(57)【要約】【課題】発振周波数に分布のあるマイクロアシスト磁気ヘッド及び記録方式に適した磁気記録媒体及びその製造方法を提供する。【解決手段】膜厚が０よりも大きく１ｎｍ以下である副層を３層以上含み、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉからなる群の少なくとも一種の元素を主たる元素として５０％以上含む第１の副層と、第１の副層の主たる元素とは異なる元素を主たる元素とする第２の副層とで積層単位層を構成し、副層の組成もしくは膜厚の異なる複数の積層単位層を有する磁性層を最上層とする複数の磁性層で記録層を構成する。【選択図】図１６
2014081981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数の磁性層からなる記録層が設けられ、
前記記録層を構成する最上層の磁性層は、膜厚が０よりも大きく１ｎｍ以下である副層を３層以上含み、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉからなる群の少なくとも一種の元素を主たる元素として５０％以上含む第１の副層と前記第１の副層の主たる元素とは異なる元素を主たる元素とする第２の副層とで積層単位層を構成し、副層の組成もしくは膜厚の異なる複数の積層単位層を有することを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項２】
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、
前記最上層の磁性層の中で、最も媒体表面側の積層単位の垂直磁気異方性磁界Ｈｋが、最も高いことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項３】
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、
前記副層は、Ｓｉ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆからなる第１の群の元素から選ばれた少なくとも一種の元素を含む酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物からなる非磁性材料を少なくとも１体積％以上、３５体積％以下含むことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項４】
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、
前記副層の組はＣｏ，Ｎｉ又はＦｅをそれぞれ５０ａｔ％以上含むＣｏ基合金、Ｎｉ基合金又はＦｅ基合金から選ばれた少なくとも２種の副層で構成されていることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項５】
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、
前記磁性層の積層単位は下記（１）又は（２）からなる副層を積層して構成されていることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
（１）Ｃｏ，Ｎｉ又はＦｅをそれぞれ５０ａｔ％以上含むＣｏ基合金、Ｎｉ基合金又はＦｅ基合金から選ばれる少なくとも一種の材料から構成される薄膜
（２）Ｒｕ，Ｏｓ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｇ，Ａｕからなる第３の群の元素の少なくとも一種を５０％以上含む材料から構成される薄膜
【請求項６】
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、
前記複数の積層単位層は、積層単位層間で少なくとも１層の副層の組成が異なることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項７】
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、
前記複数の積層単位層は、積層単位層間で少なくとも１層の副層の膜厚が異なることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項８】
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、
前記記録層の最下部の磁性層に接する下地膜が、Ｒｕ，Ｏｓ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｇ，Ａｕからなる第３の群の元素の少なくとも一種５０％以上と、下記の（１）の材料又は（１）の材料と（２）の材料を含み、ｆｃｃ構造で（１１１）配向した薄膜であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
（１）Ａｕ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒからなる第２の群の元素から選ばれた前記第３の群の元素と重複しない少なくとも一種の元素を合計で０．１ａｔ％以上、単独で２５％以下含む材料
（２）Ｓｉ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆからなる第１の群の元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物からなる非磁性材料を少なくとも１体積％以上、３５体積％以下含む材料
【請求項９】
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、
前記記録層の最下部の磁性層は、前記第１の群の元素から選ばれた少なくとも一種の元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物を含み、その規則度が０．４以上０．６以下のＬ１1型Ｃｏ0.5Ｐｔ0.5基規則合金、もしくはｍ−Ｄ０19型Ｃｏ0.8Ｐｔ0.2からなる薄膜であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項１０】
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、
前記記録層の中間部の磁性層もしくは最下部の磁性層が、Ｓｉ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆからなる第１の群の元素から選ばれた少なくとも一種の元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくは混合物を１体積％以上３５体積％以下含むＣｏ基合金グラニュラー構造の薄膜で構成されていることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項１１】
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、
前記記録層の複数の磁性層はいずれも副層の組で構成される磁性人工格子薄膜で構成されていることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項１２】
磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体に情報を書き込むための記録磁界を発生する記録磁極と、前記記録磁極近傍に設けられた高周波磁界発振素子と、前記磁気記録媒体から情報を読み取る磁気再生素子を備える磁気ヘッドと、
前記記録磁極と前記高周波磁界発振素子による記録動作及び前記磁気再生素子による再生動作を制御する制御部とを備え、
前記磁気記録媒体は、基板上に複数の磁性層が設けられ、最上層の磁性層は、膜厚が０よりも大きく１ｎｍ以下である副層を３層以上含み、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉからなる群の少なくとも一種の元素を主たる元素として５０％以上含む第１の副層と、前記第１の副層の主たる元素とは異なる元素を主たる元素とする第２の副層とで積層単位層を構成し、副層の組成もしくは膜厚の異なる少なくとも２種の積層単位層を有することを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の磁気記憶装置において、
前記高周波磁界発振素子は高周波磁界発生層とスピン注入層を備え、
前記高周波磁界発生層は高さが幅の１．５倍以上あり、
前記スピン注入層は、互いの磁化が反平行となるように非磁性中間層介して積層された２層の磁性層から構成されていることを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の磁気記憶装置において、
前記磁気記録媒体は軟磁性下地層を備え、前記軟磁性下地層と前記記録層の間に配向性制御用磁性中間層を設けたことを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項１５】
請求項１２記載の磁気記憶装置において、
前記高周波磁界発振素子は、スピン注入層、高周波磁界発生層、及び前記スピン注入層と前記高周波磁界発生層の間に配置された中間層を備え、
前記中間層は膜厚が４ｎｍよりも大きく、２０ｎｍ以下であることを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項１６】
請求項１２記載の磁気記憶装置において、
前記高周波発振素子は、膜面に垂直方向に磁気異方性軸を有するスピン注入層、実効的に膜面に磁化容易面を有する高周波磁界発生層、及び前記スピン注入層と前記高周波磁界発生層の間に配置された非磁性中間層を備え、
前記非磁性中間層は膜厚が４ｎｍよりも大きく、２０ｎｍ以下であり、
前記高周波磁界発生層から前記スピン注入層側に電流を流すことを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項１７】
請求項１２記載の磁気記憶装置において、
前記垂直磁気記録媒体は、前記記録磁極からの記録磁界だけでは十分な記録ができないことを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項１８】
請求項１２記載の磁気記憶装置において、
装置内に温度センサを有し、装置の温度環境の変化に応じて前記記録磁極を励磁する記録電流及び前記高周波発振素子の駆動電流の値を再調整することを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項１９】
基板上に複数の磁性層からなる記録層が設けられ、前記記録層を構成する最上層の磁性層は、膜厚が０よりも大きく１ｎｍ以下である副層を３層以上含み、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉからなる群の少なくとも一種の元素を主たる元素として５０％以上含む第１の副層と前記第１の副層の主たる元素とは異なる元素を主たる元素とする第２の副層とで積層単位層を構成し、副層の組成もしくは膜厚の異なる複数の積層単位層を有する垂直磁気記録媒体の製造方法において、
第１の多元スパッタリングターゲットを用いて前記第１の副層を製膜する工程と、
第２の多元スパッタリングターゲットを用いて前記第２の副層を製膜する工程とを有し、
前記第１の副層を製膜する工程の終了時間と前記第２の副層を製膜する工程の開始時間の間隔を、前記第１の副層の製膜時間と前記第２の副層の製膜時間のうち短い方の製膜時間の０．５％以上とすることを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。
【請求項２０】
基板上に複数の磁性層からなる記録層が設けられ、前記記録層を構成する最上層の磁性層は、膜厚が０よりも大きく１ｎｍ以下である副層を３層以上含み、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉからなる群の少なくとも一種の元素を主たる元素として５０％以上含む第１の副層と前記第１の副層の主たる元素とは異なる元素を主たる元素とする第２の副層とで積層単位層を構成し、副層の組成もしくは膜厚の異なる複数の積層単位層を有する垂直磁気記録媒体の製造方法において、
前記第１の副層の主たる元素を主たる成分とする第１のスパッタリング用ターゲットと、Ｓｉ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群から選択された少なくとも一種の元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物からなる非磁性材料を含む第２のスパッタリング用ターゲットの共スパッタによって前記第１の副層を製膜する工程と、
前記第２の副層の主たる元素を主たる成分とする第３のスパッタリング用ターゲットと、前記第２のスパッタリング用ターゲットの共スパッタによって前記第２の副層を製膜する工程とを有し、
前記第１の副層を製膜する工程では、前記第２のスパッタリング用ターゲットによる製膜開始時間を前記第１のスパッタリング用ターゲットによる製膜開始時間より遅く、前記第２のスパッタリング用ターゲットによる製膜終了時間を前記第１のスパッタリング用ターゲットによる製膜終了時間より早く設定し、
前記第２の副層を製膜する工程では、前記第２のスパッタリング用ターゲットによる製膜開始時間を前記第３のスパッタリング用ターゲットによる製膜開始時間より遅く、前記第２のスパッタリング用ターゲットによる製膜終了時間を前記第３のスパッタリング用ターゲットによる製膜終了時間より早く設定すること
を特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。
【請求項２１】
Ｓｉ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群から選択された少なくとも一種の元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物からなる非磁性材料を含み、
少なくとももう一種の材料からなる多元スパッタリング用ターゲットと組み合わせて製膜に使用される多元スパッタリング用ターゲット。
【請求項２２】
Ｒｕ，Ｏｓ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｇ，Ａｕからなる第３の群から選択された少なくとも一種の元素を５０ａｔ％以上と、
Ａｕ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒからなる第２の添加物群から選択され前記第３の群から選択された元素と重複する元素を除く少なくとも一種の元素を合計で０．１ａｔ％以上、単独で２５ａｔ％以下含む
ことを特徴とする多元スパッタリング用ターゲット。
【請求項２３】
Ｒｕ，Ｏｓ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｇ，Ａｕからなる群から選択された少なくとも一種の元素を５０ａｔ％以上と、
Ｓｉ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群から選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物からなる非磁性材料を少なくとも２体積％以上１０体積％以下含む
ことを特徴とする多元スパッタリング用ターゲット。
【請求項２４】
Ｒｕ，Ｏｓ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｇ，Ａｕからなる第３の群から選択された少なくとも一種の元素を５０％以上と、
Ａｕ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒからなる第２の添加物群から選択され前記第３の群から選択された元素と重複する元素を除く少なくとも一種の元素を合計で０．１ａｔ％以上、単独で２５ａｔ％以下含み、
さらにＳｉ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆからなる第１の群から選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物からなる非磁性材料を少なくとも２体積％以上１０体積％以下含む
ことを特徴とする多元スパッタリング用ターゲット。
【請求項２５】
Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれかに、Ａｕ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒからなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を合計で０．１ａｔ％以上、単独で２５ａｔ％以下含むことを特徴とする多元スパッタリング用ターゲット。
【請求項２６】
Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれかに、Ｓｉ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群から選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物からなる非磁性材料を少なくとも２体積％以上１０体積％以下含むことを特徴とする多元スパッタリング用ターゲット。
【請求項２７】
Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれかに、Ａｕ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒからなる群から選択された少なくとも一種の元素を合計で０．１ａｔ％以上、単独で２５ａｔ％以下含み、
さらにＳｉ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群から選択された元素の酸化物、炭化物、硼化物、窒化物、もしくはこれらの混合物からなる非磁性材料を少なくとも２体積％以上１０体積％以下含む
ことを特徴とする多元スパッタリング用ターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波アシスト磁気記録に適した高密度記録用垂直磁気記録媒体とその製造方法、及びその垂直磁気記録媒体を搭載した磁気記憶装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インターネット環境の進化、クラウドコンピューティングの浸透などによるデータセンタの増設などにより、生成される情報量が近年急増している。記録密度が最も高く、ビットコストに優れた磁気ディスク装置（ＨＤＤ）などの磁気記憶装置が“ビッグデータ時代”のストレージの主役であることは間違いない。このためには、磁気記憶装置の大容量化と、それを支える高記録密度化が必須であり、記録能力の高い磁気ヘッドと、記録再生特性に優れた高Ｋｕ、高Ｈｋの磁気記録媒体の研究開発が活発になされてきた。
【０００３】
高記録密度化を図るには垂直磁気記録媒体（以下、単に磁気記録媒体もしくは媒体と言うことがある）の結晶粒の体積Ｖを小さくする必要がある。このとき長期間にわたって記録の熱安定性を確保するために、結晶粒当たりの結晶磁気異方性エネルギー（Ｋｕ×Ｖ）を熱擾乱エネルギー（ｋB×Ｔ）より十分大きくする必要がある。すなわち、Ｋｕ（＝Ｍｓ×Ｈｋ／２、Ｍｓ：飽和磁化、Ｈｋ：磁気異方性磁界）が高い磁性材料に磁気記録を行うことが高密度化を実現する上で必須である。
【０００４】
これまで高Ｋｕ磁性材料については数多くの研究や発明がなされてきている。例えば、高Ｋｕの磁性材料としては、ＣｏＣｒＰｔ合金、Ｌ１2型Ｃｏ0.75Ｐｔ0.25基規則合金、Ｌ１2型（ＣｏＣｒ）0.75Ｐｔ0.25基規則合金、Ｌ１1型Ｃｏ0.5Ｐｔ0.5基規則合金、ｍ−Ｄ０19型Ｃｏ0.8Ｐｔ0.2基規則合金、［ＣｏＢ／Ｐｄ］や［Ｃｏ／Ｐｔ］などの磁性人工格子薄膜、及びＬ１0型ＦｅＰｔ規則合金などが知られている。
【０００５】
これらの磁性材料を用いた磁気記録媒体として、特許文献１ではＣｏ層とＮｉ層とが交互に周期的に積層された［Ｃｏ／Ｎｉ］人工格子膜を記録層とする磁気記録媒体が提案されている。また、特許文献２では、垂直磁化膜を２層構造とし、上層側にＫｕの高い垂直磁化膜を、下層側にＫｕが小さくてしかも結晶粒間の磁気的分離が促進されている垂直磁化膜を設け、さらに上層垂直磁化膜の上に厚さ０．１ｎｍから５ｎｍで、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｅ，Ｒｕもしくはこれらの元素を主成分とする合金、あるいはＣｏもしくはＣｏ合金とＰｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｅ，Ｒｕもしくはそれらの元素を主成分とする合金との周期的積層膜（磁性人工格子薄膜）、あるいは稀土類元素を含む非晶質磁性材料膜を設け、媒体表面に存在する逆磁区及び媒体のミクロな磁化の揺らぎを減らし、３０Ｇｂ／ｉｎ2以上の高記録密度を実現するための低ノイズ特性をもつ垂直磁気記録媒体が提案されている。
【０００６】
一方、上記とは異なる概念の構造として、グラニュラー構造で高い磁気異方性磁界Ｈｋを有する［Ｃｏ／Ｐｔ］磁性人工格子薄膜の上に、グラニュラー構造で低ＨｋのＣｏＣｒＰｔ合金膜を積層し、その媒体表面側の粒界幅を基板側の粒界幅よりも小さくせしめたＥＣＣ（Exchange Coupled Composite）媒体（特許文献３）が知られている。この構造では、結晶粒界の幅が小さい表面側記録層（磁性層）において、磁性微粒子間の交換相互作用の適切な制御により高密度媒体に対する記録し易さが大きく改善されるため、これまでの（１Ｔｂ／ｉｎ2以下の）垂直磁気記録媒体の標準的な構造となっている。
【０００７】
ところが、上記ＥＣＣ媒体と主磁極・シールド磁極型磁気ヘッドによる従来の垂直記録技術においては、１Ｔｂ／ｉｎ2のその実用限界が近づいてきている。そのため新たな高記録密度化技術として、マイクロ波帯の高周波磁界を磁気記録媒体に印加して媒体磁化の歳差運動を励起し、スウィッチング磁界を下げながら高Ｈｋ媒体に磁気記録を行うマイクロ波アシスト磁気記録方式（ＭＡＭＲ：Microwave Assisted Magnetic Recording）が提案されている。近年、直流電源に駆動されてスピン注入層から注入されるスピンのスピントルクによって、高周波磁界発生層（ＦＧＬ：Field Generation Layer）のスピンを高速回転して高周波磁界を発生する、スピントロニクス技術を応用した実用的な微小構造のスピントルク型高周波発振素子（ＳＴＯ：Spin Torque Oscillator）が特許文献４などで提案され、マイクロ波アシスト磁気記録方式を実用化すべく研究開発が活発になっている。
【０００８】
