JP3013717B2

JP3013717B2 - 磁気記録媒体および基板

Info

Publication number: JP3013717B2
Application number: JP6241369A
Authority: JP
Inventors: 俊彦栗山; 順一神津; 雄三瀬尾; 陽二有田
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1994-10-05
Filing date: 1994-10-05
Publication date: 2000-02-28
Anticipated expiration: 2015-02-28
Also published as: JPH08106630A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気記録媒体および基
板に関し、詳しくは磁気ディスク装置に使用されるハー
ドティスクなどの磁気記録媒体およびそのための基板に
関するものである。特に、良好なＣＳＳ（コンタクトス
タートアンドストップ）特性およびヘッドの媒体表面へ
のスティッキング特性とヘッドの低浮上化を同時に可能
にする薄膜型の磁気記録媒体ならびにその基板に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】通常、ハードディスクはその使用に際し
高速で回転して磁気ヘッドを浮上させ、ハードディスク
への書き込み／読み出し等をこの磁気ヘッドを介して行
っている。ハードディスクは、その磁気特性の向上のた
め、ディスクの基板面あるいは基板面上に設けられたＮ
ｉＰメッキ等の非磁性体からなる下地層上に、磁気ディ
スクの円周方向にほぼ同心円状に機械的研磨を行って加
工痕を残す加工（以下、機械的テキスチャという）が行
われている。

【０００３】近年の情報量の増大と装置の小型軽量化の
要求により、線記録密度及びトラック密度が高くなり、
１ビット当りの面積が小さくなってくると、従来のよう
な機械的テキスチャによるスクラッチ傷は情報読み出し
の際にエラーとなる確率が高くなる。また、内周部にあ
るＣＳＳゾーンのみに機械的テキスチャを施しデータ記
録領域はそのままにする方法もあるが、データ記録領域
の面がＣＳＳゾーンの面の高さよりも高くなり、ヘッド
がシークする時にクラッシュするという問題があった。

【０００４】また、こうした機械的テキスチャに代え
て、レーザでテキスチャパターンを作る方法も提案され
ている。レーザによるテキスチャの方法の例は、米国特
許第５，０６２，０２１号、同５，１０８，７８１号に
開示されており、Ｎｄ−ＹＡＧの強パルスレーザ光によ
りＮｉＰ層を局所的に溶融し、図３に示すように、溶融
して形成された凹状の穴部６とその周囲に溶融したＮｉ
Ｐが表面張力で盛り上がって固化した直径が２．５〜１
００μｍのリム部７からなるクレータ状の凹凸を多数作
り、円環状の凸状リムによってヘッドとのＣＳＳ特性を
改善する試みが提案されている。しかし、この方法では
ヘッド下面との接触面積が飛躍的には下がらず、ヘッド
とディスク間のスティッキングの問題は、機械的テキス
チャに較べて改善されているとは言い難い。

