KR20070017571A - 스퍼터 타겟 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자기 기록 매체의 제조방법에 관한 것이다. 상기 방법은 기판 상에 Cr계 합금을 포함하는 적어도 하나의 제1 하부층을 스퍼터하는 단계 및 상기 제1 하부층 상에 Co계 합금을 포함하는 적어도 하나의 제1 중간층을 스퍼터하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 제1 중간층 상에 Co계 합금을 포함하는 적어도 하나의 제1 하부층을 스퍼터하는 단계를 더 포함한다. 상기 제1 하부층, 상기 제1 중간층 및/또는 상기 제1 상부층 중 적어도 한 층은 X로 도프되며, 여기서 X는 -0.6V 미만의 산화전위를 갖는 금속이다. 상기 제1 하부층, 상기 제1 중간층 및/또는 상기 제1 상부층 중 적어도 한 층은 산소 분위기에서 반응성 스퍼터된다.
자기 기록 매체, 스퍼터, 그레인, 핵성장
Description
도 1은 종래의 자기 기록 매체를 위한 전형적인 박막스택을 나타낸다.
도2는 종래의 시드층의 산화물입자 도핑방법에 따른 그레인 사이즈에 대한 영향을 나타낸다.
도3은 산화물입자가 도프된 시드층으로부터의 거리에 따른 그레인 사이즈에 대한 영향을 나타낸다.
도4는 본 발명의 일 측면에 따른 박막스택을 나타낸다.
도5는 본 발명의 다른 측면에 따른 자기 기록 매체의 제조방법을 예시하는 흐름도이다.
도6은 산소-풍부한 분위기에서 스퍼터되는 높은 산화전위를 갖는 금속으로 도프된 스퍼터타겟을 이용하는 박막증착에 대한 반응성 스퍼터의 영향을 나타낸다.
본 발명은 스퍼터링 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 핵성장 산화물 입 자가 도프된 박막물질을 이용하는 자기 기록 매체의 그레인(grain) 구조를 정제(refine)하는 기술에 관한 것이다.
스퍼터링 공정은 예를 들어, 반도체를 코팅하고(또는) 자기 기록 매체의 표면에 막을 형성하기 위한, 정밀한 두께로 제어되는 박막물질 증착 시에 원자적으로 매끄러운 표면(atomically smooth surface)을 제공하기 위해서 다양한 기술분야에 널리 사용된다. 스퍼터링 공정에서, 음극인 스퍼터 타겟은 부분적으로 불활성 가스분위기로 채워진 진공챔버에 배치되어, 플라즈마를 형성하기 위한 전계에 노출된다. 이러한 플라즈마 내의 이온은 상기 스퍼터 타겟의 표면에 충돌하여 그 스퍼터 타겟 표면으로부터 원자가 방출된다. 상기 음극인 스퍼터 타겟과 코팅하고자 하는 양극인 기판 사이의 전압차에 의해 상기 방출된 원자는 상기 기판 표면 상에 원하는 막을 형성한다.
통상적인 자기 기록 매체의 제조과정에서는, 박막층은 각각 다른 물질로 구성된 다수의 스퍼터 타겟에 의해 기판 상에 연속적으로 스퍼터된다. 그 결과, 박막 "스택(stack)"이 증착된다. 도 1은 일반적인 자기 기록 매체를 위한 전형적인 박막 스택을 도시한다. 스택의 베이스에는 통상적으로 알루미늄 또는 유리인 비자성(non-magnetic) 기판(101)이 존재한다. 제1 증착층인 시드층(102)은 일반적으로 하부층(104)의 형상과 방향을 결정한다. 일반적으로 이러한 하부층(104)은 일반적으로 CrMo 또는 CrTi와 같은 크롬계 합금이다. 하나 층 또는 2개의 분리된 층을 포함한 중간층(105)은 상기 하부층(104) 상에 형성되며 코발트계인 연자성(slightly magnetic) 물질이다. 2개 또는 3개의 분리된 층을 포함할 수 있으며 자성을 갖는 상부층(106)은 상기 중간층(105) 상에 증착되며, 상기 상부층(106) 위에는 탄소 윤활층(108)이 형성된다.
자기 기록 매체 상에서 단위면적 당 저장 가능한 데이터양은 상기 상부층의 미세구조 크기에 반비례한다. 미세구조크기는 그 박막의 그레인 사이즈에 상응하며, 그레인은 일반적으로 20 내지 50 원자를 포함한 분자의 응집을 말한다. 또한, 그레인의 물리적 편석(segregation)정도인 미세구조의 균일성은 데이터 저장 능력을 증가시키는데 기여한다.