例えば、このマイクロ波アシスト磁気記録方式を用いた磁気記憶装置として、主磁極と、主磁極に近接して配置され、スピン注入層及び高周波磁界発生層の少なくとも２層の磁性層を含むスピンフリップ型ＳＴＯとを具備した磁気記録ヘッドと、記録層及びアンテナ層の２層の磁性層を含む磁気記録媒体からなる磁気記録装置が特許文献５に記載されている。この磁気記録媒体は、記録層を高密度記録に適した高Ｈｋ硬磁性材料とし、またアンテナ層をより低いＨｋを有する磁性体で構成し、記録層より磁気記録ヘッドに近い位置に形成するとともに、記録層とアンテナ層を互いに強磁性結合せしめるものである。この媒体構造は、従来の垂直磁気記録方式で標準的に用いられているＥＣＣ媒体と基本的には同じ構成、概念と言える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３０１１９１８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１３６０４号公報
【特許文献３】特開平５−３１５１３５号公報
【特許文献４】米国特許７６１６４１２号明細書
【特許文献５】特許第４９１０３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
現在媒体材料として用いられているＣｏＣｒＰｔ合金のＨｋの実用限界は約２２ｋＯｅである。大きなＨｋを実現するためには、そのほとんどにおいて原子配列の規則化を達成するために３００〜７００℃の製膜温度、更には熱処理を必要とする。しかし３００℃程度以上で処理を行なうと、ＮｉＰが結晶化して帯磁するためにＮｉＰメッキＡｌ合金基板を用いる事ができず、またガラス基板に対しても基板が変形する等の問題があった。
【００１１】
これに対し、２種の極薄磁性層（副層）を積層単位（１周期に相当）としてこれを周期的に積層する磁性人工格子膜技術（特許文献１、２）も提案されており、この磁性人工格子薄膜は３００℃以下で製膜しても、界面での電子構造、バンド構造の特異性によって界面で大きな磁気異方性を発生できる。このため磁性人工格子積層膜において、膜全体として上記限界を超えるＨｋを比較的容易に提供できると考えられる。実際、ＣｏＣｒＰｔ合金よりも大きな異方性磁界Ｈｋが得られる磁性膜として、１ないし数原子層のＣｏ薄層（Ｃｏ副層）と１ないし数原子層のＰｔ薄層（Ｐｔ副層）とを周期的に積層することで３７ｋＯｅのＨｋを実現した磁性人工格子薄膜や、ＣｏにＢ及びＣｏＯ2を添加することなどにより、柱状構造（グラニュラー構造）を有し、Ｈｋが２９．２ｋＯに達する磁性人工格子薄膜、及びこれを用いたＥＣＣ媒体が報告されている（特許文献３）。
【００１２】
そこでまず、これらの高Ｈｋ媒体の記録再生特性を評価するために、後述の図１に示すマイクロ波アシスト磁気ヘッドを試作し、その高周波発振特性を評価した。その結果、記録磁極に−６０〜６０ｍＡの電流（バイアス記録電流）を通電したところ、記録電流に応じてその発振周波数は±１０％程度変化する事が判明した。ここで電流の符号が変わる（ＳＴＯ駆動磁界の極性が変わる）時の周波数変化がほとんどを占めた。さらに磁気ヘッド毎の発振周波数のバラツキも含めると、全体として±２５％もの大きな発振周波数分布があることが判明した。
【００１３】
次いで、上記高Ｈｋの磁性人工格子薄膜を用いて種々の構造、特性のＥＣＣ媒体を試作し、予め記録再生特性の選別、最適化を行なった上記マイクロ波アシスト磁気ヘッドでその特性を評価した。その結果、高周波発振素子をオフにして記録した場合からの利得が０．５ｄＢ程度しか得られず、記録トラック幅もほぼ主磁極幅で決まっていることが明らかになった。高周波発振素子の選択的反転作用（後述）はほとんど認められず、高Ｈｋの磁性人工格子薄膜を用いたＥＣＣ媒体にマイクロ波アシスト記録（ＭＡＭＲ）を行なっても、記録密度限界を１Ｔｂ／ｉｎ2以上に向上することは困難であることが判明した。
【００１４】
本発明の目的は、ＥＣＣ媒体に対して顕著なＭＡＭＲ効果（記録密度限界向上効果）が得られない原因の究明及びその対策と、３００℃以下の基板温度で製膜しても１Ｔｂ／ｉｎ2以上の高記録密度化に必要な高いＨｋを有し、発振周波数に分布のあるマイクロアシスト磁気ヘッド及び記録方式に適した磁気記録媒体及びその製造方法を提供すると共に、大容量の磁気記憶装置及びその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の垂直磁気記録媒体は、膜厚が０よりも大きく１ｎｍ以下である副層を３層以上含み、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉからなる群の少なくとも一種の元素を主たる元素として５０％以上含む第１の副層と、第１の副層の主たる元素とは異なる元素を主たる元素とする第２の副層とで積層単位層を構成し、副層の組成もしくは膜厚の異なる複数の積層単位層を有する磁性層を最上層とする複数の磁性層で記録層を構成する。
【００１６】
本発明の磁気記憶装置は、上記本発明の垂直磁気記録媒体と、磁気記録媒体に情報を書き込むための記録磁界を発生する記録磁極と、記録磁極近傍に設けられた高周波磁界発振素子と、磁気記録媒体から情報を読み取る磁気再生素子を備える磁気ヘッドと、記録磁極と高周波磁界発振素子による記録動作及び磁気再生素子による再生動作を制御する制御部とを備える。
【００１７】
本発明では、第１の多元スパッタリングターゲットを用いて第１の副層を製膜する工程と、第２の多元スパッタリングターゲットを用いて第２の副層を製膜する工程とを有し、第１の副層を製膜する工程の終了時間と第２の副層を製膜する工程の開始時間の間隔を、第１の副層の製膜時間と第２の副層の製膜時間のうち短い方の製膜時間の０．５％以上として、本発明の垂直磁気記録媒体の記録層を形成する。
【００１８】
また、本発明では、第１の副層の主たる元素を主たる成分とする第１のスパッタリング用ターゲットと、Ｓｉ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆからなる群から選択された少なくとも一種の元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物からなる非磁性材料を含む第２のスパッタリング用ターゲットの共スパッタによって第１の副層を製膜する工程と、第２の副層の主たる元素を主たる成分とする第３のスパッタリング用ターゲットと、第２のスパッタリング用ターゲットの共スパッタによって第２の副層を製膜する工程とを有し、第１の副層を製膜する工程では、第２のスパッタリング用ターゲットによる製膜開始時間を第１のスパッタリング用ターゲットによる製膜開始時間より遅く、第２のスパッタリング用ターゲットによる製膜終了時間を第１のスパッタリング用ターゲットによる製膜終了時間より早く設定し、第２の副層を製膜する工程では、第２のスパッタリング用ターゲットによる製膜開始時間を第３のスパッタリング用ターゲットによる製膜開始時間より遅く、第２のスパッタリング用ターゲットによる製膜終了時間を第３のスパッタリング用ターゲットによる製膜終了時間より早く設定して、本発明の垂直磁気記録媒体の記録層を形成する。
【発明の効果】
【００１９】
２種以上の積層単位層及びＨｋを有する磁性人工格子薄膜を最上層とする本発明の磁気記録媒体においては、マイクロ波アシスト磁界強度の媒体膜厚方向の減衰が著しく、さらにその発振周波数がバイアス記録電流と共に変動し、量産時のバラツキも大きなマイクロ波アシスト磁気ヘッドに対して、高い選択的反転作用、アシスト効果が得られる。このため本発明の磁気記録媒体を用いれば、磁気ヘッドの高周波磁界にバラツキがあっても、高い歩留りで狭トラック密度で高Ｓ／Ｎの情報を記録することができるため、マイクロ波アシスト記録方式による高密度、大容量、高信頼の磁気記憶装置を高い製造歩留りで提供することができる。
【００２０】
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】マイクロ波アシスト磁気記録ヘッドと垂直磁気記録媒体の例を示す概念図。
【図２】マイクロ波アシスト磁気記録ヘッドの記録ギャップ近傍の下面摸式図。
【図３】図２のＡＡ’断面模式図。
【図４】多層媒体の準静的マイクロ波アシスト磁気記録過程の説明するための図。
【図５】多層媒体の共振マイクロ波アシスト磁気記録過程を説明するための図。
【図６】多層媒体の強制振動マイクロ波アシスト磁気記録過程を説明するための図。
【図７】磁性多層膜製膜用のリング状多元カソードの模式図。
【図８】磁性多層膜製膜用の回転カソードの模式図。
【図９】磁性人工格子膜の磁気特特性を示す図。
【図１０】磁性人工格子膜の磁気特特性を示す図。
【図１１】磁性人工格子膜の磁気特特性を示す図。
【図１２】多元スパッタ装置の製膜シーケンスを示す模式図。
【図１３】多元スパッタ装置の製膜シーケンスを示す模式図。
【図１４】２種の積層単位を有する磁性人工格子薄膜の断面模式図。
【図１５】磁気異方性エネルギーと下地層（中間層）の格子定数との関係を示す図。
【図１６】最上層の磁性層で最も結晶粒界偏析が少ない３層構造媒体の概念図。
【図１７】最上層の磁性層で最も結晶粒界偏析が少ない３層構造媒体の概念図。
【図１８】略単調減少型のＨｋ分布を有する３層構造媒体の構成例を示す図。
【図１９】ＳＴＯ構造の概略図。
【図２０】中間の磁性層で最も結晶粒界偏析が少ない３層構造媒体の概念図。
【図２１】中間の磁性層で最も結晶粒界偏析が少ない３層構造媒体の概念図。
【図２２】略Ｖ字型のＨｋ分布を有する３層構造媒体の概念図。
【図２３】マイクロ波アシスト磁気記録ヘッドと垂直磁気記録媒体の例を示す概念図。
【図２４】ＳＴＯ走行方向の高周波磁界成分が強いＳＴＯ断面模式図。
【図２５】最下層磁性層で最も結晶粒界偏析が少ない３層構造媒体の概念図。
【図２６】最下層磁性層で最も結晶粒界偏析が少ない３層構造媒体の概念図。
【図２７】略単層型のＨｋ分布を有する３層構造媒体の構成例を示す図。
【図２８】本発明の２層構造媒体の構成例を示す図。
【図２９】本発明の４層、５層構造媒体の構成例を示す図。
【図３０】磁気記憶装置の構成例を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
まず、図１〜３に構造例を示す磁気記録媒体、マイクロ波アシスト磁気記録ヘッドによるマイクロ波アシスト磁気記録（ＭＡＭＲ）、ＥＣＣ媒体とＭＡＭＲの組み合わせの課題、その対策などについてシミュレーションにより詳細に検討した結果について説明する。ここで、図１はマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドと垂直磁気記録媒体の例を示す概念図、図２はスピントルク型高周波発振素子近傍のＡＢＳ面から見た概観図、図３は図２のＡＡ’断面模式図である。マイクロ波アシスト磁気記録ヘッド及び磁気記録媒体の詳細構成については実施例で後述するが、マイクロ波アシスト磁気記録においては、高周波発振素子（ＳＴＯ）４０からの高周波磁界４５と記録磁極１２２，１２４からのバイアス記録磁界１２１によって磁気記録媒体１３０に記録を行い、再生素子部１０で再生を行なう。
【００２３】
（垂直磁気記録媒体への記録過程）
まず、記録層が３層の磁性層１３３，１３９，１３４からなる図１の垂直磁気記録媒体に関し、３，４スピンモデルを用い遺伝的アルゴリズムＧＡ（Genetic Algorithm）とＬＬＧ解析を組み合わせ、その記録過程、磁気ヘッド及び媒体系の最適解について、実現可能なあらゆるパラメータの組み合わせに対して自動的に解析した結果について説明する。ここで３，４スピンモデルとは、４−ｎｍ角（又は４−ｎｍ厚）のスピンを縦方向に３個積層した３層媒体への従来垂直磁気記録方式（３スピンモデル）と、さらにこれらに高周波発振素子のスピンの自由度１を加え、スピン自由度を４としたモデル（３層媒体へのマイクロ波アシスト記録）である。ここで、高周波発振素子と媒体表面間との間隙（磁気スペーシング）０１を８ｎｍとした。
【００２４】
その結果、いずれの場合においても、その媒体磁化１３７の反転過程は、（１）磁化方向を媒体面（ｘｙ面）に近付ける過程と、（２）媒体面と略平行になった媒体磁化がこれと直交する記録磁界の面内成分からトルクを受けて反転する過程、の２段階に分けられることが判明した。ＧＡの結果を詳細に分析した結果、（１）の過程が効率的に行なわれるかどうかによって熱安定性、すなわち記録密度限界が決まっていた。更に高周波磁界のアシスト効果、作用として、（Ａ）媒体の熱安定性向上、記録密度限界向上に貢献する作用と、（Ｂ）微小領域の磁化反転領域を高周波磁界だけで決めることができる選択的反転作用、とがあることが判明した。なお後者の選択的反転は、（１）（２）のいずれをアシストすることによっても得られることも確認された。
【００２５】
特に、従来の垂直磁気記録方式に相当する３スピンモデルによれば、熱安定性が高く、記録密度限界向上効果の高い媒体は、(a)順方向特性傾斜媒体（graded媒体：記録層内で下部側ほどＫｕが増大）、(b)中間層のＨｋが最大となる逆Ｖ字分布構造の媒体、(c)(b)で下層のＨｋを増大する媒体、３種類であり、いずれも媒体表面でＨｋの低いＥＣＣ構造であった。ここでＫｕは(a)，(b)，(c)の順で増大し、Ｍｓの分布はほぼ一定であった。これは、多層媒体における従来型の反転機構は、交換結合磁界及び反磁界を介した準静的な伝搬によるもので、最表層を反転できれば、その交換結合磁界及び反磁界の助けを借りて、最表層よりも高いＨｋの第２、第３の磁性層の磁化反転を記録磁界により引き起こすことが可能なためである。すなわち、従来の主磁極・シールド構造の磁気ヘッドによる垂直磁気記録方式に対して、磁気記録媒体は最表面のＨｋを最も小さくするＥＣＣ構造とすることが最も好ましいことが再確認された。
【００２６】
これに対して、３層媒体へのマイクロ波アシスト記録方式に相当する４スピンモデルによれば、媒体最表面でＨｋが小さいＥＣＣ媒体相当の媒体構造では、マイクロ波アシスト記録方式においても、記録磁極による垂直磁気記録が行なわれる準静的過程で上記過程（１）が実現されてしまい、高周波磁界のｙ成分により上記過程（２）の磁化反転が実現されるとき、ＳＴＯの選択的反転によって磁化反転領域を決めることも可能であるが、熱安定性及び記録密度限界は向上できないことが判明した。
【００２７】
すなわち、マイクロ波アシスト記録方式においては、微小領域の磁化反転領域を高周波磁界だけで決めることができるという優れた選択的反転作用があるが、記録密度限界（媒体熱安定性）向上の観点では、ＥＣＣ媒体の代替技術と位置付けられる。このことから、発明が解決しようとする課題で説明したように、ＥＣＣ媒体にマイクロ波アシスト記録方式で記録を行なっても大きな記録密度限界向上効果は期待できないことが明らかにされた。すなわち、熱安定性、記録密度限界向上効果の向上には上記（１）の磁化反転過程を高周波磁界で実現することが必須となる。
【００２８】
そこで、さらに熱安定性、記録密度限界の向上効果を期待できる媒体解として、少なくとも第１の磁性層（図１の１３３）の磁化が高周波磁界のアシストで反転する媒体解をＧＡで求め、更にその反転機構の詳細について解析した。その結果、第２の磁性層１３９、第３の磁性層１３４が続いて磁化反転する過程については、図４〜６に示す(i)準静的、(ii)共振、(iii)強制振動の３種類があることが明らかになった。ここで、図４〜６において、上段は、高周波磁界印加時にバイアス記録磁界ＨDCが反転した時の、第３の磁性層（最下層）の磁化の時間変化（磁化のｘ，ｙ，ｚ成分の時間依存性）を示す図、下段は、高周波磁界発振素子の発振周波数ＦACと、媒体記録層の第１、第２、第３の磁性層の磁化の歳差運動周波数ｆmの時間変化を示す図である。
【００２９】
(i)ダンピング支配の準静的変化（図４）
各層の反転機構は次の通りである。
第１の磁性層：媒体内実効磁界減少の影響と高周波磁界による強制振動により、媒体磁化の歳差運動と高周波磁界の周波数とが同期、高周波磁界のアシストで反転
第２、第３の磁性層：交換結合磁界及び反磁界を介した準静的な伝搬で反転
上層の磁化反転に伴い交換磁界などが反転し、実効磁界が高速に変化、媒体磁化はダンピングによりこれに追随してｘ方向に傾くが、追随しきれずに発生（準静的）した媒体磁化へ働くｙ方向のトルクによりｙ方向に傾き、歳差運動を行いつつ、磁化方向が媒体面ｘｙに近付く。この機構には高周波磁界は関与しない。
【００３０】
(ii)共振（図５）
各層の反転機構は次の通りである。
第１の磁性層：媒体内実効磁界減少の影響と高周波磁界による強制振動により、媒体磁化の歳差運動と高周波磁界の周波数とが同期、高周波磁界のアシストで反転
第２の磁性層、第３の磁性層：共振的に磁化振動増大、歳差運動が緩慢となった時、ヘッド磁界で反転
層間の共振（各層間で同期する歳差運動対称性のズレがｚ方向の振動に正帰還されて増幅される）により媒体磁化のｚ方向振動振幅が増大して、媒体磁化方向が媒体面に近付く。この機構にも高周波磁界は関与しない。なお、この現象は磁気異方性分散等をもつ実際の媒体では起こりにくいとも考えられる。
【００３１】
(iii)強制振動（図６）
各層の反転機構は次の通りである。
第１の磁性層：媒体内実効磁界減少の影響と高周波磁界による強制振動により、媒体磁化の歳差運動と高周波磁界の周波数とが同期、高周波磁界のアシストで反転
第２の磁性層、第３の磁性層：反転過程で歳差運動停止、高周波磁界による強制振動のアシストで反転
強い高周波磁界が各層に独立に作用し、高周波磁界により各層の磁化が強制振動して磁化方向が媒体面に近付く。
【００３２】
熱安定性及び記録密度限界の向上（作用（Ａ））を実現するためには、高周波磁界により上記（１）の過程をアシストする必要があり、特に媒体の下層部において（何らかの層間相互作用も加えて）上記（１）の記録過程を実現する必要がある。このため、反転機構が上記(i)及び(ii)の機構に支配される媒体では、図４，５で媒体下層の反転には高周波磁界は寄与しないため、高周波磁界を加えてもその熱安定性、記録密度限界が向上する余地はない。ところが図６の(iii)の場合には、高周波磁界が各層に独立に作用するので、最も効率的に熱安定性、記録密度限界を向上でき、マイクロ波アシスト記録方式に最も適した媒体構造を提供できる機構であることが判明した。そこで以下に、(iii)の特徴についてさらに詳細に検討した結果について説明する。
【００３３】
熱安定性を確保し記録密度限界を向上するためには媒体を高Ｈｋとする必要があり、このときその歳差運動の周波数は数十ＧＨｚ程度以上に高くなる。高周波磁界強度を増大することにより、以下のように(iii)の媒体磁化反転機構を効果的に実現できる。すなわち、(iii)の磁化反転機構においては、記録磁界１２１印加時にも媒体磁化１３７は歳差運動をしているが、記録磁界の反転に伴い媒体磁化が面内方向に傾くと、媒体の実効磁界が減少してその歳差運動の周波数ｆmが低下する。更に高周波磁界４５により媒体磁化が強制振動されると、図６に見られるように、媒体磁化の歳差運動周波数ｆmの谷で歳差運動周波数が高周波磁界発振素子の発振周波数ＦACと等しくなり、さらにその周波数領域で位相整合すると、記録磁界と高周波磁界による反転トルクで媒体磁化が反転する。媒体磁化が反転すると歳差運動は元の周波数に戻る。多くの場合、この整合条件が満たされると、反転自体は歳差運動の１周期内で完了した。ここでこの周波数変化には、(a)記録磁界１２１と媒体磁化の傾き変化に伴う実効磁界変化、(b)ＦＧＬと媒体の磁気相互作用（高周波磁界４５による媒体磁化１３７の強制振動）の２つの要因があり、高周波磁界４５の強度を増大すると、(b)の影響を大きくでき、(iii)の媒体磁化反転機構を起こし易くできた。
【００３４】
さらに、(iii)の媒体磁化反転機構に関し、実現可能な媒体材料の物性パラメータの範囲内でＧＡを用いて詳細に検討した結果、従来のＥＣＣ媒体を超える熱安定性及び記録密度限界を有するアシスト反転型の媒体構造として、以下の３種類があることが判明した。
（ａ）略単調減少型：記録層上面から下面に向かってＨｋが概ね減少するＨｋ分布を有する媒体構造
（ｂ）Ｖ字型：記録層表面から基板側に向かって磁性層のＨｋが一旦減少して再度増大する媒体構造（表面近傍の強い高周波アシスト効果と、下層でのＥＣＣ効果が混在）
（ｃ）略単層特性型：より単層に近いフラットなＨｋ分布を有する媒体構造
【００３５】
ここで原理的には、高周波磁界が記録磁極からの記録磁界に比べ、媒体膜厚方向に比較的速やかに減衰するため、表面から基板方向にＨｋを小さくする構成、すなわち（ａ）の構造が基本である。ところが、マイクロ波アシスト記録によって第１の磁性層が磁化反転すると、第１の磁性層の交換結合磁界及び反磁界が第２の磁性層に作用し、第２の磁性層の実効的なＨｋの値は小さくなる。この値が高周波磁磁界のアシスト効果で記録磁界により反転可能な値よりも小さければ、第２の磁性層の磁化も反転することになる。逆に言えば、交換結合磁界及び反磁界の分だけ第２の層のＨｋを高くできる。第３の磁性層でも事情は同じである。このため、第２、第３の磁性層のＨｋの値は、交換結合磁界及び反磁界などの相互作用が無い場合に想定される値よりも高くなり、実現可能な媒体材料の物性パラメータの範囲内で、（ｂ）のＶ字型、（ｃ）の略単層特性型の分布となることが判明した。なお厳密に言えば、（ａ）の略単調減少型にも、この効果が反映されおり、第２、第３の磁性層のＨｋの値は底上げされた結果として略単調減少型となっている。このため、ここで略単層特性型もしくは略単調減少型のＨｋ分布の磁気記録媒体においては、第１の磁性層の交換結合磁界及び反磁界の効果を考慮すると、第２の磁性層のＨｋの値を第１の磁性層よりも約１０％、第３の磁性層のＨｋの値も第２の磁性層よりも約１０％大きくすることもできる。本発明では、実施例４、２で説明するように、この場合も略単層特性型もしくは略単調減少型に分類し、実施例とした。
【００３６】
以上の解析結果を元に、媒体膜厚方向のアシスト磁界強度の減衰が激しく（スペーシング依存性が強く）、さらにその発振周波数にバラツキのあるマイクロ波アシスト記録に適した、上記（ａ）（ｂ）（ｃ）の構成の磁気記録媒体を実現できる材料、媒体磁性層の微細構造について、ＧＡを駆使した検討、及び実験的な検討を行なった。その結果、強いアシスト磁界、アシスト効果の得られる媒体最表面層に、１〜数原子層レベルの膜厚の副層を積層してなる磁性人工格子膜を用い、さらに磁性人工格子膜に少なくとも２種類の積層単位を設け、１〜数原子層レベルで膜厚方向に複数のＨｋを有するように設定することが極めて好ましいこと事が判明した。
【００３７】
これは、高周波磁界強度のスペーシング依存性が強くその発振周波数にバラツキのあるマイクロ波アシスト磁気ヘッドによるアシスト記録時に、複数のＨｋ、複数の歳差運動周波数ｆmを有する積層単位との周波数整合、位相整合がとれる確率を高めることができるためである。すなわち、ある積層単位で周波数、位相整合がとれて磁化反転が起きると、図６の磁化反転機構から理解できるように、その磁化反転が層間の強い交換相互作用などによってその他の層に急速に強制伝播する。この機構により、磁気ヘッドの発振周波数のバラツキを吸収すると共に、ＳＦＤ（Switching Field Distribution）、磁化遷移領域が小さい高密度対応の媒体を提供でき、特に好ましいことが判明した。さらに本発明の磁性人工格子薄膜は、原子層レベルの膜厚の副層界面での副層材料のミクスチャリングを抑制すれば、３００℃以下の基板温度でも容易に製膜できるため、特に好ましかった。
【００３８】
以上のように、磁気記録媒体の記録層最上層（第１の磁性層）を２種以上の積層単位で構成する磁性人工格子とすることにより、マイクロ波アシスト記録で最も重要な役割を果たす記録層最上層において、そのＨｋ分布を、マイクロ波アシスト記録ヘッドの発振周波数分布及び急峻な磁界強度減衰に適合したものとすることができ、特に好ましいことが判明した。なお、磁性人工格子と言う呼称は、周期的構造に対する呼称として用いられることが多いが、本明細書では積層単位の多層膜構造についても磁性人工格子と呼ぶことにする。以下、本発明の具体的な構造、構成と効果について説明する。
