JP2008159177A

JP2008159177A - 磁気記録媒体及びその製造方法

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Publication number: JP2008159177A
Application number: JP2006347663A
Authority: JP
Inventors: Riyouko Horie; 亮子堀江; Nobuhiro Yasui; 伸浩安居; Shigeru Ichihara; 滋市原; Toru Den; 透田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-12-25
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2026-12-25
Also published as: JP4641524B2

Abstract

【課題】アモルファス磁性膜からなる記録層を含む磁気記録媒体において、該アモルファス磁性膜に微細な安定磁区を形成する。
【解決手段】基板と、該基板上に形成されたグラニュラー層と、該グラニュラー層上に形成されたアモルファス磁性膜からなる記録層と、を少なくとも有する磁気記録媒体であって、該グラニュラー層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも１種類の元素とＰｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種類の元素を主成分とする複数の柱状磁性体と、該柱状磁性体を取り囲むＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯのうち少なくとも１種類の酸化物を主成分とする非磁性体マトリックス領域と、を含み、及び、該柱状磁性体の平均直径は、２ｎｍ以上６ｎｍ以下の範囲内であり、かつ前記柱状磁性体の平均周期は、４ｎｍ以上８ｎｍ以下の範囲であることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、非磁性体マトリックス中にＬ１０構造を有する磁性体が分散したグラニュラー層と記録層とを少なくとも有する磁気記録媒体及びその製造方法に関する。

近年、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）を代表とする磁気記録装置には、一層の高記録密度及び大容量化が求められている。最近では、面記録密度１Ｔｂ／ｉｎｃｈ^２を達成するための手段として、パターンドメディアや、記録時レーザー等により熱印加する熱アシスト磁気記録（ハイブリッド記録とも呼ばれる）媒体等が提案されている。磁気記録媒体へ情報を記録するやり方としては、記録媒体の記録層に対して、その保磁力より強い記録磁界を印加して、磁気ヘッドからの記録磁界の向きを反転させることで、磁化方向が反転した複数の磁区を記録層に形成する。

磁気記録媒体の分野においては、記録層の保磁力が高いほど記録層に形成される磁区の熱安定性が高く、より小さな安定した磁区を形成しやすいことが知られている。磁気記録媒体においては、記録層に安定して形成される磁区の長さが小さいほど記録分解能が高く、また最小記録単位（１ビット）が多くの磁性微粒子によって構成されることにより、記録分解能の向上と記録ノイズの低減が図られ、高記録密度化が実現される。このため、記録層内に含まれる磁性粒子の微細化が不可欠であるが、個々の磁性粒子が小さくなることにより保持する磁気エネルギーが小さくなると、磁化が熱揺らぎによって減磁する現象が起きる（超常磁性限界と呼ばれる）。故に、熱揺らぎによる記録磁化の不安定性を抑制するため、磁気異方性定数（Ｋｕ）の大きな高Ｋｕ材料を用い、且つ微細な結晶粒により構成される磁気記録媒体の開発が進められている。

高Ｋｕ、特に１×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３以上の大きな磁気異方性定数を有する材料としては、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ等のＬ１０構造を有するＬ１０規則合金が注目されている。特に、Ｌ１０−ＦｅＰｔ合金は７×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３という高い磁気異方性定数を有する。室温にて成膜したＦｅＰｔ合金の結晶構造は、ｆｃｃ不規則構造を形成するが、熱処理によりｆｃｔ規則構造（Ｌ１０構造）に変態する。しかし、熱処理により結晶粒径が増大してしまうため、結晶粒の成長を抑制しつつ規則合金構造を得る手法として、ナノグラニュラー構造の研究が現在行われている。ナノグラニュラー構造とは、酸化物（ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等）等のマトリックス中に、ナノスケールの結晶粒が分散して存在する構造をいう。特許文献１では、Ｆｅ微粒子を含むグラニュラー膜とＰｔ微粒子を含むグラニュラー膜を積層し、この積層体を形成する際、又は積層体を形成した後に、所定温度に加熱してＦｅ及びＰｔを合金化する方法が開示されている。上記手法では、一例として、３５０℃以上の加熱により、結晶粒１０ｎｍ程度で、保磁力（Ｈｃ）５ｋＯｅ以上を有するＬ１０−ＦｅＰｔ結晶粒を含むグラニュラー構造が示されている。

しかし、上記のような微細な結晶粒により構成されるグラニュラー構造を用いた磁気記録媒体によって、前記超磁性限界を伸ばすことは出来ても、記録層の保磁力より強い記録磁界を印加しなければ適切に磁区を形成することが出来ない。例えば１Ｔｂ／ｉｎｃｈ^２の記録密度を達成するためには、熱安定性を確保しようとすると、設定される保磁力が増大し（例えば、室温での保磁力が数十ｋＯｅ）、これに記録するだけの強い磁界を印加出来る記録ヘッドを実現するのは困難とされている。

