JP5499324B2 - 情報記録媒体用ガラス基板及びその製造のための研磨用コロイダルシリカスラリー、並びに情報記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は情報記録媒体用ガラス基板（以下、単に「ガラス基板」ともいう）及びその製造のための研磨用コロイダルシリカスラリー、並びに情報記録媒体に関する。

近年、ハードディスクの高容量化に向けた磁性膜の高性能化が必須である。磁性膜の性能改善のため、それに用いるガラス基板に対する要求として低Ｒａ化がある。

低Ｒａ化を実現するためには、より細かい砥粒を用いて研磨すればよい。一般的に直径が１００ｎｍ以下の研磨砥粒としては、一部、酸化セリウムや酸化アルミニウムが用いられているが、ほとんどの場合、コロイダルシリカスラリーを用いて仕上げ研磨を行っている場合が多い。

このような背景から、粒子径の調整以外に、例えばアニオン添加剤を添加するなどして平坦性を改善することが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００８−１５５３６８号公報（特許請求の範囲） 特開２００７−１９１６９６号公報（特許請求の範囲）

しかしながら、本発明者らが上記のアニオン添加剤について検証したところ、得られるガラス基板のＲａを改善できる効果が小さいことを確認した。今後は記録密度向上のために、ガラス基板の主表面には０．１５ｎｍ以下のＲａが要求されており、アニオン添加剤を添加しただけでは、対応が困難になることが予想される。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ガラス円板を、コロイダルシリカ砥粒を含むスラリーを用いる研磨工程を経てガラス基板を製造する方法において、Ｒａの小さいガラス基板を提供することを目的とする。

コロイダルシリカは一般的には水ガラスを原料としたものと、有機シリケートを用いた高純度品に分けられるが、ガラス研磨の場合、一般的には水ガラスを原料としたものが好適に用いられる。しかしながら、水ガラスを原料としたコロイダルシリカは、砥粒サイズが小さくなるほど粒子形状が揃い難くなり、真球からのずれも大きくなってくる。このため、単純にコロイダルシリカの粒子径を下げていったとしても、充分にＲａが下がらない場合がある。

そこで、本発明者は、粒子径以外のパラメータがＲａに影響を与えているものと考え、各種コロイダルシリカを調査し、その粒径測定方法及び粒子形状測定方法と、Ｒａとの関係を調べたところ、一般的な粒子径測定方法である動的散乱法を用いて測定される粒子径と、Ｒａには相関が小さいことを見出した。

また、ＢＥＴ比表面積法により求められる平均粒子径（以下、「ＢＥＴ平均粒子径」と呼ぶ）と、ＴＥＭ観察により得られる粒子形状を解析して円形度を求め、ＢＥＴ平均粒子径（ｎｍ）／円形度で規定される平滑度指数と、Ｒａとが高い相関を有すること、さらにはＢＥＴ平均粒子および平滑度指数がそれぞれ特定値以下であるときに、Ｒａも小さくなり、目的とする０．１５ｎｍ以下になることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、上記目的を達成するために本発明は、下記に示す情報記録媒体用ガラス基板及び
その製造のための研磨用コロイダルシリカスラリー、磁気記録媒体を提供する。
（１）ガラス円板の主表面をラッピングするラッピング工程と、その後に、酸化セリウム砥粒を含むスラリーを用いて研磨する酸化セリウム研磨工程と、前記酸化セリウム研磨工程後に行われ、コロイダルシリカ砥粒を含むスラリーを用いて研磨するコロイダルシリカ研磨工程とを含む情報記録媒体用ガラス基板の製造方法に使われるコロイダルシリカスラリーにおいて、
コロイダルシリカ砥粒が、ＢＥＴ比表面測定法により求められるＢＥＴ平均粒子径が４０ｎｍ以下であり、
かつ、
ＴＥＭ写真で撮影した視野内のコロイダルシリカ砥粒３０個についての1個当たりの面積をＳ、外周の長さをＬとしたときに４・π・Ｓ／Ｌ^２で示される円形度の平均値と、前記ＢＥＴ平均粒子径との比「ＢＥＴ平均粒子径（ｎｍ）／円形度」で表される平滑度指数が５０ｎｍ以下であることを特徴とするコロイダルシリカスラリー。
（２）前記コロイダルシリカスラリーのｐＨが１．５以上２．５以下であることを特徴とする上記（１）記載のコロイダルシリカスラリー。
（３）前記コロイダルシリカスラリーが酸を含み、その酸が塩酸、硫酸、硝酸及び亜硝酸からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする上記（１）または（２）記載のコロイダルシリカスラリー。
（４）前記コロイダルシリカ砥粒が、水ガラス法で作られたものであることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載のコロイダルシリカスラリー。
（５）Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス円板の研磨用であることを特徴とする上記（１）〜（４）の何れか１項に記載のコロイダルシリカスラリー。
（６）ガラス円板の主表面をラッピングするラッピング工程と、
前記ラッピング工程後に、酸化セリウム砥粒を含むスラリーを用いて研磨する酸化セリウム研磨工程と、
前記酸化セリウム研磨工程後に行われ、（１）〜（５）の何れか１項に記載のコロイダルシリカスラリーを用いて研磨するコロイダルシリカ研磨工程と、
を含むことを特徴とする情報記録媒体用ガラス基板の製造方法。
（７）前記ガラス円板として、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス円板を用いることを特徴とする上記（６）記載の情報記録媒体用ガラス基板の製造方法。
（８）上記（６）または（７）に記載の製造方法により得られたことを特徴とする情報記録媒体用ガラス基板。
（９）主表面のＲａが０．１５ｎｍ以下であることを特徴とする上記（８）記載の情報記録媒体用ガラス基板。
（１０）上記（８）または（９）に記載の情報記録媒体用ガラス基板の主表面に磁気記録層が設けられたことを特徴とする磁気記録媒体。

