JP2009099162A - 垂直磁気記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】トラック幅を狭くすると同時に、Ｓ／Ｎ比も向上させるという、従来は相反すると思われていた特性を両方同時に獲得でき、これによって高記録密度化を図ることが可能な磁気記録媒体を提供することを目的とする。
【解決手段】ディスク基体１上に少なくとも軟磁性層１４と、配向制御層１６と、ルテニウムから成る下地層１８と、信号を記録する磁気記録層２２とを、この順に成膜する垂直磁気記録媒体１００において、配向制御層１６はＣｕ合金から成り、これによって垂直磁気記録媒体１００のトラック幅が狭くなるほどＳ／Ｎ比は向上することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、垂直磁気記録方式のＨＤＤ（ハードディスクドライブ）などに搭載される垂直磁気記録媒体に関するものである。

近年の情報処理の大容量化に伴い、各種の情報記録技術が開発されている。特に磁気記録技術を用いたＨＤＤの面記録密度は年率１００％程度の割合で増加し続けている。最近では、ＨＤＤ等に用いられる２．５インチ径磁気ディスクにして、１枚あたり１６０ＧＢを超える情報記録容量が求められるようになってきており、このような要請にこたえるためには１平方インチあたり２５０ＧＢｉｔを超える情報記録密度を実現することが求められる。

ＨＤＤ等に用いられる磁気ディスクにおいて高記録密度を達成するために、近年、垂直磁気記録方式の磁気ディスク（垂直磁気記録ディスク）が提案されている。従来の面内磁気記録方式は磁気記録層の磁化容易軸が基体面の平面方向に配向されていたが、垂直磁気記録方式は磁化容易軸が基体面に対して垂直方向に配向するよう調整されている。垂直磁気記録方式は面内記録方式に比べて、高密度記録時に、より熱揺らぎ現象を抑制することができるので、高記録密度化に対して好適である。

従来、磁気記録層としては、ＣｏＣｒＰｔ−ＳｉＯ_２やＣｏＣｒＰｔ−ＴｉＯ_２が広く用いられ、Ｃｏがｈｃｐ構造（六方最密結晶格子）の結晶を形成し、ＣｒおよびＳｉＯ_２（またはＴｉＯ_２）が偏析して粒界を形成する。かかる材料を用いることにより、ＳｉＯ_２（またはＴｉＯ_２）が強磁性のＣｏの周囲に偏析するため、物理的に独立した微細なＣｏ粒子を形成しやすく、高記録密度を達成しやすい。

磁気記録層の結晶配向性を向上させるために、一般的に、下地層が設けられている。下地層にはＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆなどが知られているが、特許文献１に示されるように、現在ではＲｕ（ルテニウム）が主流となっている。Ｒｕはｈｃｐ構造をとり、Ｃｏ（コバルト）を主成分とする磁気記録層の磁化容易軸の垂直配向性を効果的に向上させ、保磁力Ｈｃを高め、所定のＳ／Ｎ比及び分解能を確保した高記録密度化が図られることが知られているからである。

下地層は、材質が同じであっても、成膜プロセスにおける雰囲気ガスの圧力によって、膜の機能が変動することが知られている。特許文献２には、垂直磁性層の下地膜として、高圧アルゴン雰囲気で成膜されたルテニウムを含む層と、低圧アルゴン雰囲気で成膜されたルテニウムを含む層を有する構成が提案されている。特許文献２においては、低圧アルゴン雰囲気（１Ｐａ前後）で成膜されたルテニウムを含む層は磁性層が高配向となる効果を奏し、また高圧アルゴン雰囲気（６Ｐａ〜１０Ｐａ程度）で成膜されたルテニウムを含む層は磁性層が微粒子となる効果を奏すると述べている。

上述したように高記録密度化を図るためには磁性粒を微細化することが有効である。しかしながら、過度に磁性粒を微細化すれば、磁性粒を構成する原子が少なくなりすぎるため、面内磁気記録媒体と同様に熱揺らぎ現象が問題となってしまう。この熱揺らぎの問題を回避するために、これまでは、次のような方法が採られてきた。

