JP5438917B2 - 磁気記録媒体の評価方法および製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ハードディスク装置等に用いられる磁気記録媒体の製造方法に関し、さらに詳しくは、磁気記録媒体の製造における表面検査工程に関するものである。
近年、磁気ディスク装置、フレキシブルディスク装置、磁気テープ装置等の磁気記録装置の適用範囲は著しく増大されその重要性が増すと共に、これらの装置に用いられる磁気記録媒体について、その記録密度の著しい向上が図られつつある。特にMRヘッド、およびPRML技術の導入以来、面記録密度の上昇はさらに激しさを増し、近年ではさらにGMRヘッド、TMRヘッドなども導入され、1年に約100%ものペースで増加を続けている。これらの磁気記録媒体については、今後更に高記録密度を達成することが要求されており、そのために磁性層の高保磁力化と高信号対雑音比(SNR)、高分解能を達成することが要求されている。また、近年では線記録密度の向上と同時にトラック密度の増加によって面記録密度を上昇させようとする努力も続けられている。
最新の磁気記録装置においてはトラック密度110kTPIにも達している。しかし、トラック密度を上げていくと、隣接するトラック間の磁気記録情報が互いに干渉し合い、その境界領域の磁化遷移領域がノイズ源となりSNRを損なうという問題が生じやすくなる。このことはそのままビットエラーレート(Bit Error rate)の低下につながるため記録密度の向上に対して障害となっている。面記録密度を上昇させるためには、磁気記録媒体上の各記録ビットのサイズをより微細なものとし、各記録ビットに可能な限り大きな飽和磁化と磁性膜厚を確保する必要がある。しかし、記録ビットを微細化していくと、1ビット当たりの磁化最小体積が小さくなり、熱揺らぎによる磁化反転で記録データが消失するという問題が生じる。
また、トラック間距離が近づくために、磁気記録装置は極めて高精度のトラックサーボ技術を要求されると同時に、記録を幅広く実行し、再生は隣接トラックからの影響をできるだけ排除するために記録時よりも狭く実行する方法が一般的に用いられている。この方法ではトラック間の影響を最小限に抑えることができる反面、再生出力を十分得ることが困難であり、そのために十分なSNRを確保することがむずかしいという問題がある。
このような熱揺らぎの問題やSNRの確保、あるいは十分な出力の確保を達成する方法の一つとして、記録媒体表面にトラックに沿った凹凸を形成し、記録トラック同士を物理的または磁気的に分離することによってトラック密度を上げようとする試みがなされている。このような技術を以下にディスクリートトラック法、それによって製造された磁気記録媒体をディスクリートトラック媒体と呼ぶ。
ディスクリートトラック媒体の一例として、表面に凹凸パターンを形成した円盤状基板に磁気記録媒体を形成して、物理的に分離した磁気記録トラック及びサーボ信号パターンを形成してなる磁気記録媒体が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
ディスクリートトラック媒体には、何層かの薄膜からなる連続した磁気記録層を形成した後に磁気記録層を物理加工しトラックを形成する方法と、あらかじめ基板表面に凹凸パターンを形成した後に、磁気記録媒体の薄膜形成を行う方法とがある(例えば、特許文献2,特許文献3参照。)。このうち、前者の方法は、しばしば磁気層加工型とよばれる。一方で、後者はしばしばエンボス加工型とよばれる。
また、ディスクリートトラック媒体の磁気トラック間領域を、あらかじめ形成した磁性層に窒素イオンや酸素イオンを注入し、または、レーザを照射することにより形成する方法が開示されている(特許文献4参照。)。
上記の方法で製造された磁気記録媒体の全数検査工程として、グライド検査工程とサーティファイ検査工程がある。
グライド検査工程とは、磁気記録媒体の表面に突起物が無いか検査する工程である。すなわち、磁気記録媒体を、磁気ヘッドを用いて記録再生する際に、媒体面に媒体と磁気ヘッドの間隔以上の高さの突起があると、磁気ヘッドが突起にぶつかり、磁気ヘッドを損傷し、また、媒体に欠陥が発生する原因となる。本工程ではそのような高い突起の有無を検査する(例えば、特許文献5参照。)。なお本工程は、磁気記録媒体表面の突起物の検査を行い、磁気記録媒体への信号の記録再生を行わない。
グライド検査工程をパスした磁気記録媒体については、サーティファイ検査を実施する。サーティファイ検査工程とは、磁気記録媒体に対し、通常のハードディスクドライブの記録再生のように、磁気ヘッドで所定の信号を記録した後、その信号を再生し、得られた再生信号から、電気特性や欠陥の有無など媒体の品質を確かめるものである(例えば、特許文献6参照。)。
特開2004−164692号公報 特開2004−178793号公報 特開2004−178794号公報 特開平5−205257号公報 特開平10−105908号公報 特開2003−257016号公報
ディスクリート方式、または、ビットパターン方式の磁気記録媒体の製造に際しては、表面に凹凸形状を有する磁性層を形成した後、その凹部に非磁性材料を充填し、表面を平滑にするのが一般的である。これに対し、磁性層の表面に磁気記録パターンに対応したマスク層を形成し、イオン注入等により磁性層を部分的に非磁性化し、磁性層に磁気記録パターンを形成する方法を採用した場合は、非磁性材料による充填を行わなくとも、この磁気記録媒体の表面は平滑である。
このような製造方法に対し本発明者は、磁性層の表面を、磁気記録パターンに対応してマスク層を設け、この表面を酸素ガス等と化学反応させ、磁性層を部分的に非磁性化する方法を開発している。この方法を採用する場合、磁性層の反応領域表面を僅かに除去した方が、酸素ガス等と磁性層との反応性が増すことが明らかになっている。この製造方法によって得られた磁気記録媒体はその表面に磁気記録パターンに対応して僅かな凹凸が生ずるが、この凹凸は、凹部に非磁性材料を充填して平滑化するのが好ましい。