本発明に従い、ＢＥＴ平均粒子径が４０ｎｍ以下で、平滑度指数が５０ｎｍ以下のコロイダルシリカ砥粒を用いて研磨することにより、原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ）で測定されるガラス基板のＲａが０．１５ｎｍ以下となり、今後求められる高記録容量化にも十分に対応可能な磁気記録媒体用ガラス基板が提供される。

以下、本発明に関して磁気ディスク用ガラス基板（ハードディスク用ガラス基板；以下、単に「ガラス基板」という）の製造を例にして詳細に説明する。

本発明では、出発原料として、例えばＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス（アルミノシリケートガラス）からなるガラス円板を用いる。そして、通常、次のような各工程を経てガラス基板を製造する。すなわち、円形ガラス板の中央に円孔を開け、面取り、主表面ラッピング、端面鏡面研磨を順次行う。その後、このような加工が行われた円形ガラス板を積層して内周端面をエッチング処理する場合もある。次に、円形ガラス板の主表面を研磨して平坦かつ平滑な面とし、ガラス基板とされる。

また、主表面ラッピング工程を粗ラッピング工程と精ラッピング工程とに分け、それらの間に形状加工工程（円形ガラス板中央の孔開け、面取り、端面鏡面研磨）を設けてもよいし、主表面研磨工程の後に化学強化工程を設けてもよい。なお、中央に円孔を有さないガラス基板を製造する場合には当然、円形ガラス板中央の孔開けは不要である。

主表面ラッピングは通常、平均粒径が６〜８μｍである酸化アルミニウム砥粒または酸化アルミニウム質の砥粒を用いて行う。ラッピングにより、ガラス円板の主表面の板厚の減少量（研磨量）は通常、１００〜４００μｍである。

主表面の研磨においてはまず、平均粒径が０．５〜２．０μｍである酸化セリウムを含有する研磨液とウレタン製研磨パッドとを用いて研磨し、三次元表面構造解析顕微鏡（例えばＺｙｇｏ社製ＮＶ２００）を用いて波長領域がλ≦０．２５ｍｍの条件で１ｍｍ×０．７ｍｍの範囲で測定された微小うねり（Ｗａ）を、例えば１ｎｍ以下とする。この研磨におけるガラス円板の研磨量は、典型的には２０〜５０μｍである。さらにＷａを下げたい場合には、スエードパッドと酸化セリウムを含有する研磨液で研磨しても良い。

