KR20070076459A - 매체 윤활제의 인-시튜 ｕｖ 경화 - Google Patents

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죠셉 마이클 스티르니만
지안웨이 리우
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시게이트 테크놀로지 엘엘씨
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Abstract

제논 엑시머 램프를 포함하는 증착 챔버, 및 상기 증착 챔버로의 윤활제의 증착을 위한 입구를 갖는 시스템이 개시되며, 상기 증착 챔버는 상기 윤활제의 기상 증착 및 상기 윤활제의 인-시튜 UV 노출을 둘 다 수행할 수 있다. 또한, 증착 챔버에서 자기 기록 매체 상에 윤활제를 증착하는 단계, 및 제논 엑시머 램프로부터의 조사에 상기 윤활제를 인-시튜 UV 노출시키는 단계를 포함하는 방법이 개시된다.

Description

매체 윤활제의 인-시튜 ＵＶ 경화{IN-SITU UV CURING OF MEDIA LUBRICANTS}
도 1은 자기 기록 매체를 도시한다.
도 2는 자기 기록 매체를 제조하기 위한 인라인 프로세스를 도시한다.
도 3은 본 발명의 윤활제들의 화학적 구조를 도시하며, 여기서 B는 하이드록실,2,3-디하이드록실-1-프로프옥실(propoxyl) 및 아세트아미드를 포함하는 화학적 그룹들을 개선하는 결합이다.
도 4는 광합성된 윤활제 분자를 형성하기 위해 활성화된 사이클로트리포스파젠 링 컴포넌트와 결합되는 PFPE 윤활제 컴포넌트의 하이드록실 엔드-그룹을 도시한다.
도 5는 전형적인 제논 엑시머 UV 램프의 도면을 도시한다(출처: Osram GmbH의 Xeradex lamp marketing brochure).
도 6a 및 도 6b는 질소 하의 주변 압력에서 수은 방전 램프와 제논 엑시머 램프를 위한 결합된 윤활제 대 시간을 나타낸다.
도 7은 윤활제의 UV 본딩의 허용된 물리적 메커니즘의 개념도를 나타낸다.
본 발명은 박막 저장 매체를 위한 개선된 윤활제(lubricant)를 가진 기록 매체에 관한 것으로서, 상기 개선된 윤활제는 인-시튜 UV 경화에 의해 제조된다.
자화가능한 매체를 가진 자기 디스크들은 대부분의 모든 컴퓨터 시스템들에서 데이터 저장을 위해 사용된다. 현재 자기 하드 디스크 드라이브들은 디스크 표면 상부에서 겨우 수 나노미터의 판독-기록 헤드들과 함께 통상 초당 수 미터의 고속에서 동작한다. 판독-기록 헤드들은 동작 동안 디스크 표면과 접촉할 수 있기 때문에, 윤활제의 층이 마모와 마찰을 감소시키기 위해 디스크 표면상에 코팅된다.
도 1은 디스크 기록 매체와 종방향 및 수직 기록 사이의 차이를 나타내는 디스크의 단면을 도시한다. 도 1은 비자기 디스크의 일측면을 나타내지만, 자기 기록층들은 도 1의 비자기 알루미늄 기판의 양 측면들상에 스퍼터링 증착된다. 또한, 도 1은 알루미늄 기판을 도시하지만, 다른 실시예들은 유리, 유리-세라믹, NiP/알루미늄, 금속 합금들, 플라스틱/폴리머 물질, 세라믹, 유리-폴리머, 혼합 물질들 또는 다른 비자기 물질들을 포함한다.
하드 디스크들 상의 윤활 막은 탄소 오버코트의 마모를 방지함으로써 하부 자기 합금에 대한 보호를 제공한다. 또한, 상기 윤활 막은 하부 자기 합금의 부식에 대한 보호를 제공하도록 오버코트와 조합되어 작용한다. 하드 디스크들의 신뢰성은 박막 매체의 내구성에 의존한다. 하드 디스크 사이의 간격은 면적 저장 밀도를 개선하기 위해 활발히 감소되고 있기 때문에, 매체는 약한 내구성, 판독-기록 헤드에 의한 무거운 윤활제 픽업, 관리할 수 없는 스틱션(stiction)/마찰 등과 같은 많은 심각한 기술적 장애들에 직면하고 있다. 윤활제는 의심할 나위 없이 이러 한 기술적 어려움들을 극복하는데 중요한 역할을 하고 있다.
