JP2006277868A - ディスクリートトラック媒体およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】高密度記録に対応でき、熱揺らぎ耐性に優れたディスクリートトラック媒体を提供する。
【解決手段】非磁性基板上に、凸部をなす強磁性層のパターンと強磁性層のパターン間の凹部に埋め込まれた非磁性体とで形成された、記録トラックを含むデータ領域と、プリアンブル領域、アドレス領域およびバースト領域を含むサーボ領域とを含む磁気記録層を有し、前記データ領域の凹部を埋め込む非磁性体の高さが、前記バースト領域の凹部を埋め込む非磁性体の高さよりも低いことを特徴とするディスクリートトラック媒体。
【選択図】 図2

Description

本発明は、磁気ヘッドの浮上が良好で高密度磁気記録が可能なディスクリートトラック媒体およびその製造方法に関する。
近年、ハードディスクドライブ(HDD)のトラック密度の向上に対して、隣接トラック間での干渉という問題が顕在化している。特に、記録ヘッドからの磁界のフリンジ効果による書きにじみを低減させることが重要な技術課題になっている。
この課題を解決するには、記録トラック間を物理的に分離したディスクリートトラック媒体(DTR媒体)が有効であると考えられている。DTR媒体では、記録時に隣接トラックの情報を消去するサイドイレース現象、および再生時に隣接トラックの情報を読み込むサイドリード現象を低減できる。このため、DTR媒体はトラック密度を大幅に高め、高密度記録を可能にすると期待されている(特許文献1参照)。
DTR媒体は、表面に磁性層の加工に伴う凹凸が形成されている。このような表面凹凸のある媒体上で磁気ヘッドを安定浮上させるのは困難である。そこで、バイアススパッタ法によりSiO2で凹部を埋め込み、余分なSiO2を除去することで表面を平坦にする方法が知られている(非特許文献1参照)。
高密度記録を行うには、磁気ヘッドの低浮上化を実現する必要がある。磁気ヘッドの浮上量は媒体の線速の2乗に比例するため、ディスク内周部と外周部で浮上量に差が生じる。この問題を解決するために、媒体表面にテクスチャを形成し、テクスチャの凹凸によって磁気ヘッドの浮上量を制御し、ディスク全面で均一な浮上量を実現する方法が知られている(特許文献2参照)。
特開7−85406号公報(第1図) IEEE Trans. Magn., Vol. 40, No. 4, 2510 (2004) 特開平4−113515号広報(第6図)
上述したように、DTR媒体は記録トラック間の間隔を詰めることが可能であるため、高密度磁気記録媒体として有効である。しかし、DTR媒体は記録トラック間の間隔を狭める効果しかなく、磁気記録媒体の径方向(クロストラック方向)の密度を向上できるだけである。一方、トラック方向の記録密度を増加するには、加工する前の媒体の特性を向上させるしかないのが現状である。高記録密度に対応できる媒体としては、記録ビットの微細化に伴う熱揺らぎ現象に対抗するために、高保磁力をもつ垂直記録膜が好ましい。しかし、高保磁力媒体に垂直磁気記録方式で記録を行うのは、記録ヘッドが発生できる磁界に限界があるため、非常に困難である。
そこで、磁気ヘッドの浮上量を低下させ、磁気スペーシングを減じることで記録を行っている。しかし、磁気ヘッドの浮上量を低下させると、媒体との接触頻度が上がり、磁気記録装置(HDD)としての信頼性が低下する。磁気ヘッドの位置制御を行うためのサーボ情報、特にバースト信号の読み込み時に磁気ヘッドが接触すると、トラッキングできなくなり、HDDとして機能しなくなる。そこで、データ領域で磁気ヘッドの浮上量が低く、サーボ領域、特にバースト領域で磁気ヘッドの浮上量が高くなるDTR媒体が望まれる。
本発明の目的は、高密度記録に対応でき、熱揺らぎ耐性に優れたディスクリートトラック媒体およびその製造方法を提供することにある。
本発明の一態様に係るディスクリートトラック媒体は、非磁性基板上に、凸部をなす強磁性層のパターンと強磁性層のパターン間の凹部に埋め込まれた非磁性体とを用いて形成された、記録トラックを含むデータ領域と、プリアンブル領域、アドレス領域およびバースト領域を含むサーボ領域とを含む磁気記録層を有し、前記データ領域の凹部を埋め込む非磁性体の高さが、前記バースト領域の凹部を埋め込む非磁性体の高さよりも低いことを特徴とする。
本発明の他の態様に係るディスクリートトラック媒体の製造方法は、非磁性基板上に強磁性層および保護層を形成し、前記保護層上にレジストを塗布し、前記レジストに記録トラック、プリアンブル領域、アドレス領域およびバースト領域に相当する凹凸パターンが形成されたスタンパをインプリントして凹凸パターンを転写し、ドライエッチングにより凹凸パターンが転写されたレジストの凹部の底を選択的に除去し、レジスト残渣をマスクとしてイオンビームにより保護層および強磁性層をエッチングし、保護層上にレジスト残渣を残した状態で、スパッタ法により強磁性層の間の凹部に非磁性体を埋め込み、エッチバックして非磁性体の厚みを減少させることを特徴とする。
本発明によれば、高密度記録に対応したディスクリートトラック媒体およびその製造方法を提供することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
図1に本発明の実施形態に係るディスクリートトラック媒体の磁気記録層の平面図を示す。図1に示すように、磁気記録層は、記録トラック11を含むデータ領域10と、プリアンブル領域21、アドレス領域22およびバースト領域23を含むサーボ領域20とを含む。これらの各領域は、凸部をなす強磁性層のパターンと強磁性層のパターン間の凹部に埋め込まれた非磁性体とを用いて形成されている。このように隣接する記録トラックどうしは非磁性体によって物理的に分離されている。本発明の実施形態においては、データ領域10の凹部を埋め込む非磁性体の高さが、バースト領域23の凹部を埋め込む非磁性体の高さよりも低くなっている。
