JP2005071467A - 磁気記録媒体とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターンド媒体、ディスクリートトラック型媒体といったナノオーダーの微細加工を要する磁気記録媒体を低コストで実現できる。
【解決手段】ガラスで構成された基板をその軟化点近傍まで加熱し、断面形状において複数の凸型の形状を持つ型を押し当てることで、基板に凸形状に対応する凹みを形成する工程と、凹みが形成された基板に磁性膜を形成する工程と、磁性膜が形成された基板を研磨により平坦化する工程とを有する磁気記録媒体の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は磁気記録デバイスに用いられる磁気記録媒体の製造方法、及びその製造方法によって作られる磁気記録媒体に関するものである。

近年、ハードディスクドライブは、画像や動画など大容量のデータを記録するニーズの高まりや、ビデオレコーダーなどコンピュータ以外の記憶装置としての用途拡大に伴い、記憶容量アップ、低価格化が求められており、高密度記録化の開発が盛んに行われている。記録密度の向上のためには、ビット占有面積の微細化に伴う遷移領域からのノイズ低減のため、磁化反転単位を小さくする必要がある。しかし、磁化反転単位を小さくしていくと、磁化反転単位の体積に比例する異方性エネルギーが低下する。その結果、熱エネルギーによって磁化が反転し、記録情報が失われてしまう、所謂熱擾乱の問題が近年顕在化している。

この熱擾乱問題を解決するアプローチとして、パターンド媒体がある。この媒体は、磁性膜を加工することで孤立化させ、それを磁化反転単位とすることで、形状の不規則さに起因するノイズを減らし、磁化反転単位を微細化することなしに、高記録密度を実現するというものである。

また、高密度記録のもう一つのアプローチとしてディスクリートトラック型媒体がある。これは、加工により磁性膜をトラックごとに磁気的に分離することにより、トラックの狭小化に伴い上昇するサイドフリンジと呼ばれるノイズを低減し、高密度記録を実現するというものである。

しかしながら、上述のパターンド媒体や、ディスクリートトラック型媒体において、数百ギガビット／平方インチ（以下Ｇｂｐｓｉ）の高密度記録を実現するために、これらの媒体は数十ｎｍオーダーの非常に高度なパターニング技術を必要とする。その加工コストがこれらの磁気記録媒体実現のための最大のボトルネックとなっている。

その解決法として、いくつかの手法が考案されている。

その一つとして、高コストとなるＥＢ（電子ビーム）露光の微細パターンの露光工程の代わりに、インプリント法と呼ばれる手法を用いてレジストをパターニングする発明がなされている。（例えば文献１参照）このインプリント法とは、所定の形状を付与した型をパターニング前のレジストに押し当てることで、レジストを変形させ、露光せずにパターニングを行うる方法である。これにより、コスト高の一因となる露光工程を省略することが可能となり、低コストでパターンド媒体やディスクリートトラック型媒体を実現できるとするものである。

また、アルミナの陽極酸化の際に生じるナノホールをマスクにしてパターンを形成する方法や、ナノホールに直接磁性膜を埋め込む方法が公開されている。（例えば特許文献２参照）これは、アルミナナノホールを露光マスク、エッチングマスク、または成膜時のテンプレートとして使用することで、微細なパターンを安価に形成するというものである。

さらに、ガラス基板を圧縮成形を行うことでパターニングをする手法が公開されている。これは、文献によれば、数μｍのパターンを成形によって安価にパターニングをする手法が考案されている（例えば特許文献３参照）。
特開２００３−１６６２１号公報 特開２０００−１９５０３６号公報 特開平９−２４５３４５号公報

しかしながら、上記従来の方法には以下に述べる課題がある。

代表的なインプリント法のプロセスフローを図４に示す。

工程（Ａ）で基板２上に磁性膜３を形成する。工程（Ｂ）では、磁性膜３上に塗布されたレジスト６を、型（スタンパ−）１の押し付けによって、変形させる。工程（Ｃ）でパターニングされたレジスト６をマスクに、磁性膜３をエッチングする。工程（Ｄ）では、磁性膜上に残ったレジスト６を除去した後、非磁性材４を形成する。最後に、工程（Ｅ）で研磨により、磁性膜３と非磁性材４の間に段差が無いように表面を平坦化する。すなわち、従来、この手法を用いることでなレジストをインプリント法でパターニングする。

