专利名称：磁记录介质和磁记录装置的制作方法
技术领域：
本发明的一个实施例涉及一种离散磁道型磁记录介质和磁记录装置。
背景技术：
当前，在改进硬盘驱动器(HDD)的磁道密度的过程中，相邻磁道之间的干扰的问题已经变得显著。特别是，减小写入操作中由于写入磁头磁场的边缘效应导致的模糊成为一个重要的技术问题。记录磁道被物理分离的离散磁道记录介质(DTR介质)能够减少写入操作时的侧面擦除现象、侧面读取现象等等，其中在侧面读取现象中，相邻磁道的信息在读取操作时混合。因此，可以大大改善磁道密度。因此，能够制造出高密度的磁记录介质。
另一方面，在常规DTR介质中，由于根据磁记录层的有无来形成伺服信号，所以常规DTR介质的伺服信号强度是具有连续膜的普通磁记录介质的伺服信号强度的一半，这是不利的。原因如下。如果在具有形成为连续膜的磁记录层的普通磁记录介质上执行伺服写入操作时，通过向上磁化(+1)和向下磁化(-1)来形成伺服信号。另一方面，对于常规DTR介质，通过磁化(+1)和无磁化(0)来形成伺服信号，其中在常规DTR介质上，通过完全蚀刻伺服区中的磁记录层而形成凹陷。因此，理论上，常规DTR介质的伺服信号强度是具有连续膜的普通磁记录介质的伺服信号强度的一半。因此，由于处理而导致的信号强度的预期减小以及原理上的伺服信号信噪比(SNR)的减小，这是对其上设置有DTR介质的驱动器而言至关重要的弱点。
在日本专利申请公开2000-306227中，公开了一种磁记录介质，其中，数据区中的磁记录层的深度不同于伺服区中的磁记录层的深度。然而，在磁记录介质中，磁记录层被伺服区中的非磁性材料完全隔离，并且没有考虑伺服SNR的改善。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供一种磁记录介质，包括形成在基底上的磁记录层，其中记录磁道和伺服区被指定为形成在磁记录层上的凸起和凹陷的图形，以使得在凹陷下形成磁记录层的薄膜部分，伺服区中的薄膜部分处的磁记录层的厚度小于凸起上磁记录层的厚度，凸起的磁化方向反平行于伺服区中的薄膜部分的磁化方向。
现在将参照附图来描述用于实现本发明的多个特征的总体结构。附图和相关描述用于阐述本发明的实施例，而不限制本发明的范围。
图1是根据本发明的实施例的磁记录层的截面图，该磁记录层具有设置在磁记录介质的伺服区中的磁记录层的凸起和凹陷的图形；图2是根据本发明的另一个实施例的磁记录层的截面图，该磁记录层具有设置在磁记录介质的伺服区中的凸起和凹陷的图形；图3A和图3B是在磁记录介质的磁记录层中将凸起的磁化方向反平行于薄膜部分的磁化方向的方法实例的视图；图4是根据本发明的另一个实施例的磁记录层的截面图，该磁记录层具有设置在磁记录介质的伺服区中的凸起和凹陷的图形；图5是根据本发明的另一个实施例的磁记录层的截面图，该磁记录层具有设置在磁记录介质的伺服区中的磁记录层的凸起和凹陷的图形；图6是根据本发明的另一个实施例的磁记录层的截面图，该磁记录层具有设置在磁记录介质的伺服区中的凸起和凹陷的图形；图7A和图7B是根据本发明的另一个实施例的磁记录层的截面图，该磁记录层具有设置在磁记录介质的记录磁道区中的凸起和凹陷的图形；
图8示出根据本发明的一个实施例的磁记录层的详细截面图，该磁记录层具有设置在磁记录介质的伺服区中的凸起和凹陷的图形；图9A、9B、9C、9D、9E、9F、9G、9H以及9I是根据本发明的一个实施例用于制造磁记录介质的方法的一个实例的步骤的截面图；以及图10是根据本发明的一个实施例的磁记录装置的透视图。
具体实施例方式
下面将参照附图描述根据本发明的多个实施例。
本发明的发明人制造出这样一种磁记录介质(DTR介质)，其中，在伺服区中形成凹陷，使得磁记录层的薄膜部分形成在凹陷的下面，并且伺服区中磁记录层的凸起的磁化方向反平行于磁记录层的薄膜部分的磁化方向，从而使得可以减小DTR介质中伺服信号的SNR的降低程度。
下面将参照附图进一步描述根据本发明的磁记录介质的实例。
图1是根据本发明的磁记录介质(DTR介质)的伺服区的一个实例的示意性截面图(向下磁道方向)。DTR介质具有软衬层2、用于取向控制或者用于粒度控制的中间层3、以及磁记录层4，它们以该顺序层叠在基底1上。在介质的伺服区中，凹陷底部上的磁记录层4没有完全去除，并且薄膜部分的磁记录层的厚度小于凸起上的磁记录层的厚度。通过在以下条件下蚀刻磁记录层而获得该结构在凹陷的底部上，至少一部分磁记录层没有被去除，这将在后面详细说明。
在伺服区中，凸起的磁化方向反平行于薄膜部分的磁化方向。作为使得凸起的磁化方向反平行于薄膜部分的磁化方向的方法，有一种公知的方法，在该方法中，通过利用电磁体等等施加外部磁场，将凸起的磁化方向和薄膜部分的磁化方向调整为一个方向，然后利用环形磁头反转凸起的磁化方向或者薄膜部分的磁化方向。在记录层的薄膜部分，环形磁头产生的磁场太弱而不能反转该磁化方向。相反，在记录层的凸起的顶部，磁场足够强，足以开始磁化方向的反转。一旦磁化反转在凸起处开始，则继续向记录层的下表面进展。在使用环形磁头的情况下，由于来自磁头的磁场直接施加到旁轭，磁场难以到达磁记录层的深部。因此，在凸起上，可以反转整个磁粒的磁化方向，而在薄膜部分上，磁化方向不反转。利用这种现象，能够再次反转仅仅凸起的磁化方向，以使得凸起的磁化方向反平行于薄膜部分的磁化方向。
