JP6296243B2

JP6296243B2 - ＦｅＰｔ系合金における強磁性−常磁性相変化を利用した磁気記録媒体

Info

Publication number: JP6296243B2
Application number: JP2014521245A
Authority: JP
Inventors: 長谷川　崇; 崇長谷川; 俊二石尾
Original assignee: Akita University NUC
Current assignee: Akita University NUC
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2013-05-27
Publication date: 2018-03-20
Anticipated expiration: 2033-05-27
Also published as: WO2013187217A1; JPWO2013187217A1

Description

本発明は、強磁性体と非磁性体とが所定の規則によって配列された磁気記録層を有する磁気記録媒体、該磁気記録媒体の製造方法、及び該磁気記録媒体を備えた磁気記録装置に関する。

磁気記録装置であるハードディスクドライブは、データを記録可能な磁気記録媒体として円盤状のハードディスクを備えている。また、ハードディスクドライブはハードディスクを高速回転させる回転軸やモーターなどの駆動装置も備えている。この駆動装置によってハードディスクを高速回転させ、そのハードディスク上で磁気ヘッドを移動させることにより、ハードディスクに備えられた磁気記録層に情報を記録したり、磁気記録層から情報を読み出したりすることができる。

上記のような磁気記録媒体の記憶容量を増大させるには、磁気記録層の面記録密度を高くすることが考えられる。また、磁気記録層の面記録密度を向上させるには、磁気記録層に備えられた記録ビットを微細化することが考えられる。しかしながら、記録ビットの微細化を進めると、熱エネルギーにより記録ビットを構成する強磁性体の磁化方向が変化し、記録ビットに記録されていた情報が失われてしまう、いわゆる「熱揺らぎ」が問題となる。このような熱揺らぎの影響を抑えるには、熱揺らぎに強い特性を有する材料、すなわち垂直磁気異方性が高い強磁性体材料で記録ビットを構成することが考えられる。

面記録密度が数テラビット／平方インチの超高密度磁気記録媒体を実現可能な材料としては、Ｌ１_０規則構造を有するＦｅＰｔ合金が期待されている。Ｌ１_０規則構造を有するＦｅＰｔ合金は熱揺らぎに強い特性を有することから、これを用いて記録ビットを構成した超高密度磁気記録媒体の実現が期待されている。なお、「Ｌ１_０規則構造」とは、ｆｃｔ構造で二種の原子が交互に積層し、且つ該二種の原子の組成比が１：１である構造である。

Ｌ１_０規則構造を有するＦｅＰｔ合金による薄膜の作製方法としては、例えば、下記非特許文献１に記載されたものがある。非特許文献１に記載された技術によれば、ＦｅＰｔ合金の薄膜にＳｉＯ_２を所定量添加して急速加熱することにより、高［００１］配向性と高Ｌ１_０規則度とを有するＦｅＰｔ合金薄膜を得られる。

また、ＦｅＰｔ合金のＦｅ又はＰｔの一部を他の元素に置換したＦｅＰｔ系合金（ＦｅＰｔ合金、及び、ＦｅＰｔ合金のＦｅ又はＰｔの一部を他の元素に置換した合金を「ＦｅＰｔ系合金」という。以下同じ。）についての研究も進められている。下記非特許文献２、３には、ＦｅＰｔ合金のＦｅ原子サイトをＭｎで置換したＦｅＭｎＰｔ合金のバルクに関する技術が記載されており、下記非特許文献４にはＦｅＭｎＰｔ合金の多結晶薄膜に関する技術が記載されている。

一方、超高密度磁気記録媒体を実現するための記録方式としては、ビットパターンドメディア（以下、「ＢＰＭ」と略記する場合がある。）が注目されている。ＢＰＭとは、ナノスケールの強磁性体（ドット）が非磁性体中に所定の規則に従って２次元的に配置された構造を有する磁気記録媒体である。

このようなＢＰＭの作製方法としては、いわゆるトップダウン方式が一般的である。すなわち、まず基板上に強磁性体の薄膜を形成し、該薄膜上にマスクを配置して非磁性体を配置させる予定の部分のみ該薄膜をミリングし、マスクを除去してからミリングした箇所に非磁性体を成膜して埋め戻し、その後表面を研磨する方法である。この方法では、ミリングや表面研磨によって強磁性体が受けたダメージを回復する必要があるため、最終的に熱処理を行う必要がある。

また、ＢＰＭの他の作製方法としては、下記特許文献１に記載されているように、強磁性体又は反強磁性体のいずれか一方によって基板上に薄膜を形成した後、イオン打ち込みや添加元素の拡散によって組成調整することにより、形成された薄膜の所定の領域を強磁性体又は反強磁性体の他方に改質する方法も考えられる。なお、磁性体を改質させる方法としては、下記非特許文献５、６に記載されているように、イオンを照射することによって結晶構造を変化させる方法もある。イオン照射によるＢＰＭ作製の試みについては下記非特許文献７〜１０に記載されている（非特許文献７はＣｏ／Ｐｄ多層膜、非特許文献８はＣｒＰｔ_３規則合金薄膜、非特許文献９はＭｎＢｉＣｕ薄膜、非特許文献１０はＭｎＡｌ薄膜について記載されている。）。

特開２００９−１５１８９９号公報

石尾俊二、長谷川崇、外９名、「Journal of Magnetism and Magnetic Materials」、第３２４巻、第３号、２０１２年２月、ｐ．２９５−３０２ A.Z.Menshikov, V.P.Antropov, G.P.Gasnikova, Yu.A.Dorofeyev, V.A.Kazantsev、「Journal of Magnetism and Magnetic Materials」、第６５巻、第１号、１９８７年２月、ｐ．１５９−１６６ G.P.Gasnikova、A.Z.Menshikov、「The Physics of Metals and Metallography」、第６９巻、１９９０年、ｐ．６９長谷川崇、平成２０年度博士学位論文（秋田大学）長谷川崇、石尾俊二、外９名、「Journal of Applied Physics」、（米国）、第９９巻、第５号、２００６年３月、ｐ．０５３５０５−１〜０５３５０５−６長谷川崇、石尾俊二、外５名、「Acta Materialia」、第５６巻、第７号、２００８年１月、ｐ．１５６４−１５６９ B.D.Terris、外６名、「Journal of Applied Physics」、（米国）、第８７巻、第９号、２０００年、ｐ．７００４ T.Kato、外６名、「Journal of Applied Physics」、（米国）、第１０５巻、第７号、２００９年、ｐ．０７Ｃ１１７神原、外、「第３５回日本磁気学会学術講演会概要集」、２０１１年、ｐ．３３０大島、外、「第３５回日本磁気学会学術講演会概要集」、２０１１年、ｐ．３２９

