JP2009193619A - 垂直磁気記録媒体および磁気記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】垂直磁気記録媒体において、ディスクリートトラックの形成精度向上と、優れた浮上性を実現し、高トラック密度を実現する。
【解決手段】垂直磁気記録媒体１は、非磁性基板１０上に、軟磁性下地層１１と、中間層１２と、磁性を有する結晶粒子とそれを取り巻く酸化物を主成分とする非磁性結晶粒界から構成される第１の記録層１３と、Coを主成分とし硼素あるいはリン及びゲルマニウムを含み酸化物を含まない第２の記録層１４とを備え、情報を記録する記録トラック部１８と、隣接する記録トラックの間に設けられたガードバンド部１７を有する。ガードバンド部１７の幅ｄは30 nm以下である。また、ガードバンド部１７の第２の記録層１４の膜厚ｔ_３が、記録トラック部１８のｔ_２よりも小さく、記録トラック部１８の第１の記録層１３の厚さｔ_１と第２の記録層１４の厚さｔ_２の和(ｔ_１＋ｔ_２)と、ガードバンド部１７の(ｔ_１＋ｔ_３)との差が５nm以上ｔ_２以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、垂直磁気記録媒体およびこの媒体を搭載した磁気記録装置に係り、特に、ディスクリートトラックを有する垂直磁気記録媒体および磁気記録装置に関する。

近年、磁気ディスク装置を中心とした磁気記録装置の適用範囲の拡大に伴い、さらなる小型、大容量化が要求されている。この要求に答えるため、これらの装置に用いられる磁気記録媒体における記録密度の向上は必須である。
線記録密度を高める技術として、従来の面内磁気記録方式にかわり、垂直磁気記録方式が広く用いられるようになった。垂直磁気記録方式は、記録媒体の磁化を媒体面に垂直に、かつ隣り合う記録ビット内の磁化が互いに反平行になるように記録ビットを形成する方式である。垂直磁気記録方式では、磁化遷移領域での反磁界が小さいため面内磁気記録方式に比べて急峻な磁化遷移領域が形成され、高密度で磁化が安定する。したがって、面内磁気記録方式と比較して、同じ記録分解能を得るために膜厚を大きくして磁性粒子体積を大きくすることができ、記録された磁化の経時的な減衰、すなわち熱減磁を抑制できる。さらに単磁極ヘッドと、垂直記録層と軟磁性下地層を備えた垂直磁気記録媒体との組み合わせにおいて高い記録磁界が得られ、垂直記録層に磁気異方性エネルギーの高い材料を選択することが可能となり、熱減磁をさらに抑制することができる。

垂直磁気記録方式に用いられる媒体の磁気記録層として、結晶粒の周囲を酸化物や窒化物などの非磁性化合物で取り囲んだグラニュラ構造が提案されている。例えば、特許文献１には、CoCrPt合金を主体としてSi酸化物を含有し、かつ、そのSiの含有量がSi原子に換算して8at.%以上16at.%以下であるような記録層であって、その記録層をArガス圧0.133Pa以上2.66Pa以下としたチャンバ内でスパッタリングにより製造する方法が開示されている。また、非特許文献１には、厚さ160nmのCo-Ta-Zrからなる軟磁性下地層上に、Ta/Ru中間層を介してCo-Cr-Pt-Si-Oからなる記録層を形成し、記録層中の酸素濃度を15%程度とした場合に保磁力が最大となり、SN比が向上することが報告されている。

これらの技術は、非磁性の酸化物を結晶粒界に偏析させて磁性粒子を磁気的に孤立させることにより、SN比を向上させるのが目的である。しかし、高SN比と熱安定性とを両立するためには、磁性粒子の磁気異方性を大きくする必要があり、この場合保磁力が高くなりすぎて単磁極ヘッドによる記録が困難になるという問題があった。

この問題を解決するために、酸化物を結晶粒界に偏析させたグラニュラ構造の記録層に、酸化物を含まないCo系合金層を積層した構造が提案されている。例えば、特許文献２にはCoを主成分とするとともにCrを含み酸化物を含まない層と、Coを主成分とするとともにPt及び酸化物を含んだ層とからなる垂直磁気記録層の構成が開示されている。酸化物を含む層の酸化物の含有量としてはCoとCrとPtの総量に対して3 mol%以上12 mol%以下が好ましく、より好ましくは5 mol%以上10 mol%以下であることが記載されている。上記範囲以上の場合には酸化物が磁性粒子中に残留し、磁性粒子の結晶配向性を損ね、磁性粒子の上下に酸化物が析出して磁性粒子が柱状構造をとらなくなるために好ましくないことが記載されている。また、軟磁性層の膜厚としては50nmから400nmの範囲が好ましく、軟磁性下地層の飽和磁束密度を0.6T以上とし、軟磁性下地層の飽和磁束密度Bs(T)と膜厚t(nm)の積Bs・tを20(T・nm)以上とすることが好ましいことが記載されている。さらに、膜厚100nmのCoNbZr軟磁性下地層を有する垂直磁気記録媒体を単磁極ヘッドと組み合わせて評価した結果、オーバーライト特性が向上すると共にS/N比も向上することが記載されている。

また、垂直磁気記録媒体に情報を記録する磁気ヘッドにおいて、記録磁界勾配を向上させるために、従来の単磁極型ヘッドの構造に、少なくとも主磁極のトラック方向トレーリング側に非磁性のギャップ層を介して磁気シールドが設けられた構造を有する磁気ヘッドが提案されている。以下ではこの磁気シールドをトレーリングシールドと呼び、トレーリングシールドを設けた記録ヘッドをトレーリングシールド型記録ヘッドと呼ぶ。例えば特許文献３あるいは特許文献４にトレーリングシールド型記録ヘッドの例が開示されている。トレーリングシールド型記録ヘッドは、記録磁界強度は低下するものの、記録磁界勾配を高めることができるため、上記の垂直磁気記録媒体との組み合わせにおいて、さらに高い線記録密度を実現できる。

