(57)【要約】【課題】  安定なＣｕＡｕＩ型規則構造の磁性膜を形成することができる磁性膜の形成方法を提供する。【解決手段】  ＦｅとＰｔの組成が膜厚方向に変調した組成変調膜を２０Ｋ（ケルビン）／秒以上の昇温速度領域を有する条件で昇温した後、６３３Ｋ（ケルビン）以上の所定の温度で熱処理する磁性膜の形成方法により、前記課題を解決する。このとき、組成変調膜は、基板上に、Ｐｔ単原子層を形成するために必要な量の５０％超９０％以下に相当するＰｔ原子の堆積と、Ｆｅ単原子層を形成するために必要な量の５０％超９０％以下に相当するＦｅ原子の堆積とを交互に行うことにより成膜され、急速加熱熱処理後の膜はＣｕＡｕＩ型規則構造を有する。【選択図】        図１
2005235827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦｅとＰｔの組成が膜厚方向に変調した組成変調膜を２０Ｋ（ケルビン）／秒以上の昇温速度領域を有する条件で昇温した後、６３３Ｋ（ケルビン）以上の所定の温度で熱処理することを特徴とする磁性膜の形成方法。
【請求項２】
前記熱処理後の膜が、ＣｕＡｕＩ型規則構造を有することを特徴とする請求項１に記載の磁性膜の形成方法。
【請求項３】
前記組成変調膜は、基板上に、Ｐｔ単原子層を形成するために必要な量の５０％超９０％以下に相当するＰｔ原子の堆積と、Ｆｅ単原子層を形成するために必要な量の５０％超９０％以下に相当するＦｅ原子の堆積とを交互に行うことにより成膜されることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁性膜の形成方法。
【請求項４】
前記組成変調膜の厚さが、３ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁性膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性膜の形成方法に関し、さらに詳しくは、ＦｅＰｔ系の組成変調膜を熱処理してＣｕＡｕＩ型規則構造の磁性膜を形成することができる磁性膜の形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）は、データの高速アクセス及び高速転送が可能な大容量の記憶装置として、コンピュータの発展と共に著しい性能向上を続けている。特にこの１０年間では年率６０％〜１００％で面記録密度が向上しており、記録密度のさらなる向上が求められている。
【０００３】
ＨＤＤ等の磁気記録媒体度において、ＦｅＰｔやＣｏＰｔ等のスパッタ薄膜は、近年、磁気記録媒体への応用をめざして盛んに研究されている。しかしながら、スパッタリング法によるＦｅＰｔ薄膜の作製において、基板温度を室温にして成膜した場合には、不規則Ａ１型構造（ｆｃｃ）が得られ、高い磁気異方性を示すＬ１０型規則構造（ＣｕＡｕＩ型規則構造と同じ。ｆｃｔで表される。）は得られないことが知られている。Ｌ１０型規則構造の薄膜を得るためには、成膜後の薄膜を７５０Ｋ（約４７７℃）程度の熱処理で行うことが必要とされている（非特許文献１を参照。）。
【０００４】
こうした従来のＦｅＰｔ薄膜の形成方法に対しては、不規則Ａ１型構造からＬ１０型規則構造に変化させる温度（本願においては、「規則化温度」ということがある。）を低くすることが課題とされている。
【０００５】
この課題に対し、従来より多層化や第３元素の添加等が検討され、規則化温度を５７０Ｋ（約２９７℃）程度まで低くできることが確認されている（非特許文献２，３を参照。）。また、本出願人は、多層膜の効果に歪み導入の効果を加えた組成変調ＦｅＰｔ薄膜を成膜した後に熱処理を行うことにより、５５３Ｋ（約２８０℃）で規則化が始まることを報告している（非特許文献４を参照。）。一方、非特許文献６及び特許文献１には、規則化のために成膜後に６００℃以上の高温で熱処理したり高い保磁力を低い保持温度で実現するための第３元素を添加したりすることなく、５０ｎｍを超える厚さ（実験では300nm）の成膜時にＬ１０型規則構造のＦｅＰｔ相を得る方法が報告されている。すなわち、基板を２００℃〜３００℃に加熱しながらスパッタリング法により前記厚さに成膜し、成膜中に薄膜表面で起こる原子の表面拡散によりＦｅＰｔ相の規則化を進行させ、成膜直後にＬ１０型規則構造のＦｅＰｔ相を得る方法が報告されている。
【０００６】
また、非特許文献５には、ＦｅＰｔ薄膜を規則化させる方法として、熱酸化Ｓｉ基板上にＦｅ／Ｐｔ多層膜を成膜した後に急速加熱熱処理（ＲＴＡ：Rapid Thermal Annealing）を施す方法が報告されている。
【非特許文献１】C.M.Kuo, et.al., J.Appl.Phys., 85, 4886(1999).
