JP5413389B2

JP5413389B2 - 垂直磁気記録媒体

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Publication number: JP5413389B2
Application number: JP2011056576A
Authority: JP
Inventors: 貞幸渡辺
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2014-02-12
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Description

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に関する。より詳細には、コンピューター、ＡＶ機器等の外部記憶装置として用いられるハードディスクドライブ（ＨＤＤ）に搭載される垂直磁気記録媒体に関する。

ＨＤＤの高記録密度化に対する要求が急速に増加した結果、磁気記録方式は従来の面内磁気記録方式から高密度化に対して有利な垂直磁気記録方式に移り変わっている。垂直磁気記録に用いられる垂直磁気記録媒体（以下、略して垂直媒体とも呼ぶ。）は、硬質磁性材料の磁気記録層と、磁気記録層の記録磁化を垂直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層、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主に構成される。

磁気記録層の微細構造としては、グラニュラー構造と呼ばれる強磁性の結晶粒子を非磁性の粒界成分が取り囲んで磁気的に分離した構造が一般的に用いられる。なお、以下の記述では、強磁性の結晶粒子を略して強磁性粒子と呼ぶこともある。グラニュラー構造の具体例としては強磁性粒子がＣｏ、Ｐｔ、Ｃｒからなり、非磁性粒界成分を酸化物ＳｉＯ₂としたＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ₂等が提案されている（例えば特許文献１参照。）。

磁気記録媒体にまず求められる特性は、いかに多くの信号を書き込めるかという記録密度の高さであり、高記録密度を実現するためには、磁気記録層の強磁性粒子の微細化、あるいは強磁性粒子間の磁気的な相互作用を低減することが有効である。ただし、強磁性粒子の微細化を推し進めると、いわゆる熱揺らぎによる熱安定性の劣化が起こるため、強磁性粒子のもつ垂直磁気異方性エネルギーＫｕを増加させる必要がある。垂直媒体においては、従来の面内媒体で用いられてきた材料であるＣｏＰｔＣｒＢに比して、酸化物を添加したＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ₂の方が、粒間相互作用の低減と、高Ｋｕの両特性に優れていることが報告されている（例えば、非特許文献１参照。）。このことから、酸化物や窒化物を非磁性粒界成分とした硬質磁性材料の方が、垂直媒体の高記録密度化に有利であると考えられる。

一方、ＨＤＤにおいて、磁気記録媒体に記録を行なう磁気ヘッドが発生する磁界強度に関しては、必要な磁界強度がＫｕに比例することが知られている。従って、Ｋｕを大きくする場合には、磁気ヘッドの磁界強度も増加することが必要である。しかし、磁界強度には限界があるため、Ｋｕを高くすると磁気記録層の磁化を全て所望のある一方向に向ける飽和記録が困難になるという問題が生じる。また、強磁性粒子の粒径の微細化を進めると、強磁性粒子にかかる反磁界が低減し、これも磁化反転磁界の増大を招く。すなわち、高記録密度化に向けた強磁性粒子の微細化とＫｕの増加は、磁気記録媒体の書き込み性能を劣化させるという、トレードオフの関係にある。以上のような背景から、書き込み性能を維持したまま、磁気記録媒体の信号品質や安定性を向上させる方法が求められている。

このような課題に対して、磁気記録層を２層以上の磁性層および磁性層間に結合力を制御する層を挿入した多層構造とし、磁性層間の交換結合力を弱めることで、熱安定性をほとんど劣化させずに反転磁界を低減させる方法が提案されている。このような媒体を交換結合制御媒体と呼んでいる。２層の磁性層の直接積層の場合は交換結合力が無限大であるが、２層の磁性層間に交換結合制御層を挿入して交換結合力を制御できる。交換結合制御層により交換結合力を弱めてゆくと、ある最適な交換結合力で反転磁界は極小値を取る。さらに交換結合力を弱めて、交換結合力０に近づけると再度反転磁界が増加する結果が示されている（例えば、非特許文献２参照。）。これは、２層の磁性層が弱い交換結合を保ちつつも、各々異なる磁化反転（即ち、インコヒーレントな磁化反転）を行うために起こる。これを発展させた形として、交換結合制御層の上部の磁性層を２層化し、計３層の磁性層を有し、かつ上部から徐々にＫｕが増加する構造が提案されている（例えば特許文献２参照。）。

特開２００３−１７８４１２号公報特開２００８-２８７８５３公報

Ｔ．Ｏｉｋａｗａ他、アイイーイーイートランザクションオンマグネティックス（ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ｏｎＭａｇｎ．）、（米国）、２００２年、第３８巻、５号、ｐ．１９７６−１９７８Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．，２００７年、第３１巻、ｐ．１７８

提案されている交換結合制御媒体では、磁気ヘッドに最も近い部分にＫｕの低い層が配される。発明者が鋭意研究した結果、このような構造の交換結合制御媒体は、トラックピッチを狭くすることに対しては不利であることが判明した。磁気ヘッドの記録磁界は、ダウントラック方向のみに強い磁界を発生することが理想である。しかし、実際にはクロストラック方向へも弱い記録磁界が発生している。このため、既に信号を書き込まれた隣接トラックに対して、記録磁界のクロストラック方向成分が影響をおよぼすこととなり、書き込まれた信号強度を低減させることになるためである。

以上のように、良好な書き込み性能、信号の品質及び安定性を備えた垂直媒体として有効と考えられている交換結合制御媒体には、トラックピッチを狭くすることに限界が有ることが判明した。

