JP2010049782A - 薄膜記憶媒体用パーフルオロポリエーテル潤滑薄膜 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気記録媒体用の耐久性、下地層への潤滑膜の固着、及び耐摩耗性に優れた潤滑膜を提供すること。
【解決手段】基板上に磁気記録層を形成すること、該磁気記録層上に保護オーバーコート層を形成すること、該保護オーバーコート層の表面をパーフルオロシクロアルカン及び酸素を含む雰囲気に暴露すること、及び該パーフルオロシクロアルカンをプラズマ強化化学気相成長法を用いて重合して、該保護オーバーコート層上にパーフルオロポリエーテル含有層を堆積すること、を含む磁気記録媒体の製造方法。
【選択図】図４

Description

磁化可能な媒体を有する磁気ディスクは、ほとんど全てのコンピュータシステムのデータ記憶用に用いられている。現在の磁気ハードディスクドライブは、ディスク表面のほんの数ナノメートル上にある読み書きヘッドを使用して、かなり高速、概して１秒あたり数メートルで動作する。動作の際、読み書きヘッドはディスクに接触し得るため、摩耗及び摩擦を低減するためにディスク表面に潤滑剤の層がコーティングされている。

図１（ａ）はディスク記録媒体、及び水平方向と垂直方向との記録の違いを示すディスクの断面を表す。図１（ａ）は非磁性ディスクの一側面を示すが、磁気記録層は、図１（ａ）の非磁性アルミニウム基板の両面にスパッタで蒸着されている。また、図１（ａ）はアルミニウム基板を示すが、他の実施態様はガラス、ガラス−セラミック、ＮｉＰ／アルミニウム、金属合金、プラスチック／ポリマー材料、セラミック、ガラス−ポリマー、複合材料、または他の非磁性材料から作られた基板を含む。

水平記録ディスク媒体が図１（ｂ）に示され、概して、非磁性基板１０であって、当該基板の両面上に連続的に堆積されている例えばクロム（Ｃｒ）またはＣｒ合金のような下地層１１、１１’、概してコバルト（Ｃｏ）系合金を含む磁性層１２、１２’、及び概してカーボンを含む保護オーバーコート１３、１３’を有する非磁性基板１０を含む。代表的な実施態様には、潤滑トップコート１４、１４’を保護オーバーコートに固着させることも含まれる。Ｃｏ系合金磁性層は通常、多結晶ＣｒまたはＣｒ合金下地層上にエピタキシャル成長した多結晶を含む。

垂直記録ディスク媒体は図１（ｂ）に示した水平記録媒体と同様であるが、Ｃｒ含有下地層を含まない。

一般に、潤滑剤は、潤滑剤を含む槽にディスクを浸漬することによって、ディスク表面に適用される。上記槽は概して潤滑剤と、通常、粘稠なオイルである潤滑剤のコーティング特性を改良するコーティング溶媒とを含む。ディスクは槽から取り出され、そしてディスクの表面に潤滑剤の層を残すように、溶媒が蒸発させられる。

ハードディスク上の潤滑膜は、カーボンオーバーコートの摩耗を防ぐことによって、下地磁性合金の保護を提供する。加えて、潤滑膜はオーバーコートと組み合わせて機能して下地磁性合金の腐食防止効果を有する。

ハードディスクの機械的信頼性は、薄膜記憶媒体の耐久性に依存する。面記憶密度を改良するために読み書きヘッドと回転ディスクとの間の間隔を積極的に小さくする場合、媒体は、例えば弱い耐久性、深刻なルブリカントピックアップ、及び管理し難いスティクション／フリクションのような技術的困難性に直面する。潤滑化はこれらの困難性を克服する上での重要な役割を担う。固体潤滑膜がルブリカントピックアップを防止するため、そしてスティクションの減少のために用いられてきた。さらに、固体潤滑膜の低揮発性が固体潤滑膜を熱アシスト磁気記録（ＨＡＭＲ）用に魅力的なものとする。しかしながら、固体潤滑膜に関する主な技術的課題は、弱い耐久性及び下地層への潤滑膜の弱い固着である。スパッタされたテフロン（登録商標）及びディップ潤滑された固体潤滑膜を含む既知の固体潤滑膜は、潤滑化後の例えばバフ研磨、ワイピング、及びバニッシングのような工業標準の工程の際に失われる。

