KR20000036175A - 텍스처화된 표면 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 개구(11), 매끄러운 외부 부분(13) 및 그의 표면(12)의 적어도 일부에 텍스처화된 패턴을 가지며, 상기 표면상에 이격된 간격으로 함몰된, 원추형 영역을 포함하는 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 바디 (10) 및 레이저 광선을 사용하는 상기 함몰된 원추형 영역을 생성하는 방법에 관한 것이다.
Description
특정 적용을 위해, 유리, 유리-세라믹, 또는 세라믹 표면상에 거친, 또는 텍스처화된 표면을 제조하는 것이 필수적이다. 본 발명의 관심사는 자기성 메모리 디스크용 기판에 있다.
자기성 메모리 저장 장치는 헤드 패드 (head pad), 또는 슬라이더 (slider) 및 단단한 정보 디스크로 필수적으로 이루어져 있다. 상기 헤드 패드는 상기 정보 디스크 상에서 데이터를 자기적으로 읽고 쓸 수 있는 부품을 지지한다. 상기 정보 디스크는 정보를 저장하는 자기성 매체의 코팅을 포함하는 단단한 기판으로 구성된다.
컴퓨터 분야에서의 기술적 발전으로, 증가된 디스크 용량과 더 높은 면적상 밀도에 대한 요구가 생겼다. 그러므로, 데이터를 읽고 쓰기 위해, 기록 헤드 (recording head)는 상기 디스크의 표면에 더 가깝게 놓여져야 한다. 결과적으로, 상기 기판의 특성은 더 평평하고, 더 매끄러운 표면이 되려는 경향과 함께 매우 중요해졌다.
상기 기록 헤드가 상기 매체에 더 가깝게 움직이기 때문에, 상기 기판/매체 표면의 마찰계수는 낮아야 한다. 낮은 마찰계수를 생성하는 특징은 낮은 지지 면적 및 표면 거칠기이다. 저 활주 (glide), 저 노이즈 (noise) 및 높은 비트 (bit) 밀도를 촉진시키는 표면 특성, 즉, 매끄럽고 평평한 표면에는 상충성이 있다. 결과적으로, 상기 상충 원인은 표면 설계, 즉, 마찰 문제를 일으키지 않을 정도로 매끄러우나, 저 활주를 일으키기에 충분히 매끄럽도록 제조되는 것과 절충한다.
니켈-포스포러스 (nickel-phosphorous) 합금이 도금된 알루미늄 기판을 포함한 정보 디스크를 사용하는 것이 통상적인 방법이다. 기술상 요건을 만족시키기 위해, 상기 기판 상에 적어도 부분적으로 상기 표면을 텍스처화하는 것이 제안되었다. 도장법 (stamping), 연마법 (abrading) 및 에칭 (etching) 기술을 포함하는 다양한 텍스처화 수단이 제안되었다.
더 최근에는, 레이저 처리법을 이용하여 금속 기판 또는 합금 코팅 상에 텍스처화 표면을 제조하는 방법이 제안되었다. 특히, 기공 패턴 (pattern)을 제조하기 위해 표면에 Nd:YAG 또는 Nd:YLF 레이저를 색인하는 방법이 제안되었다.
금속 기판을 이용하는데 있어서 몇몇 문제들에 직면하게 되었다. 얇은 금속은 견고도 및 바디 강도가 부족한 경향이 있다. 또한, 표면 손상을 일으키기 쉽다. 이 때문에 대체 물질에 대한 요구가 발생되었다.
미국특허 제 4,971,932호 (Alpha et al.)는 상기 디스크용 기판으로 유리-세라믹 물질을 사용하는 메모리 저장 장치의 제조를 기술하고 있다. 주 결정 상으로 실리케이트를 함유하는 유리-세라믹이 상기 목적을 위해 기술되었다.
상기 특허는 유리-세라믹 기판이 매우 높은 바디 강도 및 분쇄 강도를 나타내며, 또한, 알루미늄 금속보다 훨씬 더 단단한 표면을 나타냄을 기술하고 있다. 유리-세라믹의 고유의 텍스처화된 패턴 표면은 특정 값으로 사료될 수 있는데, 이는 어떠한 특정한 텍스처화 작업도 요구되지 않기 때문이다. 상기 유리-세라믹 표면의 표면 텍스처화된 패턴은 분쇄 및 마멸 또는 화학적 에칭법에 의해 기본 조성 선택을 통하여 특정한 평균 거칠기 값으로 새겨질 수 있다.
