JPS61296551A - 光磁気記録素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は光磁気記録素子およびその製造方法に関し、よ
り詳細には低価格、高密度、大容量、高信転性の光磁気
記録素子およびその製造方法に関する。

（従来技術） 近年、垂直記録媒体や光磁気記録媒体などを用いた高密
度記録が盛んに研究され、光磁気記録媒体においては、
大量の情報を高密度に記録するため、集束レーザー光を
投光して記録媒体を局部加熱することによりビットを書
込み、磁気光学効果を利用して読み出すという記録方式
であり、この媒体には主として希土類−遷移金属元素か
ら成る非晶質金属垂直磁化膜が用いられる。

磁化膜の材料としては希土類金属の磁気モーメントと遷
移金属の磁気モーメントが反平行に安定となり、且つ、
記録材料としての非晶質、垂直磁化、カー回転角、保磁
力等の要求に対し、容易に適合し得るものが必要である
。また、実用性の点からキュリ一点記録用材料に限るな
らば、上記の条件を考慮し、Ｆｅ系フエＩＪ磁性体が最
も一般的に使用される。Ｆｅ系合金に対して希土類元素
としてはＧｄｚ　Ｔｂｓ　Ｄｙ％　ＨＯ等が知られ、遷
移金属系ではＦｅを必須成分としてほかに００％　Ｎｉ
、等の添加が知られている。

さらにこれらの希土類元素−遷移金属系のフェリ磁性体
のうち、Ｔｂ　−Ｆｅ系、Ｔｂ　−Ｆｅ　−Ｃｏ系では
Ｔｂの大きな１イオン異方性エネルギーを反映して、大
きな保磁力Ｈｃを有することから、Ｔｂを必須元素とし
た光磁気記録媒体が最も注目され、多くの研究がなされ
ている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、Ｔｂは、重希土元素の中では、最も酸素
にたいして活性であること、また最も高価であることか
ら商品化に際して問題が多いものである。

一方、重希土類元素の中でも安価な元素としてＤｙを用
いた場合、本来Ｄｙの１イオン異方性エネルギーがＴｂ
に比べて小さいことから、その記録素子の製造方法によ
っては各種の弊害を及ぼす結果となる。このことに関し
て、本発明者等は先に次のような比較実験を行った。

通常、光磁気記録素子は、スパッタ蒸着等の物理成膜方
法により気相急冷で非晶質垂直磁化膜が形成されるが、
その製造条件により、膜の磁気特性、均一性が変化し、
本来の特性を把握し難いものであるが、本発明者等は、
ＴｂＦｅＣｏ合金とをそれぞれ複合ターゲットでの同一
条件下で製作し、その特性を比較したところ、キュリ一
温度Ｔｃ＝２００　”Ｃのものの場合、カー回転角θｋ
及び反射率Ｒ共に同一の値を示したがＤｙＦｅＣｏ合金
は、ＴｂＦｅＣｏと比較して、補償組成近傍の磁化Ｍ３
、保磁力Ｈｃ力＜Ｍｓを同じにした場合はＨｅが、また
Ｈｃを同じにした場合はＭｓが小さいことを確認した。

この磁化の大きさＭｓおよび保磁力Ｈｃは下記式（１）
ｄ：安定に存在する最小ビット径 σ貨：磁壁エネルギー で表される如く、記録に際し、安定に存在する最小ビッ
ト径（ｄ）を決定する要因である。

このような関係から、ＭＳ％　ＩＣの値は高密度、大容
量な記録素子を得るためには大きい値を示すことが必要
である。

（問題点を解決するための手段） 本発明者等は上記の問題点を解決すべく研究を行い、ス
パッタリング法における成膜時、種々の条件を変化させ
ながら検討を行った結果、成膜条件により垂直方向への
異方性エネルギーＫｕｚの大きさが異なることを見出し
、このＫｕ工値の制御により、高いＭＳ％ＨＣ値を有す
る新規な光磁気記録素子が得るれることを知見した。

即ち、本発明によれば基体上に少なくとも膜面に垂直な
方向に磁化容易軸を有する非晶質磁化膜が設けられた光
磁気記録素子において、該磁化膜がＤｙＦｅＣｏ系磁性
合金から成るとともに磁化のおときさＭｓ及び保磁力Ｈ
ｃが下記式 ％式％） を満足することを特徴とする光磁気記録素子が提供され
る。