【００３９】
［実施例１］
本実施例では、上記指針に基づく検討によって得られた、マイクロ波アシスト記録用の高Ｈｋ磁性層、中間層（磁性層の下地層に相当）の構造、材料、及び磁気記録媒体の製造方法について説明する。
【００４０】
（磁気記録媒体の製造方法）
磁気記録媒体を構成する磁性多層膜は、図７もしくは図８に示すように、リング状多元カソードもしくは回転カソードに、例えばＡ，Ｂ，Ｃで示す異なる材料からなる多元スパッタリングターゲットを装着して、基板３６に製膜した。ここで６０は基板３６と同時に回転するシャッターである。図８には基板が１枚の例を示したが、３枚としても良い。ここでは、製膜のより精密な制御が可能な図７の多元カソード型装置による磁気記録媒体の製造方法について説明する。
【００４１】
図７でターゲットＡをＣｏ、ＢをＮｉとし、製膜時の基板温度Ｔｓ、製膜時ガス圧、投入電力を種々変え、Ｃｏ，Ｎｉを副層とする磁性人工格子を製膜した（図９〜１１参照）。このとき、特にＡ，Ｂカソードの投入電力オン、オフのタイミング、その間隔Δ（図１２参照）を、各層の製膜時間ｔ1，ｔ2の短い方の０．５％以上とすることが、Ｈｋの値を高く保つ上で極めて重要であることが判明した。これは、試料のＴＥＭ断面観察により、Δを０．５％以上とすることで、副層界面で副層原子間のミクスチャリング（混在）が起きず、均一な界面となり、高い異方性磁界Ｈｋが発生するためであることが確認された。このとき人工格子薄膜はｆｃｃ（１１１）配向することも確認された。
【００４２】
そこでΔを２％とし、製膜時Ａｒガス圧を１Ｐａ、基板温度を１００℃、製膜速度（投入電力に相当）０．２ｎｍ／ｓとして、０．２〜０．８ｎｍのＣｏ副層、０．２〜０．８ｎｍのＮｉ副層からなる周期ｎ＝２〜２０の磁性人工格子膜を製膜した。ここで下地層には、膜厚５ｎｍのＰｔ0.8Ｒｕ0.2を用いた。
【００４３】
実施例２で詳細に説明するが、磁性人工格子膜を磁気記録媒体に適用するためには、非磁性材料を磁性結晶粒の粒界に偏析せしめ、磁性結晶粒を分離、孤立化することが、記録時のＳ／Ｎを高めるために必要となる。ところが、従来技術により、ターゲット材料に非磁性材料を含有せしめ、これを用いて人工格子磁性薄膜媒体を形成すると、非磁性材料の濡れ性、含有量などによっては、下地層の表面に非磁性材料が堆積し、磁性人工格子の膜成長が阻害され、Ｈｋが劣化する事があった。そこで本実施例においては、例えば非磁性材料からなる多元ターゲットを図７のＣとし、図１３に模式的に示す、Ａ，Ｃ共スパッタ時の投入電力制御シーケンスを用いて製膜を行なった。すなわち、副層間のヘテロエピタキシャル成長及び人工格子磁性薄膜の下地層上へのヘテロエピタキシャル成長を促進するため、Ｃの製膜開始時間をＡ，Ｂの製膜開始時間Ｔ1に対しΔ1遅らせ、引き続き別の副層もしくは最表面に保護膜を形成する場合には、ヘテロエピタキシャル成長もしくは密着性を促進するために、製膜終了時間をＴ2に対しΔ2早めた。Δと同じく、Δ1，Δ2を製膜時間Ｔ2−Ｔ1の０．５％よりも大きくする事が好ましかったが、Δ1，Δ2を製膜時間Ｔ2−Ｔ1の１０％よりも長くすると副層内での粒界偏析が不十分となるので、１０％以下とすることが好ましかった。図１３では、Ａ，Ｃの組成が膜内均一な構造を製膜する場合を例として説明したが、投入電力を製膜時間とともに増大、もしくは減少せしめ、さらにＢとも共スパッタするなどの方法により、任意の組成分布とすることもできる。
【００４４】
本製造法により、Ｈｋが高く、保護膜や下地膜との密着性に優れた磁性人工格子膜を製膜することができることが、磁気特性評価、引っ掻き試験などで確認された。本方法は、下地層やグラニュラー層を形成する際にも適用でき、この場合には、Δ1，Δ2を０〜５％とした時に好ましい結果が得られた。そこで次に下記の検討を行なった。
【００４５】
（磁性層）
まず、最大のＨｋが得られる最適製膜条件で作製した［Ｃｏ（０．２〜０．８）／Ｎｉ（０．２〜０．８）］n=2-20／Ｐｔ0.8Ｒｕ0.2（５）／ガラス基板の磁性人工格子薄膜に関して、試料振動型磁力計ＶＳＭ（Vibrating Sample Magnetometer）などを用いて磁気特性を評価した。図９，１０に、その飽和磁束密度ＢｓのＮｉ／Ｃｏ膜厚比依存性、及びその異方性磁界Ｈｋの全膜厚依存性の一例を示す。ここで（）内の数値はｎｍ単位の膜厚を示し、ｎの値は積層数を示す。図１０から、Ｎｉ副層の厚さ、積層単位をそれぞれ１ｎｍ、１．２ｎｍよりも大きくするとＨｋが２０ｋＯｅよりも小さくなるが、副層の厚さを１ｎｍ以下とすれば、Ｈｋを１Ｔｂ／ｉｎ2以上の記録密度実現に必要な２０ｋＯｅ以上にでき、１Ｔｂ／ｉｎ2以上のマイクロ波アシスト記録に適した磁気記録媒体用記録層（磁性層）として好ましいＨｋが得られる事が確認された。
【００４６】
そこでこの基本データをもとに、本実施例の構成である、｛Ｃｏ（０．２）／Ｎｉ（０．４）｝／｛Ｃｏ（０．２）／Ｎｉ（０．６）｝／｛Ｃｏ（０．２）／Ｎｉ（０．２）｝／Ｐｔ0.8Ｒｕ0.2（５）をガラス基板上に前記最適条件で作製した。図１１には、本実施例における、１積層単位層（ｎ＝１）単位毎のＨｋ，Ｂｓ（＝４πＭｓ）を示す。ここで｛｝は１積層単位層（ｎ＝１）の構造を示す。Ｈｋは、積層単位(1)の｛Ｃｏ（０．２）／Ｎｉ（０．４）｝では３２ｋＯｅ、積層単位(2)の｛Ｃｏ（０．２）／Ｎｉ（０．６）｝では２８ｋＯｅ、積層単位(3)の｛Ｃｏ（０．２）／Ｎｉ（０．２）｝では２４ｋＯｅであった。すなわち、本実施例の構造において、Ｈｋは中間部(2)の２８ｋＯｅに対し±１４％となっており、数原子層の積層単位層内においても表面側でＨｋが高い４スピンモデルで有効とされた構造が実現できていることが確認された。さらに、その膜平均飽和磁束密度は１．０５Ｔ、膜平均異方性磁界Ｈｋは２８ｋＯｅであり、垂直磁気記録媒体として極めて優れたＢｓ，Ｈｋを有する磁性膜が得られることが確認できた。これらの磁性膜の平均ダンピング定数αは０．０３〜０．０４と充分小さく、良好であった。このように本実施例の構造では、Ｈｋ，Ｂｓが高く、更に膜厚方向の積層単位層内で±１４％のＨｋの分布を設けることができる。
【００４７】
以上のように、本実施例においては、高い平均Ｋｕ（＝Ｍｓ・Ｈｋ／２）を有し、さらに数原子層の積層単位層内において表面側でＨｋが高く、高周波磁界の強いスペーシング依存性との整合性が高い構造となっている。特に原子層レベルの領域で複数のＨｋを有するので、分布のある高周波磁界に対しても強制振動時に整合性がとれ、効果の項で詳細に説明するように、高いアシスト効果と共に磁気ヘッド歩留りも高いと言う、これまでにない特徴を有することが確認された。さらに［Ｃｏ基合金／Ｎｉ基合金］磁性人工格子薄膜においてはダンピング定数αも小さく、強制振動、位相整合がとれる確率が高く、図６を用いて説明した磁化反転機構をより短時間、かつ急峻に行なうことができる。なお、Ａｒガスに代えてＫｒガスを用い、さらに０．０５Ｐａよりも大きく０．５Ｐａ以下の低ガス圧で製膜する事により、Ｈｋが５〜１０％程度向上することも確認され、本構造はさらなるポテンシャルを有することも確認された。またＫｒとＡｒガス、ＫｒとＮｅガスの混合気体によっても同様の効果が認められた。
【００４８】
ところが、［Ｃｏ／Ｎｉ］磁性人工格子薄膜を磁気記録媒体として用いるためには、従来媒体に比べて耐食性に劣り、改善が必要であることが６０℃，９０％ＲＨでの高温高湿試験、０．１ｍｏｌ％の塩水噴霧試験で判明した。そこでＨｋを損なうことなく、耐食性を向上する添加物に関して検討を行なった。Ｃｏ基合金とＰｔ，Ｐｄなどの貴金属、これらの合金との原子層レベルの積層構造、磁性人工格子薄膜においては、Ｃｏ基磁性膜の格子定数が大きくなると、Ｃｏの３ｄ電子の波動関数が対称となって垂直磁気異方性が大きくなる。そこで［Ｃｏ／Ｎｉ］磁性人工格子薄膜においても本知見を生かし、図７で説明した多元カソードスパッタリング法によって添加元素の検討を行なった。すなわち、カソードＡにＣｏ、カソードＢにＮｉ、カソードＣにＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｆｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｏ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｇｅ，Ｎｄ，Ｃ，Ｒｅなどを設置し、カソードＡとＣとを同時放電（共スパッタ）してＣｏ基合金薄膜を、そしてＢとＣとを同時放電してＮｉ基合金薄膜を、５ｎｍのＰｔ0.8Ｒｕ0.2下地膜上に積層して［Ｃｏ基合金／Ｎｉ基合金］磁性人工格子薄膜を製膜し、その磁気特性、膜構造、耐食性などを評価した。ここで磁性層の膜厚は０．４〜２．４ｎｍ、下地層の膜厚は１〜８ｎｍとし、同一元素による同時製膜は行わなかった。
【００４９】
例えば、添加物として１０ａｔ％のＰｔ，Ｒｈを用い、膜厚をそれぞれ０．２ｎｍ，０．４ｎｍ，０．６ｎｍ，０．８ｎｍとしたＣｏＰｔ合金とＮｉＲｈ合金をそれぞれ１層〜３層、膜厚２ｎｍの非磁性（ＣｏＣｒ）0.8Ｐｔ0.2薄膜及び膜厚２ｎｍのＰｔ0.8Ｃｒ0.2合金下地層を介してガラス基板上に製膜した。これらを、６０℃，９０％ＲＨでの高温高湿試験、０．１ｍｏｌ％の塩水噴霧試験でその耐食性を評価したところ、従来のＣｏＣｒＰｔ系媒体と同等以上にまで改善できていることを確認した。更に、その特性をＸ線回折装置、カー効果ヒステリシス評価装置及び試料振動型磁力計ＶＳＭなどを用いて評価したところ、磁性膜はいずれもｆｃｃ（１１１）配向しており、従来のＣｏＣｒＰｔ系媒体に比べて２０％以上高い垂直磁気異方性を有することを確認した。
【００５０】
添加物として、Ｐｔ，Ｒｈ以外にも前記のＳｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｆｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｏ，Ｉｒ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｇｅ，Ｎｄ，Ｃ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｃｒ，Ｒｈについても検討した。その結果、耐食性，Ｈｋ，Ｍｓ，保磁力などの観点で、Ａｕ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒからから選ばれた第２の群からなる少なくとも一種の元素を、合計で０．１ａｔ％以上添加することで耐食性は大きく改善され、Ｈｋ≧２５ｋＯｅと磁気特性も確保できることが確認された。ただし、２５ａｔ％よりも多く添加するとＨｋ、飽和磁化の劣化が著しく、添加量は単独で２５ａｔ％以下とすることが好ましいことも確認された。
【００５１】
上記耐食性の向上効果は、電子顕微鏡などを用いた薄膜表面・断面の構造、組成分析によれば、上記第２の添加元素のうち、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａからなる第２Ａの群の元素については、これらの添加元素が結晶粒界や表面に酸化物として偏析して内部を保護し、特に塩水噴霧試験などに対して強い耐食性を示していることが確認された。結晶粒界偏析物は、非磁性もしくは弱磁性であり、結晶粒間の磁気的な相互作用を低減していることが、磁化曲線、記録再生特性の評価などにより確認された。一方、Ａｕ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒからなる第２Ｂの群の元素については、これらの添加元素が粒界に優先的に偏析することは無いが、磁性結晶の腐食電位を改善することで、特に高温高湿試験に対する強い耐食性を示していることが確認された。さらにこれらの添加元素の特徴として、磁性元素の格子間隔を広げ、垂直磁気異方性を高めていることも確認された。なおＶ，Ｎｂにおいても、磁性元素の格子間隔を広げ、垂直磁気異方性を高める効果があることが確認された。以上の効果は、Ｃｏ基合金とＦｅ基合金、Ｆｅ基合金とＮｉ基合金のように、磁性合金同士の磁性人工格子薄膜においても認められた。
【００５２】
以上の高耐食性磁性金属合金からなる磁性人工格子薄膜を磁気記録媒体に適用するには、さらに磁性結晶粒の粒界に、より強く非磁性もしくは弱磁性材料を偏析せしめ、磁性結晶粒を磁気的に孤立することで、磁性結晶粒間の相互作用をほぼ完璧に断ち切り、磁化遷移領域幅、媒体ノイズを低減することが重要である。このためには、上記金属系の非磁性物質に加えて、化学量論的に強固な結合の化合物などを粒界に偏析せしめる事が有効である。そこで次に、粒界に偏析し易い、酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物などの非磁性化合物を磁性層の結晶粒界に偏析せしめるべく検討を行なった。
【００５３】
（Ａ）非磁性化合物を含有せしめた純磁性金属人工格子
まず、５ｎｍのＰｔ0.8Ｒｕ0.2下地膜上に、非磁性化合物を含有し、前記実施例と同じ副層層構成の［Ｃｏ／Ｎｉ］多層膜を積層することにした。すなわち、Ｔａ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ａｇ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｃｒの酸化物，炭化物，窒化物，硼化物、もしくはこれらの混合物をスパッタリングターゲットとしてＣのカソードに装着し、Ａ，ＢカソードにＣｏ，Ｎｉを装着した。最後に図１２，１３で説明したように、副層薄膜間の界面でＡ，Ｂの元素が混じり合わず、また下地層との界面では下地合金層上に磁性人工格子がヘテロエピタキシャル的に成長するように、Ａ，Ｂ，Ｃ各カソードの電力投入のタイミングを調整して共スパッタリングを行い、上記酸化物、炭化物、窒化物、硼化物、もしくはこれらの混合物を０．１体積％〜４０体積％含み、前記実施例と同じ構成の磁性人工格子薄膜試料を作成した。
【００５４】
作製した多層薄膜を断面方向に切り出し、断面像透過型電子顕微鏡を用いてその断面像などからこれらの粒界偏析状況について観察した結果、特にＳｉ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆからなる第１の群の元素から選ばれた元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物を両副層に１体積％以上、より好ましくは２体積％以上添加した場合には、［Ｃｏ／Ｎｉ］磁性人工格子多層膜の磁性結晶粒を分離する上で効果的であることが判明した。これに対し、ＣｒやＭｇの酸化物では磁性人工格子に対して効果は低かった。これは、Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ）の結果、Ｔａ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ酸化物を添加した場合には、例えば効果のあった添加物は、膜中で化学量論的な組成比なっており、結晶粒界でこの非磁性化合物が強固に析出していることを示しているのに対し、ＣｒやＭｇでは酸素リッチな膜構造となっており、磁性膜自身が酸化され磁気特性が劣化したためと考えられる。なお、結晶粒分離効果（粒界偏析非磁性層の厚さ）は、両層に非磁性物質を添加した場合に最も大きく、次にＣｏに添加した場合、その次にＮｉに添加した場合となった。窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物に対して同様の効果が認められた。
【００５５】
本実施例の磁性人工格子膜における磁性結晶粒径の分散は、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ酸化物を添加した薄膜において最も小さく、図１４にその透過型電子顕微鏡像を模式的示すように、磁性人工格子薄膜がその成長初期から酸化物粒界が安定に形成され、磁性膜全体としてその非磁性偏析物９４により分離されていることが明らかになった。さらに高分解能結晶格子像を観察したところ、高Ｈｋ磁性層の結晶粒に相当する部分９５で、Ｃｏ原子層とＮｉ原子層の相互拡散や界面でのミクスチャリングがなく、交互に２つの副層として良好な状態で形成されていることも確認出来た。また、結晶粒子径の分散もＴｉＯ2，ＺｒＯ2，ＨｆＯ2を添加した人工格子磁性膜が最も小さく、膜平均で０．７５ＴのＢｓ、２２ｋＯｅ以上のＨｋが得られ、さらに図１１と同様に膜表面側でＨｋが高い構造が実現できることが確認された。また、上記Ｔａ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆの酸化物を３５体積％よりも多く添加した場合には、耐食性、浮上性、機械的特性（耐摺動信頼性）が従来のＣｏＣｒＰｔ系グラニュラー媒体よりも劣化したが、３５体積％以下とすることでこれらの特性を従来のグラニュラー媒体と同等以下にでき、好ましかった。
【００５６】
なお、従来技術においては製膜時のＡｒガス圧を高め、結晶粒を分離して高保磁力化を図る検討が行なわれおり、比較例としてこのようにガス圧を２Ｐａよりも高くして磁性人工格子薄膜を製膜したが、膜構造が疎になり、耐食性、浮上性、機械的特性（耐摺動信頼性）が、ＣｏＣｒＰｔ系グラニュラー媒体に比べて著しく劣化するので好ましくなかった。
【００５７】
以上から、上記化合物を１体積％〜３５体積％以下含有する［Ｃｏ／Ｎｉ］を２Ｐａ以下、より好ましくは０．０５Ｐａよりも大きく０．５Ｐａ以下の低ガス圧とし、界面での副層構成元素の相互拡散、混在を抑制して製膜することにより、マイクロ波アシスト記録方式に適した磁性人工格子膜を製造できることが確認された。なお、Ｔａ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆなどの窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物を添加した場合にも同様の高いＨｋが得られ、さらに０．８５Ｔ以上のＢｓが得られたので好ましかった。
【００５８】
また断面ＴＥＭによる解析の結果、上記非磁性材料を磁性人工格子薄膜内に平均として少なくとも１体積％〜３５体積％以下含有せしめた本実施例の磁性人工格子膜において、その磁性結晶粒界には非磁性材料が０．５〜２ｎｍ偏析していることが確認できた。これは、上記第１の群の元素が、化学量論的組成の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物もしくはこれらの混合物として磁性結晶粒子の粒界に偏析し易いためであることが明らかになった。
【００５９】
（Ｂ）非磁性化合物を含有せしめた磁性合金人工格子
最後に、Ｓｉ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆからなる第１の群の元素から選ばれた元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物を、前記第２Ａ，２Ｂの添加物群から選ばれた少なくとも一種の元素を合計で０．１ａｔ％以上、単独で２５ａｔ％以下含有する磁性合金に添加した場合の磁性人工格子について、上記（Ａ）と同様にして検討した。
【００６０】
Ａｕ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｉｒからなる第２Ｂの群の元素を添加した磁性合金は、これらの添加元素が酸素などとの反応性が低い。このため、第１の群の元素を含む非磁性化合物の磁性結晶粒界への偏析効果と、第２Ｂの群の元素による磁性層の格子定数拡大、これによる垂直磁気異方性増大、Ｈｋの向上効果、の相乗効果が認められ、Ｈｋの拡大（熱安定性向上と高記録密度化が可能）と共に高い媒体Ｓ／Ｎが得られ、最も良好な媒体特性が得られることが判明した。これに対し、Ｃｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａからなる第２Ａの群の添加元素においては、酸素などとの反応性が高く、第１の群の元素をのみを含む多元ターゲット（後述の多元ターゲット（１））との共スパッタリング時には良好なＳ／Ｎが得られたが、３５体積％よりも多い第１の群の元素の酸化物と組み合わせて同一のターゲットに形成すると、磁性層製膜時に第２Ａの群の添加元素を含む非磁性（もしくは弱磁性）合金材料としての偏析促進効果が失われ、好ましくなかった。ただし３５体積％以下の前記酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくこれらの混合物などと組み合わせて一つの多元スパッタターゲットとすれば（後述の多元ターゲット（４））、磁性膜製膜時に、第２Ａの群の添加元素を含む偏析効果の５０％以上を維持でき、実用上の問題は少なかった。
【００６１】
なお上記（Ａ）（Ｂ）の材料を用い、図１０と同様に磁性人工格子を作製してそのＨｋ，Ｂｓ，耐食性，密着性などを評価した所、図１０と同様に、副層の厚さを１ｎｍ以下とすれば２０ｋＯｅ以上のＨｋが得られ、さらに本構造で耐食性、密着性なども確保できていることが確認され、好ましいことが確認された。
【００６２】
なお上記は酸化物を主たる例として説明したが、Ｓｉ3Ｎ4，ＴａＮ，ＴｉＮ，ＺｒＮ，（ＴｉＺｒ）Ｎ，ＴｉＢＮ，ＳｉＣ，ＴａＣ，ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，（ＴｉＺｒ）Ｃ，ＳｉＢ，ＴａＢ2，ＴｉＢ2，ＺｒＢ2，ＨｆＢ2などの、第１の群の元素の窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物に対しても同様の効果が得られることを確認した。また［Ａ／Ｂ］磁性人工格子は積層開始をＡ，Ｂ逆にして［Ｂ／Ａ］としても同様の磁気特性などが得られた。
【００６３】
（中間層及び非磁性副層）
本節では、上記と同様の手法で磁性膜（記録層）の下地膜となる中間層１３６についても検討を行った。なお磁性層としては、前記磁性人工格子構造の他に知られている、（１）Ｃｏ基合副層と、Ｐｔ，Ｐｄなどの貴金属もしくはこれらの合金の副層とを積層単位とする積層構造、及び（２）Ｆｅ基合金副層とＰｔ副層とを積層単位とする磁性人工格子膜についても検討を行なった。
【００６４】
後述の（１）〜（４）の多元ターゲットを用い、まず、組成、膜厚を変えた［Ｃｏ基合金／Ｐｔ基合金］及び［Ｃｏ基合金／Ｐｄ基合金］磁性人工格子薄膜を、前記のように、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｏ，Ｉｒ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｒ，Ｒｈなどの金属、もしくはこれらの合金からなる、膜厚４ｎｍの下地層を介して製膜し、そのＨｋを評価した。下地膜は多元カソードを具備した別チャンバにおいて、磁性層と同様に各元素からなる多元ターゲットの共スパッタ法で基板上に製膜し、この上に人工格子薄膜を製膜した。
【００６５】
