JP2007012116A - 磁気記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高トラックピッチで作製した基板加工型のパターンド媒体を備え、サーボ信号のＳＮの劣化を抑え、トラッキング動作を良好に行える磁気記録装置を提供する。
【解決手段】サーボ部に相当する凹凸パターンおよびデータ部に相当する凹凸パターンが形成された基板および前記基板上に堆積された磁性薄膜を有する磁気記録媒体と、一対の磁気シールドおよびこれらの間に挟まれたＧＭＲ素子を含む記録再生ヘッドとを具備し、磁気記録媒体のデータ部のトラックピッチが２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、記録再生ヘッドと磁気記録媒体との相対線速度が１１ｍ／ｓ以下であり、記録再生ヘッドの磁気シールドから磁気記録媒体の凸部に堆積されている磁性薄膜までの距離をｍ、磁気記録媒体のサーボ部において凸部に堆積されている磁性薄膜と凹部に堆積されている磁性薄膜との距離をｄとしたときｄ／ｍが０．２以上３以下である磁気記録装置。
【選択図】図８

Description

本発明は、基板加工型のパターンド媒体を備えた磁気記録装置に関する。

磁気記録媒体をサーボ信号やトラックまたは各データビットの形状に加工するパターンド媒体は、高密度磁気記録媒体として研究されている。なかでも、基板に上記の形状加工を施し、その上に従来と同様のプロセスで磁性膜を含む多層膜を堆積する方法で製造されるパターンド媒体（以下、基板加工型と記す）は、基板加工のコスト分が増加するだけであるので、コストを低減できる可能性がある。一方、平坦な基板上に磁性膜を含む多層膜を堆積した後にエッチング等で加工する方法で製造されるパターンド媒体（磁性膜加工型）も提案されている。このプロセスでは、エッチング工程前までは従来プロセスをそのまま適用できる利点があるが、磁性膜の微細な加工を行う際の磁気特性の劣化やダストの発生が懸念される。

基板加工型のパターンド媒体は古くから検討されている（特許文献１および特許文献２参照）。

特許文献１には、凹凸によりデータゾーンとサーボゾーンとを形成した磁気ディスクにおいて、ヘッドスライダのサーボゾーン通過時の浮上量を、データゾーン通過時の浮上量以下でグライドハイト以上とすることにより、サーボ信号の強度不足を補う技術が開示されている。特許文献１では、基板の凹凸の深さが２００ｎｍ、浮上量が５０ｎｍ、線速度が７ｍ／ｓと記載されている。また、サーボ信号の最短波長が１．６μｍという記載があることから、トラックピッチは１μｍ〜数μｍであると思われる。

特許文献２には、凹凸によりデータゾーンとサーボゾーンとを形成した磁気ディスクにおいて、サーボゾーンの凹部の溝幅をＬ、溝深さをＷとして、Ｌ／Ｗ＜０．８とすることにより、磁気ヘッドの浮上量の変動を抑える技術が開示されている。

本発明者らは、高密度の磁気記録装置を開発するために、これらの従来技術を参考にして、トラックピッチが３００ｎｍと従来と比較して一桁以上小さなパターンド媒体を用いた磁気記録装置を試作した。その結果、サーボ信号の信号／ノイズ比（ＳＮ）が異常に低下し、トラッキング動作がうまく行えない場合があることがわかった。
特開平９−２８２６４８号公報 特開２０００−２９３８４３号公報

本発明の目的は、高トラックピッチで作製した基板加工型のパターンド媒体を備え、サーボ信号のＳＮの劣化を抑え、トラッキング動作を良好に行える磁気記録装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る磁気記録装置は、サーボ部に相当する凹凸パターンおよびデータ部に相当する凹凸パターンが形成された基板および前記基板上に堆積された磁性薄膜を有する磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体を回転させるスピンドルモータと、前記磁気記録媒体上に浮上した状態で位置決めされるスライダーに組み込まれ、一対の磁気シールドおよびこれらの磁気シールド間に挟まれた巨大磁気抵抗効果素子を含む記録再生ヘッドとを具備し、前記磁気記録媒体のデータ部のトラックピッチが２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、前記記録再生ヘッドと前記磁気記録媒体との相対線速度が１１ｍ／ｓ以下であり、前記記録再生ヘッドの磁気シールドから前記磁気記録媒体の凸部に堆積されている磁性薄膜までの距離をｍ、前記磁気記録媒体のサーボ部において凸部に堆積されている磁性薄膜と凹部に堆積されている磁性薄膜との距離をｄとしたとき、ｄ／ｍが０．２以上３以下であることを特徴とする。

本発明によれば、高トラックピッチで作製した基板加工型のパターンド媒体を備え、サーボ信号のＳＮの劣化を抑え、トラッキング動作を良好に行える磁気記録装置を提供することができる。

