WO2003083842A1 - Support d'enregistrement magnetique vertical, enregistreur magnetique comportant un tel support, procede de fabrication de support magnetique vertical, et appareil de fabrication de support magnetique vertical - Google Patents

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Shin Saito
David Djayaprawira
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Anelva Corporation
Fuji Electric Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a perpendicular magnetic recording medium, a magnetic recording device provided with the same, and a method and apparatus for manufacturing a perpendicular magnetic recording medium, and more particularly, it is suitably used for magnetic recording media such as hard disks and magnetic tapes.
  • the present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a magnetic recording medium. Background art
  • a magnetization direction is fixed in an in-plane direction of a magnetic recording layer, and data is obtained by reversing the magnetization.
  • a longitudinal recording method for recording is used.
  • the development of a magnetic recording medium capable of shortening the length of the magnetization reversal direction, that is, increasing the so-called linear recording density has been promoted.
  • thermomagnetic relaxation phenomenon becomes more apparent as the volume V of the magnetic crystal grains becomes smaller. Therefore, a magnetic material with a large Ku is required to maintain the thermal stability of magnetic recording.
  • the coercive force of the ferromagnetic layer was increased to increase the areal recording density, but the coercive force was too high to write data in the ring head.
  • the adverse effects of the improved coercive force such as the possibility of loss of performance, have been observed.
  • using a rod-shaped recording head called a single-pole head the magnetization is reversed in the direction perpendicular to the plane of the medium, and the data is self-recorded. perpendicul cu l ar rec ord i ng) can also record on media with high magnetic force, so that the areal recording density equivalent to or greater than that of the longitudinal recording method can be obtained. Is being done.
  • This perpendicular recording method can maintain the volume V of crystal grains in the thickness direction by maintaining an appropriate thickness even if the crystal grains of the ferromagnetic layer are made small. Since the magnetization direction of the magnetic crystal grains has the characteristic of easily maintaining thermal stability, it is attracting attention as a technology that can avoid the problem of thermal disturbance that is a concern in the conventional longitudinal recording method. ing.
  • a perpendicular magnetic recording medium applied to such a perpendicular recording method a two-layer film medium in which a soft magnetic film which is easily magnetized in the in-plane direction is provided between a substrate and a perpendicular recording layer is used.
  • Physical strength s has been proposed (references: S. Iwasaki, Y. Nakamura and K. Ouchi: IEEE Trans. Mag'n. MAG-15 (1979) 1456).
  • the soft magnetic film is preferably N i F permalloy or F typified e alloy e S i A 1 of Sendasu bets system such as an alloy crystalline material and C o Z r N b amorphous material etc. And has a thickness 10 times or more the thickness of the ferromagnetic layer which is a perpendicular recording layer.
  • This double-layered medium is characterized in that it can write on a perpendicular recording layer having a larger coercive force than a single-layered medium consisting of only a perpendicular recording layer, and can also increase the reproduction voltage.
  • Another characteristic is that the soft magnetic film allows the magnetic flux generated from the main pole of the magnetic head to converge with high density in the space at the tip of the main pole, thereby increasing the magnetic field near the main pole.
  • the structure factor S which is an index of local magnetization dispersion (skew)
  • skew an index of local magnetization dispersion
  • this permalloy-based crystalline material is usually formed using a sputtering apparatus, but in this manufacturing process, irregularities are formed on the surface of the thin film due to the island-like initial growth mode of crystal grains. Therefore, there is a problem that a periodic noise is generated by a magnetic flux leaking from the magnetic pole due to the uneven portion.
  • the noise caused by the soft magnetic film having a thickness of 10 times or more of the ferromagnetic layer which is the perpendicular recording layer is a major problem. Had become. Also, in order to make this soft magnetic film thinner, it has been desired to develop a material having a higher saturation magnetization.
  • FeTaN which is a microcrystalline precipitation type material
  • — 2 8 8 8 3 5 a low-noise backing layer material having high saturation magnetization
  • the amorphous film after film formation has a high temperature of 350 ° C or more. Because of the heat treatment, fine crystal grains are precipitated inside, there is a problem that it is difficult to control the grain size of the precipitated crystal grains with high accuracy over the entire surface of the disk.
  • a high-temperature heating step and a cooling step for forming a precipitated structure must be provided after the film forming step, and the increased number of steps decreases the product yield and raises manufacturing costs. It is feared that it will become.
  • the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and has a low noise characteristic and a high flatness in softness as compared with a perm-based or sendust-based crystalline material.
  • An object of the present invention is to provide a perpendicular magnetic recording medium having a magnetic underlayer and capable of recording and reproducing high-density information.
  • Another object of the present invention is to provide an apparatus for manufacturing a perpendicular magnetic recording medium capable of efficiently producing the above-described perpendicular magnetic recording medium having excellent low noise characteristics. Disclosure of the invention
  • the present invention employs the following perpendicular magnetic recording medium, a magnetic recording device provided with the same, a method of manufacturing a perpendicular magnetic recording medium, and a manufacturing apparatus.
  • the perpendicular magnetic recording medium of the present invention includes a soft magnetic underlayer and a perpendicular recording layer formed on the soft magnetic underlayer, wherein the soft magnetic underlayer has a composition of FeSiA1N. Characterized by comprising a soft magnetic material.
  • a conventional soft magnetic material having a composition of FeSiA1N is used for the soft magnetic underlayer of a two-layered medium having a soft magnetic underlayer and a perpendicular recording layer.
  • a perpendicular magnetic recording medium a conventional soft magnetic material having a composition of FeSiA1N is used for the soft magnetic underlayer of a two-layered medium having a soft magnetic underlayer and a perpendicular recording layer.
  • permalloy-based or sendust-based crystalline materials low noise can be realized, and information with high recording density can be recorded and reproduced.
  • the soft magnetic material contains 5 to 11 at% of N.
  • the soft magnetic material contains 69 to 85 atomic% of Fe, 5 to 10 atomic% of Si, and 5 to 10 atomic% of A1.
  • FeSiA1N having the above-described composition as a soft magnetic material, fine Fe-based crystal grains on the order of nm and silicon nitride are formed.
  • the soft magnetic backing layer has a uniform microcrystalline structure composed of aluminum nitride crystal grains, and realizes excellent low-noise characteristics and enables recording and reproduction of information with higher recording density.
  • the soft magnetic underlayer has an average crystal grain diameter of 7 nm or less.
  • the soft magnetic backing layer is characterized by banded magnetic domain stabilization energy is Ritokura by hysteresis curve of the magnetic properties is not more than 1 XI 0 3 erg Z cm 3 .
  • the soft magnetic underlayer has a surface roughness of 0.6 nm or less when the film thickness is in the range of 50 to 500 nm.
  • a magnetic recording device includes the perpendicular magnetic recording medium according to the present invention.
  • this magnetic recording device by providing a perpendicular magnetic recording medium having excellent low noise characteristics, it is possible to provide a magnetic recording device capable of recording and reproducing information with higher recording density. Become.
  • the method of manufacturing a perpendicular magnetic recording medium according to the present invention is a method of manufacturing a perpendicular magnetic recording medium comprising: a soft magnetic underlayer; and a perpendicular recording layer formed on the soft magnetic underlayer.
  • the step of forming a layer includes the steps of: forming a base material containing at least Fe, Si, and A1 on a substrate having a surface temperature of 200 X or less and a base material containing nitrogen (N 2 ) gas. It is characterized by a step of forming a film using an active gas.
  • the step of forming the soft magnetic underlayer is performed by including at least Fe, Si, and A 1 on a substrate having a surface temperature of 200 ° C.
  • An apparatus for manufacturing a perpendicular magnetic recording medium is an apparatus for manufacturing a perpendicular magnetic recording medium comprising a soft magnetic underlayer and a perpendicular recording layer formed on the soft magnetic underlayer.
  • the soft magnetic underlayer is formed on a substrate having a surface temperature of 200 ° C. or less by introducing a base material containing Si, Si and A 1 and an inert gas containing nitrogen (N 2 ) gas. It is characterized by having a film forming chamber for performing the above.
  • a base material containing at least Fe, Si, and A 1 and an inert gas containing nitrogen (N 2 ) gas are introduced, and the surface temperature is set to 200 ° C.
  • the flow rate of an inert gas containing nitrogen (N 2 ) gas introduced into the film forming chamber is controlled. It is, the content of N in the F e S i AIN constituting the soft magnetic backing layer (atomic. / 0) force S, within the material composition which exhibits excellent low-noise characteristics, yet is controlled with high precision You.
  • FIG. 1 is a sectional view showing a perpendicular magnetic recording medium according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a three-dimensional view showing the relationship between the composition and magnetic permeability of the FeSiA1 alloy.
  • FIG. 3 is a three-dimensional phase diagram of the FeSiA1 alloy.
  • FIG. 4 is a sectional view showing a sputtering apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a sectional view showing a first film forming chamber of the sputtering apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a measurement result of a magnetization curve of Example 1 of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a measurement result of a magnetization curve of Example 2 of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing a measurement result of a magnetization curve of Example 3 of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a measurement result of a magnetization curve of a comparative example.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a method for obtaining stabilization energy from a magnetization curve of a soft magnetic underlayer.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a write / read integrated thin film head used for measuring medium noise.
  • FIG. 12 is a diagram showing a measurement result of noise of a sample of Example 3 of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing a measurement result of noise of the sample of the comparative example.
  • FIG. 14 is a sectional view showing the configuration of a magnetic recording apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a plan view showing a magnetic recording apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a sectional view showing a perpendicular magnetic recording medium according to an embodiment of the present invention, which is an example applied to a hard disk of a computer.
  • the perpendicular magnetic recording medium 1 has a structure in which a soft magnetic underlayer 3, a perpendicular recording layer 4 made of a ferromagnetic material, and a protective layer 5 are laminated on a base 2.
  • a coating layer 2b made of a nonmagnetic material made of a different material from the substrate 2a is formed on a substrate 2a made of a disc-shaped nonmagnetic material.
  • the substrate 2a is made of, for example, aluminum, titanium or an alloy thereof, silicon, glass, carbon, ceramics, plastic, resin, or a composite thereof.
  • the coating layer 2b is made of a non-magnetic material that is not magnetized at high temperatures, has conductivity, has good thermal conductivity, is easy to be mechanically applied, and has an appropriate surface hardness.
  • Non-magnetic materials satisfying such conditions include NiP, NiTa, NiA1, NiTi, and the like. It can be formed by a sticking method or the like.
  • the gap between the magnetic head and the perpendicular magnetic recording medium must be smaller in order for the magnetic head to read the signal written on the perpendicular magnetic recording medium well. Is desirable. In particular, when recording / reproducing while the magnetic head flies above the perpendicular magnetic recording medium, it is desirable that the flying height be as small as possible. Further, it is more desirable that the recording and reproduction can be performed by contacting the surface of the perpendicular magnetic recording medium without floating the magnetic head.
  • the substrate for the perpendicular magnetic recording medium has excellent surface smoothness, and furthermore, the parallelism of the front and back surfaces of the substrate, the circumferential waviness of the substrate, and the surface It is desirable that the roughness be controlled appropriately.
  • preferred substrates 2 include, for example, a NiP layer and a NiTa layer on a substrate 2a having excellent surface smoothness such as a glass substrate, a silicon substrate, and an aluminum substrate. , A NiAl layer, or a NiTi layer, or the like, on which a coating layer 2b is formed.
  • a glass substrate is more preferable because it also has rigidity that can cope with thinning of the substrate.
  • the surface layer of the perpendicular magnetic recording medium 1 and the magnetic head were provided with irregularities for the purpose of improving friction and wear when the surfaces of the perpendicular magnetic recording medium 1 and the magnetic head contact and slide with each other during recording and reproduction.
  • a configuration in which a buffer layer is formed may be employed.
  • a two-dimensional flat layer is used as a layer functioning as a nucleus for promoting crystal growth in the initial growth stage of crystal grains forming the perpendicular recording layer 4 and the like deposited thereon.
  • a configuration having island-shaped seed layers scattered locally may be employed.
  • Such a seed layer can realize the refinement of the crystal grains constituting the deposited layer formed thereon and the narrowing of the degree of dispersion of the grain size (Japanese Patent Application No. Hei 11-111). 1504 224).
