(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくとも磁気記録層が形成されてなる磁気記録媒体であって、
前記磁気記録層は［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜によって構成される第一の磁性層とＣｏＣｒＰｔ合金膜によって構成される第二の磁性層とを含み、
前記第一の磁性層は面心立方構造の結晶構造を有し、その（１１１）方向が膜面に対して垂直であり、
第二の磁性層は六方最密構造の結晶構造を有し、その（００．１）方向が膜面に対して垂直であることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気記録媒体において、前記第一の磁性層は前記第二の磁性層に対して基板側に配置されており、前記第一の磁性層と前記第二の磁性層の間に交換相互作用が働いていることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の磁気記録媒体において、前記第一の磁性層の厚さが１．０ｎｍ乃至２．５ｎｍであることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気記録媒体において、前記第二の磁性層の厚さが１０ｎｍ乃至１６ｎｍであることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁気記録媒体において、前記第一の磁性層及び前記第二の磁性層は、磁性微粒子が非金属材料からなる粒界によって分離した構造を有し、前記粒界の形成位置が前記第一の磁性層と前記第二の磁性層間で連続していることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項６】
請求項５に記載の磁気記録媒体において、前記粒界を形成する材料が金属酸化物であることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項７】
請求項６に記載の磁気記録媒体において、前記第一の磁性層における粒界を形成する材料がホウ素、チタンもしくはバナジウムの酸化物であることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項８】
請求項５に記載の磁気記録媒体において、前記第一の磁性層である［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜は、その積層周期が０．４ｎｍ以上０．７ｎｍ以下であり、かつＰｔ副層の厚さが０．１５ｎｍ以上０．３ｎｍ以下であることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項９】
請求項５に記載の磁気記録媒体において、前記第二の磁性層における粒界の幅は、その媒体表面側において基板側よりも小さいことを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項１０】
請求項５に記載の磁気記録媒体において、前記磁気記録層の基板側にＲｕ元素を主原料とするｈｃｐ結晶構造を有する層が配置されており、当該層のｃ軸が膜面に対して垂直に配向していることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項１１】
請求項５に記載の磁気記録媒体において、前記磁気記録層の直下にＲｕ元素を主原料とした合金と金属酸化物とを混合した薄膜が挿入されてなることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項１２】
請求項５に記載の磁気記録媒体において、前記第一の磁性層の基板側にグラニュラー構造を有するＣｏＣｒＰｔ合金膜を配置したことを特徴とする磁気記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直磁気記録方式の磁気記録再生装置に用いられる垂直磁気記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）は、コンピューターや民生エレクトロニクス製品で大容量の情報記録を要する用途において必要不可欠な装置である。今後も大容量記録へのニーズは高く、省スペース・省エネルギーなどの要求を満たしつつ大容量化を実現するために、ディスクへの面記録密度を増加させていく必要がある。現在、ＨＤＤにおける記録再生方式として垂直磁気記録方式が採用されている。垂直磁気記録方式により面記録密度３００Ｇbit／inch2程度の製品が出荷され、また、６００Ｇbit／inch2程度の面記録密度が実現可能であることが実験室レベルで実証されている。垂直磁気記録方式による更なる面記録密度向上のため、改良のための技術開発が急務である。
【０００３】
垂直磁気記録方式に用いる媒体の構造として、異なる異方性磁界Ｈｋを有する複数の垂直磁性層を組み合わせた磁気記録層が提案されている。この構造を有する媒体はExchange-coupled composite（ＥＣＣ）媒体もしくはExchange-spring（ＥＳ）媒体となどと呼ばれ、例えば非特許文献１にその詳細が示されている。ＥＣＣ媒体のメリットは、異方性磁界Ｈｋの大きい材料を媒体の一部分に用いながらも、記録に必要なヘッド磁界の低減が可能である点である。異方性磁界Ｈｋの大きい材料を使うことによって、記録した磁化状態が外乱によって消失することを防止できる。一方、必要な記録磁界を低減することによって、記録ヘッド磁界の増大という極めて困難な課題への要請が緩和される。
【０００４】
非特許文献２にはＥＣＣ媒体のコンセプトを適用した現実的な媒体構造（Graded媒体）と作製法の記述があり、そのGraded媒体を用いて６１０Ｇbit／inch2の面記録密度が実現可能であることが示されている。Graded媒体においては磁気記録層の全体にわたってＣｏＣｒＰｔ合金を使用し、その組成比を変化させることで異方性磁界Ｈｋに差を付けている。
【０００５】
