(57)【要約】【課題】本発明は結合層（層間結合力制御層）を介して複数の記録層を積層配置した垂直磁気記録媒体に関し、薄膜化による媒体ノイズの低減と記録性能の両立を図ることを課題とする。【解決手段】非磁性基板１と、非磁性基板１上方に形成された軟磁性裏打ち層１０と、軟磁性裏打ち層１０上に形成された中間層２０と、中間層２０上に形成された磁気記録層３０（第１記録層３１，層間結合力制御層３２，第２記録層３３よりなる）とを有する垂直磁気記録媒体であって、層間結合力制御層３２と第１記録層３１の界面３４、及び層間結合力制御層３２と第２記録層３３の界面３５に、反強磁性結合状態となる磁性領域を設ける。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性基板と、
前記非磁性基板上方に形成された軟磁性裏打ち層と、
前記軟磁性裏打ち層上に形成された非磁性中間層と、
前記中間層上に形成され、垂直磁気異方性を有する第１記録層と、前記第１記録層上に形成された層間結合力制御層と、前記層間結合力制御層上に形成され垂直磁気異方性を有する第２記録層を含む磁気記録層とを有する垂直磁気記録媒体であって、
前記層間結合力制御層と前記第１記録層の界面、及び前記層間結合力制御層と前記第２記録層の界面に、反強磁性結合状態となる磁性領域を有する垂直磁気記録媒体。
【請求項２】
前記磁気記録層は、全体としての磁気状態が強磁性結合状態である請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項３】
前記第１の強磁性記録層は、前記第２の強磁性記録層より大きい垂直磁気異方性を有する請求項１又は２に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項４】
第１記録層が少なくともＣｏＰｔ合金を含むグラニュラ磁性層で形成され、第２磁性記録層がＣｏＣｒを含む磁性合金で形成された請求項３記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項５】
前記層間結合力制御層は、非磁性材料からなる請求項１乃至４の何れか一項に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項６】
前記層間結合力制御層は、磁性材料からなる請求項１乃至４の何れか一項に記載の垂直磁気記録媒体。
【請求項７】
前記層間結合力制御層は、パラジウムである請求項５の垂直磁気記録媒体。
【請求項８】
前記層間結合力制御層の膜厚は、当該層間結合力制御層の膜厚変化に伴い発生する前記磁気記録層の飽和磁界の振動変化の内、極小となる飽和磁界に対応する膜厚を選定してなる請求項１乃至６の何れか一項に記載の垂直磁気記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は垂直磁気記録媒体に関し、特に結合層を介して複数の記録層を積層配置した垂直磁気記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁気記録装置として磁気記録層の磁化方向が面内を向いた面内磁気記録方式が使用されてきた。しかしながら、面内磁気記録方式では高密度記録のため磁区ドメインを小さくして行くと、熱揺らぎのため記録した情報が消えていくことが問題となる。
【０００３】
そこで、軟磁性裏打ち層の上に磁気記録層を配置し、磁気記録層の表面に対して垂直方向の磁界を印加し、磁化方向を記録層の面に垂直にした垂直磁気記録方式の実用化か進められている。垂直磁気記録方式によれば、高密度記録が可能になるとされている。しかし、垂直磁気記録媒体においても、耐熱揺らぎ特性と信号雑音比（ＳＮ比）を、共に良好に保つことは容易でない。
【０００４】
