JP2006155865A - 垂直磁気記録媒体および垂直磁気記録再生装置 - Google Patents

垂直磁気記録媒体および垂直磁気記録再生装置 Download PDF

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Abstract

【課題】垂直磁気記録媒体の垂直磁性層の配向性制御膜に用いる材料を吟味することによって、結晶構造の乱れを少なくして面記録密度を大幅に増加させた垂直磁気記録媒体を供する。
【解決手段】非磁性基板上に少なくとも軟磁性裏打ち層、配向制御層、垂直磁性層、保護層を有する垂直磁気記録媒体であって、配向制御層は複数層から構成され、基板側からシード層および中間層を含む。シード層の平均結晶粒径は8〜20nmで、シード層および中間層が共に六方最密構造であることが好ましい。シード層はMgを主成分とするのが好ましく、中間層はRuを主成分とするのが好ましい。
【選択図】図1

Description

本発明は、ハードディスク装置等に用いられる磁気記録媒体、特に垂直磁気記録媒体とそれを使用した磁気記録装置に関するものである。
近年、磁気ディスク装置、可撓性ディスク装置、磁気テープ装置等の磁気記録装置の適用範囲は著しく増大され、その重要性が増すと共に、これらの装置に用いられる磁気記録媒体について、その記録密度の著しい向上が図られつつある。特にMRヘッド、およびPRML技術の導入以来面記録密度の上昇はさらに激しさを増し、近年ではさらにGMRヘッド、TMRヘッドなども導入され1年に約100%ものペースで増加を続けている。
このように、磁気記録媒体については今後更に高記録密度化を達成することが要求されており、そのために磁気記録層の高保磁力化と高信号対雑音比(S/N比)、高分解能を達成することが要求されている。これまで広く用いられてきた長手磁気記録方式においては、線記録密度が高まるにつれて、隣接する記録磁区同士がお互いの磁化を弱めあおうとする自己減磁作用が支配的になるため、それを避けるために磁気記録層をどんどん薄くして形状磁気異方性を高めてやる必要がある。
その一方で、磁気記録層の膜厚を薄くしていくと、磁区を保つためのエネルギー障壁の大きさと熱エネルギーの大きさが同レベルに近づいてきて、記録された磁化量が温度の影響によって緩和される現象(熱揺らぎ現象)が無視できなくなり、これが線記録密度の限界を決めてしまうといわれている。
このような中、長手磁気記録方式の線記録密度改良に答える技術として最近ではAFC(Anti Ferro Coupling)媒体が提案され、長手磁気記録で問題となる熱磁気緩和の問題を回避しようという努力がなされている。
そのような中、今後一層の面記録密度を実現するための有力な技術として注目されているのが垂直磁気記録技術である。従来の長手磁気記録方式が、媒体を面内方向へ磁化させるのに対し、垂直磁気記録方式では媒体面に垂直な方向に磁化させることを特徴とする。
このことにより、長手磁気記録方式で高線記録密度を達成する妨げとなる自己減磁作用の影響を回避することができ、より高密度記録に適していると考えられている。また一定の磁性層膜厚を保つことができるため、長手磁気記録で問題となっている熱磁気緩和の影響も比較的少ないと考えられている。
垂直磁気記録媒体は一般的には、非磁性基板上にシード層、中間層、磁気記録層、保護層の順に成膜されるのが一般的である。また、保護層まで成膜した上で、表面に潤滑層を塗布する場合が多い。また、多くの場合、軟磁性裏打ち層とよばれる磁性膜がその下に設けられる。中間層は磁気記録層の特性をより高める目的で形成される。またシード層は中間層、磁気記録層の結晶配向を整えると同時に磁性結晶の形状を制御する働きをするといわれている。
