JP4174998B2 - 垂直磁気記録媒体及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種磁気記録装置に搭載される垂直磁気記録媒体及びそ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。
【０００３】
垂直磁気記録媒体は主に、硬質磁性材料の磁気記録層と、磁気記録層を目的の方向に配向させるための下地層、磁気記録層の表面を保護する保護膜、そしてこの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軟磁性材料の裏打ち層から構成される。軟磁性裏打ち層は、ある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、除いた構成となる場合もある。このような軟磁性裏打ち層が無いものを単層媒体、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。現在、垂直記録媒体の記録層には、長手磁気記録媒体の磁気記録層に用いられるＣｏＣｒ合金結晶材料を流用して広く研究・開発が行われており、この場合垂直磁気記録媒体においても、熱安定性を高めるためには結晶磁気異方性定数Ｋｕを増加させること、低ノイズ化のためには、磁気記録層結晶粒径の微細化と共に磁気的な粒間相互作用を小さくすることが重要である。このうち、磁性層結晶粒微細化の手段としては、磁性層の組成を工夫することや、磁性層の直下に用いる下地層により結晶サイズを制御する方法などがあるが、前述のような工夫を用いても、通常、磁性層膜厚が厚くなるほど結晶サイズは大きくなるため、磁性層薄膜化は、高記録密度化に必須事項である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の垂直媒体における磁気記録層には、全く磁化を持たないか或いは面内方向に磁化成分を持つ数ｎｍ程度の厚さの「初期成長層」が存在した。これが、磁気記録層全体としての保磁力Ｈｃや角型比Ｓの低下、Ｋｕの低下など、磁気特性の劣化を引き起こしていた。
【０００６】
また、初期成長層が存在する場合には、膜厚を下げた場合、相対的に初期成長層の占める割合が大きくなり、その結果、記録再生特性で重要なパラメータであるＳＮＲ（信号対雑音比）が低下してしまう。
【０００７】
以上のような初期成長層の存在は、高熱安定性や低ノイズ化、及び磁気記録層薄膜化の障害となっていた。
【０００８】
そこで本発明の目的は以上のような問題を解消した垂直磁気記録媒体及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述したように、垂直磁気記録の性能向上のためには、初期成長層領域をできるだけ小さくすることが必要である。この初期層での特性劣化は、薄膜領域でのＣｏの結晶性及び垂直配向性が悪いことに起因する。従って、薄膜領域から良好な結晶性・垂直配向性を得ることが、課題を解決するために必要であった。このような磁性層初期層問題について鋭意検討した結果、基板に正バイアスを印加しながら磁気記録層を形成することにより、初期成長層を低減させられることが明らかとなった。この効果は、スパッタ時の正バイアス印加により基板近傍にプラズマを引き寄せ、熱電子が基板に入射し、表面マイグレーションが促進されることによりもたらされる。
【００１０】
本発明は、非磁性基体上に少なくとも下地層、磁気記録層、保護膜及び潤滑剤層を順次積層し、かつ下地層は六方最密充填構造もしくは面心立方格子構造をとる結晶質、磁気記録層は六方最密充填構造をとる結晶質をそれぞれ含む垂直磁気記録媒体を製造する方法において、前記磁気記録層の形成時に、初期成長層の存在する膜厚までは前記非磁性基体に、アースを基準とした正バイアス電圧であって、当該正バイアス電圧の印加により前記非磁性基体とアースの間に流れる電流のアースに流れ込む方向を正とした電流値をＩｂとし、その際、アースに対して負のバイアス電圧が印加されるターゲットとアースの間に流れる電流のアースから流れ出る方向を正とした電流値をＩｔとした場合、Ｉｔ＜Ｉｂとなるような大きさの正バイアス電圧を印加しながら、前記非磁性基体上に磁気記録層を形成することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【００１６】
