JP2004288250A - 磁気転写用マスタディスク及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】溝の幅がサーボパターンのセクター方向の幅と同一で、深さが異なる溝を少なくとも2種類以上設ける。サーボパターン幅aと溝の幅cとがセクター方向において同一(a=c)であり、溝の深さc1は、サーボパターン幅aに比例している。マスタディスクの基板に、磁性体を埋め込む溝の深さを、少なくとも2種類以上設けたので、軟磁性膜を埋め込む溝の深さを、サーボパターンの幅が狭い領域では浅く、広い領域では深くするようにでき、溝の幅vs深さのアスペクト比を抑制することが可能となり、マスタディスクによる磁気転写性の安定化を図れる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気転写用マスタディスク及びその製造方法に関し、より詳細には、現在コンピュータの外部記録装置として主流となっている磁性膜を記録材料として用いるハードディスクドライブ(以下、HDDという)において、磁気記録ディスク表面に書き込まれているデータの書き込み/読み出しを行うヘッドの位置決め用サーボ信号または特定のデータを磁気的な転写技術を用いて書き込むようにした磁気転写用マスタディスク及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
上述したHDDでは、回転している磁気記録媒体の表面上を、磁気ヘッドがスライダーと呼ばれる浮上機構によってディスク表面上で数十nmの距離を保って浮上しながらデータの記録・再生が行われている。磁気記録媒体上のビット情報は、磁気記録媒体に同心円上に配置されたデータトラックに格納されており、データ記録/再生用ヘッドは、磁気記録媒体面上の目的のデータトラックに高速で移動・位置決めされることによってデータの記録・再生を行っている。
【0003】
磁気記録媒体面上には、ヘッドとデータトラックとの相対位置を検出するための位置決め信号(サーボ信号)が同心円上に書き込まれており、データの記録再生を行っているヘッドが一定時間間隔で自分の位置を検出している。このサーボ信号の書き込み信号の中心が、磁気記録媒体の中心(あるいはヘッドの軌道の中心)から偏心しないよう、HDD装置に磁気記録媒体を組み込んだ後、サーボライターと呼ばれる専用の装置を用いて書き込まれる。
【0004】
現在、開発段落で記録密度が100Gbits/in2に達するとともに、年率60%で記録容量が増加している。これに伴って、ヘッドが自分の位置を検出するためのサーボ信号の密度も上昇しており、サーボ信号の書込み時間も年々増加する傾向にある。このサーボ信号の書込み時間の増加は、HDDの生産性低下やコスト増加をもたらす一つの大きな要因になっている。
【0005】
最近になって上述したサーボライターの信号書込みヘッドを用いてサーボ信号を書き込む方式に対して、磁気的な転写によってサーボ信号を一括して書き込み、飛躍的にサーボ情報の書き込み時間を短縮しようとする技術開発が行われている。
【0006】
また、図3(a)〜(c)及び図4(a),(b)は、磁気転写技術を説明するための図で、図3(a)〜(c)は、磁気記録媒体における磁気転写の工程を説明するための図で、図4(a),(b)は、磁気記録媒体における磁気転写の原理を説明するための図である。
【0007】
図4(a)は、磁気記録媒体の表面上に永久磁石が一定間隔(1mm以下)を保ちながら移動する様子を基板の断面方向から表した図である。磁気記録媒体40を構成する基板41上に成膜された磁性膜42は、当初一定方向に磁化された状態にはないが、永久磁石43のギャップから漏れた磁界によって一定方向に磁化される(図中の磁性膜に記された矢印は磁化の方向を表す)。この工程は初期消磁工程と呼ばれる。
【0008】
この図4(a)に示す初期消磁工程は、図3(a)に示す初期消磁工程に対応しており、この図3(a)における矢印は、図4(a)における永久磁石43の移動路を表したもので、磁性層42は円周方向に一様に磁化される。図3(b)は、磁気転写用マスタディスク(以下、マスタディスクという)を磁気記録媒体の上に配置し、位置合わせを行っている状態を表している図である。図3(c)は、マスタディスクを磁気記録媒体の表面に密着させ、磁気転写用の永久磁石を図中の移動路(矢印で図示)に沿って移動させることによって磁気転写を行う様子を表している図である。
【0009】
また、図4(b)は、転写パターン書き込み工程を示す図で、図3(c)に対応している。マスタディスクは、シリコン基板45の磁気記録媒体40の表面に接する面側に、図示したように軟磁性膜(Co系軟磁性膜)44が埋め込まれた構造をしている。