上述したように、ＢＰＭのような強磁性体と非磁性体とが所定の規則によって２次元的に配列された磁気記録媒体を作製するには、トップダウン方式が一般的であった。トップダウン方式は、図５に示したようにＳ２１〜Ｓ２７の工程を有する。図５はトップダウン方式による磁気記録媒体の製造方法Ｓ２０を説明するフロー図である。図６は製造方法Ｓ２０を説明する断面図である。

成膜工程Ｓ２１は、図６（Ａ）に示したように基板２１上に強磁性体の薄膜２２’を形成する工程である。成膜工程Ｓ２１は、例えばＬ１_０規則構造を有するＦｅＰｔ合金の薄膜２２’を形成する工程である。マスク配置工程Ｓ２２は、図６（Ｂ）に示したように、成膜工程Ｓ２１で形成した薄膜２２’のうち、非強磁性体を配置する予定の箇所のみミリングできるように該薄膜２２’上にマスク２５を配置する工程である。ミリング工程Ｓ２３は、図６（Ｃ）に示したように、成膜工程Ｓ２１で形成した薄膜２２’のうち、非強磁性体を配置する予定箇所２６のみミリングする工程である。ミリング工程Ｓ２３は、例えばイオンミリング（イオン照射量１００ａｔ％）により薄膜２２’をビットパターン状に微細加工する工程である。マスク除去工程Ｓ２４は、図６（Ｄ）に示したように、マスク配置工程Ｓ２２で配置したマスク２５を除去する工程である。埋め戻し成膜工程Ｓ２５は、図６（Ｅ）に示したように、非強磁性体２７を成膜して、ミリング工程Ｓ２３でミリングした箇所２６を非強磁性体２７で埋め戻す工程である。表面研磨工程Ｓ２６は、図６（Ｆ）に示したように、工程Ｓ２１〜Ｓ２５を経て得られた、強磁性体及び非強磁性体を有する薄膜の表面を研磨し、該薄膜の表面を平坦化する工程である。熱処理工程Ｓ２７は、工程Ｓ２１〜Ｓ２６を経て得られた薄膜に熱処理を施す工程である。Ｌ１_０規則構造はイオンミリングや表面研磨処理に対して弱いため、熱処理を施してＬ１_０規則構造が受けたダメージを回復する必要がある。

上記のようにトップダウン方式では熱処理工程Ｓ２７を行う必要がある。しかしながら、熱処理は必ず原子相互拡散を伴うため、埋め戻し成膜工程Ｓ２５において成膜された非強磁性体２７と薄膜２２’を構成するＦｅＰｔ合金とが混合し、最終的には強磁性部の磁気特性を劣化させる虞があった。
また、上記のようなトップダウン方式では、工程数が多くなるため磁気記録媒体の製造コストが高くなりやすく、表面を研磨する工程を含むため製品品質や歩留まりが低下しやすかった。

一方、上述したようにトップダウン方式によらずにイオンを照射する等してＢＰＭを作製する方法も考えられてはいたが、このような方法に従来適用されていた磁性材料は、超高密度磁気記録媒体に適用するには磁気異方性が不十分であった。すなわち、トップダウン方式によらない従来のＢＰＭの作製方法では、磁気記録媒体の記録密度を十分に高めることが困難であった。

そこで本発明は、容易に製造でき、且つ記録密度を高めることができる磁気記録媒体、該磁気記録媒体の製造方法、及び該磁気記録媒体を備えた磁気記録装置を提供することを課題とする。

本発明者らは、ＦｅＰｔ合金のＦｅ又はＰｔの一部を所定の元素に所定量置換した合金が、これまでに知られていなかった磁気相変化をすることを知見した。すなわち、ＦｅＰｔ合金のＦｅ又はＰｔの一部を所定の元素に所定量置換した合金は、Ｌ１_０規則構造を有したハード強磁性材料とすることが可能であるとともに、任意のイオンを照射することによってＡ１不規則構造を有した常磁性材料とすることが可能であることを知見した。本発明は当該知見に基づいてなされたものである。

本発明の第１の態様は、基材層、及び該基材層上に形成された磁気記録層を有し、磁気記録層は所定の規則に従って配列された強磁性部及び常磁性部を備えており、強磁性部は、飽和磁化が０．３７［Ｗｂ／ｍ^２］以上１．３８［Ｗｂ／ｍ^２］以下の強磁性を有する合金を含んでおり、常磁性部は、飽和磁化が０［Ｗｂ／ｍ^２］以上０．８８［Ｗｂ／ｍ^２］以下の常磁性を有する合金を含んでおり、強磁性部に含まれる合金の飽和磁化と、常磁性部に含まれる合金の飽和磁化との差が０．１０［Ｗｂ/ｍ^２］以上であり、強磁性部に含まれる合金、及び常磁性部に含まれる合金は、組成が略同一であり、且つ当該組成は下記（１）式又は（２）式で表わされ、強磁性部に含まれる合金はＬ１_０規則構造を有し、常磁性部に含まれる合金はＡ１不規則構造を有する、磁気記録媒体である。
（Ｆｅ_１−ｘＭ^１ _ｘ）Ｐｔ（１）
（ただし、上記（１）式において、Ｍ^１はＭｎ又はＮｂであり、ｘは、Ｌ１_０規則構造での飽和磁化が０．３７［Ｗｂ／ｍ^２］以上１．３８［Ｗｂ／ｍ^２］以下となり、Ａ１不規則構造での飽和磁化が０［Ｗｂ／ｍ^２］以上０．８８［Ｗｂ／ｍ^２］以下となり、両者の飽和磁化の差が０．１０［Ｗｂ/ｍ^２］以上となる値である。）
Ｆｅ（Ｐｔ_１−ｙＭ^２ _ｙ）（２）
（ただし、上記（２）式において、Ｍ^２はＲｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、又はＩｒのいずれかであり、ｙは、Ｌ１_０規則構造での飽和磁化が０．３７［Ｗｂ／ｍ^２］以上１．３８［Ｗｂ／ｍ^２］以下となり、Ａ１不規則構造での飽和磁化が０［Ｗｂ／ｍ^２］以上０．８８［Ｗｂ／ｍ^２］以下となり、両者の飽和磁化の差が０．１０［Ｗｂ/ｍ^２］以上となる値である。）

