CN101042879A - 磁记录介质及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一个目的是提供具有达到高密度记录的磁性点的磁记录介质。本发明另一个目的是提供这种磁记录介质的简便制造方法。所述磁记录介质包含顺序层叠在非磁性基片1上的至少一层下层3、磁记录层4和保护层5。下层3由钌或主要是钌的合金构成，在该下层表面具有预定间距的脊形线形成的波形结构。磁记录层4至少含有铁磁晶粒和非磁性组分。磁记录层中由粒径不小于4纳米的晶粒构成的磁性点4－1在下层表面上沿脊形线对齐；每个磁性点4－1被非磁性组分4－2相互隔开。

Description

磁记录介质及其制造方法

相关申请交叉引用

本申请基于并要求于2006年3月15日提交的日本申请第2006-070492号的优先权，其内容参考结合于本文中。

发明领域

本发明涉及一种安装在各种磁记录设备中的磁记录介质及其制造方法。

背景技术

目前，“垂直磁记录系统”在实际应用中用来替代“纵向磁记录系统”，以提高磁记录密度。在垂直磁记录系统中，记录磁化是垂直于介质表面。垂直磁记录介质(下面也简称为“垂直介质”)主要由硬磁性材料的磁记录层、用来使磁记录层中的记录磁化垂直取向的下层、用来保护磁记录层表面的保护层、以及将用于记录的磁头产生的磁通量集中在磁记录层上的软磁材料背衬层组成。

目前，在纵向系统和垂直系统两种系统中，磁记录层的材料采取“粒状结构”，其中，铁磁晶粒被非铁磁组分隔开。优选使用的特定材料是CoPtCr合金，这种合金中添加有氧化物，例如CoPtCr-SiO₂(专利文献1和4)。

垂直磁记录系统与纵向系统相比具有这样的优点，即，当记录密度变高时磁化更稳定，耐热波动更好，甚至在小记录比特时能保持信号稳定。在粒状结构中，粒径受到下层的控制，一个磁性晶粒在一个下层晶粒上生长，以降低磁性晶粒之间的磁相互作用并提高记录密度，如专利文献1的内容。

然而，由于一个比特是由多个晶粒构成的，比特之间沿晶粒的Z字构形造成的“跃迁噪音(transition noise)”导致信号质量下降的严重问题。这种问题在纵向和垂直系统中都很普遍，并且是限制垂直磁记录系统中记录密度的一个重要因素。

作为解决这种问题的一种方法是“图形化的介质”，其中，一个点(一个晶粒)是一个比特，这种介质被认为是有前景的下一代记录介质。

因为一个比特是由一个点构成，消除了“跃迁噪音”。因此，预期图形化的介质能达到更高的记录密度。

目前有几种制造图形化介质的技术。典型的例子是采用半导体工艺中的技术，其中，用保护膜将基片或磁性膜加工成点状结构，并通过如抛光的平面化处理，制造磁记录介质(例如专利文献2)。另一种技术形成很小的孔(纳米孔)并用磁性材料填充，形成磁性点(例如，专利文献3)。

[专利文献1]日本未审查专利申请公报2005-190552，和对应于此专利的专利：US 2005/0142387

[专利文献2]日本未审查专利申请公报2003-16623

[专利文献3]日本未审查专利申请公报2002-175621，和对应于此专利的专利：US 2002/0086185和US 2005/0031905

[专利文献4]日本未审查专利申请公报2004-227740

上述具有规则排列的点的图形化介质在其制造过程中涉及一个严重问题。即如何在一个简便工艺中形成并排列这些点。在目前实际使用的盘基片中，很难在圆周和径向使点规则排列。上述半导体工艺并不是不能产生这种点状图形。但是，这种工艺需要大量的加工时间。此外，很难以足够精度使每个点的尺寸都达到小于30nm。磁性膜加工中出现的一个问题是由于热损坏造成的磁性质劣化。本领域目前状况下形成纳米孔时很难兼容最小化和规则排列。此外，该工艺因为需要在用磁性材料填充孔后进行表面的平面化处理而很复杂。

因此，如上所述，已提出的形成图形化介质中的点的技术都较复杂，并且在制造图形化介质时也存在许多问题。

鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种具有磁性点的磁记录介质，以达到高密度记录，还提供以简便方法制造这种磁记录介质的方法。

