JP6108201B2

JP6108201B2 - 熱アシスト磁気記録媒体用ヒートシンク層

Info

Publication number: JP6108201B2
Application number: JP2012200241A
Authority: JP
Inventors: 秀隆矢ヶ部; 福岡　淳; 淳福岡
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2032-09-12
Also published as: JP2013093090A

Description

本発明は、熱アシスト磁気記録媒体のヒートシンク層に関するものである。

近年、高度情報化社会の実現による磁気記録装置の高記録密度化の要求に対し、垂直磁気記録方式が実用化されている。そして、生成されるデジタル情報量は、年率約５０％以上で増加しており、更なる高記録密度化が必要になっている。高記録密度化のためには、単位面積当たりの記録容量を増やす必要があり、このためには記録層の結晶粒径を微細にするとよい。
しかし、記録層の結晶粒径を微細にすると、磁気的に記録したデータが周囲の熱の影響で消える熱揺らぎの問題がある。これを防止するために、記録層に磁気異方性エネルギーが高い材料を用いればよいが、ヘッドの書き込み磁界の限界を超えてしまうために、記録が困難になるといった新たな問題が発生する。これらの問題を解決する方式として、熱アシスト磁気記録方式が提案されている。（例えば、特許文献１）

図１に熱アシスト磁気記録媒体の層構成の一例を示す。非磁性基板上１に、下から順にヒートシンク層２、軟磁性裏打ち層３、配向制御層４、記録層５、保護層６が形成される。また、層構成は図１に限定されるものではなく、ヒートシンク層２と軟磁性裏打ち層３の配置が適宜入れ替わることもある。
熱アシスト磁気記録方式では、記録層５にＦｅ−ＰｔやＣｏ−Ｐｔ等の磁気異方性エネルギーが高い材料が用いられる。上述したように、磁気異方性エネルギーが高い場合は、ヘッドの書き込み磁界の制約があるため、情報の書き込みの際には記録層５を瞬間的に加熱して保磁力を低下させ、この間にヘッドから記録磁界を印加して情報を書き込み記録する。この方式を実現するためには、書き込んだ情報を失わないようにするため、書き込み後は加熱した記録層５から熱を奪って速やかに冷却し、一旦低下した保磁力を高めなければならない。そのために、熱アシスト磁気記録媒体にはヒートシンク層２が形成されている。

このヒートシンク層の熱伝導率は、記録層の冷却効率の点から高い程好ましい。ヒートシンク層として必要とされる熱伝導率は、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上あればよいことが知られている。そして、ヒートシンク層は、熱伝導率が高い元素が有効であり、このような元素にはＣｕがある。
しかし、Ｃｕ膜をヒートシンク層として使用した場合は、Ｃｕ膜の粗大な結晶粒により膜の表面粗さが増大し、ヒートシンク層上に配置される記録層がヒートシンク層の凹凸に追従して形成され、信号のノイズが大きくなるという問題が生じる場合がある。また、Ｃｕ膜は柔らかいために、記録や再生時における機械的強度が不足している問題がある。この問題を解決するために、Ｃｕに０．１〜１原子％のＺｒを添加したヒートシンク層が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

米国公開２００７／００２６２６３号公報

上述した特許文献１に開示されるヒートシンク層は、ＣｕにＺｒを添加することにより熱伝導率が高く、硬い膜を形成でき、尚且つ表面粗さを小さくすることができるという点では、優れたヒートシンク層である。しかし、本発明者の検討によると、ＣｕにＺｒを添加した合金を磁気記録媒体のヒートシンク層として使用すると、耐食性が十分でない場合があるという問題を確認した。
本発明の目的は、平滑性に加え、さらに耐食性を兼備した熱アシスト磁気記録媒体用ヒートシンク層を提供することにある。

本発明者らは、熱アシスト磁気記録媒体のヒートシンク層について、熱伝導率が高いＣｕを主成分とし、表面粗さが小さく、尚且つ耐食性を兼ね備える添加元素としてＴｉを選定し、添加範囲について検討した結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、原子比における組成式がＣｕ_{１００−ｘ}−Ｔｉ_ｘ、０．１≦ｘ≦１０．０で表され、残部が不可避的不純物でなる熱アシスト磁気記録媒体用ヒートシンク層である。
また、前記Ｔｉの５０原子％以下をＺｒで置換することもできる。

