JP4473828B2 - 磁気ディスクのフォーマット方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気ディスクにサーボ制御のための磁気情報を付与するフォーマット方法に関し、例えばディスクリートトラック型の垂直記録磁気ディスクのプリフォーマットに有用である。

コンピュータの外部記憶手段として広く用いられるハードディスク装置において、一層の高記録密度化に向けて、垂直記録方式が本格的に採用されつつある。垂直記録方式によれば、現在の主流である面記録方式（長手記録方式）と比べて一段と高い密度の磁気記録を実現することができる。

磁気ディスクの高記録密度化に好適なディスク構造形式として、隣接する記録トラックの間にガードバンドと呼ばれる透磁率の小さい部分を設けるディスクリートトラック型が知られている。ディスクリートトラック型の磁気ディスクでは、隣接する記録トラック間の磁気的干渉がガードバンドによって抑えられるので、記録トラック幅および配列ピッチを小さくして記録トラック密度を高めることができる。

ディスクリートトラック型の垂直記録磁気ディスクに関する先行技術文献として、特許文献１（特開平４−３１０６２１号公報）がある。特許文献１には、磁性体からなる記録層を部分的にエッチングして凹部を設け、その凹部にガードバンドとなる非磁性体を埋め込んだ構造、および非磁性体を埋め込まずに凹部（空隙）をガードバンドとした構造が記載されている。

ガードバンドをもたない旧来型とガードバンドをもつディスクリートトラック型とを問わず、垂直記録磁気ディスクにおいても面記録磁気ディスクと同様に１周を所定角度ずつ分割する形でディスク面がユーザデータ領域とサーボ領域とに区画され、サーボ領域に磁気的に読取り可能なサーボパターンが設けられる。サーボパターンは、トラッキングのためのマーク、クロック生成のためのマーク、およびアドレス情報を含む。

旧来型の磁気ディスクでは、サーボ領域内の磁性層に所定のビットデータ列を磁気的に書き込むことによってサーボパターンが形成される。つまり、サーボパターンは磁化方向が異なる２種の磁性部の配列パターンである。

旧来型の磁気ディスクのサーボパターンを形成するプリフォーマット法として“磁気転写”が提案されている。磁気転写は、マスタディスクのパターンをスレーブディスクに転写する手法である。例えば、特許文献２（特開２００３−１７３５１３号公報）および特許文献３（特開２００５−３１７１５２号公報）には、スレーブディスクである垂直記録磁気ディスクに一方向の磁界を加え、ユーザデータ領域とサーボ領域とに跨る磁性層を一様に磁化した後に、形成すべきサーボパターンと同じパターンの磁性体を備えたマスタディスクを重ね、その状態で以前と反対方向の磁界を加えてサーボ領域内の磁化方向を部分的に反転させるプリフォーマット方法が記載されている。

一方、ディスクリートトラック型の磁気ディスクでは、ユーザデータ領域におけるガードバンドの形成と同じ要領でサーボ領域にサーボパターンが形成される。すなわち、サーボ領域内の磁性層を部分的に除去して非磁性体を埋め込み、または除去のみを行うことによってサーボパターンが形成される。このような形成方法によるサーボパターンは磁性部と非磁性部とで構成される。磁性部は磁性層のうちの残された部分であり、非磁性部は非磁性体が埋め込まれた部分または磁性層の除去により生じる空隙である。磁性部と非磁性部とで構成されるサーボパターンは、パターン内の磁性部の磁化方向が揃った状態において磁気の有無の配列パターンとして読取り可能である。
特開平４−３１０６２１号公報 特開２００３−１７３５１３号公報 特開２００５−３１７１５２号公報

ディスクリートトラック型の磁気ディスクでは、ディスク全体に一方向の磁界を加えることによってサーボ領域内の磁性部の磁化方向を揃えることができる。すなわち、いわゆる初期磁化処理を行えば、サーボパターンを磁気的に読取り可能な状態にすることができる。

しかし、初期磁化処理を行えば、サーボ領域だけでなくユーザデータ領域においても磁化方向が一様になってしまう。記録トラックの磁化方向が一様であると、データの書込みにおいて磁化方向を反転させる場合と磁化方向をそのまま保つ場合とで記録される磁気の強度に差異が生じる。ユーザデータ領域の初期状態としては、記録トラック内の磁化の方向が不規則であるのが望ましい。

