JP2014056623A

JP2014056623A - 垂直磁気記録媒体およびその製造方法

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Publication number: JP2014056623A
Application number: JP2012199606A
Authority: JP
Inventors: Yuki Inaba; 祐樹稲葉; Takehito Shimazu; 武仁島津
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2032-09-11
Also published as: JP6083163B2; US9093099B2; US20140072828A1

Abstract

【課題】結晶配向制御ならびに薄膜化を非加熱で実現でき、高Ｋ_ｕ値を有するＬ１_０型規則構造を有する合金（ＦｅＰｔ，ＦｅＰｄ，ＣｏＰｔ）の垂直磁気記録媒体およびその製造方法を提供する。
【解決手段】非磁性基体上に、少なくとも非磁性シード層、非磁性下地層、および磁性層がこの順に形成されている垂直磁気記録媒体において、前記非磁性シード層が、ＭｇＯ層および体心立方（ｂｃｃ）構造を有する金属層を含み、前記非磁性下地層が、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＴｉＯ、ＣｒＮ、Ｔｉの炭化物、およびＴｉの窒化物からなる群から選択された１つからなるＮａＣｌ型構造を有し、前記磁性層が、Ｌ１_０型規則構造のＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、およびＣｏＰｔから選択された１つを主体とする合金からなることを特徴とする垂直磁気記録媒体である。
【選択図】図１

Description

本発明は、垂直磁気記録媒体およびその製造方法に関し、好適にはコンピュータの外部記録装置をはじめとする各種磁気記録装置に搭載される垂直磁気記録媒体およびその製造方法に関する。

ハードディスク、光磁気記録（ＭＯ）、磁気テープなどの磁気記録装置に用いられる磁気記録媒体の記録方式には、面内磁気記録方式と垂直磁気記録方式の２つの方式がある。ハードディスクに用いられる記録方式は、長年、ディスク表面に対して水平に磁気記録を行う面内磁気記録方式が用いられていた。しかし、記録密度の向上に伴い記録磁化が熱エネルギーによって消失する熱揺らぎ問題が顕著に現れるようになり、また、面内磁気記録方式では、記録密度の向上に伴い、同じ極性の磁化が向き合う箇所が不安定となる問題があった。そのため、２００５年頃から、より高い記録密度が可能となる、ディスク表面に対して垂直に磁気記録を行う垂直磁気記録方式が用いられるようになった。そのため近年ではほぼ全ての磁気記録媒体に垂直磁気記録媒体が用いられるようになっている。

従来、垂直磁気記録媒体用の金属磁性材料として、ＣｏＣｒＰｔをはじめとするＣｏＣｒ系不規則合金磁性層が主に研究されてきた。しかし、垂直磁気記録媒体においても記録磁化の微細化に伴い将来的には熱揺らぎが問題化することを考えると、従来のＣｏＣｒ系よりも垂直磁気異方性の大きな材料が必要である。その有力な候補として、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選択される少なくとも１種の磁性元素と、Ｐｔ、Ｐｄ、ＡｕおよびＩｒから選択される少なくとも１種の貴金属元素とが規則相を形成する、規則合金系材料の研究が盛んに行われるようになってきている。特に、ｆｃｔ結晶構造を持つ規則合金であるＦｅＰｔおよびＣｏＰｔは、それぞれ７×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３および４×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３という、現在ＣｏＣｒ系材料で得られている値の２倍以上の大きな磁気異方性を、磁化容易軸であるｃ軸方向に有することが知られている。これらＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ規則合金、およびＦｅＰｄ規則合金などのＬ１_０型規則合金と、これを磁性層として用いた磁気記録媒体が、特許文献１〜６に記載されている。

このようにｃ軸（磁化容易軸）方向に大きな磁気異方性を持つ多結晶薄膜を面内または垂直磁気記録媒体に適用するための検討が進められている。

特開２００２−２０８１２９号公報特許第３７３０９０６号特許第３７３０５１８号特開２００４−３１１６０７号公報特許第３４３４４７６号特許第４１９９１９４号特許第４０９１２２８号特開２０１０−３４１８２号公報特開２０１０−１３５６１０号公報特開２００３−１７３５１１号公報

T. Maeda, IEEE Trans. Magn., vol. 41, pp. 3331-3333(2005). T. Suzuki et. al., Ｊ. Magn. Magn. Mater., vol. 193, pp. 85-88(1999). Li-Lien Lee et al., Appl. Phys. Lett., vol. 67, pp. 3638-3640(1995). Y. Gauthier, et al., Phys. Rev. B, vol. 31, pp 6216-6218 (1985). Y. Gauthier, et al., Surf. Sci., vol. 276, pp 1-11 (1992). Byeong-Joo Lee et al., Phys. Rev. B, vol. 64, p. 184102 (2001).

規則合金を用いた高い異方性エネルギー（Ｋ_ｕ）値を有する垂直磁気記録媒体を作成するためには、以下に示す２つの課題を克服しなくてはならない。

１つ目の課題は磁化容易軸の配向制御である。規則合金に限らず、全ての面内磁気記録媒体では磁気記録層に用いられている磁性材料の磁化容易軸は面内方向であり、垂直磁気記録媒体では垂直方向となっている。磁化容易軸を所望の方向とするためには、各結晶粒を配向成長させる必要がある。一般的な磁気記録層の形成方法であるスパッタリング法を用いて磁気記録層の配向を制御する有力な方法として、ある結晶性を持つ下地の上に磁性薄膜を積層する方法が挙げられる。これに加えて、磁性薄膜の成膜後および／または成膜中にアニールすることもある。

