JP4077964B2 - 磁気記録媒体とその製造方法および磁気記憶装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータの補助記憶装置等に用いる磁気記憶装置、およびその装置に用いる磁気記録媒体さらにその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年情報量の増大に伴い、磁気記憶装置に対する大容量化の要求は益々高まりつつある。磁気記録媒体としては磁性膜や下地膜の結晶性および磁気特性を制御して高S/N化を図ると同時に、磁気ヘッドの低浮上化に対して十分な耐摺動性を兼ね備えることで、高記録密度を実現し、これに応えることが重要課題である。
【０００３】
従来、磁気ヘッドとの摩擦係数を低くし、耐摺動性を高めることを目的とした例として、以下の手法（特許公報2064981号、特許公報2547651号、特開平8-102033号公報、特開平8-147661号公報、国際公開番号WO98/12698）等が提案されている。特許公報2064981号には、非磁性支持体と保護層との間に磁性層を介在している磁気記録媒体において、前記磁気記録媒体にランディングゾーンを設け、前記ランディングゾーンの前記非磁性支持体と前記磁性層との間に、前記磁性層側に向かって、前記ランディングゾーンの保護層表面に凹凸を形成するための凹凸形成層と下地層を設け、かつ前記凹凸形成層の面粗度が、前記支持体の主表面の面粗度よりも大きい磁気記録媒体であり、この凹凸層をガラス等の基板上に形成するために、例えば100Å以上で1000Å以下のAl薄膜を用いることが示されている。特許公報2547651号には、融点が1100℃以下の金属または合金の凹凸形成物質により、不連続な島状構造を形成する技術が開示されている。特開平8-102033号公報には、窒化Al、窒化Ti、窒化Nb等の金属窒化物のクラスタからなるテクスチャ層を設ける技術が開示されている。特開平8-147661号公報には、カーボン基板との密着性に優れるAl−M（Mはカーバイドを形成しうる金属）系合金材料よりなる凹凸層を設ける技術が開示されている。国際公開番号WO98-12698には、AlとCr等の金属間化合物相を有する包晶合金系のターゲットを用いて、これをArガス中でスパッタリングすることにより、凹凸層を形成する技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術に開示されている方法では、凹凸層やクラスタをスパッタリング法等により形成すると、スパッタリングされた原子の、基板もしくは下地膜表面上での表面拡散の程度が不均一であったり、時として過度な表面拡散によって原子が異常に凝集して、結果として突起の高さや密度のばらつきが大きく、かつ制御性が低くなり、さらにはそれらの面内ばらつきも大きいという問題があった。さらに、Arガス中、あるいは窒素ガス中でスパッタリングすると放電が立ち上がりにくかったり、マイクロアークが発生し易く、放電電圧波形にオーバーシュートが多く観察された。以後、この放電現象を異常放電と略記する。この異常放電が生じた場合、磁気記録媒体上にターゲット材から成る直径1μｍ〜50μｍ程度の異常突起物が付着し、これが磁気ヘッドの浮上障害要因になることが分かった。特に枚葉式のスパッタリング装置においては、一般に放電のオン／オフを基板毎に行なうため、異常放電により製品の歩留りを悪化させ、生産性が低下し、ひいては資源の無駄にもなるため環境にも問題である。
【０００５】
本発明は以上に鑑み成されたものであって、本発明の第1の目的は、コンタクト・スタート・ストップ（CSS）あるいはロード・アンロード時における摩擦係数を小さくし、信頼性を向上するための凹凸形成層を均一に安定して形成した磁気記録媒体を提供することにある。
【０００６】
本発明の第2の目的は、上記磁気記録媒体を形成するための製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の第3の目的は、信頼性の高い小型で大容量の磁気記憶装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記第1の目的を達成する為に、基板上に少なくとも一層の下地層または中間層、少なくとも一層の磁性層、少なくとも一層の保護被覆層、少なくとも一層の潤滑層を有する磁気記録媒体において、さらに酸素を含むAl、もしくは酸素を含むAlを主成分とする合金から成る凹凸形成層を設けたものである。ここで、AlもしくはAlを主成分とする合金から成る凹凸形成層に酸素が含まれると、異常に成長した突起の発生確率が低減し、突起の高さおよび密度のばらつきが抑制でき、制御性が向上する。これは、凹凸形成層に含まれる酸素が、AlもしくはAlを主成分とする合金をスパッタリング法等で形成する際に、表面拡散の程度を均一にし、原子の過度な表面拡散を抑制するため、突起の異常成長が低減されるためであると考えられる。この突起の高さや密度ばらつきの低減は、磁気ヘッドを低い浮上量で安定に浮上させることができ、耐摺動信頼性の向上につながり好ましい。
