JP2004005915A - 磁気記録媒体及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】磁気記録媒体を生産性に優れたものとし、高記録密度化を図る。
【解決手段】磁気記録層3に、従来のCoCrPtではなく、強磁性を有する結晶粒とそれを取り巻く非磁性結晶粒界を持つ構造物を取り、その非磁性結晶粒界が少なくとも酸化物若しくは窒化物であるグラニュラー磁性層を成膜後、非磁性金属若しくは非磁性合金であるオーバーコート層4でオーバーコートする。従来のCoCrPtの場合とは異なり、グラニュラー磁性層では、未処理(アニール処理が不要)でオーバーコートした原子がグラニュラー磁性層の非磁性結晶粒界に拡散し、偏析構造を促進する。
【選択図】    図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種磁気記録装置に搭載される磁気記録媒体及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
高記録密度が要求される磁気記録媒体に対し、これまでにさまざまな磁性層の組成、構造及び非磁性下地層の材料等が提案されている。実用化されている磁性層は、CoCrからなる合金を用い、結晶粒界にCrを偏析させることにより、孤立した磁性粒子を得ている。その他の磁性層材料としては、グラニュラー磁性層と呼ばれる、粒界相として非磁性非金属の物質を用いた磁性層が提案されている。従来のCrでは成膜時の基板温度を200℃以上に上昇させることがCrの十分な偏析に必要不可欠なのに対し、グラニュラー磁性層の場合は加熱なしでの成膜においても、その非磁性非金属の物質は偏析を生じるという特徴を持つ。また、さらなる高密度化の技術として、実用化されている面内磁気記録方式に代わって、記録磁化が垂直に向いている垂直磁気記録方式の研究開発も盛んになってきている。磁性層材料としては、前述のCoCrあるいはグラニュラー磁性層も、下地層により結晶配向を制御するなどして、垂直磁気記録に適用できる。
【0003】
面内・垂直どちらの場合においても、磁気記録層(即ち、磁性層)に要求される性能は、熱安定性と低ノイズ化の両立である。具体的には、熱安定性を高めるためには結晶磁気異方性Kuを増加させること、低ノイズ化のためには、磁気記録層結晶粒径の微細化とともに磁気的な粒間相互作用を小さくすることが必要である。従来のCoCr合金においては、適度にPtを添加してKuの向上を図り、また、磁性層成膜前に適度に基板加熱をすることや、磁性層材料にTaやB等を添加することにより、磁性層の結晶粒界へのCrの偏析を促進し、粒間の相互作用を低下させることができた。その他の偏析促進の技術として、Journal of Applied Physics,Volume 87,Number 9, 6869〜6871(1 May 2000)では、CoCrPt上にMnを20nm積層した後、350℃で数分間アニール処理し、Mnを粒界に拡散させることにより強磁性の結晶粒を分離する効果が得られることが報告されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、磁気記録媒体を低ノイズ化し高記録密度化を実現するためには、熱安定性を維持しつつ、磁気記録層粒子の微細化と磁気的孤立化を促進させなければならない。
しかしながら、磁性層粒子の偏析構造促進に有効な技術として前述した、MnをCoCrPtに堆積した後アニールする手法では、十分な効果を得るためにはアニール時間に数分間を要し、生産性に優れない。また、Mnが20nmという膜厚では、Mnなしに比べ磁気ヘッド〜磁気記録層間の間隔が大きくなるために信号出力を大きく得ることが難しく、SNRが低下する。それに加え、表面凹凸が増大することによりヘッドの安定浮上が妨げられる。
【0005】
以上のことから、磁気記録媒体には、生産性を考慮した場合の高記録密度化の障害が残っているという解決すべき課題が従来技術にはあった。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、生産性に優れ高記録密度化を図ることができる磁気記録媒体及びその製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の磁気記録媒体は、非磁性基体上に、少なくとも、下地層、磁気記録層及びオーバーコート層を順次積層された磁気記録媒体であって、前記磁気記録層は、強磁性を有する結晶粒と、該結晶粒を取り巻く酸化物若しくは窒化物である非磁性結晶粒界とを有する、グラニュラー磁性層であり、前記オーバーコート層は、前記非磁性結晶粒界に拡散する非磁性金属若しくは非磁性合金であることを特徴とする。
