KR100287262B1 - 자기기록매체, 그 제조방법 및 자기기억장치 - Google Patents

Abstract

컴퓨터의 보조기억장치 등에 사용하는 자기기억장치, 그 자기기억장치에 사용하는 자기기록매체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 자성막의 배향성을 향상시키고 자성막의 결정입자의 미세화와 균일화를 도모하며 저노이즈화를 달성하기 위해, 기판, 기판상에 배치된 제1 하지막, 제1 하지막상에 직접 배치된 제2 하지막 및 제2 하지막상에 배치된 자성막을 갖고, 제1 하지막 및 제2 하지막의 계면에 산소량이 많은 클러스터가 분산되어 있는 자기기록매체, 자기기록매체의 각 면에 대응해서 마련되고 기록부와 재생부로 이루어지는 자기헤드, 자기기록매체와 자기헤드의 상대적인 위치를 변화시키기 위한 구동부, 자기헤드를 원하는 위치에 위치결정하는 자기헤드 구동부 및 자기헤드로의 신호입력과 자기헤드로부터의 출력신호재생을 실행하기 위한 기록재생신호처리계로 구성하였다.

이러한 구성으로 하는 것에 의해, 매체노이즈의 저감, 보자력 중대 등의 효과를 얻을 수 있으며, 자기기록매체를 용이하게 제조할 수 있고, 높은 기록밀도를 얻을 수 있게 된다.

Description

자기기록매체, 그 제조방법 및 자기기억장치

본 발명은 컴퓨터의 보조기억장치 등에 사용하는 자기기억장치, 그 자기기억장치에 사용하는 자기기록매체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

정보화사회의 진행에 따라 일상적으로 취급하는 정보량은 증가의 일로를 걷고 있다. 이에 따라, 자기기억장치에 대한 고 기록밀도, 대 기억용량화의 요구가 강해지고 있다. 종래의 자기헤드에는 자속의 시간적 변화에 따른 전압변화를 이용한 전자유도형 자기헤드가 사용되고 있었다. 이것은 1개의 헤드에 의해 기록과 재생을 모두 실행하는 것이다. 이에 대해서, 근래 기록용과 재생용의 헤드를 별도로 하고, 재생용 헤드에 의해 고감도의 자기저항효과형 헤드를 이용한 복합형 헤드의 채용이 급속히 진행되고 있다. 자기저항효과형 헤드라는 것은 헤드소자의 전기저항이 자기기록매체로부터의 누설자속의 변화에 따라서 변화하는 것을 이용한 것이다. 또, 여러개의 자성층을 비자성층을 거쳐서 적층한 형태의 자성층에서 발생하는 매우 큰 자기저항변화(거대 자기저항효과 또는 스핀벌브효과)를 이용한 더욱 고감도의 헤드의 개발도 진행되고 있다. 이것은 비자성충을 거친 여러개의 자성층의 자화의 상대적 방향이 매체로부터의 누설자계에 의해 변화하고, 이것에 의해서 전기저항이 변화하는 것을 이용하는 것이다.

현재, 실용화되고 있는 자기기록매체에서는 자성 막으로서 Co-Cr-Pt, Co-Cr-Ta, Co-Ni-Cr 등 Co를 주성분으로 하는 합금이 사용되고 있다. 이들 Co합금은 c축방향을 자화용이축으로 하는 육방정구조(hcp구조)를 채용하므로, 자화를 자성막면내에서 반전시켜 기록하는 면내자기기록매체로서는 이 Co합금의 c축이 면내방향을 취하는 결정배향 즉(11. 0)배향이 바람직하다. 그러나, 이(11. 0)배향은 불안정하므로 기판상에 직접 Co합금을 형성해도 일반적으로는 이와 같은 배향은 발생하지 않는다.

그래서, 체심입방구조(bcc구조)를 취하는 Cr(100)면이 Co(11. 0)면과 정합성이 좋은 것을 이용해서(100)배향한 Cr의 하지막을 먼저 기판상에 형성하고, 그 위에 C0합금자성막을 에피택셜 성장시키는 것에 의해서 Co합금자성 막의 c축이 면내방향을 향한(10. 0)배향을 채용하게 하는 방법이 사용되고 있다. 또, Co합금자성막과 Cr하지막 계면에서의 결정격자정합성을 더욱 향상시키기 위해 Cr에 제2 원소를 첨가하고, Cr하지막의 격자간격을 증가시키는 방법이 사용되고 있다. 이것에 의해서 Co(11. 0)배향이 더욱 증대하여 보자력을 증가시킬 수 있다 이와 같은 예로서 V, Ti 등을 첨가하는 예가 있다.

또, 고기록밀도화에 필요한 요소로서는 자기기록매체의 고보자력화와 함께 저노이즈화를 들 수 있다. 상기와 같은 자기저항효과형 헤드는 재생감도가 매우 높기 때문에 고밀도기록에 적합하지만, 자기기록매체로부터의 재생신호뿐만 아니라 노이즈에 대한 감도도 동시에 높아진다. 이 때문에, 자기기록매체에는 종래 이상으로 저노이즈화가 요구된다. 매체노이즈를 저감시키기 위해서는 자성막중의 결정입자를 미세화하여 결정입자직경을 균일화하는 것 등이 효과적이라는 것이 알려져 있다.

또, 자기디스크매체에 대한 중요한 요구로서 내충격성의 향상을 들 수 있다.

특히, 근래 노트 퍼스널컴퓨터 등의 휴대형 정보기기에 자기디스크장치가 탑재되게

되고, 신뢰성 향상의 관점에서 이 내충격성 향상은 매우 중요한 과제로 되고 있다. 종래의 표면에 Ni-P도금을 실시한 Aℓ합금기판 대신에 표면을 강화처리한 유리기판 또는 결정화 유리기판을 사용하는 것에 의해, 자기디스크매체의 내 충격성을 향상시킬 수 있다. 유리기판은 종래의 Ni-P도금 Aℓ합금기판에 비해 표면이 평활하므로, 자기헤드와 자기기록매체의 부상 공간을 작게 하는데 있어서 유리하며, 고기록 밀도화에 적합하다. 그러나, 유리기판을 사용한 경우, 기판과의 밀착성 불량이나 기판중으로부터의 불순물이온 또는 기판표면의 흡착가스가 Cr합금하지막중으로 침입하는 등의 문제가 발생하고 있다. 이들에 대해서는 유리기판과 Cr합금하지막 사이에 각종 금속막, 합금막, 산화물 막을 형성하는 등의 대책이 이루어져 있다.

