(57)【要約】【課題】酸化物グラニュラ媒体の結晶粒間の交換結合を低減し、高い媒体S/Nを得て、1平方センチあたり23ギガビット以上の面記録密度を実現する。【解決手段】基板上に、軟磁性層、Ruを含有する下部中間層、Ru結晶粒と酸化物からなる結晶粒界とを有する上部中間層、結晶粒と酸化物からなる結晶粒界とを有する磁気記録層を順次積層した構造を有し、磁気記録層の結晶粒は上部中間層のRu結晶粒上にエピタキシャル成長し、磁気記録層の結晶粒界は上部中間層の結晶粒界上に成長している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された軟磁性層と、
前記軟磁性層上に形成され、Ruを含有する下部中間層と、
前記下部中間層上に形成され、Ru結晶粒と酸化物からなる結晶粒界とを有する上部中間層と、
前記上部中間層上に形成され、結晶粒と酸化物からなる結晶粒界とを有する磁気記録層とを備え、
前記磁気記録層の結晶粒は前記上部中間層のRu結晶粒上にエピタキシャル成長しており、前記磁気記録層の結晶粒界は前記上部中間層の結晶粒界上に成長していることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項２】
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、前記磁気記録層の結晶粒はCoCrPtを主に含有することを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項３】
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、前記磁気記録層の結晶粒界はSi酸化物、Al酸化物、Ti酸化物、Cr酸化物、Mg酸化物から選ばれる少なくとも一種の材料からなることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項４】
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、前記下部中間層はＲｕ又はＲｕ合金からな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記載の垂直磁気記録媒体において、前記上部中間層の結晶粒界はSi酸化物、Al酸化物、Ti酸化物、Cr酸化物、Mg酸化物から選ばれる少なくとも一種の材料からなることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項６】
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、X線光電子分光法による組成分析から得られる前記上部中間層における粒界を構成する酸素以外の主たる元素の含有率が前記磁気記録層における粒界を構成する酸素以外の主たる元素の含有率と同じもしくはそれ以下であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項７】
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、前記上部中間層の膜厚が１nm以上6nm以下であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項８】
請求項１記載の垂直磁気記録媒体において、前記上部中間層の粒界を構成する酸素以外の主たる元素と前記磁気記録層の粒界を構成する酸素以外の主たる元素が同一であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項９】
基板と、
前記基板上に形成された軟磁性層と、
前記軟磁性層上に形成され、Ｒｕを含有する下部中間層と、
前記下部中間層上に形成され、Ｒｕ結晶粒と酸化物からなる結晶粒界とを有する上部中間層と、
前記上部中間層上に形成され、結晶粒と酸化物からなる結晶粒界とを有する磁気記録層とを備え、
前記磁気記録層の結晶粒は前記上部中間層のＲｕ結晶粒上にエピタキシャル成長しており、前記磁気記録層の結晶粒界は前記上部中間層の結晶粒界上に成長しており、
前記磁気記録層は、CoCrPt合金にSi酸化物、Al酸化物、Ti酸化物、Cr酸化物、Mg酸化物のうちから選ばれる少なくとも一種を添加した合金からなり、