優れた特性を有する垂直磁気記録媒体を製造するためには、磁気記録層の結晶構造が重要である。すなわち、垂直磁気記録媒体においては多くの場合、その磁気記録層の結晶構造は六方最密構造をとるが、その(002)結晶面が基板面に対して平行であること、換言するならば結晶C軸[002]軸が垂直な方向にできるだけ乱れなく配列していることが重要である。しかしながら、垂直磁気記録媒体は比較的厚い磁気記録層を使用できるという利点がある反面、媒体全体の積層薄膜の総膜厚が現行の長手磁気記録媒体に比べて厚くなりがちであり、そのために媒体積層の過程において結晶構造を乱す要因を内包しやすいという欠点があった。
軟磁性層と垂直磁気記録層との間に、非晶質部を含む配向制御層と、粒径制御層と、六方最密構造および面心立方構造のうちの一つを有する下地層を設けた垂直磁気記録媒体が記載されている(例えば、特許文献1参照。)。
裏打ち磁性膜と垂直磁化膜との間に、(100)面を基板と概ね平行に持つ他結晶MgO膜を挿入する垂直磁気記録媒体が記載されている(例えば、特許文献2参照。)。
以上のように、優れた結晶構造をもつ垂直磁気記録媒体を得るために、成膜プロセスにさまざまな工夫がなされてきたが、より優れた記録再生特性を得るためにはさらに一層の技術的改良が求められている。
特開2004−30767号公報 特開2001−23140号公報
本発明は、次世代の高記録密度媒体技術として注目されている垂直磁気記録媒体において、その結晶構造を飛躍的に改善し、ひいては面記録密度を大幅に増加させようとするものである。
本発明は、垂直磁気記録媒体において、垂直磁性層の配向性制御膜に用いる材料を吟味することによって、結晶構造の乱れが少ない垂直磁気記録媒体を供しようとするものである。
すなわち上記課題を解決するため、本発明は以下に掲げた
(1) 非磁性基板上に少なくとも軟磁性裏打ち層、配向制御層、垂直磁性層、保護層を有する垂直磁気記録媒体であって、配向制御層は複数層から構成され、基板側からシード層および中間層を含み、シード層および中間層が共に六方最密構造である垂直磁気記録媒体、
(2) 非磁性基板上に少なくとも軟磁性裏打ち層、配向制御層、垂直磁性層、保護層を有する垂直磁気記録媒体であって、配向制御層は複数層から構成され、基板側からシード層および中間層を含み、該シード層の平均結晶粒径は8nm〜20nmの範囲内であり、中間層は六方最密構造である垂直磁気記録媒体、
(3) シード層が六方最密構造または面心立方構造である(2)に記載の垂直磁気記録媒体、
(4) ルテニウムの接触角が50度〜120度の範囲となるような元素を主成分とするシード層を持つことを特徴とする(1)から(3)のいずれか1つに記載の垂直磁気記録媒体、
(5) シード層の少なくとも1層が、マグネシウムまたはマグネシウムを主成分とする層である(1)から(4)の何れか1つに記載の垂直磁気記録媒体、
(6) 中間層の少なくとも1層が、ルテニウムまたはルテニウムを主成分とする層である(1)から(5)の何れか1つに記載の垂直磁気記録媒体、
(7) 中間層の少なくとも1層が、(002)配向している(1)から(6)の何れか1つに記載の垂直磁気記録媒体、
(8) 上記(1)から(7)の何れか1つに記載の垂直磁気記録媒体を用いた垂直磁気記録再生装置、の各発明を提供する。
本発明によれば、垂直磁性層の結晶構造、特に六方最密構造のC軸が基板面に対して極めて角度分散の小さい状態で配向し、なおかつ、垂直磁性層を構成する結晶粒の平均粒径が極めて微細な高記録密度特性に優れた垂直磁気記録媒体を供することができる。
本発明の内容を具体的に説明する。
本発明の垂直磁気記録媒体10は、図1に示すように、非磁性基板1上に少なくとも軟磁性裏打ち層2、直上の膜の配向性を制御する配向制御層を構成するシード層3及び中間層4、磁化容易軸が基板に対し主に垂直に配向した垂直磁性層5、保護層6を有する垂直磁気記録媒体であって、配向制御層は複数層から構成され、基板側からシード層3および中間層4を含む構造である。
