JP2007172756A - 磁気記録媒体及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】陽極酸化に伴う膜剥がれを抑制して高い歩留まりを得ることができる磁気記録媒体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】円盤状の基板1の上に、下地層2、軟磁性裏打ち層3及び中間層4を順次形成する。中間層4としては、例えば酸化アルミニウム層又は酸化シリコン層を用いることができ、例えばスパッタ法又は蒸着法により形成することができる。中間層4の厚さは、例えば10nm程度以下とする。中間層4上にAl層5を形成する。Al層5の陽極酸化処理(アルマイト処理)を行うことにより、Al層5の表面から所定の深さまでを、ポア6aが存在するアルマイト層6に変化させる。希リン酸溶液等に浸漬させることにより、ポア6aの直径を増加させる。ポア6a内に強磁性金属ピラー7を充填する。ポア6a内に強磁性金属ピラー7が充填されたアルマイト層6上に、保護膜9及び潤滑膜10を形成する。
【選択図】図2E

Description

本発明は、ナノホールパターンドメディアに好適な磁気記録媒体及びその製造方法に関する。
近年、IT産業等における技術革新に伴い、磁気記録媒体等の大容量化、高速化及び低コスト化の研究開発が盛んに行われている。これらの大容量化、高速化及び低コスト化のためには、磁気記録媒体等における記録密度の向上が必須である。従来、連続磁性膜の水平記録により、磁気記録媒体等の記録密度を向上させる試みがなされてきたが、技術的には限界を迎えつつある。これは、連続磁性膜を形成する磁性粒子の結晶粒が大きいと複雑磁区を生じてノイズが大きくなってしまう一方で、これを避けるために結晶粒を小さくすると、熱揺らぎにより磁化が経時的に減少してエラーが生じてしまうからである。また、磁気記録媒体等の記録密度を高めると相対的に記録減磁界が大きくなるため、磁気記録媒体等の保磁力を大きくする必要がある一方で、記録ヘッドの書込み能力が不足してオーバーライト特性が確保できなくなるからである。
このため、最近では、水平記録に代わる新しい記録方式に関する研究が盛んに行われてきている。その一つとして、磁気記録媒体等における磁性膜を、連続膜とせずにドット、バー、ピラー等のパターン状とし、そのサイズをナノメートルスケールにすることにより複雑磁区ではなく単磁区構造としたパターンドメディアを用いる記録方式が挙げられる(非特許文献1)。また、他の一つとして、水平記録に比して、記録減磁界が小さいため高密度化が可能で、記録層を極端に薄くする必要がないため記録磁化の熱揺らぎに対する耐性向上が可能である垂直記録による記録方式が挙げられる(特許文献1)。更に、これらのパターンドメディアを用いる記録方式と垂直記録による記録方式とを併せた新しい磁気記録方式についての研究もされている(特許文献1)。この記録方式では、磁気記録媒体として、陽極酸化アルミナ層(アルマイト層)のポア中に磁性金属が充填されたものが用いられる。
図8は、従来の磁気記録媒体の構造を示す断面図である。この従来の磁気記録媒体では、基板101上にTa層等の下地層102が形成され、この下地層102上にNiFe層等の軟磁性裏打ち層(SUL:soft under layer)103が形成されている。そして、軟磁性裏打ち層103上にAl膜105を介して、ポア106aが形成されたアルマイト層106が形成され、ポア106a内に強磁性金属ピラー107が埋め込まれている。
このような磁気記録媒体では、アルマイト層106中の強磁性金属ピラー107が露出面に対して垂直方向に細長く(高アスペクト比で)伸びているため、垂直方向に磁化し易い。従って、強磁性金属ピラー107の形状異方性の存在により、熱揺らぎに強いという利点がある。また、通常、アルマイト層106のポア106aはハニカム型の六方最密格子状に自己組織化的に発生するため、リソグラフィ的手法で1ドットずつドット形成する方法に比べて低コストで製造することができるという利点もある。
