【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は、光磁気記録用非晶質磁性多層膜の製
造方法に関するもので、特に、大面積で一様性が
よく、かつ小ビツトを安定に書き込むことのでき
希土類−鉄族合金系非晶質磁性薄膜の製造方法に
かかわるものである。
GdCo、GdFeなどの非晶質磁性薄膜は、その
製作方法によつては膜面に垂直な磁気異方性をも
たせることができるので、記録密度を大幅に向上
し得る可能性がある。また、磁性体自体は書き換
え可能な記録媒体であり、この種の非晶質磁性薄
膜は、非晶質であるが故に結晶粒界に起因するノ
イズが無い等の長所も備えている。従つて、かか
る非晶質磁性薄膜は、書き換え可能な高密度光磁
気記録媒体としてビデイオデイスクなどへの応用
が有望視されている。
非晶質磁性薄膜を光磁気記録媒体として実用化
するに際しての問題点としては、大面積で一様性
がよく、しかも室温など通常の使用条件下で適当
な強度のレーザ光によつて書き込み可能な垂直磁
化膜をいかにして形成するか、および記録小ビツ
トの安定化を図つて記録密度を向上させるかとい
うことがある。GdCoの場合、垂直磁化膜を作る
ためバイアススパツタ法を用いる場合が多いが、
バイアススパツタ法によれば酸素が選択的に再ス
パツタされ、膜中の酸素量が減少し、しかも酸素
分布が一様となり、磁気的一様性も増大する。
ここで、参考文献としては、Y.Togami and
K.Kobayashi：Jpn.J.Appl.Phys.，Vo120、No.８
（1981）、PP1457〜1465.がある。
しかし、膜がきれいになり磁壁移動度が大とな
るから、第１図の室温におけるカーヒステリシス
ループの実測例に示すように保磁力Hcが小さく
なり過ぎて、小ビツトを安定に書き込むことがで
きなくなる。第１図において、曲線はゼロバイ
アススパツタによる１層、曲線は本発明による
バイアススパツタとゼロバイアススパツタによる
２層、曲線はバイアススパツタによる１層の場
合をそれぞれ示す。
一方、ゼロバイアススパツタ法では垂直磁化膜
は得られにくく、一様性も充分なものは得られに
くいが、第１図の室温におけるカーヒステリシス
ループの比較からわかるように保磁力Hcの大き
いものが得られ、小ビツトを安定に書き込めるの
で、記録密度を上げることが可能になる。
ここで、GdCo膜を記録媒体として使用する場
合、補償温度付近で保磁力が急激に減少する性質
を利用しており、膜の補償温度を室温付近に選ぶ
のが実用的である。
なお、第１図の保磁力の温度変化は補償温度
Tcompが同じ値を持つものとして示している。
以上では、非晶質磁性薄膜を光磁気記録用材料
として実用化するに際しての問題点を解決するに
あたり単一層の場合、従来試みられてきた例につ
いて述べてきたが、これらの方法ですべての問題
点を解決して、充分実用に供し得るものはいまだ
得られていなかつた。
また、記録小ビツトを安定化するための試みと
して記録媒体を多層フイルムとすることが行われ
てきた。
以下その例について述べる。
従来からある多層膜による改良法として、水平
方向の磁化膜で磁性層の中間にSiOなどの非磁性
中間膜を用いたサンドイツチ構造によりビツト密
度の向上を図つた例が1965年にJ.C.Bruyere，G.
Clerc，O.Massenet，D.Paccard，R.
Montmory，L.Neel，J.Valin，and A.Yelon：
IEEE Trans.Magn.，MAG−１、174（1965）に
おいて報告されている。この例は、非磁性層を中
間媒体に用い、その上下の磁性層は同一特性の水
平磁化膜をなし、記録は上下の膜全体になされ上
下を合わせた全体の特性を利用して磁気ヘツドで
読み出すようにした記録媒体である。
また、希土類と鉄族の両金属よりなる非晶質磁
性薄膜において、スパツタリング条件を変化さ
せ、上下の組成比を変えることによつて書き込み
ビツトの安定化を図つた例がY.Togami：Appl.