【０００５】また、突起をフォトリソグラフィを使って
形成する方法も提案されており、日本潤滑学会トライボ
ロジー予稿集（１９９１−５，Ａ−１１），（１９９２
−１０，Ｂ−６）には、ディスクの全表面に対する面積
比が０．１〜５％の同心円状の凸部又は突起を、フォト
リソグラフィによってＮｉＰ下地層を成膜したＡｌ合金
基板上に形成させ、その上にＣｒ層、Ｃｏ合金磁性層、
Ｃ保護膜を順次成膜した磁気ディスクのＣＳＳテストの
結果が示されている。しかし、この方法では、突起の頂
部が平滑なため、ヘッドの摺動回数と共に摩擦が増加す
るという欠点があり、また工業化も容易でないという問
題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】したがって、ＣＳＳゾ
ーンでは、突起の先端の面積を小さくしてヘッドとのス
ティッキングをなくし、しかも平均的な面の高さは、デ
ータゾーンとほぼ同じにして、ヘッドをデータゾーン、
ＣＳＳゾーン間でシークした時にヘッドの安定浮上高さ
の変動が少なく、ヘッドクラッシュやヘッドの空間での
不安定化が起こらない磁気記録媒体が望まれている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明はこうした高密度
磁気記録用の媒体に対してなされたもので、その第１の
要旨は、非磁性基板上に、少なくとも磁性層を有する磁
気記録媒体であって、非磁性基板の磁性層側表面に、高
さが１〜６０ｎｍの突起を１ｍｍ²あたり１０²〜１０
⁸個有し、且つ、各突起の頂点から１ｎｍ下の高さにお
ける等高線で囲まれた図形の面積の平均値が２μｍ²以
下であり、該突起はエネルギービーム照射により形成さ
れてなり、突起の中心を通りエネルギービームの走査方
向を含む垂直断面形状が、突起底部の片側部分に凹部を
有することを特徴とする磁気記録媒体、に存する。更
に、本発明の第２の要旨は、磁気記録媒体用非磁性基板
であって、非磁性基板の磁性層を形成する側の表面に高
さが１〜６０ｎｍの突起を１ｍｍ²あたり１０²〜１０
⁸個有し、且つ、各突起の頂点から１ｎｍ下の高さにお
ける等高線で囲まれた図形の面積の平均値が２μｍ²以
下であり、該突起はエネルギービーム照射により形成さ
れてなり、突起の中心を通りエネルギービームの走査方
向を含む垂直断面形状が、突起底部の片側部分に凹部を
有することを特徴とする磁気記録媒体用非磁性基板、に
存する。以下、本発明を詳細に説明する。

【０００８】本発明において、磁気記録媒体用非磁性基
板の磁性層を形成する側の表面に存在する突起の高さ
は、ＪＩＳ表面粗さ（Ｂ０６０１）により規定される、
粗さ曲線の中心線を基準とした場合の突起の高さを表
す。この突起の高さは、好ましくは１〜６０ｎｍ、更に
好ましくは１０〜４０ｎｍであり、６０ｎｍを超えると
ＣＳＳ特性は良いがヘッドの安定浮上高さは下げられ
ず、１ｎｍ未満では基板が元来有する細かな凹凸に埋も
れてしまい所望の効果は得られない。また、本発明にお
いては、磁気記録媒体用非磁性基板の磁性層を形成する
側の表面に、高さが１〜６０ｎｍの突起を１ｍｍ²あた
り１０²〜１０⁸個有する。１０²個未満では基板のう
ねり等によりヘッド下面を突起のみで支えるのは難し
く、また１０⁸個を超えた突起を作ろうとすると互いに
干渉しあって突起の高さをそろえるのが難しくなり、そ
の好ましい存在密度は１ｍｍ²あたり１０³〜１０⁶個
である。ここで突起の存在密度は媒体全体での平均密度
ではなく、突起存在部での単位面積当たりの密度をい
う。

【０００９】また、本発明における各突起は、その頂点
から１ｎｍ下の高さにおける等高線で囲まれた図形の面
積の平均値（以下、等高線面積という）が２μｍ²以下
であり、好ましくは、０．００１〜１．０μｍ²、より
好ましくは０．００１〜０．５μｍ²、更に好ましくは
０．００１〜０．２μｍ²の範囲の値を有する。２μｍ
²を超えるとヘッドとの間にスティッキングが発生しや
すくなり、ＣＳＳを作動することは不可能となる。な
お、この等高線面積は、レーザ干渉による表面形状測定
装置、例えば、米国ザイゴ社製〔ＺＹＧＯ〕で測定が可
能である。