すなわち、下地層のさらに下に配向制御層を設け、配向制御層の材料あるいは膜構成を好適化して、下地層の結晶粒の配向の整列を促進し、間接的に磁気記録層の結晶配向性を改善することにより保磁力を向上させる方法である。配向制御層の素材は、例えばＮｉ（ニッケル）、Ｐｔ（プラチナ）、Ｐｄ（パラジウム）など様々な素材から選択することができる。
特開平７−３３４８３２号公報 特開２００２−１９７６３０号公報

ところで、上述のような記録密度の向上の要請に伴い、トラック幅を狭くする方法があるが、一般的に、トラック幅を狭くすると、再生出力に寄与する磁気ビット体積が減少することに加え、トラック端部からのノイズ量が相対的に増加するために、一般的に記録媒体のＳ／Ｎ比は悪化する。

そこで本発明は、トラック幅を狭くすると同時に、Ｓ／Ｎ比も向上させるという、従来は相反すると思われていた特性を両方同時に獲得でき、これによって高記録密度化を図ることが可能な磁気記録媒体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために発明者らが鋭意検討し、ｈｃｐ構造の磁気記録層の結晶配向性を向上させるためには、その成長の基礎となるｈｃｐ構造の非磁性下地層が重要であり、非磁性下地層の結晶の状態はその基礎となる配向制御層に大きく影響を受けることに着眼した。そして、さらに研究を重ねることにより、本発明を完成するに到った。

すなわち本発明の代表的な構成によれば、ディスク基体上に少なくとも軟磁性層と、配向制御層と、ルテニウムから成る下地層と、信号を記録する磁気記録層とを、この順に成膜する垂直磁気記録媒体において、配向制御層はＣｕ合金から成り、これによって垂直磁気記録媒体のトラック幅が狭くなるほどＳ／Ｎ比は向上することを特徴とする。

配向制御層をＣｕ合金とした場合、トラック幅が狭くなるほどにＳ／Ｎ比が向上するという格別の効果が得られるためである。

上記のＣｕ合金は、ＣｕＣｒ（銅−クロム合金）、ＣｕＷ（銅−タングステン合金）、またはＣｕＴｉ（銅−チタン合金）のいずれかから選択してよい。銅を主成分とする合金であれば、下地層の膜厚を増大させることなく記録密度の向上を達成できるからである。

上記の配向制御層の膜厚は、８〜１２ｎｍであるとよい。トラック幅が小さくなるほどＳ／Ｎ比が向上するという挙動を示すのはこのトラック幅の範囲だからである。

上記の下地層は、スパッタリングによるルテニウム成膜時のガス圧が相異なる第１下地層および第２下地層で構成されているとよい。

配向制御層がＣｕ合金から成る場合、下地層が上記のような２層構造であっても、各下地層の膜厚を増大させることなく、磁気記録層が高配向となる効果を奏し、また高圧アルゴン雰囲気（３Ｐａ〜１０Ｐａ程度）で成膜されたルテニウムを含む層は磁気記録層が微粒子となる効果を奏するからである。

本発明によれば、記録再生用ヘッドと軟磁性層との間のスペースを大きくすることなく、磁気記録層の結晶配向性を向上させ、磁性粒を微細化しても高いＳ／Ｎ比と保磁力Ｈｃを維持し、高記録密度化を図ることが可能な磁気記録媒体を提供することができる。

次に添付図面を参照して本発明による垂直磁気記録媒体の実施形態を詳細に説明する。図中、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。また、同様の要素は同一の参照符号によって表示する。なお、以下の実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。