しかしながら、非磁性材料を充填する平滑化プロセスは、磁気記録媒体の表面を汚染させる可能性が高く、また、製造プロセスが複雑になり磁気記録媒体のコストアップにもつながる。
本発明は、ディスクリート方式、または、ビットパターン方式の磁気記録媒体で、表面に凹凸が残存してもヘッドの浮上特性が安定し、高記録密度に対応できる磁気記録媒体を高い生産効率で提供することを課題とする。
本発明者は、表面に若干の凹凸を残した磁気記録媒体を用いたハードディスクドライブにおいて、内蔵された磁気記録媒体が通常のグライド検査工程やサーティファイ検査工程をパスしているにもかかわらず、磁気ヘッドが破損するケースがある問題を解決すべく解析した。その結果、磁気ヘッドが磁気記録媒体の磁気記録パターン部を浮上している場合において、磁気ヘッドがデータ領域とサーボ情報領域との境界部において振動し、この振動によって磁気ヘッドが磁気記録媒体と瞬間的に接触し破損することを発見した。そして磁気ヘッドのデータ領域とサーボ情報領域との境界部における振動を詳細に解析したところ、この振動の大きさは、磁気記録媒体のパターン形成のわずかな不均一性に比例し、また、この振動の大きさが一定以上の磁気記録媒体を不良品として判定し除外することにより、ハードディスクドライブの故障率の低い磁気記録媒体を製造できることを見出し本発明を完成させた。すなわち、本発明は以下に関する。
(1)円盤状基板の少なくとも一方の表面に磁気記録パターンを有し、前記磁気記録パターンに対応した凹凸を表面に有する磁気記録媒体の評価方法であって、回転させた前記磁気記録媒体の表面にセンサーを取り付けたヘッドスライダを浮上走行させ、前記ヘッドスライダと前記磁気記録媒体とが非接触状態で前記センサーから出力される信号を検知し、この信号から前記磁気記録媒体の良否を判断するものであり、前記ヘッドスライダと前記磁気記録媒体とが非接触状態で前記センサーから出力される信号が、前記磁気記録パターンに対応した前記凹凸に起因する信号であり、前記ヘッドスライダと前記磁気記録媒体とが非接触状態で前記センサーから出力される信号が、前記ヘッドスライダの浮上の不安定性に起因する信号であり、前記ヘッドスライダに取り付けられた前記センサーが圧電センサーであり、検知する信号が、前記ヘッドスライダの振動に起因する信号であり、前記磁気記録パターンがデータ領域とサーボ情報領域とを含み、前記ヘッドスライダと前記磁気記録媒体とが非接触状態で前記センサーから出力される信号が、前記ヘッドスライダが前記磁気記録パターンの前記データ領域と前記サーボ情報領域との境界部を通過する際に出力される信号であることを特徴とする磁気記録媒体の評価方法。
(2)円盤状基板の少なくとも一方の表面に磁気記録パターンを有し、前記磁気記録パターンに対応した凹凸を表面に有する磁気記録媒体の製造方法であって、前記磁気記録媒体の検査工程として(1)に記載の評価方法を含むことを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
(3)前記磁気記録媒体の検査工程が、さらに、グライド検査評価を含むことを特徴とする(2)に記載の磁気記録媒体の製造方法。
本発明によれば、磁気記録媒体の表面に凹凸が残存するディスクリート方式、または、ビットパターン方式の磁気記録媒体において、磁気ヘッドの浮上特性が安定する効果を有する。また、これにより磁気ヘッドと磁気記録媒体とが接触せず、また磁気ヘッドの浮上量を低減させることができるため、故障率が低く、記録密度の高いハードディスクドライブを高い生産性で提供可能となる効果を有する。
本発明は、円盤状基板の少なくとも一方の表面に磁気記録パターンを有し、この磁気記録パターンに対応した凹凸を表面に有する磁気記録媒体の評価方法に関し、回転させた磁気記録媒体の表面にセンサーを取り付けたヘッドスライダを浮上走行させ、ヘッドスライダと磁気記録媒体とが非接触状態でセンサーから出力される信号を検知し、この信号から磁気記録媒体の良否を判断することを特徴とする磁気記録媒体の評価方法に関する。
先ず、本発明の磁気記録媒体について説明する。
本発明の磁気記録媒体は円盤状の基板に磁気的に分離した磁気記録パターンを有する。この磁気記録パターンは、通常は、データ領域とサーボ情報領域により形成され、またこの磁気記録媒体は、その表面に分離領域として凹部が、磁性記録領域として凸部が形成され、この凹部によって凸部の磁気記録パターンが分離されると共に、磁気記録媒体の表面に凹凸が残存している。
本発明の磁気記録媒体は、ディスクリート方式、または、ビットパターン方式の磁気記録媒体の両方に適用が可能であるが、以下はディスクリート方式磁気記録媒体を例にして具体的に説明する。
図1は、本発明の磁気記録媒体30において、ディスクリートトラック媒体を例として、サーボ情報領域(サーボ領域)およびデータ領域の、サーボ情報パターン101,データ領域パターン100の例を示す。図1(b)は磁気記録媒体30の表面の模式図であり、図1(a)は図1(b)の一部の拡大図である。図1(b)に示された放射状の線Dはサーボ領域に該当し、その線D同士の間の領域はデータ領域に該当する。図1に記載された矢印102は、磁気記録媒体30の表面でのヘッドスライダ(磁気ヘッド)の移動位置および方向を示す。
磁気記録媒体30の表面には多数のデータ記録領域(データ領域と略すこともある)があるが、それらのデータ記録領域はトッラク情報、及び、セクタ情報で位置付けがされている。磁気記録媒体30の表面を移動する磁気ヘッドは、先ず、サーボ情報領域において、対応するデータ領域のトッラク情報及びセクタ情報を読み込み、その後、バーストパターン領域で、トラック位置の微調整を行い、その後、データ領域において、情報の読み書きを行う。
サーボ情報領域には、図1に示したような磁気記録パターン101により、トラック情報およびセクタ情報がデジタル情報として記録されている。また、データ領域は、トラックにより分離された磁気記録パターン100が形成されている。これらの磁気記録パターンは、その周囲の分離領域により形成されている。
