KR101360078B1 - 패턴 자기 기록 매체 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
패턴 자기기록매체 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 패턴 자기기록매체는 자화영역과 비자화영역이 교번되는 형태의 자화 패턴이 형성된 자성층; 상기 자화영역 위에 배열된 자성나노입자들로 이루어진 나노입자층;을 포함하는 것을 특징으로 한다. 개시된 패턴 자기기록매체의 제조방법은 (가) 기판 위에 자화영역과 비자화영역이 교번되는 형태의 자화 패턴을 가지는 자화 패턴층을 형성하는 단계; (나) 상기 자화영역 위에 자성나노입자를 배열하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 고밀도 자기기록용 패턴 자기 기록 매체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자기기록매체를 이용하는 하드디스크 드라이브는 대용량이면서 고속 액세스(access) 등의 특성을 가지고 있기 때문에, 컴퓨터뿐만 아니라 각종 디지탈 기기의 정보기억장치로서 주목 받고 있다. 최근, 산업화 및 정보화가 빠르게 이루어지면서 취급되는 정보의 양이 급격히 증가함에 따라 하드디스크 드라이브의 고밀도화가 요구되고 있다.
자기 기록은 기록 방식에 따라 크게 수평 자기 기록 방식과 수직 자기 기록 방식으로 나눌 수 있으며, 기록 밀도 측면에서 볼 때, 수직 자기 기록 방식은 수평 자기 기록 방식보다 훨씬 유리하여, 고밀도의 자기기록을 위해 수직 자기 기록 매체에 대한 지속적인 연구가 행해지고 있다.
고밀도화에 적합한 자기기록매체의 조건으로 기록층(16)에 저장된 정보들이 왜란에 의해 소실되지 않고 일정기간 이상 유지되어야 할 것이 요구되며, 이러한 조건은 열적 안정성으로 표현된다. 열적 안정성은 일반적으로 자성입자의 부피(V)와 수직 자기이방성상수 (Ku)에 비례하며 온도(T)에 반비례한다.
또한, 기록 밀도의 증가에 따라 데이터의 최소 기록 단위가 되는 비트 사이즈(bit size)가 감소하고, 자기 기록 매체로부터 발생되는 자기 신호가 약해지므로, 신호대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)를 높게 유지하기 위해 매체로부터 잡음을 감소시키는 것이 더욱 중요해진다. 이러한 SNR특성은 자성물질의 결정립의 크기와 균일성에 비례하게 된다. 즉, 고밀도화에 대응할 수 있으려면 자성물질의 결정립 크기가 작아지고 균일성이 증가해야 할 것이 요구된다.
상기의 요건들을 정리하면, 기록밀도를 높이기 위해서는 열적안정성이 유지되면서도 자성입자의 크기가 작고 균일해야 한다는 것이다. 이러한 조건을 충족하기 위해 수직자기이방성 에너지는 높고 그레인 크기는 작게 형성되도록 기록층을 만들어야 하는데, 일반적으로 수직자기이방성 에너지가 높은 CoCr계 물질이나 FePt, CoPt같은 L10 구조의 물질의 경우, 이를 작은 크기의 결정립으로 미세화하여 박막을 증착하기가 쉽지 않다.
최근, 이러한 문제점에 대응하기 위해 제안된 것이 패턴 자기기록매체(patterned magnetic recording media)이다. 패턴 자기기록매체는 정보가 기록되는 영역이 물리적으로 분리되도록 패턴된 기록층을 가지며, 자구들을 구조적으로 상호 격리시킴으로써 잡음이 감소되고 SNR특성이 향상되며, 또한 열적안정성을 확보할 수 있는 구조를 갖는다.
도 1a 내지 도 1d는 이러한 패턴 자기기록매체의 일반적인 제조방법을 설명 하는 도면이다. 도 1a를 참조하면, 기판(10) 위에 하지층(12), 기록층(14)을 순차적으로 형성하고, 기록층(14) 위에 패턴된 리지스트층(16)을 형성한다. 다음, 도 1b와 같이, 리지스트층(16)을 마스크로 하여 기록층(14)을 식각한다. 다음, 리지스트층(16)을 제거함으로써 도 1c와 같은 형상의 패턴 자기기록매체가 형성된다. 이와 같은 제조방법에서 고밀도 패턴을 형성하기 위하여 전자빔 리소그라피(E-beam Lithography) 공정이나 나노 임프린트(Nano Imprit) 공정을 사용하게 되는데, 이는 공정시간이 매우 길거나 또는 공정 비용이 많이 발생하여 단가 상승의 원인이 된다.
