(57)【要約】【課題】潤滑剤に対する濡れ性が高く、高硬度な水素を含む炭素膜が得られる炭素膜の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】基材の表面に水素を含む炭素膜を形成する工程と、亜酸化窒素および窒素の混合ガスをイオン化し、このイオンを前記水素を含む炭素膜の表面に照射する工程とを有する炭素膜の製造方法を採用し、亜酸化窒素および窒素の混合ガスに含まれる亜酸化窒素の量を、１体積％〜８０体積％の範囲内とし、また、イオンを加速して水素を含む炭素膜の表面に照射する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に水素を含む炭素膜を形成する工程と、亜酸化窒素および窒素の混合ガスをイオン化する工程と、前記イオン化によって形成したイオンを前記水素を含む炭素膜の表面に照射する工程と、を有する炭素膜の製造方法。
【請求項２】
前記混合ガスに含まれる亜酸化窒素の量が、１体積％〜８０体積％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の炭素膜の製造方法。
【請求項３】
前記イオンを前記水素を含む炭素膜の表面に照射する工程において、前記イオンを加速してから、前記水素を含む炭素膜の表面に照射する請求項１または２に記載の炭素膜の製造方法。
【請求項４】
前記基材の表面に水素を含む炭素膜を形成する工程が、成膜室内に炭素および水素を含む原料気体を導入する工程と、前記原料気体をイオン化する工程と、前記イオンを加速し、前記基材の表面に照射する工程と、を有する請求項１〜３の何れか１項に記載の炭素膜の製造方法。
【請求項５】
基板と、前記基板の少なくとも一方の面側に設けられた磁性層と、前記磁性層の、前記基板と対向する面とは反対側の面に設けられた水素を含む炭素膜と、を有し、前記水素を含む炭素膜は、前記磁性層と対向する面の反対側の面の水素濃度が膜中の最高水素濃度よりも低く、かつ、前記水素を含む炭素膜は、少なくとも前記磁性層と対向する面の反対側の面が窒化されている磁気記録媒体。
【請求項６】
請求項５に記載の磁気記録媒体を有する磁気記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素膜の製造方法、これを用いて製造した磁気記録媒体、磁気記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等に用いられる磁気記録媒体の分野では、記録密度の向上が著しく、最近では記録密度が１年間で１．５倍程度と、驚異的な速度で伸び続けている。このような記録密度の向上を支える技術は多岐にわたるが、キーテクノロジーの一つとして、磁気ヘッドと磁気記録媒体との間における摺動特性の制御技術を挙げることができる。
【０００３】
例えば、ウインチェスター様式と呼ばれる、磁気ヘッドの起動から停止までの基本動作を磁気記録媒体に対して接触摺動−浮上−接触摺動としたＣＳＳ（接触起動停止）方式がハードディスクドライブの主流となって以来、磁気記録媒体上での磁気ヘッドの接触摺動は避けることのできないものとなっている。
【０００４】
このため、磁気ヘッドと磁気記録媒体との間のトライボロジーに関する問題は、宿命的な技術課題となって現在に至っており、磁気記録媒体の磁性膜上に積層される保護膜を改善する努力が営々と続けられていると共に、この媒体表面における耐摩耗性及び耐摺動性が、磁気記録媒体の信頼性向上の大きな柱となっている。
【０００５】
磁気記録媒体の保護膜としては、様々な材質からなるものが提案されているが、成膜性や耐久性等の総合的な見地から、主に炭素膜が採用されている。また、この炭素膜の硬度、密度、動摩擦係数等は、磁気記録媒体のＣＳＳ特性、あるいは耐コロージョン特性に如実に反映されるため、非常に重要である。
【０００６】
一方、磁気記録媒体の記録密度の向上、及び読み書き速度の向上を図るためには、磁気ヘッドの飛行高さ（フライングハイト）の低減、媒体回転数の増加等を行うことが好ましい。したがって、磁気記録媒体の表面に形成される保護膜には、磁気ヘッドの偶発的な接触等に対応するため、より高い摺動耐久性や平坦性が要求されるようになってきている。
【０００７】
加えて、磁気記録媒体と磁気ヘッドとのスペーシングロスを低減して記録密度を高めるためには、保護膜の厚さをできるだけ薄く、例えば３０Å以下の膜厚にすることが要求されるようになってきており、平滑性は勿論のこと、薄く、緻密で且つ強靭な保護膜が強く求められている。
【０００８】
磁気記録媒体の保護膜に用いられる炭素膜は、スパッタリング法やＣＶＤ法、イオンビーム蒸着法等によって形成される。このうち、スパッタリング法で形成した炭素膜は、例えば１００Å以下の膜厚とした場合に、その耐久性が不十分となることがある。一方、ＣＶＤ法で形成した炭素膜は、その表面の平滑性が低く、膜厚を薄くした場合に、磁気記録媒体の表面の被覆率が低下して、磁気記録媒体のコロージョンが発生する場合がある。一方、イオンビーム蒸着法は、上述したスパッタリング法やＣＶＤ法に比べて、高硬度で平滑性が高く、緻密な炭素膜を形成することが可能である。
【０００９】
例えば、特許文献１には、真空条件下の成膜室内で、加熱されたフィラメント状カソードとアノードとの間の放電により成膜原料ガスをプラズマ状態とし、これをマイナス電位の基板表面に加速衝突させることにより、厚さ変動を抑制し炭素膜を安定して成膜する熱フィラメント−プラズマＣＶＤ装置が開示されている。
【００１０】
