JP5894868B2 - マイクロ波アシスト磁気記録方式及び磁気記憶装置 - Google Patents
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Description
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、本発明のマイクロ波アシスト磁気記録ヘッド及び磁気記憶装置の実施例について図面を用いて説明する。
(マイクロ波アシスト磁気記録ヘッド)
図1は、マイクロ波アシスト磁気記録ヘッドと垂直磁気記録媒体の例を示す概念図である。磁気ヘッドは、垂直磁気記録媒体30上をクリアランス01で矢印100方向に走行するスライダ50上に形成された、再生ヘッド部10、記録ヘッド部20、及びクリアランス制御用の熱膨張素子部(TFC)02などから構成される。ここでTFC02は、NiCr、Wなどの高比抵抗、高熱膨張材料からなり、アルミナ膜などで絶縁した50〜150Ω程度の発熱抵抗体薄膜で構成され、記録ヘッド部20、再生ヘッド部10と垂直磁気記録媒体30とのクリアランスを0.5〜2nm程度に調整するものである。TFCは2ヶ所以上に設けてもよく、この場合、それぞれのTFCの配線接続は独立でも直列でもよい。なお、投入電力入力用の配線は省略した。ヘッド保護層51はCVDC(Chemical Vapor Deposition Carbon)、FCAC(Filtered Cathodic Arc Carbon)などからなり、底面52は磁気ヘッドの浮上面(ABS:Air Bearing Surface)である。
図1に図示した垂直磁気記録媒体30は、ガラス、Si、プラスチックスやNiPメッキAl合金などから構成される超平滑・耐熱非磁性基板36上に、軟磁性下地層35、第1、第2の記録層34、33、保護層32、及び潤滑層31などを積層して構成される。軟磁性下地層35は、FeCoTaZrなどからなる。第1、第2の記録層34、33は、CoCrPt、L12−Co3Pt基合金、L12−(CoCr)3Pt基合金、L11−Co50Pt50基合金、m−D019型Co80Pt20基合金、CoCrSiO2/Pt、CoB/Pd磁性人工格子、L10型FePtなどを主な構成要素とし、SiO2、TiO2、C、B、Ag、Cu、Au、Ni、Fe、Cr、Mn、Pdなどを適宜添加物として含有する磁性膜からなる。保護層32は、C、FCACなどからなる。それぞれの層は、超高真空チャンバを有するマグネトロンスパッタリング設備、保護膜形成設備や、潤滑層形成設備などを用いて形成される。垂直磁気記録層は、ターゲット材料にTi、Nb、Zr、Cu、Cr、Co、Si、Alなどの適切な酸化物、炭化物、窒化物、硼化物もしくはそれらの混合物などを混入し、製膜条件を調整することで、非磁性材料を結晶粒界に0.5〜2nm偏析させることにより、結晶粒間の磁気交換相互作用を制御して製膜した。矢印37、38は、それぞれ垂直磁気記録媒体に記録された上向き、下向きの磁化を示す。磁性膜の平均的な異方性磁界を高めて高保磁力とすることで、従来の主磁極型磁気ヘッドからの磁界では充分な記録ができないようにせしめ、特に狭トラック磁気記録に適した構造とした。
図4は、本実施例の磁気記憶装置の構成例を示す概念図である。この磁気記憶装置は、スピンドルモータ500、垂直磁気記録媒体501、高剛性アーム502、HGA(以下、磁気ヘッドと略称することがある)505、HSA(Head Stack Assembly)506、ヘッド駆動制御装置(R/W−IC)508、R/Wチャネル509、マイクロプロセッサ(MPU)510、ディスクコントローラ(HDC)511、バッファメモリを制御するバッファメモリ制御部516、ホストインタフェース制御部517、RAMなどを用い制御プログラム及び制御データ(パラメータテーブル)を格納するメモリ部518、フラッシュメモリやFROMなどを用い制御プログラムや制御データ(パラメータテーブル)を格納する不揮発性メモリ部519、VCM(Voice Coil Motor)駆動制御部やSPM(Spindle Motor)駆動制御部などから構成されるコンボドライバ520、MPUのバス515などを備える。垂直磁気記録媒体501の特性は分布を持っている。
まず、磁気記録再生特性評価設備を用いてマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドの選別を行なった。本実施例の磁気記録再生特性評価設備は、磁気ヘッド毎に記録磁極及び高周波発振素子による記録動作、並びに磁気再生素子による再生動作を制御するサーボ情報記録再生制御部と、磁気ヘッド毎に熱膨張素子の動作を制御する熱膨張素子制御部と、後で詳細に説明する図35もしくは図37のように、サーボ情報記録時に磁気ヘッド、垂直磁気記録媒体、及び機構部を密閉カバーで囲ってHeを充填する機構と、Heを含む環境中で垂直磁気記録媒体に対し、前記制御のための制御パラメータを学習してセクタ単位の特性を評価し、そのセクタの特性に応じて、セクタ毎に少なくとも2種の記録条件から記録条件を選定してそのセクタに適した記録条件でサーボパターンを形成する機能と、更に磁気ヘッドによって、上記サーボパターンに基づいて垂直磁気記録媒体に少なくともセクタ毎に記録を行ない、LDPC符号を用いた非RSチャネルによってセクタ毎に再生・復号処理を行なう記録再生制御部と、を有することを特徴とする。
(1)まず予め、本実施例の垂直磁気記録媒体、マイクロ波アシスト磁気記録ヘッドにおいて、垂直磁気記録媒体のゾーンZp(p=1,…,P)の所定のトラック、TFC投入電力PTFC(p)(クリアランス)、所定の線記録密度で、セクタSj毎に最も良好な特性が得られるバイアス記録電流IWB(p,j)、STO駆動電流ISTO(p,j)を求め、特性ばらつきを考慮し、所定のゾーンZp毎に、検討すべきバイアス記録電流IIWB(m)、STO駆動電流IISTO(n)の組を図12に示すパラメータテーブル(表1)として図4の所定のメモリ部に適宜格納しておく。