发明内容

为达到上述目的，本发明的磁记录介质包含非磁性基片，以及顺序层叠在该非磁性基片上的至少一层下层、磁记录层和保护层；其中，所述下层由钌或主要是钌的合金构成，并在该下层表面具有预定间距(pitch)的脊形线形成的波形结构；磁记录层含有至少是铁磁性晶粒和非磁性组分；由粒径不小于4纳米的晶粒在磁记录层中构成的磁性点沿该脊形线在下层的表面上对齐；各磁性点被非磁性组分相互隔开。

钌或主要是钌的合金的下层(下面也称作“钌下层”)优选由晶粒边界宽度不大于0.5纳米的单晶或多晶结构构成。钌下层表面的波形结构优选具有一定的构形，在垂直于脊形线的横截面上波形结构的顶部和底部的连接线与非磁性基片的平面之间的角度优选为10°-60°范围。脊形线的间距优选在5-50纳米范围。

该磁记录层可以包含超顺磁晶粒，并转变为超顺磁物质，并可位于钌下层表面的波形结构的底部线上。

非磁性基片可以是盘，在盘的两面上都形成有钌下层、磁记录层和保护层；所述钌下层可具有同心圆的脊形线以预定间距在钌下层表面形成的波形结构。磁记录介质优选还包含在非磁性基片和钌下层之间的软磁性背衬层。

本发明的这种磁记录介质可以采用以下方法制造，该方法包括物理加工软磁性背衬层表面，通过将该背衬层的表面构形反映在钌下层的表面构形中，在钌下层的表面形成波形结构的步骤；或者通过以下方法制造，该方法包括物理加工非磁性基片的表面，通过将该非磁性基片的表面构形反映在钌下层的表面构形中，在钌下层的表面形成波形结构的步骤；或者以下方法，该方法包括对钌下层脊形物理加工，在钌下层本身的表面上形成波形结构的步骤。

本发明的磁记录层具有铁磁晶粒的磁性点，这些磁性点被非磁性组分包围。磁记录层中每个承担1比特记录的磁性点是由粒径不小于4纳米，更优选不小于10纳米的晶粒构成，这些磁性点排列在形成于钌下层表面的波形结构的脊形线上。超顺磁晶粒在大约室温下是非磁性的并且粒径小于4纳米，超顺磁晶粒可存在于波形结构的底部线。

提供钌下层上形成的波形结构，供磁性点形成于该结构上并且进行对齐。钌下层上用来对齐磁性点的波形结构可以通过以下方法形成，即在非磁性基片表面物理形成波形结构，并将非磁性基片上的该结构反映到下层表面上。在提供软磁性背衬层的情况，在钌下层上用来对齐磁性点的波形结构可以通过在背衬表面物理形成波形结构并将背衬上的该结构反映到下层表面来形成。还可以将波形结构直接形成在钌表面本身上。可以采用电子束(EB)在非磁性基片、软磁性背衬层或钌下层上直接形成图形的方法来形成波形结构。

采用溅射等方法将磁记录层沉积在具有上述波形结构的表面构形的钌下层的整个表面上时，粒径不小于4纳米的磁性晶粒在该波形结构的脊形线上对齐。该机理可考虑为对磁记录层的铁磁颗粒到达钌下层表面，铁磁颗粒的原子运动通过表面的迁移过程受到钌下层高表面能的促进，并优选向着波形结构的脊运动。如果钌下层的表面区域中晶粒边界的宽度较大，磁性颗粒的迁移受到晶粒边界的阻碍。结果，对下层理想的是单晶膜。但是，也允许是晶粒边界宽度不大于0.5纳米的多晶膜。

所述点彼此磁隔离，因为这些点被非磁性物质的添加物隔离。磁性颗粒的多个点可以在钌下层的一个晶粒上生长，或者磁性颗粒的一个点可以在钌下层的多个晶粒上生长。脊形线上磁性点的大小以及间距可以通过改变磁性组分中添加物的量、磁记录层的沉积条件以及对应于波形结构的线间距的沉积之后的退火条件而得到改变。沉积和加热的方法与制造常规磁记录介质时采用的方法类似，是简便的方法。