【0010】
図4(b)に示すように、永久磁石43と磁気記録媒体40の間に軟磁性膜のパターンを埋め込んだ基板を介すると、永久磁石43から漏れてシリコン基板45に浸透した磁界(転写信号書込みの磁界の向きは消磁磁界と反対方向)は、軟磁性膜44の無い位置では、再びシリコン基板45を透過して磁性層42を磁化することが出来るが、軟磁性パターンがある部分では、磁気抵抗の小さい磁気経路となるように軟磁性膜44を通過する。このため、軟磁性層44のある位置では、シリコン基板45から漏れ出す磁界が小さくなり、新たに磁化の書き込みは行われない。以上のような機構でサーボ信号の磁気転写が行われる。
【0011】
図5(a)〜(e)は、マスタディスクの製造工程を説明するための図で、図5(a)はレジストの塗布工程、図5(b)は磁気パターンのパターニング工程、図5(c)はシリコン基板のエッチング工程、図5(d)は軟磁性体のスパッタリング工程、図5(e)はリフトオフ工程を各々示す図である。以下に各工程について具体的に説明する。
【0012】
第1工程:シリコン基板(板厚〜500μm)51の表面にレジスト(厚さ1.2μm)52を、スピンコータを用いて塗布した後(図5(a))、レジスト52に対して、通常のシリコン半導体の製造方法と同様の光リソグラフィ法を用いてパターニングを行う(図5(b))。なお、レジスト52は第2工程のエッチングのマスクとして使用し、ノボラック系の材料であるので、エッチングに対してはさほど強固ではないので、エッチングによっても消滅しないように厚みを持たせることが重要である。
【0013】
第2工程:反応性プラズマエッチング法(反応ガス:三塩化メタン)を用いてシリコン基板51を500nmドライエッチングする(図5(c))。
第3工程:スパッタリング法を用いて、レジスト52を残した状態で、Coの軟磁性膜53を500nm厚で成膜を行う(図5(d))。
【0014】
第4工程:Co軟磁性膜53の成膜後にレジスト52を溶かす溶剤中にシリコン基板51を(超音波等も必要に応じて使用しながら)浸漬し、Co軟磁性膜53とシリコン基板51との間のレジスト52を溶解し取り除く(図5(e))。
【0015】
なお、本発明に係る従来技術を記載した公報としては、以下のものがある。
特許文献1に記載のものは、磁気記録媒体全面に亘って均一に安定して高密度の情報信号を記録できるマスター情報担体及びその製造方法に関するもので、基体と磁化パターンに対応する配列パターンを形成するように基体上に配置された強磁性薄膜とを備え、強磁性薄膜の表面が略平坦になっているものである。また、特許文献2に記載のものは、磁気記録媒体に記録するための情報信号配列に対応する形状パターンが非磁性基体の表面に堆積された強磁性薄膜の配列により備えられたマスター情報担体及びこれを用いた磁気記録方法に関するものである。
【0016】
【特許文献1】
特開2001−34938号公報
【0017】
【特許文献2】
国際公開第00/26904号パンフレット
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
図6(a),(b)は、サーボパターンの形状を示す図で、図6(a)はサーボパターンの一部を示し、図中、閉曲線(図では拡大されているため直線に見えるが実際は曲線である)で囲まれた領域は軟磁性膜が形成された部位を示している。図6(b)はコンテンツのパターンを示し、図中、閉曲線(図では拡大されているため直線に見えるが実際は曲線である)で囲まれた領域は軟磁性膜が形成された部位を示している。
【0019】
パターンの線幅は、1ライン〜数ラインと拡がりを有しており、このサーボパターンを磁気転写するには、マスタディスクにも同じパターンを軟磁性膜のパターンとして形成しなければならない。この軟磁性膜の厚みは非常に重要であり、膜厚が薄いと転写磁界の印加時に磁気飽和を生じ、軟磁性膜に面した磁気記録媒体へ磁束が漏洩してしまい、最悪の場合には、磁化反転させてしまい、データが“0”であるべき領域が、“1”になってしまうという問題が生じる。
【0020】
図7(a),(b)及び図8(a),(b)は、磁気層周辺の転写時の磁界分布を示す図で、図7(a)は記録媒体表面の磁界強度(P=1.4、W=0.7μm)の場合、図7(b)は記録媒体表面の磁界強度(P=0.4、W=0.2μm)の場合、図8(a)は記録媒体表面の磁界強度(P=0.7、W=0.35μm)の場合、図8(b)は記録媒体表面の磁界強度(P=0.2、W=0.1μm)の場合を各々示している。
【0021】
