磁记录介质、磁记录介质的制造方法以及磁记录装置的制作方法
专利名称：磁记录介质、磁记录介质的制造方法以及磁记录装置的制作方法
技术领域：
本发明的 一个实施例涉及到 一种磁记录介质、 一种磁记录介质的制造 方法以及一种磁记录装置。
背景技术：
近来，在滋人硬盘驱动器(HDD)的磁记录介质中，由于相邻磁道间 的干扰而影响磁道密度的增加越来越成问题。具体说， 一个严重的技术问 题是，减小由于磁头所发出的磁场的边缘效应而导致的写模糊。
为了解决这个问题，例如，提出了离散磁道记录型被构图介质(DTR 介质)，其中，记录磁道在物理上是隔开的。DTR介质能够减少写入时的 擦除邻近磁道信息的边缘擦除现象或读取时的读出邻近磁道信息的边缘读 取现象，因此已知可以提高磁道密度。所以，DTR介质有望成为能够提供 高记录密度的磁记录介质。
为了用飞行/磁头来读写DTR介质，希望能够对DTR介质的表面进行 平坦化。特别地，为了使相邻磁道完全隔开，例如，刻蚀约4nm厚的保 护层和约20nm厚的铁磁层以形成约24nm深的凹槽，从而形成磁图形。 另一方面，由于飞行磁头的设计飞行高度约为10 nm,所以，如果留下了 很深的凹槽，那么，磁头的飞行就会不稳定。因此，已经试图用非磁性材 料去填充磁图形之间的凹槽，以便使介质表面平坦化，从而确保磁头的飞 行稳定性。
通常，建议j吏用下述方法来提供具有平坦表面的DTR介质，即用非 磁性材料填充磁图形之间的凹槽。例如，在一种已知的方法中，通过两级 偏置溅射，用非磁性材料填充磁图形之间的凹槽以提供具有平坦表面的DTR介质(参见日本专利No. 3,686,067)。
KV四，个及"力八ff、J呵九5古^恭日力，3 1Slii/l^且W^射开J与戶》茲'『生对种-具无 磁图形之间的凹槽时，基底偏置所导致的温度升高会使磁记录介质变差或 受到影响。另外也发现，在处理期间，偏置溅射会产生灰尘，这些灰尘会 粘在介质表面上，从而易于导致磁头的碰撞。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供一种磁记录介质，其特征在于包括
形成在基底上的凸起的磁图形；以及填充在各所述磁图形之间的凹陷处并 由含有Ni或Cu以及含有从Ta、 Nb、 Ti、 Zr、 Hf、 Cr、 Mo和Ag中选 出来的两种或两种以上金属的多元素非晶合金构成的非磁性材料。根据本 发明的另一个实施例，提供一种磁记录介质的制造方法，其特征在于包括 在基底上形成凸起的磁图形；用含有M或Cu以及含有从Ta、 Nb、 Ti、 Zr、 Hf、 Cr、 Mo和Ag中选出来的两种或两种以上金属的多元素非晶合 金所构成的非磁性材料来填充各所述磁图形之间的凹陷；以及回蚀所述非 磁性材料。
图1是本发明的一个实施例所述的DTR介质沿着圆周方向的平面图； 图2A到2J是剖面图，显示了本发明的一个实施例所述的DTR介质 的制造方法；
图3是本发明的一个实施例所述的磁记录装置的透视图。
具体实施例方式
下面将参考附图来描述本发明所述的各种实施例。
图1是本发明的一个实施例所述的DTR介质沿着圆周方向的平面图。 如图l所述，沿着DTR介质1的圆周方向交替形成伺服区2和数据区3。 伺服区2包括前导码部分21、地址部分22、以及脉冲部分23。数据区3包括离散磁道31。
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制造方法。
在玻璃基底51上相继形成由CoZrNb构成的厚度为120 nm的软磁性 衬层、由Ru构成的厚度为20 nm的用于取向控制的层、由CoCrPt-Si02 构成的厚度为20 nm的铁磁层52、以及由碳(C )构成的厚度为4 nm的 保护层53。为了简化图示，没有显示所述软磁性衬层和所述取向控制层。 在保护层53上通过旋涂法形成厚度为100 nm的旋涂玻璃(SOG )作为抗 蚀剂54。使压模61面对抗蚀剂54。压模61上的凸起和凹陷图形是图1 所示的磁图形的反转(参见图2A)。
进行压印，利用压才莫61在抗蚀剂54中形成与压才莫61上的凹陷相对应 的凸起54a (图2B)。
进行刻蚀，利用ICP (电感耦合等离子体)刻蚀设备去掉留在被构图 抗蚀剂54上的凹陷底部处的抗蚀剂残留物。该处理的条件为例如，使用 CF4作为处理气体，将腔压设置为2 mTorr，将线圏FRO功率和压盘FRO 功率分别设置为100 W,将刻蚀时间设置为30秒(图2C )。
利用未被刻蚀的抗蚀剂闺形(SOG)作为刻蚀掩膜进行离子铣削，利 用ECRU (电子回旋共振)离子枪刻蚀厚度为4 nm的保护层53和厚度为 20 nm的铁J兹层52 (图2D )。该处理的条件为例如，利用Ar作为处理 气体，将微波功率设置为800 W，将加速电压设置为500 V，并将刻蚀时 间设置为3分钟。
然后，利用RIE i殳备剥离抗蚀剂图形(SOG)(图2E)。该处理的 条件为例如，使用CF4作为处理气体，将腔压设置为100 mTorr，将功 率设置为400 W。
