JP2009289370A

JP2009289370A - 磁気ディスク用ガラス基板

Info

Publication number: JP2009289370A
Application number: JP2008143486A
Authority: JP
Inventors: Shinpei Tofuji; 慎平東藤; Yasuhiro Naka; 恭宏仲
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2009-12-10
Also published as: US8124258B2; US20090324995A1

Abstract

【課題】磁気ディスク装置において低フライングハイト、高速回転動作時のエラーの発生を低減できる磁気ディスク用ガラス基板を提供すること。
【解決手段】磁気記録領域が形成される主表面上の幅３０μｍの円環領域において周期２μｍ未満の凹凸形状における凸部の最大高さが６ｎｍ以下であり、前記円環領域内の円弧長３０μｍの単位測定領域において高さ３ｎｍ以上の凸部の数が１個以下であり、前記円環領域内での前記単位測定領域間の算術平均粗さの差が０．２ｎｍ以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハードディスク装置等の磁気ディスク装置に用いられる磁気ディスク用ガラス基板に関するものである。

従来より、ハードディスク装置等の磁気ディスク装置に用いられる磁気ディスク用のガラス基板として、円板の中心部に円孔を有するドーナツ状のガラス基板が用いられる（特許文献１参照）。このガラス基板は、たとえば以下のように製造される。すなわち、はじめに薄く形成したガラス板をコアリングして、ドーナツ状に成形したガラス基板を複数準備する。つぎに、バッチ式の両面研磨装置を用いて、これらのガラス基板を同時に研磨し、その主表面の形状をたとえば高密度記録が可能な値とする（特許文献２、３参照）。たとえば、特許文献２によれば、ガラス基板の主表面の形状について表面粗さによって規定され、最大高さＲｍａｘ≦１５ｎｍ、算術平均粗さＲａ≦１ｎｍ、二乗平均平方根粗さＲｑ≦１．５ｎｍと規定されている。一方、特許文献３によれば、主表面の形状についてうねりの平均高さによって規定され、周期２μｍ〜４ｍｍの微少うねりの平均高さが１．２７ｎｍ以下、周期３００μｍ〜５ｍｍのうねりの平均高さが１．０ｎｍ以下と規定されている。

一方、近年のハードディスク装置のさらなる大容量化の要求に対応するため、様々な技術が開発されている。その技術とは、たとえば、磁気ヘッドあるいは磁気ヘッド素子の小型化、磁気ディスクにおけるトラック、セクタの狭幅化、磁気ディスクの主表面に形成される保護・潤滑層、磁性層、軟磁性層の各層の薄膜化、ディスク−ヘッド間距離、すなわちフライングハイトの狭小化、または磁気ディスクの回転速度の高速化などである。

特開平６−１９８５３０号公報特開平１０−２４１１４４号公報特開２０００−３４８３３０号公報

しかしながら、従来の表面形状の規定を満たすガラス基板を用いて磁気ディスク用ガラス基板を作製し、これを用いてさらに磁気ディスク装置を作製した場合、フライングハイトを８ｎｍ程度に低くし、磁気ディスクの回転速度を１００００ｒｐｍ以上の高速に設定すると、磁気ディスク装置の動作時に読み取り、書き込み等のエラーが生じる場合があるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、磁気ディスク装置において低フライングハイト、高速回転動作時のエラーの発生を低減できる磁気ディスク用ガラス基板を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るガラス基板は、磁気記録領域が形成される主表面上の幅３０μｍの円環領域において周期２μｍ未満の凹凸形状における凸部の最大高さが６ｎｍ以下であり、前記円環領域内の円弧長３０μｍの単位測定領域において高さ３ｎｍ以上の凸部の数が１個以下であり、前記円環領域内での前記単位測定領域間の算術平均粗さの差が０．２ｎｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、磁気ディスク装置において低フライングハイト、高速回転動作時のエラーの発生を低減できる磁気ディスク用ガラス基板を実現できるという効果を奏する。

