JPH0227545A - 光磁気記録層及びその成膜方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は長期間磁気特性の変化しない新規な光磁気記録
膜及びその成膜方法に関する。

（従来の技術） 消去可能な光デイスクメモリとして光磁気ディスクが知
られている。非磁気記録材料としては、従来より、ガー
ネットなどの結晶材料、ＭｎＢ１などの金属間化合物材
料などが研究されてきたが、最近ではＴｂ、Ｇｄ、　Ｄ
ｙなどの希土類元素とＦｅ、Ｇｏなどの遷移金属の合金
材料を用いた記録膜の開発が行なわれている。希土類−
遷移金属合金膜は、光磁気効果も大きく、組成を調整す
ることでキュリー温度（−記録温度）も自由に変えられ
、非晶質である為に他の結晶材料の様な結晶粒界による
ノイズが無いなど、多くの利点を持つ。

しかし一方で希土類元素が一般に非常に活性で、室温に
おいてもすぐに酸化、窒化などの反応劣化をする為に、
長期間の保管、あるいは使用に際して記録特性の劣化が
心配されている。

現在では対策として記録磁性膜材料に金属の耐食性を向
上させる添加物、例えばＴｉ、Ｏｒ、Ａ１などを添加し
ているが、光磁気効果及び垂直磁気異方性を低下させず
に、充分な耐食性を得ることは不可能である。そこで次
善の策として、記録膜の両側を酸化物、窒化物、炭化物
などの緻密な保護膜ではさむ工夫がなされている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、記録膜自身が反応劣化しやすい性質を示
す限り、記録膜を形成する工程で基板からの脱ガスある
いは、真空チャンバー内の残留ガス、放出ガスなどの影
響を大きく受け、光磁気ディスクとして製造した後、数
日〜数ケ月の間に磁気特性の変動が不可避的に起こる等
経時的耐久性に問題があフた。

本発明は以上のような従来技術では不可避的に起こって
いた記録膜の反応劣化を抑制し、長期間の保存でも安定
で、しかも良好な光磁気特性を示す光磁気記録層及びそ
の成膜方法を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、光磁気記録層が、希土類−遷移金属元
素系の磁性合金層（Ａ層）と金属、半導体、誘電体から
成る非磁性材料層（Ｂ層）との連続した堆積周期構造を
有する光磁気記録層を、光磁気記録層を基板上に成膜す
る工程において、希土類−遷移金属元素系の磁性合金タ
ーゲット及び金属、半導体、誘電体から成る非磁性材料
ターゲットを、成膜する順にそれぞれ配置し、成膜され
る基板を回転移動させながら記録層を成膜するという方
法により得ることにより、記録膜の反応劣化を抑制する
ことが可能となる。

本発明の希土類−遷移金属元素系の光磁気記録層を構成
する希土類元素としてはＴｂ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｈｏ
等が挙げられ、又遷移金属元素としてはＦｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ等が挙げられ、以上２グループの元素から選ばれたそ
れぞれ１種以上の元素より磁性合金層（Ａ層）が形成さ
れている。

希土類元素と遷移金属元素の割合としては原子比で１＝
９〜５：５程度であるが、上記好ましい範囲は選択され
る元素の種類により、又後述する層の厚さによっても変
わるため、適宜所望の特性になるように選定すればよい
。又、以上の外に他元素を含存していても差しつかえな
い。

本発明の光磁気記録層は、上記磁性合金層Ａと、以下に
述べる非磁性材料層（Ｂ層）との連続した堆積周期構造
を育している。非磁性材料＋Ｂは金属、半導体、誘電体
などの非磁性材料から成る保護膜であり、具体的にはＴ
ｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、ＴｂＦ３　、ＺｎＳ、Ｓｉ３　Ｎ４　
、ＳｉＮ％５ｉＯＡ１２０３などを挙げられるが、材料
が活性で、希土類元素と反応しやすい酸素、水、窒素な
どと結合しやすいもの、あるいは、ち密な保護膜を形成
するものを非磁性材料として選択すれば良く−好ましい
材料としてはＳｉ、Ｓｉ３　Ｎ４　、Ａｌ２Ｏ２等が挙
げられる。

