DE69125633T2

DE69125633T2 - Verfahren zum Aufbringen eines Wasserstoff-dotierten Kohlenstoffschutzfilm durch kathodische Zerstäubung auf eine Magnetplatte

Info

Publication number: DE69125633T2
Application number: DE69125633T
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Tom Yamashita
Original assignee: Komag Inc
Current assignee: WD Media LLC
Priority date: 1990-02-01
Filing date: 1991-02-01
Publication date: 1997-11-20
Anticipated expiration: 2011-02-02
Also published as: JP3157006B2; DE69125633D1; JPH04214230A; EP0440259B1; US5397644A; EP0440259A3; US5045165A; EP0440259A2

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstoffilmes auf einem Magnetspeicher und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Magnetplatte.
Metallische magnetische Dünnfilmplatten, die in Speicheranwendungen verwendet werden, umfassen typischerweise ein Substratmaterial, das mit einem Film aus einer magnetischen Legierung beschichtet ist, der als das Aufzeichnungsmedium dient. Typischerweise ist das bei derartigen Platten verwendete Aufzeichnungsmedium eine auf Cobalt basierende Legierung, wie z.B. Co-Ni, Co-Cr, Co-Ni-Cr, Co-Pt oder Co-Ni-Pt, die durch Vakuumzerstäubung aufgebracht wird, wie von J. K. Howard in "Thin Films for Magnetic Recording Technology: A Review", veröffentlicht im Journal of Vacuum Science and Technology im Januar 1986, diskutiert wird. Andere Aufzeichnungsmedien des Standes der Technik umfassen einen Co-P- oder Co-Ni-P-Film, der durch chemisches Plattieren aufgebracht wird, wie z.B. von Tu Chen et al. in "Microstructure and Magnetic Properties of Electroless Co-P Thin Films Grown on an Aluminium Base Disk Substrate", veröffentlicht im Journal of Applied Physics im März 1978, und Y. Suganuma et al. in "Production Process and High Densitiy Recording Characteristics of Plated Disks", veröffentlicht in IEEE Transactions on Magnetics im November 1982 diskutiert wird.
Üblicherweise ist es notwendig, derartige magnetische Medien durch Aufstäuben einer Schutzschicht, wie z.B. einer Kohlenstoffschicht zu schützen. Ein Beispiel einer derartigen aufgedampfien Kohlenstoffschicht ist von F. K. King in "Data Point Thin Film Media", veröffentlicht in IEEE Transactions on Magnetics im Juli 1981 beschrieben. Unglücklicherweise zeigen reine Kohlenstoffilme typischerweise einen außerordentlich hohen Reibungskoeffizienten und eine geringe Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung, wodurch die Verwendung einer Schmiermittelschicht auf dem Kohlenstoff notwendig wird.
Es ist ebenfalls bekannt, einen wasserstoffenthaltenden Kohlenstoffilm durch Verwendung einer plasmachemischen Dampf-Ablagerungstechnik aufzubringen, wie z.B. von Ishikawa et al. in "Dual Carbon, A New Surface Protective Film For Thin Film Hard Disks", IEEE Transactions on Magnetics, September 1986 beschrieben wird. Während einem derartigen Verfahren wird eine harte, haltbare Kohlenstoffschicht (die von Ishikawa als i-Kohlenstoff bezeichnet wird) mittels einem Magnetron über einen Film einer magnetischen Legierung aufgestäubt. Danach wird ein zweiter Kohlenstoffilm (p- Kohlenstoff), der einen geringeren Reibungskoeffizienten als der i-Kohlenstoff aufweist, durch Plasma-Zerlegung eines Kohlenwasserstoffgases aufgebracht. (In einer Variation dieses Verfahrens diskutiert Ishikawa eine Plasma-Zerlegung des Kohlenwasserstoffgases, um eine erste und eine zweite p-Kohlenstoffschicht, die verschiedene mechanische Eigenschaften zeigen, auf der magnetischen Legierung auszubilden.)
Unglücklicherweise ist Ishikawa's p-Kohlenstoffschicht in einer typischen Herstellungsvorrichtung, bei der kontinuierlich in einer Reihe eine Zerstäubungs- Aufdampfüng durchgeführt wird, schwierig herzustellen. Eine derartige Vorrichtung, in der eine Nickel-Phosphor-Unterschicht, ein Film aus einer magnetischen Legierung und eine schützende Kohlenstoff-Überschicht in Abschnitten 2, 3 und 4 einer einzigen Zerstäubungskammer 5 auf ein Substrat 1 aufgedampfi werden, ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Das Substrat 1 wird durch eine Trägerpalette an Zerstäubungsquellen 6a, 6b für eine Nickel-Phosphor-Legierung, Zerstäubungsquellen 7a, 7b für eine magnetische Legierung und Zerstäubungsquellen 8a, 8b für Kohlenstoff kontinuierlich vorbeibewegt. Quellen-Abschirmungen 19 umgeben die Zerstäubungsquellen 6 bis 8, wie dargestellt ist. Gasquellen 9, 10 und 11 führen Argongas in die Kammer 5 ein, um das Aufstäuben zu erleichtern, während Pumpen 12, 13 und 14 Gas aus der Kammer 5 entfernen. Eine derartige In-Reihe-Zerstäubungsvorrichtung ist wegen ihrer geringen Betriebskosten und Einfachheit in der heutigen Industrie weit verbreitet. Das Ishikawa-Plasma- Zerlegungsverfahren kann nicht in einer In-Reihe-Zerstäubungsvorrichtung durchgeführt werden, da Ishikawa's Verfahren Vakuumbedingungen erfordert, die sich beträchtlich von denen unterscheiden, die beim Aufbringen einer magnetischen Legierung verwendet werden. Weiterhin können die bei Ishikawa's Verfahren verwendeten Gase (d.h. Kohlenwasserstoffgase) nachteilige Auswirkungen auf die Eigenschaften der magnetischen Schicht haben. Dieses Problem ist im US-Patent 4,778,582 diskutiert, das für J. K. Howard erteilt Wurde, der andeutet, daß Methan in seiner Zerstäubungskammer die Koerzivität der resultierenden magnetischen Legierung nachteilig beeinflußt hat (Spalte 2, Zeilen 43-47).
Es ist ebenfalls bekannt, Kohlenstoffilme unter Anwesenheit geringer Mengen von Kohlenwasserstoffgas aufzubringen. Das Howard-Patent plädiert für das Zuführen einer sehr geringen Menge von Wasserstoff in eine Zerstäubungskammer bei einem Versuch, die resultierende Magnetplatte gegen Korrosion widerstandsfähig zu machen. (Der Mechanismus, der für die Verringerung der Korrosion bei Howard's Verfahren verantwortlich ist, wird nicht genau verstanden.) Unglücklicherweise gibt Howard keinen Hinweis darauf, wie die Abnutzungseigenschafien dieses wasserstoffiegierten Kohlenstoffilmes verbessert werden können.

