JP2011099166A - 軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金、軟磁性膜および垂直磁気記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】軟磁気特性を高く維持した上で、耐候性に優れた垂直磁気記録媒体等に用いられる軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金の提供。
【解決手段】原子比における組成式が（（Ｃｏ_{１００−ｘ}−Ｆｅ_ｘ）_{１００−Ｙ}−Ｎｉ_Ｙ）_{１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）}−Ｍ１_ａ−Ｍ２_ｂ−Ｔｉ_ｃ、５≦Ｘ≦８０、０≦Ｙ≦２５、２≦ａ≦６、２≦ｂ≦１０、０．５≦ｃ≦１０で表され、残部不可避的不純物からなるＣｏ−Ｆｅ系合金。この軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金は、組成式のＭ１元素が（Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ）から選ばれる１種もしくは２種以上の元素、組成式のＭ２元素が（Ｔａ、Ｎｂ）から選ばれる１種もしくは２種の元素であることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、軟磁性膜を形成するためのＣｏ−Ｆｅ系合金、その軟磁性膜および軟磁性膜を有する垂直磁気記録媒体に関するものである。
背景技術

近年、磁気記録技術の進歩は著しく、ドライブの大容量化のために、磁気記録媒体の高記録密度化が進められている。しかしながら、現在広く世の中で使用されている面内磁気記録方式の磁気記録媒体では、高記録密度化を実現しようとすると、記録ビットが微細化し、記録ヘッドで記録できないほどの高保磁力が要求される。そこで、これらの問題を解決し、記録密度を向上させる手段として垂直磁気記録方式が検討されている。
垂直磁気記録方式とは、垂直磁気記録媒体の磁性膜を媒体面に対して磁化容易軸が垂直方向に配向するように形成したものであり、記録密度を上げて行ってもビット内の反磁界が小さく、記録再生特性の低下が少ない高記録密度に適した方法である。そして、垂直磁気記録方式においては、記録感度を高めた磁気記録膜層と軟磁性膜層とを有する記録媒体が開発されている。

このような磁気記録媒体の軟磁性膜としては、高い飽和磁束密度を有することが要求されており、飽和磁束密度が大きいＣｏ−Ｆｅ合金が好適に利用されている。そして、磁気記録媒体の軟磁性膜としては、軟磁気特性に優れたアモルファス膜が要求されていることから、上記のＣｏ−Ｆｅ合金に対してはアモルファス化を促進する元素の添加が必要とされ、一般的にＺｒやＴａなどが採用されている。
そして、上記のような軟磁性膜は、一般的に同一組成のターゲット材を利用したマグネトロンスパッタリングによって形成されている。一方で、このようなＣｏ−Ｆｅ系合金のターゲット材では、耐候性に課題を有していることからＣｏ−Ｆｅ系合金にＡｌやＣｒを添加したターゲット材などが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２８４７４１号公報

上述の特許文献１に開示される軟磁性膜形成用ターゲット材は、Ｃｏ−Ｆｅ合金にＡｌやＣｒを０．２〜５原子％添加することで、一定の耐候性の向上効果が得られるため有効である。しかしながら、本発明者の検討によれば、このＡｌやＣｒの添加では、耐候性を十分に得ることができない場合があることを確認した。

本発明の目的は、上記の問題を解決し、軟磁気特性を高く維持した上で、耐候性に優れた垂直磁気記録媒体等に用いられる軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金を提供することである。

本発明者らは、垂直磁気記録媒体等に用いられる軟磁性膜を形成するためのＣｏ−Ｆｅ系合金について、Ｃｏ−Ｆｅ系合金への添加元素について種々の検討を行った結果、Ｔｉ添加およびその好適な添加範囲を見出し本発明に到達した。

すなわち、本発明は、原子比における組成式が（（Ｃｏ_{１００−Ｘ}−Ｆｅ_Ｘ）_{１００−Ｙ}−Ｎｉ_Ｙ）_{１００−（ａ＋ｂ＋Ｃ）}−Ｍ１_ａ−Ｍ２_ｂ−Ｔｉ_ｃ、５≦Ｘ≦８０、０≦Ｙ≦２５、２≦ａ≦６、２≦ｂ≦１０、０．５≦ｃ≦１０で表され、残部不可避的不純物からなるＣｏ−Ｆｅ系合金であって、前記組成式のＭ１元素が（Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ）から選ばれる１種もしくは２種以上の元素、前記組成式のＭ２元素が（Ｔａ、Ｎｂ）から選ばれる１種もしくは２種の元素である軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金である。また、本発明の軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金は５原子％以下の範囲でＢを含むことができる。

