CN1841514A - 离散磁道介质及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种离散磁道介质，其具有非磁性基板，和设置在非磁性基板上并包括含记录磁道的数据区域和含前导区、地址区和分帧区的伺服区域的磁性记录层，该数据区域和伺服区域包括形成突起的铁磁性层图案和填充在铁磁性层图案之间的凹口中的非磁性材料，其中填充在数据区域的凹口中的非磁性材料的高度低于填充到分帧区凹口中的非磁性材料的高度。

Description

离散磁道介质及其制造方法

                         相关申请交叉引用

本申请基于2005年3月30日提交的在先日本专利No.2005-097971，并要求对其的优先权利益，该在先申请的所有内容经引用结合在本文中。

                              技术领域

本发明涉及允许磁头适当飞行(fly)且可在其上实现高密度磁记录的离散磁道介质，以及制造这种离散磁道介质的方法。

                              背景技术

近年来，硬盘驱动器(HDD)提高的磁道密度已经导致相邻磁道之间产生干涉的不利结果。尤其是，降低来自磁头的磁场边缘效应已经成为一个重要的技术目标。

为了解决这个问题，期望能有效使用具有物理上分离的记录磁道的离散磁道记录介质(DTR介质)。该DTR介质可以抑制相邻磁道上的信息在记录期间被消除的侧删除现象以及相邻磁道上的信息在复制期间被读取的侧读取现象(side-read phenomenon)。因而，DTR介质被期望能大幅度提高磁道密度从而实现高密度记录(见图1，日本专利申请KOKAI公告号7-85406)。

作为磁层处理结果，DTR介质在其表面上形成有突起和凹口。这很难让磁头平稳飞过带有突起和凹口的介质表面。因而，有提出过一种包括用SiO₂通过偏压溅镀(sputter)填充凹口并去除过多SiO₂从而让表面平坦的方法(见IEEE通讯杂志，第40卷，第4期，2510页(2004))。

必须降低磁头的飞行高度从而获得高密度记录。磁头的飞行高度和介质的线速度平方成比例。因此，飞行高度在圆盘的外周部分和内周部分上存在差异。为了解决这个问题，提出过一种包括在介质表面形成纹理从而利用纹理的突起和凹口控制磁头飞行高度的方法，因而在整个磁盘表面上都获得了相同的飞行高度(见图6，日本专利申请KOKAI公告号4-113515)。

如上所述，DTR介质减小了记录磁道之间的距离。因而DTR介质对高密度记录是有效的。然而，DTR介质仅对减小记录磁道之间的距离有效，而且仅能提高磁道横跨(cross-track)方向上的密度。另一方面，提高磁道下行(down-track)方向上记录密度的唯一方式是提高介质在处理前的特性。一种能够进行高密度记录的优选介质是垂直磁记录薄膜，它具有很高的矫顽磁性，能避免和记录位尺寸减小相关联的热波动。然而，由于磁头产生的磁场是有限的，很难在垂直磁记录系统中将数据记录到很高矫顽磁性的介质上。

因而，可以在降低的磁头飞行高度，即减小的磁间距的情况下实现记录。然而，磁头飞行高度的降低会增加磁头接触介质的频率。这会降低磁记录装置(HDD)的可靠性。当磁头在读取伺服信号尤其是用以控制磁头位置所必须的色同步信号的操作时会接触介质，导致追踪难以完成，限制了HDD的功能。因而，希望DTR介质满足磁头在数据区域的飞行高度较小，而在伺服区域尤其是分帧区(burst zone)的飞行高度较大。

                                发明内容

一种根据本发明一个方面的离散磁道介质，包括：非磁性基板；以及设置在非磁性基板上并包括数据区域和伺服区域的磁性记录层，该数据区域包括记录磁道，该伺服区域包括前导区、地址区和分帧区，该数据区域和伺服区域包括形成突起的铁磁性层的图案和填充铁磁性层的图案之间凹口的非磁性材料，其中填充到数据区域中凹口的非磁性材料的高度低于填充到分帧区凹口中的非磁性材料的高度。

一种根据本发明另一方面的制造离散磁道介质的方法，包括：在非磁性基板上形成铁磁性层和保护层；施加抗蚀涂层到保护层；在抗蚀涂层上压印模子，该模子具有与记录磁道、前导区、地址区和分帧区相对应的突起和凹口的图案，从而将该图案转印到抗蚀涂层上；执行干刻蚀，从而有选择地去除突起和凹口的图案已被转印到其上的抗蚀涂层中的凹口的底部；以形成图案的抗蚀涂层作为掩膜使用离子束蚀刻保护层和铁磁性层；执行溅镀，以已形成图案的抗蚀涂层留在保护层上的方式将非磁性材料填充到铁磁性层图案之间的凹口中；以及执行回蚀(etchback)以减小非磁性材料的厚度。

