(57)【要約】【課題】媒体Ｓ／Ｎを向上させた垂直磁気記録媒体を提供する。【解決手段】磁性層の記録層結晶粒のａ軸及びｃ軸の結晶方位が共に等しい隣接する粒子の面積を合計して得られる記録層結晶粒クラスタ面積の平均値を、平均粒径で規格化した規格化結晶粒クラスタサイズＤｎが１≦Ｄｎ≦１．９を満たすように制御された磁性層を記録媒体の記録磁性層に適用する。【選択図】図３
2009140562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、軟磁性層と、下地層と、柱状構造を有した結晶粒から構成される非磁性中間層と、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が形成された垂直磁気記録媒体において、
前記磁性記録層に含まれる磁性結晶粒は、ａ軸及びｃ軸の結晶方位が共に等しい隣接する磁性結晶粒の面積を合計して得られた記録層結晶粒クラスタ面積の平均値を前記磁性結晶粒の面積の平均値で除して得られた規格化結晶粒クラスタサイズＤｎが１以上１．９以下であることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項２】
請求項１記載の磁気記録媒体において、前記規格化結晶粒クラスタサイズＤｎが１以上１．７以下であることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項３】
請求項１記載の磁気記録媒体において、前記磁性記録層の平均結晶粒径が前記非磁性中間層の平均結晶粒径以下であることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項４】
請求項１記載の磁気記録媒体において、前記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磁気記録媒体。
【請求項５】
請求項１記載の磁気記録媒体において、前記磁性結晶粒と非磁性中間層を構成する結晶粒は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磁気記録媒体。
【請求項６】
請求項１記載の磁気記録媒体において、前記磁性結晶粒はＣｏＣｒＰｔ合金もしくはＣｏＣｒＰｔを主成分とする合金からなることを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項７】
請求項１記載の磁気記録媒体において、前記非磁性中間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磁気記録媒体。
【請求項８】
請求項１記載の磁気記録媒体において、媒体記録密度が２５０Ｇｂ／ｉｎ2以上を有することを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項９】
磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体を駆動する媒体駆動部と、前記磁気記録媒体に対して記録再生動作を行う磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体の所望位置に位置決めするアクチュエータとを備え、
前記磁気記録媒体は、基板上に、軟磁性層と、下地層と、柱状構造を有した結晶粒から構成される非磁性中間層と、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が形成され、前記磁性記録層に含まれる磁性結晶粒は、ａ軸及びｃ軸の結晶方位が共に等しい隣接する磁性結晶粒の面積を合計して得られた記録層結晶粒クラスタ面積の平均値を前記磁性結晶粒の面積の平均値で除して得られた規格化結晶粒クラスタサイズＤｎが１以上１．９以下であることを特徴とする磁気記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気記録媒体及び磁気記憶装置に関し、特に、略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垂直磁気記録媒体及びその媒体を組み込んだ磁気記憶装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在のハードディスク装置に用いられている記録方式の多くは、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である。ハードディスク装置の小型化、大容量化を実現する、より高い記録密度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。
【０００３】
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）で磁化が互いに反平行方向となるため面内磁気記録方式に比べて磁気的に安定化し、また、磁化遷移領域での反磁界が小さいため、媒体ノイズが低減される。この記録を実現するための記録層粒子としては面内磁気記録方式にも用いられていたＣｏＣｒＰｔ系やＣｏＣｒＴａ系の合金が使用され、磁性記録層粒子の周囲にはＣｒ系の酸化物が析出して粒界を構成し、媒体ノイズを低減する一端を担ってきた。しかし、垂直記録層に面内記録方式に用いられていたＣｏＣｒＰｔ系やＣｏＣｒＴａ系合金を用いても、Ｃｒの偏析が少ないため媒体ノイズを下げることが難しかった。そのために、酸化物や窒化物を添加し、磁性層粒子の周囲に粒界を形成させて分離させた磁気記録媒体が提案されている。
