(57)【要約】      （修正有）【課題】１平方センチあたり１テラビット以上の面記録密度を実現するのに十分な垂直磁気異方性エネルギーと結晶粒径を有し、量産性に優れた垂直磁気記録媒体及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板１上に基板温度制御層２、下地層３、磁気記録層４を順次形成する。磁気記録層は、基板を加熱チャンバで加熱する第１工程と、Ｃ，Ｓｉ酸化物からなる群から選ばれた少なくとも一種の非磁性材料を添加したＦｅＰｔを主とする合金からなる磁気記録層を製膜チャンバで製膜する第２工程とからなる磁性層積層工程をＮ回（Ｎ≧２）繰り返して形成する。【選択図】図１Ａ
2012048784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に基板温度制御層を形成する工程と、
前記基板温度制御層上に下地層を形成する工程と、
前記下地層上に磁気記録層を形成する工程とを有し、
前記磁気記録層を形成する工程は、前記基板を加熱チャンバで加熱する第１工程と、Ｃ，Ｓｉ酸化物からなる群から選ばれた少なくとも一種の非磁性材料を添加したＦｅＰｔを主とする合金からなる磁気記録層を製膜チャンバで製膜する第２工程とからなる磁性層積層工程をＮ回（Ｎ≧２）繰り返すことを特徴とする垂直磁気記録媒体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の垂直磁気記録媒体の製造方法を用いて作製した垂直磁気記録媒体であって、
（第１の磁気記録層における前記非磁性材料の体積濃度の合計）＞（第２の磁気記録層における前記非磁性材料の体積濃度の合計）、かつ、（第ｎの磁気記録層における前記非磁性材料の体積濃度の合計）≧（第（ｎ＋１）の磁気記録層における前記非磁性材料の体積濃度の合計）（ｎ≧２）
の関係を満たすことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項３】
請求項２に記載の垂直磁気記録媒体において、前記第１の磁気記録層の膜厚が０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下であることを特徴とする垂直磁気記録媒体。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の垂直磁気記録媒体において、前記第１の磁気記録層に添加された前記非磁性材料の含有量は２５vol.%以上４０vol.%以下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２〜４のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体において、前記基板温度制御層は、少なくとも前記下地層に接する側が、２０at.%以上７０at.%以下のＮｂを含有する非晶質Ｎｉ−Ｎｂ合金、或いは、３０at.%以上６０at.%以下のＴａを含有する非晶質Ｎｉ−Ｔａ合金からなることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の垂直磁気記録媒体において、前記基板温度制御層の膜厚の合計が１００ｎｍ以上である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、垂直磁気記録媒体に係り、特に１平方センチメートルあたり１テラビット以上の面記録密度を有する磁気記録媒体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱安定性を維持したまま、より高い面記録密度を実現するためには、高い垂直磁気異方性エネルギーＫuをもつ磁気記録層が必要である。Ｌ１0型ＦｅＰｔ規則合金は現行のＣｏＣｒＰｔ系合金に比べて高い垂直磁気異方性エネルギーＫuをもつ材料であり、次世代の磁気記録層用の材料として注目されている（たとえばIEEE Trans. Magn., 36, p.10, (2000)）。このＬ１0型ＦｅＰｔ規則合金を磁気記録層として用いるためには結晶粒子間の交換相互作用を低減することが必須であり、近年、特開２００８−９１０２４号公報などに開示されているようにＬ１0型ＦｅＰｔ規則合金にＳｉＯ2などの非磁性材料を添加してグラニュラ化する試みが多く報告されている。ここで、グラニュラ化とはＦｅＰｔ合金をＦｅＰｔからなる磁性結晶粒とそれを取り巻く非磁性材料の結晶粒界からなる構造にし、磁性結晶粒を磁気的に分断することをいう。ＦｅＰｔは準安定相として不規則ｆｃｃ構造を有するため加熱処理によって規則化を行う必要があり、規則化の程度（規則度）が高いほど高い垂直磁気異方性エネルギーが得られる。規則化のための加熱処理方法は、１）ＦｅＰｔ合金を製膜する前、又は製膜中に基板を加熱する方法（プレヒート法）と、２）ＦｅＰｔ合金を製膜した後に加熱する方法（ポストアニール法）の大きく二つに分類されるが、近年、プレヒート法を用いた場合に比較的低温で高い規則度、かつ粒径１０ｎｍ以下の良好なグラニュラ構造が得られることが報告されている（Appl. Phys. Lett., 91, p.132506 (2007), J. Appl. Phys., 103, p.023910 (2008)）。