以上の構成により、磁気記録層に、従来のCoCrPtではなく、強磁性を有する結晶粒とそれを取り巻く非磁性結晶粒界を持つ構造物を取り、その非磁性結晶粒界が少なくとも酸化物若しくは窒化物であるグラニュラー磁性層を成膜後、非磁性金属若しくは非磁性合金をオーバーコートする。従来のCoCrPtの場合とは異なり、グラニュラー磁性層では、未処理(アニール処理が不要)でオーバーコートした原子がグラニュラー磁性層の非磁性結晶粒界に拡散し、偏析構造を促進する。この場合オーバーコート層は10nm以下で十分な効果が得られる。
【0007】
また、磁気記録媒体は、前記非磁性金属若しくは非磁性合金が前記非磁性結晶粒界に拡散後に、前記オーバーコート層を除去されたことを特徴とすることができる。
以上の構成により、オーバーコート層をエッチングにより一部或いは全て排除する。これにより、磁気スペーシングが小さくなり、SNR向上に寄与する。また、表面が平坦化され、ヘッドの安定浮上に繋がる。
また、上記目的を達成するために、本発明の磁気記録媒体の製造方法は、非磁性基体上に、少なくとも、下地層を形成する第1のステップと、該第1のステップにおいて形成された前記下地層上に磁気記録層を形成する第2のステップと、該第2のステップにおいて形成された前記磁気記録層上にオーバーコート層を形成する第3のステップとを備え、前記第2のステップにおいて形成される磁気記録層は、強磁性を有する結晶粒と、該結晶粒を取り巻く酸化物若しくは窒化物である非磁性結晶粒界とを有する、グラニュラー磁性層であり、前記第3のステップにおいて形成されるオーバーコート層は、前記非磁性結晶粒界に拡散する非磁性金属若しくは非磁性合金であることを特徴とする。
【0008】
また、磁気記録媒体の製造方法は、前記非磁性金属若しくは非磁性合金が前記非磁性結晶粒界に拡散後に、前記第3のステップにおいて形成された前記オーバーコート層を除去する第4のステップをさらに備えたことを特徴とすることができる。
また、前記非磁性金属は、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Al、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt及びAuからなる群から選択されるいずれかの元素であり、前記非磁性合金は、前記群から選択される少なくとも1つの元素を含む合金であることを特徴とすることができる。
【0009】
以上の構成により、非磁性金属がSc、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Al、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、非磁性合金が上記非磁性金属のうち少なくとも1つの元素を含む合金である場合、オーバーコートした原子がグラニュラー磁性層の非磁性結晶粒界に拡散しやすい。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、各図面において同様の機能を有する箇所には同一の符号を付している。
図1は本実施形態の垂直媒体の断面模式図である。垂直媒体は非磁性基体1上に少なくとも、下地層2、磁気記録層3が順に形成された構造を有している。磁気記録層3形成後にオーバーコート層4を形成するが、オーバーコート層成膜後にエッチングを行い、オーバーコート層のみを排除することができる。また、オーバーコート層4より上には保護層5や液体潤滑剤層6を形成することができる。また、二層垂直媒体とする場合には下地層2より下層に軟磁性裏打ち層11を用いることができる。以下、各層の例について述べる。
【0011】
非磁性基体1としては、通常の磁気記録媒体に用いられる、NiPメッキを施したAl合金や強化ガラス、結晶化ガラス等を用いることができる。本実施形態では加熱プロセスを必要としないため、ポリカーボネイト、ポリオレフィン等の樹脂からなるプラスチック基板を用いることができる。
