KR20000011245A - 메모리디스크,메모리디스크의제조방법및메모리디스크의구동장치 - Google Patents
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Abstract
자기 디스크는 실질적으로 회전 동작시에 유동성이 없는 결합층만으로 된 윤활층을 갖는다. 혹은, 자기 디스크의 윤활층의 90% 이상은 디스크 회전 동작시에 유동성이 없는 결합층이 차지하고 있다. 이와 같은 자기 디스크는 윤활층 성형 공정이 카본 보호막이 형성된 자기 디스크 기판에 윤활제를 도포하고, 상기 윤활제가 상기 자기 디스크 기판에 결합하도록 흡착 처리하며, 상기 자기 디스크 기판의 윤활층으로부터 디스크 회전 동작시에 유동성이 있는 자유층을 제거하는 공정으로 이루어진다.
Description
본 발명은 자기 디스크 장치 및 광 디스크 장치 등의 메모리 디스크 장치에 사용되는 메모리 디스크에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 소망의 윤활층을 갖는 메모리 디스크에 관한 것이다.
퍼스널 컴퓨터, 엔지니어링 워크 스테이션 등의 OA 기기의 외부 기억 장치로서 널리 사용되는 자기 디스크 구동 장치(이하, "HDD"라 함)는 정보량의 증대 및 기기의 소형화와 함께 대용량화 및 소형화되고 있다. 이러한 요구에 따라, HDD의 주요 구성 부품의 하나인 자기 디스크의 고기록 밀도화가 1991년 이전에는 10년에 약 10배의 비율로 진행하였으며, 종래에는 2000년경에 기록 밀도가 103Mb/in2(1Gb/in2)에 이를 것으로 예측하였다.
그러나, 최근의 고밀도화의 동향은 예상보다 빠르며, 특히 3.5인치 이하의 소형 HDD에서는 새로운 타입의 자기 헤드(MR 헤드) 및 새로운 타입의 기록 재생 방식(PRML 방식)의 채용과 더불어 비약적으로 향상되었으며, 1995년경에 1Gb/in2의 면 기록 밀도가 실현되었다.
HDD의 주요 구성 요소 중 하나인 자기 디스크 기판은 현재까지 알루미늄을 혼합한 γ산화철을 수지에 분산시켜 도포, 소성, 경화하는 도포형 매체, CoNiP 등의 자성 박막을 도금함으로써 피복하는 도금형 자기 디스크 및 γ산화철 박막을 스퍼터링으로 성막하는 페라이트 매체가 주로 실용화되어 왔다.
최근, 5.25인치 이하의 중소형 자기 디스크로는 CoNi, CoCrTa, CoPtCr 등의 Co계 금속 자성 박막이 스퍼터링법에 의해 성막되는 금속 스퍼터링 매체가 주류로 되어있다. 이것은 자기 특성이 용이하게 제어될 수 있고, 소형화에 따른 선속도의 저하를 보완하는 큰 잔류 자기 밀도가 얻어지기 때문이다. 한편, 자기 디스크에 대응하는 자기 헤드로서 종래로부터 자기 유도형 헤드가 널리 사용되고 있지만, 디스크 장치의 소형화·대용량화를 실현하기 위하여, 한층 고성능의 헤드로서 자기 저항 효과형 헤드(Magneto-Resistive head)가 개발되어 실용화되어 있다. 이 MR 소자는 종래의 자기 유도형에 비하여 매우 높은 자장 검출 능력을 가지므로, 동일 조건에서 비교할 경우, 5~10배의 높은 출력이 얻어지며, 기록 밀도 향상이 가능하게 된다. 최근에는, 스핀 밸브막을 전형예로 하는 더욱 고감도의 거대 자기 저항 효과형 헤드(Giant Magneto-Resistive head)의 개발도 진행되고 있다.
이와 같이, 자기 디스크 장치는 고밀도화, 소형화가 현저하며, 이와 함께 자기 헤드가 자기 디스크로부터 부상하는 부상량은 점점 작아지는 경향이 있다. 이로 인해, 자기 디스크의 표면 조도를 작게 하고, 동작 중에 자기 디스크와 자기 헤드의 접촉을 방지할 필요가 있다.
자기 디스크 장치에는, 일반적으로 CSS(contact start-stop) 방식이 채용된 것이 많으며, 자기 디스크의 정지시에는 디스크 내주로부터 수 mm의 CSS 영역에서 자기 헤드 부상면이 자기 디스크 표면과 접촉되어 있다. 그리하여, 자기 디스크가 회전을 개시하면, 자기 디스크는 자기 디스크의 회전에 따라 발생하는 공기류의 작용으로 부상한다. 자기 디스크를 안정하게 낮게 부상시키기 위해, 포토리토그래피 기술을 이용하여 복잡한 형상의 레일을 갖는 자기 슬라이더(slider)가 채용되어 있다.
그러나, 자기 디스크의 표면 조도를 너무 작게 하면, 자기 헤드의 접촉면과 자기 디스크 표면의 실질적인 접촉 면적이 크게 되어 자기 헤드와 자기 디스크 사이에서 흡착이 생겨서 자기 헤드가 부상할 수 없게 된다. 표면 조도를 작게 하고, 자기 디스크 표면의 윤활층의 두께를 1.0nm 이상으로 한 경우, 자기 헤드와 자기 디스크 사이에서 흡착이 생긴다. 이 흡착 현상을 피하기 위하여, 윤활층의 두께는 수 Å으로 매우 얇게 도포하는 것이 좋다.
또한, 자기 헤드와 자기 디스크 사이의 흡착 현상의 발생을 방지하기 위하여, 자기 헤드측의 레일 상에 미세 돌기를 형성하여, 자기 헤드의 접촉면과 자기 디스크 표면의 실질적인 접촉 면적을 감소시키는 것이 제안되어 있다. 또는, 자기 디스크의 CSS영역(디스크 내주로부터 수 mm의 영역)에 미세 돌기를 형성하여(ZONE TEXTURE 기술이라 함) 실질적인 접촉 면적을 감소시키는 것이 제안되어 있다.
