JPWO2003019540A1 - 磁気ディスク媒体及びその製造方法並びに磁気記録装置 - Google Patents

Abstract

磁性粒子を規則的に配列し、１粒子に１ビットの記録を行うパラーンドメディアの作成において、磁性体膜状に塗布されたレジストにパターンを転写し、そのパターンをマスクに反応性イオンエッチングなどにより局所的に非磁性体に変化させ、レジスト除去し、保護膜を形成した。また、形成するパターンを半径方向位置に応じて磁性粒子の大きさ、間隔を変化させることで、ディスクの回転速度を一定に保ったまま記録再生を可能にし、記録電流を制御することで安定した書き込みを可能にした。さらに、磁気ヘッドのテーパー角に応じたパターンを形成することで、ヘッド磁場とビット位置のずれのない、高密度記録に適した媒体を提供することを可能にした。

Description

技術分野
この発明は磁気ディスク媒体及びその製造方法並びに磁気記録装置に関する。
背景技術
現在、ハードディスク装置においては円盤状の基板に磁性膜を蒸着した磁気ディスクが記録媒体として用いられている。記録密度の向上に伴い、媒体に起因するノイズの増大が問題となっている。媒体ノイズの主たる原因はビット境界部のジグザグ状の磁壁に起因すると考えられており、このノイズを低減するためには磁性膜を形成する結晶粒を微細化することが有効である。
一方、媒体の熱揺らぎ耐性の観点から、結晶粒は数ｎｍ以下まで微細化することは困難である。この問題に対応するため、磁性粒子を規則的に配列し、１粒子に１ビットの記録を行う方式、いわゆるパターンドメディア、が提案されている（たとえば日本国特許公開広報（Ａ）特開平３−２２２１１やジャーナルオブアプライドフィジックス７６巻１０号６６７３頁（Ｓ．Ｙ．Ｃｈｏｕ ｅｔ ａｌ．，ＪＡＰ７６（１９９４），ｐ．６６７３）。本手法によると熱揺らぎ限界まで１ビットを小さくすることができるので、高密度磁気記録が可能になる。
磁性粒子パターンを作成するためには、例えばジャーナルオブアプライドフィジックス８５巻１２号８３２７頁（Ｃ．Ｈａｇｉｎｏｙａ ｅｔ ａｌ．，ＪＡＰ８５（１９９９），ｐ．８３２７）では磁性膜上のレジストに電子線リソグラフィーで直接、描画し、アルゴンイオンで削る方法が提案されている。また、アプライドフィジックスレターズ７８巻６号７８４頁（Ｋ．Ｋｏｉｋｅ ｅｔ ａｌ．，ＡＰＬ７８（２００１），ｐ．７８４）では磁性膜を収束イオンビーム（ＦＩＢ）で削る方法が提案されている。これらの手法では比較的容易に粒子形状を制御できる反面、磁性膜毎に電子線もしくはイオン描画を行うため、スループットの向上が困難である。
スループット向上のために，例えばアイトリプルイートランザクションオンマグネティクス３４巻４号１０８７頁（Ｍ．Ｆａｒｈｏｕｄ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．３４（１９９８），ｐ．１０８７）では光干渉リソグラフィーを用いた描画が提案されている。しかし、本手法では光の干渉を利用しているため、作成できる構造は光の波長による制限を受けること、任意の形状の粒子を作成することが困難である、といった問題点を有する。
例えば、アプライドフィジックスレターズ７５巻３号４０３頁（Ｂ．Ｄ．Ｔｅｒｒｉｓ ｅｔ ａｌ．，ＡＰＬ７５（１９９９），ｐ．４０３）によると磁性膜表面から離れた場所にあるシリコン製マスクを通してヘリウムなどイオンを照射し、照射部位だけ磁化容易磁区方向を変化させる方法が提案されている。本手法ではマスクが磁性膜に接していないため磁性体表面をクリーンに保つことが可能，機械的な加工を伴わないため平滑な表面が得られるといったメリットがある反面、マスク自体が充分に硬く単独で形状を保つ必要があるため、マスクの作成が困難である、このマスクを通して直接イオン照射を行うためマスクの劣化が早く、コストなどの問題が発生するといった問題点がある。また本手法では化学的に不活性なイオンを用いているため，磁性膜内での化学変化は用いられていない。
