(57)【要約】【課題】  複数の磁気層および中間層を有するパターン化垂直磁気記録媒体を提供する。【解決手段】  パターン化垂直磁気記録媒体は、第１および第２の強磁性層（ＭＡＧ１およびＭＡＧ２）を、ＭＡＧ１とＭＡＧ２との間に第１および第２の非磁性中間層（ＩＬ１およびＩＬ２）を備えた状態で有するディスクリートデータアイランドを有する。ＭＡＧ１およびＭＡＧ２は、類似の厚さを有した類似のＣｏＰｔＣｒ合金でもよく、ＩＬ１およびＩＬ２の厚さは、ＭＡＧ１およびＭＡＧ２が強固に交換結合されることを保証する。あるいは、ＭＡＧ２は、「書き込み補助」層、例えば、交換スプリング構造における高飽和磁化の軟磁性材料でもよく、ＩＬ１は非常に薄く、それによってＩＬ２が、ＭＡＧ１と書き込み補助ＭＡＧ２層間とのカップリング層として機能できる。【選択図】  図４
2013025862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上の非磁性下地層と、
垂直磁気異方性を有する第１の強磁性層（ＭＡＧ１）であって、コバルト、プラチナおよびクロムを含む酸化物非含有合金である第１の強磁性層と、
前記第１の強磁性層上の第１の非磁性中間層（ＩＬ１）と、
前記ＩＬ１上の第２の非磁性中間層（ＩＬ２）と、
前記ＩＬ２上の第２の強磁性層（ＭＡＧ２）と、
を備え、
前記ＭＡＧ１、ＩＬ１、ＩＬ２およびＭＡＧ２は、複数のディスクリートアイランドへとパターン化される、パターン化垂直磁気記録媒体。
【請求項２】
前記ＭＡＧ２は、垂直磁気異方性を有し、Ｃｏ、ＰｔおよびＣｒを含む酸化物非含有合金であり、前記ＭＡＧ２およびＭＡＧ１は、前記ＩＬ１および前記ＩＬ２を渡って交換結合される、請求項１に記載のパターン化垂直磁気記録媒体。
【請求項３】
前記ＭＡＧ２は、前記ＭＡＧ１と比較して、Ｐｔがより多く、かつＣｒがより少ない、請求項２に記載のパターン化垂直磁気記録媒体。
【請求項４】
前記ＭＡＧ２は、Ｃｏ、Ｆｅ、ＣｏＰｔＣｒ合金、ＣｏＰｔＣｒＢ、ＮｉＦｅおよびＣｏＦｅ合金から選択された材料から形成され、６００ｅｍｕ／ｃｍ３を上回る飽和磁化および２，０００Ｏｅを下回る保磁力を有する書き込み補助層である、請求項１に記載のパターン化垂直磁気記録媒体。
【請求項５】
前記ＭＡＧ２およびＭＡＧ１は、交換スプリング構造であり、
ＩＬは、約０．１〜３ｎｍの厚さを有し、
前記ＩＬ２は、Ｒｕ、ＲｕＣｏ（３０アトミックパーセント以上かつ６０アトミックパーセント以下のＣｏ）およびＲｕ−Ｔａ２Ｏ５（１アトミックパーセント以上かつ２５アトミックパーセント以下のＴａ酸化物）から選択された材料から形成される交換スプリングカップリング層である、請求項１に記載のパターン化垂直磁気記録媒体。
【請求項６】
前記ＩＬ１は、ＲｕおよびＲｕ基合金から選択され、０．１ｎｍ以上かつ１．５ｎｍ以下の厚さを有する材料を含み、
前記ＩＬ２は、０．２ｎｍ以上かつ１．０ｎｍ以下の厚さを有し、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｍｎ、およびＨｆからなる群から選択された元素の１つ以上の酸化物を含む、請求項１に記載のパターン化垂直磁気記録媒体。
【請求項７】
前記ＩＬ２は、Ｔａ酸化物から実質的になる、請求項６に記載のパターン化垂直磁気記録媒体。
【請求項８】
前記ＩＬ２は、前記ＩＬ１上の酸化物クラスターの不連続膜であり、前記ＭＡＧ２は、前記ＩＬ１および前記ＩＬ２の酸化物クラスターと接触する、請求項６に記載のパターン化垂直磁気記録媒体。
【請求項９】
前記ＩＬ１は、前記ＭＡＧ１上のＩＬ１材料の共形膜である、請求項６に記載のパターン化垂直磁気記録媒体。
【請求項１０】
前記ＩＬ１は、前記ＭＡＧ１上のＩＬ１材料の不連続膜である、請求項６に記載のパターン化垂直磁気記録媒体。
【請求項１１】
前記ＭＡＧ２は、ＦｅＰｔ合金、ＣｏＰｔ合金、ＦｅＰｔ−Ｘ合金およびＣｏＰｔ−Ｘ合金から選択された化学的配列秩序合金であり、前記元素Ｘは、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、ＰｄおよびＡｇからなる群から選択され、２０アトミックパーセント以下の量で存在する、請求項１に記載のパターン化垂直磁気記録媒体。
【請求項１２】
前記ＭＡＧ２は、３０ｋＯｅ以上のスイッチング磁界を有する、請求項１１に記載のパターン化垂直磁気記録媒体。
【請求項１３】
前記ＩＬ１は、ＭｇＯおよびＲｕＡｌ（３０アトミックパーセント以上かつ７０アトミックパーセント以下のＡｌ）から選択される、請求項１１に記載のパターン化垂直磁気記録媒体。
【請求項１４】
前記ＩＬ２は、Ｔａ２Ｏ５、Ｒｕ、ＲｕＣｏ（３０アトミックパーセント以上かつ７０アトミックパーセント以下のＣｏ）およびＲｕ−Ｔａ２Ｏ５（１アトミックパーセント以上かつ２５アトミックパーセント以下のＴａ酸化物）から選択される、請求項１３に記載のパターン化垂直磁気記録媒体。
【請求項１５】
前記ＭＡＧ２上にバリア層（ＢＬ）と、前記ＢＬ上に保護膜（ＯＣ）とをさらに備えた、請求項１に記載のパターン化垂直磁気記録媒体。
【請求項１６】
前記ＢＬは、０．５ｎｍ以上かつ５ｎｍ以下の厚さを有し、Ｒｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｈｆ、ＷまたはＭｏの酸化物、および窒化ケイ素から選択される、請求項１５に記載のパターン化垂直磁気記録媒体。
【請求項１７】