ここで、上述のような磁気記録媒体を製造する従来の方法について説明する。図9A乃至図9Cは、磁気記録媒体を製造する従来の方法を工程順に示す断面図である。
従来の製造方法では、先ず、図9Aに示すように、基板101上に、下地層102、軟磁性裏打ち層103及びAl膜105を順次形成する。
次に、図9Bに示すように、Al膜105に対して陽極酸化処理(アルマイト処理)を行うことにより、Al膜105の一部を、ポア106aが存在するアルマイト層106に変化させる。このとき、上述のように、ポア106aは自己組織化的に発生する。
次いで、図9Cに示すように、ポア106a内に強磁性金属ピラー107を形成する。
そして、研磨及び潤滑膜の形成等を行うことにより、磁気記録媒体を完成させる。
しかしながら、上述の製造方法では、陽極酸化処理(アルマイト処理)の際に膜剥がれが生じることがある。ここで、膜剥がれについて説明する。Al膜105の表面に存在する欠陥等のために、陽極酸化が速く進行する部位が存在し、図10に示すように、陽極酸化液が軟磁性裏打ち層103まで到達することがある。そして、陽極酸化液が軟磁性裏打ち層103まで到達すると、陽極酸化液と軟磁性裏打ち層103との間で化学反応が起こり、水素が発生すると共に、軟磁性裏打ち層103まで到達したアルマイト層106が軟磁性裏打ち層103から剥がれるのである。このような膜剥がれが生じると、十分な電気的特性及び機械的特性を確保することができなくなるため、歩留まりが低下する。
特開2002−175621号公報 S. Y. Chou Proc. IEEE 85(4), 652 (1997)
本発明は、陽極酸化に伴う膜剥がれを抑制して高い歩留まりを得ることができる磁気記録媒体及びその製造方法を提供することを目的とする。
本願発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
本発明に係る磁気記録媒体には、基板と、前記基板の上方に形成された軟磁性層と、前記軟磁性層の上方に形成され、その内部に強磁性金属ピラーが埋め込まれた絶縁層と、が設けられている。更に、この磁気記録媒体には、前記軟磁性層と前記絶縁層との間に形成され、金属層を陽極酸化処理することにより前記絶縁層を形成する際に用いられる処理液と前記軟磁性層との反応を防止する中間層が設けられている。
本発明に係る磁気記録媒体の製造方法では、基板の上方に軟磁性層を形成した後、前記軟磁性層の上方に中間層を形成する。次に、前記軟磁性層の上方に金属層を形成する。次いで、前記金属層を陽極酸化処理することにより、孔を有する絶縁層を形成する。その後、前記孔内に強磁性金属ピラーを埋め込む。そして、前記中間層として、前記陽極酸化処理の際に用いられる処理液と前記軟磁性層との反応を防止する層を形成する。
本発明によれば、絶縁層と軟磁性層との間に中間層が存在しているため、陽極酸化処理の処理液の軟磁性層への到達を抑制することができる。従って、処理液と軟磁性層との反応を原因とする膜剥がれを抑制して、高い歩留まりを得ることができる。
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。但し、ここでは、便宜上、磁気記録媒体の構造については、その製造方法と共に説明する。図1A乃至図1Eは、本発明の実施形態に係る磁気記録媒体の製造方法を工程順に示す平面図であり、図2A乃至図2Eは、夫々図1A乃至図1E中のI−I線に沿った断面を示す断面図である。
本実施形態では、先ず、図1A及び図2Aに示すように、円盤状の基板1の上に、下地層2、軟磁性裏打ち層(SUL)3及び中間層4を順次形成する。
基板1の構造は、単層構造又は積層構造のいずれでもよい。基板1の材料としては、例えばアルミニウム、ガラス、シリコン及び石英が挙げられる。また、シリコン基板の表面に熱酸化膜が形成されたものを用いてもよい。なお、基板1の平面形状は円盤状でなくてもよい。
