JPH08190741A - 光磁気記録媒体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガラス基板上の低ノイズガーネット光磁気記
録媒体の製造方法を提供する。 【構成】 ガラス基板上に下地層と記録層からなるガー
ネット光磁気記録媒体を形成し、記録層を熱処理結晶化
させる際に昇温速度を３℃／秒以上、５０℃／秒以下に
設定する。 【効果】 ガラス基板上に低媒体ノイズの微細粒ガーネ
ット膜を短時間で均一に形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多結晶ガーネット膜を
利用した高密度光磁気記録媒体およびディスクの製造方
法に関わる。

【０００２】

【従来の技術】現行の光磁気記憶装置では、媒体に非晶
質の希土類遷移金属合金を採用し、光源に８００ｎｍ付
近の半導体レーザーを使用して、５．２５インチ片面で
約３００ＭＢの容量を実現している。しかしながら、画
像等の大容量ファイルの記録再生を可能とするために
は、さらなる高密度化が必要である。高密度化の方法に
は種々あるが、最も有効なものは５００ｎｍ付近の短波
長レーザー光でより小さなビットの記録再生を行うこと
である。

【０００３】現行の非晶質希土類遷移金属合金材料は、
再生に使用する磁気光学効果が短波長において減少する
ため再生信号が小さくなり、短波長レーザーを使用する
高密度光磁気記録での使用は極めて不利である。一方、
Ｂｉで希土類元素を置換したＢｉ置換希土類鉄ガーネッ
ト膜は、短波長でその磁気光学効果が現行材よりも一桁
大きく、高密度光磁気記録用の有力な媒体の一つとされ
てきた。

【０００４】Ｂｉ置換希土類鉄ガーネットの組成は、
（ＢｉＲ）_３（ＦｅＭ）_５Ｏ_１２なる一般式で表され
る。ここで、Ｒは、Ｙを含む希土類元素であり、Ｍは、
Ｆｅと置換可能な３価の金属である。Ｂｉの役割は、磁
気光学効果を増大することである。また、熱磁気書き込
みが可能なように、ＧａやＡｌで鉄のサイトを置換して
キュリー温度を調節している。本発明に関わるガーネッ
トは、上記組成で代表されるものとする。

【０００５】ガラス基板上に形成したガーネット膜は、
数μｍの大きな結晶粒からなる多結晶体で、その粒界に
起因する媒体ノイズが大きいという課題があった。この
媒体ノイズを克服するにはレーザー波長（５００ｎｍ）
に比べ十分に結晶粒を微細化し、レーザー光の分解能で
は粒界が認識できないようにする必要があった。

【０００６】ガラス基板上に形成したガーネット膜の結
晶粒を微細化する方法としては、高速昇温法（T.Suzuk
i: J.Appl. Phys.,69(8), 4756(1991) ）、Ｒｂを添加
する方法（A.Itoh and K.Nakagawa:Jpn. J.Appl. Phy
s.,31L790(1992) ）および２層化する方法（特開平５−
１０１９３５号公報）がある。

【０００７】２層化して微細化したガーネット膜のノイ
ズをさらに低減するためには、下地の膜厚を１００ｎｍ
以下にすることが有効である（特願平５−６０８８４
号）。また、キュリー温度を室温以下に設定して室温で
光磁性化すると、ノイズを低減できる（特願平５−９６
７１８号）。さらに、２層構造の記録層にＣｕを添加し
て保磁力を増大すると、１μｍ以下の微少なビットの書
き込みができる（特開平３−１７８１０５号公報）。

【０００８】上記のように結晶粒の微細化とその改良に
よる低ノイズ化の方法は種々提案されているが、微細結
晶粒からなる低ノイズのガーネット膜を均一、かつ短時
間に形成する方法は今まで未検討の課題であった。

【０００９】最近、ガラス基板上あるいはガラス基板上
に非晶質膜を形成し、その上にガーネット膜を熱処理に
よって均一、かつ６０秒以内に結晶化させる方法が開示
されている（特開平５−３４７０３９号公報、特開平６
−２０３１７号公報）。しかし、このようにして形成さ
れたガーネット膜は大きな結晶粒からなり、それ単独で
は光磁気記録媒体には適用できない。そこで基板温度を
高温に保ったままその上に製膜中に結晶化し、微細な結
晶粒からなる記録層を形成することが提案されている。