前記非磁性下地層と前記ＭＡＧ１との間にナノ酸化膜（Ｎ−ＯＸ）をさらに備え、前記Ｎ−ＯＸは、Ｔａ酸化物、Ｃｏ酸化物およびＴｉ酸化物から選択された酸化物を含み、０．１ｎｍ以上かつ１．５ｎｍ以下の厚さを有する、請求項１に記載のパターン化垂直磁気記録媒体。
【請求項１８】
前記非磁性下地層の下の前記基板上に軟磁性透過材料の軟磁性下地層（ＳＵＬ）をさらに備え、前記ＳＵＬは、ＣｏＦｅ、ＣｏＮｉＦｅ、ＮｉＦｅ、ＦｅＣｏＢ、ＣｏＣｕＦｅ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＴａＮ、ＦｅＮ、ＦｅＴａＣ、ＣｏＴａＺｒおよびＣｏＺｒＮｂの合金からなる群から選択された材料を含む、請求項１に記載のパターン化垂直磁気記録媒体。
【請求項１９】
請求項１の前記パターン化垂直磁気記録媒体と、
データアイランドにおいて前記ＭＡＧ１を磁化するための書き込みヘッドと、
前記磁化されたデータアイランドを読み取るための読み取りヘッドと、
を備えた、磁気記録ディスクドライブ。
【請求項２０】
請求項１２の前記パターン化垂直磁気記録媒体と、
データアイランドにおいて前記ＭＡＧ２を磁化するために、前記データアイランドへと書き込み磁界を加える書き込みヘッドと、
前記ＭＡＧ２を加熱するために、前記データアイランドへと放射線を指向するための光データチャネルおよび近接場変換器と、
前記磁化されたＭＡＧ２を用いて前記データアイランドを読み取るための読み取りヘッドと、
を備えた、熱アシスト記録（ＴＡＲ）磁気記録ディスクドライブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、磁気記録ハードディスクドライブにおいて使用するためのディスク等のパターン化垂直磁気記録媒体に関し、より具体的には、向上した磁気記録特性を有する均一なデータアイランド（data island）を備えたパターン化ディスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
データ密度を増加させるために、パターン化磁気記録媒体を用いる磁気記録ハードディスクドライブが提案されてきた。従来の連続磁気記録媒体においては、磁気記録層は、ディスクの表面全体に亘って連続した層である。ビットパターン化媒体（ＢＰＭ）とも呼ばれるパターン化媒体においては、ディスク上の磁気記録層は、同心状のデータトラックに配置された、小さな分離したデータアイランドへとパターン化される。ＢＰＭディスクは、磁化方向が記録層の面に平行である、または記録層の面内にある水平磁気記録ディスク（longitudinal magnetic recording disk）である場合もあるが、垂直媒体のデータ密度が増加する可能性があるために、磁化方向が記録層に垂直であるか、または記録層の面外にある垂直磁気記録ディスクが、ＢＰＭの選択肢となる可能性が高い。パターン化データアイランドの磁気分離を生じさせるためには、アイランド間のスペースの磁気モーメントが、破壊されるかこれらのスペースが本質的に非磁性状態となるまで大幅に低減されることになる。代替としては、アイランド間のスペースに磁性材料が存在しないように、媒体が製造されてもよい。
【０００３】
ナノインプリントリソグラフィー（ＮＩＬ）は、ＢＰＭディスク上に所望のアイランドパターンを形成するために提案されてきた。ＮＩＬは、所望のナノスケールパターンを有するマスターテンプレートまたはモールドによってインプリントレジスト層を変形させることに基づいている。マスターテンプレートは、電子ビームツール等の高解像度のリソグラフィーツールによって作成される。パターン化される基板は、その上に連続層として形成される磁気記録層および任意の必要な下地層が空のディスクであり得る。次に、基板は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のような熱可塑性ポリマー等のインプリントレジストでスピンコート（spin-coated）される。その後、ポリマーが、ガラス転移温度より高く加熱される。この温度では、熱可塑性レジストは、粘性を持ち、比較的高圧でテンプレートからインプリントを行うことによって、ナノスケールパターンがインプリントレジスト上に複製される。一旦ポリマーが冷えると、テンプレートがインプリントレジストから除去され、逆のナノスケールパターンの凹部およびスペースがインプリントレジスト上に残される。熱可塑性ポリマーの熱硬化の代替案として、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｉｍｐｒｉｎｔｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＭｏｎｏＭａｔ等の紫外線（ＵＶ）光によって硬化するポリマーを、インプリントレジストとして使用できる。次に、パターン化インプリントレジスト層をエッチマスクとして使用することによって、下層の磁気記録層において所望のアイランドパターンが形成される。
【０００４】
ＢＰＭにおいては、データアイランド間で、サイズおよび磁気特性の均一性が存在することが重要である。スイッチング磁界分散（ＳＦＤ）、すなわち、保磁場のアイランド毎の変動は、隣接するアイランドに上書きすることのない、個々のアイランドの正確なアドレス指定能力を十分に保証できるほど小さい必要がある。理想的には、ＳＦＤ幅はゼロであり、これは、全てのビットが同じ書き込み磁界強度でスイッチングすることを意味する。アイランドのサイズ、形状および間隔の変動、並びに、磁性材料の組成および結晶方位の変動は、ＳＦＤを増加させる。
【０００５】