【非特許文献２】Y.Endo, et.al., J.Appl.Phys., 89, 7065(2001).
【非特許文献３】T.Maeda, et.al., Appl.Phys.Lett., 80, 2147(2002).
【非特許文献４】H.Ito, et.al., J.Jpn.Inst.Met., 66, 889(2002).
【非特許文献５】H.Zeng, et.al., Appl.Phys.Lett., 80, 2350(2002).
【非特許文献６】Y.K.Takahashi, et.al., J.Appl.Phys., 93, 7580(2003).
【特許文献１】特開２００３−９９９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記非特許文献４では、規則化温度を低くすることについては一定の成果が得られたものの、不規則Ａ１型構造からＬ１０型規則構造に変化する過程（本願においては、「規則化過程」ということがある。）で起こる粒成長や保磁力の制御等については未だ十分に検討されておらず、高い保磁力を有する磁性膜を安定して製造するための方法としては十分であるとは言い難い。
【０００８】
また、前記非特許文献５では、急速加熱熱処理（ＲＴＡ）を施してＦｅＰｔ薄膜を規則化させる方法が報告されているものの、保磁力の制御についても未だ十分に検討されておらず、一定の保磁力を有する磁性膜を安定して製造するための方法としては十分であるとは言い難い。
【０００９】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ＣｕＡｕＩ型規則構造の磁性膜を安定して製造することができる磁性膜の形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するための本発明の磁性膜の形成方法は、ＦｅとＰｔの組成が膜厚方向に変調した組成変調膜を２０Ｋ（ケルビン）／秒以上の昇温速度領域を有する条件で昇温した後、６３３Ｋ（ケルビン）以上の所定の温度で熱処理することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、ＦｅとＰｔの組成が膜厚方向に変調した組成変調膜は、熱処理時に原子の拡散が起こり易く拡散の活性化エネルギーが低下すると考えられるので、６３３Ｋを下限とする低い保持温度であってもＣｕＡｕＩ型規則構造に変化させることができる。また、この発明は、ＦｅとＰｔの組成が膜厚方向に変調した組成変調膜を、２０Ｋ／秒以上の昇温速度領域を有する条件で昇温することにより、安定なＣｕＡｕＩ型規則構造の磁性膜が形成されることになり、高い保磁力を有する磁性膜を得ることができる。この結果は、組成変調膜に与えられる速い昇温速度が、再結晶化や結晶粒の成長等に影響を及ぼすと考えられる。
【００１２】
本発明の磁性膜の形成方法は、前記本発明の磁性膜の形成方法において、前記熱処理後の膜が、ＣｕＡｕＩ型規則構造を有することを特徴とする。この発明によれば、熱処理後の膜がＣｕＡｕＩ型規則構造であるので、極めて高い磁気異方性を示している。その結果、こうした高い磁気異方性を有する磁性膜は、記録磁化の熱安定性を向上させるという効果を奏し、磁気記録媒体の製造に好ましく利用できる。
【００１３】
本発明の磁性膜の形成方法は、前記本発明の磁性膜の形成方法において、前記組成変調膜は、基板上に、Ｐｔ単原子層を形成するために必要な量の５０％超９０％以下に相当するＰｔ原子の堆積と、Ｆｅ単原子層を形成するために必要な量の５０％超９０％以下に相当するＦｅ原子の堆積とを交互に行うことにより成膜されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の磁性膜の形成方法は、前記本発明の磁性膜の形成方法において、前記組成変調膜の厚さが、３ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内であることを特徴とする。