【０００４】
媒体ノイズを低減するための媒体微細構造に関する対策は、磁性結晶粒の粒径を微細化又は均一化すること、及び隣接する結晶粒間の交換相互作用を小さくすることなどが挙げられる。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。
【０００５】
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て媒体ノイズを低減するために、特開２００６−３３１５８２号公報には、基板直上の金属下地層上にＣｕ，Ａｇ，Ａｕの元素を成膜し、磁性記録粒子径を微細化する技術が開示されている。また、特開２００５−２１６３６２号公報には、記録層磁性粒子の形状を多層積層とし、かつ成膜初期の粒径より成膜終期の粒径の方が小さい円錐台類似とすることで、粒径を微細化する技術が開示されている。
【０００６】
一方、結晶粒の間の相互作用を小さくするために、磁性結晶粒の周囲（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２００５−１９０５１７号公報にはＲｕ中間層の下部にＣｕ層をスパッタし、磁性記録粒子を孤立化させる技術が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３３１５８２号公報
【特許文献２】特開２００５−２１６３６２号公報
【特許文献３】特開２００２−３５８６１５号公報
【特許文献４】特開２００５−１９０５１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
垂直磁気記録媒体における高記録密度を実現するためには、媒体ノイズの低減や媒体Ｓ／Ｎの向上が必要であり、そのためには、記録磁性粒径の微細化や磁性粒子の分離を進めることが必要である。記録磁性層の粒径を微細化するためには、記録磁性層の成膜時のガス圧や基板温度、記録磁性層への添加物により、また記録磁性粒子の分離のためには非磁性粒界を形成する非磁性層の添加割合を増やすことで対応可能であることが知られている。
【０００９】
ところが、記録磁性粒の微細化や非磁性層の添加割合を増やすだけでは粒子の結晶配向までは制御できず、記録磁性粒子間の均一な分離、すなわち粒間相互作用への制御性が低いという現象が見られた。
【００１０】
そこで、発明者らが透過電子顕微鏡を用いて磁性層粒子の内部の結晶構造を格子縞を用いて詳細に調査した結果、ａ軸方位がいくつかの隣接粒子で同じ方位を向いている領域と隣接粒子で別々の向きに向いている領域とが混在していることが明らかとなった。また、粒界幅の測定の結果、同じ結晶方位の隣接粒子間に形成される粒界の幅は、異なった結晶方位を持つ隣接粒子間に形成される粒界の幅よりも狭くなっていることが明らかになった。この結果から、結晶方位が揃っている領域すなわち結晶粒クラスタが形成されている領域は粒子間相互作用が低減できない領域となり、このような微細構造を持った磁気記録媒体は粒子間相互作用の低減が十分ではなく、高い媒体Ｓ／ＮやＢitＥＲ（bit error rate）の優れた磁気記録媒体は得られない。
【００１１】
本発明の目的は、記録層粒子の結晶方位を制御し、粒子の分離が促進されたグラニュラ構造を有する垂直磁気記録媒体、さらには磁気記録特性の向上した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】
【００１２】
本発明の目的は、隣接する磁性層粒子の結晶方位が一方向に揃わないように適切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。すなわち、磁性結晶粒の結晶方位配向の指標として、記録磁性層の結晶粒のａ軸及びｃ軸の結晶方位が共に等しい隣接する粒子の面積を合計して得られる面積を記録層内で平均し、得られた値を結晶粒クラスタと定義し、この平均面積を、磁性結晶粒の平均面積で除した値（規格化結晶粒クラスタサイズと定義する）を用いる。
【００１３】
本発明による媒体は、規格化結晶粒クラスタサイズＤｎが１≦Ｄｎ≦１．９であり、さらに適切に制御するためには１≦Ｄｎ≦１．７となることが好ましい。なお、ここで定義される結晶粒クラスタは、一般的に用いられるクラスタすなわち記録時に磁気的に同じ挙動を示すエリアとは異なり、隣接する磁性粒子の結晶方位が同方向であるエリアを指す。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、下地層粒子の結晶方位と磁性記録層粒子の結晶粒方位が適切な関係に制御され、結晶粒クラスタ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抑制された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】
