JPH04117622A - 磁気記録媒体の製造方法 - 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、γ−ＦａｘＯａを主成分とする連続薄膜型の
磁性層を有する磁気記録媒体の製造方法に関する。

〈従来の技術〉 計算機等に用いられる磁気ディスク駆動装置には、剛性
基板上に磁性層を設層したハードタイプの磁気ディスク
と浮上型磁気ヘッドとが用いられている。

このような磁気ディスク駆動装置においては従来、塗布
型の磁気ディスクが用いられていたが、磁気ディスクの
大容量化に伴い、磁気特性、記録密度等の点で有利なこ
とから、スパッタ法等の気相成膜法等により設層される
連続薄膜型の磁性層を有する薄膜型磁気ディスクが用い
られるようになっている。

薄膜型磁気ディスクとしては、へρ系のディスク状金属
板にＮ１−Ｐ下地層をめっきにより設層するか、あるい
はこの金属板表面を酸化してアルマイトを形成したもの
を基板とし、この基板上にＣｒ層、Ｃｏ−Ｎｉ等の金属
磁性層、さらにＣ等の保護潤滑膜をスパッタ法により順
次設層して構成されるものが一般的である。

しかし、Ｃｏ−Ｎｉ等の金属磁性層は耐食性が低く、さ
らに硬度が低く、信頼性に問題が生じる。　これに対し
、特開昭６２−４３８１９号公報、同６３−１７５２１
９号公報に記載されているような酸化鉄を主成分とする
磁性薄膜は化学的に安定なため腐食の心配がなく、また
、充分な硬度を有している。

コンタクト・スタート・ストップ（Ｃ３Ｓ）式のハード
ディスク装置では、ディスクの起動時および停止時にデ
ィスクの磁性層面と浮上型磁気ヘッドとが接触し、磁性
層表面に損傷が発生しやすい。　そして、浮上型磁気ヘ
ッドのフライングバイトが低くなるほどこのような損傷
が発生しやすくなる。

γ−Ｆｅｚｅｓを主成分とする連続薄膜型の磁性層は、
硬度が高いためＣ８Ｓ耐久性は良好であるが、記録密度
をより高めるためにはフライングバイトをさらに小さく
する必要があるため、Ｃ８Ｓ耐久性のさらなる向上が求
められている。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は、このような事情からなされたものであり、γ
−Ｆｅｚｅｓを主成分とする連続薄膜型の磁性層を剛性
基板上に有する磁気記録媒体のＣ８Ｓ耐久性を向上させ
ることを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 このような目的は、下記（１）〜（３）の本発明により
達成される。

（１）Ｆｅを主成分とするターゲットを用いて０、ガス
を含有する雰囲気中で反応性スパッタを行なうことによ
りＦｅ５０４を主成分とする膜を剛性基板上に形成し、
次いで、この膜を酸化することによりγ−Ｆｅｔｕｓを
主成分とする連続薄膜型の磁性層を形成する工程を有す
る磁気記録媒体の製造方法において、 前記反応性スパッタを行なうに際し、ターゲット１枚当
りの０２ガス流量ＯＧ　Ｆ　（ＳＣＣＭ）とスパッタレ
ートＳＲ（μｍ／ｍｉｎ）との関係を、 ＯＧＦ＝　（５５±１０）ＳＲ とすることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。

（２）前記反応性スパッタにマグネトロンスパッタ法を
用い、前記ターゲット表面における磁束密度の前記ター
ゲット表面と平行方向成分の最大値を２００〜６００Ｇ
に設定する上記（１）に記載の磁気記録媒体の製造方法
。

（３）前記反応性スパッタを５．０Ｘ１０−”〜３．０
Ｘ１０−１Ｐａの圧力下で行なう上記（１）または（２
）に記載の磁気記録媒体の製造方法。

く作用〉 γ−Ｆｅｔｕｓを主成分とする連続薄膜型の磁性層の形
成には、通常、直接中性法、直接還元法、直接酸化法ま
たは間接法が用いられているが、スパッタ制御が容易で
あること、成膜速度が高いことなどから、直接酸化法が
好ましく用いられている。