본 발명은 상술한 필요성에 따라 안출된 것으로, 고밀도화에 대응할 수 있는 패턴 자기기록매체 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 패턴 자기기록매체는 자화영역과 비자화영역이 교번되는 형태의 자화 패턴이 형성된 자성층; 상기 자화영역 위에 배열된 자성나노입자들로 이루어진 나노입자층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 자성나노입자는 FePt, CoPt, Fe2O3, Fe3O4, NdFeB, PrFeB, CoCr 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 패턴 자기기록매체의 제조방법은 (가) 기판 위에 자화영역과 비자화영역이 교번되는 형태의 자화 패턴을 가지는 자화 패턴층을 형성하는 단계; (나) 상기 자화영역 위에 자성나노입자를 배열하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (가) 단계는 상기 기판 위에 자성층을 형성하는 단계; 자성물질을 사용하여 랜드영역과 그루브영역이 교번된 형상의 스탬프를 제조하는 단계; 상기 스탬프를 상기 랜드영역과 상기 자성층이 접하도록 상기 자성층 위에 올려놓고 상기 자성층의 영역 중 상기 랜드영역과 접하는 영역이 자화되도록 자기장을 인가하는 단 계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (나) 단계는 상기 자화 패턴층 위에 자성나노입자들을 증착하고, 상기 자성나노입자들 중 비자화영역 위에 놓인 자성나노입자들을 분리해내는 단계; 상기 자화영역 위에 놓인 자성나노입자들을 고착시키기 위하여 상기 자성나노입자들 위로 비자성 폴리머를 도포하는 단계; 상기 비자성 폴리머를 경화시키는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 패턴 자기기록매체는 높은 수직자기이방성을 갖는 자성물질을 자성나노입자의 형태로 사용하며 상기 자성나노입자들이 자화패턴층에 의해 분리 정렬된 구조를 가지므로 열적안정성을 확보하면서도 SNR특성이 향상될 수 있어 고밀도 기록에 적합하다. 또한, 상기 자성나노입자들은 비자성 폴리머에 의해 고착된 구조로서 평탄한 표면을 가지게 되어 헤드/미디어 인터페이스 특성이 향상된다.
또한, 본 발명에 따른 패턴 자기기록매체의 제조방법은 물리적인 식각 장비를 사용하지 않고 공정이 진행되므로 상대적으로 공정이 간단하며 제조 비용이 저렴하다는 장점이 있다
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 패턴 자기기록매체의 개략적인 구조를 보이 는 도면이다. 도면을 참조하면, 패턴 자기기록매체(100)는 자화영역(132)과 비자화영역(134)이 교번되는 형태의 자화 패턴이 형성된 자성층(130)과 상기 자화영역(132) 위에 배열된 자성나노입자(162)들로 이루어진 나노입자층(160)을 포함한다. 자성층(130)은 실리콘 또는 쿼츠로 이루어진 기판(110) 위에 증착 또는 도금 공정에 의해 형성된다. 자성층(130)의 재질로는 Co합금이나 Ni합금 또는 Fe합금이 채용될 수 있다. 기판(110)과 자성층(130) 사이에는 미도시 되었지만 연자성물질로 이루어진 하지층이 더 형성될 수도 있다. 자성층(130)의 영역은 자화영역(132)과 비자화영역(134)을 포함하며, 자화영역(132)은 화살표로 표시한 것과 같이 수직방향으로 자화되어 있다. 비자화영역(134)은 자화되지 않은 영역으로, 즉, 자성층(130)의 자기모멘트들이 랜덤한 방향을 향하여 총 자화량이 0인 상태이다. 나노입자층(160)은 자화영역(132) 위에 배열된 자성나노입자(162)들을 포함하는 구조이다. 자성나노입자(162)들은 예를 들어, FePt, CoPt, Fe2O3, Fe3O4, NdFeB, PrFeB, CoCr 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 나노입자층(160)은 비자성 폴리머(165)에 상기 자성나노입자(162)들이 매립되어 자화영역(132) 위에 고착된 형태를 가질 수 있다. 이 때, 비자성 폴리머(165)의 두께는 자성나노입자(162)의 크기, 예를 들어 자성나노입자(165)가 구형인 경우 그 직경의 두 배보다 작은 값을 갖도록 한다. 이것은 자성나노입자(162)를 한 층으로만 배열하는 경우 기록/재생 특성이 더 우수하기 때문이다.