本発明者らは、上述したように高トラックピッチで作製した基板加工型のパターンド媒体でＳＮが著しく低下する理由を詳細に調べた。その結果、媒体の凸部に堆積されている磁性薄膜と凹部に堆積されている磁性薄膜との距離に依存して、サーボ信号にノイズが発生していることがわかった。この原因は、サーボ信号が生成される際に、ヘッドの磁気シールド内部に不安定な磁化構造が形成されるためではないかと想定される。

一方、上述した従来技術の場合には、ヘッドについての記載はないが、おそらくシールドを用いていない誘導型のリングヘッドであるため、そのようなノイズ発生が起こらなかったものと思われる。あるいは、トラックピッチが大きく、加工端部における信号強度の変化の影響が小さかったため、このような問題が起こらなかったものと思われる。

本発明の実施形態に係る磁気記録装置は、磁気記録媒体のデータ部のトラックピッチ、記録再生ヘッドと磁気記録媒体との相対線速度、および記録再生ヘッドの磁気シールドから磁気記録媒体の凸部に堆積されている磁性薄膜までの距離ｍと、サーボ部における凸部に堆積されている磁性薄膜と凹部に堆積されている磁性薄膜との距離ｄとの比率ｄ／ｍを適切に設定することにより、サーボ信号のＳＮの劣化を抑え、良好なトラッキング動作を実現している。

図１は、パターンド媒体を模式的に示す斜視図である。磁気記録媒体（パターンド媒体）１１の表面には、バースト信号、アドレス、プリアンブルなどを含むトラッキングやデータアクセス制御のためのサーボ部１３と、ユーザデータを書き込むデータ部１２とが存在する。図１には、ディスク面におけるこれらの部分の配置を模式的に線で示している。

図２は、図１のパターンド媒体におけるデータ部とサーボ部の一例を拡大して示す平面図である。図２のサーボ部１３では、凹凸加工を施した基板の凸部上の磁性薄膜のパターンが、現行の磁気記録媒体のサーボパターンに対応している。サーボ部１３には、たとえばトラッキング制御を行うためのバースト信号１４が含まれている。図２のデータ部１２では、周方向に連続したトラックを形成する磁性薄膜が凹部によって分離された状態で形成されている。このタイプのパターンド媒体は、ディスクリートトラック媒体とも呼ばれる。

図３は、図１のパターンド媒体におけるデータ部とサーボ部の他の例を拡大して示す平面図である。図３のデータ部１２では、データビットを形成する磁性薄膜が凹部によって分離された状態で形成されている。このタイプは、狭義のパターンド媒体である。

図２に示したディスクリートトラック媒体では、線記録密度は現行の媒体と同様にヘッドによってトラック上に形成される磁化転移幅によって決まる。図３に示した狭義のパターンド媒体ではデータビットの加工形状によって線記録密度が決まる。図３は、図２と比較して一般に記録密度を高くすることができるが、作製が困難であり、ヘッドのアクセス制御も複雑になる。本発明は図２および図３のいずれのタイプにも適用できる。

また、図２ではＡＢＣＤバースト信号を例にとって図示しているが、後述するように、本発明は基板の段差によってサーボ信号を生成する際のノイズ除去に効果を奏するので、ＡＢＣＤバーストに限らず位相差サーボやそれ以外のサーボ方式に対しても適用できる。すなわち、本発明は基板の加工形状によってサーボ信号を得る媒体に対して適用できる。

図４にパターンド媒体の断面図を示す。基板２１には、サーボ部およびデータ部に相当する凹凸パターンの加工が施されている。この基板２１上に、下地層２２、磁性薄膜からなる磁気記録層２３、保護層２４が形成されている。なお、磁気記録媒体の表面が平坦となるように埋め込みを施していても構わない。

基板の凹凸形状の形成には、半導体プロセスと同様に、所望の形状マスクを介してエッチングを行い、マスクパターンを凹凸形状に転写してもよい。また、フラットな基板上に比較的やわらかいマスク材料を塗布し、そこにパターン形状を持つ原盤を押し付けて直接加工マスクを形成する、いわゆるインプリント法を用いてもよい。インプリントに用いるマスク材料としては、光硬化樹脂、ＳＯＧ（スピンオングラス）、アルミナ微粒子などがある。また、基板にレジストを塗布し、そこに電子線などの高エネルギー線で直接パターンを描画してマスクとしてもよい。

図５は、記録再生ヘッドの再生ヘッドを示す断面図である。再生ヘッドは、一対の磁気シールド３１と、これらの磁気シールド３１間に挟まれた再生素子としての巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）３３を含む。磁気シールド３１の媒体対向面（ＡＢＳ）には保護膜３２が形成されている。記録再生ヘッドはスライダーに組み込まれ、磁気記録媒体上に浮上した状態で位置決めされる。図５の矢印で示したｘ方向はヘッドの進行方向（トラック方向）である。

