JP2009199641A - 垂直磁気記録媒体とそれを用いた垂直磁気記録装置、および垂直磁気記録媒体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気記録媒体において、表面平坦性の向上、特性劣化の低減を実現する。
【解決手段】記録層の上層と充填層が同一の材料からなるように作製する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高記録密度磁気記録装置、特にハードディスク装置における磁気記録媒体に関するものである。

磁気記録装置においては記録密度の高密度化に伴い、トラック密度の増加に伴い生じるトラック端部の磁化状態の乱れに起因するノイズ、隣接トラックからのサイドリード現象、磁気ヘッドの低浮上量化による磁気記録媒体の損傷などは、非常に重要な問題となっている。これらを解決するためにトラック間が物理的に隔てられているディスクリートトラック媒体の実現が期待されている。

近年、ディスクリートトラック媒体の研究がされており、物理的にトラック間を充填する材料、プロセスなどが様々知られている（特許文献１、2参照）。トラックの凸部とトラック間の凹部に充填材を形成すると、凹凸形状が表面に残るため、媒体表面を平坦化する必要がある。凸部の上の余剰なレジストや充填材の層を除去する方法は、有機溶剤でレジストとその周囲に付着した充填材を除去するリフトオフ法が知られている。また、凸部の充填材だけを選択的に除去できるドライエッチング法、CMPなどが試されている。ドライエッチング法については例えば、磁気記録層の上にストップ層が形成してあり、凹凸形状を含む全面に充填材で充填する。次に、凸部上に形成された余剰な充填材を除去するために、充填材とマスク材のエッチングレート比を利用して、マスク材だけを選択的にドライエッチングする手法が知られている（特許文献１参照）。

特開２００６−１９６１４３号公報 特開２００６−９２６３２号公報

従来構造のディスクリートトラック媒体において、連続している磁気記録層を含むトラック間の溝を形成する際、フォトリソグラフィ工程もしくはナノインプリント工程及びエッチング工程、トラック間の充填工程、表面平坦化工程によって磁気記録層を所定のトラックに形成し、所望の磁気特性を得ている。例として、図１に記録媒体をトラック方向に切ったときの断面形状を示す。ガラスなどからなる基板11に、下地層12、軟磁性層13、第１の中間層14、磁気記録層15、充填層19、保護膜21、及び潤滑層20が積層されている。膜厚方向に対して垂直方向の記録層の幅をトラックの幅41とする。またトラックの形成は例えば特許文献１によると磁気記録層上のマスク層の上にフォトリソグラフィによって形成されたレジストをマスクとして、イオンビームエッチングや反応性イオンビームエッチングなどで形成する。この形状は、磁気記録媒体の上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとしてイオンビームエッチングで形成する。この後、レジストを除去して充填材を形成する。

充填材は例えば特許文献１によるとスパッタによるSiO₂などの酸化膜や、非磁性金属などが使用されている。次に余剰の充填材を除去するために、イオンビームエッチング、反応性イオンエッチング(RIE)などを用いて基板表面の平坦化を行なう。

平坦化の際、充填層19の凸部と凹部のエッチングレートに差が生じることによる媒体表面の平坦性の悪化、イオンビームエッチングでのアルゴンイオンの衝突による磁気記録層上部の特性劣化、ストッパー層を記録層の上に挿入することにより製造工程が増加してしまうこと、以上が従来の製造法の課題であった。

本発明はトラックの磁気記録層の上層と充填層が同一の材料からなり、充填材よりエッチング速度の速い中間層をトラック上層に挿入してあることで、最終的にエッチングが終了したときに表面を平坦化できる。

磁気記録層を成膜した後、充填材と同一の材料で第２の中間層16、第３の中間層17とを順に成膜し、第３の中間層17の上にレジスト層47を積層する。次に、トラックのパターン形成のために、レジスト層47をレジストパターン層18の形状に加工する。このマスクパターンによって、第３の中間層17と第２の中間層16と磁気記録層15をパターンニングした後、レジストパターン層18は除去される。

次に形成する充填材は、第２の中間層16と同じ材料である。イオンミリングに対する第３の中間層17のレートは充填層19と第２の中間層16より約３倍速いので凹部凸部のエッチングレートの差が調整され、より平坦な表面形状を実現できる。また、充填層19と第２の中間層16がイオンミリングに耐性があるため、ストッパー層が不要となり製造工程を簡略にできる。磁気記録層15の上層16が保護層であることから、アルゴンイオンの衝突による特性劣化も低減できる。結果として表面平坦性の向上、製造工程短縮、特性劣化の低減を実現する。

本発明のディスクリートトラック媒体は、第一に、エッチングレートを調整する第３の中間層17を形成することで、媒体表面の平坦性を高めることができる。第二に、充填層19と保護層21および第２の中間層１６を同一の材料にすることで製造工程の削減、磁気ヘッドが磁気ディスクに衝突した際の衝撃に対しても強化できる。