図2〜図4に示す断面図を参照して、データ領域10における非磁性体の高さとバースト領域23における非磁性体の高さとの違いを具体的に説明する。図2〜図4において、(a)はデータ領域の断面、(b)はバースト領域の断面をそれぞれ示している。いずれの図面も、非磁性基板1上に強磁性層2のパターンが形成され、強磁性層2のパターン間の凹部に非磁性体3が埋め込まれ、強磁性層2および非磁性体3の表面にカーボン保護膜4が形成されている状態を示している。
図2(b)に示すバースト領域23では強磁性層2と非磁性体3の表面が同一高さになっているが、図2(a)に示すデータ領域10では強磁性層2よりも非磁性体3の高さが低くなっている。したがって、データ領域10における非磁性体3の高さは、バースト領域23における非磁性体3の高さよりも低い。
図3(a)に示すデータ領域10では強磁性層2と非磁性体3の表面が同一高さになっているが、図3(b)に示すバースト領域23では強磁性層2に比べて非磁性体3が盛り上がっている。したがって、データ領域10における非磁性体3の高さは、バースト領域23における非磁性体3の高さよりも低い。
図4(a)に示すデータ領域10および図4(b)に示すバースト領域23のいずれでも、強磁性層2よりも非磁性体3の高さが低くなっているが、データ領域10における非磁性体3の高さは、バースト領域23における非磁性体3の高さよりも低くなっている。
このように、データ領域10の凹部を埋め込む非磁性体3の高さが、バースト領域23の凹部を埋め込む非磁性体3の高さよりも低くなっていると、データ領域10では磁気ヘッドの浮上量を下げて高保磁力媒体への書き込みを容易にするとともに、バースト領域23では磁気ヘッドの浮上量を上げてヘッドクラッシュの可能性を減じ、信頼性を向上できる。
ここで、サーボ情報は凹凸として物理的に作りこまれており、サーボ信号が得られるようにするには一方向に着磁するだけでよい。すなわち磁気ヘッドでサーボ信号を書き込むわけではないため、サーボ領域23において磁気ヘッドの浮上量を低くする必要はない。
本発明の実施形態に係るディスクリートトラック媒体においては、バースト領域23の凹部を埋め込む非磁性体3の高さとデータ領域10の凹部を埋め込む非磁性体3の高さの差bと、強磁性層2のパターン間の凹部の深さaとが、0<b≦a/12の関係を満たすことが好ましい。この理由を以下に説明する。
データ領域は再生信号のS/N比をできる限り大きくするように考慮して設計されるが、たとえば図5(a)に示すように最低限でもトラックの幅:溝の幅=2:1とする。溝の幅を上記の比率以上に太くすると、記録トラックに相当する強磁性層の体積が減るため、再生信号のS/N比が低下する。また、図5(b)に示すように、バースト領域は単位面積当たりの強磁性層(2):非磁性体(3)の面積比を3:1とするように設計される。バースト領域における強磁性層の面積比をこれより小さくするとサーボ信号のS/Nを大きくすることができない。
上記の設計によれば、非磁性体/強磁性層の面積比は、データ領域では最大で1/3、バースト領域では最大で1/4となる。このような非磁性体/強磁性層の面積比に設計された各領域に対し、強磁性層パターン間の凹部(深さをaとする)に非磁性体を埋め込むと、非磁性体の埋め込み高さは非磁性体/強磁性層の面積比に反比例することになるから図5(d)に示すバースト領域における非磁性体の高さと図5(c)に示すデータ領域における非磁性体の高さの差bは最大でb=a/12となる。したがって、0<b≦a/12の範囲となるように設計すれば、再生信号のS/N比およびサーボ信号のS/N比がともに良好になる。
本発明の実施形態に係るディスクリートトラック媒体においては、バースト領域23の凹部を埋め込む非磁性体3の高さとデータ領域10の凹部を埋め込む非磁性体3の高さの差bが、15nm以下であることが好ましい。この理由を以下に説明する。
バースト領域における非磁性体の高さとデータ領域における非磁性体の高さの差bが大きいほど、浮上量を変化させる度合いを大きくできるため、バースト領域のヘッドクラッシュの可能性を低下できる。しかし、浮上量の変化が大きすぎると、浮上量の変化をサスペンションによって吸収できなくなり、磁気ヘッド自体が振動する。磁気ヘッドの振動はノイズ源になり、記録再生信号S/Nの劣化につながるため好ましくない。非磁性体の高さの差bが15nm以下であれば、磁気ヘッドの振動を抑えることができる。
本発明の実施形態に係るディスクリートトラック媒体において、磁性層パターン間の凹部を埋め込むための非磁性埋め込み剤としてはSiO2またはCを用いることが好ましい。DTR媒体を製造する際には、媒体基板上に強磁性層などを成膜し、レジストを塗布した後、レジストにスタンパをインプリントして凹凸パターンを転写する方法が用いられる。このとき、どのようなレジストを選択するかが重要になる。一般的には、ノボラック系のフォトレジスト(たとえば、シプレー社S1801など)を用いるのが簡便であるが、インプリント工程での形状転写性があまりよくない。レジストとしてSOG(Spin On Glass)を用いた場合、形状転写性も良好で作製されたパターンの矩形性にも優れている。このため、SOGを用いたインプリント工程に経てDTR媒体を製造するのが好適である。インプリント工程の後、凹凸パターンが転写されたSOGをマスクとして強磁性層をエッチングすると、強磁性層の上部にマスク残渣としてSOGが残る。