本願発明者らは様々な組成のＣｏＣｒＰｔ合金薄膜を作製してそのＨｋを測定した。その結果、ＣｏＣｒＰｔ合金薄膜によって得られるＨｋの大きさには上限値があり、約２２ｋＯｅが最大であることが分かった。一方で、Ｈｋが小さいと磁化を膜面垂直方向に安定化出来なくなるので、垂直磁気記録層に適用できる磁性膜のＨｋには下限値も存在する。よって、ＣｏＣｒＰｔ合金を使う限り、磁気記録層を構成する磁性層間で異方性磁界Ｈｋの差を大きくすることは難しい。一般に、ＥＣＣ媒体では組み合わせる磁性層間で異方性磁界Ｈｋの差が大きいほど得られる利得が大きい。したがって、ＣｏＣｒＰｔ合金層のみによってＥＣＣ媒体を作製しても、ＥＣＣ構造の導入による効果には制約がある。
【０００６】
ＣｏＣｒＰｔ合金膜よりも大きな異方性磁界Ｈｋを得ることのできる磁性膜として［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜が知られている。これはＣｏを主原料とする極薄層（Ｃｏ副層）とＰｔを主原料とする極薄層（Ｐｔ副層）とを交互に積層したもので、人工格子膜とも呼ばれ、その詳細については例えば非特許文献３に示されている。Ｃｏ及びＰｔ副層を所定の厚さに設定した上で適切なプロセス条件及び添加材料を適用すると、［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜中に明瞭な結晶粒界が形成され、柱状構造（グラニュラー構造）を有する［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜が得られる。特許文献１及び非特許文献４に、そのプロセス条件や構造に関する詳細な開示が見られる。このような良好なグラニュラー構造は垂直記録媒体として好ましいものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１９０５３８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】IEEE Trans. Magn., vol.41, p.537 (2005)
【非特許文献２】IEEE Trans. Magn., vol.45, p.799 (2009)
【非特許文献３】J. Appl. Phys., 97 (2005) 10J109
【非特許文献４】J. Appl. Phys., 105 (2009) 07B705
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の従来技術を鑑みれば、ＥＣＣ媒体において、より大きいＨｋを有する層（高Ｈｋ磁性層）を［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜によって構成し、より小さいＨｋを有する層（低Ｈｋ磁性層）をＣｏＣｒＰｔ合金膜で構成することは、ＥＣＣ媒体の性能向上のための合理的な手段である。しかしながら、これら２つの異なる結晶構造を有する磁性膜を、それぞれの結晶構造及び磁気特性の劣化を招くことなく積層することは一般に困難であった。さらに、［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜とＣｏＣｒＰｔ合金膜を積層した場合に、良好な記録再生特性を得ることが出来るような積層構造についても具体的な知見は得られていない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の提案者らは、グラニュラー構造を有する［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜をＥＣＣ媒体に適用するための詳細な検討を行った。その結果、以下に示すような積層構造及び層厚で記録膜を形成することにより、［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜を有効に利用し、ＥＣＣ媒体の記録再生特性を改善できることが判明した。
【００１１】
本発明が開示する代表的な磁気記録媒体は、基板上に、軟磁性裏打ち層、中間層、磁気記録層及び保護層がこの順番で形成された磁気記録媒体であって、磁気記録層において、基板側に［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜によって構成される高Ｈｋ磁性層を、媒体表面側にＣｏＣｒＰｔ合金膜によって構成される低Ｈｋ磁性層を配置し、これらの高Ｈｋ磁性層と低Ｈｋ磁性層の間に交換相互作用を働かせてＥＣＣ媒体としたものである。
【００１２】
ここで、軟磁性裏打ち層は記録ヘッドからの磁界を記録媒体表面から内部に導くためのもので、軟磁気特性を有する磁性膜を単独でもしくは複合させて用いる。中間層は軟磁性裏打ち層と磁気記録層との間に挿入される非磁性層であり、特に磁気記録層の結晶配向性や磁気記録層の微細構造を制御するために材料組成や積層層構造を選択する。保護層は記録膜全体を機械的及び化学的に保護するための層であり、カーボンを主原料した薄膜である。また、保護膜の上にはパーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）系の潤滑剤を薄く塗布した潤滑膜を形成する。カーボン薄膜はダイヤモンド構造に代表される硬質な機械特性を有し、潤滑膜は記録膜表面の表面エネルギーを低減して記録膜表面の耐擦動性を高める。
【００１３】
本発明では、高Ｈｋ磁性層である［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜は実質的に面心立方（ｆｃｃ）構造の結晶格子を有し、その（１１１）方向が膜面に対して垂直であることを特徴とする。この結晶配向とすることで、低Ｈｋ磁性層として［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の上部に形成されるＣｏＣｒＰｔ合金膜が好ましい結晶配向を取るようになり、垂直記録膜として望ましい特性が得られる。
【００１４】
