JP4333563B2 - 磁気記録媒体とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、固定磁気記録装置（ＨＤＤ）に搭載される磁気記録媒体およびその製造方法に関する。より詳細には、ガラス系材料の基板を用いる異方性磁気記録媒体に関する。

基板面内に平行に磁化を記録する、いわゆる長手磁気記録媒体では、磁性層の磁化容易軸を記録を行う円周方向に配向させて用いることが一般的である。円周方向の残留磁化（Ｍｒｃ）と半径方向の残留磁化（Ｍｒｒ）が異なる磁気記録媒体は異方性磁気記録媒体と呼ばれ、一般的には両者の比であるＭｒｃ／Ｍｒｒが大きくなるほど磁気記録媒体の性能は向上する。以下、Ｍｒｃ／ＭｒｒをＯＲ−Ｍｒｔと表記する。
アルミニウム系材料を基板として用いた磁気記録媒体では、基板表面にテクスチャと呼ばれる円周方向の溝を形成して異方性を得ている。一般的には、アルミニウム基板上にＮｉＰメッキを施し、その表面にテクスチャ加工を行うことにより、円周状の溝を形成し、その溝により磁性層の円周方向と半径方向の残留磁化の差を発生させている。テクスチャ加工は、磁気記録媒体上を磁気ヘッドが浮上しシークする時に、磁気記録媒体と磁気ヘッドが接触し磨耗することを防止する役割も併せ持っている。

一方、従来のガラス系材料の基板を用いた磁気記録媒体は、基板材料そのものの硬度が高く、熱膨張が小さく、テクスチャ加工を行っても円周方向と半径方向の残留磁化の差を得ることが困難であることから、いわゆる等方性磁気記録媒体が一般的である。
近年、磁気記録媒体の高密度化が進み、磁気記録媒体に書き込まれるデータの最小単位であるビットサイズはますます小さくなってきている。ガラス系基板を用いた等方性媒体では、ビットサイズが小さくなるに従い、アルミニウム系基板のような異方性磁気記録媒体に比べて分解能が低く、信号対雑音比（ＳＮＲ）が悪くなるという特性が顕著になってきている。これは等方性磁気記録媒体で異方性磁気記録媒体と同等な特性を得ようとすると円周方向の残留磁化と膜厚の積（Ｍｒ・ｔ）を高くする必要があり、磁性層が厚くなる結果、磁性層に起因するノイズが増大するためである。このため、ガラス基板を用いた磁気記録媒体において、磁性層の配向性を向上するための各種の工夫が提案されてきている。例えば、基板上に形成した下地層の表面を酸化処理することにより、磁性層の磁化容易軸の面内配向を向上することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法は特定の下地層材料に対しては効果を有するものの、他の材料においては却って特性を劣化させる結果をもたらす。また、磁性層を構成する結晶粒を基板面に対して傾け、円周方向に向かせることにより、円周方向の保磁力を増大させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この方法においては特殊な成膜装置が必要とされ、またスパッタ成膜時の原材料の使用効率が低下する欠点を有している。これまでに提案されているいずれの方法においても、充分な性能を得るにはいたっていないのが現状である。
特開平１０−１４３８６５号公報 特開２００２−２６０２０８号公報

本発明は、以上のような問題点に鑑みなされたもので、ガラス基板を用いた磁気記録媒体において、高い異方性を有して、優れた電磁変換特性を有する磁気記録媒体を提供することを目的とする。

本発明は、ガラス基板、シード層および磁性層を備えた磁気記録媒体において、前記ガラス基板は、テクスチャ加工が施され、前記シード層は、Ｃｒからなる第１シード層、ＮｉＮｂ合金からなる第２シード層、Ｃｒからなる第３シード層およびＮｉＮｂ合金からなる第４シード層を順次積層したことを特徴とする。
テクスチャ加工は、１μｍ平方あたり２５本以上、６０本以下の略同心円状の溝であることが好ましく、略同心円状の溝の深さは、３ｎｍ以上、５ｎｍ以下であることが好ましい。
また、第２シード層および第４シード層のＮｉＮｂ合金は、Ｎｂを３０原子％以上、５０原子％以下含有することが好ましい。
また、第１シード層ないし第４シード層は、非晶質であることが好ましく、ＡｒガスにＮ_２ガスを略２０重量％混合したガスを用いてスパッタ法で成膜することが好ましい。