前述のＣＶＤ法やイオンビーム蒸着法で形成される硬質の炭素膜として、ダイヤモンド膜やダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜が知られている。ダイヤモンド膜は、一般的には略１００％のダイヤモンド結合による多結晶の膜である。ＤＬＣ膜は、アモルファス質の硬質炭素膜である。ここで磁気記録媒体の保護膜に用いられる炭素膜には、高い表面平滑性が求められるため一般的には結晶性のダイヤモンド膜は用いられずにＤＬＣ膜が用いられ、特にその高い表面平滑性から水素化したＤＬＣ膜（水素を含んだ炭素膜）が用いられる。
【００１１】
しかし、保護膜を設けただけでは、磁気記録媒体の保護は十分ではなく、保護膜の表面に、厚さが０．５〜３ｎｍ程度の潤滑剤を塗布して潤滑剤層を形成し、保護膜の耐久性や保護力を改善している。このように、潤滑剤層を設けることによって、磁気ヘッド（磁気ヘッドスライダ）が保護膜と直接接触するのを防止することができると共に、磁気記録媒体上を摺動する磁気ヘッド（磁気ヘッドスライダ）の摩擦力を著しく低減させることが可能となるので、磁気記録媒体内部への汚染物質の侵入を防ぐことができる。
【００１２】
ここで、潤滑剤としては、パーフルオロポリエーテル系潤滑剤や脂肪族炭化水素系潤滑剤などが従来から提案されている。例えば、特許文献２には、ＨＯＣＨ２−｛ＣＦ２（ＯＣ２Ｆ４）ｍ−（ＯＣＦ２）ｎ−ＯＣＦ２｝−ＣＨ２ＯＨ（ｍ、ｎは整数）の構造をもつパーフロロアルキルポリエーテルの潤滑剤を塗布した磁気記録媒体が開示されている。
【００１３】
また、特許文献３には、ＨＯＣＨ２ＣＨ（ＯＨ）−ＣＨ２ＯＣＨ２ＣＦ２Ｏ−（Ｃ２Ｆ４Ｏ）ｍ−（ＣＦ２Ｏ）ｎ―ＣＦ２ＣＨ２ＯＣＨ２―ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２ＯＨ（ｍ、ｎは整数）の構造をもつパーフロロアルキルポリエーテル（テトラオール）よりなる潤滑層を有する磁気記録媒体が開示されている。
【００１４】
ところで、水素化したＤＬＣ膜中には２０原子％程度の水素が含有されている。このような水素含有量の高いＤＬＣ膜は、水素を全く含まないＤＬＣ膜に比べて硬度が低く、ＤＬＣ膜上に塗布して使用される潤滑剤（例えば、パーフルオロエーテル（ＰＦＰＥ）等の弗化系液体潤滑剤）に対する濡れ性が悪く、ＤＬＣ膜への潤滑剤の被覆率が低下する問題点があった。
【００１５】
係る問題点に関して、特許文献４には、保護膜層と液体潤滑剤との化学的結合力を増すために、磁性膜を保護する炭素を主成分とする保護膜をイオンビーム法もしくはケミカルベーパーデポジション法で成膜する際に、Ｎ２Ｏガスを添加することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２０００−２２６６５９公報
【特許文献２】特開平１１−４９７１６号公報
【特許文献３】特開平９−２８２６４２号公報
【特許文献４】特開２００２−１０９７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、本発明の発明者らの検討によると、炭素膜を成膜する際、特許文献４に開示された成膜方法を採用すると、炭素膜自体の密度が低下し、炭素膜の硬度が更に低下し、保護膜としての機能を十分に果たせない場合があることが明らかとなった。
【００１８】
本発明は、上記従来技術が有する問題に鑑み、潤滑剤に対する濡れ性が高く、高硬度で表面平滑性の高い水素を含む炭素膜が得られる炭素膜の製造方法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】
【００１９】
本願発明者は、上記の課題を解決すべく検討した結果、次の発明を完成させた。
【００２０】
（１）基材の表面に水素を含む炭素膜を形成する工程と、亜酸化窒素および窒素の混合ガスをイオン化する工程と、前記イオン化によって形成したイオンを前記水素を含む炭素膜の表面に照射する工程と、を有する炭素膜の製造方法。
【００２１】
（２）前記混合ガスに含まれる亜酸化窒素の量が、１体積％〜８０体積％の範囲内であることを特徴とする（１）に記載の炭素膜の製造方法。
【００２２】
（３）前記イオンを前記水素を含む炭素膜の表面に照射する工程において、前記イオンを加速してから、前記水素を含む炭素膜の表面に照射する（１）または（２）に記載の炭素膜の製造方法。
【００２３】
（４）前記基材の表面に水素を含む炭素膜を形成する工程が、成膜室内に炭素および水素を含む原料気体を導入する工程と、前記原料気体をイオン化する工程と、前記イオンを加速し、前記基材の表面に照射する工程と、を有する（１）〜（３）の何れか１項に記載の炭素膜の製造方法。
【００２４】
（５）基板と、前記基板の少なくとも一方の面側に設けられた磁性層と、前記磁性層の、前記基板と対向する面とは反対側の面に設けられた水素を含む炭素膜と、を有し、前記水素を含む炭素膜は、前記磁性層と対向する面の反対側の面の水素濃度が膜中の最高水素濃度よりも低く、かつ、前記水素を含む炭素膜は、少なくとも前記磁性層と対向する面の反対側の面が窒化されている磁気記録媒体。
【００２５】
（６）（５）に記載の磁気記録媒体を有する磁気記憶装置。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、潤滑剤に対する濡れ性が高く、高硬度で平滑性の高い、水素を含む炭素膜が得られる炭素膜の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態における水素を含む炭素膜の形成装置の構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態における磁気記録媒体の断面構成図。
【図３】本発明の第３の実施形態における磁気記憶装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態について説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
