JP5064145B2 - 磁気記録媒体及び磁気記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気記録媒体及び磁気記録装置に関し、より詳しくは、主として垂直磁気記録に用いられる磁気記録媒体及び磁気記録装置に関する。

近年、コンピュータ等で処理される情報量は目覚しい勢いで増大しており、そのコンピュータと共に使用される記録装置に対して、更なる高記録密度が求められている。数ある記録媒体の中で、磁気ディスク等の磁気記録媒体は、他の種類の記録媒体に比べて歴史的には古く、一般に広く普及している。

現在まで市場に供給されている磁気記録媒体の大部分は、記録層に記録される磁化の方向が記録層の面に対して平行に向ける面内磁気記録媒体と呼ばれるものである。面内磁気記録媒体において高記録密度を得る方法としては、例えば、記録層を薄くするとともにこの記録層を構成する磁性結晶粒を微細化し、磁性結晶粒同士の相互作用を低減する方法がある。

しかしながら、このように磁性結晶粒を微細化すると、その磁性結晶粒の熱安定性が低下し、磁気ディスクに熱が加わったときに情報が消失する現象が起きてしまう。このように情報が消失する現象は、熱揺らぎ現象と呼ばれ、高記録密度化を阻む一つの要因となっている。

そこで、磁性結晶粒を微細化せずに高記録密度を達成する磁気記録媒体として、記録層における磁化の方向を、記録層の面に対して垂直方向に向ける垂直磁気記録媒体が、近年実用化されてきている。

この垂直磁気記録媒体は、面内磁気記録媒体と比較して、記録層の表面における一つ一つの磁区の面積が小さくなるので、より大きな記録密度を達成することが可能となる。更に、記録層の膜面に対して垂直方向に磁化が向いているので、記録層を厚くすることが可能となり、しかも、記録層を薄膜化した場合に発生する熱揺らぎ現象が起き難い。

垂直磁気記録媒体の記録層として最近注目されているものに、グラニュラー記録層がある。グラニュラー記録層は、記録層の垂直方向に長い柱状の磁性結晶粒同士が、酸化物又は窒化物によって互いに分離されて構成され、例えばコバルトプラチナ（ＣｏＰｔ）合金等がその磁性結晶粒として用いられる。

このような垂直磁気記録媒体においても、より高い記録密度で高品質の記録再生信号を得るためには、記録層の保磁力を高める必要がある。また、垂直磁気記録媒体は高いデータ書き込み磁化を発生させる必要があるために、垂直記録磁界を還流させる役割を担う軟磁性裏打層が設けられるが、軟磁性裏打層を構成する材料とその磁気特性によって書き込み易さが異なってくる。

軟磁性裏打層は、単層の軟磁性膜から構成される場合や、或いは、下記の特許文献１、２に記載のように、反強磁性膜又は非磁性金属膜を間に介在させる２層以上の軟磁性膜から構成される構造もある。

軟磁性裏打層はライトヘッド（書込みヘッド）機能の一部を担っており、その飽和磁束密度Ｂｓと膜厚ｔの積ｔＢｓの値が大きいほどライト（書込み）能力が高くなり、より高
い保磁力の垂直磁気記録媒体に情報を書き込むことが可能となる。しかし、この軟磁性裏打層の膜厚ｔについては、量産性の観点から増大することを極力避けたいために、ｔＢｓのうちＢｓの値を高くするのが有効な手段と考えられる。

しかしながら、飽和磁束密度Ｂｓの値を高くすると、軟磁性の裏打層から発生するノイズが増える。一方、軟磁性裏打層の膜厚ｔと、飽和磁束密度Ｂｓを減らしすぎると十分な磁気記録ができなくなってしまう。

本発明の目的は、量産性の低下を抑制しつつ軟磁性裏打層による磁気記録能力をより高くすることができる磁気記録媒体及び磁気記録装置を提供する。

本発明によれば、非磁性の基材の上に形成された軟磁性層からなる裏打層と、裏打層の上に形成された中間層と、中間層の上に形成された垂直磁気異方性を有する記録層と、記録層の上に形成された保護膜とを有し、軟磁性裏打層の膜厚ｔ、飽和磁束密度Ｂｓ、飽和
磁界Ｈｓの関係が、一層あたりの軟磁性層の厚さが２０ｎｍを上限とし、０．００１８８テスラ・ナノメートル／アンペア／メートル（Ｔ・ｎｍ／Ａ／ｍ）≧ｔ・Ｂｓ／Ｈｓ≧０.０００６３Ｔ・ｎｍ／Ａ／ｍとなる関係を満たす磁気記録媒体、又は、そのような磁気記録媒体を備えた磁気記録装置が提供される。