個々のデータアイランドの書き込み性能を向上させることも重要である。アイランド中の記録層が、記録層の厚さに亘って段階的異方性を提供するように、異なる異方性を有する少なくとも２つの強磁性交換結合磁気層で形成されることが望ましい場合がある。このタイプの段階的異方性記録層は、記録層の厚さに亘る書き込み磁界の変動および書き込み磁界勾配の非均一性を補償する。
【０００６】
エッチングプロセスは、アイランド間のサイズおよび磁気特性の均一性と、個々のアイランドの書き込み性能とに悪影響を及ぼす可能性がある。従って、エッチングプロセス中に、アイランドの個々の磁気層を保護できることも重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願第１３／０４９，１２４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、向上した書き込み性能を有する均一なデータアイランドを備えたパターン化垂直磁気記録媒体が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、第１および第２の強磁性層（ＭＡＧ１およびＭＡＧ２）を有し、ＭＡＧ１およびＭＡＧ２の間に第１および第２の非磁性中間層（ＩＬ１およびＩＬ２）を有したデータアイランドを備えたパターン化垂直磁気記録媒体に関する。ある実施形態においては、ＭＡＧ１およびＭＡＧ２は、類似の厚さを有する類似のＣｏＰｔＣｒ合金でもよい。ＩＬ１は、約０．１〜１．５ｎｍの厚さを有する、Ｒｕ、またはＲｕＣｒまたはＲｕＣｏ等のＲｕ基合金のような金属膜であり、ＩＬ２は、約０．２〜１．０ｎｍの厚さを有する、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＭｎまたはＨｆの酸化物等の酸化金属膜である。ＩＬ１およびＩＬ２の厚さにより、ＭＡＧ１およびＭＡＧ２が強固に交換結合され、単一のスイッチング挙動を示すことが確実となる。段階的異方性のＲＬを得ることが望ましい場合には、ＭＡＧ１およびＭＡＧ２は、異なる量のＰｔおよびＣｒを有し得る。別の実施形態では、ＭＡＧ２は、「書き込み補助」層、例えば、Ｃｏ、ＣｏＰｔＣｒＢ、ＣｏＰｔＣｒ合金、ＮｉＦｅ合金およびＣｏＦｅ合金等の、交換スプリング構造における高飽和磁化の軟磁性材料である。ＩＬ１の厚さを非常に薄くすることによって、ＩＬ２が、ＭＡＧ１および書き込み補助ＭＡＧ２層間のカップリング層として機能し得る。熱アシスト記録（ＴＡＲ）の応用に関するさらに別の実施形態では、ＭＡＧ２は、高磁気結晶異方性（Ｋｕ）を有する、Ｌ１０相に基づいた化学的配列秩序がある等原子二元合金ＦｅＰｔまたはＣｏＰｔ、または例えば（Ｆｅ（ｙ）Ｐｔ（１００−ｙ））−Ｘである、ＦｅＰｔのＬ１０相に基づく疑似二元合金である。このＴＡＲの実施形態においては、ＩＬ１は、ＭｇＯ、ＲｕＡｌ、またはＴｉＮであり、ＩＬ２は、Ｔａ２Ｏ５、Ｒｕ、ＲｕＣｏまたはＲｕ−Ｔａ２Ｏ５である。
【００１０】
全ての実施形態において、任意のバリア層（ＢＬ）をＭＡＧ２上に形成することによって、ディスクリートアイランドを形成するための後続のエッチング中に、下部の層を保護し得る。ＢＬは、約０．５〜５ｎｍの厚さを有する、Ｒｕ、ＷまたはＭｏ等の金属、あるいはＨｆ、ＷまたはＭｏの酸化物等の金属酸化物から形成され得る。
【発明の効果】
【００１１】
ＩＬ１およびＩＬ２の材料および厚さの適切な選択により、ＭＡＧ１からのＭＡＧ２の微細構造の独立制御およびＭＡＧ１とＭＡＧ２との間の磁気交換結合の最適な調節、並びに、ＭＡＧ１の粒間交換結合の制御が可能となる。これにより、向上したスイッチング性能および膜成長の均一性の結果、向上したアイランド磁気特性が得られる。従って、本発明によるデータアイランドを有するＢＰＭは、ＳＦＤの大幅な減少、書き込み性能の向上、およびデータゾーンを含むアイランドの高度な磁気均一性を可能にする。
【００１２】
本発明の性質および利点をより完全に理解するためには、添付図面と合わせて以下の詳細な説明を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ビットパターン化媒体（ＢＰＭ）を有した垂直磁気記録ディスクドライブの上面図であり、先行技術による、同心円状のデータトラックに配置されたパターン化データアイランドを示す。
【図２】データアイランドの詳細な配置を示す、先行技術のＢＰＭディスクの拡大された一部の上面図である。
【図３Ａ】先行技術による、ディスクのエッチングおよび平坦化の様々な段階におけるＢＰＭディスクの断面図である。
【図３Ｂ】先行技術による、ディスクのエッチングおよび平坦化の様々な段階におけるＢＰＭディスクの断面図である。
【図３Ｃ】先行技術による、ディスクのエッチングおよび平坦化の様々な段階におけるＢＰＭディスクの断面図である。
【図４】本発明によるディスク構造の一部の断面図であり、ディスクリートデータアイランドを形成するためのパターニング前の様々な層を示す断面図である。
【図５】熱アシスト記録（ＴＡＲ）システムで使用する空気軸受スライダーと、本発明によるデータアイランドを有するＴＡＲディスクの一部との断面図である。
【図６】本発明によるディスク構造の一部の断面図であり、ディスクリートデータアイランドを形成するためのパターニング前の、任意のバリア層を含む様々な層を示す断面図である。