【００２９】
［第１の実施態様］
本実施形態の炭素膜の製造方法の構成例について説明する。
本実施形態の炭素膜の製造方法は、基材の表面に水素を含む炭素膜を形成する工程と、亜酸化窒素および窒素の混合ガスをイオン化し、このイオンを水素を含む炭素膜の表面に照射する工程と、を有している。
以下に各工程について説明する。
【００３０】
（基材の表面に水素を含む炭素膜を形成する工程）
まず、基材の表面に水素を含む炭素膜を形成する工程について説明する。
本工程における水素を含む炭素膜の形成方法は特に限定されるものではなく、各種公知の方法を用いることができる。例えば、炭化水素ガスを原料としたＣＶＤ法（化学蒸着法）、イオンビーム蒸着法に例示されるＰＶＤ法（物理蒸着法）、不活性ガスに炭化水素ガスを添加しカーボンターゲットを用いて行われる反応性スパッタ法等により形成することができる。これらの成膜法の中で、他の成膜方法と比較して、水素濃度が低く、高硬度で平滑性の高い炭素膜が形成可能であるため、イオンビーム蒸着法を好ましく用いることができる。
以下に、成膜方法としてイオンビーム蒸着法を用いた場合例に水素を含む炭素膜の形成方法について説明する。
イオンビーム蒸着法を用いた、水素を含む炭素膜の形成装置の構成例を図１に示す。
【００３１】
図１に示すように、水素を含む炭素膜の形成装置は、減圧可能な成膜室１０１を備えており、成膜室１０１内で基材Ｄを保持するホルダ１０２が設けられている。そして、成膜室１０１内に、炭素および水素を含む原料気体Ｇ（以下、「気体Ｇ」ともいう）や不活性ガスを導入する導入管１０３を備えている。さらに、成膜室１０１内に配置されたフィラメント状のカソード電極１０４と、成膜室１０１内のカソード電極１０４の周囲に配置されたアノード電極１０５と、を有する。そして、カソード電極１０４を通電により加熱する第１の電源１０６と、カソード電極１０４とアノード電極１０５との間で放電を生じさせる第２の電源１０７と、カソード電極１０４又はアノード電極１０５と基板Ｄとの間に電位差を与える第３の電源１０８と、を有する。また、カソード電極１０４とアノード電極１０５又は基板Ｄとの間で磁場を印加するマグネット１０９とを備えている。
【００３２】
成膜室１０１は、チャンバ壁１０１ａによって気密に構成されると共に、真空ポンプ（図示せず）に接続された排気管１１０を通じて内部を減圧排気することが可能となっている。
【００３３】
第１の電源１０６は、カソード電極１０４に接続された電源であり、水素を含む炭素膜の成膜時にカソード電極１０４に電力を供給する。図中、第１の電源１０６は交流電源として示しているが、交流電源に限らず、直流電源を用いてもよい。
【００３４】
第２の電源１０７は、−電極側がカソード電極１０４に、＋電極側がアノード電極１０５に接続された直流電源であり、水素を含む炭素膜の成膜時にカソード電極１０４とアノード電極１０５との間で放電を生じさせる。
【００３５】
第３の電源１０８は、＋電極側がアノード電極１０５に、−電極側がホルダ１０２に接続された直流電源であり、水素を含む炭素膜の成膜時にアノード電極１０５とホルダ１０２に保持された基板Ｄとの間に電位差を付与する。また、第３の電源１０８は、＋電極側がカソード電極１０４に接続された構成としてもよい。
【００３６】
マグネット１０９は、永久磁石又は電磁石からなり、チャンバ壁１０１ａの周囲に配置
されると共に、駆動モータ（図示せず）により周方向に回転駆動することが可能となって
いることが好ましい。また、マグネット１０９として永久磁石を用いる場合には、強い磁場を発生させることができる焼結磁石を用いることが好ましい。
【００３７】
ここで、本実施形態でいうマグネット１０９の回転とは、マグネット１０９を３６０°の角度を超えて一方向に連続回転させることに加え、３６０°未満の角度で、往復回転（揺動）させる場合も含む。例えば、上記マグネット１０９として、回転の中心軸に対して等間隔で平行に複数の棒磁石を配置した場合、その棒磁石の最短の間隔が中心軸に対してＸ°を為す場合、往復回転（揺動）させる角度範囲をＸ°とすることができる。これにより、成膜室１０１内で発生する磁界を均一なものとすることが可能である。また、電磁石を用いる場合は、電力を供給する必要があるため、１８０°以上３６０°未満の角度で往復回転させることが好ましい。
【００３８】
基材Ｄのサイズにもよるが、基材Ｄとして外径３．５インチの円盤状の基板を用い、その表面に水素を含む炭素膜を成膜する場合、第１の電源１０６については、電圧を１０〜１００Ｖの範囲、電流を直流又は交流で５〜５０Ａの範囲に設定することが好ましい。また、第２の電源１０７については、電圧を５０〜３００Ｖの範囲、電流を１０〜５０００ｍＡの範囲に設定することが好ましく、第３の電源１０８については、電圧を３０〜５００Ｖの範囲、電流を１０〜２００ｍＡの範囲に設定することが好ましい。マグネット１０９の回転数については、例えば２０〜２００ｒｐｍの範囲に設定することが好ましい。
【００３９】
以上のような構成とされた形成装置を用いて、基材Ｄの表面に水素を含む炭素膜を形成する工程を行う場合、例えば以下の手順により実施することができる。なお、この場合、基材Ｄとしては特に限定されるものではなく、上記のように表面に他の層が形成されていない基板を用いることもでき、基板表面に他の層が既に形成されていたものを用いることもできる。例えば後述のように磁性層の表面に水素を含む炭素膜を形成する場合には、磁性層が形成された基板を基材Ｄとする。
まず、排気管１１０を介して減圧された成膜室１０１の内部に、導入管１０３を介して、炭素および水素を含む原料の気体Ｇを導入する。
【００４０】
