垂直磁気記録媒体，その製造方法，及び磁気記録再生方法
【課題】ビットパターンを高密度に集積した場合にも，熱安定性と記録性に優れ，ビットパターンのトラック周期よりも広い記録素子及び再生素子の磁気ヘッドを用いることができるようにする。
【解決手段】円錐台状の記録ビットの下層に垂直磁気異方性の大きい熱安定層を，上層に飽和磁束密度の大きい高出力層を備える。外周部は高出力層を除去して熱安定性を向上した熱安定性領域２２とし，中心部は再生領域２１とする。また，外周部と中心部の間に垂直磁気異方性と飽和磁束密度を小さくした反転制御領域２３を設ける。
【解決手段】円錐台状の記録ビットの下層に垂直磁気異方性の大きい熱安定層を，上層に飽和磁束密度の大きい高出力層を備える。外周部は高出力層を除去して熱安定性を向上した熱安定性領域２２とし，中心部は再生領域２１とする。また，外周部と中心部の間に垂直磁気異方性と飽和磁束密度を小さくした反転制御領域２３を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，垂直磁気記録媒体及びその製造方法に係り，特に記録部にビットパターン構造を有する垂直磁気記録媒体とその製造方法，及びその垂直磁気記録媒体を用いた磁気記録方法及び磁気再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年，磁気ディスク装置（ＨＤＤ）を中心とした磁気記録装置は情報化社会の発展に伴い記録密度の向上が強く求められている。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代わり，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，膜面垂直に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り，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，高記録密度で磁化が安定する特徴がある。従来の垂直磁気記録媒体に関しては，例えば特許文献１〜２に開示されている。
【０００３】
そして，更なる高密度化のためには，記録ビット１つ１つとその間の磁化遷移領域をさらに小さくする必要がある。しかし，一般的に記録ビットの安定性は，Ｋｕ・Ｖ／ｋＴ（Ｋｕは磁気異方性定数，Ｖは磁化反転最小単位（磁気クラスタ）の体積，ｋはボルツマン定数，Ｔは絶対温度）が小さいほど不安定で，Ｋｕ・Ｖ／ｋＴが１００程度ないと熱揺らぎにより磁化が反転し記録情報が失われてしまう。従来の垂直磁気記録媒体は，磁性材料の周りに非磁性材料を析出させた所謂グラニュラー構造を持った薄膜を用いて微小な磁気クラスタを作成している。そして，この磁気クラスタ数個から数百個が１つの記録ビットとなっている。熱安定性を向上するには，磁気クラスタ数を減らして，体積Ｖを大きくすればよいが，１つの記録ビットを担うクラスタ数が減ると，記録ビットの界面（磁化遷移領域）のラフネスが１つ１つの磁気クラスタの形状の影響により大きくなり，再生信号のＳ／Ｎ劣化を招いてしまう。
【０００４】
そこで，更なる高密度化には，遷移領域そのものを無くし，記録ビット１つ１つを物理的に孤立させ，記録ビット１つが磁気クラスタ１つで構成されるようにすることで熱安定性を向上するビットパターン媒体が考えられている。ビットパターン媒体は，微細加工などにより記録層を記録ビット単位に孤立化し，記録ビット間を磁化の存在しないガードバンド領域とした媒体である。磁気クラスタと記録ビットを１対１とし，磁化遷移領域をなくし，高密度化により小さくて間隔を狭めた記録ビットでも，熱安定性に優れ，記録ビットの界面形状やラフネス，位置の分散を小さくすることで，良好なＳ／Ｎが期待できる。ビットパターン媒体に関しては，例えば特許文献３，４に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１３５１３８号公報
【特許文献２】特開２０１０−６７３３５号公報
【特許文献３】特開２００９−１２９５０１号公報
【特許文献４】特開２００４−１６４６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の通り熱安定性の向上が期待できるビットパターン媒体でも，１つのビットの体積Ｖは大きいほど安定で出力も大きく性能が向上する。つまり，記録ビット間のガードバンド領域を小さくし，記録ビットを詰め込むことが重要である。
【０００７】
まず，集積度の高いビットパターン媒体を作製する場合のビットの形状と配列を考える。媒体表面から見たビットの形状を円形にして六方最密構造にすることが望ましい。よく知られているビットパターン媒体の作製では，リソグラフィー技術やインプリント技術などにより作られたレジストパターンを用いて，エッチングやイオン注入などにより磁性膜の物理的加工を行う。このため，半導体の微細加工と同様に加工の微細化限界は，加工される溝の幅によるところが大きい。可能な限り小さいビットを高密度に間隔をあけて，できるだけ集積するには，ビットの平面上から見た縦横比を１にすることが適当である。また，微細化するほどパターンのエッジの丸まりが顕在化する。このためビットの平面上から見た形状は，正方形や長方形といった角のある形状より，真円形や楕円形などの角のない形状にするのが適している。その結果，最も高密度に記録ビットを配列する容易な方法は，円形のパターンを六方最密構造に配列することになる。
【０００８】
しかし，一般的に円板形状をしたＨＤＤの記録媒体のデータの並び方は記録ビットが１つの円弧の中に複数並んでトラックを形成し，複数のトラックが同心円状に配列している。ＨＤＤ装置は，記録媒体を高速回転し，その上を記録素子と再生素子を備える磁気ヘッドが浮上して１つのトラックを円周方向（トラック方向）に順次記録又は再生することと，磁気ヘッドを円板の径方向（クロストラック方向）に移動して別のトラックに移動することにより，記録媒体片面を１つの磁気ヘッドで記録再生することを可能にしている。ダウントラック方向の記録ビット幅の低減は，記録媒体の磁気クラスタサイズの微小化や記録再生素子の高周波ノイズの低減などにより達成されるのに対し，クロストラック方向のビット幅の限界は記録素子，再生素子の物理的幅の微細化によるため，小さくすることが困難となっている。また，媒体の記録ビットと磁気ヘッドの位置合わせは，トラック方向が媒体の回転に同期した信号を用いた信号処理を利用するのに対して，クロストラック方向は，媒体内の位置情報信号（サーボ信号）を用いて磁気ヘッドが取りつけられたアームを機械的に移動して行っているため，位置合わせ精度がトラック方向より低い。このため，一般的なＨＤＤの媒体の記録ビットの形状は，クロストラック方向の長さがトラック方向より長くなっている。つまり，ビットパターン媒体では，円形の記録ビットを六方最密構造のように高密度に配列すると，磁気ヘッドを用いて記録再生するのが困難になる。
【０００９】
そこで，特許文献４などに記録ビットを円弧に並べてトラックを形成し，隣のトラックのビットはダウントラック方向に半ビット分ずれて並んだ構造が提案されている。この形は，図１に示すように記録ビットが媒体に比べて十分に小さく，トラックが直線で平行に並んでいると考えると，六方最密構造に近い形になる。ところで，磁気ヘッドの素子幅はヘッドが位置ずれを起こさない理想的な記録再生を考えた場合でも，両隣のトラックのビット間の幅Ｗ２より小さくなければ，記録素子は隣のトラックのビットを反転させてしまうことになる。また，再生素子の幅も，Ｗ２より広いと隣接トラックの信号を検出し，Ｓ／Ｎが劣化することになる。実際には，ヘッドの位置ずれによる影響を考えなければならず，幅Ｗ２よりさらに狭い素子が必要となる。記録ビットの熱安定性と信号出力を強くするために記録ビットの直径Ｗ１を大きくしガードバンド領域を小さくすると，素子幅Ｗ２が小さくなり，記録ヘッドの記録磁束密度も，再生素子の検出感度も低下するジレンマとなる。
【００１０】
一方，熱安定性に優れる媒体の提供方法として，体積Ｖではなく磁気異方性Ｋｕの大きな媒体を作製する方法も考えられる。しかし，Ｋｕの大きな媒体では反転に必要な記録素子からの磁束密度が大きくなってしまう。特許文献２及び３には，記録ビットの外周部にＫｕの小さい軟磁性材料を形成する方法が提案されている。しかし，隣接ビットに最も近い外周部は，隣接ビットからの漏洩磁束（反磁界）の影響を強く受ける。この部分に，Ｋｕの小さい領域を作ると，周囲のビットが同じ方向に磁化している場合，反磁界により磁化が反対を向く力が大きくなり，安定性が低下する。また，特許文献１には，逆に隣接トラックと接近する外周部の強磁性材料の組成比を中心部より大きくし，磁化反転しにくくすることで，隣のトラックを記録する際に記録素子から漏れる磁束による磁化反転（サイドイレーズ）を防ぐ方法が提案されている。しかし，外周部の磁束密度を大きくすると外周部の磁気モーメントが中心部より大きくなり，再生素子から見た場合，外周部から強い磁束が検出されるため，再生時に隣のトラックの外周部からの信号（クロストーク）が大きくなってしまう。これらの問題は，記録ビットの直径Ｗ１を大きくするほど顕在化する。
【００１１】
本発明は，両隣のトラックのビット間の幅Ｗ２より広い素子幅のヘッドを用いて記録再生できるビットパターン媒体及びその関連技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による垂直磁気記録媒体は，平坦な非磁性基板上に垂直磁気記録層が形成されている磁気記録媒体であり，垂直磁気記録層は記録ビット単位に分離され，記録ビットの列が隣の列とは１／２ビット分の間隔だけずらして同心円状に配列されており，記録ビットは，第１の磁性層の上に第２の磁性層が積層された積層構造を有し，底面の面積より上面の面積が小さい先細り形状を有し，記録ビットの最外周部は第１の磁性層からなり，中心部は第１の磁性層と第２の磁性層を有し，最外周部と中心部の間に反転制御領域が設けられ，第２の磁性層の飽和磁束密度をＭｓａ，垂直磁気異方性をＫｕａとし，第１の磁性層の飽和磁束密度をＭｓｂ，垂直磁気異方性をＫｕｂとし，反転制御領域の飽和磁束密度をＭｓｃ，垂直磁気異方性をＫｕｃとするとき，次の関係を満たすものである。
Ｍｓａ＞Ｍｓｂ，Ｋｕａ＜Ｋｕｂ，Ｍｓｃ＜Ｍｓａ，Ｋｕｃ＜Ｋｕａ
【００１３】
また，本発明は，記録ビット単位に分離された磁気記録層を有し，記録ビットの列が隣の列とは１／２ビット分の間隔だけずらして同心円状に配列されている上記垂直磁気記録媒体の製造方法を提供する。すなわち，本発明の製造方法は，平坦な非磁性基板上に第１の飽和磁束密度及び第１の垂直磁気異方性を有する第１の磁性層を形成する工程と，第１の磁性層の上に第１の飽和磁束密度より大きな第２の飽和磁束密度及び第１の垂直磁気異方性より小さな第２の垂直磁気異方性を有する第２の磁性層を形成する工程と，第２の磁性層の上に，ダウントラック方向のビット間の溝幅を他の部分の溝幅より狭くしたビットパターンマスクを形成する工程と，マスクを用いて第２の磁性層にイオン注入し，マスクの下方に一部入り込んだイオン注入部を形成する工程と，サイドエッチング効果の大きいエッチングにより第２の磁性層をエッチングし，ダウントラック方向のビット間以外の部分に形成されたイオン注入部を除去する工程と，直進性のよいエッチングにより，ダウントラック方向のビット間に形成されたイオン注入部のうちマスクの下方に位置する部分を残留させて第２の磁性層をエッチングする工程とを有するものである。
【００１４】
更に，本発明は，記録ビット単位に分離された磁気記録層を有し，記録ビットの列が隣の列とは１／２ビット分の間隔だけずらして同心円状に配列されており，記録ビットは，第１の磁性層の上に第２の磁性層が積層された積層構造を有し，底面の面積より上面の面積が小さい先細り形状を有し，記録ビットの最外周部は第１の磁性層からなり，中心部は第１の磁性層と第２の磁性層を有し，最外周部と中心部の間に反転制御領域が磁気ヘッドの流入側と流出側の２か所あるいは磁気ヘッドの流出側の１か所に設けられ，第２の磁性層の飽和磁束密度をＭｓａ，垂直磁気異方性をＫｕａとし，第１の磁性層の飽和磁束密度をＭｓｂ，垂直磁気異方性をＫｕｂとし，反転制御領域の飽和磁束密度をＭｓｃ，垂直磁気異方性をＫｕｃとするとき，次の関係
Ｍｓａ＞Ｍｓｂ，Ｋｕａ＜Ｋｕｂ，Ｍｓｃ＜Ｍｓａ，Ｋｕｃ＜Ｋｕａ
を満たす垂直磁気記録媒体に対して，同心円状に配列された２列の記録ビット列を跨ぐ素子幅を有する磁気ヘッドを用いて情報を記録・再生する方法を提供する。
【００１５】
記録に際しては，磁気ヘッドを２列の記録ビット列の中心に位置制御し，磁気ヘッドが記録ビットの流出側の反転制御領域を通過するときに当該記録ビットに記録するようにして，２列の記録ビット列に対して交互に記録を行う。
【００１６】
また，再生に際しては，磁気ヘッドを２列の記録ビット列の中心に位置制御し，磁気ヘッドが記録ビットの中心部を通過するときに当該記録ビットの情報を読み取るようにして，２列の記録ビット列に対して交互に読み取りを行う。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のビットパターン媒体は，熱安定性に優れ，かつ隣のビットからの漏洩磁束による影響が小さい。記録時には，反転に必要な磁束密度が小さく，かつ隣のトラックを記録する漏洩磁束による反転が抑制される。再生時には，ビット中心部からの出力が高く，隣接ビットからのノイズが小さい。
【００１８】
上記した以外の，課題，構成及び効果は，以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】記録ビットの配置及び用いることができる記録再生ヘッド幅を示した図である。
【図２】本発明による垂直磁気記録媒体に設けられた記録ビット内の再生領域，熱安定領域，反転制御領域の一例を示した図である。
【図３】記録ビットの表面構造と断面構造の例を示した図である。
【図４】本発明による垂直磁気記録媒体の製造方法の例を示す工程図である。
【図５】製造途中の垂直磁気記録媒体の平面模式図である。