또한, 이들에 관련된 기술로서는 일본국 특허공개공보 소화 62-293511호, 일본국 특허공개공보 평성 2-29923호, 일본국 특허공개공보 평성 5-135343호를 들 수 있다.

매체노이즈의 저감에는 상기와 같이 자성막중의 결정입자의 미세화, 균일화가 유효하다는 것이 알려져 있다. 그러나, 상기 종래기술을 사용해서 기록밀도 1평방인치당 900메가비트정도의 자기기록매체와 고감도의 자기저항효과형 헤드를 조합해서 자기디스크장치를 시험 제작해보면, 1평방인치당 1기가비트정도 또는 그 이상의 기록밀도가 얻어질 정도의 충분한 전자변환특성이 얻어졌다. 특히, 자기기록매체의 기판으로서 유리기판을 사용한 경우에 높은 선 기록밀도 영역에서의 전자변환특성이 나쁘다는 결과가 얻어졌다. 이 원인을 조사한 결과, 유리기판상에 직접 또는 상기 공지예에 개시된 각종 금속 또는 그들 합금을 거쳐서 형성된 Cr합금하지막은 Ni-P도금 Aℓ합금기판상에 형성된 경우일 수록 강하게(100)배향되어 있지 않았다. 이 때문에, Co합금자성막의 (11. 0) 이외의 결정면이 기판과 평행하게 성장하여 자화용이축인 c축의 면내배향도가 작아져 있었다. 이것에 의해, 보자력이 저하하고 높은 선 기록밀도에서의 재생출력이 저하하고 있었다. 또, 유리기판을 사용한 경우에는 자성막의 결정입자가 Aℓ합금기판을 사용한 경우에 비해 팽대화하고 있고 결정입자의 입자직경분산도 70%∼30%정도 크게 되어 있었다. 이 때문에 매체노이즈가 증대하고 전자변환특성이 열화하였다. 또, 일본국 특허공개공보 평성 4-153910호에 개시된 비정질 또는 미세결정막을 유리기판과 하지막 사이에 형성하더라도 자성막의 결정입자직경은 어느 정도 작아지는 경우도 있지만 충분하지는 않았다. 또, 입자직경분포의 저감에 대해서는 거의 효과가 나타나지 않고 양호한 자성변환특성이 얻어지지 않았다.

본 발명의 제1의 목적은 자성막의 배향성을 향상시키고 자성막의 결정입자의 미세화와 균일화를 도모하고, 저노이즈의 자기기록매체를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2의 목적은 그와 같은 자기기록매체의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제3의 목적은 고 기록밀도의 자기기억장치를 제공하는 것이다.

제1도는 본 발명의 실시예 1에 의한 자기기록매체의 모식적 단면사시도.

제2도는 본 발명의 자기기록매체의 막형성장치의 1예를 도시한 모식도.

제3도는 본 발명의 자기기록매체의 다층하지막 형성시의 조건에 대한 활성화 체적과 자기모멘트의 곱의 관계도.

제4도는 본 발명의 자기기록매체의 제1 하지막상에 형성된 클러스터의 TEM 사진의 모식도.

제5도는 본 발명의 자기기록매체의 실시예 1 및 비교예의 자기기록매체의 X선 회 절패턴도.

제6도는 본 발명의 자기기억장치의 실시예 1의 평면모식도 및 단면모식도.

제7도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 자기기록매체의 모식적 단면사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 기판 21 : 준비실

22 : 제1 하지막 형성실 23 : 가열실

24 : 산화실 25 : 제2 하지막 형성실

26 : 자성막 형성실 27a∼27d : 보호막 형성실

28 : 추출실 29 : 메인챔버

40 : 기판 41, 41 : 제1 하지막

42, 42' : 제2 하지막 43, 43' : 자성막

44, 44' : 보호막 45, 45' : 윤활막

61 : 자기헤드 62 : 자기헤드 구동부

63 : 기록재생신호처리계 64 : 자기기록매체

65 : 구동부

상기 제1의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 자기기록매체는 기판상에 직접 또는 제3 하지막을 거처서 제1 하지막을 배치하고, 제1 하지막상에 제2 하지막을 직접 배치하고, 제2 하지막상에 자성막을 배치한 것으로서, 이 제1 하지막 및 제2 하지막의 계면에 산소량이 많은 클러스터를 분산시키도록 한 것이다.

또, 상기 제2의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 자기기록매체의 제조방법은 기판상에 직접 또는 제3 하지막을 거쳐서 제1 하지막을 형성하고, 제1 하지막을 산소가 함유된 분위기에 PO₂·t(단, PO₂는 분위기의 산소분압, t는 이 분위기에 노출시키는 시간이다)가 1×10^-6(Torr·초)이상 1×10^-2(Torr·초)이하 동안 노출시키고 이 분위기에 노출된 제1 하지막상에 직접 제2 하지막을 형성하고, 제2 하지막상에 자성막을 형성하도록 한 것이다.

또, 상기 제3의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 자기기억장치는 상기 자기 기록매체, 자기기록매체의 각 면에 대응해서 마련되고 기록부와 재생부로 이루어지는 자기헤드, 자기기록매체와 자기헤드의 상대적인 위치를 변화시키기 위한 구동부, 자기헤드를 원하는 위치에 위치결정하는 자기헤드구동부 및 자기헤드로의 신호입력과 자기헤드로부터의 출력신호재생을 실행하기 위한 기록재생신호처리계로 구성하도록 한 것이다.

