JP5981564B2 - 磁気記録媒体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は各種磁気記録装置に搭載される磁気記録媒体及びその製造方法に関する。

磁気記録の高密度化を実現する技術として、垂直磁気記録方式が採用されている。垂直磁気記録媒体の磁気記録層を形成するための材料としては例えばグラニュラー磁性膜が用いられている。

近年、磁性膜中の磁性結晶粒の粒径を縮小して、垂直磁気記録媒体の記録密度をより一層向上させる必要に迫られている。一方で、磁性結晶粒の粒径の縮小は、記録された磁化の熱安定性を低下させる。そのため、磁性結晶粒の粒径の縮小による熱安定性の低下を補償するために、磁性膜中の磁性結晶粒を結晶磁気異方性のより高い材料を用いて形成することが求められている。

求められる高い結晶磁気異方性を有する材料として、情報の保存安定性に優れ、且つ結晶磁気異方性の大きいＬ１₀型構造を有するＬ１₀型ＦｅＰｔやＬ１₀型ＣｏＰｔ等が注目されている。そのＬ１₀型ＦｅＰｔに高い磁気異方性を持たせるためには、Ｌ１₀型ＦｅＰｔ膜の［００１］軸を膜面に対して垂直に配向させる必要がある。

一方、磁気記録媒体では、強度、耐衝撃性などの点から、アルミニウムやガラス製の基板が用いられている。このような基板の表面にＬ１₀型構造を有するＬ１₀型規則合金膜を成膜する場合、高い結晶磁気異方性を持たせるために、Ｌ１₀型規則合金の結晶を（００１）配向させる必要がある。そのため、一般に、Ｌ１₀型規則合金膜の下地層には、Ｌ１₀型規則合金の結晶配向を高めるためのＮａＣｌ構造やＣｓＣｌ構造を有する配向制御層が設けられる。特にＮａＣｌ構造を有するＭｇＯ膜が、Ｌ１₀型規則合金に対して格子整合性が高く、配向制御層として広く用いられている。

これまでの実験の結果、磁気特性を得るためＬ１₀型ＦｅＰｔ膜の下地層としてＭｇＯ膜を用いた場合、その膜厚は１０〜２０ｎｍが必要とわかった。しかし、ＭｇＯターゲットは絶縁物であるため、ＲＦスパッタ法で成膜する必要があり、その場合の成膜レートは０．１ｎｍ／ｓ程度と非常に遅い。またＭｇターゲットを用いてＡｒガスとＯ₂ガスの混合雰囲気中で反応性スパッタ法により成膜した場合でも、その成膜レートはせいぜいＭｇＯターゲットを用いたＲＦスパッタ法の２倍程度である。

通常の磁気記録媒体の量産プロセスではスループットの観点から各層の成膜時間を可能な限り短縮し、且つ各層の成膜時間を等しくすることが望ましい。上述したスパッタレートで膜厚が１０ｎｍ〜２０ｎｍのＭｇＯ膜の成膜を行った場合、ＭｇＯ膜の成膜に長時間を要するためスループットを大きく低下させる。従って、所望の保磁力を得るためのＭｇＯ膜の膜厚をより薄くすることが望まれる。

特許文献１には、ＭｇＯ膜の下地層としてチタン酸ストロンチウムや酸化インジウムスズ、窒化チタンなどの立方晶系の導電性化合物層を設けることにより、３ｎｍ以下の薄膜であっても、Ｌ１₀型規則合金に対して優れた配向制御性を示すＭｇＯ膜を成膜する技術が開示されている。

特開２０１２−１７４３２０号

特許文献１に開示された磁気記録媒体において、ＭｇＯ膜の下地層である導電性化合物層は成膜レートの遅いＲＦスパッタ法ではなく、ＤＣスパッタ法で成膜されているが、この場合、酸素ガスや窒素ガスといった反応性ガスを導入しながら反応性スパッタ法で成膜することになる。

しかしながら、反応性スパッタ法では、数％という微量の反応性ガスの制御が容易ではなく、成膜の再現性に問題があった。また、反応性ガスを導入してから成膜雰囲気が安定するまでに時間がかかるといった問題もあった。

本発明は上記課題を解決し、磁気異方性の大きなＬ１₀型規則合金を磁気記録層に用いた高い保磁力を有する磁気記録媒体を、再現性よく高スループットで生産可能な磁気記録媒体とその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の磁気記録媒体は、軟磁性層と、前記軟磁性層上に形成された金属下地層と、前記金属下地層上に、前記金属下地層に接して形成された配向制御層と、前記配向制御層上に、前記配向制御層に接して形成されたＬ１₀型構造を有する規則合金からなる磁気記録層と、を備えた磁気記録媒体であって、前記金属下地層は面心立方構造を有することを特徴とする。