【０００１０】本発明の媒体の好ましい態様として、突
起は磁気ヘッドがＣＳＳ（コンタクトスタートアンドス
トップ）を行なう領域のみに存在し、データ記録領域に
は存在しない磁気記録媒体が挙げられる。このような構
成にするとにより、データ記録領域においては磁性層表
面を平滑にすることができるため、従来のようなスクラ
ッチ傷によるエラーを減少させることができる。また、
さらに好ましい態様として、突起が磁気ヘッドがＣＳＳ
を行なう領域のみに存在しデータ記録領域には存在せ
ず、かつその突起の高さがデータ記録領域に向かって減
少している磁気記録媒体、または、その突起の密度がデ
ータ記録領域に向かって減少している磁気記録媒体が挙
げられる。突起高さをデータ記録領域に向かって減少さ
せることにより、データ記録領域からＣＳＳゾーンある
いは逆の方向にヘッドを安定にシークすることができ
る。また、突起の密度をデータ記録領域に向かって減少
させることにより、突起高さを順次変化させた場合と同
様な効果を得ることができる。また、突起の高さおよび
密度の両方をデータ記録領域に向かって減少させること
も好ましい方法である。

【００１１】本発明の磁気記録媒体を製造するための好
ましい方法としては、Ｓｉのミラーウェハーのように極
めて平滑な表面を有する磁気記録媒体用基板を回転させ
ながら、その表面に円周方向に沿って、出力を精度良く
制御したエネルギービームを照射して表面に突起を形成
する方法等が挙げられる。エネルギービームとしては、
パルスレーザ、電子線、Ｘ線などが挙げられ、中でもパ
ルスレーザを用いることが好ましく、以下、パルスレー
ザを用いた場合を例として本発明を説明する。

【００１２】本発明において、突起の生成機構は未だ十
分解明されていないが、次のように考えられる。図２は
突起の予想される生成機構を示す概念図である。図２
（ａ）で、パルスレーザ３が照射された非磁性基板４の
局所的に過熱されたスポット部５は一部溶融し、基板の
回転（方向を矢印で示す）、またはレーザビームの走査
によって溶融部分が移動する。図２（ｂ）に示すように
最初にビームが当った部分はその後、温度が下がり温度
勾配が生ずる。一般に、溶融液体においては、低温側の
方が表面張力が大きく、この表面張力の差により、最初
にビームで照射され溶融しその後低温になった部分が、
後から溶融した部分の液体を取り込み盛り上がる。した
がって、図２（ｃ）に示すように、最後に溶融した部分
には凹部ができ、レーザビームの走査方向に対して突起
の後部に凹部を有することとなる。つまり、突起の中心
を通り、レーザビームの走査方向を含む垂直断面形状
が、突起底部の片側部分に凹部を有することとなる。本
発明において、レーザビームの走査方向とは、静止した
ディスク上でレーザビームが走査する方向のみならず、
レーザビームは静止させておき、ディスクを回転させた
状態で照射する場合のディスクの回転方向をも示すこと
とする。

【００１３】レーザビームの走査あるいは基板の回転が
遅いか、あるいはレーザビームのパワーが大きい等の条
件によっては、熱収縮により突起底部の周囲に凹部がで
きる場合もある。この現象の解明は十分ではないが、局
所的に加熱されたスポット部は膨張するが、その回りは
冷えていて変形しにくいため、膨張した部分は外気です
ぐに冷やされ突起として残る。そして突起の周囲は、熱
収縮による凹みができる。また、突起の頂部は平坦では
なく、適度な曲率を有する半球状である。

【００１４】米国特許第５，０６２，０２１号、同５，
１０８，７８１号記載の方法においては、基板上のＮｉ
Ｐ層の表面にレーザービームを照射しているが、その照
射範囲が広く、かつレーザの出力も１．５Ｗ等の大出力
であるため、ＮｉＰの溶融範囲が広く、溶融した液面の
中心部が盛り上がらずにクレータ状となってしまう。こ
れに対し、本発明においては、レーザビームを狭い範囲
に絞り、出力も低い条件下で精度良く突起を制御するた
め、Ｓｉ等の非磁性基板の溶融範囲が狭く、溶融した液
面の中心部が凸状に盛り上がり、固化した後に突起とな
る点で前記米国特許とは大きく異なる。したがって、先
端の面積も非常に小さな突起ができる。

