JP4032050B2

JP4032050B2 - 磁気記録媒体およびその製造方法

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Publication number: JP4032050B2
Application number: JP2004305772A
Authority: JP
Inventors: 田芳幸鎌; 田幸司園; 崎剛之岩
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2024-10-20
Also published as: JP2006120222A

Description

本発明は磁気記録媒体およびその製造方法に関する。

近年、画像、映像、音声などのデータのマルチメディア化が進み、１ユーザあたりの検索データの情報量が増大化している。このため、データベースの大容量化、高速化が要求されている。一方、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）の記録容量の増大に伴う磁気記録媒体の面記録密度の向上により、磁気記録媒体上の各記録ビットサイズは数１０ｎｍ程度の極めて微細なものになってきている。このような微細な記録ビットから再生出力を得るには、各ビットに可能な限り大きい飽和磁化と膜厚の確保が必要となる。しかし、記録ビットの微細化は、１ビットあたりの磁化量を小さくし、「熱揺らぎ」による磁化反転で、磁化情報の消失という問題を生じている。

一般に、この「熱揺らぎ」は、Ｋｕ・Ｖ／（ｋ・Ｔ）の値が小さい程影響が大きくなる。ここで、Ｋｕは磁気異方性エネルギー密度、Ｖは磁化最小単位体積、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度を示す。経験的には、Ｋｕ・Ｖ／（ｋ・Ｔ）が１００未満になると、「熱揺らぎ」による磁化の反転が生じると言われている。すなわち、磁性粒子の磁化の向きを一方向に保つのに必要な磁気異方性エネルギーは、磁気異方性エネルギー密度Ｋｕと磁性粒子の体積Ｖの積で表されるが、Ｋｕ・Ｖ／（ｋ・Ｔ）が１００未満になると、磁性粒子の磁化の向きを一方向に保つのに必要な磁気異方性エネルギーが室温の熱揺らぎエネルギー程度になってしまう。このため、時間とともに磁化が揺らぎ、記録した情報が消失するという現象を生じている。

長手磁気記録方式の磁気記録媒体では、記録密度の高い領域の記録ビット内の減磁界が強くなるため、磁性粒子径が比較的大きいうちから「熱揺らぎ」の影響を受けやすい。これに対し、垂直磁気記録方式の磁気記録媒体では、膜厚方向に磁性粒子を成長させることで、媒体表面の粒径は小さいまま磁化最小単位体積Ｖを大きくできるため、「熱揺らぎ」の影響を抑制できる。しかし今後、磁気記録媒体の高密度化がさらに進めば、たとえ垂直磁気記録方式であっても熱揺らぎ耐性に限界がでてくる。

この熱揺らぎ耐性の問題を解決する媒体として、「パターンドメディア」と呼ばれる磁気記録媒体が注目されている（例えば、特許文献１参照）。パターンドメディアは、一般には、非磁性体層中に記録ビット単位となる磁性体領域を複数、それぞれ独立に形成した磁気記録媒体であるが、磁気的に連続した磁性薄膜を記録磁区の大きさに分断した媒体と言うことができる。一般のパターンドメディアでは、非磁性体層として、例えばＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２などの酸化物やＳｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＴｉＮなどの窒化物、ＴｉＣなどの炭化物、ＢＮ等の硼化物が用いられ、これらの非磁性体層中に選択的に強磁性体領域が形成されている（例えば、特許文献２参照）。

一般的に、パターンドメディアの最表面には磁性体保護および潤滑剤の吸着の為に保護層が形成されている。保護層には、機械的強度、被覆率、潤滑剤の良好な濡れ性を満たす物質が好ましく、ダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣという）が最もよく用いられている（例えば、特許文献１参照）。ＤＬＣの成膜はグラファイトターゲットを用いたスパッタリング法で形成される。この方法では、ｓｐ２結合炭素とｓｐ３結合炭素が混在したアモルファスカーボンが形成される。ｓｐ３結合炭素の割合が大きいものがＤＬＣと呼ばれる。耐久性、耐食性に優れ、アモルファスであることから表面平滑性にも優れるため、磁気記録媒体の表面保護膜として利用されている。ＣＶＤ(Chemical vapor Deposition)法によるＤＬＣの成膜は、原料ガスをプラズマ中で励起、分解し、化学反応によってＤＬＣを生成させるため、条件を合わせることで、よりｓｐ３結合炭素に富んだＤＬＣを形成することができる。

パターンドメディアは、磁性薄膜を記録磁区の大きさに分断したものであるから、磁化最小単位体積Ｖを大きくでき、熱揺らぎの問題を回避することができる。従来の連続磁性薄膜では、１ビットあたり、磁性粒子数として１０００グレイン程度までのものを用いているが、高記録密度化が進むにつれ、１ビットに対応するグレイン数が減少する。記録マークエッジはグレインの粒界で決まるので、Ｓ／Ｎ比を確保するにはグレインを極力小さくする必要がでてくる。従って従来の連続膜ではＶを小さくせざるを得ない。しかし、パターンドメディアでは記録磁区のエッジを構造で規定できるため、Ｖを小さくすること無くＳ／Ｎ比の向上が期待できる。

パターンドメディアは、記録ビット単位である強磁性体領域が独立しているので、各々の記録ビット間の干渉を防止することができ、隣接ビットによる記録の消失や雑音の低減に効果がある。また、パターニングにより、磁壁移動抵抗が増大し、磁気特性の向上を狙うことができる。