本発明にしたがって裏打層を構成する軟磁性層の膜厚ｔ、飽和磁束密度Ｂｓ、飽和磁界Ｈｓの関係が、一層あたりの前記軟磁性層の厚さが２０ｎｍを上限とし、０.１５Ｔ・ｎｍ／Ｏｅ＞ｔ・Ｂｓ／Ｈｓ＞０.０５Ｔ・ｎｍ／Ｏｅ、即ち０.００１８８Ｔ・ｎｍ／Ａ／ｍ ≧ｔ・Ｂｓ／Ｈｓ≧０.０００６３Ｔ・ｎｍ／Ａ／ｍを満たすように磁気記録媒体を形成することにより、十分な被ライト性能と、再生／記録特性を有し、且つ低コストであり、高記録密度で高いデータ信号品質を得ることができる。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１Ａ〜１Ｆは、本発明の実施形態に係る磁気記録媒体の製造工程を示す断面図であり、この磁気記録媒体は、記録層における磁化の方向が面に対して垂直方向に向いた垂直磁気記録媒体である。

まず、図１Ａに示すように、非磁性の基材１の上、例えば表面の化学処理によって剛性が高められたガラス基板等の上に、成膜圧力を約０．３Ｐａ〜約０．８Ｐａとする条件でスパッタ法により例えばクロムチタン（ＣｒＴｉ）合金層を第１シード層２として約３ｎｍの厚さに形成する。なお、第１シード層２の成長レートは、特に限定されないが、本実施形態では例えば５ｎｍ／秒とする。

第１シード層２は、後の工程でその上に積層される積層膜に対して基材１の表面状態を伝えないようにする役割を担うととともに、その積層膜と基材１の表面とを密着させる密着層としても機能する。ただし、第１シード層２を形成しなくてもその上の膜の結晶性に問題が無い場合には、第１シード層２を省略してもよい。

非磁性の基材１としては、上述したガラス基板に限定されるものではなく、磁気記録媒体がハードディスクのような固いソリッドな媒体である場合には、プラスチック基板、ニッケルリン（ＮｉＰ）めっきアルミ合金基板、シリコン基板等を採用してもよい。

また、磁気記録媒体が可撓性のテープ状の媒体である場合には、その基材１としてＰＥＴ（Poly Ethylene Telephtharate)基材、ＰＥＮ(Ploy Ethylene Naphthalate)基材、ポリイミド基材等の可撓性非磁性材料を使用してもよい。

次に、図１Ｂに示す構造を形成するまでの工程を説明する。
まず、下側軟磁性裏打層３ａとして例えばスパッタ法により軟磁性のアモルファス鉄コバルトジルコニウムタンタル（ＦｅＣｏＺｒＴａ）層を第１シード層２の上に約２０ｎｍの厚さに形成する。アモルファスＦｅＣｏＺｒＴａ層は、例えば、成膜圧力を０．３Ｐａ〜０．８Ｐａ、成長レートを５ｎｍ／秒とする条件のスパッタ法により形成される。

なお、下側軟磁性裏打層３ａを構成する軟磁性のアモルファス材料はＦｅＣｏＺｒＴａに限定されるものではなく、ＦｅかＣｏのいずれかを含む合金であってニッケル、炭素、タンタルニオブ等の１種類以上の元素を添加したアモルファス材料で下側軟磁性裏打層３ａを構成してもよい。

続いて、下側軟磁性裏打層３ａの上に、極薄い非磁性層、例えば厚さ約０．４ｎｍ〜３ｎｍのルテニウム（Ｒｕ）層をスパッタ法により形成し、この非磁性層を磁区制御層３ｂとする。
なお、磁区制御層３ｂとして、Ｒｕ層に代えて、ロジウム（Ｒｈ）層、イリジウム（Ｉｒ）層、銅（Ｃｕ）層を形成してもよい。

さらに、既述の下側軟磁性裏打層３ａと同じ成膜条件を採用するスパッタ法を用いて、上側軟磁性裏打層３ｃとして、例えば厚さ約２０ｎｍのアモルファスＦｅＣｏＺｒＴａ層を磁区制御層３ｂの上に形成する。なお、上側軟磁性裏打層３ｃは、アモルファスＦｅＣｏＺｒＴａ層の他、既述の下側軟磁性裏打層３ａと同様のアモルファス材料で構成されれば良い。

以上のように第１シード層２の上に順に形成された下側軟磁性裏打層３ａ、磁区制御層３ｂ、及び上側軟磁性裏打層３ｃは、全体で裏打層３となる。なお、裏打層３は、磁区制御層３ｂを介して２以上の軟磁性層を積層した構造であってもよいし、磁区制御層を介さずに１層の軟磁性層だけで構成してもよい。
そのような構造の裏打層３では、磁区制御層３ｂを介して下側軟磁性裏打層３ａと上側軟磁性裏打層３ｃが反強磁性結合をするため、下側軟磁性裏打層３ａと上側軟磁性裏打層３ｃの磁化Ｍ_１は、互いに反並行の状態で安定する。

また、上側軟磁性裏打層３ｃと下側軟磁性裏打層３ａのそれぞれにおいて、膜面内方向に隣り合う磁化Ｍ_１が互いに反対方向を向く場合に見られる「突合せ」が存在しても、そこから膜厚方向に漏れる磁束は、磁化が反並行状態にある他方の下側軟磁性裏打層３ａ又は上側軟磁性裏打層３ｃを介して裏打層３内で還流する。

