説明

磁気記録装置

【課題】ヘッドに良好な浮上性を与え、かつ保護膜との密着性に優れた非磁性層を備えた磁気記録媒体を搭載した磁気記録装置を提供する。
【解決手段】基板上に形成された軟磁性層と、前記軟磁性層上に互いに分離して設けられた凸状の強磁性層からなる複数の磁性パターンと、前記複数の磁性パターン間に形成された、窒素濃度が基板側よりも表面側で高い非磁性層とを具備した磁気記録媒体を搭載したことを特徴とする磁気記録装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高密度記録可能な磁気記録装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年の情報化社会において、我々が記録媒体へ記録する情報の量は増加の一途をたどっている。このため、飛躍的に高い記録容量を有する記録・再生装置および記録媒体の出現が望まれている。現在、大容量かつ安価な記録媒体として需要が増加し続けているハードディスクに関しても、数年後には現行のおよそ10倍である1平方インチあたり1テラビット以上の記録密度が必要といわれている。
【0003】
ハードディスクに用いられている現行の磁気記録媒体では、磁性体微粒子の多結晶体からなる薄膜上の一定の領域に対して1ビットの記録を行っている。磁気記録媒体の記録容量を上げるためには記録密度を増加させなければならない。そのためには、1ビットあたりの記録に使用できる記録マークサイズを小さくすることが有効である。しかし、単純に記録マークサイズを小さくしていくと、磁性体微粒子の粒子形状に起因する記録ノイズの影響が無視できなくなってくる。そこで磁性体微粒子を小さくすると、代わりに熱揺らぎの問題が発生し、磁性体微粒子に記録された情報を常温で保つことができなくなる。
【0004】
これらの問題を回避するために、磁気記録の分野においては、あらかじめ記録材料を非記録材料によって分断し、単一の記録材料粒子を単一の記録セルとして記録再生を行うパターンド媒体が提案されている(特許文献1)。
【0005】
また、近年のHDDのトラック密度の向上に関しては、隣接トラックとの干渉という問題が顕在化している。特に、記録ヘッド磁界のフリンジ効果による書きにじみの低減は重要な技術課題である。記録トラック間を物理的に分離するディスクリートトラック型パターン媒体(ディスクリートトラック媒体)は、記録時におけるサイドイレース現象、再生時におけるサイドリード現象などを低減できるため、クロストラック方向の密度を高めることができ、高密度な磁気記録媒体を提供することが期待できる(特許文献2)。なお、ディスクリートトラック媒体もパターンド媒体の一つの形式であるため、本明細書においてパターンド媒体はディスクリートトラック媒体も含むものとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】米国特許5,956,216号明細書
【特許文献2】特開平7−85406号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
記録トラックや記録セルを物理的に分断するタイプのディスクリート媒体やパターンド媒体において、磁性パターン間の凹部を非磁性体で埋め込んで平坦化することはヘッドの安定な浮上にとって重要である。特に、金属による埋め込み平坦化は、スパッタリング中のダスト発生のリスクが少なく、衝撃に対する強度も十分である。しかし、埋め込み材料としてCrなどの純金属を使用した場合には、表面に数10nm〜数100nmの粒子が形成され、表面粗さ(Ra)の増加を招く。
【0008】
また、埋め込み平坦化の際に、基板側面で金属膜がエッチングされるため、基板側面で導通が取れなくなるという問題が生じる。そのため、媒体の保護膜として、化学気相成長(CVD)により製膜されるダイヤモンドライクカーボン(DLC)を用いることができない。保護膜として、DLCの代わりに窒化カーボンを用いることが考えられるが、窒化カーボンは通常の金属からなる埋め込み層に対して密着性が悪いという欠点がある。
【0009】
本発明の目的は、ヘッドに良好な浮上性を与え、かつ保護膜との密着性に優れた非磁性層を備えた磁気記録媒体(パターンド媒体)およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の磁気記録装置は、基板上に形成された軟磁性層と、前記軟磁性層上に互いに分離して設けられた凸状の強磁性層からなる複数の磁性パターンと、前記複数の磁性パターン間に形成された、窒素濃度が基板側よりも表面側で高い、C、Si、Ti、V、Cr、Ni、Cu、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Alまたはこれらの合金の窒化物を含む非磁性層と、媒体の表面に形成された窒化カーボンを含む保護層とを具備した磁気記録媒体を搭載したことを特徴とする。
【0011】
