JP3965404B2 - 磁気記録媒体及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、垂直磁気記録媒体及びその製造方法とそれを用いた磁気記録媒体に係り、特に優れた信頼性を有し、高密度に磁気記録が可能な磁気記録媒体、及びその製造方法に関する。
大型コンピュータ、ワークステーション、パーソナルコンピュータ等の記憶装置に用いられる磁気ディスク装置は年々その重要性が高まり、大容量小型化へと発展を遂げている。磁気ディスク装置の大容量小型化には高密度化が不可欠である。その為近年、従来の面内磁気記録方式に比べて高密度化が可能な垂直磁気記録方式による製品実用化が急がれている。垂直磁気記録方式に用いる磁気記録媒体として、ガラス基板やアルミニウムにニッケルリンメッキを施した剛性の非磁性基体上に密着層、軟磁性層、中間層、グラニュラー磁性層を設ける層構成が用いられることがある。
従来より、スパッタリングによる成膜技術を用いて作製される磁気記録媒体には、磁性膜を磁気ヘッドによる摺動から保護する目的でダイヤモンドライクカーボン(DLC)保護膜を設けており、その膜厚は5nm以下にまで薄膜化されている。近年では、また、磁気ヘッドと磁気記録媒体の摩擦を低減する目的で保護膜の上にはパーフルオロポリエーテル液体潤滑剤を用いるのが一般的である。
特許文献1には、炭化水素ガスを用いたケミカルベーパーデポジション(CVD)法により炭化水素ラジカルと炭化水素イオンを基板に堆積させたDLC保護膜が開示されている。また、特許文献2には、磁気ヘッドの浮上性の観点から、DLC保護膜においては、水素含有量が35%以下が望ましいことが開示されている。
特許文献3には、非磁性高分子基板上のグラニュラー磁性膜に適用する保護層を成膜する際に炭化水素系ガスと水素を用いてCVD法をする方法が開示されている。また、基板にプラスチック基板を用いるため、基板にバイアスを印加しない方式が好ましいことが開示されている。
特開平4−90125号 特開2004-152462 特開2004-30803
本願の発明者らは、面内磁気記録方式が磁気特性を向上させる為に基板温度を200〜400℃に加熱するのに対して垂直磁気記録方式に用いるグラニュラー磁性層は概ね75℃以下でないと磁気特性が向上できないことに着目した。従来の面内磁気記録媒体は基板温度が高温である為、CVD法による成膜中に一旦基板表面に到達した結合力の弱い炭化水素ラジカルが再脱離し炭化水素イオンの打ち込みによるスパッタ効果と相まって磁性膜上に残る保護膜としては結合力の強いDLC膜を生成できる。しかしながら、グラニュラー磁性層を用いる垂直磁気記録媒体では基板温度が75℃以下と低い為に炭化水素ラジカルの再脱離が起こりにくく、結合力の弱く保護膜層としての機能を十分に果たせないDLC膜または非常にやわらかいポリマーライクカーボン(PLC膜)を極めて速い成膜速度で生成しやすく磁気ヘッドの衝撃から磁性層を保護できない、耐食性が良くないといった問題が発生しやすい。また、この場合のDLC膜またはPLC膜は水素含有量が40%以上となり磁気ヘッド浮上性も劣化する。
これらの問題点に対して炭化水素ガスの材料供給量を低減して成膜速度を遅くしようとすると放電可能な最低ガス圧が障壁となる。放電可能な範囲で材料供給量を減らし5nm以下の極薄膜を1〜2secの短い時間で安定な制御を行い作製することは工業的な困難を伴い、またこの方法で作製したDLC保護膜では十分な磁気ヘッド浮上性、耐食性、耐衝撃性は得られない。
さらに材料供給量を低減しても圧力が維持できるように排気コンダクタンスを小さくした場合、チャンバー内でプラズマの偏りが起こり基板上に均一に成膜できないといった問題が起こる。また保護膜中の水素含有量は40%程度となり磁気ヘッド浮上性は改善できない。
本発明は上記の如き問題点を解消する為になされたものであり、目的は、グラニュラー磁性膜を用いた垂直磁気記録媒体の如き比較的低温で作製される垂直磁気記録媒体においてDLC保護膜層の形成速度を安定制御できる領域にまで低減し、結合力の強いDLC保護膜層を付与し耐食性、磁気ヘッドによる耐摺動性を供し、さらにはDLC保護膜層の水素含有量を30%以下に低減することで磁気ヘッド浮上安定性に優れた垂直記憶媒体及びその製造方法を提供することにある。
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