미국특허 제 5,534,321호 (Alpha et al.)는 다음 두 부분으로 나뉘어진 표면을 갖는 기판을 제안하고 있다: (1) 약 10nm 이하의 RPV값을 나타내는 매끄러운 영역, 및 (2) 약 10nm 이상, 통상적으로 최대 약 50nm의 RPV값을 나타내는 저 마찰 면적. 또한, 상기 적용은 미국특허 제 2,628,160호 (Stookey)에서 기술된 바와 같이 기판 물질로 광응집 가능한 유리를 이용하는 방법을 제안하고 있다. 상기 유리들은 화학적으로 침식될 수 있다, 즉, 선택된 영역에서 에칭 가능하다. 상기 방법은 상기 선택된 영역을 단파 광선 및 계속적인 열 처리에 노출시키는 것을 포함한다. 상기 유리의 디스크 기판은 두 개의 필수 표면 텍스처화된 패턴이 한 표면상에 형성되도록 처리될 수 있는 것으로 관찰되었다. 좀 더 상세히 하기 위해, 상기 특허를 본 명세서에 참고로 삽입한다.
Alpha et al.에 의해 기술된 방법은 기판 상에 원하는 텍스처화된 패턴을 형성하는데 기술적으로 효과적이었다. 그러나, 어떤 에칭 방법과 같이, 이는 실행하기에 간단하지 않으며, 저렴하지도 않다. 따라서, 더 실용적인 대체물이 요구된다.
본 발명은 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 바디 상에 표면을 텍스처화하는 대체 수단을 제공한다. 상기 방법은 형성된 텍스처화된 패턴을 밀폐 디멘션상으로 조절 (close dimensional control)하면서 실행하기에 간단한 방법이다. 이는 일반적으로 적용가능하나, 특히, 전체 또는 부분적으로 텍스처화된 패턴 표면을 갖는 자기성 헤드 기판을 형성하는데 사용된다. 결과적으로, 이는 상기 Alpha et al. -321 특허에 기술된 바와 같은 원형 텍스처화된 영역을 갖는 기판을 제조하는데 사용될 수 있다.
발명의 요약
본 발명의 제품은 표면의 적어도 일부에 텍스처화된 패턴을 갖는 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 바디로, 상기 패턴은 상기 표면상에 이격된 간격으로 평평한, 원추형 영역을 포함한다.
또한, 본 발명은 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 바디 표면의 적어도 일부를 텍스처화하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 상기 표면의 물질에 의해 실질적으로 흡수되는 파장을 갖는 레이저 광선에 상기 표면을 노출시키는 단계, 및 원하는 깊이의 기공이 형성되도록 하는 시간 및 강도에서 계속적으로 노출시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 특히, 자기성 메모리 디스크 기판 (magnetic memory disk substrate)으로 사용되는 텍스처화된 (textured) 유리, 유리-세라믹, 또는 세라믹 표면 및 텍스처화 방법에 관한 것이다.
도 1은 정보 디스크용 기판을 나타내는 평면도이다.
도 2a 및 2b는 본 발명에 따라 텍스처화된 표면의 단면에 대한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 목적을 위해 효과적인 광선을 나타내는 그래프이다.
도 4는 광선 노출의 시간과 형성된 텍스처화된 패턴의 깊이 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
선행 기술
상기 언급된 문헌에 부가하여, 흥미 있는 부가 항목들은 각 서류에 나열되어 있다.
본 발명은 매끄러운 표면의, 유리-세라믹 메모리 디스크 기판의 원형 부분을 텍스처화하는 방법으로 개발되었다. 그러므로, 하기 명세서는 물론 최초의 것이다. 그러나, 일반적으로, 본 발명의 더 광범위한 적용은 유리, 유리-세라믹 및 세라믹 표면으로 쉽게 드러날 것이다. 또한, 상기 텍스처화는 전체 표면 또는 단지 일부에 실시될 수 있다.
첨부 도면에서, 도 1은 일반적으로 숫자 10으로 표시되는 정보 디스크용 기판의 상부 평면도이다. 기판(10)은 기본적으로 원형 개구(11), 개구(11)를 둘러싸고 있는 원형의 내부 부분 (12), 부분(12)을 둘러싸고 있는 외부 부분(13)을 포함한다. 원형 개구(11)는 주축 상에 상기 디스크를 장착하기 위해 제공된다.
원형의 내부 부분(12)은 완성된 기판 상에 낮은 스틱션 (stiction) 영역을 제공하기 위해 텍스처화된다. 상기 텍스처화된 표면은 하기 기술한 바와 같이 본 발명에 따라 제조된다. 이는 상기 헤드와 상기 기판 사이의 스틱션을 최소화함으로써 상기 헤드가 놓여지는 표면을 제공한다.
