JP6120261B2 - 磁気記録媒体、磁気記録媒体の製造方法および磁気記録再生装置 - Google Patents
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Description
また、軟磁性裏打ち層と記録層の間に、Ruからなる金属粒子が非磁性母材から突出している中間層を設けることにより、磁性層における分離構造が促進され、記録層における結晶粒子が均一に孤立化される技術が知られている(例えば、特許文献2参照)。
また、特許文献4には、グラニュラ磁性層より上方にCoCrPtRu合金を主成分とする補助記録層を形成して、補助記録層の初期成長段階の結晶の乱れを補い、補助記録層を成膜した基板を加熱することにより、補助記録層の結晶性を改善する技術が記載されている。
また、本発明は、本発明の磁気記録媒体が備えられ、更なる高記録密度化を実現可能な磁気記録再生装置を提供することを課題とする。
また、例えば、次世代の記録方式として期待される熱アシスト記録方式の磁気記録媒体において、FePt系磁性層からなる垂直磁性層を形成する場合には、垂直磁性層の成膜開始直前、成膜中のいずれか一方または両方の時点で、FePt相の規則化温度(不規則相(fcc)から規則相(fct)への相変態温度)以上の温度に基板を加熱する加熱工程を行うことで、FePt系磁性層を相変態させることができる。
そこで、本発明者は、既に配向制御層の形成されている基板を上記の時点で加熱しても、配向制御層による垂直磁性層の垂直配向性を改善させる効果が得られるように、RuまたはRu合金からなる配向制御層の耐加熱性を向上させるべく鋭意研究した。
より詳細には、配向制御層を構成するRu層またはRu合金層の垂直磁性層側の面に、拡散防止層を設けることにより、配向制御層に含まれるRu原子が加熱によって拡散されることが防止される。その結果、加熱によるRuまたはRu合金からなる結晶粒子の粗大化が抑制され、配向制御層の耐加熱性を向上させることができる。
すなわち、本発明は、以下の手段を提供する。
(3) 前記Ru含有層の前記非磁性基板側に、融点が1500℃以上であって共有結合またはイオン結合された材料からなり、前記Ru含有層のRu原子の熱による拡散を防止する第2拡散防止層が設けられていることを特徴とする(1)または(2)に記載の磁気記録媒体。
(4) 前記第1Ru含有層と前記第2Ru含有層との間に、融点が1500℃以上であって共有結合またはイオン結合された材料からなり、前記Ru含有層のRu原子の熱による拡散を防止する中間拡散防止層が設けられていることを特徴とする(2)に記載の磁気記録媒体。
(6) 前記配向制御層の前記非磁性基板側に軟磁性下地層が設けられていることを特徴とする(1)〜(5)のいずれか一項に記載の磁気記録媒体。
(7) 前記垂直磁性層が、L10型結晶構造を有する合金を主成分とするものであることを特徴とする(1)〜(6)のいずれか一項に記載の磁気記録媒体。
(10) 前記配向制御層形成工程の前に、前記非磁性基板の上に軟磁性下地層を形成する工程を行うことを特徴とする(8)または(9)に記載の磁気記録媒体の製造方法。
(12) 前記磁気ヘッドが、前記磁気記録媒体を加熱するレーザー発生部と前記レーザー発生部から発生したレーザー光を先端部へと導く導波路と前記先端部に設けられた近接場発生素子とを有していることを特徴とする(11)に記載の磁気記録再生装置。
したがって、本発明の磁気記録媒体は、垂直磁性層の成膜開始直前、成膜中のいずれか一方または両方の時点で非磁性基板を300〜700℃に加熱する加熱工程を含む方法により製造することで、優れた垂直配向性を有し、かつ結晶粒子の結晶性が高い垂直磁性層が備えられたものになるものである。
本発明の磁気記録媒体は、非磁性基板の上に、直上層の配向性を制御する配向制御層と、磁化容易軸が前記非磁性基板に対して主に垂直に配向した垂直磁性層とが少なくとも積層されたものである。
