专利名称：具有热沉的能量辅助的离散磁道介质的制作方法
技术领域：
本文所描述的实施例涉及磁盘驱动器领域，并且具体涉及用于能量辅助磁记录驱 动器的垂直磁记录盘。
背景技术：
在磁记录盘中，面密度(areal density)的增加通过减小记录介质中磁性颗粒的 晶粒尺寸从而缩小数据位的面积来实现。然而，减小磁性颗粒的晶粒尺寸也减小颗粒的磁 稳定性。在超顺磁极限，磁性颗粒的晶粒尺寸变得如此小，以致在轻微热搅动下会发生自发 磁性反转。为了应对超顺磁极限，可以在记录介质中使用更高矫顽力的磁性材料。使用更 高矫顽力的磁性材料，可以在写操作过程中要求施加强磁场以磁化记录介质。然而，由于写 入头的物理限制，传统磁性写入头可能无法提供要求的磁场强度。在能量辅助磁记录(EMR)中，记录介质被局部加热以降低写操作过程中磁性材料 的矫顽力。之后，局部区域被快速冷却以保持写入的信息。这允许传统磁性写入头与高矫 顽力磁性材料一起使用。局域加热可通过例如热或热源(如激光)实现。类似地，一种能 量辅助磁记录是热能辅助磁记录(HAMR)。HAMR有时也被称为热辅助磁记录(TAMR)或光辅 助磁记录(OAMR)。
发明内容
图IA示出写入头120、激光源130和传统EMR驱动器150内连续PMR盘100的截 面图。PMR盘100可包括衬底101、软底层102、成核层103和磁记录层104。写入头120可 包括写入轭(writeryoke)121和写入线圈(writer coil) 122。激光源130可包括产生激光 束110的波导131。近场换能器(NFT) 132可以耦合到波导131从而在写操作过程中聚焦激 光束110为连续PMR盘100上的激光斑111。来自激光斑111的热量可形成热斑112，其代 表在写操作过程中局部加热的区域。因此，最小记录磁道宽度是由热斑112的尺寸确定的， 因为如果记录磁道比热斑112小，则会由于热斑112热扩散到邻近磁道导致邻近磁道被意 外写入。例如，为了实现1太比特每平方英寸的区域密度，则要求约43纳米(nm)的热斑尺 寸。在传统能量辅助的磁记录中，热斑112尺寸可通过以下方式减小通过NFT 132尺寸 的减小而减小激光斑112的尺寸。为了以连续PMR盘100实现43nm的热斑112尺寸，要求 NFT 132尺寸约为20nm。随着区域密度进一步增加，NFT 132的最小距离要求接近零。这 导致制造NFT 132的光刻工艺的困难增加。图IB示出在写操作过程中传统EMR驱动器150中连续PMR盘100上的热斑112 尺寸。在热斑112内，较暗的阴影指示较热的温度。在此特定示例中，激光源130产生半高 宽度(FWHM)为40nm的激光斑111。产生的热斑112的FWHM为约57. 5nm或比激光斑宽近 20nm。传统EMR驱动器150中热扩散可能由PMR盘100的中间层103的不良热导率所致。为了减小到EMR中邻近磁道的热扩散，开发并讨论了不同磁盘结构，例如，在Kamimura等人的美国专利申请2006/0210838A1 (以下称为“Kamimura”)和Mallary的美 国专利申请2007/0279791Α1(以下称为“Mallary”)中。在Kamimura中，热导槽从磁记录 层下沉到衬底以帮助将热从磁盘表面扩散到衬底内。然而，一直向下至衬底的槽深度会对 制造和热导材料均勻沉积到槽内构成挑战。在Mallary中，在向下延伸到软底层的槽中形成空气间隙。热绝缘体层也插在软 底层上方。然而，在热绝缘体层上方使用空气间隙可减缓热从磁记录层传出。这会增加之 前写入区的冷却时间。结果，如果同一区域在充分冷却前随后暴露于磁场，则之前写入区可 能被无意擦除。
