JP2007250094A - 磁気記録媒体、磁気記録媒体の製造方法、及び磁気記録装置 - Google Patents

磁気記録媒体、磁気記録媒体の製造方法、及び磁気記録装置 Download PDF

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Abstract

【課題】従来よりもスパイクノイズを低減させ易い磁気記録媒体、磁気記録媒体の製造方法、及び磁気記録装置を提供すること。
【解決手段】非磁性基材１と、非磁性基材１の上に形成された下部軟磁性裏打層２と、下部軟磁性裏打層２の上に形成された非磁性層４と、非磁性層４の上に形成された上部軟磁性裏打層６と、上部軟磁性裏打層６の上に形成された垂直磁気異方性を有する記録層９とを有し、下部軟磁性裏打層２と非磁性層４の間、又は該非磁性層４と上部軟磁性裏打層６との間に結晶質磁性層３、５が形成された磁気記録媒体１１による。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気記録媒体、磁気記録媒体の製造方法、及び磁気記録装置に関する。
近年、ハードディスク装置等の磁気記憶装置では記録容量の増大が目覚しく、当該装置に内蔵されている磁気記録媒体の面記録密度は増加の一途をたどっている。そのような磁気記録媒体として古くから用いられているものに、記録層に記録された磁化の方向が面内方向に向いた面内記録媒体がある。しかし、面内記録媒体では、記録磁界や熱揺らぎによって記録ビットが消失しやすいため、面記録密度の高密度化が限界に達しつつある。
そこで、面内記録媒体よりも記録ビットが熱的に安定で高密度化が可能な媒体として、記録層に記録された磁化の方向が媒体の垂直方向に向いた垂直磁気記録媒体が開発され、一部の商品では実用化に至っている。
垂直磁気記録媒体のなかでも、垂直磁気記録層の下に軟磁性裏打層を形成したタイプのものでは軟磁性裏打層が磁気記録ヘッドの一部として働き、磁気記録ヘッドから出た記録磁界が軟磁性裏打層に略垂直に入る。そのため、このタイプの垂直記録媒体と磁気記録ヘッドとの組み合わせでは、磁束密度が大きくさらに磁界勾配が急峻な記録磁界を垂直磁気記録層に略垂直に導くことが可能となり、面記録密度のより一層の高密度化を図ることが可能となる。
軟磁性裏打層を備えた垂直磁気記録媒体では、書き込み信号とは別の大きなノイズが見られることがある。このノイズはスパイクノイズと呼ばれ、軟磁性裏打層の磁壁からの漏洩磁束がその原因となっている。磁気記録媒体におけるビット誤り率を得るには、このスパイクノイズをいかにして抑制するかが重要となる。
上記した軟磁性裏打層の磁壁は、互いに異なる方向を向いた磁区が層内に存在することで発生する。
この点に鑑み、非特許文献１、２では、軟磁性裏打層に反強磁性層や強磁性層を隣接させることで、軟磁性裏打層の磁化の向きを層内の全ての部分で同一方向に揃え、スパイクノイズを低減している。
しかしながら、この手法では、軟磁性裏打層の磁化方向を揃えるための磁界中熱処理等の着磁工程が必要となり、この工程の分だけ磁気記録媒体の生産コストが増大するうえ、反強磁性材料の材料コストが高いので、量産には不向きである。
これに対し、特許文献１と非特許文献３及び非特許文献４では、軟磁性裏打層の途中の高さに極薄の非磁性層を形成することで軟磁性裏打層を上下二層に分断し、Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY)交換相互作用を利用して、分断された各裏打層のそれぞれの磁化が反対に向くようにしている。
これによれば、下側裏打層の磁区から出た磁束が上側裏打層の磁区を通って再び下側裏打層に戻り、磁束が裏打層内を還流するようになるため、スパイクノイズの原因となる漏洩磁束が低減される。しかも、この手法では、非特許文献１、２のような着磁工程が不要なので、生産コストを抑えながらスパイクノイズを低減することができる。
特開２００１−１５５３２１号公報 Takenori, S. et al., "Exchange-coupled IrMn/CoZrNb soft underlayers for perpendicular recording media", IEEE Transactions on Magnetics, September 2002, Vol 38, pages 1991-1993 Ando, T. et al., "Triple-layer perpendicular recording media for high SN ratio and signal stability", IEEE Transactions on Magnetics, September 1997, Vol 33, pages 2983-2985 Byeon, S. C. et al., "Synthetic antiferromagnetic soft underlayers for perpendicular recording media", IEEE Transactions on Magnetics, July 2004, Vol. 40, pages 2386-2388 Acharya, B. R. et al., "Anti-parallel coupled soft underlayers for high-density perpendicular recording", IEEE Transactions on Magnetics, July 2004, Vol. 40, pages 2383-2385