以下に、図面を参照して本発明に係る磁気ディスク用ガラス基板の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、本明細書において、表面粗さは、ＪＩＳＢ０６０１：２００１の定義に従うものとする。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係るガラス基板の上面および側断面を示す図である。図１に示すように、本実施の形態に係るガラス基板１は、磁気記録領域が形成される主表面１ａ、１ｂを有し、中央部に円孔１ｃが形成されたドーナツ状の形状を有している。ガラス基板１の大きさは所定の製品規格を満たすように形成されており、たとえば外径が２．５インチ（６５ｍｍ）、内径が約２０ｍｍ、厚さが６３５μｍ±１０μｍである。

ここで、図１に示すように、このガラス基板１の主表面１ａにおいて、ガラス基板１の円孔１ｃに対して同心円状に位置し、内径が磁気記録領域内である１６〜２８ｍｍであり幅Ｗの値が３０μｍの円環領域Ｒを規定する。このとき、このガラス基板１は、円環領域Ｒにおいて周期２μｍ未満の凹凸形状における凸部の最大高さが６ｎｍ以下になっている。さらに、円環領域Ｒ内における円弧長３０μｍの領域を単位測定領域とした場合に、単位測定領域内において高さ３ｎｍ以上の凸部の数が１個以下である。

図２は、ガラス基板１の円環領域Ｒにおいて、任意の位置を基準とした円周方向の位置とその位置での主表面１ａの凹凸形状の高さとの関係を概念的に示した図である。なお、図２における高さとは、主表面１ａの平均の高さ位置を高さゼロの基準とした値である。図２に示すように、基準位置から円周方向に３０μｍの領域、すなわち円弧長３０μｍの領域において、凸部の高さはいずれも６ｎｍ以下であり、さらに高さ３ｎｍ以上の凸部の数が１である。

さらに、このガラス基板１は、表面粗さについて、円環領域Ｒ内での単位測定領域間の算術平均粗さ（以下、平均粗さと称する）の差が０．２ｎｍ以下になっている。このガラス基板１は、このように円環領域Ｒにおいて周期２μｍ未満の凹凸形状における凸部の最大高さが６ｎｍ以下であり、円環領域Ｒ内の単位測定領域において高さ３ｎｍ以上の凸部の数が１個以下であり、かつ円環領域Ｒ内での単位測定領域間の算術平均粗さの差が０．２ｎｍ以下であることによって、これを用いた磁気ディスク装置において低フライングハイト、高速回転動作時のエラーの発生を低減できる。

すなわち、本発明者らが低フライングハイト、高速回転動作時のエラーが発生する磁気ディスク装置に用いられているガラス基板の表面形状を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定したところ、従来の表面形状の規定を満たすガラス基板であっても、幅３０μｍの円環領域において周期２μｍ未満の凹凸形状における凸部の最大高さが６ｎｍを超えるものであると、これを用いた低フライングハイト、高速回転動作時にエラーが発生した。さらに、凸部の最大高さが６ｎｍ以下でも、高さ３ｎｍ以上の凸部が円周方向において連続して存在する場合、具体的には円弧長３０μｍの単位測定領域あたり２個以上存在すると、やはりエラーが発生した。さらに、円環領域内での単位測定領域間の平均表面粗さの差が０．２ｎｍより大きい場合も、やはりエラーが発生した。すなわち、エラーの発生は、円環領域における凸部の最大高さ、凸部の出現頻度、および表面粗さの均一性に依存することが、本発明者らの研究によって判明した。なお、以上の測定は、一般に凹凸の測定限界が０．０１ｎｍ程度であり形状識別分解能が０．２μｍ以下のたとえば６０ｎｍであるＡＦＭ、または他のプローブ式マイクロスコープの分解能、精度で十分に計測できるものである。

そこで、本発明者らが、ディスク−ヘッド間距離、ディスク回転速度、対象円環領域の回転中心からの距離を仮定して原子間力に基づくシミュレーション計算を行ったところ、ディスク−ヘッド間に滞在する空気分子の存在確率密度に粗密波が生成されることと、それに起因する以下の１）〜７）の現象を見出した。

