JP3706103B2 - 磁気記録媒体及びそれを製造するための方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、概して云えば、磁気記録媒体に関し、詳しく云えば、個別の磁性領域を有するパターン化された磁気記録ディスクに関するものである。
【０００２】
ハード・ディスク・ドライブにおける磁気記録ディスクのような一般的な磁気記録媒体は、一般に、スパッタ付着されたコバルト・プラチナ（CoPt）合金のような粒状の強磁性層を記録媒体として使用する。その磁性層における各磁区領域は、多数の小さい磁性粒子から成る。磁区領域相互間の遷移は、記録されたデータの「ビット」を表す。ＩＢＭ社の米国特許第４,７８９,５９８号及び同５,５２３,１７３号は、このタイプの一般的な固定磁気記録ディスクを開示している。
【０００３】
連続した粒状性の膜を磁性媒体として製造するという挑戦は、高い面記憶密度を目指す傾向と共に成長するであろう。例えば、満足すべき信号・雑音比を維持しながら磁気ビットのサイズを小さくするということは、粒子のサイズを減少させることを必要とする。残念ながら、磁気的に弱く結合した磁性粒子のサイズを小さくすることは、正規の動作温度におけるそれらの磁化を不安定にするであろう。この基本的な「超常磁性（superparamagnetic）」限界に達するのを送らせるために、及び連続した粒状媒体の拡張と関連した他の困難事項を回避するために、パターン化され磁性媒体には新たな関心事が生じた。
【０００４】
パターン化された媒体の場合、ディスク基板を覆う連続的な粒状磁性膜が、空間的に分離した個別の磁性領域又はアイランド（island）のアレーによって置換される。なお、それらの磁性領域又はアイランドの各々が単一のビットとして作用する。パターン化された媒体を製造するための第１に方法は、磁性領域が相互に分離され且つ非磁性材料の領域によって取り囲まれるように基板上に磁性材料を選択的に付着するために又は基板上の磁性層から磁性材料を除去するために、リソグラフ・プロセスを使用することであった。これらのタイプのリソグラフ・プロセスによって作られたパターン化された磁性媒体の例が、米国特許第５,５８７,２２３号、同５,７６８,０７５号、及び同５,８２０,７６９号に開示されている。
【０００５】
製造上の観点から、材料の付着又は除去を必要とする材料をパターン化するためのプロセスに関する望ましくない局面は、それが、所定位置の磁性媒体に関して破壊的となる可能性のある処理を必要とするということである。レジストの効果的な除去及び大きな領域にわたって細かい金属を確実に剥離することを必要とするプロセスが、背後の残っている材料を傷つけることがあり、従って、製造歩留まりを低下させることがある。更に、これらのプロセスは、ディスク・ドライブのエア・ベアリング・スライダ上に支持された磁気読み取り／書き込みヘッドが非常に低い浮動高で（代表的には３０ナノメータ（nm）以下で）ディスク表面上を浮動し得るように、十分に清潔な表面を残さなければならない。
【０００６】
磁性材料の選択的な付着又は除去を回避するが、特別なタイプの垂直磁気記録媒体を使用するというイオン照射パターニング技法が、１９９８年６月１９日発行の Science 誌、第２８０巻の１９１９−１９２２ページにおける Chappert 氏他による「イオン照射によって得られるプレーナ・パターン化磁性媒体（Planar patterned magnetic media obtained by ion irradiation）」と題した論文に開示されている。この技法では、垂直磁気結晶異方性を示す Pt-Co-Pt 多層サンドウィッチがリソグラフ的にパターン化されたマスクを通してイオンを照射される。それらのイオンは、層インターフェースにおけるCo及びPt原子を混合し、照射された領域が、最早、垂直磁気結晶異方性を持たないようにすべく磁化の容易軸を平面的になるように再配向する。
【０００７】
１９９９年７月９日に出願されたＩＢＭ社の未決の米国特許出願第０９／３５０,８０３号は、磁気正方晶結晶構造を持った化学的定序の（chemically-ordered）Co（又は Fe）及び Pt（又は Pd）合金の連続した磁性膜を使用するイオン照射パターン化ディスクを開示している。イオンは、その膜における無秩序化を生じさせ、低い保持力又は軟磁性のものであって磁気結晶異方性を持たない領域をその膜において作る。
【０００８】
前記 Chappert 氏他の論文及びＩＢＭ社の前記米国特許出願におけるイオン照射パターン化ディスクの潜在的な欠点は、個別の磁性領域を相互に分離する領域が完全には非磁性的でなく、依然として多少の磁気特性を有するということである。従って、ディスク・ドライブにおける磁気抵抗ヘッドはこれらの領域からの雑音信号及び（又は）或るタイプの信号を検出するであろう。更に、これらのイオン照射技法は、製造することが難しいマスク（それは、そのマスクにおけるホールがディスク上に対応する非磁性領域を生成するために使用されるためである）の使用を必要とし、一方、同じホール・パターンを有するマスクを、ディスク上にその結果生じる磁気ビットとして使用することが望ましい。
