JP3434476B2 - 高密度情報記録媒体及びその媒体の製造方法 - Google Patents
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Description
わり、特に高い再生出力と高い記録分解能を達成する層
構造を有する磁気記録媒体及びその媒体の製造方法に関
する。
記録する手段として盛んに研究開発が行なわれており、
特にコンピュータ用ハード・ディスク装置に用いられる
磁気記録媒体は、非常な勢いでその記録面密度の高密度
化が進んでいる。現在、この記録媒体においては「長手
記録方式」と称す記録膜の面内方向に磁化ベクトルを向
け信号を記録する記録方式が用いられているが、更なる
高密度記録を実現する方法として、記録膜の垂直方向に
磁化ベクトルを向け信号を記録する「垂直記録方式」
( S.Iwasaki and Y.Nakamura; IEEE Trans. Magn., vo
l.MAG-13, pp.1272-1277, 1977 )が注目されている。
録方式においても記録層としてCo−Cr系合金が主に
用いられている。この際、下地層の種類、結晶配向性あ
るいは格子定数により、この層の直上に設けられたCo
−Cr系合金の結晶配向性を制御することができ、した
がって、磁化ベクトルの方向を決める磁化容易軸の方向
を制御することができる。現在この様な手法を用い作製
されたCo−Cr系合金薄膜を情報記録層とする長手記
録媒体または垂直記録媒体の研究開発が盛んに行われて
いる。
薄膜を用いた情報記録媒体に対し、特願平10−162
318号には、情報の保存安定性に優れる結晶磁気異方
性の大きいL10 形規則合金薄膜を用いた垂直磁気記録
媒体の図10(a),(b)の如くの構造とその製造方
法が教示されている。この製造方法による垂直磁気記録
媒体は、Cr、Pt、Pd、Au、Fe、Ni、MgO
又はNiOの何れから選ばれた元素もしくは化合物を主
成分とした下地層40を用い、L10 形規則合金薄膜を
情報記録層10とした情報記録媒体である(以下、図1
0(a)の構造をもつ媒体を「単層膜垂直磁気記録媒
体」と記す)。
Si合金、パーマロイなどの軟磁性材料からなる層30
を設け、L10 形規則合金薄膜を情報記録層10とした
情報記録媒体である(以下、図10(b)の構造をもつ
媒体を「二層膜垂直磁気記録媒体」と記す)。この二層
膜垂直磁気記録媒体は、単層膜垂直磁気記録媒体に比べ
再生出力が増大することがT.SUZUKI, N. HONDA and K.O
UCHI (1999 Digests of INTERMAG 99,AT-07)に示されて
いる。
録媒体においては、単層膜垂直磁気記録媒体に比べ再生
出力の記録密度依存性が大きく、即ちこれは、低記録密
度における再生出力が半分になる記録密度(以下、分解
能と記す)が低減しており、実際の信号再生システムを
用いた高密度記録においては好ましくない現象となる。
今のところ、高い再生出力と高い分解能を両立する結晶
磁気異方性の大きいL10 形規則合金薄膜を用いた垂直
磁気記録媒体の提案は見当たらない。
晶磁気異方性の大きいL10 形規則合金薄膜を用いた高
い再生出力と高い分解能を有する情報記録媒体を提供す
ることにある。
みて成されたものであり、上記課題を解決し目的を達成
するため次のような手段を講じている。即ち、本発明の
第一の発明として、高い再生出力と高い記録分解能を達
成するためのL10 形規則合金情報記録層を情報記録層
とした新しい層構造で構成される磁気記録媒体とその媒
体の製造方法を、特許請求の範囲に記載の如く提案する
ものである。
ら成る層と非磁性材料から成る層とA群(:FePt規
則合金、CoPt規則合金又はFePd規則合金、及び
これらの合金)から選ばれたL10 形規則合金情報記録
層が順次形成された層構造を有することを特徴とする情
報記録体を提供する。さらにこの情報記録媒体は、A群
から選ばれるL10 形規則合金情報記録層の結晶格子面
のミラー指数(001)が上記記録層の面と平行になる
