JP4333663B2

JP4333663B2 - 磁気記録媒体

Info

Publication number: JP4333663B2
Application number: JP2005318127A
Authority: JP
Inventors: 泰之河田
Original assignee: Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2005-11-01
Filing date: 2005-11-01
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2025-11-01
Also published as: JP2007128567A

Description

本発明は、固定磁気記録装置（ＨＤＤ）に搭載される磁気記録媒体およびその製造方法に関する。より詳細には、ガラス系材料の基板を用いる異方性磁気記録媒体に関する。

基板面内に平行に磁化を記録する、いわゆる長手磁気記録媒体では、磁性層の磁化容易軸を記録を行う円周方向に配向させて用いることが一般的である。円周方向の残留磁化（Ｍｒｃ）と半径方向の残留磁化（Ｍｒｒ）が異なる磁気記録媒体は異方性磁気記録媒体と呼ばれ、一般的には両者の比であるＭｒｃ／Ｍｒｒが大きくなるほど磁気記録媒体の性能は向上する。以下、Ｍｒｃ／ＭｒｒをＯＲ−Ｍｒｔと表記する。
アルミニウム系材料を基板として用いた磁気記録媒体では、基板表面にテクスチャと呼ばれる円周方向の溝を形成して異方性を得ている。一般的には、アルミニウム基板上にＮｉＰメッキを施し、その表面にテクスチャ加工を行うことにより、円周状の溝を形成し、その溝により磁性層の円周方向と半径方向の残留磁化の差を発生させている。テクスチャ加工は、磁気記録媒体上を磁気ヘッドが浮上しシークする時に、磁気記録媒体と磁気ヘッドが接触し磨耗することを防止する役割も併せ持っている。

一方、従来のガラス系材料の基板を用いた磁気記録媒体は、基板材料そのものの硬度が高く、熱膨張が小さく、テクスチャ加工を行っても円周方向と半径方向の残留磁化の差を得ることが困難であることから、いわゆる等方性磁気記録媒体が一般的であった。
近年、磁気記録媒体の高密度化が進み、磁気記録媒体に書き込まれるデータの最小単位であるビットサイズはますます小さくなってきている。ガラス系基板を用いた等方性媒体ではビットサイズが小さくなると、アルミニウム系基板のような異方性磁気記録媒体と比較し、分解能が低く信号対雑音比（ＳＮＲ）が悪くなるという特性が顕著になってきている。これは等方性磁気記録媒体で異方性磁気記録媒体と同等な特性を得ようとすると円周方向の残留磁化と膜厚の積（Ｍｒ・ｔ）を高くする必要があり、磁性層が厚くなる結果、磁性層に起因するノイズが増大するためである。このため、ガラス基板を用いた磁気記録媒体において、磁性層の配向性を向上するための各種の工夫が提案されてきている。例えば、基板上に形成した下地層の表面を酸化処理することにより、磁性層の磁化容易軸の面内配向を向上することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法は特定の下地層材料に対しては効果を有するものの、他の材料においては却って特性を劣化させる結果をもたらす。また、磁性層を構成する結晶粒を基板面に対して傾け、円周方向に向かせることにより、円周方向の保磁力を増大させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この方法においては特殊な成膜装置が必要とされ、またスパッタ成膜時の原材料の使用効率が低下する欠点を有している。

この点を改良するために我々は、これまでに、テクスチャ加工したガラス基板にＣｒシード層やＮｉＮｂシード層の成膜時に窒素ガスを添加し、ＣｒやＮｉＮｂを非晶質化することで磁気記録媒体の電磁変換特性を向上させてきたが、Ａｒガスに窒素（Ｎ_２）を添加して成膜するとスパッタパーティクルが発生し、製品の歩留まりが低下してしまうという問題があった。
特開平１０−１４３８６５号公報特開２００２−２６０２０８号公報

本発明は、以上のような問題点に鑑みなされたもので、ガラス基板を用いた磁気記録媒体において、高い異方性を有して、優れた電磁変換特性を有し、パーティクルの少ない磁気記録媒体を提供することを目的とする。