【図６】サンプル媒体に形成された記録ビットの平面模式図と断面模式図である。
【図７】イオン注入を行う工程の一例を示した概略図である。
【図８】４種類のサンプル媒体について，記録再生ヘッド幅とエラー率の関係を示した図である。
【図９】２列の記録ビットを交互に記録再生する場合の再生信号と記録ヘッドへの入力信号を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下，本発明の実施形態を説明する。
本発明では，記録ビットを媒体表面から見て円形又は楕円形の形状とし，同心円状に配列する。クロストラック方向の隣の列の記録ビットの中心位置は，ダウントラック方向の記録ビット間隔の１／２分の長さだけダウントラック方向にずらして配置されている。
【００２１】
記録ビット群の表面から見た模式図を図２に，記録ビット１つの三面図を図３に示す。記録ビットは媒体表面から見て３種類の領域を持ち，記録ビットの磁気特性は，その３種類の領域でそれぞれ異なる。記録ビットの中心部は再生時に最も出力が出る再生領域２１で，記録層の膜厚方向の平均としての飽和磁束密度Ｍｓ１，垂直磁気異方性Ｋｕ１と膜厚ｔ１を有する。これに対して，外周部は熱安定領域２２で，熱安定性向上に効果があり，隣接ビットからの磁気的な影響が小さく再生出力も小さい領域である。熱安定領域２２は，記録層の膜厚方向の平均としての飽和磁束密度Ｍｓ２，垂直磁気異方性Ｋｕ２と膜厚ｔ２を有する。反転制御領域２３は，記録素子からの漏洩磁界に反応して磁化反転のきっかけを作る領域である。反転制御領域２３は，中心部の再生領域２１と外周部の熱安定領域２２の境界の全部又は一部に設けられ，表層近傍に飽和磁束密度Ｍｓ３，垂直磁気異方性Ｋｕ３の領域を有し，記録ビット底面からの膜厚はｔ３である。再生領域２１，熱安定領域２２，反転制御領域２３の磁気特性は，Ｍｓ１＞Ｍｓ２かつＭｓ１＞Ｍｓ３，Ｋｕ２＞Ｋｕ１＞Ｋｕ３の関係を有する。また，熱安定領域２２は，膜厚ｔ２が，ｔ１＞ｔ２となるようにビット側壁の斜面をなしている領域である。反転制御領域２３は，膜厚ｔ３が，ｔ１≧ｔ３となる斜面と平坦な中心部の境界近傍に位置する。
【００２２】
再生領域２１，熱安定領域２２，反転制御領域２３の保磁力をそれぞれＨｃ１，Ｈｃ２，Ｈｃ３とするとき，記録ビットから各領域を切り出して磁気特性を評価すると，Ｈｃ２＞Ｈｃ１＞Ｈｃ３の関係を有する。このように記録ビットの磁気特性を制御することにより，漏洩磁束密度は中心部が一番大きくなり，信号強度も大きくなる。一方，外周部は記録ビットの熱安定性に寄与するが，漏洩磁束が少ない。このため隣接ビット間の相関を，特にガードバンドが狭い場合に小さくすることができるので，充填率の高い記録ビットを形成することができる。反転制御領域２３は，記録ヘッドからの磁界強度が大きい表層部分の磁気異方性を中心部より小さくし，この部分を他の領域より外部磁界によって反転しやすくする。また，反転制御領域２３の垂直磁気異方性Ｋｕのみを記録素子の漏洩磁束で磁化反転できるように小さくすることにより，記録ビット全体のＫｕを大きく保つことができ，記録ビットの熱安定性が向上できる。
【００２３】
さらに，図２に示すように反転制御領域２３をビットの外周部に設けないことにより，隣のビットを記録するときの漏洩磁束による影響を，より小さくすることができる。より詳しく述べると，反転制御領域２３は，再生領域２１の中心部と熱安定領域２２の外周部の間のうち，トラック方向の境界に設け，クロストラック方向には設けないのが好ましい。つまり，反転制御領域２３はクロストラック方向に垂直なビット中心線近傍にまたがるように形成し，トラック方向に垂直なビット中心線上には設けない。こうすることで，隣接トラックから離れた位置に反転制御領域２３を制限することができ，トラックを記録するときに記録素子から隣のトラックの反転制御領域２３を遠ざけることができる。従って，図２に示すように，隣接トラックのビットの反転制御領域２３に跨らない幅Ｗ５程度の幅の広い記録素子を用いることができる。この様にクロストラック方向のビット中心近傍に反転制御領域２３を制限する場合，磁気ヘッドが流入する側と流出する側の２か所に反転制御領域２３が形成される。しかし，ビットは記録ヘッドが流出する際の漏洩磁束により記録され，それ以前のヘッドからの漏洩磁束の向きには依存しない。すなわち，記録にはヘッド流出側の反転制御領域のみが利用されるため，反転制御領域は，流入，流出両側にあっても，流出側一方のみにあってもよい。
【００２４】
本発明の磁気記録媒体は，各記録ビットが，膜厚方向に切り取ったとき，３種類の磁気特性を示す領域を有する。中心部の再生領域である再生領域２１は，大きい飽和磁束密度と厚い膜厚により，再生信号出力を大きくすることができる。ビットの中心部の出力を大きくすることにより，ビットの外周部からの漏洩磁束が原因のノイズを低減することができる。ビット中心部の出力が大きくなり，隣接トラックのビットからのノイズが小さくなるので，幅の広い再生ヘッドを用いることができる。外周部の熱安定領域２２は，高い垂直磁気異方性によりビットの熱安定性に寄与する。また，外周部は隣のビットとの相互作用が大きいので，高い垂直磁気異方性と中心部より小さい飽和磁束密度と薄い膜厚により，隣のビット間の漏洩磁場による影響を小さくすることができる。また，熱安定領域２２を形成することにより隣の記録ビットとの隙間を狭くすることができ，同じ集積密度でビットの体積をより大きくできるため，熱安定性の向上が達成される。また，反転制御領域２３は，表層部の垂直磁気異方性を小さくすることにより，反転制御領域２３に印加された記録ヘッドからの漏洩磁場によって記録ビットが反転されるようにすることができる。反転制御領域２３を設けることにより，再生領域２１と熱安定領域２２を記録ヘッドの漏洩磁場では反転できないほど垂直磁気異方性を大きくすることができ，熱安定性が向上する。さらに，隣接トラックを記録する際に記録ヘッドが熱安定領域２２上にあっても，反転制御領域２３上になければサイドイレーズされることがないので，より幅広い記録ヘッドを用いることができる。
【００２５】
記録時に記録ヘッドが在るべき位置の条件は，記録ヘッドの一部が記録するビットのヘッド流出側の反転制御領域２３上にあり，かつ隣接ビットの反転制御領域２３上に位置しないことである。また，再生時に再生ヘッドが在るべき位置の条件は，記録ビット中央の再生領域２１上にあり，隣接ビットの再生領域２１上に位置しないことである。つまり，記録ヘッド及び再生ヘッドが隣接ビットの熱安定領域２２上に干渉しても記録再生を行えることとなる。また，記録位置，再生位置がビットの一部分になるため，ヘッドからはビットがあたかも小さくなったかのように見える。これらのことから，ヘッドの位置合わせ精度が低くてもよいことになる。媒体の実際に作成した記録ビットの位置が，設計値とずれても隣のビットの記録・再生の影響を受けにくくなるとともに，ヘッドの位置がずれても隣のビットを記録再生する危険が低減し，信頼性が向上する。
【００２６】
さらに，記録ビットの記録可能位置又は再生感度分布を記録ビットのそれぞれ反転制御領域２３又は再生領域２１に制限できるため，１／２ビット幅分位相のずれた２列のビットを交互に記録又は再生することができる。この２列のビットの中心をトラック中心とする。ビット２列分の幅を持った記録ヘッドをトラック中心に位置制御を行って記録を行うと，２列のビットを交互に記録できる。また，ビット２列分の幅を持った再生ヘッドをトラック中心に位置制御を行って再生すると，２列のビットを交互に再生できる。これにより，同じヘッド幅でも２倍のビットをクロストラック方向に集積することができる。
【００２７】
このように，本発明のビットパターン媒体は，再生出力がビット中心部に収束しており，記録素子からの磁束によって磁化反転可能な領域も一部に制限されるため，ヘッドの位置決め精度の要求が緩い。このため，ダウントラック方向に互い違いに並んだ２列の記録ビットを１つのトラックとして交互に記録再生することが可能で，より幅の広い記録素子幅，再生素子幅のヘッドが利用可能であり，より高集積化が可能なビットパターン媒体を提供できる。
【００２８】
上記磁気特性を有するビットの形成に当たっては，平坦な非磁性基板上に少なくとも上部と下部で異なる磁気特性を有する磁性膜を記録層として形成する。ここで，上部を高出力層，下部を熱安定層と定義する。高出力層の飽和磁束密度Ｍｓａ及び垂直磁気異方性Ｋｕａと，熱安定層の飽和磁束密度Ｍｓｂ及び垂直磁気異方性Ｋｕｂの間には，Ｍｓａ＞ＭｓｂとＫｕａ＜Ｋｕｂが成り立つように材料を選択する。本発明の一態様による磁気記録媒体の製造方法は，平坦な非磁性基板上に少なくとも２層の磁性膜を用いて記録層を形成する工程と，記録層上にビットパターンのマスクを形成する工程と，ビットパターンのマスクを用いて記録層にイオン注入する工程と，少なくとも２種類の加速電圧又はビーム角度でのイオンビームエッチングにより記録層をエッチングする工程を有する。
【００２９】
熱安定領域２２であるビット外周部は高出力層を物理的にエッチングすることにより，Ｍｓ１＞Ｍｓ２，ｔ１＞ｔ２及びＫｕ２＞Ｋｕ１を満たすようにすることができる。また，反転制御領域２３はビット外周部と中心部の境界付近にあり，高出力層に非磁性原子を注入することにより飽和磁束密度と垂直磁気異方性を低減させ，Ｍｓ３＜Ｍｓ１及びＫｕ３＜Ｋｕ１を満たすようにして形成することができる。
【００３０】
［垂直磁気記録媒体］
垂直磁気記録媒体は，平坦な非磁性基板上に少なくとも記録層を有する。記録層は，異なる磁気特性を示す２層以上の磁性層で構成されており，上部に高出力層となる飽和磁束密度Ｍｓａ，垂直磁気異方性Ｋｕａを有する層を備え，下部に熱安定層となる飽和磁束密度Ｍｓｂ，垂直磁気異方性Ｋｕｂを有する層を備える。ここで，Ｍｓａ＞Ｍｓｂ，Ｋｕａ＜Ｋｕｂである。この様にすることにより，上部の高出力層からの単位体積当たりの漏洩磁束は下部の熱安定層からの漏洩磁束より大きく，信号強度を上げる効果が高い。一方，下部の熱安定層は上部の高出力層より垂直磁気異方性が強く，飽和磁束密度が小さいため，磁化反転しにくく熱安定性に優れる性質を示す。
【００３１】
上記性質を示す磁気記録層であれば，ＣｏＣｒＰｔ合金，ＣｏＰｔ合金，ＣｏＰｄ人工格子膜，ＣｏＰｔ人工格子膜，ＦｅＰｔ合金などの垂直磁化膜を用いることができる。上述した通り高出力層と熱安定層の磁気特性を制御するには，例えば高出力層の飽和磁束密度を大きくするためには高出力層の強磁性元素であるＣｏ及び／又はＦｅの組成比を熱安定層より大きくし，また人工格子膜であればＣｏ又はＦｅの膜厚比を熱安定層のそれより大きくするとよい。一方，熱安定層の垂直磁気異方性を大きくするにはＰｔ及び／又はＰｄの組成比を高出力層より大きくし，また人工格子膜であればＰｔ又はＰｄの膜厚比を高出力層より大きくするとよい。また，アニールなどにより結晶配向性を向上させる方法もある。その他にもＣ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｂ，Ｎ，Ｔａ，Ｓｉ，Ｒｕなどの非磁性元素を添加したりすることなどにより磁気特性を変化させることができる。高出力層及び熱安定層は，それぞれが単層膜でも多層膜でもよい。また，高出力層及び熱安定層それぞれが，複数の磁気特性を持った多層構造であっても，高出力層及び熱安定層それぞれの平均的磁気特性が上述の性質を示せばよい。
【００３２】
記録ビットは，媒体表面から見て円形又は楕円形で，図１に示す通り同心円状にトラック方向に配列するとよい。クロストラック方向に隣の列のビットは，ダウントラック方向にビット間隔の１／２ずらして配置するとよい。この様にすることにより，同心円状にビットを配列し，かつ最密構造に近い構造となり，ビット密度を高くすることができる。記録ビットは，ダウントラック方向，クロストラック方向共に，サーボ領域などによって区切られて複数の記録ビットによりブロックを形成していても構わない。
【００３３】
１つ１つの記録ビットの形状は，図３に示すような底面の面積より上面の面積が小さくなった先細り形状，典型的には円錐台のような形状とすることができる。１つの記録ビットの断面形状は，側壁が斜めになった台形のような形状をしている。円錐台の上面が平坦になったビットの中心部は最も膜厚が厚く，飽和磁束密度が大きい再生領域２１となる。円錐台の斜面に対応する記録ビットの外周部は，高出力層が削られて熱安定層の割合が増加又は熱安定層のみとなった構造を有し，熱安定領域２２を構成する。円錐台形状の記録ビットの上面の端部近傍には，高出力層に非磁性金属をイオン注入するなどして強磁性元素の組成比を小さくすることで，記録ビットの中心部より垂直磁気異方性と飽和磁束密度が小さい領域を形成する。こうして，図６（ａ）のように，熱安定領域２２の内側に反転制御領域２３を形成する。さらに，図３に示すように，再生領域２１と熱安定領域２２の境界のうちトラック方向の２か所にのみ反転制御領域２３を形成すると，記録ヘッドの位置ずれの許容量が大きくなり好ましい。また，図６（ｂ）に示すように，トラック方向のうちヘッドが流出していく側の１か所にのみ反転制御領域２３を形成してもよい。
【００３４】
［垂直磁気記録媒体の製造方法］
本発明の垂直磁気記録媒体は，以下の方法で製造することができる。図４（ａ）から図4（ｇ）は，記録媒体の製造工程の断面形状を示し，図２のＡ−Ｂ−Ｃ断面に相当する模式図である。
【００３５】
最初に，図４（ａ）に示すように，非磁性基板１０上に少なくとも記録層を構成する熱安定層１３１と高出力層１３２を形成する。この時，非磁性基板１０と熱安定層１３１の間に密着層，軟磁性下地層１１，配向制御層を形成してもよく，高出力層１３２上に保護層，ハードマスク層１４１，１４２を形成してもよい。次に，図４（ｂ）に示すように，インプリント装置などを用いて多層膜を成膜した表面にレジストパターンを形成する。次に，図４（ｃ）のように，ハードマスク層がある場合にはインプリントレジストパターンを，リアクティブイオンエッチング装置などを用いてハードマスク層に転写する。
【００３６】