另一方面，为了在凸起的磁化方向和伺服区中的薄膜部分的磁化方向之间进行反平行，可以采用利用记录磁头在匹配定时下记录磁化图形的方法。然而，该方法从技术上讲有些难度，并且还有可能增加制造该介质的成本。
凸起的磁化方向是否反平行于薄膜部分的磁化方向能够通过利用磁力显微镜(MFM)观测磁化方向来进行确认。能够通过切除介质的伺服区的一部分以及执行磁力测定来观测磁化方向的反转情况。当比较沿一个方向施加磁场之前的磁化量和施加大磁场(20kOe)之后的磁化量时，如果证实在绝对值上存在差异，则将该事实认为是在施加磁场之前存在相对于彼此沿相反方向磁化的两个部分的旁证。该方法公知为剩磁测量。如果将介质装入装置中，则能够通过比较记录磁道的信号强度和伺服区的信号强度来检查磁化的状态。当沿相同方向来磁化凸起和薄膜部分时，伺服区的信号强度是记录磁道的信号强度的一半或者更低。另一方面，如果不能观测到这种信号强度关系，则能够确定凸起的磁化方向反平行于薄膜部分的磁化方向。
根据本发明的磁记录介质的另一个实施例，磁记录层包括层叠的两个或以上磁层，该两个或更多的磁层的一部分在伺服区中的凹陷的磁记录层中得以去除，且伺服区中的凸起的矫顽力不同于薄膜部分的矫顽力。而且，可以将非磁性层插入到这两个或更多磁层之间。优选这两个或更多磁层交换耦合。可通过检查磁滞回线来确认这两个或更多磁层是否交换耦合。在磁层不交换耦合的情况下，获得各个单独磁层的重叠回线，而在磁层交换耦合的情况下，获得单个回线或者多级回线。在获得多级回线的情况下，当利用在每级中的小磁滞回线测量获得中心位置偏离于零磁场的不对称回线，可以看到，磁层交换耦合。小磁滞回线测量是这样的测量方法，其中，磁场从饱和磁化状态逐渐减小，而当出现磁化反转时再次增加磁场。在经非磁性层交换耦合两个磁层的情况下，希望非磁性层的厚度为2纳米或更低。该非磁性层不一定是连续薄膜。当通过蚀刻等等方法去除交换耦合的两个或更多磁层的至少一部分(例如，两个层的上层)以形成凹陷时，磁特性在薄膜部分中变化，并且反转磁化方向所需的磁场或者矫顽力也变化。
在介质中，由于伺服区中的凸起的矫顽力不同于薄膜部分的矫顽力，所以，通过使用电磁体施加大磁场以将凸起的磁化方向和薄膜部分的磁化方向的方向调整为一个方向然后施加对应于凸起的矫顽力和薄膜部分的矫顽力之间的中间大小的磁场，凸起的磁化方向或者薄膜部分的磁化方向都可以再次反转。从而，伺服区中的凸起的磁化方向反平行于薄膜部分的磁化方向。而且，如果介质加载到装置中，通过对介质施加磁头的最大磁场，以使得将凸起的磁化方向和薄膜部分的磁化方向的方向调整为一个方向，然后反向施加磁头的对应于凸起的矫顽力和薄膜部分的矫顽力之间的中间大小的磁场，则伺服区中的凸起的磁化方向反平行于薄膜部分的磁化方向。而且，如果介质加载到装置中，通过使用电磁体从外面施加大磁场，以将凸起的磁化方向和薄膜部分的磁化方向的方向调整为一个方向，然后反向施加磁头的对应于凸起的矫顽力和薄膜部分的矫顽力之间的中间大小的磁场，则伺服区中的凸起的磁化方向反平行于薄膜部分的磁化方向。
下面，将说明介质的实例，其中，该介质的磁记录层包括两个或更多层叠的磁层，以及其中，在伺服区中的薄膜部分上的磁记录层中，去除该两个或更多磁层的一部分，在伺服区中凸起的矫顽力和薄膜部分的矫顽力有所不同。
(a)图2是介质的截面图，该介质具有磁记录层，该磁记录层包括层叠的颗粒层和连续层。该介质具有软衬层2、中间层3以及磁记录层4，该磁记录层包括下颗粒层11和顶涂层12，它们以该顺序层叠在基底1上。下颗粒层11是一种颗粒结构，其中，例如大约8纳米粒径的CoCrPt合金的磁粒散布在阵列中，该阵列由例如SiO2的氧化物制成。顶涂层12是一种连续结构，例如由CoCrPt合金制成并且不包含氧化物。由于构成磁记录层4的下颗粒层11和顶涂层12交换耦合，则磁滞回线为一级式回线。具有这种层结构的层叠膜被称为连续颗粒耦合(CGC)介质，可以得知，该介质具有改进垂直磁记录介质的记录性能的技术效果。
根据本发明，通过去除位于伺服区中的预定位置的顶涂层12的所有或者部分从而形成凹陷，以制造出图2所示的介质。在图2所示的介质中，由于薄膜部分的矫顽力增加，则可以制造出这样一种介质，其中，伺服区中的凸起的矫顽力不同于薄膜部分的矫顽力。为了使得矫顽力差异变得更大，可以添加附加元素到顶涂层以调节磁特性。
参照图3A和图3B，将说明将图2所示的伺服区中的凸起的磁化方向反平行于薄膜部分的磁化方向的方法。首先，如图3A所示，利用电磁体101对介质施加大磁场，以将凸起的磁化方向和薄膜部分的磁化方向的方向调整为一个方向。然后，将介质加载到磁记录装置(驱动器)，利用读/写磁头102沿相反方向在介质上执行DC去磁操作。由于伺服区中凹陷上残留的磁记录层(例如，下颗粒层11)矫顽力较大，所以读/写磁头不能磁化残留的磁记录层。因此，能够制得凸起的磁化方向反平行于薄膜部分的磁化方向的结构。