                               附图说明

图1是根据本发明一个实施方式的离散磁道介质的磁记录层的平面图；

图2A和2B是根据本发明一个实施方式的离散磁道介质的截面图，显示了非磁性材料在数据区域和分帧区之间的高度差；

图3A和3B是根据本发明另一实施方式的离散磁道介质的截面图，显示了非磁性材料在数据区域和分帧区之间的高度差；

图4A和4B是根据本发明还有另一实施方式的离散磁道介质的截面图，显示了非磁性材料在数据区域和分帧区之间的高度差；

图5A是根据本发明一个实施方式的离散磁道介质的立体图，显示了数据区域中铁磁性层和非磁性材料之间的面积比；

图5B是显示分帧区中铁磁性层和非磁性材料的面积比的立体图；

图5C和5D是显示数据区域和分帧区之间的非磁性材料的高度差；

图6A、6B、6C、6D、6E、6F、6G和6H是显示根据本发明一个实施方式的制造离散磁道介质的方法的截面图；

图7A和7B是显示当采用湿处理将突起和凹口用SOG覆盖时可能出现的问题；

图8是根据本发明另一实施方式的磁记录设备的立体图；

图9是根据实施例2制造的离散磁道介质的平面图；以及

图10A和10B是根据实施例2的离散磁道介质的截面图，显示了数据区域的不平坦表面和数据区域之外区域的平坦表面。

                              具体实施方式

以下将参照附图描述本发明的实施方式。

图1显示了根据本发明的一个实施方式的离散磁道介质中磁记录层的平面图。如图1所示，磁记录层包括一个包含记录磁道11的数据区域10，和一个包含前导区(preamble zone)21、地址区22和分帧区(burst zone)23的伺服区域20。这些区包括形成为突起的铁磁性层的图案和填充到铁磁性层图案之间的凹口的非磁性材料。因而，相邻记录磁道被非磁性材料在物理上互相分离。在本发明的实施方式中，填充到数据区域10凹口中的非磁性材料的高度比填充到分帧区23的凹口中的非磁性材料的高度的低。

下面参照图2A、2B、3A、4A和4B中的截面图对数据区域10和分帧区23之间非磁性材料的高度差加以具体描述。图2A、3A和4A显示了数据区域的横截面图，图2B、3B和4B显示了分帧区的横截面图。所有这些图都显示了铁磁性层2的图案被形成在非磁性基板1上，且非磁性材料3被填充在铁磁性层2图案之间的凹口中。这些图进一步显示了形成在铁磁性层2和非磁性材料3表面上的碳保护薄膜。

在图2B显示的分帧区中，铁磁性层2和非磁性材料3的表面的高度相同。然而，在图2A所示的数据区域10中，非磁性材料3比铁磁性材料2更低。因而，非磁性材料3在数据区域10中的的高度比在分帧区23中的更低。

在图3A所示的数据区域10中，铁磁性层2和非磁性材料3的表面具有相同的高度。然而，在图3B所示的分帧区10中，非磁性材料3高于铁磁性层2。因而，非磁性材料3在数据区域10中的高度比在分帧区23中的低。

在图4A所示的数据区域和图4B所示的分帧区23中，非磁性材料3都比铁磁性层2低。然而，非磁性材料3在数据区域10中的高度比在分帧区23中的低。

这样，当填充在数据区域10凹口中的非磁性材料3的高度低于分帧区23中的高度时，磁头在数据区域10中的飞行高度得以降低从而利于对高矫顽磁性介质的写操作。另一方面，在分帧区23中，磁头的飞行高度得以提高从而减少磁头碰撞的可能性，因而提高了可靠性。

这里，由于伺服数据物理上形成为突起，因而它足够使突起在一个方向上磁化从而获得伺服信号。也就是说，伺服信号不由磁头写入，因此，不必降低磁头在伺服区域23中的飞行高度。

在根据本实施方式的离散磁道介质中，填充在数据区域凹口中的非磁性材料的高度与填充在分帧区凹口中的非磁性材料的高度之差b和铁磁性层的图案之间的凹口高度a优选满足等式：0＜b≤a/12。原因将会在下面解释。

数据区域被设计为使读取信号的信噪比(SNR)最大化。例如，如图5A所示，磁道宽度对凹槽宽度的最小比值设为2比1。当凹槽宽度被提高而超过上述比值时，与记录磁道对应的铁磁性层的体积将减少。这降低了读取信号的SNR，更进一步，如图5B所示，分帧区被设计成单位面积上铁磁性层2对非磁性材料3的面积比为3比1。分帧区降低铁磁性层在分帧区中的面积比将会阻止伺服信号SNR的提高。

根据上面的设计，非磁性材料对铁磁性层的最大面积比在数据区域是1/3，在分帧区是1/4。如果非磁性材料被填充到铁磁性层的图案之间的深度为a的凹口中，且该铁磁性层所在区被设计为非磁性材料和铁磁性层具有这种面积比，那么非磁性材料的填充高度与非磁性材料和铁磁性层的面积比成反比。因而，非磁性材料在如图5D所示的分帧区中和在如图5C所示的数据区域中的最大高度差b是b＝a/12。因此，DTR介质被设计为满足特定关系0＜b≤a/12，从而读取信号和伺服信号都能取得良好的SNR。

在根据本发明实施方式的离散磁道介质中，填充在分帧区23的凹口中和数据区域23的凹口中的非磁性材料3的高度差值b优选为15nm或更小。具体理由将在下面解释。

由于飞行高度改变的程度一致随着非磁性材料在分帧区和数据区域之间的高度差b的增大而增加，所以较大的差值b能降低磁头碰撞的可能性。然而，飞行高度过分显著的变化导致磁头悬架难以吸收这种变化，从而导致磁头本身的振动。磁头的振动成为噪声源，降低了读取信号的SNR，这不是可取的。当非磁性材料的高度差b等于或小于15nm时，则能够防止磁头振动。