高Ｈｋ磁性層の媒体表面側に近接させて、低Ｈｋ磁性層として、ＣｏＣｒＰｔ合金膜からなるグラニュラー層を形成する。高Ｈｋ磁性層上にはｆｃｃ（１１１）結晶面が露出しているため、六方最密（ｈｃｐ）構造の結晶格子を有するＣｏＣｒＰｔ合金膜は、その（００．１）面が基板面に平行になるように（ヘテロ）エピタキシャル成長する。これによって低Ｈｋ磁性層には良好な垂直磁気異方性が発現する。ここで、高Ｈｋ磁性層と低Ｈｋ磁性層は直に接する構造としても良いし、交換相互作用を適当に調整するために薄い磁性層等を挟んだ構造にしても良い。ただし、薄い磁性層等を挟む場合には高Ｈｋ磁性層と低Ｈｋ磁性層の間のエピタキシャル成長を乱さないように適当に材料を選択する必要がある。
【００１５】
さらに、高Ｈｋ磁性層及び低Ｈｋ磁性層は、磁性微粒子が非金属材料からなる粒界によって分離した構造（グラニュラー構造）を有しており、結晶粒界の形成位置は高Ｈｋ磁性層と低Ｈｋ磁性層間で連続していることを特徴とする。この場合、一つの磁性微粒子において高Ｈｋ部と低Ｈｋ部が一対一で界面を形成するため、高Ｈｋ部と低Ｈｋ部の間に働く交換相互作用によってＥＣＣ媒体に特有の効能が得られる。
【００１６】
粒界を形成させるための非金属材料としては、金属酸化物や窒化物が有用である。ＣｏＣｒＰｔ合金膜に対しては多くの検討結果が報告されており、Ａｌ，Ｃｒ，Ｈｆ，Ｍｇ，Ｎｂ，Ｓｉ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ等の酸化物、中でもＳｉ，Ｔｉ，Ｔａの酸化物が良好な記録再生特性を実現しやすいと言われている。［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜はそもそも磁性微粒子を構成する主原料がＣｏとＰｔであるため、ＣｏＣｒＰｔ合金膜の場合と同様な酸化物を適用することで好ましい効果を得ることが出来る。本発明者らが添加物について様々な材料の検討を行ったところ、ホウ素（Ｂ）もしくはＴｉ及びＶの酸化物が［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜中に結晶粒を形成するために特に効果的であった。
【００１７】
高Ｈｋ磁性層である［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の部分の厚さは１．０ｎｍ以上２．５ｎｍ以下とすることが特に好ましい。高Ｈｋ磁性層がこれよりも厚い場合には記録が困難になり、逆に薄い場合には熱エネルギーなどの外乱に対して記録磁化状態の安定性が不十分となる。
【００１８】
［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜はＣｏ元素を主原料とするＣｏ副層とＰｔ元素を主原料とするＰｔ副層を交互に形成することによって得る。その積層構造は、可能な限り大きなＨｋが得られること、及び、グラニュラー構造を形成しやすいことを前提に決定する。発明者らの検討によれば、大きなＨｋを得るには積層周期（Ｃｏ副層とＰｔ副層の厚さの和）を０．４ｎｍ以上０．７ｎｍ以下とすればよく、０．５ｎｍ以上０．７ｎｍ以下とすることが特に望ましい。また、Ｐｔ副層の厚さはＣｏ副層の厚さよりも薄く、０．１５ｎｍ以上かつ０．３ｎｍ以下とすることが特に望ましい。発明者らの検討によれば、磁性微粒子の粒界はＰｔ副層の厚さが小さいほど形成されやすく、前記の範囲にＰｔ副層厚を設定すれば記録媒体として好適なグラニュラー構造が得られる。
【００１９】
［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の積層周期を０．６ｎｍとした場合、前記の好適な［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜厚の範囲は積層周期数を２ないし４にすることに相当する。
【００２０】
低Ｈｋ磁性層であるＣｏＣｒＰｔ合金膜の厚さは１０ｎｍ乃至１６ｎｍとすることが好ましい。ＣｏＣｒＰｔ合金膜がこれよりも薄い場合、高Ｈｋ磁性層の磁化反転を完了することが困難となり所望の記録が出来ない。逆に、厚すぎると磁気記録層全体の厚みが大きくなり、磁気ヘッドまでの距離が増加する等の理由によって、記録再生性能が劣化する。
【００２１】
また、ＣｏＣｒＰｔ合金膜において、その媒体表面側の粒界幅は基板側の粒界幅よりも小さいことがより望ましい。この構造では粒界幅が小さい媒体表面側の部位において磁性微粒子間の交換相互作用の適切な制御が可能になり、これによって記録再生性能が改善する。この構造及び効果については、特開２００６−１２０２９０号公報やJ. Magn. Magn. Mater., 320 (2008) 3144の他、多くの文献に関連する記述がみられる。
【００２２】
高い記録再生性能を実現するためには、高Ｈｋ磁性層である［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜における磁性微粒子の磁気的な分離について特に注意を払う必要がある。第１に、［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜は磁化反転過程に主要な影響を有するので、磁性粒子間の［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の部分に働く交換相互作用は記録特性の劣化を招きやすい。第２に、［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜は他のＣｏＣｒＰｔ合金膜よりも磁化が大きいため、粒子間に働く交換相互作用を低減するのが比較的困難である。第３に、［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜は磁気記録層の下部に位置するので、膜中の結晶粒界の形成が不完全になり易い。
【００２３】
磁気記録層の下部に配置される［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜部分において粒界形成を促進するためには中間層の設計が重要である。また、中間層は磁気記録層の結晶構造を制御する役目も担っているため、磁気記録層が必要とする結晶構造及び結晶配向との相性を見て決定すべきである。既に実用化されている垂直磁気記録媒体の中間層において採用されているＲｕ層は、［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜とも相性が良いため、本発明の記録媒体にも適用することが出来る。ｈｃｐ結晶構造を有するＲｕ層のｃ軸を膜面垂直に配向させれば、その上に製膜した［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜のｆｃｃ（１１１）方位は膜面垂直となり、本発明の記録媒体として好ましい構造が得られる。また、よく知られているようにＲｕは融点が高いため、その多結晶薄膜を作製するとＲｕ結晶粒子による微細な表面凹凸が生じる。この表面凹凸はグラニュラー構造における結晶核形成の基点となるので、グラニュラー構造の形成を促進する。