下地層2としては、例えばTa層を用いることができ、例えばスパッタ法により形成することができる。また、下地層2の厚さは、例えば5nm程度とする。
軟磁性裏打ち層3としては、例えばNiFe層又はCoFeB層を用いることができ、例えばスパッタ法により形成することができる。また、軟磁性裏打ち層3の厚さは、例えば50nm程度とする。なお、軟磁性裏打ち層3の構造を、磁区制御層を備えた多層構造としてもよい。この場合、例えば、軟磁性層、磁区制御層及び軟磁性層が積層された構造とすればよい。軟磁性層としては、例えばNiFe層又はCoFeB層を用いることができ、磁区抑制層としては、例えばRu層を用いることができる。
中間層4としては、後述の陽極酸化処理の際に用いられる処理液と軟磁性裏打ち層3との反応を防止するものを用いる。例えば酸化アルミニウム層又は酸化シリコン層等の絶縁層又は高抵抗層を用いることができ、例えばスパッタ法又は蒸着法により形成することができる。中間層4の厚さは、例えば10nm程度以下とする。これは、中間層4の厚さが10nmを超えると、軟磁性裏打ち層3の作用(書き込みヘッドからの磁束を再びヘッドに環流させる作用)が不十分となることがあるからである。
次に、図1B及び図2Bに示すように、中間層4上にAl層5を形成する。Al層5は、例えばスパッタ法により形成することができ、その厚さは、例えば200nm程度とする。
次いで、図1C及び図2Cに示すように、Al層5の陽極酸化処理(アルマイト処理)を行うことにより、Al層5の表面から所定の深さまでを、ポア(孔)6aが存在するアルマイト層6に変化させる。陽極酸化処理中の電圧の印加は、例えばAl層5の表面に電極を接触させて行うことができる。ここで、ポア6aのピッチ(間隔)Pは、概ね、式「P(nm)=印加電圧(V)×2.5」に沿うので、印加電圧を調整することにより、ピッチPを決定することができる。
なお、磁気記録媒体においては、ピッチPを5nm〜500nmとすることが好ましく、10nm〜200nmとすることがより好ましい。これは、ピッチPが上記範囲の下限未満であると、後に強磁性金属ピラーを形成することが困難となる場合があり、上限を超えると、強磁性金属ピラーが単磁区構造にならない場合があるためである。但し、ピッチPは一定であってもよく、ばらつきがあってもよい。
また、陽極酸化処理における電解液の種類、濃度、温度及び時間等に特に制限はなく、形成しようとするポア6aのピッチ、数、大きさ及びアスペクト比等に応じて適宜選択することができる。例えば、ポア6aのピッチを10nm〜150nmとする場合には、希硫酸溶液を用いることが好ましい。また、ポア6aのピッチを150nm〜500nmとする場合には、希リン酸溶液を用いることが好ましい。また、ポア6aのピッチを80nm〜200nmとする場合には、希蓚酸溶液を用いてもよい。
なお、アルマイト層6の形成に当たっては、記録ヘッドからの信号強度を考慮すると、ポア6aの深さを1nm〜100nmとすることが好ましい。
また、ポア6aの配列に特に制限はないが、記録時及び読み出し時における磁気ヘッドの制御を考慮すると、同心円状及び螺旋状に配列させることが好ましい。更に、ポア6aは、半径方向に配列させることが好ましい。これは、磁気ヘッドの書き込み電流を増やすことなく高密度記録及び高速記録が可能となるからである。また、大容量化も可能であり、優れたオーバーライト特性が得られ、均一な特性が得られ、優れた低ノイズ性及び耐熱揺らぎ性等が得られるという利点もある。なお、ポア6aの配列の制御方法については後述する。
また、アルマイト層6の形成に当たっては、Al層5の一部をシールしておき、酸化しないようにしておく。これは、後にめっき処理を行う際に電圧を印加可能とするためである。
アルマイト層6を形成した後には、希リン酸溶液等に浸漬させることにより、ポア6aの直径を増加させる。これにより、所望のアスペクト比(長さ/断面径)のポア6aを形成することができる。なお、磁気記録媒体の製造に当たっては、ポア6aの直径を200nm以下とすることが好ましい。また、ポア6aの直径を100nm以下とすることがより好ましく、5nm〜100nmとすることが特に好ましい。これは、後に形成する強磁性金属ピラーを確実に単磁区構造とするためである。更に、ポア6aの直径は一定であることが好ましいが、ばらつきがあっても本発明の効果を得ることは可能である。