Zusammenfassung der Erfindung

Ich habe entdeckt, daß das Aufstäuben von Kohlenstoff auf eine Magnetplatte durch das in Anspruch 1 beschriebene Verfahren bessere Abnutzungseigenschaften in dem resultierenden Kohlenstoffilm bewirkt. Aus diesem Grund kann ich die Lebensdauer einer Magnetplatte verlängern. Die Anwesenheit von Wasserstoff hat keine nachteiligen Auswirkungen auf das Aufbringen der anderen Schichten an anderen Orten in der Zerstäubungskammer. Das Aufstäuben kann durch eine DC- oder RF-Magnetron- Aufstäubung oder eine DC- oder RF-Dioden-Aufstäubung durchgeführt werden. Der Wasserstoff weist typischerweise hauptsächlich SP2-Bindungen auf.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt schematisch eine Herstellungsvorrichtung für ein kontinuierliches In-Reihe- Aufstäuben gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Zerstäubungsvorrichtung, die zum Bilden der Filme der Fig. 3 bis 10 verwendet wird.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt einer magnetischen Platte, die in Übereinstimmung mit meiner Erfindung hergestellt wurde.
Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Wasserstoffkonzentration in der Nähe der Quellen 8a und 8b (Fig. 2) und dem von der Gasquelle 22 bereitgestellten Gasfluß, wenn die Gasquelle 11 ausgeschaltet ist.
Fig. 5A zeigt die Abnutzungseigenschaften einer Kohlenstoff-Überschicht, die auf eine magnetische Platte aufgestäubt wurde, wobei kein Wasserstoff in dem Aufstäubungssystem vorhanden war.
Fig. SB zeigt die Abnutzungseigenschafien eines Kohlenstoffilmes, der auf einer magnetischen Platte ausgebildet ist, wobei 0, 34 mbar l/s (20 SCCM) einer aus 20% Wasserstoff und 80% Argon bestehenden Gasmischung während dem Kohlenstoff-Aufstäuben in die Zerstäubungskammer eingeführt wurde. (Die Prozentzahlen sind Vol.-%.)
Fig. 5C zeigt die Ahnutzungseigenschafien eines auf einer magnetischen Platte ausgebildeten Kohlenstoffilmes, wobei 0,68 mbar l/s (40 SCCM) der aus 20% Wasserstoff und 80% Argon bestehenden Gasmischung bei dem Kohlenstoff-Aufstäuben in die Zerstäubungskammer eingeführt wurden.
Fig. 5D zeigt die Abnutzungseigenschaften eines auf einer magnetischen Platte ausgebildeten Kohlenstoffilmes, wobei 1,0 mbar l/s (60 SCCM) der aus 20% Wasserstoff und 80% Argon bestehenden Gasmischung beim Kohlenstoff-Aufstäuben in die Zerstäubungskammer eingeführt wurde.
Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der Erhöhung des Reibungskoeffizienten zwischen einem Lese-/Schreibkopf und einem Kohlenstoff-Schutzfilm und der während einem Schleifiest für in der Anwesenheit varuerender Mengen von Wasserstoff aufgestäubte Kohlenstoffilme verstrichenen Zeit.
Fig. 7 zeigt eine Restgasanalyse-Massenspektrometermessung der Wasserstoffmassen Scheitelpunktintensität als Funktion der berechneten Wasserstoffkonzentration in einer Zerstäubungskammer während das Plasma eingeschaltet und während das Plasma ausgeschaltet ist.
Fig. 8A und 8C zeigen Raman-Spektroskopie-Kurven von in der Anwesenheit bzw. der Abwesenheit von Wasserstoff aufgestäubten Kohlenstoffilmen. Fig. 8B und 8D sind entfaltete Spektren der Fig. 8A bzw. 8C.
Fig. 9 zeigt die D/G-Scheitelwerthöhe und Bereichsverhältnisse für Raman-Spektren der in der Anwesenheit varuerender Mengen von Wasserstoff aufgestäubten Kohlenstoffilme.
Fig. 10 zeigt die Positionen der D- und G-Scheitelwerte in Raman-Spektren für variierende Mengen von Wasserstoff
Fig. 11 zeigt die Auswirkung von Wasserstoff auf die Fähigkeit der Kohlenstoff-Schutzschicht, Korrosion zu verhindern.

