JPH03105721A - 磁気記録媒体，磁気記録媒体の製造方法，磁気記録媒体製造装置 - 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、非磁性金属基板上にＣｏ系の強磁性金属の薄
膜を形成し、その上に保護膜を設けた磁気記録媒体に関
する。

〔従来の技術〕

磁気記録媒体は、磁気記録の高密度化に伴ない、従来の
酸化鉄から磁性金属をスパッタリングあるいはメッキで
薄膜化して設け、実用化しつつある。

そして、磁気記録媒体の耐食性あるいはヘッドとの耐摺
動性など向上して記録再生過程を長期にわたって保持す
るため、該金属薄膜上に種々の保護膜を形成する方法が
提案されてきた．例えば、米国特許３３５３１６６号の
ように金属磁性膜の表面を酸化して保護膜とする方式や
特開昭６０　−　２３７６３４号のように異種元素の保
護層を形成する方式がある．また、保護膜を用いない方
法として、磁性材にイオンを注入して表面の改質を図る
試みがいくつかなされてきた６金属薄膜の磁気記録媒体
にイオンを注入する方法としては，例えば特開昭６０−
８５４３９号に記載のものがある。この方法は，いずれ
も金属薄膜表面に直接イオンを注入する方法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の金属磁性膜の表面を酸化して保護膜を形成する方
法では、これらの層だけで十分な保護性能を維持するに
は、およそｌμｍオーダの厚さが必要であり、磁気記録
層とヘッドとの距離，即ちスペーシングロスにより、高
密度記録ができなくなるという問題がある．一方、これ
ら保護膜を用いず金属磁性膜にイオンを注入する方法に
おいては、上記イオン注入法により、耐食性は向上する
ものの、注入元素が所定量以上多量に導入すると磁気特
性が劣化するという問題がある。すなわち、イオン注入
により磁性金属の結晶構造が乱され，それがノイズ源と
なることによる。

本発明の目的は、耐候性及び電磁変換特性に優れた磁気
記録媒体及び磁気記録媒体の製造方法及びこの磁気記録
媒体を備える磁気記録装置を実現，提供することにある
。

本発明の他の目的は、磁気ヘッドとの摺動特性を含む機
械的耐久性を向上する記録媒体を提供することにある． また本発明の他の目的は，耐候性及び電磁変換特性に優
れた磁気記録媒体の製造装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達或するために、強磁性金属層の上に数１　
Ｏ　ｎ．　ｍの保護膜を設けた記録媒体に，Ｎ，Ａｒ，
Ｂ，Ｐ，Ｓｉなどの非金属原子あるいは周期律表の第Ｉ
Ｖ族、第Ｖ族，第■族のうちＴｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗなどの金属原子をイオン化して注入した
ものである。イオン注入とは、目的とする原子を高周波
放電，プラズマ，スパツタ，電子衝撃等によりイオン化
し、それを加速してターゲット部材に照射するものであ
る．イオンビーム照射には、ＣＶＤ，スパッタリング（
イオン化プレーテイング）及びイオン注入等がある。Ｃ
ＶＤでは照射エネルギが低いので付着効果があるだけで
ある。もう少しエネルギを上げると、薄膜を形成もしく
は条件を変えると表面を削り取るスパツタ効果がある．
さらに、エネルギを１０００ｅＶ以上に上げるとこの注
入効果が発生する．このイオン注入の特長は、注入元素
は任意であり、またエネルギを変えることにより深さ分
布を制御でき，かつ材料の均一性が良いことにある．こ
のイオン注入に際しては、目標とするイオン種を選択注
入するため、他の不純物原子を分離するため質量分離機
能のある装置を用いることもある． 前能の媒体の膜構成について以下記述する。磁気記録媒
体用のサブストレートとしては、ＡＱ合金あるいはガラ
スが用いられ、その上にＮｉＰあるいはＮＬＰとＣｒと
から下地層を形成し，その上にＣｏ系の強磁性膜を１０
〜７Ｏｎｍ層で形成する．Ｃｏ系統性膜としては、Ｃｏ
Ｎｉ，ＣｏＮｉＰ，ＣｏＮｉＢ，ＣｏＮｉＡｇ，ＣｏＮ
ｉＮｄ，ＣｏＮｉＺｎ，ＣｏＮｉＺｒ，ＣｏＮｉＷ，Ｃ
ｏＮｉＣｕ，ＣｏＳｍＣｕ，ＣｏＮｉＣｅ，ＣｏＰ，Ｃ
ｏＦｅ，ＣｏＰｔ，Ｃ　ｏ　Ｓ　ｉ　，　Ｃ　ｏ　Ｌ　
ａ　，　Ｃ　ｏ　Ｃ　ｒ　Ｐ　ｔ　，　ＣｏＣｒＴａ，
Ｃ　ｏ　Ｍ　ｎ　，　Ｃ　ｏ　Ｙ　，　Ｃ　ｏ　Ｃ　ｅ
などがある．さらに、保護膜として，Ｃ，ＳｉＯ２　，
Ｂ，Ｎ，ＢＮｔ　ＷｅＴｉＮなとの薄膜層が１０〜５０
ｎｍ設けてある。