なお、ポア6aのアスペクト比が高いほど形状異方性が大きくなり、磁気記録媒体の保磁力を向上させることができる。磁気記録媒体においてアスペクト比が2未満であると、十分な保磁力を得にくい場合がある。このため、ポア6aのアスペクト比を2以上とすることが好ましく、3〜15とすることがより好ましい。
ポア6aの直径を調整した後には、図1D及び図2Dに示すように、ポア6a内に強磁性金属ピラー7を充填する。この充填は、例えばめっき法等により行うことができる。めっき法としては、例えば、無電解めっき法及び電解めっき法等が挙げられる。また、電解めっき法として交流めっき法を採用する場合、電圧の印加は、例えばAl層5のアルマイト層6から露出している部分に電極を接触させて行うことができる。強磁性金属ピラー7の材料としては、例えばCo、Fe、Ni、FeCo、FeNi、CoNi、CoNiP、FePt、CoPt及びNiPt等が挙げられる。なお、強磁性金属ピラー7の充填を他の方法によって行うことも可能である。但し、蒸着法及びスパッタ法等のPVD法では、ポア6aの底にまで充填することが困難な場合があるため、めっき法が最も好ましい。
強磁性金属ピラー7の高さ(長さ)は、めっき時間に応じて変化する。図3A及び図3Bは、めっき時間以外が同一の条件下で撮影した電子顕微鏡写真である。Coからなる強磁性金属ピラー7を1分間成長させた場合、図3Aに示すように、その高さは約110nmとなった。一方、Coからなる強磁性金属ピラー7を5分間成長させた場合、図3Bに示すように、その高さは約500nmとなった。
図1D及び図2Dに示すように、強磁性金属ピラー7の充填後には、その材料の剰余部8が存在する。そこで、アルマイト層6の表面を平坦化するまで化学機械的研磨(CMP)を行うことにより、剰余部8を除去する。
続いて、図1E及び図2Eに示すように、ポア6a内に強磁性金属ピラー7が充填されたアルマイト層6上に、保護膜9及び潤滑膜10を形成する。保護膜としては、例えばダイヤモンド・ライク・カーボン(DLC)膜をスパッタ法により形成することができ、その厚さは、例えば5nm程度とする。また、潤滑膜10の形成に当たっては、例えば、保護膜9上に潤滑剤としてパーフルオロポリエーテルをディップ法により塗布すればよい。潤滑膜10の厚さは、例えば4nmとする。
このような本実施形態によれば、Al層5と軟磁性裏打ち層3との間に、中間層4を形成しているため、Al層5の表面に欠陥が存在していても、陽極酸化液は軟磁性裏打ち層3まで到達することができない。従って、陽極酸化液と軟磁性裏打ち層3との反応を原因とする膜剥がれを抑制することができる。
なお、中間層4の厚さ、ポア6aの深さ(=強磁性金属ナノピラー7の高さ=記録層の厚さ)は、上述の範囲に限定されるものはなく、磁気記録媒体(ハードディスク媒体)の記録密度に依存して適宜設定することができる。
ここで、ポア6aの配列の制御方法の一例について説明する。ポア6aの配列を制御する場合には、例えば、図4Aに示すように、陽極酸化処理の前に、ポア6aを配列させるための凹状ライン11をAl層5に予め形成しておく。このような凹状ラインが形成されていると、陽極酸化処理の結果、図4Bに示すように、凹状ライン11上にのみ効率的にポア6aを形成することができるのである。凹状ライン11の長さ方向及び直交方向の断面形状に、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、四角形状、V形状、半円形状等が挙げられる。また、上述のように、ポア6aを同心円状又は螺旋状に配列させるためには、凹状ラインの平面形状を同心円状又は螺旋状とすればよい。
