JP2007257798A - 磁気記録媒体及び磁気記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりもエラーレートを低減することが可能な磁気記録媒体及び磁気記録装置を提供すること。
【解決手段】非磁性基材１と、非磁性基材１の上に形成され、最上層と最下層に軟磁性層２、６がくるように複数の該軟磁性層２、４、６と複数の非磁性層３、５とを交互に積層してなる裏打層１４と、裏打層１４の上に形成された垂直磁気異方性を有する記録層１６とを有する磁気記録媒体２１による。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁気記録媒体及び磁気記録装置に関する。

近年、ハードディスク装置等の磁気記憶装置では記録容量の増大が目覚しく、当該装置に内蔵されている磁気記録媒体の面記録密度は増加の一途をたどっている。そのような磁気記録媒体として古くから用いられているものに、記録層に記録された磁化の方向が面内方向に向いた面内記録媒体がある。しかし、面内記録媒体では、記録磁界や熱揺らぎによって記録ビットが消失しやすいため、面記録密度の高密度化が限界に達しつつある。

そこで、面内記録媒体よりも記録ビットが熱的に安定で高密度化が可能な媒体として、記録層に記録された磁化の方向が媒体の垂直方向に向いた垂直磁気記録媒体が開発され、一部の商品では実用化に至っている。

垂直磁気記録媒体のなかでも、垂直磁気記録層の下に軟磁性裏打層を形成したタイプのものは、磁気記録ヘッドから出た記録磁界が軟磁性裏打層に略垂直に入る。そのため、このタイプの垂直記録媒体では、磁束密度が大きく略垂直な記録磁界を垂直磁気記録層に導くことが可能となり、面記録密度のより一層の高密度化を図ることが可能となる。

軟磁性裏打層を備えた垂直磁気記録媒体では、書き込み信号とは別の大きなノイズが見られることがある。このノイズはスパイクノイズと呼ばれ、軟磁性裏打層の磁壁からの漏洩磁束がその原因となっている。磁気記録媒体におけるビット誤り率を得るには、このスパイクノイズをいかにして抑制するかが重要となる。

上記した軟磁性裏打層の磁壁は、互いに異なる方向を向いた磁区が層内に存在することで発生する。

この点に鑑み、特許文献１及び特許文献２では、軟磁性裏打層の途中の高さに極薄の非磁性層を形成することで軟磁性裏打層を上下二層に分離し、Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY)交換相互作用を利用して、分断された各裏打層のそれぞれの磁化が反対に向くようにしている。

これによれば、下側裏打層の磁区から出た磁束が上側裏打層の磁区を通って再び下側裏打層に戻り、磁束が裏打層内を還流するようになるため、スパイクノイズの原因となる漏洩磁束が低減される。

次に、このような垂直磁気記録媒体に対する書き込み動作について説明する。

図１は、垂直磁気記録媒体１００に対する書き込み動作を説明するための拡大断面図である。なお、同図では明示しないが、垂直磁気記録媒体１００は下から順に軟磁性裏打層、記録層、及び保護層等が形成されている。

図１に示すように、書き込み時には、磁気ヘッド１０１の主磁極１０１ｂで発生した記録磁界Hを媒体１００に通し、その磁界Hをリターンヨーク１０１ａに還流させる。このとき、主磁極１０１ｂの下方の記録層では、記録磁界Hの方向に磁化が向き、磁気情報が書き込まれる。

一方、リターンヨーク１０１ａの下方において記録層に書きこまれた情報が消去されないように、リターンヨーク１０１ａは主磁極１０１ｂよりも大きな断面積を有しており、記録層の磁化が反転しない程度に低い記録密度で記録磁界Hが磁束密度でリターンヨーク１０１ａに帰還される。

図２は、この磁気ヘッド１０１と垂直磁気記録媒体１００を上から見たときの拡大平面図であり、既述の図１は、図２のI−I線に沿う断面図に相当する。

図２に示されるように、垂直磁気記録媒体１００は、磁気ヘッド１０１の走査方向Aに延在するトラック１０２が、互いに間隔をおいて複数形成される。

そして、磁束密度が高い記録磁界Hが発生するように断面積が小さく形成された主磁極１０１ｂの下方のトラック１０２に磁気情報が書き込まれていく。

一方、リターンヨーク１０１ａは、書き込まれた磁気情報を消去しないように、上記のように低い磁束密度で記録磁界Hを還流させなければならず、複数のトラック１０２を数μmの幅で覆う幅広の矩形状となっている。

しかしながら、このようにリターンヨーク１０１ａが複数のトラック１０２を覆うと、たとえ記録磁界Hの磁束密度が低くても、書き込みの対象となっていない主磁極１０１ｂから離れたトラック１０２の磁化の向きが反転し、エラーレートが増大するという現象が発生する。この現象は、WATWR(Wide Area Track Eraser)と呼ばれ、垂直磁気記録媒体に特有のものである。