したがって、初期磁化処理によってサーボパターンを読取り可能な状態にした後、そのサーボパターンを活用してトラッキングをしながら記録トラックに交流磁界を加えて記録トラックの磁化方向を意図的に不均一にしなければならない。この磁気処理は多数の記録トラックを順にトレースする線記録処理であるので、長い時間を必要する。

そこで、生産性を高めるために、旧来型磁気ディスクのプリフォーマット用に考案された磁気転写を、ディスクリートトラック型磁気ディスクのプリフォーマットに適用することが考えられる。一般に薄膜法による磁気記録層では成膜終了の時点で磁化の方向が不規則であるので、磁気転写によってサーボ領域のみ磁化方向を揃えれば、ユーザデータ領域では初期状態として望ましい不規則な磁化状態が保たれる。

しかし、従来の磁気転写はディスク面全体にわたる一様な記録層をもつ旧来型磁気ディスクには好適であるが、予めサーボ領域にサーボパターンを構成する磁性部と非磁性部とが配置されたディスクリートトラック型磁気ディスクには適していない。それは、マスタディスクの磁性体パターンとスレーブディスクのサーボパターンとをディスク全体にわたって高精度に位置合わせするのが難しいからである。マスタディスクとスレーブディスクとの位置ずれが生じると、サーボパターンの磁性部が正しく磁化されず、記録再生においてサーボ制御のエラーが起こり易くなる。

本発明の目的は、磁性部と非磁性部とで構成されるサーボパターンのフォーマットを容易にすることである。

本発明においては、磁性部と非磁性部とで構成されるサーボパターンが形成された複数のサーボ領域を有する磁気ディスクのフォーマットに際して、非磁性の基板とその上に形成された複数の磁性膜とからなるフォーマット用のプレートを用意する。複数の磁性膜を形成するときに、それらの形状および配置を複数のサーボ領域の形状および配置に対応させる。すなわち、サーボ領域と同じ形状をもつサーボ領域と同数個の磁性膜を基板上に設ける。このようなプレートを複数の磁性膜と複数のサーボ領域とが対向するように磁気ディスクに重ね合わせ、その状態で複数の磁性膜を介して磁気ディスクにおける複数のサーボ領域に選択的に磁界を加え、それによって複数のサーボ領域を一括してそれらにおける磁性部の磁化の向きを揃える。

プレートの磁性膜の形状はサーボパターンにおける磁性部のパターンまたは非磁性部のパターンに対応するのではなく、磁性部のパターンおよび非磁性部のパターンを包括するサーボ領域の形状に対応するので、サーボパターンの磁性部にプレートの磁性膜が完全に重なるようにプレートと磁気ディスクとを重ね合わせればよい。磁性部とそれと同じ形状の膜とを重ねる場合と比べて位置合わせが容易である。

位置合わせをより簡単にする上で、磁気ディスクおよびプレートに、これらの重ね合わせにおける位置決めのためのマークをそれぞれ形成しておくのが望ましい。光学的に読取り可能なマークを設ける場合には、プレートの基板を透明基板とする。

請求項１または請求項２の発明によれば、磁性部と非磁性部とで構成されるサーボ制御のためのサーボパターンを有した磁気ディスクのフォーマットを迅速に行うことができる。

本発明の対象として好適な磁気ディスクはディスクリートトラック型である。まず、この種の磁気ディスクの基本的構成を説明する。

図１は磁気ディスクの概略構成を示す平面図である。

図示のように、磁気ディスク１における円環状のディスク面は、１周を所定角度ずつ分割する形で複数のユーザデータ領域３１と複数のサーボ領域３２とに区画されている。ユーザデータ領域３１およびサーボ領域３２は周方向に交互に並ぶ。ユーザデータ領域３１には同心円群に沿うように径方向に一定のピッチで記録トラック１３が設けられ、サーボ領域３２には後述するサーボパターンが設けられている。

図示の磁気ディスク１の構成は角速度一定（ＣＡＶ）で回転する状態でのアクセスおよび回動式アームによるシーク動作に適合するものであり、ユーザデータ領域３１およびサーボ領域３２の形状は、ディスク面の外周に近づくほど拡がり且つアーム先端の移動経路に沿うよう湾曲している。