磁気記録媒体を上述のように構成することにより、ガラス基板を用いた磁気記録媒体においても、高い異方性を有する異方性磁気記録媒体とすることができ、優れた磁気特性と電磁変換特性を実現することが可能となる。さらには、絶縁性を有するガラス基板においても、各層の成膜工程において、バイアスを印加した成膜方式を用いることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 図１は、本発明の磁気記録媒体の構成例を説明するための図で、磁気記録媒体は、ガラス基板１上に、シード層２、下地層３、磁性層４および保護層５が順次積層され、更に、保護層５の上には潤滑層６が形成されて構成されている。シード層２は第１シード層２１、第２シード層２２、第３シード層２３および第４シード層２４をこの順に積層して構成されている。
ガラス基板１に用いる材料は、化学強化ガラス、結晶化ガラス等、磁気記録媒体用に用いられる通常のガラス系材料を用いることができる。中心部に円形孔を有する円板状が好ましく、中心部の円形孔の径、基板の外径および基板の板厚等は、所望の用途に応じて適宜設定される。

ガラス基板１には、テクスチャ加工を施す。テクスチャ加工に先立ち、ガラス基板に通常の方法でポリッシュ加工を施して表面を平滑化しておくことが好ましい。ポリッシュ加工後のＲａ（中心線平均粗さ）は好ましくは０．２〜０．５ｎｍである。表面を平滑化した基板に対してテクスチャ加工を施して、円周方向に略同心円状の溝を形成する。テクスチャ加工法としては遊離砥粒法が好ましい。具体的には、研磨砥粒を含まない加工布（ウレタン、ポリエステル、ナイロン等）を基板表面に押圧し、加工布に研磨用スラリー（ダイヤモンド、酸化アルミニウム、酸化セリウム、コロイダルシリカ、シリコンカーバイト等）を含ませて基板を回転させながら実施する。上記テクスチャ加工を施した基板には１μｍ平方あたり２５〜６０本の円周方向の同心円状の溝が形成されることが好ましい。２５本を下回ると所望の残留磁化異方性を得られない。溝の数は多いほうが好ましいが、６０本を超えると所望の溝の深さを得ることが困難となる。

基板に形成される溝は３〜５ｎｍの深さが好ましい。３ｎｍ未満の場合は所望の残留磁化異方性が得られず、溝の深さが５ｎｍより深くなる場合は、磁気記録媒体のエラーが増大して信号品質を劣化させ、実用に耐えなくなる。
このようにテクスチャ加工されたガラス基板はよく洗浄し、表面の異物を取り除いたのち、成膜を行う。
シード層２は第１シード層２１、第２シード層２２、第３シード層２３および第４シード層２４を積層して構成され、シード層の上に形成される層の結晶配向および結晶粒径等を制御して磁気記録媒体の所望の特性を得るために設ける層である。第１シード層２１としてＣｒを用い、第２シード層２２としてＮｉとＮｂからなるＮｉＮｂ合金を用い、第３シード層２３に再びＣｒを用い、第４シード層２４にＮｉＮｂ合金を用いることにより、半径方向残留磁化に対して円周方向残留磁化を著しく増加することが可能であり、ＯＲ−Ｍｒｔを１．５以上とすることができる。これらシード層２を構成する各層はスパッタ法にて成膜することが好ましい。第１シード層は２〜４ｎｍの厚さ、第２シード層は８〜１５ｎｍの厚さ、第３シード層は１〜３ｎｍの厚さ、第４シード層は５〜１０ｎｍの厚さとすることが好ましい。

磁性層、保護層の成膜は、バイアスを印加して成膜を行うことが好ましく、シード層２の成膜途上で基板を大気中に取出してバイアス印加を可能とする処理を行う。第２シード層と第３シード層の成膜の間に大気中に取り出す工程を設ける方法が最も磁気特性や記録再生特性の劣化への影響が少ない。ガラス基板は絶縁性であるため、バイアスを印加するためには第２シード層にバイアスを印加する電極（バイアス電極）を接触することとなるが、基板を保持する基板ホルダがバイアス電極を兼ねることとし、第２シード層成膜後に基板の保持位置を変更することにより、バイアス印加が可能となる。保持位置の変更は、基板ホルダに位置変更の機能を付加する方法でよく、あるいは、第２シード層成膜後に、基板を大気中に取り出して、基板を支持している位置を変えて、基板と基板ホルダとの導電性を確保する方法でも良い。このようにすることで、以降の各層の成膜でもバイアス印加が可能となる。成膜途上の磁気記録媒体を大気中に取り出す場合、通常は磁気記録媒体の特性を劣化させることとなるが、第１シード層としてＣｒを用い、第２シード層としてＮｉＮｂ合金を用い、第３シード層としてＣｒを用い、第４シード層としてＮｉＮｂを用いることにより、第２シード層成膜後に大気中に取り出す工程を設けても再度、第３シード層と第４シード層を形成することで、第２シード層を大気中にさらされた影響を排除し、特性の劣化を生じずに磁気記録媒体を作製することが可能となる。