【００１０】しかし、基板温度を高温に保ったまま製膜
を実行することは工業的生産装置にとって極めて負担が
大きい。このため下地と同様の製造法である熱処理結晶
化により、媒体を短時間で生産することが望ましい。し
かしながら、多結晶ガーネット下地上に微細結晶粒から
なるガーネット記録層を均一、かつ短時間に熱処理結晶
化によって製造する方法は依然として未検討の課題であ
った。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ガーネット
光磁気記録媒体の工業的生産性を高めるため、ガーネッ
ト下地上に微細な結晶粒からなる記録層ガーネット膜を
熱処理結晶化により短時間で、かつ均一に形成する製造
方法を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記の事項を
その特徴としている。 ガラス基板上でガーネット下地層とその上に形成し
た粒径１００ｎｍ以下のガーネット記録層とを構成単位
とする光磁気記録媒体の製造方法において、ガーネット
記録層を非晶質状態でガーネット下地上に積層し、３℃
／秒以上、５０℃／秒以下の昇温速度で熱処理結晶化し
て形成する光磁気記録媒体の製造方法。 格子定数が±０．３％以上異なるガーネット下地上
にガーネット記録層を形成する前記の光磁気記録媒体
の製造方法。 格子定数が±０．３％以上異なり、かつその膜厚が
１００ｎｍ以下であるガーネット下地上にガーネット記
録層を形成する前記の方法。 前記のガーネット記録層を、格子定数が±０．３
％以上異なり、その膜厚が１００ｎｍ以下で、かつキュ
リー温度が室温以下であるガーネット下地上にガーネッ
ト記録層を形成する前記の方法。 酸素を除く残余の組成でＣｕを５ａｔ％以下添加し
たガーネット記録層を、上記〜のいずれかの方法で
形成する光磁気記録媒体の製造方法。

【００１３】以下に、本発明を詳細に説明する。本発明
者らは、昇温速度を特定の範囲に設定することにより、
結晶化したガーネット下地上にガーネット記録層を極め
て短時間の内に熱処理結晶化によって製造する方法を実
験的に見い出した。すなわち、種々の昇温速度を試した
結果、例えば２０℃／秒の昇温速度で記録層を結晶化さ
せると、記録層を完全に結晶化するのに要した時間は約
２０秒という極めて短い時間であった（図１）。昇温速
度が３℃／秒以上で結晶化下地上の記録層は結晶化が急
激に始まり、５℃／秒以上の昇温速度で記録層は３０分
以内の熱処理で完全に結晶化した（図３）。通常、数時
間を要していた記録層の熱処理結晶化による製造時間
が、結晶化下地上において昇温速度を３℃／秒以上に選
ぶことにより極めて短時間になる。

【００１４】また、本発明者らは、ガーネット下地上に
ガーネット記録層を熱処理結晶化する際に、この記録層
の結晶粒の均一性も昇温速度に敏感に依存することを実
験的に見い出した。すなわち、種々の昇温速度で記録層
を結晶化させたところ、１００ｎｍの粒径の微細粒から
なる記録層を結晶化下地上に熱処理によって均一に形成
するには、記録層の熱処理結晶化する際の昇温速度を１
℃／秒以上に設定する必要があった。

【００１５】従って、１００ｎｍ以下の結晶粒からなる
ガーネット記録層を、大面積基板に形成した結晶化ガー
ネット下地上に熱処理結晶化によって均一、かつ短時間
に製造するには少なくとも昇温速度を３℃／秒以上に設
定する必要がある。

【００１６】本発明においては昇温速度が３℃／秒以上
であれば、均一かつ短時間にガーネット記録層を結晶化
したガーネット下地上に形成できる。実際、１００℃／
秒までの昇温速度でこの事を確認した。しかしながら、
工業的な生産性を考慮すると昇温速度の上限は、５０℃
／秒程度と考えられる。すなわち、本発明によれば、昇
温速度を３℃／秒以上、５０℃／秒以下に設定すること
で、粒径１００ｎｍ以下の微細粒記録層を結晶化下地上
に熱処理結晶化によって均一かつ短時間に製造できる。

【００１７】微細粒からなるガーネット記録層を形成す
るには種々の結晶化したガーネット下地を使用できる。
前述したようなＲｂを添加する場合、あるいは高速昇温
によって微細化した下地を使用する場合は、記録層の格
子定数に制限はない。通常の方法で作製した数μｍの粒
径からなる下地を使用した場合、記録層を微細化するた
めには下地層と記録層の格子定数の間に±０．３％以上
の差が必要である。いずれの場合においても昇温速度を
３℃／秒以上、５０℃／秒以下に設定することにより粒
径１００ｎｍ以下の記録層を結晶化下地上に熱処理結晶
化によって均一に、かつ短時間に製造できる。