以下、上記データを用いて磁気記憶装置に記録再生を行う本実施例の制御方法について説明する。
パソコンなどのホストや上位システムからの情報の記録や再生の命令に従い、磁気記憶装置のメイン制御装置であるMPU510による制御で、垂直磁気記録媒体501が所定の回転数でスピンドルモータ500により回転する。次いで、所定の情報の記録再生を行なう磁気ヘッドHkが垂直磁気記録媒体上にロードされ、垂直磁気記録媒体のサーボ情報からの再生信号を用いて媒体上の位置を検出する。その位置信号を基に目標位置までの軌跡を計算し、駆動制御部520のVCM駆動制御部がVCM(Voice Coil Motor)522を制御し、高剛性HSA506、磁気ヘッド505を、垂直磁気記録媒体の所定のゾーンZpにおける所定記録トラック上に高速・高精度に移動(シーク動作)させ、そのトラック位置に磁気ヘッドを追従させる。そして、そのトラック上の所定のセクタSjにおいて、MPUのファームウェアプログラムによって情報の記録再生を以下のように行なう。
従来の主磁極シールド型垂直磁気記録ヘッドでは、磁気コアに高周波の磁気記録信号(記録電流)を通電すると、磁気ロスのために発熱して磁極部が突出し、クリアランスが小さくなる。このため本実施例のように記録し難い部分で記録電流を大きくしようとすると、(a)垂直記録方式が記録限界に近いために、電流増大による改善効果が小さい、(b)相応の効果を得るためには、記録し易い部分に比べ著しく大きい記録電流を通電する必要があり、この磁気ロスによる発熱のためにクリアランスが著しく小さくなり、磁極磨耗、媒体損傷などの耐摺動信頼性問題を引き起こし、信頼性試験で2〜3%もの不良を引き起こした。
図17、18、19は、本実施例のマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドを搭載した磁気記憶装置の磁気ヘッドと垂直磁気記録媒体の断面模式図である。詳細は下記の通りである。
・スライダ50:薄型ロングフェムト型(1×0.7×0.2mm)
・ヘッド保護膜(FCAC):1.8nm
・センサ素子12:TMR(Twr=30nm)
・第1の記録磁極22:FeCoNi(Tww=100nm、80nm)
・STO40:CoFeGe(10nm)/Cu(2.5nm)/(Co/Ni)(10nm)
・FGLの幅:WFGL=36nm
・媒体基板:3.5インチNiPメッキAl合金基板
・媒体構造:潤滑膜(1nm)/C(2nm)/CoCrPt(SiTi)O2(2nm)/CoCrPtSiO2C(10nm)/Ru(10nm)/CoFeTaZr(10nm)/Ru(0.5nm)/CoFeTaZr(10nm)
・スライダ50:フェムト型(0.85×0.7×0.23mm)
・ヘッド保護膜(FCAC):1.4nm
・センサ素子12:CPP−GMR(Twr=23nm)
・第1の記録磁極22:CoFe(Tww=100nm、65nm)
・STO40:(Co/Fe)(11nm)/Cu(3nm)/(Co/Ni)(9nm)
・FGLの幅:WFGL=28nm
・媒体基板:2.5インチガラス基板
・媒体構造:潤滑層(0.8nm)/C(1.6nm)/CoCrPt(SiTiNb)O2C(11nm)/Ru(10nm)/CoFeTaZr(15nm)/Ru(0.5nm)/CoFeTaZr(15nm)
・スライダ50:薄型ロングフェムト型(1×0.7×0.2mm)
・ヘッド保護膜(FCAC):1nm
・センサ素子12:CPP−GMR(Twr=16nm)
・第1の記録磁極22:CoFe(Tww=100nm、50nm)
・STO40:(Co/Fe)(12nm)/Cu(2nm)/(Ni/Co)(8nm)
・FGLの幅:WFGL=20nm
・媒体基板:2.5インチガラス基板
・媒体構造:潤滑層(0.6nm)/C(1.1nm)/CoCrPtFe(SiTi)O2C(3nm)/CoCrPtAuSiO2C(7nm)/Ru(10nm)/CoFeTaZr(20nm)/Ru(0.5nm)/CoFeTaZr(20nm)
磁気ヘッドスライダには、クリアランス制御用に、抵抗80〜120ΩのWもしくはNiCr薄膜からなる熱膨張素子部TFC02a、02bを、図17〜19に示すように配置した。なお、ここで各素子をそれぞれ独立に駆動してクリアランスを制御したが、抵抗値を調整して直列に繋いでクリアランスを制御してもよい。
本実施例では、まず所定の検査、試験に合格した上記高保磁力垂直磁気記録媒体を用い、実施例1と同様の記録特性評価装置により、記録、再生部のクリアランスをそれぞれ1.5nm、1nmとして、磁気ヘッドの記録再生実験及び選別を行った。次いで、試験に合格した上記(1)、(2)、(3)のマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドを6本、4本、2本、及び垂直磁気記録媒体を3枚、2枚、1枚、それぞれ3.5型、2.5型、2.5型のHDAもしくは磁気記憶装置に組み込み、サーボトラックライタもしくはセルフサーボライト方式により、図9に示すような所定のサーボ情報をサーボ領域401に記録した。
本実施例では、実施例1と同様に、記録し難い媒体領域でAモードを活用して充分な記録を行なうため、Bモードのみで記録する従来技術に比べ、図17、18、19に示した構成で、性能ぎりぎりの磁気ヘッドのマージンをエラーレートでそれぞれ0.5桁、0.5桁、0.6桁改善できた。さらにサーボ情報記録時にも本方法を適用した結果、サーボ信号の品質も同様に向上し、磁気ヘッドの選別歩留りを、それぞれ5ポイント、5ポイント、7ポイント向上できた。
更に別の構成のマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドによる実施例について、図22、23を用いて説明する。図22は本実施例のマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドと垂直磁気記録媒体の断面を示す概略図、図23はABS面から見た記録ヘッド部の概略図である。
