CN101312049A - 基板、磁性记录介质及其制造方法以及磁性存储设备 - Google Patents

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CN101312049A CNA2008100993447A CN200810099344A CN101312049A CN 101312049 A CN101312049 A CN 101312049A CN A2008100993447 A CNA2008100993447 A CN A2008100993447A CN 200810099344 A CN200810099344 A CN 200810099344A CN 101312049 A CN101312049 A CN 101312049A
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吉田祐树
山口洁
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Abstract

本发明涉及基板、磁性记录介质及其制造方法以及磁性存储设备。该垂直磁性记录介质具有非磁性基板以及形成在基板之上的磁性记录结构。该磁性记录结构至少具有软磁性底层、中间层和磁性层。所述基板的表面轮廓曲线的倾角为2.0度以下，或者所述基板的周期(波长分量)在83nm以下至30nm以下范围内的表面粗糙度为0.15nm以下。

Description

基板、磁性记录介质及其制造方法以及磁性存储设备
技术领域
本发明涉及基板、磁性记录介质及其制造方法以及磁性存储设备，更具体地涉及适用于垂直磁性记录介质的基板、垂直磁性记录介质及其制造方法以及具有垂直磁性记录介质的磁性存储设备。
背景技术
随着信息处理技术的发展，要求用作计算机外部存储设备的磁性存储设备具有诸如高容量和高传输速度之类的高性能。为此，近年来研制出垂直记录介质以实现具有高记录密度的磁性记录。
在纵向磁性记录层中，可将由记录层(或磁性层)产生的噪声减到足以实现高记录密度。这应用于典型的垂直磁性记录介质。传统上，通过减小基板的表面粗糙度Ra而降低噪声。
图1示出了典型的垂直磁性记录介质的基板的Ru(002)摇摆Δθ50(度)与表面粗糙度Ra之间的关系。图1中示出的特性由具有以下结构的垂直磁性记录介质的实际测量值表征，所述结构包括位于化学强化玻璃基板上的：由35nm厚的CoFe合金制成的软磁性底层；具有由5nm厚的Ni合金制成的FCC(面心立方晶格)结构的中间层；由20nm厚的Ru制成的中间层；由10nm厚的CoCrPt-TiO2制成的粒状氧化物层，其中氧化物使磁粒相互分开；由10nm厚的CoCrPtB合金制成的磁性层；由4nm厚的类金刚石碳(DLC)制成的保护层；以及1nm厚的润滑层。在图1中，竖轴表示Ru中间层中的晶轴的偏差，横轴表示在原子力显微镜(AFM)下在1μm×1μm见方的视野范围内基板表面的3D图像的平均表面粗糙度。换言之，分别地，竖轴表示XRD(X射线衍射)摇摆曲线的半值宽度Δθ50，横轴表示表面粗糙度Ra。如图1所示，由磁性层产生的噪声随Δθ50减小而降低。
在日本特开专利公报1994-203371中论述了利用带对基板表面进行镜面修整的传统方法。在日本特开专利公报2004-280961中论述了沿周向使基板织构化的传统方法。在日本特开专利公报2004-342294中论述了通过电镀调整基板的表面粗糙度的传统方法。
在基板上的表面粗糙度Ra小于0.4nm的区域中(图1)，通过降低表面粗糙度Ra减小噪声不太有效。因此，仅通过降低表面粗糙度Ra难以进一步减小垂直磁性记录介质的噪声。
发明内容