マスクの劣化を避ける方法として、モールドを作成し、それをレジストに転写する方法が例えば、アプライドフィジックスレターズ７１巻２１号３１７４頁（Ｐ．Ｒ．Ｋｒａｕｓｓ ｅｔ ａｌ．，ＡＰＬ（１９９７），７１（１９９７），ｐ，３１７４）やアプライドフィジックスレターズ６７巻２１号３１１４頁（Ｓ．Ｙ．Ｃｈｏｕ ｅｔ ａｌ．，ＡＰＬ６７（１９９５），ｐ．３１１４）などに提案されている。しかし、上述の文献によると本手法により作成したパターンを再生専用のメモリーとして用いることが提案されているが、化学変化のためのマスクとして用いることは提案されていない。
現在、ハードディスク装置においては円盤状の記録媒体にロータリーアクチュエータで駆動される磁気ヘッドにより記録を行っている。このような記録方式において、ディスクの内周と外周ではヘッドとディスクの相対的な線速度は異なっているため、ディスクの内周部と外周部ではビット長が異なっている。また、ヘッドのヨー角によりディスクの半径と記録ビットのなす角も異なってくる。従って、各記録ビットの形状や向きは必ずしも一定ではない。従来の磁気記録方式では磁性膜はディスク上に連続的に存在するため、ディスク上のどの部分にも記録することが可能であり、このような各記録ビット毎の形状や向きが異なることは問題とはならなかった。
しかし、パターンドメディアにおいては磁性粒子は離散的に存在するため、任意の場所、形状に記録することはできない。これまで磁性微粒子記録は同一の形状、方向を持つ磁性微粒子に記録を行うことが想定されており、トラックごと、あるいは部分ごとに磁性粒子の形状を変えること、その手法、およびそれを利用した磁気記録装置などについては報告されていない。
従って、本発明は磁性体が規則的に配列した高密度磁気記録媒体、その製造方法、およびそれを用いた磁気記録方式を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明は、
（１）予め作成したモールドを磁性膜上に塗布されたレジストに押し付け、形状を転写する。
（２）レジストに転写されたパターンをマスクに反応性イオンエッチングなどにより、局所的に磁性体を非磁性体に変化させる。
（３）余分なレジストを除去し、保護膜をつける。
以上の工程により記録媒体を作成することにより、パターン形成のためのモールドはエッチングによる損傷を受けない。従って比較的、低コストでの複製が可能となる。
また、このとき形成するパターンとして、ディスク上の半径方向位置に応じて磁性粒子の大きさを変化させたパターンを形成すると、ディスクの回転速度を一定に保ったまま記録・再生が可能となる。このような特徴を持つモールドを作成し、前述の手法により複製することが可能である。さらに、場所毎に微粒子の大きさが異なる記録媒体に記録を行うために記録電流を制御する機構を加えることで安定した書き込みが可能になる。
又、本発明は記録媒体上の特定の部分を酸化など化学反応により磁気特性を変化させるため、機械的な加工に比べ平坦なディスク表面を得ることが可能となる。また、レプリカをレジストに転写してマスクとして用いるため、もとのレプリカは繰り返し使用可能である。
さらに本発明は、元のレプリカとして実使用時の線速度および磁気ヘッドのテーパー角に応じたパターンを作成することにより、ディスクの角速度を一定に保ったままの記録再生およびテーパー角に起因するヘッド磁場とビット位置のずれなどのない、高密度記録に適した媒体を提供することが可能となる。
発明を実施するための最良の形態
本発明をより詳細に説述するために、添付の図面を参照してこれを詳細に説明する。
第１図は本発明による記録媒体の作成方法を模式的に示した断面図である。（１）．基板１０４上に磁気記録膜１０３が成長させてある。磁気記録膜としてＴｂＦｅＣｏ合金が用いられている。ＴｂＦｅＣｏ以外にも化学変化により強磁性を失う、あるいは磁気特性が変化する物質であればこれ以外の物質を用いてもよい。図中では省略されているが基板１０４と磁気記録膜１０３の間に裏打ち層、中間層などがある。この磁気記録層１０３の上にスピンコーターにより６００ｎｍのレジスト１０２を塗布する。本実施例において、レジストはＰＭＭＡを使用したが、他のレジストを用いてもよい。ここに電子線リソグラフィーにより作成したＳｉＯ_２製のモールド１０１を押し付ける。