ように形成されている[1]記載の記録媒体である。ま
た、上記非磁性材料がMgOであることが特徴の[1]記
載の記録媒体である。或いは、上記軟磁性材料がB
群(:Fe、Fe−Si合金、Ni−Fe合金)から選
ばれることが特徴の[1]記載の記録媒体である。
は、[5]軟磁性層と、非磁性層と、A群(:FePt
規則合金、CoPt規則合金又はFePd規則合金、及
びこれらの合金)から選ばれるL10 形規則合金情報記
録層とを、順次作製することを特徴とする情報記録媒体
の製造方法を提供する。この製造方法は、該L10 形規
則合金情報記録層の作製において、溶解法により作製さ
れたスパッタターゲットを用いるスパッタ製膜法によ
り、該L10 形規則合金情報記録層を作製することを特
徴とする[5]記載の製造方法である。
録分解能を達成する新規な層構造を有する磁気記録媒体
及び、その記録媒体の新規な層構造を形成するための製
造方法を教示するものである。以下に本発明に係わる好
適な実施形態を挙げ、続いてその複数の実施例に基づき
具体的に説明する。
情報記録媒体において、特に本発明の情報記録媒体は、
図1(a)に示す如く、軟磁性材料から形成される層3
0と、非磁性材料から形成される層20と、下記のA群
から選ばれるL10 形規則合金情報記録層10と、が順
次形成された層構造を有することを1つの主な特徴とす
るものである。但しここでのA群とは、FePt規則合
金、CoPt規則合金又はFePd規則合金、及びこれ
らの合金であるとする。
如く、情報の保存安定性に優れる情報記録媒体を得るた
めに、上記A群から選ばれる結晶磁気異方性の高いL1
0 形規則合金情報記録層10を用いることを特徴とす
る。この際、当該L10 形規則合金薄膜10の膜厚は記
録再生特性の観点から決めることができ、特に厚さの制
約はないが、約5nm〜200nm程度の範囲で設計す
ることができる。さらに本発明の情報記録媒体は、図1
(b)に示す如く、上記A群から選ばれるL10 形規則
合金情報記録層の結晶格子面のミラー指数(001)が
他の隣接層および基板と平行になるように制御されてい
ることも特徴としている。
から成る層30を有していることから、情報記録の際に
用いる磁気ヘッドは、狭い磁界分布から成る垂直磁界を
記録媒体に誘起することができる。従って、用いる情報
記録層(10’)である処のL10 形規則合金薄膜の磁
化ベクトルが膜面に対し垂直、即ち結晶格子面のミラー
指数(001)が基板と平行になるよう制御された場
合、急峻な垂直磁界を有効に利用できることにより高密
度記録特性が著しく向上し、これは高密度記録媒体とし
て特に好ましい。
晶格子面のミラー指数(100)が他の隣接層および基
板と平行になるように制御されたCr、Pt、Pd、A
u、Fe、Ni、MgO又はNiOの何れから選ばれる
元素もしくは化合物を主成分とした下地層40を形成
し、さらに本発明における層構造、すなわち軟磁性材料
から成る層30と、非磁性材料から成る層20と、L1
0 形規則合金情報記録層10’ とを順次に形成するこ
とにより、当該L10 形規則合金情報記録層の結晶格子
面のミラー指数(001)を他の隣接層および基板と平
行になるように制御することが可能となる。
性材料から成る層20を有することにより、高い分解能
を実現できる。この非磁性材料から成る層20は、軟磁
性材料から成る層30とL10 形規則合金薄膜層との間
の磁気的な相互作用を調整し、磁気特性の改善、例えば
L10 形規則合金情報記録層10(10’)の抗磁力を大
きくする効果を示す。また、採用する非磁性材料によっ
ては、L10 形規則合金薄膜層の結晶性、結晶配向性を
制御することができる。
から成る層30及びL10 形規則合金薄膜層10(1
0’)の両層と合金化しないことが好ましく、特にMg
Oを用いた場合、分解能の向上に著しい効果を示す。さ
らにMgOを用いた場合、L10形規則合金薄膜層10
(10’)の結晶性および結晶配向性を向上させることが
でき、当該情報記録層10(10’)の膜厚を低減でき
