JP2006331540A - 磁気記録媒体および磁気記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッドの安定した走行を可能にする磁気記録媒体（パターンドメディア）を提供する。
【解決手段】トラック方向に沿って配列されかつトラック幅方向で複数列をなすように形成された磁性体ドットからなる記録セルおよび前記記録セル間の凹部に埋め込まれた非磁性層を含む記録トラック領域と、前記記録トラック領域間を分離する非磁性層で形成された分離領域とを有する磁気記録層と、前記磁気記録層の表面に塗布された潤滑剤を有し、前記分離領域の非磁性層表面には前記記録トラック領域の非磁性層表面に対して２ｎｍないし１０ｎｍの範囲で低くなった溝が形成されており、前記潤滑剤は前記分離領域の非磁性層上の溝を充填した状態で塗布されていることを特徴とする磁気記録媒体。
【選択図】 図４

Description

本発明は、いわゆるパターンドメディアに分類される磁気記録媒体、およびこの磁気記録媒体を搭載した磁気記録装置に関する。

磁気記録装置が発明されて以来、その記録密度は年々増加の傾向を続けており、また、記憶密度の増加によりコンピューターに搭載される補助記憶装置の記憶容量も増加している。

その中で、磁気記録においては、その記録する媒体によって異なるものの、熱擾乱による記録の限界があり、ある記録密度以上では書き込みができない現象が観測されている。これらの問題を回避するために、磁気記録の分野においてはあらかじめ記録材料を非記録材料により分断してドット状の記録セルとして記録再生を行うパターンドメディアが提案されている。

パターンドメディアは、非磁性体により磁性体を分断し記録セルを孤立化させることで高密度化が可能であり、同じ記録材料を用いた場合には、パターンドメディアは、非磁性体により磁性体を分断し記録セルを孤立化させることで熱に対し高い安定性を保つことができ、磁化反転する磁界よりも高い保磁力を持つなどの特徴を持つ（例えば、非特許文献１および２参照）。

また、パターンドメディアにおける記録材料および非記録材料の各種の構造、ならびにそのような構造を形成するための製造方法についても様々な提案がなされている（例えば特許文献１参照）。
S. Y. Chou et al., J. Appl. Phys., 76 (1994) pp. 6673-6675 R. H. M. New et al., J. Vac. Sci. Technol., B12 (1994) pp. 3196-3201 特開２００１−１１００５０号公報

パターンドメディアを磁気記録装置に搭載して磁気ヘッドを走行させる場合、パターンドメディアの表面にドット状の記録セルによって形成される凹凸があると、ヘッドクラッシュを起こしやすい。例えば直径２０ｎｍ、高さ２０ｎｍの円柱状の磁性ドットからなる記録セルを配列させたパターンドメディア上で、浮上量ＦＨ＝３０ｎｍのヘッドを走行させると、数分から数十分でヘッドがメディアと接触してヘッドクラッシュを起こすことがある。また、浮上量ＦＨ＝１５ｎｍのヘッドを走行させると、さらにヘッドクラッシュを起こしやすい。ヘッドクラッシュを起こさなくても、パターンドメディア表面にヘッドが接触すると走行が不安定になり、ヘッドが大きく振動したり、ヘッドが媒体の一部を削り取ってしまうなどの現象を起こす。

一方、ドット状の記録セル間に非磁性層を埋め込んで、例えば表面粗さ（Ｒａ）が０．５ｎｍ以下の非常に平坦な表面を形成しその上に潤滑剤を塗布すると、ヘッドが媒体に吸着しやすくなりヘッド走行が不安定になる。これは、ヘッドが媒体に接触した時に、ヘッドと媒体の間に潤滑剤による吸着力が働くためである。このようにヘッドが媒体に吸着すると、ヘッドクラッシュを起こし媒体が傷つきやすくなる。

本発明の目的は、ヘッドの安定した走行を可能にする磁気記録媒体（パターンドメディア）、およびこのようなパターンドメディアを搭載した磁気記録装置を提供することにある。

