JP2013137842A - 磁気記録媒体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣスパッタリングのできる配向制御層の上にＦｅＰｔ磁性層を形成し、量産可能な磁気記録媒体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板上にＭｇＯとＴｉＣとを主成分とするスパッタリングターゲットをＤＣスパッタリングすることにより配向制御層を形成する第一工程と、前記配向制御層上にＦｅとＰｔとを主成分とする磁性層を形成する第二工程と、を備えることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法である。また、上記製造方法により製造されたことを特徴とする磁気記録媒体である。
【選択図】図２

Description

本発明は、大量の情報を処理及び記憶することが可能な超高密度磁気記録媒体及びその製造方法に関するものである。

近年の情報化社会の発展に伴い、大量の情報を処理及び記憶することが可能な超高密度磁気記録媒体の開発が切望されている。磁気記録媒体は、数ｎｍの強磁性微粒子を非磁性マトリックス中に均一に分散したような微細構造をとっている。磁気記録媒体の記録密度を増加させるために、強磁性微粒子のサイズを現行の８ｎｍから４ｎｍ程度まで減少させる必要がある。しかし、現在使われている磁気記録媒体は、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ_２のグラニュラー薄膜であり、ＣｏＣｒＰｔを４ｎｍ程度にまで小さくすると、粒子の異方性エネルギーが小さくなり熱擾乱の影響を受け、確率的な磁化反転が起こる（超常磁性）ことが知られている。

これを防ぐために、強磁性微粒子としてＦｅＰｔなどの高い異方性をもつ材料を使う必要がある。ＦｅＰｔは、理論的には粒子のサイズを４ｎｍまで小さくしても超常磁性化しないとされている。一方で、ＦｅＰｔ粒子のサイズを４ｎｍまで小さくすると磁化反転させるために必要な磁場（保磁力）が大きな値になる。

高保磁力ＦｅＰｔ媒体に情報を書き込むために開発されているのが、熱アシスト磁気記録である。熱アシスト磁気記録では、媒体をキュリー点（強磁性が常磁性に転移する温度）付近まで加熱して記録をするため、記録時の媒体の保磁力が小さく記録が可能になる。熱アシスト磁気記録媒体では、４ｎｍ程度で膜面垂直方向に磁化容易軸が向いたＦｅＰｔ微粒子を非磁性マトリックス中に均一（粒子径の分散が１５％以下）に分散させたようなグラニュラー構造が必要とされる。ここで、このＦｅＰｔグラニュラー薄膜等のＦｅＰｔ磁性層は工業的に安価なガラス基板上に形成する必要がある。しかし、ガラス基板（あるいはガラス基板上のヒートシンク層、たとえばＮｉＴａ）はアモルファスであり、通常ＦｅＰｔは垂直配向しない。そこで、例えば特許文献１では、高保磁力ＦｅＰｔ媒体において、ＦｅＰｔを垂直配向させるためにＭｇＯを用いた配向制御層を設けている。

特開２００８−０９１００９号公報

しかしながら、配向制御層として用いられるＭｇＯは、絶縁体でありスパッタするには高周波（ＲＦ）スパッタリングが必要である。一方で、ＲＦスパッタリングを用いた薄膜作製は、成膜速度が遅く、そのためにスループットが悪いという問題がある。磁気記録媒体の量産装置では、ＲＦスパッタリング装置ではなく直流電源を用いたＤＣスパッタリング装置が使われているのが現状であり、ＦｅＰｔ媒体の実用化においても、ＤＣスパッタリング法により形成できるような配向制御層材料の開発が切望されている。

そこで、本発明は、ＤＣスパッタリングのできる配向制御層の上にＦｅＰｔ磁性層を形成し、量産可能な磁気記録媒体及びその製造方法を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するため、本発明は、基板上にＭｇＯとＴｉＣとを主成分とするスパッタリングターゲットをＤＣスパッタリングすることにより配向制御層を形成する第一工程と、前記配向制御層上にＦｅとＰｔとを主成分とする磁性層を形成する第二工程と、を備えることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法に関する。

また、本発明は、上記製造方法により製造されたことを特徴とする磁気記録媒体に関する。

以上のように、本発明によれば、ＤＣスパッタリングのできる配向制御層の上にＦｅＰｔ磁性層を形成し、量産可能な磁気記録媒体及びその製造方法を提供することができる。

実施例１における磁気記録媒体のＸ線回折像を示す図である。 実施例１における磁気記録媒体の断面ＴＥＭ像を示す図である。 実施例１における磁気記録媒体の磁化曲線を示すグラフである。