(b)图4示出具有反铁磁性耦合(AFC)结构的磁记录层的介质的截面图。该介质具有软衬层2、中间层3以及磁记录层4，该磁记录层包括下部铁磁层21、非磁性金属层22以及上部铁磁层23，它们以该顺序层叠在基底1上。可以采用Ru、Ir、Rh等等来作为非磁性金属层22。非磁性金属层22的厚度设定为2纳米或者更低。下部铁磁层21和上部铁磁层23在反铁磁性耦合(AFC)作用下经非磁性金属层22层叠，其中，当下部铁磁层21的磁化方向反平行于上部铁磁层23的磁化方向时，该反铁磁性耦合(AFC)作用使得该状态保持稳定。在磁记录层中，磁滞回线通常是两级式的。当采用小磁滞回线测量时，仅获得第一级的磁滞回线。如果该回线的中心偏离于零磁场，则偏离量是交换磁场的大小，并且该事实可认为是存在反铁磁性耦合作用的依据。根据本发明，通过去除伺服区中预定位置上的全部或者部分上部铁磁层23以形成凹陷，而制造出图4所示的介质。因此，由于薄膜部分的矫顽力降低，所以可以制造出这样的介质，即，在该介质中，伺服区中凸起的矫顽力不同于薄膜部分的矫顽力。
(c)图5示出具有交换耦合复合(ECC)结构的磁记录层的介质的截面图。该介质具有软衬层2、中间层3以及磁记录层4，该磁记录层包括铁磁层31、非磁性金属层32以及颗粒结构的软磁层33，它们以该顺序层叠在基底1上。如果铁磁层31和颗粒结构的软磁层33经非磁性金属层32而交换耦合，则磁滞回线是一级式的，并且可以得知，矫顽力比单铁磁体的情况的矫顽力小。特别是，由于铁磁层31和软磁层33交换耦合，则磁化方向会倾斜。因此，会降低有效矫顽力。该结构被称为ECC介质。根据本发明，通过去除伺服区中预定位置上的全部或者部分软磁层33以形成凹陷，而制造出图5所示的介质。因此，由于薄膜部分的矫顽力增加，所以可以制造出这样的介质，即，在该介质中，伺服区中凸起的矫顽力不同于薄膜部分的矫顽力。
而且，可以采用层叠有软磁层、非磁性金属层以及铁磁层的磁记录层。在这种情况下，当去除伺服区中预定位置上的全部或者部分铁磁层以形成凹陷时，由于薄膜部分的矫顽力降低，所以可以制造出这样的介质，即，在该介质中，伺服区中凸起的矫顽力不同于薄膜部分的矫顽力。
(d)图6示出具有形成为多层膜的磁记录层的介质的截面图。该介质具有软衬层2、中间层3以及磁记录层4，它们以该顺序层叠在基底1上。磁记录层4是一种多层膜，包括交替层叠的多个铁磁记录层41和多个非磁性金属层42。根据本发明，通过去除伺服区中预定位置上的构成磁记录层4的多层膜的一部分以形成凹陷，制造出图6所示的介质。因此，由于形成多层膜的层数减少并且因此薄膜部分的矫顽力降低，所以可以制造出这样的介质，即，在该介质中，伺服区中凸起的矫顽力不同于薄膜部分的矫顽力。
通过采用振动样品磁强计(VSM)的测量和利用磁性Kerr效应的Kerr效应测量，能够测量出介质的凸起和薄膜部分的矫顽力。该Kerr效应测量能够消除软磁层的影响。
如果细调伺服区中的磁记录层的凸起和薄膜部分的矫顽力，则可以采用以下方法。
(1)在蚀刻部分对应于凹陷的部分时，会对铁磁层造成损坏。例如，Ar离子铣削的加速电压增加。因此，在铁磁层中导致产生缺陷，这会减小矫顽力。
(2)在蚀刻部分对应于凹陷的部分时，进行离子辐射。通过辐射能量小于蚀刻能量的离子，能够改变磁特性。在某些情况下，矫顽力增加，在另一些情况下，矫顽力降低。
(3)在对应于薄膜部分的部分进行例如氧化反应的化学反应。在蚀刻凹陷之后，将薄膜部分暴露到例如氧气或者氟的活性气体中。因此，在薄膜部分的磁性材料上引发例如氧化反应或者氟化反应的化学反应，从而改变磁特性。在一些情况下，矫顽力增加，在另一些情况下，矫顽力降低。可以采用这样一种方法，即，在该方法中，离子化活性气体，从而该离子化的活性气体由辐射到介质的能量进行加速。因此，引发了促成化学反应的效应。另一方面，该装置变成大型装置，而制造介质的成本也增加，这是不希望的。
在根据本发明的磁记录介质中，记录磁道区的截面结构不受特别严格限制。磁记录层4可以是隔开的，如图7A所示。或者，磁记录层4也可以不隔开，如图7B所示。从介质噪音的观点看，希望磁记录层4是隔开的，如图7A所示。另一方面，如果DTR介质中磁记录层在伺服区中不被隔开并且磁记录层仅在记录磁道区被隔开，则这样的DTR介质是相当难以制造的。如果磁记录层4是一种具有顶涂层的记录层，或者如果该介质是ECC介质，则读/写磁头不能进行写入操作，因为薄膜部分的矫顽力比较大。因此，由于例如侧面边缘效应的介质噪音大大减少，所以记录磁道区的横截面结构与伺服区的截面结构必须相同，如图7B所示。
在上述说明中，磁记录介质被简化示出。通常，如图8所示，磁记录介质具有非磁性层6和保护层7，其中非磁性层6填充磁记录层4的凹陷，而保护层7覆盖磁记录层4和非磁性层6。
参照图9A至图9I，将说明根据本发明的磁记录介质的制造方法的一个实例。
如图9A所示，将软衬层、中间层、磁记录层4以及保护层5按照该顺序层叠在基底1上。为了简便起见，未示出软衬层和中间层。
如图9B所示，在保护层5上以旋涂方式形成大约200纳米厚的抗蚀膜41。然后，在2000bar压力下将压模51按压到抗蚀膜41上达60秒钟，以将图形转印到抗蚀膜41(高压压印)，其中该压模具有对应于将被形成的记录磁道区和伺服区中的凸起和凹陷的图形的凸起和凹陷的图形。