  • CS Contact Start Stop
  • a substantially concentric minor flaw may be provided on the surface of the substrate 2.
  • the soft magnetic backing layer 3 has a thickness of 50 to 500 nm, and is made of a soft magnetic material having a composition of FeSiAIN.
  • the FeSiA1N film is used, so that the saturation magnetization is increased and microcrystalline deposition is performed, as compared with conventional crystalline underlayer materials such as permalloy and sendust. It has the same low noise characteristics as FeTaC and FeTaN which are the mold backing layer materials.
  • a perpendicular magnetic recording medium having excellent reliability and capable of recording and reproducing information at a high recording density can be easily configured. .
  • the F e S i AIN film a F e 6. 9 to 8 5 atom 0/0, 5 1 5 1 0 atomic%, the input 1 5 1 0 atomic%, 5 to the N 1 1 atoms % Respectively.
  • This FeSiA1N film has a uniform microcrystalline structure composed of fine crystal grains on the order of nm within the above composition range, and the average grain size of the crystals is 7 nm or less. .
  • the surface roughness (R a) of the soft magnetic underlayer 3 is 0.6 nm or less.
  • the FeSiA1N film has a composition as described above, whereby a uniform microcrystalline structure composed of fine crystal grains on the order of nm can be obtained. Therefore, a backing layer having excellent flatness and low noise characteristics can be realized, and information can be recorded and reproduced at a higher recording density.
  • This FeSiA1N film is composed of a target (base material) composed of a FeSiAl alloy, which is called the vicinity of the second peak peak composition used for sputtering, and the inside of the chamber.
  • nitrogen is introduced into (N 2) gas and argon (a r) mixed gas containing gas nitrogen (inert gas) in (N 2) by changing the flow ratio of the gas, F in the above-mentioned range e, S i, A 1, N each atom. It is possible to change / 0 .
  • FIG. 2 is a three-dimensional diagram showing the relationship between the composition and the magnetic permeability of the FeSiA1 alloy
  • FIG. 3 is a three-dimensional phase diagram of the FeSiAl alloy, showing the first dust.
  • the magnetic permeability (At m) is high, but the saturation magnetization (Ms) (not shown) is low.
  • the permeability ( ⁇ ) is slightly lower, but the saturation magnetization (Ms) is higher.
  • a composition near the second peak (P 2) it is possible to obtain a soft magnetic material having a higher saturation magnetization (Ms) than that of the sendast (P 1). Therefore, the composition of the target (base material), a second peak (P 2) composition in the vicinity, for example, F e 81. 6 S i 9. 0 A 1 9. 4 and (atomic%), the target
  • a soft magnetic underlayer 3 made of a soft magnetic FeSiA 1 N film is obtained.
  • the flow ratio of the nitrogen (N 2 ) gas in the mixed gas and the composition of the FeSiAlN film have a one-to-one correspondence, the flow rate of the nitrogen (N 2 ) gas in the mixed gas is By changing the ratio, the composition of the FeSiA1N film can be uniquely determined within the range of the measurement error.
  • the flow rate of the mixed gas is F t . tal, the flow rate of nitrogen (N 2) gas Sunomi of the mixed gas and F N2, the flow rate of the mixed gas F t.
  • the magnetic domain stabilization energy (E) can be obtained from the hysteresis curve of the magnetic characteristics.
  • banded magnetic domain stabilization energy (E) is 1 X 1 0 3 erg Z cm 3 or less.
  • banded magnetic domain stabilization energy is a 2 X 1 0 2 erg Z cm 3.
  • the soft magnetic underlayer 3 is composed of a soft magnetic FeSiAIN film having a uniform microcrystalline structure composed of fine crystal grains on the order of nm.
  • the magnetic permeability ( ⁇ ⁇ ) and the saturation magnetization (M s) are both high, and excellent soft magnetic characteristics are obtained.
  • the flatness of the surface can be maintained even when the film thickness is increased.
  • flatness having a surface roughness of 0.6 nm or less can be realized in a film thickness range of 50 to 500 nm.
  • the soft magnetic backing layer 3 having such excellent flatness can reduce magnetic flux leakage from the magnetic pole caused by surface irregularities, and as a result, realizes excellent low noise characteristics. be able to.
  • the thickness of the soft magnetic underlayer 3 is too large, not only the noise caused by the soft magnetic underlayer 3 is increased, but also the production efficiency is reduced due to a long deposition time, and the production cost is reduced. Therefore, it is preferable to reduce the film thickness as much as possible. As described above, by reducing the film thickness of the soft magnetic underlayer 3, a perpendicular magnetic recording medium having excellent low noise characteristics can be realized.
  • the FeSiAIN film used for the soft magnetic underlayer 3 is a material having a high saturation magnetization of 1.3 T or more, a conventional NiFe-based crystalline material or CoZ The film thickness can be reduced as compared with a soft magnetic material such as an r-based amorphous material, and excellent noise characteristics can be obtained.
  • the above effect is more easily obtained as the film thickness is reduced, but if it is too thin, it becomes difficult to converge the magnetic flux near the main magnetic pole of the magnetic head. This limits the high coercivity of the perpendicular recording layer 4, which is a feature of the film medium. Therefore, the saturation magnetization (M s) of the soft magnetic underlayer 3 and the set In consideration of the magnetomotive force characteristics of the combined magnetic head at the time of writing, the film thickness is set to an optimum film thickness.
  • one or more underlayers may be formed between the soft magnetic underlayer 3 and the base 2.
  • the domain structure of the soft magnetic underlayer 3 can be controlled.
  • the underlayer is not particularly limited.
  • materials such as Cr, Ti, CrTi, and NiP can be used, and the underlayer made of these materials can be used.
  • a magnetic domain structure striped magnetic domain structure in which the magnetization in the vertical direction appears at a substantially constant width in the soft magnetic backing layer 3. Can be suppressed from being formed.
  • the perpendicular recording layer 4 only needs to be a ferromagnetic material having an easy axis of magnetization oriented substantially perpendicular to the film surface, and the composition is not particularly limited.
  • Co and Cr are main components.
  • a CoCr-based ferromagnetic material having a hexagonal closest packed structure (hcp) with an easy axis of magnetization oriented substantially perpendicular to the film surface is preferably used. This CoCr-based ferromagnetic material may be added with other elements as necessary.
  • CoCr-based ferromagnetic material examples include CoCr (Cr at 25 at%), CoCrNi, CoCrTa, and CoCrPt. , CoCrPtTa, and CoCrPtB.
  • ferromagnetic materials other than the above-mentioned CoCr-based alloys for example, materials with excellent thermal disturbance resistance, such as CoPt, CoPd, FePt,
  • materials with excellent thermal disturbance resistance such as CoPt, CoPd, FePt
  • a material to which B, N, 0, SiO x , Zr or the like is added may be used.
  • a perpendicular recording layer having a multilayer structure in which a large number of Co layers and Pt layers are stacked is also applicable.
  • a perpendicular recording layer having a multilayer structure a perpendicular recording layer having a multilayer structure combining a Co layer and a Pd layer, or a Fe layer and a Pd layer, or each of these layers has B, Those to which N, 0,, S i O x and the like are added are also applicable.
  • An underlayer may be provided between the perpendicular recording layer 4 and the soft magnetic underlayer 3.
  • the underlayer may be any material as long as it can make the perpendicular recording layer 4 formed thereon a perpendicular magnetization film.
  • the configuration of the underlayer may be a single-layer structure or a multi-layer structure of two or more layers. If the perpendicular recording layer 4 is a CoCr-based ferromagnetic material, this underlayer is made of a single element such as Ti, Ta, Ru, Cu, Pt, Rh, Ag, or Au. It may be configured to include a layer made of a metallic material or an alloy material obtained by adding Cr or the like thereto.
  • the perpendicular recording layer 4 has a layer structure excellent in thermal disturbance resistance such as CoPt :, CoPd, and FePt, or a multilayer structure including the layer, (:, Physical configuration of the perpendicular recording layer 4 consisting of S i, S i N, S i O, P d S i N, Al S i N, etc.
  • a configuration including a layer that promotes chemical magnetic isolation May be.
  • the coercive force and the like can be improved. Furthermore, if one or more elements selected from N, Zr, C, B, etc. are added to these materials to such an extent that their crystallinity is not impaired, the refinement of the crystal grains of the underlayer is promoted, The recording and reproducing characteristics of the medium are improved.
  • the protective layer 5 is for protecting the surface of the perpendicular recording layer 4 and may be any material having the necessary mechanical strength, heat resistance, oxidation resistance, corrosion resistance, etc. as a protective film. Although the material composition is not particularly limited, for example, bonbon is preferably used.
  • a sputtering method is suitably used.
  • a substrate is disposed so as to face a sputtering surface of a target, and the substrate is moved along a direction parallel to the sputtering surface while being moved on the surface of the substrate.
  • a transport sputtering method for forming a thin film, a static sputtering method for forming a thin film on the surface of a substrate in a state in which the substrate is arranged to face a sputtering surface of a target, and the like can be given.
  • the transport sputtering method described above is excellent in mass productivity, and is therefore advantageous for producing a low-cost magnetic recording medium.
  • the angle of incidence of the sputtered particles on the surface of the substrate is stable, and thus the obtained thin film has excellent recording and reproducing characteristics.
  • the perpendicular magnetic recording medium 1 of the present embodiment it is not limited to the transport type or the stationary type, and may be appropriately selected and used as needed.
  • an apparatus for manufacturing the perpendicular magnetic recording medium of the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • FIG. 4 is a sectional view showing a sputtering apparatus (manufacturing apparatus) to which the static sputtering method used in manufacturing the perpendicular magnetic recording medium of the present embodiment is applied.
  • a loading / unloading chamber 1 (LCZULC) 12 for loading and unloading, a first deposition chamber 13 for depositing the soft magnetic underlayer 3 on the substrate 2, and a magnet M are provided.
  • Anisotropy control chamber that controls the magnetization anisotropy by applying a magnetic field during the heat treatment process of soft magnetic underlayer 3
  • a second film forming chamber 15 for forming the perpendicular recording layer 4 on the soft magnetic underlayer 3.
  • LCZU LC 12 to the second film forming chamber 15 are arranged along the moving direction of the substrate, and each of the LC / ULC 12 to the second film forming chamber 15 has a substrate introduced therein.
  • a transporting means (not shown) for transporting the body is provided, and moves the base 2 rightward in the figure.
  • Each of the LC / ULC 12 to the second film forming chamber 15 is provided with an exhaust means (not shown) for exhausting the internal space.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a first film forming chamber 13 of the sputtering apparatus 11 of the present embodiment.
  • reference numeral 21 denotes a chamber 1 (film forming chamber), and 22 denotes a chamber 1 2 1
  • a stage 23 provided near the bottom of the chamber and serving as a force source (cathode); 23, a base holder provided near the top of the chamber 21 and opposed to the stage 22 and serving as an anode;
  • Reference numeral 24 denotes a piping connected to a vacuum device (not shown) for vacuuming the inside of the chamber 21 to a predetermined vacuum state, and reference numeral 25 denotes nitrogen (N 2 ) gas and argon (A r).
  • a mixed gas introducing device for introducing a mixed gas (inert gas) with the gas into the chamber 21 is a piping 26 for controlling exhaust gas.
  • the substrate holder 23 is mounted on the substrate 2 so as to face the target 27 at a predetermined temperature, for example, a room temperature (25 ° C.) to 200 ° C. Temperature control means (not shown) for controlling the temperature.
  • the mixed gas introduction device 25 has a built-in mass flow controller connected to an Ar gas supply source (not shown) via a pipe 31 to control the flow rate of the Ar gas.
  • the N 2 gas and the Ar gas introduced into the chamber 21 are included by driving the flow control units 32, 33 and the mixed gas supply unit 34. It is possible to change the flow ratio of N 2 gas in the mixed gas to a desired flow ratio. This makes it possible to change the composition of the soft magnetic underlayer 3 within the above-mentioned range by changing the atomic percentages of Fe, Si, Al, and N, respectively.
