(57)【要約】【課題】製造が容易で安価な原料からなる微細な磁性材料等を提供する。【解決手段】基板１１上に酸化マグネシウムからなるシード層１２を形成し、シード層１２上にスピネルフェライトからなる磁性層１３を形成し、磁性層１３上に保護層１４を形成する。保護層１４上に設けたマスクを介して窒素イオン又はリンイオンを照射し、マスクで遮蔽された遮蔽領域以外の領域の磁性層１３にイオンを注入することで、遮蔽領域以外の領域の磁性層１３の飽和磁化を低下させて低磁性部１３２を生成し、遮蔽領域に存しスピネルフェライトの磁化特性を保持した磁性層１３を磁性部１３１として形成する。【選択図】図１
2014089786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピネルフェライトからなる磁性部と、
前記スピネルフェライトからなる磁性膜にイオンを注入することにより前記磁性膜の飽和磁化を低下させた、前記磁性部に隣接する低磁性部と、
を有することを特徴とする磁性材料。
【請求項２】
前記イオンは、窒素イオン又はリンイオンである、
ことを特徴とする請求項１に記載の磁性材料。
【請求項３】
前記磁性部は、前記イオンを注入する際に、前記磁性膜上に設けたマスクにより前記イオンの注入を遮蔽する遮蔽領域内の磁性膜からなる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁性材料。
【請求項４】
前記スピネルフェライトの単結晶の格子定数の１／ｎ（ｎは自然数）より大きく、且つ、前記スピネルフェライトの００１結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶からなるシード層を更に有し、
前記磁性膜は、前記シード層の００１結晶面上に成膜される、前記スピネルフェライトの単結晶膜又は高配向膜からなる、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁性材料。
【請求項５】
前記シード層は、酸化マグネシウム又は窒化チタンを含む、
ことを特徴とする請求項４に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項６】
前記スピネルフェライトの単結晶膜又は高配向膜は、四酸化三鉄又はマグヘマイトの単結晶膜又は高配向膜である、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の磁性材料。
【請求項７】
前記スピネルフェライトの単結晶膜又は高配向膜は、コバルトフェライトの単結晶膜又は高配向膜である、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の磁性材料。
【請求項８】
前記磁性部は、前記磁性膜の膜厚方向を高さ方向とする筒形状を有しており、前記磁性膜が延在する方向に規則的に複数配列されている、
ことを特徴とする請求項７に記載の磁性材料。
【請求項９】
コバルトフェライトからなる磁性部と、
前記コバルトフェライトからなる磁性膜にイオンを注入することにより前記磁性膜の飽和磁化を低下させた、前記磁性部に隣接する低磁性部と、からなる垂直磁気記録層を有し、
前記磁性部と前記低磁性部は、前記コバルトフェライトの単結晶膜又は高配向膜である前記磁性膜から生成され、
前記磁性部は、前記磁性膜の膜厚方向を高さ方向とする筒形状を有しており、前記磁性膜が延在する方向に規則的に複数配列されている、
ことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項１０】
前記イオンは、窒素イオン又はリンイオンである、
ことを特徴とする請求項９に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項１１】
前記磁性部は、前記イオンを注入する際に、前記磁性膜上に設けたマスクにより前記イオンの注入を遮蔽する遮蔽領域内の磁性膜からなる、
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体と、前記垂直磁気記録媒体に対して情報の記録又は再生を行うヘッドと、を備えた磁気記憶装置。
【請求項１３】
シード層にスピネルフェライトの単結晶膜又は高配向膜を成膜して前記スピネルフェライトからなる磁性膜を形成する磁性膜形成ステップと、
前記磁性膜に対して、所定の領域以外の領域にイオンを注入することにより、前記所定の領域以外の領域の前記磁性膜の飽和磁化を低下させるイオン注入ステップと、
を有することを特徴とする磁性材料製造方法。
【請求項１４】
前記イオン注入ステップで注入する前記イオンは、窒素イオン又はリンイオンである、
ことを特徴とする請求項１３に記載の磁性材料製造方法。
【請求項１５】
前記磁性膜形成ステップで形成した磁性膜上に、前記所定の領域へのイオンの注入を遮蔽するマスクを形成するマスク形成ステップを更に有し、
前記イオン注入ステップは、前記マスクが形成された前記磁性膜の上方からイオンを照射することで、前記マスクで遮蔽された前記所定の領域以外の領域にイオンを注入する、
ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の磁性材料製造方法。
【請求項１６】
前記シード層は、前記スピネルフェライトの単結晶の格子定数の１／ｎ（ｎは自然数）より大きく、且つ、前記スピネルフェライトの００１結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶からなり、
前記磁性膜形成ステップは、前記シード層の００１結晶面上に前記磁性膜を成膜する、
ことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の磁気材料製造方法。
【請求項１７】
前記シード層は、酸化マグネシウム又は窒化チタンを含む、
ことを特徴とする請求項１６に記載の磁性材料製造方法。
【請求項１８】
前記スピネルフェライトは、四酸化三鉄又はマグヘマイトである、
ことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の磁性材料製造方法。
【請求項１９】
前記スピネルフェライトは、コバルトフェライトである、
ことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の磁性材料製造方法。
【請求項２０】
前記磁性膜のうち、前記イオン注入ステップでイオンが注入されない前記所定の領域内の磁性部は、前記磁性膜の膜厚方向を高さ方向とする筒形状を有しており、前記磁性膜が延在する方向に規則的に複数配列されている、
ことを特徴とする請求項１９に記載の磁性材料製造方法。
【請求項２１】
前記磁性膜形成ステップは、前記シードの００１結晶面に対して、酸素系ガスを反応性ガスとし鉄をターゲット金属とした反応性スパッタリングを行って、前記四酸化三鉄又はマグヘマイトの単結晶膜又は高配向膜を成膜することにより形成する、
ことを特徴とする請求項１８に記載の磁気材料製造方法。
【請求項２２】
前記磁性膜形成ステップは、前記シードの００１結晶面に対して、酸素を反応性ガスとし鉄コバルト合金をターゲット金属とした反応性スパッタリングを行って、前記コバルトフェライトの単結晶膜又は高配向膜を成膜することにより形成する、
ことを特徴とする請求項１９又は２０に記載の磁気材料製造方法。
【請求項２３】
前記反応性スパッタリングは、前記スピネルフェライトの００１結晶面に対して対向する位置に前記ターゲット金属を配置したプラナー型の、高周波マグネトロンスパッタリング又はＤＣパルスマグネトロンスパッタリングである、
ことを特徴とする請求項２１又は２２に記載の磁気材料製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性材料、垂直磁気記録媒体、磁気記憶装置及び磁性材料製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気制御技術や情報記録技術の発達に伴い、磁性材料についての研究が多く為されている。磁性材料としては、安定な原料供給が可能で、コスト面で有利な材料が望まれている。
【０００３】
数多くの磁性材料のうちスピネルフェライトは、安価であり、構成成分により軟磁性材料、硬磁性材料、磁気抵抗材料等に使い分けることが可能な材料として近年注目されている。
【０００４】
本出願の発明者らは、垂直磁気記録層にコバルトフェライト（ＣｏＦｅ２Ｏ４）を使用した垂直磁気記録媒体や、軟磁性裏打ち層に四酸化三鉄やマグヘマイトを使用した垂直記録媒体等を提案した（特許文献１）。
【０００５】
一方で、電気回路の集積化、記録媒体の記録密度向上の要請から磁性材料を微細化する技術も研究されている（例えば、特許文献２、３）。
【０００６】
特許文献２、３では、磁性膜にイオンを注入して局所的に磁気特性を変化させることで、磁性材料を分離させて微細化する加工方法（イオンドーピング方式）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−０６０３４６号公報
【特許文献２】特開２００６−３０９８４１号公報
【特許文献３】特開２０１０−１２３１８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２、３に記載の技術は、鉄白金（ＦｅＰｔ）やコバルトクロム白金（ＣｏＣｒＰｔ）等の高価で希少な材料に対してイオンを注入して磁性材料を微細化する技術であるため、より安価な材料を微細化する技術が望まれていた。
【０００９】
スピネルフェライトは主成分が鉄であるため、安価で安定した原料供給が可能な磁性材料であるが、スピネルフェライトからなる微細の磁性材料は実現していなかった。
【００１０】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、製造が容易で安価な原料からなる微細な磁性材料等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る磁性材料は、
スピネルフェライトからなる磁性部と、
前記スピネルフェライトからなる磁性膜にイオンを注入することにより前記磁性膜の飽和磁化を低下させた、前記磁性部に隣接する低磁性部と、
を有することを特徴とする。
【００１２】
前記イオンは、窒素イオン又はリンイオンであってもよい。
【００１３】
前記磁性部は、前記イオンを注入する際に、前記磁性膜上に設けたマスクにより前記イオンの注入を遮蔽する遮蔽領域内の磁性膜からなるようにしてもよい。
【００１４】
前記スピネルフェライトの単結晶の格子定数の１／ｎ（ｎは自然数）より大きく、且つ、前記スピネルフェライトの００１結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶からなるシード層を更に有し、
前記磁性膜は、前記シード層の００１結晶面上に成膜される、前記スピネルフェライトの単結晶膜又は高配向膜からなるようにしてもよい。