그러나, 이와 같이 자기 헤드측 또는 자기 디스크측 중 어느 것에 미세 돌기를 형성하면, 미세 돌기 상에 형성된 미세한 접촉면의 압력(단위 면적당 압력)이 필연적으로 커지므로, 종래의 매우 얇은 윤활층의 막 두께에서 막 단절이 생기기 쉬운 경향이 있다. 윤활층의 막 단절이 발생하면, 자기 헤드와 자기 디스크 기판이 응착(고체간 접촉)하여 마찰을 증가시키고, 또한, 미세 돌기가 마모되어 버린다.
그러므로, 본 발명자는 자기 헤드측 또는 자기 디스크 기판측 중 어느 곳에 미세 돌기를 형성하는 경우에, 윤활층의 막 두께를 비교적 두껍게 함과 동시에 미세 돌기의 내마모성을 향상시키는 것을 검토하였다. 그러나, 종래의 윤활층에 사용한 윤활제를 사용하여, 단지 윤활층의 두께를 두껍게 하더라도, 자기 디스크의 회전에 의한 원심력 때문에, 시간의 경과에 따라 윤활제가 반경 방향의 외측을 향하여 유동하여 윤활층의 막 두께가 감소하는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 고려하여 신규한 디스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 신규한 자기 디스크의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 구체적으로, 본 발명은 마모가 적은 메모리 디스크를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 메모리 디스크가 메모리 디스크 장치에 사용될 때 헤드 슬라이더의 마모를 적게 하는 메모리 디스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1a는 자기 디스크의 단면 구조를 나타내는 도면이고, 도 1b는 도 1a의 자기 디스크의 제조 공정을 나타내는 플로우 차트.
도 2는 제 1실시예에 따른 자기 디스크의 제조 공정, 특히 윤활층의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 3은 제 2실시예에 따른 자기 디스크의 제조 공정, 특히 윤활층의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 4는 자기 디스크 기판의 회전 시간과 윤활층의 막 두께 감소량과의 관계를 나타내는 그래프.
도 5는 자기 디스크의 윤활층의 두께와 마찰력의 관계를 나타내는 그래프.
도 6은 자기 디스크의 윤활층의 두께와 평균 조도, 마찰력의 관계를 나타내는 그래프.
도 7은 자기 디스크를 탑재한 자기 디스크 구동 장치(HDD)를 나타내는 도면.
[부호의 설명]
1: Al 합금 기판 2: NiP 도금층
3: 하지층 4: 자성층
5: 카본 보호막 6: 윤활층
10: 자기 디스크 기판 11: 결합층
12: 자유층 13: 윤활제 용액
14: 자외선 램프 15: 자유층 제거제
16: 자외선 차폐판
본 발명에 따른 메모리 디스크는 실질적으로 유동성이 없는 결합층만으로 된 윤활층을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 메모리 디스크는 윤활층의 90% 이상을 유동성이 없는 결합층이 차지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 메모리 디스크는 상술한 기록 매체에 있어서, 상기 메모리 디스크의 평균 표면 조도(Ra)가 1.0nm 이하이며, 상기 윤활층의 막 두께가 1.5nm 이상이다.
또한, 본 발명에 따른 메모리 디스크 구동 장치는 상술한 메모리 디스크; 슬라이더 레일 면측에 돌기를 갖는 판독 또는 기입용 헤드; 및 상기 메모리 디스크를 구동하는 구동 수단을 구비하고 있다.
또한, 본 발명에 따른 메모리 디스크 구동 장치는 상술한 메모리 디스크; 판독 또는 기입용 헤드 ; 상기 메모리 디스크를 구동하는 구동 수단을 구비하며, 상기 메모리 디스크의 CSS 영역에 돌기를 갖고 있다.
또한, 본 발명에 따른 메모리 디스크의 제조 방법은 윤활층 형성 공정이 카본 보호막이 형성된 디스크 기판에 윤활제를 도포하고, 상기 윤활제가 상기 디스크 기판에 결합하도록 흡착 처리하며, 상기 메모리 디스크 기판의 윤활층으로부터 유동성이 있는 자유층을 제거하는 제반 공정을 갖고 있다.
또한, 본 발명에 따른 메모리 디스크의 제조 방법은 상술한 제조 방법에 있어서, 상기 윤활제가 불소계 윤활제로 되어 있다.
또한, 본 발명에 따른 메모리 디스크의 제조 방법은 상술한 제조 방법에 있어서, 상기 흡착 처리는 자외선 조사에 의해 실시된다.
또한, 본 발명에 따른 메모리 디스크의 제조 방법은 상술한 제조 방법에 있어서, 상기 흡착 처리는 상기 디스크 기판의 CSS 영역에만 자외선을 조사하고, 상기 디스크 기판의 CSS 영역과 데이터 영역의 전면에 대하여 자외선을 조사하는 2단계 조사에 의해 실시된다.
또한, 본 발명에 따른 메모리 디스크의 제조 방법은 Al 합금 기판을 형성하고, 상기 Al 합금 기판 위에 NiP 도금을 실시하며, 상기 NiP로 도금된 기판 위에 하지층을 형성하고, 상기 하지층 위에 자성층을 형성하며, 상기 자성층 위에 카본 보호막을 형성하고, 상기 카본 보호막 위에 윤활층을 형성하는 제반 공정을 포함하며, 상기 윤활층 형성 공정에서는 상기 카본 보호막이 형성된 기판에 불소계 윤활제를 도포하고, 도포된 상기 불소계 윤활제를 자외선으로 흡착 처리하며, 디스크 회전 동작시에 유동성이 있는 자유층을 제거하고 있다.
또한, 메모리 디스크로는 자기 디스크, 광 디스크 등이 있다.
이상과 같이, 본 발명에서는 유동성이 없는 결합층만으로 된 윤활층을 메모리 디스크 위에 형성하고 있다. 이것에 의하면, 기입 또는 판독용 헤드를 갖는 헤드 슬라이더가 메모리 디스크 상의 윤활층을 슬라이드할 때, 윤활층의 두께 감소가 억제되며, 윤활층과 헤드 슬라이더 사이의 마찰이 감소하여 윤활층의 내마모성이 향상된다.