비스(Bis)(4-플루오로페녹시)-테트라키스(3-트리플루오로메틸 페녹시) 사이클로트리포스판젠(X1-p)과 같은 윤활제 첨가물 성분들(moieties)은 박막 매체의 부식 저항과 마찰 성능(tribological performance)을 개선할 수 있다. 일반적으로, 윤활제는 윤활제를 함유한 베스(bath)에 디스크를 담금(dipping)으로써 디스크 표면에 인가된다. 베스는 통상 윤활제와 윤활제의 특성들을 개선하기 위한 코팅 용매를 포함하고, 코팅 용매는 일반적으로 점성 오일이다. 디스크들은 베스로부터 제거되고, 디스크 표면 상에 윤활제 층을 남겨두면서 용매는 기화되도록 허용된다. 윤활제 성분들의 양과 디스크 오버코트 사에 흡수되는 부가적인 성분들은 용액 농도와 드레인 비율을 가변시킴으로써 제어된다. 그러나, 장기간 매체의 반복적 사용 동안 매체의 개선된 윤활 성능을 제공하기 위해 윤활제와 매체 사이의 화학적 반응의 정도를 증가시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 박막 저장 매체를 위해 인-시튜 UV 경화에 의해 제조되는 개선된 윤활제를 가진 기록 매체를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들은 제논 엑시머(xenon excimer) 램프와 증착 챔버에 윤활제의 증착을 위한 입구를 포함하는 증착 챔버를 포함하는 시스템에 관한 것으로서, 상기 증착 챔버는 윤활제의 기상 증착 및 윤활제의 인-시튜로 UV 노출을 수행하는 능력을 갖는다. 바람직하게는, 상기 시스템은 소스 챔버를 더 포함하고, 상기 소 스 챔버는 증착 챔버와 통신한다. 바람직하게는, 제논 엑시머 램프는 185nm 이하의 파장에서 25% 이상의 전력을 생성한다. 바람직하게는, 제논 엑시머 램프는 진공하에서 동작된다. 바람직하게는, 상기 시스템은 제논 엑시머 램프를 냉각시키는 냉각제를 통한 정화(purging)를 포함하지 않는다. 바람직하게는, 상기 증착 챔버는 진공상태에 있다.
본 발명의 다른 실시예들은 증착 챔버에서 자기 기록 매체 상에 윤활제를 증착하는 단계, 및 제논 엑시머 램프로부터 방사에 윤활제를 인-시튜로 UV 노출시키는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 바람직하게는, 상기 방법은 소스 챔버로부터 증착 챔버로 윤활제를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 소스 챔버는 증착 챔버와 통신한다. 바람직하게는, 상기 방법은 상기 증착 챔버와 소스 챔버를 진공 소스를 통해 대기압 이하의 압력으로 배출시키는 단계를 더 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법은 상기 소스 챔버의 압력이 상기 증착 챔버의 압력보다 더 크도록 상기 소스 챔버에서 윤활제를 가열시키는 단계를 더 포함한다. 바람직하게는, 증착 챔버에서 자기 기록 매체 상에 윤활제를 증착하는 단계는 자기 기록 매체의 표면 상에 운활제 오버코트를 증착하기에 충분한 시간 동안 상기 증착 챔버의 자기 기록 매체를 윤활제에 노출시키는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 증착 챔버에서 자기 기록 매체 상에 윤활제를 증착하는 단계는 약 100 Torr 이하의 압력에서 수행된다. 바람직하게는, 상기 방법은 소스 챔버에서 윤활제를 가열하는 단계를 더 포함하고, 소스 챔버와 증착 챔버 사이의 윤활제 흐름을 제어기 밸브로 제어하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 제논 엑시머 램프는 185nm 이하의 파장에서 35% 이상의 전력을 생성한다.
본 발명의 또 다른 실시예들은 제논 엑시머 램프로부터 발광되고 윤활제 막에 의해 UV 광의 최대 흡수 파장에 해당하는 파장을 갖는 UV 광으로 윤활제 막을 조사하는(irradiating) 단계를 포함하는 방법에 관한 것으로서, 윤활제 박막은 적어도 하나의 퍼플루오로폴리에테르 화합물 및 포스파젠(phosphazene) 유도체를 포함한다. 바람직하게는, 윤활제 박막은 데이터/정보 저장 및 검색 매체의 표면 상에 형성된다. 바람직하게는, 데이터/정보 저장 및 검색 매체는 디스크 형상의 자기 또는 광자기 기록 매체이다. 바람직하게는, 상기 매체는 기판 표면 상에 형성된 층 적층물(stack)을 포함하고, 상기 층 적층물은 최상부, 탄소(C)-함유 보호성 오버코트 층을 포함하며, 상기 윤활제 박막은 탄소(C)-함유 보호성 오버코트 층과 상부에서 접촉되는 탑코트(topcoat) 층의 형태이다. 바람직하게는, 포스파젠 유도체는 비스(4-플루오로페녹시)-테트라키스(3-트리플루오로메틸 페녹시) 사이클로-트리포스파젠이다. 바람직하게는, 상기 방법은 조사 동안 윤활제 박막의 온도를 가변시킴으로써 윤활제 박막에 의해 UV 광의 최대 흡수 파장을 가변시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 부가적인 장점들은 이하의 상세한 설명으로부터 통상의 당업자에게 용이하게 명백해질 것이고, 본 발명의 바람직한 실시예들만이 본 발명을 수행하기 위해 예시된 최상의 모드의 예시에 의해 간단히 도시되고 기술된다. 본 발명에 의해 실현되는 다른 상이한 실시예들의 특성과 그 세부사항들은 본 발명을 벗어남이 없이 다양한 명확한 실시예들의 변형들이 가능할 수 있다. 따라서, 도면들과 상세한 설명은 특성상 예시적인 것으로 간주되어야 하고 제한적인 것으로서 간주되어서는 안된다.
본 발명은 첨부된 도면들과 함께 본 발명의 상세한 설명을 참조로 보다 양호하게 이해될 것이다.
본 발명은 기판을 코팅하는 방법, 특히 윤활제를 가진 기록 매체(기록 디스크들)를 코팅하는 방법에 관한 것으로서, 윤활제는 본 명세서에서 "윤활유(lube)"로도 지칭된다. 윤활제들은 전형적으로 액체 퍼플루오로폴리에테르들이고, 수백 달톤(Daltons)에서 수천 달톤 범위인 분자량 컴포넌트들을 함유한다.