ノボラック系のフォトレジストを用いた場合、マスク残渣をフッ素系ガス(CF4、SF6など)のRIE(Reactive Ion Etching)で剥離していたが、この工程で強磁性層上部にエッチングダメージを与えることがわかっている。
ここで、磁性層パターン間の凹部を埋め込むための非磁性埋め込み剤としてSiO2を用いた場合、マスク残渣のSOGと非磁性埋め込み剤のSiO2は本質的に同じ物質であるので、従来のようなマスク剥離工程を行うことなくSiO2で埋め込むことができる。このように、非磁性埋め込み剤としてSiO2を用いた場合には、マスク残渣の剥離工程を必要としないため、製造工程の短縮化に伴うコストおよび製造時間の大幅な削減ができるうえに、強磁性層上部へのダメージを大幅に抑えることができる。また、非磁性埋め込み剤としてSiO2の代わりにC(カーボン)を用いた場合にも、同様な効果を得ることができる。
次に、本発明の実施形態に係るディスクリートトラック媒体の製造方法を図6(a)〜(g)を参照して概略的に説明する。
基板1上に、垂直磁気異方性を有する強磁性層2、カーボン保護層4を成膜する(図6(a))。カーボン保護層4上にSOG5を塗布し、SOG5にスタンパ50の凹凸面を対向させる(図6(b))。インプリントを行い、SOG5にスタンパ50の凹凸パターンを転写させる(図6(c))。SF6によるRIE(Reactive Ion Etching)を行い、凹部の底のSOG5を除去する(図6(d))。Arによるイオンミリングを行い、カーボン保護層4および強磁性層2をエッチングする(図6(e))。スパッタ法により、SiO2からなる非磁性体3を埋め込む(図6(f))。カーボン保護層4が露出するまでエッチバックを行い、非磁性体3の厚みを減らす(図6(g))。再度、カーボン保護層4を成膜する(図6(h))。
上記で説明したように、本発明の実施形態に係るDTR媒体の製造方法では、図6(f)の工程でスパッタ法による凹凸埋め込みを行う。スパッタ法を行う際には、必要に応じて基板バイアスをかけてもよい。スパッタ法では、スパッタされたSiO2粒子が堆積して凹凸を埋め込むときに、パターンの粗密に応じて埋め込み量が変化する。たとえば、上述したように非磁性体/強磁性層の面積比がデータ領域で1/3、バースト領域で1/4となるように設計されている場合、スパッタ法でSiO2埋め込みを行うと、単位面積あたりに堆積するSiO2の体積が等しいことから、非磁性体(凹部)の面積が大きいデータ領域の方がバースト領域に比べて埋め込み膜厚が薄くなる。この後、エッチバックを行って非磁性体の膜厚を減らすことにより、本発明の実施形態に係るDTR媒体を製造することができる。バースト領域の非磁性体の高さとデータ領域の非磁性体の高さの差bを制御するには、パターンの粗密を制御すればよい。
これに対して、SOG5によるウエットプロセスを用いて凹凸埋め込みを行った場合、図7(a)および(b)に示すように、SOG5の表面において表面張力やリフロー効果が働き、ディスク全面で平坦な表面が形成される。このため、SOG5によるウエットプロセスを用いた場合には、本発明の実施形態に係るDTR媒体のように、領域によって埋め込み構造を変えることは不可能である。
以下、本発明の実施形態に係るディスクリートトラック媒体に用いられる材料について説明する。
(基板)
基板としては、たとえばガラス基板、Al系合金基板、セラミック、カーボン、酸化表面を有するSi単結晶基板、およびこれらの基板にNiPなどのメッキを施したものなどを用いることができる。ガラス基板としては、アモルファスガラス、結晶化ガラスがある。アモルファスガラスとしては汎用のソーダライムガラス、アルミノシリケートガラスを使用できる。結晶化ガラスとしては、リチウム系結晶化ガラスを使用できる。セラミック基板としては、汎用の酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素などを主成分とする焼結体や、これらの繊維強化物などを使用できる。
なお、以下においては、基板上への薄膜の形成方法としてスパッタリング法のみについて説明しているが、真空蒸着法や電解メッキ法などでも同様の効果を得ることができる。
(軟磁性下地層)
軟磁性下地(裏打ち)層(SUL)は、垂直磁気記録層を磁化するための磁気ヘッドたとえば単磁極ヘッドからの記録磁界を水平方向に通して磁気ヘッド側へ還流させるという磁気ヘッドの機能の一部を担っており、記録層に急峻で十分な垂直磁界を印加させ記録再生効率を向上させる役目を果たす。
軟磁性下地層には、Fe、Ni、Coを含む材料を用いることができる。このような材料としては、FeCo系合金たとえばFeCo、FeCoVなど、FeNi系合金たとえばFeNi、FeNiMo、FeNiCr、FeNiSiなど、FeAl系合金、FeSi系合金たとえばFeAl、FeAlSi、FeAlSiCr、FeAlSiTiRu、FeAlOなど、FeTa系合金たとえばFeTa、FeTaC、FeTaNなど、FeZr系合金たとえばFeZrNなどが挙げられる。
軟磁性下地層に、Feを60at%以上含有するFeAlO、FeMgO、FeTaN、FeZrNなどの微結晶構造、または微細な結晶粒子がマトリクス中に分散されたグラニュラー構造を有する材料を用いることもできる。
軟磁性下地層に、Coと、Zr、Hf、Nb、Ta、Ti、およびYのうち少なくとも1種を含有するCo合金を用いることもできる。Coは80at%以上含まれることが好ましい。このようなCo合金は、スパッタ法により製膜した場合にアモルファス層が形成されやすい。アモルファス軟磁性材料は、結晶磁気異方性、結晶欠陥および粒界がないため、非常に優れた軟磁性を示す。アモルファス軟磁性材料を用いることにより、媒体の低ノイズ化を図ることができる。好適なアモルファス軟磁性材料としては、たとえばCoZr、CoZrNb、およびCoZrTa系合金などを挙げることができる。