【００１５】
前記シード層は、酸化マグネシウム又は窒化チタンを含むようにしてもよい。
【００１６】
前記スピネルフェライトの単結晶膜又は高配向膜は、四酸化三鉄又はマグヘマイトの単結晶膜又は高配向膜であってもよい。
【００１７】
前記スピネルフェライトの単結晶膜又は高配向膜は、コバルトフェライトの単結晶膜又は高配向膜であってもよい。
【００１８】
前記磁性部は、前記磁性膜の膜厚方向を高さ方向とする筒形状を有しており、前記磁性膜が延在する方向に規則的に複数配列されていてもよい。
【００１９】
また、本発明の第２の観点に係る垂直磁気記録媒体は、
コバルトフェライトからなる磁性部と、
前記コバルトフェライトからなる磁性膜にイオンを注入することにより前記磁性膜の飽和磁化を低下させた、前記磁性部に隣接する低磁性部と、からなる垂直磁気記録層を有し、
前記磁性部と前記低磁性部は、前記コバルトフェライトの単結晶膜又は高配向膜である前記磁性膜から生成され、
前記磁性部は、前記磁性膜の膜厚方向を高さ方向とする筒形状を有しており、前記磁性膜が延在する方向に規則的に複数配列されている、
ことを特徴とする。
【００２０】
前記イオンは、窒素イオン又はリンイオンであってもよい。
【００２１】
前記磁性部は、前記イオンを注入する際に、前記磁性膜上に設けたマスクにより前記イオンの注入を遮蔽する遮蔽領域内の磁性膜からなるようにしてもよい。
【００２２】
また、本発明の第３の観点に係る磁気記憶装置は、
第２の観点に係る記載の垂直磁気記録媒体と、前記垂直磁気記録媒体に対して情報の記録又は再生を行うヘッドと、を備えた
ことを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の第４の観点に係る磁性材料製造方法は、
シード層にスピネルフェライトの単結晶膜又は高配向膜を成膜して前記スピネルフェライトからなる磁性膜を形成する磁性膜形成ステップと、
前記磁性膜に対して、所定の領域以外の領域にイオンを注入することにより、前記所定の領域以外の領域の前記磁性膜の飽和磁化を低下させるイオン注入ステップと、
を有することを特徴とする。
【００２４】
前記イオン注入ステップで注入する前記イオンは、窒素イオン又はリンイオンであってもよい。
【００２５】
前記磁性膜形成ステップで形成した磁性膜上に、前記所定の領域へのイオンの注入を遮蔽するマスクを形成するマスク形成ステップを更に有し、
前記イオン注入ステップは、前記マスクが形成された前記磁性膜の上方からイオンを照射することで、前記マスクで遮蔽された前記所定の領域以外の領域にイオンを注入するようにしてもよい。
【００２６】
前記シード層は、前記スピネルフェライトの単結晶の格子定数の１／ｎ（ｎは自然数）より大きく、且つ、前記スピネルフェライトの００１結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶からなり、
前記磁性膜形成ステップは、前記シード層の００１結晶面上に前記磁性膜を成膜するようにしてもよい。
【００２７】
前記シード層は、酸化マグネシウム又は窒化チタンを含むようにしてもよい。
【００２８】
前記スピネルフェライトは、四酸化三鉄又はマグヘマイトであってもよい。
【００２９】
前記スピネルフェライトは、コバルトフェライトであってもよい。
【００３０】
前記磁性膜のうち、前記イオン注入ステップでイオンが注入されない前記所定の領域内の磁性部は、前記磁性膜の膜厚方向を高さ方向とする筒形状を有しており、前記磁性膜が延在する方向に規則的に複数配列されているようにしてもよい。
【００３１】
前記磁性膜形成ステップは、前記シードの００１結晶面に対して、酸素系ガスを反応性ガスとし鉄をターゲット金属とした反応性スパッタリングを行って、前記四酸化三鉄又はマグヘマイトの単結晶膜又は高配向膜を成膜することにより形成するようにしてもよい。
【００３２】
前記磁性膜形成ステップは、前記シードの００１結晶面に対して、酸素を反応性ガスとし鉄コバルト合金をターゲット金属とした反応性スパッタリングを行って、前記コバルトフェライトの単結晶膜又は高配向膜を成膜することにより形成するようにしてもよい。
【００３３】
前記反応性スパッタリングは、前記スピネルフェライトの００１結晶面に対して対向する位置に前記ターゲット金属を配置したプラナー型の、高周波マグネトロンスパッタリング又はＤＣパルスマグネトロンスパッタリングであってもよい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、安価な原料からなる微細な磁性材料等を容易に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施の形態１に係る磁性材料の構成を示す図である。
【図２】スピネルフェライトの結晶構造を説明するための図である。
【図３】スピネルフェライトの成膜工程を説明するための図である。
【図４】イオン注入工程を説明するための図である。
【図５】イオン注入した後の磁化曲線を示した図である。
【図６】飽和磁化のイオン注入量依存性を示した図である。
【図７】実施の形態２に係る垂直磁気記録媒体の断面図である。
【図８】実施の形態に係る磁気記憶装置の外観図である。
【図９】実施の形態３に係る垂直磁気記録媒体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について図１乃至６を参照して詳細に説明する。
【００３７】