ＮｉＮｂ合金はＮｂを３０原子％以上、５０原子％以下含有することが好ましい。Ｎｂが３０原子％未満、およびＮｂが５０原子％を超えるとＯＲ−Ｍｒｔが低下する傾向がある。
第２シード層と第４シード層の組成を同一とすることにより１つのスパッタ室を共通に使用することが可能となる。
シード層２を構成する各層は、２０重量％のＮ_２ガスを混合したＡｒガス（以下、Ａｒ+２０重量％Ｎ_２ガスとも表す。）を用いてスパッタ法で成膜することが好ましく、その結晶状態は非晶質が好ましい。
下地層３は、その上に形成される磁性層の結晶配向および結晶粒径を制御して所望の特性を有する磁気記録媒体を得るために用いられる。下地層の材料としてはＣｒ、ＣｒＭｏ系合金を用いることができる。下地層もスパッタ法により成膜することが好ましく、その厚さは１０ｎｍ以下が好ましい。

また、下地層３は２層以上の複層の構成にすることができる。この場合、たとえば第１の下地層をＣｒ、第２の下地層をＣｒＭｏ等とするとＯＲ−Ｍｒｔを大きくし、さらに下地層上に形成される磁性層をエピタキシャル成長させやすくするという効果がある。下地層を複層とする場合の膜厚は、下地層全体の膜厚を１０ｎｍ以下とすることが好ましい。
磁性層４は、Ｃｏを主とする磁性材料により形成される。例えば、ＣｏＣｒ合金、ＣｏＣｒＴａ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔＢ合金、ＣｏＣｒＰｔＢＣｕ合金等を用いることができる。磁性層の成膜方法は、スパッタ法が好ましく、その膜厚は５〜２０ｎｍが好ましい。
また、磁性層４は２層以上の複層の構成にすることができる。例えば第１の磁性層をＣｏＣｒＴａ合金、第２の磁性層をＣｏＣｒＰｔＢ合金、第３の磁性層をＣｏＣｒＰｔＢＣｕ合金等とすると記録密度の向上に効果がある。磁性層を複層とする場合の膜厚は、磁性層全体の膜厚を２５ｎｍ以下にすることが好ましい。

保護層５は、磁性層以下の層を磁気ヘッドとの接触による破壊から防止するために形成される。従って硬度が高い材料を使用することが好ましく、Ｃ、ＣＮ（窒化炭素）、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等を用いることができる。保護層はスパッタ法またはＣＶＤ法等により形成される。保護層は磁気記録媒体の特性を向上させるためには薄いほうが好ましく、２〜５ｎｍの厚さが好ましい。
以上の下地層３、磁性層４、保護層５の成膜においては、基板に対して直流またはＲＦのバイアスを印加することが好ましい。
潤滑層６は、磁気記録媒体と磁気ヘッドが接触した場合の摩擦の低減等を目的として形成されるもので、通常の磁気記録媒体で使用されるパーフロロポリエーテル等の液体潤滑剤を用いることができる。潤滑層は液体潤滑剤をスピンコート、浸漬塗布等の方法で形成することができ、その厚さは１〜２ｎｍが好ましい。