本発明の磁気記録媒体に使用される非磁性基板としては、Alを主成分とした例えばAl−Mg合金等のAl合金基板や、通常のソーダガラス、アルミノシリケート系ガラス、非結晶ガラス類、シリコン、チタン、セラミックス、各種樹脂からなる基板など、非磁性基板であれば任意のものを用いることができる。中でもAl合金基板や結晶化ガラス、アモルファスガラス等のガラス製基板を用いられることが多い。
磁気ディスクの製造工程においては、まず基板の洗浄・乾燥が行われるのが通常であり、本発明においても各層の密着性を確保する見地からもその形成前に洗浄、乾燥を行うことが望ましい。また、基板サイズも特に限定しない。
次に、垂直磁気記録媒体の各層について説明する。
軟磁性裏打ち層は多くの垂直磁気記録媒体に設けられている。媒体に信号を記録する際、ヘッドからの記録磁界を導き、磁気記録層に対して記録磁界の垂直成分を効率よく印加する働きをする。材料としてはFeCo系合金、CoZrNb系合金、CoTaZr系合金などいわゆる軟磁気特性を有する材料ならば使用することができる。また、これら軟磁性層単層の場合だけでなく、途中にRuなどの極薄い非磁性薄膜をはさみ、軟磁性層間に反強磁性結合をもたせたものも多く用いられるようになっている。膜厚は2nm〜20nm程度であるが、記録再生特性とOW特性とのバランスにより適宜決定される。一般的には5nm〜15nm程度である。
本発明では、軟磁性裏打ち層の上に、直上の膜の配向性を制御する配向制御層を設ける。配向制御層は複数層から構成し、基板側からシード層、中間層と呼ぶ。
本発明では、シード層を六方最密構造または面心立方構造とするのが好ましく、シード層の平均結晶粒径は8nm〜20nmの範囲内とするのが好ましい。
中間層は六方最密構造とする。シード層および中間層を共に六方最密構造とすることもできる。
このような構造とすることにより、その上に成膜される中間層、磁気記録層の結晶構造をhcp(002)面に配向させることができ、優れた記録再生特性を有する垂直磁気記録媒体を得ることができる。
本発明のシード層は磁気記録層の磁気特性、記録再生特性を左右する極めて重要な層であり、中間層、磁気記録層を同様に六方最密構造にエピタキシャル成長させるはたらきをする。
本発明ではシード層材料として、その結晶構造が面心立方構造または六方最密構造を用いるのが好ましく、シード層自身を膜にした場合の平均結晶粒径が一定以上の大きさになること、中間層材料に対する接触角が一定以上の値となることが好ましい。
特に本発明では、シード層の主成分である元素が、ルテニウムに対する接触角が50度〜120度の範囲内の元素であるのが好ましい。
これらの条件を満たすシード層を用いた場合、その上に成膜される中間層の結晶配向が極めて角度分散が少なく、その平均結晶粒径が微細なものになりやすい。
ここで、平均結晶粒径とは、膜の結晶形状を例えば透過型電子顕微鏡(TEM)などで観察した場合に、明瞭に分離して観察される結晶の直径を統計的に処理して求めた平均的な直径の値で評価されるものをさし、これが8nm〜20nmの範囲内であるとき中間層の結晶粒径を微細に制御させることができる。また、接触角とはシード層に使用される材料の固体状に溶融させた中間層材料を滴下した場合に形成された雫が固体面に対する接線角度で評価される量であり、一般的に中間層材料に対する濡れ性の指標となる量である。すなわち、シード層材料に対する中間層材料の濡れ性があまり大きくないものを用いると、中間層がシード層上に堆積される際、微細な結晶粒を形成しやすい。
詳細な検討の結果、バルクにおいてこの接触角が50〜120度の範囲内にある材料を用いれば、この特性が薄膜である中間層においても保持され、中間層の粒径を微細化する効果があることがわかった。したがって、シード層材料にはバルクにおける接触角が50〜120度のものを用いればよい。このような材料は一般にデーターブック等に記載されている。