この方式における特徴は、工程（Ｂ）である。すなわち、この方式の優れた点は、従来数ＥＢ露光装置等の高価な露光装置を使用しない限り実現できなかった十ｎｍオーダーの微細加工を、インプリント法を使うことにより、低コストで実現している点である。しかしながら、パターンド媒体や、ディスクリートトラック型媒体を実用化するには、さらなるコストダウンが必要といわれている。例えば、インプリント工程後のエッチング工程（工程（Ｃ））、あるいは埋めこみ材成膜工程（工程（Ｄ））のコストダウンを要求する声が高い。

また、アルミナナノホールを用いる場合は、長距離的な秩序を得るには、あらかじめイグナイターと呼ばれるきっかけを作る必要があり、作成工程が複雑となる。また、極薄のアルミナナノホールのマスクのハンドリングが難しいといった問題もある。さらに、処理を重ねたとき、アルミナナノホールをエッチングマスクに用いる場合には、エッチングによる孔径が拡大する現象や、成膜の際のテンプレートに用いる場合には、膜の堆積による孔径が縮小する現象が避けられない。すなわち、孔の寸法が変化するため、アルミナナノホールのエッチングマスクやテンプレートは長期間に渡って使用することができないといった問題がある。

本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたものであり、磁気記録媒体の製造工程において、基板を構成するガラス、または非磁性層の軟化点近傍まで昇温された基板に、断面形状において複数の凸型の形状を持つ型を押し当てることで、基板、または非磁性層に凸形状に対応する凹みを形成する工程と、凹みを形成した基板に磁性膜を形成する工程と、基板の表面を研磨により平坦化する工程、を含むことを特徴とする。これにより、前述したインプリント法の問題点である、高コストとなる、エッチング工程、非磁性材料の埋めこみ工程を省略することが可能となり、パターンド媒体、ディスクリートトラック型媒体といったナノオーダーの微細加工を要する、磁気記録媒体を低コストで実現できる。

このような課題を解決するため、本発明の磁気記録媒体の製造方法は、ガラスで構成された基板をその軟化点近傍まで加熱し、断面形状において複数の凸型の形状を持つ型を押し当てることで、基板に凸形状に対応する凹みを形成する工程と、凹みが形成された基板に磁性膜を形成する工程と、磁性膜が形成された基板を研磨により平坦化する工程と、を含む。

また、本発明の磁気記録媒体の製造方法は、基板上に、基板よりも低温で軟化する非磁性層を形成する工程と、基板を非磁性層の軟化点近傍まで加熱し、断面形状において複数の凸型の形状を持つ型を押し当てることで、非磁性層に凸形状に対応する凹みを形成する工程と、凹みが形成された基板に磁性膜を埋め込む工程と、磁性膜が形成された基板を研磨により平坦化する工程とを含む。

また、本発明の磁気記録媒体の製造方法は、前記非磁性層を形成する前に、あらかじめ高透磁率を持つ裏打ち層を基板上に形成したことを含む。

また、また本発明の好ましい形態として、前記型において、その凸形状は先端に向かって細くなるような形状を持つように構成されている。

また、また本発明の好ましい形態として、前記型において、その凸形状間の凹み部は、Ｖ字形状を持つように構成されている。

さらに、本発明の磁気記録媒体は、凸形状が先端に向かって細くなるような形状の型、または凸形状間の凹み部がＶ字形状を持つような形状の型で、形成された凹部に磁性膜が埋め込まれ、平坦化処理がなされた構成とする。

こうした製造方法により、高記録密度に対応する、パターンド媒体、ディスクリートトラック型媒体を安価に製造することができる製造方法を提供することが可能となる。

本発明は、ガラス基板、または基板上に形成された非磁性層を、成形によって直接加工する工程と、磁性膜を成膜する工程、研磨する工程からなる製造方法であるので、コスト高となるエッチング工程や、非磁性膜成膜工程を行う必要が無くなる結果、数十ナノオーダーの形状を持つ、パターンド媒体やディスクリートトラック型媒体を安価に製造することが可能となる。

また、こうして形成された磁気記録媒体は、容易にテーパー形状を付与できるので、埋め込みの際に磁気特性を劣化させることなく磁性膜を形成でき、さらに磁気ヘッドから見た、磁性膜の表面積が増えるので、高特性の磁気記録媒体を得ることができる。

以下に、本発明の具体的実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１のプロセスフローを示す。まず、ガラスで構成された基板２を用意する。その基板２を軟化点近傍まで加熱できる装置内に設置し、軟化点近傍まで加熱を行い、所定の形状を付与した型１をガラス表面に押し当てる。（転写工程、型の加工方法に関しては詳しく後述する）これにより、型１の形状が精密に転写され、ガラス２の表面に凹凸が形成される。その後、表面に形状を付与された基板２を、適宜洗浄など前処理（図示せず）を行った後、磁性膜３をスパッタ法などによりガラス２の表面に形成する。その後、研磨を行い表面を平坦化し、ＤＬＣ（ダイアモンド・ライク・カーボン）等の保護膜を形成したのち、潤滑材膜を形成して媒体が完成する。