これを解決しうる垂直磁気記録媒体として特許文献１は、第１の磁性層の上に中間層を形成し、その上に第２の磁性層を形成する構成を提案している。第１、第２の磁性層は、たとえばＣｏ（６６ａｔ％）Ｐｔ（１８ａｔ％）Ｃｒ（１６ａｔ％）で形成し、中間層はＲｕ−Ｔｉ合金、またはＨｆで形成する。第１と第２の磁性層で発生するノイズは独立でありＳＮ比を向上できる、第１と第２の磁性層は磁気的には分断されず良好な熱揺らぎ耐性を得られると説明されている。
【０００５】
また、特許文献２では、結合層によって第１と第２の磁性層を磁気的に結合する際、反強磁性結合させる時と強磁性結合させる時とを比較し、強磁性結合させた場合、交換結合エネルギが高くなるほど、反強磁性結合の場合と同様熱安定性が増し、反強磁性結合の場合と異なり記録容易性が向上することを開示している。このような磁気的結合記録媒体を、ＥＣＣ（exchange coupled composite）媒体と呼ぶ。
【０００６】
このＥＣＣ媒体として、Co基合金にSiO2が添加された磁性膜上にSiO2が添加されない磁性膜(Capping Layer)を積層した構成の磁気記録層を持ち、そのSiO2が添加された磁性膜ではCo基合金磁性粒が相互にSiO2によって空間的に隔てられた膜構造を持ち、しかも、この磁気記録層の直下に中間層としてRu層が配置された積層構造が提案されている。
【０００７】
この垂直磁気記録媒体では、SiO2あるいはTiO2などの酸化物が添加されたCoCrPt磁性膜であるグラニュラ構造磁性層の直上に、この様な酸化物の添加がされないCoCrPtまたはCoCrPt基合金磁性膜からなるキャップ層を配置して磁気特性の制御を行っている。従来例では、十分な熱擾乱耐性を持つために必要なHc,Hsが得られる膜厚のグラニュラ構造磁性層を形成した後に、磁化反転を容易にする目的でキャップ層を配置して、Hc(保磁力),Hs(飽和磁界)を低減させ記録性能を確保していた。
【特許文献１】特開２００３−１５７５１６号公報
【特許文献２】特開２００６−４８９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、グラニュラ構造磁性層の薄膜化を図るには、CoCrPt合金中のPt濃度を高めて高い垂直磁気異方性を得る（高Ku化）が必要となり、高記録密度化に必要な媒体ノイズの低減を阻害する（グレインサイズ増大による遷移ノイズ増大）という問題点があった。
【０００９】
また、十分な保持力Hc及び飽和磁界Hsの低減効果をえるには、キャップ層の飽和磁化Msの高Ms化或いは厚膜化も必要となり、これも媒体ノイズの低減を阻害する（記録磁界勾配の緩慢化）という問題点があった。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、薄膜化による媒体ノイズの低減と記録性能の両立を実現しうる垂直磁気記録媒体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】
上記の課題は、本発明の第１の観点からは、
非磁性基板と、
前記非磁性基板上方に形成された軟磁性裏打ち層と、
前記軟磁性裏打ち層上に形成された非磁性中間層と、
前記中間層上に形成され、垂直磁気異方性を有する第１記録層と、前記第１記録層上に形成された層間結合力制御層と、前記層間結合力制御層上に形成され垂直磁気異方性を有する第２記録層を含む磁気記録層とを有する垂直磁気記録媒体であって、
前記層間結合力制御層と前記第１記録層の界面、及び前記層間結合力制御層と前記第２記録層の界面に、反強磁性結合状態となる磁性領域を有する垂直磁気記録媒体により解決することができる。
【００１２】
また、上記発明において、前記磁気記録層は、全体としての磁気状態が強磁性結合状態であることが望ましい。
【００１３】
また、上記発明において、前記第１の強磁性記録層は、前記第２の強磁性記録層より大きい垂直磁気異方性を有することが望ましい。
【００１４】
また、上記発明において、第１記録層が少なくともＣｏＰｔ合金を含むグラニュラ磁性層で形成され、第２磁性記録層がＣｏＣｒを含む磁性合金で形成されることが望ましい。
【００１５】
