JP2009140553A - アルミナナノホールアレー及び磁気記録媒体の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成膜した薄膜の表面平滑性が改善されたアルミニウム薄膜から形成されるアルミナナノホールアレイの作製方法、より好ましくはアルミナナノホールを形成するための窪み形成圧力の低減を図ることができるアルミナナノホールアレイの作製方法、及び該アルミナナノホールを用いた磁気記録媒体の作製方法の提供。
【解決手段】（ｉ）−８０℃以下の基板温度で、基板上に形成されたアルミニウム薄膜を陽極酸化することを特徴とするアルミナナノホールアレーの作製方法、（ｉｉ）より好ましくは、前記陽極酸化工程の前に、さらにモールド及び前記アルミニウム薄膜を１５０〜２００℃の温度に保ちながらテクスチャリング工程を行うことを特徴とするアルミナナノホールアレーの作製方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、コンピューターの外部記憶装置をはじめとする各種磁気記録装置に搭載される磁気記録媒体等、様々なナノデバイスを構築するのに有用なアルミニウム薄膜の作製方法、並びに該方法により作製されたアルミニウム薄膜を用いたアルミナナノホールアレー及び磁気記録媒体の作製方法に関する。

一． 近年の磁気ディスクの高密度記録化に伴い、磁気記録方式は従来の面内記録方式（長手記録方式）から垂直記録方式に移行している。垂直記録方式の開発により記録密度は飛躍的に改善され、面内記録方式では記録密度が１００Gbits/in²で頭打ちであったものが、現在では、４００Gbits/in²を超えるに至っている。

しかし、第一世代の単純な垂直記録方式では、４００Gbits/in²が限界となっている。記録密度を上げるためにはビットサイズをより小さくしなくてはならないところ、ビットサイズを小さくしていくと熱揺らぎによるビットの劣化、つまりランダムな磁化の反転が生じやすくなるためである。このような熱揺らぎによるビットの劣化を回避するためには、下式（１）を満足することが必須条件である。

なお、（１）式でＫ_uは結晶磁気異方性エネルギー定数、Ｖは磁気記録層のビット当たりの体積、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度であり、（１）式の左辺は熱安定性指数と呼ばれる。

即ち、ビットサイズを小さくすることで必然的に起こる体積Ｖの低減が引き起こす熱揺らぎの不安定性に打ち勝つためには、熱安定性指数を大きくする必要があり、使用温度が一定の場合、結晶磁気異方性エネルギー定数Ｋ_uの値を大きくする必要がある。

Ｋ_uは物質に依存する定数で、（２）式のような関係がある。

ここで、Ｈ_cは保持力、Ｍ_sは飽和磁化、Ｎ_z、Ｎ_yは各々ｚ方向、ｙ方向の反磁界係数を示す。

前記（２）式から、保持力Ｈ_cがＫ_uと正の相関を有することが分かる。つまり、上述したように熱揺らぎを克服しようとしてＫ_uの大きな物質を選択すると、磁化の反転する磁界の強さを表す保持力Ｈ_cも大きくなり、このため磁気ヘッドによる磁化の反転がし難くなり、つまり情報の書き込みが難しくなる現象が起こる。このような「高密度化に伴う体積の減少」、「熱揺らぎによる記録の長期安定性」、「高Ｈ_c化による記録の困難性」の課題が複雑に絡み、いわゆるトリレンマ状態のために、従来の取り組みの延長では、更なる高密度記録化の解決策は見出すことができなかった。

二． このようなトリレンマ状態から抜け出すため、最近、いくつかの方法が提案されるようになってきており、そのなかでも有力な方法として熱アシスト記録方式がある。

熱アシスト方式は、上述したトリレンマ状態を「高Ｈ_c化による記録の困難性」の解決を突破口として、他の二つの課題を成り立たせるものである。具体的には、高Ｈ_c材料を用いた磁気記録媒体に磁気ヘッドによる情報の書き込み時に、光を短時間磁気記録媒体に照射することにより加熱された記録媒体のＨ_cを短時間低減させることで、低い磁場でも書き込みを可能とするものである。熱揺らぎによる長期安定性は、熱揺らぎによるビットの劣化が生じないほど短時間のうちに、再び読み込み温度まで冷却することで、確保可能である。

