KR20020069034A - 다중 자화 용이축을 갖는 디스크형 자기 저장 장치 및 그제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 자화 용이축을 갖는 자성 박막을 포함하는 자성 매체와 상기 자성 매체에 기록/재생을 가능하게 하는 자성 헤드(Head)를 포함하는 저장 장치에 관련된 것이다. 본 발명은 원반형의 자기 저장 장치에 있어서, 제1 자화 용이축을 갖는 제1 비트셀과, 제2 자화 용이축을 갖는 제2 비트셀을 포함하는 저장 매체와, 상기 제1 비트셀에 반응 가능한 제1헤드와, 제2 비트셀에 반응 가능한 제2헤드를 포함하는 자기 헤드를 포함하는 디스크 형 자기 저장 장치를 제공한다. 본 발명에 의하면, 기록 밀도 100Gb/in²이상의 초고밀도의 자성매체를 제공한다. 또한, 동일한 디스크 회전 속도에서 4배의 빠른 정보 입출력 속도를 얻을 수 있다. 그리고, 종래의 자기 저장 장치를 제조하는 공정에 포토레지스트 패턴 공정과 이온 주입공정만 추가하기 때문에 제조 비용 대비 생산율을 최적화 할 수 있다.

Description

다중 자화 용이축을 갖는 디스크형 자기 저장 장치 및 그 제조 방법{A Disk-Type Magnetic Storing Device Having Multiple Easy-Axis And A Method For Manufacturing The Same}

본 발명은 원반(혹은, 디스크:disk) 형태의 고밀도 자기 저장 장치에 관련된 것이다. 특히, 본 발명은 다중 자화 용이축을 갖는 자성 박막을 포함하는 자성 매체와 상기 자성 매체에 기록/재생을 가능하게 하는 자성 헤드(Head)를 포함하는 저장 장치에 관련된 것이다.

정보 시대의 기술적 근간을 이루는 전자공학의 분야는 크게 다음 세가지로 분류할 수 있다. 첫번째는 컴퓨터의 중앙처리장치(CPU)와 같은 고속의 반도체 처리기를 이용하여 많은 정보를 빠르고 정확하게 처리하는 것에 관련된 분야이다. 두번째는 유선, 무선 통신 장비를 이용하여 정보를 전달하는데 관련된 분야이다. 여기에서도, 고속 처리를 위한 반도체 소자 및 통신 장비, 통신 알고리즘을 개발하는데 많은 노력을 기울기고 있다. 세번째로는, 본 발명과 관련된 것으로서 정보를 저장하는 기술 분야이다. 이것은 흔히 메모리(Memory)라고 불리우는 분야로서, 다시 반도체 메모리 분야와 기계적인 메모리 분야로 구분된다. 반도체 메모리는 전자적인 처리 방법을 사용하여 고속 처리가 가능한 반면, 제조하는데 상당히 많은 재원이 필요하다. 기계적인 메모리 분야는 본 발명에 직접적으로 관련된 것으로서, 흔히 보조 기억 장치라고 불리우는 자기 테이프, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기디스크, CD-ROM, DVD 저장 장치들에 관련된 것이다. 기계적인 메모리들은 저렴한 가격으로 대용량의 정보를 오랜 기간 저장할 수 있는 반면에, 그 처리 속도는 반도체 메모리에 비하여 느린편이다. 기계적인 정보 저장장치는 기록 매체의 형태로 구분하기도 하고, 기록 방식에 따라 구분하기도 한다. 기록 매체의 형태에 의해서는, 테이프 형태, 드럼 형태, 디스크 형태로 구분하며, 기록 방식에 따라서는, 자기 기록 방식, 광학적 기록 방식으로 구분한다.

본 발명은 하드 디스크 시스템 및 광자기 디스크 시스템과 같은 자기 기록 방식에 의한 디스크 형태의 매체를 사용하는 기계적인 저장 장치에 관련된 것이다. 디스크 형태의 저장매체는 자성체 박막으로 구성된 저장 매체에 전자석으로 만든 자기 헤드(Head)를 사용하여 정보를 기록하고, 재생하는 자기 디스크 시스템과 자성 박막으로 구성된 저장 매체에 레이저 빔과 전자석 헤드를 이용하여 정보를 기록하고, 재생하는 광자기 디스크 시스템으로 크게 구분된다. 자기 디스크 시스템과 광자기 디스크 시스템은 정보 기록 및 읽기에 사용하는 구체적인 방식에 따라 다소 차이가 있을 뿐, 저장 매체(Disk)의 구성이나 작동 방식은 거의 유사하다.