SULの下に、SULの結晶性の向上または基板との密着性の向上のためにさらに下地層を設けることができる。下地層材料としては、Ti、Ta、W、Cr、Pt、またはこれらを含む合金、またはこれらの酸化物、窒化物を用いることができる。SULと記録層との間に、非磁性体からなる中間層を設けることができる。中間層の役割は、SULと記録層との交換結合相互作用を遮断することと、記録層の結晶性を制御することの二つがある。中間層材料としては、Ru、Pt、Pd、W、Ti、Ta、Cr、Si、またはこれらを含む合金、またはこれらの酸化物、窒化物を用いることができる。スパイクノイズ防止のためにSULを複数の層に分け0.5〜1.5nmのRuを挿入することで反強磁性結合させてもよい。CoCrPtやSmCo、FePtなどの面内異方性を持った硬磁性膜、またはIrMn、PtMnなどの反強磁性層からなるピン層と、軟磁性層とを交換結合させてもよい。その際に、交換結合力を制御するために、Ru層の前後に磁性(たとえばCo)または非磁性の膜(たとえばPt)を積層してもよい。
軟磁性層の微細構造は、強磁性層と同様な構造であれば、結晶性や微細構造制御の点で好ましいが、磁気特性を優先させる場合にはあえて別の構造とすることもできる。たとえば、アモルファスの軟磁性層と結晶性の強磁性層、またはその逆が考えられる。また、軟磁性層は、軟磁性体微粒子が非磁性体マトリックス中に存在する、いわゆるグラニュラー構造であってもよいし、磁気特性の異なる複数の層(たとえば軟磁性層/非磁性層の多層膜)から構成されていてもよい。
なお、記録再生時以外の軟磁性層の磁気異方性の方向は膜面に垂直でも、面内周方向でも、面内径方向でも、またはこれらの合成であってもよい。
軟磁性層は、記録再生時に単磁極ヘッドの磁界によって磁気の向き(スピンの向き)が変化し、閉じた磁気ループが形成される程度の保磁力を有するものであればよい。一般的には数kOe以下であれば好ましく、1kOe以下であればさらに好ましく、50Oe以下であればなお好ましい。
(強磁性層)
垂直磁気記録層には、Coを主成分とするとともに少なくともPtを含み、さらに酸化物を含んだ材料を用いることが好ましい。酸化物としては、特に酸化シリコン、酸化チタンが好適である。垂直磁気記録層は、層中に磁性粒子(磁性を有した結晶粒子)が分散していることが好ましい。この磁性粒子は、垂直磁気記録層を上下に貫いた柱状構造であることが好ましい。このような構造を形成することにより、垂直磁気記録層の磁性粒子の配向および結晶性を良好にし、結果として高密度記録に適した信号/ノイズ比(S/N比)が得ることができる。
このような構造を得るためには、含有させる酸化物の量が重要となる。酸化物の含有量は、Co、Cr、Ptの総量に対して、3mol%以上12mol%以下であることが好ましく、5mol%以上10mol%以下であることがより好ましい。垂直磁気記録層中の酸化物の含有量が上記範囲であれば、層を形成した際、磁性粒子の周りに酸化物が析出し、磁性粒子を孤立化、微細化することができる。酸化物の含有量が上記範囲を超えた場合、酸化物が磁性粒子中に残留し、磁性粒子の配向性、結晶性を損ね、さらには、磁性粒子の上下に酸化物が析出し、結果として磁性粒子が垂直磁気記録層を上下に貫いた柱状構造が形成されなくなるため好ましくない。酸化物の含有量が上記範囲未満である場合、磁性粒子の分離、微細化が不十分となり、結果として記録再生時におけるノイズが増大し、高密度記録に適した信号/ノイズ比(S/N比)が得られなくなるため好ましくない。
垂直磁気記録層のCrの含有量は、0at%以上16at%以下であることが好ましく、10at%以上14at%以下であることがより好ましい。Cr含有量が上記範囲であれば、磁性粒子の一軸結晶磁気異方性定数Kuを下げすぎず、高い磁化を維持し、結果として高密度記録に適した記録再生特性と十分な熱揺らぎ特性が得られるため好適である。Cr含有量が上記範囲を超えた場合、磁性粒子のKuが小さくなるため熱揺らぎ特性が悪化し、磁性粒子の結晶性、配向性が悪化し、結果として記録再生特性が悪くなるため好ましくない。
垂直磁気記録層のPtの含有量は、10at%以上25at%以下であることが好ましい。Pt含有量が上記範囲であれば、垂直磁性層に必要なKuを得ることができ、さらに磁性粒子の結晶性、配向性が良好であり、結果として高密度記録に適した熱揺らぎ特性、記録再生特性が得られるため好適である。Pt含有量が上記範囲を超えた場合、磁性粒子中にfcc構造の層が形成され、結晶性、配向性が損なわれるおそれがあるため好ましくない。Pt含有量が上記範囲未満である場合、高密度記録に適した熱揺らぎ特性を得るためのKuが得られないため好ましくない。
垂直磁気記録層は、Co、Cr、Pt、酸化物のほかに、B、Ta、Mo、Cu、Nd、W、Nb、Sm、Tb、Ru、Reから選ばれる1種以上の元素を含むことができる。上記元素を含むことにより、磁性粒子の微細化を促進するか、または結晶性や配向性を向上することができ、より高密度記録に適した記録再生特性、熱揺らぎ特性を得ることができる。上記元素の合計の含有量は、8at%以下であることが好ましい。8at%を超えた場合、磁性粒子中にhcp相以外の相が形成されるため、磁性粒子の結晶性、配向性が乱れ、結果として高密度記録に適した記録再生特性、熱揺らぎ特性が得られないため好ましくない。