本発明の一形態に係る磁気記録媒体は、トラック方向に沿って配列され、かつトラック幅方向で複数列をなすように形成された磁性体ドットからなる記録セルおよび前記記録セル間の凹部に埋め込まれた非磁性層を含む記録トラック領域と、前記記録トラック領域間を分離する非磁性層で形成された分離領域とを有する磁気記録層と、前記磁気記録層の表面に塗布された潤滑剤を有し、前記分離領域の非磁性層表面には前記記録トラック領域の非磁性層表面に対して２ｎｍないし１０ｎｍの範囲で低くなった溝が形成されており、前記潤滑剤は前記分離領域の非磁性層上の溝を充填した状態で塗布されていることを特徴とする。

本発明の他の態様に係る磁気記録装置は、上記の磁気記録媒体を搭載したことを特徴とする。

本発明によれば、ヘッドの安定した走行を可能にするパターンドメディア、およびこのようなパターンドメディアを搭載した磁気記録装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る磁気記録媒体は、トラック方向に沿って配列されかつトラック幅方向で複数列をなすように形成された磁性体ドットからなる記録セルおよび前記記録セル間の凹部に埋め込まれた非磁性層を含む記録トラック領域と、前記記録トラック領域間を分離する非磁性層で形成された分離領域とを有する磁気記録層と、前記磁気記録層の表面に塗布された潤滑剤を有するいわゆるパターンドメディアである。そして、分離領域の非磁性層表面には記録トラック領域の非磁性層表面に対して２ｎｍないし１０ｎｍの範囲で低くなった溝が形成されており、潤滑剤が分離領域の非磁性層上の溝を充填して溜まった状態で塗布されている。

本発明の実施形態に係る磁気記録媒体においては、記録セル間の凹部に非磁性層を埋め込んだときに適度な表面粗さのある表面が形成されるようにする。このとき、非磁性層の材料としてスピンオングラス（ＳＯＧ）を用い、ＳＯＧ溶液の濃度および粘度、スピンコーターの回転数、ならびに記録セル上に残すＳＯＧの厚さを調整して塗布することにより、分離領域表面の溝の深さを調節することができ、媒体表面に適度な表面粗さを持たせることができる。媒体表面に適度な表面粗さがあるパターンドメディアでは、ヘッドが媒体に衝突しにくくなるとともに、ヘッドの媒体に対する接触面積が減少してヘッドが媒体に吸着されにくくなる。この結果、ヘッドが媒体に接触してもヘッドへの潤滑剤の付着が少なくなる。

本発明の実施形態に係る磁気記録媒体では、記録トラック領域における非磁性層の表面は記録セルの表面に対して１０ｎｍ高い位置から５ｎｍ低い位置までの範囲の高さを有していてもよい。すなわち、記録セル上に１０ｎｍ高い位置まで非磁性層が成膜されていてもよいし、逆に非磁性層の表面から５ｎｍ高い位置まで記録セルが突出していてもよい。非磁性層の表面から記録セルを突出させるには、非磁性層を埋め込んだ後、ＡｒガスやＮ２ガスを用いるイオンミリング、反応性イオンエッチング、またはＲＦスパッタエッチングによって非磁性層の表面をエッチングする。このように、非磁性層の表面から記録セルを適度に突出させると、ヘッドの低浮上走行を安定して実施できる。

本発明の実施形態に係る磁気記録媒体では、分離領域を５ｎｍないし１００ｎｍの幅とし、記録トラック領域の幅と分離領域の幅との比率を１０：１ないし１：１にすることが好ましい。分離領域の幅を適当に調整すると、溝に潤滑剤が集中しヘッドの媒体への吸着が起こりにくくなりヘッドの走行が安定する。