일반적으로 하드 디스크라고 불리우는 자기 디스크 저장 매체의 경우를 살펴보면 다음과 같다. 도 1a는 일반적인 자기 디스크 시스템의 구조를 나타내는 평면도면이고, 도 1b는 도 1a의 절단선 A-A'을 기준으로 자른 단면도이다. 자성체 박막을 포함하는 자기 디스크(1)가 스핀들 모터(도시되지 않음)에 의해 회전축(7)을 기준으로 회전 가능하도록 설치되어 있다. 자기 디스크(1)의 표면에 정보를 기록하고, 재생 하는 것은 자기 헤드(3)이다. 자기 헤드(3)는 자기 디스크(1)의 옆 부분에 설치된 구동부(9)에 연결된 헤드 암(Head Arm)(5)의 한쪽 끝 부분에 설치된다. 자기 디스크(1)는 헤드(3)를 보관하는 파킹존(parking zone)(31)과 실제 정보를 기록하는 기록 영역(데이터존:data zone)(21)으로 구성된다. 상기 구동부(9)에 의해 자기 헤드(3)가 자기 디스크(1)의 기록영역(21) 표면 위로 이동하여 임의 위치에서 정보를 기록하고, 재생하게 된다. 도 1b를 참조하여, 자기 디스크(1)의 구조를 살펴보면 다음과 같다. 유리, 유리 세라믹, 혹은 알루미늄/마그네슘을 포함하는 기판(11) 위에 여러 가지 기능을 갖는 박막들을 적층하여 구성한다. Cr, CrV 혹은 CrTi와 같이 내부식성이 강한 물질을 약 500Å 정도 증착하여 지지층(13)을 형성한다. 상기 지지층(13) 위에 CoCrPt, CoCrPtB, CoPtCrTa, FePtCr, CoNiCr와 같은 자성물질을 열 증착법, 전자선 증착법 혹은 CVD 법으로 200Å 내지 300Å 정도 두께로 증착하여 자성체 박막층(15)을 형성한다. 그 위에는 자성체 박막층(15)을 보호하기 위하여 C:Nx를 포함하는 보호층(17)을 약 100Å 정도 형성한다. 그리고, 맨 위층에는 자기 헤드(3)와의 접촉을 방지하기 위해 약 20Å 두께의 윤활층(19)을 더 형성한다.

앞에서 살펴본 바와 같이 자기 디스크에서의 정보 저장은 비자성 기판 위 전면에 걸쳐 연속적(continuous)으로 형성된 자성 박막에 의해 이루어진다. 이 때, 정보의 기본 단위인 비트 셀은 적당한 자기장을 만드는 기록헤드에 의해 상기 자성 박막에 작은 자화 영역을 형성함으로써 만들어진다. 이 작은 영역에 부여되는 자기 모멘트, 넓이 위치가 디지털 정보인 이진 형태의 정보를 나타낸다. 비트 셀은 이러한 성질들은 재생 헤드라고 불리우는 자기 센서에 의해 정확히 읽힐 수 있도록 정확히 결정되어 있어야 한다. 일반적으로 비트 셀은 길이가 긴 변과 짧은 변의 비율이 10:1 ~ 20:1 정도되는 직사각형 형태를 갖는다. 그리고, 짧은 변이 트랙의 진행 방향과 평행하도록 트랙을 따라 배열되어 있다. 이와 같이 직사각형의 비트 셀이 저장매체의 자성체 박막의 표면에 대하여 평행하게 나열되어 있는 경우를 평행 기록 방식(Longitudinal)이라고 한다. 평행 기록 방식에서 저장용량을 늘리기 위해서는 단위 면적당 저장 정보의 수 즉, 기록 밀도를 높여야 한다. 그러기 위해서, 트랙의 폭을 좁게 설계하여 동일한 원판 안에 들어가는 트랙의 수를 늘이는 등 궁극적으로 비트의 크기를 줄여서 기록 밀도를 높일 수 있다. 도 2 에서는 종래의 연속적인 평행(continuous longitudinal) 자성 박막에서 기록밀도에 따른 비트 셀의 폭(긴 변 : width)과, 길이(짧은 변 : length)의 변화 상태를 나타내고 있다. 괄호 안의 비율은 비트 셀의 폭과 길이의 비율을 나타낸다. 현재 상용화되는 기술로는 비트 셀의 크기가 10Gb/inch²정도이고, 20 ~ 25Gb/inch²의 기술이 상용화 되기 위해 개발되었다. 그러나, 종래의 연속적인 평행(continuous longitudinal) 자성 박막을 사용하는 저장 방식은 초고밀도 정보 저장을 실현하는데 다음과 같은 난점들을 갖고 있다. 첫번째로, 기록 헤드가 정확하게 작동하여야 정확한 위치에 정확한 정보를 기록/재생할 수 있다. 두번째로, 비트 셀들의 거리가 가까워지면, 정자기 상호작용에 의해 이웃하는 비트 셀의 정보가 변하게된다. 세번째로, 연속 자성박막 위에 형성되는 비트 셀들은 물리적인 경계선을 갖고 있지 않다. 따라서, 정확하게 어디를 쓰고 어디를 읽는지 전혀 모른다. 즉, 비트 셀의 정확한 위치를 감지하여작동하는 것이 아니라 디스크와 헤드의 상대적인 운동을 계산하여 그 위치를 알아내는 것이다. 네번째로, 이와 같이 불 명확한 비트 셀의 경계선으로 인하여 신호에 잡음을 발생시킨다(참조, 미국 특허번호 5,956,216).