【０００９】
本発明は、完全に非磁性的な領域によって分離された個別の磁性領域を有し、その磁性領域だけが読み取り信号に貢献するというパターン化された磁気記録ディスクであって、ホールのマスク・パターンがディスクの個別の磁性領域のパターンと一致するというパターン化技法によって作られる磁気記録ディスクを提供しようとするものである。
【００１０】
本発明の第１の視点によれば、基板と、その基板上にあって第１の強磁性膜、第２の強磁性膜、及びそれら第１及び第２の強磁性膜の間の非強磁性膜を含む磁性層とを含み、その磁性層は、第１及び第２の強磁性膜が非強磁性膜を通して反強磁的に結合されることにより第１領域にパターン化され、第１及び第２の強磁性膜が強磁的に結合されることにより第２領域にパターン化される、磁気記録媒体が提供される。
【００１１】
望ましくは、第１の領域における第１の強磁性膜が厚さｔ１及び磁化Ｍ１を有し、第１の領域における第２の強磁性膜が厚さｔ２及び磁化Ｍ２を有する。この場合、単位面積当たりの磁気モーメント（Ｍ２＊ｔ２）が、単位面積当たりの磁気モーメント（Ｍ１＊ｔ１）よりも大きく、それによって、第１の領域からの磁界がその磁性層の上の所定距離において本質的にゼロである。第１及び第２の強磁性膜は、実質的に同じ材料から形成され得るし、ｔ２はｔ１よりも大きくなり得る。
【００１２】
非強磁性膜は、ルテニウム（Ru）、クロム（Cr）、ロジウム（Rh）、イリジウム（Ir）、銅（Cu）、及びそれらの合金から成るグループから選択された材料から形成され得る。第１及び第２の強磁性膜は、Co、Fe、Ni、及びそれらの合金から成るグループから選択された材料から作られ得る。
【００１３】
第１の強磁性膜は、本質的には、その第１の強磁性膜及びスペーサ膜のインターフェースにおいて設けられたコバルトから成るインターフェース膜を含み得る。
【００１４】
第２の強磁性膜は、本質的には、その第２の強磁性膜及びスペーサ膜のインターフェースにおいて設けられたコバルトから成るインターフェース膜を含み得る。
【００１５】
磁気媒体は、基板及び磁性層の間でその基板上に設けられた非強磁性下層を持ち得る。磁性媒体は、その磁性層上に形成された保護被覆を持ち得る。
【００１６】
本発明の第２の視点によれば、パターン化された磁気記録媒体を製造するための方法が提供される。その方法は、基板を設け、第１の強磁性膜をその基板上に付着し、所定の厚さを有し且つルテニウム（Ru）、クロム（Cr）、ロジウム（Rh）、イリジウム（Ir）、銅（Cu）、及びそれらの合金から成るグループから選択された材料から形成された非強磁性スペーサ膜を第１の強磁性膜上に付着し、そのスペーサ膜が前記選択された材料及び前記厚さのものであることの結果として、第１の強磁性膜に反強磁的に交換結合される第２の強磁性膜を前記スペーサ膜上に付着し、パターン化されたマスクを通して指向されたイオンでもってそれら強磁性膜及びスペーサ膜を照射する。それらのイオンは、スペーサ膜を実質的に崩壊させ、それによって第１及び第２の強磁性膜の間を反強磁結合する。それにより、第１及び第２の強磁性膜が前記イオンを照射された領域において強磁的に結合される。
【００１７】
パターン化されたマスクを通してイオンを照射することは、パターン化された非接触マスクを通してイオンを照射することを含み得る。
【００１８】
パターン化されたマスクを通してイオンを照射することは、磁性膜上にフォトレジスト材料の層を付着し、そのフォトレジスト層に開口を形成するためにそのフォトレジスト層をパターン化し、そのフォトレジスト層における開口を通してイオンを磁性膜に照射することを含み得る。
【００１９】
イオンを照射することは、N、He、Ar、Ne、Kr、及び Xe のイオンから成るグループから選択されたイオンを照射することを含み得る。
【００２０】
本発明の第３の視点によれば、磁気記録ディスクが提供される。その磁気記録ディスクは、基板と、その基板上の非強磁性の下層と、その下層の上にあって第１のコバルト合金の強磁性膜、その第１の強磁性膜上にそれと接触して形成されたルテニウム（Ru）、クロム（Cr）、ロジウム（Rh）、イリジウム（Ir）、銅（Cu）、及びそれらの合金から成るグループから選択された材料の非強磁性スペーサ膜、そのスペーサ膜上にそれと接触して形成された第２のコバルト合金の強磁性膜を含む磁気記録層と、磁気記録層の上に形成された保護被覆とを含む。磁気記録層は、スペーサ膜が、そのスペーサ膜と通して第１の強磁性膜に反強磁的に交換結合されるように第２の強磁性膜を誘導するに十分な厚さを有する第１領域と、第１及び第２強磁性膜が反強磁的に結合されない第２領域とにパターン化され、それによってその第２領域は、第１領域からの磁界よりも実質的に大きい磁界を磁性層の上の所定距離に生じさせる。
【００２１】
