DE19504888A1 - Magnetisches Aufzeichnungsmedium - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein magnetisches Aufzeichnungsmedium, wie es bei Festplat­ tenlaufwerken etc. verwendet wird.

Das Aufzeichnungsmedium umfaßt eine unmagnetische Grundplatte, deren Oberfläche struktu­ riert ist, eine auf der Grundplatte ausgebildete unmagnetische Metallunterschicht, eine auf der Metallunterschicht ausgebildete Dünnfilm-Magnetschicht und auf letzterer eine Schutzschicht.

Festplattenlaufwerke werden in großem Umfang als externe Speichereinrichtungen von Daten­ verarbeitungsgeräten wie Computern etc. verwendet. Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung des Aufbaus eines magnetischen Aufzeichnungsmediums nach dem Stand der Technik. Dieses Medium besteht aus einer unmagnetischen Metallunterschicht 2, die auf eine unmagnetische Grundplatte 1 geschichtet ist, einer Dünnfilm-Magnetschicht 3 aus einer ferromagnetischen Legierung, die auf die Metallunterschicht 2 geschichtet ist, einer auf der Dünnfilmmagnet­ schicht 3 ausgebildeten Schutzschicht 4 aus amorphem Kohlenstoff oder diamantartigem Kohlenstoff und einer Schmierschicht 5 aus flüssigem Schmiermittel, die auf der Schutzschicht 4 ausgebildet ist.

Spiegelpoliertes Glas wird beispielsweise für die unmagnetische Grundplatte 1 verwendet. Auf diese Grundplatte 1 werden die unmagnetische Metallunterschicht 2 aus Cr mit einer Dicke von 300 nm, die Magnetschicht mit einer Dicke von 50 nm und 80 Atom-% Co, 14 Atom-% Cr und 6 Atom-% Pt sowie die Schutzschicht 3 mit einer Dicke von 20 nm aus amorphem Kohlenstoff oder diamantartigem Kohlenstoff nacheinander durch Aufstäuben (Sputtern) aufgeschichtet. Das magnetische Aufzeichnungsmedium wird durch Beschichtung mit der Schmierschicht 5 aus flüssigem Schmiermittel der Fluorkohlenstoffamilie fertiggestellt.

Das magnetische Aufzeichnungsmedium zeigt in der Praxis ausgezeichnete mechanische Eigen­ schaften wie Festigkeit, Dimensionsgenauigkeit etc. sowie ausgezeichnete magnetische Eigen­ schaften einschließlich einer Koerzitivkraft Hc von etwa 1500 Oe (15 000/4π A/cm) sowie einem Produkt aus Remanenzinduktion Br und Dicke δ der Magnetschicht von Br · δ = 400 G · µm, (40 mT · µm).

Die Druckschrift JP-A-61-196429 offenbart für ein magnetisches Aufzeichnungsmedium in Form eines (flexiblen) Magnetbandes die Verwendung eines Trägers, dessen Oberfläche zur Erhöhung der Koerzitivkraft des Magnetbandes aufgerauht ist. Offenbart ist eine bevorzugte mittlere Neigung der Schrägflächen der Aufrauhung von 0,3 bis 5 Grad. Dieser Stand der Technik verwendet jedoch immer noch die Schrägabscheidung zum Auflaminierung der aufein­ anderfolgenden Schichten auf das Substrat.

Im Zusammenhang mit dem immer weiter fortschreitenden Anstieg der Menge und Arten von Daten, sind Festplattenlaufwerke mit größerer Speicherdichte und größerer Speicherkapazität erforderlich. Zur Erfüllung der Forderungen nach größerer Speicherdichte und größerer Spei­ cherkapazität muß das Koerzitivkraft-Rechteckverhältnis des magnetischen Aufzeichnungsme­ diums verbessert werden, und die Schwebungshöhe des Magnetkopfes (Schreib/Lese-Kopf) muß verringert werden.

