KR970005351B1 - 박막 금속합금 자기기록 디스크 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

박막 금속합금 자기기록 디스크 및 그의 제조방법
제1도는 액체 베어링 접촉 기록 디스크 파일의 주요부품을 개략적으로 도시한 부분 측단면도.
제2도는 커버(11)를 제거한 제1도의 디스크 파일의 평면도.
제3도는 액체 베어링 접촉 기록 디스크 파일의 헤드-디스크 인터페이스를 예시한 도면.
제4도는 건식 접촉 기록 디스크 파일의 헤드 디스크 인터페이스를 예시한 도면.
제5도는 본 발명에 따른 디스크의 여러 층을 예시한 단면도.
제6도는 공기중에서 어닐링하므로써 형성된 산화막을 갖는 디스크 및 산화막을 갖지 않는 디스크에 대해 포화보자력을 어닐링 온도의 함수로서 도시한 그래프.
제7도는 O2-Ar 분위기에서 스퍼터 에칭에 의해 형성된 산화막을 갖는 디스크와 산화막을 갖지 않는 디스크에 대해 포화보자력을 에칭 전압의 함수로서 도시한 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 베이스 11 : 커버
12 : 드라이브 모터 13 : 가스켓
14 : 액츄에이터 16 : 자기 기록 디스크
18 : 허브 20 : 캐리어
22 : 강성 암 23 : 일체형 헤드-서스펜션
24 : 서스펜션 27 : 자극 팁
29 : 코일 30 : 윤활유 저장용기
40 : 활주부 42 : 헤드
60 : 디스크 기판
본 발명은 박막 금속합금 자기기록 디스크(thin film metal alloymognetic recording disk)와 이 디스크(disk)를 제조하는 방법과 이 디스크를 이용한 디스크 파일(a disk file)에 관한 것으로서, 접촉 기록을 위해 개선된 헤드-디스크 인터페이스(head -disk interface)를 제공한다.
통상의 회전 강성 디스크 파일(rotating rigid disk files)에서, 각각의 판독/기입 트랜스듀서(resd/write transducers)(또는 헤드)는 디스크가 동작 속도(operating speed)로 회전할 때 디스크 표면위 공기의 쿠션(cushion)또는 베어링(bearing)상에 부상하는 캐리어(carrier)(또는 슬라이더(slider))상에 지지된다. 슬라이더는 비교적 약한 서스펜션(suspension)에 의해 선형(linear)또는 회전형 액츄에이터(rotary actuator)에 접속된다. 디스크 파일 내에는 다수의 디스크(a stack of disks)가 있을 수도 있으며, 액츄에이터는 다수의 슬라이더를 지지한다. 액츄에이터는 각 헤드가 연관된 디스크 표면의 기록 영역(recording area)을 액세스할 수 있도록 슬라이더를 방사방향으로 이동시킨다. 이들 종래의 디스크 파일에서는, 슬라이더가 서스펜션으로 부터의 이동시킨다. 이들 종래의 디스크 파일에서는, 슬라이더가 서스펜션으로 부터의 작은 힘에 의해 디스크 표면을 향해 바이어스된다. 슬라이더가, 디스크 파일이 턴온(turn on)되어 디스크가 슬라이더를 공기 베어링상에 부상시키기에 충분한 속도에 이를 때까지 디스크 표면과 접촉되고, 디스크 파일이 턴 오프(turn off)되어 디스크 회전 속도가 슬라이더를 공기 베어링상에 부상시키는데 필요한 속도 이하로 떨어진 때 디스크 표면과 접촉된다는 점에서 이러한 디스크 파일은 접촉 시작-정지식(contact start-stop;CSS) 디스크화일이라고 한다. CCS 디스크 파일에서는, 슬라이더가 시작 및 정지 동작중에만 접촉되므로, 디스크 표면이 극도로 매끄러울 필요는 없다. 대신에, 슬라이더가 디스크 표면상에 머무르고 있을 때 슬라이더와 디스크 사이의 정지 마찰(static friction)을 감소시키도록 디스크 표면을 텍스처링(texture)하는 것이 바람직하다.
