JPH02230510A - 薄膜磁気デイスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ，産業上の利用分野 本発明は、薄膜金属合金の磁気記録ディスクに関し、特
に金属又は金属カーバイドを含有したカーボン薄膜の保
護膜を有するディスクに関する。

本発明は、また磁気記録媒体としてのディスクを有する
接触始動・停止（ＣＳＳ）を行うハード・ディスク・フ
ァイル（装置）に関する。

Ｂ．従来の技術 ハード・ディスク・ファイルを回転させる多くの型のも
のに於て、各読み書き変換器乃至ヘッドは、ディスクが
その動作速度で回転しているとき、そのディスクの表面
の上方の空気のクッション又はベアリングに載っている
スライダに支持されている。このスライダは比較的弱い
支持手段によってリニア式又はロータリ式のボイス・コ
イル・アクチュエー夕に接続される。一般に、複数枚の
ディスクから成るスタックと複数個のアクチュエータが
あって、各アクチュエータが多数のスライダを支持して
いる。これらのアクチュエータは、各ヘッドが個々のデ
ィスクの記録領域をアクセスできるようディスク相互間
を放射方向に移動する。

このような従来のディスク・ファイルに於では、ディス
クが回転していないとき、スライダは支持装置からの小
さい力でディスク面に向かって偏倚されている。従って
スライダは初めディスク表面と接触しており、ディスク
が或る回転速度に達すると、スライダがエアベアリング
に載る（浮上する）ようになる。ディスク・ファイルが
切られ、ディスクの回転速度がエアベアリングを生じさ
せるのに必要な速度より下ると、スライダはディスク面
に再び接触する。このようなディスク・ファイルでは、
しばしばディスク表面に潤滑が維持され、これによって
ディスクの始動及び停止時にヘッドとディスクの損傷を
防止する。

ハード・ディスク・ファイルで使用される或る型のディ
スクは、薄膜金属合金のディスクである。

これは一般に、ニッケル・燐（Ｎｉｐ）の表面被膜をも
つアルミニウムとマグネシウム（Ａ］．Ｍｇ）の合金な
どの基板と、該基板上に磁気層としてスパッタ付着され
た、コバルトをベースとする合金と、その磁気層の上に
形成される、スパッタ付着されたアモルファス（非品質
）カーボン薄膜などの保護層とから成る。米国特許第４
５０３１２５号は、グラファイト（黒鉛）のターゲット
をスパッタすることによって形成されるアモルファス・
カーボンの保護被膜を示している。アルゴン及び炭化水
素と云ったガス（気体）の雰囲気中でグラファイトのタ
ーゲットの反応性スパッタリングにより形成されたアモ
ルファスの水素添加カーボン薄膜を、薄膜のディスク保
護層として使用するのが適当である、と特開昭第６０−
４５７７２５号には記されている。本出願人の米国特許
第４７７８５８２号は、Ａｒ及び水素（Ｈ２）の存在下
で、グラファイト・ターゲットをスパッタすることによ
り形成される水素添加カーボンの保護被膜を記している
。磁気層及び保護被膜のほかに、薄膜のディスクは、基
板と磁気層との間にクロム（Ｏｒ）、クロム・バナジウ
ム（ＣｒＶ）又はタングステン（Ｗ）の層などのスパッ
タ付着された下層を含んでも良い。また磁気層及び保護
被膜の間に、Ｃｒ．Ｗ又はチタニウム（Ｔｉ）層などの
スパッタ付着された粘着層を含んでも良い。