記録磁極を除いて、本実施例のマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドの基本的な構成は実施例1、2(図1)と同様である。図において、例えば50はスライダ、51はヘッド保護層、52は浮上面で、40はSTO、10は再生ヘッド部、11はシールド層、12は再生センサ素子、13は上部磁気シールド、14は下部磁気シールド、02a、02bはTFC素子部などである。
・スライダ50:薄型ロングフェムト型(1×0.7×0.2mm)
・FCAC51:1.8nm
・センサ素子12:TMR(Twr=30nm)
・記録磁極122:FeCoFe(Tww=60nm)、d=15nm、θ=15°
・シールド磁極124:FeCoNi
・STO40:Ta(4nm)/(Co/Fe)(12nm)/Cu(2nm)/(Ni/Co)(8nm)/Cr(4nm)
・FGLの幅:WFGL=34nm
・媒体基板:3.5インチNiPメッキAl合金基板
・媒体構造:潤滑層(1nm)/C(2nm)/CoCrPtB(SiTi)O2(4nm)/CoCrPt(SiTa)O2(4nm)/CoCrPtSiO2C(4nm)/Ru(10nm)/CoFeTaZr(10nm)/Ru(0.5nm)/CoFeTaZr(10nm)
実施例1、2と同様の磁気記録再生特性評価装置により、記録、再生部のクリアランスをそれぞれ1.5nm、1nmとして記録再生特性を評価し、所定の特性検査に合格した上記マイクロ波アシスト記録ヘッド10本と垂直磁気記録媒体5枚を3.5型磁気記憶装置に組み込み、製造工程で実施例2のように調整を行ない、磁気記憶装置を製造した。本実施例においては実施例2と同様に、図20に示すように、記録し難いセクタS3、S4がある領域においてもバイアス記録電流の大きさは変えず、STO駆動電流のみの調整で記録アシストを行なった。なおTFC投入電力については、TFC素子02bに対するセクタ依存性を示したが、TFC素子02aについてもそのセクタ依存性を同様とした(その絶対値は調整)。また実施例1と同様に、t0、t1、t2、t3及びt5などのタイミング調整を行なった。このようにして得られたAモード及びBモードのパラメータを図21に示すように纏め、パラメータテーブル(表3)としてメモリ部に格納した。
本実施例では、実施例1と異なり、クリアランスに大きな影響を与えるバイアス記録電流をAモードとBモードで同一とした。このため、クリアランスをゾーン全周で一定とすることができ、実施例1(図11)で説明したマージンδを0.4nm小さくする事ができ、結果としてクリアランスの臨界値CL(c)の設定値を0.2nm小さくする事ができた。これにより、平均的なエラーレートを約0.2桁、磁気記憶装置の歩留りを6ポイント程度高めることができた。
本実施例では、実施例3で説明した構成のマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドと垂直磁気記録媒体を搭載した3.5型磁気記憶装置のさらに別の調整法について説明する。
実施例3と同様に、磁気記録再生特性評価装置による所定の特性検査に合格したマイクロ波アシスト磁気記録ヘッド10本と垂直磁気記録媒体5枚を3.5型磁気記憶装置に組み込み、製造工程で実施例3と同様に調整を行ない、本実施例の磁気記憶装置とした。
本実施例では、STO駆動電流を一定とし、バイアス記録電流をセクタ間で調整したが、マイクロ波アシスト効果により従来の垂直磁気記録方式に比べて記録能力が格段に向上するため、記録し難いセクタに対してもバイアス記録電流を僅かに大きくするだけでよい。また高温ではその差を小さくすると共に、STO駆動電流を全セクタで一定としたため、クリアランスをゾーン全周で略一定にでき、セクタ毎にパラメータを調整しない場合に比べ、実施例1の図11で説明したマージンδを0.2nm小さくする事ができた。これにより実施例1に比べ、クリアランスの臨界値CL(c)の設定値を0.1nm小さくでき、さらに平均的なエラーレートを約0.1桁、磁気記憶装置の歩留りを3ポイント程度高めることができた。
実施例1〜4のように、マイクロ波アシスト効果や熱アシスト効果の助けを借りれば記録性能を向上できるが、マイクロ波アシスト素子は108A/cm2程度の高電流密度での動作が必要である。CE(Consumer Electronics)用途やカーナビゲーションなど、動作保証環境温度領域の幅が大きい磁気記憶装置においては、使用環境温度が高い場合でのエレクトロマイグレーションなどによる寿命を確保し、さらに使用環境温度が低温になり、保磁力分布が増大しても充分良好な記録ができることが重要となる。
・スライダ50:薄型ロングフェムト型(1×0.7×0.2mm)
・FCAC51:1.8nm
・センサ素子12:TMR(Twr=38nm)
・記録磁極122:FeCoFe(Tww=50nm)、d=12nm、θ=20°
・シールド磁極124:FeCoNi
・STO40:Nb(4nm)/(Co/Fe)(12nm)/Cu(3nm)/(Ni/Co)(9nm)/Pt(4nm)
・FGLの幅:WFGL=50nm
・媒体基板:2.5インチNiPメッキAl合金基板
・媒体構造:潤滑層(1nm)/C(2nm)/CoCrPtB(3nm)/CoCrPt(SiTa)O2(5nm)/CoCrPtSiO2C(4nm)/Ru(10nm)/CoFeTaZr(10nm)/Ru(0.5nm)/CoFeTaZr(10nm)