例えば非特許文献１によれば、Ｌ１_０構造を有するＦｅＰｔの下地層として、Ｐｔ２０ｎｍ／Ｃｒ５ｎｍ／ＮｉＴａ２５ｎｍが開示されている。なお、積層膜の記載において“／”の左側が上層、右側が下層を表している。また、特許文献７には、ＮａＣｌ構造を有する酸化物、窒化物、若しくは炭化物が開示されている。さらに非特許文献２には、下地層としてＣｒ７ｎｍ／ＭｇＯ１０ｎｍが開示されている。いずれもＦｅＰｔ直下の層は（００２）面が基板面と平行に成長しており、下地の配向性を向上させるために第２の層を下地層直下に設けた形となっている。通常の薄膜成長プロセスでは、形成した薄膜は、その材料の持つ表面エネルギーが最小となる面（通常は最密面）が膜面と平行に成長する。しかし、ここで示した下地層では、最密面以外の面を膜面に平行に配向させるため、薄膜形成時に基板を加熱し、原子に熱エネルギーを与えることで表面エネルギーが最小となる最密面とのエネルギー差を小さくすることで結晶面の配向制御を実現している。

ここで例示したＬ１_０型規則合金向け下地層の形成方法は、いずれの方法についても下地層を形成する際の加熱が必要であり、量産性を考慮すると非加熱で（００１）面が配向した下地層の形成方法が必要とされていた。ここで、非特許文献３には非加熱でＣｏＣｒＰｔ長手媒体用下地層としてＣｒを用い、その（００１）面を配向させるための方法として、Ｃｒ１００ｎｍ／ＭｇＯが開示されている。この文献においてはＣｒ（００１）面の配向を実現するためにはＭｇＯ膜厚が５ｎｍ以上かつＣｒ１００ｎｍの膜厚が必要であり、厚い膜を用いることは量産性を考慮すると望ましくない。磁気記録媒体の量産性を考慮すると、基板加熱を施すことなく、非磁性下地層および非磁性シード層を薄膜化しつつ（００１）面の高配向を実現することが必要とされていた。

２つ目の課題は規則化温度の低減である。ＦｅＰｔの規則化には通常７００℃程度の熱処理が必要であるが、高温熱処理は媒体に用いる基体に高い耐熱性を要求することはもちろんのこと、媒体を作成する装置自体の耐熱性も高くする必要がある。しかし、７００℃という高温熱処理に対応した耐熱性を備えることは、基体においても装置においても現実的ではない。そこで規則化温度を低減することでＦｅＰｔをはじめとする規則合金を量産に具する試みが行われている。非特許文献３〜５には、ＦｅＰｔ合金にＣｕ、Ａｇ、Ａｕを第３元素として添加することによる規則化温度低減の方法が開示されている。いずれの添加材料についても効果的に規則化温度を低減できる一方、Ｋ_ｕ値も同時に下がってしまうため、規則化温度低減のメリットを享受できていないことが問題となっている。そのため、Ｋ_ｕ値を低下させずに規則化温度を低減する方法が必要とされていた。

この問題に対し、特許文献８、９には不純物濃度が２〜３ｐｐｂである高純度ガスを用いることで、準安定相であるＬ１_１型のＣｏ_５０Ｐｔ_５０合金ならびにＣｏ_５０Ｐｔ_５０合金にＣを添加したＣｏ_５０Ｐｔ_５０−Ｃをスパッタ法よって基板温度３５０℃で形成する方法がそれぞれ開示されている。非特許文献４，５によれば、ＦｅＰｔ，ＣｏＰｔ，ＮｉＰｔのいずれにおいても薄膜の成長過程においてＰｔが表層に析出する効果が見られることが明らかとなっている。特許文献８，９に示されている準安定Ｌ１_１型ＣｏＰｔの低温形成においては、プロセスガスの純度ならびに成膜前の真空度がＬ１_１準安定相の形成の鍵となっている。不純物濃度の小さいガスを用い、真空度を高めることで、膜成長に伴いＰｔが表層へ析出する効果が強く現れ、結果として膜面成長方向にＣｏとＰｔの単原子層が積層した構造が低温で実現できているものと考えられる。この効果をＬ１_０型の規則合金において示した例は現時点で見当たらない。また、垂直方向を磁化容易軸とする際、Ｌ１_１型ＣｏＰｔがｆｃｃ（１１１）面を配向させる必要があるのに対し、Ｌ１_０型規則合金においては（００２）面を配向させる必要があるため、Ｌ１_１型に適用する製法をそのままＬ１_０型規則合金に適用してしまうと、垂直方向が磁化容易軸とならず、垂直磁気記録媒体の形成ができない。したがって、適切な配向制御を実現した上で高純度ガスを用いたＬ１_０型規則合金の低温形成可否を明らかにし、垂直媒体へ適用することが求められていた。

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、結晶配向制御ならびに薄膜化を非加熱で実現でき、高Ｋ_ｕ値を有するＬ１_０型規則構造を有する合金（ＦｅＰｔ，ＦｅＰｄ，ＣｏＰｔ）の垂直磁気記録媒体およびその製造方法を提供することにある。あるいは、本発明の別の目的は、非磁性下地層および非磁性シード層の結晶配向制御ならびに薄膜化を非加熱で実現し、Ｐｔの表層析出効果を助長することによってＬ１_０型規則合金（ＦｅＰｔ，ＦｅＰｄ，ＣｏＰｔ）の高Ｋ_ｕ値化に必要な規則化温度を３５０℃以下に低減させた垂直磁気記録媒体およびその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の垂直磁気記録媒体は、非磁性基体上に、少なくとも非磁性シード層、非磁性下地層、および磁性層がこの順に形成されている垂直磁気記録媒体であって、前記非磁性シード層が、ＭｇＯ層および体心立方（ｂｃｃ）構造を有する金属層を含み、前記非磁性下地層が、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＴｉＯ、ＣｒＮ、Ｔｉの炭化物、およびＴｉの窒化物からなる群から選択された１つからなるＮａＣｌ型構造を有し、前記磁性層が、Ｌ１_０型規則構造のＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、およびＣｏＰｔから選択された１つを主体とする合金からなることを特徴とする。