この発明によれば、前記厚さ範囲の磁性膜を安定して形成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明の磁性膜の形成方法によれば、６３３Ｋを下限とする低い保持温度であっても、ＦｅＰｔ組成変調膜をＣｕＡｕＩ型規則構造に変化させることができる。また、２０Ｋ／秒以上の昇温速度領域を有する条件で昇温することにより、安定なＣｕＡｕＩ型規則構造の磁性膜とすることができ、その磁性膜に高い保磁力を与えることができる。こうした磁性膜の形成方法は、安定な保磁力を持つ磁気記録媒体の製造に極めて有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の磁性膜の形成方法について、図面を参照しつつ順次説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明の範囲は制限されない。
【００１７】
図１は、本発明の磁性膜の形成方法の一例を示す工程図である。本発明の磁性膜の形成方法は、ＦｅとＰｔの組成が膜厚方向に変調した組成変調膜２を２０Ｋ（ケルビン）／秒以上の昇温速度領域を有する条件で昇温した後、６３３Ｋ（ケルビン）以上の所定の温度で熱処理することに特徴がある。本発明において、ＦｅとＰｔの組成が膜厚方向に変調した組成変調膜２は、Ｐｔ、Ｆｅの順で基板上に交互に堆積されて形成される。
【００１８】
組成変調膜２が形成される基板１としては、非磁性基板が使用され、例えば、一般に磁性膜の基板として使用されるアルミニウム合金基板、ガラス基板、シリコン基板（熱酸化シリコン基板も含む。）等が挙げられる。
【００１９】
組成変調膜２は、ＦｅとＰｔとの組成が膜厚方向に変調した膜であれば、その変調度合い（膜厚方向の組成割合）は特に限定されない。こうした組成変調膜２は、ＦｅとＰｔの原子をそれぞれの厚さがその単原子層の厚さ以下となるように成膜レートを調整して堆積させた結果、成膜されたものである。なお、ここでいう「変調」とは、従来の単原子層を交互に積層した積層膜のように膜厚方向の各層の組成が単一の原子のみからなるのではなく、ＦｅとＰｔとが、膜厚方向に異なる組成で連続的に変化している状態を表している。
【００２０】
組成変調膜２としては、例えば、Ｐｔ原子とＦｅ原子とを交互に堆積させてＰｔ原子の割合が多い部分とＦｅ原子の割合が多い部分とが周期的に配置されている組成変調膜等を例示できる。
【００２１】
この例示された組成変調膜２において、Ｐｔ原子の割合が多い部分は、Ｆｅ原子とＰｔ原子との合計に対するＰｔ原子の割合が５０原子％を超え、９０原子％以下であることが好ましく、６０原子％以上、９０原子％以下であることがより好ましい。Ｐｔ原子の割合が多い部分をこうした割合の範囲となるように堆積させることにより、後述するようにその後の熱処理により磁気異方性の高いＣｕＡｕＩ型規則構造からなる磁性膜を形成することができる。Ｐｔ原子の割合が９０原子％を超える場合は、その後に熱処理しても磁気異方性の高いＣｕＡｕＩ型規則構造の磁性膜を形成することができないことがある。なお、Ｐｔ原子の割合が５０原子％を超え、９０原子％以下である場合におけるＦｅ原子の割合は、Ｆｅ原子とＰｔ原子との合計に対して５０原子％未満で、１０原子％以上となる。
【００２２】
こうした組成変調膜２としては、具体的には例えば、Ｐｔ原子とＦｅ原子との比率がそれぞれ３：１、１：１、１：３の３つの部分を１周期とした組成変調膜等が挙げられる。
【００２３】
この組成変調膜２の成膜方法は、特に限定されず、例えば、図１に示すように、Ｐｔ原子とＦｅ原子とを用いた以下の方法等が挙げられる。
【００２４】
（１）非磁性基板１上にＰｔ単原子層を形成するために必要な量の７５％に相当するＰｔ原子４１をスパッタリング法等により堆積させる。Ｐｔ原子４１は完全な単原子層を形成することができない７５％の量であるので、形成された第１部分は、図１（ａ）に示すように、２５％の欠陥を有したものとなる。