本発明で、磁気記録媒体30の磁気記録パターンを形成する分離領域は、磁気記録媒体30の表面において凹部を形成している。この凹部の存在は、磁気記録媒体30の表面における磁気ヘッドの浮上を不安定にする。特に、サーボ情報領域における磁気記録パターン101の凹凸は不規則であり、一方で、データ領域における磁気記録パターン100の凹凸は規則的である。すなわち、磁気ヘッドがサーボ情報領域からデータ領域に移動する際、また、データ領域からサーボ情報領域に移動する際にヘッドの浮上の不安定性を招く。例えば磁性層を形成する凸部の面積比率が大きいとヘッドスライダが大きな風圧を受けるため浮上量が大きくなるからである。
図2は、磁気ヘッドを取り付けたヘッドジンバルアセンブリの模式図である。ヘッドジンバルアセンブリ20は、金属製の薄板からなるサスペンションアーム27と、サスペンションアーム27の先端側に設けられたヘッドスライダ24と、ヘッドスライダ24上に設けられた磁気ヘッド26と、信号線25によって導電接続された制御手段(図示略)とを有する。
磁気ヘッド26は、ヘッドスライダ24の斜面が形成されているリーディング側と反対側のトレーディング側における磁気記録媒体30に近い部分に配置されている。磁気ヘッド26としては、再生素子として巨大磁気抵抗効果(GMR;Giant Magneto Resistive)を利用したMR(magnetoresistance)素子だけでなく、トンネル磁気抵抗効果(TMR;Tunnel−type Magneto Resistive)を利用したTMR素子などを有する、高記録密度に適したヘッドを用いることができる。また、TMR素子を用いることによって、さらなる高密度記録化が可能となる。
前述のように、サーボ情報領域における磁気記録パターン101の凹凸は不規則であり、一方で、データ領域における磁気記録パターン100の凹凸は規則的である。すなわち、磁気ヘッド26がサーボ情報領域からデータ領域に移動する際、また、データ領域からサーボ情報領域に移動する際に磁気ヘッド26の浮上の不安定性を招く。この不安定性は、データ領域とサーボ情報領域の磁気記録パターン100、101を最適化することにより、ある程度は緩和することができる。しかしながら、本発明者の検討によると、データ領域とサーボ情報領域の磁気記録パターン100、101を最適化しても、磁気記録媒体30の製造工程における、ほんのわずかのパターン形成条件の違いによって、凹凸パターンの段差のわずかな違い、凹凸パターンの特にエッジ部のダレの違いが生じ、完全にはこの不安定性を解消することはできず、特に、磁気ヘッド26がデータ領域からサーボ情報領域に突入する際の瞬間的な振動を防ぐことは難しい。そして、磁気ヘッド26がデータ領域からサーボ情報領域に突入する際に、磁気記録パターン100,101の形成誤差が大きいと、瞬間的に磁気ヘッド26が磁気記録媒体30と接触することが明らかになった。
さらに本発明者が、磁気ヘッド26のデータ領域とサーボ情報領域との境界部における振動を詳細に解析したところ、この振動のレベルは、前述の磁気記録媒体30のパターン形成のわずかな不均一性に比例し、また、この振動レベルが一定以上の磁気記録媒体30を不良品として判定し除外することにより、ハードディスクドライブの故障率の低い磁気記録媒体30を製造できることを見出した。
本発明は、磁気記録媒体30を回転させ、この磁気記録媒体30の表面にセンサーを取り付けたヘッドスライダを浮上走行させ、このヘッドスライダと磁気記録媒体30とが非接触状態でセンサーから出力される信号を検知し、この信号から磁気記録媒体30の良否を判断するが、本発明で用いるヘッドスライダは、例えば、図2に示したヘッドスライダ24とサスペンションアーム27を含み、さらにヘッドスライダ24、またはその近くのサスペンションアーム27にセンサーを取り付けた構成であり、ヘッドスライダのわずかな振動をこのセンサーによって検知する。
図7は本発明の評価方法で、センサーから出力される信号の例を示している。本例は、外径が48mm(1.89インチ)で、トラックピッチが271kPTI(94nmピッチ、データ領域幅が54nm、分離領域の幅が40nm)の磁気記録媒体を6000rpmで回転させ、圧電センサーを付けたヘッドスライダを中心からの半径位置15.8mmに、10nmの浮上高さで浮上させた際に、圧電センサーから出力された信号を示している。図7の拡大図中の信号は、センサーから出力される信号の一部の拡大図である。図7において、所々に見られる大きな振幅の信号71は、ヘッドスライダと磁気記録媒体30とが接触した時にセンサーから出力される信号であり、一般的に行われるグライド評価で用いられる信号である。本発明で用いる信号は、このような大きな振幅の信号71ではなく、その間に見られる小さな振幅の信号72である。この信号72が、ヘッドスライダと磁気記録媒体30とが非接触状態でセンサーから出力される信号である。なお、このような、ヘッドスライダと磁気記録媒体30とが非接触状態でセンサーから出力される信号から、磁気記録媒体30の表面のうねりを評価する場合があるが、このような評価は小さな振幅の信号72に含まれる長周期の成分を評価する方法であり、本発明で用いる信号成分とは異なる。
本発明で用いる信号は、図7の拡大図に示す、ヘッドスライダと磁気記録媒体30とが非接触状態でセンサーから出力される短周期的な信号成分である。この信号72には、振幅の小さなノイズ信号も含まれているが、この信号72に含まれている周期的な信号(図7では30μsec.の周期で繰り返される信号)は、ヘッドスライダの浮上の不安定性に起因する信号である。すなわち、ヘッドスライダに圧電センサー等を取り付けた場合、ヘッドスライダの浮上が不安定性になるとヘッドスライダが振動し、このヘッドスライダの振動を検知してセンサーから信号が出力される。特に本発明の磁気記録媒体30は、その円周表面に周期的な磁気記録パターンを有し、この周期的な磁気記録パターンの分離領域として凹部が、磁性記録領域として凸部が形成され、その表面に凹凸が残存している。よって、この磁気記録パターンを形成する凹凸によってヘッドスライダの浮上が周期的に変化してヘッドスライダが振動し、このヘッドスライダの振動を検知してセンサーから周期的な信号が出力される。
