(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、当該基板上に形成されたＣｏＣｒＰｔグラニュラー層と［Ｃｏ／Ｐｄ］n人工格子膜を備える垂直磁性層を有する磁気記録媒体において、
以下のＡ１〜Ａ４に示す手順によって磁化曲線Ａを測定し、
Ａ１  前記垂直磁性層の磁化を飽和させるのに十分な磁界をマイナス方向に印加する
Ａ２  プラス方向に様々な磁界Hを印加する
Ａ３  磁界Hを取り去った後、磁化Mを測定する
Ａ４  測定された磁化MをHの関数として磁化曲線Ａを得る
以下のＢ１〜Ｂ５に示す手順によって磁化曲線Ｂを測定し、
Ｂ１  垂直磁性層の磁化を飽和させるのに十分な磁界をプラス方向に印加する
Ｂ２  前記垂直磁性層の残留飽和磁化の絶対値をMrとして、残留磁化が-Mr/2となる磁界をマイナス方向に印加する
Ｂ３  プラス方向に様々な磁界Hを印加する
Ｂ４  磁界Hを取り去った後、磁化Mを測定する
Ｂ５  測定された磁化MをHの関数として磁化曲線Ｂを得る
前記磁化曲線ＡとM=-Mr/2の交点における外部磁界Haと、前記磁化曲線ＢとM=0の交点における外部磁界Hbから、次式により反磁界係数Ndを求め、
【数１】
0004564933.tif 000014
前記反磁界係数Ndを用いて前記磁化曲線Ａの反磁界ずれ補正を行った磁化曲線Ａ’を確率分布関数とする磁化反転磁界Hswの平均値Hc及び標準偏差σHswから、次式によりσhsw [%]を決定し、
【数２】
0004564933.tif 000015
前記反磁界係数Ndと前記垂直磁性層の膜厚tmag[nm]から、次式によりDn[nm]を決定した時、
【数３】
0004564933.tif 000016
前記σhsw [%]と前記Dn [nm]が、
σhsw/27+Dn/90<1、及びDn>20
を満たすことを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項２】
請求項１記載の磁気記録媒体において、前記垂直磁性層は、酸化物もしくは窒化物を主原料とする結晶粒界を有するグラニュラー磁性膜であることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項３】
請求項１記載の磁気記録媒体において、前記基板と前記垂直磁性層との間に、軟磁性裏打ち層を有することを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項４】
基板上に形成されたＣｏＣｒＰｔグラニュラー層と［Ｃｏ／Ｐｄ］n人工格子膜を備える垂直磁性層を有する磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体を駆動する媒体駆動部と、前記磁気記録媒体に対して記録再生動作を行う磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体の所望トラック位置に位置決めするヘッド駆動部とを備え、
前記磁気記録媒体は、
以下のＡ１〜Ａ４に示す手順によって磁化曲線Ａを測定し、
Ａ１  前記垂直磁性層の磁化を飽和させるのに十分な磁界をマイナス方向に印加する
Ａ２  プラス方向に様々な磁界Hを印加する
Ａ３  磁界Hを取り去った後、磁化Mを測定する
Ａ４  測定された磁化MをHの関数として磁化曲線Ａを得る
以下のＢ１〜Ｂ５に示す手順によって磁化曲線Ｂを測定し、
Ｂ１  前記垂直磁性層の磁化を飽和させるのに十分な磁界をプラス方向に印加する
Ｂ２  前記垂直磁性層の残留飽和磁化の絶対値をMrとして、残留磁化が-Mr/2となる磁界をマイナス方向に印加する
Ｂ３  プラス方向に様々な磁界Hを印加する
Ｂ４  磁界Hを取り去った後、磁化Mを測定する
Ｂ５  測定された磁化MをHの関数として磁化曲線Ｂを得る
前記磁化曲線ＡとM=-Mr/2の交点における外部磁界Haと、前記磁化曲線ＢとM=0の交点における外部磁界Hbから、次式により反磁界係数Ndを求め、
【数４】
0004564933.tif 000017
前記反磁界係数Ndを用いて前記磁化曲線Ａの反磁界ずれ補正を行った磁化曲線Ａ’を確率分布関数とする磁化反転磁界Hswの平均値Hc及び標準偏差σHswから、次式によりσhsw [%]を決定し、
【数５】
0004564933.tif 000018
前記反磁界係数Ndと前記垂直磁性層の膜厚tmag[nm]から次式によりDn[nm]を決定した時、
【数６】
0004564933.tif 000019
前記σhsw [%]と前記Dn [nm]が、
σhsw/27+Dn/90<1、及びDn>20
を満たすことを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項５】
ＣｏＣｒＰｔグラニュラー層と［Ｃｏ／Ｐｄ］n人工格子膜を備える垂直磁性層を有する磁気記録媒体の評価方法であって、
以下のＡ１〜Ａ４に示す手順によって磁化曲線Ａを測定し、
Ａ１  前記垂直磁性層の磁化を飽和させるのに十分な磁界をマイナス方向に印加する
Ａ２  プラス方向に様々な磁界Hを印加する
Ａ３  磁界Hを取り去った後、磁化Mを測定する
Ａ４  測定された磁化MをHの関数として磁化曲線Ａを得る
以下のＢ１〜Ｂ５に示す手順によって磁化曲線Ｂを測定し、
Ｂ１  前記垂直磁性層の磁化を飽和させるのに十分な磁界をプラス方向に印加する