磁気シールド３１の材料には、磁気記録装置で通常用いられるものを用いることができる。磁気シールド３１は、媒体の軟磁性下地層（ＳＵＬ）と同様な軟磁性薄膜からなる。磁気シールド３１に用いられる軟磁性薄膜は、ＳＵＬよりもさらに透磁率が高く、保磁力が小さく、飽和磁束密度が大きいことが好ましい。ただし、効率の良い再生を行うためには、磁気記録媒体からの微弱な漏れ磁界を効率よくかつ高速に検出するために、高周波領域における透磁率も大きなことが好ましい。保護膜３２の材料には、媒体の保護膜２４と同様なものを用いることができる。

再生素子（センサー）には、通常の磁気記録装置で用いられているものを用いることができる。現行の製品では、一般に巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）と呼ばれる磁性体／金属中間層／磁性体の多層構造の薄膜からなるものが用いられている。また、将来のセンサー材料として開発が進められているトンネル磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）や、改良型（垂直通電型、ナノオキサイド層（ＮＯＬ）挿入タイプ、電流狭窄型など）のＧＭＲ素子を用いることもできる。本発明においては、素子自体の構成は特に限定されない。図５では、ＧＭＲ素子３３に保護層を設けていないが、ＧＭＲ素子３３の媒体対向面に保護層を設けてもよい。また、ＧＭＲ素子３３をヘッドの媒体対向面から退避（リセス）させてもよい。

図５では説明の便宜のために、再生素子（センサー）への電気信号の入出力、再生素子を安定に動作させるための部材、記録ヘッドなどを省略しているが、通常の磁気記録装置で用いられているこれらの構成を用いることができる。

図６に本発明の実施形態に係る磁気記録装置の斜視図を示す。この磁気記録装置は、筐体５０の内部に、磁気記録媒体１１と、磁気記録媒体１１を回転させるスピンドルモータ５１と、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子）を用いた再生ヘッドを含むヘッドスライダー５５と、ヘッドスライダー５５を支持するヘッドサスペンションアッセンブリ（サスペンション５４とアクチュエータアーム５３）と、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）５６と、回路基板とを備える。

磁気記録媒体１１はスピンドルモータ５１に取り付けられて回転され、垂直または長手磁気記録方式により各種のデジタルデータが記録される。ヘッドスライダー５５に組み込まれている磁気ヘッドはいわゆる複合型ヘッドである。記録ヘッドとしては、垂直磁気記録の場合には単磁極ヘッドが、長手磁気記録の場合にはリングヘッドが搭載される。これ以外の方式の記録ヘッド構造を用いてもよい。再生ヘッドとしては、上述したＧＭＲ素子を用いてもよいし、ＴＭＲ素子やそれ以外の方式のものを用いてもよい。再生ヘッドは、再生素子を挟む一対の磁気シールドを有する。

アクチュエータアーム５３の一端にサスペンション５４が保持され、サスペンション５４によってヘッドスライダー５５を磁気記録媒体１１の記録面に対向するように支持する。アクチュエータアーム５３はピボット５２に取り付けられる。アクチュエータアーム５３の他端にはアクチュエータとしてボイスコイルモータ（ＶＣＭ）５６が設けられている。ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）５６によってヘッドサスペンションアッセンブリを駆動して、磁気ヘッドを磁気記録媒体１１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、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）の駆動信号、および磁気ヘッドによる読み書きを制御するための制御信号などを生成する。

本発明の実施形態に係る磁気記録装置では、磁気記録媒体のデータ部のトラックピッチが２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、記録再生ヘッドと磁気記録媒体との相対線速度が１１ｍ／ｓ以下であり、記録再生ヘッドの磁気シールドから磁気記録媒体の凸部に堆積されている磁性薄膜までの距離をｍ、磁気記録媒体のサーボ部において凸部に堆積されている磁性薄膜と凹部に堆積されている磁性薄膜との距離をｄとしたとき、ｄ／ｍが０．２以上３以下であることを特徴とする。

図７は、本発明の実施形態に係る磁気記録装置における磁気記録媒体と記録再生ヘッドとの関係を模式的に示す断面図である。この図は、磁気記録媒体のサーボ部の凸部上に再生ヘッドの磁気シールド３１が位置している状態を示している。ヘッドの進行方向は紙面に対して垂直な方向である。図７の矢印で示したｙ方向はディスク半径方向、すなわちクロストラック方向である。ｍは再生ヘッドの磁気シールド３１の下端部から磁気記録媒体の凸部上の磁性薄膜２３までの距離である。磁気シールド３１の保護膜３２の厚みと磁気記録媒体の保護層２４の厚みは無視している。この距離ｍは磁気スペーシングとも呼ばれる。ｄはサーボ部において凸部に堆積されている磁性薄膜と凹部に堆積されている磁性薄膜との距離である。距離ｄは概ね加工された基板の凹凸深さに等しいが、下地層や中間層の堆積の具合によっては必ずしもｄと基板の凹凸深さとは一致しない。