図１は本発明の垂直媒体の断面模式図である。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、さらにその上に潤滑材層５が形成されている。
【００１７】
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。
【００１８】
下地層２は、磁気記録層を垂直配向させる目的で設けられる。例えば、磁性層のａ軸格子定数とミスフィットの小さい六方最密充填構造を取るＴｉ，Ｚｒ，Ｒｕ，Ｚｎ，Ｔｃ，Ｒｅ等の金属或いはその合金や、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ａ軸格子定数のミスフィットの小さいＣｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｃｏ等の金属或いはその合金が好適に用いられる。膜厚としては、薄い方が好ましいが、十分な結晶配向を得るために、おおむね３〜５０ｎｍとすることが好ましい。
【００１９】
磁気記録層３は少なくともＣｏ及びＣｒを含む合金の強磁性材料が好適に用いられ、その六方最密充填構造の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。
【００２０】
そして、薄膜領域での特性向上のため、基板に正バイアスを印加しながら形成される。バイアス印加電圧の大きさとしては、基板〜アース間の電流値をＩｂ、ターゲット〜アース間の電流値をＩｔとした場合、Ｉｔ＜Ｉｂの時、基板〜アース間にプラズマが発生し、基板への熱電子入射の効果が最適となるため、このようになるバイアス印加電圧値を用いるのが好ましい。また、熱電子の入射量はバイアス印加時間にも依存することから、長時間のバイアス印加は加熱過剰による結晶粒の肥大化を招く可能性がある。従って、初期成長層の存在する膜厚２０ｎｍ以下にのみバイアス印加を行い、それ以降はバイアス印加せずに形成する方法や、最初に印加した電圧値を変動させながらバイアス印加する方法が効果的である。
【００２１】
保護膜４は、例えばカーボンを主体とする薄膜が用いられる。
【００２２】
潤滑材層５は、例えばパーフルオロポリエーテル系の液体潤滑剤を用いることができる。
【００２３】
また、記録特性を向上させるために、非磁性基体１と下地層２の間に、軟磁性裏打ち層１１を設け、二層媒体とすることができる。軟磁性層としては、結晶のＮｉＦｅ合金、センダスト（ＦｅＳｉＡｌ）合金等、微結晶のＦｅＴａＣ、非晶質のＣｏ合金であるＣｏＺｒＮｂなどを用いることができる。膜厚としては、厚い方が好ましいが、生産性との兼ね合いから、５００ｎｍ以下とするのが好ましい。
【００２４】
（実施例）
以下に本発明の実施例を記す。
［実施例１］
非磁性基体として表面が平滑な化学強化ガラス基板（例えばＨＯＹＡ社製Ｎ−１０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、Ｔｉ１５Ｃｒターゲットを用いてＴｉＣｒ下地層を３０ｎｍ成膜した。引き続いてランプヒータを用いて基板表面温度が２５０℃になるように加熱を行った。その後、Ｃｏ２２Ｃｒ１０Ｐｔターゲットを用い、ＣｏＣｒＰｔ磁気記録層を成膜するが、その際基板にバイアス端子を接触させ、直流電源を用いて一定の直流電圧を印加しながら成膜した。磁気記録層膜厚を２０ｎｍとし、印加バイアス電圧Ｖｂを０〜２００Ｖの範囲で変化させた。この際、アース〜バイアス間の電流値Ｉｂ及びアースターゲット間の電流値Ｉｔを同時に測定した。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１０ｎｍを成膜後、真空装置から取り出した。ヒータ加熱を除くこれらの成膜は全てＡｒガス圧５ｍＴｏｒｒ下でＤＣマグネトロンスパッタリング法により行った。その後、パーフルオロポリエーテルからなる液体潤滑材層２ｎｍをディップ法により形成し、単層垂直磁気記録媒体とした。
【００２５】
［実施例２］