【００２４】
しかし、前記第２の理由に示したように［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜における粒間交換相互作用を低減するのは困難である。そこで磁気記録層の下部にＲｕ元素を主原料とした合金と酸化物とを混合した薄膜（以下、オンセット層）を挿入することによっても粒界構造を改善することが考えられる。Ｒｕ合金に酸化物を添加すると磁気記録層と同様なグラニュラー構造を取るので、このグラニュラー構造をきっかけとして磁気記録層における結晶粒界の形成が更に促進される。ここで酸化物としては例えばＴｉＯ2が有効である。
【００２５】
また、高Ｈｋ磁性層である［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の基板側にグラニュラー構造を有する別のＣｏＣｒＰｔ合金膜を配置することも考えられる。このＣｏＣｒＰｔ合金膜のＨｋは小さく、記録特性には強く関与しないが、［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜内での結晶粒界の形成を確実にするとともに、熱安定性指標ＫｕＶ／ｋＢＴの増加にも寄与するものと考えられる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に基づいた垂直磁気記録媒体では、大きなＨｋを有する［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜と比較的小さなＨｋを有するＣｏＣｒＰｔ合金膜を、良好な結晶配向性と磁性結晶粒子間の磁気的な分離を維持しながら接合し、ＥＣＣ構造を有するグラニュラー磁気記録層を作製することが出来る。さらに、高Ｈｋ磁性層及び低Ｈｋ磁性層の厚みを本発明に示した適正範囲に設定することによってＥＣＣ媒体として好ましい記録再生性能を実現することが可能となる。ここで、［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜からなる高Ｈｋ磁性層における磁性結晶粒子間の磁気的な分離度を高めることは特に重要であり、本発明に示した適切な添加物及び中間層を用いることによって、磁気記録層における粒界の不完全な構造を抑制することが可能となる。
【００２７】
本発明のＥＣＣ媒体は磁気記録層内のＨｋの差が大きく、従来から提案されているＥＣＣ媒体と比べて非一斉磁化反転が起こりやすい構造である。したがって、従来と同等の大きさの書き込み磁界によって、より高い熱揺らぎ耐性を有する記録ビットを、磁化情報として形成することが可能となる。熱揺らぎ耐性に余裕があれば、磁性結晶粒子の面積もしくは厚さを減らすことによって、磁気記録層内の磁化反転をより小さい反転単位で正確に制御することが可能となり、高密度磁気記録に適した垂直磁気記録媒体を得ることが可能となる。
【００２８】
他方、ＨＤＤにおいて記録面密度を増加させるためには、磁気ヘッドの記録磁極を微細化することも必要であるが、この場合は磁気ヘッドの最大発生磁界は減少する。本発明の垂直磁気記録媒体によれば、比較的小さな書き込み磁界でも良好な記録再生特性が維持されるため、ＨＤＤの更なる記録容量拡大のために有益である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例１に係る磁気記録媒体の積層構造の断面図である。
【図２】実施例１において［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜を単独で形成したサンプルの、［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜及びその周辺部を示す図である。
【図３】実施例１において［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜を形成するために用いた多元カソードシステムを表す図である。
【図４】実施例１においてＣｏ副層の厚さを０．４ｎｍに固定して作製した［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の異方性磁界ＨｋとＰｔ副層厚の関係を示す図である。
【図５】実施例１においてＣｏ副層とＰｔ副層の厚さの比を２：１に固定して作製した［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の異方性磁界Ｈｋと積層周期（Ｃｏ副層とＰｔ副層の厚さの和）の関係を示す図である。
【図６】実施例１において作製した［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層グラニュラー膜の微細構造を透過型電子顕微鏡によって観察した画像である。
【図７】実施例１において作製したＥＣＣ構造を有する磁気記録層の断面図である。
【図８】実施例１の磁気記録媒体Ａグループに記録再生を行った時のビットエラーレート（ＢＥＲ）値と同媒体における［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の厚みの関係を示す図である。
【図９】実施例１の磁気記録媒体Ｂグループに記録再生を行った時のビットエラーレート（ＢＥＲ）値と同媒体における［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の厚みの関係を示す図である。
【図１０】実施例１の磁気記録媒体Ｃグループに記録再生を行った時のビットエラーレート（ＢＥＲ）値と同媒体におけるＣｏＣｒＰｔ合金膜の厚みの関係を示す図である。