図１、図２を用いて、発明者らが得た知見を元に、記録磁性層結晶粒と非磁性中間層、及び下地層の関係について説明する。記録磁性層粒子と非磁性中間層及び非磁性中間層と下地層はエピタキシャル成長しているため、常に直下に成膜される層の成膜状態や結晶配向によって結晶配向が支配される。図１に示すように、下地層の粒径や結晶配向などがさまざまな方法により制御されていると、その上に成膜される非磁性中間層粒子と下地層粒子とが１対１に対応し、また結晶配向も制御されて成膜される。したがって、記録磁性層粒子が成膜されたときに、粒径と結晶配向とが制御されて形成されるようになる。また、ただ記録磁性層粒子のみの粒径を小さくするように制御しても、図１のように非磁性中間層の粒子が制御されていなければ、同一の非磁性中間層上に形成された記録磁性粒子の結晶方位は一致してしまう。またさらに、図２の左側に示した粒子のように、同一の下地層上に非磁性中間層粒子が形成されると、この非磁性中間層粒子の結晶方位は一致するため、上に形成される記録磁性層粒子の結晶方位も一致する。このために、同一の非磁性中間層粒子の上に複数個形成された記録磁性粒子はもちろん、別の中間層粒子上に形成された記録磁性粒子まで結晶方位が揃った結晶粒クラスタと定義される領域が形成され、その周囲に形成される粒界幅は非常に狭くなってしまうことを発明者らは見出した。すなわち、結晶粒クラスタが形成されないためには、記録磁性粒径の微細化とともに、記録磁性粒子の結晶方位が個々に異なる向きに配向することが必要であることが明らかとなった。さらにこのような結晶粒クラスタが形成されると、媒体Ｓ／Ｎの低下やＢitＥＲの劣化を引き起こす原因となることを発明者らは発見した。本発明は、このような知見をもとに完成されたものである。
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明をより詳細に説明する。  
【００１７】
図３に、本発明の磁気記録媒体の構成例を示す。ディスク状基板１１上に、軟磁性層１２、下地層１３、非磁性中間層１４、垂直磁気異方性を有する磁性記録層１５、保護層１６、潤滑層１７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１２、下地層１３、中間層１４、磁性記録層１５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１６はイオンビーム法やＣＶＤ法などによって形成することができ、潤滑層１７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。
【００１８】
基板には、ＮｉＰメッキしたＡｌ系の合金基板、強化ガラス基板、結晶化ガラス基板、セラミックス基板などの表面が平滑なさまざまな基板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。基板表面には、平均粗さ３ｎｍ以下の凹凸となるように研磨を施したり、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。
【００１９】
軟磁性層には、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，ＣｏＦｅＢ，ＦｅＴａＣ，ＦｅＡｌＳｉ，ＦｅＣｏＮ，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揃えるため、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したり、軟磁性層を１ｎｍ程度の複数の非磁性層をはさんで多層とすることにより、各層間を反強磁性結合させて、磁化方向を固定し、再生ノイズを抑制することもできる。軟磁性層は、主に磁気ヘッドからの磁界を通して磁気ヘッドに戻す磁気ヘッド役割の一部を担っている。したがって、磁気ヘッドからの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く、軟磁性層の厚みは２０〜２００ｎｍの範囲が好ましい。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Ｃｒ，ＮｉＴａ，ＮｉＴａＺｒ，ＣｒＴｉ，ＣｒＴｉＴａ，ＴｉＡｌなどの非磁性層を挿入することができる。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。さらに、記録ヘッドからの磁束が確保できれば、軟磁性層を省略することも可能である。
【００２０】
下地層は、その上部の中間層及び記録層の結晶配向及び結晶粒径を制御する役割や軟磁性層と中間層との混合を防ぐ役割を担う。結晶配向と結晶粒径を制御する下地層の膜厚、構成、材料は、上記効果が得られる範囲で設定することができる。また、下地層は複数の層から構成することもできる。たとえば、第１下地層として、ＭｇＯなどの酸化物層やＴａ，Ｎｉ，Ｔｉなどの金属層、ＮｉＴａ，ＣｒＴｉ，ＮｉＣｒなどの合金層を２〜１０ｎｍ形成する。その上に、第２下地層として中間層の結晶粒径及び隣接粒子間でばらつきのある結晶配向を制御できる粒子成長の核となるＰｄなどを２ｎｍ以下の極薄い膜厚で成膜し、島状膜を形成してもよい。このとき、基板を加熱して配向を制御してもよい。また、第２下地層を形成する代わりに、第１下地層の表面を加熱処理するなどしても同様の効果が得られ、第２下地層の代用とすることもできる。
【００２１】