なお、本発明に関連する技術が、下記の特許文献３〜６及び非特許文献１〜３にも開示されている。
特開２００１−１５５３２１号公報 特開２００１−１５５３２２号公報 特開２０００−３４８３２６号公報 特開２０００−３４８３２７号公報 特開２００４−２７２９５７号公報 特開２００４−７９０４３号公報 Joseph Feng, "Long-range erasure of nearby recorded tracks", IEEE Transactions on Magnetics, July 2004, Vol. 40, pages 2388-2590 Byeon, S. C. et al., "Synthetic antiferromagnetic soft underlayers for perpendicular recording media", IEEE Transactions on Magnetics, July 2004, Vol. 40, pages 2386-2388 Acharya, B. R. et al., "Anti-parallel coupled soft underlayers for high-density perpendicular recording", IEEE Transactions on Magnetics, July 2004, Vol. 40, pages 2383-2385

本発明の目的は、従来よりもエラーレートを低減することが可能な磁気記録媒体及び磁気記録装置を提供することにある。

本発明の一観点によれば、基材と、前記基材の上に形成され、最上層と最下層に軟磁性層がくるように複数の該軟磁性層と複数の非磁性層とを交互に積層してなる裏打層と、前記裏打層の上に形成された垂直磁気異方性を有する記録層とを有する磁気記録媒体が提供される。

本発明に係る磁気記録媒体は、複数の軟磁性層が複数の非磁性層によって分断された構造の裏打層を有する。これにより、一層の非磁性層のみで軟磁性層を分断する場合と比較して各軟磁性層の厚さが薄くなり、各軟磁性層の交換結合磁界が強められ、各軟磁性層同士が反強磁性的に強く結合されるようになる。その結果、リターンヨークに戻る記録磁界に軟磁性層が曝されても、該軟磁性層の磁化の向きが反転し難くなるので、裏打層の内部の磁束が外部に漏洩するのを抑制でき、漏洩磁束に起因して記録層の磁気情報が消去されるのを防止できる。

また、複数の軟磁性層のうち、漏洩磁束が発生した場合に最も記録層に影響を与える最上層の軟磁性層の交換結合磁界を最も強めることで、記録層の磁気情報が消去されてしまうのをより一層確実に防止できるようになる。

このように最上層の軟磁性層の交換結合磁界を最も強めるには、最上層の軟磁性層の膜厚tと飽和磁化Msとの積t・Msを他の軟磁性層よりも小さくすればよい。なお、複数の軟磁性層が全て同じ材料で構成される場合は、各軟磁性層の飽和磁化Msが同じになるので、最上層の軟磁性層の厚さを最も薄くすれば、そのt・Msを最も小さくすることができる。

また、複数の非磁性層のうち、少なくとも一つの該非磁性層の上面若しくは下面に結晶質磁性層を形成してもよい。このように非磁性層との界面が安定した結晶質磁性層を形成することで、経年劣化等によって非磁性層の構成材料が軟磁性層中に拡散するのが抑制される。これにより、複数の軟磁性層同士が非磁性層によって明瞭に分離されるようになるので、これらの軟磁性層同士が反強磁性的に良好に結合する。その結果、各軟磁性層から磁気記録媒体の外に漏れる漏洩磁束を低減でき、漏洩磁束に伴うスパイクノイズを効果的に抑制することが可能となる。

また、本発明の別の観点によれば、基材と、前記基材の上に形成され、最上層と最下層に軟磁性層がくるように複数の該軟磁性層と複数の非磁性層とを交互に積層してなる裏打層と、前記裏打層の上に形成された垂直磁気異方性を有する記録層とを有する磁気記録媒体、及び前記磁気記録媒体に対向して設けられた磁気ヘッドを有する磁気記録装置が提供される。

本発明によれば、複数の軟磁性層と複数の非磁性層とを交互に積層して裏打層を形成するので、各軟磁性層同士が反強磁性的に強く結合する。従って、WATER現象を助長する一因となる裏打層からの漏洩磁束を抑制でき、エラーレートを低減することが可能となる。

以下に、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

（１）第１実施形態
図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る磁気記録媒体の製造途中の断面図である。

最初に、図３（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。

まず、Al合金基材や化学強化ガラス基材の表面にNiPめっきを施してなる非磁性基材１の上に、０．５PaのAr雰囲気中で投入電力を１kWとするDCスパッタ法でアモルファス材料であるCoNbZrを厚さ１２．５nmに堆積させ、それにより形成されたCoNbZr層を第１軟磁性層２とする。

なお、非磁性基材１としては、結晶化ガラスや、表面に熱酸化膜が形成されたシリコン基板、或いはプラスチック基板を用いてもよい。更に、第１軟磁性層２はCoNbZr層に限定されず、Co、Fe、及びNiのうちの１以上の元素と、Zr、Ta、C、Nb、Si、及びBのうちの１以上の元素とを含むアモルファス領域若しくは微結晶構造領域の合金層を第１軟磁性層２として形成してもよい。そのような材料としては、例えばCoNbTa、FeCoB、NiFeSiB、FeAlSi、FeTaC、FeHfC等がある。