本発明の実施形態に係る磁気記録媒体を搭載した磁気記録装置は、ヘッドを低浮上で安定して走行させることができ、良好なリードライド（Ｒ／Ｗ）特性が得られる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
（実施例１）
図１に本発明の実施形態に係る記録再生装置の斜視図を示す。磁気ディスク（磁気記録媒体）１０は、例えば２．５インチ径のいわゆるパターンドメディアであり、半径１６ｍｍから３０ｍｍの領域に磁気記録層が形成されている。磁気記録層には記録トラック領域と記録トラック領域間を分離する分離領域が交互に同心円状に形成されている。一例として、記録トラック領域の径方向の幅は１００ｎｍ、分離領域の径方向の幅は５０ｎｍに設定されている。記録トラック領域には、トラック方向に沿って配列されかつトラック幅方向で複数列をなすように形成された磁性体ドットからなる記録セルおよび記録セル間の凹部に埋め込まれた非磁性層が含まれる。記録セルはたとえば直径約２０ｎｍの円柱状に形成されている。分離領域は非磁性層からなり、分離領域の非磁性層表面には記録トラック領域の非磁性層表面に対して２ｎｍないし１０ｎｍの範囲で低くなった溝が形成されている。磁気記録層上にはダイヤモンドライクカーボンからなる保護膜が形成され、その表面に潤滑剤が塗布されている。

磁気ディスク１０はスピンドル１０１に装着され、コントローラからの制御信号に応答するモーターにより回転する。磁気ディスク１０の近傍にはピボット１０２が設けられている。ピボット１０２にはアクチュエータアーム１０３が保持され、アクチュエータアーム１０３の先端にはサスペンション１０４が取り付けられ、サスペンション１０４の下面にはヘッドスライダー１０５が支持されている。ヘッドスライダー１０５には磁気ディスク１０に情報を書き込むための記録ヘッドおよび磁気ディスク１０から情報を読み出すための再生ヘッドを含む磁気ヘッドが形成されている。アクチュエータアーム１０３の基端部にはボイスコイルモーター１０６が設けられている。ボイスコイルモーター１０６によってアクチュエータアーム１０３が回動するように動作し、磁気ディスク１０上に磁気ヘッドがロード／アンロードされる。磁気ディスク１０が回転すると、ヘッドスライダー１０５が磁気ディスク１０表面から所定の浮上量で浮上した状態となり、磁気ヘッドによる情報の記録再生が行われる。

図２（ａ）〜（ｉ）、図３（ａ）、（ｂ）および図４（ａ）〜（ｃ）を参照して、本発明の実施形態に係るパターンドメディアの製造方法を説明する。

図２（ａ）に示すように、２．５インチのガラス基板１１上に厚さ約２０ｎｍのＰｄ下地層と厚さ約３０ｎｍのＦｅＰｔからなる垂直磁気異方性を有する強磁性層１２を成膜する。図２（ｂ）に示すように、強磁性層１２上にレジスト１３を塗布する。図２（ｃ）に示すように、インプリント法により、レジスト１３にスタンパー５０を押し付け、スタンパー５０の凹凸をレジスト１３に転写する。

図３（ａ）に示すように、このスタンパー５０は、内周側と外周側のパターンのない平面領域５１と、これらの中間（半径１６ｍｍから３０ｍｍの範囲）の凹凸パターン領域５２とを有する。凹凸パターン領域５２には、パターンドメディアの記録トラック領域に対応する凸部と、パターンドメディアの分離領域に対応する凹部が形成されている。このスタンパー５０は、原盤上にレジストを塗布して電子線リソグラフィーによりパターニングし、スパッタリングによりＮｉシード膜を形成し、電鋳を行ってＮｉ電鋳膜を堆積した後、Ｎｉ電鋳膜を剥離することによって作製される。

図３（ｂ）に示すように、インプリント法により、スタンパー５０の凹凸パターンをレジスト１３に転写する。すなわち、下プレス板７１上に、ガラス基板１１（強磁性層１２およびレジスト１３が形成されている）を載せ、その上にスタンパー５０の凹凸パターン領域を対向させて載せ、その上にワッシャー６０を載せ、上プレス板７２で挟み、所定の圧力を加えてプレスする。

