JP2009129501A - 磁気記録媒体、磁気記録媒体の製造方法および製造装置、ならびに磁気記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録書き込み時のエラー発生を低減し、高密度な記録書き込みが可能な磁気記録媒体（パターンド媒体）を提供する。
【解決手段】ディスク基板と、前記基板上にトラック方向に沿って配列された複数の記録セルとを有し、前記記録セルは、強磁性パターンと、前記強磁性パターンのトラック方向に面する２つの側壁のいずれか一方の側壁に形成された、前記強磁性パターンよりも結晶磁気異方性定数Ｋｕが小さい軟磁性パターンとを含むことを特徴とする磁気記録媒体。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高密度磁気記録に用いられる磁気記録媒体、この磁気記録媒体の製造方法および製造装置、ならびにこの磁気記録媒体を用いた磁気記録装置に関する。

ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などの磁気記録装置は、パソコンの普及により一般に広く使用されるようになってきた。近年では、インターネットおよび高精細画像情報を扱うＤＶＤなどの出現により、扱う情報量が急激に増大してきており、大容量化への要望は大きくなってきている。さらに、携帯電話、カーナビゲーション、ＭＰ３プレーヤーなどのモバイル機器への小型ＨＤＤ搭載も進んできており、高密度化への期待は一層強まってきている。このような状況は、ＨＤＤの記録密度の著しい向上によってもたらされたといえる。ＨＤＤでは、より小さい磁気記録マークを形成することによって記録密度を向上させる。より小さいマークを形成するには、より小さい書き込みヘッド、より小さな磁界の検出が可能な再生ヘッド、より小さいマークを安定に書き込むことが可能な磁気記録媒体が必要である。

従来、磁気記録媒体により小さいマークを形成するためには、スパッタ製膜される磁気記録層を構成する磁性粒子を微細化することが行われてきた。しかし、微小な磁性粒子の熱的な安定性の劣化いわゆる熱揺らぎ問題によって、磁性粒子の微細化は困難になってきている。熱揺らぎ問題を解決するには、磁性材料自体の熱的な安定性を向上させればよいが、これは記録磁界への耐性も高めることになり、記録書き込み時により大きな磁界を必要とするようになる。しかし、書き込みヘッドによって得られる磁界強度は限界に近づいているのが現状である。

以上のような背景から、これまでの磁気記録媒体とは構造が大きく異なるパターンド媒体が提案されている。パターンド媒体ではあらかじめ最小記録単位である記録セルをリソグラフィーによりトラック上で配列して形成する。従来のスパッタ製膜された磁気記録層では、最小記録マークであっても数十〜数百個の磁性粒子の集まりに対して記録を書き込んでいたが、パターンド媒体では磁性粒子の大きさはリソグラフィーで形成される記録セルの大きさにまで拡大できるため、磁性粒子の微細化に起因する熱揺らぎの問題を根本的に解決することができる。

パターンド媒体では、記録の書き込まれる記録セルの位置が固定されているために、書き込み磁極が記録セルに対して真上に来たときにタイミングを取って記録磁界を発生しなければ、所望の極性の記録を書き込むことが困難になる。特に、記録密度が向上し、線記録密度が高まった状況では、書き込みタイミングに要求される精度はより高まるために、パターンド媒体を用いた磁気記録装置を高密度化していく上では、重大な課題である。この問題を解決する方法として、タイミングを取るための記録セルの位相情報を媒体上に形成する方法が提案されている（特許文献１および２）。

ある記録セルに記録磁界を加えたときに書き込まれるかどうかが、記録磁界を加える位置によって一義的に決まる必要がある。理想的な場合として、記録セルが磁気的に均質である場合には、記録セルの中心位置よりヘッドの走査方向に対して上流側で記録磁界を加えればその記録セルに記録が書き込まれるし中心位置より下流側で記録磁界を加えればその記録セルには記録が書きこまれない。つまり、ある記録セルに記録を書き込むためのタイミングマージンは、その記録セルの中心位置から隣接する記録セルの中心位置までの間ということになる。しかしながら、実際には、記録セルの磁気的な特性は、記録セル内で均質とは言えない。したがって、ある記録セルでは、記録セルの中心位置に対してずれた位置に記録が書き込まれるかどうかを決めるポイントが存在することになる。このような記録ポイントのばらつきは、記録磁界を加えるタイミングのマージンを狭めることになる。つまりそのばらつきの範囲で記録磁界を加えた場合には、あるドットに記録が書き込まれるかどうかは決まらなくなってしまう。したがって、その幅を除いた狭い範囲で記録磁界を加えなくてはならなくなり、より高精度に記録磁界を加えるタイミングを制御しなくてはならなくなる。このようなばらつきは、磁性記録膜を製膜する際の組成の不均一性、不純物の分布、記録セルを加工する際のダメージの不均一性などの原因が考えられる。
特開２００６−１６４３４９号公報 特開２００３−１５７５０７号公報