実施例1〜4と同様に、磁気記録再生特性評価装置による所定の特性検査に合格したマイクロ波アシスト磁気記録ヘッド2本と垂直磁気記録媒体1枚を、2.5型磁気記憶装置に組み込み、製造工程で実施例2のように調整を行ない、本実施例の磁気記憶装置とした。ただし本実施例においては、主磁極からの磁界のみでも記録できる垂直磁気記録媒体を用いたので、図29に示すように、記録し難いセクタS3、S4がある領域においてのみSTO駆動電流をSTOに印加して記録アシストを行なうようにパラメータ調整を行なった。また実施例1と同様に、t0、t2、t4及びt5などのタイミング調整を行なった。なおt4は、本実施例ではS3へのSTO駆動電流通電時間を長くするように設定したが、t2と同様に0.3ns以上であることが好ましく、本実施例ではセクタギャップ相当の時間とした。このようにして得られたAモード及びBモードのパラメータを図30に示すように纏め、パラメータテーブル(表5)として所定のメモリ部に格納した。
本実施例のマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドは、FGLだけでなくスピン注入層の磁化も高速で回転するので、直線偏光に近いがSTO直下で10%程度高い高周波発振磁界強度、10〜20%程度高い磁界勾配を有しており、その典型的な発振周波数も25〜35GHzと高い性能を示した。
実施例1〜5ではTFC投入電力を全セクタで一定としたが、さらにクリアランスのマージンδを小さくして、平均クリアランスを低減し、信頼性を確保しつつ記録密度を向上する方法として、本実施例ではAモードと連携してTFC投入電力を調整する場合について図32のタイミングチャートを用いて説明する。
記録磁極はバイアス電流投入後、磁気ロスなどにより記録周波数に応じて発熱、熱膨張し、磁極部突出状態(クリアランス低下)になる。一般にコイルに通電して記録磁極近傍の温度が定常状態になる時間は、記録条件にもよるが、概ね0.01〜0.1ms程度である。このため、記録再生素子の周辺温度が略定常状態になり、安定した記録ができるようになるまでの遅延時間は、装置の外部環境、周速、転送速度に応じて調整することが必要となる。本実施例の場合には、正常セクタS2から不良セクタS3に記録部が移動する際に、IWB(B)からIWB(A)へのバイアス記録電流の変化分は、電流ゼロから変更する場合に比べ充分小さくできるので、これに伴うクリアランス変動分はそれ程大きくはなく、TFC投入電力は微調整でよい。
本実施例により、不良セクタ領域でのクリアランス調整時のマージンδ(図11)を実施例1(図16)に比べ、0.3nm小さくすることができた。これにより、クリアランス、磁気スペーシングを0.15nm小さくすることができ、実施例1の磁気記憶装置に比べ、エラーレートを約0.2桁、オフトラックマージンを約0.1nm改善できた。このため、磁気記憶装置の記録密度を2ポイント程度高めることができ、さらに磁気ヘッド及び磁気記憶装置の歩留りも3ポイント改善できた。
本発明者らの検討によれば、マイクロ波アシスト素子の通電寿命はエレクトロマイグレーションで主に決まり、その温度加速係数は10℃で2倍程度であった。すなわち温度が50℃上昇するとその通電寿命は1/30〜1/40となる。従ってマイクロ波アシスト素子を使いこなすためには、実施例3〜4のようにTa、Nb、PtやCrなどの高融点金属と積層してエレクトロマイグレーション耐力を高めるとともに、垂直磁気記録媒体に記録し易いが素子寿命が劣化し易い高温領域においてはマイクロ波アシスト素子動作を抑制し(図16、図20、図29もしくは図32の調整法など)、一方、マイクロ波アシスト素子寿命は劣化し難いが、垂直磁気記録媒体には記録し難い低温領域では、記録磁界及びアシスト効果を強化することで(図25もしくは図32の調整法など)、TFC投入電力、バイアス記録電流、STO駆動電流の調整法を温度領域に応じて最適化し、マイクロ波アシスト素子の通電信頼性などを確保しつつ、性能を向上する事とした。
(磁気記憶装置及びその調整方法)
まず、図19に示した構成の磁気ヘッド6本と垂直磁気記録媒体3枚を2.5型磁気記憶装置に組み込み、実施例1〜6と同様に学習を行なった。すなわち、装置内温度が45℃よりも高温の領域では極力マイクロ波アシスト素子動作を抑制する調整法、装置内温度10℃以下の低温領域では極力記録磁界及びアシスト効果を強化する調整法で、Bモード及びAモードのSTO駆動電流を制御し、記録動作を制御した。なお実施例1と同様に、t0、t1、t2、t3、t4、t5、t6及びt7などのタイミング調整を適宜行なった。
本実施例により、実施例1〜6と比べ、STO素子の通電寿命を確保しつつ、高温側では記録し易いセクタに対しても、書きにじみ、消しにじみの増大を一層抑制でき、また低温側では記録し難いセクタに対しても一層良好な記録ができた。特に低温での記録アシスト性能の微調整、及び高温でのクリアランス及びオフトラックマージン(書きにじみ、消しにじみ)の微調整が可能となり、例えば実施例1の磁気記憶装置に比べ、エラーレートを更に約0.5桁、オフトラックマージンを約0.2nm改善できた。このため、磁気記憶装置の記録密度を5%程度高めることができ、さらに磁気ヘッド及び磁気記憶装置の歩留りもそれぞれ2ポイント及び5ポイント改善できた。
本実施例では、図17に示したマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドによって、図17に関して説明した垂直磁気記録媒体に、実施例1〜7で説明した方法でサーボ情報を形成して磁気記憶装置を構成する場合について説明する。
実施例1〜7で説明したマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドと垂直磁気記録媒体に対して、静磁気特性の評価と共に磁気記録再生特性評価装置による特性評価を行った。その結果、内周、中周、外周の全ゾーンでの特性分布、及び記録し易い領域(正常領域)と記録し難い領域(不良領域)は垂直磁気記録媒体の製造装置、条件に固有で、全ての磁気ディスクにおいて概ね図2、図15に示すように分布しており、例えば内周での分布が分かれば、全周での分布を高い精度で推定できる事が分かった。なお正常領域と不良領域の境界領域では、その最適記録条件はほぼ同等で、上記近似で実用上問題はないことも確認できた。そこで、本実施例では以下のように、垂直磁気記録媒体各面の内周での不良セクタ分布、及び各磁気ヘッドのTFC投入電力−クリアランスの関係式(プロファイル)を求め、これを外挿してそれぞれの内周、中周、外周の全ゾーンでのパラメータを決定した。