【図７】パターニング後の本発明によるディスク構造の一部の断面図であり、１つのデータアイランドを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、パターン化媒体磁気記録ディスク２００を有するパターン化媒体磁気記録ディスクドライブ１００の上面図である。ドライブ１００は、磁気記録ディスク２００を回転させるためのアクチュエータ１３０および駆動モータを支持するハウジングまたは基部１１２を有する。アクチュエータ１３０は、剛性アーム１３１を有するボイスコイルモータ（ＶＣＭ）回転型アクチュエータでもよく、矢印１３３で示すように、ピボット１３２周りで回転する。ヘッドサスペンションアセンブリは、一方の端部をアクチュエータアーム１３１の端部に取り付けたサスペンション１３５と、サスペンション１３５の他方の端部に取り付けた空気軸受スライダー１２０等のヘッドキャリアとを含む。サスペンション１３５により、スライダー１２０をディスク２００の表面の非常に近い位置で保持することが可能となり、ディスク２００が矢印２０の方向に回転する際にそれによって生じる空気軸受上で、スライダー１２０が「ピッチ（pitch：前後方向での傾斜）」および「ロール(roll：左右方向での傾斜)」することが可能となる。磁気抵抗読み取りヘッド（図示せず）および誘導型書き込みヘッド（図示せず）は、通常、当該分野において周知のように、スライダー１２０の後端において、一連の薄い膜および構造体としてパターン化された一体型読み書きヘッドとして形成される。スライダー１２０は、通常、アルミナ／チタンカーバイド（Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣ）の複合物等の複合材料から形成される。図１には、ただ１つのディスク面が、関連するスライダーおよび読み書きヘッドと共に示されているが、通常は、スピンドルモータによって回転するハブ上に積層された複数のディスクが、各ディスクの各面に関連した別個のスライダーおよび読み書きヘッドと共に存在する。
【００１５】
パターン化媒体磁気記録ディスク２００は、硬質または剛性ディスク基板と、基板上の磁化可能材料のディスクリートデータアイランド（discrete data island）３０とを含む。データアイランド３０は、半径方向に間隔を空けた円形トラック１１８に配置されており、図１には、ディスク２００の内径および外径付近の数個のアイランドおよび代表的なトラック１１８のみが示されている。アイランド３０は、円形で描かれているが、アイランドは、例えば略長方形、長円形または楕円形の他の形状を有していてもよい。ディスク２００が矢印２０の方向に回転する際に、アクチュエータ１３０の動きによって、スライダー１２０の後端の読み書きヘッドが、ディスク２００上の異なるデータトラック１１８にアクセスすることが可能となる。
【００１６】
図２は、先行技術による、あるタイプのパターンでのディスク基板表面上のデータアイランド３０の詳細な配置を示す、ディスク２００の拡大された一部の上面図である。アイランド３０は、磁化可能記録材料を含み、トラック１１８ａ〜１１８ｅによって示されるように、半径方向またはクロストラック方向に間隔を空けた円形トラックに配置されている。トラックは、通常、固定のトラック間隔ＴＳによって均等に間隔を空けられている。１つのトラックにおけるデータアイランド間の間隔は、トラック１１８ａにおけるデータアイランド３０ａおよび３０ｂ間の距離ＩＳによって示されており、隣接トラック同士は、トラック１１８ａおよび１１８ｂによって示されるように、距離ＩＳ／２だけ互いにずれている。各アイランドは、ディスク２００の面に平行な横寸法Ｗを有し、Ｗは、アイランドが円形形状である場合は、直径である。アイランドは、例えば、略長方形、長円形または楕円形の他の形状を有していてもよく、その場合、寸法Ｗは、長方形アイランドの短辺等の非円形アイランドの最小寸法であると見なされ得る。隣接するアイランド同士は、非磁性領域またはスペースによって分離され、これらのスペースは、横寸法Ｄを有する。Ｄの値は、Ｗの値よりも大きくてもよい。
【００１７】
図２に示したようなＢＰＭディスクは、磁化方向がアイランドにおける記録層に垂直である、または記録層の面外にある垂直磁気記録ディスクであり得る。パターン化データアイランド３０の必要とされる磁気分離を生じさせるためには、アイランド３０間の領域またはスペースの磁気モーメントが、破壊されなければならない、あるいは、これらのスペースが本質的に非磁性状態となるまで大幅に低減されなければならない。「非磁性」という用語は、アイランド３０間のスペースが、誘電材料等の非強磁性材料、または印加磁場がなければ、実質的な残留モーメントを持たない材料、または読み取りあるいは書き込みに悪影響を与えないようにアイランド３０から十分に離れるように下方に窪んだトレンチ（trench）の磁性材料から形成されることを意味する。非磁性スペースは、磁気記録層またはディスク基板におけるトレンチまたは凹部等の、磁性材料がない部分でもあり得る。
【００１８】
図３Ａは、ＢＰＭディスクを形成するためのリソグラフィーパターニングおよびエッチング前の、先行技術によるディスク２００を示す断面図である。ディスク２００は、通常スパッタリングによって、代表的な層が上に堆積される略平面２０２を有する基板２０１である。ディスク２００は、垂直（すなわち、基板表面２０２に対して略垂直）な磁気異方性を有する記録層（ＲＬ）と、ＲＬの下に任意の軟磁性下地層（ＳＵＬ）とを有する垂直磁気記録ディスクとして描かれている。任意のＳＵＬは、ディスクドライブ書き込みヘッドからの書き込み磁界の磁束リターンパスとして機能する。
【００１９】