一方、トラック密度の向上においては、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。そこで、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媒体が提案されている（例えば、特許文献３参照）。ディスクリートトラック媒体を用いた場合、記録時におけるサイドイレース現象、再生時に隣接トラックの情報が混合してしまうサイドリード現象などを低減できる。トラック方向の密度を大幅に高めることが可能であるため、高密度な磁気記録媒体を提供できる。

パターンドメディアは記録トラック方向、記録線方向ともに物理的に分離する必要があるため、高度なナノメーター加工技術が必要となる。ディスクリートトラック媒体は記録トラック方向のみを分離するので、パターンドメディアに比べるとパターン形成は楽である。
特開２００１―１７６０４９号公報（第１図）特許第３２８６２９１号（段落番号（００２５））特開平７―８５４０６号公報（第１図）

上述するように、パターンドメディアは「熱揺らぎ」による磁化反転を抑制できるため、高密度磁気記録媒体として有効である。また、ディスクリートトラック媒体は、トラック方向密度を高めることができるため、高密度磁気記録媒体として有効である。

一方、高密度記録を行う為には、記録再生ヘッドと磁気記録媒体の磁気スペーシングを減ずる必要がある。現行の浮上方式の記録再生では、記録媒体の保護膜５ｎｍ、記録再生ヘッドのスライダー保護膜５ｎｍ、浮上量１３ｎｍ、マージン４ｎｍ、計２７ｎｍの磁気スペーシングがある。２００Ｇｂｐｓｉの記録密度では、磁気スペーシングを１４ｎｍまで減じる必要があるが、記録媒体およびスライダーの保護膜が現行通りであると仮定すると、浮上量が０ｎｍ、即ち接触記録を行わなくてはならない。接触記録では、ヘッドスライダーと記録媒体面との間に生ずる摩擦力や粘性流体力に対して十分な強度を得る必要があるため、記録媒体表面に形成される潤滑剤が重要になる。

現行の潤滑剤（一般的にはパーフルオロポリエーテル）は、磁気記録媒体表面に形成されたカーボンと化学的に結合する部分（吸着層）と、化学的な結合せず、自由に動くことができる部分（フリー層）からなる。吸着層は記録再生ヘッドの接触等で潤滑剤の減量・損失を抑えるために、また、ディスク回転時の遠心力によるスピンオフを防ぐために重要になる。フリー層は減量した部分に流動して、その部分を被覆する、自己修復を行うために重要になる。接触記録では、媒体表面の潤滑剤が枯渇しやすいため、フリー層からの補給が追いつかないという問題がある。

本発明は上記事情を考慮してなされたものであって、高密度記録が可能でかつ熱揺らぎ耐性に優れた磁気記録媒体およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様による磁気記録媒体は、非磁性基板上に形成された軟磁性層上に分離して設けられた凸形状の強磁性体からなる複数の記録トラックと、前記記録トラックの上面および側面ならびに前記記録トラック間に設けられた凹部の底面を覆う保護膜と、前記記録トラック間の凹部を充填するように前記凹部の保護膜上に設けられ前記保護膜の材料と組成が異なる材料からなる充填部と、を備えたことを特徴とする。
なお、前記記録トラックのそれぞれは、トラック幅方向の断面が凸形状の強磁性体からなるように構成してもよい。

なお、前記記録トラックのそれぞれは複数の強磁性体ドットからなり、各記録トラックにおける前記強磁性体ドットの上面および側面ならびに前記強磁性体ドット間の凹部にも前記保護膜が設けられているとともに前記強磁性体ドット間の前記凹部の保護膜上にも前記充填部が設けられるように構成してもよい。

なお、前記保護膜は炭素を主成分と材料から形成してもよい。この場合前記充填部はＳｉＯ_２、低温焼結したＳＯＧ、窒化物のいずれかから形成することが好ましい。

なお、前記保護膜はＳｉＯ_２から形成してもよい。この場合、前記充填部は低温焼結したＳＯＧ、窒化物のいずれかから形成することが好ましい。

また、本発明の第２の態様による磁気記録媒体の製造方法は、非磁性基板上に形成された軟磁性層上に分離して設けられた凸形状の強磁性体からなる記録トラックを形成するとともに前記強磁性体間に前記軟磁性層を露出させる工程と、前記強磁性体の上面および側面ならびに露出した前記軟磁性層を覆う保護膜を形成する工程と、露出した前記軟磁性層上の前記保護膜上にのみ前記保護膜の材料と組成が異なる材料からなる充填部を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、高密度記録が可能でかつ熱揺らぎ耐性に優れた磁気記録媒体およびその製造方法を得ることができる。

発明を実施する最良の形態

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による磁気記録媒体の構成を図１および図２を参照して説明する。本実施形態の磁気記録媒体は、ディスクリートトラック媒体であって、トラック領域およびサーボ領域を備えている。トラック領域の平面図とサーボ領域のバーストの平面図を図２（ａ）および図２（ｂ）にそれぞれ示し、図２（ａ）に示す切断線Ａ−Ａで切断したときの断面図を図１に示す。