【００２５】
（２）次に、この第１部分の上にＦｅ単原子層を形成するために必要な量の７５％に相当するＦｅ原子４２をスパッタリング法等により堆積させる。Ｆｅ原子４２は表面拡散の効果により、Ｆｅ原子４２の２５％が第１部分の欠陥を埋めながら、Ｆｅ原子４２の残りの５０％が第２部分を形成する。その結果、第１部分は、図１（ｂ）に示すように、Ｐｔ原子とＦｅ原子との比率が３：１となり、第２部分は、５０％の欠陥を有したものとなる。
【００２６】
（３）次に、第２部分の上にＰｔ単原子層を形成するために必要な量の７５％に相当するＰｔ原子４１をスパッタリング法等により堆積させる。Ｐｔ原子４１は表面拡散の効果により、Ｐｔ原子４１の５０％が第２部分の欠陥を埋めながら、Ｐｔ原子４１の残りの２５％が第３部分を形成する。その結果、第２部分は、図１（ｃ）に示すように、Ｐｔ原子とＦｅ原子との比率が１：１となり、第３部分は、７５％の欠陥を有したものとなる。
【００２７】
（４）次に、第３部分の上にＦｅ単原子層を形成するために必要な量の７５％に相当するＦｅ原子４２をスパッタリング法等により堆積させる。Ｆｅ原子４２は表面拡散の効果により、第３部分の欠陥を全て埋めるように堆積され、第３部分は、図１（ｄ）に示すように、Ｐｔ原子とＦｅ原子との比率が１：３となる。
【００２８】
このような（１）〜（４）のステップにより形成された組成変調膜は、３つの部分（第１部分、第２部分、第３部分）を１周期とし、Ｐｔ原子とＦｅ原子との比率がそれぞれ３：１、１：１、１：３となって各部分で異なる組成変調構造の膜となる。このような組成変調膜２は、単原子層を交互に積層した積層膜に比べ、組成比の周期的なずれによる歪を有しているため、Ｐｔ原子４１とＦｅ原子４２との相互拡散が起こり易く、より低いエネルギーでＣｕＡｕＩ型規則構造が得られると考えられる。
【００２９】
なお、図２に示すように、組成変調膜２は、基板１上に形成された下地膜３及び中間膜４等の上に形成することができる。下地膜３や中間膜４を組成変調膜２の下地として設けることにより、その後の熱処理でＣｕＡｕＩ型規則構造に変化した磁性膜の結晶配向性や記録特性が優れるという効果がある。
【００３０】
組成変調膜２は、例えば、厚さ（総厚のことをいう。）が３ｎｍ〜３０ｎｍの範囲内となるまで成膜される。組成変調膜２の厚さが３ｎｍ未満では、その後の熱処理により磁気異方性の高いＣｕＡｕＩ型規則構造からなる磁性膜を形成することができないことがある。組成変調膜２の厚さが３０ｎｍを超えると、その後の熱処理時に粒成長が著しくなり、その結果、例えば得られた磁性膜を磁気記録媒体に適用した場合には媒体ノイズが増大するという悪影響が生じることがある。
【００３１】
組成変調膜２は、熱処理前においては面心立方構造（ｆｃｃ）の不規則相で磁気異方性及び保磁力が低い膜であるが、熱処理後は高い磁気異方性を示すＣｕＡｕＩ型規則構造の磁性膜となるように膜組成等が調整されて成膜される。なお、面心立方構造（ｆｃｃ）の不規則相は、例えば、Ｆｅ原子とＰｔ原子とがランダムに配列された不規則相であり、低い磁気異方性及び保磁力を示す。また、ＣｕＡｕＩ型規則構造とは、面心正方構造（ｆｃｔ）のことであり、ｃ軸方向に例えばＦｅ原子とＰｔ原子とが交互に積層された原子配列をとる。
【００３２】
熱処理後に高い磁気異方性を示すＣｕＡｕＩ型規則構造の磁性膜となる組成変調膜２の組成としては、Ｆｅ１−ｘＰｔｘ（ｘは原子比で０．３以上、０．６５以下である。）の組成とすることが望ましく、こうした組成になるように、組成変調膜２の組成が調整される。本発明においては、熱処理後に得られた磁性膜が前記組成からなるＣｕＡｕＩ型規則構造を有するので、磁性膜は極めて高い磁気異方性を有している。熱処理により、膜の結晶構造が面心立方構造（ｆｃｃ）の不規則相から、格子定数がａ軸方向に伸び、ｃ軸方向に縮んだ面心正方構造（ｆｃｔ）の規則相に変化すると、縮小したｃ軸方向には、一原子層毎に、例えば、Ｐｔ原子とＦｅ原子とが交互に積層されたいわゆる原子レベルでの超格子が形成されるので、原子配列の異方性は、一般に極めて高い磁気異方性を生み出す。その結果、こうした高い磁気異方性をもつ磁性膜は、記録磁化の熱安定性を向上させるという効果を奏する。なお、上述のような不規則相から規則相への変化は、一般に、規則−不規則変態（order-disorder transformation）といわれている。