本発明の目的は、従来よりもスパイクノイズを低減させ易い磁気記録媒体、磁気記録媒体の製造方法、及び磁気記録装置を提供することにある。
本発明の一観点によれば、基材と、前記基材の上に形成された下部軟磁性裏打層と、前記下部軟磁性裏打層の上に形成された非磁性層と、前記非磁性層の上に形成された上部軟磁性裏打層と、前記上部軟磁性裏打層の上に形成された垂直磁気異方性を有する記録層とを有し、前記下部軟磁性裏打層と前記非磁性層の間、又は該非磁性層と前記上部軟磁性裏打層との間に結晶質磁性層が形成された磁気記録媒体が提供される。
本発明によれば、非磁性層との界面が安定した結晶質磁性層を形成することで、経年劣化等によって非磁性層の構成材料が下部軟磁性裏打層や上部軟磁性裏打層の中に拡散するのが抑制される。これにより、下部軟磁性裏打層と上部軟磁性裏打層とが非磁性層によって明瞭に分離されるようになるので、これらの軟磁性裏打層同士が反強磁性的に良好に結合する。その結果、各裏打層から磁気記録媒体の外に漏れる漏洩磁束を低減でき、漏洩磁束に伴うスパイクノイズを効果的に抑制することが可能となる。
特に、アモルファス材料や微結晶材料は、明瞭な磁区構造を持たないため磁壁が発生し難く、下部軟磁性裏打層や上部軟磁性裏打ち層の構成材料として最適である。但し、アモルファス材料や微結晶材料は、その構造が準安定状態であるため、膜中に他の元素が拡散し易い。本発明では、上記のように非磁性層の構成材料が各裏打層中に拡散するのを抑制できるので、アモルファス材料や微結晶材料を各裏打層に使用しても、材料自体の特性により磁壁の発生を抑えながら、材料の拡散に伴うスパイクノイズの増加を抑制することができる。
また、本発明の別の観点によれば、基材の上に下部軟磁性裏打層を形成する工程と、前記下部軟磁性裏打層の上に非磁性層を形成する工程と、前記非磁性層の上に上部軟磁性裏打層を形成する工程と、前記上部軟磁性裏打層の上に垂直磁気異方性を有する記録層を形成する工程と、前記記録層の上に、前記基材を加熱しながら保護層を形成する工程とを有し、前記非磁性層を形成する工程の前に前記下部軟磁性裏打層上に結晶質磁性層を形成する工程を有するか、或いは前記上部軟磁性裏打層を形成する工程の前に前記非磁性層上に前記結晶室磁性層を形成する工程を有する磁気記録媒体の製造方法が提供される。
本発明では、保護層の形成工程において基材を加熱することで、保護層が緻密となり、保護層の機械的強度やHDI(Head Disk Interface)特性が高められる。このように基材が加熱されても、非磁性層の構成材料の各軟磁性裏打層への拡散が結晶質磁性層によって防止されるので、本発明では、保護層の膜質向上と漏洩磁束の抑制とを両立することが可能となる。
そして、本発明の更に別の観点によれば、基材と、前記基材の上に形成された下部軟磁性裏打層と、前記下部軟磁性裏打層の上に形成された非磁性層と、前記非磁性層の上に形成された上部軟磁性裏打層と、前記上部軟磁性裏打層の上に形成された垂直磁気異方性を有する記録層とを備えた磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体に対向して設けられた磁気ヘッドとを有し、前記下部軟磁性裏打層と前記非磁性層の間、又は該非磁性層と前記上部軟磁性裏打層との間に結晶質磁性層が形成された磁気記録装置が提供される。
本発明によれば、下部軟磁性裏打層と非磁性層の間、又は該非磁性層と上部軟磁性裏打層との間に結晶質磁性層を形成するので、非磁性層の構成元素が下部軟磁性裏打層や上部軟磁性裏打層に拡散するのが防止され、各軟磁性裏打層同士を反強磁性的に良好に結合させることができ、各軟磁性裏打層からの漏洩磁束に起因するスパイクノイズを低減することができる。
以下に、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
（１）第１実施形態
図１（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る磁気記録媒体の製造途中の断面図である。
最初に、図１（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