根据一个实施方式的一方面，垂直磁性记录介质具有非磁性基板以及形成在该基板上的磁性记录结构。所述磁性记录结构至少由软磁性底层、中间层和磁性层形成。所述基板具有倾角为2.0度以下的表面轮廓曲线，或者表面粗糙度为0.15nm以下的表面轮廓曲线(其频率分量的波长(以下称为周期)在83nm以下至30nm以下的范围内)。
附图说明
以下将参照附图对本发明进行说明。
图1示出了传统的垂直磁性记录介质的基板的Ru(002)摇摆Δθ50(度)与表面粗糙度Ra之间的关系。
图2A是传统基板的剖视图，示出了其表面倾角。
图2B是本发明的一个实施方式中的基板的剖视图，示出了其表面倾角。
图3表示倾角的计算方法。
图4表示基板的表面粗糙度Ra与噪声的相关性的研究结果。
图5表示倾角和噪声的相关性的研究结果。
图6表示基板的评价结果。
图7是说明基板加工的立体图。
图8是本发明一个实施方式中的磁性记录介质的剖视图。
图9表示本发明的垂直磁性记录介质样品的特性。
图10表示对图9所示的样品的周期为100nm以下至20nm以下范围内的表面粗糙度Ra的实际测量值的频率分析结果。
图11表示相关系数的分析结果，该相关系数由测量X轴方向上的周期在100nm以下至20nm以下范围内的表面粗糙度Ra的实际值、Y轴方向上的倾角以及Δθ50的实际测量值导出。
图12表示就基于图10和图11所示的分析结果的倾角和Δθ50的值而言，周期在100nm以下至20nm以下范围内的表面粗糙度Ra与相关系数之间的关系。
图13表示倾角、Δθ50的值、VMM2L的值、表面粗糙度Ra以及周期在100nm以下至20nm以下范围内的表面粗糙度Ra之间的相关性。
图14是表示本发明一个实施方式中的磁性存储设备的一部分的剖视图。
图15是表示本发明一个实施方式中的磁性存储设备的一部分的平面图。
具体实施方式
以下将参照附图详细描述本发明的实施方式。
本发明的发明人发现了基板表面的形状指标与从垂直磁性记录介质产生的噪声的相关性。通过对非磁性基板的表面进行机械加工(例如抛光)使其满足适当的形状指标可获得其中由记录层产生的噪声减小的垂直磁性记录介质。沿着垂直磁性记录介质的轨道方向对垂直磁性记录介质进行机械加工。例如，当垂直磁性记录介质为磁盘时，沿其基板的周向对基板表面进行加工。
具体地说，表面轮廓曲线的倾角为2.0度以下，或者周期(即，波长分量)在83nm以下至30nm以下范围内的表面粗糙度为0.15nm以下。更优选的是，周期在59nm以下至40nm以下范围内的表面粗糙度为0.15nm以下。例如，利用周期在50nm以下范围内的表面粗糙度的表面轮廓为0.15nm以下的基板可减小噪声(由垂直磁性记录介质产生)。
1.倾角：
所述实施方式利用由基板的截面形状轮廓计算出的倾角。
图2A是典型基板的剖视图，示出了其表面倾角。图2B是本发明一个实施方式中的基板的剖视图，示出了其表面倾角。在图2A和图2B中，由于高度差相同因而表面粗糙度Ra相同。然而，图2B中的倾角小于图2A中的倾角。在图2A和图2B中，箭头表示形成在基板之上的中间层中的晶轴的取向偏差。
图3表示倾角的计算方法。在图3中，竖轴和横轴分别表示基板的高度方向Z和水平方向X(以任意单位)。取样点的数量定义为“n”(n为整数)，则倾角可由以下表达式(1)定义。
Figure A20081009934400081
其表示基板表面上的所有倾角的平均值。这里，L可写成以下表达式(2)。
L = Σ i = 1 n ( X i - X i - 1 ) - - - ( 2 )