上記の問題に鑑みて、発明者は鋭意検討した結果、磁気記録層を特定の構成とすることによって上述の問題が解決されることを見出して本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、非磁性基体上に磁気記録層を備えた垂直磁気記録媒体において、前記磁気記録層は、第１磁性層、交換結合制御層、第２磁性層、第３磁性層および第４磁性層をこの順に備えることを特徴とする。

前記第１磁性層、第２磁性層、第３磁性層および第４磁性層の垂直磁気異方性定数をそれぞれＫｕ₁、Ｋｕ₂、Ｋｕ₃およびＫｕ₄としたときに、Ｋｕ₄＞Ｋｕ₃＞Ｋｕ₂、かつＫｕ₁＞Ｋｕ₃＞Ｋｕ₂の関係を満たすことが好ましい。

さらに、上記の構造に、交換結合層を追加した構造とすることもできる。すなわち、磁気記録層の構造を、第１磁性層、第１交換結合制御層、第２磁性層、第２交換結合制御層、第３磁性層、第４磁性層を順次積層した構造や、第１磁性層、第１交換結合制御層、第２磁性層、第３磁性層、第２交換結合制御層、第４磁性層を順次積層した構造や、第１磁性層、第１交換結合制御層、第２磁性層、第２交換結合制御層、第３磁性層、第３交換結合制御層、第４磁性層を順次積層した構造とすることを特徴とする。

磁気記録層を上述のように構成することにより、ダウントラック方向については良好な書き込み性能、信号の低雑音性能及び熱的な安定性を備えながら、同時にクロストラック方向においては隣接トラックへの不要な書き込みを防止して高トラック密度を可能とする垂直磁気記録媒体が実現される。

本発明に係る、垂直磁気記録媒体の断面模式図である。本発明に係る、垂直磁気記録媒体の断面模式図である。本発明に係る、垂直磁気記録媒体の断面模式図である。本発明に係る、垂直磁気記録媒体の断面模式図である。

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は本発明の垂直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。垂直磁気記録媒体は、非磁性基体１上に、軟磁性裏打ち層２、シード層３、下地層４、磁気記録層５及び保護層６が順次積層され、更に、保護層６の上には液体潤滑層７が形成されている。磁気記録層５は、図１に示すように、第１磁性層５１、交換結合制御層５６、第２磁性層５２、第３磁性層５３、第４磁性層５４をこの順に有している。

さらに好ましい構成においては、磁気記録層５の最表面部である磁気ヘッドに最も近い位置に配置される第４磁性層５４のＫｕを高くして、下層の第３磁性層５３、第２磁性層５２の順にＫｕを徐々に低減する。さらに、結合層を挟んで最も下層に配置される第１磁性層５１は再びＫｕを高くする。このように磁気記録層５を構成することにより、現に記録を行なっているトラックに隣接している両サイドのトラックに対する意図せざる書き込みを防止することができる。

この作用は次のように説明される。磁気記録層５の最表面部に高いＫｕを有する第４磁性層５４を配置することにより、磁気ヘッドが発生するクロストラック方向への比較的弱い磁界が原因となる隣接トラックへの書き込みに対する耐性を高めることができる。さらに、磁気ヘッドが発生する記録磁界は、磁気ヘッドから遠ざかるにつれて低下することになるため、クロストラック方向への比較的弱い磁界は、磁気記録層５の下層の第３磁性層５３、第２磁性層５２等へ影響を及ぼすことがない。上述の効果により、磁気記録層全体の磁化反転を防ぐことができる。

一方、ダウントラック方向においては、磁気ヘッドは強い記録磁界を発生しており、磁気記録層５の比較的深い位置まで記録磁界が影響を及ぼす。記録磁界は、まず、Ｋｕの最も低い第２磁性層５２の磁化反転を促し、第２磁性層５２の磁化反転は、第３磁性層５３、第４磁性層５４の磁化反転を誘起する。さらに、第２磁性層５２、第３磁性層５３、第４磁性層５４の磁化反転に引きずられるようにして第１磁性層５１が反転することで、磁気記録層全体の磁化が反転する。この効果により、ダウントラック方向については、十分な記録性能を確保することができる。

このようにして、良好な書き込み性能、信号の高い品質及び高い熱安定性を備え、かつ高トラック密度を実現する垂直磁気記録媒体が実現される。
本発明の垂直磁気記録媒体において、非磁性基体１（非磁性基板と呼ばれる場合も有る。）の材料としては、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、化学強化ガラス或いは結晶化ガラス等を用いることができる。基体の加熱温度を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体を用いることもできる。その他、Ｓｉ基体を用いることもできる。

軟磁性裏打ち層２は、磁気記録に用いる磁気ヘッドからの磁束を制御して記録・再生特性を向上するために形成することが好ましい層である。軟磁性裏打ち層２を省略することも可能である。軟磁性裏打ち層２としては、結晶質のＮｉＦｅ合金、センダスト（ＦｅＳｉＡｌ）合金、ＣｏＦｅ合金等、微結晶質のＦｅＴａＣ、ＣｏＦｅＮｉ、ＣｏＮｉＰ等、非磁性成分であるＴａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｂなどを計８ａｔ％以上含んだ非晶質のＣｏＦｅＴａＺｒ等を用いることができる。記録能力を向上するためには、軟磁性裏打ち層２の飽和磁化は大きい方が好ましい。また、軟磁性裏打ち層２の膜厚の最適値は、磁気記録に用いる磁気ヘッドの構造や特性によって変化するが、他の層と連続成膜で形成する場合などは、生産性との兼ね合いから１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが望ましい。