磁気記録層の第１及び第２の強磁性膜は、実質的に同じ材料から形成され得る。磁気記録層の第１及び第２の強磁性膜は、Co、Fe、Ni、及びそれらの合金から選択された材料から作られ得る。
【００２２】
ホスト層の第１の強磁性膜は、本質的には、その第１の強磁性膜及びスペーサ膜のインターフェースにおいて設けられたコバルトから成るインターフェース膜を含み得る。
【００２３】
ホスト層の第２の強磁性膜は、本質的には、その第２の強磁性膜及びスペーサ膜のインターフェースにおいて設けられたコバルトから成るインターフェース膜を含み得る。
【００２４】
本発明は、個別の磁性領域及び非磁性領域にパターン化され、磁性領域が磁気記録データ・ビットとして作用する磁気記録ディスクである。磁気記録層は、非強磁性スペーサ膜によって分離された２つの強磁性膜を含む。スペーサ膜の材料組成及び厚さは、第１及び第２の強磁性膜がスペーサ膜を通して反強磁的に結合されるように選択される。この磁気記録層がディスク基板上に形成された後、パターン化されたマスクを通してイオンがそれに照射される。イオンは、スペーサ膜を崩壊させ、それによってそれら２つの強磁性膜の間の反強磁結合を破壊する。その結果、イオン照射された磁気記録層の領域では、第１及び第２の強磁性膜は、それら強磁性膜からの磁気モーメントが平行になり、本質的にそれら２つの膜からのモーメントの合計である磁気モーメントを生じるように、本質的に強磁的に結合される。磁気記録層の非照射領域では、第１及び第２の強磁性膜は、それらの磁気モーメントが逆平行に配向されるように反強磁的に結合されたままである。第１及び第２の強磁性膜の組成及び厚さは、磁気記録ヘッドが設けられる高さに対応した磁気記録層上の所定距離において検出可能であるように選択される。
【００２５】
本発明の性質及び利点の十分な理解のために、添付図面と共に以下の詳細な説明に対する参照が行われるべきである。
【００２６】
次に、添付図面を参照して、本願の実施例を単なる一例として説明することにする。
【００２７】
本発明の磁気記録媒体は、先ず、２つ又はそれ以上の強磁性膜の連続した（パターン化されてない）磁性層を形成することによって作られる。それらの強磁性膜は、１つ又はそれ以上の非強磁性スペーサ膜によって、それらの隣接した強磁性膜に反強磁的（ＡＦ）に交換結合される。図１は、パターン化する前のＡＦ結合された磁性層２０を有するディスク１０の断面層構造を示す。
【００２８】
ディスク基板１１は、ガラス、セラミック、SiC/Si、水晶、又は NiP 表面被覆を有する AlMg 合金ベースのような任意の適当な材料から作ることが可能である。シード層１２は、下層１３の成長を向上させるために使用可能な任意選択的な層である。シード層１２は、基板１１がガラスのような非金属である時に最も一般的に使用される。シード層１２は、約０.５乃至５nm の範囲の厚さを有し、Ta、CrTi 又は NiAl のような材料の１つである。それらの材料は、その後付着された層が或る望ましい結晶の配向において成長するのを促進するためのシード材料として有用であるということがその分野では知られている。下層１３は、シード層が存在する場合にはそのシードの上に付着され、そうでない場合には基板１１上に直接に付着される。下層１３は、クロムのような或いは CrV 又は CrTi の如きクロム合金ような非磁性材料である。下層１３は、５乃至１０００nm の範囲における厚さを有するが、それの代表的な値は、約５０nm である。
【００２９】
ＡＦ結合された磁性層２０は、非強磁性スペーサ膜２６によって分離された２つの強磁性膜２２、２４から成る。非強磁性スペーサ膜２６の厚さ及び組成は、、隣接する膜２２、２４の磁気モーメント３２、３４が非強磁性スペーサ膜２６を通してＡＦ結合され、ゼロの印加磁界において逆平行になるように選択される。図示の実施例では、層２０の２つのＡＦ結合された膜２２、２４は、ＡＦ結合層２０からの正味磁界がディスク上に位置付けられた記録ヘッドにおいてゼロに近くなるように下側の膜２４が大きなモーメントを有することにより、逆平行に配向された磁気モーメントを有する。強磁性膜２２、２４の各々は、４乃至２０原子百分率（at.%）のプラチナ、１０乃至２３AT.% のクロム、及び２乃至２０at.% の硼素を有する CoPtCrB 合金のような Co 合金であることが望ましく、非強磁性スペーサ膜２６は、ルテニウム（Ru）であることが望ましい。
【００３０】