本発明に係る磁気記録媒体の製造方法において、第１工程で用いられるスパッタリングターゲットは、ＭｇＯとＴｉＣとを主成分とする。ＭｇＯとＴｉＣとを主成分とすることで、形成された配向制御層に（００１）配向の結晶配向性を付与することが可能となる。また、ＭｇＯとＴｉＣとを主成分とすることで、スパッタリングターゲットが導電性を有し、絶縁体であるＭｇＯ単体では不可能なＤＣスパッタリングを行うことができる。ＤＣスパッタリングを行うことで、成膜速度はＭｇＯ単体をＲＦスパッタリングする場合と比べると５倍以上早くすることが可能となる。なお、さらにＤＣ電力をあげることにより、より高速の成膜が可能になる。また、第１工程において、ＤＣスパッタリングの方法は、特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。

上記スパッタリングターゲット中に含まれるＭｇＯとＴｉＣとの比率（ｗｔ換算）は、９０：１０〜７０：３０であることが好ましく、８５：１５〜７５：２５であることがより好ましい。ＭｇＯの比率が９０ｗｔ％より大きいとＤＣスパッタリングに適さなくなり、７０ｗｔ％より小さくなるとｃ面配向が困難になる。

また、上記スパッタリングターゲットは、ＭｇＯとＴｉＣとを上記所定の割合で混合し、その混合物を既知のＭｇＯなどの焼結方法、例えば、常圧焼結法、ホットプレス焼結法、熱間等方圧（ＨＩＰ）焼結法、放電プラズマ（ＳＰＳ）焼結法などで焼結することにより得ることが好ましい。上記のようにスパッタリングターゲットを製造することで、焼結体中のＴｉＣが連なって導電性を有するため、ＤＣスパッタリングによって、基板上に配向制御層を形成することができる。また、ＴｉＣは、ＭｇＯとともにＤＣスパッタリングによって成膜された際に、（００１）配向の結晶配向性のある配向制御層を形成することが出来る。

第１工程によって形成された配向制御層の膜厚は、１５〜２０ｎｍが好ましい。１５ｎｍ未満では、配向が不十分であり、２０ｎｍを超えると表面ラフネスが増加するため好ましくない。また、第１工程によって形成された配向制御層は、（００１）配向の結晶配向性を有することが好ましい。配向制御層が（００１）配向の結晶配向性を有することで、後述する磁性層を形成した際に磁性層として用いられるＦｅＰｔ微粒子を膜垂直方向に磁性化させることができる。

本発明に係る磁気記録媒体の製造方法において、基板としては、ガラス基板、熱酸化Ｓｉ基板などが好適に用いられる。その中でも、実用化の点から、ガラス基板が特に好ましい。

本発明に係る磁気記録媒体の製造方法においては、上記基板と配向制御層との間に、ＮｉＴａからなるヒートシンク層を設けることもできる。ヒートシンク層を設けることで、記録後に効率的にＦｅＰｔ微粒子を冷却することができる。また、ヒートシンク層にＮｉＴａを用いることで、配向制御層の（００１）配向性をさらに向上させることが可能となるため好ましい。ヒートシンク層の膜厚は、２０〜１００ｎｍが好ましい。ヒートシンク層は、例えば公知のスパッタリング方法などにより基板上に形成することができる。

本発明に係る磁気記録媒体の製造方法において、第二工程は、例えばＦｅとＰｔを主成分とする合金スパッタリングターゲットを用いてスパッタリングすることによって磁性層を形成することができる。また、ＦｅとＰｔのそれぞれのスパッタリングターゲットを用いて同時スパッタリングすることによっても磁性層を形成することができる。
第二工程は、スパッタリング以外にも、物理蒸着法や化学蒸着法などで行うことも可能である。また、スパッタリングの場合には、ＤＣスパッタリングだけでなくＲＦスパッタリングでも行うことができる。工業化においては、大きなスループットを必要とするため、ＤＣを使ったスパッタリング法を使うのが好適である。