本发明通过附图各图中的示例进行图示，而非受附图各图的限制，其中图IA示出传统EMR盘驱动器中写入头、激光源和连续垂直磁记录(PMR)盘的截面 图。图IB示出传统EMR盘驱动器中连续PMR盘上的热斑。图2A示出根据本发明一个实施例的PMR盘的截面图，其中凹进区以空气间隙和热 导材料交替填充。图2B示出根据本发明一个实施例的PMR盘的俯视图，其中凹进区以空气间隙和热 导材料交替填充。图3A示出根据本发明一个实施例的PMR盘的截面图，其中所有凹进区以热导材料 填充。图3B示出根据本发明一个实施例的PMR盘的俯视图，其中所有凹进区以热导材料填充。图4A示出根据本发明一个实施例的PMR盘和示例性中间层的截面图，其中凹进区 延伸通过磁记录层。图4B示出根据本发明一个实施例的PMR盘和示例性中间层的截面图，其中凹进区 向下延伸到软磁底层。图5示出根据本发明一个实施例的PMR盘的制造。图6A示出根据本发明一个实施例部分制造的PMR盘。图6B示出根据本发明一个实施例具有形成于磁盘表面上的凹进区的部分制造的 MR盘。图6C示出根据本发明一个实施例在沉积热沉材料后部分制造的PMR盘。图6D示出根据本发明一个实施例在除去多余的热沉材料后得到的PMR盘。图7A示出根据本发明一个实施例在EMR盘驱动器中的写入头、激光源和PMR盘的 截面图。图7B示出根据本发明一个实施例的EMR盘驱动器中PMR盘上的热斑。图8示出根据本发明一个实施例的EMR盘驱动器中写入头、激光源和PMR盘的截 面图。
具体实施例方式这里参考
实施例。然而，特定实施例可在没有一个或更多这些具体细节、 或与其他已知方法、材料和装置结合的条件下实施。在下面的描述中，记载了许多具体细 节，如具体材料、尺寸和工艺参数等，从而提供透彻的理解。在其他实例中，没有特别详细地 说明已知的制造工艺和设备以避免不必要地模糊要求保护的主题。整个说明书中提到的 “实施例”是指结合此实施例描述的特定部件、结构、材料或特征包括在本发明的至少一个 实施例中。因此，在此说明书不同地方，出现的术语“在实施例中”未必指代相同的实施例。 而且，特定部件、结构、材料或特征可以任意适当的方式在一个或更多实施例中结合。下面说明能量辅助磁记录的离散磁道垂直磁记录(PMR)盘和制造PMR盘的方法实 施例。PMR盘可以用在磁盘驱动器系统中，磁盘驱动器系统可包括热源(如激光)以在写操 作过程中局部加热磁盘。在一个实施例中，PMR盘可包括以下层衬底、热沉层、中间层和磁 记录层。中间层可包括，例如软底层和多个成核层。PMR盘表面形貌可具有在磁盘表面上形 成的凸起和凹进区。在一个实施例中，凹进区可从磁盘表面向下延伸到磁记录层内的深度。 在可替换实施例中，凹进区可向下延伸到软底层或中间任意深度。在一个实施例中，至少一 个或更多凹进区填充有热沉材料。图2A示出PMR盘200的一个实施例的横截面示图。图2B示出图2A的PMR盘200 的相应俯视图。在替换实施例中可能出现没有示出的附加层或居间层。在一个实施例中，PMR 盘200可包括衬底201。衬底201可由例如，金属、金属合金，如磷化镍(NiP)、玻璃或本领域 已知的其他衬底材料(包括聚合物和陶瓷)制成。PMR盘200可包括布置在衬底201上方的 热沉层202。在一个实施例中，热沉层202可由铜(Cu)制成。在其他实施例中，也可以使用 其他金属或热导材料。在一个示例性实施例中，热沉层202可具有的厚度约为100纳米(nm)。 热沉层202可以具有布置在热沉层202上方的中间层203。在一个实施例中，中间层203的 厚度约为30nm。可替换地，在其他实施例中热沉层202和中间层203可具有其他尺寸。在一 些实施例中，热沉层202的厚度会依赖于热沉层202中使用的材料的热导率而变化。PMR盘200可进一步包括布置在中间层203上方的磁记录层204。磁性层204可 由例如铁钼合金制成。在其他实施例中，可使用其他磁性合金。此外，PMR盘200可以包括 在磁盘200表面形成的凸起区212和凹进区211。