また、上記発明において、前記層間結合力制御層は、非磁性材料からなることが望ましい。
【００１６】
また、上記発明において、前記層間結合力制御層は、磁性材料からなることが望ましい。
【００１７】
また、上記発明において、前記層間結合力制御層としてパラジウムを用いることができる。
【００１８】
また、上記発明において、前記層間結合力制御層の膜厚は、当該層間結合力制御層の膜厚変化に伴い発生する前記磁気記録層の飽和磁界の振動変化の内、極小となる飽和磁界に対応する膜厚を選定することが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、各記録層と層間結合力制御層との界面に反強磁性結合状態となる磁性領域を有しているため、層間結合している領域の磁化の揺らぎが抑制され媒体ノイズを低減することができる。
【００２０】
また、各記録層と層間結合力制御層との界面に反強磁性結合状態となる磁性領域が存在するために、実効的に磁気異方性を高めた効果を得ることができる、よって従来のようにCoCrPt合金中のPt濃度を高めて高Ku化を図る必要がなくなり、媒体ノイズの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係るＥＣＣ構造を有する垂直磁気記録媒体の基本構成を示す概略断面図である。同図に示すように、ＥＣＣ構造を有する垂直磁気記録媒体は、ガラス、アルミニウム、Ｓｉ等の非磁性材料で形成された非磁性基板１の上に、軟磁性裏打ち層１０、非磁性中間層２０、磁気記録層３０、保護層４０を積層した構成を有する。
【００２３】
磁気記録層３０は、強磁性記録層３１，３３を非磁性或いは磁性（本実施例では非磁性）の層間結合力制御層３２で結合した構成を有する。軟磁性裏打ち層１０は磁気ヘッドと共に磁気閉回路を形成するための磁性層であり、例えば非晶質のＣｏ合金であるＣｏＺｒＮｂ，ＣｏＺｒＴａ等を用いることができる。この軟磁性裏打ち層１０は、非磁性層を含む複数層を積層した構成としてもよい。例えば、ＦｅＣｏＢ層、Ｒｕ層、ＦｅＣｏＢ層の各層を積層した構成としてもよい。
【００２４】
非磁性中間層２０は、磁気記録層３０の結晶性を向上するための層であり、単層または複数層で形成される。この中間層２０は、例えば、アモルファスＴａ層、ＮｉＦｅＣｒ層、Ｒｕ層の積層、ＮｉＦｅＣｒ層、Ｒｕ層の積層等で形成できる。アモルファスＴａ層は、その上に形成する結晶性金属層の配向を向上できる機能を有する。
【００２５】
強磁性記録層３１，３３は、例えばＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＣｒＰｔＢ等のＣｏＣｒＰｔの磁性合金，ＣｏＣｒＴａ，ＣｏＰｔ等の強磁性材料で形成できる。
【００２６】
層間結合力制御層３２は、良好なＥＣＣ構造を実現するための層であり、本発明では層間結合力制御層３２として非磁性材であるＰｄを用いることを試みた。しかしながら、層間結合力制御層３２としてＰｔ等の磁性材を用いることも可能である。
【００２７】
次に、本発明の一実施例であるＥＣＣ構造を有する垂直磁気記録媒体について、同じく図１を参照しつつ説明する。以下の説明では、実際に作製したサンプルの構成を例にとって説明する。
【００２８】
本実施例に係る垂直磁気記録媒体を作製するには、先ずガラス基板１上に軟磁性裏打ち層１０となる厚さ２５nmのFeCoB膜をＡｒガス圧０．５Ｐａ、スパッタ電力１ｋＷで成膜する。本実施例では、軟磁性裏打ち層１０を単層の磁性裏打ち層としている。
【００２９】
次に、軟磁性裏打ち層１０の上に、中間層２０を成膜する。中間層２０は、厚さ３ｎｍの（アモルファス）Ｔａ層２１をアルゴンガス圧０．５Ｐａ，スパッタ電力０．４ｋＷのスパッタリングで成膜し、その上に厚さ３nmのＮｉＦｅ層をＡｒガス圧０．５Ｐａ，スパッタ電力０．１ｋＷのスパッタリングで成膜し、更にその上に厚さ２０nmのRu層をＡｒガス圧４.０Pa，０．４ｋＷのスパッタリングで成膜することにより作製する。このように本実施例では、Ｔａ層、ＮｉＦｅＣｒ層、Ｒｕ層が３層積層構造の中間層２０を構成する。