本发明的方法不包含对磁记录层进行机加工或处理来形成磁性点的任何步骤。因此，这些点的磁性质没有由于加工中的损坏而劣化。将波形结构的顶线和底部线间的高度差控制在小于1纳米至几纳米的范围，不必进行如抛光的平面化处理，确保用保护层进行覆盖，因此不会引起腐蚀问题。在使用常规磁记录系统中所用的飞行磁头(flying magnetic head)时也显示良好的飞行性能。通过使用EB直接进行图形化可以简化波形结构的加工，这种方法不包含涂敷光刻胶并去除光刻胶的步骤。在大面积上进行批量图形化也可以采用原版光盘(master disk)的压印技术进行。

目前常用的基片组织化处理方法不能对线间距进行精确控制，而是引起凹槽的交叉。专利文献1和4揭示的方法，虽然其层结构一定程度上类似于本发明，但是该方法利用常用的组织化处理技术并且下层的细微结构存在差异。结果，不能象本发明那样形成磁性点。

本发明的磁记录介质达到在磁记录层中的高密度记录，该介质中，一个比特是由一个晶粒构成的磁性点，晶粒的粒径不小于4纳米，磁记录层层叠在钌下层上，钌下层的表面上有波形结构。

本发明的这种磁记录介质可以采用简便方法制造，其中，波形结构形成在钌下层的表面，在该表面沉积磁记录层。

附图简述

图1所示是本发明第一实施方式的垂直磁记录介质结构的截面示意图，其中，波形结构形成在非磁性基片的表面，并反映在下层表面的构形中；

图2所示是本发明第二实施方式的垂直磁记录介质结构的截面示意图，其中，波形结构形成在软磁性背衬层表面并反映在下层表面的构形中；

图3所示是本发明第三实施方式的垂直磁记录介质结构的截面示意图，其中，波形结构直接形成在下层表面上；

图4所示是在本发明实施方式的垂直磁记录介质的下层上的波形结构的截面示意图；

图5示出本发明实施方式的垂直磁记录介质中在下层表面上的波形结构与磁记录层结构之间的关系。

[标号说明]

1：非磁性基片

2：软磁性背衬层

3：下层

4：磁记录层

5：保护层

4-1：磁性点

4-2：非磁性组分

4-3：超顺磁晶粒

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的一些优选实施方式。

图1至图3所示是本发明第一至第三实施方式中具有软磁性背衬层的垂直磁记录介质的结构的截面示意图。

这些实施方式中的垂直磁记录介质各自包含顺序层叠在非磁性基片1上的软磁性背衬层2、下层3、磁记录层4和保护层5。在保护层5上还可以形成一层润滑层。软磁性背衬层2可以去除。软磁性背衬层2、下层3、磁记录层4和保护层5可以提供在非磁性基片1的另一个表面上，尽管图1至3中未示出。

图1示出第一实施方式，其中，波形结构物理形成在非磁性基片1的表面上，其它的层顺序层叠在该基片上。图2示出第二实施方式，其中，非磁性基片1的表面是平坦的，在将软磁性背衬层2沉积到非磁性基片1上后，将波状层结构物理形成在该软磁性背衬层2的表面，随后顺序层叠其余的层。图3示出第三实施方式，其中，软磁性背衬层2和下层3都形成在平坦的非磁性基片表面上，然后，将波形结构物理形成在下层3的表面上，随后顺序层叠其余的层。

在下层3的表面上，例如，如图4所示，形成具有以预定间距对齐的脊形线的波形结构。在垂直于脊形线的截面图中，波形结构优选具有正弦曲线波形的构形，如图图1至图3所示。该截面图中的波形结构具有特定的构形，即非磁性基片的平面与连接该波形结构的顶部和底部之间线段之间的角度优选在10°-60°范围。线间距(一个脊形线与下一个脊形线之间的距离)优选在5-50纳米范围。很重要的是保持背衬间距基本不变。

图5示意性示出在盘基片情况时，从非磁性基片1上面看到的磁记录层4的微结构。磁性点4-1各自包含一个记录比特，是由粒径不小于4纳米的晶粒构成，并在脊形线上对齐，所述各脊形线被非磁性组分4-2隔开。晶粒也可以存在于波形结构的底部线上。但是，为了避免与脊形线上的记录比特的磁干扰，这些颗粒优选是超顺磁粒子4-3，粒径小于4纳米，使颗粒能转变为超顺磁，并且不显示磁化。

