JP5067835B2 - 磁気記録媒体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁気記録媒体の製造方法に関する。

近年、高度情報化社会の進展により大容量の画像情報記録へのニーズが高まり、１Ｔｂ／inch^２というような高記録密度が磁気記録媒体に要求されている。このような高密度磁気記録媒体として、磁性ドットを非磁性体で分離する構造のパターンド磁気記録媒体が注目されている（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１に記載の技術では、ナノインプリントを用いてレジストをパターン化し、そのレジストをマスクとして磁性膜をエッチングすることにより、分離された磁性ドットを形成するようにしている。

青山勉，佐藤勇武，石尾俊二，「パターンド磁気記録媒体の製作方法と磁気的特性」，応用物理，２００３，第７２巻，第３号，p.298-303

しかしながら、レジストをナノインプリント加工しているため、ドットピッチは１００ｎｍ以上と大きく１Ｔｂ／inch^２を実現するのは難しい。また、上述したような一連の加工作業を、磁気記録媒体毎に行わなければならないので加工コストの点で問題もあった。

請求項１の発明に係る磁気記録媒体の製造方法は、集束イオンビーム援用化学気相成長により、シリコン基板上に形成されたＳｉＯ２層上にタングステンの薄膜パターンを形成し、薄膜パターンをマスクとしてタングステンの層をエッチングして、ＳｉＯ２層上に薄膜パターンが形成された凸部を複数形成し、シリコン基板の、薄膜パターンが形成された複数の凸部を有する面を、過冷却液体温度状態とされた金属ガラス面に押圧して、複数の凸部が転写されて成る複数の被転写凹部を金属ガラス面に形成し、複数の被転写凹部の各々に磁性体を配設することを特徴とする。
請求項２の発明に係る磁気記録媒体の製造方法は、集束イオンビーム援用化学気相成長により、シリコン基板上に形成されたＳｉＯ２層上にタングステンの薄膜パターンを形成し、薄膜パターンをマスクとしてＳｉＯ２層をエッチングして、ＳｉＯ２層上の表面に複数の凹部を形成し、シリコン基板の薄膜パターンおよび複数の凹部が形成された面を、過冷却液体温度状態とされた金属ガラス面に押圧して、複数の凹部が転写されて成る複数の被転写凸部を金属ガラス面に形成し、複数の被転写凸部が形成された金属ガラス面にデポジションにより磁性体薄膜を成膜することにより、複数の被転写凸部の各々の頂部に磁性体を形成したことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の磁気記録媒体の製造方法において、シリコン基板の複数の凸部または凹部が形成された面が押圧される金属ガラス面は、ラッピング・ポリシングまたはＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）による平坦化処理が施された平面を金属ガラス材料に過冷却液体温度状態で押圧して形成された面であることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気記録媒体の製造方法において、金属ガラス面が、軟磁性層上に形成された金属ガラス層の表面であることを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項４に記載の磁気記録媒体の製造方法において、複数の被転写凹部および被転写凸部は、マトリクス状，千鳥格子状およびライン状のいずれかの配列パターンで配列されていることを特徴とする。

本発明によれば、磁性体が配設される凹部または凸部をより微細に加工することができ、記録密度の向上を図ることができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明による磁気記録媒体１の一実施の形態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。磁気記録媒体１の基板１１上には非晶質の軟磁性層１２および金属ガラス層１３が順に形成されている。金属ガラス層１３には凹部１３０が規則的に複数形成されており、各凹部１３０内には磁気記録層（ハード磁性層）を構成する磁性体１４がそれぞれ埋め込まれている。

図１に示した磁気記録媒体では、各磁性体１４の間に非磁性の金属ガラス層１３が介在することで、各磁性体１４のそれぞれが磁気的に独立した記録ビットを構成している。基板１１には、アルミ、酸化物ガラス、金属ガラスなどの非磁性材料が用いられる。軟磁性層１２は磁気ヘッドからの記録磁界をサポートする機能を有するものであり、磁気ヘッドの記録磁界はこの軟磁性層１２を通って閉ループを形成し、記録磁界の取り込みや信号再生感度の向上が図られる。軟磁性層１２にはＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏなどを含む軟磁性材料が用いられ、軟磁性を示す金属ガラスを用いることもできる。後述するように、製造過程で基板全体を成形温度Ｔmまで昇温させるので、軟磁性層１２が非晶質の材料の場合には、軟磁性材料には結晶化温度が成形温度Ｔmよりも高いものを使用する。