ところで、上記の垂直磁気記録方式の採用による線記録密度の向上と同時に、トラック密度を増加して面記録密度を向上する努力も行われている。しかし、トラックの間隔の狭小化に伴い、隣接するトラックに記録された磁気的情報が互いに干渉し合い、その境界領域の磁化遷移領域がノイズとなって、ＳＮ比が低下する問題が顕在化している。また、記録ヘッドから発生する磁界分布に起因する記録トラック端部の書きにじみ（フリンジ）が顕著となり、隣接するトラックの磁気的情報を消去する問題がある。

上記の問題を解決する方法として、ディスクリートトラック技術が注目されている。例えば特許文献５において、磁性部材でつくられた情報を磁気的に記録する記録トラック部と、互いに隣接する前記記録トラック部間に非磁性の材料でつくられたガードバンド部を備え、前記ガードバンド部材の下方領域には、磁性部材が存在しないか、前記記録トラック部をなす磁性部材の厚みとは異なる厚みの磁性部材が設けられることを特徴とする磁気ディスク媒体が開示されている。ただし、特許文献５において、上記ガードバンド部の磁性部材の厚さの範囲に関する記述がなく、ガードバンド部の磁性部材をすべて除去した場合に効果が得られることを示している。

また、特許文献６には、トラック間隔130 nm以下、磁性層の厚さtが6 nm以上18 nm以下、記録トラック部の幅Dが50 nm以上で、ガードバンド部の幅dと磁性層厚さtとの比d/tが5/2以上であり、媒体表面を酸化物により平滑化したディスクリートトラック媒体が開示されている。上記の範囲において、ガードバンド部における表面酸化物の充填率を100 %とすることが可能であることを示している。

特開2002-342908号公報 特開2004-310910号公報 米国特許出願公開第2002/0176214号明細書 特開2005-190518号公報 特開平9-97419号公報 特開2006-155863号公報 IEEE Transactions on Magnetics, Vol.40, No.4, July 2004, pp. 2498-2500, "Role of Oxygen Incorporation in Co-Cr-Pt-Si-O Perpendicular Magnetic Recording Media."

上記特許文献５、特許文献６に開示されているディスクリート媒体の製造方法において、反応性イオンエッチングなどを用いてガードバンド部の磁性部材を除去し、ディスクリートトラックを形成している。この場合、ディスク全体にわたってガードバンド部の幅のばらつきを抑制しながら磁性部材全部を除去することは非常に困難であり、そのばらつきによってディスク装置におけるヘッドのトラッキング性能、およびSN比が劣化する。また、ガードバンド部の磁性部材除去の際、除去された磁性部材が記録トラック部の端部に再付着し、記録トラック部の磁性部材の端部が劣化する。さらに、上記特許文献２のようなグラニュラ層と酸化物を含まない層の積層構造とした垂直磁気記録媒体において上記のディスクリートトラック製造方法を適用した場合、２つの磁性層の磁性部材のエッチング選択比が異なるため、ガードバンド部の形成は困難となる。さらに上記積層構造の媒体は、膜厚が20 nm前後と大きいため、ガードバンド部に酸化物を充填させるためには、少なくともガードバンド幅を50 nm程度まで大きくする必要があり、トラック間隔の狭小化が困難となる。

また、上記特許文献５の段落(0053)には、SiO₂膜パターンを有するディスクをRIE装置内に装入し、ディスクを約200°Cに加熱して、塩素と三塩化硼素を主成分とする混合ガスプラズマを用いてCoPt膜を下地の基板面までエッチング除去するために約１分間の反応性イオンエッチングが必要であることが記載されている。エッチングの時間をさらに短縮することがタクトを向上するために期待されている。

本発明の第１の目的は、ガードバンド部の幅のばらつきが少なく、高トラック密度の垂直磁気記録媒体を提供することである。
本発明の第２の目的は、短時間で高速にエッチング除去できる構成の記録層を用いることにより、媒体作製プロセスのタクトを向上することである。
本発明の第３の目的は、上記垂直磁気記録媒体を搭載した磁気記録装置において、面記録密度を向上させることである。

本発明の代表的な垂直磁気記録媒体は、非磁性基板上に、少なくとも軟磁性下地層と、磁性を有する結晶粒子とそれを取り巻く酸化物を主成分とする非磁性結晶粒界から構成される第１の記録層と、Coを主成分とし硼素(B)あるいはリン(P)及びゲルマニウム(Ge)を含み酸化物を含まない第２の記録層とを備え、情報を磁気的に記録する記録トラック部と、隣接する記録トラックの間に設けられたガードバンド部を有する垂直磁気記録媒体であって、ガードバンド部の第２の記録層の膜厚t₃が、記録トラック部の第２の記録層の膜厚t₂よりも薄いことを特徴とする。
前記記録トラック部の第１の記録層の厚さt₁と第２の記録層の厚さt₂の和(t₁+t₂)と、ガードバンド部の第１の記録層の厚さt₁と第２の記録層の厚さt₃の和(t₁+t₃)との差が、３nm以上第２の記録層の膜厚t₂以下であることが望ましい。
本発明の代表的な磁気記録装置は、前記垂直磁気記録媒体を搭載し、さらに主磁極と、主磁極を励磁するためのコイルと、主磁極のトレーリング側に配置されたトレーリングシールドと、主磁極のリーディング側に配置された再生素子とを備える磁気ヘッドを搭載することを特徴とする。