原料の気体Ｇを、第１の電源１０６からの電力供給により加熱されたカソード電極１０４の熱プラズマと、第２の電源１０７に接続されたカソード電極１０４とアノード電極１０５との間で放電により発生したプラズマとによって励起分解する。これにより、原料の気体Ｇをイオン化した気体（炭素イオン）とする。
【００４１】
そして、このプラズマ中で励起された炭素イオンは、第３の電源１０８によりマイナス電位とされた基材Ｄに向かって加速しながら、基材Ｄの表面に衝突することが好ましい。
【００４２】
すなわち、基材の表面に水素を含む炭素膜を形成する工程は、成膜室内に炭素および水素を含む原料気体（気体Ｇ）を導入する工程と、原料気体をイオン化する工程と、イオン化された原料気体を加速し、基材の表面に照射する工程とを有することが好ましい。
【００４３】
ここで、本実施形態の水素を含む炭素膜の成膜方法では、チャンバ壁１０１ａの周囲に配置されたマグネット１０９によって、原料の気体Ｇをイオン化する領域又はイオン化した気体（イオンビームという。）を加速する領域（以下、「励起空間」という）において磁場を印加することが好ましい。このように、炭素イオンを基材Ｄの表面に加速照射するときに、外部から磁場を印加することによって、この基材Ｄの表面に向かって加速照射される炭素イオンのイオン密度を高めることができる。
【００４４】
これにより、励起空間内のイオン密度が高められると、この励起空間内の励起力が高められ、より高いエネルギー状態となった炭素イオンを基材Ｄの表面に加速照射することができる。このため、基材Ｄの表面に硬度が特に高く、緻密性の特に高い、水素を含む炭素膜を成膜することが可能となる。また、平滑性の高い水素を含む炭素膜とすることができる。
【００４５】
さらに、本発明では、励起空間の周囲に配置されたマグネット１０９を周方向に回転させることによって、この励起空間に印加される磁場の分布を均質なものとし、この励起空間中の炭素イオンの分布を均一化して基材Ｄの表面に照射することができる。したがって、基材Ｄの表面に形成される水素を含む炭素膜の膜厚分布も安定化させることが可能である。
【００４６】
ここで、炭素および水素を含む原料の気体Ｇとしては特に限定されるものではないが、例えば炭化水素を含むものを好ましく用いることができる。炭化水素としては、低級飽和炭化水素、低級不飽和炭化水素、低級環式炭化水素から選択される１種以上の低炭素炭化水素を用いることが好ましい。なお、ここでいう低級とは、炭素数が１〜１０の場合を指す。
【００４７】
このうち、低級飽和炭化水素としては、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、オクタン等を好ましく用いることができる。一方、低級不飽和炭化水素としては、例えば、イソプレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ブタジエン等を用いることができる。一方、低級環式炭化水素としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、スチレン、ナフタレン、シクロヘキサン、シクロヘキサジエン、アダマンタン等を好ましく用いることができる。
【００４８】
以上のように、基材の表面に水素を含む炭素膜を形成する工程は、このようなイオンビーム蒸着法を用いた成膜装置を用いて好ましく実施することができる。
この際形成される水素を含む炭素膜については特に限定されるものではないが、ＤＬＣ膜であることが好ましい。
【００４９】
（亜酸化窒素および窒素の混合ガスをイオン化し、水素を含む炭素膜の表面に照射する工程）
次に亜酸化窒素および窒素の混合ガスをイオン化し、水素を含む炭素膜の表面に照射する工程について説明する。
本工程は例えば以下の手順により実施することができる。
【００５０】
まず、水素を含む炭素膜の形成後に成膜室１０１内に、亜酸化窒素と窒素との混合ガスを導入する。そして、通電により加熱されたフィラメント状のカソード電極１０４とカソード電極１０４の周囲に設けられたアノード電極１０５との間で、放電によりこの混合ガスをイオン化する。次いで、基材Ｄの表面に形成した水素を含む炭素膜にこのイオンを照射し、照射したイオンにより水素を含む炭素膜の少なくとも表層部の水素をはじき出すと共に、表層部を窒化する。
【００５１】
本願発明では、水素を含む炭素膜へ照射するイオンの形成に、亜酸化窒素および窒素の混合ガスを使用する。亜酸化窒素ガスは、酸素ガス、窒素ガスに比べて乖離エネルギーが低いため、酸素イオン、窒素イオンを形成しやすく、また形成したイオンの質量も小さいので炭素膜そのものの構造を壊すことが少ない。そのため、水素を含む炭素膜の表面に亜酸化窒素および窒素の混合ガスをイオン化してこのイオンを照射することにより、水素を含む炭素膜の下層部の構造を壊さず、よって、水素を含む炭素膜の高い表面平滑性を維持した状態で、水素を含む炭素膜の表層部の水素のみを効率的にはじき出し、また窒化を効率的に行うことができる。
【００５２】
本願発明の製造方法は、前述のように、水素を含む炭素膜の少なくとも表層部の水素を酸素イオンの酸化作用によりはじき出すと共に、表層部を窒素イオンによって窒化する効果を有するが、本願発明のイオンでこの効果を発現させるためには、酸素原子と窒素原子を含む亜酸化窒素のみをイオン化して用いれば良いとも考えられる。しかしながら、亜酸化窒素では酸素と窒素の原子比率が１：２に固定されているため、酸素イオンの酸化作用と窒素イオンの窒化作用とをバランス良く調整することは困難である。特に本願発明者らの検討によると、亜酸化窒素のみから形成したイオンを用いて水素を含む炭素膜表層部の、水素のはじき出しと窒化を行うと、水素をはじき出す効果に比べて窒化効果が弱いことが明らかになった。
【００５３】