Ｂ２  前記垂直磁性層の残留飽和磁化の絶対値をMrとして、残留磁化が-Mr/2となる磁界をマイナス方向に印加する
Ｂ３  プラス方向に様々な磁界Hを印加する
Ｂ４  磁界Hを取り去った後、磁化Mを測定する
Ｂ５  測定された磁化MをHの関数として磁化曲線Ｂを得る
前記磁化曲線ＡとM=-Mr/2の交点における外部磁界Haと、前記磁化曲線ＢとM=0の交点における外部磁界Hbから、次式により反磁界係数Ndを求め、
【数７】
0004564933.tif 000020
前記反磁界係数Ndを用いて前記磁化曲線Ａの反磁界ずれ補正を行った磁化曲線Ａ’を確率分布関数とする磁化反転磁界Hswの平均値Hc、及び標準偏差σHswから次式によりσhsw [%]を決定し、
【数８】
0004564933.tif 000021
前記反磁界係数Ndと前記垂直磁性層の膜厚tmag[nm]から、次式によりDn[nm]を決定し、
【数９】
0004564933.tif 000022
前記σhsw [%]と前記Dn [nm]が、
σhsw/27+Dn/90<1、及びDn>20
を満たすか否かを判定することを特徴とする磁気記録媒体の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直磁気記録方式の磁気記録媒体、磁気記録媒体の磁気特性を評価する方法、及び磁気記録再生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録媒体の記録磁性膜は、通常、微小な磁性粒子が磁性を持たない粒界によって分断された構造となっている。近年は粒界を酸化物などの非金属材料で構成する方法が模索されており、IEEE Trans. Magn., vol.36, p.2393, (2000)やIEEE Trans. Magn., vol.38, p.1976 (2002)などに典型例が見られる。この構造によって各磁性粒子の磁化方向の独立性が高まり、記録磁性膜における磁化反転単位が小さくなるので、記録密度の向上が可能となる。
【０００３】
さらに記録密度を向上させていくためには、記録磁性膜における磁化反転単位を小さくするだけでなく、記録された磁化情報の保持を可能とする熱揺らぎ耐性を有し、有限の大きさの記録ヘッド磁界によっても記録が可能であることが必要である。
【０００４】
垂直磁気記録方式は、記録ビット間の磁化遷移領域に記録ビットからの反磁界が働かず、記録磁化状態が安定化される方向に働くため、従来の面内磁気記録方式と比べて高密度記録に有利と考えられている。さらに、垂直磁気記録媒体は、面内磁気記録媒体と比較して、磁性膜厚が厚い場合にも記録時・再生時の分解能の劣化を抑えることが出来ることから、熱揺らぎ耐性においても有利と考えられている。しかし、特に比較的記録密度の低い箇所では、磁化遷移領域から離れた部分にある磁化への反磁界の作用が大きく、再生出力が大きく低下することが報告されている。従って、垂直磁気記録でも、熱揺らぎ耐性の検討を行うことが必要になっている。
【０００５】
垂直磁気記録媒体の熱揺らぎ耐性を向上させるためには、磁性粒子の持つ磁気異方性エネルギーを高めることが有効であるが、この場合は書き込みに必要な磁界が増加する。記録ヘッドから発生させることが出来る磁束密度は有限であるため、書き込み磁界が増加すると記録ヘッドを用いた場合の記録が困難になり、記録再生性能が著しく低下する恐れがある。また、記録磁性膜の磁性粒子を大きくすることでも熱揺らぎ耐性を高めることは可能であるが、この場合は一般に、磁化遷移領域の微細なジグザグ形状が大きくなり、媒体ノイズが増大する恐れがある。
【０００６】
このように、熱揺らぎ耐性を高めるための手段は、しばしば高記録密度領域における記録再生性能の劣化を伴う。
【０００７】
【非特許文献１】IEEE Trans. Magn., vol.36, p.2393, 2000
【非特許文献２】IEEE Trans. Magn., vol.38, p.1976, 2002
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１に、典型的な垂直磁気記録媒体における垂直磁性層の磁化曲線の概念図を示す。さらに図１には、磁化曲線の特徴を表すためのパラメータとして飽和磁界Hs、保磁力Hc、反転開始磁界Hnの三つ磁界パラメータと保磁力Hcにおける磁化曲線の傾きαを示した。垂直磁性層に磁気記録を行うためには、Hsよりも大きなヘッド磁界を発生させる必要がある。また、垂直磁性層に記録された磁化情報が磁界を取り去ったあとにも安定であり続けるためには、Hnは正値である必要がある。したがって、大まかに言って（Hs-Hn）が小さい媒体、すなわち磁化曲線の保磁力Hc付近での傾きαが大きいほど、記録しやすく減磁しにくい磁気記録媒体と言える。
【０００９】
ところが、垂直磁性層のαが小さいほど記録再生性能が向上する傾向がある。そのような事例は、特開２００２−１９７６３６号公報や特開２００５−２５１２６４号公報などに示されている。いずれの例においても、製膜プロセスの最適化により、αが減少し、これに対応して記録再生時の信号対雑音比が向上したという結果が得られている。これらの現象は、記録磁性膜中の磁性粒子間に働く交換相互作用が減少している事と関係があると考えられる。記録再生性能が向上するのは、磁性粒子の磁化方向の独立性が高まり、小さい記録磁区を形成しやすくなったためである。αの減少は、交換相互作用の働きが弱まることによって磁性粒子同士の磁化方向が揃い難くなった事を意味しており、飽和記録に必要な磁界が増加や飽和磁化状態の熱安定性の低下を招く。
