JP2006048904A - 垂直磁気記録媒体、その製造方法および磁気記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の連続膜媒体の作製プロセスに近い簡便な方法を用い、磁気記録層において配向分散を抑制しつつ磁気クラスターサイズを減少させることができる下地層の分離構造を形成し、かつ下地層の薄膜化による記録性能の高性能化が可能な垂直媒体の提供。
【解決手段】 非磁性基体上に少なくとも下地層および磁気記録層が順次積層されてなる垂直磁気記録媒体であって、前記下地層は結晶粒子と非晶質結晶粒界とからなり、該結晶粒子が、（成長初期の底面積）＞（上部の面積）である形状を有することを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【選択図】 図２

Description

本発明は各種磁気記録装置に搭載される垂直磁気記録媒体、その製造方法、およびこの垂直磁気記録媒体を用いた磁気記録装置に関する。

磁気記録の高密度化を実現する技術として、従来の記録磁化が媒体面内方向に記録される長手磁気記録方式に代えて、記録磁化が媒体面内方向に対して垂直に記録される垂直磁気記録方式が注目されつつある。垂直磁気記録媒体は主に、垂直磁気異方性を有する硬質磁性材料の磁気記録層と、磁気記録層を目的の方向に配向させるための下地層、磁気記録層の表面を保護する保護層、そしてこの記録層への記録に用いられる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材料の裏打ち層から構成され、通常は、裏打ち層／下地層／磁気記録層／保護層の順の積層構造を採る。軟磁性裏打ち層を設けた場合に媒体の性能は高くなるが、軟磁性裏打ち層が無くても記録は可能なため、この層を除いた構成となる場合もある。このような軟磁性裏打ち層が無いものを単層垂直磁気記録媒体（以下、単層垂直媒体と呼ぶ）、軟磁性裏打ち層があるものを二層垂直磁気記録媒体（以下、二層垂直媒体と呼ぶ）と呼ぶ。垂直磁気記録媒体（以下、垂直媒体と呼ぶ）においても、長手磁気記録媒体と同様、高記録密度化のためには、低ノイズ化と高熱安定性を両立することが必要である。

低ノイズ化は、磁性粒子を微細化すること、あるいは磁性粒子間の磁気的な相互作用（以下、粒間相互作用と呼ぶ）を小さくすることで実現される。磁性粒子サイズの影響を含み、かつその粒間相互作用の大きさを表す指標の一つとして、磁気クラスターサイズと呼ばれるものがある。磁気クラスターは複数の磁性粒子からなる。磁性粒子のサイズが小さいほど、および粒間相互作用が小さいほど、磁気クラスターサイズが小さくなる。したがって、低ノイズ化のためには、磁気クラスターサイズを低減しなければならない。
しかしながら、磁気記録層を形成する磁性粒子は、その粒径が４ｎｍ未満となると超常磁性化し、強磁性を失うため、磁性粒子の微細化は限界がある。したがって、粒間相互作用を低減することが高密度化の鍵となっている。例えば、半導体的なプロセスを適用して、磁気記録層の１粒子を円錐台形とすることにより、１粒子＝１ビットを理想としたパターンドメディアが提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。

通常の連続膜で構成される磁気記録層を有する垂直媒体では、ＣｏＣｒからなる合金を用い、結晶粒界において非磁性であるＣｒ濃度の比率を結晶粒内の１．４倍以上と高めることにより偏析構造を形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。その他に、粒界相として例えば酸化物や窒化物などの非磁性非金属の物質を用いた磁気記録層（グラニュラー磁気記録層と呼ばれる）が提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）。
以上の提案のいずれにおいても、磁気記録層の結晶配向を制御する目的で適当な下地層が用いられている。しかしながら、磁気記録層の分離性向上（すなわち、粒間相互作用の低減）に関する試みの多くは、磁気記録層自体の組成の変更またはその成膜プロセスの改良で行われているのが現状である。

その中でも、人工格子多層膜からなる磁性層を適用した垂直媒体において、この磁性層材料では困難であった磁性層粒子の微細化を、下地層の効果で行う例が提案されている（例えば、特許文献４参照。）。これは下地層の結晶粒子を球あるいは楕円形状として、下地層表面に凹凸を形成することにより実現されている。
第２４回応用磁気学会学術講演概要集（２０００）、Ｐ．２８３ 特開２００２−３５８６１５号公報 特開平３−５８３１６号公報 米国特許第５，６７９，４７３号明細書 特開２００３−２２３７１２号公報

磁気記録層の磁性粒子を磁気的に分離させて、その粒間相互作用を低減させるためには、結晶粒子が物理的に分離している構造を有する下地層を形成して、その効果により磁気記録層の磁性粒子の分離をすることが有効である。たとえば、特許文献１と同様な手法を用いれば、人工的に分離構造を有した下地層を形成できる可能性はあるが、作製方法が非常に複雑で量産には適さない。
また、特許文献４に提案されているような結晶粒子に起因する凹凸表面を有する下地層を用いる場合、以下のような問題点がある。下地層結晶粒子表面の形状は磁気記録層の結晶配向の分散に影響し、結晶配向の分散は垂直磁気異方性の方向の分散を意味する。つまり、下地層表面の結晶粒子表面の曲率が大きいほど、垂直磁気異方性の方向分散が悪化すると考えられる。この点から、下地層の結晶粒子表面の形状は、上の磁気記録層にも反映されるため、できるだけ平坦にすることが好ましい。この手法において、該結晶粒子の曲率を小さくするために粒子径を大きくした場合、単位面積あたりの粒子数が減少する。下地層の結晶粒子の数およびサイズは磁気記録層の磁性粒子の数およびサイズに反映されるため、磁性粒子数の減少による、熱揺らぎの問題が顕著になってくる。一方、粒子径を小さくした場合、下地層表面における結晶粒子１個あたりの結晶質部分の面積が低下するため、それを反映した上の磁気記録層においても磁性粒子のサイズが小さくなり、それによって約４ｎｍ以下の超常磁性化した粒子が増加し、この場合も熱揺らぎの問題が生じる。

