JP6128421B2 - 熱アシスト磁気記録媒体のヒートシンク層形成用スパッタリングターゲット材 - Google Patents

Description

本発明は、熱アシスト磁気記録媒体におけるヒートシンク層を形成するためのスパッタリングターゲット材に関するものである。

近年、高度情報化社会の実現による磁気記録装置の高記録密度化の要求に対し、垂直磁気記録方式が実用化されている。そして、生成されるデジタル情報量は、年率約５０％以上で増加しており、さらなる高記録密度化が必要になっている。高記録密度化のためには、単位面積当たりの記録容量を増やす必要があり、このためには記録層の結晶粒径を微細にするとよい。
しかし、記録層の結晶粒径を微細にすると、磁気的に記録したデータが周囲の熱の影響で消える熱揺らぎの問題がある。これを防止するために、記録層に磁気異方性エネルギーが高い材料を用いればよいが、ヘッドの書き込み磁界の限界を超えてしまうために、記録が困難になるといった新たな問題が発生する。これらの問題を解決する方式として、熱アシスト磁気記録方式が提案されている。

図１に熱アシスト磁気記録媒体の層構成の一例を示す。非磁性基板上１に、下から順にヒートシンク層２、軟磁性裏打ち層３、配向制御層４、記録層５、保護層６が形成される。また、層構成は図１に限定されるものではなく、ヒートシンク層２と軟磁性裏打ち層３の配置が適宜入れ替わることもある。
熱アシスト磁気記録方式では、記録層５にＦｅ−ＰｔやＣｏ−Ｐｔ等の磁気異方性エネルギーが高い材料が用いられる。上述したように、磁気異方性エネルギーが高い場合は、ヘッドの書き込み磁界の制約があるため、情報の書き込みの際には記録層５を加熱して保磁力を低下させ、この間にヘッドから記録磁界を印加して情報を書き込み記録する。この方式を実現するためには、書き込んだ情報を失わないようにするため、書き込み後は加熱した記録層５を速やかに冷却し、一旦低下した保磁力を高めなければならない。そのために、熱アシスト磁気記録媒体には記録層５の熱を速やかに吸収させる目的でヒートシンク層２が形成されている。

このヒートシンク層は、熱伝導率が高い元素が有効であり、このような元素にはＣｕがある。しかし、Ｃｕ膜をヒートシンク層として使用した場合は、Ｃｕ膜の結晶化により膜の表面粗さが増大し、ヒートシンク層上に配置される配向制御層（例えばＣｒやＭｇＯ）や記録層がヒートシンク層の凹凸に追従して形成されるため、その結果、信号のノイズが大きくなるという問題が生じる場合がある。この問題を解決するために、Ｃｕに０．１〜１原子％のＺｒを添加したヒートシンク層が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

米国公開２００７／００２６２６３号公報

上述した特許文献１に開示されるヒートシンク層は、ＣｕにＺｒを添加することにより高い熱伝導率と、平滑な表面が得られるという点では、優れたものである。しかし、本発明者の検討によると、ＣｕにＺｒを単独添加した合金のスパッタリングターゲット材を用いてスパッタリング成膜してヒートシンク層を形成すると、Ｚｒの添加量によっては表面粗さが大きくなり、ヒートシンク層として必要とされる平滑な表面が得られない場合があるという問題を確認した。
本発明の目的は、高い熱伝導率と平滑な表面が要求される、熱アシスト磁気記録媒体のヒートシンク層を成膜するためのスパッタリングターゲット材を提供することにある。

本発明者は、熱アシスト磁気記録媒体のヒートシンク層形成用のスパッタリングターゲット材について、熱伝導率が高いＣｕを主成分とし、尚且つ表面粗さを小さくする添加元素としてＺｒ、Ｃｒを選定し、これらの添加範囲について検討した結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、原子比における組成式がＣｕ_{１００−ｘ−ｙ}−Ｚｒ_ｘ−Ｃｒ_ｙ、０．１０≦ｘ≦５．００、０．１０≦ｙ≦１．００で表され、残部が不可避的不純物からなる熱アシスト磁気記録媒体のヒートシンク層形成用のスパッタリングターゲット材の発明である。