【００１５】また、突起高さはレーザの強度とその平均
照射時間、及びディスクの線速度を調節することによっ
て自由に制御され、突起の密度は、１周当たりの突起の
個数、パルスレーザの半径方向の照射間隔、及び上記の
突起の高さを制御する条件を調節することにより自由に
制御させる。通常、レーザの強度は２０〜５００ｍＷ、
平均照射時間は０．０５〜１００μｓｅｃ、レーザのス
ポット径は０．２〜４μｍ、基板の線速度は０．８〜１
５ｍ／ｓｅｃが好ましい。ここで、レーザの平均照射時
間とは、１つの突起を形成させるのにレーザを下地層表
面に照射した時間を示す。レーザビームの照射面積を変
えるには、通常、対物レンズの開口率を変えればよく、
開口率が０．１〜０．９５の対物レンズを用いることに
より、ビームの照射径は０．７〜６μｍ程度まで制御で
きる。

【００１６】本発明において、非磁性基板としてはＳｉ
又はアルミニウム合金板等が好ましく用いられるが、
銅、チタン等の金属基板、セラミック基板又は樹脂基板
等を用いることもできる。非磁性基板の材質は、エネル
ギービーム照射による発熱と熱伝導による放熱の関係か
ら、基板表面の反射率が小さく、また、熱拡散率小さな
ものが望ましい。

【００１７】本発明においては、非磁性基板上に少なく
とも磁性層を有するが、非磁性基板と磁性層の間に下地
層を設けることもできる。下地層は、好ましくはＮｉＰ
合金層であり、通常無電解メッキ法またはスパッタ法に
より形成される。またその厚みは、好ましくは５０〜２
０，０００ｎｍ、特に好ましくは１００〜１５，０００
ｎｍである。

【００１８】下地層の上にはＣｒ層、あるいはＣｕ層等
の中間層を磁性層との間に設けるのが好ましく、その膜
厚は通常２０〜２００ｎｍ、好ましくは５０〜１００ｎ
ｍである。下地層上または中間層上に設ける磁性層は、
無電解メッキ、電気メッキ、スパッタ、蒸着等の方法に
よって形成され、Ｃｏ−Ｐ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｐ、Ｃｏ−Ｎ
ｉ−Ｃｒ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ、Ｃｏ
−Ｃｒ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ−Ｐｔ系合金等の強磁
性合金薄膜が形成され、その膜厚は通常３０から７０ｎ
ｍ程度である。

【００１９】この磁性層上には保護層を設けることがで
きるが、保護層としては蒸着、スパッタ、プラズマＣＶ
Ｄ、イオンプレーティング、湿式法等の方法により、炭
素膜、水素化カーボン膜、ＴｉＣ、ＳｉＣ等の炭化物
膜、ＳｉＮ、ＴｉＮ等の窒化膜等、ＳｉＯ、ＡｌＯ、Ｚ
ｒＯ等の酸化物膜等が成膜される。これらのうち特に好
ましくは、炭素膜、水素化カーボン膜である。又、保護
層上には通常、潤滑剤層が設けられる。

【００２０】

【実施例】次に、実施例により本発明を更に具体的に説
明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施
例によって限定されるものではない。実施例１〜５、比較例１〜６直径６４ｍｍの表面粗さＲａが０．３ｎｍ以下のミラー
ウェハー状Ｓｉディスク基板上に、表−１に記載した条
件に精度良く制御された波長λ＝５１４．５ｎｍのアル
ゴンパルスレーザを照射してほぼ同じ高さの突起を形成
させ、磁気ディスク用基板を得た。