Phys.Lett.32（1978）673.、特願昭53−28756号あ
るいは米国特許第4293621号に開示されている。
この方法は上下の組成比を変化させて補償温度を
上下で変えることによつてビツトの安定化を図ろ
うとするものである。
これら多層フイルム上の記録小ビツトの安定化
としては以下の通りいくつかの理由が考えられ
る。
１） 多層にわたつて記録される場合、記録ビツ
トの磁壁がそれら多層の境界領域によつて固定
され動きが制限される。
２） 一つの層の補償温度が室温近傍にあつてそ
の層の反磁界が小さく、もう一つの層の補償温
度を室温からずらして反磁界を大きくしたの
で、記録ビツトの周囲の大きな反磁界によつて
ビツトの安定化が図られる。
３） 酸化や大きな反磁界によつて磁化はしばし
ば垂直方向から傾いているが、垂直磁化膜と水
平磁化膜との２層構造を用いて磁力線が２層間
で連結したループになるようにすると記録され
たビツトが安定化される。
多層フイルムにおける小ビツトの安定化につい
ては、以上いくつかの理由は考えられるものの、
推論の域を出るものではなく、決定的にこの現象
が解明されているとはいえないが、物理的特性の
異なる層を複数層用いて、多層フイルムとするこ
とによりそれら層間の相互作用により小ビツトの
安定化が図られていることがわかる。
そこで、本発明の目的は、大面積にわたつて一
様性がよく、しかも保磁力を大きくするなどして
単一層に対する特性改善を図つた膜と小ビツトの
安定化のための多層膜構造とを適切に組み合わせ
て、各層が単独にて有する欠点を、多層膜構造と
することによりそれら多層膜の相互作用によつて
除去して、実用上充分な程度に特性改善を図つた
非晶質磁性多層薄膜を提供することにある。
かかる目的を達成するために、本発明は、基板
上にスパツタリング法によつて光磁気記録用非晶
質磁性膜を製造する方法において、前記基板に負
のバイアス電圧を印加しながら第１層の非晶質膜
を付着する工程と、該第１層の膜上にバイアス電
圧を印加せずに第２層の非晶質膜を付着する工程
とを有することを特徴とする。
以下、図面を参照して、本発明を詳細に説明す
る。
第２図は本発明による２層構造の記録媒体の一
例を示し、ここで、基板１上にバイアススパツタ
法により第１層の膜２を形成する。この層２に具
体的に記録を行う。第２層３はゼロバイアススパ
ツタ法により層２上に作製された膜であり、第１
層２に作用してこの層２の保磁力が大になるよう
働く。
このような２層構造にすると、第１層２は第１
図に点線で示した特性をもつ膜になる。この膜２
は、バイアススパツタ法で作つた膜の特徴をも
ち、つまり大面積にわたり一様性がよく、しかも
２層膜にしたことにより直径1μｍくらいの小さ
いビツトを安定に書き込むことができる性質をも
つ。
さらに、２層膜の膜厚を変化させると、すなわ
ちスパツタリング時間を適当に変化させることに
より、第１図において点線を自由に上下に制御す
ることができる。この方法によつて記録媒体とし
て最適な保磁力をもつ磁性薄膜を作ることができ
る。
光磁気記録媒体としてこの種の物質を考えたと
き、保磁力が大きい程小さいビツトを安定に書け
るが、あまり大きいと書き込み用レーザ出力に限
界があり、実用的でなくなるので適当な保磁力を
選び得ることは実用上は重要なことである。
以下、非晶質GdCo磁性薄膜を例にとつて本発
明の具体例について述べる。
第１層２は放電電圧：1.4kV、バイアス電圧：
−100、膜厚を100nｍ程度にスパツタリングす
る。この時の単一膜のカーヒステリシスループを
スパツタ装置のターゲツトの中心からの距離Ｘに
応じて示すと、第３図のようになる。ここで、保
磁力Hcは220Oe程度であることがわかる。
第４図はバイアススパツタ法により作製された
単一層の膜において一様性が増大した結果を示
す。第４図には基板１の中心からの距離に対する
酸素量の分布の様子とカーヒステリシスループの
変化のバイアス依存性についての測定結果を示
す。ゼロバイアススパツタ法により作製された膜
（Vb＝0V）と比較して、バイアススパツタ法に
より作製された膜（Vb＝−100V）においては、
酸素分布は一様になり、磁気的特性の一様性も増
大していることがわかる。しかし、バイアススパ
ツタ法で作製された膜は第３図に示すように保磁
力Hcが小さくなり過ぎて、小さいビツトを安定
に書き込めなくなる欠点がある。
ゼロバイアス法による第２層３は放電電圧：
1.4kV、バイアス電圧：0Vで、膜厚を100nm程度
としてスパツタリングする。
その時の単一膜のカーヒステリシスループをタ
ーゲツト中心からの距離Ｘに応じて示すと第５図
のようになる。ここで、保磁力Hcは1420Oe程度
であり、第１層２と比較して保磁力が大となつて
いることがわかる。しかし、ヒステリシスループ
の形は角形性がくずれ、きれいな垂直磁化膜とな
つていない。
そこで、上に述べたような条件のもとで、２つ
の層を１回のスパツタリング中に連続して作る
と、第６図Ａ〜Ｃに示すような結果が得られた。
なお、同図でターゲツト中心からの距離Ｘ＝６cm
のループは保磁力Hcが大きくなつているが、こ
れは基板の端の影響が現われたからであり、ター
ゲツト中心部と端部を除いた部分はかなり一様性
が向上している。具体的な作製法は、まず上記バ
イアススパツタ法による条件のもとで第１層２を
基板１上にスパツタリングした後、ゼロバイアス
にし、同時にスパツタ装置のチユーニングを適当
に調整して放電電流が所定の値になるようにセツ
トして第２層３をゼロバイアススパツタリングに
より付着させればよい。
第６図は両層２および３のスパツタリン時間を
変えることにより厚さを次の第１表に示すように
種々に変化させた時の第１層膜２のカーヒステリ
シスループを示す。
The present invention relates to a method for manufacturing an amorphous magnetic multilayer film for magneto-optical recording, and in particular, a rare earth-iron alloy amorphous film that has a large area, good uniformity, and can stably write small bits. This invention relates to a method for producing a highly magnetic thin film. Depending on the manufacturing method, amorphous magnetic thin films such as GdCo and GdFe can have magnetic anisotropy perpendicular to the film surface, and therefore have the potential to significantly improve recording density. Further, the magnetic material itself is a rewritable recording medium, and this type of amorphous magnetic thin film has advantages such as no noise caused by crystal grain boundaries because it is amorphous. Therefore, such amorphous magnetic thin films are expected to be applied as rewritable high-density magneto-optical recording media to video discs and the like. The problems in putting an amorphous magnetic thin film into practical use as a magneto-optical recording medium are that it has good uniformity over a large area, and can be written with a laser beam of appropriate intensity under normal usage conditions such as room temperature. There are two issues: how to form a perpendicularly magnetized film, and how to improve recording density by stabilizing small recording bits. In the case of GdCo, bias sputtering is often used to create a perpendicularly magnetized film, but