자외선(UV) 광은 매체 윤활제들과 매체 탄소 오버코트들 사이의 화학적 상호작용들을 증가시키기 위해 디스크 드라이브 산업에서 널리 사용되어 왔다. 이러한 증가된 상호작용들은 일반적으로 널리 사용되지만 화학적으로 불명확한 산업 용어인 "결합된 윤활제(bonded lubricant)"로 기술된다. 이러한 전문 용어로서, 결합된 윤활제 부분(fraction)은 몇몇 표준화된 용매 세정 과정 이후 탄소 오버코트 상에 남겨진 전체 윤활제 막의 퍼센티지를 지칭한다. 윤활제 막의 UV 노출 이후, 결합된 전체 윤활제 중 소량이 전형적으로 증가되는 것이 관찰되고, 종종 현저하게 증가되는 것이 관찰된다. 증가량은 UV 노출 시간, 디스크 표면에서의 UV 전력 밀도, UV 파장, 윤활제 타입과 초기 두께, 및 온도와 산소 부분압력과 같은 노출 환경 조건들을 포함하는 많은 인자들에 의존한다. 산소 부분압력은 O2 결합을 깨고 경화 프로세스 동안 부식성 가스 오존을 생성하기에 충분히 높은 에너지를 가진 UV 광자들의 능력으로 인해 특히 적합한 파라미터로서 고려된다.
UV 경화는 수은 방전 램프들을 이용함으로써 수행될 수 있지만, 이러한 프로세스는 발명자들에 의해 인식된 바와 같이 많은 단점들을 갖는다. 먼저, 수은 방전 램프들은 그 수명 동안 전력을 상실할 수 있고, 긴 예열 시간과 연속 동작을 요구하며, 높은 온도에서 동작되고, 환경적으로 바람직하지 못할 수 있다.
UV 프로세스는 UV 광 에너지에 상당히 의존한다. 수은 방전 UV 램프의 경우, 6.7eV의 광 에너지를 가진 185nm의 유용한 파장에서 전체 출력의 소량(15% 미만)만을 생성하고, 전력의 대부분은 4.9eV의 광 에너지를 가진 254nm 파장 미만에서 소모된다.
UV 램프들의 상대적으로 낮은 유용한 출력은 목표된 막 특성들을 달성하기 위해 더 긴 경화 시간들로 변환되고, 많은 수의 램프들이 대용량 제조 프로세스의 처리량을 달성하는데 필요할 수 있다. 시간이 경과함에 따라 전체 전력을 상실함과 더불어, 185nm에서 램프 전력의 상대적 양은 시간에 대해 감소될 수 있고, 프로세스 제어를 어렵게 하며, 램프 전력 출력과 전력 손실의 비율이 램프 온도의 함수일 수 있다. UV 경화는 일반적으로 전용 툴들에서 주변 압력에서 수행되고, 오존 형성을 방지하며 램프들을 냉각시키는 것을 돕도록 건식 질소로 천천히 정화된다. 툴들은 값비싸고, 값비싼 클린룸 플로워 공간의 상당량을 차지하며, 오존 형성을 방지하는데 요구되는 질소 정화 또한 매우 비싸다. 추가로, 질소 정화는 불충분할 수 있고, UV 챔버에서 잔류 오존을 초래한다. 최종적으로, 185nm UV는 N2 삼중 결 합을 깨기에 충분한 에너지를 갖지 않지만, 주변 질소 정화 가스는 디스크 표면에서 UV 전력을 감쇠시킬 수 있고, 경화 효율성을 추가로 감소시킬 수 있다. 더욱이, 상기 감쇠는 다른 프로세스 변수가 될 수 있는 램프-대-디스크 간격의 함수이다.
한편, 제논 엑시머 UV 램프는 7.2eV의 광 에너지를 가진 172nm의 유용한 파장에서 UV 광을 생성한다. 이러한 높은 에너지에서, 172nm의 UV 광자는 많은 화학적 결합들을 깨기에 충분히 높은 에너지를 갖는다. 제논 엑시머 UV 램프가 작동하는 방법에 대한 설명으로 제한되는 것은 아니지만, 전자들에 의한 제논 원자들(Xe)의 여기(excitation)는 여기된 제논 원자들(Xe*)을 형성한다. 여기된 Xe* 원자들은 172nm에서 방사되는 Xe2* 엑시머 복합물을 형성하기 위해 삼체(three body) 충돌로 반응한다. 이러한 엑시머 시스템은 매우 높은 전력 밀도들(1MW/cm2)에서 펌핑될 수 있고, 엑시머가 안정한 그라운드 상태를 갖지 않기 때문에 자체-흡수되지 않는다.
수은 방전 램프를 이용하는 문제점들과 윤활제들의 UV 경화를 위해 엑시머 UV 램프를 이용하는 장점들의 인식의 관점에서, 본 발명의 일 실시예는 윤활제의 진공 인-시튜 기상 증착과 연계하여 진공 인-시튜 프로세스 단계로서 램프들을 포함시킴으로써 수은 방전 램프들의 내재된 단점들을 감소 또는 제거하는 높은 효율의 엑시머 자외선 램프들를 통한 UV 경화 및 주변 프로세스에 관한 것이다. "인-시튜"는 "인-시튜"란 용어가 지칭되는 프로세스 단계를 수행하기 위해 챔버로부터 분리 위치로 매체를 제거함이 없이 제조 프로세스 동안 매체가 처리됨을 의미한다.