直接酸化法は、０□ガスを含有するＡｒガス雰囲気中に
おいて、Ｆｅターゲットを用いて反応性スパッタを行な
ってＦｅ５Ｏａ膜とし、これを酸化してγ−Ｆｅａｒｓ
膜を得る方法である。

本発明では、このような直接酸化法におし）て、ターゲ
ット１枚当りの０□ガス流量ＯＧＦ（ＳＣＣＭ）　とス
パッタレートＳ　Ｒ（ｕ／ｗｉｎ）　　との関係を、 ＯＧＦ＝　（５５±１０）ＳＲ とする。

ＯＧＦとＳＲとをこのような関係として反応性スパッタ
を行ない、Ｆｅ＊０＋を主成分とする膜を形成すれば、
最終的に得られるγ−Ｆｅａｒｓを主成分とする磁性層
のＣ８Ｓ耐久性は著しく高いものとなる。

〈具体的構成〉 以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。

本発明では、γ−Ｆｅ２ｅｓを主成分とする連続薄膜型
の磁性層を剛性基板上に形成する際に、上記した直接酸
化法を用いる。

すなわち、本発明では、Ｆｅを主成分とするターゲット
を用いて０□ガスを倉荷する雰囲気中で反応性スパッタ
を行なうことによりＦｅ５Ｏ４を主成分とする膜を剛性
基板上に形成し、次いで、この膜を酸化することにより
γ−Ｆｅａｒｓを主成分とする連続薄膜型の磁性層を形
成する。

そして、本発明では上記反応性スパッタの際に、磁性層
の耐久性を向上させるために、ターゲット１枚当りの０
□ガス流量ＯＧ　Ｆ　（ＳＣＣＭ）とスパッタレートＳ
Ｒ（μｍ／ｍｉｎ）との関係を、 ＯＧＦ＝　（５５±１０）ＳＲ とし、好ましくは ＯＧＦ＝　（５５±５）ＳＲ とする。

このような条件にて反応性スパッタを行なうことにより
、磁性層の耐久性、特にＣ８Ｓ耐久性は極めて高いもの
となる。

スパッタレートＳＲの範囲に特に制限はないが、通常、
０．１〜０．５　ｕｍ／ｍ　ｉ　ｎ程度とする。

スパッタレートＳＲは、投入電力、雰囲気圧力、ターゲ
ットと基板との距離、ターゲットと基板との間に配置す
るマスクの形状等を適宜選択することにより所望の値と
することができ、また、後述するマグネトロンスパッタ
法を用いる場合には、ターゲットから漏洩する磁界の強
度によっても調整可能である。

なお、本発明において、０２ガスは基板近傍に導入する
ことが好ましい。

直接酸化法によるＦｅａｒ４薄膜形成の詳細は、電子通
信学会論文誌’８０／９　ＶＯｌ、、Ｊ６３−ＣＮ［Ｌ
９ｐ、　６０９〜６１６に記載されており、本発明では
これに準じて磁性層の形成を行なうことが好ましいが、
その際に０２ガス流量ＯＧＦとスパッタレートＳＲとを
上記のような関係とする。

なお、本発明では、上記反応性スパッタとして、反応性
ＤＣスパッタ法を用いることが好ましい。　　ＤＣスパ
ッタ法を用いることにより、磁性層面内での磁気特性の
不均一さを低減することができる。

これは、下記の理由によると考えられる。

上記のような反応性スパッタでは、ターゲットから飛来
する原子や分子が基板表面に付着するまでに酸化されて
Ｆｅ５０４となる。

ＤＣスパッタ法では、プラズマの拡がりがＲＦ（高周波
）スパッタ法よりも小さくなり、基板近傍の雰囲気がプ
ラズマの影響を受けにくくなると考えられる。　このた
め、基板近傍の０２ガス濃度の変動が抑えられ、スパッ
タ膜面内における酸化度分布がより均一となる。