その結果、上側軟磁性裏打層３ｃと下側軟磁性裏打層３ａにおいて磁壁を発生源とする磁束が裏打層３の上方に延び難くなるため、後述する磁気ヘッドがその磁束を拾わなくなるので、磁壁からの磁束に起因して読み取り時に発生するスパイクノイズ、を減少させることが可能となる。

なお、スパイクノイズを減少させる構造としては、その他に、反強磁性体層の上に単層の軟磁性の裏打層を形成する構造もあり、これを採用してもよい。この場合の反強磁性層は、例えばイリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）や鉄マンガン（ＦｅＭｎ）等の材料で構成される。

ところで、裏打層３において、上側軟磁性裏打層３ｃと下側軟磁性裏打層３ａの双方の合計の膜厚をｔとし、上側軟磁性裏打層３ｃと下側軟磁性裏打層３ａを構成する軟磁性層の飽和磁束密度をＢｓとし、飽和磁界をＨｓとすると、ｔ・Ｂｓ／Ｈｓは０．１５Ｔ・ｎｍ／Ｏｅ、即ち０.００１８８Ｔ・ｎｍ／Ａ／ｍ以下であり、０．０５Ｔ・ｎｍ／Ｏｅ、即ち０.０００６３Ｔ・ｎｍ／Ａ／ｍ以上であるという条件を満たすように構成される。その詳細は後述する。

次に、図１Ｃに示す構造を形成する工程を説明する。
まず、裏打層３の上に、第２シード層４として例えばＴａ層をスパッタ法により１ｎｍ〜３ｎｍの厚さに形成する。なお、第２シード層４の形成は省略されてもよい。

続いて、第２シード層４を介して裏打層３の上に配向制御層５として、例えば、成膜圧力を０．３Ｐａ〜０．８Ｐａ、成長レートを２ｎｍ／秒とする条件のスパッタ法により軟磁性のニッケル鉄クロム合金（ＮｉＦｅＣｒ）層を約５ｎｍの厚さに形成する。

配向制御層５を構成するＮｉＦｅＣｒ層は、その下地として例えばＦｅＣｏ合金基のアモルファス材料からなる上側軟磁性裏打層３ｃを用いることにより、良好なｆｃｃ（face-centered cubic：面心立方格子）構造の結晶構造となる。

このようなｆｃｃ構造を持つ配向制御層５は、ＮｉＦｅＣｒの他に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ＮｉＦｅ、ニッケル鉄シリコン合金（ＮｉＦｅＳｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、Ｃｕ、及びインジウム（Ｉｎ）のいずれか、若しくはこれらの合金でも構成され得る。

配向制御層５をそのようなＮｉＦｅ等の軟磁性材料から構成すると、配向制御層５が上側軟磁性裏打層３ｃの機能をも兼ねるようになって、磁気ヘッドから上側軟磁性裏打層３ｃまでの距離が見かけ上短くなり、磁気ヘッドは磁気情報を感度良く拾うことができる。

次に、図１Ｄに示すように、成膜圧力を４Ｐａ〜１０Ｐａとするスパッタ法により、非磁性層６として例えばＲｕ層を配向制御層５の上に約１０ｎｍの厚さに形成する。そのＲｕ層の成長レートは、後述するようにその表面の凹凸の制御性からなるべく低いのが好ましく、本実施形態では０．５ｎｍ／秒とする。

非磁性層６を構成するＲｕ層の結晶構造はｈｃｐ(hexagonal close-packed：六方最密充填)構造であるが、この非磁性層６のｈｃｐ構造は、配向制御層５の結晶構造であるｆｃｃ構造と格子マッチングが良い。さらに、配向制御層５は、その下の第２シード層４の上面の凹凸を吸収するようにも機能する。このような配向制御層５の作用によって、配向が一方向に揃えられて良好な結晶性を有する非磁性層６が配向制御層５上に成長する。

なお、ｈｃｐ構造の非磁性層６については、Ｒｕ層に代えて、Ｃｏ、Ｃｒ、タングステン（Ｗ）、及びレニウム（Ｒｅ）のいずれかとＲｕよりなるＲｕ合金により構成してもよい。

ここまで説明した工程により、基材１の上には、第１シード層２、裏打層３、第２シード層４、配向制御層５及び非磁性層６を積層してなる下地層１２が形成されたことになる。また、裏打層３は、下側軟磁性裏打層３ａと、上側軟磁性裏打層３ｃと、それらの間に介在する磁区制御層３ｂとから構成されている。

次に、図１Ｅに示す構造を形成する工程について説明する。
まず、スパッタ装置のチャンバ内に、Ｃｏ₇₀Ｃｒ₁₄Ｐｔ₂₀ターゲットと二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）ターゲットとを配置し、さらに、下地層１２が形成された非磁性の基材１をその中に入れる。また、微量のＯ₂、例えば流量比で０．２％〜２％のＯ₂をアルゴン（Ａｒ）ガスに添加してなる混合ガスをスパッタガスとしてチャンバ内に導入し、チャンバ内部圧力を比較的高い約３Ｐａ〜約７Ｐａに安定させるとともに、基材１の温度を比較的低い１０℃〜８０℃に保持する。