そこで本願発明では、水素を含む炭素膜へ照射するイオンの形成に、亜酸化窒素および窒素の混合ガスを使用することで、水素を含む炭素膜の表層部における窒化効果を高めることを趣旨とする。
【００５４】
本願発明で使用する亜酸化窒素および窒素の混合ガスに含まれる亜酸化窒素の量は、処理を行う炭素膜の水素化の程度、密度、処理装置の構造、処理圧力等、様々な条件に依存するが、好ましくは、１体積％〜８０体積％の範囲内、より好ましくは、１．５体積％〜６０体積％の範囲内、最も好ましくは、２体積％〜３０体積％の範囲内とする。この亜酸化窒素の好ましい量は実験的に求めた値であるが、具体的には、水素を約１５原子％含むアモルファスカーボン膜を３．５ｎｍの膜厚で形成し、その表層部に亜酸化窒素および窒素の混合ガスを用いて形成したイオンを照射し、アモルファスカーボン膜の表層部深さ０．８ｎｍの領域内において、脱水素化と窒化が最も進行する亜酸化窒素および窒素の混合ガスの混合比率から算出したものである。
【００５５】
この亜酸化窒素および窒素の混合ガスをイオン化し、このイオンを水素を含む炭素膜の表面に照射する工程において、イオンを加速してから、水素を含む炭素膜の表面に照射することが好ましい。具体的には例えば、第３の電源１０８によりマイナス電位とされた基材Ｄに向かって加速しながら、基材Ｄの表面に衝突することが好ましい。
【００５６】
また、例えば、基材ＤにＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）またはＶＨＦ（Ｖｅｒｙ  Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の交流電源を接続し、基材Ｄの水素を含む炭素膜が形成された面と対向する位置にアースに接続された平板を配置した装置を用いることもできる。この場合、基材Ｄと、アースに接続された平板と、の間で生じる電界により混合ガスをイオン化し、このガスを加速して基材Ｄの表面に照射することができる。
【００５７】
アースに接続された平板は、基材Ｄの成膜面と対向するように配置されていれば良くその場所は特に限定されない。ただし、例えば炭素膜を上記イオンビーム蒸着法により成膜し、該装置で前記混合ガスをイオン化しを照射する場合、アースに接続された平板はアノード電極１０５よりも基材Ｄから離れた位置、すなわち、図１の場合であればアノード電極１０５よりも図中左側に配置されることが好ましい。
【００５８】
以上の様に、前記混合ガスから形成したイオンを、水素を含む炭素膜の表面に照射することにより、炭素膜の表面を脱水素化および窒化することができ、炭素膜の表面の潤滑剤に対する濡れ性を高め、硬度を高め、また本来的に水素を含む炭素膜が有する高い表面平滑制を実現することができる。
【００５９】
また、前記混合ガスから形成したイオンを、水素を含む炭素膜の表面に照射する工程を行う際、例えば、成膜装置の外部から磁場を印加することによって、基材Ｄに向かって照射される亜酸化窒素ガスのイオン密度を高めることが好ましい。このように基材Ｄに向かって照射される亜酸化窒素ガスのイオン密度を高めることにより、水素を含む炭素膜の表面の脱水素効果を高めることが好ましい。
【００６０】
本実施形態の炭素膜の製造方法において、成膜室１０１内への亜酸化窒素と窒素の混合ガスの導入タイミングは特に限定されるものではない。例えば、水素を含む炭素膜の成膜後または成膜後期に、成膜室１０１内に導入されている炭素および水素を含む原料の気体Ｇに混合させることによって行ってもよい。
【００６１】
ただし、水素を含む炭素膜の成膜中に亜酸化窒素ガスを供給すると炭素膜の膜密度が低下する恐れがあるため、水素を含む炭素膜の成膜後に亜酸化窒素と窒素の混合ガスを導入することが好ましい。特に、成膜室１０１内の気体Ｇを一旦排気して、水素を含む炭素膜の成膜を完了した後に行うことがより好ましい。このように、成膜室１０１内の気体Ｇを一旦排気して、水素を含む炭素膜の成膜を完了した後に、成膜室１０１内へ亜酸化窒素ガス等を導入することで、水素を含む炭素膜の表面の脱水素化と窒化をより効果的に行うことができる。
【００６２】
なお、成膜室１０１内に導入されている炭素および水素を含む原料の気体Ｇを排気する前に亜酸化窒素ガス等の導入する場合には、亜酸化窒素ガス等の導入と成膜室１０１内の排気を同時に進行させることが好ましい。このように操作を行うことにより、成膜室内での亜酸化窒素ガス等への置換速度を速めることが可能となる。
【００６３】
また本願発明では、基材の表面に水素を含む炭素膜を形成する工程と、亜酸化窒素および窒素の混合ガスをイオン化し、前記水素を含む炭素膜の表面に照射する工程とを、それぞれ別の装置で行うのが好ましい。これにより、前述のような装置内でのプロセスガスの入れ替えが不要となるので、炭素膜の製造プロセスの効率化を実現できると共に、前工程の在留ガスの悪影響を無くすことができる。
【００６４】
また、図１に示す水素を含む炭素膜の形成装置では、基材Ｄの片面にのみ水素を含む炭素膜を成膜する構成となっているが、係る構成に限定されるものではない。基材Ｄの両面に水素を含む炭素膜を成膜する構成とすることも可能であり、この場合、例えば、基材Ｄの片面にのみ水素を含む炭素膜を成膜する場合と同様の装置構成を、成膜室１０１内の基材Ｄを挟んだ両側に配置することにより行うことができる。
【００６５】
以上に説明してきた本実施形態の炭素膜の製造方法によれば、潤滑剤に対する濡れ性が高く、高硬度な水素を含む炭素膜が得られる。さらに、表面の平滑性が高く、緻密な、水素を含む炭素膜が得られる。
【００６６】
このような水素を含む炭素膜を磁気記録媒体等の保護膜に用いた場合には、水素を含む炭素膜の厚さを薄くすることが可能なため、磁気記録媒体と磁気ヘッドとの距離を狭く設定することが可能である。その結果、磁気記録媒体の記録密度を高めると共に、磁気記録媒体の耐コロージョン性を高めることが可能である。