本実施の形態に係る磁性材料１０は、図１に示すように、基板１１、シード層１２、磁性層１３、保護層１４から構成される。
【００３８】
基板１１は、非磁性物質から構成され、例えば、ガラス基板、シリコン基板等から構成される。
【００３９】
保護層１４は、磁性層１３の表面を外力から保護すると共に、後述するイオン注入の際、磁性層１３を構成する原子が弾き飛ばされないように保護するための層である。例えば、ダイヤモンドライクカーボンから構成される。
【００４０】
シード層１２は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の単結晶膜又は高配向膜から構成され、シード層１２の磁性層１３側の境界面に、酸化マグネシウムの００１結晶面が配向している。酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の単結晶のユニットセルサイズは、約０．４２４ｎｍである。
【００４１】
磁性層１３は、スピネルフェライトの単結晶膜又は高配向膜から生成される。スピネルフェライトは例えば、コバルトフェライト（ＣｏＸＦｅ３−ＸＯ４）、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）、マグヘマイト（γ−Ｆｅ２Ｏ３）、マンガンフェライト（ＭｎＦｅ２Ｏ４）、ニッケルフェライト（ＮｉＦｅ２Ｏ４）である。本実施の形態では、コバルトフェライト、四酸化三鉄、マグヘマイトから生成される場合について詳細に説明する。
【００４２】
ここで、シード層１２、磁性層１３を構成する高配向膜とは、結晶軸の配向性が高く、シード層１２、磁性層１３の機能上、単結晶膜と同等の性能を有する結晶膜である。
【００４３】
図２は、四酸化三鉄のイオン結晶を模式的に示す図である。４配位のサイトＡと６配位のサイトＢに鉄原子が入った構造が３次元的に隣接し、ユニットセルサイズ０．８３８ｎｍの単位格子を形成している。絶対温度１２０Ｋ付近で金属絶縁物転移（Ｖｅｒｗｅｙ転移）が見られる物質である。
【００４４】
また、四酸化三鉄は、軟磁性物質として知られており、例えば、垂直磁気記録媒体の軟磁性裏打ち層等を構成する材料として使用される。また、四酸化三鉄は磁気抵抗効果を有するため、センサ等の用途で使用される。
【００４５】
マグヘマイトは図２に示すようなイオン結晶構造のＢサイトの酸素原子が作る８面体の中心部に配位する鉄原子の位置から１／３の鉄原子が抜けた構造であると考えられる。その結晶構造は、ユニットセルサイズ０．８３８ｎｍの立方晶である四酸化三鉄の３倍の単位胞を持つ正方晶系の構造となっている。
【００４６】
四酸化三鉄とマグヘマイトは、００１面における格子定数が酸化マグネシウムの格子定数の約２倍であるため、酸化マグネシウムの００１結晶面に、安定して単結晶膜状又は高配向膜状に結晶成長させることができる。
【００４７】
コバルトフェライトは、図２に示すような四酸化三鉄と同様のイオン結晶構造を有している。四酸化三鉄との違いは、４配位のサイトＡと６配位のサイトＢに、鉄原子とコバルト原子が所定の割合で入っている点である。ユニットセルサイズは約０．８３８ｎｍである。コバルト原子数と鉄原子数の比はＸ：（３−Ｘ）である。
【００４８】
コバルトフェライトは、磁気異方性が大きく、高保磁力を有する材料として知られている。
【００４９】
シード層１２を構成する酸化マグネシウムの００１結晶面上にコバルトフェライトの単結晶膜又は高配向膜を成膜することにより、磁性層１３の表面に、コバルトフェライトの００１結晶面を配向させることができる。これにより、磁性層１３の表面に垂直な方向に、コバルトフェライトが磁気異方性を有する構成となる。このため、例えば、垂直磁気記録媒体の垂直磁気記録層を構成する材料として使用される。
【００５０】
ここで、コバルトフェライト（ＣｏＸＦｅ３−ＸＯ４）のＸの値は、３未満の任意の数であるが、要求される垂直磁気異方性の大きさに合わせて最適化される。
【００５１】
ここで、立方晶である、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の単結晶のユニットセルサイズは、約０．４２４ｎｍであり、コバルトフェライトの単結晶のユニットセルサイズの１／２より大きく、格子不整合度が、約−１％となる。ここで、格子不整合度ｆは、以下の式で定義される。以下の（１）式において、ａはシード層１２の材料の格子定数、ｂは磁性層１３の格子定数、ｎは任意の自然数である。なお、本実施の形態では、コバルトフェライトの格子定数が酸化マグネシウムの格子定数の約２倍であることから、ｎは２となる。
【００５２】
ｆ＝（ｂ−ｎ・ａ）／（ｎ・ａ）                                  （１）
【００５３】
つまり、酸化マグネシウムの格子定数がコバルトフェライトの格子定数の１／２よりもわずかに大きいために、酸化マグネシウムとコバルトフェライトとの界面でコバルトフェライトの膜面内に引っ張り応力が働き、コバルトフェライトの磁気弾性効果により垂直磁気異方性が現れる。また、結晶不整合度が十分小さいため、酸化マグネシウムの００１結晶面に、コバルトフェライトの単結晶膜又は高配向膜を安定して結晶成長させることができる。
【００５４】
磁性層１３は、以上のようなスピネルフェライトの結晶膜から生成され、スピネルフェライトの飽和磁化等の磁化特性を保持した磁性部１３１と、飽和磁化を低下させた低磁性部１３２からなる。磁性部１３１と低磁性部１３２は互いに隣接し、磁性層１３の表面が平坦となるように、磁性部１３１と低磁性部１３２の厚み（磁性層１３の表面に垂直な方向における長さ）は同じである。