【００３３】
組成変調膜２は、ＦｅとＰｔとを主成分とするものであり、孤立粒子系の磁気記録媒体にするための他の成分が本発明の作用効果を損なわない範囲内で通常含まれている。他の成分としては、例えば酸化物、フルオロカーボン等が挙げられる。
【００３４】
熱処理は、面心立方構造（ｆｃｃ）の不規則相から面心正方構造（ｆｃｔ）の規則相（すなわちＣｕＡｕＩ型規則構造）に速やかに変化させるために行うものであり、所定の温度まで短時間に昇温することができる急速加熱熱処理（ＲＴＡ：Rapid Thermal Annealing）装置を用いて行われる。ＲＴＡ装置は、大きな昇温速度条件で熱処理することができる装置であり、一般的には半導体プロセス等で用いられている。ＲＴＡ装置の熱源としては、赤外線ランプ等が用いられ、様々な雰囲気ガス中での熱処理も可能な装置である。
【００３５】
こうした熱処理は、ＣｕＡｕＩ型規則構造に変化させて高い磁気異方性を有する磁性膜を得ることができるようにその条件が設定される。熱処理条件としては、保持温度、保持時間、昇温速度、真空度等が挙げられる。
【００３６】
保持温度は、６３３Ｋ（約３６０℃）以上であることが好ましい。保持温度が６３３Ｋ未満であると、ＣｕＡｕＩ型規則構造への変化が十分に行われないことがある。一方、保持温度の上限は保持時間との関係もあるので一概には特定できないが、磁性膜の表面形状の変化等を考慮した場合には１２０３Ｋ（約９３０℃）であることが好ましい。保持温度が１２０３Ｋを超えると、規則化と同時に結晶粒の成長とともに島状に分離し膜構造が不連続膜に変化することがある。保持時間は、保持温度と関係があるので一概には限定できないが、５秒〜１００００秒の範囲内であることが好ましい。保持時間が５秒未満であると、ＣｕＡｕＩ型規則構造への変化が十分に行われないことがあり、保持時間が１００００秒を超えると、熱処理後に得られた組成変調膜２の表面粗さが大きくなることがある。また、熱処理雰囲気の圧力は、通常真空中で行われ、その圧力は、好ましくは５×１０−６Ｔｏｒｒ以下である。熱処理雰囲気の圧力が５×１０−６Ｔｏｒｒを超えると、磁性膜の酸化による劣化が生じることがある。
【００３７】
また、昇温速度は、２０Ｋ（２０℃）／秒以上であることが好ましく、例えば後述する実施例のように３０Ｋ（３０℃）／秒で行われることが好ましい。２０Ｋ／秒以上で熱処理することにより、組成変調膜２内での温度勾配が大きくなり拡散が促進することができる。昇温速度が２０Ｋ／秒未満の場合には、組成変調膜２内での温度勾配が小さく、拡散が促進されないことがある。
【００３８】
このような熱処理条件で熱処理することにより、組成変調膜２をＣｕＡｕＩ型規則構造に速やかに変化させることができ、その結果、高い磁気異方性を有する安定した磁性膜を得ることができる。
【００３９】
なお、図２に示した下地膜３は、非磁性材料からなる基板１上に軟磁性裏打ち層の目的で設けられるものであり、例えば、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＮｂ、ＦｅＣｏ等の材料で厚さ５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で形成される。この下地膜３の成膜は、例えばスパッタリング法等で行うことができる。また、中間膜４は、下地膜３上に磁性膜の結晶配向性を制御する目的で設けられるものであり、例えば、ＭｇＯ等の材料で厚さ０．５ｎｍ〜５ｎｍの範囲で形成される。この中間膜４の成膜も、例えばスパッタリング法等で行うことができる。
