説明

磁気記録媒体及びその製造方法

【課題】凹凸パターンで形成された記録層を有し、表面が充分に平坦で記録再生精度が良好な磁気記録媒体を効率的に製造する。
【解決手段】開示の磁気記録媒体の製造方法は、基材の上に磁性層を形成する工程と、前記磁性層に凹部を形成して、凹凸パターンを有する記録層を形成する工程と、前記凹部に空間を残し、前記凹部の内面上に酸化性材料又は窒化性材料を成膜する工程と、成膜された前記材料を酸化又は窒化して、酸化材料又は窒化材料で前記空間を充填する工程と、前記記録層上の余剰の前記酸化材料又は前記窒化材料を除去して平坦化する工程とを含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁気記録媒体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ハードディスク等の磁気記録媒体は、記録層を形成する磁性粒子の微細化、ヘッド加工の微細化等の改良により著しい面記録密度の向上が図られてきた。しかし、従来の磁気記録媒体における記録層の磁性膜は、平面状に形成された連続膜であるため、面記録密度を高めるために記録ビットを微細化すると、隣接する記録ビット同士の磁気記録情報が干渉し合って記録情報の信頼性が低下する問題がある。このため、記録ビットの微細化による面記録密度の向上には限界がある。これに対処するため、一層の面記録密度の向上が可能である磁気記録媒体として、記録層を凹凸パターンで形成してなるディスクリートトラックメディアやディスクリートビットメディア等のパターンドメディアタイプの磁気記録媒体が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)。
【0003】
上記パターンドメディアタイプの磁気記録媒体では、ヘッド・スライダの浮上高さを安定化させるため、媒体表面を平坦化する必要があり、そのために凹凸パターンの記録層上に非磁性材料を成膜して凹部を充填する必要がある。この非磁性材料を成膜する手法としては、スパッタリング等の成膜技術を利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2005−235356号公報
【特許文献2】特開2006−155863号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、従来の指向性の良いスパッタリング等による成膜では、元の凹凸パターンの高低差をそのまま反映して非磁性材料が成長する。このため、非磁性材料により凹部を充填しても、媒体表面には元の凹凸パターンの高低差がそのまま残ることになり、その後の平坦化作業に長時間を要する。また、上記従来のスパッタリング等による成膜では、凹凸パターンの凹部を非磁性材料で完全に満たす必要があり、成膜作業に時間とコストを要する。さらに、上記従来のスパッタリング等による成膜では、成膜作業と平坦化作業とを何度も繰り返す必要がある場合があり、作業工程が煩雑となる。
【0006】
一方、非磁性材料を等方的に成長させて成膜し、元の凹凸パターンの高低差を出来るだけ小さくすることも考えられる。しかし、指向性を低下させてスパッタリング等により成膜すると、非磁性材料が凹凸パターンの凸部の頂点を中心に成長する。このため、凹凸パターンの凹部に非磁性材料が充分に充填されないことになる。
【0007】
本発明は上記問題を解決したもので、凹凸パターンで形成された記録層を有し、表面が充分に平坦で記録再生精度が良好な磁気記録媒体を効率的に製造できる磁気記録媒体の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
開示の磁気記録媒体の製造方法は、基材の上に磁性層を形成する工程と、前記磁性層に凹部を形成して、凹凸パターンを有する記録層を形成する工程と、前記凹部に空間を残し、前記凹部の内面上に酸化性材料又は窒化性材料を成膜する工程と、成膜された前記材料を酸化又は窒化して、酸化材料又は窒化材料で前記空間を充填する工程と、前記記録層上の余剰の前記酸化材料又は前記窒化材料を除去して平坦化する工程とを含む。
