特許 5845296 ポリマー材料中に埋め込まれたナノ粒子から形成されたテンプレート層を備えた垂直磁気記録ディスクの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5845296

(24)【登録日】2015年11月27日

(45)【発行日】2016年1月20日

(54)【発明の名称】ポリマー材料中に埋め込まれたナノ粒子から形成されたテンプレート層を備えた垂直磁気記録ディスクの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G11B 5/738 20060101AFI20151224BHJP

【ＦＩ】

   G11B5/738

【請求項の数】24

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-28035(P2014-28035)

(22)【出願日】2014年2月18日

(65)【公開番号】特開2014-160530(P2014-160530A)

(43)【公開日】2014年9月4日

【審査請求日】2014年2月18日

(31)【優先権主張番号】13/772,145

(32)【優先日】2013年2月20日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】503116280

【氏名又は名称】エイチジーエスティーネザーランドビーブイ

(74)【代理人】

【識別番号】100091096

【弁理士】

【氏名又は名称】平木 祐輔

(74)【代理人】

【識別番号】100105463

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 三男

(74)【代理人】

【識別番号】100102576

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 敏章

(74)【代理人】

【識別番号】100101063

【弁理士】

【氏名又は名称】松丸 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100114546

【弁理士】

【氏名又は名称】頭師 教文

(72)【発明者】

【氏名】ブルース アーヴィン ガーニー

(72)【発明者】

【氏名】ダン セイラー カーチャー

(72)【発明者】

【氏名】アラン シー．ラム

(72)【発明者】

【氏名】リカルド ルイス

(72)【発明者】

【氏名】マンフレッド エルンスト シェイベス

(72)【発明者】

【氏名】高野 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】シ―リン チャン ワン

(72)【発明者】

【氏名】キン ツー

【審査官】 深沢 正志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１７０２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１２３９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０７５９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１３０５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１１２９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５４５８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４２０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１２９２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０３６０７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ１１Ｂ ５／７３８

Ｇ１１Ｂ ５／７０６

Ｇ１１Ｂ ５／８４

Ｃ０８Ｌ ５７／００

Ｂ８２Ｂ １／００

Ｈ０１Ｌ ２９／０６

Ｃ０３Ｃ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

垂直磁気記録ディスクの製造方法であって、
基板を設けるステップと、
前記基板上に、機能性末端基を有するポリマーおよび複数のナノ粒子の溶液を堆積させるステップと、
前記溶液を乾かすことによって、埋め込まれ、間隔を空けたナノ粒子を有するポリマー層を形成するステップと、
前記ナノ粒子の上部面が前記ポリマー層の上に部分的に突き出した状態で残るように前記ポリマー層をエッチングするステップと、
前記エッチングされたポリマー層および前記部分的に露出したナノ粒子上にシード層を堆積するステップと、
ＲｕおよびＲｕ合金から選択された下地層を前記シード層上に堆積させるステップと、
前記下地層上に垂直磁気記録層を堆積させるステップであって、前記記録層は、粒状強磁性Ｃｏ合金およびＳｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂ、Ｃ、およびＷの内の１つまたは複数から成る１つまたは複数の酸化物の層を含む、ステップと、
を含む方法。

【請求項2】

前記ナノ粒子は、Ｆｅ₃Ｏ₄ナノ粒子であり、前記ポリマーはポリスチレンである、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記機能性末端基は、カルボキシル基（ＣＯＯＨ）、水酸基（ＯＨ）、アミノ基（ＮＨ（ＣＨ₂）₂ＮＨ₂）、およびチオール基（ＣＳＨ）から選択される、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記シード層は、アモルファスＮｉＴａ合金およびアモルファスＣｏＦｅＴａＺｒ合金から選択される、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記シード層の堆積ステップは、前記シード層を１ｎｍ以上かつ５ｎｍ以下の厚さに堆積することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記シード層は第１のシード層であり、第２のシード層を前記第１のシード層上に接触して堆積させるステップをさらに含み、前記下地層の堆積ステップは、前記下地層を前記第２のシード層上に接触して堆積させることを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記第１のシード層は、ＮｉＴａ合金を含み、前記第２のシード層は、ＮｉＷ合金を含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記ポリマー層のエッチングステップは、前記ポリマー層の表面上部で前記ナノ粒子の直径の３５〜７５パーセントを露出させるのに十分な深さにまで前記ポリマー層をエッチングすることを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記溶液を乾かすステップの後に、前記ポリマー層をアニールするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記アニールステップは、溶媒アニールを含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記溶媒アニールは、前記ナノ粒子間の距離が５％以上かつ１０％以下の分布を持つようになるのに十分な時間溶媒アニールを行うことを含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記溶媒アニールは、前記ナノ粒子間の距離が１０％以上かつ１５％以下の分布を持つようになるのに十分な時間溶媒アニールを行うことを含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項13】