接着，在不施加基底偏压的情况下，通过高压溅射沉积厚度为50 nm 的多元素非晶合金作为非磁性材料55以填充各磁图形之间的凹陷(图2F )。 该处理的条件为使用HAD的濺射设备，将Ar压强设置为1到10Pa(例 如，高达7Pa)，将功率i殳置为例如500 W，不施加基底偏压。高压溅射有利于用非磁性材料填充凹陷而又没有缺陷，因为溅射颗粒从各个方向进
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构成非磁性材料55的多元素非晶合金并没有具体限制，只要它是含有 Ni或Cu以及从Ta、 Nb、 Ti、 Zr、 Hf、 Cr、 Mo和Ag中选出来的两种或 两种以上金属的三元或三元以上的非晶合金即可，其中这些组分元素的原 子大小的差异在12%或12%以上。这种多元素非晶合金很难晶化，即使将 其升温也是如此。这种多元素非晶合金具有优异的填充凹陷的特性，并具 有合适的硬度。所述多元素非晶合金的現变优选为大于等于5.5Gap,小于 等于20 Gap。
所述多元素非晶合金的具体例子用下面的式子来表示 Ni100_a-b-c-dTaaNbbTicHfd ，
其中，0at%<a<40at%, 5 at% <b <40 at%， 0 at% < c < 40 at%， 以及0at。/。〈d〈30at。/。，以及 Cu跳xy (Hafez)xTiy，
其中，5at%<x<60at%，以及0 at%《y《50 at%。 更具体的例子包括Ni基非晶合金(诸如Ni6()Nb25Ti15和 Ni60Nb20Ti12.5Hf7.5 )以及Cu基非晶合金(诸如Cu6oHfjsZnoTi,5)。此夕卜， 还可以使用Nincompoop等。多元素非晶合金的厚度优选为30 nm到100 nm。如果多元素非晶合金的厚度太小，随后的处理会损伤铁磁层，这不是 优选的。在图2F这个阶段，所述介质的表面是不平坦的，但图形间隔变 窄了。
然后对多元素非晶合金构成的非磁性材料55进行回蚀(图2G)。该 处理的条件为使用ECRU离子枪，将Ar压强设置为3到4Pa，将微波 功率设置为800 W,将加速电压设置为500V,用Ar离子刻蚀1分钟。在 这样的条件下，非磁性材料55被刻蚀掉约10 nm。于是，非磁性材料55 上的凹陷深度减小了，并且表面粗糙度也降低了。这个处理过程用来通过 非磁性材料55的回蚀来修饰表面，因此，ECRU离子枪的条件(诸如处理 时间)不是非常重要的参数。离子照射时间越长，降低表面粗糙度并减小凹陷深度的效果就越大，但需要在图2F所示的非磁性材料55的填充过程
所述处理气体不只是限于Ar，可以使用Ar和氧气的混合气体。当使 用Ar和氧气的混合气体时，与单使用Ar的情形相比，降低表面粗糙度的 效果稍逊，但减小凹陷深度的效果得到了改进。
随后，在不施加基底偏压的情况下在非磁性材料55上再次沉积多元素 非晶合金，作为非磁性材料56 (图2H)。于是，非磁性材料56的表面粗 糙度就实质性地降低了。
进一步，利用ECRU离子枪进行离子铣削，以便对非磁性材料56和 55进行回蚀(图21)。该处理的条件为使用Ar作为处理气体，将微波 功率i殳置为800 W，将加速电压i殳置为700 V，刻蚀时间为5分钟。利用 四^b^"i普4义(quadruple mass spectrometer, Q-MASS )，当探测到纟失磁层 中所含的Co时就可以确定回蚀终点。在本发明的这个实施例所述的方法 中，不能精确地判断在图2G所示的第一次回蚀处理中非磁性材料55被刻 蚀了多少。因此，如果在这个处理中基于时间来控制回蚀的话，那么，回 蚀终点的精确性就变得较差。因此，通过利用Q-MASS或其它刻蚀终点探 测器(例如，二次离子质语，SIMS)来探测回蚀的终点，能够实现非常精 确的回蚀。
增加所述非磁性材料的沉积和回蚀的重复次数可以使表面平坦化并使 表面粗糙度降低。
最后，通过CVD (化学气相沉积)来沉积碳(C)以形成保护层57 (图2J)。此外，在保护膜57上施加润滑层，从而提供DTR介质。 下面将描述本发明的所述实施例中要使用的优选材料。 <基底>
作为基底，可以使用例如玻璃基底、Al基合金基底、陶瓷基底、碳基 底或具有氧化物表面的Si单晶基底。作为玻璃基底，可以使用非晶玻璃或 晶化玻璃。非晶玻璃的例子包括普通的钠钙玻璃和硅铝酸盐玻璃。晶化玻 璃的例子包括锂基晶化玻璃。陶瓷基底的例子包括普通的氧化铝、氮化铝或含有氮化硅作为主成分的烧结体以及这些材料的纤维增强材料。作为基 r r i Aton^/r L:;J"'A^接廿i5ri:-lt/iw接廿t r 1__UA Aii 4": ^ AiJt4丄、、t "加
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些基底。
<软磁性衬层>