【０００３】
これまでに開示されているプレヒート法によるＬ１0型ＦｅＰｔグラニュラ媒体の検討の多くは、基板を加熱しながらＦｅＰｔ合金を製膜している。このとき、基板背面に設置したヒーターによって基板を加熱しながら製膜を行うために製膜中の基板温度は一定である。一方、ＦｅＰｔグラニュラ膜を用いた垂直磁気記録媒体を高速に生産（量産する）場合、インライン型スパッタ装置を用いて基板両面に同時に製膜する必要がある。つまり加熱チャンバと製膜チャンバは別にしなくてはならず、製膜中に加熱を行うことができないために製膜中の基板温度が時間とともに低下する。ＦｅＰｔ合金は基板温度が高いほど規則化は進行し、垂直磁気異方性エネルギーも高くなる。量産用のスパッタ装置でＦｅＰｔグラニュラ膜を作製した場合、先に述べたように製膜中に基板の温度低下があるため、基板を加熱しながら製膜する方法に比べて加熱チャンバにおける基板温度（製膜直前の基板温度）を高くしないと同等の規則度及び垂直磁気異方性エネルギーが得られない。ところがこのとき特に初期層形成時の温度が高くなるため結晶粒径が大きくなってしまうという問題があった。このように高速にＦｅＰｔグラニュラ媒体を作製しようとした場合、粒径を大きくすることなく高い規則度及び高い垂直磁気異方性エネルギーを得ることがより困難になるという問題があった。
【０００４】
特開平４−２９５６２６号公報には、製膜中の基板温度低下を緩和する手段として磁性層を製膜するごとに基体を再加熱する方法が記載されている。しかしながら、この製造方法はＣｒ偏析型のＣｏＣｒＰｔ合金を用いた面内媒体を対象とした製造方法であり、その再加熱温度は１５０〜３００℃と、ＦｅＰｔ合金を規則化させるための温度（３５０〜６００℃）に比べて大幅に低い。一般に基板温度が高いほど、また加熱時間が長くなるほど結晶粒径が増大しやすいが、特開平４−２９５６２６号公報に記載されている製法では加熱による結晶粒径の増大については考慮されていない。
【０００５】
また、結晶粒径を低減するために粒界となる材料の添加量を増やした場合、Appl. Phys. Lett., 91, p. 132506 (2007)に開示されているように、垂直配向性が劣化するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−９１０２４号公報
【特許文献２】特開平４−２９５６２６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】IEEE Trans. Magn., 36, p.10, (2000)
【非特許文献２】Appl. Phys. Lett., 91, p.132506 (2007)
【非特許文献３】J. Appl. Phys., 103, p.023910 (2008)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように高速にＦｅＰｔグラニュラ媒体を作製しようとした場合、粒径を大きくすることなく高い規則度及び高い垂直磁気異方性エネルギーを得ることがより困難になるという問題があった。また、結晶粒径を低減するために粒界となる材料の添加量を増やした場合、垂直配向性が劣化するという問題があった。
【０００９】
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、１平方センチあたり１テラビット以上の面記録密度を実現するのに十分な垂直磁気異方性エネルギーと結晶粒径を有し、量産性に優れた垂直磁気記録媒体及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するために本発明の一つの特徴によれば、基板上に基板温度制御層を形成する工程と、基板温度制御層上に下地層を形成する工程と、下地層上に磁気記録層を形成する工程とを有し、磁気記録層を形成する工程では、基板を加熱チャンバで加熱する第１工程と、Ｃ，Ｓｉ酸化物からなる群から選ばれた少なくとも一種の非磁性材料を添加したＦｅＰｔを主とする合金からなる磁気記録層を製膜チャンバで製膜する第２工程とからなる磁性層積層工程をＮ回（Ｎ≧２）繰り返して垂直磁気記録媒体を製造する。
【００１１】
この製造方法を用いれば磁気記録層を製膜中の基板温度の変化を小さくすることができ、基板を加熱した後で一度に磁気記録層を形成する場合に比べて基板温度を低く設定しても、高い規則度及び垂直磁気異方性エネルギーが得られる。その結果、特に磁気記録層の初期層を形成する際の基板温度が低くなるため、結晶粒径を小さくできる。基板の加熱は真空チャンバ内に設置されたＰＢＮ（Pyrolytic boron nitride：熱分解窒化硼素）ヒーター、レーザー、ランプヒーターなどによって行う。また、磁気記録層に添加する非磁性材料の含有量を膜厚方向に変化させ、特に粒径を制御する磁気記録層の初期層に含まれる非磁性材料の添加量を多くするのが好ましい。
【００１２】