そのため、高保磁力媒体にレーザー等を用いて、加熱により部分的に媒体保磁力を下げ、磁気ヘッドによる記録を可能にするとともに室温での熱安定性を確保し、高密度化を達成する方法として、熱アシスト記録方式が挙げられている。熱アシスト記録方式の記録媒体には、ＴｂＦｅＣｏ等のフェリ磁性体の希土類遷移金属合金からなるアモルファス系材料と、ＦｅＰｔ、ＣｏＣｒ、ＰｄＣｏ、ＣｏＰｔ等の結晶系材料が提案されている（非特許文献１）。特に、希土類遷移金属合金からなるアモルファス系材料は熱安定性に優れ、高密度記録に好適な磁性材料として期待されている。

また、アモルファス磁性膜に形成される安定磁区の大きさは、前記磁性膜が積層形成される面の凹凸形状の影響を受けることが知られている。具体的には、積層面に存在する凹凸構造が微細なほど、その上に形成されるアモルファス磁性膜において、より微細な安定磁区を形成出来る傾向にある。

このような観点から、アモルファス記録磁性層による高記録分解能化を目的として、複数の磁性粒子と非磁性領域が相互に並列したグラニュラー層を記録磁性層の下地膜として採用する磁気記録媒体について、特許文献２に開示されている。そこでは、例えば磁性粒子としてＴｂＦｅ、非磁性領域としてＳｉＯ_２を採択し、磁性粒子の平均直径、及び隣接磁性粒子間の平均周期が８ｎｍ以上１０ｎｍ以下、及び膜厚が４ｎｍ以上５ｎｍ以下のグラニュラー層が示されている。また、非特許文献２には、高密度記録化の取り組みとして、ＦｅＮｉＰｔ粒子上にＴｂＦｅＣｏ膜を積層した膜構造のシミュレーションに関する記載がある。
特開２００３−００６８５３号公報特開２００４−２５９３８７号公報Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇｎ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ，３０，４６４（２００４）Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ，３０，６０８（２００６）

しかし、前記希土類遷移金属合金は磁壁が移動しやすく、かつ磁気クラスター間の磁気的相互作用が著しく強い。従って、情報記録時に磁界を印加して情報を記録する場合において、磁性層に微小磁区を安定に形成することが困難である。そのため、高記録密度を実現するためには、情報記録時に磁区を正確に位置づけるために磁壁位置を高精度に決定することが求められる。従って、磁気記録媒体においては、いかにしてアモルファス磁性膜に微細な安定磁区を形成するかが課題となっている。

本発明の目的は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、Ｌ１０構造の微細な結晶粒から構成されるグラニュラー層をアモルファス磁性膜からなる記録層の下地膜として採用する磁気記録媒体及びその製造方法を提供することである。

本発明は、基板と、該基板上に形成されたグラニュラー層と、該グラニュラー層上に形成されたアモルファス磁性膜からなる記録層と、を少なくとも有する磁気記録媒体であって、該グラニュラー層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも１種類の元素とＰｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種類の元素を主成分とする複数の柱状磁性体と、該柱状磁性体を取り囲むＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯのうち少なくとも１種類の酸化物を主成分とする非磁性体マトリックス領域と、を含み、及び、該柱状磁性体の平均直径は、２ｎｍ以上６ｎｍ以下の範囲内であり、かつ前記柱状磁性体の平均周期は、４ｎｍ以上８ｎｍ以下の範囲であることを特徴とする。また、前記グラニュラー層の膜厚は、前記柱状磁性体の平均直径に対して、アスペクト比が２以上で、かつ膜厚の上限が１０ｎｍとなるように構成されていることを特徴とする。また、前記グラニュラー層は、Ｌ１０構造を有するＦｅＰｔを主成分とする柱状磁性体がＳｉＯ_２を主成分とする非磁性体マトリックス領域に分散している構成をしており、及び、前記記録層は、ＴｂＦｅＣｏを主成分とするアモルファス磁性膜であることを特徴とする。また、前記非磁性体マトリックス領域のＳｉＯ_２の含有率は、４０体積％以上９０体積％以下であることを特徴とする。

更に、本発明は、基板と、該基板上に形成されたグラニュラー層と、該グラニュラー層上に形成されたアモルファス磁性膜からなる記録層と、を少なくとも有する磁気記録媒体の製造方法であって、該基板上に、複数の柱状磁性体と、該柱状磁性体を取り囲む非磁性体マトリックス領域と、を有するグラニュラー層を形成する第１工程と、該グラニュラー層上に連続膜を形成する第２工程と、該第２工程と同時に、又は該第１工程及び該第２工程の後に熱処理を行なう第３工程と、該連続膜を除去する第４工程と、該連続膜が除去された該グラニュラー層上に、該記録層を形成する第５工程と、からなることを特徴とする。また、前記柱状磁性体はＦｅＰｔを主成分としており、前記非磁性マトリックス領域はＳｉＯ_２を主成分としており、及び、前記アモルファス磁性膜はＴｂＦｅＣｏを主成分としていることを特徴とする。また、前記第２工程は、スパッタリング法によってなされることを特徴とする。また、熱処理前の前記柱状磁性体の平均直径は、１ｎｍ以上５ｎｍ以下であることを特徴とする。また、前記連続膜は、前記柱状磁性体と同じ化合物であることを特徴とする。また、前記連続膜の膜厚は、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする。また、前記第３工程は、水素を含む還元性雰囲気下で行なわれることを特徴とする。