該堆積周期構造とは、Ａ層＋Ｂ層を１つの構造周期とし
て１５λ〜１００人の厚さで堆積している構造である。

光磁気記録層としての厚みは通常用いられている５００
Ａ〜２０００Ａ程度でよいので、構造周期としては５層
〜１３０層程度に堆積した構造である。

構造周期の厚さは磁気異方性、磁化の大きさ、キュリー
温度などに影響を与え、薄くなるに従いキュリー温度は
低下し記録感度が向上し、反応劣化耐性は向上するが、
一方、垂直方向の磁気異方性は低下し、保磁力は減少す
るため記録膜として使いづらくなる。このため、一方向
に構造周期の厚みを薄くすることは好ましくなく、おお
よそ１５λ〜１００人の範囲が望ましい。　１００人を
越える厚みでは反応劣化耐性の低下、キュリー温度の増
加のため好ましくない。しかしながら、　１００人を越
える厚みであっても、堆積周期構造を有している記録膜
では、単層膜に比べ反応劣化耐性、保磁力等に優れたも
のである。

磁性合金層（Ａ層）と非磁性材料層（Ｂ層）の割合は体
Ｍ（厚み）比で５＝５〜９：１程度であり、好ましいＡ
層の厚みとしては１０人〜９０Ａである。Ｂ層を必要以
上に厚くすれば保磁力が低下するため好ましくない。

一方、上述した周期構造としてＡ層とＢ層、それぞれを
材料組成の異なる複数の種類より成る磁性合金層Ａ’　
、Ａ層　、Ａ″、・・・と非磁性材料＋Ｂ’、Ｂ″、Ｂ
″、・−による連続した周期構造とすることもできる。

たとえばＡ′層をＤＶｚｓＦｅｔｓ合金層、Ｂ′層をＳ
ｉ半導体層、Ａ″層をＧｄ叩ｏＦｅｓ。

Ｃｏ３゜合金層、Ｂ″層をＡｎ２ｏ３誘電体層等としＡ
層　−Ｂ層−Ａ″−Ｂ″の周期構造とすることにより、
得られる磁気異方性、磁化の大きさ、キュリー温度、反
応劣化耐性等を適当に設定することが可能である。ここ
で、Ａ′とＡ″　Ｂ′とＢ″の厚みはかならずしも同一
である必要はない。上記の例では、キュリー温度がＡ′
層とＡ層層の中間である特性を有する記録膜とすること
が可能である。

本発明における堆積周期構造としてはＡ層とＢ層の分離
が完全に近い方が望ましい。すなわちＡ層内にＢ層の元
素が混入すると、記録層の垂直方向の磁気異方性を低下
させ、面内方向に磁気異方性を示す様になり、又反応劣
化耐性を低下させるためである。

以上の様な構造を有する記録膜は、その堆積周期構造の
ために、反応劣化耐性が極めて優れており、製造中に僅
かに混入する可能性のあるガス成分等の影響も受けにく
く、高保磁力が得られ易い。

次に、該堆積周期構造を製造する方法について説明する
。

第１図及び第２図に、本発明の光磁気記録層の成膜を行
なう為のスパッタ装置の真空チャンバーの一例を示す。

第１図において回転可能な成膜基板ホルダー１に、基板
をセットし、たとえばスパッタターゲット２．３には、
希土類元素−遷移金属元素から成る磁性合金ターゲット
をセットし、スパッタターゲット４．５には、非磁性材
料ターゲットをセットする。

本図面では蒸発源は４箇所であるが、少なくとも磁性合
金ターゲット及び非磁性材料ターゲットの２箇所あれば
良い。又ターゲット２．３それぞれに異なる合金ターゲ
ットを配置しても良いし、同様にターゲット４．５に異
なる非磁性材料ターゲットを配置しても良い。