本発明によれば、垂直磁気記録媒体において、ガードバンド部の幅のばらつきが少なくなり、高トラック密度を実現することができる。また、加熱することなく短時間で高速にエッチング除去できる構成の記録層を用いることにより、媒体作製のプロセスタクトを向上することができる。さらに、磁気記録装置において面記録密度を向上させることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例による垂直磁気記録媒体、および磁気記録装置について説明する。
実施例１による垂直磁気記録媒体の断面構造の模式図を図１に示す。垂直磁気記録媒体１は非磁性基板１０上に軟磁性下地層１１と、非磁性の中間層１２と、酸化物を含む第１の記録層１３と、硼素あるいはリン及びゲルマニウムを含み酸化物を含まない第２の記録層１４と、保護層１５が積層された磁気記録媒体基材１６と、その上に積層された媒体保護層１９と、媒体保護層１９に塗布された潤滑層２０とを有する。第２の記録層１４にはガードバンド部１７が設けられ、非磁性の酸化物２１が充填されている。隣接するガードバンド部１７の間が記録トラック部１８を構成している。第２の記録層１４の膜厚をｔ_２とした場合、ガードバンド部１７の深さｔ_４はｔ_２以下であり、ガードバンド部１７の下部に第２の記録層１４が膜厚ｔ_３だけ残っている。ガードバンド部１７の深さｔ_４は３nm以上、第２の記録層の膜厚ｔ_２以下であり、膜厚ｔ_３は約２nm以下である。ガードバンド部１７の下部に第２の記録層１４を残しているのは、ガードバンド部１７を形成するための凹部の深さを浅くし、凹部に酸化物２１を完全に充填させるためである。ガードバンド部１７下部の第２の記録層１４の膜厚ｔ_３は、ガードバンド部１７の下部において記録ヘッドからの磁界による磁化反転が困難になる程度に設定されている。

図２に、上記垂直磁気記録媒体１の記録トラック部１８とガードバンド部１７に要求される磁気特性を示す。図２の横軸は第１の記録層１３の飽和磁化Ｍ_Ｓ１と膜厚ｔ_１の積と、第２の記録層１４の飽和磁化Ｍ_Ｓ２と膜厚ｔ_２の積との比である。縦軸はオーバーライト(dB)である。図２は、記録トラック部１８において、磁気ヘッドからの磁界による磁化反転を容易にし、オーバーライトを-２５dB以下にする必要があり、そのためには、Ｍ_Ｓ２×ｔ_２／Ｍ_Ｓ１×ｔ_１≧０．２５を満足する記録層１３，１４を作製する必要があることを示している。また、ガードバンド部１７において、記録ヘッドからの磁界による磁化反転を困難にして、オーバーライトを-５dB以上にする必要があり、そのためには、Ｍ_Ｓ２×ｔ_２／Ｍ_Ｓ１×ｔ_１≦０．１を満足する記録層１３，１４を作製する必要があることを示している。

次に図３を参照して上記垂直磁気記録媒体１の製造工程について説明する。まず、図３（Ａ）に示すように、非磁性基板１０上に軟磁性下地層１１、非磁性の中間層１２、酸化物を含むグラニュラ記録層（第１の記録層）１３、硼素あるいはリン及びゲルマニウムを含み酸化物を含まない第２の記録層１４、保護層１５を順次形成し、磁気記録媒体基材１６とする。
続いて、図３（Ｂ）に示すように、磁気記録媒体基材１６の保護層１５上に、レジスト２を塗布する。
続いて、図３（Ｃ）に示すように、所望の間隔の記録トラック部、ガードバンド部を形成するために凹凸加工された金型（スタンパ）３をレジスト２に密着し、高圧でプレスして、ガードバンド部を形成する部分のレジストを除去する（以降インプリント工程と呼ぶ）。
続いて、図３（Ｄ）に示すように、レジスト２をマスクとして、イオンミリング等を用いて、ガードバンド部を形成する部分の保護層１５を除去する。
続いて、図３（Ｅ）に示すように、塩素と三塩化硼素を主成分とする混合ガスプラズマを用いた反応性イオンエッチングで、ガードバンド部を形成する部分の第２の記録層１４の一部を除去して凹部を形成する。このとき、凹部における記録層１４のエッチング深さが３nm以上第２の記録層の膜厚ｔ_２以下になるように、工程を調整する。
続いて、図３（Ｆ）に示すように、凹部にスパッタ法、スピンコート法等の方法を用いて酸化物２１を充填する。
続いて、図３（Ｇ）に示すように、ポリッシュ、エッチング等の方法により、図３（Ｄ）〜（Ｆ）に示した工程で生じた媒体面表面の凹凸を平滑化し、ガードバンド部１７を形成する。
続いて、図３（Ｈ）に示すように、平滑化した面に媒体保護層１９をスパッタ法やＣＶＤ法などを用いて堆積した後、媒体保護層１９の上に液体潤滑剤を塗布して潤滑層２０を形成する。

次に、上記垂直磁気記録媒体１を構成する基板および各層の組成，膜厚等、具体的な製造方法について説明する。
非磁性基板１０にはAl-Mg合金などの非磁性金属や、結晶化ガラス、アモルファスガラス、Si、樹脂などの材料を用いることができる。本実施例１においては、直径63.5 mmのガラス基板を用いた。

軟磁性下地層１１にはFe、Co、Niを含む軟磁性材料を用いることができ、FeCoTaZr合金、CoTaZr合金、CoNbZr合金、FeCoB合金などを用いることができる。また、複数の軟磁性薄膜の間に非磁性薄膜を挿入し、各軟磁性薄膜が非磁性薄膜を介して強磁性、または反強磁性的に結合した多層膜構造とすることで、軟磁性下地層から発生する磁気的ノイズを低減することができる。本実施例１では、FeCoTaZr合金を30 nmと、Ruを0.7 nmと、FeCoTaZr合金を30 nmとを、スパッタ法によりに順次形成し、軟磁性下地層１１を三層からなる構成とした。軟磁性下地層１１の膜厚は、記録を行う際に十分なオーバーライト特性が得られる範囲内で選択すればよく、10 nmから300 nmの範囲であれば問題はない。軟磁性下地層１１の下に、FeMnや、IrMnのような、軟磁性下地層１１の磁区を固定するための磁区制御層を設けた構造を用いても良い。