X線光電子分光法を用いて得られる前記磁気記録層と前記上部中間層界面近傍の深さ方向の元素含有率プロファイルにおいて、酸素とCoの含有率が前記磁気記録層の中心位置におけるそれぞれの含有率の95％の値を示す深さ方向の位置の差が1nm以下であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項１０】
基板と、
前記基板上に形成された軟磁性層と、
前記軟磁性層上に形成され、Ｒｕを含有する下部中間層と、
前記下部中間層上に形成され、Ｒｕ結晶粒と酸化物からなる結晶粒界とを有する上部中間層と、
前記上部中間層上に形成され、結晶粒と酸化物からなる結晶粒界とを有する磁気記録層とを備え、
前記磁気記録層の結晶粒は前記上部中間層のＲｕ結晶粒上にエピタキシャル成長しており、前記磁気記録層の結晶粒界は前記上部中間層の結晶粒界上に成長しており、
X線回折装置を用いて測定したRu（0002）回折のロッキングカーブの半値幅Δθ50が５度以下であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項１１】
基板上に軟磁性層を形成するステップと、
前記軟磁性層上にRuあるいはRuに金属を添加した合金からなる第１下部中間層を形成するステップと、
前記第１下部中間層上にRuあるいはRuに金属を添加した合金からなる第２下部中間層を前記第１下部中間層の形成時より高ガス圧及び／又は低い製膜レートで形成するステップと、
前記第２下部中間層上にRuにSi酸化物、Al酸化物、Ti酸化物、Cr酸化物、Mg酸化物のうちから選ばれる少なくとも一種をRuに添加した合金からなる上部中間層を形成するステップと、
CoCrPt合金にSi酸化物、Al酸化物、Ti酸化物、Cr酸化物、Mg酸化物のうちから選ばれる少なくとも一種を添加した合金からなる磁気記録層を形成するステップと
を有することを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直磁気記録媒体に係り、特に１平方センチメートルあたり23ギガビット以上の面記録密度の磁気記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、優れた熱安定性と高い媒体S/Nを示す垂直磁気記録媒体として、CoCrPt合金に酸化物を添加した材料を磁気記録層に用いた酸化物グラニュラ媒体が提案されている。例えばIEEE Trans. Magn., vol. 38, p. 1976 (2002)にCoCrPt-SiO2を磁気記録層とした媒体が開示されている。従来のCr偏析型のCoCrPt媒体はIEEE Trans. Magn., vol. 36, p. 2396 (2000)に示されるように、磁気記録層の初期成長層が形成されるため垂直磁気異方性エネルギーが低下するという問題があった。ここで初期成長層とは厚さ数nmのアモルファス状の層である。一方、酸化物グラニュラ媒体では、特開2003-217107号公報に記載されているように、上述した磁気記録層の初期成長層は観察されないことが報告されている。また、Abstracts of 9th Joint MMM/INTERMAG Conference,BC-09, p.84 (2004)に記載されているように磁気記録層の膜厚が４nmでも膜厚15nmとほぼ同じ垂直磁気異方性エネルギーが得られることが報告されており、酸化物グラニュラ媒体では中間層との界面近傍においても結晶構造の劣化がほとんどみられない磁気記録層を得ることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開2003-217107号公報
【非特許文献１】IEEE Trans. Magn., vol. 38, p. 1976 (2002)
【非特許文献２】IEEE Trans. Magn., vol. 36, p. 2396 (2000)
【非特許文献３】Abstracts of 9thJoint MMM/INTERMAG Conference,BC-09, p.84 (2004)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
媒体の高S/N化のためには、磁気記録層における結晶粒間の交換結合を低減する必要がある。上述したように酸化物グラニュラ媒体では磁気記録層の初期成長層もなく中間層との界面から磁気記録層の結晶粒界が形成されるにもかかわらず、結晶粒間の交換結合が十分に低減されておらず高い媒体S/Nを得ることができない。
【０００５】