本発明に従うことで、平均直径が２ｎｍ以上６ｎｍ以下、平均周期が４ｎｍ以上８ｎｍ以下、かつそのアスペクト比が２以上であるＬ１０構造の微細な結晶粒から構成されるグラニュラー層を作製することが可能となる。このグラニュラー層をアモルファス磁性膜からなる記録層の下地膜として採用することによってアモルファス磁性膜に微細な安定磁区が形成され、磁気記録媒体の高記録分解能化が達成される。

これより本発明を、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

最初に、本発明の磁気記録媒体の製造方法、及びそれに付随して前記磁気記録媒体におけるグラニュラー層の構成を説明する。

まず基板又は下地上に、非磁性体マトリックス領域を構成するマトリックス部材と、Ｌ１０規則合金を形成するＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも１種類の元素とＰｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種類の元素とを主成分とする磁性体と、からなる膜状部材を形成する。上記膜状部材は、Ｌ１０構造を有する磁性体が非磁性体に分散したグラニュラー構造である。以下、本明細書においては上記膜状部材をグラニュラー層と呼ぶことにする。ここで、Ｌ１０構造はＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、ＣｏＰｔ等であり、各元素が層状に成長した結晶構造を示す。また、Ｌ１０構造にＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｎ、Ｂ等の元素が混入しても構わないが、Ｌ１０構造を維持していることが求められる。非磁性体マトリックス領域の材料としては、酸化物、窒化物、炭化物やＡｇ、Ａｕ等が選択可能である。特に、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等の酸化物のうち少なくとも1種類を主成分とすることが好ましい。また、Ｌ１０構造のｃ軸方向が基板に対して法線方向を向くような結晶配向（ｃ軸配向）は、垂直磁気記録媒体として好ましい形態である。配向制御のためには、下地の結晶構造の格子間隔とＬ１０構造の格子間隔の相関が重要である。例えば、ＭｇＯ（００１）配向膜上のＬ１０−ＦｅＰｔはｃ軸配向し易いが、グラニュラー構造としてＭｇＯを用いることによりｃ軸配向が維持され易い。このため、ＭｇＯマトリックスにＦｅＰｔが含まれるグラニュラー構造は特に好ましい形態である。

上記グラニュラー層を形成する工程は、物理気相法である。物理気相法とは、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、分子線エピタキシー法、イオンプレーティング、イオンビームデポジション、及びスパッタリング法等のことを示す。特に、スパッタリング法は、多種多様な膜の作製が可能であるのみならず、製造プロセスでも広く用いられているので好ましい。

形成されるグラニュラー層の膜構造に関して、更に詳しく説明する。以下、Ｌ１０構造としてＬ１０−ＦｅＰｔを、非磁性体マトリックスとしてＳｉＯ_２を例にして概説するが、それは他の組み合わせのグラニュラー構造においても可能な内容である。また、成膜方法はスパッタリング法とするが、その他の手法でも構わない。

図１はグラニュラー層の膜構造の一形態を示す。一般的に、グラニュラー層１３の膜構造とは、マトリックス部材１４中に球状結晶１５が分散した構造である。成膜後、ＦｅＰｔ結晶粒は球状でも構わないが、磁気特性を考慮すると、結晶粒径が同等であれば熱処理後の規則合金状態では柱状構造であることが好ましい。このため、本発明においては、スパッタリング法により、図２に示すように、マトリックス部材２４中に柱状構造の磁性体（柱状磁性体）２５が分散した、相分離構造をとるグラニュラー層２３を形成する。スパッタリング法としては、ＦｅＰｔターゲット及びＳｉＯ_２の同時スパッタリング、ＦｅＰｔとＳｉＯ_２を焼結して形成した混合ターゲットによるスパッタリング、ＳｉＯ_２ターゲットにＦｅＰｔチップを配置したスパッタリング等の手法がある。しかし、特にこれらに限定されるものではない。