【実施例】
【００４０】
以下、磁性膜の形成方法についての実施例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明する。
【００４１】
非磁性基板１として厚さ０．５２５ｍｍの熱酸化Ｓｉ基板を用い、その上にＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用いて室温約２４℃下で組成変調膜を成膜した。先ず、Ｐｔ単原子層を形成するために必要な量の７５％に相当するＰｔ原子をスパッタリング法により堆積させ、引き続いて、Ｆｅ単原子層を形成するために必要な量の７５％に相当するＦｅ原子をスパッタリング法により堆積させた。そして、Ｐｔ原子の堆積とＦｅ原子の堆積とを繰り返し、その繰り返し数が６３回になるまで交互に堆積を行って、膜厚方向におけるＰｔ原子とＦｅ原子との比率がそれぞれ３：１、１：１、１：３を１周期とする総厚さ２０ｎｍの組成変調膜を成膜した。組成変調膜の成膜は、ＰｔターゲットとＦｅターゲットとを回転可能なターゲットプレート上に配置し、そのターゲットプレートを回転させて所定位置で停止させ、それぞれのターゲットをスパッタすることにより行った。
【００４２】
得られた組成変調膜は、成膜後にＲＴＡ装置（真空理工  株式会社製；型番  ＶＨＣ−Ｐ45Ｃ−Ｓ）で熱処理した。熱処理条件としては、昇温速度：３０Ｋ／秒、保持温度：６３３Ｋ（約３６０℃）、８７３Ｋ（約６００℃）、１０２３Ｋ（約７５０℃）、１２０３Ｋ（約９３０℃）の各温度、保持時間：４秒〜６０００秒の範囲内とした。熱処理後の膜の磁気特性は、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて測定し、膜の構造解析は、Ｘ線回折装置及び面内Ｘ線回折装置を用いて測定した。膜の表面観察は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で行った。熱処理後の膜の原子組成比は、エネルギー分散型Ｘ線分光装置（ＥＤＳ）により組成分析し、その結果、Ｐｔ４５Ｆｅ５５であった。なお、図３は、ＲＴＡ装置で昇温速度３０Ｋ／秒、８７３Ｋ（約６００℃）・１００秒間の熱処理を行ったときの温度プロファイルの一例である。図３の温度プロファイルからもわかるように、本発明で使用したＲＴＡ装置は、オーバーシュートが生じないようにＰＩＤ制御されている。
【００４３】
図４（ａ）は組成変調膜を成膜したままの試料の磁化曲線を示している。図４（ｂ）は成膜後に１０２３Ｋ（約７５０℃）で５秒間熱処理した試料の磁化曲線を示している。図４（ｃ）は９５秒間熱処理した試料の磁化曲線を示している。１０２３Ｋ（約７５０℃）の熱処理では、僅か５秒間の熱処理でも保磁力Ｈｃが増加しているのがわかる。なお、１０２３Ｋ（約７５０℃）の熱処理を９５秒以上続けた場合、磁化曲線の形状ははほとんど変化しなかった。
【００４４】
図５は、成膜後に様々な保持温度と保持時間で熱処理を行った試料の面内方向保磁力Ｈｃの変化を示している。保持温度が高くなるにつれ、保磁力Ｈｃが増加し始めるまでの潜伏時間τが短くなっていることが確認できる。６３３Ｋ、８７３Ｋ及び１０２３Ｋの保持温度においては、保持時間の増加にしたがって保磁力Ｈｃが増加しており、１０２３Ｋでは１００秒以上で約１１ｋＯｅに達している。また、１２０３Ｋにおいては、保磁力Ｈｃの減少が約２００秒以上で見られた。
【００４５】
図６（ａ）は成膜したままの未熱処理の試料表面のＡＦＭ像を示している。図６（ｂ）は成膜後に１２０３Ｋ（約９３０℃）で４秒間熱処理した試料表面のＡＦＭ像を示している。図６（ｃ）は成膜後に１２０３Ｋ（約９３０℃）で４８秒間熱処理した試料表面のＡＦＭ像を示している。図６（ｄ）は成膜後に１２０３Ｋ（約９３０℃）で５９４秒間熱処理した試料表面のＡＦＭ像を示している。ＡＦＭ観察の結果から、保持温度と保持時間の増加にしたがって表面粗さが増加していることが確認できる。これは、熱処理により原子の拡散が起こることで再結晶化と結晶成長が起こり、それと同時に規則化（ＣｕＡｕＩ型規則構造への変化のこと。以下同じ。）が起こるためであると考えられる。また、１２０３Ｋで５９４秒の熱処理では、膜構造が不連続膜に変化していることがわかる。
