JP2006277779A - 磁気記録媒体および磁気記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高耐久性かつ高耐蝕性の磁気記録媒体およびこの磁気記録媒体を備えた磁気記録装置を提供する。
【解決手段】 磁気記録媒体の保護層を、磁性層に接する下層とその上にある上層との二層で構成されており、該下層が被覆性のよい窒化シリコン膜、該上層の保護層が硬度が高いFCA法で成膜したアモルファス状炭素膜であり、不連続膜で形成することで、高耐久性かつ高耐蝕性の磁気記録媒体およびこの磁気記録媒体を備えた磁気記録装置を提供する。
【選択図】 図７

Description

本発明は磁気記録媒体に関するものである。

情報記録装置である記録変換素子（ヘッド）の浮上を伴う磁気記録装置の一つであるハードディスクドライブは、コンピュータや各種情報端末などの外部記憶装置として一般に広く使用されている。

現在の磁気ディスクは、硬質非磁性基板上に良好な磁気特性を示すコバルト系の合金を薄膜磁性合金層として設けたものを磁性層として使用しているが、磁性合金層は耐久性、耐蝕性に著しく劣るため、ヘッドとの接触、摺動による摩擦、摩耗や湿気吸着による腐食発生により、磁気特性の劣化や機械的または化学的損傷が生じ易い。そこで現状では、磁性合金層表面に、保護層を設け、さらにその直上を潤滑剤よりなる潤滑層で被覆することで、耐久性、耐蝕性の向上を図っている。

上記保護層には、ＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３など様々な材質が用いられるが、現状はアモルファスカーボン等の炭素系保護層が、耐熱性、耐蝕性および耐摩耗性の点で磁気記録媒体およびヘッドの保護層として好適であるとされ、一般的に、スパッタリング法やＣＶＤ法（化学気相成長法）で堆積された炭素系保護層が使用されている。

ところで、近年の情報化社会ではあらゆる用途において取り扱う情報量が増大傾向にあり、これに伴って磁気ディスクについては、一層の高記録密度、大容量化が切望されている。高記録密度化への要求に応えるためには、磁気記録媒体の記録層とヘッドの記録／読み取り部との間隔、いわゆるマグネティックスペーシングを短縮することが不可欠である。マグネティックスペーシングは、磁気記録媒体の記録層上に形成される保護層、潤滑層とヘッドの浮上量、ヘッドの保護層によって決まるが、その中でも磁気記録媒体上の保護層自身の薄層化が必要とされてきている。

磁気記録媒体の保護層には、ＨＤＩ（ヘッド・ディスク・インターフェース）特性の観点から、５ｎｍ以下の極薄膜においても十分な耐久性を確保できる保護層のニーズが高まっており、近年では従来以上に良好な耐久性が得られる保護層の形成が可能なフィルタードカソーディックアーク（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｃａｔｈｏｄｉｃ Ａｒｃ：ＦＣＡ）法に注目が集まっている（たとえば非特許文献１参照。）。ＦＣＡ法で作製されたアモルファスカーボンはＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）と呼ばれることが多い。

アモルファスカーボンは、ＦＣＡ法により、次のようにして作製することができる。図３は、ＦＣＡ法を行うためのＦＣＡ成膜システムの略図である。図３を参照して、グラファイト等の炭素源をカソード３１として、アノード３２との間にアーク放電を起こし、生じたカーボンイオン、電子、カーボンの中性原子、マクロ粒子の内、カーボンの中性原子やマクロ粒子をマグネチックフィルタ（フィルタコイル３３，ラスタコイル３４）で除去し、カーボンイオンと電子のみを基板３５上に導き、基板上にＤＬＣの層３６を形成させるものである。イオンガン３７は、他の元素によるドーピングを行うときに使用できる。

ＦＣＡ法はその成膜原理から、一般にダイヤモンド結合と呼ばれるｓｐ^３結合量を５０％以上に増加させることが容易であり、それ故ダイヤモンドに近い硬度・密度をアモルファス状で実現することができる。しかしながら、ＦＣＡ法で形成された保護層は大きな内部応力を持つため、保護すべき磁性層から剥離し易いという欠点を有している。

さらに、ＦＣＡ法で形成した保護層は膜自身の被覆性は高いものの、従来方式で形成した保護層より腐食耐性に劣り、その傾向は薄膜時に顕著であることがわかった。この理由についてもＦＣＡ膜が有する高内部応力に遠因があると考えられる。すなわち、腐食が進行した保護層と磁性層の界面で応力解放による保護層の破壊が生じ、結果として保護層の剥離面での腐食が促進されるためであると推定される。