【図１１】実施例２において作製したＥＣＣ構造を有する磁気記録層の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、実施の形態を図示しつつ、本発明の具体的な様態及び効果を説明する。これらの実施例は本発明の一般的な原理を表すことを目的に述べられるものであり、本発明を制限するものではない。
【実施例】
【００３１】
[実施例１]
図１は、本実施例で作製した磁気記録媒体の構造の概略断面図である。洗浄した磁気ディスク用強化ガラス基板１を真空室に入れ、ＤＣスパッタリング法により磁気記録膜２を形成した。磁気記録膜２は磁気記録層１０６を含む多数の薄膜を順次積層したものであり、インライン型スパッタリング装置を用いてこれを作製した。初めに、磁気記録膜２全体のガラス基板１への密着性を確保するため、ＮｉＴａ38ターゲット（下付きの数値は合金中の元素含有率の原子百分率。以下同様。）を用いて厚さ３０ｎｍのＮｉＴａアモルファス合金層１０１を蒸着した。続けて、ＦｅＣｏ34Ｔａ10Ｚｒ5ターゲットを用いて軟磁性アモルファス膜１５ｎｍを、Ｒｕターゲットを用いて反強磁性結合膜０．６ｎｍを、そして再びＦｅＣｏ34Ｔａ10Ｚｒ5ターゲットを用いて軟磁性アモルファス膜３０ｎｍを製膜して、合計三層からなる軟磁性裏打ち層１０２を形成した。さらに、ＮｉＷ8ターゲットを用いて厚さ７ｎｍのＮｉＷ合金層１０３を、純Ｒｕターゲットを用いて厚さ１６ｎｍのＲｕ層１０４を順番に製膜した。ここで、ＮｉＷ合金層１０３は（１１１）結晶方位が膜面垂直方向に配向したｆｃｃ構造を、Ｒｕ層１０４は（００．１）結晶方位が膜面垂直方向に配向したｈｃｐ構造を其々有しており、これら二層によって中間層１０５を構成した。以上の各層を製膜する際は、純Ａｒガスをプロセスガスとして使用した。Ａｒガス圧は主として１Ｐａに設定したが、Ｒｕ層１０４の上部（媒体表面側）半分を製膜する時だけＡｒガス圧を上げて４．６Ｐａとした。
【００３２】
本実施例では、上記の中間層１０５の上に、様々な磁気記録層１０６を形成して実験を行った。磁気記録層の構造、厚さ、及び製膜方法については後述する。真空中プロセスの最後に厚さ３．５ｎｍの保護膜１０７を形成した。保護層１０７は、窒素ガス比を１０％とした全圧１．５Ｐａのアルゴンと窒素の混合ガス中で炭素ターゲットを放電させて形成した。
【００３３】
さらに、記録再生測定を行った磁気記録媒体のサンプルに対してのみ、磁気記録膜２を蒸着後に真空槽からガラス基板１を取りだし、ディップ法を用いてＰＦＰＥ系の液体潤滑膜３を塗布した。記録再生評価の直前には、表面をバーニッシュして突起部や異物を除去し、グライドヘッドを用いて予めヘッド浮上特性に問題が無いことを確認した。
【００３４】
本発明のＥＣＣ構造では［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の異方性磁界Ｈｋが大きいほど好ましいので、まず、大きなＨｋを示す［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の積層構造に関して検討した。図２に［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の構造を簡略化して示す。図２（ａ）は連続的な構造の膜であり、粒界材料の添加がない場合に得られる。図２（ｂ）はグラニュラー構造の膜であり、表面凹凸を有する中間層上に適切なプロセス条件で粒界材料と共に製膜した場合に得られる。一つ一つの磁性微粒子２０１はＣｏ副層２０２とＰｔ副層２０３を交互に積み重ねた柱状構造を有する。前述の磁気記録層１０６を図２（ａ）に示したような連続的な構造の膜としたサンプルを作製した。磁力計による評価を行うため、これらのサンプルは軟磁性裏打ち層１０２を除いた構造とした。
【００３５】
ここで、［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜は純Ｃｏターゲットと純Ｐｔターゲットを交互に用いてスパッタリング法により作製した。２種類の材料を交互にスパッタリングする手段として図３に示す多元カソードを用いた。同心円状に配置された３つの独立したカソードの内周側及び外周側に純Ｐｔターゲットを、中周に純Ｃｏターゲットを取り付け、各カソードへの投入スパッタ電力をコントローラーによって適切に制御することで所望の周期構造を得た。１周期を形成するために必要な時間は約０．５秒であり、２０周期を形成するために約１０秒を要した。なお、同様な周期構造を高速に形成するための手段は、この他に特開２００３−３４６３３５号公報等に示された様々な方法が考えられる。
【００３６】
図４にＣｏ副層の厚さを０．４ｎｍに固定して作製した［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の異方性磁界ＨｋとＰｔ副層厚の関係を示す。薄いＰｔ副層を挿入することでＨｋは急激に増加し、Ｐｔ副層厚が０．１５ｎｍでは十分に大きなＨｋが得られた。Ｈｋは約０．２ｎｍで最大値である３７ｋＯｅを示し、それ以上のＰｔ副層厚では徐々に減少した。Ｐｔ金属結晶の１原子層の厚さは約０．２２ｎｍであるから、１原子層だけで十分強い磁気異方性を得ることが出来ている。
【００３７】
次にＣｏ副層とＰｔ副層の厚さの比を２：１に固定し、積層周期（Ｃｏ副層とＰｔ副層の厚さの和）によるＨｋの変化を検討した。図５にその結果を示す。Ｈｋの減少量が小さい領域は積層周期が０．４ｎｍ以上０．７ｎｍ以下の領域である。積層周期が０．５ｎｍ以上０．７ｎｍ以下において最大のＨｋを取り、積層周期をこの範囲に設定することが特に望ましい。また、０．４ｎｍより小さくなるとＨｋが著しく減少した。これは、多層膜としての構造が失われて合金化したためと考えられる。
【００３８】