本実施形態の磁気記録媒体は、図１に示すように、非磁性基板２上に軟磁性下地層４が設けられ、トラック領域においてはこの軟磁性下地層４上に強磁性体からなるトラック幅方向の断面が凸形状の複数の記録トラック６が設けられた構成となっている。隣接する記録トラック６はトラック幅方向の断面が凹形状の凹部８によって分離されている。記録トラック６の上面および側面と、凹部８の底面は、膜厚の薄い保護膜１０によって覆われている。また、サーボ領域のバーストは、軟磁性下地層４上に強磁性体ドットから構成されている。図２（ｂ）に示すように、バーストの強磁性体ドットの上面および側面と、強磁性体ドット間も膜厚の薄い保護膜１０によって覆われている。なお、サーボ領域はバーストの他に記録トラックのトラック方向と略直交する方向に延在する強磁性体からなるプリアンブルやアドレス部が存在するが、これらの強磁性体の上面および側面と、強磁性体間も同様に保護膜１０で覆われている。そして、本実施形態においては、トラック領域では、凹部８には保護膜１０と組成が異なる埋め込み材１２が充填され、埋め込み材１２が表面に露出するように構成されている。また、同様にサーボ領域においても強磁性体間には保護膜１０と組成が異なる埋め込み材１２が充填され、埋め込み材１２が表面に露出するように構成されている（図２（ｂ）参照）。

記録トラック６上面の保護膜１０と、凹部８の埋め込み材１２は、潤滑剤に対する濡れ性が異なる。凹部８の埋め込み材１２として潤滑剤の濡れ性が良くなる化合物、例えばＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＢＣ、ＳｉＣ等を用いることで、記録再生に関係の無い部位に潤滑剤を溜めておくことができる。特許文献１においては、パターンドメディアの最表面に平坦な保護膜が形成されているため、潤滑剤の濡れ性は記録トラックと凹部で同じになる。接触記録用に潤滑剤を多量に塗布した場合、磁気スペーシングが広がってしまうためにＳ／Ｎが低下し、高密度記録はできない。

これに対して、本実施形態による磁気記録媒体の構造は、記録再生に関わる記録トラック６の上面に最小限の潤滑剤（１ｎｍ以下が好ましい）が塗られるために、磁気スペーシングを広げることはない。このため、高密度記録が可能となる。また記録に関わらない凹部８に潤滑剤が多く塗ることができるために、接触記録で枯渇した記録トラック６の上面に潤滑剤を供給しやすくなり、接触記録で発生した熱を潤滑剤で吸収することが可能となり、熱揺らぎ耐性に優れたものとなる。記録トラック６の上面の保護膜１０と、凹部８の埋め込み材１２の高さは同一でも良いが、磁気スペーシングの観点からは埋め込み材１２の高さが低いほうが好ましい。

本実施形態においては、保護膜１０にカーボンが用いられる。カーボンは、ｓｐ２結合炭素（グラファイト）とｓｐ３結合炭素（ダイヤモンド）に分類できる。耐久性、耐食性はｓｐ３結合炭素のほうが優れるが、結晶質であることから表面平滑性はグラファイトに劣る。通常、カーボンの成膜はグラファイトターゲットを用いたスパッタリング法で形成される。この方法では、ｓｐ２結合炭素とｓｐ３結合炭素が混在したアモルファスカーボンが形成される。ｓｐ３結合炭素の割合が大きいものはダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣという）と呼ばれる。耐久性、耐食性に優れ、アモルファスであることから表面平滑性にも優れるため、磁気記録媒体の表面保護膜として利用されている。ＣＶＤ(Chemical vapor Deposition)法によるＤＬＣの成膜は、原料ガスをプラズマ中で励起、分解し、化学反応によってＤＬＣを生成させるため、条件を合わせることで、よりｓｐ３結合炭素に富んだＤＬＣを形成することができる。

なお、本実施形態においては、埋め込み材１２として潤滑剤の濡れ性が良くなる化合物、例えばＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＣ、ＢＣ、ＳｉＣ等を用いたが、保護膜１０がＤＬＣ等のカーボンからなっている場合には、埋め込み材１２に窒化物を用いることができる。凹部８の埋め込み材１２に潤滑剤の濡れ性が非常に良くなる窒化物、例えば、ＣＮ、ＴｉＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＢＮ等の窒化物を用いることで、凹部８に蓄えておける潤滑剤の選択範囲が広がる。

また、保護膜１０がＤＬＣ等のカーボンからなっている場合には、埋め込み材１２にＳＯＧ(Spin-On-Glass)を用いることができる。ＳＯＧはＳｉＯ_２を主成分とする薄膜を、塗布〜焼結で形成させるための塗布液である。主成分は例えばＲ_ｎＳｉ（ＯＨ）_４−ｎからなり、添加剤とともに有機溶媒に溶解したものである。末端にはＣＨ_３等が用いられている場合もある。通常は６００℃程度で焼結することで純粋なＳｉＯ_２に変化する。液体であるため、埋め込み材として使い勝手が良い。しかし、潤滑剤の濡れ性を増すのはＯＨ末端やＣＨ_３末端であるため、５００℃以下の低温で焼結したＳＯＧが埋め込み材として好適である。

なお、本実施形態においては、保護膜１０はＤＬＣ等のカーボンから形成したが、高温焼結したＳＯＧ、ＳｉＯ_２、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ（Ｓｉ_３Ｎ_４等））を用いることができる。保護膜１０として高温焼結したＳＯＧまたはＳｉＯ_２を用いた場合は、埋め込み材として、ＣＮ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＢＮ、低温焼結したＳＯＧのいずれかを用いることができる。また、保護膜１０としてＳｉＯＮを用いた場合は、埋め込み材として、ＳｉＯ_２、高温焼結したＳＯＧ、ＣＮ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＢＮ、低温焼結したＳＯＧのいずれかを用いることができる。また、保護膜１０としてＳｉＮを用いた場合は、埋め込み材として、ＣＮ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＢＮ、低温焼結したＳＯＧのいずれかを用いることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による磁気記録媒体の製造方法を図３（ａ）乃至図４（ｃ）を参照して説明する。図３（ａ）乃至図４（ｃ）は、本実施形態による製造方法の製造工程を示す断面図である。