ＡＦ結合磁性層２０の第１の強磁性膜２４の付着前に、非常に薄い（一般には、１乃至５nm）Co 合金オンセット又は核生成層１４が下層１３上に付着されるのが一般的である。核生成層１４は、Ｃ軸がその層の平面において配向されるべく膜２４の六方最密充填（ＨＣＰ）Co 合金の成長を高めるために選択された組成を有する。核生成層１４は、その層１４を非強磁性又は非常にわずかな強磁性にするように選択された Cr 組成を有する CoCr 合金であってもよい。代替えとして、核生成層１４は、強磁性 Co 合金であってもよく、その場合、核生成層１４は、膜２４の磁気特性に影響を与えるであろう。膜２４が CoPtCrB である場合、核生成層１４は、CoPtCr であるか又は６at.% よりも少ないＢを持った CoPtCrB であってもよい。シード層１２から上にある上述のすべての層が、多重スパッタリング・ターゲット・キャパシティを持った商業的に入手可能な単一ディスク・システムのようなインライン・スパッタリング・システム又は単一ディスク・システムにおいて連続プロセスでスパッタされ得る。それらの層の各々のスパッタ付着は、上述の修正事項と共に当業者に知られた標準的ターゲット及び技法を使用して達成され得る。
【００３１】
図１における層２０の構造のような非強磁性遷移金属スペーサ膜を通した強磁性膜のＡＦ結合が広範囲に研究され、文献において開示されている。一般に、スペーサ膜の厚さの増大と共に強磁性から反強磁性に交換結合が振動する。選択された材料の組み合わせに対するこの振動する結合関係は、１９９０年発行の「Phys. Rev. Lett.」誌、第６４巻の２０３４ページにおける、Parkin 氏他による「金属の超格子構造における交換結合及び磁気抵抗の振動：Co/Ru、Co/Cr、及び Fe/Cr（Oscillations in Exchange Coupling and Magnetoresistance in Metallic Superlattice Structures: Co/Ru, Co/Cr and Fe/Cr）」と題した論文に開示されている。その材料の組み合わせは、Co、Fe、Ni、及び Ni-Fe、Ni-Co、Fe-Co のようなそれらの合金から作られた強磁性膜、並びに、ルテニウム（Ru）、クロム（Cr）、ロジウム（Rh）、イリジウム（Ir）、銅（Cu）、及びそれらの合金のような非強磁性スペーサ膜を含む。
【００３２】
そのような材料の組み合わせの各々に対して、２つの強磁性膜の間の反強磁結合を確実にすべく非強磁性スペーサ膜の厚さが選択されるように、振動交換結合関係が未だ知られていなければ、それが決定されなければならない。振動の周期はその非強磁性スペーサ材料に依存するが、振動結合の強さ及び位相は強磁性材料及び界面の質に依存する。強磁性膜の振動反強磁結合は、連続磁化の反強磁的に結合された膜をデザインするためにスピン・バルブ型のジャイアント磁気抵抗（ＧＭＲ）記録ヘッドにおいて使用されている。なお、ヘッドの動作中、その反強磁的に結合された膜の磁気モーメントが逆平行に固く結合される。これらのタイプのスピン・バルブ構造は、例えば、ＩＢＭ社の米国特許第５,４６５,１８５号に開示されている。その米国特許は、多くの商業的に入手可能なスピン・バルブＧＭＲヘッドにおいて使用される構造、即ち、磁気モーメントがヘッドの動作中は固く結合されて静的のままであるという強磁性膜を有する、積層された逆平行にピンした強磁性層を開示している。スピン・バルブ・ヘッドにおいて使用され、図１のＡＦ結合磁性層２０に示されるような非常に薄い非強磁性スペーサ膜を通して反強磁的に結合された２つの強磁性膜のこのタイプの磁気構造は、「合成反強磁磁石（sythetic antiferromagnet）」とも呼ばれる。個々の強磁性膜からのモーメントが打ち消されるためにその構造が正味の磁気モーメントを持たない場合、その構造は、「補償型（compensated）」合成反強磁磁石と呼ばれることがある。
【００３３】
層２０のこのＡＦ結合構造に対して、隣接する膜２２、２４の磁気モーメント３２、３４が逆平行に揃えられ、従って、破壊的に合算する。矢印３２、３４は、ＡＦ結合膜２６を通して互いに直ぐ上及び直ぐ下にある個々の磁区のモーメント配向を表す。印加される磁界が存在しない場合、下側の強磁性膜２４が核生成層１４上に付着する時、それは、多数の隣接する粒子が個々の磁区を形成するように結合されることによって、粒状構造を持つであろう。印加される磁界が存在しない場合、膜２４におけるこれらのドメインのモーメントは、本質的には無作為に配向されるであろう。そこで、スペーサ膜又はＡＦ結合膜２６が強磁性膜２４上に正しい厚さに直接付着される。次に、第２の又は上部の強磁性膜２２がＡＦ結合膜２６上に直接付着される。強磁性膜２２の粒子が成長するにつれて、それらは、ＡＦ結合膜２６を直接に介した強磁性膜２４のモーメント配向に対して逆平行のモーメント配向を持つ磁区を形成するであろう。
【００３４】
強磁性膜２２、２４の強磁性材料のタイプ及び厚さ値 t₁、t₂ は、記録ヘッドが位置付けられる高さにおけるディスク上の磁界強度がそれら２つの膜に対して本質的に等しくなるように選定される。層２０に対する Mrt は、Mr₁t₁ - Mr₂t₂ によって与えられる。当該実施例では、膜２２に方がヘッドに近いので、Mr₁t₁ は、Mr₂t₂ よりも小さくなければならない。これは、２つの膜２２、２４において同じ強磁性材料を使用すること及び t₁ 及び t₂ を調節することによってに達成され得る。２つの強磁性膜２２、２４の磁化（材料の単位体積当たりの磁気モーメント）を異ならせるように、それら２つの膜２２、２４において異なる強磁性膜材料が使用される場合、それに従って厚さが調節される。別の実施例では、２つの膜２２、２４は、層２０が実質的にゼロの正味磁気モーメントを有するように、Mr₁t₁ = Mr₂t₂ を有するものになり得る。その場合、上側の膜２４の方がヘッドに近いので、或る小さい磁界がヘッドにおいて検出されるであろう。