本発明の磁気記録装置は、筐体の内部に、基板上に形成された軟磁性層と、前記軟磁性層上に互いに分離して設けられた凸状の強磁性層からなる複数の磁性パターンと、前記複数の磁性パターン間に形成された、窒素濃度が基板側よりも表面側で高い、C、Si、Ti、V、Cr、Ni、Cu、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Alまたはこれらの合金の窒化物を含む非磁性層と、媒体の表面に形成された窒化カーボンを含む保護層とを具備した磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体を回転させるスピンドルモータと、磁気ヘッドを組み込んだヘッドスライダと、前記ヘッドスライダを支持する、サスペンションおよびアクチュエータアームを含むヘッドサスペンションアッセンブリと、前記ヘッドサスペンションアッセンブリのアクチュエータとしてのボイスコイルモータとを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明の実施形態に係る磁気記録媒体(パターンド媒体)によれば、磁性パターン間に窒素濃度が基板側よりも表面側で高い非磁性層を埋め込んだことにより、ヘッドに良好な浮上性を与え、かつ保護膜との密着性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】ディスクリートトラック媒体の平面図。
【図2】パターンド媒体の平面図。
【図3】本発明の実施形態に係る磁気記録媒体の製造方法を示す断面図。
【図4】本発明の他の実施形態に係る磁気記録媒体の製造方法を示す断面図。
【図5】本発明の実施形態に係る磁気記録装置の斜視図。
【図6】実施例1の磁気記録媒体の埋め込み層の組成分析結果を示す図。
【図7】比較例1の磁気記録媒体の埋め込み層の組成分析結果を示す図。
【図8】実施例3の磁気記録媒体の埋め込み層の組成分析結果を示す図。
【図9】比較例3の磁気記録媒体の埋め込み層の組成分析結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【0015】
図1に、ディスクリートトラック媒体の周方向に沿う平面図を示す。図1に示すように、媒体の周方向に沿って、サーボ領域10とデータ領域20とが交互に形成されている。サーボ領域10には、プリアンブル部11、アドレス部12、バースト部13が含まれる。データ領域20には記録トラック21が含まれる。
【0016】
図2に、パターンド媒体の周方向に沿う平面図を示す。図2のデータ領域20には、強磁性層がクロストラック方向において物理的に分断されているだけでなくダウントラック方向においても物理的に分断された磁性ドット22が形成されている。
【0017】
図3(a)〜(g)を参照して、本発明の一実施形態に係る磁気記録媒体の製造方法を概略的に説明する。
【0018】
図3(a)に示すように、非磁性基板31上に軟磁性層32および強磁性層33を形成する。この段階で、強磁性層33上にカーボン、金属または無機化合物からなる保護層を形成してもよい。媒体の表面にレジスト40をスピンコーティングする。レジストには、一般的なノボラック系のフォトレジスト、スピンオングラス(SOG)やHSQなどのシリカ系レジストを用いることができる。また、図1または図2に示したパターンに対応して、記録トラックおよびサーボ情報のパターンが形成されたスタンパ50を用意する。次に、以下のようにしてインプリントを行う。ダイセットの下板に、基板31およびスタンパ50を載置し、基板31のレジスト40に対してスタンパ50の凹凸面を対向させ、ダイセットの上板で挟む。2000barで60秒間プレスすることによって、レジスト40にスタンパ50のパターンを転写する。
【0019】
ここで、最初のレジスト厚さが130nm程度であれば、インプリントによって形成されるパターンの凸部の高さは60〜70nmになり、凹部の底に残る残渣の厚さは70nm程度になる。60秒間のプレスの保持時間は、排除すべきレジストを移動させるのに十分な時間に相当する。なお、スタンパ50にフッ素系の剥離材を塗布するか、またはフッ素混合のダイヤモンドライクカーボン(DLC)を製膜しておくと、スタンパをレジストから良好に剥離できる。
【0020】
図3(b)に示すように、凹部のレジスト残渣を除去し、強磁性層33を露出させる。レジスト40に一般的なフォトレジストを用いた場合、酸素ガスRIE(反応性イオンエッチング)で凹部のレジスト残渣を除去し、強磁性層33を露出させる。レジスト40にSOGを用いた場合、CF4ガスでレジスト残渣を除去する。プラズマソースとしては、低圧で高密度プラズマを生成できるICP(Inductively Coupled Plasma)が好適であるが、ECR(Electron Cyclotron Resonance)プラズマまたは一般的な平行平板型RIE装置を用いてもよい。
【0021】
図3(c)に示すように、レジストパターンをエッチングマスクとして、強磁性層33を加工し、磁性パターン33aを形成する。強磁性層の加工にはArイオンビームを用いたエッチング(Arイオンミリング)が好適であるが、ClガスまたはCO−NH3混合ガスを用いたRIEでもよい。CO−NH3混合ガスを用いたRIEの場合、エッチングマスクにはTi、Ta、Wなどのハードマスクを用いる。RIEを用いた場合、強磁性層の凸パターンの側壁にテーパがつかない。どのような材料でもエッチング可能なArイオンミリングで強磁性層を加工する場合には、たとえば加速電圧400Vとして、イオン入射角度を30°から70°まで変化させる。ECRイオンガンを用いたミリングでは、静止対向型(イオン入射角90°)でエッチングすることにより、凸状の磁性パターン33aの側壁にほとんどテーパがつかないようにすることができる。
【0022】
図3(d)に示すように、レジストパターンを剥離する。レジストに一般的なフォトレジストを用いた場合、酸素プラズマ処理を行うことでレジストを容易に剥離することができる。強磁性層33の表面にカーボン保護層を形成していれば、このときにカーボン保護層も剥離される。レジストにSOGを用いた場合、フッ素系ガスを用いたRIEによりレジストを剥離する。フッ素系ガスとしてはCF4やSF6が好適である。ただし、フッ素系ガスが大気中の水と反応してHF、H2SO4などの酸が生じることがあるため、剥離後に水洗を行う。