상기 제1 하지막은 2종류 이상의 원소로 이루어지는 합금인 것이 바람직하다. 이 합금에 산화용이도의 정도가 다른 원소를 함유시킨 경우, 제1 하지막을 임의의 시간, 임의의 산소분압의 분위기에 노출시키면, 그 표면이 면내에서 연속된 균일한 산화막을 형성하지 않고 산화하기 쉬운 원소가 많은 영역이 국소적으로 산소량이 많은 클러스터를 형성하고 이것이 제2 하지막의 성장핵으로 되며, 그 위에 성장하는 제2 하지막의 결정입자를 미세화 및 균일화하고, 또 자성막의 평균결정입자를 작고 또한 기 입자직경을 균일하게 할 수 있는 것으로 추정된다.

본 발명의 자기기록매체는 매체노이즈의 저감, 보자력 증대 등의 효과가 있었다. 본 발명의 자기기록매체의 제조방법에 의하면, 상기한 바와 같은 자기기록 매체를 용이하게 제조할 수 있다. 또, 본 발명의 자기기록매체를 사용한 자기기억장치는 높은 기록밀도를 갖는다.

또한, 자기디스크의 제조프로세스 시퀀스에 있어서 산화공정을 마련하는 것은 미국특허 4, 552, 820에 의해 공지되어 있다.

그러나, 이 미국특허발명에 있어서의 산화는 재생출력의 변조를 작게하기 위한 것이다. 변조는 인라인(in-line)형(막을 퇴적시키면서 기판을 한쪽방향으로 이동시키는 방식)의 스퍼터장치를 사용하는 경우에 문제로 되지만, 현재는 정지대향형의 스퍼터장치가 주류를 이루므로 문제는 없다. 이에 반해, 본 발명은 결정배향성, 결정입자 미세화, 균일화에 의한 저노이즈화를 달성하는 것으로서, 상기 미국특허와는 전혀 다른 것이다. 즉, 상기 미국특허는 하지막인 Cr막의 산화에 의해 결정입자를 크게하고, 그것에 의해 변조를 작게하는 것이다. 이에 반해, 본 발명은 Cr합금하지막의 산화에 의해 클러스터를 발생시켜서 결정입자를 작게하고, 저노이즈화를 달성한 것이다.

본 발명의 상기 및 그밖의 모든 목적과 모든 특징은 이하에 첨부도면과 함께 설명되는 실시예에 의해서 더욱 명확하게 될 것이다.

제1도는 본 발명에 의한 자기기록매체의 대표적인 실시예의 모식적인 단면도이다.

강화유리로 이루어지는 기판(40)의 양면에 대해서 제1 하지막(41), (41'), 제2 하지막(42), (42'), 자성막(43), (43'), 보호막(44), (44') 및 윤활막(45), (45')가 각각 이 순서로 순차 적층, 형성되어 있다.

제2도는 제1도의 자기기록매체를 제작하기 위한 낱장성막형의 스퍼터링장치의 1예의 모식적 설명도이다. 실제의 스퍼터링장치는 중앙에 메인챔버(29)가 있고, 그 주위에 준비실(21), 제1 하지막 형성실(22), 가열실(23), 산화실(24), 제2 하지막 형성실(25), 자성막 형성실(26), 보호막 형성실(27a), (27b), (27c), (27d), 추출실(28)이 원형으로 배치되어 있다. 기판을 임의의 실에서 처리한 후에 다음 실로 보내는 조작은 각 실에서 동시에 실행한다. 즉, 이 스퍼터링장치에서 여러장 동시에 처리할 수 있고, 기판을 각 실로 순차 순서대로 보내면 좋다. 보호막 형성실(27a), (27b), (27c), (27d)가 4개 있는 것은 보호막 형성은 저속도로 실행하는 것이 바람직하므로 1개의 실에서 원하는 두께의 4분의 1씩 형성하기 위해서이다.

이 스퍼터링장치에 의해 강화유리의 기판(20)을 우선 준비실(21)에 넣어 진공으로 하고, 메인챔버(29)를 거쳐서 순차 각 실로 이동시켜 다음과 같이 처리한다. 제1 하지막으로서 예를 들면 60at% Co-30at% Cr-10at% Zr 합금을 실온에서 형성하고, 270℃로 가열한 후, 산화실(24)에서 아르곤과 산소의 혼합가스의 분위기에 노출시킨다. 이 때, 이 혼합가스의 혼합비 및 이 혼합가스의 분위기에 노출시키는 시간을 여러가지로 변화시킨다. 제2 하지 막으로서 예를 들면 75at% Cr-15at% Ti 합금을, 자성막으로서 예를 들면 75at% Co-19at% Cr-6at% Pt 합금을 각각 순서대로 적층한다. 그동안에는 270℃ 또는 그것보다 다소 낮은 온도로 유지되어 있다. 또, 보호막으로서 탄소를 두께 10nm∼30nm 형성한다.

상술한 혼합가스의 혼합비 및 혼합가스의 분위기에 노출시키는 시간을 변경한 결과, 매체노이즈와 선형적인 상관을 나타내는 활성화체적v와 자기모멘트Isb의 곱(V·Isb)은 이 분위기의 산소분압PO₂와 그것에 노출시키는 시간t의 곱(PO₂·t)에 대해서, 제3도에 도시한 바와 같이 극소값을 취하는 것을 알 수 있었다. 여기에서, v·Isb에 대해서는 “Journal of Magnetism and Magnetic Materials”, 제145권(1995년), 제255페이지∼제260페이지에 설명되어 있다. v·Isb는 자화 반전의 최소단위에 대응한 양이며, 이 v·Isb가 작을 수록 매체노이즈가 작은 것을 나타낸다. 이 v·Iab는 물리적양이므로 매체노이즈를 기록재생조건에 관계없이 객관적으로 비교할 수 있다. 상기 v·Isb가 최소로 되는 PO₂·t는 제1 하지막 또는 제2 하지막의 합금조성이나 그 조성비에 의해 변화되지만, 여러가지 실형에 의하면 PO₂·t는 1×10^-6(Torr·초)이상 1×10^-2(Torr·초)이하에서 매체노이즈를 저감하는 효과가 있었다. 특히, 제1 하지막에 Co가 함유되어 있는 경우에는 PO₂·t가 1×10^-6(Torr·초)이상 1×10^-3(Torr·초)이하에서 효과가 있었다. 즉, 투과전자선회 절(TEM)에 의해 v·Isb가 감소하는 PO₂·t의 영역에서 제2 하지막의 결정입자 미세화를 확인할 수 있었다.