シード層３は、下地層４の配向性を向上するため、或いは粒径を微細化するために、下地層直下に形成することが好ましい層で、シード層３は省略することも可能である。シード層３は非磁性材料、軟磁性材料を用いることができる。記録能力の観点からは、磁気ヘッドと軟磁性層間の距離は小さくすることが望ましい。従って、シード層３が軟磁性裏打ち層と同様に機能するように、軟磁性材料がより好ましく用いられ、非磁性材料とする場合はできるだけ薄くすることが望ましい。軟磁気特性を示すシード層３の材料としては、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＮｂ、ＮｉＦｅＳｉ、ＮｉＦｅＢ、ＮｉＦｅＣｒなどのＮｉ基合金を用いることができる。また、Ｃｏ単体、或いはＣｏＢ、ＣｏＳｉ、ＣｏＮｉ、ＣｏＦｅ等のＣｏ基合金、或いはＣｏＮｉＦｅ、ＣｏＮｉＦｅＳｉなどを用いることができる。結晶構造としては、ｈｃｐ若しくはｆｃｃ構造が好ましい。Ｆｅを含有する場合には、含有量が多いとｂｃｃ構造になり易いため、Ｆｅの含有量は２０％以下とすることが好ましい。非磁性を示すシード層３の材料としては、ＮｉＰ等のＮｉ基合金や、ＣｏＣｒ等のＣｏ基合金の他、Ｐｔ、Ｔａ、Ｔｉなども用いることができる。

下地層４は、磁気記録層５の結晶配向性、結晶粒径、粒径分布、粒界偏析を好適に制御するために磁気記録層５の直下に形成することが好ましい層である。結晶構造は、磁気記録層５にあわせて適宜変更することができる。磁気記録層５がｈｃｐ若しくはｆｃｃ構造をとる場合、下地層４も同様にｈｃｐ若しくはｆｃｃの結晶構造を取ることが好ましい。下地層４の材料としては、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、ＩｒまたはＰｔがなど好適に用いられる。また、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、ＩｒまたはＰｔを主成分とする合金も好ましく用いられる。また、磁気記録層５と軟磁性裏打ち層２との磁気的な相互作用を分断するために、下地層４は非磁性とすることが好ましい。なお、シード層３が軟磁性材料を用いる場合はシード層３も含めて磁気的な相互作用を考慮する必要がある。磁気ヘッドと軟磁性裏打ち層２の間の磁気スペーシングを低減する意味で、下地層４の膜厚は薄いほうが好ましく、３〜３０ｎｍの膜厚が好ましく用いられる。

磁気記録層５は、少なくとも、第１磁性層５１、交換結合制御層５６、第２磁性層５２、第３磁性層５３、第４磁性層５４が順次積層された構成とする。各磁性層のＫｕの値に関しては、第１磁性層５１をＫｕ₁、第２磁性層５２をＫｕ₂、第３磁性層５３をＫｕ₃、第４磁性層５４をＫｕ₄とすると、Ｋｕ₄＞Ｋｕ₃＞Ｋｕ₂、かつＫｕ₁＞Ｋｕ₃＞Ｋｕ₂の関係を満たすことが好ましい。

第１磁性層５１は、磁気記録層５全体の熱安定性を担うことが主な役割の層である。Ｋｕ値としては、１×１０⁶ｅｒｇ／ｃｍ³以上が好ましく用いられる。磁化容易軸が基体面に対して垂直な材料で、このような性能を示す材料として、強磁性粒子が酸化物の非磁性粒界成分によって分離された構造であるグラニュラー構造を用いることが好ましい。例えば、ＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ₂、ＣｏＰｔ−ＳｉＯ₂など、少なくともＣｏＰｔを含む強磁性材料に、酸化物を添加した材料が好ましく用いられる。添加する酸化物の例としては、上記ＳｉＯ₂の他に、Ｃ酸化物（例えばＣｒ₂Ｏ₃）やＴｉ酸化物（例えばＴｉＯ₂）、Ｔａ酸化物（例えばＴａ₂Ｏ₅）、Ｃｕ酸化物（例えばＣｕＯ）、Ｃｏ酸化物（例えばＣｏＯ）などが挙げられる。なお、これらの酸化物は一種類でも可能だが、複数種類を添加することも可能である。強磁性粒子の分離構造や結晶配向性が最適になるよう、適宜選択することができる。結晶構造は、六方細密充填構造の結晶構造（ｈｃｐ構造）を主体とする結晶構造をとることができる。膜厚は、磁気スペーシングの関係上、必要なＫｕを確保できる範囲で、できるだけ薄くすることが好ましく、２０ｎｍ以下、さらに好ましくは５〜１０ｎｍとすることができる。第１磁性層５１は単層のみならず積層した多層構成としてもよく、多層構成とする場合は総膜厚を上述の範囲とすることが好ましい。