下面将简要说明压制机。压制机具有形成模组的底板和顶板。在该模组的底板上，按序层叠有缓冲层、基底、压模，其中缓冲层由0.1纳米厚的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)制成。将基底的抗蚀膜表面和具有压模的凸起和凹陷的表面设置成彼此相对。将该模组的顶板设置在压模的上部，而该模组的底板和顶板中间夹有缓冲层、基底和压模。以这种方式执行压制。60秒钟的保持时间对应于抗蚀剂的移动时间。
如图9C所示，在压制操作之后，利用真空镊子来去除压模51。由于压模51在其上涂敷有氟化脱模剂，所以抗蚀剂41不会附着到压模51。由于由压印过程形成的凸起和凹陷图形的高度大约为60至70纳米，所以转印图形的凹陷上残留的抗蚀剂的膜厚大约为120纳米。
如图9D所示，通过氧气反应离子蚀刻(RIE)来去除抗蚀剂残留物。优选采用感应耦合等离子体(ICP)作为等离子体源，其中该感应耦合等离子体能够产生低压高密度的等离子体。另一方面，还可以采用电子回旋共振(ECR)等离子体或者通常采用的常规型RIE装置。在该实施例中，使用ICP蚀刻装置，其中腔室压力设定为2m Torr，而线圈RF和压印盘RF分别设定为100W。执行蚀刻达30秒钟，从而去除在压印过程中形成在凹陷上的抗蚀剂残留物。通过执行蚀刻，在去除抗蚀剂残留物的同时，还可能去除位于凹陷的表面上的保护层5。
如图9E所示，在去除抗蚀剂残留物之后，利用位于凸起图形的上部的抗蚀剂41作为蚀刻掩模，蚀刻磁记录层4。在本发明中，在凹陷图形上，蚀刻磁记录层4，使得不完全去除其整个部分而是留下一部分。在蚀刻磁记录层4中，优选使用Ar离子束(Ar离子铣削)来进行蚀刻。另一方面，也可以采用利用Cl气体或者CO和NH3的混合气体来进行RIE。在采用CO和NH3的混合气体来进行RIE的情况下，必须采用由例如Ti、Ta、W形成的硬掩模来作为蚀刻掩模。在采用这种RIE来蚀刻磁记录层4的情况下，在磁记录层4的凸起和凹陷上没有形成锥形。在该实施例中，通过采用能够蚀刻所有材料的Ar离子铣削来处理磁记录层4。通过将加速电压设定为400V并且将离子入射角从30度变化到70度，来执行蚀刻。
如图9F所示，在蚀刻磁记录层4之后，去除用作蚀刻掩模的抗蚀剂41。如果使用普通的光致抗蚀剂，则通过执行氧等离子体处理能够容易的去除该抗蚀剂。在该实施例中，通过在1Torr和400W的条件下利用氧灰化装置执行处理达5分钟，从而能够完全去除抗蚀剂41。在去除抗蚀剂41的同时，还去除了位于凸起表面上的保护层5。另一方面，如果SOG用作蚀刻掩模，则必须通过采用氟化气体的RIE来执行该处理过程。作为氟化气体，希望采用SF6，在这种情况下，必须执行水洗过程，因为与空气中的水反应会导致产生HF或者例如H2SO4的酸。
如图9G所示，在去除抗蚀剂41之后，对凸起和凹陷填充非磁性层6。通过采用偏置溅射法或者普通溅射法来形成非磁性材料膜，以此执行涂敷处理过程。该非磁性材料的选择范围宽泛，可以选自例如SiO2、TiOx、Al2O3的氧化物，例如Si3N4、AlN、TiN的氮化物，例如TiC的碳化物，例如BN的硼化物，例如C、Si的单质。在偏置溅射法中，偏置基底，通过溅射形成膜，其能够利用所述材料容易地填充凹陷并且形成膜。另一方面，由于因基底偏置导致的基底分解和溅射灰尘发生，所以希望采用普通的溅射法。在该实施例中，通过在9Pa下对C靶施加DC 500W来执行溅射。当利用原子力显微镜(AFM)观测离散磁道介质的表面时，其中在该离散磁道介质表面上形成大约100纳米厚的非磁性层6，优选进行Ra＝0.6纳米的涂敷处理，其中几乎看不到凸起和凹陷。另一方面，可以通过采用SOG的旋涂来执行填充过程。调节用于旋涂的旋转数以确定该厚度，以使得由蚀刻形成的凸起和凹陷被完全填充。
如图9H所示，在形成非磁性层6之后，执行回蚀刻过程，直到暴露出磁记录层4的凸起顶部。回蚀刻之后的介质表面的粗糙度(Ra)为0.6纳米。希望通过采用Ar离子铣削来执行该回蚀刻过程。另一方面，如果采用例如SiO2的硅涂敷材料，则能够采用使用氟化气体的RIE。还可以采用使用ECR离子枪的蚀刻。在该实施例中，将加速电压设定为400V，将离子入射角设定为30度，执行离子铣削达10分钟，并且执行回蚀刻过程，直到完全暴露出磁记录层4的凸起顶部。
如图9I所示，在回蚀刻之后，形成C保护层7。在形成C保护层7的过程中，希望采用CVD来形成膜，以便获得用于凸起和凹陷的希望覆盖。可以通过采用溅射或者真空沉积来形成C保护层7。如果采用CVD，则形成包含许多sp3键合碳的DLC膜。如果膜厚等于2纳米或更低，则不希望有覆盖。另一方面，如果膜厚等于10纳米或更高，则增大读/写磁头和介质之间的磁性间距而降低SNR，这也是不希望的。在该实例中，通过采用CVD来形成4纳米厚的C保护层7。而且，在该C保护层7上覆盖润滑层。
在该实施例中，采用高压压印法作为实例，但是也可以采用其它压印法来制造本发明的磁记录介质。
