JP4072753B2 - 垂直磁気記録媒体の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は垂直磁気記録媒体の製造方法に関し、各種磁気記録装置に搭載される垂直磁気記録媒体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気記録の高密度化を実現する技術として、従来の長手磁気記録方式に代えて、垂直磁気記録方式が注目されつつある。垂直磁気記録媒体は主に、硬質磁性材料の磁気記録層と、磁気記録層の結晶性を高めるための下地層、磁気記録層の表面を保護する保護膜、および軟磁性材料の裏打ち層から構成される。
【０００３】
この軟磁性裏打ち層は、記録層への記録に用いられる磁気ヘッドが発生する磁束を集中させる役割を担うものである。軟磁性裏打ち層は、あった方が媒体の性能は高くなるが、無くても記録は可能なため、省略した構成のものもある。このような軟磁性裏打ち層が省略されたものを単層媒体、あるものを二層媒体と呼ぶ。
【０００４】
垂直磁気記録媒体においても、長手磁気記録媒体と同様、高記録密度化の為には、高熱安定性と低ノイズ化の両立が必須である。特に、垂直媒体では、反磁界の影響により、ビット内で記録磁化方向とは反対向きの逆磁区が発生し易い。これに起因するノイズを「逆磁区ノイズ」と呼び、逆磁区ノイズは時間と共に増加し、信号劣化の発生要因となる。「逆磁区ノイズ」を無くすためには、垂直方向の結晶磁気異方性Ｋｕを高め、磁化特性を示すＭ−Ｈループの角型比Ｓを１に近づける必要がある。
【０００５】
一方、低ノイズ化のためには、結晶粒径の微細化及び均一化が求められる。また、粒径を微細化しただけで磁気的な粒間相互作用が大きい場合は、粒子が多数磁気的に結合し、大きなサイズの磁化反転単位が形成されてしまい、ビットの微細化は困難となる。したがって、粒径の微細化と同時に、磁気的な粒間相互作用を小さくすることも必要である。
【０００６】
Ｋｕは材料物性への依存性が大きいため、高Ｋｕ材料・組成を選択することが重要である。例えば、ＣｏＣｒからなる磁気記録層材料を用いる場合は、適宜にＰｔを添加することによりＫｕを増加させている。また同時に、Ｋｕは材料の結晶性にも依存することから、結晶性を高めることも必要である。
【０００７】
低ノイズ化のためには、例えばＣｏＣｒからなる磁気記録層材料では、磁気記録層成膜前に適度に基板加熱をすることに加え、ＴａやＢ等を添加することにより、磁性層結晶粒の微細化と結晶粒界へのＣｒの偏析を促進し、磁気的な粒間相互作用の低下を実現している。また、下地層を用いてその結晶粒径を低減し、上の磁気記録層をエピタキシャル成長させることにより、磁気記録層の結晶粒径を低減させる手法も用いられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述した通り、垂直磁気記録媒体において高記録密度化を達成するためには、角型比Ｓを１に近づけることと、磁気記録層結晶粒径の微細化・均一化及び粒間相互作用の最適化を同時に満たす必要がある。
【０００９】
しかしながら、一般に結晶粒径を微細化かつ粒間相互作用を低減していくとＫｕの低下が認められ、これに伴い角型比Ｓの低下が認められる。例えば、前述したＣｏＣｒからなる磁気記録層材料にＴａあるいはＢを添加した場合は、添加物の量に比例して結晶粒径の低減が認められるが、同時に角型比Ｓが低下し、高Ｋｕと粒径微細化／磁気的相互作用はトレードオフの関係にある。
【００１０】
また、従来の長手磁気記録媒体では、ＴａあるいはＢの添加により、前述の粒径微細化に加えＣｒの偏析効果が認められるが、垂直磁気記録媒体の磁気記録層では、長手磁気記録媒体において認められたようなＣｒの偏析が促進され難いことが明らかになっている。以上のことが、垂直磁気記録媒体の高記録密度化の障害となっていた。
【００１１】