したがって、特許文献４で提案されているような下地層を用いる場合には、磁性粒子の微細化は可能だが、（１）単位面積あたりの磁性粒子数を増やすこと、（２）超常磁性粒子の出現を抑制すること、（３）磁気記録層の配向分散を低減することの全てを同時に満たすことはできない。加えて、磁性粒子の微細化を目的として下地層の結晶粒子を微細化する場合には、結晶性を発現する際に特に重要となる成長初期において、結晶質となる部分の体積が小さいために結晶性を向上させることが困難で、十分な結晶成長をさせるには、比較的大きな膜厚を必要とする。以上の点から、球形状あるいは楕円形状の結晶粒子からなる下地層では、さらなる媒体の高性能化、すなわち高記録密度化が困難であった。
したがって、従来の連続膜媒体の作製プロセスに近い簡便な方法を用い、磁気記録層において配向分散を抑制しつつ磁気クラスターサイズを減少させることができる下地層の分離構造を形成し、かつ下地層の薄膜化による記録性能の高性能化が可能な垂直媒体を製造するための方法を得ることが一つの大きな課題であった。

本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、より小さい磁気クラスターサイズおよびより少ない配向分散を有する磁気記録層、および小さい膜厚を有する下地層を有する垂直媒体である。そのような媒体においては、磁気記録分解能を向上させて、高記録密度化を実現することが可能である。本発明の別の目的は、そのような垂直媒体を、量産性に優れた方法により製造することである。
本発明の垂直磁気記録媒体は、非磁性基体上に少なくとも下地層および磁気記録層が順次積層されてなる垂直磁気記録媒体であって、前記下地層は結晶粒子と非晶質結晶粒界とからなり、該結晶粒子が、（成長初期の底面積）＞（上部の面積）である形状を有することを特徴とする。ここで、磁気記録層は、強磁性結晶粒子と、強磁性結晶粒子を取り巻く非磁性材料を含み、強磁性結晶粒子の粒径は、下地層上部の結晶粒子の粒径に等しく、および非磁性材料の幅は下地層上部の非晶質結晶粒界の粒界幅に等しいものとすることができる。さらに、下地層の上部における、結晶粒子の結晶粒径および非晶質結晶粒界の粒界幅をそれぞれｄ_１およびｔ_１とし、下地層の成長初期における、結晶粒子の結晶粒径および非晶質結晶粒界の粒界幅をそれぞれｄ_２およびｔ_２としたときに、ｄ_１は４．０ｎｍ以上であり、ｔ_１は０．５ｎｍ以上であり、ｄ_２＞ｄ_１であり、かつｔ_２＜ｔ_１とすることが好ましい。また、下地層と磁気記録層との界面において、結晶粒子表面を平坦とすることができる。さらに、結晶質の結晶粒子の形状を、概ね円錐台形もしくは角錐台形としてもよい。加えて、前記下地層の直下に、シード層をさらに設けてもよい。

下地層の結晶粒子となる材料としては、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、ＩｒまたはＰｔのうちから選ばれた少なくとも１種類を５０％以上含むものが好ましく用いられる。また、粒界成分は、酸素あるいは窒素を含むことができる。
本発明の垂直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および磁気記録層が順次積層されてなる垂直磁気記録媒体の製造方法であって、非磁性基体上に結晶粒子と非晶質結晶粒界とからなり、かつ該結晶粒子が（成長初期の底面積）＞（上部の面積）である形状を有する下地層を形成する工程と、前記下地層上に磁気記録層を形成する工程とを含むことを特徴とする。ここで、下地層の形成工程としては、成膜速度を連続的に変化させながら形成してもよい。あるいは、成膜雰囲気に酸素あるいは窒素を含ませ、かつその濃度を連続的に変化させながら形成する方法を用いてもよい。この方法を用いる場合、下地層材料に酸素あるいは窒素と反応性が高いＡｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｙ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂ、Ｔａ、Ｎｂ等を添加し、その酸化物や窒化物を粒界成分として偏析させることもできる。または、下地層成膜時に基板バイアス電圧を印加し、その印加電圧を変化させながら形成してもよい。