まず、Al合金基材や化学強化ガラス基材の表面にNiPめっきを施してなる非磁性基材１の上に、０．５PaのAr雰囲気中で投入電力を１kWとするDCスパッタ法でアモルファス材料であるCoNbZrを厚さ約２０〜２４nmに堆積させ、それにより形成されたCoNbZr層を下部軟磁性裏打層２とする。
なお、非磁性基材１としては、結晶化ガラスや、表面に熱酸化膜が形成されたシリコン基板を用いてもよい。更に、下部軟磁性裏打層２はCoNbZr層に限定されず、Co基、Fe基、及びNi基のいずれかにZr、Ta、C、Nb、Si、及びBのうちの少なくとも一つが添加されたアモルファス領域若しくは微結晶構造領域の合金層を下部軟磁性裏打層２として形成してもよい。そのような材料としては、例えばCoNbTa、FeCoB、NiFeSiB、FeAlSi、FeTaC、FeHfC等がある。
また以降の堆積方法として特に断らない限りDCスパッタ法を用いるが、膜の堆積方法はDCスパッタ法に限られず、RFスパッタ法、パルスDCスパッタ法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等も採用し得る。
次に、下部軟磁性裏打層２の上に、０．５PaのAr雰囲気中で投入電力を２００WとするDCスパッタ法により下部結晶質磁性層３としてNiFe層を１〜５nmの厚さに形成する。その下部結晶質磁性層３はNiFe層に限定されず、Ni、Fe、及びCoのいずれか単体、又はこれらのいずれかを含む合金よりなる層を下部結晶質磁性層３として形成してもよい。
また、下部結晶質磁性層３の厚さの下限は、結晶質磁性層３が連続膜となるために必要な最低限の厚さに設定される。材料により異なるが、１〜３nm以上の厚さであれば結晶質磁性層３は連続膜となる。
また、その厚さが厚すぎると、下部軟磁性裏打層２よりも結晶質磁性層３の特色が色濃くなり、スパイクノイズの発生源となる磁壁が結晶質磁性層３に形成され易くなるので、なるべく薄く、例えば１０nm以下の厚さに結晶質磁性層３を形成するのが好ましい。
次いで、この結晶質磁性層３の上に、DCスパッタ法により非磁性層４としてRu層を厚さ約０．７nmに形成する。このときの成膜条件は特に限定されないが、本実施形態では、０．５PaのAr雰囲気中で投入電力を１５０Wとする条件を採用する。また、非磁性層４はRu層に限定されず、Ru、Rh、Ir、Cu、Cr、Re、Mo、Nb、W、Ta、及びCのいずれかの単体、又はこれらのうちの少なくとも一つを含む合金、若しくはMgOで非磁性層４を構成してもよい。
続いて、非磁性層４の上に、DCスパッタ法により上部結晶質磁性層５としてNiFe層を厚さ約１〜５nmに形成する。そのNiFe層の成膜条件としては、例えば、Ar雰囲気の圧力を０．５Pa、投入電力を１５０Wとする条件が採用される。
次に、上部結晶磁性層５の上に、上部軟磁性裏打層６としてアモルファス材料であるCoNbZrを厚さ約２０〜２４nmに堆積させる。上部軟磁性裏打層６はCoNbZr層に限定されない。下部軟磁性裏打層２と同様に、Co基、Fe基、及びNi基のいずれかにZr、Ta、C、Nb、Si、及びBのうちの少なくとも一つが添加されたアモルファス領域若しくは微結晶構造領域の合金層を上部軟磁性裏打層６として形成してもよい。
ここまでの工程により、各層２〜６で構成される裏打層７が非磁性基材１の上に形成されたことになる。
その裏打層７では、非磁性層４により下部軟磁性裏打層２と上部軟磁性裏打層６とを隔離した。これにより、下部軟磁性裏打層２と下部結晶質磁性層３とを合わせた磁化Msaと、上部軟磁性裏打層６と下部結晶質磁性層５とを合わせた磁化Msbの向きが反平行の状態、すなわち各軟磁性層２、６が反強磁性的に結合した状態で安定する。このような状態は、非磁性層４の厚さを増加させることで周期的に現れ、その状態が最初に現れる厚さに非磁性層４を形成するのが好ましい。非磁性層４としてRu層を形成する場合、その厚さは約０．７〜１nmである。
このように磁化Msa、Msbが互いに反平行となることで、裏打層７内の磁束が層内で還流して外部に漏れ難くなるので、漏洩磁束に起因するスパイクノイズを低減することができる。
また、下部軟磁性裏打層２と下部結晶質磁性層３とを通る磁束Φ1と、上部軟磁性裏打層６と下部結晶質磁性層５とを通る磁束Φ2とを等しくすることで、磁束を確実に還流させることが可能になる。このようにΦ1とΦ2とを等しくするには、下部軟磁性裏打層２と下部結晶質磁性層３のそれぞれの膜厚と磁化の和t2・Ms2＋t3・Ms3が、下部結晶質磁性層５と上部軟磁性裏打層６のそれぞれの膜厚と磁化の和t5・Ms5＋t6・Ms6に等しくなるようにすればよい。
更に、裏打層７の全膜厚は、その飽和磁束密度Bsが１T以上の場合、磁気ヘッドによる書き込み容易性や再生容易性の観点から、１０nm以上、より好ましくは３０nm以上にするのが好ましい。但し、その全膜厚が厚すぎると製造コストが上昇するので、１００nm以下、より好ましくは６０nm以下とするのが好ましい。