反応性スパッタにより形成されたＦｅ５０＜膜は、さら
に酸化されてγ−Ｆｅａｒｓとなるが、最終的に得られ
るγ−Ｆｅｚｅｓの酸化度は中間段階で作製されるＦｅ
５０４の酸化度に依存する。　このため、反応性ＤＣス
パッタ法により形成されたＦｅ５Ｏ４膜から得られたγ
−Ｆｅａｒｓ膜は、面内における酸化度の不均一さが小
さく、結果として面内において均一な磁気特性が得られ
る。

また、ＤＣスパッタ法は、基板両面に同時にＦｅ５Ｏ４
膜を形成する場合に特に効果的である。

ＲＦスパッタ法を用いて基板両面に同時にスパッタ膜を
形成する場合、スパッタターゲットを基板の両面にそれ
ぞれ対向して配置し、それぞれのターゲットに独立して
高周波電界を印加する。　この場合、基板の両側にはそ
れぞれの高周波電界に対応するプラズマが発生する。

しかし、通常、基板の中央には基板を貫通する中心孔が
存在するため、基板近傍でこれらの電界が相互干渉を起
こし、プラズマ放電が不安定となる。　このため、基板
近傍の酸素濃度が不安定となってしまう。　しかも、プ
ラズマ放電の不安定さは基板の両側で異なった様相を示
すため、基板の両側の酸素濃度に差が生じてしまう。

直接酸化法における反応性スパッタでは、酸素濃度が変
動するとスパッタ膜の酸化度が部分的に異なってしまい
、面内での磁気特性が不均一となる。

このような問題を軽減するために、基板の中心孔には栓
が嵌入され、基板両側の電界の相互干渉を防いでいるが
、栓の嵌入には手間がかかり、生産性が低下してしまう
、　また、基板両側の電界の干渉は、基板の中心孔だけ
ではな（、スパッタ時に基板を保持するホルダやトレー
と基板との隙間などにおいても生じる。

しかし、ＤＣスパッタ法を用いることにより、高周波電
界の相互干渉に起因する磁気特性の不均一さを防止する
ことができる。

ただし、本発明ではＤＣスパッタ法に限らず、ＲＦスパ
ッタ法を用いてもよい。

また、本発明では、生産性が高いことがらマグネトロン
スパッタ法を用いることが好ましい。

第１図にマグネトロンスパッタ装置の主要部分の構成の
１例を示す。

第１図に示される構成では、不活性ガス、反応ガス等の
雰囲気ガスを導入した真空槽（図示せず）中にターゲッ
ト１０が設けられ、このターゲツト１０裏面側に磁石１
１が配置され、ターゲット１０表面と対向して基板（図
示せず）が配置される。　そして、ターゲット１０が陰
極とされ、さらに陽極が設けられるか、あるいは基板や
真空槽が陽極とされる。

一般に、スパッタ法ではスパッタが進むにつれてターゲ
ットが侵食されるが、マグネトロンスパッタではターゲ
ットが局部的に侵食される。　すなわち、ターゲットｌ
Ｏは、第１図に示されるように侵食される。

このときの侵食領域は、漏洩磁界の方向がターゲット表
面とほぼ平行である領域に対応するが、従来のマグネト
ロンスパッタではこの領域が狭く、高価なターゲツト材
の利用効率が低いものであった。

また、スパッタ時の雰囲気によっては、ターゲット表面
の侵食部分以外の領域が酸化等により変化を受けたり、
スパッタ粒子が再付着したりして、表面変質層を生じる
ことがある。　そして、スパッタが進行するにつれて侵
食部の深さが増加すると共にその面積が増加するため、
表面変質層が弾は出し、弾は出た異物がスパッタ膜へ混
入あるいは付着することがある。