１）ディスク回転による浮上磁気ヘッド素子先端部に自励振動が発生し、磁気的書き込み、および読み取り時のノイズ成分が大きくなる。２）分子電子存在密度の偏りにともなう電荷密度が振動し、やはり書き込み・読み取りに関わる周囲の電磁場に望ましくないノイズ成分を与える。３）分子存在の局所集中化によって、該当部における異常高温化が起こり、磁気ヘッド素子表面および磁気ディスク表面に格子欠陥が発生する可能性がある。４）磁気ヘッドスライダーの有効幅から見て、幅３０μｍの円環領域の凹凸形状が、管理するのに妥当な領域である。５）円弧長３０μｍの領域中に２個以上連続して短周期（２μｍ未満）の凸部があるとヘッド振動が発生しやすく浮上不安定を起こす。一方、それより周期の長い凹凸形状がある場合は、ヘッドは凹凸形状にならって飛行するので、浮上が安定する。６）円環領域の１周内で表面粗さに差があると上記ヘッド浮上に関する問題が起こった。たとえば円環領域における所定位置の円弧長３０μｍの領域での平均粗さが０．５ｎｍであり、この所定位置から１８０°回転した位置の円弧長３０μｍの領域での平均粗さが０．２ｎｍというように、円環領域内で０．２ｎｍより大きい差があると、上記ヘッド浮上に関する問題が起こった。なお、円周上の表面粗さの均一性については、研磨の方法を鑑みれば、所定位置を０°として０°の位置とそこから１８０°回転した位置とでの平均粗さの相互の差が０．２ｎｍ以下であれば、十分である。７）ガラス基板上に形成される磁気ディスクの各層（保護・潤滑層、磁性層、軟磁性層）の薄膜化に伴い、ガラス基板に上記周期成分の凹凸があると、その上に各層を形成しても各層の表面はガラス基板の凹凸よりも滑らかにならずに、ダイレクトに磁気ディスクの表面形状に反映されて、表面形状に周期性をおびる。

すなわち、本発明者らは、上記測定と計算とによって見出した現象に基づき、低フライングハイト、高速回転動作時のエラーの発生を低減できる諸条件について精査し、本発明を想到するに至ったのである。

つぎに、本実施の形態に係るガラス基板１の製造方法の一例を説明する。図３は、ガラス基板１の製造方法の一例のフロー図である。このガラス基板の製造方法は、図３に示すように、はじめに、所定の厚さのガラス板を準備する（ステップＳ１０１）。つぎに、準備したガラス板をコアリングして、ドーナツ状のガラス基板を成形する（ステップＳ１０２）。つぎに、成形したガラス基板を、上下から一括して研磨パッドで挟圧し複数のガラス基板を同時に研磨する粗研磨工程を行い、つづいて、ステップＳ１０３において研磨した各ガラス基板をさらに同時に研磨する精密研磨工程を行い（ステップＳ１０４）、製品となるガラス基板を製造する。

以下、各工程について具体的に説明する。まず、ステップＳ１０１のガラス板の準備については、たとえば溶融ガラスを原料としたフロート法、ダウンドロー法、引き上げ法などの公知の製造方法を用いて実施できる。また、フロート法等を用いて製造した母材ガラス板を加熱して軟化し、所望の厚さに延伸するリドロー法を用いれば、厚さのばらつきが小さいガラス板を比較的容易に製造できるので好ましい。また、ガラス板の材料としては、アモルファスガラスや結晶化ガラスなどのガラスセラミックスを用いることができる。なお、成形性や加工性の観点からアモルファスガラスを用いることが好ましく、たとえば、アルミノケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、ソーダアルミノケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、風冷または液冷等の処理を施した物理強化ガラス、化学強化ガラスなどを用いることが好ましい。

つぎに、ステップＳ１０２のドーナツ状のガラス基板の成形については、図４に示すように、ステップＳ１０１において準備したガラス板２から、コアリング工程によってガラス基板３を成形する。なお、コアリングについては、たとえば特許文献１に開示された公知の方法を利用することができる。成形したガラス基板３は、主表面３ａ、３ｂを有し、中央部に円孔３ｃが形成されたドーナツ状のガラス基板である。