【００６７】
［第２の実施形態］
本実施形態の磁気記録媒体の構成例について説明する。
本実施形態の磁気記録媒体は、基板と、基板の少なくとも一方の面側に設けられた磁性層と、磁性層の、基板と対向する面とは反対側の面に設けられた水素を含む炭素膜と、を有している。そして、水素を含む炭素膜は、磁性層と対向する面の反対側の面の水素濃度が膜中の最高水素濃度よりも低く、かつ、水素を含む炭素膜は、少なくとも磁性層と対向する面の反対側の面が窒化されている。
以下、本実施形態の磁気記録媒体について具体的に説明する。
本実施形態の磁気記録媒体の断面構成例を図２に示す。
【００６８】
本実施形態の磁気記録媒体は、例えば図２に示したように基板２０の両面に、磁性層２１０及び水素を含む炭素膜（保護層）２４が順次積層された構造とすることができ、さらに最表面には潤滑層２５を形成することができる。また、磁性層２１０は例えば、軟磁性層２１、中間層２２及び記録磁性層２３により構成することができる。なお、ここでは、基板２０を中心として、その両面に各層を形成した例を示したが、係る形態に限定されるものではなく、例えば一方の面のみに各層を形成することもできる。
【００６９】
水素を含む炭素膜２４は、磁性層２１０と対向する面２４１とは反対側の面２４２の水素濃度が膜中の最高水素濃度よりも低くなっている。そして、少なくとも磁性層と対向する面２４１とは反対側の面２４２が窒化されている。特に、水素を含む炭素膜は磁性層２１０と対向する面２４１の反対の面２４２側の表層部が窒化されていることが好ましい。係る水素を含む炭素膜２４は、例えば第１の実施形態で説明した炭素膜の製造方法により形成されることが好ましい。
【００７０】
水素を含む炭素膜２４の膜厚は特に限定されるものではないが、高密度で緻密であることから、他の保護膜よりも薄くすることが可能であり、例えば、水素を含む炭素膜２４の膜厚を２ｎｍ程度以下とすることも可能である。
水素を含む炭素膜２４は上記の構成とすることにより、潤滑剤との濡れ性が高く、平坦性が高く、高硬度で緻密であり、均一な厚みとすることができる。
【００７１】
このため、本実施形態の磁気記録媒体においては、磁気記録媒体と磁気ヘッドとの距離を狭く設定することが可能となり、その結果、この磁気記録媒体の記録密度を高めると共に、この磁気記録媒体の耐コロージョン性を高めることが可能である。
以下、上記磁気記録媒体の水素を含む炭素膜２４以外の各層について説明する。
【００７２】
基板２０としては、特に限定されないが、非磁性基板を好ましく用いることができる。具体的には例えば、Ａｌを主成分とした基板や、Ａｌ−Ｍｇ合金等のＡｌ合金基板や、通常のソーダガラス、アルミノシリケート系ガラス、結晶化ガラス類、シリコン、チタン、セラミックス、各種樹脂からなる基板など任意のものを好ましく用いることができる。中でも、Ａｌ合金基板や、結晶化ガラス等のガラス製基板、シリコン基板を用いることがより好ましい。
【００７３】
また、基板表面の平均表面粗さ（Ｒａ）は、１ｎｍ以下であることが好ましく、０．５ｎｍ以下であることがより好ましく、０．１ｎｍ以下であることが特に好ましい。
【００７４】
磁性層２１０の構成は特に限定されるものではなく、例えば面内磁気記録媒体用の面内磁性層でも、垂直磁気記録媒体用の垂直磁性層でもよい。ただし、より高い記録密度を実現するためには垂直磁性層が好ましい。
【００７５】
また、磁性層２１０は、主としてＣｏを主成分とする合金から形成するのが好ましい。例えば、磁性層２１０を垂直磁気記録媒体用の磁性層とする場合、まず、軟磁性のＦｅＣｏ合金（ＦｅＣｏＢ、ＦｅＣｏＳｉＢ、ＦｅＣｏＺｒ、ＦｅＣｏＺｒＢ、ＦｅＣｏＺｒＢＣｕなど）、ＦｅＴａ合金（ＦｅＴａＮ、ＦｅＴａＣなど）、Ｃｏ合金（ＣｏＴａＺｒ、ＣｏＺｒＮＢ、ＣｏＢなど）等からなる軟磁性層２１を配置することができる。そして、さらにＲｕ等からなる中間層２２と、６０Ｃｏ−１５Ｃｒ−１５Ｐｔ合金や７０Ｃｏ−５Ｃｒ−１５Ｐｔ−１０ＳｉＯ２合金からなる記録磁性層２３とを積層したものを利用できる。
【００７６】
また、軟磁性層２１と中間層２２との間にＰｔ、Ｐｄ、ＮｉＣｒ、ＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＷなどからなる図示しない配向制御膜を積層してもよい。一方、面内磁気記録媒体用の磁性層２１０としては、非磁性のＣｒＭｏ下地層と強磁性のＣｏＣｒＰｔＴａ磁性層とを積層したものを利用できる。
【００７７】
記録磁性層２３の厚さは特に限定されるものではないが、再生の際に一定以上の出力を得るため、記録磁性層２３の膜厚は一定以上とすることが好ましい。ただし、一方で記録再生特性を表す諸パラメーターは出力の上昇とともに劣化するのが通例であるため、設置する磁気記憶装置の構成にあわせて最適な膜厚に設定することが好ましい。すなわち、記録磁性層２３は使用する磁性合金の種類と積層構造に合わせて、十分なヘッド出入力が得られるように形成することが好ましい。
記録磁性層２３の膜厚として、例えば３ｎｍ以上２０ｎｍ以下とすることが好ましく、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下とすることがより好ましい。
【００７８】
潤滑層２５に用いる潤滑剤としては、パーフルオロエーテル（ＰＦＰＥ）等の弗化系液体潤滑剤、脂肪酸等の固体潤滑剤を好ましく用いることができる。潤滑層２５の厚さは特に限定されるものではないが、例えば、１ｎｍ〜４ｎｍの厚さで形成することが好ましい。
潤滑剤の塗布方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、ディッピング法やスピンコート法など公知の方法により行うことができる。