例えば、上記した反応性スパッタによりＦｅａｓ４膜を
形成する場合、ターゲット表面の侵食領域以外の表面が
酸化されたリスバッタ粒子が再付着したりして黒変部が
現われ、スパッタが繰り返されるに従って、侵食領域の
深さが増加すると共に侵食領域の面積も増加し、この黒
変部もスパッタされることになり、黒変部が塊状で弾は
出たりするため、基板に堆積するＦｅ５Ｏ４膜へ弾は出
た異物の混入や付着が生じ、あるいはスパッタ後にこれ
らの付着物がＦｅ５０４膜表面から剥離したりし、これ
らの部分が膜欠陥となる。

本発明では、このような膜欠陥を防止するために、ター
ゲットからの漏洩磁束密度を２００〜６００　Ｇ、特に
２００〜５００Ｇとなるように設定することが好ましい
。

ここで漏洩磁束密度とは、漏洩磁束密度のターゲット表
面と平行方向成分の最大値であり、ターゲット表面にお
いて測定された値である。　なお、スパッタを繰り返す
ことによりターゲットは侵食されて表面に凹部が生じる
がこのような場合、凹部の表面において磁束密度を測定
する。　また、磁束密度の測定は、ホール素子等を用い
たガウスメータにより行なうことができる。

漏洩磁束密度を上記範囲とすれば、マグネトロン放電の
生じる領域が拡大する。　このため、ターゲットの侵食
領域が拡大し、ターゲットの利用効率が増大する。

そして、このように侵食領域が拡大するため、ターゲッ
トの黒変異物層形成が防止され、異物がＦｅ５Ｏ４膜へ
混入することが減少し、最終的に膜欠陥の極めて少ない
γ−Ｆｅａｒｓ磁性層が得られる。

なお、漏洩磁束密度が前記範囲未満であるとマグネトロ
ン放電が生じに（くなり、前記範囲を超えるとターゲッ
トの侵食面積が臨界的に減少する。

また、スパッタ時の漏洩磁界の強度は一定であることが
好ましいが、上記範囲内で変化してもよい。

スパッタの繰り返しによりターゲットが侵食されると共
に漏洩磁束密度は変化するが、この場合、漏洩磁束密度
を上記範囲内に保つために、ターゲットに印加する電力
、使用時間等をモニターしながらターゲット裏面での磁
界強度を変更できる構成とすることが好ましい。

ターゲット裏面での磁界強度を変更するためには、制御
が容易であることから磁石として電磁石を用いることが
好ましいが、この他、磁石として永久磁石を用い、磁石
とターゲットとの距離を制御する構成としてもよい。

また、漏洩磁界の強度を上記範囲とし、さらに、真空槽
内のガスの圧力、すなわちスパッタ圧力を５．Ｏｘ　１
０−”　〜３．Ｏｘ　１０日Ｐａとすることが好ましい
。

スパッタ圧力がこのように低くなると、ターゲット表面
での侵食領域がさらに拡がり、Ｆｅ５Ｏ４膜への異物の
混入が格段と減少する。

スパッタ圧力がこの範囲未満となるとマグネトロン放電
が生じにくくなり、この範囲を超えると侵食領域のさら
なる拡がりが期待できなくなる。

反応性スパッタ法により成膜されたＦｅｍ０＜は、γ−
Ｆｅ２Ｏ３にまで酸化される。

この酸化は２Ｏ３ガス分圧０．０５〜０．８気圧程度、
全圧０．５〜２気圧程度の雰囲気中での熱処理によって
行なわれればよく、通常、大気中熱処理によって行なわ
れることが好ましい。

熱処理における保持温度は２００〜４００℃、特に２５
０〜３５０℃であることが好ましく、温度保持時間は、
１００〜１０時間、特に１時間〜５時間であることが好
ましい。

なお、γ−Ｆｅ＊Ｏｓを主成分とする磁性層中には、耐
久性を向上させるためにα−Ｆｅａｒｓが含有されるこ
とが好ましい。　α−Ｆｅａｒｓの含有量を耐久性向上
に有効な程度とするためには、上記熱処理に際し、昇温
速度を０．５〜２０”Ｃ／ｍｉｎ、特に１〜ｌＯ℃／　
ｍ　ｉ　ｎとすることが好ましい。