Ｃ，発明が解決しようとする課題 このようなディスク・ファイルの場合の大きな問題は、
スライダがほんの短い期間、ディスク面（例えば保護被
膜）と静止状態で接触した後、スライダが横方向の移動
をしにくくなったり、ディスク面に「ひっつく」ことで
ある。この「ひっつき」は、ディスクとスライダの間の
潤滑により生しる表面張力、粘性による剪断力及び静摩
擦を含む種々の要素によって引起こされる。ディスク・
ファイル中のディスクが非常に滑らかで潤滑のないディ
スク面を有する場合でさえ、ひっつきが生じる。これは
滑らかなディスクとスライダ面との間の界面で強い分子
間引力が働くからである。このようにディスク・ファイ
ルにくっつきがあると、ディスクが回転し始めるときの
、ディスク面からのスライダの急激な分離がヘッドやデ
ィスクに損傷を生じることがある。更に、ディスク面の
上方をスライダが飛行できるようアクチュエータ及びス
ライダ間の支持体が比較的弱くされているので、ディス
クの急回転がその支持体をも損傷させることがある。こ
の「ひっつき」問題は、ディスク上にアモルファス・カ
ーボン又は水素を含有するカーボンの保護被膜をもたせ
たディスク・ファイルに於で特に顕著である。

スライダ及びディスク面間のくっつきにより生じるディ
スク・ファイルへの損傷を防止するため、ヘッドのロー
ド又はアンロード機構及び電子機械的装置として種々の
ものがディスク・ファイルの中に組込まれてきた。或る
典型的なロード・アンロード装置は、ディスク・ファイ
ルがオフに切換えられるときスライダがディスク面から
離れ、ディスク・ファイルがオンに切換えられるときデ
ィスク面に向けて戻る。従って、従来からの接触始動停
（ＣＳＳ）ディスク・ファイルに比べると、「ローｌく
・アンロードｊ型のディスク・ファイルでは、スライダ
はディスク面と接触すみことが一切許されないので設計
が難しい。

「ひっつきｊ問題に加えて、薄膜フィルムを用いるディ
スク・ファイルのもう１つの問題は、磁気記録ヘッドを
搬送するエアベアリング・スライダがディスクと接触す
ることによって摩耗が生じるが、その摩耗を抑えるため
の保護被膜の安定性に関する問題である。

従って、耐摩耗性であり且つスライダに静止摩耗の低い
界面を与える薄膜金属合金のディスク用保護被膜を提供
できることが望ましい。そのような改良された保護被膜
の場合、薄膜金属合金のディスクとＣＳＳ動作の両方の
利点を全て満足するディスク・ファイルを提供すること
ができる。

本発明の目的は、ＣＳＳディスク・ファイルに於で耐摩
耗性であり且つ僅かのひっつきしか生しない改良された
保護被膜を有する薄膜金属合金の磁気記録ディスクを提
供することにある。

Ｄ．課題を解決する手段 本発明の薄膜金属合金の磁気記録ディスクの被膜は、ほ
ぼアモルファス状のカーボン又は水素を含有するカーボ
ンを有し、且つ鉄（Ｆｅ）、タンダステン（Ｗ）又はタ
ングステン・カーバイド（ＷＣ）を有する。カーボン被
膜へのこれらの特定の添加物は、ディスクの耐摩耗性を
改善し、またディスク・ファイル（ディスク装置）中の
どんな部品にも損傷を与えずに、ＣＳＳ動作の際スライ
ダがディスクに接触できるようにする。

実施例では、保護被膜が比較的滑らかで平坦な力一ボン
の表面を有し、その滑らがなカーボン面の上方に少し突
出する如上の添加物の多数のかたまり（クラスタ）を有
する。それがこの保護被膜の性質として低い静止摩耗を
提供するものと思われる。斯して、本発明は、薄膜金属
合金のディスクが」二連の保護被膜を有するＣＳＳ型の
ハード・ディスク装置（ファイル）にも適用できる。

