JP2009187608A - 垂直磁気記録パターンド媒体および磁気記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ビット領域における書き込み磁界を低減するとともに，ヘッドの位置制御情報領域において逆磁区の発生が少なくかつ熱安定性に優れた垂直磁気記録パターンド媒体を提供することを可能にする。
【解決手段】非磁性基板２と、非磁性基板上に形成された軟磁性下地層３と、軟磁性下地層上に形成された非磁性中間層４と、非磁性中間層上に形成され、Ｐｔ含有量が５原子パーセント以上３５原子パーセント以下であるＣｏＰｔ系結晶質膜５およびこのＣｏＰｔ系結晶質膜上に形成された希土類−遷移金属合金非晶質膜６の積層構造を有する垂直磁気記録層７と、を備え、ＣｏＰｔ系結晶質膜と希土類−遷移金属合金非晶質膜が交換結合しており、垂直磁気記録層がパターン化された微細形状の配列である。
【選択図】図１

Description

本発明は、垂直磁気記録パターンド媒体および磁気記録再生装置に関する。

磁気記録再生装置における記録方式において、従来用いられてきた面内磁気記録方式から垂直磁気記録方式への切り替えが急速に広がっている近年、将来を見据えた更なる高記録密度化、大容量化を実現する技術としてパターンド媒体が注目されつつある。パターンド媒体とは予め微細加工された磁性ドットのみに記録ビットの信号を記録することで１ビットを規定する方式である。

従来の垂直磁気記録媒体では、ＣｏＣｒＰｔ系結晶質膜のＳｉＯ_２添加によるグラニュラー化による磁性結晶粒の磁気的な孤立化と、結晶粒径の微細化によって高記録密度化が試みられている（例えば、特許文献１参照）。しかし、相反要求として同時に発生する熱安定性の低下が問題となっている。熱安定性確保のために磁性結晶粒子の磁気異方性エネルギーＫ_ｕの増加も検討されているが、それに伴う書き込み磁界の増大が懸念される。

一方、パターンド媒体は、従来の垂直磁気記録媒体とは異なり、磁気記録層の磁性結晶粒間が磁気的に強く結合された、いわゆる連続膜の材料を用いることが可能となる。このような材料を用いることで、微細加工されたドット体積で磁化方向の双安定性を維持することが可能となるために、グラニュラー構造の膜の場合と比較すると、高い熱安定性を確保できると共に要求される磁気異方性エネルギーＫ_ｕの増加を抑えることができると期待される。

従来の垂直磁気記録媒体で用いられているＣｏＣｒＰｔ系グラニュラー膜を用いてもパターンド媒体を形成することが可能である。しかし、グラニュラー膜は磁性結晶粒間の磁気的結合が弱いために、連続膜を用いた場合とは異なりドットの熱安定性を、ドット体積ではなく磁性結晶粒子が担うことになる。したがって、高い熱安定性を得るためには、磁性結晶粒子の磁気異方性エネルギーＫ_ｕを増加させる必要性が生じ、従来の垂直磁気記録媒体と同様の問題が生じる。また、磁性結晶粒子の大きさにばらつきが存在するため、この磁性結晶粒子の大きさのばらつきがドットの磁気特性に反映されてしまう。その結果、ドットごとの磁気特性ばらつきが大きくなるという問題も生じる。したがって、従来の垂直磁気記録媒体で用いられているＣｏＣｒＰｔ系グラニュラー膜でパターンド媒体を作製することは好ましくない。

特許文献２には、上記熱安定性確保の問題を解決する技術として、ＣｏＣｒ系グラニュラー膜と希土類−遷移金属合金非晶質膜とからなる垂直磁気記録媒体が開示されている。しかし、この特許文献２に開示されている膜でパターンド媒体を作製しても、グラニュラー膜の膜厚が希土類−遷移金属合金非晶質膜の膜厚と比較して大きいために、グラニュラー膜の磁気特性の影響が大きく、磁壁移動が妨げられる効果が働く。その結果、ドット内での多磁区状態を取りやすくＳＮ比を低下させる。希土類−遷移金属合金非晶質膜と比較してグラニュラー膜の磁気特性の影響が大きく多磁区状態を取りやすいことは、従来の垂直磁気記録媒体では好都合であるが、ドットの単磁区特性を要求されるパターンド媒体では好ましくない。したがって、開示されているような膜構成でパターンド媒体を作製することは好ましくない。

また、特許文献３には、希土類−遷移金属合金非晶質膜とＣｏＣｒ系合金結晶質膜とからなる交換結合を有する２層膜の垂直磁気記録媒体が開示されている。しかし、この特許文献３に記載された垂直磁気記録媒体は、パターン化されていない従来の垂直磁気記録媒体であって、パターンド媒体を想定したものではない。
特開２００２−８３４１１号公報 特開２００３−７７１１３号公報 特開２００３−２２５１３号公報

後述するように、特許文献３に開示されている垂直磁気記録媒体を用いてパターンド媒体を作製しても、熱安定性の良い実用的なパターンド媒体を得ることができない。

このようなことを背景として、垂直磁気記録方式を超える高密度化、大容量化の実現に対して、パターンド媒体を用いることが期待されており、パターンド媒体に適した磁性材料の探索が行われ始めている。

