JP5917045B2 - 垂直磁気記録媒体における軟磁性薄膜層用合金およびスパッタリングターゲット材 - Google Patents

Description

本発明は、低保磁力を有する垂直磁気記録媒体における軟磁性薄膜層用合金、およびこの合金の薄膜を作製するためのスパッタリングターゲット材に関するものである。

近年、磁気記録技術の進歩は著しく、ドライブの大容量化のために、磁気記録媒体の高記録密度化が進められており、従来普及していた面内磁気記録媒体よりさらに高記録密度が実現できる、垂直磁気記録方式が実用化されている。

垂直磁気記録方式とは、垂直磁気記録媒体の磁性膜中の媒体面に対して磁化容易軸が垂直方向に配向するように形成したものであり、高記録密度に達した方法である。そして、垂直磁気記録方式においては、記録感度を高めた磁気記録膜層と軟磁性膜層とを有する２層記録媒体が開発されている。この磁気記録膜層には、一般的にＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ₂系合金が用いられている。

一方、従来の軟磁性膜層には、強磁性と非晶質性が必要であり、さらに垂直磁気記録媒体の用途や使用環境によっては、高飽和磁束密度、高耐食性、高硬度など様々な特性が付加的に要求されてきた。例えば、特開２００８−２６０９７０号公報（特許文献１）のように、耐食性の高い強磁性元素であるＣｏをベースとし、非晶質性を高めるためにＺｒをはじめとした非晶質促進元素が添加されたものが用いられている。また、特開２００８−２９９９０５号公報（特許文献２）では、Ｆｅを添加することにより高い飽和磁束密度を得ており、Ｂを添加することにより高い硬度を得ている。

さらに、従来から要求されてきた上記特性のほか、低い保磁力を有する軟磁性膜用合金が要求されるようになってきた。近年のハードディスクドライブは読書き用ヘッドの改良や、軟磁性合金の磁束密度を調整し軟磁性膜とＲｕ膜との交換結合磁界を最適化することにより、従来より低い磁束での書き込みが可能となってきている。これに応じて、記録膜の下に配置されている軟磁性膜は、高い書込み磁束で飽和する高飽和磁束密度より、低い書込み磁束でも磁化が反転できるように、低い保磁力とすることが効果的になってきた。
特開２００８−２６０９７０号公報 特開２００８−２９９９０５号公報

しかしながら、上述した特許文献１における、耐食性の高い強磁性元素であるＣｏをベースとし、非晶質性を高めるためにＺｒをはじめとした非晶質促進元素が添加されたものが用いられているものや、特許文献２における、Ｆｅを添加することにより高い飽和磁束密度を得、Ｂを添加することにより高い硬度を得ている点では優れているが、さらに低い保磁力を有する軟磁性膜用合金特性の要請が必要となって来た。

上述したような要請に対応するために、発明者らは垂直磁気記録媒体の軟磁性膜用合金の保磁力に及ぼす合金元素の影響について詳細に検討した結果、Ｗ，Ｓｎを適正量添加することで低い保磁力を示す軟磁性合金が得られることを見出した。また、保磁力を低下させる補助的な添加元素として、ＶおよびＭｎが有効であることも見出した。さらに、従来から用いられてきた非晶質化促進元素であるＺｒ，Ｈｆの過添加は保磁力を増大することも明らかにした。

さらに、本発明における最も重要な特徴は、後述する実施例でも明らかにするが、様々な添加元素について飽和磁束密度の低下量に対する保磁力の低減効果を詳細に評価したところ、Ｗ，Ｓｎが最も高い効果を有することを見出したことである。さらに、Ｗ，Ｓｎに次いで、Ｖ，Ｍｎの保磁力低減効果が高いことも明らかにした。これらを基に、本発明は、低い保磁力を有する垂直磁気記録媒体における軟磁性薄膜層用合金を提供するものである。