さらに本発明によれば基体上に少なくとも膜面に垂直な
方向に磁化容易軸を有する希土類金属の非晶質磁性合金
をスパッタ法により成膜する光磁気記録素子の製造方法
において、該基体を不活性雰囲気中で希土類金属イオン
を含む第１のプラズマ領域と、該第１のプラズマ領域と
異なるプラズマエネルギーを有する遷移金属イオンを含
む第２のプラズマ領域とを時間的に交互に通過させて成
膜し、該基体上にて気相急冷し合金化したことを特徴と
する光磁気記録素子の製造方法が提供される。

（実施例） ＤｙＦｅＣｏ系垂直磁化膜は、基本的にＤｙＦｅがキュ
リ一温度Ｔｃ（・７０℃）が低いこと、Ｄｙイオン異方
性エネルギーが小さい等の理由によりその特性について
は詳細には明らかにされていない。

本発明者等は、前述したように例えばＤｙＦｅＣｏ系合
金のその要求される特性についてＴｂＦｅＣｏ系合金と
の比較において検討した結果、読み出し時の性能指数Ｆ
　＝ＪＷθには、Ｃｏの濃度によって、ＴｂＦｅＣｏ系
とほぼ同様の性能を有するよう制御することが可能であ
ることを認識した。一方、記録特性において微小ビット
を安定、保持するには、保磁力）１ｃ、磁化の大きさＭ
　ｓ　ｓおよびこれらの積０１ｃ　ＸＭｓ）が重要とな
る。これらＩＣ％　ＭＳに要求される値は、Ｈｃに対し
ては書込まれたビットの熱的安定性に於いてＨｃ≧２　
ＫＯｅであること、Ｍｓに対しては、垂直磁気異方性エ
ネルギーＫｕ＝との関係においてＫｕ、＞４πＭｓ”な
る垂直磁化膜の条件を満たし得るものであることが要求
される。

本発明の光磁気記録素子は、ＤｙＦｅＣｏ系磁性合金か
ら成る磁化膜を存するもので、詳しくはＤｙｘ　（Ｆｅ
＋−ｙ　Ｃｏｙ　Ｌ−１１・−・−−−（１）但し、Ｘ
ぽ０．１８乃至０．３０　（原子比）ｙは０．５０乃至
０．１５　（原子比）で表されるもので、その磁化の大
きさＭｓおよび保磁力Ｈｅが下記式（２）　（３） ％式％（２） を満足するものである。

本発明によれば上記範囲のＭｓおよびＨｃ値をとること
によって、極めて優れた高密度記録性を実現できるとと
もに、低価格、高信頬性が達成される。

本発明によれば成膜されるべき基体を希土類金属、例え
ばｏｙ等のイオンを含有する第１のプラズマ領域と、遷
移金属、例えばＦｅ、　Ｇｏ等のイオンを含有する第２
のプラズマ領域との間を時間的に交互に通過させて成膜
し、該基体上にて気相急冷により合金化することにより
上述の要求を満たし、しかも極小の記録ビットに対して
優れた安定性を有する記録媒体を得ることができる。

第１図は磁化の大きさＭｓと保磁力Ｈｃおよび（Ｍｓｘ
　Ｈｃ）との関係を表したものであるが本発明の記録素
子は、はぼＭｓ・４００　（ｅｎ＋ｕ／ｃｃ）以下とい
う高い範囲において、Ｈｃ≧２ＫＯｅを満足し得るもの
である。

それに伴いＭｓ　Ｘ　Ｈｅ値はＭｓ　＝　５０　（ｅｍ
ｕ／ｃｃ）以上から２００（ｅｍｕ／ｃｃ−ＫＯｅ）以
上という高い値を示しＭｓ　”＝　４００　（ｅｍｕ／
ｃｃ）では、３〜７倍も向上することが理解される。こ
れにより本発明の記録素子が高密度記録に対し、極めて
優れたビット安定性を有することが立証される。即ち、
Ｍｓ値が５０　（ｅｍｕ／ｃｃ）未満ではＭｓ　Ｘ　Ｈ
ｃ値は急激に低下することから高密度記録は望めない。