本発明は、これら課題に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、結晶粒間の交換結合を低減し、1平方センチあたり23ギガビット以上の面記録密度を実現するのに十分な高い媒体S/Nを達成できる酸化物グラニュラ媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明の垂直磁気記録媒体は、基板と、基板上に形成された軟磁性層と、軟磁性層上に形成され、Ruを含有する下部中間層と、下部中間層上に形成され、Ru結晶粒と酸化物からなる結晶粒界とを有する上部中間層と、上部中間層上に形成され、結晶粒と酸化物からなる結晶粒界とを有する磁気記録層とを備える。磁気記録層の結晶粒は上部中間層のRu結晶粒上にエピタキシャル成長しており、磁気記録層の結晶粒界は上部中間層の結晶粒界上に成長している。磁気記録層の結晶粒界幅は、中間層との界面から膜厚方向の中心にかけてほぼ一定である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、磁気記録層と中間層の界面における結晶粒界の形成を促進し、結晶粒界を中間層界面から膜厚方向の中心にかけて一定にすることによって、結晶粒間の交換結合を低減し、より高い媒体S/Nを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明による垂直磁気記録媒体は、X線光電子分光法を用いて得られる磁気記録層と中間層界面近傍の深さ方向の元素含有率プロファイルにおいて酸素とCoの含有率が磁気記録層の中心位置におけるそれぞれの含有率の95％の値を示す深さ方向の位置の差が1nm以下である。また、本発明による垂直磁気記録媒体は、Kerr効果型磁力計を用いて膜面方向に磁界Hを印加して測定したKerr回転角φにおいて、印加磁界Ｈの絶対値が400 kA/m以上700 kA/m以下におけるdφ/dHの平均値ｂと、印加磁界Ｈが−16 kA/m以上16 kA/m以下におけるdφ/dHの平均値aが、a/b≦1.5の関係を満たす。
【０００９】
このような垂直磁気記録媒体を得るために、中間層を下部中間層と上部中間層を順次積層した構造とし、下部中間層はRuあるいはRuに金属を添加した合金からなり、上部中間層はRu結晶とそれを取り巻くSi酸化物、Al酸化物、Ti酸化物、Cr酸化物、Mg酸化物から選ばれる少なくとも一種の材料からなる粒界を有するグラニュラ構造とする。上部中間層の粒界を構成する酸素以外の主たる元素と磁気記録層の粒界を構成する酸素以外の主たる元素は同一であることが望ましい。このように上部中間層を磁気記録層と同じ酸化物からなる粒界をもったグラニュラ構造とすることによって、磁気記録層の結晶粒界幅が中間層との界面から膜厚方向の中心にかけてほぼ一定である垂直磁気記録媒体を作製することができる。
【００１０】
上部中間層をRuとそれを取り巻く酸化物からなる粒界をもつ構造にするためには、上部中間層の下に位置する下部中間層において粒界形成のきっかけとなる凹凸を形成する必要がある。また、上部中間層に酸化物を添加すると結晶配向性が劣化しやすいため、下部中間層はできるだけ結晶配向を高める必要がある。結晶配向性の高い膜を形成するためには低いガス圧雰囲気中でのスパッタリング、あるいは高い製膜レートでのスパッタリングの少なくとも１種の方法で形成することが望ましいが、この場合、表面の凹凸がつきにくい。一方、表面凹凸を形成するためには高いガス圧雰囲気中でのスパッタリング、あるいは低い製膜レートでのスパッタリングの少なくとも一方の方法で形成することが望ましいが、表面凹凸の増大とともに結晶配向性が劣化するという問題が生じる。そこで、高い結晶配向性と表面凹凸の形成を両立するために本発明では、下部中間層を製膜プロセスの異なる第1下部中間層と第２下部中間層を順次積層して形成する。第１下部中間層は0.5Pa以上１Pa以下のArガス雰囲気中でのスパッタリング、あるいは毎秒2nm以上の製膜レートでのスパッタリングの少なくとも一方の方法で形成するのが好ましく、第２下部中間層は２Pa以上６Pa以下のArガス雰囲気中でのスパッタリング、あるいは毎秒１nm以下の製膜レートでのスパッタリングの少なくとも一方の方法で形成するのが好ましい。このように結晶配向性が高く、磁気記録層に接する上部中間層がグラニュラ構造である中間層を形成することによって、1平方センチあたり23ギガビット以上の面記録密度を有する垂直磁気記録媒体を作製することができる。
【００１１】
サンプルとなる垂直磁気記録媒体をANELVA製スパッタ装置(C3010)を用いて作製した。この装置は10個のプロセスチャンバと1個の基板導入チャンバから構成され、それぞれのチャンバは独立に排気されている。全てのチャンバの排気能力は6×10-6Pa以下である。