또한, 자기기록매체는 보호막상에 또 흡착성의 퍼플루오르알킬폴리에테르 등의 윤활막을 두께 1nm∼10nm 마련하는 것에 의해 신뢰성이 높고 고밀도기록이 가능한 자기기록매체로 된다.

또, 상기 가열은 제1 하지막(41), (41') 형성전에 실행해도 마찬가지의 효과가 있다. 또는, 산화까지를 실온에서 실행하고, 270℃로 가열하고 나서 제2 하지막을 형성해도 좋다. 이 가열은 하지막의 결정성을 향상시키고, 자성막을 고보자력화하거나 저노이즈화시키기 위한 일반적인 방법으로 통상은 200℃∼300℃정도로 가열하고 있다.

보호막(44), (44')로서 수소를 첨가한 탄소막이나 탄화실리콘 또는 탄화텅스텐 등의 화합물로 이루어지는 막이나 이들 화합물과 탄소의 혼합물을 사용하면 내슬라이드성, 내식성을 향상시킬 수 있으므로 바람직하다. 또, 이들 보호층을 형성한 후, 미세마스크등을 사용해서 플라즈마 에칭하는 것에 의해 표면에 미세한 오목볼록을 형성하거나, 화합물, 혼합물의 타겟을 사용해서 보호층 표면에 이상(異相) 돌기를 발생시키거나 또는 열처리에 의해서 표면에 오목볼록을 형성하면, 헤드와 매체의 접촉면적을 저감시킬 수 있어 CSS동작시에 헤드가 매체표면에 점착하는 문제를 회피할 수 있으므로 바람직하다.

또, 기판으로서 Ni-P를 도금한 Aℓ합금기판을 사용한 경우에도 유리기판을 사용한 경우와 마찬가지로 자성층의 결정입자가 미세하게 된다는 효과가 확인되었다.

또, 기판(40)으로서 Aℓ합금기판을 사용한 경우, 제7도에 도시한 바와 같이 Ni-P등의 기판면하지막(40-1), (40-1')을 기판(40)과 제1 하지막(41), (41') 사이에 마련하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 기판(40)으로서 유리기판을 사용한 경우에도 통상 사용되고 있는 각종 금속막, 합금막, 산화물막 등의 어느 하나에 의한 기판면하지막을 기판과 제1 하지막 사이에 마련하는 것이 바람직하다.

제4도에 제1 하지막 표면(41), (41')에 형성한 클러스터의 모식도를 도시한다. 이것은 유리기판상에 제1 하지막으로서 68at% Co-24at% Cr-8at% W 합금막뿐인 단층막을 형성하고, 또 그 표면에 클러스터를 형성한 시료를 투과전자현미경(TEM)을 사용해서 구조를 알아본 것의 모시도이다. 여기에서, 클러스터라는 것은 제4도에 도시한 바와 같이 미세한 입자형상으로 보이는 것으로 하고, 수nm간격으로 균일하게 분산되어 있다. 원소의 산화용이도로서는 산화물생성 표준자유에너지가 지표로 되고, 제1 하지막을 형성하는 합금중에 250℃의 온도에 있어서의 산화물생성 표준자유에너지 ΔG°의 차가 150(kJ/mol O₂)이상(단, 산화물이 2종류 이상 존재하는 원소인 경우에는 (예를 들면 Fe는 Fe₂O₃, Fe₃O₄등의 산화물이 있다) 상기 ΔG°는 가장 낮은 같을 선택한다)인 2종류 이상의 원소를 함유시키는 것이 바람직하고, 180(kJ/mol O₂)이상인 2종류 이상의 원소를 함유시키는 것이 더욱 바람직하며, 원소의 산화용이 도로서는 산화물생성 표준자유에너지가 200(kJ/mol O₂)이상인 2종류 이상의 원소를 함유시키는 것이 가장 바람직하다.

이 차의 상한은 특별히 없지만, 일반적인 원소의 조합에서는 1000정도까지이다.

또, 이 합금에 산화물생성 표준자유에너지 ΔG°가 -750(kJ/mol O₂)이하인 원소가 함유되어 있는 것에 의해 미량의 산소공급으로 효과가 나타난다. 여기에서, 표 1에 각종 원소와 그것에 대응한 산화물 및 그의 250℃의 온도에 있어서의 생성표준자유에너지 ΔG°를 도시한다. 이 ΔG°는 코프린(Coughlin)이 도시한 ΔG°와 온도의 관계 도에서 리드한 값이다. 이것은 일본금속학회출판, 비철금속정련(신제금속신판정련편)(1964년) 제291페이지∼제292페이지에 개시되어 있다.

[표 1]

제1 하지막용의 합금으로서는 Ho, Ti, Zr, Aℓ의 군에서 선택된 적어도 1종류의 원소와 Cr을 함유하는 합금이 기판과 막의 밀착성의 점에서 적합하다. 또, 제1 하지막용의 합금으로서는 Cr, Si, V, Ta, Ti, Zr, Aℓ, W의 군에서 선택된 적어도 1종류의 원소와 Co를 함유하는 합금으로 하면, 이 합금이 비정질 또는 미세결정으로 되기 쉬워 조직이 치밀하게 되므로, 유리기판을 사용한 경우에는 유리에서 막중으로 침입해 오는 알카리원소 등 불순물의 확산배리어로 되므로 유효하다. 여기에서, 비정질이라는 것은 X선 회절에 의한 명료한 피크가 관찰되지 않는 것, 또는 전자선 회절에 의한 명료한 회절스폿, 회절링이 관찰되지 않아 헤일로(halo)모양의 회절링이 관찰되는 것을 말한다. 또, 미세결정이라는 것은 결정입자가 자성층의 결정입자직경보다 작고, 바람직하게는 평균입자직경이 8nm이하인 결정입자로 이루어지는 것을 말한다. 또, 상기 제1 하지막용의 합금중에서 산화물생성 표준자유에너지 ΔG°가 가장 낮은 원소의 함유율은 그것이 상기 성장핵의 수량에 관계되므로, 5at%∼50at% 정도가 제2 하지막의 결정입자 미세화에 효과가 있으므로 바람직하며, 5at%∼30at% 정도가 더욱 바람직하다.