結晶質の磁性連続膜材料が持つ特徴として、微細加工を施されていない状態であるＡｓ−ｇｒｏｗｎ膜では、磁化反転開始磁界Ｈ_ｎ、保磁力Ｈ_ｃが数１００Ｏｅ程度と小さいヒステリシス曲線を示す。一方、磁性材料は微細構造形状を有すると、磁気特性に形状効果が付加されることで、磁化反転開始磁界Ｈ_ｎ、保磁力Ｈ_ｃが増大するという特徴がある。しかしながら、微細構造形状を有する場合でもその形状が比較的大きい場合など、形状のサイズによってはＡｓ−ｇｒｏｗｎ膜と同様の特性を示す。

磁気記録媒体は、磁気記録再生装置の構成要素の一つであるために、媒体内にヘッドの位置制御情報も設ける必要性がある。従来の垂直磁気記録媒体はＡｓ−ｇｒｏｗｎ膜で構成されているため、媒体完成後にサーボライトすることでヘッドの位置制御情報領域（サーボ領域）を設けるのに対して、パターンド媒体ではビット領域の微細加工時に、位置制御情報領域も微細加工することで同時に作り込んでしまうことが可能となり、サーボライトしなくても良いというメリットが生じる。

ヘッドの位置制御情報には、ディスクの半径方向全面に渡り、主にサブミクロン以下のサイズで構成されるビット領域の構造形状とは桁違いに大きな形状も存在する。つまり、パターンド媒体はさまざまなサイズの磁性体微細構造形状が混在したもので構成されている。その結果、連続膜を材料として用いるパターンド媒体では、前述の理由により、磁化反転開始磁界Ｈ_ｎ、保磁力Ｈ_ｃ、飽和磁界Ｈ_ｓに代表されるような磁気特性も領域ごとで大きく異なったものとなっている。例えば、磁性ドットで構成されるビット領域は、磁気特性に微細構造の形状磁気異方性効果が付加されるために、微細形状に起因して書き込み磁界が増大する。また、磁性ドットの形状が前述のように極めて小さいために、ドットごとの加工形状ばらつき、組成比ばらつき、結晶粒界ばらつき等に起因した磁気特性ばらつきも生じやすい。一方、ヘッドの位置制御情報領域はビット領域とは異なり、Ａｓ−ｇｒｏｗｎ膜のものに近いヒステリシス特性を示し、Ｈ_ｎ、Ｈ_ｃが小さくなってしまう。このため、浮遊磁界、熱揺らぎ等に起因した逆磁区の発生が問題となる。

そこで、本発明は、ビット領域における書き込み磁界と磁気特性ばらつきを低減するとともに、ヘッドの位置制御情報領域において逆磁区の発生が少なく、かつ熱安定性に優れた垂直磁気記録パターンド媒体およびこれを用いた磁気記録再生装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様による垂直磁気記録パターンド媒体は、非磁性基板と、前記非磁性基板上に形成された軟磁性下地層と、前記軟磁性下地層上に形成された非磁性中間層と、前記非磁性中間層上に形成され、Ｐｔ含有量が５原子パーセント以上３５原子パーセント以下であるＣｏＰｔ系結晶質膜およびこのＣｏＰｔ系結晶質膜上に形成された希土類−遷移金属合金非晶質膜の積層構造を有する垂直磁気記録層と、を備え、前記ＣｏＰｔ系結晶質膜と前記希土類−遷移金属合金非晶質膜が交換結合しており、前記垂直磁気記録層がパターン化された微細形状の配列であることを特徴とする。

また、本発明の第２の態様による磁気記録再生装置は、第１の態様による垂直磁気記録パターンド媒体と、記録再生ヘッドとを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、ビット領域における書き込み磁界を低減するとともに，ヘッドの位置制御情報領域において逆磁区の発生が少なく、かつ熱安定性に優れた垂直磁気記録パターンド媒体およびこれを用いた磁気記録再生装置を提供することができる。

本発明の実施形態を以下に図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による垂直磁気記録パターンド媒体の断面図を図１に示し、平面図を図２に示す。本実施形態の垂直磁気記録パターンド媒体１は、図２に示すように、複数個、例えば４個のビット領域ｄ１〜ｄ４と、これらビット領域ｄ１〜ｄ４の間に設けられた位置制御情報領域（サーボ領域）ｓ１〜ｓ４とを備えている。各ビット領域は複数のトラックｔｒを有している。なお、位置制御情報領域ｓ１〜ｓ４はアームの軌跡に沿った弧状に形成されている。本実施形態の垂直磁気記録パターンド媒体１は、ビット領域および位置制御情報領域において、図１に示すように、非磁性基板２上に、軟磁性下地層３と、非磁性中間層４と、垂直磁気記録層７とがこの順序で積層された構造を有している。垂直磁気記録層７は、ＣｏＰｔ系結晶質膜５と、希土類−遷移金属合金非晶質膜６とがこの順序で積層されて交換結合している構造を有しており、ＣｏＰｔ系結晶質膜５と、希土類−遷移金属合金非晶質膜６とがパターン化された微細形状の配列となっている。

本実施形態において、非磁性基板２としては、例えば、ガラス基板、Ｓｉ、Ｃ、Ａｌ系の合金基板などを用いることができる。

軟磁性下地層３としては、例えば、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＢ、ＣｏＴａＺｒ、ＦｅＳｉＡｌ、ＦｅＴａＣ、ＣｏＴａＣ、ＮｉＦｅ、Ｆｅ、ＦｅＣｏＢ、ＦｅＣｏＮ、ＦｅＴａＮ、ＣｏＩｒなどを用いることができる。また、軟磁性下地層３としては、下の軟磁性下地膜と、上の軟磁性下地膜との間にＲｕなどの膜を挟み、３層積層構造とすることにより、下の軟磁性下地層の磁化と上の軟磁性下地層の磁化が反強磁性的に結合した、いわゆる反強磁性結合構造としても良い。軟磁性下地層３の膜厚はオーバーライト特性とＳＮ比のバランスにより適宜調整される。