特に本発明では、磁気記録パターンがデータ領域とサーボ情報領域とを含む磁気記録媒体30において、ヘッドスライダと磁気記録媒体30とが非接触状態でセンサーから出力される信号として、ヘッドスライダが磁気記録パターンのデータ領域とサーボ情報領域との境界部を通過する際に出力される信号を用いるのが好ましい。ここで、ヘッドスライダが磁気記録パターンのデータ領域とサーボ情報領域との境界部を通過する際に出力される信号とは、図7の拡大図に示される周期的に出力される信号の中で、振幅の大きな信号73を指す。すなわち、サーボ情報領域における磁気記録パターン101の凹凸は不規則であり、一方で、データ領域における磁気記録パターン100の凹凸は規則的である。そのため、磁気ヘッドがサーボ情報領域からデータ領域に移動する際、また、データ領域からサーボ情報領域に移動する際にヘッドの浮上の不安定性を招き、特に、ヘッドスライダが磁気記録パターンのデータ領域からサーボ情報領域へ突入する際に大きな振幅の信号73が出力される。
前述のように、データ領域とサーボ情報領域のパターン100,101を最適化しても、磁気記録媒体30の製造工程における、ほんのわずかのパターン形成条件の違いによって、凹凸パターンの段差の違い、凹凸パターンの特にエッジ部のダレの違いが生じ、このパターン形状の変化により、ヘッドスライダが大きく振動した場合、瞬間的にヘッドスライダが磁気記録媒体30と接触する。よって、磁気記録媒体30の表面をヘッドスライダで走査し、センサーから出力される信号で、図7の拡大図における信号73の振幅がある閾値以上となった場合、その磁気記録媒体を不良品として除外することにより、ハードディスクドライブに内蔵した際に不良品となる可能性の高い磁気記録媒体30を高い識別性で判別することが可能となる。
本発明では、上述の磁気記録媒体30の評価方法を、磁気記録媒体30の全数検査項目として磁気記録媒体30の製造工程に組み込むのが好ましい。前述のように、ヘッドスライダがデータ領域からサーボ情報領域に移動する際のヘッドの浮上の不安定性は、データ領域とサーボ情報領域のパターン100,101を最適化することにより、ある程度は緩和することができる。そして、このようなパターン100,101を有する磁気記録媒体30の全数において本発明の評価を行うことは不要とも考えられる。しかしながら、データ領域とサーボ情報領域のパターンを最適化しても、磁気記録媒体30の製造工程における、ほんのわずかのパターン形成条件の違いによって、凹凸パターンの段差の違い、凹凸パターンの特にエッジ部のダレの違いが生じ、完全にはこの不安定性を解消することはできない。よって、本発明の磁気記録媒体30の評価方法は、磁気記録媒体30の全数検査項目として磁気記録媒体30の製造工程に組み込むのが好ましい。
本発明の磁気記録媒体30の検査工程は、グライド検査評価工程と同時に行うことも可能であるが、グライド検査評価工程と別に設けるのが好ましい。図7に示したように、本発明の評価方法に用いられる信号72は、グライド評価に用いられる信号71と同時に出力させることが可能であるが、信号72の強度は、信号72の強度の1/10〜1/100程度である。よって、本発明の磁気記録媒体30の検査工程は、グライド検査評価と別に設け、かつ、グライド検査評価をパスした磁気記録媒体30において行うのがその評価の判別の正確性から好ましい。すなわち、信号72の強度は、信号72の強度の1/10〜1/100程度であるため、その評価装置に求められるセンサーの感度やセンサーから出力される信号のアンプの性能が異なるからである。
次に本発明の磁気記録媒体30の製造方法を説明する。なお、製造方法の説明にはディスクリート方式の磁気記録媒体30を用いるが、ビットパターン方式の磁気記録媒体においても類似した製造方法を用いることができる。
本発明の磁気記録媒体30は、一般に円盤状基板の表面に軟磁性層および中間層、磁気的パターンが形成された磁性領域および分離領域と保護膜層が形成されており、さらに最表面には潤滑膜が形成された構造を有している。そして磁気的パターン領域である磁性領域が分離領域により分離された構造を有する。
図4は本発明の磁気記録媒体30の一実施形態であるが、図には基板と磁性層のみを示す。図4において、1は円盤状基板、2はその上に形成された磁性層である。磁性層2には所定の箇所にその表層部が除去されて凹部22が形成されている。dは凹部の深さである。凹部の下部は非磁性化等により磁気特性が低下した領域21である。この磁気特性低下領域21と凹部22により、磁性層2が分離され、凸部23が形成される。本発明において、非磁性化領域には磁気特性低下領域も含まれる。
次に図4に示す磁気記録媒体30の製造方法を説明する。この磁気記録媒体30の製造方法は、図5(a)〜図5(i)に示す工程から構成される。
すなわち、図5(a)に示す工程は、円盤状基板1に少なくとも磁性層2を形成する工程である。次の図5(b)に示す工程は、磁性層2の上に炭素マスク層3を形成する工程である。次の図5(c)に示す工程は、炭素マスク層3の上にレジスト層4を形成する工程である。
次の図5(d)に示す工程は、レジスト層4に磁気記録パターンのネガパターンをスタンプ5を用いて転写することにより形成する工程である。なお、記録トラックを分離するため、記録トラックに対応してレジスト層に凹部を形成したものを本発明ではネガパターンという。また、この工程における矢印はスタンプ5の動きを示している。符号8はネガパターンの形成で残ったレジスト層である。
次の図5(e)に示す工程では、転写で残ったレジスト層8と、炭素マスク層3の磁気記録パターンのネガパターンに対応する部分とを除去する工程である。次の図5(f)に示す工程は、炭素マスク3が除去されて露出した磁性層2の表層部をイオンミリング6により除去する工程、及び表層部が除去された磁性層に非磁性化領域を形成する工程である。符号7はその除去された箇所を示す。また、非磁性化領域を形成する工程は、例えば酸素やオゾン10を暴露する工程あるいはレーザを照射する工程である。次の図5(g)に示す工程は、レジスト4および炭素マスク層3を除去する工程である。