또한, 윤활층 내의 CSS 영역을 디스크보다 더 두껍게 형성하기 때문에, CSS 영역에서는 윤활층과 헤드 슬라이더 사이의 마찰력이 더욱 감소하며, 또한 사용 시간의 누적에 의한 윤활층의 막 두께가 감소되기 어렵게 되어 마찰 감소 효과가 얻어진다.
[실시예]
이하, 본 발명에 따른 자기 기록 매체, 자기 기록 매체의 제조 방법 및 자기 기록 장치의 각각의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
또한, 본 발명의 특징은 자기 기록 매체의 도포된 윤활제 및 윤활층에 관한 것이지만, 본 발명을 용이하게 이해하기 위하여 먼저 자기 기록 매체 및 그 제조 방법에 관하여 간단히 설명하고, 그 다음에 그 제조 방법의 한 공정이며 또한 특징인 윤활제 및 윤활층에 관한 사항에 대하여는 별도로 상세히 설명한다.
[자기 디스크의 구성 및 제조 방법]
여기서, 도 1a는 구체적으로 자기 디스크(10)의 단면 구조를 나타내는 도면이며, 도 1b는 구체적으로 자기 디스크의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 1a 및 1b를 참조하면, 단계(S01)에서, 하드디스크용 디스크 기판으로서 알루미늄 합금 기판(1)이 형성된다. 이 알루미늄 합금으로는 바람직하게는 강도 및 내식성이 우수한, 예컨대 Al-Mg 합금인 AA-5086을 기재로 한 여러 가지 개량된 재료가 사용된다.
상기 얻어진 알루미늄 합금의 박판은 타발(blanking), 열처리, 면취 가공, 연마석에 의한 연마 등의 작업을 통하여 알루미늄 합금 기판(「알루미늄 기판」이라고도 함)으로 제조된다. 이로써, 도 1의 Al 합금 기판(1)이 형성된다.
단계(S02)에서, Al 합금 기판(1) 위에 NiP 도금층(2)을 형성한다. 자기 디스크 기판으로는 자기 헤드를 낮게 부상시키기 때문에 평면도가 양호하고, 표면이 평탄할 필요가 있다. 이를 위하여 상술한 알루미늄 기판 자체의 양호한 평면도나 면 정밀도가 전제로 되지만, 디스크 기동시와 정지시에 헤드와의 접촉에 견딜 정도의 충분한 경도, 및 디스크 표면을 고 정밀도로 마무리하기 위한 연마 가공을 가능하게 하는 표면 경도를 갖게 하기 위하여 부드러운 알루미늄 기판 위에 경질 도금층이 필요하다. 이 때문에, NiP 도금층(2)이 설치되어 있다.
또한, 상기 NiP 도금층(2)은 기록 정보의 재생 시에 노이즈가 발생하지 않도록, 하기 스퍼터링 공정에서의 가열을 통해서도 비자성인 것이 요구된다. 따라서, 본래 자성인 Ni에 무전계 도금 작업에서 P를 함유하게 하여 비정질·비자성화시킨다.
단계(S03)에서, NiP 도금된 알루미늄 합금 기판을 양면 연마 가공한다. NiP 도금·알루미늄 합금 기판은 도금막 특유의 노듈(nodule) 등의 소돌기를 가지고 있어 면 조도가 크기 때문에, 양면 동시 버프(buff) 연마로 알루미늄 등의 미립자를 사용하여 경면 마감 가공을 실시한다. 이렇게 하여, 도 1의 NiP 도금층(2)이 형성된다.
단계(S04)에서, 양면 연마된 NiP 도금된 알루미늄 합금 기판에 대하여 텍스쳐(texture) 가공이 실시된다. 이 텍스쳐 가공은 디스크 기동시와 정지시에 헤드의 흡착을 방지하기 위해 기계 가공에 의해 적합한 조도(텍스쳐)를 부여하는 공정이다. 자기 디스크가 헤드와 접촉할 때의 마찰력을 감소시키고, 적당한 홈가공을 실시하여 양자의 접촉 면적을 감소시킨다.
단계(S05)에서, 텍스쳐 가공이 실시된 NiP 도금·알루미늄 합금 기판을 세정한다.
세정 공정을 통한 청정한 NiP 도금·알루미늄 합금 기판은 대향 타겟·스퍼터링 장치를 이용하여 하지층(단계 S06), 자성층(단계 S07), 카본 보호막(단계 S08)의 순서로 스퍼터막이 형성된다. 본 실시예에서는 예컨대 정지 대향식 타겟·스퍼터링 장치를 사용하며, 대향하는 두 개의 타겟의 중간에 기판을 한 장씩 반송하여 정지시키고, 임의의 소정의 막 두께에 도달할 때까지 스퍼터링 성막한다. 성막 후, 기판은 다른 타겟 상으로 이송되어 정지하고, 이로써 3종류의 재료를 순차 성막한다. 이하, 순차적으로 설명한다.
단계(S06)에서, NiP 도금층(2) 위에 하지층(4)이 형성된다. 하지층(4)은 자성층(5)의 자기 특성을 발현시키기 위하여 성막되며, Cr막 또는 Cr계 합금막이 사용된다. 본 실시예에서는 하지층(4)이 예컨대 Cr90Mo10막(중량%)이 사용된다. 이렇게 하여, 도 1의 하지층(4)이 형성된다.
단계(S07)에서, 하지층(3) 위에 자성층(4)이 형성된다. 자성층(4)은 Co를 주성분으로 하며, 보자력 등의 자기 특성이나 노이즈를 제어하기 위하여 Cr이나 Pt 등의 첨가물을 부가한 CoPtCr계 합금 박막으로 되어 있다.
자성층(4)에는 자기 특성이나 노이즈 제어 특성에 대해서는 자기 이방성이나 결정 구조가 반영되기 때문에, Co, Pt, Cr의 조성 및 하지층(3)의 막 두께 등의 최적화에 의한 노이즈 특성이 개선된다. 이 때문에, 자성층(4)의 하층에는 Cr계의 하지층(3)을 사용하고, 또한 알루미늄 기판에는 단계(S04)의 텍스쳐 가공이 실시된다.