ここで、前記金属層の（００１）結晶格子面、前記非磁性下地層のＮａＣｌ型構造の（００１）結晶格子面、および前記磁性層中のＬ１_０型規則構造の（００１）結晶格子面が、いずれも膜面と平行であることが好ましい。

また、前記金属層において、（００２）面および（１１０）面の表面エネルギー差が３００ｅｒｇ／ｃｍ^２以下であることが好ましい。さらに、前記金属層の膜厚が、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましく、前記金属層の下に配置された前記ＭｇＯ層の厚みが、１原子層（０．２ｎｍ）以上３ｎｍ以下であることが好ましい。

あるいは、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、少なくとも非磁性シード層、非磁性下地層、および磁性層をこの順に形成する工程を含み、前記非磁性シード層が、ＭｇＯ層および体心立方（ｂｃｃ）構造を有する金属層を含み、前記非磁性下地層が、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＴｉＯ、ＣｒＮ、Ｔｉの炭化物、およびＴｉの窒化物からなる群から選択された１つからなるＮａＣｌ型構造を有し、前記磁性層が、Ｌ１_０型規則構造のＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、およびＣｏＰｔから選択された１つを主体とする合金からなり、前記磁性層形成時において、前記非磁性基体の基体温度を２００℃〜３５０℃とし、かつ、プロセスガスの不純物濃度を５ｐｐｂ以下としたことを特徴とする。

本発明によれば、結晶配向制御ならびに薄膜化が実現された垂直磁気記録媒体およびその製造方法を提供できる。例えば超高真空プロセスを用いることで、非磁性下地層および非磁性シード層の結晶配向制御ならびに薄膜化を非加熱で実現できる。また、Ｌ１_０型規則合金（ＦｅＰｔ，ＦｅＰｄ，ＣｏＰｔ）の高Ｋ_ｕ値化に必要な規則化温度を、Ｐｔ等の表層析出効果を助長することによって、例えば３５０℃以下に低減させた垂直磁気記録媒体およびその製造方法を提供できる。

本発明の垂直磁気記録媒体の構成例を示す概略断面図である。参考例、実施例１および比較例１におけるＫ_ｕ値のＭｇＯ層厚さ依存性を示す。実施例１においてＭｇＯ層の厚さを１．０ｎｍとした試料（実施例１−１）および４．０ｎｍとした試料（実施例１−２）の磁化曲線を示す。実施例１−１，２、比較例１，２におけるＫ_ｕ値のＦｅＰｔ成膜時基体温度依存性を示す。参考例、実施例１−１および比較例３において得られた試料のＸＲＤ回折結果を示す。実施例３におけるＦｅＰｔ薄膜のＫ_ｕ値のＣｒ膜厚依存性を示す。実施例１−１および実施例４において１ｎｍのＭｇＯ層上にそれぞれＣｒおよびＴａを形成した試料のＸＲＤ回折結果を示す。各種非磁性下地層上に形成したＦｅＰｔ薄膜のＸＲＤ回折結果を示す。ＭｇＯ層上に形成した各種Ｌ１_０型規則合金のＸＲＤ回折結果を示す。

図１は、本発明の垂直磁気記録媒体の構成例を示す概略断面図である。図１において、非磁性基体１０上に、非磁性シード層１４、非磁性下地層１６、および磁性層１８がこの順に形成されている。

非磁性基体１０は、垂直磁気記録媒体１の後述する他の構成要素を順次形成し、当該他の構成要素を支持するために媒体の最下部に配設する構成要素である。非磁性基体１０としては、例えばＡｌ基板、表面酸化Ｓｉウエハ、石英基板、プラスチック樹脂基板等も使用可能である。なお、後述の実施例および比較例において垂直磁気記録媒体作成に用いた基板は全て２．５インチガラスディスクであるが、上記例が基板材料を限定するものではない。

非磁性基体１０上には、任意で軟磁性裏打ち層１２を形成することができる。軟磁性裏打ち層１２は、情報の記録時にヘッドから発生する磁束の広がりを防止すべく、垂直方向の磁界を十分に確保する役割を担う構成要素である。軟磁性裏打ち層１２の材料としては、Ｎｉ合金、Ｆｅ合金、Ｃｏ合金を用いることができる。特に、非晶質のＣｏ−Ｚｒ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｔａ−Ｚｒ、Ｃｏ−Ｔａ−Ｚｒ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｚｒ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｚｒ−Ｎｂ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｔａ−Ｚｒ−Ｎｂなどを用いることにより、良好な電磁変換特性を得ることができる。

図１の垂直磁気記録媒体１においては、軟磁性裏打ち層１２の上に非磁性シード層１４が形成されている。非磁性シード層１４は、当該層の上層として形成する非磁性下地層１６の配向性を好適に制御し、ひいては磁性層１８の良好な垂直配向性を実現するために配設する構成要素である。非磁性シード層１４は、ＭｇＯ層（第１シード層ともいう）１４ａおよび体心立方（ｂｃｃ）構造を有する金属層１４ｂ（第２シード層ともいう）を含む。このとき、金属層１４ｂの（００１）結晶格子面、後述の非磁性下地層１６のＮａＣｌ型構造の（００１）結晶格子面、および後述の磁性層１８中のＬ１_０型規則構造の（００１）結晶格子面が、いずれも膜面と平行であることが好ましい。また、金属層１４ｂの下に配置されたＭｇＯ層１４ａの厚みは、上述の結晶格子面配列を実現し、所望の磁気特性を満足し得る膜厚領域を適宜設定することが好ましい。