交換結合制御層５６は、非磁性、若しくは弱磁性である材料を用いる。非磁性材料としては例えばＲｕ、Ｐｔを主成分とする合金を用いることができる。弱磁性材料としては、少なくともＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉの磁性元素に例えばＣｒ、Ｔａ、Ｒｕ、Ｍｏ、Ｗなどの非磁性元素を添加して磁化量を制御した合金を用いることができる。例としては、ＣｏＣｒ、ＣｏＣｒＴａ、ＣｏＲｕＣｒ、ＣｏＣｒＷ、ＣｏＷ、ＣｏＮｉＣｒ、ＣｏＮｉＦｅＣｒなどが挙げられる。ここで、飽和磁化量としては１００ｅｍｕ／ｃｃ以下が好ましく、磁性元素−非磁性元素の比率は、そのような値となるように選ばれることが好ましい。なお、弱磁性材料として例示した材料でも、非磁性元素量を高く設定して、飽和磁化が０となっても、先に述べた非磁性材料と同じ扱いで、交換結合制御層として適用することが可能である。例えば、ＣｏＣｒでは、Ｃｏ４２Ｃｒでは非磁性、Ｃｏ３３Ｃｒでは弱磁性といった性質となるが、いずれも適用することが可能である。交換結合制御層５６には粒界成分として、酸化物を添加することができる。例えば、酸化物がＳｉＯ₂として例示すると、Ｒｕ−ＳｉＯ₂、Ｐｔ−ＳｉＯ２、ＣｏＣｒ−ＳｉＯ₂などとなり、先に述べた非磁性若しくは弱磁性の合金が結晶成分に、酸化物が粒界成分となる。酸化物を添加することにより、下層の第１磁性層５１からの連続的な粒子成長を促進することが可能となる。上下の第１磁性層５１と第２磁性層５２との交換結合力の強さは、交換結合制御層５６の膜厚や磁化量を変化させることにより、制御することができる。

図１では、交換結合制御層が１層のみの場合を示したが、交換結合制御層は、複数層適用することができる。図２は、本発明に係る、垂直磁気記録媒体の断面模式図であり、図１と異なる点は、第２磁性層５２と第３磁性層５３の間に交換結合制御層５７をさらに設けた点である。図３は、本発明に係る、垂直磁気記録媒体の断面模式図であり、図１と異なる点は、第３磁性層５３と第４磁性層５４の間に交換結合制御層５８をさらに設けた点である。
図４は、本発明に係る、垂直磁気記録媒体の断面模式図であり、図１と異なる点は、第２磁性層５２と第３磁性層５３の間に交換結合制御層５７をさらに設けた、第３磁性層５３と第４磁性層５４の間に交換結合制御層５８をさらに設けた点である。

第２磁性層５２は、磁化反転磁界を低減させる役割を主に担うため、磁気記録層５を構成する磁性層の中で、Ｋｕは最も小さいものとする。使用する材料としては、第１磁性層５１と同様な材料を用いることができ、例えば、ＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ₂等を用いることができる。Ｋｕを適切な範囲に制御するために組成を適宜選択する。例えば、比較的Ｃｒの添加量が多い材料を用いることができる。また、Ｋｕが比較的小さな値であることを必要とする層であるため、Ｐｔ含有量が小さな材料を用いることができ、全くＰｔを含まないＣｏＣｒ−ＳｉＯ₂などを用いることも可能である。

第３磁性層５３は、第２磁性層５２と第４磁性層５４の中間的な、Ｋｕを有するものとし、第２磁性層５２で開始される磁化反転を、スムーズに第４磁性層５４に伝える役割を担う。使用する材料としては、第１磁性層５１と同様な材料を用いることができ、例えば、ＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ₂等を用いることができる。ＣｒやＰｔの添加量を第２磁性層５２と第４磁性層５４の中間的なものを用いることによりＫｕを適切に制御可能となる。また、ＳｉＯ₂などの酸化物が添加されていない材料を用いることも可能である。

第４磁性層５４は、第１磁性層５１と同様、高いＫｕを有するものとする。記録層表面でのクロストラック方向の磁界への耐性を確保する役割を担う。使用する材料としては、第１磁性層５１と同様な材料を用いることができ、例えば、ＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ₂等を用いることができる。ＳｉＯ₂などの酸化物が添加されていない材料を用いることも可能である。

なお、磁性層５１、５２、５３、５４ではＣｏＰｔＣｒを主体とする材料を例示したが、粒径制御や結晶配向度向上のために、Ｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｇｅなどの添加元素を加えたものを用いることも可能である。

保護層６は、従来使用されている保護層材料を用いて形成でき、例えば、カーボンを主体とする保護層材料を用いて形成することができる。単層ではなく、例えば異なる性質の２層カーボンや、金属膜とカーボン膜、酸化膜とカーボンの積層構成とすることもできる。

液体潤滑層７も、従来使用されている潤滑材を用いて形成でき、例えばパーフルオロポリエーテル系の潤滑材を用いて形成することができる。
以下に本発明の垂直磁気記録媒体の実施例について説明する。なお、これらの実施例は、本発明の磁気記録媒体を好適に説明するための代表例に過ぎず、これらに限定されるものではない。