本発明の目的は、記録書き込み時のエラー発生を低減し、高密度な記録書き込みが可能な磁気記録媒体（パターンド媒体）を提供することにある。また、このようなパターンド媒体の製造方法および製造装置、ならびにこのようなパターンド媒体を用いて高密度な記録書き込みが可能な磁気記録装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る磁気記録媒体は、ディスク基板と、前記基板上にトラック方向に沿って配列された複数の記録セルとを有し、前記記録セルは、強磁性パターンと、前記強磁性パターンのトラック方向に面する２つの側壁のいずれか一方の側壁に形成された、前記強磁性パターンよりも結晶磁気異方性定数Ｋｕが小さい軟磁性パターンとを含むことを特徴とする。

本発明の他の態様に係る磁気記録媒体の製造方法は、ディスク基板上に強磁性層を堆積し、前記強磁性層をパターニングしてトラック方向に沿って配列された複数の強磁性パターンを形成し、前記強磁性パターンに対して斜め方向から前記強磁性パターンよりも結晶磁気異方性定数Ｋｕが小さい軟磁性材料をスパッタリング製膜して、前記強磁性パターンのトラック方向に面する２つの側壁のいずれか一方の側壁に軟磁性パターンを形成する
ことを特徴とする。

本発明の他の態様に係る磁気記録媒体の製造方法は、ディスク基板上に強磁性層を堆積し、前記強磁性層をパターニングしてトラック方向に沿って配列された複数の強磁性パターンを形成し、前記強磁性パターンに対して斜め方向からイオンビームを照射して、前記強磁性パターンのトラック方向に面する２つの側壁のいずれか一方の側壁の一部を、前記強磁性パターンよりも結晶磁気異方性定数Ｋｕが小さい軟磁性パターンに変換する
ことを特徴とする。

本発明の他の態様に係る磁気記録媒体の製造装置は、強磁性パターンが形成されたディスク基板を回転させるモータと、前記基板に対して斜め方向に配置されたスパッタリング源またはイオンビーム源と、前記ディスク基板と前記スパッタリング源またはイオンビーム源との間に設けられ、前記基板の一部を内径から外径まで露出させる開口を有するマスクとを有することを特徴とする。

本発明のさらに他の態様に係る磁気記録装置は、上記の磁気記録媒体と、磁気ヘッドとを有することを特徴とする。

本発明によれば、記録書き込み時のエラー発生を低減し、高密度な記録書き込みが可能となるパターンド媒体、およびこのようなパターンド媒体を用いた磁気記録装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態をより詳細に説明する。

まず、図１を参照して、パターンド媒体に対して書き込みを行う際の課題について説明する。図１（ａ）は、ディスク基板１上にトラック方向に沿って強磁性材料で形成された複数の記録セル２が配列されている状態を示す。

パターンド媒体では、記録セル２の間隙の部分（Ａの部分）で記録磁界の切り替えを行えば、隣接する記録セル２同士の磁化の向きを確実に逆にすることができる。しかし、記録の切り替えタイミングがずれてしまい、記録セル２の上部で記録磁界の切り替えが起こってしまった場合には、その記録セル２が反転するかどうかが決まらない場合がある。記録セル２内の磁気的な性質が均質である場合には、記録セル２の半分よりも広い範囲に磁界が印加されている場合には、その記録セル２で磁化反転が起こるが、記録セル２の半分よりも狭い範囲に磁界が印加されている場合には、その記録セル２で磁化反転が起こらないと考えられる。したがって、このような場合には、ある記録セル２の中心位置と隣接する記録セル２の中心位置との間で書き込み磁界を反転させれば、その２つの記録セル２の磁化を逆向きにすることができる。

しかし、記録セル２の内部の磁気的な性質は均一とは限らない。たとえば、記録セル２のサイズ、形状などのばらつき、記録セル２内部の結晶欠陥、結晶粒界、不純物などの分布の違いが記録セル２の書き込みの切り替えが起こる位置にばらつきを生じさせる。ばらつきが生じている範囲では、磁化反転が起こるかどうか決まらないため、記録磁界の切り替えタイミングのマージンは狭くなってしまう。図１（ａ）に記録磁界の切り替えが有効になる範囲をＯＫ、記録磁界の切り替えが無効になる範囲をＮＧで示す（他の図面においても同じ表記を用いる）。

記録磁界の切り替えタイミングのマージンを増やすためには、図１（ｂ）に示すように、記録セル２間の間隙を広くすることが考えられる。しかし、この場合には、記録セル２が微細になるため、各記録セル２からの再生時の漏れ磁界が小さくなり再生が困難になる。

図２（ａ）に、本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体の断面図を示す。この図は、トラック方向に沿う断面図であり、左右方向がトラックの方向である。非磁性ディスク基板１１上に軟磁性下地層（図示せず）および中間層（図示せず）が形成され、その上にトラック方向に沿って配列された複数の記録セル２０が形成されている。この記録セル２０は、強磁性パターン２１と、強磁性パターン２１のトラック方向に面する２つの側壁のうち上流側または下流側のいずれか一方の側壁に形成された軟磁性パターン２２とを含む。強磁性パターン２１と軟磁性パターン２２は交換結合で結ばれている。軟磁性パターン２２は強磁性パターン２１よりも結晶磁気異方性定数Ｋｕが小さい。強磁性パターン２１の材料のＫｕは、０．５×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃ以上、好ましくは１×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃ以上である。軟磁性パターン２２の材料のＫｕは１×１０⁵ｅｒｇ／ｃｃ以下、好ましくは１×１０⁴ｅｒｇ／ｃｃ以下である。