次に，図４（ｄ）に示すように，インプリントレジストパターン又はハードマスクパタンをマスクとして，Ｃ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｂ，Ｎ，Ｔａ，Ｓｉ，Ｒｕなどの非磁性元素をイオン注入装置を用いてマスクの開口部下の高出力層に注入する。イオン注入には数ｋｅＶに加速したイオンを用いるため，マスクのない領域の高出力層だけでなく，イオンの一部はマスクされた部分の高出力層にも広がる。その結果，図５（ａ）の平面図のように，破線で示したビット形状のマスクの境界の内側に，実線で示したイオン注入されていない高出力層の境界が位置するようになる。
【００３７】
次に，イオンミリング装置を用いて，マスク開口部のイオン注入した高出力層をエッチングにより除去する。トラック方向にのみ反転制御層２３を設ける図３に示した記録ビットを形成する場合には，図２に示すようにトラック方向の隣接ビット間距離Ｗ３をクロストラック方向の隣接ビット間距離Ｗ４より小さく（Ｗ４＞Ｗ３）することにより，トラック方向のマスクの開口幅をその他の部分の開口幅と比較して狭くしておく。図４（ｅ）に示すように，ミリングイオンの直進性を制御し磁気記録媒体表面に対して斜めに入射するイオンの成分を増やすと，サイドエッチング効果が大きくなり，開口幅が広い部分ではマスクの側壁がエッチングされてマスクが後退し，もともとのマスクの下に拡散により形成されたイオン注入領域もエッチングにより取り除かれる。ただし，トラック方向の隣接ビット間のイオン注入領域部は，マスクの開口溝が狭いため直進性の低いイオンは入りにくくエッチングされない。表面から見ると図５（ｂ）のようになり，記録ビットのトラック方向に残ったイオン注入された層を持つ部分が反転制御領域２３となる。
【００３８】
また，図７に示すように，イオンビーム７１を基板上からオフセットし，斜めからスリット７２を介して円板７３の一部の扇型部分にのみ入射するようにし，円板７３を回転すると，円板全面においてイオンビーム７１がトラック方向に斜め入射した状態でエッチングすることができる。本方法によりトラック方向の側壁のうち一方のサイドエッチングを抑制でき，磁気ヘッドの流出側のダウントラック方向のイオン注入部のみ残すことができる。この方法を用いると，図６（ｂ）に示す記録ビット構造を作ることができる。図６（ａ）に示す反転制御領域２３を再生領域２１と熱安定領域２２の間に同心円状に形成する場合，本工程を省略することができる。
【００３９】
次に，図４（ｆ）に示すように，イオンミリング装置を用いて前記イオン注入部をエッチングする時よりも直進性に優れるイオンを照射し，マスクの開口部の下の高出力層と熱安定層をエッチングし溝を形成する。この時，溝の深いところほど溝の幅が狭くなるテーパー形状の溝が形成され，記録ビットは円錐台の形状になる。
【００４０】
以上により，再生領域２１，熱安定領域２２，反転制御領域２３の３種類の磁気特性が図５（ｃ）に示すように分布した記録ビットを形成することができる。最後に図４（ｇ）に示すように，記録ビット間にできた溝に炭素やＳｉ，Ｃｒなどの非磁性材料の埋戻し充填層１６１を形成し，表面平坦性を向上してもよい。垂直磁気記録媒体としてヘッドを浮上させるためには，エッチングなどにより記録ビットのうち再生領域２１の記録層の表面が露出するまでマスクや埋戻し充填層を除去して表面を平坦にし，保護層１６２と潤滑層１６３を形成するとよい。
【００４１】
［垂直磁気記録媒体の記録再生方法］
本発明の垂直磁気記録媒体は，記録ビットの記録及び再生位置をクロストラック方向には，それぞれビットの中央部の反転制御領域２３と再生領域２１に制限しているため，記録素子及び再生素子が隣のトラックのビット上にあっても外周部の熱安定領域２２上であれば，記録再生に支障がない。そのため，記録ビットの隣接トラックのビットが被らない幅よりもクロストラック方向に広い記録素子及び再生素子を持った磁気ヘッドを用いることができる。１つの記録ビットの幅よりも幅の広い記録素子，再生素子を用いることができるため，より大きな磁界を発生する記録素子や感度の高い再生素子を用いることができ，反転磁界が大きな垂直磁気異方性の大きい熱安定性に優れた記録ビットを形成した磁気記録媒体を用いることができる。これにより，より高い記録密度でビットが形成できる。また，十分な再生出力と高いＳＮＲを得ることができる。
【００４２】
さらに，本発明の垂直磁気記録媒体は記録ビットの記録及び再生位置をビットの一部に制限することができるので，クロストラック方向に並んだ２列のビットを１つのトラックとして，隣り合う列のダウントラック方向に１／２ビット間隔幅分ずれて並んだビットを交互に記録・再生する方法で特に安定して記録再生を行うことができる。この場合，記録素子及び再生素子の幅は２列のビット両方を跨ぐ幅で，素子の中心を２列のビット群の中心に位置合わせして記録再生を行う。常に，２列のビット両方の上を素子が飛んでいることになるが，ヘッドからは，再生位置の再生領域２１が交互に現れるようになり，再生素子は感受部の平均信号を得るのであたかも２列で構成されたトラックの中心に１／２ビット間隔で並んでいるように見えるので，１列のビットを１トラックとして記録再生するシステムと同じものを用いることができる。一方，記録位置に関しては，図２に示した構造の場合，１つのビットに反転制御領域２３が２か所あり，磁気ヘッドの流出側の反転制御領域２３は，隣のトラックの最隣接ビットの磁気ヘッド流入側の反転制御領域２３とダウントラック方向の位置が非常に近い。このため，記録素子からの漏洩磁界により同時に２つのビットが反転してしまうが，最終的にヘッドが流出する側の反転制御領域２３を記録素子が通過した時の記録素子からの漏洩磁界によって記録ビットの磁化方向が決まる。このため一般的な磁気記録装置同様に，特定の１つの記録ビットを反転するのではなく，１つのトラック上の記録ビットの集団（所謂セクタ）を連続的に記録する方法を用いるとよい。
【００４３】
［実施例］
以下，実施例により具体的に説明する。
図４（ａ）から図４（ｇ）に示した製造方法により，ビットパターン型の垂直磁気記録媒体を作製した。図４（ａ）から図４（ｇ）は，図２のＡ−Ｂ−Ｃ断面に相当する断面図である。なお，上記の発明を実施するための形態に記載され，本実施例に未記載の事項は本実施例にも適用することができる。
【００４４】
図４（ａ）のように，非磁性基板１０として直径６５ｍｍのガラス基板を用い，スパッタ装置を用いて，軟磁性下地層１１，中間層１２，熱安定層１３１，高出力層１３２，第一ハードマスク１４１，第二ハードマスク１４２を順に形成した。中間層には膜厚９ｎｍのＲｕ，熱安定層１３１には膜厚５ｎｍのＣｏＣｒ15Ｐｔ15合金，高出力層１３２には膜厚３ｎｍのＣｏＣｒ18Ｐｔ10合金，第一ハードマスク１４１には膜厚１０ｎｍのＣＮx，第二ハードマスク１４２には膜厚２ｎｍのＳｉＮxを用いた。次に，図４（ｂ）のように，インプリント装置を用いてインプリントレジストパターン１５を形成した。レジストの総厚は３０ｎｍでビットパターンの高さが２５ｎｍ，レジストの残渣が５ｎｍとなるようにした。
【００４５】
次に，図４（ｃ）のように，リアクティブイオンエッチング装置により，酸素ガスを用いたリアクティブイオンエッチングで，ビットパターン間の溝部のレジスト残渣を除去し，ＣＦ4ガスを用いたリアクティブイオンエッチングで溝部の第二ハードマスク１４２を除去し，ＣＯ2ガスを用いたリアクティブイオンエッチングで溝部の第一ハードマスク１４１を除去した。この時，同時に残ったインプリントレジストも除去され，ビットパターンは第一及び第二ハードマスクに転写された。
【００４６】
次に，図４（ｄ）のように，イオン注入装置を用いて３ｋｅＶの加速電圧で窒素イオンを５×１０14イオン／ｃｍ2溝部の高出力層１３２に注入した。こうして，高出力層１３２の一部にイオン注入部１３３を形成した。イオン注入部１３３はハードマスクの下側の領域にも一部が入り込む形で形成されている。次に，図４（ｅ）のように，イオンビームエッチング装置を用いて５００Ｖの加速電圧でＡｒイオンを照射し，溝部の高出力層１３２をエッチングした。この時，磁気記録媒体表面に対して斜めに入射するイオンビームの成分が増えて，サイドエッチング効果の大きなエッチングが行われる。その結果，Ａ−Ｂ断面の狭い溝にはイオンビームが入りにくく高出力層に溝が形成されない。一方，Ｂ−Ｃ断面の広い溝にはイオンビームが入り，ハードマスクの側壁がサイドエッチングにより後退しながら高出力層に溝が形成された。ハードマスクと高出力層の溝の側壁は約５０度に傾斜した。次に，図４（ｆ）のように，加速電圧２００ＶでＡｒイオンを照射し，溝部の高出力層１３２と熱安定層１３１を除去した。このとき，図４（ｅ）の加工時よりもイオンビームの直進性が増している。本工程では，Ａ−Ｂ断面の狭い溝もＢ−Ｃ断面の広い溝にも同様にイオンビームが入り両方の溝がエッチングされ本工程で形成された溝部の側壁は約７５度の傾斜を示した。また，上記２つのイオンビームエッチングを行っている間にハードマスクもエッチングされて，第一ハードマスク１４１の一部のみ高出力層１３２の上に残った。このとき，Ａ−Ｂ断面の狭い溝に隣接し，第一ハードマスク１４１の下に位置するイオン注入領域は除去されずに残留して，反転制御領域となる。
【００４７】
次に，図４（ｇ）のように埋戻し充填層１６１としてカーボンを表面に形成し，凹凸を平坦にした後にドライエッチングにより高出力層表面が露出するまで埋戻し充填層１６１を除去し，保護層１６２としてカーボンを形成し，潤滑層１６３をディップ処理により形成した。こうして作製された垂直磁気記録媒体をサンプル１とする。
【００４８】
出来上がった記録ビットの大きさは，図１及び図２に示した記録ビットの幅Ｗ１：１２ｎｍ，隣接トラックのビットが被らないクロストラック方向の幅Ｗ２：１４ｎｍ，トラック方向の近接する最隣接ビット間距離Ｗ３：１３ｍｍ，ダウントラック方向に近接する最隣接ビット間距離Ｗ４：１４ｎｍ，隣接トラックの再生領域の隣接側端間距離Ｗ５：２１ｎｍとなった。
【００４９】
次に，サンプル１と同様の製造方法で，イオン注入までを行った後，５００Ｖの加速電圧でのイオンビームエッチングを行わず，２００Ｖの加速電圧のみでイオンビームエッチングを行った。その他の製造工程はサンプル１と同様に行い，クロストラック側の反転制御領域２３も残して同心円状に，中心部から再生領域２１，反転制御領域２３，熱安定領域２２が形成された垂直磁気記録媒体を作製した。これをサンプル２とする。サンプル２の記録ビットの模式図を図６（ａ）に示す。
【００５０】
次に，サンプル１と同様の製造方法で，イオン注入までを行った後，イオンビームを基板表面に対して傾斜してエッチングを行い，反転制御領域２３をダウントラック方向の磁気ヘッド流出側のみに残したサンプル３を作製した。サンプル３の記録ビットの模式図を図６（ｂ）に示す。
【００５１】
次に，サンプル１と同様の製造方法で，イオン注入を行わず反転制御領域２３の存在しない垂直磁気記録媒体を作製した。これをサンプル４とする。サンプル４の記録ビットの模式図を図６（ｃ）に示す。
【００５２】
次に，サンプル１と同様の製造方法で，イオン注入を行わず，且つ溝部のエッチングを加速電圧１５０ＶのＡｒイオン照射で行うことにより溝部の高出力層と熱安定層の側壁を垂直にした垂直磁気記録媒体を作製した。これをサンプル５とする。サンプル５の記録ビットの模式図を図６（ｄ）に示す。サンプル５の記録ビットは全てが再生領域２１でできており，熱安定領域２２及び反転制御領域２３がない。
【００５３】
次に，サンプル１と同様の製造方法で，イオン注入を行った後，溝部のエッチングを加速電圧１５０ＶのＡｒイオン照射で行うことにより，高出力層と熱安定層の側壁を垂直にした垂直磁気記録媒体を作製した。これをサンプル６とする。サンプル６の記録ビットは，ビットの最外周部に反転制御領域２３が形成されており，中心部が再生領域２１となっていて熱安定のための熱安定領域２２を持っていない。サンプル６の記録ビットの模式図を図６（ｅ）に示す。
【００５４】
次に，サンプル１と同様の方法で，熱安定層１３１には膜厚５ｎｍのＣｏＣｒ18Ｐｔ10合金を用い，高出力層１３２には膜厚３ｎｍのＣｏＣｒ15Ｐｔ15合金を用いて，上側の高出力層１３２の方が熱安定層１３１よりＫｕが大きくＭｓが小さい記録層の構成としたパターン媒体を作製した。これをサンプル７とする。
【００５５】
次に，サンプル１と同様の製造方法で，熱安定層１３１にＣｏ（膜厚０．３ｎｍ）とＰｄ（膜厚０．７ｎｍ）を交互に積層し総膜厚５ｎｍとしたものを用い，高出力層には，Ｃｏ（膜厚０．４ｎｍ）Ｐｄ（膜厚０．６ｎｍ）を交互に積層し総膜厚３ｎｍとしたものを用いてパターン媒体を作製した。これをサンプル８とする。
【００５６】
次に，サンプル１と同様の方法で，熱安定層１３１に５ｎｍのＣｏ70Ｐｔ30合金を用い，高出力層に３ｎｍのＣｏ80Ｐｔ20合金を用いてパターン媒体を作製した。これをサンプル９とする。
【００５７】
次に，サンプル１と同様の製造方法で，熱安定層１３１に膜厚５ｎｍのＦｅ50Ｐｔ50合金を成膜し，摂氏５００度でアニールを行った後，高出力層として膜厚３ｎｍのＣｏ80Ｐｔ20合金を形成したパターン媒体を作製した。これをサンプル１０とする。
【００５８】
上記サンプル１〜１０の磁気特性を調べるため，試料振動型磁力計を用いて基板に垂直方向の磁化測定を行った。反転開始磁界Ｈｎ，保磁力Ｈｃ，飽和磁場Ｈｓを表１に示す。温度の記載のないものは，室温で測定した。
【００５９】
【表１】
【００６０】
サンプル１の媒体は，サンプル４の媒体と比較して，保磁力と飽和磁場が低く，記録ヘッドの磁界が小さくても記録できることがわかる。また，サンプル５，６の媒体の保磁力は小さいが飽和磁場が大きく記録が安定してできないことを示している。一方，反転開始磁界は，サンプル１〜４の媒体はマイナスになっておりビットを安定に保つことができることを示しているが，サンプル５，６の媒体は印加磁場をゼロに戻すと反転してしまうビットがあることを示している。サンプル７は，サンプル１と形状が同じであるが熱安定層が十分に機能しないため，特に反転開始磁界が小さく記録ビットの安定性が低いことがわかる。サンプル８，９，１０は室温での飽和磁束密度は１０ｋＯｅを大きく超えている。しかし，１５０度〜２００度に温度を上げると，表に示すように保磁力：約５ｋＯｅ，飽和磁束密度：約８ｋＯｅで反転開始磁界−２ｋＯｅ以下となっており，サンプル１と同様の磁気特性を示した。
