KR100859552B1 - 패턴드 미디어 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기록재생 중, 오차가 생기는 일이 없는 신뢰성이 높은 패턴드 미디어 및 그것을 사용한 자기기억장치를 제공하는 것이다.
이를 위한 본 발명의 패턴드 미디어는, 기판, 연자성층, 비자성층, 중간층및 기록층을 가진다. 기록층은 비자성 재료와 자성재료로 이루어지는 패턴구조를 가지고, 비자성 재료의 영율은 자성재료의 영율보다 크다.
Description
도 1은 본 발명의 패턴드 미디어의 제 1 예의 구조를 나타내는 도,
도 2는 본 발명의 패턴드 미디어의 기록층의 제조방법의 제 1 예의 공정을 설명하는 도,
도 3은 본 발명의 패턴드 미디어의 기록층의 제조방법의 제 1 예의 공정을 설명하는 도,
도 4는 본 발명의 패턴드 미디어의 기록층의 제조방법의 제 1 예의 공정을 설명하는 도,
도 5는 본 발명의 패턴드 미디어의 기록층의 제조방법의 제 1 예의 공정을 설명하는 도,
도 6은 본 발명의 패턴드 미디어의 기록층의 제조방법의 제 2 예의 공정을 설명하는 도,
도 7은 본 발명의 패턴드 미디어의 기록층의 제조방법의 제 2 예의 공정을 설명하는 도,
도 8은 본 발명의 패턴드 미디어의 기록층의 제조방법의 제 2 예의 공정을 설명하는 도,
도 9는 본 발명의 패턴드 미디어의 기록층의 제조방법의 제 2 예의 공정을 설명하는 도,
도 10은 본 발명의 패턴드 미디어의 제 2 예의 구조를 나타내는 도,
도 11은 본 발명의 패턴드 미디어의 제 3 예의 구조를 나타내는 도,
도 12는 패턴드 미디어의 기록층의 기판 표면에 대하여 평행한 방향의 왜곡을 분자동력학 시뮬레이션에 의하여 계산한 결과를 나타내는 도,
도 13은 본 발명의 패턴드 미디어를 사용한 하드디스크장치의 구성을 나타내는 도면이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기판 2 : 프리코트층
3 : 연자성층 4 : 비자성층
5 : 연자성층 6 : 중간층
7 : 기록층 8 : 보호층
9 : 윤활층 103 : 연자성층
106 : 밑바탕층 107 : 비자성체
207 : 자성체 201 : 패턴드 미디어
202 : 구동부 203 : 자기헤드
204 : 구동수단 205 : 기록재생 신호처리수단
본 발명은 하드디스크장치 등의 자기디스크 기억장치에 사용하기 적합한 패턴드 미디어에 관한 것이다.
최근, 하드디스크 등의 자기디스크의 기록용량이 비약적으로 증가하고 있다. 이것은 자기디스크의 면기록밀도가 비약적으로 증대하고 있기 때문이다. 자기디스크의 면기록밀도를 증가시키는 기술로서, 기록층을 요철 패턴으로 형성하는 패턴드 미디어라 불리우는 것이 있다.
[특허문헌 1]
일본국 특개2005-122876호 공보
패턴드 미디어는, 높은 면기록밀도를 얻을 수 있는 이점을 가지나, 기록재생 중에, 자기헤드의 하단이 기록층의 볼록부에 충돌한다는 단점이 있다. 자기헤드의 하단이 기록층의 볼록부에 충돌하면 볼록부가 변형되어 기록재생에 오차가 생기는 경우가 있다.
본 발명의 목적은, 기록재생 중, 오차가 생기는 일이 없는 신뢰성이 높은 패턴드 미디어 및 그것을 사용한 자기디스크 기억장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의하면 패턴드 미디어는, 기판, 연자성층, 비자성층, 중간층 및 기록층을 가진다. 기록층은 비자성 재료와 자성재료로 이루어지는 패턴구조를 가지고, 비자성 재료의 영율은 자성재료의 영율보다 크다.