【０００９】
前記酸素を含むAlを主成分とする合金がCr、Coから成る群より選ばれた少なくとも1種の元素を含むようにすれば、突起の高さと密度を、スパッタリング時の温度と投入電力を変化させることで容易に制御できるようになるため好ましい。特にAlにCrを5から15原子%加えた合金系では、凹凸形成層の形態を容易に制御できるようになるためより好ましい。
【００１０】
前記磁気記録媒体が、基板上に第1の下地層、凹凸形成層、第2の下地層、第3の下地層、磁性層、保護被覆層、潤滑層がこの順に形成されていればより好ましい。こうすると、基板および凹凸形成層との密着性の高い材料を第1の下地層に、さらに凹凸形成層と第3の下地層との密着性の高い材料を第2の下地層に選択でき、材料や膜厚設計の自由度が確保でき、さらにはその上に形成する磁性層の設計の自由度も確保できるため、より好ましい。
【００１１】
前記第1の下地層および第2の下地層が、 CoあるいはNiを主成分とする合金であればより好ましい。これは、第1および第2の下地層がCoあるいはNiを主成分とする合金とすることにより、第1の下地層を基板上に直接形成した場合に基板との接着強度が高くなるため、および化学的に安定な高融点元素であるため、耐食性を向上でき、経時変化が無く安定性の高い磁気記録媒体を提供できるからである。第1および第2の下地層がZrを含んでいてもより好ましい。Zrを含むことにより、非晶質膜が容易に形成できるため、耐食性がいっそう向上するため好ましい。さらに、上記第1および第2の下地層がCo、Ni、Zrを含むと、間に挿入された凹凸形成層との密着性が高く、耐摺動性の向上に著しく効果がある。これは、凹凸形成層に存在する酸素が上記第1および第2の下地層中のCo、Ni、Zrと親和性が強く、界面が強固に結合するためであると考えられる。
【００１２】
前記第2の目的を達成する為に、酸素を含むAl、もしくは酸素を含むAlを主成分とする合金から成る凹凸形成層を形成する際に、少なくともArと酸素を含む混合ガスによるスパッタリング法を用いることがより好ましい。少なくともArと酸素を含む混合ガスを用いると、一般的な純Arガスによりスパッタリングする場合に比べ、突起の高さおよび密度のばらつきが抑制でき、制御性が向上するばかりでなく、異常放電が抑えられるため、磁気ヘッドの浮上障害になる異常突起物の抑制に非常に効果があり、歩留りを向上して、生産性を向上できるため特に好ましい。
【００１３】
前記第3の目的を達成する為に、以上の磁気記録媒体を少なくとも1つ有し、再生部が磁気抵抗効果型素子で構成された磁気ヘッドを組み合わせて磁気記憶装置を構成すると、突起の高さや密度ばらつきが小さいため、磁気ヘッドを低い浮上量で安定に浮上させることができ、高い記録密度と高い信頼性を実現できるので好ましい。磁気抵抗効果型素子とは外部磁界により電気抵抗が変化することを利用して、磁気記録媒体からの漏洩磁束の変化を検出する素子である。特に、複数の磁性層を非磁性層を介して積層した多層膜に生じる、非常に大きな抵抗変化を利用したスピンバルブ素子あるいは巨大磁気抵抗効果型素子を用いると、より高い記録密度が実現できるので好ましい。
【００１４】
上記の酸素を含むAl、もしくは酸素を含むAlを主成分とする合金で構成される凹凸形成層は、形態学的分類であるVolmer-Weber型、あるいは別の表現として島状構造であっても、またはStranski-Krastanov型、あるいは別の表現として突起を有する連続的な膜のどちらであっても、実質的に突起を有していれば差し支えない。上記手法により得られた磁気記録媒体の表面形状を原子間力顕微鏡で10μm角の範囲で測定した結果、突起の高さが3nmから25nm程度、突起の密度が10μm角当たり50個から2000個程度の範囲で制御性良く形成できることが確認された。
【００１５】
上記凹凸形成層を形成する際のスパッタリングガスのArと酸素の混合比については、99.9vol%Ar-0.1vol%O2から50vol%Ar-50vol%O2の範囲で本発明の効果が得られので好ましい。
【００１６】
上記凹凸形成層は、磁気記録媒体表面に実質的に有効な凹凸が実現できれば、磁性膜の上、下のいずれの位置でも、また、下地層、中間層の上、下のいずれの位置であっても差し支えない。
【００１７】