【００３０】
上記のように中間層２０が作製されると、この中間層２０上に磁気記録層３０を成膜する。この磁気記録層３０を作製するには、先ず中間層２０上に第１記録層（グラニュラ層）３１となる厚さ10nmのＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ２膜をＡｒガス圧４Ｐａ、スパッタ電力０．４ｋＷのスパッタリングで成膜を行なった。
【００３１】
次いで、層間結合力制御層３２としてPdを0.1nm刻みに1.8nmまで成膜した。このときの成膜条件はＡｒガス圧0.5 Pa，スパッタ電力0.1ｋWのスパッタリングで成膜した。次いで、第2記録層３３である厚さ8nmのCoCrPtB層をＡｒガス圧0.5Pa，スパッタ電力0.4ｋWで成膜した。
【００３２】
上記の第１記録層３１、層間結合力制御層３２、第２記録層３３がＥＣＣ構造の記録層３０を構成する。外部磁界を印加しない状態で、第１記録層３１と第２記録層３３とは強磁性の結合状態を有する。また、グラニュラ強磁性層の第１記録層３１の垂直磁気異方性（Ku1）は、ノングラニュラ強磁性層の第２記録層３３の垂直磁気異方性（Ku2）より大きい（Ku1>Ku2）。
【００３３】
最後に、記録層３０の上に、厚さ３ｎｍのＣ層を保護層４０として形成した。実際に使用する場合は、保護層４０の上にさらに液体潤滑層を塗布することが好ましい。アモルファスＴａ層の上の層は、ｆｃｃまたはｈｃｐ構造を有するので、優れた結晶性、配向性が得られ、エピタキシャル的層が得られる。尚、上記したガラス基板１上の各層１０〜４０は、真空を破ることなく連続して成膜を行った。
【００３４】
上記のように作製される垂直磁気記録媒体の特性を図５〜図７に示す。
【００３５】
図５は、作成した垂直磁気記録媒体で測定した、層間結合力制御層３２の厚さに対する、保磁力Ｈｃと飽和磁界Ｈｓを示す図である。図５では、層間結合力制御層３２の厚さを０ｎｍから０．１ｎｍ刻みで２．０ｎｍまで変えて作成し、それぞれの層間結合力制御層３２の厚さに対する保磁力Ｈｃ及び飽和磁界Ｈｓを示したものである。横軸は層間結合力制御層３２の厚さを単位ｎｍで示し、縦軸はＨｓ，Ｈｃを単位ｋＯｅで示している。但し、厚さ１．９ｎｍ以上では、グラニュラ磁性層の下層と上層とがデカップリング状態となり、それぞれ単層の磁気特性を示すようになるので、以下の図示及び説明は省略している。
【００３６】
磁気特性として保磁力Ｈｃの値は、意図せざる原因による磁気的記録の書き換えに対する耐性を示し、熱的ゆらぎや、隣接領域の書き込みによる漏洩磁界に対する障壁高さ（記録を保持する力）を表し大きいほど好ましい。また、飽和磁界Ｈｓの値は、書き込みに必要な磁界を表わし低いほど好ましい。
【００３７】
また、図６には層間結合力制御層３２（Pd膜）の膜厚に対する動的（ダイナミック）Hcの変化を示した（ダイナミックHcは記録磁界に相当する。Hc0と表記する)。横軸は層間結合力制御層３２であるPd膜の厚さを単位ｎｍで示し、縦軸はダイナミックHc0を単位ｋＯｅで示す。
【００３８】
また、図７にはオーバーライト（ＯＷ）特性の層間結合力制御層３２の膜厚に対する依存性を示している。横軸がPd層の厚さを単位ｎｍで示し、縦軸がＯＷを単位ｄＢで示す。
【００３９】
ＯＷ特性は書き込み特性の一種であり、一旦記録した上に再度記録を行なった際の記録特性がある。このＯＷ特性としては、ビット長の短い高密度記録を行い、その上にビット長の長い低密度記録を行なった時、先に記録していた高密度記録がどこまで減衰するかを示すオーバーライトＯＷ（ｄＢ）がよく測定される。ＯＷにおいて、減衰率を高くすると、実効的ライトコア幅ＷＣｗは大きくなり易い。
【００４０】
