CN102339611A - 制造介质的方法和制造工件的系统 - Google Patents

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卞晓平
戴青
丹.S.克尔彻
马克.F.默卡多
肖奇凡
简.J.张
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Abstract

本发明提供一种制造介质的方法和一种制造工件的系统。制造介质的方法包括在衬底上形成记录介质。外涂层与衬底相背地沉积于记录介质上。外涂层具有第一表面构造。外涂层被蚀刻以去除材料且向外涂层提供第二表面构造，第二表面构造比第一表面构造更光滑。沉积和蚀刻可在原位干法真空工艺中顺序发生。蚀刻之后第二表面构造可以不被机械处理来进一步平坦化外涂层。

Description

制造介质的方法和制造工件的系统
技术领域
本发明总地涉及硬盘驱动器，更特别地，涉及制造介质的系统和方法。
背景技术
硬盘驱动器中对更高面密度的需求要求头和盘介质之间的界面的磁间距持续减小。从磁记录介质的观点来说，减小磁间距的严峻挑战在于减小盘介质上的碳外涂层厚度的固有极限。
常规制造技术的一个限制是它们产生的表面粗糙度。粗糙表面减小了常规涂层执行其提供本征覆盖功能的能力，这导致对盘介质的腐蚀。此外，粗糙介质提供对于头的更小的间隙。机械抛光工艺诸如末级带抛光(final tapepolish)或擦磨抛光能使表面光滑。然而，那些工艺也去除了居于介质盘的形貌峰上的外涂层材料，这又能导致腐蚀问题。因此，表面光滑度设计和增强对盘介质的覆盖的外涂层工艺这两方面的改善一直受到关注。
发明内容
公开了制造介质的系统和方法的实施例。在一些实施例中，制造盘介质的方法包括在衬底上形成记录介质。外涂层背对衬底地沉积于记录介质上。外涂层具有第一表面构造(surface finish)。
外涂层被蚀刻以去除一些外涂层材料且提供更光滑的表面。第二外涂层表面构造比第一表面构造更光滑。蚀刻可包括离子束蚀刻。外涂层的第二表面构造可以在蚀刻之后不需要机械抛光来进一步平坦化外涂层。沉积和蚀刻可以在原位干法真空工艺中顺序发生。
在另一些实施例中，沉积发生于包括不活泼气体和反应气体的真空中。在蚀刻步骤之后，该方法还可包括沉积第二外涂层于第二表面构造上。第二外涂层基本可具有该第二表面构造，且可以不需要通过机械、蚀刻和任何其他工艺的进一步平坦化。
这些实施例的前述和其他目标和优点将在参考下面结合所附权利要求和附图进行的详细描述后对本领域普通技术人员变得显然。
附图说明
参照附图所示的本发明的实施例阅读下面更具体的描述，可以更详细地理解获得实施例的特征和优点的方式。然而，附图仅示出一些实施例且因此不应视为范围上的限制，因为可以有其他等效实施例。
图1A和1B是用于制造介质的工艺的实施例的示意性等距视图；
图2和3是对于盘介质的各种实施例的两类表面构造参数Rv(max)和Rq的曲线图，描绘了由于蚀刻工艺引起的表面粗糙度变化；以及
图4是曲线图，比较了常规盘介质和盘介质实施例的飞行高度控制性能。
相同附图标记在不同图中的使用表明类似或相同的项目。
具体实施方式
公开制造介质的系统和方法的实施例。如图1A和1B所示，制造介质11诸如磁记录盘介质的方法的一实施例包括在衬底15上形成记录介质13。例如，记录介质13可包括垂直磁记录(PMR)介质，其具有软磁衬层17、交换中断层19和记录层21。取决于应用，这些层可包括多个子层。这里公开的实施例也适用于本领域普通技术人员所知的其他类型的介质。
外涂层23背对衬底15地沉积于记录介质13上。沉积可发生于包括不活泼气体诸如氩等的真空中。外涂层可包括碳外涂层(COC)诸如非晶碳或类金刚石碳(DLC)、Si氮化物、Si碳化物等。如图所示，外涂层具有第一表面构造25(图1A)，第一表面构造25具有峰和谷。