非磁性下地層１６は、後述する磁性層１８の配向性を向上させるとともに、該層の粒径を制御し、更にその形成時における初期成長層の発生を抑制するために配設する構成要素である。非磁性下地層１６にこのような役割を十分に発揮させるには、その上に成長する磁性層１８の結晶構造ならびに結晶配向面を適切に制御することを鑑み、その構造について考慮する必要がある。例えば磁性層１８としてＬ１_０−ＦｅＰｔ規則化合金を用いる場合には、ＦｅＰｔの（００２）面を膜面に平行に配列させる必要があるため、非磁性下地層１６には同様の結晶構造を有する材料の（００２）面を膜面に平行に配列させることが好ましい。

磁性層１８は、情報を記録するために配設する構成要素である。磁性層１８は、単層体又は２層以上の積層構造体とすることができる。本発明において、磁性層は、Ｌ１_０型規則構造のＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、およびＣｏＰｔから選択された１つを主体とする合金からなる。

磁性層１８の上に、保護層２０を形成することができる。保護層２０は、図１の垂直磁気記録媒体１の断面視において、磁性層１８の下方に位置する各層を保護するとともに、特に、磁性層１８がグラニュラー膜である場合に、磁性層１８からの強磁性元素の溶出を防止するために配設する構成要素である。保護層２０には、垂直磁気記録媒体に通常使用される材料を用いることができる。例えば、ダイヤモンド状カーボン（ＤＬＣ）、若しくはアモルファスカーボン（好ましくはダイヤモンド状カーボン（ＤＬＣ））などのカーボンを主体とする保護層、又は磁気記録媒体の保護層として用いることが知られている種々の薄層材料が挙げられる。保護層２０の厚さは、垂直磁気記録媒体の構成要素として通常用いられる厚さを適用することができる。

また、液体潤滑層２２を保護層２０上に形成することができる。液体潤滑層２２は、任意の構成要素であるが、保護層２０と図１には示さないヘッドとの間に生ずる摩擦力を低減し、垂直磁気記録媒体１の優れた耐久性及び信頼性を得る目的で配設する液状の構成要素である。液体潤滑層２２の材料としては、垂直磁気記録媒体に通常用いられる材料を使用することができる。例えば、パーフルオロポリエーテル系の潤滑剤などが挙げられる。液体潤滑層２２の膜厚は、垂直磁気記録媒体の構成要素として通常用いられる膜厚を適用することができる。液体潤滑層２２は、ディップコート法、スピンコート法などの当該技術において知られている任意の塗布方法を用いて形成することができる。

本発明の効果を確かめるため、以下に示す実施例および比較例について実験を行い、各例で用いたシード層、下地層、磁性層と共に、得られた磁性層の異方性エネルギー（Ｋ_ｕ）値をそれぞれ第１表にまとめた。

［実施例１］
超高真空（ＵＨＶ）ＤＣ／ＲＦマグネトロンスパッタ装置（ＡＮＥＬＶＡ，Ｅ８００１）を用いて以下のように試料を作成した。成膜を始める前の到達真空度は７．０×１０^−７Ｐａ以下であった。プロセスガスには、不純物濃度が２〜３ｐｐｂの超高純度Ａｒガスを用いた。

非磁性基体としてのガラス基板上に、基板への付着強度を強めるため、Ｔａを５ｎｍ付与し、その上にＭｇＯを、膜厚を０．２〜１０ｎｍまで変化させて付与してＭｇＯ層を形成した。その後非磁性シード層としてＣｒ２０ｎｍをＭｇＯ層上に付与した。なお、ＭｇＯ層の膜厚が０ｎｍの場合を参考例とした。ここで、Ｃｒは体心立方構造を有する材料の一例として用いたに過ぎず、本実施例の効果に特段の影響を与えるものではない。その上に非磁性下地層としてＭｇＯ２０ｎｍを形成した。Ｔａ層から非磁性下地層としてのＭｇＯ層までは、全て成膜プロセスガスとしてＡｒを用いており、成膜時のガス圧は０．３Ｐａとした。また、ＭｇＯ層の成膜にはＭｇとＯを１：１で含む材料から成るターゲットを用い、ＲＦスパッタ法により薄膜を形成した。薄膜形成時のガスはＡｒのみとし、酸素添加は実施しなかった。形成した薄膜のＸＲＤ（Ｘ−ｒａｙＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）回折のピーク位置はＭｇＯのそれによく一致しており、また、ＥＤＸ（ＥｎｅｒｇｙＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸ−ｒａｙＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）を用いた組成分析においても、ＭｇとＯを１：１で含む材料から成っていることを確認した。さらにＦｅおよびＰｔを同時スパッタさせることで磁性層としてＦｅＰｔ合金を１０ｎｍ形成した。ＦｅＰｔの組成はＦｅおよびＰｔターゲットに印加する電力を変化させることで調整が可能であるが、本実施例におけるＦｅＰｔ合金薄膜の組成はＦｅが５５ａｔ．％であり、Ｐｔが４５ａｔ．％であることがＥＤＸから明らかとなっている。なお、上記組成は一例に過ぎず、ＦｅＰｔにおいてＬ１_０相が形成される限りにおいては以下の効果が現れるものと考えて良い。磁性層形成時の基板温度は室温から３５０℃とし、成膜時のＡｒガス圧は３．０Ｐａとした。