金属ガラス層１３全体の厚さｔ１は２０ｎｍ程度であって、凹部１３０の底部分１３１の厚さｔ２は数ｎｍ程度とされる。この部分は、従来の垂直磁気記録媒体の中間層に相当するものである。また、マトリクス状に形成された凹部１３０のピッチＰを２５ｎｍ程度とすることで、１Ｔｂ／inch^２の記録密度を達成することができる。金属ガラス層１３に用いられる金属ガラス材料としては、後述するようにＰｔ基（白金系）アモルファス合金、Ｚｒ基（ジルコニウム系）アモルファス合金、Ｌａ基（ランタン系）アモルファス合金やＰｄ基（パラジウム系）アモルファス合金などがある。磁性体１４には、FePtナノ粒子などのナノ磁性体粒子が用いられる。

《磁気記録媒体１の製造方法の説明》
次に、図２〜図４を参照して、磁気記録媒体１の製造方法について説明する。本実施の形態では、金属ガラス層１３の微細凹凸パターンを、ナノインプリント法により形成する。まず、図２（ａ）に示すように、スパッタ蒸着などにより、所定厚さの軟磁性層１２を基板１１上に形成する。図２（ｂ）に示す工程では、金属ガラス層１３をスパッタ蒸着などにより形成する。

次いで、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、金型２を用いたナノインプリント法により金属ガラス層１３に凹凸を形成する。金型２には、金属ガラス層１３に形成すべき凹部１３０に対応する凸部２００と、凸部１３２に対応する凹部２０１とが形成されている。なお、金型２の作成方法については後述する。

金属ガラスと称されるアモルファス合金は、ガラス遷移温度Ｔgが結晶化温度Ｔxよりも低温側に存在し、安定な過冷却液体温度域ΔＴx（＝Ｔx−Ｔg）が存在する。この過冷却液体温度域では、金属ガラスは完全ニュートン粘性流動を呈し、低応力での粘性流動加工が可能であることから優れた微細成形特性（微細形状転写性）を有する。本実施の形態では、金属ガラスのこのような性質を利用し、金型２に形成されたナノメートルオーダーの微細凹凸形状を金属ガラス層１３に転写することにより、微細凹凸形状を容易にかつ高精度に形成するようにしている。

このようなアモルファス合金の例としては、Ｐｔ基（白金系）アモルファス合金、Ｚｒ基（ジルコニウム系）アモルファス合金、Ｌａ基（ランタン系）アモルファス合金やＰｄ基（パラジウム系）アモルファス合金などがある。例えば、Ｐｔ系のＰｔ48.75Ｐｄ9.75Ｃｕ19.5Ｐ22合金は、ガラス遷移温度Ｔg＝５０２．３Ｋ、結晶化温度Ｔx＝５８７．７Ｋ、過冷却液体温度域ΔＴx＝８５．４Ｋである。また、Ｐｄ系のＰｄ40Ｃｕ30Ｎｉ10Ｐ20合金は、ガラス遷移温度Ｔg＝５７７Ｋ、結晶化温度Ｔx＝６７３Ｋ、過冷却液体温度域ΔＴx＝９６Ｋであり、いずれの合金も比較的低温域での成形加工が可能である。

図３（ａ）に示す工程では、金属ガラス層１３が形成された基板１１と金型２とを、金属ガラス層１３のガラス遷移温度Ｔg13よりも高い成形温度Ｔmまで過熱し、所定の荷重を加えて金属ガラス層１３をインプリント成形する。その後、基板１１および金型２を冷却し、それらの温度が金属ガラス層１３のガラス遷移温度Ｔg13よりも低くなったならば、負荷を取り除く。その結果、図３（ｂ）に示すように、深さ（ｔ１−ｔ２）の凹部１３０が金属ガラス層１３に形成される。例えば、Ｐｄ40Ｃｕ30Ｎｉ10Ｐ20合金を用いた場合の成形条件は、Ｔm＝５４０K、平均負荷応力２０MPa、成形時間を２５０secとする。

なお、図４に示すようなストッパ２０２，１５を金型２および軟磁性層２上に形成することで、凹部１３０の底部厚さｔ２を精度良く管理することができる。金型２のストッパ２０２は凸部２００と同一高さに形成され、厚さｔ２のストッパ１５はスパッタ蒸着等により成膜される。ストッパ１５には、融点が成形温度Ｔmより高い材料を用いれば良い。

その後、図３（ｂ）のように形成された凹部１３０内に、磁性体１４を埋め込むことにより図１に示すような磁気記録媒体１が得られる。磁性体１４には、例えば、FePtナノ粒子が用いられる。FePtナノ粒子は種々の化学的溶液法によって形成される。