外涂层23然后经蚀刻27以去除至少一些外涂层材料。蚀刻27可包括离子束蚀刻。蚀刻27为外涂层23提供第二表面构造29(图1B)，第二表面构造29比第一表面构造25(图1A)更光滑。在蚀刻之后，外涂层23的第二表面构造29可以不被进一步机械抛光(例如末级带抛光等)来进一步平坦化该外涂层。沉积和蚀刻可在原位干法真空工艺中顺序发生。
在另一些实施例中，蚀刻发生于包括不活泼气体和至少一种反应气体诸如掺杂剂的真空中。例如，反应气体和不活泼气体可包括氮、氢、氧、氙、氪、氖、CO2、或它们的任何组合。在蚀刻步骤之后，该方法还可包括沉积第二外涂层31(图1B)于第二表面构造29上。第二外涂层31也可以是碳外涂层。第二外涂层31基本可具有第二表面构造29，如图所示。在一些实施例中，第二外涂层31可以不需要通过机械、蚀刻和任何其他工艺的进一步平坦化。
第二表面构造的实施例比第一表面构造光滑约15％至35％，在另一些实施例中比第一表面构造光滑20％至30％。如这里将进一步描述的那样，第二表面构造也包括约0.20至
Figure BDA0000075719270000031
的平均高度(Ra)，在另一些实施例中为0.24至
Figure BDA0000075719270000032
蚀刻可包括约0.1至40秒持续时间的表面尖或峰的去除，或者在另一些实施例中3至30秒。蚀刻可将盘上触地功率(TD：touchdown power)改善约1至20mW，或者在另一些实施例中约6至15mW。
在一些实施例中，用于平坦化PMR介质的介质表面的干法真空原位工艺制造低表面粗糙度。与通过常规技术制造的那些相比，介质表面粗糙度显著减小且触地间隙(touchdown clearance)显著改善。
例如，在溅射沉积工艺之后用干法真空离子束蚀刻工艺来平滑盘表面。再次参照图1A，示出接近完成的PMR介质的示意性表示。第一表面构造25由于膜溅射工艺期间的受控原子迁移和晶粒生长而呈现高的表面粗糙度。然而，通过在真空工艺的最终步骤之一中应用原位离子束蚀刻27，第二表面构造29的粗糙度能显著减小，如图1B所示。具有低表面粗糙度29的平坦化介质可增大头盘界面间隙，这改善了记录性能诸如信噪比(SNR)、覆写(OW)、分辨率(resolution)等。低粗糙度也允许使用更薄的碳外涂层，具有增强的介质腐蚀耐受性。
离子束蚀刻工艺的实施例可用于在干法真空条件下抛光溅射完成的盘介质的表面。例如，可采用的一些蚀刻工艺条件总结于表1和2中。这些表描述了各种表面处理条件下的盘粗糙度属性。在本公开中，提供以下定义用于表面构造术语Ra、Rq、Rp和Rv。
Ra：全部正和负高度的数学平均；
Rq：均方根(rms)；
Rp：峰均比(peak to mean)；
Rv：谷均比(valley to mean)；以及
Rv-max：最大谷均比。
表1：样品比较
Figure BDA0000075719270000041
具有表面蚀刻和没有表面蚀刻的介质样品的表面粗糙度的比较揭示了在蚀刻工艺之后显著的表面形貌改变。此数据表明至少一些表面尖峰的去除。图2和3分别示出作为蚀刻工艺时间的函数的粗糙度参数Rv-max、Rq的曲线图41、43。表2提供额外的数据，比较蚀刻和未蚀刻的介质样品。
表2：完成样品的更多示例
在选定的蚀刻条件下，Rv-max与未蚀刻介质相比减小了约26％。此外，对于一些表面蚀刻介质的实施例，额外的碳外涂层(CNx)的再沉积仍保持了表面光滑度。在硬盘驱动器集成层次上，此特征为润滑剂的选择提供了显著益处。
表3总结了改变蚀刻工艺参数对介质磁属性的影响。
表3：样品磁属性没有显著改变
 盘A侧  盘B侧
  样品   Ar蚀刻  Hcl   H_n   SFD   Hs  Hcl   H_n   SFD   Hs
  例1   3s  5145   -2315   3010   8432  5147   -2267   2981   8448