  • various processing chambers for example, a third deposition chamber for depositing the protective film 5 of the perpendicular magnetic recording medium 1 are provided at the subsequent stage of the second deposition chamber 15 as necessary. Is provided. Further, a shutoff valve for shutting off an adjacent processing chamber is provided between each of the LC / ULC 12 and the second film forming chamber 15.
  • One target 27 is mounted, and a target of a ferromagnetic material (for example, a Co alloy) for forming the perpendicular recording layer 4 is mounted on a stage in the second film forming chamber 15.
  • a target for forming the protective layer 5 is mounted on the stage.
  • the substrate 2 is introduced into the LC / ULC 12, and the inside of the LCZU LC 12 is evacuated until a predetermined vacuum state is attained. Move into membrane chamber 13.
  • the loaded substrate 2 is mounted on the substrate holder 23, and the temperature of the first film is formed while controlling the surface temperature of the substrate 2 to 200 ° C. or less.
  • the inside of the chamber 13 is evacuated to a predetermined vacuum state, and then a mixed gas containing N 2 gas and Ar gas is supplied into the chamber 12 1 by the mixed gas introducing device 25, and the surface is cooled
  • a soft magnetic underlayer 3 is formed on a substrate 2 at a temperature of 200 ° C. or lower.
  • the flow rate of the N 2 gas in the mixed gas is controlled.
  • the ratio F N2 ZF t . tal can be changed, and therefore, the composition of the FeSiAlN film constituting the soft magnetic underlayer 3 can be uniquely determined.
  • F N2 F t By changing the tal in the range of 5% ⁇ 1 5%, F e S i the composition of A 1 N film, F e .is i 8 ,, A 1 8, 5 N 4. 3 ( atomic 0 / o ) from F e 72. 9 S i 7 . 8 A 1 8. 5 N1 0. 8 ( it is a this vary from atomic%).
  • the substrate 2 is transported to the anisotropic control room 14, and the soft magnetic backing layer 3 on the substrate 2 is arranged to face the magnet M, and Heating / cooling is performed while applying a magnetic field to the soft magnetic backing layer 3 by M. ⁇ This step induces an easy axis of magnetization of the base 2 in the soft magnetic backing layer 3 in the radial direction.
  • the substrate 2 for which the induction of the easy axis has been completed is transported to the second film forming chamber 15 to form the perpendicular recording layer 4.
  • the substrate 2 is transferred to a third film formation chamber (not shown) provided at the subsequent stage of the second film formation chamber 15, and the protective film 5 is formed.
  • the substrate 2 having undergone the above steps is transported to the LC / ULC 12 again, and then taken out of the LC / UL 12.
  • the perpendicular magnetic recording medium 1 of the present embodiment can be produced by the perpendicular magnetic recording medium producing apparatus shown in FIGS. 4 and 5.
  • F N2 / F t was placed on a base 2 made of a disc-shaped glass substrate.
  • the tal was changed to 5%, 10%, and 15%, the soft magnetic backing layer 3, the perpendicular recording layer 4, and the protective layer 5 were sequentially laminated to prepare respective samples. ⁇ 3 samples.
  • the manufacturing conditions are as follows.
  • Substrate material crystallized glass
  • Process gas Ar gas, N2 gas
  • Thickness of soft magnetic underlayer 300 nm
  • Material of protective layer Power Bon 7 n m
  • the composition analysis of the FeSiA1N film was performed by a semi-quantitative analysis method using an Auger electron spectrometer (PHI-660, manufactured by PHISICAL ELECTRONICS).
  • PHI-660 Auger electron spectrometer
  • the carbon (C) protective film on the sample surface was removed by Ar ion sputtering, and the spectral profile in the range of 0 to 220 eV was measured.
  • the measurement conditions are as follows.
  • the N content in the FeSiAIN film can be accurately controlled, and the coercive force of the soft magnetic underlayer 3 can be extremely easily adjusted. It can be seen that good soft magnetic properties can be obtained ( Fe S i A 1 N fabricated at a substrate temperature higher than 200 ° C when the substrate temperature was varied) It was found that in the film, the coercive force increased and good soft magnetic properties could not be obtained.
  • the surface roughnesses Ra of Nos. 3 to 3 are 0.60, 0.53, and 0.34, respectively, and the Ra can be suppressed to 0.6 nm or less in any of the samples. It was found that the surface roughness of 2 hardly deteriorated. Recently, it has been found that the magnitude of the coercive force of the soft magnetic backing layer 3 of a two-layer film medium may greatly affect the improvement of the stray magnetic field resistance of the perpendicular magnetic recording medium, and it is formed in the soft magnetic backing layer. The control or elimination of the domain walls is an important requirement.
  • the backing layer material of the present embodiment which can reduce the coercive force, is also very effective in forming a single magnetic domain of the used backing layer. That is, the backing layer material of the present embodiment enables the design of a perpendicular magnetic recording medium having excellent stray magnetic field resistance, and is suitable for a magnetic recording device that performs high-density recording and reproduction.
  • the first term on the right side of this equation indicates magnetostatic energy
  • the second term indicates perpendicular magnetic anisotropy energy
  • the third term indicates exchange energy
  • Example banded magnetic domain stabilization energy of from 1 to 3 are less 1 XI 0 3 erg / cm 3 , striped Comparative Example
  • the domain stabilization energy was 7 ⁇ 10 4 erg / cm 3 .
  • the stripe domain stabilization energy obtained from the hysteresis curve of the magnetic characteristics of the soft magnetic underlayer 3 is less than 1 ⁇ 10 3 erg / cm 3. It was found that a medium with excellent noise characteristics could be obtained.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a write / read integrated thin film head used for this measurement.
  • reference numeral 41 denotes an upper electrode
  • 42 denotes a lower electrode
  • 43 denotes a write coil
  • 44 is a write gap
  • 45 is a shield
  • 46 is an MR component
  • 47 is a read gap.
  • the medium noise was measured using the MR head (Magnetic Resistance Head) under the following measurement conditions. Measurement conditions for medium noise Nm
  • Disk rotation speed 420 rpm
  • the medium noise Nm was calculated by integrating the difference spectrum obtained by removing the system noise spectrum from the reproduction signal spectrum in the range of l to 100 MHz.
  • FIG. 12 is a diagram showing the measurement result of the noise spectrum of the third embodiment
  • FIG. 13 is a diagram showing the measurement result of the noise spectrum of the comparative example.
  • the broken line in the figure is the knock noise (BG) system noise spectrum.
  • the sample of Example 3 decreases exponentially from 1 MHz and becomes 11 L Od B mZHz or less at 40 MHz or more, whereas the sample of Comparative Example In the case of, the noise shows a maximum around 10 to 20 MHz due to the stripe domain structure, then decreases, and becomes more than 110 dB mZHz below 80 MHz. Do you get it.
  • the calculated media noise N m is 83, 35, and 19 ⁇ Vrms for the samples of Examples 1 to 3, respectively, which is lower than the evaluation value of 110 ⁇ V rms of the sample of the comparative example. Was confirmed.
  • the conventional permalloy and sendust-based materials have the same or better noise characteristics as the sample of the comparative example, indicating that the product of the present invention has low noise characteristics. . Therefore, if a sample having the composition of FeSiA1N is used as the backing layer, it is possible to have excellent recording / reproducing characteristics with low noise.
  • FIG. 14 is a side sectional view showing the disk drive (magnetic recording device) of the present embodiment
  • FIG. 15 is a plan sectional view of the magnetic recording layer shown in FIG.
  • Reference numeral 50 denotes a magnetic head
  • 70 denotes a hard disk drive
  • 71 denotes a housing
  • 72 denotes a perpendicular magnetic recording medium
  • 73 denotes a spacer
  • 78 denotes a suspension
  • 79 denotes a swing arm. is there.
  • the hard disk drive 70 has a rectangular parallelepiped housing 71 having an internal space for accommodating a disk-shaped perpendicular magnetic recording medium 72, a magnetic head 50, and the like. Inside the housing 71, a plurality of perpendicular magnetic recording media 72 are provided alternately with the spacers 73 so as to be inserted through the spindles 74.
  • the housing 71 is provided with a bearing (not shown) for the spindle 74, and a motor 75 for rotating the spindle 74 is provided outside the housing 71.
  • a rotary shaft 77 called a rotary actuator, supported in parallel with the spindle 74 by a bearing 76 is arranged inside the housing 71 and at a side position of the perpendicular magnetic recording medium 72.
  • a plurality of swingarms 79 are attached to the rotating shaft 77 so as to extend into the space between the perpendicular magnetic recording media 72.
  • a magnetic head is attached to the tip of each swing arm 79 through an elongated triangular plate-shaped suspension 78 fixed in a direction inclined toward the surface of each perpendicular magnetic recording medium 72 positioned above and below it. 50 is attached.
  • the magnetic head 50 includes a recording element for writing information to the perpendicular magnetic recording medium 72 and a reproducing element for reading information from the perpendicular magnetic recording medium 72. It has.
  • the hard disk drive 70 is provided with the perpendicular magnetic recording medium of the present embodiment, it is possible to realize a lower noise as compared with a conventional permalloy-based or sender-based crystalline material, and the like. High-density information recording / reproduction is possible.
  • the perpendicular magnetic recording medium 72 is rotated, and the swing arm 79 is moved to move the magnetic head 50 attached to the swing arm 79 to the perpendicular magnetic recording medium.
  • the magnetic field generated by the magnetic head 50 acts on the perpendicular recording layer of the perpendicular magnetic recording medium 72 to write desired magnetic information on the perpendicular magnetic recording medium 72. it can.
  • the swing arm 79 is moved to move the magnetic head 50 to an arbitrary position on the perpendicular magnetic recording medium 72, and the magnetic head 50 is moved from the perpendicular recording layer constituting the perpendicular magnetic recording medium 72.
  • Magnetic information can be read by detecting the leakage magnetic field with a magnetic head reproducing element.
  • the perpendicular magnetic recording medium 72 having the soft magnetic backing layer 3 since the perpendicular magnetic recording medium 72 having the soft magnetic backing layer 3 is used, the noise is reduced as compared with a conventional permalloy-based or sendust-based crystalline material. Therefore, high-density information can be recorded and played back.
  • the hard disk drive 70 has a configuration in which a plurality of perpendicular magnetic recording media 72 are alternately passed through spindles 74 with spacers 73, but the number of perpendicular magnetic recording media 72 May be any number of one or more, and is not limited to the above configuration.
  • the number of magnetic heads 50 to be mounted may be one or more, and any number may be provided.
  • the shape and drive method of the swing arm 79 are not limited to those shown in FIGS. 14 and 15, and it is a matter of course that a rejuvenation drive method and other methods may be used.
  • the soft magnetic backing layer 3, the perpendicular recording layer 4, and the protective layer 5 are laminated on the base 2, and the soft magnetic backing layer 3 is formed of Fe S Since it is composed of a soft magnetic material having the composition of A1N, it is possible to achieve lower noise compared to conventional permalloy-based or sendust-based crystalline materials, etc. Recording and reproduction can be performed easily and accurately.
  • the magnetic recording device of the present embodiment since it is provided with the perpendicular magnetic recording medium of the present embodiment, it is possible to provide a magnetic recording device capable of recording and reproducing information of higher recording density. .
  • the target 27 of the FeSiAl alloy and the flow rate of the N 2 gas are formed on the base 2 having a surface temperature of 200 ° C or lower.
  • the ratio F N2 ZF t Since the film is formed using the mixed gas in which taI is changed, the composition of the FeSiAlN film constituting the soft magnetic underlayer 3 can be variously changed.
  • the soft magnetic underlayer 3 formed has a uniform microcrystalline structure composed of fine crystal grains on the order of nm, so that a perpendicular magnetic recording medium 1 having excellent low noise characteristics can be produced by a low-temperature process. can do.
  • the target 27 of the FeSiAl alloy and the mixed gas in which the flow ratio F N2 / F total of the N 2 gas is changed are introduced.
  • content of i a 1 N solution of N (atomic. / 0) at within the limits of the material composition exhibiting excellent low-noise characteristics, can be controlled with high precision, therefore, has excellent low-noise characteristics
  • the soft magnetic backing layer 3 made of FeSiA1N can be easily obtained with good reproducibility.