본 실시예의 자성층(4)에는 막 두께 25nm의 Co72Cr19Pt5Ta2Nb2막(중량%)이 사용된다. 자성층(4)으로는 소망에 따라 기타 재료, 예컨대 CoNiCr, CoCrTa 등의 합금막을 사용할 수 있다. 이렇게 하여, 도 1의 자성층(4)이 형성된다.
단계(S08)에서, 자성층(4) 위에 카본 보호막(5)이 형성된다. 상기 공정으로 형성된 보호막(5)과 다음 공정으로 형성된 윤활층(6)은 자성층(4)을 자기 헤드(혹은, 자기 헤드의 레일 위의 미세 돌기)와의 접촉 슬라이드에 의한 파괴로부터 방어하기 위하여 설치되어 있다.
카본 보호막(5)에는 경도, 영률(Young's modulus), 내부 응력, 부착력 등의 기계적 특성이 필요하다. 본 실시예에서는 도 1a의 카본 보호막(5)은 예컨대 막 두께 약 8nm의 탄소 피막으로 된다. 이렇게 하여, 도 1의 카본 보호막(5)이 형성된다.
단계(S09)에서, 카본 보호막(5) 위에 윤활층(11)이 형성된다. 윤활층 형성은 슬라이드 내구성을 확보하기 위함이다. 따라서, 윤활층(7)에서는 마찰 계수, 경계 윤활성, 자기 회복성, 스틱션(stiction) 특성, 스핀 오프 특성, 내증발성, 내분해성 등이 중요한 특성이다. 여기서, 스틱션 특성은 극히 평탄한 면 사이에 액체가 존재하면 그 표면 장력에 의해 상기 2면 사이에 큰 힘이 작용하는 현상을 말하며, 스핀 오프 특성은 자기 디스크의 회전에 따른 원심력에 의해 윤활제가 비산하는 특성을 말한다. 또한, 윤활 분자는 보호막 표면에 물리 흡착 또는 화학 흡착에 의해 부착하며, 또한 윤활성을 가질 필요가 있다.
본 발명의 특징은 상기 윤활층(11)의 구조 및 도포 방법 등에 있기 때문에, 윤활층에 대해서는 별도의 항을 통하여 상세히 설명한다.
이상의 제조 공정을 거쳐, 단계(S10)에서 도 1a에 나타낸 바와 같이 마감된 자기 디스크(10)에 대하여 평가 시험을 실시한다. 평가 시험은 주로 글라이드 테스트 및 서티파이(certify) 테스트로 이루어진다.
글라이드 테스트는 소정의 글라이드 높이를 보증하기 위하여, 미리 출력 교정된 피에조(piezo) 소자를 탑재한 헤드를 보증하는 높이로 부상시키고, 디스크 보증 영역에서 헤드·디스크 사이의 접촉이 전혀 없는 것을 확인하는 시험이다.
서티파이 테스트는 완성된 자기 디스크를 디스크 구동 장치에 탑재하고 실제로 구동시켜 기록 재생 특성, 결함수 등을 검사하고 요구 사양을 만족시키는 지의 여부를 확인하는 시험이다.
[윤활층의 형성]
(제 1실시예)
도 2는 제 1실시예에 따른 도 1b에 나타낸 자기 디스크 제조 공정에 있어서, 윤활층 형성 공정(단계 S09)을 순차적으로 설명하는 도면이다.
상기 디스크 기판(10)은 도 1b의 제조 공정에서 단계(S08)의 카본 보호막이 형성되는 공정까지 실시하고 종료한다.
도 2a에 나타낸 바와 같이, 카본 보호막(6)이 피복된 자기 디스크 기판(10)에 불소계 윤활제를 비교적 두꺼운 소정의 막 두께까지, 예컨대 1.0~2.0nm 정도로 되도록 도포한다. 윤활제, 희석 용매, 도포 방법, 도포 조건은 윤활층(6)에서 소정의 막 두께가 얻어진다면, 적절히 변경되어도 좋다.
본 실시예에서는, 상기 불소계 윤활제로서 예컨대 아우지몬트(Ausimont)사가 제조한 상표명 「FOMBLIN AM3001」을, 3M사가 제조한 희석 용매인 상표명 「FLORINATE FC77」에 농도 0.1%로 용해시킨 윤활제 용액을 사용한다. 도포 방법은 침적 방식으로 실시하며, 인상 속도 6mm/초, 침적 시간은 30초로 하였다. 더구나, 도포 방법은 스핀 피복 방식 등의 기타 방법이어도 좋다. 혹은, 아우지몬트(Ausimont)사가 제조한 상표명 「FOMBLIN AM2001」을 사용할 수도 있다. 표 1은 「FOMBLIN AM3001」과 「FOMBLIN AM2001」의 제조 회사 카탈로그 데이터이다. 또한, 아우지몬트(Ausimont)사의 「Fomblin ZDol」, 다이킨 공업의 「Demnum」 등의 불소계 유윤활제를 사용하여도 좋다.
| 상표명 | FOMBLIN AM3001 | FOMBLIN AM2001 |
| 외관 | 담황색 액체 | 담황색 액체 |
| 평균 분자량 | 3200 | 2400 |
| 관능기 치환율 | 92 | 94 |
| C2F4O/CF2O율 | 0.8 | 0.8 |
| 동적 점도(20℃) | 85 | 75 |
| 비중(20℃) | 1.75 | 1.73 |
| 증기압(20℃) | 2.6×10-7(2×10-9) | 2.6×10-4(2×10-6) |
| 증기압(100℃) | 5.2×10-4(4×10-6) | 2.6×10-2(2×10-4) |
| 유전 정수(23℃) | - | 3.32 |
| 굴절률(20℃) | 1.382 | 1.345 |
| 표면 장력(20℃) | 24 | 25 |
다음으로, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 윤활제 용액(11)이 도포된 자기 디스크 기판(10)에 대하여, 윤활제 용액을 디스크 기판에 확실히 부착하기 위하여 흡착 처리를 실시한다. 상기 기판에 대한 흡착 처리는 자외선 조사, 열처리 등의 적당한 방법이 좋다. 본 실시예에서는 자외선 또는 단파장 자외선(14) 조사(UV 경화)를 실시하였다. 사용된 자외선의 파장 λ은 184nm와 253nm의 혼합 파장을 사용하며, 조사 시간은 약 5~30초 정도이다.