ここで、本発明とほぼ同様に、ガラスの成形を用いる特許文献３において、ディスクリートトラック型媒体への応用の記述があるが、ディスクリートトラック型媒体の実現の方法における基本的な考え方が、本発明とは異なっている。すなわち、前述の発明はヘッドとメディアとのスペーシングロスによりフリンジングノイズを抑制する構成になっているのに対し、本発明はガードバンドに相当する部分をガラスなどの非磁性材で構成することによりノイズを抑制する。さらに、特許文献３の発明は、磁性膜の成膜を行った後、表面を平坦化する研磨を行う記述も無く、また図面においても研磨するような構成とはなっていない点で、本発明とは大きく異なる。特許文献３の発明は、ガードバンドに相当する溝の影響により、ヘッドの浮上特性の不安定となるが、本発明は平坦化処理を施すため、浮上特性が悪化する可能性は無い。

（実施の形態２）
図２に本発明の実施の形態２のプロセスフローを示す。まず、基板２の表面に、基板２の軟化点よりも低い温度で軟化する非磁性層４を形成する。その基板２を非磁性層４の軟化点近傍まで加熱できる装置内に設置し、軟化点近傍まで加熱を行い、所定の形状を付与した型１をガラス表面に押し当てる。これにより、型１の形状が、非磁性層４に精密に転写され、基板２の表面に凹凸が形成される。その後、表面に形状を付与された基板２を、適宜洗浄など前処理（図示せず）を行った後、磁性膜３をスパッタ法などにより基板２の表面に形成する。その後、研磨を行い表面を平坦化し、ＤＬＣ（ダイアモンド・ライク・カーボン）等の保護膜を形成したのち、潤滑材膜を形成して媒体が完成する。

本形態では、実施の形態１に比べ工程が増えるが、転写工程の温度がその材料によって低減できるので、昇温・冷却時間の短縮化が見込まれ、生産タクトの短縮化を図ることができるという効果がある。また、転写工程の低温化は、、型の加工層の劣化の進行も抑制できるため、その寿命が延びることで更なる低コスト化が可能となる。

（実施の形態３）
図３に本発明の実施の形態３のプロセスフローを示す。まず、基板２の表面に、高透磁率を持つ裏打ち層５と、基板２の軟化点よりも低い温度で軟化する非磁性層４を形成する。その基板２を非磁性層４の軟化点近傍まで加熱できる装置内に設置し、軟化点近傍まで加熱を行い、所定の形状を付与した型１をガラス表面に押し当てる。これにより、型１の形状が、非磁性層４に精密に転写され、基板２の表面に凹凸が形成される。その後、表面に形状を付与された基板２を、適宜洗浄など前処理（図示せず）を行った後、磁性膜３をスパッタ法などにより基板２の表面に形成する。その後、研磨を行い表面を平坦化し、ＤＬＣ（ダイアモンド・ライク・カーボン）等の保護膜を形成したのち、潤滑材膜を形成して媒体が完成する。

本形態では、磁性膜３の下部に高透磁率を持つ裏打ち層５が形成されているため、所謂垂直２層記録媒体が形成できるという効果がある。

転写工程
図５に本発明の転写工程における型構成を示す。

型１の間に、被加工物となる、基板２を配置する。型１の外側には超硬合金やシリコンカーバイド等の材料からなる台座７がある。台座７は、プレスヘッド（図示せず）からの荷重を伝え、ヒーターブロック（図示せず）からの熱を効率的に伝える、さらに適度な熱容量を持たせるためのものである。これらから構成される基板２を含む型１、台座７は、それらの酸化を防止するため、窒素雰囲気にしたチャンバー内に設置される。

転写時の温度は、ガラスや非磁性層の軟化点近傍とする。ここで、転写時の温度をより高温にすると、ガラスや非磁性層がより変形しやすくなり、転写圧力は小さくてすむという利点がある。しかし、同時にヒートサイクルによる型の劣化が生じやすくなるという欠点もある。一方、より低温にすると、ガラスや非磁性層は変形し難くなり、大きな転写圧力が必要となり、その結果、転写装置が大掛かりになるという欠点がある。しかし、ヒートサイクルによる型の劣化が遅くなり、型の寿命が延びるという利点がある。