 例2   6s   5136   -2312   3004   8421   5156   -2304   2975   8473
 例3   9s   5139   -2299   3001   8430   5110   -2305   3085   8467
 参考1   无   5142   -2310   2995   8446   5136   2255   3030   8486
  N2蚀刻
 参考2   无   5139   -2331   2968   8437   5146   -2281   3014   8501
 例4   10s   5140   -2310   2982   8405   5147   -2286   2992   8462
 例5   20s   5107   -2261   2981   8389   5116   -2244   3003   8454
 例6   30s   5147   -2311   2993   8433   5145   -2275   3024   8479
此数据清楚地显示，介质的磁属性性能对氩和氮掺杂条件下的外涂层蚀刻工艺都基本不敏感。这表明表面蚀刻工艺易于实施在当前的介质产品中。
图4绘示了得自旋转台热飞行高度控制(TFC)试验的曲线图。该试验对于两种不同的盘驱动器头比较控制或未蚀刻介质与蚀刻介质。所测量的AE信号表明，与未蚀刻介质相比，对于表面蚀刻介质，TFC触地(TD)功率增大6mW至15mW的范围。这提供了由于这里描述的平坦化工艺引起的头介质间隙显著增大。
表4总结了得自Guzik旋转台试验的数据，比较了蚀刻介质和未蚀刻介质。具有蚀刻的碳外涂层的介质显示出更佳的OW、SNR、低频(LF)振幅和位误码率(BER)，这与触地功率增益一致。
表4：更多性能比较
  样品   OW   2TSNR   2TSN0NR   10TMCW   BER   T50   LFmV   RES   ACSQZ％   TD(mW)
  蚀刻   34.0   19.9   27.5   79.3   -5.1   20.9   19.3   41.4   41.9   77.3
  未蚀刻   32.8   19.3   26.9   78.7   -4.4   21.0   17.4   41.6   48.5   71.1
在TFC触地和恒定回拉条件下，蚀刻介质在记录性能方面显示出清楚的优势。对于表面蚀刻盘，介质的OW改善了约0.5至3dB，在一些实施例中约1.2dB。介质的SNR改善了约0.1至2dB，在一些实施例中约0.5至1dB。蚀刻还将介质的LF改善了约1％至20％，或者在一些实施例中约11％。蚀刻进一步将介质的BER改善了约10％至20％，或者在一些实施例中约16％。因此，具有蚀刻COC的介质的总体腐蚀耐受性是具有未蚀刻COC的常规介质的腐蚀耐受性的约2至10倍。
如表5所示，与未蚀刻外涂层相比，蚀刻碳外涂层还提供好得多的腐蚀耐受性，诸如更低的钴取出(extraction)。
表5：钴取出实验
Figure BDA0000075719270000061
对于蚀刻盘观察到低的钴计数，即使具有更薄的COC层，这表明更佳的腐蚀耐受性。这些性能益处提供了硬盘驱动器工业中当前的PMR技术进一步延伸的路径。
这些工艺可以在不同类型的设备上进行。传统上，碳外涂层通过溅射工艺沉积，但是使用溅射产生的结实碳外涂层不是可行的。如今，诸如离子束沉积、等离子体增强化学气相沉积和过滤阴极弧系统的技术能产生薄的保护性碳外涂层。特别地，离子束碳(IBC)沉积技术产生超薄、耐用且可制造的结实碳外涂层。在IBC工艺中，烃(CxHy)气体用作前体，通过离子化烃分子而产生等离子体。这些离子化物质被引向靶。高冲击能量的离子提供碳外涂层中更高分数的类金刚石含量，这导致高硬度、高密度和高弹性模量。此外，离子束碳外涂层具有显著更高的对摩擦润滑化学磨损和腐蚀的耐受性。不利地，离子束工艺能用于从靶目标诸如碳涂覆盘介质蚀刻材料。