例えば、以上のようにして製膜したＰｔ1-xＡｕx合金下地膜の格子定数とＡｕ組成ｘとの関係を図１５の挿入図に示す。さらに図１５に、作製した種々の構成の薄膜の磁気異方性エネルギーＫｕと下地層（中間層）の格子定数との関係を示すが、下地層（中間層）の格子定数が３．８ｎｍ以上である場合に、（最も高い磁気異方性が得られる層構成の）最大磁気異方性が垂直磁気異方性となることを確認した。このように最大磁気異方性が垂直磁気異方性となる下地層（中間層）材料は、Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｇ，Ａｕ，Ｒｕ，Ｏｓの少なくとも一種を５０％以上含むものであり、この時、磁性人工格子磁性層がｆｃｃ構造で（１１１）配向することにより、磁性人工格子界面で高い垂直磁気異方性が発生することが確認された。
【００６６】
そこで次に、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｒｕをベースに、上記金属元素を添加した合金下地膜を製膜し、引っ掻き試験による基板との密着性、膜強度などの機械的特性、結晶配向性を評価した。その結果、上記第２の添加物群から選ばれ、これらと重複する元素を除く少なくとも一種の元素を合計で０．１ａｔ％以上添加することで密着性、膜強度、配向性が改善され、磁性膜の耐食性は従来垂直磁気記録媒体と同等以上、かつ垂直磁気異方性が２０ｋＯｅ以上と、１Ｔｂ／ｉｎ2以上の記録密度実現に必要な特性が得られることが確認された。ただし、第２の添加物群から選ばれた元素を２５ａｔ％よりも多く添加すると、その上に形成する磁性層のｆｃｃ（１１１）配向性、垂直磁気異方性が大きく劣化して好ましくなかった。Ｏｓ，Ｉｒ，Ａｇ，Ａｕについても同様の添加物効果が得られた。
【００６７】
以上の結果から、Ｒｕ，Ｏｓ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｇ，Ａｕからなる第３の群の元素の少なくとも一種を５０％以上と、上記第２の添加物群から選ばれ、これらと重複する元素を除く少なくとも一種の元素を合計で０．１ａｔ％以上、単独で２５ａｔ％以下含む下地層（中間層１３６）を用いることで、磁性人工格子薄膜を磁気記録媒体に適用して１Ｔｂ／ｉｎ2以上の記録密度を実現するために必要な２０ｋＯｅ以上のＨｋ、耐食性、密着性などを確保できることが確認され、特に好ましかった。
【００６８】
磁気記録媒体の構成において、磁性膜の下地層となる中間層１３６には、磁性層の結晶粒径及びその分散を制御する機能もある。すなわち、磁性層の結晶粒は下地層の結晶粒に倣い、その上にヘテロエピタキシャル的に成長する。そのため、中間層においても、その結晶粒を分離、孤立せしめる材料を添加することが好ましい。磁性層の結晶粒界偏析材料に関する知見を用いた検討から、中間層材料においても、Ｓｉ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆからなる第１の群の元素から選ばれた元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物を１体積％以上３５体積％以下含有せしめることで、結晶粒界には化学量論的な添加元素が偏析するが、最表面には偏析しにくく、磁性層のヘテロエピタキシャル成長はほとんど阻害されないように出来ることが判明した。この中間層（磁性層の下地層に相当）により、下地層及び磁性層の結晶粒径が平均３〜９ｎｍである明瞭なグラニュラー構造となることも確認された。これにより、Ｈｋ、耐食性、密着性に加えて、１Ｔｂ／ｉｎ2以上の記録密度実現に必要な低ノイズ・高Ｓ／Ｎ特性を確保する事ができる。
【００６９】
上記中間層の効果は、これまでに説明した、Ｃｏ基合金副層とＮｉ基合金副層、Ｃｏ基合金副層とＦｅ基合金副層、Ｆｅ基合金副層とＮｉ基合金副層を積層単位層とする磁性人工格子薄膜や、上記中間層材料を副層とし、もう一方の副層をＣｏ基合金、Ｆｅ基合金、Ｎｉ基合金とする積層単位層からなる薄膜に対しても同様に認められた。なおＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ2などの従来の媒体材料を本発明の磁気記録媒体の一部として用いる場合にも、本実施例の中間層の界面状態を制御する手法の有効性を確認した。
【００７０】
さらに、磁性人工格子の非磁性副層用材料としても、第３の群の元素の少なくとも一種を５０％以上と、上記第２の添加物群から選ばれ、これらと重複する元素を除く少なくとも一種の元素を合計で０．１ａｔ％以上、単独で２５ａｔ％以下含む層を用い、その厚さを１ｎｍ以下とすれば、２０ｋＯｅ以上のＨｋが得られ、さらに耐食性、密着性などを確保できることが確認され、特に好ましかった。
【００７１】
（多元ターゲット材料）
本実施例の垂直磁気記録媒体は、磁性人工格子薄膜製膜用の多元カソードを有するチャンバを少なくとも１つ具備したインライン型多元スパッタリング装置などを用い、ここで前記知見に基づき作製した、以下の（１）〜（７）の材料からなる多元スパッタリング用ターゲットを適宜適宜組み合わせ、Ａｒガス、もしくはＫｒガス中のＤＣマグネトロンスパッタリング法で、また酸化物、窒化物などを含む場合には必要に応じてＲＦマグネトロンスパッタリング法などで、図１２，１３に示したシーケンスにより製膜した。
【００７２】
（１）前記第１の群の元素から選ばれた少なくとも一種の元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物からなる非磁性材料
（２）Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれかに前記第１の群の元素から選ばれた少なくとも一種の元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物からなる非磁性材料を（ａ）１体積％〜３５体積％、もしくは（ｂ）２体積％〜１０体積％含む材料
（３）Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれかに、前記第２の添加物群から選ばれた少なくとも一種の元素を合計で０．１ａｔ％以上、単独で２５ａｔ％以下含む材料
（４）Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅのいずれかに、前記第１の群の元素から選ばれた少なくとも一種の元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物からなる非磁性材料を（ａ）１体積％〜３５体積％、もしくは（ｂ）２体積％〜１０体積％、さらに前記第２の添加物群から選ばれた少なくとも一種の元素を合計で０．１ａｔ％以上、単独で２５ａｔ％以下含む材料
（５）前記第３の群の元素から選ばれた少なくとも一種の元素を５０ａｔ％以上と、これらと重複せず、第２の添加物群から選ばれた少なくとも一種の元素を合計で０．１ａｔ％以上、単独で２５ａｔ％以下含む材料
（６）前記第３の群の元素から選ばれた少なくとも一種の元素を５０ａｔ％以上と、前記第１の群の元素から選ばれた少なくとも一種の元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物からなる非磁性材料を（ａ）１体積％〜３５体積％、もしくは（ｂ）２体積％〜１０体積％含む材料
（７）前記第３の群の元素から選ばれた少なくとも一種の元素を５０ａｔ％以上と、前記第１の群の元素から選ばれた少なくとも一種の元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物からなる非磁性材料を（ａ）１体積％〜３５体積％、もしくは（ｂ）２体積％〜１０体積％、さらに前記第２の添加物群から選ばれた少なくとも一種の元素を合計で０．１ａｔ％以上、単独で２５ａｔ％以下含む材料
【００７３】
ここでそれぞれの多元ターゲットの用途は、（１）は粒界偏析非磁性材料、（２）は磁性人工格子薄膜の磁性副層用材料で、第１の添加物群のみ含む材料、（３）は磁性人工格子薄膜の磁性副層用材料で、第２の添加物群のみ含む材料、（４）は磁性人工格子薄膜の磁性副層用材料で第１、第２の添加物群とも含む材料、（５）ないし（７）は磁性人工格子薄膜の非磁性副層用材料、もしくは中間層（下地層）用材料などである。なおここで、第１の群の元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物からなる非磁性材料を２体積％以上１０体積％以下含む（２）（４）（６）（７）の（ｂ）の材料については実施例３で説明するが、非磁性材料組成を２体積％以上として偏析促進効果を確保し、非磁性材料組成を１０体積％以下として、単独使用による製膜時にも純金属材料と実質的に同等のヘテロエピタキシャル成長、密着性を確保できる材料である。これらの多元カソード用ターゲット材料は、適切に結晶粒径・残留応力を制御することで透磁率も低くでき、エロージョン領域が局在化せず、利用効率が高くできた。さらに下記組成の多元カソードターゲットにより、多元共スパッタ時に投入電力を適宜変えることで膜組成を容易に調整でき、ヘテロエピタキシャル膜成長、密着性、Ｈｋの改善や、組成変調型構造などの製膜も可能となり、特に磁性人工格子膜搭載の磁気記録媒体用の多元カソードターゲットとして好ましかった。
【００７４】
具体的な使い方としては、下記の通りである。すなわち、第１の群の化合物を含む（１）（２）（４）（６）（７）の多元ターゲット材料は、高速製膜が可能なＤＣマグネトロンスパッタリング法では安定に製膜できず、高価で制御が困難なＲＦマグネトロンスパッタリングカソードが必要である。このため、（１）をＲＦマグネトロンスパッタリングカソードに設置し、（１）の材料を含まない（３）（５）からなる多元ターゲットをＤＣマグネトロンスパッタリングカソードに設置して同時スパッタすることにより、高価で制御の困難なＲＦスパッタリングカソードの数を必要最低限とすることができる。さらに（１）の材料と（３）もしくは（５）の材料とを共スパッタすると、酸化物など（１）の材料で被覆できない部分を（３）もしくは（５）の金属を含む非磁性合金で被覆することができ、相補的な磁性結晶粒界に偏析効果を得る事ができる。このため、０．３ｄＢ程度高い媒体Ｓ／Ｎが得られ好ましかった。このように、これらのターゲット材料（１）〜（７）と多元スパッタ法との組み合わせによれば、安価に製膜時のスループット、膜構造、膜質、密着性などを向上でき、記録再生特性のバラツキが小さく耐摺動信頼性に優れた磁性人工格子膜を製膜できるため、磁性人工格子型の磁気記録媒体のターゲット材料、製造方法として特に好ましかった。これらの実施例については後で説明する。
【００７５】
なお、磁性人工格子膜を形成するために、回転カソード法により製膜することもできるが、多元共スパッタ方式を用いて、電極間距離、投入電力、ガス圧、カソード印加磁界を適切に制御することにより、電気的に高速なスパッタ領域、組成の制御が可能となり、スループット、膜質などにおいてより優れたものを製膜できるため、好ましかった。
【００７６】
（磁気記録媒体）
図１に図示した垂直磁気記録媒体１３０は、ガラス、Ｓｉ、プラスチックスやＮｉＰメッキＡｌ合金などから構成される超平滑・耐熱非磁性基板３６上に、ＦｅＣｏＴａＺｒなどからなる軟磁性下地層１３５、少なくとも一層の特性制御用中間層１３６、第１、第２、第３の磁性層１３３，１３９，１３４、ＦＣＡＣ（Filtered Cathodic Arc Carbon）、Ｃなどからなる保護層１３２、及びパーフルオロアルキルポリエーテル（ＰＦＰＥ）などの主鎖に保護膜吸着性の末端基などを設けた潤滑剤などによる潤滑層１３１などを積層して構成される。ここで非磁性中間層は、前記のように、記録層を構成する３層磁性層１３３，１３９，１３４の結晶粒径を制御するとともに、結晶配向性、磁気特性やその均一性などを高めるために設けるもので、更にそれに加えてＮｉＷ，ＲｕやＲｕ合金などからなる非磁性材、もしくはＣｏＦｅＴａなどの磁性材からなる中間層などを追加して設けてもよい。ここで配向性制御用の磁性中間層を設けると、ＳＴＯの磁界を媒体深部にまで引き込むことができるので特に好ましい。さらに軟磁性下地層１３５と基板３６との間に、ＮｉＴａアモルファス薄膜など、密着性などの特性制御用の非磁性層を少なくとも一層設けてもよく、軟磁性下地層１３５は、その軟磁気特性や均一性を向上するためにＲｕ，Ｒｕ合金などを介して積層する２層構造としてもよい。これらの薄膜の製膜は、磁性人工格子薄膜製膜用に多元カソードを有するチャンバを少なくとも１つ具備し、前述のようにその製膜タイミングを調整する機能を有するインライン型多元スパッタリング装置などを用い、Ａｒガス、もしくはＫｒガス中のＤＣスパッタリング法、必要に応じてＲＦスパッタリング法などで行った。
【００７７】
ここで多元スパッタターゲットには、上記（１）〜（７）の多元ターゲット材料を用いて製膜した。特に図１２，１３で説明したように、（ａ）磁性人工格子副層間の界面での副層原子の混在を抑制するとともに、（ｂ）下地層（中間層）、保護膜との界面で（１）のターゲット材料の堆積を抑制することで、磁性人工格子の配向性、Ｈｋを最も大きくできる。さらに保護膜との界面で（１）のターゲット材料の堆積を抑制することで、保護膜との密着性を高くでき、磁性人工格子を磁気記録媒体の最表面に用いても、従来媒体以上の高い耐摺動信頼性を確保できた。ただし、（１）のターゲット材料は化学量論的結合が強くスパッタ製膜時にも安定なため、（１）のターゲット材料を（４）のターゲット材料のように磁性合金の中に含有せしめたターゲット材や、（１）のターゲット材料を（６）（７）のターゲット材料のように下地もしくは副層用金属の中に含有せしめたターゲット材を用いて製膜した場合には、Ｈｋの値は数％劣化するが、カソードの数を減らす事ができ、低コストで１Ｔｂ／ｉｎ2以上の高密度記録に適した磁性人工格子薄膜媒体が得られた。なお、磁性膜はその平均的なＨｋを高めて高保磁力とすることで、記録磁極からの磁界だけでは充分な記録ができないようにせしめ、マイクロ波アシスト記録との併用による強制振動モードでの狭トラック磁気記録に適した構造とした。
【００７８】
なお、本実施例では垂直磁気記録層の構造を３層構造としたが、これに限るものではなく、膜厚方向に原子層レベルでのＨｋの分布を有し、媒体表面で高い保磁力を有するものであれば、実施例５で説明するように、２層、４層、もしくは５層以上の多層構造としてもよい。さらに、磁気的な結合を制御するための中間層を必要に応じて各磁性層の間に設けてもよい。図１には基板３６の片面に磁性層１３３，１３９，１３４などを設けた例を示したが、これらを非磁性基板３６の両面に設けてもよい。また本実施例の磁気記録媒体において、エッチング、もしくは非磁性イオン打ち込み法などにより、ドット面積を６００ｎｍ2の磁気パターンに形成してビットパターン媒体とした場合に、マイクロ波アシスト記録の鋭い磁界勾配を使いこなす事ができ、１〜２Ｔｂ／ｉｎ2以上の高密度化が容易に実現できることを確認できた。ただし結晶粒界に、非磁性材を１０体積％よりも多く添加した場合には、磁性ドット内に磁区が形成され、エラーの原因となることがあり、好ましくなく、非磁性材料の添加量は１０体積％以下とすることが好ましかった。
【００７９】
本実施例では、非磁性材料を含有せしめた図１１の構造の［Ｃｏ／Ｎｉ］系磁性人工格子薄膜を最上層とした下記の構成の磁気記録媒体を作製し、実施例２で説明するマイクロ波アシスト記録ヘッドを用いてその記録再生特性を評価した。
【００８０】
・媒体基板：２．５インチガラス基板
・媒体構造：潤滑層（１ｎｍ）／Ｃ（２ｎｍ）／｛Ｃｏ−ＴｉＯ2（０．２ｎｍ）／Ｎｉ−Ｔａ2Ｏ5（０．４ｎｍ）｝｛Ｃｏ−Ｔａ2Ｏ5（０．２ｎｍ）／Ｎｉ−ＴｉＯ2（０．６ｎｍ）｝｛Ｃｏ−ＳｉＯ2（０．２ｎｍ）／Ｎｉ−ＺｒＯ2（０．２ｎｍ）｝／Ｃｏ0.68Ｃｒ0.11Ｐｔ0.21−（ＳｉＴａ）Ｏ2（６ｎｍ）／Ｃｏ0.70Ｃｒ0.12Ｐｔ0.18−Ｔａ2Ｏ5（６ｎｍ）／Ｒｕ−ＳｉＯ2（５ｎｍ）／Ｒｕ（５ｎｍ）／ＣｏＦｅＴａＺｒ（１０ｎｍ）／Ｒｕ（０．５ｎｍ）／ＣｏＦｅＴａＺｒ（１０ｎｍ）
【００８１】
ここで、垂直磁気記録媒体１３０は、ガラス基板３６上に、軟磁性下地層１３５をＣｏＦｅＴａＺｒ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＴａＺｒ積層磁性層、特性制御用非磁性中間層（磁性層の下地層）１３６をＲｕ（第２の中間層）とＲｕ−ＳｉＯ2（第１の中間層）、第３の磁性層１３４をＣｏ0.70Ｃｒ0.12Ｐｔ0.18−Ｔａ2Ｏ5、第２の磁性層１３９をＣｏ0.68Ｃｒ0.11Ｐｔ0.21−（ＳｉＴａ）Ｏ2、第１の磁性層１３３を以下の(1)〜(3)の３種の積層単位層からなる磁性人工格子薄膜として構成した。すなわち、(1)の積層単位層を｛Ｃｏ−ＴｉＯ2（０．２ｎｍ）／Ｎｉ−Ｔａ2Ｏ5（０．４ｎｍ）｝、(2)の積層単位層を｛Ｃｏ−Ｔａ2Ｏ5（０．２ｎｍ）／Ｎｉ−ＴｉＯ2（０．６ｎｍ）｝、(3)の積層単位層を｛Ｃｏ−ＳｉＯ2（０．２ｎｍ）／Ｎｉ−ＺｒＯ2（０．２ｎｍ）｝とした。最後に、保護膜１３２を、Ｃ、もしくはＦＣＡＣ、潤滑層１３１を平均分子量５００〜５０００のパーフルオロアルキルポリエーテルを主鎖とし、-ＯＨ基や-ＯＣＨ2Ｃ（-ＯＨ）ＨＣＨ2-ＯＨ基などの末端基を１分子当たり１〜１６個有する潤滑剤からなる略単分子層として、全体を構成した。ここで（-ＯＨ）は側鎖を表わす。また潤滑剤は、表面をＮ2などのイオンで処理した保護膜上に形成したのち、高温で紫外線処理などを行い、保護膜へ潤滑剤の付着率を７０〜９８％とした。また、磁気ヘッドの浮上スペーシングを小さくするため、潤滑剤は分子量分布を±５０％以下とすることが望ましく、さらにマイクロ波照射による付着率の変化を抑制するため、マイクロ波照射で励起される水分子と結合し易い（潤滑剤内部に水分子を取り込みやすい）-ＯＨ基の総数は、潤滑剤一分子当たり８個以下とすることが好ましい。
【００８２】
上記で、第１の磁性層における積層単位層(1)、(2)、(3)の副層には、非磁性酸化物ＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5，ＳｉＯ2，ＺｒＯ2を２体積％、第２、第３の磁性層１３９，１３４には、非磁性酸化物（ＳｉＴａ）Ｏ2，Ｔａ2Ｏ5をそれぞれ８体積％、１５体積％添加した。また第３の磁性層と接する第１の中間層には、少なくとも第３の磁性層の格子整合性の範囲で、格子定数を広げる効果があるＰｔ，Ｒｕなど前記第３の群の元素もしくはその合金に、第２の群の元素、更に／もしくは、第１の群の元素から選ばれた元素の酸化物などを添加し、第３の磁性層が強い垂直磁気異方性を有し、所定の結晶粒分離構造となるようにアシストするような材料、構成とすることが好ましく、本実施例では、第１の中間層としてＲｕに非磁性酸化物ＳｉＯ2を２体積％添加したものを用いた。ここで磁性層１３３，１３９，１３４の平均Ｈｋは、それぞれ２８ｋＯｅ，２０ｋＯｅ，１８ｋＯｅであった。
【００８３】
（効果）
現実のマイクロ波アシスト素子においては、その高周波磁界強度の媒体膜厚方向の減衰、発振周波数の変動、バラツキなどがある。そのため、第１の磁性層を、表面側でＨｋが高く、さらに膜厚方向に原子レベルでの分散がある磁性人工格子薄膜で構成した本実施例の磁気記録媒体においては、変動、バラツキのあるマイクロ波アシスト高周波磁界に対しても、適切なＨｋを有する積層単位の磁化が強制振動し、しかも高周波磁界との位相整合の確率が高まり、マイクロ波アシスト記録に適した磁気記録層を実現することが出来る。そのため記録時の実効ＳＦＤが小さく、磁化遷移領域幅の拡大を抑制し、高密度かつ高い媒体Ｓ／Ｎでの記録が可能となる。
【００８４】
実際に本実施例において、上記の材料、構造とした垂直磁気記録媒体を、マイクロ波アシスト磁気記録ヘッドでその記録再生特性評価した。その結果、第１の磁性層を、Ｃｏ−ＴｉＯ2とＮｉ−Ｔａ2Ｏ5の各副層を単一周期の（０．２ｎｍ，０．２ｎｍ）として５周期、膜厚２ｎｍ、もしくは単一周期を（０．４ｎｍ，０．４ｎｍ）として２周期、膜厚１．６ｎｍ、従来技術で形成した比較例の媒体に比べ、本実施例においてそれぞれ０．８ｄＢ，１．５ｄＢ高いＳ／Ｎが得られることを確認した。また、本実施例の媒体では、比較例に比べ、膜の密着性、機械的特性が高く、磁気ヘッドの浮上性も良好で、さらに記録時のトラック幅を狭トラックのＳＴＯ幅で決めることができていることも確認した（選択的反転効果）。また、本実施例の保護膜・潤滑膜を上記磁性膜上に設けた本実施例の磁気記録媒体は、従来媒体と同等のすぐれた耐摺動信頼性を示すことが確認された。
【００８５】
さらに本構造の磁気記録媒体に対しては、マイクロ波アシスト記録ヘッドの製造工程における発振周波数のばらつきに依らず、２ｄＢ以上のアシスト効果が実現でき、比較例の従来媒体との組み合わせに比べ、磁気ヘッドの歩留りを２５％高める事ができた。
【００８６】
上記効果は積層単位層(1)(2)(3)でＨｋが膜厚方向に単調に減少する構造に対するものであるが、積層順を(1)(3)(2)とすれば、Ｈｋの大きさは膜厚方向にＶ字型となるようにできる。この場合には、Ｈｋが低い層（この場合にはＢｓも高く好ましい）がより媒体表面、すなわちマイクロ波アシストヘッドの近くにあるため、より弱い高周波磁界、低い周波数に対しても、アシスト効果を発揮でき、特性バラツキの大きな磁気ヘッドに対しても高い歩留りでアシスト記録ができ、積層順を(1)(2)(3)とした時に比べて０．２ｄＢ高い媒体Ｓ／Ｎを得る事ができ、さらに上記磁気ヘッドの歩留りも比較例に比べて３０％高くなり、特に好ましかった。
【００８７】
［実施例２］
本実施例では、略単調減少型のＨｋ分布を有する垂直磁気記録媒体について説明する。
【００８８】
（マイクロ波アシスト磁気記録ヘッド）
図１に、マイクロ波アシスト磁気記録ヘッドと垂直磁気記録媒体の例の概念図を示す。磁気ヘッドは、垂直磁気記録媒体１３０上をクリアランス０１で矢印１００方向に走行するスライダ５０上に形成された、再生ヘッド部１０、記録ヘッド部２０、及びクリアランス制御用の熱膨張素子部（ＴＦＣ）０２ａ，０２ｂなどから構成される。ここでＴＦＣ０２ａ，０２ｂは、ＮｉＣｒ，Ｗなどの高比抵抗、高熱膨張材料からなり、アルミナ膜などで絶縁した５０〜１５０Ω程度の発熱抵抗体薄膜で構成され、記録ヘッド部２０、再生ヘッド部１０と垂直磁気記録媒体３０とのクリアランスを０．５〜２ｎｍ程度に調整するものである。ＴＦＣは２ヶ所以上に設けてもよく、この場合、それぞれのＴＦＣの配線接続は独立でも直列でもよい。なお、投入電力入力用の配線は図示を省略した。ヘッド保護層５１はＣＶＤＣ（Chemical Vapor Deposition Carbon）、ＦＣＡＣなどからなり、底面５２は磁気ヘッドの浮上面（ＡＢＳ：Air Bearing Surface）である。
【００８９】
スライダ５０は、Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣセラミックスなどからなり、磁気ヘッド磁極部の浮上量が磁気記録媒体全周に亘って５〜１０ｎｍ程度になるように、そのＡＢＳ面をエッチング加工したもので、素子駆動用配線を有するサスペンションに搭載され、ＨＧＡ（Head Gimbal Assembly）として磁気記憶装置に組み込まれる。なお、本実施例では、スライダを０．８５ｍｍ×０．７ｍｍ×０．２３ｍｍ程度のフェムト型としたが、用途に応じてその高さを０．２ｍｍ程度とした薄型フェムト型や、その長さを１ｍｍ程度としたロングフェムト型などとしてもよい。本実施例では、磁気記録再生ヘッドは再生ヘッド部１０が先頭で記録ヘッド部２０が後方になる向きに磁気記録媒体３０が相対的に移動する構成としているが、逆構成であってもよく、またヘッド保護層はなくてもよい。