바람직하게는, 매체 상의 기상 증착과 엑시머 UV 램프에 대한 매체의 순차적인 노출은 동일한 챔버에서 수행될 수 있고, 보다 바람직하게는 기상 증착의 단계들과 엑시머 UV 램프로부터의 UV 노출 중에 매체를 이동시키지 않으면서 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 인-시튜 기상 증착과 윤활제의 UV 노출을 위한 동일한 챔버는 다음과 같을 수 있다. 본 발명의 실시예들은 증착 챔버에 자기 기록 매체를 정지(suspend)시키는 단계 및 본 발명에 참조로 포함되는 미국특허 번호 제6,214,410호 및 제6,183,831호에 개시된 바와 같이 소스 챔버에 윤활제를 제공하는 단계를 포함한다. 증착 챔버 및 소스 챔버는 서브-기압들에서 작용하고 증착 프로세스와 간접되지 않으며, 예를 들어 유리, 세라믹 또는 금속과 같은 결과적인 제품의 목표된 특성들에 악영향을 주지 않는 임의의 물질로 구성될 수 있다. 진공 소스는 예를 들어 약 760 Torr 미만의 압력에서, 대기압 이하의 압력으로 증착 챔버 및 소스 챔버를 배출시키는데 사용될 수 있다. 소스 챔버, 즉 증착 챔버에 공급되는 윤활제의 소스인 챔버에서 윤활제의 온도는 증착 챔버에서 자기 기록 매체의 온도 이상으로 상승될 수 있고, 상승된 온도는 소스 챔버의 기상된 윤활제가 소스 챔버로부터 증착 챔버로 흐르도록 하며, 윤활제 오버코트를 형성하기 위해 자기 기록 매체의 표면 상에 증착되도록 한다. 자기 기록 매체의 표면을 실질적으로 완전히 커버하는 실질적으로 균일한 두께를 갖는 탑코트를 증착시키기 위해 충분한 시간이 경과된 이후, 증착 챔버는 대기로 배출되거나, 목표된 가스와 함께 배출될 수 있 다. 그 다음, 자기 기록 매체는 동일한 증착 챔버에서 인-시튜 UV 처리될 수 있고, 최종적으로 제거될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따라, 증착 챔버 및 소스 챔버는 약 100 Torr 내지 약 10-10 Torr의 실질적으로 동일한 상대적 압력으로 실질적으로 동시에 배출될 수 있다. 증착 챔버와 소스 챔버를 목표된 압력으로 배출한 이후, 소스 챔버는 증착 챔버 및 종래의 밸브를 사용하는 진공 소스로부터 격리될 수 있다. 소스 챔버에서 윤활제의 순차적인 가열은 소스 챔버의 압력이 증착 챔버의 압력에 대해 증가되도록 한다. 그 다음 밸브를 개방함으로써, 소스 챔버의 윤활제 증기는 소스 챔버로부터 증착 챔버로 흐른다. 증착 챔버가 더 낮은 온도와 압력에 있기 때문에, 소스 챔버로부터 가열된 윤활제가 증착 챔버내의 자기 기록 매체상에 증착된다. 밸브는 목표된 균일한 두께에서 윤활제 탑코트를 증착시키기에 충분한 시간 주기 동안 개방된다. 그 이후, 밸브는 폐쇄되고, 증착 챔버가 배출되며, 기록 매체는 제거되고, 방법 단계들은 반복된다.
본 발명의 일 실시예에서, 진공 소스는 진공 소스와 장치 사이에 위치된 다른 밸브를 이용하는 장치와 격리될 수 있다. 이러한 밸브를 폐쇄함으로써, 진공 소스는 증착 챔버의 윤활제 증기에 자기 기록 매체를 노출시키기 이전에 증착 챔버로부터 격리될 수 있다. 실제적인 고려사항들은 윤활제가 소스 챔버에서 가열되는 동안 증착 챔버에 진공상태의 인가를 요구하고, 2개의 챔버들 사이의 적절한 압력 차이를 보장하도록 요구할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 증착 챔버와 진공 소 스 사이의 밸브의 사용을 포함한다.
본 발명에 따라, 서브-대기압에서 자기 기록 매체의 표면상에 윤활제 탑코트의 증착은 증착된 탑코트 층 상부에서 개선된 제어를 도출한다는 것이 이해되어야 한다. 소스 챔버에서 증착 챔버로 흐르는 윤활제 증기의 양, 품질 및 분자량은 두 챔버들 사이의 상대적 압력 차이와 상대적 온도 차이에 의존한다.
약 10 Torr 내지 약 10-10 Torr 범위내에서, 예를 들어 약 10-3 Torr 내지 약 10-9 Torr 범위내에서 증착 챔버의 압력을 감소시키는데 특히 효과적이다. 또한, 소스 챔버에서 윤활제의 온도를 증가시킴으로써, 소스 챔버의 압력은 증착 챔버에 비해 증가된다. 본 발명의 실시예들은 약 35℃ 이상 약 300℃ 미만으로, 예를 들어 약 120℃ 내지 약 220℃ 범위내의 온도로 소스 챔버에서 윤활제의 온도를 증가시키는 단계를 포함한다. 소스 챔버에서 윤활제의 온도를 증가시킴으로써, 소스 챔버의 압력도 상승된다. 본 발명의 실시예들은 약 700 Torr 내지 약 10-5 Torr의 압력으로, 예를 들어 약 100 Torr 내지 약 0.01 Torr의 압력으로 소스 챔버를 배출시키는 단계를 포함한다.