前記基板上に軟透磁性下地層（ＳＵＬ）を堆積させるステップをさらに含み、前記溶液を堆積させるステップは、前記溶液を前記ＳＵＬ上に堆積させることを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項14】

垂直磁気記録ディスクの製造方法であって、
基板を設けるステップと、
前記基板上に、機能性末端基を有するポリスチレンおよび複数のＦｅ₃Ｏ４ナノ粒子の溶液を堆積させるステップと、
前記溶液を乾かすことによって、埋め込まれ、間隔を空けたＦｅ₃Ｏ₄ナノ粒子を有するポリスチレン層を形成するステップと、
前記Ｆｅ₃Ｏ₄ナノ粒子の上部面が前記ポリスチレン層の上に部分的に突き出した状態で残るように前記ポリスチレン層をエッチングするステップと、
前記エッチングされたポリスチレン層および前記部分的に露出したＦｅ₃Ｏ₄ナノ粒子上に、アモルファスＮｉＴａ合金およびアモルファスＣｏＦｅＴａＺｒ合金から選択されたシード層を堆積するステップと、
ＲｕおよびＲｕ合金から選択された下地層を前記シード層上に堆積させるステップと、
前記下地層上に垂直磁気記録層を堆積させるステップであって、前記記録層は、粒状強磁性Ｃｏ合金およびＳｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂ、Ｃ、およびＷの内の１つまたは複数から成る１つまたは複数の酸化物の層を含む、ステップと、
を含む方法。

【請求項15】

前記機能性末端基は、カルボキシル基（ＣＯＯＨ）、水酸基（ＯＨ）、アミノ基（ＮＨ（ＣＨ₂）₂ＮＨ₂）、およびチオール基（ＣＳＨ）から選択される、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記シード層の堆積ステップは、前記シード層を１ｎｍ以上かつ５ｎｍ以下の厚さに堆積することを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項17】

前記シード層は第１のシード層であり、第２のシード層を前記第１のシード層上に接触して堆積させるステップをさらに含み、前記下地層の堆積ステップは、前記下地層を前記第２のシード層上に接触して堆積させることを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項18】

前記第１のシード層は、ＮｉＴａ合金を含み、前記第２のシード層は、ＮｉＷ合金を含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記ポリスチレン層のエッチングステップは、前記ポリスチレン層の表面上部で前記ナノ粒子の直径の３５〜７５パーセントを露出させるのに十分な深さにまで前記ポリスチレン層をエッチングすることを含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項20】

前記溶液を乾かすステップの後に、前記ポリスチレン層をアニールするステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項21】

前記アニールステップは、溶媒アニールを含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

前記溶媒アニールは、前記ナノ粒子間の距離が５％以上かつ１０％以下の分布を持つようになるのに十分な時間溶媒アニールを行うことを含む、請求項２１に記載の方法。

【請求項23】

前記溶媒アニールは、前記ナノ粒子間の距離が１０％以上かつ１５％以下の分布を持つようになるのに十分な時間溶媒アニールを行うことを含む、請求項２１に記載の方法。

【請求項24】

前記基板上に軟透磁性下地層（ＳＵＬ）を堆積させるステップをさらに含み、前記溶液を堆積させるステップは、前記溶液を前記ＳＵＬ上に堆積させることを含む、請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願
本出願は、「ポリマー材料中に埋め込まれたナノ粒子から形成されたテンプレート層を備えた垂直磁気記録ディスク」（代理人整理番号PA14-096）という名称の同時に提出された出願に関連する。

【0002】

本発明は、概して、磁気記録ハードディスクドライブで使用される垂直磁気記録ディスク等の垂直磁気記録媒体に関し、特に、粒度が制御された粒状コバルト合金記録層を持つ連続媒体型の垂直磁気記録ディスクに関する。

【背景技術】

【0003】

「連続媒体」垂直磁気記録ディスクでは、記録層は、ライトヘッドが磁性材料に書き込みを行う際に磁気的に記録されたデータビットを含む同心データトラックへと形成される粒状コバルト合金磁性材料から成る連続層である。本発明に係る連続媒体ディスクは、データ密度を増加させるために提案されてきた「ビットパターン媒体」（ＢＰＭ）ディスクとは区別されるものである。ＢＰＭディスクでは、各アイランドまたは「ビット」中に単一の磁区が存在するように、ディスク上の磁化可能材料が、小さな切り離されたデータアイランドへとパターン化されている。単一の磁区は、単一の粒子でもよく、あるいは、単一の磁気量として磁気状態を一斉に切り替える２〜３の強結合粒子から成っていてもよい。これは、単一の「ビット」が、磁壁によって分けられる複数の磁区を有し得る連続媒体ディスクと対照的である。