【００６１】
各サンプルの媒体の実際の記録特性を調べるため，記録素子を用いて記録ビットの周期に合わせて交流記録（０１０１・・・）と直流記録（１１１１１１・・・）を行った。評価に用いたヘッドは，シールドギャップ長２０ｎｍ，トラック幅７〜２２ｎｍの巨大磁気抵抗効果を利用した再生素子（再生ヘッド）と，トラック幅７〜２２ｎｍの書き込み素子（単磁極記録ヘッド）を有する複合磁気ヘッドである。周速１０ｍ／ｓ，スキュー角０度，磁気スペーシング約１ｎｍの条件で，記録素子の印加電流を変えて記録を行い，再生素子で信号を読み取りエラー率を計算した。エラー率が１０-4以下となった時を，正常に記録できたものとして，正常に記録できる記録素子に印加する最低電流を調べた。結果を表２に示す。尚，サンプル８，９，１０の媒体は室温での保磁力が大きくヘッドからの磁界で記録ができないため，サンプルを摂氏１５０度〜２００度に加熱して記録を行った。
【００６２】
【表２】
【００６３】
サンプル１〜３の媒体が約２０ｍＡの電流で交流記録も直流記録もできたのに対して，サンプル４，５の媒体は約５０ｍＡの電流を印加しないと交流記録できなかった。また，サンプル４の媒体は，５５ｍＡの電流を印加すると直流記録できたが，サンプル５，６，７は直流磁場では記録電流の大きさ，即ち印加磁場に依らず記録できなかった。サンプル８，９，１０は記録温度での保磁力，飽和磁束密度がサンプル１より大きいため，若干大きな記録磁界を必要としたが，交流磁界，直流磁界とも安定して記録することができた。
【００６４】
以上の結果より，ビットの中心部に再生領域２１，外周部に熱安定領域２２，これらの間に反転制御領域２３があると低い電流で直流記録，交流記録共に正しく行えることがわかる。サンプル４，５が交流記録で高い電流を必要としたことは，記録電流を下げるのに反転制御領域２３が効果的であることを示している。一方，サンプル５，６が直流記録できなかったことは，最外周部に熱安定領域２２の形成することが同じ方向にビットを並べるのに有効であることを示している。また，サンプル６の結果は，反転制御領域２３を外周部に形成することが良くないことも示している。サンプル７の結果は，熱安定領域２２の効果には，熱安定層の垂直磁気異方性が高出力層の異方性より大きく，熱安定層の飽和磁束密度を高出力層の飽和磁束密度より小さくすることが重要であることを示している。サンプル８，９，１０は加熱して記録を行う（熱アシスト記録）ことを想定した高い異方性を示す材料のサンプルでも，熱安定領域２２と反転制御領域２３を形成することで安定した記録ができることを示している。
【００６５】
次に，記録素子と再生素子のクロストラック方向の幅を変えて複数トラックにわたって交流記録を行い再生信号のエラー率を調べた。結果を図８に示す。サンプル１〜３は，１５ｎｍ程度の幅の記録再生素子を用いてもほとんど誤りなく記録再生できる。特にトラック方向にのみ反転制御領域２３を作製したサンプル１とサンプル３では，１７ｎｍの幅の素子を用いても誤りなく記録再生できた。一方，記録ビットの外周部に反転制御領域２３があるサンプル６では，幅が広い記録素子では隣接トラックのビットまで反転してしまってエラー率が高く，幅の広い素子が使えないことを示している。また，サンプル８〜１０についてもサンプル１と同様の結果が得られた。サンプル４，５については幅の狭いヘッドでは記録磁場が不足することによってエラーレートが急激に低下し評価できなかった。またサンプル７はサンプル６と同様，隣接トラックへの記録に影響されエラー率が低下した。
【００６６】
本結果は，サンプル１，８，９，１０及びサンプル３の構造，つまり反転制御領域２３がクロストラック方向になく，ダウントラック方向のみにあると，隣接トラックの記録によるビットが反転してしまう影響を小さくすることができ，より大きな幅の記録素子を用いることができることを示している。
【００６７】
次に，記録素子と再生素子の幅が２５ｎｍの磁気ヘッドを用いて，図９に示すように，クロストラック方向の２つのビット列を１つのトラックとして記録再生を試みた。サンプル８，９，１０については前記記録再生実験と同様に温度を上げて行った。２つのビット列の中心をトラック中心として，磁気ヘッドをそのトラック中心に位置制御する。このトラッキング制御は，既存の技術を用いて実現することが可能である。記録時には，記録素子の磁界を図９に示すように，磁気ヘッドが流出側の反転制御領域２３に来た時に記録用の磁界が印加されるように上列用と下列用ビットを交互に記録するように記録信号を発生させた。再生時には，図９に示すように合計の再生信号が検出されるが，上列及び下列の記録ビットの中心に再生素子が来たときに信号が交互に再生素子に入力されることから，それぞれの列のビットからの再生信号は図中のように分離される。実際に記録再生を行う上では，ビットがどちらの列であるかを考慮する必要はなく，２列のビットを１つのトラックとして考えて記録再生を行うことができる。そこで，２列のビットが１つのトラックとして正しく記録できるかを検証するために，交流記録を行い，エラー誤り率を計算した。その結果を表３に示す。
【００６８】
【表３】
【００６９】
サンプル１及び３では，反転制御領域２３の位置と記録素子からの磁場が良く同期しているので適切な記録電流で記録再生を行うとほとんどエラーが発生しない。一方，サンプル２は反転制御領域２３が再生領域２１の周囲全体にあるため，隣の列を記録するために印加した磁場によっても磁化反転が起こりうる。このため，わずかにヘッドが位置ずれしただけで記録エラーが発生するためエラー率が増加したと考えられる。同様に，サンプル１，２，３いずれも記録電流を６０ｍＡに上げて再生領域２１への磁界印加で磁化反転するようになると，わずかに記録ヘッドが位置ずれしただけで記録エラーが発生するためエラー率が大きくなった。また，サンプル４，５，７は反転制御領域２３がなく，サンプル６は適切な外周部全体に反転制御領域２３があるため，記録できる位置を適切に制御できず２列を同時に記録再生することは困難であった。サンプル１，３のように反転制御領域をクロストラック方向に設けず，ダウントラック方向の再生領域と熱安定領域の間に設けることにより１つ１つのビットの記録できる位置を小さくすることができる。これにより記録ヘッドの位置制御のマージンを増やすことができるため，2列のビットを交互に記録再生が可能であることが示された。サンプル８，９，１０は記録電流が30mAでは反転制御領域２３を反転できないため，表に記載の電流に上げて測定したところ，サンプル１と同様のエラー率が得られた。一方，記録電流60mAでも再生領域が反転しにくいため，サンプル１に比較してエラー率が小さかった。本方法が，熱アシスト記録方式にも有効であることを示している。以上の検討の結果，サンプル１，８，９，１０あるいはサンプル３に示したビット構造の媒体は，クロストラック方向の２つのビット列を１つのトラックとして記録再生に適することが分かった。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 非磁性基板
１１ 軟磁性下地層
１２ 中間層
１３ 記録層
１３１ 熱安定層
１３２ 高出力層
１３３ イオン注入部
１４ ハードマスク層
１４１ 第一ハードマスク層
１４２ 第二ハードマスク層
１５ インプリントレジスト
１６１ 埋戻し充填層
１６２ 保護層
１６３ 潤滑層
２１ 再生領域
２２ 熱安定領域
２３ 反転制御領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は，垂直磁気記録媒体及びその製造方法に係り，特に記録部にビットパターン構造を有する垂直磁気記録媒体とその製造方法，及びその垂直磁気記録媒体を用いた磁気記録方法及び磁気再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年，磁気ディスク装置（ＨＤＤ）を中心とした磁気記録装置は情報化社会の発展に伴い記録密度の向上が強く求められている。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代わり，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，膜面垂直に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り，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，高記録密度で磁化が安定する特徴がある。従来の垂直磁気記録媒体に関しては，例えば特許文献１〜２に開示されている。
【０００３】
そして，更なる高密度化のためには，記録ビット１つ１つとその間の磁化遷移領域をさらに小さくする必要がある。しかし，一般的に記録ビットの安定性は，Ｋｕ・Ｖ／ｋＴ（Ｋｕは磁気異方性定数，Ｖは磁化反転最小単位（磁気クラスタ）の体積，ｋはボルツマン定数，Ｔは絶対温度）が小さいほど不安定で，Ｋｕ・Ｖ／ｋＴが１００程度ないと熱揺らぎにより磁化が反転し記録情報が失われてしまう。従来の垂直磁気記録媒体は，磁性材料の周りに非磁性材料を析出させた所謂グラニュラー構造を持った薄膜を用いて微小な磁気クラスタを作成している。そして，この磁気クラスタ数個から数百個が１つの記録ビットとなっている。熱安定性を向上するには，磁気クラスタ数を減らして，体積Ｖを大きくすればよいが，１つの記録ビットを担うクラスタ数が減ると，記録ビットの界面（磁化遷移領域）のラフネスが１つ１つの磁気クラスタの形状の影響により大きくなり，再生信号のＳ／Ｎ劣化を招いてしまう。
【０００４】
そこで，更なる高密度化には，遷移領域そのものを無くし，記録ビット１つ１つを物理的に孤立させ，記録ビット１つが磁気クラスタ１つで構成されるようにすることで熱安定性を向上するビットパターン媒体が考えられている。ビットパターン媒体は，微細加工などにより記録層を記録ビット単位に孤立化し，記録ビット間を磁化の存在しないガードバンド領域とした媒体である。磁気クラスタと記録ビットを１対１とし，磁化遷移領域をなくし，高密度化により小さくて間隔を狭めた記録ビットでも，熱安定性に優れ，記録ビットの界面形状やラフネス，位置の分散を小さくすることで，良好なＳ／Ｎが期待できる。ビットパターン媒体に関しては，例えば特許文献３，４に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１３５１３８号公報
【特許文献２】特開２０１０−６７３３５号公報
【特許文献３】特開２００９−１２９５０１号公報
【特許文献４】特開２００４−１６４６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の通り熱安定性の向上が期待できるビットパターン媒体でも，１つのビットの体積Ｖは大きいほど安定で出力も大きく性能が向上する。つまり，記録ビット間のガードバンド領域を小さくし，記録ビットを詰め込むことが重要である。
【０００７】
まず，集積度の高いビットパターン媒体を作製する場合のビットの形状と配列を考える。媒体表面から見たビットの形状を円形にして六方最密構造にすることが望ましい。よく知られているビットパターン媒体の作製では，リソグラフィー技術やインプリント技術などにより作られたレジストパターンを用いて，エッチングやイオン注入などにより磁性膜の物理的加工を行う。このため，半導体の微細加工と同様に加工の微細化限界は，加工される溝の幅によるところが大きい。可能な限り小さいビットを高密度に間隔をあけて，できるだけ集積するには，ビットの平面上から見た縦横比を１にすることが適当である。また，微細化するほどパターンのエッジの丸まりが顕在化する。このためビットの平面上から見た形状は，正方形や長方形といった角のある形状より，真円形や楕円形などの角のない形状にするのが適している。その結果，最も高密度に記録ビットを配列する容易な方法は，円形のパターンを六方最密構造に配列することになる。
【０００８】
しかし，一般的に円板形状をしたＨＤＤの記録媒体のデータの並び方は記録ビットが１つの円弧の中に複数並んでトラックを形成し，複数のトラックが同心円状に配列している。ＨＤＤ装置は，記録媒体を高速回転し，その上を記録素子と再生素子を備える磁気ヘッドが浮上して１つのトラックを円周方向（トラック方向）に順次記録又は再生することと，磁気ヘッドを円板の径方向（クロストラック方向）に移動して別のトラックに移動することにより，記録媒体片面を１つの磁気ヘッドで記録再生することを可能にしている。ダウントラック方向の記録ビット幅の低減は，記録媒体の磁気クラスタサイズの微小化や記録再生素子の高周波ノイズの低減などにより達成されるのに対し，クロストラック方向のビット幅の限界は記録素子，再生素子の物理的幅の微細化によるため，小さくすることが困難となっている。また，媒体の記録ビットと磁気ヘッドの位置合わせは，トラック方向が媒体の回転に同期した信号を用いた信号処理を利用するのに対して，クロストラック方向は，媒体内の位置情報信号（サーボ信号）を用いて磁気ヘッドが取りつけられたアームを機械的に移動して行っているため，位置合わせ精度がトラック方向より低い。このため，一般的なＨＤＤの媒体の記録ビットの形状は，クロストラック方向の長さがトラック方向より長くなっている。つまり，ビットパターン媒体では，円形の記録ビットを六方最密構造のように高密度に配列すると，磁気ヘッドを用いて記録再生するのが困難になる。
【０００９】