図２（ｄ）に示すように、プレス後にスタンパー５０を取り除くことにより、凹凸パターンが転写されたレジスト１３を形成する。この結果、パターンドメディアの記録トラック領域に対応して凹部が形成される。図２（ｅ）に示すように、ＰＳ／ＰＭＭＡ（ポリスチレン／ポリメチルメタクリレート）ジブロックコポリマー１４をスピンコートし、記録トラック領域に対応する凹部に埋め込む。アニールしてジブロックコポリマー１４を相分離させ、ＰＭＭＡ粒子１５とＰＭＭＡ粒子１５を取り囲むポリスチレン部分１６とを形成する。図２（ｆ）に示すように、Ｏ₂ＲＩＥによりＰＭＭＡ粒子１５を選択的にエッチング除去して凹部を形成する。スピンオングラス（ＳＯＧ）１７をスピンコートしてＰＭＭＡ粒子を除去した凹部に埋め込む。図２（ｇ）に示すように、ＳＯＧ１７をマスクとしてＯ₂ＲＩＥによりレジスト１３をパターニングする。図２（ｈ）に示すように、イオンミリングにより強磁性層１２をパターニングして、複数の孤立した円柱状の磁性ドットからなる記録セル１８を形成する。図２（ｉ）に示すように、アッシングを行うことにより、レジスト残渣およびその上のＳＯＧ残渣を除去する。記録セル１８は、記録トラック領域においてトラック方向に沿って配列されかつトラック幅方向で複数列をなすように形成される。

次に、図４（ａ）に示すように、非磁性層１９としてスピンオングラス（ＳＯＧ）を用い、以下のようにして、記録トラック領域２０において記録セル１８間の凹部を非磁性層１９で埋め込むとともに分離領域２１を非磁性層１９で埋め込むことにより磁気記録層２２を形成する。スピンオングラスは一般式Ｒ_nＳｉ（ＯＨ）_4-nで表されるケイ素化合物であり、メタノールや乳酸エチルで３倍から５倍程度に希釈することにより、適当な粘度に調整できる。この溶液を、スピンコーターの回転数を２５００〜４０００ｒｐｍに調整して４０秒程度スピンコートした後、２００〜３００℃でアニールする。このとき、スピンオングラス溶液の粘度、スピンコーターの回転数、記録セル１８上に残す非磁性層（ＳＯＧ）１９の厚さを調整することにより、分離領域２１の非磁性層１９表面を記録トラック領域２０の非磁性層１９表面よりも低くすることができる。こうして、分離領域２１表面に形成される溝２１ａの深さを２ｎｍないし１０ｎｍの範囲で調節して、適度な表面粗さのある表面を形成することができる。その後、図４（ｂ）に示すように、非磁性層１９の表面にダイヤモンドライクカーボンを成膜して保護膜２４を形成し、図４（ｃ）に示すように、全面に潤滑剤２５を塗布する。この結果、潤滑剤２５は分離領域２１上の溝２１ａを充填した状態で全面ではほぼ平坦な表面を形成している。

一方、図５（ａ）〜（ｃ）に、本発明の比較例に相当するパターンドメディアの製造方法を示す。図５（ａ）〜（ｃ）は図４（ａ）〜（ｃ）に対応する図面である。図５（ａ）に示すように、図２（ｉ）の状態から、非磁性層１９としてのスピンオングラス（ＳＯＧ）を厚く形成すると、非磁性層１９の表面は平坦になる。その後、図５（ｂ）に示すように、非磁性層１９の表面にダイヤモンドライクカーボンを成膜して保護膜２４を形成し、図５（ｃ）に示すように、全面に潤滑剤２５を塗布する。

本実施例では、図４（ａ）または図５（ａ）に示すＳＯＧによる埋め込み工程の条件を制御することによって、下記表１に示すように、記録セル１８上での非磁性層（ＳＯＧ）１９の厚さと分離領域２１の非磁性層１９表面の溝の深さを調整した１−１〜１−５の媒体を作製した。表１には、各々の媒体の表面粗さ（Ｒａ）を併記する。