つぎに、ステップＳ１０３の粗研磨工程においては、たとえば図５、６に示す市販のバッチ式の両面同時研磨機を用いて実施することができる。ここで、図５は両面同時研磨機の側面の一部を示す概略図である。図５に示すように、この両面同時研磨機１０は、鋳鉄製の上定盤１１および下定盤１２と、複数のガラス基板３を上定盤１１と下定盤１２との間に保持するキャリアー１５と、上定盤１１および下定盤１２のガラス基板３との接触面に取り付けられた、硬質のポリウレタン等からなる研磨パッド１３、１４とを備える。なお、ここで硬質とは、日本ゴム協会標準規格（準拠規格：SRIS0101）に定める測定方法で測定した硬度（アスカーＣ）が８５以上のものとする。

そして、この両面同時研磨機１０は、キャリアー１５によって上定盤１１と下定盤１２との間に複数のガラス基板３を保持し、上定盤１１と下定盤１２とによって各ガラス基板３を所定の加工圧力で挟圧する。すると、各ガラス基板４は上下から一括して研磨パッド１３、１４によって挟圧される。つぎに、研磨パッド１３、１４と各ガラス基板３との間に研磨液を所定の供給量で供給しながら、上定盤１１と下定盤１２とを軸Ａを回転軸として互いに異なる向きに回転させる。これによって、ガラス基板３は研磨パッド１３、１４の表面を摺動し、両表面を同時に研磨する。なお、研磨液として、粒径が０．１〜１μｍの酸化セリウムからなる研磨砥粒を含むものを用いることが好ましい。

図６は、上定盤１１を取り外した状態の両面同時研磨機１０の平面概略図である。図６に示すように、この両面同時研磨機１０においては、５枚のガラス基板３を保持できるキャリアー１５を５個用いており、２５枚のガラス基板３を同時にセットできる。なお、同時研磨の枚数は、２５枚以下で適宜設定でき、キャリアー等を変更すれば、２５枚より多く、たとえば１００枚以上とすることもできる。また、キャリアー１５の外周部に設けられた歯車は、太陽車１６の外周部に設けられた歯車とインターナルギア１７とに噛合している。その結果、各キャリアー１５はその中心を軸として回転しながら、軸Ａを中心として太陽車１６の周囲を移動し、キャリアー１５に保持された２５枚のガラス基板３は両表面が一様に同時研磨される。

つぎに、ステップＳ１０４の精密研磨工程については、両面同時研磨機１０の研磨パッド１３、１４を、たとえば発泡ウレタンからなるより軟質の精密研磨用の研磨パッドに取り替え、粒径が０．０１〜０．１μｍと小さいコロイダルシリカからなる研磨砥粒を含む研磨液を供給しながら、上記研磨パットを用いてガラス基板３を研磨する。なお、ここで軟質とは、硬度が６０〜８０のものとする。これによって、ガラス基板３の主表面が鏡面に研磨され、図１に示すガラス基板１が製造される。