次に真空チャンバー６内を、排気後、Ａｒガス等を導入
して一定圧力に調整した後、基板を回転させ、ターゲッ
トそれぞれに高周波電力を導入して適当時間スパッタ成
膜を行なうことにより、堆積周期構造の記録層を得るこ
とができる。

ターゲットを蒸発させるための高周波電力は、磁性合金
ターゲットｉび非磁性材料ターゲットそれぞれの目的と
する成膜厚により設定すればよく、磁性合金の割合を増
やしたいのであれば比較的電力を増大させ、同様に複数
種の材料があった場合、それぞれの厚みを変えるために
電力を調整することもできる。

構造周期の厚さは基板ホルダ１の回転数を変化させるこ
とによって行なうことができる。すなわち回転数を速く
すれば構造周期の厚さは薄くなり、遅くすれば厚くなる
。

又、磁性合金ターゲットと非磁性材料ターゲットの混合
を避けるためにじゃへい板９を設けても良い。Ｉノやへ
い板の高さとしては、各ターゲットが配された面と基板
ホルダーが配された面との間隔の２０％〜１００％程度
である。

図面では高周波スパッタリング法の例を示したが、同様
の機構を有するものであれば、真空蒸着法、直流イオン
ブレーティング法等によりても実施することができる。

以上の方法により得られた記録層は、これ以外は従来性
なわれている方法で、光磁気記録媒体とすることができ
る。すなわち記録膜を保護する保護膜をサンドイッチ状
に形成し、成膜の終った基板にコーター等によりホット
メルト樹脂、紫外線硬化樹脂等を塗工し、さらに基板を
貼り合せ光磁気記録媒体とする等である。次に実施例に
より本発明を説明する。

尚、試料振動型の磁化測定器（ＶＳＭ）で、磁化曲線を
測定することで各サンプルのキュリー温度、磁化反転の
生じた印加磁界中での垂直面垂直方向と、面内方向の磁
化の測定、基板面垂直方向の保磁力の測定を行なった。

また反応劣化耐性として各サンプルの０．５規定濃度の
食塩水中に１時間放置後の腐食の程度を調べた。腐食テ
ストの評価においては、Ｘ印は全面光磁気記録層が溶は
出してしまったものを示す。

Δ印はその一部が溶は出してしまったものを示す。Ｏ印
は溶は出すことは無いが表面に変色が起こったものを示
す。◎印は変化の見られないものを示す。

又、構造周期の厚みはそれぞれ光磁気記録層をイオンエ
ツチングしながら電子分光分析で表面組成を調べること
によって測定した。

（実施例） 実施例１〜９ 第１図において基板ホルダー１に、−ガラス基板をセッ
トし、スパッタターゲット２．３には、Ｔｂ２゜Ｆｅ・
Ｃｏ２゜の組成（原子比）の５インチの合金ターゲット
を、スパッタターゲット４．５には、Ｓｉ３Ｎ４　（原
子比）の５インチのターゲットをセットした。尚、各タ
ーゲットが配された面と、基板ホルダー１が配された面
との間隔は８０ｍ／＋ｓ　、またそれぞれ隣り合うター
ゲットの中心間距離は２００ｍ／ｍで、それぞれの中央
に高さ７０ｍ／ｍのしやへい板９を設けた。

真空チャンバー６内を、Ｉ　Ｘ　１０’　Ｐａに排気後
、Ａｒガスを導入して３　Ｘ　１０’　Ｐａに調整し基
板を回転させ、次にターゲット２．３にはそれぞれ２０
０Ｗ、ターゲット４．５にはそれぞれ５０Ｗの高周波電
力を導入してＳｉ３Ｎ４が光磁気記録層に占める割合が
２０ｖｏ１％となるようにスパッタ成膜を行なった。約
６分間の成膜により約１２００人の厚さの周期構造を有
する光磁気記録層が形成された。

この間、基板ホルダー１の回転数を０．６７ｒｐ−〜４
０ｒｐｍに変化させ構造周期を表１に示した厚さを得た
。

得られたそれぞれのサンプルの特性は表１に示す通りで
あった。なおキュリー温度の測定は、基板面垂直方向の
磁化曲線を測定温度を変え（上げ）ながら測定したので
、面内磁化膜であった実施例１では得られなかった。