凹状ライン11を形成する方法としては、例えば次のような2種類が挙げられるが、これらに限定されることはない。第1の方法では、先ず、図5Aに示すように、一定間隔で凸状ライン12とスペースとが配列されたモールド13を準備する。次に、図5Bに示すように、Al層5の表面にモールド13の凸状ライン12をインプリント転写する。そして、図5Cに示すように、モールド13を取り外す。
第2の方法では、図6Aに示すように、Al層5上にフォトレジスト層14(又は樹脂層)を形成した後、これをパターニングする。次に、図6Bに示すように、フォトレジスト層14をマスクとしてAl層5のエッチング処理を行う。そして、図6Cに示すように、フォトレジスト層14を除去する。
なお、モールド13における凸状ライン12の幅、フォトレジスト層14における凹状ラインパターンの幅等を、その長さ方向において一定間隔(一定周期)で変化させ、図7Aに示すように、Al層5の凹状ライン11の幅をその長さ方向において一定間隔(一定周期)で変化させることが好ましい。この場合、凹状ライン11の幅が広い部分にポア6aが形成され、ポア6aがなす列の幅が当該列の長さ方向において一定間隔(一定周期)で変化(広く又は狭く)することとなる。この結果、図7Bに示すように、強磁性金属ピラー7が埋め込まれた後において、磁気記録媒体のジッタが低減され、より一層の高密度記録が可能となる。
モールド13としては、例えば、連続使用耐久性の観点から炭化珪素基板等を用いることが好ましい。また、また、光ディスクの成型等に使用されているNiスタンパ等を用いてもよい。
インプリント転写の方法も特に制限されない。また、フォトレジスト層14のレジスト材料には、光レジスト材料の他、電子線レジスト材料等も含まれる。光レジスト材料としては、例えば、近紫外光、近視野光等を利用可能な材料等が挙げられる。
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
(付記1)
基板と、
前記基板の上方に形成された軟磁性層と、
前記軟磁性層の上方に形成され、その内部に強磁性金属ピラーが埋め込まれた絶縁層と、
を有する磁気記録媒体において、
前記軟磁性層と前記絶縁層との間に形成され、金属層を陽極酸化処理することにより前記絶縁層を形成する際に用いられる処理液と前記軟磁性層との反応を防止する中間層を有することを特徴とする磁気記録媒体。
(付記2)
前記中間層は、絶縁層であることを特徴とする付記1に記載の磁気記録媒体。
(付記3)
前記中間層は、酸化アルミニウム層又は酸化シリコン層であることを特徴とする付記1に記載の磁気記録媒体。
(付記4)
前記中間層の厚さは、10nm以下であることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の磁気記録媒体。
(付記5)
前記強磁性金属ピラーは、5nm乃至500nmのピッチで配列していることを特徴とする付記1乃至4のいずれか1項に記載の磁気記録媒体。
(付記6)
前記強磁性金属ピラーの高さは、1nm乃至100nmであることを特徴とする付記1乃至5のいずれか1項に記載の磁気記録媒体。
(付記7)
前記強磁性金属ピラーの直径は、200nm以下であることを特徴とする付記1乃至6のいずれか1項に記載の磁気記録媒体。
(付記8)
基板の上方に軟磁性層を形成する工程と、
前記軟磁性層の上方に中間層を形成する工程と、
前記軟磁性層の上方に金属層を形成する工程と、
前記金属層を陽極酸化処理することにより、孔を有する絶縁層を形成する工程と、
前記孔内に強磁性金属ピラーを埋め込む工程と、
を有し、
前記中間層として、前記陽極酸化処理の際に用いられる処理液と前記軟磁性層との反応を防止する層を形成することを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
(付記9)
前記中間層として、絶縁層を形成することを特徴とする付記8に記載の磁気記録媒体の製造方法。
(付記10)
前記中間層として、酸化アルミニウム層又は酸化シリコン層を形成することを特徴とする付記8に記載の磁気記録媒体の製造方法。