매체의 조사(irradiation)는 증착 챔버를 포함하는 조사 장치의 사용을 통해 달성될 수 있다. 이러한 조사 프로세스에서, 디스크들은 새들(saddle)상에 배치될 수 있고 전용 처리 챔버에서 2개의 자외선 램프들 사이의 공간으로 개별적으로 승강될 수 있다.
실제적인 사용을 위해, 인-시튜 UV 경화 프로세스는 10초 이하의 시간에서 경화에 영향을 주기에 충분히 높은 광 에너지에서 충분히 높은 전력을 출력하는 호환성 진공 UV 램프들을 요구한다. 엑시머 UV 램프들은 약 40%의 에너지 변환 효율을 갖는 약 50 mW/cm2의 전력 밀도들에서 단일한 높은 에너지 파장(예, 172nm)을 출력한다. 이는 수은 방전 램프로부터의 20-30 mW/cm2의 전형적인 총 전력 출력과 비교되며, 그 중 단지 3-5mW/cm2 이하만이 185nm의 유용한 파장에 있고, 훨씬 더 낮은 변환 효율들에서 동작된다. 엑시머 램프는 수은 방전 램프들로 달성하기 어려운 호환성 진공 컴포넌트들로 제조될 수도 있다. 엑시머 램프들은 작용 가스로서 환경적으로 양성(benign) 제논을 사용하여, 수은과 연관된 위험들을 제거한다. 최종적으로, 엑시머 램프들은 수은 방전 램프들보다 상당히 더 차갑게 동작되고, 외부 냉각이 요구되지 않는다.
진공상태에서 엑시머 램프를 동작시키는 것은 질소 정화를 위한 필요성과 프로세스 동안 오존의 생성을 동시에 제거한다. 한편, 오존이 장점이 있는 것으로 발견되면, 증착 챔버를 산소로 재충진시킴으로써 제어되는 방식으로 프로세스에 통합될 수 있다. 윤활제의 기상 증착과 연계하여 인-시튜 UV 프로세스는 외부의 UV 경화 툴들 및 이와 연관되는 플로워 공간 및 처리 단계들에 대한 필요성을 제거한다. 엑시머 램프를 이용하는 진공 프로세스는 주변 질소에 의해 UV 전력의 감쇠를 제거함에 따라 수은 방전 램프를 이용하는 UV 프로세스보다 부가적으로 더 효율적이다. 긴 예열 시간을 요구하고 안정한 출력을 유지하기 위해 연속적으로 동작될 필요가 있는 수은 방전 램프들과 달리, 엑시머 램프들은 총 전력에 도달하는데 1초 미만의 예열 시간이 요구되기 때문에, 인-시튜 프로세스의 일부로서 턴온 및 턴오프될 수 있다.
자기 기록 매체를 제조하기 위한 인라인 프로세스는 도 2에 개념적으로 도시된다. 디스크 기판들은 히터에서 서브-시드층 증착 스테이션으로 순차적으로 이동하고, 서브-시드층은 디스크 기판들상에 형성된다. 그 다음, 디스크 기판들은 시드층, 전형적으로 NiAl의 증착을 위해 시드층 스테이션으로 이동한다. 서브-시드층과 시드층의 증착에 후속하여, 디스크 기판들은 하부층이 증착되는 하부층 증착 스테이션을 통과한다. 그 다음, 디스크들은 자기층 증착 스테이션을 통과한 다음, 보호성 탄소 오버코트 증착 스테이션을 통과한다. 최종적으로, 디스크들은 윤활제 막 증착 스테이션을 통과한다.
스퍼터링은 후(post) 스퍼터링 디스크들상에 일부 입자들의 형성을 유도한다. 이러한 입자들은 헤드와 기판 사이에 스크래칭을 유도하지 않는 것을 보장하도록 제거될 필요가 있다. 따라서, 윤활유는 기판 상의 상부층들 중 하나로서 기판 표면에 제공되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예들은 제 1 처리 챔버에서 순차적인 탄소 증착을 포함하고, 그 다음, 분리 챔버에서 윤활제의 진공 증착(참조로 본 발명에 포함되는 미국특허 번호 제6,183,831호에 기술된 방법에 따라)을 포함하며, 그 다음 순차적인 챔버에서 UV 경화가 후속되고, 인라인 증착 시스템으로부터 디스크들의 언로딩이 후속된다. 본 발명의 실시예들은 금속 및 탄소 인라인 시스템으로부터 분리된 오프라인 진공 시스템을 포함할 수 있고, 윤활제의 순차적인 진공 증착을 수행한 다음, 진공 UV 경화가 후속되며, 배출 및 언로딩이 후속될 수 있다.
순차적으로, 디스크가 준비되고 3-스테이지 프로세스를 통해 품질 테스트된다. 먼저, 광택 헤드가 표면 상부에 통과되어 임의의 범프(bump)(기술 용어로서 거칠기(asperities))들을 제거한다. 그 다음, 글라이드(glide) 헤드가 디스크 상부로 진행하여, 잔류하는 범프들이 있는지 체크한다. 최종적으로, 공인 헤드(certifying head)가 표면에서 제조 결함들을 체크하고 기판의 자기 기록력을 측정한다.