Genaue Beschreibung

Fig. 2 zeigt schematisch die Zerstäubungsvorrichtung 20, die typischerweise gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Selbstverständlich können jedoch andere Arten von Zerstäubungsvorrichtungen ebenfalls in Zusammenhang mit meiner Erfindung verwendet werden. Die Zerstäubungsvorrichtung 20 umfaßt eine Kammer 5, in der ein Substrat 1 angeordnet wird. Das Substrat list typischerweise eine Aluminiumplatte, die auf beiden Seiten mit einer Nickel-Phosphor-Legierung bedeckt ist. Das Substrat 1 ist mechanisch mit einem Platten-Palettenträger verbunden, der das Substrat 1 an einem ersten, zweiten und dritten Paar von Quellen 6a, 6b, 7a, 7b und 8a, 8b vorbeibewegt. Die Quellen 6a, 6b werden verwendet, um eine Ni-P-Legierung auf das Substrat aufzustäuben, wie in dem US-Patent 4,786,564, das für Chen et al. erteilt wurde, diskutiert wird. Die Quellen 7a, 7b werden danach verwendet, um eine Cobalt-Nickel-Platin-Legierung auf das Substrat aufzustäuben, während die Quellen 8a, 8b hierauf verwendet werden, um Kohlenstoff auf das Substrat 1 aufzustäuben. Das Substrat wird dann aus der Zerstäubungskammer entfernt. Fig. 3 zeigt die resultierende Platte in einem Querschnitt.
Typische Zerstäubungsquellen weisen eine Breite W zwischen 5 und 10 Inch auf In einem Ausführungsbeispiel werden Quellen mit einer Breite von 8 Inch verwendet. Die Quellen 7a, 7b sind von den Quellen 8a, 8b und 6a, 6b um einen Abstand Dl von ungefähr 1,5 Metern getrennt. Die Quellen 6a, 7a, 8a sind von den Quellen 6b, 7b, 8b um einen Abstand D2 von ungefähr 6 Inch oder weniger getrennt. Durch diesen Abstand der Paare der Quellen können zerstäubte Teilchen von den Quellen 6 bis 8 beim Aufstäuben von benachbarten Quellen nicht stören.
Die Vorrichtung 20 umfaßt weiterhin Gasquellen 9 bis 11 zum Einführen eines inerten Gases, wie z.B. Argon, jeweils in die Nähe der Quellen 6 bis 8. (In einem anderen Ausflihrungsseispiel können andere inerte Gas, wie z.B. Krypton oder Xenon verwendet werden.) Gasentleerungspumpen 12 bis 14 sind vorgesehen, um Gas jeweils aus der Nachbarschaft der Quellen 6 bis 8 zu entfernen.
Gemäß einem wichtigen Gesichtspunkt meiner Erfindung führt eine vierte Gasquelle 22 eine Argon-Wasserstoff-Gasmischung in der Nachbarschaft der Quellen 8a, 8b in die Kammer 5 ein. Somit ist während dem Kohlenstoff-Aufstäuben Wasserstoff in der Kammer 5 in Mengen vorhanden, die ausreichen, um die mechanischen Eigenschaften der Kohlenstoff-Überschicht zu verändern. Durch Veränderung der Menge des durch die Quellen 11 und 22 bereitgestellten Gases werden die Menge und die Konzentration des Wasserstoffes in der Nachbarschaft bzw. in der Nähe der Quellen 8a, 8b gesteuert.
Wichtig ist, daß, sogar wenn Wasserstoff von der Gasquelle 22 in die Nähe der Quellen 6a, 6b, 7a oder 7b gelangt, der Wasserstoff keine nachteilige Auswirkung auf das Aufstäuben der Nickel-Phosphor- oder Cobalt-Nickel-Platin-Legierungen hat. In einem Ausführungsbeispiel kann eine Barriere oder Wand vorgesehen sein, um den Wasserstofffluß von der Gasquelle 22 in Richtung der Quellen 7a, 7b zu beschränken, wodurch die Wasserstoffkonzentration in der Nähe der Quellen 8a, 8b erhöht wird.
In einem Ausführungsbeispiel wird eine 80:20 Argon-Wasserstoff-Gasmischung von der Gasquelle 22 bereitgestellt. Der Grund dafür ist, daß Wasserstoff explosiv ist und die Anwesenheit von Vorratsbehältern mit reinem Wasserstoff ein Risiko darstellt. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Quelle 22 eine Gasmischung mit anderen Wasserstoffkonzentrationen bereitstellen. Jedoch ist eine ausreichend hohe Konzentration von Wasserstoff in der Wasserstoff/Argon-Gasmischung notwendig, um eine hohe Konzentration von H&sub2; bei den Kohlenstoffquellen 8a und 8b aufrechtzuerhalten.
Typischerweise bestehen die Quellen 8a und 8b aus Graphit. In einem Ausführungsbeispiel wird ein DC-Magnetron-Aufstäubungsverfahren verwendet, um den Kohlenstoffilm bei einem Druck zwischen 1 bis 10 mtorr bei einer Leistungsdichte von 5 bis 15 Watt/cm über dem aktiven Aufstäubungsbereich aufzustäuben. In einem Ausführungsbeispiel ist das Substrat nicht unter Vorspannung gesetzt, wänrend in anderen Ausführungsbeispielen ein unter Vorspannung gesetztes Substrat verwendet werden kann.