【００１０】
したがって、磁性粒子間に働く交換相互作用を減少させるだけでは、記録しやすさと熱揺らぎ耐性を両立させながら、優れた記録再生性能を有する垂直磁気記録媒体を得ることは困難である。ある程度の交換相互作用を許容し、また垂直磁性層の磁化反転磁界を均一化することで、αの増大を抑えつつ、所望の記録再生性能を実現する必要がある。しかし、交換相互作用が強すぎれば、記録再生特性の劣化は不可避であるし、磁化反転磁界も容易に均一化出来るというものではない。
【００１１】
本発明は垂直磁気記録媒体における上記の課題を解決するために考案されたものであり、垂直磁性層内の交換相互作用の強さと磁化反転磁界の分散量を適切に調節することによって、記録媒体の記録しやすさと熱揺らぎ耐性を保ちつつ、高密度記録に好適な垂直磁気記録媒体を得ようとするものである。また、本発明は、前記の磁気特性の調節の行うために不可欠な、静磁気特性の定量的な評価手法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の磁気記録媒体は、基板と、基板上に形成された垂直磁性層を有する磁気記録媒体であって、後述する方法によって求められるパラメータσhsw[%]とDn[nm]について、以下の式（１）及び式（２）を満たす。ここでパラメータσhsw[%]は垂直磁性層の磁化反転磁界の分散の大きさを表す指標であると考えられる。また、パラメータDn[nm]は、垂直磁性層内の交換相互作用の強さを表す指標であると考えられる。
【００１３】
【数１】
0004564933.tif 000002
【００１４】
垂直磁性層の磁気特性を、式（１）に示す条件を満たすように選択することにより、有限の記録ヘッド磁界勾配の下でも磁化遷移位置の乱れが小さくなり、高密度記録に好適な垂直磁気記録媒体が得ることが出来る。また、垂直磁性層の磁気特性を、式（２）に示す条件を満たすように選択することにより、必要記録ヘッド磁界の低減と熱揺らぎ耐性の向上を図ることが出来る。これによって飽和記録を容易に行えるようになり、磁化飽和領域のノイズも低減される。
【００１５】
したがって、式（１）及び式（２）の双方を満たす範囲に上記パラメータを収めることで、高密度記録に必要な記録再生性能を有し、記録しやすさと熱揺らぎ耐性を兼ね備える垂直磁気記録媒体を得ることが可能となる。
【００１６】
垂直磁性層は、コバルトプラチナ系合金磁性層を含むことが好ましい。このような垂直磁性層は、その合金組成を調整して適当な添加物を加えることにより、さらに複数の異なる合金組成の磁性層を組み合わせる事により、比較的容易に式（１）及び（２）の条件を満足させることが出来る。
【００１７】
また、垂直磁性層は、少なくともその一部が酸化物もしくは窒化物を主原料とする結晶粒界を有するグラニュラー磁性膜であることが望ましい。グラニュラー磁性膜はその製法を最適化することによって、比較的容易に式（１）及び（２）の条件を満足させることが出来る。
【００１８】
また、本発明の垂直磁気記録媒体は、垂直磁性層と下地層との間に、軟磁性裏打ち層を設けた構造をしていることがさらに望ましい。軟磁性裏打ち層を設けることで記録磁気ヘッドからの記録磁界がより大きくなり、記録磁界の不足による記録再生性能の低下を防ぐことが出来る。
【００１９】
＜静磁気特性の評価法＞
以上に示したような磁気特性の制御を行うにあたって、その磁気特性を定量的に評価する手法が必要である。以下、前記の指標Dn及びσhswの具体的な決定法を述べ、交換相互作用の強さや磁化反転磁界の分散を、どうしてそれらの指標によって表すことが出来るのかを説明する。
【００２０】
本発明では、一般的な磁力計であるＶＳＭ（試料振動式磁力計）を用いることにより、上記の式（１）及び式（２）に示した磁気特性条件を検定する。まず、垂直磁性膜の磁化曲線Ａ及びＢを次の手順で測定する。以下の磁化曲線の測定においては、試料の温度を室温（摂氏２０度から２５度）に保持し、磁界印加方向は記録磁性膜面に対して垂直方向とし、所定の外部印加磁界Hを試料に印加する時間は１秒以上４秒以下とする。試料にはVSM測定に適した大きさ（例えば5〜10 mm角）に切り出したものを用いる。
【００２１】
＜磁化曲線Ａ＞
Ａ１  垂直磁性層の磁化を飽和させるのに十分な磁界をマイナス方向に印加する
Ａ２  プラス方向に様々な磁界Hを印加する
Ａ３  磁界Hを取り去った後、磁化Mを測定する
Ａ４  測定された磁化MをHの関数として磁化曲線Ａを得る
この磁化曲線Ａは一般にリマネンス（残留）磁化曲線と呼ばれるものである。H=0における磁化Mの大きさの絶対値は残留飽和磁化Mrと呼ばれる。また、この磁化曲線ＡにおいてM=0となる外部印加磁界Hは保磁力Hcである（残留保磁力Hcrとも呼ばれる）。
【００２２】
＜磁化曲線Ｂ＞
Ｂ１  垂直磁性層の磁化を飽和させるのに十分な磁界をプラス方向に印加する
Ｂ２  残留磁化が-Mr/2となる磁界（磁化曲線Ａによって予め推定可能）をマイナス方向に印加する
Ｂ３  プラス方向に様々な磁界Hを印加する
Ｂ４  磁界Hを取り去った後、磁化Mを測定する
Ｂ５  測定された磁化MをHの関数として磁化曲線Ｂを得る
【００２３】