【００１８】大きな結晶粒からなるガーネット下地を使
用した光磁気記録媒体では下地の結晶粒によるノイズが
問題となる。このノイズを解消するためには下地の膜厚
を１００μｍ以下にし、下地結晶粒界を無害化する必要
がある。下地層が磁性を示す時、２層膜の磁気特性は下
地層とガーネット記録層の重ね合わせとなる。このよう
な２層膜からなる光磁気記録媒体では書き込んだビット
の形状が乱れ、書き込みノイズが大きくなる場合があ
る。このような場合には、下地の組成を調整してキュリ
ー温度を室温以下にして非磁性化することが有効であ
る。

【００１９】１μｍ以下の微少なビットを書き込むには
記録層の保磁力が大きいほど有利である。記録層に酸素
を除く残余の組成でＣｕを５ａｔ％以下添加すると保磁
力を増大することができる。いずれの場合も、昇温速度
を３℃／秒以上、５０℃／秒以下に設定することにより
粒径１００ｎｍ以下の記録層を結晶化下地上に熱処理結
晶化によって均一、かつ短時間に形成し、媒体ノイズの
低い光磁気記録媒体を高い生産性で製造できる。

【００２０】本発明における熱処理温度の範囲は、４０
０〜７５０℃である。Ｂｉを置換したガーネット膜の結
晶化温度は組成に依存するが、その下限は４００℃であ
った。また、無アルカリガラス等の耐熱ガラス基板を使
用するためにはガラス基板が軟化変形しない７５０℃以
下の温度にする必要がある。なお、スパッタ等でガーネ
ット膜を作製すると、組成は前述したガーネットの化学
量論組成からずれた非化学量論組成となることが知られ
ている。本発明は、このような非化学量論組成のガーネ
ット膜にも適用できる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明する。製膜は高周波マグネトロンスパッタで実行
した。スパッタ条件は、アルゴンガス圧：２〜１０ｍＴ
ｏｒｒ、高周波パワー：３〜６Ｗ／ｃｍ² である。膜厚
の均一度を確保するため製膜中は基板を回転させた。ガ
ーネット膜は非晶質の状態で形成され、アルゴンあるい
は窒素と酸素の混合雰囲気中にて熱処理結晶化させた。
その時の酸素濃度は２０〜１００％であり、熱処理には
赤外線ランプ加熱炉を使用した。膜を形成したガラス基
板あるいはディスクを支持台上に置いて４００〜７５０
℃の温度範囲で熱処理した。

【００２２】ガラス基板上に、まず非晶質の下地層を形
成し、熱処理結晶化させた。その結晶化下地上に非晶質
状態の記録層を積層し、熱処理結晶化して２層膜を作製
した。記録再生評価をする際には、記録層上にさらにＣ
ｒやＡｌ等の反射膜を積層した。ガーネット組成の非晶
質膜は、非磁性でファラデー回転角がゼロである。結晶
化に比例してファラデー回転角が増大するため、回転角
から結晶化率が見積もれる。結晶粒径は電子顕微鏡で、
また異相の有無はＸ線回折法で調べた。

【００２３】実施例１ 表１に示す組合せパターンＡの２層膜について検討し
た。下地層と記録層の格子定数の差は１．２％であり、
下地層のキュリー温度は室温以下に設定している。結晶
化下地上に記録層を非晶質の状態で形成した２層膜と、
ガラス基板上に同じ記録層のみを非晶質の状態で形成し
た単層膜を同じ条件で熱処理結晶化した。熱処理条件
は、昇温速度が２０℃／秒、熱処理温度が５５０℃であ
る。この条件で熱処理時間を５秒から４時間（７２００
秒）まで変えてファラデー回転角を測定した。２層膜の
場合は下地が非磁性であるので、回転角は記録層のみの
寄与による。その結果を、図１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】図１に示すように、２層膜の場合の記録層
は２０秒程度でファラデー回転角が１．０°で飽和す
る。この時、記録層はガーネット相のみからなり、結晶
化したガーネット下地上の記録層は２０秒程度で完全に
結晶化した（結晶化率１００％）。一方、ガラス基板上
に直接形成した同組成の記録層は４時間後においても回
転角は小さく、０．２５°であった。ここで、結晶化率
をファラデー回転角の飽和値との比から見積もると２５
％である。