非磁性基板上に少なくとも密着層と、軟磁性層と、グラニュラー磁性膜と、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)保護膜とを順次形成して成る磁気記録媒体において、DLC保護膜は、基板にバイアス電圧を印加した状態で炭化水素ガスと水素ガスを用いてケミカルベーパ−デポジション(CVD)法で形成する。炭化水素ガスとしては、メタン、エタン、エチレン、アセチレンガスの内少なくとも一つが望ましい。
本発明により低温で作製されるグラニュラー磁性膜を用いた垂直磁気記録媒体において磁気ヘッドの耐摺動性、低浮上性及び耐食性に優れた垂直磁気記録媒体を実現する事が出来る。
以下、図面に従い本発明の一実施例を詳細に説明する。
図1は本発明の垂直磁気記録媒体の断面を模式的に示したものである。1は非磁性基板、2はNiTa密着層、3は軟磁性層、3aはCoTaZr下部軟磁性層、3bはRu層、3cはCoTaZr上部軟磁性層、4はTa中間層、5はRu中間層、6はCo合金グラニュラー磁性層、7は保護膜層、8…潤滑層、をそれぞれ示している。
図2は垂直磁気記録媒体のグラニュラー磁性層上にDLC保護膜層を形成する成膜装置の概要を模式的に示した説明図である。尚、非磁性基板上に磁性層を形成するまでの工程は、以下に示すような通常の製造方法に従って行ったので製造装置の図面は省略する。
まず、用いるソーダライムガラス基体1(外径65mm、内径20mm、厚さ0.85mm)の洗浄を十分行なった。これを約1.3×10E−5Pa以下(1.0×10E−7Torr)まで排気された真空槽内に導入した。最初に密着層形成室に搬送しAr雰囲気約0.8Pa(6mTorr)の条件下でDCマグネトロンスパッタリング法によりNi−37.5at% Ta密着層2を35nm形成した。続いて下部軟磁性層形成室に搬送し、Ar雰囲気約0.8Pa(6mTorr)の条件下でDCマグネトロンスパッタリング法によりCo−5at%Ta−3at%Zr合金下部軟磁性層3aを60nm成膜した。続いて反強磁性結合誘発層形成室に搬送しAr雰囲気約0.8Pa(6mTorr)の条件下でDCマグネトロンスパッタリング法によりRu層3bを0.5nm形成した。続いて上部軟磁性層形成室に搬送し、Ar雰囲気約0.8Pa(6mTorr)の条件下でDCマグネトロンスパッタリング法によりCo−5at%Ta−3at%Zr合金上部軟磁性層3cを60nm成膜した。続いて基板冷却室に搬送しスパッタによる熱の影響で上昇した基板温度を60℃まで低下した後、Ta中間層形成室に搬送し、Ar雰囲気約0.9Pa(7mTorr)の条件下でDCマグネトロンスパッタリング法により、Ta中間層4を2nm形成した。続いてRu中間層形成室に搬送し、Ar雰囲気約1.5Pa(10mTorr)の条件下でDCマグネトロンスパッタリング法により、Ru中間層5を12nm形成した。さらに磁気記録層形成室に搬送し、Ar雰囲気約0.9Pa(7mTorr)の条件下でDCマグネトロンスパッタリング法により、90mol%(Co−15at%Cr−18at%Pt)10molSiO2合金からなるグラニュラー磁気記録層6を20nm形成した。この磁気記録層まで形成した基板を用い、以下に述べる本発明に関わるカーボンを主成分とし水素を有するDLC保護膜層7を形成した。
前記基板1としては、Ni−Pを無電解めっきを施したAl−Mg合金基板等、バイアス電圧を印加することができる基板を用いることが望ましい。尚、ソーダライムガラス、化学強化したアルミノシリケート、シリコン、硼珪酸ガラス等からなるセラミックス、または、ガラスグレージングを施したセラミックス等からなる非磁性の剛体基板等は、メタル膜(グラニュラー磁性膜)形成後に基板端面にバイアス電圧を印加する為の電極を接触させる等の手段を用いることで使用することが可能である。
密着層2は、ソーダライムガラスからのアルカリ金属の電気化学的溶出を防ぐため、またガラスと軟磁性層との密着性を向上するために設けてあるもので、厚さは任意である。また、特に用いる必要がなければ省略することもできる。
また密着層2と軟磁性層3の間に軟磁性裏打ち層を設けても構わない。この場合の代表的な構成として密着層2の上にNi−18at%Feを6nm、Fe−50at%Mnを17nm、Co-10at%Feを3nmをこの順に順次成膜して軟磁性層3を設けた。
中間層4として、NiFe合金、NiTa合金、TaTi合金等を用いることも可能である。