図１は、本実施形態にかかる垂直磁気記録媒体の構成を説明する図である。図１に示す垂直磁気記録媒体１００は、ディスク基体１、付着層１２、第１軟磁性層１４ａ、スペーサ層１４ｂ、第２軟磁性層１４ｃ、配向制御層１６、第１下地層１８ａ、第２下地層１８ｂ、第１磁気記録層２２ａ、第２磁気記録層２２ｂ、連続層２４、媒体保護層２８、潤滑層３０で構成されている。なお第１軟磁性層１４ａ、スペーサ層１４ｂ、第２軟磁性層１４ｃは、あわせて軟磁性層１４を構成する。第１下地層１８ａと第２下地層１８ｂはあわせて下地層１８を構成する。第１磁気記録層２２ａと第２磁気記録層２２ｂとはあわせて磁気記録層２２を構成する。

まず、アモルファスのアルミノシリケートガラスをダイレクトプレスで円盤状に成型し、ガラスディスクを作成した。このガラスディスクに研削、研磨、化学強化を順次施し、化学強化ガラスディスクからなる平滑な非磁性のディスク基体１を得た。

得られたディスク基体１上に、真空引きを行った成膜装置を用いて、Ａｒ雰囲気中でＤＣマグネトロンスパッタリング法にて、付着層１２から連続層２４まで順次成膜を行い、媒体保護層２８はＣＶＤ法により成膜した。この後、潤滑層３０をディップコート法により形成した。なお、生産性が高いという点で、インライン型成膜方法を用いることも好ましい。

付着層１２は１０ｎｍのＴｉ合金層となるように、Ｔｉ合金ターゲットを用いて成膜した。付着層１２を形成することにより、ディスク基体１と軟磁性層１４との間の付着性を向上させることができるので、軟磁性層１４の剥離を防止することができる。付着層１２の材料としては、例えばＣｒＴｉ合金を用いることができる。

軟磁性層１４は、第１軟磁性層１４ａと第２軟磁性層１４ｃの間に非磁性のスペーサ層１４ｂを介在させることによって、ＡＦＣ（Antiferro-magnetic exchange coupling：反強磁性交換結合）を備えるように構成した。これにより軟磁性層１４の磁化方向を高い精度で磁路（磁気回路）に沿って整列させることができ、磁化方向の垂直成分が極めて少なくなるため、軟磁性層１４から生じるノイズを低減することができる。具体的には、第１軟磁性層１４ａ、第２軟磁性層１４ｃの組成はＣｏＦｅＴａＺｒとし、スペーサ層１４ｂの組成はＲｕ（ルテニウム）とした。

本実施形態の特徴である配向制御層１６は、下地層１８の結晶粒の配向の整列を促進する作用を備える。これについては後述する。

下地層１８はｈｃｐ構造であって、磁気記録層２２のｈｃｐ構造の結晶をグラニュラー構造として成長させることができる。したがって、下地層１８の結晶配向性が高いほど、磁気記録層２２の配向性を向上させることができる。下地層の材質としては、Ｒｕの他に、ＲｕＣｒ、ＲｕＣｏから選択することができる。Ｒｕはｈｃｐ構造をとり、Ｃｏを主成分とする磁気記録層を良好に配向させることができる。

下地層１８は、Ｒｕからなる２層構造となっている。上層側の第２下地層１８ｂを形成する際に、下層側の第１下地層１８ａを形成するときよりもＡｒのガス圧を高くしている。ガス圧を高くするとスパッタリングされた粒子の平均自由工程が短くなるため、成膜速度が遅くなり、結晶配向性を改善することができる。また高圧にすることにより、結晶格子の大きさが小さくなる。Ｒｕの結晶格子の大きさはＣｏの結晶格子よりも大きいため、Ｒｕの結晶格子を小さくすればＣｏのそれに近づき、Ｃｏのグラニュラー層の結晶配向性をさらに向上させることができる。

第１磁気記録層２２ａは、非磁性物質の例としての酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）を含有するＣｏＣｒＰｔからなる硬磁性体のターゲットを用いて、２ｎｍのＣｏＣｒＰｔ−Ｃｒ_２Ｏ_３のｈｃｐ結晶構造を形成した。非磁性物質は磁性物質の周囲に偏析して粒界を形成し、磁性粒（磁性グレイン）は、柱状に成長した結晶粒子の間に非磁性物質からなる粒界部を形成したグラニュラー構造を形成した。この磁性粒は、下地層のグラニュラー構造から継続してエピタキシャル成長した。