외부 원형 부분(13)은 내부 부분(12)을 텍스처화하기 이전에 디스크의 전체 표면을 분쇄하고 마멸시킴으로써 제조될 수 있는 매끄러운 표면이다. 매우 매끄러운 표면 마무리는 마멸된 유리 또는 유리-세라믹 디스크 기판 상에서 얻을 수 있다. 이는 헤드가 상기 디스크에 더 가깝게 접근하도록 함으로써 저장 용량을 증가시킨다.
본 발명은 디스크(10)의 내부 부분(12)에 필요한 텍스처화된 패턴을 제조하는 유일한 방법의 발견에 기초한다. 만일 원한다면, 디스크(10)의 전체 표면이 동일한 방법으로 텍스처화될 수 있을 것이다. 또한, 형성된 상기 패턴은 도 1에서 나타난 바와 같은 원형 패턴, 선형 패턴 또는 다른 원하는 형태의 패턴일 수 있다.
본 발명은 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 표면을 레이저 광선에 노출시킴으로써 한 개의 기공 (cavity) 또는 함몰된 (depressed) 영역 또는 다수의 기공들이 제조될 수 있다는 발견에 기초한 것이다. 상기 기공의 크기는 특히, 그 깊이 면에서, 상기 광선의 강도 및 기간을 조절함으로써 변화될 수 있다.
기공의 면적 크기는 상기 레이저 광선의 초점에 거의 의존할 것이다. 깊이는 일반적으로 상기 광선의 시간 및 강도와 함께 증가할 것이며, 상기 기공은 역, 원추형일 수 있다.
레이저 광선은 텍스처화된 표면을 형성하기에 이상적이다. 이의 직선적 특성 및 이의 강력한 밀도, 파장 및 펄스 (pulse) 시간 및 속도에 의해 재단되는 능력은 원하는 텍스처화된 패턴을 형성하도록 한다. 최상의 결과를 위해, 텍스처화된 물질은 상기 레이저 광선의 파장에서 최대로 흡수되어야 한다. 이는 에너지가 텍스처화되는 표면에 비축되는 것을 가능하게 한다. 이는 벌크 (bulk)한 시료에 대한 포텐셜 (potential) 변화를 제거한다.
대부분의 목적을 위해, 다수의 기공 또는 함몰 (depression)이 요구된다. 이러한 점에서, 텍스처화되는 레이저 또는 바디 (body)는 주기적으로 전이 (translation)될 수 있다. 디스크(10)를 제조하는데 있어서, 텍스처화된 영역(12)과 함께, 영역(12)에서 일련의 원형 "고랑 (furrows)"을 형성하기 위해 상기 전이는 원형 방식일 수 있다.
도 2a 및 2b는 본 발명에 따라 얻어질 수 있는 텍스처화된 표면의 특성을 예시한 것이다.
도 2a는 예시를 위해 매우 확대시킨 텍스처화된 표면(20)의 단면의 측면도이다. 이는 함몰(21), 중간 영역(22) 및 표면 위에 선을 따라 전이에 의해 형성된 "고랑"의 일반적인 형태를 나타낸다.
도 2b는 도 2a와 유사한 것으로, 피크(24) 및 골짜기 또는 함몰된 기공(25)을 나타낸다. 여기서, 상기 피크는 점선(26)으로 표시된 정상적인 디스크 표면 약간 위에 솟아있다. 이는 더 통상적으로 디스크의 텍스처화된 영역에 바람직한 표면이다.
구멍 뚫린 마스크 (mask)가 사용될 수 있는 것으로 사료된다. 이는 일시에 다수의 함몰을 형성하도록 한다. 그러나, 상기 방법은 더 큰 에너지를 요구하기 때문에 바람직하지 않으며, 상기 방법의 조절이 어렵다.
도 3은 본 발명을 발생시킨 연구에 사용되는 통상적인 유리-세라믹 기판 물질을 위한 광학적 투과도 곡선을 나타낸 것이다. 상기 유리-세라믹 조성물은 산화물 중량%로 표현하여, 다음과 같다:
SiO246.9
Al2O324.8
MgO15.0
ZnO1.8
TiO211.5
상기 유리-세라믹은 적절한 유리 뱃치를 혼합하고 용융시키며, 상기 용융 유리로부터 원하는 모양의 제품을 형성함으로써 통상적인 방법으로 제조되었다. 상기 제품들은 결과적으로 통상적인 열적 스케줄에 따라 가열 처리되어 상기 유리를 응집시키고, 유리-세라믹의 결정상 그물망 특성을 형성시켰다.