その後、膜面を保護するため、Ｔａ５ｎｍ／Ｐｔ２ｎｍをＡｒガス圧０．３Ｐａで形成した。なお、ここで示した成膜条件は一例に過ぎず、本実施例の効果に特段の影響を与えるものではない。

［実施例２］
実施例１のうち、Ｔａ上に付与したＭｇＯ層の膜厚を１ｎｍとした場合（実施例１−１）の条件中、ガス不純物純度はｐｐｂオーダーで変化させずに成膜を始める前の到達真空度のみを７．０×１０^−５Ｐａ程度に劣化させた以外は実施例１と同様の条件で、ＦｅＰｔ垂直磁気記録媒体を形成した。

［実施例３］
非磁性シード層としてＣｒを０〜５０ｎｍで変化させ、磁性層形成時の基板温度を３５０℃とした以外は実施例１−１と同様の条件で、ＦｅＰｔ垂直磁気記録媒体を形成した。

［実施例４］
非磁性シード層としてＴａを２０ｎｍ付与し、磁性層形成時の基板温度を３５０℃とした以外は実施例１−１と同様の条件で、ＦｅＰｔ垂直磁気記録媒体を形成した。

［実施例５］
下地層材料をＴｉＮとし、ＦｅＰｔ形成時の基板温度を２００℃とした。ＴｉＮの形成にはＴｉとＮを１：１で含む材料から成るターゲットを用いた。成膜時のプロセスガスはＡｒのみを用い、窒素ガスの添加は行っていない。成膜時のＡｒガス圧は０．３Ｐａとした。ＸＲＤ回折ピークの位置およびＥＤＸによる組成分析の結果から、形成した薄膜の組成がＴｉとＮを１：１で含む材料であることを確認している。上記以外は実施例１−１と同様の条件で、ＦｅＰｔ垂直磁気記録媒体を形成した。

［実施例６］
下地層材料をＣｒＮとし、ＦｅＰｔ形成時の基板温度を２００℃とした。ＣｒＮの形成にはＣｒとＮを１：１で含む材料から成るターゲットを用いた。成膜時のプロセスガスはＡｒのみを用い、窒素ガスの添加は行っていない。成膜時のＡｒガス圧は０．３Ｐａとした。ＸＲＤ回折ピークの位置およびＥＤＸによる組成分析の結果から、形成した薄膜の組成がＣｒとＮを１：１で含む材料であることを確認している。上記以外は実施例１−１と同様の条件で、ＦｅＰｔ垂直磁気記録媒体を形成した。

［実施例７］
磁性層としてＦｅＰｄを用いた。ＦｅＰｄ層の組成はＥＤＸの結果から、Ｆｅが５０ａｔ．％であり，Ｐｄが５０ａｔ．％であることがわかった。本実施例において得られる効果については、ＦｅＰｄにおいてＬ１_０相が発現する限りにおいて普遍的に現れると考えられる。磁性層形成時の基板温度を３５０℃とした。上記以外は実施例１−１と同様の条件で、ＦｅＰｄ垂直磁気記録媒体を形成した。

［実施例８］
磁性層としてＣｏＰｔを用いた。ＣｏＰｔ層の組成はＥＤＸの結果から、Ｃｏが５０ａｔ．％であり，Ｐｔが５０ａｔ．％であることがわかった。本実施例において得られる効果については、ＣｏＰｔにおいてＬ１_０相が発現する限りにおいて普遍的に現れると考えられる。磁性層形成時の基板温度を３５０℃とした。上記以外は実施例１−１と同様の条件で、ＣｏＰｔ垂直磁気記録媒体を形成した。

［比較例１］
不純物濃度が２〜３ｐｐｍの低純度ガスをプロセスガスとして用い、ＭｇＯ層の膜厚を０〜１０ｎｍまで変化させた以外は実施例１と同様の条件で、ＦｅＰｔ垂直磁気記録媒体を形成した。

［比較例２］
成膜前の真空度を７．０×１０^−５Ｐａ程度に劣化させ、さらに不純物濃度が２〜３ｐｐｍの低純度ガスをプロセスガスとして用いた以外は実施例１−１と同様の条件で、ＦｅＰｔ垂直磁気記録媒体を形成した。

［比較例３］
ガラス基板上に薄膜の付着強度を強めるためにＴａを５ｎｍ付与し、その上にＡｒガス圧０．３ＰａでＰｔを１０ｎｍ付与し、磁性層形成時の基板温度を３５０℃とした以外は実施例１と同様な条件で、ＦｅＰｔ薄膜を形成した。

［比較例４］
ガラス基板上に薄膜の付着強度を強めるためにＴａを５ｎｍ付与し、その上にＡｒガス圧０．３ＰａでＲｕを２０ｎｍ付与し、磁性層形成時の基板温度を３５０℃とした以外は実施例１と同様な条件で、ＦｅＰｔ薄膜を形成した。

図２に実施例１および比較例１において得られた試料のＫ_ｕ値を、第１シード層として用いたＭｇＯ層の膜厚に対して示す。プロセスガスの不純物濃度がｐｐｂオーダーである実施例１においては、ＭｇＯ層の膜厚が０．２〜３．０ｎｍの範囲でＫ_ｕ値が大きな値、特に０．２〜２．０ｎｍの範囲でＫ_ｕ値が３×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３を超える大きな値を示すのに対し、プロセスガスの不純物濃度がｐｐｍオーダーである比較例１ではいかなるＭｇＯ層の膜厚においてもＫ_ｕ値が１．０×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３を下回っている。