再次参照图1A和1B，制造工件的系统的实施例包括溅射系统，该溅射系统具有用于制造工件的多个工艺台。工艺台中的至少一个是外涂层工艺台，其沉积外涂层在工件上从而为工件提供第一表面构造，随后蚀刻外涂层从而向外涂层提供第二表面构造，第二表面构造比第一表面构造光滑。蚀刻之后，外涂层的第二表面构造可以不被机械抛光来进一步平坦化外涂层。工艺台中的所述至少一个可包括用于沉积外涂层的第一外涂层工艺台和用于离子束蚀刻外涂层的第二外涂层工艺台。
工件可包括磁介质、固态存储器、半导体、磁随机存取存储器、或太阳能薄膜。工艺台中的所述至少一个可包括原位干法真空工艺。此外，工艺台中的所述至少一个可在第二表面构造上沉积基本具有第二表面构造的第二外涂层。
本书面说明书使用示例来公开实施例，包括最佳模式，还用来使本领域普通技术人员能制造和使用本发明。可专利范围由权利要求定义，且可包括本领域技术人员所预见的其他示例。这样的其他示例旨在落入权利要求的范围内，如果它们的结构元件没有不同于权利要求的字面语言的话，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质上不同的等价结构元件的话。
注意，并非上面在一般说明或示例中描述的全部步骤都是需要的，部分具体步骤可以不需要，且除了所描述的那些之外可以进行一项或更多其他步骤。此外，步骤所列顺序不一定是它们执行的顺序。
在前面的说明书中，已经参照具体实施例描述了概念。然而，本领域普通技术人员意识到，可以进行各种修改和变型而不偏离下面的权利要求阐述的本发明的范围。因此，说明书和附图将在说明性而不是限制性的意义上看待，全部这样的修改旨在包括于本发明的范围内。
这里使用时，术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”、“有”或它们的任何其他变型旨在覆盖非排他性的包含物。例如，包括一列特征的工艺、方法、物件或装置不是必须仅限于那些特征，而是可以包括没有明确列出或这些工艺、方法、物件或装置固有的其他特征。此外，除非明确地相反陈述，否则“或”指的是包容性的或而不是排他性的或。例如，下面任何一个满足条件A或B：A是真的(或存在)且B是假的(或不存在)；A是假的(或不存在)且B是真的(或存在)；以及A和B都是真的(或存在)。
此外，“一”和“一个”用来描述这里描述的元件和部件。这样做仅为了方便且给出一般意义的发明范围。该描述应理解为包括一个或至少一个且单数也包括复数，除非明显地有另外的含义。
上面已经关于具体实施例描述了益处、其他优点和问题的解决方案。然而，益处、优点、问题的解决方案以及可导致任何益处、优点或解决方案发生或变得更显著的任何特征不应解释为任意或全部权利要求的重要、必需或必要特征。
阅读说明书之后，本领域技术人员将意识到，为了清楚，某些特征是在单独实施例的上下文中描述，也可在单个实施例中组合地提供。相反地，为了简短，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独或任意组合地提供。此外，对范围中所述的值的提及包括该范围内的每个值。

Claims (20)

1.一种制造介质的方法，包括：
在衬底上形成记录介质；
与该衬底相背地在该记录介质上沉积外涂层，该外涂层具有第一表面构造；以及然后
蚀刻该外涂层从而去除材料并为该外涂层提供第二表面构造，该第二表面构造比该第一表面构造更光滑。