【００４６】
次に、規則化と保磁力Ｈｃとの相関について調べるために、Ｘ線回折による構造解析を行った。図７は、１０２３Ｋで熱処理を行った試料の測定結果を示している。図７（ａ）に示すように、保持時間（図７中では 「annealing time」と表し、測定結果からの時間を意味している。）の増加に伴って（００１）、（００２）規則格子回折線の強度が増大しており、規則化が進んでいることがわかる。また、図７（ａ）において、積分強度比Ｉ（００１）／Ｉ（１１１）が変化して９５秒の保持時間で最大を示していることや、膜面内方向測定の結果である図７（ｂ）において（１１０）規則格子回折線が確認されたことからも、（００１）配向成分が存在することがわかる。
【００４７】
図８は、８７３Ｋ、１０２３Ｋ、１２０３ＫのＸＲＤ測定結果から次式により求めた長範囲規則度Ｓの変化を示している。
【００４８】
【数１】
2005235827.tif 000003
【００４９】
なお、上式において、ａは（１１１）回折線から求めた値、ｃは（００１）回折線から求めた値を用いている。ここで最もｃ／ａ値が小さく規則化が最も進行していると考えられる１２０３Ｋ・１７９８秒の熱処理の試料の規則度を、１．０として計算を行っている。この結果、Ｓ（オーダーパラメータ）の値は規則化が始まるとともに急激に大きくなっていることが分かる。ＦｅＰｔの規則化は母相であるｆｃｃ不規則領域に規則度が１．０に近いｆｃｔ規則相が島状に核生成し、更に各々の規則化領域が成長していくタイプの変態であると考えられている。したがって、Ｌ１０規則化に伴う保磁力や配向性の変化を考察するに際しては、規則度Ｓではなく規則化領域の大きさについて議論することが重要と考えられる。
【００５０】
規則化領域の大きさの目安としてＸＲＤの（００１）規則格子回折からＳｃｈｅｒｒｅｒの式で求めた結晶粒の大きさＤに着目する。図９は、保持時間に対するＤの変化を示している。なお、保持温度が６３３Ｋや８７３Ｋないし６０秒未満などの規則化初期の試料では、（００１）規則格子回折線の強度が非常に弱いために結晶粒の大きさＤを求めることが困難であった。図９の結果から、１０２３Ｋや１２０３Ｋでは、結晶粒の大きさＤの値が膜厚の３／４程度の大きさになるまで規則相が成長していることがわかる。一方、膜面内方向ＸＲＤの（１１０）規則格子回折線から求めた結晶粒の大きさＤの値も、膜面垂直方向の値とほぼ一致している。したがって、規則化した結晶粒子は、膜内でほぼ３次元に成長してゆくものと考えられる。
【００５１】
ＸＲＤで求めた結晶粒の大きさＤの値を直径とする球の体積Ｖ（＝４π×（Ｄ／２）３／３）を一個の規則化粒子の体積と仮定し、体積Ｖと保磁力Ｈｃとの関係を図１０に示した。この図１０から、保磁力Ｈｃは体積Ｖの変化に対して直線的に変化しており、Ｖｃ＝１２００ｎｍ３程度以上で保磁力Ｈｃの値は約１１ｋＯｅで一定となることがわかる。Ｖｃ付近での保磁力Ｈｃの挙動の変化については、規則化に伴い生成する逆位相境界や双晶等の磁壁のピンニングサイトの影響が考えられる。
【００５２】
図５において、１２０３Ｋ・５００秒以上で保磁力Ｈｃの急激な変化が見られたが、これは、島状の孤立粒子が形成されたためであると考えられる（図６（ｄ）を参照）。孤立粒子の大きさは、ＣｕＡｕＩ型規則構造（Ｌ１０型規則構造）のＦｅＰｔ膜における単磁区粒子の臨界半径（〜３８０ｎｍ）よりはるかに大きく、その粒子は多磁区構造をとっている。この現象は、島状の孤立粒子が形成される過程で規則化が進行するのと同時に粗大な粒子が形成され、結果的に磁壁のピンニングサイトが減少し保磁力が減少したものと考えられる。
【００５３】