本発明は、熱伝導率が高く、尚且つ表面粗さが小さい熱アシスト磁気記録媒体のヒートシンク層が成膜できるスパッタリングターゲット材を提供でき、熱アシスト磁気記録媒体を高記録密度化する上で有用な技術となる。

熱アシスト磁気記録媒体の層構成の一例を模式的に表した図である。 比較例の試料Ｎｏ．２のスパッタリングターゲット材を用いて成膜したヒートシンク層の電界放出型走査電子顕微鏡像である。 本発明例の試料Ｎｏ．５のスパッタリングターゲット材を用いて成膜したヒートシンク層の電界放出型走査電子顕微鏡像である。 本発明例の試料Ｎｏ．１のスパッタリングターゲット材を用いて成膜したヒートシンク層の電界放出型走査電子顕微鏡像である。 比較例の試料Ｎｏ．２のスパッタリングターゲット材を用いて成膜したヒートシンク層の原子間力顕微鏡像である。 本発明例の試料Ｎｏ．１のスパッタリングターゲット材を用いて成膜したヒートシンク層の原子間力顕微鏡像である。

上述したように、本発明の重要な特徴は、熱アシスト磁気記録媒体のヒートシンク層として必要とされる高い熱伝導率と、平滑な表面粗さを得るためのスパッタリングターゲット材の主成分としてＣｕを選択し、添加元素としてＺｒおよびＣｒを選択し、これらの適切な添加範囲を見出した点にある。
本発明のスパッタリングターゲット材は、Ｃｕを主成分とする。その理由は、Ｃｕは熱伝導率が高く安価であり、比較的入手しやすいからである。熱伝導率が高い金属元素としてＡｕ、ＡｇやＡｌがあるが、ＡｕおよびＡｇは高価である上、入手が困難である。また、Ａｌは融点が６６０℃と低く、熱アシスト磁気記録媒体の製造プロセスでは、記録層の形成時に基板温度を７００℃近くまで加熱する場合があるため、この加熱により溶融したり、結晶粒の成長により表面粗さが大きくなったりする可能性がある。そのため、本発明ではＣｕを主成分とした。

本発明のスパッタリングターゲット材は、Ｃｕに特定範囲のＺｒを添加する。スパッタリングターゲット材を用いてスパッタリング成膜した膜の結晶粒径と表面粗さには大凡の相関があり、膜の結晶粒径が小さい方が表面粗さを小さくすることができる。特にＺｒは、少ない添加量でも結晶粒径が微細になるため表面粗さを低減することができ、Ｚｒの添加による熱伝導率の低下も低く抑えることができる。また、ヒートシンク層は熱伝導率が高いほど好ましいが、Ｃｕへの元素の添加により熱伝導率が低下するため、添加量は少ない方が好ましい。

本発明では、Ｚｒの添加量の下限値を０．１０原子％とした。これは、Ｚｒの添加量が０．１０原子％未満であると、形成されるヒートシンク層の結晶粒径が増大し表面粗さが大きくなりやすいからである。
また、本発明では、Ｚｒの添加量の上限値を５．００原子％とした。これは、ＣｕにＺｒを、５．００原子％を超えて添加させると、形成されるヒートシンク層がアモルファスになり、表面粗さが小さくなるが、一方で熱伝導率は著しく低下する。そのため、本発明ではＺｒの添加量の上限値を５．００原子％とした。

本発明では、Ｚｒに加えてＣｒをＣｕに対して複合添加する。本発明では、得られるヒートシンク層の表面粗さを低減し、尚且つ高い熱伝導率を確保するために、Ｃｒの添加範囲を０．１０〜１．００原子％とした。
本発明者の検討によると、ＣｕにＺｒを添加すると、形成されるヒートシンク層はアモルファス相ではなく微結晶となることを確認した。一例として、ＣｕにＺｒを０．５０原子％添加したスパッタリングターゲット材を用いて成膜したヒートシンク層の表面を電界放出型走査電子顕微鏡（以下、ＦＥ−ＳＥＭという）で観察した結果を図２に示す。図２の矢印部分に示すように、Ｚｒを単独添加したスパッタリングターゲット材で成膜したヒートシンク層は、膜表面に結晶粒界に沿った凹みが確認できる。これが膜表面を粗くする原因と推察される。