本発明は、表面粗さが小さく、尚且つ高い耐食性を有した熱アシスト磁気記録媒体用ヒートシンク層を提供でき、磁気記録媒体を高記録密度化する上で重要な技術となる。

熱アシスト磁気記録媒体の構成図の一例である。

上述したように、本発明の重要な特徴は、ヒートシンク層の表面粗さを小さくし、尚且つ耐食性を兼ね備えるために、Ｃｕに添加する元素としてＴｉを選定し、適切なＴｉ添加量を見出した点にある。
本発明におけるヒートシンク層は、Ｃｕを主成分とする。その理由は、Ｃｕは熱伝導率が高く安価であり、比較的入手しやすいからである。熱伝導率が高い金属元素としてＡｕ、ＡｇやＡｌがあるが、ＡｕおよびＡｇは高価である上、入手が困難である。また、Ａｌは融点が６６０℃と低く、熱アシスト磁気記録媒体の製造プロセス中の加熱により溶融したり、加熱により結晶化して表面粗さが大きくなったりする可能性がある。尚、熱アシスト磁気記録媒体の製造プロセス温度は、例えば、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｎｏｌ．Ａ２７（４）Ｊｕｌ／Ａｕｇ（２００９）では、およそ７００℃と記載されている。そのため、本発明では、融点がこれよりも高いＣｕをヒートシンク層の主成分とした。

本発明のヒートシンク層は、Ｃｕに添加する元素としてＴｉを用いる。その理由は、Ｔｉは酸性からアルカリ性までの広いｐＨ範囲で安定であり、耐食性に優れている元素であり、Ｔｉを添加したＣｕ合金も同様に耐食性に優れているからである。また、Ｔｉの添加により、Ｚｒを添加した場合と同様にヒートシンク層は結晶粒径を小さくでき、表面粗さを小さくすることが可能になる。Ｔｉの添加量の上限値は、１０．０原子％とした。これは、Ｔｉを、１０．０原子％を超えて添加すると、その量が多いほど耐食性は向上するものの、一方で熱伝導率が減少するからである。
一方、Ｔｉの添加量の下限値は、０．１原子％とした。これは、Ｔｉの添加量が０．１原子％未満であると、熱伝導率は増加するものの、ヒートシンク層の結晶粒の粗大化を防ぐ効果が少なく、表面粗さが大きくなりやすいからである。したがって、本発明におけるＴｉの添加量の範囲は、０．１〜１０．０原子％とした。

本発明において、Ｔｉの一部をＺｒで置換してもよい。Ｃｕに添加する添加元素の量は、熱伝導率の観点から少ない方が好ましい。本発明者は、Ｚｒが耐食性に劣る元素であるものの、Ｔｉよりも少ない添加量で表面粗さを小さくできる効果を確認した。そのため、Ｔｉの一部をＺｒで置換してもよい。Ｚｒ添加による表面粗さを小さくする効果はＴｉ添加による表面粗さを小さくする効果よりも少ない添加量で実現されるので、Ｔｉの一部をＺｒで置換することによりＣｕへの添加元素の総量を削減することができ、その結果としてヒートシンク層の熱伝導率の低下を防止することができる。
しかし、ＴｉをＺｒで置換する場合は、耐食性を著しく損なわない範囲にする必要がある。Ｃｕに添加するＴｉの添加量の５０原子％を超える量をＺｒで置換した場合は、従来技術に係るヒートシンク層と同様に耐食性が著しく劣化する。そのため、本発明ではＴｉを置換するＺｒの量は、Ｔｉの添加量の５０原子％以下の範囲で適宜調整できる。

また、本発明のヒートシンク層は、膜厚が１０〜５００ｎｍの範囲が好ましい。それは、膜厚が１０ｎｍ未満であると、膜厚が薄いために記録層を冷却する際の熱輸送が十分でない。一方、膜厚が５００ｎｍを超えると、ヒートシンク層の体積熱容量が増加するため記録層は冷却され易くなるが、膜を形成するのに時間がかかり生産性が低下するためである。