上述したように基板加工型の磁気記録媒体については従来から研究が行われている。しかし、本発明者らは、トラックピッチが５００ｎｍよりも小さい、基板加工型のディスクリートトラックメディアおよびパターンドメディアで実現する実験を行った結果、従来技術では解決できない問題があることを見出した。この問題は、記録再生ヘッドと磁気記録媒体との相対線速度が１１ｍ／ｓ以下で、かつ、磁気記録媒体のデータ部のトラックピッチが３００ｎｍ以下の場合に、サーボ信号に非線形なノイズが発生し、適切なサーボ動作ができなくなるというものである。このノイズは、外乱として外部磁界を印加した場合および温度を上げた場合などの耐環境試験を行う際により顕著になることもわかり、実際の製品では品質保証の点で問題となる。

詳細な実験および検討の結果、このノイズは以下のような原因に基づくものであると推定された。図８は、磁気記録媒体と記録再生ヘッドとの関係を模式的に示す断面図である。図８の矢印で示したｘ方向はヘッドの進行方向（トラック方向）である。図９は、磁気記録媒体の凸部上に存在する磁性薄膜と片側の磁気シールド３１との位置関係を模式的に示す平面図である。

図８に示すように、サーボ部の上方を再生ヘッドの磁気シールド３１が通過する際にＧＭＲ素子が感じる磁界は、磁気シールド３１とその下方の磁性薄膜２３との距離の変化、すなわちｍとｄとの組み合わせの変化によって作り出される。高密度記録ではトラック幅が小さくなるため、磁気シールド３１が磁気記録媒体の漏洩磁界を検出するウィンドウ面積（図９に示す３１の部分の面積）は小さくなってしまう。磁気シールド３１の端部にはそもそも、欠陥等により磁気特性が劣化している部分があり、磁化の向き（磁壁）がそこにピンニングされやすく媒体磁界の応答も悪いことが知られている。また、磁気シールド３１の体積が小さくなることで熱ゆらぎの影響も受けやすくなる。このような状況下でｄ／ｍが大きいと、大きな漏洩磁界（磁束）の変化がシールド内に及び、シールド内では局所的な磁気特性の違いによって不安定な磁化の動きが発生し、それがノイズになるのではないかと推定した。そこで、ｄ／ｍの値を変えた媒体を作製し、その影響を調べた。その結果、ｄ／ｍが０．２以上３以下の場合には、ノイズが小さくなることがわかった。この範囲を０．２５以上２以下とすることで、より大きなノイズ低減の効果が得られた。なお、ｄ／ｍの値は装置の仕様によって決まり、本発明が限定するところではない。

また、記録再生ヘッドと磁気記録媒体との相対線速度が１１ｍ／ｓよりも速い場合には、調べた範囲において大きなノイズの発生は起こらなかった。これは、線速度が大きい場合には、磁束の変化があまりに速いので、磁気シールドの内部では全体的に磁化の応答遅れが発生し、それほど不安定な局所磁化構造が形成されないためではないかと思われるが、明確な理由は不明である。さらに、トラックピッチの異なる媒体についても同様のノイズを調べたところ、トラックピッチが３００ｎｍ以上の場合にはノイズは発生しなかった。

線速度とトラックピッチの許容範囲を調べた結果、上述したようにｄ／ｍを０．２以上３以下にすることでノイズ発生を抑える効果が得られるのは、線速度が１１ｍ／ｓ以下であり、磁気記録媒体のトラックピッチが５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲であった。ｄ／ｍが０．２以下では充分な信号強度が得られなかった。トラックピッチについては５０ｎｍ以下の実験を行なっていないので、効果があることは期待されるが確認はしていない。

本発明の効果は、磁化容易軸が媒体面内を向いている長手磁気記録媒体であっても、磁化容易軸が媒体垂直方向を向いている垂直磁気記録媒体であっても得られる。これは、長手記録であっても垂直記録であっても、サーボ信号は、段差によって作られるシールド内の漏洩磁界の変化を信号に変換するという点で同じであるためであると思われる。

（実施例１）
図１、図２に示す平面構造および図４に示す断面構造を有するディスクリートトラック媒体を作製した。

まず、ディスクリートトラック媒体のパターンの元になる原盤を作製した。Ｓｉ基板上に感光性樹脂を塗布し、この感光性樹脂層に電子線を露光して潜像を形成した。この際、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具備する露光装置を用いて露光した。このとき、同じ原盤上に５０ｎｍ、１２０ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍの５種類のトラックピッチ（Ｔｐ）となるパターンを作製した。この潜像を現像することにより凹凸パターンを形成した。