接着，参照图10来简要说明采用根据本发明的DTR介质的驱动器的结构。图10示出根据本发明的磁记录装置的一个实例的示意性透视图。该磁记录装置具有壳体70，该壳体中设置有磁盘71、包括磁头的磁头滑块76、保持磁头滑块76的磁头悬架组件(悬架75和致动器臂74)、音圈电动机(VCM)77以及电路板。
将磁盘(离散磁道介质)71安装到可旋转的主轴电动机72，通过采用垂直磁记录方法将多种数字数据写入到磁盘上。磁头滑块76中配置有复合型磁头，其包括磁性单极结构的写入磁头和采用屏蔽型磁阻(MR)读取元件(巨磁阻(GMR)膜，隧道磁阻(TMR)膜，等等)的读取磁头。悬架75被保持在致动器臂74的一端，并且磁头滑块76被悬架保持为面对磁盘71的记录表面。致动器臂74固定到枢轴73。音圈电动机(VCM)77设置在致动器臂74的另一端。音圈电动机(VCM)77驱动磁头悬架组件，并且将磁头设置在磁盘71上的任意半径位置。电路板在其上设置有磁头IC，并且产生用于音圈电动机(VCM)77的驱动信号以及用于通过磁头来控制读取和写入操作的控制信号。
实例下面将参照实施例的实例来详细说明本发明。
(实例1)在本实施例中，制造出伺服区具有图2所示的结构的DTR介质。在基底1上，按序层叠软衬层2、中间层3以及磁记录层4，其中软衬层由120纳米厚的CoZrNb形成，中间层由20纳米厚的Ru形成，磁记录层4包括下部颗粒层11和顶涂层12，该下部颗粒层由10纳米厚的CoCrPt-SiO2形成，而顶涂层由10纳米厚的CoCrPt形成。然后，将DLC膜形成为保护层。在形成DLC膜之后，通过采用压印法来处理磁记录层4。在该处理过程中，仅蚀刻顶涂层12，其中蚀刻深度设定为10纳米，从而制得具有图2所示的结构的介质。
如图2所示，磁记录层4沿深度方向未完全隔离，并且凸起的矫顽力不同于薄膜部分的矫顽力。在本发明中，下部颗粒层11和顶涂层12交换耦合。具有下部颗粒层11和顶涂层12的凸起的矫顽力为4kOe，而仅具有下部颗粒层11的薄膜部分的矫顽力为5kOe。通过这种方式，由于增大了顶涂层被去除的薄膜部分的矫顽力，以及磁性间距增大，所以通过读/写磁头的磁场不能反转薄膜部分的磁化方向。另一方面，通过读/写磁头的磁场能够反转凸起的磁化方向。
利用强大的电磁体，沿一个方向对具有所述结构的DTR介质执行DC去磁。然后，将DTR介质加载到磁记录装置(驱动器)中，利用读/写磁头沿相反方向对DTR介质执行DC去磁。由于矫顽力增大而不能够通过读/写磁头来反转薄膜部分的磁化方向，所以可以形成这样的结构，即，在该结构中，伺服区中凸起的磁化方向反平行于薄膜部分的磁化方向。当利用示波器从驱动器观测伺服读出信号时，能够看到90mA的振幅。
(参考实例)对普通垂直磁记录介质而不是DTR介质执行伺服写入操作，其未被蚀刻并且具有连续膜。然后，将普通记录介质加载到驱动器。驱动器的信号读出值是100mA。
(对比实例)作为对比实例，通过完全蚀刻伺服区中的磁记录层以形成蚀刻深度设定为20纳米的凹陷，从而制造出常规DTR介质。利用强大的电磁体，沿一个方向对具有所述结构的DTR介质执行DC去磁。在将DTR介质加载到驱动器之后，观测到50mA的伺服读出信号。
如果对连续膜执行伺服写入操作，则通过向上磁化(+1)和向下磁化(-1)来形成伺服信号。另一方面，对于常规DTR介质，通过磁化(+1)和无磁化(0)来形成伺服信号。因此，从理论上讲，常规DTR介质的伺服信号输出是具有连续膜的普通介质的伺服信号的一半，这是不希望的。另一方面，可以看到，即使输出略低于连续膜，实例1中的DTR介质也能够获得两倍于对比实例中的介质的伺服信号输出。
希望将蚀刻深度设定为10纳米来仅去除顶涂层。如果蚀刻深度设定为5至15纳米，则在凸起的矫顽力和薄膜部分的矫顽力之间会产生差异，并且能够获得类似的效果。
(实例2)在本实施例中，制造出伺服区具有图4所示结构的DTR介质。在基底1上，按序层叠形成软衬层2、中间层(籽晶层)3以及磁记录层4，其中软衬层由120纳米厚的CoZrNb形成，中间层由20纳米厚的NiFeCr形成，磁记录层包括下部铁磁层21、非磁性金属层22和上部铁磁层23，而该非磁性金属层由0.5纳米厚的Ru形成。下部铁磁层21是多层膜[Co(0.3nm)/Pd(1.0nm)]5，其具有五个0.3纳米的Co膜和五个1.0纳米的Pd膜，它们交替层叠。上部铁磁层23是多层膜[Co(0.3nm)/Pd(1.0nm)]10，其具有十个0.3纳米的Co膜和十个1.0纳米的Pd膜，它们交替层叠。然后，在形成磁记录层之后，在磁记录层上形成DLC膜作为保护层。在形成DLC膜之后，通过采用压印法来处理磁记录层4。在该处理过程中，将蚀刻深度设定为13纳米以仅蚀刻上部铁磁层23，从而制得具有图4所示的结构的介质。
在本实施例中，在反铁磁性耦合(AFC)作用下，经非磁性金属层22来层叠下部铁磁层21和上部铁磁层23。在该结构中，因为反铁磁性耦合使得凸起的矫顽力变大，同时由于反铁磁性耦合在薄膜部分中不起作用，所以薄膜部分的矫顽力变小。凸起的矫顽力为4kOe，而薄膜部分的矫顽力为1.5kOe。
通过类似于实例1的方式，对具有所述结构的介质执行DC去磁。在将介质加载到驱动器之后，观测到70mA的伺服信号强度。当执行蚀刻到5至15纳米的深度时，能够获得类似的效果。