そこで，特許文献４などに記録ビットを円弧に並べてトラックを形成し，隣のトラックのビットはダウントラック方向に半ビット分ずれて並んだ構造が提案されている。この形は，図１に示すように記録ビットが媒体に比べて十分に小さく，トラックが直線で平行に並んでいると考えると，六方最密構造に近い形になる。ところで，磁気ヘッドの素子幅はヘッドが位置ずれを起こさない理想的な記録再生を考えた場合でも，両隣のトラックのビット間の幅Ｗ２より小さくなければ，記録素子は隣のトラックのビットを反転させてしまうことになる。また，再生素子の幅も，Ｗ２より広いと隣接トラックの信号を検出し，Ｓ／Ｎが劣化することになる。実際には，ヘッドの位置ずれによる影響を考えなければならず，幅Ｗ２よりさらに狭い素子が必要となる。記録ビットの熱安定性と信号出力を強くするために記録ビットの直径Ｗ１を大きくしガードバンド領域を小さくすると，素子幅Ｗ２が小さくなり，記録ヘッドの記録磁束密度も，再生素子の検出感度も低下するジレンマとなる。
【００１０】
一方，熱安定性に優れる媒体の提供方法として，体積Ｖではなく磁気異方性Ｋｕの大きな媒体を作製する方法も考えられる。しかし，Ｋｕの大きな媒体では反転に必要な記録素子からの磁束密度が大きくなってしまう。特許文献２及び３には，記録ビットの外周部にＫｕの小さい軟磁性材料を形成する方法が提案されている。しかし，隣接ビットに最も近い外周部は，隣接ビットからの漏洩磁束（反磁界）の影響を強く受ける。この部分に，Ｋｕの小さい領域を作ると，周囲のビットが同じ方向に磁化している場合，反磁界により磁化が反対を向く力が大きくなり，安定性が低下する。また，特許文献１には，逆に隣接トラックと接近する外周部の強磁性材料の組成比を中心部より大きくし，磁化反転しにくくすることで，隣のトラックを記録する際に記録素子から漏れる磁束による磁化反転（サイドイレーズ）を防ぐ方法が提案されている。しかし，外周部の磁束密度を大きくすると外周部の磁気モーメントが中心部より大きくなり，再生素子から見た場合，外周部から強い磁束が検出されるため，再生時に隣のトラックの外周部からの信号（クロストーク）が大きくなってしまう。これらの問題は，記録ビットの直径Ｗ１を大きくするほど顕在化する。
【００１１】
本発明は，両隣のトラックのビット間の幅Ｗ２より広い素子幅のヘッドを用いて記録再生できるビットパターン媒体及びその関連技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による垂直磁気記録媒体は，平坦な非磁性基板上に垂直磁気記録層が形成されている磁気記録媒体であり，垂直磁気記録層は記録ビット単位に分離され，記録ビットの列が隣の列とは１／２ビット分の間隔だけずらして同心円状に配列されており，記録ビットは，第１の磁性層の上に第２の磁性層が積層された積層構造を有し，底面の面積より上面の面積が小さい先細り形状を有し，記録ビットの最外周部は第１の磁性層からなり，中心部は第１の磁性層と第２の磁性層を有し，最外周部と中心部の間に反転制御領域が設けられ，第２の磁性層の飽和磁束密度をＭｓａ，垂直磁気異方性をＫｕａとし，第１の磁性層の飽和磁束密度をＭｓｂ，垂直磁気異方性をＫｕｂとし，反転制御領域の飽和磁束密度をＭｓｃ，垂直磁気異方性をＫｕｃとするとき，次の関係を満たすものである。
Ｍｓａ＞Ｍｓｂ，Ｋｕａ＜Ｋｕｂ，Ｍｓｃ＜Ｍｓａ，Ｋｕｃ＜Ｋｕａ
【００１３】
また，本発明は，記録ビット単位に分離された磁気記録層を有し，記録ビットの列が隣の列とは１／２ビット分の間隔だけずらして同心円状に配列されている上記垂直磁気記録媒体の製造方法を提供する。すなわち，本発明の製造方法は，平坦な非磁性基板上に第１の飽和磁束密度及び第１の垂直磁気異方性を有する第１の磁性層を形成する工程と，第１の磁性層の上に第１の飽和磁束密度より大きな第２の飽和磁束密度及び第１の垂直磁気異方性より小さな第２の垂直磁気異方性を有する第２の磁性層を形成する工程と，第２の磁性層の上に，ダウントラック方向のビット間の溝幅を他の部分の溝幅より狭くしたビットパターンマスクを形成する工程と，マスクを用いて第２の磁性層にイオン注入し，マスクの下方に一部入り込んだイオン注入部を形成する工程と，サイドエッチング効果の大きいエッチングにより第２の磁性層をエッチングし，ダウントラック方向のビット間以外の部分に形成されたイオン注入部を除去する工程と，直進性のよいエッチングにより，ダウントラック方向のビット間に形成されたイオン注入部のうちマスクの下方に位置する部分を残留させて第２の磁性層をエッチングする工程とを有するものである。
【００１４】
更に，本発明は，記録ビット単位に分離された磁気記録層を有し，記録ビットの列が隣の列とは１／２ビット分の間隔だけずらして同心円状に配列されており，記録ビットは，第１の磁性層の上に第２の磁性層が積層された積層構造を有し，底面の面積より上面の面積が小さい先細り形状を有し，記録ビットの最外周部は第１の磁性層からなり，中心部は第１の磁性層と第２の磁性層を有し，最外周部と中心部の間に反転制御領域が磁気ヘッドの流入側と流出側の２か所あるいは磁気ヘッドの流出側の１か所に設けられ，第２の磁性層の飽和磁束密度をＭｓａ，垂直磁気異方性をＫｕａとし，第１の磁性層の飽和磁束密度をＭｓｂ，垂直磁気異方性をＫｕｂとし，反転制御領域の飽和磁束密度をＭｓｃ，垂直磁気異方性をＫｕｃとするとき，次の関係
Ｍｓａ＞Ｍｓｂ，Ｋｕａ＜Ｋｕｂ，Ｍｓｃ＜Ｍｓａ，Ｋｕｃ＜Ｋｕａ
を満たす垂直磁気記録媒体に対して，同心円状に配列された２列の記録ビット列を跨ぐ素子幅を有する磁気ヘッドを用いて情報を記録・再生する方法を提供する。
【００１５】
記録に際しては，磁気ヘッドを２列の記録ビット列の中心に位置制御し，磁気ヘッドが記録ビットの流出側の反転制御領域を通過するときに当該記録ビットに記録するようにして，２列の記録ビット列に対して交互に記録を行う。
【００１６】
また，再生に際しては，磁気ヘッドを２列の記録ビット列の中心に位置制御し，磁気ヘッドが記録ビットの中心部を通過するときに当該記録ビットの情報を読み取るようにして，２列の記録ビット列に対して交互に読み取りを行う。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のビットパターン媒体は，熱安定性に優れ，かつ隣のビットからの漏洩磁束による影響が小さい。記録時には，反転に必要な磁束密度が小さく，かつ隣のトラックを記録する漏洩磁束による反転が抑制される。再生時には，ビット中心部からの出力が高く，隣接ビットからのノイズが小さい。
【００１８】
上記した以外の，課題，構成及び効果は，以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】記録ビットの配置及び用いることができる記録再生ヘッド幅を示した図である。
【図２】本発明による垂直磁気記録媒体に設けられた記録ビット内の再生領域，熱安定領域，反転制御領域の一例を示した図である。
【図３】記録ビットの表面構造と断面構造の例を示した図である。
【図４】本発明による垂直磁気記録媒体の製造方法の例を示す工程図である。
【図５】製造途中の垂直磁気記録媒体の平面模式図である。
【図６】サンプル媒体に形成された記録ビットの平面模式図と断面模式図である。
【図７】イオン注入を行う工程の一例を示した概略図である。
【図８】４種類のサンプル媒体について，記録再生ヘッド幅とエラー率の関係を示した図である。
【図９】２列の記録ビットを交互に記録再生する場合の再生信号と記録ヘッドへの入力信号を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下，本発明の実施形態を説明する。
本発明では，記録ビットを媒体表面から見て円形又は楕円形の形状とし，同心円状に配列する。クロストラック方向の隣の列の記録ビットの中心位置は，ダウントラック方向の記録ビット間隔の１／２分の長さだけダウントラック方向にずらして配置されている。
【００２１】
記録ビット群の表面から見た模式図を図２に，記録ビット１つの三面図を図３に示す。記録ビットは媒体表面から見て３種類の領域を持ち，記録ビットの磁気特性は，その３種類の領域でそれぞれ異なる。記録ビットの中心部は再生時に最も出力が出る再生領域２１で，記録層の膜厚方向の平均としての飽和磁束密度Ｍｓ１，垂直磁気異方性Ｋｕ１と膜厚ｔ１を有する。これに対して，外周部は熱安定領域２２で，熱安定性向上に効果があり，隣接ビットからの磁気的な影響が小さく再生出力も小さい領域である。熱安定領域２２は，記録層の膜厚方向の平均としての飽和磁束密度Ｍｓ２，垂直磁気異方性Ｋｕ２と膜厚ｔ２を有する。反転制御領域２３は，記録素子からの漏洩磁界に反応して磁化反転のきっかけを作る領域である。反転制御領域２３は，中心部の再生領域２１と外周部の熱安定領域２２の境界の全部又は一部に設けられ，表層近傍に飽和磁束密度Ｍｓ３，垂直磁気異方性Ｋｕ３の領域を有し，記録ビット底面からの膜厚はｔ３である。再生領域２１，熱安定領域２２，反転制御領域２３の磁気特性は，Ｍｓ１＞Ｍｓ２かつＭｓ１＞Ｍｓ３，Ｋｕ２＞Ｋｕ１＞Ｋｕ３の関係を有する。また，熱安定領域２２は，膜厚ｔ２が，ｔ１＞ｔ２となるようにビット側壁の斜面をなしている領域である。反転制御領域２３は，膜厚ｔ３が，ｔ１≧ｔ３となる斜面と平坦な中心部の境界近傍に位置する。
【００２２】
再生領域２１，熱安定領域２２，反転制御領域２３の保磁力をそれぞれＨｃ１，Ｈｃ２，Ｈｃ３とするとき，記録ビットから各領域を切り出して磁気特性を評価すると，Ｈｃ２＞Ｈｃ１＞Ｈｃ３の関係を有する。このように記録ビットの磁気特性を制御することにより，漏洩磁束密度は中心部が一番大きくなり，信号強度も大きくなる。一方，外周部は記録ビットの熱安定性に寄与するが，漏洩磁束が少ない。このため隣接ビット間の相関を，特にガードバンドが狭い場合に小さくすることができるので，充填率の高い記録ビットを形成することができる。反転制御領域２３は，記録ヘッドからの磁界強度が大きい表層部分の磁気異方性を中心部より小さくし，この部分を他の領域より外部磁界によって反転しやすくする。また，反転制御領域２３の垂直磁気異方性Ｋｕのみを記録素子の漏洩磁束で磁化反転できるように小さくすることにより，記録ビット全体のＫｕを大きく保つことができ，記録ビットの熱安定性が向上できる。
【００２３】
さらに，図２に示すように反転制御領域２３をビットの外周部に設けないことにより，隣のビットを記録するときの漏洩磁束による影響を，より小さくすることができる。より詳しく述べると，反転制御領域２３は，再生領域２１の中心部と熱安定領域２２の外周部の間のうち，トラック方向の境界に設け，クロストラック方向には設けないのが好ましい。つまり，反転制御領域２３はクロストラック方向に垂直なビット中心線近傍にまたがるように形成し，トラック方向に垂直なビット中心線上には設けない。こうすることで，隣接トラックから離れた位置に反転制御領域２３を制限することができ，トラックを記録するときに記録素子から隣のトラックの反転制御領域２３を遠ざけることができる。従って，図２に示すように，隣接トラックのビットの反転制御領域２３に跨らない幅Ｗ５程度の幅の広い記録素子を用いることができる。この様にクロストラック方向のビット中心近傍に反転制御領域２３を制限する場合，磁気ヘッドが流入する側と流出する側の２か所に反転制御領域２３が形成される。しかし，ビットは記録ヘッドが流出する際の漏洩磁束により記録され，それ以前のヘッドからの漏洩磁束の向きには依存しない。すなわち，記録にはヘッド流出側の反転制御領域のみが利用されるため，反転制御領域は，流入，流出両側にあっても，流出側一方のみにあってもよい。
【００２４】
本発明の磁気記録媒体は，各記録ビットが，膜厚方向に切り取ったとき，３種類の磁気特性を示す領域を有する。中心部の再生領域である再生領域２１は，大きい飽和磁束密度と厚い膜厚により，再生信号出力を大きくすることができる。ビットの中心部の出力を大きくすることにより，ビットの外周部からの漏洩磁束が原因のノイズを低減することができる。ビット中心部の出力が大きくなり，隣接トラックのビットからのノイズが小さくなるので，幅の広い再生ヘッドを用いることができる。外周部の熱安定領域２２は，高い垂直磁気異方性によりビットの熱安定性に寄与する。また，外周部は隣のビットとの相互作用が大きいので，高い垂直磁気異方性と中心部より小さい飽和磁束密度と薄い膜厚により，隣のビット間の漏洩磁場による影響を小さくすることができる。また，熱安定領域２２を形成することにより隣の記録ビットとの隙間を狭くすることができ，同じ集積密度でビットの体積をより大きくできるため，熱安定性の向上が達成される。また，反転制御領域２３は，表層部の垂直磁気異方性を小さくすることにより，反転制御領域２３に印加された記録ヘッドからの漏洩磁場によって記録ビットが反転されるようにすることができる。反転制御領域２３を設けることにより，再生領域２１と熱安定領域２２を記録ヘッドの漏洩磁場では反転できないほど垂直磁気異方性を大きくすることができ，熱安定性が向上する。さらに，隣接トラックを記録する際に記録ヘッドが熱安定領域２２上にあっても，反転制御領域２３上になければサイドイレーズされることがないので，より幅広い記録ヘッドを用いることができる。
【００２５】
記録時に記録ヘッドが在るべき位置の条件は，記録ヘッドの一部が記録するビットのヘッド流出側の反転制御領域２３上にあり，かつ隣接ビットの反転制御領域２３上に位置しないことである。また，再生時に再生ヘッドが在るべき位置の条件は，記録ビット中央の再生領域２１上にあり，隣接ビットの再生領域２１上に位置しないことである。つまり，記録ヘッド及び再生ヘッドが隣接ビットの熱安定領域２２上に干渉しても記録再生を行えることとなる。また，記録位置，再生位置がビットの一部分になるため，ヘッドからはビットがあたかも小さくなったかのように見える。これらのことから，ヘッドの位置合わせ精度が低くてもよいことになる。媒体の実際に作成した記録ビットの位置が，設計値とずれても隣のビットの記録・再生の影響を受けにくくなるとともに，ヘッドの位置がずれても隣のビットを記録再生する危険が低減し，信頼性が向上する。
【００２６】
さらに，記録ビットの記録可能位置又は再生感度分布を記録ビットのそれぞれ反転制御領域２３又は再生領域２１に制限できるため，１／２ビット幅分位相のずれた２列のビットを交互に記録又は再生することができる。この２列のビットの中心をトラック中心とする。ビット２列分の幅を持った記録ヘッドをトラック中心に位置制御を行って記録を行うと，２列のビットを交互に記録できる。また，ビット２列分の幅を持った再生ヘッドをトラック中心に位置制御を行って再生すると，２列のビットを交互に再生できる。これにより，同じヘッド幅でも２倍のビットをクロストラック方向に集積することができる。