作製した各々の媒体を組み込んだ磁気記録装置を作製し、ヘッドの走行安定性試験とリードライド（Ｒ／Ｗ）試験を行った。

走行安定性試験では、ヘッドスライダーにＡＥセンサーを取り付け、半径位置２０ｍｍで媒体上にヘッドスライダーを浮上させ、ヘッドが媒体に接触したときに生じる振動を電気信号に変換してオシロスコープにより観察するようにした。浮上開始から１時間まで観察を行った。

Ｒ／Ｗ試験では、ヘッドスライダーが媒体上に安定に浮上したものについて、浮上後５分後に再生信号対雑音比ＳＮＲ（ｄＢ）を測定した。

また、オージェ分光法により媒体の半径方向に沿って長さ５００ｎｍ〜１μｍの数個所の領域で線分析を行い、潤滑剤の成分であるフッ素が溝に集中している割合（％）を測定した。

１−１の媒体は、記録セル上のＳＯＧの厚さが約１００ｎｍでほぼ平坦（Ｒａ＝０．４ｎｍ）な表面を有する。この媒体を組み込んだ磁気記録装置では、１０分後にヘッドが媒体に接触してヘッドが走行不可能となった。また、走行試験後に磁気記録装置からヘッドスライダーをはずして光学顕微鏡で観察したところ、潤滑剤や削れたカーボン保護膜が付着していた。

１−５の媒体は、記録セル上のＳＯＧの厚さが５ｎｍ、溝の深さが１２ｎｍで、表面が比較的粗い（Ｒａ＝１２ｍ）。この媒体を組み込んだ磁気記録装置では、１０分後と１５分後にヘッドが媒体に接触し、２５分後にヘッドがクラッシュした。

これに対して、１−２〜１−４の媒体は、記録セル上のＳＯＧの厚さが５ｎｍ、溝の深さが２〜１０ｎｍで適度な表面粗さ（Ｒａ＝２〜１０ｎｍ）。この媒体を組み込んだ磁気記録装置では、ヘッドが媒体に接触することなく、１時間にわたって安定な走行が得られた。また、これらの媒体は、溝が深いものほど良好なＳＮＲを示した。このように、分離領域の非磁性層に溝のある構造の方が、ヘッドが媒体に吸着せず安定して浮上し、良好なＲ／Ｗ特性を示した。

（実施例２）
実施例１と同様な方法により、２．５インチ径のガラス基板上の半径１６ｍｍから３０ｍｍの領域に、幅１００ｎｍの記録トラック領域と幅５０ｎｍの分離領域を交互に形成し、記録トラック領域内に直径２０ｎｍの磁性体ドットからなる記録セルを形成し、非磁性層としてスピンオングラス（ＳＯＧ）を用いて埋め込みを行った。記録セル上に残す非磁性層（ＳＯＧ）の厚さを５ｎｍとし、分離領域上の溝の深さを２ｎｍ、５ｎｍまたは１０ｎｍとした（媒体２−１、２−２、２−３）。その後、Ｎ₂ガスによるイオンミリングまたはＡｒガスによる反応性イオンエッチングを行い、全面にわたって非磁性層（ＳＯＧ）を表面から１０ｎｍだけ削った。このとき、非磁性層（ＳＯＧ）は記録トラック領域でも分離領域でも均等に削れる。この結果、記録トラック領域においては、記録セル表面に対する非磁性層（ＳＯＧ）表面の高さが−５ｎｍとなる（記録セルが非磁性層から５ｎｍ突出している）。また、分離領域上の溝の深さは維持される。その後、全面にダイヤモンドライクカーボンを成膜して保護膜を形成し、全面に潤滑剤を塗布した。

実施例１と同様に、作製した各々の媒体を組み込んだ磁気記録装置を作製し、ヘッドの走行安定性試験、リードライド（Ｒ／Ｗ）試験、潤滑剤（フッ素）が溝に集中している割合の測定を行った。その結果を下記表２に示す。