まず図３（ａ）に示すように、例えばＳｉＯ_２、Ｓｉ等からなる非磁性基板２に軟磁性下地層４、磁性層６を順次成膜する。その上にレジスト２０を塗布し、塗布したレジスト２０上に、記録トラック、トラッキングサーボ信号、アドレス情報信号、再生クロック信号等に相当する凹凸が形成されたスタンパー３０をプレスして凹凸を転写する。このようなスタンパーを用いたプレスによる形状転写法は、インプリント法と呼ばれる。

インプリント法による形状転写の問題点は、図３（ｂ）に示すような残さ２１が形成でされることである。このような残さ２１のある状態で、ＲＩＥ(Reactive ion etching)、Ａｒイオンミリング等のドライエッチングで下の磁性層をエッチングした場合、形状が著しく悪くなる。残さ２１は酸素プラズマで除去可能であるので、図３（ｂ）に示すように例えば酸素プラズマを用いたＲＩＥで異方性エッチングする。これにより、残さ２１が完全に除去されたレジストパターン２０ａが形成される（図３（ｃ）参照）。

次に、レジストパターン２０ａをマスクとしてＡｒイオンミリング等のドライエッチングを用いて磁性層６をパターニングし（図３（ｃ）参照）、上面および側面が磁性層からなる凸部６と、底面に軟磁性下地層が露出した凹部８を形成する（図３（ｄ）参照）。磁性層６のパターニング後に酸素プラズマ処理等を用いてレジストパターン２０ａの剥離を行う（図３（ｄ）参照）。

次に、スパッタ法もしくはＣＶＤ(Chemical vapor deposition)法を用いて凸部６の上面および側面と、凹部８の底面を覆うように例えばＤＬＣからなる保護膜１０を形成する（図４（ａ）参照）。続いて、バイアススパッタ法を用いて保護膜１０と組成が異なり、潤滑剤に対する濡れ性が良い埋め込み材１２を全面に形成する（図４（ｂ）参照）。その後、ＩＢＥ(Ion Beam Etching)もしくはＡｒイオンミリング、ＲＩＥ等のドライエッチングを用いて磁性層６の上部に形成された保護膜１０が露出するまで埋め込み材１２をエッチングし、凹部８にのみ埋め込み材１２を充填させる（図４（ｃ）参照）。これにより、第１実施形態の磁気記録媒体が製造される。

以上説明したように、本実施形態の製造方法によれば、第１実施形態の磁気記録媒体を製造することが可能となり、高密度記録が可能でかつ熱揺らぎ耐性に優れた磁気記録媒体を得ることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による磁気記録媒体の製造方法を図５を参照して説明する。本実施形態の製造方法は、埋め込み材として低温焼結のＳＯＧを用いたものであり、第２実施形態の製造方法の図４（ａ）に示す工程まで、すなわち保護膜を形成する工程までは第２実施形態と同様にして行う。

例えばＤＬＣからなる保護膜１０が形成された後、図５（ａ）に示すように、保護膜１０上にＳＯＧ２４をスピンコート法で塗布する。続いて５００℃を超えない温度で熱処理を行って低温焼結させ、低温焼結したＳＯＧ２４ａを得る（図５（ｂ）参照）。その際、酸化によるダメージを防ぐために、真空もしくは還元雰囲気下、例えばフォーミングガス（窒素と水素の混合ガス）や水素ガス中での熱処理が好ましい。

次に、ＩＢＥ(Ion Beam Etching)もしくはＡｒイオンミリング、ＲＩＥ等のドライエッチングを用いて、磁性層６の上面に形成された保護膜１０が露出するように低温焼結したＳＯＧ２４ａをエッチングする（図５（ｃ）参照）。これにより、凹部８にのみ低温焼結したＳＯＧ２４ａが充填される（図５（ｃ）参照）。

以上説明したように、本実施形態の製造方法によれば、高密度記録が可能でかつ熱揺らぎ耐性に優れた磁気記録媒体を得ることができる。

上記第１実施形態の磁気記録媒体および第２乃至第３実施形態の製造方法によって製造された磁気記録媒体の構造は、図６に示したような、トラック幅方向の断面形状が凸形状の強磁性体からなる記録トラック６と、凹部８を備えたディスクリートトラック媒体についてであったが、本発明はこれに限定されない。例えば、図７に示すように、記録トラック６内に分離した強磁性体ドット７が配列された構造を持つパターンドメディアや、記録トラックのみの構造を持つ磁気記録媒体、分離した強磁性体ドットが配列した構造をもつ磁気記録媒体であってもよい。また、レジストパターン２０ａの凸部と凹部が逆転したパターンを用いて製造してもよい。なお、図６に示す切断線Ａ−Ａで切断したディスクリートトラック媒体の断面は図１に示すようになり、図７に示す切断線Ａ−Ａで切断したパターンドメディアの断面は図８に示すようになる。