また、本発明の磁気記録媒体の製造方法は、基板上に軟磁性層を形成する工程と、前記軟磁性層上に金属下地層を形成する工程と、前記金属下地層上に、前記金属下地層に接する配向制御層を形成する工程と、前記配向制御層上に、前記配向制御層に接するＬ１₀型構造を有する規則合金からなる磁気記録層を形成する工程と、を有する磁気記録媒体の製造方法であって、前記金属下地層は面心立方構造を有することを特徴とする。

本発明においては、配向制御層の下地層として短時間で再現性よく成膜しうる金属下地層を用いた構成とすることにより、配向制御層の膜厚を薄くしても、高い結晶磁気異方性を有するＬ１₀型規則合金からなる磁気記録層を成膜することができ、高い保持力を有する磁気記録媒体を再現性よく高スループットで生産することが可能となる。

本発明に好ましく用いられる磁気記録媒体の製造装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の実施例の磁気記録媒体の構造を模式的に示す断面図である。

以下、図面を参照して本願発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。

図１は、本発明に好ましく用いられる磁気記録媒体の製造装置を示す平面図である。図１の製造装置はインライン式の成膜装置である。インライン式とは、連結された複数のチャンバーを経由して基板が搬送される形式の装置をいう。図１の成膜装置は、複数のチャンバー１１０〜１３１が、ゲートバルブを介して方形の輪郭に沿って無端状に連結されている。基板１はロードロック室１１１でキャリア１０へ搭載され、キャリア１０が各チャンバー１１２〜１３０を順次通過し、アンロードロック室１３１で基板１が回収される。各チャンバー１１１〜１３１は、専用又は兼用の排気系によって排気される真空容器である。

チャンバー１１２、１１６、１２３、１２７は、キャリア１０の搬送方向を９０度転換する方向転換機構を備えた方向転換室である。チャンバー１１６、１２３、１２７を除き、各チャンバー１１３〜１３０は、各種処理を行う処理室である。具体的には、基板１に軟磁性層を形成する軟磁性層形成室１１４と、軟磁性層が形成された基板１に金属下地層を形成する金属下地層形成室１１５と、金属下地層の形成された基板１に配向制御層を形成する配向制御層形成室１１８と、配向制御層が形成された基板１に磁気記録層を形成する磁気記録層形成室１２４と、磁気記録層が形成された基板１を加熱する機構を備えた基板加熱室１２５と、磁気記録層の上部に保護層を形成する保護層形成室１２９である。その他の処理室は、基板１を冷却する基板冷却室や、基板１を持ち替える基板持替室などから構成される。チャンバー１１０では、基板１を搬出した後にキャリア１０の処理が行われる。

本実施形態では、基板１への成膜処理はスパッタリング（以下スパッタともいう）法を用いて行われる。スパッタ室は、排気系と、プロセスガスを導入するガス導入系と、内部の空間に被スパッタ面を露出させて設けられたターゲットと、放電用の電圧を印加する電源と、ターゲットの背後に設けられた磁石機構とから主に構成されている。

各処理室はキャリア１０（基板１）を基準として左右が対称に構成され、キャリア１０に保持された基板１の両面に同時に成膜できる構成を備えている。プロセスガスを導入しながら排気系によって膜形成室内を所定の圧力に保ち、この状態でターゲットホルダに接続された電源を動作させる。この結果、ターゲット近傍に放電が生じてターゲットがスパッタされ、スパッタされたターゲット材料が基板１に達して基板１の表面に所定の膜が形成される。尚、配向制御層形成室１１８のみスパッタ電源としてＲＦ電源を用いており、その他の膜形成室ではＤＣ電源を用いている。

図２は、本発明に係る磁気記録媒体７の断面構造を示す図である。磁気記録媒体７において、基板１上に、軟磁性層２、金属下地層３、配向制御層４、磁気記録層５、保護層６、が順に堆積される。尚、本発明は、この形態に限定されるものではなく、更に別の材料からなる層を基板１と軟磁性層２の間、軟磁性層２と金属下地層３との間、或いは、磁気記録層５の上部に追加して堆積させて用いることもできる。

基板１の材料としては、ソーダライムガラスの他に、化学強化したアルミノシリケート、ニッケルリンを無電解めっきしたＡｌ−Ｍｇ合金基板、シリコン、ホウケイ酸ガラス等からなるセラミクス、又は、ガラスグレージングを施したセラミックス等からなる非磁性の剛体基板を用いることができる。