このような条件を満たす材料としては、例えばマグネシウム(Mg)が挙げられる。マグネシウム膜はそれ自身六方最密構造をとり、かつ、その結晶粒径は約13nmとなり、適正な範囲にある。また、Ruに対する接触角角度は80°とであり適正な範囲にある。
マグネシウムは添加物のない純粋な材料を用いてもよいが、マグネシウムを半分以上含む合金も好適である。
本発明の中間層は磁気記録層を効率よく垂直配向させるために用いる。中間層自身も六方最密構造をとり、磁気記録層をエピタキシャル成長させるためのものである。この中間層の結晶配向が磁気記録層の結晶配向をほぼ決定するため、この中間層の配向制御は垂直磁気記録媒体の製造上極めて重要である。また、同様に中間層の結晶粒の平均粒径を微細にコントロールすることができれば、その上に連続的に成膜される磁気記録層の結晶粒径もその形状を引き継ぎやすく、磁気記録層の結晶粒も微細になることが多い。そして、磁気記録層の結晶粒径が微細であればあるほど信号と雑音との強度比SNRは大きくとることができるといわれている。このような条件を満たす中間層材料としてたとえばRuあるいはRu合金の薄膜が広く用いられている。
本発明では、中間層はRuあるいはRu合金の薄膜の積層体としても良く、中間層の少なくとも1層が、(002)配向しているのが好ましい。前述したように、垂直磁気記録媒体においては多くの場合、その磁気記録層の結晶構造は六方最密構造をとるが、その(002)結晶面が基板面に対して平行であること、換言するならば結晶C軸[002]軸が垂直な方向にできるだけ乱れなく配列していることが重要である。これを評価する方法としてロッキングカーブの半値幅を用いることができる。すなわち、まずはじめに、基板上に成膜した膜をX線回折装置にかけ、基板面に対して平行な結晶面を分析する。前述の中間層や磁気記録層のように六方最密構造をとる膜を試料が含有する場合、その結晶面に対応する回折ピークが観測される。Co系合金を用いた垂直磁気記録媒体の場合、六方最密構造のC軸[002]方向が基板面に垂直になるような配向をするので(002)面に対応するピークを観測することになる。次にこの(002)面を回折するブラッグ角を維持したまま光学系を基板面に対してスイングさせる。このときに光学系を傾けた角度に対して(002)面の回折強度をプロットすると、ひとつの回折ピークを描くことができる。これをロッキングカーブと呼んでいる。このとき(002)面が基板面に対して極めてよく平行にそろっている場合は鋭い形状のロッキングカーブが得られるが、逆に(002)面の向きが広く分散しているとブロードなカーブが得られる。そこでロッキングカーブの半値幅Δθ50を垂直磁気記録媒体の結晶配向の良否の指標として用いることが多い。
本発明によれば、このΔθ50の小さい垂直磁気記録媒体を容易に作製することができる。
磁気記録層は文字通り、実際に信号の記録がなされる層である。材料としてはCoCr、CoCrPt、CoCrPt−O、CoCrPt−SiO、CoCrPt−CrなどのCo系合金薄膜が使用されることが多い。最終的にはこの層の結晶構造、磁気的性質が記録再生を決定する。
以上の各層の成膜には通常DCスパッタリング法またはRFスパッタリング法が用いられる。そのときのスパッタリングガス圧力は各層ごとに特性が最適になるように適宜決定されるが、一般に0.1〜1.2Pa程度の範囲にコントロールされる。媒体の性能を見ながら調整される。
保護層はヘッドと媒体との接触によるダメージから媒体を保護するためのものであり、カーボン膜、SiO膜などが用いられるが、多くの場合はカーボン膜が用いられる。
膜の形成にはスパッタリング法、プラズマCVD法などが用いられるが、近年ではプラズマCVD法が用いられることが多い。膜厚は1nm〜10nm程度であり、好ましくは2〜6nm程度、さらに好ましくは2〜4nmである。