中間層１２は、第１の記録層１３の結晶配向性や結晶粒径を制御し、結晶粒間の交換結合を制御する役割を果たす。中間層１２の膜厚、構成、材料は、上記効果が得られる範囲で設定すればよく、特に本実施例１の膜厚、構成、材料に限定するものではない。実施例１においては、膜厚５ nmのNiWと、膜厚２０ nmのRuとを順次形成した。
上記中間層構成においてNiW層の役割はRu層の結晶粒径の制御と、膜面垂直方向のｃ軸配向性を高めることである。これが満足される範囲で膜厚を設定すればよく、３nm から１０nm程度の値が望ましい。NiWの代わりに、NiCr、NiCrW、NiVなどを用いることができる。また、面心立方（fcc）構造を有するPd、Pt、Cuやこれらを含有する合金、NiFeなどの強磁性fcc材料を用いても良く、NiTaなどのアモルファス構造を有する材料を用いてもよい。
Ru層の役割は第１の記録層１３の結晶粒径、結晶配向性の制御と結晶粒間の交換結合の低減である。これが満足される範囲で膜厚を設定すればよく、３nm から３０nm程度の値が望ましい。また、Ruの代わりにRuを含む合金や、RuにSiO₂などの酸化物を含有させたものを用いても良い。

第１の記録層１３は、Coを主成分とし、少なくともCrとPtと、酸化物とを含む合金であり、CoCrPtB合金、CoCrPtMo合金、CoCrPtNb合金、CoCrPtTa合金と、Si酸化物、Ta酸化物、Nb酸化物、Ti酸化物、Cr酸化物などからなるグラニュラ膜を用いることができる。これらの酸化物を粒界に偏析させることで、低ノイズのグラニュラ層を形成できる。また、第１の記録層１３は、異方性エネルギー、結晶粒間の交換結合の制御を目的として、異なる組成、または異なる酸化物からなる複数のグラニュラ層で構成してもよい。第１の記録層１３の膜厚は十分なオーバーライト特性と、良好なSN比と、熱安定性とが満足される範囲内で設定すればよく、８nmから２０nm程度の値が望ましい。第１の記録層１３のCr濃度としては７ at.%から１８ at.%程度の値を用いると、低ノイズ性と熱安定性を両立できるので好ましい。第１の記録層１３の飽和磁化としては300 kA/mから650 kA/m程度の値を用いると、低ノイズ性と熱安定性を両立できるので好ましい。本実施例１においては、第１の記録層１３はCoCrPt合金とSiO₂とを含有するターゲットを用い、アルゴンと酸素の混合ガスを用いてスパッタ法により形成し、膜厚は１４nmとした。第１の記録層１３の組成(at.%)は、次の通りである。

(Co+Cr+Pt):(Si+O) = 83.4 : 16.6，
Co：Cr：Pt = 60.6 : 14.1 : 25.3，
O/Si = 3.2
第２の記録層１４を構成する、Coを主成分とし硼素(B)あるいはリン(P)及びゲルマニウム(Ge)を含み、酸化物を含まない層を構成する材料としては、硼素(B)の濃度が１原子％以上１４原子％以下である合金、燐(P)の濃度が１原子％以上１２原子％以下である合金、ゲルマニウム(Ge)の濃度が５原子％以上２２原子％以下である合金などを用いることができる。また、第２の記録層１４は、第１の記録層１３との交換結合の制御を目的として、異なる組成、材料からなる複数の層で構成してもよい。第２の記録層１４の膜厚は、第１の記録層１３との組み合わせにおいて、十分なオーバーライト特性と、良好なSN比と、熱安定性とが満足される範囲内で設定すればよく、５ nmから１０ nm程度の値が望ましい。本実施例１においては、60at.%Co-10at.%Ge-8at.%Pt-18at.%Cr-4at.%Bターゲットを用いてスパッタ法により膜厚８ nmの第２の記録層１４を形成した。

保護層１５は、レジスト２を塗布してディスクリートトラックを形成する工程において、第２の記録層１４の腐食を防止する目的で形成する。本実施例においては、化学的気相成膜法(CVD法)により厚さ２nmのDLC(ダイアモンドライクカーボン)膜を形成した。

磁気記録媒体基体１６上に塗布するレジスト２は広く工業的に使用されているフォトレジスト等を使用することができる。スピンコートなどを用いて薄く均一に塗布し、オーブンで焼成して不要な有機溶剤などを除去する。

スタンパ３は、金属板に電子線描画などの方法を用いて微細なトラックパターンを形成したものであり、材料としては所望のトラックパターンの形成が容易であること、およびインプリント工程に耐えうる硬度、耐久性が必要である。本実施例１においては、Niスタンパを使用したが、前述の目的に合致するものであれば材料は問わない。

インプリント工程によりトラックパターンが形成されたレジスト２をマスクとして、イオンミリング等によりガードバンド部の保護層１５を除去する。ガードバンド部の保護層１５を除去した後、第２の記録層１４のエッチング工程に反応性イオンエッチングを用いる場合、例えば一酸化炭素とアンモニアの混合雰囲気によるイオンエッチング等が利用できる。また、前記保護層１５の除去の工程と同時に第２の記録層１４をイオンミリングにより除去してもよい。本実施例１においては、イオンミリングを用いて保護層１５および第２の記録層１４の除去を同時に行った。

上記の工程により、ガードバンド部の第２の記録層１４の膜厚ｔ_３を記録トラック部の膜厚ｔ_２よりも小さくすることによって、ガードバンド部において記録ヘッドの磁界による磁化反転が困難となり、隣接する記録トラックへの磁気的干渉が抑制される。その結果、トラック間隔の狭小化が可能となる。図４に、本実施例１の磁気記録媒体基体１６において第２の記録層１４の膜厚ｔ_２を変化させたときの、オーバーライトの変化を示す。ここで磁気記録媒体基体１６はディスクリートトラック加工を行わず、保護層１５を４ nmとして、直接液体潤滑剤を塗布して評価した。オーバーライトは、20.8kfr/mmの下地パターン上に3.5kfr/mmのパターンを上書きした後の、下地パターンの残留出力の、上書き前の出力に対する比と定義し、dBを単位として表した。オーバーライトの数値が小さいほど、記録層の磁化反転が容易であることを表す。図４の結果により、本実施例１において記録トラック部の第２の記録層１４の膜厚ｔ_２を５nmから１０nm、好ましくは６ nmから８ nm、ガードバンド部の第２の記録層１４の膜厚ｔ_３を２ nm以下とすることで上記の発明の効果が得られることを見いだした。