또 다른 제한 요소로는 초상자성(Superparamagnetism)에 의한 것이 있다. 비트 셀의 크기가 작아질 수록 비트 셀을 구성하는 자구(magnetic domain 혹은, grain)의 크기도 작아지게되는데, 이에 따라 자구들 사이의 상호 작용도 점점 약해진다. 점점 작아질 수록 어느 순간에는 자화 에너지가 자화 상태를 잃어버리게 되는 열 에너지와 비슷하게 되어 기록된 자화 정보가 상실된다. 이 열 에너지가 자기 기록 매체가 가질 수 있는 최대한의 기록 밀도를 한정하는 요인으로 작용하게되는데 이를 초상자성 이라고 한다. 이 초상자성으로 인하여 연속 평행 자성 매체에서는 기록 밀도를 40Gb/inch²에서 한계를 나타낼 것으로 여겨져 왔다(참고, 미국 특허 6,146,755).

최근 논문에 의하면, UC Sandiego의 연구원 Zhang과 Bertram의 보고에서, 비트 셀의 크기가 직경 80Å(=0.008㎛) 정도 되면, 자화도가 80% 이하로 떨어지는 시간이 33년에서 100초로 급격히 감소한다. 그러므로, 비트 셀의 크기의 최소 한계가 0.008㎛까지 갈 수 있음을 시사하였다. 따라서, 현재 사용되는 연속 평행 자기 기록 매체에서 100Gb/inch²의 기록 밀도를 이룩하는 것이 불가능 한 것은 아니라는 가능성을 보여주었다. 그러나, 이를 구현하기 위해서는 현재 기술 수준을 뛰어넘는 새로운 기술이 개발되어야 한다고 보고하고 있다. 그리고, 기록 밀도를 40Gb/inch²이상 100Gb/inch²까지를 구현하기 위한 하나의 방법으로, 기판의 표면에 수직하게 자화 시키는 수직 자화 기록 방식(perpendicular recording)이 제안되기도 하였다. 그러나, 수직 자화 기록 방법에서는 정보 기록을 위한 헤드 장치 및 자성 박막의 두께에 대하여 아직은 해결하기 어려운 난점들이 있다. 비록 수직 자화 기록 방식이 평행 기록 방식에 비해 2배에서 4배의 기록 밀도를 얻을 수 있기는 하지만, 이를 실용화 하기까지는 그 비용과 시간이 너무 많이 필요하다(참고 논문,"The limits to magnetic recording - media considerations" Journal of Magnetism and Magnetic Materials 200(1999) 616-633, "The physical boundaries to high-density magnetic recording" Journal of Mangnetism and Magnetic Materials 209(2000)1-5 및 "Microstructure and micromagnetics of future thin-film media" Journal of Magnetism and Magnetic Materials 193(1999) 36-43).

수직 자화 기록 방식에 많은 문제점을 극복하기 보다는 평행 자화 기록방식에서 개선책을 찾기 위해 제안된 것으로 불연속(patterned 혹은, discrete) 평행(longitudinal) 자성 박막이 있다. 앞에서 언급한 종래 특허 및 논문들에서 불연속 평행 자성 박막을 제조하는 방법 및 그 장점들에 대하여 자세히 서술하고 있다. 그러나, 이 방법은 나노 제조 공정과 같이 미세한 패턴을 형성하는 식각 공정과 자성 박막을 선택적으로 성장 시키는 고도의 기술 공정이 필요하다. 따라서, 불연속 평행 자성 박막이 종래의 다른 방법들에 비해 많은 장점을 갖고는 있으나, 아직은 높은 생산 비용(cost)으로 인하여 실용화하기에는 시간이 필요하다.

본 발명인은 다중 자화축을 갖는 자성체 박막 및 그 제조 방법에 대하여 대한민국 특허청에 출원번호 10-2000-019153와 출원번호 10-2001-0001601로 출원한 바 있다. 상기 특허의 내용은 자성체 박막을 형성한 후에 이온선으로 혼합하여 다중 자화 용이축을 형성하는 방법에 대한 내용이다. 일반적으로 자화 용이축은 자성 박막 물질의 구조에의해 결정되는 것으로서 박막을 형성하는 조건에 따라 결정된다. 일반적으로 박막을 형성하게 되면, 직각 좌표계(rectangular coordinate system) 상에서 형성된다. 따라서, 자화 용이축이 형성된 자성 박막의 경우 직각 좌표계를 따라 구동되는 자성 저장장치에 적합한 것으로 알려져 있다. 그러나, 본 발명인은 이미 형성된 자성 박막에 조건을 부여함으로써, 자화 용이축을 형성하였다. 따라서, 자화 용이축을 결정하는 조건을 사용하고자 하는 좌표 시스템에 걸맞게 조절함으로써 다양한 형태의 자성 기록 매체를 제작할 수 있다. 즉, 본 발명은 직각 좌표계 뿐 아니라, 하드 디스크 시스템과 같이 각 좌표계(polar coordinate system)을 따라 구동되는 자성 저장 장치에도 적용 가능하다.

본 발명의 목적은 고밀도의 저장 능력을 갖는 디스크 형 자기 저장 장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 각 좌표계 상에서 작동되는 디스크 형 자기 저장 장치에서 다중 자화축을 갖는 자성 박막을 이용한 저장 장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 독립된 단위 비트 셀들을 포함하는 자기 박막에서 이웃하는 단위 비트 셀의 자화 용이축을 서로 다르게 형성 함으로써, 고밀도 저장능력을 갖는 자기 저장 장치를 제공하는데 있다.