ディスク表面上に固体潤滑薄膜を調製する１つの方法は、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）を使用する。フルオロカーボン薄膜のＰＥＣＶＤは通常、高度に架橋されたポリマーを製造する。例えば、図３はトリフルオロメタンのＰＥＣＶＤ重合の模式図を示す。

しかしながら、高度に架橋されたパーフルオロカーボンは、外部せん断応力を緩和する分子運動性をほとんど有さないその剛直な化学構造に起因して弱い耐摩耗性を有する。潤滑化後の工程の後及びコンタクト・スタート・ストップ（ＣＳＳ）試験後に、媒体上にスクラッチ及び摩耗が概して観察される。

本発明は、プラズマ強化化学気相成長法により堆積されたパーフルオロエーテルを含む固体潤滑膜を有する磁気記録媒体に関係し、パーフルオロエーテルは重合されたパーフルオロシクロアルカンである。

一実施態様によれば、プラズマ強化化学気相成長により堆積されたパーフルオロポリエーテルは下記：

を含む。

他の実施態様では、パーフルオロシクロアルカンは３〜１０個の炭素原子を含む。さらに他の実施態様では、パーフルオロシクロアルカンはオクタフルオロシクロブタンである。

磁気記録媒体はまた、磁気記録層及び磁気記録層上の保護オーバーコート層を含み、固体潤滑膜が保護オーバーコート層上に位置する。

本発明はまた、Ｃ、Ｆ、及びＯを含むポリマーを含む固体潤滑膜を有する磁気記録媒体に関係し、ポリマーは重合されたパーフルオロシクロアルカンである。

本発明はまた、基板上に磁気記録層を形成すること、磁気記録層上に保護オーバーコート層を形成すること、保護オーバーコート層の表面をパーフルオロシクロアルカン及び酸素を含む雰囲気に暴露すること、及び保護オーバーコート層上にパーフルオロポリエーテル含有層を堆積することを含む磁気記録媒体の製造方法を提供する。雰囲気は炭化水素をさらに含んでもよい。

一実施態様によれば、酸素は約１％〜約３０％の量で雰囲気中に存在する。他の実施態様によれば、酸素及び炭化水素は約１％〜約３０％の合計量で雰囲気中に存在する。他の実施態様では、雰囲気が約２０℃〜約１５０℃の温度で保持される。さらに他の実施態様では、雰囲気が約０．１〜約１０トールの圧力で保持される。

本発明を実施するために考えられるベストモードの例示によって、本発明の好ましい実施態様のみについて図示されそして記載される次の詳細な説明から、本発明のさらなる利点が当業者に容易に明らかになるだろう。理解されるように、本発明は他の及び様々な実施態様が可能であり、そして本発明の範囲から逸脱することなく、その細部は各種の明らかな観点、全てにおいて変更が可能である。したがって、図面及び明細書は、事実上、実例としてみなされるべきであり、限定的なものとしてみなされるべきではない。

本発明は、添付の図面とともに詳細な説明を参照することでより良く理解されるだろう。

ディスク記録媒体、並びに水平記録及び垂直記録を表すディスクの断面を示す。 従来の水平記録ディスク媒体の模式図を示す。 磁気記録媒体を製造するためのインライン工程を示す。 トリフルオロメタンから架橋されたフルオロポリマーへのＰＥＣＶＤ重合の模式図を示す。 酸素の存在下におけるオクタフルオロシクロブタンから最小限に架橋されたパーフルオロポリエーテルへのＰＥＣＶＤ重合の模式図を示す。 潤滑化後の工程の後のディスク表面の粒子数を示す。

本発明は基板、特に記録媒体（記録ディスク）を、本明細書では「潤滑剤（ｌｕｂｅ）」とも言う固体潤滑剤（ｌｕｂｒｉｃａｎｔ）でコーティングする方法を対象とする。潤滑剤は概して液体であり、数百ダルトン〜数千ダルトンの範囲の分子量の成分を含む。