上記実施形態の磁気記録媒体はディスクリートトラック媒体であって、トラック方向には溝が形成されているが、ビットは連続膜である。そのため、ビット方向の分解能は記録再生ヘッドと記録層強磁性体の性能で決まってしまう。そこで、配列制御された自己組織化マスクを用いた加工法（ＡＡＳＡ法（Artificially Assisted Self Assembling)）を用いて、記録トラックをビット方向にも分離孤立化する。このような構造をとることで、更なる高密度記録が達成できる。このＡＡＳＡ法を用いた磁気記録媒体の製造方法を第４実施形態として説明する。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態の磁気記録媒体の製造方法を図９（ａ）乃至図１１（ｃ）を参照して説明する。

まず、図９（ａ）に示すように、非磁性基板２上に軟磁性下地層４を形成し、この軟磁性下地層４上に磁気記録層となる強磁性層６を形成する。その後、強磁性層６上にレジスト２０を塗布する。続いて、溝の形成されたスタンパー３０を用いて、レジストを押圧することによりレジスト２０に凹凸を転写する（図９（ｂ）参照）。そして、この凹凸が転写されたレジスト２０上に、例えばＰＳ（ポリスチレン）−ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）ジブロックポリマー４０を有機溶剤に溶かしたものをスピンコート法で形成する（図９（ｃ）参照）。なお、図９（ｃ）は、後述する自己組織化現象を説明するために図９（ｂ）に示す断面を横方向（紙面上で左右方向に伸ばした図となっている。

次に、図１０（ａ）に示すように、１４０℃〜２００℃程度の温度で熱処理をすることで、ＰＳ−ＰＭＭＡジブロックコポリマー薄膜４０は自己組織化による相分離が起こり、ナノメーターサイズの海島構造が得られる。この自己組織化現象を用いたナノパターン形成方法は、通常のパターン形成法、例えば、ＥＢ描画、フォトリソグラフィー、Ｘ線リソグラフィー、近接場光リソグラフィー、干渉露光法、ＦＩＢ(Focused ion beam)などに比べると、安価で短時間に大面積のナノパターンを形成できる。ジブロックコポリマーは、欲しい構造（直径、ピッチ、エッチングレート）に応じて様々なポリマーを使用することができる。ＰＳ−ＰＭＭＡジブロックコポリマーの自己組織化による相分離で、ＰＭＭＡのナノメートルサイズのドット４２が六方格子状に配列する。なお、図１０（ａ）において、符号４４はポリスチレンを示す。

その後、酸素プラズマ処理（例えば酸素ガスを用いたＲＩＥ）でＰＭＭＡのドット４２のみ選択的に除去し（図１０（ｂ）参照）、ＰＭＭＡの除去された穴４６にＳＯＧ４８を埋め込む（図１０（ｃ）参照）。続いて、酸素ガスを用いたＲＩＥで、レジスト層２０をパターニングする。このとき、ＳＯＧ４８で被覆されたレジスト以外のレジストが除去され、レジストパターン２０ａ形成される（図１０（ｄ）参照）。このレジストパターン２０ａとＳＯＧ４８からなるエッチングマスクを用いて、Ｏ_２ガスを用いたＲＩＥで、強磁性層６をパターニングし、その後、レジストパターン５６ａとＳＯＧ４８からなるエッチングマスクを除去する。すると、図１０（ｅ）に示すように、パターニングされた複数の強磁性層６が得られる。この後、第２実施形態で説明したと同様に、図１１（ａ）に示すように保護膜１０を形成し、埋め込み材１２を全面に形成し（図１１（ｂ）参照）、強磁性層６上の保護膜１０が露出まで埋め込み材１２をエッチングし、強磁性層６間の凹部８，９に埋め込み材１２を充填する（図１１（ｃ）参照）。なお、図１１（ｃ）においては、強磁性層６間の凹部９に充填された埋め込み材１２の上面は強磁性層６上の保護膜１０の上面よりも低いが、同一面上にあってもよい。なお、強磁性層６間の凹部８は記録トラック間の凹部であり、強磁性層６間の凹部９は、同一の記録トラック内における強磁性層６間の凹部を示すしている。

このようにすることにより、耐久性が大幅に増し、かつ安価で大面積にナノメーターサイズのパターンが形成可能となる。

なお、図９（ａ）に示す工程で用いたスタンパー３０は、通常の光露光に加え、ＥＢ描画、Ｄｅｅｐ−ＵＶカッティング等を用いることができる。

なお、ＡＡＳＡ法で作成したパターンドメディアは、磁性ドットが孤立分離化して配列した構造を持つ。１記録に１つの磁性ドット（１ビット１セル）を用いても良いが、１つの記録が多数の磁性ドット（１ビット多セル）で形成されていても良い。磁性ドットの粒径が１０ｎｍ程度のパターンドメディアを考えた場合、１０ｎｍの領域に正確にアクセスする現実的な手段がないため、１つの記録が多数の磁性ドット（１ビット多セル）で形成するほうが好ましい。例えば、２００Ｇｂｐｓｉの面密度を考えた場合、１ビットの面積はトラック幅１２５ｎｍ×記録ビット長２５ｎｍとなる。磁性ドット粒径が９ｎｍの場合、２００Ｇｂｐｓｉの面密度では磁性ドット１４個（トラック幅）×３個（トラック方向）で４２個の磁性ドットで１ビットが形成される。