また、上記の工程に加えて、磁性層2の磁気記録パターンのネガパターンに対応する部分に非磁性化領域を形成する工程の前に、その表面を、あらかじめフッ素系ガスに暴露するのが好ましい。さらに、図5(h)に示すように、レジスト層4および炭素マスク層3を除去する工程の後に、Ar等の不活性ガス11を照射して磁性層2の表層部をわずかに除去する工程を行うことが好ましい。次いで、図5(i)に示すように、磁性層2の上に保護膜層9を形成する工程を行うことが好ましい。
本発明で使用する円盤状基板1としては、Alを主成分とした例えばAl−Mg合金等のAl合金基板や、通常のソーダガラス、アルミノシリケート系ガラス、結晶化ガラス類シリコン、チタン、セラミックス、各種樹脂からなる基板など、円盤状基板であれば任意のものを用いることができる。中でもAl合金基板や結晶化ガラス等のガラス製基板またはシリコン基板を用いることが好ましい。またこれら基板の平均表面粗さ(Ra)は、1nm以下、さらには0.5nm以下であることが好ましく、中でも0.1nm以下であることが好ましい。
上記のような円盤状基板1の表面に形成する磁性層2は、面内磁性層でも垂直磁性層でもかまわないが、より高い記録密度を実現するためには垂直磁性層が好ましい。これら磁性層2は主としてCoを主成分とする合金から形成するのが好ましい。
例えば、面内磁気記録媒体用の磁性層としては、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。
また、垂直磁気記録媒体用の磁性層としては、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)等からなる裏打ち層と、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−10SiO合金からなるグラニュラ構造の磁性層を積層したものを利用することがきる。
本発明では、磁性層2として特に、グラニュラ構造の磁性層を用いるのが、非磁性化領域21を形成する際の反応性を高める上で好ましい。グラニュラ構造の磁性層とは、磁性粒子の周囲を酸化物が覆った構造を有する磁性層である。酸化物には上記のSiOの他、Ti酸化物、W酸化物、Cr酸化物、Co酸化物、Ta酸化物、Ru酸化物などが用いられる。
磁性層2の厚さは、3nm以上20nm以下、好ましくは5nm以上15nm以下とする。磁性層2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2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、磁性層2はスパッタ法により薄膜として形成する。
本実施形態の製造方法では、磁性層2の表面に炭素マスク層3を形成している。炭素は、酸素ガスを用いたドライエッチング(反応性イオンエッチングまたは反応性イオンミリング)が容易であるため、図5(g)に示す工程において、残留物を減らし、磁気記録媒体表面の汚染を減少させることができる。炭素膜はスパッタリング法、またはCVD法により成膜することができるが、CVD法を用いた方がより緻密性の高い炭素膜を成膜することができる。
炭素マスク層3の膜厚は5nm〜40nmの範囲内とするのが好ましく、より好ましくは10nm〜30nmの範囲内とする。炭素マスク層3の膜厚が5nmより薄いと、マスク層3のエッジ部分がだれて磁気記録パターンの形成特性が悪化する。また、レジスト層4、炭素マスク層3を透過したイオンが磁性層2に侵入して、磁性層2の磁気特性を悪化させる。一方、炭素マスク層3が40nmより厚くなると、炭素マスク層3のエッチング時間が長くなり生産性が低下する。また、炭素マスク層3をエッチングする際の残渣が磁性層表面に残留しやすくなる。
次に炭素マスク層3の上に、レジスト層4を形成し、このレジスト層4に磁気記録パターンのネガパターンを形成する。レジスト層4にネガパターンを形成する方法は、通常のフォトリソグラフィー技術を用いることができるが、レジスト層4にスタンプを用いて、磁気記録パターンのネガパターンを転写する方法を用いるのが作業効率の点から好ましい。
本実施形態の製造方法では、図5(d)に示すように、レジスト層4に磁気記録パターンのネガパターン形成後の、レジスト層4の凹部に残ったレジスト層8の厚さを、0〜20nmの範囲内とするのが好ましい。レジスト層4の凹部に残ったレジスト層8の厚さをこの範囲とすることにより、図5(e)に示す炭素マスク層3および磁性層2のエッチング工程において、炭素マスク層3のエッジの部分のダレを無くし、炭素マスク層3のミリングイオンに対する遮蔽性を向上させ、また、炭素マスク層3による磁気記録パターン形成特性を向上させることができる。
本実施形態の製造方法では、図5(c)に示す工程においてレジスト層4に用いる材料を、放射線照射により硬化性を有する材料とし、レジスト層4にスタンプ5を用いてパターンを転写する工程に際して、または、パターン転写工程の後に、レジスト層4に放射線を照射するのが好ましい。このような製造方法を用いることにより、レジスト層4に、スタンプ5の形状を精度良く転写することが可能となり、図5(e)に示した炭素マスク層3のエッチング工程において、炭素マスク層3のエッジの部分のダレを無くし、炭素マスク層3のミリングイオンに対する遮蔽性を向上させ、また、炭素マスク層3による磁気記録パターン形成特性を向上させることができる。本発明で用いる放射線とは、熱線、可視光線、紫外線、X線、ガンマ線等の広い概念の電磁波である。また、放射線照射により硬化性を有する材料とは、例えば、熱線に対しては熱硬化樹脂、紫外線に対しては紫外線硬化樹脂である。