その発明の要旨とするところは、
（１）Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｂを１種以上、Ｗ，Ｓｎの１種または２種を含み、残部ＣｏおよびＦｅからなり、下記（１）〜（４）を満たし、非晶質性を有する合金であって、（１）〜（２）式および（４）式を満たす前記合金とこれに（３）式を満たす元素を添加した合金との保磁力の低下量と飽和磁束密度の低下量の比「保磁力低下量（Ａ／ｍ）／飽和磁束密度低下量（Ｔ）」が８以上、かつ飽和磁束密度が０．３Ｔ以上を有することを特徴とする、垂直磁気記録媒体における軟磁性薄膜層用合金。
ａｔ．％で、
（１）６≦Ｔｉ％＋Ｚｒ％＋Ｈｆ％＋Ｎｂ％＋Ｔａ％＋Ｂ％／２≦２４
（２）Ｚｒ％＋Ｈｆ％≦１４
（３）３≦Ｗ％＋Ｓｎ％≦１９
（４）０．２０≦Ｆｅ％／（Ｆｅ％＋Ｃｏ％）≦０．９０

（２）Ｗ，Ｓｎの１部もしくは全部を、補助的な低保磁力化元素であるＶ，Ｍｎの１種または２種で置換し、かつ下記（５）を満たすことを特徴とする、前記（１）に記載の垂直磁気記録媒体における軟磁性薄膜層用合金。
（５）３≦Ｗ％＋Ｓｎ％＋Ｖ％＋Ｍｎ％≦１９

（３）Ａｌ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｐ，Ｃ，Ｇｅの１種または２種以上を含み、かつ下記（６）を満たすことを特徴とする、前記（１）または（２）に記載の垂直磁気記録媒体における軟磁性薄膜層用合金。
（６）Ａｌ％＋Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋Ｓｉ％＋Ｐ％＋Ｃ％＋Ｇｅ％≦９
（４）Ｎｉ，Ｃｕの１種または２種を５％以下含むことを特徴とする、前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体における軟磁性薄膜層用合金。
（５）前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の薄膜を作製するためのスパッタリングターゲット材にある。

以上述べたように、本発明により低保磁力を有する垂直磁気記録媒体における軟磁性薄膜層用合金、およびこの合金の薄膜を作製するためのスパッタリングターゲット材を提供できる極めて優れた効果を奏するものである。

以下、本発明に係る成分組成の限定理由を述べる。
６≦Ｔｉ％＋Ｚｒ％＋Ｈｆ％＋Ｎｂ％＋Ｔａ％＋Ｂ％／２≦２４
本発明合金において、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｂは、非晶質化を促進するための必須元素である。なお、Ｂはその他の元素と比較し、非晶質化促進効果および飽和磁束密度の低下効果が約１／２であることから、この式中ではＢ／２で扱っている。また、Ｔｉ％＋Ｚｒ％＋Ｈｆ％＋Ｎｂ％＋Ｔａ％＋Ｂ％／２が６未満では非晶質化促進効果が十分ではなく、２４を超えると非晶質化促進効果が飽和するとともに飽和磁束密度が過度に低下することから、その範囲を６〜２４とした。好ましくは８〜１８、より好ましくは９〜１４である。

Ｚｒ％＋Ｈｆ％≦１４
ＺｒおよびＨｆは、非晶質化促進効果の高い元素であるが、同時に保磁力を増大させてしまう。Ｚｒ％＋Ｈｆ％が１４を超えると保磁力が増大してしまうことから、その上限を１４とした。好ましくは１２、より好ましくは８である。

３≦Ｗ％＋Ｓｎ％≦１９
Ｗ，Ｓｎは、飽和磁束密度の低下割合に対し、保磁力の低減効果を高めるための必須元素であり、本発明における最も重要な添加元素である。しかし、Ｗ％＋Ｓｎ％の添加量が３％未満では保磁力の低減効果が十分でなく、また、１９％を超えると効果が飽和し、飽和磁束密度が過度に低下することから、その範囲を３〜１９とした。好ましくは４〜１７、より好ましくは６〜１４である。なお、この高い保磁力低減効果についての詳細な原理は不明であるが、飽和磁歪定数の低下が影響していることが予測される。

０．２０≦Ｆｅ％／（Ｆｅ％＋Ｃｏ％）≦０．９０
本発明合金において、ＣｏおよびＦｅは、高い飽和磁束密度を持たせるための必須元素である。しかし、Ｆｅ％／（Ｆｅ％＋Ｃｏ％）が、０．２０未満、もしくは０．９０を超えると高い飽和磁束密度が得られない。したがって、その範囲を０．２０〜０．９０とした。好ましくは０．２５〜０．７０、より好ましくは０．３０〜０．６５である。