  • the soft magnetic backing layer of the two-layer film medium including the soft magnetic backing layer and the perpendicular recording layer has Fe S i A 1 N
  • the use of a soft magnetic material having a different composition makes it possible to achieve lower noise compared to conventional permalloy or sendust type crystalline materials, etc., and to record and reproduce information with high recording density accurately and accurately. It can be done easily.
  • the magnetic recording device of the present invention since it has the perpendicular magnetic recording medium of the present invention, it is possible to provide a magnetic recording device capable of recording and reproducing information with a higher recording density.
  • the steps that form a soft magnetic backing layer, a surface temperature of 2 0 0 a C follows the substrate, least be F e, S i and A 1) and an inert gas containing nitrogen (N 2 ) gas to form a uniform microcrystalline structure consisting of fine crystal grains of the order of nm on the substrate.
  • a soft magnetic backing layer, resulting in low temperature A perpendicular magnetic recording medium having excellent low noise characteristics can be obtained by the process.
  • a base material containing at least Fe, Si, and A 1 and an inert gas containing nitrogen (N 2 ) gas are introduced. Since a film forming chamber for forming the soft magnetic backing layer on a substrate at a temperature of 200 ° C. or less was provided, the flow rate of an inert gas containing nitrogen (N 2 ) gas introduced into the film forming chamber was By controlling the N content, the N content (atomic%) in the FeSiAIN forming the soft magnetic backing layer can be controlled with high accuracy within the range of the material composition exhibiting excellent low noise characteristics. can do. Therefore, a soft magnetic underlayer made of FeSia1N having excellent low noise characteristics can be easily obtained with good reproducibility.

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Description

明細書
垂直磁気記録媒体とそれを備えた磁気記録装置及び垂直磁気記録媒体の製 造方法並びに製造装置 技術分野
本発明は、垂直磁気記録媒体とそれを備えた磁気記録装置及び垂直磁気記 録媒体の製造方法並びに製造装置に係り、 特に詳しく は、 ハー ドディスク、 磁気テープ等の磁気記録媒体に好適に用いられ、 飽和磁化が大きく、 低ノィ ズ化が図れ、 垂直磁気記録媒体の高密度化に対応可能であり、 しかも、 低温 プロセスに対応可能な垂直磁気記録媒体とそれを備えた磁気記録装置及び 垂直磁気記録媒体の製造方法並びに製造装置に関するものである。 背景技術
従来のハー ドディスク装置 （H D D ) 等の磁気記録装置に搭載されている 磁気記録媒体においては、 磁気記録層の面内方向に磁化方向を固定し、 この 磁化を反転させることによ りデータを記録する長手記録方式（l ongi tudi na l record i ng) が使用されている。 この方式では、 単位面積あたりの記録密度 を高めるために、 主に磁化反転方向の長さの短縮化、 いわゆる線記録密度を 高めることが可能な磁気記録媒体の開発が進められてきた。
ところで、 この長手記録方式の磁気記録媒体においては、 線記録密度を高 めるには磁化反転長さの短縮化が有効であるこ とが知られており、 そこで、 この線記録密度の高密度化に対応するために、磁気記録層である強磁性体層 の保磁力を高めると ともに、該強磁性体層の残留磁束密度と厚さを小さくす ることが求められている。 しかしながら、線記録密度を高めるために強磁性体層の膜厚を薄くすると , 該強磁性体層を構成する磁性結晶粒が小型化するので、 その体積 Vが減少す る傾向にある。 そして、 磁性結晶粒の持つ異方性定数 K u とその体積の積で ある K u · Vがある程度以下になると、 熱の影響で磁性結晶粒の磁化方向が 不安定になるという熱磁気緩和現象、いわゆる熱擾乱の問題が生じるおそれ がある。
この熱磁気緩和現象は、磁性結晶粒の体積 Vが小さく なるほど顕在化する ので、 磁気記録の熱的安定性を保っためには、 K uの大きな磁性材料が必要 となる。
この長手記録方式の磁気記録媒体では、面記録密度を高めるために強磁性 体層の保磁力を高めることで対応してきたが、保磁力が高すぎるためにリ ン グへッ ドではデータの書き込みができなく なるおそれが生じる等、保磁力の 向上による弊害が見えてきた。 これに対し、 単磁極へッ ドと呼ばれる棒磁石 形状の記録へッ ドを用い、媒体の面内に対して垂直方向に磁化を反転させて データを言己録する垂 [k 己録方 ( perpend i cu l ar rec ord i ng) では、 磁力 の高い媒体にも記録することができるため、長手記録方式と同等あるいはそ れ以上の面記録密度が得られることから、様々な開発 ·研究が行われている。 この垂直記録方式は、 強磁性体層の結晶粒を小さ く しても、 適当な厚さを 維持することにより厚さ方向で結晶粒の体積 Vを維持することができるこ と力ゝら、磁性結晶粒の磁化方向は熱的な安定性を保持し易く なるという特徴 があるために、従来の長手記録方式で懸念される熱擾乱の問題を回避するこ とのできる技術と して注目 されている。
このよ うな垂直記録方式に適用される垂直磁気記録媒体と しては、基体と 垂直記録層との間に、更に面内方向に磁化し易い軟磁性膜を設けた 2層膜媒 体力 s提案されている （参考文献 ： S. Iwasaki , Y. Nakamura and K. Ouch i ： IEEE Trans . Mag'n. MAG - 15 ( 1979) 1456) 。
この軟磁性膜は、 N i F e合金に代表されるパーマロイ系あるいは F e S i A 1 合金であるセンダス ト系等の結晶質材料や C o Z r N b等の非晶質 材料が好適に用いられ、垂直記録層である強磁性体層の 1 0倍以上の膜厚を 有している。
この 2層膜媒体は、 垂直記録層のみからなる単層媒体に比べて、 よ り大き な保磁力の垂直記録層に書き込むこ とができ、再生電圧の増加も図れるとい う特徴がある。 さらに、 軟磁性膜によ り、 磁気へッ ドの主磁極から発生する 磁束を主磁極先端の空間内で高密度に収束し、主磁極付近の磁界の增加をも たらすことができるという特徴もある （参考文献 ： 岩崎俊一、 田辺信二 ： 電 子通信学会論文誌 J66-C 740 ( 1983) ) 。
しかしながら、 この 2層膜媒体においては、 例えば、 パーマロイ系の結晶 質材料においては、局所的な磁化の分散（スキュー）の指標である構造因子 S が著しく小さい結果、軟磁性膜中に多数の 1 8 0度磁壁構造が形成されるた め、 この磁壁からの漏れ磁束に伴うスパイクノィズが多発するという問題点 があった。
また、 このパーマロイ系の結晶質材料はスパッタ装置を用いて成膜される のが通例であるが、 この製造プロセスでは、 結晶粒の島状初期成長モー ドに 起因して薄膜表面に凹凸が形成されてしま うため、 この凹凸部に起因する磁 極からの漏れ磁束によ り周期的ノィズが発生するという問題点があった。 このよ うに、 上述した 2層膜媒体においては、 垂直記録層である強磁性体 層の 1 0倍以上の膜厚を有する軟磁性膜に起因するノィズが大きな問題点 となっていた。 また、 この軟磁性膜をよ り薄厚化するために、 飽和磁化がよ り高い材料の開発が望まれていた。
そこで、 最近では、 低ノィズの軟磁性膜と して、 成膜後の非晶質膜に熱処 理を施し、内部に微細な結晶粒を析出させた微結晶析出型の軟磁性材料が提 案されてレヽる （参考文献 ： Atsushi Kikukawa, Yukio Honda, Yosiyuki Hirayama, and Masaaki Futamoto： IEEE Trans. Magn. , Vol 36, NO.3, SEP (2000) 2402) 。
また、 本発明者等は、 微結晶析出型材料である F e T a Nが高飽和磁化を 有する低ノィズ裏打ち層材料と して有望であることを明らかにしている （特 願 2 0 0 1 — 2 8 8 8 3 5 ) 。
と ころで、 上述した微結晶析出型の軟磁性材料は、 従来の 2層膜媒体よ り はノイズが小さいものではあるが、成膜後の非晶質膜に 3 5 0 °C以上の高温 の熱処理を施すことで内部に微細な結晶粒を析出させたものであるから、デ イスク内全面にわたって、析出結晶粒の粒径を高精度で制御することが難し いという問題点があった。
また、成膜工程の後に析出組織形成のための高温加熱工程と冷却工程を設 けなければならず、 工程が増加する分、 製品歩留ま りが低下し、 製造コス ト を押し上げる一因となることが危惧されている。
本発明は、 上記の課題を解決するためになされたものであって、 パーマ口 ィ系あるいはセンダス ト系の結晶質材料等と比較して低ノイズ特性を有し、 かつ、 平坦性の高い軟磁性裏打ち層を備え、 高記録密度の情報の記録再生が 可能な垂直磁気記録媒体を提供することを目的の一つとする。
また、 本発明は、 上記の優れた低ノイズ特性を有する垂直磁気記録媒体を 備えた磁気記録装置を提供することを目的の一つとする。 また、 本発明は、 上記の優れた低ノイズ特性を有する垂直磁気記録媒体を 効率良く製造することが可能な垂直磁気記録媒体の製造方法を提供するこ とを目的の一つとする。
また、 本発明は、 上記の優れた低ノイズ特性を有する垂直磁気記録媒体を 効率良く製造するこ とが可能な垂直磁気記録媒体の製造装置を提供するこ とを目的の一つとする。 発明の開示
上記課題を解決するために、本発明は次のよ うな垂直磁気記録媒体とそれ を備えた磁気記録装置及び垂直磁気記録媒体の製造方法並びに製造装置を 採用した。