次に、図１（ｂ）に示すように、８PaのAr雰囲気中で投入電力を２５０WととするDCスパッタ法によりRu層を約２０nmの厚さに形成し、そのRu層を非磁性下地層８とする。
なお、非磁性下地層８はこのような単層構造に限定されず、二層以上の層で非磁性層８を構成してもよい。その場合、それぞれの層として、Co, Cr, Fe, Ni, 及びMnのいずれかとRuとの合金よりなる層を形成するのが好ましい。
更に、非磁性下地層８の結晶配向性向上と結晶粒径制御のために、裏打層７の上にアモルファスのシード層を形成してから非磁性下地層８を形成してもよい。その場合、シード層としては、例えば、Ta、Ti、C、Mo、W、Re、Os、Hf、Mg、及びPtのいずれかよりなる層、若しくはこれらの合金層を形成するのが好ましい。
そして、この非磁性下地層８の上に、圧力が約３PaのAr雰囲気中で投入電力を３５０WとするDCスパッタ法でグラニュラー構造のCoCrPt-SiO2を厚さ約１０ nmに堆積し、それを主記録層９ａとする。
その後、主記録層９ａの上に、０．５PaのAr雰囲気中で投入電力を４００Wとするスパッタ法で書き込み補助層９ｂとしてCoCrPtB層を厚さ約６nmに形成する。
これにより、非磁性下地層８の上には、主記録層９ａと書き込み補助層９ｂとで構成される垂直磁気異方性を有する記録層９が形成されたことになる。
上記の条件で形成された主記録層９ａと書き込み補助層９ｂのそれぞれの異方性磁界Hk1、Hk2と、磁化反転パラメータα1、α2は、それぞれHk1＞Hk2及びα1＜α2を満たす。このような特性は、主記録層９ａの垂直磁気異方性が書き込み補助層９ｂのそれよりも大きい場合に見られるため、本実施形態では、垂直磁気異方性が大きな主記録層９ａとそれが小さな書き込み補助層９ｂとを積層した構造となる。
主記録層９ａは、このように垂直磁気異方性が大きいため、それ単独では外部磁界によって磁化が反転し難く、磁気情報を書き込み難い。ところが、上記のように垂直磁気異方性が弱く外部磁界によって磁化が容易に反転する書き込み補助層９ｂをその主記録層９ａに接して設けると、これらの層９ａ、９ｂのスピン同士の相互作用によって、書き込み補助層９ｂの磁化が外部磁界により反転するのにつられて主記録層９ａの磁化も反転するようになり、主記録層９ａへの磁気情報の書き込みが容易になる。
しかも、主記録層９ａの磁気異方性が大きいため、主記録層９ａのそれぞれの磁区における磁化同士がそれらの相互作用によってその向きが安定するので、磁気情報を担う磁化の向きが熱によって反転し難くなり、主記録層９ａの熱揺らぎ耐性が高くなる。
なお、熱揺らぎ耐性と書き込み容易性とを両立させる必要がある場合には、記録層９をこのような二層構造にするのが好ましいが、その必要が無い場合には記録層９を単層構造にしてもよい。更に、記録層９を三層以上の層構造にしてもよい。
続いて、図１（ｃ）に示すように、C2H2ガスを反応ガスとするRF-CVD(Radio Frequency Chemical Vapor Deposition)法により、記録層９の上に保護層１０としてDLC(Diamond Like Carbon)層を厚さ約４nmに形成する。その保護層１０の成膜条件は、例えば、成膜圧力約４Pa、高周波電力のパワー１０００W、基板−シャワーヘッド間のバイアス電圧２００V、及び基板温度２００℃である。
次に、保護層１０の上に潤滑剤（不図示）を約１nmの厚さに塗布した後、研磨テープを用いて保護層１０の表面突起や異物を除去する。
以上により、本実施形態に係る磁気記録媒体１１の基本構造が完成した。
図２は、この磁気記録媒体１１への書き込み動作を説明するための断面図である。
書き込みを行うには、図２に示すように、主磁極１３ｂとリターンヨーク１３ａよりなる磁気ヘッド１３を磁気記録媒体１１に対向させ、断面積の小さな主磁極１３ｂで発生した磁束密度が高い記録磁界Hを記録層９に通す。このようにすると、垂直磁気異方性を有する主記録層９ａのうち、主磁極１３ｂの直下にある磁区では、この記録磁界Hによって磁化が反転し、情報が書き込まれる。
記録磁界Hは、このように主記録層９ａを垂直に貫いた後、磁気ヘッド１３と共に磁束回路を構成する裏打層７を面内方向に走り、再び主記録層９ａを通って、断面積の大きなリターンヨーク１３ａに低い磁束密度で帰還される。裏打層７は、このように膜中に記録磁界Hを導き、記録層９に垂直に記録磁界Hを通す役割を果たす。
そして、磁気記録媒体１１と磁気ヘッド１３とを面内において図のAの方向に相対移動させつつ、記録信号に応じて記録磁界Hの向きを変えることにより、垂直方向に磁化された複数の磁区が記録媒体１１のトラック方向に連なって形成され、記録信号が磁気記録媒体１１に記録されることになる。