Fig. 5A bis 5D zeigen die Ergebnisse von Schleifiests, die an auf einer magnetischen Platte mit 130 mm Durchmesser ausgebildeten Kohlenstoffilmen durchgefülirt wurden. Die Platten wiesen eine NiP-Beschichtung mit einer Dicke von 10 bis 15 µm auf einem Aluminiumsubstrat auf und waren mit konzentrischen Mustern bis zu einer Rauhigkeit von 40 Å RA texturiert. ("RA" ist ein bekannter Pararneter der Oberflächenrauhigkeit, und ist im Metals Handbook, herausgegeben von H. E. Boyer und T. L. Gall, veröffentlicht von der American Society for Metals im Jahr 1985, beschrieben.) Während der Schleiftests wurden die Platten mit 45 Umdrehungen pro Minute gedreht, wänrend ein Schreib-/Lesekopf ungefähr 2,11 Inch von der Mitte der Platte entfernt über die Plattenoberfläche schliff. Die Lese-/Schreibköpfe waren dünne Filmköpfe, die aus TiC und Al&sub2;O&sub3; bestanden, und wurden mit einer Kraft von 10 g in einer Richtung senkrecht zu den Filmen gegen die Kohlenstoffilme gedrückt. Die Lese-/Schreibköpfe waren an einem piezoelektrischen Sensor befestigt, der die Belastung maß, der der Kopf ausgesetzt war. (In diesen Tests wurde kein Gleitmittel auf den Kohlenstoff aufgebracht.) Die X-Achse in Fig. 5A bis 5D ist in Zeiteinheiten eingeteilt. Die Y-Achse ist in Einheiten eines dynamischen Reibungskoeffizienten eingeteilt. Die Platte in Fig. 5A wurde hergestellt, während die Gasquellen 11 und 22 ausgeschaltet waren, so daß kein Wasserstoff in der Kammer 5 vorhanden war. (Jegliches bei den Zerstäubungsquellen 8a, 8b vorhandenes Argongas karn von den Gasquellen 9 und 10.) Wie zu sehen ist, stieg der Reibungskoeffizient, ohne daß Wasserstoff in dem Film vorhanden war, in weniger als 6 min auf einen Wert von über 1,0. (Der Test wurde beendet, kurz nachdem der Reibungskoeffizient 1,0 erreichte, um eine Beschädigung des an dem Lese-/Schreibkopf befestigten piezoelektrischen Sensors zu vermeiden.)
Die Kurve des Reibungskoeffizienten in Fig. 5A weist eine gewisse Breite auf Das kommt daher, daß der Reibungskoeffizient über den Umfang der Platte variiert.
Die Platte von Fig. SB wurde hergestellt, während die Gasquelle 22 0,34 mbar l/s (20 SCCM) der 80% Argon 1 20% H&sub2;-Mischung bereitstellte. (In anderen Worten wurden 4 SCCM von H&sub2; in die Kammer 5 eingeführt.) Die Reibung des resultierenden Kohlenstoffilmes stieg in weniger als 8 min von einem Wert von 0,2 auf 1,0.
In Fig. 5C wurden 0,68 mbar l/s (40 SCCM) der 80% Argon/20% H&sub2;-Mischung von der Quelle 22 in die Zerstäubungskammer 5 eingeführt, während die Quelle 11 ausgeschaltet war. Der Reibungskoeffizient des resultierenden Kohlenstoffilmes stieg in 12 min auf 1,0.
In Fig. 5D wurde 1,0 mbar 1/s (60 SCCM) der 80% Argon /20% H&sub2;-Mischung durch die Gasquelle 22 bereitgestellt, während die Gasquelle 11 ausgeschaltet war. Der Reibungskoeffizient des resultierenden Kohlenstoffilmes stieg auf ein Niveau von ungefähr 0,7 und stieg dann nicht mehr an, sogar nach 66 min, und der Test wurde beendet.
Der während dem Aufstäuben der in Fig. 5A bis 5D getesteten Filme und der anderen hier beschriebenen Filme verwendete Gasdruck betrug 6 mTorr. Die Leistungsdichte betrug ungefähr 8 bis 9 Watt/cm über dem aktiven Aufstäubungsbereich.
Obwohl während der obigen Experimente die Gasquelle 11 ausgeschaltet war, kann die Gasquelle 11 verwendet werden, um die Wasserstoffkonzentration in der Nähe der Quellen 8a, 8b zu variieren.
Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Gasfluß von der Quelle 22 (20% H&sub2;/80% Argon) und der Konzentration an Wasserstoff bei den Quellen 8a, 8b. Wegen der Ausbreitung und dem Gasfluß zwischen den verschiedenen Quellenbereichen ist die Wasserstoffkonzentration bei den Quellen 8a, 8b nicht genau gleich 20%. Die Kurve in Fig. 4 wurde geschätzt, wobei die Geometrie des Zerstäubungssystems und das Flußmuster der Gase in dem System in Betracht gezogen wurde. (Die Wasserstoffkonzentration bei den Quellen 8a, 8b ist im wesentlichen gleich der Wasserstoffkonzentration bei dem Substrat, wenn sich das Substrat zwischen den Quellen 8a und 8b befindet.)