このように、次世代の垂直記録方式としてプロトタイプの熱アシスト方式の研究開発が始まり、原理的には記録密度が１Tbit/in²を越える可能性も示唆されている（非特許文献１）。熱アシスト方式は原理的には大きなポテンシャルを持っており、次世代の垂直記録方式の有力候補との位置づけがなされた。

しかし、実用化に向けての詳細な検討が進むと、様々な問題点も見つかってきた。

その一つとして、従来から用いられている磁性膜のように連続媒体であると、昇温時に隣接するビットも昇温してしまう、あるいは磁気的に十分分離ができていないなどの問題がある。

三． 上述した課題は、磁気的にビットを分離するのと同時に、熱的にもビット毎に分離ができれば解決できる。そこで、全てのビットを磁気的に分離することをターゲットとしたビット・パターンド・メディア(ＢＰＭ)と呼ばれる考えを用いた試みがなされている。

現在、ＢＰＭ方式についてはいくつかの方式が提案されているが、その中の一つにアルミナナノホール（アルミナ＝酸化アルミニウム）を利用したＢＰＭがある。アルミナナノホール自体に関する特許出願は古くからなされているが（特許文献３参照）、最近、特に従来の面内磁気記録方式から垂直磁気記録方式へ移行したことと、記録密度が１Tbit/in²超の磁気記録媒体が熱望されているために、アルミナナノホールを利用したＢＰＭに対する技術的な再認識がなされている。

アルミナナノホールは他のＢＰＭ形成方式とは異なり以下の（ａ）〜（ｃ）のような特徴がある。
（ａ）微細加工により配列制御された無数の突起が形成された金型等のモールドを
アルミニウム薄膜に押し付け、これにより形成されたわずかの窪みが起点となって
、陽極酸化中に自己組織的にアルミナナノホールが形成される。
（ｂ）アルミナナノホールは、アルミナで分離された配列制御したナノホールの集合
体であり、この配列制御したナノホールに、電気メッキ法などで磁性体を埋め込む
ことによりナノホール一つが1ビットに相当する磁気記録媒体が形成できる。
（ｃ）アルミナナノホールを形成しているアルミナは非磁性材料であり、また熱伝導
率も非常に小さな材料であるため、ナノホールに埋め込まれた個々の磁性体は磁気
的にも、また熱的にも分離できているため熱アシストＢＰＭ法にとっては理想的な
構造となっている。

しかし、このような優れた特徴を持つアルミナナノホールにおいても、検討が進むにつれていくつかの問題が出てきた。

その一つは、直径２０nm程度のナノホールをできるだけ欠陥が少ないように形成する目的で、アルミニウム成膜用のアルミニウム原料の純度を上げ、不純物を減らす試みの中で分かってきた。すなわち、非特許文献４でも示されているように、アルミニウム原料の純度を上げれば上げるほど、アルミニウム成膜によりできたアルミニウム膜の粒成長が進み、そのためアルミニウム膜の表面平滑が著しく損なわれ、アルミナナノホールの起点となる数nm深さの窪みを均一に形成することが困難となる。

一例を挙げると、純度９９．９９%のアルミニウムターゲットを使用して、シリコン基板上に、室温で、膜厚１００nmのアルミニウム薄膜を形成すると、表面の算術平均粗さ（Ra）が２nmにも達する。Raが２nmでは、表面粗さの最大高さ（Rmax）が凡そ１５nmとなり、このような表面の凹凸を持つアルミニウム薄膜に数nmの深さの窪みを２０nm間隔で形成しようとしても、凹凸が大きすぎるために、均一にできない。

そこで、表面平滑性を改善し、もってアルミニウム薄膜の表面凹凸を例えばRmaxで３nm以下にする目的で、成膜中の粒成長を抑制することが模索されてきた。例えば、アルミニウムに不純物を添加する合金法によって粒成長を抑制する試みが非特許文献４に開示されている。該文献では、Ｍｇを２〜１０重量％加えて、Ａｌ−Ｍｇ合金を形成することが提案されている。そして、多くの研究機関でのナノホール形成の取り組みが、直径1インチ程度の小径基板に対するモールドまたは金型による窪み形成、あるいは２．５インチ基板の部分的な領域に対する窪み形成が主である現在、Ａｌ−Ｍｇ合金を用いたことによる弊害は特に見当たらなかった。