在根据本发明实施方式的离散磁道介质中，优选使用SiO₂或者碳(C)作为填充铁磁性层图案之间的凹口的非磁性填充剂。在制造DTR介质时，可使用的一种方法是，包括：在基板上沉积铁磁性层和其他层、在铁磁性层上施涂抗蚀涂层、在抗蚀涂层上压印模子从而转印突起和凹口的图案。在这种情况下，抗蚀涂层的选择是非常重要的。一般而言，可方便地使用酚醛清漆基光致抗蚀剂(例如Shipley公司的S1801)。然而，酚醛清漆基光致抗蚀剂在压印步骤中不能提供很好的转印性能。当SOG(旋涂式玻璃)被用作抗蚀涂层时，SOG显示出很好的转印性能并有助于形成矩形图案。因而，DTR介质适合使用SOG经过压印步骤制造。压印步骤之后，使用转印有突起和凹口图案的SOG作为掩膜对铁磁性层进行蚀刻。在这种情况下，SOG留在铁磁性层上作为掩膜残留物。

如果使用酚醛清漆基光致抗蚀剂，那么掩膜残留物使用氧气通过RIE(反应性离子蚀刻)被剥离。然而，已经知道，在这个步骤期间，铁磁性层的顶部遭受了蚀刻损害。

这里，如果SiO₂作为非磁性填充剂填充到磁性层图案之间凹口中，那么作为在先技术，填充步骤可以在不执行掩膜剥离步骤的情况下完成，因为掩膜残留物的SOG实质上和非磁性填充剂的SiO₂是一样的。因而，将SiO₂作为非磁性填充剂使用消除了剥离掩膜残留物步骤的需要。它可以减少制造步骤所需的时间，这大大减少了成本和制造时间。它也可以大大抑制对铁磁性层顶部的损害。使用C(碳)取代SiO₂作为非磁性填充剂可以产生类似的效果。

现在，参照图6A、6B、6C、6D、6E、6F、6G和6H简要描述根据本发明一个实施方式的制造离散磁道介质的方法。

在基板1上沉积垂直各向异性的铁磁性层2和碳保护层4基板(图6A)。在碳保护层4上施涂SOG5。将模子50上形成有突起和凹口的图案的一面与SOG5相对放置(图6B)。执行压印，将模子50上的突起和凹口的图案转印给SOG5(图6C)。使用SF₆或者CF₄执行反应性离子蚀刻(RIE)，将SOG5从凹口底部除去(图6D)。使用Ar进行离子研磨，从而蚀刻碳保护层4和铁磁性层2(图6E)。通过溅镀沉积作为非磁性材料3的SiO₂(图6F)。执行回蚀直到碳保护层4暴露出来，从而减小非磁性材料3的厚度(图6G)。再次沉积碳保护层4(图6H)。

如上所述，根据本发明一个实施方式的制造DTR介质的方法，在图6F所示的步骤中，通过溅镀将凹口用非磁性材料填充。在要求的溅镀中可施加一个偏压给基板。当被溅镀的SiO₂沉积而填满凹口时，填充量基于图案密度的不同而变化。例如，如果非磁性材料对铁磁性材料的面积比如上述那样，在数据区域中被设计为1/3，在分帧区中为1/4，那么当SiO₂通过溅镀被沉积时，非磁性材料(凹口)面积相对较大的数据区域的填充厚度比分帧区的小，因为单位面积上沉积了相同体积的SiO₂。随后，可以通过执行回蚀步骤以减小非磁性材料的厚度，从而制造本发明的DTR介质。为了调整分帧区和数据区域中非磁性材料的高度差b，可以控制图案的密度。

相反，如果通过湿处理用SOG5填充凹口，那么表面张力和回流效果将作用在SOG5的表面，从而在整个圆盘表面上形成平坦表面，如图7A和7B所示。因此，使用SOG5的湿处理使得填充结构不会像根据本发明实施方式的DTR介质那样因区域而变化。

下面将描述根据本发明实施方式的用于离散磁道介质的材料。

(基板)

基板可以是，例如，玻璃基板、铝合金基板、陶瓷基板、碳基板、表面具有氧化物的单晶硅基板以及那些涂覆有诸如NiP的电镀层的基板。玻璃基板可以由非晶态玻璃或者晶态玻璃制成。非晶态玻璃包括普遍使用的纳钙玻璃和铝硅玻璃。晶态玻璃包括锂基晶态玻璃。陶瓷基板包括主要由氧化铝、氮化铝或者氮化硅形成的烧结体，或者是通过将烧结体纤维加固所获得的材料。

注意，下面仅描述溅镀作为在基板上沉积薄膜的方法。然而，当使用真空溅射或者电镀时，可以获得与溅镀相似的效果。

(软垫层)

软垫层(SUL)被设置为从如单极头的磁头通过记录场从而磁化其中的垂直记录层，并使记录场回到位于记录磁极附近的旁轭(return yoke)。也就是说，软垫层提供了一部分写磁头的功能，用于给记录层施加一个陡峭的垂直磁场，从而提高记录和复写的效率。