软磁性衬层(SUL )提供磁头的 一部分功能，使单极磁头所发出的用 于磁化垂直磁记录层的记录磁场在水平方向上通过并使该磁场回到磁头侧 面，并在所述记录层上施加一个陡峭而又足够大的垂直磁场，从而提高读 写效率。对于软磁性衬层来说，可以使用含有Fe、 Ni或Co的材料。这种 材料的例子包括FeCo基合金(诸如FeCo和FeCoV) ， FeNi基合金(诸 如FeNi、 FeNiMo、 FeNiCr和FeNiSi) ， FeAI基合金和FeSi基合金(诸 如FeAl、 FeAlSi、 FeAlSiCr、 FeAlSiTiRu和FeAlO ) ， FeTa基合金(诸 如FeTa、 FeTaC和FeTaN )，以及FeZr基合金(诸如FeZrN )。也可 以使用具有微晶结构(诸如含Fe量在60 at。/。或60 at。/。以上的FeAlO、 FeMgO、 FeTaN和FeZrN)或颗粒结构(其中细小的晶粒^t在基体中) 的材料。作为用于软磁性村层的其它材料，也可以使用含有Co以及含有 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ti和Y中的至少一种元素的Co合金。这种Co合金优 选包含80 at。/o或80 at。/。以上的Co。在这种Co合金的情形中，通过賊射 进行沉积时很容易形成非晶层。由于非晶软磁性材料没有晶体各向异性、 晶体缺陷和颗粒边界，所以，它具有优良的软磁性，并能够减小介质噪声。 非晶软磁性材料的优选例子包括CoZr基、CoZrNb基和CoZrTa基合金。
在所述软i兹性衬层之下还可以形成一个衬层，以提高所述软磁性衬层 的结晶度(crystallinity )或提高所述软磁性衬层与基底的附着力。作为这 种衬层的材料，可以使用Ti、 Ta、 W、 Cr、 Pt、以及包含这些金属的合金 或这些金属的氧化物或氮化物。在所述软磁性衬层和所述记录层之间可以 形成由非磁性材料构成的中间层。所述中间层具有两个功能，即，切断所 述软磁性衬层和所述记录层之间的交换耦合相互作用的功能以及控制所述 记录层的结晶度的功能。作为所述中间层的材料，可以使用Ru、 Pt、 Pd、 W、 Ti、 Ta、 Cr、 Si、以及包含这些金属的合金或这些金属的氧化物或氮化物。
为了防止尖锐噪声，可以将所述软i兹性衬层分为多层，在其之间插入
厚度为0.5 nm到1.5 nm的Ru层，以获得反铁磁耦合。另夕卜，软磁层可以 与由反铁磁膜(诸如IrMn和PtMn )或者具有纵向各向异性的硬磁膜(诸 如CoCrPt、 SmCo或FePt)构成的钉扎层发生交换耦合。在Ru层之下和 之上可以提供磁性膜(诸如Co)和非磁性膜(诸如Pt)以控制交换耦合 力。
<铁磁层〉
对于垂直磁记录层来说，优选使用含有Co作为主要成分，并至少含 有Pt以及含有一种氧化物的材料。需要的话，所述垂直磁记录层可以包含 Cr。作为氧化物，特别优选使用硅的氧化物或钛的氧化物。所述垂直磁记 录层优选具有这样的结构，其中，磁性颗粒(即，具有磁性的晶体颗粒) ^在该层中。所述磁性颗粒优选具有柱状结构，在厚度方向上穿透所述 垂直磁记录层。这样一种结构的形成提高了所述垂直磁记录层中的磁性颗 粒的取向和结晶度，结果，可以给出适合于高密度记录的信噪比(SNR)。 所含氧化物的量对于提供这样一种结构来说是很重要的。
基于Co、 Cr和Pt的总量，垂直磁记录层中的氧化物的含量优选大于 等于3 mol。/。并小于等于12 mol%，更优选的是大于等于5 mol。/。并小于等 于10 mol%。垂直磁记录层中的氧化物的含量之所以优选在上述范围中的 原因是，当形成垂直磁记录层时，所述氧化物在磁性颗粒周围沉淀，能够 隔离细小的磁性颗粒。如果所述氧化物含量超过了上述范围，那么，这些 氧化物就会留在磁性颗粒内并有损磁性颗粒的取向和结晶度。此外，所述 氧化物沉淀在磁性颗粒的上下部分，会产生一种不希望的结果，即，不能 形成磁性颗粒在厚度方向上穿透垂直磁记录层的柱状结构。所述氧化物的 含量低于上述范围也是不希望的，因为，这样不能充分地隔离细小的磁性 颗粒，导致在再现信息时使噪声增加，从而不能提供适合于高密度记录的 信噪比(SNR)。
垂直/F兹记录层中的Cr的含量优选大于等于0 at。/。并小于等于16 at%，更优选的是大于等于10 at。/。并小于等于14 at%。 Cr的含量之所以优选在 上述范围中的原因是，这样不至于太多地减小磁性颗粒的单轴晶体磁性各 向异性常数Ku，并保持很高的磁化，于是就能获得适合于高密度记录的读 写特性和充分的热涨落特性。Cr含量超过上述范围是不希望的，因为磁性 颗粒的Ku会降低，于是热涨落特性会变差，并且磁性颗粒的结晶度和取 向会受损，导致读写特性变差。