2.如权利要求1所述的方法，其中在蚀刻之后，该外涂层的第二表面构造不被机械抛光来进一步平坦化该外涂层。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述沉积发生在包括不活泼气体的真空中，蚀刻包括离子束蚀刻，且该第二表面构造比该第一表面构造光滑15％至35％。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述沉积发生在包括不活泼气体和反应气体的真空中，所述不活泼气体和反应气体包括氮、氢、氧、氙、氪、氖和CO2中的至少一种，该第二表面构造比该第一表面构造光滑20％至30％。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述沉积和蚀刻顺序发生于原位干法真空工艺中，该记录介质是垂直磁记录介质，该外涂层是碳外涂层。
6.如权利要求1所述的方法，其中在蚀刻之后，还包括在该第二表面构造上沉积第二外涂层，该第二外涂层是基本具有该第二表面构造的第二碳外涂层。
7.如权利要求6所述的方法，其中该第二外涂层不被机械处理来进一步平坦化该第二外涂层。
8.如权利要求1所述的方法，其中该第二表面构造具有0.20至
Figure FDA0000075719260000011
的平均高度，且蚀刻包括0.1至40秒持续时间的尖峰去除。
9.如权利要求1所述的方法，其中该第二表面构造具有0.24至
Figure FDA0000075719260000012
的平均高度，蚀刻包括3至30秒持续时间的尖峰去除。
10.如权利要求1所述的方法，其中与具有未蚀刻碳外涂层的介质相比，蚀刻将记录头触地功率改善了1至20mW，且将未蚀刻介质的覆写改善了0.5至3dB。
11.如权利要求1所述的方法，其中与具有未蚀刻碳外涂层的介质相比，蚀刻将记录头触地功率改善了6至15mW，且将信噪比改善了0.1至2dB。
12.如权利要求1所述的方法，其中与具有未蚀刻碳外涂层的介质相比，蚀刻将信噪比改善了0.5至1.0dB，将低频振幅改善了1％至20％，且将位误码率改善了10％至20％。
13.一种制造工件的系统，包括：
溅射系统，具有用于制造工件的多个工艺台；以及
所述工艺台中的至少一个是外涂层工艺台，其沉积外涂层在工件上从而为工件提供第一表面构造，且随后蚀刻该外涂层从而为该外涂层提供第二表面构造，该第二表面构造比该第一表面构造更光滑。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述工艺台中的所述至少一个包括用于沉积所述外涂层的第一外涂层工艺台，以及用于离子束蚀刻该外涂层的第二外涂层工艺台。
15.如权利要求13所述的系统，其中该工件包括磁介质、固态存储器、半导体、磁随机存取存储器或太阳能薄膜，且在蚀刻之后该外涂层的第二表面构造不被机械处理来进一步平坦化该外涂层。
16.如权利要求13所述的系统，其中所述工艺台中的所述至少一个包括原位干法真空工艺，其使用不活泼气体和反应气体，所述不活泼气体和反应气体包括氮、氢、氧、氙、氪、氖、CO2中的至少一种，该外涂层是碳外涂层。
17.如权利要求13所述的系统，其中所述工艺台中的所述至少一个沉积第二外涂层在该第二表面构造上，该第二外涂层是基本具有该第二表面构造的第二碳外涂层。
18.如权利要求13所述的系统，其中该第二表面构造比该第一表面构造光滑15％至35％，该第二表面构造具有0.20至
Figure FDA0000075719260000021
的平均高度，蚀刻包括0.1至40秒的持续时间的尖峰去除。
19.如权利要求13所述的系统，其中与具有未蚀刻碳外涂层的介质相比，蚀刻将记录头触地功率改善1至20mW，将未蚀刻介质的覆写改善了0.5至3dB。
20.如权利要求13所述的系统，其中与具有未蚀刻碳外涂层的介质相比，蚀刻将信噪比改善0.5至1.0dB，将低频振幅改善了1％至20％，且将位误码率改善了10％至20％。
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