図1は、本発明の磁気記録媒体の一例を模式的に示した断面図である。図1に示す磁気記録媒体50は、非磁性基板1の上に、軟磁性下地層2と配向制御層9と垂直磁性層4と保護層5と潤滑層6とが順次積層されたものである。
また、図1に示す磁気記録媒体50は、垂直磁性層4の成膜開始直前、成膜中のいずれか一方または両方の時点で非磁性基板1を300〜700℃に加熱する加熱工程を含む方法により製造されたものである。
非磁性基板1としては、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属材料からなる金属基板を用いてもよいし、ガラスや、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。また、非磁性基板1としては、これら金属基板や非金属基板の表面に、例えばメッキ法やスパッタ法などを用いて、NiP層又はNiP合金層が形成されたものを用いてもよい。
密着層の材料としては、例えば、Cr、Cr合金、Ti、Ti合金など適宜選択することが可能である。また、密着層の厚みは2nm(30Å)以上であることが好ましい。
軟磁性下地層2は、図1に示すように、配向制御層9の非磁性基板1側に接して設けられている。軟磁性下地層2は、磁気ヘッドから発生する磁束の基板面に対する垂直方向成分を大きくするとともに、情報が記録される垂直磁性層4の磁化の方向をより強固に非磁性基板1と垂直な方向に固定するものである。軟磁性下地層2を設けることによる作用は、特に記録再生用の磁気ヘッドとして垂直記録用の単磁極ヘッドを用いる場合に、顕著なものとなる。
なお、本発明の磁気記録媒体においては、非磁性基板1と配向制御層9との間に軟磁性下地層2が配置されていることが好ましいが、配向制御層9が設けられていなくてもよい。
軟磁性下地層2の上には、配向制御層9が形成されている。配向制御層9は、直上層である垂直磁性層4の配向性を制御するものであり、垂直磁性層4の結晶粒を微細化し、垂直配向性を高め、記録再生特性を改善するものである。配向制御層9が配置されていることにより、配向制御層9の上に形成される垂直磁性層4には、配向制御層9を構成する結晶粒子の結晶構造を引き継いで、配向制御層9の結晶粒子と共に厚み方向(基板面に対して垂直)に連続して成長した柱状結晶が形成される。したがって、配向制御層9の結晶粒子が微細な柱状結晶を有するものであれば、垂直磁性層4の結晶粒子も微細な柱状結晶を有するものとなり、垂直配向性が高まり、記録再生特性が改善される。
Ru含有層3に用いるRu合金としては、加熱による配向制御層9内でのRu原子の拡散を防ぐために、Ruに対してRe、Cu、Fe、Mn、Ir、Niから選ばれる何れか1つの元素を含むものを用いることが好ましい。なお、Ru合金中に含まれるこれらの元素の含有量は、20〜80原子%の範囲内であることが好ましい。
なお、第1Ru含有層3aと第2Ru含有層3bとは、同じ材料からなるものであってもよいし、異なる材料からなるものであってもよい。
第1Ru含有層3aの層厚は、核となる結晶が成長してなる柱状結晶S1の頂部にドーム状の凸部S1aが形成されたものとするために、5nm以上であることが好ましい。第1Ru含有層3aの層厚が上記範囲以上であると、容易に第1Ru合金層の頂部にドーム状の凸部S1aを形成できる。
図1および図2に示すように、拡散防止層8は、配向制御層9の最上層に配置されており、配向制御層9の表面を構成している。したがって、拡散防止層8は、配向制御層9の直上に配置された垂直磁性層4の直下で垂直磁性層4に接して配置されている。
拡散防止層8に使用される材料としては、上記の中でも特に、Ru含有層3のRu原子の熱による拡散をより効果的に阻害するために、AlN、SiO2、MgOを用いることが好ましく、AlNであることが最も好ましい。
また、Ru含有層3の上にMgOからなる拡散防止層8を形成する場合、MgOからなる拡散防止層8の配向性をより一層高めるために、Ru含有層3とMgOからなる拡散防止層8との間に、両層の格子定数を整合させるための層を設けることが好ましい。
