JP5981841B2 - 磁気記録媒体用アルミニウム基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気記録媒体（磁気ディスク）の基板として用いられ、高温下で磁性膜（記録層）形成に好適なＳｉＯ_２膜が成膜されたアルミニウム基板に関するものである。

情報記録用媒体として磁気記録媒体は汎用性の高い媒体である。磁気記録媒体に要求される特性として、硬度、および耐疵付性に優れていることが求められている。例えば磁気記録媒体は製造時や使用時に衝撃を受けて磁気ヘッドと磁気記録媒体が接触することがあるが、該接触等によって磁気記録媒体表面に疵や窪みなどの物理的欠陥が生じると、該欠陥が記録媒体の不良原因となる。そのため磁気記録媒体は十分な硬度と耐疵付性を有していることが要求されている。

また磁気記録媒体の表面が平滑であることも求められている。磁気記録媒体への情報の記録・読み出しは、記録媒体上を移動する磁気ヘッドを介して行われているが、磁気ヘッドと磁気記録媒体の間隔（磁気ヘッドの浮上高さ）はせいぜい数ｎｍ程度である。そのため磁気ヘッドとの接触や記録・読み出し不良を防ぐために磁気記録媒体にはサブナノメーターレベルの優れた表面平滑性が求められている。

磁気記録媒体用の基板としてはアルミニウム基板が知られているが、アルミニウム基板単独では、硬度や耐疵付性が不十分であり、また研磨による平滑性実現も困難である。そのため、アルミニウム基板表面に無電解ＮｉＰめっきが施されたＮｉＰめっきアルミニウム基板が用いられている。ＮｉＰめっき皮膜は、硬度や耐疵付性も高く、研磨により優れた平滑性を実現できる。

ＮｉＰめっきアルミニウム基板は、圧延して製造されたコイル状のアルミニウム板を円板状に打ち抜き、内外周の旋盤加工および主表面の研削加工（グラインド加工）を施した後、無電解めっきによりＮｉＰめっきを行い、更に研磨加工（ポリッシュ加工）、洗浄を行って製造される（非特許文献１）。

例えば磁気記録媒体の構成は、ＮｉＰめっきアルミニウム基板に、軟磁性裏打ち層、中間層（結晶粒制御層、結晶配向制御層など）などが形成され、その上に記録層として磁性膜が成膜され、更に表面保護層（硬質カーボンなど）が形成されている。

近年、磁気記録媒体は大容量化が進んでおり、記録密度を飛躍的に高める次世代磁気記録媒体の開発が行われている。例えば磁気記録媒体の高密度化を進めようとすると、磁性粒子を微細化する必要があり、磁気記録データの一部が周囲の熱の影響で消失してしまう熱揺らぎの問題が生じるため、磁性膜の保磁力を高めた磁気記録媒体が提案されている。しかしながら保磁力を高めると従来のヘッドではデータの記録が困難となることから、レーザで記録媒体を加熱しながらデータを記録する熱アシスト記録方式が注目されている。この記録方式では、磁気記録媒体に形成した磁性膜の加熱部分の保磁力を低下させているためデータの記録が可能であり、また非加熱部分は保磁力が高いため、熱揺らぎを解消できる。

このような熱アシスト記録方式に適した磁気記録媒体の製造過程においては、磁性膜の成膜温度など製造時の熱履歴が３００℃以上、更には３５０℃以上になることがある。現在汎用されているＮｉＰめっき皮膜を形成したアルミニウム基板の場合、下地のアルミニウム基板の耐熱性は３７０℃以上であるが、ＮｉＰめっき皮膜は３００℃以上に加熱されると結晶化して磁性を持つようになるため、事実上３００℃程度までしか対応できず、基板の耐熱温度が磁気記録媒体製造上の大きな制約となっている。

このような問題に対して、第三成分の添加によるＮｉＰめっき皮膜の耐熱性改善が試みられているが（特許文献１）、せいぜい３２０℃程度までの耐熱性であり、十分な耐熱性改善効果が得られていない。

このため、現行のＮｉＰめっきに代わる、非磁性で高硬度かつ耐疵付性に優れ、更に耐熱性にも優れた基板皮膜の開発が必要となっている。このような条件に合致する皮膜として非晶質のＳｉＯ₂膜が着目されている。

例えば特許文献２には、ゾル−ゲル法によるＳｉＯ₂膜が提案されている。しかしながらゾル−ゲル法で成膜した場合、その成膜過程での質量減少および体積収縮が大きく、必要とする膜厚を確保することが困難である。

更に特許文献３には、スパッタリング法によって、０．６μｍ程度のＳｉＯ₂膜を成膜する技術が提案されている。表面精度、硬さ、耐摩耗性は実現できるものの、膜厚さ０．６μｍでは耐疵付性を実現するには不十分である。耐疵付性を改善するためにＳｉＯ₂膜を厚くすると、ＳｉＯ₂膜とアルミニウム基板との熱膨張率の差が大きいため高温環境下に曝されるとＳｉＯ₂膜に亀裂が生じ易くなるという問題が生じる。

ＳｉＯ₂自体は非磁性で高温耐熱性を有するものの、実際にアルミニウム基板に成膜した場合には、上記のような亀裂等の問題が生じる。そのため、高温環境下に曝されても亀裂等が生じない実用性を有するＳｉＯ₂膜は未だ提供されていない。

一方で、磁気記録媒体に用いられるアルミニウム基板自体（母材）の耐熱性は、例えば５０８６合金（ＪＩＳ Ｈ４０００）などは３００℃以上における優れた高温耐熱性を有しており、また近年、５００℃程度でも表面平滑性などを維持できるアルミニウム合金基板も提案されている（特許文献４）。