【0023】
図3(e)に示すように全面に非磁性層34を堆積し、図3(f)に示すように非磁性層34をエッチバックして、磁性パターン33a間の凹部に埋め込み層34aを形成する。本発明の実施形態においては、埋め込み層34aの窒素濃度が基板側よりも表面側で高くなっている。磁性パターン33aに窒化物からなる埋め込み層が直接接触すると、窒素によって磁性パターン33aが劣化を受ける。このような劣化を避けるため、埋め込み層34aの窒素濃度を基板側で低くしている。埋め込み層34aは、たとえばTi、V、Cr、Ni、Cu、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Alなどの金属およびC、Siなどの無機材料の単体元素ならびにこれらの合金および化合物の窒化物を含む。これらの元素は窒化されやすい性質を有する。図3(g)に示すように、必要に応じて、非磁性層34の堆積およびエッチバックを2回以上繰り返すことにより、磁性パターン33a間の凹部に、表面が平坦化された多層構造の埋め込み層34aが形成される。
【0024】
なお、基板側よりも表面側で窒素濃度が高い埋め込み層の具体的な形成方法については後に詳細に説明する。ここでは、図3(e)〜(g)において用いられるプロセスを概略的に説明する。
【0025】
図3(e)においては、非磁性層34をバイアススパッタリングまたは通常のスパッタリングで製膜する。バイアススパッタリングは、基板にバイアスをかけながらスパッタリングする方法で、凹部への埋め込みを容易に行うことができる。ただし、基板バイアスによる基板の溶解、スパッタダストが生じやすいので、通常のスパッタリングを用いるのが好適である。
【0026】
図3(f)においては、磁性パターン33aが露出する直前でエッチバックを停止する。このエッチバックプロセスでは、ECRイオンガンを用いた垂直入射のエッチングを用いることが望ましい。SiONなどのシリコン系埋め込み材料を用いた場合にはフッ素系ガスを用いたRIEを用いることもできる。また、Arイオンミリングを用いてもよい。
【0027】
図3(g)においては、エッチバック後に磁性パターン33a上に埋め込み材料としての非磁性層を残し、保護膜として利用してもよいし、エッチバック後に埋め込み材料と別の材料を用いて保護膜を形成してもよい。保護膜の材料としては、たとえばダイヤモンドライクカーボン(DLC)が硬度に優れているため多用されている。凹凸へのカバレッジをよくし、sp3結合炭素を多く含むDLC膜を形成するためには、CVDにより製膜することが望ましいが、媒体表面で導通がとれないとCVDを採用することが困難になる。そこで、本発明の実施形態においては、スパッタリングによって製膜でき、かつ埋め込み層との密着性が良好な窒化カーボンを含む保護膜を用いることが好ましい。
【0028】
保護膜の膜厚(埋め込み材料の膜厚も含む)については、1nm以下だとカバレッジが悪くなり、10nm以上だと記録再生ヘッドと媒体との磁気スペーシングが大きくなってSNRが低下するので好ましくない。
【0029】
また、保護層上には潤滑層を設けることができる。潤滑層に使用される潤滑剤としては、従来公知の材料、例えばパーフルオロポリエーテル、フッ化アルコール、フッ素化カルボン酸などを用いることができる。
【0030】
次に、本発明に実施形態において、基板側よりも表面側で窒素濃度が高い非磁性層を形成するためのプロセスを説明する。本発明に実施形態においては、(1)表面窒化処理、(2)窒素含有ガス中でのエッチバック、および(3)非窒化物層と窒化物層の製膜、というプロセスが用いられる。以下、これらのプロセスについて、より詳細に説明する。
【0031】
(1)表面窒化処理
このプロセスは、磁性パターンを形成した後に非窒化物からなる非磁性層を製膜し、非磁性層の表面を窒化処理し、非磁性層をエッチバックして平坦化するものである。
【0032】
図3(e)の工程において、Ti、V、Cr、Ni、Cu、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Alなどの金属およびC、Siの無機材料の単体元素ならびにこれらの合金および化合物からなる群より選択される材料からなる非磁性層34を製膜する。非磁性層34の膜厚は磁性パターンの凸部の高さよりも高いことが好ましく、20nm〜200nm程度が好ましい。次に、非磁性層34の表面を窒化処理する。窒化処理の手法としては、窒素雰囲気にさらして非磁性層34の表面を窒化する方法、NH3などのガスやこれを含む混合ガス中で高温に保持して非磁性層34の表面を窒化する方法、希ガスと窒素との混合ガスのプラズマにさらして非磁性層34の表面を窒化する方法などが挙げられる。非磁性層34の窒化は少なくとも表面から数nm〜数十nmの範囲で行われればよい。非磁性層34が全膜厚にわたって窒化されると、非磁性層34に含まれる窒素が磁性パターン33aの劣化を招くため好ましくない。また、窒化処理を250℃以上の高温で行うと、やはり磁性パターン33aの劣化を招くため好ましくない。
【0033】
図3(f)の工程において、表面を窒化した非磁性層34をエッチバックして平坦化する。この際、磁気スペーシングを考慮すると、磁性パターン33aが露出する直前でエッチバックを停止するのが最も好ましい。磁性パターン33aが露出すると、その表面が酸化されるため好ましくない。上述したように、磁性パターン33a上に埋め込み材料としての非磁性層と保護膜が合計で1nm〜10nmの膜厚で残っていることが好ましい。