図１（ｃ）で説明したように、本実施形態では、非磁性層４の上下に下部結晶質磁性層３と上部結晶質磁性層５とを形成した。以下に、このような構造により得られる利点について説明する。
磁気記録媒体１１を形成する工程においては、図１（ｃ）の保護層１０を形成する工程のように基材１を加熱する工程がある。その保護層１０を構成するDLC層は、磁気ヘッドに触れても損傷しないように、機械的に強固でHDI特性に優れたダイアモンド構造を有する必要がある。そのため、CVD法を用いた保護層１０の形成工程では、基材上にダイアモンド構造の炭素微粒子を堆積させるために、基材１の加熱は不可避である。
しかしながら、結晶質磁性層３、５を形成しない場合にこのように基材１に熱が加わると、非磁性層４を構成するRu原子等が、アモルファス材料や微結晶材料で構成される準安定状態の各軟磁性裏打層２、６中に拡散するので、これらの裏打層２、６が反強磁性的に結合し難くなり、スパイクノイズが発生し易くなる。
また、加熱が伴わなくとも、経年劣化により上記の拡散が起こり、記録媒体１１の使用時間と共にスパイクノイズが増大する恐れもある。
アモルファス材料や微結晶材料は、明瞭な磁区構造を持たない磁壁が発生し難く、裏打層２、６の構成材料として最適である。よって、アモルファス材料や微結晶材料で裏打層２、６を構成しつつ、非磁性層４の構成原子の裏打層２、６への拡散を防止することが望まれる。
この点に鑑み、本実施形態では、上記のように非磁性層４の上下に下部結晶質磁性層３と上部結晶質磁性層５とを形成した。結晶質磁性層３、５は、結晶構造が定まっているため非磁性層４との界面が安定し、非磁性層４の構成原子は各結晶質磁性層３、５中に拡散し難くなる。これにより、プロセス中に基材１が加熱されたり、磁気記録媒体１１の使用期間が長期にわたったりしても、下部軟磁性裏打層２と上部軟磁性裏打層６とが反強磁性的に結合し易くなり、スパイクノイズを確実に低減することが可能となる。
次に、上記した利点を確かめるために本願発明者らが行った調査結果について説明する。
図３は、この調査において使用されたサンプルＡ〜Ｄの断面図である。なお、図１（ａ）〜（ｃ）で説明した要素にはこれらの図と同じ不符号を図３において使用している。各サンプルＡ〜Ｅの構成は次の通りである。
サンプルＡ
サンプルＡでは、図１（ａ）〜（ｃ）で説明したのと同じ材料と膜厚とを採用し、各層２〜６を形成した。また、保護層１０を形成する前の加熱温度依存性を調べるために、室温〜２５０℃までの範囲で基材１を加熱した後、保護層１０を形成した。
サンプルＢ
サンプルＢでは、Ru非磁性層４の厚さをサンプルＡよりも薄い０．６nmにすることで、軟磁性裏打層２、６の交換結合磁界Hexを弱めた。
サンプルＣ
サンプルＣでは、結晶質磁性層３、５として厚さ１〜５nmのCo層を形成した。これ以外の構造はサンプルAと同じである。
サンプルＤ
サンプルＤでは、結晶質磁性層３、５として厚さ１〜５nmのFe層を形成した。これ以外の構造はサンプルAと同じである。
また、本実施形態の効果を確認するため、以下に説明する比較例Ａ〜Ｃも作製した。図４及び図５は、これらのサンプルの断面図である。図４及び図５において、図１（ａ）〜（ｃ）と同じ要素にはこれらの図と同じ符号を付し、その説明は省略する。各比較例Ａ〜Ｃの構成は次の通りである。
比較例Ａ
図４は比較例Ａの断面図である。比較例Ａでは結晶質磁性層３、５を形成しなかった。また、CoNbZr軟磁性裏打層２、６のそれぞれの異方性磁界の大きさを揃えるために、これらの層を共に２５nmの厚さに形成した。
比較例Ｂ
図５は比較例Ｂの断面図である。比較例Ａと同様、比較例Ｂでも結晶質磁性層３、５を形成しなかった。CoNbZr軟磁性裏打層２、６の厚さは、それらの異方性磁界の大きさを揃えるため、共に２５nmとした。また、保護層１０を形成する前の加熱温度依存性を調べるために、室温〜２５０℃までの範囲で基材１を加熱した後、保護層１０を形成した。
比較例Ｃ
比較例Ｃでは、比較例Ｂと同じ層構造において、Ru非磁性層４の厚さを０．６nmと薄くすることで、CoNbZr軟磁性裏打層２、６の交換結合磁界Hexを弱めた。
以下に、本実施形態の効果について検証する。
図６は、サンプルＡと比較例Ｂのそれぞれに対してX線回折測定を行って得られたグラフであり、グラフの横軸は回折角θの二倍、グラフの縦軸はX線強度を示す。
図６に示されるように、サンプルＡではNiFeの（１１１）回折ピークが観察されており、上部結晶質磁性層５を構成するNiFe層が結晶構造を持つことが確認された。
一方、上部結晶質磁性層５を形成しない比較例Ｂでは回折ピークが現れず、CoNbZr上部軟磁性裏打層６がアモルファスであることが確認された。
図７は、サンプルＡ、Ｂと比較例Ｂ、Ｃのそれぞれにおいて、軟磁性裏打層２、６における交換結合磁界Hexが基板温度によってどのように変化するのかを調査して得られたグラフである。