이 때, 윤활층의 확대 단면도에 나타낸 바와 같이 윤활층(6)은 자기 디스크 기판(10)[구체적으로는 도 1a의 카본 보호막(6)] 상에 결합층(11)과 이 결합층 상의 자유층(12)으로 된 2층 구조로 형성되어 있다.
여기서, 결합층(11)이란, 윤활층(6) 내에서 자기 디스크 기판(10)을 연속하여 회전시킬 때, 윤활층(6)에 원심력이 가해지더라도, 카본 보호막(6)에 대하여 확실히 결합되어 이동하지 않는 층 부분을 말한다. 자유층(12)이란, 윤활층(6) 내에서 상기 결합층(12) 상의 층 부분이며, 윤활층이 갖는 유동성에 의해 반경 방향 외측으로 이동하는 층 부분을 말한다. 또한, 일반적으로 윤활층의 막 두께가 얇으면, 결합률(=결합층 막 두께/윤활층 막 두께)은 커지고, 윤활층의 막 두께가 두꺼워지면, 결합률은 낮아지는 경향이 있다.
자기 디스크 기판의 결합층 및 자유층에 대한 상세한 설명은 예컨대 미쓰요시 쇼지 등의 「X선 반사율법을 이용한 윤활제의 흡착 구조 해석」(트리볼로지스트, 68~75페이지, 43권 3호, 1998)을 참조한다.
다음, 도 2c에 나타낸 바와 같이, 윤활층의 흡착 처리된 자기 디스크 기판(10)에 대하여 윤활층 중의 자유층(12)의 제거 처리를 실시한다. 자유층 제거제(15)로는 적당한 용매를 사용할 수 있다. 처리 조건 등은 자유층이 충분히 제거될 수 있도록 적절히 변경할 수 있다. 그러나, 도 2a에 관련하여 설명한 침지조와 동일한 타입의 용기를 준비하고 동일한 희석 용매를 자유층 제거제(15)로서 사용하면 제조상 편리하다. 따라서, 본 실시예에서는, 희석 용매로서 상표명「FLORINATE FC77」을 사용하였다. 제거 방법은 침지 방식으로 실시하며, 침적 시간은 30초로 하였다. 상기 자유층(12)의 제거 처리에 의해, 자기 디스크 기판 상에는 실질적으로 결합층(11)만으로 된 소정의 막 두께를 갖는 윤활층을 남길 수 있다.
(제 2실시예)
도 3은 제 2실시예에 관한 도 1b에 나타낸 자기 디스크 제조 공정에 있어서, 윤활층 형성 공정(단계 S09)을 순차적으로 설명하는 도면이다.
디스크 기판(10)은 도 1b의 제조 공정에서 단계(S08)의 카본 보호막이 형성되는 공정까지 실시하고 종료한다.
도 3a에 나타낸 바와 같이, 카본 보호막이 피복된 자기 디스크 기판(10)에 불소계 윤활제를 비교적 두꺼운 소정의 막 두께까지, 예컨대 막 두께 2.0nm로 되도록 도포한다. 윤활제, 희석 용매, 도포 방법, 도포 조건은 제 1실시예에 관하여 도 2a를 이용하여 설명한 윤활제의 도포와 동일하여도 좋다.
다음, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 윤활제(6)가 도포된 자기 디스크 기판(10)에 대하여 윤활층(6)의 기판에 대한 흡착 처리를 실시한다. 상기 기판에 대한 흡착 처리는 실시예 1과 다르며, 다음의 2단계에 의해 실시된다.
(1) 윤활제(6)가 도포된 자기 디스크 기판(10)의 CSS 영역에만 윤활층의 제 1흡착 처리를 실시한다.
본 실시예에서는 윤활제(6)가 도포된 자기 디스크 기판(10)의 데이터 영역(CSS 영역 이외의 부분)을 적당한 차폐판(16)으로 덮고, 자외선 또는 단파장 자외선(14)의 조사(UV 경화)를 실시하였다. 사용한 자외선은 도 2b에 관하여 설명한 것과 동일하여도 좋다. 조사 시간은 수 초 정도이다.
(2) 제 1흡착 처리가 된 자기 디스크 기판(10)의 전면(CSS 영역과 데이터 영역)에 대하여 윤활층의 제 2흡착 처리를 실시한다.
본 실시예에서는 차폐판(16)을 제거하고, 자외선 또는 단파장 자외선(16) 조사(UV 경화)를 실시하였다. 사용한 자외선(16)은 도 2b와 관련하여 설명한 것과 동일하여도 좋다. 조사 시간은 약 5~30초 정도이다.
상기 제 1기판 및 제 2기판에 대한 흡착 처리를 통과한 자기 디스크 기판(10)의 윤활층(6)에서는, CSS 영역에 대하여는 제 1 및 제 2흡착 처리를 실시하며, 데이터 영역에 대하여는 제 2흡착 처리만 실시한다. 그러나, 소망에 따라 윤활층의 제 2흡착 처리를 생략할 수도 있다.
이 때, 윤활층의 확대 단면도에 나타낸 바와 같이 윤활층(6)은 자기 디스크 기판(10)[구체적으로는 도 1a의 카본 보호막(6)] 위에 결합층(11)과 이 결합층 위의 자유층(12)으로 된 2층 구조로 형성되어 있다.
다음, 도 3c에 나타낸 바와 같이, 윤활층(6)의 흡착 처리된 자기 디스크 기판(10)에 대하여 윤활층 중의 자유층(12)의 제거 처리를 실시한다. 이 자유층의 제거 처리는 제 1실시예의 도 2c에 관하여 설명한 자유층 제거 처리와 동일하여도 좋다.
상기 자유층의 제거 처리 후, 자기 디스크 기판 위에는 실질적으로 결합층(12) 만으로 된 윤활층(6)이 형성되며, 이 결합층(12)은 CSS 영역에서는 소정의 막 두께를 가지며, 한편 데이터 영역에서는 상대적으로 얇은 막 두께로 되어 있다.