【0034】
非磁性層の製膜、非磁性層の表面窒化処理、および非磁性層のエッチバックは、1回ずつでもよいし、複数回繰り返してもよい。エッチバック中に窒化工程を複数回入れてもよい。製膜、表面窒化処理およびエッチバックの回数が多ければ平坦化の点では有利になるが、ダスト発生のリスクが高くなる欠点もある。このため、エッチバックの回数は100回以下であることが好ましい。
【0035】
(2)窒素含有ガス中でのエッチバック
このプロセスは、磁性パターンを形成した後に非磁性層を製膜し、非磁性層を窒素含有ガス中でエッチバックして、表面を窒化しながら平坦化するものである。
【0036】
図3(e)の工程において、Ti、V、Cr、Ni、Cu、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Alなどの金属およびC、Siの無機材料の単体元素ならびにこれらの合金および化合物からなる群より選択される材料からなる非磁性層34を製膜する。非磁性層34の膜厚は磁性パターンの凸部の高さよりも高いことが好ましく、20nm〜200nm程度が好ましい。
【0037】
図3(f)の工程において、非磁性層34を窒素含有ガス中でエッチバックして平坦化する。具体的には、Arなどの希ガスとN2との混合ガス中においてArイオンミリングやECRイオンガンによってエッチバックを行う。混合ガス中の希ガスとN2との混合比に関しては、N2の割合が高すぎるとエッチングが行われず、N2の割合が低すぎると平坦化効果が低減する。このため、混合ガス中のN2の割合は5%以上70%以下が好ましく、20%以上60%以下がさらに好ましい。
【0038】
非磁性層の製膜および窒素含有ガス中でのエッチバックを複数回繰り返すと、表面の平坦化に寄与する。上述したように、磁性パターン上に埋め込み材料としての非磁性層と保護膜が合計で1nm〜10nmの膜厚で残っていることが好ましい。
【0039】
(3)非窒化物層と窒化物層の製膜
このプロセスは、磁性パターンを形成した後に非窒化物からなる第1の非磁性層を製膜し、第1の非磁性層上に窒化物を含む第2の非磁性層を製膜し、第2の非磁性層をエッチバックして平坦化するものである。このプロセスを、図4(a)〜(d)を参照して説明する。
【0040】
図4(a)は強磁性層33を加工して磁性パターン33aを形成した後、レジスト40を剥離した状態を示す(図3(d)に対応する)。
【0041】
図4(b)に示すように全面に非窒化物からなる第1の非磁性層35を製膜する。第1の非磁性層35には、(1)および(2)で列挙した材料のほかに、窒化されない金属を用いることもできる。具体的には、第1の非磁性層35は、Ti、V、Cr、Ni、Cu、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Alなどの金属、Ru、Ptなどの窒化されない金属、C、Si、SiCなどの無機材料の単体元素ならびにこれらの合金および化合物からなる群より選択される。第1の非磁性層35は蒸着、スパッタリングまたはCVDなどの方法で製膜される。第1の非磁性層35の膜厚は、その上に形成される窒化物からなる第2の非磁性層からの窒素の拡散を防ぐために3nm以上であることが好ましい。一方、第1の非磁性層35が厚すぎると、エッチバックによる第2の非磁性層の平坦化が阻害されるため、その膜厚は10nm以下であることが好ましい。
【0042】
図4(c)に示すように窒化物を含む第2の非磁性層36を製膜する。窒化物を含む第2の非磁性層36は、非窒化物ターゲットを用いた窒素含有ガス中での反応性スパッタリング、窒化物ターゲットを用いたスパッタリング、または非窒化物ターゲットを用いたスパッタリングとその後の表面窒化処理により製膜される。非窒化物ターゲットは、Ti、V、Cr、Ni、Cu、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Alなどの金属およびC、Siの無機材料の単体元素ならびにこれらの合金および化合物からなる群より選択される材料からなる。窒化物ターゲットは、これらの材料の窒化物からなる。
【0043】
図4(d)に示すように、第2の非磁性層36をエッチバックして、磁性パターン33a間の凹部に埋め込み層36aを形成する。このエッチバックは、窒素含有ガス中で行ってもよい。(1)および(2)の場合と同様に、第2の非磁性層36の製膜、および第2の非磁性層36のエッチバックを複数回繰り返してもよい。図4(d)に示すように、エッチバック時には第1の非磁性層35を全て残してもよいし、第1の非磁性層35の一部をエッチングしてもよい。また、磁性パターン33a上に埋め込み材料としての非磁性層が残っていてもよい。ただし、磁性パターン33a上の非磁性層と保護膜の合計の膜厚は1nm〜10nmであることが好ましい。
【0044】
次に、本発明の実施形態において用いられる他の材料について説明する。
【0045】
<基板>
基板としては、たとえばガラス基板、Al系合金基板、セラミック基板、カーボン基板、酸化表面を有するSi単結晶基板などを用いることができる。ガラス基板としては、アモルファスガラス、結晶化ガラスが挙げられる。アモルファスガラスとしては、汎用のソーダライムガラス、アルミノシリケートガラスが挙げられる。結晶化ガラスとしては、リチウム系結晶化ガラスが挙げられる。セラミック基板としては、汎用の酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素などを主成分とする焼結体や、これらの繊維強化物などが挙げられる。基板としては、上述した金属基板や非金属基板の表面に、メッキやスパッタリングによりNiP層が形成されたものを用いることもできる。