垂直媒体の下地層結晶粒子の形状を前述のようにすることにより、以下のような効果を発現させることができる。
（１） 下地層表面部分は粒界幅を大きくすることができ、このため上層の磁気記録層が成膜初期から良好な偏析構造を形成することができる。この結果、粒間の磁気的な相互作用を弱め、磁気クラスターサイズを小さくすることができ、媒体ノイズが低減する。
（２） 下地層の底面部分は表面部分に比して粒径が大きく粒界幅が小さいため、底面部分、すなわち下地層成長初期部分では表面部分に比して非晶質部分よりも結晶質部分の占める割合が高い。従って、表面の粒径を同一とした従来の円柱状構造の場合に比して、下地層膜全体としての結晶性が良好である。その結果、直上の磁気記録層の結晶性も向上し、垂直磁気異方性は強まり、熱揺らぎ耐性が向上する。
（３） さらに、下地層の薄膜化が可能となり、このことにより、記録能力が向上する。
（４） 結晶質の表面部分を平坦にすることからは、磁気記録層の垂直磁気異方性方向の分散を低減する効果が導き出され、これは、記録磁化方向の分散の低減を意味し、遷移ノイズが低減すると共に、垂直磁化成分が増加するため、信号出力が向上する。
（５） 円錐台あるいは角錐台形状とすることからは、成長過程での隣接粒との結合を防ぐことができ、粒径ばらつきが低減する効果を得ることができる。磁気記録層の粒子サイズは下地層に従うため、磁性粒子も均一化され、これは遷移ノイズの低減に寄与する。

以上（１）〜（５）の効果により、記録密度の指標であるＳＮＲが向上し、同時に熱揺らぎ耐性も満たされるため、垂直媒体の高記録密度化が実現できる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の垂直磁気記録媒体の構成例を説明するための図で、二層垂直媒体の構成を示している。図１の垂直磁気記録媒体は、非磁性基体１０上に、軟磁性裏打ち層２０、シード層３０、下地層４０、磁気記録層５０、および保護層６０が順次積層され、さらに保護層６０の上には潤滑剤層７０が形成されている。このうち、軟磁性裏打ち層２０、シード層３０、保護層６０および潤滑剤層７０は、任意選択的に設けてもよい層である。
本発明の垂直磁気記録媒体において、非磁性基体（非磁性基板）１０としては、通常の磁気記録媒体用に用いられるＮｉＰメッキを施したＡｌ合金や強化ガラス、あるいは結晶化ガラス等を用いることができる。また、基板加熱温度を１００℃以内に抑える場合は、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もできる。

軟磁性裏打ち層２０は、任意選択的に設けてもよい層である。軟磁性裏打ち層２０は、磁気記録に用いる磁気ヘッドからの磁束を制御して記録・再生特性を向上するために形成することが好ましい。軟磁性裏打ち層２０としては、結晶性のＮｉＦｅ合金、センダスト（ＦｅＳｉＡｌ）合金、ＣｏＦｅ合金等、微結晶性のＦｅＴａＣ、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＮｉＰなどを用いることができる。あるいは、非晶質のＣｏ合金、例えばＣｏＮｂＺｒ、ＣｏＴａＺｒなどを用いることでより良好な電磁変換特性を得ることができる。なお、軟磁性裏打ち層２０の膜厚の最適値は、磁気記録に用いる磁気ヘッドの構造や特性によって変化するが、他の層と連続成膜（蒸着、スパッタ、ＣＶＤ、イオンプレーティングなどの方法による）で形成する場合などは、生産性との兼ね合いから１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが望ましい。他の層の成膜前に、めっき法などによって、あらかじめ非磁性基体に成膜しておく場合、数μｍと厚くすることも可能である。

シード層３０は、任意選択的に設けてもよい層である。シード層３０は、下地層４０の配向性を向上するため、あるいは粒径を微細化するために、下地層４０直下に形成することが望ましい。シード層３０は、非磁性材料または軟磁性材料のいずれを用いて形成することもできるが、下地層薄膜化の効果を発揮するためには、より好ましくは軟磁性材料を用いて形成される。およそ１ｎｍ以下の極薄膜とする場合は、非磁性材料でも十分下地層薄膜化の効果が導き出される。
シード層３０を形成するための軟磁性材料としては、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＮｂ、ＮｉＦｅＢ、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＦｅＳｉなどのＮｉ基合金；Ｃｏ；あるいはＣｏＢ、ＣｏＳｉ、ＣｏＮｉ、ＣｏＦｅなどのＣｏ基合金を用いることができる。シード層３０を形成するための非磁性材料としては、ＮｉＰなどのＮｉ基合金、ＣｏＣｒなどのＣｏ基合金に加えて、Ｔａ、Ｔｉなどを用いることができる。シード層３０は、これらの軟磁性材料または非磁性材料を用いる蒸着、スパッタ、ＣＶＤ、イオンプレーティングなどの方法によって形成することができる。

下地層４０は、磁気記録層５０の結晶配向性、結晶粒径、粒径分布、粒界偏析を好適に制御するために磁気記録層５０の直下に形成する層であり、下地層４０は結晶粒子４１と、非晶質結晶粒界４２からなり、前記結晶粒子４１が、（成長初期の底面積）＞（上部の面積）であるような形状であることを特徴とする。具体的な大きさとしては、表面部分すなわち磁気記録層との界面部分における下地層の結晶粒径および粒界幅をそれぞれｄ_１およびｔ_１とし、成長初期の結晶粒径および粒界幅をそれぞれｄ_２およびｔ_２とした時、ｄ_２＞ｄ_１、ｔ_２＜ｔ_１であることが好ましい。直上に形成される磁気記録層５０の強磁性結晶粒子５１は、結晶粒子４１の上に形成され、その粒径は結晶粒子４１の結晶粒径ｄ_１に従う。そして、強磁性結晶粒子５１が超常磁性化する粒子サイズはおよそ４ｎｍ未満であるので、４．０≦ｄ_１［ｎｍ］、好ましくは４．０≦ｄ_１≦１２．０［ｎｍ］とすることが好ましい。さらに、磁気記録層５０の強磁性結晶粒子５１間の間隔（すなわち、非磁性材料５２の幅）は、強磁性結晶粒子５１間の粒間相互作用を低減するためにある程度の大きさが必要であり、所望の磁気クラスターサイズを得るために０．５≦ｔ_１［ｎｍ］、好ましくは０．５≦ｔ_１≦２．０［ｎｍ］とすることが好ましい。