上記ＦｅとＰｔを主成分とする合金スパッタリングターゲットは、成膜される磁性層中のＦｅとＰｔの組成が１：１に近い組成、具体的には、Ｆｅ_ｘＰｔ_１−ｘであってｘの範囲が、０．４＜ｘ＜０．６を示すように調整されたターゲット組成が好ましい。１：１組成とすることで、Ｌ１_０／Ａ１相の規則・不規則変態温度が一番高くなることから、高いＬ１_０規則の駆動力を持つためである。
また、ＦｅとＰｔのそれぞれのスパッタリングターゲットを用いる場合は、それぞれのターゲットに投入する電力を制御することにより、およそ１：１の成膜速度にすることができる。
非磁性マトリックスとなるＣ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂ、ＺｒＯ、ホウ素酸化物、チタン酸化物などは、合金ターゲットの場合には上記材料を含んだものを、同時スパッタの場合にはそれぞれのターゲットを用意し同時に成膜を行う。
また、ＦｅＰｔ合金＋非磁性マトリックスとなる化合物の２つのターゲットを使った同時スパッタリングでもよい。この場合、膜のＦｅとＰｔの組成が１：１になるようなターゲット組成が必要である。また、非磁性マトリックスの体積分率は成膜速度を制御することにより行う。

第二工程においては、磁性層を形成する際の基板の温度を４５０℃以上にすることが好ましく、５００〜６００℃が特に好ましい。基板の温度を４５０℃以上とすることで、高いＬ１_０規則度を持つＦｅＰｔ微粒子からなるグラニュラー構造が形成される。

第二工程において製造された磁性層には、ＦｅＰｔ以外にもＣ、ＳｉＣ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂ、ＺｒＯ、ホウ素酸化物、チタン酸化物等が含まれていてもよい。前記含有物は、ＦｅＰｔを１００としたときに４３〜６７ｖｏｌ％であることが好ましい。

上記磁性層の膜厚は、４〜６ｎｍが好ましい。また、上記磁性層は、グラニュラー構造であることが好ましく、Ｌ１_０構造を有するＦｅＰｔ微粒子が非磁性マトリックスとなるＣ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂ、ＺｒＯ、ホウ素酸化物及びチタン酸化物のうちいずれか１種類以上の中に均一に分散していることが好ましい。Ｌ１_０構造は、成膜時の温度を４５０℃以上とすることにより得られる。また、ＦｅＰｔ微粒子は、非磁性材料と一緒にＦｅＰｔをスパッタリングすることにより、容易に非磁性マトリックス中に均一分散させることができる。その際、ＦｅＰｔ微粒子の粒子分散が１０％以下であることが媒体に適しているため好ましい。また、成膜時の温度が高すぎると粒子が大きく不均一になる傾向があるので、成膜時の温度と非磁性マトリックスの体積分率は必要に応じて適宜選択することが好ましい。

ＦｅＰｔ微粒子の粒径は、１０〜４ｎｍであることが好ましい。また、上記磁性層におけるＦｅＰｔ微粒子の組成は、Ｆｅ_ｘＰｔ_１−ｘであってｘの範囲が、０．４＜ｘ＜０．６であることが好ましい。ｘの範囲は、スパッタリングターゲットの組成調整、又は同時スパッタリングの場合にはＦｅとＰｔの成膜速度を制御することにより制御することができる。ＦｅＰｔ微粒子の組成をこの範囲にすることで、Ｌ１_０規則構造が平衡相となるため好ましい。

上記磁性層は、上記ＦｅＰｔ微粒子が膜垂直方向に磁化されていることが好ましい。これは、ＭｇＯなどＦｅＰｔが（００１）配向するようなＮａＣｌ型の下地を選択することにより実現できる。また、保磁力は１０ｋＯｅ以上、磁気異方性エネルギーは１０^７ｅｒｇ／ｃｃ以上であることが好ましい。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、これらは本発明の目的を限定するものではない。まず、それぞれの測定方法を以下に示す。