【0046】
なお、基板上への薄膜の形成方法はスパッタリングに限定されず、真空蒸着法や電解メッキ法などを用いても同様の効果を得ることができる。
【0047】
<軟磁性下地層>
軟磁性下地層(SUL)は、垂直磁磁気記録層を磁化するための単磁極ヘッドからの記録磁界を水平方向に通して、磁気ヘッド側へ還流させるという磁気ヘッドの機能の一部を担っており、磁界の記録層に急峻で充分な垂直磁界を印加させ、記録再生効率を向上させる作用を有する。軟磁性下地層には、Fe、NiまたはCoを含む材料を用いることができる。このような材料として、FeCo系合金たとえばFeCo、FeCoVなど、FeNi系合金たとえばFeNi、FeNiMo、FeNiCr、FeNiSiなど、FeAl系合金、FeSi系合金たとえばFeAl、FeAlSi、FeAlSiCr、FeAlSiTiRu、FeAlOなど、FeTa系合金たとえばFeTa、FeTaC、FeTaNなど、FeZr系合金たとえばFeZrNなどを挙げることができる。Feを60at%以上含有するFeAlO、FeMgO、FeTaN、FeZrNなどの微結晶構造または微細な結晶粒子がマトリクス中に分散されたグラニュラー構造を有する材料を用いることもできる。軟磁性下地層の他の材料として、Coと、Zr、Hf、Nb、Ta、TiおよびYのうち少なくとも1種とを含有するCo合金を用いることもできる。Co合金には80at%以上のCoが含まれることが好ましい。このようなCo合金は、スパッタリングにより製膜した場合にアモルファス層が形成されやすい。アモルファス軟磁性材料は、結晶磁気異方性、結晶欠陥および粒界がないため、非常に優れた軟磁性を示すとともに、媒体の低ノイズ化を図ることができる。好適なアモルファス軟磁性材料としては、たとえばCoZr、CoZrNbおよびCoZrTa系合金などを挙げることができる。
【0048】
軟磁性下地層の下に、軟磁性下地層の結晶性の向上または基板との密着性の向上のために、さらに下地層を設けてもよい。こうした下地層の材料としては、Ti、Ta、W、Cr、Pt、これらを含む合金、またはこれらの酸化物もしくは窒化物を用いることができる。軟磁性下地層と記録層との間に、非磁性体からなる中間層を設けてもよい。中間層は、軟磁性下地層と記録層との交換結合相互作用を遮断し、記録層の結晶性を制御する、という2つの作用を有する。中間層の材料としては、Ru、Pt、Pd、W、Ti、Ta、Cr、Si、これらを含む合金、またはこれらの酸化物もしくは窒化物を用いることができる。
【0049】
スパイクノイズ防止のために軟磁性下地層を複数の層に分け、0.5〜1.5nmのRuを挿入することで反強磁性結合させてもよい。また、CoCrPt、SmCo、FePtなどの面内異方性を持つ硬磁性膜またはIrMn、PtMnなどの反強磁性体からなるピン層と軟磁性層とを交換結合させてもよい。交換結合力を制御するために、Ru層の上下に磁性膜(たとえばCo)または非磁性膜(たとえばPt)を積層してもよい。
【0050】
<強磁性層>
垂直磁気記録層として用いられる強磁性層は、Coを主成分とし、少なくともPtを含み、さらに酸化物を含む材料を用いることが好ましい。垂直磁気記録層は、必要に応じて、Crを含んでいてもよい。酸化物としては、特に酸化シリコン、酸化チタンが好適である。垂直磁気記録層は、層中に磁性粒子(磁性を有した結晶粒子)が分散していることが好ましい。この磁性粒子は、垂直磁気記録層を上下に貫いた柱状構造であることが好ましい。このような構造を形成することにより、垂直磁気記録層の磁性粒子の配向および結晶性を良好なものとし、結果として高密度記録に適した信号ノイズ比(SN比)を得ることができる。このような構造を得るためには、含有させる酸化物の量が重要となる。
【0051】
垂直磁気記録層の酸化物含有量は、Co、Cr、Ptの総量に対して、3mol%以上12mol%以下であることが好ましく、5mol%以上10mol%以下であることがより好ましい。垂直磁気記録層の酸化物含有量として上記範囲が好ましいのは、垂直磁気記録層を形成した際、磁性粒子の周りに酸化物が析出し、磁性粒子を分離させ、微細化させることができるためである。酸化物の含有量が上記範囲を超えた場合、酸化物が磁性粒子中に残留し、磁性粒子の配向性、結晶性を損ね、さらには、磁性粒子の上下に酸化物が析出し、結果として磁性粒子が垂直磁気記録層を上下に貫いた柱状構造が形成されなくなるため好ましくない。酸化物の含有量が上記範囲未満である場合、磁性粒子の分離、微細化が不十分となり、結果として記録再生時におけるノイズが増大し、高密度記録に適した信号ノイズ比(SN比)が得られなくなるため好ましくない。
【0052】
垂直磁気記録層のCr含有量は、0at%以上16at%以下であることが好ましく、10at%以上14at%以下であることがより好ましい。Cr含有量として上記範囲が好ましいのは、磁性粒子の一軸結晶磁気異方性定数Kuを下げすぎず、また、高い磁化を維持し、結果として高密度記録に適した記録再生特性と十分な熱揺らぎ特性が得られるためである。Cr含有量が上記範囲を超えた場合、磁性粒子のKuが小さくなるため熱揺らぎ特性が悪化し、また、磁性粒子の結晶性、配向性が悪化することで、結果として記録再生特性が悪くなるため好ましくない。
【0053】