特開２００６-１２２４９号公報 特開２００３-４５００４号公報 特開昭６１-２６１８１６号公報 FUJITSU, Vol. 58, No.1,ｐ.85-89（2007） FUJITSU, Vol. 58, No.1,ｐ.90-98（2007） 平成15年神奈川科学技術アカデミー、益田「ナノホールアレー」プロジェクト研究報告書 2004年電気化学会春季大会講演要旨集、1A28 S. Shingubara , J. Nanoparticle Research, 5, pp.17-30(2003)

一． しかしながら、後により詳細に説明するように、本発明者らの研究により、アルミニウムに不純物を添加する合金法による粒成長抑制方法では、アルミニウム薄膜のビッカース硬度が高くなり、その結果、アルミナナノホールの起点となる窪みの形成圧力が、純アルミニウムの３〜４倍になることが新規の知見として判明した。これに伴い、金型突起部の磨耗や破壊が発生しやすくなり、このため金型寿命が短くなることが予測される。また、更に成形装置が大型化することも懸念される。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、純度の高いアルミニウム材料を用いても、その成膜時の粒成長を抑制するができ、もって成膜した薄膜の表面平滑性が改善されたアルミニウム薄膜を用いたアルミナナノホールアレー及び磁気記録媒体の作製方法を提供することを課題とする。

より好ましくは、本発明はさらに、成膜したアルミニウム薄膜の表面平滑性を改善すると同時に、アルミナナノホールを形成するための窪み形成圧力の低減をより一層図ることができ、それにより金型等のモールドの長寿命化と成形装置の小型化を可能とできるアルミナナノホールアレーの作製方法、及びそれを用いた磁気記録媒体の作製方法を提供することを課題とする。

本発明の第一の態様は、
（１）−８０℃以下の基板温度で、基板上にアルミニウム薄膜を形成する工程、及び
（２）前記アルミニウム薄膜を陽極酸化する工程、
を含むことを特徴とするアルミナナノホールアレーの作製方法、及び該方法により作製することのできるアルミナナノホールアレーである。

本発明の第二の態様は、
（１）−８０℃以下の基板温度で、基板上にアルミニウム薄膜を形成する工程、
（２）前記アルミニウム薄膜に規則的な突起配列を有するモールドを押圧して、前記アルミニウム薄膜上に窪みを形成する工程、及び
（３）前記アルミニウム薄膜を陽極酸化する工程、
を含むことを特徴とするアルミナナノホールアレーの作製方法、及び該方法により作製することのできるアルミナナノホールアレーである。

本発明の第三の態様は、
上記のようにして作製することのできるアルミナナノホールアレーの細孔内に磁性層を形成することを特徴とする磁気記録媒体の作製方法、及び該方法により作製することのできる磁気記録媒体である。

本発明の作製方法を用いることにより、アルミニウム材料として、たとえ高純度アルミニウムを用いても、基板上に作製されるアルミニウム薄膜の表面粗さの最大高さ（Rmax）を小さく抑えることができる。

また、より好ましくは、アルミニウム材料として高純度アルミニウムを用いることで、アルミニウム薄膜のビッカース硬度を小さな値に抑えることができる。

さらに、より好ましくは、このように作製した高純度アルミニウム薄膜を、モールドまたは金型を用いて微小窪みを作る際の、１５０℃〜２００℃の間での成形圧力は、同じ高純度アルミニウム薄膜の室温での成形圧力の５０％で済むことも判明した。これにより、モールドまたは金型寿命が伸び、かつ成形装置が小型化が可能となり、安価で、安定供給が可能なアルミナナノホールＢＰＭ方式情報記録媒体の製造ができる。

さらに、より好ましくは、このようにして得られたアルミニウム薄膜の微小窪みを利用すれば、２．５インチ基板全面にわたって２０nm間隔で配列したアルミナナノホールアレイを得ることができる。さらに、このナノホールアレイに磁性材料を埋込むことにより、１ビットが２０nmサイズのＢＰＭを作製することも可能である。

一．本発明の第一の態様について
本発明の第一の態様は、
（１）−８０℃以下の基板温度で、基板上にアルミニウム薄膜を形成する工程、及び
（２）前記アルミニウム薄膜を陽極酸化する工程、
を含むことを特徴とするアルミナナノホールアレーの作製方法及び該方法により作製することのできるアルミナナノホールアレーである。