このような状態で、上記のＣｏ₇₀Ｃｒ₁₄Ｐｔ₂₀ターゲット、ＳｉＯ₂ターゲットと基材１との間に、パワーが４００Ｗ〜１０００Ｗの高周波電力を印加することにより、Ｃｏ₆₆Ｃｒ₁₄Ｐｔ₂₀とＳｉＯ₂のスパッタを開始する。

なお、高周波電力の周波数は特に限定されず、例えば１３．５６ＭＨｚとする。さらに、そのような高周波電力に代えて、パワーが４００Ｗ〜１０００Ｗ程度の直流電力を用いてチャンバ内で放電を生じさせてもよい。

上記のようなスパッタ法において、成膜圧力を約３Ｐａ〜約７Ｐａと比較的高くし且つ成膜温度を約１０℃〜約８０℃と比較的低くする条件を採用すると、低圧且つ高温の成膜条件と比較して疎な膜ができる。

このため、下地層１２の上では、ターゲット材料のＣｏ₆₆Ｃｒ₁₄Ｐｔ₂₀とＳｉＯ₂とが互いに混ざり合わず、ＳｉＯ₂よりなる非磁性材料層７ａ中に、Ｃｏ₆₆Ｃｒ₁₄Ｐｔ₂₀よりなる柱状の磁性粒子７ｂが分散されてなるグラニュラー構造の主記録層７が形成される。即ち、磁性粒子７ｂは、非磁性材料により分離された構造となっている。

グラニュラー構造の主記録層７では、非磁性材料層７ａの含有率が全体の約５mol％〜１５mol％であるのが好ましく、本実施形態では、その含有率が７mol％の (Ｃｏ₆₆Ｃｒ₁₄Ｐｔ₂₀)₉₃(ＳｉＯ₂)₇層が主記録層７として形成される。
主記録層７の厚さは特に限定されないが、本実施形態では例えば１２ｎｍであり、その成長レートを例えば５ｎｍ／秒とする。

ところで、ｈｃｐ構造の非磁性層６は、主記録層７内の磁性粒子７ｂの配向を膜面に対して垂直方向に揃えるように機能するため、磁性粒子７ｂは、非磁性層６と同じようにｃ軸が垂直方向に延びたｈｃｐ構造の結晶構造となるとともに、ｈｃｐ構造の六角柱の高さ（ｃ軸）方向が磁化容易軸になり、主記録層７が垂直磁気異方性を呈するようになる。

このようなグラニュラー構造の主記録層７では、磁性粒子７ｂのそれぞれが磁化容易軸を揃えて孤立化しているため、主記録層７でのノイズを低減することが可能になる。
また、磁性粒子７ｂのＰｔ含有率を２５at.％以上とすると、主記録層７の結晶磁気異方性定数Ｋｕが低下するので、磁性粒子７ｂでのＰｔ含有率は２５at.％未満とするのが好ましい。

さらに、上記のように、スパッタガス中に流量比で０．２％〜２％程度の微量のＯ₂をＡｒガスに添加することにより、主記録層７における磁性粒子７ｂの孤立化が促進され、電磁変換特性を向上させることが可能になる。

ところで、磁性粒子７ｂの孤立化、つまり各磁性粒子７ｂ同士の間隔の拡大は、主記録層７の下の非磁性層６の表面の凹凸を大きくすることによっても促進することができる。その凹凸を大きくするには、非磁性層６を構成するＲｕ層を、既述のような０．５ｎｍ／秒程度の低成長レートで成長させればよい。

磁性粒子７ｂとして、上記のようなＣｏＣｒＰｔ合金の粒子の他に、ＣｏとＦｅとを含むＣｏＦｅ合金で構成される粒子を採用してもよく、さらに、ＣｏＦｅ合金にＣｕ又は銀（Ａｇ）を添加してもよい。ＣｏＦｅ合金を使用する場合には、主記録層７に熱処理を施し、磁性粒子７ｂの結晶構造をＨＣＴ(Honeycomb Chained Triangle)構造にするのが好ましい。ＨＣＴ構造は、所定原子がハニカム状に連結した構造である。

一方、磁性粒子７ｂを囲む非磁性材料層７ａとして、上記のように酸化シリコンを採用する他に、その他の酸化物、例えばＴｉ、Ｃｒ、Ｔａ及びＺｒのうちのいずれかの酸化物を非磁性材料７ａとして用いてもよい。なお、酸化物の代わりに、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｔａ及びＺｒのうちのいずれかの窒化物を非磁性材料層７ａとして使用してもよい。