垂直磁気記録層のPt含有量は、10at%以上25at%以下であることが好ましい。Pt含有量として上記範囲が好ましいのは、垂直磁性層に必要なKuが得られ、さらに磁性粒子の結晶性、配向性が良好であり、結果として高密度記録に適した熱揺らぎ特性、記録再生特性が得られるためである。Pt含有量が上記範囲を超えた場合、磁性粒子中にfcc構造の層が形成され、結晶性、配向性が損なわれるおそれがあるため好ましくない。Pt含有量が上記範囲未満である場合、高密度記録に適した熱揺らぎ特性に十分なKuが得られないため好ましくない。
【0054】
垂直磁気記録層は、Co、Cr、Pt、酸化物のほかに、B、Ta、Mo、Cu、Nd、W、Nb、Sm、Tb、Ru、Reから選ばれる1種類以上の元素を含むことができる。上記元素を含むことにより、磁性粒子の微細化を促進し、または結晶性や配向性を向上させることができ、より高密度記録に適した記録再生特性、熱揺らぎ特性を得ることができる。上記元素の合計の含有量は、8at%以下であることが好ましい。8at%を超えた場合、磁性粒子中にhcp相以外の相が形成されるため、磁性粒子の結晶性、配向性が乱れ、結果として高密度記録に適した記録再生特性、熱揺らぎ特性が得られないため好ましくない。
【0055】
垂直磁気記録層としては、CoPt系合金、CoCr系合金、CoPtCr系合金、CoPtO、CoPtCrO、CoPtSi、CoPtCrSi、ならびにPt、Pd、Rh、およびRuからなる群より選択された少なくとも一種を主成分とする合金とCoとの多層構造、さらに、これらにCr、BおよびOを添加したCoCr/PtCr、CoB/PdB、CoO/RhOなどを使用することもできる。
【0056】
垂直磁気記録層の厚さは、好ましくは5ないし60nm、より好ましくは10ないし40nmである。この範囲であると、より高記録密度に適した磁気記録再生装置を作製することができる。垂直磁気記録層の厚さが5nm未満であると、再生出力が低過ぎてノイズ成分の方が高くなる傾向がある。垂直磁気記録層の厚さが40nmを超えると、再生出力が高過ぎて波形を歪ませる傾向がある。垂直磁気記録層の保磁力は、237000A/m(3000Oe)以上とすることが好ましい。保磁力が237000A/m(3000Oe)未満であると、熱揺らぎ耐性が劣る傾向がある。垂直磁気記録層の垂直角型比は、0.8以上であることが好ましい。垂直角型比が0.8未満であると、熱揺らぎ耐性に劣る傾向がある。
【0057】
<保護層>
保護層は、垂直磁気記録層の腐食を防ぐとともに、磁気ヘッドが媒体に接触したときに媒体表面の損傷を防ぐ目的で設けられる。保護層の材料としては、たとえばC、SiO2、ZrO2を含むものが一般的である。特に、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)は硬度に優れるため保護層として多用されているが、媒体表面で導通がとれないとCVDにより製膜することができない。本発明の実施形態においては、スパッタリングにより製膜できる窒化カーボンを含む保護膜を用いることが好ましい。保護層の厚さは1ないし10nmとすることが好ましい。これにより、ヘッドと媒体の距離(磁気スペーシング)を小さくできるので、高密度記録に好適である。
【0058】
図5に本発明の実施形態に係る磁気記録装置(ハードディスクドライブ)の斜視図を示す。この磁気記録装置は、筐体70の内部に、上記の磁気記録媒体(パターンド媒体)71と、磁気記録媒体71を回転させるスピンドルモータ72と、磁気ヘッドを組み込んだヘッドスライダ76と、ヘッドスライダ76を支持する、サスペンション75およびアクチュエータアーム74を含むヘッドサスペンションアッセンブリと、ヘッドサスペンションアッセンブリのアクチュエータとしてのボイスコイルモータ(VCM)77とを備えている。
【0059】
磁気記録媒体71はスピンドルモータ72によって回転される。ヘッドスライダ76にはライトヘッドとリードヘッドを含む磁気ヘッドが組み込まれている。アクチュエータアーム74はピボット73に回動自在に取り付けられている。アクチュエータアーム74の一端にサスペンション75が取り付けられる。ヘッドスライダ76はサスペンション75に設けられたジンバルを介して弾性支持されている。アクチュエータアーム74の他端にはボイスコイルモータ(VCM)77が設けられている。ボイスコイルモータ(VCM)77はアクチュエータアーム74にピボット73周りの回転トルクを発生させ、磁気ヘッドを磁気記録媒体71の任意の半径位置上に浮上した状態で位置決めする。
【実施例】
【0060】
[実施例1]
図3に示した方法を用い、以下のようにしてディスクリートトラック媒体を作製した。高さ20nmの凸部をなす磁性パターンを形成した。その後、非磁性層として厚さ100nmのCr層を製膜した。流量比がAr:N2=50:50の混合ガス中でECRイオンガンによりCr層のエッチバックを行い、Cr層を表面窒化するとともに平坦化した。Cr層の製膜およびCr層のエッチバックを10回繰り返し、磁性パターン間の凹部に窒化Crからなる埋め込み層を形成した。
【0061】
その後、窒化カーボンからなる保護膜を形成した。得られた媒体について摺動試験を行ったところ、保護膜の強度が高いことがわかった。
【0062】
別途、透過型電子顕微鏡−エネルギー分散型X線分析(TEM−EDX)により、保護膜を形成する前の埋め込み層の組成分析を行った。図6にその結果を示す。図6から、埋め込み層中のN濃度は基板側よりも表面側で高く、最も基板に近い側ではNはほとんど観測されないことがわかる。
【0063】
[比較例1]