ここで、「成長初期」とは、膜（下地層４０または磁気記録層５０）の形成開始時に連続膜が形成された時点を意味し、通常、１ｎｍの膜厚を達成した時点を意味する。「結晶粒子の成長初期の底面積」とは、形成開始時の連続膜が形成された時点において、その連続膜表面において結晶粒子（下地層の結晶粒子４１または磁気記録層５０の強磁性結晶粒子５１）が占める面積を意味する。結晶粒子の成長初期の底面積は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の観察により決定することができる。具体的には、膜厚１ｎｍの時点における０．３×０．３μｍの領域の平面ＴＥＭ像を得て、その像内から２００〜３００個の結晶粒子を無作為に抽出し、それら結晶粒子の面積を平均することによって、結晶粒子の成長初期の底面積が決定される。同様に、「結晶粒子の成長初期の結晶粒径ｄ_２」とは、前述のように無作為抽出された２００〜３００個の結晶粒子の粒径の平均を意味する。ここで、結晶粒子が円形以外の形状を有する場合、当該結晶粒子の面積に等しい円の直径を、当該結晶粒子の結晶粒子の粒径とみなす。さらに、「成長初期の粒界幅ｔ_２」は、膜厚１ｎｍの時点における０．２×０．２μｍの領域の平面ＴＥＭ像を得て、粒界をトレースし、画像解析装置を用いて、粒界幅ｔ＝［（粒界部分の面積／測定結晶粒の個数）／（平均結晶粒周囲長）］×２として算出される。

また、「上部」または「表面部分」とは、下地層４０または磁気記録層５０の非磁性基板１０とは反対側の表面部分を意味する。「上部の面積」は、該界面から非磁性基体側へ１ｎｍ以内の部分の切断面の平面ＴＥＭ像から求める。その算出方法は、「成長初期」の底面積と同じように決定される。結晶粒子の結晶粒径ｄ_１ならびに粒界幅ｔ_１についても、それぞれ、成長初期におけるｄ_２およびｔ_２と同様の方法により決定される。
また、下地層４０の結晶粒子４１の表面、すなわち磁気記録層との界面部分が、曲率をもたず平坦であることが好ましい。ここで、「下地層４０の表面が平坦である」とは、各結晶粒子を膜厚方向に対して側面から見た場合、表面部分の凹部または凸部の最大値が粒径の５％以下であることを意味する。具体的には、断面ＴＥＭ像によって、下地層４０表面の形状に関する直線距離３．０μｍの断面プロファイルを得て、該プロファイルにおいて基準線に対する凹部または凸部の最大値を算出する。同サンプルについて、算出された最大値が、前述の方法で求めた粒径ｄ_１の値の５％以下であれば、下地層４０の結晶粒子４１の表面は平坦であると判断する。

図２に本発明の下地層４０の構造を好適に表す模式図を示す。図２（ａ）は透視図であり、（ｂ）は表面（磁気記録層５０との界面）の平面図であり、および（ｃ）は底面の平面図である。図２においては、結晶粒子４１の形状を円錐台形に近い形状とした例を示す。下地層初期部分から表面部分に向かって、粒径は連続的に小さくなり、同時に粒界幅は連続的に大きくなっている。たとえばこのような形状とすることにより、成長初期部分において、非晶質部分に比して結晶質部分の割合が高まるため、単純な円柱構造の場合よりも、膜全体としての結晶性を良好にすることができる。したがって、下地層４０の膜厚を小さくした場合でも充分な結晶性を得ることができるため、薄膜化が実現できるという効果が導きだされる。また、結晶粒子の表面が平坦なことから、磁気記録層中の強磁性結晶粒子の配向分散を低減させることができる。この配向分散の低減は、垂直磁気異方性方向の分散を低減する効果をもたらし、たとえば熱に対する記録情報の安定化、ＳＮＲの向上などの効果をもたらすものである。本例以外にも、角錐台形形状などとしてもよい。

下地層４０の結晶粒子４１を形成する材料としては、好ましくは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、ＩｒまたはＰｔの単元素を用いることができる。あるいは、前記元素を組み合わせたＲｕＲｈ、ＲｕＯｓ、ＲｕＩｒ、ＲｕＰｔ等の合金も好ましく用いることができる。その他に、前記元素を主成分として５０ａｔ％以上、より好ましくは８０ａｔ％以上含み、それに対して、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｙ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｔａ、ＢまたはＮｂを添加した材料も好ましく用いることができる。さらに非晶質結晶粒界４２は、上記の材料に加えて酸素または窒素をさらに含むことができる。
下地層４０は、通常、スパッタ法（平行平板、マグネトロン、ＥＣＲ、ヘリコン波等を含む）を用いて形成される。その際に、成膜速度を連続的に変化させることによって、具体的には成膜速度を連続的に減少させることによって、前述のように（成長初期の底面積）＞（上部の面積）であるような形状の結晶粒子４１を形成することができる。成膜速度の連続的変化は、スパッタ投入電力、成膜時の装置内ガス圧力、パルス放電を用いた場合のパルスのＯＮ／ＯＦＦ周期などを制御することによって達成することができる。好ましくは、スパッタ投入電力を連続的に減少させることによって、所望の形状の結晶粒子４１を形成することができる。