したがってこれら高温耐熱性に優れたアルミニウム基板に見合うＳｉＯ₂膜を実現できれば、上記熱アシスト記録方式などのような磁気記録分野へのアルミニウム合金基板の利用に対する制約を大きく緩和することができる。

特開２０１２−１９５０２１号公報 特許第２５５２６８２号公報 特公昭５３−３７２０２号公報 特開２０１２−９９１７９号公報

砥粒加工学会誌、Ｖｏｌ．４３、Ｎｏ．１１、１９９９年１１月、ｐ．４７５〜４７９

本発明は上記のような事情に着目してなされたものであって、その目的は、耐熱性、硬度、耐疵付性に優れた磁気記録媒体用アルミニウム基板を提供することである。更に本発明の目的は、これら特性に加えて、必要に応じて表面粗度を小さくするための研磨が可能であり、研磨後の表面平滑性にも優れた磁気記録媒体用アルミニウム基板を提供することである。

上記課題を解決し得た本発明の磁気記録媒体用アルミニウム基板は、厚さ６．０μｍ以上のＳｉＯ₂膜が成膜されたアルミニウム基板であって、前記ＳｉＯ₂膜は前記アルミニウム基板を１５０℃〜３７０℃に加熱して、気相成膜法により成膜されたものであることに要旨を有する。

本発明の好ましい実施態様として上記気相成膜法は、プラズマＣＶＤ法であることが推奨される。

本発明の磁気記録媒体用アルミニウム基板は、所定の温度域に加熱されたアルミニウム基板に所定の膜厚のＳｉＯ₂膜が成膜されているため、非磁性で耐熱性（好ましくは３００℃以上、より好ましくは３５０℃以上、更に好ましくは４００℃以上）と硬度（好ましくは４．０ＧＰａ以上、より好ましくは７．０ＧＰａ以上）、および耐疵付性（好ましくはＮｉＰめっきと同等以上）に優れた特性を有する。更に本発明に係るＳｉＯ₂膜は、成膜後の研磨手段として、従来のガラス基板の研磨技術を適用することが可能であり、研磨することによって、より表面平滑性に優れた磁気記録媒体用アルミニウム基板を提供できる。

したがって本発明のＳｉＯ₂膜が成膜されたアルミニウム基板は、磁気記録媒体として好適であり、熱アシスト記録方式などのような磁気記録分野へのアルミニウム合金基板の利用に対する制約を大きく緩和することができる。

図１は、成膜時基板温度と［耐熱評価温度−成膜時基板温度］との関係を示すグラフである。 図２は、各種皮膜（試験材１〜４（ＳｉＯ₂膜）、および参考例１、２（ＳｉＯ₂膜なしとＮｉＰめっき皮膜）と疵深さとの関係を示すグラフである。 図３は、ＳｉＯ₂膜の研磨前後のＳｉＯ₂膜の表面粗さを示すグラフである。 図４は、ＳｉＯ₂膜を成膜する前のアルミニウム基板表面の表面粗さとＳｉＯ₂膜を成膜した後のＳｉＯ₂膜の表面粗さの変化を示すグラフである。

以下、本発明について説明するが、本発明において「成膜時の基板温度」とは、ＳｉＯ₂膜を成膜するときのアルミニウム基板自体の温度であり、基板に熱電対を設置して測定される基板の温度である。本明細書においては「成膜時の基板温度」を単に「成膜温度」、あるいは「基板温度」ということがある。

また「加熱時の基板温度」とは、磁性膜、表面保護層の形成など磁気記録媒体の製造過程で高温環境下に曝されたときの基板自体の温度であり、上記と同様熱電対により測定される基板の温度である。本明細書においては「加熱時の基板温度」を単に「加熱温度」、あるいは「耐熱評価温度」ということがある。

更に「加熱温度差」とは上記「加熱時の基板温度」と、「成膜時の基板温度」との温度差をいう。

なお、本発明では、基板の温度を測定しているため、ＳｉＯ₂膜や磁性膜などを成膜する際の装置や雰囲気等の設定温度と基板の温度（加熱時の基板温度）は一致しないことがある。例えば本発明の実施例ではＳｉＯ₂膜が成膜された基板の耐熱性を評価するため、予め基板に熱電対を取り付けて、加熱炉内の温度と基板の温度との関係を調べ、基板の温度が製造過程の熱履歴を模擬した温度になるように加熱炉の温度を設定しているため、加熱炉の温度が基板の温度と一致していない場合がある。

本発明者らは、従来のＮｉＰめっき皮膜に代替可能な程度の硬度や耐疵付性を有し、且つＮｉＰめっき皮膜を凌駕する耐熱性に優れた皮膜について鋭意研究を重ねた。

一般にアルミニウム（純アルミニウム、アルミニウム合金含む）の熱膨張係数は、おおむね、２４×１０^-6／Ｋ前後であり、４００℃の温度上昇で約１％線膨張することが知られている。一方、ＳｉＯ₂の熱膨張係数は、おおむね、１×１０^-7〜１×１０^-6／Ｋ程度の熱膨張係数であることが知られており、ＳｉＯ₂膜の線膨張はアルミニウムの線膨張に対して数十分の一程度である。

本発明者らは様々な条件でＳｉＯ₂膜を成膜したアルミニウム基板について検討した。

まず、ＳｉＯ₂膜を成膜するときのアルミニウム基板温度を室温（２５℃）程度に設定して膜厚３．５μｍのＳｉＯ₂膜を成膜し、次いでアルミニウム基板を電気炉に挿入して加熱したところ、２５０℃程度の加熱温度（加熱時の基板温度）になるとＳｉＯ₂膜に亀裂が生じたり、アルミニウム基板からＳｉＯ₂膜が剥離するなどの問題が生じることがわかった。