非磁性基体１として表面が平滑な円盤状のガラス基体を用い、これを洗浄後、スパッタリング装置内に導入して各層を成膜した。始めに軟磁性裏打ち層２を３層の積層構成にて形成した。まず、Ｃｏ５４Ｆｅ９Ｔａ６Ｚｒターゲットを用いてＡｒガス圧３ｍＴｏｒｒにてＣｏＦｅＴａＺｒ層を１５ｎｍ形成した。ここで、組成表記の大文字の数字は、直後の元素の含有量を表す。例えば、Ｃｏ５４Ｆｅ９Ｔａ６Ｚｒの場合は、Ｆｅを５４原子％、Ｔａを９原子％、Ｚｒを６原子％含有し、残部がＣｏであることを示す。以下同様である。引き続いてＲｕターゲットを用いてＡｒガス圧３ｍＴｏｒｒにてＲｕ層を１．２ｎｍ形成し、続いてＣｏ５４Ｆｅ９Ｔａ６Ｚｒターゲットを用いてＡｒガス圧３ｍＴｏｒｒにてＣｏＦｅＴａＺｒ層を１５ｎｍ形成することで、ＣｏＦｅＴａＺｒ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＴａＺｒ軟磁性裏打ち層２を形成した。続いて、Ｎｉ２０Ｃｒ２Ｓｉターゲットを用いＡｒガス圧１０ｍＴｏｒｒにてＮｉＣｒＳｉシード層３を膜厚５ｎｍで成膜した。さらに、Ｒｕターゲットを用いＡｒガス圧５０ｍＴｏｒｒにてＲｕ下地層４を膜厚２０ｎｍで成膜した。

引き続いて、Ａｒガス圧５０ｍＴｏｒｒにて、９３モル％（Ｃｏ２２Ｐｔ３Ｃｒ）−７モル％（ＳｉＯ₂）ターゲットを用いて、ＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ₂第１磁性層５１を５ｎｍの厚さで形成した。次に、Ｒｕターゲットを用いて、Ａｒガス圧１０ｍＴｏｒｒにてＲｕ交換結合制御層５６を０．１０ｎｍの厚さで形成した。次に、９５モル％（Ｃｏ２２Ｃｒ１０Ｐｔ）−５モル％（ＳｉＯ₂）ターゲットを用いて、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ₂第２磁性層５２を６ｎｍの厚さで形成した。次に、Ｃｏ１９Ｃｒ１６Ｐｔターゲットを用いて、ＣｏＣｒＰｔ第３磁性層５３を２ｎｍの厚さで形成した。次に、Ｃｏ２０Ｐｔ１０Ｃｒターゲットを用いて、ＣｏＰｔＣｒ第４磁性層５４を１．５ｎｍの厚さで形成した。なお、ここまでの各層の成膜は、ターゲット材にＳｉＯ₂を含むものはパルスＤＣマグネトロンスパッタリング法、それ以外のものは全てＤＣマグネトロンスパッタリング法により行った。次に、ＣＶＤ法によりカーボンからなる保護層６を２．５ｎｍ成膜後、真空装置から取り出した。その後、パーフルオロポリエーテルからなる液体潤滑層７をディップ法により１ｎｍ形成し、磁気記録媒体とした。

［比較例１］
磁気記録層５の成膜工程を次のように変更したこと以外は、全て実施例１と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。

下地層４の成膜に引き続いて、Ａｒガス圧５０ｍＴｏｒｒにて、９３モル％（Ｃｏ２２Ｐｔ３Ｃｒ）−７モル％（ＳｉＯ₂）ターゲットを用いて、ＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ₂第１磁性層５１を５ｎｍの厚さで形成した。次に、Ｒｕターゲットを用いて、Ａｒガス圧１０ｍＴｏｒｒでＲｕ交換結合制御層５６を０．１０ｎｍの厚さで形成した。次に、９５モル％（Ｃｏ２２Ｃｒ１０Ｐｔ）−５モル％（ＳｉＯ₂）ターゲットを用いて、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ₂第２磁性層５２を７．２ｎｍの厚さで形成した。次に、Ｃｏ２０Ｐｔ１０Ｃｒターゲットを用いて、ＣｏＰｔＣｒ第３磁性層５３を２．３ｎｍの厚さで形成して磁気記録層５とした。

すなわち、本比較例１における磁気記録層５は、交換結合制御層を除いた磁性層は３層の構成である。
［比較例２］
磁気記録層５の成膜工程を次のように変更したこと以外は、全て実施例１と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。

下地層４の成膜に引き続いて、Ａｒガス圧５０ｍＴｏｒｒ下で、９３モル％（Ｃｏ２２Ｐｔ３Ｃｒ）−７モル％（ＳｉＯ₂）ターゲットを用いて、ＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ₂第１磁性層５１を５ｎｍの厚さで形成した。次に、Ｒｕターゲットを用いて、Ａｒガス圧１０ｍＴｏｒｒでＲｕ交換結合制御層５６を０．１０ｎｍの厚さで形成した。次に、９５モル％（Ｃｏ２２Ｃｒ１０Ｐｔ）−５モル％（ＳｉＯ₂）ターゲットを用いて、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ₂第２磁性層５２を５．７ｎｍの厚さで形成した。次に、Ｃｏ１９Ｃｒ１６Ｐｔターゲットを用いて、ＣｏＣｒＰｔ第３磁性層５３を３．８ｎｍの厚さで形成して磁気記録層５とした。

すなわち、本比較例２における磁気記録層５は、交換結合制御層を除いた磁性層は３層の構成である。
［比較例３］
磁気記録層５の成膜工程を次のように変更したこと以外は、全て実施例１と同様にして垂直磁気記録媒体を作製した。