また、本実施形態において、非磁性中間層４は、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、およびＴｉのいずれかを含む結晶質の合金膜であることが好ましい。垂直磁気記録層７の結晶配向性を良くするために、非磁性中間層４の膜厚は０．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。また、結晶配向面はＲｕ、Ｒｅ、Ｔｉは（０００２）、Ｐｔ、Ｐｄは（１１１）であることが好ましい。これにより、高い磁気異方性エネルギーＫ_ｕ値を得ることができるとともに、高い熱安定性を得ることができる。パターンド媒体の作製においては、ＣＦ_４、ＳＦ_６等のガスをエッチングガスとして用いたドライエッチング工程を有することが考えられる。ドライエッチング工程を含む場合、被エッチング材料は、エッチングガスに対して耐食性を有するものでなければならない。腐食による磁気特性劣化、微細構造の形状劣化等、非磁性中間層４の劣化に起因する特性劣化を防ぐためである。Ｔｉ以外の上記記載の非磁性中間層４は、ＣＦ_４、ＳＦ_６等のドライエッチングガスに耐食性を有するため、中間層材料として好ましい。なお、Ｔｉについては、ＣＦ_４、ＳＦ_６等のエッチングガスでは腐食してしまうが、Ｏ_２などをエッチングガスとして選択すれば耐食性を有するために中間層材料として用いることが可能である。なお、本実施形態における非磁性中間層４は二層以上の多層積層構造を有していても良い。

垂直磁気記録層７は、ＣｏＰｔ系結晶質膜５と、希土類−遷移金属合金非晶質膜６が交換結合された２層積層構造を有しており、微小構造形状化されている。本実施形態における希土類−遷移金属合金非晶質膜６は、希土類材料としては重希土類材料であることが好ましい。具体的には、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、またはＥｒを用いることができる。重希土類材料を用いることでＡｓ−ｇｒｏｗｎ膜で数ｋＯｅ程度の磁化反転開始磁界Ｈ_ｎが得られる。また、飽和磁化Ｍ_ｓが極めて小さいために磁気特性が形状効果の影響を受けにくい。なお、希土類−遷移金属合金非晶質膜のみの単層でパターンド媒体を構成することは好ましくない。例えば希土類として重希土類材料を用いた場合、希土類元素の磁化と遷移金属の磁化は反強磁性的に結合し、いわゆるフェリ磁性となる。したがって、飽和磁化Ｍ_ｓが極めて小さくなるために、十分なＳＮ比を得ることができない。また、希土類に軽希土類材料を用いた場合、希土類元素の磁化と遷移金属の磁化は強磁性的に結合するためにＭ_ｓが大きくなる。また、軽希土類−遷移金属合金非晶質材料では、大きな磁気異方性エネルギーＫ_ｕ値を得ることができない。その結果、垂直方向の磁化反転開始磁界Ｈ_ｎ、保磁力Ｈ_ｃ、飽和磁界Ｈ_ｓが小さいために、垂直磁気記録層として用いることに適さない。

本実施形態によるＣｏＰｔ系結晶質膜５は、連続膜であるため、ヘッドの位置制御情報領域などの微細形状の大きな領域では、磁化反転開始磁界Ｈ_ｎ、保磁力Ｈ_ｃが小さく逆磁区が発生してしまう。一方、サブミクロン以下の微細形状であるビット領域では、磁気特性に形状異方性効果が付加されることで保磁力Ｈ_ｃが増大し、書き込み磁界の増加を招いてしまう。

垂直磁気記録層７の１層目のＣｏＰｔ系結晶質膜５と２層目の希土類−遷移金属合金非晶質膜６とを交換結合させることで、ＣｏＰｔ系結晶質膜のみの場合と比較して、希土類−遷移金属合金非晶質膜６の効果により、ヘッドの位置制御情報領域では、磁化反転開始磁界Ｈ_ｎ、保磁力Ｈ_ｃを増加させることができるため逆磁区の発生を防ぐことができる。また、ビット領域では保磁力Ｈ_ｃ、飽和磁界Ｈ_ｓを低減させることができるため、書き込み磁界の増加を抑制することができる。具体的には、１７００Ｏｅ／ｓｅｃ程度の磁界掃引速度での磁化曲線測定において、ヘッドの位置制御情報領域では磁界反転開始磁界Ｈ_ｎ、保磁力Ｈ_ｃは１．５ｋＯｅ程度以上（以下、それぞれＨ_ｎｈｓ、Ｈ_ｃｈｓと記載する）であれば大きい方が好ましい。同様にビット領域では、保磁力Ｈ_ｃ、飽和磁界Ｈ_ｓはそれぞれ６ｋＯｅ、９ｋＯｅ程度以下（以下、Ｈ_ｃｂｓ、Ｈ_ｓｂｓと記載する）であれば小さい方が好ましい。