软垫层可以由包含铁、镍、钴中至少一种的材料制成。这些材料包括诸如FeCo和FeCoV的FeCo合金，诸如FeNi、FeNiMo、FeNiCr和FeNiSi的FeNi合金，诸如FeAl、FeAlSi、FeAlSiCr、FeAlSiTiRu和FeAlO的FeAl合金和FeSi合金、诸如FeTa、FeTaC和FeTaN的FeTa合金，以及诸如FeZrN的FeZr合金。

软垫层可以由具有微晶结构或者颗粒结构的材料制成，这种材料包含分散在诸如FeAlO、FeMgO、FeTaN和FeZrN的基质中的微粒，其每种都包含60％或者更多的Fe。

软垫层可以由其他材料制成，如含有Co和Zr、Hf、 Nb、Ta、Ti和Y中至少一种的Co合金。该材料优选包含80％或更多的Co。当Co合金通过溅镀沉积时，可以很容易形成非晶态层。由于非晶态软磁材料不具有磁晶各向异性、晶体缺陷和晶界而表现出极好的软磁性。非晶态软磁材料的使用可以减少介质的噪声。优选的非晶态软磁材料包括例如CoZr-基、CoZrNb-基和CoZrTa-基合金。

软垫层的下面还可设置其它垫层，从而提高软垫层的结晶性和对基板的粘着力。用于垫层的材料包括Ti、Ta、W、Cr、Pt及其合金，以及包含上述金属的氧化物和氮化物。在软垫层和记录层之间还可以设置中间层。中间层用于打破软垫层和记录层之间的交互耦反应，并且控制记录层的结晶性。用于中间层的材料包括Ru、Pt、Pd、W、Ti、Ta、Cr、Si及其合金，以及包含上述金属的氧化物和氮化物。为了防止尖峰噪声，软垫层可以被分割为用厚度为0.5到1.5nm的Ru层反铁磁性地互相耦合而将其夹在中间的多层。或者，软垫层可以和由面内各向异性的硬磁层如CoCrPt、SmCo和FePt制成的旋涂层或由IrMn和PtMn制成的反铁磁性层交互耦合。在这种情况下，为了控制交互耦合力，可以在Ru层的上面或下面设置如Co的磁性层或如Pt的非磁性层。

从控制结晶性或微观结构的角度出发，软垫层的微观结构优选类似于铁磁性层。然而，在软垫层的磁性能被认为非常重要的情况下，其微观结构可以有意制成和铁磁性层不同。例如，可以使用非晶体的软垫层和结晶的铁磁性层的组合或者两层的结晶性和上面相反的组合。软垫层可以是所谓的粒状结构，其中软磁性材料的微粒呈现在非磁基质中。同样，软垫层可以由延迟磁性的多层，如软磁层和非磁性层的多层构成。

需要注意的是，除了写操作之外，软垫层的磁各向异性的方向可以是垂直方向、面内圆周方向或者面内径向方向中任一方向。软垫层可以具有这样的矫顽磁性，在写操作中，磁化方向(旋转方向)随着单极磁头而变化，且可以形成闭合磁回路。软垫层的矫顽磁性优选是几kOe或更小，更优选的是1kOe或更小，进一步优选的是50Oe或更小。

(垂直磁记录层)

垂直磁记录层优选的是由一种材料制成，这种材料主要包含Co、至少包含Pt、根据需要包含Cr，且进一步包含氧化物。尤其适合的氧化物是氧化硅和氧化钛。垂直记录层优选具有一种结构，其中磁颗粒，即磁性晶体颗粒分散在层中。磁颗粒优选具有贯穿垂直记录层的柱状构型。这种结构提高了磁颗粒在垂直记录层中的方向性和结晶性，可以提供适用于高密度记录的信噪比(SNR)。

氧化物的含量对于获得上述结构是非常重要的。氧化物含量对Co、Pt和Cr的总重量优选是等于或者大于3mol％且等于或者小于12mol％，更优选的是大于等于5mol％且小于等于10mol％。如果垂直记录层的氧化物含量在上述范围内，氧化物沉积在磁颗粒周围，可以隔离磁颗粒并且减小它们的尺寸。如果氧化物含量在上述范围之上，那么氧化物留在磁颗粒中，降低了方向性和结晶性。此外，氧化物沉积在磁颗粒的上面或者下面，阻止了形成贯穿垂直记录层的柱状结构。另一方面，如果氧化物含量在上述范围之下，那么磁颗粒的隔离效果以及它们尺寸的减小都是不充分的。这增加了复写中的介质噪声，且不能获得适用于高密度记录的SNR。

垂直记录层中的Cr含量优选的是等于或高于0％且等于或小于16％。当Cr含量在上述范围内时，可以在不过度减小磁颗粒的单轴磁畴各向异性常数Ku的情况下维持高磁性。这带来了适用于高密度记录的读/写特性和足够的热波动特性。如果Cr含量超过上述范围，磁颗粒的Ku减少，使热波动特性和磁颗粒的结晶性和方向性变差。结果是读/写特性可能变差。

垂直记录层的Pt含量优选的是等于或高于10％且等于或小于25％。当Pt含量在上述范围内时，垂直记录层具有符合要求的单轴磁畴各向异性常数Ku。此外，磁颗粒表现出很好的结晶性和方向性，导致适用于高密度记录的热波动特性和读/写特性。如果Pt含量超过上述范围，磁颗粒中可能会形成fcc结构层，从而降低结晶性和方向性。另一方面，如果Pt含量小于上述范围，那么不能获得能够提供适用于高密度记录的热波动特性的Ku。