比較の為に、スパッタターゲット２．３だけを用いて約
１２００人の厚さのＴｂＦｅＣｏ膜単一層のサンプル比
較例１を作成し、同様の測定を行ない、結果を表１に記
した。

表１の結果から本実施例のサンプルは従来の単−層のサ
ンプル（比較例１）と比べて耐腐食性に優れ、キュリー
温度を下げられる為記録感度の高い記録層が得られた。

また構造周期によって磁気異方性、磁化の大きさ、キュ
リー温度などが変化しているが、おおよそ構造周期が１
５〜ｌＯＯ人の範囲（実施例３〜７）のものが比較的保
磁力が高く、キュリー温度も適当であり、耐腐食性に優
れ、総合的に優れた記録層であった。

比較例 実施例１〜９及び比較例１と同様にしてサンプルを作成
する際に、以下の点を変更して各比較サンプル（比較例
２〜６）を作成した。

スパッタターゲット２，３．４．５に、Ｔｂ２゜Ｆｅ・
Ｃｏ２゜の組成（原子比）の５インチの合金ターゲット
をセットした。さらに、　１０ｍ／ｍＯのＳｉ３Ｎ４チ
ップをこのターゲット上に接着するごとでＴ　ｂ　Ｆ　
ｅ　Ｃｏ　／　Ｓ　ｉ　３　Ｎ　４複合ターゲットを形
成した。用いたＳｉ３Ｎ４チップの数を変化させながら
成膜し、サンプル（比較例２〜５）を作成した。なお基
板の回転数は毎分４回転で、＋２０ＯＡを６分間で成膜
した。

基板の回転を止めて成膜した以外は、実施例１〜９と同
様にして、約８分間で約１２００人のサンプル（比較例
６）を作成した。

各比較サンプル（比較例２〜６）について、実施例１〜
９と同様の評価を行なった。結果を表２に示す。

表２における比較例２〜５の結果を見ると、本発明の様
な周期構造でな（Ｓｉ３Ｎ４をＴｂＦｅＣ０材料に分散
添加した系は、少量の添加でキュリー温度が低下、面内
方向に磁気異方性を示す様になり、又、良好な耐腐食性
を得ることができなかった。また、比較例６の結果を見
ると、成膜中に基板の回転を止めたものは、Ｓｉ３Ｎ、
を実施例１〜９と同比率（２０ｖｏ１％）で含有しても
垂直方向の磁気異方性が低下し、記録膜としては使えな
いと判断された。

実施例１０ 各ターゲット間のしゃへい板を除去した以外は、実施例
１〜９と同様にしてサンプルを作成した。なお基板の回
転数は毎分４回転で、１５００人を６分間で成膜した。

このものは表２に示すように、しやへい板を設けて成膜
中に、隣接する層同士の混層を防止することをやらなか
ったため、Ｓｉ３Ｎ４を実施例１〜９と同比率（２０ｖ
ｏ１％）で含有しても垂直方向の磁気異方性が低下した
が、耐腐食性には優れたものであった。

実施例１１〜２０ 第１図において、スパッタターゲット２．３に用いる希
土類−遷移金属ターゲットと、スパッタターゲット４，
５に用いる非磁性材料のターゲットゐ種類を変えた以外
は、実施例１〜９と同様にしてサンプルを作成した。そ
の後それぞれのサンプルについて同様の評価を行なった
。なお構造周期については、それぞれ４０〜６０Ａにな
る様に、基板の回転数と堆積速度を調整した。結果を表
３に示す０表３の結果から、材料が活性で、希土類元素
と反応しやすい酸素、水、窒素などと結合しやすいもの
、あるいは、緻密な保護膜を形成するもの（Ｔｉ、　Ｏ
ｒ、　Ｓｉ、　ＡＡ２０３　、　Ｚｎ５）を非磁性材料
として選択すれば、種々の希土類−遷移金属磁性材と組
み合わせて周期構造を形成することで従来の希土類−遷
移金属磁性層単一層では得られなかった高耐腐食性と高
感度（キュリー温度を下げられる）が達成された記録層
を得ることができた。