제 2실시예에 따른 자기 디스크에서는, CSS 영역만 선택적으로 윤활층을 비교적 두껍게 할 수 있다. 본래 데이터 영역에서는 윤활층을 비교적 두껍게 할 필요는 없다. 데이터 영역의 윤활층을 두껍게 할지라도 하등 문제가 없다고 하는 견해도 있다. 이 경우에는, 제 1실시예가 바람직하다. 그러나, 데이터 영역의 윤활층을 두껍게 하면, 플라잉 스틱션(flying stiction, 회전 부상 중에 어떠한 원인에 의해 순간적으로 자기 헤드와 자기 디스크가 마찰하는 현상)의 문제를 지적하는 견해도 있다. 이 경우에는, 상기 제 2실시예를 선택함으로써 상기 문제를 회피할 수 있다.
[본 실시예에 따른 자기 디스크 기판의 평가 결과]
(자기 디스크 기판의 윤활층의 구성)
도 4a는 본 실시예에 따른 자기 디스크 기판(10)의 윤활층(6)이 실질적으로 결합층(11)만으로 된 것을 명확하게 하기 위한 시험 결과를 나타내는 그래프이다. 그래프의 횡축은 자기 디스크 기판을 통상의 동작 상태로 회전시킬 때의 경과 시간을 나타내고, 종축은 당초 막 두께 1.6nm인 윤활층(6)의 막 두께 감소량을 단위 nm로 나타낸 것이다. 막 두께는 FT-IR로 측정한다.
종래의 자기 디스크 기판(10)은 회전 개시로부터 약 115시간 경과 후에 0.075nm의 막 두께 감소를 초래하며, 약 200시간 경과 후에는 0.14nm의 막 두께 감소를 초래한다.
이에 대하여, 본 실시예에 따른 자기 디스크 기판은 회전 개시로부터 약 200시간 경과 후에 막 두께 감소는 0.02nm 미만에 그친다. 자기 디스크 기판의 회전은 200시간 경과 후에도 연속되지만, 200시간 경과 후의 데이터는 도 4b를 참조한다. 또한, 회전 시간 200시간까지의 윤활층의 막 두께 감소 데이터는 각 샘플에 대한 차이가 없어서 한 점으로 표시되어 있다.
도 4b는 도 4a의 경과 시간을 2500시간까지 연장할 때의 시험 결과를 나타내는 그래프이다. 도 4a와 같이, 그래프의 횡축은 자기 디스크 기판을 통상의 동작 상태로 회전시킬 때의 경과 시간을 나타내며, 종축은 당초 막 두께 1.6nm인 윤활층의 막 두께 감소량을 단위 nm으로 나타낸 것이다.
종래의 자기 디스크는 도 4a에 나타낸 시험 결과로부터 회전 개시로부터 약 200시간 경과 후에 0.14nm의 막 두께 감소를 초래하였다. 그 후, 회전 개시로부터 약 500시간 경과 후에 0.34nm의 막 두께 감소를 초래하며, 약 1000시간 경과 후에 0.58nm의 막 두께 감소를 초래하고, 약 1250시간 경과 후에 최대로 0.6nm의 막 두께 감소를 초래한다. 당초 막 두께가 1.6nm이므로, 최종적으로는 1.0nm의 막 두께로 되어 감소분은 38%이다.
이에 대하여, 본 실시예에 따른 자기 디스크 기판의 데이터로서는 막 두께 변동이 작은 전형적인 예의 실시예 A와 막 두께 변동이 큰 전형적인 예의 실시예 B를 나타낸다. 막 두께 변동이 큰 실시예 B는 회전 개시로부터 약 500시간 경과 후에 0.14nm 정도의 막 두께 감소를 초래하지만, 그 후에는 2000시간 경과 후까지 막 두께의 실질적인 변동은 없다. 당초 막 두께가 1.6nm이기 때문에, 최종적으로는 1.46nm의 막 두께로 되어 감소분은 9%이다.
막 두께 변동이 작은 실시예 A는 회전 개시로부터 약 100시간 경과 후에 0.03nm 정도의 막 두께 감소를 초래하지만, 그 후에는 2000시간 경과 후까지 막 두께의 실질적인 변동은 없다. 당초 막 두께가 1.6nm이기 때문에, 최종적으로는 1.57nm의 막 두께로 되어 감소분은 2%이다.
도 4a 및 4b에 나타낸 시험 결과로부터, 본 실시예의 자기 디스크 기판의 윤활층(6)은 회전 동작에 의한 윤활층의 막 두께 감소분이 극히 작은 것으로 판명되었다. 따라서, 본 실시예의 자기 디스크 기판의 윤활층(6)은 자유층(12)이 거의 존재하지 않으며, 실질적으로 결합층(11)으로 구성된 것으로 판명된다.
구체적으로는, 윤활층의 당초 막 두께가 1.6nm일 때, 종래의 자기 디스크의 윤활층은 자유층이 38%, 결합층이 62%인데 비하여, 본 실시예의 자기 디스크의 윤활층은 자유층이 2~9%이며, 결합층이 91~98%인 것으로 판명되었다. 결국, 본 실시예에 의하면, 실질적으로 결합층만으로 되며, 엄밀히 말해도 90% 이상은 결합층으로 형성된 자기 디스크의 윤활층이 실현될 수 있다.
(윤활층과 마찰력의 관계)
도 5는 본 실시예에 따른 자기 디스크 기판의 윤활층의 막 두께가 감소할 지라도 마찰력은 실질적으로 증대되지 않음을 명확하게 하기 위하여 실시된 시험 결과를 나타내는 그래프이다. 그래프의 횡축은 자기 디스크 기판(10)의 윤활층(6)의 막 두께이다. 도 4의 결과에 의해, 종래의 자기 디스크 기판에서는 윤활층(6)이 결합층(11)과 자유층(12)으로 되어 있으며, 본 실시예의 자기 디스크 기판(10)에서는 윤활층(6)이 실질적으로 결합층(11)으로 되어 있다. 종축은 마찰력을 그램 단위(g-force)로 표시하고 있다.
종래의 자기 디스크 기판에서는 윤활층(즉, 결합층 + 자유층)의 막 두께가 1.5nm 이상 두꺼울 때는 마찰력이 1.5gf 정도이지만, 막 두께가 얇으면, 예컨대 1nm 정도에서는 마찰력이 8.0gf 정도로 상승한다.