つまり、図7(a),(b)及び図8(a),(b)は、転写磁界を一定とし、軟磁性膜の幅(パターン幅)、膜厚を変化させて、磁気記録媒体での磁性層での磁界分布を示した図であり、転写時には、磁化反転させる領域では4kOe以上、磁化反転させない領域では2kOe以下の磁界強度で無ければならない。この条件を満足させるための軟磁性層の厚みは、下記のようになる。
パターン幅:0.7μm → 軟磁性膜の厚み:0.20μm以上
パターン幅:0.35μm → 軟磁性膜の厚み:0.20μm以上
パターン幅:0.2μm → 軟磁性膜の厚み:0.075μm以上
パターン幅:0.1μm → 軟磁性膜の厚み:0.050μm以上
【0022】
サーボパターンのパターン幅が0.1〜0.7μmの時には、全ての領域で磁気飽和をさせないようにするには、軟磁性膜の厚みは、0.20μm以上必要となるが、実際にはフォトプロセスおよび軟磁性膜の成膜における面内分布を考慮しなければならないので、軟磁性膜の厚みは、0.30μm以上必要となる。フォトプロセスの工程でエッチングされた溝にCo軟磁性膜を埋め込んだ断面形状を図9(a)〜(g)に示し、溝幅と溝部での膜厚との関係を図10に示す。
【0023】
図9において、図9(a)は0.5μm幅部、図9(b)は1.0μm幅部、図9(c)は1.5μm幅部、図9(d)は2.0μm幅部、図9(e)は2.5μm幅部、図9(f)は3.0μm幅部、図9(g)は3.5μm幅部を各々示した図である。なお、図中符号91はSi基板、92はレジスト、93は軟磁性膜を示している。
【0024】
これら図9及び図10から、溝幅が狭くなれば、溝に堆積する膜厚分布が顕著になることが分かり、図10では1μm以下の溝幅では無視出来なくなり、パターン幅が狭いほど、深い溝に軟磁性膜を埋め込むことが困難となる問題がある。このため、溝幅が1μm以下でも、容易に磁気転写が可能なマスタディスクの製造方法が待ち望まれている。
【0025】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、溝の幅vs深さのアスペクト比を抑制することを可能にするとともに、溝に軟磁性膜を埋め込むことを容易にし、マスタディスクによる磁気転写性の安定化を図るようにした磁気転写用マスタディスク及びその製造方法を提供することにある。
【0026】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、磁気記録媒体に、磁気転写により磁気パターンを形成するためのマスタディスクにおいて、該マスタディスクの基板に、磁性体を埋め込む溝の深さを、少なくとも2種類以上設けたことを特徴とする。
【0027】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記磁性体を埋め込む溝の深さが、サーボパターンのセクター方向のパターン幅に比例していることを特徴とする。
【0028】
また、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、前記磁性体を埋め込む溝の深さを、サーボパターンのパターン幅が狭い領域では浅く、広い領域では深くしたことを特徴とする。
【0029】
また、請求項4に記載の発明は、請求項2又は3に記載の発明において、前記磁性体を埋め込む溝の深さが段階的であることを特徴とする。
【0030】
また、請求項5に記載の発明は、マスタディスクの製造方法であって、請求項1乃至4いずれかに記載の磁性体を埋め込む溝が、フォトリソグラフィの繰返しで形成することを特徴とする。
【0031】
上述の課題に対して、マスタディスクのSi基板に軟磁性層を埋め込む溝深さを、軟磁性膜のセクター方向のパターン幅に応じて変化させる手段を講ずることにより、成膜時の問題を解消することが可能となる。この溝の深さはパターン幅に応じてアナログ的に変化する必要はなく、段階的でも良い。図7(a),(b)及び図8(a),(b)を例にして溝の深さの分類を決めると、パターン幅:0.1〜0.2μmの溝深さを0.075μm以上、パターン幅:0.35〜0.7μmの溝深さを0.2μm以上と、2種類にすればよい。深さの異なる溝を作成するには、図5に示した第1工程と、第2工程を繰返し行えばよいが、第2工程から第1工程に戻る際にはレジストのリフトオフが必要である。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図1(a)〜(d)は、本発明におけるサーボパターン形状と、軟磁性膜を埋め込む溝の形状とを示す図で、図1(a),(b)はサーボパターン形状を示し、図1(c),(d)は埋め込み溝形状を示す図である。図1(a)と図1(c)が対応しており、図1(b)と図1(d)が対応している。なお、図中符号11はSi基板、12は軟磁性膜を示している。