在一个实施例中，凹进区211可从磁盘 200表面向下延伸到磁记录层204内的深度。在一个示例性实施例中，磁记录层204的厚度 220约为lOnm。在特定实施例中，凹进区211可以从磁盘表面延伸到约磁记录层厚度220 的25%的深度。在其他实施例中，磁记录层的厚度220可具有其他尺寸，并且凹进区211可 向下延伸到不同深度。在一个实施例中，凹进区211的至少一个可以使用热沉材料205填充。热沉材料 205可以由例如铜、银或金等金属或金属合金制成。在其他实施例中，热沉材料205可由类 金刚石碳(DLC)制成。可替换地，热沉材料205可以是热导大于100瓦每米开尔文(W/mK) 的材料。热沉材料205可以是与热沉层202中使用的材料不同的材料。在特定实施例中， 凸起区212的邻近凹进区211的至少一个以热沉材料205填充。没有以热沉材料填充的凹 进区211可以例如具有空气间隙206。产生的PMR盘200可具有如图IB所示的表面形貌。 在该示例性实施例中，凹进区211可替换地在凸起区212的一侧上以热沉材料205填充并 且在凸起区212的另一侧上以空气间隙206填充。
图3A示出PMR盘200的不同实施例的截面图。图3B示出图3A的PMR盘200的 相应俯视图。在该实施例中，所有凹进区211都以热沉材料205填充。凹进区211可从盘 表面延伸到约磁记录层厚度220的25%的深度。在其他实施例中，凹进区211可向下延伸 到不同深度。产生的PMR盘200可具有图2B所示的表面形貌。在此示例性实施例中，凸起 区212两侧的凹进区211都填充有热沉材料205。图4A和4B示出PMR盘200和示例性中间层203的替换实施例的截面图。在该 实施例中，PMR盘200可包括布置在热沉层202和衬底201之间的居间非晶层401。非晶 层401可以是由例如钽(Ta)构成的种子层。在一个实施例中，中间层203可包括软磁底层 402和布置在软磁底层402上方的成核层403。成核层403可包括不同层，并且每层可由例 如Ta、铬钌(CrRu)或氧化镁(MgO)中的一种制成。在替换实施例中，非晶层401和中间层 203可具有其他成分和附加居间层。在一个实施例中，凹进区211可延伸完全通过磁记录层204，如图4A所示。在另一 个实施例中，凹进区211可例如向下延伸通过成核层403至磁性软底层402，如图4B所示。 凹进区211的至少一个可以热沉材料205填充，如上所述。在示例性实施例中，每隔一个凹 进区211可以热沉材料205填充，剩余凹进区211以空气间隙206填充。可替换地，如图4A 和图4B所示，所有凹进区211可以热沉材料205填充。图5示出制作用于能量辅助的磁记录的PMR盘200的制造操作的一个实施例。图 6A到图6D示出每个操作后产生的磁盘结构的截面图。PMR盘100的制造可从操作501开 始，例如，其中部分制作的PMR盘600具有衬底201、热沉层202、中间层203和磁记录层204， 如图6A所示。对包括热沉层202、中间层203和磁记录层204在内的各层的沉积可通过本 领域公知的各种方法实现，例如，溅射、化学气相沉积或离子束沉积。在操作502中，磁盘表面上的凹进区211可在磁记录层204中形成。在一个实施例 中，凹进区211可向下延伸通过磁记录层204，如图6B所示。在替换实施例中，凹进区211 可向下延伸到不同深度，如上所述。这些凹进区211可通过例如常用的蚀刻技术形成，蚀刻 技术包括反应性离子蚀刻、聚焦离子束或离子铣(或溅射)。在操作503中，可以在至少一个凹进区211中布置热沉材料205。热沉材料205可 以是如铜的金属或上述材料的任意一种。热沉材料205可以通过将热沉材料205镀到磁记 录层204上的方式布置到凹进区211内以填充凹进区211。