Typischerweise sind magnetische Platten nicht verwendbar, wenn der Reibungskoeffizient größer als 1,0 ist. Demgemäß wurden die Platten der Fig. 5A, 5B und 5C abgenutzt und wurden relativ schnell unverwendbar. Jedoch blieb die Platte von Fig. 5D sogar nach 66 min verwendbar. Demgemäß ist aus Fig. 5A bis 5D zu erkennen, daß die Eigenschaften des Kohlenstoffilmes desto besser sind, je höher die Wasserstoffkonzentration in der Zerstäubungskammer ist.
Fig. 6 verdeutlicht die Zeit, die während der Schleiftests notwendig war, damit eine Platte einen Reibungskoeffizienten von 1,0 überschritt. Die in Fig. 6 dargestellten Tests wurden unter Verwendung eines Dünnfilmkopfes mit einer Belastung von 10 g durchgeführt. Die Platten wurden kontinuierlich mit 45 Umdrehungen pro Minute gedreht.
Die unter einem Gasfluß von 0; 0,34; 0,68; 1,0 mbar l/s (0, 20, 40 und 60 SCCM) der 80% Argon/20% H&sub2;-Mischung erzeugten Platten von Fig. 6 wurden unter den gleichen Gasflußbedingungen wie in den Fig. 5A, SB, 5C bzw. 5D hergestellt. Die Y-Achse von Fig. 6 ist logarithmisch. Es ist zu erkennen, daß die Lebensdauer des Kohlenstoffilmes durch das Zuführen von 1,0 mbar l/s (60 SCCM) eines 20% H&sub2;/80% Argon-Gasflusses in die Zerstäubungskammer um mehr als eine Größenordnung erhöht werden kann. Die Datenpunkte für Platten, die hergestellt wurden, als die Gasquelle 22 1,0 mbar l/s (60 SCCM) der Argon/H&sub2;-Mischung bereitstellte, wurden auf der Basis der Steigung der Reibung/Zeit-Graphen aus Schleifiests geschätzt. Die Darstellung in Fig. 6 zeigt für eine Gruppe von unter verschiedenen Wasserstoffkonzentrationen bereiteten Proben, daß eine geringe Menge von Wasserstoff praktisch keine Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften des Kohlenstoffilmes hat, während eine große Menge von Wasserstoff einen sehr starken Einfluß auf den Kohlenstoff hat.
Der Grund, warum Wasserstoff die von den Platten gezeigte Reibung beeinflußt, wird nicht vollständig verstanden. Ich habe drei Theorien, die das Auftreten dieses Resultates betreffen. Gemäß dem Artikel mit dem Titel "Evidence for Tribochemical Wear on Amorphous Carbon Thin Films" von Bruno Marchon et al., veröffentlicht in den Proceedings of the MRM Conference in Rimini, Italien, 1989 (der hiermit durch Bezugnahme eingeführt wird) nutzt sich Kohlenstoff primär wegen einem Oxidationsphänomen ab. Wenn ein Lese-/Schreibkopf eine magnetische Platte streift, wird durch den Lese-/Schreibkopf eine große Krafimenge auf einen kleinen Teil des Kohlenstoffilmes ausgeübt. Das bewirkt ein örtliches Erhitzen und Oxidieren des Kohlenstoffilmes. Somit berichtete Marchon, daß die Abnutzung von Kohlenstoff beim Durchführen von Kontakt-Start-Stop-Tests in einer (sauerstofffreien) Stickstoff- Atmosphäre verhindert oder drastisch reduziert wurde. Es ist möglich, daß das Legieren des Kohlenstoffilmes mit Wasserstoff ebenso eine örtliche Oxidation drastisch verringert.
Ein anderer möglicher Grund, warum das Zuführen von Wasserstoff in einen Kohlenstoffilm die Reibung reduziert, ist, daß, wenn sich der Lese-/Schreibkopf und der Kohlenstoffilm abnutzen, sich die Größe des Kontaktbereiches zwischen dem Lese/Schreibkopf und der Platte erhöht. Die Anwesenheit von Wasserstoff in dem Kohlenstoffilm verringert eine Anziehungskraft zwischen dem Lese-/Schreibkopf und dem Kohlenstoff und verringert somit den Reibungskoeffizient sogar dann, wenn sich der Kontaktbereich zwischen dem Lese-/Schreibkopf und dem Kohlenstoff infolge von Abnutzung vergrößert.
Eine dritte Theorie, warum Wasserstoff in einem Kohlenstoffilm die Erhöhung der Reibung bremst, ist, daß wasserstoffiegierte Filme ein höheres Maß an Elastizität aufweisen. (Experimentielle Daten, die sich auf diesen Effekt beziehen, sind weiter unten bereitgestellt.) Somit ist der Kohlenstoffilm nachgiebiger (elastischer) und kann in der Lage sein, die Schockbelastung des Filmes durch den Lese-/Schreibkopf zu absorbieren, wodurch der Film eine höhere Lebensdauer erhält.