下地層2としては、例えば、六方最密充填構造をとる金属或いはその合金材料であるものか、若しくは、面心立方格子構造をとる金属或いはその合金材料が好適である。前述の六方最密充填構造をとる金属としては、例えば、Ti、Zr、Ru、Zn、Tc、Re等、面心立方格子構造をとる金属としては、Cu、Rh、Pd、Ag、Ir、Pt、Au、Ni、Co等が例として挙げられる。膜厚は薄い方が好ましいが、十分に結晶成長が見られる3nm以上が好ましい。また、下地層2の配向性を向上させるために、下地層の下にシード層12を設けることもできる。
【0012】
二層垂直媒体とする場合には、下地層2より下層に、磁気ヘッドが発生する磁束を集中させる役割を担う軟磁性裏打ち層11を設けることができる。軟磁性裏打ち層11としては、結晶のNiFe合金、センダスト(FeSiAl)合金等、微結晶のFeTaCやCoTaZr、非晶質のCo合金であるCoZrNbなどを用いることができる。軟磁性裏打ち層11の膜厚は、記録に使用する磁気ヘッドの構造や特性によって最適値が変化するが、おおむね10nm以上500nm以下程度であることが、生産性との兼ね合いから望ましい。
磁気記録層3は、強磁性を有する結晶粒とそれを取り巻く非磁性結晶粒界を持つ構造を取り、その非磁性結晶粒界が少なくとも酸化物若しくは窒化物であるグラニュラー磁性層を用いる。強磁性を有する結晶としては、例えばCoPtやFePt合金、及びそれらにCr、Ni、Nb、Ta、B等の元素を添加した合金が好適である。非磁性結晶粒界の酸化物若しくは窒化物としては、例えば、Cr、Co、Si、Al、Ti、Ta、Hf、Zr、Y、Ceの酸化物若しくは窒化物が好適である。例として上記に挙げた強磁性結晶粒と非磁性結晶粒界を用いれば、オーバーコートした非磁性金属若しくは非磁性合金の原子が、アニール処理不要で粒界に拡散しやすく、強磁性粒子の孤立化が促進され、低ノイズ化する。ただし、上記強磁性結晶及び非磁性結晶粒界の酸化物或いは窒化物はそれに限定されない。なお、垂直磁気記録媒体として用いるためには、Coの六方最密充填構造のc軸が膜面に垂直方向に配向していることが必要である。
【0013】
オーバーコート層4としては、非磁性金属Sc、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Al、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、若しくはそれら非磁性金属のうち少なくとも1つの元素を含む非磁性合金を用いる。オーバーコート層4の原子が磁気記録層3の結晶粒界に拡散し、磁気的な相互作用を小さくすることができる。膜厚としては、ヘッド〜磁気記録層間の磁気スペーシングを考慮すると、薄い方が好ましく、10nm以下が好ましい。
さらなるSNR(signal to noise ratio)特性向上の方策として、磁気記録層3の非磁性結晶粒界に拡散せずに残ったオーバーコート層をエッチングで一部或いは全て排除することができる。磁気的スペーシングの低減と共に、媒体表面の平滑化が可能になる。エッチングの方法としては、例えばArプラズマエッチング、ECRプラズマエッチング、イオンビームエッチング等が挙げられる。
【0014】
保護層5は、例えばカーボンを主体とする薄膜が用いられる。
液体潤滑剤層6は、例えばパーフルオロポリエーテル系の潤滑剤を用いることができる。
【0015】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
(実施例1)
非磁性基体として表面が平滑な化学強化ガラス基板(例えばHOYA社製N−5ガラス基板)を用い、これを洗浄後スパッタ装置内に導入し、Co5Zr9Nbターゲットを用いてCoZrNb軟磁性裏打ち層を300nm形成した後、軟磁性のNi基合金であるNi15Fe5Crターゲットを用い、Arガス圧5mTorr下でNiFeCrシード層を10nm成膜した。さらにRuターゲットを用い、Arガス圧30mTorr下でRu下地層を20nm成膜した。
【0016】
引き続いて、92(Co10Cr16Pt)−8SiOターゲットを用いてCoCrPt−SiO磁気記録層を20nm成膜した。そして、オーバーコート層として、MnをArガス圧30mTorr下で成膜するが、この時の膜厚を1〜20nmまで変化させた。最後にカーボンターゲットを用いてカーボンからなる保護層8nmを成膜後、真空装置から取り出した。その後、パーフルオロポリエーテルからなる液体潤滑剤層2nmをディップ法により形成し、二層垂直媒体とした。磁気記録層の成膜にはRFマグネトロンスパッタリングを用い、それ以外の各層は全てDCマグネトロンスパッタリング法により成膜を行った。