ＣｏＰｔ系結晶質膜５の厚さは５ｎｍ以上で、希土類−遷移金属合金非晶質膜６の厚さは、２ｎｍ以上５ｎｍ以下で、垂直磁気記録層７の厚さは、３０ｎｍ以下であることが好ましい。非晶質材料は結晶質材料と比較して、微細構造形状の作製工程のＲＩＥ(Reactive Ion Etching)の際にサイドエッチングの影響を受けやすい。さらにミリングの際に再付着物によるバリが形成されやすい。希土類−遷移金属合金非晶質膜６の厚さが５ｎｍより大きくなると、磁気特性やヘッドの浮上特性に対して、このサイドエッチングやミリング時の再付着物による微細構造の形状劣化の影響が無視できなくなるためである。したがって、該希土類−遷移金属合金非晶質膜６の厚さは適切な磁化反転開始磁界Ｈ_ｎが得られる範囲であればできるだけ薄い方が好ましい。なお膜厚については、断面ＴＥＭ(Transmission Electron Microscopy)などにより確認可能である。

垂直磁気記録層７の厚さが３０ｎｍ以下の範囲内であれば、垂直磁気記録層７の１層目のＣｏＰｔ系結晶質膜５の厚さはできるだけ厚い方が好ましい。これは、垂直磁気記録層７としての熱安定性を確保するためである。具体的には、磁化が反転に有するエネルギーΔＥと熱エネルギーとの比、ΔＥ／（ｋ_Ｂ・Ｔ）で表される熱安定指数が８０以上であることが必要である。ここで、ｋ_Ｂはボルツマン定数を示し、Ｔは垂直磁気記録層７の絶対温度を示す。

また、本実施形態において、ＣｏＰｔ系結晶質膜５はＰｔ含有量が５原子パーセント以上３５原子パーセント以下で、連続膜であることが好ましい。なお、Ｐｔ含有量が１０原子パーセント以上２５原子パーセント以下であればさらに好ましい。これは、高い磁気異方性エネルギーＫ_ｕを得ることができ、高い熱安定性が得られるためである。Ｐｔ含有量が５原子パーセント未満、もしくは３５原子パーセントより大きい場合にはｆｃｃ(face-centered cubic)構造の割合が増加し、磁気異方性エネルギーＫ_ｕの低下を招いてしまうために、高い熱安定性を確保することができない。また、ＣｏＰｔ系結晶質膜５はＳＦ_６、ＣＦ_４などのドライエッチングガスに対して、耐食性を有していなければならない。これは、ドライエッチングガスの腐食による磁気特性劣化を防ぐためである。以上のような観点から、ＣｏＰｔ系結晶質膜としては、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＰｔＢ、ＣｏＲｕＰｔ、ＣｏＲｅＰｔ、ＣｏＰｄＰｔなどが好ましい。なお、Ｐｔ含有量については、ＴＥＭ−ＥＤＸ(Transmission Electron Microscopy−Energy Dispersive X-ray spectroscopy)などにより確認可能である。

さらなる熱安定性の向上のためには、垂直磁気記録層７の１層目のＣｏＰｔ系結晶質膜５と、２層目の希土類−遷移金属合金非晶質膜６との交換結合強度は強く結合されていることが好ましい。交換結合強度については、ヒステリシス曲線で判断できる。弱い交換結合強度の場合にはヒステリシス曲線は例えばビット領域においては、図３に示すような二段ループ形状となる。図３のＡの領域で示すように、交換結合強度が弱い場合、ＣｏＰｔ系結晶質膜５よりも保磁力の小さい希土類−遷移金属合金非晶質膜６の磁化が先に独立に反転してしまう。このような状態では、ドットの書き込み磁界の低減効果は得られないばかりでなく、２層積層構造にしたことによる熱安定性の更なる向上効果も得られない。交換結合強度については、例えば、スパッタ圧１．０Ｐａ以下の低圧で成膜することで、ヒステリシスが二段ループ形状とはならない強い結合が得られる。

垂直磁気記録層７の膜厚は３０ｎｍ以下であることが好ましい。膜厚が３０ｎｍを超える領域では、保磁力Ｈｃ、飽和磁界Ｈｓが大きく、ヘッドの磁界で書き込みが困難になるためである。さらに垂直磁気記録層７の膜厚が３０ｎｍを超えると、パターン化された磁気記録層７間の溝部への非磁性体埋め込みによる平坦化エッチバック工程が困難になるためである。

なお、本実施形態における軟磁性下地層３、非磁性中間層４、垂直磁気記録層７については、蒸着法、スパッタ法を用いることで成膜が可能である。また、本実施形態の垂直磁気記録パターンド媒体は、加工後にエッチバックなどの手法により溝部に非磁性体を埋め込んで平坦化してもよい。

特許文献３（特開２００３−２２５１３号公報）に開示されている垂直磁気記録媒体では、ビットの熱安定性を希土類−遷移金属合金非晶質膜の体積で担うことを主旨としているため、高い磁気異方性エネルギーＫ_ｕが得られるように希土類原子含有量の規定は行なわれているが、ＣｏＣｒ系合金結晶質膜の組成比規定は開示されていない。

これに対して、本実施形態の垂直磁気記録パターンド媒体では、パターンのサイズによって磁性体体積が規定されるために、薄い希土類−遷移金属合金非晶質膜６の体積でドットの熱安定性を担うことができない。このため、ＣｏＰｔ系結晶質膜５の結晶磁気異方性でドットの熱安定性を担う必要があるので、ＣｏＰｔ系結晶質膜５には高い磁気異方性エネルギーＫ_ｕが要求される。そこで、ＣｏＰｔ系結晶質膜５には高い磁気異方性エネルギーＫ_ｕ値が得られるＰｔ含有量の範囲規定が重要となる。また、希土類−遷移金属合金非晶質膜６の垂直磁気異方性は、希土類単原子の磁気異方性がスパッタの際の歪みによって膜面垂直方向に揃うことが起源とされているが、パターンド媒体ではパターン化されることによってその歪みが緩和される方向にあるため、連続膜の場合のように高い磁気異方性を得ることができない。