本発明において「基材層上に形成された磁気記録層を有し」とは、基材層上に直接磁気記録層が積層されている形態に限定されず、他の層を介して基材層および磁気記録層が積層されている形態も含む概念である。また、「所定の規則に従って配列された強磁性部及び常磁性部」の「所定の規則」とは、従来のＢＰＭやディスクリートトラックメディア（以下、「ＤＴＭ」ということがある。）における強磁性体及び非磁性体の配列規則と同様の規則を意味する。さらに、「強磁性部に含まれる合金、及び常磁性部に含まれる合金は、組成が略同一」とは、強磁性部に含まれる合金の組成と常磁性部に含まれる合金の組成とが厳密に同一であることに限定されず、磁気記録層の作製過程において後述するようにしてイオンを照射した際に、該イオンが残留して強磁性部に含まれる合金の組成と常磁性部に含まれる合金の組成とが僅かに異なる形態も含む概念であり、具体的には９７ａｔ％以上同一であることを意味する。

上記本発明の第１の態様に係る磁気記録媒体は、強磁性部に含まれる合金、及び常磁性部に含まれる合金の組成が（Ｆｅ_１−ｘＭｎ_ｘ）Ｐｔである場合、０．３＜ｘ＜０．５４となる。

また、上記本発明の第１の態様に係る磁気記録媒体は、磁気記録層が金属酸化物を含むことが好ましい。

また、上記本発明の第１の態様に係る磁気記録媒体は、磁気記録層に含まれる合金を構成する結晶の（００１）面が、磁気記録層の表面に対して平行であり、［００１］方向が、磁気記録層の表面に対して垂直方向に向いていることが好ましい。

本発明の第２の態様は、基材層、及び該基材層上に形成された磁気記録層を有し、該磁気記録層が、所定の規則に従って配列された強磁性部及び常磁性部を備えた磁気記録媒体の製造方法であって、基材層上に、Ｌ１_０規則構造を有するとともに組成が下記（１）式又は（２）式で表わされ、且つ飽和磁化が０．３７［Ｗｂ／ｍ^２］以上１．３８［Ｗｂ／ｍ^２］以下の強磁性を有する合金を含む薄膜を形成する、薄膜形成工程と、該薄膜の一部に任意のイオンを照射することによって、Ｌ１_０規則構造をＡ１不規則構造へと変態させるとともに飽和磁化を０［Ｗｂ／ｍ^２］以上０．８８［Ｗｂ／ｍ^２］以下にするイオン照射工程と、を有し、薄膜形成工程で形成された薄膜のうち、イオン照射工程でイオンを照射された部分が常磁性部となり、イオンを照射されない部分が強磁性部となる、磁気記録媒体の製造方法である。
（Ｆｅ_１−ｘＭ^１ _ｘ）Ｐｔ（１）
（ただし、上記（１）式において、Ｍ^１はＭｎ又はＮｂであり、ｘは、Ｌ１_０規則構造での飽和磁化が０．３７［Ｗｂ／ｍ^２］以上１．３８［Ｗｂ／ｍ^２］以下となり、Ａ１不規則構造での飽和磁化が０［Ｗｂ／ｍ^２］以上０．８８［Ｗｂ／ｍ^２］以下となり、両者の飽和磁化の差が０．１０［Ｗｂ/ｍ^２］以上となる値である。）
Ｆｅ（Ｐｔ_１−ｙＭ^２ _ｙ）（２）
（ただし、上記（２）式において、Ｍ^２はＲｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、又はＩｒのいずれかであり、ｙは、Ｌ１_０規則構造での飽和磁化が０．３７［Ｗｂ／ｍ^２］以上１．３８［Ｗｂ／ｍ^２］以下となり、Ａ１不規則構造での飽和磁化が０［Ｗｂ／ｍ^２］以上０．８８［Ｗｂ／ｍ^２］以下となり、両者の飽和磁化の差が０．１０［Ｗｂ/ｍ^２］以上となる値である。）

上記本発明の第２の態様に係る磁気記録媒体の製造方法は、薄膜形成工程で形成する薄膜に含まれる合金の組成が（Ｆｅ_１−ｘＭｎ_ｘ）Ｐｔである場合、０．３＜ｘ＜０．５４となる。

また、上記本発明の第２の態様に係る磁気記録媒体の製造方法は、イオン照射工程において用いるイオンがＭｎイオンであり、該Ｍｎイオンの照射量が常磁性部となる部分の０．１０ａｔ％以上２．０ａｔ％以下であることが好ましい。

また、上記本発明の第２の態様に係る磁気記録媒体の製造方法において、薄膜形成工程は、上記（１）式又は（２）式で表わされる組成の合金と、金属酸化物と、を含む薄膜を形成した後、該薄膜を加熱する工程を含むことが好ましい。

本発明の第３の態様は、上記本発明の第１の態様に係る磁気記録媒体と、該磁気記録媒体を回転させる回転軸及びモーターと、磁気記録層に対して情報を記録する、及び／又は磁気記録層から情報を読み出す、磁気ヘッドと、を備える、磁気記録装置である。

