厚１．０μｍの中間層３を形成した（図１（ｂ））。
【００６３】
次に、中心部に直径１８mmの円形の開口部４を有するマスク５を中間層３に設置し、真空度３×１０-4Ｔｏｒｒ、電力５００Ｗの条件で中間層表面をアルゴンガスの高周波プラズマでエッチングし、中心部の表面を荒らした中間層３を形成した（図１（ｃ））。
【００６４】
その後、イリジウム（Ｉｒ）−ロジウム（Ｒｈ）をターゲットとし、マグネトロン高周波スパッタ法により真空度５×１０-4Ｔｏｒｒ、電力６００Ｗの条件でＩｒ５０ａｔｏｍ％−Ｒｈ５０ａｔｏｍ％組成の薄膜から成る保護層６ａを形成した（図１（ｄ））。
【００６５】
マスク５を取り除いた後、中間層３及び保護層６ａの表面に保護層６ａと同条件で膜厚１．０μｍの保護層６ｂを形成し、平滑面領域及び表面粗化領域を持つ一対のプレス成形用金型（試料１）を製作した（図１（ｅ））。
【００６６】
また、比較例としてプレス成形面を粒径０．１μｍの微細なダイヤモンド砥粒を用いて鏡面研磨した超硬合金を用い、本実施例と同様に、プレス面全体にマグネトロン高周波スパッタ法によりＩｒ５０ａｔｏｍ％−Ｒｈ５０ａｔｏｍ％組成の薄膜から成る膜厚１．０μｍの保護層を形成したプレス成形用金型（試料５）を製作した。
【００６７】
次に試料１及び試料５の金型を図５に示したプレス成形機に下型９、上型１０としてセットし、ガラス素材７として直径３５mmのソーダライムガラスを用いてプレス成形して、磁気ディスク用ガラス基板を作成した。
【００６８】
プレス成形は酸素濃度０．１％以下の窒素雰囲気中で、温度７３０℃、プレス圧２００kg／cm2で行い、プレスした状態で２分間保持した後、そのままの状態で４２０℃まで１０℃／分の条件で冷却した。その後、常温まで急冷した後、プレス成形したガラス基板を取り出し、機械加工により内径加工を行い、磁気ディスク用ガラス基板とした。プレス成形の各条件は、以下の実施例２〜４でも同じである。
【００６９】
（実施例２）
実施例２のプレス成形金型は、図２に示す製造工程に従って製作し、中間層表面に表面粗化部を形成したものである。
【００７０】
真空度３×１０-4Ｔｏｒｒ、電力１００Ｗの条件で研磨面をアルゴンガスの高周波プラズマでクリーニングした後、真空度５×１０-4Ｔｏｒｒ、電力６００Ｗの条件でマグネトロン高周波スパッタ法により酸化珪素（ＳｉＯ2）上に白金（Ｐｔ）配置したターゲットを用い、膜厚０．８μmの中間層３を金型母材１上に形成した（図２（ｂ））。
【００７１】
次に、中心部に直径１８mmの円形の開口部４を有するマスク５を、中間層３上に設置し、真空度３×１０-4Ｔｏｒｒ、電力５００Ｗの条件で中間層３表面をアルゴンガスの高周波プラズマでエッチングし、中間層３の中心部の表面を荒らした（図２（ｃ））。この後、中間層３と同条件でスパッタし、中間層３ａを形成した（図２（ｄ））。
【００７２】
マスク５を取り除き、中間層３及び３ａの表面を真空度３×１０-4Ｔｏｒｒ、電力１００Ｗの条件でアルゴンガスの高周波プラズマでクリーニングした。次に、白金（Ｐｔ）−タングステン（Ｗ）をターゲットとし、マグネトロン高周波スパッタ法により真空度５×１０-4Ｔｏｒｒ、電力６００Ｗの条件で、Ｐｔ５０ａｔｏｍ％−Ｗ５０ａｔｏｍ％組成の膜厚１．３μｍの保護層４を形成し（図２（ｅ））、平滑面領域及び表面粗化領域を持つ一対のプレス成形用金型（試料２）を製作した。
【００７３】
次に、実施例１と同条件で、試料２の金型を用いて、磁気ディスク用ガラス基板を製作した。
（実施例３）
実施例３のプレス成形用金型は、図３に示した製造工程に従って製作し、保護層に表面粗化部を形成したものである。
【００７４】
真空度３×１０-4Ｔｏｒｒ、電力１００Ｗの条件で研磨面をアルゴンガスの高周波プラズマで金型母材１をクリーニングした後、真空度５×１０-4Ｔｏｒｒ、電力６００Ｗの条件でマグネトロン高周波スパッタ法により窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）上にオスミウム（Ｏｓ）配置したターゲットを用い、膜厚０．５μmの中間層３を金型母材１上に形成した（図３（ｂ））。
【００７５】
次に、オスミウム（Ｏｓ）−パラジウム（Ｐｄ）をターゲットとしマグネトロン高周波スパッタ法により真空度５×１０-4Ｔｏｒｒ、電力６００Ｗの条件でＰｔ５０ａｔｏｍ％−Ｗ５０ａｔｏｍ％組成の薄膜から成る膜厚２．０μｍの保護層６を中間層３上に形成した（図３（ｃ））。
【００７６】