そこで本発明の目的は、磁気記録層あるいは下地層を形成する際に新しいプロセス技術を適用することにより上記の課題を解決して、高記録密度化の可能な垂直磁気記録媒体の製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するための新しいプロセスとは、スパッタ法で磁気記録層、或いは下地層を形成する際、従来は連続直流電圧印加による連続放電により成膜を行っていたものを、新しく直流パルス電圧印加による断続的な放電により成膜を行うものである。
【００１３】
すなわち、本発明に係る垂直磁気記録媒体の製造方法では、非磁性基体上に下地層を成膜し、さらに、該下地層の直上に磁気記録層、保護膜、および液体潤滑剤層を順次積層して成膜するにあたり、前記下地層および／または前記磁気記録層のスパッタ法による各成膜時に、前記下地層および／または前記磁気記録層にパルス電圧印加による断続放電を行なって成膜し、該放電オフ時の該印加パルス電圧がアース電位または負電位である形態とした。
【００１４】
ここで、放電時間をａ［ｓｅｃ］、放電停止時間をｂ［ｓｅｃ］、反転周期をＴ＝１／（ａ＋ｂ）［Ｈｚ］としたときに、１０^−９≦ｂ≦１０^−１および１≦Ｔ≦１０^６を同時に満たすパルス電圧を用いて前記断続放電を行なう形態とすることもできる。
【００１５】
上記製造方法によって製造された垂直磁気記録媒体は、Ｃｒを含む磁気記録層のみにパルス電圧印加による断続放電が適用されたものは、結晶粒の微細化／均一化とＣｒの偏析が促進されている。
【００１６】
また上記製造方法によって製造された垂直磁気記録媒体は、下地層のみにパルス電圧印加による断続放電が適用されたものは、下地層の結晶粒径が微細化／均一化し、さらに、上の磁気記録層の結晶粒径の微細化／均一化も実現されている。
【００１７】
また上記製造方法によって製造された垂直磁気記録媒体は、磁気記録層および下地層にパルス電圧印加による断続放電が適用されたものは、さらに上記の効果が増大している。
【００１８】
一方、Ｋｕ値は連続放電の場合と同等の値を保っている。すなわち、本発明に係る新しいプロセスを用いた垂直磁気記録媒体によれば、高Ｋｕを維持したまま、結晶粒径を微細化／均一化し、なおかつ粒間の磁気的相互作用を低減できることとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい形態について説明する。
【００２０】
図１は本発明に係る垂直磁気記録媒体の製造方法の一実施形態により製造される二層媒体の模式的断面図である。この垂直媒体は非磁性基体１上に、少なくとも下地層２、磁気記録層３、及び保護膜４が順に形成された構造を有しており、さらにその上に液体潤滑剤層５が形成されている。なお、二層媒体とする場合には、磁気記録層３より下層（図では非磁性基体１上）に軟磁性裏打ち層１１を設けることができるが、軟磁性裏打ち層１１は本発明に必須の要素ではない。
【００２１】
非磁性基体１としては、通常の磁気記録媒体用に用いられる、ＮｉＰメッキを施したＡｌ合金や強化ガラス、結晶化ガラス等を用いることができる。また、基板加熱温度を１００℃以内に抑える場合は、ポリカーボネイト、ポリオレフィン等の樹脂からなるプラスチック基板を用いることもできる。
【００２２】
軟磁性裏打ち層１１としては、結晶のＮｉＦｅ合金、センダスト（ＦｅＳｉＡｌ）合金等、微結晶のＦｅＴａＣやＣｏＴａＺｒ，非晶質のＣｏ合金であるＣｏＺｒＮｂ等を用いることができる。軟磁性裏打ち層１１の膜厚は、記録に使用する磁気ヘッドの構造や特性によって最適値が変化するが、おおむね１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度であることが、生産性との兼ね合いから望ましい。
【００２３】
下地層２は、上層の磁気記録層３の結晶配向性や結晶粒径等を制御することを基本的な目的として設けられる。磁気記録層３にＣｏＣｒからなる材料を用いる場合は、下地層２としては、Ｃｏ格子定数とマッチングのよい材料が好ましい。例えば、結晶構造が面心立方格子構造をとり、かつ｛（ａ軸格子定数）×１／√２｝の値と、磁気記録層３のａ軸格子定数のミスマッチが２０％以内であるような金属、或いはその合金材料が好ましい。例えばＣｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｃｏ等の金属、或いはその合金材料が好ましい。或いは、六方細密充填構造をとる金属も好適に用いられ、例えばＴｉ，Ｚｒ，Ｒｕ，Ｚｎ，Ｔｃ，Ｒｅ等の金属、或いはその合金材料が挙げられる。膜厚としては薄い方が好ましいが、十分に結晶成長が認められる少なくとも３ｎｍ以上は必要である。