这些垂直磁记录介质的实施方式中，非磁性基片1可以是磁记录介质领域常用的镀NiP的铝合金、玻璃或结晶玻璃构成的盘基片。如果将加热基片时的温度控制在低于约100℃，也可以使用如聚碳酸酯或聚烯烃的树脂的塑料基片。也可以使用硅基片。

优选提供软磁性背衬层2，以控制磁头的磁通量，并在例如现有垂直磁记录介质的情况下提高记录和再现性能。可以省略软磁性背衬层。软磁性背衬层2可以由例如，晶体NiFe合金、山达斯特合金(FeSiAl)、CoFe合金等，或者微晶FeTaC、CoFeNi、CoNiP等构成。高饱和磁化有利于提高记录容量。

软磁性背衬层的最佳厚度取决于进行磁记录用的磁头的结构和特性，当与其它层连续沉积时，综合考虑生产率，该厚度优选在10-500纳米范围。

软磁性背衬层2可以采用常用的镀敷以及溅射方法形成。相对厚的软磁性层可以形成磁畴壁并产生磁化的垂直分量。为避免这种现象，磁性背衬层2除了包含软磁性层外可以包含反铁磁层。反铁磁层可以直接位于软磁性层的下面、上面，或者在软磁性层内。也可以是两种类型层的层叠物。此外，软磁性背衬层2可以采用软磁性层和非磁性层的层叠结构。

下层3需要与磁记录层4的磁性点对齐，在沉积下层3之后立刻沉积磁记录层4。下层的材料主要由钌组成，且单晶和多晶膜的晶粒边界宽度不大于0.5纳米。波形结构必须形成在下层3的表面。根据在下层上的磁记录层4的材料，对晶体对齐进行适当控制。基本上，优选六方密堆积结构(hcp)和其与膜表面平行对齐的(002)。为增强这种对齐，可以直接在下层3的下面提供对齐控制层。

磁记录层4具有图5所示的结构，该结构包含铁磁颗粒的磁性点4-1和包围磁性点的非磁性组分4-2。磁性点4-1沿在下层3表面上形成的脊形线对齐。

磁性点4-1含有钴、铁和镍中的至少一种，并在垂直方向较佳地显示高的各向异性。具体地，优选的材料包括含铂合金，如CoPt合金和FePt合金。由于磁记录层4没有发生机械损坏，因此也可以有利于使用高各向异性的有序的合金。

非磁性组分4-2优选由氧化物或氮化物构成。为促进晶粒在脊形线上的生长，优选在沉积磁记录层4之前对基片进行加热或者在沉积磁记录层之后对基片进行退火。这些措施可以实施其中一种或两种。考虑到生产率，加热温度优选在150-600℃范围。

保护层5可以和常规的保护膜相同，主要由碳构成。保护层不必是单层，也可以是具有不同性质的两层碳层、金属膜和碳膜的层叠物以及氧化物膜和碳膜的层叠物。

可以采用各种技术对波形结构进行处理，包括用电子束(EB)直接进行图形化、用光刻胶膜进行图形化以及用原版盘进行压印。

实施例

实施例1-3分别对应于实施方式1-3，并对实施方式1-3进行更详细的说明，下面将描述实施例1-3。但是，本发明不限于这些实施例。

实施例1

非磁性基片1是盘形硅基片，其平滑表面的表面粗糙度Ra＝0.5纳米。对基片进行清洁后，将基片导入EB设备，在基片表面上进行线加工。进行该加工时，固定电子束的位置并在旋转基片构成同心圆的同时径向水平移动基片。控制脊形线间的间距为25纳米，波形结构的顶线和底部线间的高度差控制为10纳米。然后，将基片导入溅射设备，在5毫托氩气压下用Co₉₂Zr₅Ta₃靶形成无定形CoZrTa的软磁性背衬层2，厚度为100纳米。随后，在3毫托氩气压下用钌靶沉积钌下层3，厚度为5纳米。然后，使用(Co₈₀Pt₂₀)₉₀(SiO₂)₁₀靶，形成CoPt-SiO₂的磁记录层4。磁记录层4是在60毫托氩气压下进行沉积的，其厚度为8纳米。之后，在400℃进行真空热处理。将基片在冷却室内冷却至低于100℃后，采用CVD法，沉积碳的保护层5，厚度为4纳米，从该真空设备中取出基片。最后，通过浸涂法，形成全氟聚醚的液体润滑层，厚度为2纳米。因此，制成实施例1的磁记录介质。每一层的沉积可以采用DC磁电管溅射法进行。EB设备与溅射设备之间的转移在真空下进行。