またその後、第３下地層として、ｆｃｃ構造を持つＮｉ系などの合金や、ｈｃｐ構造を持つＴｉ系の合金にＳｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｔａなどの酸化物や窒化物を添加したものを用いて１〜６ｎｍ形成し、中間層の格子定数と下地層の格子定数を合わせる役割を持つ層を形成する。この膜厚によって、結晶配向の劣化を抑制し、結晶粒径まで制御することができる。その上にＲｕなどの中間層を形成すると、前記形成された島状膜を核として粒子成長し、［００１］配向したｈｃｐ構造の多結晶膜が形成できる。成膜する際に−１５０Ｖから−３００Ｖまでの負のバイアス電圧を印加する。結晶粒径及び結晶配向は、下地層成膜時の基板温度、スパッタガス圧、スパッタガスへの酸素添加、成膜レート、膜厚さらには島形状の核の密度などによって容易に制御できる。下地層の全膜厚の合計は２ｎｍ以上１５ｎｍ以下とすることが好ましい。２ｎｍよりも薄いと中間層の結晶化度及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、軟磁性層の分離具合が不十分となる。また、１５ｎｍ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。
【００２２】
中間層は、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。磁性記録層に使われる材料の結晶配向を制御するために用いられ、ｈｃｐ構造もしくはｆｃｃ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、たとえばＲｕ及びその合金、ＣｏＣｒ及びその合金、Ｔｉ及びその合金、Ｒｈ及びその合金などであり、合金とす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、上部に形成する磁性記録層との格子整合を高めることができる。また、たとえば中間層を多層化し、Ｒｕ表面成膜時に合金酸化物を添加したり表面酸化処理などにより、中間層の表面に凹凸を付けることで、記録層の磁性層と非磁性層の分離を促進させることも可能である。またこのときの中間層の平均粒径は２ｎｍ以上１４ｎｍ以下であることが好ましい。これは中間層上に成膜される記録層粒子の大きさを制御するためで、２ｎｍ未満もしくは１４ｎｍより大きい粒径の場合はいずれも媒体ノイズの原因になることが考えられる。したがって中間層粒子の平均粒径は、記録層粒子の平均粒径と等しいかもしくはそれより大きいことが好ましい。また中間層の全膜厚は２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。これは２ｎｍ以下であると、上に形成される磁性記録層粒子の分離が不十分であり、２０ｎｍ以上であると、磁気ヘッドと軟磁性層との距離が広がり記録分解能が低下してしまうためである。
【００２３】
磁性記録層は、略柱状構造を有した大きな磁気異方性を有した磁性結晶粒を有し、その結晶粒の粒界が非磁性層で充填された、容易磁化方向が膜面に対して垂直方向を向くグラニュラ構造をもつもので構成される。磁性結晶粒にはｈｃｐ構造を有したＣｏＣｒＰｔ合金、及びそれにＳｉ，Ｔｉ，Ｂ，Ｒｕ，Ｔａ，Ｃｕ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もち、結晶配向は［００１］である。磁性結晶粒の平均結晶粒径は２ｎｍ以上１２ｎｍ以下であることが好ましい。２ｎｍ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以上であると、媒体ノイズが著しく増加し好ましくない。磁性結晶粒の粒界には、Ｓｉ，Ｔｉ，Ｔａ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｚｒなどの酸化物又は窒化物が用いられる。この磁性結晶粒を形成する材料とその粒界の非磁性層を形成する材料とをたとえば、マグネトロンスパッタ成膜装置を用いて同時にスパッタすることで、グラニュラ構造を持つ磁性記録層を形成することが出来る。このときにスパッタＡｒガス圧、Ａｒガスに含まれる酸素量、投入電力などを制御することで、粒径を制御することができる。このとき使用する成膜装置は、たとえば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する成膜装置、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スパッタする成膜装置のどちらを使用してもよい。また磁性記録層を成膜する際に、−１５０Ｖから−３００Ｖの範囲の負のバイアス電圧を印加してもよい。１５０Ｖより絶対値が小さい負のバイアス電圧では、磁性結晶粒の結晶配向制御が不十分であり、３００Ｖより絶対値の大きい負のバイアス電圧では結晶配向の制御性が飽和してしまうからである。
【００２４】
磁性記録層結晶粒径の大きさは、下層の非磁性中間層結晶粒径と同等もしくはそれ以下であることが好ましい。これは磁性結晶粒の結晶配向を各粒子ごとに制御することが必要なためである。磁性記録層結晶粒径が下層の非磁性中間層の結晶粒径よりも大きくなると、結晶配向が粒内で乱れ、媒体ノイズが抑制されないからである。磁性記録層に含まれる粒界の非磁性層たとえば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。非磁性層の体積比が１０％以下であると、磁性記録層周囲に形成される粒界の幅が十分でなく、粒間相互作用の効果が強くなり媒体ノイズが抑制されない。また非磁性層の体積比が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、４００ｋＡ／ｍ以上であることが好ましい。４００ｋＡ／ｍ以下では記録磁化の時間的減衰が大きくなってしまうからである。磁性記録層の膜厚は、５ｎｍ以上２５ｎｍ以下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、２５ｎｍ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って記録分解能の低下を招いたり、ヘッド磁界強度が小さくなってオーバライト特性の低下を招くためである。また、記録層はＣｏＣｒＰｔ系合金などを用いて複数の層で構成することもできる。