ガラス基板１として、直径２１．６ｍｍ、板厚０．３８１ｍｍの化学強化ガラス基板（旭硝子社製ガラス基板）を用い、これにポリッシュ加工を施して表面粗さＲａを０．３ｎｍとした。引続き、不織布、ダイヤモンドスラリーを用いて、浮遊砥粒法によりテクスチャ加工を施し、１μｍ平方あたり平均６０本の円周方向の略同心円状の溝を形成した。溝の深さは平均３ｎｍであった。
引続き、ガラス基板を良く洗浄した後、成膜装置に導入した。始めに、ガラス基板上に第１シード層２１であるＣｒ膜をＤＣマグネトロンスパッタ法により形成した。Ｃｒのスパッタターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒ＋２０重量％Ｎ_２ガス、ガス圧力は１Ｐａにて、膜厚２．５ｎｍの第１シード層を形成した。続いて、第２シード層２２であるＮｉＮｂ膜をＤＣマグネトロンスパッタ法により形成した。Ｎｉ５０Ｎｂ（ここで数字は原子％を表し、Ｎｂが５０原子％、残余がＮｉであることを表す。以下、同様である。）のスパッタターゲットを用い、スパッタガスはＡｒ＋２０重量％Ｎ_２ガスを用いて、ガス圧力は１Ｐａにて、膜厚１２ｎｍの第２シード層を形成した。なお、第２シード層成膜後に大気中に取り出し、基板を基板ホルダから一度はずし、基板を保持している位置を変更して再度基板ホルダに取り付け、基板と基板ホルダの間に導電性を確保して、以降の成膜にバイアス印加可能とした。バイアス印加可能とすることで磁気記録媒体の大幅な特性向上と保護膜の成膜にＣＶＤ法を用いることができるようになる。再度スパッタ装置に基板を投入し、第２シード層上に第３シード層２３であるＣｒ膜をＤＣマグネトロンスパッタ法により形成した。Ｃｒのスパッタターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒ＋２０重量％Ｎ_２ガス、ガス圧力は１Ｐａにて、膜厚２ｎｍの第３シード層を形成した。続いて、第４シード層２４であるＮｉＮｂ膜をＤＣマグネトロンスパッタ法により形成した。Ｎｉ５０Ｎｂのスパッタターゲットを用い、スパッタガスはＡｒ＋２０重量％Ｎ_２ガスを用いて、ガス圧力は１Ｐａにて、膜厚８ｎｍの第４シード層を形成した。

このように４層積層されたシード層２を成膜した基板は、１Ｐａのガス圧下でＡｒ＋３０重量％Ｏ_２ガスに暴露し、第４シード層であるＮｉＮｂの表面に酸素を吸着させる工程を行った。次にヒータにより約２７０℃に基板を加熱し、下地層３を成膜した。下地層３は３層構成とし、Ｃｒ膜、ＣｒＭｏＢ膜、ＣｒＭｏ膜の順に形成した。各膜のいずれもスパッタガスとしてＡｒガスを用い、ガス圧力は１Ｐａにて、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて形成した。Ｃｒ膜はＣｒからなるスパッタターゲットを用いて膜厚３ｎｍにて形成した。ＣｒＭｏＢ膜はＣｒ１５Ｍｏ７Ｂのターゲットを用いて、膜厚１ｎｍにて形成した。ＣｒＭｏ膜はＣｒ３０Ｍｏのターゲットを用いて、膜厚２ｎｍにて形成した。
引続いて磁性層４を形成した。磁性層４は４層構成とし、ＣｏＣｒＴａ膜、Ｒｕ膜、ＣｏＣｒＰｔＢＣｕ膜、組成の異なるＣｏＣｒＰｔＢＣｕ膜の順に形成した。各膜のいずれもスパッタガスとしてＡｒガスを用い、ガス圧力は１Ｐａにて、ＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて形成した。ＣｏＣｒＴａ膜はＣｏ１７Ｃｒ５Ｔａのスパッタターゲットを用いて、膜厚３ｎｍにて形成した。Ｒｕ膜は、Ｒｕのスパッタターゲットを用いて、膜厚０．８ｎｍにて形成した。次に、ヒータにより基板を２７０℃に再度加熱した後、ＣｏＣｒＰｔＢＣｕ膜を形成した。Ｃｏ２４Ｃｒ１４Ｐｔ８Ｂ４Ｃｕ膜のターゲットを用いて、基板にＤＣバイアスを−３００Ｖ印加しながら、膜厚１１ｎｍにて形成した。続いて、ＣｏＣｒＰｔＢＣｕ膜を形成した。Ｃｏ１３Ｃｒ１１Ｐｔ１０Ｂ４Ｃｕ膜のターゲットを用いて基板にＤＣバイアスを−３００Ｖ印加しながら、膜厚８ｎｍにて形成した。

引続いてカーボンからなる保護層５をＲＦ−ＣＶＤ法で形成した。Ｃ_２Ｈ_４ガスを導入し−２００ＶのＲＦバイアスを基板に印加しながら、３ｎｍの膜厚にて形成した。
引続き、パーフロロポリエーテルからなる潤滑剤を１．６ｎｍ塗布して磁気記録媒体を得て、実施例１とした。