이에 대하여, 본 실시예에 따른 자기 디스크 기판에서는 윤활층(즉, 결합층)의 막 두께가 1.5nm 이상에서는 마찰력이 종래의 자기 디스크 기판과 큰 차이가 없지만, 만일 어떤 원인으로 막 두께가 얇아져 예컨대 1nm 정도로 되어도 마찰력의 상승은 3gf 정도에 그친다. 또한, 이 때의 내마모성도 확인되어 있다.
(평균 조도와 윤활층 두께의 관계)
도 6은 도 1에서 설명한 단계(S04)의 텍스쳐 가공에 의해 표면이 거친 디스크 기판의 평균 표면 조도(Ra), 윤활층의 막 두께 및 마찰력의 관계를 나타내는 도면이다. 횡축은 윤활층의 막 두께(tl)/평균 표면 조도(Ra)의 비를 나타내며, 종축은 마찰력을 나타낸다.
파라미터는 디스크 기판의 평균 조도(Ra)로서, Ra=2.0nm, 0.8nm 및 0.3nm인 경우를 플롯(plot)한다. 평균 조도 Ra=2.0nm인 경우, 윤활층의 막 두께(tl)/평균 조도(Ra)의 비가 1.0일 때 마찰력은 1.7[gr]로 되며, tl/Ra의 비가 2.0일 때 마찰력은 1.2[gr]로 되고, tl/Ra의 비가 3.0일 때 마찰력은 0.7[gr]로 된다.
평균 조도 Ra=0.8nm인 경우, tl/Ra의 비가 1.0일 때 마찰력은 3.3[gr]로 되고, tl/Ra의 비가 2.0일 때 마찰력은 2.1[gr]로 되며, tl/Ra의 비가 3.0일 때 마찰력은 1.3[gr]로 된다.
평균 조도 Ra=0.3nm인 경우, tl/Ra의 비가 3.0일 때 마찰력은 7.0[gr]로 되고, tl/Ra의 비가 6.0일 때 마찰력은 1.5[gr]로 되며, tl/Ra의 비가 9.0일 때 마찰력은 0.3[gr]로 된다.
도 6으로부터, 다음이 판명된다. 예컨대, 평균 표면 조도 Ra=2.0nm로 일정할 때, 윤활층의 막 두께가 얇아지면 마찰력은 크지는 것으로 판명된다. 이러한 경향은 평균 표면 조도(Ra)가 작아짐에 따라 증가한다. 평균 표면 조도가 가장 작은 Ra=0.3nm에서는 막 두께의 감소와 함께 마찰력이 급격하게 증가한다.
따라서, 윤활층의 막 두께를 비교적 두껍게, 예컨대 1.5~2.5nm 정도로 형성하는 것이 바람직하다.
표 2는 이러한 관계를 구체적으로 나타내는 표이다.
| 평균 표면 조도Ra(nm) | 윤활층 두께/Ra | 윤활층 두께(nm) | 마찰력 | 판정 |
| 2.0 | 1.0 | 2.0 | 1.7 | × |
| 상동 | 2.0 | 4.0 | 1.2 | × |
| 상동 | 3.0 | 6.0 | 0.7 | × |
| 0.8 | 1.0 | 0.8 | 3.3 | × |
| 상동 | 2.0 | 1.6 | 2.1 | ○ |
| 상동 | 3.0 | 2.4 | 1.3 | ○ |
| 0.3 | 2.3 | 0.7 | 10.0 | × |
| 상동 | 3.0 | 0.9 | 7.0 | × |
| 상동 | 4.0 | 1.2 | 4.1 | × |
| 상동 | 5.0 | 1.5 | 2.5 | ○ |
| 상동 | 6.0 | 1.8 | 1.5 | ○ |
| 상동 | 7.0 | 2.1 | 1.0 | ○ |
| 상동 | 8.0 | 2.4 | 0.6 | ○ |
| 상동 | 9.0 | 2.7 | 0.3 | ○ |
여기서, 허용된 마찰력의 상한은 자기 디스크 장치 이외의 다른 요인에 의해 결정된다. 예컨대, 여기서 마찰력의 최대치를 2.5[gf]로 규정한다. 따라서, 표 2의 판정란에서 마찰력이 2.5[gf] 이상일 때를 부(×)로 표시한다.
한편, 표면 조도(Ra)는 자기 디스크 장치의 기록 밀도의 고밀도화에 의한 자기 헤드의 부상량이 적게 되기 때문에, 자기 디스크 기판에 요구되는 사양은 예컨대 1.0nm 이하 정도로 억제되는 것이 바람직하다. 따라서, 표에서 평균 조도 Ra=2.0nm의 데이터는 제외된다.
결국, 평균 조도(Ra)가 1.0nm 이하에서, 마찰력 2.5[gf] 이하의 데이터는 윤활층의 막 두께가 1.5nm 이상으로 제한된다. 이것을 환(○)으로 표시한다.
본 실시예에서는 마찰력 2.5[gf] 이하에서, 평균 표면 조도(Ra)가 1.0nm 이하의 조건을 만족하기 위하여 윤활층의 막 두께를 1.5nm 이상으로 한다. 상기 윤활층의 막 두께를 선택하면, 비교적 마찰력이 낮은 자기 디스크 기판을 실현할 수 있다. 또한, 윤활층의 막 두께의 상한에 대해서는 표 2에서 시험을 실시하여 확인한 2.7nm 이하로 한다. 이 이상의 막 두께의 자기 디스크에 대해서는 확인을 실시하지 않았기 때문에, 막 두께가 너무 두꺼운 것에 의한 영향은 차후의 검토 과제이다.
윤활층의 1.5~2.7nm 정도의 막 두께는 도 2 및 3에 설명한 제조 방법에 의하며, 또한 도 4의 평가 시험에서 확인한 바와 같이, 실질적으로 결합층만으로 실현할 수 있다. 따라서, 연속적인 회전 동작을 통해서도 윤활층의 막 두께의 감소는 없다. 또한, 장기간에 걸쳐 비교적 마찰력이 작은 자기 디스크 기판을 얻을 수 있다.
