JP2013242961A - 磁気記録メディアおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気記録メディア及びその製造方法を提供する。
【解決手段】磁気記録メディア１の記録密度を向上させるために、薄膜形状の第１磁性層８とパターン形状の第２磁性層１２とが連続して多重磁性層に構成される。第１磁性層８の磁気異方性係数が第２磁性層１２の磁気異方性係数より大きい。第２磁性層１２の磁気ビット１３は、円形のトラックを形成する。第２磁性層１２の磁気ビット１３は、互いに独立的なアイランド形状である。
【選択図】図１

Description

本発明は、情報が記録される磁性層が、薄膜形状の磁性層とパターン形状の磁性層とが連続する複数の磁性層として存在する磁気記録メディアおよびその製造方法に関する。

磁気記録メディアを利用するハードディスクドライブ（ＨＤＤ）は、大容量であり、かつ高速アクセス（access）特性を有しているために、コンピュータだけではなく、各種デジタル機器の主情報記憶装置として利用されている。磁気記録メディアの保存容量は、ディスク半径方向のトラック密度（ＴＰＩ：Tracks Per Inch）とディスク回転方向の線密度（ＢＰＩ：Bits Per Inch）とによって決定される。

現在最も多用されている連続磁気記録メディア、すなわちビットが物理的に分離されていない磁気記録メディアは、ビットのサイズやトラックのピッチを減少させてＴＰＩとＢＰＩとを増大させるのに限界がある。これは、ビットのサイズやトラックのピッチをある限界以下に減らすことになれば、隣接したビット間に、磁気的相互干渉などによってノイズ増大と共に記録安定性が急激に落ちるためである。

現在、前記問題点を解決するために、トラックとビットとをパターンに形成して物理的に分離するディスクリートトラックメディア（ＤＴＭ：Discrete Track Media）やビットパターンメディア（ＢＰＭ：Bit Patterned Media）のようなパターンドメディア（Patterned Media）技術が開発されている。前記ＤＴＭは、トラックが同心円をなして半径方向に互いに分離されており、前記ＢＰＭは、互いに単位記録領域であるビットが島（island）形態に分離されている。また、前記パターニングされたトラック間やビット間の分離領域は、空けておくか、または非磁性物質で充填されている。

このようなパターン形態に形成された磁気記録メディアは、トラック間の干渉、または単位ビット領域であるビットが隣接したビットと干渉がないために、高い記録密度が実現される。

一方、前記ＤＴＭの保存容量、すなわち、記録密度をさらに増大させようとするなら、情報の記録される磁性層が従来の垂直磁気記録メディアと異なる特性を有さねばならない。前記磁性層は、磁気異方性が大きく、結晶粒サイズ（grain size）の小さい物質でなければならない。しかし、前記磁気異方性が大きい、すなわち、高い保磁力を有する物質は、従来の磁気ヘッドでもって記録が不可能である問題点がある。前記高い保磁力を有する磁性層の磁化を反転させることのできる高い磁界を印加できる磁気ヘッドを使用すればよいが、磁気ヘッドで最大印加可能な磁界を高めようとするなら、磁気ヘッドの構造や材料などを変更しなければならないという問題点がある。

本発明の目的は、情報が記録される磁性層を複数層で形成し、トラック密度だけではなく、線記録密度が向上する磁気記録メディアを提供することである。

本発明の目的は、従来の磁気ヘッドの変更なしに、効率的に情報を記録できる磁気記録メディアを提供することである。

本発明の目的は、前記磁気記録メディアを製造する方法を提供することである。

本発明による磁気記録メディアは、基板、前記基板上に形成された薄膜形状の第１磁性層、及び前記第１磁性層上部に形成されてパターニングされた磁気ビットを備える第２磁性層を具備する。

前記第１磁性層及び第２磁性層は、垂直磁気異方性を有することが望ましく、前記第１磁性層及び第２磁性層は、互いに異なる大きさの磁気異方性係数を有することが望ましい。

望ましくは、前記第１磁性層の磁気異方性係数は、前記第２磁性層の磁気異方性係数より大きい。

前記第２磁性層の前記磁気ビットは、円形のトラックを形成できる。
また、前記第２磁性層の前記磁気ビットは、互いに独立的なアイランド形状でありうる。

前記第２磁性層の磁気ビットは、樹脂によって互いに分離される。
また、前記第１磁性層及び第２磁性層間には、交換結合層（exchange coupling layer）がさらに形成され、前記基板及び前記第１磁性層間には、軟磁性下地層（ＳＵＬ：Soft magnetic Under Layer）及び中間層（intermediate layer）が順次にさらに形成されうる。