下地上に堆積するＦｅＰｔ及びＳｉＯ_２の結晶核を制御することにより、ＦｅＰｔ及びＳｉＯ_２結晶核上に、ＦｅＰｔ粒子とＳｉＯ_２粒子がそれぞれ堆積する相分離構造が形成される。相分離構造では、下地を反映した結晶配向、及び結晶粒径を制御することが可能である。従って、それはアモルファス磁性膜による記録層の下地膜として望ましい構造である。相分離構造の平均結晶粒径は、グラニュラー層の平面図を示す図３のように、柱状結晶構造上面の平均直径３２とする。ＦｅＰｔの平均結晶粒径は、ＦｅＰｔと酸化物であるＳｉＯ_２の含有比率に影響され、酸化物の体積比率が高い程微細なＦｅＰｔ結晶粒が得られる。しかし、２ｎｍ以下の結晶粒径ではＬ１０規則合金化し難いことが報告されており、よって規則化温度低減が困難となる為、極端な微細化は好ましくない。これらの観点から、本発明において、ＳｉＯ_２の含有率は４０体積％以上９０体積％以下であることが好ましく、更には５０体積％以上８０体積％以下であることが好ましく、特には６０体積％以上７０体積％以下であることが好ましい。つまり、本発明の課題を達成するためには、ＳｉＯ_２の含有率は４０体積％以上９０体積％以下であることが好ましいが、その範囲の中でも特に柱状磁性体の配列の規則性が良好なＳｉＯ_２の含有率は６０体積％以上７０体積％以下である。また、熱処理前のＦｅＰｔ柱状磁性体の平均直径は１ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが好ましく、更には１ｎｍ以上３ｎｍ以下であることが好ましく、特に１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることが好ましい。というのも、Ｆｅ原子やＰｔ原子の最近接間距離はそれぞれ０．２４ｎｍ、０．２７ｎｍであり、ＦｅＰｔの柱状磁性体の平均直径が１ｎｍ以下であると、ＦｅＰｔ合金として定義できないサイズであるため、最低1ｎｍ以上のサイズが求められるからである。規則合金化のための熱処理過程により結晶粒径はある程度増大するが、本発明では、結晶粒径が顕著に増大する前に規則合金化させることを目的としている。規則合金化後のＦｅＰｔ柱状磁性体は、平均直径が２ｎｍ以上６ｎｍ以下であること、更には２ｎｍ以上５ｎｍ以下であること、特に２ｎｍ以上４ｎｍ以下であることが好ましい。熱処理により規則合金化後のＦｅＰｔ柱状磁性体のサイズは増加するため、上述の熱処理前の平均粒径に準じ、規則合金化後のＦｅＰｔ柱状磁性体の平均直径を定義してある。スパッタリング時に基板温度を加熱しながら成膜する場合、結晶粒径は室温成膜の場合より大きくなるが、上記に示した規則合金化後の結晶直径が得られる成膜条件を実施すれば問題はない。また、ＳｉＯ_２の含有率が上記の好ましい範囲にあるときにおいて、平均直径との相関関係より、隣接する柱状磁性体間の平均周期３１は、４ｎｍ以上８ｎｍ以下の範囲にあることが好ましい。

更に、アモルファス磁性膜の膜厚は成膜条件によって任意に制御出来るが、微細な結晶径でかつ良好な磁気特性を得るためには、ＦｅＰｔ柱状磁性体の平均直径に対してアスペクト比が２以上となるようにアモルファス磁性膜の膜厚を制御することが好ましい。また、アモルファス磁性膜の膜厚の上限は１０ｎｍとする。

次に、グラニュラー層の上に、Ｌ１０構造を形成するＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも１種類の元素とＰｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種類の元素とを主成分とする磁性体からなる連続膜を形成する（図４）。ここで、連続膜４６を構成する磁性体は、グラニュラー層４３を形成する磁性体４５の規則合金化を促進する目的で設けられており、柱状結晶部材である磁柱状性体４５と、連続膜である磁性体４６とが同じ化合物でも異なる化合物でも構わない。特に、同じ磁性体とする場合は、製造上のプロセス負荷低減、及び材料コスト削減等において好ましい。

ここで、ＦｅＰｔ合金を例にして、ｆｃｃ不規則構造からＬ１０規則構造に変態する規則合金化に関して概説する。不規則相を形成したＦｅＰｔ合金は、熱処理に伴いＦｅ及びＰｔが相互拡散し、２元系ＦｅＰｔの相図に示されているように安定構造であるＬ１０構造を形成する。（１）初期に成長した規則相の結晶核が連続的に広がり、結晶成長と共に規則合金化が進行すること、（２）不規則／規則相界面が移動する事により規則化が進行する、という以上の点が規則化進行のメカニズムとして考えられている。

一方、ナノ粒子では結晶粒径に応じて規則化の容易さが異なり、特にＦｅＰｔ合金の詳細な検討では、２ｎｍ以下の結晶粒では規則合金化が進行しにくいことが示されている。即ち、ナノ粒子のような狭い空間では、規則合金化に寄与するＦｅ及びＰｔの相互拡散エネルギーや、弾性エネルギー等が抑制されて規則化が進行しにくいと考えられる。上記の規則合金化メカニズムの背景として、グラニュラー構造中の結晶粒の小さなＦｅＰｔよりも、連続膜中のＦｅＰｔの方が規則合金化しやすいことが推察される。実際、多くの実験において、連続膜中のＦｅＰｔの方が低温にて規則合金化しやすいことが判明している。