도 1a는 일반적인 하드 디스크의 구조를 나타내는 평면도이다.

도 1b는 일반적인 하드 디스크의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 2는 저장 밀도의 발전에 따른 비트 셀의 크기 변화를 나타내는 도면이다.

도 3a 및 3b는 본 발명에서 스텐실 마스크를 사용하여 이웃하는 트랙에서 서로 다른 자화 용이축을 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 4a, 4b 및 도 5a, 5b는 본 발명에서 스텐실 마스크와 포토마스크를 사용하여 이웃하는 트랙에서 서로 다른 자화 용이축을 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명에 의하여 이웃하는 트랙에서 서로 다른 자화 용이축이 형성된 자기 디스크와 상기 자기 디스크를 사용할 수 있는 자기 헤드의 조합을 나타내는 개략도이다.

도 7은 본 발명에 의하여 이웃하는 비트 셀에서 서로 다른 자화 용이축이 형성된 자기 디스크와 상기 자기 디스크를 사용할 수 있는 자기 헤드의 조합을 나타내는 개략도이다.

도 8a, 8b 및 도 9a, 9b는 본 발명에서 스텐실 마스크와 포토마스크를 사용하여 이웃하는 비트 셀에서 서로 다른 자화 용이축을 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 10a는 종래의 기술에 의해 제조된 불연속 자기 저장 매체에서 비트 셀의 배열을 나타내는 확대도면이다.

도 10b는 본 발명에 의하여 제조된 자기 저장 매체에서 비트 셀의 배열을 나타내는 확대도면이다.

* 도면 부호에 대한 상세한 설명 *

1, 101 : 자기 디스크3 : 자기 헤드5 : 암(arm)

7 : 중심 축9 : 구동부

11, 111 : 기판13, 113 : 기저층15, 115 : 자성 박막층

17 : 보호층19 : 윤활층

21, 121 : 기록영역(data zone)31, 131 : 파킹영역(Parking zone)

122a : 홀수번째 트랙122b : 짝수번째 트랙

142a : 제1 영역142b : 제2 영역

151 : 스텐실 마스크153 : 제1 개구부155 : 제2 개구부

157 : 개구부161 : 이온선117, 119 : 포토레지스트

201, 211 : 제1헤드203, 213 : 제2헤드

215 : 제3헤드217 : 제4헤드

종래 기술의 한계를 극복하고, 상기 목적들을 달성하기 위해 본 발명은 원반 형태의 자기 저장 매체와 상기 저장 매체 위에서 반지름 방향으로 이동가능한 자기 헤드를 갖는 자기 저장 장치에 있어서, 상기 저장 매체는 제1 자화 용이축을 갖는 제1 비트셀과, 제2 자화 용이축을 갖는 제2 비트셀을 포함하며, 상기 자기 헤드는 제1 비트셀에 반응 가능한 제1헤드와, 제2 비트셀에 반응 가능한 제2헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 형 자기 저장 장치를 제공한다. 또한, 상기 디스크 형 자기 저장 장치에 사용하기 위한 자기 디스크를 제조하는데 있어서, 원반 형태의 기판 위에 자성 물질을 포함하는 자성층을 형성하는 단계와, 상기 자성층을 제1영역과 제2영역으로 정의하는 단계와, 상기 제1영역에는 제1방위각을 따라 형성된 윈도우를 통하여 이온선을 주입하고, 제2영역에는 제2방위각을 따라 형성된 윈도우를 통하여 이온선을 주입하는 단계를 포함한다.

본 발명은 본 발명인들이 이전에 출원한 발명에서 기재한 이온선 혼합법에 의하여 자화 용이축을 형성하는 방법을 원판형 자기 기록 매체에 적용하고자 한다. 선출원된 발명들(출원번호 10-2000-019153 와 10-2001-0001601)에 의하면 CoPt 혹은 FePt 박막에 소정의 조건을 갖는 Ar⁺이온선을 주입하면, 박막 평면상에서 방위각 약 65°- 245°방향으로 자화 용이축이 형성된다. 그리고, 자성 박막 표면에 수직 방향으로 자기장을 인가한 상태에서 Ar⁺이온선을 주입하면, 130°- 310°방향으로 자화 용이축이 형성된다. 본 발명에서는 이 중에서 간단한 방법인 Ar+ 이온선에 의한 혼합 방법에 의하여 원반형 자기 기록 매체에 다중 자화축을 형성하는 방법을 중심으로 설명한다.

실시 예 1

본 실시 예는 상기 특성을 각좌표계를 따르는 원반형 자기 기록 매체에 적용시켜 이웃하는 트랙들에서 자화 용이축이 서로 90도 엇갈리게 형성하는 방법을 제공하고자 한다. 도 3a는 본 실시 예에 의해 자성 디스크에서 두 개의 서로 독립된 자화 용이축을 형성하는 방법을 나타내는 평면도이다. 도 3b는 도 3a의 절단선 B-B'을 기준으로 자른 단면도이다.