【0033】
本発明の特徴は、溝の幅がサーボパターンのセクター方向の幅と同一で、深さが変化していることである。つまり、図1(a)におけるサーボパターン幅aと図1(c)における溝の幅cとがセクター方向において同一(a=c)であり、図1(c)における溝の深さc1は、図1(a)におけるサーボパターン幅aに比例している。一方、図1(b)におけるサーボパターン幅bと図1(d)における溝の幅dとがセクター方向において同一(b=d)であり、図1(d)における溝の深さd1は、図1(a)におけるサーボパターン幅bに比例している。
【0034】
この深さは、転写磁界によって軟磁性膜が磁気飽和をしないような厚みにする必要がある。図7及び図8に示した磁場解析を用いた磁気記録媒体表面での磁界強度の解析結果によると、下記のような厚みが必要となる。
パターン幅:0.35〜0.7μm → 軟磁性膜の厚み:0.20μm
パターン幅:0.1〜0.2μm → 軟磁性膜の厚み:0.075μm
【0035】
図7及び図8での磁場解析は、パターン幅を0.1〜0.7μmの範囲でしか取り扱っていないので、軟磁性膜の厚みは2種類であるが、例えば、サーボパターンに含まれるサーボトラックアドレスは、18ビットで表現されているので、パターン幅は1.8μmとなり、軟磁性膜の厚みの種類はさらに多くする必要がある。
【0036】
図2(a)〜(k)は、本発明に係るマスタディスクの製造方法を説明するための工程図で、図2(a)はSi基板の準備工程、図2(b)はレジストの塗布工程、図2(c)は線幅の狭い磁気パターンのパターンニング工程、図2(d)はSiのエッチング工程、図2(e)はレジストの除去工程、図2(f)はレジストの塗布工程、図2(g)は線幅の広い磁気パターンのパターンニング工程、図2(h)はSiのエッチング工程、図2(i)はレジストの除去工程、図2(j)は軟磁性膜の成膜工程、図2(k)はCMP(Chemical Mechanical Polishing)での研磨工程を各々示した図である。
【0037】
予め、軟磁性の膜厚の種類(溝の深さの種類)に相当する複数のフォトマスクが必要となる。すなわち、本実施例の場合には、軟磁性膜の厚み:0.075μmの領域のみのフォトマスク、軟磁性膜の厚み:0.20μmの領域のみのフォトマスクの2種類となり、以下に順を追ってプロセスについて説明する。
【0038】
第1工程:シリコン(Si)基板(板厚〜500μm)21を用意する(図1(a))。
第2工程:レジスト22を塗布する(図1(b))。
第3工程:軟磁性膜の厚み:0.075μmの領域のみのフォトマスクを用いてパターニングする(図1(c))。
なお、図示しない現像工程で、光が照射された部分のレジストが抜けて、フォトマスクのパターンがレジストに転写される。
第4工程:反応性プラズマエッチング法(反応ガス:三塩化メタン)を用いてシリコン基板21を75nmの深さまでドライエッチングを行い、溝加工を施す(図1(d))。
第5工程:レジスト22をレジスト剥離剤で除去し、Si基板21面を剥き出しにする(図1(e))。
第6工程:再び、レジストを塗布する(図1(f))。
【0039】
第7工程:軟磁性膜の厚み:0.2μmの領域のみのフォトマスクを用いてパターニングする(図1(g))。
なお、図示しない現像工程で、光が照射された部分のレジストが抜けて、フォトマスクのパターンがレジストに転写される。
【0040】
第8工程:反応性プラズマエッチング法(反応ガス:三塩化メタン)を用いてSi基板21を200nmの深さまでドライエッチングを行い、溝加工を施す(図1(h))。
第9工程:レジスト22をレジスト剥離剤で除去し、Si基板21面を剥き出しにする(図1(i))。
【0041】
第10工程:軟磁性膜23をスパッタ装置などで、Si基板21上に成膜する。この際、軟磁性膜の厚みは、Si基板21の表面を十分超過する厚みとする(図1(j))。
第11工程:Si基板21の表面以上に堆積した軟磁性膜23をCMP(Chemical Mechanical Polishing)により研磨して除去する(図1(k))。
【0042】
上述した第9工程においては、事前にCMPによるSiの研磨レートとCo等の磁性膜の研磨レートを把握し、Si上に堆積している軟磁性膜の厚みが判れば、CMPによる研磨時間を見積もることが可能となるが、実際には、見積もった研磨時間に若干の余裕を持たせて研磨を行う。研磨の初期は、Si上に堆積している軟磁性膜が削れるが、Siに到達すると、研磨の速度が遅くなり、僅かしか削れなくなる。
【0043】