る。従って、情報記録の際に用いる磁気ヘッドの磁界分
布を狭めることができ、またその強度を強めることがで
きることから、記録特性の向上に対する効果も期待でき
る。
に用いる軟磁性材料から成る層30と、L10 形規則合
金薄膜層10(10’)との組み合わせにより適宜設計で
きるが、少なくとも情報記録の際に用いる磁気ヘッドが
発生する記録磁界を損ねない程度の膜厚、例えば10n
m程度以下の膜厚が好ましい。尚、本発明で言う処の
「非磁性材料」とは、室温において、反磁性、パラ磁
性、アンチフェロ磁性を示す材料を指すものとする。
0は、用いるL10 形規則合金薄膜10(10’)の飽和
磁化、情報記録の際に用いる磁気ヘッド、また記録再生
システムにより、合金、酸化物、多層膜、グラニュラー
膜から適宜に選ぶことができる。例えば、高い飽和磁化
を有するFeもしくはFe系合金、具体的にはFe−S
i合金(例えば、Si組成が1.5重量%)、Ni−F
e合金(例えば、重量組成比としてNi/Fe=1)を
用いると軟磁性材料は薄膜化でき、また高い透磁率を有
するNi−Fe合金(例えば、重量組成比としてNi/
Fe=4)を用いると高い記録感度が得られる。このよ
うなことから、Fe、Fe−Si合金、Ni−Fe合金
は特に好ましい。またアモルファス合金、例えばCo−
Zr−Nb合金を用いた場合は、記録媒体の表面平滑性
を向上させることができ、情報記録・再生の際に用いる
磁気ヘッドへの損傷を低減することができることから、
このような材料を用いることも好適である。
る磁気ヘッドの幾何学的な形状から設計することがで
き、具体的には単磁極型の記録ヘッドを用いる場合は5
0nm〜1μm程度までの膜厚で媒体を設計することが
可能であり、リングタイプの記録ヘッドを用いる場合は
5nm〜50nm程度の膜厚で媒体を設計することもで
きる。
パッタ製膜法」を用いて作製することができる。すなわ
ち、本発明の情報記録媒体の製造方法の1つの特徴は、
軟磁性層30と、非磁性層20と、下記A群から選ばれ
るL10 形規則合金情報記録層10(10’)とを、順次
に形成していくことで、磁気記録媒体の層構造として作
製する。但し、A群は、FePt規則合金、CoPt規
則合金又はFePd規則合金、及びこれらの合金とす
る。
す本発明の情報記録媒体を作製する一連の工程(S1
0,S20)によれば、軟磁性層の作製ステップ(S1
1,S21)と、非磁性層の作製ステップ(S12,S
22)と、上記L10 形規則合金情報記録層として、例
えばあらかじめ「溶解法」(S13a〜S13b)又は
他の作製法、例えば「焼結法」(S23a〜S23c)
のいずれかで作製しておいたスパッタターゲットを用い
るFePt層のスパッタ製膜法により作製するステップ
(S13,S23)と、により順次作製される。この
際、L10 形規則合金薄膜作製に用いられるターゲット
は溶解法で作製されたものを用いた場合の方が、焼結法
により作製されたものを用いた場合より、薄膜製膜の際
により低い基板温度でL10 形規則合金層が形成できる
ことから特に好ましい。
作製する手順は、図8(b)に示す手順で行う。すなわ
ち、FePt規則合金を用いる場合、真空誘導溶解炉ま
たは真空アーク溶解炉などを用い、融点以上の温度によ
り合金原料となるFeとPtを溶解し合金化する(S1
3a)。この工程で得られた合金は、その後粉砕して再
度溶解する工程により組成の均一化を図ってもよい。こ
のようにして得られた合金をスパッタターゲットとして
用いる為、所定の大きさ、形に成形・加工を行う(S1
3b)。またこの成形時に、圧延など、融点以下の温度
で熱処理を行うことで、組成や結晶粒の均一化を図るこ
ともできる。
によりスパッタターゲットを作製する手順は、図9
(b)に示す手順で行う。すなわち、FePt規則合金
を用いる場合、合金原料となるFeとPtをそれぞれ混
合しやすくする為に粉体化した後、得られた粉末を混合
する(S23a)。そしてこれを鋳型に入れて融点以下
で圧力を加えながら焼結を行い、所定の密度になる時、