【００９０】
再生ヘッド部１０は、記録ヘッド部２０との間を磁気シールド層１１によってシールドされ、再生センサ素子１２、再生分解能を高めるための上部磁気シールド１３及び下部磁気シールド１４を備える。再生センサ素子１２は媒体からの信号を再生する役割を担うもので、その構成としては、ＴＭＲ（Tunneling Magneto-Resistive）効果、ＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）−ＧＭＲ（Giant Magneto-Resistance）効果、ないしはＥＭＲ（Extraordinary Magneto-Resistive）効果を有するもの、さらにはＳＴＯ（Spin Torque Oscillator）効果を応用したセンサや、ホイスラー合金膜を積層したＣｏ2Ｆｅ（Ａｌ0.5Ｓｉ0.5）／Ａｇ／Ｃｏ2Ｆｅ（Ａｌ0.5Ｓｉ0.5）もしくはＣｏ2Ｍｎ（Ｇｅ0.75Ｇａ0.25）／Ａｇ／Ｃｏ2Ｍｎ（Ｇｅ0.75Ｇａ0.25）などのシザーズ型や、差動型でもよい。その素子幅、素子高さやシールド間隔（再生ギャップ長）は、目標とする記録トラック密度や記録密度に応じて設計及び加工され、例えば素子幅は５０ｎｍ〜５ｎｍ程度である。なお、再生出力の取り出し端子は図示を省略した。
【００９１】
記録部２０において、ＳＴＯ４０は、高周波磁界発生層（ＦＧＬ）４１、中間層４２、ＦＧＬにスピントルクを与えるためのスピン注入層４３などから構成される。ＦＧＬ４１は、ＦｅＣｏ，ＮｉＦｅなどの軟磁性合金、ＣｏＰｔ，ＣｏＣｒなどの硬磁性合金、Ｆｅ0.4Ｃｏ0.6，Ｆｅ0.01Ｃｏ0.99，Ｃｏ0.8Ｉｒ0.2などの負の垂直磁気異方性を有する磁性合金、ＣｏＦｅＡｌＳｉ，ＣｏＦｅＧｅ，ＣｏＭｎＧｅ，ＣｏＦｅＡｌ，ＣｏＦｅＳｉ，ＣｏＭｎＳｉなどのホイスラー合金、ＴｂＦｅＣｏなどのＲｅ−ＴＭ系アルモファス系合金、あるいは［Ｃｏ／Ｆｅ］，［Ｃｏ／Ｉｒ］，［Ｃｏ／Ｎｉ］，［ＣｏＦｅＧｅ／ＣｏＭｎＧｅ］などの磁性人工格子薄膜などからなる。中間層４２は、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｉｒ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗやこれらの合金などの非磁性導電性材料などからなる。
【００９２】
ここでＦＧＬ４１及びスピン注入層４３の磁化容易軸はいずれも膜面に垂直とし、標準モードにおいては、スピン注入層側から電流をＦＧＬ側に通電してＳＴＯを駆動する。ただし、スピン注入層を材料起因の磁気異方性磁界の大きさとスピン注入層４３の膜面垂直方向の実効反磁界が逆方向でほぼ拮抗するように設計することで、実効的に負の異方性磁界を有するようにするとともに、両層の磁化が磁化反転に追従して瞬時に高速大回転に至るように、ＦＧＬ側からスピン注入層側に電流を流してＳＴＯを駆動しても良い。ここで、スピン注入層４３を磁性層の磁化が互いに反平行結合した２層積層構造とし、ＦＧＬに近い層の磁化・膜厚積を小さくしてスピン注入効率を高めても良い。
【００９３】
各磁性層の材料、構成や磁気異方性については、スピン注入効率、高周波磁界強度、発振周波数や反磁界も含めた実効磁気異方性などが、マイクロ波アシスト記録に最も適するように決めた。例えば、ＦＧＬの飽和磁化に比例して高い高周波磁界が得られるため、ＦＧＬ層の飽和磁化Ｍｓは高い方が好ましい。またＦＧＬの膜厚は、厚い方が高い高周波磁界が得られるが、厚くなりすぎると磁化が乱れ易くなるので、１ｎｍ〜１００ｎｍとすることが好ましい。上記主磁極・シールド型磁極を用いて強いＳＴＯ発振制御磁界を印加すれば、軟磁性材料、硬磁性材料、又は負の垂直磁気異方性材料のいずれの材料でも安定して発振するようになることも確認された。
【００９４】
ＦＧＬ４１の幅ＷFGLは、目標とする記録磁界や記録密度に応じて設計及び加工すればよく、その大きさを５０ｎｍ〜５ｎｍとした。ＷFGLが大きい場合には、ＳＴＯ発振制御磁界１２６をより強くすることが好ましい。またＦＧＬの高さをその幅よりも大きくすることで、垂直磁気記録媒体のより深くからの記録磁界とその余分の高さの素子部分とで磁束の閉磁路が形成され易くなり、垂直磁気記録媒体のより深部まで高周波磁界成分を届かせることができ、アシスト効果を高めることができるので特に好ましい。ここで瓦記録（ＳＭＲ：Shingled Magnetic Recording）方式と併用する場合には、ＷFGLは記録トラック幅の２〜３倍とすることが好ましかった。
【００９５】
非磁性中間層４２の膜厚は、高いスピン注入効率を得るために０．２〜４ｎｍ程度とすることが好ましい。スピン注入層４３としては、垂直磁気異方性を持った材料を用いることによりＦＧＬの発振を安定させることが出来るので、［Ｃｏ／Ｐｔ］，［Ｃｏ／Ｎｉ］，［Ｃｏ／Ｐｄ］，［ＣｏＣｒＴａ／Ｐｄ］などの磁性人工格子薄膜材料を用いることが好ましい。さらに、ＦＧＬ４１の高周波磁化回転を安定化させるため、スピン注入層４３と同様の構成の回転ガイド強磁性層をＦＧＬ４１に隣接して設けてもよい。また、スピン注入層４３とＦＧＬ４１の積層順は逆にしてもよい。
【００９６】
ＳＴＯ近傍の詳細な様子を、図２，３に示す。図２は、ＡＢＳから見た下面図、図３は図２のＡＡ’断面図である。図１では図示を省略したが、このように、スピン注入層や高周波磁界発生層の膜質・膜特性の制御や発振効率、信頼性を高めるために、Ｃｕ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｎｂやこれらの合金などからなる単層薄膜、もしくはこれらの積層薄膜による下地層４７やキャップ層４６を設けてもよい。
【００９７】
また、図１にＳＴＯの駆動電流源（もしくは電圧源）や電極部を模式的に符号４４で表したが、記録磁極１２２，１２４を、例えば記録ヘッド後端部２７で磁気的には結合、電気的には絶縁し、さらにギャップ部ではそれぞれをＳＴＯ側面と電気的に接続することで、記録磁極１２２，１２４に電極を兼用させてもよい。特別な場合を除き、ＳＴＯには直流電源（電圧駆動もしくは電流駆動）４４により、スピン注入層側から電流を流し、ＦＧＬのマイクロ波発振を駆動する。図１では電流駆動を例としたが、定電圧駆動であれば電流密度を一定とできるので信頼性を確保する上で好ましい。
【００９８】
記録ヘッド部２０の記録磁極部は、図２にＡＢＳ面から見たギャップ部近傍の磁極部構造を示すように、ＳＴＯと略同じ幅にエッチングして高周波磁界と略同じ幅の垂直記録磁界１２１を発生するようにＳＴＯ部で整形された幅広記録磁極（主磁極）１２２、高周波磁界発振素子４０の磁化回転方向などを制御するためのシールド磁極１２４、及び記録磁極を励磁するためのＣｕなどからなるコイル２３を有する。エッチング深さｄは１〜４０ｎｍ程度、より好ましくは５〜２０ｎｍとすることが磁界分布と磁界強度のバランスの面で好ましい。なお、磁気ギャップ１２５は、記録磁極１２２とシールド磁極１２４との間に設けられ、発振制御磁界１２６は高周波磁界発振素子４０の磁化方向及び磁化回転方向などを制御するものである。
【００９９】
ここで記録磁極（主磁極）１２２は、ＦｅＣｏＮｉ，ＣｏＦｅ合金などの高飽和磁束軟磁性膜をメッキ法もしくはスパッタ法などで製膜し、ベベル角θが１０〜２０度の台形状であって、ＡＢＳ面に近づくにつれその断面積が小さくなるように形成される。本実施例では、図２，３に示すように、主磁極を磁気ヘッド走行方向、トラック方向の４方向から絞り込み、強い記録磁界が得られる構造とした。なお台形状の記録磁極の広い側の記録素子の幅ＴWWは、目標とする記録磁界や、記録密度に応じて設計し加工され、その大きさは１０ｎｍ〜１６０ｎｍ程度である。また、記録磁極１２２は、シールド磁極１２４も含めてＣｏＮｉＦｅ合金や、ＮｉＦｅ合金などの軟磁性合金薄膜で形成され、非磁性層を介してその周囲を囲った、いわゆるＷＡＳ構造（Wrap Around Structure）としてもよい。本磁極構造では、磁極のフットプリントは最も強い記録磁界が集中する主磁極で決まる。
【０１００】
本実施例では図１〜３に示したように主磁極１２２をその４面とも絞り込んだため、ＳＴＯを形成すべき面は、図３に示すように１０〜２０°の角度βだけ傾斜している。このように傾斜した面にＦＧＬ４１を含む高周波発振素子ＳＴＯを形成すると、傾斜方向に垂直な方向に磁気異方性が発生し、ＳＴＯの高周波発振効率が１０〜２０％劣化する。このため本実施例では、図２，３に示したように、主磁極１２２上に非磁性充填層４７を形成しそれを平坦化して実施例１〜４と同様にＳＴＯを形成した。ここで、図２，３において、スピン注入層４３とＦＧＬ４１、非磁性下地層、非磁性キャップ層の積層順は逆にしてもよいが、ＳＴＯは主磁極近傍に設置する事が好ましいので、図２，３に示したように、非磁性充填材には下地層と同じ材料を用い、さらにＦＧＬ４１をこの下地層４７上に最初に形成し、その上に非磁性中間層４２、スピン注入層４１、キャップ層４６を順次積層するＳＴＯ構造とすることが最も好ましい。
【０１０１】
（垂直磁気記録媒体）
図１に示した垂直磁気記録媒体の記録層において、その最上層（第１の磁性層）１３３が、その下層である第２の磁性層１３９及び第３の磁性層１３４の磁化反転に影響を与える度合いは、最上層の飽和磁化に比例して高くなる。このため、最上層１３３や中間層１３９の材料は飽和磁化Ｍｓが相対的に高いことが好ましい。実施例１で説明したように、磁性人工格子薄膜材料はＨｋとＭｓの設計自由度が高く、この調整を行なう上で好適であり、このため結晶格子の軸対称性が高く垂直磁化配向が容易なＣｏ基材料を磁性人工格子薄膜材料として用いることが好ましい。例えば、磁性合金を副層とする［Ｃｏ基合金／Ｎｉ基合金］、相対的に高い磁化とＨｋを有する［Ｃｏ基合金／Ｐｔ基合金］、もしくは［Ｆｅ基合金／Ｐｔ基合金］などの磁性人工格子薄膜が特に好ましい。特に［Ｃｏ基合金／Ｎｉ基合金］磁性人工格子薄膜は、そのダンピング定数αが０．０３〜０．０４程度と小さく回転制動を受けにくいので、マージンを持って高周波磁界との位相整合をとり易く、特に好ましい。添加元素については、実施例１で説明したように、Ｃｏ基磁性膜の格子定数が大きくなると、Ｃｏの３ｄ電子の波動関数が対称となって界面磁気異方性、垂直磁気異方性が大きくなり、耐熱揺らぎ特性が改善されるため、高記録密度化に適する。
【０１０２】
例えば、添加物として２０ａｔ％のＰｔ，Ｒｈを用い、膜厚をそれぞれ０．２ｎｍ，０．４ｎｍ，０．６ｎｍ，０．８ｎｍとしたＣｏＰｔ合金とＮｉＲｈ合金をそれぞれ１層から３層、膜厚２ｎｍのＰｔ及び膜厚２ｎｍのＴａＣｒ合金層を介してガラス基板上に製膜し、その特性をＸ線回折装置及びＶＳＭを用いて評価したところ、磁性層はいずれもｆｃｃ構造で（１１１）配向しており、しかもＨｋ≧２５ｋＯｅと非常に好ましい垂直磁気異方性を有していることを確認した。添加物としては、Ｐｔ，Ｒｈ以外にも前記のように、Ａｕ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｎｂからなる添加物群から選ばれた少なくとも一種の元素を合計で０．１ａｔ％以上、単独で２５ａｔ％以下として添加することが好ましい。さらに実施例１で説明したように、Ｓｉ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆからなる第１の群から選ばれた元素の、酸化物もしくはこれらの化合物の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物を両副層に１体積％ないし３５体積％添加し、磁性人工格子多層膜の磁性結晶粒を分離するようにした。
【０１０３】
以上のように、非磁性添加物組成及びその添加量を調整し、さらに下地層の配向、組織等を最適化することにより、磁性膜を平均粒径３ｎｍ〜９ｎｍ程度の結晶構造を持つようにせしめた。ここで結晶粒の平均粒径は必要記録密度に応じて変更することが望ましく、結晶粒分離と磁気特性劣化との兼ね合いで、４ｎｍ〜７ｎｍで特に良好な特性が得られた。なおグラニュラー磁性膜を第２、第３の磁性層に用いる場合においては、製膜中に製膜条件を調整し、膜厚方向に組成を変調させて組成傾斜構造とすれば、高周波磁界・周波数分布などとの微妙な調整ができるので特に好ましかった。上記はＦｅ基合金についても同様であった。
【０１０４】
保護層１３２はＣ，ＦＣＡＣとし、その上に前記の潤滑層を形成した。それぞれの層は、超高真空チャンバを有するマグネトロンスパッタリング設備、保護膜形成設備や、潤滑層形成設備などを用いて形成される。矢印１３７，１３８は、それぞれ垂直磁気記録媒体に記録された上向き、下向きの磁化を示す。磁性膜の平均的な異方性磁界を高めて高保磁力とすることで、記録磁極からの磁界だけでは充分な記録ができないようにせしめ、マイクロ波アシスト記録との併用により特に狭トラック磁気記録に適した構造とした。
【０１０５】
本実施例の磁気ヘッドと垂直磁気記録媒体の構成を下記に示す。ここで磁気記録媒体は図１６，１７にその断面構造を模式的に示すように、記録層の最表面層である第１の磁性層１３３の結晶粒界において酸化物の偏析を最も少なくし、磁性結晶粒間の磁気交換相互作用を比較的強くして最表面の磁化反転を容易にするとともに、表面荒れを抑制し、浮上性、耐摺動特性を確保することを優先した。なお、本磁気記録媒体は、磁性人工格子薄膜製膜用に多元カソードを有するチャンバを具備したインライン型スパッタリング装置を用い、中間層製膜チャンバにおいては、実施例１の（６）もしくは（７）のターゲット、もしくは｛Ａ，Ｃ｝として上記多元ターゲットの｛（５），（１）｝を用い、図１３でΔ1，Δ2をそれぞれ３％，３％として第１の中間層を製膜した。磁性人工格子薄膜製膜チャンバにおいては、図１２のΔを１％とし、｛Ａ，Ｂ｝として｛（４），（４）｝もしくは｛（４），（７）｝の多元スパッタターゲットで、ＤＣスパッタリング法、必要に応じてＲＦスパッタリング法などで、図１８に示す材料、構成のものを製膜した。磁気記録媒体の特性は、下記の構成のマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドで評価した。
【０１０６】
・スライダ５０：薄型ロングフェムト型（１×０．７×０．２ｍｍ3）
・ヘッド保護膜（ＦＣＡＣ）：１．８ｎｍ
・再生素子１２：ＴＭＲ（Ｔwr＝３０ｎｍ）
・再生ギャップ長Ｇs：１７ｎｍ
・第１の記録磁極１２２：ＦｅＣｏＮｉ（ＴWW＝６０ｎｍ）
・第２の記録磁極１２４：ＦｅＣｏＮｉ
・ＳＴＯ４０：Ｐｔ（３ｎｍ）／Ｒｕ（３ｎｍ）／［ＣｏＦｅ／ＦｅＣｏ］（１０ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／［Ｃｏ／Ｎｉ］（１０ｎｍ）／Ｒｕ（４ｎｍ）／Ｃｒ（４ｎｍ）
・ＦＧＬの幅ＷFGLと高さＨFGL：ＷFGL＝３６ｎｍ、ＨFGL＝３６ｎｍ
・媒体基板：３．５インチＮｉＰメッキＡｌ合金基板
・媒体構造：潤滑膜（１ｎｍ）／Ｃ（２ｎｍ）／｛第１の磁性層｝／｛第２の磁性層｝／｛第３の磁性層｝／｛第１の中間層｝（５ｎｍ）／第２の中間層Ｒｕ（５ｎｍ）／ＣｏＦｅＴａＺｒ（１０ｎｍ）／Ｒｕ（０．５ｎｍ）／ＣｏＦｅＴａＺｒ（１０ｎｍ）
【０１０７】
サンプルＡ１〜Ａ１０は、図１６，１７にその断面構造の模式図を示したように、記録層最表面の第１の磁性層１３３における粒界偏析層の厚さをやや薄くして記録し易さを高めるとともに、結晶粒界偏析による媒体表面の面荒れを抑制しヘッド浮上量を低減するために酸化物の導入を抑制した。すなわちＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5，ＳｉＯ2、もしくはＨｆＯ2を３層中最も少なく添加して形成した。すなわち、第１、第２、第３の磁性層には、サンプルＡ１〜Ａ４（図１６）では非磁性酸化物を１０体積％、２５体積％、１７体積％添加し、サンプルＡ５〜Ａ１０（図１７）では、７体積％、１７体積％、２５体積％添加した。 
【０１０８】
一方、媒体Ｓ／Ｎを確保するため、例えば図１６の構造においては、第２の磁性層１３９に（Ｔｉ0.95Ｚｒ0.05）Ｏ2，ＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5を、３層中最も多く２５体積％添加して結晶粒界での偏析を強化し、結晶粒間の交換相互作用を低減した。さらに図１６の構造において、第３の磁性層１３４には（Ｔｉ0.98Ｈｆ0.02）Ｏ2，ＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5を第１、第２の磁性層の中間的な量１７体積％添加し、記録のし易さ、Ｓ／Ｎのバランスを取った。図１７の構造においては、図１６とは材料を変えて、第２の磁性層と第３の磁性層の役割を入れ替えた（図１８に詳細記載）。
【０１０９】
ここで、第３の磁性層と接する第１の中間層には、磁性層の結晶配向性と非磁性体の粒界偏析を促進するため、Ｒｕ−ＴｉＯ2，Ｐｔ−ＳｉＯ2，Ｉｒ−Ｔａ2Ｏ5，（Ａｇ0.8Ｏｓ0.2）−ＴｉＯ2，Ｏｓ−ＺｒＯ2，Ｐｄ−ＴｉＯ2，（Ａｕ0.8Ｉｒ0.2）−ＨｆＯ2，Ｒｈ−ＴｉＯ2，（Ｐｔ0.8Ｃｒ0.2）−ＳｉＯ2，（Ｐｔ0.9Ｒｕ0.1）−ＳｉＯ2を用いた（図１８）。添加量は、磁性層結晶粒子のヘテロエピタキシャル成長を阻害しないように、第３の磁性層における量よりもやや少なくした。磁性人工格子膜のＨｋは界面での原子配列の完成度（平滑性、規則性）で決まるため、中間層などにおける非磁性材料の添加量を極力抑制する事が本実施例の人工格子型磁気記録媒体においては特に重要なためである。本実施例では、サンプルＡ１〜Ａ４で１５体積％、サンプルＡ５〜Ａ１０で２２体積％とした。なお、図１３の製造方法で、上記非磁性体の多元カソードをＡに、上記第２の群からなる多元カソードをＣに用い、Δ1，Δ2をそれぞれ３％，３％として製膜した場合には，磁性膜の結晶配向性が改善され，５％程度高いＨｋが得られ好ましかった。さらにＳｉ3Ｎ4，ＴｉＮ，ＴａＮ，ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＴｉＢ，ＨｆＢ，ＺｒＢなどの窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物を添加しても同様の効果が認められた。
【０１１０】
サンプルＡ１〜Ａ１０における、第１、第２、第３の磁性層の材料及び詳細構成を図１８に纏めた。ここで第１の磁性層は、サンプルＡ１，Ａ２，Ａ４，Ａ７においては、Ｃｏ基合金薄膜、Ｎｉ基合金薄膜を副層とする磁性人工格子多層膜とし、組成、膜厚を変えて２種以上の積層単位（ｎ＝１の纏まり）を有するようにした。サンプルＡ３，Ａ５，Ａ６においては、Ｃｏ基合金、ＰｄもしくはＰｔ基合金薄膜を副層とする磁性人工格子膜とし、またサンプルＡ９，Ａ１０においては、Ｆｅ基合金薄膜、Ｐｔ基合金薄膜を副層とする磁性人工格子多層膜とし、これらも上記と同様に、組成、膜厚を変えて２種以上の積層単位を有するようにした。なお、サンプルＡ８においては、Ｐｔ基合金を共通とし、Ｃｏ基合金との積層単位を２種とした。第１の磁性層の構成において、いずれも２種以上の積層単位を設けたことが特徴で、特にサンプルＡ３，Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ９，Ａ１０においては、積層単位のなかでそれぞれ６種、４種、４種、４種、４種、４種の副層を有する構成とした。ただし、サンプルＡ４ではＮｉＡｕ−ＴｉＯ2、Ａ６ではＰｔＡｕ−Ｔａ2Ｏ5を同じ組成、膜厚としたので実質的な副層の種類は３種であり、またＡ８では、ＰｔＡｕを第１、第２の積層単位で共通としたので実質的な副層の種類は３種である。これらによりターゲット材料、製膜条件の種類を削減できるので好ましい。なおサンプルＡ３においては、第２、第３の磁性層においても、第1の磁性層と同様に組成、膜厚を変えて２種以上の積層単位を有するようにし、第２、第３の磁性層の副層をそれぞれ４種、３種とした。
【０１１１】
第２の磁性層１３９は、サンプルＡ１，Ａ５においてはＣｏ基合金のグラニュラー構造単層膜とし、サンプルＡ２，Ａ４，Ａ６，Ａ８ではＣｏ基合金薄膜とＮｉ基合金薄膜を副層とする磁性人工格子多層膜、サンプルＡ３ではＣｏ基合金薄膜とＰｔ基合金薄膜を副層とする多層膜、サンプルＡ７，Ａ９，Ａ１０をＦｅ基合金薄膜とＰｔ基合金薄膜を副層とする多層膜とした。
【０１１２】
また第３の磁性層１３４は、サンプルＡ１，Ａ５，Ａ６，Ａ７ではＣｏ基合金のグラニュラー構造単層膜、サンプルＡ２，Ａ４，Ａ８，Ａ９ではＣｏ基合金薄膜とＮｉ基合金薄膜を副層とする磁性人工格子膜、サンプルＡ３，Ａ１０ではＣｏ基合金薄膜とＰｔ基合金薄膜を副層とする磁性人工格子膜とした。ここで、サンプルＡ２，Ａ３，Ａ４，Ａ８，Ａ９，Ａ１０においては、３層の磁性層全てを磁性人工格子多層膜とした。ここで第３の磁性層１３４を磁性人工格子薄膜とする場合には、実施例３、４、５と同様に多元カソードにより図１３の方法で製膜することにより、副層界面におけるヘテロエピタキシャル成長性を促進でき、Ｈｋを７％程度向上できたので好ましい。ただし、第２の磁性層を磁性人工格子とする場合には、本実施例では非磁性層の濃度が１０体積％以下と小さく、もともとのヘテロエピタキシャル成長性が高いために、その方法によるＨｋ改善効果は３％程度であった。
【０１１３】
本実施例における各層の平均Ｈｋは、図１８に示したように、第１の磁性層で最も高い値となる略単調減少型とした。ただしここで、発明を実施するための形態で説明したように、サンプルＡ７のように第２の磁性層の平均Ｈｋが第１の磁性層の平均Ｈｋよりも１０％程度の値だけ高いものも略単調減少型の分類に含めた。なおいずれも、マイクロ波アシスト素子を非動作とした場合には、充分な記録ができなかった。
【０１１４】
以上の本実施例の媒体構造の特徴を纏めると、以下となる。
（１）マイクロ波アシストによる媒体磁化の強制振動を起こしやすいように、各磁性層の平均Ｈｋを媒体深さ方向に略単調に減少するような磁性層材料、構造とした。
（２）さらに第１の磁性層で最も磁化反転が生じ易いように、結晶粒間非磁性材偏析量を最小化した第１の磁性層（記録層の最上層）を、原子層１層（０．２ｎｍに相当）ないし４層（０．８ｎｍに相当）からなり、組成、膜厚の異なる２種以上の構成単位を積層した磁性人工格子薄膜とし、原子層レベルで膜厚方向にＨｋを急峻に変えた。
【０１１５】
（効果）
磁性層のＨｋ分布及び磁性結晶粒子間の磁気的な分離を制御することにより、４スピンモデルで記録再生特性向上に有効であることが示されたＨｋ略単調減少構成の垂直磁気記録媒体を提供することが出来る。さらに第１の磁性層（最上層）を２種以上の積層単位を有する磁性人工格子膜構造とすることで、数原子層の非常に狭い領域にＨｋの異なる副層が多く存在するようにした。ここで磁性人工格子においては界面の状態でＨｋが決まるので、接する材料の異なる界面の数が重要となる。ＳＴＯ高周波磁界には発振周波数に分布、ばらつきがあるため、Ｈｋの異なるそれぞれの副層に対して高周波磁界による強制振動、位相整合が起きる確率が高まり、図６で説明した磁界反転機構がより短時間で、かつ急峻に行なわれる。このため、磁化遷移領域が狭くなり、より高い記録密度での高Ｓ／Ｎのマイクロ波アシスト記録が可能となる。
【０１１６】