또, 제1 하지막(41), (41')와 기판(40) 사이에는 제3 하지막을 배치해도 좋다. 기판을 유리기판으로 할 때 종래예에 도시한 각종 금속막, 합금막, 산화물막 등을 제3 하지막으로서 사용할 수 있다.

제2 하지막(42), (42')로서는 Co합금자성 막과의 결정격자정합성이 높은 Cr합금등의 bcc구조를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, Cr, Cr합금 즉 Cr, Ti, CrV, CrMo등을 사용할 수 있다.

제1 하지막의 두께는 20nm∼50nm의 범위인 것이 바람직하며, 제2 하지막의 두께는 10nm∼50nm의 범위인 것이 바람직하다.

또, 자성막은 자기이방성이 면내를 향하고 있는 자성막인 것이 바람직하다.

이와 같은 자성막으로서 예를 들면 Co-Cr-Pt, Co-Cr-Pt-Ta, Co-Cr-Pt-Ti, Co-Cr-Ta, Co-Ni-Cr 등의 Co를 주성분으로 하는 합금을 사용할 수 있지만, 높은 보자력을 얻기 위해서는 Pt를 함유한 Co합금을 사용하는 것이 바람직하다. 자성막을 비자성 중간층을 거친 여러개의 층으로 구성할 수도 있다.

자성막의 자기특성으로서는 막면내에 자계를 인가해서 측정한 보자력을 1.8kOe(kilo oersted)이상으로 하고, 막면내에 자계를 인가해서 측정한 잔류자속밀도Br과 막두께t의 곱Br·t를 20G·㎛이상 140G·㎛이하로 하면, 1평방인치당 1기가비트 이상의 기록밀도영역에 있어서 양호한 기록재생특성이 얻어지므로 바람직하다. 보자력이 1.8kOe미만이면, 고 기록밀도(200kFCI이상)에서의 출력이 작아져 바람직하지 않다. 여기에서, FCI(flux reversal per inch)는 기록밀도의 단위이다. 또, Br·t가 140G·㎛보다 커지면 고기록밀도에서의 재생출력이 저하하고, 200G·㎛ 미만이면 저기록밀도에서의 재생출력이 작아져 바람직하지 않다.

또한, 자성막을 비자성 중간층을 거친 여러개의 층으로 구성할 때, 상기 Br·t의 계산에 있어서의 자성막의 막두께t는 각 자성층의 두께의 합계를 나타내는 것으로 한다.

[실시예 1]

본 실시예에서는 기판(40)에는 2.5인치형의 화학강화된 소다라임(soda-lime) 유리를 사용하였다. 그 위에 두께 25nm의 60at% Co-30at% Cr-10at% Zr 합금으로 이루어지는 제1 하지막(41), (41')를, 두께 20nm의 85at% Cr-15at% Ti 합금으로 이루어지는 제2 하지막(42), (42')를, 두께 20nm의 75at% Ce-19at% Cr-6at% Pt 합금자성 막(43), (43')를, 또 두께 10nm의 탄소보호막(44), (44')를 형성하였다.

막형성장치로서 인테백사(Intevac社)제의 낱장식 스퍼터링장치mdP250A를 사용하여 택트당 10초동안 성막하였다. 택트라는 것은 상기 스퍼터링장치에서 기판이 전실(前室)에서 임의의 실로 보내져 온 직후부터 그 실에서 처리를 실행하여 다음의 실로 보내질 때까지의 시간을 의미한다. 이 스퍼터링장치의 챔버구성은 제2도에 도시한 바와 같다. 각 막의 형성시의 아르곤(Ar)가스압은 모두 6mTorr로 하였다. 성막중의 메인챔버(29)의 산소분압은 약 1×10^-8(Torr)이다.

제1 하지막(41), (41')는 기판(40)을 가열하지 않는 상태에서 제1 하지막 형성실(22)에서 형성하고, 가열실(23)에서 램프히터에 의해 270℃까지 가열하고, 그 후 산화실(24)에서 99%Ar-1%O₂혼합가스의 압력5mTorr(가스유량 10sccm)의 분위기에 3초간 노출시키고, 그 후 그 위에 상기 각 막을 제2 하지막 형성실(25), 자성막 형성실(26), 보호막 형성실(27a), (27b), (27c), (27d)에서 순차 형성하였다. 이 때의 상기 PO₂·t는 5mTorr×0.01×3초 = 1.5×10^-4(Torr·초)에 상당한다. 탄소 보호막까지 형성한 후 퍼플루모르알킬폴리에테르계의 재료를 탄화플루오르재료로 희석한 것을 윤활막(45), (45')로서 도포하였다.

[비교예 1]

상기 실시예 1에 있어서 산화실(24)에서 상기 혼합가스를 도입하지 않는 것 이외에는 상기와 동일 조건에서 제작한 자기기록매체를 비교예 1로 하였다.

본 실시예 1의 자기기록매체의 보자력은 2170 Oe로서 비교예 1의 자기기록매체보다 약 300 Oe정도 높고, 잔류자속밀도Br과 자성막두께 t의 곱Br·t는 89G·㎛이었다. 실시예 1의 자기기록매체에서는 v·Isb는 1.05×10^-15(emu)와 비교예 1의 자기기록매체의 2.24×10^-15(emu)에 대해 47%로 감소했으므로, 매체노이즈도 이것에 대응하여 약 1/2로 저감할 수 있었다. 재생출력은 평가한 기록밀도영역에서는 실시예 1, 비교예 1 모두 동일 정도이고, 매체의 S/N은 매체노이즈의 저감분을 향상시킬 수 있었다.

실제로 자기디스크장치에 조립해서 선기록밀도 161kBPI(bit per inch), 트랙밀도 9.3kTPI(track per inch)의 조건에서 자기저항효과형 자기헤드에 의해 기록재생특성을 평가한 결과, 실시예 1의 자기기록매체는 비교예의 그것에 비해 S/N이 1.8배 높고, 면 기록밀도 1평방인치당 1.6기가비트의 장치사양을 충분히 만족시켰다. 한편 비교예 1의 매체에서는 S/N이 부족하여 장치사양을 만족시킬 수 없었다.