次いで、HDDの制御ボードを上記HDAに組み込んで磁気ディスク装置とし、その製造・検査工程で上記の記録パラメータ、セクタの位置情報などを垂直磁気記録媒体の所定の領域から読み込み、磁気記憶装置の所定のメモリ部に保管し、さらにこれらのパラメータ(表6のパラメータテーブル)をヘッド駆動装置508のレジスタ514に読み込む。ここで、レジスタは磁気ヘッドの数に対応する組だけ用意されている。次いでこれらの記録パラメータを用いて、磁気ヘッドのスクウィーズ特性、隣接干渉(ATI)特性、747特性などを評価し、最適のデータトラックプロファイル、線記録密度プロファイルを決定し、前記サーボトラックプロファイルからの変換式を求める。次いで、この変換式にしたがって、垂直磁気ディスクを円環状に分割するゾーン(図9参照)毎にデータセクタのトラックプロファイルを決定し、所定の面記録密度を満たす範囲で、実施例1〜7と同様の記録プロセスにより、全ゾーンのエラーレートが略均一となるように、ゾーン毎に最適のトラック密度、最適な線記録密度プロファイルを決定し(アダプティブフォーマット)、上記変換式のパラメータなどを不揮発性メモリに保管し、所定の容量の磁気記憶装置とした。ここで、温度補正も実施例3〜7と同様に行なえるようにした。なお、これらのデータを圧縮して磁気記憶装置の不揮発性メモリ部に格納し、装置起動時に解凍してメモリ部に記憶して用いることで、必要メモリ容量を削減でき、好ましかった。なお本実施例では、記録に関するパラメータテーブルとして表6のものを用いたが、上記のようにサーボ情報を記録した後、表4のように記録パラメータを設定してもよい。
従来の主磁極・シールド型垂直磁気記録ヘッドによる磁気ディスク装置では、記録し易い領域では記録にじみ、消しにじみが大きく、また記録し難い領域においてはサーボ信号の品質(S/N)が悪い。その結果、従来型垂直磁気記録による磁気ディスク装置では、500kTPI以上の記録密度で充分な位置決めマージンがとれず、書き損じ、読み損じによる回転待ち頻度が高く、特にスピーカバイブレーションなどの外乱振動がある場合にパフォーマンスが劣化する割合が高かった。セクタ毎にサーボ情報の記録条件を最適化しない実施例1〜7の磁気記憶装置においては、このような劣化の問題は実用的なレベルにまで改善できたが、複数の磁気記憶装置が近接して設置され、隣接する装置からの回転振動など他の振動外乱に対するマージンも確保できれば、更なる歩留りの向上が期待された。
本実施例では、図17に示したマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドによって、図17に関して説明した垂直磁気記録媒体にメディアサーボライタによりサーボ情報を形成する方法について説明する。
本実施例のメディアサーボライタは、その基本的な構成は図35に示したサーボライタの場合と同様であり、ロータリポジショナー(エンコーダモータ)と呼ぶ外部位置決め機構あるいはレーザ測長器と、基準信号又は基準時間信号を供給するクロックヘッドなどを用いる。ただし図37、38に示すように、HDA機構系1102(図35)相当部を、振動の少ない独自構成とすることにより、高品位のサーボ情報を一度に多数の垂直磁気記録媒体に低コストで記録することができる。
50枚の2.5”垂直磁気記録媒体を本実施例のメディアサーボライタに偏心を抑えて搭載し、マイクロ波アシスト磁気記録ヘッドを目標位置に追従させ、この追従状態において、インデックスを基準にしてサーボセクタ番号を順番に付与し、実施例8と同様に、ゾーン毎の不良データセクタ分布と記録再生特性(オーバライト特性や、低記録電流で記録した場合の再生出力)分布との相関を明確にした。なお、本実施例の垂直磁気記録媒体には垂直磁気記録媒体製膜時などにその角度位置(位相位置)が検出できるように、予め光学的マークを例えば図40の710に示すように設け、この位置とインデック位置が略揃うように調整して垂直磁気記録媒体をメディアサーボライタに搭載した。ついで実施例1の図11と同様に、図39に示すように、バイアス記録電流、STO駆動電流及びTFC制御電力の適正化を行った。本実施例においては、バイアス記録電流をゾーン内で一定とし、STO駆動電流を調整するパラメータ制御を選定し、これらの記録パラメータをメディアサーボライタの所定のメモリ部に格納し、ヘッド駆動装置のレジスタにコピーし、実施例8と同様に垂直磁気記録媒体にセクタの特性に応じて最適の記録パラメータを用いてサーボ情報を記録し、サーボセクタ及びサーボトラックを構成した。最後に、サーボセクタの特性情報、垂直磁気記録媒体のサーボ中心を求めるためのパターンなどのサーボ関連情報、及び記録パラメータ情報を、必要に応じて垂直磁気記録媒体の所定の領域に記録した。これらのサーボ関連情報や記録パラメータ情報などは、例えば図40に示すように、垂直磁気記録媒体30のユーザによりデータが書き込まれるユーザデータ領域とは別に設けられた管理領域700内のDI(Disc Information)部701に記録させておくことができる。ファームウェア情報は、データとは別に中周の管理領域に記録されるが、本実施例では、この領域にDI情報を記録した。なおこの管理領域は、最内周や最外周に設けてもよい。
上記サーボ情報を具備した垂直磁気記録媒体2枚を本発明のマイクロ波アシスト磁気記録ヘッド4本とともに2.5型磁気記憶装置に搭載した。ここで垂直磁気記録媒体は、その位相位置検出用光学的マークを利用して、メディアサーボライタでサーボ情報を記録した時の回転基準位置(位相)を磁気記憶装置の回転基準位置(インデックス)に略合わせた。次いで磁気記憶装置の製造工程で、垂直磁気記録媒体、磁気ヘッド毎にサーボパターン記録時の前記DI情報及びサーボ情報を用い、垂直磁気記録媒体の芯出し、偏心補正、もしくは偏心非追従制御用の調整(実施例10参照)、回転位相補正などを行なった後、さらに前記DI情報から前記記録パラメータ情報を読み込み、メモリ部に保管した。