図５に示すように層間結合力制御層３２としてPdを用いた場合、層間結合力制御層３２の厚さが0の場合の保磁力Hc及び飽和磁界Hsに比べ、層間結合力制御層３２の厚さが１．３ｎｍ〜１．５ｎｍの膜厚付近でそれぞれ最小値を示し、ＥＣＣ構造を有しない２層記録層媒体（層間結合力制御層３２（Pd膜）が存在しない記録媒体）に比べ、保磁力Hc及び飽和磁界Hsが低下することが確認できた。また実験において、層間結合力制御層３２としてPdを用いた場合、膜厚マージンが最も広いことも確認できた（図５にIIで示す領域）。
【００４１】
また図６に示すように、記録磁界の目安となるダイナミックHc（Hc0）でも、ＥＣＣ構造を有しない２層記録層媒体（層間結合力制御層３２の膜厚ゼロの記録媒体）よりもHc0が低下し、記録磁界が5ｋOe程度低減（具体的には、12.3ｋOeが7.2ｋOeに低減）できることを確認した。
【００４２】
更に、図７に示すように、Pd層の厚さを厚くするほどＯＷ２の減衰が大きくなることを示している。スピンスタンドによるリードライト評価（測定ヘッドにも依存するが）からも、層間結合力制御層３２であるPd膜の膜厚が１．５ｎｍのとき、OW2が5dB以上改善できることを確認した。
【００４３】
ここで本発明者は、図５に示される飽和磁界HsのPd膜厚依存性に注目したところ、図５に矢印で示すように、飽和磁界HsがPd膜厚の変化に伴い、一定の周期で振動していることが確認できた。
【００４４】
本発明者の実験によれば、Kerr効果によるマイナーループ評価から、通常のループとは逆位相の磁化曲線が確認でき、また光学干渉によるものではないことから、これが磁化の反磁性成分の存在によるものと推定される。そのためこの振動がRKKY相互作用(RKKY：Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida)によるものであると推定される。
【００４５】
図２は、磁気記録層３０を拡大して示す図であり、図３及び図４は第１記録層（グラニュラ層）３１と層間結合力制御層３２との界面３４の磁化状態を模式的に示す図である。図３は層間結合力制御層３２として非磁性材料（Pd等）を用いた例を示し、図４は層間結合力制御層３２として磁性材料（CoPt合金等）を用いた例を示している。
【００４６】
図２に示すように、磁気記録層３０の第１記録層３１と第２記録層３３は層間結合力制御層３２を介して、フェロカップリング(強磁性結合)状態にある。即ち、第１記録層３１と第２記録層３３は、ECC構造と同様な結合状態となっている。
【００４７】
また第１記録層３１と層間結合力制御層３２との界面３４の記録層界面の磁化状態については、図３に示すように層間結合力制御層３２が非磁性材料の場合、界面３４の凹凸によるエネルギーバランスにより、部分的に反強磁性結合成分（図中、黒塗りの矢印で示す）が存在すると推定される。また、図４に示すように層間結合力制御層３２が磁性材料の場合には、第１記録層３１ばかりでなく、層間結合制御層３２の内部にも反強磁性成分（図中、黒塗りの矢印で示す）が存在するものと推定される。
【００４８】
上記の現象は、層間結合力制御層３２と第２記録層３３との界面３４においても同様に発生する。また、界面３４，３５における反強磁性結合は界面状態により制御され、その制御方法としては、例えば製膜ガス圧（プロセス制御）の制御、及び記録層および層間結合力制御層材料を適宜選定する等の手法を講じることにより実現できるものと推定される。
【００４９】
次いで本発明者は、スピンスタンドによるトレーリングシールド付きSPT(単磁極)ヘッドでの電磁変換測定を行なった。測定条件は、トレーリングシールド付き単磁極（SPT）ヘッドを用い，F2記録周波数（ｋBPI）として450ｋBPIを用いた（最短記録密度はF1：900ｋBPI）。図８は、その結果を示している。
【００５０】
サンプルとしては、図５に示す磁気特性に基づき、垂直磁気記録媒体としての使用に適した層間結合力制御層３２の膜厚が０．７ｎｍ〜１．２ｎｍの領域（媒体選定領域という）において、一定の周期で振動する飽和磁界Hsの極小値をとる膜厚のもの（図５に矢印II−Ａで示す）を本発明実施例とし、同じく層間結合力制御層３２の膜厚が媒体選定領域において、一定の周期で振動する飽和磁界Hsの極大値をとる膜厚のもの（図５に矢印II−Ｂで示す）を比較例１とし、層間結合力制御層３２の膜厚がゼロのもの（２層記録層）を比較例２とした。