〔作用〕

媒体に打込まれるイオンは、媒体中の構或原子等との衝
突により、エネルギを失い静止する．第１図にこの様子
を示す。イオンはｎ回の衝突により散乱されｒ１””ｒ
ｎの軌跡をとり、全飛程Ｒｔは射影すると、その投影深
さＲＰはある広がりを持った値となり、ＲＰの統計的平
均値を通常，平均投射飛程Ｒｐと言い、表面よりある程
度入った所で最大となる。このＲｐは、イオンのエネル
ギ，原子番号，質量数，注入される材料の原子番号，質
量数により決まるが、通常数１０ｎｍから数１００ｎｍ
である。したがって，磁性膜が数１０ｎｍの厚さである
と、最表面に最も注入効果があるのではなく、また磁性
膜が注入イオンによりその磁気特性が劣化させてしまう
。そこで，Ｒｐに相当する保護膜が存在すれば、磁性膜
表面で注入効果があり、かつ磁性膜内では磁気特性に与
える影響は殆んどない．よって、磁気特性を損なうこと
なく、注入効果による耐食性の高い磁気記録媒体を実現
できる。

〔実施例〕

以下、本発明の第１の実施例を第２図〜第７図及び表１
，表２を用いて説明する。第２図は、本発明の磁気記録
媒体の膜構或を示す断面図、第３図はその深さ方向の元
素分析結果を示す図、第４図はイオン注入装置の一例の
断面図、第５図は第４図に示したイオン注入装置を用い
た量産磁気ディスク製造ラインを示す図、第６図は本磁
気記録媒体の耐食性を示すアノード分極特性結果を示し
ており、第７図もその耐食性を示す高温高湿下における
磁性特性の変化を測定した結果を示しているやまた表１
にはヘッドとの摩擦性能の結果を示し，表２にはヘッド
との耐摩耗性能の結果を示している。第１実施例の記録
媒体の膜構成は、ＡＱのサブストレート１上に厚さ１０
〜２０ＩＬｍのＮｉＰメツキ下地ｆｉ２、その上に厚さ
約２００ｎｍのＣｒ中間膜３、その上に厚さ３０〜６０
ｎｍのＣｏＣｒ系磁性膜４，さらにその上に厚さ２０〜
５０ｎｍのカーボン保護膜５をそれぞれスパッタリング
形成したものである．この磁性薄膜上に第４図に示すイ
オン注入装置でＮを注入し、イオン注入層６を形成する
．このイオン注入装置は、真空ボンプ２１が接続された
真空容器２０内に試料を固定し、イオン源２２よりゲー
ト弁２３を介してイオンを注入できる構造となっている
。