그레인 사이즈를 정제시켜 자기 기록 매체의 저장능력을 증가시키는 공지된 기술로는 상기 시드층 상에서 산화물 그레인 핵성장 사이트를 이용하는 방법이 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 기판 상에 시드층으로서 증착된 산화물 입자는 후속 증착층을 위한 핵성장 사이트로서 작용하여 그레인 사이즈를 감소시키고 데이터 저장 능력을 증가시킨다. 스퍼터 타겟 제조공정의 복잡성으로 인해, 산화물 입자가 용융 및 주조공정 동안에 모금속으로부터 유리(liberated)되므로 주조된 타겟에 산화물을 첨가하는 것이 곤란하다. 따라서, 그레인 사이즈를 감소시키기 위해 기판 상에 산화물 입자막을 증착하는 다른 방법이 강하게 요구된다.
미국특허 제6,254,724호 및 제6,620,531호에는 하부층 아래의 시드층으로서 산화물 입자막을 증착함으로써 상부층에서 입자크기를 감소시키는 기술이 기재되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 추가적인 박막을 산화물 입자가 풍부한 시드층 상에 증착하고 그 시드층으로부터의 간격이 증가하기 때문에, 상기 추가적인 층의 그레인 사이즈도 증가하고, 그레인 사이의 물리적 편석도가 저감된다. 이러한 산화물 입자 시드형성기술을 이용하여 하부층에서 그레인 사이즈를 감소시킬 수 있으나, 상부층의 그레인 사이즈가 심하게 커지는 경향이 있다. 이와 같이, 종래의 그레인 사이즈 감소 기술은 시드층에 인접한 박막 스택상에 유익한 영향을 줄 수 있으나, 시드층을 산화물-도프하는데 따른 유익한 영향은 상부층에서는 저감되어 그레인 사이즈가 가장 어려운 문제가 된다.
따라서, 잠재적인 데이터 저장용량을 증가시키기 위해서, 상부층에서 치밀한 그레인 구조를 갖는 자기 기록 매체를 제공하는 것이 크게 요구되고 있다. 특히, 그레인 구조가 제어되고 시드층 위의 박막 스택층 상에 균일한 고밀도의 그레인 구조를 갖는 박막스택의 스퍼터링 방법을 제공하는 것이 요구된다.
자기 기록 매체의 단위 면적당 저장할 수 있는 데이터의 양은 자기 상부층의 그레인 밀도에 상응한다. 핵성장 산화물 입자는 시드층 주위 박막의 미세구조를 효과적으로 정제할 수 있는 것으로 보이나, 몇가지 문제점이 있다. 이러한 관점에서, 본 발명의 목적은 전형적인 스퍼터 타겟 및 스퍼터 타겟 제조방법에서 발견되는, 특히 산화물이 도프된 박막의 증착 및 자기 기록 매체의 자성을 갖는 상부층에서 그레인의 밀도의 증가와 관련된 문제점을 해결하는데 있다.
제1 관점에 따르면, 본 발명은 자기 기록 매체이다. 상기 자기 기록 매체는 기판 및 상기 기판 상에 형성된 적어도 하나의 제1 하부층을 포함한다. 상기 제1 하부층은 CrMo, CrTi과 같은 Cr계 합금을 포함한다. 또한 상기 자기 기록 매체는 상기 제1 하부층 상에 형성되며 Co계 합금을 포함하는 적어도 하나의 제1 중간층 및 상기 제1 중간층 상에 형성되며 자성을 갖고 Co계 합금을 포함하는 적어도 하나의 상부층을 포함한다. 상기 제1 하부층, 제1 중간층 및/ 또는 제1 상부층 중 적어도 한 층은 X-산화물로 도프된다. 여기서 X는 -0.6V 미만의 산화전위(oxidation potential)를 갖는 금속이다.
본 발명에 따른 자기 기록 매체는 박막 스택 내에 포함된 핵성장 산화물 사이트를 갖는 정제된 미세구조를 포함한다. 상기 박막은 산화물 도프된 스퍼터 타겟으로부터 스퍼터된다. 그레인 정제는 임의의 층 또는 하부층, 중간층 및/또는 상부층을 포함하는 자기 스택의 모든 층에 적용될 수 있다. 이러한 각각의 경우에, 핵성장 사이트는 상부에 스퍼터되는 박막을 정제하는 "플래쉬(flash)" 시드층으로서 스퍼터되거나, 박막 자체에 포함될 수 있다. 일반적으로 저장 밀도를 증가시키기 위해 이러한 형식의 정제가 표준 수직 매체(longitudinal media), 수평 매체 및 반강자성 결합(anti-ferromagnetically-coupled:"AFC") 매체용으로 사용될 수 있다.