垂直磁気記録層としては、上記の他、CoPt系合金、CoCr系合金、CoPtCr系合金、CoPtO、CoPtCrO、CoPtSi、CoPtCrSi、およびPt、Pd、Rh、およびRuからなる群より選択された少なくとも一種を主成分とする合金とCoとの多層構造、さらに、これらにCr、BおよびOを添加したCoCr/PtCr、CoB/PdB、CoO/RhOなどを使用することができる。
垂直磁気記録層の厚さは、5ないし60nmであることが好ましく、10ないし40nmであることがより好ましい。この範囲であれば、より高記録密度に適した磁気記録再生装置として動作し得る。垂直磁気記録層の厚さが5nm未満であると、再生出力が低過ぎてノイズ成分の方が高くなる傾向があり、垂直磁気記録層の厚さが40nmを超えると再生出力が高過ぎて波形を歪ませる傾向がある。垂直磁気記録層の保磁力は、237000A/m(3000Oe)以上とすることが好ましい。保磁力が237000A/m(3000Oe)未満であると、熱揺らぎ耐性が劣る傾向がある。垂直磁気記録層の垂直角形比は、0.8以上であることが好ましい。垂直角形比が0.8未満であると、熱揺らぎ耐性に劣る傾向がある。強磁性層の磁気異方性に関しては、垂直磁気異方性成分が主であれば面内磁気異方性成分が含まれていてもよい。
垂直磁気記録層は、磁性粒子とその間に存在する非磁性物質とから構成される複合材料であることが好ましい。磁性粒子を反転単位とした高密度磁気記録が可能となるからである。しかし、データ領域をパターン化する場合には、非磁性物質の存在は必ずしも必要ではない。また、希土類−遷移金属合金のような連続的なアモルファス磁性体であってもよい。
(保護層)
保護層は、垂直磁気記録層の腐食を防ぐとともに、磁気ヘッドが媒体に接触したときに媒体表面の損傷を防ぐ目的で設けられる。保護層の材料としては、たとえばC、SiO2、ZrO2を含むものがあげられる。保護層の厚さは、1ないし10nmとすることが好ましい。この範囲であれば、ヘッドと媒体の距離を小さくできるので、高密度記録に好適である。カーボンは、sp2結合炭素(グラファイト)とsp3結合炭素(ダイヤモンド)に分類できる。耐久性、耐食性はsp3結合炭素のほうが優れるが、結晶質であることから表面平滑性はグラファイトに劣る。通常、カーボンは、グラファイトターゲットを用いたスパッタリング法で成膜される。この方法では、sp2結合炭素とsp3結合炭素が混在したアモルファスカーボンが形成される。sp3結合炭素の割合が大きいものはダイヤモンドライクカーボン(DLC)と呼ばれる。DLCは、耐久性、耐食性に優れ、アモルファスであることから表面平滑性にも優れている。CVD(Chemical vapor Deposition)法を用いる場合、原料ガスをプラズマ中で励起、分解し、化学反応によってDLCを生成させるため、条件を適切に設定することで、よりsp3結合炭素に富んだDLCを形成することができる。
次に、ディスクリートトラック媒体をパターニングする方法の一例をより具体的に説明する。
<スタンパ作製>
まず、パターンの元になる原盤を作製する。Si基板上に感光性樹脂を塗布し、感光性樹脂層に電子線を照射して潜像を形成し、この潜像を現像することにより凹凸パターンを形成する。凹凸パターンは、所定のタイミングで電子線を基板上の感光性樹脂に照射するための信号源と、その信号源に同期して高精度に基板を移動させるステージを有する露光装置を用いて形成する。
作製されたレジスト原盤の上に通常のスパッタリング法によってNi導電膜を形成する。次に、導電膜の上に電鋳法により厚さ約300μmのニッケル電鋳膜を形成する。電鋳には、たとえば昭和化学(株)製の高濃度スルファミン酸ニッケルメッキ液(NS−160)を使用する。電鋳条件は次の通りである。
スルファミン酸ニッケル:600g/L
ホウ酸:40g/L
界面活性剤(ラウリル硫酸ナトリウム):0.15g/L
液の温度:55℃
pH:3.8〜4.0
電流密度:20A/dm2
この後、レジスト原盤から電鋳膜を剥離することにより、導電膜および電鋳膜およびレジスト残渣を備えたスタンパを得る。次にレジスト残渣を酸素プラズマアッシング法で除去する。酸素プラズマアッシングは、たとえば酸素ガスを100ml/minで導入し、4Paの真空に調整されたチャンバー内において100Wで10分間行う。
こうして得られたファザースタンパ自体をインプリントスタンパとして使用できるが、このファザースタンパに上記の電鋳処理を繰り返し、スタンパを大量複製することが好ましい。まずファザースタンパの表面に、レジスト残渣を除去する工程と同様の酸素プラズマアッシング法によるパッシベーションで酸化膜を形成した。酸素ガスを100ml/minで導入し、4Paの真空に調整されたチャンバー内において200Wで3分間処理する。この後、電鋳法により前述したものと同じ手法でニッケル電鋳膜を形成する。この後、ファザースタンパから電鋳膜を剥離してファザースタンパの反転型であるマザースタンパを得る。ファザースタンパからマザースタンパを得る工程を繰り返すことにより10枚以上の同じ形状のマザースタンパを得る。
この後、ファザースタンパからマザースタンパを得る手順と同様にして、マザースタンパ表面に酸化膜をパッシベーションし、電鋳膜を形成して剥離することにより、ファザースタンパと凹凸形状が同じサンスタンパを得る。
<インプリント>