トラックの磁気記録層の上層と充填層が同一の材料からなり、充填材よりエッチング速度の速い調整層をトラック上層に挿入してある形態。

以下、本発明の磁気記録媒体を作製する具体的な手段について図２を用いて説明する。

図２（ａ）に示すように、基板11の上に下地層12、軟磁性層13、第１の中間層14、磁気記録層15、第２の中間層16、第３の中間層17、レジスト47を積層する。

基板11はガラス、アルミナ、Si等からなる。磁気記録層15は例えばCo,Cr,Pt系の合金とSiO₂のような非磁性体よりなるグラニュラ垂直記録媒体で構成される。第２の中間層16、充填材19は非磁性の材料であるダイヤモンドライクカーボン（DLC）からなる。第２の中間層16の厚さは、DLCが保護層として機能する最低の膜厚が3nm以上であるため、3 nm以上が望ましい。第３の中間層17は例えばSiO₂やレジストなどから成り、第２の中間層16の厚さに対して同じ、またはそれ以上の厚さが望ましいため膜厚は10 nm程度とした。後に記述するが、DLCとSiO₂のエッチング速度の違いを考慮し、最終的に平坦になるための厚さとして10 nmとしている。レジストは電子線などで露光してパターニングできるフォトレジストマスクやナノインプリント用のレジスト等があげられる。

次に、図２（ｂ）に示すように、電子線描画法またはナノインプリント法を用いてレジスト層47をパターンニングし、レジストパターン層18を形成する。

レジストパターン18をマスクとして、イオンビームエッチングなどのドライエッチングプロセスを用いて図２（c）のように、第３の中間層17と第２の中間層16と磁気記録層15にレジストパターン18の構造を転写する。磁気記録層のエッチングは、イオンビームエッチング法や反応性イオンエッチング（RIE）などによって行うことができる。

酸素ガスなどによるRIEや、アッシングでレジストパターン18を除去する。このとき、レジスト18や、第３の中間層17と第２の中間層16と磁気記録層15の側壁に再付着があれば、イオンビームエッチングなどで取り除いてもよい。

第３の中間層17がSiO₂などから成るとき、レジストパターン18を除去するRIEのガスに対して耐性があるため、レジストパターン18は酸素ガスを含んだ反応性イオンビームエッチング法で除去できる。

この後、図２（d）に示すように、充填層19を形成する。充填層19の材料は第２の中間層16で使用した材料を使用する。例えば本実施例ではDLCが候補としてあげられる。厚さは、トラック間の溝に十分に充填材が埋まり、平坦化したときに第２の中間層16と同じ面になるために、第３の中間層17と第２の中間層16と磁気記録層15の合計膜厚より厚いものとする。

磁気記録特性を劣化させない程度の温度もしくはそれ以下の温度で硬化できるSOGやスパッタ法によるSiO₂を充填層19として使用することが可能である。但し、この場合はエッチングレートの調整層となる第３の中間層17の材料はSOGやSiO₂よりイオンビームエッチングのレートが速いことが必要である。

次に、第３の中間層17の表面の凹凸をイオンビームエッチングを用いて平坦にする。イオンビームエッチングの場合、ビームの入射角度は基板11の法線を0度とした場合、80度±5度の範囲である。

図２（ｄ）の工程のエッチング角度が75度から85度の範囲である理由は75度より小さいと凹部と凸部に同じようにビームが入射してしまい、表面の凹凸形状を維持したままエッチバックされるため、表面を平坦にすることができない。85度より大きい場合はビームが基板とほぼ並行に入射するため、基板全体にビームを入射させることができないからである。

エッチングの際、ガラス基板は基板法線方向を軸に回転している。エッチングを続けると図２（ｅ）のように充填層19の表面の凹凸形状は平坦に近づいてくるが、第３の中間層17の角が出始めたとき、充填層19の表面の凹凸の高低差は7、8 nmある。平坦化のためにエッチングする厚さについては、トラック部には10 nmの第３の中間層17と第３の中間層17の上に約10 nmの充填層19が残っており、トラック間の溝部分にはDLCが約13 nm形成されている。SiO₂とDLCとを比較するとエッチング速度は３倍SiO₂の方が速いために、凸部の方が選択的にエッチングされ、トラック部とトラック間の溝部分のエッチングにかかる時間が同じになり、図２（ｆ）のように平坦化が実現できる。
エッチング中は２次イオン質量分析などによりエッチングの状況をモニターすることが出来るので、第３の中間層17はエッチングモニター層としての役割を担っても良い。

イオンビームエッチングと同時に２次イオン質量分析を行うと、第３の中間層17の信号がなくなったところで、第２の中間層16と充填層19の表面が一致したことがわかるため、この時にエッチングを終了してもよい。