在一个实施例中，在将热沉材 料205布置到未掩埋区内时，将填充有空气间隙206的凹进区211可在操作503期间掩埋。 在替换实施例中，在操作503期间所有凹进区211被暴露，并且热沉材料205布置在所有凹 进区211内，如图6C所示。在操作503期间，多余的热沉材料205可能已经沉积到磁盘表面的凸起区212上。 在操作504中，除去凸起区212上的多余的热沉材料205。在一个实施例中，化学机械抛光 可用来除去多余的热沉材料205。可替换地，也可使用其他平面化操作。在处理热沉材料 205后产生的PMR盘200结构的一个示例性实施例如图6D所示。应该注意到，PMR盘200 可具有在磁记录层204上方的附加层，例如，保护层和润滑层。还应当注意到，在替换实施 例中，PMR盘可具有比所示实施例较少或不同的层。在一个替换实施例中，例如，PMR盘不包 括 SUL。PMR盘200可用于能量辅助的记录(EMR)驱动器。可替换地，PMR盘200也可用于其他非EMR驱动器中，如具有感应性写入头的PMR驱动器。上述方法实施例可用于制作PMR盘。在特定实施例中，衬底的两侧可同时或以连 续方式进行处理以形成具有双侧图案的盘。图7A示出根据本发明一个实施例的在EMR驱动器750内写入头720，激光源730 和PMR盘200的截面图。EMR驱动器750可以是热能辅助磁记录(HAMR)驱动器。HAMR有时 也可称为热辅助磁记录(TAMR)或光辅助磁记录(OAMR)。写入头720可包括写入轭(writer yoke) 721和写入线圈722。写入头720可以类似于传统EMR写入头。激光源730的组件可 包括波导731和近场换能器(NFT) 732。产生激光束710以及使用NFT 732聚焦激光束710 的技术是本领域公知的，因此不详细说明。PMR盘200可包括在磁盘表面上形成的凹进区 211。在该实施例中，所有凹进区都填充有热沉材料205，并且凹进区211延伸通过整个磁记 录层204。在替换实施例中，凹进区211的一个或更多可填充有热沉材料205，并且凹进区 211可向下延伸到不同深度。图7B示出在写操作过程中图7A中EMR驱动器750中的PMR盘200上的热斑712。 在该示例性实施例中，激光源730可产生激光斑711，其具有与图IA中传统EMR驱动器150 相同的40nm半高宽度(FWHM)，而热斑712产生的FWHM可减小到约31. 7nm,如图7B所示。 在该特定实施例中，热斑712的宽度约为激光斑711的FWHM的80%。在替换实施例中，热 斑712的宽度在激光斑711的FWHM的80%到150%的范围内。当来自激光束710的能量沉积在各向同性的高热导材料，如热沉材料205上时， 该材料可更有效地将热量向下耗散到中间层203和热沉层202中。在其他实施例中，热斑 712尺寸的减小可直接与凹进区211穿过磁盘200的深度成比例。热沉材料205的存在也 可更快地耗散热从而防止擦除之前的写入转换。例如，在一个实施例中，所有凹进区211延 伸通过磁记录层204并且填充有热沉材料205，与连续PMR盘100中约340开尔文度每纳秒 (deg/ns)相比，冷却速率约为500deg/nS。如上所述，对于同一激光斑711尺寸，与传统EMR驱动器相比，EMR盘驱动器750可 允许更小的热斑712尺寸。在示例性实施例中，对于40nm激光斑711尺寸，热斑712尺寸 从57. 5nm向下减小到31. 7nm。热斑712尺寸的这个减小可放宽对NFT 732的最小距离要 求以实现将热斑712热限在记录介质上。结果，NFT 732要求的放宽可改善写入头产量和 设计容限。此外，这允许在EMR驱动器中实现更高面密度。图8示出根据本发明替换实施例的EMR驱动器850内写入头720、激光源730和 PMR盘200的截面图。