次に、中心部に直径１８mmの円形の開口部４を有するマスク５を保護層６上に設置し、真空度３×１０-4Ｔｏｒｒ、電力５００Ｗの条件で保護層表面をアルゴンガスの高周波プラズマでエッチングし、保護層６の中心部の表面を荒らした（図３（ｄ））。保護層６を形成した後、保護層６と同条件で膜厚１．３μｍの保護層６ａを形成し（図３（ｅ））、平滑面領域及び表面粗化領域を持つ一対のプレス成形用金型（試料３）を製作した。
【００７７】
次に、実施例１と同条件で、試料３の金型を用いて、磁気ディスク用ガラス基板を製作した。
（実施例４）
実施例４のプレス成形用金型は、図４に示す製造工程に従って製作し、金型母材表面に表面粗化部を形成したものである。
【００７８】
中心部に直径１８mmの円形の開口部４を有するマスク５を、金型母材１上に設置し、真空度３×１０-4Ｔｏｒｒ、電力３００Ｗの条件で研磨面をＣＦ4と酸素の混合ガスの高周波プラズマでエッチングした（図４（ｂ））。真空度５×１０-4Ｔｏｒｒ、電力６００Ｗの条件でマグネトロン高周波スパッタ法により炭化珪素（ＳｉＣ）上にタンタル（Ｔａ）を配置したターゲットを用い、中間層３ａを形成し、真空度３×１０-4Ｔｏｒｒ、電力５００Ｗの条件で中間層３ａ表面をアルゴンガスの高周波プラズマでエッチングし、中間層３ａ表面を荒らした（図４（ｃ））。
【００７９】
次に、中間層３ａと同条件で膜厚１．２μmの中間層３ｂを形成した。その後、タンタル（Ｔａ）−パラジウム（Ｐｄ）をターゲットとしマグネトロン高周波スパッタ法により真空度５×１０-4Ｔｏｒｒ、電力６００Ｗの条件でＴａ５０ａｔｏｍ％−Ｐｄ５０ａｔｏｍ％組成の薄膜から成る膜厚１．１μｍの保護層６を形成し（図４（ｅ））、平滑面領域及び表面粗化領域を持つ一対のプレス成形用金型（試料４）を製作した。
【００８０】
比較例として中間層を形成せず、本実施例と同様にしてマグネトロン高周波スパッタ法によりＴａ５０ａｔｏｍ％−Ｐｄ５０ａｔｏｍ％組成の薄膜から成る膜厚１．０μｍの保護層を金型母材上に形成し、平滑面領域及び表面粗化領域を持つ金型（試料６）を製作した。
【００８１】
次に、実施例１と同条件で、試料４及び６の金型を用いて、磁気ディスク用ガラス基板を製作した。
実施例１〜４のプレス成形金型を用いたプレス成形は、各実施例について３０００回行った。初期及び３０００回プレス後の金型及び成形した磁気ディスク用ガラス基板の平滑面領域及び表面粗化領域の表面をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いて５０μｍ角で５ヶ所測定し、その表面粗さ（ＳＲａ）の平均を算出し評価した。また、光干渉方式の３次元表面粗さ計を用いて、高さ５０nm以上の粗大突起（金型の場合は凹み）の数を測定した。以下の表１に、この結果を示す。
【００８２】
【表１】
【００８３】
これに対して超硬合金を用いた比較例（試料５）では、初期から表面粗さが大きく、５０nm以上の突起が見られた。また、光学顕微鏡で倍率８００倍で金型表面を観察したところ、ミクロな欠陥が発生している部分が見られた。
【００８４】
また、中間層のない比較例（試料６）では、初期には問題がないものの、数回のプレス成形で保護膜のハガレが発生し、使用不可能となった。
なお、前記実施例１〜４において、中間層及び保護層の材料は各実施例に示したものに限らず、中間層が炭化珪素、窒化珪素、酸化珪素の内少なくとも１つの材料と、その上に形成する保護層に含まれる成分とを含む薄膜からなり、保護層がタングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニュウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）、タンタル（Ｔａ）のうち少なくとも一つの成分を含む合金薄膜の場合にも、同様の効果が得られた。
【００８５】
【発明の効果】
以上のように本発明のプレス成形用金型によれば、プレス成形面に表面粗さの異なる複数の領域が形成されているので、これを用いて成形した磁気ディスク用基板に表面粗さの異なる複数の領域を形成でき、ＣＳＳ特性向上と低浮上化の両方を可能にする磁気ディスク用ガラス基板を製造することができる。
【００８６】
また、金型母材の主成分をガラス材とし、中間層を介して保護層を形成することにより、長期間の繰り返し使用においても金型の劣化を防止することができるので、高価な金型の寿命を延ばすことができ、高密度と高信頼性を両立するゾーンテクスチャ方式の高品質な磁気ディスク用ガラス基板を安価にかつ大量に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るプレス成形用金型の製造工程を示す断面図