윤활제 성분들은 하이드록실, 카복실, 또는 아미노와 같은 폴라(polar) 그룹들로 말단에 기능화될 수 있는 폴리플루오로에테르 혼합물들을 포함한다. 폴라 그룹들은 기록 매체의 표면에 윤활제를 양호하게 부착하거나 점착하는 수단을 제공한다. 이러한 플루오르화 오일들은 Fomblin Z®, Fomblin Z-Dol®, Fomblin Ztetraol®, Fomblin Am2001®, Fomblin Z-DISOC®(Montedison); Demnum®(Daikin) 및 Krytox®(Dupont)와 같은 상표명으로 상업적으로 이용가능하다.
Fomblin 윤활제들의 일부의 화학적 구조들은 아래와 같이 나타낸다.
Figure 112007003200411-PAT00001
Fomblin Z: 비반응성 엔드 그룹들
X=F
Fomblin Zdol: 반응성 엔드 그룹들
Figure 112007003200411-PAT00002
Fomblin AM2001: 반응성 엔드 그룹들
Figure 112007003200411-PAT00003
Fomblin Ztetraol: 반응성 엔드 그룹들
Figure 112007003200411-PAT00004
X1p는 박막 저장 매체를 위해 가장 널리 사용되는 윤활제 첨가물이다. X1p는 Dow Chemical Company로부터 이용가능하다. 이는 다음 식을 갖는다:
Figure 112007003200411-PAT00005
DOW 화학제들 X-1p(사이클로트리포스파젠(cyclotriphosphazene) 윤활제)
X1p 애플리케이션으로부터의 가장 중요한 장점은 저장 매체의 내구성의 현저한 개선이다. 그러나, X1p의 내구성 장점은 X1p 위상 분리, 헤드 손상(smear), 및 PFPE 윤활제의 X1p의 제한된 혼합성(miscibility)으로 인한 윤활제 픽업과 같은 잠재적 문제들에 의해 달성될 수 있다. 사이클로포스파젠 성분에 대해 Zdol과 같은 화학적 결합 윤활제 성분들은 윤활제와 X1p 사이의 낮은 혼합성 문제들을 제거할 수 있다. 그러나, UV 광은 X1p를 매우 효과적으로 활성화시킬 수 있다. X1p의 사이클로트리포스파젠 링 상에서 플루오로페놀 및 트리플루오로메틸페놀 치환체 (substituent)들은 UV 노출에 의해 용이하게 여기될 수 있다. 광화학적 반응들의 시퀀스는 사이클로트리포스파젠 링으로부터 플루오로페놀 및 트리플루오로메틸페놀 치환체들의 발산(shedding)을 포함하여 개시될 수 있다. PFPE 윤활제들이 반응 시스템에 존재하는 경우, 윤활제로부터 하이드록실 엔드-그룹은 활성화된 사이클로트리포스파젠 링과 조합될 수 있고, 도 4에 도시된 것처럼 바람직한 구조를 가진 분자들을 형성할 수 있다.
본 발명에서 윤활제 성분들에 부가될 수 있는 부가 성분들은 X1-p 및 그 유도체들을 포함한다. 또한, 주 윤활제에 UV 경화가능 엔드 그룹을 부가하는 것은 포화상태로 시간을 현저히 추가 감소시킨다. 예를 들어, 이하의 UV 경화가능 화합물들이 Z-DOL과 작용한다: 아크릴레이트(acrylate), 메타크릴레이트(methacrylate), 스티어렌(styrene), 메틸 스티어렌(a-methyl styrene) 및 베닐 에스테르.
UV 경화가능 엔드 그룹은 다음 반응식에서 아크릴 클로라이드와 반응됨으로써 Z-DOL에 부가될 수 있다:
Figure 112007003200411-PAT00006
아크릴레이트 기능성 그룹과 더불어, 메타크릴레이트, 비닐 에스테르 및 4-비닐벤질레이트를 포함하는 다른 중합반응가능한 기능성 그룹들은 또한 UV 경화가 능한 기능성 엔드 그룹을 제공할 목적으로 제공될 수 있다. 통상의 당업자는 첨부된 청구범위에서 규정된 바와 같은 본 발명의 범주를 벗어남이 없이, Z-DOL 이외의 윤활제를 포함하는 특정 애플리케이션에 따라 특정 자외선 파장들과 UV 경화가능한 엔드 그룹들을 변화시킬 수 있다.
윤활제 코팅의 두께는 적어도 0.5nm, 바람직하게는 적어도 1nm, 보다 바람직하게는 적어도 1.2nm이어야 하고, 일반적으로 3nm 이하로서 1nm 내지 3nm 범위인 것이 바람직하다. 특별히 관심있는 분자량 컴포넌트들은 1kD 내지 10kD 범위, 바람직하게는 2kD 내지 8kD 범위의 큰 막 두께를 제공한다.