Ｅ．実施例 薄膜ディスク用の保護カーボン被膜の耐摩耗性及びひっ
つきを理解するために、異なる被膜をもつ種々のディス
クを製造した。

薄膜ディスクはＳｐｕｔｔｅｒｅｄ　Ｆｉｌｍｓ　Ｉｎ
ｃ．　（　Ｓ　Ｆ　Ｉ　）という会社のマグネトロン・
スパッタ・システムで遊星歯車式の回転運動を用いて製
造した。一般に、そのディスクの構造は、下層（２００
−３ＱＯオングストロームのＣｒ）と、磁気層（３０〇
一５００オングス１−ロームのＣｏＰｔＣｒ又はＣｏ　
Ｎ　ｉ　Ｃ　ｒ　）と、カーボンをベースとする被膜（
２００オングストローム）とから成る。そのディスクは
、滑らかな単結晶シリコン（Ｓｉ）の基板上、及び研磨
され且つ集合組織とされたＡ．　Ｉ　Ｍｇ　／　Ｎ　ｉ
　Ｐ上に付着された。記録用の金属層がＤＣマグネトロ
ン・スパッタリングを用いて付着された。一方で被膜の
層がＤＣ又はＲＦのスパッタリングを用いて付着された
。基板のバイアス電圧（−　５　０　Ｖ）が、下層の付
着及び薄膜の粘着を促進する副次的な層の付着中に印加
された。磁気層及び被膜層は、基板のバイア電圧を印加
せずに付着された。金属添加物（Ｓｉ．Ｔｕ．Ｔａ及び
Ｗ）及びカーバイド添加物（Ｔ　ｉ　Ｃ．　Ｔ　ａ　Ｃ
及びＷ）を、カーボン被膜中に、コスパッタリング技法
により約１０原子パーセント（ａｔ、％）までの種々の
濃度で含有させた。（本書では、添加物の割合は、原子
パーセントで示す。）この被膜中の添加物の濃度は、ス
パッタするターゲッ１・からの物質の較正された相対的
付着割合をもとに予測された。

これらのディスクは、ディップ・コーティング又はスプ
レー法により与えられるベルフルオロボリエーテルなど
の２０−３０オングストロームの従来からある潤滑剤で
以って処理される。

その被膜の機能的特性は、ｒｓｅａｇａｔｅＪモデルＳ
Ｔ４１２ディスク・ファイルに於るＣＳＳテストを用い
て調べた。ヘッド支持体を支持する取付け位置に取付け
られた歪みゲージが、スライダに作用する力を測定する
。全ての測定は１５グラムの負荷を与えた際のＩ’ＢＭ
３３８０型のスライダについて為された。ディスク駆動
モータの始動から最初の６０ｍｓの間にスライダに生じ
る最大の力を、ひっつき値として定義する。標準的な始
動・停止サイクルは、３６００ｒｐｍの最大回転速度の
ときの０．１０分の飛行期間と、０．１７分の休止期間
とより成る。

ＣＳＳテストに加え、多数の耐久性テストと、加速摩耗
テスト（ＡＷＴ）が、或る種のサンプル・ディスクにつ
いて実行された。これらのテス１−は３００ｒｐｍで、
スライダとディスクの連続的な接触を維持するとともに
、３０グラムという高いスライダ負荷を用いて行なわれ
た。

これらの実験結果を第１表に示す。

第上人 くっつき　耐久性 デ丞トｍｌＦＪ　　（’ξ乙ｋ一　居綬ゴ坊玖粁胚妖］
．　　Ｈ−Ｃ　　　　　　＞４５　　＞１．０．０００
　　６０−９０，０００２　　Ｈ−Ｃ／４．２％Ｓｉ　
　　＞５０　　０３　　｝１−Ｃ／７．８％Ｓｉ　　　
：＞５０　　０４　　Ｈ−Ｃ／１．Ｏ．Ｏ灯ｉ　　２０
−４０　　〜３，０００５　　１１−Ｃ／４−７％Ｔａ
　　　４−２０　　−４，０００６　　Ｈ−Ｃ／４−８
％ＩＮ　　　Ｓ−８　　　＞１０，０００７　　Ｈ−Ｃ
／３．２％ＴｉＣ　　〜１０　　〜３００８　　Ｈ−Ｃ
／８．５％ＴａＣ　　　−８　　　−１．，０００９　
　Ｈ−Ｃ／４−１０グＷＣ　　　５−１０　　　＞］．
０．０００　　＞５００，０００第１表の結果から明ら
かなように、Ｗ又はＷＣを含むカーボン被膜だけが、所
望の低いくっつきと高い耐久性乃至耐摩耗性の両方を示
した。