나노입자층(160) 위에는 일반적으로 기록층이 되는 나노입자층(160)을 외부 로부터 보호하는 보호막과 이러한 보호막의 마모를 감소시키기 위한 윤활막이 더 형성된다.
이와 같은 구조의 패턴 자기기록매체(100)는 자성나노입자(162)들이 자화영역(132)에 형성된 자화방향을 따라 이방성을 갖게 되며, 상기 자성나노입자(162)들은 자화영역(132) 위에만 배열되므로, 정보가 기록되는 영역이 물리적으로 분리되게 된다. 따라서, 열적안정성이 확보되면서도 SNR 특성이 개선될 수 있어 고밀도 기록에 적합하다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 실시예에 의한 패턴 자기기록매체(100)의 제조방법을 설명하는 도면이다. 도 3a를 참조하면, 먼저, 기판(110)위에 자성층(130)을 형성한다. 기판(110)의 재질로는 실리콘, 쿼츠 등이 채용될 수 있다. 자성층(130)은 예를 들어 Co합금이나 Ni합금 또는 Fe합금과 같은 자성재료를 증착 또는 도금함으로써 형성된다.
다음, 도 3b와 같이 랜드영역(212)과 그루브영역(214)이 교번된 형상을 갖는 스탬프(210)를 제조한다. 이와 같은 형상의 스탬프(210)는 외부 자기장이 스탬프(210)를 통해 자성층(130)에 인가되도록 할 때, 자성층(130)의 일부 영역에만 자화가 일어나도록 하기 위한 것이다. 따라서, 스탬프(210)는 자성물질로 만들어지며, 랜드영역(212)과 그루브영역(214)의 주기, 선폭은 제조하고자 하는 패턴 자기기록매체의 패턴 형상과 일치하게 제조한다. 스탬프(210)는 외부 자기장의 방향을 따라 자화가 잘 일어나는 자성 물질, 예를 들어 Co합금이나 Ni합금 또는 Fe합금으로 형성될 수 있다.
다음, 도 3c를 참조하면, 자성층(130) 위에 스탬프(210)의 랜드영역(212)이 자성층(130)에 접하도록 올려놓고, 외부에서 자성층(130) 표면에 수직 방향으로 자기장을 인가한다. 외부 자기장이 인가되면, 스탬프(210)를 이루는 자성물질 및 자성층(130)의 자기모멘트들은 상기 외부 자기장의 방향을 따라 정렬되며, 수직 방향으로 자화된다. 이 때, 자성층(130)의 영역 중 스탬프(210)의 랜드영역(212)과 접하는 영역에는 수직 방향이 자기장이 인가되므로 수직 방향으로 자화된다. 그러나, 외부 자기장에 의해 스탬프(210)와 자성층(130)을 따라 자로가 형성될 때 상대적으로 투자율이 매우 낮은 그루브영역(214)으로는 자로가 거의 형성되지 않기 때문에, 스탬프(210)의 그루브영역(214)과 마주하는 영역에는 수직 방향의 자기장이 거의 인가되지 않고 자화가 거의 일어나지 않는다. 따라서, 도 3d와 같이 자성층(130)에는 수직 자화된 자화영역(132)과 자화되지 않은 비자화영역(134)이 교번된 형상의 자화패턴이 형성된다.
다음, 도 3e와 같이 자성나노입자(162)를 자화패턴이 형성된 자성층(130) 위에 증착한다. 자성나노입자(162)들은 예를 들어, FePt, CoPt, Fe2O3, Fe3O4, NdFeB, PrFeB, CoCr 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다. 자성나노입자(162)들은 자기력에 의해 대부분 자화영역(132) 위로 자기 정렬(self align)된다. 비자화영역(134) 위로 자성나노입자(162)들이 일부 배열되는 경우, 이들을 분리하여야 하며, 이 경우, 예를 들어, 기판(110)에 진동이나 블로잉(blowing)을 인가함으로써 비자화영역(134) 위에 배열된 자성나노입자(162)들을 쉽게 분리해낼 수 있다.