ここで、結晶配向面と磁気特性の関係を明らかにするため、実施例１の結果について詳細な検討を行った。図３に、実施例１においてＭｇＯ層の膜厚を１．０ｎｍとしたもの（実施例１−１、図中左）と４．０ｎｍとした試料（実施例１−２、図中右）についての磁化曲線の測定結果を示す。試料の磁化曲線は、磁界を膜面に垂直に磁界を印加して測定したもの（⊥）、および平行に磁界を印加して測定したもの（／／）のそれぞれについての結果である。ＭｇＯ層の膜厚が１．０ｎｍの試料（実施例１−１）は垂直方向への強い異方性が発現しており、垂直磁気記録媒体用材料として好適であることを示唆している。一方ＭｇＯ層の膜厚が４．０ｎｍの試料（実施例１−２）では、印加磁界の方向に拠らず、ほぼ同じ磁化曲線形状となっており、垂直方向への異方性は見られていない。両試料についてＸＲＤ測定を実施したところ、ＭｇＯ層の膜厚が１．０ｎｍの試料ではＭｇＯ（００２）面、Ｃｒ（００２）面からの回折線のみが観察され、その結晶格子面上に成長したＦｅＰｔでは、ＦｅＰｔ（００１）面および（００２）面からの回折線のみが観察され、それ以外の結晶配向面からは回折線が観察されなかった。これに対してＭｇＯ層の膜厚が４．０ｎｍの試料では、Ｃｒ（００２）面に加えてＣｒ（１１０）面からの回折線が観察され、その上に成長する非磁性下地層としてのＭｇＯ層についてもＭｇＯ（００２）面に加えてＭｇＯ（１１１）面からの回折線が観察されていた。非磁性下地層としてのＭｇＯ層上に成長するＦｅＰｔについても、ＦｅＰｔ（００１）面、（００２）面に加えて（１１１）面からの回折線が観察されていた。

次に、種々のプロセスガス純度、ならびに真空度の条件下で、基板温度を変化させてＬ１_０型規則合金を作成し、低温形成に与える影響を調べた。図４には、実施例１−１，２および比較例１のうちＭｇＯ層の膜厚を１ｎｍとした場合（比較例１−１），比較例２で得られた試料のＫ_ｕ値をＦｅＰｔ成膜時の基板温度に対して示す。ここで用いたＴａ上に付与したＭｇＯ薄膜の厚さは、先のとおり、図２に示すようにＫ_ｕ値が最も大きくなる１ｎｍが採用されている。

プロセスガスの不純物濃度がｐｐｂオーダーであり、成膜前の真空度のみが異なる実施例１−１および２においては２００℃から規則化が進行し、１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３台のＫ_ｕ値が導出できている。一方不純物濃度がｐｐｍオーダーであり、成膜前の真空度が１０^−７Ｐａ台と高い真空度条件である比較例１−１においては、３５０℃程度の温度で規則化が進行し始めることによるＫ_ｕ値の増加が見られるものの、Ｋ_ｕ値の大きさは０．４×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３と小さい。一方、ガス純度および成膜前真空度の両方が悪い比較例２では、検討した基板温度領域において規則化の進行を確認することができなかった。以上の結果から、プロセスガスの不純物濃度をｐｐｂオーダーまで低減することで、非特許文献４，５に示されるような薄膜の成長過程においてＰｔが表層に析出する効果が見られ、結果としてＦｅとＰｔの単原子層が交互に積層した（００２）配向が実現し、垂直方向が磁化容易軸となったＬ１_０相の低温形成につながったと考えられる。

また、実施例１−１，２の結果から、Ｌ１_０相の低温形成は検討した範囲においては成膜前の真空度に拠らないことがわかる。これは準安定相であるＬ１_１型とは異なる挙動であり、Ｌ１_０相が安定相であるが故の結果であると考えられる。プロセスガスの不純物ガス濃度を低減するだけでＬ１_０相の低温形成が可能になることは、量産に具する場合には成膜装置の簡略化に繋がるため、Ｌ１_１型規則合金の形成よりもメリットが大きいと考えられる。

ここで、Ｌ１_１型規則合金で用いられるｆｃｃ（１１１）面あるいはｈｃｐ（００２）面が膜面に平行に配向した薄膜が、Ｌ１_０型規則合金に対し、垂直方向を磁化容易軸とするために有効であるかどうかを比較例３に示した実験により確認した。

図５には、参考例、実施例１−１および比較例３で得られた試料のＸＲＤ測定結果を示す。ここでは結晶配向面が磁気特性に及ぼす影響を明瞭に観察するため、本検討において最も規則化が進行する３５０℃で実験を行った。磁気特性は結晶配向面と密接に関係しており、ここで設定した温度は本実施例の効果に特段の影響を与えるものではない。