전술한 종래의 CSS 자기 기록 디스크 파일 이외에도, 접촉 기록 강성 디스크 파일이 제시된 바 있다. 액체 베어링(liquid bearing)접촉 기록이라고 언급되는 접촉 기록의 한 유형에서, 헤드-디스크 인터페이스는 트랜스듀서 캐리어와 디스크 사이에 액체 베어링으로서 액체막(liquid film)를 포함한다. 이러한 유형의 접촉 기록 디스크 파일의 예가 1988년 10월 31일에 출원되고 1990년 5월 9일에 EP 제367510호로서 공개된 본 출원인에게 양도되어 계류중인 미국 특허 출원 제264,604호에 기술되어 있다. 건(dry)식 접촉 기록으로 언급되는 또 다른 유형의 접촉 기록 디스크 파일에서는, 디스크 파일이 판독 및 기입 동작중에 디스크 표면과 물리적으로 접촉하는 일체형 헤드-서스펜션(integrated head-suspension)을 사용한다. 예를 들어, 미국 특허 제5,041,932호에 기술된 바와 같은 이러한 유형의 헤드-서스펜션에서, 헤드의 일부는 디스크 파일의 사용 기간중 디스크와의 마찰 접촉(frictional contact)으로 인해 실제적으로 마모되어 버린다.이들 두 유형의 접촉 기록 디스크 파일에서는, 헤드-디스크 간격이 좁으므로 디스크 표면을 매우 매끄럽게 해야 할 필요가 있다.
강성 디스크 파일에서 사용된 디스크의 한 유형은 니켈-인(nickel-phosphorous;NiP)표면 코팅을 갖는 알루미늄-마그네슘(aluminum-magnesium;AlMg)합금과 같은 기판, 이 기판상에 자기층으로서 스퍼터 증착된(sputter deposited) CoPt또는 CoNi 합금과 같은 코발트 기재합금(cobalt-based alloy), 이 자기 층상에 스퍼터 증착되어 형성된 비정질 탄화수소 막(sputter-deposited amorphous hydrogenated carbon film)과 같은 보호 피막(protective overcoat)을 전형적으로 포함하는 박막 금속합금 디스크이다. 자기층 및 보호피막 이외에도, 박막 디스크는 기판과 자기층 사이에 크롬(Chromium;Cr), 크롬-바나듐(Chromium-Vanadium;CrV)또는 텅스텐(tungsten;W)으로 된 층과 같은 스퍼터 증착된 하부층(underlayer),자기층과 보호 피막 사이에 Cr, W 또는 티타늄(titanium;Ti)층과 같은 스퍼터 증착된 접착층(adhesion layer)을 포함할수도 있다. 이러한 종래의 디스크는 CSS디스크 파일에서 사용하기에 적당하지만, 접촉 기록 디스크 파일에서 사용될 경우에는 요구되는 바와 같이 AlMg-NiP기판을 매우 매끄럽게 제조할 때, 통상의 방법으로는 요구된 디스크 포화보자력(coercivity)을 갖도록 디스크를 제조할 수 없음이 밝혀졌다.
따라서, 이러한 파일이 요구되는 매끄러운 헤드-디스크 인터페이스와 디스크 포화보자력을 가질 수 있도록 접촉 기록 디스크 파일에서 사용가능한 통상의 디스크 기술에 기초하여 개선된 박막 금속합금 자기기록 디스크가 필요하다.
본 발명은 자기 기록 디스크, 이 디스크를 제조하는 방법, 개선된 헤드-디스크 인터페이스와 자기 기록 특성을 갖는 접촉 기록 디스크 파일을 제공한다. 디스크 기판상의 슈퍼피니싱된 텍스쳐링되지 않은 NiP 코팅(superfinished untetured NiP coating)을 산화시켜 NiO막을 형성한다. NiO막은 이후 스퍼터 증착되는 자기층이 훨씬 높은 포화보자력을 갖게 하여, 디스크를 접촉 기록 응용에 사용될 수 있게 한다. 디스크를 구성하는 NiO막 및 이후 증착되는 층은 연마된 NiP의 매끄러운 표면에 정합되어 접촉 기록 디스크 파일에서 요구되는 디스크 상부층(top layer)의 매우 매끄러운 표면을 보존한다.
