JP4864391B2

JP4864391B2 - 磁気記録媒体、その製造方法および磁気記録再生装置

Info

Publication number: JP4864391B2
Application number: JP2005257366A
Authority: JP
Inventors: 謙治清水
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2025-09-06
Also published as: JP2006099951A

Description

本発明は、非磁性基板上に、少なくとも裏打ち層と下地膜と中間層と垂直磁気記録膜を有する磁気記録媒体、その製造方法、および磁気記録再生装置に関するものである。

垂直磁気記録方式は、媒体の面内方向に向けられていた磁気記録層の磁化容易軸を媒体の垂直方向に向けることにより、記録ビット間の境界である磁化遷移領域付近での反磁界が小さくなるため、記録密度が高くなるほど静磁気的に安定となって熱揺らぎ耐性が向上することから、面記録密度の向上に適した方式である。

また、基板と垂直磁気記録膜（磁性合金膜）との間に軟磁性材料からなる裏打ち層を設けた場合には、いわゆる垂直２層媒体として機能し、高い記録能力を得ることができる。このとき、軟磁性材料からなる裏打ち層は磁気ヘッドからの記録磁界を還流させる役割を果たしており、記録再生効率を向上させることができる。

ところで、下記の特許文献１には、非磁性基板と磁性合金膜との間にＴｉ下地膜を設け、Ｔｉ下地膜に他の元素を含有させることにより、Ｔｉ合金下地膜と磁性合金膜との間の格子の整合性を高め、六方晶系の磁性合金膜のｃ軸配向性を向上させる方法が提案されている。しかしながら、Ｔｉ合金下地膜では、上に設けた中間層や磁性合金膜とのエピタキシャル成長が不十分になりやすく、また磁性合金膜の結晶粒径が肥大化し、その結果、媒体ノイズが大きくなりＳＮＲ（記録再生特性）は不十分である。
特許第２６６９５２９号公報

また、下記の特許文献２には、下地膜としてＮｉＦｅＣｒが提案されている。しかしながら、ＮｉＦｅＣｒ下地膜の結晶粒径は約１０ｎｍと大きく、したがってこの場合も、磁性合金膜の結晶粒径が肥大化し、その結果媒体ノイズが大きくなりＳＮＲは不十分となっていた。
特開２００３−１２３２３９号公報

上記のように様々な組成からなる下地膜を用いた垂直磁気記録媒体が提案されているが、磁性合金膜の結晶粒径が大きくなり、ＳＮＲ特性が悪化していた。

一方、磁性合金膜の結晶粒径を微細化しようとすると、その垂直配向性が悪化する傾向にあり、結晶粒径の微細化と垂直配向性との両立は困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、垂直磁気記録膜の、粒径微細化と垂直配向性を両立することができ、記録再生特性を大幅に改善し、情報の高密度化を実現することができる磁気記録媒体、その製造方法、および磁気記録再生装置を提供することを目的とする。

（１）上記目的を達成するために、第１の発明は、非磁性基板上に、少なくとも裏打ち層と下地膜と中間層と垂直磁気記録膜を有する磁気記録媒体において、前記下地膜は、ＮｉＣｒＢ、ＮｉＣｒＢＣｏの何れかからなって他の元素を含まず、ｆｃｃ構造を有する結晶構造であり、構成元素のうちＮｉの組成が最も多く、Ｂの組成が１ａｔ％以上２０ａｔ％以下であり、Ｃｒの組成が１０ａｔ％以上４５ａｔ％以下であり、前記中間層は、ＲｕまたはＲｕ合金からなり、前記垂直磁気記録膜は、少なくともＣｏとＰｔと酸化物とを含む、ことを特徴としている。

（２）第２の発明は、上記した（１）項に記載の発明の構成に加えて、前記下地膜の膜厚が１ｎｍ以上１２ｎｍ以下である、ことを特徴としている。

（３）第３の発明は、上記した（１）項または（２）項に記載の発明の構成に加えて、前記裏打ち層を構成する軟磁性膜が非結晶質構造である、ことを特徴としている。

（４）第４の発明は、非磁性基板上に、少なくとも裏打ち層と下地膜と中間層と垂直磁気記録膜を有する磁気記録媒体を製造する磁気記録媒体の製造方法において、前記下地膜をＮｉＣｒＢ、ＮｉＣｒＢＣｏの何れかから形成して他の元素を実質的に含めず、ｆｃｃ構造を有する結晶構造とし、構成元素のうちＮｉの組成を最も多くし、Ｂの組成を１ａｔ％以上２０ａｔ％以下とし、Ｃｒの組成を１０ａｔ％以上４５ａｔ％以下とし、前記中間層を、ＲｕまたはＲｕ合金から形成し、前記垂直磁気記録膜を、少なくともＣｏとＰｔと酸化物とを含むものとする、ことを特徴としている。