上記第3の下地層は、特に限定しないが、磁性膜の結晶配向や結晶粒径を制御できるさまざまな材料系が使用可能である。例えばCr、Ti、V、Mo、W、Nb、Ta、Co、Zrの単体金属やそれらの合金等である。上記磁性層も特に限定しないが、例えばCoCrPt、CoCrTa、CoCrPtTa、CoCrPtTaNb、CoCrPtV、 CoCrPtMn、CoCrPtSi、 CoCrPtTi、 CoCrPt(SiO2)、 CoNiPt(SiO2)、 CoCrPt(ZrO2)等の使用も可能である。上記第3の下地層、磁性層としては上述した材料に限らなくても、また、多層構造にした下地層、磁性層、さらにそれらを組み合わせた構成にしても本発明の効果が得られることは言うまでもない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
＜実施例1＞
図1に本実施例の磁気記録媒体の層構成を示す。基板10には2.5インチ型の化学強化されたソーダライムガラスを使用した。その上に60at%Co-30at%Cr-10at%Zr 合金からなる第1の下地層11、11'をArガス圧7mTorrで基板を加熱しない状態で25nm形成した後、ランプヒータにより約130℃まで加熱して、90at%Al-10at%Cr合金からなる凹凸形成層12、12'を99vol%Ar-1vol%O2混合ガス圧7mTorrで形成した。さらにその上に70at%Ni-20at%Cr-10at%Zr合金からなる第2の下地層13、13'をArガス圧7mTorrで20nm、80at%Cr-20at%Ti 合金からなる第3の下地層14、14'をArガス圧7mTorrで20nm形成した後、ランプヒータにより約250℃まで加熱して、75at%Co-19at%Cr-6at%Pt 合金磁性層15、15'をArガス圧7mTorrで20nm、更にArガス圧7mTorrで10nmのカーボン保護被覆層16、16'を順に形成した。膜形成装置として、Intevac社製の枚葉式スパッタリング装置mdp250Bを用い、タクト9秒で成膜した。上記カーボン保護被覆層まで形成した後、パーフルオロアルキルポリエーテル系潤滑層17、17'を設けて磁気ディスクとした。
【００１９】
＜比較例1＞
上記図1に示された磁気記録媒体の層構成で、凹凸形成層12、12'を99vol%Ar-1vol%O2 混合ガスに代えて純Arガスで形成した以外は上記実施例1と同一条件で作製し磁気ディスクとした。
【００２０】
＜実施例2＞
図2に本実施例の磁気記録媒体の層構成を示す。基板20には2.5インチ型の化学強化されたアルミノシリケートガラスを使用した。その上に62at%Co-30at%Cr-8at%Ta 合金からなる第1の下地層21、21'をArガス圧6mTorrで基板を加熱しない状態で35nm形成した後、ランプヒータにより約120℃まで加熱して、90at%Al-10at%Co合金からなる凹凸形成層22、22'を99vol%Ar-3vol%O2 混合ガス圧6mTorrで形成した。さらにその上に70at%Ni-30at%Cr-10at%Zr合金からなる第2の下地層23、23'をArガス圧6mTorrで25nm、80at%Cr-20at%Ti 合金からなる第3の下地層24、24'をArガス圧6mTorrで20nm形成した後、ランプヒータにより約250℃まで加熱して、75at%Co-21at%Cr-4at%Pt-3at%Ta合金磁性層25、25'をArガス圧6mTorrで20nm、更にArガス圧6mTorrで10nmのカーボン保護被覆層26、26'を順に形成した。膜形成装置として、Intevac社製の枚葉式スパッタリング装置 mdp250Bを用い、タクト9秒で成膜した。上記カーボン保護被覆層まで形成した後、パーフルオロアルキルポリエーテル系潤滑層27、27'を設けて磁気ディスクとした。
【００２１】
上記実施例1、2および比較例1の磁気ディスク上をピエゾ素子から成る接触センサを有するヘッドを浮上させて、浮上性を評価したところ、接触センサの出力電圧の実効値が急増するヘッド浮上量が、実施例1、2の磁気ディスクでは16nmであったのに対し、比較例1の磁気ディスクでは25nmであり、比較例1に比べて実施例1、2の表面の平滑性が大幅に向上していることがわかった。図3に、上記実施例1、2および比較例1の磁気ディスクの凹凸形成層を成膜する際の放電電圧波形を示す。図に示すように、比較例1においては電圧波形のオーバーシュート、すなわち異常放電が観察されるが、実施例1、2においては異常放電が無く、これが磁気ヘッドの浮上障害になる異常突起物の抑制に効果があったものと思われる。図4に、上記実施例1の磁気ディスクの表面形状を原子間力顕微鏡で10μm角の範囲で測定した結果を示す。大きさのそろった突起が均一に分散している様子が良くわかる。この像から突起高さの頻度分布を求めた結果を図5(a)に示す。同様にして求めた比較例1の磁気ディスクの突起高さの頻度分布を図5(b)に示す。この図ではベアリング曲線の負荷比率50%を基準面にして、高さ3nm以上の突起のみを表示してある。比較例の突起高さは3nmから25nmの範囲で広範囲に分布しているのに対し、実施例では突起高さ約16nmを中心に急峻な分布を持つことが確認された。上記実施例2の磁気ディスクの凹凸形成層中の酸素濃度を二次イオン質量分光分析法（SIMS）で測定したところ、比較例1に比べ、酸素濃度が大きいことが確認された。