また４００　（ｅｍｕ／ｃｃ）を越えると保磁力Ｈｃが
低く、ビットの熱的安定性において不充分である。

また、磁化の大きさＭｓと垂直磁気異方性エネルギーＫ
ｕｌとの関係を示した第２図によれば、本発明による記
録素子は、Ｋｕ、力’Ｍｓに対し、はぼ比例的に増加す
る傾向にあるのに対し、ＤｙＦｅＣｏ　（複合ターゲッ
ト）ではＭｓ　”−１００（ｅｍｕ／ｃｃ）を境に、Ｔ
ｂＦｅＣｏ　（複合ターゲット）ではＭｓ　＃　１５０
　（ｅｍｕ／ｃｃ）を境にＫｕｐが低下する傾向にある
。これらの傾向をｌ１ｃ２Ｋｕ工／Ｍｓの式に基づき考
慮するならば、本発明による記録素子は保磁力Ｈｃをほ
ぼ一定に保つことを意味し、他の比較例においてはそれ
ぞれの限界値を境に保磁力Ｈｃが低下することを意味す
るもので、先の第１図の１０１００ｅ／ｃｃ以上での１
１０の減少の傾向を裏付ける１つの要因とも考えられる
。

さらに光磁気記録素子は、通常保磁力Ｈｃの上限が、記
録の消去の際に外部磁場によってバルクイレーズする場
合の困難性から、およそ数ＫＯｅ以下にあることが望ま
しい。

上述したような結果から、本発明の製造方法に孝れば特
に磁化の大きさが５０乃至４００　（ｅｍｕ／ｃｃ）の
範囲において、優れた効果を示すことが理解できる。

本発明の製造方法を実施するに当たっては、所望の構成
を選択し得る。その−例を第４図に基づいて説明する。

図中真空槽（１）の内部にはＤｙから成る第１ターゲツ
ト（２）　、Ｆｅｓ　Ｃｏから成る第２ターゲツト（３
）、回転駆動されるとともにＤｙＦｅＣｏ合金薄膜が形
成されるガラスまたは樹脂等から成る円板状の基体（４
）及び仕切板（５）が配置されている。

第１ターゲツト（２）と基体（４）、並びに第２ターゲ
ツト（３）と基体（４）の間には、それぞれ高周波電源
（６）　（７）により高周波電圧が印加される。

この第１，２ターゲツト（２）　（３）の下側には、プ
レーナーマグネトロン型カソードに基づき、アルニコ、
フェライト、サマリウムコバルト製の永久磁石（８）　
（９）が備えつけられ、これにより電場と磁場の直交す
るペニング放電減少を利用して放電ガス分子のイオン化
効率が高められ、量産に適した高速成膜が可能となる。

本発明において使用されるＤｙから成る第１ターゲツト
（２）は、Ｄｙ製円板から構成されている。また、Ｆｅ
、Ｃｏから成る第２ターゲツト（３）は、Ｆｅ製円板の
上にＣｏ製チップを適当な数だけ載置して構成されてい
る。

なお、前記第２ターゲツト（３）はＦｅ−Ｇｏから成る
円板により構成しても同等の効果が達成される。

本発明によれば、上述の装置により成膜を行う際、アル
ゴン等の不活性雰囲気中で、まず雰囲気ガスがプラズマ
となり、その正イオンが第１．２ターゲツト（２）　（
３）を叩きつけ、各々のターゲット構成の金属イオン即
ちｈ＋イオンまたはＦｅイオン、Ｃｏイオンが放出され
、基体（４）近傍には、Ｄｙイオンを含有する第１のプ
ラズマ領域（１０）とＦｅイオンおよびＣｏイオンを含
有する第２のプラズマ領域（１１）が形成されるととも
に、基体（４）はその回転に伴い、２つの領域を交互に
通過するように設定されている。

本発明によれば、成膜時基体（４）において、実質上Ｄ
ｙ　−ＦｅＣｏに合金化されることが重要である。

この合金化は上記２つの領域間を時間的に交互に配置さ
せた時プラズマの持つエネルギーおよび基体の移動速度
により決定される成膜速度に依存するものであるが、本
実験のスパッタレートから換算するとＤｙおよびＦｅＣ
ｏの各層の厚みは１Å以下の厚子オーダーであり、明確
な積層若しくは周期構造は形成されないものである。こ
のことは本発明による記録素子の特性を関連して考慮す
れば、すくなくとも組成変動による磁歪効果が保磁力Ｈ
ｃに寄与するものではないと言える。

本発明者等によれば上記の条件では計イオン又はＤｙイ
オンによる選択的再スパツタ、例えば基体までＤｙ−Ｄ
ｙ結合を有する膜に対しＦｅイオンが打込まれることに
より、Ｄｙ−Ｄｙ結合がＤｙ　−Ｆｅに変換される現象
が１元ターゲットの場合より更に生じ易い機構となって
いることが大きなＫｕ４を有することの原因であると推
測している。

