JP4545714B2 - 磁気記録媒体並びに磁気記録再生装置 - Google Patents
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Description
近年、高記録密度化を達成するために磁気記録媒体に対するヘッドの浮上高さはますます小さくなる傾向にあり、それに伴って磁気記録媒体用の基板は鏡面のような平坦性や小さい表面粗さが要求され、かつ表面の微小スクラッチや微小ピットなどの表面欠陥が極力無いものが要求されている。
また、磁気記録媒体を磁気抵抗型ヘッドで再生する際、記録密度の向上を求めてヘッドの浮上高さ(フライングハイト)を下げると、再生の誤動作、あるいは、再生が不可能になる現象が発生する。この現象の発生原因は、磁気記録媒体表面上のパーティクルによって形成された凸部が、サーマル・アスペリティ(Thermal Asperity)となって磁気抵抗型ヘッドに熱が発生し、ヘッドの抵抗値を変動させることにより電磁変換に悪影響を与えていることがその原因である。さらにこのパーティクルの発生原因は、磁気記録媒体の製造工程で基板をカセット容器に収納して搬送する際に、基板の端面がカセット容器と擦れることにより、例えば、角張ったパーティクルや、ディスク表面に対して比較的急峻な立ち上がりを持ったパーティクルなどの、ヘッドの浮上に悪影響を及ぼすパーティクルが発生することが判明した。これらのパーティクルは、基板の端面(面取部及び基板側面)が鏡面になっていないため、基板をポリカーボネート等からなる収納カセット容器に出し入れする際に、収納カセット容器の内周面と基板の端面とが接触し、端面から発塵したパーティクルが磁気記録媒体表面に付着するためと考えられる。この問題を解決するために基板の面取部及び側壁部のうち少なくとも一方の表面の平均表面粗さ(Ra)を1μm未満の鏡面とすることも提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
本発明は、基板端面と軟磁性層との間の密着強度を高め、コロージョンを抑制できる磁気記録媒体用基板を備え、この基板を利用した電磁変換特性の劣化を引き起こさない耐久性に優れた磁気記録媒体及びこの磁気記録媒体を使用した磁気記録再生装置を提供することを目的とする。
(1)本発明の磁気記録媒体は、円盤状の非磁性基板の中心部に円孔を有し、裏打ち軟磁性層と垂直磁気記録媒体層を形成するための主表面と外周端面との間、もしくは主表面と前記円孔の内周端面の間の少なくとも一方にチャンファー面を具備した垂直磁気記録媒体用基板を備え、前記主表面上に裏打ち軟磁性層と垂直磁気記録媒体層を備えた磁気記録媒体であって、前記裏打ち軟磁性層が少なくともFeまたはCoを含む裏打ち軟磁性層であり、前記チャンファー面の表面粗さ(Ra)がAFMで4.0Å≦Ra≦50Åであり、前記外周端面の表面粗さ(Ra)がAFMで4.0Å≦Ra≦50Åであり、前記主表面と前記チャンファー面との間のコーナー部の曲面(R曲面)の表面粗さ(Ra)がAFMで4.0Å≦Ra≦50Åであり、前記非磁性基板が非晶質ガラス、結晶化ガラス、シリコンのいずれかからなることを特徴とする。
(2)本発明の磁気記録媒体において、前記円孔の内周端面の表面粗さ(Ra)がAFMで4.0Å≦Ra≦100Åであるものでも良い。
(3)本発明の磁気記録再生装置は、(1)または(2)に記載の磁気記録媒体を組み込んだことを特徴とする。
図1に示すように本発明の磁気記録媒体用基板1は、ドーナツ状の円盤からなっており、円盤の表裏に磁気記録を形成するための主表面10が有り、円盤の最外周に外周端面11が、また円盤の中心部の中心円孔14の内側に内周端面21が形成されている。
そして主表面10と外周端面11との間に面取部(チャンファー)12が、また主表面10と内周端面21との間にも面取部(チャンファー)22が形成されている。
本発明で使用する基板は、先ず円盤状の素材に形状精度及び寸法精度の向上を目的としてラッピング加工を施す。ラッピング加工はラッピング装置を用いて通常2段階で行う。
次いで、多数枚の基板素材をスペーサーを介して束ねて基板素材の積層体を準備する。
そして、この基板素材の積層体の中心部に円孔を穿孔した後、基板の内外周部に所定の面取り加工を施す。