本発明の垂直磁気記録媒体は、 軟磁性裏打ち層と、 該軟磁性裏打ち層上に 形成された垂直記録層とを備え、 前記軟磁性裏打ち層は、 F e S i A 1 Nな る組成を有する軟磁性材料からなることを特徴とする。
この垂直磁気記録媒体では、軟磁性裏打ち層と垂直記録層とを備えた 2層 膜媒体の軟磁性裏打ち層に、 F e S i A 1 Nなる組成を有する軟磁性材料を 用いることで、従来のパーマロイ系あるいはセンダス ト系の結晶質材料等と 比較して低ノィズ化を実現することができ、高記録密度の情報の記録再生が 可能になる。
本発明の垂直磁気記録媒体においては、 前記軟磁性材料が、 Nを 5 〜 1 1 原子％含有することが好ましい。
さ らに、 前記軟磁性材料が、 F e を 6 9 〜 8 5原子％、 S i を 5 〜 1 0原 子％、 A 1 を 5 〜 1 0原子％それぞれ含有することが好ましい。 本発明の垂直磁気記録媒体においては、上記の様な組成を有する F e S i A 1 Nを軟磁性材料と して用いることで、 n mのオーダーの微細な F e基結 晶粒と窒化珪素、窒化アルミニウム結晶粒とからなる均一な微結晶組織の軟 磁性裏打ち層となり、 優れた低ノィズ特性が実現され、 よ り高記録密度の情 報の記録再生が可能になる。
また、 本発明の垂直磁気記録媒体においては、 前記軟磁性裏打ち層の結晶 の平均粒径が 7 n m以下であることを特徴とする。
また、 前記軟磁性裏打ち層は、 その磁気特性のヒステリ シス曲線よ り得ら れる縞状磁区安定化エネルギーが 1 X I 0 3 e r g Z c m 3以下であることを 特徴とする。
また、 前記軟磁性裏打ち層は、 その膜厚が 5 0〜 5 0 0 n mの範囲では、 表面粗さが 0 . 6 n m以下であることを特徴とする。
本発明の磁気記録装置は、本発明の垂直磁気記録媒体を備えてなることを 特徴とする。
この磁気記録装置においては、優れた低ノィズ特性を有する垂直磁気記録 媒体を備えるこ とによ り、 よ り高記録密度の情報の記録再生が可能な磁気記 録装置を提供することが可能になる。
本発明の垂直磁気記録媒体の製造方法は、 軟磁性裏打ち層と、 該軟磁性裏 打ち層上に形成された垂直記録層とを備えてなる垂直磁気記録媒体の製造 方法において、 前記軟磁性裏打ち層を形成する工程は、 表面温度を 2 0 0 X： 以下と した基体上に、 少なく と も F e、 S i 及び A 1 を含有する母材と、 窒 素 （N 2) ガスを含む不活性ガスを用いて成膜する工程であることを特徴と する。 この垂直磁気記録媒体の製造方法においては、前記軟磁性裏打ち層を形成 する工程を、 表面温度を 2 0 0 °C以下と した基体上に、 少なく と も F e、 S i及び A 1 を含有する母材と、 窒素 （N 2) ガスを含む不活性ガスを用いて 成膜する工程と したことによ り、 基体上に、 n mのオーダ一の微細な結晶粒 からなる均一な結晶組織の軟磁性裏打ち層が成膜され、成膜後に熱処理を施 す必要が無い。 これによ り 、 優れた低ノィズ特性を有する垂直磁気記録媒体 が得られる。
本発明の垂直磁気記録媒体の製造装置は、 軟磁性裏打ち層と、 該軟磁性裏 打ち層上に形成された垂直記録層とを備えてなる垂直磁気記録媒体の製造 装置において、 少なく とも F e、 S i 及び A 1 を含有する母材と、 窒素 （N 2) ガスを含む不活性ガスを導入し、 表面温度を 2 0 0 °C以下と した基体上 に前記軟磁性裏打ち層を成膜する成膜室を備えていることを特徴とする。 この垂直磁気記録媒体の製造装置では、 少なく とも F e、 S i 及び A 1 を 含有する母材と、 窒素 （N 2) ガスを含む不活性ガスを導入し、 表面温度を 2 0 0 °C以下と した基体上に前記軟磁性裏打ち層を成膜する成膜室を備え ていることによ り、 該成膜室に導入する窒素 （N 2) ガスを含む不活性ガス の流量を制御することで、軟磁性裏打ち層を構成する F e S i A I N中の N の含有率 （原子。 /0 ) 力 S、 優れた低ノイズ特性を呈する材料組成の範囲内で、 しかも高精度で制御される。
これによ り、優れた低ノィズ特性を有する F e S i A 1 Nからなる軟磁性裏 打ち層を再現性良く、 しかも容易に得ることができる。 図面の簡単な説明
第 1図 本発明の一実施形態の垂直磁気記録媒体を示す断面図である。 第 2図 F e S i A 1 合金の組成と透磁率との関係を示す立体図である。 第 3図 F e S i A 1 合金の三次元状態図である。
第 4図 本発明の一実施形態のスパッタ装置を示す断面図である。
第 5図 本発明の一実施形態のスパッタ装置の第 1成膜室を示す断面図 である。
第 6図 本発明の実施例 1の磁化曲線の測定結果を示す図である。
第 7図 本発明の実施例 2の磁化曲線の測定結果を示す図である。
第 8図 本発明の実施例 3の磁化曲線の測定結果を示す図である。
第 9図 比較例の磁化曲線の測定結果を示す図である。
第 1 0図 軟磁性裏打ち層の磁化曲線から安定化エネルギーを求める方 法を示す説明図である。
第 1 1図 媒体ノイズの測定に用いられる書き込み、読み出し一体型の薄 膜へッ ドを示す断面図である。
第 1 2図 本発明の実施例 3の試料のノイズの測定結果を示す図である。 第 1 3図 比較例の試料のノイズの測定結果を示す図である。
第 1 4図 本発明の一実施形態の磁気記録装置を示す断面構成図である。 第 1 5図 本発明の一実施形態の磁気記録装置を示す平面図である。
(符号の説明）
1 垂直磁気記録媒体
2 基体
3 軟磁性裏打ち層
4 垂直記録層
5 保護層
1 1 スパッタ装置 （製造装置） 1 3 第 1成膜室
1 5 第 2成膜室
2 1 チャンバ一 （成膜室）
2 5 混合ガス導入装置
5 0 磁気へッ ド
7 0 ハー ドディスク装置 （磁気記録装置）
7 2 垂直磁気記録媒体 発明を実施するための最良の形態
本発明の垂直磁気記録媒体とそれを備えた磁気記録装置及び垂直磁気記 録媒体の製造方法並びに製造装置の一実施形態について図面に基づき説明 する。
なお、 これらの実施形態は、 発明の趣旨をよ り良く理解させるために具体 的に説明するものであり、 特に指定のない限り、 本発明を限定するものでは ない。
第 1 図は、 本発明の一実施形態の垂直磁気記録媒体を示す断面図であり、 コンピュータのハー ドディスクに適用した例である。
この垂直磁気記録媒体 1 は、 基体 2上に、 軟磁性裏打ち層 3 と、 強磁性体 からなる垂直記録層 4 と、 保護層 5 とを積層した構成である。
基体 2は、 円板状の非磁性体からなる基板 2 a上に、 該基板 2 a と異なる 材質の非磁性体からなる被覆層 2 bが形成されている。
基板 2 a は、 例えば、 アルミニウム、 チタンまたはその合金、 シリ コン、 ガラス、 カーボン、 セラミ ックス、 プラスチック、 樹脂、 またはこれらの複 合体によ り構成されている。 被覆層 2 bは、 高温で磁化せず、 導電性を有し、 熱伝導性が良く 、 機械加 ェなどがし易く、 しかも適度な表面硬度を有する非磁性材料によ り構成され ている。
このような条件を満たす非磁性材料と しては、 N i P、 N i T a、 N i A 1 、 N i T i 等があり、 これらの非磁性材料は、 スパッタ法、 蒸着法、 メ ッ キ法等によ り形成することができる。
一般に、 垂直磁気記録媒体の場合、 磁気へッ ドが該垂直磁気記録媒体に書 き込まれた信号を良好に読みとるためには、磁気へッ ドと該垂直磁気記録媒 体の空隙は小さい方が望ま しい。 特に、 磁気へッ ドが垂直磁気記録媒体上を 浮上しながら記録再生する場合には、その浮上量は出来るだけ小さい方が望 ま しい。 さらに、 磁気へッ ドを浮上させずに垂直磁気記録媒体の表面に接触 させて記録再生することができればよ り望ましい。 したがって、 垂直磁気記 録媒体用の基体と しては、 優れた表面平滑性を有するものが望ましく 、 さ ら には、 基体の表裏両面の平行性、 基体の円周方向のうねり、 および表面の粗 さが適切に制御されたものが望ま しい。
以上の観点よ り、 好ましい基体 2 と しては、 例えば、 ガラス基板、 シリ コ ン基板、アルミニゥム基板等の表面平滑性に優れた基板 2 a上に、 N i P層、 N i T a層、 N i A l 層、 あるいは N i T i 層等からなる被覆層 2 b を形成 したものが好適である。 中でも、 ガラス基板は基体の薄型化に対応できる剛 性も兼ね備えていることからよ り好ましい。
この基体 2においては、記録再生時に垂直磁気記録媒体 1 と磁気へッ ドの 表面同士が接触および摺動する際の摩擦や摩耗を改善する目的から、その表 層部に凹凸付与を目的と したバッファ層を形成した構成と しても構わない。 また、 この基体 2においては、 その上に堆積される垂直記録層 4等をなす 結晶粒子の初期成長段階において、結晶成長を促す核と して機能する層と し て、 二次元的な平坦層ではなく 、 局所的に点在した島状のシー ド層を備えた 構成と してもよい。 このよ うなシー ド層は、 その上に形成される堆積層を構 成する結晶粒の微細化や、その粒径の分散の度合いの狭小化等が実現可能で ある （特願平 1 1 一 1 5 0 4 2 4号参照） 。
さ らに、 基体 2が回転 停止する際に、 垂直磁気記録媒体 1 と磁気へッ ド の表面同士が接触おょぴ摺動する （ C S S ： Contact Start Stop) こ とへの 対策と して、 従来の面内磁気記録媒体用の基体と同様に、 基体 2の表面に概 ね同心円状の軽微なキズ （テクスチャ） を設けても構わない。
軟磁性裏打ち層 3は、 膜厚が 5 0〜 5 0 0 n mのもので、 F e S i A I N なる組成を有する軟磁性材料によ り構成されている。 この軟磁性裏打ち層 3 では、 F e S i A 1 N膜を用いることで、 従来のパーマロイ系やセンダス ト 等の結晶質裏打ち層材料と比較して飽和磁化が高ま り、かつ微結晶析出型裏 打ち層材料である F e T a Cや F e T a Nと同程度の低ノィズ特性を有す るものとなる。 このよ うに、 上記構成の軟磁性裏打ち層 3 を備えることで、 優れた信頼性を有し、 かつ、 高記録密度の情報の記録再生が可能な垂直磁気 記録媒体を容易に構成することができる。
この F e S i A I N膜は、 F e を 6 9〜 8 5原子0 /0、 5 1 を 5〜 1 0原 子％、 入 1 を 5〜 1 0原子％、 Nを 5〜 1 1原子％それぞれ含有している。 この F e S i A 1 N膜は、 上記の組成の範囲では、 n mのオーダ一の微細 な結晶粒からなる均一な微結晶組織であり、その結晶の平均粒径は 7 n m以 下である。 また、 この軟磁性裏打ち層 3の表面粗さ （R a ) は、 0. 6 n m以下であ る。
この軟磁性裏打ち層 3では、 F e S i A 1 N膜を上記のよ うな組成とする ことで、 n mのオーダ一の微細な結晶粒からなる均一な微結晶組織とするこ とができ、 したがって、 平坦性に優れた低ノイズ特性を有する裏打ち層を実 現することができ、 よ り高記録密度の情報の記録再生が可能になる。
この F e S i A 1 N膜は、 スパッタ リ ングに用いられるセンダス ト 2 n d ピーク組成近傍と称される F e S i A 1 合金からなるターゲッ ト （母材） の 組成と、 チャンバ一内に導入される窒素 （N2) ガスとアルゴン （A r ) ガ スを含む混合ガス （不活性ガス） 中の窒素 （N2) ガスの流量比とを変える ことで、 上記の範囲内で F e、 S i 、 A 1 、 Nそれぞれの原子。 /0を変えるこ とが可能である。
第 2図は、 F e S i A 1 合金の組成と透磁率との関係を示す立体図、 第 3 図は F e S i A 1 合金の三次元状態図であり、センダス トを示す第 1 のピ一 ク （P 1 ) では、 透磁率 （ At m) は高いが、 飽和磁化 （Ms) (図示せず） は 低く なる。 一方、 第 2のピーク （ P 2 ) では、 透磁率 （ μ ΐη) はやや低く な るものの、 飽和磁化 （Ms) は逆に高く なる。