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導電膜を形成した。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した。電鋳には昭和化学（株）製の高濃度スルファミン酸ニッケルメッキ液（ＮＳ−１６０）を使用した。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、電鋳膜及びレジスト残渣を備えたスタンパが得られる。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、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分間プラズマを点灯することで行った。

こうして得られたスタンパがファザースタンパである。ファザースタンパ自体をこの後のインプリントプロセスに用いるスタンパとして使用できるが、多数の媒体を作製するために、このファザースタンパに上記の電鋳処理を繰り返し、スタンパを複製した。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を行い、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分間処理した。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した。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た。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た。

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作製し、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た。

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（ＣＦ₂）₇ＣＨ₂ＣＨ₂Ｓｉ（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％に希釈した溶液で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時間アニールした。

ガラス製の１．８インチディスク基板上にレジスト（ローム・アンド・ハース電子材料株式会社製の商品名Ｓ１８１８をプロピレングリコール・モノメチル・エーテル・アセテート（ＰＧＭＥＡ）で５倍に希釈したもの）をスピンコータで塗布した。厚さは約１００ｎｍであった。このレジスト膜に対し、上記のサンスタンパを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した。その後、真空ピンセットを用いてスタンパを剥離した。レジスト膜にパターン転写し、５分間ＵＶ照射して表面凹凸形状を硬化させた後、１６０℃で３０分加熱してレジスト膜全体を架橋した。

ディスク基板上の凹部のレジスト残渣を除去するため、酸素ガスによるＲＩＥを行った。続けて、ＣＦ₄ガスによるＲＩＥを行い、ガラス基板をエッチングした。このエッチング時にＲＩＥ時間を制御することにより、凹凸の深さを変えた３種類の基板を作製した。この後、残渣レジストを酸素ガスによるＲＩＥで除去し、図１および図２に対応する平面構造を持つ１．８インチガラスディスク基板を作製した。

このディスク基板上に長手磁気記録媒体を作製した。スパッタリング法により、ＮｉＡｌ（２０ｎｍ）／ＣｒＭｏ（１０ｎｍ）／ＣｏＣｒＰｔＴａＢ（１５ｎｍ）／Ｃ（３ｎｍ）の構造の薄膜を堆積した。ＣはＣＶＤ法により堆積した。この際、基板を１５０℃に加熱した。スパッタチャンバーから媒体を取り出した後、パーフルオロポリエーテルを潤滑剤としてディップ法で塗布した。

この媒体の保磁力をＶＳＭ（振動試料型磁気力計）で調べたところ、３８００Ｏｅであった。

この媒体を用いて磁気記録装置を作製した。上述したように同一媒体には５０ｎｍ、１２０ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍの５種類のトラックピッチ（Ｔｐ）となるパターンが形成されている。媒体には、それぞれｄが５、１０、２０ｎｍである３種類のものがある。ｄの大きさは作製した媒体の断面ＴＥＭにより評価した。サーボ信号のクロックは線記録密度１Ｍｂｐｉの仕様に相当するものである。また、設計の異なるスライダーを４種類用意し、磁気記録装置を気圧の増減ができるチャンバーに入れて、スライダーの種類と気圧を調整することで、線速度２、６、１０、１１、１２ｍ／ｓに対し、浮上量が５、１０、１５ｎｍとなる条件をあらかじめ求めておいた。また、接触動作が可能なスライダーを用意し、浮上量０ｎｍの記録再生試験ができる装置も作製した。

再生素子にはＴＭＲセンサーのタイプのものを用いた。シールドのクロストラック方向の幅は７５ｎｍであった。シールド上の保護膜はＣで厚さは３ｎｍ、媒体の保護膜の厚さも３ｎｍであった。したがって、ｍの大きさは６、１１、１６、２１ｎｍとなる。この装置におけるｄ／ｍの値は表１のようになる。

媒体に、ヘッドから一方向の磁界を発生させる消去動作を行い、ＤＣ消磁を行った。その後、ＡＢＣＤバースト信号に基づいて、任意に選んだ１００個所の位置でトラッキング動作を行い、トラッキング精度を調べた。トラッキング精度は、サーボ信号から得られるトラッキングエラー信号をトラック一周分収集し、その３σの値とした。

実験の結果、線速度が１２ｍ／ｓではトラッキング精度は全てＴｐの２０％以内であったが、１１ｍ／ｓではｄ／ｍの値に応じてトラッキング精度が異なることがわかった。このトラッキング精度は、線速度よりもｄ／ｍにより強く依存し、表２のようになった。この表において、◎は全ての線速度でトラッキング精度がＴｐの１０％未満であったもの、○は全ての線速度でトラッキング精度がＴｐの１０％以上２０％未満であったもの、×は全ての線速度でトラッキング精度がＴｐの２０％以上であったものである。

