(57)【要約】【課題】  グラニュラ構造を有した磁気記録媒体の粒界幅の分布を低減し、媒体Ｓ／Ｎの高い磁気記録媒体を提供する。【解決手段】  略柱状構造を有した粒子から構成された下地層と、略柱状構造を有した磁性結晶粒と粒界層から構成された磁性記録層において、磁性記録層の粒径Ｄｍと下地結晶粒の粒径Ｄｕとの関係をＤｕ×０．８＜Ｄｍ＜Ｄｕとし、粒界幅分布の標準偏差を平均粒界幅で除した規格化粒界分散を０．４以下とする。【選択図】  図３
2005190552.tif 000002
【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た柱状構造を有する結晶粒から構成される下地層と、前記下地層上に形成された柱状構造の磁性結晶粒が粒界層で分離された構造を有する磁性記録層とを含む磁気記録媒体において、
前記磁性記録層の磁性結晶粒の粒径Ｄｍと前記下地層の結晶粒の粒径Ｄｕとが
０．８×Ｄｕ≦Ｄｍ＜Ｄｕ
なる関係を満たすことを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項２】
前記磁性記録層の磁性結晶粒は、基板面に略垂直な磁化容易軸を有することを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
【請求項３】
前記磁性記録層を構成する磁性結晶粒と前記下地層を構成する結晶粒はそれぞれ六方稠密構造を有し、互いに接していることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
【請求項４】
前記磁性記録層を構成する磁性結晶粒はＣｏＣｒＰｔ合金もしくはＣｏＣｒＰｔを主成分とする合金であり、前記下地層を構成する結晶粒はＲｕもしくはＲｕを主成分とする合金であることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
【請求項５】
前記下地層の結晶粒一つの上に前記磁性記録層の磁性結晶粒が一つ形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
【請求項６】
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た柱状構造を有する結晶粒から構成される下地層と、前記下地層上に形成された柱状構造の磁性結晶粒が粒界層で分離された構造を有する磁性記録層とを含む磁気記録媒体において、
前記磁性記録層は、粒界層幅の平均値で粒界幅分布の標準偏差を除して定義した規格化粒界分散が０．５未満であることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項７】
前記規格化粒界分散が０．４未満であることを特徴とする請求項６に記載の磁気記録媒体。
【請求項８】
前記磁性記録層の磁性結晶粒は、基板面に略垂直な磁化容易軸を有することを特徴とする請求項６に記載の磁気記録媒体。
【請求項９】
前記磁性記録層を構成する磁性結晶粒と前記下地層を構成する結晶粒はそれぞれ六方稠密構造を有し、互いに接していることを特徴とする請求項６に記載の磁気記録媒体。
【請求項１０】
前記磁性記録層を構成する磁性結晶粒はＣｏＣｒＰｔ合金もしくはＣｏＣｒＰｔを主成分とする合金であり、前記下地層を構成する結晶粒はＲｕもしくはＲｕを主成分とする合金であることを特徴とする請求項６に記載の磁気記録媒体。
【請求項１１】
前記下地層の結晶粒一つの上に前記磁性記録層の磁性結晶粒が一つ形成されていることを特徴とする請求項６に記載の磁気記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録媒体に関するものであり、特に、柱状構造の磁性結晶粒と粒界層からなる磁性記録層を有した磁気記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、ハードディスク装置に用いられている記録方式は、基板面内方向に磁化を向けて記録する面内磁気記録方式が主流であるが、より高い記録密度、すなわち、より大容量のハードディスク装置を実現するために、基板垂直方向に磁化を向ける垂直磁気記録方式が活発に検討されている。垂直磁気記録に用いられる記録媒体は、略基板垂直方向に磁化容易軸を有し、記録を保持する磁性記録層と、磁気ヘッドの磁界を効率よく利用するための軟磁性層などから構成される。垂直記録方式では、記録された磁化領域（記録ビット）の境界部分（磁化遷移領域）で磁化が反平行方向となるため磁気的に安定化し、いわゆるジグザグ磁壁の幅が小さくなることによって、媒体ノイズが低減される。軟磁性層は磁気ヘッド磁界のリターンパスとなるだけでなく、単磁極ヘッドとともに用いると鏡像効果によって磁性記録層部分に強い磁界を発生することができるため、高い保磁力の記録磁性膜を用いることができるようになり、やはりジグザグ磁壁の幅を狭くでき、媒体ノイズ低減に寄与する。