図２に、磁化曲線Ａ及びＢの例を示す。磁化曲線Ａ及びＢの持つ意味について図３と図４を用いて説明する。一般に記録磁性膜として用いられる垂直磁性層は多数の微小な反転単位（磁性粒子）によって構成されており、これらの磁性粒子はそれぞれ固有の磁化反転磁界Hswを有している。図３は、磁性粒子の反転単位Hswの確率密度関数Fの一例を表す図である。また、ここでHswの上側確率が75%であるような磁化反転磁界をHsw-、Hswの上側確率が25%であるような磁化反転磁界をHsw+と定義する。なお、Hswの上側確率が50%であるような磁化反転磁界は定義より保磁力Hcである。
【００２４】
図４は、図２に示した磁化曲線の各位置における磁化状態を説明する図である。図４では確率密度関数の内部を白抜きもしくは斜線で表しているが、白抜きはその領域の反転磁界Hswを持つ磁性粒子の磁化方向がマイナス、斜線はその領域の反転磁界Hswを持つ磁性粒子の磁化方向がプラスであることを示している。
【００２５】
磁化曲線ＡのＰ点は、一旦、マイナス方向の磁界によって飽和させた後、磁界を取り去った状態であるから、図４(a)に示すように全ての磁化はマイナス方向に向いている。磁化曲線ＡにそってＰ→Ｑ→Ｒと移っていく場合を考える。Ｑ点では反転磁界Hswの小さい側から1/4だけ磁化がプラス方向に反転して図４(b)のようになる。Ｑ点において垂直磁性膜内の磁性粒子にかかる実効的な磁界はHsw-であると考えられる。Ｒ点では全ての磁化がプラス方向に反転して図４(c)のようになる。
【００２６】
一方、磁化曲線ＢではＰ’→Ｑ’→Ｒの順に状態が遷移する。Ｐ’点ではＢ１〜Ｂ２の手続きにより、Hsw<Hsw+であるような磁化はマイナス方向に、Hsw>Hsw+であるような磁化はプラス方向に向くので、図４(d)のようになっている。Ｑ’点ではHswの小さい側から1/4だけ磁化がプラス方向に反転して図４(e)のようになる。Ｑ’点においても垂直磁性膜内の磁性粒子にかかる実効的な磁界はHsw-であると考えられる。その後、プラス方向に加える磁界を大きくしていくと、磁化曲線Ａと同様にＲ点に辿り着く。
【００２７】
以上の説明によれば、Ｑ点とＱ’点を測定する前に垂直磁性層にかかっていた磁界HはいずれもHsw-となり、一致するはずである。ところが、図２に示したＱ点の磁界HaとＱ’点の磁界Hbを実験により測定するとHa>Hbとなる。このような矛盾が生じるのは垂直磁性層内に内部磁界が存在し、外部からの印加磁界Hと平均的な実効磁界Hintが異なっているためであると考えられる。このような内部磁界は主として各磁性粒子と周囲の磁性粒子との間に働く静磁相互作用によるものであり、概ね垂直磁性層の平均磁化Mに比例して変化し、一般に反磁界などと呼ばれる。平均磁化Mに対する反磁界の大きさの比例係数（反磁界係数）を、以下Ndと書く。
【００２８】
Ｑ点とＱ’点の内部磁界の差（Ha-Hb）を平均磁化Mの差（Mr/2）で割る事により、反磁界係数Ndを得る。
【００２９】
【数２】
0004564933.tif 000003
【００３０】
各磁性粒子に働く、平均的な実効磁界Hintは外部印加磁界Hと反磁界係数Nd、垂直磁性層の平均磁化Mを用いて、次のように推定される。
【００３１】
【数３】
0004564933.tif 000004
【００３２】
この関係を磁化曲線に適用して、反磁界による影響の補正を行った磁化曲線を得ることが出来る。例えば、磁化曲線ＡがM=MA(Hext)で表される時、式（４）の関係式を用いて、M=MA’(Hint)を得る。この操作は一般に反磁界ずれ補正（shearing correction）と呼ばれるものである（近角聰信著「物理学選書１８  強磁性体の物理（上）」（裳華房）P.16参照）。ただし、「強磁性体の物理（上）」では、既知である試料の形状から計算によって反磁界係数Ndを決定している点が上記方法と異なる。図５は、反磁界ずれ補正前後の磁化曲線Ａの形状変化を模式的に表したものである。
【００３３】
反磁界ずれ補正を施した磁化曲線Ａ’は、垂直磁気記録媒体向け垂直磁性層の場合、測定ノイズ分を適当に補正・平滑化することによって-Mrから+Mrまでの単調増加関数MA’(H)となる。この単調増加関数MA’(H)を適当に規格化する事により、磁化反転磁界Hswの確率分布関数が得られる。すなわち、図３に示した確率密度関数F(H)を次式によって得ることが出来る。
【００３４】
【数４】
0004564933.tif 000005
【００３５】
この関数F(H)を用いて、反転磁界Hswの平均値（保磁力Hc）及び反転磁界Hswの標準偏差σHswを、それぞれ式（６）及び式（７）のように定義する。
【００３６】
【数５】
0004564933.tif 000006
【００３７】
ここで積分範囲[Hn, Hs]の下限Hnは実質的に前記反磁界ずれ補正後の磁化曲線Ａ’が増加しはじめる磁界であり、上限Hsは前記反磁界ずれ補正後の磁化曲線Ａ’が実質的に飽和する磁界とする。式（１）における磁化反転磁界の分散の大きさを表す指標としては、標準偏差σHswの平均値Hcに対する比率を用いることとする。
【００３８】
【数６】
0004564933.tif 000007
【００３９】
次に、前述の手順を追って得られた反磁界係数Ndの物理的な意味について図６を用いて説明する。垂直磁性層の厚さtmagに対して実質的に無限に広がった垂直磁性層６１について、ある磁性粒子を中心とした直径Dnの円形領域６６の外側のみに磁化M６２が存在する場合、これらの磁化から当該磁性粒子が受ける反磁界は、前記直径Dnの円形領域の中心部（Ｃ点）６５に発生する磁界によって近似できる。Ｃ点における磁界は垂直磁性層６１に対して垂直方向であり、その磁界強度は次式により求められる。