また以降の堆積方法として特に断らない限りDCスパッタ法を用いるが、膜の堆積方法はDCスパッタ法に限られず、RFスパッタ法、パルスDCスパッタ法、CVD法等も採用し得る。

次に、第１軟磁性層２の上に、０．５PaのAr雰囲気中で投入電力を１５０WとするDCスパッタ法により第１非磁性層３としてRu層を０．７nmの厚さに形成する。第１非磁性層３はRu層に限定されず、Ru、Rh、Ir、Cu、Cr、V、Re、Mo、Nb、W、Ta、及びCのいずれかの単体、又はこれらのうちの少なくとも一つを含む合金、若しくはMgOで第１非磁性層３を構成してもよい。

続いて、この第１非磁性層３の上に、０．５PaのAr雰囲気中で投入電力を１kWとするDCスパッタ法により、第２軟磁性層４としてアモルファス材料であるCoNbZrを厚さ２５nmに堆積させる。第２軟磁性層４はCoNbZr層に限定されない。第１軟磁性層２と同様に、Co、Fe、及びNiのうちの１以上の元素と、Zr、Ta、C、Nb、Si、及びBのうちの１以上の元素とを含むアモルファス領域若しくは微結晶構造領域の合金層を第２軟磁性層４として形成してもよい。

次いで、第２軟磁性層４の上に、DCスパッタ法により第２非磁性層５としてRu層を厚さ０．７nmに形成する。その第２非磁性層５は、例えば、０．５PaのAr雰囲気中で投入電力を１５０Wとして形成される。

そして、第２非磁性層５の上に、０．５PaのAr雰囲気中で投入電力を１kWとするDCスパッタ法を用いて、第３軟磁性層６としてアモルファス材料であるCoNbZrを厚さ１２．５nmに堆積させる。

以上により、各層２〜６で構成される裏打層１４が非磁性基材１の上に形成されたことになる。

その裏打層１４では、各軟磁性層２、４、６の隣接する飽和磁化Ms₂、Ms₄、Ms₆同士が互いに反平行の状態、即ち各軟磁性層２、４、６が反強磁性的に結合した状態で安定する。このような状態は、第１、第２非磁性層３、５の厚さを増加させることで周期的に現れ、その状態が最初に現れる厚さに第１、第２非磁性層３、５を形成するのが好ましい。非磁性層３、５としてRu層を形成する場合、その厚さは約０．７〜１nmである。

このように飽和磁化Ms₂、Ms₄、Ms₆が互いに反平行となることで、これらの磁化に起因する磁束が互いにキャンセルし、外部磁場が無い場合に裏打層１４の全体としての磁気モーメントが０になる。その結果、裏打層１４から出る漏洩磁束が低減され、その漏洩磁束に起因するスパイクノイズを低減することができる。

なお、裏打層１４の磁気モーメントを確実に０にするには、第１〜第３裏打層２、４、６のそれぞれの飽和磁化と膜厚との積の総和が、飽和磁化の向きも含めて０になればよい。すなわち、第１〜第３裏打層２、４、６のそれぞれの膜厚をt₂、t₄、t₆とする場合、
t₂・Ms₂＋t₄・(−Ms₄)＋t₆・Ms₆＝０・・・（１）
となればよい。ここで、第２裏打層４の飽和磁化Ms₄の前の符号が、第１、第３裏打層２、６の飽和磁化Ms₂、Ms₆のそれと逆なのは、飽和磁化Ms₄の向きが飽和磁化Ms₂、Ms₆のそれと逆であるためである。式（１）の関係を満たすように第１〜第３裏打層２、４、６の膜厚を設定することで、各層の磁化に起因する磁束が互いにキャンセルして裏打層１４の全体としての磁気モーメントが確実に０になる。

更に、裏打層１４の全膜厚は、その飽和磁束密度Bsが１T以上の場合、磁気ヘッドによる書き込み容易性や再生容易性の観点から、１０nm以上、より好ましくは３０nm以上にするのが好ましい。但し、その全膜厚が厚すぎると製造コストが上昇するので、１００nm以下、より好ましくは６０nm以下とするのが好ましい。

次に、図３（ｂ）に示すように、８PaのAr雰囲気中で投入電力を２５０WとするDCスパッタ法によりRu層を約２０nmの厚さに形成し、そのRu層を非磁性下地層１５とする。

なお、非磁性下地層１５はこのような単層構造に限定されず、二層以上の層で非磁性層１５を構成してもよい。その場合、それぞれの層として、Co, Cr, Fe, Ni, 及びMnのいずれかとRuとの合金よりなる層を形成するのが好ましい。

更に、非磁性下地層１５の結晶配向性向上と結晶粒径制御のために、裏打層１４の上にアモルファスのシード層を形成してから非磁性下地層１５を形成してもよい。その場合、シード層としては、例えば、Ta、Ti、C、Mo、W、Re、Os、Hf、Mg、及びPtのいずれかよりなる層、若しくはこれらの合金層を形成するのが好ましい。