強磁性層６の代わりにＳｉＯ_２等を用いることで、スタンパー３０を形成するための原盤とすることができる。図９（ａ）、（ｂ）に示した工程でＡＡＳＡ法を用いて原盤を形成した後、原盤表面にＮｉ導電化処理を行う。一般的にはスパッタ法でＮｉを１０ｎｍ程度成膜する。その後、Ｎｉ電鋳を行い、ＡＡＳＡ法を用いた構造を持つスタンパーを形成できる。

なお、上記実施形態においては、軟磁性下地層、強磁性層、カーボン、自己組織化ジブロックコポリマーが用いられているが、以下、これらの材料について説明する。

（軟磁性下地層）
軟磁性層としては、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏのいずれかの元素を組成に含んでいる軟磁性材料、例えば、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＺｒＮｂ、フェライト、珪素鉄、炭素鉄等が使用できる。

軟磁性層の微細構造は、強磁性層と同様な構造であれば、結晶性や微細構造制御の点で好ましいが、磁気特性を優先させる場合には敢えて別の構造とすることもできる。例えば、アモルファスの軟磁性層と結晶性の強磁性層、あるいはその逆が考えられる。また、軟磁性層は、軟磁性体微粒子が非磁性体マトリックス中に存在する、いわゆるグラニュラー構造であっても構わないし、磁気特性の異なる複数の層（例えば軟磁性層／非磁性層の多層膜）から構成されていても構わない。

なお、記録再生時以外の軟磁性層の磁気異方性の方向は膜面に垂直でも、面内周方向でも、面内半径方向でも、あるいはこれらの合成であっても構わない。

軟磁性層は、記録再生時に単磁極ヘッドの磁界によって磁気の向き（スピンの向き）が変化し閉じた磁気ループが形成される程度の保持力を有するものであればよい。一般的には数ｋＯｅ以下であれば好ましく、１ｋＯｅ以下であればさらに好ましく、５０Ｏｅ以下であればなお好ましい。

（強磁性層）
強磁性層としては、現在の磁気記録媒体で一般的に用いられている強磁性材料を使用できる。すなわち、飽和磁化Ｉｓが大きくかつ磁気異方性が大きいものが適している。この観点から、例えばＣｏ、Ｐｔ、Ｓｍ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｂｉ、およびＡｌならびにこれらの金属の合金からなる群より選択される少なくとも一種を使用することができる。これらのうちでは、結晶磁気異方性の大きいＣｏ合金、特にＣｏＰｔ、ＳｍＣｏ、ＣｏＣｒをベースとしたものやＦｅＰｔ，ＣｏＰｔ等の規則合金がより好ましい。具体的には、Ｃｏ−Ｃｒ，Ｃｏ−Ｐｔ，Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ，Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ，Ｃｏ−Ｃｒ−Ｔａ−Ｐｔ、Ｆｅ_５０Ｐｔ_５０、Ｃｏ_５０Ｐｔ_５０、Ｆｅ_５０Ｐｄ_５０、Ｃｏ_７５Ｐｔ_２５などである。また、これらの他にも、Ｔｂ−Ｆｅ，Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｔｂ−Ｃｏ，Ｇｄ−Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｇｄ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｎｄ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｎｄ−Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ等の希土類−遷移金属合金、磁性層と貴金属層の多層膜（人工格子：Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄなど）、ＰｔＭｎＳｂ等の半金属、Ｃｏフェライト、Ｂａフェライト等の磁性酸化物などから幅広く選択することができる。

強磁性層の磁気特性を制御する目的で、上記の磁性体と、磁性元素であるＦｅ、Ｎｉから選ばれる少なくとも１つ以上の元素とを合金化させたものを強磁性層として使用してもよい。また、これらの金属または合金に、磁気特性を向上させるための添加物、例えばＣｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｖ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｂ等、あるいはこれらの元素と、酸素、窒素、炭素、水素の中から選ばれる少なくとも一つの元素との化合物を加えても良い。

強磁性層の磁気異方性に関しては、垂直磁気異方性成分が主であれば面内磁気異方性成分があっても構わない。強磁性層の厚さに特に制限はないが、高密度記録を考えると１００ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以下がより好ましく、２０ｎｍ以下が更に好ましい。なお、０．１ｎｍ以下になると連続した薄膜を構成するのが困難になるので好ましくない。

また、強磁性層は、磁性粒子とその間に存在する非磁性物質とから構成される複合材料であることが好ましい。磁性粒子を反転単位とした高密度磁気記録が可能となるからである。しかしながら、記録領域をパターン化する場合には、非磁性物質の存在は必ずしも必要ではなく、また、希土類―遷移金属合金のような連続的なアモルファス磁性体であっても構わない。