本発明は、ガラス基板、シード層および磁性層を備えた磁気記録媒体において、前記ガラス基板は、テクスチャ加工が施され、前記シード層は、ＣｒとＴｉからなる第１シード層、ＮｉとＣｒからなる第２シード層、ＮｉとＮｂからなる第３シード層を順次積層したことを特徴とする。
前記テクスチャ加工は、１μｍ平方あたり２５本以上、６０本以下の略同心円状の溝であることが好ましい。
また、前記略同心円状の溝の深さは、３ｎｍ以上、５ｎｍ以下であることが好ましい。
また、前記第１シード層はＴｉを３０原子％以上、６０原子％以下含有し、前記第２シード層はＣｒを３０原子％以上、６０原子％以下含有し、前記第３シード層はＮｂを３０原子％以上、６０原子％以下含有することが好ましい。

また、前期第３シード層成膜後に酸素暴露することが好ましい。

磁気記録媒体を上述のように構成することにより、ガラス基板を用いた磁気記録媒体においても、高い異方性を有する異方性磁気記録媒体とすることができ、優れた磁気特性と電磁変換特性を実現することが可能となる。またスパッタガスにＮ_２を添加せず、Ａｒのみで行うことにより、スパッタパーティクルを低減させ、歩留まりの向上が図れる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の磁気記録媒体の構成例を説明するための図で、磁気記録媒体は、ガラス基板１上に、シード層２、下地層３、磁性層４および保護層５が順次積層され、更に、保護層５の上には潤滑層６が形成されて構成されている。シード層２は第１シード層２１、第２シード層２２、第３シード層２３を積層して構成されている。
ガラス基板１に用いる材料は、化学強化ガラス、結晶化ガラス等、磁気記録媒体用に用いられる通常のガラス系材料を用いることができる。中心部に円形孔を有する円板状が好ましく、中心部の円形孔の径、基板の外径および基板の板厚等は、所望の用途に応じて適宜設定される。

ガラス基板１には、テクスチャ加工を施す。テクスチャ加工に先立ち、ガラス基板に通常の方法でポリッシュ加工を施して表面を平滑化しておくことが好ましい。ポリッシュ加工後のＲａ（中心線平均粗さ）は好ましくは０．１５〜０．３ｎｍである。表面を平滑化した基板に対してテクスチャ加工を施して、円周方向に略同心円状の溝を形成する。テクスチャ加工法としては遊離砥粒法が好ましい。具体的には、研磨砥粒を含まない加工布（ウレタン、ポリエステル、ナイロン等）を基板表面に押圧し、加工布に研磨用スラリー（ダイヤモンド、酸化アルミニウム、酸化セリウム、コロイダルシリカ、シリコンカーバイト等）を含ませて基板を回転させながら実施する。上記テクスチャ加工を施した基板には１μｍ平方あたり２５〜６０本の円周方向の略同心円状の溝が形成されることが好ましい。２５本未満では所望の残留磁化異方性を得られない。基板表面粗さを小さくするに従い、溝の数は多くすることが好ましい。しかしながら、溝の数を多くするに従って所望の深さを得ることが困難になることから溝の数は６０本以下が好ましい。

基板に形成される溝は３〜５ｎｍの深さが好ましい。３ｎｍ未満の場合は所望の残留磁化異方性が得られず、溝の深さが５ｎｍより深くなる場合は、磁気記録媒体のエラーが増大して信号品質を劣化させ、実用に耐えなくなる。
このようにテクスチャ加工されたガラス基板はよく洗浄し、表面の異物を取り除いたのち、成膜を行う。
シード層２は第１シード層２１、第２シード層２２、第３シード層２３を積層して構成され、その上に形成される層の結晶配向および結晶粒径等を制御して磁気記録媒体の所望の特性を得るために設ける層である。第１シード層２１としてＣｒＴｉ合金を用い、第２シード層２２としてＮｉＣｒ合金を用い、第３シード層２３にＮｉＮｂ合金を用いることにより、半径方向残留磁化に対して円周方向残留磁化を著しく増加することが可能であり、ＯＲ−Ｍｒｔを１．７以上とすることができる。これら３つのシード層はスパッタ法にて成膜することが好ましい。第１シード層は５〜１０ｎｍの厚さ、第２シード層は５〜１０ｎｍの厚さ、第３シード層は１０〜１２ｎｍの厚さとすることが好ましい。

