JPH0766540B2 - 薄膜磁気デイスク - Google Patents

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
に金属又は金属炭化物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・ディスク装置に
関する。

B.従来の技術 多種類の回転ハード・ディスク装置では、各読み書き変
換器、すなわち各読み書きヘッドは、ディスクがその作
動速度で回転している場合、そのディスク面の上方の空
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
指示されている。このスライダは比較的弱い支持手段に
よって直線運動式又は回転運動式のボイス・コイル・ア
クチュエータに接続される。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、各ヘッドがそれぞれのディス
クの記録領域をアクセスするようにディスク間を放射方
向にスライドを移動する。

このような従来のディスク装置では、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
ィスク面に対して偏倚されている。従ってスライダは初
めディスク面と接触しており、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。ディスク装置の電源が切られ、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装置では、しばしばディスク面
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・ファイル装置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（AlMg）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（非晶質）カーボン薄膜などの保護
層とから成る。米国特許第4503125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60−157725号公報に記載されている。
本出願人の米国特許第4778582号は、アルゴン（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
保護被膜を示している。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（C
r）、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付着層を含んで
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装置の重大な問題は、スライダがほ
んの短い期間、ディスク面（すなわち、保護被膜）と静
止接触した後、スライダは並進運動に逆らう傾向があ
り、すなわちディスク面にくっつく傾向がある。このく
っつきは静止摩擦及び粘性せん断力並びにディスクとス
ライダ間の循環剤によって形成された表面張力を含む種
々の要因によって引起こされる。極端に滑らかで潤滑剤
を与えられていないディスク面を有するディスク装置で
さえ、滑らかなディスクとスライダ面間の界面での強い
分子間引力のためくっつきが生じる。ディスク装置のく
っつきの結果、ディスクが回転し始めると、スライダが
ディスク面から突然逃げだし、ヘッド又はディスクに損
傷を与えることがある。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とスライダ間の支
持体は比較的もろいため、デイスクの急回転がその支持
体をも損傷させることがある。このくっつき問題は、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有するディスク装置では特に顕著
である。

スライダ面とディスク面間のくっつきで生じるディスク
装置に対する損傷を防止するために、種々のヘッドのロ
ード／アンロードの機械装置及び電気−機械装置がディ
スク装置に組み込まれている。従って、典型的なロード
／アンロード装置は、ディスク装置の電源がオフされる
場合、スライダをディスク面から離し、ディスク装置の
電源がオンされる場合、ディスク面にスライダを戻す。
よって、従来の接触始動・停止（CSS）のディスク装置
に比べると、「ロード／アンロード」タイプのディスク
装置では、スライダはディスク面と接触することを決し
て許されない。

くっつき問題に加えて、薄膜フィルムディスクを使用す
るディスク装置の他の問題は、磁気記録ヘッドを支持す
るエアベアリング・スライダによるディスクの接触によ
って生じる磨耗を阻止するような保護被膜の適合性の問
題です。

従って、耐摩耗性であり且つスライダに停止摩耗の低い
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
点を含むディスク装置を有することができる。

本発明の目的は、CSSディスク・ファイルに於て耐摩耗
性であり且つ僅かのひっつきしか生じない改良された保
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 本発明は、耐磨耗性で、CSSのディスク装置で低レベル
のくっつきを形成する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である。好ましい実施例で
は、この被膜は、比較的少量の鉄（Fe）、タングステン
（Ｗ）又はタングステン炭化物（WC）が埋め込まれたア
モルファス・カーボン又は水素含有カーボンの膜であ
る。カーボン被膜へのこれらの特定添加物はディスクの
耐磨耗性を改善し、ディスク装置の構成要素に対する損
傷なしでCSS動作でスライダをディスクに接触させるこ
とを可能にする。特に、この保護膜は、滑らかなカーボ
ン面上にわずかに突出する添加物の個別のクラスタを有
する比較的滑らかな平坦なカーボン面を有している。そ
れは、低静止摩擦の原因であると信じられている保護被
膜の特性である。従って、本発明はまた、薄膜金属合金
が上述の保護被膜を有しているCSSタイプのハード・フ
ァイル装置に適用できる。

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くっ
つきを理解するために、異なる被膜を有する種々のディ
スクが製造された。