【００２４】
そして、結晶粒径の微細化・均一化のために、下地層２の形成にあたっては、パルス電圧印加による断続的な放電でスパッタする新規なプロセスを用いる。図２は、パルス電圧印加タイミングを示すタイミングチャートである。
【００２５】
図２のように放電電圧Ｖｔ（ターゲット表面電位は−Ｖｔとなる）、反転周期Ｔ＝１／（ａ＋ｂ）［Ｈｚ］、放電ＯＮの時間をａ［ｓｅｃ］、放電ＯＦＦの時間をｂ［ｓｅｃ］とする。Ｔ及びｂの値を変化させてパルス電圧を制御する場合を考えた場合、ｂを一定とした場合、Ｔの値が小さい程連続放電に近づき効果が小さくなるため、Ｔの値としては１［Ｈｚ］以上１０^６［Ｈｚ］以下が好ましい。Ｔを一定とした場合、ｂの値が大きすぎると放電ＯＦＦ時に残留ガスの影響を受け結晶配向が悪化したり、トータルの成膜時間が減少するため生産性が低下することなどを考慮し、ｂの値としては１０^−９［ｓｅｃ］以上１０^−１［ｓｅｃ］以下が好ましい。なお、放電ＯＦＦ時の印加電圧としては、図では模式的にアース電位として示しているが、アース若しくは負電圧が好ましい。
【００２６】
以上のようにして形成された下地層２の結晶粒径は微細化・均一化し、これにより、上に形成される磁気記録層３の結晶粒径微細化・均一化に寄与することとなる。
【００２７】
磁気記録層３には、Ｃｏを含む合金の強磁性材料が好適に用いられる。その六方細密充填構造のｃ軸が膜面に垂直方向に配向していることが垂直磁気記録媒体として用いるために必要である。
【００２８】
そして、結晶粒径の微細化・均一化、及び偏析構造促進のために、磁気記録層３の形成に、パルス電圧印加による断続的な放電でスパッタする新規なプロセスを用いる。下地層２に用いる場合と同様な理由で、Ｔの値としては、１［Ｈｚ］以上１０^６［Ｈｚ］以下、ｂの値としては、１０^−９［ｓｅｃ］以上１０^−１［ｓｅｃ］以下が好ましく、放電ＯＦＦ時の印加電圧としてはアース若しくは負電圧が好ましい。
【００２９】
以上のようにして形成された磁気記録層３の結晶粒径は微細化・均一化し、かつ粒間相互作用が低減している。この効果は本発明の効果であり、軟磁性裏打ち層１１の有無に依存しない。
【００３０】
さらに、保護膜４には、例えばカーボンを主体とする薄膜が用いられ、液体潤滑剤層５には、例えばパーフルオロポリエーテル系の潤滑剤を用いることができる。
【００３１】
以下に、本発明に係る垂直磁気記録媒体の製造方法により製造した垂直磁気記録媒体の実施例を記す。
（実施例１）
非磁性基体１として表面が平滑な化学強化ガラス基板を用い、これを洗浄後スパッタ装置内に導入し、密着層としてＴａターゲットを用いてＴａを５ｎｍ形成した後、非磁性のＮｉ基合金であるＮｉ_１４Ｆｅ_２７Ｃｒターゲットを用い、ＮｉＦｅＣｒシード層を５ｎｍ成膜した。引き続いてランプヒーターを用いて基板表面温度が３００℃になるように加熱を行った後、Ｒｕターゲットを用いてＲｕ下地層５ｎｍを成膜した。この成膜の際、Ｔ＝２０００［Ｈｚ］、ｂ＝１０^−５［ｓｅｃ］、放電ＯＦＦ時の電圧がＯＮ時の反転負電圧であるパルス電圧を印加する断続放電によって成膜を行った。
【００３２】
さらにＣｏ_２２Ｃｒ_１０Ｐｔターゲットを用いてＣｏＣｒＰｔ磁気記録層２０ｎｍを成膜したが、この際、Ｔ＝２０００［Ｈｚ］、ｂ＝１０^−５［ｓｅｃ］、放電ＯＦＦ時の電圧がＯＮ時の反転負電圧であるパルス電圧を印加する断続放電によって成膜を行った。最後にカーボンターゲットを用いてカーボンからなる保護膜８ｎｍを成膜した後、真空装置から取り出した。なお、成膜は全てＡｒガス圧５ｍＴｏｒｒ下でマグネトロンスパッタリング法を用い、下地層２及び磁気記録層３の成膜以外は全て連続放電により行なった。