【０００３】
さて、媒体ノイズを低減するための媒体微細構造に関する条件としては、磁性結晶粒の粒径が微細化であること、及び隣接する結晶粒間の交換相互作用が小さいことが必要である。なぜなら、磁化反転の単位は磁性記録層を構成する結晶粒子１個もしくはこれらが複数結合したものであるため、磁化遷移領域の幅はこの磁化反転単位の大きさに強く依存するためである。特に垂直磁気記録媒体に用いられる記録層の結晶粒径を微細化し、媒体ノイズを低減するためには、たとえば、特開２００３−１１５１０６号公報に示されているように、記録層直下の下地層をＴｉもしくはＺｒのアモルファス合金とする技術がある。また、特開２００１−２８３４２８号公報には、記録層直下の下地層ＲｕにＣｒ，Ｖなどの体心立方格子構造を有する元素を固溶させ、粒子径を微細化する技術が開示されている。一方、結晶粒子間の相互作用を小さくするために、磁性結晶粒の周辺部分（結晶粒界）を非磁性層で取り囲んだ、いわゆるグラニュラ構造の磁気記録媒体が提案されている。たとえば、特開２００２−３５８６１５号公報には、粒子間の平均離間距離を１．０ｎｍ以上とするグラニュラ構造の磁気記録媒体が開示されている。用いられる粒界層としては、酸化物、窒化物、フッ化物、炭化物などが例示されている。また、特開２００３−１７８４１３号公報には、粒界層を構成する非磁性層として酸化物を用い、磁性記録層に含まれる酸化物の体積を規定し、高い保磁力を実現するグラニュラ構造の磁気記録媒体が開示されている。ちなみに、面内記録方式でＣｏＣｒＰｔ系の合金を用いる場合には、粒界部分にＣｒなどの非磁性元素が偏析し、比較的良好な粒間相互作用の低減を図ることができるが、垂直記録媒体にＣｏＣｒＰｔ系合金を用いるとＣｒの粒界への偏析が起こりにくいため、十分な粒界分離構造を形成することが困難であった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１５１０６号公報
【特許文献２】特開２００１−２８３４２８号公報
【特許文献３】特開２００２−３５８６１５号公報
【特許文献４】特開２００３−１７８４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなグラニュラ垂直媒体であっても、媒体ノイズを低減し、媒体Ｓ／Ｎを高めるためには、磁性結晶粒の粒子径を微細化し、粒子間相互作用の大きさを低減する必要があることには変わりない。グラニュラ垂直媒体の磁性記録層の粒子径は、基板温度、磁性結晶粒形成の際のスパッタガス圧、スパッタガスに含まれる酸素量、粒界を形成する非磁性層の体積などによって変化する。したがって、所望の結晶粒径を得るには、上記形成条件の１つを制御するのではなく、複数の形成条件を適切に制御することになる。結晶粒径は、透過電子顕微鏡による観察から高精度に測定することが可能で、各種形成条件による変化は容易に知ることができる。たとえば、スパッタガス中に含まれる酸素量を増加させると結晶粒径は急激に微細化することが確かめられる。
【０００６】
ところが、発明者らの詳細な検討の結果、結晶粒径を微細化させた場合、静磁気特性に大きな変化は起こらないものの、媒体Ｓ／Ｎは結晶粒径値から予想される値よりも小さくなることが明らかとなった。磁性記録層の結晶粒子間相互作用や静磁気特性が等しい場合、媒体Ｓ／Ｎは粒子径に依存して変化すると考えられる。静磁気特性はほぼ等しいため、媒体Ｓ／Ｎが十分向上しない理由は、粒子間相互作用の変化であると考えられる。粒子間相互作用は磁性結晶粒間の距離（粒界幅）に依存するため、本結果は、粒界幅にあると推定された。透過電子顕微鏡による粒界幅の測定の結果、粒界の幅は広い分布を持ち、１ｎｍ以上の粒界が形成されている部分や０．５ｎｍ以下の狭小な粒界となっている部分が混在し、十分な粒子間相互作用の低減が行われていない部分が形成されていることが明らかとなった。このような微細構造を持つ磁気記録媒体は、結晶粒径の微細化はできているが、粒子間相互作用の低減は十分でなく、高いＳ／Ｎを有するものとはなりえない。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、粒界層の幅を制御したグラニュラ構造を有する垂直磁気記録媒体、さらには高い媒体Ｓ／Ｎを有する垂直磁気記録媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、磁性結晶粒と下地層の結晶粒の大きさを適切に制御し、粒界幅の分布幅が一様になるように制御されたグラニュラ構造を有する磁気記録媒体を形成することによって達成される。以下、課題を解決するための手段を、発明者らが得た知見を元に説明する。