上述したヒートシンク層を形成する方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法および化学気相成長法を用いることができる。中でも高速に安定した膜を形成できる、ヒートシンク層と同一組成のターゲット材をスパッタンリングして膜を形成するスパッタリング法が好ましい。

上述したヒートシンク層を形成するために用いられるスパッタリングターゲット材の製造方法としては、溶解鋳造法や粉末焼結法が適用可能である。溶解鋳造法では、鋳造インゴット、若しくは、鋳造インゴットに塑性加工や加圧加工を加えたバルク体とすることで製造可能となる。また、粉末焼結法では、純金属粉末や合金粉末をヒートシンク層の最終組成になるように混合した粉末を原料粉末とし、熱間静水圧プレス、ホットプレス、放電プラズマ焼結、押し出しプレス焼結等の加圧焼結を用いることが可能である。

先ず、本発明のヒートシンク層を形成するためのスパッタリングターゲット材を得るために、それぞれ純度９９．９％以上の原料を配合し真空溶解炉にて溶解した後、鋳造することでＣｕ−１０．０原子％Ｔｉ合金インゴットを作製した。次に、前記インゴットを機械加工により直径１６４ｍｍ、厚さ４ｍｍのスパッタリングターゲット材を作製した。
上記で作製したターゲット材をキャノンアネルバ株式会社製のＤＣマグネトロンスパッタ装置（型式番号：Ｃ−３０１０）のチャンバ内に配置し、チャンバ内を真空到達度２×１０^−５Ｐａ以下となるまで排気を行った後、寸法５０ｍｍ×２５ｍｍのガラス基板上にＡｒガス圧０．６Ｐａ、投入電力５００Ｗの条件にて膜厚１００ｎｍのヒートシンク層を形成した。

比較例として、それぞれ純度９９．９％以上の原料を配合し真空溶解炉にて溶解した後、鋳造することでＣｕ−１０．０原子％Ｚｒ合金インゴットを作製した。その他の条件は、本発明例と同一の条件で、寸法５０ｍｍ×２５ｍｍのガラス基板上に１００ｎｍのヒートシンク層を形成した。

上記で形成した本発明例、比較例のヒートシンク層について、以下の評価を行った。
（１）耐食性
ヒートシンク層を形成したガラス基板を１．０体積％硝酸水溶液に３０分間浸漬し、浸漬後の硝酸水溶液中におけるＴｉまたはＺｒの溶出量をＩＣＰ発行分析法により測定した。
（２）表面粗さ
ヒートシンク層表面において、測定長さ３００ｎｍの範囲で、ＪＩＳＢ０６０１−２００１で規定される算術平均粗さ（Ｒａ）を株式会社キーエンス製の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）（型番：ＶＮ−８０１０）により測定した。各測定結果を表１に示す。

表１に示すように、本発明のＣｕにＴｉを添加したヒートシンク層は、ＣｕにＺｒを添加した比較例に対し、溶出量が格段に少なく、耐食性に優れていることが確認できた。また、本発明例におけるヒートシンク層の表面粗さ（Ｒａ）は比較例とほぼ同等であり、表面平滑性に優れていることも確認できた。

先ず、それぞれ純度９９．９％以上の原料を配合し真空溶解炉にて溶解した後、鋳造することでＣｕ−０．５原子％Ｔｉ合金インゴットを作製した。次に、前記インゴットを機械加工により直径１６４ｍｍ、厚さ４ｍｍのスパッタリングターゲット材を作製した。

比較例として、それぞれ純度９９．９％以上の原料を配合し真空溶解炉にて溶解した後、鋳造することでＣｕ−０．５原子％Ｚｒ合金インゴットを作製した。

上記で得られた各スパッタリングターゲット材をキャノンアネルバ株式会社製のＤＣマグネトロンスパッタ装置（型式番号：Ｃ−３０１０）のチャンバ内に配置し、チャンバ内を真空到達度２×１０^−５Ｐａ以下となるまで排気を行った後、Ａｒガス圧０．６Ｐａ、投入電力１０００Ｗの条件にてスパッタリングを行った。
成膜用の基板には２．５インチのガラス基板を用い、先ず、室温にて膜厚２０ｎｍの下地層（Ｎｉ−３７．５Ｔａ原子％）を形成し、次いで、下地層上に１００ｎｍのヒートシンク層を形成した。次に、各試料をスパッタ装置内で、赤外線ランプヒーターにより６６０℃の真空加熱処理を行った。
上記で作製した、各ヒートシンク層について以下の評価を行った。