図２（ｂ）に、このような磁気記録媒体の反転磁界強度のトラック方向分布を概念的に示す。強磁性パターン２１の領域の反転磁界強度（Ｈｃ(hard)）は大きく、軟磁性パターン２２の領域の反転磁界強度（Ｈｃ(soft)）は小さい。この場合、Ｈｃ(soft)＜Ｈ（ｗ）＜Ｈｃ(hard)の条件を満たす記録磁界Ｈ（ｗ）が軟磁性パターン２２に印加されれば、軟磁性パターン２２が容易に磁化反転を起こし、軟磁性パターン２２と強磁性パターン２１が交換結合しているため磁化反転が強磁性パターン２１全体に伝播し、その記録セルに記録の書き込みが行われる。軟磁性パターン２２に磁界が印加されていない場合、記録磁界Ｈ（Ｗ）では、強磁性パターン２１の磁化を反転させることができないため、その記録セル２０では磁化反転が起こらない。したがって、軟磁性パターン２２以外の領域で記録磁界が切り替わった場合に、どの記録セル２０が反転するかが一義的に決まることになる。これは、記録磁界切り替えのタイミングのマージンが軟磁性パターン２１以外の領域という大きな幅を持つことを意味している。

また、図２（ｂ）からも分かるように、強磁性パターンのみで形成された記録セルと比較して、低い記録磁界によって書き込みが可能である。パターンド媒体においても、記録セルの微細化が進んでくると、熱揺らぎの影響を受けるようになり、強磁性材料のＫｕを大きくせざるを得なくなると考えられる。その場合でも、本発明の磁気記録媒体は記録磁界を低く抑えることが可能なため、より高密度化を進めるために有効である。

本発明の実施形態に係る磁気記録媒体において、書き込み磁界の切り替えのタイミングマージンは、軟磁性パターン２２と強磁性パターン２１との界面によって決まる。軟磁性パターン２２の厚さは特に限定されない。これは、軟磁性パターン２２の一部が記録磁界によって反転すれば、軟磁性パターン２２全体、さらには交換結合を介して強磁性パターン２１全体に磁化反転が伝播するからである。ただし、隣接する記録セル同士の間で交換結合的な相互作用を切るためには、空隙を設けるかまたは非磁性材料を設けることが好ましい。

軟磁性パターン２２は、トラック方向に沿って強磁性パターン２１のどちら側の側壁に形成してもよい。より好ましくは、図３に示すように、ある記録セル２０の軟磁性パターン２２は、その記録セル２０が含まれるトラックに対応するサーボ領域３０側の強磁性パターン２１の側壁に形成されていることが好ましい。言い換えれば、ある記録セル２０の軟磁性パターン２２は、記録ヘッド４０のトレーリングエッジ４０ａ側の強磁性パターン２１の側壁に形成されていることが好ましい。なお、サーボ領域３０は強磁性層にサーボ信号を書き込んで形成してもよいし、記録セルと同様に強磁性材料をサーボ信号に相当するパターンにパターニングして形成してもよい。

記録セル２０の強磁性パターン２１および軟磁性パターン２２が上記の位置関係にある場合の効果について説明する。記録マーク２０の切り替え位置は、記録ヘッド４０が記録磁界を切り替えた時点でのトレーリングエッジ４０ａの位置によって決まる。軟磁性パターン２２を記録ヘッド４０のトレーリングエッジ４０ａ側の強磁性パターン２１の側壁に設けると、軟磁性パターン２２を含めて記録セル２０全体に磁界が印加されているときに、その記録セル２０に記録が書き込まれる。この場合、強磁性パターン２１全体に磁界が加わっているために、軟磁性パターン２２が記録磁界によって反転すると、強磁性パターン２１も記録磁界によって磁化反転がアシストされるために、記録セル２０内部の磁化がより容易に一斉に反転することになる。

なお、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、軟磁性パターン２２を強磁性パターン２１の側壁の一部に形成してもよい。

次に、図５（ａ）〜（ｅ）を参照して本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体の製造方法を説明する。

図５（ａ）に示すように、非磁性基板１１上に軟磁性下地層１２、中間層１３、強磁性記録層１４を形成する。

図５（ｂ）に示すように、強磁性記録層１４の上にパターニングによって、たとえばカーボンからなるエッチングマスク１５を形成する。この際、強磁性パターンのエッチングマスク１５と同時に、位置決め情報やアドレス情報を含むサーボ信号となるパターンのエッチングマスクを形成する。