主記録層７の成長に続いて、Ａｒガスをスパッタガスとするスパッタ法により、ＣｏとＣｒを含む合金層、例えばＣｏ₆₇Ｃｒ₁₉Ｐｔ₁₀Ｂ₄層を主記録層７の上に約６ｎｍの厚さに形成し、このＣｏ₆₇Ｃｒ₁₉Ｐｔ₁₀Ｂ₄層を書き込み補助層８とする。書き込み補助層８の成膜条件は特に限定されないが、本実施形態では、例えば成膜圧力０．３〜０．８Ｐａ、成長レート２ｎｍ／秒の条件を採用する。

書き込み補助層８を構成するＣｏ₆₇Ｃｒ₁₉Ｐｔ₁₀Ｂ₄層は、その下の主記録層７中の磁性粒子７ｂと同じ結晶構造のｈｃｐ構造を有するので、磁性粒子７ｂと補助層８との格子マッチングは良好であり、結晶性の良い書き込み補助層８が主記録層７上に成長する。書込補助層８は、主記録層７とともに記録層９を構成する。
なお、上記した第２シード層４、配向制御層５及び非磁性層６は、記録層９と下地層１２の間の中間層となる。

次に、図１Ｆに示すように、保護層１０を記録層９の上に形成する。保護層１０として、例えば、高周波気相成長法（ＲＦ−ＣＶＤ：Radio Frequency-Chemical Vapor Deposition)法によりダイアモンドライクカーボン (ＤＬＣ：Diamond Like Carbon)層を約４ｎｍの厚さに形成する。ＤＬＣ層の成長条件は、例えば、反応ガスとしてＣ₂Ｈ₂ガスをチャンバ内に導入し、成膜圧力を約４Ｐａ、高周波電力のパワーを１０００Ｗに設定するとともに、反応ガス放出用のシャワーヘッド（不図示）と基材１の間にバイアス電圧２００Ｖを印加する条件とする。

以上のような基材１、下地層１２、記録層９及び保護層１０により、本実施形態に係る磁気記録媒体１１の基本構造が構成される。

図２は、磁気記録装置において、磁気記録媒体１１の上に磁気ヘッド１３を配置させた状態の一例を示す断面図であり、磁気ヘッド１３は、垂直磁気記録ヘッド１４と再生用ヘッド１５を有している。

垂直磁気記録ヘッド１４は、その中央寄り領域で互いの一部が接続される主磁極１４ａとリターンヨーク１４ｂを有し、さらに、磁気記録媒体１１寄りに形成されるそれらの隙間に非接触状態で配置される導電性コイル１４ｃを有している。

また、再生用ヘッド１５は、リターンヨーク１４ｂから間隔をおいて形成される磁気シールド１５ａを有するとともに、リターンヨーク１４ｂと磁気シールド１５ａの間に形成される再生用素子１５ｂを有している。
再生用素子１５ｃとして、例えば、磁気抵抗効果（ＭＲ）ヘッド、ＧＭＲ(Giant ＭＲ）ヘッド、ＴＭＲ(Tunnel ＭＲ)ヘッドなどが用いられる。

なお、垂直磁気記録ヘッド１４は、上記の構造に限られるものではなく、例えば、リターンヨーク１４ｂ内に凹部（トレイ）を設け、その凹部に導電性コイル１４ｃを配置する構造、その他の構造を採用してもよい。また、図２では、再生用素子１５ｂを挟むもう一方の磁気シールドの機能をリターンヨーク１４ｂに担わせているが、リターンヨーク１４ｂとは別に形成してもよい。

垂直磁気記録ヘッド１４による書き込みは、記録信号である電流を導電性コイル１４ｃに流すことにより、端面の面積の小さな主磁極１４ａ内を通る高い磁束密度の記録磁界Ｈを発生させる。これにより、記録層９の主記録層７において、主磁極１４ａの直下にある磁区の磁性粒子７ｂは記録磁界Ｈと同じ方向に磁化されて、磁気情報が書き込まれる。

主磁極１４ａの直下で主記録層７を垂直方向に貫く記録磁界Ｈは、軟磁性裏打層３の上側軟磁性裏打層３ｃ内をリターンして記録層９内を逆の垂直方向に貫いて、断面積の大きなリターンヨーク１４ｂに入るというループを描く。ここで、記録層９の上面から記録磁界Ｈが垂直に入るリターンヨーク１４ｂの端面の面積は主磁極１４ａに比べて大きいので、その直下の記録層９を貫く磁束密度は低い。

また、裏打層３の下側軟磁性裏打層３ａにおいて、上側軟磁性裏打層３ｃを貫通して垂直方向に入る記録磁界Ｈの一部はリターンしてリターンヨーク１４ｂへ向かうループを描く。また、下側軟磁性裏打層３ａと上側軟磁性裏打層３ｃは磁区制御層３ｂを介して反強磁性結合をするため、下側軟磁性裏打層３ａでは上側軟磁性裏打層３ｃの面内方向の磁化とは反並行の磁化が生じ、裏打層３ａでは外部への漏洩が抑制される。