According to the bias sputtering method, oxygen is selectively resputtered, reducing the amount of oxygen in the film, making the oxygen distribution uniform, and increasing the magnetic uniformity. Here, as a reference, Y. Togami and
K.Kobayashi: Jpn.J.Appl.Phys., Vo120, No.8
(1981), pp. 1457-1465. However, as the film becomes cleaner and the domain wall mobility increases, the coercive force H c becomes too small, as shown in the measured example of the Kerr hysteresis loop at room temperature in Figure 1, making it impossible to write small bits stably. It disappears. In FIG. 1, the curve shows one layer formed by zero bias sputtering, the curve shows two layers formed by bias sputtering according to the present invention and zero bias sputtering, and the curve shows one layer formed by bias sputtering. On the other hand, with the zero-bias sputtering method, it is difficult to obtain a perpendicularly magnetized film and it is difficult to obtain one with sufficient uniformity, but as can be seen from the comparison of Kerr hysteresis loops at room temperature in Figure 1, the coercive force H c is large. Since small bits can be stably written, recording density can be increased. Here, when using a GdCo film as a recording medium, the property that the coercive force decreases rapidly near the compensation temperature is utilized, and it is practical to select the compensation temperature of the film near room temperature. Note that the temperature change in coercive force in Figure 1 is the compensation temperature.
Tcomp is shown as having the same value. Above, we have described examples of conventional attempts to solve problems in the practical application of amorphous magnetic thin films as magneto-optical recording materials in the case of a single layer. However, it has not yet been possible to find a solution that can be put to practical use. Furthermore, in an attempt to stabilize the recording small bits, a multilayer film has been used as the recording medium. An example will be described below. As an improvement method using conventional multilayer films, in 1965, JCB Bruyere, G.
Clerc, O.Massenet, D.Paccard, R.
Montmory, L. Neel, J. Valin, and A. Yelon:
It is reported in IEEE Trans. Magn., MAG-1, 174 (1965). In this example, a nonmagnetic layer is used as the intermediate medium, and the magnetic layers above and below are horizontally magnetized films with the same characteristics. Recording is performed on the entire upper and lower films, and the magnetic head uses the characteristics of the entire upper and lower films. This is a recording medium that is readable. In addition, an example of stabilizing written bits by changing the sputtering conditions and changing the upper and lower composition ratios in an amorphous magnetic thin film made of both rare earth and iron group metals is given by Y. Togami: Appl.
Phys. Lett. 32 (1978) 673., Japanese Patent Application No. 53-28756, or US Pat. No. 4,293,621.