垂直磁记录层中的Pt的含量优选大于等于10 at。/。并小于等于25 at%。 Pt的含量之所以优选在上述范围中的原因是，这样可以提供垂直磁 记录层所要求的Ku值，并且，改善磁性颗粒的结晶度和取向，结果，可 以提供适合于高密度记录的热涨落特性和读写特性。Pt含量超过上述范围 是不希望的，因为，这样会在磁性颗粒中形成具有fcc结构的层，并且有 可能使结晶度和取向受损。Pt含量低于上述范围也是不希望的，因为，这 样不能提供适合于高密度记录的热涨落特性所要求的Kii值。
除了 Co、 Cr、 Pt以及氧化物外，垂直磁记录层还可以包含从B、 Ta、 Mo、 Cu、 Nd、 W、 Nb、 Sm、 Tb、 Ru和Re中选出来的一种或多种元素。 当含有上述元素时，可以促进细小磁性颗粒的形成，或者说可以改进结晶 度和取向并提供适合于高密度记录的读写特性和热涨落特性。上述元素的 总含量优选小于等于8 at%。所述含量超过8 at。/。是不希望的，因为，在 磁性颗粒内会形成不是hcp相的其他相，并且会干扰磁性颗粒的结晶度和 取向，于是，不能提供适合于高密度记录的读写特性和热涨落特性。
作为垂直磁记录层，可以使用CoPt基合金、CoCr基合金、CoPtCr 基合金、CoPtO、 CoPtCrO、 CoPtSi、 CoPtCrSi、由Co层和含有从Pt、 Pd、 Rh以及Ru中选出来的至少一种元素的合金层构成的多层结构、通过 在这些层中添加Cr、 B或O而获得的材料(例如，CoCr/PtCr、 CoB/PdB 和CoO/RhO)。
垂直磁记录层的厚度优选为5到60 nm,更优选的是10到40 nm。当 所述厚度在这个范围中时，能够制造出适合于较高记录密度的磁记录装置。 如果垂直磁记录层的厚度小于5iim，那么，读输出信号就太低了，而噪声成分则趋于变得更高。如果垂直磁记录层的厚度大于40 rnn,那么，读输 出信号就太高了，而波形就趋于失真。垂直磁记录层的矫顽力优选大于等 于237000 A/m ( 3000 Oe )。如果所述矫顽力小于237000 A/m ( 3000 Oe ), 那么，抗热涨落性(thermal fluctuation resistance)就趋于变差。垂直磁记录 层的垂直方向上的剩磁比(perpendicular squareness )优选大于等于0.8。 如果垂直方向上的剩磁比小于0.8，那么，抗热涨落性倾向于变差。 <保护层>
保护层用来防止垂直磁记录层受到腐蚀，也用来防止磁头与介质相接 触时介质表面受到损伤。保护层材料的例子包括那些包含C、 Si02或Zr02 的材料。保护层的厚度优选为1到10 nm。这个厚度对于高密度记录是优 选的，因为，可以减小磁头和介质之间的距离。碳可以分为具有spZ键的 碳(石墨)和具有sp"键的碳(金刚石)。尽管具有spS键的碳在耐用性和 抗腐蚀性方面比石墨强，但它在表面平滑性方面比石墨差，因为它是晶体 材料。通常，利用石墨靶通过溅射来沉积碳。在这种方法中，形成了具有 sp"键的碳和具有spS键的碳相混合的非晶碳。具有sp"键的碳比例更大的 碳被称作类金刚石碳(DLC)。因为DLC是非晶态，所以DLC在耐用性 和抗腐蚀性方面以及在表面平滑性方面都比较优越，故被用于磁记录介质 作为表面保护层。由CVD (化学气相沉积)进行的DLC沉积通过在等离 子体中激发和分解原始气体并发生化学反应来产生DLC，于是，通过调节 条件可以形成sp"键的碳的含量更多的DLC。
下面将描述在本发明的各实施例中每个处理过程的优选制造条件。
<压印>
通过旋涂法在基底表面上形成一层抗蚀剂，然后将压才莫压在抗蚀剂上， 从而将压模上的图形转印到抗蚀剂上。作为抗蚀剂，可以使用例如一般的 novolak型光刻胶或旋涂玻璃(SOG )。使压模的表面面对基底上的抗蚀 剂，其中，在所述压模的表面上形成有与伺服信息和记录磁道相对应的凸 起和凹陷图形。在这个处理过程中，将压模、基底、和一个緩冲层置于模 具(die set)的下平板上，使其夹在所述模具的下平板和上平板之间，并在2000 bar的压强下对其加压例如60秒。通过压印而在抗蚀剂上所形成 的图形的凸起高度为例如60到70 nm。使上述状态保持约60秒，以便使 要被挤走的抗蚀剂被转移走。在这种情形中，如果将含氟剥离剂加在压模 上，那么，就可以令人满意地将压模从抗蚀剂上剥离。 <去掉抗蚀剂残留物>
通过RIE (反应离子刻蚀)去掉留在抗蚀剂上的凹陷底部处的未#^分 解的抗蚀剂残留物。在这个过程中，使用与抗蚀剂材料相对应的合适的处 理气体。作为等离子体源，优选使用能够在低压下产生高密度等离子体的 ICP (电感耦合等离子体)设备，但也可以使用ECRU (电子回旋共振) 等离子体或一般的平行板RIE设备。
<刻蚀4失石兹层>