非磁性基体として表面が平滑な化学強化ガラス基板（例えばＨＯＹＡ社製Ｎ−１０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、Ｔｉ１５Ｃｒターゲットを用いてＴｉＣｒ下地層を３０ｎｍ成膜した。引き続いてランプヒータを用いて基板表面温度が２５０℃になるように加熱を行った。その後、Ｃｏ２２Ｃｒ１０Ｐｔターゲットを用い、ＣｏＣｒＰｔ磁気記録層を成膜するが、その際、基板にバイアス端子を接触させ、直流電源を用いて＋１５０Ｖの直流電圧を印加しながら成膜した。この方法で、磁気記録層の膜厚を１０，１５，２０ｎｍと変化させた。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１０ｎｍを成膜後、真空装置から取り出した。ヒータ加熱を除くこれらの成膜は全てＡｒガス圧５ｍＴｏｒｒ下でＤＣマグネトロンスパッタリング法により行った。その後、パーフルオロポリエーテルからなる液体潤滑材層２ｎｍをディップ法により形成し、単層垂直磁気記録媒体とした。
【００２６】
［実施例３］
磁気記録層形成の際、＋１５０ＶのＤＣ電圧を印加しながら最初の５ｎｍを形成し、それ以上は印加電圧０Ｖで形成すること以外は、全て実施例２と同様にして単層垂直磁気記録媒体を作製した。
【００２７】
［比較例１］
実施例２及び３の比較として、バイアス印加を全く行わずに磁気記録層を形成すること以外は実施例２と全く同様にして単層垂直磁気記録媒体を作製した。
【００２８】
［実施例４］
非磁性基体として表面が平滑な化学強化ガラス基板（例えばＨＯＹＡ社製Ｎ−１０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、Ｃｏ５Ｚｒ９Ｎｂターゲットを用いて、ＣｏＺｒＮｂ軟磁性裏打ち層を３００ｎｍ形成し、Ｔｉ１５Ｃｒターゲットを用いてＴｉＣｒ下地層を１０ｎｍ成膜した。引き続いてランプヒータを用いて基板表面温度が２５０℃になるように加熱を行った。その後、基板にバイアス端子を接触させ、直流電源を用いて＋１５０Ｖの直流電圧を印加しながら、Ｃｏ２２Ｃｒ１０Ｐｔターゲットを用い、ＣｏＣｒＰｔ磁気記録層２０ｎｍを成膜した。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１０ｎｍを成膜後、真空装置から取り出した。ヒータ加熱を除くこれらの成膜は全てＡｒガス圧５ｍＴｏｒｒ下でＤＣマグネトロンスパッタリング法により行った。その後、パーフルオロポリエーテルからなる液体潤滑材層２ｎｍをディップ法により形成し、二層垂直磁気記録媒体とした。
【００２９】
［実施例５］
磁気記録層形成の際、＋１５０ＶのＤＣ電圧を印加しながら最初の５ｎｍを形成し、それ以上は印加電圧０Ｖで形成すること以外は、全て実施例３と同様にして二層垂直磁気記録媒体を作製した。
【００３０】
［比較例２］
実施例３及び４の比較として、バイアス印加を行わずに磁気記録層を形成すること以外は実施例３と全く同様にして二層垂直磁気記録媒体を作製した。
【００３１】
図２に、本実施例１における、保磁力Ｈｃ及び角型比Ｓの印加バイアス電圧Ｖｂ依存性を示す。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。印加電圧５０Ｖまでは、Ｈｃ，Ｓ共に、印加電圧０Ｖの時と変化しない。印加電圧７５Ｖ以上でＨｃ，Ｓはそれぞれ増加する。
【００３２】
図３に、本実施例１における、バイアス電流Ｉｂ及びターゲット電流Ｉｔの印加バイアス電圧Ｖｂ依存性を示す。印加電圧０〜５０Ｖの範囲ではＩｔ＞Ｉｂとなり、５０〜７５Ｖの間で大きさの関係は逆転し、Ｉｔ＜Ｉｂとなる。前述したＨｃ，ＳのＶｂ依存性と併せて考えると、Ｉｔ＜Ｉｂとなる領域で磁気特性の向上が見られる。これは、Ｉｔ＜Ｉｂとなる領域では基板〜アース間にプラズマが発生し、基板への熱電子入射が効率良く行われたためである。
【００３３】
図４（第一表）に、本実施例２及び３と比較例１における、各磁性層膜厚における保磁力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。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より求めた。
【００３４】
Ｈｃ，Ｓについては、磁気記録層の磁性層膜厚１０〜２０ｎｍにおいては、バイアス印加しない比較例１に比べ、Ｈｃ，Ｓ共にバイアスを印加した実施例２及び３の方が大きい。この結果より、バイアス印加の効果で初期層が改善されていることがわかる。磁性層膜厚３０ｎｍに注目すると、磁性層成膜終了までバイアスを印加し続けた実施例２は、印加しない比較例１に比べ、Ｈｃは同等であるが、Ｓは低下してしまう。初期層５ｎｍにのみバイアスを印加した実施例３では、Ｈｃ，Ｓ共に増加する。
【００３５】