在替换实施例中，PMR盘200可包括非晶层401。中间层203可包括 软磁底层402和成核层403。PMR盘200的凹进区211可向下延伸到磁记录层204的25%， 或向下延伸到软磁底层402。在其他实施例中，凹进区211可延伸到其间的任何深度。在该 实施例中，凹进区211可以交替性地以热沉材料205和空气间隙206填充。应该注意到，这里讨论的装置和方法可与各种类型的驱动器一起使用。在一个实 施例中，例如，这里讨论的装置和方法可与非EMR盘驱动器(如具有感应写入头的PMR驱动 器)一起使用。这里使用的术语“在......上方”、“在......下方”、“在......之间”、和
“在......上”指代一层对其他层的相对位置。类似地，例如，沉积或布置在另一层上方或
下方的一层可以与该另一层直接接触或具有一个或更多居间层。而且，沉积或布置在两层之间的一层可直接与这两层接触或者可具有一个或更多居间层。相比而言，在第二层“上” 的第一层与该第二层接触。此外，提供一层相对其他层的相对位置假定初始盘是起始衬底， 并且后续处理沉积膜、修改膜和从衬底去除膜都不考虑衬底的绝对取向。因此，沉积在衬底 两侧上的膜在衬底两侧“上方”。 在前面的说明书中，已经参考具体示例性实施例说明本发明。然而，显然可做出不 同修改和变化，而不偏离权利要求所限定的本发明的较宽范畴。此说明书和附图因此被视 为是说明性的而非限制性的。
权利要求
一种垂直磁记录(PMR)盘，其包括衬底；与所述衬底不同并布置在所述衬底上方的热沉层；布置在所述热沉层上方的多个中间层；布置在所述多个中间层上方的磁记录层，所述磁记录层具有形成在其中的多个凸起区和凹进区；以及热沉材料，其布置在所述多个凹进区的一个或更多凹进区内。
2.根据权利要求1所述的PMR盘，其中每个凸起区被在凸起区相对两侧的第一邻近凹 进区和第二邻近凹进区包围，并且其中所述第一和第二邻近凹进区中的至少一个具有布置 在其中的所述热沉材料。
3.根据权利要求1所述的PMR盘，其中所述热沉材料布置在所有所述多个凹进区中。
4.根据权利要求1所述的PMR盘，其中所述磁记录层具有顶表面和厚度，并且其中所述 凹进区从所述顶表面向下延伸所述磁记录层的所述厚度的至少25%。
5.根据权利要求4所述的PMR盘，其中所述凹进区延伸完全通过磁记录层。
6.根据权利要求4所述的PMR盘，其中所述多个中间层之一包括软磁底层(SUL)，并且 其中所述凹进区向下延伸通过所述多个中间层中的一个或更多中间层到SUL。
7.根据权利要求6所述的PMR盘，其中所述多个中间层中的一个或更多中间层包括多 个成核层，所述凹进区延伸通过所述多个中间层中的一个或更多中间层。
8.根据权利要求1所述的PMR盘，其中布置在所述多个凹进区中的所述热沉材料包括铜。
9.根据权利要求1所述的PMR盘，其中布置在所述多个凹进区中的所述热沉材料包括铜。
10.根据权利要求1所述的PMR盘，其中所述布置在所述多个凹进区中的所述热沉材料 包括铜。
11.根据权利要求1所述的PMR盘，其中布置在所述多个凹进区中的所述热沉材料包括 类金刚石碳。
12.根据权利要求1所述的PMR盘，其中布置在所述多个凹进区中的所述热沉材料包括银。
13.根据权利要求1所述的PMR盘，其中布置在所述多个凹进区中的所述热沉材料包括铜。
14.根据权利要求1所述的PMR盘，其中布置在所述多个凹进区中的所述热沉材料具有 大于100瓦每米开尔文的热导率。
15.根据权利要求1所述的PMR盘，进一步包括布置在所述衬底和所述热沉层之间的非 晶层，其中所述衬底包括玻璃，所述热沉层包括铜，所述非晶层包括钽。
16.根据权利要求3所述的PMR盘，其中所述第一和第二邻近凹进区中的另一个包括空 气间隙。