また、本発明の軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金は、スパッタリングターゲット材、あるいは垂直磁気記録媒体の軟磁性膜層に適用できる。また、本発明の軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金は、飽和磁化が１．０（Ｔ）以上であることが好ましい。

本発明により、軟磁気特性を高く維持した上で、耐候性に優れた垂直磁気記録媒体等の軟磁性膜用のＣｏ−Ｆｅ系合金を提供でき、垂直磁気記録媒体を製造する上で極めて有効な技術となる。

本発明の最も重要な特徴は、軟磁性膜用のＣｏ−Ｆｅ系合金中に、軟磁気特性を大きく損なうことなく、耐候性の向上を効果的に実現するための最適な元素としてＴｉを選択し、さらに上記の効果を実現するための最適な添加量を見出した点にある。

まず、本発明のベースとなるＣｏ−Ｆｅ系合金に関して説明する。
本発明のＣｏ−Ｆｅ系合金のベースとなるＣｏ−Ｆｅ合金は、（（Ｃｏ_{１００−Ｘ}−Ｆｅ_Ｘ）_{１００−Ｙ}−Ｎｉ_Ｙ）、５≦Ｘ≦８０、０≦Ｙ≦２５で表される組成である。それは、この組成範囲にあるＣｏ−Ｆｅ合金は飽和磁化が大きく軟磁性膜として適切であるためである。また、Ｃｏ−Ｆｅ合金の一部は、Ｎｉの添加量Ｙが０≦Ｙ≦２５となる範囲で置換可能である。それは、飽和磁化を大きく低減することなく、軟磁気特性の改善に有効なためである。
上記のＣｏ−Ｆｅ合金には、Ｍ１元素として（Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ）から選ばれる１種もしくは２種以上の元素を２〜６原子％、およびＭ２元素として（Ｔａ、Ｎｂ）から選ばれる１種もしくは２種の元素を２〜１０原子％添加する。それは、Ｍ１元素とＭ２元素とを上記範囲で含有することで、Ｃｏ−Ｆｅ合金の飽和磁化を大きく損なうことなく、スパッタ膜としてのアモルファス化や磁気特性の改善を行えるためである。

本発明のＣｏ−Ｆｅ系合金では、上述のＣｏ−Ｆｅ系合金に耐候性を効果的に向上させる必須元素としてＴｉを０．５〜１０原子％含有する。電位−ｐＨ図より、Ｔｉは広いｐＨ範囲で不動態域が存在することが確認されるため、耐候性の向上に有効な添加元素としてＴｉを選択した。なお、上記の効果は、０．５原子％に満たない場合には、耐候性改善効果が低く、また、１０原子％を超える場合には、磁化が低下するため、０．５〜１０原子％に制御することが重要である。磁化の低下をより抑制するにはＴｉの含有量は５原子％以下であることが望ましい。

以上の通り、本発明のＣｏ−Ｆｅ系合金は、原子比における組成式が（（Ｃｏ_{１００−Ｘ}−Ｆｅ_Ｘ）_{１００−Ｙ}−Ｎｉ_Ｙ）_{１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）}−Ｍ１_ａ−Ｍ２_ｂ−Ｔｉ_ｃ、５≦Ｘ≦８０、０≦Ｙ≦２５、２≦ａ≦６、２≦ｂ≦１０、０．５≦ｃ≦１０で表されるＣｏ−Ｆｅ系合金であるが、本発明の作用を損なわない範囲で不可避的不純物を含み得る。例えば、上記の組成式で表されるＣｏ−Ｆｅ系合金の純度が９９．９％以上であればよい。

また、本発明のＣｏ−Ｆｅ系合金は、さらに、５原子％以下の範囲でＢを含むことも可能である。５原子％以下のＢ添加は、耐候性や磁化を大きく劣化させること無く、合金の機械的性質、特に硬度を改善することが可能となる。