埋め込み層中の窒素濃度分布が実施例1とは異なるディスクリートトラック媒体を以下のようにして作製した。高さ20nmの凸部をなす磁性パターンを形成した。その後、非磁性層として厚さ100nmのCr層を製膜した。流量比がAr:N2=50:50の混合ガス中でECRイオンガンによりCr層のエッチバックを行い、Cr層を表面窒化するとともに平坦化した。Cr層の製膜およびCr層のエッチバックを9回繰り返した。さらに1層のCr層の製膜し、最後はArのみでエッチバックを行い、最表面が窒化されていない埋め込み層を形成した。
【0064】
その後、窒化カーボンからなる保護膜を形成した。得られた媒体について摺動試験を行ったところ、表面にキズが多数発生した。顕微鏡観察を行うと、窒化カーボンの剥離が見られた。これは、埋め込み層の表面が窒化されていないため、窒化カーボンとの密着性が悪かったことが原因である。
【0065】
別途、TEM−EDXにより、保護膜を形成する前の埋め込み層の組成分析を行った。図7にその結果を示す。図7に示されるように、最後のエッチバックを除いて、N2混合ガス中でエッチバックを行っているため、最表面では自然酸化されたCr(すなわちOとCr)が観測され、中央部ではNとCrが多く観測された。
【0066】
[実施例2]
図3に示した方法を用い、以下のようにしてディスクリートトラック媒体を作製した。高さ20nmの凸部をなす磁性パターンを形成した。その後、非磁性層として厚さ30nmのCr層を製膜した。流量比がAr:N2=50:50の混合ガス中でECRイオンガンによりCr層のエッチバックを行い、Cr層を表面窒化するとともに平坦化した。Cr層の製膜およびCr層のエッチバックを10回繰り返し、磁性パターン間の凹部に窒化Crからなる埋め込み層を形成した。原子間力顕微鏡(AFM)により2μm×2μmの範囲で表面を観察したところ、滑らかな凹凸が確認できた。
【0067】
[比較例2]
埋め込み層が窒化物を含んでいない点で実施例2と異なるディスクリートトラック媒体を以下のようにして作製した。高さ20nmの凸部をなす磁性パターンを形成した。その後、非磁性層として厚さ30nmのCr層を製膜した。純Arガス中でECRイオンガンによりCr層のエッチバックを行い、Cr層を平坦化した。Cr層の製膜およびCr層のエッチバックを10回繰り返し、磁性パターン間の凹部にCrからなる埋め込み層を形成した。AFMにより2μm×2μmの範囲で表面を観察したところ、表面が荒れていることがわかった。
【0068】
表1に実施例2と比較例2の媒体について、表面粗さRa[nm]をまとめて示す。比較例2のように純Arガス中でCr層のエッチバックを行い非窒化物からなる埋め込み層を形成する場合、エッチバックを繰り返すごとに表面が荒れてゆくことがわかる。これに対して、実施例2のように窒素含有ガス中でCr層のエッチバックを行い窒化物からなる埋め込み層を形成すると、表面を改質しながら平坦化できることがわかる。
【表1】

【0069】
[実施例3](非窒化物層の有無)
図4に示した方法を用い、以下のようにしてディスクリートトラック媒体を作製した。高さ20nmの凸部をなす磁性パターンを形成した。その後、第1の非磁性層として厚さ5nmのCr層を製膜した。次に、Crターゲットを用い、流量比N2:Ar=15:85のスパッタリングガス中で反応性スパッタリングを行い、第2の非磁性層として厚さ30nmのCr−N層を製膜した。次いで、ECRイオンガンにより第2の非磁性層をエッチバックして平坦化した。Cr−N層の製膜およびCr−N層のエッチバックを10回繰り返し、磁性パターン間の凹部にCr−Nからなる埋め込み層を形成した。
【0070】
次に、窒化カーボン保護層を堆積し、潤滑剤を塗付した。得られた媒体をハードディスクドライブに組み込み、オントラックでSNRを測定した。その結果、13.5dBという値が得られた。
【0071】
別途、TEM−EDXにより、保護膜を形成する前の埋め込み層の組成分析を行った。図8にその結果を示す。図8から、埋め込み層の最下層に厚さ約5nmのCr層があり、その上にほぼ一定の組成でNを含むCr−N層が形成されていることがわかる。
【0072】
[比較例3]
埋め込み層が非窒化物からなる第1の非磁性層を含んでいない点で実施例3と異なるディスクリートトラック媒体を以下のようにして作製した。高さ20nmの凸部をなす磁性パターンを形成した。その後、第1の非磁性層としてのCr層の製膜を行うことなく、Crターゲットを用い、流量比N2:Ar=15:85のスパッタリングガス中で反応性スパッタリングを行い、厚さ30nmのCr−N層を製膜した。次いで、ECRイオンガンによりCr−N層をエッチバックして平坦化した。Cr−N層の製膜およびCr−N層のエッチバックを10回繰り返し、磁性パターン間の凹部にCr−Nからなる埋め込み層を形成した。
【0073】
次に、窒化カーボン保護層を堆積し、潤滑剤を塗付した。得られた媒体をハードディスクドライブに組み込み、オントラックでSNRを測定した。その結果、10.3dBという値が得られた。このように実施例3と比べて3.2dBのSNR低下がみられた。これは、非窒化物からなる第1の非磁性層を形成しなかったため、Cr−Nの製膜によって磁性パターンの劣化が起こったためであると思われる。
【0074】
別途、TEM−EDXにより、保護膜を形成する前の埋め込み層の組成分析を行った。図9にその結果を示す。図9から、埋め込み層は、表面にOが多いことを除けば、ほぼ一定の組成でNを含むCr−Nからなっていることがわかる。
【0075】
[実施例4]
図3に示した方法を用い、以下のようにしてディスクリートトラック媒体を作製した。高さ20nmの凸部をなす磁性パターンを形成した。その後、非磁性層として厚さ100nmのCr層を製膜した。流量比がAr:N2=50:50の混合ガス中でECRイオンガンによりCr層のエッチバックを行い、Cr層を表面窒化するとともに平坦化して磁性パターン間の凹部に窒化Crからなる埋め込み層を形成した(製膜およびエッチバックの繰り返しなし)。
