JP2007234130A

JP2007234130A - パターンドメディア及びその製造方法

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Publication number: JP2007234130A
Application number: JP2006054939A
Authority: JP
Inventors: Tomio Iwasaki; 富生岩崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-03-01
Filing date: 2006-03-01
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2026-03-01
Also published as: US20070206325A1; US7796362B2; CN101030386A; CN101030386B; JP4571084B2; EP1830352A1; KR20070090077A; EP1830352B1; DE602007003758D1; KR100859552B1

Abstract

【課題】記録再生中、誤差が生ずることがない信頼性の高いパターンドメディア及びそれを用いた磁気記憶装置を提供する。
【解決手段】パターンドメディアは、基板、軟磁性層、非磁性層、中間層及び記録層とを有する。記録層は非磁性材料と磁性材料からなるパターン構造を有し、非磁性材料のヤング率は磁性材料のヤング率よりも大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハードディスク装置等の磁気ディスク記憶装置に用いて好適なパターンドメディアに関する。

近年、ハードディスク等の磁気ディスクの記録容量が飛躍的に増加している。これは、磁気ディスクの面記録密度が飛躍的に増大しているからである。磁気ディスクの面記録密度を増加させる技術として、記録層を凹凸パターンで形成するパターンドメディアと呼ばれるものがある。

特開２００５−１２２８７６号公報

パターンドメディアは、高い面記録密度を得ることができる利点を有するが、記録再生中に、磁気ヘッドの下端が記録層の凸部に衝突するという欠点がある。磁気ヘッドの下端が記録層の凸部に衝突すると、凸部が変形し、記録再生に誤差が生ずることがある。

本発明の目的は、記録再生中、誤差が生ずることがない信頼性の高いパターンドメディア及びそれを用いた磁気ディスク記憶装置を提供することにある。

本発明によると、パターンドメディアは、基板、軟磁性層、非磁性層、中間層及び記録層とを有する。記録層は非磁性材料と磁性材料からなるパターン構造を有し、非磁性材料のヤング率は磁性材料のヤング率よりも大きい。

本発明によれば、記録再生中、誤差が生ずることがない信頼性の高いパターンドメディアを提供できる。

図１は本発明のパターンドメディアの第１の例を示す。本例のパターンドメディアは、基板１、その上のプリコート層２、軟磁性層３、非磁性層４、軟磁性層５、中間層６、記録層７、保護層８及び潤滑層９を有する。記録層７は、非磁性体１０７と磁性体２０７からなるパターン構造を有する。プリコート層２、軟磁性層３、非磁性層４、軟磁性層５、中間層６、及び、記録層７は、金属からなり、例えば、DCマグネトロンスパッタリング法により形成される。軟磁性層３、５は、好ましくは、アモルファス材からなる。中間層６は、Ruを主構成元素とし、添加元素としてTiを0.14at.％以上且つ25at.％以下の濃度で含有する。主構成元素とは、一番多くの原子パーセント濃度を含む元素のことを意味する。

図２〜図５を参照して、本発明によるパターンドメディアの製造方法、特に、記録層７のパターン構造の形成方法を説明する。先ず、図２に示すように、基板１上に、プリコート層２、軟磁性層３、非磁性層４、軟磁性層５、及び、中間層６を形成し、その上に、非磁性材料層１０７を形成する。非磁性材料層１０７の形成は、例えば、DCマグネトロンスパッタリング法によって行ってよい。基板１上に、プリコート層２、軟磁性層３、非磁性層４、軟磁性層５、及び、中間層６を形成する方法は既知であり、ここでは説明を省略する。