配向制御層9の上には、磁化容易軸が非磁性基板1に対して主に垂直に配向した垂直磁性層4が形成されている。図1に示す磁気記録媒体50は、垂直磁性層4の成膜開始直前、成膜中のいずれか一方または両方の時点で非磁性基板1を300〜700℃に加熱する加熱工程を含む方法により製造されたものである。したがって、垂直磁性層4は、優れた垂直配向性および結晶性を有している。具体的には、図2に示すように、垂直磁性層4は、拡散防止層8を介してRu含有層3の結晶粒子の結晶構造を引き継いで、結晶粒子とともに厚み方向に連続した柱状結晶S3を含むものとなっている。
また、熱アシスト媒体の垂直磁性層としては、結晶磁気異方性の高いL10型結晶構造を有する合金であるCoPt合金や、SmCo合金、NdFeB合金、TbFeCo合金等の希土類合金を主成分とするものを用いてもよい。
また、熱アシスト媒体の垂直磁性層として、Co膜とPd膜とからなる多層膜や、Co膜とPt膜とからなる多層膜を用いてもよい。
図1に示すように、垂直磁性層4上には保護層5が形成されている。保護層5は、垂直磁性層4の腐食を防ぐとともに、磁気ヘッドが磁気記録媒体50に接触したときの媒体表面の損傷を防ぐためのものである。保護層5としては、従来公知の材料を使用することができ、例えばC、SiO2、ZrO2を含むものを使用することが可能である。保護層5の厚みは、1〜10nmとすることが、磁気ヘッドと磁気記録媒体50との距離を小さくでき、高記録密度の点から好ましい。
保護層5上には潤滑層6が形成されている。潤滑層6としては、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の潤滑剤を用いることが好ましい。
次に、本発明の磁気記録媒体の製造方法について、図1に示す磁気記録媒体50の製造方法を例に挙げて説明する。
図1に示す磁気記録媒体50を製造するには、まず、非磁性基板1の上に、スパッタリング法などを用いて密着層を形成し、密着層の上にスパッタリング法などにより軟磁性下地層2を形成する。その後、軟磁性下地層2の上に配向制御層9を形成(配向制御層形成工程)し、配向制御層9上に垂直磁性層4を成膜(垂直磁性層形成工程)し、垂直磁性層4の上に保護層5と潤滑層6とを順に形成する。
なお、Ru含有層3が、第1Ru含有層3aと第2Ru含有層3bとを含むものであり、第1Ru含有層3aと第2Ru含有層3bとの間に中間拡散防止層が設けられている場合、第1Ru含有層3aを形成する工程と第2Ru含有層3bを形成する工程との間に、拡散防止層を形成する工程と同様にして第1Ru含有層3a上に中間拡散防止層を形成する。
また、配向制御層9の非磁性基板1側に第2拡散防止層が設けられている場合、Ru含有層3を形成する工程を行う前に、拡散防止層を形成する工程と同様にして、軟磁性下地層2の形成された非磁性基板1上に第2拡散防止層を形成する。
なお、本実施形態においては、加熱工程を垂直磁性層4の成膜後に行った場合にも、拡散防止層8によるRu含有層3の結晶粒子構造を維持する効果が得られる。しかし、垂直磁性層4の成膜後に上記の温度範囲の加熱工程を行うと、垂直磁性層4の結晶粒子が粗大化する恐れがある。したがって、緻密な垂直磁性層4を得るために、垂直磁性層4の成膜後に加熱工程を行わないことが好ましい。
本実施形態の垂直磁性層形成工程において成膜される垂直磁性層4が、c軸配向した多層膜からなるものである場合、加熱工程を行うことによって結晶粒子の結晶性が高い垂直磁性層4が得られる。
特に、加熱工程において、垂直磁性層4の成膜開始直前の非磁性基板1を加熱した場合、非磁性基板1が所定の温度に加熱された状態で成膜が開始されるので、成膜開始直後に形成された垂直磁性層4の結晶の乱れが抑制され、より結晶粒子の結晶性が高い垂直磁性層4が得られ、好ましい。