以上のことより次のような点が明らかになった。それは、結晶粒径の小さな規則合金結晶粒を作成することが求められること、連続膜中のＦｅＰｔの方がグラニュラー膜構造中のＦｅＰｔよりも規則合金化しやすいこと、不規則／規則相界面の移動により規則化合金結晶が成長すること、である。その結果、グラニュラー構造に含まれる柱状構造を形成するＦｅＰｔと連続膜を形成しているＦｅＰｔが接続している構造体において、連続膜中のＦｅＰｔの規則合金化により、グラニュラー構造中のＦｅＰｔ結晶粒の規則合金化が促進されることを見出した。

本発明において、連続膜は後述のプロセスによって除去するため、連続膜中のＦｅＰｔの構造制御等は不必要である。連続膜に求められる条件は、連続膜中のＦｅＰｔ合金規則化温度の低減、及びグラニュラー構造中のＦｅＰｔ合金規則化の促進である。

連続膜中のＦｅＰｔ合金の規則化温度を低減する手法に関しては、これまで多くの研究が行なわれており、それらの要素を取り込むことが可能である。規則化温度低減の手法としては、ＦｅＰｔ合金にＣｕ、Ａｇ、Ａｕ等の第３元素を添加する方法や、Ｆｅ単原子層とＰｔ単原子層とを交互に積層して規則合金層を形成する方法により規則構造変態に必要とするエネルギーを低くすること等がある。また、ＦｅＰｔ成膜時のＡｒ圧力を高めてＦｅ、Ｐｔの拡散を促進することや、成膜装置内の真空度を高めて規則化進行の阻害に関わる不純物量を低減すること、使用するターゲットの不純物濃度を低減すること等の方法がある。そういった成膜における基本的な諸条件を最適化することによっても規則化温度の低減を図ることが可能となる。本発明は、連続膜ＦｅＰｔ合金の規則化温度を低減する手法に関して、上述の方法のいずれかに特に制限されるものではない。適切な規則化温度を低減する手法を利用した連続膜を用いることにより、目的とするグラニュラー構造中のＦｅＰｔ合金の規則化を促進すればよい。

また、本発明においては、熱処理工程によって連続膜ＦｅＰｔ合金の規則化、及びグラニュラー層中のＦｅＰｔ合金の規則化促進を図っている。熱処理工程は、グラニュラー層及びその上に成膜する連続膜を室温で作製後に熱処理する方法、及び成膜中に熱処理する方法がある。成膜後の熱処理は、製造プロセスの負荷が低いという長所がある。一方、成膜中の熱処理は、一般的にＦｅＰｔ規則合金膜の作製において、Ｆｅ及びＰｔ粒子の表面拡散が促進されるため、規則化温度の低減に効果的である。ただし、熱処理工程は連続膜ＦｅＰｔの規則化温度低減手法に依存するため、一概にどちらの熱処理が効果的であるかを断定できない。従って、磁気記録媒体を製造する際において適切だと考えられる方を選択すればよい。

また、成膜中に加熱する場合は、グラニュラー層上に積層する連続膜ＦｅＰｔ合金が規則合金化し、グラニュラー層中の柱状ＦｅＰｔが連続膜ＦｅＰｔの規則化に促進されて規則合金化する温度を選択すればよい。必要以上に温度を上げることは、本発明の目的に反するのみならず、グラニュラー層中のＦｅＰｔ結晶粒の増大に繋がり逆効果となる。尚、熱処理工程は、例えば水素等を含む還元性雰囲気下で行なうことも好ましい。ＦｅＰｔ中に微量の酸素等の不純物が混入している場合は、水素雰囲気下にて熱処理をすることにより酸素等の不純物が除去されて、Ｆｅ及びＰｔ原子の拡散が促進されることにより、規則化温度低減に寄与すると考えられる。

連続膜ＦｅＰｔの膜厚は、特に指定は無いが、規則合金化しやすい膜厚を選択することが求められる。また、この連続膜は磁気記録媒体には不要な膜であるため、必要以上に厚過ぎる場合は、磁気記録媒体製造プロセスに対して負荷となる。従って、連続膜の膜厚は１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ以上２０ｎｍ以下、より好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。膜厚が１ｎｍより小さいと、安定したＦｅＰｔ柱状磁性体として定義できず、また膜厚が３０ｎｍより大きいと、垂直記録媒体の保磁力が低減してしまう。

次に、グラニュラー層上に積層した上述のＦｅＰｔ連続膜は、研磨又はドライエッチング等の除去工程により取り除かれる。特に、ダイヤモンドスラリー又はコロイダルシリカ等を用いた精密研磨を施す事により、凹凸のｒｍｓ（２乗平均の平方根）は１ｎｍ以下の平坦性を得ることが可能である。