【発明の効果】
【0009】
開示の磁気記録媒体の製法方法によれば、凹凸パターンで形成された記録層を有し、表面が充分に平坦で記録再生精度が良好な磁気記録媒体を効率的に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】図1は、本発明の磁気記録媒体の製造工程の一例を模式的に示す第1工程断面図である。
【図2】図2は、本発明の磁気記録媒体の製造工程の一例を模式的に示す第2工程断面図である。
【図3】図3は、本発明の磁気記録媒体の製造工程の一例を模式的に示す第3工程断面図である。
【図4】図4は、本発明の磁気記録媒体の製造工程の一例を模式的に示す第4工程断面図である。
【図5】図5は、本発明の磁気記録媒体の製造工程の一例を模式的に示す第5工程断面図である。
【図6】図6は、実施例1の記録層のSPM断面図である。
【図7】図7は、比較例1の記録層のSPM断面図である。
【図8】図8は、実施例1及び比較例1の凹凸パターンの高低差とCMP平坦化作業時間との関係を示す図である。
【図9】図9は、実施例2及び比較例2の凹凸パターンの高低差とCMP平坦化作業時間との関係を示す図である。
【図10】図10は、実施例3及び比較例3の凹凸パターンの高低差とCMP平坦化作業時間との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
先ず、本発明の磁気記録媒体の製造方法について説明する。本発明の磁気記録媒体の製造方法の一例は、基材の上に磁性層を形成する工程と、上記磁性層に凹部を形成して、凹凸パターンを有する記録層を形成する工程と、上記凹部に空間を残し、上記凹部の内面上に酸化性材料又は窒化性材料を成膜する工程と、成膜された上記材料を酸化又は窒化して、酸化材料又は窒化材料で上記空間を充填する工程と、上記記録層上の余剰の上記酸化材料又は上記窒化材料を除去して平坦化する工程とを含む。
【0012】
開示の磁気記録媒体の製造方法では、上記凹凸パターンの凹部の内面上に酸化性材料又は窒化性材料を成膜した後、この成膜された上記材料を酸化又は窒化して膨張させることにより、凹部を酸化材料又は窒化材料で充填することができる。このため、元の凹凸パターンの高低差の反映を出来るだけ小さく抑えて凹部に非磁性材料を充填でき、その後の平坦化作業を短時間に効率的に行うことができる。
【0013】
上記酸化性材料及び上記窒化性材料は、タンタル、アルミニウム、タングステン、クロム及びケイ素からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属であることが好ましい。これらの金属は、酸化又は窒化されることにより膨張し、元の凹凸パターンの高低差を吸収しながら凹部を非磁性材料で充填できる。
【0014】
また、上記酸化性材料又は上記窒化性材料を成膜する工程において、成膜された上記材料の上記凹部の底面からの最小膜厚が、上記凹部の総高さに上記材料の酸化又は窒化による最大膨張率の逆数を掛けた値を下限値とし、上記凹部の総高さ未満を上限値とする範囲内にあることが好ましい。これにより、確実に上記凹部を非磁性材料で充填できる。
【0015】
次に、本発明の磁気記録媒体について説明する。本発明の磁気記録媒体の一例は、磁性層と非磁性層とからなる凹凸パターンを有する記録層を含む。また、上記記録層は、上記磁性層を貫通する凹部を有し、上記凹部には、非磁性材料が充填されて上記非磁性層を形成し、上記非磁性材料は、非磁性金属と、上記非磁性金属の酸化物又は窒化物とを含む。
【0016】
開示の磁気記録媒体は、記録層を凹凸パターンで形成し、凹凸パターンの凹部には非磁性材料が充填されているため、記録ビットを微細化しても、隣接する記録ビット同士の磁気記録情報が干渉し合うことを防止できる。これにより、記録情報の信頼性を維持しつつ、面記録密度の向上を実現できる。また、開示の磁気記録媒体は、上記開示の磁気記録媒体の製造方法により効率的に製造可能である。
【0017】
また、上記非磁性層は、上記非磁性金属からなる第1非磁性層と、上記非磁性金属の酸化物又は窒化物からなる第2非磁性層とを含み、上記第1非磁性層は、上記凹部の底面側に配置されていてもよい。