【００２５】
保護層は、カーボンを主成分とする膜を用いることができる。その他、硬度が高く磁性記録層の腐食などを保護できれば同様に用いることが可能である。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るために記録分解能が低下してしまうためである。
【００２６】
潤滑層は、パーフルオロアルキルポリエーテルなどのフッ素系高分子オイルなどを用いることができる。
【００２７】
次に、磁性記録層の結晶粒径の測定方法について述べる。結晶粒径の測定は、透過電子顕微鏡を用いた観察及び市販の粒子解析ソフトを用いた画像解析によるものである。始めに、磁気記録媒体の試料をディスクカッターを用いて２ｍｍ角に切り出す。得られた小片をグラインダーを用いて研磨し、一部が記録層と保護膜のみになった薄膜を作成する。この薄片を透過電子顕微鏡を用いて観察し、高分解明視野像を撮影する。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。たとえばグラニュラ構造である磁性記録層の明視野像においては、結晶粒の部分は回折強度が強いためコントラストが暗くなり、粒界部分は回折強度が弱いために明るいコントラストの部分として観察される。図４（ａ）に点線で示すように、画像解析ソフトを用いて粒界の中央部分、すなわちコントラストの明るい部分の中心に線を引いて、粒子と粒界とが含まれた領域の面積をピクセル数として測定する。得られたデータを実スケールに換算して面積を求め、この面積と等しい面積の円の直径を算出し、得られた値を粒径とする。２００個以上の粒子について測定し、平均結晶粒径を得る。
【００２８】
また、前記測定方法のほか、各粒子ごとに隣接間粒子同士の重心間距離を測定することで平均結晶粒径を算出しても同等の値が求められる。この方法を以下に説明する。グラニュラ構造である磁性記録層の明視野像においては、結晶粒の部分は回折強度が強いためコントラストが暗い部分として、また粒界部分は回折強度が弱いために明るいコントラストの部分として観察される。図４（ｂ）に示すように、画像解析ソフトを用いてそれぞれの磁気記録粒子面積から重心位置を特定し、隣接する粒子同士における重心間距離（点線で示した線分長さ）をすべて測定する。ここで、隣接する粒子とは、２個の粒子の重心間に引いた線上に他の粒子が存在しない粒子同士のことである。１個の粒子に対して隣接する粒子は複数存在する。隣接する粒子において、すべての重心間距離の値を算術平均する。この測定を２００個以上の粒子について行ない、それぞれ得られた粒径を算術平均し平均粒径を得る。
【００２９】
次に、磁性記録層の結晶方位解析の方法について述べる。結晶方位解析においても同様に透過電子顕微鏡を用いた観察及び市販の粒子解析ソフトを用い、画像を解析する。始めに、磁気記録媒体の試料をディスクカッターを用いて２ｍｍ角に切り出す。得られた小片をグラインダを用いて研磨し、その後Ａｒガスを用いたシニング装置を用いてさらに研磨を続け、一部が記録層と保護膜のみになった薄膜を作成する。この薄片を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、透過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、図５に示した。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。
【００３０】
磁性記録層にｈｃｐ構造を有した略六角柱状のＣｏＣｒＰｔ合金を用いた場合、ｃ軸が膜面に対して垂直に成長しているため、格子像にはａ面の格子面が直接観察でき、ａ面の整列している方向すなわちａ軸方位を解析することで、ａ軸方位を特定することができる。図６に摸式的に示した粒子の縞模様はａ軸の格子面を示し、この格子面に直交する方位がａ軸方位となる。またａ面が観察しにくい粒子においては、画像ソフトを用いてＦＦＴ解析を行いａ軸方位解析を行う。２００個以上の粒子についてａ軸方位を調査する。得られたａ軸方位を隣接する粒子同士で比較し、相対角度を測定する。図６（ａ）に示したように、２個以上の隣接する粒子においてそれぞれのａ軸結晶方位が成す角度が０度以上１度未満である場合、それらの粒子をまとめて同じ結晶粒クラスタと定義し、図６（ｂ）に示されたように、ａ軸結晶方位がそれぞれの粒子で別方位を向いているときには、結晶粒クラスタは形成されないと定義する。解析した結晶粒クラスタを構成する粒子の面積をすべて足し合わせて結晶粒クラスタの面積とし、各結晶粒クラスタごとの面積を求め、平均値を算出する。得られた結晶粒クラスタ面積の平均値を、磁性結晶粒の面積の平均値で除した値を規格化結晶粒クラスタサイズＤｎと定義する。
【００３１】
【数１】