本実施形態の製造方法では、レジスト層4にスタンプ5を用いてパターンを転写する工程に際して、レジスト層4の流動性が高い状態で、レジスト層4にスタンプを押圧し、その押圧した状態で、レジスト層4に放射線を照射することによりレジスト層4を硬化させ、その後、スタンプをレジスト層4から離すことにより、スタンプの形状を精度良く、レジスト層4に転写することが可能となる。レジスト層4にスタンプを押圧した状態で、レジスト層4に放射線を照射する方法としては、スタンプの反対側、すなわち基板側から放射線を照射する方法、スタンプの材料として放射線を透過できる物質を選択し、スタンプ側から放射線を照射する方法、スタンプの側面から放射線を照射する方法、熱線のように固体に対して伝導性の高い放射線を用いて、スタンプ材料または基板からの熱伝導により放射線を照射する方法を用いることができる。この中で特に、レジスト層4としてノボラック系樹脂、アクリル酸エステル類、脂環式エポキシ類等の紫外線硬化樹脂を用い、スタンプ材料として紫外線に対して透過性の高いガラスもしくは樹脂を用いるのが好ましい。
本実施形態の製造方法では、レジスト層として、特に、SiO系レジストを用いるのが好ましい。SiO系レジストは酸素ガスを用いたドライエッチングに対して耐性が高く、よって炭素マスク層3にイオンミリングを用いて磁気記録パターンのネガパターンを形成するに際して像のぼけを低減することができる。すなわち、炭素マスク層3は酸素ガスを用いたドライエッチングによって容易に加工が可能であり、一方で、SiO系レジストは酸素ガスを用いたドライエッチングに対して耐性が高いため、ドライエッチングにより炭素マスク層3を垂直に切り立った形状に加工することが可能となり、シャープな形状の磁気記録パターンを製造することができる。
炭素マスク層3を除去し、またその前にネガパターン形成後凹部にレジスト層8が残っている場合、図5(e)においてそのレジスト層8を除去する。炭素マスク層3及びレジスト層4の除去には反応性イオンエッチング、イオンミリングなどのドライエッチングの手法が用いられる。
本発明では、磁性層2で炭素マスク層3及びレジスト層4に覆われていない箇所を非磁性化する工程を設けるが、その工程の前に、図5(f)に示すように、該箇所の磁性層2を除去する工程を設ける。除去は、好ましくは磁性層2の表層部(図5(f)に示す厚みdの部分)を0.1nm〜15nmの範囲内で行う。磁性層2の表層部は、その上に積層した炭素マスク層3や、大気の影響によって変質している場合があり、そのような変質層があると、磁性層2の非磁性化反応が効果的に作用しない場合がある。磁性層2の除去は、例えば炭素マスク層3をイオンミリング、または、反応性イオンエッチングなどでドライエッチングした後に、引き続き、磁性層2をイオンミリングにてドライエッチングする。このような方法を採用することにより、残された磁性層2のエッジ部を垂直に形成することが可能となる。これは、磁性層2の上の炭素マスク層3が垂直に切り立った形状であるため、その下の磁性層2も同様の形状となるからである。このような工程を採用することにより、フリンジ特性の優れた磁性層2を形成することができる。
本実施形態の製造方法では、前述のように、炭素マスク層3の反応性イオンエッチングを、酸素ガスを用いて行うのが好ましい。また、磁性層2のイオンミリングを、アルゴン、窒素等の不活性ガスを用いて行うことが好ましい。すなわち、炭素マスク層3のミリングイオンと磁性層のミリングイオンとを、それぞれ最適なものに変えるのが好ましい。
また、磁性層2で炭素マスク層3及びレジスト層4に覆われていない箇所を非磁性化処理する前に、その表面をフッ素系ガスに暴露するのが好ましい。このような処理を行うことにより、磁性層2の表面の反応性を高め、非磁性化反応をより効率的に実現することが可能となる。
本発明では磁性層2として、前記したようにグラニュラ構造の磁性層を用いるのが好ましい。グラニュラ構造の磁性層とは、磁性粒子の周囲を酸化物が覆った構造を有する磁性層であり、磁性結晶が非磁性相で分離されているため、磁性粒間の磁気的相互作用が微弱であり、かつ、磁性結晶粒が微細であるので極めて低ノイズの磁性層を形成できる特徴を有する。このような磁性層2を酸素やオゾンで非磁性化処理した場合、粒界に存在する酸化物層を、選択的にフッ素系ガスを用いた反応性イオンエッチング装置などでの処理によりエッチングでき、磁性層2中のCoなどの金属と酸素やオゾンとの酸化反応が促進でき、より効率よく磁性層2の磁気特性を変化させることができる。
また本発明において、磁性層2としてグラニュラ構造とその上の非グラニュラ構造の2層構造とすることができる。
本発明の磁気記録媒体30は、記録密度を高めるため、磁気的パターンを有する磁性層2の磁性部幅Wは200nm以下、非磁性部幅(分離領域部)Lは100nm以下とすることが好ましい。従ってトラックピッチP(=W+L)は300nm以下の範囲で、データ領域における記録密度を高めるためにはできるだけ狭くする。
本発明の、磁気的に分離した磁気記録パターンとは、磁性層が磁気記録媒体30の表面側から見て分離されていれば、磁性層の底部において分離されていなくとも、本発明の目的を達成することが可能であり、本発明の、磁気的に分離した磁気記録パターンの概念に含まれる。さらに、本発明の磁気記録パターンとは、磁気記録パターンが1ビットごとに一定の規則性をもって配置された、いわゆるビットパターン方式によるものや、磁気記録パターンが、トラック状に配置された、いわゆるディスクリート方式によるものや、前述のように、サーボ情報信号パターンや、バースト信号パターン等を含んでいる。
この中で本発明は、磁気的に分離した磁気記録パターンが、磁気記録トラック及びサーボ信号パターンである、いわゆる、ディスクリート方式磁気記録媒体に適用するのが、その製造における簡便性から好ましい。
本発明の磁気記録媒体30を製造する場合、磁性層2を部分的に非磁性化処理した後、磁性層2の上に設けられているレジスト層4および炭素マスク層3を除去する工程を設ける。本発明の、レジスト層4および炭素マスク層3の除去に際しては、ドライエッチング、反応性イオンエッチング、イオンミリングなどの手法を用いるのが好ましい。
本発明の磁気記録媒体30を製造する場合、磁性層2の表面でオゾン等により非磁性化処理された最表面層を除去する目的でArなどの不活性ガスでその表層部を1〜2nmの範囲内でエッチングする工程を設けるのが好ましい。この領域においては磁性層2の表面が粗面化している場合があるからである。