上記の工程において、ガードバンド部の第１の記録層１３の一部がエッチングにより除去されても問題はないが、エッチングされた磁性部材の再付着による特性の劣化を回避するために、第１の記録層１３のエッチング量はできるだけ少ない方が望ましい。したがって、上記実施例１では、ガードバンド部の下に第２の記録層１４を約２ nm残したが、ガードバンド部の第２の記録層１４を全てエッチングにて除去し、ガードバンド部の底部を第１の記録層１３の表面に一致させても良いし、第１の記録層１３に僅かに食い込んだ位置としても良い。

上記の工程の後、酸素プラズマによるアッシング等により、レジスト２を除去し、ガードバンド部１７を形成する凹部に酸化物の層２１を形成する。酸化物層２１の形成方法として、Si酸化物、Al酸化物、Ti酸化物等の材料を、スパッタリング法等を用いて堆積するほか、スピンコート法などによりスピンオングラス(SOG)等を塗布してもよい。このとき、酸化物層２１を、ガードバンド部の凹部を隙間無く充填する必要がある。本実施例１においては、スパッタ法によりSiO2酸化物層２１を形成した。

酸化物層２１形成後の媒体表面平滑加工には、Chemical Mechanical Polish (CMP)やイオンミリング、プラズマエッチング等が使用できる。本実施例１においては、フッ素系ガスを用いて、プラズマエッチングにより記録トラック部１８の保護層１５が露出するまで平滑化処理を行った。

媒体表面平滑加工の後、磁気記録媒体の浮上性、耐衝撃性を確保するため、媒体保護膜１９を形成する。ここで、記録、再生時の磁気ヘッド−記録層間距離が小さいことが高密度記録実現に有効であるため、平滑加工後の記録トラック部１８の保護層１５の厚さと、媒体保護膜１９の厚さの和を５ nm以下にするのが望ましい。本実施例１においては、媒体保護膜１９として、CVD法によりDLC膜を２ nm形成した。

潤滑層２０としては、例えばパーフルオロポリエーテル、フッ化アルコール、フッ素化カルボン酸などの液体潤滑剤を用いることができる。

次に、上記の工程により作製した垂直磁気記録媒体１の、記録再生特性を評価した。使用した磁気ヘッドは図５に示すように、トレーリングシールド型記録ヘッド５１と、GMR再生ヘッド５８からなる複合型ヘッド５０を用いた。記録ヘッド５１において、主磁極５２の先端部の幾何学的なトラック幅は９０nmとした。主磁極５２とトレーリングシールド５３間の距離５４は５０nmとした。トレーリングギャップ５４を介し、主磁極５２に対向するトレーリングシールド５３の媒体対向面（ABS）からの高さは100nmとした。主磁極５２はヨーク５５に接続され、ヨーク５５と副磁極５６との間にコイル５７が配置されている。GMR再生ヘッド５８は、上下の磁気シールド５９の間にGMR膜６０が設けられたもので、GMR膜６０の幾何学的なトラック幅は７０nmとした。

記録再生特性は市販の垂直磁気記録装置に用いられている信号処理回路を搭載したスピンスタンドを用いて評価を行った。39.4 kbits/mmの線記録密度で記録トラック部にデータを記録して、10⁸ビットのデータを読み出したときの、（誤りビット数）/（読み出しビット数）をビット誤り率（BER）とした。また、所定の記録トラック部にデータを記録後、隣接する記録トラック部の全周にわたり10000回記録（ダミーライト）を行い、再び所定の記録トラック部で測定したBERを、隣接トラック干渉後のBER（BER_ATI）とした。BERとBER_ATIの比が小さいほど、隣接するトラックからの磁気的干渉が小さいことを意味する。

浮上安定性は、スピンスタンドの磁気ヘッド支持部にアコースティックエミッションセンサ(AEセンサ)を設置し、磁気ヘッド−記録媒体間隔が７nmとなるように磁気ヘッド５０を浮上走行させたとき、磁気ヘッド５０と垂直磁気記録媒体１の接触時に発生するAEセンサの信号の有無により判定した。

図６に実施例１、２、３および比較例１、２、３、４の垂直磁気記録媒体の作製条件および記録再生特性、浮上安定性の結果を示す。実施例について、第１の記録層１３の膜厚ｔ_１を１４ nmとし、記録トラック部１８の幅Dを９０ nm、ガードバンド部１７の幅dを３０ nmとした。第２の記録層１４の膜厚ｔ_２を８ nm、ガードバンド部１７の記録層１４のエッチング深さｔ_４を５ nmとしたものを実施例１とし、ガードバンド部１７の記録層１４のエッチング深さｔ_４を８ nmとしたものを実施例２とした。また、第２の記録層１４の膜厚ｔ_２を５ nm、ガードバンド部１７の記録層１４のエッチング深さｔ_４を３ nmとしたものを実施例３とした。実施例と同様の工程により磁気記録媒体基体１６を作製後、ガードバンド形成工程を行わず、媒体保護膜１９と、潤滑層２０とを形成したものを比較例１とした。ガードバンド幅dを３０ nmとし、ガードバンド部１７の記録層１４のエッチング深さｔ_４を２２ nm、すなわちガードバンド部１７の第１の記録層１３、第２の記録層１４をすべてエッチングしたものを比較例２とした。ガードバンド部１７の幅dを６０ nm、記録トラック部１８の幅Dを６０ nmとして、ガードバンド部１７の第１の記録層１３、第２の記録層１４をすべてエッチングしたものを比較例３とした。第１の記録層１３の膜厚ｔ_１を１２ nm、第２の記録層１４の膜厚ｔ_２を０とし、記録トラック部１８の幅Dを９０ nm、ガードバンド部１７の幅dを３０ nmとして、ガードバンド部１７の第１の記録層１３をすべてエッチングしたものを比較例４とした。