そして、この非磁性下地層１５の上に、圧力が約３PaのAr雰囲気中で投入電力を３５０WとするDCスパッタ法でグラニュラー構造のCoCrPt-SiO₂を厚さ約１０nmに堆積し、それを主記録層１６ａとする。

その後、主記録層１６ａの上に、０．５PaのAr雰囲気中で投入電力を４００Wとするスパッタ法で書き込み補助層１６ｂとしてCoCrPtB層を厚さ約６nmに形成する。

これにより、非磁性下地層１５の上には、主記録層１６ａと書き込み補助層１６ｂとで構成される垂直磁気異方性を有する記録層１６が形成されたことになる。

上記の条件で形成された主記録層１６ａと書き込み補助層１６ｂのそれぞれの異方性磁界H_k1、H_k2と、磁化反転パラメータα₁、α₂は、それぞれH_k1＞H_k2及びα₁＜α₂を満たす。このような特性は、主記録層１６ａの垂直磁気異方性が書き込み補助層１６ｂのそれよりも大きい場合に見られるため、本実施形態では、垂直磁気異方性が大きな主記録層１６ａとそれが小さな書き込み補助層１６ｂとを積層した構造となる。

主記録層１６ａは、このように垂直磁気異方性が大きいため、それ単独では外部磁界によって磁化が反転し難く、磁気情報を書き込み難い。ところが、上記のように垂直磁気異方性が弱く外部磁界によって磁化が容易に反転する書き込み補助層１６ｂをその主記録層１６ａに接して設けると、これらの層１６ａ、１６ｂのスピン同士の相互作用によって、書き込み補助層１６ｂの磁化が外部磁界により反転するのにつられて主記録層１６ａの磁化も反転するようになり、主記録層１６ａへの磁気情報の書き込みが容易になる。

しかも、主記録層１６ａの磁気異方性が大きいため、主記録層１６ａのそれぞれの磁区における磁化同士がそれらの相互作用によってその向きが安定するので、磁気情報を担う磁化の向きが熱によって反転し難くなり、主記録層１６ａの熱揺らぎ耐性が高くなる。

なお、熱揺らぎ耐性と書き込み容易性とを両立させる必要がある場合には、記録層１６をこのような二層構造にするのが好ましいが、その必要が無い場合には記録層１６を単層構造にしてもよい。更に、記録層１６を三層以上の層構造にしてもよい。

続いて、図３（ｃ）に示すように、C₂H₂ガスを反応ガスとするRF-CVD(Radio Frequency Chemical Vapor Deposition)法により、記録層１６の上に保護層１７としてDLC(Diamond Like Carbon)層を厚さ約４nmに形成する。その保護層１７の成膜条件は、例えば、成膜圧力約４Pa、高周波電力のパワー１０００W、基板−シャワーヘッド間のバイアス電圧２００V、及び基板温度２００℃である。

次に、保護層１７の上に潤滑剤（不図示）を約１nmの厚さに塗布した後、研磨テープを用いて保護層１７の表面突起や異物を除去する。

以上により、本実施形態に係る磁気記録媒体２１の基本構造が完成した。

図４は、この磁気記録媒体２１への書き込み動作を説明するための断面図である。

書き込みを行うには、図４に示すように、主磁極４３ｂとリターンヨーク４３ａよりなる磁気ヘッド４３を磁気記録媒体２１に対向させ、断面積の小さな主磁極４３ｂで発生した磁束密度が高い記録磁界Hを記録層１６に通す。このようにすると、垂直磁気異方性を有する主記録層１６ａのうち、主磁極４３ｂの直下にある磁区では、この記録磁界Hによって磁化が反転し、情報が書き込まれる。

記録磁界Hは、このように主記録層１６ａを垂直に貫いた後、磁気ヘッド４３と共に磁束回路を構成する裏打層１４を面内方向に走り、再び主記録層１６ａを通って、断面積の大きなリターンヨーク４３ａに低い磁束密度で帰還される。裏打層１４は、このように膜中に記録磁界Hを導き、記録層１６に垂直に記録磁界Hを通す役割を果たす。

そして、磁気記録媒体２１と磁気ヘッド４３とを面内において図のAの方向に相対移動させつつ、記録信号に応じて記録磁界Hの向きを変えることにより、垂直方向に磁化された複数の磁区が記録媒体２１のトラック方向に連なって形成され、記録信号が磁気記録媒体２１に記録されることになる。

上記したように、本実施形態では、裏打層１４を構成する軟磁性層２、４、６を複数の非磁性層３、５で分断した。以下に、このような構造により得られる利点について説明する。

図５は、裏打層１４の全膜厚を本実施形態と同じにしながら、第１非磁性層３のみで軟磁性層２、４を分離した比較例に係る垂直磁気記録媒体２２の断面図である。

この場合、各軟磁性層２、４のそれぞれの交換結合磁界H_exは、次の式（２）のように表現される：
H_ex=J／(t・Ms) ・・・（２）
ここで、J、t、Msは、それぞれ各層２、４の交換結合エネルギ、膜厚、飽和磁化である。このうち、Jは、各軟磁性層２、４の材料や、これらの層と非磁性層３との界面状態によって決まる定数である。また、Msも、各軟磁性層２、４の材料によって定まる。従って、MsとJについては、この比較例でも本実施形態でも同じである。