上述した垂直磁気記録媒体の製造方法を用いて作製した垂直磁気記録媒体は、（第１の磁気記録層における非磁性材料の体積濃度の合計）＞（第２の磁気記録層における非磁性材料の体積濃度の合計）、かつ、（第ｎの磁気記録層における非磁性材料の体積濃度の合計）≧（第（ｎ＋１）の磁気記録層における非磁性材料の体積濃度の合計）（ｎ≧２）の関係を満たすのが好ましい。
【００１３】
一般に、結晶粒界となる材料の体積濃度が高いほど結晶粒径は小さくすることができる。しかし、結晶粒界となる材料を添加しすぎると垂直配向性が劣化するという問題があった。我々は、ＦｅＰｔグラニュラ媒体における磁気記録層の結晶粒径が磁気記録層の初期層（ここでは下地層と接する膜厚２ｎｍ以下の磁気記録層を初期層と定義する）の結晶粒界となる材料の体積濃度の合計によって大きく支配され、初期層の結晶粒界となる材料の体積濃度を増やし、初期層から上層にかけては結晶粒界材料の添加濃度を減らすことによって非磁性材料の体積濃度が均一な磁気記録層を用いた場合に比べ、垂直配向性を劣化させずに結晶粒径を低減することができることを見出した。また、第一の磁気記録層における非磁性材料の体積濃度の合計は２５vol.%以上４０vol.%以下が好ましい。上記範囲より非磁性材料の体積濃度の合計が少ない場合は、結晶粒径が７ｎｍ以上に大きくなってしまい高密度磁気記録媒体として適さない。また、上記範囲より非磁性材料の体積濃度が大きい場合には、垂直配向性が著しく低下する。
【００１４】
磁気記録層を構成する下地層側の第１の磁気記録層の膜厚は、０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下が好ましい。この範囲に第１の磁気記録層の膜厚を設定すれば、垂直配向性を劣化することなく、より高い垂直配向性と小さい結晶粒径を実現することができる。上記範囲よりも膜厚が薄い場合は結晶粒径低減の効果が小さく、上記範囲よりも厚い場合は垂直配向性が劣化する。
【００１５】
基板温度制御層は、下地層及び磁気記録層の結晶配向に影響を与えることなく基板の熱容量を増加して磁気記録層製膜中の温度低下を緩和することを目的とした層である。したがって基板温度制御層は、規則化のための加熱処理を行っても結晶化しにくい材料、かつ下地層に必要な結晶配向を誘起する材料を用いる必要がある。本発明によれば、基板温度制御層はＮｉを主成分とし、かつＮｂ，Ｔａのうち少なくとも一種類の元素を含有する非晶質材料から構成するのが好ましい。ここで、非晶質とはＸ線回折による明瞭なピークが観察されない状態、又は、電子線回折による明瞭な回折スポット、回折リングが観察されず、ハロー状の回折リングが観察される状態を言う。
【００１６】
基板温度制御層に添加するＮｂ添加量は２０at.%以上７０at.%以下、Ｔａ添加量は３０at.%以上６０at.%以下の範囲がそれぞれ望ましい。この組成範囲外では下地層及び磁気記録層の垂直配向性が劣化するため好ましくない。また、前記材料は高融点のＮｂやＴａを添加するため規則化のための加熱処理を行っても結晶化しにくく、数十ｎｍの厚さで形成しても下地層や磁気記録層の垂直配向性に影響しにくい。つまり垂直配向性を損なうことなく熱容量を向上することができ、磁気記録層を製膜中の基板温度低下を緩和することができる。その結果、より小さな結晶粒径と高い規則度及び垂直磁気異方性エネルギーが得られる。
【００１７】
また、基板温度制御層として２０at.%以上７０at.%以下のＮｂを含有するＮｉ−Ｎｂ合金、あるいは、３０at.%以上６０at.%以下のＴａを含有するＮｉ−Ｔａ合金に、１０at.%以下のＺｒを添加した材料を用いてもよい。
【００１８】
基板温度制御層は１００ｎｍ以上の厚さにすることが好ましい。基板温度制御層は、膜厚が大きいほど基板の熱容量が大きくなり、製膜中の基板温度の低下を緩和できる。１００ｎｍ以上の膜厚で、特に高い規則度及び高い垂直磁気異方性エネルギーが得られる。
【００１９】
また、必要に応じて基板温度制御層は複数の層から構成してもよく、Ｃｕなどの結晶質材料をそのうちの一つの層として用いる場合は、結晶質材料の上にＮｉ−Ｔａ合金やＮｉ−Ｎｂ合金を配置することによって垂直配向性を劣化することなく、高い規則度及び高い垂直磁気異方性エネルギーが得られる。すなわち、少なくとも下地層に接する側の層を、Ｎｉを主成分とし、かつＮｂ，Ｔａのうち少なくとも一種類の元素を含有する非晶質材料から構成するのが好ましい。また、結晶質材料の上下にＮｉ−Ｔａ合金やＮｉ−Ｎｂ合金を配置することによって表面粗さの小さい良好な記録層を形成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、磁気記録層を加熱と製膜を複数回繰り返す方法で製膜することで、垂直配向性を劣化することなく高い規則度とより小さい結晶粒径を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】本発明によって製造した垂直磁気記録媒体の一例の断面模式図。
【図１Ｂ】本発明によって製造した垂直磁気記録媒体の他の例の断面模式図。