ＭｇＯ（００２）面を下地層として用いている実施例１−１ではＦｅＰｔ（００１）および（００２）面からの回折線が観察されており、ＦｅＰｔの他の面に由来する回折線は観察されていない。参考例は、第２シード層としての金属層がＣｒの場合について、最密面である（１１０）面を膜面に平行に形成した例（実施例１中第１シード層としてのＭｇＯ層の膜厚を０ｎｍとした例に相当）である。参考例では、２θ＝４４°付近にＣｒの最密面である（１１０）面、３７°付近に非磁性下地層のＭｇＯの（１１１）面、４１°付近にＦｅＰｔの最密面である（１１１）面からの回折線がそれぞれ確認されており、それ以外の面からの回折線は確認されていない。参考例から、第２シード層の（００１）結晶格子面を膜面と平行に形成しないと非磁性下地層（この場合はＭｇＯ）の（００１）結晶格子面が膜面に平行に形成されず、さらにこのとき、ＦｅＰｔの（００１）結晶格子面が膜面に平行に形成されないことが明らかとなった。一方、下地層にｆｃｃ型であるＰｔ（１１１）面が膜面に平行に配向した薄膜を用いた比較例３においては、ＦｅＰｔ（１１１）面からの回折線のみが観察されている。ここで、ＦｅＰｔの規則化が進行しているか否かを確認するため、ＦｅＰｔ（００１）面と（１１１）面が成す角度である５４．７３°試料を傾け、（００１）面が正対するように試料を傾けてＸＲＤ測定を行った（図中Ψ＝５４．７３（度）と記載したもの）。このとき、規則化に起因するＦｅＰｔ（００１）面からの回折線が２θ＝２４°付近に観察された。したがって、比較例３においてはＦｅＰｔの規則化が進行しているが、結晶配向面が（００２）面となっておらず、垂直方向が磁化容易軸となっていないことが明らかとなった。また、比較例４では非磁性下地層としてｈｃｐ型の結晶構造を有するＲｕを用いている。ｈｃｐ型とｆｃｃ型の両者は結晶の原子配置が非常に類似しており、結果は比較例３と同様であった。

以上の結果から、３５０℃以下の低温領域で規則化を促進し、かつ１．０×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３を超える大きなＫ_ｕ値を導出した垂直磁気記録媒体を形成するためには、プロセスガスの不純物濃度をｐｐｂオーダーにすることに加え、ＮａＣｌ型構造を有する非磁性下地層の（００１）結晶格子面、ならびにｂｃｃ構造を有する非磁性シード層の（００１）結晶格子面がいずれも膜面と平行に形成され、Ｌ１_０型規則構造の（００１）結晶格子面を膜面に平行に形成することが好ましいことがわかる。こうすることで配向性を維持したまま第１シード層として用いられるＭｇＯ層の膜厚の低減を図ることが可能となる。

次に第２シード層として用いられた金属層Ｃｒの膜厚に対する特性の変化を確かめるため、実施例１−１において金属層Ｃｒの膜厚を０〜５０ｎｍで変化させ、得られた結果を実施例３とした。

図６に、実施例３において得られた試料のＫ_ｕ値の変化をＣｒの膜厚に対して示す。このとき、磁性層成膜時の基板温度は３５０℃一定とした。Ｃｒを付与しない状態では下地層として用いたＭｇＯの（００２）面の結晶配向性が悪く、垂直磁気記録媒体として用いるには好ましくない。しかしＣｒを１ｎｍ付与するだけでＭｇＯの結晶成長性は向上し、Ｋ_ｕ値も１．０×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３を超えて１．１×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３となる。１０ｎｍ以上のＣｒ膜厚ではＫ_ｕ値はほぼ一定となり、Ｃｒの構造がＦｅＰｔの磁気特性に与える影響は飽和していると考えられる。

本実施例の効果をＣｒ以外のｂｃｃ合金材料において確認するため、第２表に各種ｂｃｃ系材料の最密面である（１１０）面、および垂直媒体形成上所望の面である（００２）面の表面エネルギーの値と共に、両者の表面エネルギー差および（００２）配向の可否を示す。なお、表に示した数値は非特許文献６記載の値である。

また、図７にはＣｒ以外のｂｃｃ構造を有する非磁性シード層の配向状態を確認するため、第２表に示した材料において、（００２）面の表面エネルギーが最大となるＴａについて、実施例１−１の条件で、Ｔａ金属層（第２シード層）までを形成した試料を実施例４とし、Ｃｒ金属層（第２シード層）までを作成した試料のＸＲＤ結果と合わせて示す。また、図中にはそれぞれ１０ｎｍのＦｅＰｔ薄膜を付与した試料におけるＫ_ｕ値も合わせて示した。なお、ＦｅＰｔ薄膜形成時の基板温度は３５０℃とした。本例では表面エネルギーが最小となるＣｒ、および最大となるＴａにおいて、それぞれ最密面以外の（００２）面を室温成膜で導出することができている。そのため、これらの材料よりも表面エネルギーが小さく、（００２）面と（１１０）面の表面エネルギー差がＣｒ，Ｔａよりも小さいＦｅ，Ｎｂ，Ｖといった単体金属でも同様の結果を導出可能であることは自明である。さらに、第２表で示したｂｃｃ系材料はいずれも完全固溶であり、合金を作成する場合、表面エネルギー値はＣｒより大きく、Ｔａより小さくなる。合金においても本発明に従えば安定に（００２）面の導出が室温で可能となり、その上に成長するＦｅＰｔについても、（００１）面および（００２）面のみを膜面に平行に成長させることが可能となる。また、Ｃｒを非磁性シード層とした場合のＫ_ｕ値が３．５４×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３であるのに対し、Ｔａにした場合には３．２８×１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３と大きく変化していないことがわかる。このことから、下地層の配向状態が適切であり、表面エネルギー差が所定の範囲内にあれば、その材料に拠らず大きなＫ_ｕ値を導出できることが明らかとなった。

ＭｇＯ以外のＮａＣｌ型結晶構造を有する材料を下地層として用いた際の規則合金低温形成効果について確認するため、下地層材料をＭｇＯと同じＮａＣｌ型結晶構造を有するＴｉＮおよびＣｒＮに変更したものをそれぞれ実施例５，６とした。ここでは、更なる低温規則化について効果を確認するため、ＦｅＰｔ形成時の基板温度を２００℃とし、実施例１についても同様に２００℃とした。図８に示したＸＲＤ測定結果から、いずれの下地層材料においても２θ＝２４単位付近に規則化に伴う回折ピークが観察されており、ＦｅＰｔの規則化が２００℃という低温領域から進行していることがわかる。