본 실시예 1과 동일 조건에서 제1 하지막Co-Cr-Zr 합금을 유리기판상에 두께 25nm형성하고 산화실에서의 처리까지 실행한 것을 TEM(투과전자현미경)을 사용하여 Co-Cr-Zr 합금막의 구조를 알아 본 결과, TEM상(傷)에는 제1 하지막 표면의 국소적인 산화에 대응하는 미세한 클러스터를 반영한 농담이 관찰되었다. 이 클러스터는 직경이 수nm이고, 수nm피치로 대략 균일하게 형성되어 있다. 이 TEM상의 모식도를 제4도에 도시한다.

또, 본 실시예 1의 자기기록매체 및 비교예 1의 자기기록매체의 X선 회절의 측정을 실행한 결과, 제6도에 도시한 회절패턴이 얻어졌다. 상기 제1 하지층의 Co-Cr-Zr 합금뿐인 단층막을 상기와 동일한 성막조건에서 상기 유리기판상에 50nm 형성하고 X선 회절의 측정을 실행한 결과, 명료한 회절피크는 확인되지 않았다.

비교예 1의 자기기록매체의 회절패턴에서는 제2 하지막의 체심입방구조(bcc구조)의 CrTi(110)피크는 자성막으로부터의 육방최밀구조(hcp구조)의 CoCrPt(00. 2)피크와 중첩되므로, 이 양자의 식별도 불가능하다. 그러나, 어느쪽이든 제2 하지막은 실시예 1의 자기기록매체와 같이 강하게 (100)배향하고 있지 않고, 배향이 다른 여러개의 결정입자의 혼합상으로 되어 있다. 이 때문에, 자성막중의 Co-Cr-Pt 합금결정도 여러가지 결정배향을 취하고 있어 Co-Cr-Pt 자성 막에서는 여러개의 회절피크가 관찰된다.

한편, 실시예 1의 자기기록매체는 상기와 같이 제1 하지막의 Co-Cr-Zr 합금 단층막에서는 회절피크를 나타내지 않으므로, 도면중의 회절피크는 제2 하지막으로 부터의 bcc구조의 CrTi(200)피크와 Co-Cr-Pt자성 막으로부터의 hap구조의 Cocrpt(11. 0)피크이다. 이로 인해 비정질 구조의 Co-Cr-Zr 합금충상에 형성된 제2 하지막의 Cr-ri 합금은 (100)배향을 취하고, 그 위의 Co-Cr-Pt 자성막은 에피택셜성장에 의해(11. 0)배향을 취하고 있는 것을 알 수 있다. 이 때문에, Co-Cr-Pt 합금의 자화용이축인 c축의 면내방향의 성분이 커져 양호한 자기특성이 얻어진다.

또, 자성막의 TEM관찰을 실행한 결과, 본 실시예 1의 Co-Cr-Pt 합금의 평균 결정입자직경은 10.8nm이고, 비교예 1의 그것의 16. 2nm에 비해 미세화되어 있었다.

또, 상기 단층의 Co-Cr-Zr 합금단층막의 자화측정을 실행한 결과 명료한 히스테리시스곡선이 얻어지지 않았기 때문에 이 합금막은 비자성이라고 고려된다.

[실시예 2]

상기 실시예 1과 마찬가지의 막구성으로 자기기록매체를 제작하였다. 기판에는 2.5인치형의 화학강화된 알루미노 실리케이트 유리를 사용하였다. 그 위에 두께 40nm의 62at% Co-30at% Cr-8at% Ta합금으로 이루어지는 제1 하지막을, 두께 25nm의 80at% Cr-20at% Ti합금으로 이루어지는 제2 하지막을, 두께 23nm의 72at% Co-18at% Cr-2at% Ta-8at% Pt 합금자성막을, 또 두께 10nm의 탄소보호막을 형성하였다. 막형성장치로서 실시예 1과 동일한 낱장식 스퍼터장치를 사용하여 택트당 9초동안 성막하였다. 각 막의 형성시의 아르곤(Ar)가스압은 모두 6mTorr로 하였다. 성막중의 메인챔버의 산소분압은 약 5×10^-9(Torr)이다.

제1 하지막은 기판을 가열하지 않는 상태에서 제1 하지막 성막실에서 형성하고, 가열실에서 램프히터에 의해 250℃까지 가열하고, 그 후 산화실에서 98mol% Ar-2mol% O₂혼합가스를 사용하여 가스분압4mTorr(가스유량 8sccm)의 분위기에 3초간 노출시키고, 그 위에 각 막을 형성하였다. 이것은 상기 PO₂·t에서 4mTorr×0.02×3초 = 2.4×10^-4(Torr·초)에 상당한다. 상기 탄소보호막까지 형성한 후에 실시예 1과 마찬가지의 윤활막을 도포하였다.

[비교예 2]

상기 실시예 2에 있어서 산화실에서 상기 혼합가스를 도입하지 않는 것 이외에는 상기와 동일 조건에서 제작한 자기기록매체를 비교예 2로 하였다.

본 실시예 2의 자기기록매체의 보자력은 2640 Oe로서 비교예 2의 자기기록매체보다 약 200 Oe정도 높고, 잔류자속밀도와 자성막두께의 곱 Br·t는 85G·㎛이였다. 실시예 2의 자기기록매체에 있어서 v·Isb는 0.98×10^-15(emu)와 비교예 2의 그것의 1.81×10^-15(emu)에 대해 54%로 감소했으므로, 매체노이즈도 이것에 대응하여 약 1/2로 저감할 수 있었다. 재생출력은 평가한 기록밀도영역에서는 실시예 2, 비교예 2 모두 동일 정도로서, 자기기록매체의 S/N은 매체노이즈의 저감분을 향상시킬 수 있었다. 자기디스크장치에 조립해서 선기록밀도 210kBPl, 트랙밀도 9.6kTPI의 조건에서 자기저항효과형 자기헤드에 의해 기록재생특성을 평가한 결과, 실시예 2의 자기기록매체는 비교예 2의 그것에 비해 S/N이 1.3배 높고, 면기록밀도 1평방인치당 2.0기가비트의 장치사양을 충분히 만족시켰다. 한편, 비교예 2의 자기기록매체에서는 S/N이 부족하여 장치사양을 만족시킬 수 없었다.