本発明によれば、容易に製造でき、且つ記録密度を高めることができる磁気記録媒体、該磁気記録媒体の製造方法、及び該磁気記録媒体を備えた磁気記録装置を提供することができる。

磁気記録媒体１０の一部を概略的に示した斜視図である。図１に示したＩＩ−ＩＩに沿った断面を概略的に示した図である。磁気記録媒体１０の製造方法Ｓ１０を説明するフロー図である。磁気記録媒体１０の製造方法Ｓ１０を説明する断面図である。トップダウン方式による磁気記録媒体の製造方法Ｓ２０を説明するフロー図である。トップダウン方式による磁気記録媒体の製造方法Ｓ２０を説明する断面図である。ＦｅＭｎＰｔ合金の組成と飽和磁化との関係を示したグラフである。

上述したように、本発明者らは、ＦｅＰｔ合金のＦｅ又はＰｔの一部を所定の元素に所定量置換した合金が、これまでに知られていない磁気相変化をすることを知見した。より具体的には、以下の通りである。これまでに、ＦｅＰｔ系合金の磁気相変化について様々な研究がなされていた。例えば、（Ｆｅ_１−ｘＭｎ_ｘ）Ｐｔ合金のバルクは、室温において、Ｌ１_０規則構造ではｘ＝０．２５付近で強磁性相から反強磁性相へと変化することが上記非特許文献２で報告されており、Ａ１不規則構造ではｘ＝０．４８付近で強磁性相から常磁性相へと変化することが上記非特許文献３で報告されている。また、（Ｆｅ_１−ｘＭｎ_ｘ）Ｐｔ合金の膜厚１００ｎｍ程度の多結晶薄膜の場合には、Ｌ１_０規則構造ではｘ＞０．６０で強磁性相から反強磁性相へと変化し、Ａ１不規則構造ではｘ＞０．６０で強磁性相から常磁性相へと変化することが上記非特許文献４で報告されている。ここで、ＦｅＰｔ系合金におけるＬ１_０規則構造⇔Ａ１不規則構造の結晶変態を考えると、Ｌ１_０強磁性相（Ｌ１_０規則構造の強磁性相。以下、同じ。）とＡ１常磁性相（Ａ１不規則構造の常磁性相。以下、同じ。）が同一の組成で形成されることは、従来技術であるバルクおよび薄膜のどちらの形態であっても不可能であったことがわかる。

本発明者らは、ＦｅＰｔ合金のＦｅ又はＰｔの一部を所定の元素に所定量置換した合金を用いてＬ１_０規則度と［００１］結晶配向性の良好な薄膜を作製することに成功し、さらに従来の報告とは異なる磁気相図を得た。具体的には、Ｌ１_０規則構造⇔Ａ１不規則構造の結晶変態を考えた場合に、置換する元素の種類及び量を適切に制御し、任意のイオンを照射することによって、同一組成においてＬ１_０強磁性相からＡ１常磁性相へと変態可能であることを知見した。

本発明は上記知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本実施形態は、本発明を実施するための一形態に過ぎず、本発明は本実施形態によって限定されるものではない。

図１は、磁気記録媒体１０の一部を概略的に示した斜視図である。また、図２は、図１に示したＩＩ−ＩＩに沿った断面を概略的に示した図である。なお、図１及び図２では、見易さのため、同様の構成の部分については一部符号を省略している（以下の他の図についても同じ。）。

図１及び図２に示したように、磁気記録媒体１０は、ビットパターンドメディア型の磁気記録媒体である。すなわち、磁気記録媒体１０は基材層１と該基材層１上に形成された磁気記録層２を備えており、該磁気記録層２には強磁性体で構成された強磁性部３と常磁性体で構成された常磁性部４とが所定の規則によって層面方向に配列されている。

基材層１には、公知の磁気記録媒体に使用可能な基板を特に限定することなく用いることができる。基材層１は、例えば、結晶質ガラス基板、表面酸化膜（例えばシリコン酸化膜）を有するシリコン基板、ＳｉＣ基板、カーボン基板、セラミック基板などで構成することができる。また、基材層１の厚さは特に限定されず、公知の磁気記録媒体と同様とすることができる。基材層１の厚さは、例えば、０．６３５ｍｍ以上１．２７ｍｍ以下とすることができる。

磁気記録層２は、所定の規則に従って配列された強磁性部３及び常磁性部４を備えている。ここで「所定の規則」とは、公知のＢＰＭと同様とすることができる。例えば、平面視（層面の法線方向から見ること。以下、同じ。）において、強磁性部３を四角形として、その一辺を４ｎｍ以上１５ｎｍ以下とすることが好ましい。また、平面視において隣り合う強磁性部３同士の間隔（常磁性部４幅）は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすることが好ましい。本発明によれば、後述するように微細なビットパターンを正確に作製することが容易である。ビットパターンを微細にすることによって、磁気記録媒体１０の記録密度を高めやすくなる。また、磁気記録層２の厚さは特に限定されず、公知のＢＰＭと同様とすることができる。磁気記録層２の厚さは、４ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。

強磁性部３は、飽和磁化が０．３７［Ｗｂ／ｍ^２］以上１．３８［Ｗｂ／ｍ^２］以下の強磁性を有する合金を含んで構成されており、常磁性部４は、飽和磁化が０［Ｗｂ／ｍ^２］以上０．８８［Ｗｂ／ｍ^２］以下の常磁性を有する合金を含んで構成されている。また、強磁性部３に含まれる強磁性を有する合金の飽和磁化と常磁性部４に含まれる常磁性を有する合金の飽和磁化との差は、０．１０［Ｗｂ/ｍ^２］以上である。なお、強磁性部３に含まれる合金の飽和磁化は０．７５［Ｗｂ／ｍ^２］以上１．３８［Ｗｂ／ｍ^２］以下であることが好ましく、常磁性部４に含まれる合金の飽和磁化は０［Ｗｂ／ｍ^２］以上０．３８［Ｗｂ／ｍ^２］以下であることが好ましく、両者の飽和磁化の差は０．３７［Ｗｂ/ｍ^２］以上であることが好ましい。