[자기 디스크 구동 장치]
도 1에 나타낸 바와 같은 구성을 갖고, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같은 제조 공정으로 제조한 자기 디스크가 사용된 HDD(자기 디스크 구동 장치)를 간단하게 설명한다.
도 7은 HDD의 주요부를 나타내는 도면이다. 자기 기록 매체로서, 상술한 자기 디스크(10)가 탑재되어 회전 구동한다. 이 자기 디스크(10)의 표면에 대향하여, 약 20nm 정도의 부상량으로 MR 헤드 또는 GMR 헤드(20)가 배치되고, 기록·재생 동작이 수행된다. 헤드(20)의 위치 결정은 통상의 작동기(actuator)와 전자식 미동 작동기를 조합한 2단식 작동기(21)를 채용하고 있다. 또한, 무흡착-슬라이더(22)를 채용하여 슬라이더와 자기 디스크(10)의 흡착을 방지한다.
이상에서와 같이, 본 발명에서는 유동성이 없는 결합층만으로 된 윤활층을 메모리 디스크 상에 형성하고 있다. 이것에 의하면, 기입 및 판독용 헤드를 갖는 헤드 슬라이더가 메모리 디스크 상의 윤활층을 슬라이드할 때, 윤활층의 막 두께 감소를 억제하고, 윤활층과 헤드 슬라이더의 마찰을 감소시키며, 윤활층의 내마모성을 향상시킬 수 있다.
또한, 윤활층 내의 CSS 영역을 보다 두껍게 형성하기 때문에, CSS 영역에서는 윤활층과 헤드 슬라이더의 마찰력이 보다 작아지며, 또한 사용 시간의 누적에 의한 윤활층의 막 두께가 감소되기 어렵게 되고, 마찰 저감 효과가 얻어진다.
따라서, 본 발명에 의하면, 신규한 자기 디스크를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 신규한 자기 디스크의 제조 방법을 제공할 수 있다.
Claims (15)
- 실질적으로 유동성이 없는 결합층만으로 된 윤활층을 갖는 것을 특징으로 하는 메모리 디스크.
- 윤활층의 90% 이상이 유동성이 없는 결합층이 차지하는 것을 특징으로 하는 메모리 디스크.
- 제 2항에 있어서,상기 메모리 디스크의 평균 표면 조도(Ra)가 1.0nm 이하이고,상기 윤활층의 막 두께가 1.5nm 이상인 것을 특징으로 하는 메모리 디스크.
- 제 2항에 있어서,상기 메모리 디스크의 평균 표면 조도(Ra)가 1.0nm 이하이고,상기 윤활층의 막 두께가 CSS 영역에서 선택적으로 1.5nm 이상인 것을 특징으로 하는 메모리 디스크.
- 윤활층의 90% 이상이 유동성이 없는 결합층이 차지하는 메모리 디스크;슬라이더 레일 면측에 돌기를 갖는 판독 또는 기입용 헤드; 및상기 메모리 디스크를 구동하는 구동 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 메모리 디스크 구동 장치.
- 제 5항에 있어서,상기 메모리 디스크의 평균 표면 조도(Ra)가 1.0nm 이하이고,상기 윤활층의 막 두께가 1.5nm 이상인 것을 특징으로 하는 메모리 디스크 구동 장치.
- 제 5항에 있어서,상기 메모리 디스크의 평균 표면 조도(Ra)가 1.0nm 이하이고,상기 윤활층의 막 두께가 CSS 영역에서 선택적으로 1.5nm 이상인 것을 특징으로 하는 메모리 디스크 구동 장치.
- 윤활층의 90% 이상이 유동성이 없는 결합층이 차지하는 메모리 디스크;판독 또는 기입용 헤드; 및상기 메모리 디스크를 구동하는 구동 수단을 구비하며, 상기 메모리 디스크의 CSS 영역에 돌기를 갖는 것을 특징으로 하는 메모리 디스크 구동 장치.
- 제 8항에 있어서,상기 메모리 디스크의 평균 표면 조도(Ra)가 1.0nm 이하이고,상기 윤활층의 막 두께가 1.5nm 이상인 것을 특징으로 하는 메모리 디스크 구동 장치.
- 제 8항에 있어서,상기 메모리 디스크의 평균 표면 조도(Ra)가 1.0nm 이하이고,상기 윤활층의 막 두께가 CSS 영역에서 선택적으로 1.5nm 이상인 것을 특징으로 하는 메모리 디스크 구동 장치.
- 메모리 디스크의 제조 방법에 있어서, 윤활층 형성 공정이카본 보호막이 형성된 디스크 기판에 윤활제를 도포하고,상기 윤활제가 상기 디스크 기판에 결합하도록 흡착 처리하며,상기 디스크 기판의 윤활층으로부터 디스크 회전 동작시에 유동성이 있는 자유층을 제거하는 제반 공정을 갖는 메모리 디스크의 제조 방법.
- 제 11항에 있어서,상기 윤활제가 불소계 윤활제로 된 메모리 디스크의 제조 방법.
- 제 11항에 있어서,상기 흡착 처리가 자외선 조사에 의해 실시되는 메모리 디스크의 제조 방법.
- 제 11항에 있어서,상기 흡착 처리가상기 디스크 기판의 CSS 영역에만 자외선을 조사하고,상기 디스크 기판의 CSS 영역과 데이터 영역의 전면에 대하여 자외선을 조사하는 2단계 조사에 의해 실시되는 메모리 디스크의 제조 방법.
- Al 합금 기판을 형성하고,상기 Al 합금 기판 위에 NiP 도금을 실시하며,상기 NiP로 도금된 기판 위에 하지층을 형성하고,상기 하지층 위에 기록층과 카본 보호막을 순차적으로 형성하며,상기 카본 보호막 위에 윤활층을 형성하는 제반 공정을 포함하고,상기 윤활층 형성 공정에서는,상기 카본 보호막이 형성된 기판에 불소계 윤활제를 도포하고,도포된 상기 불소계 윤활제를 자외선으로 흡착 처리하며,디스크 회전 동작시에 유동성이 있는 자유층을 제거하는 메모리 디스크의 제조 방법.
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