【００１２】
磁気記録層の磁気特性はKerr効果型磁力計を用いて測定した。その際、磁界は64秒間で＋1750 kA/mから−1750 kA/mまで一定の速度で掃引した。得られたKerrループは、軟磁性層の影響を取り除くため、1200 kA/mから1600 kA/mにおける傾きがゼロになるように補正した。膜の組成分析にはULVAC-PHI製の全自動走査型X線光電子分光分析装置（Quantera SXM）を使用し、Co 2p, Si 2s, O 1s, Ru 3d, C 1sを用いて分析を行った。Ｘ線源に単色化Al−Kαを使用し、分光器として静電同心半球型分析器を用い、検出器として多チャンネル式の増幅器（32Multi-Channel Detector）を用いた。X線パワーは45W、15ｋVで使用した。深さ方向の元素含有率プロファイルを得るために加速電圧500Vのイオン銃を用いて膜表面から掘り進め、0.5 nm毎に組成分析を行った。この時のスパッタレートは、SiO2で換算すると1.04 nm/minであった。
【００１３】
記録再生特性はスピンスタンドによって評価した。評価に用いたヘッドは、シールドギャップ長62 nm、トラック幅120 nmの巨大磁気抵抗効果を利用した再生素子と、トラック幅150 nmの単磁極書き込み素子からなる複合磁気ヘッドである。周速10 m/s、スキュー角0度、磁気スペーシング約15 nmの条件で再生出力とノイズを測定し、媒体S/Nは孤立波再生出力と600ｋFCIの線記録密度での媒体ノイズの比によって評価した。
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
（実施例１）
図１（ａ）は、垂直磁気記録媒体の構成例を示す図である。本実施例の垂直磁気記録媒体は、基板１１上にプリコート層１２、軟磁性層１３、シード層１４、中間層１５、磁気記録層１６、保護層１７を順次積層した構造となっている。基板１１には厚さ0.635mm、直径65mmのガラス基板を使用した。まず、基板表面の化学的な不均一性が軟磁性下地層の特性に及ぼす影響を抑える目的で、基板上にNi-37.5at.%Ta-10at.%Zrプリコート層１２を形成し、その上に軟磁性層１３としてCo-8at.%Ta-5at.%Zrを形成した。軟磁性層１３はRuを介して２層を反強磁性的に結合させた構造を用いた。軟磁性層１３を形成した後、シード層１４、中間層１５を形成し、その上にCo-17at%Cr-14at%Pt合金にSi酸化物を17.5 vol. %添加した膜厚14nmの磁気記録層１６、膜厚4nmのCN保護層１７を形成した。スパッタガスとしてはArを使用し、磁気記録層を形成する際には酸素を20 mPaの分圧で添加した。保護層１７を形成する時は、製膜時のAr圧力0.6 Paに対し窒素を50 mPaの分圧で添加した。
【００１６】
磁気記録層の結晶粒間の交換結合を低減することを目的に様々なサンプルを作製し、それらの構造や特性を詳細に比較し検討した。特に中間層の層構成や製膜条件が重要であると考え、これらを変えたサンプルを作製した。作製したサンプルの中間層の膜構成及び製膜条件を表１に示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
サンプル１−１〜４は図１（ａ）に示した構成、サンプル１−５は図１（ｂ）に示した構成、サンプル１−６〜１２は図１（ｃ）に示した構成を有する。図１（ｂ）は中間層１５以外、全て図１（ａ）と同じ構成であり、中間層１５の代わりに下部中間層１８、上部中間層１９を積層した構成である。サンプル１−５の下部中間層, 上部中間層の膜厚はそれぞれ１６nm、４nmとした。図１（ｃ）は中間層１５以外、全て図１（ａ）と同じ構成であり、中間層１５の代わりに第１下部中間層２０、第２下部中間層２１、上部中間層１９を順次積層した構成である。それぞれのサンプルのシード層及び各中間層の材料と製膜条件も表１に示す。サンプル１−３とサンプル１−４の中間層、及びサンプル１−５〜１−１２の上部中間層にはRuに対して15vol.%の割合で酸化物を添加した。また、サンプル１−６〜１２における第１下部中間層、第２下部中間層、上部中間層の膜厚はそれぞれ８nm、８nm、４nmとした。
【００１９】