除了含有Co、Pt、Cr和氧化物，垂直记录层还可以含有从B、Ta、Mo、Cu、Nd、W、Nb、Sm、Tb、Ru和Re构成的组中选出的一种或几种额外的元素。这些额外元素有助于磁颗粒尺寸的降低或提高结晶性和方向性。这进而提供更适用于高密度记录的读/写特性和热波动特性。这些额外元素的总含量优选为8％或者更少。如果总含量超过8％，那么磁颗粒中会形成除hcp相之外的相。这降低了磁颗粒的结晶性和方向性，且不能提供适用于高密度记录的读/写特性和热波动特性。

用于垂直记录层的其他材料包括，CoPt合金、CoCr合金、CoPtCr合金、CoPtO、CoPtCrO、CoPtSi和CoPtCrSi。垂直记录层可以由一种多层薄膜制成，它包含Co薄膜和主要包括从Pt、Pd、Rh和Ru组成的组中所选出的一种元素的合金薄膜。垂直记录层可以由诸如CoCr/PtCr、CoB/PdB和CoO/RhO的多层薄膜构成，它们是通过在上述多层薄膜的每一层上添加Cr、B或O而制取的。

垂直记录层的厚度优选在5nm到60nm的范围内，更优选的是在10nm到40nm的范围内。具有上述范围内厚度的垂直记录层适用于高密度记录。如果垂直记录层的厚度小于5nm，那么读输出变得太低使得噪声成分变得相对太高。另一方面，如果垂直记录层的厚度超过40nm，那么读输出变得太高，使波形失真。垂直记录层的矫顽磁性优选是237,000A/m(3000Oe)或更高。如果矫顽磁性低于237,000A/m(3000Oe)，热波动允差可能降低。垂直记录层的垂直度优选为0.8或更大。如果垂直记录层的垂直度低于0.8，热波动允差趋向于降低。只要主磁各向异性组分是垂直组分，那么垂直记录层就可能包括面内磁各向异性组分。

垂直记录层优选是由磁颗粒和夹在其中的非磁性材料所组成的合成材料制成，因为这种结构能让使用磁颗粒的高密度记录作为反向单元。然而，在数据区域形成图案的情况下，非磁性材料的存在不总是必需的。同样，在这种情况下，垂直记录层可以由连续非晶态磁性材料制成，如稀土-过渡金属合金。

(保护层)

保护层用来防止垂直记录层被腐蚀并防止磁头接触介质时破坏介质表面。用于保护层的材料包括例如C、SiO₂和ZrO₂。保护层优选具有1到10nm的厚度。当保护层的厚度在上述范围内时，磁头和介质之间的距离可以被减小，这适用于高密度记录。碳可以分为sp²碳(石墨)和sp³碳(金刚石)。Sp³碳在耐用性和防腐性方面更好，但表面光滑度不如石墨。通常，碳通过石墨靶溅射而沉积。这种方法形成的是无定形碳，其中混合有sp²碳(石墨)和sp³碳(金刚石)。含有高比率的sp³碳的无定形碳称为类金刚石碳(DLC)。DLC表现出极好的耐用性和防腐性，且表面光滑度也非常好，因为它是无定形的。在化学汽相淀积(CVD)中，DLC通过在等离子区中激发和分解原料气体并使分解物发生反应而生成，从而制备更富含sp³碳的DLC。

现在更具体地描述使离散磁道介质形成图案的方法的实施例。

<模子的制造>

首先，制备用作图案原型的母板。基板用感光树脂涂敷硅基板，接着用电子束照射感光树脂从而形成潜像。使潜像显影以形成突起和凹口的图案。图案是用电子束平板印刷设备形成的，该设备包括用电子束以预定时间照射基板上的感光树脂的信号源，和基板与信号源高精确同步移动的平台。

以常规的溅镀法将镍导电薄膜沉积在准备好的抗蚀母板上。接着，通过电镀在导电薄膜上形成厚度约为300μm的镍电镀薄膜。电镀中可使用例如Showa化学工业有限公司的高浓度氨基磺酸镍电镀液(NS-160)。电镀条件如下：

氨基磺酸镍：600g/L，

硼酸：40g/L，

表面活性剂(月桂基硫酸钠)：0.15g/L，

液体温度：55℃

pH：3.8到4.0，以及

电流密度：20A/dm²

在这之后，将电镀薄膜从抗蚀母板上剥离，因而得到包含导电薄膜、电镀薄膜和抗蚀涂层残留物的模子。接着，通过氧等离子灰化(plasma ashing)除去抗蚀涂层残留物。例如，往腔室中以100mL/min的速率引入氧气，调整内压到4Pa，以100W功率进行10分钟的氧等离子灰化。

得到的公模本身可以被用作压印模子。然而，以下面的方式在公板上反复进行前述的电镀过程以复制大量的模子。首先，执行类似于去除抗蚀涂层残留物步骤的氧等离子体灰化，从而在公模表面上形成氧化物钝化薄膜。氧气以100mL/min引入到腔室中并调节内压到4Pa，公模在200W下处理3分钟。之后，以上述相同方式电镀形成镍电镀薄膜。接着，将电镀薄膜从公板上剥离，从而得到和公模相反的母模。重复进行从公模形成母模的操作，得到10个或更多具有相同形状的母模。