Angesichts dessen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein magnetisches Aufzeich­ nungsmedium, insbesondere eine Magnetplatte, mit großem Koerzitivkraft-Rechteckverhältnis zu schaffen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung eines magnetischen Aufzeichnungsmediums, das eine Verringerung der Schwebungshöhe des Magnetkopfes erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch ein magnetisches Aufzeichnungsmedium gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfinder haben erkannt, daß ein magnetisches Aufzeichnungsmedium mit einem großen Koerzitivkraft-Rechteckverhältnis und geringerer Schwebungshöhe des Magnetkopfes dadurch realisiert werden kann, daß der maximale Neigungswinkel optimiert wird, der bei einem magne­ tischen Aufzeichnungsmedium, dessen unmagnetische Grundplatte oberflächenstrukturiert ist, im Querschnitt von konkaven und konvexen Abschnitten gebildet wird.

Der maximale Neigungswinkel Θ ist wie folgt definiert. Es ist das Maximum von Winkeln, die von konkaven Abschnitten und konvexen Abschnitten in einem Querschnitt eines magnetischen Aufzeichnungsmediums längs der radialen Richtung gebildet werden.

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist der maximale Neigungswinkel Θ ausgedrückt durch die Strecke ΔX zwischen einem konkaven Abschnitt und dem benachbarten konvexen Abschnitt sowie der Höhe ΔZ des konvexen Abschnitts über dem konkaven Abschnitt, d. h.

Θ = tan^-1 (ΔZ/ΔX).

Es ist bevorzugt, daß die Neigungswinkel Θ ein Maximum aufweisen, das zwischen 1 und 6 Grad liegt. Noch besser ist es, wenn der maximale Neigungswinkel Θ zwischen 1 und 5 Grad liegt.

Die unmagnetische Grundplatte setzt sich weiter vorzugsweise aus einem unmagnetischen Substrat und einer Pufferschicht aus unmagnetischem Metall oder einer unmagnetischen Legie­ rung, die auf dem Substrat ausgebildet ist, zusammen. Für das unmagnetische Substrat der Grundplatte kann Glas, Keramik, Aluminium, Titan, Kohlenstoff, Silizium etc. verwendet werden. Von diesen ist eine Glasplatte am günstigsten, weil sie billig ist und eine große Ober­ flächenglätte aufweist. Die Strukturierung der Grundplatte kann durch das herkömmliche mechanische Polieren, durch Dünnfilmausbildung mittels Aufstäuben (Sputtern) oder Dampfab­ scheidung, durch Ätzen etc. erfolgen.

Bei dem magnetischen Aufzeichnungsmedium, dessen Grundplatte strukturiert ist, erhält man ein Koerzitivkraft-Rechteckverhältnis S* von 0,85 oder mehr durch Einstellung des oben defi­ nierten maximalen Neigungswinkels Θ innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 8,0 Grad. Durch Einstellen des maximalen Neigungswinkels Θ zwischen 1,0 und 6,0 Grad wird ein Koerzitiv­ kraft-Rechteckverhältnis S* von 0,9 oder mehr und eine Schwebungshöhe des Magnetkopfes von 2 µinch (ca. 50 nm) oder weniger ermöglicht. Das Koerzitivkraft-Rechteckverhältnis S* ist wie folgt definiert: S* = (a+b)/c (siehe Fig. 5). Es wird unter Anlegen eines externen magneti­ schen Feldes längs der Oberfläche der Magnetschicht in Umfangsrichtung des magnetischen Aufzeichnungsmediums gemessen.

Durch Ausbilden der unmagnetischen Pufferschicht auf dem unmagnetischen Substrat wird eine andernfalls zu befürchtende Beeinträchtigung der Magnetschicht verhindert. Die magneti­ schen Eigenschaften der Magnetschicht hängen von deren Kristallaufbau ab. Dieser wiederum wird von dem Kristallaufbau der Unterschicht beeinflußt, auf der die Magnetschicht ausgebildet wird. Sauerstoff kann bei Verwendung eines Sauerstoff enthaltenden Substrats wie einer Glas­ platte etc. in die Unterschicht eindringen und deren Kristallstruktur beeinflussen. Die Puffer­ schicht verhindert diesen Effekt. Als Ergebnis stellt sich eine hohe Koerzitivkraft ein, und die Genauigkeit der Strukturrauhigkeit läßt sich leicht verbessern.