図７に示されるように、比較例Ｂ、Ｃではおよそ１７０℃以上の基板温度において交換結合磁界Hexが減少し始めるのに対し、サンプルＡ、Ｂでは、基板温度が上昇しても交換結合磁界Hexの明瞭な減少は見られない。
既述のように、緻密で滑らかな膜質の保護層１０を形成するには、保護層１０の成膜温度を２００℃程度にする必要がある。よって、比較例Ｂ、Ｃでは、保護層１０の膜質の向上と、軟磁性裏打層２、６からの漏洩磁束の抑止とを両立させることができない。これに対し、サンプルＡ、Ｂでは、２００℃程度の基板温度でも交換結合磁界Hexが減少しておらず、各軟磁性裏打層２、６を反強磁性的に結合させながら、膜質の良い保護層１０を形成することが可能となる。
図７の結果より、本実施形態のように結晶質磁性層３、５を形成することで、それれらを形成しない場合よりも軟磁性裏打層２、６同士が反強磁性的に強く結合することが確かめられた。
図８は、結晶質磁性層３、５の膜厚と、軟磁性裏打層２、６における交換結合磁界Hexとの関係を調査して得られたグラフである。
図８に示されるように、おおよそ連続膜と考えられる厚さが１nm以上のCo層を結晶質磁性層３、５としたサンプルＣでは、十分な大きさの交換結合磁界Hexが発生し、軟磁性裏打層２、６同士が反強磁性的に結合しているのが分かる。また、そのサンプルＣでは、結晶質磁性層３、５の膜厚によっても交換結合磁界Hexの大きさが変化している。
一方、Fe層を結晶質磁性層３、５としたサンプルＤでは、交換結合磁界Hexが非常に小さい。これは、非特許文献３に開示されるように、結晶質磁性層３、５と非磁性層４の材料の組み合わせにより、軟磁性裏打層２、６における交換結合磁界Hexの大きさが変化するためである。
図８の結果から、外部の環境変化に依存しない大きな交換結合磁界Hexを得るには、結晶質磁性層３、５と非磁性層４の材料と膜厚とを適切に組み合わせるのが重要であることが分かる。
なお、本願発明者らが行った実験によれば、下部軟磁性裏打層２と下部結晶質磁性層３としてNiFe層を構成する場合、各裏打層２、３の厚さを０．５nmとしてもこれらの層の交換結合磁界Hexは０にならず、これらの層が反強磁性的に結合していることが確かめられた。よって、下部軟磁性裏打層２と下部結晶質磁性層３の厚さの下限は０．５nmとするのが好ましい。
図９は、図１（ｃ）の断面構造を有する本実施形態において、結晶質磁性層３、５の膜厚とS/N比との関係を調査して得られたグラフである。
図９に示されるように、本実施形態のS/N比は比較例Ａのそれと略等しく、非磁性層４の上下に結晶質磁性層３、５を形成してもS/N比に大きな影響が出ないことが分かる。
図１０は、図１（ｃ）の断面構造を有する本実施形態において、結晶質磁性層３、５の膜厚と記録層９の保持力Hcとの関係を調査して得られたグラフである。
同図に示されるように、結晶質磁性層３、５の厚さが増加するにつれ保持力Hcはわずかに低下する。このグラフの範囲外となるが、結晶質磁性層３、５の厚さが１０nmになると、１nmの場合と比較して保持力Hcの低下量は５００Oe程度となる。保持力Hcの低下は、サイドイレーズ等の記録再生特性の劣化につながるので、結晶質磁性層３、５の厚さは１０nm以下、より好ましくは５nm以下とするのがよい。
（２）第２実施形態
本実施形態では、上記した第１実施形態の磁気記録媒体１１を備えた磁気記録装置について説明する。
図１１は、その磁気記録装置の平面図である。この磁気記録装置は、パーソナルコンピュータやテレビの録画装置に搭載されるハードディスク装置である。
この磁気記録装置では、磁気記録媒体１１が、スピンドルモータ等によって回転可能な状態でハードディスクとして筐体１７に収められる。更に、筐体１７の内部には、軸１６を中心にしてアクチュエータ等により回転可能なキャッリッジアーム１４が設けられており、このキャリッジアーム１４の先端に設けられた磁気ヘッド１３が磁気記録媒体１１を上方から走査し、磁気記録媒体１１への磁気情報の書き込みと読み取りが行われる。
なお、磁気ヘッド１３の種類は特に限定されず、GMR(Giant Magneto-Resistive)素子やTuMR(Tunneling Magneto-Resistive)素子等の磁気抵抗素子で磁気ヘッドを構成してよい。
このようにしてなる磁気記録装置によれば、非磁性層４の上下に結晶質磁性層３、５を形成したので、経年劣化等によって非磁性層４の構成材料が下部軟磁性裏打層２や上部軟磁性裏打層６の中に拡散するのが抑制され、情報保持の信頼性が長期にわたって保証される。
なお、磁気記録装置は、上記のようなハードディスク装置に限定されず、可撓性のテープ状の磁気記録媒体に対して磁気情報を記録するための装置であってもよい。
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は各実施形態に限定されない。例えば、第１実施形態では、図１（ｃ）に示したように非磁性層４の上下に結晶質磁性層３、５の両方を形成したが、それらの一方のみを形成するようにしてもよい。その場合であっても、残りの一方の結晶質磁性層により、非磁性層４の構成元素の拡散は抑制される。