폴리머의 분자 컴포넌트들의 분포, 즉 다분산성(polydispersity)을 기술하는 한가지 방법은 다음과 같이 규정된 중량 평균 분자량을 비교하는 것이다:
Figure 112007003200411-PAT00007
여기서, mi는 분자량 Mi를 갖는 폴리머에서 분자 컴포넌트의 전체 질량이고, 상기 분자량 Mi는 다음과 같이 규정된 평균 분자량 수를 가진다:
Figure 112007003200411-PAT00008
여기서, Ni는 분자량 Mi를 갖는 폴리머에서 각각의 분자 컴포넌트의 전체 수이다. 폴리머의 중량 평균 분자량(Mw)은 평균 분자량 수가 각각의 클래스 Mi에서 분자들의 투입(contribution) 량을 카운트하고 중량 평균 분자량이 그 질량 면에서 그 투입량에 무게를 더하기 때문에, 평균 분자량 수(Mn)보다 항상 더 클 것이다. 따라서, 높은 분자량을 갖는 이러한 분자 컴포넌트들은 개수 보다는 질량이 중량 팩터로서 사용될 때 평균값에 보다 많이 기여한다.
모든 다분산성 폴리머들에 대해, Mw/Mn의 비율은 항상 1보다 더 크고, 1과 상이한 이러한 비율의 양은 폴리머의 다분산성의 측정값이다. Mw/Mn의 비율이 더 클수록, 폴리머의 분자량 분포의 폭이 더 커진다.
증기 위상의 분자량 분포는 적절한 표면에 증기의 응축에 의해 샘플링될 수 있고, 그 이후 눈금측정 크기 축출 크로마토그래피 시스템에서 응축의 분석이 후속된다.
윤활제는 분자 컴포넌트들의 상대적으로 좁은 분자량 분포를 갖는 것이 바람직하다. 실제로, 분포가 더 좁을수록, 증기에서 하나 이상의 컴포넌트들의 안정-상태 농도를 유지하기가 더 용이하다. 예를 들어, 폴리머에서 최고 및 최저 분자량 컴포넌트들이 매우 유사한 분자량들을 갖는다면, 그 증기압들 또한 매우 유사할 것이다. 반면에, 분자량들(증기압들)이 완전히 상이하다면, 윤활제의 가열은 안정 상태 농도가 유지되기 위해 훨씬 더 높은 온도 및 훨씬 더 많은 프로세스 제어를 요구할 것이다. 본 발명에서 사용되는 윤활제는 1 내지 1.6, 바람직하게는 1 내지 1.3, 보다 바람직하게는 1 내지 1.2의 Mw/Mn의 비율을 가져야 한다.
본 발명은 상대적으로 크거나 작은 다분산성을 가진 임의의 상업적인 윤활제로 실시될 수 있거나, 상대적으로 작은 다분산성을 가진 윤활제를 달성하기 위해 사전 분별된(fractionated) 윤활제로 실시될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예는 윤활제의 사전 분별을 포함하지 않는다. 그러나, 사전 분별된 윤활제들은 상대적으로 좁은 분자량 윤활제를 제공하는데 사용될 수 있다. 사전 분별된 윤활제가 본 발명에 사용되면, 분리를 허용하는 증류법(distillation), 크로마토그래피, 추출, 또는 다른 기술들은 분자량에 의해 사전 분별된 윤활제를 달성할 수 있다.
예들
도 5는 엑시머 UV 램프(독일, 뮌헨의 Osram GmbH)의 일 예를 도시한다. 다른 제조자로부터 유사한 램프가 결합 효율의 주변 압력과 램프의 동작 특성들에서 데이터를 수집하는데 사용되었다. 도 6a 및 도 6b는 엑시머 램프 및 수은 방전 램프에 대한 윤활제 결합율의 비교를 도시한다. 엑시머 램프와 수은 방전 램프를 이용하여 윤활제 결합율을 평가하기 위한 UV 노광 조건들과 사용된 매체는 도 6a의 분별된 Zdol 및 X1P와 도 6b의 Ac-Zdol의 윤활제 시스템과 동일하였다. Ac/Zdol은 본 발명에서 상술한 것처럼 UV 활성 아크릴레이트 그룹을 갖는 윤활제이다. 바람직하게는, Ac/Zdol에서, UV 경화가능 엔드 그룹은 다음 반응식에서 아크릴 클로라이드와 반응됨으로써 Z-DOL에 첨가될 수 있다:
Figure 112007003200411-PAT00009
주변 질소 압력에서 본 실험의 엑시머 램프를 위한 결합율은 각각 RMW/X1P 및 Ac-Zdol 윤활제 시스템을 이용하는 수은 방전 램프에 대해 대개 4 및 10만큼 더 높은 팩터였다. 엑시머 램프의 효율은 진공 환경에서 동작될 때 추가로 증가될 것으로 예상된다. 도 7은 탄소 오버코트에 대한 윤활제의 UV 결합을 위해 일반적으로 허용되는 메커니즘을 도시한다. 퍼플루오로폴리에테르(PFPE) 윤활제들은 UV에 대해 투과성이기 때문에, 관찰된 화학제를 고려하기 위해 윤활제의 광여기를 유도하는 대안이 필요하다. 이러한 제안된 메커니즘에서, 낮은 에너지 광전자들은 기판의 표면 일함수보다 더 높은 에너지를 갖는 UV 광자들에 의해 기판으로부터 배출된다. PFPE 윤활제들은 낮은 에너지 전자들의 캡쳐를 위해 높은 단면들을 갖도록 도시되고, 결합 프로세스는 결과적인 PFPE 음이온들의 붕괴에 의해 개시되는 화학반응을 통해 진행되는 것으로 판단된다. 부가적인 실험들은 윤활제 결합이 본 메커니즘에 대한 지원을 증대시키는 낮은 에너지 전자빔을 통해 직접적으로 달성될 수 있다는 것을 보여준다. 172nm 엑시머 램프의 에너지들과 185nm 대역의 수은 방전 램프의 에너지들은 탄소 오버코트의 일함수를 극복하기에 충분하고, 254nm에서 수은 방전 램프의 전력의 벌크는 광전자 생성을 위한 임계값에 매우 근접한다.