上述したＣｏ−Ｆｅ系合金の製造方法としては、溶解鋳造法や粉末焼結法が適用可能である。溶解鋳造法では、鋳造インゴット、もしくは、鋳造インゴットに塑性加工や加圧加工を加えたバルク体とすることで製造可能となる。また、粉末焼結法では、ガスアトマイズ法でＣｏ−Ｆｅ系合金の最終組成の合金粉末を製造し原料粉末とすることや、複数の合金粉末や純金属粉末をＣｏ−Ｆｅ系合金の最終組成となるように混合した混合粉末を原料粉末とすることが可能である。原料粉末の焼結方法としては、熱間静水圧プレス、ホットプレス、放電プラズマ焼結、押し出しプレス焼結等の加圧焼結を用いることが可能である。

また、本発明のＣｏ−Ｆｅ系合金は、各種スパッタリング装置の形式に合致したターゲット材に加工して、スパッタリングすることで、耐候性に優れた軟磁性膜を形成可能である。

以下の実施例で本発明を更に詳しく説明する。
まず、表１に示すＣｏ−Ｆｅ系合金組成の鋳造インゴットを作製した。なお、鋳造インゴットは、純度９９．９％以上の原料を用い真空中の高周波加熱炉で加熱・溶解したのち、鉄製の鋳型に鋳造し直径２２０ｍｍ×４５ｍｍのインゴットを作製した。作製したインゴットを加工して、直径１８０ｍｍ×厚さ７ｍｍのＣｏ−Ｆｅ系合金バルク体を作製した。
バルク体の耐候性評価として、鋳造インゴットから直径１０ｍｍ×２０ｍｍの試料を作製し、５０℃の１０％塩酸に２４時間浸漬し重量の減少率を測定して、バルク体の耐候性を評価した。測定結果を表１に示す。
また、バルク体の磁性評価として、鋳造インゴットから３０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍの試料を作製し、直流磁気特性測定装置（東英工業製ＴＲＦ５Ａ）を用いて、外部磁場１６０ｋ（Ａ／ｍ）時の磁化を測定した。その結果を表２に示す。

表１から、本発明のＴｉを０．５〜１０原子％含有するＣｏ−Ｆｅ系合金（試料１）は、Ｔｉを添加しないＣｏ−Ｆｅ系合金（試料３）やＡｌやＣｒを添加したＣｏ−Ｆｅ系合金（試料２）より高い耐候性を有していることが分かる。なお、表２から、本発明の試料１とＡｌやＣｒを添加したＣｏ−Ｆｅ系合金の試料２とは、バルク体としての磁化が同程度の値を示しており、試料１のＣｏ−Ｆｅ系合金は、耐候性の優れたターゲット材あるいは軟磁性膜として有効である。

まず、表３に示すＣｏ−Ｆｅ系合金組成の鋳造インゴットを作製した。なお、鋳造インゴットは、純度９９．９％以上の原料を用い真空中の高周波加熱炉で加熱・溶解したのち、鉄製の鋳型に鋳造し直径２００ｍｍ×２５ｍｍのインゴットを作製した。作製したインゴットを加工して、直径１８０ｍｍ×厚さ７ｍｍのＣｏ−Ｆｅ系合金バルク体を作製した。
バルク体の耐候性評価として、鋳造インゴットから直径１０ｍｍ×２０ｍｍの試料を作製し５０℃の１０％硫酸に２４時間浸漬し重量の減少率を測定して、バルク体の耐候性を評価した。測定結果を表３に示す。
また、バルク体の磁性評価として、鋳造インゴットから３０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍの試料を作製し、直流磁気特性測定装置（東英工業製ＴＲＦ５Ａ）を用いて、外部磁場１６０ｋ（Ａ／ｍ）時の磁化を測定した。その結果を表４に示す。
さらに、バルク体の硬度評価として、鋳造インゴットから１０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍの試料を作製し、ロックウェル硬度計を用いて、Ｃスケールで硬度を測定した。その結果を表５に示す。