軟磁性層２の材料としては、ＦｅＣｏ合金、ＦｅＴａ合金、Ｃｏ合金等を用いることができる。保護層６の材料は例えばダイヤモンドライクカーボン、窒化炭素、窒化ケイ素等である。

金属下地層３は、面心立方構造をとる金属群から選択される。具体的には面心立方構造を有するＡｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈから選択される。又はこれらのうちの少なくとも１種類を含有する面心立方構造を有する合金からなる。

上記の金属下地層３の材料群は常温・常圧下では面心立方構造をとり、その格子定数は０．３５３ｎｍ〜０．４１０ｎｍ程度のため、Ｌ１₀型規則合金のａ、ｂ軸長０．３８５ｎｍと格子整合性がよい。

本発明に係る金属下地層３は、成膜レートの早いＤＣスパッタ法で成膜することができ、また、反応性ガスを導入する必要がないため、再現性よく短時間で必要な膜厚の金属下地層３を成膜することができる。

配向制御層４としては、Ｌ１₀型規則合金の結晶性を向上させるために用いられる。（１００）配向のＮａＣｌ型結晶、（１００）配向のＣｓＣｌ型結晶、（００１）配向のＬ１₀型構造を有する金属間化合物、又は（００１）配向のＬ１₂型構造を有する金属間化合物などが用いられる。特にＬ１₀型規則合金と格子整合性の良いＮａＣｌ構造を有するＭｇＯが好適に用いられる。

配向制御層４としてＭｇＯ膜を用いる場合、ＭｇＯのＮａＣｌ構造が維持される範囲でＭｇＯ以外の元素を含んでもよい。ＭｇＯに添加される元素としては、例えば、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｗなどの群から選ばれる少なくとも１つの元素を有する融点が２０００℃以上の金属元素が挙げられる。これらの金属元素を添加することで、ＭｇＯ膜の粒径を微細化することが可能となる。

磁気記録層５にはＬ１₀型規則合金が用いられる。特にＬ１₀型ＦｅＰｔ規則合金、もしくはＬ１₀型ＣｏＰｔ規則合金を用いることが望ましい。またＬ１₀型ＦｅＰｔ規則合金の規則化を促進するため、磁気記録層にはＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ等の第三元素を添加してもよい。また、微細な磁性結晶粒子が結晶粒界で互いに孤立化した、磁気記録層として好ましい構造（グラニュラー構造）を得るため、磁気記録層５には、磁性結晶粒子の粒界に偏析させる材料として、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＭｇＯ等の酸化物や炭素系の非金属元素を添加してもよい。

（実施例１）
図１に示す積層構成の磁気記録媒体７を作製した。先ず、ガラス基板１上に、軟磁性層２として膜厚が４０ｎｍのＣｏＴａＺｒ膜を、金属下地層３として膜厚が３ｎｍのＰｄ膜を成膜した。金属下地層３は圧力０．６ＰａのＡｒガス雰囲気中でＤＣスパッタ法を用いて成膜した。その上部に、膜厚が２０ｎｍのＭｇＯ膜からなる配向制御層４と、磁気記録層５として膜厚が３ｎｍのＦｅ膜と膜厚が３ｎｍのＰｔ膜をそれぞれ１層積層し、その上部に保護層６として膜厚が３ｎｍのカーボン膜を順次成膜した。また、磁気記録層５を成膜後に基板を５００℃程度に加熱することで、磁気記録層５として積層したＦｅ膜とＰｔ膜とをＬ１₀型ＦｅＰｔ規則合金膜とした。

本実施例では磁気記録層５として、Ｆｅ膜とＰｔ膜をそれぞれ１層ずつ積層した後に加熱してＬ１₀型ＦｅＰｔ規則合金膜としたが、ＦｅとＰｔの合金ターゲットを用いたスパッタ、又はＦｅとＰｔの個別のターゲットをそれぞれ用いての同時スパッタを行った後に加熱してＬ１₀型ＦｅＰｔ規則合金膜を成膜してもよい。

（実施例２）
実施例２では、配向制御層４の膜厚を５ｎｍとし、他の膜の厚み及び成膜条件等は全て実施例１と同様の方法で磁気記録媒体７を作製した。

（実施例３）
実施例３では、金属下地層３の膜厚を１０ｎｍと、他の膜の厚み及び成膜条件等は全て実施例１と同様の方法で磁気記録媒体７を作製した。

（比較例１）
比較例１では、金属下地層３を成膜せず、他の膜の厚み及び成膜条件等は全て実施例１と同様の方法で磁気記録媒体７を作製した。

（比較例２）
比較例２では、金属下地層３として面心立方構造を有するＰｄ膜の代わりに体心立方構造を有するＣｒ膜を１０ｎｍの厚さに成膜した以外は、実施例２と同様の方法で磁気記録媒体７を作製した。