【0018】
また、上記凹部に充填された上記非磁性材料に含まれる酸素元素又は窒素元素の濃度は、上記凹部の底面側から上方に向かって増加していてもよい。
【0019】
以下、本発明の磁気記録媒体の製造方法の一例を図面に基づき説明する。図1〜図5は、本発明の磁気記録媒体の製造工程の一例を模式的に示す工程断面図である。
【0020】
先ず、図1に示すように、非磁性基板10の上に下地金属層11と、磁性層12とをスパッタリング等により積層して形成する。
【0021】
非磁性基板10は、非磁性材料で形成されていれば特に限定されず、例えば、ガラス基板、シリコン基板、非磁性金属基板、セラミック基板、カーボン基板、樹脂基板等を使用できる。
【0022】
下地金属層11に用いる金属としては、例えば、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Te、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Al、Siの単体又はこれらの合金を使用できる。下地金属層は、磁性層の結晶性制御や平坦性制御の効果があり、媒体高記録密度化のためには設ける方が望ましいが、下地金属層11を設けない場合には、非磁性基板10の上に磁性層12を直接形成すればよい。
【0023】
磁性層12に用いる磁性材料としては、例えば、PtCo、SmCo、FeCo等を使用できる。
【0024】
次に、図2に示すように、ドライエッチング等により磁性層12を貫通する凹部13を形成して、凹凸パターンを有する記録層を形成する。
【0025】
次に、図3に示すように、凹部13の内面上に非磁性金属を指向性の高いスパッタリング等により成膜して第1非磁性膜14を形成する。この際、第1非磁性膜14の凹部13の底面からの最小膜厚Tminは、凹部13の総高さTmaxに上記非磁性金属の酸化又は窒化による最大膨張率の逆数を掛けた値を下限値とし、凹部13の総高さTmax未満を上限値とする範囲内に設定する。この場合、凹部13を第1磁性膜14で完全に充填する必要がないため、成膜時間を短縮することができる。
【0026】
次に、図4に示すように、第1非磁性膜14の非磁性金属を、酸素ガス又は窒素ガスを用いた反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)等のドライエッチングにより酸化又は窒化して膨張させ、第1非磁性膜14の外側に第2非磁性膜15を形成する。これにより、凹部13は、非磁性金属からなる第1非磁性膜14と、非磁性金属の酸化物又は窒化物からなる第2非磁性膜15により充填される。この際、第2非磁性膜15は等方的に成長するため、最外面である第2非磁性層膜15の表面15aの凹凸の高低差は、元の記録層の凹凸パターンの高低差に比べて小さくなる。
【0027】
上記RIE等の実施条件は、非磁性金属の種類に合わせて適宜設定できる。上記非磁性金属は、酸化又は窒化により膨張する非磁性金属であればよく、特にTa、Al、W、Cr、Siの単体又は合金が好ましい。
【0028】
例えば、酸素ガスを用いたRIEでTaを酸化する場合、Taは酸化されると例えばTa25となり、その体積が2倍程度となる。即ち、Taの酸化による最大膨張率は2倍程度であり、少なくとも凹部13の底面から1/2程度の深さまでTaからなる第1非磁性膜14を形成すれば、酸化後は凹部13は、Ta及びTa25を含む非磁性材料により完全に充填される。この場合、第1非磁性層14の成膜時間も、凹部13を第1非磁性層14で完全に充填する場合に比べて半分程度にすることができる。但し、RIEのエッチング時間を長くする又は酸素ガス圧を高くすることなどにより、凹部13における第1非磁性膜14の形成深さを、凹部13の底面から1/2程度を下回る深さとすることもできる。
【0029】
また、上記RIEのバイアス電力を低く設定することにより、Ta膜の厚さは目減りすることなく、Ta膜は酸素原子を取り込んで膨張することになる。例えば、Ta膜の酸素ガスによるRIEの場合、バイアス電力は250W以下程度が好ましい。バイアス電力が250Wを超えると、酸素ガスイオンにより物理的なエッチング効果が増加して、Ta酸化膜の成長速度が遅くなる傾向がある。