ハードディスク基板２０１は、市販のどのようなガラス基板でもよいが、ＮｉＰ表面コーティングを有する従来のアルミ合金、または、シリコン、カナサイトあるいは炭化ケイ素等の代替の基板でもよい。ＳＵＬの成長のための接着層またはオンセット層（ＯＬ）は、基板表面２０２上に堆積される約２〜１０ｎｍの厚さを有するＡｌＴｉ合金または類似の材料でもよい。
【００２０】
ＳＵＬは、ＣｏＮｉＦｅ、ＦｅＣｏＢ、ＣｏＣｕＦｅ、ＮｉＦｅ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＴａＮ、ＦｅＮ、ＦｅＴａＣ、ＣｏＴａＺｒ、ＣｏＦｅＴａＺｒ、ＣｏＦｅＢ、およびＣｏＺｒＮｂの合金等の磁気透過材料で形成され得る。ＳＵＬは、ＡｌまたはＣｏＣｒの導電性膜等の非磁性膜によって分離された複数の軟磁性膜で形成された積層または多層ＳＵＬでもよい。ＳＵＬは、Ｒｕ、ＩｒあるいはＣｒ、またはそれらの合金等の反強磁性結合の間に介在する中間層膜によって分離された複数の軟磁性膜で形成された積層または多層ＳＵＬでもよい。ＳＵＬは、約５〜５０ｎｍの範囲の厚さを有していてもよい。
【００２１】
ディスクリート磁気アイランドにおけるＲＬは、コバルト−プラチナ（ＣｏＰｔ）またはコバルト−プラチナ−クロム（ＣｏＰｔＣｒ）合金のようなコバルト（Ｃｏ）合金でもよい。Ｃｏ合金のＲＬは、Ｃｏ合金の結晶Ｃ軸がＲＬの面に垂直となるようにする成長促進下地層（ＵＬ）上に成長され、それによって、ＲＬは、強い垂直磁気結晶異方性を有する。ＵＬは、ＲｕまたはＲｕ合金層でもよい。ＮｉＷまたはＮｉＷＣｒ合金層等のシード層（ＳＬ）は、ＳＵＬ上に堆積され、それによって、Ｒｕ含有ＵＬの成長が促進され得る。任意のＳＵＬが存在する場合、ＵＬおよびＳＬは、ＳＵＬおよびＲＬの磁気透過膜間の磁気交換結合を壊す交換ブレーク層（ＥＢＬ：exchange-break layer）としても機能する。
【００２２】
保護膜（ＯＣ）は、ＲＬ上に堆積される。ＯＣは、水素化および／または窒素化され得ることもある、ＤＬＣの様な、スパッタ堆積された非晶質炭素でもよい。ＯＣに使用され得る他の材料には、
炭化ケイ素および炭化ホウ素等のカーバイドと、
窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、窒化チタン、および窒化ホウ素等の窒化物と、
ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５およびＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３等の金属酸化物と、
これらの材料の混合物と、
が含まれる。
【００２３】
図３Ａのディスクは、例えば、ナノインプリンティングプロセスによって、リソグラフィーを用いてパターン化される。ナノインプリンティングにおいては、マスターテンプレートが、データアイランドおよび非磁性領域の所望のパターンを有するように、例えば、直接的なｅ−ビーム書き込みによって作製される。インプリントレジスト（すなわち熱可塑性ポリマー）の薄膜が、ディスク上にスピンコートされる。次に、所定のパターンを有するマスターテンプレートを、インプリントレジスト膜に接触させ、テンプレートおよびディスクが互いに押し付けられ、熱が付与される。インプリントレジストポリマーが、ガラス転移温度より高く加熱されると、テンプレート上のパターンが、レジスト膜に押し付けられる。冷却後、マスターテンプレートがディスクから分離され、パターン化レジストが、ＲＬ上に残される。パターン化インプリントレジストは、次に、エッチマスクとして使用される。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）またはイオンミリングを用いて、インプリントレジストのパターンを下層のディスクに転写し、それによって、データアイランドおよび非磁性領域を形成することができる。
【００２４】
図３Ｂは、リソグラフィーパターニングおよびエッチング後のディスク２００の断面図である。エッチング後、ＲＬ材料を有する隆起したランド（land）３０および溝または凹部３２が、基板表面２０２の上方に形成される。基本的にランド３０の高さでもある、一般的な凹部３２の深さは、約４〜５０ｎｍの範囲にあり、凹部の典型的な幅は、約４〜５０ｎｍの範囲にある。図３Ｂに示されるように、好ましくは、ＲＬ材料の全てを除去し、それによって、凹部３２にＲＬ材料が存在しないような深さにまでエッチングが行われる。エッチングは、少量のＥＢＬ材料を除去してもよい。通常、凹部３２の下面の下には、ＥＢＬ材料の層が存在する。
【００２５】
図３Ｃは、任意の第２の保護膜３４を凹部３２内およびランド３０の最上部の上に堆積し、その後、凹部３２における充填材３６の堆積および化学機械研磨（ＣＭＰ）を行った後の、図３Ｂのエッチングされたディスク２００の断面図である。任意の第２の保護膜３４は、ＲＬの最上部の上に直接存在するＯＣに使用されたような材料の１つから形成されてもよい。充填材３６は、ＳｉＯ２またはポリマー材料、またはＣｕのような非磁性金属でもよい。ＣＭＰにより、基本的に、平坦化されたディスク面が生じる。ディスク２００の表面上に、例えばスピンコーティングによって、従来の液体潤滑剤（図示せず）の層が堆積されてもよい。
【００２６】
図４は、ディスクリートアイランドへのパターニング前の、本発明によるディスクの一部の断面図である。ディスク基板（図示せず）、任意のＳＵＬ、およびＥＢＬは、先行技術に記載されたようなものでもよい。ＥＢＬは、ＲｕまたはＲｕ合金層でもよい。ＥＢＬは、ＲＬの下の非磁性下地層である。ディスクがＳＵＬの存在しないタイプのものである場合には、ＲＬの下の基板上に、ＲｕまたはＲｕ合金のような非磁性下地層が存在する。