一方、ＳｉＯ₂膜の成膜時の基板温度を１５０℃以上に高めた場合、基板の加熱温度（耐熱評価温度）が３００℃以上になってもＳｉＯ_２膜に亀裂や剥離は認められなかった（表１のＮｏ．３〜２４）。このことから、３００℃以上の耐熱性（加熱時の基板温度）を確保するためには、成膜時の基板温度を少なくとも１５０℃以上とすればよいことがわかった。

このように高温下でＳｉＯ₂膜を成膜した場合に３００℃以上（耐熱評価温度）での優れた高温耐熱性を示す理由は次のように考えられる。

形状や大きさも影響するがＳｉＯ₂は、一般に引張力に対しては破断しやすいが、圧縮力に対しては破壊されにくい性質をもつ。したがって上記のようにアルミニウム基板を加熱した状態でＳｉＯ₂膜を成膜した場合、成膜温度から室温まで冷却するとＳｉＯ₂膜は圧縮された状態であり、ＳｉＯ₂膜とアルミニウム基板との収縮差による負荷（圧縮力）が生じるが、ＳｉＯ₂膜は圧縮力に対する耐久性に優れており、ＳｉＯ₂膜の亀裂や剥離が生じないと考えられる。

一方、このように室温で圧縮力が作用したＳｉＯ₂膜が成膜されたアルミニウム基板を加熱した場合、アルミニウム基板が熱膨張することでＳｉＯ₂膜が引き伸ばされるが、室温において圧縮力が作用していた分、ＳｉＯ₂膜の成膜温度までは圧縮状態が緩和される方向に作用するため、実際にＳｉＯ₂膜に作用する引張力が緩和され、その結果、ＳｉＯ₂膜の亀裂や剥離が生じ難く、優れた耐熱性を示すものと考えられる。

すなわち、ＳｉＯ₂膜の熱膨張は主に加熱温度と成膜温度との差に支配されるため、高温で成膜した場合は、再加熱しても室温から成膜温度まではＳｉＯ₂膜には引張力は実質的に作用せず、成膜温度を超えて基板が加熱された場合に該成膜温度と加熱温度までの範囲でＳｉＯ₂膜に引張力が作用する。したがってＳｉＯ₂膜の成膜温度が高い場合、ＳｉＯ₂膜の成膜温度とＳｉＯ₂膜成膜後の加熱温度との差分が引張力を生み出すため、室温でＳｉＯ₂膜を成膜した場合と比べて上記熱膨張率差に起因するＳｉＯ₂膜の亀裂や剥離が発生しにくくなるものと考えられる。

また成膜時の基板温度が高くなるにしたがって常温下でのＳｉＯ₂膜の硬度も高くなる傾向を示した。例えば成膜時の基板温度を１５０℃とした場合のＳｉＯ₂膜の硬度は８．０ＧＰａであったが、基板温度が高くなるにつれて、硬度も８．４ＧＰａ（２００℃）、８．８Ｇｐａ（２５０℃）となっている（Ｎｏ．１３〜１８）。同様のことは膜厚が異なる場合にも当てはまり、例えば膜厚が１０．５μｍとした場合も同様に（Ｎｏ．１９〜２４）、温度が高くなるにつれて（２００℃→２５０℃→３００℃）、硬度も高くなる傾向を示した（８．５ＧＰａ→８．８ＧＰａ→９．２ＧＰａ）。

したがって十分な硬度を付与するにはＳｉＯ₂膜の成膜温度を高くすればよいことがわかった。

更にＳｉＯ₂膜の膜厚が薄いとアルミニウム基板表面に対する保護膜としての機能（耐疵付性）が不十分であり、ある程度の膜厚が必要であることがわかった。すなわち、膜厚が６μｍ未満の例（Ｎｏ．１〜１２）では、いずれも耐疵付性が悪かったが、膜厚が６μｍ以上の例では、満足できるレベルの耐疵付性を備えており（Ｎｏ．１３以降）、特に膜厚が１０μｍ以上の例（Ｎｏ．１９〜２４）では、より優れた耐疵付性を備えていた。

本発明は上記知見に基づいてなされたものであって、厚さ６．０μｍ以上のＳｉＯ₂膜が成膜されたアルミニウム基板であって、前記ＳｉＯ₂膜は前記アルミニウム基板を１５０℃〜３７０℃に加熱して、気相成膜法により成膜されたものであることに要旨を有する。

以下、本発明の磁気記録媒体用アルミニウム基板の構成について具体的に説明する。

［ＳｉＯ₂膜の膜厚：６．０μｍ以上］
アルミニウム基板に形成したＳｉＯ₂膜の膜厚が薄いと、硬度が高くても耐疵付性が不十分であり、磁気記録媒体に欠陥が生じ易くなる。一方、所定の成膜時の基板温度域で膜厚６．０μｍ以上のＳｉＯ₂膜を形成すると磁気記録媒体表面が製造時や使用時に衝撃を受けても、疵や窪みなどの物理的欠陥を抑制できる程度の十分な耐疵付性を付与できる。したがってＳｉＯ₂膜の膜厚は６．０μｍ以上とする必要があり、好ましくは９．０μｍ以上、より好ましくは１０．０μｍ以上である。一方、耐疵付性の観点から膜厚の上限は特に限定されないが、ＳｉＯ₂膜の膜厚が厚くなりすぎると後記するように熱膨張に起因する引張応力に対する耐力が低下するため、好ましくは１５．０μｍ以下である。

なお、所望の表面平滑性を確保するためにＳｉＯ₂膜を研磨する場合、研磨量も考慮して成膜するＳｉＯ₂膜の膜厚を決定し、研磨後の膜厚が上記範囲となるようにすることが望ましい。