【００２６】図２に２８００倍の光学顕微鏡で観察した
金属組織写真を示す。ガラス基板上の記録層は数μｍの
結晶粒が明確に観察された（図２（ａ））。一方、２層
膜は記録層が顕微鏡の分解能以下の５０μｍまで微細化
しており、結晶粒は観察できない（図２（ｂ））。典型
的な高速昇温法の昇温速度である２５０℃／秒の場合に
おいては、２層膜の記録層は図２（ｂ）と同様に微細な
結晶粒で１００％結晶化したが、ガラス基板上に記録層
のみを形成した単層膜の場合は、図２（ａ）と同様に結
晶化率が低く、微細化もしていなかった。

【００２７】実施例２ 表１に示す組合せパターンＡの２層膜について検討し
た。結晶化下地上に記録層を非晶質の状態で形成した２
層膜と、ガラス基板上に同じ記録層のみを非晶質の状態
で形成した単層膜のファラデー回転角を０．５℃／秒〜
２０℃／秒の昇温速度で比較した。熱処理条件は、熱処
理温度５５０℃、熱処理時間３０分である。その結果
を、図３に示す。

【００２８】２層膜の記録層は昇温速度が３℃／秒以上
で結晶化が急激に進み、５℃／秒以上では結晶化率が１
００％であった。一方、単層膜の記録層はほとんど結晶
化していなかった。

【００２９】実施例３ 表１に示す組合せパターンＡの２層膜からなる光磁気デ
ィスク（５インチ）を作製した。結晶化下地上に非晶質
の記録層を形成し、１分以内に１００％結晶化させた。
熱処理条件は、昇温速度が３０℃／秒、熱処理温度が５
５０℃である。記録再生特性を評価するために、この記
録層の上に１００ｎｍのＣｒ反射層を積層した。このデ
ィスクの記録再生特性を短波長レーザーを搭載した評価
装置で調べた（波長４８８ｎｍ）。その結果、０．５μ
ｍのビット長でＣ／Ｎは、４５ｄＢ以上であり、高密度
デジタル記録再生に十分な特性を示した。

【００３０】実施例４ 表１に示す組合せパターンＢの２層膜について検討し
た。下地層と記録層の間の格子定数差は、０．６％であ
る。結晶化下地上に非晶質の記録層を形成して１００％
結晶化し、微細粒の均一性を調べた。昇温速度は０．１
〜５０℃／秒、熱処理温度は５６０℃である。昇温速度
が０．２℃／秒の場合（図４（ａ））は、数μｍの結晶
粒も観察され不均一であるが、３０℃／秒の場合（図４
（ｂ））は、均一な１００ｎｍ以下の微細粒からなる記
録層となるため光学顕微鏡では何も構造は観察されなか
った。

【００３１】実施例５ 上記したガーネット膜の組成の他に、Ｄｙの代わりに
Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ等の他の希土類元素を置換したガーネッ
トや、Ｇａの代わりにＡやｌｎを置換したガーネットに
ついても調べた。何れも場合にも昇温速度を３℃／秒以
上、５０℃／秒以下に設定すると、結晶化下地上に微細
な結晶粒からなるガーネット記録層を短時間で均一に形
成できた。

【００３２】

【発明の効果】本発明方法により、ガラス基板上に微細
な結晶粒からなる低ノイズガーネット記録層が製造可能
となる。すなわち、結晶化した下地上に非晶質の記録層
を形成し、３℃／秒以上、５０℃／秒以下の昇温速度で
熱処理結晶化するにより均一かつ短時間に１００ｎｍ以
下の結晶粒からなるガーネット記録層を形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ファラデー回転角の熱処理時間依存性を示す図
である。