実施例１、２、３において、すなわち、ガードバンド部１７の幅dを３０ nm以下とし、記録トラック部１８の幅Dを９０ nm以下とした場合において、浮上性、BER、BER_ATIともすべて良好な結果が得られた。特に実施例１、３においては、エッチング量が３ nm 〜５ nmと非常に小さく、ガードバンド形成工程の時間を大幅に削減できた。比較例１において、ガードバンド部を形成しない場合、隣接するトラックへの記録によってデータが消去され、BER_ATIが著しく劣化した。比較例２において、ガードバンド幅に対するエッチング深さが大きく、酸化物層２１の充填が不十分となり、浮上安定性が著しく悪化し、記録再生特性を評価することができなかった。比較例３において、記録トラック部１８の幅Dが小さくなり、SN比が劣化したためBERが劣化した。比較例４において、第２の記録層１４を形成しなかったため、記録が困難となり、BERが著しく劣化した。

以上の説明のとおり、実施例１〜３による垂直磁気記録媒体によれば、ガードバンド部を形成する凹部の深さを浅くし、酸化物の充填を容易にすることにより、ガードバンド部の幅のばらつきが少なく、ガードバンドとして十分に機能するガードバンド部を有する垂直磁気記録媒体を安価に得ることができる。また、この垂直磁気記録媒体はガードバンド部の幅のばらつきが少ないので、高トラック密度を実現することができる。

次に、第２の記録層１４を形成するためのターゲット合金のPtとCrとBの濃度を固定し、GeをCoと置換して、実施例１と同様にして作製した垂直磁気記録媒体について、ガードバンド部１７の記録層１４のエッチングに要した時間を比較した。第２の記録層１４の膜厚は８nmとした。
比較例５ 70at.%Co-０at.%Ge-8at.%Pt-18at.%Cr-4at.%B,
実施例４ 65at.%Co-５at.%Ge-8at.%Pt-18at.%Cr-4at.%B,
実施例１ 60at.%Co-10at.%Ge-8at.%Pt-18at.%Cr-4at.%B,
実施例５ 50at.%Co-20at.%Ge-8at.%Pt-18at.%Cr-4at.%B,
実施例６ 48at.%Co-22at.%Ge-8at.%Pt-18at.%Cr-4at.%B.
実施例６の組成よりもGeの濃度を増加した合金では、スパッタターゲットが割れやすくなり生産しにくいことが明らかになった。また、ガードバンド部１７の記録層１４のエッチング深さを５ nm削り込むのに必要な時間は、Geの添加濃度の増加により短くすることができた。Geを添加しない比較例５のエッチング時間が４０秒であるのに対して、Geを10 at.%添加した実施例１においては２０秒に短縮することができ、Geを20 at.%添加した実施例５においては１２秒に短縮することができた。

次に、第２の記録層１４を形成するためのターゲット合金のGeとPtとCrの濃度を固定し、BをCoと置換して、実施例１と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。
比較例６ 64at.%Co-10at.%Ge-8at.%Pt-18at.%Cr-０at.%B
実施例７ 63at.%Co-10at.%Ge-8at.%Pt-18at.%Cr-１at.%B
実施例１ 60at.%Co-10at.%Ge-8at.%Pt-18at.%Cr-４at.%B
実施例８ 56at.%Co-10at.%Ge-8at.%Pt-18at.%Cr-８at.%B
実施例９ 52at.%Co-10at.%Ge-8at.%Pt-18at.%Cr-12at.%B
実施例９の組成よりもBの濃度を増加した合金では、スパッタターゲットが割れやすくなり生産しにくいことが明らかになった。また、ガードバンド部１７の記録層１４のエッチング深さを５ nm削り込むのに必要な時間はBの添加濃度の増加により短くできた。すなわち、磁気特性と電磁変換特性が許容する範囲でBの添加濃度を増加することにより、ガードバンド部１７のエッチング速度が向上する。

次に、第２の記録層１４を形成するためのターゲット合金のGeとPtとCrの濃度を固定し、PをCoと置換して、実施例１と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。下記の組成の合金ターゲットを用いて膜厚8 nmの第２の記録層１４を形成したほかは、実施例１と同様にして垂直磁気記録媒体を形成した。
比較例６ 64at.%Co-10at.%Ge-8at.%Pt-18at.%Cr-０at.%P
実施例10 63at.%Co-10at.%Ge-8at.%Pt-18at.%Cr-１at.%P
実施例11 60at.%Co-10at.%Ge-8at.%Pt-18at.%Cr-４at.%P
実施例12 56at.%Co-10at.%Ge-8at.%Pt-18at.%Cr-８at.%P
実施例13 52at.%Co-10at.%Ge-8at.%Pt-18at.%Cr-12at.%P
比較例７ 48at.%Co-10at.%Ge-8at.%Pt-18at.%Cr-16at.%P
ガードバンド部１７の記録層１４のエッチング深さを５ nm削り込むのに必要な時間はPの添加濃度の増加により短くできた。しかしながら、比較例７に記載した組成では耐食信頼性が劣化したことから、耐食信頼性にも問題がなく、かつ高速に加工できるPの濃度は、実施例１３の12at.%である。

以上の第２の記録層１４のターゲット合金系では、PtとCrの濃度を固定し、Ge、B、PをCoと置換し比較した結果について述べた。以下の実施例ではBとGeの濃度を固定し、Pt或いはCr濃度をCoと置換するように変化させて、実施例１と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。
実施例14 78at.%Co-10at.%Ge-８at.%Pt-０at.%Cr-4at.%B
実施例15 68at.%Co-10at.%Ge-８at.%Pt-10at.%Cr-4at.%B
実施例１ 60at.%Co-10at.%Ge-８at.%Pt-18at.%Cr-4at.%B
実施例16 56at.%Co-10at.%Ge-８at.%Pt-22at.%Cr-4at.%B
実施例17 68at.%Co-10at.%Ge-０at.%Pt-18at.%Cr-4at.%B
実施例18 64at.%Co-10at.%Ge-４at.%Pt-18at.%Cr-4at.%B
実施例19 56at.%Co-10at.%Ge-12at.%Pt-18at.%Cr-4at.%B
実施例20 52at.%Co-10at.%Ge-16at.%Pt-18at.%Cr-4at.%B
Pt或いはCr濃度をCoと置換するように変化させた場合、Pt或いはCr濃度を高くすることにより耐食信頼性が向上した。ガードバンド部１７の記録層１４のエッチングに必要な時間のPtとCrの添加濃度の依存性は小さく、主としてハロゲン化合物の蒸気圧の高いGe、Bの添加濃度の増加に伴いエッチング速度が増加し、プロセスタクトタイムの低減が実現できた。