モールドの作成方法については例えばアプライドフィジックスレターズ６７巻２１号３１１４頁（Ｓ．Ｙ．Ｃｈｏｕ ｅｔ ａｌ．ＡＰＬ６７（１９９５）ｐ．３１１４）、アプライドフィジックスレターズ６９巻２７号４２６２頁（Ｂ．Ｄ．Ｔｅｒｒｉｓ ｅｔ ａｌ．ＡＰＬ６９（１９９６）ｐ．４２６２）、（アプライドフィジックスレターズ７１巻２１号３１７４頁（Ｐ．Ｒ．Ｋｒａｕｓｓ ｅｔ ａｌ．ＡＰＬ７１（１９９７）ｐ．３１７４）などに示されている。またこれら以外にＸ線描画、ＳＰＭ描画など、必要な形状の得られる描画方法を用いてもよい。
押し付け方については、例えば、ＪＵＳＴ Ｂ１７，２９６１（１９９９）に示されている。
（２）レジストの軟化点を超える温度、例えば２００℃程度まで（前記文献）、記録媒体上のレジストの温度を上げ、高温を保った状態でモールド１０１を押し付ける。
（３）続いてレジストの温度が冷えた後にモールド１０１をレジスト１０２から引き離すと磁気記録層１０３の上にレジストのパターンが形成される。このとき、レジスト１０３は凹部には存在しないことが望ましいが、残っていても構わない。なお、インプリントによる複製については、温度プロセス以外に、光硬化・光軟化樹脂を用いた光プロセス（ＪＵＳＴ Ｂ１８，３５７２（２０００）など）や化学反応を用いたプロセス（ＡＰＬ ７６，８７０（２０００））などを用いてもよい。
（４）この試料を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置にて酸素イオン１０５照射を行う。このとき、酸素イオン１０５照射に変えてＯ_２またはＯ_３雰囲気に暴露、もしくは過酸化水素水などの液体への浸漬でもよい。この工程によりレジストに保護されていない部分のみ酸化され磁気特性が変化し、強磁性をなくした部分１０６となる。
一方、レジストに保護されている部分は酸化されないため磁気特性は変化しない。凹部に若干、レジストが残っていた場合でもレジストは酸素と化学反応を起こし取り去られてしまうため、凸部に比べ、早くから磁性層が酸素に暴露され、同様に磁性膜上で部分的な酸化が進行する。従って初めのモールドのパターンを反映した磁性体の構造が作成される。本プロセスでは記録ビットが充分、磁気的に分離される構造になれば、図に示されるように磁性膜途中までの酸化であっても、磁性膜の一番下までの酸化であっても構わない。
（５）有機溶媒による洗浄で残ったレジストを除去する。有機溶媒以外でもレジストに保護されていた部分が酸化されてしまわない手法ならば他の手段を用いてもよい。また、ディスク表面上の凹凸の大きさなどにより（５）の工程が不必要な場合は省略することも可能である。
（６）保護膜１０７を形成する。図中には示されていないが、必要に応じてさらに潤滑膜を作成してもよい。以上の工程により、記録媒体の作成が完成する。
なお，本実施例では磁性膜としてＴｂＦｅＣｏ合金をイオン照射により酸化させることで磁気特性を変化させたが，これ以外にも窒化，硼化など化学変化により磁気特性を変化させる組み合わせの物質を用いてもよい。
第２図は本発明による記録媒体を模式的に示した図である。ディスク２０１の内周部拡大図２０２、外周部拡大図２０３に示されるように磁性粒子２０４が非磁性部２０５に囲まれた状態で配列してある。本来、磁気記録媒体最表面には保護膜などがついているが、本図ではそれらを取り除いた部分を示してある。内周部拡大図２０２において、内周部磁性粒子円周方向長２０６と内周部非磁性部円周方向長２０７が、外周部拡大図２０３においては外周部磁性粒子円周方向長２０８と外周部非磁性部円周方向長２０９がそれぞれ示されている。