【０００９】
従来用いられてきた面内記録方式の磁気記録媒体やグラニュラ構造ではない垂直磁気記録媒体の磁性結晶粒は、その結晶配向や粒子径を制御するために、磁性結晶粒を形成する前に柱状構造を有する下地層を形成し、これに接するように磁性記録層を形成している。下地層は柱状構造を有し、たとえば、面内記録の場合はＣｒ合金の（１００）面が優先配向と成った微細な結晶粒子から構成され、その上に略エピタキシャル成長させた磁性結晶粒が（１１０）配向となるように形成されている。磁性結晶粒の粒子径は下地結晶粒の粒子径とほぼ等しくなる。また、グラニュラ構造ではないＣｏＣｒＰｔ系合金磁性層を用いた垂直記録媒体の場合には、Ｔｉ合金柱状粒子などを（００１）配向させた層を下地層として用い、その直上にエピタキシャル成長した磁性結晶粒が（００１）配向するように制御されている。この場合もやはり磁性結晶粒の結晶粒径は下地結晶粒の結晶粒径とほぼ等しくなる。ＣｏとＰｄを交互に積層した人工格子構造の垂直磁気記録媒体においても同様に制御される。
【００１０】
次に図１、図２を用いて、グラニュラ媒体の下地結晶粒と磁性結晶粒の関係について説明する。グラニュラ構造とは、酸化物、窒化物、フッ化物、炭化物などの非磁性材料のマトリクスの中に微細な磁性粒子が分散している構造である。この非磁性材料が粒界に形成されたグラニュラ構造の垂直磁気記録媒体の場合、柱状構造を有する下地結晶粒と柱状構造を有する磁性結晶粒は互いに接してエピタキシャル成長し、磁性結晶粒の結晶配向は下地結晶粒の結晶配向によって同様に制御される（図１）。
【００１１】
ところが、粒界層が下地結晶粒の粒界に沿っている磁性結晶粒の粒界だけではなく、下地結晶粒の内部に対応する部分にも形成されるため、磁性結晶粒の粒子径は、下地層粒子の大きさでは制御されず、下地層と磁性記録層で粒子径の大きさは必ずしも一致しないことを発明者らは発見した。さらに、図２に示したように、磁性記録層粒子の粒界幅は、下地結晶粒の粒界に沿った部分では比較的広くなるが、下地結晶粒内部に対応する部分に形成された粒界は非常に狭い幅しか形成されないことを見出した。たとえば、下地結晶粒の境界に沿った磁性結晶粒の粒界が約１ｎｍである場合、下地結晶粒の粒界に沿っていない磁性結晶粒の粒界は０．５ｎｍ以下となり非常に狭く、粒子間相互作用を低減するには不十分な距離である。一方、下地結晶粒の粒界に沿っていない磁性結晶粒の粒界幅が１ｎｍ以上となるような条件で磁性記録層を形成すると、下地結晶粒の粒界に沿った磁性結晶粒の粒界は広くなりすぎるため、磁性結晶粒の部分の体積が減少し、磁性記録層の飽和磁化の大きさが小さくなりすぎるなどの問題が発生してしまう。すなわち、磁性結晶粒の粒界幅が一様な微細構造を有したグラニュラ媒体を形成することが、磁性結晶粒径微細化とともに必要であることが明らかとなった。
【００１２】
粒界幅の一様性の指標としては、粒界幅の分布の標準偏差を粒界幅の平均値で割った値（規格化粒界分散）を用いる。発明者の検討によると、媒体Ｓ／Ｎが粒子径から推定される媒体Ｓ／Ｎよりも小さくなってしまう媒体の場合、規格化粒界幅は０．５以上であり、一様な粒界幅を形成している媒体の規格化粒界幅は０．４以下であった。すなわち本発明の媒体の特徴は、規格化粒界幅が０．５未満となることであり、さらに好ましくは０．４以下となることである。
【００１３】
また、このような一様な粒界幅を有したグラニュラ構造を形成するためには、下地結晶粒と磁性結晶粒の結晶粒径をほぼ一致させ、下地結晶粒と磁性結晶粒の粒界部分を一致させればよく、磁性結晶粒間の粒界幅をいたるところ十分な幅とすることができる。すでに述べたように、下地層粒子径と磁性記録層粒子径は、グラニュラ構造を有する垂直磁気記録媒体の場合、略エピタキシャル成長している場合であっても等しくならないことに注意しなければならない。ここで、磁性結晶粒の粒子径が、下地結晶粒の粒子径よりも大きい場合には、磁性結晶粒内に下地結晶粒と結晶整合性が不十分な部分が形成されるため、磁性結晶内に結晶欠陥や強い歪などが発生し、磁気特性の著しい低下を招き好ましくない。また、磁性結晶粒が下地結晶粒よりも過度に小さくなると、前述したように、下地結晶粒内部に対応する部分に幅の狭い粒界が形成されるため好ましくない。発明者による透過電子顕微鏡を用いた詳細な検討によると、磁性結晶粒の大きさが下地結晶粒の大きさの８０％以下になると、幅の狭い粒界が形成され始めることが明らかとなった。すなわち、本発明の媒体の特徴は、磁性記録層の結晶粒径Ｄｍと下地層の結晶粒径Ｄｕが０．