倾角和由垂直磁性记录介质产生的噪声之间具有相关性。图4示出了基板的表面粗糙度与噪声的相关性的测量结果。图5示出了倾角与噪声的相关性的研究结果。图4和图5所示的特性曲线由具有以下结构的垂直磁性记录介质的实际测量值表征，所述结构具有位于化学强化玻璃基板上的以下层：(1)由35nm厚的CoFe合金制成的软磁性底层；(2)由5nm厚的Ni合金制成的具有FCC结构的中间层；(3)由20nm厚的Ru制成的中间层；(4)由10nm厚的CoCrPt-TiO2制成的粒状氧化物层，其中氧化物使磁粒分开；(5)由10nm厚的CoCrPtB合金制成的磁性层(或者记录层)；(6)由4nm厚的类金刚石碳(DLC)制成的保护层；以及(7)1nm厚的润滑层。在图4中，竖轴表示晶轴的取向偏差，即XRD摇摆曲线的半值宽度Δθ50。横轴表示在AFM下在1μm×1μm见方的视野范围内基板的3D图像的平均表面粗糙度，即表面粗糙度Ra。在图5中，竖轴表示Ru合金中间层中的晶轴的取向偏差，即XRD摇摆曲线的半值宽度Δθ50。横轴表示倾角。在图4中，R2＝0.85表示通过最小二乘法推导出线性近似而得到的相关系数，其中X轴表示Ra，Y轴表示Δθ50。在图5中，R2＝0.94表示通过最小二乘法推导出线性近似而得到的相关系数，其中X轴表示倾角，Y轴表示Δθ50。如图4所示，在Ra的值为0.4以下时，噪声和Ra之间的相关性较小。相比之下，倾角和噪声之间的相关性总是较大。因而，倾角与噪声的相关性比表面粗糙度Ra与噪声的相关性大。
对典型基板的表面进行分析，倾角大于2.0度。典型基板形成为具有预定值的表面粗糙度Ra。然而，在表面粗糙度Ra小于0.4nm的区域内，通过降低基板表面上的Ra而减小噪声不太有效。因此，还没有构想出对表面粗糙度Ra例如小于0.4nm的表面进行加工以进一步减小噪声的方法。
而通过这里所述的实施方式，可通过对基板表面进行加工以将倾角进一步减小到2.0度以下来减小由垂直磁性记录介质产生的噪声。
2.短周期的表面粗糙度Ra
基板表面的截面形状可通过由各种频率分量构成的波形总和表述。在这些频率分量中，由波长相对较长的频率分量构成的波形定义为长周期分量。由波长相对较短的频率分量构成的波形定义为短周期分量。长周期分量的粗糙度对倾角略有影响，而短周期分量的粗糙度对倾角影响很大。因此，可使用短周期分量的粗糙度代替倾角指标。
图6示出了基板的评价结果。在图6中，基板A是表面粗糙度Ra为0.37nm的典型的化学强化玻璃基板的样品。基板B是表面粗糙度Ra为0.3nm的传统的化学强化玻璃基板的样品。基板C是沿周向加工过的基板A的样品。基板D是沿周向加工过的基板B的样品。
图7是说明基板C和D的加工的立体图。待加工的基板1具有盘状形状。按照图7通过以下方式沿周向加工基板1，即：使基板1沿箭头所示的周向旋转，然后通过橡皮辊4沿P方向将浸有金刚石浆2的聚氨酯泡沫制成的带3压在基板1的表面上。这样，通过机械加工对基板1的表面抛光。
图6表示基板A至D的表面粗糙度Ra、倾角、短周期分量的表面粗糙度(Rasc)以及Ru中间层上的晶轴取向偏差，即图4和图5中的垂直磁性记录介质的XRD摇摆曲线的半值Δθ50的实际值。短周期分量包括周期在100nm以下范围内的表面粗糙度Ra、周期在50nm以下范围内的表面粗糙度Ra以及周期在20nm以下范围内的表面粗糙度Ra。
通过在AFM下在1μm×1μm见方的视野范围内观测基板表面而获得表面粗糙度Ra、倾角以及短周期分量的表面粗糙度(Ra)。表面粗糙度Ra是在AFM下在1μm×1μm见方的视野范围内3D图像的表面轮廓的平均表面粗糙度。通过以下方式导出倾角：1)从3D图像提取截面轮廓数据；2)对在3个任意连续点处提取的轮廓数据进行平均和平滑处理；以及3)然后利用平滑的平均数据以及倾角的以上表达式导出倾角。周期为50nm以下的表面粗糙度Ra是指通过以下方式获得的3D图像的表面粗糙度Ra：1)利用二维傅立叶变换将AFM的3D数据转换成2D数据；2)在X/Y方向上提取50nm以下的周期数据；以及3)将提取到的数据再转换成3D数据。该周期数据包括三种参数：X方向上的波长、Y方向上的波长以及功率谱密度。