これに対し、比較例におけるtは、裏打層１４の全膜厚を本実施形態と同じにしながら裏打層１４を第１非磁性層３のみで分断するようにしたので、本実施形態よりも大きな値となる。

従って、この比較例では、軟磁性層２、４のそれぞれの交換結合磁界H_exが本実施形態のそれよりも小さいことになる。

このように交換結合磁界H_exが小さいと、各軟磁性層２、４の飽和磁化Ms₂、Ms₄同士の結びつきが弱くなるので、本来なら反平行となって磁束を還流させるべき各磁化Ms₂、Ms₄が、書き込み用の記録磁界Hによって同じ方向に向いてしまう。こうなると、これらの磁化Ms₂、Ms₄を発生源とする漏洩磁束が裏打層１４から記録層１６に侵入し、書き込みが行われていない部分の記録層１６の磁気情報がその漏洩磁束によって消去されてしまう。本願発明者は、これがWATER現象を助長しているものと推測している。

これに対し、本実施形態では、図３（ｃ）に示したように二つの非磁性層３、５で裏打層１４を分断することで、各軟磁性層２、４、６の厚さtを比較例よりも薄くしたので、既述の式（２）から、各軟磁性層２、４、６における交換結合磁界H_exが比較例よりも大きくなる。よって、これらの軟磁性層の飽和磁化Ms₂、Ms₄、Ms₆のそれぞれが反強磁性的に強く結合するようになり、書き込み用の記録磁界Hが印加されてもこれらの飽和磁化が同一方向に向くことが抑制され、WATER現象に起因するエラーレートを低減することができる。

図６は、本実施形態に係る垂直磁気記録媒体２１のWATER現象を調査して得られた特性図である。一方、図７は、比較例に係る磁気記録媒体２２のWATER現象を調査して得られた特性図である。

これら図６、図７において、横軸は、書き込みの対象となっているトラックを基準（０μm）にした場合におけるトラック幅方向の距離（トラックピッチ）を示す。一方、縦軸は、エラーレートの対数（底は１０）を示す。

そして、◆で示される系列は、各磁気記録媒体に最初に情報を書き込んだ初期状態のエラーレートであり、■で示される系列は、各磁気記録媒体に１０万回情報を書き込んだ終状態のエラーレートである。

図６に示されるように、本実施形態では、基準のトラック（０μm）から離れた部分におけるエラーレートが、終状態でも初期状態と略同じ値となっている。これは、リターンヨークによる情報の消去が抑制されており、WATER現象が殆ど発生していないことを示している。

一方、図７に示されるように、比較例では、同図の点線円内に示される部分において、終状態のエラーレートが初期状態のそれよりも上昇している。これは、これらの部分の情報がリターンヨークによって消去され、WATER現象が顕著に発生したことを示すものである。

このように、図６及び図７の結果より、本実施形態において実際にWATER現象が抑制されることが確認できた。

次に、WATER現象の抑制を確実にするために好適な各軟磁性層２、４、６（図３（ａ）参照）の膜厚について考える。

上記のように、WATER現象は、各軟磁性層２、４、６の交換結合磁界H_exが弱い場合に発生し易くなると考えられる。特に、記録層１６に最も近い最上層の第３軟磁性層６の交換結合磁界H_exが弱いと、リターンヨークに向かう記録磁界Hによって第３軟磁性層６の磁化が反転し、第３軟磁性層６からの磁束の漏れが多くなってその漏洩磁束により記録層１６の磁気情報が消去され、WATER現象が発生し易くなると考えられる。

そのため、最上層の第３軟磁性層６については、それよりも下にある軟磁性層２、４と比較して交換結合磁界H_exを強めるのが好ましい。このためには、既述の式（２）より、第３軟磁性層６のt・Msを他の軟磁性層２、４よりも小さくすればよい。

本実施形態のように各軟磁性層２、４、６が同じ材料で構成される場合、MsやJは各層２、４、６で同じであるから、第３軟磁性層６の膜厚t₆を他の層２、４の厚さt₂、t₄よりも薄くすることで、上記のように第３軟磁性層６の交換結合磁界H_exが強まり、WATER現象をより一層確実に低減できると期待される。

なお、このように各軟磁性層２、４、６が同じ材料で構成され、それらの飽和磁化Ms₂、Ms₄、Ms₆も同じ値になる場合、既述の式（１）からt₂＝t₄−t₆となり、最下層の第１軟磁性層２の厚さt₂は中間の第２軟磁性層４の厚さt₄よりも薄くなる。この場合、最下層の第１軟磁性層２の厚さt₂と最上層の第３軟磁性層６の厚さt₆とを等しくすることで、WATER現象が更に確実に低減できると考えられる。