更に、ＦｅＰｔ連続膜が除去された後のグラニュラー層の上に、希土類元素と遷移金属を含むアモルファス合金からなり、かつ垂直磁気異方性を有して垂直方向に磁化されたアモルファス磁性膜である記録層５７を形成する（図５）。記録層５７を形成する工程としては、スパッタリング法を採用するが、これに限定されるものではない。記録層５７を構成する希土類元素としてはＴｂ、Ｇｄ、Ｄｙ等、遷移金属としてはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等が挙げられる。具体的には、アモルファス磁性膜としてはＴｂＦｅＣｏ、ＤｙＦｅＣｏ、ＴｂＤｙＦｅＣｏ等が挙げられる。ここでは、ＴｂＦｅＣｏを例にして説明すると、ＴｂＦｅＣｏ膜に形成される安定磁区の大きさは、前記ＴｂＦｅＣｏ膜が積層形成される面、即ち下地であるグラニュラー層の膜構造の影響を受ける。つまり、積層面に存在する硬磁性のＬ１０−ＦｅＰｔ柱状構造と非磁性体のＳｉＯ_２領域による微細構造によって、その上に形成されるＴｂＦｅＣｏ膜における磁壁移動を抑制して、より微細な安定磁区を形成することが可能になる。

これまで説明してきた本発明の磁気記録媒体の製造方法をまとめる。製造工程を順に説明したものを図６に示す。第１の工程として、図２に示したようなグラニュラー層を形成する。第２の工程として、図４に示したような連続膜を形成する。第３の工程として、第２の工程で作製した構造体を熱処理する熱処理を行なうのであるが、第２工程にて熱処理を同時に行なうことも可能である。第４の工程として、図４に示した連続膜の除去を行なう。更に、第１から第３の工程によって形成されたＬ１０−ＦｅＰｔ微細結晶粒から構成されるグラニュラー層を記録層の下地膜として採用し、アモルファス磁性膜からなる記録層を形成する。

最後に、磁気記録媒体の全体の構成を説明する。図７に示されているように、本発明の磁気記録媒体は基板７１、下地層７２、グラニュラー層７３、記録層７７、保護層７８、潤滑層７９を有する。基板７１にはガラス基板、Ａｌ基板、Ｓｉ基板等を用いることが出来る。硬度を確保するためにＮｉＰ膜をめっき法等により下地層として形成しておくことが望ましい。基板７１と下地層７２の間には、軟磁性層を裏打ち層（不図示）として形成することが有効である。それは、垂直磁気記録媒体においては、記録層においてヘッドからの磁束の垂直成分を引き込ませるためになされる。その裏打ち層としては、ＮｉｔＦｅ_１−ｔを主成分とする膜が使用可能であり、ｔの範囲は０．６５以上０．９１以下であることが望ましく、更に一部Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ｃ、Ｒ、Ｐ、Ｂ等を含んでもよい。その他のＦｅＴａＣや、ＣｏＺｒＮｂ等のアモルファス軟磁性体材料を採用することも出来る。また、前記裏打ち層の上には、Ｌ１０−ＦｅＰｔの配向制御のために（００１）配向したＭｇＯ等の配向制御層を挿入し、更に、その配向制御層の上にエピタキシャル成長するＰｔ等の（００１）配向する金属を積層してもよい。前記裏打ち層の上には、Ｌ１０−ＦｅＰｔを配向制御することが好ましい。また、（００１）配向したＺｎＯ（００１）を用いてもよい。本発明の記録層の上には表面保護層を形成することが好ましく、ヘッドとの摩擦に対して耐磨耗性を持たせるためには、カーボンの他、カーバイトや窒化物等の高硬度の非磁性材料を用いることが有効である。

以上述べてきたことから、上記構成の磁気記録媒体では、記録層における磁壁移動を効果的に抑制することが可能となる。情報記録時に記録領域を昇温する熱アシスト記録方式においては、記録時に保磁力が低下するため磁壁移動が起こりやすく、記録層に微小磁区を安定に形成することが困難であるため、磁壁移動の抑制が重要である。従って、それには本発明の下地層によるアモルファス磁性膜の磁区形成が効果的である。よって、本発明の磁気記録媒体は熱アシスト記録媒体としても有効である。

以下に、本発明に係る実施例を説明するが、以下に限定されるものではない。

（実施例１）
本発明の製造方法に従って、本発明の磁気記録媒体を製造した。

最初に、基板として２．５インチの表面酸化膜付きＳｉ基板を用意した。Ｓｉ基板上に下地層として、スパッタリング法を用いてアルゴン圧力０．１Ｐａ、ＲＦパワー１５０ＷとしてＭｇＯ（００１）層を５ｎｍ成膜した。ＭｇＯ層は（００１）面が配向するように基板温度３００℃で作製した。連続してＦｅ_５５Ｐｔ_４５ターゲットとＳｉＯ_２ターゲットを用いて、アルゴン圧力０．１Ｐａ、ＲＦパワーが各々１６Ｗ、及び８１Ｗ、基板温度３００℃として同時スパッタによって１０ｎｍ成膜した。このとき膜表面、及び断面をＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）あるいは、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて観察すると次のことが確認できた。即ち、ＳｉＯ_２マトリックスに平均直径２ｎｍ程度、かつその周期が５ｎｍ程度のＦｅＰｔ柱状構造が配列したグラニュラー層が形成されていた。ここで、グラニュラー層におけるＦｅＰｔ柱状構造の平均直径、及びその周期は、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）で得られた画像、あるいはＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で得られた画像を画像処理し、各々の数値を算出している。また、所望の平均直径、及び周期をもったＦｅＰｔ柱状構造を得るため、本実施例におけるグラニュラー層の成膜条件において次のものを製作した。それは、ＳｉＯ_２の体積％が５０体積％、５５体積％、６５体積％、７５体積％、８０体積％、８５体積％となるグラニュラー層である。それらについては、上記評価方法によりＦｅＰｔ柱状構造の平均直径、及びその周期との相関をあらかじめ見出している。本実施例では、グラニュラー層のＳｉＯ_２の体積％が７５体積％となるように作製した。