【００７９】
本実施形態の磁気記録媒体の製造方法は特に限定されるものではないが、例えば、複数の成膜室の間で成膜対象となる基板を順次搬送させながら成膜処理を行うインライン式成膜装置（図示せず）を用いて上記各層を形成し、磁気記録媒体を製造することができる。
【００８０】
以上に説明してきた本実施形態の磁気記録媒体においては、水素を含む炭素膜が潤滑剤との濡れ性が高く、平坦性が高く、高硬度で緻密であり、均一な厚みとすることができる。
【００８１】
このため、本実施形態の磁気記録媒体においては、磁気記録媒体と磁気ヘッドとの距離を狭く設定することが可能となり、その結果、この磁気記録媒体の記録密度を高めると共に、この磁気記録媒体の耐コロージョン性を高めることが可能である。
【００８２】
［第３の実施形態］
本実施形態では、第２の実施形態で説明した磁気記録媒体を有する磁気記憶装置の構成例について説明する。
【００８３】
本実施形態の磁気記憶装置の構成としては、第２の実施形態で説明した磁気記録媒体を有するものであればよく、特に限定されるものではないが、例えば図３に示す構成とすることができる。
【００８４】
図３に示した磁気記憶装置３０においては、第２の実施形態で説明した磁気記録媒体である磁気ディスク３１と、磁気ディスク３１を回転駆動させる媒体駆動部３２と、磁気ディスク３１に情報を記録再生する磁気ヘッド３３と、ヘッド駆動部３４と、記録再生信号処理系３５とを備えた構成とすることができる。
【００８５】
そして、記録再生信号処理系３５は、入力されたデータを処理して記録信号を磁気ヘッド３３に送り、磁気ヘッド３３からの再生信号を処理してデータを出力することができる。
【００８６】
本実施形態における磁気記憶装置３０においては、構成する磁気ディスク３１として、第２の実施形態で説明した磁気記録媒体を用いている。このため、磁気記録媒体と磁気ヘッドとの距離を狭く設定することができ、記録密度を高めると共に、耐コロージョン性を高めることが可能になる。
【実施例】
【００８７】
以下に具体的な実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００８８】
（実施例１）
本実施例では断面形状が図２に示した構造を有する磁気記録媒体を製造し、その評価を行った。
まず、磁気記録媒体の製造手順について説明する。
基板２０として非磁性基板であるＮｉＰめっきが施されたアルミニウム基板を用意した。
【００８９】
次に、インライン式成膜装置（図示せず）を用いて、キャリアに装着された基板２０の両面に、磁性層２１０を形成した。具体的には、磁性層２１０は、膜厚６０ｎｍのＦｅＣｏＢからなる軟磁性層２１と、膜厚１０ｎｍのＲｕからなる中間層２２と、膜厚１５ｎｍの７０Ｃｏ−５Ｃｒ−１５Ｐｔ−１０ＳｉＯ２合金からなる記録磁性層２３とを順次積層することによって形成した。
【００９０】
そして、キャリアに装着され、基板２０の両面に磁性層が形成された基材Ｄを図１に示した成膜装置と同様の装置構成を備える成膜室１０１に搬送し、この磁性層が形成された基材Ｄの両面に水素を含む炭素膜２４、すなわち保護膜を形成した。
本実施例で用いた成膜装置の構成について図１を用いて説明する。
【００９１】
成膜装置の成膜室１０１は、外径が１８０ｍｍ、長さが２５０ｍｍの円筒形状を有し、この成膜室１０１を構成するチャンバ壁１０１ａの材質はＳＵＳ３０４であった。
【００９２】
成膜室１０１内には、長さ約３０ｍｍのタンタルからなるコイル状のカソード電極１０４と、カソード電極の周囲を囲む円筒状のアノード電極１０５とが設けられている。アノード電極１０５は材質がＳＵＳ３０４であり、外径が１４０ｍｍ、長さが４０ｍｍである。また、カソード電極１０４と基材Ｄとの間の距離は１６０ｍｍとした。
【００９３】
さらに、チャンバ壁１０１ａの周囲を囲む円筒状のマグネット１０９を配置し、その中心にアノード電極１０５が位置するようにした。マグネット１０９は、内径が１８５ｍｍ、長さが４０ｍｍであり、その内側に、１０ｍｍ角で長さ４０ｍｍのＮｄＦｅ系の焼結棒磁石を等間隔で平行に２０本配置すると共に、Ｓ極が基材Ｄ側、Ｎ極がカソード電極１０４側となるように、各焼結棒磁石を配置した。また、このマグネット１０９のトータル磁力は５０Ｇ（５ｍＴ）である。そして、水素を含む炭素膜の成膜中は、このマグネット１０９を１００ｒｐｍで回転させた。
【００９４】
なお、図１では、基材Ｄの一方の面側に水素を含む炭素膜を形成する構成となっているが、基材Ｄの他方の面側にもカソード電極１０４、アノード電極１０５、マグネット１０９等を同様に配置し、基板Ｓの両面に同時に成膜できる成膜装置を用いた。
そして、基材Ｄの表面に水素を含む炭素膜を形成する工程を以下の条件で行った。
【００９５】
水素を含む炭素膜を成膜する際の原料ガスとしてガス化したトルエンを用いた。成膜条件として、まず成膜室１０１に供給する原料ガスのガス流量を２．９ＳＣＣＭ、反応圧力を０．２Ｐａとした。さらに、カソード電力を２２５Ｗ（ＡＣ２２．５Ｖ、１０Ａ）とした。そして、カソード電極１０４とアノード電極１０５間の電圧を７５Ｖ、電流を１６５０ｍＡ、イオンの加速電圧を２００Ｖ、１８０ｍＡ、成膜時間を１．５秒とし、厚さが３．５ｎｍになるように水素を含有する炭素膜を成膜した。
【００９６】
基材の表面に水素を含む炭素膜を形成する工程後、原料ガスの供給を停止し、成膜室１０１内を２秒間排気した。次いで、以下の条件により亜酸化窒素および窒素の混合ガスをイオン化し、このイオンを水素を含む炭素膜の表面に照射する工程を行った。
【００９７】