Der bei den Quellen 8a, 8b zugeführte Wasserstoff wird tatsächlich in den aufgestäubten Kohlenstoffilm eingebaut. Dies wurde unter Verwendung eines Stichprobengas- Massenspektrometers oder eines Restgasanalysators (RGA) demonstriert, um die Verbrauchsrate von Wasserstoff in der Nähe der Kohlenstoff-Zerstäubungsquellen zu verdeutlichen. Eine Darstellung der Wasserstoffmassen-Scheitelpunktintensität gegenüber der berechneten Wasserstoffkonzentration mit ein- und ausgeschaltetem Plasma (d.h. wenn das Aufstäuben stattfindet bzw. nicht stattfindet) ist in Fig. 7 dargestellt. Der RGA- Ausgang ist in beliebigen Einheiten aufgetragen, aber er ist proportional zur Menge des Wasserstoffes in der Zerstäubungskammer in der Nähe der Quellen 8a, 8b. Aus diesen Daten kann bestimmt werden, daß das Plasma bei den Kohlenstoffquellen ungefähr eine Hälfte des in den Kohlenstoffkathodenbereich eingeführten Wasserstoffes verbraucht, was anzeigt, daß das Plasma eine Reaktion des zugeführten Wasserstoffes bewirkt, und den Einbau von Wasserstoff in den Kohlenstoffilm zur Folge hat. (Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich Wasserstoffkonzentrationen überall in dieser Beschreibung und den Ansprüchen auf Konzentrationen, die so berechnet sind, als ob während dem Aufdampfen kein Wasserstoffverbrauch stattfindet. Es wird jedoch angenommen, daß die Wasserstoffkonzentration bei den Quellen 8a, 8b ungefähr 50% dieses berechneten Wertes beträgt, wenn das Plasma eingeschaltet ist.)
Raman-Spektroskopie ist eine nützliche Technik zum Erhalten von Informationen bezüglich der Bindungseigenschaften von Kohlenstoffatomen innerhalb des aufgebrachten Filmes. Vergl. D. S. Knight et al., "Characterization of Diamond Films", J. Mater. Res. Vol 4, Nr.2, März/April 1989 und Willard et al., Instrumental Methods of Analysis, 6. Ausgabe, veröffentlicht von der Wadsworth Publishing Co. im Jahr 1981. Typische Spektren von Kohlenstoffilmen ohne Wasserstoff sind in Fig. 8A gezeigt. Typischerweise ist das Spektrum durch breite sich überlappende Scheitelpunkte bei 1.310/cm (im allgemeinen als D-Scheitelpunkt bezeichnet) und bei 1.550/cm (im allgemeinen als der G-Scheitelpunkt bezeichnet) gekennzeichnet. Die Scheitelpunkte können entfaltet werden, um eine genauere Scheitelpunktposition und genauere Intensitätswerte zu erhalten. Die entfalteten Spektren sind in Fig. 88 gezeigt. Das Raman- Spektrum eines unter Verwendung einer 1,35 mbar l/s (80 SCCM) der 20% H&sub2;/80% Argon-Mischung hergestellten Filmes ist in Fig. 8C gezeigt. Es gibt eine Veränderung im Verhältnis des D- zu dem G-Scheitelpunkt, ebenso wie eine geringfügige Verschiebung der Scheitelpunktpositionen, wie in den entfalteten Spektren von Fig. 8C zu sehen ist, die in Fig. 8D gezeigt sind. Die G- und D-Scheitelpunkte verschieben sich zu tieferen Frequenzen, wenn Wasserstoff hinzugefügt wird. Die Veränderung des Scheitelpunktverhältnisses, die in Einheiten von Höhen- und Bereichsverhältnissen als Funktion des während dem Aufstäuben vorhandenen Wasserstoffes ist in Fig. 9 dargestellt, und die Höhenposition ist in Fig. 10 dargestellt. Die Raman-Spektren zeigen ein klares Anzeichen der Veränderungen in der Chemie der Wasserstoffatome innerhalb des Filmes, wenn mehr Wasserstoff zugeführt wird. Auf der Basis der Veränderungen in den D/G-Scheitelpunkt-Intensitätsverhältnissen ist offensichtlich, daß der Kohlenstoff amorpher wird.
Typischerweise hat ein Kohlenstoffilm, der keinen Wasserstoff aufweist, eine braune bis graue Farbe und eine Dicke von ungefähr 300 Å. Der spezifische Widerstand bei dieser Dicke beträgt ungefähr 0,5 MΩ/Quadrat unter Verwendung eines Prüfkopfes mit vier Punkten. Der spezifische Widerstand eines Kohlenstoffilmes mit 300 Å, der mit einer 0,34 mbar l/s (20 SCCM) der 20% Wasserstoff 1 80% Argon-Mischung hergestellt wurde, wurde unter Verwendung eines Vierpunkt-Prüfkopfes gemessen. Dieser spezifische Widerstand war größer als 20 MΩ/Quadrat. Außerdem war der bei 0,34 mbar l/s (20 SCCM) 20% H&sub2;/80% Argon aufgestäubte Kohlenstoffilm gelb, als er auf einer metallischen Legierung ausgebildet wurde, und farblos, als er auf Glas ausgebildet wurde. Das deutet an, daß Wasserstoff in der Zerstäubungskammer chemische und strukturelle Veränderungen in dem resultierenden Kohlenstoffilm bewirkt.