【００４０】
【数７】
0004564933.tif 000008
【００４１】
ここでΩ+とΩ-はＣ点からそれぞれプラス面とマイナス面の円形領域（磁極が発生していない部分）を望む角度で、Ω+=Ω-である。Ω+とΩ-は次式で表される。
【００４２】
【数８】
0004564933.tif 000009
【００４３】
式（１０）を式（９）に代入して、式（１１）を得る。
【００４４】
【数９】
0004564933.tif 000010
【００４５】
式（１１）より、図６において、円形領域６６の中心にある磁性粒子に対して働く反磁界６７は、円形領域外部の磁化Mに比例し、その反磁界係数Ndは以式で表される。
【００４６】
【数１０】
0004564933.tif 000011
【００４７】
式（１２）をDnについて解いて、式（１３）を得る。
【００４８】
【数１１】
0004564933.tif 000012
【００４９】
垂直磁気記録媒体に用いられる垂直磁性層は、膜厚に対して実質的に無限遠の広がりを持ち、磁性粒子が密に詰まった薄膜磁性体である。ある磁性粒子を中心とした直径Dnの円形領域の外側の磁性粒子による反磁界は、垂直磁性層内の全ての磁性粒子に対して必ず存在する。したがって、実験的に得られる反磁界係数Ndから、式（１３）によって算出されるDnは、垂直磁性層中の磁性粒子に対して静磁相互作用だけが作用している（交換相互作用が及んでいない）領域の平均内径であると解釈することが出来る。よって、式（１３）により求められる直径Dnは、結晶粒界等によって区切られた物理的な磁性粒子の平均的な直径よりも大きくなる。
【００５０】
一方、ある磁性粒子とその磁性粒子を中心とした直径Dnの円形領域の内側にある磁性粒子との相互作用の総和は、垂直磁性層の平均磁化Mに関係なく‘平均’ではゼロとなり、式（１１）のように平均磁化Mに比例する‘平均場’としては作用しない。近傍の磁性粒子間では、磁性粒子の磁化方向を互いに反対方向に向けようとする静磁相互作用と磁性粒子の磁化方向を揃えようとする交換相互作用が働き、両者が互いに反対方向に働いた結果、‘平均’としてみた場合には両者が打ち消しあう。
【００５１】
ただし、垂直磁性層内の磁性粒子を取り巻く局所的な構造のばらつきに起因して、個々の磁性粒子を見た場合には静磁相互作用が強い場合も、交換相互作用が強い場合もあり、相互作用磁界がある分布を持っている。局所的な構造のばらつきとしては、磁性粒子自身の直径や形状の違い、磁性粒子間に働く交換相互作用及び静磁相互作用の強弱などが考えられる。式（７）によって得られるσHswはこの相互作用磁界の分布の広がりを表すものと解釈できる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明に示した評価方法は一般的な磁力計であるVSMを用いており、記録磁性膜の有するユニバーサルな磁気特性を抽出できる事が特徴である。すなわち、どのVSMを用いても、記録磁性膜の有する磁気特性を対等に比較することが可能である。これに対して、記録媒体の記録再生性能を磁気ヘッド等を用いて比較する場合には、用いる磁気ヘッドの特徴や記録再生時の諸条件によって優劣が逆転することがあり、公平な比較が困難である。
【００５３】
本発明に示した磁気特性を満たす媒体を設計する事により、垂直磁気記録媒体において、垂直磁性層に記録された磁化情報の熱安定性を保ちつつ、比較的小さな書込み磁界しか発生することが出来ない磁気ヘッドを用いた記録再生手段によっても、高い媒体ＳＮＲ（信号対雑音比）を実現し、優れた記録再生特性を得ることが可能となる。高密度記録を行うためには磁気ヘッドの磁極を微細化するなどの方法により記録磁界勾配を高める必要があるために、磁気ヘッドからの最大発生磁界は減少する。しかし、本発明の垂直磁気記録媒体を用いることによって、高密度記録に適した磁気ヘッドによって高い媒体ＳＮＲで記録することが可能となる。これにより、磁気記録再生装置の更なる高密度化が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下、具体的な実施例に基づき、図面を参照しながら、本発明がもたらす作用効果について説明する。これらの実施例は本発明の一般的な原理を表すことを目的に述べられるものであり、本発明を何ら制限するものではない。
【００５５】
図７に、本発明に係る垂直磁気記録媒体の基本的な構造を、断面図で模式的に表した。この垂直磁気記録媒体は、非磁性基体７１上に、軟磁性裏打ち層７２、シード層７３、中間層７４、垂直磁性層７５、保護層７６、及び液体潤滑膜７７を順次形成した構造となっている。
【００５６】
非磁性基体７１には、表面が平滑な様々な基体を用いることが出来る。例えば、現在磁気記録媒体に用いられている、ＮｉＰメッキを施したアルミ合金基板や強化ガラス基板を用いることが出来る。この他にも、光ディスク媒体に用いられているポリカーボネイト等の樹脂からなるプラスチック基板を用いることも出来る。ただし、プラスチック基板には基板自体の強度が小さいこと、高温で変形しやすいなどの制約がある。
【００５７】