最後に、ＦｅＰｔ以外のＬ１_０型規則合金系での効果を確認するため、磁性層材料をＦｅＰｄおよびＣｏＰｔとして試料を作成し、各々実施例７，８とした。

図９に、実施例１−１，７，８において、各種磁性層材料成膜時の基板温度を３５０℃とした場合のＸＲＤ測定結果を示す。なお、先のとおり、実施例１−１において第１シード層として用いたＭｇＯ層の膜厚は１．０ｎｍとしてある。いずれのＬ１_０構造を有する磁性層材料においても規則化に伴う回折ピークが観察されており、本発明で得られたシード層を用いて下地層および磁性層を形成することで効果的にＬ１_０規則構造が得られることがわかった。図８に示した結果と合わせて考えると、下地層材料を問わずいずれのＬ１_０型規則合金の形成が可能であると考えられる。

最後に本実施例で得られた知見がもたらす効果について述べる。

本件の方式によれば、ガス純度のみをｐｐｂオーダーとすることで、ＦｅＰｔの磁化容易軸を垂直方向に向けるために必要なシード層および下地層の形成においても、非加熱で形成できることから、量産効率の向上が見込まれる。

垂直磁気記録媒体の高密度化について考えた場合、記録ヘッドと軟磁性裏打ち層との距離を小さくし、ヘッドにより生じる書き込み磁界を効率良く軟磁性裏打ち層へ流入させ、記録磁界強度および勾配を大きくすることが高密度化には必要不可欠である。そのためには非磁性下地層およびシード層の薄膜化は避けて通れない。本発明によれば、非特許文献３において示されていない５ｎｍ以下のＭｇＯと１００ｎｍ以下のＣｒ膜厚領域において大きなＫ_ｕ値を示すＦｅＰｔ薄膜が形成できることは明らかである。もっとも、ヘッドおよび軟磁性裏打ち層とのスペーシングを低減するため、ｂｃｃ構造を有する金属層（ここではＣｒ）の膜厚は高々５０ｎｍ程度である。また、１Ｔｂｉｔ／ｉｎ^２を超える記録密度を実現するためには、磁性結晶粒の微細化に伴う熱安定性の確保の観点から、１０^７ｅｒｇ／ｃｍ^３台のＫ_ｕ値を有する磁性材料が必要となる。以上、必要なＫ_ｕ値および本発明で得られた結果を考慮すると、ｂｃｃ構造を有する金属層の最低膜厚は１ｎｍが好ましく、結果として１ｎｍ以上５０ｎｍ以下のｂｃｃ構造を有する金属層を非磁性下地層として用いることが好ましいと言える。

また、特許文献１０においては、本特許同様、２つの異なる層から成る配向制御層を有するＦｅＰｔ薄膜の提案がなされている。ここで提案されている媒体は、磁性層がＬ１_０ＦｅＰｔとＦｅＰｔ_３の混相であり、結晶粒界に常磁性であるＦｅＰｔ_３が析出した構造となっている。これに対して本提案では磁性層がＦｅＰｔ単独で構成されており、高純度Ａｒを用いる結果、特許文献１０で提案されている薄膜よりも大きなＫ_ｕ値を有する薄膜の形成に成功している点で優位性が保たれる。

以上を考慮し、本発明が将来の高密度垂直磁気記録媒体用磁性薄膜形成に寄与するところは非常に大きいと言える。

１垂直磁気記録媒体
１０非磁性基体
１２軟磁性裏打ち層
１４非磁性シード層
１４ａＭｇＯ層（第１シード層）
１４ｂ金属層（第２シード層）
１６非磁性下地層
１８磁性層
２０保護層
２２液体潤滑層

Claims

非磁性基体上に、少なくとも非磁性シード層、非磁性下地層、および磁性層がこの順に形成されている垂直磁気記録媒体において、
前記非磁性シード層が、ＭｇＯ層および体心立方（ｂｃｃ）構造を有する金属層を含み、
前記非磁性下地層が、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＴｉＯ、ＣｒＮ、Ｔｉの炭化物、およびＴｉの窒化物からなる群から選択された１つからなるＮａＣｌ型構造を有し、
前記磁性層が、Ｌ１_０型規則構造のＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、およびＣｏＰｔから選択された１つを主体とする合金からなることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
前記金属層の（００１）結晶格子面、前記非磁性下地層のＮａＣｌ型構造の（００１）結晶格子面、および前記磁性層中のＬ１_０型規則構造の（００１）結晶格子面が、いずれも膜面と平行であることを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
前記金属層において、（００２）面および（１１０）面の表面エネルギー差が３００ｅｒｇ／ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項１〜２いずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体。
前記金属層の膜厚が、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体。
前記金属層の下に配置された前記ＭｇＯ層の厚みが、１原子層（０．２ｎｍ）以上３ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体。
非磁性基体上に、少なくとも非磁性シード層、非磁性下地層、および磁性層をこの順に形成する工程を含み、
前記非磁性シード層が、ＭｇＯ層および体心立方（ｂｃｃ）構造を有する金属層を含み、
前記非磁性下地層が、ＭｇＯ、ＮｉＯ、ＴｉＯ、ＣｒＮ、Ｔｉの炭化物、およびＴｉの窒化物からなる群から選択された１つからなるＮａＣｌ型構造を有し、
前記磁性層が、Ｌ１_０型規則構造のＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、およびＣｏＰｔから選択された１つを主体とする合金からなり、
前記磁性層形成時において、前記非磁性基体の基体温度を２００℃〜３５０℃とし、かつ、プロセスガスの不純物濃度を５ｐｐｂ以下としたことを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。