第２磁気記録層２２ｂは、非磁性物質の例としての酸化チタン（ＴｉＯ_２）を含有するＣｏＣｒＰｔからなる硬磁性体のターゲットを用いて、１０ｎｍのＣｏＣｒＰｔ−ＴｉＯ_２のｈｃｐ結晶構造を形成した。第２磁気記録層２２ｂにおいても磁性粒はグラニュラー構造を形成した。

本実施形態では、第１磁気記録層２２ａと第２磁気記録層２２ｂで異なる材料（ターゲット）であるが、これに限定されず組成や種類が同じ材料であってもよい。なお非磁性領域を形成するための非磁性物質としては、例えば酸化珪素（ＳｉＯ_ｘ）、クロム（Ｃｒ）、酸化クロム（ＣｒＯ_Ｘ）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化ジルコン（ＺｒＯ_２）、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）を例示できる。

連続層２４は、グラニュラー磁性層の上に高い垂直磁気異方性を示す面方向に磁気的に連続した薄膜（連続層）を形成し、ＣＧＣ構造（Coupled Granular Continuous）を構成するものである。これによりグラニュラー層の高密度記録性と低ノイズ性に加えて、連続膜の高熱耐性を付け加えることができる。

媒体保護層２８は、真空を保ったままカーボンをＣＶＤ法により成膜し、ダイアモンドライクカーボンを含んで構成される。媒体保護層２８は、磁気ヘッドの衝撃から垂直磁気記録層を防護するための保護層である。一般にＣＶＤ法によって成膜されたカーボンはスパッタ法によって成膜したものと比べて膜硬度が向上するので、磁気ヘッドからの衝撃に対してより有効に垂直磁気記録層を防護することができる。またＣＶＤ法において、バイアス電圧を上げれば、膜硬度を向上させることができる。

潤滑層３０は、ＰＦＰＥ（パーフロロポリエーテル）をディップコート法により成膜した。潤滑層３０の膜厚は約１ｎｍである。

（配向制御層）
本実施形態の特徴である上述の配向制御層についてさらに詳述する。本実施形態は、既に述べたように、ディスク基体上に少なくとも軟磁性層１４と、配向制御層１６と、ルテニウムから成る下地層１８と、信号を記録する磁気記録層２２とを、この順に成膜する垂直磁気記録媒体１００である。

配向制御層１６はＣｕ合金から成り、これによって垂直磁気記録媒体のトラック幅が狭くなるほどＳ／Ｎ比は向上することを特徴とする。

配向制御層１６をＣｕ合金とした場合、トラック幅が狭くなるほどにＳ／Ｎ比が向上するという格別の効果が得られるためである。

上記のＣｕ合金は、ＣｕＣｒ（銅−クロム合金）、ＣｕＷ（銅−タングステン合金）、またはＣｕＴｉ（銅−チタン合金）のいずれかから選択してよい。銅を主成分とする合金であれば、下地層１８の膜厚を増大させることなく記録密度の向上を達成できるからである。

上記の配向制御層１６の膜厚は、８〜１２ｎｍであるとよい。後述する図２に示すように、トラック幅が小さくなるほどＳ／Ｎ比が向上するという挙動を示すのはこのトラック幅の範囲だからである。

上記の下地層１８は、スパッタリングによるルテニウム成膜時のガス圧が相異なる第１下地層１８ａおよび第２下地層１８ｂで構成されていてよい。

配向制御層１６がＣｕ合金から成る場合、下地層が上記のような２層構造であっても、各下地層の膜厚を増大させることなく、磁気記録層が高配向となる効果を奏し、また高圧アルゴン雰囲気（３Ｐａ〜１０Ｐａ程度）で成膜されたルテニウムを含む層は磁気記録層２２が微粒子となる効果を奏するからである。