Ａ．工程（１）について
（ａ） 本工程では、−８０℃以下の基板温度で、基板上にアルミニウム薄膜を形成することを特徴とするアルミニウム薄膜を形成する。

（ｂ） 先に本発明が解決しようとする課題のところでも簡単に説明したように、本発明者らは２．５インチ基板全面への金型等のモールドによるアルミニウム薄膜の窪み形成を試みたところ、高純度アルミニウムへの全面窪み形成の圧力が２００kgであったのに対し、非特許文献４にあるようなＭｇを８重量％添加した場合のアルミニウム薄膜の全面窪み形成圧力が、４倍の８００kg必要であることが新規の知見として分かってきた。

この理由を調べた結果、Ｍｇなどの不純物をアルミニウムへ添加すると、わずかな量でもビッカース硬度が急激に上昇し、このために窪み形成に高い圧力を必要とすることが判明した。アルミニウム合金薄膜の硬度が高くなると、金型等のモールドの突起部の磨耗や破壊が生じたり、装置が大型化するなど弊害が起こる。

そこで、このような不純物の添加という方法によらないで、アルミニウム材料として、たとえ高純度アルミニウムを用いたとしても、基板上に作製されるアルミニウム薄膜の表面平滑性を得ることができるようにしたのが本工程である。

（ｃ）アルミニウム成膜時の基板温度が−８０℃以下であれば、高純度のアルミニウム材料を用いても、Rmaxが３nm以下を確保できることを、本発明者らは突き止めた（実施例１、図２参照）。また、同時にこの温度で成膜したアルミニウム薄膜のビッカース硬度は、室温で成膜したアルミニウムのビッカース硬度とほとんど変わらず、およそ０．７８GPaであることも確認できた（実施例２、図３参照）。

したがって、本態様の発明により、非特許文献４のような不純物を添加することによるビッカース硬度の急激な増加という問題をもたらす手段を必ずしも用いなくても、アルミニウム薄膜の表面平滑性を達成することが可能である。

ここで、基板温度とは、基板取り付けステージ表面に取り付けられた測温抵抗体などのセンサで制御され、かつ真の基板温度とステージ表面温度差を補正した基板温度のことである。

（ｄ）本工程で用いられる、アルミニウム薄膜を形成するための基板としては、シリコン単結晶基板を好ましく用いることができるが、例えばガラス基板のような絶縁体であってもその表面に金などの導電性薄膜をアルミニウム薄膜形成前に堆積しておけば、後工程であるアルミナナノホール作製のための陽極酸化処理に特別問題は発生しないため、好適に用いることができる。

（ｅ）本工程にいう基板上にアルミニウム薄膜を形成するための一般的な方法としては、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、アトミックレーヤ蒸着等の公知の任意の金属薄膜形成方法を用いることができるが、たとえば、密着性の高い膜が得られる、あるいは再現性が良い等の観点から、スパッタリング法を好ましく用いることができる。

スパッタリング法においては、真空チャンバ内に薄膜として形成したい金属をターゲットとして設置し、高電圧をかけてイオン化させた希ガス元素（アルゴンなど）を衝突させ、ターゲット表面の原子が弾き飛ばされて基板に到達して成膜することができる。

（ｆ）アルミニウム薄膜の原料となるアルミニウム材料の純度は、好ましくは、成膜されたアルミニウム薄膜のビッカース硬度の増加によって、後の工程であるテクスチャリング工程において金型等のモールドの磨耗・破壊が起こり易くなったり、アルミナナノホールが均一にできない等の弊害を生じることのないように選択することができるが、後のテクスチャリング工程におけるモールドまたは金型の寿命やアルミナナノホールの均一形成の観点からは、高純度のアルミニウム、より具体的には９９．９％以上の純度があることが好ましい。他方で経済的観点からは、９９．９９９％もの純度があれば必要充分とみることもできる。