기판상에 NiO막을 형성하기 위한 바람직한 방법에 있어서, 기판은 NiO막이 결정화되는 온도보다 낮은 온도의 공기중에서 어닐링(anneal)된다.
본 발명의 특징 및 장점에 대한 더욱 충분한 이해를 위하여 첨부된 도면을 참조하여 이후 보다 상세히 설명된다.
제1도를 참조하면, 본 발명의 액체 베어링 접촉 기록 디스크 파일의 실시예의 개략적인 단면도가 도시된다. 이 디스크 파일은 디스크 드라이브 모터(12) 및 액츄에이터(14)가 고정된 베이스(10)와 커버(11)를 포함한다. 베이스(10)와 커버(11)는 디스크 드라이브를 실질적으로 밀폐하기 위한 하우징(housing)을 제공한다.
전형적으로,베이스(10)와 커버(11)사이에는 가스켓(gasket)(13)이 위치되며, 디스크 파일의 내부와 외부 환경간의 압력을 동화시키기 위한 작은 통기공(breather port)(도시되지 않음)도 형성되어 있다. 이런 유형의 디스크 파일은, 드라이브 모터(12)가 하우징내에 완전히 위치되며 내부의 부품을 냉각시키기 위한 외부에서 강제되는 공기 공급이 전혀 없으므로, 실질적으로 밀폐된 것으로 간주된다. 자기 기록 디스크(16)는 드라이브 모터(12)에 의해 회전 하도록 부착된 허브(hub)(18)상에 장착된다. 판독/기입 헤드 또는 트랜스듀서(도시되지 않음)는 트랜스듀서 캐리어(20)상에 부착된다. 캐리어(20)는 강성 암(rigid arm)(22) 및 서스펜션(suspension)(24)에 의해 액츄에이터(14)에 연결되며, 이 서스펜션(24)은 트랜스듀서 캐리어(20)를 기록 디스크(16)의 표면쪽으로 몰아치는 바이어싱힘(biasing force)을 제공한다. 디스크파일의 동작중, 드라이브 모터(12)는 디스크(16)를 일정한 속도로 회전시키며, 전형적으로 선형 또는 회전형 보이스 코일 모터(voice coilmotor;VCM)(14)인 액츄에이터(14)는 판독/기입 헤드가 디스크(16)상의 상이한 데이터 트랙(track)을 액세스할 수 있도록 트랜스듀서 캐리어(20)를 디스크(16)의 표면을 가로질러 대략 방사방향으로 이동시킨다.
제2도는 커버(11)가 제거된 디스크 파일의 내부를 도시한 평면도로서, 환형 윤활유 저장용기(30)를 도시한다.이 저장용기(30)는 디스크(16)표면에 윤활유를 보급하기 위해 액체 윤활유의 공급을 유지하는 수단으로서 동작한다. 디스크(16) 표면상에는 윤활유의 얇은 연속적인 막이 유지되며, 이 윤활유 막은 동작중에 저장용기(30)로 부터의 윤활유에 의해 보급된다. 제2도는 또한 서스펜션(24)을 보다 상세히 도시하는데, 이 서스펜션은 캐리어(20)에 힘을 가하여 캐리어가 디스크(16)상의 윤활유 막과 접촉을 유지하게 한다. 이 서스펜션은 공기 베어링식 슬라이더를 갖는 자기 디스크 파일에서 사용되는 것과 같은 통상적인 유형의 서스펜션일 수도 있다. 하나의 예로는 본 출원인에게 양도된 미국 특허 제4,167,765호에 기술된 바와 같은 잘알려진 와트라우스 서스펜션(Watrous suspension)을 들 수 있다. 이러한 유형의 서스펜션은 트랜스듀서 캐리어와 짐발(gimballed)로 부착되어, 상기 캐리어가 액체 윤활유 막상에 놓여있을 때 캐리어를 피칭 및 롤링(pitch and roll)하게 한다.