次に、PとGeの濃度を固定し、Pt或いはCr濃度をCoと置換するように変化させて、実施例１と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。
実施例21 78at.%Co-10at.%Ge-８at.%Pt-０at.%Cr-4at.%P
実施例22 68at.%Co-10at.%Ge-８at.%Pt-10at.%Cr-4at.%P
実施例１ 60at.%Co-10at.%Ge-８at.%Pt-18at.%Cr-4at.%P
実施例23 56at.%Co-10at.%Ge-８at.%Pt-22at.%Cr-4at.%P
実施例24 68at.%Co-10at.%Ge-０at.%Pt-18at.%Cr-4at.%P
実施例25 64at.%Co-10at.%Ge-４at.%Pt-18at.%Cr-4at.%P
実施例26 56at.%Co-10at.%Ge-12at.%Pt-18at.%Cr-4at.%P
実施例27 52at.%Co-10at.%Ge-16at.%Pt-18at.%Cr-4at.%P
前記と同様に、Pt或いはCr濃度をCoと置換するように変化させた場合、Pt或いはCr濃度を高くすることにより耐食信頼性が向上した。ガードバンド部１７の記録層１４のエッチングに必要な時間のPtとCrの添加濃度の依存性は小さく、主としてハロゲン化合物の蒸気圧の高いGe、Pの添加濃度の増加に伴いエッチング速度が増加し、プロセスタクトタイムの低減が実現できた。

次に、図７、図８を参照して上記実施例による垂直磁気記録媒体１を搭載した磁気記録装置（磁気ディスク装置）を説明する。図７は、媒体面から見た筐体内部を模式的に示している。図８は、媒体側面から見た筐体内部を模式的に示している。筐体４０内には上記実施例による垂直磁気記録媒体１、媒体１を支持、回転する手段としてのスピンドルモータ４６、媒体１に対して情報の記録および再生を行う磁気ヘッド５０を搭載したヘッドスライダ４２、ヘッドスライダ４２を先端に支持したヘッド・ジンバル・アッセンブリ４３、ヘッド・ジンバル・アッセンブリ４３を回転自在に支持する回転軸４４、回転軸４４を介してヘッド・ジンバル・アッセンブリ４３を回転させ、かつ磁気ヘッド５０の、垂直記録媒体１上での位置決めを行うボイスコイルモータ(VCM)４７およびプリアンプ４５が収納されている。磁気ヘッド５０は図５に示したものと同じタイプの複合型ヘッドであり、トレーリングシールド型記録ヘッド５１と、シールド型MR再生素子（GMR膜、TMR膜など）を用いた再生ヘッド５８とを含む。筐体４０の下部（外部）には、信号処理回路、ディスク回転制御回路、ヘッド位置決め制御回路などが実装されたパッケージボード４８が搭載されている。スピンドルモータ４６によって回転する媒体１上で、ヘッドスライダ４２が極低位置で浮上走行することにより、磁気ヘッド５０が媒体１の表面で近接対向する。ヘッド・ジンバル・アッセンブリ４３に取り付けられたVCM４７によって、磁気ヘッド５０を垂直磁気記録媒体１の任意の半径位置（トラック）に位置決めする。任意のトラックに磁気ヘッド５０が位置決めされた後、垂直磁気記録方式により情報が垂直磁気媒体１に記録される。

上記磁気記録装置は、高トラック密度の垂直磁気記録媒体１と、磁界勾配が急峻な磁気ヘッド５０を搭載することにより、高い面記録密度を実現することができる。

本発明の実施例１による垂直磁気記録媒体の断面構造を模式的に示した図である。 記録トラック部とガードバンド部に要求される磁気特性を示す図である。 本発明の実施例１による垂直磁気記録媒体の製造方法を示す工程図である。 本発明の実施例１による垂直磁気記録媒体におけるオーバーライトと第２の記録層の膜厚との関係を示す図である。 本発明の実施例１による垂直磁気記録媒体の記録再生特性の評価に用いた磁気ヘッドの構成図である。 実施例及び比較例の記録再生特性及び浮上安定性の評価結果を示す図である。 本発明の実施例による垂直磁気記録媒体を搭載した磁気記録装置を媒体面から見た筐体内部を模式的に示す図である。 図７の磁気記録装置を媒体側面から見た筐体内部を模式的に示す図である。

符号の説明

１…垂直磁気記録媒体、
２…レジスト、
３…スタンパ、
１０…非磁性基板、
１１…軟磁性下地層、
１２…中間層、
１３…第１の記録層、
１４…第２の記録層、
１５…保護層、
１６…磁気記録媒体基体、
１７…ガードバンド部、
１８…記録トラック部、
１９…媒体保護層、
２０…潤滑層、
２１…酸化物層、
４０…筐体、
４２…ヘッドスライダ、
４３…ヘッド・ジンバル・アッセンブリ、
４４…回転軸、
４５…プリアンプ、
４６…スピンドルモータ、
４７…ボイスコイルモータ、
４８…パッケージボード、
５０…磁気ヘッド、
５１…トレーリングシールド型記録ヘッド、
５２…主磁極、
５３…トレーリングシールド、
５４…トレーリングギャップ、
５５…ヨーク、
５６…副磁極、
５７…コイル、
５８…再生ヘッド、
５９…シールド、
６０…ＧＭＲ再生素子。

Claims (20)