次に、図３に示すように、非磁性材料層１０７をパターン化する。即ち、非磁性材料層１０７の凹凸パターンを形成する。非磁性材料層１０７の凹部の厚さは微小であるため、図３では、凸部のみを描き、凹部の図示は省略されている。パターンの形成は、例えば、ナノインプリント法によって行ってよい。ナノインプリント法とは、凹凸パターンを有する高温の金型を非磁性材料層１０７に押し付けてから、冷却することにより、非磁性材料層１０７をパターン化するものである。ナノインプイント法を用いる代わりに、パターンを有するマスクをつけてドライエッチングやウェットエッチングしてもよい。また、自己組織化によってパターンを形成してもよい。

次に、図４に示すように、非磁性材料層１０７の凹凸パターンの凹部を埋めるように、磁性材料層２０７を形成する。図示ように、磁性材料層２０７は、非磁性材料層１０７の凹部を完全に埋め、更に凹部より溢れるように、形成されてよい。磁性材料層２０７の形成は、例えば、DCマグネトロンスパッタリング法によって行う。次に、図５に示すように、磁性材料層２０７の外面を平坦化する。平坦化は、例えば、化学的機械研磨（Chemical Mechanical Polishing, CMP）によって行う。尚、この平坦化処理は、省略してもよい。最後に、図１に示したように、保護層８及び潤滑層９を形成する。保護層８及び潤滑層９の形成方法は既知であり、ここでは説明を省略する。

図６から図９を参照して、本発明によるパターンドメディアの記録層７のパターン構造の形成方法の他の例を説明する。先ず、図６に示すように、基板１上に、プリコート層２、軟磁性層３、非磁性層４、軟磁性層５、及び、中間層６を形成し、その上に、磁性材料層２０７を形成する。磁性材料層２０７の形成は、例えば、DCマグネトロンスパッタリング法によって行ってよい。

次に、図７に示すように、磁性材料層２０７をパターン化する。即ち、磁性材料層２０７の凹凸パターンを形成する。磁性材料層２０７の凹部の厚さは微小であるため、図７では、凸部のみを描き、凹部の図示は省略されている。パターンの形成は、例えば、ナノインプリント法によって行ってよい。

次に、図８に示すように、磁性材料層２０７の凹凸パターンの凹部を埋めるように、非磁性材料層１０７を形成する。図示ように、非磁性材料層１０７は、磁性材料層２０７の凹部を完全に埋め、更に凹部より溢れるように、形成されてよい。非磁性材料層１０７の形成は、例えば、DCマグネトロンスパッタリング法によって行う。次に、図９に示すように、非磁性材料層１０７の外面を平坦化する。平坦化は、例えば、化学的機械研磨（Chemical Mechanical Polishing, CMP）によって行う。尚、この平坦化処理は、省略してもよい。最後に、図１に示したように、保護層８及び潤滑層９を形成する。保護層８及び潤滑層９の形成方法は既知であり、ここでは説明を省略する。

図２〜図５を参照して説明した本発明による記録層を形成する第１の方法と、図６〜図９を参照して説明した本発明による記録層を形成する第２の方法を比較すると、第１の方法では、非磁性材料層１０７の凹凸パターンの凹部を埋めるように、磁性材料層２０７を形成するが、第２の方法では、磁性材料層２０７の凹凸パターンの凹部を埋めるように、非磁性材料層１０７を形成する。但し、第２の方法によって形成された記録層における非磁性材料層１０７と磁性材料層２０７の体積比率は、第１の方法によって形成された記録層における非磁性材料層１０７と磁性材料層２０７の体積比率に等しい。従って、第２の方法で用いた磁性材料層２０７の凹凸パターンは、第１の方法で用いた非磁性材料層１０７の凹凸パターンと逆型の関係にある。

図１０は、本発明のパターンドメディアの第２の例を示す。本例では、軟磁性層５と中間層６の間に、下地層１０６が設けられている。下地層１０６は、例えばTi合金からなる。

図１１は、本発明のパターンドメディアの第２の例を示す。本例では、第１及び第２の例の構造の軟磁性層３、非磁性層４、及び、軟磁性層５の代わりに、軟磁性層１０３が設けられている。図１０及び図１１のパターンドメディアにおいて、記録層７のパターン構造の上述の方法によって形成される。