このイオン源２２内は，ガスコントローラ２４から供給
されるガス容器２５内のガスをフィラメント電源２６で
イオン化し、そのイオンを加速電源２７で加速できるよ
うになっている。また、この部分は発熱が大きいので純
水冷却装置２８が付帯している．前述のゲート弁２３を
開放の状態にすれば、注入イオンをイオン源２２から真
空容器２０側に照射できるようになっている．一方、磁
気記録媒体は冷却手段により冷却されている回転型の試
料ホルダ２９に取付けられており、媒体全面にイオン注
入ができるように構成されている．なお、金属元素をイ
オン注入する場合は、イオン源２２に連通ずるイオン蒸
発器３０にその金属を入れ溶融しエレクトロンビームで
媒体にイオン注入できる．この装置では、さらに膜を形
成しながらイオンを注入することも可能である。この時
は、真空容器２０に連通ずるイオン蒸発器３１に所定の
金属を入れて加熱し、試料に金属蒸着させながらイオン
注入する． この時、シャツタ３３の開度を操作し金属蒸着量を制御
し，そして、蒸着膜の厚さを膜厚モニタ３２で監視しな
がら膜形成する。このイオン注量装置は，量産工程にお
いては第５図に示す位置を占める。ＮｉＰ地膜を形成し
た複数の磁気記録媒体１２は製造装置本体■９のパレッ
ト１３上に固定され、レール１４に吊り下げられたまま
矢印方向に走行する。磁気記録媒体１２は両側から、Ｃ
ｒ中間膜３を形成するためのＣｒスパツタ装置１５，Ｃ
ｏＣｒ系磁性膜４を形成するためのＣｏＣｒスバツタ装
置１６，カーボン保護膜５を形成するためのカーボンス
パツタ装置１７の順に走行した後、イオン注入装置１８
に入り、膜形成がなされる．このような連続イオン注入
装置による注入条件は、加速電圧１５ｋＶ，イオン電流
密度０．３１ｍＡ／ａＪ，真空度Ｉ　Ｘ　１　０−’ｔ
ｏｒｒ，注入時間１２０秒である。このような注入条件
を選択することにより磁気記録媒体面の温度上昇を２０
０℃以下に押えかつ磁性膜表面層にのみイオン注入がな
され，磁気特性を劣化することがない．イオン注入した
材料の深さ或分分布の特徴を第３図を用いて説明する。

材料の深さ方向の分析は通常，オージエ電子分光分析（
ＡＥＳ）あるいは二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を使
用して表面をドライエッチングしながら元素分析をする
．第３図において，縦軸は各元素の検出強度，横軸は表
面からの深さを表わしている。各元素分布の中心深さを
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで示すと，カーボンの保護膜５はＡｌ、
磁性膜４のＧｏはＢｔ．ＣｒはＢ２、その他の添加元表
はＢｓ．中間膜３のＣｒはＣｔ．下地膜２はＮｉはＤ１
，ＰはＤ２で示されている．合金層であるＢｚ　，Ｂ２
　＊　Ｂｓなどは強度分布の大きさは違っても形は相似
形をなすのに対して、イオン注入した層Ｘは表面から広
い濃度分布をもっておりかつ他の元素分布中心深さとは
一致しないことが特徴である．本実施例ではＸで示され
るイオン注入深さの平均投射飛程値（最大濃度を示す深
さ）はほぼ保護膜厚さに相当し、磁性膜中にはその表面
にしか存在していないので、磁気特性に与える影響は極
めて小さい。なお、本組成の記録媒体はイオン注入後に
、５ナノメータ程度の原子厚の例えば、パーフロオロポ
リエーテル油等の潤滑剤を塗布し、潤滑膜７を形成して
いる。これにより媒体表面の潤滑性をより向上している
。なお、この潤滑膜７を形成しなくても、本発明の目的
は達成することができる。次に、この第ｌの実施例の記
録媒体の腐食速度を測定した結果について説明する。測
定方法としては，日本工業規格ＪＩＳＧＯ５７９による
アノード分極測定法に準じて実施した。大気環境下にお
ける腐食現象でも、湿度に起因するものは溶液中におけ
る腐食電流結果と良い相関があることが一般に知られて
いる．金属の腐食速度とは、金属がイオン化して電流が
流れることと対応しているので、その大きさをもって腐
食性能を評価できる。第６図は試験溶液を脱酸素処理し
た１％磁酸ナトリウム溶液中に電位を−〇．２Ｖ　（カ
ロメル電極電位）から＋０．６Ｖまで上昇させ、その各
電位時におけるアノード腐食１ｔ流密度を測定した結果
を縦軸にｌｏｇスケールで示したものである。イオン注
入をしていない試料の場合、腐食電位は−０．１５Ｖで
あり、Ｏｖでは約１μＡ／（！Ｊ．０．４Ｖでは４０μ
Ａ／Ｊになっているのに対し、Ｎを注入した試料では、
腐食電位は−〇．０　９　Ｖ　とあまり変化していない
が、Ｏｖでは０，４ｐＡ／ａｊ．０．４Ｖ　では１．５
μＡ／ｄと腐食速度が大きく低減する効果が認められる
。次に湿り気を含む大気環境下における磁化持性の劣化
について調べた結果を第６図に示す。磁性膜４の保持力
Ｈ（Ｏｅ）を．８０℃×９５％の腐食加速環境下におい
て時間の結果と共に測定した結果を第６図に示す．初期
に保持力Ｈ　ｃが９５０エルステッド（Ｏｓ）ある媒体
２枚のうち，ｉ枚は上記条件でＮイオンを注入し、未注
入の試料と比較した。未注入のものは８日あたりから減
少し、１０日目には約１０％低下した．一方、イオン注
入材は１６日あたりから減少し，１７日目で約１０％低
下した。このように、イオン注入により高温高湿下の腐
食加速試験でも約２倍寿命が延びる効果が確認された。