【図２】本発明による垂直磁気記録媒体の製造方法を示す図。
【図３】本発明の実施例１及び比較例１の垂直磁気記録媒体の基板温度と規則度の関係を示す図。
【図４Ａ】磁気記録層製膜中の基板温度の変化を示す図。
【図４Ｂ】磁気記録層製膜中の基板温度の変化を示す図。
【図４Ｃ】加熱と製膜の繰り返し回数Ｎと規則度Ｓ＝０．８５以上の値が得られる基板温度の関係を示す図。
【図５Ａ】第１の磁気記録層の膜厚と垂直配向性Ｉ(111)／Ｉ(001)の関係を示す図。
【図５Ｂ】第１の磁気記録層の膜厚と結晶粒径の関係を示す図。
【図６Ａ】第１の磁気記録層に添加したＣ又はＳｉＯ2の体積濃度に対する垂直配向性Ｉ(111)／Ｉ(001)の関係を示す図。
【図６Ｂ】第１の磁気記録層に添加したＣ又はＳｉＯ2の体積濃度に対する結晶粒径の関係を示す図。
【図７】基板温度制御層のＮｉ合金に添加したＴａ及びＮｂの濃度に対するＩ(111)／Ｉ(001)の関係を示す図。
【図８】基板温度制御層の膜厚に対する規則度の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を適用した幾つかの具体的な実施例に基づき、図面を参照しながら、本発明がもたらす作用効果について説明する。なお、これらの実施例は本発明の一般的な原理を説明することを目的に述べられるものであり、本発明を何ら制限するものではない。
【００２３】
図１Ａは、本発明に係る垂直磁気記録媒体の一例の断面模式図である。本実施例の垂直磁気記録媒体は、基板１上に、基板温度制御層２、下地層３、磁気記録層４、保護層５を順次形成した構造となっている。磁気記録層４は、製膜順に第１の磁気記録層４１、第２の磁気記録層４２、…、第Ｎの磁気記録層からなるＮ層の磁気記録層を順に積層して形成される。
【００２４】
基板１には、表面が平滑な様々な基体を用いることが出来る。例えば、強化ガラス基板、結晶化ガラス基板、Ｓｉ基板、熱酸化Ｓｉ基板を用いることが出来る。
【００２５】
基板温度制御層２としては、Ｎｉを主成分とし、かつＮｂ，Ｔａのうち少なくとも一種類の元素を含有する非晶質のＮｉ合金を用いる。Ｎｉに添加するＮｂは２０at.%以上７０at.%以下、Ｔａ添加量は３０at.%以上６０at.%以下の範囲となるように組成を決める。また、２０at.%以上７０at.%以下のＮｂを含有するＮｉ−Ｎｂ合金、あるいは、３０at.%以上６０at.%以下のＴａを含有するＮｉ−Ｔａ合金にＺｒを添加した組成を用いてもよい。
【００２６】
下地層３は、主に磁気記録層の結晶配向や結晶粒径などを制御する目的で使用される。したがって、磁気記録層のＬ１0型ＦｅＰｔ規則合金を（００１）配向させるのに適切な材料及び構造であればよい。たとえばｆｃｃ構造を有するＡｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｐｄのうち少なくとも一種の元素を含む金属又は合金、あるいはＢ１型構造のＭｇＯ、あるいはｂｃｃ構造のＣｒ又はＲｕＣｒなどのＣｒ合金などを適宜用いることができる。また、下地層としてこれらの下地層を組み合わせ、複数の層からなる下地層を用いても良い。
【００２７】
磁気記録層４にはＣ，Ｓｉ酸化物からなるＡ群から選ばれる少なくとも一種の非磁性材料を添加したＦｅＰｔを主とする合金を用いる。磁気記録層はＡ群からなる非磁性材料の含有量の合計が異なる２層以上の磁気記録層を積層してなり、（第１の磁気記録層におけるＡ群から選ばれる非磁性材料の体積濃度の合計）＞（第２の磁気記録層におけるＡ群から選ばれる非磁性材料の体積濃度の合計）、かつ、（第ｎの磁気記録層におけるＡ群から選ばれる非磁性材料の体積濃度の合計）≧（第（ｎ＋１）の磁気記録層におけるＡ群から選ばれる非磁性材料の体積濃度の合計）（ｎ≧２）の関係を満たすように各磁気記録層の組成を決める。ここで、第１の磁気記録層におけるＡ群から選ばれる非磁性材料の体積濃度の合計は２５vol.%以上４０vol.%以下が好ましく、磁気記録層を構成する各磁気記録層の膜厚は０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下にする。また、磁気記録層には規則化温度を低減する目的でＡｇ，Ｃｕ，Ａｕからなる元素を添加してもよい。
保護層５には、例えば、カーボンを主体とする硬度の高い薄膜が用いられる。
【００２８】
以上の基板１上に積層される各層の形成には、半導体や磁気記録媒体、光記録媒体の作製に用いられている様々な薄膜形成技術を用いることが出来る。この薄膜形成技術としては、ＤＣマグネトロンスパッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法、ＭＢＥ法などが良く知られている。これらの中でも、製膜速度が比較的速く、材料によらずに純度の高い膜を得られ、スパッタ条件（導入ガス圧、放電電力）の変更によって薄膜の微細構造や膜厚分布を制御することが可能なスパッタリング法が大量生産に好適である。
【００２９】
［実施例１］