（５）第５の発明は、磁気記録媒体と、該磁気記録媒体に情報を記録再生する磁気ヘッドとを備えた磁気記録再生装置であって、磁気ヘッドが単磁極ヘッドであり、磁気記録媒体が、請求項１乃至３の何れか１項に記載の磁気記録媒体である、ことを特徴としている。

本発明によれば、下地膜をＮｉＣｒＢ、ＮｉＣｒＢＣｏの何れかから形成し、その結晶構造をｆｃｃ構造としたので、垂直磁気記録膜の、粒径微細化と垂直配向性を両立させることができ、記録再生特性を大幅に改善し、情報の高密度化を実現することができる。

図１は本発明の磁気記録媒体の一実施形態を模式的に示す図である。ここに示されている磁気記録媒体は、非磁性基板１上に、第１軟磁性膜２１、Ｒｕ膜２２および第２軟磁性膜２３からなる裏打ち層２と、下地膜（配向制御層）３と、中間層４と、垂直磁気記録膜５と、保護膜６と潤滑膜とが順次形成された構成となっている。

非磁性基板１としては、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料からなる金属基板を用いてもよいし、ガラス、セラミック、シリコン、シリコンカーバイド、カーボンなどの非金属材料からなる非金属基板を用いてもよい。

ガラス基板としては、アモルファスガラス、結晶化ガラスがあり、アモルファスガラスとしては汎用のソーダライムガラス、アルミノシリケートガラスを使用できる。また、結晶化ガラスとしては、リチウム系結晶化ガラスを用いることができる。

非磁性基板１は、平均表面粗さＲａが０．８ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以下であることがヘッドを低浮上させた高記録密度の記録再生に適している点から望ましい。

また、表面の微小うねり（Ｗａ）が０．３ｎｍ以下（より好ましくは０．２５ｎｍ以下）であるのがヘッドを低浮上させた高記録密度の記録再生に適している点から好ましい。

第１軟磁性膜２１および第２軟磁性膜２３は、軟磁性材料からなるもので、この材料としてはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉを含む材料を挙げることができる。この材料としては、ＦｅＣｏ合金（ＦｅＣｏＢ、ＦｅＣｏＳｉＢ、ＦｅＣｏＺｒ、ＦｅＣｏＺｒＢ、ＦｅＣｏＺｒＢＣｕなど）、ＦｅＴａ合金（ＦｅＴａＮ、ＦｅＴａＣなど）、Ｃｏ合金（ＣｏＴａＺｒ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＢなど）を挙げることができる。

第１軟磁性膜２１および第２軟磁性膜２３は、アモルファス構造であることが特に好ましい。アモルファス構造とすることで、その上に設けられた下地膜３の粒径の肥大化、配向の悪化などの悪影響を及ぼすことが無いためである。さらに、アモルファス構造とすることで、表面粗さＲａが大きくなることを防ぎ、ヘッドの浮上量を低減することが可能となり、さらに高記録密度化が可能となるためである。

第１軟磁性膜２１および第２軟磁性膜２３の保磁力Ｈｃは３０Ｏｅ以下（好ましくは１０Ｏｅ以下）とするのが好ましい。なお、１Ｏｅは、約７９Ａ／ｍである。

第１軟磁性膜２１および第２軟磁性膜２３の飽和磁束密度Ｂｓは、０．６Ｔ以上（好ましくは１Ｔ以上）とするのが好ましい。

裏打ち層２を構成する第１軟磁性膜２１および第２軟磁性膜２３の総膜厚は２０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下（好ましくは３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下）であることが好ましい。第１軟磁性膜２１および第２軟磁性膜２３の総膜厚が２０ｎｍ未満であると、ＯＷ特性（ＯｖｅｒＷｒｉｔｅ）特性が低下するために好ましくない。１２０ｎｍを超えると、生産性を大きく悪化させるために好ましくない。