さらに、面内において図の矢印Ａの方向に磁気記録媒体１１と磁気ヘッド１３を相対的に移動させつつ、記録信号に応じた記録磁界Ｈを発生させることにより、磁気記録媒体１１に磁気的な情報が記録される。そのような磁気的な情報は、記録媒体１１のトラック方向に連なった複数のビット領域に垂直方向に磁化して書き込まれる、

また、磁気記録媒体１１に記録された記録信号を再生する際には、磁気記録媒体１１と磁気ヘッド１３とを、面内において矢印のＡ方向に相対移動させることで、主記録７に書き込まれた磁気情報により再生用ヘッド１５の再生用素子１５ｂの磁化方向を変化させて磁気情報を電気信号に変換して記録信号を読み取る。

次に、磁区制御層３ｂを除く裏打層３の膜厚ｔとその飽和磁束密度Ｂｓの積を飽和磁界Ｈｓで割った値、即ちｔ・Ｂｓ／Ｈｓ（単位：Ｔ・ｎｍ／Ｏｅ）を変化させたときの電磁変化特性を評価したところ、図３〜図５に示すような結果が得られた。なお、図３〜図５における横軸は、Ｂｓ／Ｈｓに厚さｔをかけた値の大きさを示し、磁気記録媒体への書き込み時における軟磁性層の性能評価として導入するパラメータである。なお、Ｂｓ／Ｈｓは、Ｂ−Ｈ曲線における座標点（Ｈｓ、Ｂｓ）の原点に対する傾きを示し、また、Ｂ／Ｈは物理的には透磁率と定義される。

評価に使用した磁気記録媒体１１は、記録層７の材料を２種類のものを用意し、さらに、裏打層３の構成を変えること以外については、全て同じ構成とした。裏打層３は、Ｆｅ₆₁Ｃｏ₃₃Ｚｒ₄Ｔａ₂合金からなる上側及び下側軟磁性裏打層３ｃ、３ａによりＲｕの磁区制御層３ｂを挟んだ積層構造を有している。

図３〜図５において、「材料１」、「材料２」は主記録層７の構成材料の違い、具体的には、主記録層７を構成する非磁性材料層７ａの材料の違いを示し、「材料１」、「材料２」のうち一方はＴｉＯ_２であり、他方はＳｉＯ_２である。

また、図３〜図５において、「Ｈｅｘ１」、「Ｈｅｘ２」は、裏打層３を構成する磁区制御層３ｂの違い、具体的には、磁区制御層３ｂを構成するＲｕ層の膜厚の違いを示し、その膜厚の違いにより、上側軟磁性裏打層３ｃと下側軟磁性裏打層３ａの結合力が異なる。

図３は、磁気記録媒体１１の出力のｔ・Ｂｓ／Ｈｓ依存性を示し、その出力は再生用素子１５ｂの出力電圧ＶＦ８（単位：μＶｐｐ(peak to peak μＶ)）で示されている。
図３によれば、ｔ・Ｂｓ／Ｈｓが０．２Ｔｎｍ／Ｏｅ、即ち０．００２５１Ｔｎｍ／Ａ／ｍ以上で飽和しているが、５％程度の出力低下は信号品質に大きな影響を与えないことを考えると、ｔ・Ｂｓ／Ｈｓは０．０５Ｔｎｍ／Ｏｅ以上、即ち０．０００６３Ｔｎｍ／Ａ／ｍ以上の値で十分な事が分かる。

図４は、書き込みと消去を同時に行うオーバーライトＯ／Ｗ2（単位：ｄＢ）とｔ・Ｂｓ／Ｈｓの関係を示すオーバーライト特性である。オーバーライトは、記録データの書込み易さを表す指標であり、一般的に−３５ｄＢ以下の数値であれば十分だと言われている。ここで、オーバーライトを−３５ｄＢ以下にするには、ｔ・Ｂｓ/Ｈｓが０．０５Ｔｎｍ／Ｏｅ以上であれば良いことが分かる。

図５は、ＶＭＭ（ビタビ・メトリック・マージン）とｔ・Ｂｓ/Ｈｓの関係を示している。ＶＭＭは、記録信号読み取り時の誤り率を表す指標であり、その数値が小さいほど信号品質が良好である。また、ＶＭＭは、磁気ヘッドと磁気記録装置の仕様によっても異なるが、その指標としては２．５以下であれば十分高い信号品質で誤り無く記録信号を再生することが可能であり、図５によればｔ・Ｂｓ/Ｈｓが０．０５Ｔｎｍ／Ｏｅ以上、即ち０．０００６３Ｔｎｍ／Ａ／ｍ以上あればよいことがわかる。

以上のことから、ｔ・Ｂｓ/Ｈｓの下限値としては０．０５以上であれば電磁変換特性としては十分であることがわかる。しかし、磁気記録媒体の量産性を考えると、ｔ・Ｂｓ／Ｈｓには上限値があり、その上限値は次のようにして決まってくる。
一般的に、磁気記録媒体１１を量産するために基材１１上の下地層１２、記録層９の成膜には枚葉式のスパッタ装置が使われている。