第１表の結果のほか、アモルファス状のカーボン被膜に
Ｆｅを埋込んだ保護被膜が、Ａｒの雰囲気中で、鉄の条
片をレーストラックの付近におき、グラファイトのター
ゲソトのＤＣマグネトロン・スパッタ付着により製造さ
れた。Ｆｅを含んだアモルファスのカーボンもまた、低
い摩擦及び高い耐久性を示した。第１表に示したアモル
ファスの水素添加カーボン被膜とは異なり、この特定の
ディスク構造では、カーボン被膜中には水素がなかった
。しかし、アモルファスの水素添加カーボン被膜中にＦ
ｅが埋込まれた場合も、その埋込まれたＦｅにより低摩
擦及び高耐久性が得られるであろうと信じる。

ここで第１（ｂ）図を参照すると、これには金属又は金
属カーバイＩ・の粒子が存在しない２００１ｌ オングストロームの厚さの、水素添加カーボン被膜の表
面形状を示す原子力顕微鏡（ＡＦＭ）によるマイクロ写
真の図が示される。ここで第１（ａ）図を参照すると、
これも同様のＡＦＭによるマイクロ写真の図であるが、
６％Ｗを含む水素添加カーボンの保護被膜が示される。

第１（ａ）図のマイクロ写真では、ほぼ平坦なカーボン
面から突出するタングステン（Ｗ）の微小なクラスタ（
かたまり）と思われる約６０オングストロームの高さの
ピークがある。それがこの低い初期静止摩擦を生じると
思われる「微小な粗さ」特性をその保護被膜に与えてい
る。この「微小な粗さ」はまたタングステン・カーバイ
ド（ＷＣ）を埋込んだ被膜の場合にも観察される。

その被膜のひっつき及びＡＷＴテストが、上述の滑らか
なＳｌ上にも実行された。研磨したＡ］Ｍ　ｇ　／　Ｎ
　ｉ．　Ｐ基板上に形成された、Ｗ及びＷＣを含有した
被膜の場合、ひっつきは小さくなったが、適当な耐久性
（＞ＩＯＫＣＣＳサイクル）を得るには、基板と磁気薄
膜との間に構造的に堅固な下層が必要となることが分か
った。５．３％のＷを含有した水素添加カーボン被膜で
、研磨したシリコン基板及び研磨したＡ　Ｉ　Ｍ　ｇ　
／　Ｎ　ｉ　Ｐ基板上に注入したものが、第２（ａ）図
及び第２（ｂ）図に対比して示される。Ａ　Ｉ　Ｍ　ｇ
　／　Ｎ　ｉ　Ｐ基板の場合、１２００オングストロー
ムのＷの下層が磁気層の下方に形成された。Ａ　Ｉ　Ｍ
　ｇ　／　Ｎ　ｉ　Ｐ基板の場合かなり多くのばらつき
があるが、そのひっつきの挙動はかなり類似している。

硬い下層のない，集合組織のＮｊＰ基板の上方に、Ｗを
含んだ水素添加カーボン被膜の場合、ひっつきがかなり
小さくなったことが観察された。

第３（ａ）図及び第３（ｂ）図の比較は、１２％ＷＣを
含有した被膜と、ＷＣを含有しない被膜とで、ともに似
たような付着条件下で準備されたものについてである。

集合組織のＮｉＰ基板を使用するほか、これらの被膜は
、前述のものと、グラファイト及び１２％のＷＣを含む
合成物のターゲッ１〜から、Ｗを含有する被膜がスパッ
タされている点で異なる。１２％のＷＣを含有するカー
ボン被膜は、第３（ａ）図にそのデータ詮示しているが
、最初の４．　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｃ　Ｓ　Ｓサイクル中、か
なり安定した低いひっつき力を示す。約６０００ＣＳＳ
サイクルの頃、被膜の摩耗がｉ察された。しかし第３（
ａ）図及び第３（ｂ）図に与えられた結果は、単一のタ
ーゲットから被膜をスパッタすることによってひっつき
の改善が得られることを示し、集合組織をもつ基板を用
いた薄膜ディスクを享受できることを示す。