本発明による磁気記録メディアの製造方法は、基板上に軟磁性下地層を形成する第１段階、前記軟磁性下地層上に第１磁性層を形成する第２段階、前記第１磁性層上に樹脂層を形成した後、第２磁性層の磁気ビットを形成するための樹脂パターンを形成する第３段階、及び前記樹脂パターン間に前記磁気ビットを形成する第４段階を具備する。

前記樹脂パターンは、ナノインプリントまたはガラス圧縮成形方法で形成され、前記第２磁性層の磁気ビットは、電気メッキ法またはスパッタリング法で形成することが望ましい。

本発明の実施形態による磁気記録メディアの断面図である。 図１の実施形態の動作原理を説明する図面である。 図１の実施形態の動作原理を説明する図面である。 図１の実施形態の動作原理を説明する図面である。 図１の実施形態の製造方法を表す断面図である。 図１の実施形態の製造方法を表す断面図である。 図１の実施形態の製造方法を表す断面図である。 図１の実施形態の製造方法を表す断面図である。 図１の実施形態の製造方法を表す断面図である。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の望ましい実施形態による磁気記録メディア及びその製造方法について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態による磁気記録メディアの断面図である。
図１を参照すれば、本発明による磁気記録メディア１は、ディスク形状のガラス基板２上に順次に形成された軟磁性下地層４、中間層６、第１磁性層８、交換結合層（exchange coupling layer）１０及び第２磁性層１２を具備する。前記第２磁性層１２は、樹脂１４によって分離された複数の磁気ビット１３を有する。

そして、前記第２磁性層１２上には、図示されていない保護層及び潤滑層などがさらに形成されうる。

本発明による磁気記録メディア１は、情報が記録される磁性層が、前記第１磁性層８と第２磁性層１２との複数層によって構成されており、望ましくは、前記第１磁性層８は薄膜形状であり、前記第２磁性層１２は互いに分離された複数のトラック（track）形状であり、メディア１の中心を基準にして等間隔に同心円をなす。すなわち、ＤＴＭ（Discrete Track Media）構造を有する。

また、第２磁性層１２の磁気ビット１３は、同じトラックでも、樹脂１４によって磁気的に分離されたアイランド形状でありうる。

前記第１磁性層８と第２磁性層１２は、それぞれ垂直磁気異方性を有し、また前記第１磁性層８と第２磁性層１２は、互いに異なる磁気異方性係数を有する。このとき望ましくは、前記第１磁性層８の磁気異方性係数が第２磁性層１２の磁気異方性係数より大きい。

メディアの情報記録にかかわる主磁性層は前記第１磁性層８であり、前記第２磁性層１２は、ヘッドが前記第１磁性層８に情報を記録するとき、すなわち、第１磁性層８の磁化方向を制御するときの補助役割を果たす。すなわち、前記ヘッドの磁化力に前記第２磁性層１２の磁化力が補強され、相対的に磁気異方性の大きい第１磁性層８の磁化反転を効率的と行うことができる。

前記第１磁性層８は、複数のグレインを具備した粒状（granular）構造であり、それぞれのグレインは、非磁性体によって互いに分離されている。例えば、ＣｏＣｒＰｔ結晶粒がＳｉＯ２によって取り囲まれており、従って、ＣｏＣｒＰｔ結晶粒は、互いに磁気的に分離されている。

前記第１磁性層８及び第２磁性層１２は、スパッタリング法または電気メッキ法で形成されうる。

本発明の特徴は、磁気異方性係数の大きい物質を第１磁性層８に使用するとき、既存のヘッドにも効率的に情報記録を行えるように、第２磁性層１２を具備することである。望ましくは、前記第２磁性層１２は、トラック区分させるＤＴ（Discrete Track）パターン形状である。

前記軟磁性下地層４は、記録ヘッドの磁場（magnetic field）をメディア１の下部側に誘導する役割を行い、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＦｅＺｒＮｂ、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＭｏ及びＣｏＦｅＮｉのうちいずれか一つによって形成され、厚さは、５〜３００ｎｍほどでありうる。

前記中間層６は非磁性物質であって、その上に形成される前記第１磁性層８のシード層（seed layer）であり、第１磁性層８の結晶配向特性を向上させるために使われる。例えば、前記中間層６は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｃｕ及びＡｕのうちいずれか一つによって形成され、またはそれらのうち互いに異なる２つの物質によってなる二層膜でありうる。また、ＲｕＣｒ、ＭｇＯのような物質によっても形成されることもある。その厚さは、数ないし数十ｎｍでありうる。望ましくは、１０ないし３０ｎｍでありうる。

前記第１磁性層８と第２磁性層１２との間には、交換結合を誘導する交換結合層１０が形成される。前記交換結合層１０による交換結合力は、交換結合層１０の物質や厚さなどによって調節されうる。すなわち、前記交換結合層１０は、第１磁性層８の磁化方向を前記第２磁性層１２に良好に伝えさせる役割を行う。また第２磁性層１２の結晶配向性を制御する。