(サン)スタンパをアセトンで5分間超音波洗浄をした後、フッ素系剥離剤として塩素系フッ素樹脂含有シランカップリング剤であるフルオロアルキルシラン[CF3(CF27CH2CH2Si(OMe)3](GE東芝シリコーン株式会社製の商品名TSL8233)をエタノールで2%に希釈した溶液に30分以上浸し、ブロアで溶液をとばした後に、窒素雰囲気中120℃で1時間アニールする。続けて磁気ディスクにSOG(Spin On Glass)をスピンコータで塗布する。SOGは、シロキサンの化学構造によって、シリカガラス、アルキルシロキサンポリマー、アルキルシルセスキオキサンポリマー(MSQ)、水素化シルセスキオキサンポリマー(HSQ)、水素化アルキルシロキサンポリマー(HOSP)などに分類できる。たとえば、東京応化株式会社製のT−7とダウコーニング社製のFOXをメチルイソブチルケトン(MIBK)で5倍に希釈したものを用いる。SOG塗布後、オーブンに入れ100℃で20分間プリベークを行い、SOG中の溶媒を飛ばし、適度な硬度に保つ。その後、記録トラックとサーボ領域のパターンが埋め込まれたスタンパを450barで60秒間プレスすることによって、レジストにそのパターンを転写する。
<媒体エッチング>
磁気ディスク上の凹部の底のレジスト残渣を除去するため、SF6ガスによるRIEを行う。ガスとしてフッ素系のガス、たとえばCF4、CHF3、C26などのフルオロカーボンを用いてもよい。しかし、フルオロカーボンを用いたRIEは、テフロン(登録商標)系(CF2重合物)の再付着物が生じやすいという欠点がある。SF6ガスの場合は再付着物が生じないため好適である。インプリントで形成した凹凸の形状を崩すことなく残渣を除去するには、低圧、低温でのRIEが好ましい。たとえば、投入パワー100W、チャンバー圧2mTorr、プロセス温度15℃の条件で残渣除去を行う。
続けて、Arイオンミリングで磁気記録媒体をエッチングする。垂直磁気記録層のダメージをなくすためには、低加速電圧、低電流の条件を用いることが好ましい。たとえば、チャンバー圧2.5×10-4Torr、加速電圧400V、電流40mAの条件で磁性体加工を行う。この際、再付着現象を抑えるように、イオン入射角を30°、70°と変化させてエッチングする。
<凹凸埋め込み>
作製したDTR媒体の表面を平滑にするため、スパッタ法でSiO2またはCを成膜して凹凸埋め込みを行う。このとき、基板にRFバイアスをかけてもよい。たとえば、基板バイアス100W、ターゲット印加電圧500W、スパッタ圧0.2PaのバイアススパッタでSiO2を100nm成膜する。ただし、バイアススパッタ法によりSiO2を成膜した場合には、ダストが発生して表面の平坦性が劣化することがある。基板バイアスをかけない通常のスパッタ法によりSiO2を成膜した場合には、平坦な表面を得るために膜厚をいくぶん厚くする必要があるものの、ダストの発生を避けることができる。また、非磁性埋め込み剤としてCを用いる場合には、ダスト発生の問題はなく、バイアススパッタ法でも通常のスパッタ法でもよい。
続けて、Arイオンミリングでエッチバックを行う。エッチバック工程は、フッ素系ガスを用いたRIEでもよいが、強磁性層表面が露出するオーバーエッチング状態になった場合、埋め込み剤であるSiO2のみエッチングされてしまうため好ましくない。よって、いかなる材料でもエッチング可能なArイオンミリングを用いるのがよい。たとえば、チャンバー圧2.5×10-4Torr、加速電圧400V、電流100mAの条件でエッチングを行う。
(磁気記録装置)
図8は本発明の他の実施形態に係る磁気記録装置の斜視図である。この磁気ディスク装置は、筐体の内部に磁気ディスク101と、磁気ヘッドを組み込んだスライダ103と、ヘッドサスペンションアッセンブリ(サスペンション104とアーム105)と、アクチュエータ126と、回路基板とを備える。
磁気ディスク101はスピンドルモータ102に取り付けられて回転され、垂直磁気記録方式により各種のディジタルデータが記録される。磁気ヘッドはいわゆる複合型ヘッドであり、単磁極構造のライトヘッドと、シールド間にGMR膜やTMR膜などを設けたリードヘッドとが共通のスライダ103に搭載される。
ヘッドサスペンションアッセンブリは磁気ヘッドを磁気ディスク101の記録面に対向させて支持する。アクチュエータ106はボイスコイルモータ(VCM)により、ヘッドサスペンションアッセンブリを介して磁気ヘッドを磁気ディスク101の任意の半径位置に位置決めする。回路基板はヘッドICを備え、アクチュエータ106の駆動信号および磁気ヘッドの読み書き制御のための制御信号などを生成する。
(実施例1)
電子ビーム露光によって、記録トラック、サーボ領域が100セクター形成されたディスク状スタンパを形成した。このスタンパは、データ領域における強磁性層:非磁性体の面積比が3:1、バースト領域における強磁性層:非磁性体の面積比が4:1となるように設計されている。このスタンパを用い、図6に示した方法に従って、以下のようにしてディスクリートトラック媒体を作製した。
ガラス基板上に軟磁性層であるCoZrNbを約200nm形成した。スパッタリングにより、配向制御用下地Ruを約20nm成膜し、CoCrPt合金にSiO2を添加した強磁性層を約20nm成膜した。自然酸化を防ぐため、表面にカーボン保護膜を約4nm成膜した。カーヒステリスループによる媒体保磁力は5kOeであった。レジストとしてSOGを約100nmの膜厚で形成した。スタンパを用いてインプリントによるパターン形成を行い、SF6 RIEで凹部の底のインプリント残渣を除去した。Arイオンミリングで強磁性層をエッチングした後、バイアススパッタ法でSiO2を約200nm成膜して凹部を埋め込んだ。ArイオンミリングでSiO2をエッチバックした後、CVD法でカーボン保護膜を約4nm形成し、潤滑剤を塗布した。