この工程を終了する(S23b)。その後、スパタター
ゲットとして用いる為に、所定の大きさ、形に成形・加
工を行う(S23c)。
から成る層30はスパッタ製膜法だけでなく、例えば電
気化学的手法で作製することも可能であり、さらには軟
磁性材料で作製された基板、例えばフェライト基板を用
いることでその機能を果たすことも可能である。尚、本
発明において用いることの可能な基板の種類について
は、特に制約はないが、例えば、ガラス基板、Si基
板、サファイア基板、その他セラミックスなどを用いる
ことができる。
録媒体を評価するための評価基準としては、次なる評価
方法に従っていることを明記しておく。すなわち、
(1) 結晶構造の評価に関しては、Cu−Kα線を用
いたX線回折により行う。この際、結晶配向性の評価
は、評価すべき結晶格子面に対するロッキングカーブを
測定し、その半値幅を指標とする。また規則相の形成量
の評価については、T.Suzuki, N.Honda and K.Ouchi
(J.Magn. Soc. Jpn., 21-S2, 177 (1997))により示され
ている処の面心正方晶fct(001)回折線の面積積分
を膜厚で除算した値を指標とする。
を用いヒステリシスループを測定し、抗磁力を求めた。
またループの角形性は、残留磁化状態におけるカー回転
角に対する最大印加磁界(13kOe)におけるカー回
転角との比とする。
5.08m/sのもとで行った。二層膜垂直磁気記録媒
体に情報記録する場合は、記録用磁気ヘッドとして主磁
極厚が1μm、トラック幅10μmから成る薄膜単磁極
型ヘッドを用い、単層膜垂直磁気記録媒体に情報記録す
る場合は、記録用磁気ヘッドとしてギャップ長0.15
μm、トラック幅6.46μmのリングヘッドを用い
た。いずれの場合においても、再生用ヘッドとしてはシ
ールドギャップ長0.2μm、トラック幅1.2μmか
ら成る磁気抵抗ヘッドを用い、信号の再生を行った。
尚、分解能は、各記録密度に対する信号再生出力を測定
し、その最大出力値の半分の再生出力になる記録密度を
指標として定義する。
実施例を挙げ、それぞれを上記の評価方法にて従来技術
で得られたものと順次比較しながら、本発明がもたらす
作用効果について説明する。
は、図2(a)に示す層構造を有するものであり、次の
ようにして作製する。すなわち、ハードディスク基板上
に、膜厚10nmのMgO層を「RFマグネトロンスパ
ッタ法」により、次に膜厚70nmのCr層を「DCマ
グネトロンスパッタ法」により、次に本発明における軟
磁性層として膜厚500nmのFeSi層を「DCマグ
ネトロンスパッタ法」により、次に本発明における非磁
性層として膜厚1nmのMgO層を「RFマグネトロン
スパッタ法」により、さらに本発明における情報記録層
として膜厚13nmのFePt層を溶解法により作製し
たFePt合金(原子組成比としてFe/Pt=1)ス
パッタターゲットを用いた「RFスパッタ法」により順
次製膜する。この時、FePt層のスパッタ製膜条件
は、基板温度300℃、スパッタガス圧50Pa、ター
ゲット基板間距離は95mmである。尚、他のすべての
層のスパッタ製膜条件は、基板温度50℃、スパッタガ
ス圧0.2Pa、ターゲット基板間距離は50mmであ
る。
法で作製された情報記録媒体のX線回折パターンを示
す。図示の如く、FePt規則合金相の形成とその結晶
配向性が結晶格子面のミラー指数(001)であること
を示す回折パターンとなっている。このFePt層の結
晶格子面のミラー指数(001)に対するロッキングカ
ーブ半値幅は4.4度であり、次に例示する従来技術に
基づく比較例1の情報記録媒体に比べ、結晶配向性に優
れていることがわかる。また抗磁力は4.6kOe、角
形性は1であり、次に例示する比較例1の情報記録媒体
に比べ、特に角形性が著しく向上していることがわか
る。
記録媒体の記録再生特性評価の結果を示す。図示の如
く、本発明の情報記録媒体は、次に例示する比較例1、
2の情報記録媒体に比べ、高い再生出力を示し、また2