（評価）
図２は、図１の配向制御層１６の素材を様々に変更した場合の記録媒体の挙動を示すグラフでる。図２（ａ）は配向制御層１６の膜厚とトラック幅との関係を示すグラフである。なおトラック幅を示す値ＭｃＷ（Magnetic core Width）であり、これは記録トラック幅ＭＷＷ（Magnetic Write Width）と記録にじみ（イレース幅）との和である。

図２（ａ）によれば、上記の配向制御層１６の膜厚は、８〜１２ｎｍであるとよい。トラック幅が８ｎｍより大きい範囲において、トラック幅が小さくなるほどＳ／Ｎ比が向上するという格別の効果が得られるからである。また、上限である１２ｎｍは、記録再生用ヘッドと、記録時に磁路を形成することによってスムーズな記録を可能とする軟磁性層１４との間のスペースが大きくなりすぎるのを防ぐためである。

図２（ｂ）は配向制御層の素材をＮｉＷ（ニッケル−タングステン）合金とした場合のトラック幅とＳＮ比との関係を示すグラフであり、図２（ｃ）は配向制御層の素材をＣｕ系合金とした場合のトラック幅とＳＮ比との関係を示すグラフである。

図２（ｂ）（ｃ）を比較すると、既に述べたように、配向制御層としてＣｕ系合金を用いた場合、トラック幅が狭くなるほどＳＮ比が向上するという挙動が見られる。

これは推測するに、配向制御層としてＣｕ合金を用いることにより、磁性粒子の粒径分散、ひいては個々の磁性粒子の保磁力Ｈｃの分散が抑えられたものと考えられる。個々の磁性粒子の保磁力分散が抑えられると、オントラック部の磁化反転部に起因するノイズが低減される。また、トラック端部においても、書きにじみが抑えられるために、ノイズが低減する。結果として、トラック幅が減少しても、オントラックとトラック端部のノイズが低減できることから、Ｓ／Ｎ比向上が達成できたのではないかと考えられる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、垂直磁気記録方式のＨＤＤ（ハードディスクドライブ）などに搭載される垂直磁気記録媒体として利用することができる。

本実施形態に係る磁気記録媒体の構成を説明する図である。 図１の配向制御層の素材を様々に変更した場合の記録媒体の挙動を示すグラフでる。

符号の説明

１ …ディスク基体
１２ …付着層
１４ …軟磁性層
１４ａ …第１軟磁性層
１４ｂ …スペーサ層
１４ｃ …第２軟磁性層
１６ …配向制御層
１８ …下地層
１８ａ …第１下地層
１８ｂ …第２下地層
２２ …磁気記録層
２２ａ …第１磁気記録層
２２ｂ …第２磁気記録層
２４ …連続層
２４ａ …第１連続層
２４ｂ …第２連続層
２８ …媒体保護層
３０ …潤滑層

Claims (4)

1. ディスク基体上に少なくとも軟磁性層と、配向制御層と、ルテニウムから成る下地層と、信号を記録する磁気記録層とを、この順に成膜する垂直磁気記録媒体において、
   前記配向制御層はＣｕ合金から成り、
   これによって該垂直磁気記録媒体のトラック幅が狭くなるほどＳ／Ｎ比は向上することを特徴とする垂直磁気記録媒体。
2. 前記Ｃｕ合金は、ＣｕＣｒ（銅−クロム合金）、ＣｕＷ（銅−タングステン合金）、またはＣｕＴｉ（銅−チタン合金）のいずれかから選択されることを特徴とする請求項１に記載の垂直磁気記録媒体。
3. 前記配向制御層の膜厚は、８〜１２ｎｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の垂直磁気記録媒体。
4. 前記下地層は、スパッタリングによるルテニウム成膜時のガス圧が相異なる第１下地層および第２下地層で構成されていることを特徴とする垂直磁気記録媒体。

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