下地層４の成膜に引き続いて、Ａｒガス圧５０ｍＴｏｒｒ下で、９３モル％（Ｃｏ２２Ｐｔ３Ｃｒ）−７モル％（ＳｉＯ₂）ターゲットを用いて、ＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ₂第１磁性層５１を５ｎｍの厚さで形成した。次に、Ｒｕターゲットを用いて、Ａｒガス圧１０ｍＴｏｒｒでＲｕ交換結合制御層５６を０．１０ｎｍの厚さで形成した。次に、９５モル％（Ｃｏ１７Ｃｒ１６Ｐｔ）−５モル％（ＳｉＯ₂）ターゲットを用いて、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ₂第２磁性層５２を４．９ｎｍの厚さで形成した。次に、Ｃｏ２２Ｃｒ５Ｐｔターゲットを用いて、ＣｏＣｒＰｔ第３磁性層５３を４．６ｎｍの厚さで形成して磁気記録層５とした。

すなわち、本比較例３における磁気記録層５は、交換結合制御層を除いた磁性層は３層の構成である。
[比較例４]
Ｒｕ交換結合制御層５６を成膜しないこと以外は、全て実施例１と同様にして垂直磁気記録媒体とする。

以下、本実施例の垂直媒体の性能評価結果について述べる。
まず、事前検討として、実施例、各比較例に用いられた各磁性層に関して、各々単膜１０ｎｍでの磁気異方性をトルクメーターで測定した。その結果は、９３モル％（Ｃｏ２２Ｐｔ３Ｃｒ）−７モル％（ＳｉＯ₂）はＫｕ＝８．２×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃ、９５モル％Ｃｏ２２Ｃｒ１０Ｐｔ−５モル％（ＳｉＯ₂）はＫｕ＝２．０×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃ、Ｃｏ１９Ｃｒ１６ＰｔはＫｕ＝４．２×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃ、Ｃｏ２０Ｐｔ１０ＣｒはＫｕ＝８．０×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃ、９５モル％Ｃｏ１７Ｃｒ１６Ｐｔ−５モル％（ＳｉＯ₂）はＫｕ＝４．２×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃ、Ｃｏ２２Ｃｒ５ＰｔはＫｕ＝２．０×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃであった。

次に、本発明の実用性能を明らかにするために、実施例１と比較例１〜４の電磁変換特性の測定を行った。なお、電磁変換特性評価は、スピンスタンドテスターにて行った。使用した磁気ヘッドの記録トラック幅は１００ｎｍ、再生トラック幅は８０ｎｍであった。

表１に、各磁性層のＫｕと電磁変換特性評価結果をまとめて示す。電磁変換特性の項目としては、ＳＮＲ（信号対雑音比）、重ね書きＯＷ（ＯｖｅｒＷｒｉｔｅ）特性、斜め磁界耐性を示した。ＳＮＲは、線記録密度６００ｋＦＣＩで測定した値で、信号品質、すなわち記録密度の指標である。ＯＷは、線記録密度５００ｋＦＣＩの信号上に７０ｋＦＣＩの信号を重ね書きした時の値で、媒体への書き込み易さの指標となる。斜め磁界耐性の評価は次のようにして行った。斜め磁界耐性の評価を行なう評価トラックに記録および再生を行ない、この再生信号出力をＳ１とする。次に、評価トラックの両側に隣接するトラックにそれぞれ５０回書き込みを行なった後に、再度評価トラックの再生を行い、このときの信号出力をＳ２とする。この評価で得られた結果から、斜め磁界耐性をＳ２／Ｓ１と定義する。この値が高いほど、ヘッドの斜め磁界への耐性が高くなり、トラックピッチを狭めることができる。すなわち、トラック密度が高められることを意味する。

表１を参照すると、実施例１および比較例１〜３は、ＯＷ特性はほぼ等しく、ＳＮＲと斜め磁界耐性に差があることが分かる。斜め磁界耐性を詳細に比較すると、磁気記録層５の最表面部に配置される磁性層、即ち第３磁性層５３または第４磁性層５４のＫｕ値と斜め磁界耐性の大きさに相関が見られる。最表面部の磁性層のＫｕが高いほど斜め磁界耐性が高いことがわかる。比較例１〜３の中で最も斜め磁界耐性の高い比較例１と実施例１を比べると、ＳＮＲに大きな差はないものの、斜め磁界耐性は０．０５の差で実施例１の方が優れていることが分かる。第１磁性層５１〜第４磁性層５４のＫｕを本発明のように構成することで、優れたＳＮＲと斜め磁界耐性を実現できることがわかった。また、実施例１と比較例４を比比べると、交換結合制御層５６を形成しない比較例４では、書き込み能力が大幅に劣化することで、ＯＷ特性が大幅に低下し、ＳＮＲも大幅に低下してしまうことがわかる。第１磁性層５１と第２磁性層５２の間に交換結合制御層５６を設ける構成とすることで、優れたＳＮＲとＯＷ特性を実現できることがわかった。

本実施例は、実施例１と同様に図１の構成に対応するものである。実施例１と異なる主な点は、磁性層５１がさらにＴｉＯ₂を含む点、磁性層５２がＰｔを含まない点、である。

非磁性基体１として表面が平滑な円盤状のガラス基板を用い、これを洗浄後、スパッタリング装置内に導入し、Ｆｅ２５Ｃｏ１５Ｔａターゲットを用いてＡｒガス圧３ｍＴｏｒｒ下でＦｅＣｏＴａを１２ｍ形成し、続いてＲｕターゲットを用いてＡｒガス圧３ｍＴｏｒｒ下でＲｕを１．２ｎｍ形成し、続いてＦｅ２５Ｃｏ１５Ｔａターゲットを用いてＡｒガス圧３ｍＴｏｒｒ下でＦｅＣｏＴａを１２ｍ形成することで、ＦｅＣｏＴａ／Ｒｕ／ＦｅＣｏＴａ軟磁性裏打ち層２を形成した。続いて、Ｎｉ２０Ｃｒ５Ｆｅ２Ｓｉターゲットを用いＡｒガス圧１０ｍＴｏｒｒ下でＮｉＣｒＦｅＳｉシード層を膜厚４．５ｎｍで成膜する。さらに、Ｒｕターゲットを用いＡｒガス圧５０ｍＴｏｒｒ下でＲｕ下地層を膜厚１３ｎｍで成膜する。