20kFRPIの高い分解能を示すことがわかる。
1つの比較例として、図2(b)に例示の層構造をも
ち、次のような従来技術に基づく二層膜垂直磁気記録媒
体を作製する例を挙げる。すなわち、上記実施例1に記
載の情報記録媒体を構成する本発明による非磁性層を持
たない情報記録媒体を作製する。つまりこの比較例1の
記録媒体は、ハードディスク基板上にMgO層51とC
r層41とFeSi層31とFePt層11が順次形成
された従来構造の二層膜垂直磁気記録媒体である。尚、
各層の作製条件は、実施例1記載の対応する各層のスパ
ッタ製膜条件と同じである。この比較例1におけるFe
Pt層11の結晶格子面のミラー指数(001)に対す
るロッキングカーブ半値幅は6.1度であり、実施例1
に比べ結晶配向性が悪いことがわかる。また抗磁力は
4.1kOe、角形性は0.8であり、特に角形性が著
しく劣っている。一方、上記実施例1の情報記録媒体は
これに比べて優れている。
例1の情報記録媒体は、実施例1の情報記録媒体に比べ
再生出力が低く、更に分解能は140kFRPIと著し
く低い値であることがわかる。一方、上記実施例1の情
報記録媒体はこの再生出力と分解能の二点でも優れてい
ることが明らかである。
もう1つの比較例として、図2(c)に例示の層構造を
もち、次のような従来技術による単層膜垂直磁気記録媒
体を作製する。すなわち、上記実施例1記載の情報記録
媒体を構成する本発明による軟磁性層と非磁性層を持た
ない情報記録媒体を作製する。つまりこの比較例2の媒
体は、ハードディスク基板上にMgO層とCr層とFe
Pt層が順次形成された従来構造の単層膜垂直磁気記録
媒体である。この比較例2の情報記録媒体は、図4
(b)に示すように、実施例1の情報記録媒体に比べ、
再生出力が著しく低く、更に分解能も190kFRPI
と低い値であることがわかる。よって、この比較でも上
記実施例1の情報記録媒体は再生出力、分解能において
優れている。
の層構造を示している。この例では、前述した実施例1
に記載の情報記録媒体(図2(a))を構成する本発明
に係わる非磁性層のみを、特に、膜厚10nmのCr層
に変えて媒体を作製する。
体におけるFePt層の結晶格子面のミラー指数(00
1)に対するロッキングカーブ半値幅は5.5度、さら
に抗磁力は5.1kOeを示し、従来技術に基づく比較
例1の情報記録媒体に比べ、結晶配向性及び抗磁力が共
に増大していることがわかる。
録媒体の層構造としては、実施例1に記載の情報記録媒
体(図2(a))を構成する本発明に係わる情報記録層
となるFePt層の膜厚のみを、特に5nmに変えて媒
体を作製してもよい。
体における抗磁力は1.8kOeを示す。この値は次に
例示する同じ情報記録層膜厚をもつ比較例3の情報記録
媒体に比べ抗磁力が大きいことがわかる。従って、本発
明における媒体構造は情報記録層膜厚が5nmと薄い場
合でも使用できることを示している。
報記録媒体を構成するFePt層の膜厚のみを、5nm
に変えて媒体を作製する。この媒体における抗磁力は
0.2kOeとかなり小さく記録媒体として用いること
が困難である。従って、従来技術による二層膜垂直磁気
記録媒体構造では情報記録層厚が5nmと薄くすること
が困難である。一方、この点において、実施例3の構造
では薄くできる点で優れている。
録媒体の層構造を示している。この例では、上述した実
施例1に記載の情報記録媒体(図2(a))を構成する
軟磁性層を500nmのFe層32に変え、FePt層
11の膜厚を43nmとし、他は同じ構成から成る媒体
を作製する。この際、本発明による情報記録層となるF
ePt層11は、溶解法により作製するFePt合金
(原子組成比としてFe/Pt=1)スパッタターゲッ
トを用い、スパッタガス圧50Pa、ターゲット基板間
距離は50mm、さらに基板温度を200℃、300
℃、400℃と変えて「RFスパッタ法」により製膜を
行う。
4により作製したそれぞれの媒体のFePt層における
規則相形成量の評価を行った結果を示す。図示の如く、
次に例示する比較例4と比べ低い基板温度で規則相が形