유리나 Al/Mg을 포함하는 디스크 형상의 기판(111)을 준비한다. 상기 기판(111) 위에 크롬과 같은 물질을 증착하여 기저층(113)을 형성한다. 그리고, 상기 기저층(113) 위에 CoPt 혹은 FePt와 같은 강자성체 물질을 증착하여 자성 박막층(115)을 형성하여 자기 디스크(101)를 준비한다. 상기 자성박막층(115)은 정보가 기록되는 기록 영역(121)과 작동하지 않을 때에 자기 헤드를 보관하는 파킹존(131)으로 구성된다. 상기 기록 영역(121)에는 동심원 형태의 트랙(122a, 122b)들을 형성하게 된다. 각각의 트랙에는 일정 길이를 갖는 비트 셀 들이 형성된다. 상기 자기 디스크(101)를 중심점을 기준으로 회전 가능하도록 설치한다. 상기 기판(101)보다 큰 스텐실 마스크(151)를 준비한다. 상기 스텐실 마스크(151)에는 홀수번째 트랙(122a)들의 비트셀 하나를 개방할 수 있도록 고안된 비트 셀 크기의 제1 개구부(153)들을 방위각 65도 방향(이온선 주입에 의한 용이축 형성 방향)을 따라 반지름 진행 방향으로 배열한다. 그리고, 짝수번째 트랙(122b)들의 비트셀 하나를 개방할 수 있도록 고안된 비트셀 크기의 제2 개구부(155)들을 방위각 155도 방향(이온선 주입에 의한 용이축 방향 + 90도)을 따라 반지름 진행 방향으로 배열한다.

상기 스텐실 마스크(151)를 상기 자기 디스크(101) 위에 소정의 간격을 두고 설치한다. 그리고, 상기 자기 디스크(101)을 등속도로 회전 시키면서, Ar⁺이온선(161)을 상기 조사하여 상기 제1 개구부(153) 및 제2 개구부(155)를 통하여 상기 자성 박막층(115)에 주입한다. 그러면, 홀수번째 트랙(122a)에는 자성 디스크(101)의 반지름 방향과 일치하는 제1 자화 용이축이 형성되고, 짝수번째 트랙에는 자성 디스크(101)의 각도 방향과 일치하는 제2 자화 용이축이 형성된다. 즉, 이웃하는 트랙 사이의 자화 용이축이 서로 직각으로 형성되어 이웃하는 트랙 사이에서는 자화 간섭이 발생하지 않는다.

다음에는 같은 결과를 얻을 수 있는 다른 방법에 대하여 살펴본다. 도 4a와 도 5a는 자성 디스크에서 두 개의 서로 독립된 자화 용이축을 형성하는 다른 방법을 나타내는 평면도이다. 도 4b와 도 5b는 각각 도 4a와 도 5a의 절단선 C-C' 및 D-D'를 기준으로 자른 단면을 나타내는 도면이다.

디스크 형의 기판(111)을 준비한다. 상기 기판(111)은 유리, 유리 반도체 혹은, Al-Mg을 포함하는 금속 물질을 포함한다. 상기 기판(111)의 표면 위에 크롬과 같은 물질을 증착하여 기저층(113)을 형성한다. 그리고, 상기 기저층(113) 위에 CoPtCr 혹은 FePtCr과 같은 물질을 증착 시켜 자성박막층(115)을 형성하여 자기 디스크(101)를 준비한다. 상기 자성박막층(115)은 정보가 기록되는 기록 영역(121)과 작동하지 않을 때에 자기 헤드를 보관하는 파킹 영역(131)으로 구성된다. 상기 기록 영역(121)에는 동심원 형태의 트랙(122a, 122b)들을 형성하게 된다. 우선, 자성 박막층(115) 위에 스핀 코팅법을 이용하여 포토레지스트를 도포한다. 그리고, 상기 포토레지스트를 패턴하여 홀수번째 트랙(제1 영역)(122a)들 위의 포토레지스트를 제거하고, 짝수번째 트랙(제2영역)(122b)들 위에만 포토레지스트(117)가 남도록 형성한다. 상기 자성 박막층(115)에 형성할 비트 셀의 길이 값과 동일한 크기를 갖는 폭과 상기 기록 영역(121)의 최외주부에서 최내주부까지의 길이와 동일한 크기를 갖는 길이를 갖는 슬릿 형상의 개구부(157)가 형성된 스텐실 마스크(151)를 준비한다. 상기 개구부(157)를 상기 자기 디스크(101)의 반지름 방향중에서 방위각 65도 방향에 정렬되도록 상기 스텐실 마스크(151)를 설치한다. 그리고, 상기 자성 박막층(115)이 형성된 자기 디스크(101)를 중심점을 기준으로 등속도로 회전 시키면서 Ar⁺이온선(161)을 상기 윈도우(157)를 통하여 자성 박막층(115)에 주입한다. 그러면, 개방된 홀수번째 트랙(122a)들에는 각좌표계에서 반지름 진행 방향과 일치하는 제1 자화 용이축이 형성된다. 반면에 포토레지스트(117)에 의해 가려진 짝수번째트랙(122b)에는 아무런 영향을 받지 않는다(도 4a 및 도 4b).