また、ＲＴＡによる熱処理の効果として、多層膜をＲＴＡで熱処理することで膜面垂直配向が得られることが報告されているが、本実施例においても図７の結果から、膜面垂直配向成分の存在が確認できた。そこで、ＸＲＤから求めた積分強度比Ｉ（００１）／Ｉ（１１１）を用い、結晶配向性の変化について評価を行った。
【００５４】
図１１は、Ｉ（００１）／Ｉ（１１１）の規則化粒子一個の体積Ｖに対する変化を示している。図１１から、保持温度が異なっても最も強い（００１）配向性は規則化領域の体積がＶｃとなる直前の約１０００ｎｍ３で得られることが分かる。但し、Ｖｃで急激に配向度が減少する機構は明らかではない。
【００５５】
以上のように、本実施例では、スパッタリング法により作製した組成変調ＦｅＰｔ膜について、成膜後の熱処理に急速加熱熱処理（ＲＴＡ）装置を用いて、規則化初期からのＬ１０規則化（ＣｕＡｕＩ型規則構造への変化）や保磁力の変化、さらには結晶配向の変化を測定した。熱処理は、保持温度（６３３Ｋ、８７３Ｋ、１０２３Ｋ、１２０３Ｋ）と保持時間（４秒〜６０００秒）の範囲で行った。主要な結果は以下の通りであった。
【００５６】
(i)保持温度が約６３３Ｋにおいては、約１０００秒以上の保持温度で熱処理することにより保磁力約２〜３ｋＯｅの磁性膜が得られた。
【００５７】
(ii)保持温度が約８７３Ｋにおいては、約３００秒以上の保持温度で熱処理することにより保磁力約６〜７ｋＯｅの磁性膜が得られた。
【００５８】
(iii)保持温度が約１０２３Ｋにおいては、約１００秒以上の保持温度で熱処理することにより保磁力約１１ｋＯｅの磁性膜が得られた。
【００５９】
(iv)保持温度が約１２０３Ｋにおいては、約３０秒〜約２００秒の保持温度で熱処理することにより保磁力約１０ｋＯｅ以上の磁性膜が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の磁性膜の形成方法の一例を示す工程図である。
【図２】基板と磁性膜との間に下地層及び中間層を設けた態様の一例を示す積層方向の断面図である。
【図３】ＲＴＡ装置で昇温速度３０Ｋ／秒、８７３Ｋ・１００秒間の熱処理を行ったときの温度プロファイルの一例である。
【図４】（ａ）は成膜したままの試料の磁化曲線であり、（ｂ）は成膜後に１０２３Ｋ（約７５０℃）で５秒間熱処理した試料の磁化曲線であり、（ｃ）は９５秒間熱処理した試料の磁化曲線である。
【図５】各保持温度における保持時間と面内保磁力との関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）は成膜したままの未熱処理の試料表面のＡＦＭ像であり、（ｂ）は成膜後に１２０３Ｋ（約９３０℃）で４秒間熱処理した試料表面のＡＦＭ像であり、（ｃ）は成膜後に１２０３Ｋ（約９３０℃）で４８秒間熱処理した試料表面のＡＦＭ像であり、（ｄ）は成膜後に１２０３Ｋ（約９３０℃）で５９４秒間熱処理した試料表面のＡＦＭ像である。
【図７】１０２３Ｋ（約７５０℃）で保持時間を変化させて熱処理した膜のＸＲＤパターン（ａ）と面内ＸＲＤパターン（ｂ）である。
【図８】各保持温度における保持時間とオーダーパラメータＳとの関係を示すグラフである。
【図９】保持時間に対する結晶粒の大きさＤの変化を示すグラフである。
【図１０】ＸＲＤで求めたＤを直径とする球の体積Ｖを一個の規則化粒子の体積と仮定したときのその体積Ｖと保磁力Ｈｃとの関係を示すグラフである。
【図１１】ＸＲＤから求めた積分強度比Ｉ（００１）／Ｉ（１１１）に対する規則化粒子一個の体積Ｖの影響を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６１】
１  基板
２  組成変調膜
３  下地層
４  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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