次に、グラニュラー層上に連続膜を作製した。ここで、連続膜としては、ＦｅＰｔターゲットに第３元素としてＣｕが含まれるＦｅＰｔＣｕターゲットを用いて、アルゴン圧力０．１Ｐａ、ＲＦパワー２０Ｗ、基板温度３００℃としてスパッタリング法によって２０ｎｍ成膜した。このときＦｅＰｔＣｕの膜組成は蛍光Ｘ線分光装置（ＸＲＦ）において確認すると、Ｆｅ４２原子％、Ｐｔ４６原子％、Ｃｕ１２原子％であった。

次に、グラニュラー層、及び連続膜の成膜後、３００℃において３０分間熱処理を行なった。熱処理は、還元雰囲気である水素雰囲気中で行なった。

次に、前記のように製作された連続膜を研磨により除去した。研磨後、グラニュラー層の膜表面をＦＥ−ＳＥＭ、あるいはＴＥＭで観察すると、平均直径が４ｎｍ程度のＦｅＰｔ柱状磁性体を確認出来た。更にＸ線回折（ＸＲＤ）測定によってＬ１０−ＦｅＰｔの規則相に相当する回折ピークを確認することが出来た。また、ＡＧＭ（交番磁場勾配磁力計）によって基板に対して垂直方向の保磁力（Ｈｃ）を測定すると、３ｋＯｅ程度の保磁力が得られた。

次に、スパッタリング法により、連続膜が除去された後のＬ１０−ＦｅＰｔとＳｉＯ_２のグラニュラー層上に、アモルファス磁性膜であるＴｂＣｏＦｅを８ｎｍ成膜した。

最後に、保護膜としてＤＬＣを作製し、更に潤滑層として潤滑剤ＰＦＰＥ（パーフルオロエーテル）をディップコーターにより１ｎｍ塗布した。

（実施例２）
実施例１と同様の方法で、本発明に従う磁気記録媒体を製造した。しかし、実施例１とは、グラニュラー層における柱状構造の直径及び周期が異なっている。

最初に、実施例１と同様にして、ＭｇＯ（００１）層を５ｎｍ成膜した。ＭｇＯ層は（００１）面が配向するように基板温度３００℃で作製した。連続してＦｅ_５５Ｐｔ_４５ターゲットとＳｉＯ_２ターゲットを用いて、アルゴン圧力０．１Ｐａ、ＲＦパワーが各々２２Ｗ、及び６４Ｗ、基板温度３００℃として同時スパッタによって１５ｎｍ成膜した。それを膜表面、及び断面をＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微鏡）あるいは、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて観察した。すると、ＳｉＯ_２マトリックスに平均直径４ｎｍ程度、かつその周期が７ｎｍ程度のＦｅＰｔ柱状構造が配列したグラニュラー層が形成されていることが確認出来た。実施例１と同様に、ＦｅＰｔ柱状構造の平均直径、及びその周期とＳｉＯ_２の体積％との相関より、本実施例では、グラニュラー層のＳｉＯ_２の体積％が５５体積％となるように作製した。

次に、グラニュラー層上に連続膜を作製した。ここで、連続膜としては、ＦｅとＰｔ層をそれぞれ１．５ｎｍずつ交互に積層した連続層を作製した。連続膜は、基板温度３００℃として、スパッタリング法によって１２ｎｍ成膜した。

次に、実施例１と同様、グラニュラー層、及び連続膜の成膜後、３００℃において３０分間熱処理を行なった。熱処理は、還元雰囲気である水素雰囲気中で行なった。

次に、前記のように作製された連続膜を研磨により除去した。研磨後、グラニュラー層の膜表面をＦＥ−ＳＥＭ、あるいはＴＥＭで観察すると、平均直径が６ｎｍ程度のＦｅＰｔ柱状磁性体を確認出来た。更にＸ線回折（ＸＲＤ）測定によってＬ１０−ＦｅＰｔの規則相に相当する回折ピークを確認することが出来た。また、ＡＧＭ（ＡｌｔｅｒｎａｔｉｎｇＧｒａｄｉｅｎｔＭａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ）によって基板に対して垂直方向の保磁力（Ｈｃ）を測定すると、３ｋＯｅ程度の保磁力が得られた。