本例では、磁気ディスク１の周縁部に、後述するフォーマット用のプレートとの位置決めのための２個のアライメントマーク１８，１９が形成されている。アライメントマーク１８，１９はこれらの識別が可能なように互いに異なるパターンのマークとされている。

図２は図１中の破線で囲まれた部分ＡＡの拡大図であり、ユーザデータ領域３１およびサーボ領域３２の構成を模式的に示す。

ユーザデータ領域３１は、磁性体からなる記録トラック１３（図中の白い横線部分）と非磁性体からなるガードバンド１４（図中の黒い横線部分）とを有する。ユーザデータ領域３１において、記録トラック１３とガードバンド１４とが図の上下方向に交互に配置され、ガードバンド１４によって隣接する記録トラック１３が磁気的に分離される。

サーボ領域３２はサーボパターン１５を有する。サーボパターン１５は磁性部１６（図中の白い部分）と非磁性部１７（図中の黒い部分）の配列パターンである。磁性部１６は記録トラック１３と同じ材質の磁性体からなり、非磁性部１７はガードバンド１４と同じ材質の非磁性体からなる。

図３は図２のａ−ａ矢視断面図であり、磁気ディスクの層構成を示す。

磁気ディスク１は、支持体である基板１０、垂直記録の密度を高めるための軟磁性裏打ち層１１、および垂直方向の磁化が容易な磁気異方性をもつ磁気記録層１２を備える。磁気記録層１２には部分的に非磁性材料が埋め込まれ、それによってサーボパターン１５およびガードバンド１４（図３では不図示）が形成されている。

なお、軟磁性裏打ち層１１と磁気記録層１２との間に結晶構造を整合させる中間層を設けてもよく、磁気記録層１２を保護膜で被覆してもよい。また、図３では基板１０の片面に磁気記録層１２を配した片面構成を図示したが、基板１０の両面に軟磁性裏打ち層１１および磁気記録層１２を配した両面構成であってもよい。

以上の構成の磁気ディスク１においては、サーボ領域３２内の磁性部１６の磁化方向を揃えるフォーマットが行われる。以下、フォーマットについて説明する。

図４はフォーマットに用いるプレートの構成を示す。図４（Ａ）は使用時に磁気ディスク１と対向する第１面の平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のｂ−ｂ矢視断面図、図４（Ｃ）は第１面の裏面である第２面の平面図である。

プレート２は磁気ディスク１と同じ大きさの円環状の透明基板２０と、透明基板２０の片面（第１面）Ｓ１に形成された複数の磁性膜２５およびアライメントマーク２８，２９とから構成される。磁性膜２５の個数は磁気ディスク１におけるサーボ領域３２の個数と同数であり、磁性膜２５の形状および配置はサーボ領域３２に対応する。すなわち、図４（Ｃ）と図１との比較から明らかなように、第１面Ｓ１を磁気ディスク１に向けてプレート２を磁気ディスク１に重ねて適切に周方向の位置決めをしたときに、サーボ領域３２には重なってユーザデータ領域３１には重ならないように磁性膜２５が形成されている。

図５は磁気ディスクとプレートの重ね合わせの様子を示す。

フォーマットに際して、プレート２は図５（Ｂ）によく示されるように磁性膜２５の形成された面Ｓ１と磁気記録層１２とが対向する向きで磁気ディスク１に重ね合わせられる。このとき、図５（Ａ）のように、磁気ディスク１のアライメントマーク１８，１９とプレート２のアライメントマーク２８，２９とによって位置決めが行われる。これにより、磁気ディスク１のサーボ領域３２にプレート２の磁性膜２５がちょうど重なる。ここで、重要なことは、１つの磁性膜２５が１つのサーボ領域３２の全体と重なり、サーボパターン１５を構成する磁性部および非磁性部の両方と重なることである。

図６は本発明に係るフォーマットの説明図である。

図６（Ａ）のように、成膜された後に磁気処理を受けていない磁気記録層１２においては、磁化の方向が部位によって不規則に異なっている。この状態はユーザデータ領域の初期状態としては好ましい。しかし、サーボ領域についてはサーボパターンを磁気的に読取り可能にするために領域内の磁区の磁化方向を揃える必要がある。