８×Ｄｕ＜Ｄｍ＜Ｄｕなる関係を満たすことである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の磁気記録媒体は、下地層の粒子径と磁性記録層の粒子径が適切な関係に制御されているため、狭い粒界の形成が抑制されることにより、磁性結晶粒間の交換結合が小さな磁気記録媒体を提供できる。したがって、媒体ノイズの低減を行うことができるため、高いＳ／Ｎを有した磁気記録媒体を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図３に、本発明の磁気記録媒体の構成を示す。ディスク状基板に、軟磁性層、非磁性の下地層、垂直磁気異方性を有する磁性記録層、保護層、潤滑層が形成される。これらの層は、ディスク状基板の両面に形成される。前記各層のうち軟磁性層、下地層、磁気記録層は、たとえば、マグネトロンスパッタ装置を用いて形成することができる。保護層はイオンビーム法などによって形成することができ、潤滑層は、ディッピング法などによって形成することができる。また、真空蒸着法、ＥＣＲスパッタ法、ＣＶＤ法、スピンコート法など他の手段によってそれぞれの層を形成してもよい。
【００１７】
基板には、ＮｉＰメッキしたＡｌ基板、表面を化学強化したガラス基板、結晶化ガラス基板などを用いることができる。その他、非磁性であり、表面の平坦性に優れ、３００℃程度の加熱に対して、磁化したり変形したりしない材質で形成されている基板であれば同様に用いることができる。基板表面は、平均粗さ３ｎｍ以下の凹凸となるように研磨したり、ディスク円周方向にテクスチャと呼ばれる微細溝を形成したりしてもよい。テクスチャは、平均粗さ３ｎｍ以下であり、ディスク半径方向に計った溝の平均間隔が５０ｎｍ以下、さらに好ましくは２０ｎｍ以下であることが好ましい。基板表面の平均粗さが３ｎｍを超えると、磁気記録媒体最表面の凹凸が大きくなるため、磁気ヘッドの浮上高さを高くぜざるを得ず、ヘッド磁界を効率よく磁気記録層に印加できなくなるため好ましくない。
【００１８】
軟磁性層は、保磁力の小さな軟磁気特性を示す材料が用いられ、たとえば、ＣｏＴａＺｒ，ＦｅＴａＣ，ＦｅＡｌＳｉ，ＣｏＦｅＢ，ＮｉＦｅなどの合金を用いることができる。その他、軟磁気特性を示し、飽和磁束密度が１Ｔ以上の材質であれば同様に用いることができる。また、軟磁性層はその磁化の方向をディスク半径方向にそろえるため、磁区制御層を合わせて備えてもよい。たとえば、ＦｅＭｎ，ＩｒＭｎ，ＭｎＰｔ，ＣｒＭｎＰｔなどの反強磁性材料を軟磁性層の下部、中間部、上部などに挿入し、加熱後、ディスク半径方向の磁場を印加した状態で冷却することで、軟磁性層の磁化方向を固定することができる。また、軟磁性層を１ｎｍ程度の非磁性層で分割して多層とすることにより、各層間を反強磁性結合させて、磁化方向を固定することもできる。軟磁性層は主に磁気ヘッド磁束のリターンパスとして用いられるため、ヘッド磁束を磁気飽和を起こすことなく通すことができる厚さであればよい。たとえば、ＣｏＴａＺｒ軟磁性層を用いた場合、３００ｎｍ程度の厚さで十分な性能を示すことができる。さらに軟磁性層と基板との密着性を向上したり、基板と軟磁性層の化学反応や元素拡散を抑制するため、軟磁性層と基板の間に非磁性層を挿入することができる。たとえば、Ｃｒ，ＮｉＴａ，ＮｉＴａＺｒ，ＣｒＴｉ，ＣｒＴｉＴａ，ＴｉＡｌなどを用いることができ、その他上記目的を達成する非磁性層であれば同様に用いることができる。
【００１９】
下地層は、略柱状構造を有した結晶粒からなる非磁性材料で構成される。下地層はその上部に形成される磁性記録層の結晶配向を制御するために用いられるため、ｈｃｐ構造であることが好ましく、その優先配向方向は［００１］である。用いられる材料は、Ｒｕおよびその合金、ＣｏＣｒおよびその合金、Ｔｉおよびその合金などであり、合金とされるために添加される元素は、Ｒｕ，Ｃｒ，Ｂ，Ｖ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｗなどである。合金とすることで格子定数を変化させ、上部に形成される磁性記録層との格子整合を高めることができる。一方、下地層は複数の層から構成することもできる。たとえば、まず、第１層として、ＭｇＯなどの酸化物層やＴａなどの金属層を約１ｎｍ形成する。その後、下地層の結晶粒径を決めるために、成長の核となるＰｄなどの島状膜を形成する。その後、Ｒｕなどの層を少なくとも一層形成すると、前記形成された島状膜を核として成長し、［００１］配向したｈｃｐ構造の多結晶膜が形成できる。平均結晶粒径は、５ｎｍから１２ｎｍであることが好ましい。これは上部に形成する磁性結晶粒に必要な結晶粒径と等しくするためである。結晶粒径は、下地層成膜時の基板温度、スパッタガス圧、成膜レート、膜厚、さらには島状核の密度などによって制御することができる。下地層の全厚さは２−２０ｎｍとすることが好ましい。２ｎｍよりも薄いとＲｕなどの結晶化度および結晶配向性が不十分となり、磁性記録層の結晶配向度が低下してしまうためである。また、２０ｎｍよりも厚いと磁気ヘッドから軟磁性層までの距離が離れすぎてしまい、強い磁気ヘッド磁界が磁性記録層に印加できないことを要因とするオーバライト特性の低下や、媒体保磁力を高くすることができないことを要因とする記録磁化の熱安定性の低下を招くためである。