【0017】
(実施例2)
オーバーコート層として、Taを用いること以外は全て実施例1と同様にして二層垂直媒体とした。
(実施例3)
オーバーコート層として、Cuを用いること以外は全て実施例と1と同様にして二層垂直媒体とした。
(実施例4)
Mnオーバーコート層を3nm成膜後、保護層成膜前に、Arプラズマエッチングによりオーバーコート層を除去したこと以外は全て実施例1と同様にして二層垂直媒体とした。
【0018】
(比較例)
本発明の比較例として、オーバーコート層を全く成膜しないこと以外は実施例1と同様にして二層垂直媒体を作製した。
(実施例の評価結果)
本発明における実施例1〜3及び比較例の磁気特性評価結果について述べる。磁気特性は磁気カー効果により測定された。
図2は、実施例1〜3及び比較例に係る、保磁力Hcのオーバーコート層膜厚依存性を示す図である。なお、各実施例及び比較例の角型比Sは全て1.0であった。オーバーコート層なしの比較例に比べ、オーバーコート層を付与した実施例1〜3いずれの場合もHcが向上する。オーバーコート層の膜厚増加と共にHcは増加し、3〜5nmで極大値を取る。オーバーコート層付与によりHcの向上に効果がみられた。
【0019】
図4は、実施例1〜3及び比較例の、オーバーコート層膜厚を3nmとした場合の磁気クラスタサイズの直径d[nm]と分散σ[nm]を示す。磁気クラスタサイズは、AC消磁された各媒体のMFM測定から求めた。オーバーコート層を成膜した実施例1〜3では、d、σ共に大幅に低下している。これはオーバーコート層の原子がCoCrPt−SiO磁性層の粒界に拡散し、磁性粒子の磁気的な分離が促進されたことを示している。
次に、本発明における実施例1〜4及び比較例の電磁変換特性評価結果について述べる。
【0020】
図3は、実施例1〜4及び比較例に係る、オーバーコート層膜厚を3nmとした場合の電磁変換特性評価から求めた規格化ノイズの線記録密度依存性を示す図である。電磁変換特性は、GMRヘッドを用いてスピンスタンドテスターでの測定から得た。図3で明らかなように、オーバーコート層を付与した実施例1〜4では、付与しない比較例に比べ大幅に規格化ノイズが低減している。実施例1〜3を比べると、前述の磁気クラスタサイズdと分散σと相関が見られ、dおよびσが小さい実施例1、2、3の順に規格化ノイズが低い。即ち、磁性粒子の分離が促進され、媒体ノイズが低減されたものである。実施例1と4を比較すると、オーバーコート層成膜後にエッチングを行った実施例4でさらに規格化ノイズが低減されている。これは、エッチングによりオーバーコート層を除去し、磁気スペーシングを低減させたことによる信号出力の増分が大きいためである。
【0021】
図5は、実施例1〜4及び比較例の、オーバーコート層膜厚を3nmとした場合の線記録密度400及び600kFCIのSNRを示す。なお、SNRは前述の規格化ノイズの場合と同様な電磁変換特性評価から求めた。前述の高Hc化や低ノイズ化を反映し、オーバーコート層を付与した実施例1〜3で、オーバーコート層なしの比較例よりも、大幅なSNR向上がみられた。また、実施例1と実施例4を比べると、エッチングによりオーバーコート層を除去した実施例4の方が高SNRであり、オーバーコート層除去の効果が確認された。
以上述べたように、磁気記録層にグラニュラー磁性層を用いオーバーコート層を積層すれば、オーバーコート層の原子がグラニュラー磁性層結晶粒界に拡散し、磁気記録層の強磁性結晶粒子の分離を促進させることができる。これはアニール処理が不要なため、非常に生産性に優れる。そして、磁気的相互作用を低下させ低ノイズ化し高記録密度化を実現することができる。さらに、オーバーコート層は10nm以下という非常に薄い膜厚で済むため、磁気スペーシング増大が抑制される。また、オーバーコート層成膜後にエッチングプロセスを用いることにより、磁気スペーシングをさらに減少させ、さらなるSNR向上、即ち高記録密度化が可能となる。
【0022】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、非磁性基体上に、下地層、磁気記録層及びオーバーコート層を順次積層された磁気記録媒体は、磁気記録層を、強磁性を有する結晶粒とそれを取り巻く酸化物若しくは窒化物である非磁性結晶粒界とを有する、グラニュラー磁性層とし、オーバーコート層を、上記非磁性結晶粒界に拡散する非磁性金属若しくは非磁性合金としたことで、オーバーコートした原子がアニール処理不要でグラニュラー磁性層の非磁性結晶粒界に拡散し、偏析構造を促進する。