３≦Ｗ％＋Ｓｎ％＋Ｖ％＋Ｍｎ％≦１９
本発明合金において、ＶおよびＭｎは、Ｗ，Ｓｎに次いで効果的に保磁力を低減する元素であり、Ｗ，Ｓｎの１部もしくは全部と置換することができる。しかし、Ｗ％＋Ｓｎ％＋Ｖ％＋Ｍｎ％が３未満では保磁力の低減効果が十分でない。また、１９を超える保磁力低減効果が飽和し、飽和磁束密度が過度に低下することから、その範囲を３〜１９とした。好ましくは４〜１７、より好ましくは６〜１４である。

Ａｌ％＋Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋Ｓｉ％＋Ｐ％＋Ｃ％＋Ｇｅ％≦９
本発明合金において、Ａｌ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｐ，Ｃ，Ｇｅは、保磁力の低下には大きな影響を与えないが、飽和磁束密度の調整のため添加することができる。しかし、９を超えると飽和磁束密度が過度に低下することから、その上限を９とした。好ましくは４、より好ましくは０である。

Ｎｉ，Ｃｕの１種または２種を５％以下
本発明合金において、Ｎｉ，Ｃｕは、飽和磁束密度の調整のため添加することができる。しかし、保磁力を増加させてしまうことから、その上限を５％とした。好ましくは３、より好ましくは０である。

通常、垂直磁気記録媒体における軟磁性薄膜層は、その成分と同じ成分のスパッタリングターゲット材をスパッタし、ガラス基板などの上に成膜し得られる。ここでスパッタにより成膜された薄膜は急冷されている。これに対し、本発明では実施例、比較例の供試材として、単ロール式の液体急冷装置にて作製した急冷薄帯を用いている。これは実際にスパッタにより急冷され成膜された薄膜の成分による諸特性への影響を、簡易的に液体急冷薄帯により評価したものである。

急冷薄帯の作製条件として、所定の成分に秤量した原料３０ｇを径１０ｍｍ、長さ４０ｍｍ程度の水冷銅鋳型にて減圧アルゴン中でアーク溶解し、急冷薄帯の溶解母材とした。急冷薄帯の作製条件は、単ロール方式で、径１５ｍｍの石英管中に、この溶解母材にセットし、出湯ノズル径を１ｍｍとし、雰囲気圧６１ｋＰａ、噴霧差圧６９ｋＰａ、銅ロール（径３００ｍｍ）の回転数３０００ｒｐｍ、銅ロールと出湯ノズルのギャップ０．３ｍｍにて出湯した。出湯温度は各溶解母材の溶け落ち直後とした。このようにして作製した急冷薄帯を供試材とし、以下の項目を評価した。

飽和磁束密度低下量に対する保磁力低減効果の評価として、振動試料型の保磁力メータにて、試料台に両面テープで急冷リボンを貼り付け、初期印可磁場１４４ｋＡ／ｍにて保磁力を測定した。次に、ＶＳＭ装置（振動試料型磁力計）にて、印可磁場１２００ｋＡ／ｍ、供試材の重量１５ｍｇ程度で飽和磁束密度を測定した。これら測定結果より、様々な元素の添加前と添加後での保磁力の低下量と飽和磁束密度の低下量の比［（保磁力の低下量）／（飽和磁束密度の低下量）］により評価した。したがって、この値が大きいほど、少ない飽和磁束密度低下量で、大きな保磁力低減効果が得られることを示す。

一方、急冷薄帯の非晶質性の評価として、通常、非晶質材料のＸ線回折パターンを測定すると、回折ピークが見られず、非晶質特有のハローパターンとなる。また、完全な非晶質でない場合は、回折ピークは見られるものの、結晶材料と比較しピーク高さが低くなり、かつ、ハローパターンも見られる。そこで、以下の方法にて非晶質性を評価した。

ガラス板に両面テープで供試材を貼り付け、Ｘ線回折装置にて回折パターンを得た。このとき、測定面は急冷薄帯の銅ロール接触面となるように供試材をガラス板に貼り付けた。Ｘ線源はＣｕ−ｋα線で、スキャンスピードが毎分４°の条件で測定した。この回折パターンにハローパターンが確認できるものを○、全くハローパターンが見られないものを×、として非晶質性の評価とした。先ず初めに、基本組成を２種選定し、それぞれに一定量の添加元素を添加し、添加元素種類による保磁力低減効果について検討した。その結果を表１および２に示した。