【００３５】
図１は、２膜構造及び単一スペーサ膜を有するＡＦ結合磁性層２０のためのものであるけれども、本発明は、複数のスペーサ膜及び複数の強磁性膜を有する構造に拡張可能である。
【００３６】
図１における非強磁性スペーサ膜２６は、０.６nm の Ru 膜である。その Ru スペーサ膜の厚さは、振動結合関係における第１の反強磁性ピークとなる厚さに選定される。CoPtCrB 強磁性膜２２、２４の各々にとって、Ru スペーサ膜２６とのインターフェースにおいて本質的に０.５nm 厚の Co から成るインターフェース膜を含むことが望ましい。これらの Co の超薄膜は、その強磁性膜及びスペーサ膜の間のインターフェース・モーメントを増大させる。しかし、CoPtCrB 強磁性膜２２、２４には、Co インターフェース膜を組み込むことなく、反強磁交換結合が生じるであろう。
【００３７】
ＡＦ結合磁性層２０が形成された後、それは、ヘッドにおいて本質的に磁界を生じさせない「非磁性」領域によって相互に分離された個別の隔離した磁性領域を形成するようにパターン化される。それらの個別の磁性領域は、個別の磁区又はビットとして機能するための大きさにされる。このパターン化は、磁性媒体の選択的な付着又は除去を必要とすることなく行われる。ＡＦ結合磁性層２０の領域は、イオン照射によって、Ru のスペーサ膜２６を通してＡＦ結合された２つの強磁性膜から、それらの磁気モーメントが平行になるように強磁的に結合された２つの強磁性膜に変換される。
【００３８】
上記のパターン化方法では、ステンシル・マスクが大量の窒素イオン（N+）を照射され、それらのイオンが選択的にマスクにおけるホールを通して送られる。それらのイオンは、マスクにおけるホールを通過し、マスクにおけるホールのパターンに対応する選択された領域においてＡＦ結合層２０を衝撃する。それらのイオンは、Ru スペーサ膜２６及び強磁性膜２２、２４の間のインターフェースを崩壊させ、強磁性膜２２、２４のＡＦ結合を破壊する。これは、本質的には、強磁性膜２２、２４の磁気特性を攪乱し、それら２つの強磁性膜がそれらの平行に配向した磁気モーメントと強磁結合された領域を作り出す。N+ イオンによる衝撃を受けない領域はＡＦ結合されたままであり、従って、本質的には、ヘッドにおいて測定された正味の磁気モーメントを持たない。その結果、その磁性領域は、磁化を持たない非磁化領域によって相互に分離される。従って、マスクにおけるホールのパターンは、ディスク上の磁気ビット領域のパターンに対応する。
【００３９】
図２は、パターン化プロセスを概略的に示す。層２０は、シリコン・ステンシル・マスク６０におけるホール５６と揃っていない領域５２、５４においてスペーサ膜（その膜２６のクロスハッチングによって表される部分）を通してＡＦ結合されたままである。マスク６０におけるホール５６と揃っている層２０の領域５５では、Ru スペーサ膜及び強磁性膜２２、２４の間のインターフェースの無秩序化が（膜２６の斑点領域によって表されるように）生じ、２つの膜２２、２４の磁気モーメントが強磁的に結合される。
【００４０】
ステンシル・マスク６０は、エッチングされたホールを有するシリコンのようなウェハを含む非接触型マスクである。矢印６２によって示されたイオンがウェハにおけるホール５６を通過する。シリコン・ステンシル・マスクは、市販のシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウェハから製造されたものであり、そのＳＯＩは、１０μm 厚の上側シリコン層、０５μm 厚のＳＯＩ酸化物、及び５００μm 厚のシリコン担持基板を有する。ステンシルホールは、先ず、光学リソグラフィによってパターン化され、次に、信頼性のあるエッチ・ストップとして作用するＳＯＩ酸化物を伴うＳＦ₆ベースの高い縦横比の反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）によって１０μm 厚の Si 層に変換された。しかる後、応用のＲＩＥプロセスを使用してウィンドウが担持基板を通してバック・サイドからエッチングされ、残りのＳＯＩ酸化物は湿式ＨＦエッチングによって除去された。その結果生じたシリコン膜は約１０μm 厚であり、１＊１nm の領域をカバーする。その膜におけるホールは名目的には直径１μm であるが、形状は多少不規則的であり、１乃至１０μm の規則的な間隔でその領域全体にわたって複製される。
【００４１】