さらに研磨ブラシを使用して外周端面及び内周端面をブラシ研磨する。本発明の磁気記録用基板の製造方法では、円孔穿孔から内外周のポリッシュ加工までを、基板素材積層体を使用してバッチ処理で行う。
最後に磁気記録層を設ける主表面をポリッシュ加工する。ポリッシュ加工はそれまでの加工で発生した傷や歪みを除去するために、1次ポリッシュと鏡面に仕上げるための2次ポリッシュ加工の2段階に分けて行う。
ポリッシュ加工を終えた基板は充分洗浄した後、検査工程を経て磁気記録媒体用基板となる。
そこで本発明の磁気記録媒体用基板では、さらに精細な測定が可能な原子力間顕微鏡(Atomic Force Microscope :AFM)で測定した表面粗さで仕上げ精度を規定することとした。
原子力間顕微鏡(AFM)は、物質の間に働く原子レベルの力を測定することにより、試料表面の2次元的構造を観察する装置で、具体的には試料表面を鋭い先端を持つカンチレバー(プローブ)を使用し、カンチレバー先端と試料表面との間に働く原子間力が一定になるようにカンチレバーの高さ方向位置を制御しながら試料表面をスキャンする。試料表面の凹凸に応じて上下するカンチレバーの変位をレーザ光を当てて検知し、レーザ反射光の位置変化をフォトダイオードにより検出するものである。AFMによれば、触針法では測定できない微細なレベルのナノオーダーの凹凸を検知することができる。
Raの下限である4.0Åは加工可能または測定可能の下限でもある。Raが50Å以下ではコロージョンは全く発生しないが、Raが50Åを越えると軟磁性層の密着強度が弱くて軟磁性層にコロージョンが発生するようになり、Raが100Åを越えるとコロージョンがますます発生し易くなって、電磁変換特性の劣化が起こるようになる。したがって、チャンファー面の表面粗さ(Ra)はAFMで4.0Å≦Ra≦100Å、好ましくはAFMで4.0Å≦Ra≦50Åとすることにした。
外周端面の表面粗さをこのように細密に仕上げておけば、基板をカセット容器に収容して搬送する際にも外周端面が破損する危険が少なく、パーティクルの発生に伴うトラブルを防ぐことができる。
主表面とチャンファー面との間のコーナー部に曲面を持たせておけば、基板をカセット容器に収容して搬送する際にも外周端面が破損する危険が少なく、パーティクルの発生に伴うトラブルを防ぐことができるし、R曲面の表面粗さ(Ra)をAFMで4.0Å≦Ra≦100Å、望ましくはAFMで4.0Å≦Ra≦50Åとしておけば、軟磁性層の密着強度が強くなって軟磁性層にコロージョンが発生することはなく、電磁変換特性の劣化が起こる心配もない。
以上説明したように、主表面から外周端面もしくは内周端面にかけてのコーナー部の表面粗さをAFMで4.0Å≦Ra≦100Å、望ましくはAFMで4.0Å≦Ra≦50Åとしておけば、主表面から外周端面もしくは内周端面にかけての軟磁性層の密着強度が強くなって軟磁性層にコロージョンが発生することはないので非常に好ましい磁気記録媒体用基板となる。
本発明の磁気記録媒体用基板では、前記チャンファー面、チャンファー面に加えて外周端面、基板の主表面と外周端面側のチャンファー面との間もしくは主表面と円孔側のチャンファー面との間のコーナー部の局面(R曲面)の表面粗さ(Ra)をAFMで4.0Å≦Ra≦10Å、AFMで10Å≦Ra≦100Åとすることにしても良い。また、望ましくはAFMで4.0Å≦Ra≦10Å、AFMで10Å≦Ra≦50Åとするようにしても良い。
本発明で使用する基板は、形状精度及び寸法精度の向上を目的としてラッピング加工を施した後、中心部に円孔を穿孔して基板の内外周部に所定の面取り加工(チャンファー加工)を施す。
主表面から外周端面もしくは内周端面にかけてのチャンファー面を含むコーナー部の研磨には、例えば図3に示すように、多数の磁気記録媒体用基板1をスペーサー5を介して重ね合わせた基板の積層体6を使用して行う。
スペーサ5は磁気記録媒体用基板1と同じく中心部に円孔14を有する円盤状とし、装着した際にスペーサ5の端部(側面)5aが磁気記録媒体用基板1のコーナー部15の外周チャンファー面の終端から0〜2mm程度内側(好ましくは0.5〜2mm程度内側)になるようにする。また、スペーサ5の厚さは0.1〜0.3mm程度が好ましい。また、スペーサ5の材質としては、ポリウレタン、アクリル、プラスチック、あるいは研磨工程で使用する研磨パッドと同じ材料など基板より軟質の材料とすることが好ましい。