以下に、本発明の実施例、比較例を示す。なお、これによりこの発明が限定されるものではない。

（実施例１、２）
はじめに、実施例１、２として、リドロー法を用いて、幅９０ｍｍ、長さ１０ｍ以上のアルミノシリケートガラスからなるガラス板を製造し、所望の厚さに近い厚さのガラス板を選別してこれをコアリングし、外径が６５ｍｍ、円孔の内径が２０ｍｍのドーナツ状のガラス基板を成形した。さらに、成形したガラス基板を図５、６に示す構造の両面同時研磨機にセットし、上記実施の形態と同様の粗研磨工程および精密研磨工程を行い、ガラス基板を製造した。なお、粗研磨工程においては、硬度が８７のウレタン研磨パッド（浜井産業社製：ＨＰＣ−９０Ｄ）と、酸化セリウム研磨砥粒に水を加えて遊離砥粒とした研磨液とを用いた。なお、酸化セリウム研磨砥粒については、実施例１では粒径が０．１〜０．４μｍで平均粒径が０．１９μｍのものを用い、実施例２では粒径が０．３〜０．８μｍで平均粒径が０．５μｍのものを用いた。また、粗研磨工程におけるその他の研磨条件としては、研磨定盤の回転数を２５ｒｐｍ、研磨液供給速度を１５００ｃｃ／分、加工圧力を１２０ｇ／ｃｍ^２とした。このとき、研磨速度は実施例１では０．３２μｍ／ｍｉｎ、実施例２では０．３６μｍ／ｍｉｎであった。なお、研磨速度は、研磨前後のガラス基板の重量差により片面あたりの研磨した厚さを求め、そこから研磨時間を用いて換算したものである。また、精密研磨工程においては、実施例１、２のいずれにおいても、硬度が７６の発泡ウレタン研磨パッドと、粒径が１０〜１００ｎｍで平均粒径が８０ｎｍのコロイダルシリカに水を加えて遊離砥粒とした研磨液とを用いた。なお、精密研磨工程におけるその他の研磨条件としては、研磨時間を８．５分、加工圧力を５０〜１２０ｇ／ｃｍ^２とした。

（比較例１〜３）
つぎに、比較例１〜３として、実施例１、２と同様の方法で実施例１、２よりもやや厚いドーナツ状のガラス基板を成形し、成形したガラス基板に対して所望の厚さになるようにラッピング工程を行った後、図５、６に示す構造の両面同時研磨機にセットし、以下に説明する第１〜第３研磨工程を行い、ガラス基板を製造した。なお、第１研磨工程、第２研磨工程が実施例における粗研磨工程に、第３研磨工程が実施例における精密研磨工程に相当する。第１研磨工程においては、硬度が８７のウレタン研磨パッドと、酸化セリウム研磨砥粒に水を加えて遊離砥粒とした研磨液とを用いた。なお、酸化セリウム研磨砥粒については、比較例１〜３のいずれにおいても平均粒径が１μｍのものを用いた。また、第１研磨工程におけるその他の研磨条件としては、研磨定盤の回転数を２５ｒｐｍ、研磨液供給速度を１５００ｃｃ／分、加工圧力を１２０ｇ／ｃｍ^２とした。このとき、研磨速度は０．３２μｍ／ｍｉｎであった。また、第２研磨工程においては、比較例１〜３のいずれにおいても、硬度が７６の発泡ウレタン研磨パッドと、平均粒径が１μｍの酸化セリウム研磨砥粒に水を加えて遊離砥粒とした研磨液とを用いた。また、第３研磨工程においては、比較例１〜３のいずれにおいても、硬度が５８の超軟質の発泡ウレタン研磨パッドと、平均粒径が０．２ｎｍ以下のコロイダルシリカに水を加えて遊離砥粒とした研磨液とを用いた。なお、第２、３研磨工程におけるその他の研磨条件としては、研磨時間を８．５分、加工圧力を５０〜１２０ｇ／ｃｍ^２とした。

つぎに、上記のように製造した実施例１、２、比較例１〜３のガラス基板の主表面において、中心部に対して内半径２８ｍｍで幅３０μｍの円環領域の表面形状を、ＡＦＭ（島津製作所製ＳＰＭ−９５００Ｊ３）を用いて円弧長３０μｍの単位測定領域ずつに分けて測定した。さらに、実施例１、２、比較例１〜３のガラス基板を用いて磁気ディスクを作製して磁気ディスク装置に組み込み、磁気ヘッド素子のフライングハイトを８ｎｍ、磁気ディスクの回転速度を１００００ｒｐｍに設定し、書き込み・読み取りの試験（磁気ディスク試験）を行なった。