従来技術の主磁極・補助磁極型垂直磁気記録方式では、垂直磁気記録媒体の外周及び内周側でフリンジ効果や書きにじみ、消しにじみが大きく、このためにメディアサーボライタの性能を上げても、500kTPI程度以上のトラック密度用のサーボパターンを形成する事は極めて困難であった。
本実施例では、実施例8で説明した垂直磁気記録媒体及び磁気記憶装置の製造方法において、マイクロ波アシスト磁気記録ヘッドをその記録トラック幅もしくはFGL素子幅のうち狭い方の幅よりも小さなピッチで移動することで高品位のサーボ情報を垂直磁気記録媒体に形成し、さらに該垂直磁気記録媒体を磁気記憶装置に搭載し、調整する方法について説明する。
図19に示した構造において、サーボ情報記録用マイクロ波アシスト磁気記録ヘッドとして、記録磁極22の幅Twwを80nm、FGL幅WFGLを45nm、再生素子幅Twrを15nmとした磁気ヘッドを、また磁気記憶装置搭載用マイクロ波アシスト磁気記録ヘッドとして、Twwを100nm、WFGLを37nm、Twrを15nmとした磁気ヘッドを作成した。STOは図28の構造とした。本実施例の磁気記憶装置を組み立てるために、これらの磁気ヘッドの中から、特性分布を±0.5%以下とした磁気ヘッド選別試験用の高保磁力垂直磁気記録媒体と、磁気記録再生特性評価装置を用いてサーボライト用及び磁気記録用マイクロ波アシスト磁気記録ヘッドを以下のように選別した。
図19に関して説明した垂直磁気記録媒体に対して、静磁気特性評価及びマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドを搭載した実施例1記載の記録再生特性評価装置を用いて記録再生特性評価を行い、その特性分布が±0.1ないし±5%(0.1%以上5%以下)で、欠陥がなく所定の性能のものを選別した。
磁気記憶装置用に選別したマイクロ波アシスト磁気記録ヘッド6本と上記サーボパターンを具備した2.5”垂直磁気記録媒体3枚を、図4に示した磁気記憶装置に搭載し、以下の調整を行い、図41に示す本実施例の磁気記憶装置とした。
本実施例のメディアサーボライタによる瓦記録方式でのサーボ情報記録工程によれば、実施例9と同様に、複数のマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドのFGL幅の分布や位置決め誤差を吸収するための、サーボトラック境界部及びサーボトラック中央部におけるギャップ領域を狭くでき、高品位のシームレスサーボ情報をサーボトラック幅ほぼ一杯に無駄なく記録することができる。特にセクタ毎に最適な条件でサーボ情報を記録する方法との組み合わせによれば、セクタ毎に調整を行なわない方法に比べて、プリアンブル部やサーボバースト部におけるサーボ情報再生信号の品質を0.5dB程度改善でき、さらに位置決め信号のより高い線形性が得られ特に好ましかった。このため、本実施例の垂直磁気記録媒体を搭載した磁気記憶装置において、外部からの回転振動などが加わった時にも、読み間違いや書き損じによる回転待ちを無くすことができた。なお、瓦記録方式ではなく実施例9のような方式でサーボ情報を記録した場合には、信号品質を0.2dB程度改善できた。
本実施例では、瓦記録方式対応のサーボパターン、そのサーボパターンを記録した垂直磁気記録媒体、及び磁気記憶装置について説明する。
実施例10で説明したマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドと、サーボ情報を記録していない消磁状態の垂直磁気記録媒体を、それぞれ2.5型、3.5型磁気記憶装置に組み込み、実施例1〜9と同様に、ただしサーボ情報は実施例10と同様の瓦記録方式で記録し、同様の調整を行い、瓦記録方式の磁気記憶装置とした。
磁気記憶装置に搭載したマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドのFGL幅にバラツキがあるが、瓦記録方式により、幅広のFGLでセクタ毎に記録条件を最適化して記録再生を行なうことにより、最適化しない場合に比べ、FGL幅のばらつきによらず記録データのエラーレートを0.3桁高くでき、結果として、データの記録をセクタ毎に最適化しない場合に比べ、同じ容量の場合には、磁気ヘッド及び装置歩留りをそれぞれ4ポイント、2ポイント程度高くできた。
サーボ情報を記録していない垂直磁気記録媒体を磁気記憶装置に組み込んで、実施例8で説明した方法でサーボ情報を記録した磁気記憶装置において、実施例10の偏心非追従制御記録再生方式で記録再生を行う磁気記憶装置について、磁気ディスク装置を例に説明する。
HDAもしくはHDDに垂直磁気記録媒体を組み込んでサーボトラックライタ(STW)もしくはセルフサーボライト(SSW)方式でサーボ情報を記録し、サーボトラックSTWを形成した実施例8の磁気記憶装置においては、サーボ信号の強度や幅に関する分布は改善できるが、実施例9で説明したメディアサーボライタとは異なり、スピンドルモータ機構系やHGAの振動などを抑制できず、回転周波数f0よりも高い周波数成分を有する位置分布がサーボ情報に含まれてしまう。そこで本実施例においては、この位置分布の影響を緩和するために、実施例8で製造した磁気記憶装置において、実施例10の偏心非追従制御記録再生方式により、以下のように記録再生を行った。
実施例8で説明した方法でサーボ情報を記録した磁気記憶装置においては、サーボ信号は従来技術で形成したものとは異なり、サーボ信号の強度やトラック幅に関する分布を低減できるが、サーボ情報記録時に、磁気ヘッド再生素子の感度変動、VCMトルクノイズ、機構系振動などによる変動成分が記録されてしまうことに対して対処できなかった。
12:センサ素子
22:第1の記録磁極
24:第2の記録磁極
26:STO発振制御磁界
30:垂直磁気記録媒体
40:高周波発振素子部(STO)
41:高周波磁界発生層(FGL)
43:スピン注入層