別法として、スパッタ法の成膜雰囲気中に、酸素あるいは窒素を含ませ、そしてその濃度を連続的に変化させることによって、（成長初期の底面積）＞（上部の面積）であるような形状の結晶粒子４１を形成することができる。この場合には、酸素あるいは窒素の濃度を連続的に増大させ、結晶粒子４１の形成材料と酸素または窒素との反応物が偏析して非晶質結晶粒界４２を形成することによって、所望の形状を達成することができる。この方法を用いる場合、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、ＩｒまたはＰｔのうちから選ばれた少なくとも１種類を５０ａｔ％以上を含むスパッタターゲットに対して、酸素あるいは窒素と反応性が高いＡｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｙ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｂ、Ｔａ、Ｎｂなどを添加し、その酸化物や窒化物を粒界成分として偏析させることもできる。
さらに別の手段として、下地層４０を形成時に、基板バイアス電圧を印加し、そのバイアス電圧を変化させることによって、（成長初期の底面積）＞（上部の面積）であるような形状の結晶粒子４１を形成することができる。好ましくは、バイアス電圧を連続的に増加させることで、所望の形状の結晶粒子４１を形成することができる。なお、基板バイアス電圧を印加するためには、非磁性基体自体にバイアス電圧を印加するか、あるいは下地層成膜前に形成された導電性の層にバイアス電圧を印加することで達成される。

磁気記録層５０は、強磁性結晶粒子５１と、該強磁性結晶粒子を取り巻く非磁性材料５２とから構成される柱状構造を有する層である。強磁性結晶粒子５１の材料としては、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどを主成分とし、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｂなどを添加したものが好ましく用いられるが、それらに限定されるものではない。好ましくは、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｔＣｒ、ＣｏＰｔＮｉ、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔＢ、ＣｏＰｔＣｒＢなどが用いられる。非磁性材料５２の例としては、Ｃｒ、Ｂ、Ｔａ等の非磁性金属；ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３などの酸化物；またはＳｉＮ、ＴｉＮ、ＢＮなどの窒化物などが好ましく用いられるが、これらに限定されるものではない。強磁性結晶粒子５１と非磁性材料５２との比は特に限定されるものではないが、下地層の結晶粒子４１と非晶質結晶粒界４２との面積比を勘案して決定することが好ましく、通常は非磁性粒界成分のモル比を２〜１５％の範囲内、より好ましくは４〜１２％の範囲内とすることが望ましい。

磁気記録層５０は、前記の強磁性結晶粒子５１を形成するための材料と、非磁性材料５２を形成するための材料とを混合したターゲットを用いるスパッタ法（平行平板、マグネトロン、ＥＣＲ、ヘリコン波等を含む）により形成される。ここで、下地層の結晶粒子４１の上に強磁性結晶粒子５１が形成され、非晶質結晶粒界４２の上に非磁性材料５２が形成される。すなわち、下地層４０中の結晶粒子４１および非晶質結晶粒界４２の効果により、磁気記録層５０内の強磁性結晶粒子５１は、その成長初期から物理的に良好に分離され、それによって磁気的にも良好に分離される（すなわち、より小さい磁気クラスターサイズを達成する）。
図３に本発明の下地層４０および磁気記録層５０の構造の相関関係を示す模式的断面図を示す。図２同様、下地層４０の結晶粒子４１が円錐台形に近い形状をしている例の断面図である。磁気記録層５０は、下地層４０表面の結晶粒子の粒径および非晶質結晶粒界の粒界幅を反映した、強磁性結晶粒子を非磁性材料が取り巻く柱状構造となっている。なお、柱状構造は、円柱以外に角柱形状などとしてもよい。

保護層６０は、従来使用されている保護膜を用いることができ、例えば、カーボンを主体とする保護膜を用いることができる。保護層６０は、スパッタ法（平行平板、マグネトロン、ＥＣＲ、ヘリコン波等を含む）、やＣＶＤ法によって形成することができる。
また、潤滑剤層７０も、従来使用されている材料を用いることができ、例えば、パーフルオロポリエーテル系の液体潤滑剤を用いることができる。潤滑剤層７０は、ディップコート、スピンコート、吹付など慣用の方法を用いて形成することができる。なお、保護層６０の膜厚などの条件や、潤滑剤層７０の膜厚などの条件は、通常の磁気記録媒体で用いられる諸条件をそのまま用いることができる。
前述の垂直磁気記録媒体を用いて、磁気記録装置を作製することができる。本発明の磁気記録装置は、情報を記録する垂直磁気記録媒体と、情報の書込み／読み出しを行う磁気ヘッドとを少なくとも含む。情報の書込みを行う磁気ヘッドと、情報の読取を行う磁気ヘッドとを別個に設けてもよい。本発明の磁気記録装置は、好ましくは、磁気ヘッドに対して垂直磁気記録媒体を相対的に移動させる手段、磁気ヘッドの位置決め手段、および／または、外部の機器との間で情報の通信および／または変換を行う情報通信変換手段をさらに備える。垂直磁気記録媒体を相対的に移動させる手段は、垂直磁気記録媒体を直線状に移動させる手段であってもよいし、垂直磁気記録媒体を回転させる手段であってもよい。磁気ヘッドの位置決め手段は、ステッピングモータなど慣用の要素を用いて、情報の記録／読取を行うべき位置に磁気ヘッドを移動および該位置に固定するためのものである。情報通信変換手段は、情報の通信を行うべき外部の機器を選択し、適切なプロトコルを用いて情報の送信／受信を行い、さらに必要に応じて情報の圧縮／伸長を行ってもよい。