軟磁性裏打ち層７２としては、微結晶構造のＦｅＴａＣ，ＦｅＳｉＡｌ（センダスト）合金、アモルファス構造のＣｏ合金であるＣｏＮｂＺｒ，ＣｏＴａＺｒ合金などを用いることが出来る。軟磁性裏打ち層７２は、使用する記録ヘッドからの漏洩磁束を吸い寄せることで、垂直磁性層７５を透過する磁束密度を上げるために配置するものであり、この目的を達成できるように軟磁性合金の飽和磁束密度や膜厚を設計する。最適な膜厚は磁気ヘッドの構造や特性によっても異なるが、生産性との兼ね合いから概ね２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とされる。記録ヘッドからの磁束密度を必要な大きさに維持できる場合には、軟磁性裏打ち層７２を省略することも可能である。また、軟磁性裏打ち層７２を複数層で構成することも可能である。二層の軟磁性層間にＲｕ層を挟んで反強磁性結合させて軟磁性裏打ち層７２からの漏洩磁束による再生ノイズを抑制する構造や、軟磁性層の下部にＭｎＩｒ合金などの反強磁性材料を設けることで記録時以外の軟磁性層の磁化方向を固定化する構造などが知られている。
【００５８】
中間層７４としては、その上に形成される垂直磁性層７５の結晶性や微細構造を制御する目的で、垂直磁性層７５に適用される材料に合わせた物が選ばれる。垂直磁性層７５としてCoPt系合金やCo/Pd人工格子膜からなる垂直磁化膜を選んだ場合には、これらの容易磁化方向を膜面垂直に向けるために面心立法格子（fcc）構造もしくは六方最密充填（hcp）構造を有する金属または合金がしばしば用いられる。垂直磁性層７５としてCoCrPt-SiO2グラニュラー磁性膜を用いた場合には、中間層７４にRu層を用いることで比較的容易に優れた記録再生特性が得られることが知られている。軟磁性裏打ち層７２と中間層７４の間にシード層７３を設けても良い。シード層７３は中間層７４の結晶成長を促したり、軟磁性裏打ち層７２との混合を防いだりする事により、媒体の記録再生性能の向上にしばしば効果的である。
【００５９】
垂直磁性層７５としては、大きな磁気異方性を有する強磁性材料であって、その磁化容易軸が膜面に対して垂直方向である（垂直磁化膜である）ものを用いる。強磁性材料としては、例えば、ＣｏＰｔやＦｅＰｔ合金、及びそれらにＣｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｂ等の元素を添加した合金のほか、ＳｍＣｏ5合金、[Ｃｏ／Ｐｄ]n多層膜などを用いることが出来るが、これらに限定されるものではない。これらの材料からなる複数の磁性層によって垂直磁性層７５を構成しても良いし、垂直磁性層７５が全体として垂直磁化膜として機能するのであれば、全ての磁性層が垂直磁化膜でなくても構わない。また、強磁性材料に非磁性材料を添加する等の手法により、磁性結晶粒子とそれを取り巻く非磁性の粒界を持つグラニュラー構造を有するグラニュラー磁性膜とすることもある。この時、非磁性粒界材料としては、酸化物や窒化物を用いることが出来る。例えば、Ｓｉ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｈｆ，Ｚｒ等の酸化物もしくは窒化物が好ましい。
【００６０】
保護層７６には、例えば、カーボンを主体とする硬度の高い薄膜が用いられる。さらに、ヘッドと媒体が接触した場合の潤滑性を高める目的で、保護層７６の表面に、ＰＦＰＥ（パーフルオロポリエーテル）油等のフッ素系高分子オイルからなる液体潤滑膜７７を塗布する。液体潤滑膜７７の塗布方法としては、ディップ法、スピンコート法などがある。
【００６１】
非磁性基体７１上に積層される各層の作製には、液体潤滑膜７７を除いて、半導体や磁気記録媒体、光記録媒体の作製に用いられている様々な薄膜形成技術を用いることが出来る。薄膜形成技術としては、ＤＣスパッタリング法、ＲＦスパッタリング法、真空蒸着法などが良く知られている。これらの中でも、製膜速度が比較的速く、材料によらずに純度の高い膜を得られ、スパッタ条件（導入ガス圧、放電電力）の変更によって薄膜の微細構造や膜厚を制御することが可能なスパッタリング法が大量生産に好適である。特に、グラニュラー磁性膜を製膜する際には、導入ガス中に酸素や窒素などの反応性ガスを混ぜること（反応性スパッタリング法）により、粒界形成をさらに促進させることが可能である。
【００６２】
上述の垂直磁気記録媒体は、以下のような磁気記録再生装置に適用することが出来る。
図１１に、本発明に係る磁気記録再生装置（ＨＤＤ）の構造と構成部品の概略図を示す。図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）はそのＡＡ’断面図である。
【００６３】
この磁気記録再生装置において、本発明に係る垂直磁気記録媒体１１１は、これを回転駆動するスピンドルモーター１１２に装着されており、所定の回転数で回転駆動される。磁気記録媒体１１１にアクセスして記録再生動作を行う磁気ヘッドを搭載したスライダー１１３は、金属製の板ばねからなるサスペンション１１４の先端に取付けられており、サスペンション１１４は磁気ヘッドの位置を制御するためのアクチュエーター１１５に取り付けられている。さらに、装置内に備えられた電子回路１１６により、記録媒体とヘッドの動作制御や記録再生信号の処理などを行う。
【実施例】
【００６４】