金属ガラス層１３上にFePtナノ粒子の磁性体１４を均一に敷き詰めて、スキージブレード等により余分な磁性体１４を除去することで、凹部１３０内に磁性体１４が入り込む。そのため、凹部１３０の寸法がFePtナノ粒子の寸法と同程度であれば、各凹部１３０に一つのFePtナノ粒子が埋め込まれることになる。もちろん、凹部１３０を、FePtナノ粒子が複数埋め込まれるような寸法に設定してもかまわない。なお、磁性体１４を埋め込んだ後に、記録面の保護のためにＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜のような保護膜を形成するようにしても良い。

図５および６は金型２の製造方法を説明する図である。図５（ａ）に示す第１の工程では、（１００）Ｓｉ基板２０の表面に、熱酸化法により厚さ１００ｎｍのＳｉＯ_２膜２１を形成する。図５（ｂ）の第２の工程では、集束イオンビーム援用化学気相成長（ＦＩＢ−ＣＶＤ）によりタングステン（W）の薄膜を形成し、ＳｉＯ_２膜２１上にマスクパターン２２を形成する。このパターニングにおいては、加工領域にガス化したＷ（ＣＯ）_６（タングステンヘキサカルボニル）を吹き付けながらＧａ^＋ビームを照射する。その結果、ガスはＷとＣＯに分解され、ＳｉＯ_２膜２１の表面にＷの堆積膜が形成される。なお、Ｗの他にＰｔ等を用いても良い。図５（ｃ）は、ＳｉＯ_２膜２１上に形成された複数のマスクパターン２２を示す図である。

図６（ａ）に示す第３の工程では、タングステンのマスクパターン２２を用いて、ＣＨＦ_３を用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によりＳｉＯ_２膜２１を異方性エッチングする。このようにして形成された金型２の成形転写面には、図６（ｂ）に示すように、金属ガラス層１３の凹部１３０に対応する凸部２００が複数形成される。

なお、ここではマスクパターン２２を形成してＳｉＯ_２膜２１をエッチングしたが、以下に述べるような方法を用いることにより、マスクレスでエッチングを行うことができる。まず、図７（ａ）に示すように、図６（ａ）の工程と同様にしてＳｉ基板２０の表面に所定厚さのＳｉＯ_２膜２１を形成する。なお、所定厚さはピッチＰに応じて設定される。

次に、図７（ｂ）に示すように、ＳｉＯ_２膜２１にＧａイオンの集束イオンビーム（ＦＩＢ）を照射してＧａイオンを打ち込む。Ｇａイオンが打ち込まれた領域のＳｉＯ_２膜２１は、図３（ａ）に示す金型２の凸部２００が形成される部分であり、図７（ｃ）に示すようにビーム照射領域Ｒの形状は凸部２００の断面形状と同一の矩形状とされる。

その後、Ｇａイオンが打ち込まれたＳｉＯ_２膜２１をＨＦによりエッチングする。図８の（ａ），（ｂ）はエッチング後のＳｉＯ_２膜２１の断面形状を示したものであり、（ａ）はビーム照射量が多い場合を、（ｂ）はビーム照射量が少ない場合を示す。ビーム照射量が多い場合には、Ｇａイオンが打ち込まれたビーム照射領域Ｒはエッチングされずに凸状に残る。逆に、ビーム照射量が少ない場合には、ビーム照射領域Ｒの方が非照射領域よりもエッチングされやすくなり、ビーム照射領域Ｒが凹形状となるようにエッチングされる。なお、図８（ａ）において、非照射領域をＳｉ基板までエッチングすれば、照射領域のＳｉＯ_２膜２１のみが凸状に残る。

ここでは、図３（ａ）に示すような金型２、すなわち、凹部１３０を形成するための凸部２００が形成された金型２を形成する場合を説明しているので、図８（ａ）に示すような凸形状となるようにビーム照射量を設定する。例えば、ピッチＰが１００ｎｍの凸パターンを形成する場合について説明すると、図７（ｃ）に示すようにビーム照射領域Ｒを１６×１６（＝２５６）ピクセルの領域に分け、各ピクセル毎にＦＩＢを照射する。ここで、一つのピクセルＲ１はＦＩＢの照射範囲を表している。

このように、ビーム照射領域Ｒが１６×１６（＝２５６）ピクセルの領域の場合には、ビーム照射領域Ｒに照射されるＦＩＢのビーム照射量を２５６０クーロン程度に設定すれば良い。一方、ビーム照射量を２５．６〜２５６クーロン程度まで少なくすると、図８（ｂ）に示すようにビーム照射領域が凹形状にエッチングされる。