본 출원 명에서에서, "포함하는"이란 단어는 물질이 "포함하는" 앞의 엘리먼트들 또는 화합물들을 포함하는 것을 의미하지만, 상기 물질은 다른 엘리먼트들과 화합물들을 포함할 수 있다. 본 출원 명세서는 상세한 설명과 도면들에서 몇가지 수치 범위들을 개시한다. 본 발명은 개시된 수치 범위들 전체에 대해 실시될 수 있기 때문에, 정확한 범위 제한값이 본 명세서에서 있는 그대로 진술되지 않는다 하더라도, 개시된 수치 범위들은 개시된 수치 범위내에서 임의의 범위 또는 값을 본질적으로 지원한다.
상기한 상세한 설명은 통상의 당업자가 본 발명을 제조 및 사용할 수 있도록 나타낸 것이며, 특정 애플리케이션 및 그 요구사항들의 범주에서 제공된다. 바람직한 실시예들에 대한 다양한 변형들이 통상의 당업자에게 명백할 것이며, 본 발명에 규정된 일반적 원리들은 본 발명의 사상과 범주를 벗어남이 없이 다른 실시예들과 애플리케이션들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 나타낸 실시예들로 제한되어서는 안되며, 본 발명에 개시된 원리들과 특징들과 일치하는 가장 넓은 범주에 따른다. 마지막으로, 본 출원 명세서에서 지칭되는 특허들과 공개문헌들의 전체 명세서는 참조로 본 발명에 포함된다.
본 발명에 의하면, 박막 저장 매체를 위해 인-시튜 UV 경화에 의해 제조되는 개선된 윤활제를 가진 기록 매체를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (20)

  1. 제논 엑시머(xenon excimer) 램프를 포함하는 증착 챔버; 및
    상기 증착 챔버에서 윤활제의 증착을 위한 입구(inlet) - 상기 증착 챔버는 상기 윤활제의 기상 증착 및 상기 윤활제의 인-시튜 UV 노출을 둘다 수행할 수 있음 -
    를 포함하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템은 소스 챔버를 더 포함하고, 상기 소스 챔버는 상기 증착 챔버와 소통되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제논 엑시머 램프는 185nm 이하의 파장에서 25% 이상의 전력을 생성하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제논 엑시머 램프는 진공상태에서 동작되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 제논 엑시머 램프를 냉각시키는 냉각제를 통한 정화를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착 챔버는 진공상태에 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 증착 챔버에서 자기 기록 매체 상에 윤활제를 증착하는 단계; 및
    상기 윤활제를 제논 엑시머 램프로부터의 방사(irradiation)에 인-시튜로 UV 노출시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    소스 챔버로부터 상기 증착 챔버로 상기 윤활제를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 소스 챔버는 상기 증착 챔버와 소통되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    진공 소스를 통해 상기 증착 챔버 및 소스 챔버를 대기압 이하의 압력으로 배출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 소스 챔버의 압력이 상기 증착 챔버의 압력보다 더 크도록 하기 위해 상기 소스 챔버에서 상기 윤활제를 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 증착 챔버에서 상기 자기 기록 매체 상에 상기 윤활제를 증착하는 단계는 상기 자기 기록 매체의 표면 상에 윤활제 탑코트를 증착하기에 충분한 시간 동안 상기 증착 챔버의 상기 자기 기록 매체를 상기 윤활제에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 증착 챔버에서 상기 자기 기록 매체 상에 상기 윤활제를 증착하는 단계는 약 100 Torr 이하의 압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 소스 챔버에서 상기 윤활제를 가열하는 단계를 더 포함하고, 상기 소스 챔버와 상기 증착 챔버 사이의 상기 윤활제의 흐름을 제어기 밸브를 통해 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 제논 엑시머 램프는 185nm 이하의 파장에서 35% 이상의 전력을 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 윤활제 막에 의한 UV 광의 최대 흡수 파장에 해당하는 파장을 갖는 제논 엑시머 램프로부터 방출되는 UV 광으로 윤활제 막을 조사(irradiating)하는 단계 - 상기 윤활제 박막은 적어도 하나의 퍼플루오로폴리에테르 화합물 및 포스파젠(phosphazene) 유도체를 포함함 -
    를 포함하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 윤활제 박막은 데이터/정보 저장 및 검색 매체의 표면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 데이터/정보 저장 및 검색 매체는 디스크-형상의 자기 또는 광자기(MO) 기록 매체인 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 매체는 기판 표면 상에 형성되는 층 적층물을 포함하고, 상기 층 적층 물은 최상부의 탄소(C)-함유 보호성 오버코트 층을 포함하며, 상기 윤활제 박막은 상기 탄소(C)-함유 보호성 오버코트 층과 접촉되어 상부에 놓이는 탑코트 층의 형태인 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 포스파젠 유도체는 비스(4-플루오로페녹시)-테트라키스(3-트리플루오로메틸 페녹시)사이클로-트리포스파젠인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 조사 동안 상기 윤활제 박막의 온도를 가변시킴으로써 상기 윤활제 박막에 의해 UV 광의 최대 흡수 파장을 가변시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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