後述するように、磁気記録層２を作製する際、同一組成の薄膜を形成した後、該薄膜の一部において合金の組成は変化させずに結晶構造を変化させることによって、強磁性部３と常磁性部４とに分けられる。すなわち、強磁性部３に含まれる合金、及び常磁性部４に含まれる合金は、組成が略同一である。ここで「組成が略同一」とは、全く同一の組成である場合に限定されず、後述するようにしてイオンを照射して常磁性部４を形成する際等に、強磁性部３を構成する合金の組成と常磁性部４を構成する合金の組成とが僅かに異なる場合も含む概念であり、具体的には９７ａｔ％以上同一であることを意味する。強磁性部３に含まれる合金、及び常磁性部４に含まれる合金の組成は下記（１）式又は（２）式で表わされる。
（Ｆｅ_１−ｘＭ^１ _ｘ）Ｐｔ（１）
（ただし、上記（１）式において、Ｍ^１はＭｎ又はＮｂであり、ｘは、Ｌ１_０規則構造での飽和磁化が０．３７［Ｗｂ／ｍ^２］以上１．３８［Ｗｂ／ｍ^２］以下となり、Ａ１不規則構造での飽和磁化が０［Ｗｂ／ｍ^２］以上０．８８［Ｗｂ／ｍ^２］以下となり、両者の飽和磁化の差が０．１０［Ｗｂ/ｍ^２］以上となる値である。）
Ｆｅ（Ｐｔ_１−ｙＭ^２ _ｙ）（２）
（ただし、上記（２）式において、Ｍ^２はＲｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、又はＩｒのいずれかであり、ｙは、Ｌ１_０規則構造での飽和磁化が０．３７［Ｗｂ／ｍ^２］以上１．３８［Ｗｂ／ｍ^２］以下となり、Ａ１不規則構造での飽和磁化が０［Ｗｂ／ｍ^２］以上０．８８［Ｗｂ／ｍ^２］以下となり、両者の飽和磁化の差が０．１０［Ｗｂ/ｍ^２］以上となる値である。）

上記（１）式を満たす合金として、例えばＭ^１がＭｎである場合、ｘは、０．３＜ｘ＜０．５４であり、好ましくは０．５＜ｘ＜０．５４であり、最も好ましくはｘが約０．５２である。

磁気記録層２を作製する際、同一組成の薄膜を形成した後、該薄膜の一部において合金の組成は変化させずに結晶構造を変化させることによって、強磁性部３と常磁性部４とに分けられる。このとき、具体的には、Ｌ１_０規則構造を有するＦｅＰｔ系合金の薄膜を形成した後、該薄膜の一部においてＬ１_０規則構造をＡ１不規則構造へと変化させ、結晶構造を変化させない部分が強磁性部３となり、Ａ１不規則構造へと変化させた部分が常磁性部４となる。磁気記録媒体１０を記録密度が高い磁気記録媒体とする観点からは、強磁性部３に含まれる合金の磁気異方性を高めることが好ましい。そのためには上記Ｌ１_０規則構造を有するＦｅＰｔ系合金の薄膜に高［００１］配向性と高Ｌ１_０規則度とを備えさせることが好ましい。すなわち、強磁性部３に含まれるＦｅＰｔ系合金を構成する結晶の（００１）面が、磁気記録層２の表面に対して平行であり、［００１］方向が、磁気記録層２の表面に対して垂直方向に向いていることが好ましい。上記のように高［００１］配向性と高Ｌ１_０規則度とを実現するためには、特定の金属酸化物を所定量添加することが好ましい。当該酸化物の種類や添加量については、磁気記録媒体１０の製造方法を説明する際に説明する。

これまでに説明したように、強磁性部３は高い磁気異方性を有する合金で構成される。したがって、磁気記録層２の記録密度を高めやすい。また、磁気記録層２は、組成が同一の薄膜を形成した後に該薄膜の一部にイオンを照射して結晶構造を変化させることによって作製できる。よって、微細なビットパターンの形成が容易であり、磁気記録層２の記録密度を高めやすい。また、磁気記録層２を作製する際には最終的に表面を研磨したり加熱したりする必要がない。したがって、上述した従来のトップダウン方式で製造される磁気記録媒体に比べて磁気記録媒体１０は容易に製造可能であり、製品品質および歩留まりを向上させやすくなるので、製造コストを下げることも容易である。

なお、図１及び図２には、基材層１及び磁気記録層２のみ示してその他の層を省略しているが、磁気記録媒体１０には通常の磁気記録媒体に備えられる他の層が備えられていてもよい。当該他の層としては、例えば、基材層１と磁気記録層２と間に備えられる下地層や、磁気記録層２上に形成される保護層や、磁気記録媒体１０の最表面に形成される潤滑剤層等が挙げられる。下地層は、例えば軟磁性を示すＮｉＦｅの薄膜によって構成することができる。保護層は、例えばＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）や水素化カーボン等の薄膜によって構成することができる。潤滑剤層は、例えばフルオロカーボン樹脂等の薄膜によって構成することができる。

これまでに説明した磁気記録媒体１０は、以下に説明するようにして製造することができる。図３は磁気記録媒体１０の製造方法Ｓ１０を説明するフロー図である。また、図４は磁気記録媒体１０の製造方法を説明する断面図である。

図３に示したように、製造方法Ｓ１０は成膜工程Ｓ１、マスク配置工程Ｓ２、イオン照射工程Ｓ３、及びマスク除去工程Ｓ４を有している。以下、これらの工程について説明する。