上述のように、転写圧力と転写温度の間にはトレードオフの関係があり、それらの条件は金型の加工層、ベース材の材質や、被加工物となるガラスや非磁性層の材質によって、最適な条件を見つける必要がある。転写にはおおよそ０．２から５（ＭＰａ）の圧力が必要である。

型の加工方法
図６に本発明の型の構成を示す。

型１は、高い剛性と機械的な強度が確保できる、超硬合金、サファイア、シリコンカーバイドなどの材料から選ばれるベース材１ｂと、ベース材上に形成した、微細加工を施す加工層１ａから構成される。ここで、機械的な強度、離型性、および加工性を満足するベース材１ｂがあれば、加工層１ａを形成せずに、ベース材１ｂを直接微細加工を施してもよい。

加工層１ａは、ベース材１ｂ上にスパッタ法などで、高温下でも酸化しにくいイリジウム、白金、レニウム、タンタル、オスミウムといった高融点金属を形成する。ここで、非球面レンズのガラス成形の保護膜で用いられる偏析が生じる多元系の膜は、エッチング工程の際に残渣が生じやすい。よって、残渣のない微細加工を施すためには、加工層１ａは単元素で構成されるのが好ましい。また熱応力を緩和するため、成膜温度は成形温度に近いことが好ましい。なお、高温で前述の膜を形成すると、粒成長によって膜の表面が荒れる場合がある。そのときは、ＣＭＰ等により膜の表面を研磨することで、所定の粗さに平滑化すれば良い。

膜の形成後、レジストをコートし、ＥＢ（電子ビーム）露光等によって、所定のパターンを露光、現像する。レジストの代わりに自己組織化機能を有するジブロックコポリマーなどを用いれば、より簡便に微細パターンを形成することもできる。また、加工層１ａとレジストとの選択比が十分取れない場合は、メタルマスクを用いて加工層１ａをエッチングしても良い。

その後、ＲＩＥ装置、イオンミリング装置を用いてレジスト等をマスクに加工層１ａを所定の深さでエッチングし、それを型１とする。また、テーパー形状やＶ字形状を付与するには、エッチングガスに酸素を添加するなどして、レジストを後退させながらエッチングすればよい。

型の凹凸形状
型の好ましい凹凸形状を図６、図７に示す。

凸部の形状を図６のように楔形にすることにより、型の機械的な強度を確保できると同時に、成形時の離型性も確保できる。すなわち、凸形状のテーパー部には基板（または非磁性材）と型の線膨張係数の違いにより、必ず紙面鉛直方向の力が生じる。この力によって離型が容易にできるというメリットがある。ちなみに、形状が矩形の場合は、鉛直方向には力は生じず離型する力が働かず、離型し難くなる。

また、基板側に形成される凹部は、表面に向かって“口”を開いた形状となるため、磁性膜の埋め込み特性が向上し、埋め込み時の磁気特性の劣化が少ない。さらに磁気ヘッドからみた磁性膜の面積が広くなるため、読み出し出力が向上するという効果も得られる。

さらに好ましくは、図７の如く、凸部間の間の凹み部をＶ字型とする。これにより、図６の形状の型で得られる効果をより強固にすることが出来る。

（実施例１）
図１に示される本発明の製造プロセスに準じて媒体を作成した。基板は、外形６５（ｍｍ）、厚さ６３５（μｍ）のアルミノシリケートガラスを用いた。この基板の軟化点は６１０（℃）である。型は、表面にコートしたイリジウムを、ＥＢ露光によってパターニングしたレジストをマスクに、ＲＩＥによってエッチングし、深さ３０（ｎｍ）、ピッチ７５（ｎｍ）、ドット径４０（ｎｍ）のドット状の凹凸を形成したものを用いた。その型を図５のように転写装置内に設置し、台座を含む金型全体をカートリッジヒーター（図示せず）によって加熱した。金型の温度が６００（℃）に達した時点で、プレス圧力を１（ＭＰａ）加え、３分間そのまま保持をした。その後、金型を冷却して、基板を取り出した。ＡＦＭで観察したところ、転写後の基板表面には型の形状に対応した、深さ３０（ｎｍ）、ピッチ７５（ｎｍ）、ドット径４０（ｎｍ）のドット状の凹凸が作成できた。

その後、垂直磁気異方性を持つＣｏＣｒＰｔを５０（ｎｍ）の厚みで形成し、ＣＭＰで研磨した。そうして得られた磁気ディスクを交流磁界中で消磁した後、磁気間力顕微鏡（ＭＦＭ）で磁化状態を確認したところ、ドット内にドメインは観察されず、ドット１つ１つが単磁区していることが確認できた。