【００２０】
磁性記録層は、略柱状構造を有した磁性結晶粒とその結晶粒の粒界が非磁性層で充填されたグラニュラ構造である。磁性結晶粒はｈｃｐ構造を有したＣｏＣｒＰｔ合金、およびこれにＢ，Ｔａ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｔｉ，Ｓｉなどを少なくとも一種類添加したものを用いる。磁性結晶粒は下地結晶粒と略エピタキシャル関係を有し、優先配向方向は［００１］となる。磁性結晶粒の平均結晶粒径は５ｎｍ以上１２ｎｍ以下であることが好ましい。５ｎｍより小さいと、熱安定性が低下し、記録磁化の減衰が顕著になるためである。一方、１２ｎｍを超えると媒体ノイズが著しく増加し好ましくない。また、結晶粒径は下地層の結晶粒径の０．８倍より大きく１倍未満となるように制御される。たとえば、マグネトロンスパッタ成膜装置のスパッタＡｒガス圧、Ａｒガスに含まれる酸素量、投入電力などを制御して形成する。非磁性の粒界は、Ｓｉ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｍｇなどの酸化物をＣｏＣｒＰｔ合金などと同時にスパッタ成膜することによって形成することができる。また、Ｓｉ，Ｔｉ，Ｂなどの窒化物を用いてもよい。たとえば、ＣｏＣｒＰｔ合金と、Ｓｉ酸化物で構成されるグラニュラ構造磁性記録層の形成は、ＣｏＣｒＰｔ合金のスパッタターゲットとＳｉ酸化物のスパッタターゲットを回転させながら交互にスパッタ成膜することで行うことができる。なお、ＣｏＣｒＰｔ合金とＳｉ酸化物を混合したスパッタターゲットを用いて同時に成膜してもよい。磁性記録層に含まれるＳｉ酸化物の体積比率は、１０％以上３０％以下であることが好ましい。１０％以下であると十分な広さの粒界を形成することができず、媒体ノイズの低下を招く。また、３０％以上であると保磁力の低下が起こるためである。基板垂直方向に計測した磁性記録層の保磁力は３００ｋＡ／ｍ以上であることが好ましい。これ以下では記録磁化の時間的減衰が顕著になるためである。磁性記録層の膜厚は５ｎｍ−３０ｎｍとすることが好ましい。５ｎｍより薄くなると保磁力の低下や熱安定性の低下が顕著になるためである。また、３０ｎｍより厚くなると磁気ヘッドと軟磁性層の距離が遠くなり、ヘッド磁界勾配が小さくなるため、記録分解能の低下やヘッド磁界強度が小さくなるためオーバライト特性の低下を招くためである。
【００２１】
保護層は、Ｃを主成分とする膜を用いることができる。その他、磁性記録層の腐食などを保護できるものであれば同様に用いることができるのは言うまでも無い。保護層の膜厚は、１ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが好ましい。１ｎｍ以下ではヘッドが媒体表面に衝突したときの保護には不十分であり、５ｎｍ以上では磁気ヘッドと媒体間の距離が広がり、記録分解能の低下を引き起こしてしまうためである。潤滑層は、パーフルオロアルキルポリエーテル系材料などを用いることができる。
【００２２】
次に、磁気記録層の結晶粒径の測定方法について述べておく。結晶粒径の測定は透過電子顕微鏡による結晶粒像の観察、およびその画像解析によって行う。まず、磁気記録媒体試料をディスクから約２ｍｍ角切り出して小片とする。この小片を研磨し、部分的に磁気記録層および保護層だけとなった極薄膜を作成する。この薄膜化試料を基板面に垂直な方向から透過電子顕微鏡を用いて観察し、明視野の結晶粒像を撮影する。明視野像とは、回折した電子線を電子顕微鏡の対物絞りで遮り、回折していない電子線のみを用いて形成した像である。グラニュラ媒体の明視野像では、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、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分離した像とすることができる。この明視野像においてコントラストの暗い結晶粒の境界部分に線を引くことによって結晶粒像を得る。図４及び図５には透過電子顕微鏡像により得られた明視野像から得た結晶粒像の一例を示した。次に、得られた結晶粒像をスキャナでパーソナルコンピュータ内に取り込んでデジタルデータとする。取りこまれた画像データを市販の粒子解析ソフトウエアを用いて解析し、個々の粒子を構成するピクセル数を求め、さらにピクセルと実スケールとの換算から、個々の粒子の面積を求める。粒子径は、先に求めた粒子面積と等しい面積を持つ円の直径として定義する。この測定を３００個以上の粒子について行ない、得られた粒子径の算術平均として平均粒径を定義する。