以下では、本発明による磁気記録メディアの駆動原理について説明する。
図２Ａないし図２Ｃは、本発明の駆動原理を示す図面であり、図１の構成要素と同じ構成要素については、同じ参照番号を使用する。ここで、図面の区分は、磁化反転の時系列的説明のためのものである。

まず、図２Ａを参照すれば、前記第１磁性層８と第２磁性層１２の磁気ビット１３との磁化方向が同じ方向にスピンアップ（spin up）されている。記録ヘッドを使用し、前記第２磁性層１２の磁気ビット１３下部の第１磁性層８の磁化方向をスピンダウン（spin down）に変更して情報を記録しようとする。

図２Ｂを参照すれば、記録ヘッドのスピンダウン磁化方向によって、前記第２磁性層１２の磁化方向が水平方向に転換される。このとき、前記第１磁性層８の磁化方向は、斜線方向に転換される。これは、前記第１磁性層８の保磁力が前記第２磁性層１２より大きいために、同じ記録ヘッドの磁化力にも少なく制御を受けるということを意味する。

図２Ｃを参照すれば、前記第２磁性層１２の磁気ビット１３の磁化方向がダウンスピンになった後、前記記録ヘッドの磁化方向と前記第２磁性層１２の磁気ビット１３の磁化方向とが、ベクトル的にさらに補強された前記第２磁性層１２の磁気ビット１３のスピンダウン磁化方向によって、前記第１磁性層８の磁化方向がスピンダウンされる。

すなわち、前記第２磁性層１２の磁気ビット１３の磁化が、前記記録ヘッドの磁化を補助することによって、前記保磁力の大きい第１磁性層８が単独であるときに比べて、はるかに低いヘッドの磁場によって、前記第１磁性層８の磁化反転が可能である。前記第２磁性層１２の磁気ビット１３がない場合には、前記記録ヘッドの磁化力のみでは、前記第１磁性層８の磁化反転を円滑に行えない。

このとき、前記第１磁性層８の上部に、前記第２磁性層１２の磁気ビット１３が存在しない領域では、磁化反転が起こらないので、物理的に前記第１磁性層８のドメインは、前記第２磁性層１２の磁気ビット１３の形状通り、磁気的に互いに完全に分離されたのと同じように動作する。ここで、Ｈ２、Ｈｔ、Ｈａ及びＨ１それぞれは、磁場の大きさを示し、次の数式１を満足する。

Ｈ２＜Ｈｔ＜Ｈａ＜Ｈ１ （数１）
ここで、Ｈ１は第１磁性層単独の磁場の大きさであり、Ｈ２は第２磁性層磁場の大きさであり、Ｈｔはニ層膜の磁場の大きさであり、Ｈａはヘッドの最大印加磁場である。

本発明は、軟磁性体の前記第２磁性層１２を追加することによって、低い印加磁場を有するヘッドにも、前記第１磁性層８の磁化反転が可能なので、現行記録ヘッドをそのまま使用することが可能であり、前記第１磁性層８の熱的安定性を維持しつつグレインサイズを縮小することができる。グレインサイズを小さくするならば、メディアのビット間転移ノイズ（transition noise）を減少させることができるので、線記録密度を高めることができ、従って全体的に面記録密度の高いＤＴＭを得ることができる。

一般的に、前記熱的安定性は、磁性層の磁気異方性係数とグレインサイズとの積に比例する。従って、本発明の情報記録磁性層は、記録密度を向上させるために、グレインサイズを小さくしても、磁性層の磁気異方性係数を高めることができるので、記録メディアの熱的安定性を維持できる。

以下では、本発明の望ましい実施形態による磁気記録メディアの製造方法について説明する。図１の構成要素と同じ構成要素には、同じ参照番号を使用して詳細な説明は省略する。

図３Ａ〜図３Ｅは、本発明の製造方法を示す断面図である。
まず、図３Ａを参照すれば、ガラス基板２上に軟磁性下地層４、中間層６及び第１磁性層８を連続して蒸着する。このとき、前記軟磁性下地層４は、５〜３００ｎｍの厚さにスパッタリング法で形成し、第１磁性層８もまた、スパッタリング法で形成する。前記中間層６は、軟磁性下地層４と第１磁性層８とを磁気的に分離させ、前記第１磁性層８の結晶配向性を制御する。

図３Ｂを参照すれば、前記第１磁性層８上に交換結合層１０を蒸着し、連続的に樹脂層１４’を塗布する。前記樹脂層１４’は、ＵＶ（UltraViolet）硬化性樹脂層が望ましい。