上述した実施の形態では、Ｓｉ基板をＦＩＢ加工して形成したものを金型２として用いたが、金型２を金属ガラスで形成するようにしても良い。その場合、Ｓｉ基板をＦＩＢ加工してマザーダイを形成し、そのマザーダイを用いて金属ガラスをインプリント成形することで金型２を形成する。マザーダイの表面形状（凹凸形状）は、図１に示した金属ガラス層１３の表面形状と同一に形成される。

なお、金属ガラスで金型２を形成する場合、金型２には金属ガラス層１３とは異なる特性の金属ガラスを用いる。ここでは、金型２および金属ガラス層１３のガラス遷移温度をＴg2、Ｔg13、結晶化温度をＴx2、Ｔx13と表す。そして、図３（ａ）に示すプレス成形の工程では、成形温度Ｔmにおいて金属ガラス層１３だけが過冷却液体温度域となるようにする必要があるので、Ｔg2＞Ｔg13が満たされるような金属ガラスを金型２および金属ガラス層１３に使用する。そして、成形温度Ｔmは、Ｔg13＜Ｔm＜Ｔg2、かつ、Ｔm＜Ｔx13を満足するような温度範囲に設定される。

図３（ａ）に示す工程では、金属ガラス層１３が形成された基板１１と金型２とを上述した成形温度Ｔmまで過熱し、所定の荷重を負荷する。その後、基板１１および金型２を冷却し、それらの温度がガラス遷移温度Ｔg13よりも低くなったならば、負荷を取り除く。その結果、図３（ｂ）に示すように、深さ（ｔ１−ｔ２）の凹部１３０が金属ガラス層１３に形成される。

図９は、本発明による磁気記録媒体の他の実施形態を示したものであり、（ａ）は磁気記録媒体１の平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。図１に示した磁気記録媒体１では、金属ガラス層１３に凹部１３０を複数形成して、その中に磁性体１４を埋め込んだ。一方、図９に示す磁気記録媒体１の場合には、金属ガラス層１３に凸部１３３を複数形成して、その凸部１３３上に磁性体１４を形成するようにした。

凸部１３３のピッチＰは図１に示した凹部１３０のピッチＰと同一であり、２５ｎｍ程度に設定される。また、凸部１３３の高さｔ３は２５ｎｍ程度に設定される。磁性体１４として例えばFe-Pt合金のデポジションを行うと、凸部１３３がナノメートルオーダーのピッチで形成されているので、磁性体１４が凸部１３３上に堆積する。この場合には、厚さ５〜１５ｎｍ程度の一様な膜を形成する場合と同様の条件でデポジションを行う。

図１０は凸部１３２の他の配列パターンを示したものである。図１０（ａ）に示す配列パターンでは、凸部１３２が千鳥格子パターンで配列されている。一方、図１０（ｂ）に示す配列パターンでは、凸部１３２がライン状に並んでいる。同一ライン上の凸部１３２のピッチＰは図１に示した配列のものと同じであるが、ライン間のピッチＰ１はピッチＰよりも大きく設定されている。凹部１３０で構成する場合も、同様の千鳥格子パターンおよびライン状パターンが可能である。

上述したように、本実施の形態では、金属ガラス層１３に形成された凹部１３０や凸部１３２に磁性体１４を形成しており、各磁性体１４は磁気的に分離された磁性ドットを構成する。凹部１３０や凸部１３２は金属ガラス層１３を過冷却液体領域でナノインプリント成形して形成されるため、ナノメートルオーダーの凹凸であっても高精度な成形を行うことができる。そのため、高密度な磁気記録媒体を精度良く形成することができる。また、プレス加工を行うだけで金属ガラス層１３に凹凸を形成できるので、加工時間の短縮および加工コストの低減を図ることができる。

ところで、従来の磁気記録媒体（ＨＤディスク）では、基板１１として主に酸化ガラスが用いられているが、基板１１に金属ガラスを用いてもよい。金属ガラスを基板１１に用いた場合、図１１に示すように型４Ａ，４Ｂ間に金属ガラスのバルク材を挟み、そのバルク材を金属ガラスの過冷却液体温度域に保持してプレス加工することにより所望の厚さの基板１１を成形する。

このとき、型４Ａ，４Ｂの表面は、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置を用いた平坦化処理により鏡面状態に仕上げ加工されている。なお、平坦化処理としては、ＣＭＰ処理の他にラッピング・ポリシング処理などを用いても良い。金属ガラスの過冷却液体温度域でプレス加工することで、プレス時の荷重が小さくて済むとともに、型４Ａ，４Ｂの鏡面形状が基板１１の表面に高精度に転写され、平坦性、平滑性の優れた均一厚さの基板１１が得られる。そのため、プレス加工しただけの金属ガラス基板を基板１１として用いることができ、基板１１の加工コストの低減を図れる。このようにして形成した金属ガラス基板は、上述した磁気記録媒体に限らず、ＤＶＤ，ＣＤおよびＨＤ等の基板としても用いることができ、それらの軽量化を図ることができる。