【0004】

図１は、先行技術の垂直磁気記録連続媒体ディスクの断面の模式図である。このディスクは、ディスク基板と、任意選択の「軟磁性」または比較的低保磁力の透磁性下地層（ＳＵＬ）とを含む。ＳＵＬは、記録ヘッドのライト磁極からリターン磁極への磁界の磁束リターンパスとして機能する。記録層（ＲＬ）の材料は、ＲＬに対して実質的に面外または垂直に配向したｃ軸を有する六方最密（ｈｃｐ）結晶構造を持つ、ＣｏＰｔＣｒ合金等の粒状強磁性コバルト（Ｃｏ）合金である。粒状コバルト合金ＲＬは、高保磁力（Ｈ_ｃ）媒体を製造し、かつ、高い固有媒体雑音の原因となる粒間交換結合を低減するために、十分に切り離された微粒子構造も有するべきである。コバルト合金ＲＬにおける粒子分離の向上は、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂ、Ｃ、およびＷの酸化物を含む酸化物の添加によって達成される。これらの酸化物（Ｏｘ）は、図１に示されるように、粒界まで沈殿し、コバルト合金の元素と共に、非磁性粒間材料を形成する傾向がある。添加酸化物を持たない、あるいは、ＲＬよりも少量の酸化物を有する粒状Ｃｏ合金等の任意選択のキャップ層（ＣＰ）が、一般的に、ＲＬ上に堆積されて、ＲＬの粒子の粒間結合を仲介し、アモルファスダイアモンド状炭素層等の保護膜（ＯＣ）がＣＰ上に堆積される。

【0005】

Ｃｏ合金のＲＬは、堆積中に層面に対して実質的に垂直に成長するように誘発される六方最密（ｈｃｐ）結晶構造のｃ軸の結果として、実質的に面外または垂直な磁気異方性を持つ。ｈｃｐＲＬのこの成長を誘発するために、ルテニウムの中間層（Ｒｕ１およびＲｕ２）がＲＬの下に配置される。ルテニウム（Ｒｕ）およびＲｕＣｒ等の特定のＲｕ合金は、ＲＬの成長を誘発する非磁性ｈｃｐ材料である。Ｒｕ１の堆積前に、任意選択のシード層（ＳＬ）が、ＳＵＬ上に形成されてもよい。

【0006】

分離体としての添加酸化物によるＲＬ中の磁性粒子の分離の向上は、高い面密度および記録性能を達成するために重要である。粒間Ｏｘ分離体材料は、粒間交換を分断させるだけでなく、ＲＬにおける磁性粒子のサイズおよび分布に対する制御も行う。現在のディスク製造方法は、ＲｕまたはＲｕ合金粒子の柱状成長を示すＲｕ２層上にＲＬを成長させることによってこの分離ＲＬを達成する。

【0007】

図２は、図１に示したディスクに類似したディスクの先行技術ＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ_２ＲＬの表面の一部の透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）画像である。図２は、粒間ＳｉＯ_２（白色領域）によって分けられた十分に分離されたＣｏＰｔＣｒ磁性粒子を示す。しかしながら、図２から明らかなように、磁性粒子のサイズ、従って、粒子間距離に比較的幅広いばらつきがある。広い粒度分布は、ディスク全体にわたる磁気記録特性のばらつきをもたらすことから、かつ、その比較的小さな粒子の一部が熱的に不安定となり、データロスをもたらし得ることから望ましくない。図２は、粒子位置のランダム性も示している。スパッタリング堆積中の核形成場所が本来の性質としてランダムに分布することから、粒子位置は制御できない。ＲＬ内のＯｘ分離体の量は、適切な粒子間分離を提供するのに十分であるが、ＲＬの熱安定性を壊すほど高すぎない必要がある。Ｏｘ分離体の一般的な含有量は、体積の約２０％であり、粒界厚さは、一般的に、約１．０〜１．５ｎｍである。

【0008】

１〜５テラビット／インチ２以上の高面密度を達成するためには、主に以下の３つの構造パラメータ：粒径（すなわち、粒子と同じ面積を持つ円の直径）、粒子間距離（すなわち、隣接する粒子の中心点間の距離または「ピッチ」）、および粒界厚さに関して、ＲＬ内で粒子の高い均一性（またはよりタイトな分布）を有することが望ましい。これらの３つの構造パラメータのより狭い分布は、磁気交換相互作用および磁気異方性強度のより狭い分布（これらは共に望ましい）につながる。