本発明では、レジスト層4および炭素マスク層3を除去した後の磁性層2(磁性領域および非磁性材料を埋め込んだ領域、または非磁性材料を埋め込まない凹部の領域。)の表面に保護膜層9を形成する。保護膜層9としては、炭素(C)、水素化炭素(HxC)、窒素化炭素(CN)、アルモファスカーボン、炭化珪素(SiC)等の炭素質層やSiO、Zr、TiNなど、通常用いられる保護膜層材料を用いることができる。また、保護膜層9が2層以上の層から構成されていてもよい。
保護膜層9の膜厚は10nm以下とする必要がある。保護膜層9の膜厚が10nmを越えると、ヘッドと磁性層2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9はスパッタ法もしくはCVD法により形成される。
また、保護膜層9の上には潤滑層を形成することが好ましい。潤滑層に用いる潤滑剤としては、フッ素系潤滑剤、炭化水素系潤滑剤及びこれらの混合物等が挙げられ、通常1〜4nmの厚さで潤滑層を形成する。
次に、本発明の磁気記録再生装置(ハードディスクドライブ)の構成を図6に示す。本発明の磁気記録再生装置は、上述の本発明の磁気記録媒体30と、これを記録方向に駆動する媒体駆動部34と、記録部と再生部からなる磁気ヘッド31と、磁気ヘッド31を磁気記録媒体30に対して相対運動させるヘッド駆動部33と、磁気ヘッド31への信号入力と磁気ヘッド31からの出力信号再生を行うための記録再生信号処理手段を組み合わせた記録再生信号系32とを具備したものである。これらを組み合わせることにより記録密度の高い磁気記録装置を構成することが可能となる。磁気記録媒体の記録トラックを磁気的に不連続に加工したことによって、従来はトラックエッジ部の磁化遷移領域の影響を排除するために再生ヘッド幅を記録ヘッド幅よりも狭くして対応していたものを、両者をほぼ同じ幅にして動作させることができる。これにより十分な再生出力と高いSNRを得ることができるようになる。
さらに上述の磁気ヘッド31の再生部をGMRヘッドあるいはTMRヘッドで構成することにより、高記録密度においても十分な信号強度を得ることができ、高記録密度を持った磁気記録装置を実現することができる。またこの磁気ヘッド31の浮上量を0.005μm〜0.020μmと従来より低い高さで浮上走行させると、出力が向上して高い装置SNRが得られ、大容量で高信頼性の磁気記録装置を提供することができる。また、最尤復号法による信号処理回路を組み合わせるとさらに記録密度を向上でき、例えば、トラック密度100kトラック/インチ以上、線記録密度1000kビット/インチ以上、1平方インチ当たり100Gビット以上の記録密度で記録・再生する場合にも十分なSNRが得られる。
(実施例)
HD用ガラス基板をセットした真空チャンバをあらかじめ1.0×10-5Pa以下に真空排気した。ここで使用したガラス基板はLi2Si25、Al23−K2O、Al23−K2O、MgO−P25、Sb23−ZnOを構成成分とする結晶化ガラスを材質とし、外径65mm、内径20mm、平均表面粗さ(Ra)は2オングストロームである。
このガラス基板にDCスパッタリング法を用いて、軟磁性層として60Fe30Co10B、中間層としてRu、グラニュラ構造の磁性層として70Co−5Cr−15Pt−10SiO2合金、P−CVD法を用いて炭素マスク層の順に薄膜を積層した。それぞれの層の膜厚は、60Fe30Co10B軟磁性層は60nm、Ru中間層は10nm、磁性層は15nm、炭素マスク層は30nmとした。その上に、SiO2レジストをスピンコート法により塗布した。膜厚は100nmとした。
その上に、磁気記録パターンのネガパターンを有するガラス製のスタンプを用いて、スタンプを1MPa(約8.8kgf/cm2)の圧力で、レジスト層に押圧した。その後、スタンプをレジスト層から分離し、レジスト層に磁気記録パターンを転写した。レジスト層に転写した磁気記録パターンは、データ領域はレジストの凸部の幅を54nmの円周状とし、レジストの凸部の間隔を40nmとした。これにより、データ領域のピッチが94nm、データ領域幅が54nm、分離領域の幅が40nmのデータ領域が形成できる。また、円周方向での各データ領域の間には、20μm幅のサーボ情報領域をレジストパターンにより形成した。サーボ情報領域における凹凸パターンは、サーボ情報領域における凸部の面積比率が平均で40%〜60%の範囲となるように設計した。なお、レジスト層の層厚は80nm、レジスト層の凹部(底部)の厚さは約5nmであった。また、レジスト層凹部の基板面に対する角度は、ほぼ90度であった。
先ず、凹部に残っていたレジスト層はCF4を用い、0.5Pa・40sccmでプラズマ電力200W、バイアス20W、エッチング時間10秒で除去した。
その後、レジスト層の凹部の箇所について、炭素マスク層をドライエッチングで、磁性層の表層部をイオンエッチングで除去した。ドライエッチング条件は、炭素マスク層についてはO2ガスを40sccm、圧力0.3Pa,高周波プラズマ電力300W、DCバイアス30W、エッチング時30秒とした。
また、磁性層は、N2ガスを10sccm、圧力0.1Pa、加速電圧300Vでエッチング時間を5秒とした。磁性層の凹部の深さ(図1のd)は約1nmであった。
その後、磁性層で炭素マスク層に覆われていない箇所をオゾンガスに暴露した。オゾンガスの暴露は、チャンバ内にオゾンガスを40sccmで流し、1Pa、10秒、基板温度150℃の条件にて行った。
その後、磁気記録媒体表面の炭素マスク層およびレジスト層をドライエッチングにより除去した。その後、イオンミリング装置にてAr 10sccm,0.5Pa、5秒の条件にて磁性層の表面を約1〜2nmの範囲でエッチングし、CVD法によりカーボン保護膜5nmを成膜し、最後にフッ素系潤滑膜2nmを塗布し、磁気記録媒体の製造を完了した。なお、磁気記録媒体の表面に形成している磁気記録パターンに対応した凹凸の高さは平均で1nmであった。