一方、磁気記録媒体に要求される信頼性としてはこの耐
食性の他に磁気ヘッドとの耐摺動性がある。記ＩＸ媒体
の起動／停止における摩擦・摩耗及び停止時におけるヘ
ッドとの吸着（粘着）特性が小さいことが要求される。

磁気ディスク装置では通常ＣＳＳ　（コンタクト・スタ
ート・ストップ）動作を繰返し実施し、その回数に応じ
た動摩擦係数の変化より，耐摺動性能を評価する。ヘッ
ドはウインチェスタ型の磁気ヘソドスライダを押付け荷
重１０ｇｆで使用し、動摩擦係数μを測定した結果を表
１に示す。未注入材では初期的に０．２０であったもの
が、ｃｓｓ表１ 回数が１０００回を越えると急上昇し１００００回で０
．３８　．３００００回では０．４４　まで上がるのに
対し、イオン注入した媒体では３００００回経過しても
μは０．２３　と初期値に比べ殆んど上昇することもな
く安定した摺動性を示していた。

これは媒体表面の強度／硬度がイオン注入により増加し
たものと考えられる。また、高湿環境下におけるヘッド
との吸着（粘着）特性を調べるため．２５℃Ｘ９０％Ｒ
Ｈに１週間放置した後の静摩捺係数μｓを測定した結果
を表２に示す。μＳは初期に比べる上昇はするものの、
イオン注入の媒体表２ の方がその上昇輻は少なく、優れていた。

以上、本第１の実施例によれば、磁気記録媒体の保護膜
５上からイオン注入することにより、磁気変換特性は劣
化することなく耐食性及び酎摺動性を向」二できる効果
がある。

第２の実施例を第８図を用いて説明する。第１の実施例
との違いについて以下述べる。磁性膜８はＣｏＮｉ系の
磁性材で形威されており、その表面を熱酸化等によりＣ
ｏ酸化物膜を形成しこれを保護膜９としたものに、Ｐを
イオン注入したものである。イオン注入層はｌＯで示さ
れる。この磁気記録媒体を第６図で示したようなアノー
ド分極測定をすると、ＯＶ　（ｖｓ，　ｓｃε）で電流
密度が２μＡ／一であったものをイオン注入により０．
３μＡ　／　ａｄまで低減させる効果があることを確認
した。さらに、本実施例では，ヘッド摺動による媒体保
護膜の摩擦量をポｑ定した。表３にこの結果を示す。Ｃ
ＳＳを３００００回経過時において、未表３ 注入材が８．２ｎｍであるのに対し、イオン注入材は１
．２ｎｍ　と耐摩耗性が著しく向上することが判明した
．これは、イオン注入レこより、保護膜９を硬くするだ
けでなく下の膜との密着性を向上することに起因したも
のと考えられる．以上，本第２の実施例によれば、耐食
性を高めると同時に、膜の密着性を向上させ耐摩耗性を
高める効果がある。