【0030】
次に化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)等により、記録層上の余剰の非磁性材料を除去して平坦化して、図5に示すように、磁気記録媒体20を得る。第2非磁性層膜15の表面15aの凹凸の高低差は、元の記録層の凹凸パターンの高低差に比べて小さくなっているため、平坦化作業時間を大幅に短縮できる。
【0031】
即ち、上記製造方法により製造された磁気記録媒体は、図5に示すように、凹凸パターンを有する記録層を含み、磁性層12を貫通する凹部13には、非磁性金属と、非磁性金属の酸化物又は窒化物とを含む非磁性材料が充填されている。
【0032】
但し、製造条件等によっては、上記のように第1非磁性膜14と第2非磁性膜15とが完全に分離して形成されるのではなく、例えば、凹部13に充填された非磁性材料に含まれる酸素元素又は窒素元素の濃度が、凹部13の底面側から上方に向かって増加するような傾斜材料構造をとる場合もある。このような場合の酸素元素又は窒素元素の濃度は、蛍光X線分析(XRF)装置等により測定できる。
【実施例】
【0033】
次に、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。但し、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【0034】
(実施例1)
次のようにして磁気記録媒体を作製した。先ず、厚さ0.6mmのガラス基板の上に合計厚さ30nmのTa、Pt、Ruからなる下地金属層をスパッタリングにより形成した。次に、下地金属層の上に厚さ10nmのPtCoからなる磁性層をスパッタリングにより形成した。
【0035】
次に、ドライエッチングにより磁性層を貫通する深さ25nm、直径18nmの円筒状の凹部を形成して、凹凸パターンを有する凸状の記録層を形成した。続いて、凹部の内面上にTaを指向性の高いスパッタリングにより成膜して、凹部の底面から12nm程度の深さまでTa膜を形成した。
【0036】
次に、酸素ガスを用いたRIEによりTa膜を酸化させて膨張させた。RIEの実施条件としては、ガス圧:1.5Pa、放電電力:アンテナ側/バイアス側=200W/50W、エッチング時間:120秒とした。
【0037】
ここで、RIE後の記録層の凹凸パターンの高低差を走査型プローブ顕微鏡(SPM:Scanning Probe Microscopy)で測定した結果、約8nmであった。図6に上記記録層のSPM断面図を示す。
【0038】
次に、上記記録層上の余剰の非磁性材料を除去するため、CPMにより平坦化作業を行って、本実施例の磁気記録媒体を得た。凹凸パターンの高低差はSPMで確認し、平坦化作業は、凹凸パターンの高低差が0nmになるまで行った。
【0039】
(比較例1)
凹凸パターンを有する記録層の凹部の内面上にTaを指向性の高いスパッタリングにより成膜して、凹部をほぼ完全にTa膜で充填し、その後、酸素ガスを用いたRIEを行わなかった以外は、実施例1と同様にして本比較例の磁気記録媒体を作製した。
【0040】
本比較例でもTaを凹部に充填した後の記録層の凹凸パターンの高低差をSPMで測定した結果、約25nmであった。図7に上記記録層のSPM断面図を示す。
【0041】
さらに、図8に実施例1及び比較例1の凹凸パターンの高低差とCMP平坦化作業時間との関係を示す。図8から明らかなように、実施例1では、比較例1に比べて、CMP平坦化作業時間を1/3程度まで短縮できることが分かる。
【0042】
(実施例2)
Taに代えてAlを用いた以外は、実施例1と同様にして本実施例の磁気記録媒体を作製した。本実施例でもRIE後の記録層の凹凸パターンの高低差をSPMで測定した結果、約12nmであった。
【0043】
(比較例2)