［ＳｉＯ₂膜成膜時のアルミニウム基板温度：１５０℃〜３７０℃］
アルミニウム基板の温度が１５０℃よりも低い温度でＳｉＯ₂膜を成膜した場合、基板の加熱温度が３００℃に達する前にＳｉＯ₂膜に亀裂等が生じる場合があるため、ＮｉＰめっきの耐熱温度である３００℃を超える耐熱性を付与することができない。一方、成膜時のアルミニウム基板の温度が３７０℃を超えるとアルミニウム基板自体の強度（引張強度）や０．２％耐力が低下してしまうため、磁気記録媒体に要求される基板特性が不良となる。特に基板温度が３７０℃を超えるとアルミニウム基板の強度は室温下の強度の１／４以下まで低下してしまい、成膜中や成膜後の冷却過程でアルミニウム基板が変形したり、基板表面に凹凸が発生したりする。その結果、室温まで冷却してもＳｉＯ₂膜に十分な圧縮力を作用させられなくなる場合がある。そのため、再度加熱すると成膜温度よりも低い温度からＳｉＯ₂膜に引張力が発生してしまい、所望の高温耐熱性が得られないことがある。

耐熱性を高める観点からはＳｉＯ₂膜成膜時のアルミニウム基板の温度は高い方がよいため、アルミニウム基板温度は１５０℃以上、好ましくは２００℃以上である。またアルミニウム基板の温度を高くし過ぎると上記したようにアルミニウム基板の強度などの特性が低下するため、３７０℃以下、好ましくは３５０℃以下である。

アルミニウム基板の温度を１５０℃〜３７０℃に高めた状態で当該温度域にて気相成膜法によりＳｉＯ₂膜を成膜することによって、上記したように、ＳｉＯ₂膜が加熱による熱膨張に起因する引張力が作用し始める温度を高めることができるため、ＳｉＯ₂膜の亀裂や剥離を防止できる。

更に本発明においてＳｉＯ₂膜の成膜温度は、ＳｉＯ₂膜の膜厚と要求される耐熱温度（加熱時の温度）を考慮して決定することも好ましい実施態様である。本発明者らがＳｉＯ₂膜の膜厚、加熱温度差（［加熱時の基板温度］−［成膜時の基板温度］）、耐熱性の関係について検討した結果、ＳｉＯ₂膜の膜厚が厚くなり、また加熱温度差が大きくなるほど、ＳｉＯ₂膜の加熱温度差によって生じるＳｉＯ₂膜とアルミニウム基板との熱膨張の差に起因する引張力に対する耐力が低くなってＳｉＯ₂膜の亀裂や剥離が生じる傾向があることがわかった（表１、および図１）。したがって上記成膜温度や引張応力との関係で亀裂等の欠陥発生を抑制するためには製造条件を適切に制御することが望ましい。

例えば膜厚６．１μｍの例では（表１のＮｏ．１３〜１８）、成膜時の基板温度（表１中「成膜時基板温度」）が、１５０℃、２００℃、２５０℃のいずれの場合も、加熱温度差（表１中、「耐熱評価温度−成膜時基板温度」）が１５０〜１７５℃の範囲であれば優れた耐熱性（表１中、「耐熱性評価」）が得られたが（Ｎｏ．１３、１５、１７）、加熱温度差が２００℃の場合は耐熱性に劣っていた（Ｎｏ．１４、１６、１８）。一方、膜厚１０．５μｍの例では（表１のＮｏ．１９〜２４）、成膜時の基板温度が、２００℃、２５０℃、３００℃のいずれの場合も、加熱温度差が１００〜１２５℃の範囲であれば優れた耐熱性が得られたが（Ｎｏ．１９、２１、２３）、加熱温度差が１５０℃の場合は耐熱性に劣っていた（Ｎｏ．２０、２２、２４）。これら例のうち、成膜時の基板温度が２００℃であるＮｏ．１５（膜厚：６．１μｍ）と、Ｎｏ．１９（膜厚１０．５μｍ）を比べると、Ｎｏ．１５では加熱温度差が１７５℃であっても耐熱性を発揮したのに対し、Ｎｏ．１９では耐熱性を発揮した温度は１２５℃までであった。したがって、Ｎｏ．１５の場合は、加熱時の基板温度（表１中、「耐熱評価温度」）は３７５℃まで耐熱性を有するが、Ｎｏ．１９の場合は３２５℃までであり、Ｎｏ．１５と同等の加熱時の基板温度（３７５℃）で耐熱性を発揮させるには成膜時基板温度を２５０℃まで上げる必要がある（Ｎｏ．２１）。

このような傾向は図１にまとめた通りであるが、例えば耐熱性を有する加熱時の基板温度を３５０℃以上とするには（図１中、「３５０℃線」よりも右側）、ＳｉＯ₂膜の膜厚が膜厚６．１μｍの場合は、成膜時の基板温度を２００℃以上とすればよいが、膜厚１０．５μｍの場合は２５０℃以上であり、膜厚が厚くなるほど、成膜時の基板温度を高くし、加熱温度差が小さくなる傾向にある。

したがって高温で耐熱性を発揮させるには、ＳｉＯ₂膜の膜厚を厚くするほど、成膜時の基板温度を高くして加熱時の基板温度との差を小さくすることが望ましい。

なお、このような膜厚と加熱温度差との関係は上記したように加熱時の基板温度にかかわらず、同じ膜厚であればほぼ同様の傾向を示すため、所望の加熱時の基板温度で耐熱性が得られるように成膜時の基板温度を高くすればよい。