（自己組織化：ジブロックコポリマー）
ブロックコポリマーとは、複数の単独高分子を部分構成成分（ブロック）とする直鎖高分子からなるコポリマー（共重合体）である。たとえば、ポリマー鎖ＡとＢが−（ＡＡ・・ＡＡ）−（ＢＢ・・ＢＢ）‐というような構造を持つ。ブロックコポリマーは、熱処理を加えることで、ポリマーＡが凝集したＡ相とポリマーＢが凝集した相分離構造をとる。例えば、Ａ相とＢ相が交互に規則正しく現れる「ラメラ」構造、片方の相が棒状になる「シリンダー」構造、片方の相が球状に分布する「海島」構造がある。ブロックコポリマーでミクロ相分離構造を形成するには、２相の体積分率が重要である。ポリマーＡとポリマーＢはどのようなポリマーを選ぶことも可能であるが、リソグラフィーの観点からは、ドライエッチングレートの差が大きな物を選ぶのが好適である。比較的エッチング耐性のある芳香族ポリマー（例えばポリスチレン、ポリビニルナフタレン、ポリαメチルスチレン、ポリビニルピリジン等）と、ドライエッチングレートの速いアクリル系のポリマー（例えばＰＭＭＡ、ポリｔブチルメタクリレート等）などの組み合わせが良い。ＰＳ（ポリスチレン）とＰＭＭＡが結合したジブロックコポリマーの場合、大きなドライエッチング耐性の違いを利用して、ＰＭＭＡのみ選択的に除去することが可能である。ＰＳとポリビニルピリジンのジブロックコポリマーはきれいな海島構造に相分離するが、ドライエッチング耐性に違いがほとんど無いため、相分離構造をエッチングマスクにすることは難しい。相分離構造の大きさ（ドット直径、ピッチ）は、ポリマーＡとポリマーＢの分子量で制御できる。例えばＰＳ−ＰＭＭＡジブロックコポリマーの場合、ＰＳの分子量を１７２０００、ＰＭＭＡの分子量を４１５００にすることで、ＰＭＭＡドットの直径を４０ｎｍ、ピッチを８０ｎｍにすることができる。分子量を減らすと構造も小さくなる。例えば、ＰＳの分子量を４３０００、ＰＭＭＡの分子量を１００００にすることで、ＰＭＭＡドットの直径を１０ｎｍ、ピッチを２９ｎｍにすることができる。

以下、本発明の実施例を説明する。

（実施例１）
電子ビーム露光によって、図６に示したようなパターンが１００セクターあるディスク状スタンパーを形成した。その後、図３（ａ）乃至図４（ｃ）に示した工程でディスクリート媒体を製作した。即ち、ガラス基板２上にＣｏＺｒＮｂからなる膜厚２００ｎｍの軟磁性下地層４を形成した。続いて、スパッタ蒸着法を用いて、配向制御目的でＲｕを２０ｎｍ、強磁性層６としてＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ_２合金を２０ｎｍを順次成膜した。

その後、レジスト２０を膜厚１００ｎｍで形成した。続けてサーボ情報と記録トラックが混在したスタンパー３０を用いてインプリントによるパターン形成を行い、酸素ＲＩＥでインプリント残さを除去した。その際、残さ除去条件は酸素ＲＩＥ時間を３０秒とした。その後、Ａｒイオンミリングで膜厚２０ｎｍの強磁性層６をエッチングした後、レジストの剥離を行い、カーボン保護膜１０を５ｎｍ形成した。その後、埋め込み材１２としてＳｉＯ_２をバイアススパッタ法で１５０ｎｍ堆積させた。

ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で断面形状を観察した所、表面の凹凸は殆どなかった。続けてＩＢＥで１５分エッチバックし、強磁性層６の上部に形成された保護膜１０を露出させた。保護膜１０であるカーボンはｓｐ３結合炭素の割合が多く、機械的強度に優れるＤＬＣであったため、埋め込み材１２であるＳｉＯ_２と比べてＩＢＥレートが遅かった。そのため、図１に示したように、記録トラック６の上部の保護膜１０のほうが埋め込み材１２よりも高さが高かった。このようにして断面形状が図１に示すようなディスクリートトラック媒体を作成した。

潤滑剤を塗布し、接触型記録再生ヘッドによる耐久性試験を行った所、１週間経っても再生波形が明瞭に観察できた。

続けて、ディスク半径方向の潤滑剤膜厚変動をＯＳＡ(Optical Surface Analyzer)で評価した。記録再生ヘッドを１０分間摺動させた直後の膜厚変動は２Åであった。３時間放置後の膜厚変動は０．３Å以下であった。潤滑剤の自己修復が機能していることが判った。

（比較例１）
一般的な方法でディスクリートトラック媒体を製作した。即ち、サーボ情報と記録トラックが混在したスタンパーを用いてインプリント法によるパターン形成を行い、酸素ＲＩＥでインプリント残さを除去し、Ａｒイオンミリングで磁性層２０ｎｍをエッチングした後、ＳｉＯ_２をバイアススパッタ法で１５０ｎｍ堆積させた。ＩＢＥで１５分エッチバックし、強磁性体上部が露出後、カーボン保護膜を５ｎｍ形成した。

潤滑剤を塗布し、接触型記録再生ヘッドによる耐久性試験を行った所、最初の２日間は良好な再生波形が得られたが、徐々に信号強度が減衰し、１週間後にはＳ／Ｎ比が半分程度まで減少した。

従来方式の、記録媒体表面に一様に保護膜が存在するディスクリート媒体では、潤滑剤のフリー層が少なくなり、接触型記録再生ヘッドの摺動による潤滑剤の枯渇に対応ができないことがわかった。

（実施例２）
埋め込み材をＴｉＮにする以外は実施例１と同じ方法を用いてディスクリートトラック媒体を作成した。

続けて、ディスク半径方向の潤滑剤膜厚変動をＯＳＡで評価した。記録再生ヘッドを１０分間摺動させた直後の膜厚変動は０．５Åであった。３時間放置後の膜厚変動は０．３Å以下であった。実施例１で示したＳｉＯ_２で埋め込んだ試料と比べて、膜厚変動が少ないことが判った。窒化物を埋め込み剤に用いることで、より潤滑剤の自己修復性が向上することがわかった。