45:高周波磁界
50:スライダ
100:磁気ヘッド走行方向
130:垂直磁気記録媒体
500:スピンドルモータ
505:HGA(Head Gimbal Assembly)
506:HSA(Head Stack Assembly)
522:VCM(Voice Coil Motor)
601:メディアサーボライタで記録されたサーボトラックの中心
602:HDDに組み込んだ垂直磁気記録媒体の回転中心
1101:クラッシュストップ
1102:HDA(Head Disk Assembly)
1103:STW(Servo Track Writer)駆動制御部
1201:He密閉カバー
Claims (27)
- 特性分布のある垂直磁気記録媒体の前記特性分布に依存し、記録磁極と高周波磁界発振素子部を有するマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドの前記記録磁極を励磁する記録電流及び前記高周波磁界発振素子部に流す駆動電流の組からなるセクタ毎の記録条件を取得する工程と、
記録電流及び駆動電流からなる少なくとも2種類の組を前記記録条件に応じてセクタ毎に設定する工程と、
前記設定された記録電流及び駆動電流に従って記録動作を行う工程と、
を有することを特徴とする磁気記録方法。 - 請求項1記載の磁気記録方法において、
前記記録条件に応じて、第1の記録電流及び第1の駆動電流で記録するセクタと、前記第1の記録電流より大きな第2の記録電流及び前記第1の駆動電流より大きな第2の駆動電流で記録するセクタを設けることを特徴とする磁気記録方法。 - 請求項1記載の磁気記録方法において、
前記記録条件に応じて、第1の記録電流及び第1の駆動電流で記録するセクタと、前記第1の記録電流と同じ大きさの記録電流及び前記第1の駆動電流より大きな第2の駆動電流で記録するセクタを設けることを特徴とする磁気記録方法。 - 請求項1記載の磁気記録方法において、
前記記録条件に応じて、第1の記録電流及び第1の駆動電流で記録するセクタと、前記第1の記録電流より大きな第2の記録電流及び前記第1の駆動電流と同じ大きさの駆動電流で記録するセクタを設けることを特徴とする磁気記録方法。 - 請求項1記載の磁気記録方法において、
前記記録条件に応じて、第1の記録電流で記録するセクタと、前記第1の記録電流と第1の駆動電流とを併用して記録するセクタを設けることを特徴とする磁気記録方法。 - 請求項1記載の磁気記録方法において、
前記垂直磁気記録媒体のゾーン毎にクリアランス制御用の熱膨張素子部への投入電力を設定することを特徴とする磁気記録方法。 - 請求項1記載の磁気記録方法において、
環境温度を検出する工程と、
前記記録電流及び前記駆動電流を前記環境温度によって補正する工程と、
を有することを特徴とする磁気記録方法。 - 特性分布のある垂直磁気記録媒体と、
前記垂直磁気記録媒体に書き込むための記録磁界を発生する記録磁極と高周波磁界を発生する高周波磁界発振素子とを備える記録ヘッド部、前記垂直磁気記録媒体から情報を読み取る再生センサ素子を備える再生ヘッド部並びに前記記録ヘッド部及び前記再生ヘッド部と前記垂直磁気記録媒体とのクリアランスを制御する熱膨張素子部とを有するマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドと、
前記記録ヘッド部の記録動作及び前記再生ヘッド部の再生動作を制御する駆動制御部と、
前記垂直磁気記録媒体のセクタ毎に少なくとも2種類の記録条件の組を格納したパラメータテーブルとを有し、
前記駆動制御部は、セクタ毎に前記パラメータテーブルに格納された記録条件に従って前記記録ヘッド部を制御して前記垂直磁気記録媒体に情報を記録することを特徴とする磁気記憶装置。 - 請求項8記載の磁気記憶装置において、
セクタ毎にサーボ位置情報の変動情報を格納した不揮発性メモリ部を備え、
装置起動時に前記不揮発性メモリ部に格納された情報を装置メモリ部に記憶して記録再生を行うことを特徴とする磁気記憶装置。 - 請求項8記載の磁気記憶装置において、
前記セクタがデータセクタであることを特徴とする磁気記憶装置。 - 請求項8記載の磁気記憶装置において、
データトラックがサーボトラックとは偏心して形成されていることを特徴とする磁気記憶装置。 - 請求項11記載の磁気記憶装置において、
前記垂直磁気記録媒体の回転中心に対して偏心した前記サーボトラックの位置情報を用いてデータトラックに位置決めするための偏心情報及び高次の変動情報を格納した不揮発性メモリ部を備え、
装置起動時に前記不揮発性メモリ部に格納された情報を装置メモリ部に記憶して用いることを特徴とする磁気記憶装置。 - 請求項8記載の磁気記憶装置において、
セクタ毎の制御用パラメータテーブルを格納した不揮発性メモリ部を備え、
装置起動時に前記不揮発性メモリ部に格納された情報を装置メモリ部に記憶し、さらに前記駆動制御部のレジスタに格納して用いることを特徴とする磁気記憶装置。 - 請求項8記載の磁気記憶装置において、
前記垂直磁気記録媒体の製造工程で記録された記録再生制御情報をメモリ部に記憶し、当該情報を記録再生制御に用いることを特徴とする磁気記憶装置。 - 請求項8記載の磁気記憶装置において、
前記垂直磁気記録媒体の周方向の特性分布が0.1%以上、5%以下であることを特徴とする磁気記憶装置。 - 請求項8記載の磁気記憶装置において、
前記記録磁極は前記高周波磁界発振素子と同じ幅の突起部を有し、前記突起部上に前記高周波磁界発振素子が形成されていることを特徴とする磁気記憶装置。 - 請求項8記載の磁気記憶装置において、
環境温度に応じて前記セクタへの記録条件を補正することを特徴とする磁気記憶装置。 - 請求項8記載の磁気記憶装置において、
前記高周波磁界発振素子が、前記垂直磁気記録媒体のデータトラックピッチよりも広いトラック幅を有することを特徴とする磁気記憶装置。 - データが書き込まれるユーザデータ領域と管理領域とを有し、