本実験例では、非磁性基体７１として磁気ディスク用強化ガラス基板を用いた。洗浄したガラス基板上に、インライン型スパッタリング装置を用いてＤＣスパッタリングにより多層薄膜を形成した。まず、薄膜のガラス基板への密着性を確保するため、Ｎｉ65Ｔａ35ターゲット（下付の数字は組成比を原子％で示したもの、以下同じ）を用いて厚さ30 nmのＮｉＴａアモルファス合金からなる表面コートを施した。続けて、ＣｏＴａ3Ｚｒ5ターゲットを用いて軟磁性アモルファス膜５０ｎｍを、Ｒｕターゲットを用いて反強磁性結合膜０．７ｎｍを、そして再びＣｏＴａ3Ｚｒ5ターゲットを用いて軟磁性アモルファス膜５０ｎｍを製膜して、３層スタック構造の軟磁性裏打ち層７２を形成した。以上の各層の製膜時のプロセスガスにはＡｒを用い、Ａｒガス圧は１Ｐａとした。続いて、ＰｔＣｒ25ターゲットを用いて２ＰａのＡｒガス圧下で厚さ８ｎｍのＰｔＣｒ合金シード層７３を、５ＰａのＡｒガス圧下で厚さ７ｎｍのＲｕ中間層７４を、それぞれ製膜した。
【００６５】
垂直磁性層７５は三層構造とした。第一磁性層としてはＣｏＣｒ14Ｐｔ17−Ｔａ2Ｏ5（２．５ｍｏｌ％）複合ターゲットを用いて、厚さ１０ｎｍのグラニュラー磁性膜をスパッタ法により製膜した。製膜工程においては、プロセスガスとして５ＰａのＡｒと酸素の混合ガス（酸素ガス分圧：１．５％）を用いた。また、製膜時には基板に負バイアス電圧（０〜−２５０Ｖ）を印加した。さらに、第一磁性層の製膜直前にはランプヒーターを用いて真空中で基板の加熱を行った。基板加熱後に放射温度計を用いて基板温度を測定したところ、基板温度は６０℃から１４０℃の間であった。表１に示すように、様々な条件で第一磁性層を製膜したが、基板温度が高く、バイアス電圧が高い場合に高性能な記録媒体が得られることが多かった。第二磁性層としてはＣｏＣｒ26−ＳｉＯ2（７ｍｏｌ％）複合ターゲットを用いて、５ＰａのＡｒガス中で、厚さ２ｎｍのグラニュラー磁性膜をスパッタ法により製膜した。この第二磁性層は厚さ２ｎｍと薄いものの記録再生性能の改善に有効であった。つづいて、第三磁性層として、厚さ３ｎｍから９．８ｎｍの[Ｃｏ／Ｐｄ］n人工格子膜を製膜した。人工格子膜中のＰｄ層の厚さは０．８ｎｍとし、Ｃｏ層の厚さは０．２ｎｍから０．６ｎｍまで変化させた。人工格子膜の周期構造は、独立したカソードに取り付けられたＣｏターゲット及びＰｄターゲットを用い、交互に放電させることで形成した。プロセスガスとして２ＰａのＫｒガスもしくはＡｒガスを用いた。人工格子膜をスパッタ製膜する時にＫｒガスを用いることにより、記録媒体の記録再生性能は著しく向上した。最後に窒素ガス１０％を添加した１．５ＰａのＡｒガス圧下でカーボンターゲットを放電させ、５ｎｍの保護層７６を形成した。
【００６６】
表１に、本実験例で試作した媒体の垂直磁性膜７５の製膜条件（基板バイアス、基板加熱温度、人工格子膜の構造と厚さ、人工格子膜の製膜ガス）を示す。試作した媒体を６ｍｍ角に切り出し、ＶＳＭによって磁気特性の測定を行った。所定の手順により、前記磁化曲線Ａ及び磁化曲線Ｂを測定し、式（３）から式（８）を用いて第一のパラメータσhswを決定し、式（３）及び式（１３）を用いて第二のパラメータDnを決定した。表１に、これら静磁気特性パラメータの測定結果を示す。
【００６７】
試作した媒体の記録再生特性を日立DECO製の媒体・ヘッド評価装置ＲＨ４１６０を用いて評価した。記録再生測定を行う媒体に対しては、多層スパッタ薄膜の形成後、ディップ法を用いてＰＦＰＥ系潤滑剤を塗布し、表面をバーニッシュして突起部や異物を除去し、グライドヘッドを用いてヘッド浮上特性に問題が無いことを予め確認した。磁気ヘッドには、記録素子として主磁極幅１６０ｎｍの垂直記録用素子、再生素子として電極間隔１４０ｎｍ、シールドギャップ長５５ｎｍのＧＭＲ素子を用いたヘッドを用いた。ディスクの回転速度を調整する事により、磁気ヘッドの浮上量を８ｎｍに制御した。媒体にテスト用の擬似ランダム記録パターンを線記録密度１ＭＢＰＩ（bit per inch）で記録及び再生し、その再生エラーレートによって記録再生性能の評価を行った。上記磁気ヘッドを用いて、前述の手順で試作した記録媒体のエラーレートを測定したところ、記録媒体によって最も低いエラーレートが得られる記録再生条件はそれぞれ異なっていた。本実験では、可能な限り記録及び再生条件の最適化を行うことで得られたエラーレートによって記録再生性能を評価している。すなわち、エラーレートを測定したときに適用した記録再生条件は媒体ごとに異なっている。
【００６８】
また、媒体に一定の記録周波数５００ｋＦＣＩで記録を行った後に、同じ場所に記録周波数１２５ｋＦＣＩで再び記録を行い、５００ｋＦＣＩで記録された信号の再生出力の減少率（オーバーライト値）を測定し、記録及び消去のしやすさの評価を行った。オーバーライト値の評価を行う際には、上記磁気ヘッドの記録電流の大きさを仕様値の条件である５０ｍＡに設定した。表１に、上記測定法によるエラーレート及びオーバーライト値を示す。
【００６９】
【表１】
0004564933.tif 000013
【００７０】
図８は、静磁気特性の二つのパラメータを、二次元平面上にプロットした図である。図８中の丸い点に対応する試作媒体Ａ群の記録再生特性を調べたところ、全ての媒体でバイトエラーレートが10-4.3以下となり、記録媒体として適用可能な値が得られた。それ以外のひし型の点に対応する試作媒体Ｂ群では、10-2.2以下のバイトエラーレートを得ることは出来なかった。一般に、情報記録装置は、エラー訂正符号を用いて記録及び再生の過程において発生したエラーを修正する仕組みを持っている。しかし、エラーレートが10-4を越えるような状況では、エラー訂正のために必要な付加的な符号の量が大きくなりすぎるために、実質的な記録密度が著しく減少する。よって、本実験の記録密度において、Ａ群の媒体を記録媒体に適用することは可能であり、Ｂ群の媒体は不可能であると判断される。