磁性層、保護層の成膜でバイアス印加成膜を行うため、第３シード層成膜後に高真空を維持したまま基板を持ち替える。ガラス基板は絶縁性であるため、バイアスを印加するためには第３シード層にバイアスを印加する電極（バイアス電極）を接触することとなるが、基板を保持する基板ホルダがバイアス電極を兼ねることとし、第３シード層成膜後に基板の保持位置を変更することにより、バイアス印加が可能となる。保持位置の変更は、基板ホルダに位置変更の機能を付加する方法で良い。このようにすることで、以降の各層の成膜でもバイアス印加が可能となる。
ＣｒＴｉ合金からなる第１シード層２１はＴｉを３０原子％以上、６０原子％以下含有することが好ましい。Ｔｉが３０原子％未満、およびＴｉが６０原子％を超えるとＯＲ−Ｍｒｔが低下する傾向がある。

ＮｉＣｒ合金からなる第２シード層２２はＣｒを３０原子％以上、６０原子％以下含有することが好ましい。Ｃｒが３０原子％未満、およびＣｒが６０原子％を超えるとＯＲ−Ｍｒｔが低下する傾向がある。
ＮｉＮｂ合金からなる第３シード層２３はＮｂを３０原子％以上、６０原子％以下含有することが好ましい。Ｎｂが３０原子％未満、およびＮｂが６０原子％を超えるとＯＲ−Ｍｒｔが低下する傾向がある。
下地層３は、その上に形成される磁性層の結晶配向および結晶粒径を制御して所望の特性を有する磁気記録媒体を得るために用いられる。下地層の材料としてはＣｒ、ＣｒＭｏ系合金を用いることができる。下地層もスパッタ法により成膜することが好ましく、その厚さは１０ｎｍ以下が好ましい。

また、下地層３は２層以上の複層の構成にすることができる。この場合、たとえば第１の下地層をＣｒ、第２の下地層をＣｒＭｏ等とするとＯＲ−Ｍｒｔを大きくし、さらに下地層上に形成される磁性層をエピタキシャル成長させやすくするという効果がある。下地層を複層とする場合の膜厚は、下地層全体の膜厚を１０ｎｍ以下とすることが好ましい。
磁性層４は、Ｃｏを主とする磁性材料により形成される。例えば、ＣｏＣｒ合金、ＣｏＣｒＴａ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔＢ合金、ＣｏＣｒＰｔＢＣｕ合金等を用いることができる。磁性層の成膜方法は、スパッタ法が好ましく、その膜厚は５〜２０ｎｍが好ましい。
また、磁性層４は２層以上の複層の構成にすることができる。例えば第１の磁性層をＣｏＣｒＴａ合金、第２の磁性層をＣｏＣｒＰｔＢ合金、第３の磁性層をＣｏＣｒＰｔＢＣｕ合金等とすると記録密度の向上に効果がある。磁性層を複層とする場合の膜厚は、磁性層全体の膜厚を２０ｎｍ以下にすることが好ましい。

保護層５は、磁性層以下の層を磁気ヘッドとの接触による破壊から防止するために形成される。従って硬度が高い材料を使用することが好ましく、Ｃ、ＣＮ（窒化炭素）、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等を用いることができる。保護層はスパッタ法またはＣＶＤ法等により形成される。保護層は磁気記録媒体の特性を向上させるためには薄いほうが好ましく、２〜４ｎｍの厚さが好ましい。
以上の下地層３、磁性層４、保護層５の成膜においては、基板に対して直流またはＲＦのバイアスを印加することが好ましい。
潤滑層６は、磁気記録媒体と磁気ヘッドが接触した場合の摩擦の低減等を目的として形成されるもので、通常の磁気記録媒体で使用されるパーフロロポリエーテル等の液体潤滑剤を用いることができる。潤滑層は液体潤滑剤をスピンコート、浸漬塗布等の方法で形成することができ、その厚さは１〜２ｎｍが好ましい。