윤활층이 상기 제1 상부층 상에 형성된다. 상기 윤활층은 C 또는 C계 합금을 포함한다. 상기 윤활층은 분당 수천회 회전하는 판독-기록 헤드와 상부층 간의 물리적 접촉에 의한 손상으로부터 상부층을 보호한다.
시드층이 상기 기판 및 제1 중간층 사이에 형성된다. 시드층은 순차적으로 증착된 층의 그레인 구조가 갖는 형상 및 방향을 결정함으로써 그레인 사이즈를 더 욱 감소시킬 수 있으며, 그레인의 균일한 물리적 편석도를 가능하게 할 수 있다. 일반적인 시드층은 NiP 또는 NiAl을 포함한다.
상기 제1 하부층, 제1 중간층 및/또는 제1 상부층 중 적어도 한 층은 4 원자% 미만의 X-산화물을 포함한다. 본 발명의 잇점은 박막 금속 또는 합금의 물리적 성질이 영향을 받지 않도록 핵성장 산화물질이 작은 원자%의 박막을 포함하기만 하면 된다는 것이다.
X는 높은 산화전위를 갖는 금속이며, Li, Na, K, Ca, Sr, Mg, Sc, Y, La, Ti, Zr, V, Nb 및 Mn로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 도펀트 및 그레인 성장 억제(stunting)의 전체 효과는 핵성장 산화물질을 포함하는 스택 내의 각 층에 대해 동일하다. X-산화물이 도프된 스퍼터 타겟이 핵성장 산화물질을 스퍼터하는데 사용되는 경우, 산화물이 모금속 또는 모합금 쪽에 증착되므로 스퍼터 챔버는 그레인의 핵성장을 더욱 용이하고 다량으로 촉진시키기 위한 추가적인 산소 분위기를 필요로 하지 않는다.
본 발명의 제2 관점에 따르면, 자기 기록 매체가 기판 상의 적어도 하나의 제1 하부층을 스퍼터링하고, 상기 제1 하부층 상에 적어도 하나의 제1 중간층을 스퍼터함으로써 제조된다. 상기 제1 하부층은 Cr계 합금을 포함하고 상기 제1 중간층은 CoCrTa와 같은 Co계 합금을 포함한다. 더하여, 자기 기록 매체는 상기 제1 중간층 상에 적어도 하나의 제1 상부층을 스퍼터링함으로써 제조된다. 상기 제1 상부층은 자성을 가지며 CoCrPtB와 같은 Co계 합금을 포함한다. 상기 제1 하부층, 제1 중간층 및/또는 제1 상부층 중 적어도 한 층은 X로 도프된다. 여기서 X는 -0.6V 미만 의 산화전위를 갖는 금속이다. 상기 제1 하부층, 제1 중간층 및/또는 제1 상부층 중 적어도 한 층은 산소 분위기에서 반응성 스퍼터링된다.
반응성 스터퍼터링은 증착 공정이며, 이 공정에서 Si가 산소 함유 플라즈마에서 스퍼터되어 SiO2가 증착되는 경우와 같이 증착되는 화합물을 형성하도록 타겟 물질에 스퍼터되는 물질은 가스 혼합물 내에서 다른 종류의 물질과 화학적으로 반응한다. 본 발명의 제조 방법을 사용하는 경우, 높은 산화전위를 갖는 금속을 포함하는 스퍼터 타겟은 스퍼터 챔버 내에서 자연적으로 발견되며 주위에 잠재하는 산소를 사용하거나 챔버 내로 공급되는 제어된 양의 산소를 사용하여 박막 내에 미세한 그레인으로 스퍼터된다. 증착된 박막 결과물은, 박막 내의 미세한 산소 입자에 의해 얻을 수 있는 정제된 그레인 사이즈를 갖는다.
본 발명의 제3 관점에 따르면, 자기 기록 매체는 기판 상에 Cr계 합금을 포함하는 적어도 하나의 제1 하부층을 스퍼터하고, 상기 제1 하부층 상에 Co계 합금을 포함하는 적어도 하나의 중간층을 스퍼터함으로써 제조된다. 더하여, 자기 기록 매체는 상기 제1 중간층 상에 자성을 갖고 Co계 합금을 포함하는 적어도 하나의 제1 상부층을 스퍼터함으로써 제조된다. 상기 제1 하부층, 제1 중간층 및/또는 제1 상부층 중 적어도 한 층은 X-산화물로 도프된다. 여기서 X는 -0.6V 미만의 산화전위를 갖는 금속이다.