図１Ａに断面模式図を示す垂直磁気記録媒体を作製した。本実施例の垂直磁気記録媒体は、インライン型Canon ANELVA製高速スパッタ装置（C3010）を用いて作製した。本装置は、複数の製膜用プロセスチャンバと加熱専用チャンバと基板導入／排出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。本実施例の垂直磁気記録媒体を作製する前に、全てのチャンバを８×１０-6Ｐａ以下の真空度まで排気を行った。基板を載せたキャリアを各プロセスチャンバに移動させることにより順にプロセスを実施した。また、基板の加熱は加熱専用チャンバで行い、ＰＢＮ（Pyrolytic boron nitride：熱分解窒化硼素）ヒーターを用いて基板両面から行った。ヒーターの昇温速度はＰＩＤによって制御し、本実施例では約１０℃／秒で加熱した。基板加熱は、ヒーター前面に取り付けた熱電対からの信号に基づき制御され、昇温速度の最適化を行っている。基板温度は放射型温度計により計測し、この計測値により基板加熱の温度制御値を調整した。基板温度とヒーターの設定温度が一致するよう、温度計の値を補正した。
【００３０】
垂直磁気異方性エネルギーＫuの測定には、高磁界型トルク併用型振動試料型磁力計（TM- TRVSM5050 -SM、玉川製作所製）を用いた。磁化曲線は膜垂直方向に−５０ｋＯｅから５０ｋＯｅの磁界を印加して測定した。Ｋuは、磁気トルクの印加磁界（２５ｋＯｅ、５０ｋＯｅ）依存性から解析した値を使って求めた。結晶配向性の評価には、リガク製の薄膜評価用試料水平型Ｘ線回折装置（Smart Lab 9kW）を用いた。規則化の程度を表す指標としては、規則度Ｓを使用した。規則度Ｓは理想的な規則配列の格子点を占める原子数の割合を示し、以下の式で定義する。
【００３１】
【数１】
2012048784.tif 000003
【００３２】
Ｉ001及びＩ002はそれぞれ（００１）超格子ピーク、（００２）基本ピークの積分強度を示し、分母のＩ001及びＩ002の理論値は構造因子、原子散乱因子、ローレンツ偏光因子、吸収因子により計算した。Ｓ＝１が理想的な規則構造を示し、Ｓ＝０が完全に不規則な構造を意味する。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）を使用した。
【００３３】
結晶粒の粒径は以下の方法により評価した。結晶粒径の測定は透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）による結晶粒像の観察、及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及び保護層だけとなった極薄膜を作製する。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。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。
【００３４】
次に、磁性記録層の粒界幅の測定方法について述べる。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、１００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。
【００３５】
本実施例における製造方法のフローを図２に示す。基板１の上に基板温度制御層２、下地層３を形成する。次に、加熱チャンバにて基板を加熱する手順４と第ｎの磁気記録層を形成する手順５をＮ回繰り返して第ｎの磁気記録層（ｎ＝１，２，…，Ｎ）を順次形成する。以下、図２における繰り返しの回数ＮによってＮ段製膜とよぶ。本実施例ではＮ＝２の２段製膜、Ｎ＝４の４段製膜でサンプルを作製した。次に、磁気記録層と保護膜の界面で拡散反応が生じない温度まで十分に冷却した後、保護膜５を形成した。基板１として厚さ０．６３５ｍｍ、直径６５ｍｍのＳｉ基板を使用した。基板温度制御層２として厚さ１００ｎｍのＮｉ−３７．５at.%Ｔａを、下地層３として厚さ１２ｎｍのＭｇＯを形成した。本実施例では磁気記録層４の総膜厚を６ｎｍに固定し、２段製膜の場合は、第１及び２の磁気記録層の膜厚は３ｎｍ、４段製膜の場合は第１〜第４の磁気記録層の膜厚は１．５ｎｍとした。本実施例では第ｎの磁気記録層（ｎ＝１，２，…，Ｎ）はいずれも（４５．５at.%Ｆｅ−４５．５at.%Ｐｔ−９at.%Ａｇ）にＣを３４at.%添加したターゲットを用いて形成した。このときＣの体積濃度は約２５vol.%である。
【００３６】
保護膜５は、カーボンターゲットを用いてガス圧０．６Ｐａのアルゴンに０．０５Ｐａの窒素を加えた混合ガス中でスパッタリングを行って形成し、窒素カーボンの膜厚は４ｎｍとした。本実施例では基板温度を８０℃から６００℃に変化させサンプルを作製した。以下、基板温度とは加熱チャンバで加熱した直後に測定した基板温度のことであり、基板の最高到達温度を指す。このとき加熱は毎回同じ温度に設定し、加熱チャンバ内で２分間加熱を行った。作製したサンプルの加熱直後の基板温度（基板の最高到達温度）に対する規則度の変化を図３に示す。比較例として、基板を加熱した後、磁気記録層６ｎｍを一度に形成した例（１段製膜）も示す。
【００３７】