（ｇ）本工程によって、厚みが10〜3000ｎｍのアルミニウム薄膜を得ることができる。

Ｂ．工程（２）について
本工程は、前記工程（１）で形成されたアルミニウム薄膜を陽極酸化して、アルミナナノホールアレーを作製する工程である。

（ａ）アルミニウム薄膜を硫酸、シュウ酸、リン酸などの溶液中で陽極酸化をすると、第１図で示すように、アルミニウム膜に対して垂直な無数の細孔を有する多孔質層と、細孔の底にアルミニウム薄膜に接して存在する半円球状のバリアー層からなる多孔質アノード酸化皮膜が形成される。

多孔質アノード酸化皮膜は六角セル構造を有しており、六角セルの直径は印加電圧により制御でき、印加電圧を増加させることで直径を増大させることができる。皮膜の厚さは陽極酸化時間と電流密度により制御され、該酸化時間及び／または電流密度を増加させることで、皮膜の厚みを増大させることができる。この結果、多孔質に形成されるナノホールの深さも深くなる。また、アルミナ六角セル中に形成されるナノホールの直径は陽極酸化後の孔拡処理により、陽極酸化条件とは独立に制御することができる。孔拡処理は一般には０．５％水酸化ナトリウム水溶液に５〜１０分程度浸漬することで実施される。

このように作製されるアルミナナノホールアレーは、上述したように六角セル構造の直径は印加電圧に比例するため、１μm角程度の領域では、自己組織化により第１図で示すようにアルミナナノホールは規則的に整列する。

（ｂ）陽極酸化の一般的な条件としては、電解液としてはシュウ酸、硫酸、リン酸などの酸性水溶液が用いられ、液温は0〜30℃、印加電圧は5〜100Vである。

二．本発明の第二の態様について
（ａ） 本発明の第二の態様は、
（１）−８０℃以下の基板温度で、基板上にアルミニウム薄膜を形成する工程、
（２）前記アルミニウム薄膜に規則的な突起配列を有するモールドを押圧して、前記アルミニウム薄膜上に窪みを形成するテクスチャリング工程、及び
（３）前記アルミニウム薄膜を陽極酸化する工程、
を含むことを特徴とするアルミナナノホールアレーの作製方法、及び該方法により作製することのできるアルミナナノホールアレーである。

すなわち、本態様は、前記第一の態様において、アルミニウム薄膜の陽極酸化工程の前に、アルミニウム薄膜上に金型等の規則的な突起配列を有するモールドで窪みを形成するテクスチャリング工程を含めた態様である。

（ｂ） 前記第一の態様においては先に説明したように、作製されるアルミナナノホールアレーは、１μm角程度の領域では自己組織化により第１図で示すようにアルミナナノホールは規則的に整列するが、１μｍ角より大きなサイズのアルミニウム薄膜上に形成しようとすると、アルミナナノホールは完全には規則的な配列とはならなくなる。

そこで、このような大きなサイズのアルミニウム薄膜上にアルミナナノホールを規則正しく配列する場合には、例えば非特許文献５で示すように、望みの配列の微小突起部を持つ金型等のモールドをアルミニウム薄膜に押し当てて、窪みを形成するテクスチャリング工程を施した後、陽極酸化処理を行うことが好ましい。

この際、陽極酸化初期にはアルミニウム薄膜表面に形成されるわずかの窪みに選択的に電圧が集中し、これに伴い、ここが起点となってアルミナナノホールが形成されるために、モールドの微小突起に対応したアルミナナノホールの配列ができる。

ここで、規則的な突起配列を有するモールド材としては、Ni電鋳、Si, SiC, 石英等を挙げることができる。

（ｃ） 本態様においては、さらにアルミニウム薄膜のアルミニウム材料として高純度アルミニウム、より好ましくは９９．９％以上の純度のアルミニウムを用い、かつ−８０℃以下の基板温度で成膜したアルミニウム薄膜へのモールドによる微小窪みの成形温度を１５０〜２００℃の間で行うことが好ましい。

すなわち、先に説明したように、９９．９％以上の純度のアルミニウム材料を用いて成膜したアルミニウム薄膜のビッカース硬度は０．７８GPaであるが、このような低いビッカース硬度を示すアルミニウム薄膜のビッカース硬度は、１２５℃から更に急激に低くなり、１５０℃では室温の半分になることが新規の知見として分かった（実施例３及び図４参照）。一方、Ｍｇなどの不純物を添加しビッカース硬度が高くなった公知のアルミニウム膜では、温度によるビッカース硬度の大きな変化はないことがわかり（実施例３及び図４参照）、かかるビッカース硬度の低下の減少は、本発明に特有の効果であることを確認した。