【0076】
得られた媒体をハードディスクドライブに組み込み、レーザードップラー振動計(LDV)によりヘッドの振動を測定した。その結果、ヘッドの浮上量は最大で約0.7nm落ち込んだ。
【0077】
また、高さ20nmの凸部をなす磁性パターンを形成した。その後、非磁性層として厚さ100nmのCr層を製膜した。流量比がAr:N2=50:50の混合ガス中でECRイオンガンによりCr層のエッチバックを行い、Cr層を表面窒化するとともに平坦化した。Cr層の製膜およびCr層のエッチバックを10回繰り返し、磁性パターン間の凹部に窒化Crからなる埋め込み層を形成した。
【0078】
得られた媒体をハードディスクドライブに組み込み、LDVによりヘッドの振動を測定した。その結果、ヘッドの浮上量は最大で約0.5nm落ち込んだ。
【0079】
一方、埋め込み層を全く形成せずに作製された媒体では、ヘッドの浮上量は最大で約1.0nm落ち込んだ。
【0080】
これらの結果より、非磁性層の製膜およびエッチバックを1回でも行って埋め込み層を形成すれば、ヘッドの落ち込みが減少し、ヘッドの浮上安定性が得られることがわかる。さらに、非磁性層の製膜およびエッチバックを10回行って多層の埋め込み層を形成すれば、ヘッドの落ち込みがさらに減少し、優れたHDD媒体が得られることがわかる。
【0081】
[実施例5]
非磁性層の材料としてCrと異なる材料を用いた以外は、実施例4と同様にしてディスクリートトラック媒体を作製した。用いた非磁性層の材料は、C、Si、Ti、V、Ni、Cu、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Alであった。また、高さ20nmの凸部をなす磁性パターンを形成した。その後、上記の各々の材料を用いて厚さ100nmの非磁性層を製膜した。流量比がAr:N2=50:50の混合ガス中でECRイオンガンにより非磁性層のエッチバックを行い、非磁性層を表面窒化するとともに平坦化した。非磁性層の製膜および非磁性層のエッチバックを10回繰り返し、磁性パターン間の凹部に窒化物からなる埋め込み層を形成した。
【0082】
得られた媒体をハードディスクドライブに組み込み、LDVによりヘッドの振動を測定した。その結果、いずれの媒体を用いた場合でも、埋め込み層を形成していない媒体と比較して、ヘッドの落ち込みが小さいことが確認された。
【符号の説明】
【0083】
10…サーボ領域、11…プリアンブル部、12…アドレス部、13…バースト部、20…データ領域、21…記録トラック、31…非磁性基板、32…軟磁性層、33…強磁性層、34…非磁性層、35…第1の非磁性層、36…第2の非磁性層、40…レジスト、50…スタンパ、70…筐体、71…磁気記録媒体、72…スピンドルモータ、73…ピボット、74…アクチュエータアーム、75…サスペンション、76…ヘッドスライダ、77…ボイスコイルモータ。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に形成された軟磁性層と、前記軟磁性層上に互いに分離して設けられた凸状の強磁性層からなる複数の磁性パターンと、前記複数の磁性パターン間に形成された、窒素濃度が基板側よりも表面側で高い、C、Si、Ti、V、Cr、Ni、Cu、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Alまたはこれらの合金の窒化物を含む非磁性層と、媒体の表面に形成された窒化カーボンを含む保護層とを具備した磁気記録媒体を搭載したことを特徴とする磁気記録装置。
【請求項2】
筐体の内部に、
基板上に形成された軟磁性層と、前記軟磁性層上に互いに分離して設けられた凸状の強磁性層からなる複数の磁性パターンと、前記複数の磁性パターン間に形成された、窒素濃度が基板側よりも表面側で高い、C、Si、Ti、V、Cr、Ni、Cu、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Alまたはこれらの合金の窒化物を含む非磁性層と、媒体の表面に形成された窒化カーボンを含む保護層とを具備した磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体を回転させるスピンドルモータと、
磁気ヘッドを組み込んだヘッドスライダと、
前記ヘッドスライダを支持する、サスペンションおよびアクチュエータアームを含むヘッドサスペンションアッセンブリと、
前記ヘッドサスペンションアッセンブリのアクチュエータとしてのボイスコイルモータと
を具備したことを特徴とする磁気記録装置。

【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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【公開番号】特開2009−289412(P2009−289412A)
【公開日】平成21年12月10日(2009.12.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−212918(P2009−212918)
【出願日】平成21年9月15日(2009.9.15)
【分割の表示】特願2007−250092(P2007−250092)の分割
【原出願日】平成19年9月26日(2007.9.26)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】