トラッキング精度の良し悪しに関しては、たとえば磁気記録装置として高精度のものを得る場合には、トラッキング精度はＴｐの１０％未満となることが好ましい。一方、汎用の、中程度の記録密度を安価に供給することを目的とする装置であれば、トラッキング精度はＴｐの２０％未満であればよい。従って、線速度が１１ｍ／ｓ以下の場合には、ｄ／ｍが０．２以上３以下であることが好ましく、またｄ／ｍが０．２５以上２以下であることがより好ましい。

トラッキング精度が悪い試料についてサーボ信号を詳しく調べたところ、サーボ信号にノイズが重畳し、直線的な三角波状になるのが好ましいトラッキングエラー信号が直線性の悪いものになっていることがわかった。このノイズ発生は観測している間においても変動し、時間的にも不安定なものであった。ノイズが発生する原因は、上述したように、シールドの内部での不安定な磁区の形成のためではないかと思われるが、詳細は不明である。また、ｄ／ｍが０．２よりも小さい場合においても、このノイズは小さいと思われるが、実験を行っていないのでよくわからない。なお、Ｔｐが４００ｎｍのものについては、調べた線速度において、トラッキング精度の悪化は見られなかった。

次に、シールド幅が１８０ｎｍのヘッドを用いて、ｄ／ｍが０．２４、０．３１、１．２５、１．８２、３．３３の場合のみトラッキング精度を調べてみた。その結果、１１ｍ／ｓ以下の全ての線速度において表２と同じ判定となり、トラッキング精度の劣化はシールド幅にはあまり依存しないことがわかった。

（実施例２）
実施例１と同様の方法により、図３に示す平面構造を有する、いわゆるパターンド媒体を作製した。基板には直径０．８５インチのガラスディスクを用い、その上にＳＯＧをスピンコートし、実施例１と同じスタンパでインプリントした後、２５０℃でベークして直接パターンを形成する方法をとった。ＳＯＧにＳＦ₆ガスでＲＩＥを施し、その時間を制御することにより、凹凸の深さを変えた３種類の基板を作製した。

この基板に対し、スパッタ法により垂直磁気記録媒体を作製した。層構成は、基板／ＦｅＣｏＴａ軟磁性下地層（６０ｎｍ）／Ｔａ（５ｎｍ）／Ｒｕ（１０ｎｍ）／ＣｏＣｒＰｔ（１５ｎｍ）／Ｃ（３ｎｍ）とした。基板加熱はしていない。ＣはＣＶＤ法で作製した。スパッタチャンバーから媒体を取り出した後、パーフルオロポリエーテルを潤滑剤としてディップ法で塗布した。

この媒体の保磁力をＶＳＭ（振動試料型磁気力計）で調べたところ、４５００Ｏｅであった。

この媒体を用いて上述の磁気記録装置を作製した。実施例１と同じように、同一媒体に５０ｎｍ、１２０ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍの５種類のトラックピッチ（Ｔｐ）となるパターンが形成されている。媒体には、それぞれｄが５、１０、２０ｎｍである３種類のものがある。ｄの大きさは作製した媒体の断面ＴＥＭにより評価した。設計の異なるスライダーを４種類用意し、磁気記録装置を気圧の増減ができるチャンバーに入れて、スライダーの種類と気圧を調整することで、線速度２、６、１０、１１、１２ｍ／ｓに対し、浮上量が５、１０、１５ｎｍとなる条件をあらかじめ求めておいた。また、接触動作が可能なスライダーを用意し、浮上量０ｎｍの記録再生試験ができる装置も作製した。

再生素子にはスペーサ層にＮＯＬを設けた垂直通電のＧＭＲセンサーを用いた。シールドのクロストラック方向の幅は７５ｎｍであった。シールド上の保護膜はＣで厚さは３ｎｍ、媒体の保護膜の厚さも３ｎｍであった。したがって、ｍ（４１）の大きさは、６、１１、１６、２１ｎｍとなる。この装置におけるｄ／ｍの値は実施例１と同じく表１のようになる。