引き続いて、Ａｒガス圧５０ｍＴｏｒｒ下で、８９モル％（Ｃｏ２４Ｐｔ２Ｃｒ）−８モル％（ＴｉＯ₂）−３モル％（ＳｉＯ₂）ターゲットを用いて、ＣｏＰｔＣｒ−ＴｉＯ₂−ＳｉＯ₂磁性層５１を５．５ｎｍの厚さで形成した。次に、Ｒｕターゲットを用いて、Ａｒガス圧１０ｍＴｏｒｒでＲｕ交換結合制御層５６を０．１２ｎｍの厚さで形成した。次に、９４モル％（Ｃｏ１７Ｃｒ）−６モル％（ＳｉＯ₂）ターゲットを用いて、ＣｏＣｒ−ＳｉＯ₂磁性層５２を１．５ｎｍの厚さで形成した。次に、９１モル％（Ｃｏ１６Ｃｒ１７Ｐｔ）−７モル％（ＳｉＯ₂）−２モル％（Ｃｒ₂Ｏ₃）ターゲットを用いて、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ₂−Ｃｒ₂Ｏ₃磁性層５３を４．５ｎｍの厚さで形成した。次に、Ｃｏ２２Ｐｔ５Ｃｒ５Ｂターゲットを用いて、ＣｏＰｔＣｒＢ磁性層５４を２．５ｎｍの厚さで形成した。なお、ここまでの各層の成膜は、ターゲット材に酸化物を含むものはパルスＤＣマグネトロンスパッタリング法、それ以外のものは全てＤＣマグネトロンスパッタリング法により行った。次に、ＣＶＤ法によりカーボンからなる保護層６を２．２ｎｍ成膜後、真空装置から取り出した。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７をディップ法により１ｎｍ形成し、磁気記録媒体とした。

磁気記録層５を下記のように形成すること以外は全て実施例２と同様にして、垂直磁気記録媒体とした。本実施例は、図２に対応するものである。
Ａｒガス圧５０ｍＴｏｒｒ下で、８９モル％（Ｃｏ２４Ｐｔ２Ｃｒ）−８モル％（ＴｉＯ₂）−３モル％（ＳｉＯ₂）ターゲットを用いて、ＣｏＰｔＣｒ−ＴｉＯ₂−ＳｉＯ₂磁性層５１を６．０ｎｍの厚さで形成した。次に、Ｒｕターゲットを用いて、Ａｒガス圧１０ｍＴｏｒｒでＲｕ交換結合制御層５６を０．１０ｎｍの厚さで形成した。次に、９４モル％（Ｃｏ１７Ｃｒ）−６モル％（ＳｉＯ₂）ターゲットを用いて、ＣｏＣｒ−ＳｉＯ₂磁性層５２を１．０ｎｍの厚さで形成した。次に、Ｒｕターゲットを用いて、Ａｒガス圧１０ｍＴｏｒｒでＲｕ交換結合制御層５７を０．０５ｎｍの厚さで形成した。９１モル％（Ｃｏ１６Ｃｒ１７Ｐｔ）−７モル％（ＳｉＯ₂）−２モル％（Ｃｒ₂Ｏ₃）ターゲットを用いて、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ₂−Ｃｒ₂Ｏ₃磁性層５３を４．５ｎｍの厚さで形成した。次に、Ｃｏ２２Ｐｔ５Ｃｒ５Ｂターゲットを用いて、ＣｏＰｔＣｒＢ磁性層５４を２．５ｎｍの厚さで形成した。

磁気記録層５の形成を下記のように実施すること以外は全て実施例２と同様にして、垂直磁気記録媒体とした。本実施例は、図３に対応するものである。
Ａｒガス圧５０ｍＴｏｒｒ下で、８９モル％（Ｃｏ２４Ｐｔ２Ｃｒ）−８モル％（ＴｉＯ₂）−３モル％（ＳｉＯ₂）ターゲットを用いて、ＣｏＰｔＣｒ−ＴｉＯ₂−ＳｉＯ₂磁性層５１を５．７ｎｍの厚さで形成した。次に、Ｒｕターゲットを用いて、Ａｒガス圧１０ｍＴｏｒｒでＲｕ交換結合制御層５６を０．１２ｎｍの厚さで形成した。次に、９４モル％（Ｃｏ１７Ｃｒ）−６モル％（ＳｉＯ₂）ターゲットを用いて、ＣｏＣｒ−ＳｉＯ₂磁性層５２を１．５ｎｍの厚さで形成した。次に、９１モル％（Ｃｏ１６Ｃｒ１７Ｐｔ）−７モル％（ＳｉＯ₂）−２モル％（Ｃｒ₂Ｏ₃）ターゲットを用いて、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ₂−Ｃｒ₂Ｏ₃磁性層５３を４．３ｍの厚さで形成した。次に、Ｒｕターゲットを用いて、Ａｒガス圧１０ｍＴｏｒｒでＲｕ交換結合制御層５８を０．１０ｎｍの厚さで形成した。次に、Ｃｏ２２Ｐｔ５Ｃｒ５Ｂターゲットを用いて、ＣｏＰｔＣｒＢ磁性層５４を２．５ｎｍの厚さで形成した。