表１は、８６（５０Ｃｏ５０Ｆｅ）−８Ｚｒ−６Ｂを基本組成とした添加元素種類の影響（添加量一定での評価）を示した。なお、この表記は、４３Ｃｏ−４３Ｆｅ−８Ｚｒ−６Ｂを示す。

表２は、８７（３５Ｃｏ６５Ｆｅ）−３Ｔｉ−５Ｚｒ−３Ｎｂ−２Ｔａを基本組成とした添加元素種類の影響（添加量一定での評価）を示した。なお、この表記は、３０．４５Ｃｏ−５６．５５Ｆｅ−３Ｔｉ−５Ｚｒ−３Ｎｂ−２Ｔａを示す。

表１に示すように、ＷおよびＳｎ添加が最も効果よく保磁力を低下させ、次いで、Ｖ，Ｍｎ添加が効果的である。また、Ｃｒ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｃ，Ｓｉ，Ｐ，Ｇｅ添加は大きく保磁力を変化させることができない。さらに、ＮｉおよびＣｕ添加は保磁力を大幅に増大させてしまうことが分かる。また、表２においても、表１と全く同一効果を示し、ＷおよびＳｎ添加が最も効果よく保磁力を低下させ、次いで、Ｖ，Ｍｎ添加が効果的である。また、Ｃｒ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｃ，Ｓｉ，Ｐ，Ｇｅ添加は大きく保磁力を変化させることができない。さらに、ＮｉおよびＣｕ添加は保磁力を大幅に増大させてしまうことが分かる。

以上の試験結果である、表１、２により、保磁力の低減効果が、（Ｗ，Ｓｎ）＞（Ｖ，Ｍｎ）＞（Ｃｒ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｃ，Ｓｉ，Ｐ，Ｇｅ）＞（Ｎｉ，Ｃｕ）であることが分かり、Ｗ，Ｓｎ，Ｖ，Ｍｎは保磁力を低下させ、Ｃｒ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｃ，Ｓｉ，Ｐ，Ｇｅは保磁力の変化が小さく、Ｎｉ，Ｃｒは保磁力を大幅に増大させてしまう。この結果から、本発明における添加の上限量の順位を、（Ｗ，Ｓｎ）＝（Ｖ，Ｍｎ）＞（Ｃｒ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｃ，Ｓｉ，Ｐ，Ｇｅ）＞（Ｎｉ，Ｃｕ）と規定し、特に、保磁力を増加させる悪影響の大きいＮｉ，Ｃｕの添加量上限は厳しく制御する必要があることが分かった。

次に、それぞれの元素における添加量の上限値を定量的に検討するため、様々な基本成分の供試材と、これに様々の元素を様々な量添加した供試材を作製し、保磁力、飽和磁束密度、非晶質性、飽和磁束密度の試験を行った。その結果を表３に示す。

ここで、表３においては、添加元素は基本成分の（Ｃｏ＋Ｆｅ）と置換している。すなわち、表３のＮｏ．１の基本成分は、７２．８Ｃｏ−１８．２Ｆｅ−８Ｚｒ−１Ｔａを表し、Ｎｏ．１の添加元素を入れた成分は、７０．４Ｃｏ−１７．６Ｆｅ−８Ｚｒ−１Ｔａ−３Ｗを表す。なお、ＣｏとＦｅの比率は保磁力に影響することが予測され、本試験の目的は純粋に保磁力に及ぼす添加元素の影響を見極めることであることから、ＣｏとＦｅの比率とその他の基本成分の量を一定にした組成での評価を実施している。そのため、このような表記としている。

なお、表３において、保磁力低下量と飽和磁束密度低下量は、それぞれの基本成分の供試材の保磁力と飽和磁束密度からの、それぞれの添加元素を入れた供試材の保磁力と飽和磁束密度の低下量を示しており、また、非晶質性と飽和磁束密度の評価は添加元素を入れた供試材の特性を示している。さらに、［保磁力低下量（Ａ／ｍ）］／［飽和磁束密度低下量（Ｔ）］が１５以上のものを◎、８以上１５未満のものを○、−７以上８未満のものを△、−８未満のものを×とした。さらに、飽和磁束密度が０．３Ｔ以上のものを○、０．３Ｔ未満のものを×とした。