【００２７】
このように，本発明のビットパターン媒体は，再生出力がビット中心部に収束しており，記録素子からの磁束によって磁化反転可能な領域も一部に制限されるため，ヘッドの位置決め精度の要求が緩い。このため，ダウントラック方向に互い違いに並んだ２列の記録ビットを１つのトラックとして交互に記録再生することが可能で，より幅の広い記録素子幅，再生素子幅のヘッドが利用可能であり，より高集積化が可能なビットパターン媒体を提供できる。
【００２８】
上記磁気特性を有するビットの形成に当たっては，平坦な非磁性基板上に少なくとも上部と下部で異なる磁気特性を有する磁性膜を記録層として形成する。ここで，上部を高出力層，下部を熱安定層と定義する。高出力層の飽和磁束密度Ｍｓａ及び垂直磁気異方性Ｋｕａと，熱安定層の飽和磁束密度Ｍｓｂ及び垂直磁気異方性Ｋｕｂの間には，Ｍｓａ＞ＭｓｂとＫｕａ＜Ｋｕｂが成り立つように材料を選択する。本発明の一態様による磁気記録媒体の製造方法は，平坦な非磁性基板上に少なくとも２層の磁性膜を用いて記録層を形成する工程と，記録層上にビットパターンのマスクを形成する工程と，ビットパターンのマスクを用いて記録層にイオン注入する工程と，少なくとも２種類の加速電圧又はビーム角度でのイオンビームエッチングにより記録層をエッチングする工程を有する。
【００２９】
熱安定領域２２であるビット外周部は高出力層を物理的にエッチングすることにより，Ｍｓ１＞Ｍｓ２，ｔ１＞ｔ２及びＫｕ２＞Ｋｕ１を満たすようにすることができる。また，反転制御領域２３はビット外周部と中心部の境界付近にあり，高出力層に非磁性原子を注入することにより飽和磁束密度と垂直磁気異方性を低減させ，Ｍｓ３＜Ｍｓ１及びＫｕ３＜Ｋｕ１を満たすようにして形成することができる。
【００３０】
［垂直磁気記録媒体］
垂直磁気記録媒体は，平坦な非磁性基板上に少なくとも記録層を有する。記録層は，異なる磁気特性を示す２層以上の磁性層で構成されており，上部に高出力層となる飽和磁束密度Ｍｓａ，垂直磁気異方性Ｋｕａを有する層を備え，下部に熱安定層となる飽和磁束密度Ｍｓｂ，垂直磁気異方性Ｋｕｂを有する層を備える。ここで，Ｍｓａ＞Ｍｓｂ，Ｋｕａ＜Ｋｕｂである。この様にすることにより，上部の高出力層からの単位体積当たりの漏洩磁束は下部の熱安定層からの漏洩磁束より大きく，信号強度を上げる効果が高い。一方，下部の熱安定層は上部の高出力層より垂直磁気異方性が強く，飽和磁束密度が小さいため，磁化反転しにくく熱安定性に優れる性質を示す。
【００３１】
上記性質を示す磁気記録層であれば，ＣｏＣｒＰｔ合金，ＣｏＰｔ合金，ＣｏＰｄ人工格子膜，ＣｏＰｔ人工格子膜，ＦｅＰｔ合金などの垂直磁化膜を用いることができる。上述した通り高出力層と熱安定層の磁気特性を制御するには，例えば高出力層の飽和磁束密度を大きくするためには高出力層の強磁性元素であるＣｏ及び／又はＦｅの組成比を熱安定層より大きくし，また人工格子膜であればＣｏ又はＦｅの膜厚比を熱安定層のそれより大きくするとよい。一方，熱安定層の垂直磁気異方性を大きくするにはＰｔ及び／又はＰｄの組成比を高出力層より大きくし，また人工格子膜であればＰｔ又はＰｄの膜厚比を高出力層より大きくするとよい。また，アニールなどにより結晶配向性を向上させる方法もある。その他にもＣ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｂ，Ｎ，Ｔａ，Ｓｉ，Ｒｕなどの非磁性元素を添加したりすることなどにより磁気特性を変化させることができる。高出力層及び熱安定層は，それぞれが単層膜でも多層膜でもよい。また，高出力層及び熱安定層それぞれが，複数の磁気特性を持った多層構造であっても，高出力層及び熱安定層それぞれの平均的磁気特性が上述の性質を示せばよい。
【００３２】
記録ビットは，媒体表面から見て円形又は楕円形で，図１に示す通り同心円状にトラック方向に配列するとよい。クロストラック方向に隣の列のビットは，ダウントラック方向にビット間隔の１／２ずらして配置するとよい。この様にすることにより，同心円状にビットを配列し，かつ最密構造に近い構造となり，ビット密度を高くすることができる。記録ビットは，ダウントラック方向，クロストラック方向共に，サーボ領域などによって区切られて複数の記録ビットによりブロックを形成していても構わない。
【００３３】
１つ１つの記録ビットの形状は，図３に示すような底面の面積より上面の面積が小さくなった先細り形状，典型的には円錐台のような形状とすることができる。１つの記録ビットの断面形状は，側壁が斜めになった台形のような形状をしている。円錐台の上面が平坦になったビットの中心部は最も膜厚が厚く，飽和磁束密度が大きい再生領域２１となる。円錐台の斜面に対応する記録ビットの外周部は，高出力層が削られて熱安定層の割合が増加又は熱安定層のみとなった構造を有し，熱安定領域２２を構成する。円錐台形状の記録ビットの上面の端部近傍には，高出力層に非磁性金属をイオン注入するなどして強磁性元素の組成比を小さくすることで，記録ビットの中心部より垂直磁気異方性と飽和磁束密度が小さい領域を形成する。こうして，図６（ａ）のように，熱安定領域２２の内側に反転制御領域２３を形成する。さらに，図３に示すように，再生領域２１と熱安定領域２２の境界のうちトラック方向の２か所にのみ反転制御領域２３を形成すると，記録ヘッドの位置ずれの許容量が大きくなり好ましい。また，図６（ｂ）に示すように，トラック方向のうちヘッドが流出していく側の１か所にのみ反転制御領域２３を形成してもよい。
【００３４】
［垂直磁気記録媒体の製造方法］
本発明の垂直磁気記録媒体は，以下の方法で製造することができる。図４（ａ）から図4（ｇ）は，記録媒体の製造工程の断面形状を示し，図２のＡ−Ｂ−Ｃ断面に相当する模式図である。
【００３５】
最初に，図４（ａ）に示すように，非磁性基板１０上に少なくとも記録層を構成する熱安定層１３１と高出力層１３２を形成する。この時，非磁性基板１０と熱安定層１３１の間に密着層，軟磁性下地層１１，配向制御層を形成してもよく，高出力層１３２上に保護層，ハードマスク層１４１，１４２を形成してもよい。次に，図４（ｂ）に示すように，インプリント装置などを用いて多層膜を成膜した表面にレジストパターンを形成する。次に，図４（ｃ）のように，ハードマスク層がある場合にはインプリントレジストパターンを，リアクティブイオンエッチング装置などを用いてハードマスク層に転写する。
【００３６】
次に，図４（ｄ）に示すように，インプリントレジストパターン又はハードマスクパタンをマスクとして，Ｃ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｂ，Ｎ，Ｔａ，Ｓｉ，Ｒｕなどの非磁性元素をイオン注入装置を用いてマスクの開口部下の高出力層に注入する。イオン注入には数ｋｅＶに加速したイオンを用いるため，マスクのない領域の高出力層だけでなく，イオンの一部はマスクされた部分の高出力層にも広がる。その結果，図５（ａ）の平面図のように，破線で示したビット形状のマスクの境界の内側に，実線で示したイオン注入されていない高出力層の境界が位置するようになる。
【００３７】
次に，イオンミリング装置を用いて，マスク開口部のイオン注入した高出力層をエッチングにより除去する。トラック方向にのみ反転制御層２３を設ける図３に示した記録ビットを形成する場合には，図２に示すようにトラック方向の隣接ビット間距離Ｗ３をクロストラック方向の隣接ビット間距離Ｗ４より小さく（Ｗ４＞Ｗ３）することにより，トラック方向のマスクの開口幅をその他の部分の開口幅と比較して狭くしておく。図４（ｅ）に示すように，ミリングイオンの直進性を制御し磁気記録媒体表面に対して斜めに入射するイオンの成分を増やすと，サイドエッチング効果が大きくなり，開口幅が広い部分ではマスクの側壁がエッチングされてマスクが後退し，もともとのマスクの下に拡散により形成されたイオン注入領域もエッチングにより取り除かれる。ただし，トラック方向の隣接ビット間のイオン注入領域部は，マスクの開口溝が狭いため直進性の低いイオンは入りにくくエッチングされない。表面から見ると図５（ｂ）のようになり，記録ビットのトラック方向に残ったイオン注入された層を持つ部分が反転制御領域２３となる。
【００３８】
また，図７に示すように，イオンビーム７１を基板上からオフセットし，斜めからスリット７２を介して円板７３の一部の扇型部分にのみ入射するようにし，円板７３を回転すると，円板全面においてイオンビーム７１がトラック方向に斜め入射した状態でエッチングすることができる。本方法によりトラック方向の側壁のうち一方のサイドエッチングを抑制でき，磁気ヘッドの流出側のダウントラック方向のイオン注入部のみ残すことができる。この方法を用いると，図６（ｂ）に示す記録ビット構造を作ることができる。図６（ａ）に示す反転制御領域２３を再生領域２１と熱安定領域２２の間に同心円状に形成する場合，本工程を省略することができる。
【００３９】
次に，図４（ｆ）に示すように，イオンミリング装置を用いて前記イオン注入部をエッチングする時よりも直進性に優れるイオンを照射し，マスクの開口部の下の高出力層と熱安定層をエッチングし溝を形成する。この時，溝の深いところほど溝の幅が狭くなるテーパー形状の溝が形成され，記録ビットは円錐台の形状になる。
【００４０】
以上により，再生領域２１，熱安定領域２２，反転制御領域２３の３種類の磁気特性が図５（ｃ）に示すように分布した記録ビットを形成することができる。最後に図４（ｇ）に示すように，記録ビット間にできた溝に炭素やＳｉ，Ｃｒなどの非磁性材料の埋戻し充填層１６１を形成し，表面平坦性を向上してもよい。垂直磁気記録媒体としてヘッドを浮上させるためには，エッチングなどにより記録ビットのうち再生領域２１の記録層の表面が露出するまでマスクや埋戻し充填層を除去して表面を平坦にし，保護層１６２と潤滑層１６３を形成するとよい。
【００４１】
［垂直磁気記録媒体の記録再生方法］
本発明の垂直磁気記録媒体は，記録ビットの記録及び再生位置をクロストラック方向には，それぞれビットの中央部の反転制御領域２３と再生領域２１に制限しているため，記録素子及び再生素子が隣のトラックのビット上にあっても外周部の熱安定領域２２上であれば，記録再生に支障がない。そのため，記録ビットの隣接トラックのビットが被らない幅よりもクロストラック方向に広い記録素子及び再生素子を持った磁気ヘッドを用いることができる。１つの記録ビットの幅よりも幅の広い記録素子，再生素子を用いることができるため，より大きな磁界を発生する記録素子や感度の高い再生素子を用いることができ，反転磁界が大きな垂直磁気異方性の大きい熱安定性に優れた記録ビットを形成した磁気記録媒体を用いることができる。これにより，より高い記録密度でビットが形成できる。また，十分な再生出力と高いＳＮＲを得ることができる。
【００４２】
さらに，本発明の垂直磁気記録媒体は記録ビットの記録及び再生位置をビットの一部に制限することができるので，クロストラック方向に並んだ２列のビットを１つのトラックとして，隣り合う列のダウントラック方向に１／２ビット間隔幅分ずれて並んだビットを交互に記録・再生する方法で特に安定して記録再生を行うことができる。この場合，記録素子及び再生素子の幅は２列のビット両方を跨ぐ幅で，素子の中心を２列のビット群の中心に位置合わせして記録再生を行う。常に，２列のビット両方の上を素子が飛んでいることになるが，ヘッドからは，再生位置の再生領域２１が交互に現れるようになり，再生素子は感受部の平均信号を得るのであたかも２列で構成されたトラックの中心に１／２ビット間隔で並んでいるように見えるので，１列のビットを１トラックとして記録再生するシステムと同じものを用いることができる。一方，記録位置に関しては，図２に示した構造の場合，１つのビットに反転制御領域２３が２か所あり，磁気ヘッドの流出側の反転制御領域２３は，隣のトラックの最隣接ビットの磁気ヘッド流入側の反転制御領域２３とダウントラック方向の位置が非常に近い。このため，記録素子からの漏洩磁界により同時に２つのビットが反転してしまうが，最終的にヘッドが流出する側の反転制御領域２３を記録素子が通過した時の記録素子からの漏洩磁界によって記録ビットの磁化方向が決まる。このため一般的な磁気記録装置同様に，特定の１つの記録ビットを反転するのではなく，１つのトラック上の記録ビットの集団（所謂セクタ）を連続的に記録する方法を用いるとよい。
【００４３】
［実施例］
以下，実施例により具体的に説明する。
図４（ａ）から図４（ｇ）に示した製造方法により，ビットパターン型の垂直磁気記録媒体を作製した。図４（ａ）から図４（ｇ）は，図２のＡ−Ｂ−Ｃ断面に相当する断面図である。なお，上記の発明を実施するための形態に記載され，本実施例に未記載の事項は本実施例にも適用することができる。
【００４４】
図４（ａ）のように，非磁性基板１０として直径６５ｍｍのガラス基板を用い，スパッタ装置を用いて，軟磁性下地層１１，中間層１２，熱安定層１３１，高出力層１３２，第一ハードマスク１４１，第二ハードマスク１４２を順に形成した。中間層には膜厚９ｎｍのＲｕ，熱安定層１３１には膜厚５ｎｍのＣｏＣｒ15Ｐｔ15合金，高出力層１３２には膜厚３ｎｍのＣｏＣｒ18Ｐｔ10合金，第一ハードマスク１４１には膜厚１０ｎｍのＣＮx，第二ハードマスク１４２には膜厚２ｎｍのＳｉＮxを用いた。次に，図４（ｂ）のように，インプリント装置を用いてインプリントレジストパターン１５を形成した。レジストの総厚は３０ｎｍでビットパターンの高さが２５ｎｍ，レジストの残渣が５ｎｍとなるようにした。
【００４５】
次に，図４（ｃ）のように，リアクティブイオンエッチング装置により，酸素ガスを用いたリアクティブイオンエッチングで，ビットパターン間の溝部のレジスト残渣を除去し，ＣＦ4ガスを用いたリアクティブイオンエッチングで溝部の第二ハードマスク１４２を除去し，ＣＯ2ガスを用いたリアクティブイオンエッチングで溝部の第一ハードマスク１４１を除去した。この時，同時に残ったインプリントレジストも除去され，ビットパターンは第一及び第二ハードマスクに転写された。