도 1은 본 발명의 패턴드 미디어의 제 1의 예를 나타낸다. 본 예의 패턴드 미디어는, 기판(1), 그 위의 프리코트층(2), 연자성층(3), 비자성층(4), 연자성층(5), 중간층(6), 기록층(7), 보호층(8) 및 윤활층(9)을 가진다. 기록층(7)은, 비자성체(107)와 자성체(207)로 이루어지는 패턴구조를 가진다. 프리코트층(2), 연자성층(3), 비자성층(4), 연자성층(5), 중간층(6) 및 기록층(7)은 금속으로 이루어지고, 예를 들면 DC 마그네트론 스퍼터링법에 의하여 형성된다. 연자성층(3, 5)은 바람직하게는 아몰퍼스재로 이루어진다. 중간층(6)은 Ru를 주구성 원소로 하고, 첨가원소로서 Ti를 0.14 at.% 이상 또한 25 at.% 이하의 농도로 함유한다. 주구성 원소란, 가장 많은 원자% 농도를 함유하는 원소의 것을 의미한다.
도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 의한 패턴드 미디어의 제조방법, 특히 기록층(7)의 패턴구조의 형성방법을 설명한다. 먼저 도 2에 나타내는 바와 같이 기판(1) 위에 프리코트층(2), 연자성층(3), 비자성층(4), 연자성층(5) 및 중간층(6)을 형성하고, 그 위에 비자성 재료층(107)을 형성한다. 비자성 재료층(107)의 형성은, 예를 들면 DC 마그네트론 스퍼터링법에 의하여 행하여도 좋다. 기판(1) 위에 프리코트층(2), 연자성층(3), 비자성층(4), 연자성층(5) 및 중간층(6)을 형성하는 방법은 이미 알려져 있으며, 여기서는 설명을 생략한다.
다음에 도 3에 나타내는 바와 같이 비자성 재료층(107)을 패턴화한다. 즉 비자성 재료층(107)의 요철 패턴을 형성한다. 비자성 재료층(107)의 오목부의 두께는 미소하기 때문에 도 3에서는 볼록부만을 그리고, 오목부의 도시는 생략되어 있다. 패턴의 형성은, 예를 들면 나노인프린트법에 의하여 행하여도 좋다. 나노 인프린트법이란, 요철 패턴을 가지는 고온의 금형을 비자성 재료층(107)에 가압하고 나서 냉각함으로써, 비자성 재료층(107)을 패턴화하는 것이다. 나노인프린트법을 사용하는 대신에, 패턴을 가지는 마스크를 붙여 드라이에칭이나 웨트에칭하여도 좋다. 또 자기 조직화에 의하여 패턴을 형성하여도 좋다.
다음에 도 4에 나타내는 바와 같이 비자성 재료층(107)의 요철 패턴의 오목부를 메우도록 자성재료층(207)을 형성한다. 도시하는 바와 같이 자성 재료층(207)은, 비자성 재료층(107)의 오목부를 완전히 메우고, 또한 오목부로부터 넘치도록 형성하여도 좋다. 자성 재료층(207)의 형성은, 예를 들면, DC 마그네트론 스퍼터링법에 의하여 행한다. 다음에 도 5에 나타내는 바와 같이 자성 재료층(207)의 외면을 평탄화한다. 평탄화는 예를 들면 화학적 기계연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP)에 의하여 행한다. 또 이 평탄화처리는 생략하여도 좋다. 제일 마지막으로 도 1에 나타낸 바와 같이 보호층(8) 및 윤활층(9)을 형성한다. 보호층(8) 및 윤활층(9)의 형성방법은 이미 알려져 있으며, 여기서는 설명을 생략한다.
도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 의한 패턴드 미디어의 기록층(7)의 패턴구조의 형성방법의 다른 예를 설명한다. 먼저 도 6에 나타내는 바와 같이 기판(1) 위에, 프리코트층(2), 연자성층(3), 비자성층(4), 연자성층(5) 및 중간층(6)을 형성하고, 그 위에 자성재료층(207)을 형성한다. 자성재료층(207)의 형성은 예를 들면, DC 마그네트론 스퍼터링법에 의하여 행하여도 좋다.
다음에 도 7에 나타내는 바와 같이 자성재료층(207)을 패턴화한다. 즉, 자 성재료층(207)의 요철 패턴을 형성한다. 자성재료층(207)의 오목부의 두께는 미소하기 때문에 도 7에서는 볼록부만을 그리고, 오목부의 도시는 생략되어 있다. 패턴의 형성은 예를 들면 나노인프린트법에 의하여 행하여도 좋다.