本発明のスパッタリングターゲット材は、形成されるヒートシンク層の表面に形成される凹みを低減するために、結晶粒界に粒界析出物を析出させることにより、ヒートシンク層の表面粗さを小さくすることができる。Ｃｒは、母相のＣｕに対して分離するため、結晶粒界に析出しやすく、またＣｕ中での拡散速度が比較的早いため、速やかに結晶粒界に析出し表面粗さを低減できる。そのため、本発明ではＣｕへのＺｒと複合添加する元素としてＣｒを選定した。
本発明において、Ｃｒの添加量の下限値は０．１０原子％とした。これは、Ｃｒの添加量が０．１０原子％未満である場合は、Ｃｒの粒界析出の効果が少なく、結晶粒界に沿った凹みを十分に埋めることができないため、表面粗さが大きくなりやすいからである。
一方、Ｃｕに複合添加するＣｒを１．００原子％添加した例として、原子比における組成式がＣｕ−０．２５％Ｚｒ−１．００％Ｃｒで表されるスパッタリングターゲット材を用いて成膜したヒートシンク層のＦＥ−ＳＥＭ写真を図３に示す。ＣｕにＺｒと複合添加するＣｒを１．００原子％添加した場合には、図３の矢印部分に示すように、ヒートシンク層の表面に有害にはならない浅く軽微なボイドが発生することがわかる。
本発明者の検討によると、Ｃｒの添加量が１．００原子％を超えると、Ｃｒの粒界析出により粒界に沿った凹みを埋める一方で、深いボイドを形成して表面粗さが増大することを確認した。そして、Ｃｒ量が１．００原子％以下であれば、ヒートシンク層の表面に生じるボイドの深さを浅くすることができ、ヒートシンク層として必要とされる表面平滑性を維持できることを知見した。これにより、本発明ではＣｒの添加量の上限値を１．００原子％とした。

熱アシスト磁気記録媒体におけるヒートシンク層の熱伝導率は、記録層の冷却効率の点から高い程好ましい。ヒートシンク層として必要とされる室温における熱伝導率は、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上あればよいことが知られており、２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上あることが好ましいとされる。本発明のスパッタリングターゲット材は、上述したように、ＣｕにＺｒおよびＣｒを特定範囲で複合添加することで、得られるヒートシンク層の熱伝導率を２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上にすることができる。

また、熱アシスト磁気記録媒体では、記録層のノイズを低減するために、ヒートシンク層の表面粗さは小さい程好ましいことが知られている。ヒートシンク層の好ましい表面粗さは、熱伝導率が著しく低下しない範囲で調整する必要があり、０．７ｎｍ以下が好ましいことが知られており、０．５ｎｍ以下であることがより好ましいとされる。
尚、ここでいう表面粗さとは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１で規定される算術平均粗さ（Ｒａ）のことをいい、例えば原子間力顕微鏡（以下、ＡＦＭという）を用いて測定することができる。

本発明の熱アシスト磁気記録媒体のヒートシンク層形成用のスパッタリングターゲット材の製造方法としては、溶解鋳造法や粉末焼結法が適用可能である。溶解鋳造法では、鋳造インゴット、もしくは、鋳造インゴットに塑性加工や加圧加工を加えたバルク体とすることで製造可能となる。また、粉末焼結用では、ガスアトマイズ法で最終組成の合金粉末を製造し原料粉末とすることや、複数の合金粉末や純金属粉末をスパッタリングターゲット材の最終組成となるように混合した混合粉末を原料粉末とすることが可能である。

原料粉末の焼結方法としては、熱間静水圧プレス、ホットプレス、放電プラズマ焼結、押し出しプレス焼結等の加圧焼結を用いることが可能である。尚、スパッタリングターゲット材として安定して使用可能な相対密度９８％以上を得るために、焼結温度を８５０〜１０５０℃、加圧圧力を２０ＭＰａ以上、焼結時間を１〜１０時間の条件とすることが望ましい。