また、垂直磁性層4が、c軸配向した多層膜からなるものである場合、加熱工程における加熱時間は、垂直磁性層4の厚み等に応じて適宜決定でき、特に限定されないが、1秒〜60秒の範囲であることが好ましい。この場合、垂直磁性層4の垂直配向性を確保しつつ、より一層効果的に垂直磁性層4の改良効果が得られる。
加熱工程において垂直磁性層4を構成する合金を規則化させる場合においても、垂直磁性層4の成膜開始直前の非磁性基板1を加熱した場合、非磁性基板1が所定の温度に加熱された状態で成膜が開始されるので、成膜開始直後に形成された垂直磁性層4の結晶の乱れが抑制され、より結晶粒子の結晶性が高い垂直磁性層4が得られ、好ましい。
次いで、保護層5上にディッピング法などを用いて潤滑剤を塗布することにより、潤滑層6を形成する。
以上の工程により、図1に示す磁気記録媒体50が得られる。
次に、本発明の磁気記録再生装置について説明する。
図3は、本発明の磁気記録再生装置の一例を示した斜視図である。図3に示す磁気記録再生装置は、図1に示す磁気記録媒体50と、磁気記録媒体50を回転駆動させる媒体駆動部51と、磁気記録媒体50に対する記録動作と再生動作とを行う磁気ヘッド52と、この磁気ヘッド52を磁気記録媒体50に対して相対運動させるヘッド駆動部53と、記録再生信号処理系54とを備えている。
磁気ヘッド52としては、図1に示す磁気記録媒体50が、垂直磁性層4としてc軸配向した多層膜からなる磁性層が設けられているものである場合には、例えば、再生素子として巨大磁気抵抗効果(GMR)を利用したGMR素子などを有する高記録密度に適した磁気ヘッドを用いることが好ましい。また、磁気ヘッド52として、垂直記録用の単磁極ヘッドを用いてもよい。
本発明の磁気記録再生装置は、磁気記録媒体として熱アシスト媒体を備えるものであってもよい。磁気記録媒体50が、熱アシスト媒体の垂直磁性層4を備える熱アシスト媒体である場合、図3に示す磁気記録再生装置において、磁気ヘッドとして、例えば、図4に示す磁気ヘッド30を用いることができる。図4は、本発明の磁気記録再生装置の他の例を説明するための図であり、磁気記録再生装置に備えられた磁気ヘッドの構成を模式的に示した断面図である。
非磁性ガラス基板の上に、Arガスを用いたスパッタリング法で、5nmのTa薄膜(スパッタガス圧0.6Pa)と、6nmのPt薄膜(スパッタガス圧0.6Pa)と、10nmのRu薄膜(柱状晶)(スパッタガス圧0.6Pa)と、10nmのRu薄膜(柱状晶)(スパッタガス圧8Pa)とを順に形成し、実験1の積層薄膜基板を得た。
また、実験1の積層薄膜基板を660℃で10秒間加熱し、実験2の積層薄膜基板を得た。
図5は、実験1の積層薄膜基板の表面(Ru薄膜)を、AFM(原子間力顕微鏡)を用いて観察した写真であり、図6は、実験2の積層薄膜基板の表面(Ru薄膜)を、AFM(原子間力顕微鏡)を用いて観察した写真である。
また、図5に示す加熱前の実験1の積層薄膜基板と比較して、図6に示す加熱後の実験2の積層薄膜基板では、Ruからなる結晶粒子が粗大化されていることが分かる。
図7は、実験3の積層薄膜基板の表面(AlN薄膜)を、AFM(原子間力顕微鏡)を用いて観察した写真である。
また、図7に示すRu薄膜上にAlN薄膜を形成した後に加熱した実験3の積層薄膜基板では、図5に示す実験1の積層薄膜基板と比較して、表面の結晶粒子が粗大化されているものの、図6に示す実験2の積層薄膜基板と比較して、粗大化が僅かとなっていることが分かる。
非磁性ガラス基板の上に、Arガスを用いたスパッタリング法で、5nmのTa薄膜(スパッタガス圧0.6Pa)と、6nmのPt薄膜(スパッタガス圧0.6Pa)と、0.5nmのAlN薄膜(1)と、10nmのRu薄膜(柱状晶)(スパッタガス圧0.6Pa)と、0.5nmのAlN薄膜(2)と、10nmのRu薄膜(柱状晶)(スパッタガス圧8Pa)と、0.5nmのAlN薄膜(3)とを順に形成し、実験4の積層薄膜基板を得た。