こうして図2(a)および(b)に示したようなDTR媒体を作製した。断面TEMを測定したところ、バースト領域では強磁性層と非磁性体(SiO2)の高さが同一であったが、データ領域では強磁性層よりも非磁性体(SiO2)の方が1.5nm低くなっていた。つまり、バースト領域の凹部を埋め込むSiO2の高さとデータ領域の凹部を埋め込むSiO2の高さの差bは1.5nmであった。この差bの値は、強磁性層の膜厚20nmの1/12以下である。このDTR媒体を図8に示したようなドライブに組み込み、浮上量13nm、4200rpmで浮上型磁気ヘッドによるリード/ライト(R/W)評価を行った。バンドイレースにより、トラック方向5μmにわたって全てをDC消磁し、サーボパターンを一方向に磁化した。100MHzで書き込みを行った後、BER(Bit Error Rate)を測定した。その結果、エラー率10-6が得られた(エラー率10-6とは、読み書き106回に1回の頻度でエラーが発生するということである)。これは製品として十分な信頼性を有するといえる。
(比較例1)
一般的な製造方法によりディスクリートトラック媒体を作製した。すなわち、強磁性層パターン間の凹部を非磁性体で埋め込む工程において、SOGによるウエット埋め込みを採用し、ディスク全面で強磁性層と凹部に埋め込まれた非磁性体の高さが同一であるDTR媒体を作製した。このDTR媒体をドライブに組み込み、実施例1と同様の評価を行ったところ、BERは10-4であった。これは、強磁性層と非磁性体の高さが同一であるため、バースト領域への磁気ヘッドの接触を避けようとすると、磁気ヘッドの浮上量を高くせざるを得ず、強磁性層の保磁力が5kOeと高いため良好に記録できなかったためであると思われる。
実施例1と比較例1との対比から、データ領域の凹部を埋め込む非磁性体の高さを、バースト領域の凹部を埋め込む非磁性体の高さよりも低くすることにより、磁気ヘッドの浮上量を変動させて保磁力5kOeという高保磁力媒体にも書き込みができ、十分な信頼性を得ることができることがわかる。
(比較例2)
トラック幅:溝幅=1:1を設定し、データ領域における非磁性体/強磁性層の面積比が実施例1よりも大きくなるように設計したスタンパを用いた。それ以外は実施例1と同様の方法でDTR媒体を作製した。断面TEMを測定したところ、バースト領域では強磁性層の高さと凹部を埋め込む非磁性体の高さが同一であったが、データ領域では強磁性層よりも凹部を埋め込む非磁性体の方が5nm低くなっていた。100MHzで書き込みを行い、BERを測定したところ、エラー率10-4が得られた。これはトラック幅:溝幅=1:1にしたことで、強磁性層の体積が減少し、再生信号のS/N比が低下したのが原因であると思われる。この結果が示す通り、バースト領域の非磁性体の高さとデータ領域の非磁性体の高さの差bが大きければよいということではなく、全体のバランスを考慮した範囲(0<b≦a/12)に収まっている必要がある。
(実施例2)
バースト領域の非磁性体の高さとデータ領域の非磁性体の高さの差bを大きくした場合の磁気ヘッドの振動を調査する目的で、以下のような実験を行った。
図9に示すように、サーボパターンを形成せず、データ領域のみを加工したDTR媒体を作製した。図10(a)に示すようにデータ領域には凹凸が存在するが、図10(b)に示すようにバースト領域はミラー状態となっている。ミリング時間を変化させることにより、データ領域の凹凸高さが20nm、15nmまたは10nmである3種のDTR媒体を作製した。この凹凸高さが、バースト領域の非磁性体の高さとデータ領域の非磁性体の高さの差bに相当する。磁気ヘッドの浮上を、LDV(Laser Doppler Vibrometer)を用いて観察した。b=20nmのDTR媒体では、100セクターあるサーボ領域に相当する9kHzの振動が観測された。一方、b=15nmまたは10nmのDTR媒体では、この振動が観測されなかった。この結果が示す通り、非磁性体の高さの差bが15nmよりも大きくなった場合、磁気ヘッド自体の振動が生じることがわかる。したがって、非磁性体の高さの差bを15nm以下にすることが好ましい。
(実施例3)
非磁性埋め込み剤として、SiO2のほかに、Au、Ag、Cu、C、CN、Si34、BN、TiN、SiON、SiC、BC、TiC、またはAl23を用いた。それ以外は実施例1と同様にしてDTR媒体を作製した。
埋め込み剤としてAu、Ag、Cuを用いた場合にはリフロー効果が働き、データ領域およびバースト領域ともに平坦な埋め込み構造になっていた。埋め込み剤としてC、CN、Si34、BN、TiN、SiON、SiC、BC、TiCまたはAl23を用いた場合、断面TEM観察によれば、図2(a)および(b)に示した構造を有するDTR媒体が作製されていることがわかった。しかし、これらのDTR媒体では、ディスク全面で所々に膜剥がれが生じていた。ただし、Cを埋め込み剤として用いた場合には膜剥がれは比較的少なかった。これらの結果は、レジスト残渣(SOG)と埋め込み剤との密着性の差によるものと思われる。すなわち、SOGとSiO2は本質的に同じ物質であるため密着性は良好であるが、他の物質は密着性がそれほどよくない。他の物質のうちでもCは、SiO2ほどでないものの密着性は良好な方である。
これらの結果が示す通り、ディスク全面の信頼性を保つには非磁性埋め込み剤としてSiO2を用いることが好ましいが、C、CN、Si34、BN、TiN、SiON、SiC、BC、TiC、Al23を用いた場合にも本発明の実施形態に係るDTR媒体を作製できることがわかった。
(実施例4)
非磁性埋め込み剤にSiO2を用い、実施例1と同様の方法でDTR媒体を100個作製した。グライド試験を行ったところ、80個のサンプルにAE(Acoustic Emission)出力が観測された。AE出力が観測されたサンプルは不良品となる。これは、SiO2のバイアススパッタ工程時にダストが発生したためであると思われる。SiO2は放電の不安定なRFスパッタに加えて、基板にもバイアスがかかるため、スパッタの放電条件を一定に保ちにくいのが原因である。