【図２】本発明の実施形態２に係るプレス成形用金型の製造工程を示す断面図
【図３】本発明の実施形態３に係るプレス成形用金型の製造工程を示す断面図
【図４】本発明の実施形態４に係るプレス成形用金型の製造工程を示す断面図
【図５】本発明のプレス成形用金型を用いたプレス成形機の模式図
【符号の説明】
１ 金型母材
２ プレス成形面側表面
３，３ａ，３ｂ 中間膜
４ 開口部
５ マスク
６，６ａ 保護層
７ ガラス素材
８ 胴型
９ 下型
１０ 上型
１１ 下型用ヒータ部
１２ 上型用ヒータ部
１３ 側面用ヒータ部
１４ ピストンシリンダー
１５ チャンバー
１５ 窒素ガス導入口
Claims (10)
- 磁気ディスク用ガラス基板のプレス成形用金型であって、プレス成形面に中心線平均粗さ（Ｒａ）が２ｎｍ未満の平滑面領域と、中心線平均粗さ（Ｒａ）が２〜５０ｎｍの範囲内の表面粗化領域とが形成されていることを特徴とするプレス成形用金型。
- 金型母材上に中間層を介して保護層が形成され、前記保護層表面が前記プレス成形面であり、前記金型母材の前記プレス成形面側表面が平滑面で、前記保護層表面に前記表面粗化領域が形成されている請求項１に記載のプレス成形用金型。
- 前記保護層は、第１の保護層と第２の保護層との２層で形成されており、前記中間層及び前記第１の保護層がスパッタ法により形成され、開口部を有するマスクを前記第１の保護層の表面に形成し、前記開口部における前記第１の保護層をエッチングにより表面粗化を行うことにより、前記第１の保護層表面の一部に粗面化処理がされ、前記エッチング部にさらに前記第２の保護層が形成され、前記マスク除去を取り除いている請求項２に記載のプレス成形用金型。
- 金型母材上に、一部に粗面化処理がされた中間層を介して保護層が形成され、前記保護層表面が前記プレス成形面であり、前記金型母材の前記プレス成形面側表面が平滑面である請求項１に記載のプレス成形用金型。
- 前記保護層は、第１の保護層と第２の保護層との２層で形成されており、前記中間層がスパッタ法により形成され、開口部を有するマスクを前記中間層の表面に形成し、前記開口部における前記中間層をエッチングにより表面粗化を行なうことにより、前記中間層の一部に粗面化処理がされ、前記エッチング部にスパッタ法により前記第１の保護層が形成され、前記マスクを取り除いた後、スパッタ法により前記中間層及び前記第１の保護層上にさらに前記第２の保護層が形成されている請求項４に記載のプレス成形用金型。
- 前記エッチング部に、前記第１の保護層に代えて前記中間層とは別の第２の中間層が形成されている請求項５に記載のプレス成形用金型。
- 金型母材上に中間層を介して保護層が形成され、前記保護層表面が前記プレス成形面であり、前記金型母材の前記プレス成形面側に形成した前記中間層の一部に粗面化処理された領域が形成されている請求項１に記載のプレス成形用金型。
- 前記中間層は、第１の中間層と第２の中間層との２層で形成されており、前記金型母材の前記プレス成形面側表面が平滑面で、前記金型母材表面に開口部を有するマスクを形成し、前記開口部における金型母材表面のエッチングを行い、前記エッチング部にスパッタ法により前記第１の中間層が形成され、前記第１の中間層の表面がエッチングにより表面粗化が行われることにより、前記金型母材の前記プレス成形面側の一部に粗面化処理された領域が形成され、前記マスクを取り除いた後、前記金型母材及び前記第１の中間層の表面にスパッタ法にて形成された前記第２の中間層を介して保護膜が形成されている請求項７に記載のプレス成形用金型。
- 前記金型母材の主成分がガラス材で、前記中間層が炭化珪素、窒化珪素及び酸化珪素から選ばれた少なくとも１つの材料と、その上に形成する保護層に含まれる成分とを含む薄膜で、前記保護層がタングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニュウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、レニウム（Ｒｅ）及びタンタル（Ｔａ）から選ばれた少なくとも１つの成分を含む合金薄膜である請求項２から８のいずれかに記載のプレス成形用金型。
- 請求項１から９のいずれかに記載のプレス成形用金型を用いたプレス成形により製造したことを特徴とする磁気ディスク用ガラス基板。
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