また、実験4のAlN薄膜(1)(2)(3)のうち、AlN薄膜(3)のみを設けたこと以外は実験4と同様にして、非磁性ガラス基板の上に各薄膜を形成し、実験6の積層薄膜基板を得た。
また、実験4のAlN薄膜(1)(2)(3)を設けないこと以外は実験4と同様にして、非磁性ガラス基板の上に各薄膜を形成し、実験7の積層薄膜基板を得た。
図8に示すように、AlN薄膜を設けなかった実験7の積層構造体は、300℃以上の温度で加熱することにより積層構造体の表面の結晶粒子が大きく粗大化している。
また、上側のRu薄膜の上と、下側のRu薄膜の非磁性基板側に、AlN薄膜を設けた実験5では、実験6と比較して、加熱による積層構造体の表面の結晶粒子の粗大化がさらに抑制されている。
また、上側のRu薄膜の上と、上側のRu薄膜と下側のRu薄膜との間と、下側のRu薄膜の非磁性基板1側にそれぞれ、AlN薄膜を設けた実験4では、実験5と比較して、加熱による積層構造体の表面の結晶粒子の粗大化がさらに抑制されている。
実験5のAlN薄膜(1)(3)を、MgO薄膜(1)(3)に代えたこと以外は実験5と同様にして、非磁性ガラス基板の上に各薄膜を形成し、実験8の積層薄膜基板を得た。
実験5のAlN薄膜(1)(3)を、SiO2薄膜(1)(3)に代えたこと以外は実験5と同様にして、非磁性ガラス基板の上に各薄膜を形成し、実験9の積層薄膜基板を得た。
実験5のAlN薄膜(1)(3)を、Cr2O3薄膜(1)(3)に代えたこと以外は実験5と同様にして、非磁性ガラス基板の上に各薄膜を形成し、実験11の積層薄膜基板を得た。
実験5のAlN薄膜(1)(3)を、Zr2O3薄膜(1)(3)に代えたこと以外は実験5と同様にして、非磁性ガラス基板の上に各薄膜を形成し、実験12の積層薄膜基板を得た。
図9に示すように、MgO薄膜を設けた実験8、SiO2薄膜を設けた実験9、Ta2O5薄膜を設けた実験10、Cr2O3薄膜を設けた実験11、Zr2O3薄膜を設けた実験12では、いずれもAlN薄膜を設けなかった図8に示す実験7と比較して、加熱による積層構造体の表面の結晶粒子の粗大化が抑制されている。
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例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。
まず、洗浄済みのガラス基板(コニカミノルタ社製、外形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−3040)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。
その後、ガラス基板の上に、Crターゲットを用いて層厚10nmの密着層を成膜した。
その後、この磁気記録媒体の記録パターンを観察したところ、明瞭な記録パターンが確認された。
Claims (11)
- 非磁性基板の上に、直上層の配向性を制御する配向制御層と、磁化容易軸が前記非磁性基板に対して主に垂直に配向した垂直磁性層とが少なくとも積層された磁気記録媒体であって、
前記配向制御層は、RuまたはRu合金を含むRu含有層と、前記Ru含有層の前記垂直磁性層側に設けられ、融点が1500℃以上であって共有結合またはイオン結合された材料からなり、前記Ru含有層のRu原子の熱による拡散を防止する拡散防止層とを備えるものであり、
前記垂直磁性層は、前記拡散防止層を介して前記Ru含有層の結晶粒子の結晶構造を引き継いで、前記結晶粒子とともに厚み方向に連続した柱状結晶を含むものであり、
前記Ru含有層の前記非磁性基板側に、融点が1500℃以上であって共有結合またはイオン結合された材料からなり、前記Ru含有層のRu原子の熱による拡散を防止する第2拡散防止層が設けられていることを特徴とする磁気記録媒体。 - 前記Ru含有層は、第1Ru含有層と、前記第1Ru含有層の前記垂直磁性層側に配置された第2Ru含有層とを含み、
前記第1Ru含有層が、柱状結晶の核となる結晶を含むものであり、