以下に、本発明の特徴を付記する。
（付記１） 基材と、
前記基材の上に形成された下部軟磁性裏打層と、
前記下部軟磁性裏打層の上に形成された非磁性層と、
前記非磁性層の上に形成された上部軟磁性裏打層と、
前記上部軟磁性裏打層の上に形成された垂直磁気異方性を有する記録層とを有し、
前記下部軟磁性裏打層と前記非磁性層の間、又は該非磁性層と前記上部軟磁性裏打層との間に結晶質磁性層が形成されたことを特徴とする磁気記録媒体。
（付記２） 前記下部軟磁性裏打層と前記上部軟磁性裏打層のうち少なくとも一方は、アモルファス材料又は微結晶材料で構成されることを特徴とする付記１に記載の磁気記録媒体。
（付記３） 前記下部軟磁性裏打層と前記上部軟磁性裏打層のうち少なくとも一方は、Co基、Fe基、及びNi基のいずれかにZr、Ta、C、Nb、Si、及びBのうちの少なくとも一つが添加された合金よりなることを特徴とする付記２に記載の磁気記録媒体。
（付記４） 前記下部軟磁性裏打層の磁化と、該磁化に隣接する部分の前記上部軟磁性裏打層の磁化は、互いに反対方向を向いていることを特徴とする付記１に記載の磁気記録媒体。
（付記５） 前記記録層の上に保護層が形成されたことを特徴とする付記１に記載の磁気記録媒体。
（付記６） 前記保護層はDLCで構成されることを特徴とする付記５に記載の磁気記録媒体。
（付記７） 前記結晶質磁性層は、Ni、Fe、及びCoのいずれか単体、又はこれらのいずれかを含む合金よりなることを特徴とする付記１に記載の磁気記録媒体。
（付記８） 前記結晶質磁性層の厚さは、０．５nm以上１０nm以下であることを特徴とする付記１に記載の磁気記録媒体。
（付記９） 前記非磁性層は、Ru、Rh、Ir、Cu、Cr、Re、Mo、Nb、W、Ta、及びCのいずれかの単体、又はこれらのうちの少なくとも一つを含む合金、若しくはMgOよりなることを特徴とする付記１に記載の磁気記録媒体。
（付記１０） 基材の上に下部軟磁性裏打層を形成する工程と、
前記下部軟磁性裏打層の上に非磁性層を形成する工程と、
前記非磁性層の上に上部軟磁性裏打層を形成する工程と、
前記上部軟磁性裏打層の上に垂直磁気異方性を有する記録層を形成する工程と、
前記記録層の上に、前記基材を加熱しながら保護層を形成する工程とを有し、
前記非磁性層を形成する工程の前に前記下部軟磁性裏打層上に結晶質磁性層を形成する工程を有するか、或いは前記上部軟磁性裏打層を形成する工程の前に前記非磁性層上に前記結晶室磁性層を形成する工程を有することを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
（付記１１） 前記下部軟磁性裏打層と前記上部軟磁性裏打層のうち少なくとも一方として、アモルファス材料又は微結晶材料で構成される軟磁性層を形成することを特徴とする付記１０に記載の磁気記録媒体の製造方法。
（付記１２） 前記結晶質磁性層として、Ni、Fe、及びCoのいずれか単体、又はこれらのいずれかを含む合金よりなる磁性層を形成することを特徴とする付記１０に記載の磁気記録媒体の製造方法。
（付記１３） 前記保護層としてDLC層を形成することを特徴とする付記１０に記載の磁気記録媒体の製造方法。
（付記１４） 基材と、
前記基材の上に形成された下部軟磁性裏打層と、
前記下部軟磁性裏打層の上に形成された非磁性層と、
前記非磁性層の上に形成された上部軟磁性裏打層と、
前記上部軟磁性裏打層の上に形成された垂直磁気異方性を有する記録層とを備えた磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体に対向して設けられた磁気ヘッドとを有し、
前記下部軟磁性裏打層と前記非磁性層の間、又は該非磁性層と前記上部軟磁性裏打層との間に結晶質磁性層が形成されたことを特徴とする磁気記録装置。
（付記１５） 前記下部軟磁性裏打層と前記上部軟磁性裏打層のうち少なくとも一方は、アモルファス材料又は微結晶材料で構成されることを特徴とする付記１４に記載の磁気記録装置。
（付記１６） 前記結晶質磁性層は、Ni、Fe、及びCoのいずれか単体、又はこれらのいずれかを含む合金よりなることを特徴とする付記１４に記載の磁気記録装置。