媒体に、ヘッドから一方向の磁界を発生させる消去動作を行い、ＤＣ消磁を行った。その後、実施例１と同様のトラッキング精度検査を行った。

実験の結果、線速度が１２ｍ／ｓではトラッキング精度は全てＴｐの２０％以内であったが、１１ｍ／ｓではｄ／ｍの値に応じてトラッキング精度が異なることがわかった。このトラッキング精度は、線速度よりもｄ／ｍにより強く依存し、実施例１と同じく表２のようになった。この表において、◎はトラッキング精度が全ての線速度でＴｐの８％未満であったもの、○はトラッキング精度が全ての線速度でＴｐの１０％以上２０％未満であったもの、×はトラッキング精度が全ての線速度でＴｐの２０％以上であったものである。実施例１の場合と同じく、線速度が１１ｍ／ｓ以下の場合には、ｄ／ｍが０．２以上３以下であることが好ましく、ｄ／ｍが０．２５以上２以下であることがより好ましいことがわかった。このことは、ノイズの発生が、長手／垂直の記録方式の差よりも、上述した磁気シールドの磁化構造の不安定さにより強く依存性しているためであると思われる。なお、Ｔｐが４００ｎｍのものについては、調べた線速度において、トラッキング精度の悪化は見られなかった。

以下、本発明に実施形態に係る磁気記録媒体の各層に用いられる材料や、各層の積層構造について説明する。

＜基板＞
基板としては、たとえばガラス基板、Ａｌ系合金基板、セラミック基板、カーボン基板、Ｓｉ単結晶基板などを用いることができる。ガラス基板には、アモルファスガラスまたは結晶化ガラスを用いることができる。アモルファスガラスとしては、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラスなどがある。結晶化ガラスとしては、リチウム系結晶化ガラスなどがある。セラミック基板としては、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、これらの焼結体を繊維強化したものなどを用いることができる。Ｓｉ単結晶基板、いわゆるシリコンウエハーは表面に酸化膜を有していても構わない。また、上記金属基板、非金属基板の表面にメッキ法やスパッタ法を用いてＮｉＰ層が形成されたものを用いることもできる。

＜下地層＞
下地層は磁気記録層の結晶の制御、粒径の制御、密着性の向上等の理由で用いられる。通常の磁気記録媒体で知られている下地層を用いることができる。下地層は上記の目的を効率よく達成するために、複数の層から構成されても良い。下地層は金属であっても、誘電体であっても、またそれらの混合であっても構わない。下地層を構成する層の表面がイオン照射、ガス暴露等によって改質されているものでも良い。

また、下地層は磁性層であっても良い。特に磁気記録層が垂直磁化膜である場合には、高透磁率を有する軟磁性下地層（ＳＵＬ）を設けることにより、軟磁性下地層上に垂直磁気記録層を有するいわゆる垂直二層媒体を構成することができる。垂直二層媒体の軟磁性下地層は、記録磁極からの記録磁界を通過させ、記録磁極の近傍に配置されたリターンヨークへ記録磁界を還流させるために設けられている。すなわち、軟磁性下地層は記録ヘッドの機能の一部を担っており、記録層に急峻な垂直磁界を印加して、記録効率を向上させる役目を果たす。

軟磁性下地層には、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏのうち少なくとも１種を含む高透磁率材料が用いられる。このような材料として、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系および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。

軟磁性下地層の他の材料として、Ｃｏと、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、ＴｉおよびＹのうち少なくとも１種とを含有するＣｏ合金を用いることもできる。Ｃｏは、好ましくは８０ａｔ％以上含まれる。このようなＣｏ合金をスパッタリングにより成膜した場合には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。また、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、及びＣｏＺｒＴａ系合金などを挙げることができる。

軟磁性下地層の下に、軟磁性下地層の結晶性の向上あるいは基板との密着性の向上のためにさらに下地層を設けてもよい。下地層材料としては、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｐｔ、もしく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。

軟磁性下地層と垂直磁気記録層との間に、非磁性体からなる中間層を設けてもよい。中間層の役割は、軟磁性下地層と記録層との交換結合相互作用を遮断すること、および記録層の結晶性を制御することである。中間層材料としては、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｓｉ、もしく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軟磁性下地層を複数の層に分け、厚さ０．５〜１．５ｎｍのＲｕを挟んで反強磁性結合させてもよい。また、軟磁性層と、ＣｏＣｒＰｔ、ＳｍＣｏ、ＦｅＰｔなどの面内異方性を持った硬磁性膜またはＩｒＭｎ、ＰｔＭｎなどの反強磁性体からなるピニング層とを交換結合させてもよい。この場合、交換結合力を制御するために、Ｒｕ層の上下に、磁性層たとえばＣｏ、または非磁性層たとえばＰｔを積層してもよい。

＜磁気記録層＞
磁気記録層は、磁化容易軸が主に媒体垂直方向に向いている垂直磁化膜、あるいは磁化容易軸が主に媒体面内方向に向いている面内磁化膜のいずれでも用いることができる。磁気記録層は、Ｃｏを主成分とする合金、たとえばＣｏＰｔ合金からなると大きな異方性を得ることができて好ましい。磁気記録層はさらに、酸化物を含んだ材料からなっても良い。この酸化物としては、酸化Ｃｏ、酸化シリコン，酸化チタン、あるいは磁気記録層を構成する金属の酸化物が好適である。