続いて、図２（ｂ）のようにグラニュラー構造を有する［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜に形成する方法について検討を行った。前述の好適な積層構造を考慮して、Ｃｏ副層の厚さとＰｔ副層の厚さをそれぞれ０．４ｎｍと０．２ｎｍに設定した。純Ｃｏターゲットに変えてＣｏにホウ素（Ｂ）１０原子％と酸化Ｃｏ（ＣｏＯ2）を２モル％含有させた（ＣｏＢ10）98−（ＣｏＯ2）2合金ターゲットを用い、このターゲットを純Ｐｔターゲットと交互に放電させて［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜を作製した。この時、スパッタリングガスには微量の酸素を添加した。この条件では製膜中に［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜内部に酸化物が供給され、酸化物からなる結晶粒界を形成することが出来た。作製した［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の微細構造を透過型電子顕微鏡により観察したところ、図６に示すような良好なグラニュラー構造が確認された。さらに、Ｘ線回折装置を用いてθ−２θスキャンを行ったところ、９２°付近に強い回折ピークが観察された。これはｈｃｐ構造を有するＲｕ層の（００．１）面及びｆｃｃ構造を有する［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の（１１１）面にかかる回折線であり、Ｒｕ層の（００．１）結晶方位及び［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の（１１１）結晶方位がそれぞれ膜面垂直方向に配向していることが分かった。
【００３９】
なお、（ＣｏＢ10）98−（ＣｏＯ2）2合金ターゲット中の酸化コバルトは化学的に安定でなく、スパッタリング中に酸素とコバルトに乖離する。乖離した酸素は主としてホウ素と結合してホウ素酸化物となり、これが結晶粒界に析出した酸化物の主成分であると考えられる。発明者らの検討においては、ホウ素以外にＴｉ及びＶによっても図６の構造を得ることが可能であった。これらも酸化Ｃｏから乖離した酸素と酸化物を生成しやすい材料である。
【００４０】
磁力計を用いて、この［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の磁気特性を評価したところ、この磁性膜の異方性磁界Ｈｋは２９．２ｋＯｅ、保磁力Ｈｃは１５．４ｋＯｅ、飽和磁化Ｍｓは６５０ｅｍｕ／ｃｍ3であった。このＨｋは、連続的な構造の［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜と比べると低下したものの、従来のＣｏＣｒＰｔ合金膜で得られる値と比較して十分大きかった。
【００４１】
また、発明者らの検討によれば、［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の積層構造によってグラニュラー構造が出来にくい場合があった。Ｐｔ副層の厚さが０．３ｎｍよりも大きい場合や、積層周期が０．８ｎｍよりも大きい場合が、それに該当する。この場合には、磁性微粒子間に働く交換相互作用の低減を図るとＨｋが大きく減少し、大きな保磁力Ｈｃを得ることが困難であった。
【００４２】
次に、図１に示した磁気記録媒体の磁気記録層１０６にＥＣＣ構造を適用し、その積層構造と記録再生特性の関係について詳細に検討した結果について述べる。以下、作製したＥＣＣ構造の磁気記録媒体をＡ，Ｂ，Ｃの３グループに分け、順を追って説明する。
【００４３】
媒体Ａグループでは、［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜からなる高Ｈｋ磁性層７０１とＣｏＣｒＰｔ系合金膜からなる低Ｈｋ磁性層７０２を積層し、図７に示す磁気記録層１０６を形成した。この磁気記録層１０６はグラニュラー構造を有しており、その粒界７０４の形成位置は高Ｈｋ磁性層７０１と低Ｈｋ磁性層７０２で連続している。その結果、磁性微粒子７０３は高Ｈｋ磁性層７０１と低Ｈｋ磁性層７０２が膜面垂直方向に接合された柱状の構造を有している。
【００４４】
高Ｈｋ磁性層７０１である［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の作製方法は前述の通りである。図２の［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜と比べてかなり薄いが、グラニュラー構造を有しており、異方性磁界Ｈｋは約２９ｋＯｅと大きい。本実施例においては、［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜における最初の層はＣｏ副層とした。しかし、発明者らが別途行った検討によれば、最初の層をＰｔ副層としても全く同じ効果が得られており、Ｃｏ副層とＰｔ副層の積層順は問わない。また、一つの［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜における最初の層及び最後の層の両方をＣｏ副層（Ｐｔ副層）とし、Ｃｏ副層（Ｐｔ副層）が一層多い構造としても良い。さらに、一つの［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜においてＣｏ副層やＰｔ副層の厚さは必ずしも均一である必要はない。ただし、各々のＣｏ副層とＰｔ副層の厚さは前述の積層周期及びＰｔ副層厚の条件を満たす範囲に設定されることが望ましい。
【００４５】
低Ｈｋ磁性層７０２は組成の異なる２つのＣｏＣｒＰｔ合金膜により形成した。高Ｈｋ磁性層７０１に隣接した第１の低Ｈｋ磁性層７０５はＳｉＯ2を８モル％含有したＣｏＣｒ21Ｐｔ18−ＳｉＯ2（８ｍｏｌ％）混合ターゲットを用いて製膜した。ここで、プロセスガスにはＡｒと酸素の混合ガスを用い、全圧を４Ｐａ、酸素ガス比を４モル％とした。製膜レートを３ｎｍ／ｓとし、バイアス電圧−２００Ｖをディスクに印加した。第２の低Ｈｋ磁性層７０６はＣｏＣｒＰｔ合金にホウ素を添加したＣｏＣｒ14Ｐｔ14Ｂ8ターゲットを用いて製膜した。プロセスガスには０．６ＰａのＡｒガスを用い、製膜レート１．５ｎｍ／ｓで形成した。以上の作製プロセスにおいて、低Ｈｋ磁性層７０２の粒界は高Ｈｋ磁性層７０１に形成された粒界に沿って形成された。透過型電子顕微鏡を用いて観察したところ、粒界位置は磁性層間でよく一致していた。また、第１の低Ｈｋ磁性層７０５においてはＳｉＯ2の析出により明瞭な結晶粒界が形成されたのに対して、第２の低Ｈｋ磁性層７０６では比較的の粒界幅が小さくなっていた。ここで第２の低Ｈｋ磁性層７０６は磁気記録層１０６内の粒間交換相互作用を調整して記録再生特性を向上させることや、媒体表面の平滑性を高めてヘッド浮上特性を改善することを目的として設けるものであり、しばしばキャップ層などと呼ばれる。本発明において低Ｈｋ磁性層７０２を複数の磁性層で構成することは本質的ではなく、適切な粒間交換相互作用や表面平滑性を有する一つの磁性層で構成してもよい。