此后，以类似于从公模获得母模的这些过程，在母模表面上形成氧化物钝化薄膜，在母模表面上形成电镀薄膜，接着剥下电镀薄膜得到子模，它具有和公模相同图案的突起和凹口。

<压印>

(子)模子在丙酮超声波清洗5分钟。接着，将模子浸入作为氟基脱模剂的溶液中，该溶液是用乙醇将氯基含氟树脂硅烷偶联剂，即氟代烷基硅烷[CF₃(CF₂)₇CH₂CH₂Si(OMe)₃](由GE东芝硅树脂公司制造的TSL8233)稀释至2％得到的。接着，溶液在鼓风机下鼓风，模子在氮气氛中以120℃退火1小时。

另一方面，磁盘被旋转涂覆以SOG(旋涂式玻璃)作为抗蚀涂层。根据硅氧烷的化学结构，SOGs可分为二氧化硅玻璃、烷基硅氧烷聚合物、烷基硅倍半氧烷(alkylsilsesquioxane)聚合物(MSQ)、加氢硅倍半氧烷(silsesquioxane)聚合物(HSQ)、加氢烷基硅氧烷聚合物(HOSP)等等。例如，用5倍份甲基·异丁基甲酮(MIBK)稀释东京Ohka Kogyo有限公司的T-7和道康宁(Dow Corning)公司的FOX得到的溶液用作SOG。在应用SOG之后，将磁盘放入烘箱在100℃下预烘焙20分钟以蒸发溶剂，因而使SOG保持合适的硬度。

接着，将其上形成有记录磁道和伺服区域图案的模子以450bar压印在磁盘上的抗蚀涂层(SOG)上并持续60秒，从而将图案转印到抗蚀涂层上。

<介质蚀刻>

为了除去磁盘上凹口底部的SOG抗蚀涂层残留物，使用SF₆气体进行RIE。氟基气体如CF₄、CHF₃和C₂F₆等碳氟化合物可以用来替代SF₆。然而使用碳氟化合物进行RIE的一个缺点是可能产生含特氟隆的再沉积产物(CF₂聚合产物)。优选使用SF₆进行RIE是因为不产生再沉积产物。为了在不让通过压印形成的SOG抗蚀涂层的凹口结构变形的情况下去除SOG抗蚀涂层残留物，优选在低压和低温的条件下执行RIE。例如，在下面条件下去除抗蚀涂层残留物：功率100W、腔压2mTorr，以及150℃的处理温度。

接下来，通过氩离子研磨蚀刻磁盘。为了避免破坏铁磁性记录层，离子研磨优选在低压和低电流条件下进行。例如，在下面条件下处理磁薄膜：2.5×10^-4Torr的腔压，400V的加速电压，以及40mA的电流。在这种情况下，通过改变离子的入射角为30°和70°进行蚀刻以抑制再沉积。

<凹口的填充>

用溅镀沉积的SiO₂或碳来填充凹口，从而使得被处理DTR介质的表面平整。这时，可在基板上施加RF偏压基板。例如，使用偏压溅镀在下面条件下沉积SiO₂到100nm厚度：100W的基板偏压、500W的靶电压、和0.2Pa的溅镀压力。然而，用偏压溅镀沉积SiO₂可能因灰尘的存在而导致表面平整度降低。在使用基板不施加基板偏压的常规溅镀沉积SiO₂的情况下，尽管需要以很大厚度沉积SiO₂从而获得平整表面，但可以避免产生灰尘，。在碳被用作非磁性填充剂的情况下，碳可以通过偏压溅镀或者常规溅镀被沉积，因为灰尘产生的问题是不相关的。

随后，通过氩离子研磨执行回蚀。可以使用氟基气体通过RIE执行回蚀。然而，不优选使用氟基气体进行RIE，因为在铁磁性层表面被暴露的过度蚀刻阶段，仅有用作填充剂的SiO₂被蚀刻。因此，优选的是使用能蚀刻任何材料的氩离子研磨。例如，在下面条件下执行蚀刻：2.5×10^-4Torr的腔压，400V的加速电压，和40mA的电流。

(磁记录设备)

图8是根据本发明另一实施方式的磁记录设备的立体图。磁盘设备包括磁盘101、构成为磁头的滑动触头103、磁头悬挂组件(悬挂104和吊臂105)，制动器106、和电路板，所有这些部件都设置在底盘内部。

将磁盘101安装在主轴电动机102上并受其驱动旋转。各种数字数据用垂直磁记录系统被记录到磁盘101。磁头具有所谓的集成型，包括具有单磁极结构的写磁头和具有设置在共用滑动触头103上构造出的屏蔽(shield)之间的GTR膜或TMR膜的读磁头。

磁头悬挂组件支撑磁头与磁盘101的记录表面相对。制动器106使用音圈电机(VCM)经由磁头悬挂组件将磁头101放置在磁盘101上的任意径向位置上。电路板包括磁头IC，其产生制动器106的驱动信号和用于控制磁头执行读和写操作的控制信号。

                               实施例

(实施例1)

通过电子束照射形成带有100个区段的记录磁道和伺服区域的盘片模子。模子设计为使得铁磁性层对非磁性材料的面积比在数据区域是3比1，在分帧区是4比1。模子被用于制造根据图6A到6H所示的方法的离散磁道介质，如下面所述。