본 발명의 제4 관점에 따르면, 본 발명은 자기 기록 매체이다. 상기 자기 기록 매체는 기판 상에 형성되며 CrMo 또는 CrTi와 같은 Cr계 합금을 포함하는 적어 도 하나의 제1 하부층을 포함한다. 또한 상기 자기 기록 매체는 상기 제1 하부층 상에 형성되며 Co계 합금을 포함하는 적어도 하나의 제1 중간층 및 상기 제1 중간층 상에 형성되며 자성을 갖고 Co계 합금을 포함하는 적어도 하나의 제1 상부층을 포함한다. 상기 제1 하부층, 제1 중간층 및/또는 제1 상부층 중 한 층은 X-산화물로 도프되며, 여기서 X는 -0.6V 미만의 산화전위를 갖는 금속이다.
이하, 본 발명이 실시되는 특정 실시형태를 도시한 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 다른 실시형태가 사용되거나 변경될 수 있다는 것은 자명하다.
본 발명은 시드층 상에 증착되는 박막 스택층의 산화물 입자 도핑을 통해 상부층의 그레인 사이즈를 정제함으로써 자기 기록 매체의 데이터 저장량을 증가시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시형태에 따른 자기 기록 매체의 박막 스택을 도시한다. 자기 기록 매체는 기판 및 상기 기판상에 형성되며 CrMo 또는 CrTi와 같은 Cr계 합금을 포함하는 적어도 하나의 하부층을 포함한다. 또한, 상기 자기 기록 매체는 상기 제1 하부층 상에 형성되며 Co계 합금을 포함하는 적어도 하나의 제1 중간층 및 상기 제1 중간층 상에 형성되며 자성을 갖고 Co계 합금을 포함하는 적어도 하나의 제1 상부층을 포함한다. 상기 제1 하부층, 제1 중간층 및/또는 제1 상부층 중 적어도 한 층은 X-산화물로 도프되며, 여기서 X는 -0.6V 미만의 산화전위를 갖는 금속이다.
보다 상세하게는, 자기 기록 매체(400)는 일반적으로 알루미늄 또는 유리로 이루어진 기판(401)을 포함한다. 시드층(402)은 기판(401) 상에 형성되며, 순차적으로 증착된 박막층의 그레인 구조의 형상 및 방향을 결정한다. 일반적으로, 시드층(402)은 NiP 또는 NiAl을 포함한다. 본 발명의 다른 배치구조에서 시드층(402)은 생략될 수 있다.
하부층(404)이 시드층(402) 상에 형성되거나, 시드층(402)이 생략된 경우 기판(401) 상에 형성된다. 하부층(404)은 하나의 층으로 도시되었으나 본 발명의 다른 관점에서 하부층(404)은 세 개의 층일 수 있다. 하부층(404)은 CrMo 또는 CrTi와 같은 크롬계 합금을 포함하며, 또한 산화물을 더 포함한다.
중간층(405)이 하부층(404) 상에 형성된다. 중간층(405)은 하나의 층으로 도시되었으나 추가적인 배치구조에서 중간층(405)은 세 개의 층일 수 있다. 중간층(405)은 CoCrTa와 같은 코발트계 합금을 포함하며, 또한 산화물을 더 포함한다. 중간층(406)은 연자성 물질이다.
상부층(406)이 중간층(405) 상에 형성된다. 도 4에서 상부층(405)은 하나의 층으로 도시된다. 본 발명의 추가적인 관점에서, 상부층(406)은 세 개의 층일 수 있다. 상부층(406)은 CoCrPtB와 같은 코발트계 합금을 포함하며, 또한 산화물을 더 포함한다.
탄소 윤활층(408)이 상부층(406) 상에 형성된다. 윤활층은 C 또는 C계 합금을 포함한다. 탄소 윤활층(408)은 판독-기록 헤드(미도시)와 상부층(408) 자체 사이의 물리적 접촉으로 인한 손상으로부터 상부층(406)을 보호한다. 본 발명의 다른 배치구조에서, 탄소 윤활층(408)은 생략될 수 있다.