【００４６】
ＣｏＣｒＰｔ合金膜を製膜後にＸ線回折装置を用いてθ−２θスキャンを行ったところ、９４．５°付近に強い回折ピークが観察された。これはｈｃｐ構造を有するＣｏＣｒＰｔ合金膜の（００．１）面にかかる回折ピークであり、ＣｏＣｒＰｔ合金膜の（００．１）結晶方位が膜面垂直方向に配向していることが分かった。また、作製した媒体を断面方向に切り出し、透過型電子顕微鏡を用いて断面像を観察した。粒界７０４が磁気記録層１０６を貫く方向に伸びており、粒界７０４が高Ｈｋ磁性層７０１と低Ｈｋ磁性層７０２で連続していることが確認された。さらに高分解能格子像を観察したところ、高Ｈｋ磁性層７０１にあたる位置にＣｏ原子層とＰｔ原子層が交互に配置された部分を観測することが出来た。
【００４７】
第１の低Ｈｋ磁性層７０５と第２の低Ｈｋ磁性層７０６をそれぞれ単独で製膜し、別途、異方性磁界Ｈｋを測定したところ、第１及び第２の低Ｈｋ磁性層のＨｋはそれぞれ１９ｋＯｅ、１３ｋＯｅであり、高Ｈｋ磁性層７０１のＨｋである２９ｋＯｅよりも十分に小さかった。磁気記録層１０６全体の磁化曲線を評価したところ、磁化反転の前後において両層の磁化方向が一致していることを確認できた。これは、高Ｈｋ磁性層７０１と低Ｈｋ磁性層７０２が隣接しており、磁性層間に十分強い交換相互作用が働くためである。また、保磁力Ｈｃは高Ｈｋ磁性層７０１及び低Ｈｋ磁性層７０２の膜厚によって４．４ｋＯｅから６．２ｋＯｅまで変化した。
【００４８】
図７に示した構造の記録媒体で、第１及び第２の低Ｈｋ磁性層の厚さをそれぞれ１０ｎｍ、４ｎｍに固定し、高Ｈｋ磁性層７０１である［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の厚さを変えたものを作製した。［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜の厚さは積層周期数によって変化させた。ここで、Ｃｏ副層とＰｔ副層の厚さの比は２：１に固定し、一積層周期の厚さは０．５ｎｍ、０．６ｎｍ、あるいは０．７ｎｍとした。同一の磁気ヘッドを用いて、これらの媒体の記録再生特性を比較評価した。磁気ヘッドの記録素子の主磁極幅は約８０ｎｍであり、主磁極の後端部にシールドを有するシールド型ヘッドであった。また、磁気ヘッドの再生素子は電極間隔が５０ｎｍ、シールドギャップ長が３５ｎｍのトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子であった。磁気ヘッドに対する線速度が１０ｍ／ｓとなるようにディスクの回転速度を制御した。この時の磁気ヘッドの浮上量は約８ｎｍと推定される。
【００４９】
図８に、上記条件で線記録密度５５．１ｋｂｉｔ／ｍｍ（１４００ｋｂｐｉ）で記録及び再生を行った時のビットエラーレート（ＢＥＲ）値と、上記記録媒体における高Ｈｋ磁性層７０１の厚みの関係を示す。高Ｈｋ磁性層７０１の厚さが１．０ｎｍ乃至１．８ｎｍの場合に記録媒体として好適な性能を示したことが分かる。高Ｈｋ磁性層７０１がこれよりも厚い場合には記録が困難になり、オーバーライト値が増加する様子が観測された。また、高Ｈｋ磁性層７０１が薄い場合には、記録は容易であったが記録後の消磁が起こるために、高い信号対雑音強度を得ることが出来なかった。
【００５０】
高Ｈｋ磁性層７０１が厚くて記録が困難な場合には、低Ｈｋ磁性層７０２のＨｋを小さくして磁化反転を起き易くする対策が考えられる。そこで、媒体Ｂグループにおいては、第１の低Ｈｋ磁性層７０５のＣｏＣｒＰｔ合金膜におけるＰｔ組成比を１４原子％としてＨｋを１５ｋＯｅに下げた媒体を作製した。それ以外の部分についてはＡグループとＢグループで同じとした。図９に、Ｂグループの記録再生特性を図８と同条件で評価した結果を示す。Ｂグループでは高Ｈｋ磁性層７０１の厚さが１．５ｎｍ乃至２．５ｎｍの場合に記録媒体として好適な性能を示したことが分かる。その理由はＡグループの場合と同じであって、高Ｈｋ層が厚すぎる時は記録が困難であり、高Ｈｋ層が薄すぎる時は記録状態が不安定になるためと考えられる。
【００５１】
ＡグループとＢグループの比較結果から、低Ｈｋ磁性層７０２における異方性磁界Ｈｋをさらに下げることによって、より厚い高Ｈｋ磁性層７０１を適用できるように思われた。しかし、この試みは上手くいかなかった。低Ｈｋ磁性層７０２のＨｋがＢグループに適用した構造のＨｋを下回ると、記録再生性能は大きく劣化した。これは、記録時以外（磁気信号の再生時など）にも低Ｈｋ磁性層７０２の磁化の向きを安定に膜面垂直方向に維持することが困難となり、垂直磁気記録層として正常に機能しなくなったためと考えられる。
【００５２】
媒体Ｃグループにおいては、高Ｈｋ磁性層７０１の厚さを１．８ｎｍ（［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜を３周期）に固定して、低Ｈｋ磁性層７０２の厚さを変えたサンプルを作製した。低Ｈｋ磁性層７０２は第１及び第２の低Ｈｋ磁性層により構成し、Ａグループと同様に異方性磁界Ｈｋはそれぞれ約１９ｋＯｅ、１３ｋＯｅとした。第１と第２の低Ｈｋ磁性層の膜厚比を５対２に固定したまま、低Ｈｋ磁性層７０２全体の膜厚を６ｎｍから２０ｎｍまで変化させた。図１０に、Ｂグループの記録再生特性を図８及び図９と同条件で評価した結果を示す。低Ｈｋ磁性層７０２の膜厚が１０ｎｍ以上１６ｎｍ以下の場合に良好な記録再生性能を示すことが分かった。
【００５３】