図７〜１１は、それぞれ実施例１、２、比較例１、２、３のガラス基板について、ある単位測定領域におけるＡＦＭの測定結果を示す図である。なお、横軸は円周方向における単位測定領域中の位置を示し、縦軸はガラス基板の主表面１ａの平均の高さ位置を高さゼロの基準とした凹凸形状を示す。また、図７〜１１においては、測定データから周期２μｍ以上の凹凸形状をフィルタ処理により消去し、周期２μｍ未満の凹凸形状のみを示している。

また、図１２は、実施例１、２、比較例１、２、３のガラス基板についての特性と磁気ディスク試験の結果とを示す図である。なお、図１２では、ガラス基板の特性として、円環領域に全体における凸部の最大高さ、所定位置（０°位置）に位置する単位測定領域における高さ３ｎｍ以上の凸部の数、平均粗さ、および０°位置から１８０°回転した１８０°位置の単位測定領域における平均粗さ、および０°位置と１８０°位置とにおける平均粗さの差を示している。図７、１２に示すように、実施例１のガラス基板については、単位測定領域において最大高さ６ｎｍの凸部が１個だけ存在し、平均粗さの差が０．２ｎｍであったが、磁気ディスク試験においてエラーは発生しなかった。また、図８、１２に示すように、実施例２のガラス基板については、単位測定領域において最大高さが３〜６ｎｍの間の凸部が１個だけ存在し、平均粗さの差が０．０ｎｍであったが、磁気ディスク試験においてエラーは発生しなかった。一方、図９、１２に示すように、比較例１のガラス基板については、単位測定領域において最大高さ７ｎｍの凸部が１個存在したが、磁気ディスク試験においてエラーが発生した。また、図１０、１２に示すように、比較例２のガラス基板については、単位測定領域において最大高さ４〜５ｎｍ程度の突起部が４個存在したが、磁気ディスク試験においてエラーが発生した。また、図１１、１２に示すように、比較例３のガラス基板については、単位測定領域において凸部の最大高さは３ｎｍ以下であったが、平均粗さの差が０．３ｎｍと大きかったため、磁気ディスク試験においてエラーが発生した。なお、比較例１、２、３のガラス基板は、研磨条件が同一であったが、上記のような測定結果における差異が生じていた。

本発明の実施の形態に係るガラス基板の上面および側断面を示す図である。図１に示すガラス基板の円環領域において、任意の位置を基準とした円周方向の位置とその位置での主表面の凹凸形状の高さとの関係を概念的に示した図である。図１に示すガラス基板の製造方法の一例のフロー図である。ガラス基板の成形工程について説明する説明図である。両面同時研磨機の側面の一部を示す概略図である。上定盤を取り外した状態の両面同時研磨機の平面概略図である。実施例１のガラス基板について、ある単位測定領域におけるＡＦＭの測定結果を示す図である。実施例２のガラス基板について、ある単位測定領域におけるＡＦＭの測定結果を示す図である。比較例１のガラス基板について、ある単位測定領域におけるＡＦＭの測定結果を示す図である。比較例２のガラス基板について、ある単位測定領域におけるＡＦＭの測定結果を示す図である。比較例３のガラス基板について、ある単位測定領域におけるＡＦＭの測定結果を示す図である。実施例１、２、比較例１、２、３のガラス基板についての特性と磁気ディスク試験の結果とを示す図である。

符号の説明

１、３ガラス基板
２ガラス板
１ａ、１ｂ、３ａ、３ｂ主表面
１ｃ、３ｃ円孔
１０両面同時研磨機
１１上定盤
１２下定盤
１３、１４研磨パッド
１５キャリアー
１６太陽車
１７インターナルギア
Ａ軸
Ｒ円環領域
Ｓ１０１〜Ｓ１０４ステップ
Ｗ幅

Claims

磁気記録領域が形成される主表面上の幅３０μｍの円環領域において周期２μｍ未満の凹凸形状における凸部の最大高さが６ｎｍ以下であり、前記円環領域内の円弧長３０μｍの単位測定領域において高さ３ｎｍ以上の凸部の数が１個以下であり、前記円環領域内での前記単位測定領域間の算術平均粗さの差が０．２ｎｍ以下であることを特徴とする磁気ディスク用ガラス基板。