상기 짝수번째 트랙들을 덮고 있는 포토레지스트(117)를 제거하고, 다시 새로운 포토레지스트를 도포한다. 이번에는 위와는 반대로 홀수번째 트랙(제1 영역)(122a)들 위의 포토레지스트(119)를 남기고, 짝수번째 트랙(제2영역)(122b)들 위의 포토레지스트를 제거한다. 상기 스텐실 마스크(151)의 개구부(157)가 자기 디스크(101)의 반지름 방향중에서 방위각 155도 방향에 정렬되도록 상기 스텐실 마스크(151)를 설치한다. 그리고, 상기 자성 박막층(115)이 형성된 자기 디스크(101)를 중심점을 기준으로 등속도로 회전시키면서, Ar⁺이온선(161)을 상기 개구부(157)를 통하여 자성 박막층(115)에 주입한다. 그러면, 개방된 짝수번째 트랙(122b)들에는 홀수번째 트랙(122a)에 형성된 자화 용이축과 90도 틀어진 방향 즉, 각좌표계에서 각도 방향과 일치하는 제2 자화 용이축이 형성된다. 이 때 포토레지스트(119)에 의해 가려진 홀수번째 트랙(122a)들은 아무런 영향을 받지 않는다(도 5a 및 도 5b).

지금까지는 디스크형 저장 장치에서 저장 매체를 제조하는 방법에 대하여 살펴보았다. 저장 장치를 완성하기 위해서는 상기 저장 매체를 이용하여 정보를 기록/재생할 수 있는 자기 헤드가 필요하다. 본 실시 예에 의한 저장 매체에서 사용 가능한 자기 헤드는 다음과 같이 구성하는 것이 바람직하다. 도 6은 본 실시 예에 의한 저장 매체와 이를 이용할 수 있도록 고안된 헤드를 나타내는 도면이다.

홀수번째 트랙을 사용하기 위한 제1헤드(201)와 짝수번째 트랙을 사용하기위한 제2헤드(203)를 나란히 정렬하여 한 쌍으로 이루어진 헤드를 사용한다. 제1헤드(201)는 제1 자화용이축을 따라서 반응할 수 있도록 제1 자화용이축과 동일한 자축을 갖는다. 제2헤드(203) 역시 제2 자화 용이축을 따라서 반응할 수 있도록 제2 자화용이축과 동일한 자축을 갖는다. 제1헤드(201)는 홀수번째 트랙들하고만 반응하고 제2헤드(203)는 짝수번째 트랙들하고만 반응한다. 제1헤드(201)가 짝수번째 트랙에 위치하더라도, 자축이 서로 90도 꺽어져 있으므로, 물리적으로 서로 반응할 수가 없다. 본 실시 예에서 사용하는 헤드는 제1헤드와 제2헤드가 서로 밀착하여 있도록 설계하는 것이 보통이다. 그러나, 필요하다면, 제1헤드가 1번째 트랙에 위치할 경우 제2 헤드가 4번째 트랙에 위치하도록 일정거리 떨어져 설계할 수도 있다.

종래의 연속 평행 매체에서는 트랙과 트랙 사이에 약간의 간격을 두어 트랙을 구분하였다. 트랙에 기록되는 비트 셀의 자화 상태를 보호하기 위해서, 그리고, 정보의 위치를 추적하기 위해서 트랙의 폭과 비트의 길이는 약 20:1에서 10:1의 비율을 갖는 직사각형의 형태를 갖는다. 고밀도 저장 매체를 제조하기 위해서 트랙 폭과 비트 길이의 비율을 4:1 정도로 줄이기 위한 기술적 노력이 진행중에 있다. 본 실시 예에 의하면, 이웃하는 트랙이 서로 다른 자화 용이 축을 같기 때문에 트랙의 폭과 비트의 길이 비율을 4:1 이하로 줄일 수 있다. 이것은 이웃하는 트랙은 정보를 기록하는 영역으로 간주되지 않기 때문에 트랙과 트랙 사이를 완전히 붙여 놓아도 이웃하는 트랙이 트랙 사이 구분선 역할을 하기 때문에 아무런 에러가 발생하지 않기 때문이다. 따라서, 도 2에서 나타난 바와 같이 종래의 기술로 4:1의 종횡비를 가짐으로써 100Gb/in²을 구현하는 제조 방법에 본 실시 예를 적용하여 종횡비를 2:1 이하로 줄일 수 있으므로 약 2배 이상 밀도를 증가 시킬 수 있다.

또한, 2개의 헤드가 한 쌍으로 형성되어 있으므로, 동일한 회전 속도 (RPM:Rotaion Per Minute)에 대하여 두 배 빠른 접근 속도(Access Timing)를 얻을 수 있다.

실시 예 2

실시 예 1에서는 트랙과 트랙 사이에 본 발명의 개념을 도입한 일례를 보여주고 있다. 본 실시 예에서는 더욱 확장시켜 비트 셀과 비트 셀 사이에 본 발명의 개념을 적용한 예를 살펴보고자 한다. 즉, 본 실시 예는 도 7에 도시된 것과 같은 형태로 비트셀이 배열된 구조를 구현하고자 한다. 도 8a와 도 8b는 자성 디스크에서 서로 이웃하지 않는 영역들로 이루어진 제1 영역에 위치하는 비트 셀에 제1 자화축을 형성하는 방법을 나타내는 평면도이다. 도 9a와 도 9b는 도 8의 자성 디스크에서 제1 영역에 이웃하는 제2 영역에 위치하는 비트 셀에 제1 자화축과 직교하는 방향으로 제2 자화축을 형성하는 방법을 나타내는 평면도이다.