以下に本発明の垂直磁気記録媒体製造方法の実施例について説明する。なお、これらの実施例は、本発明の垂直磁気記録媒体の製造方法を好適に説明するための代表例に過ぎず、これらに限定されるものではない。

本実施例では、図１の構成の二層垂直媒体を作製する。非磁性基体１０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、これを洗浄した後にＤＣマグネトロンスパッタ装置内に導入した。そして、Ｃｏ_９１Ｚｒ_５Ｎｂ_４ターゲットを用いて５ｍＴｏｒｒ（０．６７Ｐａ）のＡｒ雰囲気下で、非晶質のＣｏＺｒＮｂからなる軟磁性裏打ち層２０を膜厚１５０ｎｍで形成した。次に、Ｎｉ_８４Ｆｅ_１３Ｓｉ_３ターゲットを用いて３０ｍＴｏｒｒ（４．０Ｐａ）のＡｒ雰囲気下で、軟磁気特性を示す軟磁性ＮｉＦｅＳｉシード層３０を１０ｎｍ形成した。
次に、Ｒｕ_９５Ｓｉ_５ターゲットを用い３０ｍＴｏｒｒ（４．０Ｐａ）の圧力下で、膜厚１０ｎｍのＲｕＳｉ下地層４０を成膜した。成膜開始時のＤＣマグネトロンスパッタ装置内の雰囲気を、Ａｒガスのみとした。成膜開始後、装置内圧力を維持しながら、Ａｒガスに対して窒素ガスの添加を開始し、その添加濃度（体積％）を図４に示すように変化させた。スパッタ投入電力は、全行程にわたって６００Ｗに固定した。

その後、９３モル％（Ｃｏ_７４Ｐｔ_１４Ｃｒ_１２：平均式量７７．１６を１モルとする）−７モル％（ＳｉＯ_２）ターゲットを用いて、３０ｍＴｏｒｒ（４．０Ｐａ）のＡｒ雰囲気下で、膜厚１３ｎｍのＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ_２磁気記録層５０を成膜した。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６０を膜厚４ｎｍにて成膜した後、前述の各層が形成された積層体をＤＣマグネトロンスパッタ装置から取り出した。なお、各層の成膜において、基板の加熱処理は行っていない。
その後、ディップ法により、パーフルオロポリエーテルからなる液体潤滑材層７０を膜厚２ｎｍにて形成し、二層垂直媒体を得た。

下地層４０の形成を、以下のように行ったことを除いて、実施例１の手順を繰り返して二層垂直媒体を得た。Ｒｕ_９５Ｓｉ_５ターゲットを用い３０ｍＴｏｒｒ（４．０Ｐａ）のＡｒ雰囲気下で、膜厚１０ｎｍのＲｕＳｉ下地層４０を成膜した。成膜開始後、スパッタ投入電力を図５に示すように変化させた。装置内雰囲気は、全行程にわたってＡｒガスのみとした。

下地層４０の形成を、以下のように行ったことを除いて、実施例１の手順を繰り返して二層垂直媒体を得た。Ｒｕ_９５Ｓｉ_５ターゲットを用い３０ｍＴｏｒｒ（４．０Ｐａ）のＡｒ雰囲気下で、膜厚１０ｎｍのＲｕＳｉ下地層４０を成膜した。成膜開始後、基板バイアス電圧を図６に示すように変化させた。装置内雰囲気は、全行程にわたってＡｒガスのみとした。
［比較例］
下地層４０の形成時に、Ａｒガスに対する窒素ガスの添加を行わなかったことを除いて実施例１の手順を繰り返して、二層垂直媒体を得た。
まず、本実施例の磁気記録媒体の微細構造評価結果について述べる。実施例１〜３、比較例の二層垂直媒体に関してＴＥＭによる平面観察および断面観察を行った。

＜下地層および磁気記録層の断面構造＞
実施例１で得られた二層垂直媒体の断面観察において、ＲｕＳｉ下地層４０は成長初期から徐々に非晶質結晶粒界４２の粒界幅が大きくなり、結晶粒子４１の粒径が小さくなっていく様子が観察された。後述する平面観察では、粒子の断面形状は円形に近かったことから、結晶粒子４１はおおむね円錐台形の形状をしていることがわかった。また、ＲｕＳｉ下地層４０上に成長するＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ_２磁気記録層５０は、結晶粒子４１の粒径および非晶質結晶粒界４２の粒界幅を保って、強磁性結晶粒子５１が柱状に成長しており、その周囲を非磁性材料５２が取り巻いていることが確認できた。さらに、下地層４０／磁気記録層５０の界面部分は平坦であり、かつ磁気記録層５０についてはエピタキシャル成長している様子も確認された。実施例２および３の二層垂直媒体の場合も、実施例１と同様の構造を取っていることが確認された。