【００５５】
図１において、磁性部１３１は、磁性層１３の表面の延在方向において均等間隔で配列された円を底面とし、層の厚さ方向を高さ方向とする直柱体である。磁性層１３のうち、磁性部１３１以外の部分が低磁性部１３２を構成する。
【００５６】
次に、磁性材料１０の製造方法について説明する。
【００５７】
まず、基板１１上に酸化マグネシウムを蒸着法又はスパッタリング法等を用いて、多結晶又はアモルファス状態で堆積させ、その後、アニール処理等を行って酸化マグネシウムの００１結晶面をシード層１２の表面に配向させることにより、シード層１２を形成する。
【００５８】
次に、酸化マグネシウムの００１結晶面にスピネルフェライトの単結晶膜又は高配向膜を成膜するが、本実施の形態では、図３に示すようなスパッタリング装置２０を使用したスパッタリングにより成膜する。
【００５９】
スパッタリング装置２０は、例えば、ヘリコン波によりプラズマを起こして高周波マグネトロンスパッタリングを行うことができる装置であり、チャンバー２１内に試料台２２、磁石２３、高周波電源２４を備える。また、チャンバー２１内に酸素系ガスを導入するための酸素系ガス発生装置２５、可変リークバルブ２６、ノズル２７を更に備える。
【００６０】
試料台２２には、基板１１、シード層１２が積層されたものが設置される。磁石２３に沿ってターゲット金属２８が設置されるが、ターゲット金属２８は、試料台２１に対向するように配置される。つまりスパッタリングによる結晶成長の方向に対して垂直の方向にターゲット金属２８を配置するプラナー方式を採用している。プラナー方式は、成膜速度が速いため量産化に適している。
【００６１】
ターゲット金属２８の種類は、成膜するスピネルフェライトの種類により異なる。また、酸素系ガス発生装置２５から導入される酸素系ガスは例えば純酸素ガスである。
【００６２】
四酸化三鉄とマグヘマイトを生成する場合には、ターゲット金属２８は鉄である。四酸化三鉄とマグヘマイトのいずれを成膜するかは、純酸素ガスの導入量で決まる。四酸化三鉄よりもマグヘマイト生成時の方が純酸素ガスの導入量が多い。
【００６３】
コバルトフェライトを成膜する場合には、ターゲット金属２８をコバルト鉄合金とする。ここで、生成するコバルトフェライトのコバルトと鉄の組成比がＸ：（３−Ｘ）となるように、合金組成比を調整している。
【００６４】
チャンバー２１内には、アルゴンガスが導入されており、高周波電源２４による電圧印加でアルゴンガスがプラズマ状態となり、アルゴンイオンがターゲット金属２８に衝突し、鉄原子やコバルト原子が試料側に飛ばされ、酸化マグネシウムの００１結晶面に堆積する。この時、ノズル２７より導入される酸素が反応性ガスとして基板上で反応されるため、スピネルフェライトの単結晶膜又は高配向膜が酸化マグネシウムの００１結晶面上に成膜される。すなわち、ここでのスパッタリング法は、酸素を反応性ガスとした反応性スパッタリング法である。
【００６５】
ここで、チャンバー２１内に酸素系ガスを導入することにより、ターゲット金属２８の表面が酸化することとなるが、ターゲット金属２８に高周波電圧をかけているために、ターゲット金属２８の表面にアルゴンイオンや電子が停滞するのを防ぐことができ、効率的にスパッタリングを行うことができる。
【００６６】
このようなスパッタリングを、スピネルフェライトが所定の膜厚になるまで継続し、磁性層１３を形成する。ここでは、５ｎｍ以上１０ｎｍ未満の磁性層１３を形成する。磁性層１３の膜厚を１０ｎｍ未満としたのは、次のイオンを注入する工程において、約１０ｎｍを境に膜厚が薄くなるにつれ、イオン注入による飽和磁化の低減効果が、急激に大きくなることによる。
【００６７】
形成した磁性層１３の上に保護層１４を形成する。保護層１４は、蒸着法又はスパッタリング法等を用いて、ダイヤモンドライクカーボンを成膜することにより形成する。
【００６８】
このようにして形成した磁性層１３のスピネルフェライトに対して、保護層１４の上からイオンを注入することにより、低磁性部１３２を生成する。イオン注入する工程について、図４を用いて詳細に説明する。
【００６９】
図４（ａ）は、イオン照射前の磁性材料１０を示しており、基板１１、シード層１２、磁性層１３、保護層１４の順に積層されている。
【００７０】
この磁性材料１０に対して、図４（ｂ）に示すように、保護層１４上に紫外線硬化樹脂からなるレジスト１５を塗布し、そのレジスト１５に、予め決められた位置に円形の穴が空いたモールド１６を載せる。これにより、レジスト１５が円形の穴に入って、レジスト１５の厚い部分と薄い部分ができる。その状態でモールド１６の上方から紫外線を照射することで、レジスト１５を硬化する。レジスト１５が硬化した後にモールド１６を除去する。
【００７１】
次にレジスト１５の上方から、図４（ｃ）に示すように、イオンを照射する。イオンは、例えば、窒素イオン又はリンイオンである。イオンが照射されるとき、レジスト１５の厚い部分はイオンの進入をレジスト１５が遮る。一方、レジスト１５の薄い部分は、イオンがレジスト１５を透過して磁性層１３に注入される。つまり、レジスト１５は、イオンの透過を一部分だけ許容するマスクとして機能する。レジスト１５の厚い部分がイオンの注入を遮蔽する、マスクの遮蔽領域と言える。
【００７２】