【００７１】
図８中に示すように、Ａ群に属する試作媒体はいずれも前記の式（１）及び式(２)を満たしており、Ｂ群に属する試作媒体は同条件を満たしていなかった。以上から、式（１）及び式（２）に表される条件を満たすことにより、高密度記録を行うために好適な垂直磁気記録媒体が得られたことが分かる。
【００７２】
図９に、試作した媒体について測定した式（１）の左辺で表されるパラメータ（σhsw/27+Dn/90）を横軸にとり、このパラメータとエラーレートの関係を示す。試作媒体Ａ群のデータ点は丸、試作媒体Ｂ群のデータ点は菱型で表した。試作媒体Ａ群は式（１）を満たしており、すべて横軸の値が１より小さく、エラーレートが小さかった。しかし、試作媒体Ｂ群の中にも式（１）を満たしているもの（斜線で塗りつぶされた菱型）があるが、エラーレートは低くなっていない。
【００７３】
図１０に、試作した媒体について測定したDnとオーバーライト値の関係を示す。前述のように、このオーバーライト値は磁気ヘッドの最大発生磁界における値であり、この値が大きくなっている媒体は記録及び消去が困難であると考えられる。試作媒体Ａ群はどれも−３９ｄＢ以下のオーバーライト値を示していることから、−３９ｄＢ以下のオーバーライト値を示していれば、正常な記録を行い、記録媒体本来の性能を発揮出来るものと推測される。図１０においてDnが２０ｎm以下で式（２）を満たさない場合は、オーバーライト値が急激に大きくなっている。図９と同様に、試作媒体Ｂ群うち式（１）を満たしている媒体に対応するデータ点を斜線で塗りつぶした菱型で示した。これらの試作媒体は、いずれもDnが２０ｎｍ以下と式（２）を満たしておらず、オーバーライト値も−３５ｄＢ以上となった。これらの媒体では記録磁界の不足により正常な記録が困難になり、その結果として記録再生性能が試作媒体Ａ群と比べて低くなったものと推測される。
【００７４】
以上から分かるように、式（１）と式（２）の双方の条件を満たすように垂直磁性層７５の磁気特性を制御する事により、所望の記録再生性能を満足しつつ、限られた大きさのヘッド磁界によっても記録が可能な垂直磁気記録媒体を得ることが出来た。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】垂直磁気記録媒体の典型的な磁化曲線（メジャーループ）と磁化曲線を特徴付けるパラメータを説明する図である。
【図２】本発明の静磁気特性測定法について、ＶＳＭを用いて測定した磁化曲線Ａ及び磁化曲線Ｂの一例を表す図である。
【図３】垂直磁気記録媒体の垂直磁性層における磁化反転磁界Hswの確率密度関数F (Hsw)の概念図である。
【図４】本発明の静磁気特性測定法について、図２の磁化曲線Ａ及び磁化曲線Ｂの各位置における磁化状態を、図３の確率密度関数F (Hsw)を用いて説明する図である。
【図５】本発明の静磁気特性測定法について、磁化曲線Ａに対する反磁界ずれ補正の一例を表す図である。
【図６】垂直磁性層において、ある磁性粒子にかかる反磁界（静磁相互作用）について模式的に表した図である。
【図７】本発明に係る垂直磁気記録媒体の典型的な断面構造を表す図である。
【図８】実験例で試作した媒体から得られたσhswとDnを二次元平面上にプロットした図である。
【図９】実験例で試作した媒体のσhsw/27+Dn/90と線記録密度１ＭＢＰＩでのエラーレートの関係を表す図である。
【図１０】実験例で試作した媒体のDnとオーバーライト値の関係を表す図である。
【図１１】本発明に係る磁気記録再生装置（ＨＤＤ）の構造と構成部品を表す図である。
【符号の説明】
【００７６】
６１    垂直磁性層
６２    垂直磁性層内の磁化
６３    垂直磁性層の上面に発生するプラス磁極
６４    垂直磁性層の底面に発生するマイナス磁極
６５    磁性粒子の中心位置（Ｃ点）
６６    磁性粒子６５を中心とした直径Dnの円形領域
６７    磁性粒子の中心位置（Ｃ点）に働く反磁界
７１    非磁性基体
７２    軟磁性裏打ち層
７３    シード層
７４    中間層
７５    垂直磁性層
７６    保護層
７７    液体潤滑膜
１１１    垂直磁気記録媒体
１１２    スピンドルモーター
１１３    磁気ヘッドスライダー
１１４    ヘッド・サスペンション
１１５    ヘッド・アクチュエーター
１１６    動作制御及び信号処理の電子回路
【図１】
0004564933.tif 000023
【図２】
0004564933.tif 000024
【図３】
0004564933.tif 000025
【図４】
0004564933.tif 000026
【図５】
0004564933.tif 000027
【図６】
0004564933.tif 000028
【図７】
0004564933.tif 000029
【図８】
0004564933.tif 000030
【図９】
0004564933.tif 000031
【図１０】
0004564933.tif 000032
【図１１】
0004564933.tif 000033