内周部磁性粒子円周長２０６と内周部非磁性部円周方向長２０７の比（２０６）／（２０７）は、外周部磁性粒子円周方向長２０８と外周部非磁性部円周方向長２０９の比（２０８）／（２０９）と比較すると小さくなっている。これは本実施例においては内周部非磁性部円周方向長２０７と外周部非磁性部円周方向長２０９は等しく５ｎｍであるのに対し、磁性体円周方向長はその半径値によって変化して，外周部の方が大きくなっているためである。本実施例では内周部非磁性粒子円周方向長２０７および外周部非磁性粒子円周方向長２０９は５ｎｍであったが、磁性粒子同士が磁気的に切断されるのに充分な距離であれば、これよりも長くても短くてもよく、一定の値である必要はない。
更に、内周部拡大図２１０および外周部拡大図２１１はヘッドの駆動機構としてロータリーアクチュエーターを用いた場合の磁性粒子２０４および非磁性部２０５の配置例である。記録ヘッドのヨー角に対応し、ディスク半径と磁性粒子なす角が傾いている。
第２図においては一例として、ディスク内周部１個所、外周部１個所を選んで示してあるが、これは磁性粒子が２種類の大きさ、向きに限定されることを示すものではなく、半径、あるいはある幅を持つゾーン毎に異なった値を取ることができる。本実施例では半径毎に８つの領域にわけ，それぞれビット長と半径値がほぼ比例するように磁性粒子を配置した。これにより、ディスク面上の任意の半径位置でディスクの回転数を一定に保ちながら、記録・再生を行うことが可能となる。
なお、本図のように半径位置に依存した磁性粒子長と非磁性部長の比を変化させた構造は前記実施例、もしくは電子線直描、Ｘ線描画、ＳＰＭ描画などの手法で作成することが可能である。また、本実施例においては磁性粒子の磁化容易軸はディスク垂直方向を向いているが、これに限定されることなく磁化容易軸が面内方向を向いていても構わない。この場合、垂直記録に特有の裏打ち層などは不必要となる。
第３図は本発明による記録媒体を用いた磁気記録装置の断面を示す模式図である。ディスク基板３０６上に本発明による磁性粒子および非磁性部よりなる記録媒体３０２が形成されている。磁性粒子はＴｅＦｅＣｏからなり、非磁性部はその酸化物からなる。記録媒体は内周部拡大図２１０，外周部拡大図２１１に示す磁性粒子配置となっている。また、記録媒体を保護するための保護層、磁性粒子の成長を制御する中間層、単磁極（ＳＰＴ）ヘッドからの磁束の吸い込みとなる裏打ち層は本図では省略してある。
ヘッドスライダー３０１は回転数５０００ｒｐｍのときに浮上量が１５ｎｍとなるように設計されている。ヘッドスライダーの浮上面には記録ヘッドとして単磁極ヘッド、再生素子としてＧＭＲ素子が配置されている。ヘッドスライダーはジンバルを介してアクチュエーター３０３につながっており、ディスク面上を移動することができる。また信号処理系３０５は記録ヘッドへの記録電流、再生ヘッドのセンス電流、再生信号、ヘッド位置などの制御、検出を行っている。ディスク基板３０６はスピンドル３０４に固定され、ディスク中心を回転の中心に自転運動をすることができる。実際の記録装置において、記録媒体は複数枚、ヘッドスライダーはディスク両面につくはずであるが、本図では省略されている。
本装置において、ヘッドスライダー３０１が記録媒体３０２の最も内周部に位置するとき記録電流は４０ｍＡ、最外周部に位置するとき記録電流は３０ｍＡとなるようにし、その間の領域では記録電流を３０〜４０ｍＡの範囲で最適値となるよう制御している。これは磁性粒子の形状が内周側に向かうにつれ各磁性粒子の形状異方性の効果が強く出てくるため、記録しにくくなることに対応するためである。
ただし、記録ビットの大きさ、周期、材質などによってはこのとおりではなく、ディスク全域に渡り同じ記録電流でよい場合、また逆に内周部の記録電流を大きくする必要がある場合もありうる。本実施例ではＧＭＲ素子のセンス電流は変化させていないが、必要に応じて変化させてもよい。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明では記録媒体上の特定の部分を酸化など化学反応により磁気特性を変化させるため、機械的な加工に比べ平坦なディスク表面を得る方法として有用である。また、レプリカをレジストに転写してマスクとして用いるため、もとのレプリカを繰り返し使用する方法としても有用である。