基板冷却工程は上部軟磁性層3aの後ではなく上部軟磁性層3aの前、グラニュラー磁性層6の前に設ける事もでき、さらにこれらを複数組み合わせても構わない。少なくとも、グラニュラ-磁性層を形成する前に基板の温度が磁気特性を悪化させない程度に下がっていれば基板冷却工程を省略してもよい。
磁性層6まで積層した基板1を真空槽内から出すことなく、図2に示す保護膜層形成室21に搬送した。この保護膜層形成室21は、13.56MHzの高周波(Radio Frequency(RF))電源から整合回路を経て高周波の印加されるRF電極22を備えている。そして、これらは基板1の両サイドに左右対称に設けてあり、両面同時に成膜出来る構造となっている。この保護膜層形成室21をターボモレキュラポンプ23で排気しながら、保護膜層形成室上方のガス導入口24からエチレンガス(C24)等の炭化水素ガスをマスフローコントローラを介し、同時に水素(H2)ガスをマスフローコントローラを介し導入した。炭化水素ガスは、一分子当たり炭素原子が二つ以下のメタン、エタン、エチレン、アセチレンガスを用いることにより、成膜速度を抑制し、極薄膜を形成することができる。このときエチレンの流量を130sccm(Standard Cubic centimeter per minutes)一定とし、水素の流量を0〜150sccmに変化させ数種類のサンプル作製に対応させた。この時保護膜層形成室の圧力はバラトロンゲージの読み値で2.0〜3.5Paであった。なお、2.0Paは当該の保護膜形成室を用いて高周波によるケミカルベーパーデポジション法(RF-CVD)を行う場合、工業的に安定してプラズマを誘引できる最低圧力との認識である。さらに別の方法として、保護膜層形成室の圧力をバラトロンゲージの読み値で2.0Paとなるように水素とエチレンガスの比率(H2/C24)を0/1〜3/1の範囲で変化させ数種類のサンプル作製に対応させた。
それぞれのサンプル作製には上記のごとくガスを導入しはじめてから0.5sec後にRF電極に1200Wを印加しプラズマを誘引した。同時に電位がグランド及びRF電極から絶縁されたアルミニウム合金からなる不図示の電極を基板端面に接触させ基板へバイアス電圧を-250V印加した。この時RF電極のセルフバイアスは−950〜−1050V、基板側へのバイアス電流は基板把持具分も含めてトータル0.81〜0.93Aであった。このRF-CVDを用いプラズマを保持する時間を調節することで、Co−Cr−Pt−SiO2グラニュラー 合金磁性層6の上に炭素を主成分とし水素を含有するDLC保護膜層7を4.0nm形成した。基板バイアスを印加することにより、イオン打ち込みの効果が得られ、十分な結合力を持ったDLC保護膜を得ることが出来る。その結果、以下述べるように5nm以下の膜厚で十分な磁気ヘッド浮上性、耐食性、耐摺動性を得ることが出来る。
上記の手法により作製したサンプルの成膜速度を図3及び図4に示す。すなわち、図3に示すようにエチレン流量(C2H4FLOWRATE)を130sccm一定とし水素流量(H2FLOWRATE)を0〜150sccmで変化させた場合(水素/エチレン流量比率は0/1〜1.15/1)、水素/エチレン流量比率(H2/C2H4 RATIO)の増加に従って成膜速度(Form Rate LAYER 7)は約2.0nm/sから約1.6nm/sに低下した。また図4に示すように2.0Pa一定とした場合には水素/エチレン流量比率(H2/C2H4RATIO)が0/1〜3/1の範囲で水素/エチレン流量比率の増加に従って成膜速度(Form Rate LAYER 7)が約2.0nm/sから約1.1nm/sに低下した。すなわち炭化水素ガスを用いたRF-CVDによるDLC保護膜層の形成手法において水素を混合することで成膜レートの低減効果があることを確認した。
次に上記手法により作製したサンプルの膜中の水素量について述べる。水素含有量の測定には、DSIMS(Dynamic Secondary Ion Mass Spectroscopy)を用い、HFS(Hydrogen Forward scattering)で検量した。DSIMS測定装置はアルバックファイ社製ADEPT1010を用いCs 350V,20nA、測定エリア700um、取り出し角80度で133Cs2+1Hと133Cs+12Cの比率をH/Cとして数値化した。HFSは、神戸製鋼所製高分解能RBS分析装置HRBS500を用い、ビームエネルギー480KeV、イオン種N2+、散乱角30度、ビーム入射角は試料法線に対し70度、試料電流約1.5nA、ビーム照射量約310nC、測定エネルギ範囲60〜95KeVとした。上記測定条件により窒素イオンにより反跳された水素イオンを磁場型検出器により検出した。また、水素の含まれていない既知のサンプルをバックグランドとして用いた。