さらに本発明によれば、上述した各々のプラズマ領域に
おけるプラズマの持つエネルギーレベルが異なることが
重要である。即ち、上述した選択的再スパツタを行うた
めには少なくともＦｅイオンを有するプラズマのエネル
ギーを過大として、Ｄｙ−Ｆｅ変換が効率的に進むよう
にするためである。

本発明の製造方法の実施に際しては、第４図の製造装置
のような回転型に限定されるものでなく、例えば、不活
性雰囲気中でベルト上に各々のターゲットを交互に直線
的に配置させ、各ターゲットから、各々の金属イオンを
含有するプラズマ領域を交互に直線的に設け、磁化膜の
形成される基体を直線的に移動させることにより、複数
個の基体に対し、同時に成膜を行うことができ、量産化
を推進することができる。

また、本発明の製造方法に関しては、特にＤｙＦｅＣｏ
系磁性合金の製造について述べたが、希土類金属−遷移
金属のいずれの磁性合金にも対応し得るもので、例えば
他の希土類金属として、Ｇｄ、　Ｔｂ、Ｈｏ等、他の遷
移金属としてＦｅ、　Ｃｏ、Ｎｉ等の組合せ、主にＧｄ
Ｆｅ、　ＴｂＦｅ、　ＴｂＦｅＣｏＸＧｄＴｂＦｅＣｏ
、　ＧｄＤｙＦｅ等に採用し得る。

実施例１ 第４図に示した装置を用いて、片方にＦｅの円板状ター
ゲットに所定量のＣＯチップを乗せ、これと基体回転中
心に対して対称位置にＤｙの円板状ターゲットを配置し
、ガラスから成る基体を取りつけたカソードを回転しな
がら、同時久バッタリングを行い、基体上に合金化した
膜厚１０００人の非晶質のＤｙＦｅＣｏの垂直磁化膜を
形成した。尚、この時の条件は、到達真空度５　Ｘ　１
０”Ｔｏｒｒ、アルゴンガス圧５　Ｘ　１０−３Ｔｏｒ
ｒ、ターゲット・基体間距離１２０＋ｎｍ、基体の回転
数は５０ｒｐｍ　、投入電力はＤｙターゲット側約１０
０　Ｗ、　ＦｅＣｏターゲット側約２００　Ｗとした。

。 この時のそれぞれの成膜、速度は１サイクル当たりＤｙ
が約０．４人、ＦｅＣｏが約０．６人である。なお組成
はＤｙターゲット側への投入電力を変えることにより行
い、キュリ一温度ＴｃはＦｅターゲット上のＣ。

チップ数によりＴｃ　＝　２００度になるように設定し
た。

作成した記録素子に対して、光磁気特性を評価した。な
お、カー回転角θｋ、反射率Ｒはカー効果測定装置で膜
面側から測定した。また磁化の大きさＭ　ｓ　、保持力
ＨＣ％キュリ一温度ＴｃはＶＳＭにより求めた。また垂
直磁気異方性エネルギーＫｕよはトルクメーターを用い
てトルクカーブより求めた。組成分析はＩＣＰ発光分光
法により測定した。

測定の結果、Ｔｃ　＝　２００℃において入射光波長λ
＝８００ｎｍでＲ＝５９．３、θに＝０．２６であった
。なお、得られた磁化膜の組成は、 Ｄ）’ｏ、　ｚｚ　（Ｆｅｏ、　１ｌｏｃｏｏ、　Ｉ　
Ｏ）　０．７１　＜ａｔχ）近傍のものであった。また
ＭｓＸＨｃ、　Ｋｕに関しては補償組成からの若干のず
れに伴うＭｓ　−ＨＣ％およびＭｓ　−（Ｍｓ　Ｘ　Ｈ
ｃ）との関係を第１図に、Ｍｓ　−Ｋｕの関係を第２図
に示した。

比較例 実施例１におけるターゲットとしてＦｅ円板上にＴｂチ
ップとＣｏチップを載置した複合ターゲット、およびＦ
ｅ製円板上ターゲット上にＤｙチップ、Ｃｏチップを載
置した複合ターゲットを用いて１元ターゲツト法により
、磁化膜の成膜を行い、緒特性を測定した。