２−１〜２−３の媒体を組み込んだ磁気記録装置では、ヘッドが媒体に接触することなく、１時間にわたって安定な走行が得られた。また、表２と表１と比較してわかるように、非磁性層の表面を適度に削ることにより、ＳＮＲが約２ｄＢ向上している。

（実施例３）
本実施例でも実施例１と同様な方法でパターンドメディアを作製したが、下記表３に示すように、記録トラック領域の幅、分離領域の幅、両者の幅の比率を変化させた（媒体３−１〜３−６）。また、いずれの媒体でも、記録セル上のＳＯＧの厚さを５ｎｍ、溝の深さを５ｎｍとした。

実施例１と同様に、作製した各々の媒体を組み込んだ磁気記録装置を作製し、ヘッドの走行安定性試験、リードライド（Ｒ／Ｗ）試験、潤滑剤（フッ素）が溝に集中している割合の測定を行った。なお、潤滑剤（フッ素）が溝に集中している割合（％）は、オージェ分光法により媒体の半径方向に沿って長さ２００ｎｍ〜２μｍの数個所の領域で線分析を行い測定した。その結果を下記表３に示す。

記録トラック領域と分離領域の幅の幅との比率がそれぞれ１０：１、５：１、２：１、１：１である、３−１〜３−４の媒体を組み込んだ磁気記録装置では、ヘッドが媒体に接触することなく、１時間にわたって安定に走行した。

記録トラック領域と分離領域の幅の幅との比率が２０：１、１５：１である３−５〜３−６の媒体を組み込んだ磁気記録装置では、ヘッドの走行安定性が不良であり、リードライド（Ｒ／Ｗ）特性も悪かった。

このように、記録トラック領域と分離領域の幅との比率が１０：１から１：１までの範囲であれば、ヘッドは安定に走行して良好なＲ／Ｗ特性を示した。

本発明の実施形態に係る記録再生装置の斜視図。 本発明の実施形態に係るパターンドメディアの製造方法を示す断面図。 本発明の実施形態に係るスタンパーの平面図、およびインプリント法の斜視図。 本発明の実施形態に係るパターンドメディアの製造方法を示す断面図。 比較例のパターンドメディアの製造方法を示す断面図。

符号の説明

１０…磁気ディスク、１１…ガラス基板、１２…強磁性層、１３…レジスト、１４…ジブロックコポリマー、１５…ＰＭＭＡ、１６…ポリスチレン、１７…スピンオングラス（ＳＯＧ）、１８…記録セル、１９…非磁性層、２０…記録トラック領域、２１…分離領域、２１ａ…溝、２２…磁気記録層、２４…保護膜、２５…潤滑剤、５０…スタンパー、５１…平面領域、５２…凹凸パターン領域、６０…ワッシャー、７１…下プレス板、７２…上プレス板、１０１…スピンドル、１０２…ピボット、１０３…アクチュエータアーム、１０４…サスペンション、１０５…ヘッドスライダー、１０６…ボイスコイルモーター。

Claims (4)

1. トラック方向に沿って配列されかつトラック幅方向で複数列をなすように形成された磁性体ドットからなる記録セルおよび前記記録セル間の凹部に埋め込まれた非磁性層を含む記録トラック領域と、前記記録トラック領域間を分離する非磁性層で形成された分離領域とを有する磁気記録層と、前記磁気記録層の表面に塗布された潤滑剤を有し、前記分離領域の非磁性層表面には前記記録トラック領域の非磁性層表面に対して２ｎｍないし１０ｎｍの範囲で低くなった溝が形成されており、前記潤滑剤は前記分離領域の非磁性層上の溝を充填した状態で塗布されていることを特徴とする磁気記録媒体。
2. 前記記録トラック領域における前記非磁性層の表面は前記記録セルの表面に対して１０ｎｍ高い位置から５ｎｍ低い位置までの範囲の高さを有することを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
3. 前記分離領域は５ｎｍないし１００ｎｍの幅を有し、前記記録トラック領域の幅と分離領域の幅の比率は１０：１ないし１：１であることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の磁気記録媒体を搭載したことを特徴とする磁気記録装置。

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