前記第2Ru含有層が、前記核となる結晶に厚み方向に連続し、頂部にドーム状の凸部が形成された柱状結晶を含むものであることを特徴とする請求項1に記載の磁気記録媒体。 - 前記第1Ru含有層と前記第2Ru含有層との間に、融点が1500℃以上であって共有結合またはイオン結合された材料からなり、前記Ru含有層のRu原子の熱による拡散を防止する中間拡散防止層が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の磁気記録媒体。
- 前記拡散防止層が、AlN、SiO2、MgO、Ta2O5,Cr2O3,ZrO2からなる群から選ばれる何れか1つを含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の磁気記録媒体。
- 前記第2拡散防止層の前記非磁性基板側に軟磁性下地層が設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の磁気記録媒体。
- 前記垂直磁性層が、L10型結晶構造を有する合金を主成分とするものであることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の磁気記録媒体。
- 非磁性基板の上に、直上層の配向性を制御する配向制御層を形成する配向制御層形成工程と、前記配向制御層上に磁化容易軸が前記非磁性基板に対して主に垂直に配向した垂直磁性層を成膜する垂直磁性層形成工程とを含み、
前記配向制御層形成工程が、RuまたはRu合金を含むRu含有層を形成する工程と、前記Ru含有層の上に、融点が1500℃以上であって共有結合またはイオン結合された材料からなり、前記Ru含有層のRu原子の熱による拡散を防止する拡散防止層を形成する工程とを含み、
前記垂直磁性層形成工程が、前記拡散防止層を介して前記Ru含有層の結晶粒子の結晶構造を引き継いで、前記結晶粒子とともに厚み方向に連続した柱状結晶を含む前記垂直磁性層を形成する工程であって、前記垂直磁性層の成膜開始直前、成膜中のいずれか一方または両方の時点で前記非磁性基板を300〜700℃に加熱する加熱工程を含み、
前記Ru含有層を形成する工程を行う前に、前記非磁性基板の上に、融点が1500℃以上であって共有結合またはイオン結合された材料からなり、前記Ru含有層のRu原子の熱による拡散を防止する第2拡散防止層を形成する工程を含むことを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。 - 前記拡散防止層を形成する工程において、AlN、SiO2、MgO、Ta2O5,Cr2O3,ZrO2からなる群から選ばれる何れか1つを含む前記拡散防止層を形成することを特徴とする請求項7に記載の磁気記録媒体の製造方法。
- 前記配向制御層形成工程および前記第2拡散防止層形成工程の前に、前記非磁性基板の上に軟磁性下地層を形成する工程を行うことを特徴とする請求項7または請求項8に記載の磁気記録媒体の製造方法。
- 請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の磁気記録媒体と、
前記磁気記録媒体を記録方向に駆動する媒体駆動部と、
前記磁気記録媒体に対する記録動作と再生動作とを行う磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体に対して相対移動させるヘッド移動部と、前記磁気ヘッドへの信号入力と前記磁気ヘッドからの出力信号の再生とを行う記録再生信号処理系とを備える磁気記録再生装置。 - 前記磁気ヘッドが、前記磁気記録媒体を加熱するレーザー発生部と前記レーザー発生部から発生したレーザー光を先端部へと導く導波路と前記先端部に設けられた近接場発生素子とを有していることを特徴とする請求項10に記載の磁気記録再生装置。
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