さらに元のレプリカとして実使用時の線速度および磁気ヘッドのテーパー角に応じたパターンを作成することにより、ディスクの角速度を一定に保ったままの記録再生およびテーパー角に起因するヘッド磁場とビット位置のずれなどのない、高密度記録媒体を提供するのに適している。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明に係る磁性粒子媒体の作成方法の一例を示す概略図であり、第２図はこの発明に係る磁性粒子の配列の一例を示す概略図であり、第３図はこの発明に係る磁性粒子媒体を用いた記録装置の一例を示す概略図である。

Claims (10)

1. 基板上に反応により強磁性を失う性質を持つ物質を含む磁性材料を含有する記録層が形成され、該記録層は、局所的に当該磁性材料の反応生成物を含む非磁性領域を有することを特徴とする磁気ディスク媒体。
2. 基板上にＴｂＦｅＣｏ合金など化学変化により強磁性を失う性質を持つ物質を含む磁性材料を含有する記録層が形成され、該記録層は、局所的に当該磁性材料の化学反応生成物を含む非磁性領域を有することを特徴とする磁気ディスク媒体
3. 前記記録層上に保護層が形成されたことを特徴とする（１）あるいは（２）に記載の磁気ディスク媒体。
4. 基板上に磁性層を形成し、該磁性層を局所的に化学反応させることにより該磁性層の磁気特性を局所的に変化させることを特徴とする磁気ディスク媒体の製造方法。
5. 前記化学反応は、イオン照射、Ｏ_２、Ｏ_３などの酸化性ガス雰囲気に暴露すること、もしくは酸化性液体に浸漬することのうち少なくともひとつを行うことを特徴とする（４）に記載の磁気ディスク媒体の製造方法。
6. 基板上に磁性層を形成する工程、該磁性層上に有機物層を形成する工程、該有機物層に複数の孔をモールドにより形成する工程、該有機物層を介して前記磁性層へのイオン照射、Ｏ_２、Ｏ_３などのガス雰囲気への暴露、もしくは酸化性液体への浸漬のうち少なくともひとつを行う工程、及び、該有機物層を除く工程を有することを特徴とする磁気ディスク媒体の製造方法。
7. ディスク、スピンドル、ヘッド、スライダー、ジンバル、ロータリーアクチュエーター、および信号処理系などにより構成される磁気記録装置中のディスクにおいて、ディスク上に形成される記録層は円板状の基板上に形成され、円周方向のトラックに沿って磁性領域と非磁性領域が形成され、該磁性領域を形成する磁性粒子アレイに関し、円周方向の磁性粒子の長さと磁性粒子間の距離の比が、半径方向の位置に応じて２種類以上の値を持ち、該磁性粒子が前記の比の値に応じて２種類以上の向きを持つことを特徴とする記録ディスク媒体。
8. ディスク、スピンドル、ヘッド、スライダー、ジンバル、ロータリーアクチュエーター、および信号処理系などにより構成される磁気記録装置中のディスクにおいて、ディスク上に形成される記録層は円板状の基板上に形成され、円周方向のトラックに沿って磁性領域と非磁性領域が形成され、該磁性領域を形成する磁性粒子アレイに関し、円周方向の磁性粒子の長さと磁性粒子間の距離の比が、半径方向の位置に応じて２種類以上の値を持ち、かつ、ディスク半径位置に応じて記録電流を変化させることを特徴とした磁気記録装置。
9. 磁気ディスク媒体の製造方法において、媒体に形成される磁性粒子アレイは、その粒子が存在するディスク上の半径位置に応じて、円周方向の磁性粒子の長さと磁性粒子間の距離の比が変化すること、および粒子の形状、向きが変化すること特徴とする（４）から（６）のいずれかに記載の磁気ディスク媒体の製造方法。
10. 裏打ち層として前記磁性粒子と基板の間に高透磁率物質膜を挟むことを特徴とした（７）に記載の磁気ディスク媒体。

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