また、ＦＣＡ法で形成した保護層は膜自身の被覆性は高いものの、たとえば４ｎｍ以下というごく薄い層の場合には、ピンホール等の僅かな欠陥から、湿気が磁性層まで進入し、磁性層が腐食されるという問題を無視するわけには行かない。

以上のような現状から、ＦＣＡ法で形成したアモルファスカーボンの保護層は、確かに機械的強度に優れるものの、磁気記録媒体の保護層という観点からはただちに適用することが困難である。

Ｈ．ヒョウドウ（Ｈｙｏｄｏ）等、「アイ・トリプルイー トランザクションズ オン マグネチックス（ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＭＡＧＮＥＴＩＣＳ）」，２００１年７月，第３７巻，ｐ．１７８９〜１７９１

本発明はこのような問題を解決し、耐久性、耐蝕性に優れた磁気記録媒体やこの磁気記録媒体を備えた磁気記録装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、基板上に磁性層、保護層および潤滑層を順次積層した磁気記録媒体において、保護層が磁性層に接する下層とその上にある上層との二層で構成されており、当該上層の保護層が不連続膜である磁気記録媒体が提供される。本発明により、内部応力の緩和を図ることで、高耐久性かつ高耐蝕性の磁気記録媒体を提供できる。

本発明の他の一態様によれば、上記の磁気記録媒体を備えた磁気記録装置も提供される。

本発明により、内部応力の緩和を図ることで、高耐久性かつ高耐蝕性の磁気記録媒体およびこの磁気記録媒体を備えた磁気記録装置を提供できる。このため、たとえば、ヘッドクラッシュや磁性層腐食を防止することができ、記録密度と信頼性を著しく向上できる。また、マグネティックスペーシングをより小さくすることに寄与し得る。

以下に、本発明の実施の形態を図、実施例等を使用して説明する。なお、これらの図、実施例等および説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り他の実施の形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。なお、図中、同一の番号は同一の要素を指す。また、本発明に係る、「記録媒体」および「磁気記録装置」は、磁気情報の記録（書き込み）のみ、磁気情報の再生（読み取り）のみおよび磁気情報の記録と再生の両方のいずれにも使用可能である。

以下、本発明を主としてハードディスク装置について説明するが、本発明に係る「磁気記録媒体」は、ハードディスク装置に使用される、面内媒体、ＳＦＭ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｆｅｒｒｉ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｍｅｄｉａ）、垂直記録媒体、パターンド媒体など、どのような記録媒体であってもよい。また、本発明に係る「磁気記録装置」には、このような磁気記録媒体を使用するすべての磁気記録装置が含まれる。

図１はハードディスク装置の内部構造を示す模式的平面図であり、図２は、ヘッドと、磁気記録媒体との関係を示す模式的横断面図（磁気記録媒体磁性層に垂直な方向で切断した図）である。

このハードディスク装置は、図１に示すように磁気記録媒体１とヘッドを備えたヘッドスライダ２、磁気記録媒体１の回転制御機構（たとえばスピンドルモータ）３、ヘッドの位置決め機構４および記録再生信号の処理回路（リードライトアンプ等）５を主要構成要素としている。

ヘッドスライダ２は、図２に示すように、サスペンジョン６およびヘッドスライダ２を柔軟に支持するためのジンバル７により、ヘッドの位置決め機構４と連結されており、その先端にヘッド８が設けられている。ヘッドスライダ面にはヘッド保護層９とヘッド潤滑層１０が設けられている。

磁気記録媒体１１は、図２の下方から基板１２、Ｃｒ下地層１３，磁性層１４，磁気記録媒体保護層（本発明では、単に保護層とも呼称する）１５，磁気記録媒体潤滑層（本発明では、単に潤滑層とも呼称する）１６等がある。シード層等のその他の層が設けられる場合もあるが本図では省略してある。各層の厚さは、ハードディスクの場合、潤滑層で数ｎｍ程度、保護層で５ｎｍ程度、磁性層で５０ｎｍ程度、Ｃｒ下地層で１０ｎｍ程度が一般的である。