Wir haben weiterhin entdeckt, daß das Zuführen von Wasserstoff in die Zerstäubungskammer während dem Aufstäuben von Kohlenstoff die Fähigkeit des Kohlenstoffilmes zur Verhinderung von Korrosion stark erhöht. Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen der Wasserstoffkonzentration in einer Zerstäubungskammer und der Fähigkeit eines mit 35 nm Dicke aufgestäubten Kohlenstoffilmes, Korrosion in einem Co&sub7;&sub6;Ni&sub8;Cr&sub6;Pt&sub1;&sub0;-Legierungs-Film zu verhindern. Die Daten in Fig. 11 wurden durch Anordnen von Testplaffen in einer Umgebung von 80ºC und 80% relativer Feuchtigkeit für 20 und für 72 Stunden aufgenommen. Die mittlere Erhöhung der Anzahl von Defekten oder "fehlenden Bits", die durch Korrosion bewirkt wurden, ist dargestellt. Ein Bit wurde als fehlend definiert, wenn das mittlere Ausgangssignal unter 67% des erwarteten vollen Signales abfiel. Die Daten sind für folgende Bedingungen dargestellt: 1) kein Wasserstoff; 2) eine 0,5 mbar l/s (30 SCCM)-Mischung von 20% Wasserstoff 1 80% Argon; 3) eine 1,0 mbar l/s (60 SCCM)-Mischung von 20% Wasserstoff/80% Argon; und 4) eine 1,5 mbar l/s (90 SCCM)-Mischung von 20% Wasserstoff/80% Argon. Wie zu sehen ist, erhöht sich der durch den Kohlenstoffilm bereitgestellte Korrosionsschutz, wenn sich der Wasserstoff/Argon-Mischungs-Gasfluß erhöht.
Eine speziell hergestellte 2.000 Å dicke Kunststoffschicht wurde hergestellt, um Mikro- Härte-Messungen der Kohlenstoffschicht mit verschiedenen Mengen an Wasserstoff durchführen zu können. Das zur Bestimmung der Härte und der elastischen Konstanten verwendete Verfahren wird von M. F. Doemer et al. in "A Method For Interpreting The Data From Depth-Sensing Indentation Instruments", veröffenüicht in J. Mater. Res., Juli/August 1986, S. 601, beschrieben. In der unten gezeigten Tabelle 1 sind die erhaltenen Werte aufgelistet.
Wie zu sehen ist, verändert sich die Härte des Filmes nicht, wenn mehr Wasserstoff hinzugefügt wird. Jedoch sinkt die elastische Konstante drastisch ab. Der Film wird weniger steif, wenn mehr Wasserstoff hinzugefügt wird. Wie oben erwähnt wurde, kann das den Unterschied hinsichtlich der Abnutzung erklären.
Wir haben ebenfalls entdeckt, daß das Zufhhren von Wasserstoff in die Zerstäubungskammer die Dichte des resultierenden Kohlenstoffilmes verringert. Zum Beispiel hatte in der Abwesenheit von Wasserstoff aufgestäubter Kohlenstoff eine Dichte zwischen 1,8 und 1,9 g/cm³. Wenn eine Wasserstoffkonzentration von 20% Wasserstoff in Argon während dem Aufdampfen in der Zerstäubungskammer vorhanden war, betrug die Kohlenstoffdichte 1,2 bis 1,3 g/cm³. Diese Messung wurde an einem ungewöhnlich dicken Kohlenstoffilm (1.500 bis 9.000 Å) durchgeführt, so daß das Gewicht und das Volumen des Kohlenstoffes genauer bestimmt werden konnten.
Aus Messungen der chemischen, elektrischen, optischen und mechanischen Eigenschaften wird klar, daß eine signifikante Veränderung in dem aufgestäubten Kohlenstoffilm auftritt, wenn eine hohe Konzentration von Wasserstoff während dem Aufbringen in das Plasma eingeführt wird. Es herrscht die Überzeugung, daß der Verbrauch von Wasserstoff durch das Plasma, wie er von einem Restgasanalysator gemessen wurde, den Einbau von Wasserstoff in den Kohlenstoffilm deutlich zeigt. Die starke Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Kohlenstoffilmes, die durch einen kontinuierlichen Schleiftest gemessen wurden, tritt bei einer Wasserstoffkonzentration bei der Kohlenstoffkathode von ungefähr 15% des insgesamt vorhandenen Gases auf
Obwohl in dem oben beschriebenen Verfahren H&sub2; verwendet wird, können in anderen Ausführungsbeispielen gasförmige Verbindungen, die Wasserstoff enthalten, wie z.B. H&sub2;O und NH&sub3; in der Zerstäubungskammer 12 verwendet werden. Derartige Verbindungen zersetzen sich während dem Zerstäuben und der Wasserstoff der Verbindung legiert den Kohlenstoffilm. Weiterhin können Wasserstoff oder eine gasförmige, wasserstoffenthaltende Verbindung mit einem anderen inerten Gas als Argon gemischt werden.
In einem Ausführungsbeispiel kann ein flüssiges oder festes Gleitmittel nach dem Aufstäuben auf die Kohlenstoffschicht aufgebracht werden, um die mechanischen Eigenschaften weiter zu erhöhen. Zusätzlich kann eine Zwischenschicht zwischen der magnetischen Legierung und dem Kohlenstoffilm vorgesehen werden. Die Platte kann auf herkömmliche Art texturiert werden, um die Reibung weiterhin zu verringern. Ebenso können andere Substrate als Aluminium, z.B. Glas, verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstoffilmes auf einem Magnetspeicher, wobei der Magnetspeicher einen auf einem nicht-magnetischen Substrat ausgebildeten magnetischen Film aufweist, mit folgenden Schritten:

Aufdampfen einer Schicht aus einer magnetischen Legierung auf das Substrat (1) in einer ersten Kammer (3) einer Bedampfungsvorrichtung (20), wobei die Bedampfungsvorrichtung (20) weiterhin eine zweite Kammer (4) aufweist, die erste und die zweite Kammer (3, 4) in einer einen Gasfluß ermöglichenden Verbindung miteinander stehen, und die Vorrichtung Barrieren zwischen der ersten und der zweiten Kammer (3, 4) aufweist, um den Gasfluß zwischen den Kammem (3, 4) zu beschränken;

Bewegen des Substrates (1) von der ersten Kammer (3) zu der zweiten Kammer (4); und Aufdampfen von Kohlenstoff von einer Kohlenstoffquelle (8a, 8b) auf die Schicht aus der magnetischen Legierung in der zweiten Kammer (4) unter der Anwesenheit eines wasserstoffenthaltenden Gases, wobei das wasserstoffenthaltende Gas frei von Kohlenwasserstoffen ist, und wobei der Gasfluß zu der zweiten Kammer (4) in der Nähe der Kohlenstoffquelle (8a, 8b) zumindest 15 Vol.-% Wasserstoff enthält.

2. Verfahren zur Herstellung einer Magnetplatte in einer Bedampfungsvorrichtung (20), wobei die Bedampfungsvorrichtung (20) zumindest eine erste und eine zweite Kammer (3, 4) aufweist, die erste und die zweite Kammer (3, 4) in einer einen Gasfluß ermöglichenden Verbindung miteinander stehen, und die Vorrichtung weiterhin Barrieren zwischen der ersten und der zweiten Kammer (3, 4) aufweist, um den Fluß zwischen den Kammern (3, 4) zu beschränken, mit folgenden Schritten:

Aufdampfen einer Schicht aus einer magnetischen Legierung auf ein Substrat (1) in der ersten Kammer (3);

Bewegen des Substrates (1) von der ersten Kammer (3) in die zweite Kammer (4);

Aufdampfen von Kohlenstoff von einer Kohlenstoffquelle (8a, 8b) auf die Schicht aus der magnetischen Legierung in der zweiten Kammer (4) unter der Anwesenheit eines wasserstoffenthaltenden Gases wobei das wasserstoffenthaltende Gas frei von Kohlenwasserstoffen ist, und der Gasfluß in die zweite Kammer (4) in der Nähe der Kohlenstoffquelle (8a, 8b) zumindest 15 Vol.-% Wasserstoff enthält.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2,

wobei die Bedampfungsvorrichtung (20) eine dritte Kammer (2) aufweist, mit folgenden weiteren Schritten:

Anordnen des Substrates (1) in der dritten Kammer (2) vor dem ersten Schritt des Aufdampfens der Schicht aus der magnetischen Legierung;

Aufdampfen einer Unterschicht auf das Substrat (1), während sich das Substrat (1) in der dritten Kammer (2) befindet; und

Bewegen des Substrates (1) von der dritten Kammer (2) in die erste Kammer (3).

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wasserstoffenthaltende Gas Wasserstoff ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei das wasserstoffenthaltende Gas eine Wasserstoffverbindung ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei über 0,67 mbar l/s (40 SCCM) einer zumindest 20% Wasserstoff enthaltenden Gasmischung in die zweite Bedampfungskammer (4) eingeführt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei 1 mbar l/s (60 SCCM) einer zumindest 20% Wasserstoff enthaltenden Gasmischung in die zweite Bedampfungskammer (4) eingeführt wird.