図５（ｃ）に示すように、強磁性記録層１４をエッチングすることによって強磁性パターン２１を形成する。エッチングの深さは、強磁性記録層１４の中間または底部まででもよいし、中間層１３の中間または底部まででもよいし、軟磁性下地層１２の中間または底部まででもよい。磁性材料をエッチングするには、ドライエッチングが用いられる。ドライエッチングとしては、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅなどのイオンビームを用いたイオンミリング、塩素ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、ＣＯ／ＮＨ₃混合ガスを用いたＲＩＥ、メタノールガスを用いたＲＩＥなどを用いることができる。

図５（ｄ）に示すように、強磁性パターン２１のトラック方向に面する一方の側壁に軟磁性パターン２２を形成する。軟磁性パターン２２の形成方法については後により詳細に説明する。

この際、エッチングマスク１５を剥離せずに残しておく。エッチングマスク１５を残しておくと、軟磁性パターン２２が強磁性パターン２１の上面に形成されるのを防ぐことができる。

図５（ｅ）に示すように、全面に非磁性埋め込み層２３を製膜する。なお、非磁性埋め込み層２３を製膜する前にエッチングマスク１５の残渣を除去してもよい。

図５（ｆ）に示すように、エッチバックして、記録セル上面の非磁性埋め込み層２３を十分に薄くするか、または強磁性体パターン２１の上面を露出させる。エッチバックはドライエッチングを用いて行う。非磁性埋め込み層２３のエッチングにＲＩＥを用いてもよい。たとえば、非磁性埋め込み層２３の材料がＳｉ、ＳｉＯ₂、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗなどである場合、ＣＦ₄などのフッ素系のガスを用いてＲＩＥを行うことができる。また、非磁性埋め込み層２３の材料がカーボンまたはダイヤモンドライクカーボンである場合、酸素を用いてＲＩＥを行うことができる。一方、ＲＩＥを利用できない材料に対しては、イオンミリングによってエッチバックを行う。非磁性埋め込み層、軟磁性パターン、エッチングマスクの３つの異なる材料に対してエッチバックを行う必要があるため、イオンミリングは有効である。また、ＲＩＥとイオンミリングを順次または交互に行うこともできる。エッチバックを行った後に、保護層２４を製膜する。さらに、保護層２４上に潤滑剤を塗布する。

次に、図５（ｄ）の工程において、強磁性パターン２１の一方の側壁に軟磁性パターン２２を形成する方法について説明する。

ハードディスクドライブ用のパターンド媒体では、円周状のトラック上に記録セルが配列される。軟磁性パターン２２は強磁性パターン２１の一方の側壁に形成されるため、たとえばそれぞれの強磁性パターン２１に対してトラック方向かつ斜め方向から軟磁性材料のスパッタ粒子を入射して軟磁性パターン２２を製膜する必要がある。しかしながら、現行の製膜装置でこのような製膜を行うことは困難である。

本発明の実施形態においては、図６に示したように、ディスク基板１１の一部を内径から外径まで露出させる開口５１を有するマスク（遮蔽板）５０をディスク基板１１上に設置し、ディスク基板１１を回転させながら、開口５１を通してスパッタ粒子をディスク基板１１に入射する。このような方法により、図７に示したように、全ての強磁性パターン２１のトラック方向に面する一方の側壁に軟磁性パターン２２を製膜することができる。

マスク（遮蔽板）５０の開口５１の形状は、２つの辺がディスク基板１１の径方向に直交する扇型であることが好ましい。このような開口５１を通して、ディスク基板１１を一定のスピードで回転させながら製膜することによってディスク基板１１の全面で一様の厚さの軟磁性パターン２２を製膜することができる。強磁性パターン２１の所望の部分に軟磁性パターン２２を製膜するには、ディスク基板１１の中心に対する開口５１の開き角ができるだけ小さい方が好ましいが、開き角が小さすぎると製膜に長時間を要するようになる。

また、図８に示すように、強磁性パターン２１の側壁にイオンビームを照射することによって軟磁性パターン２２を形成してもよい。イオンビームの照射によって強磁性パターン２１の側壁に欠陥が導入され、その部分がＫｕの小さい軟磁性パターン２２となる。この場合にも、図６と同様なマスク（遮蔽板）５０を用い、ディスク基板１１を回転させながら、開口５１を通してイオンビームを照射する。

以下、本発明の実施形態に係る磁気記録媒体の製造方法において用いられる材料、および工程について補足的に説明する。

非磁性基板の材料としては、ガラス、Ｓｉ、Ａｌ、ポリカーボネートなどの樹脂材料が挙げられる。平坦性の観点からは、ガラスまたはＳｉが好ましい。低コストおよび軽量化の観点からは、ポリカーボネートなどの樹脂材料が好ましい。

軟磁性下地層としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのいずれかの元素を組成に含んでいる軟磁性材料を用いることができる。たとえば、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ、フェライト、珪素鉄、炭素鉄などが使用できる。軟磁性下地層の微細構造は、アモルファス構造であってもよいし、結晶構造であってもよい。また、軟磁性微粒子が非磁性マトリックス中に存在する、グラニュラー構造であっても構わない。また磁気特性の異なる複数の層から構成されていてもよい。軟磁性下地層の磁気異方性の向きは、膜面に垂直方向であっても面内周方向であっても面内半径方向であっても、あるいはこれらの合成であってもよい。軟磁性下地層は、記録書き込み時に、記録ヘッドからの磁界によって磁化の向きが変化し、記録ヘッドも含めて閉じた磁気ループが形成される程度の保磁力を有するものであればよい。一般的に保磁力は数ｋＯｅ以下が好ましく、１ｋＯｅ以下がより好ましく、５０Ｏｅ以下がさらに好ましい。軟磁性下地層は、スパッタリングによって非磁性基板上に製膜することができる。