したがって、 第 2のピーク （ P 2 ) 近傍の組成を選択すれば、 センダス ト ( P 1 ) よ り も飽和磁化 （Ms) が高い軟磁性材料を得ることが可能である。 そこで、 ターゲッ ト （母材） の組成を、 第 2のピーク （ P 2 ) 近傍の組成、 例えば、 F e 81.6S i 9.0A 19.4 (原子％) と し、 このターゲッ トを用いて上 記の混合ガス中の窒素 （N2) ガスの流量比を変えてスパッタを行う と、 軟 磁性の F e S i A 1 N膜からなる軟磁性裏打ち層 3が得られる。 この混合ガス中の窒素 （N2) ガスの流量比と、 F e S i A l N膜の組成 とは、 一対一対応の関係にあるから、 混合ガス中の窒素 （N2) ガスの流量 比を変えるこ とによ り、 F e S i A 1 N膜の組成を測定誤差の範囲で一義的 に決定することができる。
すなわち、 上記の混合ガスの流量を F t。tal、 該混合ガス中の窒素 （N2) ガ スのみの流量を FN2と し、 混合ガスの流量 Ft。talに対する窒素 （N2) ガスの 流量 FN2の比 FN2,Ft。taiを変化させれば、 F e S i A 1 N膜の組成が一義 的に決定される。
例えば、 FN2/Ft。ta】= 0 %の場合、
F e 83.。S i 8.9A 18., (原子0 /0)
FN2/Ftotal= 5 %の場合、
F e 79., S i 8,,A 18.5N4.3 (原子0 /。）
FN2/Ft。tal= 1 0 %の場合、
F e 75.2S i 9.2A 1 7.6N8.。 （原子0 /o)
FN2/Ftota]= 1 5 %の場合、
F e 72.9S i 7.8A 18.5N10.8 (原子0 /o)
等である。
この軟磁性裏打ち層 3では、磁気特性のヒステリ シス曲線から縞状磁区安 定化工ネルギ一 （E) を求めることができる。
縞状磁区安定化エネルギー （E) の求め方は後述するが、 上記の F e S i A 1 N膜を用いた場合、 縞状磁区安定化エネルギー （E) は 1 X 1 03e r g Z c m3以下とすることができる。
例えば、 FN2ZFt。tal= 1 5 %に対応する F e S i A 1 N膜合金の場合、 縞状磁区安定化エネルギー （E) は 2 X 1 02e r g Z c m3である。 この軟磁性裏打ち層 3は、 既に述べたよ うに、 n mのオーダ一の微細な結 晶粒からなる均一な微結晶組織を有する軟磁性の F e S i A I N膜によ り 構成したものであるから、 透磁率 （ μ η 、 飽和磁化 （M s) 共に高く 、 優れ た軟磁気特性を有すること となる。
また、 このよ うな微結晶組織とすることで、 膜厚を増加させても表面の平 坦性を維持することができる。 例えば、 膜厚が 5 0〜 5 0 0 n mの範囲にお いて表面粗さが 0 . 6 n m以下の平坦性を実現することができる。
したがって、 このよ うな優れた平坦性を備えた軟磁性裏打ち層 3によ り、 表面の凹凸に起因する磁極からの漏れ磁束を低減することができ、その結果、 優れた低ノィズ特性を実現することができる。
この軟磁性裏打ち層 3は、 その膜厚が厚すぎると、 該軟磁性裏打ち層 3に 起因するノィズの增加を招く ばかりでなく 、成膜時間が長く なることによる 製造効率の低下、 製造コス トの上昇等の原因となるため、 可能な限り膜厚を 薄くすることが好ましい。 このよ うに、 軟磁性裏打ち層 3の膜厚を薄くする ことで、優れた低ノィズ特性を有する垂直磁気記録媒体を実現するこ とがで さる。
また、 この軟磁性裏打ち層 3に用いられる F e S i A I N膜は、 1 . 3 T 以上の高飽和磁化を有する材料であるから、従来の N i F e系結晶質材料や, C o Z r系アモルファス材料等の軟磁性材料に比べて膜厚を薄くすること ができ、 優れたノイズ特性を得ることができる。
この軟磁性裏打ち層 3では、その膜厚を薄くするほど上記の効果が得やす く なるが、薄すぎると磁気へッ ドの主磁極付近の磁束を収斂させることが難 しく なるため、 2層膜媒体の特徴である垂直記録層 4の高保磁力化を制限し てしま う ことになる。 そこで、 軟磁性裏打ち層 3の飽和磁化 （M s ) 及び組 み合わされる磁気へッ ドの書き込み時の起磁力特性を勘案して、その膜厚を 最適な膜厚に設定することになる。
また、 この軟磁性裏打ち層 3 と基体 2 との間に、 1 または 2以上の下地層 を形成するこ と と しても良い。 このよ うな下地層によ り、 軟磁性裏打ち層 3 の磁区構造の制御を行う ことができる。 この下地層と しては、 特に限定され るものではないが、 例えば、 C r 、 T i 、 C r T i 、 N i P等の材料を用い ることができ、 これらの材料からなる下地層を用いれば、 軟磁性裏打ち膜の 膜剥離を防止するこ とができるのみならず、軟磁性裏打ち層 3中にほぼ一定 の幅毎に垂直方向の磁化が発現する磁区構造 （縞状磁区構造） が形成される のを抑制することができる。
垂直記録層 4は、磁化容易軸が膜面に略垂直方向に配向した強磁性材料で あればよく 、 特に組成を限定するものではないが、 例えば、 C o と C r を主 たる成分と し、 磁化容易軸が膜面に略垂直方向に配向した六方稠密構造 （ h c p ： hexagonal closest packed structure) ¾r する C o C r系強磁性材 料が好適に用いられる。 この C o C r系強磁性材料は、 必要に応じて他の元 素を添加たものであっても良い。
C o C r 系強磁性材料の具体例と しては、 C o C r (C r く 2 5 a t %)、 C o C r N i 、 C o C r T a、 C o C r P t 、 C o C r P t T a , C o C r P t B等の C o C r系合金が挙げられる。
また、 この垂直記録層 4の結晶粒の粒径制御や粒間の偏析制御、 結晶粒の 結晶磁気異方性定数 K u grainの制御、 耐食性の制御、 低温プロセスへの対 応等を目的と して、 0、 S i Ox、 F e、 M o、 V、 S i 、 B、 I r 、 W、 H f 、 N b、 R u、 希土類元素等を適宜添加してもよい。 Λ — ,:—
16' また、 上記の C o C r 系合金以外の強磁性材料、 例えば、 C o P t、 C o P d、 F e P t等の熱擾乱耐性に優れた材料や、 それらを微細化するために B、 N、 0、 S i Ox、 Z r等を添加した材料を用いてもよい。
さ らに、 C o層と P t層を多数積層した多層構造の垂直記録層も適用可能 である。 このよ うな多層構造の垂直記録層と しては、 C o層と P d層、 ある いは F e層と P d層等を組み合わせた多層構造の垂直記録層、 またはこれら の各層に B、 N、 0、 て 、 S i Ox等を添加したものも適用可能である。 また、 この垂直記録層 4 と軟磁性裏打ち層 3 との間に下地層を設けても良 い。 この下地層と しては、 その上に形成される垂直記録層 4を垂直磁化膜化 させ得る材料であれば、 いかなる材料であっても構わない。 また、 下地層の 構成は、 単層構造の他、 2層またはそれ以上の多層構造であってもよい。 この下地層は、 垂直記録層 4が C o C r系強磁性材料であれば、 T i 、 T a、 R u、 C u、 P t、 R h、 A g、 A u等の単元素からなる金属材料や、 これらに C r などを加えた合金材料等からなる層を含む構成と してもよレ、。 特に、 垂直記録層 4が C o P t： 、 C o P d、 F e P t等の熱擾乱耐性に優 れた層構造、 あるいは当該層を含む多層構造である場合には、 （：、 S i 、 S i N、 S i O、 P d S i N、 A l S i N等からなる、 垂直記録層 4の物理的 . 化学的な磁気的孤立化を促進する層を含んた構成と してもよい。
このよ うに、 これらの材料を下地層と して用いれば、 保磁力等を向上させ ることができる。さ らに、これらの材料にその結晶性を損なわない程度に N、 Z r 、 C、 B等から選ばれる 1種以上の元素を添加すれば、 下地層の結晶粒 の微細化が促進され、 媒体の記録再生特性が向上する。
保護層 5は、 垂直記録層 4の表面を保護するためのもので、 保護膜と して 必要な機械的強度、 耐熱性、 耐酸化性、 耐腐食性等を備えたものであればよ く 、 特に材料組成を限定するものではないが、 例えば、 力一ボンが好適に用 レヽられる。
次に、本実施形態の垂直磁気記録媒体の製造方法及び製造装置について説 明する。
本実施形態の垂直磁気記録媒体 1 を製造する方法と しては、 スパッタ法が 好適に用いられる。 このスパッタ法と しては、 例えば、 基体をタ一ゲッ トの スパッタ面に対して対向配置し、 かつ、 この基体を該スパッタ面に平行な一 方向に沿って移動させながら該基体の表面に薄膜を形成する搬送型スパッ タ法、 基体をターゲッ トのスパッタ面に対して対向配置した状態で、 該基体 の表面に薄膜を形成する静止型スパッタ法、 等を挙げることができる。
上記の搬送型スパッタ法は、 量産性に優れているため、 低コス トの磁気記. 録媒体を製造するのに有利である。 一方、 静止型スパッタ法は、 スパッタ粒 子の基体の表面に対する入射角度が安定しているために、得られた薄膜は記 録再生特性に優れている。
本実施形態の垂直磁気記録媒体 1 を製造する際には、 搬送型、 静止型のい ずれかに限定されるものではなく 、 必要に応じて適宜選択使用すればよい。 ここで、 本実施形態の垂直磁気記録媒体 1 を製造するに際して、 本実施形 態の垂直磁気記録媒体の製造装置について第 4図に基づき説明する。
第 4図は、本実施形態の垂直磁気記録媒体を製造する際に用いられる静止 型スパッタ法が適用されたスパッタ装置 （製造装置） を示す断面図であり 、 このスパッタ装置 1 1 は、 基体の出し入れを行うためのロー ド ' アンロー ド チャンバ一 （ L C Z U L C ) 1 2 と、 基体 2上に軟磁性裏打ち層 3を成膜す るための第 1成膜室 1 3 と、マグネッ ト Mが備えられて軟磁性裏打ち層 3の 熱処理工程中に磁界を印加して磁化の異方性を制御する異方性制御室 1 4 と、軟磁性裏打ち層 3上に垂直記録層 4を成膜するための第.2成膜室 1 5 と により構成されている。
これら L CZU L C 1 2〜第 2成膜室 1 5は、基体の移動方向に沿って配 列され、 L C/U L C 1 2〜第 2成膜室 1 5各々には、 内部に導入された基 体を搬送するための搬送手段 （図示略） が設けられ、 図示右方向へ基体 2を 移動するよ うになつている。 そして、 L C/U L C 1 2〜第 2成膜室 1 5 各々には、 その内部空間を排気するための排気手段 （図示略） が設けられて いる。
第 5図は、本実施形態のスパッタ装置 1 1 の第 1成膜室 1 3 を示す断面図 であり、 図において、 符号 2 1 はチャンバ一 （成膜室） 、 2 2はチャンバ一 2 1の底部近傍に設けられ力ソー ド （陰極） となるステージ、 2 3はチャン バー 2 1の上部近傍に設けられて前記ステージ 2 2に対して対向配置され アノー ド （陽極） となる基体ホルダー、 2 4は真空装置 （図示略） 等に接続 されて前記チャンバ一 2 1内を所定の真空状態とするための真空引き用の 配管、 2 5は窒素 （N2) ガスとアルゴン （A r ) ガスとの混合ガス （不活 性ガス） を前記チャンバ一 2 1 内に導入するための混合ガス導入装置、 2 6 は排気ガス制御用の配管である。