この筒状の研磨ブラシ7を基板積層体6の外周部分に押し付け、研磨液を基板積層体6の外周部分と研磨ブラシ7との接触面に供給しつつ、基板積層体6を60rpm程度で、また筒状の研磨ブラシ7を700〜1000rpm程度で互いに逆方向に回転させながら上下に移動させて基板の外周端面及びコーナー部分をブラシ研磨することにより、10μm視野でのAFMによる測定により4.0Å≦Ra≦100Å以内に、望むらくは4.0Å≦Ra≦50Å以内にコントロールされた鏡面仕上げされたコーナー部分となるように研磨する。
内周端面のチャンファー面を含むコーナー部を研磨するには、図5に示すようにスペーサーを介して重ね合わせた磁気記録媒体用基板1の積層体6の内孔14内に、回転するブラシ17を挿入してブラシ研磨する。円孔内も10μm視野でのAFMによる測定により4.0Å≦Ra≦100Å以内に、望むらくは4.0Å≦Ra≦50Å以内にコントロールされた鏡面仕上げされたコーナー部分となるように研磨する。
研磨精度の制御は、使用するブラシの材質、太さ、硬さ、長さ、研磨材の材質、粒径、濃度、ブラシを押しつける圧力、ブラシの回転速度、上下移動速度、積層体の回転速度等を適宜調整して行う。
ここで、R曲面の曲率半径とは、図6に示すように、基板の主表面(データ面)の延長線を引き、基板表面の形状曲線が上記延長線と離れる位置をA点とする。そのA点からそれぞれ10μm離れた基板表面の位置を、それぞれB点およびC点として、これらの点A、BおよびCを通る円を求め、その円の半径を「R曲面の曲率」とする。
例えば、面内磁気記録媒体用の磁気記録層としては、非磁性のCrMo下地層と強磁性のCoCrPtTa磁性層からなる積層構造が利用できる。
垂直磁気記録媒体用の磁気記録層としては、例えば軟磁性のFeCo合金(FeCoB、FeCoSiB、FeCoZr、FeCoZrB、FeCoZrBCuなど)、FeTa合金(FeTaN、FeTaCなど)、Co合金(CoTaZr、CoZrNB、CoBなど)等からなる軟磁性層と、Pt、Pd、NiCr、NiFeCrなどの配向制御膜と、必要によりRu等の中間膜、及び60Co−15Cr−15Pt合金や70Co−5Cr−15Pt−10SiO2 合金からなる磁性層を積層したものを利用することがきる。
磁気記録層の厚さは、3nm以上20nm以下、好ましくは5nm以上15nm以下とする。磁気記録層は使用する磁性合金の種類と積層構造に合わせて、十分なヘッド出入力が得られるように形成すればよい。磁性層の膜厚は再生の際に一定以上の出力を得るにはある程度以上の磁性層膜厚が必要であり、一方で記録再生特性を表す諸パラメーターは出力の上昇とともに劣化するのが通例であるため、最適な膜厚に設定する必要がある。
通常、磁気記録層はスパッタ法、真空蒸着法、ガス中蒸着法、ガスフロースパッタ法等の物理的蒸着法を用いて薄膜として形成する。
保護膜層の膜厚は10nm未満とする必要がある。保護膜層の膜厚が10nmを越えるとヘッドと磁性層との距離が大きくなり、十分な出入力信号の強さが得られなくなるからである。
通常、保護膜層はスパッタ法により形成される。
本発明の磁気記録再生装置に使用した磁気記録媒体は、外周近傍や内孔近傍を精細に研磨仕上げしてあるので、基板と磁気記録媒体層との密着強度が強く、磁気記録媒体層にコロージョンが発生することはなく、電磁変換特性の劣化も起こらないので、長期にわたって安定した性能を維持した磁気記録再生装置となる。
外径48mm、内径12mm、厚さ0.508mmに加工した洗浄済みのガラス基板とシリコン基板を準備した。ガラス基板としては、非晶質ガラスと結晶化ガラスを使用した。シリコン基板は半導体用の単結晶シリコン基板を使用した。
各基板試料は図3に示した積層体にした後、図4と図5に示した方法でブラシ研磨して、チャンファー面の表面粗さ(Ra)がAFM測定にて4.0Å以上〜100Å以下の範囲、外周もしくは内周端部面の表面粗さ(Ra)がAFM測定にて4.0Å以上〜100Å以下の範囲、R曲面の曲率が0.01mm以上〜0.07mm以下の範囲になるようにコントロールした磁気記録媒体用基板を準備した。