【００２７】
第１の極薄または「ナノ」酸化膜（Ｎ−ＯＸ）が、ＥＢＬ（または非磁性下地層）上に堆積される。ＥＢＬは、ＲｕまたはＲｕ合金層でもよい。Ｎ−ＯＸは、好ましくは、Ｔａ２Ｏ５のようなＴａ酸化物であるが、約０．１〜１．５ｎｍの範囲の厚さを有する、Ｔｉ酸化物またはＣｏ酸化物でもよい。Ｎ−ＯＸは、１．５ｎｍ以下、好ましくは、０．７ｎｍ以下の極薄である。この厚さレジームでは、厚さは、不連続膜の「平均」厚さとして考えられ得る。Ｔａ酸化膜は、Ｔａ２Ｏ５ターゲットからのスパッタ堆積によって堆積され得る。ターゲットが導電性である場合には、ＤＣスパッタリングを容易に用いることが可能である。一方、ターゲットが絶縁体または高抵抗ターゲットである場合には、ＲＦスパッタリングが好ましいモードである。あるいは、適量の酸素を含有するスパッタガス混合物を用いたＴａの反応性スパッタリングによって、Ｔａ２Ｏ５をその場で成長させることも可能である。
【００２８】
第１の強磁性層（ＭＡＧ１）は、Ｎ−ＯＸ上に堆積される。ＭＡＧ１は、Ｎ−ＯＸ上に堆積される。ＭＡＧ１は、約４〜１５ｎｍの範囲の厚さを有する、垂直磁気異方性を有するＣｏ合金、好ましくは、Ｃｏ、ＰｔおよびＣｒを含む合金である。ＣｏＰｔＣｒ合金は、垂直磁気異方性を有し、下付き文字が、原子百分率で、５０≦ｘ≦８５、７≦ｙ≦３０、および０≦ｚ≦２５であるＣｏｘＰｔｙＣｒｚの組成を有し得る。ＣｏＰｔＣｒ合金は、通常、より少ない量で、Ｔａのような他の元素を含んでいてもよい。Ｎ−ＯＸは、不連続膜であり得るので、Ｃｏ合金のＭＡＧ１が上に堆積される表面は、Ｎ−ＯＸのＲｕまたはＲｕ合金材料と、Ｎ−ＯＸのクラスターまたは領域との両方となり得る。従来の連続磁気記録ディスクの顆粒Ｃｏ合金磁気層（granular Co-alloy magnetic layer）は、通常、粒径を小さくするために、ＳｉＯ２等の酸化物を含むが、本発明においては、Ｃｏ合金が、酸化物を含まず、可能な限り大きな粒径を有することが好ましい。Ｎ−ＯＸ上に形成された酸化物非含有ＣｏＰｔＣｒ合金層を有するディスクリートアイランドを備えたＢＰＭディスクは、２０１１年３月２３日に出願された関連する係属中の出願（特許文献１）に記載されている。
【００２９】
本発明によるディスクのある実施形態は、ＭＡＧ１のような第２の強磁性層（ＭＡＧ２）を備え、ＭＡＧ２は、ＭＡＧ１と類似の厚さを有する。第２の強磁性層（ＭＡＧ２）が、ＭＡＧ１とＭＡＧ２との間に第１および第２の非磁性中間層（ＩＬ１およびＩＬ２）を有して、ＭＡＧ１の上方に位置している。ＩＬ１およびＩＬ２は、ＭＡＧ１とＭＡＧ２との間の二重核形成膜として機能する。ＩＬ１は、金属膜、好ましくは、約０．１〜１．５ｎｍの厚さを有するＲｕ、またはＲｕＣｒまたはＲｕＣｏ等のＲｕ基合金である。ＩＬ１は、ｘが３０〜７０ａｔ％であるＲｕｘＣｏ（１００−ｘ）合金でもよい。ＩＬ１は、低圧（約１０ｍＴｏｒｒ未満）でＭＡＧ１上にスパッタ堆積される。ＩＬ２は、約０．２〜１．０ｎｍの厚さを有する、酸化金属膜、好ましくはＴａ酸化物であるが、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＭｎまたはＨｆの酸化物でもよい。ＩＬ２は、高圧（約２０ｍＴｏｒｒを上回る）で、ＩＬ１上にスパッタ堆積される。ＭＡＧ２は、ＩＬ２上に直接スパッタ堆積される。ＩＬ１は、概ね共形（conformal）な膜としてＭＡＧ１上で形を成すのに十分な厚さがあればよい。しかしながら、極薄の厚さのレジームでは、ＩＬ１およびＩＬ２の各々の厚さは、不連続膜の「平均」厚さであり、ＩＬ１およびＩＬ２材料は、不連続クラスターとして形成されている。従って、ＩＬ１が概ね共形であり、ＩＬ２が不連続である場合には、ＭＡＧ２は、ＩＬ２クラスター上、並びに、下層のＩＬ１の一部の上に成長される。ＩＬ１は、比較的低いスパッタリング圧（約１０ｍＴｏｒｒ未満）で堆積されることによって、ＭＡＧ１上での共形Ｒｕ膜（conformal Ru film）またはＲｕ基合金クラスターの形成が促進される。ＩＬ２は、高いスパッタリング圧で堆積されることによって、金属酸化物クラスターの形成が促進される。従って、ＭＡＧ２の材料は、ＭＡＧ２の微細構造を合同で制御するＩＬ２材料およびＩＬ１材料のクラスターと接触している。ＭＡＧ２およびＭＡＧ１は、共にＲＬとして機能する。ＩＬ１およびＩＬ２の厚さにより、ＭＡＧ１およびＭＡＧ２が強固に交換結合され、単一のスイッチング挙動を示すことが確実となる。段階的異方性のＲＬを得ることが望ましい場合には、ＭＡＧ１およびＭＡＧ２は、通常、異なる量のＰｔおよびＣｒを有する。例えば、ＭＡＧ２は、Ｐｔがより多く、かつＣｒがより少なく、その結果、ＭＡＧ１よりも高い異方性を有していてもよい。段階的異方性のＲＬは、ＲＬの厚さに亘る書き込み磁界の変動と、書き込み磁界勾配における非均一性とを補償する。ＭＡＧ１およびＭＡＧ２の厚さの合計は、ＭＡＧ１によるＭＡＧ２の微細構造制御の達成、ＭＡＧ１＋ＭＡＧ２の所望の磁気モーメントおよび異方性の選択、および書き込みヘッドの書き込み特性の一致を目的として調整され得る。
【００３０】