第２の中間層16と充填層19のエッチングレートは同じであるため、磁気記録層15の表面がでないところまでさらに数nmエッチングしてもよい（図２（ｈ）参照）。

図２（ｆ）に示すように、イオンビームエッチングの終了後に残っているパターン凸部上の第２の中間層16とトラック間の充填材19は保護層を兼ねてもよい。そのために本発明では平坦化工程の後に保護層を形成する工程を省略できる。

充填層１９の表面が均一になったところで、15上部の充填材が保護層としての役割を持っているので、ディッピング法によりフッ素系のパーフロロポリエーテル(PEPE)系潤滑材からなっている潤滑層20を塗布して、図２(ｇ)のように磁気記録媒体が完成する。

実施例１と同様に図２（ａ）〜（ｆ）まで作製する。
平坦化の際、アルゴンイオンが表面に突入し、第２の中間層16と充填層19の最表面のDLCが保護層としての機能を果たせなくなっている場合は、図２（ｈ）のように磁気記録層15の上層の充填層までエッチングまたはアッシングし、充填層19と第２の中間層を媒体表面均一に除去する。次に、図２（ｉ）のように再度保護層を4 nm形成し、その後潤滑材を塗布しても平坦性は保持することができる。

平坦化を化学機械研磨法（CMP）やガスクラスターイオンビーム（GCIB）により行ない、第２の中間層16と充填層19の最表面のDLCがダメージを受けた場合も、実施例２の工程を使用することが出来る。

図３は、本発明の磁気ディスクを用いた磁気ディスク装置の一例を示す概略図である。この磁気ディスク装置は、磁気ディスク２５０、スピンドルモータ２５１、磁気ヘッド２５２、アーム２５３、アクチュエータ２５４、記録再生回路２５５等から構成されている。磁気記録層を有する記録ディスクをスピンドルモータ２５１で回転させ、磁気ヘッド２５２でデータの書き込み及び読み込みを行う。磁気ヘッドはアーム２５３の先端にあり、アクチュエータ２５４で磁気ディスクの半径方向の位置決めを行なっている。

充填材19はDLCから成り、従来では保護層として使用されている材料である。実際にHDDとして磁気ディスク250と磁気ヘッド252が作動しているときに、磁気ヘッド252の先端部が磁気ディスク250の表面に衝突する場合がある。このときの衝撃により、磁気記録層15、第１の中間層14、軟磁性層13などの構造の乱れが特性劣化を起こすことが懸念される。しかしながら、硬度の高いDLCのような材料でトラック間が充填されていると、衝撃時にも構造の破壊を低減できる機能を持つ。

本発明は、例えばパターンド媒体にも利用することができる。

従来の磁気記録媒体の断面図。 本発明の磁気記録媒体の製造工程を示す工程図。 磁気記録再生装置の概念図。

符号の説明

１１ 基板
１２ 下地層
１３ 軟磁性層
１４ 第１の中間層
１５ 磁気記録層
１６ 第２の中間層
１７ 第３の中間層
１８ レジストパターン層
１９ 充填層
２０ 潤滑層
２１ 保護層
３０ 下地層12, 軟磁性層13, 第１の中間層14の３層
４１ トラックの幅
４７ レジスト層
２５０ 磁気ディスク
２５１ スピンドルモータ
２５２ 磁気ヘッド
２５３ アーム
２５４ アクチュエータ
２５５ 記録再生回路。

Claims (6)

1. 磁気記録層が、非磁性の充填材によってトラック間で分断されている垂直磁気記録媒体において、
   基板と、
   前記基板上に順に形成された下地層、軟磁性層および第1の中間層と、
   前記中間層の上に形成された前記磁気記録層の上に形成された第2の中間層とを備え、
   前記第2の中間層と前記充填材が同一の材料からなることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
2. 前記充填材はダイヤモンドライクカーボンを含むことを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録媒体。
3. 前記磁気記録層の上部にエッチングレートを調節する目的の層を有する請求項１記載の垂直磁気記録媒体。
4. 基板少なくとも片側の面に、請求項１もしくは２もしくは3に記載の構造を有することを特徴とする垂直磁気記録装置。
5. 磁気記録層が、非磁性の充填材によってトラック間で分断されている垂直磁気記録媒体の製造方法において、
   基板の上に下地層、軟磁性層、第1の中間層、磁気記録層、第2の中間層、前記第2の中間層よりエッチングレートが速い第3の中間層およびレジストを積層し、
   前記レジスト層をパターニングし、
   前記第3の中間層と、前記第2の中間層と、前記磁気記録層に前記レジストパターンの構造を転写し、
   前記第2の中間層と同一の材料からなる前記充填材からなる充填層を形成し、
   前記第3の中間層をエッチングにより除去することを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。
6. 前記充填材および前記第2の中間層は、ダイヤモンドライクカーボンを含むことを特徴とする請求項５記載の製造方法。

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