2009140562.tif 000003
【実施例】
【００３２】
以下、実施例に基づき本発明を説明する。
【００３３】
第１の磁気記録媒体を、次のようにして作製した。ＤＣスパッタリング装置を用いて、洗浄した強化ガラス基板上に、基板との密着性を向上させるためにＮｉ−３７．５at.%Ｔａ−１０at.%Ｚｒ膜を３０ｎｍ成膜した。次に、Ｆｅ−３４at.%Ｃｏ−１０at.%Ｔａ−５at.%Ｚｒ膜を１００ｎｍ成膜し、軟磁性層を形成した。スパッタガスはＡｒを用い、総ガス圧を０．７Ｐａとして成膜した。次に、第１下地層としてＮｉ−３７．５at.%Ｔａ膜を２ｎｍ形成した後、表面を酸化処理し、中間層粒子の粒径を制御する核を形成した。その上に、第２下地層Ｎｉ−６at.%Ｗ層を７ｎｍ成膜した。スパッタガスはＡｒを用い、総ガス圧を０．７Ｐａとして成膜した。次に、Ｒｕ膜をＤＣマグネトロンスパッタ法により、二層に分けて形成した。基板温度は室温として、下層９ｎｍは成膜レート２ｎｍ／ｓで形成し、スパッタガスにはＡｒを用い、総ガス圧０．７Ｐａとした。上層８ｎｍは成膜レート１ｎｍ／ｓで形成し、スパッタガスにはＡｒガスを用い、総ガス圧を５Ｐａとした。
【００３４】
次に、Ｃｏ−１７ａｔ％Ｃｒ−１８ａｔ％ＰｔとＳｉＯ2が体積比率で８０：２０となるように下層磁性記録層を形成した。Ｃｏ−１７ａｔ％Ｃｒ−１８ａｔ％Ｐｔ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同時放電させて成膜した。スパッタガスにＡｒを用い、圧力を４．０Ｐａの条件でスパッタ成膜した。膜厚は１３．５ｎｍとした。また成膜時に負のバイアス電圧（−２００Ｖ）を印加した。ＣｏＣｒＰｔ及び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、上層磁性記録層として、Ｃｏ−１２ａｔ％Ｃｒ−１４ａｔ％Ｐｔ−１０ａｔ％Ｂを５．５ｎｍ形成して磁性記録層を形成した。このときの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。その上に、保護膜としてカーボンを５ｎｍ形成した。
【００３５】
第２の磁気記録媒体を、次のようにして作製した。軟磁性層まで第１の磁気記録媒体と全く等しい条件で形成した後、第１下地層としてＮｉ−３７．５at.%Ｔａ膜を２ｎｍ形成し、表面を酸化処理した。その上に第２下地層Ｎｉ−６at.%Ｗ層を１ｎｍ成膜し、中間層粒子の粒径を制御する核を形成した。その後、第３下地層として、Ｎｉ−６at.%ＷとＳｉＯ2を体積比率９５：５として下地層を形成した。膜厚は６ｎｍとした。次に、Ｒｕ膜を、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、基板温度は室温として成膜した。下層７ｎｍは成膜レート２ｎｍ／ｓで形成し、スパッタガスにはＡｒを用い、総ガス圧０．７Ｐａとした。上層７ｎｍは成膜レート１ｎｍ／ｓで形成し、スパッタガスにはＡｒガスを用い、総ガス圧を５Ｐａとした。
【００３６】
次に、Ｃｏ−１７ａｔ％Ｃｒ−１８ａｔ％ＰｔとＳｉＯ2が体積比率で８０：２０となるようにして、下層磁性記録層を形成した。Ｃｏ−１７ａｔ％Ｃｒ−１８ａｔ％Ｐｔ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同時放電させて成膜した。スパッタガスにＡｒを用い、圧力を４．０Ｐａの条件でスパッタ成膜した。膜厚は１５ｎｍとした。また成膜時に負のバイアス電圧（−２００Ｖ）を印加した。ＣｏＣｒＰｔ及び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、上層磁性記録層として、Ｃｏ−２３ａｔ％Ｃｒ−１０ａｔ％Ｐｔを４ｎｍ形成し、磁性記録層を形成した。このときの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。保護膜としてカーボンを５ｎｍ形成した。
【００３７】
第３の磁気記録媒体を、次のようにして作製した。軟磁性層まで第１の磁気記録媒体と全く等しい条件で形成した後、第１下地層としてＣｒ−５０at.%Ｔｉ膜を３ｎｍ形成し、表面を酸化処理して中間層粒子の粒径を制御する核を形成した。その上に第２下地層Ｎｉ−６at.%Ｗ層を１ｎｍ成膜し、その後、第３下地層として、Ｎｉ−６at.%ＷとＳｉＯ2が体積比率９５：５となるように下地層を形成した。膜厚は６ｎｍとした。スパッタガスはＡｒを用い、総ガス圧を０．７Ｐａとして成膜した。Ｒｕ膜から上は第２の磁気記録媒体と同一条件で成膜した。
【００３８】
第４の磁気記録媒体を、次のようにして作製した。軟磁性層まで第１の磁気記録媒体と全く等しい条件で形成した後、第１下地層としてＴｉ膜を３ｎｍ成膜し、第２下地層としてＣｒ−５０at.%Ｔｉ膜を３ｎｍ成膜した後、表面を酸化処理した。第３下地層として、Ｎｉ−６at.%ＷとＳｉＯ2を体積比率９５：５として下地層を形成した。膜厚は３ｎｍとした。スパッタガスはＡｒを用い、総ガス圧を０．７Ｐａとして成膜した。次に、Ｒｕ膜を、ＤＣマグネトロンスパッタ法により、基板温度は室温として成膜した。下層７ｎｍは成膜レート２ｎｍ／ｓで形成し、スパッタガスにはＡｒを用い、総ガス圧０．７Ｐａとした。上層７ｎｍはRu-10%Ti合金ターゲットを用い、成膜レート１ｎｍ／ｓで形成し、スパッタガスはＡｒと酸素の混合ガスを用い、総ガス圧６．５Ｐａ、酸素濃度を１%として成膜した。その後、第１の磁性記録層と同様に成膜し、その後、上層磁性記録層として、Ｃｏ−２３ａｔ％Ｃｒ−１０ａｔ％Ｐｔを４ｎｍ形成した。このときの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。保護膜としてカーボンを５ｎｍ形成した。