［ＳｉＯ₂膜の硬度：好ましくは４．０ＧＰａ以上］
ＳｉＯ₂膜の硬度は特に限定されないが、物理的衝撃などに対するアルミニウム基板の耐久性を向上させる観点からは硬度は高い方が望ましい。また耐疵付性を向上させるには十分な硬度を確保した上で膜厚を厚くすることが望ましい。ＳｉＯ₂膜の硬度は、好ましくは４．０ＧＰａ以上、より好ましくは７．０ＧＰａ以上である。

なお、ＳｉＯ₂膜の硬度は、ＳｉＯ₂膜の成膜時の基板温度が高いほど、硬度が高くなる傾向にあるため、上記成膜時の基板温度の範囲（１５０℃〜３７０℃）で所望の硬度が得られるように基板温度を設定すればよい。

［ＳｉＯ₂膜の成膜：気相成膜法］
更に本発明のＳｉＯ₂膜は気相成膜法で成膜されたものである。気相成膜法は膜厚を制御し易く、また均一で緻密な成膜が容易であるため望ましい。気相成膜法とは、スパッタ法、蒸着法などの物理的気相法（ＰＶＤ）やプラズマＣＶＤなどの化学的気相法（ＣＶＤ）である。これらの中でも６μｍ以上の所望の膜厚の成膜が容易であることから化学的気相法が好ましい。更に化学的気相法としては、特にプラズマＣＶＤ法がより好ましい。プラズマＣＶＤ法は成膜速度の制御がし易いため、所望とする膜厚のＳｉＯ₂膜の成膜方法として好適であり、しかも均一で緻密な成膜が容易であるため、ＳｉＯ₂膜の表面平滑性を所定の範囲に調整しやすいため望ましい。

特に表面平滑性に関してプラズマＣＶＤ法が好ましい理由は次の通りである。すなわち、図４はＳｉＯ₂膜成膜前のアルミニウム基板表面の粗さとプラズマＣＶＤ法でＳｉＯ₂膜を成膜した後のＳｉＯ₂膜表面の粗さの一般的な傾向を示す図であり、図４中「触針法」は複数の試料についてＴａｙｌｏｒ／Ｈｏｂｓｏｎ社製Ｉｎｔｒａを用いて測定した結果であり、「ＡＭＦ１」はＮａｎｏ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社製Ｎａｎｏｓｕｒｆ ＥａｓｙＳｃａｎ（視野角１０μｍ）、「ＡＭＦ２」はＮａｎｏ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社製Ｎａｎｏｓｕｒｆ ＥａｓｙＳｃａｎ（視野角２μｍ）を用いた測定した結果である。いずれの測定方法によってもＳｉＯ₂膜の成膜前後の表面粗さ（中心線表面粗さＲａ（ｎｍ））はほぼ同等であることからプラズマＣＶＤ法でＳｉＯ₂膜を成膜した場合、成膜前のアルミニウム基板表面の表面粗さがほぼそのまま成膜したＳｉＯ₂膜表面の表面粗さに反映されていると考えられる。

しかしながら後記実施例でも示しているように、プラズマＣＶＤ法で成膜したＳｉＯ₂膜は、公知のガラス基板の表面研磨方法によって研磨が容易であり、表面粗さを所望の値まで減少させることができ、優れた平滑性が容易に得られるからである（図３）。

なお、スパッタ法でＳｉＯ₂膜を成膜する場合は、Ｓｉをターゲットに使用しＡｒにＯ₂を添加したキャリアガスをＲＦプラズマやパルスＤＣ放電プラズマを用いてスパッタする反応性スパッタ法で行うことが、成膜速度が速くて実用的である。

また蒸着法でＳｉＯ₂膜を成膜する場合は、ＳｉとＳｉＯ₂の混合粉末を炉で加熱し、昇華温度が低いＳｉＯとして気化させ、微量のＯ₂を基板表面近傍に付加すれば、ＳｉＯ₂膜を形成できる。

以下、本発明に係る磁気記録媒体用アルミニウム基板の製造方法について説明する。

まず、アルミニウム基板を準備する。本発明で使用するアルミニウム基板（母材）は特に限定されないが、室温での引張強度および０．２％耐力が５０８６合金と同等以上のものが好ましい。アルミニウム基板の板厚は、特に限定されず、種々の厚さのものを用いることができるが、通常、磁気記録媒体として要求される所定の厚さに仕上がるように適宜設定すればよい。例えば、φ９５ｍｍの磁気記録媒体用アルミニウム基板には、厚さ１．２７０ｍｍまたは厚さ１．７５３ｍｍのアルミニウム基板を用いればよく、またφ６５ｍｍの磁気記録媒体用アルミニウム基板には、厚さ０．６３５ｍｍまたは厚さ０．８００ｍｍのアルミニウム基板を用いればよい。

アルミニウム基板は、所望の形状に打ち抜き、焼鈍処理を施しておくことが推奨される。焼鈍処理を施すことによって加工による歪みを取り除くことができ、また平坦度も改善できる。

上記アルミニウム基板表面には、圧延等に起因した表面変質層が形成されているため、この表面変質層を旋盤による面削またはグラインド加工などの加工方法、あるいは両者の組合せによって除去し、アルミニウム基板表面を平滑にしておくことが好ましい。またアルミニウム基板の表面粗度が大きすぎると、ＳｉＯ₂膜を研磨しても所望の表面粗度（表面平滑性）が得られない可能性があるため、表面を平滑にしておくことが好ましい。

上記加工方法は特に限定されず、一般にはＰＶＡ砥石を用いた湿式研削や、ダイヤモンドバイトを用いた面削を採用できる。また、面削後に、ＰＶＡ砥石を用いた湿式研削をおこなってもよい。

上記アルミニウム基板の表面粗度は、例えば、ＪＩＳ Ｂ０６０１（２００１年）で規定される中心線平均粗さＲａで２０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１２ｎｍ以下である。