上記手法により作製したサンプルの膜中の水素量は図5に示すようにエチレン流量(C2H4FLOWRATE)を130sccm一定とし水素流量(H2FLOWRATE)を変化させた場合、水素/エチレン流量比率(H2/C2H4RATIO)が0/1から0.5/1の範囲で炭素に対する水素の比H/Cは0.3から0.2に減少し、水素/エチレン流量比率(H2/C2H4 RATIO)が0.5/1以上で増加炭素に対する水素の比H/Cは増加に転じた。すなわち図6で検量すると、水素の添加がない場合、保護膜中の水素量(Hydrogen Content)が約35at%に対してエチレンに水素ガスを混合することで保護膜中の水素量を約25%にまで低減できる事を示している。さらに2.0Pa一定とした場合には水素/エチレン流量比率が0/1〜1.8/1の範囲で炭素に対する水素の比H/Cは0.3から最少で0.17にまで減少する。すなわち保護膜中の水素量は約35%から20%にまで低減できた。
さらに、上述した手法によって作製したサンプルの別の複数枚のディスクを用いてDLC保護膜7の上に周知の方法でフルオロカーボン系の潤滑材層8を設けた。この厚みはフーリエトランスファー赤外分光分析装置(FT−IR)で定量し全てのサンプルに対して1.2nmとなるようにした。
これらフルオロカーボン系の潤滑材層8を設けた複数枚のディスクを用い以下に示すヘッドの浮上安定性にかかわる評価、及び信頼性、耐食性に関わる評価を行った。
磁気記録媒体の浮上安定性の評価として,圧電素子が搭載されているヘッド(グライドヘッド)によるグライドノイズを測定した。
グライドノイズ(Have)とは,グライドヘッドが磁気記録媒体上を浮上している際に圧電素子から出力されるノイズのことである。Haveが大きいと,スライダが磁気記録媒体上を安定に浮上していないことを意味する。Haveの測定方法は次の通りである。回転運動している磁気記録媒体上でグライドヘッドを浮上させ,磁気記録媒体の半径位置16.5mmから32.0mmまで0.05mmずつ移動させた。各半径位置毎に,圧電素子のノイズを磁気記録媒体の一周分測定し,その平均値を求めた。さらに各半径位置毎の平均値を平均し,磁気記録媒体のグライドノイズと定義した。ここで,グライドヘッドの浮上量は8nmであった。通常,グライドヘッドは回転している磁気記録媒体との相対速度が変化すると,浮上量が変化する。そこで,浮上量の変化を避ける為に,グライドヘッドの移動毎に,磁気記録媒体の回転数を変化させ,半径位置が変化しても相対速度が一定になるように制御した。また,圧電素子の電圧は増幅器と周波数分別器を通して出力したが,増幅器の利得は60dB(デシベル),周波数分別器の帯域は100kHzから2MHzとした。
この評価の結果を図7に示す。すなわち、グライドノイズHaveは水素ガスの混合により低減でき、水素/エチレン流量比率(H2/C2H4 RATIO)が0.5〜2.0の範囲でとくに良好な結果が得られた。Haveが25mVを超える円板では磁気ヘッドとの組み合わせにおいて記録の書きこみ読み出しが安定して出来なくなる。
磁気記録媒体の信頼性評価として,スクラッチダメージに対する強度を試験、測定した。
スクラッチダメージに対する強度試験を以下に説明する。磁気ディスクと磁気ヘッドを搭載した磁気ディスク装置内に,平均粒径0.2μmのアルミナ粉を噴霧し,磁気ヘッドを円板上で5分間スイープする。このとき,磁気ヘッドの浮上量は10nm,ヘッドスイープ周波数は1Hz,磁気ディスクの回転数は4200min-1であった。なおアルミナ粉は,噴霧器に約3μg入れられ,磁気ディスク装置に実装された磁気ディスク表面上の約10cm上から噴霧された。その後,円板表面に45°の角度から白色光を入射し,円板表面からの散乱光をCCDで位置分解し,画像処理することで,任意の閾値以上のスクラッチを計数した。
この評価の結果を図8に示す。すなわちスクラッチカウント(Scratch Counts)は水素ガスの混合により低減でき、水素/エチレン流量比率(H2/C2H4 RATIO)が0.5以上の範囲でとくに良好な結果が得られた。
磁気記録媒体の耐食性は以下の条件にて評価した。温度が60℃で,相対湿度が95%の温湿度環境槽内に4日間,磁気ディスクを放置する。4日後,温湿度環境槽から磁気ディスクを取り出し,米国Candela Instruments社製Optical Surface Analyzer Model 2120のCorrosion Analysis測定によって,磁気ディスク表面の腐食点(Corrosion Counts)を計数した。