【００２３】
次に、下地層の結晶粒径の測定方法について述べる。まず、磁気記録媒体試料をディスクから約２ｍｍ切り出し小片とする。この小片を研磨し、部分的に磁気記録層および保護層だけとなった極薄膜を作成する。この薄膜試料を基板面に垂直な方向から透過電子顕微鏡を用いて観察し、結晶格子像を撮影する。ここで結晶格子像とは、電子顕微鏡観察において回折した電子線と回折していない電子線の干渉から得られる像であり、結晶粒子内に結晶格子面に対応する縞模様が観察される像のことである。この縞模様の方向と間隔は、基板垂直方向の結晶面の方向と間隔に一致する。下地層と磁性記録層は、略エピタキシャル成長しているため、上記得られた格子像のうち、隣接し、かつ結晶格子縞の方向と間隔が一致している部分は、下地結晶粒の結晶方向が一定な部分であることを示しており、下地結晶粒形状を反映する。したがって、隣接し、格子縞の間隔と方向が等しい部分には、１つの下地結晶粒存在すると考えることができる。下地層粒子の境界は、磁性結晶粒の粒界部分の中心とし、この粒界部分に沿って線を引くことで、下地結晶粒の粒界像をえることができる。このようにして得られた下地結晶粒の境界像をパーソナルコンピュータに取り込み、個々の粒子の面積をピクセル数としてデジタルデータ化する。ピクセル数と実スケールとの換算から、個々の粒子面積を求め、この面積と等しい面積を持った円の直径として粒子径を定義する。さらに、３００個以上の粒子の算術平均から、平均下地粒径を定義する。
【００２４】
なお、本手法が正しい下地層粒子の境界を表していることは、以下の事実からも確認できた。まず、上記評価した媒体と全く等しい条件で下地層までを形成した試料を用いて下地結晶粒径を測定したところ上記手法で測定した下地層粒子径と一致した。さらに、透過電子顕微鏡観察のための極薄試料として、下地層、磁性記録層、保護層だけとなった部分を有する試料を作成し、観察を行ったところ、周期の等しいモアレ像が粒子ごとに観察され、下地層と磁性記録層の結晶方位は、一定の関係を保っていることが確認された。また、モアレ縞の方向が変化する部分は、磁性結晶粒の境界部分であり、下地層の粒子の境界と磁性層粒子の粒界の一部は一致していることが確認できた。すなわち、磁性結晶粒の格子像から格子縞方向が等しい部分を下地層粒子の部分であるとする手法により下地結晶粒径を正しく求めることができることを確認できた。
【００２５】
次に、磁性記録層の粒界幅の測定方法について述べる。図４の結晶粒像において、各粒子の重心位置を市販の粒子解析ソフトウエアによって求める。隣接する粒子の重心間に線を引き、その粒界部分にある長さをピクセル数で求める。得られた粒界部分の長さを実スケールに換算して、粒界部分の長さを求め、３００以上の粒界の長さを算術平均することで、平均粒界幅を定義する。また、得られた粒界幅の値の標準偏差を平均粒界幅で除すことによって、規格化粒界分散を定義する。ここで、隣接する粒子とは、重心間に引いた線上に他の粒子が存在しない粒子のことである。ひとつの粒子に対して隣接する粒子は複数存在する。
【００２６】
以下、実験例に基づき本発明を説明する。
【００２７】
＜実験例１＞
実験例１に関る、第１の磁気記録媒体では、まず、アルカリ洗浄した化学強化ガラス基板上にＮｉＴａ３７．５Ｚｒ１０膜を３０ｎｍ成膜した。ここでＮｉＴａ３７．５Ｚｒ１０におけるＴａ後の数字３７．５とＺｒの後の数字１０は、それぞれ膜中に含まれるＴａとＺｒの濃度を原子百分率で表したものである。すなわち、ＮｉＴａ３７．５Ｚｒ１０とは、５２．５ａｔ．％Ｎｉ−３７．５ａｔ．％Ｔａ−１０ａｔ．％Ｚｒの略記表示である。また、ＮｉＴａＺｒのように数値を示さずに記しているものは、直前に記載した同一元素を含む膜と同一組成比であり、略記表示である。以下同様の略記表示を行う。次に、ＦｅＣｏ３０Ｂ１５膜を３００ｎｍ、Ｔａ膜を１ｎｍを形成した。その後、Ｒｕ膜は、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、Ａｒガス圧２．０Ｐａの条件のもとに形成した。このときの基板温度は室温であり、膜厚は２０ｎｍとした。次に、ＣｏＣｒ１７Ｐｔ１４とＳｉＯ２が体積比率で８０：２０と成るように磁性記録層を形成した。ＣｏＣｒＰｔはＤＣマグネトロンスパッタ法により、ＳｉＯ２はＲＦマグネトロンスパッタ法により、Ａｒガスの圧力２．０Ｐａの条件でスパッタ成膜し、膜厚は１８ｎｍとした。ＣｏＣｒＰｔとＲｕのスパッタリングターゲットは、回転するホルダに搭載されており、ディスク基板上にターゲットが来たときにスパッタが行われるようになっている。基板温度は室温とした。その後、保護膜としてＣを５ｎｍ成膜した。