【図２】熱処理後の本発明記録層ガーネットの２８００
倍の光学顕微鏡で観察した金属結晶組織写真である。

【図３】ファラデー回転角の昇温速度依存性を示す図で
ある。

【図４】昇温速度を変えて熱処理した本発明記録層ガー
ネットの２８００倍の光学顕微鏡で観察した金属結晶組
織写真である。

【手続補正書】

【提出日】平成７年３月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項４

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】ガラス基板上に形成したガーネット膜の結
晶粒を微細化する方法としては、高速昇温法（Ｔ．Ｓｕ
ｚｕｋｉ：Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，６９（８），４
７５６（１９９１））、Ｒｂを添加する方法（Ａ．Ｉｔ
ｏｈ ａｎｄ Ｋ．Ｎａｋａｇａｗａ：Ｊｐｎ．Ｊ．Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３１，Ｌ７９０（１９９２））お
よび２層化する方法（特開平５−１０１９３５号公報）
がある。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記の事項を
その特徴としている。 ガラス基板上でガーネット下地層とその上に形成し
た粒径１００ｎｍ以下のガーネット記録層とを構成単位
とする光磁気記録媒体の製造方法において、ガーネット
記録層を非晶質状態でガーネット下地上に積層し、３℃
／秒以上、５０℃／秒以下の昇温速度で熱処理結晶化し
て形成する光磁気記録媒体の製造方法。 格子定数が±０．３％以上異なるガーネット下地上
にガーネット記録層を形成する前記の光磁気記録媒体
の製造方法。 格子定数が±０．３％以上異なり、かつその膜厚が
１００ｎｍ以下であるガーネット下地上にガーネット記
録層を形成する前記の方法。 前記のガーネット記録層を、格子定数が±０．３
％以上異なり、その膜厚が１００ｎｍ以下で、かつキュ
リー温度が室温以下であるガーネット下地上に形成する
前記の方法。 酸素を除く残余の組成でＣｕを５ａｔ％以下添加し
たガーネット記録層を、上記〜のいずれかの方法で
形成する光磁気記録媒体の製造方法。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】大きな結晶粒からなるガーネット下地を使
用した光磁気記録媒体では下地の結晶粒によるノイズが
問題となる。このノイズを解消するためには下地の膜厚
を１００ｎｍ以下にし、下地結晶粒界を無害化する必要
がある。下地層が磁性を示す時、２層膜の磁気特性は下
地層とガーネット記録層の重ね合わせとなる。このよう
な２層膜からなる光磁気記録媒体では書き込んだビット
の形状が乱れ、書き込みノイズが大きくなる場合があ
る。このような場合には、下地の組成を調整してキュリ
ー温度を室温以下にして非磁性化することが有効であ
る。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】図２に２８００倍の光学顕微鏡で観察した
金属組織写真を示す。ガラス基板上の記録層は数μｍの
結晶粒が明確に観察された（図２（ａ））。一方、２層
膜は記録層が顕微鏡の分解能以下の５０ｎｍまで微細化
しており、結晶粒は観察できない（図２（ｂ））。典型
的な高速昇温法の昇温速度である５０℃／秒の場合にお
いては、２層膜の記録層は図２（ｂ）と同様に微細な結
晶粒で１００％結晶化したが、ガラス基板上に記録層の
みを形成した単層膜の場合は、図２（ａ）と同様に結晶
化率が低く、微細化もしていなかった。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】実施例５ 上記したガーネット膜の組成の他に、Ｄｙの代わりに
Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ等の他の希土類元素を置換したガーネッ
トや、Ｇａの代わりにＡｌやｌｎを置換したガーネット
についても調べた。何れも場合にも昇温速度を３℃／秒
以上、５０℃／秒以下に設定すると、結晶化下地上に微
細な結晶粒からなるガーネット記録層を短時間で均一に
形成できた。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】ファラデー回転角の熱処理時間依存性を示す図
である。

【図２】熱処理後の本発明記録層ガーネットの２８００
倍の光学顕微鏡で観察した結晶組織写真である。

【図３】ファラデー回転角の昇温速度依存性を示す図で
ある。

【図４】昇温速度を変えて熱処理した本発明記録層ガー
ネットの２８００倍の光学顕微鏡で観察した結晶組織写
真である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガラス基板上でガーネット下地層とその上
   に形成した粒径１００ｎｍ以下のガーネット記録層とを
   構成単位とする光磁気記録媒体の製造方法において、ガ
   ーネット記録層を非晶質状態でガーネット下地上に積層
   し、３℃／秒以上、５０℃／秒以下の昇温速度で熱処理
   結晶化して形成することを特徴とする、光磁気記録媒体
   の製造方法。
2. 【請求項２】格子定数が±０．３％以上異なるガーネッ
   ト下地上にガーネット記録層を形成する、請求項１に記
   載の光磁気記録媒体の製造方法。
3. 【請求項３】格子定数が±０．３％以上異なり、かつそ
   の膜厚が１００ｎｍ以下であるガーネット下地上にガー
   ネット記録層を形成する、請求項１に記載の光磁気記録
   媒体の製造方法。
4. 【請求項４】請求項１に記載のガーネット記録層を、格
   子定数が±０．３％以上異なり、膜厚が１００ｎｍ以下
   で、かつキュリー温度が室温以下であるガーネット下地
   上にガーネット記録層を形成する、請求項１に記載の光
   磁気記録媒体の製造方法。
5. 【請求項５】酸素を除く残余の組成でＣｕを５ａｔ％以
   下添加したガーネット記録層を、請求項１〜４に記載の
   いずれかの方法により形成する光磁気記録媒体の製造方
   法。