在去掉抗蚀剂残留物之后，利用所述抗蚀剂图形作为刻蚀掩膜来处理 铁磁层。为了处理铁磁层，优选使用Ar离子束(Ar离子铣削)来进行刻 蚀。可以使用Cl气或使用CO和NH3的混合气体通过RIE来进行这个处 理。在使用CO和NBb的混合气体进行RIE的情形中，使用由Ti、 Ta或 W制成的硬掩膜作为刻蚀掩膜。当使用RIE时，凸出的磁图形的侧壁;f艮少 形成楔形形状。在利用能够刻蚀任何材料的Ar离子铣削来处理铁磁层的 过程中，如果在下列条件下进行刻蚀，例如，加速电压被设置为400 V并 且离子的入射角在30。到70。之间变化，那么，凸出的磁图形的侧壁;f艮少 形成楔形形状。在使用ECRU离子枪进行铣削的过程中，如果在静态正对 配置(static opposition arrangement)(离子的入射角为90° )下进4亍刻 蚀，那么，凸出的磁图形的侧壁很少形成楔形形状。
<抗蚀剂的剥离>
在刻蚀了铁》兹层之后，将抗蚀剂剥离。当使用一般的光刻胶作为抗蚀 剂时，利用氧等离子体处理能够很容易地将其去掉。具体地，利用氧灰化 设备(oxygen ashing apparatus )在腔压为1 Torr、功率为400 W以及处 理时间为5分钟这样的条件下来剥离所述光刻胶。当使用SOG作为抗蚀 剂时，使用含氟气体通过RIE剥离SOG。 CF4或SF6作为含氟气体是合适的。注意，优选用水进行清洗，因为含氟气体与大气中的水汽反应可以产
生诸如HF和H2S04等酸。 <回蚀非磁性材料>
进行非磁性材料的回蚀，直到露出铁磁膜(或铁磁膜上的碳保护膜) 为止。优选用Ar离子铣削或用ECRU离子枪刻蚀来进行这个回蚀处理。 <沉积^床护层以及后处理>
在回蚀之后，沉积碳保护层。可以用CVD、溅射或真空蒸发来沉积碳 保护层。CVD产生DLC膜，其中含有大量具有spS键的碳。厚度小于2 nm 的碳保护层不是优选的，因为它不能产生令人满意的覆盖。而厚度超过IO nm的碳保护层也不是优选的，因为它增加了读写头与介质之间的磁间隔， 导致SNR的减小。在保护层的表面施加一层润滑剂。作为润滑剂，可以使 用例如全氟聚醚(perfluoropolyether)、乙醇氟化物(fluorinated alcohol)、 以及欺酸氟化物(fluorinated carboxylic acid )等。
图3是根据本发明的一个实施例所述的磁记录装置(硬盘驱动器)的 透视图。所述磁记录装置包括被置于底座70中的前述磁记录介质(DTR 介质)71、用来使磁记录介质71转动的主轴电动机72、装有磁头的磁头 滑块76、包括致动器臂74以及用来支撑磁头滑块76的悬架75的磁头悬 架组件、以及作为所述磁头悬架组件的致动器的音圏马达(VCM) 77。
主轴电动机72使f兹记录介质71转动。包含写头和读头的磁头集成在 磁头滑块76中。致动器臂74安装在心轴73上，能够转动。悬架75附着 在致动器臂74的一端上。通过设置在悬架75上的一个万向节对磁头滑块 76进行弹性支撑。音圏马达(VCM) 77设置于致动器臂74的另一端。音 圏马达(VCM) 77产生转动扭矩，4吏致动器臂74绕着心轴73转动，并 使在飞行状态中的磁头定位在磁记录介质71的任意的径向位置的上方。
例子
例1
利用压模，按图2A到2J所示的方法来制造DTR介质，其中，所述 压模上形成有如图1所示的伺服图形(前导码、地址、脉冲)和记录磁道的凸起和凹陷图形。具体地，在非磁性材料55的填充过程中(图2F)， 在高压(7.0 Pa )下沉积厚度为50 nm的]\16(^1)251115膜作为多元素非晶合 金。在回蚀过程中(图2G)，利用ECRU离子枪，在800W微波功率和 500V加速电压下，施加Ar离子l分钟。这些过程重复进行5次。
在这个阶段，用原子力显微镜(AFM)来测量介质的表面。结果是， Ra为1.478 nm， 显示出平滑的表面。磁道间距证实为190 nm,凹陷深度 约为5nm，对表面进行了成功的平坦化。
因此，利用多元素非晶合金作为所述非^P兹性材料，通过约5次的重复 可以产生良好的平坦度，并且能够减少处理的重复次数。
对照例1
除了使用Ni5oAls。作为所述非磁性材料外，DTR介质的制造方式与例 1中的相同。
当使用AFM测量介质的表面时，Ra为2.42nm,显示了粗糙的表面。 在地址图形的间隔很宽的某个部分中，凹槽的深度大到了 15 nm。在表面 上观察到了像晶粒一样的颗粒。发现，如果使用晶体合金材料作为所述非 磁性材料，那么，对所述晶体合金的刻蚀会受到晶体取向的影响，这不适 合于表面平坦化。
例2
除了所述非磁性材料的填充过程和回蚀过程重复了 96次之外，DTR 介质的制造方式与例1中的相同。就是说，在非磁性材料55的填充过程中 (图2F),在高压(7.0 Pa)下沉积厚度为50 nm的^60]\1)251^5膜。在 回蚀过程中(图2G)，利用ECRU离子枪，在800 W微波功率和500 V 加速电压下，施加Ar离子l分钟。这些过程重复进行96次。
在这个阶段，用AFM来测量介质的表面。结果是，证实形成了非常 平滑的表面。在滑行测试(glide test)中，观察到了噪声，但没有观察到 由缺陷所导致的信号峰。用激光多普勒振动计(laser Dopplervibrometer， LDV)来测量磁头飞行高度。结果是，没有观察到磁头的下降。如果在所 ii^面上有深度为10nm的凹陷，那么磁头下降约为l.Onm。考虑到这个事实，由于没有磁头下降，所以，可以认为该表面是非常平滑的。填充所 述非磁性材料所需要的重复次数取决于图形间距，当所述间距较小时，重 复次数可以减少。