成膜工程Ｓ１は、図４（Ａ）に示したように、基材層１に用いる基板を用意し、該基板上に磁気記録層２の前駆体となる前駆体層２’を成膜する工程である。前駆体層２’は、Ｌ１_０規則構造を有するとともに組成が上記（１）式又は（２）式で表わされ、且つ飽和磁化が０．３７［Ｗｂ／ｍ^２］以上１．３８［Ｗｂ／ｍ^２］以下の強磁性を有する合金を含む薄膜である。後のイオン照射工程Ｓ３において、前駆体層２’のうちイオンが照射された部分は常磁性部４となり、イオンが照射されなかった部分は強磁性部３となる。よって、前駆体層２’は、強磁性部３に適した材料で構成される。例えば、前駆体層２’は、高［００１］配向性と高Ｌ１_０規則度とを備えた合金を含むことが好ましい。すなわち、前駆体層２’に含まれる合金を構成する結晶の（００１）面が、前駆体層２’の表面に対して平行であり、［００１］方向が、前駆体層２’の表面に対して垂直方向に向いていることが好ましい。ＦｅＰｔ系合金の薄膜において高［００１］配向性と高Ｌ１_０規則度とを備えさせるためには、ＦｅＰｔ系合金に特定の金属酸化物を所定量添加して成膜した後、加熱処理を施すことが好ましい。すなわち、成膜工程Ｓ１は、基材層１上にＦｅＰｔ系合金と、後に説明する金属酸化物とを含有した薄膜を成膜した後、該薄膜を加熱する工程とすることが好ましい。

ＦｅＰｔ系合金と金属酸化物とを含有した前駆体層２’を基材層１上に形成する方法は特に限定されない。例えば、ＦｅＰｔ系合金を構成する金属及び金属酸化物をそれぞれターゲットとして同時スパッタリング成膜する方法が考えられる。ＦｅＰｔ系合金を構成する金属にかえてＦｅＰｔ系合金をターゲットとしてスパッタリング成膜することもできる。あらかじめＦｅＰｔ系合金に金属酸化物を混合した材料をターゲットとしてスパッタリング成膜してもよい。なお、ＦｅＰｔ系合金をターゲットとしてスパッタリング成膜する場合は、ＦｅＰｔ系合金の組成比を固定することが容易である。

成膜工程Ｓ１で得られる前駆体層２’中の（Ｆｅ_１−ｘＭ^１ _ｘ）とＰｔとの含有比率、又は、Ｆｅと（Ｐｔ_１−ｙＭ^２ _ｙ）との含有比率は、４０〜６０：６０〜４０程度であることが好ましい。当該含有比率を上記範囲とすることによって、ＦｅＰｔ系合金のＬ１_０規則度を高めやすくなる。

本発明者らは、ＦｅＰｔ系合金に特定の金属酸化物を添加するとともに急速加熱することによって、高［００１］配向性と高Ｌ１_０規則度とを有する薄膜が得られることを見出している。室温でスパッタ成膜したＦｅＰｔ系合金の膜は、ｆｃｃ微細結晶の集合体である。このＦｅＰｔ系合金膜を数百℃に加熱すると、該膜が再結晶化し、粒成長を起こす。ｆｃｃ相は準安定相であり、Ｌ１_０相は熱平衡相であるため、原子拡散が十分に起これば、この再結晶化過程において、ｆｃｃ相からＬ１_０相に変態する。さらに再結晶化過程において、微結晶粒子間に膜面内方向に引っ張り応力が作用すると、歪みを緩和するために、Ｌ１_０相は膜面垂直方向に［００１］配向する。この引っ張り応力は時間の経過とともに次第に緩和されるが、急速加熱熱処理によって引っ張り応力が緩和しない間に再結晶化プロセスを進行させれば、高［００１］配向性と高Ｌ１_０規則度とを有するＦｅＰｔ系合金薄膜を形成できる。

ところで、金属酸化物をスパッタ成膜すると、スパッタによって乖離した金属原子、酸素原子、酸化物分子が基板上に飛来する。このとき、基板を室温として金属酸化物とＦｅＰｔ系合金とを同時にスパッタで成膜すれば、形成された薄膜は金属原子、酸素原子、金属酸化物分子、及びＦｅＰｔ系合金の混合物になる。この薄膜を加熱すると、金属原子は母相のＦｅＰｔ系合金中を移動し、酸素原子と再結合して酸化物を形成する。もしもスパッタ時に添加された金属原子の拡散係数が低温で十分大きければ、低温でも該金属原子はＦｅＰｔ系合金中を移動しやすくなるため、低温で再結晶化過程が誘起される。また、再結合した酸化物は、上述したように、加熱時の薄膜の結晶成長過程を制御することによって高［００１］配向性を有する膜の形成を促進する。しかしながら、添加する金属原子の酸化物生成自由エネルギーがＦｅの酸化物生成自由エネルギーよりも高ければ、Ｆｅ酸化物が形成され、添加した金属原子がＦｅＰｔ系合金中に固溶もしくは粒界析出する。そのため、Ｌ１_０構造を有するＦｅＰｔ系合金の特性が劣化する。一方、酸化物生成自由エネルギーが低く、酸化物の安定性が高すぎると、スパッタ時の金属原子の乖離が十分に起こらず、拡散を促進することができない。このような観点から、添加する金属酸化物を構成する金属は、室温での酸化物生成自由エネルギーΔＧ_ｆ°が−８５０ｋＪ/ｍｏｌ以上、−５００ｋＪ/ｍｏｌ以下であることが好ましい。

上記酸化物生成自由エネルギーの範囲を満足する金属酸化物としては、ＳｉＯ_２、ＺｎＯ、Ｎａ_２Ｏ等を挙げられる。なお、これらの酸化物の中で使いやすさや安全性の観点からは、ＳｉＯ_２、ＺｎＯが好ましい。