強磁性パターン（強磁性記録層）としては、現在の垂直磁気記録媒体で一般的に用いられている強磁性材料を使用することができる。たとえば、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｓｍ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｂｉ、およびＡｌならびにこれらの合金からなる群より選択されるものを使用することができる。これらのうち、結晶磁気異方性の大きいＣｏ合金、特にＣｏＰｔ、ＳｍＣｏ、ＣｏＣｒをベースとしたものや、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔなどの規則合金がより好ましい。具体的には、ＣｏＣｒ、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＣｒＰｔＴａ、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ、ＦｅＰｄなどである。これらの合金の組成比は特に限定されず最適な磁気特性を示すものを用いることができる。また、希土類−遷移金属合金、磁性層と非磁性層との多層膜（人工格子膜）、フェライトなどを用いることができる。具体的には、ＴｂＦｅ、ＴｂＦｅＣｏ、ＴｂＣｏ、ＧｄＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＤｙＦｅＣｏ、ＮｄＦｅＣｏ、ＮｄＴｂＦｅＣｏ、Ｃｏ／Ｐｔ人工格子膜、Ｃｏ／Ｐｄ人工格子膜、Ｃｏフェライト、Ｂａフェライトなどを用いることができる。また、こられの材料群に、磁気特性を向上させるための添加物を加えてもよい。たとえばＣｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃ、Ｂ、Ｓｉ、Ａｌなどの金属およびそれらの合金、あるいはこれらの金属元素と酸素、窒素、炭素、水素の中から選ばれる少なくとも１つの元素との化合物を添加物として加えてもよい。これらの強磁性記録層はスパッタリングにより製膜することができる。

強磁性層と軟磁性下地層との間には中間層が形成される。中間層の目的は主に、強磁性層の磁気異方性を制御することにある。たとえば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃ、Ｂ、Ｓｉ、Ａｌなどの金属およびそれらの合金、あるいはこれらの金属元素と酸素、窒素、炭素、水素の中から選ばれる少なくとも１つの元素との化合物、あるいはこれらの金属および化合物の中から選ばれる複数のものの積層構造であってもよい。これらの中間層もスパッタリングにより製膜することができる。

図５（ｂ）の工程におけるエッチングマスクの形成について詳細に説明する。パターンド媒体に要求される記録密度は１Ｔｂｐｓｉ以上である。これは、アスペクト比１の記録マークであっても２５ｎｍ間隔のパターンを要することを意味する。このように高密度な記録マークを形成することが可能な従来の方法は、現実的には電子線リソグラフィーしかない。しかし、電子線リソグラフィーは、非常にスループットの悪い方法であり、ディスク上に直接レジストを塗布してパターンを描画することは、媒体の大量生産の観点から現実的ではない。そこで、ナノインプリントによるパターン形成方法が有効である。ナノインプリント法では、電子線リソグラフィーで形成された原盤パターンから、電鋳法によって複数のスタンパを作製する。通常、電鋳により形成されるＮｉスタンパが用いられる。このＮｉスタンパを基板上に製膜されたパターン転写膜に押し付けることによりパターンを形成する。

ナノインプリント法には、熱可塑性樹脂をパターン転写膜として用い、加熱しながらＮｉスタンパを圧着する熱インプリント法や、光硬化性の樹脂をパターン転写膜として用い、石英ガラスなどの紫外線透過性のスタンパを圧着して紫外線照射することにより樹脂を硬化してパターンを固定化する光インプリント法がある。熱インプリント法の改良として、室温でも比較的パターン転写性の高い材料をパターン転写膜として用いる室温インプリント法も知られている。室温インプリント法には、パターン転写膜としてたとえばスピンオングラス（ＳＯＧ）が用いられる。

インプリント法では、パターン転写を行った後、凹部の底にパターン転写膜の残渣が残っているので、下層をエッチング加工する前にこの残渣を除去する。炭素系レジスト材料をパターン転写膜に用いた場合には、酸素ＲＩＥによって残渣を除去することができる。ＳＯＧなどのＳｉ系材料をパターン転写膜に用いた場合には、ＣＦ₄などのフッ素系のガスによるＲＩＥによって残渣を除去することができる。