同じ基板温度で比較すると、１段製膜に比べ２段製膜、２段製膜に比べて４段製膜を行った場合に高い規則度が得られていることがわかる。図３に示した代表的なサンプルについて透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて磁気記録層の粒径及び垂直磁気異方性エネルギーＫuを評価した。その結果を表１に示す。表１には加熱終了直後の基板温度と規則度も併せて示した。
【００３８】
【表１】
2012048784.tif 000004
【００３９】
サンプル１−１，１−２を比較すると、１段製膜の場合、基板温度を４５０℃から６００℃に上げると規則度が高くなるが同時に結晶粒径が大幅に増大する。一方、２段製膜のサンプル１−３では規則度やＫuがサンプル１−２より高く、かつ粒径がサンプル１−２より小さくなっていることがわかる。また、４段製膜のサンプル１−４はサンプル１−３とほぼ同じ粒径でさらに高い規則度やＫuが得られている。
【００４０】
以下、この理由について説明する。高速に媒体を生産（量産）できるインライン型スパッタ装置の場合、加熱チャンバと製膜チャンバが分かれているため、加熱チャンバ排出後は基板温度が低下し続ける。例として、サンプル１−２と同じ条件で加熱した後の基板温度の測定結果を図４Ａに示す。図４Ａの横軸は加熱後時間であり、磁気記録層の成膜時間に対応する。６ｎｍの磁気記録層を一度に製膜するサンプル１−２の場合、磁気記録層を製膜中に１００℃近く温度が低下していることがわかる。次に、２段製膜、４段製膜を用いた場合の基板温度変化を図４Ｂに示す。記録層を一度に形成せずに、磁気記録層を加熱と製膜を繰り返しながら分割して形成することによって、１段製膜より２段製膜、２段製膜より４段製膜の方が磁気記録層を製膜中の温度低下が小さくなることがわかる。このように２段製膜や４段製膜は、１段製膜に比べて製膜中の温度低下が小さい分、基板温度を低くしても高い規則度及び垂直磁気異方性エネルギーＫuが得られたと考えられる。
【００４１】
図２に示した作製方法は、Ｎの回数を増やすほど１段製膜に比べて規則化させるための基板温度を下げることができ、特に初期層を形成する際の温度を下げられる。磁気記録層の結晶粒は初期層の結晶粒径にしたがって膜厚方向に成長するため、初期層を形成する際の基板温度が下がることは結晶粒径を小さくすることに相当する。その結果、本実施例で示した作製方法（図２）を用いた場合は、１段製膜を行った場合に比べて小さな粒径かつ、高い垂直磁気異方性エネルギーが得られたと考えられる。
【００４２】
次に、図２における繰り返しの回数Ｎと規則度Ｓ＝０．８５以上の値が得られる基板温度の関係を図４Ｃに示す。ここではサンプル１−３，１−４と同様、磁気記録層４の総膜厚を６ｎｍに固定し、それぞれのＮの場合において第ｎの磁気記録層の膜厚は等しくなるように決めた。例えばＮ＝６の場合、第ｎの磁気記録層の膜厚は全て１ｎｍである。図４Ｃに示すように、Ｎの回数を増やすほど規則度Ｓ=０．８５以上の値が得られる基板温度は下がるがＮ＝４以上で基板温度はほぼ飽和し、規則度Ｓ=０．８５以上の値を得るためには３５０℃以上の加熱が必要であった。したがって基板の加熱温度は３５０℃以上が望ましい。
【００４３】
［実施例２］
本実施例の垂直磁気記録媒体は、磁気記録層以外は実施例１と同じ膜構成及び製膜条件で作製した。本実施例では、磁気記録層４を４段製膜（図２に示した製膜方法におけるＮ＝４）で作製し、第１〜第４の磁気記録層の組成を変化させた。第１〜第４の磁気記録層の厚さは全て１．５ｎｍとした。また、加熱チャンバにおける加熱温度はすべて５００℃の条件でサンプルを作製し、加熱時間は１分間で行った。
【００４４】
表２に、作製したサンプルの各磁気記録層の組成、規則度、結晶粒径、及び垂直配向性を評価した結果を示す。表２では、たとえば（４５at.%Ｆｅ−４５at.%Ｐｔ−１０at.%Ａｇ）−３０at.%Ｃ（２２vol.%Ｃ）と表記した場合、（４５at.%Ｆｅ−４５at.%Ｐｔ−１０at.%Ａｇ）にＣ（カーボン）を３０at.%、体積濃度に換算するとＣを２２vol.%添加した組成を意味する。垂直配向性の評価は、Ｘ線回折プロファイルにおけるＦｅＰｔ（００１）回折ピークとＦｅＰｔ（１１１）回折ピークの積分強度比Ｉ(111)／Ｉ(001)によって行った。この値が小さいほど垂直配向性が優れていると判断でき、ここではＩ(111)／Ｉ(001)の値が０．１未満のものをランクａ、０．１以上のものをランクｂとした。また、１平方センチあたり１テラビット以上の面記録密度を実現できる粒径の基準を７ｎｍとし、７ｎｍ未満のものをランクＡ、７ｎｍ以上のものをランクＢとする。つまり、表２では垂直配向性ランクがａかつ、結晶粒径ランクがＡのサンプルの特性が優れているといえる。
【００４５】
【表２】
2012048784.tif 000005
【００４６】