（１）硬さ
ＨＹＳＩＴＲＯＮ社製のナノインデンターを用いて、ヒートシンク層に圧子を１００μＮの荷重で押し当て、圧子がヒートシンク層の表面から内部へ到達した深さを測定した。尚、圧子がヒートシンク層内部への到達深さが小さい程、ヒートシンク層が硬いことを意味する。
（２）耐食性
ヒートシンク層を形成したガラス基板を０．５体積％硝酸水溶液に９０秒間浸漬し、浸漬後の硝酸水溶液中におけるＣｕ、ＴｉおよびＺｒの合計溶出量をＩＣＰ発行分析法により測定した。
（３）表面粗さ
セイコーインスツル株式会社製の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）（型番：ＳＰＡ３００）により、測定面積５００ｎｍ^２の範囲で、ＪＩＳＢ０６０１−２００１で規定される算術平均粗さ（Ｒａ）を測定した。尚、算術平均粗さ（Ｒａ）の測定は１試料につき３点測定し、その平均値を採用した。
（４）熱伝導率
スパッタ装置およびスパッタ条件を上記（１）〜（３）で行った条件と同様にして、上述のＮｉ−３７．５原子％Ｔａ下地膜形成を行わずに、２．５インチのガラス基板上に１００ｎｍのヒートシンク層を室温にて成膜した。次に、各試料を真空炉内で６６０℃の真空加熱処理を行い、熱伝導率評価用の試料を作製した。
得られた各試料の比抵抗を４探針法により室温にて測定し、Ｗｉｅｄｅｍａｎｎ−Ｆｒａｎｚ則により熱伝導率を算出した。測定結果を表２に示す。

表２に示すように、本発明のヒートシンク層は、表面から内部への圧子の到達深さは比較例と同等であることから、比較例と同等の硬さを有していることを確認した。また、本発明のヒートシンク層は、合計溶出量が比較例よりも少なく、耐食性に優れていることが確認できた。
また、本発明のヒートシンク層の表面粗さ（Ｒａ）は、比較例よりも小さいことから、表面平滑性に優れていることが確認できた。また、本発明のヒートシンク層の熱伝導率は、比較例と同等で、高い熱伝導率を有していることが確認できた。

先ず、それぞれ純度９９．９％以上の原料を配合し真空溶解炉にて溶解した後、鋳造することで表３に記載する組成のインゴットを作製した。次に、前記インゴットを機械加工により直径１６４ｍｍ、厚さ４ｍｍのスパッタリングターゲット材を作製した。
上記で作製した各スパッタリングターゲット材を用い、実施例２に記載の（２）〜（４）と同一の条件にて、耐食性、表面粗さ、熱伝導率の評価を行った。測定結果を表３に示す。

表３に示すように、Ｃｕに特定量のＴｉを添加した本発明のヒートシンク層は、比較例よりも合計溶出量が少ないことから、耐食性に優れていることが確認できた。また、本発明のヒートシンク層の表面粗さ（Ｒａ）は、比較例より小さく、表面平滑性に優れていることが確認できた。また、本発明のヒートシンク層は、高い熱伝導率を有していることが確認できた。
また、Ｃｕに特定量のＴｉおよびＺｒを複合添加した本発明のヒートシンク層は、Ｔｉの５０原子％以下をＺｒで置換することにより、少ないＴｉ量でも耐食性が向上し、優れた表面平滑性と高い熱伝導率を有していることが確認できた。

１非磁性基板
２ヒートシンク層
３軟磁性裏打ち層
４配向制御層
５記録層
６保護層

Claims

原子比における組成式がＣｕ_{１００−ｘ}−Ｔｉ_ｘ、０．１≦ｘ≦２．０で表され、残部が不可避的不純物でなることを特徴とする熱アシスト磁気記録媒体用ヒートシンク層。
前記Ｔｉの５０原子％以下をＺｒで置換することを特徴とする請求項１に記載の熱アシスト磁気記録媒体用ヒートシンク層。