제3도는 본 발명의 액체 베어링 접촉 기록 실시예에서의 트랜스듀서 캐리어(20)와 디스크(16)의 측단면도를 도시한다. 캐리어(20)는 후반부 부근에 형성된 활주부(ski foot)(40)와 후단 에지(trailing edge)에 위치한 헤드(42)를 구비한다. 활주부(40)는 디스크(16)상의 액체 막(liquid film)(50)과 접촉되며, 판독 또는 기입 동작동안 부착된 서스펜션(24)에 의해 제공되는 바이어싱 힘에 의해 접촉 상태로 유지된다.
제4도는 본 발명의 건식 접촉 기록 실시예에서의 일체형 헤드-서스펜션(integrated head-suspension)(23)과 디스크(16)의 측단면도를 도시한다. 일체형 헤드-서스펜션(24)과 캐리어(20)의 양 기능을 수행한다. 그러나, 본 실시예에서는 자극 팁(pole tip)(27) 및 코일(29)로서 도시된 트랜스듀서가 일체형 헤드-서스펜션(23)내에 매설된다. 디스크(16) 표면상에는 액체 막이 없으므로, 윤활유 저장용기가 필요없으며, 헤드-서스펜션(23)은 판독 및 기입 동작동안 디스크(16)의 표면과 직접 접촉한다.
제5도를 참조하면, 본 발명에 따른 디스크(16)의 측단면도가 도시된다. 디스크 기판(60)은 AlMg 베이스(61)와 NiP 표면 코팅(62)을 포함한다. 이 기판은 토요 코한(Toyo kohan) 및 니폰 라이프 메탈즈(Nippon Light Metals)사와 같은 여러 판매업자로부터 상업적으로 구입할 수 있는 디스크 기판이다. AlMg은 전형적으로 5586알루미늄 합금이고, NiP는 대략 10~15미크론(microns)의 두께로 무전해 증착된다. 접촉 기록의 응용에 있어서는, NiP 코팅(62)의 표면이 매끄럽게 가공되어야 한다.
따라서, NiP 표명 코팅(62)은 산술평균 표면 조도(arithmetic average surfaceroughness;Ra)가 대략 10Å(Angstroms)이하가 되도록 Al2O3연마제를 사용한 기계적인 연마와 같은 다양한 공지 기법에 의해 연마된다. 다음으로, 본질적으로 NiO로 구성된 산화 니켈막(nickel oxide film)(64)이 후술되는 기법중 어느 하나의 기법에 의해 NiP코팅(62)상에 형성된다. NiO막(64)의 두께는, 하부층(underlayer)의 핵형성(uncleation)을 제어하기에 충분한 두께로 제공된 경우에는 중요치않으며, 이것은 대략 10~30Å의 범위내인 것으로 밝혀졌다. NiO막(64)을 형성한 후에, 디스크(16)의 나머지 잘 알려진 층이 스퍼터 증착에 의해 통상의 방법으로 형성된다. 이들 나머지 층은 두께가 대략 200~1200Å인 Cr 또는 CrV 하부층(underlayer)(66), 두께가 대략 100~500Å인 CoPtCr 또는 CoNi 합금과 같은 Co 합금 자기층(67), 수소 부위기내에서 탄소 타겟(carbon target)으로부터 스퍼터 증착된 두께가 대략 250Å인 탄화수소 보호 피막(hydrogenated carbon protective overcoat)(68)을 포함한다. 이후에 증착된 충돌은 기판의 표면에 정합되므로, 보호 피막(68)의 표면이 접촉 기록 디스크 파일에서 요구된 바와 같이 헤드에 대해 극히 매끄러운 인터페이스를 제공하려면 기판의 표면, 즉, NiP코팅(62)의 표면을 극히 매그럽게 해야 한다.