パターン化された媒体を作る場合、２つのそのようなステンシル・マスクが、１００nm の範囲内の有効直径を有するホールを造るためにオーバラップしたホールと揃えられ得る。しかし、所望の面積密度を有するパターン化された媒体を生じさせるために、１００nm 以下の範囲内のずっと小さいホールでもって単一のステンシル・マスクを作ることが可能である。イオン・ビームのパターン化のためにステンシル・マスクを使用することに関する詳細な説明が、１９９９年７月１９日に発行の Appl. Phys. Lett.誌、第７５巻、第３号における B. D. Terris 氏他による「ステンシル・マスクを使用した磁性膜のイオン・ビーム・パターン化（Ion-beam patterning of magnetic films using stencil masks）」と題した論文に開示されている。開示された具体例では、マスクは、同心円トラックを有する磁気記録ディスクを形成するためのパターンでホールを形成されている。なお、各トラックは、個々に記録可能な磁気ビットとして作用するように、それに沿って間隔付けられた個別の磁性領域を有する。
【００４２】
窒素イオンが使用されたけれども、使用可能な他のイオンの種類は、He、Ar、Ne、Kr 及び Xe を含む。Ru スペーサ膜２６及び強磁性膜２２、２４の間のインターフェースに関する所望の崩壊を達成するために必要なイオン照射の電圧及び用量を経験的に決定することが可能である。
【００４３】
イオン照射により媒体をパターン化するための開示された方法は、上述のシリコン・ステンシル・マスクのような非接触マスクによるものである。しかし、フォトレジストがＡＦ結合層の上に形成され、しかる後、「非磁性」領域から分離又は隔離された磁気ビット領域になるように意図されたその層の部分と揃えられた開口を露光するようにパターン化される。
【００４４】
ＡＦ結合層がパターン化された後、一般的な保護被覆がその上に形成され、パターン化された磁気ディスクの製造を完了する。保護被覆は、水素及び（又は）窒素でもって任意選択的にドープされたスパッタ付着のアモルファス・カーボンという一般的な被覆であってもよい。その被覆は、一般には、１５nm よりも小さい厚さである。
【００４５】
Ａ．実験結果
CoPtCrB/Co/Ru/Co/CoPtCrB というＡＦ結合構造が５０nm Cr金属基板上に準備された。CoPtCrB の強磁性膜は、５原子百分率（at.%）の B でもってドープされたCo₆₈Pt₁₂Cr₂₀ 合金であった。 CoPtCrB の下側強磁性膜は１０nm 厚であり、 CoPtCrB の上側強磁性膜は５nm 厚であった。２つの強磁性膜は、それらのモーメントが逆平行に配向されるように、 CoPtCrB 膜を反強磁的に結合した Co(0.5nm)/Ru(0.6nm)/Co(0.5nm) の三重層でもって交互配置された。 CoPtCrB 膜の厚さは、その磁性層上の所定距離において本質的にゼロの磁界となるように選定された。この距離は、読み取りヘッドが位置決めされるディスク上の高さ（即ち、読み取りヘッドの正規の浮動高）である。上側の膜２２（図１参照）が読み取りヘッドに近いので、そこからの磁界は、下側の膜２４からの磁界よりも高いであろう。従って、下側の膜２４の厚さは、ヘッドにおける正味磁界を本質的にゼロにするために厚く作られる。
【００４６】
そこで、この構造体の磁化が外部印加磁界の範囲にわたって Kerr ルーパ（looper）によって測定された。２つの強磁性膜の反強磁的結合にうち勝つに十分な非常に高い磁界（例えば、８kOe）が先ず負の方向に印加された。Kerr データは、それら強磁性膜がその印加磁界の方向と平行に揃えられたモーメントを有することを示した。しかる後、磁界は減少され、Kerr データは、それら強磁性膜が後でそれらのモーメントを逆平行に揃えられるように、反強磁結合磁界に対応する磁界強度に近い強度で、それら強磁性膜の１つが磁化方向を切り替えることを示した。磁界が正の印加磁界に向けてゼロを通過した時、正の磁界が反強磁結合磁界を越えるまで、強磁性膜のモーメントは逆平行のままであった。正の磁界が反強磁結合磁界を越えた時点で、強磁性膜のモーメントは相互に平行に配向し、正の印加磁界方向に揃えられた。従って、kerr データは、この膜構造が合成反強磁磁石であることを示した。
【００４７】
次に、この構造が、２＊１０¹⁶イオン／cm²の線量における N+ イオンによって７００keV のエネルギで衝撃された。一旦、その構造体が同じ範囲の外部印加磁界に晒されると、Kerr データは、強磁性膜のＡＦ結合を示さなかった。その代わり、その構造体は、単一の強磁性層のように機能し、イオン衝撃が Ru スペーサ膜を通した反強磁的結合を破壊したことを表す。従って、イオン衝撃が Ru スペーサ膜と強磁性膜との間のインターフェースを崩壊させ、その Ru スペーサ膜を隣接の強磁性膜と混ぜ合わせしたということを結論付けることが可能である。その構造体は、十分な残留磁気及び約１５００ Oeの保持力を持った。
【００４８】