次に、これらの基板をDCマグネトロンスパッタ装置(アネルバ社製C−3010)の成膜チャンバ内に収容して、到達真空度1×10−5Paとなるまで成膜チャンバ内を排気した後、基板上に軟磁性膜として90Co−4Zr−6Nb(Co含有量90at%、Zr含有量4at%、Nb含有量6at%)を50nm、Ru膜を0.8nm、90Co−4Zr−6Nb(Co含有量90at%、Zr含有量4at%、Nb含有量6at%)を50nm成膜して3層からなる裏打ち層を形成した。このとき基板加熱はおこなわず、磁界を基板半径方向の外周から内周に向かって磁界を印加した。
次いで、配向制御膜としてRuを20nm、垂直磁気記録層として66Co−8Cr−18Pt−8SiO2を12nm成膜した。
次いで、CVD法により4nmのアルモファスカーボン保護膜を形成した。
次いで、ディッピング法によりパーフルオロポリエーテルからなる潤滑膜を形成し、磁気記録媒体を得た。
基板の研磨加工において、端面のブラシ研磨などの研磨加工を全く実施していないもの、あるいはチャンファー面の表面粗さ(Ra)がAFM測定にて100Å以上、外周若しくは外周端面の表面粗さがAFMで100Å以上、R曲面の曲率が0.01mm以上〜0.04mm以下の範囲になるような条件で加工する以外は、試験例に準じて磁気記録媒体を作製した。
また面内方式の磁気記録媒体での効果を比較するために、外周端面をブラシ研磨加工していない従来の基板を使用し、DCマグネトロンスパッタ装置を用いて基板を表面温度170℃に加熱後Cr50−Ti合金を200Å、Ni50−Al合金を100Å、Cr20−Ti合金を50Å、Co13−Cr6−Pt3−B合金を30Å成膜した磁気記録媒体を作成した。
〔AFM表面粗さの評価〕
Digital Instrument社製AFM装置を用いて基板の表面粗さ(Ra)を評価した。測定条件は視野10μm、解像度256×256、タッピングモード、掃印速度1μm/secにて行った。
[R曲面曲率の測定]
ミツトヨ社製、コントレーサーCV−L400を用いて、図6に説明した方法に準じて測定した。この際に用いた測定条件は、以下の通りであった。
測定長さ:1mm
測定速度:0.02mm/s
測定ピッチ:0.002mm
モード:X軸固定
〔垂直磁気記録媒体の評価〕
記録再生特性の評価は、米国GUZIK社製リードライトアナライザRWA1632、およびスピンスタンドS1701MPを用いて測定した。
記録再生特性の評価には、書き込みをシングルポール磁極、再生部にGMR素子を用いたヘッドを用いて、記録周波数条件を線記録密度1000kFCIとしてSNRを測定した。
温度70℃湿度80%の環境に設定されたオーブンに試験例および比較例にて作成された磁気記録媒体を投入して240時間後に回収した後、データ面、外周端面の境界付近を倍率240倍の顕微鏡で観察した。チャンファー面とデータ面の境界領域にコロージョンにより発生した膜はがれの存在の有無を観察し、個数を計数した。
これらの結果をまとめて表1及び表2に示す。
なお、面内記録方式の磁気記録媒体では、使用する薄膜の特性上コロージョンによる膜剥がれの発生は認められなかった。
13,23…R曲面、14…内孔、15…コーナー部、21…内周端面、26…媒体駆動部、27…磁気ヘッド、28…ヘッド駆動部、29…記録再生信号系、30…磁気記録媒体、40…磁気記録再生装置、
Claims (3)
- 円盤状の非磁性基板の中心部に円孔を有し、裏打ち軟磁性層と垂直磁気記録媒体層を形成するための主表面と外周端面との間、もしくは主表面と前記円孔の内周端面の間の少なくとも一方にチャンファー面を具備した垂直磁気記録媒体用基板を備え、前記主表面上に裏打ち軟磁性層と垂直磁気記録媒体層を備えた磁気記録媒体であって、
前記裏打ち軟磁性層が少なくともFeまたはCoを含む裏打ち軟磁性層であり、
前記チャンファー面の表面粗さ(Ra)がAFMで4.0Å≦Ra≦50Åであり、前記外周端面の表面粗さ(Ra)がAFMで4.0Å≦Ra≦50Åであり、前記主表面と前記チャンファー面との間のコーナー部の曲面(R曲面)の表面粗さ(Ra)がAFMで4.0Å≦Ra≦50Åであり、
前記非磁性基板が非晶質ガラス、結晶化ガラス、シリコンのいずれかからなることを特徴とする磁気記録媒体。 - 前記円孔の内周端面の表面粗さ(Ra)がAFMで4.0Å≦Ra≦100Åであることを特徴とする請求項1に記載の磁気記録媒体。
- 前記請求項1または2に記載の磁気記録媒体を組み込んだことを特徴とする磁気記録再生装置。
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