これらのサンプル全てについて透過電子顕微鏡（TEM）を用いて断面の明視野像を観察した。グラニュラ媒体のTEM像では、結晶粒の部分は回折強度が強いため暗いコントラストの部分として表れ、酸化物からなる粒界の部分は回折強度が弱いため明るいコントラストの部分として明瞭に区別することができる。代表例としてサンプル１−１、１−５、１−７の断面構造を観察した結果をそれぞれ図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。
【００２０】
磁気記録層における中間層との界面から膜厚方向の中心にかけての結晶粒界幅の変化に着目し、得られた断面TEM像を解析した。以下、磁気記録層と中間層との界面とは、図１（ａ）の構造では磁気記録層１６と中間層１５の界面、図１（ｂ）及び図１（ｃ）の構造では磁気記録層１６と上部中間層１９との界面を指す。中間層との界面から１nmの位置を磁気記録層における中間層との界面、磁気記録層の２分の１の膜厚における位置を磁気記録層の中心とし、それぞれの位置における結晶粒界幅を求めた。なお、３０箇所の結晶粒界幅の平均値をそれぞれのサンプルの結晶粒界幅とした。
【００２１】
比較例１のサンプル１−1では、磁気記録層の中心における結晶粒界幅1.1 nmに対し、磁気記録層と中間層の界面近傍における結晶粒界幅は0.5 nmであった。サンプル１−２〜５もサンプル１−１と同様、中間層との界面の結晶粒界幅は磁気記録層の中心における結晶粒界幅の半分以下の値を示し、中間層との界面の結晶粒界幅が磁気記録層の中心における結晶粒界幅に比べて狭くなっていることがわかった。一方、実施例１のサンプル１−７では磁気記録層の中心における結晶粒界幅が1.1 nm、磁気記録層と中間層の界面における結晶粒界幅は0.9 nmであり、サンプル１−１〜５に比べて磁気記録層の中間層との界面と磁気記録層の中心における結晶粒界幅の差が小さい。サンプル１−６〜１２では磁気記録層の中心における結晶粒界幅に対する差がいずれも20％未満であった。結晶粒界幅が1nm前後であるときの測定精度から誤差が約20％含まれると考えられるので、サンプル１−６〜１２は磁気記録層の結晶粒界幅が中間層との界面から膜厚方向の中心にかけてほぼ一定であると判断できる。
【００２２】
表２に、これらのサンプルの媒体Ｓ／Ｎの値を示す。磁気記録層の結晶粒界幅が中間層の界面から膜厚方向の中心にかけてほぼ一定であるサンプル１−６〜１２が、磁気記録層の中心に比べ中間層との界面における結晶粒界幅が狭くなっているサンプル１−１〜５より高い媒体Ｓ／N示している。すなわち、高い媒体Ｓ／Ｎを得るには磁気記録層の結晶粒界幅が中間層の界面から膜厚方向の中心にかけてほぼ一定でなくてはならないことを見出した。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
次に、これらのサンプルについてX線光電子分光法を用いて深さ方向の組成分析を行った。例として、サンプル１−１の結果を図３に示す。ここでは磁気記録層の主たる元素であるCoのプロファイルが保護膜の主たる元素であるCのプロファイル、中間層の主たる元素であるRuのプロファイルと交差する点をそれぞれ求め、この2点の中心位置を磁気記録層の中心位置とする。また、磁気記録層の中心位置前後３nm以内の位置における３点以上の含有率の平均値を磁気記録層の中心位置における含有率とする。
【００２５】
次に、磁気記録層の主たる元素であるCoと粒界の主たる元素であるOに着目し、それぞれ磁気記録層の中心位置における含有率で規格化したプロファイルを求めた結果を図４、図５に示す。図４はサンプル１−１の結果、図５はサンプル１−７の結果である。図４をみると、Oは約19 nmの深さ位置で規格化含有率が低下し始めているのに対し、Coは約21nmの深さ位置で低下し始めており、Oの方がCoに比べて約２nm浅い位置からその含有率が減少し始めていることがわかる。つまり、比較例１のサンプル１−１では、磁気記録層の中間層との界面近傍において結晶粒界となるべき酸化物が不足していることを意味する。一方、図５ではCoとOの規格化含有率がほぼ同じ深さ位置で減少しはじめており、サンプル１−７はサンプル１−１に比べて磁気記録層の中間層界面近傍で酸化物が不足している層がほとんどないことがわかった。
【００２６】
先に述べた磁気記録層の中心位置における含有率で規格化したCoとOの組成分析プロファイルにおいて、その値が９５％に到達する中間層側の位置をそれぞれP_Co及びP_Oとして磁気記録層の酸化物が不足している層の厚さｄを以下の式で定義する。
【００２７】
ｄ= P_Co − P_O
【００２８】
図６にP_Co 、P_O及び厚さｄの定義を示す。ｄの値が大きいほど、磁気記録層の中間層との界面近傍において酸化物が不足している層が厚い。