凹凸パターンを有する記録層の凹部の内面上にAlを指向性の高いスパッタリングにより成膜して、凹部をほぼ完全にAl膜で充填し、その後、酸素ガスを用いたRIEを行わなかった以外は、実施例2と同様にして本比較例の磁気記録媒体を作製した。
【0044】
本比較例でもAlを凹部に充填した後の記録層の凹凸パターンの高低差をSPMで測定した結果、約30nmであった。
【0045】
図9に実施例2及び比較例2の凹凸パターンの高低差とCMP平坦化作業時間との関係を示す。図9から明らかなように、実施例2では、比較例2に比べて、CMP平坦化作業時間を1/2以下にまで短縮できることが分かる。
【0046】
(実施例3)
Taに代えてSiを用い、RIEを下記のように行った以外は、実施例1と同様にして本実施例の磁気記録媒体を作製した。
【0047】
即ち、窒素ガスを用いたRIEによりSi膜を窒化させて膨張させた。RIEの実施条件としては、ガス圧:1.5Pa、放電電力:アンテナ側/バイアス側=200W/50W、エッチング時間:120秒とした。
【0048】
本実施例でもRIE後の記録層の凹凸パターンの高低差をSPMで測定した結果、約15nmであった。
【0049】
(比較例3)
凹凸パターンを有する記録層の凹部の内面上にSiNを指向性の高いスパッタリングにより成膜して、凹部をほぼ完全にSiN膜で充填し、その後、窒素ガスを用いたRIEを行わなかった以外は、実施例3と同様にして本比較例の磁気記録媒体を作製した。
【0050】
本比較例でもSiNを凹部に充填した後の記録層の凹凸パターンの高低差をSPMで測定した結果、約27nmであった。
【0051】
図10に実施例3及び比較例3の凹凸パターンの高低差とCMP平坦化作業時間との関係を示す。図10から明らかなように、実施例3では、比較例3に比べて、CMP平坦化作業時間を1/2程度まで短縮できることが分かる。
【0052】
(実施例4)
酸素ガスを用いたRIEに代えて、下記のようにしてTa膜を酸化させて膨張させた以外は、実施例1と同様にして本実施例の磁気記録媒体を作製した。
【0053】
即ち、ロータリーポンプと酸素ガスボンベとを繋いだ密閉容器の中にTa膜を形成した記録層を配置した。次に、ロータリーポンプで密閉容器内の空気を排気しながら、酸素ガスを30分間注入した後にバルブを閉めて密閉容器内を酸素ガスで満たした。その後、その密閉容器ごと60℃に保った恒温装置内で1週間保管した。
【0054】
本実施例では、恒温装置に1週間保管した後の記録層の凹凸パターンの高低差をSPMで測定した結果、約10nmであった。本実施例では、Ta膜の酸化には長時間を要したが、CMP平坦化作業時間は実施例1〜3と同様に短縮できた。また、本実施例の酸化方法は、一度に大量の媒体を処理できる長所がある。
【0055】
以上の実施例1〜4を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【0056】
(付記1) 磁性層と非磁性層とからなる凹凸パターンを有する記録層を含む磁気記録媒体であって、
前記記録層は、前記磁性層を貫通する凹部を有し、
前記凹部には、非磁性材料が充填されて前記非磁性層を形成し、
前記非磁性材料は、非磁性金属と、前記非磁性金属の酸化物又は窒化物とを含む磁気記録媒体。
【0057】
(付記2) 前記非磁性金属が、タンタル、アルミニウム、タングステン、クロム及びケイ素からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属である付記1に記載の磁気記録媒体。
【0058】
(付記3) 前記非磁性層が、前記非磁性金属からなる第1非磁性層と、前記非磁性金属の酸化物又は窒化物からなる第2非磁性層とを含み、前記第1非磁性層は、前記凹部の底面側に配置されている付記1又は2に記載の磁気記録媒体。
【0059】
(付記4) 前記凹部に充填された前記非磁性材料に含まれる酸素元素又は窒素元素の濃度が、前記凹部の底面側から上方に向かって増加している付記1又は2に記載の磁気記録媒体。
【0060】
(付記5) 付記1〜4のいずれか1項に記載の磁気記録媒体の製造方法であって、
非磁性基材の上に磁性層を形成する工程と、