【００４６】
次に，図４（ｄ）のように，イオン注入装置を用いて３ｋｅＶの加速電圧で窒素イオンを５×１０14イオン／ｃｍ2溝部の高出力層１３２に注入した。こうして，高出力層１３２の一部にイオン注入部１３３を形成した。イオン注入部１３３はハードマスクの下側の領域にも一部が入り込む形で形成されている。次に，図４（ｅ）のように，イオンビームエッチング装置を用いて５００Ｖの加速電圧でＡｒイオンを照射し，溝部の高出力層１３２をエッチングした。この時，磁気記録媒体表面に対して斜めに入射するイオンビームの成分が増えて，サイドエッチング効果の大きなエッチングが行われる。その結果，Ａ−Ｂ断面の狭い溝にはイオンビームが入りにくく高出力層に溝が形成されない。一方，Ｂ−Ｃ断面の広い溝にはイオンビームが入り，ハードマスクの側壁がサイドエッチングにより後退しながら高出力層に溝が形成された。ハードマスクと高出力層の溝の側壁は約５０度に傾斜した。次に，図４（ｆ）のように，加速電圧２００ＶでＡｒイオンを照射し，溝部の高出力層１３２と熱安定層１３１を除去した。このとき，図４（ｅ）の加工時よりもイオンビームの直進性が増している。本工程では，Ａ−Ｂ断面の狭い溝もＢ−Ｃ断面の広い溝にも同様にイオンビームが入り両方の溝がエッチングされ本工程で形成された溝部の側壁は約７５度の傾斜を示した。また，上記２つのイオンビームエッチングを行っている間にハードマスクもエッチングされて，第一ハードマスク１４１の一部のみ高出力層１３２の上に残った。このとき，Ａ−Ｂ断面の狭い溝に隣接し，第一ハードマスク１４１の下に位置するイオン注入領域は除去されずに残留して，反転制御領域となる。
【００４７】
次に，図４（ｇ）のように埋戻し充填層１６１としてカーボンを表面に形成し，凹凸を平坦にした後にドライエッチングにより高出力層表面が露出するまで埋戻し充填層１６１を除去し，保護層１６２としてカーボンを形成し，潤滑層１６３をディップ処理により形成した。こうして作製された垂直磁気記録媒体をサンプル１とする。
【００４８】
出来上がった記録ビットの大きさは，図１及び図２に示した記録ビットの幅Ｗ１：１２ｎｍ，隣接トラックのビットが被らないクロストラック方向の幅Ｗ２：１４ｎｍ，トラック方向の近接する最隣接ビット間距離Ｗ３：１３ｍｍ，ダウントラック方向に近接する最隣接ビット間距離Ｗ４：１４ｎｍ，隣接トラックの再生領域の隣接側端間距離Ｗ５：２１ｎｍとなった。
【００４９】
次に，サンプル１と同様の製造方法で，イオン注入までを行った後，５００Ｖの加速電圧でのイオンビームエッチングを行わず，２００Ｖの加速電圧のみでイオンビームエッチングを行った。その他の製造工程はサンプル１と同様に行い，クロストラック側の反転制御領域２３も残して同心円状に，中心部から再生領域２１，反転制御領域２３，熱安定領域２２が形成された垂直磁気記録媒体を作製した。これをサンプル２とする。サンプル２の記録ビットの模式図を図６（ａ）に示す。
【００５０】
次に，サンプル１と同様の製造方法で，イオン注入までを行った後，イオンビームを基板表面に対して傾斜してエッチングを行い，反転制御領域２３をダウントラック方向の磁気ヘッド流出側のみに残したサンプル３を作製した。サンプル３の記録ビットの模式図を図６（ｂ）に示す。
【００５１】
次に，サンプル１と同様の製造方法で，イオン注入を行わず反転制御領域２３の存在しない垂直磁気記録媒体を作製した。これをサンプル４とする。サンプル４の記録ビットの模式図を図６（ｃ）に示す。
【００５２】
次に，サンプル１と同様の製造方法で，イオン注入を行わず，且つ溝部のエッチングを加速電圧１５０ＶのＡｒイオン照射で行うことにより溝部の高出力層と熱安定層の側壁を垂直にした垂直磁気記録媒体を作製した。これをサンプル５とする。サンプル５の記録ビットの模式図を図６（ｄ）に示す。サンプル５の記録ビットは全てが再生領域２１でできており，熱安定領域２２及び反転制御領域２３がない。
【００５３】
次に，サンプル１と同様の製造方法で，イオン注入を行った後，溝部のエッチングを加速電圧１５０ＶのＡｒイオン照射で行うことにより，高出力層と熱安定層の側壁を垂直にした垂直磁気記録媒体を作製した。これをサンプル６とする。サンプル６の記録ビットは，ビットの最外周部に反転制御領域２３が形成されており，中心部が再生領域２１となっていて熱安定のための熱安定領域２２を持っていない。サンプル６の記録ビットの模式図を図６（ｅ）に示す。
【００５４】
次に，サンプル１と同様の方法で，熱安定層１３１には膜厚５ｎｍのＣｏＣｒ18Ｐｔ10合金を用い，高出力層１３２には膜厚３ｎｍのＣｏＣｒ15Ｐｔ15合金を用いて，上側の高出力層１３２の方が熱安定層１３１よりＫｕが大きくＭｓが小さい記録層の構成としたパターン媒体を作製した。これをサンプル７とする。
【００５５】
次に，サンプル１と同様の製造方法で，熱安定層１３１にＣｏ（膜厚０．３ｎｍ）とＰｄ（膜厚０．７ｎｍ）を交互に積層し総膜厚５ｎｍとしたものを用い，高出力層には，Ｃｏ（膜厚０．４ｎｍ）Ｐｄ（膜厚０．６ｎｍ）を交互に積層し総膜厚３ｎｍとしたものを用いてパターン媒体を作製した。これをサンプル８とする。
【００５６】
次に，サンプル１と同様の方法で，熱安定層１３１に５ｎｍのＣｏ70Ｐｔ30合金を用い，高出力層に３ｎｍのＣｏ80Ｐｔ20合金を用いてパターン媒体を作製した。これをサンプル９とする。
【００５７】
次に，サンプル１と同様の製造方法で，熱安定層１３１に膜厚５ｎｍのＦｅ50Ｐｔ50合金を成膜し，摂氏５００度でアニールを行った後，高出力層として膜厚３ｎｍのＣｏ80Ｐｔ20合金を形成したパターン媒体を作製した。これをサンプル１０とする。
【００５８】
上記サンプル１〜１０の磁気特性を調べるため，試料振動型磁力計を用いて基板に垂直方向の磁化測定を行った。反転開始磁界Ｈｎ，保磁力Ｈｃ，飽和磁場Ｈｓを表１に示す。温度の記載のないものは，室温で測定した。
【００５９】
【表１】
【００６０】
サンプル１の媒体は，サンプル４の媒体と比較して，保磁力と飽和磁場が低く，記録ヘッドの磁界が小さくても記録できることがわかる。また，サンプル５，６の媒体の保磁力は小さいが飽和磁場が大きく記録が安定してできないことを示している。一方，反転開始磁界は，サンプル１〜４の媒体はマイナスになっておりビットを安定に保つことができることを示しているが，サンプル５，６の媒体は印加磁場をゼロに戻すと反転してしまうビットがあることを示している。サンプル７は，サンプル１と形状が同じであるが熱安定層が十分に機能しないため，特に反転開始磁界が小さく記録ビットの安定性が低いことがわかる。サンプル８，９，１０は室温での飽和磁束密度は１０ｋＯｅを大きく超えている。しかし，１５０度〜２００度に温度を上げると，表に示すように保磁力：約５ｋＯｅ，飽和磁束密度：約８ｋＯｅで反転開始磁界−２ｋＯｅ以下となっており，サンプル１と同様の磁気特性を示した。
【００６１】
各サンプルの媒体の実際の記録特性を調べるため，記録素子を用いて記録ビットの周期に合わせて交流記録（０１０１・・・）と直流記録（１１１１１１・・・）を行った。評価に用いたヘッドは，シールドギャップ長２０ｎｍ，トラック幅７〜２２ｎｍの巨大磁気抵抗効果を利用した再生素子（再生ヘッド）と，トラック幅７〜２２ｎｍの書き込み素子（単磁極記録ヘッド）を有する複合磁気ヘッドである。周速１０ｍ／ｓ，スキュー角０度，磁気スペーシング約１ｎｍの条件で，記録素子の印加電流を変えて記録を行い，再生素子で信号を読み取りエラー率を計算した。エラー率が１０-4以下となった時を，正常に記録できたものとして，正常に記録できる記録素子に印加する最低電流を調べた。結果を表２に示す。尚，サンプル８，９，１０の媒体は室温での保磁力が大きくヘッドからの磁界で記録ができないため，サンプルを摂氏１５０度〜２００度に加熱して記録を行った。
【００６２】
【表２】
【００６３】
サンプル１〜３の媒体が約２０ｍＡの電流で交流記録も直流記録もできたのに対して，サンプル４，５の媒体は約５０ｍＡの電流を印加しないと交流記録できなかった。また，サンプル４の媒体は，５５ｍＡの電流を印加すると直流記録できたが，サンプル５，６，７は直流磁場では記録電流の大きさ，即ち印加磁場に依らず記録できなかった。サンプル８，９，１０は記録温度での保磁力，飽和磁束密度がサンプル１より大きいため，若干大きな記録磁界を必要としたが，交流磁界，直流磁界とも安定して記録することができた。
【００６４】
以上の結果より，ビットの中心部に再生領域２１，外周部に熱安定領域２２，これらの間に反転制御領域２３があると低い電流で直流記録，交流記録共に正しく行えることがわかる。サンプル４，５が交流記録で高い電流を必要としたことは，記録電流を下げるのに反転制御領域２３が効果的であることを示している。一方，サンプル５，６が直流記録できなかったことは，最外周部に熱安定領域２２の形成することが同じ方向にビットを並べるのに有効であることを示している。また，サンプル６の結果は，反転制御領域２３を外周部に形成することが良くないことも示している。サンプル７の結果は，熱安定領域２２の効果には，熱安定層の垂直磁気異方性が高出力層の異方性より大きく，熱安定層の飽和磁束密度を高出力層の飽和磁束密度より小さくすることが重要であることを示している。サンプル８，９，１０は加熱して記録を行う（熱アシスト記録）ことを想定した高い異方性を示す材料のサンプルでも，熱安定領域２２と反転制御領域２３を形成することで安定した記録ができることを示している。
【００６５】
次に，記録素子と再生素子のクロストラック方向の幅を変えて複数トラックにわたって交流記録を行い再生信号のエラー率を調べた。結果を図８に示す。サンプル１〜３は，１５ｎｍ程度の幅の記録再生素子を用いてもほとんど誤りなく記録再生できる。特にトラック方向にのみ反転制御領域２３を作製したサンプル１とサンプル３では，１７ｎｍの幅の素子を用いても誤りなく記録再生できた。一方，記録ビットの外周部に反転制御領域２３があるサンプル６では，幅が広い記録素子では隣接トラックのビットまで反転してしまってエラー率が高く，幅の広い素子が使えないことを示している。また，サンプル８〜１０についてもサンプル１と同様の結果が得られた。サンプル４，５については幅の狭いヘッドでは記録磁場が不足することによってエラーレートが急激に低下し評価できなかった。またサンプル７はサンプル６と同様，隣接トラックへの記録に影響されエラー率が低下した。
【００６６】
本結果は，サンプル１，８，９，１０及びサンプル３の構造，つまり反転制御領域２３がクロストラック方向になく，ダウントラック方向のみにあると，隣接トラックの記録によるビットが反転してしまう影響を小さくすることができ，より大きな幅の記録素子を用いることができることを示している。
【００６７】
次に，記録素子と再生素子の幅が２５ｎｍの磁気ヘッドを用いて，図９に示すように，クロストラック方向の２つのビット列を１つのトラックとして記録再生を試みた。サンプル８，９，１０については前記記録再生実験と同様に温度を上げて行った。２つのビット列の中心をトラック中心として，磁気ヘッドをそのトラック中心に位置制御する。このトラッキング制御は，既存の技術を用いて実現することが可能である。記録時には，記録素子の磁界を図９に示すように，磁気ヘッドが流出側の反転制御領域２３に来た時に記録用の磁界が印加されるように上列用と下列用ビットを交互に記録するように記録信号を発生させた。再生時には，図９に示すように合計の再生信号が検出されるが，上列及び下列の記録ビットの中心に再生素子が来たときに信号が交互に再生素子に入力されることから，それぞれの列のビットからの再生信号は図中のように分離される。実際に記録再生を行う上では，ビットがどちらの列であるかを考慮する必要はなく，２列のビットを１つのトラックとして考えて記録再生を行うことができる。そこで，２列のビットが１つのトラックとして正しく記録できるかを検証するために，交流記録を行い，エラー誤り率を計算した。その結果を表３に示す。
【００６８】
【表３】
【００６９】
サンプル１及び３では，反転制御領域２３の位置と記録素子からの磁場が良く同期しているので適切な記録電流で記録再生を行うとほとんどエラーが発生しない。一方，サンプル２は反転制御領域２３が再生領域２１の周囲全体にあるため，隣の列を記録するために印加した磁場によっても磁化反転が起こりうる。このため，わずかにヘッドが位置ずれしただけで記録エラーが発生するためエラー率が増加したと考えられる。同様に，サンプル１，２，３いずれも記録電流を６０ｍＡに上げて再生領域２１への磁界印加で磁化反転するようになると，わずかに記録ヘッドが位置ずれしただけで記録エラーが発生するためエラー率が大きくなった。また，サンプル４，５，７は反転制御領域２３がなく，サンプル６は適切な外周部全体に反転制御領域２３があるため，記録できる位置を適切に制御できず２列を同時に記録再生することは困難であった。サンプル１，３のように反転制御領域をクロストラック方向に設けず，ダウントラック方向の再生領域と熱安定領域の間に設けることにより１つ１つのビットの記録できる位置を小さくすることができる。これにより記録ヘッドの位置制御のマージンを増やすことができるため，2列のビットを交互に記録再生が可能であることが示された。サンプル８，９，１０は記録電流が30mAでは反転制御領域２３を反転できないため，表に記載の電流に上げて測定したところ，サンプル１と同様のエラー率が得られた。一方，記録電流60mAでも再生領域が反転しにくいため，サンプル１に比較してエラー率が小さかった。本方法が，熱アシスト記録方式にも有効であることを示している。以上の検討の結果，サンプル１，８，９，１０あるいはサンプル３に示したビット構造の媒体は，クロストラック方向の２つのビット列を１つのトラックとして記録再生に適することが分かった。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 非磁性基板