また、本発明に用いることができる所定の金属酸化物を構成する金属は、１００℃以上５００℃以下の融点を持つ金属であることが好ましい。磁気記録媒体としての実用化を考慮すれば、１００℃以上５００℃以下程度の低温度でＬ１_０規則化を進行させるとともに、高［００１］配向性を達成することが望ましいからである。合金の拡散係数は、該合金を構成する元素の拡散係数の和によって与えられるが、最も大きな拡散係数を持つ元素が拡散過程を支配する。金属元素の拡散係数は、概ね融点で概算することができる。Ｆｅ、Ｐｔの融点は１５００℃以上であり、室温近傍での拡散係数は低い。したがって、１００℃以上５００℃以下程度の温度で拡散を起こすためには、１００℃以上５００℃以下の融点を持つ物質を添加することが必要である。

ＳｉＯ_２、ＺｎＯ及びＮａ_２Ｏのうち、上記融点の範囲を満足する金属酸化物としては、ＺｎＯが挙げられる。

金属酸化物の添加量は、ＦｅＰｔ系合金と添加する金属酸化物の合計量に対して、２．５体積％以上１２．５体積％以下であることが好ましい。金属酸化物の添加量が少なすぎても多すぎても、加熱処理した後に得られるＦｅＰｔ系合金の［００１］配向性が低く、磁気異方性が劣る傾向にある。

上記のようにして成膜した後、加熱処理を行う。加熱処理を行うことによって、前駆体層２’に高［００１］配向性、および高Ｌ１_０規則度を備えさせることができる。当該加熱処理における昇温速度は３０℃／秒以上であることが好ましく、１００℃／秒以上であることがより好ましい。昇温速度を速くすると、ＦｅＰｔ系合金が高［００１］配向性、および高Ｌ１_０規則度を有するようになり、磁気異方性が向上する。また、加熱温度は、４００℃以上５００℃以下であることが好ましい。この温度が低すぎればＦｅＰｔ系合金の［００１］配向性が低下する傾向にあり、高すぎれば生産性の観点から好ましくない。

次にマスク配置工程Ｓ２について説明する。マスク配置工程Ｓ２は、図４（Ｂ）に示したように、後のイオン照射工程Ｓ３において、イオンが照射される部分、すなわち常磁性部４とされる部分以外にイオンが照射されないように、マスク５を配置する工程である。マスク５を構成する材料は、イオン照射工程Ｓ３において照射するイオンを透過させず、且つイオン照射工程Ｓ３の環境に耐えうるものであれば特に限定されない。マスク５を構成する材料の具体例としては、ＺＥＰ５２０Ａ（日本ゼオン株式会社製、電子ビーム用レジスト）やナノインプリント用の樹脂等の有機物が挙げられる。

次にイオン照射工程Ｓ３について説明する。イオン照射工程Ｓ３は、成膜工程Ｓ１で形成した前駆体層２’に任意のイオンを照射する工程である。本発明者らは、これまでの研究によって数ｋｅＶに加速された任意のイオンを、Ｌ１_０規則構造を有する薄膜に対して０．１０〜１．０ａｔ％程度照射することで、Ａ１不規則構造へと変態させることが可能であることを知見した（非特許文献５、６参照。）。また、本発明者らは、上述したように、所定のＦｅＰｔ系合金では結晶構造を変化させることによって飽和磁化が大幅に変化することを知見した。イオン照射工程Ｓ３において前駆体層２’の一部にイオンを照射することによって、イオンが照射された部分はＬ１_０規則構造からＡ１不規則構造となり、常磁性部４となる。一方、前駆体層２’のうちイオンが照射されなかったマスク５の下部はＬ１_０規則構造を維持して強磁性を維持し、強磁性部３となる。

イオン照射工程Ｓ３で用いるイオンは前駆体層２’を構成する合金の結晶構造をＬ１_０規則構造からＡ１不規則構造へと変態させることができる一定以上のエネルギーを有していれば良く、イオン種は特に限定されない。イオンの照射量は、前駆体層２’のうちイオンが照射される部分、すなわち常磁性部４となる部分の０．１０ａｔ％以上２．０ａｔ％以下であることが好ましい。０．１０ａｔ％以上とすることによって、Ｌ１_０規則構造をＡ１不規則構造へと変態させやすくなり、２．０ａｔ％以下とすることによって、膜表面に大きな凹凸が形成されることを抑制できる。また、照射するイオン種の具体例としては、Ｍｎ、Ｂ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｐｔ等のイオンが挙げられる。ただし、前駆体層２’を構成する合金の組成が（Ｆｅ_１−ｘＭｎ_ｘ）Ｐｔの場合、照射するイオン種としてはＭｎイオンを用いることが好ましい。Ｍｎイオンを用いることによって、常磁性部４のＭｎイオンの濃度を上昇させて飽和磁化を減少させやすくなる。

イオン照射工程Ｓ３で照射するイオンの量は少量であるため、イオン照射工程Ｓ３でのイオン照射によって磁気記録層２の表面に凹凸ができたとしても、その大きさは磁気記録媒体として用いる際に無視できる程度のものである。

次にマスク除去工程Ｓ４について説明する。マスク除去工程Ｓ４は、マスク配置工程Ｓ２で配置したマスク５を除去する工程である。マスク５を除去する方法は、マスク５を構成する材料等に応じて適宜選択可能である。例えば、９０℃以上に保持した有機物（ジメチルスルホキシド）中で超音波洗浄を行う方法などがある。マスク除去工程Ｓ４においてマスク５を除去することによって、図４（Ｄ）に示したように、磁気記録媒体１０を得ることができる。

なお、上述したように磁気記録媒体１０は従来の磁気記録媒体と同様に基材層１及び磁気記録層２以外にさらに他の層を備えていてもよい。磁気記録媒体１０がこのような他の層を有する場合は、製造方法Ｓ１０がこれらの他の層を形成する工程をさらに有することは言うまでもない。これらの他の層を形成する方法は特に限定されず、従来の磁気記録媒体の製造方法と同様に行うことができ、例えばプラズマ気相成長法等で成膜することができる。

これまでの説明では、本発明がＢＰＭに適用される形態を例示して説明したが、本発明は所定の規則に従って配列された強磁性部及び常磁性部を備えた磁気記録層を有する磁気記録媒体、およびその製造方法に適用可能である。すなわち、本発明はＤＴＭにも適用可能である。