【００２９】
図７に、比較例１と実施例１のサンプルについてX線光電子分光法による組成分析から求めたｄの値と媒体Ｓ／Ｎの関係を示す。ｄの値が小さいほど媒体S/Nの値が高い。またｄが1nmを境に媒体S／Nが大きく変化しており、酸化物が不足している層の厚さｄを１nm以下にすることによって高い媒体S/Nが得られることがわかった。
【００３０】
従来の作製方法や層構成では磁気記録層の中間層との界面近傍において結晶粒界となるべき酸化物が不足することは避けられない。これはCo合金に比べて酸化物のスパッタ率が低いことが原因である。実際にサンプル１−１と同じ構成の媒体をスパッタ率の違いを考慮して磁気記録層を形成する際のSiO2ターゲットの放電をCoCrPtターゲットより早めた同時スパッタ法で作製したところ、酸化物が不足している層ｄの厚さを１nm以下にすることができ、サンプル１−１に比べて２．５ｄB高い媒体S/Nが得られた。また、本発明に示したように磁気記録層の作製方法を変えずに中間層の層構成を工夫することによっても、スパッタ率の違いから起こる磁気記録層の中間層の界面近傍における酸化物の不足を補うことができ、高い媒体S/Nを得られることがわかった。
【００３１】
図８に、比較例１のサンプル１−５と実施例１のサンプル１−７についてKerr効果型磁力計を用いて測定したKerrループを示す。このとき磁界は膜面内方向に印加した。図９に、Kerr回転角φを印加磁界Hで微分したdφ/dHのプロットを示す。比較例１のサンプル１−５ではゼロ磁界付近においてdφ/dHのピークがみられるが、実施例１のサンプル１−７ではほとんど確認できない。このゼロ磁界付近においてみられるdφ/dHのピークは、磁気記録層と中間層の界面近傍で特に結晶粒間の交換結合が大きいことを反映していると考えられる。
【００３２】
ここでdφ/dHのゼロ磁界付近のピークを定量化するために-700 kA/m≦H≦-400 kA/m及び400 kA/m ≦H≦ 700 kA/mにおけるdφ/dHの平均値ｂと-16 kA/m≦H≦16 kA/mにおけるdφ/dHの平均値aを定義する。a/bの値が１に近いほどdφ/dHのゼロ磁界付近にピークが存在していないことを意味する。
【００３３】
図１０に、a/bと媒体S/Nの関係をプロットした図を示す。a/bの値が1.5を境に媒体S/Nの値が大きく変化しており、a/bが1.5以下の場合において特に高い媒体S/Nが得られている。サンプル１−１と１−７のように垂直方向に磁界を印加して測定したKerrループにはほとんど差がみられないサンプルでも膜面内方向に磁界を印加して測定したKerrループでゼロ磁界付近におけるdφ/dHに違いが見られる場合には、媒体S/Nの値が大きく変化した。これは図２に示したような磁気記録層の中間層との界面近傍における結晶粒界幅のわずかな違いによって結晶粒間の交換結合が変化し、媒体の記録再生特性に大きな影響を与えることを意味する。
【００３４】
次に、作製したサンプルの中間層の構造と媒体S/Nの関係に着目する。高い媒体S/Nが得られているサンプル１−７〜１２はすべて上部中間層に酸化物が添加されている。また、サンプル１−７〜１２はすべて図２（ｃ）に示すように上部中間層から磁気記録層にかけて連続して明るいコントラストの結晶粒界が観察され、磁気記録層だけではなく上部中間層がRuを主たる成分とする結晶粒とそれを取り巻く酸化物からなる粒界で構成されているグラニュラ構造になっていることがわかった。一方、サンプル１−７〜１２と同様に酸化物を添加した中間層を用いているにもかかわらず高い媒体Ｓ／Ｎを示さなかったサンプル１−３〜５では、図２（ｂ）に示すように上部中間層において明瞭なコントラストが見られず、上部中間層がグラニュラ構造になっていなかった。すなわち、高い媒体Ｓ／Ｎを得るためには上部中間層がRuに酸化物を添加した合金からなり、かつ上部中間層がRuを主たる成分とする結晶粒とそれを取り巻く酸化物からなる粒界で構成されているグラニュラ構造でなくてはならないことがわかった。下部中間層としてRu以外のRuCoやRuCoCrを用いた場合にも、上部中間層がグラニュラ構造になっているサンプルにおいて高い媒体S/Nが得られた。下部中間層にSi酸化物など金属以外の材料を添加した場合にはグラニュラ構造の上部中間層が得られなかった。したがって、下部中間層はRuあるいはRuに金属を添加した合金である必要がある。
【００３５】