【００２１】図１（ａ）は、実施例と同様の方法により
得られたＳｉ基板の表面形状を、レーザ干渉による表面
形状測定装置（米国ザイゴ社製「ＺＹＧＯ」）で観察し
た結果を表す図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の突
起のレーザの走査方向を含む垂直断面図であり、図１
（ｃ）は、突起の中心を通り、図（ｂ）の垂直な方向の
断面図であり、１は突起、２は凹部であり、図１（ｂ）
の２はレーザビームの走査方向に対して突起の後ろ側の
凹部を示す。本発明の突起は図１（ａ）〜（ｃ）および
図２（ｃ）に示すような形状を示し、その孤立した突起
の頂部は平坦ではなく適度な曲率を有する半球状をして
いる。次いで、スパッタ法により、突起を形成させたＳ
ｉ基板上に、順次、ＮｉＰ下地層（１００ｎｍ）、Ｃｒ
中間層（１００ｎｍ）、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ合金磁性膜
（５０ｎｍ）及びカーボン保護膜を（２０ｎｍ）を形成
し、その後、浸漬法によりフッ素系液体潤滑剤（モンテ
エジソン社製商品名ＤＯＬ−２０００）を２ｎｍ塗布し
て、磁気記録媒体を作製した。表−１に実施例１〜５お
よび比較例２〜５の基板の線速度、レーザの強度、レー
ザの平均照射時間、平均突起密度（レーザ照射のインタ
ーバルに相当）、平均突起高さ、等高線面積および、レ
ーザの集光に用いた対物レンズの開口率ＮＡを示す。エ
ネルギーの８４％が集中するスポット径は、１．２２×
λ／ＮＡで表される。

【００２２】

【表１】表−１ ─────────────────────────────────── 基板レーザ平均平均平均等高線対物線速度強度照射時間突起密度突起高さ面積レンズ (mm/sec) (mW) (μsec)（個／mm²) (nm) (μｍ²) 開口率 ─────────────────────────────────── 実施例１ 343 1750 1.25 9260 14 0.08 0.6 ２ 343 1820 1.25 9260 13 0.16 0.4 ３ 343 1220 1.25 37040 6 0.12 0.95 ４ 343 1990 1.25 4120 16 0.18 0.3 ５ 343 1750 1.25 740 14 0.08 0.6 比較例１レーザ照射無し２ 343 940 1.25 9260 <1 ─── 0.95 ３ 343 2800 1.25 9260 66 0.12 0.95 ４ 343 2430 1.25 9260 14 2.30 0.13 ５ 343 945 1.25 93 3 0.12 0.95 ６機械的テキスチャ ───────────────────────────────────

【００２３】また、比較例６は従来の機械的テキスチャ
法で、Ｒａが約２ｎｍの粗さのテキスチャを施したＡｌ
合金基板を用いた。各々、スパッタ以降は実施例１〜５
と同様のプロセスで作製した。表−２にこれらのディス
クのＣＳＳテスト前の静止摩擦係数（初期スティクショ
ン）及びＣＳＳ２万回後の摩擦力を示した。ＣＳＳテス
トはヘッド浮上量１．６μインチ、ロードグラム６ｇｆ
の薄膜ヘッド（スライダ材質Ａｌ₂Ｏ₃ＴｉＣ）を用い
た。ヘッドの安定浮上高さは、データゾーンとＣＳＳゾ
ーン間のシーク時のヘッドの安定浮上性をグライドテス
ターを用いて評価した。ＣＳＳゾーンの安定浮上高さ
は、実施例３は０．８μインチ以下、比較例３は２μイ
ンチ以上、比較例６は１〜１．２μインチ、それ以外の
例においてはすべて０．８μインチであった。

【００２４】

【表２】表−２ ─────────────────────────────────── 初期スティクションＣＳＳ２万回後の（摩擦係数）摩擦力 ─────────────────────────────────── 実施例１０．１４３ｇｆ２０．１７７ｇｆ３０．２３６ｇｆ４０．４３１２ｇｆ５０．６４１４ｇｆ比較例１測定不能（吸着によりヘッドクラッシュ）２６．２２吸着ドライブ停止（８００回）３０．１６ヘッドクラッシュ（９００回）４１．３１２５ｇｆ５１．３５３３ｇｆ６０．７８２８ｇｆ ───────────────────────────────────