Die Oberflächenrauhigkeit der Grundplatte setzt sich in den auf das Substrat auflaminierten Schichten selbst dann fort, wenn zur Abscheidung der aufeinanderfolgenden Schichten auf der Grundplatte nicht die herkömmliche Schrägabscheidung verwendet wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beili­ genden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des magnetischen Aufzeichnungsme­ diums gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 Darstellungen zur Erläuterung des maximalen Neigungswinkels Θ, wobei (a) eine Draufsicht auf das magnetische Aufzeichnungsmedium ist und (b) eine Schnittansicht längs der Linie A-A′ von (a),

Fig. 3 eine graphische Darstellung zum Vergleich der Koerzitivkraft-Rechteckverhältnisse S* eines magnetischen Aufzeichnungsmediums mit einer Grundplatte aus einem Glas­ substrat, einer Grundplatte aus dem Glassubstrat und einer Cr-Pufferschicht bzw. einer Grundplatte aus dem Glassubstrat und einer strukturieren Cr-Pufferschicht,

Fig. 4 die Abhängigkeit des Koerzitivkraft-Rechteckverhältnisses S* sowie der Schwe­ bungshöhe des Magnetkopfes von dem maximalen Neigungswinkel Θ,

Fig. 5 eine Magnetisierungskurve (Hysteresisschleife) des magnetischen Aufzeichnungsme­ diums und

Fig. 6 eine Schnittansicht eines magnetischen Aufzeichnungsmediums gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels des magnetischen Aufzeichnungsme­ diums gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 1 sind zur Bezeichnung gleicher Elemente dieselben Bezugszahlen wie in Fig. 6 verwendet, und die entsprechende Erläuterung wird hier nicht wiederholt. Obwohl der Aufbau des magnetischen Aufzeichnungsmediums nahezu mit dem bereits erläuterten übereinstimmt, ist die Oberflächenrauhigkeit des Aufzeichnungsme­ diums in der Figur nahezu die gleiche wie die Oberflächenrauhigkeit der unmagnetischen Grundplatte 1.

Das magnetische Aufzeichnungsmedium wird in den folgenden Schritten hergestellt. Eine unmagnetische Substratscheibe wird mit bestimmten Innen- und Außendurchmessern sowie bestimmter Dicke aus Glas herausgeschnitten. Die Oberfläche des Glassubstrats wird bis zu einem Mittenrauhwert Ra von 0,5 bis 1,5 nm spiegelpoliert. Die unmagnetische Grundplatte 1 erhält man durch Ausbilden der unmagnetischen Metallpufferschicht 1b mit einer Dicke von 50 nm durch Aufsputtern von Cr auf das Glassubstrat 1a. Dann wird die Oberfläche der Grund­ platte strukturiert. Der Strukturierungsprozeß ist wie folgt. Zunächst wird die Oberfläche der Grundplatte mit einem Positiv-Photoresistfilm einer Dicke von 400 nm mittels einer Schleuder­ beschichtungstechnik beschichtet. Dann wird der Photoresistfilm mittels eines Ar-Laserstrahls in konzentrischer Abtastung belichtet. Der Ar-Laserstrahl wird mit einer radialen Zufallsschritt­ weite zwischen 0,2 und 1 µm geführt und die Grundplatte 1 dabei so gedreht, daß die Geschwindigkeit des jeweils bestrahlten Punktes konstant 4 m/s beträgt. Die bestrahlten Teile werden durch Entwickeln des Photoresists während einer Eintauchzeit von 1 Minute in eine Entwicklerflüssigkeit entfernt. Dann wird die Oberfläche der Cr-Schicht mittels der Plasmaätz­ technik unter Anlegen eines RF-Vorspannungsfeldes (RF = Radiofrequenz) an die Grundplatte geätzt. Die Ätzbedingungen sind wie folgt:

Reaktionsgas:
CCL₄ (oder CF₄, O₂)
Gasströmungsrate:	100 sccm
Gasdruck:	8 Pa
Ätzzeit:	1 Minute.

Der Strukturierungsprozeß wird durch Entfernen der Photoresistschicht durch Eintauchen der Grundplatte 1 in ein Photoresistentfernungsmittel abgeschlossen.