磁気記録媒体を製造するためのインライン工程を図２に模式的に示す。ディスク基板は、ヒーターから下部シード層の堆積ステーションに続けて送られ、そして下部シード層がディスク基板上に形成される。次いで、ディスク基板がシード層、概してＮｉＡｌを堆積するためのシード層ステーションに送られる。下部シード層及びシード層の堆積後に、上記ディスク基板が、下地層が堆積される下地層堆積ステーションを通される。次いで、ディスクが磁性層堆積ステーション、次いで、保護カーボンオーバーコート堆積ステーションに移される。最後に上記ディスクが潤滑膜堆積ステーションに通される。

ディスクのほとんど全ての製造は、雰囲気中のほこりの量が非常に少なく保たれているクリーンルームで行われ、そして厳しく制御され監視される。ディスク基板は輸送カセットに詰められてディスク製造場所に送られる。所定の種類の媒体については、ディスク基板は研磨されたニッケルがコーティングされた表面を有する。基板は好ましくは、１つの工程から他の工程に移動されるプロセスカセットに移される。好ましくは、人間が接触することによる汚染を防止するために、カセットは１つの部屋から他の部屋に自動誘導運搬車で移動される。

データを記録するためのディスクを調製する第１ステップは、硬質粒子スラリーを基板の研磨表面に適用することによる機械的テクスチャリング、及び円周方向に動作するディスクに適切なテープ材料を利用して周囲にテクスチャの溝を形成することである。この基板の処理は好ましい下地層の結晶配向の堆積を助け、続いて、基板上への磁気記録材料の優先的な成長を助ける。テクスチャリング工程の際、少量の基板材料がディスクの表面から取り除かれ、そしてそこに残留する。これを除去するために、基板が通常は洗浄される。また、記録媒体の非磁性基板の表面を研磨するための技術が、洗浄処理を必要とするスラリー研磨を用いる。このようにディスク基板がテクスチャリング及び研磨の後に洗浄される。しかしながら、洗浄欠陥が主な欠陥発生要因（ｔｏｐ ｙｉｅｌｄ ｄｅｔｒａｃｔｏｒ）の１つとなり得る。

次いで、基板の最終のクリーニングが一連の超音波、メガソニック、及びクイック・ダンプ・リンス（ＱＤＲ）ステップを用いて行われる。最終のクリーニングの終わりに、基板が超清浄な表面を有し、そして基板上に磁性媒体層を堆積する準備が整う。好ましくは、堆積はスパッタによって行われる。

スパッタはおそらく、記録媒体を作り出す全工程の中で最も重要なステップである。２つのタイプのスパッタ：通過式スパッタ及び静止式スパッタがある。通過式スパッタでは、ディスクが真空チャンバーの内部を通過するが、そこでは、基板上に１以上の層として堆積される磁性及び非磁性材料をディスクと衝突させる。静止式スパッタはより小さい機械を用い、そしてそれぞれのディスクが取り上げられ、個々にスパッタされる。

スパッタ層は、スパッタリング装置に搭載されている、ボム（ｂｏｍｂ）と呼ばれるものの中で堆積される。ボムは両側にターゲットを有する真空チャンバーである。基板をボムの中に持ち上げ、そしてスパッタ材料を衝突させる。

スパッタは、スパッタの後のディスクにおいていくらかの微粒子の形成をもたらす。これらの微粒子は、ヘッドと基板との間にスクラッチをもたらさないことを確保するために除去される必要がある。したがって、潤滑剤が基板上の最上層の１つとして基板表面に適用されることが好ましい。

潤滑剤が適用されるとすぐに、上記基板はバフ研磨／バニッシング段階に移り、スピンドルを選択的に回転させながら基板が研磨される。バフ研磨／バニッシングの後、ディスクがワイピングされて、そして清浄な潤滑剤が均一に表面上に適用される。

続いて、ディスクが調製されて、そして３段階のプロセスを通して品質が検査される。第１に、バーニッシュヘッドがディスク表面を通過し、いずれの段差（技術用語として言えば凹凸）も除去する。次いで、グライドヘッドが、残った段差がないかチェックしながらディスク上を通り過ぎる。最後に、サーティファイヘッドが製造欠陥について表面をチェックして、そしてまた基板の磁気記録性能も測定する。