成されていることを示し、媒体作製工程上好ましい情報
記録媒体であることがわかる。
体を構成する本発明による情報記録層11’を図6
(b)の如く「焼結法」により作製したFePt合金
(原子組成比としてFe/Pt=1)スパッタターゲッ
トを用い、基板温度として300℃、400℃、500
℃のもとでFePt層を製膜した事以外は同じ方法で、
媒体を作製することも可能である。
り作製された媒体におけるFePt層においては、実施
例4に比べて、規則相形成するために高い基板温度が必
要となることがわかる。よって、温度の高さとそれに伴
なうコストの問題が許せば、このような製造方法も有効
である。
例と具体的な複数実施例に従って本発明を説明したが、
本発明はこれらにより限定されるものではなく、例え
ば、成膜される層の厚さなどは、その層構造が実質的に
等価である限り適宜に変更、組合せができる。そのほか
にも本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が
可能である。
いれば、高い再生出力と高い分解能を両立することがで
きる。また本発明の垂直磁気記録媒体は結晶磁気異方性
の大きいL10 形規則合金薄膜を用いていることから、
情報の保存安定性に優れた効果を有する記録媒体を提供
できる。さらに、非磁性材料から成る層によりL10 形
規則合金薄膜の結晶性、結晶配向性および磁気特性が向
上することから、当該情報記録層の薄膜化も可能であ
り、将来の高密度記録に有望な情報記録媒体となる。
の基本的な層構造図。
体の層構造図、図2(b)は、実施例1に対する比較例
1の情報記録媒体の層構造図、図2(c)は、実施例1
に対する比較例2の情報記録媒体の層構造図。
るX線回折パターンを示すグラフ、図3(b)は、実施
例1の記録再生信号の記録密度依存性(記録分解能)を示
すグラフ。
再生信号(記録分解能)を示すグラフ、図4(a)は、比
較例2の情報記録媒体の記録再生信号(記録分解能)を示
すグラフ。
構造図。
による情報記録媒体の層構造図、図6(b)は、実施例
4に対する比較例4として焼結法による情報記録媒体の
層構造図。
体における製膜時の基板温度とL10 形規則相形成量の
関係を示すグラフ、図7(b)は、実施例4に対する比
較例4における規則相形成量の評価を示すグラフ。
を作製する製造工程と溶解法を示すブロックフローチャ
ート。
を作製する製造工程と焼結法を示すブロックフローチャ
ート。
体の基本的な層構造図。
Claims (6)
- 【請求項1】 軟磁性材料から成る層と、非磁性材料か
ら成る層と、下記A群から選ばれるL10 形規則合金情
報記録層が順次形成された層構造を有することを特徴と
する情報記録媒体。但し、A群は、FePt規則合金、
CoPt規則合金又はFePd規則合金、及びこれらの
合金。 - 【請求項2】 前記A群から選ばれるL10 形規則合金
情報記録層の結晶格子面のミラー指数(001)が上記
記録層の面と平行になるように形成されていることを特
徴とする、請求項1に記載の情報記録媒体。 - 【請求項3】 前記非磁性材料がMgOであることを特
徴とする、請求項1に記載の情報記録媒体。 - 【請求項4】 前記軟磁性材料は、下記B群から選ばれ
ることを特徴とする、請求項1に記載の情報記録媒体。
但し、B群は、Fe、Fe−Si合金又はNi−Fe合
金。 - 【請求項5】 軟磁性層と、非磁性層と、下記A群から
選ばれるL10 形規則合金情報記録層とを、順次作製す
ることを特徴とする情報記録媒体の製造方法。但し、A
群は、FePt規則合金、CoPt規則合金又はFeP
d規則合金、及びこれらの合金。 - 【請求項6】 前記L10 形規則合金情報記録層の作製
において、溶解法により作製されたスパッタターゲット
を用いるスパッタ製膜法により、該L10 形規則合金情
報記録層を作製することを特徴とする、請求項5に記載
の情報記録媒体の製造方法。
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