そこで、図５で説明したように磁気ディスク１にプレート２を重ね合わせた状態で、図６（Ｂ）のように磁性膜２５を介して磁気記録層１２のサーボ領域内の部分に選択的に垂直磁界を加える。これにより、図６（Ｃ）のように、サーボ領域では磁化の方向が一様であり、且つユーザデータ領域では磁化の方向が不規則であるフォーマットされた磁気記録層１２が得られる。

具体的には、保磁力（Ｈｃ）が４．５ｋＯｅであって非磁性体としてＳｉＯ₂が埋め込まれたＣｏＣｒＰｔを含む磁気記録層１２に、ＦｅＣｏからなる磁性膜２５を密着させた。その状態で５ｋＯｅの垂直磁界を２秒間印加した。その後、磁気ディスク１のフォーマットの良否をディスクテスタによって検査した。サーボ領域からサーボパターンに対応する磁気信号を検出することができた。ユーザデータ領域からはノイズのみが検出され、ユーザデータ領域の初期状態が保たれていることを確認することができた。

以上のフォーマットにおいては、サーボパターン１５における磁性部の形状が複雑で微細であったとしても、サーボ領域３２の形状は比較的に単純であるので、十分な精度でプレート２を磁気ディスク１に対して位置決めすることができる。

以下、磁気ディスク１およびプレート２の製造方法を説明する。

図７は磁気ディスクの製造方法の一例を示す。磁気ディスク１の製造にはインプリント技術を用いることができる。

ガラスからなる直径６３．５ｍｍ（２．５ｉｎｃｈ）の基板１０に、軟磁性裏打ち層１１および磁気記録層となる磁性層１２ａを順に積層し、ガードバンドをもたない旧来型の磁気ディスク１ａを得る。この磁気ディスク１ａにメタルマスク用材料としてＴａ膜４１を成膜し、さらに熱可塑性樹脂４２を１００ｎｍ程度の厚さに設ける。そして、別途作製しておいたスタンパ４３を熱可塑性樹脂４２に重ねる〔図７（Ａ）〕。

スタンパ４３の製造手順は次のとおりである。例えばシリコン板の表面にコートしたレジストを電子線描画によってパターニングし、得られた凹凸面に導電化処理を施して電気めっきを行う。スタンパ４３の製造に際しては、アライメントマーク１８，１９に対応する凹凸４３１を形成しておく。例えば、最外周のガードバンドよりも０．３ｍｍ外側に、幅１μｍで長さ２００μｍ程度の線で構成されるマークに対応した凹凸パターンを形成する。

熱可塑性樹脂４２を加熱しながら熱可塑性樹脂４２にスタンパ４３を押し付け、スタンパ４３のパターンを熱可塑性樹脂４２Ｂに転写する〔図７（Ｂ）〕。そして、熱可塑性樹脂４２Ｂの薄い部分（残渣）４２１を例えば酸素プラズマによってエッチングし、Ｔａ膜４１を部分的に露出させる〔図７（Ｃ）〕。

残った熱可塑性樹脂４２Ｃをマスクとして例えばＡｒエッチングによってＴａ膜４１および磁性層１２ａを部分的に除去する。これにより、ユーザデータ領域には記録トラック１３が形成され、サーボ領域には図示はしないがサーボパターンの磁性部が形成される。また、アライメントマーク１８，１９（１８のみ図示）も形成される〔図７（Ｄ）〕。

Ｔａ膜４１の一部であるメタルマスク４１Ｂを取り除き、その後に凹凸をもつディスク表面にスパッタリングによってＳｉＯ₂を付着させて凹凸を埋める〔図７（Ｅ）〕。

最後に研磨によって過剰のＳｉＯ₂を除去するとともに表面を平坦化し、ガードバンド１４を有するディスクリートトラック型の磁気ディスク１を得る〔図７（Ｆ）〕。このようにして作製された磁気ディスク１に対して上述の方法でフォーマットを行う。

図８はフォーマットに用いるプレートの製造方法の一例を示す。

ガラスからなる直径６３．５ｍｍの透明基板２０に、ＦｅＣｏからなる磁性層２５ａ、メタルマスクとなるＴａ膜５１を順に積層し、さらに電子線用のレジスト５２をコートする〔図８（Ａ）〕。