薄膜ディスクは、遊星歯車式回転を使用するSputtered
Films Inc（SFI）社のマグネトロン・スパッタ・システ
ムで製造された。一般に、そのディスクの構造は、下層
（200−300オングストロームのCr）と、磁気層（300−5
00オングストロームのCoPtCr又はCoNiCr）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、及び研磨され且つ織成されたAlMg/NiP上に付着
された。記録金属層は直流マグネトロン・スパッタリン
グを用いて付着された。一方、被膜層は直流又は高周波
スパッタリングのいずれかを用いて付着された。基板バ
イアス電圧（−50V）は膜の粘着を促進するように下層
及び副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）及び炭化物の添加物（TiC、TaC及
びＷ）を、カーボン被膜中に、コスパッタリング法によ
って約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
するターゲット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、浸し被覆法
又は吹付け被覆法によって被覆されたペルフルオロポリ
エーテルのような20〜30オングストロームの従来の潤滑
剤で処理される。

この被膜の機能特性は、実施された「Seagate」モデルS
T412ディスク装置でCSSテストを用いて測定された。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IBM3380型のスライダに
ついて為された。ここではくっつき値は、ディスク駆動
モータを起動してから最初の60msの間このスライダにか
かる最大力として規定される。標準始動／停止サイクル
は3600rpmの最大回転速度における0.17分の休止期間及
び0.10分の飛行期間からなる。

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。これらのテストは300rpmで、連続的なスラ
イダ／ディスク接触を保持することによって、かつ30グ
ラムの増大されたスライダ負荷を用いることによって30
0rpmで行われた。

これらの実験結果を第１表に示す。

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又は
高い耐磨耗性の両方を示した。

第１表の結果に加えて、カーボン被膜に埋込まれたFeを
有するアモルファスのカーボン被膜の保護被膜は、Arの
雰囲気中で走路近くの鉄の帯に直流マグネトロンスパッ
タ付着によって製造された。その結果得られた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Fe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られる。

ここで第１（ｂ）図を参照すると、これにはいかなる金
属又は金属炭化物の粒子も存在しない200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AF
M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。

その被膜のくっつきテスト及びAWTテストが、上述の滑
らかなSi上にも実行された。研磨したAlMg/NiP基板上に
形成された、Ｗ及びWCを含有した被膜の場合、くっつき
は減少したが、適当な耐久性（＞10KCCS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AlMg/NiP基板上に注入したくっつき特性が、第２
（ａ）図及び第２（ｂ）図に対比して示される。AlMg/N
iP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。AlMg/NiP基板の場合かなり多く
が散らばっているけれども、そのくっつきの挙動は適度
に類似している。

くっつきの著しい減少はまた、固い下層なしで織成され
たNiP基板に形成されたＷを含ませた水素添加カーボン
被膜で観測された。

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。織成さ
れたNiP基板の使用に加えて、これらの被膜は、前述の
ものと、グラファイト及び12％のWCを含む化合物のター
ゲットから、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）図にそのデータを示しているが、最初の4000CSS
サイクル中、かなり安定した低いくっつき力を示す。約
6000CSSサイクルの頃、被膜の摩耗が観察された。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
くっつきの改善が得られることを示し、織成基板を用い
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6000CSS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」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、ヘッドのく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基板上に形成さ
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くっつきの
強さ（グラム単位）を表わしたグラフである。 第３（ａ）図及び第３（ｂ）図は、夫々織成された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）を含有するも
の、及び織成されたNiP基板上に形成されるアモルファ
ス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
係で初期のくっつきの強さ（グラム単位）を表わしたグ
ラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クワング・コン・キム アメリカ合衆国カリフオルニア州サン・ホ セ、ウエストフイールド・アヴエニユー 2749番地 (72)発明者 イアン・リューズ・サンダーズ アメリカ合衆国カリフオルニア州モーガ ン・ヒル、ウイルド・オーク、ウエイ 16725番地 (72)発明者 アンソニイ・ワイ・ウ アメリカ合衆国カリフオルニア州サン・ホ セ、１／２クーリイー・ドライブ456番地 (56)参考文献 特開 昭63−217518（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板と、 前記基板一面に形成されたコバルトを主成分とする合金
   を含んでいる磁気層と、 前記磁気層一面に形成された保護被膜とを備え、 前記基板は、単結晶シリコンであるか、又はニッケル・
   燐の表面被膜を有するアルミニウム合金であり、 前記保護被膜は、およそ平らの表面を有し、アモルファ
   スカーボン又はアモルファス水素添加カーボンを含み、
   前記保護被膜の前記表面上に突出するクラスタとして存
   在する約４〜12原子百分率のタングステン又はタングス
   テン炭化物を含んでいることを特徴とする薄膜磁気ディ
   スク。