（実施例３）
実施例１と同じ方法でカーボンからなる保護膜までを形成したディスクリートトラック媒体を作成した。その後、ＳＯＧを４０００ｒｐｍスピンコートで回転塗布し、フォーミングガス雰囲気下４５０℃で１時間アニールした。ＳＥＭで断面形状を観察した所、表面の凹凸は殆どなかった。バイアススパッタ法で埋め込み剤を堆積させた場合、表面の凹凸を完全に埋め込む為には１５０ｎｍ程度の膜厚が必要であったが、ＳＯＧの場合は８０ｎｍ程度の膜厚でも十分凹凸を埋め込むことができた。続けてＩＢＥで８分エッチバックし、強磁性体上部に形成された保護膜を露出させた。埋め込み剤であるＳＯＧはＩＢＥレートが早かったため、図１に示したような、記録トラック上部の保護膜のほうが埋め込み剤よりも高いディスクリートトラック媒体が完成した。

続けて、ディスク半径方向の潤滑剤膜厚変動をＯＳＡで評価した。記録再生ヘッドを１０分間摺動させた直後の膜厚変動は０．５Åであった。３時間放置後の膜厚変動は０．３Å以下であった。実施例２で示した窒化物で埋め込んだ試料と同等の自己修復性があることがわかった。また、埋め込み剤の膜厚が８０ｎｍ程度と少ないため、ＩＢＥエッチバック時間が短くてよいため、量産性に優れる。

（比較例２）
フォーミングガス雰囲気下６００℃で１時間アニールしたことを以外は実施例３で製作した方法と同様でＳＯＧを埋め込み剤としたディスクリートトラック媒体を作成した。

続けて、ディスク半径方向の潤滑剤膜厚変動をＯＳＡで評価した。記録再生ヘッドを１０分間摺動させた直後の膜厚変動は２Åであった。３時間放置後の膜厚変動は０．３Å以下であった。潤滑剤の自己修復が機能していることが判った。しかしながら、ＳＯＧを高温で焼結したため、ＳＯＧがＳｉＯ_２に変化してしまい、潤滑剤の自己修復性は低温焼結ＳＯＧには劣ることがわかった。

以上に説明したように、本発明の各実施形態によれば、高密度記録に対応したパターンド媒体とその製造方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態による磁気記録媒体の構成を示す断面図。本発明の第１実施形態による磁気記録媒体の構成を示す平面図。本発明の第２実施形態による磁気記録媒体の製造方法の製造工程を示す断面図。本発明の第２実施形態による磁気記録媒体の製造方法の製造工程を示す断面図。本発明の第３実施形態による磁気記録媒体の製造方法の製造工程を示す断面図。本発明の一実施形態によるディスクリートトラック媒体の構成を示す平面図。本発明の一実施形態によるパターンドメディアの構成を示す平面図。図７に示す切断線Ａ−Ａで切断した断面図。本発明の第４実施形態による磁気記録媒体の製造方法の製造工程を示す断面図。本発明の第４実施形態による磁気記録媒体の製造方法の製造工程を示す断面図。本発明の第４実施形態による磁気記録媒体の製造方法の製造工程を示す断面図。

符号の説明

２非磁性基板
４軟磁性下地層
６強磁性層（記録トラック）
８凹部
１０保護膜
１２埋め込み材

Claims

非磁性基板上に形成された軟磁性層上に分離して設けられた凸形状の強磁性体からなる複数の記録トラックと、
前記記録トラックの上面および側面ならびに前記記録トラック間に設けられた凹部の底面を覆う保護膜と、
前記記録トラック間の凹部を充填するように前記凹部の保護膜上にのみ設けられ前記保護膜の材料と組成が異なる材料からなる充填部と、
を備え、
前記保護膜と前記充填部の上に潤滑剤が塗布され、前記充填部の材料は、前記保護膜の材料に比べて前記潤滑剤の濡れ性が良いことを特徴とする磁気記録媒体。
前記記録トラックのそれぞれは、トラック幅方向の断面が凸形状の強磁性体からなることを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
前記記録トラックのそれぞれは複数の強磁性体ドットからなり、各記録トラックにおける前記強磁性体ドットの上面および側面ならびに前記強磁性体ドット間の凹部にも前記保護膜が設けられているとともに前記強磁性体ドット間の前記凹部の保護膜上にも前記充填部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
前記保護膜は炭素を主成分と材料から形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気記録媒体。
前記充填部はＳｉＯ_２、低温焼結したＳＯＧ、窒化物のいずれかから形成されることを特徴とする請求項４記載の磁気記録媒体。
前記保護膜はＳｉＯ_２から形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気記録媒体。
前記充填部は低温焼結したＳＯＧ、窒化物のいずれかから形成されることを特徴とする請求項６記載の磁気記録媒体。
非磁性基板上に形成された軟磁性層上に分離して設けられた凸形状の強磁性体からなる記録トラックを形成するとともに前記強磁性体間に前記軟磁性層を露出させる工程と、
前記強磁性体の上面および側面ならびに露出した前記軟磁性層を覆う保護膜を形成する工程と、
露出した前記軟磁性層上の前記保護膜上にのみ前記保護膜の材料と組成が異なる材料からなる充填部を形成する工程と、
前記保護膜と前記充填部の上に潤滑剤を塗布する工程と、
を備え、
前記充填部の材料は、前記保護膜の材料に比べて前記潤滑剤の濡れ性が良い
ことを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。