ナノインプリント法によって形成される凹凸パターンはそれ自体をエッチングマスクパターンとして用いることができる。また、次の強磁性記録層のエッチングに用いるドライエッチングに対して選択性の高い材料にさらに転写すれば、エッチングマスクのアスペクト比を高めることができる。たとえば、ＣＯ／ＮＨ₃混合ガスまたはメタノールガスを用いてＲＩＥにより強磁性記録層をエッチングする場合、ＴｉやＴａなどのハードマスクを用いると、高い選択比で強磁性記録層を加工できることが知られている。強磁性記録層の上にＴｉまたはＴａのハードマスク層を形成した後、炭素系の樹脂膜を塗布し、ナノインプリントにより凹凸パターンを形成し、ＣＦ₄ガスによるＲＩＥによってＴｉまたはＴａにパターンを転写することにより、ＣＯ／ＮＨ₃混合ガスまたはメタノールガスによるＲＩＥが可能なエッチングマスクを形成できる。

また、ＳＯＧをパターン転写膜に用いた場合には、その下に炭素系レジスト膜またはカーボン膜を形成しておくと、酸素ＲＩＥによってＳＯＧの凹凸パターンを炭素系レジスト膜またはカーボン膜に転写することができる。この際、ＳＯＧと炭素系レジスト膜またはカーボン膜との間の選択比が非常に高い（ほぼ無限大）ため、ナノインプリントで形成されるパターンのアスペクト比を非常に高くすることができる。カーボンや熱硬化させたレジスト膜は、イオンミリングに対する耐性も高いため、強磁性記録層のエッチングマスクとしても非常に有効である。

パターン描画方法としては電子線リソグラフィーを挙げたが、さらに微細化を進めていくためには自己組織化を利用したリソグラフィーが有効である。自己組織化を利用したリソグラフィーでは、ガイド構造を利用して自己組織化で得られる配列を円周トラック上に配向させる方法が提案されている。自己組織化材料としてはブロックコポリマーを用いることができる。ブロックコポリマーは、複数種類のポリマー種を構成成分とするコポリマーである。たとえば、ポリマー鎖Ａとポリマー鎖Ｂとからなるブロックコポリマーでは、ポリマー鎖Ａとポリマー鎖Ｂが互いに分離しようとするために、Ａ相とＢ相とが分離した相分離構造が形成される。この際に、ポリマー鎖Ａとポリマー鎖Ｂは共有結合でつながっているために、Ａ相とＢ相の大きさは分子の体積に相当するようなサイズとなり、微細な規則性の高い配列構造を形成する。また、Ａ相とＢ相のエッチングレートの差を利用することで、どちらか一方を取り除くことができ、取り除いた後には凹凸構造が形成されるため、これをエッチングマスクとして用いることができる。

たとえば、ドライエッチング耐性の高い芳香族ポリマー（ポリスチレン、ポリビニルナフタレン、ポリαメチルスチレン、ポリビニルピリジンなど）と、ドライエッチング耐性の低いアクリル系のポリマー（ポリメリルメタクリレートなど）との組み合わせが挙げられる。

一方のポリマー鎖にＳｉなどの金属元素を含むブロックコポリマーも有効である。この場合、金属元素を含むポリマー鎖は酸素エッチングに対して非常に高いエッチング耐性を示すため、効率的に凹凸構造を形成することができる。たとえば、ポリジメチルシロキサンやポリフェロセニルシランなどの金属元素を含むポリマー鎖を用いることができる。

凹凸構造を形成した後に凹部に別の金属元素を含む材料を埋め込むことにより、凹部の下のポリマー部分または下地の炭素系膜に対してパターンを転写することができ、高いアスペクト比の凹凸を形成することができる。たとえば、ポリスチレン−ポリメチルメタクリレートのブロックコポリマーの相分離構造のポリメチルメタクリレート部分を酸素プラズマにより取り除いた後、その凹部にＳＯＧを埋め込み、酸素ＲＩＥでＳＯＧパターンからなる高いアスペクト比の凹凸パターンを得ることができる。

ブロックコポリマーを用いた自己組織化リソグラフィーは、強磁性記録層上に直接エッチングマスクを形成する方法として用いることもできるが、先に述べたナノインプリント法のための原盤作製のための手段として用いることもできる。

非磁性埋め込み層の材料としては、Ｂ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂ、これらの金属の合金、またはこれらの元素と酸素、窒素、炭素、水素の中から選ばれる少なくとも１つの元素との化合物から選ぶことができる。埋め込み層は、耐磨耗性も兼ね備えることができるため、硬度の高い材料から選ぶことが好ましい。たとえば、カーボン、特にダイヤモンドライクカーボン、ＳｉＣ、ＴｉＣなどのカーバイド、またはこれらと窒素、水素の少なくとも１つとの化合物などが好ましい。

保護膜としては、カーボン膜が用いられる。カーボン膜には、ｓｐ²結合炭素を多く含むグラファイト膜と、ｓｐ³結合炭素を多く含むダイヤモンドライクカーボン膜とがある。ダイヤモンドカーボン膜は耐磨耗性、耐食性に優れるため、保護膜としてより好ましい。グラファイト膜はスパッタリングにより容易に製膜することができる。ダイヤモンドライクカーボンは通常、化学気相成長法（ＣＶＤ）によって製膜される。これらの膜に、水素、酸素、窒素のうち少なくとも１つの元素を添加することにより、潤滑剤との密着性を向上させることができる。