本願の発明者らは、本発明によるパターンドメディアの記録層７において、磁性材料層２０７のヤング率より非磁性材料層１０７のヤング率のほうが大きい場合に、磁気ヘッドがパターンドメディアに接触したとき、パターンドメディアの表面方向の変形が抑制されることを見出した。

図１２は、本願の発明者らが行った分子動力学シミュレーションの計算結果を示す。磁性材料層２０７として、Co、Cr、Ptを含有し、ヤング率が284 GPaの材料を用いた。非磁性材料層１０７のヤング率を変化させて、記録層の表面の歪みを計算した。磁性材料層２０７が基板表面に垂直な方向に押圧され、基板表面に対して垂直な方向の歪が0.003となった場合の基板表面に対して平行な方向の歪を計算した。

縦軸は基板表面に対して平行な方向の歪であり、正は引っ張り、負は圧縮である。横軸は、磁性材料層２０７のヤング率Emに対する非磁性材料層１０７のヤング率Enの比En/Emである。

実線の曲線は、記録層７における磁性材料層２０７に対する非磁性材料層１０７の体積比率が１の場合の計算結果を示し、破線の曲線は、記録層７における磁性材料層２０７に対する非磁性材料層１０７の体積比率が0.7の場合の結果を示す。破線の曲線と実線の曲線を比較すると明らかなように、磁性材料層２０７に対する非磁性材料層１０７の体積比率が0.7の場合のほうが、体積比率が１の場合より、歪み量が小さい。

磁性材料層２０７の厚さと非磁性材料層１０７の厚さは略同一である。従って、磁性材料層２０７に対する非磁性材料層１０７の体積比率は、パターンにおける磁性材料層２０７に対する非磁性材料層１０７の面積比率に略等しい。従って、磁性材料層２０７に対する非磁性材料層１０７の面積比率が0.7となるように、パターンの形状又は模様を作成すればよい。

パターンドメディアの記録再生に影響を与えるのは記録層７における基板表面に平行な方向の引っ張り歪みであり、基板表面に平行な方向の圧縮歪みは記録再生に殆ど影響を与えない。従って、ここでは、記録層７における基板表面に平行な方向の引っ張り歪みのみについて考察する。図１２から、En/Em＜１のとき、基板表面に平行な方向の引っ張り歪が発生し、且つ、その値は、比En/Emが小さくなるほど大きくなる。En/Em＞１のとき、基板表面に平行な方向の引っ張り歪が発生しない。即ち、基板表面に平行な方向の圧縮歪が発生し、且つその値は比較的小さい。従って、非磁性材料層１０７のヤング率Enが磁性材料層２０７のヤング率Emより大きい必要がある。

従来のパターンドメディアでは、非磁性材料層１０７として酸化シリコン層や酸化アルミニウム層が用いられる。酸化シリコン層のヤング率は70 GPa程度である。酸化アルミニウムのヤング率は、バルク材の場合と層の場合で異なる。バルク材の場合、200 GPa以上となるが、層の場合には原子数密度の低いため、30 GPa〜150 GPa程度となる。一方、磁性体２０７のヤング率は、200 GPa程度以上である。従って、En/Em＜１となり、図１２に示したように、基板表面に対して平行な方向の引っ張り歪が生ずる。これが情報の読み取り及び書き込みの誤差の原因となる。

そこで本願の発明者は、En/Em＞１となるように、磁性材料層２０７及び非磁性材料層１０７を選択した。磁性材料層２０７として、CoとCrとPtを構成元素とする材料を選択した。この磁性材料層２０７のCrの濃度は、15at.%以上且つ25at.%以下であり、Ptの濃度は10at.%以上且つ20at.%以下である。この磁性材料層２０７のヤング率は284 GPa程度である。