また、上部中間層をRuとそれを取り巻く酸化物からなる粒界をもつ構造にするためには、上部中間層の下に位置する下部中間層において粒界形成のきっかけとなる凹凸を形成する必要がある。様々な製膜条件について検討した結果、下部中間層において粒界形成のきっかけとなる表面凹凸を形成し上部中間層をRuとそれを取り巻く酸化物からなる粒界をもった構造にするためには、第２下部中間層が２Pa以上６Pa以下のArガス雰囲気中でのスパッタリング、あるいは毎秒１nm以下の製膜レートでのスパッタリングの少なくとも１種の方法で形成されなくてはならないことがわかった。
【００３６】
実施例１ではCo-17at%Cr-14at%Pt合金にSi酸化物を17.5vol.%添加した磁気記録層を用いたが、Si酸化物の添加量を15vol.%, 20vol.%に変化させた場合や、CoCrPt合金の組成が異なるCo-15at%Cr-14at%Pt, Co-19at%Cr-14at%Pt, Co-17at%Cr-16at%Ptを用いた場合も実施例１と同様の傾向が得られた。また、磁気記録層及び上部中間層に添加する酸化物として様々な材料を検討した結果、Si酸化物以外にAl酸化物、Ti酸化物、Cr酸化物、Mo酸化物において実施例１と同様の傾向がみられた。
【００３７】
実施例１のサンプル１−６、１−７及びサンプル１−１０〜１２は上部中間層に添加した酸化物のみ異なるサンプルである。これらのサンプルの媒体Ｓ／Ｎを比較すると、上部中間層に磁気記録層と同じSi酸化物を添加したサンプル１−７が最も高い媒体S/Nを示した。同様にSi酸化物以外の酸化物を添加した磁気記録層のサンプルについても磁気記録層と上部中間層に添加する酸化物の組み合わせについて検討を行った結果、上部中間層の粒界を構成する酸素以外の主たる元素と磁気記録層の粒界を構成する酸素以外の主たる元素が同一である媒体においてより高い媒体S/Nが得られることがわかった。
【００３８】
（実施例２）
実施例２と比較例２の垂直磁気記録媒体を、第１下部中間層２０と第２下部中間層２１の製膜条件と膜厚以外は実施例１のサンプル１−７と同じ膜構成及び製膜条件で作製した。表３に、実施例２及び比較例２の第１下部中間層、第２下部中間層の製膜条件、膜厚を示す。X線回折装置を用いて測定したRu（0002）回折のロッキングカーブの半値幅Δθ50の値も、表３に示す。
【００３９】
【表３】
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【００４０】
第１下部中間層が0.5Pa以上１Pa以下のArガス雰囲気中でのスパッタリング、あるいは毎秒2nm以上の製膜レートでのスパッタリングの少なくとも１種の方法で形成されているサンプルにおいてΔθ50の値が５度以下の高い結晶配向性を示した。
【００４１】
図１１は、X線回折装置を用いて測定したRu（0002）回折のロッキングカーブの半値幅Δθ50の値と媒体Ｓ／Ｎの関係を示す図である。Δθ50が5度を境に媒体Ｓ／Ｎの値が大きく変化しており、Δθ50が5度以下を示す高い結晶配向性をもつサンプルにおいて高い媒体Ｓ／Ｎが得られた。透過電子顕微鏡（TEM）を用いてこれらのサンプルの断面構造を観察したところ、いずれも上部中間層はRuとSi酸化物が分離したグラニュラ構造になっていた。しかしながら、Δθ50の値が５度を超えるサンプル２−１〜３では、図１２に示すように、磁気記録層において上部中間層の結晶粒と１対１に対応していない結晶粒が観察され、結晶粒径分散も大きくなりやすいことがわかった。すなわち、高い媒体Ｓ／Ｎを得るためにはX線回折装置を用いて測定したRu（0002）回折のロッキングカーブの半値幅Δθ50を５度以下にする必要がある。
【００４２】
（実施例３）
実施例３の垂直磁気記録媒体は、上部中間層１９以外は実施例１のサンプル1−７と同じ膜構成及び製膜条件で作製した。実施例３では上部中間層のSi酸化物の添加量を変化させた。実施例３と比較するサンプルとして、上部中間層にSi酸化物を添加しないこと以外は実施例３と同じ膜構成及びプロセス条件である垂直磁気記録媒体を作製し、これを比較例３とした。
【００４３】
上部中間層に添加された酸化物のうちO以外の主たる元素であるSiの含有率をX線光電子分光法によって求め、上部中間層おけるSiの含有率と媒体S/Nとの関係を図１３に示した。図１３には磁気記録層におけるSiの割合も示した。上部中間層におけるSiの含有率が磁気記録層のSi含有率以下の値を示す場合において、比較例３より高い媒体S/Nを示した。しかしながら磁気記録層におけるSi含有率より高いSiが上部中間層に添加された場合、媒体S/Nの値が急激に減少している。