前記磁性層を貫通する凹部を形成して、凹凸パターンを有する記録層を形成する工程と、
前記凹部の内面上に非磁性金属を成膜する工程と、
成膜された前記非磁性金属を酸化又は窒化して、前記非磁性金属と、前記非磁性金属の酸化物又は窒化物とを含む非磁性材料で前記凹部を充填する工程と、
前記記録層上の余剰の前記非磁性材料を除去して平坦化する工程とを含む磁気記録媒体の製造方法。
【0061】
(付記6) 前記非磁性金属が、タンタル、アルミニウム、タングステン、クロム及びケイ素からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属である付記5に記載の磁気記録媒体の製造方法。
【0062】
(付記7) 前記非磁性金属を成膜する工程において、成膜された前記非磁性金属の前記凹部の底面からの最小膜厚が、前記凹部の総高さに前記非磁性金属の酸化又は窒化による最大膨張率の逆数を掛けた値を下限値とし、前記凹部の総高さを上限値とする範囲内にある付記5又は6に記載の磁気記録媒体の製造方法。
【符号の説明】
【0063】
10 非磁性基板
11 下地金属層
12 磁性層
13 凹部
14 第1磁性膜
15 第2磁性膜
20 磁気記録媒体

【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁性層と非磁性層とからなる凹凸パターンを有する記録層を含む磁気記録媒体であって、
前記記録層は、前記磁性層を貫通する凹部を有し、
前記凹部には、非磁性材料が充填されて前記非磁性層を形成し、
前記非磁性材料は、非磁性金属と、前記非磁性金属の酸化物又は窒化物とを含む磁気記録媒体。
【請求項2】
前記非磁性層が、前記非磁性金属からなる第1非磁性層と、前記非磁性金属の酸化物又は窒化物からなる第2非磁性層とを含み、前記第1非磁性層は、前記凹部の底面側に配置されている請求項1に記載の磁気記録媒体。
【請求項3】
前記凹部に充填された前記非磁性材料に含まれる酸素元素又は窒素元素の濃度が、前記凹部の底面側から上方に向かって増加している請求項1に記載の磁気記録媒体。
【請求項4】
基材の上に磁性層を形成する工程と、
前記磁性層に凹部を形成して、凹凸パターンを有する記録層を形成する工程と、
前記凹部に空間を残し、前記凹部の内面上に酸化性材料を成膜する工程と、
成膜された前記酸化性材料を酸化して、酸化材料で前記空間を充填する工程と、
前記記録層上の余剰の前記酸化材料を除去して平坦化する工程とを含む磁気記録媒体の製造方法。
【請求項5】
基材の上に磁性層を形成する工程と、
前記磁性層に凹部を形成して、凹凸パターンを有する記録層を形成する工程と、
前記凹部に空間を残し、前記凹部の内面上に窒化性材料を成膜する工程と、
成膜された前記窒化性材料を窒化して、窒化材料で前記空間を充填する工程と、
前記記録層上の余剰の前記窒化材料を除去して平坦化する工程とを含む磁気記録媒体の製造方法。
【請求項6】
前記酸化性材料又は前記窒化性材料が、タンタル、アルミニウム、タングステン、クロム及びケイ素からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属である請求項4又は5に記載の磁気記録媒体の製造方法。
【請求項7】
前記酸化性材料又は前記窒化性材料を成膜する工程において、成膜された前記材料の前記凹部の底面からの最小膜厚が、前記凹部の総高さに前記材料の酸化又は窒化による最大膨張率の逆数を掛けた値を下限値とし、前記凹部の総高さ未満を上限値とする範囲内にある請求項4〜6のいずれかに記載の磁気記録媒体の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2010−257538(P2010−257538A)
【公開日】平成22年11月11日(2010.11.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−107815(P2009−107815)
【出願日】平成21年4月27日(2009.4.27)
【出願人】(000002004)昭和電工株式会社 (3,251)
【Fターム(参考)】