コストを考慮するとスパッタ装置は、１台辺り５００枚/時間以上で磁気記録媒体１１の製造枚数を確保することが必要になる。これを達成するには、裏打層３を構成する下側又は上側軟磁性裏打層３ａ，３ｃの１層あたりの膜厚ｔは経験的に２０ｎｍ程度が上限となり、これを超えると大幅にコストが高くなってしまう。

軟磁性裏打層３に用いる材料で最も飽和磁束密度Ｂｓが高いものであっても１８８Ｔ程度であり、その様な下側、上側軟磁性裏打層３ａ，３ｃの厚さ２０ｎｍの膜によりＲｕの磁区制御層３ｂを挟んだ裏打層３においては、飽和磁界Ｈｓは凡そ５００エルステッド（Ｏｅ）、即ち３９，７８９Ａ／ｍ以上となる。
そこで、磁区制御層３ｂを除く裏打層３の膜厚ｔを２０ｎｍ×２、飽和磁束密度Ｂｓを１８８Ｔ、飽和磁界Ｈｓを凡そ５００Ｏｅの数値として、ｔ・Ｂｓ/Ｈｓの値を算出すると、ｔ・Ｂｓ/Ｈｓ＝２０×２×１８８／５００＝０．１４４Ｔｎｍ／Ｏｅ＝０．００１８８ｎｍ／Ａ／ｍとなる。

したがって、製造コストを考慮するとｔ・Ｂｓ/Ｈｓの上限値は、０．１４４Ｔｎｍ／Ｏｅ＝０．００１８８ｎｍ／Ａ／ｍ程度となる。
以上のことから、裏打層３のｔ・Ｂｓ／Ｈｓの値の範囲は、上述したように０．００１８８Ｔ・ｎｍ／Ａ／ｍ ≧ ｔ・Ｂｓ／Ｈｓ≧ ０.０００６３Ｔ・ｎｍ／Ａ／ｍの関係を満たす条件に設定されることが好ましい。

以上のことから、本発明の実施形態によれば、ｔ・Ｂｓ／Ｈｓをそのような条件にすることにより、磁気記録媒体１１は十分な被ライト性能とＲ／Ｗ（再生／記録）特性を有し、しかも低コストであって高記録密度で高いデータ信号品質を得ることが可能になる。

次に、図２に示した磁気記録媒体１１と磁気ヘッド１３を備えた磁気記録装置の一例について図６を参照して説明する。
図６に示す磁気記録装置１００は磁気記録再生装置とも言い、情報機器、例えばコンピュータやテレビジョンなどの録画装置として搭載されるハードディスク装置（ＨＤＤ）であり、磁気記録媒体１１を構成する基材１は上記したようなソリッドな媒体から構成される。

ハードディスク装置１００の筐体内１０１内には、スピンドルモータ１０２、磁気記録媒体１１、キャリッジアーム１０３等が取り付けられている。磁気記録媒体１１の中心はスピンドルモータ１０２の回転軸に固定されて回転及び停止可能に配置されている。また、キャリッジアーム１０３の先端部にはサスペンション１０４が接続され、さらにサスペンション１０４の先端には磁気記録媒体１１に対向する磁気ヘッド１３が取り付けられている。

キャリッジアーム１０３の後端部は、筐体内１０１内に配置したボイスコイルモータ（不図示）の駆動により回動可能な支軸１０５に固定されていて、磁気ヘッド１３が磁気記録媒体１１の上をトラック幅方向に移動可能になっている。

ハードディスク装置１００における磁気記録媒体１１を構成する裏打層３は、上記と同
様に、磁区制御層３ｂを除いた下側及び上側軟磁性裏打層３ａ，３ｃの総膜厚ｔと、飽和磁化Ｂｓと、飽和磁界Ｈｓの関係を示すｔ・Ｂｓ／Ｈｓが、０.０５Ｔ・ｎｍ／Ｏｅ（０．０００６３Ｔ・ｎｍ／Ａ／ｍ）以上であり、０．１４４Ｔｎｍ／Ｏｅ（０．００１８８ｎｍ／Ａ／ｍ）以下となる構成を有している。ただし、上記のように下側、上側軟磁性裏打層３ａ，３ｃのそれぞれの厚さの上限は２０ｎｍである。

なお、磁気記録装置は、ハードディスクドライブ装置１００に限定されものではなく、例えば基材１を非磁性の可撓性テープを使用した磁気記録テープのような装置であっても良い。