なお、昇温速度は一定であってもよく、漸増あるいは漸
減させてもよく、また、複数の昇温速度を組み合わせて
保持温度まで昇温させてもよい。

磁性層中には必要に応じてＣ０１Ｔｉ％Ｃｕ等を添加さ
せてもよく、また、成膜雰囲気中に含まれるＡｒ等が含
有されていてもよい。

Ｃｏは保磁力を調整するために有効な元素である。　磁
性層中のＣｏの含有量は、Ｆｅを１０ｗｔ％以下置換す
る程度とすることが好ましい。　また、磁性層にＣｏを
含有させるためには、Ｃｏを含有するＦｅターゲットを
用いればよい。

磁性層の層厚は、生産性、磁気特性等を考慮シテ、２０
０〜２０００人程度とすることが好ましい。

このような磁性層が表面に形成される剛性基板としては
、下地層などを設層する必要がなく製造工程が簡素にな
ること、また、研磨が容易で表面粗さの制御が簡単であ
ること、磁性層の形成時およびその表面粗さ制御のため
の熱処理に耐えることなどから、ガラスを用いることが
好ましい。

ガラスとしては、強化ガラス、特に、化学強化法による
表面強化ガラスを用いることが好ましい。

また、磁性層上には、有機化合物を含有する潤滑膜や無
機保護膜などを設けてもよい。

〈実施例〉 以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明をさらに詳
細に説明する。

［Ｆｅ５Ｏ４膜の形成］ 外径１３０ｍ＋ｎ、内径４０ｍｍ、厚さ１．２７１１１
ｆｆ＋のアルミノケイ酸ガラス基板を研磨し、さらに化
学強化処理を施した。　化学強化処理は、４５０℃の溶
融硝酸カリウムに１０時間浸漬することにより行なった
。

次いで、このガラス基板表面をメカノケミカルポリッシ
ングにより平滑化した。　メカノケミカルポリッシング
には、コロイダルシリカを含む研磨液を用いた。

研磨後のガラス基板の表面粗さＲｗａｘは５０人であっ
た。

洗浄後のガラス基板表面に、γ−Ｆｅｚｅｓを主成分と
する磁性層を直接酸化法により形成した。

まず、Ａｒガス雰囲気中にて予備スパッタを行ない、Ｆ
ｅターゲット表面の駿化膜を除去した。　次いで、０．
ガスを導入して反応性スパッタを行ない、Ｆｅ５Ｏ４膜
を成膜した。　なお、０２ガスは基板近傍に導入した。

この反応性スパッタは、第１図に示す構成を有するマグ
ネトロンスパッタ装置を用いてＤＣスパッタ法により行
なった。　そして、０．ガス流量ＯＧＦとスパッタレー
トＳＲとの関係を変えて複数のＦｅ１Ｏ＜膜を形成した
。　なお、スパッタレートＳＲは、投入電力を２〜５Ｗ
／ｃｍ”の範囲で変えることにより調整した。

これらのＦｅ５０４膜の厚さは２０００人とした。

なお、ターゲットの厚さは３ｍｍ、スパッタ時のターゲ
ット表面の漏洩磁界強度（ターゲット表面において測定
された磁束密度のターゲット表面と平行方向成分の最大
値）は３５０Ｇ、スパッタ時の圧力は１．５Ｘ１０−１
Ｐａとした。

なお、スパッタの進行に伴なってターゲット表面が侵食
されることにより漏洩磁束密度が変化するが、この実施
例では磁界発生源として電磁石を用い、発生磁界強度を
変化させることにより漏洩磁束密度を一定に保った。

このようにして形成された各ＦｅｍＯ４膜表面を倍率５
０倍の光学顕微鏡により観察し、１ｃｍＸ１ｃｍの範囲
内に存在する異物の個数を膜表面の任意の４箇所につい
て測定し、その合計を求めたところ、各サンプルとも２
個以下であった。