Dann werden die 300 nm dicke unmagnetische Metallunterschicht 2 aus Cr, die 50 nm dicke Magnetschicht 3 mit 80 Atom-% Co, 14 Atom-% Cr und 6 Atom-% Pt und die 20 nm dicke Schutzschicht 4 aus amorphem Kohlenstoff oder diamantartigem Kohlenstoff nacheinander durch die Sputterungstechnik aufgeschichtet. Schließlich erhält man das magnetische Aufzeichnungsmedium von Fig. 1 durch Beschichten der Schutzschicht 4 mit der 2 nm dicken Schmierschicht 5 aus einem flüssigen Schmiermittel der Fluorkohlenstoffamilie. Die Bedingun­ gen zur Ausbildung der Cr-Pufferschicht sowie der Schichten von der Unterschicht 2 zur Schutzschicht 4 sind in Tab. 1 aufgeführt.

Fig. 3 ist eine Graphik, die die Koerzitivkraft-Rechteckverhältnisse S* verschiedener magneti­ scher Aufzeichnungsmedien miteinander vergleicht, nämlich einem solchen mit einer Grund­ platte aus einem Glassubstrat, einer weiteren mit einer Grundplatte aus dem Glassubstrat und einer Cr-Pufferschicht und schließlich einer solchen mit einer Grundplatte aus dem Glassubstrat und einer strukturierten Cr-Pufferschicht. Wie aus Fig. 3 deutlich erkennbar, nimmt das Koerzi­ tivkraft-Rechteckverhältnis S* durch das Vorsehen der Cr-Pufferschicht erheblich zu. Obwohl die Koerzitivkraft des magnetischen Aufzeichnungsmediums, das die Glasgrundplatte verwen­ det, kaum erhöht wird, weil die Glasgrundplatte Sauerstoff enthält, ist die Koerzitivkraft des magnetischen Aufzeichnungsmediums, das die Magnetschicht und deren Unterschicht von dem Sauerstoff mittels der Cr-Pufferschicht isoliert, erhöht. Durch Strukturierung der Cr-Puffer­ schicht wird das Koerzitivkraft-Rechteckverhältnis S* vergrößert und sein Schwankungsbereich verringert.

Fig. 3 beruht auf einem maximalen Neigungswinkel der Strukturierung von 3 Grad. Fig. 4 zeigt die Änderungen des Koerzitivkraft-Rechteckverhältnisses S* und der Schwebungshöhe d des Magnetkopfes mit dem maximalen Neigungswinkel Θ. In Fig. 4 ist der maximale Neigungswin­ kel Θ, der von den konkaven und konvexen Abschnitten im Querschnitt der Grundplatte gebil­ det wird, von 0 bis 20 Grad während des Strukturierungsprozesses dadurch variiert, daß die Bestrahlung mit dem Ar-Laserstrahl gesteuert wird, was die Belichtungsbreite durch Änderung der Laserleistung einschließt, sowie durch Steuerung der Ätztiefe durch Änderung der RF- Vorspannungsleistung. Die Laserleistung und die RF-Vorspannungsleistung wurden wie folgt geändert:

Ar-Laserleistung:
von 1 bis 7,5 mW
RF-Vorspannungsleistung	von 0 bis 300 W

Wie Fig. 4 deutlich zeigt, beträgt das Koerzitivkraft-Rechteckverhältnis S* 0,85 oder mehr, wenn der maximale Neigungswinkel Θ zwischen 0,5 und 8 Grad liegt. Das Koerzitivkraft- Rechteckverhältnis S* wird weiter auf mehr als 0,9 verbessert, wenn der maximale Neigungs­ winkel Θ zwischen 1 und 6 Grad liegt. Ein maximaler Neigungswinkel von 5 Grad oder weniger ist erforderlich, um die Schwebungshöhe des Magnetkopfes unter 2 µinch (ca. 50 nm) zu senken. Durch Einstellen des maximalen Neigungswinkels Θ zwischen 1 und 5 Grad können daher ein Koerzitivkraft-Rechteckverhältnis S* von mehr als 0,9 und eine Schwebungshöhe d des Magnetkopfes von weniger als 2 µinch realisiert werden.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert wurde, das eine Grundplatte verwendet, die ein mit der Cr-Schicht beschichtetes Glassubstrat umfaßt, wird die Optimierung des maximalen Neigungswinkels nicht von dem Substratmaterial beeinflußt. Eine Keramikplatte, eine Aluminiumplatte, eine Titanplatte, eine Carbonplatte, eine Siliziumplatte etc. können als das unmagnetische Substrat verwendet werden. Metalle wie Ti, Si, Cu, Ta, Zr, W etc. und ihre Legierungen wie Ni-P, Al-Cu, Al-Ti etc. können anstelle von Cr für die nicht­ magnetische Schicht verwendet werden.