【0023】
このため、磁気記録媒体を生産性に優れたものとし、低ノイズ化を図り高記録密度化を実現する効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の垂直媒体の断面模式図である。
【図2】本発明の実施例1〜3及び比較例に係る、磁気特性評価から求めたHcのオーバーコート層膜厚依存性について示した図である。
【図3】本発明の実施例1〜4及び比較例に係る、電磁変換特性評価から求めた規格化ノイズの線記録密度依存性について示した図である。
【図4】本発明の実施例1〜3及び比較例に係る、MFM評価より求めた磁気クラスタサイズと分散に関する表を示す図である。
【図5】本発明の実施例1〜4及び比較例に係る、電磁変換特性評価より求めた、線記録密度400及び600kFCIでのSNRに関する表を示す図である。
【符号の説明】
1 非磁性基体
2 下地層
3 磁気記録層
4 オーバーコート層
5 保護層
6 液体潤滑剤層
11 軟磁性裏打ち層
12 シード層

Claims (6)

  1. 非磁性基体上に、少なくとも、下地層、磁気記録層及びオーバーコート層を順次積層された磁気記録媒体であって、
    前記磁気記録層は、強磁性を有する結晶粒と、該結晶粒を取り巻く酸化物若しくは窒化物である非磁性結晶粒界とを有する、グラニュラー磁性層であり、
    前記オーバーコート層は、前記非磁性結晶粒界に拡散する非磁性金属若しくは非磁性合金である
    ことを特徴とする磁気記録媒体。
  2. 請求項1記載の磁気記録媒体において、前記非磁性金属若しくは非磁性合金が前記非磁性結晶粒界に拡散後に、前記オーバーコート層を除去されたことを特徴とする磁気記録媒体。
  3. 請求項1または2に記載の磁気記録媒体において、前記非磁性金属は、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Al、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt及びAuからなる群から選択されるいずれかの元素であり、前記非磁性合金は、前記群から選択される少なくとも1つの元素を含む合金であることを特徴とする磁気記録媒体。
  4. 非磁性基体上に、少なくとも、下地層を形成する第1のステップと、
    該第1のステップにおいて形成された前記下地層上に磁気記録層を形成する第2のステップと、
    該第2のステップにおいて形成された前記磁気記録層上にオーバーコート層を形成する第3のステップとを備え、
    前記第2のステップにおいて形成される磁気記録層は、強磁性を有する結晶粒と、該結晶粒を取り巻く酸化物若しくは窒化物である非磁性結晶粒界とを有する、グラニュラー磁性層であり、
    前記第3のステップにおいて形成されるオーバーコート層は、前記非磁性結晶粒界に拡散する非磁性金属若しくは非磁性合金である
    ことを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
  5. 請求項4記載の磁気記録媒体の製造方法において、前記非磁性金属若しくは非磁性合金が前記非磁性結晶粒界に拡散後に、前記第3のステップにおいて形成された前記オーバーコート層を除去する第4のステップをさらに備えたことを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
  6. 請求項4または5に記載の磁気記録媒体の製造方法において、前記非磁性金属は、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zn、Al、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt及びAuからなる群から選択されるいずれかの元素であり、前記非磁性合金は、前記群から選択される少なくとも1つの元素を含む合金であることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
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