【００３３】
その後、パーフルオロポリエーテルからなる液体潤滑剤層２ｎｍをディップ法により形成し、単層媒体とした。
【００３４】
また、密着層としてＴａターゲットを用いてＴａを５ｎｍ形成することに替えて、Ｃｏ_５Ｚｒ_９Ｎｂターゲットを用いて、ＣｏＺｒＮｂ軟磁性裏打ち層を３００ｎｍ形成すること以外は上記単層媒体作製と同様にして二層媒体とした。
【００３５】
（実施例２）
Ｒｕ下地層を形成する際、パルス電圧印加による断続放電ではなく、連続放電によって成膜を行う以外は全て実施例１と同様にして単層及び二層媒体を作製した。
【００３６】
（実施例３）
ＣｏＣｒＰｔ磁気記録層を形成する際、パルス電圧印加による断続放電ではなく、連続放電によって成膜を行う以外は全て実施例１と同様にして単層及び二層媒体を作製した。
【００３７】
（比較例１）
本発明に係る各実施例に対する比較例として、本発明に係るパルス電圧印加を実施しないで成膜した例を示す。この比較例１では、Ｒｕ下地層及びＣｏＣｒＰｔ磁気記録層成膜の際、パルス電圧印加による断続放電ではなく、連続放電で成膜を行うこと以外は全て実施例１と同様にして単層媒体及び二層媒体を作製した。
【００３８】
表１に、実施例１〜３及び比較例１の単層媒体における、保磁力Ｈｃ、角型比Ｓ、結晶磁気異方性定数Ｋｕ及び磁化容易軸の配向分散Δθ５０を示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
Ｈｃ，Ｓの値は、ＶＳＭ（振動試料磁力計）で測定したヒステリシスループより求めた。Ｋｕの値は、トルクメーターを用いて測定したトルク曲線より求めた。Δθ５０の値は、Ｘ線回折装置を用いロッキングカーブ法により求めた。なお、二層媒体では飽和磁化の大きい軟磁性層の影響で、ＶＳＭ及びトルク測定は正確な測定が不可能であるが、軟磁性層ＣｏＺｒＮｂはＸ線回折測定より、アモルファス構造であることが明らかであり、上のＮｉＦｅＣｒ，Ｒｕ，ＣｏＣｒＰｔの結晶配向に影響を与えないため、二層媒体の磁気記録層のＨｃ，Ｓ，Ｋｕ、Δθ５０も単層媒体と全く等しいと考えてよい。
【００４１】
表２に、実施例１〜３及び比較例１における二層媒体の、線記録密度３５０ｋＦＣｌにおける規格化ノイズとＳＮＲ（信号対雑音比）をそれぞれ示す。
【００４２】
【表２】

【００４３】
規格化ノイズ及びＳＮＲは、ＧＭＲヘッドを用いてスピンスタンドテスターにて測定した結果である。なお、この評価は単層媒体でも可能であるが、ヘッドの急峻な垂直成分磁界で記録できる二層媒体を用いた。
【００４４】
表３に、実施例１〜３及び比較例１における、規格化ノイズとＳＮＲを行った二層媒体の、磁性層結晶粒の平均結晶粒径ｄ、標準偏差σ、及び粒径のばらつきσ／ｄを示す。
【００４５】
【表３】

【００４６】
なお、それぞれの値はＴＥＭ（透過電子顕微鏡）を用いて磁性層の表面観察を行って求めた結果である。
【００４７】
表１を参照すると、Ｈｃについては、比較例１に比べ、実施例１〜３では若干小さな値となった。しかし、Ｓ，Ｋｕ，Δθ５０については、Ｓ＝０．９，Ｋｕ≒２．０×１０^６ｅｒｇ／ｃｃ，Δθ５０≒７．０で、実施例１〜３及び比較例１はそれぞれほとんど同等の値となった。
【００４８】
表２を参照すると、比較例１に比べ、実施例１〜３では、いずれも規格化ノイズが低減し、ＳＮＲが向上していることが分る。下地層Ｒｕ及び磁気記録層ＣｏＣｒＰｔをいずれもパルス電圧による断続放電で形成した実施例１の場合にノイズが最も低く、ＳＮＲが大きくなっている。実施例２と実施例３ではほぼ同等のノイズ及びＳＮＲとなった。以上の結果と、表１でのＫｕ値がいずれの例も等しいことを併せて考えると、断続放電により下地層２及び磁気記録層３を形成する手法を用いることで、Ｋｕを維持しつつ低ノイズ化し、ＳＮＲを向上できることが分る。
【００４９】