本発明の別の実施形態においては、ＭＡＧ２は、「書き込み補助（write assist）」層であり、ＩＬ１およびＩＬ２は、上記の通り、すなわち、それぞれ、好ましくはＲｕまたはＲｕ基合金である金属膜と、Ｔａ２Ｏ５のような酸化金属膜とである。ＭＡＧ２は、約０．５〜１０ｎｍの厚さを有する、Ｃｏ、ＣｏＰｔＣｒ合金またはＣｏＰｔＣｒ酸化物でもよい。ＭＡＧ２は、例えば、スプリングスイッチング機構によってＭＡＧ１の書き込み性能を向上させる、高飽和磁化（約６００ｅｍｕ／ｃｍ３を超えるＭｓ）の軟磁性材料（約２，０００Ｏｅ未満の保磁力）である。このような層の例には、Ｃｏ、Ｆｅ、ＣｏＰｔＣｒ合金、ＣｏＰｔＣｒＢ、ＮｉＦｅ、およびＣｏＦｅ合金が含まれる。このような書き込み補助構造の別の実施では、ＩＬ１の厚さを減少させる（約０．１〜３ｎｍの厚さにまで）ことにより、ＩＬ２は、交換スプリングタイプの記録構造のカップリング層として機能する。この場合のＩＬ２は、好ましくは、Ｒｕ、ＲｕＣｏ（Ｃｏ＝３０〜６０アトミックパーセント）またはＲｕ−Ｔａ２Ｏ５（Ｔａ酸化物＝１〜２５アトミックパーセント）である。
【００３１】
ＩＬ１およびＩＬ２の材料および厚さの適切な選択により、ＭＡＧ１からのＭＡＧ２の微細構造の独立制御およびＭＡＧ１とＭＡＧ２との間の磁気交換結合の最適な調節、並びに、記録層（ＭＡＧ１）の粒間交換結合の制御が可能となる。これにより、向上したスイッチング性能および膜成長の均一性の結果、向上したアイランド磁気特性が得られる。従って、本発明によるデータアイランドを有するＢＰＭは、ＳＦＤの大幅な減少、書き込み性能の向上、およびデータゾーンを含むアイランドの高度な磁気均一性を可能にする。
【００３２】
ＢＰＭを有する垂直磁気記録ディスクは、主に、誘導型書き込みヘッドのみがアイランドへのデータの書き込みを行う従来の磁気記録での使用を目的として提案されてきた。しかしながら、垂直ＢＰＭディスクは、熱アシスト記録（ＴＡＲ）とも呼ばれる熱アシスト記録での使用も提案されている。ＴＡＲシステムにおいては、近接場変換器（ＮＦＴ）を備えた光導波路が、レーザー等の放射線源からの熱を指向させて、ディスク上の磁気記録層の局所領域を加熱する。ＴＡＲシステムにより、記録層の熱安定性を向上させるための高磁気結晶異方性（Ｋｕ）を有する磁性材料の使用が可能となる。しかしながら、Ｋｕが高くなると、磁化方向を逆にするために必要な磁場である、記録層の短期スイッチング磁界（Ｈ０）も増加する。ほとんどの磁性材料に関して、Ｈ０は、ずっと長い時間尺度で測定した保磁場または保磁力Ｈｃよりかなり大きいが、Ｈｃに直接関係する。従って、書き込み磁界のみ（通常、従来の誘導型書き込みヘッドからの約１２ｋＯｅ以下）では、磁化をスイッチングするのに不十分である。しかしながら、ＮＦＴからの放射線により、高Ｋｕ磁性材料が局所的に、場合によってはキュリー温度付近にまで、またはそれを上回る温度にまで加熱され、それによって、保磁力が低下し、誘導型書き込みヘッドによって書き込みが生じるのに十分な程度にスイッチング磁界が低下する。
【００３３】
従って、上記に説明した図１には、垂直ＢＰＭディスク２００と、書き込みヘッドおよび読み取りヘッドを支持する空気軸受スライダー１２０とを備えた従来の磁気記録システムが描かれている。図５には、ＴＡＲシステムで使用する空気軸受スライダー１２０’およびＴＡＲディスク２００’の一部の断面図（非常に小さな特徴を示すことが難しいため、原寸に比例して描かれてはいない）が描かれている。空気軸受スライダー１２０’は、書き込みヘッド５０（ヨーク５４および書き込みポール５２を有する）、読み取りヘッド６０、およびシールドＳ１およびＳ２を支持する。ＴＡＲディスク２００’においては、ヒートシンク層２１が、アイランド３０および非磁性領域３２の下に位置する。アイランド３０は、図４におけるアイランドのような、本発明によるアイランドでもよい。ヒートシンク層２１は、ＣｕまたはＣｕＺｒ、Ａｕ、Ａｇまたは他の適切な金属または金属合金のような、良好な熱導体である材料から形成される。層１９は、ヒートシンク層２１とアイランド３０との間の、ＭｇＯまたはＳｉＯ２の層等の熱レジスト層でもよく、それによって、熱がヒートシンク層２１へと非常に急激に分配されないように熱流量が制御されることの助けとなる。ＴＡＲディスク２００’は、存在する場合は、ヒートシンク層２１の下に位置するであろう任意のＳＵＬも含み得る。ＳＵＬが存在しない場合には、ＥＢＬの必要性はない。スライダー１２０’は、ディスク２００’に対向する空気軸受面（ＡＢＳ）を有する。スライダー１２０’は、レーザー７０、ミラー７１、光導波路またはチャネル７２およびＡＢＳに出力を有するＮＦＴ７４も支持する。
【００３４】
書き込み電流が、コイル５６を通るように指向されると、書き込みポール５２は、データアイランド３０の１つに指向された矢印８０によって表されるように、磁束をデータアイランド３０へと指向する。矢印を有する点線１７は、リターンポール５４へ戻る磁束リターンパスを示す。ＮＦＴ７４は、波状矢印８２によって示されるように、ＴＡＲディスク２００’がスライダーに対して方向２０に移動する際に、近接場放射線をデータアイランド３０へと指向する。ＮＦＴにおける電荷振動は、データアイランドが書き込みポール５２からの書き込み磁界に暴露されると同時に、データアイランド３０を加熱する。これにより、データアイランドにおける磁気記録材料の温度が上昇し、それによって、材料の保磁力が低下し、書き込み磁界によるデータアイランドの磁化のスイッチングが可能となる。
【００３５】