磁性層１３のうち、イオンが注入された部分は、イオンがスピネルフェライトの結晶に入り込むことにより、飽和磁化が低下する。図４（ｄ）の磁性層１３のうち、イオンが注入されずに飽和磁化が保持された部分が磁性部１３１となり、飽和磁化が低下した部分が低磁性部１３２となる。この飽和磁化の低下は、スピネルフェライトの結晶格子間にイオンが侵入することで、結晶格子に歪みが生じることによりキュリー温度が低下し、その結果として、室温での飽和磁化を低下させることができていると推察される。ここで、実際に様々なイオンの注入を試行した結果、スピネルフェライト結晶格子間にイオンを侵入させて歪みを生じさせるのに効果的なイオンは窒素イオンやリンイオンであった。
【００７３】
その後、図４（ｅ）に示すようにレジスト１５を除去する。
【００７４】
レジスト１５によるマスク形成は、ナノインプリントプロセス等の周知の工程に寄るものであり、精度の良い微小なマスクを形成することができる。また、イオン照射も磁性層１３の表面に対して垂直の方向に高い指向性で為される。これにより、微細な磁性部１３１を有する磁性材料１０を製造することができる。
【００７５】
図１に示すような規則的に配列された円筒状の磁性部１３１を有する磁性材料１０は、磁性層１３をコバルトフェライトで構成した場合、各円筒状の磁性部１３１が１ビットの情報を記憶する、ビットパターン型の垂直磁気記録媒体用の磁性材料になりうる。
【００７６】
一方、磁性材料１０の磁性層１３を四酸化三鉄で構成した場合、微細で任意の形状の磁性部１３１を形成することにより、超小型で任意の形状のセンサを構成することができる。
【００７７】
磁性層１３にイオン注入した低磁性部１３２の磁化特性を評価した結果を図５、６に示す。
【００７８】
図５は、四酸化三鉄からなる磁性層１３に窒素イオンを注入した場合の、振動試料型磁力計による磁化曲線を示したものである。横軸が印加する磁場Ｈであり、縦軸が磁化Ｍである。シード層１２は酸化マグネシウムから構成され、厚さは３ｎｍであり、磁性層１３は四酸化三鉄からなり、厚さは１３ｎｍであり、保護層１４はダイヤモンドライクカーボンから構成され、厚さは１１ｎｍである。
【００７９】
また、イオンを注入するための加速電圧は６ｋＶである。イオン注入量は、０、２、４、６×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２と変化させて測定した。
【００８０】
図５に示すように、イオンの注入量の増大とともに磁化Ｍは減少し、６×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２のイオン注入量で磁化はほぼ消滅した。
【００８１】
図６は、飽和磁化のイオン注入量依存性を示したものである。飽和磁化は図５から見積もった値であり、イオンの注入を行っていない試料の飽和磁化Ｍ０で規格化した値である。図６は加速電圧が６ｋＶのときの結果を示している。なお、加速電圧が８、１０ｋＶの時の磁化の減少量も、６ｋＶの時とほぼ同等であった。イオン注入量が増大するにつれて、飽和磁化は減少し、６×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２でほぼ消滅している。
【００８２】
以上の結果から、磁性層１３の四酸化三鉄に窒素イオンを注入することで、飽和磁化が低下し、ほぼ非磁性化することが確認できた。
【００８３】
以上説明したように、本実施の形態においては、シード層１２上に成膜されたスピネルフェライトからなる磁性層１３にマスクを介して窒素イオン又はリンイオンを照射し、マスクで遮蔽された遮蔽領域以外にイオンが注入されることで、遮蔽領域以外の飽和磁化を低下させて低磁性部１３２を生成し、遮蔽領域に存する磁性部１３１を形成することとした。これにより、安価な原料からなるスピネルフェライトの磁性膜を用いて、微細な磁性材料を容易に製造することができる。
【００８４】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について図７、８を参照して詳細に説明する。
【００８５】
本実施の形態に係る垂直磁気記録媒体３０は、図７に示すように、基板３１、軟磁性層３２、シード層３３、垂直磁気記録層３４、保護層３５から構成される。
【００８６】
基板３１とシード層３３と保護層３５の構成、成膜方法は、実施の形態１と同様である。軟磁性層３２は、保磁力が小さく透磁率が大きい物質から構成され、例えば、鉄等から構成される。軟磁性層３２の鉄膜を基板３１上に成膜する方法は、周知の蒸着法又はスパッタリング法等でよい。
【００８７】
垂直磁気記録層３４は、図１の磁性層１３に対応するものであり、コバルトフェライトの磁性膜から生成される層であり、規則的に配列された円筒状の磁性部３４１と、その間に存する低磁性部３４２から構成される。磁性部３４１、低磁性部３４２の生成方法は実施の形態１の磁性部１３１、低磁性部１３２の生成方法と同様である。
【００８８】
垂直磁気記録層３４は、円筒状の磁性部３４１の一つ一つが１ビットの情報を記憶する、ビットパターン型の記録層を構成しており、外部から印加された磁場により、各磁性部３４１（各ビット）の磁化の向きが回転する。
【００８９】
垂直磁気記録媒体３０に磁気情報を書き込む際には、図７に示すように、記録再生ヘッド５０の書き込み用ヘッド５１に電流を流すことにより、書き込み用ヘッド５１のメインポール５１１から出た磁力線が、保護層３５、垂直磁気記録層３４の磁性部３４１、シード層３３を突き抜け、軟磁性層３２を通過した後に、シード層３３、垂直磁気記録層３４の磁性部３４１、保護層３５を突き抜けて、書き込み用ヘッド５１のリターンポール５１２に戻ってくる。このとき、メインポール５１１から出た直後の磁力線の磁束密度は高く、リターンポール５１２に戻る直前の磁力線の磁束密度は低いため、メインポール５１１の下の磁性部３４１で磁化反転が起こり、磁気記録される。