一方、比較例の二層垂直媒体の場合は、下地層４０は、その膜厚が増加しても粒界幅がほぼ一定で狭く、明瞭な分離構造が観測されなかった。結果として、その上層のＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ_２磁気記録層も強磁性結晶粒子５１と非磁性材料５２との分離性が悪かった。
＜下地層および磁気記録層の粒径、粒界幅、粒径分散＞
前述した下地層および磁気記録層の構造を定量的に評価するため、平面ＴＥＭ像から、下地層４０における結晶粒子４１の粒径および非晶質結晶粒界４２の粒界幅、ならびに磁気記録層５０における強磁性結晶粒子５１の粒径および非磁性材料５２の粒界幅を測定し、およびそれぞれの層において粒径ばらつきを算出した。なお、図７に示すような４つの断面部分（下地層初期部分：断面Ａ、下地層表面部分：断面Ｂ、磁気記録層初期部分：断面Ｃ、磁気記録層表面部分：断面Ｄ）について、それぞれ測定および算出を行った。ここで、断面Ａはシード層３０／下地層４０界面から膜厚１ｎｍの断面であり、断面Ｂは該界面から膜厚９ｎｍの断面である。また、断面Ｃは下地層４０／磁気記録層５０界面から膜厚１ｎｍの断面であり、断面Ｄは、該界面から膜厚１２ｎｍの断面である。

第１表にそれぞれの断面部位における、平均粒径ｄ、粒界幅ｔ、粒径ばらつきσ／ｄ（σは粒径分布の標準偏差）をまとめた。断面Ａおよび断面Ｂに着目すると、実施例１〜３は、断面Ａに比して断面Ｂの粒径が小さく、前述した断面観察結果を支持している。一方、比較例では、実施例１〜３の結果とは逆で、断面Ａに比して断面Ｂの粒径が若干増大傾向で、粒界幅もわずかに狭くなっている。断面Ｂに関して、実施例１〜３と比較例を比べると、実施例１〜３の方が、ｄが小さく、ｔが大きく、またσ／ｄも小さい。この観察結果から、下地層成膜中に窒素添加濃度を連続的に変化（増大）させること、またはスパッタ投入電力を連続的に変化（減少）させること、あるいは印加バイアス電圧を変化（増加）させることによって、下地層４０の結晶粒子４１の形状を概ね円錐台形に制御することができたことが分かる。

また、下地層４０の上部である断面Ｂと磁気記録層５０の成膜初期の断面Ｃとを比較すると、実施例１〜３および比較例のいずれにおいても、断面Ｂと断面Ｃのｄ、ｔおよびσ／ｄはそれぞれほぼ等しい。このことから、磁気記録層の初期領域においては、下地層表面の構造を反映することがわかる。
次に、断面Ｃおよび断面Ｄをみると、実施例１〜３では、断面Ｃと断面Ｄのｄ、ｔおよびσ／ｄはそれぞれほぼ等しく、磁気記録層５０が柱状に成長しているという断面観察結果を支持する。一方、比較例では、断面Ｃに比して断面Ｄのｄが大きく、ｔが小さい。比較例では下地層４０表面の非晶質結晶粒界４２の粒界幅、およびそれを反映した磁気記録層５０の成膜初期における非磁性材料５２の粒界幅が狭すぎるために、磁気記録層５０が成長するにつれ、隣接する強磁性結晶粒子５１間の結合が起こり、その粒径が増大すると考えられる。

以上のように、本発明の下地層４０を適用することにより、磁気記録層５０において、強磁性結晶粒子５１の物理的な分離性が高まり、かつその粒径および粒径ばらつきが低減されることが明らかとなった。

＜実際の性能評価＞
次に、前述した磁気記録層５０の構造が、磁気クラスターサイズや、実際の電磁変換特性にどのような影響を及ぼすかを調査した。磁気クラスターを円柱と仮定し、ＡＣ消磁後の媒体表面を磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）観察して得た画像より磁気クラスターの断面積を求め、その直径を磁気クラスターサイズとした。電磁変換特性評価は、単磁極／ＧＭＲヘッドを用いてスピンスタンドテスターにて行い、ＳＮＲを求めた。信号劣化の割合について、電磁変換特性評価にて用いたものと同様の磁気ヘッドおよびスピンスタンドテスターにて、線記録密度１００ｋＦＣＩで書き込んだ信号出力の経時変化を１００００秒間にわたって測定して求めた。

第２表に、実施例１〜３および比較例の二層垂直媒体の磁気クラスターサイズおよびＳＮＲの値を示す。なお、ＳＮＲは線記録密度６００ｋＦＣｌでの値を例として示す。ＳＮＲの優劣は、記録密度を変えても変化しないことを確認している。
比較例に比して、実施例１〜３の二層垂直媒体では、磁気クラスターサイズが半分以下と、大幅に小さく、ＳＮＲは６ｄＢ以上大きい。この結果から、実施例１〜３の二層垂直媒体では、下地層４０の効果により、磁気記録層５０における強磁性結晶粒子５１間の磁気的な相互作用が低減した結果、磁気クラスターサイズが低減し、およびノイズが低減されてＳＮＲが向上したことがわかる。また、信号劣化に関しては、実施例１〜３および比較例の二層垂直媒体いずれにおいてもほぼ０であり、熱揺らぎ耐性は良好であった。実施例１〜３の二層垂直媒体において、磁気クラスターサイズが比較的小さいのにもかかわらず熱揺らぎ耐性が良好であるのは、前述したＴＥＭの断面観察よりエピタキシャル成長が確認されている磁気記録層５０の結晶磁気異方性を十分に大きくできているためである。