なお、酸素濃度を制御した環境下で窪み成形すればアルミニウム薄膜表面の酸化を抑制できるため、２００℃超の窪み成形温度も可能ではあるが、余分な設備の必要をなくすという経済的な観点からは、２００℃以下の成形温度を選択するのが好ましい。

このように、１５０℃以上の窪み成形温度、より好ましくは１５０〜２００℃の窪み成形温度で、アルミニウム薄膜上に微少窪みを形成することによって、テクスチャリング工程における金型等のモールドの磨耗・破壊をさらに抑制することができ、モールドの寿命をさらに伸ばすことができる。実際にも、実施例４で示されるように、１０００回のテクスチャリング工程の後も、金型の変形・破壊がなくほぼ初期と同等の形状を得ることができた。これに対して、従来技術であるＡｌ−Ｍｇ(Ｍｇ ８重量％)薄膜では、２２０回で金型微小突起の約５％程度に変形、あるいは欠けが発生し、金型寿命に達した。

三．本発明の第三の態様について
（ａ）本発明の第三の態様は、
上記本発明の第一、より好ましくは第二の態様のようにして作製することのできるアルミナナノホールアレーの細孔内に、磁性層を形成することを特徴とする磁気記録媒体の作製方法、及び該方法により作製することのできる磁気記録媒体である。

（ｂ）一般的には、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）用の磁気記録媒体の磁性膜形成は、スパッタ等のドライプロセスによって行われるが、アルミナナノホールのように直径が２０ｎｍ程度で深さが６０ｎｍ〜１００nm程度の形状の場合には、ドライプロセスでは磁性材はナノホールに入っていくことができない。そこで、電気メッキ法によりＣｏ−Ｐｔなどの磁性材をナノホールに埋込んでいくことが好ましい。メッキ液は、たとえば硫酸コバルトと塩化白金酸の混合水溶液を用い、交流法でメッキを行うことができる。

（ｃ）上記のようにして、アルミナナノホールアレーの細孔内に磁性層を形成した後、例えば、表面平滑化処理、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）膜及び潤滑膜の形成を順次行い、得られた磁気記録材料（実施例７では、Ｃｏ−Ｐｔ埋込みアルミナナノホールが例示）の磁気特性評価、ヘッド浮上性、およびリード/ライト特性評価等を行うことができる。

実施例７にも示されるように、本発明により、熱アシスト法に対応可能な性能を有する磁気記録媒体を作製することが可能である。

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、これらは本発明を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

（実施例１）
アルミニウム薄膜の作製
以降の実施例で使用されるアルミニウム薄膜は、以下の手順にて作製した。

基板取り付けステージが液体窒素の供給装置とヒータからなる温度制御システムを具備したスパッタ装置にて、２．５インチのシリコン単結晶基板を基板ステージに取り付け、種々の基板温度で成膜をした。成膜に用いたアルミニウムターゲットは直径６インチで純度９９．９９％のものを用いた。成膜条件は、成膜時間６０秒で、アルミニウム膜厚は１００nmになるようにした。

図２に液体窒素温度である−１９６℃から４０℃の間で基板温度で作製されたアルミニウム薄膜の表面粗さの最大高さ（Rmax）の測定値を示す。基板温度が−８０℃以下であればRmaxは約３nmとなり、突起付き金型で数nmの窪みを基板全面に均一に形成することが可能であることがわかった。

ここで、Rmaxとは、AFM(原子間力顕微鏡)で測ったアルミニウム薄膜表面凹凸の平均線からの最大高さのことをいう。

（実施例２）
アルミニウム薄膜のビッカース硬度の成膜温度依存性
実施例１で示した条件のうち、基板温度が−１９６℃で作製した膜厚１００nmの純アルミニウム薄膜(発明品）と、純度９９．９９％のアルミニウムターゲットの代わりにＡｌ−Ｍｇ(Ｍｇ ８重量％)のアルミニウムターゲットを用いた以外は実施例１と同様にして基板温度が３０℃で作製した膜厚１００nmのＡｌ−Ｍｇ(Ｍｇ ８重量％)薄膜（比較品）のビッカース硬度の温度依存性を調べた。この結果を図３に示す。