实施例2

使用与实施例1相同的非磁性基片1。清洁后，将基片导入溅射设备，按照与实施例1相同的方式形成厚度为100纳米的CoZrTa的软磁性背衬层2。将基片导入EB设备，在软磁性背衬层2的表面上进行线处理。按照与实施例1相同的方式，在线处理过程中形成同心圆。脊形线间的间距控制到25纳米，波形结构的顶线和底部线的高度之间的差控制到3纳米。之后，按照与实施例1相同的方式顺序形成钌下层3、CoPt-SiO₂的磁记录层4、碳保护层5和液体润滑层。因此，制成实施例2的磁记录层。

实施例3

使用与实施例1相同的非磁性基片1。清洁后，将基片导入溅射设备，按照与实施例1相同的方式形成厚度为100纳米的CoZrTa的软磁性背衬层2和厚度为5纳米的钌下层3。将基片导入EB设备，在钌下层3的表面上进行线处理。按照与实施例1相同的方式，在线处理过程中形成同心圆。脊形线间的间距控制到25纳米，波形结构的顶线和底部线之间的高度差控制到3纳米。之后，按照与实施例1相同的方式顺序形成磁记录层4、保护层5和液体润滑层。因此，制成实施例3的磁记录层。

比较例1

比较例1的磁记录介质按照与实施例1相同的方式制成，除了不进行使用EB设备的线处理。

比较例2

比较例2的磁记录介质按照与实施例1相同的方式制成，除了在形成下层3的过程中，在5毫托氩气压下用钛靶沉积钛下层3，其厚度为5纳米。

评价

下面说明对上面实施例和比较例的垂直磁记录介质的性能评价结果。

首先，评价各实施例的垂直磁记录介质的微细结构。使用TEM(透射电子显微镜)进行结构分析。在0.2μm×0.2μm的视场进行平面观察，并在该视场测得粒径。确定实施例1-3中晶粒沿脊形线对齐，在钌下层的表面形成波形结构。还观察到细小晶粒沿该波形结构的底部线散布。由截面观察结果可以判断是在顶线还是在底部线。

在比较例1中，相反是没有波形结构的平坦钌下层，观察到任意分布的晶粒，即，是常规晶粒膜的结构。在比较例2中，使用钛材料的下层，虽然形成波形结构，观察到的结构是与比较例1类似的常规颗粒结构。

表1列出这些TEM平面观察结果。对实施例1-3分别示出波形结构的顶线和底部线的数据。对顶线数据，还列出了平均点距离(非磁性组分宽度)，点距离定义为在最窄位置的相邻点之间的间隙。对比较例1和2的数据，没有观察到不均匀分布，只给出在整个视场上平均的平均粒径和平均晶粒边界宽度。该平均晶粒边界宽度可以通过用图像分析系统描绘在所获图像上的晶粒边界获得，定义为：平均晶粒边界宽度t＝((晶粒边界总面积/测定的晶粒数量)/晶粒的平均周长)×2。

                           [表1]

	顶线上	顶线上	底部线上
					平均粒径[纳米]	平均点距离[纳米]	平均粒径[纳米]
实施例1	18.5	3.1	2.9
				实施例2	19.0	2.8	3.2
实施例3	18.7	3.0	3.1
				比较例1(*)	9.6	0.8	-
比较例2(*)	10.1	0.6	-