在玻璃基板上形成厚度约200nm的CoZrNb的软磁层。通过溅镀沉积厚度约20nm的用于方向控制的Ru垫层。然后沉积厚度约20nm的由添加有SiO₂的CoCrPt合金制成的铁磁性层。为了防止自然氧化，在铁磁性层的表面上沉积厚度约4nm的碳保护层。确定介质基于克尔(Kerr)磁滞回线的矫顽磁性为5kOe。形成厚度约100nm的SOG保护层。模子被用于执行压印从而形成图案。使用SF₆进行RIE将凹口底部的压印残留物除去。铁磁性层通过氩离子研磨被蚀刻。沉积厚约200nm的SiO₂从而填充凹口。接着，SiO₂通过氩离子研磨被回蚀。接着，通过CVD形成厚度约4nm的碳保护薄膜。接着，在碳保护薄膜上施涂润滑剂。

从而制造出如图2A和2B所示的DTR介质。切面TEM测量显示铁磁性层和非磁性材料(SiO₂)在分帧区具有相同的高度，但是在数据区域非磁性材料(SiO₂)比铁磁性材料低1.5nm。也就是说，填充在分帧区和数据区域中凹口的SiO₂的高度差b是1.5nm。差值b小于铁磁性层厚度20nm的1/12。将DTR介质装入如图8所示的驱动器中。接着，在13nm的飞行高度和4,200rpm的转速度条件下使用飞行磁头执行读/写(R/W)评估。对所有在磁道下行方向上5μm以内的铁磁性层经过带直流消磁，从而在一个方向上使伺服图案磁化。在100MHz下执行写操作，接着测量BER(误码率)。结果是，BER是10^-6，这表示每10⁶次读和写操作出现一次错误。因此，设备具有足够的可靠性。

(对照例1)

使用常规制造方法制造离散磁道介质。也就是说，在用非磁性材料填充铁磁性层图案之间凹口的步骤中采用的是SOG湿处理填充。因而，制造出铁磁性层和填充入凹口的非磁性材料的高度在整个磁盘表面上都相同的DTR介质。将DTR介质安装进驱动器，进行类似于实施例1的评估。结果是，BER为10^-4。这主要归结于下列原因。由于铁磁性层和非磁性材料具有相同高度，不得不提高磁头的飞行高度以避免磁头接触分帧区。因此，磁头不能以5kOe的高矫顽磁性合适地将数据写入铁磁性层。

通过比较实施例1和对照例1可以看到，当填充到数据区域中凹口的非磁性材料比填充到分帧区的低时，可改变磁头的跳越高度，从而能充分以5kOe的高矫顽磁性介质记录，因而达到足够的可靠性。

(对照例2)

使用磁道宽度和凹槽宽度比是1比1的模子，换句话说，在数据区域中非磁性材料和铁磁性层的面积比设计为比实施例1中的大。除上述条件外，使用类似于实施例1中的方法制造DTR介质。切面TEM测量表明，铁磁性层和填充在凹口中的非磁性材料在分帧区具有相同的高度，但是填充在数据区域中凹口中的非磁性材料在比铁磁性层低5nm。在100MHz下执行写操作，接着测量BER。结果是，BER为10^-4。这可能是因为磁道宽度和凹槽宽度的比例被设置为1比1，这降低了铁磁性的体积从而降低了读信号的SNR。这些结果表明，非磁性材料在分帧区和数据区域之间的高度差b大不是总能带来好的性能，而是必须在0＜b≤a/12的范围内，它要考虑整体性能而确定。

(例2)

进行下述实验以检验如果分帧区和数据区域之间的非磁性材料的高度差b很大时磁头可能产生的振动。

如图9所示，制造没有形成伺服图案的DTR介质，而仅处理数据区域。如图10A所示，突起和凹口出现在数据区域中。然而，如图10B所示，分帧区以镜像状态形成。改变研磨时间以制备三种类型的DTR介质，其突起在数据区域中的高度为20，15或10nm。突起的高度对应于分帧区和数据区域之间非磁性材料的高度差b。激光多Doppler振动计(LDV)被用于观察磁头飞行。对于b值为20nm的DTR介质，观察到9KHZ的振动，它对应伺服区域100区段的频率。另一方面，对于b值为15或10nm的DTR介质，没有观察到振动。结果表明，如果非磁性材料的高度差b超过15nm，磁头本身会具有明显振动。因此，非磁性材料的高度差优选设置在15nm或更小。

(实施例3)

除SiO₂外，Au，Ag，Cu，C，CN，Si₃N₄，BN，TiN，SiON，SiC，BC，TiC或Al₂O₃也可用作非磁性填充剂。除该条件外，以类似于实施例1的方法制造DTR介质。

当Au，Ag或Cu用作填充剂时，数据区域和分帧区由于回流原因都具有一个平坦的填充结构。当C，CN，Si₃N₄，BN，TiN，SiON，SiC，BC，TiC或Al₂O₃用作填充剂时，切面TEM观察显示得到的DTR介质具有如图2A和2B所示的结构。然而，在这些DTR介质中，薄膜从圆盘表面很多地方上剥离。这里，当碳被用作填充剂时，仅在少数地方出现薄膜剥离。这些结果可能归结于形成图案的保护层(SOG)和填充剂之间的粘着力不同。也就是说，SOG和SiO₂基本为相同材料，互相有很好的粘着力。然而，其他材料不具有很好的粘着力。在这些材料中，C表现出较好的粘着力，但比SiO₂稍差。