その結果、Ｔｃ　＝　２００度におけるθにおよびＲは
実施例１とほとんどかわらないものであったが、ＭＳ％
　ＨＣにおいて違いが認められた。その違いを明らかに
するため、第１図および第２図に示した実施例２ 実施例１における諸条件のうち、基体の回転数を１Ｏｒ
ｐｍ　、　　５ｒｐｍ　、　　４ｒｐｍ　、　　２ｒｐ
ｍ　、、　　ｌｒｐｍ　と減らす他はまったく同様にし
て磁化膜を成膜した。

その結果、回転数２ｒｐｍ以上（１サイクル当たり約２
４Å以下の成膜速度）のものまで垂直磁化膜が得られた
がＫｕ、の大きさ及び熱的安定性を検討したところ４　
ｒｐｍ以上（１サイクル当たり１２Å以下の成膜速度）
において満足した結果が得られたことから、本発明によ
る成膜速度の上限値がほぼ１サイクル当たり１２人であ
ることが判明した。なお、成膜速度として示された数値
は完全な積層構造の存在を意味するものでなく、その存
在自体、立証することは橿めて難しく、むしろ磁気特性
はフェリ磁性を示すことから、１サイクル当たり１２人
程度の成膜速度までなら膜面上で合金化されると考えら
れる。

実施例３ 膜厚の分布を知るため、円板状ターゲ・ノドとしてＦｅ
Ｃｏ、　Ｔｂ、　Ｄｙそれぞれに対し同一条件で膜厚修
正板を使用することなく一元スバッタ成膜を行い、基体
の中心からの距離に対する膜厚分布を調べた。

なおターゲットは直径６１ｎｃｈは回転中心からターゲ
ット中心までの距離は１２０ｍｍであった。

結果は第３図に示す。

第３図からもあきらかなようにＦｅＣｏＤｙとは同様な
山型分布を示すのに対し、Ｔｂは回転中心方向に盛り上
がりを示し、ＦｅＣｏと異なる分布状態を示した。

このことからＤｙＦｅ　Ｃｏ系磁化膜はＤｙＦｅＣｏ系
と比較して量産時での大面積での組成及び膜厚の均一化
を目指す際に膜厚修正板等による補正の必要がなく、有
利であることが認識された。

（発明の効果） 上述したように、本発明によれば磁化の大きさＭｓおよ
び保磁力Ｈｃの関係を特定することにより、極めて優れ
た高密度、大容量の記録性および高信頼性の光磁気記録
素子が得られるとともに本発明の製造方法により高いＭ
ｓ、、　Ｈａ値を得ることができるとともに大面積化に
対しても、安定性に優れた光磁気記録素子を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は磁化の大きさＭｓと、保磁力Ｈｃまたは（ＭＳ
　Ｘ　Ｈａ）　との関係を示した図、第２図は磁化の大
きさＭｓと垂直磁気異方性エネルギーＫｕ、との関係を
示した図、 第３図（ａ）　（ｂ）　（ｃ）は、ＦｅＣｏ、　Ｄｙ％
　Ｔｂのそれぞれの一元スバッタ法の中心からの距離に
対する膜厚分布を示した図、 第４図は本発明の製造方法を実施し得る装置の一例を示
す図、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体上に少なくとも膜面に垂直な方向に磁化容易
   軸を有する非晶質磁化膜が設けられた光磁気記録素子に
   おいて、該磁化膜がＤｙＦｅＣｏ系磁性合金から成ると
   ともに磁化の大きさＭｓおよび保磁力Ｈｃが下記式 ５０（ｅｍｕ／ｃｃ）≦Ｍｓ≦４００（ｅｍｕ／ｃｃ）
   ２００（ｅｍｕ／ｃｃ・ＫＯｅ）≦Ｍｓ×Ｈｃを満足す
   ることを特徴とする光磁気記録素子。
2. （２）基体上に少なくとも膜面に垂直な方向に磁化容易
   軸を有する希土類金属−遷移金属の非晶質磁性合金をス
   パッタ法により成膜する光磁気記録素子の製造方法にお
   いて、該基体を不活性雰囲気中で希土類金属イオンを含
   む第１のプラズマ領域と、該第１のプラズマ領域と異な
   るプラズマエネルギーを有する遷移金属イオンを含む第
   ２のプラズマ領域とを時間的に交互に通過させて成膜し
   、該基体上にて気相急冷し合金化したことを特徴とする
   光磁気記録素子の製造方法。
3. （３）前記希土類金属がＤｙであり、遷移金属がＦｅＣ
   ｏである特許請求の範囲第２項記載の光磁気記録素子の
   製造方法。