1. 非磁性基板上に、少なくとも軟磁性下地層と、磁性を有する結晶粒子とそれを取り巻く酸化物を主成分とする非磁性結晶粒界から構成される第１の記録層と、コバルト（Ｃｏ）を主成分とし硼素（Ｂ）あるいはリン（Ｐ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）を含む第２の記録層とを備え、情報を磁気的に記録する記録トラック部と、隣接する記録トラック部の間に設けられたガードバンド部を有し、前記ガードバンド部の第２の記録層の膜厚ｔ_３が、前記記録トラック部の第２の記録層の膜厚ｔ_２よりも薄いことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
2. 前記第２の記録層が酸化物を含まないことを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録媒体。
3. 前記ガードバンド部が非磁性の酸化物で構成されていることを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録媒体。
4. 前記第１の記録層の膜厚ｔ_１が８ｎｍ以上２０ｎｍ以下、前記第２の記録層の膜厚ｔ_２が５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、前記記録トラック部の第１の記録層の膜厚ｔ_１と第２の記録層の膜厚ｔ_２の和(ｔ_１＋ｔ_２)と、前記ガードバンド部の第１の記録層の膜厚ｔ_１と第２の記録層の膜厚ｔ_３の和(ｔ_１＋ｔ_３)との差が、３ｎｍ以上第２の記録層の膜厚ｔ_２以下であることを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録媒体。
5. 前記ガードバンド部の幅が３０ｎｍ以下であり、前記記録トラック部の幅が９０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項４記載の垂直磁気記録媒体。
6. 前記第１の記録層の飽和磁化をＭ_Ｓ１、前記第２の記録層の飽和磁化をＭ_Ｓ２とした場合、前記ガードバンド部のＭ_Ｓ２×ｔ_３／Ｍ_Ｓ１×ｔ_１が０．１以下であり、前記記録トラック部のＭ_Ｓ２×ｔ_２／Ｍ_Ｓ１×ｔ_１が０．２５以上であることを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録媒体。
7. 前記第２の記録層の添加元素が硼素（Ｂ）であり、その濃度が１原子％以上１２原子％以下であることを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録媒体。
8. 前記第２の記録層の添加元素が燐（Ｐ）であり、その濃度が１原子％以上１２原子％以下であることを特徴とする請求項１記載の垂直磁気記録媒体。
9. 前記第２の記録層のゲルマニウム（Ｇｅ）の濃度が５原子％以上２２原子％以下であることを特徴とする１記載の磁気記録媒体。
10. 非磁性基板上に、少なくとも軟磁性下地層と、磁性を有する結晶粒子とそれを取り巻く酸化物を主成分とする非磁性結晶粒界から構成される第１の記録層と、コバルト（Ｃｏ）を主成分とし硼素（Ｂ）あるいはリン（Ｐ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）を含む第２の記録層とが積層され、情報を磁気的に記録する記録トラック部と、隣接する記録トラック部の間に設けられたガードバンド部を有し、前記第１の記録層の膜厚ｔ_１が８ｎｍ以上２０ｎｍ以下、前記第２の記録層の膜厚ｔ_２が５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、前記ガードバンド部の深さｔ_４が前記第２の記録層の膜厚ｔ_２以下であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
11. 前記第２の記録層が酸化物を含まないことを特徴とする請求項１０記載の垂直磁気記録媒体。
12. 前記ガードバンド部が非磁性の酸化物で構成されていることを特徴とする請求項１０記載の垂直磁気記録媒体。
13. 前記第２の記録層の添加元素が硼素（Ｂ）であり、その濃度が１原子％以上１２原子％以下であることを特徴とする請求項１０記載の垂直磁気記録媒体。
14. 前記第２の記録層の添加元素が燐（Ｐ）であり、その濃度が１原子％以上１２原子％以下であることを特徴とする請求項１０記載の垂直磁気記録媒体。
15. 前記第２の記録層のゲルマニウム（Ｇｅ）の濃度が５原子％以上２２原子％以下であることを特徴とする１０記載の磁気記録媒体。
16. 非磁性基板上に、少なくとも軟磁性下地層と、磁性を有する結晶粒子とそれを取り巻く酸化物を主成分とする非磁性結晶粒界から構成される第１の記録層と、コバルト（Ｃｏ）を主成分とし硼素（Ｂ）あるいはリン（Ｐ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）を含む第２の記録層とを備え、情報を磁気的に記録する記録トラック部と、隣接する記録トラック部の間に設けられたガードバンド部を有し、前記ガードバンド部の第２の記録層の膜厚ｔ_３が、前記記録トラック部の第２の記録層の膜厚ｔ_２よりも薄い垂直磁気記録媒体と、
    主磁極と、該主磁極を励磁するためのコイルと、前記主磁極のトレーリング側に配置されたトレーリングシールドと、前記主磁極のリーディング側に配置された再生素子とを備える磁気ヘッドと、を有することを特徴とする磁気記録装置。
17. 前記垂直磁気記録媒体の第１の記録層の膜厚ｔ_１が８ｎｍ以上２０ｎｍ以下、第２の記録層の膜厚ｔ_２が５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、前記記録トラック部の第１の記録層の膜厚ｔ_１と第２の記録層の膜厚ｔ_２の和(ｔ_１＋ｔ_２)と、前記ガードバンド部の第１の記録層の膜厚ｔ_１と第２の記録層の膜厚ｔ_３の和(ｔ_１＋ｔ_３)との差が３ｎｍ以上第２の記録層の膜厚ｔ_２以下であることを特徴とする請求項１６記載の磁気記録装置。
18. 前記垂直磁気記録媒体の第２の記録層の添加元素が硼素（Ｂ）であり、その濃度が１原子％以上１２原子％以下であることを特徴とする請求項１６記載の磁気記録装置。
19. 前記垂直磁気記録媒体の第２の記録層の添加元素が燐（Ｐ）であり、その濃度が１原子％以上１２原子％以下であることを特徴とする請求項１６記載の磁気記録装置。
20. 前記垂直磁気記録媒体の第２の記録層のゲルマニウム（Ｇｅ）の濃度が５原子％以上２２原子％以下であることを特徴とする１６記載の磁気記録装置。

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