하부층(404), 중간층(405) 및/또는 상부층(406) 중 적어도 하나의 층은 X-산화물로 도프되며, 여기서 X는 산화에 대한 높은 친화력을 갖는 금속이다. 산화에 대한 높은 친화력을 갖는 금속은 -0.6V 미만의 산화전위를 갖는 금속이다. 이 금속은 박막 내에 산화물 도프된 핵성장 사이트를 증착함으로써 그레인 성장 억제를 가능하게 한다. 시드층 상의 박막층을 산화물 도핑함으로써, 그레인 성장 억제의 유익한 효과는 산화물 도프된 시드층에 인접한 층에 제한되지 않는다.
표 1은 안정적이며 상용가능한 산화에 대한 높은 친화력을 갖는 금속의 몇몇 예를 열거한다. 표 1은 완전한 리스트가 아니며, 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하기와 유사 한 특성을 갖는 금속이 산화에 대한 높은 친화력을 갖는 금속으로 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
| 원소 | 산화전위(E°/V) |
| Li(to Li+) | -3.04 |
| Na(to Na+) | -2.71 |
| K(to K+) | -2.931 |
| Ca(to Ca2 +) | -2.868 |
| Sr(to Sr2 +) | -2.899 |
| Mg(to Mg2 +) | -2.372 |
| Sc(to Sc3 +) | -2.077 |
| Y(to Y3 +) | -2.372 |
| La(to La3 +) | -2.379 |
| Ti(to Ti2 +) | -1.630 |
| Zr(to Zr4 +) | -1.45 |
| V(to V2 +) | -1.175 |
| Nb(to Nb3 +) | -1.099 |
| Mn(to Mn2 +) | -1.185 |
자기 기록 매체는 시드층 상의 박막 스택 내에 포함된 핵성장 산화물 사이트를 갖는 고밀도 그레인 구조를 포함한다. 이 때, 박막은 산화물 도프된 스퍼터 타겟으로부터 스퍼터된다. 그레인 정제는 임의의 층 또는 하부층, 중간층 및/또는 상부층의 층들을 포함하는 자기 스택의 모든 층에 적용될 수 있다. 이러한 각각의 경우에, 핵성장 사이트는 상부에 스퍼터되는 박막을 정제하는 "플래쉬(flash)" 시드층으로서 스퍼터되거나, 박막 자체에 포함될 수 있다. 일반적으로 저장 밀도를 증가시키기 위해 이러한 형식의 정제가 표준 수직 매체(longitudinal media), 수평 매체 및 반강자성 결합(anti-ferromagnetically-coupled:"AFC") 매체용으로 사용될 수 있다.
상술한 박막은 재료 과학 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 숙지된 X-산화물 도프된 스퍼터 타겟을 사용하는 스퍼터링 공정을 이용하여 기판(401) 상에 증착된다. 용융 또는 주조공정 동안 모금속으로부터 산화물의 유리(liberation)에 관련된 문제를 해결하기 위해, 분말 야금술(powder metallurgy)이 이러한 X-산화물 도프된 스퍼터 타겟을 생성하는데 사용될 수 있다. 분말 야금술을 사용하는 경우, 분말 덩어리가 소정의 형상 또는 "캔" 형상으로 형성되고 이어 입자간의 금속 결합(metallurgical bond)을 형성하도록 압밀시킨다(consolidate). 보다 상세하게는, X-산화물 분말을 포함하는 원료 분말들이 균질한 혼합물이 되도록 혼합되고 금속 컨테이너에 밀봉된다. 상기 금속 컨테이너는 임의의 잔여 가스에 의해 금속이 오염되는 것을 방지하기 위해 기체가 제거된다. 상기 금속 컨테이너 상에서 고온 아이소스태틱(isostatic) 압착(HIP)이 가해지며, 이 때 분말을 경화시키기 위해 용기에 열과 아이소스태틱 압력이 가해져 분말이 "고온 아이소스태틱 압착된 캔"으로 알려진 고밀도 물질로 변형된다. 이어 상기 고온 아이소스태틱 압착된 캔이 다수의 X-산화물 도프된 타겟을 형성하기 위해 가공되며 이어 스퍼터된다.
스퍼터링 공정 동안, 산소 분자들은 순간적으로 X로부터 유리되며 진공 챔버 내에 잔류한다. X가 기판 상에 박막으로 증착될 때, 상기 유리된 산소 분자들은 높은 산화 전위 때문에 X에 흡착되며, X-산화물이 박막의 표면에 재형성된다. X-산화물 도프된 스퍼터 타겟이 스퍼터 핵성장 산화물질로 사용되는 경우, 산화물이 모금속 또는 모합금 쪽에 증착되므로 그레인이 더욱 용이하고 다량으로 핵성장 되도록 촉진하기 위한 추가적인 산소 분위기를 필요로 하지 않는다.