本発明は、上記に例示されるように、基板上に磁性層、保護層および潤滑層を順次積層した磁気記録媒体において、保護層が磁性層に接する下層とその上にある上層との二層で構成されており、当該上層の保護層が不連続膜とすることにより、上記課題を解決するものである。即ち、下層の保護層としては耐久性に多少劣るが、耐蝕性に優れた膜を用い、上層の保護層としては、耐蝕性に劣る不連続膜ではあるが、耐久性を有する膜を用いることで課題を解決するものである。

上層の保護層は耐久性を維持できる範囲で膜厚を減少できるが、マグネティックスペーシング削減の観点から平均膜厚は２ｎｍ以下が好ましい。また耐久性の観点から上層の保護層は硬質であるアモルファス状の炭素系保護層が好適であり、特にｓｐ３／ｓｐ２比が１以上となる膜質が得られるＦＣＡ法による形成が最適である。

なお、この場合に上層の保護層は下層の保護層を完全に被覆する必要は無く、保護層の最表面において下層の保護層の構成元素が露出している割合が上層の構成元素との原子数比で５％以上７０％以下であれば良い。換言すれば、上層の保護層の被服率は、３０％以上９５％以下であれば良い。理由としては、５％以下の高被覆性を炭素材料で達成するためには４ｎｍ以上の平均膜厚が必要であるため、結果として磁気スペーシングが削減できない。一方、７０％以上では最大膜厚が０．５ｎｍ以下となり十分な耐久性を維持できなくなるからである。さらに、上層の保護層には直上に塗布する潤滑剤の付着性を向上させるために窒素や酸素を添加、あるいはプラズマ処理やオゾン水処理による表面官能基の付与を施しても良い。さらに上層の保護層の特性として重要なものは、耐久性を維持するための硬度である。具体的には、２０ＧＰａ以上の硬度が好ましい。

一方、下層の保護層は耐蝕性に優れており、比較的高い硬度を有する点も考慮して窒化シリコンが好適となる。なお下層の保護層には耐蝕性を向上させるため、水素やフッ素など、母材と結合することで撥水性を向上させる元素を添加しても良い。なお、下層の保護層の平均膜厚は耐蝕性が維持できる範囲で縮小できるが、マグネティックスペーシング削減の観点から平均膜厚３ｎｍ以下が好ましく、上層も含めた全保護層の膜厚は４ｎｍ以下が好ましい。このときの窒化シリコン膜の被覆率は、９０％であり、上層の保護層の被覆率が７０％程度の場合でも２層構造とすることで十分な耐触性を確保することができる。

上記のようにして、本発明に係る保護層を持つ磁気記録媒体は、記録密度と信頼性を著しく向上できる。従って、高記録密度と高信頼性を有する磁気記録装置を得ることができる。

次に本発明の実施例および比較例を詳述する。なお、各物性地は次のようにして測定した。

（被服率試験）
上層の保護層の被服率は、同軸型直衝突イオン散乱分光法（Co-Axial Impact Collision Ion Scattering Spectroscopy：CAICISS、島津製作所製TALIS 9700）で測定することができる。CAICISSは希ガスイオンをｋｅＶ程度の低エネルギーでサンプルに照射し、１８０度に散乱した同一粒子のエネルギー変化を測定することで、元素分析や構造解析を行う手法であるが、CAICISSで用いるエネルギー領域では入射イオンが膜中に侵入できず、表面１、２原子層の極めて浅い領域で散乱が生じるため、Ｘ線光電子分光法（X-ray photoelectron spectroscopy : XPS）などとは異なり極めて表面のみの元素分析を行うことができる測定法である。

（膜硬度）
膜硬度の測定はナノインデンテーション法を用いた。ナノインデンテーション法は、μN程度の微小荷重を用いてダイヤモンド圧子を材料に押し込み、除荷する際の微小変形を測定することで力学特性を評価する方法である。押し込み量を数nm程度に制御できるため薄膜試料の特性評価に適している。

（摺動試験）
実施例および比較例の磁気記録媒体完成品にアルミナのピンを回転数６００回転／分（ｒｐｍ）で接触させ炭素系保護層が破断するまで摺動させて評価した。アルミナのピンは直径が２ｍｍであり、磁気記録媒体と接触する部分の幅は５μｍ程度であった。破断は、摩擦力が変化すること、磁気記録媒体表面に筋が生じること、電子顕微鏡観察で保護層が消失している部分が見られること等によって検出した。

（耐蝕性試験）
磁気記録媒体完成品を室温下２４時間放置した後、希硝酸を表面へ１ｍＬ滴下し、１時間後に滴下した希硝酸を吸い出して回収し、誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）による元素分析を行って求めた。