다음에 도 8에 나타내는 바와 같이 자성재료층(207)의 요철 패턴의 오목부를 메우도록 비자성 재료층(107)을 형성한다. 도시하는 바와 같이 비자성 재료층(107)은, 자성재료층(207)의 오목부를 완전히 메우고, 또한 오목부로부터 넘치도록 형성되어도 좋다. 비자성 재료층(107)의 형성은, 예를 들면 DC 마그네트론 스퍼터링법에 의하여 행한다. 다음에 도 9에 나타내는 바와 같이, 비자성 재료층(107)의 외면을 평탄화한다. 평탄화는 예를 들면 화학적 기계연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP)에 의하여 행한다. 또한 이 평탄화처리는 생략하여도 좋다. 제일 마지막으로 도 1에 나타낸 바와 같이 보호층(8) 및 윤활층(9)을 형성한다. 보호층(8) 및 윤활층(9)의 형성방법은 이미 알려져 있고, 여기서는 설명을 생략한다.
도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 본 발명에 의한 기록층을 형성하는 제 1 방법과, 도 6 내지 도 9를 참조하여 설명한 본 발명에 의한 기록층을 형성하는 제 2 방법을 비교하면, 제 1 방법에서는 비자성 재료층(107)의 요철패턴의 오목부를 메우도록 자성재료층(207)을 형성하나, 제 2 방법에서는 자성재료층(207)의 요철 패턴의 오목부를 메우도록 비자성 재료층(107)을 형성한다. 단, 제 2 방법에 의하여 형성된 기록층에서의 비자성 재료층(107)과 자성재료층(207)의 체적비율은 제 1 방법에 의하여 형성된 기록층에서의 비자성 재료층(107)과 자성재료층(207)의 체적 비율과 같다. 따라서 제 2 방법에서 사용한 자성재료층(207)의 요철 패턴은, 제 1 방법에서 사용한 비자성 재료층(107)의 요철 패턴과 역형의 관계에 있다.
도 10은, 본 발명의 패턴드 미디어의 제 2 예를 나타낸다. 본 예에서는 연자성층(5)과 중간층(6)의 사이에 밑바탕층(106)이 설치되어 있다. 밑바탕층(106)은, 예를 들면 Ti 합금으로 이루어진다.
도 11은 본 발명의 패턴드 미디어의 제 2 예를 나타낸다. 본 예에서는 제1 및 제 2 예의 구조의 연자성층(3), 비자성층(4) 및 연자성층(5) 대신에, 연자성층(103)이 설치되어 있다. 도 10 및 도 11의 패턴드 미디어에 있어서 기록층(7)의 패턴구조의 상기한 방법에 의하여 형성된다.
본원의 발명자들은 본 발명에 의한 패턴드 미디어의 기록층(7)에서 자성재료층(207)의 영율보다 비자성 재료층(107)의 영율의 쪽이 큰 경우에, 자기헤드가 패턴드 미디어에 접촉하였을 때, 패턴드 미디어의 표면방향의 변형이 억제되는 것을 발견하였다.
도 12는 본원의 발명자들이 행한 분자동력학 시뮬레이션의 계산결과를 나타낸다. 자성재료층(207)으로서, Co, Cr, Pt를 함유하고, 영율이 284 GPa의 재료를 사용하였다. 비자성 재료층(107)의 영율을 변화시켜, 기록층 표면의 왜곡을 계산하였다. 자성재료층(207)이 기판 표면에 수직한 방향으로 가압되어, 기판 표면에 대하여 수직한 방향의 왜곡이 0.003 이 된 경우의 기판 표면에 대하여 평행한 방향의 왜곡을 계산하였다.
세로축은 기판 표면에 대하여 평행한 방향의 왜곡으로, 플러스는 인장, 마이 너스는 압축이다. 가로축은 자성재료층(207)의 영율(Em)에 대한 비자성 재료층(107)의 영율(En)의 비(En/Em)이다.
실선의 곡선은, 기록층(7)에서의 자성재료층(207)에 대한 비자성 재료층(107)의 체적비율이 1인 경우의 계산결과를 나타내고, 파선의 곡선은 기록층(7)에 서의 자성재료층(207)에 대한 비자성 재료층(107)의 체적비율이 0.7인 경우의 결과를 나타낸다. 파선의 곡선과 실선의 곡선을 비교하면 분명한 바와 같이 자성재료층(207)에 대한 비자성 재료층(107)의 체적비율이 0.7인 경우의 쪽이, 체적 비율이 1 인 경우보다 왜곡량이 작다.