【００２２】
＜実施例3＞
図6に本実施例の磁気記憶装置の構成図を示す。図中61は磁気ディスク、62は磁気ディスクを回転する手段、63は磁気ヘッド、64は磁気ヘッドを位置決めする手段、65は記録再生信号処理手段を示す。上記実施例1、2および比較例1の磁気ディスクを図6に示す磁気記憶装置に組み込んで、線記録密度252kBPI（Bit Per Inch)、トラック密度15.6kTPI（Track Per Inch）の条件で再生部に磁気抵抗効果型素子を有する磁気ヘッドにより記録再生特性を評価したところ、実施例1、2の磁気ディスクはエラー個数が平均0.3個/面、に対し比較例1の磁気ディスクはエラー個数が平均3.1個/面であり、比較例に比べ本実施例に成る磁気記録媒体は、欠陥個数を1桁以上低減できることがわかった。次に、同磁気記憶装置中で5万回のCSSを行なった後、磁気ディスクと磁気ヘッドの粘着力を測定した。比較例1の磁気ディスクを組み込んだ場合は、粘着力が4gfであったが、実施例1、2の磁気ディスクを組み込んだ場合は粘着力が1gf以下であり、信頼性が大幅に向上していることが確認された。さらに、同磁気記憶装置中に、平均粒子径約2μmのアルミナ粉を約0.1gふりかけ、磁気ヘッドのシーク動作を繰り返す過酷な耐久試験を行なった。比較例1の磁気ディスクを組み込んだ場合は、シーク回数180回でクラッシュに至ったが、実施例1、2の磁気ディスクを組み込んだ場合はシーク回数500回でもクラッシュに至らず、磁気記憶装置の信頼性が大幅に向上していることが確認された。以上のように、本発明に成る磁気記録媒体と再生部に磁気抵抗効果型素子を有するヘッドを用いると、磁気ヘッドを低い浮上量で安定に浮上させることができ、信頼性の高い小型で大容量の磁気記憶装置が実現可能となることが確認された。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の磁気記録媒体は、凹凸形成層を安定に形成できるため、磁気ヘッドが低い浮上量で安定に浮上することで、耐摺動信頼性の向上につながり、本発明の磁気記録媒体と再生部に磁気抵抗効果型素子を有するヘッドを用いることにより、信頼性の高い小型で大容量の磁気記憶装置の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例1および比較例1における磁気記録媒体の構成図である。
【図２】本発明の実施例2における磁気記録媒体の構成図である。
【図３】本発明の実施例1、2および比較例1における凹凸形成層を形成する際の放電電圧波形の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施例1における磁気記録媒体の表面形状の原子間力顕微鏡像を示す図である。
【図５】本発明の実施例1および比較例1における磁気記録媒体の突起高さの頻度分布を示す図である。
【図６】本発明の実施例3における磁気記憶装置の構成図を示す図である。
【符号の説明】
10、20 … 基板、
11、11'、21、21' … 第1の下地層、
12、12'、22、22' … 凹凸形成層、
13、13'、23、23' … 第2の下地層、
14、14'、24、24' … 第3の下地層、
15、15'、25、25' … 磁性層、
16、16'、26、26' … 保護被覆層、
17、17'、27、27' … 潤滑層、
61 … 磁気ディスク、
62 … 磁気ディスクを回転する手段、
63 … 磁気ヘッド、
64 … 磁気ヘッドを位置決めする手段、
65 … 記録再生信号処理手段。

Claims (4)

1. 基板上に第１の下地層と、凹凸形成層と、第２の下地層と、第３の下地層と、少なくとも一層の磁性層、少なくとも一層の保護被覆層、少なくとも一層の潤滑層とをこの順序で有し、
   前記第１の下地層がCoあるいはNiを主成分とする合金であり、
   前記第２の下地層がCoあるいはNiを主成分とする合金であり、
   前記凹凸形成層が酸素を含むAl、もしくは酸素を含むAlを主成分とする合金から成り、
   前記凹凸形成層が前記第１の下地膜及び前記第２の下地膜に接し、
   前記第１の下地膜が基板に接する、
   磁気記録媒体。
2. 前記凹凸形成層の酸素を含むAlを主成分とする合金がCr、Coから成る群より選ばれた少なくとも1種の元素を含む請求項1に記載の磁気記録媒体。
3. 第1の下地層および第2の下地層が、Zrを含む請求項１もしくは２に記載の磁気記録媒体。
4. 請求項1から３のいずれかに記載の磁気記録媒体を少なくとも1つ有し、再生部が磁気抵抗効果型素子で構成された磁気ヘッドを少なくとも有する磁気記憶装置。

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