比較例 実施例１１〜２０で作成したサンプルとそれぞれ同一の
磁性材と非磁性材を同一の割合になる様に、比較例２〜
５で用いた複合ターゲットの形式により膜形成を行なっ
た。作成した膜は周期構造ではなく、磁性材と非磁性材
の混合膜になっている。

作成した各サンプル（比較例７〜１Ｂ）について、実施
例１１〜２０と同様に評価を行なった。結果を表４に示
す。

この結果を、表３の実施例１１〜２０と比較すると、非
磁性材料の割合が同じでも、比較例のサンプルの方がす
べて垂直方向の磁化の減少、キュリー温度の低下が大き
かった。これは、磁性材料内に非磁性材料が混入し、磁
性を低下させた為であり、好ましくない記録層であると
判断された。

また腐食テストの結果においても、非磁性材料の割合が
同じでも、比較例のサンプルの方がすべて腐食しやすか
った。

希土類元素−遷移金属元素合金と非磁性材料の周期構造
を有する膜は、これら希土類元素−遷移金属合金単一層
あるいは希土類元素−遷移金属元素合金と非磁性材料の
混合層のどちらと比べても優れた磁気特性、耐腐食性を
示した。

以上実施例１〜２０と比較例１〜１６の結果から、実施
例２１〜２７ 次に本発明の記録層を有する記録媒体の製造を行なフた
。あらかじめ室内溝、アドレスビットが形成された直径
１３０ｍ／ｍ、厚さ１．２ｍ／ｍのポリカーボネイトデ
ィスク基板に、実施例１１〜２０と同様の方法により記
録膜の形成を行ない、信号の記録再生を行なった。成膜
のプロセスは以下の様に行なった。希土類−遷移金属合
金単一膜及び希土類−遷移金属合金層と非磁性層の周期
構造膜の形成には、第１図においてスパッタターゲット
２，３には希土類−遷移金属合金ターゲットを用い、ス
パッタターゲット４．５には非磁性材料のターゲットを
用いた。

また比較のため比較例７〜１６と同様にして希土類−遷
移金属合金と非磁性材料の混合膜の形成には、スパッタ
ターゲット２，３の希土類−遷移金属合金ターゲットに
非磁性材料のチップを接着した複合ターゲットを用いた
。

また別に記録膜をサンドイッチする保護膜を形成する為
に、新たにＳｉ３Ｎ４ターゲツトＩＯを別に設けた。

基板ホルダー１に、上記ポリカーボネイト基板をセット
し、約２０分排気して、スパッタチャンバー６の真空度
が３×１０″Ｐａになったとき、あるいは約１２時間排
気して真空度が３　ｘ　１０’　Ｐａになったとき、そ
れぞれの条件で成膜を開始した。Ａｒガスを導入して、
スパッタチャンバー内を５×１０”’　Ｐａに調整後、
Ｓｉ３Ｎ４保護膜を設ける場合はＳｉ３Ｎ４ターゲット
１０に、　２００Ｗの高周波電力を投入７分間で約７０
０人の厚さに成膜した。

記録膜については表５に示す様な種々のターゲット材料
を用いて約９００人の厚さに成膜した。

周期構造膜については周期が４０〜７０人になる様に基
板の回転数と成膜速度を調整した。成膜の終ったそれぞ
れの基板は、コーターによりホットメルト樹脂を約１５
μの厚さにコートされ光磁気ディスクサンプルとした。

それぞれの光磁気ディスクサンプル（実施例２１〜２８
及び比較例１７〜２６）それぞれを、記録再生装置にセ
ットして、線速度約８ｍ／ｓｅｃ、で、約１μｍに集光
した８３０ｒ＋＋ａの波長のレーザービームにより、消
去バイアス磁界４０００ｅ、　　６ｍＷのレーザーパワ
ーで消去後、記録バイアス（消去時と逆極性にして）ｊ
ｏｏｏｅ、４．５ｍＷのレーザーパワーを２　ＭＨｚの
周波数で変調して記録を行なワた。記録信号の再生は、
１．ｈＷの連続ビームを用いて行なった。