まず、サンプル２−１と２−２を比較する。非磁性材料であるＣ（カーボン）の濃度を増やすと結晶粒径は減少するが、垂直配向性が劣化してしまう。そこで第１の磁気記録層のみＣ添加量を増やしたサンプル２−３を作製した。その結果、サンプル２−２に比べて垂直配向性が向上し、サンプル２−１よりも結晶粒径を小さくすることができた。また、第１の磁気記録層から第４の磁気記録層にかけて徐々にＣの添加濃度を下げることによっても同様の効果がみられ、サンプル２−４でもサンプル２−２に比べて垂直配向性を劣化することなく結晶粒径を小さくすることができた。
【００４７】
一方、サンプル２−５、サンプル２−６のように第１の磁気記録層から第４の磁気記録層にかけてＣの添加濃度を高くした場合は、サンプル２−３やサンプル２−４に比べ粒径が大きい。サンプル２−７〜２−１０のようにＳｉ酸化物を添加した場合にも、サンプル２−１〜２−４と同様の効果が得られた。また、サンプル２−１１のように添加する非磁性材料が異なる磁気記録層を組み合わせてもよく、いずれもサンプル２−２やサンプル２−８より高い規則度や垂直配向性を維持しながら、サンプル２−１やサンプル２−７よりも小さな結晶粒径を実現することができた。サンプル２−３，２−４，２−９，２−１０，２−１１について規則度Ｓを測定したところ、いずれも０．９以上の値を示し、また垂直磁気異方性エネルギーはいずれも２．０×１０7ｅｒｇ／ｃｃ以上の高い値を示した。
【００４８】
［実施例３］
本実施例の垂直磁気記録媒体は、第１の磁気記録層の膜厚以外は実施例２のサンプル２−３，２−４と同じ膜構成及び製膜条件で作製した。
【００４９】
本実施例のサンプル系列３−１は、実施例２のサンプル２−３の第１の磁気記録層の膜厚を変化させたサンプル系列である。また、本実施例のサンプル系列３−２は、実施例２のサンプル２−４の第１の磁気記録層の膜厚を変化させたサンプル系列である。作製したサンプル系列のＸ線回折を測定し、ＦｅＰｔ（００１）回折ピークとＦｅＰｔ（１１１）回折ピークの積分強度比Ｉ(111)／Ｉ(001)を評価した。また、ＴＥＭを用いて結晶粒径の測定を行った。それぞれの結果を図５Ａ、図５Ｂに示す。
【００５０】
第１の磁気記録層の膜厚が２ｎｍより厚い場合にＩ(111)／Ｉ(001)の値が大幅に大きくなって垂直配向性が劣化していることがわかる。また、結晶粒径に着目すると、第１の磁気記録層の膜厚が０．５ｎｍより薄い条件では粒径が急激に増大していることがわかる。以上の結果より、第１の磁気記録層の膜厚は０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下が望ましいといえる。非磁性材料がＳｉＯ2の場合でも同様の結果が得られ、例えばサンプル２−９と同じ膜構成で第１の磁気記録層の膜厚を変化させたところ、膜厚０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下で優れた垂直配向性と７ｎｍ以下の粒径が得られた。
【００５１】
［実施例４］
本実施例の垂直磁気記録媒体は、第１の磁気記録層の組成以外は実施例２のサンプル２−３，２−９と同じ膜構成及び製膜条件で作製した。
【００５２】
本実施例のサンプル系列４−１は、実施例２のサンプル２−３の第１の磁気記録層に添加したＣの濃度を変化させたサンプル系列である。また、本実施例のサンプル系列４−２は、実施例２のサンプル２−９の第１の磁気記録層に添加したＳｉＯ2の濃度を変化させたサンプル系列である。作製したサンプル系列のＸ線回折を測定し、ＦｅＰｔ（００１）回折ピークとＦｅＰｔ（１１１）回折ピークの積分強度比Ｉ(111)／Ｉ(001)を評価した。また、ＴＥＭを用いて結晶粒径の測定を行った。それぞれの結果を図６Ａ、図６Ｂに示す。
【００５３】
第１の磁気記録層に添加したＣ又はＳｉＯ２の濃度を４０vol.%より多くした場合、急激にＩ(111)／Ｉ(001)の値が大きくなり、垂直配向性が劣化していることがわかる。また、結晶粒径に着目すると、第１の磁気記録層に添加したＣ又はＳｉＯ２の濃度が多いほど結晶粒径が小さくなるが、Ｃ又はＳｉＯ２の濃度が２５vol.%より少ない場合は粒径が７ｎｍ以上となってしまい１平方センチあたり１テラビット以上の面記録密度を実現できる媒体としては望ましくない。以上の結果より、第１の磁気記録層に添加する非磁性材料の体積濃度は２５vol.%以上４０vol.%以下が望ましい。
【００５４】
［実施例５］
本実施例の垂直磁気記録媒体は、基板温度制御層以外は実施例２のサンプル２−３と同じ膜構成及び製膜条件で作製した。
【００５５】
ここでは基板温度制御層のＮｉに添加するＴａ及びＮｂの添加量を変化させたサンプルを作製し、磁気記録層の垂直配向性Ｉ(111)／Ｉ(001)を評価した。結果を図７に示す。Ｔａ濃度が３０at.%以上６０at.%以下、Ｎｂ濃度が２０at.%以上７０at.%以下の範囲で（１１１）ピークの強度がほぼゼロとなり良好な垂直配向性が得られた。一方、上記範囲以外の場合は基板温度制御層が結晶化してしまい、下地層及び磁気記録層の垂直配向性が劣化した。特にＴａが３０at.%より少ない場合や、Ｎｂが２０at.%より少ない場合には、磁気記録層の（００１）ピークはほとんど確認できなかった。また、Ｔａが６０％より多い場合や、Ｎｂが７０％より多い場合には、（００１）ピークは確認できるものの、（１１１）ピークも残っており、良好な垂直配向が得られなかった。