［ＳｉＯ₂膜の成膜］
本発明では、１５０℃〜３７０℃に加熱したアルミニウム基板に対して、気相成膜法により６．０μｍ以上のＳｉＯ₂膜を成膜すればよい。

例えば気相成膜法として望ましい化学的気相法でＳｉＯ₂膜を成膜する場合、所定の温度に加熱されたアルミニウム基板表面に、有機シロキサンガス（分子骨格にＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を有する化合物）、またはシランガスと、酸素含有ガスとを用いてＳｉＯ₂膜を成膜することができる。

また膜質の良い、即ち、緻密で硬質、且つ平滑なＳｉＯ₂膜を成膜するためには、有機シロキサンガスに含まれるＳｉを完全にＳｉＯ₂に転化することが好ましく、そのためには、ＳｉＯ₂膜の成膜にあたっては、上記有機シロキサンガスに含まれるＳｉをＳｉＯ₂に転化するために必要な酸素ガスの化学量論量に対して１．２倍以上の量の酸素含有ガスを用いることが推奨される。理論上は、有機シロキサンガスに含まれるＳｉをＳｉＯ₂に転化させるために必要な化学量論量の酸素含有ガスを用いれば、ＳｉはＳｉＯ₂に完全に転化するはずであるが、実際には、反応ロスや副生物などの影響を受ける。そのため、ＳｉをＳｉＯ₂に完全に転化するには化学量論量に対して過剰量（具体的には、１．２倍以上）の酸素ガスを用いることが望ましい。本発明では、成膜時の酸素ガスの流量比が上記範囲となるように酸素含有ガスの流量を上記範囲に制御することが推奨される。

上記有機シロキサンとしては、例えば、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）やオクタメチルトリシロキサンなどを用いることができ、これらを併用してもよい。適切な蒸気圧、安全性、入手の容易さ、成膜速度および成膜されるＳｉＯ₂膜の硬さを考慮すると、ＨＭＤＳＯを用いることが好ましい。

上記シランガスとしては、例えば、ＳｉＨ₄、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＨ₃Ｃｌ、ＳｉＣｌ₄、ＳｉＢｒ₄、ＳｉＩ₄、ＳｉＦ₄、Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₂などを用いることができ、これらを併用してもよい。これらの中でも特に好ましいのはＳｉＨ₄である。

また上記酸素含有ガスとしては、Ｏ₂、Ｎ₂Ｏなどが例示される。なお、酸素含有ガスには、ＳｉＯ₂膜を成膜するために必要に応じて添加されるＨ₂ガスなどとの混合ガスも含む趣旨である。これらの中でも特に好ましいのはＯ₂、またはＮ₂Ｏガスの混合ガスである。

［研磨（ポリッシュ）工程について］
上記成膜後のＳｉＯ₂膜は、その表面粗度が、例えば、ＪＩＳ Ｂ０６０１（２００１年）で規定される中心線平均粗さＲａで好ましくは０．５ｎｍ以下、より好ましくは０．３ｎｍ以下であることが好ましい。

しかしながら上記したようにプラズマＣＶＤ法でＳｉＯ₂膜を成膜した場合、アルミニウム基板表面の表面粗度がそのままＳｉＯ₂膜の表面粗度として反映される。そのため、ＳｉＯ₂膜の表面平滑性も高く、ＳｉＯ₂膜の研磨に要する負荷を軽減するには、上記したようにＳｉＯ₂膜の成膜前に予めアルミニウム基板表面の平滑性を高めておくことが望ましい。

また成膜後にＳｉＯ₂膜を研磨する場合は、ＳｉＯ₂膜の表面を公知の条件で研磨し、上記所望の平滑度（上記表面粗度）となるようにすればよい。本発明のＳｉＯ₂膜の研磨には、従来から用いられているガラス板を研磨する方法やその装置などをそのまま利用できる。例えば、研磨パッドと研磨スラリーを用いて湿式研磨すればよい。研磨圧力は、例えば、４０〜１５０ｇｆ／ｃｍ²、摺動速度は、例えば、４０〜１６０ｃｍ／秒程度とすればよい。

［用途］
本発明のＳｉＯ₂膜が成膜されたアルミニウム基板は、磁気記録媒体として好適に用いることができる。特に耐熱性を向上させた本発明のＳｉＯ₂膜が成膜されたアルミニウム基板は、磁性膜形成時の基板温度の制約緩和に寄与するものである。本発明のＳｉＯ₂膜が成膜されたアルミニウム基板を用いて磁気記録媒体を製造するにあたっては、該アルミニウム基板のＳｉＯ₂膜表面に、公知の条件で磁気記録膜などを形成し、必要に応じて、更に保護膜や潤滑膜を形成して、磁気記録媒体を製造することができる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

実験１
実験１では、ＳｉＯ₂膜の成膜温度とＳｉＯ₂膜の特性との関係を調べた。

アルミニウム基板（アルミニウム合金（４．２質量％Ｍｇ−残部：Ａｌおよび不可避的不純物）、サイズ：外径６５ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚さ約０．８４ｍｍの円盤状ディスク）をＰＶＡ砥石で研削し、圧延による変質層を除去した。研削加工には、Ｓｐｅｅｄ Ｆａｍ製１６Ｂ両面加工機を使用し、研削圧力：８０ｇｆ／ｃｍ²、摺動速度：８０ｃｍ／秒で行い、面当りの除去量：約２０μｍ程度とし、研磨後のアルミニウム基板の厚さが０．８００ｍｍになるように設定した。研削後のアルミニウム基板の表面粗さを触針法で測定したところ、Ｒａ＝１２ｎｍであった。その後、成膜時の基板温度を８０℃〜３５０℃の間で変化させると共に（表１中、「成膜時基板温度（℃）」）、下記条件のプラズマＣＶＤ法によって膜厚３．５μｍ〜１０．５μｍのＳｉＯ₂膜を成膜した。この際、成膜時の基板温度は、予め熱電対を取り付けたアルミニウム基板を用いて成膜装置の設定温度と基板温度との相関を求めて、これに従い成膜時の基板温度が所定の温度になるように制御した。成膜後、室温まで放冷してアルミニウム基板表面にＳｉＯ₂膜が成膜された試験材を得た。