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１実施形態に係る磁気記録媒体の製造途中の断面図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係る磁気記録媒体への書き込み動作を説明するための断面図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係る磁気記録媒体により得られる利点について調査するために用いられたサンプルの断面図である。 図４は、比較例に係るサンプルの断面図である。 図５は、別の比較例に係るサンプルの断面図である。 図６は、本発明の第１実施形態と比較例のそれぞれに対してX線回折測定を行って得られたグラフである。 図７は、本発明の第１実施形態と比較例のそれぞれにおいて、軟磁性裏打層における交換結合磁界が基板温度によってどのように変化するのかを調査して得られたグラフである。 図８は、本発明の第１実施形態において、結晶質磁性層の膜厚と軟磁性裏打層における交換結合磁界との関係を調査して得られたグラフである。 図９は、本発明の第１実施形態において、結晶質磁性層の膜厚とS/N比との関係を調査して得られたグラフである。 図１０は、本発明の第１実施形態において、結晶質磁性層の膜厚と記録層の保持力との関係を調査して得られたグラフである。 図１１は、本発明の第２実施形態に係る磁気記録装置の平面図である。
符号の説明
１…非磁性基材、２…下部軟磁性裏打層、３…下部結晶質磁性層、４…非磁性層、５…上部結晶質磁性層、６…上部軟磁性裏打層、７…裏打層、８…非磁性下地層、９…記録層、９ａ…主記録層、９ｂ…補助層、１０…保護層、１１…磁気記録媒体、１３…磁気ヘッド、１３ａ…リターンヨーク、１３ｂ…主磁極、１４…キャッリッジアーム、１６…軸、１７…筐体。

Claims (10)

  1. 基材と、
    前記基材の上に形成された下部軟磁性裏打層と、
    前記下部軟磁性裏打層の上に形成された非磁性層と、
    前記非磁性層の上に形成された上部軟磁性裏打層と、
    前記上部軟磁性裏打層の上に形成された垂直磁気異方性を有する記録層とを有し、
    前記下部軟磁性裏打層と前記非磁性層の間、又は該非磁性層と前記上部軟磁性裏打層との間に結晶質磁性層が形成されたことを特徴とする磁気記録媒体。
  2. 前記下部軟磁性裏打層と前記上部軟磁性裏打層のうち少なくとも一方は、アモルファス材料又は微結晶材料で構成されることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
  3. 前記下部軟磁性裏打層の磁化と、該磁化に隣接する部分の前記上部軟磁性裏打層の磁化は、互いに反対方向を向いていることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
  4. 前記結晶質磁性層は、Ni、Fe、及びCoのいずれか単体、又はこれらのいずれかを含む合金よりなることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
  5. 基材の上に下部軟磁性裏打層を形成する工程と、
    前記下部軟磁性裏打層の上に非磁性層を形成する工程と、
    前記非磁性層の上に上部軟磁性裏打層を形成する工程と、
    前記上部軟磁性裏打層の上に垂直磁気異方性を有する記録層を形成する工程と、
    前記記録層の上に、前記基材を加熱しながら保護層を形成する工程とを有し、
    前記非磁性層を形成する工程の前に前記下部軟磁性裏打層上に結晶質磁性層を形成する工程を有するか、或いは前記上部軟磁性裏打層を形成する工程の前に前記非磁性層上に前記結晶室磁性層を形成する工程を有することを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
  6. 前記下部軟磁性裏打層と前記上部軟磁性裏打層のうち少なくとも一方として、アモルファス材料又は微結晶材料で構成される軟磁性層を形成することを特徴とする請求項５に記載の磁気記録媒体の製造方法。
  7. 前記保護層としてDLC(Diamond Like Carbon)層を形成することを特徴とする請求項５に記載の磁気記録媒体の製造方法。
  8. 基材と、
    前記基材の上に形成された下部軟磁性裏打層と、
    前記下部軟磁性裏打層の上に形成された非磁性層と、
    前記非磁性層の上に形成された上部軟磁性裏打層と、
    前記上部軟磁性裏打層の上に形成された垂直磁気異方性を有する記録層とを備えた磁気記録媒体と、
    前記磁気記録媒体に対向して設けられた磁気ヘッドとを有し、
    前記下部軟磁性裏打層と前記非磁性層の間、又は該非磁性層と前記上部軟磁性裏打層との間に結晶質磁性層が形成されたことを特徴とする磁気記録装置。
  9. 前記下部軟磁性裏打層と前記上部軟磁性裏打層のうち少なくとも一方は、アモルファス材料又は微結晶材料で構成されることを特徴とする請求項８に記載の磁気記録装置。
  10. 前記結晶質磁性層は、Ni、Fe、及びCoのいずれか単体、又はこれらのいずれかを含む合金よりなることを特徴とする請求項８に記載の磁気記録装置。
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