자기 디스크(101)를 준비한다. 상기 자기 디스크(101)은 유리, 유리 반도체 혹은, Al-Mg을 포함하는 기판과, 상기 기판의 표면 위에 크롬과 같은 물질을 증착하여 형성된 기저층과, 상기 기저층 위에 CoPtCr 혹은 FePtCr과 같은 물질을 증착 시켜 형성한 자성박막층을 포함한다. 상기 자성박막층 위에 포토레지스트를 도포한다. 본 실시 예에 의해 형성될 비트 셀들은 사각형 모양의 비트 셀들이 중심점을 기준으로 방사형 방향으로 격자형상으로 배열 된다. 상기 비트셀들의 배열들을 반지름 방향축과 각도 방향축을 따라 이웃하지 않는 비트셀들끼리 그룹지어 제1영역의 비트셀과 제2영역의 비트셀로 분리할 수 있다. 상기 포토레지스트를 패턴하여, 제1 영역(142a)에 해당하는 비트셀들 위의 포토레지스트는 제거하고, 제2 영역에 해당하는 비트셀 위에만 포토레지스트(117)가 남도록 형성한다. 상기 자기 디스크(101) 보다 큰 스텐실 마스크(151)를 준비한다. 상기 스텐실 마스크(151)에는 상기 자기 디스크(101)의 중심점에서 반지름 방향으로 적어도 비트셀 길이와 동일한 크기의 폭과 적어도 기록 영역(121)의 반지름값과 동일한 크기의 길이를 갖는 개구부(157)가 형성되어 있다. 상기 개구부(157)를 상기 자기 디스크(101)의 중심에서 방위각 65에 정렬되로록 스텐실 마스크(151)를 설치한다. 그리고, 상기 자기 디스크(101)를 등속도로 회전 시키면서, 상기 개구부(157)를 통하여 Ar⁺이온선을 주입한다. 그 결과, 제1 영역(142a)의 비트셀들에는 이온선에 의하여 중심점을 기준으로 반지름 방향으로 정렬된 제1 자화 용이축이 형성된다(도 8a 및 도 8b).

상기 제2 영역을 덮고 있는 포토레지스트(117)를 제거한다. 다시 자기 디스크(101) 위에 포토레지스트를 도포하고 패턴하여, 제1 영역의 비트셀들은 포토레지스트(119)에 의해 덮히고, 제2 영역(142b)의 비트셀들은 개방되도록 한다. 상기 개구부(157)를 상기 자기 디스크(101)의 중심에서 방위각 155도에 정렬 되도록 스텐실 마스크(151)를 설치한다. 상기 자기 디스크(101)를 등속도로 회전 시키면서, 상기 개구부(157)를 통하여 Ar⁺을 포함하는 이온선을 주입한다. 그 결과, 제2 영역(142b)의 비트셀들에는 이온선에 의하여 제1 자화 용이축에 대하여 90도 꺽어진 방향으로 정렬된 제2 자화 용이축이 형성된다(도 9a 및 도 9b).

본 실시 예에 의한 자기 디스크는 연속 매체이면서도, 비트셀과 비트셀이 서로 다른 자화 용이축에 의해 확연히 구분되기 때문에 불연속 매체의 장점을 그대로 나타내고 있다. 즉, 비트셀의 경계를 물리적으로 확실히 설정하기 때문에 신호대 잡음비가 향상된다. 또한, 비트 셀의 위치를 정확히 감지할 수 있다. 그리고, 비트 셀들 사이가 가까워지더라도, 자화 용이축이 서로 직각을 이루므로 정자기 상호작용을 전혀 일으키지 않는다. 따라서, 비트셀을 완전히 붙여 놓더라도 어떠한 비트 셀도 이웃하는 비트 셀에 의한 자기적 영향에서 자유롭다. 더구나, 불연속 매체에서는 식각 기술(lithography)을 사용하여 자성체를 불연속적으로 배열하기 때문에 비트 셀을 최대한으로 작게 형성할 경우 도 10a에 나타난 바와 같이, 비트 셀과 비트 셀 사이에 비트 셀 사이에는 비트 셀의 크기와 동일한 비자성 공간이 반드시 생긴다. 그러나, 본 실시 예에 의한 연속적 매체에서는 비트 셀과 비트 셀 사이의 공간에 다른 자화 용이축을 갖는 비트셀을 형성할 수 있다. 따라서, 도 10b에 도시된 바와 같이 불연속 매체에서 비트 1개가 차지 하는 공간에 4개의 비트를 형성할 수 있게 된다. 즉, 불연속 매체보다 물리적으로 4배 정도 저장 밀도가 향상된다.

본 실시 예에 의한 저장 매체에서 사용 가능한 자기 헤드는 다음과 같이 구성하는 것이 바람직하다. 도 7은 본 실시 예에 의한 저장 매체와 이를 이용할 수있도록 고안된 헤드를 나타내는 도면이다. 본 실시 예에 의한 저장 매체는 이웃하는 비트 셀에 서로 다른 방향의 자화 용이축이 형성되는 관계로, 네개의 비트 셀을 기본 단위로 하여 배열된다. 따라서, 이를 사용할 수 있는 헤드는 제1자화 용이축에 반응하는 제1헤드(211)와 제3헤드(215) 그리고, 제2자화 용이축에 반응하는 제2헤드(213)와 제4헤드(217)를 한 조로 구성하는 것이 바람직하다.