（プラズマＣＶＤ法の成膜条件）
キャリアガス：モノシランと窒素の混合気体と亜酸化窒素
ガス比：ＳｉＨ₄／Ｎ₂＝１／９ 流量：８０ｓｃｃｍ、Ｎ₂Ｏ 流量：５６ｓｃｃｍ
圧力：１３３Ｐａ
ＲＦパワー：１５０Ｗ

（ＳｉＯ₂膜の表面性状）
得られた各試験材の表面性状を室温下で調べた。各試験材のＳｉＯ₂膜に亀裂や基板との剥離が生じていないか目視で確認した。その結果、亀裂や剥離が生じている試験材はなく、全ての試験材の表面性状は良好であった。

（ＳｉＯ₂膜の膜厚）
各試験材のＳｉＯ₂膜の膜厚はｎａｎｏｍｅｔｒｉｃｓ社製ｎａｎｏｓｐｅｃ／ＡＦＴｍｏｄｅｌ５１００を用いて測定した。

（ＳｉＯ₂膜の硬度）
各試験材のＳｉＯ₂膜の硬度をナノインデンテーション法によって測定した。具体的にはナノインデンター（Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製Ｎａｎｏ Ｉｎｄｅｎｔｅｒ ＸＰ／ＤＣＭ）を用いて測定した。測定は、励起振動数：４５Ｈｚ、励起振動振幅：２ｎｍ、歪速度：０．０５／秒、押込み深さ：２０００ｎｍで行った。

（耐熱性評価）
耐熱性を評価するため、予め熱電対を取り付けた基板を用いて、加熱炉の設定温度と基板温度との相関を調べ、それに従って加熱炉の温度を設定した。表１に示す耐熱評価温度（加熱時の基板温度）に対応する温度に加熱した加熱炉内に試験材を挿入し、３０分間、保持した後、試験材を炉外に取り出して室温（２５℃）になるまで放冷した。

放冷した後、室温下で試験材の表面性状について観察した。具体的には蛍光灯照明下での目視、および光学顕微鏡（倍率：５０倍および２００倍、片面に当り基板内周部、中央部、外周部について各任意の５箇所）にてＳｉＯ₂膜の亀裂の有無、およびアルミニウム基板とＳｉＯ₂膜との剥離の有無について調べ、下記基準で評価した（表１中、「耐熱性評価」）。
○：ＳｉＯ₂膜に亀裂や剥離が認められなかった
○注１：ＳｉＯ₂膜に亀裂や剥離が認められなかったが、耐熱温度が３００℃未満の例
×注２：アルミニウム基板に変形が発生した
×：ＳｉＯ₂膜に亀裂や剥離が認められた

なお耐熱評価温度は２５０℃から数十℃ずつ昇温させて耐熱性を評価し、「○」評価の例は、亀裂や剥離が認められない最高温度を示し、「×」評価は亀裂や剥離が認められた温度を示した。例えばＮｏ．１３、１４では、３２５℃までの耐熱性評価は「○」であったが（Ｎｏ．１３）、更に２５℃昇温した３５０℃では「×」（Ｎｏ．１４）となったことを示す。

（耐疵付性評価）
１０ｇ、または５０ｇの荷重を加えたスタイラスの先端部（半径０．１ｍｍのダイヤモンド球）を試験材表面（皮膜成膜面側）に接触させて摺動させた。摺動速度は一定速度（５ｍｍ／秒）、摺動距離は１５ｍｍとした。摺動後、試験材表面の摺動痕の深さを非接触式光学粗さ計で測定し、下記基準で評価した。

○：荷重１０ｇ、および５０ｇのいずれでもＮｉＰめっきと同等以下の疵深さ
△：荷重１０ｇではＮｉＰめっきと同等以下であるが５０ｇではＮｉＰめっきよりも疵が深くなる
×：荷重１０ｇでもＮｉＰめっきより疵が深くなる
−：十分な耐熱性が得られなかったため（耐熱性評価「×」）、耐疵付性については評価しなかった。

上記各試験結果を表１に示す。

また表１の「○」評価の例に基づいてＳｉＯ₂膜の膜厚毎に、成膜時基板温度と［耐熱評価温度−成膜時基板温度］との関係について図１に示した。図１中、斜めの線（「３００℃線」、「３５０℃線」、「基板変形」）は耐熱温度に対応する。

本発明の膜厚、および成膜条件を満足するＮｏ．１３〜２４は、耐熱性（耐熱評価温度：３００℃以上）、耐疵付性（△以上）および、硬度（４．０ＧＰａ以上）に優れていた。特にＳｉＯ₂膜の膜厚を１０μｍ以上としたＮｏ．１９〜２４では、膜厚６．１μｍとしたＮｏ．１３〜１８と比べてより優れた耐疵付性が得られた。