１１ 軟磁性下地層
１２ 中間層
１３ 記録層
１３１ 熱安定層
１３２ 高出力層
１３３ イオン注入部
１４ ハードマスク層
１４１ 第一ハードマスク層
１４２ 第二ハードマスク層
１５ インプリントレジスト
１６１ 埋戻し充填層
１６２ 保護層
１６３ 潤滑層
２１ 再生領域
２２ 熱安定領域
２３ 反転制御領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な非磁性基板上に垂直磁気記録層が形成されている磁気記録媒体において，
前記垂直磁気記録層は記録ビット単位に分離され，前記記録ビットの列が隣の列とは１／２ビット分の間隔だけずらして同心円状に配列されており，
前記記録ビットは，第１の磁性層の上に第２の磁性層が積層された積層構造を有し，底面の面積より上面の面積が小さい先細り形状を有し，前記記録ビットの最外周部は前記第１の磁性層からなり，中心部は前記第１の磁性層と前記第２の磁性層を有し，前記最外周部と前記中心部の間に反転制御領域が設けられ，
前記第２の磁性層の飽和磁束密度をＭｓａ，垂直磁気異方性をＫｕａとし，前記第１の磁性層の飽和磁束密度をＭｓｂ，垂直磁気異方性をＫｕｂとし，前記反転制御領域の飽和磁束密度をＭｓｃ，垂直磁気異方性をＫｕｃとするとき，次の関係を満たすことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
Ｍｓａ＞Ｍｓｂ，Ｋｕａ＜Ｋｕｂ，Ｍｓｃ＜Ｍｓａ，Ｋｕｃ＜Ｋｕａ
【請求項２】
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において，前記反転制御領域が磁気ヘッドの流入側と流出側の２か所にあることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項３】
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において，前記反転制御領域が磁気ヘッドの流出側の１か所にあることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の垂直磁気記録媒体において，前記第２の磁性層は前記第１の磁性層よりＣｏとＦｅの合計の組成比が大きいことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項記載の垂直磁気記録媒体において，前記第２の磁性層中の前記反転制御領域は前記第２の磁性層の中心部よりＣｏとＦｅの合計の組成比が少ないことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項６】
記録ビット単位に分離された磁気記録層を有し，前記記録ビットの列が隣の列とは１／２ビット分の間隔だけずらして同心円状に配列されている垂直磁気記録媒体の製造方法において，
平坦な非磁性基板上に第１の飽和磁束密度及び第１の垂直磁気異方性を有する第１の磁性層を形成する工程と，
前記第１の磁性層の上に前記第１の飽和磁束密度より大きな第２の飽和磁束密度及び前記第１の垂直磁気異方性より小さな第２の垂直磁気異方性を有する第２の磁性層を形成する工程と，
前記第２の磁性層の上に，トラック方向のビット間の溝幅を他の部分の溝幅より狭くしたビットパターンマスクを形成する工程と，
前記マスクを用いて前記第２の磁性層にイオン注入し，前記マスクの下方に一部入り込んだイオン注入部を形成する工程と，
サイドエッチング効果の大きいエッチングにより前記第２の磁性層をエッチングし，前記トラック方向のビット間以外の部分に形成されたイオン注入部を除去する工程と，
直進性のよいエッチングにより，前記トラック方向のビット間に形成されたイオン注入部のうち前記マスクの下方に位置する部分を残留させて前記第２の磁性層をエッチングする工程と
を有することを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。
【請求項７】
記録ビット単位に分離された磁気記録層を有し，前記記録ビットの列が隣の列とは１／２ビット分の間隔だけずらして同心円状に配列されている垂直磁気記録媒体に磁気ヘッドで記録する磁気記録方法において，
前記記録ビットは，第１の磁性層の上に第２の磁性層が積層された積層構造を有し，底面の面積より上面の面積が小さい先細り形状を有し，前記記録ビットの最外周部は前記第１の磁性層からなり，中心部は前記第１の磁性層と前記第２の磁性層を有し，前記最外周部と前記中心部の間に反転制御領域が磁気ヘッドの流入側と流出側の２か所あるいは磁気ヘッドの流出側の１か所に設けられ，前記第２の磁性層の飽和磁束密度をＭｓａ，垂直磁気異方性をＫｕａとし，前記第１の磁性層の飽和磁束密度をＭｓｂ，垂直磁気異方性をＫｕｂとし，前記反転制御領域の飽和磁束密度をＭｓｃ，垂直磁気異方性をＫｕｃとするとき，次の関係
Ｍｓａ＞Ｍｓｂ，Ｋｕａ＜Ｋｕｂ，Ｍｓｃ＜Ｍｓａ，Ｋｕｃ＜Ｋｕａ
を満たし，
前記同心円状に配列された２列の記録ビット列を跨ぐ素子幅を有する磁気ヘッドを前記２列の記録ビット列の中心に位置制御する工程と，
前記磁気ヘッドが前記記録ビットの前記流出側の反転制御領域を通過するときに当該記録ビットに記録する工程とを有し，
前記２列の記録ビット列に対して交互に記録することを特徴とする磁気記録方法。
【請求項８】
記録ビット単位に分離された磁気記録層を有し，前記記録ビットの列が隣の列とは１／２ビット分の間隔だけずらして同心円状に配列されている垂直磁気記録媒体に記録されている情報を磁気ヘッドによって再生する磁気再生方法において，
前記記録ビットは，第１の磁性層の上に第２の磁性層が積層された積層構造を有し，底面の面積より上面の面積が小さい先細り形状を有し，前記記録ビットの最外周部は前記第１の磁性層からなり，中心部は前記第１の磁性層と前記第２の磁性層を有し，前記最外周部と前記中心部の間に反転制御領域が磁気ヘッドの流入側と流出側の２か所あるいは磁気ヘッドの流出側の１か所に設けられ，前記第２の磁性層の飽和磁束密度をＭｓａ，垂直磁気異方性をＫｕａとし，前記第１の磁性層の飽和磁束密度をＭｓｂ，垂直磁気異方性をＫｕｂとし，前記反転制御領域の飽和磁束密度をＭｓｃ，垂直磁気異方性をＫｕｃとするとき，次の関係
Ｍｓａ＞Ｍｓｂ，Ｋｕａ＜Ｋｕｂ，Ｍｓｃ＜Ｍｓａ，Ｋｕｃ＜Ｋｕａ
を満たし，
前記同心円状に配列された２列の記録ビット列を跨ぐ素子幅を有する磁気ヘッドを前記２列の記録ビット列の中心に位置制御する工程と，
前記磁気ヘッドが前記記録ビットの前記中心部を通過するときに当該記録ビットの情報を読み取る工程とを有し，
前記２列の記録ビット列に対して交互に読み取りを行うことを特徴とする磁気再生方法。
【請求項１】
平坦な非磁性基板上に垂直磁気記録層が形成されている磁気記録媒体において，
前記垂直磁気記録層は記録ビット単位に分離され，前記記録ビットの列が隣の列とは１／２ビット分の間隔だけずらして同心円状に配列されており，
前記記録ビットは，第１の磁性層の上に第２の磁性層が積層された積層構造を有し，底面の面積より上面の面積が小さい先細り形状を有し，前記記録ビットの最外周部は前記第１の磁性層からなり，中心部は前記第１の磁性層と前記第２の磁性層を有し，前記最外周部と前記中心部の間に反転制御領域が設けられ，
前記第２の磁性層の飽和磁束密度をＭｓａ，垂直磁気異方性をＫｕａとし，前記第１の磁性層の飽和磁束密度をＭｓｂ，垂直磁気異方性をＫｕｂとし，前記反転制御領域の飽和磁束密度をＭｓｃ，垂直磁気異方性をＫｕｃとするとき，次の関係を満たすことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
Ｍｓａ＞Ｍｓｂ，Ｋｕａ＜Ｋｕｂ，Ｍｓｃ＜Ｍｓａ，Ｋｕｃ＜Ｋｕａ
【請求項２】
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において，前記反転制御領域が磁気ヘッドの流入側と流出側の２か所にあることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項３】
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において，前記反転制御領域が磁気ヘッドの流出側の１か所にあることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の垂直磁気記録媒体において，前記第２の磁性層は前記第１の磁性層よりＣｏとＦｅの合計の組成比が大きいことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項記載の垂直磁気記録媒体において，前記第２の磁性層中の前記反転制御領域は前記第２の磁性層の中心部よりＣｏとＦｅの合計の組成比が少ないことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項６】
記録ビット単位に分離された磁気記録層を有し，前記記録ビットの列が隣の列とは１／２ビット分の間隔だけずらして同心円状に配列されている垂直磁気記録媒体の製造方法において，
平坦な非磁性基板上に第１の飽和磁束密度及び第１の垂直磁気異方性を有する第１の磁性層を形成する工程と，
前記第１の磁性層の上に前記第１の飽和磁束密度より大きな第２の飽和磁束密度及び前記第１の垂直磁気異方性より小さな第２の垂直磁気異方性を有する第２の磁性層を形成する工程と，
前記第２の磁性層の上に，トラック方向のビット間の溝幅を他の部分の溝幅より狭くしたビットパターンマスクを形成する工程と，
前記マスクを用いて前記第２の磁性層にイオン注入し，前記マスクの下方に一部入り込んだイオン注入部を形成する工程と，
サイドエッチング効果の大きいエッチングにより前記第２の磁性層をエッチングし，前記トラック方向のビット間以外の部分に形成されたイオン注入部を除去する工程と，
直進性のよいエッチングにより，前記トラック方向のビット間に形成されたイオン注入部のうち前記マスクの下方に位置する部分を残留させて前記第２の磁性層をエッチングする工程と
を有することを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。
【請求項７】
記録ビット単位に分離された磁気記録層を有し，前記記録ビットの列が隣の列とは１／２ビット分の間隔だけずらして同心円状に配列されている垂直磁気記録媒体に磁気ヘッドで記録する磁気記録方法において，
前記記録ビットは，第１の磁性層の上に第２の磁性層が積層された積層構造を有し，底面の面積より上面の面積が小さい先細り形状を有し，前記記録ビットの最外周部は前記第１の磁性層からなり，中心部は前記第１の磁性層と前記第２の磁性層を有し，前記最外周部と前記中心部の間に反転制御領域が磁気ヘッドの流入側と流出側の２か所あるいは磁気ヘッドの流出側の１か所に設けられ，前記第２の磁性層の飽和磁束密度をＭｓａ，垂直磁気異方性をＫｕａとし，前記第１の磁性層の飽和磁束密度をＭｓｂ，垂直磁気異方性をＫｕｂとし，前記反転制御領域の飽和磁束密度をＭｓｃ，垂直磁気異方性をＫｕｃとするとき，次の関係
Ｍｓａ＞Ｍｓｂ，Ｋｕａ＜Ｋｕｂ，Ｍｓｃ＜Ｍｓａ，Ｋｕｃ＜Ｋｕａ
を満たし，
前記同心円状に配列された２列の記録ビット列を跨ぐ素子幅を有する磁気ヘッドを前記２列の記録ビット列の中心に位置制御する工程と，
前記磁気ヘッドが前記記録ビットの前記流出側の反転制御領域を通過するときに当該記録ビットに記録する工程とを有し，
前記２列の記録ビット列に対して交互に記録することを特徴とする磁気記録方法。
【請求項８】
記録ビット単位に分離された磁気記録層を有し，前記記録ビットの列が隣の列とは１／２ビット分の間隔だけずらして同心円状に配列されている垂直磁気記録媒体に記録されている情報を磁気ヘッドによって再生する磁気再生方法において，
前記記録ビットは，第１の磁性層の上に第２の磁性層が積層された積層構造を有し，底面の面積より上面の面積が小さい先細り形状を有し，前記記録ビットの最外周部は前記第１の磁性層からなり，中心部は前記第１の磁性層と前記第２の磁性層を有し，前記最外周部と前記中心部の間に反転制御領域が磁気ヘッドの流入側と流出側の２か所あるいは磁気ヘッドの流出側の１か所に設けられ，前記第２の磁性層の飽和磁束密度をＭｓａ，垂直磁気異方性をＫｕａとし，前記第１の磁性層の飽和磁束密度をＭｓｂ，垂直磁気異方性をＫｕｂとし，前記反転制御領域の飽和磁束密度をＭｓｃ，垂直磁気異方性をＫｕｃとするとき，次の関係
Ｍｓａ＞Ｍｓｂ，Ｋｕａ＜Ｋｕｂ，Ｍｓｃ＜Ｍｓａ，Ｋｕｃ＜Ｋｕａ
を満たし，
前記同心円状に配列された２列の記録ビット列を跨ぐ素子幅を有する磁気ヘッドを前記２列の記録ビット列の中心に位置制御する工程と，
前記磁気ヘッドが前記記録ビットの前記中心部を通過するときに当該記録ビットの情報を読み取る工程とを有し，
前記２列の記録ビット列に対して交互に読み取りを行うことを特徴とする磁気再生方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１４６３６２（Ｐ２０１２−１４６３６２Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３９７４（Ｐ２０１１−３９７４）
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２０年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「超高密度ナノビット磁気記録技術の開発（グリーンＩＴプロジェクト）」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２０年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「超高密度ナノビット磁気記録技術の開発（グリーンＩＴプロジェクト）」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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