本実施例のサンプルＡ１〜Ａ１０の媒体を、本実施例のマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドで評価した結果、いずれの媒体においても従来媒体と同等以上の表面平滑性、磁気ヘッド浮上性を示すことが、まず確認された。次いで記録再生特性を評価したところ、サンプルＡ１〜Ａ８のいずれの垂直磁気記録媒体においても、各層全てを強制振動モードで反転せしめることができ、記録トラック幅は３８ｎｍと、狭トラックのＳＴＯ幅（３６ｎｍ）で決めることができ、マイクロ波アシスト記録用媒体として好適であることが確認された（選択的反転）。
【０１１７】
透過型電子顕微鏡観察によれば、サンプルＡ１〜Ａ４の媒体においては、第１の磁性層で約０．８ｎｍ、第２の磁性層で１．７ｎｍ、第３の磁性層で１．４ｎｍの非磁性添加物の偏析が、サンプルＡ５〜Ａ１０の媒体においては、第１の磁性層で約０．６ｎｍ、第２の磁性層で１．４ｎｍ、第３の磁性層で１．７ｎｍの非磁性添加物の偏析が認められ、磁性結晶粒が非磁性粒界で分断されたいわゆるグラニュラー構造となっていることも確認された。その結果、結晶粒間の磁気交換相互作用が制御され、マイクロ波アシスト磁気記録により、非磁性添加物を加えない媒体に比べ、媒体ノイズを８〜１１ｄＢ低減できていることが確認された。
【０１１８】
サンプルＡ１〜Ａ１０の構造の特性を比較すると、サンプルＡ３，Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０において、他の構造に比べて１〜１．５ｄＢ高い媒体Ｓ／Ｎが得られ、特に好ましかった。これは、サンプルＡ３，Ａ４，Ａ６，Ａ８，Ａ１０においては、第1の磁性層において積層単位内に３種以上の副層を含むため、マイクロ波アシスト記録磁界の最も強い第１の磁性層内においてＨｋが異なる副層の数が多く、原子層レベルの媒体磁化の歳差運動において、分布のある高周波磁界と、副層各原子層の磁化回転の周波数整合及び位相整合がとれる確率が高まることによる。すなわち、周波数整合及び位相整合が取れる確率がＨｋの異なる副層の数に比例して高まることにより、ＳＦＤ、磁化遷移領域が小さくなり、高密度での出力が増大、逆に媒体ノイズは小さくなるためである。なお、いずれの構造でも、第１の磁性層を従来の単１周期の磁性人工格子、例えば［Ｃｏ0.9Ａｕ0.1−ＴｉＯ2（０．２ｎｍ）／Ｎｉ0.9Ａｕ0.1−ＴｉＯ2（０．４ｎｍ）］n=5とした場合に比べ、１０％以上高いヘッド歩留りが得られた。また、サンプルＡ３，Ａ４，Ａ６，Ａ８の構造では、その他の構造に比べ更に３〜５％高い磁気ヘッド歩留りが得られ、特に好ましかった。
【０１１９】
なお、サンプルＡ３の構造では第２、第３の磁性層において、その積層単位内に３種以上の副層を含むようにせしめたため、上記と同様の効果が得られた。すなわち、第２の磁性層、第３の磁性層を従来の単一周期の磁性人工格子とした場合に比べ、それぞれ０．４ｄＢ、０．２ｄＢ高い媒体Ｓ／Ｎが得られ、好ましかった。
【０１２０】
最後に、本磁気記録媒体を磁気記憶装置に搭載して６５℃の高温で耐熱性を評価したところ、いずれの磁気記録媒体も充分な熱減磁耐力と耐食性を有することも確認された。
【０１２１】
［実施例３］
本実施例では、Ｖ字型のＨｋ分布を有する垂直磁気記録媒体と、特にＶ字型のＨｋ分布の磁気記録媒体に良好なマイクロ波アシスト記録が可能なマイクロ波アシスト記録ヘッドについて説明する。
【０１２２】
（マイクロ波アシスト記録ヘッド）
図１９に本実施例のＳＴＯの構造を示す。ここでスピン注入層４３を二層の垂直磁性層４３ａ，４４ｂで構成し、２層の磁化が反平行となるようにＲｕなどの非磁性中間層４４を介して結合せしめた積層構造とし、スピン注入層の磁区構造を出来にくくした。さらに、ＦＧＬ４１に近い第１の磁性層４３ａの飽和磁化Ｍｓ（ａ）と膜厚ｔ（ａ）の積Ｍｓ（ａ）×ｔ（ａ）を、ＦＧＬ４１から遠い第２の磁性層４３ｂの飽和磁化Ｍｓ（ｂ）と膜厚ｔ（ｂ）の積Ｍｓ（ｂ）×ｔ（ｂ）よりも小さくした。また、スピン注入層４３とＦＧＬ４１との間の非磁性中間層４２の膜厚は、高いスピン注入効率を得るために０．２〜４ｎｍ程度とすることが好ましい。
【０１２３】
本実施例のマイクロ波アシスト記録ヘッドにおいては、ＳＴＯ発振制御磁界の反転に合わせて、ＦＧＬ及びスピン注入層の磁化は再配列する。スピン注入層を構成する磁性層４３ａ及び４３ｂの磁化は反平行となっているが、両者の和はＳＴＯ発振制御磁界の方向を向く。ここで、第１の磁性層４３ａにおけるＭｓ×ｔ積の値を第２の磁性層４３ｂよりも小さく設定したので、第１の磁性層４３ａ（ＦＧＬに近い磁性層）の磁化は、ＦＧＬの磁化と反平行となる。このため、ＳＴＯ駆動電流をＦＧＬからスピン注入層構造に向けて通電すると、スピントルク、スピン注入効率が非常に高くなる。この時、ＦＧＬ４１の磁化６７の回転は、角度φの大きな大回転となり、非常に安定して発振するため、１．５倍程度強い高周波磁界が得られる。なおスピン注入層４３、ＦＧＬ４１、中間層４２、下地層４７、キャップ層４６の材料、膜厚などは実施例２と同様とした。ここで、もう一種のスピン注入層４３の構造を下地層４７に接してＦＧＬ４１の反対側に、４３ｂ，４４，４３ａ，４７の順でさらに設ければ、さらに高いスピン注入効率が得られるので好ましい。
【０１２４】
次に、高周波発振磁界の媒体深さ方向の強度依存性（スペーシング依存性）について上記のＦＧＬの膜厚を５〜２０ｎｍ、ＦＧＬの幅ＷFGLを２０〜５０ｎｍとし、ＦＧＬの高さＨFGLを２０〜１５０ｎｍと変えてシミュレーションを行なった。その結果、ＦＧＬ高さＨFGLをその幅ＷFGLより大きくせしめることで、より高いＦＧＬ位置の部分の素子側面からの磁束４８は、垂直磁気記録媒体のより深くと閉磁路を形成するため、垂直磁気記録媒体のより深部まで高周波磁界成分を届かせることができることが判明した。すなわち、ＦＧＬからの媒体深さ方向距離ｚを１５ｎｍとした位置において（ｚ＝−１５ｎｍ）、ＷFGLを２０〜４０ｎｍとし、ＦＧＬの高さＨFGLをその１．５倍以上、すなわち３０〜６０ｎｍ以上とすることで、ＦＧＬの上部側面からの磁界（ｙ成分）が記録層最下層にまで浸透することが確認された。特にＨFGL／ＷFGL比を２倍よりも大きくすることにより、充分な強度の高周波磁界ｙ成分が記録層最下層にまで浸透することが確認され、特に好ましいことが判明した。このためＨFGL／ＷFGL比を１．５よりも大きくした本構造のマイクロ波アシスト記録ヘッドは、本発明の、記録層全層を強い高周波磁界で強制振動せしめることで高い性能を発揮する磁気記録場媒体との組み合わせとして特に好適であることが確認された。
【０１２５】
上記効果は、磁気記録媒体に配向性制御用磁性中間層を設け、軟磁性部分と磁気ヘッドとの距離を小さくする事で、高周波磁界を更に効果的に媒体深部（最下層の第３の磁性層）にまで引き込むことができ、媒体下層の磁化をより効果的に強制振動せしめ、優れたマイクロ波アシスト記録効果を得ることができるので、両者の組み合わせは特に好ましい。
【０１２６】
（磁気記録媒体）
本実施例では、ＭＡＭＲ方式において、特に熱安定性、記録密度限界向上効果に優れるＶ字型のＨｋ分布を有する垂直磁気記録媒体の例を説明する。
【０１２７】
実施例２では、記録層の最表面層である第１の磁性層の結晶粒界において、酸化物の偏析を最も少なくして磁性結晶粒間の磁気交換相互作用を比較的強くすることで最表面の磁化反転を容易にするとともに、表面荒れを抑制し、浮上性及び耐摺動特性を確保することを優先した。これに対し本実施例では、図２０，２１に示すように、中間層である第２の磁性層の粒界偏析用の非磁性添加物を１５体積％以下に抑制して飽和磁化をより大きく保つ事で、第２の磁性層の磁化反転により、その飽和磁化に比例して発生する反磁界のアシスト効果を大きくし、記録層の最下層である第３の磁性層の強制振動による磁化反転を誘起しやすくして第３の磁性層のＨｋを大きくすることを可能とし、磁気記録媒体の熱安定性をより高めることを優先した。ここで第１、第３の磁性層の粒界偏析用の非磁性添加物量を２０体積％以上として、粒界偏析を促進して磁性結晶粒間交換相互作用を抑制し、高Ｓ／Ｎ特性を確保した。さらに、高周波磁界を媒体深部（最下層）にまで引き込むため、中間層１３６（実施例２の｛第１の中間層｝（５ｎｍ）／第２の中間層Ｒｕ（５ｎｍ）に相当）において、第２の中間層部を部分的にＣｏＦｅＴａ，ＣｏＮｉＴａなどの配向性制御磁性下地材料で置換し、Ｒｕ／ＣｏＦｅＴａなどの２層構造とすることで、実質的に非磁性Ｒｕ層の膜厚を削減し、その上の第３の磁性層の配向性を維持しつつ、磁気ヘッドと軟磁性下地層との磁気的間隔を小さくした。なお、本発明の合金化の効果で磁性層の記録特性が確保できれば、第１の中間層の膜厚を削減しても良い。
【０１２８】
磁気ヘッドと垂直磁気記録媒体の構成を下記に示す。ここで磁気記録媒体は図２０，２１にその断面構造を模式的に示すように、Ｖ字型のＨｋ分布の特質を生かすため、中間磁性層である第２の磁性層の結晶粒界において、酸化物の偏析を最も少なくして磁性結晶粒間の磁気交換相互作用を比較的強くし、磁化反転を容易にすることを優先した。
【０１２９】
図２０，２１に示した垂直磁気記録媒体は、図２２に示す材料、構成のものを、多元スパッタカソード、ターゲットを有するインライン型スパッタリング装置で製膜した。ただし本実施例では、中間層製膜チャンバにおいては多元スパッタカソード用ターゲット｛Ａ，Ｃ｝に実施例１の｛（５），（１）｝、磁性人工格子薄膜製膜チャンバにおいては、副層｛Ａ，Ｃ｝に実施例１の｛（３），（１）｝もしくは｛（４）（ａ），（１）｝、副層｛Ｂ，Ｃ｝に｛（３），（１）｝、｛（４），（１）｝、｛（６）（ａ），（１）｝もしくは｛（７）（ａ），（１）｝を用い、図１３の共スパッタリング法でΔ1，Δ2をそれぞれ１％，１％として磁気記録媒体を製膜した。更に、磁性人工格子薄膜製膜チャンバにおいては、図１２の製造法も併用し、Δも３％として磁性人工格子の副層材料間のコンタミを抑制した。ここで、多元スパッタリング用ターゲット（４）（ａ），（６）（ａ），（７）（ａ）において、第１の群の元素の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物からなる非磁性材料を２体積％以上１０体積％以下含む材料とすれば、非磁性材料の濃度が２体積％以上であるので、偏析促進効果を確保でき、また１０体積％以下であるので、純金属材料と実質的に同等のヘテロエピタキシャル成長及び密着性を確保でき、Ｈｋも図１３の共スパッタリング法で確保できるので特に好ましい。
【０１３０】
・スライダ５０：薄型ロングフェムト型（１×０．７×０．２ｍｍ3）
・ヘッド保護膜（ＦＣＡＣ）：１．８ｎｍ
・再生素子１２：ＴＭＲ（Ｔwr＝３０ｎｍ）
・再生ギャップ長Ｇs：１７ｎｍ
・第１の記録磁極１２２：ＦｅＣｏＮｉ（ＴWW＝６０ｎｍ）
・第２の記録磁極１２４：ＦｅＣｏＮｉ
・ＳＴＯ記録素子４０：Ｐｔ（３ｎｍ）／Ｒｕ（３ｎｍ）／［ＣｏＦｅ／ＦｅＣｏ］（１２ｎｍ）／Ｃｕ（２ｎｍ）／［Ｃｏ／Ｎｉ］（６ｎｍ）／Ｒｕ（２）／［Ｃｏ／Ｎｉ］（８ｎｍ）／Ｒｕ（３ｎｍ）／Ｐｔ（３ｎｍ）
・ＦＧＬの幅と高さ：ＷFGL＝３６ｎｍ、ＨFGL＝５５ｎｍ
・媒体基板：３．５インチＮｉＰメッキＡｌ合金基板
・媒体構造：潤滑膜（１ｎｍ）／Ｃ（２ｎｍ）／｛第１の磁性層｝／｛第２の磁性層｝／｛第３の磁性層｝／｛第１の中間層｝（３ｎｍ）／｛第２の中間層｝（２ｎｍ）／配向性制御磁性下地層ＣｏＦｅＴａ（５ｎｍ）／ＣｏＦｅＴａ（７ｎｍ）／ＣｏＦｅＴａＺｒ（１０ｎｍ）／Ｒｕ（０．５ｎｍ）／ＣｏＦｅＴａＺｒ（１０ｎｍ）
【０１３１】
本実施例のサンプルＢ１〜Ｂ８においては、第２の磁性層１３９においてＨｋが低い、Ｖ字型のＨｋ分布となるようにした。第２の磁性層を記録し易やすくするというこの特徴を最大限生かすために、第２の磁性層において、非磁性添加物の量を抑制し粒界偏析層の厚さを薄くして磁性粒子間の磁気的相互作用を強くするとともに、さらにその磁化反転時に第３の磁性層の反転をアシストするように、飽和磁化の高い材料を用いた。ここで第２の磁性層においては、飽和磁化の高い磁性材料を用い、さらに添加物としてＳｉＯ2，ＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5，（ＳｉＴｉ）Ｏ2，ＺｒＯ2，ＨｆＯ2を用い、その添加量を９体積％と最も少なくした。なお、サンプルＢ１，Ｂ５においては第２の磁性層をＣｏ基合金グラニュラー構造として構成を単純化したが、それ以外は磁性人工格子膜とした。
【０１３２】
第１の磁性層には、サンプルＢ４，Ｂ８では副層材料を２種、その他は４種とした。ここで、副層は３種以上、積層単位は２種以上となっている。さらに結晶粒界での偏析を第２の磁性層に比べて強化し、結晶粒間の交換相互作用を低減して高Ｓ／Ｎになるようにした。すなわち、サンプルＢ１〜Ｂ４（図２０）においては、ＴｉＯ2，ＳｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5を２７体積％、サンプルＢ５〜Ｂ８（図２１）においては、ＴｉＯ2，ＳｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5，ＺｒＯ2，ＨｆＯ2を１８体積％と、それぞれ粒界偏析を第２の磁性層（９体積％）に比べて多く添加して、結晶粒間の交換相互作用を低減するようにした。なお、第１の磁性層最表面（媒体最表面）では図１１に示すように、原子層レベルでみればＨｋを最も高くし、減衰の大きなマイクロ波アシスト効果が最も有効に働く構成とした。
【０１３３】
第３の磁性層においては、サンプルＢ１〜Ｂ４（図２０）では、ＳｉＯ2，ＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5，（Ｓｉ0.98Ｚｒ0.02）Ｏ2を１８体積％添加して第１の磁性層に比べ記録のし易さを優先し、サンプルＢ５〜Ｂ８（図２１）ではＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5，（Ｓｉ0.98Ｈｆ0.02）Ｏ2をそれよりも多く２７体積％添加してより粒界偏析を促進し、より高いＳ／Ｎが得られるようにした。なお、サンプルＢ１，Ｂ５においては第２の磁性層と同様にＣｏ基合金グラニュラー構造を用いて構成を単純化したが、それ以外のサンプルでは、磁性層の全領域が複数の副層で構成される多層膜構造の薄膜を用いた。
【０１３４】
第３の磁性層と接する第１の中間層は、第３の磁性層が強い垂直磁気異方性を有し、所定の結晶粒分離構造となるようにアシストするような材料、構成とした。すなわち本実施例では、前記第２の群の元素、及び、これらに固溶し難い第１群の元素から選ばれた元素の酸化物もしくはこれらの化合物の酸化物である、Ｒｕ−Ｔａ2Ｏ5，Ｐｔ−ＴｉＯ2，（ＰｄＡｇ）−ＨｆＯ2，（ＲｕＡｕ）−ＴｉＯ2，Ｒｕ−ＳｉＯ2，Ｐｄ−Ｔａ2Ｏ5，（ＲｕＲｈ）−ＺｒＯ2，（ＰｔＩｒ）−ＳｉＯ2を添加したものとした。ここで添加量は、サンプルＢ１〜Ｂ４で１６体積％、サンプルＢ５〜Ｂ８で２５体積％とした。またＳｉ3Ｎ4，ＴｉＮ，ＴａＮ，ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＴｉＢ，ＨｆＢ，ＺｒＢなどの窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物を添加しても同様の効果が認められた。
【０１３５】
以上の調整により、各サンプルにおける各層のＨｋは図２２に纏めたようにＶ字型となり、いずれもマイクロ波アシスト素子を非動作とした場合には充分な記録はできなかった。
【０１３６】
（効果）
従来技術において、記録層最上層の非磁性添加量を増大することは、磁気ヘッドの浮上性、耐摺動信頼性の観点で困難とされていた。しかし、本発明の図１３の製造方法のように、中間層の最下層界面（Δ1１％）、最上層界面（Δ2１％）、さらに記録層の最下層界面（Δ1１％）、記録層最上層のＣ保護膜との界面（Δ2１％）において非磁性物質の添加量を抑制し、Ｃ保護層との界面、第１の中間層と磁性層との界面におけるミクスチャリングを抑制することで、記録層最上層の非磁性添加量を増大した図２０，２１の構造としても、浮上性、耐摺動信頼性で問題のない媒体構造とすることができた。
【０１３７】
更に本実施例のマイクロ波アシスト記録用の磁気記録媒体において、記録層の最上層である第１の磁性層を、複数の積層単位からなり、Ｈｋの分布を有する磁性人工格子薄膜とした。従来技術による周期的構造の磁性人工格子薄膜に比べ、本構造の磁性人工格子薄膜においては繰り返して製膜される副層の数が少ないため、それぞれの副層の界面状態（ミクスチャリング）、Ｈｋの値をより完全に制御する必要がある。そこで、本実施例では、図１２の磁性人工格子薄膜の製造方法においてΔを３％とし、磁性人工格子の副層Ａ，Ｂを製膜する際に図１３の製膜法と組み合わせ、副層Ａを多元ターゲットの組である｛Ａ’，Ｃ｝、副層Ｂを同じく｛Ｂ’，Ｃ｝の共スパッタで製膜した。ここで、Δ1，Δ2をそれぞれ２％，２％とした。この製膜法により、磁性人工格子薄膜の副層界面での副層物質間のミクスチャリングを抑制し、ヘテロエピタキシャルを促進できた。このため、記録層の最上層（第１の磁性層）の磁性人工格子薄膜への非磁性物質の添加量を１０体積％よりも多くしても、各積層単位において、高いＨｋと良好なＨｋ分布を維持できた。
【０１３８】
このため、サンプルＢ１〜Ｂ８のいずれの垂直磁気記録媒体においても、実施例２と同様に各層が強制振動モードで反転し、記録トラック幅を狭トラックのＳＴＯ幅で決めることができた。さらに、最も記録磁界分布が急峻な記録層最上層で磁気結晶粒を孤立化し、磁気的相互作用を低減したため、記録ビット境界の磁化遷移領域幅が実施例１の比較例や実施例２に比べそれぞれ１０％，５％小さくなっていることが確認できた。さらに、図１２単独の製膜方法（Δ３％）、もしくはΔを０％とした従来技術による製膜方法による磁気記録媒体に比べ、図１２，１３を併用して磁性人工格子膜を製膜した磁気記録媒体においては、Ｈｋ分布を確保した効果が発揮され、Ｓ／Ｎがそれぞれに対し０．５ｄＢ，１ｄＢ高く、更にマイクロ波アシスト記録ヘッドの歩留りもそれぞれに対し８％，１５％高いことが確認された。
【０１３９】
また本実施例においては、第２の磁性層における磁性元素の濃度を高めるとともに非磁性物質の添加量を抑制し、磁性膜の飽和磁束密度を高めることで第２の磁性層反転時のアシスト効果を高めた。その結果、図１８に纏めた実施例２の構造に比べ、平均的に１８％高いＨｋの構成とすることができ、非磁性添加物量を実施例２に比べて削減して粒界偏析を減らしても、０．７ｄＢ程度高いＳ／Ｎ特性を確保できた。
【０１４０】
次いで、配向性制御磁性下地膜ＣｏＦｅＴａ，ＣｏＮｉＴａ，ＣｏＦｅＮｂなどの効果を確認するために、サンプルＢ１の構造でＣｏＦｅＴａ配向性制御磁性下地膜を設けた場合と、実施例２と同様に厚いＲｕ膜のみで下地膜を構成した磁気記録媒体を作製し、その特性を評価した。その結果、ＣｏＦｅＴａ配向性制御磁性下地膜を設けた場合に、Ｏ／Ｗ特性が３ｄＢ高くなることが確認され、ＣｏＦｅＴａ配向性制御磁性下地膜を設けることにより、磁気記録媒体の記録再生特性を損なうことなく、ＳＴＯ磁界を記録層最下部にまで到達せしめることができることが確認された。
【０１４１】
次に、ＦＧＬの幅ＷFGLを３６ｎｍと一定にし、高さＨFGLを１８ｎｍ，３６ｎｍ，５４ｎｍ，７２ｎｍ，９０ｎｍと変えたマイクロ波アシスト記録ヘッドを作成し、サンプルＢ１の媒体を用いてその記録再生特性を評価したところ、ＨFGLを３６ｎｍとした磁気ヘッドによる記録再生特性を基準とすると、ＨFGLを１８ｎｍ，５４ｎｍ，７２ｎｍ，９０ｎｍとした場合に、それぞれ−２ｄＢ，２ｄＢ，３ｄＢ，３ｄＢのＯ／Ｗ特性の改善が認められ、ＦＧＬの高さＨFGLを幅ＷFGL（＝３６ｎｍ）の１．５倍以上、より好ましくは２倍以上とすることで、高い記録性能が得られる事を確認できた。ここで、磁性下地層を設けない媒体の場合には、この効果は半減することが確認された。したがって、ＨFGL／ＷFGL比を１．５倍よりも大きくする事により得られる強いアシスト効果は、磁性下地層媒体と組み合わせることで、より顕著になることが確認された。本効果は、ＦＧＬ４１の両側にスピン注入層４３を設けた構造により、さらに０．５ｄＢ改善できることが確認された。
【０１４２】
最後に、本磁気記録媒体を磁気記憶装置に搭載して６５℃，９０％ＲＨの高温・高湿試験で、その耐摺動信頼性、耐熱・耐食性を評価したところ、いずれにおいてもエラーレートなどの劣化は認められず、サンプルＢ１〜Ｂ８いずれの磁気記録媒体も、充分な耐摺動信頼性、熱減磁耐力、及び耐食性を有することが確認された。
【０１４３】
［実施例４］
本実施例では、略単層特性型の垂直磁気記録媒体と、記録磁極部とＳＴＯ部の構造を図２３に示すように変えた、リング型磁極構造のマイクロ波アシスト記録ヘッドについて説明する。
【０１４４】
（マイクロ波アシスト記録ヘッド）
マイクロ波アシスト記録ヘッドの記録ヘッド部２０は、記録ギャップ２５内に設けられた高周波磁界発振素子部（ＳＴＯ）４０、記録ギャップ部２５で記録磁界２１及び強く均一なＳＴＯ発振制御磁界２６（以下、発振制御磁界）を発生するため、ＳＴＯよりも幅を広くした第１、第２の記録磁極２２，２４、記録磁極を励磁するためのコイル２３、ＳＴＯ駆動用電源４４などを有する。ここで第１、第２の記録磁極２２，２４は、記録ギャップ部２５近傍で体積を大きく、磁気的に略対称なリング型構造とした。ＳＴＯの高周波磁界４５の回転方向、発振周波数などは、発振制御磁界２６で制御される。このリング型磁極構造では、発振制御磁界２６がＳＴＯ膜面に均一かつ垂直に入射するため、理想的な状態で滑らかにＦＧＬ４１の磁化が回転し、従来の主磁極・シールド型磁極構造に比べ、１０〜２０％強い高周波発振磁界が安定して得られ、特に好ましい。なお、リング型構造では記録磁界が記録ギャップ部に集中しているため、磁気記録は記録ギャップで決まり、垂直磁気記録媒体が記録可能であれば、それに静止記録するとその記録跡（フットプリント）は略記録ギャップの形状となる。なお、コイル２３は、Ｃｕ薄膜などを用いて記録磁極２４を巻くように形成した例を示したが、記録磁極の後端部２７や第１の記録磁極２２などを周回するように形成してもよく、またさらに多層巻き線としてもよい。また、記録ギャップ２５は、スパッタリング法やＣＶＤ法で製膜されるＡｌ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2膜などの非磁性薄膜で形成される。
【０１４５】
記録ギャップ長ＧLは、ＳＴＯ４０の厚さ、記録ギャップ内のＳＴＯ発振制御磁界２６の均一性、強度、記録磁界２１の強度及び記録磁界勾配、トラック幅、ギャップデプスＧdなどを考慮して決めた。ギャップデプスＧdは記録磁極のトラック幅やギャップ長以上にすることが磁界の均一性の観点で好ましく、トレーリング側（ヘッド走行方向の後部）の第１の記録磁極２２のトラック幅を４０〜２５０ｎｍ、ギャップデプスＧdを４０〜７００ｎｍ、ギャップ長ＧLを２０〜２００ｎｍとした。均一で強い記録ギャップ内磁界などを確保するため、ギャップ部近傍での各磁極の磁性層膜厚を４０ｎｍ〜３μｍとした。また、周波数応答を高めるために、ヨーク長ＹＬやコイル巻き線数は小さいことが好ましく、ヨーク長を０．５〜１０μｍ、コイル巻き線数を２〜８とした。特に、サーバやエンタプライズ用途などの高速転送対応磁気記憶装置の磁気ヘッドにおいては、ヨーク長を４μｍ以下とし、さらに必要に応じて比抵抗の高い磁性、もしくは非磁性中間層を介して高飽和磁束磁性薄膜を積層する多層構造とするのが好ましい。
【０１４６】