【0009】

従って、図２に示す先行技術のＲＬは、理想から程遠いものである。第１に、粒子は、広いサイズ分布の不規則な多角形を有する。平均粒径は、約８〜１１ｎｍで、約１８〜２２％の比較的広いサイズ分布を持つ。分布情報は、高解像度走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）またはＴＥＭ画像中の隣接した粒子間距離を測定し、次に、対数正規関数を用いてフィッティングを行うことによって得られる。本出願で言う分布値とは、対数正規関数の幅を意味するものとする。第２に、粒子の中心点の位置が非常にランダムであり、これは、短距離または局所的秩序化が存在しない、すなわち、約３〜５の粒子距離内にパターンが存在しないことを意味する。第３に、粒界の厚さ（図２で白色領域として見られるＯｘ分離体）は、さらに広い分布を持つ。一般的な粒界厚さは、０．９〜１．２ｎｍで、約５０〜７０％の分布を持つ。粒間交換は、境界厚さの指数関数的減衰関数であるので、境界厚さの広い分布は、粒子間の交換の大きな変動、従って、多大な信号対雑音比（ＳＮＲ）損失につながる。非特許文献１によれば、境界厚さの広い分布は、３〜１０ｄＢのＳＮＲ損失を生じさせる場合があり、小粒子媒体は、大粒子媒体と比較して、さらに多くのＳＮＲ損失を被る。

【0010】

必要とされるのは、粒径および粒界厚さの分布が狭い十分に分離された磁性粒子を有する、添加酸化物を有する粒状コバルト合金ＲＬを備えた連続媒体垂直磁気記録ディスクである。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0011】

【非特許文献1】Wang et al., ”Understanding Noise Mechanism in Small Grain Size Perpendicular Thin Film Media”, IEEE Trans Mag 46, 2391 (2010)

【非特許文献2】D. V. Talapin, MRS Bulletin 37, 63-71 (2012)

【非特許文献3】Green, ”Solution routes to III-V semiconductor quantum dots”, Current Opinion in Solid State and Materials Science 6, pp. 355-363 (2002)

【非特許文献4】Fischer et al., ”Completely Miscible Nanocomposites”, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 7811-7814

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明は、制御された粒度分布を持つ粒状Ｃｏ合金記録層（ＲＬ）を備えた連続媒体垂直磁気記録ディスクおよび核形成場所の位置が制御されたディスクの製造方法に関する。ディスクは、基板を含み、基板上にテンプレート層が形成される。テンプレート層は、間隔を空けて、機能性末端基を有するポリマー材料内に部分的に埋め込まれたナノ粒子を含む。ナノ粒子は、ポリマー材料の表面上部に突出する。テンプレート層は、基板上に、機能性末端基を有するポリマーおよびナノ粒子の溶液を堆積させ、溶液を乾かし、ポリマー層をアニールすることによって、埋め込まれ、間隔を空けたナノ粒子を有するポリマー層を形成し、その後、ポリマー層の表面の上部に突出するようにナノ粒子を部分的に露出させるのに十分な深さまでポリマー層をエッチングすることによって形成される。

【0013】

ＮｉＴａ合金またはアモルファスＣｏＦｅＴａＺｒ合金の様なシード層は、ポリマー材料の表面および突出したナノ粒子を覆い、ＲｕまたはＲｕ合金の下地層は、シード層を覆う。垂直磁気ＲＬは、粒状強磁性Ｃｏ合金およびＳｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂ、Ｃ、およびＷの内の１つまたは複数から成る１つまたは複数の酸化物の層を含む。

【0014】

シード層は、下層のテンプレート層の表面トポロジーを概ね複製する。ＲｕまたはＲｕ合金下地層は、Ｃｏ合金ＲＬの成長のための集合組織を規定する。突出した上面を有するナノ粒子は制御された核形成場所として機能するので、ＲｕまたはＲｕ合金原子は、下層の突出したナノ粒子によって生じた小さな「バンプ」上で、優先的に核を成す。従って、Ｒｕ粒子らは、極めて切り離されており、これにより、下層の間隔を空けたナノ粒子の配置を概ね複製する配置を有するＲｕまたはＲｕ合金アイランドの単層が生じる。Ｃｏ合金は、ＲＬに対して実質的に面外または垂直に配向したｃ軸を有する六方最密（ｈｃｐ）結晶構造を持つ。Ｒｕアイランドは、ｈｃｐＣｏ合金材料のｃ軸が実質的に垂直に配向することにより垂直磁気異方性が生じるように、ＲＬのＣｏ合金粒子の成長を促進する。酸化物分離体は、通常Ｃｏ合金粒子間の粒間材料として形成される。

【0015】

ナノ粒子間距離は、テンプレート層の形成時にアニールステップにより、好ましくは溶媒アニールの継続期間を制御することによって、制御することができる。これにより、Ｃｏ合金粒径分布並びに粒子間距離分布の制御が可能となる。

【0016】

本発明の性質および利点のより完全な理解のために、添付の図面と共に、以下の発明を実施するための形態を参照されたい。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】先行技術による垂直磁気記録ディスクの断面の模式図である。

【図2】図１に示したディスクに類似した先行技術の垂直磁気記録ディスクのＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ_２記録層の表面の一部の透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）画像である。