本発明は、磁気記録媒体のカーボンオーバーコートの最上部にプラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）を用いて潤滑薄膜を調製する方法を含む。固体、液体、及び気体が物質の状態であるのと同様に、プラズマは物質の状態であり、特にイオン化したガスである。すなわち、電子が失われることによって電荷が与えられたガスである。

本願発明者らは、例えばトリフルオロメタンのような従来のフルオロカーボン前駆体が、ＰＥＣＶＤ法で不規則に架橋され得ることを認識した。そのような不規則な反応を最小化するために、本発明は、プラズマ条件下で選択的に切断することができる特定の化学結合を含むパーフルオロシクロアルカン前駆体を用いることを含む。シクロアルカンのＣ−Ｃ結合は、Ｃ−Ｆ結合よりも切断されやすい。プラズマの出力を注意深く制御すれば、堆積プロセスの際にほとんどのＣ−Ｆ結合を損なわずに保つことが可能である。

プラズマ重合法は、例えばオクタフルオロシクロブタンのようなパーフルオロシクロアルカン前駆体、及び少量の酸素を用いる。得られる膜は非常に低い表面エネルギー、潤滑膜化後の工程に対して良好なスクラッチ耐性、並びに良好な浮上性及びＣＳＳ耐久性を有する。

図４は、本発明の固体潤滑膜を形成するための酸素の存在下におけるオクタフルオロシクロブタンのプラズマ重合を示す。得られたポリマーは最小限にのみ架橋されている。

図４に示したプラズマ反応の際の酸素の存在が、表面の膜をエッチングし得る極めて活性な酸素ラジカル及びイオンを生成する。酸素プラズマの反応性を低減するために、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、及びヘキサンのような炭化水素ガスが安定剤としてプラズマ系に加えられてもよい。炭化水素安定剤の量を制御することによって、エッチングが完全に抑制され得る。

パーフルオロシクロアルカン、酸素、及び所望による炭化水素安定剤のプロセス流量は、プラズマ系に依存する。プラズマプロセスチャンバー内で組み合わされた酸素及び任意の炭化水素安定剤は約１％〜約３０％の範囲で制御される。プロセス温度は約２０℃〜約１５０℃の範囲であり、圧力は約０．１〜約１０トールの範囲である。

プラズマ系の温度が約１５０℃よりも高い場合、パーフルオロポリエーテル潤滑膜が分解する傾向がある。堆積膜の急速な表面エネルギーの増加が、プロセスの温度が約１５０℃を上回る場合にみられる。

より大きなシクロアルカン環を有するパーフルオロシクロアルカン前駆体を選択することによって、架橋の割合をさらに減少することができる。例えば、オクタフルオロシクロブタンのプラズマ重合は概してヘキサフルオロシクロプロパンよりも少ない架橋を作る。パーフルオロシクロアルカン前駆体中の好ましい炭素数は３〜１０である。

本発明にしたがって調製された固体潤滑膜は非常に低い表面エネルギーを有する。例えば、従来の適用された潤滑膜の水接触角（ＷＣＡ）が８０〜９０°であるのに対して、本発明による堆積膜の水接触角は１１０°の大きさであることができる。

本発明の固体潤滑膜はまた次の望ましい特性を有する。上記膜は、蒸発することがあるまたは速い回転下でディスクを振り落とすことがある溶媒または液体を含まない。また、液体潤滑剤はディスクドライブの読み書きヘッドによって持ち上げられることがあるが、固体潤滑剤を使用すればこの問題を防ぐことができる。最後に、ディスクの高速回転下では、固体潤滑剤は液体潤滑剤で起こりえるようなリップルを形成しないだろう。

これらの潤滑化後の工程を受けた記録媒体はより低い粒子数を示す。図５は堆積後、バフ／ワイプ後、及びバニッシング後のディスク表面の粒子の量を比較する。

本発明にしたがって調製されたＰＥＣＶＤ膜は優れた浮上性及びＣＳＳ耐久性を実証する。固着界面は、読み書きヘッドを内径から外径に掃引することを含む４日間の浮上試験を耐え抜き、そしてまた２０，０００回のＣＳＳサイクルも耐え抜いた。