This method attempts to stabilize the bit by changing the upper and lower composition ratios and changing the compensation temperature between the upper and lower sides. There are several possible reasons for the stabilization of the small bits recorded on these multilayer films, as listed below. 1) When recording is performed over multiple layers, the domain walls of the recorded bits are fixed by the boundary areas of the multiple layers, and their movement is restricted. 2) The compensation temperature of one layer is near room temperature and the demagnetizing field of that layer is small, and the compensation temperature of the other layer is shifted from room temperature to increase the demagnetizing field, so the large demagnetizing field around the recording bits As a result, the bits are stabilized. 3) Magnetization is often tilted from the perpendicular direction due to oxidation or a large demagnetizing field, but recording is possible by using a two-layer structure of a perpendicularly magnetized film and a horizontally magnetized film so that the lines of magnetic force form a loop connected between the two layers. stabilized bits. Although there are several possible reasons for the stabilization of small bits in multilayer films,
This phenomenon is still speculation, and it cannot be said that this phenomenon has been conclusively elucidated, but by using multiple layers with different physical properties to make a multilayer film, the interaction between the layers can be reduced. It can be seen that the bits are stabilized. Therefore, the object of the present invention is to provide a film with good uniformity over a large area and improved characteristics compared to a single layer by increasing coercive force, and a multilayer film structure for stabilizing small bits. By appropriately combining these, the defects that each layer has individually can be eliminated through the interaction of these multilayer films by creating a multilayer film structure, thereby creating an amorphous magnetic material whose characteristics are improved to a degree sufficient for practical use. The purpose of the present invention is to provide a multilayer thin film. In order to achieve this object, the present invention provides a method for manufacturing an amorphous magnetic film for magneto-optical recording on a substrate by sputtering, in which a first layer is formed while applying a negative bias voltage to the substrate. The method is characterized by comprising a step of depositing an amorphous film, and a step of depositing a second layer amorphous film without applying a bias voltage on the first layer film. Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings. FIG. 2 shows an example of a recording medium having a two-layer structure according to the present invention, in which a first layer film 2 is formed on a substrate 1 by a bias sputtering method. Recording is specifically performed on this layer 2. The second layer 3 is a film produced on the layer 2 by the zero bias sputtering method, and
It acts on layer 2 to increase the coercive force of layer 2. With such a two-layer structure, the first layer 2 is the first layer.
The resulting film has the characteristics shown by the dotted line in the figure. This membrane 2
This film has the characteristics of a film made by bias sputtering, that is, it has good uniformity over a large area, and because it is a two-layer film, it has the property of being able to stably write bits as small as 1 μm in diameter. Furthermore, by changing the thickness of the two-layer film, that is, by appropriately changing the sputtering time, the dotted line in FIG. 1 can be freely controlled up and down. By this method, a magnetic thin film having an optimum coercive force as a recording medium can be produced. When considering this type of material as a magneto-optical recording medium, the larger the coercive force, the more stable bits can be written, but if it is too large, there is a limit to the laser output for writing, making it impractical, so choose an appropriate coercive force. Obtaining this information is important in practical terms. Hereinafter, a specific example of the present invention will be described using an amorphous GdCo magnetic thin film as an example. First layer 2 discharge voltage: 1.4kV, bias voltage:
-100, sputtering to a film thickness of about 100 nm. The hysteresis loop of a single film at this time is shown in FIG. 3 as a function of the distance X from the center of the target of the sputtering device. Here, it can be seen that the coercive force H c is about 220 O e . FIG. 4 shows the result of increased uniformity in a single layer film made by bias sputtering. FIG. 4 shows measurement results regarding the distribution of oxygen content with respect to the distance from the center of the substrate 1 and the bias dependence of changes in the Kerr hysteresis loop. Compared to the film made by the zero-bias sputtering method (V b =0V), the film made by the bias sputtering method (V b =-100V) has
It can be seen that the oxygen distribution becomes uniform and the uniformity of the magnetic properties also increases. However, as shown in FIG. 3, the film produced by the bias sputtering method has the drawback that the coercive force H c becomes too small, making it impossible to write small bits stably. The discharge voltage of the second layer 3 by the zero bias method is:
Sputtering is performed at 1.4 kV, bias voltage: 0 V, and the film thickness is approximately 100 nm. The hysteresis loop of a single film at this time is shown as a function of the distance X from the target center as shown in FIG. Here, the coercive force H c is about 1420 O e , and it can be seen that the coercive force is larger than that of the first layer 2. However, the shape of the hysteresis loop loses its squareness and does not form a neat perpendicular magnetization film. Therefore, when two layers were successively formed during one sputtering process under the conditions described above, the results shown in FIGS. 6A to 6C were obtained.