図2は、上記垂直磁気記録媒体を用いた垂直磁気記録再生装置の一例を示すものである。図2に示す磁気記録再生装置は、図1に示す構成の磁気記録媒体10と、磁気記録媒体10を回転駆動させる媒体駆動部11と、磁気記録媒体10に情報を記録再生する磁気ヘッド12と、この磁気ヘッド12を磁気記録媒体10に対して相対運動させるヘッド駆動部13と、記録再生信号処理系14とを備えて構成されている。
記録再生信号処理系14は、外部から入力されたデ−タを処理して記録信号を磁気ヘッド12に送ったり、磁気ヘッド12からの再生信号を処理してデ−タを外部に送ることができるようになっている。
本発明の磁気記録再生装置に用いる磁気ヘッド12には、再生素子として異方性磁気抵抗効果(AMR)を利用したMR(Magneto Resistance)素子だけでなく、巨大磁気抵抗効果(GMR)を利用したGMR素子などを有した、より高記録密度に適した磁気ヘッドを用いることができる。
(実施例、比較例)
HD用ガラス基板をセットした真空チャンバをあらかじめ1.0×10−5Pa以下に真空排気した。ここで使用したガラス基板はLiSi、Al+KO、MgO+P、Sb+ZnOを成分とする結晶化ガラスで、表面粗さRa〜5Å、外径65mm、内径20mmである。
次に、この基板上にスパッタリング法を用いて軟磁性裏打ち層CoNbZrを100nm、シード層としてMg膜、Mg−10Al膜およびTi膜(hcp構造)を4nm成膜した(実施例1,実施例2,実施例3)。また、同じ基板にスパッタリング法を用いて軟磁性裏打ち層CoNbZr100nm上にシード層としてTi(bcc構造)、Ag、Cuを各4nm成膜した(比較例1〜比較例3)。試料はそれぞれについて数枚作製した。ここで、Ti膜の(hcp構造)は基板加熱なしで成膜した。一方、Ti膜の(bcc構造)は基板温度を300℃に加熱して成膜して得た。これら実施例1、比較例1〜3について、X線回折装置を用いて結晶構造を確認した。また、その一方で、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、それぞれのシード層の結晶粒径観察を行った。
次いで、それらの残りの試料の表面に中間層としてRu膜、磁気記録層としてCo−Cr−Pt−SiO、保護層としてC膜を成膜して磁気記録媒体とした。
実施例1同様にして、結晶化ガラスを使用して、今度は軟磁性裏打ち層CoNbZr、シード層としてMg膜、中間層としてRu膜まで成膜した。シード層としてはMg(実施例4)、Mg−10Al(実施例5)、Ti(hcp構造)(実施例6)、Ti(bcc)(比較例4)、Ag(比較例5)、Cu(比較例6)のものをそれぞれ作製した。これらについてX線回折装置を用いて中間層Ruの結晶構造がhcp稠密構造をとり、(002)面配向していることを確認し、さらにその面についてロッキングカーブをとり(002)面の配向分散の半値幅(Δθ50)を求めた。また、TEMを用いて中間層Ruの結晶粒径観察を行った。
次いで、それらの残りの試料の表面に磁気記録層としてCo−Cr−Pt−SiO、保護層としてC膜を成膜して磁気記録媒体とした。
同様にして、結晶化ガラスを使用し、今度は軟磁性裏打ち層CoNbZr、シード層としてMg膜、中間層膜としてRu、磁気記録層としてCo−Cr−Pt−SiO、保護層としてC膜まで成膜した。ここでもシード層としてはMg(実施例7)、Mg−10Al(実施例8)、Ti(hcp構造)(実施例9)、Ti(比較例7)、Ag(比較例8)、Cu(比較例9)のそれぞれについて試料を作製した。
これらについて、潤滑剤を塗布し、垂直磁気記録用ヘッドを用いて記録再生特性を測定した。記録再生特性の代表的なパラメータとして低周波数出力LFTAA、信号雑音比SNR、再生パルス半値幅PW50を比較した。これらの結果を表1に一覧表にして示した。
Figure 2006155865