先ず、それぞれ純度９９．９％以上の原料を配合し真空溶解炉にて溶解した後、鋳造により、原子比における組成式がＣｕ−０．２５％Ｚｒ−０．２５％Ｃｒのインゴットを作製した。次に、前記インゴットに機械加工を施し、直径１６４ｍｍ、厚さ４ｍｍの熱アシスト磁気記録媒体のヒートシンク層形成用のスパッタリングターゲット材（試料Ｎｏ．１）を作製した。
比較例として、それぞれ純度９９．９％以上の原料を配合し真空溶解炉にて溶解した後、鋳造により、原子比における組成式がＣｕ−０．５０原子％Ｚｒのインゴットを作製した。次に、前記インゴットに機械加工を施し、直径１６４ｍｍ、厚さ４ｍｍの熱アシスト磁気記録媒体のヒートシンク層形成用のスパッタリングターゲット材（試料Ｎｏ．２）を作製した。

上記で作製した、各スパッタリングターゲット材を用いて以下の評価を行った。
（１）表面粗さ評価
各スパッタリングターゲット材をキヤノンアネルバ株式会社製のＤＣマグネトロンスパッタ装置（型式番号：Ｃ−３０１０）のチャンバ内に配置し、チャンバ内を真空到達度２×１０^−５Ｐａ以下となるまで排気を行った後、Ａｒガス圧０．６Ｐａ、投入電力１０００Ｗの条件にてスパッタリングを行った。２．５インチのガラス基板を用い、先ず、室温にて膜厚２０ｎｍの下地層（Ｎｉ−３７．５Ｔａ原子％）を形成し、次いで、本発明例となる試料Ｎｏ．１のスパッタリングターゲット材を用いて、下地層上に１００ｎｍのヒートシンク層を成膜した。次に、各試料をスパッタ装置内で、赤外線ランプヒーターにより６６０℃の真空加熱処理を行い、表面粗さ評価用の試料を作製した。その後、測定面積５００ｎｍ^２の範囲で、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１で規定される算術平均粗さ（Ｒａ）をセイコーインスツル株式会社製のＡＦＭ（型式番号：ＳＰＡ３００）により測定した。尚、算術平均粗さ（Ｒａ）の測定は１試料につき３点測定し、その平均値を採用した。

（２）熱伝導率評価
スパッタ装置およびスパッタ条件を表面粗さ評価で行った条件と同様にして、上述のＮｉ−３７．５原子％Ｔａ下地膜形成を行わずに、２．５インチのガラス基板上に１００ｎｍのヒートシンク層を室温にて成膜した。次に、各試料を真空炉内で６６０℃の真空加熱処理を行い、熱伝導率評価用の試料を作製した。
得られた各試料の比抵抗を４探針法により室温にて測定し、Ｗｉｅｄｅｍａｎｎ−Ｆｒａｎｚ則により熱伝導率を算出した。表面粗さの測定結果および熱伝導率の算出結果を表１、ＦＥ−ＳＥＭ像を図２および図４、ＡＦＭ像を図５、図６に示す。

本発明例の試料Ｎｏ．１および比較例の試料Ｎｏ．２のスパッタリングターゲット材で成膜したヒートシンク層の熱伝導率は、表１に示すように、ともに２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の値が得られ、熱アシスト磁気記録媒体のヒートシンク層として十分な特性が得られることが確認できた。
比較例の試料Ｎｏ．２のＣｕにＺｒのみを添加したスパッタリングターゲット材で形成したヒートシンク層は、図２の矢印部分に示すように結晶粒界に沿った凹みが観察された。また、比較例のＣｕにＺｒのみを添加したスパッタリングターゲット材で形成したヒートシンク層は、表１および図５に示すように表面粗さ（Ｒａ）の値が大きく、表面の平滑性が確保できないことが確認された。
これに対し、本発明例の試料Ｎｏ．１のＣｕにＺｒおよびＣｒを特定量複合添加したスパッタリングターゲット材で形成したヒートシンク層は、図４に示すように結晶粒界に沿う凹みが低減されていることが確認できた。また、本発明例の試料Ｎｏ．１のスパッタリングターゲット材で形成したヒートシンク層は、表１および図６に示すように、表面粗さ（Ｒａ）の値が小さく、表面が平滑になっており、熱アシスト磁気記録媒体のヒートシンク層として有効であることが確認できた。