成膜室１０１内を排気後、亜酸化窒素をガス流量０．１ＳＣＣＭ、窒素をガス流量２ＳＣＣＭ、反応圧力を５Ｐａとし、成膜室１０１内に供給した。この混合ガスに含まれる亜酸化窒素ガスの量は、４．８体積％となる。そして、カソード電力を１２８Ｗ（ＡＣ１６Ｖ、８Ａ）とした。また、カソード電極とアノード電極間の電圧を７５Ｖ、電流を１０００ｍＡ、イオンの加速電圧を２００Ｖ、９０ｍＡ、処理時間を１秒として混合ガスから形成したイオン化を、水素を含む炭素膜の表面に照射した。これにより、水素を含む炭素膜の表面の脱水素化と窒化を行った。
その後、水素を含む炭素膜の表面にパーフルオロポリエーテル系の潤滑剤を１．４ｎｍの膜厚で塗布した。
【００９８】
（比較例１）
比較例１では、実施例１の亜酸化窒素および窒素の混合ガスについて、亜酸化窒素ガスのみを使用し、窒素ガスは使用しなかった。すなわち、成膜室１０１内を排気後、亜酸化窒素をガス流量２ＳＣＣＭ、反応圧力を５Ｐａとして、成膜室１０１内に供給した。
【００９９】
（実施例２）
実施例２では、実施例１の亜酸化窒素および窒素の混合ガスについて、亜酸化窒素をガス流量０．３ＳＣＣＭ、窒素をガス流量２ＳＣＣＭ、反応圧力を５Ｐａとした（亜酸化窒素ガスの量は、１３体積％である。）。
【０１００】
（実施例３）
実施例３では、実施例１の亜酸化窒素および窒素の混合ガスについて、亜酸化窒素をガス流量０．０５ＳＣＣＭ、窒素をガス流量２ＳＣＣＭ、反応圧力を５Ｐａとした（亜酸化窒素ガスの量は、２．４体積％である。）。
（磁気記録媒体の評価及び結果）
【０１０１】
実施例１〜３、比較例１において作製した磁気記録媒体の各水素を含む炭素膜２４中の水素濃度分布測定、窒素濃度分布測定を行った。また実施例１、比較例１の磁気記録媒体については、ラマン分光測定、スクラッチ試験、及びコロージョン試験を実施し、評価を行った。
【０１０２】
水素を含む炭素膜中の水素濃度分布、窒素濃度分布測定については、水素を含む炭素膜の深さ方向にＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  
Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｓｅｒ）を用いて調べた。水素濃度分布の測定結果を表１に、窒素濃度分布の測定結果を表２にそれぞれ示す。
【０１０３】
【表１】
2015032335.tif 000003
【０１０４】
【表２】
2015032335.tif 000004
【０１０５】
ラマン分光測定については、ＪＥＯＬ社製のラマン分光装置を用いて、Ｂ／Ａの測定を行った。ここでのＢ／Ａとは、ラマンスペクトルのピーク強度をＢ値、ベースライン補正を行ったときのピーク強度をＡ値として算出される値である。このＢ／Ａの値が小さいほど、水素を含む炭素膜中のポリマー成分が少なく、硬質の炭素膜であることを示す。結果を表３に示す。
【０１０６】
【表３】
2015032335.tif 000005
【０１０７】
スクラッチ試験については、クボタ社製のＳＡＦテスターを用いて行った。試験条件は、磁気記録媒体を１２０００ｒｐｍで回転させ、ＰＰ６ヘッドを用いて、磁気記録媒体表面を２時間、５インチ／秒の速度でシーク動作を繰り返した後、光学顕微鏡で磁気記録媒体表面のスクラッチの有無を確認した。
実施例１、比較例１のそれぞれについて２０枚の磁気記録媒体についてこのようなスクラッチ試験を行い、その発生枚率（％）を調べた。結果を表４に示す。
【０１０８】
【表４】
2015032335.tif 000006
【０１０９】
コロージョン試験については、磁気記録媒体を９０℃、湿度９０％の環境下に９６時間放置した後、磁気記録媒体の表面に発生したコロージョンスポットの個数（個／面）を光学式表面検査機でカウントした。なお、検出精度は直径５μｍ以上に設定した。結果を表５に示す。
【０１１０】
【表５】
2015032335.tif 000007
【０１１１】
表１、表２に示したように、実施例１〜３の磁気記録媒体は比較例１に比べ、水素を含む炭素膜２４の表層部において、脱水素化、窒化が進行することが確認できた。実施例１〜３の表層部において水素濃度が低下したのは、炭素膜表面の窒化と脱水素化がバランス良く進行したためと考えられる。
【０１１２】
また、実施例１の磁気記録媒体は、比較例１の磁気記録媒体と比較して、表３に示したラマン分光測定結果に優れていることから、緻密で平滑な膜であることが確認できる。さらには、表４に示したスクラッチ試験の結果についても実施例１の磁気記録媒体が、比較例１の磁気記録媒体よりもスクラッチ発生率が低くなっており、水素を含む炭素膜２４が高硬度でスクラッチ耐性に優れていることも確認できる。
【０１１３】
そして実施例１の磁気記録媒体は、表５に示したように、比較例１と比較してコロージョンスポット個数が少なくなっていることが確認できた。これは磁気記録媒体が優れた耐コロージョン性を有することを意味しており、上記の様に水素を含む炭素膜２４の表層部が高濃度に窒化されたために潤滑剤の塗れ性が高くなったためと考えられる。
【符号の説明】
【０１１４】
Ｇ  原料気体
Ｄ  基板
１０１  成膜室
１０１ａ  チャンバ壁
１０２  ホルダ
１０３  導入管
１０４  カソード電極
１０５  アノード電極
１０６  第１の電源
１０７  第２の電源
１０８  第３の電源
１０９  マグネット
１１０  排気管
２０  基板
２１０  磁性層
２４  水素を含む炭素膜（保護層）
２４１  磁性層と対向する面
２４２  反対側の面
３０  磁気記憶装置
３１  磁気ディスク
３２  媒体駆動部
３３  磁気ヘッド
３４  ヘッド駆動部
３５  記録再生信号処理系
【図１】
2015032335.tif 000008
【図２】
2015032335.tif 000009
【図３】
2015032335.tif 000010