在这种情况下，信号强度变小。原因在于，由于一部分小的矫顽力对应于薄膜部分，所以磁性间距变大，这阻碍通过读/写磁头进行完全去磁。
(实例3)在本实施例中，制造出伺服区具有图5所示结构的DTR介质。在基底1上，按序层叠设置软衬层2、中间层(籽晶层)3以及磁记录层4，其中软衬层由120纳米厚的CoZrNb形成，中间层由20纳米厚的PdSiO形成，而磁记录层包括铁磁层31、非磁性金属层32和颗粒结构的软磁层33，所述铁磁层31是多层膜[Co(0.3nm)/Pd(1.0nm)]5，非磁性金属层32由PdSi形成。然后，在形成磁记录层之后，在磁记录层上形成DLC膜作为保护层。在形成DLC膜之后，通过压印法处理磁记录层4。在该处理过程中，将蚀刻深度设定为6.5纳米以仅蚀刻软磁层33，从而制得具有图5所示的结构的介质。
在本实施例中，铁磁层31和软磁层33经非磁性金属层32而交换耦合，从而形成ECC结构。磁记录层4具有满足KuV/kT＝110的热起伏磁阻。通常，能够获得该值的磁记录层的Hc大约为8kOe，这相当高。另一方面，由于ECC结构的凸起具有倾斜于垂直膜表面的方向的磁化方向，所以有效矫顽力减小。因此，利用能够在矫顽力为4kOe的磁记录层中执行写入操作的磁头，能够有效反转凸起的磁化方向。另一方面，由于薄膜部分没有交换耦合，所以不能利用磁头来反转薄膜部分的磁化方向。
以类似于实例1的方式对具有所述结构的介质执行DC去磁。在将介质加载到驱动器之后，观测到80mA的伺服信号强度。当蚀刻执行到5至15纳米的深度时，能够获得类似的效果。
(实例4)在本实施例中，制造出伺服区具有图1所示结构的DTR介质。在基底1上，按序层叠设置有软衬层2、中间层3以及磁记录层4，其中软衬层由120纳米厚的CoZrNb形成，中间层由20纳米厚的Ru形成，而磁记录层由20纳米厚的CoCrPt-SiO2形成。然后，将DLC膜形成为保护层。在形成DLC膜之后，通过压印法将磁记录层4蚀刻到13纳米的深度，从而制得具有图1所示结构的介质。
利用强大的电磁体沿一个方向对具有所述结构的DTR介质执行DC去磁。然后，利用环形磁头沿相反方向磁化DTR介质。由于和磁头之间的磁性间距比较大，所以该处理过程的磁化方向未被磁头反转。在将介质加载到驱动器之后，观测到80mA的伺服信号强度。当执行蚀刻到5至15纳米的深度时，能够获得类似的效果。
如果将20MHz的信号写入到记录介质的记录磁道，则测量到100mA的信号输出。如果像常规DTR介质那样来仅磁化凸起，其中在常规DTR介质中，记录层在伺服区中沿深度方向被完全隔离，则伺服区中信号强度必须是记录磁道的信号强度的一半或者更低。另一方面，根据本发明的介质，伺服区中的信号强度是记录磁道的信号强度的0.9倍。因此，可以确定，凸起的磁化方向反平行于薄膜部分的磁化方向。
为了证实伺服区中凸起的磁化方向是否反平行于薄膜部分的磁化方向，执行磁力显微镜(MFM)观测。当在本实施例中观测该介质时，在对应于突发信号的部分获得黑色对比度(+1)，而在包围突发信号的部分获得白色对比度(-1)。由于MFM的对比度反映自旋方向，所以可以看到，伺服区中凸起中的自旋反平行于薄膜部分中的自旋。
为了对比，如果对常规DTR介质执行MFM测量，其中常规DTR介质通过执行蚀刻到20纳米的深度且完全去除磁记录层以形成凹陷而制得，从而在对应于突发信号的部分获得黑色对比度(+1)，而在包围突发信号部分的部分获得灰色对比度(0)。由于灰色对比度反映没有自旋的状态(或者沿水平方向自旋)，所以可以看到，在常规DTR介质中，自旋方向沿一个方向。
(实例5)在本实施例中，制造出伺服区具有图6所示结构的DTR介质。在基底1上，按序层叠设置软衬层2、中间层(籽晶层)3以及磁记录层4，其中软衬层由120纳米厚的CoZrNb形成，中间层由20纳米厚的NiFeCr形成。该磁记录层4是多层膜[Co(0.3nm)/Pd(1.0nm)]15。然后，在形成磁记录层之后，在磁记录层上形成DLC膜作为保护层。在形成DLC膜之后，通过压印法将磁记录层4蚀刻到13纳米的深度，从而制得具有图6所示的结构的介质。当利用截面透射电子显微镜(TEM)来观测该介质时，在薄膜部分仍然残留有[Co(0.3nm)/Pd(1.0nm)]5。凸起的矫顽力为4kOe，而薄膜部分的矫顽力为2kOe。
以类似于实例1的方式对具有所述结构的介质执行DC去磁。在将介质加载到磁记录装置(驱动器)之后，观测到70mA的伺服信号强度。当蚀刻执行到10至15纳米的深度时，能够获得类似的效果。
下面，将描述根据本发明的实施例的磁记录介质的各层所采用的材料和各层的层叠结构。
<基底>
基底的实例包括玻璃基底、Al基合金基底、陶瓷基底、碳基底和Si单晶基底。作为玻璃基底，可以采用无定形玻璃或者单晶玻璃。无定形玻璃的实例包括苏打石灰玻璃和硅酸铝玻璃。晶体玻璃的实例包括锂晶体玻璃。陶瓷基底可以是例如主要包含氧化铝、氮化铝、氮化硅等等的烧结体，或者是通过纤维强化这些烧结体制得的结构。Si单晶基底即硅晶片可以在其表面上设置有氧化膜。而且，可以采用通过电镀或者溅射在上述金属基底或者非金属基底上形成NiP层获得的结构。以及，作为在基底上形成薄膜的方法，不仅可以采用上述溅射法还可以采用真空蒸发法和电镀法。