【００３９】
比較例の媒体として、第５の磁気記録媒体を、次のようにして作製した。アルカリ洗浄した結晶化ガラス基板に、Ｎｉ−３７．５at.%Ｔａを室温で１０ｎｍ形成した。次に、Ｃｏ−１０at.%Ｔａ−５at.%Ｚｒ膜を１００ｎｍ成膜して軟磁性層を形成した後、第１下地層としてＴｉ膜を１０ｎｍ形成し、第２下地層Ｃｕ層を１ｎｍ成膜した。その後、第３下地層として、Ｎｉ−６at.%Ｗ層を８ｎｍ形成した。中間層は、実施例の第４の媒体と同じ構成で成膜した。記録層は２層構成とし、下層にはＣｏ−１７ａｔ％Ｃｒ−１８ａｔ％ＰｔとＳｉＯ2が体積比率で８０：２０となるように膜厚１４ｎｍ形成し、上層にはＣｏ−２３ａｔ％Ｃｒ−１０ａｔ％Ｐｔを４ｎｍ形成して磁性記録層を形成した。このときの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。また、下層記録層スパッタ時に負のバイアスを−２００Ｖ印加した。保護層はカーボンを５ｎｍ形成した。
【００４０】
比較例の第６の磁気記録媒体として、第３下地層をＮｉ−８at.%Ｆｅ膜を用いて８ｎｍ成膜したこと以外は比較例の第５の磁気記録媒体と全く同一条件で成膜した。
【００４１】
実施例の第１〜第４の磁気記録媒体及び比較例の第５、第６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）の透過電子顕微鏡による平面明視野像及び格子像の詳細な解析から、磁性結晶粒の平均粒径及び規格化結晶粒クラスタサイズを測定し、規格化結晶粒クラスタサイズを求めた。その結果、第１の磁気記録媒体では、磁性記録層の平均粒径は７．７ｎｍ、規格化結晶粒クラスタサイズは１．２であった。第２の磁気記録媒体では、磁性記録層の平均粒径は７．７ｎｍ、規格化結晶粒クラスタサイズは１．４であった。またこのとき第１及び第２の磁気記録媒体の非磁性中間層の平均粒径はどちらも１０．０ｎｍであった。第３の磁気記録媒体について同様に測定したところ、磁性記録層の平均粒径は７．６ｎｍ、規格化結晶粒クラスタサイズは１．７であった。またこのときの非磁性中間層の平均粒径は１０．０ｎｍであった。第４の磁気記録媒体について同様に測定したところ、磁性記録層の平均粒径は７．６ｎｍ、規格化結晶粒クラスタサイズは１．９であった。またこのときの非磁性中間層の平均粒径は１０．１ｎｍであった。
【００４２】
第１から第４の磁気記録媒体においては磁性結晶粒の平均粒径にあまり差はないが、規格化結晶粒クラスタサイズが大きく変化した。さらに、これらの媒体の断面を透過電子顕微鏡によって観察したところ、明視野像及び回折像からいずれの媒体も磁性層から構成される略柱状構造の結晶粒子と非磁性中間層を構成する結晶粒が六方稠密構造を有し、互いに接していることが確認できた。このとき磁性層及び非磁性中間層の結晶粒において、磁性層結晶粒径の大きさの方が非磁性中間層結晶粒径の大きさと比較して同等もしくは小さくなっていることが確認できた。
【００４３】
比較例の第５の磁気記録媒体においては、磁性記録層の平均粒径は８．５ｎｍ、規格化結晶粒クラスタサイズは２．０、またこのときの非磁性中間層の平均粒径は１１．５ｎｍであった。比較例の第６の磁気記録媒体においては、磁性記録層の平均粒径は７．１ｎｍ、規格化結晶粒クラスタサイズは２．７であった。実施例の４種類の媒体と平均粒径にあまり差はないが、規格化結晶粒クラスタサイズが大きく変化した。第５と第６の媒体の断面を透過電子顕微鏡で観察したところ、明視野像及び回折像からいずれの媒体も磁性層から構成される略柱状構造の結晶粒子と非磁性中間層を構成する結晶粒が六方稠密構造を有し、互いに接していることが確認できた。このとき磁性層及び非磁性中間層の結晶粒において、磁性層結晶粒径の大きさの方が非磁性中間層結晶粒径の大きさと比較して同等もしくは小さくなっていることが確認できた。
【００４４】
次に、これらの実施例第１〜第４及び比較例第５、第６の磁気記録媒体に有機系の潤滑層を塗布し、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と用いた、スピンスタンド装置により、記録再生特性評価及び記録密度の評価を行った。
【００４５】
その結果、図７に示したように、媒体Ｓ／Ｎにおいて、第１の磁気記録媒体では２４．８ｄＢ、第２の磁気記録媒体では２４．９ｄＢ、第３の磁気記録媒体では２５．２ｄＢと測定されたが、第４の磁気記録媒体では２３．６ｄＢと測定され、約１．６ｄＢの低下が見られた。また比較例第５の磁気記録媒体では２２．１ｄＢ、比較例第６の磁気記録媒体では２０．３ｄＢと測定され、実施例の媒体と比較して、約５ｄＢも低下している。これは、規格化結晶粒クラスタサイズの値が増加したこと、すなわち、結晶方位の等しい領域が増加したことでこのクラスタ内での粒子間相互作用が強く働いたため、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、記録層粒子の平均粒径を減少させるだけではなく、結晶粒方位を粒子ごとに異なるように制御することも必要であることが分かり、そのためには規格化結晶粒クラスタサイズＤｎの範囲は１以上１．９以下であることが必要であることが明らかとなった。さらに好ましい規格化結晶粒クラスタサイズＤｎの範囲は１．７以下であった。