NiO 막(64)을 형성하기 위한 바람직한 방법에서, 기판(60)은 세척된 후, 대략 20~60분 동안 100~200℃범위의 온도로 공기중에서 가열되는 침버(chambet)내에 놓여진다. 이 온도는, 비정질 NiP가 결정화될 수 있는 온도인 대략 250℃보다 낮은 온도로 유지되어야 한다. 이러한 산화 공정의 결과로서, 본질적으로 NiO로 구성된 막이 NiP 코팅(62)상에 대략 10~30Å의 두께로 형성되었다. 더욱이, 산화 막을 테스트해 본 결과, 주된 성분은 명백하게 NiO 이지만, NiO2및 Ni2O3와 같은 다른 산화물도 존재할 수 있음을 확인하였다. 비교를 위해, 세척 후의 NiP 코팅(62)의 표면을 테스트해 본 결과, 대략 15Å 두께의 자연 산화물 층이 나타났지만 주목할만한 NiO는 없었다.
NiO 막(64)을 형성하기 위한 다른 방법에서는, 산화가 산소 분위기 내에서 스퍼터 에칭함으로써 이루어진다. 기판(60)은 지공 챔버내에 놓여지며 NiP 표면 코팅(62)은 대략 10%의 O2를 함유하는 아르곤(argon; Ar)분위기에서 스퍼터 에칭된다. 그후 즉시 진공을 유지한 채 계속되는 디스크 층(66,67,68)이 스퍼터 증착된다.
NiP 표면 코팅의 산화에 의한 디스크의 포화 보자력의 개선이 제6도 및 제7도에 그래프도 도시된다. 제6도에서는 상이한 값의 잔류자기와 두께의 프로덕트(remanence-thickness product;Mr*t) 및 Co78Pt8C20자기층을 갖는 디스크가, 공기중에서 어닐링하므로써 형성된 NiO 막을 갖는 슈퍼피니싱된(Ra=7Å) 기판 및 NiO막을 갖지 않는 기판상에 제조되었다. 도시된 바와 같이, 100~200℃의 온도 범위에서 60분동안 어닐링하므로써 형성된 NiO 막을 가진 디스크의 경우, 포화보자력이 현저히 증가하였다. 예를 들면,Mr*t=0.75memu/㎠인 디스크의 포화보자력은 150℃에서 60분 동안 공기중에서 어닐링에 의해 형성된 NiO막을 갖는 경우, 900 Oe(oersted)(NiO 막이 없을 경우의 포화보자력)으로부터 1850 Oe 까지 증가하였다. 제7도에서, 유사한 디스크가 750 및 1250 스퍼터 에칭 전압으로 10%의 O2를 함유한 Ar 분위기내에서 10초 및 20초동안 스퍼터 에칭되고, 슈퍼피니싱된 기판상에 제조되었다. 도시된 바와 같이, 스퍼터 에칭된 기판을 갖는 디스크의 포화 보자력은 상당히 증가되었다. 예를 들면, 10초간의 스퍼터 에칭이 750 볼트에서 행해진 경우, 포화보자력은 1000 Oe에서 1300 Oe까지 증가되었고, 1250 볼트에서 행해진 경우 포화보자력은 100 Oe에서 1850 Oe까지 증가되었다.
또한, 수퍼피니싱된 NiP코팅을 산화시키므로써 디스크에 다른 개선을 제공할 수 있음을 알았다. NiP를 연마하면, 표면에 약간의 잔류 스크래치(residual scratches)가 남게 된다. 이들 스크래치는 스크래치의 방향을 따라 포화보자력 및 정방성(squareness)이 강화된 자기 이방성(magneticanisotropy)을 초래할 수 있다. 이 잔류 스트래치는 기록 트랙 방향과 평행하게 배열되지 않으므로, 이러한 이방성은 바람직하지 않은 신호 진폭 변조(amplitude modulation)을 일으킨다. NiP 코팅 위치에 NiO막을 형성하면, 하부층 및 자기층의 결정학적 배향(crystallographic orientation)을 변경함으로써 이러한 변조를 상당히 줄일 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 예시되었지만, 당분야에 통상의 지식을 가진 자라면 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 이들 실시예에 대한 수정 및 응용이 가능함을 알 것이다.