자성재료층(207)의 두께와 비자성 재료층(107)의 두께는 대략 동일하다. 따라서 자성재료층(207)에 대한 비자성 재료층(107)의 체적 비율은, 패턴에서의 자성재료층(207)에 대한 비자성 재료층(107)의 면적비율과 대략 같다. 따라서 자성재료층(207)에 대한 비자성 재료층(107)의 면적 비율이 0.7 이 되도록 패턴의 형상 또는 모양을 작성하면 좋다.
패턴드 미디어의 기록재생에 영향을 미치는 것은 기록층(7)에서의 기판 표면에 평행한 방향의 인장 왜곡이고, 기판 표면에 평행한 방향의 압축 왜곡은 기록재생에 거의 영향을 주지 않는다. 따라서 여기서는 기록층(7)에서의 기판 표면에 평행한 방향의 인장 왜곡에 대해서만 고찰한다. 도 12에서 En/Em < 1일 때, 기판 표면에 평행한 방향의 인장 왜곡이 발생하고, 또한 그 값은 비(En/Em)가 작아질 수록 커진다. En/Em > 1일 때, 기판 표면에 평행한 방향의 인장 왜곡이 발생하지않는다. 즉, 기판 표면에 평행한 방향의 압축 왜곡이 발생하고, 또한 그 값은 비교적 작다. 따라서 비자성 재료층(107)의 영율(En)이 자성재료층(207)의 영율(Em)보다 클 필요가 있다.
종래의 패턴드 미디어에서는 비자성 재료층(107)으로서 산화실리콘층이나 산화알루미늄층이 사용된다. 산화실리콘층의 영율은 70 GPa 정도이다. 산화알루미늄의 영율은, 벌크재의 경우와 층의 경우에서 다르다. 벌크재의 경우, 200 GPa 이상이 되나, 층의 경우에는 원자수 밀도가 낮기 때문에 30 GPa∼150 GPa 정도가 된다. 한편, 자성체(207)의 영율은 200 GPa 정도 이상이다. 따라서 En/Em < 1 이 되어 도 12에 나타낸 바와 같이 기판 표면에 대하여 평행한 방향의 인장 왜곡이 생긴다. 이것이 정보의 판독 및 기록의 오차의 원인이 된다.
따라서 본원의 발명자는 En/Em > 1 이 되도록, 자성재료층(207) 및 비자성 재료층(107)을 선택하였다. 자성재료층(207)으로서 Co와 Cr과 Pt를 구성원소로 하는 재료를 선택하였다. 이 자성재료층(207)의 Cr의 농도는, 15 at.% 이상 또한 25 at.% 이하이고, Pt의 농도는 10 at.% 이상 또한 20 at, % 이하이다. 이 자성재료층(207)의 영율은 284 GPa 정도이다.
이와 같은 자성재료층(207)에 대하여 비자성 재료층(107)으로서 W 또는 Ta를 주구성 재료로 하는 것이 바람직한 것이 발견되었다. 이와 같은 구성재료로서, W, WN, WC, WB, W0, 또는, TaN, TaC, TaB가 있다. 이와 같은 비자성 재료층(107)의 영율은, 자성재료층(207)의 영율 284 GPa보다 충분히 크다. 따라서 En/Em > 1 이 되어, 기판 표면에 대하여 평행한 방향의 인장 왜곡의 발생을 억제할 수 있다.
도 13은 본 발명에 의한 패턴드 미디어를 기록매체로 하는 하드디스크장치를 나타낸다. 도 13(a)는 하드디스크장치의 평면구성을 나타내고, 도 13(b)는 도 13(a)의 하드디스크장치의 선 A-A를 따른 단면구성을 나타낸다. 또한 도 13(a)에서는 상면은 제거하고 그려져 있다.
본 예의 하드디스크장치는, 복수의 패턴드 미디어(201), 이들 패턴드 미디어를 회전 구동하는 구동부(202), 자기헤드(203), 자기헤드의 구동수단(204) 및 자기헤드의 기록재생 신호처리수단(205)을 가진다.
패턴드 미디어(201)는 도 1, 도 10 및 도 11에서 나타낸 본 발명에 의한 패턴드 미디어이다. 자기헤드(203)가 패턴드 미디어(201)와 접촉하여도 기억층에 서 기판 표면에 대하여 평행한 방향의 인장 왜곡이 억제된다. 이 때문에 헤드 부상량(헤드와 보호층간 거리)이 10 nm 이하가 된 경우에도 정보의 기억 및 재생의 신뢰성이 높다.
이상 본 발명의 예를 설명하였으나 본 발명은 상기한 예에 한정되는 것이 아니라 특허청구의 범위에 기재된 발명의 범위에서 여러가지 변경이 가능한 것은 당업자에 용이하게 이해될 것이다.