また垂直記録媒体がこの範囲にあることで、媒体Ｓ／Ｎの低下を防ぐことができることが明らかとなった。
【００４６】
また、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１ＭＢＰＩの線記録密度でBitER（BitER：１０8ビットのデータを読み出したときの（誤りビット数）／（読み出しビット数））を測定した。その結果、図８に示したように、実施例第１と第２の磁気記録媒体では１０-4.6、第３の磁気記録媒体では１０-4.7、第４の磁気記録媒体では１０-4.4と測定された。規格化結晶粒クラスタサイズの値が大きい比較例第５の磁気記録媒体では１０-3.1、比較例第６の磁気記録媒体では１０-2.9と測定された。規格化結晶クラスタの値が１．９よりも大きくなるとBitERの値が急激に悪化していくことが分かる。このように、再生時のビットエラーレートの点からも、規格化結晶粒クラスタサイズＤｎの範囲は１以上１．９以下であることが必要であり、好ましくは１．７以下であることが示された。
【００４７】
これまでの説明から明らかなように、結晶粒クラスタが微細構造だけでなく、磁気的な特性においても影響を与えていることが考えられる。以上の結果から、結晶粒クラスタ形成を抑制し、規格化結晶粒クラスタサイズを制御することでより高いＳ／Ｎ及びBitERの向上を有した媒体を得ることが出来、規格化結晶粒クラスタサイズＤｎの範囲は１以上１．９以下とする必要がである。また、規格化結晶粒クラスタサイズＤｎは１．７以下であると、より好ましい。
【００４８】
図９は、磁気記憶装置の模式図である。図９（ａ）は平面模式図、図９（ｂ）は断面模式図である。磁気記録媒体２０は上記実施例１〜４の垂直磁気記録媒体で構成され、磁気記憶装置は、この磁気記録媒体を駆動する媒体駆動部２１、記録部と再生部を備える磁気ヘッド２２、磁気ヘッドを磁気記録媒体に対して相対運動させるアクチュエータ２３、磁気ヘッドへの信号の入出力を行うための信号処理系２４、及び信号制御を行う回路基板２５を有する。本発明の媒体を用いることにより、大容量の磁気記憶装置が得られる。例えば、実施例第１の媒体記録密度は２９９Ｇｂ／ｉｎ2、第２の磁気記録媒体では２６０Ｇｂ／ｉｎ2、第３の磁気記録媒体では２８５Ｇｂ／ｉｎ2、第４の磁気記録媒体では２７０Ｇｂ／ｉｎ2、また第５の磁気記録媒体では２２０Ｇｂ／ｉｎ2と測定され、実施例１〜４の媒体は全て２５０Ｇｂ／ｉｎ2以上を満たす。
【００４９】
以上説明したように、下地層粒子の結晶粒径だけでなく下地層の結晶方位や中間層の格子定数との関係を適切に制御することで、結晶粒クラスタ形成が抑制され、規格化結晶粒クラスタサイズＤｎを１≦Ｄｎ≦１．９を満たす、磁性結晶粒間の交換結合が抑制された、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。さらにより高い媒体Ｓ／Ｎを有するためには、１≦Ｄｎ≦１．７を満たすことが必要であることを見出した。
【００５０】
また、上記実施例で用いた各層の構成元素、組成は、たとえば記録層の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、磁性結晶粒径と中間層、下地結晶粒径の大きさの関係と、規格化結晶粒クラスタサイズの値の関係は同様に成り立つものである。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、磁性記録層や非磁性中間層や下地層の微細構造に与える影響はほとんど無く、磁性記録層粒子の平均粒径や結晶配向と規格化結晶粒クラスタサイズとの関係になんら影響を与えるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】下地層、中間層と、磁性記録層の結晶粒と粒界の関係を示す断面模式図。
【図２】下地層、中間層と、磁性記録層の結晶粒と粒界の関係を示す断面模式図。
【図３】磁気記録媒体の層構成の一例を示す図。
【図４】平均粒径測定方法を示す図。
【図５】透過電子顕微鏡を用いて磁気記録媒体をディスク平面方向から観察した結晶格子像を示す図。
【図６】クラスタを構成する粒子（a）と構成しない粒子(b)の結晶格子の図。
【図７】媒体Ｓ／Ｎの値と規格化結晶粒クラスタサイズとの関係を示す図。
【図８】BitERの値と規格化結晶粒クラスタサイズとの関係を示す図。
【図９】磁気記憶装置の断面模式図。
【符号の説明】
【００５２】
１１：基板、１２：軟磁性層、１３：下地層、１４：非磁性中間層、１５：磁性記録層、１６：保護層、１７：潤滑層、２０：垂直磁気記録媒体、２１：媒体駆動部、２２：磁気ヘッド、２３：アクチュエータ、２４：信号処理系、２５：回路基板
【図１】
2009140562.tif 000004
【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】
2009140562.tif 000010
【図８】
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【図９】
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