（薄膜の結晶構造）
エックス線回折法で測定した。具体的には、θ−２θ法にて測定した。

（微細構造）
透過型電子顕微鏡で測定した。膜断面を観察するために、断面のＴＥＭ試料をイオンミルで作製し、断面垂直方向から電子線を入射させ、明視野像を観察した。

（磁気特性）
ＳＱＵＩＤで測定した。４ｍｍ角の試料をサンプルホルダーにセットし、膜面内と面直方向に磁場を印加して、磁化を測定した。

（実施例１）
まず、膜構成が基板側から、熱酸化Ｓｉ基板／ＮｉＴａ（２０ｎｍ）／ＭｇＯＴｉＣ（１５ｎｍ）／ＦｅＰｔ−Ｃ（６ｎｍ）である磁気記録媒体を作製した。具体的には、熱酸化Ｓｉ基板にＤＣスパッタリング装置（エイコー社製）を用いて、ＤＣスパッタリング法によりＮｉＴａ膜を成膜した。ＮｉＴａは合金ターゲットを用いた。成膜条件は、ＤＣ電力が２０Ｗ、Ａｒガス圧が５．５ｍＴｏｒｒ、成膜レートが０．５Å／ｓｅｃ、温度は室温であった。次に、同様にＤＣスパッタリングを行うことにより、ＮｉＴａ膜上にＭｇＯＴｉＣターゲットを用いてＭｇＯＴｉＣからなる配向制御層を作製した。ＭｇＯＴｉＣの成膜条件は、ＤＣ電力が５０Ｗ、Ａｒガス圧が４．５ｍＴｏｒｒ、成膜レートが０．４３８Å／ｓｅｃ、温度は室温であった。なお、ＭｇＯＴｉＣターゲットは、ＭｇＯとＴｉＣとを８０：２０の割合（ｗｔ換算）で混合し、ホットプレス焼結法で焼結することにより得た。

ＮｉＴａ、ＭｇＯＴｉＣを室温で成膜したのち、基板温度を６００℃に設定し、スパッタリング装置（アルバック社製）を用いて、ＤＣスパッタリング法により、ＦｅＰｔ−Ｃからなる磁性層を作製した。ＦｅＰｔ−Ｃは、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｃの３つのターゲットを用いた同時スパッタリング法により行った。スパッタリングは、磁性層中のＦｅＰｔ微粒子の組成がＦｅ_ｘＰｔ_１−ｘ（ｘ＝０．５）となるように、成膜条件は、Ａｒガス圧が約０．５Ｐａ、投入電力はＦｅが１２Ｗ、Ｐｔが６Ｗ、Ｃが１３０Ｗ、成膜速度はＦｅが０．０７１４Ａ／ｓｅｃ、Ｐｔが０．０６８８Ａ／ｓｅｃ、Ｃが０．０５６６Ａ／ｓｅｃであった。

図１に、薄膜のＸ線回折像を示す。ＦｅＰｔ（００１）および（００２）、ＭｇＯＴｉＣ（００２）のみの回折線が得られ、（００１）配向したＭｇＯＴｉＣ上にＦｅＰｔが（００１）配向していることがわかる。また、ＦｅＰｔの規則格子反射である（００１）からの回折線が得られていることから、Ｌ１_０構造に規則化していることが分かる。

図２に、薄膜の断面ＴＥＭ像を示す。粒径約８ｎｍのＦｅＰｔ微粒子が形成されており、媒体に適用可能な微細構造を持っていることが分かる。

図３に、この薄膜の磁化曲線を示す。磁場印加方向は薄膜垂直方向（■）と面内方向（●）である。磁化曲線から薄膜が強い垂直異方性を有すること、また垂直方向で約１０ｋＯｅの高い値が得られていることが分かる。

Claims (3)

1. 基板上にＭｇＯとＴｉＣとを主成分とするスパッタリングターゲットをＤＣスパッタリングすることにより配向制御層を形成する第一工程と、
   前記配向制御層上にＦｅとＰｔとを主成分とする磁性層を形成する第二工程と、
   を備えることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
2. 前記第二工程は、前記配向制御層を形成した前記基板の温度が４５０℃以上に加熱された状態で形成され、
   磁性層は、Ｌ１_０構造を有するＦｅＰｔ微粒子がＣ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂ、ＺｒＯ、ホウ素酸化物及びチタン酸化物のうちいずれか１種類以上からなる非磁性マトリックス中に均一に分散しており、前記ＦｅＰｔ微粒子の組成がＦｅ_ｘＰｔ_１−ｘであってｘの範囲が０．４＜ｘ＜０．６であり、前記ＦｅＰｔ微粒子が膜垂直方向に磁化されていることを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体の製造方法。
3. 請求項１又は２記載の製造方法により製造されたことを特徴とする磁気記録媒体。