なお、本発明では、フォトレジストをエッチングマスクとして使用したが、SiO2膜をエッチングマスクとしても良いが、以下に示すような複雑なプロセスが必要となり、第1工程〜第4工程および第5工程〜第8工程が各々、以下に示す工程に置き換わる。このSiO2膜のマスクを用いる特徴として、第11工程の際にCoとSiO2膜の研磨選択レートが大きくなり、SiO2膜が削れにくいため、軟磁性層を埋め込む溝の深さは正確に維持される利点がある。
【0044】
第1工程及び第5工程:Si基板を熱酸化処理して、Si表面にSiO2膜を生成する。
第2工程及び第6工程:SiO2膜面上にレジストを塗布する。
第3工程及び第7工程:レジストをパターニングして現像する。
【0045】
第4’工程及び第8’工程:レジストのマスクを用いて、SiO2膜をエッチングする。
第4’’工程及び第8’’程:レジストの灰化を行う。
第4’’’工程及び第8’’’工程:SiO2膜のマスクを用いて、Siのエッチングを行う。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、磁気記録媒体に、磁気転写により磁気パターンを形成するためのマスタディスクにおいて、マスタディスクの基板に、磁性体を埋め込む溝の深さを、少なくとも2種類以上設けたので、軟磁性膜を埋め込む溝の深さを、サーボパターンの幅が狭い領域では浅く、広い領域では深くするようにでき、溝の幅vs深さのアスペクト比を抑制することが可能となり、溝に軟磁性膜を埋め込むことが容易となり、マスタディスクによる磁気転写性の安定化を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明におけるサーボパターン形状と、軟磁性膜を埋め込む溝の形状とを示す図で、(a),(b)はサーボパターン形状を示し、(c),(d)は埋め込み溝形状を示す図である。
【図2】本発明に係るマスタディスクの製造工程を説明するための図で、(a)はSi基板の準備工程、(b)はレジストの塗布工程、(c)は線幅の細い磁気パターンのパターンニング工程、(d)はSiのエッチング工程、(e)はレジストの除去工程、(f)はレジストの塗布工程、(g)は線幅の広い磁気パターンのパターンニング工程、(h)はSiのエッチング工程、(i)はレジストの除去工程、(j)は軟磁性膜の成膜工程、(k)はCMPでの研磨工程を各々示した図である。
【図3】(a)〜(c)は、磁気記録媒体における磁気転写の工程を説明するための図である。
【図4】(a),(b)は、磁気記録媒体における磁気転写の原理を説明するための図である。
【図5】マスタディスクの製造工程を説明するための図で、(a)はレジストの塗布工程、(b)は磁気パターンのパターニング工程、(c)はシリコン基板のエッチング工程、(d)は軟磁性体のスパッタリング工程、(e)はリフトオフ工程を各々示す図である。
【図6】サーボパターンの形状を示す図で、(a)はサーボパターンの一部、(b)はコンテンツのパターンを示す図である。
【図7】(a),(b)は、磁性層表面での転写時の磁界分布を示す図(その1)である。
【図8】(a),(b)は、磁性層表面での転写時の磁界分布を示す図(その2)である。
【図9】(a)〜(g)は凹部への軟磁性膜の埋め込み断面を示す図である。
【図10】膜厚分布の溝幅依存性を示す図である。
【符号の説明】
11 Si基板
12 軟磁性膜
21 Si基板
22 レジスト
23 軟磁性膜
40 磁気記録媒体
41 基板
42 磁性膜
43 永久磁石
51 シリコン基板
52 レジスト
53 軟磁性膜
91 Si基板
92 レジスト
93 軟磁性膜
Claims (5)
- 磁気記録媒体に、磁気転写により磁気パターンを形成するためのマスタディスクにおいて、該マスタディスクの基板に、磁性体を埋め込む溝の深さを、少なくとも2種類以上設けたことを特徴とする磁気転写用マスタディスク。
- 前記磁性体を埋め込む溝の深さが、サーボパターンのセクター方向のパターン幅に比例していることを特徴とする請求項1に記載の磁気転写用マスタディスク。
- 前記磁性体を埋め込む溝の深さを、サーボパターンのパターン幅が狭い領域では浅く、広い領域では深くしたことを特徴とする請求項2に記載の磁気転写用マスタディスク。
- 前記磁性体を埋め込む溝の深さが段階的であることを特徴とする請求項2又は3に記載の磁気転写用マスタディスク。
- 請求項1乃至4いずれかに記載の磁性体を埋め込む溝が、フォトリソグラフィの繰返しで形成することを特徴とする磁気転写用マスタディスクの製造方法。
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