表３に示すように、Ｎｏ．１〜２７は本発明例であり、Ｎｏ．２８〜４０は比較例である。比較例Ｎｏ．２８は、Ｆｅ含有量が低いために飽和磁束密度が劣る。また、比較例Ｎｏ．２９は、Ｃｏを含有しないことから飽和磁束密度が劣る。比較例Ｎｏ．３０は、低保磁力を促進する元素であるＷの含有量が低いために保磁力低減効果が不十分である。比較例Ｎｏ．３１は、保磁力低下を促進する元素であるＳｎの含有量が低いために保磁力低減効果が不十分である。

比較例Ｎｏ．３２は、低保磁力を促進する元素であるＷの含有量が多いために飽和磁束密度が劣る。比較例Ｎｏ．３３は、非晶質を促進する元素であるＨｆの単独元素の含有量が低いために非晶質性に劣り、保磁力は使用した測定器の評価可能範囲を超えて高い。なお一般に、非晶質相中に多量の結晶相が生成すると、保磁力が著しく増大することが知られている。比較例Ｎｏ．３４は、非晶質を促進する元素であるＺｒとＴａ、Ｂ／２含有量の和が高いために飽和磁束密度が劣る。比較例Ｎｏ．３５は、非晶質を促進するとともに保磁力を増大させてしまう元素であるＺｒとＨｆ含有量の和が高いために保磁力低減効果が不十分である。

比較例Ｎｏ．３６は、低保磁力を促進する元素であるＷ，Ｖ，Ｍｎ含有量の和が高いために飽和磁束密度が劣る。比較例Ｎｏ．３７は、低保磁力を促進する元素であるＶ，Ｍｎ含有量の和が高いために飽和磁束密度が劣る。比較例Ｎｏ．３８は、飽和磁束密度の調整のための元素であるＡｌ，Ｃｒ，Ｓｉ含有量の和が高いために飽和磁束密度が劣る。比較例Ｎｏ．３９は、Ｃｕ元素の含有量が高いために保磁力低減効果が劣る。比較例Ｎｏ．４０は、Ｎｉ元素の含有量が高いために保磁力低減効果が劣る。

以上のように、本発明による、特に低保磁力を促進する元素であるＷ，Ｓｎ，Ｖ，Ｍｎを添加することで、飽和磁束密度、非晶質性を劣化させることなく、低保磁力を可能とした飽和磁束密度、非晶質性、低保磁力のバランスに優れた垂直磁気記録媒体における軟磁性薄膜層用合金、およびこの合金の薄膜を作製するためのスパッタリングターゲット材を提供するものである。


特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊

Claims (5)

1. Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｂを１種以上、Ｗ，Ｓｎの１種または２種を含み、残部ＣｏおよびＦｅからなり、下記（１）〜（４）を満たし、非晶質性を有する合金であって、（１）〜（２）式および（４）式を満たす前記合金とこれに（３）式を満たす元素を添加した合金との保磁力の低下量と飽和磁束密度の低下量の比「保磁力低下量（Ａ／ｍ）／飽和磁束密度低下量（Ｔ）」が８以上、かつ飽和磁束密度が０．３Ｔ以上を有することを特徴とする、垂直磁気記録媒体における軟磁性薄膜層用合金。
   ａｔ．％で、
   （１）６≦Ｔｉ％＋Ｚｒ％＋Ｈｆ％＋Ｎｂ％＋Ｔａ％＋Ｂ％／２≦２４
   （２）Ｚｒ％＋Ｈｆ％≦１４
   （３）３≦Ｗ％＋Ｓｎ％≦１９
   （４）０．２０≦Ｆｅ％／（Ｆｅ％＋Ｃｏ％）≦０．９０
2. Ｗ，Ｓｎの１部もしくは全部を、Ｖ，Ｍｎの１種または２種で置換し、かつ下記（５）を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の垂直磁気記録媒体における軟磁性薄膜層用合金。
   （５）３≦Ｗ％＋Ｓｎ％＋Ｖ％＋Ｍｎ％≦１９
3. Ａｌ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｓｉ，Ｐ，Ｃ，Ｇｅの１種または２種以上を含み、かつ下記（６）を満たすことを特徴とする、請求項１または２に記載の垂直磁気記録媒体における軟磁性薄膜層用合金。
   （６）Ａｌ％＋Ｃｒ％＋Ｍｏ％＋Ｓｉ％＋Ｐ％＋Ｃ％＋Ｇｅ％≦９
4. Ｎｉ，Ｃｕの１種または２種を５％以下含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体における軟磁性薄膜層用合金。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜を作製するためのスパッタリングターゲット材。