【００２８】
次に、比較のために、第２の磁気記録媒体として、Ｒｕ膜までは第１の磁気記録媒体と全く等しい条件で形成した後、ＣｏＣｒＰｔおよびＳｉＯ２を、その体積比率が８０：２０となるようにし、Ａｒガスの圧力４．０Ｐａの条件で成膜した媒体を作製した。基板温度は室温であり、膜厚は１８ｎｍとした。その後、保護膜としてＣを５ｎｍ形成した。
【００２９】
次に、比較のために、第３の磁気記録媒体として、Ｒｕ膜までは第１の磁気記録媒体と全く等しい条件で形成した後、ＣｏＣｒＰｔおよびＳｉＯ２を、その体積比率が８０：２０となるようにし、０．５％の酸素を含んだＡｒガスの圧力４．０Ｐａの条件で成膜した媒体を作製した。基板温度は室温であり、膜厚は１８ｎｍとした。その後、保護膜としてＣを５ｎｍ形成した。
【００３０】
この方法で製膜して得られた第１の媒体の磁性膜の断面を透過電子顕微鏡で観察したところ、図１に示されているように、略柱状構造を有した結晶粒からなる非磁性材料で構成された下地層の上部に、略柱状構造を有した磁性結晶粒とその結晶粒の粒界が非磁性層で充填されたグラニュラ構造である磁性結晶粒が垂直に製膜されている垂直媒体であることが確認できた。また、第２、第３の媒体の磁性膜の断面を透過電子顕微鏡で観察したところ、図２に示されているように、その上部に形成される磁性記録層の結晶配向を制御するために用いられる、略柱状構造を有した結晶粒からなる非磁性材料で構成された下地層の上部に、略柱状構造を有した磁性結晶粒とその結晶粒の粒界が非磁性層で充填されたグラニュラ構造である磁性結晶粒が垂直に製膜されている垂直媒体であることが確認できた。
【００３１】
第１、第２および第３の磁気記録媒体において、ＣｏＣｒＰｔとＳｉＯ２からなるグラニュラ膜（磁性記録層）とＲｕ膜（下地層）の平均粒径を透過電子顕微鏡を用いて測定したところ、第１の磁気記録媒体では、磁性記録層平均粒径は８．５ｎｍ、下地層平均粒径は９．６ｎｍであった。すなわち磁性結晶粒の粒子径に対する下地結晶粒の粒子径は０．８９であった。このとき、粒界幅を測定すると平均粒界幅１．１ｎｍ、規格化分散は０．３８であった。結晶粒像は、図４に示すような比較的粒界幅が一様な像が得られた。第２の磁気記録媒体について同様に測定したところ、磁性記録層平均粒径は７．３ｎｍ、下地層平均粒径は９．６ｎｍであった。すなわち磁性結晶粒の粒子径に対する下地結晶粒の粒子径は０．７６であった。このとき、粒界幅を測定すると平均粒界幅１．１ｎｍ、規格化分散は０．４９であった。結晶粒像は、図５に示すように粒界幅の分布が広い像が得られた。第３の磁気記録媒体について同様に測定したところ、磁性記録層平均粒径は６．６ｎｍ、下地層平均粒径は９．６ｎｍであった。すなわち磁性結晶粒の粒子径に対する下地結晶粒の粒子径は０．６９であった。このとき、粒界幅を測定すると平均粒界幅１．１ｎｍ、規格化分散は０．５８であった。結晶粒像は、図５よりもさらに粒界幅の分布が広がった像が得られた。第１、第２、第３の磁気記録媒体において平均粒界幅は、１．１ｎｍといずれも等しくなっているが、規格化分散が大きく変化した。特に第３の磁気記録媒体では、幅の広い粒界と幅の狭い粒界がいたるところに形成されているために粒界幅の規格化分散が大きくなっていることが結晶粒像から確認できた。
【００３２】
この実験例１に従って作製した媒体の記録層部分の平面の透過電子顕微鏡像を図６に示す。粒界幅の狭い部分の一例を図中に矢印で示した。横軸に第１、第２、第３の磁気記録媒体の透過電子顕微鏡像から測定した、磁性結晶粒径を下地粒径で除した値をとり、得られた透過電子顕微鏡像と対応させた。第２、第３の磁気記録媒体において透過電子顕微鏡で観察した平面の顕微鏡像からは、矢印で示された箇所のように幅の狭い粒界が観察されるが、第１の磁気記録媒体においてはそのような幅の狭い粒界は観察されず、比較的粒界幅が一様な像が得らることが確認できた。
【００３３】