【図3】基板と、ＲｕまたはＲｕ合金下地層（ＵＬ）との間に配置されたテンプレート層（ＴＬ）および少なくとも１つのシード層（ＳＬ１）を示す、本発明による連続媒体垂直磁気記録ディスクの側断面図である。

【図4A】本発明によるディスクにおけるテンプレート層（ＴＬ）の形成方法の第１のステップを示す側断面模式図である。

【図4B】図４Ａに示したＴＬのナノ粒子の概ね六方最密（ｈｃｐ）の短距離秩序化を示す上面模式図である。

【図4C】スピンコーティングされた際（図４Ｃの左側）および溶媒アニール後（図４Ｃの右側）のＴＬのナノ粒子の配列の比較を示すＳＥＭ画像であり、各図の差し込み図は、画像全体の高速フーリエ変換によって生成された回折パターンである。

【図4D】図４Ａに示す膜のポリマー材料の一部をエッチング除去することにより、ＴＬのナノ粒子の表面を露出させるステップを示す。

【図4E】図４Ｄに示すＴＬの表面を均質にするステップを示す。

【図4F】本発明によるディスクの残りの層を堆積するステップを示す。

【図5】本発明によるテンプレート層（ＴＬ）上にテンプレート成長によって形成された２．３ｎｍのＲｕ層の電子エネルギー損失分光法−走査型透過電子顕微鏡法（ＥＥＬＳ−ＳＴＥＭ）合成画像である。

【図6】本発明による垂直磁気記録ディスクのＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ_２記録層の表面の一部のＴＥＭ画像である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図３は、本発明による連続媒体垂直磁気記録ディスクの側断面図である。本発明によるディスクでは、共に以下に詳細に説明されるテンプレート層（ＴＬ）および少なくとも１つのシード層（ＳＬ１）が、基板と、ＲｕまたはＲｕ合金下地層（ＵＬ）との間に配置される。

【0019】

ディスク基板は、任意の市販のガラス基板、あるいは、限定されることはないが、シリコン（Ｓｉ）、溶融石英、炭素、または窒化ケイ素（ＳｉＮ_ｘ）等の材料のウエハまたはディスクでもよい。任意選択の従来のＳＵＬ（図３には不図示）が、基板と、ＴＬとの間に配置されてもよい。ＳＵＬは、単一の軟磁性層（図１に示されるような）または非磁性層によって分けられた軟磁性層の積層でもよい。１つまたは複数のＳＵＬ層は、ＣｏＮｉＦｅ、ＦｅＣｏＢ、ＣｏＣｕＦｅ、ＮｉＦｅ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＴａＮ、ＦｅＮ、ＦｅＴａＣ、ＣｏＴａＺｒ、ＣｏＦｅＢ、およびＣｏＺｒＮｂの合金等のアモルファス透磁性材料から形成される。ＳＵＬの厚さは、一般的に、約２０〜４００ｎｍの範囲である。

【0020】

任意選択の第２のシード層（ＳＬ２）は、ＳＬ１上に形成されてもよく、ルテニウム（Ｒｕ）またはＲｕ合金の下地層（ＵＬ）が、ＳＬ２上、またはＳＬ２が存在しない場合はＳＬ１上に形成される。ＲｕまたはＲｕ合金のＵＬは、ＳＬ２上で、またはＳＬ２が存在しない場合はＳＬ１上で分離されたアイランド３０として形成される。記録層（ＲＬ）は、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂ、Ｃ、およびＷの内の１つまたは複数の酸化物を含む粒間酸化物を有する、ＣｏＰｔＣｒ合金またはＣｏＰｔＣｒＢ合金等の粒状強磁性コバルト（Ｃｏ）合金である。Ｃｏ合金は、ＲＬに対して実質的に面外または垂直に配向したｃ軸を有する六方最密（ｈｃｐ）結晶構造を持つ。ＵＬのＲｕアイランド３０は、ｈｃｐＣｏ合金材料のｃ軸が実質的に垂直に配向することにより垂直磁気異方性が生じるように、ＲＬのＣｏ合金粒子４０の成長を促進する。酸化物分離体は、通常Ｃｏ合金粒子４０間の粒間材料４５として形成される。

【0021】

添加酸化物を持たない、あるいは、ＲＬよりも少量の酸化物を有する粒状Ｃｏ合金等の任意選択の従来のキャップ層（ＣＰ）が、一般的に、ＲＬ上に堆積されて、ＲＬの粒子の粒間結合を仲介する。アモルファスダイアモンド状炭素層等の従来の保護膜（ＯＣ）が、一般的に、ＣＰ上、またはＣＰが存在しない場合はＲＬ上に堆積される。

【0022】

ＴＬは、ポリマー材料２０のマトリックスによって間隔を空けられ、その内部に埋め込まれたナノ粒子１０を含む。図３に示されるように、ナノ粒子は、ＳＬ１の堆積前では露出した、ポリマー材料によって覆われていない上面を有する。