如图6中所示，周期为100nm以下的表面粗糙度Ra(Ra100)以及周期为20nm以下的表面粗糙度(Ra20)都与倾角(即，噪声)没有相关性。然而，周期为50nm以下的表面粗糙度(Ra50)表明与倾角(即，噪声)的波动和表现具有相同趋势。因此，证实周期为50nm以下的表面粗糙度(Ra50)可用作倾角的替换指标。此外，通过使周期为50nm以下的表面粗糙度(Ra50)降低到0.15nm以下可以使倾角为2.0以下，从而减小噪声。
图8是一个实施方式中的磁性记录介质的剖视图。在该实施方式中，磁盘10为垂直磁性记录介质。磁盘10具有位于由化学强化玻璃制成的基板11上的以下层：1)由35nm厚的CoFe合金制成的软磁性底层12；2)由5nm厚的Ni合金制成的具有FCC结构的中间层13；3)由20nm厚的Ru制成的中间层14；4)由10nm厚的CoCrPt-TiO2合金制成的粒状氧化物层15，其中氧化物使磁粒分开；5)由10nm厚的CoCrPtB合金制成的磁性层16；6)由4nm厚的DLC制成的保护层17；以及1nm厚的润滑层18。其基板11的表面的倾角为2.0以下，或者其基板11的表面轮廓的周期为50nm以下的表面粗糙度(Ra50)为0.15nm以下。基板11的材料不限于化学强化玻璃，而是也可为其他非磁性材料。例如，基板11上可具有Al和NiP或者玻璃和金属。因此，基板11不限于单层结构，而是也可具有多层结构。此外，其他层12至18的厚度和材料以及磁性结构不限于以上所述。
而且，在基板11之上形成的由软磁性底层12、中间层13和14、粒状氧化物层15以及磁性层16构成的磁性记录结构不限于图8所示的结构，而是也可以为能够进行垂直磁性记录的其他磁性记录结构。
图9表示垂直磁性记录介质样品的特性。这里列出的样品为：1)未沿周向加工过的具有不同表面粗糙度的化学强化玻璃基板A和B；以及2)分别沿周向加工16秒、50秒和200秒的具有不同表面粗糙度的化学强化玻璃基板A和B。通过以下方式进行周向加工：1)使基板1沿周向旋转；以及2)通过橡皮辊4将浸有金刚石浆2的由聚氨酯泡沫制成的带3压在基板1的表面上。未沿周向加工的样品通过不产生表面摩擦的超声波(US)清洗(US样品)，或者通过超声波然后通过擦洗(SRB)清洗器清洗(US+SRB样品)。所用的擦洗清洗器为花王公司制造的CleanThrough KS3080。利用US和SRB清洗沿周向加工过的样品。基板A(样品No.1和2)未被周向加工。样品No.1(基板A)仅受到US清洗，样品No.2(基板A)受到US+SRB清洗。样品No.3至No.5(基板A)分别受到16秒、50秒和200秒的周向加工，并通过US清洗然后通过SRB清洗。样品No.6和No.7(基板B)未受到周向加工。样品No.6仅受到US清洗。样品No.7受到US清洗，之后受到SRB清洗。样品No.8至No.10(基板B)分别受到16秒、50秒和200秒的周向加工。
测量样品No.1至No.10的表面粗糙度Ra、倾角以及周期为50nm以下的表面粗糙度(Ra50)的实际测量值。通过在AFM下观察基板表面轮廓的1μm×1μm见方的视野范围来测量表面粗糙度Ra、倾角以及周期为50nm以下的表面粗糙度(Ra50)。表面粗糙度Ra是指在AFM下表面轮廓的1μm×1μm见方的视野范围的3D图像的平均表面粗糙度。倾角是指通过以下方式获得的值：从3D图像提取表面轮廓数据；对在3个连续点从轮廓数据任意提取的轮廓数据进行平均和平滑处理；然后借助于倾角的以上表达式利用所述数据计算出倾角。周期为50nm以下的表面粗糙度(Ra50)是指通过以下方式获得的3D图像的平均表面粗糙度：利用傅立叶变换对由AFM测量到的3D数据进行转换；在X/Y方向上从转换后的数据提取周期数据；并且将提取到的数据再转换成3D数据。