次に、ＢＥＴ平均粒子径が４０ｎｍ以下、好ましくは３０ｎｍ以下であり、ＢＥＴ平均粒子径（ｎｍ）／円形度で表される平滑度指数が５０ｎｍ以下、好ましくは３５ｎｍ以下であるコロイダルシリカ砥粒を含有するコロイダルシリカスラリーを用いて、主表面の研磨を行う。即ち、本発明で用いるコロイダルシリカ砥粒は、微細で、真球により近いものを用いる。なお、研磨圧力は０．５〜１５ｋＰａが好ましく、４ｋＰａ以上であることがより好ましい。４ｋＰａ未満では研磨時のガラス円板の安定性が低下してばたつきやすくなり、その結果主表面のうねりが大きくなるおそれがある。

コロイダルシリカの種類は限定されないが、水ガラス法で作られたものがコストの面からも好ましい。また、スラリー中のコロイダルシリカ砥粒の含有量は、典型的には５〜４０質量％であり、１０〜１５質量％が好ましい。

円形度は、ＴＥＭ写真に写るコロイダルシリカ砥粒の1個当たりの面積をＳ、外周の長さをLとした場合、４・π・Ｓ／Ｌ^２で示される値である。コロイダルシリカ砥粒が完全に真球であった場合、その数値は１となり、真球形状が崩れてくると数値が下がってくる。スラリーに含まれるコロイダルシリカ砥粒は、粒子径および形状にばらつきがあるため、本発明では３０個程度の砥粒に対して円形度を調査し、その平均値とした。尚、円形度については、上記の平滑度指数を満足する限り制限はないが、真球に近い方が好ましく、典型的には０．６〜１．０が好ましい。これは、砥粒のエッジ部分が基板にダメージを与えてＲａを悪化させていると考えられるからである。

媒体はいわゆる水系媒体であり、スラリーは水を含有する。また、水溶性のアニオンもしくはノニオン性ポリマーを含んでも良い。

スラリーのｐＨは、１．５〜２．５のいわゆる分散状態の準安定領域にて使用することが望ましい。また、ｐＨ調整に関しては塩酸、硫酸、硝酸、亜硝酸など、強酸を用いることがコストの面からも好ましい。

使用される研磨パッドとしては、ショアＤ硬度が４５〜７５、圧縮率が０．１〜１０％かつ密度が０．５〜１．５ｇ／ｃｍ^３である発泡ウレタン樹脂、ショアＡ硬度が３０〜９９、圧縮率が０．５〜１０％かつ密度が０．２〜０．９ｇ／ｃｍ^３である発泡ウレタン樹脂、または、ショアＡ硬度が５〜６５、圧縮率が０．１〜６０％かつ密度が０．０５〜０．４ｇ／ｃｍ^３である発泡ウレタン樹脂からなるものが典型的である。なお、研磨パッドのショアＡ硬度は２０以上であることが好ましい。２０未満では研磨速度が低下するおそれがある。

なお、ショアＤ硬度およびショアＡ硬度はそれぞれＪＩＳ Ｋ７２１５に規定されているプラスチックのデュロメータＡ硬さおよびＤ硬さを測定する方法によって測定される。また、圧縮率（単位：％）は次のようにして測定される。すなわち、研磨パッドから適切な大きさに切り出した測定試料について、ショッパー型厚さ測定器を用いて無荷重状態から１０ｋＰａの応力の負荷を３０秒間加圧した時の材料厚さｔ_０を求め、次に厚さがｔ_０の状態から直ちに１１０ｋＰａの応力の負荷を５分間加圧した時の材料厚さｔ_１を求め、ｔ_０およびｔ_１の値から（ｔ_０−ｔ_１）×１００／ｔ_０を算出し、これを圧縮率とする。

また、研磨パッドのショアＤ硬度およびショアＡ硬度の測定においては研磨パッド試料を重ね合わせ、それらの硬度が測定されるので研磨現象を支配する研磨パッドの硬度として適切ではないおそれがある。したがって、研磨パッド試料１枚毎にその硬度を測定できるＨ・バーレイス社製ゴム用汎用自動硬度計デジテストのＩＲＨＤマイクロ検出器を用いて測定した硬度（以下、「ＩＲＨＤ硬度」という）をもって研磨パッドの硬度とすることが好ましい。研磨パッドのＩＲＨＤ硬度は２０〜８０であることが好ましい。