したがって、特許文献３に開示されている垂直磁気記録媒体を用いてパターンド媒体を作製しても、ドットの熱安定性を担うべきＣｏＣｒ系合金結晶質膜の組成比規定がないため、熱安定性の良い実用的なパターンド媒体を得ることができない。

以上説明したように、本実施形態によれば、ビット領域における書き込み磁界と磁気特性ばらつきを低減するとともに、ヘッドの位置制御情報領域において逆磁区の発生が少なく、かつ熱安定性に優れた垂直磁気記録パターンド媒体を得ることができる。

以下、実施例を参照して、本実施形態の垂直磁気記録パターンド媒体をより詳細に説明する。

（実施例１）
本発明の実施例１による垂直磁気記録パターンド媒体の製造方法を説明する。

まず、非磁性ガラス基板２を、ＡＮＥＬＶＡ社製ｃ−３０１０型スパッタリング装置の真空チャンバー内に導入した。スパッタリング装置の到達真空度は１×１０^−５Ｐａであった。その後、軟磁性下地層３として膜厚１００ｎｍのＣｏ_９０Ｚｒ_５Ｎｂ_５層を、非磁性中間層４として膜厚２０ｎｍのＲｕ層を、垂直磁気記録層７のＣｏＰｔ系結晶質膜５として膜厚１０ｎｍの（ＣｏＲｕ_２０）_１−ｘＰｔ_ｘ膜を、希土類−遷移金属合金非晶質膜６として膜厚３ｎｍのＴｂ_１８Ｃｏ_８２膜を順次成膜した。

垂直磁気記録層７の（ＣｏＲｕ_２０）_１−ｘＰｔ_ｘ膜５の成膜はＡｒ圧力０．５Ｐａ、投入電力５００Ｗ、Ｔｂ_１８Ｃｏ_８２膜６の成膜はＡｒ圧力０．５Ｐａ、投入電力５００Ｗという条件で行った。なお、すべての成膜はＤＣスパッタリング法の室温成膜を用いた。なお、スパッタ圧力はＣｏＰｔ系結晶質膜５と希土類−遷移金属合金非晶質膜６との交換結合を強くするために１．０Ｐａ以下の低圧であることが好ましい。

微細構造形状の作製は、領域ごとの磁気特性測定を容易にするために、ビット領域とヘッドの位置制御情報領域を別々に作製した。

ヘッドの位置制御情報領域の作製については、スパッタリングによる成膜後、媒体表面にスピンコート法を用いて、ＳＯＧ(Spin On Glass)を膜厚１００ｎｍ形成した後、ＥＢ(Electron Beam)による描画で形成した位置制御情報パターンが転写されたＮｉスタンパを用いてナノインプリント法でＳＯＧに凹凸パターンを形成した。続けて、ＣＦ_４ガスを用いたＲＩＥでインプリント残渣を除去した。その後、Ａｒイオンミリングで垂直磁気記録層７のエッチングを行い、ＣＦ_４ガスを用いたＲＩＥでＳＯＧマスクを除去した。マスクの除去後、保護膜としてＣを１０ｎｍ成膜し、潤滑剤層としてパーフルオロポリエーテルをディップ法で塗布することでディスク全面に位置制御情報パターンを作製した。

これに対して、ビット領域の作製は、より小さいサイズのパターンの磁気特性を得るために自己組織化現象を用いて作製した。なお、ヘッドの位置制御領域の作製と同様の手法によりビットパターン配列を得ることも可能である。さらに、ヘッドの位置制御情報領域とビットパターン配列領域を同一基板にＥＢ描画したＮｉスタンパを用いることで、磁気記録再生装置に搭載可能な垂直磁気記録パターンド媒体を作製することもできる。

ビット領域の作製はスパッタリングによる成膜後、ＰＳ（ポリスチレン）−ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）ジブロックポリマーを有機溶剤に溶かしたものをスピンコート法で塗布し、２００℃で熱処理した。その後Ｏ_２ガスを用いたＲＩＥで相分離したＰＭＭＡを除去後、ＳＯＧをスピンコートし、再度Ｏ_２ガスを用いたＲＩＥを行うことで、ＳＯＧからなるドット形状のマスクを形成した。その後、Ａｒイオンミリングで垂直磁気記録層をエッチングし、ＣＦ_４ガスを用いたＲＩＥでＳＯＧマスクを除去した。マスクの除去後、保護膜としてＣを１０ｎｍ成膜し、潤滑剤層としてパーフルオロポリエーテルをディップ法で塗布することで、ビットパターン配列をディスク全面に作製した。なお、ドットピッチはポリマーの分子量を調整することで、ランド／グルーブ比が１．０で、ピッチが３００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍ、４５ｎｍの４種類のドットパターンを作製した。

作製した媒体を、磁気光学カー効果を用いて磁化曲線を測定したところ、磁化曲線に多段形状は見られず、ＣｏＰｔ系結晶質膜５の（ＣｏＲｕ_２０）_１−ｘＰｔ_ｘと希土類−遷移金属合金非晶質膜６のＴｂ_１８Ｃｏ_８２が強く交換結合されていることを確認した。