このステージ 2 2には、 軟磁性裏打ち層 3を成膜する際に用いられる、 例 えば、 F e 83.8S i 8.2Α 18.5 (原子％) なる組成のターゲッ ト 2 7が装着さ れている。 また、 基体ホルダー 2 3には、 前記ターグッ ト 2 7 と対向するよ うに装着される基体 2を所定の温度、 例えば、 室温 （ 2 5 °C) 〜 2 0 0 °Cの 範囲の温度に保持するための温度制御手段 （図示略） が内蔵されている。 混合ガス導入装置 2 5は、 A r ガス供給源 （図示略） に配管 3 1 を介して 接続され A rガスの流量を制御するマスフローコン トローラ等を内蔵する A rガス流量制御部 3 2 と、 N2ガス供給源 （図示略） に配管 3 1 を介して 接続され N2ガスの流量を制御するマスフ口一コン トローラ等を内蔵する N 2ガス流量制御部 3 3 と、 A rガス流量制御部 3 2及び N2ガス流量制御部 3 3に配管 3 1 を介して接続され流量が制御された A rガス及び N2ガスを混 合し該混合ガスを配管 3 1 を介してチャンバ一 2 1内に供給する混合ガス 供給部 3 4 とによ り構成されている。
この混合ガス導入装置 2 5では、 流量制御部 3 2、 3 3及び混合ガス供給 部 3 4を駆動させることによ り、 チャンバ一 2 1 内に導入される N2ガスと A rガスを含む混合ガス中の N2ガスの流量比を所望の流量比に変更するこ とが可能になる。 これによ り、 上記の軟磁性裏打ち層 3の組成を上述した範 囲内で F e、 S i、 A l、 Nそれぞれの原子％を変えることが可能になる。 ここでは図示しないが、 第 2成膜室 1 5の後段には、 必要に応じて各種の 処理室、 例えば、 垂直磁気記録媒体 1 の保護膜 5 を成膜するための第 3成膜 室が設けられている。 また、 L C/U L C 1 2〜第 2成膜室 1 5各々の間に は、 隣接する処理室内を遮断するための遮断弁が設けられている。
次に、 このスパッタ装置 1 1 を用いて本実施形態の垂直磁気記録媒体を製 造する方法について説明する。
ここでは、 予め、 第 1成膜室 1 3内のステージ 2 2に軟磁性裏打ち層 3成 膜用の F e 83.8S i 8.2A 1 8.5 (原子％) なる組成のタ一ゲッ ト 2 7を装着し、 第 2成膜室 1 5内のステージに垂直記録層 4成膜用の強磁性材料（例えば C o合金） のターゲッ トを装着し、 第 3成膜室内のステージに保護層 5成膜用 のタ一ゲッ トを装着しておく。 まず、 基体 2を L C/U L C l 2へ導入し、 この L CZU L C 1 2内を所 定の真空状態になるまで真空引き した後、 基体 2を搬送手段 （図示略） によ り第 1成膜室 1 3内に移動させる。
第 1成膜室 1 3では、 搬入された基体 2を基体ホルダー 2 3に装着し、 基 体 2の表面温度が 2 0 0 °C以下となるよ うに温度制御しつつ、 この第 1成膜 室 1 3内を所定の真空状態になるまで真空引き し、 その後、 混合ガス導入装 置 2 5によ り N2ガスと A rガスを含む混合ガスをチャンバ一 2 1内に供給 し、表面温度が 2 0 0 °C以下と された基体 2上に軟磁性裏打ち層 3を成膜す る。
この軟磁性裏打ち層 3 を成膜する際には、 A r ガス流量制御部 3 2及び N 2ガス流量制御部 3 3を個々に制御することによ り、 混合ガス中の N2ガス の流量比 FN2ZFt。talを変化させることができ、 したがって、 軟磁性裏打ち 層 3 を構成する F e S i A l N膜の組成を一義的に決定することができる。 例えば、 FN2 F t。talを 5 %〜 1 5 %の範囲で変化させれば、 F e S i A 1 N膜の組成を、 F e .is i 8,,A 1 8,5N4.3 (原子0 /o) から F e 72.9S i 7.8A 18.5N10.8 (原子％) まで変化させるこ とができる。
この軟磁性裏打ち層 3が成膜されたならば、基体 2を異方性制御室 1 4へ 搬送し、 この基体 2上の軟磁性裏打ち層 3をマグネッ ト Mに対向配置し、 マ グネッ ト Mによ り軟磁性裏打ち層 3へ磁界を印加しながら加熱 ·冷却を行う < この工程によ り軟磁性裏打ち層 3に基体 2の径方向への磁化容易軸が誘導 される。
次いで、 磁化容易軸の誘導が終了した基体 2 を第 2成膜室 1 5へ搬送し、 垂直記録層 4の成膜を行う。 垂直記録層 4を成膜したならば、基体 2を第 2成膜室 1 5の後段に設けら れた第 3成膜室 （図示略） へ搬送し、 保護膜 5を成膜する。
以上の工程が終了した基体 2 を、 再度 L C/U L C 1 2へ搬送し、 このし c/υ L C 1 2から外方へ取り 出す。
以上、 第 4図及び第 5図に示す垂直磁気記録媒体の製造装置によ り、 本実 施形態の垂直磁気記録媒体 1 を製造することができる。
次に、 本実施形態の垂直磁気記録媒体 1 について、 実施例及び比較例を挙 げてよ り詳細に説明する。
本例では、 以下に示す構成を有する垂直磁気記録媒体を作製した。
第 4図及び第 5図に示す製造装置を用いて、 円板状のガラス基板からなる 基体 2上に、 FN2/Ft。talを 5 %、 1 0 %、 1 5 %と変化させた場合の軟磁 性裏打ち層 3、 垂直記録層 4、 保護層 5を順次積層してそれぞれの試料を作 製し、 これらを実施例 1〜 3の試料と した。 また、 FN2/Ft。tal= 0 %の場 合についても試料を作製し、 これを比較例と した。
作製条件は下記の通りである。
成膜方法 ： 直流マグネ ト ロンスパッタ法
基体の材質 ： 結晶化ガラス
基体の表面粗さ R a < 0. 3 n m
成膜室の真空到達度 < l X 1 0"7 t o r r
プロセスガス ： A rガス、 N 2ガス
A rガス不純物濃度 < 1 p p m
全ガス流量 ： 6 0 s c c m
全ガス圧 ： 0. 7 P a
N2ガス流量比 （FN2 F ： 0 %、 5 %、 1 0 %、 5 % 成膜時の基体の表面温度 室温
軟磁性裏打ち層の膜厚 ： 3 0 0 n m
磁界印加条件 ： 基体径方向 6 0 0 0 0 0 O e 冷却条件 ： 8 0 0 s e c
保護層の材質 ： 力一ボン 7 n m
なお、 F e S i A 1 N膜の組成分析は、オージュ電子分光分析装（PHISICAL ELECTRONICS社製， PHI-660) を用いて半定量分析法によ り行った。 まず試 料表層の炭素 （C ) 保護膜を A rイオンスパッタ リ ングによ り取り除き、 続 いて 0〜 2 2 0 0 e Vの範囲の分光プロファイルを測定した。測定条件は以 下の通りである。
( 1 ) 励起用電子銃
加速電圧 ： 1 0 k V
試料電流 ： 2 0 0 n A
分析領域 ： 8 0 X 7 4 μ m
( 2 ) A r イオンスパッタ リ ング用イオン銃
加速電圧 ： 1 k V
スパッタ リ ング速度 ： 1 . 0 n m ( S i 0 2換算値）
スパッタ リ ング膜厚 ： 3 0 n m ( S i 0 2換算値）
上記にて得られた実施例 1〜 3及ぴ比較例それぞれの試料について、磁気 特性を評価した。 測定機は、 振動試料型磁力計 （V S M ： 理研電子社製 B H V - 3 5 ) を用いた。 その測定結果を第 6図〜第 9図に示す。 これらの図に おいては、 基体 2の径方向の磁化曲線を示している。 第 6図〜第 9図によれば、 実施例 1〜 3では、 F e S i A 1 N膜中の Nの 含有率が増加するに伴い軟磁性裏打ち層 3の H cが減少し、 良好な軟磁気特 性が得られることが分かった。
一方、 比較例では、 印加磁界を 5 O O e以下とすると印加磁界方向の磁化 が大き く減少しており、 また、 軟磁性裏打ち層 3の H eが增加していること から、 膜中には縞状磁区構造が形成されていることが分かった。
以上によ り、 N 2ガスの流量を変化させるこ とで、 F e S i A I N膜中の Nの含有率を正確に制御することができ、極めて容易に軟磁性裏打ち層 3の 保磁力を制御することができ、 良好な軟磁気特性を得られることが分かった ( 基板温度を様々に変化させたと ころ、 2 0 0 °Cよ り高い基板温度で作製し た F e S i A 1 N膜では、保磁力が増大し良好な軟磁気特性が得られないこ とがわかった。
また、 実施例 ：！〜 3の表面粗さ R a は、 それぞれ 0 . 6 0、 0 . 5 3、 0 . 3 4であり、 いずれの試料においても R a を 0 . 6 n m以下に抑制するこ と ができ、 基体 2の有する表面粗さをほとんど劣化させないことが分かった。 最近、 2層膜媒体の軟磁性裏打ち層 3の保磁力の大小が、 垂直磁気記録媒 体の浮遊磁界耐性の向上に大き く影響する可能性があることが分かり 、軟磁 性裏打ち層中に形成される磁壁の制御あるいは排除が重要な要件となって いる。 これに対する対策と して、 軟磁性裏打ち層の下に反強磁性層を設けた 裏打ち層構成と したり、反強磁性層と軟磁性層を積層した裏打ち層構成とす ることによ り、裏打ち層全体を径方向容易軸単磁区化する試みが検討されて いる。一般に軟磁気特性に優れた保磁力が小さい磁性材料と反強磁性材料と を積層して作製される積層膜には、反強磁性一強磁性層間に交換結合が堅固 に働く ことが知られている。 したがって、 上述のよ うな磁気的層間結合を利 用した裏打ち層の単磁区化に際しても、保磁力を低減できる本実施形態の裏 打ち層材料は非常に有効である。 すなわち、 本実施形態の裏打ち層材料は、 浮遊磁界耐性に優れた垂直磁気記録媒体の設計を可能と し、また高密度の記 録再生を行う磁気記録装置に好適である。
また、 第 1 0図に示すよ うな磁化曲線を有する軟磁性裏打ち層の場合、 膜 内には垂直磁気異方性の発生に起因して縞状あるいはメイズ状磁区が形成 されていることが走査型磁気力顕微鏡による観察像によ り認められる。 この よ うな縞状磁区構造の安定化エネルギー Eは、残留磁化状態から単磁区化状 態にするための仕事量に等しいから、第 1 0図に示す領域 Xの面積と定義す る。 この数値を用いれば、 軟磁性裏打ち層の縞状磁区安定化エネルギーを定 量的に評価することができる。
(数 1 )
A jf 2 Kuh 2 2 Ah、
E = θ、 0
* 2λ λ 3
この式の右辺の第 1項は静磁エネルギーを示し、第 2項は垂直磁気異方性 エネルギーを示し、 第 3項は交換エネルギーを示している。
ただし、
λ ： 縞状磁区構造の縞の波長
K u ： 垂直磁気異方性定数
h ： 軟磁性裏打ち層の膜厚
A ： 交換定数
0。： 立ち上がり角 である。
上記の方法によ り軟磁性裏打ち層の安定化エネルギーを測定したと ころ、 実施例 1〜 3の縞状磁区安定化エネルギーは 1 X I 03 e r g / c m3以下で あり、 比較例の縞状磁区安定化エネルギーは 7 X 1 04 e r g / c m3であつ た。
以上の結果と後述の媒体ノィズ特性の評価によ り、軟磁性裏打ち層 3の磁 気特性のヒステリ シス曲線より得られる縞状磁区安定化エネルギーは 1 X 1 03 e r g / c m3以下とすればノィズ特性に優れる媒体が得られること が分かった。
次に、 実施例 3及び比較例それぞれの試料について、 媒体ノイズ Nm ( μ Vrms) を測定した。
第 1 1図は、 この測定に用いられる書き込み、 読み出し一体型の薄膜へッ ドを示す断面図であり、図において、符号 4 1 は上部電極、 4 2は下部電極、 4 3は書き込みコイル、 4 4は書き込みギャップ、 4 5はシール ド、 4 6は M R構成部分、 4 7は読み出しギャップである。
読み出しは M Rヘッ ド （Magnetic Resistance Head) を用いて、 下記の測 定条件で媒体ノィズを測定した。 媒体ノィズ Nmの測定条件
[測定装置]
スピンスタン ド部 ： 協同電子社製 L S 9 0 S (商品名）
メディアテスタ部 ： G U Z I K社製 RWA 2 5 5 0 + + (商品名） 読込へッ ド （GM Rヘッ ド） ：
トラック幅 （T w) 0 . 2 5 μ m
ディスク上測定周径 ： 2 2 . 5 5 mm
ディスク回転速度 ： 4 2 0 0 r p m 媒体ノイズ Nmは、 再生信号スぺク トルからシステムノイズスぺク トルを 除去して得られる差分スぺク トルを l〜 1 0 0 MH z の範囲で積分して算 出した。
第 1 2図は実施例 3のノイズスぺク トルの測定結果を示す図、第 1 3図は 比較例のノイズスぺク トルの測定結果を示す図である。 なお、 図中、 破線は ノ ックグラ ウン ド （ B G ) のシステムノイズスぺク トルである。