表３を参照すると、比較例１に比べ、実施例１〜３ではいずれも磁性層結晶粒径ｄが低減していることが分る。粒径のばらつきの指標として示したσ／ｄも同様に小さくなつている。このような、結晶粒径およびそのばらつきの低減が、表２で示した低ノイズ化の一因と考えられる。ここで、実施例２と実施例３を比較すると、粒径は等しいが、ばらつきは実施例２の方が大きい。それにもかかわらず表２で説明したノイズ及びＳＮＲの値がほぼ等しい理由としては、磁気記録層３を断続放電で形成した実施例２では、粒間相互作用が低減したことが考えられる。
【００５０】
以上のように、磁気記録層３を断続放電で形成した場合は、粒径の微細化・均一化と共に、粒間相互作用の低減にも効果があることが分る。全体的にみると、実施例１が粒径およびそのばらつきが最も小さく、低ノイズ高ＳＮＲという結果であり、これは、下地層２を断続放電で形成した効果と磁気記録層３を断続放電で形成した効果が足しあわされたものである。
【００５１】
なお、強磁性体の粒子径があまり小さすぎると常磁性的に振るまい、強磁性体としての特性が失われるが、その臨界サイズは磁性材料により異なる。基本的には、Ｋｕ値の大きな材料ほど強磁性体としての特性を保持したままサイズを小さくすることができる。上記実施例で使用したＣｏＣｒＣｔの場合、計算上、ｄ＝３［ｍｍ］程度で強磁性を失うと考えられることから、粒子径に分散がないと仮定した場合の粒子径ｄの下限値は、ほぼ、この計算値とすることができる。しかしながら、実際の連続膜の磁性層では、このような構造を製造することは現実的に不可能と考えられることから、ある程度の分散を考慮する必要がある。そこで、結晶粒径ｄの微細化／平均化の好ましい範囲は、４≦ｄ≦１０［ｎｍ］程度と考えられる。
【００５２】
また、磁性層の平均粒径が上述した５〜１０［ｎｍ］と小さな場合には、ばらつきの指標（σ／ｄ）が０に近い方が、上記実施例で示した通り媒体ノイズは小さくなる傾向にある。そこで、本発明の実施例と整合をとる場合は、（σ／ｄ）≦０．３００の範囲とすることが適当と考えられる。これは、σは小さいほど好ましいが、ｄの値によってその価値が異なることから、均一化の好ましい範囲を（σ／ｄ）の値で示すこととしたものである。
【００５３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、少なくとも下地層または磁気記録層をパルス電圧印加による断続放電で形成することにより、Ｋｕを損なうことなく磁気記録層結晶粒を微細化し、ばらつきを低減させることができる。すなわち、高熱安定性を維持したまま低ノイズ化が可能となり、高記録密度化が可能な垂直磁気記録媒体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る垂直磁気記録媒体の製造方法の一実施形態により製造される二層媒体の模式的断面図である。
【図２】本発明に係る垂直磁気記録媒体の製造方法におけるパルス電圧印加タイミングを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 非磁性基体
２ 下地層
３ 磁気記録層
４ 保護膜
５ 液体潤滑剤層
１１ 軟磁性裏打ち層

Claims (2)

1. 非磁性基体上に下地層を成膜し、さらに、該下地層の直上に磁気記録層、保護膜、および液体潤滑剤層を順次積層して成膜する垂直磁気記録媒体の製造方法において、
   前記下地層および／または前記磁気記録層のスパッタ法による各成膜時に、前記下地層および／または前記磁気記録層にパルス電圧印加による断続放電を行なって成膜し、該放電オフ時の該印加パルス電圧がアース電位または負電位である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において、
   放電時間をａ［ｓｅｃ］、放電停止時間をｂ［ｓｅｃ］、反転周期をＴ＝１／（ａ＋ｂ）［Ｈｚ］としたときに、１０^−９≦ｂ≦１０^−１および１≦Ｔ≦１０^６を同時に満たすパルス電圧を用いて前記断続放電を行なう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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