Ｋｕはバイアス印加しない比較例１に比べ、バイアスを印加した実施例２及び３では大幅な向上が見られ、実用的な膜厚と考えられる磁性層膜厚１５〜２０ｎｍでは２倍以上の値であった。磁化容易軸の配向分散Δθ５０についてみると、比較例１に比べ、実施例２及び３は各磁性層膜厚で小さくなっており、特に磁性層膜厚１０ｎｍの薄膜領域での改善が著しい。このようなＫｕ増加と配向分散の低減は、バイアス印加による結晶性向上のためである。よって、先に述べたＨｃ，Ｓの向上は、バイアス印加により、磁性層薄膜領域における非磁性領域や面内磁化成分領域が減少し、垂直磁化成分が増加していることを示唆している。
【００３６】
以上のように、磁性層成膜中の正バイアス印加により、Ｋｕが大幅に向上し、配向分散が低下し、磁気特性改善に効果が見られた。
【００３７】
図５（第二表）に、本実施例４及び５と比較例２における、規格化ノイズとＳＮＲ及び磁性層の平均結晶粒径をそれぞれ示す。規格化ノイズ及びＳＮＲの電磁変換特性は、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、線記録密度４００ｋＦＣＩでの値である。磁性層の平均結晶粒径はＴＥＭ（透過電子顕微鏡）を用い、平面観察より求めた。
【００３８】
バイアス印加しない比較例２に比べ、バイアス印加した４及び５はそれぞれノイズも低下し、ＳＮＲが向上した。ＴＥＭ観察結果から、実施例５と比較例２とを比べると、平均粒径は等しいが、実施例４は比較例２より若干大きくなっている。電磁変換特性と併せて考えると、実施例５は、比較例２に比べ、結晶粒の大きさは変わらずに結晶性が向上しているため、ＳＮＲが向上している。実施例４は、結晶性は向上しているものの、粒径が肥大化しかけているため、実施例５よりはノイズが高く、ＳＮＲに劣っている。
【００３９】
以上のように、適切な方法でバイアスを印加することにより、結晶粒径を変えずに結晶性を向上させ、ノイズを低減し、ＳＮＲを改善できることが明らかとなった。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、適切な方法で正バイアス印加を行うことにより、磁気記録層に存在する初期成長層を低減し、磁気特性・電磁変換特性を向上させることができる。これにより、磁気記録層の薄膜化も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る垂直媒体の断面模式図である。
【図２】実施例１に係る、ＶＳＭ測定により求めた保磁力Ｈｃと角型比Ｓの印加バイアス電圧Ｖｂ依存性を示した図である。
【図３】実施例１に係る、バイアス電流Ｉｂ及びターゲット電流Ｉｔの印加バイアス電圧Ｖｂ依存性を示した図である。
【図４】実施例２，３及び比較例１に係る、ＶＳＭ測定により求めた保磁力Ｈｃと角型比Ｓ、トルク測定により求めた結晶磁気異方性定数Ｋｕ及びＸ線回折測定より求めた配向分散Δθ５０を第一表として示す図である。
【図５】実施例４，５及び比較例２に係る、電磁変換特性評価より求めた線記録密度４００ｋＦＣＩにおける規格化ノイズ及びＳＮＲ及びＴＥＭ観察より求めた磁性層の平均結晶粒径を第二表として示す図である。
【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 潤滑材層
６ 軟磁性裏打ち層

Claims (1)

1. 非磁性基体上に少なくとも下地層、磁気記録層、保護膜及び潤滑剤層を順次積層し、かつ下地層は六方最密充填構造もしくは面心立方格子構造をとる結晶質、磁気記録層は六方最密充填構造をとる結晶質をそれぞれ含む垂直磁気記録媒体を製造する方法において、前記磁気記録層の形成時に、初期成長層の存在する膜厚までは前記非磁性基体に、アースを基準とした正バイアス電圧であって、当該正バイアス電圧の印加により前記非磁性基体とアースの間に流れる電流のアースに流れ込む方向を正とした電流値をＩｂとし、その際、アースに対して負のバイアス電圧が印加されるターゲットとアースの間に流れる電流のアースから流れ出る方向を正とした電流値をＩｔとした場合、Ｉｔ＜Ｉｂとなるような大きさの正バイアス電圧を印加しながら、前記非磁性基体上に磁気記録層を形成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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