［実施例１］
ＦＣＡ法で作製した保護層の膜厚と被覆率の関係を図１に示す。図中で使用したサンプルは、アルミ合金基板上に下地層およびＣｏ金属層をスパッタリング法で積層した後、ＦＣＡ装置を用いグラファイトターゲットを原料として、アーク電流６０Ａ、アーク電圧３０Ｖ、カソードコイル電流１０Ａの条件でアモルファス状炭素を保護層として成膜したものを用いている。サンプルの保護層膜厚は成膜時間を調整することで変更しており、平均膜厚の決定にはＴＥＭによる断面観察を行った。

図４の縦軸は、最表面における保護層の構成元素である炭素と下地であるＣｏとの原子数比を示しており、１００％は保護層が完全に被覆している状態（下地露出が無い状態）であり、０％は完全にＣｏが露出している状態を示す。なお、最表面の原子数比の算出には、同軸型直衝突イオン散乱分光法(ＣＡＩＣＩＳＳ)で測定した炭素とＣｏのスペクトル比から計算した。

図４から理解できるように、下地であるＣｏの露出量は４ｎｍ以下から増加し、保護層の平均膜厚が１ｎｍになると、露出割合は３５％に達する。

［実施例２］
図７は本実施例で作製した磁気記録媒体１１の概略断面図である。アルミ合金基板１２上に下地層１３及び磁性層１４をスパッタリング法により順次積層形成した。続いてRF−スパッタ装置を用いシリコンターゲットを原料として、パワー2 kW、窒素流量１０ｓｃｃｍ、Ａｒ流量３ｓｃｃｍの条件で２ｎｍの窒化シリコンを形成し下層の保護層１５ａを形成した。その後、ＦＣＡ装置を用いグラファイトターゲットを原料として、アーク電流６０Ａ、アーク電圧３０Ｖ、カソードコイル電流１０Ａの条件でアモルファス状炭素を１ｎｍ形成し上層の保護層１５ｂを形成した。

続いて本保護層上に、イタリア・アウジモンド社のＦｏｍｂｌｉｎ ＴＥＴＲＡＯＬをハイドロデカフルオロペンタンで約０．２体積％に希釈した潤滑剤溶液を用い、浸漬時間３０秒の条件で引き上げ法により、各試料へ塗布することで潤滑層１６を設け、磁気記録媒体を完成した。

耐久性試験の結果、５００周回を超えても保護層は破壊しなかった。

さらに耐食性試験の結果、Ｃｏの溶出量は０．８μｇ／ｍ^２であった。

［比較例１］
実施例１と同様の手法で磁性層までを積層した後、ＦＣＡ装置を用いグラファイトターゲットを原料として、アーク電流６０Ａ、アーク電圧３０Ｖ、カソードコイル電流１０Ａの条件下、０．１ｎｍ／秒の成膜速度で５ｎｍ厚の炭素系保護層を単層で成膜した。

続いて実施例１と同様に潤滑層を設け、磁気記録媒体を完成した。

耐久性試験の結果、５００周回を超えても保護層は破壊しなかった。

さらに耐食性試験の結果、Ｃｏの溶出量は１．５μｇ／ｍ^２であり、実施例１と比べてＣｏ溶出量が増大しており、十分な被覆性が得られていない。

［比較例２］
実施例と同様の手法で磁性層までを積層した後、RF−スパッタ装置を用いシリコンターゲットを原料として、パワー２ｋW、窒素流量１０ｓｃｃｍ、Ａｒ流量３ｓｃｃｍの条件で窒化シリコンを３ｎｍ形成し保護層とした。

耐久性試験の結果、５００周回に達する前に保護層は破断した。

さらに耐蝕性試験の結果、Ｃｏの溶出量は０．７μｇ／ｍ^２であり、実施例１と同程度の耐蝕性があり、実施例１の本発明の構成でも十分な耐食性を確保することができた。

［実施例２］
図５は、実施例１と同様のサンプルを用いて摺動強度を評価した結果である。保護層の膜厚が薄くなるに従い摺動強度は減少するが、ＦＣＡ法で成膜した上層の保護層は、従来法で作製した膜厚４ｎｍの単層の保護層が破断する５００周回を、本発明の保護層の構成では、膜厚１ｎｍでも達成できる。