<软衬层>
垂直两层介质的软衬层用于允许来自磁极的写入磁场通过，以及允许记录磁场返回到设置在磁极附近的旁轭。也就是，软衬层用于写入磁头功能的一部分，以及用于通过施加陡峭垂直磁场到记录层来改进写入效率功能的一部分。
作为软衬层，采用高磁导率材料，至少包括Fe、Ni和Co之一。这种材料的实例包括FeCo基合金，例如FeCo或者FeCoV；FeNi基合金，例如FeNi、FeNiMo、FeNiCr或者FeNiSi；FeAl基合金和FeSi基合金，例如FeAl、FeAlSi、FeAlSiCr、FeAlSiTiTu或FeAlO；FeTa基合金，例如FeTa、FeTaC或FeTaN；以及FeZr基合金，例如FeZrN。
作为软衬层，可以采用具有以下微晶结构或者颗粒结构的材料，该微晶结构例如包含60at％或以上的Fe的FeAlO、FeMgO、FeTaN或者FeZrN，而在该颗粒结构中，精细晶粒散布在阵列中。
软衬层的材料的实例还包括Co合金，其包含Co和Zr、Hf、Nb、Ta、Ti和Y中的至少一种。优选其中包含80at％或以上的Co。当通过溅射将这种Co合金形成为膜时，易于形成无定形层。无定形软磁材料不具有晶体磁性各向异性、晶体缺陷或者晶界，因此具备极为优越的软磁性。通过使用无定形软磁材料，能够取得介质的噪音降低的效果。合适的无定形软磁材料的实例包括CoZr-、CoZrNb-和CoZrTa-基合金。
在该软衬层下面，还可以设置另一个衬层，从而改进该软衬层的结晶性，或者改进该软衬层到基底的粘合性。该衬层的材料实例包括Ti、Ta、W、Cr和Pt，或者是包含这些元素的合金，或者是其氧化物或者氮化物。
可以在软衬层和垂直磁记录层之间设置由非磁性材料制成的中间层。中间层的作用是切断软磁衬层和记录层之间的交换耦合相互作用，以及控制记录层的结晶度。中间层的材料实例包括Ru、Pt、Pd、W、Ti、Ta、Cr和Si，或者是包含这些元素的合金，或者是其氧化物或者氮化物。
为了防止出现尖峰噪声，软衬层可以包括多个层，并且其间插入设置厚度为0.5至1.5纳米的Ru膜，从而可以执行反铁磁性耦合。此外，该软衬层可以交换耦合到具有平面内各向异性的硬磁膜，例如CoCrPt、SmCo或者FePt，或者由例如IrMn或PtMn的反铁磁性材料制成的固定层。在这种情况下，可以将例如Co的磁层或者例如Pt的非磁性层层叠在Ru层的上面和下面，从而控制交换耦合力。
<垂直磁记录层>
作为垂直磁记录层，例如使用主要包含Co且根据需要至少包含Pt和Cr以及还包括氧化物(例如，氧化硅，氧化钛)的材料。在垂直磁记录层中，磁性晶体颗粒优选具有柱形结构。在具有这种结构的垂直磁记录层中，磁性晶体颗粒的取向和结晶度是令人满意的，因此，能够获得适于高密度记录的信噪比(SNR)。为了获得上述结构，氧化物的含量非常重要。氧化物占Co、Pt和Cr的总量的含量优选为大于等于3mol％且小于等于12mol％，更优选为大于等于5mol％且小于等于10mol％。当垂直磁记录层中的氧化物含量处于上述范围内时，该氧化物沉淀在磁性颗粒的周围，从而所述磁性颗粒能够被隔离并且变得精细。当氧化物的含量超过上述范围，则氧化物会残留在磁性颗粒中，这会恶化磁性颗粒的取向和结晶度。而且，氧化物沉淀在磁性颗粒的上面和下面，因此，阻碍形成柱形结构，其中在柱形结构中，磁性颗粒沿垂直方向穿通垂直磁记录层。另一方面，如果氧化物含量小于上述范围，则会导致磁性颗粒被不充分隔离并且变得不够精细。因此，读/写操作时的噪音增加，并且不能获得适于高密度记录的信噪比(SNR)。
垂直磁记录层中Pt含量优选为大于等于10at％且小于等于25at％。当Pt的含量处于上述范围内时，能够获得垂直磁记录层所需的单轴磁性各向异性常数Ku，此外，还可以获得令人满意的磁性颗粒的取向和结晶度。因此，可以获得适于高密度记录的热起伏容差和读/写特性。当Pt的含量超过上述范围时，在磁性颗粒中形成具有面心立方体(fcc)结构的层，这可以导致取向和结晶度恶化。当Pt的含量小于上述范围时，另一方面，不能够根据适于高密度记录的Ku来获得热起伏容差。
垂直磁记录层中的Cr的含量优选为大于等于0at％且小于等于16at％，更优选为大于等于10at％且小于等于14at％。当Cr的含量处于上述范围内时，能够保持高磁化强度而不会降低单轴磁性各向异性常数Ku。因此，能够获得适于高密度记录的读/写特性和足够的热起伏容差。当Cr的含量超过上述范围时，由于磁性颗粒的Ku变小导致热起伏容差会变差，且磁性颗粒的结晶度和取向变差。因此，读/写特性变差。
垂直磁记录层除Co、Pt、Cr和氧化物之外还包括以下一种以上的添加元素B、Ta、Mo、Cu、Nd、W、Nb、Sm、Tb、Ru和Re。由于包含这些添加元素，所以可以促使磁性颗粒的尺寸减小，或者可以改进其结晶度和取向，从而使得能够获得更加适于高密度记录的读/写特性和热起伏容差。这些添加元素的总含量优选为小于等于8at％。当超过8at％时，在磁性颗粒中形成不是六方紧密堆积(hcp)相的相，因此，磁性颗粒的结晶度和取向受到干扰。因此，不可能获得适于高密度记录的读/写特性和热起伏容差。