表１に、ピッチが４５ｎｍの媒体の測定した磁化反転開始磁界Ｈ_ｎ、保磁力Ｈ_ｃ、飽和磁界Ｈ_ｓの値を示す。

なお、ＣｏＰｔ系結晶質膜５のＰｔ含有量は１５原子パーセントである。測定の際の磁界掃引速度は１７００Ｏｅ／ｓｅｃ程度である。磁化反転開始磁界Ｈ_ｎ、保磁力Ｈ_ｃ、飽和磁界Ｈ_ｓについては１７００Ｏｅ／ｓｅｃ程度の磁界掃引速度での磁化曲線測定において、ヘッドの位置制御情報領域では磁化反転開始磁界Ｈ_ｎおよび保磁力Ｈ_ｃは１．５ｋＯｅ程度以上（以下、それぞれＨ_ｎｈｓ、Ｈ_ｃｈｓと記載する）であれば大きい方が好ましい。この値よりも小さい場合、浮遊磁界、熱揺らぎ等に起因した逆磁区の発生により、磁気記録再生装置搭載後にサーボトラッキングできなくなる。

同様に、ビット領域では、保磁力Ｈ_ｃ、飽和磁界Ｈ_ｓはそれぞれ６ｋＯｅ、９ｋＯｅ程度以下（以下、それぞれＨ_ｃｂｓ、Ｈ_ｓｂｓと記載する）であれば小さい方が好ましい。この値よりも大きい場合、ヘッドからの磁界でビットへの書き込みができなくなる。

測定した媒体のヘッドの位置制御情報領域の磁化反転開始磁界Ｈ_ｎ、保磁力Ｈ_ｃ、飽和磁界Ｈ_ｓはそれぞれ２．１ｋＯｅ、２．７ｋＯｅ、３．２ｋＯｅ、ビット領域の磁化反転開始磁界Ｈ_ｎ、保磁力Ｈ_ｃ、飽和磁界Ｈ_ｓはそれぞれ４．６ｋＯｅ、５．８ｋＯｅ、７．２ｋＯｅであり、Ｈ_ｎｈｓ、Ｈ_ｃｈｓ、Ｈ_ｃｂｓ、Ｈ_ｓｂｓの条件を満足した。ヘッドの位置制御情報領域を作製した媒体をＤＣ（Direct Current）消磁後にＭＦＭ（Magnetic Force Microscopy）測定したところ、逆磁区の発生は無かった。

さらに４５ｎｍピッチのドット領域を作製した媒体の磁気特性ばらつき評価を行なった。磁気特性ばらつきの指標にはＳＦＤ(Switching Field Distribution)を用い、ΔＨ_ｃｒ／Ｈ_ｃｒ法で測定した。ここで、Ｈ_ｃｒは残留保磁力を示し、ΔＨ_ｃｒは残留保磁力のばらつきを示す。測定したΔＨ_ｃｒ／Ｈ_ｃｒは０．３３であった。表１と同様にＣｏＰｔ系結晶質膜５のＰｔ含有量は１５原子パーセントの媒体である。

また、磁気光学カー効果を用いた残留磁化曲線測定において、残留保磁力Ｈ_ｃｒの印加磁界速度に対する依存性を測定し、シャーロック方程式によるフィッテングを行うことで熱安定指数を測定した。熱安定性については磁化が反転に有するエネルギーと熱エネルギーとの比、ΔＥ／（ｋ_Ｂ・Ｔ）で表され、８０以上であることが必要である。本実施例で測定した媒体ではΔＥ／（ｋ_Ｂ・Ｔ）＝１４３という高い熱安定性指数を得た。

なお、非磁性中間層４としてＲｅ、Ｐｔ、またはＰｄを用いた場合や、希土類材料としてＧｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒを用いた場合も、Ｈ_ｎｈｓ、Ｈ_ｃｈｓ、Ｈ_ｃｂｓ、Ｈ_ｓｂｓの条件を満足するとともに８０以上の熱安定指数が得られた。また、ΔＨ_ｃｒ／Ｈ_ｃｒについても０．３程度の値が得られた。

（比較例１）
比較例１として、垂直磁気記録層７を膜厚１０ｎｍの（Ｃｏ_１０Ｃｒ_１６Ｐｔ_７４）_９２−ＳｉＯ_２からなるグラニュラー膜とした他は、実施例１と同様の要領で垂直磁気記録パターンド媒体を作製した。４５ｎｍピッチの媒体を実施例１と同様の方法でＳＦＤを測定した結果、ΔＨ_ｃｒ／Ｈ_ｃｒとして０．６１が得られ、実施例１の媒体と比較すると、ばらつきが２倍程度大きかった。また、実施例１と同様の方法により熱安定指数を測定したところ、ΔＥ／（ｋ_Ｂ・Ｔ）＝７３が得られ実施例１の媒体よりも小さく、熱安定性が悪かった。表２に、これらの結果を示す。

以上の結果より、本実施例の垂直磁気記録パターンド媒体を用いることで、グラニュラー膜を用いた パターンド媒体と比較して磁気特性ばらつきが小さく、高い熱安定性が得られることが確認された。

（比較例２）
比較例２として、垂直磁気記録層を膜厚１０ｎｍのＣｏ_８０Ｐｔ_２０とした他は、実施例１と同様の要領でパターンド媒体を作製した。作製した媒体の磁化曲線を実施例１と同様の方法で測定したところ、ヘッドの位置制御情報領域の磁化反転開始磁界Ｈ_ｎ、保磁力Ｈ_ｃ、飽和磁界Ｈ_ｓはそれぞれ０．６ｋＯｅ、０．６ｋＯｅ、０．６ｋＯｅ、４５ｎｍピッチのビット領域の磁化反転開始磁界Ｈ_ｎ、保磁力Ｈ_ｃ、飽和磁界Ｈ_ｓはそれぞれ７．５ｋＯｅ、９．３ｋＯｅ、１１．２ｋＯｅであった。位置制御情報領域の媒体をＤＣ消磁後にＭＦＭ測定したところ、逆磁区の発生を確認した。