［実施例３］
図６は、実施例１と同様のサンプルを用いて耐蝕性を評価した結果である。Ｃｏの溶出量は保護層の膜厚が４ｎｍ以下から増大し、膜厚１ｎｍで従来法で作製した４ｎｍの保護層で溶出する量の８倍に達した。即ち、単層の保護層では、膜厚が減少すると共に、被覆率が減少し、それに伴いＣｏ溶出量が増大していく。

なお、上記に開示した内容から、下記の付記に示した発明が導き出せる。

（付記１）
基板上に磁性層、保護層および潤滑層を順次積層した磁気記録媒体において、
当該保護層が磁性層に接する下層とその上にある上層との二層で構成されており、
当該上層の保護層が不連続膜である磁気記録媒体。（１）
（付記２）
前記上層の保護膜の被覆率が３０％以上９５％以下であることを特徴とした付記１記載の磁気記録媒体。（２）
（付記３）
前記上層の保護層の膜厚が０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下であることを特徴とする付記１乃至２記載の磁気記録媒体。（３）
（付記４）
前記上層の保護層の硬度が２０ＧＰａ以上であることを特徴とする付記１乃至３記載の磁気記録媒体。

（付記５）
前記下層の保護膜が連続膜であることを特徴とした付記１記載の磁気記録媒体。

（付記６）
前記下層の保護膜の被覆率が９０％以上であることを特徴とした付記１記載の磁気記録媒体。

（付記７） 前記下層の保護膜が窒化シリコン膜であることを特徴とした付記１記載の磁気記録媒体。

（付記８）
前記上層の保護膜がアモルファス状炭素である付記１乃至７のいずれかに記載の磁気記録媒体。（４）
（付記９）
前記上層の保護膜における炭素間結合の割合がｓｐ３／ｓｐ２≧１である付記１乃至８のいずれかに記載の磁気記録媒体。

（付記１０）
基板上に磁性層、保護層、及び潤滑剤層を順次積層した磁気記録媒体の製造の方法において、当該保護層が磁性層に接する下層とその上にある上層との二層で構成されており、当該上層の保護層が面内方向で不連続な膜で形成されていることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。

（付記１１）
前記上層の保護膜が、フィルターカソーディックアーク法により成膜されることを特徴とする付記１０記載の磁気記録媒体の製造方法。

（付記１２）
前記下層の保護膜が、スパッタ法により成膜されることを特徴とする付記１０記載の磁気記録媒体の製造方法。

（付記１３）
請求項１乃至９のいずれかに記載の磁気記録媒体を備えた磁気記録装置。（５）

ハードディスク装置の内部構造を示す模式的平面図である。 ハードディスク装置のヘッドと磁気記録媒体との関係を示す模式的横断面図である。 ＦＣＡ法を行うためのＦＣＡ成膜システムの略図である。 ＦＣＡ法により作製したＤＬＣ膜の膜厚に対する最表面における炭素とＣｏとの原子数の比の関係を示したグラフである。 ＦＣＡ法により作製したＤＬＣ膜の膜厚に対する摺動強度の関係を示したグラフである。 ＦＣＡ法により作製したＤＬＣ膜の膜厚に対する耐蝕性の関係を示したグラフである。 本発明の磁気記録媒体の概略断面図である。

符号の説明

１ 磁気記録媒体
２ ヘッドスライダ
３ 回転制御機構
４ ヘッドの位置決め機構
５ 記録再生信号の処理回路
６ サスペンジョン
７ ジンバル
８ ヘッド
９ ヘッド保護層
１０ ヘッド潤滑層
１１ 磁気記録媒体
１２ 基板
１３ Ｃｒ下地層
１４ 磁性層
１５ 保護層
１５ａ 下層の保護層
１５ｂ 上層の保護層
１６ 潤滑層
３１ カソード
３２ アノード
３３ フィルタコイル
３４ ラスタコイル
３５ 基板
３６ ＤＬＣの層
３７ イオンガン

Claims (5)

1. 基板上に磁性層、保護層および潤滑層を順次積層した磁気記録媒体において、
   当該保護層が磁性層に接する下層とその上にある上層との二層で構成されており、
   当該上層の保護層が不連続膜である磁気記録媒体。
2. 前記上層の保護膜の被覆率が３０％以上９５％以下であることを特徴とした請求項１記載の磁気記録媒体。
3. 前記上層の保護層の膜厚が０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至２記載の磁気記録媒体。
4. 前記下層の保護膜が窒化シリコン膜であることを特徴とした請求項１記載の磁気記録媒体。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の磁気記録媒体を備えた磁気記録装置。
   

Images