Claims (11)

  1. 박막 금속 합금 자기 기록 디스크(a thin film metal alloy magnetic recordin disk)에 있어서, ①니켈-인으로 표면 코팅(a nickel-phosphorous surface coating)된 알루미늄 합금(aluminum ally)을 포함하는 기판(a substrate)과 ②상기 니켈-인 코팅상에 형성된 산화 니켈 막(nikel oxide film)과 ③상기 산화 니켈막상에 형성된 하부층(an underlayer)과 ④상기 하부층상에 형성된 코발트 기재 합금(a cobalt-based alloy)을 포함하는 자기층(magnetic layer)을 포함하는 박막 금속 합금 자기 기록 디스크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하부층은 크롬(chromium) 또는 크롬과 바나듐(vanadium)의 합금을 포함하는 박막 금속 합금 자기 기록 디스크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자기층상에 형성된 보호 피막(a protective overcoat)을 포함하는 박막 금속 합금 자기 기록 디스크.
  4. 제1항에 있어서, 상기 니켈-인 코팅은 대략 10Å의 산술 평균 표면조도(an arithmetic average surface roughness)를 갖는 박막 금속 합금 자기 기록 디스크.
  5. 제1항에 있어서, 상기 디스크는 대략 1800 Oe(Oersteds)의 포화보자력(a coercivety)을 갖는 박막 금속 합금 자기 기록 디스크.
  6. 자기 기록 디스크를 제조하는 방법에서 있어서, (1)니켈-인으로 표면 코팅된 알루미늄 합금을 포함하는 디스크 기판-상기 디스크의 표면은 대략 10Å의 산술 평균 표면 조도(Ra)을 가짐-을 마련하는 단계와 (2)상기 니켈-인 코팅상에 직접 산화 니켈 막을 형성하는 단계와 (3)상기 산화 니켈 막상에 하부층을 스퍼터 증착하는(sputter depositing)단계와 (4)상기 하부층상에 코발트 합금 자기층을 스퍼터 증착하는 단계와 (5)상기 자기층상에 보호 피막(a protective overcoat)를 형성하는 단계를 포함하는 자기 기록 디스크 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 산화 니켈 막을 형성하는 단계는 산소(oxygen)분위기에서 상기 니켈-인 코팅을 스퍼터 에칭(sputter etching)하는 단계를 더포함하는 자기 기록 디스크 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 산화 니켈 막을 형성하는 단계는 산소 분위기에서 상기 기판을 가열하는 단계를 더 포함하는 자기 기록 디스크 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 산화 니켈 막을 형성하는 단계는 상기 산화 니켈 막을 대략 20Å의 두께로 형성하는 단계를 더 포함하는 자기 기록 디스크 제조방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 하부층을 스퍼터 증착하는 단계는 크롬 또는 크롬과 바나듐으로 구성된 합금의 하부층을 스퍼터 증착하는 단계를 포함하는 자기 기록 디스크 제조 방법.
  11. 박막 코발트 합금 자기 기록 디스크에 있어서, (1)니켈-인으로 표면 코팅된 알루미늄 합금-상기 코팅을 대략 10Å의 산술 평균 표면조도를 가짐-을 포함하는 기판과 (2)상기 니켈-인 코팅상에 형성된 니켈 막과 (3)상기 산화 니켈 막상에 스퍼터 증착된 하부층과 (4)상기 하부층상에 스퍼터 증착된 코발트 및 백금을 포함하는 자기층과 (5) 상기 자기층상에 보호 피막을 포함하는 박막 코발트 합금 자기 기록 디스크.
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