第３の実施例を第９図を用いて説明する．アルミのサブ
ストレートｌ上にＮｉＰの下地膜２の上に中間膜をなく
して直接ＣＯ系の磁性膜１１があり、その上に絶縁性の
保護膜１２がある．本実施例ではＳｉＯｚを塗布したも
のに、金属元素をイオン注入した。用いた元素はＣｒで
あり、注入後約１００℃×８時間アニーリング処理を施
した。

イオン注入層は１３で示される．この記録媒体を、前記
アノード分極測定をするとその電流密度は約３分の１に
、また耐摩耗性も４分の１に低減できることを確認した
．これは，表面から拡散浸透する水分子をＣｒが捕える
ことにより内部への拡散を防止し、かつＣｒ酸化物によ
る材料の分散硬化により耐食性及び耐摺動性を向上した
ものである。

本第３の実施例によれば、絶縁性保護膜を用い耐摺動性
を向上させられるので、より高い信頼性の磁気記録媒体
を実現できる効果がある．以上の実施例では媒体構威元
素及びイオン注入元素を特定しているが、本特許の主旨
は元素イオンを高電圧下で加速し、磁気記録媒体膜表面
に打ち込み，その部分の結晶構造を変化させその材料の
改質を行い、耐環境性を向上することである。

したがって、実施例としては、上述の元素に限定される
ものではない。

また、イオン注入の工程は膜形成後とは限らずに第１の
実施例を用いて説明するならＣ膜形成と同時にＮイオン
を注入するイオンビームミキシング法によって媒体を作
成することも可能である．この方法で作或した膜は素地
との密着性に富むという利点もある。