［γ−Ｆｅａｒｓ磁性層の形成Ｊ このようにして作製した各Ｆｅ５Ｏａ膜を、空気中で３
１０℃にて１時間酸化してγ−Ｆｅ＊Ｏｓ磁性層とし、
磁気ディスクを得た。

これらの磁気ディスクに対し、下記磁気ヘッドを用い、
下記の基準でＣ８Ｓ耐久性を評価した。

便ｆｆ１−ム上 ビッカース硬度２２００　ｋｇｆ／■”のＡ４２ｚ　Ｏ
ｓ　−Ｔ　ｉ　Ｃ基体上に薄膜磁気ヘッド素子を形成し
た後、磁気ヘッド形状に加工し、支持バネ（ジンバル）
に取りつけ、空気ベアリング型の浮上型磁気ヘッドを作
製した。　磁気ヘッド浮揚面のＲＩＩｌａｘは１３０人
とした。

浮上量は、スライダ幅、ジンバル荷重を調整し、０゜０
８μになるようにした。

立上」口Ｅえ五 上記磁気ヘッドを使用し、２５℃、相対湿度５０％にて
Ｃ８Ｓ試験を行なった。

Ｃ８Ｓは第２図に示すサイクルの繰り返しで行ない、記
録再生出力が初期の半分以下になるまでの回数を測定し
て、下記の５段階評価を行なった。

ｏ：１０万回以上 ○：５万回以上１０万回未満 △：２万回以上５万回未満 ×：１万回以上２万回未満 ×Ｘ：１万回未満 結果を第３図に示す。　なお、第３図では、各磁気ディ
スクのＦｅ５０４膜形成の際のスパッタレートＳＲを横
軸に、ターゲット１枚当りの０、ガス流量ＯＧＦを縦軸
にとり、Ｃ８Ｓ耐久性の結果をプロットした。

第３図に示される結果から、本発明の効果が明らかであ
る。

〈発明の効果〉 本発明によれば、γ−Ｆｅｚｅｓを主成分とする連続薄
膜型の磁性層を有する磁気記録媒体のＣ８Ｓ耐久性を向
上させることができ、さらに、磁性層の欠陥を減少させ
ることカイできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、マグネトロンスバ・ツタ装置の主要部分の構
成を示す断面図である。 第２図は、Ｃ８Ｓの１サイクルを示すグラフである。 第３図は、Ｆｅ５Ｏａ膜形成の際のスパッタレートＳＲ
および０２ガス流量ＯＧＦとＣ８Ｓ耐久性との関係を表
わすグラフである。 符号の説明 １０・・・ターゲット １１・・・磁石 ■ Ｇ。 工 Ｇ。 ８寺 間 （ｆ′ｊ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅを主成分とするターゲットを用いてＯ＿２ガ
   スを含有する雰囲気中で反応性スパッタを行なうことに
   よりＦｅ＿３Ｏ＿４を主成分とする膜を剛性基板上に形
   成し、次いで、この膜を酸化することによりγ−Ｆｅ＿
   ２Ｏ＿３を主成分とする連続薄膜型の磁性層を形成する
   工程を有する磁気記録媒体の製造方法において、 前記反応性スパッタを行なうに際し、ターゲット１枚当
   りのＯ＿２ガス流量ＯＧＦ（ＳＣＣＭ）とスパッタレー
   トＳＲ（μｍ／ｍｉｎ）との関係を、 ＯＧＦ＝（５５±１０）ＳＲ とすることを特徴とする磁気記録媒体の製造方法。
2. （２）前記反応性スパッタにマグネトロンスパッタ法を
   用い、前記ターゲット表面における磁束密度の前記ター
   ゲット表面と平行方向成分の最大値を２００〜６００Ｇ
   に設定する請求項１に記載の磁気記録媒体の製造方法。
3. （３）前記反応性スパッタを５．０×１０＾−＾２〜３
   ．０×１０＾−＾１Ｐａの圧力下で行なう請求項１また
   は２に記載の磁気記録媒体の製造方法。