図９に本発明の実施形態に係る磁気記録装置（ハードディスクドライブ）の斜視図を示す。この磁気記録装置は、筐体７０の内部に、上記の磁気記録媒体（パターンド媒体）７１と、磁気記録媒体７１を回転させるスピンドルモータ７２と、磁気ヘッドを組み込んだヘッドスライダ７６と、ヘッドスライダ７６を支持する、サスペンション７５およびアクチュエータアーム７４を含むヘッドサスペンションアッセンブリと、ヘッドサスペンションアッセンブリのアクチュエータとしてのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）７７とを備えている。

磁気記録媒体７１はスピンドルモータ７２によって回転される。ヘッドスライダ７６にはライトヘッドとリードヘッドを含む磁気ヘッドが組み込まれている。アクチュエータアーム７４はピボット７３に回動自在に取り付けられている。アクチュエータアーム７４の一端にサスペンション７５が取り付けられる。ヘッドスライダ７６はサスペンション７５に設けられたジンバルを介して弾性支持されている。アクチュエータアーム７４の他端にはボイスコイルモータ（ＶＣＭ）７７が設けられている。ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）７７はアクチュエータアーム７４にピボット７３周りの回転トルクを発生させ、磁気ヘッドを磁気記録媒体７１の任意の半径位置上に浮上した状態で位置決めする。

以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。
（実施例１）
ガラスディスク基板上にＣｏＺｒＮｂ軟磁性下地層、Ｒｕ中間層、強磁性記録層としてＣｏＰｔ垂直配向層を製膜した。エッチングマスク材料としてカーボン膜を製膜し、その上にＳＯＧ膜を塗布し、ナノインプリント法によりＳＯＧ膜に記録セルパターンに対応する凹凸構造を形成した。ＣＦ₄ガスを用いたＲＩＥにより凹部の底のＳＯＧ残渣を除去してカーボン膜表面を露出させた後、酸素ガスを用いたＲＩＥによってカーボン膜をエッチングしてエッチングマスクを形成した。次に、ＡｒイオンミリングによってＣｏＰｔ層をエッチングして孤立した強磁性パターンを形成した。強磁性パターンは、トラック方向において幅１５ｎｍ、間隔３０ｎｍ、径方向において幅４０ｎｍ、間隔６０ｎｍとした。

製膜チャンバ内に、ディスク基板から１０ｍｍ上方に開き角１０度の扇型開口を有するマスク（遮蔽板）を設置し、スパッタ粒子がディスク基板の表面に対して斜め７０度から入射するようにターゲットを設置した。ディスク基板を１００ｒｐｍで回転させながらスパッタリングを行い、強磁性パターンの側壁に５ｎｍのＣｏＺｒＮｂからなる軟磁性パターンを形成した。こうして強磁性パターンと軟磁性パターンを含む記録セルを形成した。

スパッタリングにより非磁性埋め込み層として５０ｎｍのカーボン膜を製膜した後、アルゴンイオンミリングによりエッチバックして記録セルの上面を露出させた。プラズマＣＶＤによりダイヤモンドライクカーボンからなる４ｎｍの保護膜を製膜した。さらに１ｎｍの潤滑剤を塗布した。

このように作製したパターンド媒体について、スピンスタンド上で記録書き込み実験を行った。書き込みはトラック方向に３０ｎｍ間隔で配列した記録セル列に対して互いに隣接する記録セルの磁化が逆向きになるように信号周期を設定して行った。再生ヘッドの出力から、約２０００の連続した０（磁化上向き）および１（磁化下向き）の再生信号を確認することができた。

（実施例２）
ガラスディスク基板上にＣｏＺｒＮｂ軟磁性下地層、Ｒｕ中間層、強磁性記録層としてＣｏＰｔ垂直配向層を製膜した。エッチングマスク材料としてカーボン膜を製膜し、その上にＳＯＧ膜を塗布し、ナノインプリント法によりＳＯＧ膜に記録セルパターンに対応する凹凸構造を形成した。ＣＦ₄ガスを用いたＲＩＥにより凹部の底のＳＯＧ残渣を除去してカーボン膜表面を露出させた後、酸素ガスを用いたＲＩＥによってカーボン膜をエッチングしてエッチングマスクを形成した。次に、ＡｒイオンミリングによってＣｏＰｔ層をエッチングして孤立した強磁性パターンを形成した。このときＡｒイオンの加速電圧は４００Ｖ、入射角はディスク面に対して８０度となるようにした。強磁性パターンは、トラック方向において幅１５ｎｍ、間隔３０ｎｍ、径方向において幅４０ｎｍ、間隔６０ｎｍとした。

ディスク基板から１０ｍｍ上方に開き角１０度の扇型開口を有するマスク（遮蔽板）を設置し、ディスク基板を１００ｒｐｍで回転させながら、Ａｒイオンビームをディスク基板の表面に対して斜め６０度から照射した。このときＡｒイオンの加速電圧は４００Ｖとした。こうして強磁性パターンの側壁を軟磁性パターンに変換し、記録セルを形成した。