以上説明した第２の実施例及び第３の実施例において，
イオン注入後に潤滑剤を塗布して潤滑膜を形成すること
により、媒体表面の潤滑性をより上げることができる。

前記の第１，第２及び第３の実施例の磁気記録媒体は、
通常その外径が２．５’　，３．５’５．２５’，８〜
１４’のいずれかで、１枚あるいは複数枚が磁気記録媒
体設置部のスピンドル回転部に固定され、磁気記録装置
を構成する。これにより、耐候性，耐摺動性及び電磁変
換特性の優れた磁気記録装置を得ることができる． 〔発明の効果〕 本発明によれば、磁気記録媒体にイオン注入することに
より耐食性能を向上できる効果があり，耐環境性及び長
寿命化を図ることができる。さらに別の効果としては、
イオン注入層の硬度及び強度を上昇させると共に、薄膜
多層媒体の界面密着性を向上させ、耐摺動信頼性を改善
する効果もある．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を説明する図、第２図は本発明の
第１の実施例の断面図、第３図は第２図に示す媒体の深
さ方向の元素分析結果を示す図、第４図は本発明の記録
媒体を製造する装置であるイオン注入装置の一例の断面
図、第５図は第４図に示したイオン注入装置を含む磁気
記録媒体の製造ラインを示す概略図，第６図は本実施例
の溶液中での耐食性能を示すアノード分極曲線の測定結
果を示す図、第７図は本実施例の高温高湿下における耐
食性能を示す保磁力の時間変化の結果を示す図、第８図
は本発明の第２の実施例の断面図、第９図は本発明の第
３の実施例の断面図である。 １・・・サブストレート、２・・・下地膜，３・・・中
間膜、４，４１．４２・・・磁性膜、５，５１．５２・
・・保護膜、６，６１，６２・・・イオン注入膜，１２
・・・磁気記録媒体，１３・・・パレット、１５・・・
Ｃｒスパツタ装置、１６・・・Ｃ　ｏ　Ｃ　ｒスバツタ
装置、１７・・・力一ボンスパツタ装置、１８・・・イ
オン注入装置、２０・・・真空容器、２１・・・真空ポ
ンプ、２２・・・イオン源、第 ３ 図 不 ４ 図 １Ｚ　　漣九給揉幡体 １３　ハ＃しゾト 第 ２ 図 茅 ７ 図 綺 閏 （Ｂ） 寛 ３ 図 第 ｑ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、非磁性基板上に形成されたデータ記録用の磁性薄膜
   と、この磁性薄膜上に設けられた非磁性の保護膜を有し
   、前記磁性薄膜と保護膜にわたり、特定の原子をイオン
   注入したイオン注入層を形成したことを特徴とする磁気
   記録媒体。 ２、非磁性基板上に形成されたデータ記録用の磁性薄膜
   と、この磁性薄膜上に設けられた非磁性の保護膜を有し
   、前記磁性薄膜と保護膜にわたりＢ、Ｎ、Ｎｅ、Ｓｉ、
   Ｐ、Ａｒ、Ａｓなどの非金属元素あるいは 周期律表の第IV族、第Ｖ族、第VI族のうち金属元素であ
   る非磁性原子をイオン注入したイオン注入層を形成した
   ことを特徴とする磁気記録媒体。 ３、非磁性基板上に形成されたデータ記録用の磁性薄膜
   と、この磁性薄膜上に設けられ、ＣあるいはＳｉＯ＿２
   あるいはＢ、Ｎなどの化合物層である保護膜を有し、前
   記磁性薄膜と保護膜にわたつて非磁性原子をイオン注入
   したイオン注入層を形成したことを特徴とする磁気記録
   媒体。 ４、請求項１、２及び３のいずれか１項において保護膜
   の厚さは、イオン注入深さの平均投射飛程値（最大注入
   濃度を示す深さ）の０．５〜２．５倍であることを特徴
   とする磁気記録媒体。 ５、請求項１、２及び３のいずれか１項において、記録
   媒体の表面保護膜は薄膜形成とイオンビーム照射とを併
   用したイオンビームミキシングで形成したことを特徴と
   する磁気記録媒体。 ６、請求項１、２及び３のいずれか１項において、イオ
   ン注入する元素は、保護膜及び磁性薄膜等の複数の膜に
   含有され、かつその注入元素の深さ分布は前記保護膜や
   磁性薄膜の深さ分布とは相似形をなさないことを特徴と
   する磁気記録媒体。 ７、請求項１、２及び３のいずれか１項において、記録
   媒体は、イオン注入層の表面を覆うように数原子層の潤
   滑油膜を塗布したことを特徴とする磁気記録媒体。 ８、非磁性基板上に、データ記録用の磁性薄膜を形成し
   、この磁性薄膜の上から非磁性の保護膜を設け、次にこ
   れら磁性薄膜と保護膜にわたつて非磁性原子をイオン注
   入してイオン注入層を形成したことを特徴とする磁気記
   録媒体の製造方法。 ９、非磁性基板上に、データ記録用の磁性薄膜をスパッ
   タリングにより形成し、次にこの磁性薄膜上に非磁性の
   保護膜をスパッタリングにより形成し、次に、これら磁
   性薄膜と保護膜にわたり、非磁性原子をイオンビーム照
   射し、この照射部分にイオン注入層を形成したことを特
   徴とする磁気記録媒体の製造方法。 １０、磁性薄膜が形成された非磁性基板を真空容器内に
   回転自在に支持された試料ホルダに保持し、この非磁性
   基板上に非磁性の金属を蒸着させると共に、イオン源か
   ら非磁性原子のイオンビームを照射し、非磁性基板上に
   保護膜を形成しながらイオン注入することを特徴とする
   磁気記録媒体の製造方法。 １１、装置本体に磁気記録媒体基板を保持する保持手段
   と、この保持手段を一方側から他方側に移動させるため
   の移動手段とこの移動手段の移動路途中記設され前記基
   板上に磁性膜と保護膜のうち少なくとも磁性膜を形成す
   るためのスパッタリング装置と、磁気記録媒体の表面部
   に非磁性イオンを注入するためのイオン注入装置とを備
   えた磁気記録媒体の製造装置。 １２、非磁性基板上に形成されたデータ記録用の磁性薄
   膜と、この磁性薄膜上に設けられた非磁性の保護膜を有
   し、前記磁性薄膜と保護膜にわたつて非磁性原子のイオ
   ン注入層を形成した磁気記録媒体を１枚又は複数枚積層
   してなる磁気記録装置。