【００２５】

【発明の効果】本発明においては、非磁性基板の磁性層
側表面に、突起の高さとその先端の形状、突起の存在領
域および密度が制御された表面形状を形成するため、磁
気ヘッド下面と磁気記録媒体の表面との接触面積が少な
く、ＣＳＳ時の摩擦が極端に小さくなり、また、ヘッド
の媒体表面へのスティキングも全く発生しなくなる。ま
た、ヘッドのＣＳＳゾーンのみにこうした突起を作った
場合、平均的な面の高さはほとんど変わらないため、ヘ
ッドをデータゾーン及びＣＳＳゾーン間でシークした時
にヘッドの安定浮上高さの変動が少なく、ヘッドクラッ
シュやヘッドの空間での不安定化が起こらない。更に、
この突起の高さや密度をデータゾーンに近づくにしたが
って制御することもできるため、ヘッドのデータゾーン
及びＣＳＳゾーン間でのシークは極めて滑らかに行なう
ことができる。この場合データゾーンでは、従来のよう
な機械的テキスチャによる表面の傷を作る必要がないの
で、ヘッドの浮上安定高さを小さくでき、また、前記ス
クラッチ傷によるデータのエラーも減少するため高密度
の磁気記録媒体の製造が可能となり、工業的な意義は極
めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】表面形状測定装置により観察した本発明のＳｉ
基板表面の突起の形状を示す図であり、（ａ）は斜視
図、（ｂ）は突起の中心を通りレーザの走査方向を含む
垂直断面図、（ｃ）は突起の中心を通り図１（ｂ）の垂
直な方向の断面図である。

【図２】本発明の突起の予想される生成機構を示す概念
図である。

【図３】従来の方法による媒体表面の形状を示す斜視図
である。

【符号の説明】

１突起２凹部３パルスレーザ４非磁性基板５スポット部６凹状の穴部７リム部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者有田陽二神奈川県横浜市緑区鴨志田町1000番地三菱化学株式会社横浜総合研究所内 (56)参考文献特開平８−30963（ＪＰ，Ａ) 特開平７−182655（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 5/82 G11B 5/73 G11B 5/84

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】非磁性基板上に、少なくとも磁性層を有
する磁気記録媒体であって、非磁性基板の磁性層側表面
に、高さが１〜６０ｎｍの突起を１ｍｍ²あたり１０²
〜１０⁸個有し、且つ、各突起の頂点から１ｎｍ下の高
さにおける等高線で囲まれた図形の面積の平均値が２μ
ｍ²以下であり、該突起はエネルギービーム照射により
形成されてなり、突起の中心を通りエネルギービームの
走査方向を含む垂直断面形状が、突起底部の片側部分に
凹部を有することを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項２】磁気ヘッドがＣＳＳ（コンタクトスター
トアンドストップ）を行なう領域のみに突起が存在する
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
【請求項３】突起の高さがデータ記録領域に向かって
減少していることを特徴とする請求項２に記載の磁気記
録媒体。
【請求項４】突起の密度がデータ領域に向かって減少
していることを特徴とする請求項２又は３に記載の磁気
記録媒体。
【請求項５】磁気記録媒体用非磁性基板であって、非
磁性基板の磁性層を形成する側の表面に、高さが１〜６
０ｎｍの突起を１ｍｍ²あたり１０²〜１０⁸個有し、
且つ、各突起の頂点から１ｎｍ下の高さにおける等高線
で囲まれた図形の面積の平均値が２μｍ²以下であり、
該突起はエネルギービーム照射により形成されてなり、
突起の中心を通りエネルギービームの走査方向を含む垂
直断面形状が、突起底部の片側部分に凹部を有すること
を特徴とする磁気記録媒体用非磁性基板。