次に、N+ イオンを使用して、これと同じタイプのＡＦ結合構造体のパターン化が実現された。この構造体の１０μm ＊１０μm 領域が、ミクロン・サイズの楕円型ホールを有する Si ステンシル・マスクを通して６＊１０¹⁵N+イオン／cm²の線量に晒された。パターン化の後、その構造体は、先ず、大きな磁界（２０kOe）でもって１つの方向に磁化された。この磁界強度は、非照射領域の磁化を揃えるのに十分であり、しかも非照射領域における強磁性膜の磁化が相互に平行に且つ印加磁界に平行に揃えられるように、非照射領域におけるＡＦ結合磁界を弱らせるに十分である。しかる後、非照射領域における２つの強磁性膜をＡＦ結合させたこの磁界が除去された。次に、２kOe の磁界が反対方向に印加された。この２kOe の磁界は、非照射領域のＡＦ結合磁界よりも小さいが、照射領域のみにおいて、強磁的に結合された膜の磁化方向を切り替えるには十分に大きい。図３は、パターン化された構造体の磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）の映像である。なお、その楕円形領域は、これらの楕円形領域における強磁性膜が強磁的に結合されるようにその構造体における Ru スペーサ膜が崩壊した照射領域である。楕円形領域の長い方のエッジにおける明暗のコントラスト線が、非照射ＡＦ結合領域における上側（又は、下側）の強磁性膜と楕円形の照射領域における強磁的に結合された膜との間の磁気遷移から生じる。
【００４９】
本発明による記録媒体における２つのビット状態が図４の（Ａ）及び（Ｂ）に概略的に示される。なお、記録ヘッドが位置付けられる高さにおけるディスク上の磁界強度は２つの膜２２、２４に対して本質的に等しい。磁気遷移領域が８０、８２として示される。図４の（Ａ）において、上側の膜の磁気状態７０−７２及び７２−７４の間の遷移だけが信号Ｓ１に貢献する。それは、下側の膜の磁気状態７１−７３及び７３−７５が領域８０、８２において磁気遷移を持たないためである。図４の（Ｂ）において、下側の膜の磁気状態７１−７３及び７３−７５の間の遷移だけが信号Ｓ２貢献する。それは、上側の膜の磁気状態７０−７２及び７２−７４が領域８０、８２において磁気遷移を持たないためである。図４の（Ａ）では、ＡＦ結合された非照射領域７０、７４における上側の強磁性膜２２の磁化が強磁性照射領域７２−７３における磁化と逆方向に揃えられ、Ｓ１によって表されたように代表的な磁界プロファイルをもたらす。これは、１つの書き込み状態「１」を表す。
【００５０】
逆に、別の書き込み状態「０」は、強磁性領域７２−７３の保磁力よりも大きいがＡＦ結合領域における上側及び下側の膜７０−７１及び７４−７５の間のＡＦ結合磁界よりも小さい磁界を印加することによって達成される。この方法では、強磁性領域７２−７３だけがそれの磁化を切り替え、上側の膜７０、７４に平行に揃う。反転した信号Ｓ２はその結果である。遷移領域８０、８２の上に示された信号Ｓ１（図４の（Ａ））及びＳ２（図４の（Ｂ））は、それら遷移からの信号の符号が異なるけれども、遷移の方向に関係なく振幅が同じであることを示す。これは、たとえ強磁性膜２２がヘッドから遠くても、ヘッドにおいて検出される強磁性膜２２、２４からの磁界が同じになるように、強磁性膜２２、２４の各々が磁気モーメントを持つように設計される。
【００５１】
層２０が実質的にゼロの正味磁気モーメントを有するように MR₁t₁ = Mr₂t₂ となる別の実施例が使用された場合、Ｓ１及びＳ２は異なる振幅を有するであろう。これは、２つの膜２２、２４が同じ磁気モーメントを有するであろうが、膜２４の方がヘッドから遠いためである。従って、下側の膜２４における遷移からの信号Ｓ２の方が信号Ｓ１よりも小さい振幅を有するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従って、パターン化の前の反強磁的に（ＡＦ）結合された層を示す磁気記録ディスクの概略的な断面図である。
【図２】 本発明に従って、ステンシル・マスクを通してイオン照射することによってＡＦ結合層をパターン化するためのプロセスの概略図である。
【図３】 本発明に従って、個別の楕円型磁性領域を示すパターン化されたＡＦ結合層の磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）の映像である。
【図４】 異なる磁気ビット状態を、それらの対応する信号プロファイルと共に示す本発明のディスク構造の概略図である。
【符号の説明】
１０ ディスク
２０ ＡＦ結合磁性層
２２ 上側強磁性膜
２４ 下側強磁性膜
２６ 非強磁性スペーサ膜
３２、３４ 磁気モーメント

Claims (12)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられ、第１の強磁性膜、第２の強磁性膜、及び前記第１及び第２の強磁性膜の間の非強磁性膜を含む磁性層と、
   を含み、