按照图8，在这些具有不同表面轮廓的化学强化玻璃基板11(样品No.1至No.10)上淀积有：1)由35nm厚的CoFe合金制成的软磁性底层12；2)由5nm厚的Ni合金制成的具有FCC结构的中间层13；3)由20nm厚的Ru制成的中间层14；4)由CoCrPt-TiO2制成的粒状氧化物层15，其中氧化物使磁粒分开；5)由10nm厚的CoCrPtB合金制成的磁性层16；6)由4nm厚的DLC制成的保护层17；以及7)1nm厚的润滑层18。导出XRD摇摆曲线的半值Δθ50作为这些基板表面轮廓以及晶体取向偏差的指标。导出VMM2L作为出错率的指标。利用用于垂直磁性记录介质的性能为130Gbits/in2的TMR磁头按照825Kbpi的记录密度评价VMM2L的实际测量值。
如图9所示，沿周向加工基板表面减小了倾角和周期为50nm以下的表面粗糙度(Ra50)。借助于这一减小，Δθ50的值减小，于是噪声和VMM2L的值减小，最终改善出错率。
通过该实施方式，可减小由记录层产生的噪声，从而可获得良好的出错率特性。因此，能够提供适于高记录密度的垂直磁性记录介质。
图10表示对图9所示的样品No.1至No.10的表面粗糙度(周期为100nm-20nm)的实际测量值的频率分析结果。图11表示相关系数R2的分析结果，其用于确定X轴方向上的周期在100nm以下至20nm以下范围内的表面粗糙度Ra、Y轴方向上的倾角以及Δθ50的实际测量值。图12表示就基于图10和图11所示的分析结果的倾角和Δθ50的值而言，相关系数R2和周期在100nm以下至20nm以下范围内的表面粗糙度Ra之间的关系。在图12中，用菱形标记表示的数据代表倾角，用方形标记表示的数据代表Δθ50的值。在图9中的相同条件下确定图10至12所示的实际值。
图13示出了倾角、Δθ50的值、VMM2L的值、表面粗糙度Ra以及周期在100nm以下至20nm以下范围内的表面粗糙度Ra之间的关系。利用用于垂直磁性记录介质的性能为130Gbits/in2的TMR磁头按照825Kbpi的记录密度评价VMM2L的实际值。根据图13，对于周期在83nm以下至30nm以下范围内产生的表面粗糙度，倾角的相关系数R2的值或者Δθ50的值为0.95以上，Δθ50的值实际上与倾角的相关系数相同。特别是，对于周期在59nm以下至40nm以下范围内产生的表面粗糙度，相关系数R2的值为0.99以上。这证实周期在这些范围内产生的表面粗糙度可用于代替倾角作为基板平坦度指标。也就是说，在对于周期在83nm以下至30nm以下范围内产生的表面粗糙度表面轮廓为0.15nm以下时(更优选的是，在对于周期在59nm以下至40nm以下范围内产生的表面粗糙度表面轮廓为0.15nm以下时)，该范围内的表面粗糙度Ra实际上与倾角的值相同，为2.0以下。
接下来参照图14和图15详细描述磁性存储设备的一个实施方式。图14是表示本发明一个实施方式中的磁性存储设备的一部分的剖视图。图15是表示根据本发明一个实施方式中的磁性存储设备的一部分的平面图。
如图14和图15所示，磁性存储设备具有位于壳体113中的马达114、毂115、多个磁性记录介质116、多个读写头117、多个悬架118、多个臂119以及致动器210。磁性记录介质116固定在通过马达114转动的毂115上。读写头117具有读取头和写入头。各个读写头117均通过悬架118附连至对应的臂119。臂119由致动器210操作。这种磁性存储设备的基本结构已经公知，因而省略其说明。
在该实施方式中，磁性存储设备的特征在于其磁性记录介质116。各个磁性记录介质116均具有在参照图2B和图3至13所述的实施方式中存在的结构。磁性记录介质116的数量不应认为限于三个。
磁性存储设备的结构不限于图14和图15中所示。此外，所述实施方式中所用的磁性记录介质不限于磁盘，而是还可为诸如磁带和磁卡之类的其他磁性记录介质。而且，所述磁性记录介质不必固定在壳体113中。其可以是可装载到壳体113中并可从壳体113卸载的便携式介质。