図３Ｃを参照すれば、前記樹脂層１４’に対してナノインプリント工程を適用し、前記第２磁性層１２の磁気ビット１３形成のための樹脂パターン１４を形成する。前記ナノインプリント工程には、ＵＶナノインプリント以外にも、熱ナノインプリントまたはガラス圧縮成形技術を利用できる。

図３Ｄを参照すれば、前記樹脂パターン１４間に電気メッキ法を適用し、前記第２磁性層物質１２の磁気ビット１３を形成する。すなわち、本発明による記録メディアの製造方法の特徴は、ナノパターニング工程によって、同心円状の樹脂などの非磁性パターンをまず形成し、その後に電気メッキのような方法で、前記パターン間に磁性物質を充填するのである。電気メッキでは、導電性を有するシード層上にのみ金属が析出するので、非磁性体である樹脂パターン１４によって覆われた部分を除外した部分にのみ選択的に第２磁性層物質１２の磁気ビット１３を形成できる。このとき、電気メッキ時間を調節すれば、別途の平坦化工程を経ずとも、全体的に平滑な表面が得られる。

図３Ｅを参照すれば、その後、第２磁性層物質１２上に保護層１６及び潤滑層１８などを連続して形成し、記録メディアを完成させる。

以上、本発明の望ましい実施形態を参照しつつ説明したが、当該技術分野の当業者は、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から外れない範囲内で、本発明を多様に修正及び変更させることができるであろうということを理解することができる。

本発明の磁気記録メディア及びその製造方法は、例えば、記録媒体関連の技術分野に効果的に適用可能である。

１ 磁気記録メディア、２ ガラス基板、４ 軟磁性下地層、６ 中間層、８ 第１磁性層、１０ 交換結合層、１２ 第２磁性層、１３ 磁気ビット、１４ 樹脂、１４’ 樹脂層、１６ 保護層、１８ 潤滑層、Ｈａ ヘッド磁場。

図２Ｃを参照すれば、前記第２磁性層１２の磁気ビット１３の磁化方向がダウンスピンになった後、第２磁性層１２の磁気ビット１３の磁化方向に記録ヘッドの記録磁界がベクトル的に加えられて補強され、それによって第１磁性層８の磁化方向がスピンダウンされる。

Claims (15)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された薄膜形状の第１磁性層と、
   前記第１磁性層上に形成されてパターニングされた磁気ビットを備える第２磁性層と、を具備することを特徴とする磁気記録メディア。
2. 前記第１磁性層及び第２磁性層は、それぞれ垂直磁気異方性を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気記録メディア。
3. 前記第１磁性層及び第２磁性層は、互いに異なる大きさの磁気異方性係数を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気記録メディア。
4. 前記第１磁性層の磁気異方性係数が前記第２磁性層の磁気異方性係数より大きいことを特徴とする請求項３に記載の磁気記録メディア。
5. 前記第２磁性層の前記磁気ビットは、円形のトラックを形成することを特徴とする請求項１に記載の磁気記録メディア。
6. 前記第２磁性層の前記磁気ビットは、互いに独立的なアイランド形状であることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録メディア。
7. 前記第２磁性層の前記磁気ビットは、樹脂によって互いに分離されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の磁気記録メディア。
8. 第１磁性層及び第２磁性層間に形成された交換結合層をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の磁気記録メディア。
9. 前記基板及び第１磁性層間には、軟磁性下地層及び中間層が順次にさらに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録メディア。
10. 前記第１磁性層は、複数のグレインを具備した粒状構造であり、前記複数のグレインは、互いに非磁性体によって分離されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録メディア。
11. 基板上に軟磁性下地層を形成する第１段階と、
    前記軟磁性下地層上に第１磁性層を形成する第２段階と、
    前記第１磁性層上に樹脂層を形成した後、第２磁性層の磁気ビットの形成のための樹脂パターンを形成する第３段階と、
    前記樹脂パターン間に前記磁気ビットを形成する第４段階と、を含むことを特徴とする磁気記録メディアの製造方法。
12. 前記第１段階は、前記軟磁性下地層上に中間層をさらに形成することを特徴とする請求項１１に記載の磁気記録メディアの製造方法。
13. 前記第２段階は、前記第１磁性層上に交換結合層をさらに形成することを特徴とする請求項１１に記載の磁気記録メディアの製造方法。
14. 前記樹脂パターンは、ナノインプリント、熱ナノインプリントまたはガラス圧縮成形方法で形成することを特徴とする請求項１１に記載の磁気記録メディアの製造方法。
15. 前記第１磁性層または磁気ビットは、スパッタリングまたは電気メッキ法で形成することを特徴とする請求項１１に記載の磁気記録メディアの製造方法。