这些结果表明，优选SiO₂作为非磁性材料从而保持整个圆盘表面的可靠性，但是根据本发明实施方式的DTR介质也可以用C，CN，Si₃N₄，BN，TiN，SiON，SiC，BC，TiC者Al₂O₃制造。

(实施例4)

使用SiO₂作为非磁性填充剂，以类似于实施例1的方法制造100个DTR介质。当进行滑行测试时，观察80个样本的AE(声发射)输出。排除那些观察到AE输出的样本。这可能是因为SiO₂偏压溅镀期间产生了灰尘。这是因为RF溅镀涉及不稳定的放电，且对基板施加的偏压使基板溅镀放电条件难以恒定。

当使用SiO₂作为非磁性填充剂，在高压(7.7Pa)下执行常规溅镀以沉积100nm厚度的薄膜时，可以形成与实施例1相同的结构。用这种方法制造100个DTR介质。在滑行测试中，在40个样本中观察到AE输出(有缺陷)。这是因为偏压溅镀变为常规溅镀从而大大降低了填充步骤期间产生灰尘的可能性。

此外，非磁性填充剂变为C(碳)。在高压(7.7Pa)下执行常规溅镀以沉积至少100nm厚度的薄膜，从而填充凹口。在制得的100个DTR介质中有5个被观察到AE输出(有缺陷)。使用碳作为HDD介质的保护薄膜，并具有已建立的溅镀条件。因而，碳溅镀比SiO₂溅镀更稳定，且几乎不含灰尘。

上述结果可总结如下。为了将填充到数据区域中凹口的非磁性材料设置为比分帧区中的低，最方便的方式是使用SiO₂作为非磁性材料填充剂，且执行偏压溅镀来填充。然而，这可能将合格率降为20％，不适用于大规模生产。另一方面，碳在设置填充到数据区域凹口中的非磁性材料比分帧区中的低的效果上不如SiO₂。然而，使用碳通过用常规溅镀执行填充步骤，合格率可提高到95％，它在操作中仅有很少的灰尘，并表现出很高的处理稳定性。

其它优点和改变对于本领域的技术人员而言是很容易发现的。因此，本发明在其更广的方面是不受这里所显示和描述的具体细节以及代表性实施方式所限制的。因而，可以在不脱离所附权利要求及其等价物所定义的基本发明概念的精神和范围内进行各种改变。

Claims (14)

1、一种离散磁道介质，其特征在于，包括：

非磁性基板；和

磁性记录层，其设置在非磁性基板上，包括含有记录磁道的数据区域和含有前导区、地址区和分帧区的伺服区域，所述数据区域和所述伺服区域包括形成突起的铁磁性层图案和填充在所述铁磁性层图案之间的凹口中的非磁性材料，

其中，填充在所述数据区域的凹口中的非磁性材料的高度比填充到所述分帧区的凹口中的非磁性材料的高度低。

2、如权利要求1所述的离散磁道介质，其特征在于，填充在所述分帧区和所述数据区域的凹口中的非磁性材料的高度差b和铁磁性层的图案之间凹口的高度a满足下列公式：

0＜b≤a/12。

3、如权利要求2所述的离散磁道介质，其特征在于，b的值小于等于15nm。

4、如权利要求1所述的离散磁道介质，其特征在于，在所述数据区域中非磁性材料对铁磁性层的面积比大于它们在所述分帧区中的面积比。

5、如权利要求1所述的离散磁道介质，其特征在于，所述非磁性材料是SiO₂。

6、如权利要求1所述的离散磁道介质，其特征在于，所述非磁性材料是碳。

7、一种制造离散磁道介质的方法，其特征在于，包括：

在非磁性基板上形成铁磁性层和保护层；

给所述保护层施涂抗蚀涂层；

在所述抗蚀涂层上压印模子，所述模子具有与记录磁道、前导区、地址区和分帧区相对应的突起和凹口的图案，从而将所述图案转印给所述抗蚀涂层；

执行干刻蚀，从而选择性地去除其上已转印有突起和凹口的图案的所述抗蚀涂层中的凹口底部；

使用已形成图案的所述抗蚀涂层作为掩膜，用离子束蚀刻所述保护层和所述铁磁性层；

执行溅镀，以已形成图案的所述抗蚀涂层留在所述保护层上的方式将所述非磁性材料填充到所述铁磁性层图案之间的凹口中；

执行回蚀以减小所述非磁性材料的厚度。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述数据区域中非磁性材料对铁磁性层的面积比大于它们在所述分帧区中的面积比。

9、如权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述非磁性材料通过溅镀填充到所述铁磁性层的图案之间的凹口中时，填充在所述数据区域的凹口中的非磁性材料的高度比在所述分帧区的凹口中的非磁性材料的高度低。

10、如权利要求9所述的方法，其特征在于，填充在所述分帧区和所述数据区域的凹口中的所述非磁性材料的高度差b和所述铁磁性层的图案之间凹口的高度a满足下列公式：

0＜b≤a/12。

11、如权利要求10所述的方法，其特征在于，b的值小于等于15nm。

12、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述抗蚀涂层是旋涂式玻璃。

13、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述非磁性材料是SiO₂。

14、如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述非磁性材料是碳。

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