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、いわゆるグラニュラー媒体であっても良い。特にディスクリートトラック媒体の場合には、線記録密度が従来媒体と同様のメカニズムで決定されると思われるので、従来媒体において線記録密度を高くできることが知られているグラニュラー媒体が好ましい。図３のパターンド媒体の場合には、線記録密度は加工精度で決まるので、グラニュラーでない微細構造の磁性薄膜を用いても良い。

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種類以上の元素を含むことができる。上記元素を含む事により、磁性粒子の微細化を促進、あるいは結晶性や配向性を向上させることができ、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。また、ＣＯとＰｔやＰｄの貴金属を多数積層した、いわゆる磁性人工格子を磁気記録層としても良い。また、ＦｅやＣＯとＰｔやＰｄによって形成される規則層合金を用いることもできる。

また、磁気記録層は多層構造であっても構わない。異なる磁気特性を持つ二層以上の磁性層の積層膜を磁気記録層とすることでより高密度の記録が行えるようになる。また、複数の磁気記録層と複数の非磁性層との積層膜全体を磁気記録層とする構成であっても構わない。たとえば、長手媒体の場合、複数の磁性層の間にＲｕ層を挿入することにより、反強磁性結合を誘起させ、線記録密度を向上させることができることが知られており、この技術を用いても良い。

磁気記録層の厚さは、好ましくは２ないし６０ｎｍ、より好ましくは５ないし３０ｎｍである。この範囲であると、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。磁気記録層の厚さが２ｎｍ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、磁気記録層の厚さが６０ｎｍ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。

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。

＜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作用を有する。保護層の材料としては、たとえばＣ、Ｓｉ−Ｎ、Ｚｒ−Ｏ、Ｓｉ−Ｎを含む材料が挙げられる。保護層の厚さは、０．５〜１０ｎｍとすることが好ましい。保護層の厚さを上記の範囲にすると、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。

＜潤滑層＞
潤滑剤としては、たとえばパーフルオロポリエーテル、フッ化アルコール、フッ素化カルボン酸などを用いることができる。

本発明の磁気記録装置を構成する磁気記録媒体を示す斜視図。 本発明の磁気記録装置を構成する磁気記録媒体の一例を示す平面図。 本発明の磁気記録装置を構成する磁気記録媒体の他の例を示す平面図。 本発明の磁気記録装置を構成する磁気記録媒体の断面図。 本発明の磁気記録装置を構成する記録再生ヘッドの再生素子（センサー）の断面図。 本発明の磁気記録装置を示す斜視図。 本発明の磁気記録装置における磁気記録媒体と記録再生ヘッドとの関係を模式的に示す断面図。 本発明の磁気記録装置における磁気記録媒体と記録再生ヘッドとの関係を模式的に示す断面図。 本発明の磁気記録装置を構成する磁気記録媒体の凸部上に存在する磁性薄膜と片側の磁気シールドとの位置関係を模式的に示す平面図。

符号の説明

１１…磁気記録媒体、１２…データ部、１３…サーボ部、１４…バースト信号、２１…基板、２２…下地層、２３…磁気記録層、２４…保護層、３１…シールド、３２…保護膜、３３…再生素子、５０…筐体、５１…スピンドルモータ、５２…ピボット、５３…アクチュエータアーム、５４…サスペンション、５５…ヘッドスライダー、５６…ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）。

Claims (4)

1. サーボ部に相当する凹凸パターンおよびデータ部に相当する凹凸パターンが形成された基板および前記基板上に堆積された磁性薄膜を有する磁気記録媒体と、
   前記磁気記録媒体を回転させるスピンドルモータと、
   前記磁気記録媒体上に浮上した状態で位置決めされるスライダーに組み込まれ、一対の磁気シールドおよびこれらの磁気シールド間に挟まれた巨大磁気抵抗効果素子を含む記録再生ヘッドとを具備し、
   前記磁気記録媒体のデータ部のトラックピッチが２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、前記記録再生ヘッドと前記磁気記録媒体との相対線速度が１１ｍ／ｓ以下であり、前記記録再生ヘッドの磁気シールドから前記磁気記録媒体の凸部に堆積されている磁性薄膜までの距離をｍ、前記磁気記録媒体のサーボ部において凸部に堆積されている磁性薄膜と凹部に堆積されている磁性薄膜との距離をｄとしたとき、ｄ／ｍが０．２以上３以下であることを特徴とする磁気記録装置。
2. 前記ｄ／ｍが０．２５以上２以下であることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録装置。
3. 前記磁気記録媒体が長手磁気記録媒体であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録装置。
4. 前記磁気記録媒体が垂直磁気記録媒体であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気記録装置。

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