その結果、ビッカース硬度は成膜温度によらずほぼ一定で、純アルミニウムを用いた本発明品では約０．７８GPaであった。これに対して、Ａｌ−Ｍｇ合金（Ｍｇ ８重量％）を用いた比較品では、純アルミニウムの４倍の３．１GPaであり、こちらも成膜温度でビッカース硬度はほとんど変化はしなかった。

これから、本発明では純アルミニウムの特徴であるビッカース硬度が低い値を保持しながら、表面平滑性も確保できることが分かった。

ここで、ビッカース硬度は標準的なマイクロビッカース硬度計により測定した。

（実施例３）
アルミニウム薄膜のビッカース硬度の窪み成形（テクスチャリング）温度依存性
実施例２において作製された純アルミニウムを用いた発明品薄膜とＡｌ−Ｍｇ(Ｍｇ ８重量％)合金を用いた比較品薄膜につき、ビッカース硬度の窪み成形（テクスチャリング）温度依存性を調べた。この結果を図４に示す。

Ａｌ−Ｍｇ合金薄膜では、２００℃まで温度を上げてもビッカース硬度は低下することはなかった。これに対して、本発発明である純アルミニウムを成膜温度−１９６℃で作製すると、ビッカース硬度は１００℃以上で急激に低下し、１５０℃〜２００℃で室温の約５０％の値となった。

このデータに基づき、微小窪み形成用の金型、及び基板温度が−１９６℃で作製した膜厚１００nmの上記純アルミニウム薄膜を１５０℃に保持し、成形したところビッカース硬度と同様、成形圧力を低くしても窪みの形成が可能となり、その圧力は室温の２００kgに対し、半分の１００kgであった。

本発明は成膜温度が−１９６℃だけでなく、−８０℃の場合でも同様に作製し、同様の効果があることは確認した。

（実施例４）
アルミニウム薄膜のテクスチャリング工程における金型の耐久性試験
実施例３により形成された窪みつきアルミニウム薄膜（成膜温度−８０℃、窪み成形温度１５０℃）を、Ni電鋳にて作製された同一金型を用いて繰り返し作製した場合に、何回程度、金型に形状変化がなく成形できるかを検証した。

その結果、本発明である、−８０℃で成膜し１５０℃で成形した場合には、１０００回までは、金型の変形・破壊がなくほぼ初期と同等の形状を得ることができた。これに対して、従来技術であるＡｌ−Ｍｇ(Ｍｇ ８重量％)薄膜では、２２０回で金型微小突起の約５％程度に変形、あるいは欠けが発生し、金型寿命に達した。

これらのことから、明らかに本発明の有効性が認められる。

（実施例５）
アルミナナノホールアレイの作製
実施例１及び２で形成された本発明品の微小窪みつきアルミニウム薄膜すべてに対して陽極酸化によるアルミナナノホール形成を行った。

陽極酸化に用いた溶液はシュウ酸３．５％水溶液で、液温は５±１℃、、印加電圧は１８．８±０．１Ｖ、電流密度は１０mA/cm²に制御し、８５秒間処理を行った。この処理により、直径２０nmの六角セル構造が、２０nmピッチで２．５インチ基板全面にわたって配列できた。

陽極酸化処理後のアルミナナノホールの直径は６nm程度であったが、このナノホールにメッキにより磁性材が入りやすくするため孔拡処理を行い、アルミナナノホール直径を１４nmまで拡げた。孔拡処理は０．５％の水酸化ナトリウム水溶液を５０±２℃に制御した液に、陽極酸化をした基板を５分間浸漬することで実施した。

（実施例６）
磁気記録媒体の作製（１）
次いで、実施例３までにより作製したアルミナナノホールにＣｏ−Ｐｔ磁性材を交流電気メッキにより埋込み処理を行った。

メッキ液は硫酸コバルト５％と塩化白金酸１５％混合水溶液を用い、交流１０Ｖを印加しながら、６０秒間メッキを行うことによりアルミナナノホールにＣｏ−Ｐｔ磁性材を埋込むことができた。