본 발명에 의하면, 기록재생 중, 오차가 생기는 일이 없는 신뢰성이 높은 패턴드 미디어를 제공할 수 있다.
Claims (20)
- 기판과, 상기 기판의 일주면측에 순서대로 형성된 연자성층, 비자성층, 중간층 및 기록층을 가지고,상기 기록층은 비자성 재료와 자성재료로 이루어지는 패턴구조를 가지고,상기 비자성 재료는 W를 주구성 재료로 하고, 상기 비자성 재료의 영율은 상기 자성재료의 영율보다 큰 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어.
- 제 1항에 있어서,상기 기록층의 패턴구조는 상기 비자성 재료의 요철 패턴의 오목부에 상기자성재료를 매립한 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어.
- 제 1항에 있어서,상기 기록층의 패턴구조는 상기 자성재료의 요철 패턴의 오목부에 상기 비자성 재료를 매립한 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 비자성 재료는 WN, WC, WB, WO 중의 하나를 주구성 재료로 하는 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 자성재료는 Co와 Cr와 Pt를 구성원소로 하고, 상기 Cr의 농도는 15 at.% 이상 또한 25 at.% 이하의 농도이고, 상기 Pt의 농도는 10 at.% 이상 또한 20 at.% 이하인 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어.
- 제 1항에 있어서,상기 연자성층은 아몰퍼스재료로 이루어지고, 상기 중간층은 Ru를 주구성 원소로 하는 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어.
- 제 9항에 있어서,상기 중간층은 Ti를 첨가원소로서 함유하는 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어.
- 기판의 일주면측에 순서대로 연자성층, 비자성층 및 중간층을 형성하는 것과,상기 중간층의 위에 W를 주구성 재료로 하는 비자성 재료층을 형성하는 것과,상기 비자성 재료층을 패턴화하여 비자성 재료의 요철 패턴을 형성하는 것과,상기 비자성 재료의 요철 패턴을 오목부를 메우도록, 자성재료층을 형성하는 것을 포함하고,상기 비자성 재료의 영율은 상기 자성재료의 영율보다 큰 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어의 제조방법.
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- 제 11항에 있어서,상기 비자성 재료의 요철 패턴은 나노인프린트법에 의하여 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어의 제조방법.
- 제 11항에 있어서,상기 비자성 재료층 및 상기 자성재료층은 DC 마그네트론 스퍼터링법에 의하여 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어의 제조방법.
- 기판의 일주면측에 순서대로 연자성층, 비자성층, 및 중간층을 형성하는 것과,상기 중간층의 위에 자성재료층을 형성하는 것과,상기 자성재료층을 패턴화하여, 자성재료의 요철 패턴을 형성하는 것과,상기 자성재료의 요철 패턴의 오목부를 메우도록, W를 주구성 재료로 하는 비자성 재료층을 형성하는 것을 포함하고,상기 비자성 재료의 영율은 상기 자성재료의 영율보다 큰 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어의 제조방법.
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- 제 15항에 있어서,상기 자성재료의 요철 패턴은 나노인프린트법에 의하여 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어의 제조방법.
- 패턴드 미디어와, 상기 패턴드 미디어를 회전 구동하는 구동부와, 상기 패턴드 미디어에 대하여 기록 및 재생을 행하는 자기헤드와, 상기 자기헤드를 구동하는 구동수단과, 상기 자기헤드의 기록 재생신호를 처리하는 신호처리수단을 가지는 자기디스크 기억장치에 있어서,상기 패턴드 미디어는, 기판과, 상기 기판의 일주면측에 순서대로 형성된 연자성층, 비자성층, 중간층 및 기록층을 가지고, 상기 기록층은 비자성재료와 자성재료로 이루어지는 패턴구조를 가지며,상기 비자성 재료는 W를 주구성 재료로 하고, 상기 비자성 재료의 영율은 상기 자성재료의 영율보다 큰 것을 특징으로 하는 자기디스크 기억장치.
- 제 18항에 있어서,상기 기록층의 패턴구조는 상기 비자성 재료의 요철 패턴의 오목부에 상기자성재료를 매립한 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 자기디스크 기억장치.
- 제 18항에 있어서,상기 기록층의 패턴구조는 상기 자성재료의 요철 패턴의 오목부에 상기 비자성 재료를 매립한 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 자기디스크 기억장치.
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