(付記11)
前記中間層の厚さを、10nm以下とすることを特徴する付記8乃至10のいずれか1項に記載の磁気記録媒体の製造方法。
(付記12)
前記強磁性金属ピラーをめっき法により埋め込むことを特徴とする付記8乃至11のいずれか1項に記載の磁気記録媒体の製造方法。
本発明の実施形態に係る磁気記録媒体の製造方法を示す平面図である。 図1Aに引き続き、磁気記録媒体の製造方法を示す平面図である。 図1Bに引き続き、磁気記録媒体の製造方法を示す平面図である。 図1Cに引き続き、磁気記録媒体の製造方法を示す平面図である。 図1Dに引き続き、磁気記録媒体の製造方法を示す平面図である。 図1A中のI−I線に沿った断面を示す断面図である。 図1B中のI−I線に沿った断面を示す断面図である。 図1C中のI−I線に沿った断面を示す断面図である。 図1D中のI−I線に沿った断面を示す断面図である。 図1E中のI−I線に沿った断面を示す断面図である。 1分間成長させたCoの強磁性金属ピラーを示す電子顕微鏡写真である。 5分間成長させたCoの強磁性金属ピラーを示す電子顕微鏡写真である。 ポア6aの配列を制御する方法を示す平面図である。 図4Aに引き続き、ポア6aの配列を制御する方法を示す平面図である。 凹状ライン11を形成する第1の方法を示す断面図である。 図5Aに引き続き、凹状ライン11を形成する第1の方法を示す断面図である。 図5Bに引き続き、凹状ライン11を形成する第1の方法を示す断面図である。 凹状ライン11を形成する第2の方法を示す断面図である。 図6Aに引き続き、凹状ライン11を形成する第2の方法を示す断面図である。 図6Bに引き続き、凹状ライン11を形成する第2の方法の示す断面図である。 凹状ライン11の一例を示す平面図である。 図7Aに示す凹状ライン11と強磁性金属ピラー7との関係を示す平面図である。 従来の磁気記録媒体の構造を示す断面図である。 磁気記録媒体を製造する従来の方法を示す断面図である。 図9Aに引き続き、従来の製造方法を示す断面図である。 図9Bに引き続き、従来の製造方法を示す断面図である。 従来の製造方法における不具合を示す断面図である。
符号の説明
1:基板
2:下地層
3:軟磁性裏打ち層
4:中間層
5:Al層
6:アルマイト層
6a:ポア
7:強磁性金属ピラー
8:剰余部
9:保護膜
10:潤滑膜
11:凹状ライン
12:凸状ライン
13:モールド
14:フォトレジスト層

Claims (5)

  1. 基板と、
    前記基板の上方に形成された軟磁性層と、
    前記軟磁性層の上方に形成され、その内部に強磁性金属ピラーが埋め込まれた絶縁層と、
    を有する磁気記録媒体において、
    前記軟磁性層と前記絶縁層との間に形成され、金属層を陽極酸化処理することにより前記絶縁層を形成する際に用いられる処理液と前記軟磁性層との反応を防止する中間層を有することを特徴とする磁気記録媒体。
  2. 前記中間層は、絶縁層であることを特徴とする請求項1に記載の磁気記録媒体。
  3. 基板の上方に軟磁性層を形成する工程と、
    前記軟磁性層の上方に中間層を形成する工程と、
    前記軟磁性層の上方に金属層を形成する工程と、
    前記金属層を陽極酸化処理することにより、孔を有する絶縁層を形成する工程と、
    前記孔内に強磁性金属ピラーを埋め込む工程と、
    を有し、
    前記中間層として、前記陽極酸化処理の際に用いられる処理液と前記軟磁性層との反応を防止する層を形成することを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
  4. 前記中間層として、絶縁層を形成することを特徴とする請求項3に記載の磁気記録媒体の製造方法。
  5. 前記強磁性金属ピラーをめっき法により埋め込むことを特徴とする請求項3又は4に記載の磁気記録媒体の製造方法。
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