【００９０】
垂直磁気記録媒体３０に記録された磁気情報を読み取る際には、読み取り用ヘッド５２で垂直磁気記録層３４の各記録ビットに対応する磁性部３４１における磁束の検出を行う。
【００９１】
以上の手順で製造した垂直磁気記録媒体３０は、例えば、図８に示すような磁気記憶装置７０に組み込まれる。磁気記憶装置７０は、垂直磁気記録媒体３０、記録再生ヘッド５０、ハウジング７３、ハブ７５、サスペンション７８、アーム７９を備える。垂直磁気記録媒体３０は、モータ等により回転するハブ７５に取り付けられている。
【００９２】
記録再生ヘッド５０は、ＭＲヘッドや、ＧＭＲヘッド等の読み取り用ヘッド５２と、インダクティブヘッド等の書き込み用ヘッド５１からなる複合型の記録再生ヘッドである。記録再生ヘッド５０は、アーム７９の先端にサスペンション７８を介して取り付けられている。垂直磁気記録媒体３０は、複数の枚数を適宜隔ててハブ７５に接続してもよく、それぞれの垂直磁気記憶媒体３０ごとに記録再生ヘッド５０、サスペンション７８、アーム７９を設けてもよい。
【００９３】
以上説明したように、本実施の形態においては、垂直磁気記録媒体３０の垂直磁気記録層３４に、イオンを注入することにより、規則的に配列された磁性部３４１と、その間に存する低磁性部３４２とを生成することとした。これにより、各磁性部３４１を１ビットの記録用に用いることができ、各磁性部３４１が互いに分離されているために隣接する磁性部３４１間の磁気的相互作用が小さくなり、干渉を抑制することができる。
【００９４】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について図９を参照して詳細に説明する。
【００９５】
本実施の形態に係る垂直磁気記録媒体４０は、図９に示すように、基板４１、軟磁性裏打ち層４２、シード層４３、垂直磁気記録層４４から構成される。軟磁性裏打ち層４２は、第１軟磁性層４２１、非磁性層４２２、第２軟磁性層４２３から構成される。
【００９６】
非磁性層４２２は反強磁性層間結合層として機能し、垂直磁気記録層４４への記録により発生した第２軟磁性層４２３の残留磁化を、第１軟磁性層４２１の反平行磁化と結合させる。この反強磁性層間結合により、巨視的な磁束を相殺して読み取り用ヘッド５２への到達を防ぎ、記録磁化の読み取り時のスパイクノイズを抑制することができる。
【００９７】
ここで、第１軟磁性層４２１はスピネル型又は逆スピネル型のイオン結晶構造をもつ酸化物層であり、例えば、マグヘマイト（γ−Ｆｅ２Ｏ３）又は四酸化三鉄（Ｆｅ５Ｏ４）から構成される。非磁性層４２２は、絶縁物層であり、例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）から構成される。第２軟磁性層４２３は金属層であり、例えば、鉄（Ｆｅ）から構成される。これらの層は、従来のルテニウムや白金等の希少材料を使用せず、安価な材料から構成されるため、垂直磁気記録媒体４０の低コスト化に寄与することができる。
【００９８】
本実施の形態に係る垂直磁気記録媒体４０の製造方法について説明する。
【００９９】
まず、第１軟磁性層４２１の酸化物膜を基板４１上に生成する。第１軟磁性層４２１を四酸化三鉄（Ｆｅ５Ｏ４）で構成する場合には、純酸素ガスを反応性ガスとした鉄の反応性蒸着又は反応性スパッタリングにより成膜する。一方、第１軟磁性層４２１をマグヘマイト（γ−Ｆｅ２Ｏ３）で構成する場合には、純オゾンガスを反応性ガスとした鉄の反応性蒸着、又は、純酸素ガスを反応性ガスとした反応性スパッタリングにより成膜する。なお、反応性スパッタリングによりマグヘマイトを成膜する場合の純酸素ガスの導入量は、四酸化三鉄を成膜する場合より多い。
【０１００】
その後、酸化マグネシウム、鉄を順に成膜する。酸化マグネシウム、鉄の成膜方法は、周知の蒸着方法又はスパッタリング方法等である。
【０１０１】
その後、酸化マグネシウムからなるシード層４３を生成する。具体的には、蒸着法又はスパッタリング法により酸化マグネシウムを多結晶又はアモルファス状態で堆積させ、その後、アニール処理を行って酸化マグネシウムの００１結晶面をシード層４３表面に配向させる。
【０１０２】
シード層４３の酸化マグネシウムの００１結晶面にコバルトフェライトの単結晶膜又は高配向膜を成膜して垂直磁気記録層４４を積層するが、コバルトフェライトの成膜方法は実施の形態１と同様である。その後保護層４５を積層する。保護層４５の構成と成膜方法は実施の形態１と同様である。
【０１０３】
垂直磁気記録層４４は、図１の磁性層１３に対応するものであり、コバルトフェライトからなる磁性膜の一部に、保護層４５を介してイオン注入して、規則的に配列された円筒形状の磁性部４４１と、その間に存する低磁性部４４２を生成する。磁性部４４１、低磁性部４４２の生成方法は実施の形態１の磁性部１３１、低磁性部１３２の生成方法と同様である。
【０１０４】
以上の手順で製造した垂直磁気記録媒体４０は、例えば、図８に示すような磁気記憶装置７０に組み込まれる。
【０１０５】