【００４４】
これは磁気記録層に添加されたSi酸化物より多く上部中間層にSi酸化物が添加された場合、上部中間層と磁気記録層の結晶粒径と粒界の幅の整合性が悪くなり、磁気記録層の結晶配向性が劣化するためと考えられる。つまり、磁気記録層が高い結晶配向性を維持したまま磁気記録層における中間層との界面近傍の酸化物からなる粒界の形成を促進するためには、X線光電子分光法による組成分析によって得られる上部中間層における粒界を構成する酸素以外の主たる元素の含有率が磁気記録層における粒界を構成する酸素以外の主たる元素の含有率と同じもしくはそれ以下でなくてはならないことがわかった。Si酸化物の代わりにAl酸化物、Ti酸化物、Cr酸化物、Mg酸化物を上部中間層に添加した場合にも同様の結果が得られた。
【００４５】
（実施例４）
実施例４の垂直磁気記録媒体は、上部中間層１９の膜厚以外は実施例１のサンプル１−7と同じ膜構成及び製膜条件で作製した。実施例４では上部中間層の膜厚を変化させた。
【００４６】
図１４に、上部中間層の膜厚と媒体Ｓ／Ｎの関係を示す。図１４にみるように、上部中間層が１nm以上6nm以下の膜厚において高い媒体Ｓ／Ｎが得られている。これは上部中間層が厚すぎる場合には上部中間層が基板に垂直な方向に対して均一なグラニュラ構造になりにくく、記録層の結晶配向性が劣化してしまうためと考えられる。すなわち、磁気記録層の高い結晶配向性を維持したまま磁気記録層と中間層との界面近傍における酸化物粒界形成を促進するためには、上部中間層の膜厚は1nm以上6nm以下とする必要があることがわかった。なお、Si酸化物の代わりにAl酸化物、Ti酸化物、Cr酸化物、Mg酸化物を上部中間層に添加した場合にも同様の結果が得られた。
【００４７】
（実施例５）
サンプル５−１〜９の垂直磁気記録媒体は、第１下部中間層２０と第２下部中間層２１の製膜条件以外は実施例１のサンプル１−７と同じ膜構成及び製膜条件で作製した。表４にそれぞれのサンプルの第１下部中間層、第２下部中間層の製膜条件を示す。
【００４８】
【表４】
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【００４９】
製膜レートやガス圧を変化させることによって膜の表面凹凸や結晶配向性を変化させることができる。高ガス圧または低い製膜レートで製膜した場合、表面凹凸が大きくなりやすく、結晶配向性が劣化する傾向がある。逆に低ガス圧または高い製膜レートで製膜した場合、表面凹凸が小さくなりやすく、結晶配向性が向上する傾向がある。表４にみるように、第２下部中間層が第１下部中間層より高ガス圧で製膜した場合、第２下部中間層が第１下部中間層より低い製膜レートで形成した場合、第２下部中間層が第１下部中間層より高ガス圧かつ低い製膜レートで形成した場合において高い媒体Ｓ／Ｎが得られた。つまり第１下部中間層として結晶配向性の高い膜を形成し、第２下部中間層として表面の凹凸が大きい膜を形成した場合に特に高い媒体Ｓ／Ｎが得られることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】垂直磁気記録媒体の構造例を示す図。
【図２】サンプルのTEM断面構造図。
【図３】サンプルの深さ方向の組成を示す図。
【図４】サンプルのCoとOの分布を示す図。
【図５】サンプルのCoとOの分布を示す図。
【図６】P_Co 、P_O及び厚さｄの定義を示す図。
【図７】ｄと媒体Ｓ／Ｎの関係を示す図。
【図８】Kerr効果型磁力計を用いて膜面方向に磁界Hを印加して測定したKerrループを示す図。
【図９】Kerr回転角φのdφ/dHを示す図。
【図１０】a/bの値と媒体S/Nの関係を示す図。
【図１１】Ru（0002）回折のロッキングカーブの半値幅Δθ50の値と媒体S/Nの関係を示す図。
【図１２】比較例２に記載したサンプルのTEM断面構造図。
【図１３】上部中間層におけるSi含有率と媒体S/Nの関係を示す図。
【図１４】上部中間層の膜厚と媒体S/Nの関係を示す図。
【符号の説明】
【００５１】
１１…基板、１２…プリコート層、１３…軟磁性層、１４…シード層、１５…中間層、１６…磁気記録層、１７…保護層、１８…下部中間層、１９…上部中間層、２０…第１下部中間層、２１…第２下部中間層
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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