また、アモルファス合金である金属ガラスは、強度が高くしなやかで、耐食性にも優れている。そのため、基板１１を薄くすることができ、磁気記録媒体１の小型・軽量化を図ることができる。なお、本実施の形態の磁気記録媒体は、情報の記録だけでなく、ナノメートルオーダーの磁気スケールにも採用することが可能である。

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、ＳｉＯ_２膜２１は被エッチング層を、マスクパターン２２は薄膜パターンをそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。

本発明による磁気記録媒体の一実施の形態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。 磁気記録媒体の製造方法を説明する図であり、（ａ）は第１の工程を、（ｂ）は第２の工程を示す図である。 磁気記録媒体の製造方法を説明する図であり、（ａ）は第３の工程を、（ｂ）は第４の工程を示す図である。 ストッパ２０２，１５を説明する図である。 金型２の製造方法を説明する図であり、（ａ）は第１の工程を、（ｂ）は第２の工程を、（ｃ）はＳｉＯ_２膜２１上に形成されたマスクパターン２２を示す。 金型２の製造方法を説明する図であり、（ａ）は第３の工程を示し、（ｂ）は金型２の成形転写面を示す。 マスクレスエッチングを説明する図であり、（ａ）はＳｉＯ_２膜形成工程を、（ｂ）はイオンを打ち込み工程をそれぞれ示し、（ｃ）はビーム照射領域Ｒの平面図を示す。 マスクレスエッチングの場合のエッチング後のＳｉＯ_２膜２１の断面形状を示したものであり、（ａ）はビーム照射量が多い場合を、（ｂ）はビーム照射量が少ない場合をそれぞれ示す。 磁気記録媒体の他の実施形態を示したものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。 凸部１３２の他の配列パターンを示す図であり、（ａ）は千鳥格子パターンを、（ｂ）はライン状に並んだパターンをそれぞれ示す。 金属ガラス製の基板１１の形成方法を示す図である。

符号の説明

１：磁気記録媒体、２：金型、１１：基板、１２：軟磁性層、１３：金属ガラス層、１４：磁性体、１５，２０２：ストッパ、２１：ＳｉＯ_２膜、２２：マスクパターン、１３０，２０１：凹部、１３２，１３３，２００：凸部

Claims (5)

1. 集束イオンビーム援用化学気相成長により、シリコン基板上に形成されたＳｉＯ２層上にタングステンの薄膜パターンを形成し、
   前記薄膜パターンをマスクとして前記ＳｉＯ２層をエッチングして、ＳｉＯ２層上に前記薄膜パターンが形成された凸部を複数形成し、
   前記シリコン基板の、前記薄膜パターンが形成された複数の凸部を有する面を、過冷却液体温度状態とされた金属ガラス面に押圧して、前記複数の凸部が転写されて成る複数の被転写凹部を前記金属ガラス面に形成し、
   前記複数の被転写凹部の各々に磁性体を配設することを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
2. 集束イオンビーム援用化学気相成長により、シリコン基板上に形成されたＳｉＯ２層上にタングステンの薄膜パターンを形成し、
   前記薄膜パターンをマスクとして前記ＳｉＯ２層をエッチングして、ＳｉＯ２層上の表面に複数の凹部を形成し、
   前記シリコン基板の前記薄膜パターンおよび前記複数の凹部が形成された面を、過冷却液体温度状態とされた金属ガラス面に押圧して、前記複数の凹部が転写されて成る複数の被転写凸部を前記金属ガラス面に形成し、
   前記複数の被転写凸部が形成された金属ガラス面にデポジションにより磁性体薄膜を成膜することにより、前記複数の被転写凸部の各々の頂部に磁性体を形成したことを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の磁気記録媒体の製造方法において、
   前記シリコン基板の前記複数の凸部または凹部が形成された面が押圧される前記金属ガラス面は、ラッピング・ポリシングまたはＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）による平坦化処理が施された平面を金属ガラス材料に過冷却液体温度状態で押圧して形成された面であることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気記録媒体の製造方法において、
   前記金属ガラス面が、軟磁性層上に形成された金属ガラス層の表面であることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
5. 請求項４に記載の磁気記録媒体の製造方法において、
   前記複数の被転写凹部および被転写凸部は、マトリクス状，千鳥格子状およびライン状のいずれかの配列パターンで配列されていることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。

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