Ｗ又はＷＣがカーボン被膜中に多く存在し過ぎると、低
い静止摩擦が得られるという利点も実質上小さくなるこ
とが実験的に分かった。特に、第３（ａ）図の１２％の
ＷＣ被膜の場合、ディスクの耐久性が小さい（約６００
０ＣＳＳサイクル）ということはこの現象が始まってい
ることを示しているようにみえる。この現象は、第１（
ａ）図のＡＦＭによるマイクロ写真の図の被膜表面の示
すところと矛盾しないと思われる。即ちＷ又はＷＣのク
ラスタのピークのない、もっと一様な表面形状を生じる
程、Ｗ又はＷＣが存在するとすれば、「微小な粗さＪの
利点はなくなると思われる。

Ｆ．発明の効果 本発明によれば、薄膜ディスクの保護被膜を改良したの
で、ヘッドのひっつきの問題が改良され、耐久性も増す
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１（ａ）図及び第１（ｂ）図は、アモルファス状の水
素添加カーボン薄膜に夫々タングステン（Ｗ）を含有さ
せたものと含有させないものとの表面形状を対比して示
す顕微鏡写真（ＡＦＭ）の図である。 第２（ａ）図及び第２（ｂ）図は、夫々研磨したＳｉ基
板、及びＷの下層を有する研磨したＮｉＰ基板」二に形
成された、Ｗを含有するアモルファス状の水素添加カー
ボン薄膜についてＣＳＳサイクルとの関係で初期のひっ
つきの強さ（ダラム単位）を表わしたグラフである。 第３（ａ）図及び第３（ｂ）図は、夫々集合組織のＮコ
Ｐ基板上に形成されるアモルファス状の水素添加カーボ
ン薄膜でタングステン・カーバイ一１５ ド（ＷＣ）を含有するもの、及び集合組織のＮｉＰ基板
上に形成されるアモルファス状の水素添加カーボン薄膜
でタングステン・カーバイド（ＷＣ）を含有しないもの
について、ＣＳＳサイクルとの関係で初期のひっつきの
強さ（ダラム単位）を表わしたグラフである。 出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人　　弁理士　　山　　本　　仁　　朗（外１名） Ｗ）ＣＩ”一フ゜シｔ；力一汁、゛冫（シリコン基板ノ
ｆ１（ａ）図 ドーフ゜してＬ”ｔＪＬ・カーホ゜′冫（シリコン基板
９″ｌ（ｂ）図 Ｓ／Ｓサイタノし オ２（ａ）図 Ｓ／Ｓサイクノし オ３（ａ）図 Ｓ／Ｓサイクノし 牙２（ｂ）回 Ｓ／ＳＭイクル 甘３（ｂ）図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と、 　該基板の上方に形成された、コバルトをベースとする
   合金を含む磁気層と、 　該磁気層の上方に形成された保護被膜とを有する薄膜
   金属合金の磁気記録ディスクに於て、上記保護被膜は、
   ほぼアモルファス状のカーボンを含有するとともに、鉄
   、タングステン及びタングステン・カーバイドのうちの
   １つ若しくは複数が、該カーボンの全体にわたって分散
   されたものから成ることを特徴とする薄膜磁気ディスク
   。
2. （２）接触始動停止式磁気記録ハード・ディスク装置に
   於て、 該装置に含まれる少なくとも１つの薄膜金属合金の磁気
   記録ディスクが、ほぼアモルファス状のカーボン又はほ
   ぼアモルファス状の水素添加カーボンの保護被膜であっ
   て、該カーボン又は水素添加カーボン中に鉄、タングス
   テン又はタングステン・カーバイドを含有する上記保護
   被膜を有することを特徴とする磁気記録ハード・ディス
   ク装置。