X는 높은 산화전위를 갖는 금속이며, Li, Na, K, Ca, Sr, Mg, Sc, Y, La, Ti, Zr, V, Nb 및 Mn로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 높은 산화전위를 갖는 금속은 산화물의 형태로 잔류하는데 더 적합하며, 전체적인 모금속(모합금) 단계로 흡수되기 보다는 그레인 성장을 억제한다. 도펀트 및 그레인 성장 억제의 전체 효과는 핵성장 산화물질을 포함하는 스택 내의 각 층에 대해 동일하다.
스퍼터된 박막 및 도펀트 합성물에 따라 100ppm 내지 수 부피% 범위의 양으로 금속 산화물이 기존 합금에 추가될 수 있다. 특히, 일부 합금은 그레인을 핵성장시키고 그레인 성장을 억제하기 위해 단지 미량의 도펀트를 필요로 하는 반면, 다른 합금은 동일한 효과를 얻기 위해 더 다량의 도펀트를 필요로 할 것이다. 하부층, 중간층 및/또는 상부층 또는 X-산화물로 도프된 층들은 4 원자% 미만의 X-산화물을 포함한다. 도펀트 및 그레인 성장 억제의 전체 효과는 핵성장 산화물질을 포함하는 스택 내의 각 층에 대해 동일하다.
그레인 성장은 각 개별 그레인의 성장을 60Å 미만으로 억제하는 다수의 소형 그레인 때문에 감소된다. 더하여, 산화물 입자가 그레인 표면을 코팅하는 것에 의한 보다 우수한 그레인 고립의 결과로써, 산화물질을 핵성장 시키는 것은 자성을 띈 합금의 신호대 잡음비("SNR")를 향상시키는 것으로 나타났다.
도 5는 본 발명의 제2 관점에 따라 자기 기록 매체를 제조하는 방법을 도시한 플로우 차트이다. 단순히, 자기 기록 매체는 기판 상에 Cr계 합금을 포함하는 적어도 하나의 하부층을 스퍼터링하고, 상기 하부층 상에 Co계 합금을 포함하는 적어도 하나의 중간층을 스퍼터링함으로써 제조된다. 더하여, 자기 기록 매체는 상기 중간층 상에 Co계 합금을 포함하는 적어도 하나의 상부층을 스퍼터링 함으로써 제조된다. 상기 제1 하부층, 제1 중간층 및/또는 제1 상부층 중 적어도 한 층은 X로 도프된다. 여기서 X는 -0.6V 미만의 산화전위를 갖는 금속이다. 상기 X-도프된 층 또는 층들은 산소 분위기에서 반응성 스퍼터링된다.
보다 상세하게, 제조 공정이 시작되고(단계 S501), 시드층이 증착될지 증착되지 않을지가 결정된다(단계 S502). 일반적으로 NiP 또는 NiAl을 포함하는 시드층은 순차적으로 증착된 층들의 그레인그레인 형상 및 방향을 결정하는데 유용할 수 있다. 시드층이 요구되는 경우에, 시드층이 기판 상에 스퍼터된다(단계 S503). 시드층이 요구되지 않는 경우에, 시드층이 스퍼터 되지 않고 단계 S504로 공정이 진행된다.
CrMo 또는 CrTi와 같은 Cr계 합금을 포함하는 하부층이 시드층 상에 스퍼터된다(S504). 박막 스택은 종종 최대 세 개의 하부층을 포함하므로, 하부층이 스퍼터된 후 추가적인 하부층이 증착될 것인지 증착되지 않을 것인지가 결정된다(단계 S505). 다른 하부층이 증착되는 경우, 추가적인 하부층이 스퍼터된다(단계 S504).
더 이상 하부층이 증착되지 않는다면(단계 S505), 중간층이 스퍼터된다(단계 S506). 중간층은 코발트계 이며 연자성이다. 일반적으로 박막 스택은 두 개의 중간층을 포함하므로, 중간층이 증착된 후 추가적인 중간층을 증착할 것인지를 결정한다(단계 S507). 다른 중간층이 증착되어야 한다면, 추가적인 중간층이 스퍼터된다(단계 S506).