これらの媒体に潤滑層を塗布し、記録トラック幅２００ｎｍの単磁極ヘッドと再生トラック幅１４０ｎｍのトンネル磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッドにより、記録再生を行った。６００ｋＦＣＩの線記録密度において、粒子径から推定される媒体Ｓ／Ｎと実測の媒体Ｓ／Ｎを比較したところ、第１の媒体では実測の媒体Ｓ／Ｎの値は粒子径から推定される媒体Ｓ／Ｎの値からの低下は認められなかったが、第２の磁気記録媒体では推定Ｓ／Ｎに対して約１．０ｄＢの低下、第３の磁気記録媒体では推定Ｓ／Ｎに対して約１．６ｄＢの低下が見られた。これは、粒界幅の狭い部分が形成されている部分の粒子間相互作用が強いため、媒体ノイズが増加し、媒体Ｓ／Ｎの低下を引き起こしたものと考えることができる。すなわち、平均粒界幅が等しくても、狭い粒界が形成され粒界幅の規格化分散が０．４以上、さらには０．５以上となると媒体Ｓ／Ｎの低下が著しいことが明らかとなった。また、磁性結晶粒の粒子径が下地結晶粒の粒子径の0.8より低下すると、粒界幅の規格化分散が大きくなり媒体のＳ／Ｎの低下が著しくなることが明らかとなった。
【００３４】
図７は、実験例１に従って作製した垂直磁気記録媒体の規格化粒界分散の値と、実測媒体Ｓ／Ｎを粒子径から推定される媒体Ｓ／Ｎで除した値との関係を示す。
【００３５】
＜実験例２＞
実験例２に関わる磁気記録媒体は、アルカリ洗浄した結晶化ガラス基板にＮｉＴａ３７．５を室温で形成し、１００ｎｍ厚のＦｅＴａ１０Ｃ１２と１．０ｎｍ厚のＴａの積層を３周期行った軟磁性層を形成した後、赤外線ランプ加熱により、軟磁性層表面を３５０℃まで加熱し、その後、室温まで冷却した。次に下地層、磁性記録層、保護層を形成した。下地層はＲｕを膜厚１０ｎｍ形成し、磁性記録層はＣｏＣｒ１９Ｐｔ１４とＳｉＯ２が体積比率で７５：２５となるようにし、膜厚は１５ｎｍとなるように形成した。磁性記録層を形成するときのＡｒスパッタガス圧は４．０Ｐａ、スパッタガスに含まれる酸素量は０．５％とした。保護層はＣを５ｎｍ形成した。
【００３６】
この方法を用いて製膜された媒体の磁性膜の断面を透過電子顕微鏡で観察したところ、図１に示されているような、その上部に形成される磁性記録層の結晶配向を制御するために用いられる、略柱状構造を有した結晶粒からなる非磁性材料で構成された下地層の上部に、略柱状構造を有した磁性結晶粒とその結晶粒の粒界が非磁性層で充填されたグラニュラ構造である磁性結晶粒が垂直に製膜されている垂直媒体であることが確認できた。
【００３７】
透過電子顕微鏡を用いて下地層および磁性記録層の結晶粒径、および粒界幅を測定したところ、下地層の結晶粒径は８．６ｎｍ、磁性記録層の結晶粒径は７．２ｎｍ、粒界幅は１．４ｎｍ、粒界幅の規格化分散は０．３６であった。すなわち、磁性結晶粒径の下地結晶粒径に対する割合は０．８４であり、粒界幅の規格化分散は０．４以下であった。本媒体の保磁力を振動試料型磁力計を用いて測定したところ４５０ｋＡ／ｍであり、角型比は１．０であった。さらに、潤滑層を形成し、記録トラック幅１００ｎｍの単磁極ヘッドと再生トラック幅８０ｎｍのトンネル磁気抵抗効果素子を有した磁気ヘッドで、１インチ当たり２００ギガビットの記録再生条件で記録再生を行ったところ、ビットエラーレートは１０のマイナス５乗以下となり、高密度記録を行うに十分な性能を有していることがわかった。
【００３８】
すなわち、磁性記録層の粒子径を下地層の粒子径の０．８倍より大きく、かつ１倍未満とし、粒界幅の規格化分散を０．４以下とすることにより、高い媒体Ｓ／Ｎを有する磁気記録媒体を得ることができた。また、本実験例で用いた各層の構成元素、組成は、たとえばＣｏＣｒＰｔ合金の飽和磁化の大きさや保磁力を調整するために組成比を変化させてもよく、この場合でも、磁性結晶粒径と下地結晶粒径の大きさの関係と、粒界幅の規格化分散の値の関係は同様に成り立つ。また、たとえば、基板の種類、軟磁性層の種類や構成などを変えても、磁性記録層や下地層の微細構造に与える影響はほとんど無く、粒子径の関係と規格化粒界分散の関係になんら影響を与えない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】規格化分散値の低い磁性記録層の結晶粒と粒界、及び下地層の結晶粒の関係を示す断面図。
【図２】規格化分散値が高い磁性記録層の結晶粒と粒界、及び下地層の結晶粒の関係を示す断面図。
【図３】磁気記録媒体の層構成を示す図。
【図４】本発明の磁気記録媒体をディスク平面方向から見た結晶粒像を示す図。
【図５】従来の磁気記録媒体をディスク平面方向から見た結晶粒像を示す図。
【図６】磁性結晶粒径／下地結晶粒径に対応する磁気記録媒体のディスク平面から見た透過電子顕微鏡像。
【図７】実測媒体Ｓ／Ｎを粒子径から推定される媒体Ｓ／Ｎで除した値と、規格化粒界分散との関係を示す図。
【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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