17.一种方法，其包括提供部分制造的垂直磁记录盘，所述盘包括磁记录层、衬底、与所述衬底不同并且布置 在所述衬底上方的热沉层以及布置在所述热沉层上方的多个中间层；至少在所述磁记录层中形成多个凹进区；以及在所述多个凹进区的一个或更多凹进区内布置热沉材料。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述热沉材料包括金属，且其中布置包括将所 述金属镀到所述磁记录层上以填充所述凹进区。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括从所述磁记录层的表面区域除去镀的金 属，所述表面区域相对所述凹进区凸起。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述热沉材料包括铜。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述多个凹进区也在所述多个中间层中的一个 或更多中间层中形成，所述热沉材料布置在其中。
22.一种能量辅助的磁记录(EMR)驱动器，其包括垂直磁记录(PMR)盘，其包括衬底；与所述衬底不同并布置在所述衬底上方的热沉层；布置在所述热沉层上方的多个中间层；布置在所述多个中间层上方的磁记录层，所述磁记录层具有多个凸起区和对于所述多 个凸起区的每个的至少一个邻近凹进区，其形成在至少所述磁记录层内；以及热沉材料，其布置在所述多个凸起区的每个的所述至少一个邻近凹进区内；以及产生激光斑的激光源，所述激光斑在所述PMR盘上有一定宽度，其中当暴露于所述激 光斑时，所述热沉材料在所述PMR盘上产生热斑，所述热斑的宽度在所述激光斑的半高宽 度的80%到150%的范围内。
23.根据权利要求21所述的EMR驱动器，其中所述EMR驱动器是热能辅助磁记录驱动器。
24.根据权利要求21所述的EMR驱动器，其中所述PMR盘的每个凸起区被在凸起区相 对侧的第一邻近凹进区和第二邻近凹进区包围，并且其中所述第一和第二邻近凹进区的至 少一个具有布置在其中的所述热沉材料。
25.根据权利要求21所述的EMR驱动器，其中所述PMR盘的所述热沉材料布置在所有 所述多个凹进区中。
26.根据权利要求25所述的EMR驱动器，其中所述第一和第二邻近凹进区中的另一个 包括空气间隙。
27.根据权利要求21所述的EMR驱动器，其中所述PMR盘的所述磁记录层具有顶表面 和一定厚度，并且其中所述凹进区从所述顶表面向下延伸所述磁记录层的所述厚度的至少 25%。
28.根据权利要求21所述的EMR驱动器，其中所述PMR盘的所述凹进区延伸完全通过 磁记录层。
29.一种器件，其包括垂直磁记录盘，其包括布置在多个中间层上方的磁记录层，其中所述多个中间层布置 在热沉层上方，所述热沉层与所述衬底不同，其中至少在所述磁记录层内形成多个凸起区 和所述多个凸起区的每个的至少一个邻近凹进区；以及减小热能辅助磁记录系统的热斑尺寸的器件，其利用布置在所述多个凸起区的每个的所述至少一个邻近凹进区中的高热导材料。
30.根据权利要求29所述的器件，其中所述多个中间层包括软磁底层和多个成核层。
全文摘要
本发明涉及具有热沉的能量辅助的离散磁道介质。本发明公开了一种离散磁道垂直磁记录(PMR)盘和制造该盘的方法。所述PMR盘可包括布置在衬底上方的热沉层、布置在热沉层上方的中间层和布置在中间层上方的磁记录层。磁记录层可具有凸起区和凹进区，其中热导材料可以布置在一个或更多凹进区中。
文档编号G11B5/667GK101996646SQ201010260920
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月23日 优先权日2009年8月21日
发明者A·F·托拉比, E·J·钱皮恩, M·R·吉本斯 申请人:西部数据技术公司