[실시예 3]

상기 실시예 1과 마찬가지의 막 구성으로 자기기록매체를 제작하였다. 기판에는 2.5인치형의 화학강화된 알루미노 실리케이트 유리를 사용하였다. 그 위에 두께 30nm의 85at% Cr-15at% Zr 합금으로 이루어지는 제1 하지막을, 두께 25nm의 80at% Cr-15at% Ti-5at% B 합금으로 이루어지는 제2 하지막을, 두께 22nm의 72at% Co-19at% Cr-1at% Ti-8at% Pt 합금자성 막을, 또 두께 10nm의 탄소보호막을 형성하였다. 막형성장치로서 실시예 1과 동일한 낱장식 스퍼터장치를 사용하여 택트당 8초동안 성막하였다. 각 막의 형성시의 아르곤(Ar)가스압은 모두 5mTorr로 하였다. 성막중의 메인챔버의 산소분압은 약 3×10^-9(Torr)이다.

제1 하지막은 기판을 특별히 가열하지 않고 제1 하지막 성막실에서 형성하고, 가열 실에서 램프히터에 의해 240℃까지 가열하고, 그 후 산화실에서 79mol% Ar-21mol% O₂혼합가스를 사용하여 가스압력 3mTorr(가스유량 6sccm)의 분위기에 2초간 노출시키고, 그 위에 각 막을 형성하였다. 이것은 상기 PO₂·t에서 3mTorr×0.21×2초 = 1.3×10^-4(Torr·초)에 상당한다. 상기 탄소보호막까지 형성한 후에 실시예 1과 마찬가지의 윤활막을 도포하였다.

[비교예 3]

상기 실시예 3에 있어서 산화실에서 상기 혼합가스를 도입하지 않는 것 이외에는 상기와 동일 조건에서 제작한 자기기록매체를 비교예 3으로 하였다.

본 실시예 3의 자기기록매체의 보자력은 2680 Oe로서 비교예 3의 자기기록매체보다 약 200 Oe정도 높고, 잔류자속밀도와 자성막두께의 곱 Br·t는 69G·㎛이였다. 실시예 3의 자기기록매체에서는 v·Isb는 0.89×10^-15(emu)와 비교예 3의 그것의 1.44×10^-15(emu)에 대해 60%로 감소했으므로, 매체노이즈도 이것에 대응하여 약 40% 저감할 수 있었다. 재생출력은 평가한 기록밀도영역에서는 실시예 3, 비교예 3 모두 동일 정도로서, 자기기록매체의 S/N은 매체노이즈의 저감분을 향상시킬 수 있었다. 자기디스크장치에 조립해서 선 기록밀도 225kBPI, 트랙밀도 9.8kTPI의 조건에서 자기저항효과형 자기헤드에 의해 기록재생특성을 평가한 결과, 실시예 3의 자기기록매체는 비교예 3의 그것에 비해 S/N이 1.4배 높고, 면 기록밀도 1평방인치당 2.2기가비트의 장치사양을 충분히 만족시켰다. 한편, 비교예 3의 자기기록매 체에서는 S/N이 부족하여 장치사양을 만족시킬 수 없었다.

[실시예 4]

상기 실시예 1과 마찬가지의 막 구성으로 자기기록매체를 제작하였다. 외경 95mm, 내경 25mm, 두께 0.8mm의 96wt% Aℓ -4wt% Mg의 기판의 양면에 88wt% Ni-12wt% P로 이루어지는 도금층을 두께가 13㎛로 되도록 형성하였다. 이 기판의 표면을 램핑머신을 사용하여 표면중심선 평균조도Ra가 2nm로 될 때까지 평활하게 연마하고, 세정한 후 건조시켰다. 그 후, 테이프 폴리싱 머신(예를 들면, 일본국 특허공개공보 소화 62-262227호)을 사용하여 숫돌입자(abrasive grains)의 존재하에서 연마테이프를 콘택트를을 거쳐서 기판을 회전시키면서 디스크면의 양측에 눌러붙이는 것에 의해, 기판표면에 대략 원주방향의 텍스쳐를 형성하였다. 또, 기판에 부착한 연마제 등의 더러움을 세정해서 제거하여 건조시켰다.

이와 같이 처리한 기판상에 두께 20nm의 60at% Co-30at% Cr-10at% Ta 합금으로 이루어지는 제1 하지막을, 두께 20nm의 85at% Cr-20at% Ti 합금으로 이루어지는 제2 하지막을, 두께 20nm의 72at% Co-20at% Cr-8at% Pt 합금자성 막을, 또 두께 10nm의 탄소보호막을 형성하였다. 실시예 1에서 사용한 막형성장치에 의해 택트당 7초동안 성막하였다. 각 막의 형성시의 아르곤(Ar)가스압은 모두 5mTorr로 하였다. 성막중의 메인챔버의 산소분압은 약 1×10^-9(Torr)였다.

제1 하지막은 기판을 가열하지 않는 상태에서 제1 하지막 형성실에서 형성하고, 가열실에서 램프히터에 의해 270℃까지 가열하고, 그 후 산화실에서 98% Ar-2% O₂혼합가스의 압력4mTorr(가스유량 8sccm)의 분위기에 3초간 노출시키고, 그 위에 각 막을 형성하였다. 이것은 상기 PO₂·t에서 4mTorr×0.02×3초 = 2.4×10^-4(Torr·초)에 상당한다. 상기 탄소보호막까지 형성한 후, 퍼플루오르알킬폴리에테르계의 재료를 탄화플루오르재료에 의해 희석한 것을 윤활막으로서 도포하였다.