以上説明したように、本実施の形態においては、スピネル型又は逆スピネル型酸化物膜からなる第１軟磁性層４２１と絶縁物からなる非磁性層４２２と金属膜からなる第２軟磁性層４２３を順に積層した軟磁性裏打ち層４２の上に、酸化マグネシウムから構成されるシード層４３と、コバルトフェライトから構成される垂直磁気記録層４４を積層して、垂直磁気記録層４４の一部にイオン注入して規則的に配列された磁性部４４１とその間に存する低磁性部４４２とを生成することとした。これにより、安価な材料から構成される垂直磁気記録媒体４０において、各磁性部４４１の記録ビット間の干渉を抑制できると共に、記録磁化の読み取り時のスパイクノイズを抑制することができる。
【０１０６】
このように本発明は、スピネルフェライトからなる磁性膜の一部にイオンを注入することにより磁性膜の飽和磁化を低下させた低磁性部を生成し、イオンが注入されずスピネルフェライトの磁化特性を保持した部分を磁性部として形成することとしたため、安価な原料からなる微細な磁性材料等を容易に製造することが可能となる。
【０１０７】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更は勿論可能である。なお、以下の説明において符号は実施の形態１に係るものを付したが、実施の形態２、３の同じ名称の構成にも適用される。
【０１０８】
上記実施の形態において、磁性部１３１は円筒形状であるとしたが、磁性部１３１の形状は、用途に合わせた任意の形状でよい。例えば、ディスクリート・トラック型等でも良い。
【０１０９】
また、保護層１４を介して磁性層１３に照射するイオンは、窒素イオンまたはリンイオンであるとしたが、他のイオンでも良く、また複数のイオンの混合でも良い。
【０１１０】
また、イオン照射時のマスクとして、ナノインプリントプロセスを使用してパターンニングするとしたが、電子線露光を用いて電子線硬化樹脂を硬化させるなど、他のパターンニング方法でもよい。
【０１１１】
また、磁性材料１０のシード層１２の下層は基板１１のみとしたが、他の任意の層が積層されていても良い。
【０１１２】
また、シード層１２は、酸化マグネシウムからなるとしたが、スピネルフェライトの格子定数の１／ｎ（ｎは自然数）より大きく、且つ、前記スピネルフェライトの００１結晶面に対する格子不整合が所定の範囲以内の格子定数を有する立方晶であり、シード層１２の表面に００１結晶面が配向するようにできれば、他の材料でもよい。例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）などが選択される。シード層１２は、窒化チタンの単結晶膜又は高配向膜のみから構成されてもよく、また、酸化マグネシウムの００１結晶面に窒化チタンを成膜した構成でも良い。ここで、シード層１２を酸化マグネシウム又は窒化チタンで構成する場合、上記のｎの値は２となる。
【０１１３】
また、シード層１２は、四酸化三鉄等と略同じ結晶型を有する他のスピネル酸化物でもよい。例えば、酸化アルミニウムマンガン（ＭｎＡｌＯ４）でもよい。また、シード層１２を、四酸化三鉄、マグヘマイト、コバルトフェライト等で構成し、磁性層１３を、シード層１２の材料と異なるスピネルフェライトで構成するようにしてもよい。ここで、シード層１２をスピネル酸化物で構成する場合、上記のｎの値は１となる。
【０１１４】
また、磁性層１３の磁性膜の生成に使用するスパッタリング法は、高周波マグネトロンスパッタリングであるとしたが、ＤＣパルススパッタリングでもよい。このとき、スパッタリングの電源としてＤＣ電源を用い、ＯＮ／ＯＦＦの切替を定期的に行うスイッチを回路上に設ける構成とする。
【０１１５】
また、磁性層１３の磁性膜の生成にスパッタリング法を用いる構成について説明したが、磁性層１３の磁性膜の生成は、任意の薄膜生成法を用いても良い。例えば、蒸着法やパルスレーザ蒸着法等を用いても良い。
【０１１６】
また、実施の形態３では、酸化物からなる第１軟磁性層４２１と、絶縁物からなる非磁性層４２２と、金属からなる第２軟磁性層４２３で構成される軟磁性裏打ち層４２の上にシード層４３、垂直磁気記録層４４を形成するとしたが、軟磁性裏打ち層４２の構成はこれに限られない。シード層４３の表面に００１結晶面が配向するようにシード層４３を形成することができるような構成であれば、他の材料からなる軟磁性裏打ち層４２であってもよい。
【符号の説明】
【０１１７】
１０…磁性材料
１１、３１、４１…基板
１２、３３、４３…シード層
１３…磁性層
１３１、３４１、４４１…磁性部
１３２、３４２、４４２…低磁性部
１４、３５、４５…保護層
１５…レジスト
１６…モールド
２０…スパッタリング装置
２１…チャンバー
２２…試料台
２３…磁石
２４…高周波電源
２５…酸素系ガス発生装置
２６…可変リークバルブ
２７…ノズル
２８…ターゲット金属
３０、４０…垂直磁気記録媒体
３２…軟磁性層
４２…軟磁性裏打ち層
３４、４４…垂直磁気記録層
４２１…第１軟磁性層
４２２…非磁性層
４２３…第２軟磁性層
５０…記録再生ヘッド
５１…書き込み用ヘッド
５１１…メインポール
５１２…リターンポール
５２…読み取り用ヘッド
７０…磁気記憶装置
７３…ハウジング
７５…ハブ
７８…サスペンション
７９…アーム
【図１】
2014089786.tif 000003
【図２】
2014089786.tif 000004
【図３】
2014089786.tif 000005
【図４】
2014089786.tif 000006
【図５】
2014089786.tif 000007
【図６】
2014089786.tif 000008
【図７】
2014089786.tif 000009
【図８】
2014089786.tif 000010
【図９】
2014089786.tif 000011