上記のコロイダルシリカスラリーによる研磨により、ガラス円板の主表面は、原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ）で測定されるＲａが０．１５ｎｍ以下、好ましくは０．１３ｎｍ以下の平坦性を有するようになる。この研磨における研磨量は、典型的には０．５〜２μｍである。

研磨後、コロダルシリカ砥粒を除去するために洗浄を行う。そして、洗浄後にガラス円板を乾燥するが、乾燥方法としてはイソプロピルアルコール蒸気を用いる乾燥方法やスピン乾燥、真空乾燥などが用いられる。

上記一連の工程により本発明のガラス基板が得られる。また、主表面に磁気記録媒体を塗工して本発明の磁気記録媒体が得られるが、ガラス基板が平坦性に優れるため、高密度記録が可能になる。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

（ガラス基板の作製）
フロート法で成形されたシリケートガラス板（モル％表示含有量が、ＳｉＯ_２：６７．７％、Ａｌ_２Ｏ_３：４．９％、ＭｇＯ：１０．９％、ＴｉＯ_２：４％、Ｎａ_２Ｏ：４．９％、Ｋ_２Ｏ：７．６％であるＡｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス板）を、外径６５ｍｍ、内径２０ｍｍ、板厚０．６３５ｍｍのガラス基板が得られるようなドーナツ状ガラス円板（中央に円孔を有するガラス円板）に加工した。なお、内周面および外周面の研削加工はダイヤモンド砥石を用いて行い、ガラス円板上下面のラッピングは酸化アルミニウム砥粒を用いて行った。

次に、内外周の端面を、面取り幅０．１５ｍｍ、面取り角度４５°となるように面取り加工を行った。内外周加工の後、研磨剤として酸化セリウムスラリーを用い、研磨具としてブラシを用い、ブラシ研磨により端面の鏡面加工を行った。研磨量は、半径方向の除去量で３０μｍであった。

その後、研磨材として酸化セリウムスラリー（酸化セリウム平均粒径：約１．１μｍ）を用い、研磨具としてウレタンパッドを用いて、両面研磨装置により上下主表面の研磨加工を行った。研磨量は、上下主表面の厚さ方向で計３５μｍであった。

次いで、下記試験スラリーＡ〜Ｅを用いて、主表面の研磨を行った。
（試験スラリーＡ）
蒸留水１．９７Ｌに対し、硝酸を１０．０ｍＬ添加し、攪拌した。攪拌したまま、フジミ（株）製コロイダルシリカ（製品名ＣＰ２０）を１．０３Ｌ添加して試験スラリーＡを調製した。なお、スラリーのｐＨは１．９であった。
（試験スラリーＢ）
蒸留水１．９７Ｌに対し、硝酸を１４．０ｍＬ添加し、攪拌した。攪拌したまま、ルドックス（株）製コロイダルシリカ（製品名ＨＳ４０）を１．０３Ｌ添加して試験スラリーＢを調製した。なお、スラリーのｐＨは２．１であった。
（試験スラリーＣ）
蒸留水１．５２Ｌに対し、硝酸を１０．０ｍＬ添加し、攪拌した。攪拌したまま、日本化学工業（株）製コロイダルシリカ（製品名ＳＤ3０）を１．４８Ｌ添加して試験スラリーＣを調製した。なお、スラリーのｐＨは２．２であった。
（試験スラリーＤ）
蒸留水２．２５Ｌに対し、硝酸を６．０ｍＬ添加し、攪拌した。攪拌したまま、日産化学（株）製コロイダルシリカ（製品名ＳＴ５０）を０．７５Ｌ添加して試験スラリーＤを調製した。なお、スラリーのｐＨは２．０であった。
（試験スラリーＥ）
蒸留水１．５２Ｌに対し、硝酸を１０．０ｍＬ添加し、攪拌した。攪拌したまま、日本化学工業（株）製コロイダルシリカ（製品名ＳＤ３０ＬＬ）を１．４８Ｌ添加して試験スラリーＦを調製した。なお、スラリーのｐＨは１．９であった。