前記管理領域には、セクタ毎の記録条件として、マイクロ波アシスト磁気記録ヘッドの記録磁極を励磁する記録電流及び高周波磁界発振素子部に流す駆動電流の組からなる少なくとも2種類の記録条件が格納されていることを特徴とする垂直磁気記録媒体。 - 請求項19記載の垂直磁気記録媒体において、
光学的に回転基準位置を検出できる光学的マークを少なくとも有することを特徴とする垂直磁気記録媒体。 - 記録磁界を発生する記録磁極、前記記録磁極の記録ギャップ内に設けられ高周波磁界を発生する高周波磁界発振素子、垂直磁気記録媒体から情報を読み取る磁気再生素子、及び前記記録磁極及び前記高周波磁界発振素子と垂直磁気記録媒体とのクリアランスを調整する熱膨張素子を備える磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッド毎に前記記録磁極及び前記高周波磁界発振素子による記録動作、並びに前記磁気再生素子による再生動作を制御するサーボ情報記録再生制御部と、
前記磁気ヘッド毎に前記熱膨張素子の動作を制御する熱膨張素子制御部と、
サーボ情報記録時に前記磁気ヘッド、垂直磁気記録媒体、及び機構部を含む環境にHeを充填する機構と、を有し、
垂直磁気記録媒体に、前記制御のための制御パラメータを学習してセクタ単位の特性を評価し、そのセクタの特性に応じて、セクタ毎に少なくとも2種の記録条件から記録条件を選定してそのセクタに適した記録条件でサーボパターンを形成する機能を有することを特徴とするサーボトラックライタ。 - 請求項21記載のサーボトラックライタにおいて、
前記サーボ情報記録再生制御部が、前記熱膨張素子に投入する電力の値、前記高周波磁界発振素子を駆動する信号の値、前記記録磁界を発生する信号の値、及びこれらの動作タイミングの値を少なくとも2組保持するレジスタを、磁気ヘッドの数に対応する組だけ備えることを特徴とするサーボトラックライタ。 - 記録磁界を発生する記録磁極、前記記録磁極の記録ギャップ内に設けられ高周波磁界を発生する高周波磁界発振素子、垂直磁気記録媒体から情報を読み取る磁気再生素子、及び前記高周波磁界発振素子と垂直磁気記録媒体とのクリアランスを調整する熱膨張素子を備えるマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドによって、周方向に特性分布のある垂直磁気記録媒体への記録条件を設定する方法であって、
前記記録磁界を発生させるために前記記録磁極を励磁する第1の電流の値と前記高周波磁界を発生させるための第2の電流の値の組合せを変えて前記垂直磁気記録媒体に情報の記録再生を行なって前記垂直磁気記録媒体の磁気ヘッド走行方向の特性分布を評価し、さらにその特性分布に応じて適切な記録再生特性が得られる前記第1の電流の値と前記第2の電流の値の組み合わせを決定する第1のステップと、
前記第1のステップで決定した前記第1の電流の値と前記第2の電流の値によって前記垂直磁気記録媒体に記録再生を行ない、その磁気ヘッド走行方向の特性分布に適した記録条件を、セクタ毎に少なくとも2種選定する第2のステップと、
前記熱膨張素子への投入電力を制御する手段によって前記クリアランスが所定の値になるまでゾーン単位で前記投入電力を変えながら、前記第2のステップで選定した前記第1の電流の値を可変して前記垂直磁気記録媒体に記録再生を行ない、セクタ毎に最も高い記録再生特性が得られる前記第1の電流の値と前記第2の電流の値の組合せを、少なくとも上記の2種の記録条件から決定する第3のステップと、
を有することを特徴とする垂直磁気記録媒体への記録条件設定方法。 - 請求項23記載の垂直磁気記録媒体への記録条件設定方法において、
前記マイクロ波アシスト磁気記録ヘッドを、その記録トラック幅もしくはSTO素子幅のうちの狭い方の幅よりも小さなピッチで移動し、サーボ情報を記録するセクタの特性に応じて、セクタ毎に少なくとも2種の記録条件から記録条件を選定し、そのセクタに適した記録条件でサーボ情報を形成することを特徴とする垂直磁気記録媒体への記録条件設定方法。 - 請求項23記載の垂直磁気記録媒体への記録条件設定方法において、
前記第2のステップにおいて、前記記録条件の選定を記録が不十分である条件で行なうことを特徴とする垂直磁気記録媒体への記録条件設定方法。 - 請求項23記載の垂直磁気記録媒体への記録条件設定方法において、
前記第2のステップにおいて、前記記録条件の選定を少なくとも片側の隣接トラックに情報を記録する特性を評価することにより行うことを特徴とする垂直磁気記録媒体への記録条件設定方法。 - 記録磁界を発生する記録磁極、前記記録磁極の記録ギャップ内に設けられ高周波磁界を発生する高周波磁界発振素子、垂直磁気記録媒体から情報を読み取る磁気再生素子、及び前記記録磁極及び前記高周波磁界発振素子と垂直磁気記録媒体とのクリアランスを調整する熱膨張素子を備える磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッド毎に前記記録磁極及び前記高周波磁界発振素子による記録動作、並びに前記磁気再生素子による再生動作を制御するサーボ情報記録再生制御部と、
前記磁気ヘッド毎に前記熱膨張素子の動作を制御する熱膨張素子制御部と、
前記磁気ヘッド、垂直磁気記録媒体、及び機構部を含む環境を密閉カバーで囲ってHeを充填する機構と、
Heを含む環境下で、垂直磁気記録媒体に対し、前記制御のための制御パラメータを学習してセクタ単位の特性を評価し、そのセクタの特性に応じて、セクタ毎に少なくとも2種の記録条件から記録条件を選定してそのセクタに適した記録条件でサーボパターンを形成する機能と、
前記磁気ヘッドによって、前記サーボパターンに基づいて垂直磁気記録媒体に少なくともセクタ毎に記録を行ない、LDPC符号を用いた非RSチャネルによってセクタ毎に再生・復号処理を行なう記録再生制御部と、
を有することを特徴とする磁気記録再生特性評価装置。
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