【0023】

ナノ粒子（ナノ結晶とも呼ばれる）は、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＰｂＳｅ、ＦｅＰｔ、酸化鉄（ＦｅＯ_ｘ）、Ｓｉ、ＺｎＯ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ａｇ、および酸化バナジウム（ＶＯ_ｘ）等の材料から成る小さなサブ１００ｎｍサイズの結晶粒子を含む。ナノ粒子は、様々なサイズで、狭いサイズ分布で合成することができる。例えば、ＣｄＳｅナノ粒子は、２〜７ｎｍの直径で市販されている。他の半導体ナノ粒子も利用可能である。これには、非特許文献２および非特許文献３に記載のＩＩＩ−Ｖ半導体が含まれる。

【0024】

ナノ粒子が酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）であり、ポリマー材料がＣＯＯＨの末端基を有するポリスチレンである一例に関して本発明を説明する。図４Ａは、ＴＬの形成方法の第１のステップを示す側断面模式図である。ポリマー材料２０に埋め込まれたＦｅ_３Ｏ_４ナノ粒子１０を含む膜を基板表面上に形成する。ナノ粒子１０は、結合したポリスチレン鎖１２によって分離される。図４Ａおよび図４Ｂの上面模式図に描かれるように、ナノ粒子１０は、約３〜５の粒子距離内に短距離秩序化を有しており、これは、この短距離内で、それらが基板表面上で概ね均一なパターンで配列されていることを意味する。この膜は、他の散布方法が可能であるが、基板表面上にナノ粒子およびポリマー材料の溶液をスピンコーティングし、溶液を乾かすことで形成される。約１〜１０ｎｍの直径を有し、約０．３〜１０ｋｇ／ｍｏｌの分子量を持つポリスチレンリガンドを有するＦｅ_３Ｏ_４ナノ結晶は、約１〜２５ｍｇ／ｍｌの濃度のトルエン（または他の溶媒）中で溶解される。Ｆｅ_３Ｏ_４ナノ粒子の単一層は、トルエン溶液中のナノ粒子の濃度およびスピニング速度の適切な選択によって、比較的高い均一性で基板表面上に形成することができる。このプロセス中に、リガンド分子が架橋形成し、Ｆｅ_３Ｏ_４ナノ粒子が内部に埋め込まれるポリスチレンの連続膜が構築される。概ね均一に分布したＦｅ_３Ｏ_４ナノ粒子の単一層を形成するための、ポリマー材料のマトリックスに埋め込まれたＦｅ_３Ｏ_４ナノ粒子の膜の形成プロセスは、非特許文献４に記載されている。

【0025】

任意選択のステップとして、溶液を基板表面に塗布した後に、例えばスピンコーティングされた膜をトルエン（または他の溶媒）蒸気に暴露させる、または２５０℃で熱的にアニールすることによって、基板を溶媒アニールまたは熱的にアニールさせる、あるいはその両方を行い、概ねより均一なパターンへとナノ粒子の構造化を促進してもよい。任意選択の溶媒アニールステップは、ナノ粒子の配列の秩序化を調節する。溶媒アニールは、例えば３０分の一定期間、トルエン蒸気で満たされた密閉チャンバ内で行われる。溶媒アニールプロセス中は、トルエン蒸気がポリスチレンマトリックスに浸透し、膜の膨張を引き起こす。ポリスチレンが膨張すると、Ｆｅ_３Ｏ_４ナノ粒子は、あちこち移動し、より均一またはより最密なパターンを形成するように再構築が可能である。図４Ｃは、スピンコーティングされた際（図４Ｃの左側）および３０分間の溶媒アニール後（図４Ｃの右側）のＦｅ_３Ｏ_４ナノ粒子の配列の比較を示し、溶媒アニールの結果として、秩序化、特に短距離秩序化の向上を示す。粒子間距離の分布は、溶媒アニールステップによって制御可能である。例えば、このようにスピニングされた粒子が通常１０〜１５％前後の分布を有し、３０分間溶媒アニールされた粒子は、５〜１０％前後の分布を有する。さらに長い時間の溶媒アニールにより、さらに小さな分布が達成される。