本実施形態の垂直磁気記録パターンド媒体を用いることで、ヘッドの位置制御情報でＨ_ｎｈｓ、Ｈ_ｃｈｓ以上、ビット領域でＨ_ｃｂｓ、Ｈ_ｓｂｓ以下を満たし、逆磁区の発生を防げることを確認した。

なお、実施例１及び比較例２において、３００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍピッチのパターン配列についても同様の手法でヒステリシス特性を測定した。表３はこれらの結果を示している。表３より、比較例２の媒体において、１００ｎｍピッチのパターン配列では、Ｈｃ、ＨｓがＨ_ｃｂｓ、Ｈ_ｓｂｓを満足しないことがわかり、本実施例による、ビット領域における書き込み磁界の低減効果は１００ｎｍピッチ、つまりドット径５０ｎｍ以下で効果があることがわかった。

（実施例２）
次に、本発明の実施例２による垂直磁気記録パターンド媒体を説明する。本実施例の垂直磁気記録パターンド媒体は、実施例１に示される媒体製造方法において、（ＣｏＲｕ_２０）_１−ｘＰｔ_ｘ膜５におけるＰｔの含有量ｘがそれぞれ５原子パーセント、１５原子パーセント、３５原子パーセントの３種類の媒体を成膜し、垂直磁気記録パターンド媒体を作製した。ビット領域のピッチサイズは４５ｎｍのものである。

実施例１で説明したと同様の手法により熱安定指数を測定したところ、すべてのＰｔ組成比において８０以上の高い熱安定性指数を得た。また、すべての媒体でＨ_ｎｈｓ、Ｈ_ｃｈｓ、Ｈ_ｃｂｓ、Ｈ_ｓｂｓの条件を満足し、ヘッドの位置情報制御領域におけるＤＣ消磁後のＭＦＭ測定で、逆磁区がないことを確認した。また、実施例１と同様の手法でＳＦＤ測定を行なったところΔＨ_ｃｒ／Ｈ_ｃｒで０．３程度が得られた。

（比較例３）
比較例３として、実施例２に示される媒体製造方法において、（ＣｏＲｕ_２０）_１−ｘＰｔ_ｘ におけるＰｔの含有量ｘを２原子パーセント、４０原子パーセント、５０原子パーセントとした以外は実施例２と同様の要領でパターンド媒体を作製した。

作製した媒体で、Ｐｔの含有量が２原子パーセントの媒体は垂直磁化膜ではなく、面内磁化膜であった。それ以外の媒体では、Ｈ_ｎｈｓ、Ｈ_ｃｈｓ、Ｈ_ｃｂｓ、Ｈ_ｓｂｓの条件を満足し、ΔＨ_ｃｒ／Ｈ_ｃｒで０．３程度が得られた。しかし、実施例２と同様に熱安定指数を測定したところ、４０原子パーセント、５０原子パーセントのＰｔ含有量に対してそれぞれ、６０、４３であり、十分な熱安定性を得ることができなかった。表４にこれらの結果を示す。

以上の結果より、ＣｏＰｔ系結晶質膜において、本実施例で示される範囲のＰｔ含有量であれば、ヘッドからの磁界で書き込みが可能でかつ、ヘッドの位置制御情報領域において逆磁区がなく、８０以上の高い熱安定性を得ることができることがわかった。

（実施例３）
次に、本発明の実施例３による垂直磁気記録パターンド媒体を説明する。本実施例の垂直磁気記録パターンド媒体は、実施例１に示される磁気記録媒体製造方法において、（ＣｏＲｕ_２０）_８５Ｐｔ_１５膜５の膜厚がそれぞれ５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍ、２７ｎｍとなる５種類の垂直磁気記録パターンド媒体を作製した。ビット領域のピッチサイズは４５ｎｍピッチである。その他の条件は実施例１に示されるものと同様である。

作製した媒体の磁化曲線測定を行なったところ、すべての膜厚の媒体で、Ｈ_ｎｈｓ、Ｈ_ｃｈｓ、Ｈ_ｃｂｓ、Ｈ_ｓｂｓの条件を満足した。また、熱安定性を測定したところ、すべての膜厚で８０以上の熱安定性を得た。ヘッドの位置制御情報領域でのＤＣ消磁後のＭＦＭ測定で逆磁区がないことを確認した。ビット領域におけるＳＦＤ測定ではΔＨ_ｃｒ／Ｈ_ｃｒ＝０．３程度が得られた。
（比較例４）
比較例４として、（ＣｏＲｕ_２０）_８５Ｐｔ_１５膜の膜厚を２ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍとした他は、実施例３で示されるものと同様である３種類の垂直磁気記録パターンド媒体を作製した。

作製した比較例４の媒体を実施例３と同様の方法で磁化曲線を測定したところ、ヘッドの位置制御情報領域のすべての媒体でＨ_ｎｈｓ、Ｈ_ｃｈｓを満足したが、ビット領域では膜厚４０ｎｍ、５０ｎｍの媒体では保磁力Ｈ_ｃ、飽和磁界Ｈ_ｓの値が大きく、Ｈ_ｃｂｓ、Ｈ_ｓｂｓの条件を満足しなかった。また、熱安定性を測定したところ、膜厚２ｎｍの媒体は熱安定性が十分ではなかった。表５にこれらの結果を示す。