次に、本発明の実施形態について特徴を付記する。
（付記１） 非磁性材料からなる基材と、前記基材の上に形成され、且つ膜厚がｔ、飽和磁束密度がＢｓ、飽和磁界がＨｓの軟磁性層からなり、一層あたりの前記軟磁性層の厚さが２０ｎｍを上限とし、０．００１８８Ｔ・ｎｍ／Ａ／ｍ≧ｔ・Ｂｓ／Ｈｓ ≧ ０.０００６３Ｔ・ｎｍ／Ａ／ｍとなる関係を満たす条件に形成される裏打層と、前記裏打層の上に形成された中間層と、前記中間層の上に形成されて垂直磁気異方性を有する記録層と、前記記録層の上に形成された保護膜とを有することを特徴とする磁気記録媒体。
（付記２） 前記裏打層を構成する前記軟磁性層は、非磁性材料からなる磁区制御層を間に挟んで少なくとも２層から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３） 前記磁区制御層は、０．４ｎｍ以上で３ｎｍ以下の厚さを有す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） 前記裏打層を構成する前記軟磁性層は、アモルファス軟磁性材料で構成されていることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれかに記載の磁気記録媒体。
（付記５） 前記基材と前記裏打層の間には、前記基材と前記裏打層の密着を高めるシード層が形成されていることを特徴とする付記１乃至付記４のいずれかに記載の磁気記録媒体。
（付記６） 前記中間層は、前記裏打層の上に形成された配向制御層と、前記配向制御層の上に形成された結晶性の非磁性層とにより構成されていることを特徴とする付記１乃至付記５のいずれかに記載の磁気記録媒体。
（付記７） 前記配向制御層は、アモルファス材料を前記裏打層の前記軟磁性層に用いることによりｆｃｃ構造の結晶構造となる材料から形成されることを特徴とする付記６に記載の磁気記録媒体。
（付記８） 前記非磁性層は、結晶構造がｈｃｐ構造を有することを特徴とする付記６又は付記７に記載の磁気記録媒体。
（付記９） 前記記録層は、前記非磁性層の上に形成された主記録層と、前記主記録層
の上に形成された書き込み補助層とにより構成され、前記書き込み補助層と前記１主記録層はｈｃｐ構造の結晶を有することを特徴とする付記６に記載の磁気記録媒体。
（付記１０） 前記書き込み補助層は、その下の前記主記録層中の磁性粒子と同じｈｃｐ構造の結晶を有することを特徴とする付記９に記載の磁気記録媒体。
（付記１１） 前記記録層には、前記非磁性層の面に対して垂直方向に延びたｈｃｐ構造の結晶構造を有し且つ前記ｈｃｐ構造の六角柱のｃ軸方向が磁化容易軸である材料からなる磁性粒子が含まれていることを特徴とする付記６に記載の磁気記録媒体。
（付記１２） 付記１乃至付記１１のいずれかに記載の磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に対向して設けられた磁気ヘッドとを有することを特徴とする磁気記録装置。

図１Ａ〜図１Ｄは、本発明の実施形態に係る磁気記録媒体の製造途中の断面図（その１）である。 図１Ｅ、図１Ｆは、本発明の実施形態に係る磁気記録媒体の製造途中の断面図（その２）である。 図２は、本発明の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３は、磁気記録媒体層の出力のｔ・Ｂｓ／Ｈｓ依存性を表す図である。 図４は、磁気記録媒体層のオーバーライト特性のｔ・Ｂｓ／Ｈｓ依存性を表す図である。 図５は、磁気記録媒体層のＶＭＭのｔ・Ｂｓ／Ｈｓ依存性を表す図である。 図６は、本発明の実施形態に係る磁気記録装置の一例であるハードディスク装置の内部構造を示す平面図である。

符号の説明

１ 非磁性の基板
２ 第１シード層
３ 裏打層
３ａ 下側軟磁性裏打層
３ｂ 磁区制御層
３ｃ 上側な磁性裏打層
４ 第２シード層
５ 配向制御層
６ 非磁性層
７ 主記録層
７ａ 非磁性材料層
７ｂ 磁性粒子
８ 書き込み補助層
９ 記録層
１０ 保護層
１１ 磁気記録媒体
１２ 下地層
１３ 磁気ヘッド
１００ ハードディスク装置（磁気記録装置）。

Claims (4)

1. 非磁性材料からなる基材と、
   前記基材の上に形成され、且つ膜厚がｔ、飽和磁束密度がＢｓ、飽和磁界がＨｓの軟磁性層からなり、一層あたりの前記軟磁性層の厚さが２０ｎｍを上限とし、０．００１８８Ｔ・ｎｍ／Ａ／ｍ≧ｔ・Ｂｓ／Ｈｓ ≧ ０.０００６３Ｔ・ｎｍ／Ａ／ｍとなる関係を満たす条件に形成される裏打層と、
   前記裏打層の上に形成された中間層と、
   前記中間層の上に形成されて垂直磁気異方性を有する記録層と、
   前記記録層の上に形成された保護膜と
   を有することを特徴とする磁気記録媒体。
2. 前記裏打層を構成する前記軟磁性層は、非磁性材料からなる磁区制御層を間に挟んで少なくとも２層から構成されることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
3. 前記磁区制御層は、０．４ｎｍ以上で３ｎｍ以下の厚さを有することを特徴とする請求項２に記載の磁気記録媒体。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の磁気記録媒体と、
   前記磁気記録媒体に対向して設けられた磁気ヘッドと
   を有することを特徴とする磁気記録装置。
   

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