メッキ後のＣｏ−ＰｔはＣｏとＰｔがランダムに配列しているため、これを高Ｋ_uが得られるＬ１₀構造に相変化させるために、真空中で５００℃、３０分間熱処理をした。これについて磁気光学カー効果（Ｍａｇｎｅｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ Ｋｅｒｒ ｅｆｆｅｃｔ）を測定をした。そのＨ_cから、Ｋ_uがＬ１₀構造のＣｏ−Ｐｔバルクの値に近い２×１０⁶ Ｊ/m³になっていることが確認された（バルクＣｏ−Ｐｔ のＫ_u = ５×１０⁶ Ｊ/m³）。

（実施例７）
磁気記録媒体の作製（２）
実施例６で作製された磁気記録媒体には、メッキによりＣｏ−Ｐｔ磁性材が、アルミナナノホールに埋め込まれた他に、基板表面にも存在する。

そこで表面を平滑にするために、さらにイオンビームエッチング装置を用たアルゴンミリングにより平滑処理を実施後、表面にＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）膜そして潤滑膜をつけた。

このようにして作製した媒体の浮上性を調べるために浮上性高さ10nmでグライドハイト試験を行い、実施例６で作製された磁性材を埋め込んだアルミナナノホールから作製されたビット・パターンド・メディア（ＢＰＭ）の浮上性特性に問題がないことを確かめた。

次いで、リード/ライトヘッドを用いて磁気特性の確認を行い、磁気的にも書き込み、読み込み動作ができることを確認した。

ただし、ここで用いたリード/ライトヘッドはアルミナナノホールのサイズ直径２０nmに比べて、かなり大きいため、アルミナナノホール一つが１ビットの相当するかは判断できなかった。そこで、磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）を用いて、アルミナナノホール一つが１ビットに相当するのかを確認したところ、確かに当初の想定どおり、アルミナナノホール一つが１ビットに対応していることを確認した。

この結果から、２０nmサイズのアルミナナノホールが１ビットに対応し、またバルクＣｏ−Ｐｔ磁性材に匹敵するＫ_uを有していることから、本実施例の手順で作製されたビット・パターンド・メディア（ＢＰＭ）は熱アシスト法に対応可能な性能を有していると言える。

本発明の方法により作製されたアルミナナノホールアレーは、様々なナノデバイスを構築するのに有用であり、特に高密度磁気記録媒体の作製に好適に使用できる。

アルミナナノホールを説明する模式図である。 本発明の基本となる、成膜温度とアルミニウム薄膜表面の表面粗さの最大高さ（Rmax）の関係を示す図である。 成膜温度とビッカース硬度の関係を示す図である。 本発明の方法で形成した純アルミニウム薄膜のビッカース硬度の温度変化を示す図であり、参考に従来技術であるＡｌ−Ｍｇ合金薄膜の変化も示してある。

Claims (8)

1. （１）−８０℃以下の基板温度で、基板上にアルミニウム薄膜を形成する工程、及び
   （２）前記アルミニウム薄膜を陽極酸化する工程、
   を含むことを特徴とするアルミナナノホールアレーの作製方法。
2. 前記アルミニウム薄膜が、アルミニウム純度９９．９％以上のアルミニウム材料から形成されるものであることを特徴とする請求項１に記載のアルミナナノホールアレーの作製方法。
3. （１）−８０℃以下の基板温度で、基板上にアルミニウム薄膜を形成する工程、
   （２）前記アルミニウム薄膜に規則的な突起配列を有するモールドを押圧して、前記アルミニウム薄膜上に窪みを形成するテクスチャリング工程、及び
   （３）前記アルミニウム薄膜を陽極酸化する工程、
   を順に含むことを特徴とするアルミナナノホールアレーの作製方法。
4. 前記アルミニウム薄膜が、アルミニウム純度９９．９％以上のアルミニウム材料から形成されるものであることを特徴とする請求項３に記載のアルミナナノホールアレーの作製方法。
5. 前記モールド及び前記アルミニウム薄膜を１５０〜２００℃の温度に保ちながら、前記テクスチャリング工程（２）を行うことを特徴とする請求項４に記載のアルミナナノホールアレーの作製方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の作製方法により作製することのできるアルミナナノホールアレー。
7. 請求項６のアルミナナノホールアレーの細孔内に磁性層を形成することを特徴とする磁気記録媒体の作製方法。
8. 請求項７に記載の作製方法により作製することのできる磁気記録媒体。

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