第１の記録磁極２２は、ＦｅＣｏＮｉ，ＣｏＦｅ，ＮｉＦｅ合金などの高飽和磁束軟磁性膜を、メッキ法、スパッタ法、イオンビームデポジション法などの薄膜形成プロセスで単層もしくは多層製膜するもので、記録素子の幅ＴWWは、目標とする記録磁界や記録密度に応じて設計して、半導体プロセスで加工され、その大きさは３０ｎｍ〜２００ｎｍ程度である。記録ギャップ部近傍の磁極形状は、記録ギャップ面に対して平行かつ平坦な膜構造でも、ＳＴＯの周囲を囲った構造でもよい。なお、記録磁界強度を高めるために記録ギャップ部近傍には高飽和磁束材料を用い、その形状を記録ギャップ部に向かって絞り込むような構造とすることが特に好ましい。第２の記録磁極２４も第１の記録磁極２２と同様に、ＣｏＮｉＦｅ合金やＮｉＦｅ合金などの軟磁性合金薄膜で形成し、形状を制御した。
【０１４７】
ＳＴＯは、図２４に示すように、ＦｅもしくはＦｅ0.8Ｃｏ0.2などのＦｅ基合金とＣｏもしくはＣｏ0.94Ｆｅ0.01Ｐｔ0.05などのＣｏ基合金との磁性人工格子薄膜のように負の異方性磁界を持つ磁性材料からなり、実効的に膜面に磁化容易面を有するようにせしめたＦＧＬ４１と、ＮｉもしくはＮｉ0.99Ｒｈ0.01，Ｎｉ0.9Ｆｅ0.1などのＮｉ基合金と、ＣｏもしくはＣｏ0.9Ｎｂ0.1などのＣｏ基合金との磁性人工格子薄膜のように、膜面に垂直方向に磁気異方性軸を有する硬磁性薄膜からなる垂直磁化層であるスピン注入層４３と、さらにこれらを、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｔａ，Ｉｒ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗやこれらを主たる成分とする合金との非磁性中間層４２を挟んで積層した構成とした。
【０１４８】
ここでスピン注入層については、Ｃｏ基合金磁性層をＮｉ基合金磁性層よりも厚くし、材料に起因する磁気異方性磁界（６８は磁化容易軸）とその膜面垂直方向の実効反磁界が逆方向でほぼ拮抗するようにせしめることが好ましい。さらに両層の磁化が、磁化反転に追従して瞬時に高速大回転に至るように、ＦＧＬ側からスピン注入層側に電流を流した。ここでまた、図１と同様に、ＳＴＯの駆動電流源（もしくは電圧源）や電極部を模式的に符号４４で表したが、記録磁極２２，２４を、例えば記録ヘッド後端部２７で磁気的には結合、電気的には絶縁し、さらにギャップ部ではそれぞれをＳＴＯ側面と電気的に接続することで、記録磁極２２，２４に電極を兼用させてもよい。なお発振周波数については、単独で評価した場合にはＦＧＬの方がスピン注入層よりも低いが、本構造で動作させた場合には同一の周波数で、記録ギャップ内磁界の極性反転に直ちに追従して発振する。
【０１４９】
上記のＳＴＯ構成により、配向性が高く負の磁気異方性を有するＦＧＬ層の磁化は、ＳＴＯ発信制御磁界が反転しても保磁力を伴う磁化反転機構には従わず、その傾斜角度の符号を僅かに変えるだけで、ほぼ回転面内に留まって高速回転を瞬時に継続することが可能となる。本効果は、ＳＴＯ駆動磁界がＳＴＯ膜面に垂直に入射する本実施例のリング型磁極構造において顕著であるが、実施例１の記録磁極構造においても認められた。
【０１５０】
次いで、実施例３と同様に、ＳＴＯから発生する高周波磁界のシミュレーション解析を行なった。その結果、実施例３の構造においては、非磁性中間層４２の膜厚は、高いスピン注入効率を得るために０．２〜４ｎｍ程度とすることが好ましかったが、本実施例の構造においてはスピン注入層の磁化とＦＧＬの磁化が反平行状態を保ったまま高速回転するので、スピン注入層とＦＧＬの間隔、すなわち非磁性中間層の膜厚を４ｎｍよりも大きく、より好ましくは５ｎｍ以上とすることで、垂直磁気記録媒体記録層のより深部（下層）まで高周波磁界成分を届かせることができることが判明した。ただし、非磁性中間層の膜厚を２５ｎｍよりも厚くするとスピン注入効率が著しく劣化するので、非磁性中間層の膜厚は２５ｎｍ以下、より好ましくは２０ｎｍ以下とすることが望ましい。
【０１５１】
すなわち図２４に示した構成のＳＴＯにおいて、非磁性中間層の膜厚を４ｎｍよりも大きく２５ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以上２０ｎｍ以下とすることで、ＳＴＯからの媒体深さ方向距離ｚが１５ｎｍの位置（ｚ＝−１５ｎｍ）においても、ＳＴＯからのｘ成分磁界を充分強く浸透せしめることができることが確認され、好ましかった（注：実施例３ではｙ成分磁界が浸透する）。なお実施例３と同様に、磁気記録媒体の中間層１３６にＣｏＦｅＴａ磁性下地層を付加して、Ｒｕ／ＮｉＷ／ＣｏＦｅＴａのような、少なくとも３層構造とした下地層と組み合わせることで、高周波磁界をさらに媒体記録層深部（最下層である第３の磁性層）にまで引き込むことが出来、特に好ましい。ここで、第１の中間層Ｒｕ層は実施例２と同様にさらに多層化して磁性層の配向性、磁気異方性を改善することが好ましい。
【０１５２】
（垂直磁気記録媒体）
以下に、単層媒体のＨｋ特性分布に近い本実施例の略単層特性型媒体Ｃ１〜Ｃ８について説明する。
本実施例のサンプルＣ１〜Ｃ３（図２５）、Ｃ４〜Ｃ８（図２６）においては、記録層最下層である第３の磁性層の粒界偏析用の非磁性添加物を１０体積％以下に抑制して、弱い高周波磁界でも反転し易い構成とすることを優先した。ここで、磁気記録媒体の熱安定性、高Ｓ／Ｎ特性は、第２、第３の磁性層に負担させる事とし、第２、第３の磁性層のＨｋをより大きくするとともに、粒界偏析用の非磁性添加物量を１５体積％以上として、粒界偏析を促進し、磁性結晶粒間交換相互作用を抑制した。なおＨｋと磁性結晶粒間交換相互作用（非磁性添加物量に相当）の大きさについては、Ｃ１〜Ｃ３（図２５）、Ｃ４〜Ｃ８（図２６）の構造毎に、後で詳細に述べるように適宜調整した。
【０１５３】
図２５，２６に示した垂直磁気記録媒体は、図２７に示す材料、構成のものを、多元スパッタカソード及びターゲットを有するインライン型スパッタリング装置で実施例３と同様に製膜した。すなわち本実施例では、中間層製膜チャンバにおいては多元スパッタカソード用ターゲット｛Ａ，Ｃ｝に実施例１の｛（５），（１）｝、磁性人工格子薄膜製膜チャンバにおいては、副層｛Ａ，Ｃ｝に実施例１の｛（３），（１）｝もしくは｛（４）（ａ），（１）｝、副層｛Ｂ，Ｃ｝に｛（３），（１）｝、｛（４），（１）｝、｛（６）（ａ），（１）｝もしくは｛（７）（ａ），（１）｝を用い、図１３の共スパッタリング法でΔ1，Δ2をそれぞれ５％，５％として磁気記録媒体を製膜した。更に、磁性人工格子薄膜製膜チャンバにおいては、実施例３と同様に図１２の製造法も併用し、Δを５％として磁性人工格子の副層材料間のミクスチャリングを抑制した。
【０１５４】
以下に、磁気ヘッドと磁気記録媒体の諸元の詳細を示す。
・スライダ５０：薄型ロングフェムト型（１×０．７×０．２ｍｍ3）
・ＦＣＡＣ５１：１．８ｎｍ
・再生ギャップ長Ｇs：１６ｎｍ
・再生素子１２：Ｃｏ2Ｆｅ（Ｇａ0.5Ｇｅ0.5）／Ａｇ0.79Ｃｕ0.2Ａｕ0.01／Ｃｏ2Ｆｅ（Ｇａ0.5Ｇｅ0.5）（Ｔwr＝３８ｎｍ）
・第１の記録磁極２２：ＣｏＦｅ（ＴWW＝５０ｎｍ）
・第２の記録磁極２４：ＦｅＣｏＮｉ
・ＳＴＯ記録素子４０：Ｃｕ0.99Ｐｔ0.01（２ｎｍ）／Ｃｒ0.9Ｔｉ0.1（２ｎｍ）／［Ｃｏ0.80Ｆｅ0.19Ｐｔ0.01／Ｆｅ0.99Ｒｈ0.01］（１２ｎｍ）／Ｃｕ0.99Ａｕ0.01（ｔｎｍ）／［Ｃｏ0.95Ｐｔ0.05／Ｎｉ0.95Ｒｕ0.05］（４ｎｍ）／Ｃｕ0.98Ｈｆ0.02（２ｎｍ）／Ｒｕ0.9Ｔｉ0.1（２ｎｍ）
・ＦＧＬの幅：ＷFGL＝５０ｎｍ
・媒体基板：２．５インチＮｉＰメッキＡｌ合金基板
・媒体構造：潤滑膜（１ｎｍ）／Ｃ（２ｎｍ）／｛第１の磁性層｝／｛第２の磁性層｝／｛第３の磁性層｝／｛第１の中間層｝（１ｎｍ）／第２の中間層Ｒｕ（４ｎｍ）／配向性制御磁性下地層ＣｏＦｅＮｉＴａ（５ｎｍ）／ＣｏＦｅＴａ（７ｎｍ）／ＣｏＦｅＴａＺｒ（１０ｎｍ）／Ｒｕ（０．５ｎｍ）／ＣｏＦｅＴａＺｒ（１０ｎｍ）
ここでＳＴＯのＣｕＡｕ中間層の膜厚ｔは５ｎｍ，１０ｎｍ，１５ｎｍ，２０ｎｍとした。
【０１５５】
第１、第２、第３の磁性層には、実施例３で説明した多元スパッタ法により、サンプルＣ１〜Ｃ３（図２５）では非磁性酸化物をそれぞれ１６体積％，２２体積％，１０体積％添加し、サンプルＣ４〜Ｃ８（図２６）ではそれぞれ２２体積％，１６体積％，１０体積％添加して製膜した。
【０１５６】
なお、下地層においては、粒界偏析層の厚さを薄くしてその上に製膜する第３の磁性層の記録し易さを高めた。すなわち、サンプルＣ１〜Ｃ３，Ｃ７では、磁性層と同様に、多元スパッタ法により、ＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5，ＳｉＯ2をそれぞれＰｄ0.9Ｔａ0.1，Ｒｕ0.9Ａｕ0.1，Ｐｔ0.9Ｔａ0.1，Ｒｕ0.9Ａｇ0.1に６体積％添加した、Ｐｄ0.9Ｔａ0.1−ＴｉＯ2，Ｒｕ0.9Ａｕ0.1−Ｔａ2Ｏ5，Ｐｔ0.9Ｔａ0.1−ＳｉＯ2，Ｒｕ0.9Ａｇ0.1−ＳｉＯ2を下地層とし、サンプルＣ４〜Ｃ６，Ｃ８では、酸化物を全く添加しないＰｔ0.8Ａｕ0.2，Ｒｕ0.7Ａｕ0.3，Ｐｔ0.8Ａｕ0.2，Ｐｔ0.8Ｃｒ0.2を下地層として用いた。また、Ｓｉ3Ｎ4，ＴｉＮ，ＴａＮ，ＴｉＣ，ＺｒＣ，ＨｆＣ，ＴａＣ，ＴｉＢ，ＨｆＢ，ＺｒＢなどの窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物を添加しても同様の効果が認められた。
【０１５７】
サンプルＣ１〜Ｃ３（図２５）においては、第１の磁性層にはＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5を１６体積％とやや少なめに添加してマイクロ波による強制振動を受けやすくし、さらにＦｅ基合金薄膜とＰｔ基合金薄膜を副層とする第２の磁性層には、ＴｉＯ2，ＳｉＯ2を２２体積％添加し、第１の磁性層に比べて結晶粒界での偏析を強化し、結晶粒間の交換相互作用を低減して高Ｓ／Ｎ構造とした。ここで媒体記録層最表面では、原子層レベルでみれば、図１１に示すように最表面で最もＨｋが高くなっている。Ｃｏ基合金薄膜と、Ｎｉ基もしくはＰｔ基合金薄膜を副層とする第３の磁性層においては、ＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5，ＳｉＯ2の添加量を最も少なく１０体積％として強制振動、磁化反転を最も起こしやすくした。本構造では、全体的に粒界偏析用添加物の膜厚方向の分布を実施例２の略単調減少型構造、実施例３のＶ字型構造に比べて抑制し、結晶粒界構造が単層構造に近い略単層構造とした。なお、材料特性も各層で特性が近くなるように選定した。
【０１５８】
サンプルＣ４〜Ｃ８（図２６）においては、サンプルＣ１〜Ｃ３と第１、第３の磁性層への添加物量、役割を入れ替えた。サンプルＣ５の第３の磁性層においては、膜厚５ｎｍで（Ｔｉ0.8Ｓｉ0.2）Ｏ2を１０体積％添加したＣｏ0.5Ｐｔ0.5−（Ｔｉ0.8Ｓｉ0.2）Ｏ2を３００℃で製膜することにより、規則度を０．５としたＬ１1型Ｃｏ0.5Ｐｔ0.5基規則合金（ｆｃｃ構造）からなる薄膜を用いた。ここでＬ１1型Ｃｏ0.5Ｐｔ0.5基規則合金は、ｆｃｃ構造の最密面である（１１１）面がＣｏとＰｔの２種類の原子層の積層構造となったもので、磁化容易軸が原子最密面に垂直で、結晶粒配向の制御が容易と言う特徴がある。なお規則度は、上記積層構造における規則構造の割合を示すもので、本実施例では粉末Ｘ線回折で用いられる方法を適用し、上記試料の超格子反射強度Ｉsと基本反射Ｉfの比、Ｉs／Ｉf、に関して、その実験値（Ｉs／Ｉf）expと、粉末試料において得られる計算値（Ｉs／Ｉf）calとの比の平方根、｛（Ｉs／Ｉf）exp／（Ｉs／Ｉf）cal｝0.5から求めた。なおＣ４〜Ｃ６のその他の第２、３の磁性層には、Ｃｏ基合金薄膜とＰｔ基合金薄膜を副層とする磁性人工格子薄膜、サンプルＣ７，Ｃ８の第２、３の磁性層には、Ｆｅ基合金薄膜とＰｔ基合金薄膜を副層とする磁性人工格子薄膜、サンプルＣ８の第２の磁性層には、Ｃｏ基合金薄膜とＮｉ基合金薄膜を副層とする磁性人工格子薄膜をそれぞれ用いた。
【０１５９】
上記サンプルＣ１〜Ｃ８のいずれの磁気記録媒体においても、磁性層はいずれも高い垂直磁気異方性を有することが確認され、マイクロ波アシスト素子を非動作とした場合には、充分な記録ができなかった。
【０１６０】
なお上記サンプルＣ５の第３の磁性層において、規則度０．５のｍ−Ｄ０19型Ｃｏ0.8Ｐｔ0.2−（Ｔｉ0.8Ｔａ0.2）Ｏ2規則合金（ｆｃｔ構造）を用いても同様の特性が得られた。ここで、上記のＬ１1型Ｃｏ0.5Ｐｔ0.5基規則合金及びｍ−Ｄ０19型Ｃｏ0.8Ｐｔ0.2基規則化合金においては、本発明のｆｃｃ構造で（１１１）配向したＰｔ−Ａｕ合金、Ｐｄ−Ａｕ、Ｒｕ−Ａｕ合金を用いる事で、製膜温度を２５０〜３００℃程度と比較的低温としても、規則度０．４〜０．６まで規則化し、２０ｋＯｅ以上の高いＨｋが容易に得られるので特に好ましかった。なおこれらに、Ｓｉ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆからなる第１の群の元素から選ばれた少なくとも一種の元素を含む酸化物、窒化物、炭化物、硼化物、もしくはこれらの混合物などを同様に添加したり、Ｎｉを１０〜５０ａｔ％添加しても優れた特性が得られた。
【０１６１】
以上の構成、Ｈｋの値を図２７に纏めたが、各サンプルにおける各層のＨｋは略一定、すなわち略単層構造型である。なおここでサンプルＣ２，Ｃ４では、第１、第２、第３の磁性層の平均Ｈｋが１ｋＯｅずつ大きくなっているが、これは、発明を実施するための形態で説明したように、第１、第２の磁性層の交換結合磁界及び反磁界の効果などにより実効的な記録磁界が増強されるため、第２、第３の磁性層のＨｋは第１の磁性層よりもそれぞれ１０％ずつ高くしてもマイクロ波アシスト効果が発現し、このような場合も略単層型として取り扱えるからである。
【０１６２】
（効果）
本製膜方法により実施例３と同様に、記録層最上層（第１の磁性層）の磁性人工格子薄膜への非磁性物質の添加物量を１０％よりも多くしても、浮上性、耐摺動信頼性で問題がなく、更に各積層単位において、それぞれ高いＨｋが得られ、その結果として最上層内での良好なＨｋ分布を確保できた。そのため、サンプルＣ１〜Ｃ８のいずれの磁気記録媒体においても、実施例１〜３と同様に各層が強制振動モードで反転し、マイクロ波による選択的反転効果により記録トラック幅を狭トラックのＳＴＯ幅で決めることができる事を確認した。さらに図１２単独の製膜方法（Δ５％）もしくはΔを０％とした従来技術による製膜方法の磁気記録媒体に比べ、図１２，１３を併用して磁性人工格子膜を製膜した磁気記録媒体においては、良好なＨｋ分布を確保できる効果が発揮され、媒体Ｓ／Ｎが上記比較例に対し、それぞれ０．４ｄＢ，０．８ｄＢ高く、更にマイクロ波アシスト記録ヘッドの歩留りも比較例に対し、それぞれ６％，１２％高いことが確認された。
【０１６３】
本実施例においては、第３の磁性層における磁性元素の濃度を高めるとともに非磁性物質の添加物量を抑制し、交換相互作用をある程度もたせるとともに、磁性材料、層構成を調整してＨｋ分布を単層磁性膜と類似の略単層の構成とすることで、全体として高いＨｋでも媒体磁化が反転し易いようにした。その結果、サンプルＣ６の磁気記録媒体のように、実施例２、３の構造に比べて平均的にそれぞれ３０％，１０％高いＨｋの構成とすることができ、マイクロ波アシスト機能をフルに活用することで、それぞれ３０％，１０％高い熱安定性、記録密度を確保できた。
【０１６４】
ただし本実施例の構成においては記録層最下層が反転しにくく、実施例１〜３に比べて同等のＨｋで比べるとＯ／Ｗが３ｄＢ程度低かった。しかし磁性下地層と本構造、もしくは実施例３の構造のＳＴＯと組み合わせる事で、実用上問題のないレベルの特性、すなわち２６〜３０ｄＢ程度のＯ／Ｗ特性が得られた。
【０１６５】
ここで配向性制御磁性下地層の効果を確認するために、サンプルＣ３の構造でＣｏＦｅＮｉＴａ配向性制御磁性下地膜を設けた場合と、実施例２と同様に厚いＲｕ膜のみで構成した比較例の磁気記録媒体を作製し、その特性を比較評価した。その結果、ＣｏＦｅＮｉＴａ配向性制御磁性下地膜を設けた場合に２．５ｄＢ高いＯ／Ｗ特性が確認され、ＣｏＦｅＴａ配向性制御磁性下地膜により垂直磁気記録媒体の特性を維持すると共に、ＳＴＯ磁界が記録層下部にまで到達していることが確認された。これにより、本実施例の、記録層最上層でＨｋの高い第１の磁性層で結晶粒界に非磁性材料を多く偏析せしめる高Ｓ／Ｎ構造の特徴を活かすことができ、実施例２（図１６，１７）の構造に比べ、約１ｄＢ高い媒体Ｓ／Ｎが得られた。
【０１６６】
更に、スピン注入層とＦＧＬの間隔、すなわち中間層膜厚ｔを５ｎｍ，１０ｎｍ，１５ｎｍ，２０ｎｍとしたマイクロ波アシスト記録ヘッドの特性について、サンプルＣ３の媒体を用いて評価した。従来例のｔ＝２ｎｍの場合のマイクロ波アシスト記録特性を基準とした場合、中間層膜厚を５ｎｍ，１０ｎｍ，１５ｎｍ，２０ｎｍとした場合に、Ｏ/Ｗ特性はそれぞれ１．５ｄＢ，２．５ｄＢ，２ｄＢ，１．５ｄＢ改善することが認められ、中間層膜厚ｔを４ｎｍよりも厚く２０ｎｍ以下とすることで、高い記録性能が得られる事を確認した。なお配向性制御磁性下地膜を設けない場合には、この効果は半減し、スピン注入層とＦＧＬの間隔拡大効果（中間層膜厚化効果）は、磁性下地層媒体と組み合わせることで特に顕著になることが確認された。
【０１６７】
最後に、本磁気記録媒体を磁気記憶装置に搭載して６５℃，８５％ＲＨの高温・高湿試験で耐熱性、耐食性を評価したところ、いずれの磁気記録媒体においても充分な熱減磁耐力と耐食性を有することが確認された。また磁気ヘッドの浮上安定性、耐摺動信頼性にも全く問題は認められなかった。
【０１６８】
［実施例５］
実施例１〜４では記録層が３層構造の垂直磁気記録媒体の実施例について主に説明したが、本実施例では図２８及び図２９を用いて、記録層がそれぞれ２層、４層、５層構造の垂直磁気記録媒体について説明する。
【０１６９】
（垂直磁気記録媒体）
本実施例において製膜は、多元スパッタカソード、ターゲットを有するインライン型スパッタリング装置を用いて実施例３と同様にして実施した。すなわち本実施例では、中間層製膜チャンバにおいては多元スパッタカソード用ターゲット｛Ａ，Ｃ｝に実施例１の｛（５），（１）｝、磁性人工格子薄膜製膜チャンバにおいては、副層｛Ａ，Ｃ｝に実施例１の｛（３），（１）｝もしくは｛（４）（ａ），（１）｝、副層｛Ｂ，Ｃ｝に｛（３），（１）｝、｛（４），（１）｝、｛（６）（ａ），（１）｝もしくは｛（７）（ａ），（１）｝を用い、図１３の共スパッタリング法でΔ1，Δ2をそれぞれ３％，１％として磁気記録媒体を製膜した。更に、磁性人工格子薄膜製膜チャンバにおいては、実施例３と同様に図１２の製造法も併用し、Δを２％として磁性人工格子の副層材料間のミクスチャリングを抑制した。下記に｛｝で示す記録層を２層構成としたサンプルＤ１，Ｄ２（図２８）、４層構成としたサンプルＤ３，Ｄ４（図２９）、５層構成としたサンプルＤ５，Ｄ６（図２９）の基本構成を示す。
【０１７０】
・媒体基板：３．５インチＮｉ−ＰメッキＡｌ基板
・媒体構造：潤滑層（１ｎｍ）／Ｃ（２ｎｍ）／｛磁性層｝／｛第１の中間層｝（４ｎｍ）／配向性制御磁性下地層ＣｏＦｅＴａ（５ｎｍ）／ＣｏＦｅＴａＺｒ（１０ｎｍ）／Ｒｕ（０．５ｎｍ）／ＣｏＦｅＴａＺｒ（１０ｎｍ）
【０１７１】
図２８にその構成を示す２層構造媒体Ｄ１，Ｄ２においては、第１の磁性層にそれぞれ組成を変えた［Ｃｏ基合金／Ｎｉ基合金］、［Ｃｏ基合金／Ｐｔ基合金］磁性人工格子膜、第２の磁性層にＣｏＣｒＰｔグラニュラー磁性膜、［Ｃｏ基合金／Ｐｔ基合金］磁性人工格子薄膜を用いた。また粒界偏析層材料として、サンプルＤ１では、第１の磁性層の副層にＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5，ＳｉＯ2をそれぞれ４体積％，５体積％，３体積％、第２の磁性層の副層に（Ｔｉ0.95Ｚｒ0.05）Ｏ2を２８体積％添加し、サンプルＤ２では第１の磁性層の副層にＳｉＯ2を４体積％、第２の磁性層の副層にＴａ2Ｏ5，ＴｉＯ2をそれぞれ２６体積％，３０体積％添加した。またサンプルＤ１，Ｄ２において、第１の中間層（下地層）として、それぞれ（Ｒｕ0.95Ｔａ0.05）−２６体積％ＴｉＯ2，Ｐｔ0.95Ａｕ0.05−１８体積％ＳｉＯ2を用いた。中間層製膜チャンバにおいては、図７の多元ターゲットＡに上記ＲｕＴａ基合金もしくはＰｔＡｕ合金、多元ターゲットＣにＴｉＯ2もしくはＳｉＯ2を設置し、実施例１〜４と同様にΔ1，Δ2（図１３）をそれぞれ２％，１％とした。また磁性人工格子薄膜製膜チャンバにおいては、多元ターゲットＡに上記Ｃｏ基合金、多元ターゲットＢに上記Ｎｉ基合金、もしくは上記Ｐｔ合金、多元ターゲットＣに上記酸化物を設置し、実施例１〜４と同様に、Δ（図１２）を１．５％とし、さらにΔ1，Δ2（図１３）をそれぞれ１％，２％として製膜した。ここで第１、第２の磁性層のＨｋはサンプルＤ１で２５ｋＯｅ，１９ｋＯｅ，サンプルＤ２で３８ｋＯｅ，３７ｋＯｅで、サンプルＤ１は単調減少型（サンプルＡ相当）、サンプルＤ２は略単層型（サンプルＣ相当）であり、第１の磁性層の磁性人工格子薄膜は、サンプルＤ１が２種の積層単位、サンプルＤ２が４層の積層単位を有し、いずれも記録層最表面の積層単位が最も高いＨｋを有する構造とした。
【０１７２】
図２９にその構成を示す４層構造媒体Ｄ３においては、第１の磁性層に［Ｃｏ基合金／Ｎｉ基合金］、第２の磁性層に［Ｃｏ基合金／Ｐｔ基合金］、第３、第４の磁性層に［Ｃｏ基合金／Ｎｉ基合金］磁性人工格子薄膜を用い、サンプルＤ４においては、第１、第２、第３の磁性層に［Ｃｏ基合金／Ｎｉ基合金］、第４の磁性層に［Ｃｏ基合金／Ｐｔ基合金］磁性人工格子薄膜を用いた。また粒界偏析層材料として、サンプルＤ３では、第１、第３、第４の磁性層の副層にＴｉＯ2を、それぞれ５体積％，２０体積％，１０体積％、第２の磁性層の副層にＴａ2Ｏ5を２０体積％添加し、サンプルＤ４では第１の磁性層の副層にＳｉＯ2を５体積％、第２、第３の磁性層にＴｉＯ2を２０体積％、第４の磁性層にＴａ2Ｏ5もしくはＴｉＯ2を２５体積％添加した。
【０１７３】
また、サンプルＤ３，Ｄ４における第１の中間層（下地層）として、それぞれ（Ｒｕ0.9Ａｕ0.1）−８体積％Ｔａ2Ｏ5，Ｐｔ0.75Ａｕ0.25−８体積％ＳｉＯ2を用いた。これらは、中間層製膜チャンバにおいて、図７の多元ターゲットＡに上記ＲｕＡｕ合金もしくはＰｔＡｕ合金、多元ターゲットＣにＴａ2Ｏ5もしくはＳｉＯ2を設置し、実施例１〜４と同様に、Δ1，Δ2（図１３）をそれぞれ２％，２％として製膜した。また磁性人工格子薄膜製膜チャンバにおいては、多元ターゲットＡに上記Ｃｏ基合金、多元ターゲットＢに上記Ｎｉ基合金もしくは上記Ｐｔ合金、多元ターゲットＣには上記酸化物を設置し、実施例１〜４と同様に、Δ（図１２）を３％とし、さらにΔ1，Δ2（図１３）をそれぞれ２％，２％とした。ここで第１、第２、第３、第４の磁性層のＨｋはサンプルＤ３で２９ｋＯｅ，２８ｋＯｅ，２５ｋＯｅ，１９ｋＯｅ、サンプルＤ４で３３ｋＯｅ，１８ｋＯｅ，２７ｋＯｅ，２６ｋＯｅで、サンプルＤ３は単調減少型（サンプルＡ相当）、サンプルＤ４はＶ字型（サンプルＢ相当）であり、さらにいずれも第１の磁性層のなかで、記録層最表面層が２種の積層単位を有し、さらに最表面側の積層単位が最も高いＨｋを有する構造とした。
【０１７４】