このような磁性材料層２０７に対して、非磁性材料層１０７として、W又はTaを主構成材料とすることが好ましいことが見出された。このような構成材料として、W、WN、WC、WB、WO、又は、TaN、TaC、TaBがある。このような非磁性材料層１０７のヤング率は、磁性材料層２０７のヤング率284 GPaより充分大きい。従って、En/Em＞１となり、基板表面に対して平行な方向の引っ張り歪の発生を抑制することができる。

図１３は、本発明によるパターンドメディアを記録媒体とするハードディスク装置を示す。図１３（ａ）は、ハードディスク装置の平面構成を示し、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のハードディスク装置の線Ａ−Ａに沿った断面構成を示す。尚、図１３（ａ）では、上面は除去して描かれている。

本例のハードディスク装置は、複数のパターンドメディア２０１、これらのパターンドメディアを回転駆動する駆動部２０２、磁気ヘッド２０３、磁気ヘッドの駆動手段２０４、及び、磁気ヘッドの記録再生信号処理手段２０５を有する。

パターンドメディア２０１は図１、図１０及び図１１にて示した本発明によるパターンドメディアである。磁気ヘッド２０３がパターンドメディア２０１と接触しても、記憶層において、基板表面に対して平行な方向の引張ひずみが抑制される。このため、ヘッド浮上量（ヘッドと保護層の間距離）が10 nm以下になった場合でも、情報の記憶及び再生の信頼性が高い。

以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に容易に理解されよう。

本発明のパターンドメディアの第１の例の構造を示す図である。本発明のパターンドメディアの記録層の製造方法の第１の例の工程を説明する図である。本発明のパターンドメディアの記録層の製造方法の第１の例の工程を説明する図である。本発明のパターンドメディアの記録層の製造方法の第１の例の工程を説明する図である。本発明のパターンドメディアの記録層の製造方法の第１の例の工程を説明する図である。本発明のパターンドメディアの記録層の製造方法の第２の例の工程を説明する図である。本発明のパターンドメディアの記録層の製造方法の第２の例の工程を説明する図である。本発明のパターンドメディアの記録層の製造方法の第２の例の工程を説明する図である。本発明のパターンドメディアの記録層の製造方法の第２の例の工程を説明する図である。本発明のパターンドメディアの第２の例の構造を示す図である。本発明のパターンドメディアの第３の例の構造を示す図である。パターンドメディアの記録層の基板表面に対して平行な方向の歪みを分子動力学シミュレーションにより計算した結果を示す図である。本発明のパターンドメディアを用いたハードディスク装置の構成を示す図である。

符号の説明

１…基板、２…プリコート層、３…軟磁性層、４…非磁性層、５…軟磁性層、６…中間層、７…記録層、８…保護層、９…潤滑層、１０３…軟磁性層、１０６…下地層、１０７…非磁性体、２０７…磁性体、２０１…パターンドメディア、２０２…駆動部、２０３…磁気ヘッド、２０４…駆動手段、２０５…記録再生信号処理手段。