本出願では、「含む」の用語は、材料が、「含む」の用語に続く元素または化合物を含むことを意味するが、当該材料は他の元素及び化合物をさらに含むことができる。本出願は、明細書及び図面にいくつかの数値範囲を開示する。たとえ正確な範囲の限定が明細書中に一語一句述べられていなくても、開示された数値範囲は開示された数値範囲内の任意の範囲または値を本質的にサポートする。なぜならば、開示された数値範囲にわたって本発明を実施することができるからである。

上述の記載は、当業者が本発明を作製及び使用することができるようにするために示され、そして特定の用途及びその要求に関連して提供される。好ましい実施態様への様々な変更が当業者に容易であり、そして本明細書に定義される一般的原理が、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく他の実施態様及び用途に適用されてもよい。したがって、本発明は示された実施態様に限定されることを意図していないが、本明細書に開示した原理及び特徴と一致した最も広い範囲が認められるべきである。最後に、本出願で参照された特許及び公開公報の開示全体が、参照することにより本明細書に組み込まれる。

Claims (20)

1. プラズマ強化化学気相成長により堆積されたパーフルオロポリエーテルを含む固体潤滑膜を含む磁気記録媒体であって、該パーフルオロポリエーテルが重合されたパーフルオロシクロアルカンである磁気記録媒体。
2. 該プラズマ強化化学気相成長により堆積されたパーフルオロポリエーテルが下記：
   

   

   を含む、請求項１に記載の磁気記録媒体。
3. 該パーフルオロシクロアルカンが３〜１０個の炭素原子を含む、請求項１に記載の磁気記録媒体。
4. 該パーフルオロシクロアルカンがオクタフルオロシクロブタンである、請求項１に記載の磁気記録媒体。
5. 磁気記録層及び該磁気記録層上の保護オーバーコート層をさらに含み、該固体潤滑膜が該保護オーバーコート層上に位置する、請求項１に記載の磁気記録媒体。
6. Ｃ、Ｆ及びＯを含むポリマーを含む固体潤滑膜を含む磁気記録媒体であって、該ポリマーが重合されたパーフルオロシクロアルカンである磁気記録媒体。
7. 該ポリマーが下記：
   

   

   を含む、請求項６に記載の磁気記録媒体。
8. 該ポリマーが３〜１０個の炭素原子あたり１つの酸素を含む、請求項６に記載の磁気記録媒体。
9. 該パーフルオロシクロアルカンがオクタフルオロシクロブタンである、請求項６に記載の磁気記録媒体。
10. 磁気記録層及び該磁気記録層上の保護オーバーコート層をさらに含み、該固体潤滑膜が該保護オーバーコート層上に位置する、請求項６に記載の磁気記録媒体。
11. 基板上に磁気記録層を形成すること；
    該磁気記録層上に保護オーバーコート層を形成すること；
    該保護オーバーコート層の表面をパーフルオロシクロアルカン及び酸素を含む雰囲気に暴露すること；及び
    該保護オーバーコート層上にパーフルオロポリエーテル含有層を堆積すること、
    を含む磁気記録媒体の製造方法。
12. 該パーフルオロシクロアルカンが３〜１０個の炭素原子を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 該パーフルオロシクロアルカンがオクタフルオロシクロブタンである、請求項１１に記載の方法。
14. 該パーフルオロポリエーテル含有層が下記：
    

    

    を含むポリマーを含む、請求項１１に記載の方法。
15. 該パーフルオロポリエーテル含有層が、３〜１０個の炭素原子あたり１つの酸素を含む、請求項１１に記載の方法。
16. 該酸素が約１％〜約３０％の量で該雰囲気中に存在する、請求項１１に記載の方法。
17. 該雰囲気が炭化水素をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
18. 該酸素及び炭化水素が約１％〜約３０％の合計量で該雰囲気中に存在する、請求項１７に記載の方法。
19. 該雰囲気が約２０℃〜約１５０℃の温度で保持される、請求項１１に記載の方法。
20. 該雰囲気が約０．１〜約１０トールの圧力で保持される、請求項１１に記載の方法。

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