또, 본 발명의 실시예에 사용한 막형성장치에 비해 도달진공도가 나쁘고 산소분압이 큰 막형성장치 또는 여러개의 기판에 동시에 막형성할 수 있는 장치와 같이 제1 하지막 형성후부터 제2 하지막을 형성할 때까지의 시간이 긴 막형성장치에서는 상기 실시예와 같이 산화실을 특별히 마련하지 않아도 상기한 산화에 의한 미세한 성장핵을 형성할 수 있어 상기 실시예와 마찬가지의 효과가 얻어진다.

[실시예 5]

상기 실시예 1과 마찬가지의 막 구성으로 자기기록매체를 제작하였다. 기판에는 2.5인치형의 화학강화된 알루미노 실리케이트 유리를 사용하였다. 그 위에 두께 25nm의 60at% Co-30at% Cr-10at% Zr 합금으로 이루어지는 제1 하지막을, 두께 20nm의 85at% Cr-15at% Ti 합금으로 이루어지는 제2 하지막을, 두께 20nm의 75at% Co-19at% Cr-6at% Pt 합금자성 막을, 또 두께 10nm의 탄소보호막을 형성하였다. 막형성장치로서 팰릿에 유지한 여러장의 기판에 동시에 각 막의 형성을 실행하는 장치를 사용하여 택트당 60초동안 성막하였다. 각 막의 형성시의 아르곤(Ar)가스압은 모두 6mTorr로 하였다. 성막중의 각 성막실의 산소분압은 약 1×10^-8(Torr)였다.

제1 하지막은 기판을 가열하지 않는 상태에서 형성하고, 다음에 가열실에서 램프히터에 의해 270℃까지 가열하고, 그 후 그 위에 각 막을 형성하였다. 이것은 상기 PO₂·t에서 약 2×10^-6(Torr·초)에 상당한다. 상기 탄소보호막까지 형성한 후, 퍼플루오르알킬폴리에테르계의 재료를 탄화플루오르재료로 희석한 것을 윤활막으로서 도포하였다.

이상의 실시예 및 비교예에 대해서 각각의 상기 평가결과를 정리해서 표 2에 도시한다.

[표 2]

본 발명의 비정질 또는 그것에 가까운 미세결정구조의 Co 합금을 사용한 제1 하지막인 Co 합금막상에 상기한 산화분위기에 노출시킨 후, 제2 하지 막없이 직접 자성막을 형성한 경우, 자성막은 강한(00. 1)배향을 나타내었다. 이것은 자성층의 Co합금결정의 c축이 막면에 대해서 수직방향을 향한 배향이기 때문에 면내자기기록매체로서는 사용할 수 없지만, 막면에 대해서 자화를 수직방향으로 기록하는 수직자기기록매체에 적합하다.

제6도는 본 발명의 실시예 1의 자기디스크장치의 평면모식도 및 그의 AA' 선 단면모식도이다. 자기기록매체(64)를 기록방향으로 구동하는 구동부(65), 자기기록매체(64)의 각 면에 대응해서 마련되고 기록부와 재생부로 이루어지는 자기헤드(61), 자기헤드(61)을 원하는 위치에 위치결정하는 자기헤드구동부(62) 및 자기헤드로의 신호입력과 자기헤드로부터의 출력신호재생을 실행하기 위한 기록재생신호처리계(63)으로 이루어진다. 자기헤드의 재생부를 자기저항효과형 자기헤드로 구성하는 것에 의해, 고기록밀도에 있어서의 충분한 신호강도를 얻을 수 있어 1평방인치당 1기가비트 이상의 기록밀도를 갖는 신뢰성이 높은 자기디스크장치를 실현할 수 있다.

또, 본 발명의 자기기록매체를 자기디스크장치에서 사용하는 경우, 자기저항효과형 자기헤드의 자기저항센서부를 사이에 둔 2장의 실드층의 간격(실드간격)은 0.35㎛이하가 바람직하다. 이것은 실드간격이 0.35㎛이상으로 되면 분해능이 저하하여 신호의 위상지터가 크게되어 때문이다.

또, 자기저항효과형 자기헤드를 서로의 자화 방향이 외부자계에 의해서 상대적으로 변화하는 것에 의해서 큰 저항변화를 발생시키는 여러개의 도전성 자성층과 그 도전성 자성층 사이에 배치된 도전성 비자성층을 포함하는 자기저항센서에 의해서 구성하고, 거대자기저항효과 또는 스핀벌브효과를 이용한 것으로 하는 것에 의해, 신호강도를 더욱 높일 수 있어 1평방인치당 2기가비트 이상의 기록밀도를 갖는 신뢰성이 높은 자기기억장치의 실현이 가능하게 된다.

이상 기술한 바와 같이, 본 발명의 자기기록매체에 의하면, 매체노이즈의 저감, 보자력 증대 등의 효과를 얻을 수 있다. 본 발명의 자기기록매체의 제조방법에 의하면, 상기한 바와 같은 자기기록매체를 용이하게 제조할 수 있다. 또, 본 발명의 자기기록매체를 사용한 자기기억장치에 의하면 높은 기록밀도를 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 기판 표면에 대해서 제1 하지막을 형성하는 공정, 상기 제1 하지막을 산소가 함유된 분위기에 PO₂·t(단, PO₂는 분위기의 산소분압, t는 상기 분위기에 노출시키는 시간이다)가 1×10^-6(Torr·초)이상 1×10^-2(Torr·초)이하인 동안 노출시키는 공정, 상기 분위기에 노출된 제1 하지막상에 제2 하지막을 형성하는 공정 및 상기 제2 하지막상에 자성막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기기록매체의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 하지막은 합금으로 이루어지고, 이 합금은 그것을 구성하는 원소의 250℃의 온도에 있어서의 산화물생성 표준자유에너지 ΔG°(단, 산화물이 2종 류 이상 존재하는 원소인 경우, ΔG°는 가장 낮은 값으로 한다)가 150(kJ/mol O₂)이상의 차가 있는 2종류의 원소를 적어도 함유하는 것을 특징으로 하는 자기기록매체의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 하지막은 기판상에 직접 형성하는 것을 특징으로 하는 자기기록매체의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 하지막은 기판 표면에 형성된 기판표면하지막상에 형성하는 것을 특징으로 하는 자기기록매체의 제조방법.

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