다음, 도 3f와 같이 자성나노입자(162)들 위로 고정막(165)을 형성한다. 고정막(165)은 비자성물질로 이루어진다. 고정막(165)은 예를 들어 비자성 폴리머를 물리적 또는 화학적 방법으로 증착하거나, 도포, 스핀코팅, 딥핑 등의 방법을 이용하여 형성된 수 있다. 이 때, 고정막(165)의 두께는 자성나노입자(162)의 직경의 두 배보다 작은 값을 갖도록 한다. 이것은 보다 우수한 기록/재생특성을 갖도록 자성나노입자(162)를 단층으로 형성하기 위한 것이다.
다음, 도 3g는 UV를 조사하여 고정막(165)을 경화시키는 단계이다. 다만, 이는 예시적인 것이며, 고정막(165)의 재료가 열에 의해 경화되는 물질인 경우 오븐 플레이트 등을 이용하여 열을 인가함으로써 경화시킨다. 고정막(165)이 경화된 후, 2층 이상으로 형성된 자성나노입자(162)들이 있는 경우 이들을 제거한다. CMP(Chemical mechanical polishing)나 버니싱(Burnishing) 공정을 사용할 수 있다.
이와 같은 단계에 의해 도 3h와 같이, 자성나노입자(162)들이 자화영역(132) 위에 형성된 구조의 나노입자층(160)을 갖는 패턴 자기기록매체(100)가 제조된다. 나노입자층(160) 위에는 미도시되었지만 기록층이 되는 나노입자층(160)을 외부로부터 보호하는 보호막과 이러한 보호막의 마모를 감소시키기 위한 윤활막을 형성하는 단계가 더 수행될 수 있다.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 다른 실시예에 의한 패턴 자기기록매체의 제조방법을 설명하는 도면이다. 도 4a 내지 도 4d는 기판(110)에 자화영역(132)과 비자화영역(134)이 교번된 형상의 자화패턴을 갖는 자성층(130)을 형성하는 단계이 며, 이에 대한 것은 도 3a 내지 도 3d에서 설명한 것과 같다.
다음, 도 4e를 참조하면, 자화패턴이 형성된 자성층(130) 위로 고정막(165)을 형성한다. 예를 들어, 비자성 폴리머를 물리적 또는 화학적 방법으로 증착, 도포, 스핀코팅, 딥핑 등의 방법을 이용하여 형성한다. 전술한 바와 마찬가지로, 자성나노입자(162)를 단층으로 형성하기 위해, 고정막(165)의 두께는 자성나노입자(162)의 직경의 두 배보다 작은 값을 갖도록 한다.
다음, 도 4f와 같이 예를 들어, FePt, CoPt, Fe2O3, Fe3O4, NdFeB, PrFeB, CoCr 중 어느 하나를 포함하여 이루어진 자성나노입자(162)들을 고정막(165)이 형성된 자성층(130) 위로 증착한다. 자성나노입자(162)들은 자기력에 의해 대부분 자화영역(132) 위로 자기 정렬(self align)되지만, 일부 비자화영역(134) 위로 자성나노입자(162)들이 배열되는 경우, 기판(110)에 진동이나 블로잉(blowing)을 인가하여 이들을 분리해낸다.
다음, 도 4g와 같이 자외선(UV)을 조사하여 고정막(165)을 경화시켜 자성나노입자(162)들이 자화영역(132) 위에 고착되게 한다. 고정막(165)의 재질에 따라 열을 인가하여 고정막(165)을 경화시키는 것도 가능하다. 다음, 2층 이상으로 배열된 자성나노입자(162)들이 있는 경우 CMP(Chemical mechanical polishing)나 버니싱(Burnishing) 공정을 사용하여 제거함으로써, 도 4h와 같은 구조의 패턴 자기기록매체(100)가 제조된다.
이러한 본원 발명인 패턴 자기기록매체 및 그 제조방법은 이해를 돕기 위하 여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 패턴 자기기록매체의 일반적인 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 패턴 자기기록매체의 구조를 개략적으로 보이는 도면이다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 실시예에 따른 패턴 자기기록매체의 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴 자기기록매체의 제조방법을 설명하는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 ... 기판 130 ... 자성층
132 ... 자화영역 134 ... 비자화영역
160 ... 나노입자층 162 ... 자성나노입자
165 ... 고정막 210 ... 스탬프
212 ... 랜드영역 214 ... 그루브영역
Claims (12)
- 자화영역과 비자화영역이 교번되는 형태의 자화 패턴이 형성된 자성층;상기 자화영역 위에 배열된 자성나노입자들로 이루어진 나노입자층;을 포함하는 패턴 자기기록매체.