   前記磁性層は、前記第１及び第２の強磁性膜が前記非強磁性膜を通して反強磁的に結合されることにより第１の領域にパターン化され、前記第１及び第２の強磁性膜が強磁的に結合されることにより第２の領域にパターン化され、
   前記第１の領域における前記第１の強磁性膜が厚さｔ１及び磁化Ｍ１を有し、前記第１の領域における前記第２強磁性膜が厚さｔ２及び磁化Ｍ２を有し、
   単位領域当たりの磁気モーメント（Ｍ２＊ｔ２）が単位領域当たりの磁気モーメント（Ｍ１＊ｔ１）よりも大きく、それによって、前記第１の領域からの磁界が前記磁性層の上の所定距離において本質的にゼロである磁気記録媒体。
2. 基板と、
   前記基板上に設けられ、第１の強磁性膜、第２の強磁性膜、及び前記第１及び第２の強磁性膜の間の非強磁性膜を含む磁性層と、
   を含み、
   前記磁性層は、前記第１及び第２の強磁性膜が前記非強磁性膜を通して反強磁的に結合されることにより第１の領域にパターン化され、前記第１及び第２の強磁性膜が強磁的に結合されることにより第２の領域にパターン化され、
   前記第１の強磁性膜が、前記第１の強磁性膜及び前記非強磁性膜のインターフェースにおいて設けられたコバルトから成るインターフェース膜を含む磁気記録媒体。
3. 基板と、
   前記基板上に設けられ、第１の強磁性膜、第２の強磁性膜、及び前記第１及び第２の強磁性膜の間の非強磁性膜を含む磁性層と、
   を含み、
   前記磁性層は、前記第１及び第２の強磁性膜が前記非強磁性膜を通して反強磁的に結合されることにより第１の領域にパターン化され、前記第１及び第２の強磁性膜が強磁的に結合されることにより第２の領域にパターン化され、
   前記第２の強磁性膜が、前記第２の強磁性膜及び前記非強磁性膜のインターフェースにおいて設けられたコバルトから成るインターフェース膜を含む磁気記録媒体。
4. 前記第１及び第２の強磁性膜が実質的に同じ材料から形成され、前記第１の領域における前記第２強磁性膜の厚さｔ２が前記第１の領域における前記第１の強磁性膜の厚さｔ１よりも大きい、請求項１乃至乃至請求項３のいずれかに記載の磁気記録媒体。
5. 前記非強磁性膜がルテニウム（Ru）、クロム（Cr）、ロジウム（Rh）、イリジウム（Ir）、銅（Cu）、及びそれらの合金から成るグループから選択された材料から形成される、請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の磁気記録媒体。
6. 前記第１及び第２の強磁性膜が、Co、Fe、Ni、及びそれらの合金から成るグループから選択された材料から作られる、請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の磁気記録媒体。
7. 前記基板及び前記磁性層の間で前記基板上に設けられた非強磁性の下層を更に含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の磁気記録媒体。
8. 前記磁性層の上に形成された保護被覆を更に含む、請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の磁気記録媒体。
9. パターン化された磁気記録媒体を製造するための方法にして、
   基板を設け、
   第１の強磁性膜を前記基板上に付着し、
   所定の厚さを有し、ルテニウム（Ru）、クロム（Cr）、ロジウム（Rh）、イリジウム（Ir）、銅（Cu）、及びそれらの合金から成るグループから選択された材料から形成された非強磁性スペーサ膜を前記第１の強磁性膜上に付着し、
   前記スペーサ膜が前記選択された材料及び前記厚さのものであることの結果として、前記第１の強磁性膜に反強磁的に交換結合される第２の強磁性膜を前記スペーサ膜上に付着し、
   パターン化されたマスクを通して指向されたイオンでもって前記強磁性膜及び前記スペーサ膜を照射する、
   ステップを含み、
   前記イオンが、前記スペーサ膜を実質的に崩壊させ、それによって前記第１及び第２の強磁性膜の間を反強磁結合することにより、前記第１及び第２の強磁性膜が前記イオンを照射された領域において強磁的に結合される、方法。
10. パターン化されたマスクを通してイオンを照射することが、パターン化された非接触マスクを通してイオンを照射することを含む、請求項９に記載の方法。
11. パターン化されたマスクを通してイオンを照射することが、
    磁性膜上にフォトレジスト材料の層を付着し、
    前記フォトレジストの層に開口を形成するために前記フォトレジストの層をパターン化し、
    前記フォトレジストの層における前記開口を通してイオンを前記磁性膜に照射することを含む、請求項９に記載の方法。
12. イオンを照射することが、N、He、Ar、Ne、Kr、及び Xe のイオンから成るグループから選択されたイオンを照射することを含む、請求項９乃至請求項１１のいずれか１つに記載の方法。

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