以下、実施例を用いてさらに詳細に説明する。

ガラス基板１として、直径２１．６ｍｍ、板厚０．３８１ｍｍの化学強化ガラス基板（旭硝子社製ガラス基板）を用い、これにポリッシュ加工を施して表面粗さＲａを０．２ｎｍとした。引続き、不織布、ダイヤモンドスラリーを用いて、浮遊砥粒法によりテクスチャ加工を施し、１μｍ平方あたり平均６０本の円周方向の略同心円状の溝を形成した。溝の深さは平均３ｎｍであった。
引続き、ガラス基板を良く洗浄した後、成膜装置に導入した。始めに、ガラス基板上に第１シード層２１であるＣｒＴｉ膜をＤＣマグネトロンスパッタ法により形成した。Ｃｒ５０Ｔｉ（ここで、数字は引続く元素の原子％を表し、Ｔｉが５０原子％、残余がＣｒであることを表す。以下同様である。）のスパッタターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒガス、ガス圧力は１Ｐａにて、膜厚５ｎｍの第１シード層を形成した。続いて、第２シード層２２であるＮｉＣｒ膜をＤＣマグネトロンスパッタ法により形成した。Ｎｉ５０Ｃｒのスパッタターゲットを用い、スパッタガスはＡｒガスを用いて、ガス圧力は１Ｐａにて、膜厚８ｎｍの第２シード層を形成した。第２シード層上に第３シード層２３であるＮｉＮｂ膜をＤＣマグネトロンスパッタ法により形成した。Ｎｉ５０Ｎｂのスパッタターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒガス、ガス圧力は１Ｐａにて、膜厚１０ｎｍの第３シード層を形成した。なお、第３シード層成膜後に高真空を維持したスパッタ装置内で基板を基板ホルダから一度はずし、基板を保持している位置を変更して再度基板ホルダに取り付け、基板と基板ホルダの間に導電性を確保して、以降の成膜にバイアス印加可能とした。バイアス印加可能とすることで磁気記録媒体の大幅な特性向上と保護膜の成膜にＣＶＤ法を用いることができるようになる。このように３層積層されたシード層２を成膜した基板は、下地層３を成膜する前に１Ｐａのガス圧下で３０重量％のＯ_２を添加したＡｒガス（以下、Ａｒ＋３０重量％Ｏ_２ガスとも表す。）に暴露し、第３シード層であるＮｉＮｂの表面に酸素を吸着させる工程を行った。次にヒータにより約２７０℃に基板を加熱し、下地層３を成膜した。下地層３は３層構成とし、Ｃｒ膜、ＣｒＭｏＢ膜、ＣｒＭｏ膜の順に形成した。各膜のいずれもスパッタガスとしてＡｒガスを用い、ガス圧力は１Ｐａにて、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて形成した。Ｃｒ膜はＣｒからなるスパッタターゲットを用いて膜厚３ｎｍにて形成した。ＣｒＭｏＢ膜はＣｒ１５Ｍｏ７Ｂのターゲットを用いて、膜厚１ｎｍにて形成した。ＣｒＭｏ膜はＣｒ３０Ｍｏのターゲットを用いて、膜厚２ｎｍにて形成した。

引続いて磁性層４を形成した。磁性層４は４層構成とし、ＣｏＣｒＴａ膜、Ｒｕ膜、ＣｏＣｒＰｔＢＣｕ膜、組成の異なるＣｏＣｒＰｔＢＣｕ膜の順に形成した。各膜のいずれもスパッタガスとしてＡｒガスを用い、ガス圧力は１Ｐａにて、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて形成した。ＣｏＣｒＴａ膜はＣｏ１７Ｃｒ５Ｔａのスパッタターゲットを用いて、膜厚３ｎｍにて形成した。Ｒｕ膜は、Ｒｕのスパッタターゲットを用いて、膜厚０．８ｎｍにて形成した。次に、ヒータにより基板を２７０℃に再度加熱した後、ＣｏＣｒＰｔＢＣｕ膜を形成した。Ｃｏ２４Ｃｒ１４Ｐｔ８Ｂ４Ｃｕ膜のターゲットを用いて、基板にＤＣバイアスを−３５０Ｖ印加しながら、膜厚１０ｎｍにて形成した。続いて、組成の異なるＣｏＣｒＰｔＢＣｕ膜を形成した。Ｃｏ１３Ｃｒ１１Ｐｔ１０Ｂ４Ｃｕ膜のターゲットを用いて基板にＤＣバイアスを−３５０Ｖ印加しながら、膜厚８ｎｍにて形成した。