네개의 헤드를 병렬로 사용하기 때문에 한번에 기록/재생하는 단위가 비트(bit)가 아닌 니블(nibble : 4 bit)이 된다. 따라서, 비트로 처리할 때보다 기록/재생할 때의 속도가 4배 향상된다. 더구나, 비트 단위로 정보를 처리할 때에는 한번에 2개의 다른 정보를 구별할 수 있는데 반하여, 니블 단위로 정보를 처리할 때에는 한번에 16개의 다른 정보를 구별할 수 있다. 즉, 불연속 매체를 포함하는 종래의 방법에 비하여 물리적으로는 4배의 기록 밀도 향상을 나타내지만, 논리적으로는 8배의 기록 밀도를 향상하게 된다.

지금까지 설명한 실시 예들에서는 이온선 주입에 의한 방법만을 중심으로 설명하였다. 본 발명인이 앞서 출원한 특허 명세서에는 자기장을 인가하면서 이온선을 주입할 경우 자기장을 인가하지 않았을 경우와 다른 방향으로 자화 용이축이 형성되는 것을 명시하였다. 따라서, 필요하다면, 자기장을 인가하는 방법을 사용하여 다중 자화 용이축을 형성할 수도 있다. 혹은, 자기장을 인가하지 않은 이온선 주입 과정과 자기장을 인가한 이온선 주입 과정을 적절히 혼합하여 실시할 수도 있다. 그리고, 본 실시 예들에서는 제1자화용이축과 제2자화용이축 사이 각도를 90도인경우를 중심으로 설명하였다. 이는 비트 셀 사이의 간섭을 완전히 없애기 위하여 선택한 각도 값이다. 필요하다면, 개구부의 방위각을 변경하여 사이각도를 임의로 조절할 수 있다. 더구나, 제1자화용이축의 방위각과 제2자화용이축의 방위각도 필요에 따라 변경할 수도 있다. 또한, 본 실시 예들에서는 하드 디스크의 경우를 중심으로 살펴 보았다. 그러나, 자기 디스크를 사용하는 플로피 디스크 혹은 광자기 디스크에도 동일한 방법으로 적용 가능하다.

본 발명은 연속 평행 자성 박막에 이온선을 주입하였을 때 자화 용이축이 형성되는 현상을 응용하여 이웃하는 비트 셀에 서로 다른 방향의 자화 용이축을 형성하였다. 그럼으로써, 연속 자성 매체의 물리적인 한계점을 극복함과 동시에 불연속 자성 매체에서 얻을 수 있는 장점을 모두 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에서는 식각 공정 중에서도 초기 공정인 포토레지스트 패턴기법만을 사용하였다. 따라서, 불연속 자성 매체를 제조하는 공정보다 간단하고, 제조 비용도 절감된다. 불연속 자성 매체에서는 자성 비트셀 사이 사이에 비자성 부분 즉, 정보가 기록되지 않는 부분 존재한다. 그러나, 본 발명에서는 이러한 비자성 부분 없이 비트셀과 비트셀을 정확히 구분짓기 때문에, 불연속 자성 매체에서 비하여 물리적으로는 4배, 논리적으로는 8배까지 저장 밀도를 증가 시킬 수 있다. 더구나, 하나의 헤드를 사용하는 것이 아니라, 2개 혹은 4개의 헤드를 한번에 사용하기 때문에 기록/재생할 때의 데이터 입출력 속도 역시 2배에서 4배정도 더 빨라진다.

Claims (5)

1. 중심축을 기준으로 회전가능한 원반 형태의 자기 저장 매체와 상기 저장 매체 위에서 반지름 방향으로 이동가능한 자기 헤드를 갖는 자기 저장 장치에 있어서,

   상기 저장 매체는 제1 자화 용이축을 갖는 제1 비트셀과, 제2 자화 용이축을 갖는 제2 비트셀을 포함하며;

   상기 자기 헤드는 제1 비트셀에 반응 가능한 제1헤드와, 제2 비트셀에 반응 가능한 제2헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 형 자기 저장 장치.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 자화용이축과 상기 제1 자화용이축은 그 사이각이 90도 정도되는 것을 특징으로 하는 디스크 형 자기 저장 장치.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 자화용이축은 상기 저장 매체의 반지름 방향을 따라 형성되고;

   상기 제2 자화용이축은 상기 저장 매체의 회전 방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 디스크 형 자기 저장 장치.
4. 원반 형태의 자기 저장 저장 장치를 제조하는데 있어서,

   원반 형태의 기판 위에 자성 물질을 포함하는 자성층을 형성하는 단계와;

   상기 자성층을 제1영역과 제2영역으로 정의하는 단계와;

   상기 제1영역에는 제1방위각을 따라 형성된 윈도우를 통하여 이온선을 주입하고, 제2영역에는 제2방위각을 따라 형성된 윈도우를 통하여 이온선을 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 자기 저장 장치 제조 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 제1 방위각과 제2방위각의 사이는 90도 정도되는 것을 특징으로 하는 자기 저장 장치 제조 방법.