例3
利用压模，按图2A到2J所示的方法来制造DTR介质，其中，所述 压模上形成有如图l所示的伺服图形(前导码、地址、脉冲)和记录磁道 的凸起和凹陷图形。具体地，在非磁性材料55的填充过程中(图2F), 在高压(7.0 Pa )下沉积厚度为50 nm的MNbTiHf膜作为多元素非晶合金。 在回蚀过程中(图2G )，利用ECRU离子枪，在800 W微波功率和500 V 加速电压下施加Ar离子1分钟。这些过程重复进行多次。
在这个阶段，用原子力显微镜(AFM)来测量介质的表面。结果发现， 和例1 一样，Ra很小。
用来填充各磁图形之间的凹陷的非磁性材料优选是含有Ni或Co以及 含有从Ta、 Nb、 Ti、 Zr、 Hf、 Cr、 Mo和Ag中选出来的两种或多种金属 的多元素非晶合金。
用纳米硬度计(nano-indenter)来测量各种多元素非晶合金的硬度。 结果如下。
Ni60Nb25Ti15: 8.5 GPa
Ni60Nb20Ti12Hf8: 8.3 GPa
Ni60Nb20Ti15Hf5: 8.1 GPa
Cu60Hf15Zr10Ti15: 7.8 GPa
对照例2
除了使用Si02作为所述非磁性材料之夕卜，DTR介质的制造方式与例1 中的相同。
当使用飞行磁头来评估所得到的DTR介质时，在数分钟之内发生了 磁头的碰撞，并且DTR介质受到损伤。用纳米硬度计所测得的Si02的硬 度低达5.5 GPa。
此外，除了使用硬度较高的碳(硬度20GPa)作为所述非磁性材料之外，DTR介质的制造方式与例1中的相同。
当4吏用飞行磁头来评估所得到的DTR介质时，磁头下降为0.8 nm并 且磁头的飞行是不稳定的。it^明碳作为所述非磁性材料其填充性能不好。 当使用碳作为所述非磁性材料时，为了充分地使表面平坦化，需要几十次 到数百次地重复那些过程。
本领域中的技术人员会容易地发现其它的优点和修正。所以，本发明
实施例。因此，可以做出各种修正而不偏离由附属权利要求书及其等价说 法所定义的一般性的发明性概念的精神或范围。
权利要求
1.一种磁记录介质，包括形成在基底上的凸起的磁图形；以及填充在各所述磁图形之间的凹陷处并由含有Ni或Cu以及含有从Ta、Nb、Ti、Zr、Hf、Cr、Mo和Ag中选出来的两种或两种以上金属的多元素非晶合金构成的非磁性材料。
2. 根据权利要求l所述的磁记录介质，其中，所述多元素非晶合金的 硬度大于等于5.5 GPa，而小于等于20GPa。
3. 根据权利要求l所述的磁记录介质，其中，所述多元素非晶合金由 下面的式子表示Ni100—a-b-c-dTaaNbbTicHfd ，其中，0at%<a《40at%， 5 at%《b《40 at%, 0 at%《c《40 at%， 以及0at。/。〈d〈30at0/。，或者 Cu駒-y(Hf+Zr)xTiy，其中，5at%<x<60at%，以及0 at%《y《50 at%。
4. 一种^f兹记录介质的制造方法，包括 在基底上形成凸起的磁图形；用含有Ni或Cu以及含有从Ta、 Nb、 Ti、 Zr、 Hf、 Cr、 Mo和Ag 中选出来的两种或两种以上金属的多元素非晶合金所构成的非磁性材料来填充各所述磁图形之间的凹陷；以及 回蚀所述非磁性材料。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，重复进行所述非磁性材料的填充和所述非磁性材料的回蚀。
6. —种磁记录装置，包括 根据权利要求1所述的磁记录介质； 寸吏所述》兹记录介质转动的主轴电动机； 致动器；由所述致动器所驱动的致动器臂；以及设置有读写头并由所述致动器臂进行支撑的磁头滑块，该磁头滑块被 支撑为处于在所述^f兹记录介质的上方飞行的状态。
全文摘要
根据一个实施例，一种磁记录介质包括形成在基底上的凸起的磁图形；以及填充在所述磁图形之间的凹陷处并由含有Ni或Cu以及含有从Ta、Nb、Ti、Zr、Hf、Cr、Mo和Ag中选出来的两种或两种以上金属的多元素非晶合金构成的非磁性材料。
文档编号G11B5/65GK101542602SQ20088000066
公开日2009年9月23日 申请日期2008年6月20日 优先权日2007年6月28日
发明者木村香里, 樱井正敏, 汤泽亚希子, 白鸟聪志, 镰田芳幸, 鬼塚刚 申请人:株式会社东芝
技术领域：
本发明的 一个实施例涉及到 一种磁记录介质、 一种磁记录介质的制造 方法以及一种磁记录装置。
背景技术：
近来，在滋人硬盘驱动器(HDD)的磁记录介质中，由于相邻磁道间 的干扰而影响磁道密度的增加越来越成问题。具体说， 一个严重的技术问 题是，减小由于磁头所发出的磁场的边缘效应而导致的写模糊。