第１シード層ないし第４シード層成膜時のスパッタガスをＡｒ＋１０重量％Ｎ_２ガスとしたこと以外は実施例１と同様にして磁気記録媒体を作製し、実施例２とした。

第２シード層の膜厚を１０ｎｍとしたこと以外は実施例１と同様にして磁気記録媒体を作製し、実施例３とした。

第１シード層ないし第４シード層成膜時のスパッタガスをＡｒ＋３０重量％Ｎ_２ガスとしたこと以外は実施例１と同様にして磁気記録媒体を作製し、実施例４とした。

第１シード層ないし第４シード層成膜時のスパッタガスを純Ａｒ（Ａｒ１００％）ガスとしたこと以外は実施例１と同様にして磁気記録媒体を作製し、実施例５とした。
（比較例１）
第２シード層成膜後、基板を取り出し、基板を持ち替えた後、第３シード層および第４シード層は成膜せずに、直接、下地層３以降を成膜したこと以外は実施例１と同様にして磁気記録媒体を作製し、比較例１とした。
（比較例２）
第２シード層成膜時のスパッタターゲットをＮｉ３７Ｔａ、スパッタガスをＡｒ＋２０重量％Ｎ_２とし、第２シード層成膜後、基板を取り出し、基板を持ち替えた後、第３シード層および第４シード層は成膜せずに、直接、下地層３以降を成膜したこと以外は実施例１と同様にして磁気記録媒体を作製し、比較例２とした。

表１に実施例１〜３および比較例１〜２のＯＲ−Ｍｒｔを示す。

第１シード層としてＣｒを用い、第２シード層としてＮｉＮｂを用い、第３シード層としてＣｒを用い、第４シード層としてＮｉＮｂを用いた場合にスパッタガスをＡｒ＋２０重量％Ｎ_２ガスとすると、ガラス基板を用いてもＯＲ−Ｍｒｔが１．５以上と高い値が得られている。第２シード層成膜後に大気中に出したとき表面に酸素や炭素などの吸着ガスがつくと考えられるが、第３シード層と第４シード層を成膜することで吸着ガスの影響をなくすことができる。
表２に第１シード層ないし第４シード層を成膜するときのスパッタガス中のＮ_２濃度と電磁変換特性の一つである信号対雑音比（ＳＮＲ）の関係を示す。ＳＮＲはスピンスタンドを用いて３５０ｋＦＣＩ（ｋｉｌｏ ｆｌｕｘ ｃｈａｎｇｅ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）にて測定を行った。

Ａｒ１００％でのＳＮＲに比較して、Ａｒ＋２０重量％Ｎ_２のＳＮＲは＋１．３２ｄＢの向上が見られた。Ｎ_２ガス混合比が略２０重量％でＳＮＲは最大に達し、略２０重量％から外れるに従ってＳＮＲは低下する。Ｎ_２ガスを略２０重量％混合することでＣｒおよびＮｉＮｂのシード層は非晶質状態になっていることをＸ線回折法で確認している。
表３に実施例１および２と比較例１の磁気記録媒体の保磁力（Ｈｃｒ）、ＳＮＲを示す
第１シード層としてＣｒを用い、第２シード層としてＮｉＮｂを用い、第３シード層としてＣｒを用い、第４シード層としてＮｉＮｂを用いることで、ＯＲ−Ｍｒｔを１．５以上とすることにより、保磁力、ＳＮＲが大きく向上することが分かる。

本発明の磁気記録媒体の構成例を説明するための断面模式図。

符号の説明

１ ガラス基板
２ シード層
２１ 第１シード層
２２ 第２シード層
２３ 第３シード層
２４ 第４シード層
３ 下地層
４ 磁性層
５ 保護層
６ 潤滑層

Claims (7)

1. ガラス基板、シード層および磁性層を備えた磁気記録媒体において、
   前記ガラス基板は、テクスチャ加工が施され、
   前記シード層は、Ｃｒからなる第1シード層、ＮｉＮｂ合金からなる第２シード層、Ｃｒからなる第３シード層およびＮｉＮｂ合金からなる第４シード層を順次積層したことを特徴とする磁気記録媒体。
2. 前記テクスチャ加工は、１μｍ平方あたり２５本以上、６０本以下の略同心円状の溝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。
3. 前記略同心円状の溝の深さは、３ｎｍ以上、５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の磁気記録媒体。
4. 前記第２シード層は、Ｎｂを３０原子％以上、５０原子％以下含有するＮｉＮｂ合金からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁気記録媒体。
5. 前記第４シード層は、Ｎｂを３０原子％以上、５０原子％以下含有するＮｉＮｂ合金からなることを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の磁気記録媒体。
6. 前記第1シード層ないし第４シード層は、非晶質であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気記録媒体。
7. 前記第1シード層ないし第４シード層は、ＡｒガスにＮ_２ガスを略２０重量％混合したガスを用いてスパッタ法で成膜したことを特徴とする請求項６に記載の磁気記録媒体。

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