一方、本発明の要件を満足しない例では、所望の特性が得られなかった。

成膜時の基板温度（８０℃）が低い場合（Ｎｏ．１、２）、２７５℃での耐熱性は得られたが（Ｎｏ．１）、３００℃以上の高温耐熱性は得られなかった（Ｎｏ．２）。

またＳｉＯ₂膜の膜厚（３．５μｍ）が薄い場合（Ｎｏ．３〜１２）、３００℃以上の耐熱性は得られるものの、耐疵付性が低かった。

実験２
実験２ではＳｉＯ₂膜と耐疵付性の関係について調べた。

上記実験１で使用したアルミニウム基板を２５０℃に加熱し、ＳｉＯ₂膜の膜厚を３．５μｍ（試験材１）、６．１μｍ（試験材２）、９μｍ（試験材３）、１０．５μｍ（試験材４）にした以外は上記実施例１と同じようにしてプラズマＣＶＤ法でアルミニウム合金基板（円盤状ディスク）にＳｉＯ₂膜を成膜して試験材を作製した。

参考のため、上記実験１で使用した皮膜を成膜していないアルミニウム基板を参考例１、およびＮｉＰめっき基板を参考例２として用意した。

ＮｉＰめっきは、脱脂（上村工業製：ＡＤ−６８Ｆ）、酸洗浄（上村工業製：ＡＤ−１０７Ｆ）、ジンケート処理（上村工業製：ＡＤ−３０１ Ｆ３−Ｘ）を行った後、ＮｉＰめっき処理（上村工業製：ニムデンＨＤＸ−７Ｇと上村工業製：ＨＤＸ−Ａの混合液）を用いて行った。めっき厚さは１０μｍであった。

（耐疵付性試験）
１０ｇ、または５０ｇの荷重を加えたスタイラスの先端部（半径０．１ｍｍのダイヤモンド球）を試験材表面（皮膜成膜面側）に接触させて摺動させた。摺動速度は一定速度（５ｍｍ／秒）、摺動距離は１５ｍｍとした。摺動後、試験材表面の摺動痕の深さを非接触式光学粗さ計で測定した。結果を図２に示す。

図２より次のことがわかった。まず、ＳｉＯ₂膜の膜厚を３．５μｍとした試験材１の摺動痕深さは、参考例１（アルミニウム合金基板）よりは良好であったが、参考例２（ＮｉＰめっき基板）よりも劣っており、十分な耐疵付性を有していなかった。

一方、ＳｉＯ₂膜の膜厚を６．１μｍ（試験材２）、９μｍ（試験材３）、１０．５μｍ（試験材４）とした場合、参考例１（アルミニウム合金基板）と比べて優れた耐疵付性を有していた。また荷重１０ｇの場合、試験材２〜４の摺動痕深さは参考例２と同等であり、優れた耐疵付性を有していた。更に荷重５０ｇの場合、試験材２（膜厚６μｍ）の摺動痕深さは参考例２よりも悪化したが、試験材３（膜厚９μｍ）、試験材４（膜厚１０．５μｍ）の摺動痕深さは参考例２よりも良好であり、より優れた耐疵付性を有することがわかった。

実験３
実験３では、ＳｉＯ₂膜研磨の有無が、アルミニウム合金基板の表面に成膜したＳｉＯ₂膜の表面粗度（中心線平均粗さＲａ）に及ぼす影響を調べた。

ＳｉＯ₂膜の膜厚を７μｍ、基板温度２５０℃とした以外は上記実験１で用いたアルミニウム基板に、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ₂膜を成膜して試験材を製造した。

その際、ＳｉＯ₂膜を成膜する前に、使用するアルミニウム基板の表面粗度を測定した。まず、アルミニウム基板の表面粗度として中心線平均粗さＲａを、原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＡＦＭ）で測定した。ＡＦＭとしては、Ｎａｎｏ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社製の「Ｎａｎｏｓｕｒｆ ｅａｓｙＳｃａｎ２ ＦｌｅｘＡＦＭ」を用いた（視野２μｍ角）。

なお、上記中心線平均粗さＲａは、二次元で測定される中心線平均粗さＲａ［ＪＩＳ Ｂ０６０１（２００１年）］に基づいて測定条件を設定した。中心線平均粗さＲａを測定した結果、ＳｉＯ₂膜を成膜する前のアルミニウム基板の中心線平均粗さＲａは、８．９ｎｍであった。

次に、アルミニウム基板に成膜したＳｉＯ₂膜の中心線平均粗さＲａを測定した。その結果、ＳｉＯ₂膜の中心線平均粗さＲａは８．９ｎｍであり（図３中、「研磨量０μｍ」）、ＳｉＯ₂膜成膜前後で同じ表面粗度であった。

続いてＳｉＯ₂膜の表面を研磨機（ＳＰＥＥＤ Ｆａｍ製９Ｂ両面研磨機）で研磨した。研磨は市販のガラス基板用研磨パッド（ロデールニッタ製ＲＮ−Ｈパッド）と研磨スラリー（フジミ製Ｃｏｍｐｏｌ ２０研磨スラリー）を用いた。なお、研磨する際の条件は研磨圧力１００ｇｆ／ｃｍ²、摺動速度６０ｃｍ／秒とし、研磨量は、研磨前後での重量変化からシリカ膜の密度（２．２ｇ／ｃｍ³）を仮定して見積もった。

ＳｉＯ₂膜を０．３９μｍ研磨した後に測定した中心線平均粗さＲａは０．４５ｎｍであり、研磨によりＳｉＯ₂膜成膜の表面平滑性を大きく改善できた。

更にＳｉＯ₂膜を０．６０μｍ研磨した後に測定した中心線平均粗さＲａは０．２７ｎｍであり、ガラス基板用の研磨方法を適用することで、十分に平滑な面を得られることが確認された。

Claims (2)

1. アルミニウム基板を１５０℃〜３７０℃に加熱して、気相成膜法により厚さ６．０μｍ以上のＳｉＯ ₂ 膜を成膜することを特徴とする磁気記録媒体用アルミニウム基板の製造方法。
2. 前記気相成膜法は、プラズマＣＶＤ法である請求項１に記載のアルミニウム基板の製造方法。