垂直磁记录层的材料的实例还包括CoPt基合金、CoCr基合金、CoPtCr基合金、CoPtO、CoPtCrO、CoPtSi和CoPtCrSi。垂直磁记录层可以是Co层和主要包含Pt、Pd、Rh和Ru当中至少一种的层的多层膜。而且，可以采用例如添加了Cr、B或O的CoCr/PtCr、CoB/PdB或者CoO/RhO的多层膜作为其多层中的各层。
如上述实例所述，能够使用层叠有颗粒层和连续层的磁记录层、具有AFC结构的磁记录层和具有ECC结构的磁记录层。
垂直磁记录层的厚度优选为5至60纳米，更优选为5至30纳米。厚度处于该范围内的垂直磁记录层适于高密度记录。当垂直磁记录层的厚度小于5纳米时，再生输出趋于过低，其低于较高的噪音成分。当垂直磁记录层的厚度超过40纳米时，另一方面，读取输出趋于过高，这会扭曲波形。垂直磁记录层的矫顽力优选为大于等于237000A/m(3000Oe)。当矫顽力小于237000A/m(3000Oe)时，热起伏容差趋于降低。垂直磁记录层的垂直灰度优选为大于等于0.8。当该垂直灰度小于0.8时，热起伏容差趋于降低。
<保护层>
保护层防止垂直磁记录层受腐蚀且防止磁头接触介质时损坏介质表面。保护层的材料的实例包括包含C、SiO2和ZrO2的材料。保护层的厚度优选为处于1至10纳米之间。当保护层的厚度处于上述范围内时，磁头和介质之间的间距能够变得更小，这适用于高密度记录。
碳能够分成sp2键合碳(石墨)和sp3键合碳(金刚石)。sp3键合碳在耐用性和抗腐蚀性方面要优于石墨。然而，因为sp3键合碳是晶体，所以其表面平滑度要劣于石墨。通常，通过将石墨作为靶进行溅射，可以将碳形成为膜。在该方法中，形成混合了sp2键合碳和sp3键合碳的无定形碳。sp3键合碳的比率高的碳称为类金刚石碳(DLC)。由于DLC在耐用性和抗腐蚀性方面性能优越，以及因其为无定形所以表面平滑度也比较优越，所以它被用作磁记录介质的表面保护膜。对于通过化学气相沉积(CVD)法来形成DLC膜，通过满足这些条件可以形成更富含sp3键合碳的DLC，因为DLC是通过在等离子体中激发和分解原始气体来产生的，以及因为其化学反应。
<润滑层>
润滑剂的实例包括全氟聚醚、氟化醇、以及氟代羧酸。
虽然已经描述了本发明的某些实施例，但是这些实施例都仅是一种示例，而不用于限制本发明的范围。实际上，这里所述的新颖方法和系统可以实施为多种其它形式；而且，在不脱离本发明的精神下，可以对这里所述的方法和系统的形式进行多种省略、替代和改变。所附的权利要求书及其等同物用于覆盖落在本发明的范围和精神之内的这些形式或者变型。
权利要求
1.一种磁记录介质，其特征在于，包括形成于基底(1)上的磁记录层(4)，其中记录磁道和伺服区被指定为形成在所述磁记录层上的凸起和凹陷的图形，其中所述磁记录层(4)的薄膜部分被形成在所述凹陷下，伺服区中的在所述薄膜部分处的磁记录层(4)的厚度小于在所述凸起处的磁记录层(4)的厚度，且所述伺服区中的所述凸起的磁化方向反平行于所述薄膜部分的磁化方向。
2.根据权利要求1所述的磁记录介质，其特征在于，所述磁记录层(4)包括层叠设置的两个或更多磁层(11，12，21，22，23，31，32，33，41，42)，所述两个或更多磁层(11，12，21，22，23，31，32，33，41，42)的一部分在所述伺服区中的凹陷处被去除，并且所述伺服区中的所述凸起的矫顽力不同于所述薄膜部分的矫顽力。
3.根据权利要求2所述的磁记录介质，其特征在于，所述磁记录层(4)包括层叠设置的颗粒层(11)和连续层(12)。
4.根据权利要求3所述的磁记录介质，其特征在于，所述颗粒层(11)的结构为，其中CoCrPt合金的磁性颗粒散布在由SiO2形成的阵列中。
5.根据权利要求3所述的磁记录介质，其特征在于，所述连续层(12)由CoCrPt合金形成。
6.根据权利要求2所述的磁记录介质，其特征在于，所述磁记录层(4)包括层叠设置的铁磁层(31)、非磁性金属层(32)以及颗粒层(33)。
7.根据权利要求6所述的磁记录介质，其特征在于，所述铁磁层(31)是包括交替层叠的Co膜和Pd膜的多层膜。
8.根据权利要求6所述的磁记录介质，其特征在于，所述非磁性金属层(32)是PdSi层。
9.根据权利要求6所述的磁记录介质，其特征在于，所述颗粒层(33)的结构为，其中CoCrPt合金的磁性颗粒散布在由SiO2形成的阵列中。
10.一种磁记录装置，其特征在于，包括根据权利要求1所述的磁记录介质。
全文摘要
一种磁记录介质包括形成在基底(1)上的磁记录层(4)，其中记录磁道和伺服区被指定为形成在磁记录层上(4)的凸起和凹陷的图形，其中在凹陷下形成磁记录层(4)的薄膜部分，伺服区中的薄膜部分处的磁记录层(4)的厚度小于凸起处磁记录层(4)的厚度，伺服区中的凸起的磁化方向反平行于薄膜的磁化方向。
文档编号G11B5/82GK1941090SQ200610139389
公开日2007年4月4日 申请日期2006年9月27日 优先权日2005年9月27日
发明者镰田芳幸, 喜喜津哲, 樱井正敏 申请人:株式会社东芝