도 3에서, 투과도는 세로축 상에서 %로, 파장은 가로축 상에서 나노미터 (nm)로 도시된다. 상기 투과도 곡선은 약 300nm보다 짧은 자외선이 전체적으로 흡수됨을 나타낸다. 유사하게, 약 5000nm (5 마이크론)보다 긴 광선도 또한 상기 물질에 의해 전체적으로 흡수된다. 이는 300nm 이하의 파장에서 작동하는 UV 레이저가 특히 상기 물질에 효과적임을 의미한다. 유사하게, 약 10 마이크론에서 작동하는 CO2레이저도 또한 상기 유리-세라믹의 표면을 텍스처화하는데 이상적이다.
또한, 상기 곡선은 상기 유리-세라믹 물질이 1.06 마이크론에서 약 85%의 높은 투과도 값을 가짐을 지시하고 있다. 이는 1.06 마이크론에서 작동하며, 금속 표면에 사용되었던 Nd:YAG 레이저가 저 흡수 때문에 상기 유리-세라믹 물질을 텍스처화하는데 덜 효과적임을 의미한다. 특정 물질의 흡수 특성은 상기 텍스처화 단계에 적합한 레이저를 선택하기 전에 먼저 결정되어야 할 것이다.
자외선은 약 10nm 내지 약 400nm의 파장을 갖는 전자기파에 해당한다. 이는 약 10 내지 200nm의 파장을 갖는 진공 UV, 약 200-400nm의 파장을 갖는 석영 UV, 280-320nm 파장을 갖는 자외선-A 및 315-400nm의 파장을 갖는 자외선-B를 포함한다. 바람직하게, 자외선은 약 193 내지 약 351nm, 더 바람직하게는 약 193 내지 250nm의 파장을 갖는다.
레이저 광선 실질적으로 가간섭적이며, 광자 (photon) 자극된 발산으로부터 생성되는 단색 광선이다. 약 10 내지 400nm 범위의 광선을 생산할 수 있고, 단위 면적 당 적절한 파워 (power) ("플루언스 (fluence)")를 전달할 수 있는 레이저가 사용될 수 있다. 엑시머 레이저를 포함하여, 광범위한 레이저들이 본 발명을 실행하기에 적절하다. 레이저의 구조 및 작동에 관련한 세부 사항은 Hecht의 The Laser Guidebook, 2판, 뉴욕: McGraw Hill (1992)에 기술되어 있다.
적절한 엑시머 레이저들은 ArF, KrCl, KrF, XeCl 및 XeF를 사용하며, 각각 193, 222, 248, 308 및 351nm 광선을 발산하는 희소 할라이드화 기체 엑시머 레이저들을 포함한다. 표준 엑시머 선을 라만 쉬프트 (Raman shift)시킴으로써 다른 자외선 파장을 갖는 광선이 생성될 수 있다. 바람직하게, 상기 자외선 레이저 광선은 희소 할라이드화 기체 엑시머 레이저에 의해 생성된 엑시머 레이저 광선이다.
용어 "엑시머 레이저"는 하나의 장치를 기술하는 것이 아니고, 오히려 유사한 출력 특성을 갖는 레이저 집합체를 말하는 것이다. 이들은 모두 자외선 또는 근자외선 파장에서 나노세컨드 (nanoseconds) 또는 10 나노세컨드를 유지하는 강력한 펄스를 발산한다.
상기 방법의 효능을 시험하기 위해, 유리-세라믹 디스크는 구멍 뚫린 마스크를 통하여 레이저 광선에 노출되었다. 사용된 상기 레이저는 193nm 및 30mJ/㎠에서 작동하는 엑시머 UV 레이저이었다. 한 시험 군은 상기 레이저로부터 발생한 10 펄스에 노출되었다. 시험 후, 상기 마스크의 구멍 뚫린 패턴 해당하는 함몰 패턴이 관찰되었다. 두 번째 시험 군은 100 펄스에 노출되었다. 이는 명확하게 묘사된 패턴을 생성하였다.
도 4는 엑시머 레이저 노출에 의해 생성된 기공의 깊이가 다수의 펄스에 대하여 도시된 그래프를 나타낸 것이다. 깊이는 옹스트롬 (Angstrom) 단위로 세로축에 도시되어 있다. 펄스는 가로축에 도시되어 있다. 상기 기공 깊이는 펄스의 수에 따라 증가하는 것이 분명하게 나타난다. 그러나, 증가 속도는 직선이 아니다. 자기성 디스크 기판 생산에 대하여 의미 있는 정보는 단지 약 10 펄스만이 랜딩-존 (landing-zone) 영역, 즉, 도 1의 영역(12)에 바람직한 패턴을 생성하는데 요구된다.