上記方法によって製造された磁気記録媒体についてグライド検査を実施した。グライド検査では、検査ヘッド(ヘッドスライダ)と磁気記録媒体表面の間の浮上高さを、0.25マイクロインチ(6.5nm)に設定し、検査ヘッドから、磁気記録媒体表面の突起物との衝突に起因するシグナルが出力された場合は、その磁気記録媒体は不良品と判断した。
(本発明の評価)
グライド検査工程を通過した10000枚の磁気記録媒体について本発明の、ヘッドスライダと磁気記録媒体とが非接触状態でセンサーから出力される信号を検知する評価方法を実施した。ヘッドスライダには、外形1.2mm×0.8mmのアルチックを用い、ヘッドスライダにPZTセンサーを付け、このセンサーから出力される信号を検知した。磁気記録媒体を6000rpmで回転させ、ヘッドスライダと磁気記録媒体表面の間の浮上高さを10nmに設定し、磁気記録媒体の全面を上記のヘッドスライダを用いて10秒間走査し出力させる信号の最大値を調べた。その結果、出力された信号の最大値が、0〜400mVの磁気記録媒体は892枚、401mV〜450mVの磁気記録媒体は74枚、451mV〜500mVの磁気記録媒体は23枚、501mV以上の磁気記録媒体は11枚であった。
(磁気記録媒体のシーク評価)
上述の評価で、センサーからの出力信号が401mV以上であった磁気記録媒体についてシーク評価を実施した。磁気記録媒体の回転数は、4200rpmとし、TDK製のMRヘッドを用いて、60℃、80%環境下でヘッドの、ロード/アンロード動作を10回/秒の頻度で72時間繰り返した。この動作後、磁気ヘッド、磁気記録媒体の表面を光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡で観察し、表面の損傷の発生状況を確認した。その結果、上述の評価で、センサーからの出力信号の最大値が401mV〜450mVの磁気記録媒体では0枚、451mV〜500mVの磁気記録媒体では5枚、501mV以上の磁気記録媒体は8枚のディスクで磁気ヘッド表面の汚れ、または、磁気記録媒体表面の傷が観察された。以上の結果から、本実施例では、本発明の評価における磁気記録媒体の良否判断の閾値を401mV〜450mVの範囲内に設定することにより、ヘッドの浮上特性の安定した磁気記録媒体を提供できることが明らかになった。
本発明によれば、表面に凹凸形状の磁気記録パターンを有する磁気記録媒体において、ヘッド浮上の安定性を確保でき、これによりヘッドの浮上高さを下げることが可能となる。よって、故障率が少なく高記録密度特性に優れたハードディスクドライブを提供可能となり産業上の利用可能性が高い。
図1は、本発明による磁気記録媒体のサーボ情報領域およびデータ領域のパターンを示す図である。 図2は、磁気記録再生装置に用いられるヘッドジンバルアセンブリの斜視模式図である。 図3は、磁気記録媒体上におけるヘッドスライダの浮上形態を示す断面模式図である。 図4は、本発明による磁気記録媒体の基板と磁性層の一実施形態の断面構造を示す断面模式図である。 図5は、本発明の磁気記録媒体の製造方法における製造工程の一例を示す断面模式図である。 図6は、本発明の磁気記再生装置の構成を説明する斜視図である。 図7は、本発明の実施形態である磁気記録媒体の評価方法による評価結果を示す図であって、センサーから出力される信号の例を示す波形図である。
符号の説明
1…円盤状基板、2…磁性層、3…炭素マスク層、4…レジスト層、5…スタンプ、7…磁性層で部分的に除去した箇所、8…転写後に残ったレジスト層、9…保護膜層、20…ヘッドジンバルアセンブリ、21…分離領域、22…凹部、23…凸部、24…ヘッドスライダ、25…信号線、26…磁気ヘッド、27…サスペンジョンアーム、30…磁気記録媒体、31…磁気ヘッド、32…記録再生信号系、33…ヘッド駆動部、34…媒体駆動部、100…データ領域の磁気記録パターン、101…サーボ領域の磁気記録パターン、102…ヘッドの移動方向、d…磁性層の除去した深さ、L…磁気記録パターンにおける非磁性部幅、W…磁気記録パターンにおける磁性部幅。

Claims (3)

  1. 円盤状基板の少なくとも一方の表面に磁気記録パターンを有し、前記磁気記録パターンに対応した凹凸を表面に有する磁気記録媒体の評価方法であって、回転させた前記磁気記録媒体の表面にセンサーを取り付けたヘッドスライダを浮上走行させ、前記ヘッドスライダと前記磁気記録媒体とが非接触状態で前記センサーから出力される信号を検知し、この信号から前記磁気記録媒体の良否を判断するものであり、
    前記ヘッドスライダと前記磁気記録媒体とが非接触状態で前記センサーから出力される信号が、前記磁気記録パターンに対応した前記凹凸に起因する信号であり、
    前記ヘッドスライダと前記磁気記録媒体とが非接触状態で前記センサーから出力される信号が、前記ヘッドスライダの浮上の不安定性に起因する信号であり、
    前記ヘッドスライダに取り付けられた前記センサーが圧電センサーであり、検知する信号が、前記ヘッドスライダの振動に起因する信号であり、
    前記磁気記録パターンがデータ領域とサーボ情報領域とを含み、前記ヘッドスライダと前記磁気記録媒体とが非接触状態で前記センサーから出力される信号が、前記ヘッドスライダが前記磁気記録パターンの前記データ領域と前記サーボ情報領域との境界部を通過する際に出力される信号であることを特徴とする磁気記録媒体の評価方法。
  2. 円盤状基板の少なくとも一方の表面に磁気記録パターンを有し、前記磁気記録パターンに対応した凹凸を表面に有する磁気記録媒体の製造方法であって、前記磁気記録媒体の検査工程として請求項に記載の評価方法を含むことを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
  3. 前記磁気記録媒体の検査工程が、さらに、グライド検査評価を含むことを特徴とする請求項に記載の磁気記録媒体の製造方法。
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