更に、各軟磁性層２、４、６が異なる材料で構成される場合には、最上層の第３軟磁性層６と最下層の第１軟磁性層２のそれぞれのt・Msを等しくすることで、WATER現象が更に確実に低減できると考えられる。

（２）第２実施形態
第１実施形態では、図３（ｃ）に示したように、二層の非磁性層３、５により裏打層１４を分断した。本実施形態では、３層以上の非磁性層によって裏打層１４を分断する。

第１例
図８は、本実施形態の第１例に係る磁気記録媒体２３の断面図である。なお、図８において、第１実施形態で説明した要素には第１実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図８に示されるように、第１例では、三層の第１〜第３非磁性層３、５、７で裏打層１４を分断する。各層の材料と膜厚は次の通りである：
第１軟磁性層２…CoNbZr、８．３nm
第１非磁性層３…Ru、０．７nm
第２軟磁性層４…CoNbZr、１６．７nm
第２非磁性層５…Ru、０．７nm
第３軟磁性層６…CoNbZr、１６．７nm
第３非磁性層７…Ru、０．７nm
第４軟磁性層８…CoNbZr、８．３nm
図９は、この磁気記録媒体２３のWATER現象を調査して得られた特性図である。この特性図の横軸と縦軸は、図６及び図７で説明したのと同様である。

図９に示されるように、この磁気記録媒体２３においても、終状態におけるエラーレートが初期状態におけるのと略同じであり、WATER現象が抑制されている。

第２例
図１０は、本実施形態の第２例に係る磁気記録媒体２４の断面図である。図１０において、第１実施形態で説明した要素には第１実施形態と同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

図１０に示されるように、第２例では、五層の第１〜第５非磁性層３、５、７、９、１１で裏打層１４を分断する。各層の材料と膜厚は次の通りである：
第１〜第６軟磁性層２、４、６、８、１０、１２…CoNbZr、６．２５nm
第１〜第５非磁性層３、５、７、９、１１…Ru、０．７nm
図１１は、この磁気記録媒体２４のWATER現象を調査して得られた特性図である。この特性図の横軸と縦軸は、図６及び図７で説明したのと同様である。

図１１に示されるように、この磁気記録媒体２４においても、基準のトラック（０μm）から離れた部分におけるエラーレートは終状態と初期状態とで変わりなく、WATER現象が抑制されている。なお、基準のトラック（０μm）の近傍のトラックにおいて、終状態のエラーレートが上昇しているが、これは実験の際に磁気ヘッドがサーボエラーを起こし、上記のトラックの磁気情報を消去してしまったためであり、WATER現象とは無関係である。

このように、本例でもWATER現象は抑制されるが、裏打層１４を構成する層の数が全部で１１層もあり製造コストが増大するので、第１実施形態や第１例のように層の数をなるべく減らすのが好ましい。

図１２は、上記した磁気記録媒体２１〜２４のそれぞれの交換結合磁界H_exとSN比を調査して得られた表である。

図１２に示されるように、比較例に係る磁気記録媒体２２の交換結合磁界H_exが最も弱い。これに対し、磁気記録媒体２１、２３、２４では、比較例よりも交換結合磁界H_exが強い。既述のように、比較例ではWATER現象が顕著に発生し、本実施形態に係る記録媒体２１、２３、２４が殆ど発生しない。このことからも、交換結合磁界H_exを強めることによりWATER現象を抑制できることが裏付けられた。

（３）第３実施形態
図１２は、本実施形態に係る磁気記録媒体の断面図である。

第１実施形態では、図３（ｃ）に示したように、第１非磁性層３の上面と下面に第１、第２軟磁性層２、４が接するように形成されている。

ところが、第１非磁性層３を構成するRu原子等は、アモルファス材料や微結晶材料で構成される準安定状態の各軟磁性層２、４中に拡散し易いので、これらの軟磁性層２、４が反強磁性的に結合し難くなり、スパイクノイズが発生し易くなる恐れがある。

このような問題は、磁気記録媒体２１の製造プロセスにおける熱工程、特にCVD法による保護層１７の成膜時に発生すると考えられる。保護層１７を構成するDLC層は、磁気ヘッドに触れても損傷しないように、機械的に強固でHDI特性に優れたダイアモンド構造を有する必要がある。そのため、CVD法を用いた保護層１７の形成工程では、基材１上にダイアモンド構造の炭素微粒子を堆積させるために、基材１の加熱は不可避である。

また、加熱が伴わなくとも、経年劣化により上記の拡散が起こり、記録媒体２１の使用時間と共にスパイクノイズが増大する恐れもある。

アモルファス材料や微結晶材料は、明瞭な磁区構造を持つため磁壁が発生し難く、軟磁性層２、４の構成材料として最適である。よって、アモルファス材料や微結晶材料で軟磁性層２、４を構成しつつ、第１非磁性層３の構成原子の軟磁性層２、４への拡散を防止することが望まれる。これと同じことが、第２非磁性層５とその上下の軟磁性層４、６についても望まれる。