以上の結果より、Ｈ_ｎｈｓ、Ｈ_ｃｈｓの条件および十分な熱安定性を満足し、ビット領域の保磁力Ｈ_ｃ、飽和磁界Ｈ_ｓをヘッドからの磁界で書き込み可能である範囲（Ｈ_ｃｂｓ、Ｈ_ｓｂｓ以下）にするためには、本実施例に示すとおり、垂直磁気記録層の膜厚は３０ｎｍ以下でＣｏＰｔ系結晶質膜の膜厚は５ｎｍ以上が良いことがわかった。

（実施例４）
次に、本発明の実施例４による垂直磁気記録パターンド媒体を説明する。本実施例の垂直磁気記録パターンド媒体は、実施例１に示される磁気記録媒体製造方法において、（ＣｏＲｕ_２０）_１−ｘＰｔ_ｘ膜５の膜厚を５ｎｍ、Ｔｂ_１８Ｃｏ_８２膜６の膜厚を２ｎｍ及び５ｎｍとしたパターンド媒体を作製した。その他の条件は実施例１に示されるものと同様である。

作製した媒体を浮上量１２ｎｍ、４２００ｒｐｍで浮上型記録再生ヘッドによる耐久性試験を行なったところ、ヘッドの浮上は安定し、数日〜１週間程度の耐久性が確認された。

（比較例５）
比較例５として、Ｔｂ_１８Ｃｏ_８２膜の膜厚を７ｎｍとした他は、実施例４で示されるものと同様であるパターンド媒体を作製した。作製した媒体を用いて実施例４と同様の耐久性試験を行なったところ、ヘッドの浮上が安定せず、数時間で記録再生ヘッドが壊れることが判った。この比較例の媒体を断面ＴＥＭを用いて調べたところ、希土類−遷移金属合金非晶質膜にミリング時の再付着物と考えられる突起状のバリが形成されていることがわかった。

以上の結果より、希土類−遷移金属合金非晶質膜の膜厚は、２ｎｍ以上５ｎｍ以下がよいことがわかった。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による磁気記録再生装置を説明する。図１および図２に関して説明した本発明の第１実施形態による磁気記録媒体は、磁気記録再生装置に搭載することができる。

図４は、このような磁気記録装置の概略構成を例示する要部斜視図である。すなわち、本実施形態の磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、垂直記録用磁気記録ディスク２００は、スピンドル１５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。磁気ディスク２００は、第１実施形態の垂直磁気記録パターンド媒体である。磁気ディスク２００に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ１５３は、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダ１５３は、例えば、前述したいずれかの実施の形態にかかる磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。

磁気ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は磁気ディスク２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。

サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。

アクチュエータアーム１５５は、固定軸１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。

図５は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。

サスペンション１５４の先端には、磁気ヘッドを具備するヘッドスライダ１５３が取り付けられている。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダ１５３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中１６５は磁気ヘッドアセンブリ１６０の電極パッドである。ここで、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）と磁気ディスク２００の表面との間には、所定の浮上量が設定されている。

本発明の第１実施形態による垂直磁気記録パターンド媒体の構成を示す断面図。 第１実施形態による垂直磁気記録パターンド媒体の平面図。 交換結合強度が弱い場合のヒステリシス曲線の模式図。 本発明の第２実施形態による磁気記録再生装置を示す斜視図。 第２実施形態の磁気記録再生装置のアクチュエータアームから先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた斜視図。

符号の説明

１ 垂直磁気記録パターンド媒体
２ 非磁性基板
３ 軟磁性下地層
４ 非磁性中間層
５ ＣｏＰｔ系結晶質膜
６ 希土類−遷移金属合金非晶質膜
７ 垂直磁気記録層
１５０ 磁気記録再生装置
１５２ スピンドル
１５３ ヘッドスライダ
１５４ サスペンション
１５５ アクチュエータアーム
１５６ ボイスコイルモータ
１６０ 磁気ヘッドアセンブリ
１６４ リード線
１６５ 電極パッド
２００ 磁気ディスク

Claims (7)

1. 非磁性基板と、前記非磁性基板上に形成された軟磁性下地層と、前記軟磁性下地層上に形成された非磁性中間層と、前記非磁性中間層上に形成され、Ｐｔ含有量が５原子パーセント以上３５原子パーセント以下であるＣｏＰｔ系結晶質膜およびこのＣｏＰｔ系結晶質膜上に形成された希土類−遷移金属合金非晶質膜の積層構造を有する垂直磁気記録層と、を備え、前記ＣｏＰｔ系結晶質膜と前記希土類−遷移金属合金非晶質膜が交換結合しており、前記垂直磁気記録層がパターン化された微細形状の配列であることを特徴とする垂直磁気記録パターンド媒体。
2. 前記垂直磁気記録層の層厚が３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録パターンド媒体。
3. 前記ＣｏＰｔ系結晶質膜の膜厚が５ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の垂直磁気記録パターンド媒体。
4. 前記希土類−遷移金属合金非晶質膜の膜厚が２ｎｍ以上５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の垂直磁気記録パターンド媒体。
5. 前記希土類−遷移金属合金非晶質膜は、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、およびＥｒのいずれかを含む非晶質合金であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の垂直磁気記録パターンド媒体。
6. 前記非磁性中間層は、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、およびＴｉのいずれかを含む結晶質の合金であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の垂直磁気記録パターンド媒体。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の垂直磁気記録パターンド媒体と、記録再生ヘッドとを備えていることを特徴とする磁気記録再生装置。

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