Claims

基板と、上記基板の一主面側に順に形成された軟磁性層、非磁性層、中間層及び記録層とを有し、上記記録層は非磁性材料と磁性材料からなるパターン構造を有し、上記非磁性材料のヤング率は上記磁性材料のヤング率よりも大きいことを特徴とするパターンドメディア。
請求項１記載のパターンドメディアにおいて、上記記録層のパターン構造は上記非磁性材料の凹凸パターンの凹部に上記磁性材料を埋め込んだ構造を有することを特徴とするパターンドメディア。
請求項１記載のパターンドメディアにおいて、上記記録層のパターン構造は上記磁性材料の凹凸パターンの凹部に上記非磁性材料を埋め込んだ構造を有することを特徴とするパターンドメディア。
請求項１記載のパターンドメディアにおいて、上記非磁性材料はWを主構成材料とすることを特徴とするパターンドメディア。
請求項４記載のパターンドメディアにおいて、上記非磁性材料はWN、WC、WB、WOのうちの１つを主構成材料とすることを特徴とするパターンドメディア。
請求項１記載のパターンドメディアにおいて、上記非磁性材料はTaを主構成材料とすることを特徴とするパターンドメディア。
請求項６記載のパターンドメディアにおいて、上記非磁性材料はTaN、TaC、TaBのうちの１つを主構成材料とすることを特徴とするパターンドメディア。
請求項１記載のパターンドメディアにおいて、上記磁性材料はCoとCrとPtを構成元素とし、上記Crの濃度は15at.%以上且つ25at.%以下の濃度であり、上記Ptの濃度は10at.%以上且つ20at.%以下であることを特徴とするパターンドメディア。
請求項１記載のパターンドメディアにおいて、上記軟磁層はアモルファス材料からなり、上記中間層はRuを主構成元素とすることを特徴とするパターンドメディア。
請求項９記載のパターンドメディアにおいて、上記中間層はTiを添加元素として含むことを特徴とするパターンドメディア。
基板の一主面側に順に軟磁性層、非磁性層、及び、中間層を形成することと、
上記中間層の上に非磁性材料層を形成することと、
上記非磁性材料層をパターン化し、非磁性材料の凹凸パターンを形成することと、
上記非磁性材料の凹凸パターンを凹部を埋めるように、磁性材料層を形成することと、
を含み、上記非磁性材料のヤング率は上記磁性材料のヤング率よりも大きいことを特徴とするパターンドメディアの製造方法。
請求項１１記載のパターンドメディアの製造方法において、
上記非磁性材料はWを主構成材料とすることを特徴とするパターンドメディアの製造方法。
請求項１１記載のパターンドメディアの製造方法において、
上記非磁性材料の凹凸パターンはナノインプリント法によって形成することを特徴とするパターンドメディアの製造方法。
請求項１１記載のパターンドメディアの製造方法において、上記非磁性材料層及び上記磁性材料層はDCマグネトロンスパッタリング法によって形成することを特徴とするパターンドメディアの製造方法。
基板の一主面側に順に軟磁性層、非磁性層、及び、中間層を形成することと、
上記中間層の上に磁性材料層を形成することと、
上記磁性材料層をパターン化し、磁性材料の凹凸パターンを形成することと、
上記磁性材料の凹凸パターンの凹部を埋めるように、非磁性材料層を形成することと、
を含み、上記非磁性材料のヤング率は上記磁性材料のヤング率よりも大きいことを特徴とするパターンドメディアの製造方法。
請求項１５記載のパターンドメディアの製造方法において、上記非磁性材料はWを主構成材料とすることを特徴とするパターンドメディアの製造方法。
請求項１５記載のパターンドメディアの製造方法において、
上記磁性材料の凹凸パターンはナノインプリント法によって形成することを特徴とするパターンドメディアの製造方法。
パターンドメディアと、該パターンドメディアを回転駆動する駆動部と、上記パターンドメディアに対して記録及び再生を行う磁気ヘッドと、該磁気ヘッドを駆動する駆動手段と、上記磁気ヘッドの記録再生信号を処理する信号処理手段と、を有する磁気ディスク記憶装置において、上記パターンドメディアは、基板と、上記基板の一主面側に順に形成された軟磁性層、非磁性層、中間層及び記録層とを有し、上記記録層は非磁性材料と磁性材料からなるパターン構造を有し、上記非磁性材料のヤング率は上記磁性材料のヤング率よりも大きいことを特徴とする磁気ディスク記憶装置。
請求項１８記載の磁気ディスク記憶装置において、上記記録層のパターン構造は上記非磁性材料の凹凸パターンの凹部に上記磁性材料を埋め込んだ構造を有することを特徴とする磁気ディスク記憶装置。
請求項１８記載の磁気ディスク記憶装置において、上記記録層のパターン構造は上記磁性材料の凹凸パターンの凹部に上記非磁性材料を埋め込んだ構造を有することを特徴とする磁気ディスク記憶装置。