表２に示すヒートシンク層の目標組成と実質的に同一となるように、Ｃｕ粉末にＺｒ粉末およびＣｒ粉末を混合し、軟鋼製の加圧容器に充填した。その後、温度９５０℃、圧力１２０ＭＰａ、１時間の条件で熱間静水圧プレスによる加圧焼結を施して焼結体を作製した後、得られた焼結体を機械加工して、直径１６４ｍｍ、厚さ４ｍｍの本発明例となる熱アシスト磁気記録媒体のヒートシンク層形成用のスパッタリングターゲット材（試料Ｎｏ．３〜Ｎｏ．５）を作製した。
比較例として、Ｃｕ粉末にＣｒ粉末のみを混合し、軟鋼製の加圧容器に充填した。その後、温度９５０℃、圧力１２０ＭＰａ、１時間の条件で熱間静水圧プレスによる加圧焼結を施して焼結体を作製した後、得られた焼結体を機械加工して、直径１６４ｍｍ、厚さ４ｍｍの熱アシスト磁気記録媒体のヒートシンク層形成用のスパッタリングターゲット材（試料Ｎｏ．６）を作製した。

上記で作製した、各スパッタリングターゲット材を用いて以下の評価を行った。
（１）表面粗さ評価
実施例１と同様の方法で表面粗さ測定用試料を作製した後、実施例１に記載のＡＦＭを用いてＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１で規定される算術平均粗さ（Ｒａ）を測定した。尚、算術平均粗さ（Ｒａ）の測定は１０μｍ^２の面積で行った。さらに、実施例１に記載の試料１および試料２のスパッタリングターゲットを用いて成膜したヒートシンク層についても、同様に１０μｍ^２の面積で算術平均粗さ（Ｒａ）を測定した。
（２）熱伝導率評価
実施例１と同法の方法で熱伝導率測定用試料の作製および評価を行った。熱伝導率の算出結果を表２に示す。

本発明例のＣｕにＺｒおよびＣｒを特定量複合添加した試料Ｎｏ．１、Ｎｏ．４、およびＮｏ．５のスパッタリングターゲット材を用いて成膜したヒートシンク層では、比較例のＣｕにＺｒのみを添加した試料Ｎｏ．２を用いて成膜した場合よりも高い熱伝導率を得られ、熱伝導率が高い程好ましいとされるヒートシンク層形成用のスパッタリングターゲットとして優れていることがわかる。
また、ＣｕにＺｒおよびＣｒを特定量複合添加した本発明例において、Ｃｒ量が１．００原子％である試料Ｎｏ．５のスパッタリングターゲット材を用いて成膜したヒートシンク層は、図３の矢印部分のようにボイドの深さを小さくでき、表面粗さ（Ｒａ）を小さくすることが確認できた。また、表２からわかるように複合添加するＣｒ量を１．０原子％以下とした試料Ｎｏ．１および試料Ｎｏ．３〜Ｎｏ．５のスパッタリングターゲットを用いた場合は、比較例のＣｕにＺｒのみを添加した試料２のスパッタリングターゲットを用いて成膜した場合よりも表面粗さ（Ｒａ）を小さくすることができ、平滑性に優れるヒートシンク層を形成できることが確認できた。
これに対して、ＣｕにＣｒのみを添加した試料Ｎｏ．６のスパッタリングターゲットを用いて成膜したヒートシンク層は、表面粗さ（Ｒａ）が大きくなり平滑性を確保できないことを確認した。

１ 非磁性基板
２ ヒートシンク層
３ 軟磁性裏打ち層
４ 配向制御層
５ 記録層
６ 保護層

Claims (1)

1. 原子比における組成式がＣｕ_{１００−ｘ−ｙ}−Ｚｒ_ｘ−Ｃｒ_ｙ、０．１０≦ｘ≦０．５０、０．１０≦ｙ≦１．００で表され、残部が不可避的不純物からなることを特徴とする熱アシスト磁気記録媒体のヒートシンク層形成用スパッタリングターゲット材。