（実施例２）
図２に示される本発明の製造プロセスに準じて媒体を作成した。基板は実施例１と同様のものをもちいた。基板に軟化点が４００（℃）スピンオングラス３０（ｎｍ）をスピンコーターを用いて塗布し、アニールを施した。実施例１と同様、型は、表面にコートしたイリジウムを、ＥＢ露光によってパターニングしたレジストをマスクに、ＲＩＥによってエッチングし、深さ３０（ｎｍ）、ピッチ７５（ｎｍ）、ドット径４０（ｎｍ）のドット状の凹凸を形成したものを用いた。その型を図５のように転写装置内に設置し、台座を含む金型全体をカートリッジヒーター（図示せず）によって加熱した。金型の温度が３９０（℃）に達した時点で、プレス圧力を１（ＭＰａ）加え、３分間そのまま保持をした。その後、金型を冷却して、基板を取り出した。ＡＦＭで観察したところ、転写後の基板表面には型の形状に対応した、深さ３０（ｎｍ）、ピッチ７５（ｎｍ）、ドット径４０（ｎｍ）のドット状の凹凸が作成できた。

その後、垂直磁気異方性を持つＣｏＣｒＰｔを５０（ｎｍ）の厚みで形成し、ＣＭＰで研磨した。そうして得られた磁気ディスクを交流磁界中で消磁した後、磁気間力顕微鏡（ＭＦＭ）で磁化状態を確認したところ、ドット内にドメインは観察されず、ドット１つ１つが単磁区していることが確認できた。

なお、本実施例ではパターンド媒体について述べたが、同様にパターニングによって磁性膜を磁気的に分離することを目的とするディスクリートトラック型媒体についても、同様の効果が得られる。

本発明は、ガラス基板、または基板上に形成された非磁性層を、成形によって直接加工する工程と、磁性膜を成膜する工程、研磨する工程からなる製造方法であるので、コスト高となるエッチング工程や、非磁性膜成膜工程を行う必要が無くなる結果、数十ナノオーダーの形状を持つ、パターンド媒体やディスクリートトラック型媒体を安価に製造することが可能となる。

また、こうして形成された磁気記録媒体は、容易にテーパー形状を付与できるので、埋め込みの際に磁気特性を劣化させることなく磁性膜を形成でき、さらに磁気ヘッドから見た、磁性膜の表面積が増えるので、高特性の磁気記録媒体等として有用である。

本発明の実施の形態１を示す磁気記録媒体のプロセスフロー図 本発明の実施の形態２を示す磁気記録媒体のプロセスフロー図 本発明の実施の形態３を示す磁気記録媒体のプロセスフロー図 従来の磁気記録媒体のプロセスフロー図 転写工程における型構成の斜視図 型構成の断面図 型表面の好ましい凸部の一実施形態の断面図 型表面の好ましい凸部の一実施形態の断面図

符号の説明

１ 型
１ａ 加工層
１ｂ ベース材
２ 基板
３ 磁性膜
４ 非磁性層
５ 裏打ち層
６ レジスト
７ 台座

Claims (6)

1. （ａ）ガラスで構成された基板をその軟化点近傍まで加熱し、断面形状において複数の凸型の形状を持つ型を押し当てることで、前記基板に前記凸形状に対応する凹みを形成する工程と、
   （ｂ）前記凹みを形成した前記ガラス基板に磁性膜を形成する工程と、
   （ｃ）前記基板の表面を研磨により平坦化する工程
   とを含むことを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
2. （ａ）基板表面に、前記基板よりも低温で軟化する非磁性層を形成する工程と、
   （ｂ）前記基板を、前記非磁性層の軟化点近傍まで加熱し、断面形状において複数の凸型の形状を持つ型を押し当てることで、前記非磁性層に前記凸形状に対応する凹みを形成する工程と、
   （ｃ）前記凹みを形成した前記基板に磁性膜を形成する工程と、
   （ｄ）前記基板の表面を研磨により平坦化する工程
   とを含むことを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
3. 前記基板表面には、あらかじめ高透磁率を持つ裏打ち層を形成したことを特徴とする請求項２に記載の磁気記録媒体の製造方法。
4. 前記型における前記凸形状は、その先端に向かって細くなるような形状を持つことを特徴とする、請求項１から請求項３に記載の磁気記録媒体の製造方法。
5. 前記型における前記凸形状間の凹み部は、Ｖ字形状を持つことを特徴とする、請求項４に記載の磁気記録媒体の製造方法。
6. 請求項４と請求項５に記載の製造方法によって製造された磁気記録媒体。

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