この評価の結果を図9に示す。すなわち耐食性は水素ガスの混合により向上でき、水素/エチレン流量比率(H2/C2H4 RATIO)が0.23以上の範囲でとくに良好な結果が得られた。
以上の結果を纏めると、RF-CVD法によるDLC保護膜層の形成に用いる炭化水素(エチレン)ガスに水素ガスを混合することで保護膜層の形成速度を抑制でき、保護膜中の水素量を低減できる。水素ガスの混合により材料ガスである炭化水素ガスの供給量を低減しても高密度なプラズマを安定して得ることが可能となる。その際に、基板にバイアス電圧を印加することにより、プラズマ中の水素イオンが基板近傍のシースにより加速され基板上で結合力の弱い炭化水素ラジカルと結合し再ガス化して取り去ること、水素ラジカルもシースにより加速はされないが基板上で同様の働きをすることで成膜速度の低減効果と保護膜中の水素量の低減効果を得ることが可能となる。さらに上述の手法によって作製したグラニュラー磁性層を備える垂直磁気記録媒体はH2/C24を0.5〜2.0の範囲にすることで保護膜層が4.0nmと極めて薄い状態であってもヘッドの低浮上安定性に優れ、耐摺動信頼性、耐食性に優れていると言う事が証明された。
本発明の実施例に関わる垂直磁気記録媒体の断面模式図 保護膜形成室の概略図 水素/エチレン比率と成膜速度 水素/エチレン比率と成膜速度 水素/エチレン比率と保護膜層のH/C 保護膜層の水素量と保護膜層のH/C 磁気ヘッド浮上性の評価結果 耐摺動信頼性の評価結果 耐食性の評価結果
符号の説明
1…非磁性基板、2…密着層、3…軟磁性層、3a…下部軟磁性層-1、3b…反強磁性結合誘発層、3c…上部軟磁性層-2、4…中間層、5…中間層、6…グラニュラー磁性層、7…保護膜層、8…潤滑層、21…保護膜層形成室、22…電極、23…ターボモレキュラーポンプ、24…ガス導入口

Claims (6)

  1. 非磁性基板上に少なくとも密着層形成する工程と、軟磁性層を形成する工程と、前記非磁性基板を冷却する工程と、グラニュラー磁性膜を形成する工程と、前記非磁性基板を冷却した状態でダイヤモンドライクカーボン保護膜を炭化水素ガスと水素ガスを用いてCVD法により形成する工程と、を有し、
    ダイヤモンドライクカーボン成膜工程において、前記炭化水素ガスから分離した炭化水素ラジカルが付着した前記非磁性基板にバイアス電圧を印加して前記炭化水素ラジカルを再脱離させる工程を含むことを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。
  2. 請求項1に記載の垂直磁気記録媒体の製造方法は、さらに 前記グラニュラー磁性膜を形成する工程の前に中間層を形成する工程とを有することを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。
  3. 請求項2に記載の垂直磁気記録媒体の製造方法において、前記炭化水素ガスは、エチレンガス、アセチレンガス、メタンガス、エタンガスの内少なくとも一つであることを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。
  4. 請求項2に記載の垂直磁気記録媒体の製造方法において、
    炭化水素ガスにエチレンガスを用い、エチレンガスと水素ガスの体積流量比率(H2/C2
    4)を0.5以上2以下とすることを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。
  5. 請求項1に記載の垂直磁気記録媒体の製造方法は、さらに前記保護膜を形成する工程後に潤滑層を形成する工程を有し、前記非磁性基板はガラス基板であることを特徴とする垂直磁気記憶媒体の製造方法。
  6. 請求項5に記載の垂直磁気記録媒体の製造方法において、
    前記軟磁性層は、第1軟磁性膜と、第2軟磁性膜と、前記第1と第2軟磁性膜との間に配置されたRu層とを具備し、 前記グラニュラー磁性膜は、コバルトと、クロムと、白金と、二酸化シリコンとを含有することを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。
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