表１に、実施例１〜３及び比較例１〜２の磁気記録媒体７の配向制御層４の膜厚と金属下地層３の材料及び膜厚、及び磁気記録媒体７の保磁力を示す。保磁力の測定はネオアーク株式会社製、極Ｋｅｒｒ効果測定装置ＢＨ−８００ＵＶＨＤにより実施した。

実施例１の磁気記録媒体の保磁力は８９２７Ｏｅであり、金属下地層３であるＰｄ膜が無い比較例１の磁気記録媒体の保磁力５３００Ｏｅに比べて高い値を示している。

また配向制御層４の膜厚を５ｎｍと薄くした実施例２の磁気記録媒体７でも保磁力は７１００Ｏｅと高い値を維持している。これはＰｄ膜が無く、ＭｇＯ膜厚が２０ｎｍである比較例１よりも高い値である。金属下地層３としてＰｄ膜を成膜したことで、ＭｇＯ膜厚を薄くしても、磁気記録媒体７として十分に大きな保磁力が得られていることがわかる。

また、Ｐｄ膜厚を１０ｎｍに厚くした実施例３でも保磁力は８３３３Ｏｅであった。Ｐｄ膜厚を厚くしても保磁力は高い値が維持される。

金属下地層３として体心立方構造のＣｒ膜を１０ｎｍの厚さに成膜した比較例２では、保磁力が２９１０Ｏｅで、金属下地層３を成膜しない場合の比較例１よりも低い値であった。保磁力が大きく減少した理由としては、Ｃｒが磁気記録層５へ拡散したことが原因と考えられる。Ｃｒを始めとする体心立方構造の金属は、３ｄ強磁性元素の強磁性を著しく損なわせるためである。一方で、面心立方構造を有するＰｄ等の金属は３ｄ強磁性元素の磁気特性を大きく劣化させることは無い。

金属下地層３を用いて配向制御層４を薄くした場合には、金属下地層３を構成する原子が配向制御層４を透過して磁気記録層５に拡散する確立が高くなるが、面心立方構造を有する金属下地層３を用いることで、金属下地層３を構成する原子が磁気記録層５に拡散した場合でも、磁気記録層５の磁気特性劣化を抑制することが可能となる。

１：基板
２：軟磁性層
３：金属下地層
４：配向制御層
５：磁気記録層
６：保護層
７：磁気記録媒体
１０：キャリア
１１１：ロードロック室
１１２，１１６，１２３，１２７：方向転換室
１１４：軟磁性層形成室
１１５：金属下地層形成室
１１８：配向制御層形成室
１２４：磁気記録層形成室
１２５：基板加熱室
１２９：保護層形成室
１３１：アンロードロック室

Claims (8)

1. 軟磁性層と、
   前記軟磁性層上に形成された金属下地層と、
   前記金属下地層上に、前記金属下地層に接して形成された配向制御層と、
   前記配向制御層上に、前記配向制御層に接して形成されたＬ１₀型構造を有する規則合金からなる磁気記録層と、を備えた磁気記録媒体であって、
   前記金属下地層は面心立方構造を有することを特徴とする磁気記録媒体。
2. 前記金属下地層は、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈのうちの１種、又は１種以上を含む合金を用いて構成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体。
3. 前記金属下地層は、Ｐｄからなることを特徴とする請求項１記載の磁気記録媒体
4. 前記配向制御層はＭｇＯを主成分とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気記録媒体。
5. 基板上に軟磁性層を形成する工程と、
   前記軟磁性層上に金属下地層を形成する工程と、
   前記金属下地層上に、前記金属下地層に接する配向制御層を形成する工程と、
   前記配向制御層上に、前記配向制御層に接するＬ１₀型構造を有する規則合金からなる磁気記録層を形成する工程と、を有する磁気記録媒体の製造方法であって、
   前記金属下地層は面心立方構造を有することを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
6. 前記金属下地層は、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈのうちの１種、又は１種以上を含む合金を用いて構成されていることを特徴とする請求項５記載の磁気記録媒体の製造方法。
7. 前記金属下地層は、Ｐｄからなることを特徴とする請求項５記載の磁気記録媒体の製造方法。
8. 前記配向制御層はＭｇＯを主成分とすることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の磁気記録媒体の製造方法。

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