为了解决这个问题，例如，提出了离散磁道记录型被构图介质(DTR 介质)，其中，记录磁道在物理上是隔开的。DTR介质能够减少写入时的 擦除邻近磁道信息的边缘擦除现象或读取时的读出邻近磁道信息的边缘读 取现象，因此已知可以提高磁道密度。所以，DTR介质有望成为能够提供 高记录密度的磁记录介质。
为了用飞行/磁头来读写DTR介质，希望能够对DTR介质的表面进行 平坦化。特别地，为了使相邻磁道完全隔开，例如，刻蚀约4nm厚的保 护层和约20nm厚的铁磁层以形成约24nm深的凹槽，从而形成磁图形。 另一方面，由于飞行磁头的设计飞行高度约为10 nm,所以，如果留下了 很深的凹槽，那么，磁头的飞行就会不稳定。因此，已经试图用非磁性材 料去填充磁图形之间的凹槽，以便使介质表面平坦化，从而确保磁头的飞 行稳定性。
通常，建议j吏用下述方法来提供具有平坦表面的DTR介质，即用非 磁性材料填充磁图形之间的凹槽。例如，在一种已知的方法中，通过两级 偏置溅射，用非磁性材料填充磁图形之间的凹槽以提供具有平坦表面的DTR介质(参见日本专利No. 3,686,067)。
KV四，个及"力八ff、J呵九5古^恭日力，3 1Slii/l^且W^射开J与戶》茲'『生对种-具无 磁图形之间的凹槽时，基底偏置所导致的温度升高会使磁记录介质变差或 受到影响。另外也发现，在处理期间，偏置溅射会产生灰尘，这些灰尘会 粘在介质表面上，从而易于导致磁头的碰撞。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供一种磁记录介质，其特征在于包括
形成在基底上的凸起的磁图形；以及填充在各所述磁图形之间的凹陷处并 由含有Ni或Cu以及含有从Ta、 Nb、 Ti、 Zr、 Hf、 Cr、 Mo和Ag中选 出来的两种或两种以上金属的多元素非晶合金构成的非磁性材料。根据本 发明的另一个实施例，提供一种磁记录介质的制造方法，其特征在于包括 在基底上形成凸起的磁图形；用含有M或Cu以及含有从Ta、 Nb、 Ti、 Zr、 Hf、 Cr、 Mo和Ag中选出来的两种或两种以上金属的多元素非晶合 金所构成的非磁性材料来填充各所述磁图形之间的凹陷；以及回蚀所述非 磁性材料。
图1是本发明的一个实施例所述的DTR介质沿着圆周方向的平面图； 图2A到2J是剖面图，显示了本发明的一个实施例所述的DTR介质 的制造方法；
图3是本发明的一个实施例所述的磁记录装置的透视图。
具体实施例方式
下面将参考附图来描述本发明所述的各种实施例。
图1是本发明的一个实施例所述的DTR介质沿着圆周方向的平面图。 如图l所述，沿着DTR介质1的圆周方向交替形成伺服区2和数据区3。 伺服区2包括前导码部分21、地址部分22、以及脉冲部分23。数据区3包括离散磁道31。
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制造方法。
在玻璃基底51上相继形成由CoZrNb构成的厚度为120 nm的软磁性 衬层、由Ru构成的厚度为20 nm的用于取向控制的层、由CoCrPt-Si02 构成的厚度为20 nm的铁磁层52、以及由碳(C )构成的厚度为4 nm的 保护层53。为了简化图示，没有显示所述软磁性衬层和所述取向控制层。 在保护层53上通过旋涂法形成厚度为100 nm的旋涂玻璃(SOG )作为抗 蚀剂54。使压模61面对抗蚀剂54。压模61上的凸起和凹陷图形是图1 所示的磁图形的反转(参见图2A)。
进行压印，利用压才莫61在抗蚀剂54中形成与压才莫61上的凹陷相对应 的凸起54a (图2B)。
进行刻蚀，利用ICP (电感耦合等离子体)刻蚀设备去掉留在被构图 抗蚀剂54上的凹陷底部处的抗蚀剂残留物。该处理的条件为例如，使用 CF4作为处理气体，将腔压设置为2 mTorr，将线圏FRO功率和压盘FRO 功率分别设置为100 W,将刻蚀时间设置为30秒(图2C )。
利用未被刻蚀的抗蚀剂闺形(SOG)作为刻蚀掩膜进行离子铣削，利 用ECRU (电子回旋共振)离子枪刻蚀厚度为4 nm的保护层53和厚度为 20 nm的铁J兹层52 (图2D )。该处理的条件为例如，利用Ar作为处理 气体，将微波功率设置为800 W，将加速电压设置为500 V，并将刻蚀时 间设置为3分钟。
然后，利用RIE i殳备剥离抗蚀剂图形(SOG)(图2E)。该处理的 条件为例如，使用CF4作为处理气体，将腔压设置为100 mTorr，将功 率设置为400 W。
接着，在不施加基底偏压的情况下，通过高压溅射沉积厚度为50 nm 的多元素非晶合金作为非磁性材料55以填充各磁图形之间的凹陷(图2F )。 该处理的条件为使用HAD的濺射设备，将Ar压强设置为1到10Pa(例 如，高达7Pa)，将功率i殳置为例如500 W，不施加基底偏压。高压溅射有利于用非磁性材料填充凹陷而又没有缺陷，因为溅射颗粒从各个方向进