引続いてカーボンからなる保護層５をＲＦ−ＣＶＤ法で形成した。Ｃ_２Ｈ_４ガスを導入し−２２０ＶのＲＦバイアスを基板に印加しながら、２．５ｎｍの膜厚にて形成した。
引続き、パーフロロポリエーテルからなる潤滑剤を１．６ｎｍ塗布して磁気記録媒体を得て、実施例１とした。
（比較例１）
第１シード層を形成しないこと以外は実施例１と同様にして磁気記録媒体を作製し、比較例１とした。
（比較例２）
第２シード層２を形成しないこと以外は実施例１と同様にして磁気記録媒体を作製し、比較例２とした。
（比較例３）
第１シード層のスパッタターゲットをＣｒ、第２シード層のスパッタターゲットをＮｉＮｂとして、両層ともスパッタガスとしてＡｒ＋２０重量％Ｎ_２を用いて成膜し、第３シード層を形成せずに下地層以降を成膜したこと以外は実施例１と同様にして磁気記録媒体を作製し、比較例３とした。スパッタガスがＮ_２ガスを含有することから、成膜した層内にはＮを含有し、第１シード層の組成はＣｒＮ、第２シード層の組成はＮｉＮｂＮとなっている。

表１に実施例１および比較例１ないし３のＯＲ−Ｍｒｔを示す。

第１シード層としてＣｒＴｉを用い、第２シード層としてＮｉＣｒを用い、第３シード層としてＮｉＮｂを用いた場合にガラス基板を用いてもＯＲ−Ｍｒｔが１．７以上と高い値が得られている。このように本発明のような構成にするとＡｒガスでスパッタしても高いＯＲ−Ｍｒｔが得られる。比較例１のように第１のシード層を形成しない場合や比較例２のように第２のシード層を形成しない場合はＯＲ−Ｍｒｔは低下する。また、比較例３のように、第１のシード層にＣｒＮ、第２のシード層にＮｉＮｂＮを用いた場合に比較して、実施例１の方が格段にＯＲ−Ｍｒｔを大きくすることができる。
また、スパッタガスとして純Ａｒガスを用いることによりスパッタ成膜時のパーティクル発生を抑制することが可能である。スパッタガス以外の条件を同じにし、ＣｒターゲットをＡｒおよびＡｒ＋２０重量％Ｎ_２ガスでスパッタした場合のスパッタ室中でのパーティクルを測定した結果、Ａｒでは１回の成膜で１〜２個のパーティクルの発生量であるが、Ａｒ＋２０重量％Ｎ_２ガスの場合は７〜８個のパーティクルの発生量であった。相当数の測定を行ったが、明らかにＡｒ＋２０重量％Ｎ_２ガスの場合がパーティクルの発生量が多いことが確認された。従って、純Ａｒでスパッタすることにより、製品の良品率を向上させることができる。不良項目として、データの読み書きに関する不良（Ｒ／Ｗエラー）、磁気ヘッドの浮上高さ不良（ＧＨＴエラー）を実施例１と比較例３で比較した結果、実施例１の良品率はＲ／Ｗエラーで約８％程度の改善、ＧＨＴエラーで約６％の改善が見られた。

表２に実施例１と比較例１ないし３の磁気記録媒体の保磁力（Ｈｃｒ）、信号対雑音比（ＳＮＲ）を示す。
実施例１は、比較例１ないし３に比べて高いＨｃｒ、優れたＳＮＲが得られることがわかる。

このように第１シード層としてＣｒＴｉを用い、第２シード層としてＮｉＣｒを用い、第３シード層としてＮｉＮｂを用いることにより、スパッタガスとして純Ａｒを用いても、高い保磁力、優れた電磁変換特性を得ることができ、また、スパッタパーティクルが少なく高い良品率で磁気記録媒体を安定的に生産することが可能となる。

本発明の磁気記録媒体の構成例を説明するための断面模式図である。

符号の説明

１ガラス基板
２シード層
２１第１シード層
２２第２シード層
２３第３シード層
３下地層
４磁性層
５保護層
６潤滑層

Claims

ガラス基板、シード層および磁性層を備えた磁気記録媒体において、
前記ガラス基板は、テクスチャ加工が施され、
前記シード層は、ＣｒとＴｉからなる第１シード層、ＮｉとＣｒからなる第２シード層、ＮｉとＮｂからなる第３シード層を順次積層したことを特徴とする磁気記録媒体。
前記テクスチャ加工は、１μｍ平方あたり２５本以上、６０本以下の略同心円状の溝であることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
前記略同心円状の溝の深さは、３ｎｍ以上、５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の磁気記録媒体。
前記第１シード層はＴｉを３０原子％以上、６０原子％以下含有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気記録媒体。
前記第２シード層はＣｒを３０原子％以上、６０原子％以下含有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気記録媒体。
前記第３シード層はＮｂを３０原子％以上、６０原子％以下含有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気記録媒体。
前期第３シード層成膜後に酸素暴露したことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気記録媒体。