In addition, in the same figure, the distance from the target center is X = 6 cm.
The coercive force H c of the loop is large, but this is due to the influence of the edges of the substrate, and the uniformity of the target center and edges is considerably improved. The specific manufacturing method is to first sputter the first layer 2 onto the substrate 1 under the conditions of the bias sputtering method described above, then set the bias to zero, and at the same time adjust the tuning of the sputtering device appropriately to increase the discharge current. The second layer 3 may be deposited by zero-bias sputtering after setting it to a predetermined value. FIG. 6 shows the Kerr hysteresis loop of the first layer film 2 when the thickness is varied as shown in Table 1 below by changing the sputtering time of both layers 2 and 3.
【表】
このようにして作製された膜には直径1μｍく
らいの小さいビツトを安定に書き込むことができ
る。また、第６図Ａ〜Ｃを比較対照するとわかる
ように、両層２および３の膜厚を変化させること
によつて保磁力Hcを自由に制御できる。なお、
本例によれば、第３図の場合の保磁力Hcより大
きい保磁力が得られていることがわかる。
以上から明らかなように、本発明によれば、大
面積にわたつて一様性がよく、しかも直径1μｍ
程度の小さいビツトを安定に書き込むことができ
るような希土類−鉄族合金系非晶質磁性多層薄膜
を提供することができる。
また、本発明によれば、保磁力Hcの値を自由
に制御できるので、種々の用途に合わせて磁性材
料を作製することもできる。
また、バイアススパツタリング膜とゼロバイア
ススパツタリング膜の順序を逆にしてもよく、さ
らに本発明の効果を損わない範囲で３層以上と
し、もしくは誘電体層など他の物質による層を含
んでもよい。
また、以上の説明はGdCo膜の例について述べ
たが、GdFeなど他の非晶質磁性薄膜にも本発明
を適用し得ることは明らかである。[Table] Small bits with a diameter of about 1 μm can be stably written into the film produced in this way. Further, as can be seen by comparing and contrasting FIGS. 6A to 6C, the coercive force H c can be freely controlled by changing the film thicknesses of both layers 2 and 3. In addition,
It can be seen that according to this example, a coercive force greater than the coercive force H c in the case of FIG. 3 is obtained. As is clear from the above, according to the present invention, the uniformity is good over a large area, and the diameter is 1 μm.
It is possible to provide an amorphous magnetic multilayer thin film based on a rare earth-iron alloy, which allows stable writing of small bits. Further, according to the present invention, since the value of the coercive force H c can be freely controlled, magnetic materials can be produced in accordance with various uses. Furthermore, the order of the bias sputtering film and the zero bias sputtering film may be reversed, and the number of layers may be three or more without impairing the effects of the present invention, or a layer made of other materials such as a dielectric layer may be used. May include. Further, although the above description has been made with respect to an example of a GdCo film, it is clear that the present invention can be applied to other amorphous magnetic thin films such as GdFe.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図は種々の膜の温度に対する保磁力Hcの
変化を、カーヒステリシスループと共に示す図、
第２図は本発明による非晶質磁性多層薄膜の実施
例を示す断面図、第３図はバイアススパツタ時の
カーヒステリシスループをターゲツト中心からの
距離を種々変えて示す図、第４図は基板中心から
の距離に対する酸素量とカーヒステリシスループ
の変化のバイアス電圧依存性とを示す図、第５図
はゼロバイアス時のカーヒステリシスループをタ
ーゲツト中心からの距離を種々変えて示す図、第
６図Ａ〜Ｃは本発明により作製されたGdCo膜の
カーヒステリシスループを種々の膜厚について示
す図である。
１…基板、２…バイアススパツタ法により作製
された第１層の膜、３…ゼロバイアススパツタ法
により作製された第２層の膜。
Figure 1 is a diagram showing changes in coercive force H c with respect to temperature of various films, together with Kerr hysteresis loops.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of the amorphous magnetic multilayer thin film according to the present invention, FIG. 3 is a view showing the Kerr hysteresis loop during bias sputtering at various distances from the target center, and FIG. Figure 5 is a diagram showing the bias voltage dependence of changes in the amount of oxygen and Kerr hysteresis loop with respect to the distance from the center of the substrate. Figure 5 is a diagram showing the Kerr hysteresis loop at zero bias at various distances from the center of the target. Figures A to C are diagrams showing Kerr hysteresis loops of GdCo films produced according to the present invention for various film thicknesses. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Substrate, 2... First layer film produced by bias sputtering method, 3... Second layer film produced by zero bias sputtering method.