これらの図によれば、 実施例 3の試料では、 1 MH zから指数関数的に減 少し、 4 0 MH z以上で一 1 l O d B mZH z以下となるのに対し、 比較例 の試料では、 1 0から 2 0 MH z付近で縞状磁区構造に起因してノイズが極 大を示した後、 減少し、 8 0 MH z以上で一 1 1 0 d B mZH z以下となる ことが分かった。 また、 算出した媒体ノイズ N mは実施例 1 から 3の試料で はそれぞれ 8 3、 3 5、 1 9 μ Vrmsであり、 比較例の試料の評価値 1 1 0 μ V rms よ り も低ノイズであることが確かめられた。
一方、 比較例の結果からもわかるよ うに、 縞状磁区の形成は媒体ノィズの 増加をもたらすため、 その抑制が求められる。 また、 従来のパーマロイ系な らびにセンダス ト系の材料は比較例の試料と同程度もしく はそれ以上のノ ィズ特性を有しており、 本発明品が低ノィズ特性を有することがわかる。 し たがって、 F e S i A 1 Nなる組成を有する試料を裏打ち層と して用いれば、 低ノィズ化が図られた優れた記録再生特性を有することができる。
また、 様々な組成の F e S i A 1 N裏打ち膜を評価したと ころ、 媒体ノィ ズを 1 0 0 μ V rms以下に抑制するためには、 F e を 6 9〜 8 5原子％、 S i を 5〜 1 0原子％、 A 1 を 5〜 1 0原子％の範囲内の組成を有する膜を作 製すればよいことがわかった。 次に、本実施形態の垂直磁気記録媒体を備えた磁気記録装置について図面 に基づき説明する。
第 1 4図は本実施形態の ドディスク装置 （磁気記録装置） を示す側断 面図、 第 1 5図は、 第 1 4図に示す磁気記録層の平断面図であり、 図におい て、 符号 5 0は磁気ヘッ ド、 7 0はハー ドディスク装置、 7 1 は筐体、 7 2 は垂直磁気記録媒体、 7 3はスぺ一サ、 7 8はサスペンショ ン、 7 9 はスィ ングアームである。
このハー ドディスク装置 7 0は、 円板状の垂直磁気記録媒体 7 2、 磁気へ ッ ド 5 0等を収納する内部空間を備えた直方体形状の筐体 7 1 が外形を成 しており、 この筐体 7 1 の内部には複数枚の垂直磁気記録媒体 7 2がスぺー サ 7 3 と交互にスピン ドル 7 4に挿通されて設けられている。 また、 筐体 7 1 にはスピン ドル 7 4の軸受 （図示略） が設けられ、 筐体 7 1 の外部にはス ピン ドル 7 4 を回転させるためのモータ 7 5が配設されている。 この構成に よ り 全ての垂直磁気記録媒体 Ί 2は、 スぺーサ 7 3によつて磁気へッ ド 5 0が入るための間隔を空けて複数枚重ねた状態で、 スピン ドル 7 4の周回り に回転自在と されている。
筐体 7 1 の内部かつ垂直磁気記録媒体 7 2の側方位置には、軸受け 7 6に よってスピン ドル 7 4 と平行に支持されたロータ リ 'ァクチユエータ と呼ば れる回転軸 7 7が配置されている。 この回転軸 7 7には複数個のスイ ングァ —ム 7 9が各垂直磁気記録媒体 7 2の間の空間に延出するよ うに取り付け られている。 各スイングアーム 7 9の先端には、 その上下位置にある各垂直 磁気記録媒体 7 2の表面と傾斜して向かう方向に固定された、細長い三角板 状のサスペンショ ン 7 8を介して磁気へッ ド 5 0が取り付けられている。 この磁気へッ ド 5 0は、 図示されていないが、 垂直磁気記録媒体 7 2に対 して情報を書き込むための記録素子と、垂直磁気記録媒体 7 2から情報を読 み出すための再生素子を備えている。
このよ うに、 ハー ドディスク装置 7 0は、 本実施形態の垂直磁気記録媒体 を備えたことから、従来のパーマロイ系あるいはセンダス ト系の結晶質材料 等と比較して低ノィズ化を実現でき、高記録密度の情報の記録再生が可能で ある。
このハー ドディスク装置 7 0では、垂直磁気記録媒体 7 2を回転させると ともに、 スイングアーム 7 9を移動させて該スイングアーム 7 9に取り付け られている磁気へッ ド 5 0を垂直磁気記録媒体 7 2に近づけ、 この磁気へッ ド 5 0が発生した磁界を垂直磁気記録媒体 7 2の垂直記録層に作用させる ことによ り、垂直磁気記録媒体 7 2に所望の磁気情報を書き込むことができ る。
また、 スイングアーム 7 9を移動させて磁気へッ ド 5 0を垂直磁気記録媒 体 7 2上の任意の位置に移動させ、垂直磁気記録媒体 7 2を構成している垂 直記録層からの漏れ磁界を磁気へッ ドの再生素子で検出することによ り磁 気情報を読み出すことができる。
このハー ドディスク装置 7 0によれば、軟磁性裏打ち層 3 を有する垂直磁 気記録媒体 7 2を用いたので、従来のパーマロイ系あるいはセンダス ト系の 結晶質材料等と比較して低ノィズ化を実現でき、高記録密度の情報の記録再 生を行う ことができる。
したがって、高記録密度での磁気情報の記録再生を安定して行う ことがで きるハー ドディスク装置 7 0を提供することができる。 なお、 このハー ドディスク装置 7 0では、 複数枚の垂直磁気記録媒体 7 2 をスぺーサ 7 3 と交互にスピン ドル 7 4に揷通した構成と したが、垂直磁気 記録媒体 7 2の枚数は、 1枚以上の任意の枚数で良く 、 上記の構成に限定さ れない。
また、 搭載する磁気へッ ド 5 0の数も 1個以上であればよく 、 任意の数設 けてもよい。 また、 スイングアーム 7 9の形状や駆動方式も第 1 4図及び第 1 5図に示すものに限らず、 リユア駆動方式、 その他の方式でも良いのはも ちろんである。
以上説明したよ うに、 本実施形態の垂直磁気記録媒体によれば、 基体 2上 に、 軟磁性裏打ち層 3、 垂直記録層 4及び保護層 5を積層し、 軟磁性裏打ち 層 3を F e S i A 1 Nなる組成を有する軟磁性材料によ り構成したので、従 来のパーマロイ系あるいはセンダス ト系の結晶質材料等と比較して低ノィ ズ化を実現でき、高記録密度の情報の記録再生を容易かつ正確に行う ことが できる。
本実施形態の磁気記録装置によれば、本実施形態の垂直磁気記録媒体を備 えたものであるから、 よ り高記録密度の情報の記録再生が可能な磁気記録装 置を提供することができる。
本実施形態の垂直磁気記録媒体の製造方法によれば、表面温度を 2 0 0 °C 以下と した基体 2上に、 F e S i A 1合金のターゲッ ト 2 7 と、 N 2ガスの 流量比 F N2Z F t。ta Iを変化させた混合ガスを用いて成膜するので、 軟磁性裏 打ち層 3を構成する F e S i A l N膜の組成を様々に変えることができる。 また、 形成される軟磁性裏打ち層 3は、 n mのオーダ一の微細な結晶粒か らなる均一な微結晶組織となるので、低温プロセスで優れた低ノイズ特性を 有する垂直磁気記録媒体 1 を作製することができる。 本実施形態の垂直磁気記録媒体の製造装置によれば、 F e S i A 1 合金の タ一ゲッ ト 2 7 と、 N 2ガスの流量比 F N2/ F totalを変化させた混合ガスを導 入し、表面温度を 2 0 0 ¾以下と した基体 2上に軟磁性裏打ち層 3を成膜す る第 1成膜室 1 3を備えたので、軟磁性裏打ち層 3を構成する F e S i A 1 N中の Nの含有率 （原子。 /0 ) を、 優れた低ノイズ特性を呈する材料組成の範 囲内で、 高精度で制御することができ、 したがって、 優れた低ノイズ特性を 有する F e S i A 1 Nからなる軟磁性裏打ち層 3を再現性良く 、 しかも容易 に得ることができる。 産業上の利用の可能性
以上、 詳細に説明したよ うに、 本発明の垂直磁気記録媒体によれば、 軟磁 性裏打ち層と垂直記録層とを備えた 2層膜媒体の軟磁性裏打ち層に、 F e S i A 1 Nなる組成を有する軟磁性材料を用いたので、従来のパーマロイ系あ るいはセンダス ト系の結晶質材料等と比較して低ノィズ化を実現でき、高記 録密度の情報の記録再生を正確かつ容易に行う ことができる。
本発明の磁気記録装置によれば、本発明の垂直磁気記録媒体を備えたので、 よ り高記録密度の情報の記録再生が可能な磁気記録装置を提供するこ とが できる。
本発明の垂直磁気記録媒体の製造方法によれば、軟磁性裏打ち層を形成す る工程を、 表面温度を 2 0 0 aC以下と した基体上に、 少なく と も F e 、 S i 及び A 1 を含有する母材と、 窒素 （N 2) ガスを含む不活性ガスを用いて成 膜する工程と したので、 基体上に、 n mのオーダ一の微細な結晶粒からなる 均一な微結晶組織の軟磁性裏打ち層を成膜することができ、 その結果、 低温 プロセスで優れた低ノィズ特性を有する垂直磁気記録媒体を得ることがで きる。
本発明の垂直磁気記録媒体の製造装置によれば、 少なく と も F e、 S i 及 び A 1 を含有する母材と、 窒素 （N2) ガスを含む不活性ガスを導入し、 表 面温度を 2 0 0 °C以下と した基体上に前記軟磁性裏打ち層を成膜する成膜 室を備えたので、 該成膜室に導入する窒素 （N2) ガスを含む不活性ガスの 流量を制御することで、軟磁性裏打ち層を構成する F e S i A I N中の Nの 含有率 （原子％) を、 優れた低ノイズ特性を呈する材料組成の範囲内で、 し かも高精度で制御することができる。 したがって、 優れた低ノィズ特性を有 する F e S i A 1 Nからなる軟磁性裏打ち層を再現性良く 、 しかも容易に得 ることができる。

Claims

請求の範囲
1. 軟磁性裏打ち層と、 該軟磁性裏打ち層上に形成された垂直記録層とを 備えてなる垂直磁気記録媒体において、
前記軟磁性裏打ち層は、 F e S i A 1 Nなる組成を有する軟磁性材料から なることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
2. 前記軟磁性材料は、 Nを 5〜 1 1原子％含有することを特徴とする第 1項記載の垂直磁気記録媒体。
3. 前記軟磁性材料は、 F e を 6 9〜 8 5原子％、 S i を 5〜 ： 1 0原子％、 A 1 を 5〜 1 0原子％それぞれ含有することを特徴とする第 2項記載の垂 直磁気記録媒体。
4. 前記軟磁性裏打ち層の結晶の平均粒径は 7 n m以下であることを特徴 とする第 1項、 第 2項または第 3項記載の垂直磁気記録媒体。
5. 前記軟磁性裏打ち層は、 その磁気特性のヒ ステリ シス曲線よ り得られ る縞状磁区安定化エネルギーが 1 X I 03e r c m3以下であることを特 徴とする第 1項ないし第 4項のいずれか 1項記載の垂直磁気記録媒体。
6. 前記軟磁性裏打ち層は、 その膜厚が 5 0〜 5 0 0 n mの範囲では、 表 面粗さが 0. 6 n m以下であることを特徴とする第 1項ないし第 5項のいず れか 1項記載の垂直磁気記録媒体。
7. 第 1項ないし第 6項のいずれか 1項記載の垂直磁気記録媒体を備えて なることを特徴とする磁気記録装置。
8. 軟磁性裏打ち層と、 該軟磁性裏打ち層上に形成された垂直記録層とを 備えてなる垂直磁気記録媒体の製造方法において、
前記軟磁性裏打ち層を形成する工程は、表面温度を 2 0 0で以下と した基 体上に、 少なく とも F e、 S i 及び A 1 を含有する母材と、 窒素 （N2) ガ スを含む不活性ガスを用いて成膜する工程であることを特徴とする垂直磁 気記録媒体の製造方法。
9 . 軟磁性裏打ち層と、 該軟磁性裏打ち層上に形成された垂直記録層とを 備えてなる垂直磁気記録媒体の製造装置において、
少なく とも F e、 S i 及び A 1 を含有する母材と、 窒素 （N 2) ガスを含 む不活性ガスを導入し、表面温度を 2 0 0 °C以下と した基体上に前記軟磁性 裏打ち層を成膜する成膜室を備えていることを特徴とする垂直磁気記録媒 体の製造装置。
1 0 . 前記成膜室に、 前記基体の表面温度を制御する制御手段を備えたこ とを特徴とする第 9項記載の垂直磁気記録媒体の製造装置。
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