第１軟磁性膜２１および第２軟磁性膜２３の形成方法としては、スパッタリング法を用いることができる。

裏打ち層２を形成する際に、半径方向に磁界を与えた状態で成膜することもできる。

裏打ち層２は少なくとも２層の軟磁性膜と２層の軟磁性膜の間にＲｕ膜２２が設けられた構成からなることが好ましい。なお、このＲｕ膜２２に代えてＲｅ膜を設けるようにしてもよい。軟磁性膜２１，２３の間にＲｕ膜２２またはＲｅ膜を設け、所定の厚さに設定することで、上下に設けられた軟磁性膜２１，２３を反強磁性結合させることができるためである。このような構成とすることで、垂直磁気記録媒体特有の問題であるＷＡＴＥ（ＷｉｄｅＡｒｅａＴｒａｃｋＥｒａｓｕｒｅ）の現象をより改善することが可能となる。

下地膜３は、上に設けられた垂直磁気記録膜５の配向や結晶サイズを制御するためのものである。下地膜３に用いられる材料は、ＮｉＣｒＢ、ＮｉＣｒＢＣｏのいずれかからなり、ｆｃｃ構造を有する結晶構造であることが好ましい。ｆｃｃ構造以外の構造（例えば、ｂｃｃ構造やアモルファス構造）であると、垂直磁気記録膜５の配向が不十分となり、その結果、ＳＮＲの低下や保磁力の低下を生じるので好ましくない。

下地膜３はＮｉの組成が最も多いことが好ましい。Ｎｉ組成が他の元素の組成より少ない場合、結晶構造が乱れたり、結晶粒径の肥大化が生じるためである。

下地膜３のＢ組成は１ａｔ％以上２０ａｔ％以下であることが好ましい。Ｂ組成が１ａｔ％未満であるとＢによる結晶粒微細化の効果が不十分であり、ＳＮＲの改善を得ることができないため好ましくない。なお、下地膜３の結晶粒が微細化されると、垂直磁気記録膜５の結晶サイズも制御され微細化されるようになる。

下地膜３のＣｒ組成が１０ａｔ％以上４５ａｔ％以下であることが好ましい。Ｃｒ組成が１０ａｔ％未満であると下地膜の磁化が大きくなり、ノイズが発生するので好ましくない。またＣｒ組成が４５ａｔ％を超えるとｆｃｃの結晶構造が乱れて、垂直磁気記録膜５の配向が悪化するために好ましくない。

下地膜３の膜厚は１ｎｍ以上１２ｎｍ以下であることが好ましい。下地膜３が１ｎｍ未満であると、下地膜３としての効果が不十分となり、粒径の微細化の効果を得ることができず、また配向も悪化するので好ましくない。また、下地膜３の厚さが１２ｎｍを超えると、記録再生時における磁気ヘッドと軟磁性裏打ち層２の距離が大きくなるため、ＯＷ特性や再生信号の分解能が低下するため好ましくない。

中間層４は、垂直磁気記録膜５の配向および粒径を制御するためのものである。中間層４の材料としては、ＲｕまたはＲｕ合金が好ましい。

中間層４の厚さを２ｎｍ以上３０ｎｍ（特に１０〜２０ｎｍ）とするのが好ましい。中間層４の厚さが上記範囲であるとき、垂直磁気記録膜５の配向性が良好で、かつ記録時における磁気ヘッドと裏打ち層２との距離を小さくすることができるので、再生信号の分解能を低下させることなく記録再生特性を高めることができるからである。

中間層４は、Ｒｕと酸化物のグラニュラー構造としてもよい。酸化物としては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、Ｔａ₂Ｏ₅などを挙げることができる。

垂直磁気記録膜５は磁化容易軸を基板面に対し垂直方向に有している。構成元素としては、少なくともＣｏとＰｔと酸化物を含んでおり、さらにＳＮＲ特性改善などの目的でＣｒ、Ｂ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｚｒを添加することもできる。

垂直磁気記録膜５を構成する酸化物としては、ＳｉＯ₂、ＳｉＯ、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、Ｔａ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂を挙げることができる。酸化物の体積率は１５〜４０体積％であることが好ましい。酸化物の体積率が１５体積％未満であると、ＳＮＲ特性が不十分となるため好ましくない。酸化物の体積率が４０体積％を超えると、高記録密度に対応するだけの保磁力を得ることができないため好ましくない。