【0026】

図４Ｄは、図４Ａに示す膜のポリマー材料２０の一部をエッチング除去することにより、Ｆｅ_３Ｏ_４ナノ粒子１０の表面を露出させるステップを示す。これにより、ポリマー材料２０のマトリックスに部分的にのみ埋め込まれたＦｅ_３Ｏ_４ナノ粒子１０が得られる。酸素（Ｏ_２）プラズマは、ポリスチレン鎖と反応し、それらをガスおよび水蒸気に変化させ、それらはポンプ除去される。ナノ粒子は酸化物であるので、Ｏ_２プラズマによって大きく影響を受けない。プラズマの処理時間およびプラズマの強度を制御することによって、剥がされるポリスチレン量を制御することができ、従って、Ｆｅ_３Ｏ_４ナノ粒子の突出量を制御することができる。Ｆｅ_３Ｏ_４ナノ粒子の好ましい突出量は、ナノ粒子の直径の約３５〜７５パーセントである。これは、約３０〜５０秒のＯ_２プラズマ処理によって達成される。ポリスチレンの部分的な除去後に、表面は、Ｆｅ_３Ｏ_４ナノ粒子１０の地形的突出、並びに、Ｆｅ_３Ｏ_４ナノ粒子１０の表面と周囲の残りのポリスチレン材料２０との化学的対比を有する。地形的表面および化学的対比の両方をもたらすことから、ナノ粒子の表面を露出させる十分なポリマー材料のエッチングが好ましいが、ポリマー材料は、ナノ粒子がなおポリマー材料の薄膜を保持するが、それでも地形的表面を生成し得るように、より少ない程度にエッチングしてもよい。

【0027】

図４Ｅは、図４Ｄの表面を均質にするステップを示す。薄いアモルファス金属層が、第１のシード層（ＳＬ１）として機能する。ＳＬ１は、好ましくは、Ｆｅ_３Ｏ_４ナノ粒子１０の露出表面および残りのポリスチレン材料２０の表面上に約１〜５ｎｍの厚さにスパッタ堆積された、ＮｉＴａ合金またはＣｏＦｅＴａＺｒ合金である。従って、ＳＬ１は、露出したナノ粒子１０の地形的表面および周囲のポリマー材料２０に一致し、概ね複製する。この厚さでは、ＳＬ１は、表面全体を覆うのに十分であるが、ナノ粒子１０の突出特徴を消失させるほど厚すぎない。このステップ後に、ＳＬ１を備えたＴＬが完成し、ＲＬのテンプレート成長の準備が整う。

【0028】

図４Ｆは、本発明によるディスクの残りの層を堆積するステップを示す。任意選択の第２のシード層（ＳＬ２）をＳＬ１上にスパッタ堆積させる。ＳＬ２は、ＲｕまたはＲｕ合金ＵＬの成長のためのシード層である。ＳＬ２は、好ましくは、約３〜１０ｎｍの厚さを持つＮｉＷ合金の様な高結晶物質であるが、ＳＬ２は、ＮｉＶまたはＮｉＦｅＷ合金から形成されていてもよい。ＳＬ２は、ｈｃｐＲｕまたはＲｕ合金ＵＬの結晶化度を向上させる。次に、Ｒｕ層をＵＬとして約５〜１５ｎｍの厚さにスパッタ堆積させる。ＲｕＵＬは、Ｃｏ合金ＲＬの成長のための（０００１）集合組織を規定する。下層のＳＬ１および任意選択のＳＬ２の表面トポロジーにより、下層のＦｅ_３Ｏ_４ナノ粒子１０によって生じた小さな「バンプ」上で、Ｒｕ原子が優先的に核を成す。従って、Ｒｕ粒子らは、極めて切り離されている。これにより、下層のＦｅ_３Ｏ_４ナノ粒子１０の配置を複製した配置を有するＲｕアイランド３０の単層が生じる。Ａｒガスの圧力は、Ｒｕ表面の粗さを決定するので、Ｒｕのスパッタリング中の重要な要素である。低Ａｒ圧力（１〜１０ｍＴｏｒｒ）は、かなり平滑なＲｕ表面をもたらし、高Ａｒ圧力（１０〜５０ｍＴｏｒｒ）は、より大きな粗さをもたらす。Ａｒ圧力によるＲｕ粗さの微調整を用いて、Ｒｕ表面の上に成長されるＲＬ粒子間の分離の程度を調整することができる。Ｒｕの粗さが大きくなるにつれ、磁性粒子間の分離が強くなり、磁気交換結合が少なくなる。本発明では、Ａｒ圧力は、好ましくは、約１０〜５０ｍＴｏｒｒである。Ｒｕは、ＵＬに一般的に使用される材料であるが、ＵＬは、ＲｕＣｒ合金等のＲｕベースの合金から形成されてもよい。

【0029】

図５は、本発明によるＴＬ上にテンプレート成長によって形成された２．３ｎｍのＲｕ層のＥＥＬＳ−ＳＴＥＭ合成画像である。ＴＬは、ＮｉＴａ合金から成るＳＬ１を有するポリスチレン材料内に部分的に埋め込まれたＦｅ_３Ｏ_４ナノ粒子であった。円形粒子は、Ｒｕによって形成され、各粒子の中心の白点は、ＥＥＬＳのＦｅ信号から得られたＦｅ_３Ｏ_４ナノ粒子の位置である。各アイランド内の白点は、下層のＦｅ元素のマッピングを示し、ＲｕアイランドがＦｅ_３Ｏ_４ナノ粒子の上に形成されていることを証明している。図５は、Ｒｕアイランドが短距離秩序化を有する、すなわち、それらが約３〜５のアイランド距離内に概ね均一なパターンを形成することも示している。