スパッタリングにより非磁性埋め込み層として５０ｎｍのカーボン膜を製膜した後、アルゴンイオンミリングによりエッチバックして記録セルの上面を露出させた。このときアルゴンイオンの加速電圧を２００Ｖとした。プラズマＣＶＤによりダイヤモンドライクカーボンからなる４ｎｍの保護膜を製膜した。さらに１ｎｍの潤滑剤を塗布した。

このように作製したパターンド媒体について、スピンスタンド上で記録書き込み実験を行った。書き込みはトラック方向に３０ｎｍ間隔で配列した記録セル列に対して互いに隣接する記録セルの磁化が逆向きになるように信号周期を設定して行った。再生ヘッドの出力から、約２０００の連続した０（磁化上向き）および１（磁化下向き）の再生信号を確認することができた。

パターンド媒体に対して書き込みを行う際のマージンを説明する図。 本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体の断面図。 本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体と磁気ヘッドとの位置関係を示す断面図。 本発明の他の実施形態に係る磁気記録媒体の断面図。 本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体の製造方法を示す断面図。 軟磁性パターンを形成するために用いるマスクを示す平面図。 強磁性パターンおよび軟磁性パターンの一例を示す断面図。 強磁性パターンおよび軟磁性パターンの他の例を示す断面図。 本発明の実施形態に係る磁気記録装置（ハードディスクドライブ）の斜視図。

符号の説明

１１…基板、１２…軟磁性下地層、１３…中間層、１４…強磁性記録層、１５…エッチングマスク、２０…記録セル、２１…強磁性パターン、２２…軟磁性パターン、２３…非磁性埋め込み層、２４…保護層、３０…サーボ領域、４０…記録ヘッド、４０ａ…トレーリングエッジ、５０…マスク、５１…開口、７０…筐体、７１…磁気記録媒体、７２…スピンドルモータ、７３…ピボット、７４…アクチュエータアーム、７５…サスペンション、７６…ヘッドスライダ、７７…ボイスコイルモータ。

Claims (8)

1. ディスク基板と、前記基板上にトラック方向に沿って配列された複数の記録セルとを有し、前記記録セルは、強磁性パターンと、前記強磁性パターンのトラック方向に面する２つの側壁のいずれか一方の側壁に形成された、前記強磁性パターンよりも結晶磁気異方性定数Ｋｕが小さい軟磁性パターンとを含むことを特徴とする磁気記録媒体。
2. 前記記録セルの軟磁性パターンは、前記記録セルが含まれるトラックに対応するサーボ領域側の強磁性パターンの側壁に形成され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. ディスク基板上に強磁性層を堆積し、
   前記強磁性層をパターニングしてトラック方向に沿って配列された複数の強磁性パターンを形成し、
   前記強磁性パターンに対して斜め方向から前記強磁性パターンよりも結晶磁気異方性定数Ｋｕが小さい軟磁性材料をスパッタリング製膜して、前記強磁性パターンのトラック方向に面する２つの側壁のいずれか一方の側壁に軟磁性パターンを形成する
   ことを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
4. 前記ディスク基板と前記軟磁性材料のスパッタリング源との間に、前記基板の一部を内径から外径まで露出させる開口を有するマスクを設け、
   前記ディスク基板を回転させ、
   前記強磁性パターンに対して、前記開口の中心線に直交する方向かつ斜め方向から前記軟磁性材料をスパッタリング製膜して、前記強磁性パターンのトラック方向に面する２つの側壁のいずれか一方の側壁に軟磁性パターンを形成する
   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. ディスク基板上に強磁性層を堆積し、
   前記強磁性層をパターニングしてトラック方向に沿って配列された複数の強磁性パターンを形成し、
   前記強磁性パターンに対して斜め方向からイオンビームを照射して、前記強磁性パターンのトラック方向に面する２つの側壁のいずれか一方の側壁の一部を、前記強磁性パターンよりも結晶磁気異方性定数Ｋｕが小さい軟磁性パターンに変換する
   ことを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
6. 前記ディスク基板とイオンビーム源との間に、前記基板の一部を内径から外径まで露出させる開口を有するマスクを設け、
   前記ディスク基板を回転させ、
   前記強磁性パターンに対して、前記開口の中心線に直交する方向かつ斜め方向からイオンビームを照射して、前記強磁性パターンのトラック方向に面する２つの側壁のいずれか一方の側壁の一部を、前記強磁性パターンよりも結晶磁気異方性定数Ｋｕが小さい軟磁性パターンを変換する
   ことを特徴とする請求項５に記載の磁気記録媒体の製造方法。
7. 強磁性パターンが形成されたディスク基板を回転させるモータと、
   前記基板に対して斜め方向に配置されたスパッタリング源またはイオンビーム源と、
   前記ディスク基板と前記スパッタリング源またはイオンビーム源との間に設けられ、前記基板の一部を内径から外径まで露出させる開口を有するマスクと
   を有することを特徴とする磁気記録媒体の製造装置。
8. 請求項１に記載の磁気記録媒体と、磁気ヘッドとを有することを特徴とする磁気記録装置。

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