(^*)因为在顶线和底部线间没有分布区别，在整个视场上取平均值。点距离对应于晶粒边界宽度。

表1表明，实施例1-3具有类似的结构，在脊形线上的点的直径约为19纳米，点间距约为3纳米。对这些实施例中，沉积磁记录层之前的钌下层表面构形进行局部TEM观察，显示脊(顶)线间的距离为25纳米，顶线和底部线间高度的差异约为3纳米，在实施例之间没有明显的差异。可以认为实施例的磁记录层结构基本上相同，原因是钌下层的表面构形类似，并随后沉积磁记录层的条件相同。在底部线上的平均粒径约为3纳米，暗示晶粒转变为超顺磁态。

很清楚，下层构形以及材料(钌)的作用是因为在实施例1-3中观察到的结构在比较例1和2中没有观察到，如前面所述。

为检测每个点是否表现为一个比特，用MFM(磁力显微镜)观察磁化态，同时在垂直膜表面的方向施加磁场。施加两种类型磁场，即，在一个方向施加磁场的DC退磁后，以及磁场极性进行交替并且振幅逐渐减小的AC退磁后进行评价。

对实施例1-3的评价中，只从顶线(脊线)上的点检测输出信号。揭示在DC退磁时每个点在一个方向上磁化，而在AC退磁时这些点在正和负两个方向任意磁化。由底部线未检测到磁化信号。可以认为该区域的晶粒由于粒径很小已转变为超顺磁态。

另一方面，比较例1和2中，在DC退磁中在整个表面检测到均匀的磁化，在AC退磁中观察到粒径为几十纳米的晶粒簇的磁化倒置的图像，这是晶粒结构的一般特征。

上述实施例的图形化的介质包含约为圆柱体形的磁性点，这些磁性点在光盘基片上沿同心圆对齐，平均点直径为19纳米，平均高度为8纳米，平均点距离约为3.0纳米，线间距为25纳米。点尺寸、点距离和点的磁性质可以通过改变厚度、沉积条件、钌下层的表面构形以及磁记录层的厚度、组成和沉积条件而得到改变。这些参数可以主要考虑所需的记录密度和用于写的磁头的最大写磁场来进行设计。除了现有的磁记录系统外，本发明可应用于磁-光记录中所用的写方法，该方法中，采用激光热降低矫顽性的磁性质。

Claims (10)

1.一种磁记录介质，该磁记录介质包含：非磁性基片和顺序层叠在该非磁性基片上的至少一层下层、磁记录层和保护层；其中

下层由钌或主要是钌的合金构成，在该下层表面上具有预定间距的脊形线形成的波形结构；

磁记录层至少含有铁磁晶粒和非磁性组分；

磁记录层中由粒径不小于4纳米的晶粒构成的磁性点在下层表面上沿脊形线对齐；

每个磁性点被非磁性组分相互隔开。

2.如权利要求1所述的磁记录介质，其特征在于，下层由单晶或多晶结构组成，晶粒边界宽度不大于0.5纳米。

3.如权利要求1所述的磁记录介质，其特征在于，下层表面的波形结构具有一定构形，该构形中，在垂直于脊形线的横截面上波形结构的顶部和底部的连接线与非磁性基片的平面之间的角度在10°-60°范围内。

4.如权利要求1所述的磁记录介质，其特征在于，脊形线的间距为5-50纳米。

5.如权利要求1所述的磁记录介质，其特征在于，磁记录层含有超顺磁晶粒，超顺磁晶粒转变为超顺磁物质并位于下层表面的波形结构的底部线上。

6.如权利要求1所述的磁记录介质，其特征在于，非磁性基片是盘，在盘的两个表面上都形成有下层、磁记录层和保护层；下层具有在该下层表面上的以预定间距的同心圆的脊形线形成的波形结构。

7.如权利要求1所述的磁记录介质，其特征在于，所述的磁记录介质还包含在非磁性基片与下层之间的软磁性背衬层。

8.制造如权利要求7所述的磁记录介质的方法，该方法包括对软磁性背衬层表面进行物理加工，通过将背衬层中的表面构形反映到下层的表面构形中，在该下层表面形成波形结构的步骤。

9.制造如权利要求1所述的磁记录介质的方法，该方法包括对非磁性基片表面进行物理加工，通过将非磁性基片的表面构形反映到下层的表面构形中，在该下层表面形成波形结构的步骤。

10.制造如权利要求1所述的磁记录介质的方法，该方法包括对下层表面进行物理加工，在该下层表面形成波形结构的步骤。

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