低Ｈｋ磁性層７０２の膜厚が１０ｎｍよりも小さい場合には、オーバーライト値が増加する等の挙動を示しており、記録が困難になったことが問題である。低Ｈｋ磁性層７０２の磁化量が減少して高Ｈｋ磁性層７０１の磁化を反転させるのに不十分になったことや、磁気記録層全体が薄くなりすぎて非一斉磁化反転が起こり難くなったことが、記録が困難になった主原因と考えられる。加えて、低Ｈｋ磁性層７０２が薄い場合には保磁力が減少する傾向を示した。これは磁性微粒子の体積が減少したことによって熱安定性指標ＫｕＶ／ｋＢＴが減少した、すなわち記録状態の安定性が損なわれた事を意味している。反対に低Ｈｋ磁性層７０２の膜厚が１６ｎｍよりも大きい場合は、信号対雑音比と記録分解能が劣化したために、ビットエラーレートが増加する傾向を示した。また、僅かに記録が困難になる傾向を示した。これは磁気記録層全体が厚くなったため、磁気ヘッドと高Ｈｋ磁性層７０１までの距離が広がりすぎたことが原因と推測される。
【００５４】
本実施例の媒体Ｃグループの中で低Ｈｋ磁性層７０２の厚さが１２ｎｍである本発明の媒体＃１と、低Ｈｋ磁性層７０２の構造はそのままで高Ｈｋ磁性層７０１の［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜をＣｏＣｒＰｔ合金膜で置き換えた従来の媒体を比較した。［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜を置き換えたＣｏＣｒＰｔ合金膜の異方性磁界Ｈｋを約２２ｋＯｅ、厚さを４．４ｎｍに設定することによって、従来の媒体の保磁力Ｈｃは４．８ｋＯｅとなり、本発明の媒体とほぼ一致した。本発明の媒体と従来の媒体の記録再生特性を評価した結果を表１に示す。表１において、オーバーライト値は、２３．６ｋｂｉｔ／ｍｍ（６００ｋｆｃｉ）の信号の上に２．７６ｋｂｉｔ／ｍｍ（７０ｋｆｃｉ）の信号を重ね書きした時の、前者の消え残り成分の信号強度と後者の信号強度の比である。またＳ10T／Ｎ1Tは、６．３０ｋｂｉｔ／ｍｍ（１６０ｋｆｃｉ）で記録を行ったときの信号強度Ｓ10Tと６３．０ｋｂｉｔ／ｍｍ（１６００ｋｆｃｉ）で記録を行った時の積算媒体ノイズ強度Ｎ1Tの比である。(1)保磁力が高いにもかかわらず書きやすく（オーバーライト値がより小さく）なっている点、及び、(2)同等のエラーレートが得られている一方で記録される記録トラック幅が大幅に抑制された点、において本発明の媒体の有効性が確認された。これは、本発明の媒体では異方性磁界Ｈｋの大きな［Ｃｏ／Ｐｔ］n多層膜を適用したことによるものと考えられる。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
[実施例２]
本実施例では、オンセット層もしくは記録層初期層の導入によって磁気記録層における磁性微粒子の磁気的な分離を改善した結果について示す。作製した媒体は、実施例１に示した本発明の媒体＃１と同一の基本構造を有する。その全体構造は図１に示す通りであるが、図１１の部分断面図に示すように、中間層１０５と磁気記録層１０６が接する部位にオンセット層１１０１もしくは記録層初期層１１０２が配されている。
【００５７】
本発明の媒体＃２の積層構造を、図１１（ａ）に示す。中間層１０５における最後の層としてＲｕとＴｉ酸化物からなる非磁性層のオンセット層１１０１が配置されている。Ｒｕ層１０４の製膜後、ＲｕＴｉ10合金ターゲットを用いて厚さ１ｎｍのＲｕＴｉ合金層を製膜し、さらに真空チャンバー内に微量の酸素を導入してＲｕＴｉ合金中のＴｉを酸化させることでオンセット層１１０１を得た。その後、本発明の媒体＃１と同じ構造で磁気記録層１０６を形成した。作製したオンセット層１１０１は、Ｒｕ微結晶がＴｉ酸化物に取り囲まれたグラニュラー構造を有しており、その上に形成される磁気記録層１０６において磁気的な分離が改善されることが期待される。
【００５８】
本発明の媒体＃３の積層構造を、図１１（ｂ）に示す。磁気記録層１０６における高Ｈｋ磁性層７０１の形成前に、記録層初期層１１０２として、ＣｏＣｒ21Ｐｔ18−ＳｉＯ2（８ｍｏｌ％）混合ターゲットを用い、第１の低Ｈｋ磁性層７０５と同じ製膜条件によって、厚さ２ｎｍのＣｏＣｒＰｔ合金膜を形成した。このＣｏＣｒＰｔ合金膜は、グラニュラー構造を有する合金膜である。つまり、この媒体における磁気記録層１０６は、記録層初期層１１０２、高Ｈｋ磁性層７０１、第１の低Ｈｋ磁性層７０５、第２の低Ｈｋ磁性層７０６の計４層からなっている。この構造により、記録再生性能の向上のために特に重要な高Ｈｋ磁性層７０１における磁気的な分離が促進されると考えられる。
【００５９】
以上の媒体＃２及び＃３の記録再生特性を実施例１と同じ方法で評価した。表２は、その結果を実施例１の媒体＃１の結果と比較したものである。本発明の媒体＃２及び＃３では、本発明の媒体＃１と比べて、信号対雑音比で２ｄＢ弱、ビットエラーレートでは約０．５桁の改善が見られた。記録されたトラック幅の差は小さいので、本検討の結果によれば、本発明の媒体＃２及び＃３によって面記録密度の更なる向上が可能である。
【００６０】
【表２】
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【符号の説明】
【００６１】
１  基板
２  磁気記録膜
３  潤滑膜
１０１  Ｎｉ−Ｔａ合金層
１０２  軟磁性裏打ち層
１０３  Ｎｉ−Ｗ合金層
１０４  Ｒｕ層
１０５  中間層
１０６  磁気記録層
１０７  保護層
２０１  磁性微粒子
２０２  Ｃｏ副層
２０３  Ｐｔ副層
２０４  粒界
３０１  外周カソード
３０２  中周カソード
３０３  内周カソード
３０４  カソード電源
３０５  ディスク基板
３０６  真空チャンバー
７０１  高Ｈｋ磁性層
７０２  低Ｈｋ磁性層
７０３  ＥＣＣ構造を有する磁性微粒子
７０４  粒界
７０５  第１の低Ｈｋ磁性層
７０６  第２の低Ｈｋ磁性層
１１０１  オンセット層
１１０２  記録層初期層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005448750.tif 000009
【図７】
0005448750.tif 000010
【図８】
0005448750.tif 000011
【図９】
0005448750.tif 000012
【図１０】
0005448750.tif 000013
【図１１】
0005448750.tif 000014