なお、本実施例では、下地層４０をＲｕＳｉとしたが、これをＲｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、ＩｒまたはＰｔのうちから選ばれた少なくとも１種類を含むものとした場合も同様な効果が得られる。また、添加ガスを窒素としたが、これを酸素としても同様な効果が得られる。また、成膜速度の変化を投入電力で制御したが、成膜ガス圧を変化させること、あるいはパルス放電のＯＮ／ＯＦＦ周期を変化させることによっても同様な効果が得られる。磁気記録層５０はＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ_２としたが、例えばＣｏＰｔ−ＳｉＯ_２やＣｏＰｔＣｒＢ−ＳｉＯ_２と強磁性結晶粒子５１となる材料を変更した場合、あるいはＣｏＰｔＣｒ−Ｃｒ_２Ｏ_３、ＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＮなどと非磁性部分５２の材料を種々変更した場合でも同様な効果が得られる。その他、シード層３０、軟磁性裏打ち層２０も、種々変更可能である。

本発明に係る二層垂直磁気記録媒体の模式的断面図である。 本発明に係る下地層４０の構造を表す模式図であり、（ａ）は透視図であり、（ｂ）は表面の平面図であり、および（ｃ）は底面の平面図である。 本発明に係る下地層４０および磁気記録層５０の構造を表す模式的断面図である。 本発明の実施例１に係る下地層形成時の添加窒素濃度の時間変化を表すグラフである。 本発明の実施例２に係る下地層形成時のスパッタ電力の時間変化を表すグラフである。 本発明の実施例３に係る下地層形成時の基板バイアス電圧の時間変化を表すグラフである。 本発明の実施例および比較例に係る平面ＴＥＭ観察の観察面を表す断面図である。

符号の説明

１０ 非磁性基体
２０ 軟磁性裏打ち層
３０ シード層
４０ 下地層
４１ 結晶粒子
４２ 非晶質結晶粒界
５０ 磁気記録層
５１ 強磁性結晶粒子
５２ 非磁性材料
６０ 保護層
７０ 潤滑剤層

Claims (12)

1. 非磁性基体上に少なくとも下地層および磁気記録層が順次積層されてなる垂直磁気記録媒体であって、前記下地層は結晶粒子と非晶質結晶粒界とからなり、該結晶粒子が、（成長初期の底面積）＞（上部の面積）である形状を有することを特徴とする垂直磁気記録媒体。
2. 前記磁気記録層は、強磁性結晶粒子と、前記強磁性結晶粒子を取り巻く非磁性材料を含み、前記強磁性結晶粒子の粒径は前記下地層上部の結晶粒子の粒径に等しく、および前記非磁性材料の幅は前記下地層の非晶質結晶粒界の粒界幅に等しいことを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
3. 前記下地層の上部における、前記結晶粒子の結晶粒径および前記非晶質結晶粒界の粒界幅をそれぞれｄ_１およびｔ_１とし、
   前記下地層の成長初期における、前記結晶粒子の結晶粒径および前記非晶質結晶粒界の粒界幅をそれぞれｄ_２およびｔ_２としたときに、
   ｄ_１は４．０ｎｍ以上であり、ｔ_１は０．５ｎｍ以上であり、ｄ_２＞ｄ_１であり、かつｔ_２＜ｔ_１であることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の垂直磁気記録媒体。
4. 前記下地層と前記磁気記録層との界面において、前記下地層の結晶粒子表面が平坦であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の垂直磁気記録媒体。
5. 前記下地層の直下に、シード層をさらに設けることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の垂直磁気記録媒体。
6. 前記下地層の結晶粒子の形状が、円錐台形ないし角錐台形であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の垂直磁気記録媒体。
7. 前記結晶粒子は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、ＩｒまたはＰｔを５０ａｔ％以上含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の垂直磁気記録媒体。
8. 前記非晶質結晶粒界は、酸素または窒素を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の垂直磁気記録媒体。
9. 非磁性基体上に少なくとも下地層および磁気記録層が順次積層されてなる垂直磁気記録媒体の製造方法であって、
   前記非磁性基体上に前記下地層を形成する工程であって、成膜速度を連続的に変化させることによって、結晶粒子と非晶質結晶粒界とからなり、かつ該結晶粒子が（成長初期の底面積）＞（上部の面積）である形状を有する前記下地層を形成する工程と、
   前記下地層上に前記磁気記録層を形成する工程と
   を含むことを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。
10. 非磁性基体上に少なくとも下地層および磁気記録層が順次積層されてなる垂直磁気記録媒体の製造方法であって、
    前記非磁性基体上に前記下地層を形成する工程であって、成膜雰囲気に酸素または窒素を含有させ、かつ前記酸素または窒素の濃度を連続的に変化させることによって、結晶粒子と非晶質結晶粒界とからなり、かつ該結晶粒子が（成長初期の底面積）＞（上部の面積）である形状を有する前記下地層を形成する工程と、
    前記下地層上に前記磁気記録層を形成する工程と
    を含むことを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。
11. 非磁性基体上に少なくとも下地層および磁気記録層が順次積層されてなる垂直磁気記録媒体の製造方法であって、
    前記非磁性基体上に前記下地層を形成する工程であって、該下地層成膜時に基板バイアス電圧を印加し、該基板バイアス電圧を変化させることによって、結晶粒子と非晶質結晶粒界とからなり、かつ該結晶粒子が（成長初期の底面積）＞（上部の面積）である形状を有する前記下地層を形成する工程と、
    前記下地層上に前記磁気記録層を形成する工程と
    を含むことを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。
12. 請求項１ないし８のいずれかに記載の垂直磁気記録媒体と、磁気ヘッドとを少なくとも含むことを特徴とする磁気記録装置。

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