（比較例）
グラニュラー層を形成しない以外は実施例１と同様にして、２．５インチガラス基板上にＭｇＯ（００１）層を１５ｎｍ、ＴｂＣｏＦｅ記録層を８ｎｍ、保護膜のＤＬＣ、及び潤滑層のＰＦＰＥ（パーフルオロエーテル）を形成して磁気記録媒体を作製した。

実施例１、実施例２及び比較例で得られた３種類の磁気記録媒体に対して、消磁状態でＭＦＭ（磁気力顕微鏡）観察して磁気クラスターサイズを確認した。結果、下地にグラニュラー層がある場合、即ち実施例１及び実施例２の方が、下地にグラニュラー層が無い場合、即ち比較例に比べて磁気クラスターサイズが小さかった。更に、基板裏側からレーザー光を照射しながら一般的なヘッドで書き込み試験をすると、下地にグラニュラー層がある場合、即ち実施例１及び実施例２の方が、下地にグラニュラー層が無い場合に比べて記録出来る線記録密度が優れていた。

以上の結果より、本発明のグラニュラー層をアモルファス磁性膜からなる記録層の下地とする層構成の磁気記録媒体を作製することによって、記録層における磁区構造の微細化が達成され、記録密度を向上させることが可能となることが判明した。

グラニュラー層を説明するための構造の模式的な縦断面図である。本発明により得られるグラニュラー層の模式的な縦断面図である。本発明により得られるグラニュラー層の模式的な平面図である。本発明における連続層を形成後の層構成の縦断面図である。本発明における記録層を形成後の層構成の縦断面図である。本発明の製造方法における記録層形成までの工程フローである。本発明の製造方法を適用した磁気記録媒体の層構成の縦断面図である。

符号の説明

１１、２１、４１、５１、７１基板
１２、２２、４２、５２、７２下地層
１３、２３、４３、５３、７３グラニュラー層
１４、２４、３４、４４、５４マトリックス部材
１５球状結晶
２５、３５、４５、５５柱状結晶部材
３１周期
３２直径
４６連続膜
５７、７７記録層
７８保護層
７９潤滑層

Claims

基板と、該基板上に形成されたグラニュラー層と、該グラニュラー層上に形成されたアモルファス磁性膜からなる記録層と、を少なくとも有する磁気記録媒体であって、
該グラニュラー層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも１種類の元素とＰｔ、Ｐｄのうち少なくとも１種類の元素を主成分とする複数の柱状磁性体と、該柱状磁性体を取り囲むＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯのうち少なくとも１種類の酸化物を主成分とする非磁性体マトリックス領域と、を含み、及び、該柱状磁性体の平均直径は、２ｎｍ以上６ｎｍ以下の範囲内であり、かつ前記柱状磁性体の平均周期は、４ｎｍ以上８ｎｍ以下の範囲であることを特徴とする磁気記録媒体。
前記グラニュラー層の膜厚は、前記柱状磁性体の平均直径に対してアスペクト比が２以上であり、かつ膜厚の上限が１０ｎｍとなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
前記グラニュラー層は、Ｌ１０構造を有するＦｅＰｔを主成分とする柱状磁性体がＳｉＯ_２を主成分とする非磁性体マトリックス領域に分散している構成をしており、及び、前記記録層は、ＴｂＦｅＣｏを主成分とするアモルファス磁性膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気記録媒体。
前記非磁性体マトリックス領域のＳｉＯ_２の含有率は、４０体積％以上９０体積％以下であることを特徴とする請求項３に記載の磁気記録媒体。
基板と、該基板上に形成されたグラニュラー層と、該グラニュラー層上に形成されたアモルファス磁性膜からなる記録層と、を少なくとも有する磁気記録媒体の製造方法であって、
該基板上に、複数の柱状磁性体と、該柱状磁性体を取り囲む非磁性体マトリックス領域と、を有するグラニュラー層を形成する第１工程と、
該グラニュラー層上に連続膜を形成する第２工程と、
該第２工程と同時に、又は該第１工程及び該第２工程の後に熱処理を行なう第３工程と、
該連続膜を除去する第４工程と、
該連続膜が除去された該グラニュラー層上に、該記録層を形成する第５工程と、
からなることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
前記柱状磁性体はＦｅＰｔを主成分としており、前記非磁性マトリックス領域はＳｉＯ_２を主成分としており、及び、前記アモルファス磁性膜はＴｂＦｅＣｏを主成分としていることを特徴とする請求項５に記載の磁気記録媒体の製造方法。
前記第２工程は、スパッタリング法によってなされることを特徴とする請求項５又は６に記載の磁気記録媒体の製造方法。
熱処理前の前記柱状磁性体の平均直径は、１ｎｍ以上５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の磁気記録媒体の製造方法。
前記連続膜は、前記柱状磁性体と同じ化合物であることを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の磁気記録媒体の製造方法。
前記連続膜の膜厚は、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項５から９のいずれか１項に記載の磁気記録媒体の製造方法。
前記第３工程は、水素を含む還元性雰囲気下で行なわれることを特徴とする請求項５から１０のいずれか１項に記載の磁気記録媒体の製造方法。