従って、本発明によるＢＰＭディスクの他の実施形態においては、ＢＰＭディスクは、ＴＡＲディスクドライブにおいて使用可能なＴＡＲディスクである。第１のＴＡＲディスク実施形態においては、ディスク構造は、図４に示す、上記と同じＭＡＧ１、ＩＬ１およびＩＬ２を有するが、ＭＡＧ２は、高異方性ＣｏＰｔＣｒ合金材料から形成されるようなものでもよい。特定の組成に応じて、高ＫｕのＣｏＰｔＣｒ合金は、最大約２０ｋＯｅのスイッチング磁界を有し得る。ＮＦＴは、ＭＡＧ２のスイッチング磁界が書き込み磁界を大幅に下回る値にまで減少するように、ＭＡＧ２の保磁力を減少させなければならない。ＭＡＧ２のＣｏＰｔＣｒ合金層の組成は、キュリー温度の調節を可能にするために変更され得る。
【００３６】
第２のＴＡＲディスク実施形態においては、ディスク構造は、図４に示す、同じＭＡＧ１を有するが、ＩＬ１およびＩＬ２に関して異なる材料を有し、ＭＡＧ２として化学的配列秩序がある高Ｋｕ合金を有するようなものでもよい。ＩＬ１は、０．１〜２ｎｍの範囲の厚さを有するＭｇＯまたはＲｕＡｌ（Ａｌ＝３０〜７０アトミックパーセント）またはＴｉＮ（Ｎ＝４０〜６０アトミックパーセント）である。ＩＬ２は、０．１〜１ｎｍの範囲の厚さを有するＴａ２Ｏ５、Ｒｕ、ＲｕＣｏ（Ｃｏ＝３０〜７０アトミックパーセント）またはＲｕ−Ｔａ２Ｏ５（Ｔａ酸化物＝１〜２５アトミックパーセント）である。ＭＡＧ２は、好ましくは、Ｌ１０相に基づく、化学的配列秩序がある等原子二元合金ＦｅＰｔまたはＣｏＰｔ（chemically-ordered equiatomic binary alloy FePt or CoPt）である。Ｌ１０で秩序立てられたＦｅＰｔおよびＣｏＰｔ（およびＦｅＰｄおよびＣｏＰｄ）の化学的配列秩序がある合金は、高磁気結晶異方性および磁化と、高密度磁気記録材料に望ましい特性とで知られている。バルク形態での、化学的配列秩序があるＦｅＰｔまたはＣｏＰｔ合金が、面心正方（ＦＣＴ）のＬ１０秩序相材料（ＣｕＡｕ材料とも呼ばれる）として知られる。Ｌ１０相のｃ軸は、磁化容易軸であり、ディスク基板に対して垂直に方向付けられる。化学的配列秩序があるＦｅＰｔ（またはＣｏＰｔ）合金層は、例えば（Ｆｅ（ｙ）Ｐｔ（１００−ｙ））−Ｘである、ＦｅＰｔのＬ１０相に基づく疑似二元合金でもよく、ｙは、約４５〜５５アトミックパーセントの範囲であり、元素Ｘは、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、ＰｄまたはＡｇでもよく、約０〜約２０アトミックパーセントの範囲に存在する。疑似二元合金ＦｅＰｔ−Ｘは、一般的に、二元合金ＦｅＰｔと同様に高異方性を有するが、これにより、ＭＡＧ２の磁気および構造特性に対してさらなる制御が可能となる。ＭＡＧ２は、化学的配列秩序があるＦｅＰｔ合金層である場合には、ＩＬ２構造上にスパッタ堆積されるが、ディスク基板は、３００℃を超える、好ましくは４５０℃を超える高温に維持される。高温の堆積により、高スイッチング磁界を達成できることが確実となる。スイッチング磁界は、好ましくは、約３０〜１５０ｋＯｅの間である。ディスク基板の温度は、堆積中に、例えば約６００℃の開始温度から約３００℃の最終温度へと、徐々に低下させられ、それによって、段階的異方性を有し、厚さが増すにつれて異方性が減少するＦｅＰｔ合金層が設けられることが可能である。
【００３７】
図６は、ディスクリートアイランドへのパターニング前の、ＭＡＧ２上に任意のバリア層（ＢＬ）を有する、本発明によるディスクの一部の断面図である。ＢＬは、ディスクリートアイランドを形成するための後続のエッチング中に、下部の層を保護する。ＢＬは、Ｒｕ、ＷまたはＭｏ等の金属、またはＨｆ、ＷまたはＭｏの酸化物等の金属酸化物、または窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）等の他の低エッチ速度材料から形成され得る。ＢＬは、約０．５〜５ｎｍの厚さを有し得る。
【００３８】
図７は、リソグラフィーパターニングおよびエッチング後の１つのデータアイランドを示す、本発明によるＢＰＭディスクの一部の断面図である。エッチングは、好ましくは、ＭＡＧ１の材料を全て除去する深さにまで行われる。エッチングは、少量のＥＢＬ材料を除去し得る。典型的には、データアイランド間の凹部の下面の下に、ＥＢＬ材料の層が存在する。
【００３９】
本発明を好適な実施形態を参照して具体的に示し、説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細に関して様々な変更が行われ得ることが当業者には理解されるであろう。従って、開示された発明は、単なる例示としてみなされるものであり、添付の特許請求の範囲に規定される範囲にのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００４０】
５０  書き込みヘッド
３０  データアイランド
６０  読み取りヘッド
７２  光データチャネル
７４  近接場変換器
ＥＢＬ  非磁性下地層
ＭＡＧ１  第１の強磁性層
ＩＬ１  第１の非磁性中間層
ＩＬ２  第２の非磁性中間層
ＭＡＧ２  第２の強磁性層
ＢＬ  バリア層
ＯＣ  保護膜
Ｎ−ＯＸ  ナノ酸化膜
ＳＵＬ  軟磁性下地層
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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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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