【００５１】
図８より、層間結合力制御層３２の膜厚の選定において、媒体領域において飽和磁界Hsが極小値を取る膜厚を選定することにより、飽和磁界Hsが極小値を取る膜厚を選定する場合に比べ、R/W特性が良好であることが確認できた。更に、比較例１のＷcwが0.171μm、比較例２のＷcwが0.177μmであるのに対し、本発明実施例のＷcwは0.171μmでありWcwが広がっていないことも確認できた。
【００５２】
以上の結果より、本発明実施例に係る垂直磁気記録媒体によれば、層間結合力制御層３２と第１記録層３１の界面３４、及び層間結合力制御層３２と第２記録層３３の界面３５に反強磁性結合状態となる磁性領域を有することで、媒体ノイズの低減と記録性能の両立が可能なる。
【００５３】
即ち、再生時においては記録層３１，３３と層間結合力制御層３２の界面３４，３５での反強磁性結合成分の存在により、層間結合している領域の磁化の揺らぎが抑制され媒体ノイズを低減（S/Nの向上）を図ることができる。また、反強磁性成分が存在するために、実効的に磁気異方性を高めた効果を得ることができるため、Pt濃度を高めた高Ku化する必要がない。更に記録時にあっては、層間結合力制御層３２の膜厚および磁気エネルギーバランスを調整することにより、記録磁界の低減を図ることが可能となる。
【００５４】
尚、前記した図５〜図７において、符号Iで示したのは層間の結合力最大（直接結合）となる熱さであり、符号IIで示したのは層間結合制御領域（RKKY結合成分を含む領域）を示しており、符号IIIで示したのは層間結合制御領域（記録磁界最小となる膜厚）を示しており、更に符号IVで示したのは層間結合力が弱い領域（デカップル領域：磁性層独立に動作）である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本願発明に係る垂直磁気記録媒体はＥＣＣ構造を有する垂直磁気記録媒体に広く適用することができる。また、ＨＤＤ等の磁気記録再生装置に広く適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、本実施例に係るＥＣＣ構造を有する垂直磁気記録媒体の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本実施例に係る垂直磁気記録媒体の磁気記録層を拡大して示す断面図である。
【図３】図３は、第２記録層と層間結合力制御層との間の磁化状態を模式的に示す断面図である。
【図４】図４は、第１記録層と層間結合力制御層との間の磁化状態を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、層間結合力制御層（Pd）の厚さ変化に対する保磁力Ｈｃ及び飽和磁界Ｈｓの変化を示す図である。
【図６】図６は、層間結合力制御層（Pd）の厚さに対する記録磁界Ｈｃ９９の変化を示す図である。
【図７】図７は、記録特性を示す図である。
【図８】図８は、本発明の効果を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  非磁性基板
１０  軟磁性裏打ち層
２０  中間層
３０  磁気記録層
３１  第１記録層（グラニュラ層）
３２  層間結合力制御層
３３  第２記録層
４０  保護層
【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】
2009059432.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009059432.tif 000009
【図８】
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