これらの結果を表５に示す。排気条件で３×１０°’Ｐ
ａは、まだポリカーボネイト基板からの水などのガス成
分の脱離が大きい状態で成膜途中で膜内にこのガス成分
をとり込んだり、回転中にスパッタ源から基板が離れた
ときに成膜表面にガス成分の吸着層が形成される可能性
がある条件である。またＳｉ３Ｎ４保護膜は、成膜中に
ポリカーボネイト基板から記録膜へガス成分がとり込ま
れるのを防ぐ働きがあり通常行なっているものである。

表５の結果を排気条件とＳｉ３Ｎ、保護膜の有無に注目
して見ると、比較例１７〜２０の単一層のサンプルのう
ち、充分に排気を行ってＳｉ３Ｎ４保護膜を設けた比較
例２０では良好な再生Ｃ／Ｎ値と大きな保磁力を示して
いるが、どちらかの条件が欠けても磁気特性を示さなく
なった（比較例１７〜１９）。また比較例２１〜２６の
ＴｉあるいはＳｉ３Ｎ４を混合させた記録層を有するサ
ンプルでは、例えば排気が３×１０″’Ｐａでも保護膜
を設ければ磁気特性を示す（比較例２２）など、成膜条
件が悪化しても特性を得られる徴候が見られるが、例え
排気が３　ｘ　１０”　Ｐａ、保護膜を設けるという一
番好ましい成膜条件でも、非磁性材料（ここでは５ｉ３
Ｎ４）を混合したことによる再生Ｃ／Ｎの低下が大きい
（比較例２６）。ところが実施例２１〜２８のＴｉある
いはＳｉ３Ｎ、と磁性材料（ＴｂＦｅＣｏ）との周期構
造膜記録層を有するサンプルでは、成膜条件が悪化して
も良好な再生Ｃ／Ｎ値を有する記録層をもつ媒体が得ら
れた。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、光磁気記録層として希土類
元素と遷移金属元素からなる磁性合金層と、金属、半導
体、誘電体からなる非磁性材料層とが、連続して堆積し
た周期構造である膜を、用いることにより、良好な磁気
特性と反応劣化耐性に優れた光磁気記録層を得ることが
でき、又該記録層は比較的容易な方法で製造することが
可能であり、それを用いた光磁気記録媒体においては、
その成膜条件にあまり影響されることなく、良好な記録
再生特性をもたせることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の記録層を製造するためのスパッタ成膜
室の配置例を示す正面模式断面図、第２図は第１図のス
パッタ成膜室内部の平面模式図を示す。 に基板ホルダー ２．３，４，５：ターゲット ６：真空チャンバー ７：高周波電源 ８：切り換えスイッチ ９：じゃへい板 特許出願人　　キャノン株式会社

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．光磁気記録層が、希土類−遷移金属元素系の磁性合
   金層（以下Ａ層）と金属、半導体、誘電体から成る非磁
   性材料層（以下Ｂ層）との連続した堆積周期構造を有す
   ることを特徴とする光磁気記録層。
2. ２．Ａ層とＢ層、それぞれが、材料組成の異なる複数の
   種類より成る請求項１記載の光磁気記録層。
3. ３．堆積周期構造における周期Ａ＋Ｂ層が１５〜１００
   ÅかつＡ層が１０〜９０Åである請求項１記載の光磁気
   記録層。
4. ４．光磁気記録層を基板上に成膜する工程において、希
   土類−遷移金属元素系の磁性合金ターゲット及び金属、
   半導体、誘電体から成る非磁性材料ターゲットを、成膜
   する順にそれぞれ配置し、成膜される基板を回転移動さ
   せながら記録層を成膜する光磁気記録層の成膜方法。
5. ５．配置されたターゲットの間にしきり板を設け、隣接
   する層が混ざり合わない様に記録層を成膜する請求項４
   記載の方法。