Wie voranstehend beschrieben, zeichnet sich die vorliegende Erfindung, die den maximalen Neigungswinkel, der von den konkaven und konvexen Abschnitten auf dem Querschnitt des magnetischen Aufzeichnungsmediums gebildet wird, innerhalb eines speziellen Bereiches einstellt, durch die folgenden Wirkungen aus:

Ein magnetisches Aufzeichnungsmedium hoher Speicherdichte und großer Speicherkapazität wird durch Erhöhen des Koerzitivkraft-Rechteckverhältnisses S* auf mehr als 0,85 erhalten, indem der maximale Neigungswinkel innerhalb des Bereiches von 0,5 bis 8,0 Grad eingestellt wird.

Durch weiteres Beschränken des maximalen Neigungswinkels auf einen Bereich zwischen 1 und 6,0 Grad, wird das Koerzitivkraft-Rechteckverhältnis S* weiter auf mehr als 0,9 verbessert. Die Schwebungshöhe des Magnetkopfes wird dadurch auf weniger als 2 µinch verringert, daß der maximale Neigungswinkel auf den Bereich von 1 bis 5,0 Grad eingestellt wird, was mit der Verbesserung des Koerzitivkraft-Rechteckverhältnisses S* einhergeht. Daher werden bei Spei­ chereinrichtungen wie Plattenspeichern etc., die das magnetische Aufzeichnungsmedium gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden, die Bitlänge verkürzt und die Spurbreite verrin­ gert, so daß sich eine hohe Speicherdichte mit geringem Geräusch bzw. geringer Störung ergibt.

Dadurch, daß die unmagnetische Pufferschicht auf dem unmagnetischen Substrat ausgebildet wird, wird, wie ausgeführt, die Magnetschicht nicht von Sauerstoff beeinflußt, selbst wenn ein Sauerstoff enthaltendes Substrat wie etwa eine Glasplatte etc. verwendet wird. Als Folge davon, wird eine hohe Koerzitivkraft realisiert, und die Genauigkeit der Strukturierungsrauhig­ keit wird leicht sichergestellt.

Durch Verwendung der Grundplatte, die eine Oberflächenstruktur aufweist, werden die nach­ folgenden Schichten vertikal auf der Grundplatte abgeschieden, wodurch eine Verlängerung der Zeit zur Herstellung des magnetischen Aufzeichnungsmediums vermieden wird.

Claims (4)

1. Magnetisches Aufzeichnungsmedium, umfassend:
eine unmagnetische Grundplatte (1), deren Oberfläche strukturiert ist,
eine unmagnetische Metallunterschicht (2), die auf der Grundplatte (1) ausgebildet ist,
eine Dünnfilm-Magnetschicht (3), die auf der Metallunterschicht (2) ausgebildet ist, und
eine Schutzschicht (4), die auf der Dünnfilm-Magnetschicht (3) ausgebildet ist,
wobei das Maximum von Neigungswinkeln, die von konkaven Abschnitten und konvexen Abschnitten auf einem Querschnitt des magnetischen Aufzeichnungsmediums gebil­ det werden, zwischen 0,5 und 8 Grad liegt.

2. Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, bei dem das Maximum der Neigungswin­ kel zwischen 1 und 6 Grad liegt.

3. Aufzeichnungsmedium nach Anspruch 1, bei dem das Maximum der Neigungswin­ keln zwischen 1 und 5 Grad liegt.

4. Aufzeichnungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die unmagneti­ sche Grundplatte (1) sich aus einem unmagnetischen Substrat (1a) und einer Pufferschicht (1b) aus einem unmagnetischen Metall oder einer unmagnetischen Metallegierung, die auf dem Substrat ausgebildet ist, zusammensetzt.