そして、上記のガラス円板の主表面を、研磨剤として前記スラリーを、研磨具としてショアＡ硬度が６５．０°、圧縮率が２．３％かつ密度が０．６８ｇ／ｃｍ^３である発泡ウレタン樹脂からなる研磨パッドを用い、スピードファム社製９Ｂ両面研磨機を用いて、研磨圧力を１２ｋＰａにて２０分間研磨した。

ガラス円板を研磨した後に、次のような洗浄を行った。すなわち、純水シャワー洗浄、ベルクリンおよび水によるスクラブ洗浄、ベルクリンおよびアルカリ洗剤によるスクラブ洗浄、ベルクリンおよび水によるスクラブ洗浄、純水シャワー洗浄を順次行い、その後エアブローを行った。その後、セイコーインスツルメンツ製のＡＦＭ（商品名ＳＰＡ４００）にてＡＦＭ測定を行い、主表面のＲａを求めた。結果を表１に示す。

また、各試験スラリーに用いたコロイダルシリカについて、ＢＥＴ比表面積法によって得られた平均粒子径（ＢＥＴ平均粒子径）を測定した。また、円形度は、ＴＥＭ写真を撮影し、視野内のコロイダルシリカ砥粒３０個について、1個当たりの面積Ｓ、外周の長さLを測定して円形度を求め、平均値を算出した。結果を表１に併記する。

表１から、ＢＥＴ平均粒子が４０ｎｍ以下で、平滑度指数が５０ｎｍ以下であれるスラリーＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを用いることにより、目的とするＲａ０．１５ｎｍ以下を満足できることがわかる。

Claims (10)

1. ガラス円板の主表面をラッピングするラッピング工程と、その後に、酸化セリウム砥粒を含むスラリーを用いて研磨する酸化セリウム研磨工程と、前記酸化セリウム研磨工程後に行われ、コロイダルシリカ砥粒を含むスラリーを用いて研磨するコロイダルシリカ研磨工程とを含む情報記録媒体用ガラス基板の製造方法に使われるコロイダルシリカスラリーにおいて、
   コロイダルシリカ砥粒が、ＢＥＴ比表面測定法により求められるＢＥＴ平均粒子径が４０ｎｍ以下であり、
   かつ、
   ＴＥＭ写真で撮影した視野内のコロイダルシリカ砥粒３０個についての1個当たりの面積をＳ、外周の長さをＬとしたときに４・π・Ｓ／Ｌ^２で示される円形度の平均値と、前記ＢＥＴ平均粒子径との比「ＢＥＴ平均粒子径（ｎｍ）／円形度」で表される平滑度指数が５０ｎｍ以下であることを特徴とするコロイダルシリカスラリー。
2. 前記コロイダルシリカスラリーのｐＨが１．５以上２．５以下であることを特徴とする請求項１記載のコロイダルシリカスラリー。
3. 前記コロイダルシリカスラリーが酸を含み、その酸が塩酸、硫酸、硝酸及び亜硝酸からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２記載のコロイダルシリカスラリー。
4. 前記コロイダルシリカ砥粒が、水ガラス法で作られたものであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のコロイダルシリカスラリー。
5. Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス円板の研磨用であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のコロイダルシリカスラリー。
6. ガラス円板の主表面をラッピングするラッピング工程と、
   前記ラッピング工程後に、酸化セリウム砥粒を含むスラリーを用いて研磨する酸化セリウム研磨工程と、
   前記酸化セリウム研磨工程後に行われ、請求項１〜５の何れか１項に記載のコロイダルシリカスラリーを用いて研磨するコロイダルシリカ研磨工程と、を含むことを特徴とする情報記録媒体用ガラス基板の製造方法。
7. 前記ガラス円板として、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス円板を用いることを特徴とする請求項６記載の情報記録媒体用ガラス基板の製造方法。
8. 請求項６または７に記載の製造方法により得られたことを特徴とする情報記録媒体用ガラス基板。
9. 主表面のＲａが０．１５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８記載の情報記録媒体用ガラス基板。
10. 請求項８または９に記載の情報記録媒体用ガラス基板の主表面に磁気記録層が設けられたことを特徴とする磁気記録媒体。