そこで、本実施形態では図１３に示すように、各非磁性層３、５の上面と下面に接するようにして結晶質磁性層３０を形成し、各非磁性層３、５の構成元素の軟磁性層２、４、６への拡散を防止するようにした。なお、結晶質非磁性層３０を形成した点以外は第１実施形態と同じである。

各結晶質磁性層３０は、厚さ約１〜５nmのNiFe層よりなり、例えば０．５PaのAr雰囲気中で投入電力を２００WとするDCスパッタ法により形成され得る。

その下部結晶質磁性層３０はNiFe層に限定されず、Ni、Fe、及びCoのいずれか単体、又はこれらのいずれかを含む合金よりなる層を下部結晶質磁性層３０として形成してもよい。

また、結晶質磁性層３０の厚さの下限は、結晶質磁性層３０が連続膜となるために必要な最低限の厚さに設定される。材料により異なるが、１〜３nm以上の厚さであれば結晶質磁性層３０は連続膜となる。また、その厚さが厚すぎると、各軟磁性層２、４、６よりも結晶質磁性層３０の特色が色濃くなり、スパイクノイズの発生源となる磁壁が結晶質磁性層３０に形成されるので、なるべく薄く、例えば１０nm以下の厚さに結晶質磁性層３０を形成するのが好ましい。

結晶質磁性層３０は、結晶構造が定まっているため各非磁性層３、５との界面が安定し、非磁性層３、５の構成原子は各結晶質磁性層３０中に拡散し難くなる。これにより、プロセス中に基材１が加熱されたり、磁気記録媒体２１の使用期間が長期にわたったりしても、各軟磁性層２、４、６同士が反強磁性的に結合し易くなり、スパイクノイズを確実に低減することが可能となる。

なお、この例では第１非磁性層３の上下に結晶質磁性層３０を形成したが、第１非磁性層３０の上面若しくは下面のみに結晶質非磁性層３０を形成するようにしてもよい。その場合であっても、残りの一方の結晶質磁性層３０により、第１非磁性層３の構成元素の拡散は抑制される。これについては、第２非磁性層５の上下に形成された結晶質非磁性層３０についても同様である。

更に、このような結晶質磁性層は、第２実施形態の第１例や第２例に適用してもよい。

（４）第４実施形態
本実施形態では、第１実施形態の磁気記録媒体２１を備えた磁気記録装置について説明する。

図１４は、その磁気記録装置の平面図である。この磁気記録装置は、パーソナルコンピュータやテレビの録画装置に搭載されるハードディスク装置である。

この磁気記録装置では、磁気記録媒体２１が、スピンドルモータ等によって回転可能な状態でハードディスクとして筐体４７に収められる。更に、筐体４７の内部には、軸４６を中心にしてアクチュエータ等により回転可能なキャッリッジアーム４４が設けられており、このキャリッジアーム４４の先端に設けられた磁気ヘッド４３が磁気記録媒体２１を上方から走査し、磁気記録媒体２１への磁気情報の書き込みと読み取りが行われる。

なお、磁気ヘッド４３の種類は特に限定されず、GMR(Giant Magneto-Resistive)素子やTuMR(Tunneling Magneto-Resistive)素子等の磁気抵抗素子で磁気ヘッドを構成してよい。

このようにしてなる磁気記録装置によれば、図３（ｃ）に示したように磁気記録媒体２１の裏打層１４を二層の非磁性層３、５で分断したので、第１実施形態で説明したようにWATER現象を抑制でき、情報保持の信頼性が保証される。

なお、磁気記録装置は、上記のようなハードディスク装置に限定されず、可撓性のテープ状の磁気記録媒体に対して磁気情報を記録するための装置であってもよい。

更に、磁気記録媒体２１としては、第２実施形態で説明した磁気記録媒体２３、２４を用いてもよい。

以下に、本発明の特徴を付記する。

（付記１） 基材と、
前記基材の上に形成され、最上層と最下層に軟磁性層がくるように複数の該軟磁性層と複数の非磁性層とを交互に積層してなる裏打層と、
前記裏打層の上に形成された垂直磁気異方性を有する記録層と、
を有することを特徴とする磁気記録媒体。

（付記２） 上下に隣接する前記軟磁性層のそれぞれの磁化が反対方向を向いてい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） 外部磁場が無い場合に前記裏打層の全体の磁気モーメントが０であることを特徴とする付記２に記載の磁気記録媒体。

（付記４） 最上層に形成された前記軟磁性層は、その膜厚tと飽和磁化Msとの積t・Msが、他の前記軟磁性層よりも小さいことを特徴とする付記１に記載の磁気記録媒体。

（付記５） 前記最上層の前記軟磁性層と最下層の前記軟磁性層は、前記積t・Msが等しいことを特徴とする付記４に記載の磁気記録媒体。

（付記６） 前記複数の軟磁性層が全て同じ材料で構成され、且つ、該複数の軟磁性層のうち、最上層に形成された前記軟磁性層の厚さが最も薄いことを特徴とする付記４に記載の磁気記録媒体。