磁気記録層５の形成を下記のように実施すること以外は全て実施例２と同様にして、垂直磁気記録媒体とした。本実施例は、図４に対応するものである。
Ａｒガス圧５０ｍＴｏｒｒ下で、８９モル％（Ｃｏ２４Ｐｔ２Ｃｒ）−８モル％（ＴｉＯ₂）−３モル％（ＳｉＯ₂）ターゲットを用いて、ＣｏＰｔＣｒ−ＴｉＯ₂−ＳｉＯ₂磁性層５１を６．２ｎｍの厚さで形成した。次に、Ｒｕターゲットを用いて、Ａｒガス圧１０ｍＴｏｒｒでＲｕ交換結合制御層５６を０．１０ｎｍの厚さで形成した。次に、９４モル％（Ｃｏ１７Ｃｒ）−６モル％（ＳｉＯ₂）ターゲットを用いて、ＣｏＣｒ−ＳｉＯ₂磁性層５２を１．０ｎｍの厚さで形成した。次に、Ｒｕターゲットを用いて、Ａｒガス圧１０ｍＴｏｒｒでＲｕ交換結合制御層５７を０．０５ｎｍの厚さで形成した。９１モル％（Ｃｏ１６Ｃｒ１７Ｐｔ）−７モル％（ＳｉＯ₂）−２モル％（Ｃｒ₂Ｏ₃）ターゲットを用いて、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ₂−Ｃｒ₂Ｏ₃磁性層５３を４．７ｎｍの厚さで形成した。次に、Ｒｕターゲットを用いて、Ａｒガス圧１０ｍＴｏｒｒでＲｕ交換結合制御層５８を０．１０ｎｍの厚さで形成した。次に、Ｃｏ２２Ｐｔ５Ｃｒ５Ｂターゲットを用いて、ＣｏＰｔＣｒＢ磁性層５４を２．５ｎｍの厚さで形成した。

[比較例５]
Ｒｕ交換結合制御層５６を成膜しないこと以外は、全て実施例２と同様にして垂直磁気記録媒体とする。

以下、本実施例２、３、４の垂直媒体の性能評価結果について述べる。
まず、事前検討として、実施例、各比較例に用いられる磁性層に関して、各々単膜１０ｎｍでの磁気異方性をトルクメーターで測定した。その結果、８９モル％（Ｃｏ２４Ｐｔ２Ｃｒ）−８モル％（ＴｉＯ₂）−３モル％（ＳｉＯ₂）はＫｕ＝８．３×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃ、９４モル％（Ｃｏ１７Ｃｒ）−６モル％（ＳｉＯ₂）はＫｕ＝２．０×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃ、９１モル％（Ｃｏ１６Ｃｒ１７Ｐｔ）−７モル％（ＳｉＯ₂）−２モル％（Ｃｒ₂Ｏ₃）はＫｕ＝４．０×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃ、Ｃｏ２２Ｐｔ５Ｃｒ５ＢはＫｕ＝８．９×１０⁶ｅｒｇ／ｃｃであった。

次に、本発明の実用的な効果を明らかにするために、実施例２、３、４，５と比較例５の電磁変換特性の測定を行った。評価条件などは、前記実施例１で述べたものと同様である。表２に、交換結合制御層の有無と電磁変換特性評価結果をまとめて示す。

表２を参照すると、実施例２、３、４及び５は比較例５に対して、ＯＷ特性およびＳＮＲが著しく向上しており、交換結合制御層の効果に関して、前記実施例１と同様であることが確認される。実施例２、３、４，５を比較すると、交換結合制御層の層数を増した方が、ＯＷ特性は向上し、ＳＮＲが向上している。斜め磁界耐性はほぼ同等であった。この結果から、交換結合制御層を複数層適用し、かつ各層の膜厚を最適化することで、効果的に書き込み能力を向上できることがわかる。

以上のように、本発明は優れた効果を有することが明らである。

１非磁性基体
２軟磁性裏打ち層
３シード層
４下地層
５磁気記録層
５１第１磁性層
５２第２磁性層
５３第３磁性層
５４第４磁性層
５６、５７、５８交換結合制御層
６保護層
７液体潤滑層

Claims

非磁性基体上に磁気記録層を備えた垂直磁気記録媒体において、前記磁気記録層は、第１磁性層、第１交換結合制御層、第２磁性層、第３磁性層および第４磁性層をこの順に備え、
前記第１磁性層、第２磁性層、第３磁性層および第４磁性層の垂直磁気異方性定数をそれぞれＫｕ _１、Ｋｕ _２、Ｋｕ _３およびＫｕ _４としたときに、Ｋｕ _４＞Ｋｕ _３＞Ｋｕ _２、かつＫｕ _１＞Ｋｕ _３＞Ｋｕ _２の関係を満たすことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
前記第２磁性層と前記第３磁性層の間に第２交換結合制御層を備えることを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
前記第３磁性層と前記第４磁性層の間に第２交換結合制御層を備えることを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
前記第２磁性層と前記第３磁性層の間に第２交換結合制御層を備え、前記第３磁性層と前記第４磁性層の間に第３交換結合制御層を備えることを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。