垂直磁気記録膜５のニュークリエーション磁界（−Ｈｎ）は１．５ｋＯｅ以上であることが好ましい。−Ｈｎが１．５ｋＯｅ未満であると、熱揺らぎが発生するので好ましくない。

垂直磁気記録膜５の厚さは６〜１８ｎｍであることが好ましい。酸化物グラニュラー層の厚さがこの範囲であると、十分な出力を確保することができ、ＯＷ特性の悪化が生じないために好ましい。

垂直磁気記録膜５は、単層構造とすることもできるし、組成の異なる材料からなる２層以上の構造とすることもできる。

保護膜６は垂直磁気記録膜５の腐食を防ぐとともに、磁気ヘッドが媒体に接触したときに媒体表面の損傷を防ぐためのもので、従来公知の材料を使用でき、例えばＣ、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂を含むものが使用可能である。保護層６の厚さは、１ｎｍ以上５ｎｍ以下とするのがヘッドと媒体の距離を小さくできるので高記録密度の点から望ましい。

潤滑膜には従来公知の材料、例えばパーフルオロポリエーテル、フッ素化アルコール、フッ素化カルボン酸などを用いるのが好ましい。

本形態の磁気記録媒体にあっては、少なくとも裏打ち層２と下地膜３と中間層４と垂直磁気記録膜５を有する垂直磁気記録媒体において、下地膜３がＮｉＣｒＢ、ＮｉＣｒＢＣｏのいずれかからなり、ｆｃｃ構造を有する結晶構造であることを特徴とする磁気記録媒体であるので、垂直磁気記録膜５の、粒径微細化と垂直配向性を両立させることができ、記録再生特性を大幅に改善し、情報の高密度化を実現することができる。

図２は磁気記録媒体を用いた磁気記録再生装置の例を示す図である。ここに示す磁気記録再生装置は、磁気記録媒体１０と、磁気記録媒体１０を回転駆動させる媒体駆動部１１と、磁気記録媒体１０に情報を記録再生する磁気ヘッド１２と、ヘッド駆動部１３と、記録再生信号処理系１４とを備えている。記録再生信号処理系１４は、入力されたデータを処理して記録信号を磁気ヘッド１２に送ったり、磁気ヘッド１２からの再生信号を処理してデータを出力することができるようになっている。

以下、実施例を示して本発明の作用効果を明確にする。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）ガラス基板（オハラ社製結晶化基板ＴＳ１０−ＳＸ、直径２．５インチ）をＤＣマグネトロンスパッタ装置（アネルバ社製Ｃ−３０１０）の成膜チャンバ内に収容して、到達真空度１×１０^-5Ｐａとなるまで成膜チャンバ内を排気した。この基板上に第１軟磁性膜として８９Ｃｏ−４Ｚｒ−７Ｎｂ（Ｃｏ含有量８９ａｔ％、Ｚｒ含有量４ａｔ％、Ｎｂ含有量７ａｔ％）を５０ｎｍ、Ｒｕ膜を０．８ｎｍ、第２軟磁性膜として８９Ｃｏ−４Ｚｒ−７Ｎｂを５０ｎｍ成膜して裏打ち層を形成した。裏打ち層の磁化容易軸が基板半径方向であることを振動式磁気特性測定装置（ＶＳＭ）で確認した。裏打ち層の結晶構造がアモルファス構造であることをＸＲＤで確認した。

次いで、下地膜として６０Ｎｉ−３５Ｃｒ−５Ｂを５ｎｍ、中間膜としてＲｕを１５ｎｍ、垂直磁気記録膜として６０Ｃｏ−１０Ｃｒ−２０Ｐｔ−１０ＳｉＯ₂を１２ｎｍ成膜した。次いで、ＣＶＤ法により４ｎｍの保護膜を形成した。

次いで、ディッピング法によりパーフルオロポリエーテルからなる潤滑膜を形成し、垂直磁気記録媒体を得た。

（比較例１）下地膜を設けなかったこと以外は、実施例１に準じて磁気記録媒体を作製した。

（比較例２〜５）下地膜にＮｉＣｒ（比較例２）、ＮｉＣｒＦｅ（比較例３）、ＮｉＣｒＣｏ（比較例４）、ＮｉＢ（比較例５）を用いたこと以外は実施例１に準じて磁気記録媒体を作製した。