- 제1항에 있어서,상기 나노입자층은비자성물질로 된 고정막을 포함하며,상기 자성나노입자들이 상기 고정막에 매립된 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 패턴 자기기록매체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 자성나노입자는 FePt, CoPt, Fe2O3, Fe3O4, NdFeB, PrFeB, CoCr 중 어느 하나를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 패턴 자기기록매체.
- (가) 기판 위에 자화영역과 비자화영역이 교번되는 형태의 자화 패턴을 가지는 자화 패턴층을 형성하는 단계;(나) 상기 자화영역 위에 자성나노입자를 배열하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 자기기록매체의 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 (가) 단계는,상기 기판 위에 자성층을 형성하는 단계;자성물질을 사용하여 랜드영역과 그루브영역이 교번된 형상의 스탬프를 제조하는 단계;상기 스탬프를 상기 랜드영역과 상기 자성층이 접하도록 상기 자성층 위에 올려놓고 상기 자성층의 영역 중 상기 랜드영역과 접하는 영역이 상기 자성층의 표면에 수직인 방향으로 자화되도록 자기장을 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 자기기록매체의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 자성층 및 상기 스탬프의 재료인 자성물질은 Ni합금, Co합금, Fe합금 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 패턴 자기기록매체의 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 (나) 단계는,상기 자화 패턴층 위에 자성나노입자들을 증착하고, 상기 자성나노입자들 중 비자화영역 위에 놓인 자성나노입자들을 분리해내는 단계;상기 자화영역 위에 놓인 자성나노입자들을 고착시키기 위하여 상기 자성나노입자들 위로 고정막을 형성하는 단계;상기 고정막을 경화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 자기기록매체의 제조방법.
- 제4항에 있어서, 상기 (나) 단계는,상기 자화 패턴층 위에 고정막을 형성하는 단계;상기 고정막이 형성된 상기 자화패턴층 위에 자성나노입자들을 증착하는 단계;상기 자성나노입자 중 상기 비자화영역 위에 놓인 자성나노입자들을 분리해내는 단계;상기 고정막을 경화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 자기기록매체의 제조방법.
- 제7항 또는 제8항에 있어서,상기 자성나노입자는 FePt, CoPt, Fe2O3, Fe3O4, NdFeB, PrFeB, CoCr 중 어느 하나를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 패턴 자기기록매체의 제조방법.
- 제7항 또는 제8항에 있어서,진동 또는 블로잉(blowing)에 의해 상기 비자화영역 위에 놓인 자성나노입자를 분리해내는 것을 특징으로 하는 패턴 자기기록매체의 제조방법.
- 제7항 또는 제8항에 있어서,상기 고정막의 두께는 상기 자성나노입자의 직경의 2배 보다 작은 것을 특징으로 하는 패턴 자기기록매체의 제조방법.
- 제7항 또는 제8항에 있어서,상기 고정막을 경화시킨 후 CMP 또는 버니싱(Burnishing)에 의해 2층 이상으로 형성된 자성나노입자들을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 자기기록매체의 제조방법.
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| KR1020070095415A KR101360078B1 (ko) | 2007-09-19 | 2007-09-19 | 패턴 자기 기록 매체 및 그 제조방법 |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2003272137A (ja) * | 2002-03-13 | 2003-09-26 | Mitsubishi Chemicals Corp | 磁気記録媒体の磁化パターン形成方法、磁気記録媒体及び磁気記録装置、並びにマスク |
| JP2005339633A (ja) * | 2004-05-25 | 2005-12-08 | Hitachi Ltd | 記録媒体作製方法とこれを用いた記録媒体及び情報記録再生装置 |
-
2007
- 2007-09-19 KR KR1020070095415A patent/KR101360078B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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| JP2005339633A (ja) * | 2004-05-25 | 2005-12-08 | Hitachi Ltd | 記録媒体作製方法とこれを用いた記録媒体及び情報記録再生装置 |
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