上述した本発明の磁気記録媒体は、該磁気記録媒体を回転させる回転軸及びモーターや磁気記録層に対して情報を記録する、及び／又は磁気記録層から情報を読み出す、磁気ヘッド等、公知の磁気記録装置に備えられる部品と組み合わせて磁気記録装置とすることができる。

以下に、実施例にて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。なお、ここで用いる「％」は、特に断らない限り、磁気記録層（薄膜）全体に対する体積％を意味する。

合金膜作製用マグネトロンスパッタ装置（ＳＰＭ−４０６）を用い、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｍｎ及びＳｉＯ_２をそれぞれターゲットとして、熱酸化Ｓｉ基板（Ｓｉ基板の表面がＳｉＯ_２の酸化膜で覆われている基板）上に、（Ｆｅ_１−ｘＭｎ_ｘ）Ｐｔ合金にＳｉＯ_２が１０ｖｏｌ％添加された、Ａ１不規則構造を有する（Ｆｅ_１−ｘＭｎ_ｘ）Ｐｔ合金の薄膜を成膜した。成膜条件は、０．５ＰａのＡｒガス下、且つ室温であった。

次に、上記と同様にしてＡ１不規則構造を有する（Ｆｅ_１−ｘＭｎ_ｘ）Ｐｔ合金の薄膜を用意し、高速真空熱処理装置（ＲＴＡ）を用いて、真空中で上記薄膜に熱処理を施した。熱処理条件は、昇温速度が１００℃／秒、到達温度が７００℃、到達温度での保持時間が１０分間であった。その後、真空中で自然冷却することによって、Ｌ１_０規則構造を有する（Ｆｅ_１−ｘＭｎ_ｘ）Ｐｔ合金の薄膜を得た。当該薄膜の膜厚は６．１２ｎｍであった。

上記のようにして作製したＡ１不規則構造を有する（Ｆｅ_１−ｘＭｎ_ｘ）Ｐｔ合金の薄膜、及び、Ｌ１_０規則構造を有する（Ｆｅ_１−ｘＭｎ_ｘ）Ｐｔ合金の薄膜について、ｘの値と飽和磁化との関係を図７に示した。図７に示したように、ｘ＝０．５２の場合において、飽和磁化が結晶構造に依存して大きく異なっていることがわかる。この特性を利用し、ＢＰＭを製造した。詳しくは以下の通りである。

上述したようにして（Ｆｅ_０．４８Ｍｎ_０．５２）Ｐｔ合金薄膜を作製し、該薄膜上に微細加工マスクを配置して、３０ｋｅＶに加速されたＧａイオンを上記薄膜に０．１ａｔ％照射してビットパターンを転写した。このとき、マスクで覆われた領域はＬ１_０強磁性相を保持し、マスクで覆われていない領域はイオンが照射されてＡ１常磁性相へと変態した。その後、マスクを除去して、ＢＰＭを完成させた。

このように本発明によれば、記録密度を高めることが容易な磁気記録媒体を容易に製造することができた。

１基材層
２磁気記録層
２’ 前駆体層
３強磁性部
４常磁性部
５マスク
１０磁気記録媒体

Claims

基材層、及び該基材層上に形成された磁気記録層を有し、
前記磁気記録層は所定の規則に従って配列された強磁性部及び常磁性部を備えており、
前記強磁性部は、下記（１）式で表され、Ｌ１_０規則構造を有し、強磁性を有する合金を含んでおり、
前記常磁性部は、下記（１）式で表され、Ａ１不規則構造を有し、常磁性を有する合金を含んでおり、
前記強磁性部に含まれる前記合金、及び前記常磁性部に含まれる前記合金は、組成が略同一である、磁気記録媒体。
（Ｆｅ_１−ｘＭｎ_ｘ）Ｐｔ（１）
（ただし、上記（１）式において、０．３＜ｘ＜０．５４である。）
前記磁気記録層が金属酸化物を含む、請求項１に記載の磁気記録媒体。
前記強磁性部に含まれる前記合金を構成する結晶の（００１）面が、前記磁気記録層の表面に対して平行であり、［００１］方向が、前記磁気記録層の表面に対して垂直方向に向いている、請求項１又は２に記載の磁気記録媒体。
基材層、及び該基材層上に形成された磁気記録層を有し、該磁気記録層が、所定の規則に従って配列された強磁性部及び常磁性部を備えた磁気記録媒体の製造方法であって、
前記基材層上に、Ｌ１_０規則構造を有するとともに組成が下記（１）式で表わされ、且つ強磁性を有する合金を含む薄膜を形成する、薄膜形成工程と、
前記薄膜の一部に任意のイオンを照射することによって、前記Ｌ１_０規則構造をＡ１不規則構造へと変態させるイオン照射工程と、を有し、
前記薄膜形成工程で形成された薄膜のうち、前記イオン照射工程でイオンを照射された部分が前記常磁性部となり、前記イオンを照射されない部分が前記強磁性部となる、磁気記録媒体の製造方法。
（Ｆｅ_１−ｘＭｎ_ｘ）Ｐｔ（１）
（ただし、上記（１）式において、０．３＜ｘ＜０．５４である。）
前記イオン照射工程において用いる前記イオンがＭｎイオンであり、該Ｍｎイオンの照射量が前記常磁性部となる部分の０．１０ａｔ％以上２．０ａｔ％以下である、請求項４に記載の磁気記録媒体の製造方法。
前記薄膜形成工程が、前記（１）式で表される組成の合金と、金属酸化物と、を含む薄膜を形成した後、該薄膜を加熱する工程を含む、請求項４又は５に記載の磁気記録媒体の製造方法。
請求項１乃至３のいずれかに記載された磁気記録媒体と、該磁気記録媒体を回転させる回転軸及びモーターと、前記磁気記録層に対して情報を記録する、及び／又は前記磁気記録層から情報を読み出す、磁気ヘッドと、を備える、磁気記録装置。