本发明不限于以上所述。可在本发明范围内以各种方式对本发明进行改变或改进。

Claims (19)

1、一种用于垂直磁性记录介质的基板，
其中所述基板由至少一种非磁性材料制成，并且
所述基板的表面轮廓曲线的倾角为2.0度以下，或者所述基板的周期在83nm以下至30nm以下范围内的表面粗糙度为0.15nm以下。
2、根据权利要求1所述的基板，其中：
所述基板的周期在59nm以下至40nm以下范围内的所述表面粗糙度为0.15nm以下。
3、根据权利要求1所述的基板，其中：
所述基板的周期在50nm以下范围内的所述表面粗糙度为0.15nm以下。
4、根据权利要求1所述的基板，其中：
所述基板的所述表面被沿轨道方向进行机械加工。
5、根据权利要求2所述的基板，其中：
所述基板的所述表面被沿轨道方向进行机械加工。
6、根据权利要求3所述的基板，其中：
所述基板的所述表面被沿轨道方向进行机械加工。
7、一种垂直磁性记录介质，该垂直磁性记录介质包括：
非磁性基板；以及
形成在所述基板的表面上的磁性记录结构，该磁性记录结构至少具有软磁性底层、中间层和磁性层，
其中，所述基板的表面轮廓曲线的倾角为2.0度以下，或者所述基板的周期在83nm以下至30nm以下范围内的表面粗糙度为0.15nm以下。
8、根据权利要求7所述的磁性记录介质，其中：
所述基板的周期在59nm以下至40nm以下范围内的所述表面粗糙度为0.15nm以下。
9、根据权利要求7所述的磁性记录介质，其中：
所述基板的周期在50nm以下范围内的所述表面粗糙度为0.15nm以下。
10、根据权利要求7所述的磁性记录介质，其中：
所述基板的所述表面被沿轨道方向进行机械加工。
11、根据权利要求8所述的磁性记录介质，其中：
所述基板的所述表面被沿轨道方向进行机械加工。
12、根据权利要求9所述的磁性记录介质，其中：
所述基板的所述表面被沿轨道方向进行机械加工。
13、一种垂直磁性记录介质的制造方法，该制造方法包括：
沿轨道方向对由非磁性材料制成的基板的表面进行机械加工；
在所述机械加工之后清洗所述基板的表面；以及
在所述基板的所述表面上形成磁性记录结构，所述磁性记录结构至少具有软磁性底层、内层以及磁性层，其中：
所述基板的表面轮廓曲线的倾角为2.0度以下，或者所述基板的周期在83nm以下至30nm以下范围内的表面粗糙度为0.15nm以下。
14、根据权利要求13所述的磁性记录介质的制造方法，其中：
所述基板的周期在59nm以下至40nm以下范围内的所述表面粗糙度为0.15nm以下。
15、根据权利要求13所述的磁性记录介质的制造方法，其中：
所述基板的周期在50nm以下范围内的所述表面粗糙度为0.15nm以下。
16、一种磁性存储设备，该磁性存储设备包括：
磁性记录介质；
用于将数据写到所述磁性记录介质上的磁性写入头；
用于读取记录到所述磁性记录介质上的数据的磁性读取头；
附连到所述磁性写入头/读取头的柔性悬架，其具有柔性；以及
固定所述悬架的一端的致动器臂，该致动器臂柔性枢转，
其中所述垂直磁性记录介质具有非磁性基板以及磁性记录结构，所述磁性记录结构至少具有形成在所述基板之上的软磁性底层、中间层和磁性层，并且
所述基板的表面轮廓曲线的倾角为2.0度以下，或者所述基板的周期在83nm以下至30nm以下范围内的表面粗糙度为0.15nm以下。
17、根据权利要求16所述的磁性存储设备，其中：
所述基板的周期在59nm以下至40nm以下范围内的所述表面粗糙度为0.15nm以下。
18、根据权利要求16所述的磁性存储设备，其中：
所述基板的所述表面被沿轨道方向进行机械加工。
19、根据权利要求17所述的磁性存储设备，其中：
所述基板的所述表面被沿轨道方向进行机械加工。
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