電子線描画によってレジスト５２を部分的に可溶化する〔図８（Ｂ）〕。このとき、磁気ディスク１におけるユーザデータ領域３１とサーボ領域３２との区画に対応するように、描画位置を選定する。すなわち、レジスト５２におけるサーボ領域３２に対応する部分については描画をせず、ユーザデータ領域３１に対応する部分についてはビーム送りピッチを狭くして描画漏れがないようベタ状に描画する。また、磁気ディスク１におけるサーボ領域３２とアライメントマーク１８，１９との位置関係と同じ関係を磁性膜２５とアライメントマーク２８，２９とがもつように、アライメントマーク２８，２９を得るための描画を行う。

レジスト５２を現像してマスク５２Ｂを形成し〔図８（Ｃ）〕、ＡｒエッチングによってＴａ膜５１および磁性層２５ａを部分的に除去する〔図８（Ｄ）〕。最後に、Ｔａ膜５１の一部であるメタルマスク５１Ｂを例えばＡｒエッチングによって取り除き、プレート２を得る〔図８（Ｅ）〕。

以上の実施形態において、サーボ領域３２の形状は例示に限定されない。例えば、並進移動式アームでのシークを前提とする場合には、直線と円弧で形づくられる扇型となる。ディスク回転を線速度一定（ＣＬＶ）とする場合は、一定幅の帯状となる。また、必ずしも記録トラック群の配置される環状領域の内周から外周まで径方向に連続している必要はない。

プレート２の形状は磁気ディスク１と同様でなくてもよい。磁気ディスク１との重ね合わせにおいて正しく位置決めができれば、例えば四角形であってもよい。

アライメントマーク１８，１９．２８．２９の形状、個数、および配置位置は例示に限らない。例示では線幅１μｍのマークとしたが、より細い線からなるマークとすれば、位置決め精度を上げることができる。線が細くなるとマーク自身を見つけるのが難しくなるが、マークを複数本の線の組で構成することでこの欠点を解消することができる。マークのパターンそのものによって位置合わせする方法に限らず、複数の線どうしの回折による、いわゆるモアレパターンを用いることもできる。

磁気ディスク１の製造方法は、電子線描画によってパターニングしたレジストをマスクとして磁性層を部分的にエッチングし、エッチング部分に非磁性体を埋め込む方法であってもよい。

本発明は、ディスクリートトラック型およびディスクリートビット型のように磁性記録層が磁性体と非磁性体とで構成される磁気ディスクの製造段階のフォーマットであるプリフォーマットに有用である。本発明は、高記録密度の磁気ディスクの生産性向上に貢献する。

磁気ディスクの概略構成を示す平面図である。 ユーザデータ領域およびサーボ領域の構成を模式的に示す図である。 磁気ディスクの層構成を示す図である。 フォーマットに用いるプレートの構成を示す図である。 磁気ディスクとプレートの重ね合わせの様子を示す図である。 本発明に係るフォーマットの説明図である。 磁気ディスクの製造方法の一例を示す図である。 フォーマットに用いるプレートの製造方法の一例を示す図である。

符号の説明

３２ サーボ領域
１６ 磁性部
１７ 非磁性部
１５ サーボパターン
１ 磁気ディスク
２０ 透明基板（非磁性の基板）
２５ 磁性膜
２ プレート
２８，２９ アライメントマーク
３１ ユーザデータ領域

Claims (2)

1. サーボ制御のための複数のサーボ領域を有し、前記複数のサーボ領域に磁性部と非磁性部とで構成されるサーボパターンが形成された磁気ディスクのフォーマット方法であって、
   非磁性の基板と、当該基板上に前記複数のサーボ領域に対応するように形状および配置を定めて形成された複数の磁性膜とからなるフォーマット用のプレートを用意し、
   前記複数の磁性膜と前記複数のサーボ領域とが対向するように前記プレートと前記磁気ディスクとを重ね合わせ、その状態で前記複数の磁性膜を介して前記磁気ディスクにおける前記複数のサーボ領域に選択的に磁界を加え、それによって前記複数のサーボ領域の前記磁性部の磁化の向きを揃える
   ことを特徴とする磁気ディスクのフォーマット方法。
2. 予め、前記磁気ディスクおよび前記プレートに、これらの重ね合わせにおける位置決めのためのマークをそれぞれ形成しておく
   請求項１に記載の磁気ディスクのフォーマット方法。