도 4가 지시하고 있는 바와 같이, 약 10 내지 약 1400Å의 기공 깊이가 얻어질 수 있다. 디스크 기판용으로, 약 100Å의 깊이가 바람직할 것으로 사료된다.
더 장파장 광선의 적용을 주장하기 위해, CO2레이저 텍스처화 실험이 수행되었다. 이 경우, 약 30 와트의 전력이 사용되었고, 빛은 약 1 msec 간격으로 펄스되었다. 시료들은 일련의 "고랑"을 생산하기 위해 상기 빛 하에서 전이되었다. 상기 고랑을 가로지르는 프로필리미터 (profilimeter) 자취는 이들이 3.272 마이크론 깊이 및 약 100 마이크론 너비임을 나타낸다. 결과적으로, CO2레이저도 또한 유리-세라믹 기판 물질 내에 조절된 영역을 텍스처화하는데 사용될 수 있다. 사용할 레이저형의 선택 및 정확한 공정 요건은 물질 의존적이다. 이들은 또한 요구되는 텍스처화된 패턴의 형태에 의존적이다.
자외선 파장에서 작동하는 레이저들, 예를 들면, 엑시머 레이저 및 CO2레이저에 의해 생성된 효과에는 차이가 있다. 전자는 텍스처화되는 물질의 용융점 이하의 온도에서 작동하는 것으로 사료된다. 이는 상기 기공 주위의 빌드업 (builup) 부족에 기초한다. 이는 분자간 결합이 깨지고 물질이 원자화함을 의미한다.
대조적으로, CO2레이저에 의해 생성된 기공들은 약간의 빌드업을 나타낸다. 또한, 상기 기공의 기초는 몰텐 (molten) 유리의 냉각시 기대되는 것과 같은 미세균열화를 나타낸다. 이러한 관찰은 용융점 이상의 온도가 효과적임을 지시한다.
Claims (19)
- 적어도 표면의 일부에 걸쳐 텍스처화된 패턴을 가지며, 상기 패턴은 상기 표면상에 이격된 간격에서 함몰된, 원추형 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 바디.
- 제 1항에 있어서, 상기 텍스처화된 패턴은 전체 표면에 걸쳐 있는 것을 특징으로 하는 바디.
- 제 1항에 있어서, 상기 표면은 텍스처화된 영역 및 상대적으로 매끄러운 영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 바디.
- 제 1항에 있어서, 상기 함몰된 원추형 영역은 선형 패턴임을 특징으로 하는 바디.
- 제 1항에 있어서, 상기 함몰된 원추형 영역은 원형 또는 원추형 패턴임을 특징으로 하는 바디.
- 환상의 텍스처화된 영역 및 환상의 매끄러운 영역을 갖는 디스크 형태임을 특징으로 하는 제 1항에 따른 제품.
- 제 6항에 있어서, 상기 텍스처화된 영역은 10Å 이상의 거칠기 RPV를 가지며, 상기 매끄러운 영역은 10Å 이하의 거칠기 RPV를 갖는 것을 특징으로 하는 제품.
- 제 7항에 있어서, 상기 텍스처화된 영역의 RPV는 10-1400Å인 것을 특징으로 하는 제품.
- 제 8항에 있어서, 상기 RPV가 100Å인 것을 특징으로 하는 제품.
- 표면 물질에 의해 실질적으로 흡수되는 파장의 레이저 광선에 표면을 노출시키는 단계, 상기 노출된 영역에 미리 결졍된 깊이의 함몰을 형성하기에 충분한 시간 및 강도에서 계속 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리, 유리-세라믹 또는 세라믹 바디의 표면의 적어도 일부를 텍스처화하는 방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 방법은 이격된 간격으로 표면을 노출시켜 상기 표면에 함몰 패턴을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11항에 있어서, 상기 방법은 상기 패턴을 형성하기 위해 다른 것에 대하여 바디 또는 레이저를 색인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11항에 있어서, 상기 방법은 선형 패턴 함몰을 형성하기 위해 상기 표면을 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 11항에 있어서, 상기 방법은 원형 또는 원추형 패턴을 형성하기 위해 상기 표면을 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 레이저는 5000nm 이상의 파장에서 광선을 발산하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 레이저는 300nm 이하의 파장에서 광선을 발산하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 레이저는 엑시머 레이저인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 레이저는 CO2레이저인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 10항에 있어서, 상기 노출된 영역의 미리 결정된 깊이는 10-1400Å인 것을 특징으로 하는 방법.
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