そこで、非磁性埋め込み剤にSiO2を用い、高圧(7.7Pa)で通常のスパッタを行い、100nm以上の膜厚に成膜することにより、実施例1と同じ構造を形成することができた。この方法でDTR媒体を100個作製し、グライド試験を行ったところ、AE出力が出た試料(不良品)は40個であった。これは、バイアススパッタ法を通常のスパッタ法に変更することで、埋め込み工程時のダスト発生確率を大幅に下げることができたためである。
さらに、非磁性埋め込み剤をC(カーボン)に変更し、高圧(7.7Pa)で通常のスパッタを行い、100nm以上の膜厚に成膜して凹凸埋め込みを行った。作製した100個のDTR媒体のうち、AE出力が観測された試料(不良品)は5個であった。CはHDD媒体の表面保護膜として使用されており、スパッタ条件が確立している。このため、Cのスパッタは、SiO2のスパッタに比べて非常に安定しており、ダストはほとんど発生しない。
以上の結果は次のようにまとめることができる。データ領域の凹部を埋め込む非磁性体の高さをバースト領域の凹部を埋め込む非磁性体の高さよりも低くするためには、非磁性埋め込み剤にSiO2を用いてバイアススパッタ法で埋め込みを行うのが最も容易であるが、合格率が20%程度に低下するおそれがあり、この場合、量産性に問題がある。一方、埋め込み剤にCを用いると、データ領域の凹部を埋め込む非磁性体の高さをバースト領域の凹部を埋め込む非磁性体の高さよりも低くする効果はSiO2に劣るものの、工程時に発生するダストは少なく、プロセス安定性の高い通常のスパッタで埋め込み工程を行うと合格率は95%まで上昇する。よって、量産性を考慮した場合には埋め込み剤にCを用いるのが好適である。
本発明の実施形態に係るディスクリートトラック媒体の磁気記録層の平面図。 本発明の実施形態に係るディスクリートトラック媒体について、データ領域における非磁性体の高さとバースト領域における非磁性体の高さとの違いを示す断面図。 本発明の他の実施形態に係るディスクリートトラック媒体について、データ領域における非磁性体の高さとバースト領域における非磁性体の高さとの違いを示す断面図。 本発明のさらに他の実施形態に係るディスクリートトラック媒体について、データ領域における非磁性体の高さとバースト領域における非磁性体の高さとの違いを示す断面図。 本発明の実施形態に係るディスクリートトラック媒体について、データ領域およびバースト領域における強磁性層と非磁性体との面積比を示す斜視図、ならびにデータ領域における非磁性体の高さとバースト領域における非磁性体の高さとの差を示す断面図。 本発明の実施形態に係るディスクリートトラック媒体の製造方法を示す断面図。 SOGによるウエットプロセスを用いて凹凸埋め込みを行った場合の問題点を示す断面図。 本発明の他の実施形態に係る磁気記録装置の斜視図。 実施例2において作製したディスクリートトラック媒体の平面図。 実施例2のディスクリートトラック媒体について、データ領域の凹凸のある表面とデータ領域以外の領域の平坦な表面を示す断面図。
符号の説明
1…基板、2…強磁性層、3…非磁性体、4…カーボン保護層、5…SOG、10…データ領域、11…記録トラック、20…サーボ領域、21…プリアンブル領域、22…アドレス領域、23…バースト領域、50…スタンパ、101…磁気ディスク、102…スピンドルモータ、103…スライダ、104…サスペンション、105…アーム、106…アクチュエータ。

Claims (6)

  1. 非磁性基板上に、凸部をなす強磁性層のパターンと強磁性層のパターン間の凹部に埋め込まれた非磁性体とで形成された、記録トラックを含むデータ領域と、プリアンブル領域、アドレス領域およびバースト領域を含むサーボ領域とを含む磁気記録層を有し、前記データ領域の凹部を埋め込む非磁性体の高さが、前記バースト領域の凹部を埋め込む非磁性体の高さよりも低いことを特徴とするディスクリートトラック媒体。
  2. 前記バースト領域の凹部を埋め込む非磁性体の高さと前記データ領域の凹部を埋め込む非磁性体の高さの差bと、前記強磁性層のパターン間の凹部の深さaとが、
    0<b≦a/12
    の関係を満たすことを特徴とする請求項1に記載のディスクリートトラック媒体。
  3. 前記bの値が、15nm以下であることを特徴とする請求項2に記載のディスクリートトラック媒体。
  4. 前記非磁性体がSiO2であることを特徴とする請求項1または2に記載の磁気記録媒体。
  5. 前記非磁性体がCであることを特徴とする請求項1または2に記載の磁気記録媒体。
  6. 非磁性基板上に強磁性層および保護層を形成し、
    前記保護層上にレジストを塗布し、前記レジストに記録トラック、プリアンブル領域、アドレス領域およびバースト領域に相当する凹凸パターンが形成されたスタンパをインプリントして凹凸パターンを転写し、
    ドライエッチングにより凹凸パターンが転写されたレジストの凹部の底を選択的に除去し、
    レジスト残渣をマスクとしてイオンビームにより保護層および強磁性層をエッチングし、
    保護層上にレジスト残渣を残した状態で、スパッタ法により強磁性層の間の凹部に非磁性体を埋め込み、
    エッチバックして非磁性体の厚みを減少させる
    ことを特徴とするディスクリートトラック媒体の製造方法。
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