【００５６】
以上の結果より、基板温度制御層として用いるＮｉ合金は、Ｎｂが２０at.%以上７０at.%以下、Ｔａが３０at.%以上６０at.%以下の範囲で添加された組成を用いることが望ましい。
【００５７】
［実施例６］
本実施例の垂直磁気記録媒体は、基板温度制御層以外は実施例２のサンプル２−４と同じ膜構成及び製膜条件で作製した。
【００５８】
本実施例では基板温度制御層２が複数の層からなる場合について検討した。図１Ｂは、本実施例で作製したサンプルの断面模式図である。図１Ｂは、基板温度制御層２が、第１の基板温度制御層２１、第２の基板温度制御層２２、第３の基板温度制御層２３からなる例を示している。表３に、作製した基板温度制御層の構成と磁気記録層の垂直配向性、及び原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定した表面粗さを示す指標Ｒａの値を示す。ここでは基板温度制御層として非晶質のＮｉＴａ，ＮｉＴａＺｒと結晶質材料のＣｕについて検討した。Ｃｕは熱伝導率が高いため、熱アシスト記録装置で用いる場合、ヒートシンク層として有効である。
【００５９】
【表３】
2012048784.tif 000006
【００６０】
基板温度制御層が非晶質材料であるＮｉＴａのみからなるサンプル６−１は、磁気記録層の垂直配向性が良好かつ、Ｒａも１ｎｍ以下と小さい。一方、結晶質のＣｕを下地層３の直下に配置したサンプル６−２，６−３の場合、ＦｅＰｔの（００１）ピークが観察されず垂直配向しなかった。これは、（１１１）配向のＣｕ上で下地層のＭｇＯが（１１１）配向し、その上の磁気記録層も（１１１）配向したためである。また、このときＲａも非常に大きくなった。ところが、サンプル６−４，６−５に示すようにＣｕの上に非晶質のＮｉＴａやＮｉＮｂを形成した場合、垂直配向性、表面粗さが大幅に改善した。またＮｉＴａの代わりにＮｉＴａＺｒやＮｉＮｂＺｒを用いた場合にも良好な垂直配向性及び１ｎｍ以下のＲａが得られた。
【００６１】
［実施例７］
本実施例の垂直磁気記録媒体は、基板、基板温度制御層、下地層以外は実施例２のサンプル２−４と同じ膜構成及び製膜条件で作製した。
【００６２】
本実施例では基板、基板温度制御層、下地層の膜構成が異なるサンプルを作製し、その基板温度制御層の膜厚の合計を変化させた。Ｓｉ基板上に基板温度制御層としてＮｉ−３７．５at.%Ｔａ、下地層として膜厚１２ｎｍのＭｇＯを用いた場合、ガラス基板上に基板温度制御層としてＮｉ−３７．５at.%Ｔａ、下地層として膜厚１２ｎｍのＭｇＯを用いた場合、Ｓｉ基板上に基板温度制御層としてＮｉ−３７．５at.%Ｔａ、膜厚１２ｎｍのＭｇＯ下地層の代わりに、膜厚２ｎｍのＭｇＯ、膜厚３０ｎｍのＣｒ−１０at.%Ｒｕ、膜厚１０ｎｍのＭｇＯを積層した下地層を用いた場合を用いた場合、ガラス基板上に基板温度制御層としてＮｉ−３７．５at.%Ｔａ／Ｃｕ／Ｎｉ−３７．５at.%Ｔａ、下地層として膜厚１２ｎｍのＭｇＯを用いた場合の基板温度制御層の合計膜厚に対する規則度の変化を図８に示す。ただし、基板温度制御層としてＮｉ−３７．５at.%Ｔａ／Ｃｕ／Ｎｉ−３７．５at.%Ｔａを用いた場合は、膜厚の比が１：１：１で変化させた。
【００６３】
図８に示すように、いずれの構成でも基板温度制御層の膜厚が厚いほど規則度が高くなり、その膜厚が１００ｎｍ以上で飽和した。磁気記録層を製膜中の基板温度を調べたところ、いずれの場合もＮｉＴａ膜厚を厚くするほど製膜中の温度低下が小さくなっていることがわかった。これは磁気記録層製膜前に厚いＮｉＴａ膜を基板に形成することによって基板の熱容量が大きくなり、加熱チャンバで基板を加熱した後の基板の温度勾配が小さくなったためと考えられる。ただし、基板温度制御層の膜厚が１００ｎｍ以上はほとんど変化しなかった。したがって、より高い規則度を得るためには基板温度制御層の厚さが１００ｎｍ以上であることが望ましい。
【符号の説明】
【００６４】
１  基板
２  基板温度制御層
３  下地層
４  磁気記録層
５  保護膜
２１  第１の基板温度制御層
２２  第２の基板温度制御層
２３  第３の基板温度制御層
４１  第１の磁気記録層
４２  第２の磁気記録層
４ｎ  第ｎの磁気記録層
４Ｎ  第Ｎの磁気記録層
【図１Ａ】
2012048784.tif 000007
【図１Ｂ】
2012048784.tif 000008
【図２】
2012048784.tif 000009
【図３】
2012048784.tif 000010
【図４Ａ】
2012048784.tif 000011
【図４Ｂ】
2012048784.tif 000012
【図４Ｃ】
2012048784.tif 000013
【図５Ａ】
2012048784.tif 000014
【図５Ｂ】
2012048784.tif 000015
【図６Ａ】
2012048784.tif 000016
【図６Ｂ】
2012048784.tif 000017
【図７】
2012048784.tif 000018
【図８】
2012048784.tif 000019