（付記７） 前記最上層の前記軟磁性層と最下層の前記軟磁性層は厚さが等しいことを特徴とする付記６に記載の磁気記録媒体。

（付記８） 前記複数の非磁性層のうち、少なくとも一つの該非磁性層の上面若しくは下面に結晶質磁性層が形成されたことを特徴とする付記１に記載の磁気記録媒体。

（付記９） 前記結晶質磁性層は、Ni、Fe、及びCoのいずれか単体、又はこれらのいずれかを含む合金よりなることを特徴とする付記８に記載の磁気記録媒体。

（付記１０） 前記軟磁性層は、Co、Fe、及びNiのうちの１以上の元素と、Zr、Ta、C、Nb、Si、及びBのうちの１以上の元素とを含む合金であり、アモルファス又は微結晶構造を有することを特徴とする付記８に記載の磁気記録媒体。

（付記１１） 前記非磁性層は、Ru、Rh、Ir、Cu、Cr、V、Re、Mo、Nb、W、Ta、及びCのいずれかの単体、又はこれらのうちの少なくとも一つを含む合金、若しくはMgOで構成されることを特徴とする付記１に記載の磁気記録媒体。

（付記１２） 基材と、前記基材の上に形成され、最上層と最下層に軟磁性層がくるように複数の該軟磁性層と複数の非磁性層とを交互に積層してなる裏打層と、前記裏打層の上に形成された垂直磁気異方性を有する記録層とを有する磁気記録媒体、
及び前記磁気記録媒体に対向して設けられた磁気ヘッドを有することを特徴とする磁気記録装置。

図１は、従来例に係る垂直磁気記録媒体に対する書き込み動作を説明するための拡大断面図である。 図２は、磁気ヘッドと従来例に係る垂直磁気記録媒体を上から見たときの拡大平面図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１実施形態に係る磁気記録媒体の製造途中の断面図である。 図４は、本発明の第１実施形態に係る磁気記録媒体への書き込み動作を説明するための断面図である。 図５は、比較例に係る磁気記録媒体の断面図である。 図６は、本発明の第１実施形態に係る磁気記録媒体のWATER現象を調査して得られた特性図である。 図７は、比較例に係る磁気記録媒体のWATER現象を調査して得られた特性図である。 図８は、本発明の第２実施形態に係る磁気記録媒体（第１例）の断面図である。 図９は、本発明の第２実施形態に係る磁気記録媒体（第１例）のWATER現象を調査して得られた特性図である。 図１０は、本発明の第２実施形態に係る磁気記録媒体（第２例）の断面図である。 図１１は、本発明の第２実施形態に係る磁気記録媒体（第２例）のWATER現象を調査して得られた特性図である。 図１２は、本発明の第１、第２実施形態、及び比較例に係る磁気記録媒体のそれぞれの交換結合磁界とSN比を調査して得られた表である。 図１３は、本発明の第３実施形態に係る磁気記録媒体の断面図である。 図１４は、本発明の第４実施形態に係る磁気記録装置の平面図である。

符号の説明

１…非磁性基材、２…第１軟磁性層、３…第１非磁性層、４…第２軟磁性層、５…第２非磁性層、６…第３軟磁性層、７…第３非磁性層、８…第４軟磁性層、９…第４非磁性層、１０…第５軟磁性層、１１…第５非磁性層、１２…第６軟磁性層、１４…裏打層、１５…非磁性下地層、１６…記録層、１６ａ…主記録層、１６ｂ…書き込み補助層、１７…保護層、２１〜２４、１００…磁気記録媒体、３０…結晶質磁性層、４３…磁気ヘッド、４３ａ、１０１ａ…リターンヨーク、４３ｂ、１０１ｂ…主磁極、４４…キャリッジアーム、４６…軸、４７…筐体。

Claims (5)

1. 基材と、
   前記基材の上に形成され、最上層と最下層に軟磁性層がくるように複数の該軟磁性層と複数の非磁性層とを交互に積層してなる裏打層と、
   前記裏打層の上に形成された垂直磁気異方性を有する記録層と、
   を有することを特徴とする磁気記録媒体。
2. 上下に隣接する前記軟磁性層のそれぞれの磁化が反対方向を向いていることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
3. 外部磁場が無い場合に前記裏打層の全体の磁気モーメントが０であることを特徴とする請求項２に記載の磁気記録媒体。
4. 最上層に形成された前記軟磁性層は、その膜厚tと飽和磁化Msとの積t・Msが、他の前記軟磁性層よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
5. 基材と、前記基材の上に形成され、最上層と最下層に軟磁性層がくるように複数の該軟磁性層と複数の非磁性層とを交互に積層してなる裏打層と、前記裏打層の上に形成された垂直磁気異方性を有する記録層とを有する磁気記録媒体、
   及び前記磁気記録媒体に対向して設けられた磁気ヘッドを有することを特徴とする磁気記録装置。

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