【0030】

次に、従来のＣｏ合金および１つまたは複数の酸化物のＲＬをＲｕまたはＲｕ合金ＵＬ上にスパッタ堆積させる。ＲＬは、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、およびＮｂの内の１つまたは複数の酸化物を含む粒間酸化物を有する、ＣｏＰｔＣｒ合金またはＣｏＰｔＣｒＢ合金等の粒状強磁性コバルト（Ｃｏ）合金である。Ｃｏ合金は、ＲＬに対して実質的に面外または垂直に配向したｃ軸を有する六方最密（ｈｃｐ）結晶構造を持つ。Ｒｕアイランド３０は、ｈｃｐＣｏ合金材料のｃ軸が実質的に垂直に配向することにより、垂直磁気異方性が生じるように、ＲＬのＣｏ合金粒子４０の成長を促進する。酸化物分離体は、通常Ｃｏ合金粒子４０間の粒間材料４５として形成される。

【0031】

図４Ｆに示されるディスクを完成させるために、任意選択のキャップ層（ＣＰ）をＲＬ上に堆積させてもよく、その後に、ディスク保護膜（ＯＣ）が続く。ＣＰは、一般的に、ＲＬにおける粒間交換結合の仲介または制御を行うために、ＣｏＰｔＣｒまたはＣｏＰｔＣｒＢ合金の様な強磁性粒状Ｃｏ合金から成る。従って、ＣＰは、ＲＬと比較してより多量のＣｒおよび／またはＢ、またはＲＬと比較してより少量の酸化物を有し得る。例えば、ＣＰは、ＲＬと実質的に同じＣｏ合金組成を有するが、酸化物は持たない場合がある。その結果、ＣＰの個々のＣｏ合金粒子は、ＲＬのＣｏ合金粒子よりも大きく、通常、ＲＬの複数の粒子に重なる。ＣＰ上、またはＣＰが存在しない場合にはＲＬ上に形成されるＯＣは、アモルファスダイアモンド状炭素膜または窒化ケイ素（ＳｉＮ）等の他の公知の保護膜でもよい。

【0032】

図６は、本発明による垂直磁気記録ディスクのＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ_２記録層の表面の一部のＴＥＭ画像である。図６は、Ｃｏ合金粒子が、図２の粒子の概ね不規則な形状と比較して、概ね六角形状を有することを示す。さらに重要なことには、図２の先行技術と比較して、図６では、粒径の分布が僅か約８％であり、境界厚さもより均一である。粒径分布のこのより小さな値は、任意選択のアニールステップ、例えば、上記のような溶媒アニールによって達成することができる。本発明は、粒径に関して８％というこの非常に狭い分布を達成できるが、本発明の一部として、この比較的低い値が「同期雑音」、すなわち均一なピークを持つ雑音を生じさせ得ることを発見した。従って、連続垂直磁気記録媒体にとって、粒径の分布を約１０〜１５％内にすることが望ましい場合がある。これは、ナノ粒子が図４Ｃの左側に示される配置を有するようにアニールステップを行わないことによって、または任意選択の溶媒アニールステップの時間の長さを減らすことによって達成可能である。

【0033】

ＣＯＯＨの機能性末端基を有するポリスチレンのポリマー材料に部分的に埋め込まれたＦｅ_３Ｏ_４ナノ粒子に関して本発明のディスクのテンプレート層（ＴＬ）を説明した。しかしながら、他のナノ粒子の例には、限定されることはないが、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄白金（ＦｅＰｔ）、銅（Ｃｕ）、および酸化バナジウム（ＶＯ_ｘ）（例えば、ＶＯ_２、Ｖ_２Ｏ_３、Ｖ_２Ｏ_５）が含まれる。他のポリマーの例には、限定されることはないが、ポリジメチルシロキサン、ポリシロキサン、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリイソブチレンポリプロピレングリコール、およびポリエチレングリコールが含まれる。ポリマーの他の機能性末端基の例には、限定されることはないが、カルボキシル基（ＣＯＯＨ）、水酸基（ＯＨ）、アミノ基（ＮＨ（ＣＨ_２）_２ＮＨ_２）、およびチオール基（ＣＳＨ）が含まれる。

【0034】

好ましい実施形態を参照して本発明を具体的に示し、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を成し得ることを当業者は理解するであろう。従って、開示した発明は、単なる例として見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】

【0035】

ＴＬ テンプレート層
１０ ナノ粒子
２０ ポリマー材料
ＳＬ シード層
ＵＬ 下地層
ＲＬ 記録層
ＳＬ１ 第１のシード層
ＳＬ２ 第２のシード層
４０ Ｃｏ合金粒子
ＳＵＬ 軟透磁性下地層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図4F】

【図5】

【図6】