これら実施例１および比較例２〜５の磁気記録媒体について、膜構造および記録再生特性を評価した。膜構造の評価にはＸＲＤ解析および平面ＴＥＭ観察を用い、下地膜の結晶構造、垂直磁気記録膜の配向性および粒径を調べた。記録再生特性の評価は、米国ＧＵＺＩＫ社製リードライトアナライザＲＷＡ１６３２、およびスピンスタンドＳ１７０１ＭＰを用いて測定した。

記録再生特性の評価には、書き込みをシングルポール磁極、再生部にＧＭＲ素子を用いたヘッドを用いて、記録周波数条件を線記録密度９００ｋＦＣＩとして測定した。評価結果を図３に示す。

図３から、実施例１は、比較例１〜５に比較して配向、粒径が改善し、ＳＮＲが上回ることが確認できた。この結果より、下地にＮｉＣｒＢを用いることで、配向および粒径の改善がＳＮＲの改善をもたらしていることがわかった。

（実施例２〜１０）下地膜の組成を変えたこと以外は実施例１に準じて磁気記録媒体を作製した。評価結果を図４に示す。

図４に示すように、Ｃｒ組成が１０〜４５ａｔ％、Ｂ組成が１〜２０ａｔ％とすることで、優れた特性を得ることができた。

（実施例１１〜１３）下地膜の厚さを変えたこと以外は実施例１に準じて磁気記録媒体を作製した。評価結果を図５に示す。

図５に示すように、下地膜の厚さが１〜１２ｎｍとすることで、優れた特性を得ることができた。

（実施例１４〜１９）裏打ち層を構成する軟磁性膜の材料を変えた以外は実施例１に準じて磁気記録媒体を作製した。評価結果を図６に示す。

図６に示すように、裏打ち層がアモルファス構造であることが確認された実施例１４〜１８は、優れた特性を得ることができた。

本発明の磁気記録媒体の一実施形態を模式的に示す図である。磁気記録媒体を用いた磁気記録再生装置の例を示す図である。実施例１および比較例２〜５の評価結果を示す図である。実施例２〜１０の評価結果を示す図である。実施例１１〜１３の評価結果を示す図である。実施例１４〜１９の評価結果を示す図である。

符号の説明

１非磁性基板
２裏打ち層
２１第１軟磁性層
２２Ｒｕ層
２３第２軟磁性層
３下地膜
４中間層
５垂直磁気記録膜
６保護膜

Claims

非磁性基板上に、少なくとも裏打ち層と下地膜と中間層と垂直磁気記録膜を有する磁気記録媒体において、
前記下地膜は、
ＮｉＣｒＢ、ＮｉＣｒＢＣｏの何れかからなって他の元素を含まず、ｆｃｃ構造を有する結晶構造であり、
構成元素のうちＮｉの組成が最も多く、
Ｂの組成が１ａｔ％以上２０ａｔ％以下であり、
Ｃｒの組成が１０ａｔ％以上４５ａｔ％以下であり、
前記中間層は、ＲｕまたはＲｕ合金からなり、
前記垂直磁気記録膜は、少なくともＣｏとＰｔと酸化物とを含む、
ことを特徴とする磁気記録媒体。
前記下地膜の膜厚が１ｎｍ以上１２ｎｍ以下である、請求項１に記載の磁気記録媒体。
前記裏打ち層を構成する軟磁性膜が非結晶質構造である、請求項１または２に記載の磁気記録媒体。
非磁性基板上に、少なくとも裏打ち層と下地膜と中間層と垂直磁気記録膜を有する磁気記録媒体を製造する磁気記録媒体の製造方法において、
前記下地膜をＮｉＣｒＢ、ＮｉＣｒＢＣｏの何れかから形成して他の元素を含めず、ｆｃｃ構造を有する結晶構造とし、
構成元素のうちＮｉの組成を最も多くし、
Ｂの組成を１ａｔ％以上２０ａｔ％以下とし、
Ｃｒの組成を１０ａｔ％以上４５ａｔ％以下とし、
前記中間層を、ＲｕまたはＲｕ合金から形成し、
前記垂直磁気記録膜を、少なくともＣｏとＰｔと酸化物とを含むものとする、
ことを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
磁気記録媒体と、該磁気記録媒体に情報を記録再生する磁気ヘッドとを備えた磁気記録再生装置であって、磁気ヘッドが単磁極ヘッドであり、磁気記録媒体が、請求項１乃至３の何れか１項に記載の磁気記録媒体である、ことを特徴とする磁気記録再生装置。