表３より、本発明のＴｉを０．５〜１０原子％含有するＣｏ−Ｆｅ系合金（試料４、５および６）は、ＡｌやＣｒを添加したＣｏ−Ｆｅ系合金（試料７および８）より高い耐候性を有していることが分かる。なお、表４から、本発明の試料４、５および６は、ＡｌやＣｒを添加したＣｏ−Ｆｅ系合金の試料７および８とバルク体としての磁化が同程度の値を示しており、さらに、表５より本発明のＴｉを０．５〜１０原子％含有し、かつ、５原子％以下のＢを含有するＣｏ−Ｆｅ系合金（試料４）は、硬度が改善されていることがわかる。

まず、表６に示すＣｏ−Ｆｅ系合金組成の鋳造インゴットを作製した。なお、鋳造インゴットは、純度９９．９％以上の原料を用い真空中の高周波加熱炉で加熱・溶解したのち、鉄製の鋳型に鋳造し直径２００ｍｍ×２５ｍｍのインゴットを作製した。作製したインゴットを加工して、直径１８０ｍｍ×厚さ７ｍｍのＣｏ−Ｆｅ系合金ターゲット材を作製した。

上記で得られた各ターゲット材を用いてマグネトロンスパッタリング法によって、基板上にＣｏ−Ｆｅ系合金薄膜を成膜し、以下の試験評価を行った。なお、いずれもスパッタリング条件はＡｒ圧０．６Ｐａ、投入電力は５００Ｗで行った。

（１）耐候性試験
ガラス基板上に膜厚２００ｎｍで成膜した各試料を純水中に２４時間浸漬した耐候性試験を行い、腐食領域を目視観察した結果を表６に示す。なお、表６では、腐食領域が目視で観察されないものを○、目視で観察されるものを×と表示している。
（２）磁化評価
Ｓｉウェハー上に膜厚３００ｎｍで成膜した各試料を１０×１０ｍｍに割り出した後、各試料の飽和磁化評価を行った結果を表６に示す。なお、測定は東英工業（株）製振動試料型磁力計ＶＳＭ−３を用いて、外部磁場８０００００（Ａ／ｍ）を印加して測定をした。
（３）硬度評価
アルミ基板上に膜厚４μｍの薄膜を成膜した。成膜した各試料を硬度測定した結果を表６に示す。なお、硬度測定は、マイクロビッカースを用いて、２５（ｇ）の印加荷重で５点を測定し、その平均値を硬度として表６に示した。

本発明のＴｉを０．５〜１０原子％含有するＣｏ−Ｆｅ系合金は、表６からスパッタリングで薄膜としても、耐候性に優れた合金であることが確認される。
産業上の利用可能性

本発明の軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金は、軟磁気特性を維持した上で、耐候性に優れているため、安定して垂直磁気記録媒体等の軟磁性膜の形成に適用できる。

Claims (7)

1. 原子比における組成式が（（Ｃｏ_{１００−ｘ}−Ｆｅ_ｘ）_{１００−Ｙ}−Ｎｉ_Ｙ）_{１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）}−Ｍ１_ａ−Ｍ２_ｂ−Ｔｉ_ｃ、５≦Ｘ≦８０、０≦Ｙ≦２５、２≦ａ≦６、２≦ｂ≦１０、０．５≦ｃ≦１０で表され、残部不可避的不純物からなるＣｏ−Ｆｅ系合金であって、前記組成式のＭ１元素が（Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ）から選ばれる１種もしくは２種以上の元素、前記組成式のＭ２元素が（Ｔａ、Ｎｂ）から選ばれる１種もしくは２種の元素であることを特徴とする軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金。
2. スパッタリングターゲット材として使用されることを特徴とする請求項１に記載の軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金。
3. 垂直磁気記録媒体の軟磁性膜層を形成することを特徴とする請求項１に記載の軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金。
4. 飽和磁化が１．０（Ｔ）以上であることを特徴とする請求項１に記載の軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金。
5. スパッタリング成膜により形成された請求項１に記載の軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金であることを特徴とする軟磁性膜。
6. 請求項１に記載の軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金からなる膜を磁気記録膜層の下地層として少なくとも１層以上用いたことを特徴とする垂直磁気記録媒体。
7. スパッタリング成膜により形成された請求項１に記載の軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金である軟磁性膜を磁気記録膜層の下地層として少なくとも１層以上用いたことを特徴とする垂直磁気記録媒体。