図２９にその構成を示した５層記録層構造媒体Ｄ５においては、第１の磁性層に［Ｃｏ基合金／Ｐｔ基合金］、第２の磁性層に［Ｆｅ基合金／Ｐｔ基合金］、第３、第４の磁性層に［Ｃｏ基合金／Ｎｉ基合金］磁性人工格子薄膜を用い、第５の磁性層にＣｏＣｒＰｔグラニュラー磁性層を用いた。サンプルＤ６においては、第１、第２、第４、第５の磁性層に［Ｃｏ基合金／Ｎｉ基合金］、第３の磁性層に［Ｃｏ基合金／Ｐｄ基合金］の積層単位からなる磁性人工格子薄膜を用いた。また粒界偏析層材料として、サンプルＤ５では、第１の磁性層の副層にＴａ2Ｏ5を４体積％、第２、第３の磁性層の副層にＴｉＯ2を２０体積％、第４の磁性層の副層にＴｉＯ2もしくはＴａ2Ｏ5を１０体積％、第５の磁性層のグラニュラー層にＴｉＯ2を１５体積％添加した。サンプルＤ６では第１、第２、第４、第５の磁性層の副層にＴｉＯ2をそれぞれ５体積％、１０体積％、１０体積％、２５体積％、第３の磁性層の副層にＴａ2Ｏ5を１５体積％添加した。またサンプルＤ５，Ｄ６における第１の中間層（下地層）として、それぞれ（Ｒｕ0.8Ａｕ0.2）−１３体積％ＴｉＯ2，Ｐｔ−２０体積％ＳｉＯ2を用いた。
【０１７５】
これらは、中間層製膜チャンバにおいては、図７の多元ターゲットＡに上記ＲｕＡｕ合金もしくはＰｔ、多元ターゲットＣにＴａ2Ｏ5もしくはＴｉＯ2を設置し、実施例１〜４と同様に、Δ1，Δ2（図１３）をそれぞれ２％，１％として製膜した。また磁性人工格子薄膜製膜チャンバにおいては、多元ターゲットＡに上記ＣｏもしくはＦｅ基合金、多元ターゲットＢに上記Ｎｉ基合金、上記Ｐｔ合金もしくは上記Ｐｄ合金、多元ターゲットＣに上記酸化物を設置し、実施例１〜４と同様に、Δ（図１２）を１％とし、さらにΔ1，Δ2（図１３）をそれぞれ１％，１％として製膜した。ここで第１、第２、第３、第４、第５の磁性層のＨｋはサンプルＤ５で３０ｋＯｅ，２８ｋＯｅ，２７ｋＯｅ，２５ｋＯｅ，２１ｋＯｅ、サンプルＤ６で３０ｋＯｅ，１８ｋＯｅ，２４ｋＯｅ，２３ｋＯｅ，２４ｋＯｅで、サンプルＤ５は単調減少型（サンプルＡ相当）、サンプルＤ６はＶ字型（サンプルＢ相当）であり、さらにサンプルＤ５は第１の磁性層の磁性人工格子膜に２層の積層単位を、サンプルＤ６は４層の積層単位を有し、最表面側の積層単位が最も高いＨｋを有する構造とした。
【０１７６】
なお、サンプルＤ１〜Ｄ６のいずれの磁気記録媒体も、マイクロ波アシスト素子を非動作とした場合には、充分な記録ができなかった。
【０１７７】
本発明の磁気記録媒体において、エッチングもしくは非磁性イオン打ち込み法などにより、ドット面積を６００ｎｍ2の磁気パターンに形成してビットパターン媒体とした場合に、マイクロ波アシスト記録の鋭い磁界勾配を使いこなす事ができ、１〜２Ｔｂ／ｉｎ2以上の高密度化が容易に実現できることを確認できた。ただし結晶粒界に、非磁性材を１０体積％よりも多く添加した場合には、磁性ドット内に磁区が形成され、エラーの原因となることがあり、好ましくなく、非磁性材料の添加量は１０体積％以下とすることが好ましかった。
【０１７８】
（効果）
本実施例のサンプルＤ１〜Ｄ６のいずれの磁気記録媒体においても、実施例１〜４と同様に各記録層が強制振動モードで反転し、マイクロ波による選択的反転効果により記録トラック幅を狭トラックのＳＴＯ幅で決めることができる事を確認した。
【０１７９】
サンプルＤ１，Ｄ２の構成においては、実施例１の比較例に比べ２ｄＢ高い媒体Ｓ／Ｎが得られたが、磁性層の総数が少ないため、マイクロ波アシスト磁界強度のスペーシング依存性に対して十分な整合性が確保しにくく、３層構成の実施例１〜４に比べて同等のＨｋで比べるとＯ／Ｗは４ｄＢ程度低かった。しかし、磁性下地層と本構造、もしくは実施例３の構造のＳＴＯと組み合わせる事で、実用上問題のないレベルの特性、すなわち２６〜２９ｄＢ程度のＯ／Ｗ特性が得られた。また本構成において、製膜設備のカソード数やスパッタターゲット材料の種類を削減でき、コスト的には２％程度３層構造のものに比べて有利であった。
【０１８０】
サンプルＤ３，Ｄ４、もしくはサンプルＤ５，Ｄ６の磁気記録媒体においては、磁性層の総数が４層、もしくは５層と実施例１〜４の３層に比べて多いため、マイクロ波アシスト磁界強度のスペーシング依存性に対して十分な整合性をとり易く、実施例１〜４の同等のＨｋの媒体に比べてＯ／Ｗが２ｄＢ〜３ｄＢ程度高く、さらに媒体Ｓ／Ｎも０．４〜０．６ｄＢ高く、最も好ましかった。このため、３層構造に比べ磁気記録媒体の歩留りは、４層、５層構造でそれぞれ３％，４％高くなり、多元スパッタ装置のチャンバ数、多元ターゲット数の増大によるコスト増を補うことができ、結果としてそれぞれ２％，３％のコスト改善効果も達成できた。ただし５層よりも多くしてもこれらの改善効果は飽和することが確認され、５層で実用上充分なＯ／Ｗ、Ｓ／Ｎ、歩留り、コスト改善効果が得られることを確認した。
【０１８１】
最後に、本実施例の磁気記録媒体を磁気記憶装置に搭載して６５℃、８５％ＲＨの高温・高湿試験で耐熱性、耐食性を評価したところ、いずれの磁気記録媒体も充分な熱減磁耐力と耐食性を有することが確認された。また磁気ヘッドの浮上安定性、耐摺動信頼性にも全く問題は認められず、優れたマイクロ波アシスト記録用の磁気記録媒体が得られることが確認された。
【０１８２】
［実施例６］
実施例１〜５で説明した磁気記録媒体とマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドとを搭載した磁気記憶装置の実施例を、図３０を用いて説明する。
【０１８３】
（磁気記憶装置）
図３０に示す磁気記憶装置は、スピンドルモータ５００、垂直磁気記録媒体５０１、高剛性アーム５０２、ＨＧＡ（以下、磁気ヘッドと略称することがある）５０５、ＨＳＡ（Head Stack Assembly）５０６、ヘッド駆動制御装置（Ｒ／Ｗ−ＩＣ）５０８、Ｒ／Ｗチャネル５０９、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）５１０、ディスクコントローラ（ＨＤＣ）５１１、バッファメモリを制御するバッファメモリ制御部５１６、ホストインタフェース制御部５１７、ＲＡＭなどを用い制御プログラム及び制御データ（パラメータテーブル）を格納するメモリ部５１８、フラッシュメモリやＦＲＯＭなどを用い制御プログラムや制御データ（パラメータテーブル）を格納する不揮発性メモリ部５１９、ＶＣＭ（Voice Coil Motor）駆動制御部、ＳＰＭ（Spindle Motor）駆動制御部などから構成されるコンボドライバ５２０、ＭＰＵのバス５１５などから構成される。
【０１８４】
ＨＧＡ５０５は、ＳＴＯ、記録再生素子、ＴＦＣなどを有するスライダ５０３と高剛性サスペンション５０４を具備する。ヘッド駆動制御装置５０８は、ＳＴＯを駆動するための駆動信号（駆動電流又は駆動電圧信号）を生成するＳＴＯ駆動制御機能や記録アンプ、再生プリアンプなどを有する。Ｒ／Ｗチャネル５０９は、記録変調部、及び順方向誤り訂正符号の一種であるリードソロモン符号を用いたＲＳ（Reed Solomon）チャネル、もしくは最新のＬＤＰＣ（low density parity check）符号を用いた非ＲＳ（Non Reed-Solomon）チャネルなどの信号処理、再生復調部として機能する。
【０１８５】
ＨＧＡ５０５は、ヘッド駆動制御装置５０８に対して信号線接続されており、上位装置となるホスト（図示せず）からの記録命令、再生命令に基づくヘッドセレクタ信号で一つの磁気ヘッドを選択して記録、再生を行う。Ｒ／Ｗチャネル５０９、ＭＰＵ５１０、ＨＤＣ５１１、バッファメモリ制御部５１６、ホストインタフェース制御部５１７、メモリ５１８は一つのＬＳＩ（ＳｏＣ：System on Chip）５２１として構成される。ＬＳＩ５１２はこれと駆動制御部、不揮発性メモリなどを搭載した制御ボードである。なお、必要に応じて高剛性サスペンションや高剛性アームには、振動吸収・抑制体などで構成され、一層の振動抑制を目的とするダンパが貼り付けられる。さらに、高剛性サスペンション５０４やスライダ５０３に、圧電素子、電磁素子、熱変形素子などによる位置微動調整機構（デュアルアクチュエータ、マイクロステージアクチュエータ）を設けることで、高トラック密度時の高速、高精度位置決めが可能となるので好ましい。
【０１８６】
ＭＰＵ５１０は、磁気記憶装置の主制御装置であり、記録再生動作や磁気ヘッドの位置決めに必要なサーボ制御などを行う。たとえば、ＭＰＵは、ヘッド駆動制御装置５０８に含まれるレジスタ５１４にその動作に必要なパラメータを設定する。各種レジスタには、後述のように、所定の温度、垂直磁気記録媒体領域毎のクリアランス制御値（ＴＦＣ投入電力値に相当）、ＳＴＯ駆動電流値、予備電流値、記録電流値、それらのオーバシュート量、タイミング時間、環境変化に対する時定数などが、必要に応じて独立に設定される。
【０１８７】
Ｒ／Ｗチャネル５０９は信号処理回路であり、情報記録時にはディスクコントローラ５１１から転送された記録情報を符号化した信号５１３をヘッド駆動制御装置５０８に出力し、情報再生時には磁気ヘッド５０５から出力された再生信号をヘッド駆動制御装置５０８で増幅した後に、復号化した再生情報をＨＤＣ５１１に出力する。
【０１８８】
ＨＤＣ５１１は、垂直磁気記録媒体上に記録データ５１３を書き込む情報記録の開始（記録のタイミング）を指示するためのライトゲートをＲ／Ｗチャネル５０９に出力することなどにより、記録再生情報の転送制御、データ形式の変換、ＥＣＣ（Error Check and Correction）などの処理を行う。
【０１８９】
ヘッド駆動制御装置５０８は、ライトゲートの入力に応じて、少なくともＲ／Ｗチャネル５０９から供給される記録データ５１３に対応する少なくとも一種の記録信号（記録電流）を生成し、通電タイミングを制御されたＳＴＯ駆動信号とともに磁気ヘッドに供給する駆動集積回路で、少なくとも、ヘッド駆動回路、ヘッド駆動電流供給回路、ＳＴＯ遅延回路、ＳＴＯ駆動電流供給回路、ＳＴＯ駆動回路などを含み、ＭＰＵから記録電流値、ＳＴＯ駆動電流値、ＴＦＣ投入電力値、動作タイミングなどが設定されるレジスタを有する。ここで各レジスタ値は、垂直磁気記録媒体の領域、環境温度、気圧などの条件毎に変化させることができる。さらに、ホストシステムとのインターフェースを構成し、磁気記憶装置のメイン制御装置として記録再生動作（記録再生データの転送など）制御、磁気ヘッドの位置決めサーボ制御を実行するＭＰＵからの直接の命令でバイアス記録電流を磁気ヘッドに供給し、さらにＨＤＣから出力されるライトゲートのタイミングにあわせて記録動作を開始する機能も持たせることが好ましい。これらにより、磁気記憶装置の動作を指示するＭＰＵや情報記録を指示するライトゲートの入力に応じてバイアス記録電流や記録信号を供給する手段とＳＴＯ駆動制御手段の動作タイミング、それらの電流波形と電流値、クリアランス制御電力、及び記録磁極への予備電流、記録電流などを自由に設定できる。また温度センサはＨＤＡ内などに設けられる。
【０１９０】
図には磁気記録媒体が２個、磁気ヘッドスライダが４個の場合を示したが、磁気記録媒体１個に対し磁気ヘッドスライダが１個でも良く、また磁気記録媒体、磁気ヘッドを目的に応じて複数個に適宜増やしても良い。またＨＤＡを含む磁気記憶装置（ＨＤＤ）筐体をＨｅで封入しても良い。
【０１９１】
（磁気記憶装置の調整方法）
実施例１〜５で説明した磁気記録媒体とマイクロ波アシスト磁気記録ヘッドの組み合わせに対し、選別試験に合格したマイクロ波アシスト磁気記録ヘッド４本及び垂直磁気記録媒体２枚を図３０に示した本発明の２．５型もしくは３．５型のＨＤＡもしくは磁気記憶装置に組み込み、サーボトラックライタもしくはセルフサーボライト方式などにより、所定のサーボ情報を記録した。
【０１９２】
上記サーボ情報記録工程では、特定の磁気ヘッドのトラック幅に従い、特定のトラックピッチでサーボトラックが形成される。ところが、本実施例のように磁気記憶装置には記録トラック幅の異なる複数の磁気ヘッドが搭載されており、上記トラックピッチは、異なる記録トラック幅を有するその他の磁気ヘッドに対する最適トラックピッチとは必ずしも一致しない。そこで、磁気記憶装置の製造工程で、それぞれの磁気ヘッドのスクウィーズ特性、隣接トラック干渉ＡＴＩ（Adjacent Track Interference）、遠隔トラック干渉ＦＴＩ（Far Track Interference）、７４７特性などを評価し、最適のデータトラックピッチ（トラックプロファイル）を決定し、前記サーボトラックプロファイルからの変換式を求め、この変換式にしたがって垂直磁気記録媒体データトラックプロファイルを決定する。このデータトラックは、サーボ情報とこの変換式を用いて位置決めされる磁気ヘッドにより、ユーザデータの記録再生が行われるもので、プリアンブル・サーボ部、５１２Ｂもしくは４ｋＢのデータ部、パリティ、ＥＣＣ及びＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）部、及びデータセクタギャップ部で較正される複数のデータセクタから構成される。
【０１９３】
最後に、所定の面記録密度を満たす範囲で、全磁気ヘッドにおいて、全ゾーンでのエラーレートが略均一となるように、磁気ヘッド、ゾーン毎にマージンを融通しあい、磁気記憶装置トータルとして最高のパフォーマンスが得られるように、それぞれのトラック密度、線記録密度プロファイルを決定（アダプティブフォーマット）し、そのパラメータを適宜メモリ部に保管、所定の容量を有する磁気記憶装置とし、各磁気ヘッドに関して装置動作に必要なパラメータの学習を行なった。
【０１９４】
なおＳＴＯの幅を記録トラック幅の２〜３倍として、磁気記録時にはトラックピッチをＳＴＯ幅の１／２〜１／３とし、装置の所定の記録トラック幅で行う事により、いわゆる瓦記録方式の磁気記憶装置とすることもできる。
【０１９５】
（磁気記憶装置の制御）
以下、上記データを用いて磁気記憶装置に記録再生を行う本発明の制御方法について説明する。パソコンなどのホスト、上位システムからの情報の記録や再生の命令に従い、磁気記憶装置のメイン制御装置であるＭＰＵ５１０による制御で、垂直磁気記録媒体５０１が所定の回転数でスピンドルモータ５００により回転する。次いで、所定の情報の記録再生を行なう磁気ヘッドＨkが磁気記録媒体上にロードされ、垂直磁気記録媒体のサーボ情報からの再生信号を用いて媒体上の位置を検出する。その位置信号を基に目標位置までの軌跡を計算し、駆動制御部５２０のＳＰＭ駆動制御部がＶＣＭ５２２を制御し、高剛性ＨＳＡ５０６、磁気ヘッドＨＧＡ５０５を、垂直磁気記録媒体の所定のゾーンＺpにおける所定記録トラック上に高速・高精度に移動（シーク動作）させ、そのトラック位置に磁気ヘッドを追従（フォローイング）させる。そして、そのトラック上の所定のセクタＳjにおいて、ＭＰＵのファームウェアプログラムによって情報の記録再生を以下のように行なう。
【０１９６】
まず情報記録時には、ホストからの記録命令と記録データをホストインタフェース制御部５１７で受け取ると、記録命令をＭＰＵ５１０で解読し、必要に応じて受信した記録データをバッファメモリに格納する。ＲＳチャネルの場合には、ＨＤＣ５１１でＣＲＣ付加、ＲＬＬ符号変換（Run-Length Limited coding）後にＥＣＣ符号を付加し、Ｒ／Ｗチャネル５０９の記録変調系でパリティ付加、記録補償（ライトプリコンペ）などを行い記録データとする。また非ＲＳチャネルの場合には、ＨＤＣでＣＲＣを付加、ＲＬＬ符号変換後にＲ／ＷチャネルでＬＤＰＣが付加され、記録補償などを行ない記録データとする。
【０１９７】
次いで、ＨＤＣから垂直磁気記録媒体上のセクタＳjに磁気ヘッドＨk（５０３）により記録データ５１３を書き込むデータ記録の開始（記録のタイミング）を指示するためのライトゲートが、Ｒ／Ｗチャネル５０９に出力され、ライトゲートの入力に応じて、Ｒ／Ｗチャネル５０９から供給される上記記録データ５１３に対応する記録信号（記録電流）が生成され、通電タイミングを制御されたＳＴＯ駆動信号（駆動電流信号又は駆動電圧信号）とともに記録ヘッド駆動信号がＦＰＣ配線５０７を通じて磁気ヘッドＨkの記録ヘッド部に供給され、垂直磁気記録媒体上の所定のゾーンの記録トラック内のセクタＳjにマイクロ波アシスト法で記録される。ここで、上記工程で求めた、磁気ヘッドＨk、ゾーンＺpにおける、ＴＦＣ投入電力、バイアス記録電流、及びＳＴＯ駆動電流のそれぞれの最適値ＳＰTFC（ｋ，ｍ），ＳＩWB（ｋ，ｍ）、及びＳＩSTO（ｋ，ｍ，ｎ）をメモリ部からヘッド駆動装置のレジスタに保管し、そのデータを用いてマイクロ波アシスト記録ヘッドを以下のように駆動した。
【０１９８】
なお情報再生時には、ホストからの再生命令をホストインタフェース制御部５１７で受け取ると、記録時と同様に選択、位置決め、再生用にクリアランス制御された磁気ヘッドＨk（５０３）により再生信号が読み取られ、Ｒ／Ｗ−ＩＣで増幅され、ＲＳ（Reed Solomon）符号を用いたＲＳチャネル、ＬＤＰＣ符号を用いた非ＲＳチャネルなどのＲ／Ｗチャネル５０９に伝送される。ここでＲＳチャネルの場合には、信号処理による復号化、パリティのデコードなどが行なわれ、次いでＨＤＣで、ＥＣＣによるエラー訂正、ＲＬＬデコード、ＣＲＣによるエラーの有無確認が行なわれる。一方、非ＲＳチャネルの場合には、エラーはＲ／Ｗチャネル内でＬＤＰＣにより訂正され、次いでＨＤＣで、ＲＬＬデコード、ＣＲＣによるエラーの有無確認が行なわれる。最後に、これらの情報はバッファメモリ５２１にバッファリングされ、ホストインタフェース制御部５１７からホストに再生データとして転送される。以上によって本発明の磁気記憶装置とした。
【０１９９】
（効果）
本実施例の磁気記憶装置においては、マイクロ波アシスト記録の効果を生かすことができ、前記のように従来技術では記録できないような高いＨｋの磁気記録媒体に対しても充分な記録再生特性を行う事ができた。さらに連続シークによる信頼性加速評価試験を行い、耐摺動信頼性を評価した所、磁気ヘッドの浮上性、耐摺動信頼性の観点で、従来技術の磁気記憶装置と同等以上の特性を有することも確認できた。
【０２００】
本発明の実施例１〜５の磁気記録媒体、マイクロ波アシスト記録ヘッドを搭載した本実施例の磁気記憶装置においては、実施例１の効果の項で説明した比較例の単一周期の垂直磁気記録媒体に比べ、装置の組立歩留りが５〜１５％も高いことが判明した。また本発明の多元スパッタ法で界面のミクスチャリングを低減した媒体、及び積層単位数の大きな媒体を搭載した場合には、比較例に対して装置組立歩留りが１０〜１５％高く、特に好ましかった。比較例の磁気記録媒体も同様の選別をしたにも関わらずこのように装置の製造歩留りに大きな差がでたのは、磁性人工格子ではＨｋの温度変化が大きく、装置の温度試験時の不合格率が比較例の媒体では高いためであった。
【０２０１】
またＨｅ封入磁気記憶装置においては、消費電力が２０％程度従来の装置に比べて小さく、また本発明の磁気記録媒体の実装密度を高める事で３０％程度の大容量化も図れ、単位容量当たりの消費電力を従来技術の４５％程度削減でき、特に好ましかった。
【０２０２】
さらに本実施例の上記磁気記録媒体を搭載することで、本実施例の磁気記憶装置は、６０℃、９０％ＲＨの高温・高湿環境放置試験においてもエラーレートが劣化せず、高い信頼性を有することが確認された。
【０２０３】
［実施例７］
本実施例では、実施例６の磁気記憶装置において、環境温度調整を行なう方法について説明する。
【０２０４】
（磁気記憶装置の調整方法）
実施例６のパラメータテーブルの値は、初期値として装置内常温（３０℃）での制御値が登録される。ところが実際には、クリアランスは温度変化時の熱膨張によって変化する。さらに、垂直磁気記録の保磁力においては、その温度依存性が２０Ｏｅ／℃程度と大きく、高温では保磁力が低下して記録しやすくなるために、記録再生特性が劣化する。逆に低温では保磁力が高くなるため記録がより困難となる。そこで本実施例では、これらの温度補正を行うようにした。
【０２０５】
すなわち、まず別途組み立てた磁気記憶装置において、予め各温度でクリアランス評価試験、記録再生特性評価試験を行い、単位温度当りの制御値への変換式を実験的に求めた。最後に、このパラメータを磁気記録装置のパラメータテーブルに組み込み、これに従って温度補正を行うようにファームウェアプログラムを組んだ。
【０２０６】
磁気記憶装置の実機動作状態で環境温度が変化した場合には、記録再生時に、装置内に設置された温度センサにより温度Ｔを読み込んで常温との温度差ΔＴを算出し、温度補正値を初期値に加えて温度補正した。すなわち、ＴＦＣ投入電力においては、低温ほど大きく、高温になるほど小さくなるような温度依存性を持たせ、バイアス電流においては、略一定とした。ＳＴＯ駆動電流は、低温ほど大きく、高温になるほど小さくなるような温度依存性を持たせた。なお、機構系の共振も温度特性変化が大きいため、ＮＲＲＯ（Non-repeatable run-out）の影響を抑制するため、温度に応じて特性を変えるサーマルノッチフィルタを同時に導入して適宜学習を行い、より安定な磁気ヘッド位置決め制御系を構成した。
【０２０７】
（効果）
本実施例の温度補正を行う事により、特に低温での記録性能の向上が可能となり、より磁気性能の高い（異方性磁界や保磁力の高い）磁性材料を用いる事ができ、設計の自由度を大きく改善できた。実際、磁性層膜厚を減らすことで、保磁力を１０％程度高くすることができ、平均的なエラーレートを約１桁改善できた。
【０２０８】
また極薄磁性膜を積層する本発明の磁気記録媒体は、磁気特性の温度依存性が従来媒体よりも大きいので、装置レベルで本発明の媒体特性に合わせて温度補償をする事は特に効果的である。本制御法を導入する事により、更に製造バラツキを加味しても、６５℃の高温でＦＴＩ、ＡＴＩなどに対するマージンを確保でき、さらに−５℃でも問題なく記録再生ができることも確認され、−５℃から＋６５℃の広い温度範囲でエラーが全く発生せず、磁気記憶装置の信頼性を確保できている事が確認できた。
【０２０９】
本制御法の導入により、実施例１〜５で説明した磁気ヘッドの歩留まりを８〜１５％、磁気記録媒体の歩留まりを２〜５％高くすることができた。なお、実施例６と同様に、本発明の多元スパッタ法で界面のミクスチャリングを低減した媒体、及び積層単位数の大きな媒体を搭載した場合には、比較例に対して磁気ヘッドの歩留まりが１２〜１５％、媒体歩留りが４〜５％高く、特に好ましかった。
【０２１０】
本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【０２１１】
０２：熱膨張素子部（ＴＦＣ）
１０：再生ヘッド部
１２：センサ素子
２０：記録ヘッド部
２２，１２２：第１の記録磁極
２４，１２４：第２の記録磁極
２６：ＳＴＯ発振制御磁界
４０：高周波発振素子部（ＳＴＯ）
４１：高周波磁界発生層（ＦＧＬ）
４３：スピン注入層
４５：高周波磁界
５０：スライダ
１００：ヘッド走行方向
１３０：磁気記録媒体
１３３：第１の磁性層
１３９：第２の磁性層
１３４：第３の磁性層
５００：スピンドルモータ
５０５：ＨＧＡ（Head Gimbal Assembly）
５０６：ＨＳＡ（Head Stack Assembly）
５２２：ＶＣＭ（Voice Coil Motor）
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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