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

垂直磁気記録媒体および磁気記録装置 Download PDF

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博之 鈴木
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礼子 荒井
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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が、記録トラック部18のt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と第2の記録層14の厚さtの和(t+t)と、ガードバンド部17の(t+t)との差が5nm以上t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とした場合、ガードバンド部17の深さtはt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だけ残っている。ガードバンド部17の深さtは3nm以上、第2の記録層の膜厚t以下であり、膜厚t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MS1と膜厚tの積と、第2の記録層14の飽和磁化MS2と膜厚t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、MS2×t/MS1×t≧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、MS2×t/MS1×t≦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を記録トラック部の膜厚t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を12 nm、第2の記録層14の膜厚t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が、前記記録トラック部の第2の記録層の膜厚t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が8nm以上20nm以下、前記第2の記録層の膜厚t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と第2の記録層の膜厚tの和(t+t)と、前記ガードバンド部の第1の記録層の膜厚tと第2の記録層の膜厚tの和(t+t)との差が、3nm以上第2の記録層の膜厚t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MS1、前記第2の記録層の飽和磁化をMS2とした場合、前記ガードバンド部のMS2×t/MS1×tが0.1以下であり、前記記録トラック部のMS2×t/MS1×t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が8nm以上20nm以下、前記第2の記録層の膜厚tが5nm以上10nm以下であり、前記ガードバンド部の深さtが前記第2の記録層の膜厚t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が、前記記録トラック部の第2の記録層の膜厚t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が8nm以上20nm以下、第2の記録層の膜厚t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と第2の記録層の膜厚tの和(t+t)と、前記ガードバンド部の第1の記録層の膜厚tと第2の記録層の膜厚tの和(t+t)との差が3nm以上第2の記録層の膜厚t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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