더 이상 중간층이 증착되지 않는다면, 상부층이 스퍼터된다(단계 S509). 일반적으로 두 개 또는 세 개의 코발트계 상부층은 각각의 자기 기록 매체에 대해 스퍼터된다. 다른 상부층이 증착되어야 한다면(단계 S510), 추가적인 상부층이 증착된다(단계 S509). 그렇지 않은 경우에는, 윤활층이 증착되어야 하는지를 결정한다(단계 S511).
윤활층이 요구된다면, 윤활층이 스퍼터된다(단계 S512). 윤활층은 제1 상부층 상에 형성된다. 윤활층은 C 또는 C계 합금을 포함한다. 윤활층은 분당 수천회 회전하는 판독-기록 헤드와 상부층 자체 사이의 물리적 접촉으로 인해 발생하는 손상으로부터 상부층을 보호한다. 윤활층이 요구되지 않거나 이미 윤활층이 증착되었다면, 공정이 종료된다(단계 S514).
상기 중간층, 하부층 및/또는 상부층 중 적어도 하나의 층은 X로 도프된다. 여기서, X는 -0.6V 미만의 산화전위를 갖는 금속이다. X-도프된 층 또는 층들은 산소분위기에서 반응성 스퍼터된다.
반응성 스터퍼터링은 증착 공정이며, 이 공정에서 X와 같은 물질은 타겟 물질에 스퍼터되며, 증착되는 화합물을 형성하기 위한 가스 혼합물에서 산소와 같은 다른 종류의 물질과 화학적으로 반응한다. 본 발명의 하나의 실시예의 제조 방법을 이용하는 경우, 산화에 대한 높은 친화력을 갖는 금속을 포함하는 스퍼터 타겟은 스퍼터 챔버 내에서 자연적으로 발견되며 주위에 잠재하는 산소를 사용하거나 챔버 내로 공급되는 제어된 양의 산소를 사용하여 박막 내에 미세한 그레인으로 스퍼터된다. 증착된 박막 결과물은, 박막 내의 미세한 산소 입자에 의해 얻을 수 있는 정제된 그레인 사이즈를 갖는다. 미세한 산화물 분말을 사용하여 합금을 도프하기 어렵게 하는 용융 및 주조 기술에 관련된 제약에 기초하여 볼 때, 본 발명은 자기 기록 물질인 박막에서 높은 산화물질의 도핑을 수월하게 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 표 1에 열거된 것과 같은 높은 산화전위를 갖는 하나 또는 그 이상의 금속이 도펀트로서 100ppm 내지 수 원자%의 수준으로 모금속 또는 모합금에 포함된다. 이러한 금속은, 스퍼터 챔버 내에서 자연적으로 발견되며 주위에 소량으로 잠재하는 산소를 사용하거나 챔버 내로 공급되는 제어된 양의 산소를 사용하여 미세한 그레인을 갖는 산화물 형태로 스퍼터될 때 변환된다. 잠재하는 챔버 내의 산소 또는 추가되는 산소의 사용은 반응하는데 보다 적은 산소를 필요로 하는 Sr 또는 Ca와 같이 보다 쉽게 산회되는 금속과 함께 사용되는 도펀트에 의해 결정될 것이다.
X-도프되지 않는 층들은 통상적인 비반응(non-reactive) 스퍼터링 기술을 이용하여 스퍼터될 것이다.
산화에 대한 높은 친화력을 갖거나 높은 산화전위를 갖는 금속은 박막 내에 산화물 도프된 핵성장 사이트를 증착함으로써 그레인 성장의 억제를 가능하게 한다. 시드층 상에 위치한 산화물 도프된 박막에 의해, 그레인 성장 억제의 유용한 효과가 산화물 도프된 시드층에 인접한 층들에 제한되지 않는다. 이러한 잇점 때문에, 각 개별 그레인의 부피증가를 60Å 미만으로 억제하는 고밀도의 그레인으로 인해 그레인 성장이 감소된다.
X-산화물로 도프된 하부층, 중간층 및/또는 상부층 중 적어도 한 층은 4 원자% 미만의 X-산화물을 포함한다. 보다 바람직한 관점에서, X는 Li, Na, K, Ca, Sr, Mg, Sc, Y, La, Ti, Zr, V, Nb 및 Mn으로 구성된 그룹으로부터 선택된다.
이 방법의 전체적인 결과는, 반응적으로 형성된 산화물 입자를 포함하는 시드층 내의 기판 표면 상부 또는 모막(parent film) 내의 매우 작은 핵성장 산화물 입자에 의해 이루어지는 그레인 사이즈의 정제이다. 반응성 스퍼터되고 X-도프된 Cr 시드층 상에 증착된 Cr 하부층 막의 경우, 원주형(columnar) 그레인이 현저하게 정제된다. 박막이 X-도프되고 모막 내에 반응체를 포함하고 있다면, 그레인 구조는 향상된 그레인 분리 및 향상된 SNR의 추가적인 잇점을 갖도록 향상될 것이다.