このように、シード層材料としてMgを主成分とした材料を使用することにより、結晶配向に優れ、平均結晶粒径が微細な中間層を導くことができ、ひいては、記録再生特性に優れた垂直磁気記録媒体を供することができる。ここで、実施例1〜9は、Δθ50が小さいので結晶配向分散を小さくでき、また、Ru粒を小さくできた。これにより、SNRが向上し、PW50を小さくできた。これは、高密度記録ができるようになったことを意味する。
また、比較例1、4、7は、Δθ50が小さい反面、Ruの粒径が大きく、SNR、PW50の改善が十分には得られなかった。
図2は、上記構造の磁気記録媒体10を用いた磁気記録再生装置の例を示すものである。ここに示す磁気記録再生装置は、先に説明した構造の磁気記録媒体10と、磁気記録媒体10を回転駆動させる媒体駆動部11と、磁気記録媒体10に情報を記録再生する磁気ヘッド12と、ヘッド駆動部13と、記録再生信号処理系14とを備えている。記録再生信号処理系14は、入力されたデータを処理して記録信号を磁気ヘッド12に送ったり、磁気ヘッド12からの再生信号を処理してデータを出力することができるようになっている。
この磁気記録再生装置は、結晶構造の乱れを少なくして面記録密度を大幅に増加させた垂直磁気記録媒体を使用しているので、安定した大容量の磁気記録再生装置となる。
本発明の垂直磁気記録媒体の断面構造を示す図である。 本発明の垂直磁気記録再生装置の構造を示す図である。
符号の説明
1・・・・・非磁性基板、2・・・・・軟磁性裏打ち層、3・・・・・シード層、4・・・・・中間層、5・・・・・垂直磁性層、 6・・・・・保護層、10・・・・・磁気記録媒体、11・・・・・媒体駆動部、12・・・・・磁気ヘッド、13・・・・・ヘッド駆動部、14・・・・・記録再生信号系

Claims (8)

  1. 非磁性基板上に少なくとも軟磁性裏打ち層、配向制御層、垂直磁性層、保護層を有する垂直磁気記録媒体であって、配向制御層は複数層から構成され、基板側からシード層および中間層を含み、シード層および中間層が共に六方最密構造であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
  2. 非磁性基板上に少なくとも軟磁性裏打ち層、配向制御層、垂直磁性層、保護層を有する垂直磁気記録媒体であって、配向制御層は複数層から構成され、基板側からシード層および中間層を含み、該シード層の平均結晶粒径は8nm〜20nmの範囲内であり、中間層は六方最密構造であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
  3. シード層が六方最密構造または面心立方構造であることを特徴とする請求項2に記載の垂直磁気記録媒体。
  4. ルテニウムの接触角が50度〜120度の範囲となるような元素を主成分とするシード層を持つことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の垂直磁気記録媒体。
  5. シード層の少なくとも1層が、マグネシウムまたはマグネシウムを主成分とする層であることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項に記載の垂直磁気記録媒体。
  6. 中間層の少なくとも1層が、ルテニウムまたはルテニウムを主成分とする層であることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか1項に記載の垂直磁気記録媒体。
  7. 中間層の少なくとも1層が、(002)配向していることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか1項に記載の垂直磁気記録媒体。
  8. 請求項1から請求項7の何れか1項に記載の垂直磁気記録媒体を用いた垂直磁気記録再生装置。

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