본 발명의 제3 관점에 따르면, 자기 기록 매체는 기판 상에 Cr계 합금을 포함하는 적어도 하나의 하부층을 스퍼터하고, 상기 하부층 상에 Co계 합금을 포함하는 적어도 하나의 중간층을 스퍼터함으로써 제조된다. 더하여, 자기 기록 매체는 상기 중간층 상에 자성을 갖고 Co계 합금을 포함하는 적어도 하나의 상부층을 스퍼터함으로써 제조된다. 상기 제1 하부층, 제1 중간층 및/또는 제1 상부층 중 적어도 한층은 X-산화물로 도프된다. 여기서 X는 -0.6V 미만의 산화전위를 갖는 금속이다.
C 또는 C계 합금을 포함하는 윤활층이 상기 상부층 상에 형성된다. 시드층이 상기 기판과 하부층 사이에 형성된다. 상기 하부층, 중간층 및/또는 상부층 중 적어도 한 층은 4 원자% 미만의 X-산화물을 포함한다. 도펀트 및 그레인 성장 억제의 전체적인 효과는 핵성장 산화물질을 포함하는 스택 내의 각 층에 대해 동일하다.
X는 Li, Na, K, Ca, Sr, Mg, Sc, Y, La, Ti, Zr, V, Nb 및 Mn으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 이 물질들은 박막 내에 산화물 도프된 핵성장 사이트를 증착함으로써 그레인 성장 억제를 가능하게 한다. 시드층 상의 산화물 도프된 박막 층에 의해, 그레인 성장 억제 효과가 산화물 도프된 시드층에 인접한 층들에 한정되지 않는다.
본 발명의 제4 관점에 따르면, 본 발명은 자기 기록 매체이다. 상기 자기 기록 매체는 기판 상에 형성되며 CrMo 또는 CrTi와 같은 Cr계 합금을 포함하는 적어도 하나의 제1 하부층을 포함한다. 또한 상기 자기 기록 매체는 상기 제1 하부층 상에 형성되며 Co계 합금을 포함하는 적어도 하나의 제1 중간층 및 상기 제1 중간층 상에 형성되며 자성을 갖고 Co계 합금을 포함하는 적어도 하나의 제1 상부층을 포함한다. 상기 제1 하부층, 제1 중간층 및/또는 제1 상부층 중 적어도 한 층은 X-산화물로 도프되며, 여기서 X는 -0.6V 미만의 산화전위를 갖는 금속이다.
본 발명은 특정 실시형태를 사용하여 기술되었다. 본 발명은 전술한 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 범위 내에서 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경 및 변형이 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 박막 스택층의 산화물 입자 도핑을 통해 상부층의 그레인 사이즈를 정제함으로써 자기 기록 매체의 데이터 저장량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (9)
- 균질한 혼합물이 얻어지도록 복수 종의 분말을 혼합하는 단계;금속 컨테이너에 균질한 혼합물을 밀봉하는 단계;상기 균질한 혼합물이 압밀(consolidate)되도록 상기 금속 컨테이너를 가압하는 단계; 및하나 이상의 스퍼터 타겟을 형성하는 단계를 포함하며,상기 복수 종의 분말은 상기 X 또는 X-산화물인 도펀트를 포함하며, 상기 X는 -0.6V 미만의 산화전위를 갖는 금속인 것을 특징으로 하는 스퍼터 타겟 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 X는 Li, Na, K, Ca, Sr, Mg, Sc, Y, La, Ti, Zr, V, Nb 및 Mn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 스퍼터 타겟 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 복수 종의 분말은 100 ppm 내지 4 원자%의 범위로 상기 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 타겟 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 복수 종의 분말은 복수 종의 원료 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터 타겟 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 X는 Li, Na, K, Ca, Sr, Mg, Sc, Y, La, Zr, V, Nb 및 Mn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 스퍼터 타겟 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 X는 Li, Na, K, Ca, Sr, Mg, Sc, Y, La, V, Nb 및 Mn으로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 스퍼터 타겟 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 X는 Li, Na, K, Sr, Sc, Y, La 및 V으로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 스퍼터 타겟 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 도펀트는 X를 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼트 타겟 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 도펀트는 X-산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼트 타겟 제조방법.
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