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构成非磁性材料55的多元素非晶合金并没有具体限制，只要它是含有 Ni或Cu以及从Ta、 Nb、 Ti、 Zr、 Hf、 Cr、 Mo和Ag中选出来的两种或 两种以上金属的三元或三元以上的非晶合金即可，其中这些组分元素的原 子大小的差异在12%或12%以上。这种多元素非晶合金很难晶化，即使将 其升温也是如此。这种多元素非晶合金具有优异的填充凹陷的特性，并具 有合适的硬度。所述多元素非晶合金的現变优选为大于等于5.5Gap,小于 等于20 Gap。
所述多元素非晶合金的具体例子用下面的式子来表示 Ni100_a-b-c-dTaaNbbTicHfd ，
其中，0at%<a<40at%, 5 at% <b <40 at%， 0 at% < c < 40 at%， 以及0at。/。〈d〈30at。/。，以及 Cu跳xy (Hafez)xTiy，
其中，5at%<x<60at%，以及0 at%《y《50 at%。 更具体的例子包括Ni基非晶合金(诸如Ni6()Nb25Ti15和 Ni60Nb20Ti12.5Hf7.5 )以及Cu基非晶合金(诸如Cu6oHfjsZnoTi,5)。此夕卜， 还可以使用Nincompoop等。多元素非晶合金的厚度优选为30 nm到100 nm。如果多元素非晶合金的厚度太小，随后的处理会损伤铁磁层，这不是 优选的。在图2F这个阶段，所述介质的表面是不平坦的，但图形间隔变 窄了。
然后对多元素非晶合金构成的非磁性材料55进行回蚀(图2G)。该 处理的条件为使用ECRU离子枪，将Ar压强设置为3到4Pa，将微波 功率设置为800 W,将加速电压设置为500V,用Ar离子刻蚀1分钟。在 这样的条件下，非磁性材料55被刻蚀掉约10 nm。于是，非磁性材料55 上的凹陷深度减小了，并且表面粗糙度也降低了。这个处理过程用来通过 非磁性材料55的回蚀来修饰表面，因此，ECRU离子枪的条件(诸如处理 时间)不是非常重要的参数。离子照射时间越长，降低表面粗糙度并减小凹陷深度的效果就越大，但需要在图2F所示的非磁性材料55的填充过程
所述处理气体不只是限于Ar，可以使用Ar和氧气的混合气体。当使 用Ar和氧气的混合气体时，与单使用Ar的情形相比，降低表面粗糙度的 效果稍逊，但减小凹陷深度的效果得到了改进。
随后，在不施加基底偏压的情况下在非磁性材料55上再次沉积多元素 非晶合金，作为非磁性材料56 (图2H)。于是，非磁性材料56的表面粗 糙度就实质性地降低了。
进一步，利用ECRU离子枪进行离子铣削，以便对非磁性材料56和 55进行回蚀(图21)。该处理的条件为使用Ar作为处理气体，将微波 功率i殳置为800 W，将加速电压i殳置为700 V，刻蚀时间为5分钟。利用 四^b^"i普4义(quadruple mass spectrometer, Q-MASS )，当探测到纟失磁层 中所含的Co时就可以确定回蚀终点。在本发明的这个实施例所述的方法 中，不能精确地判断在图2G所示的第一次回蚀处理中非磁性材料55被刻 蚀了多少。因此，如果在这个处理中基于时间来控制回蚀的话，那么，回 蚀终点的精确性就变得较差。因此，通过利用Q-MASS或其它刻蚀终点探 测器(例如，二次离子质语，SIMS)来探测回蚀的终点，能够实现非常精 确的回蚀。
增加所述非磁性材料的沉积和回蚀的重复次数可以使表面平坦化并使 表面粗糙度降低。
最后，通过CVD (化学气相沉积)来沉积碳(C)以形成保护层57 (图2J)。此外，在保护膜57上施加润滑层，从而提供DTR介质。 下面将描述本发明的所述实施例中要使用的优选材料。 <基底>
作为基底，可以使用例如玻璃基底、Al基合金基底、陶瓷基底、碳基 底或具有氧化物表面的Si单晶基底。作为玻璃基底，可以使用非晶玻璃或 晶化玻璃。非晶玻璃的例子包括普通的钠钙玻璃和硅铝酸盐玻璃。晶化玻 璃的例子包括锂基晶化玻璃。陶瓷基底的例子包括普通的氧化铝、氮化铝或含有氮化硅作为主成分的烧结体以及这些材料的纤维增强材料。作为基 r r i Aton^/r L:;J"'A^接廿i5ri:-lt/iw接廿t r 1__UA Aii 4": ^ AiJt4丄、、t "加
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些基底。
<软磁性衬层>
软磁性衬层(SUL )提供磁头的 一部分功能，使单极磁头所发出的用 于磁化垂直磁记录层的记录磁场在水平方向上通过并使该磁场回到磁头侧 面，并在所述记录层上施加一个陡峭而又足够大的垂直磁场，从而提高读 写效率。对于软磁性衬层来说，可以使用含有Fe、 Ni或Co的材料。这种 材料的例子包括FeCo基合金(诸如FeCo和FeCoV) ， FeNi基合金(诸 如FeNi、 FeNiMo、 FeNiCr和FeNiSi) ， FeAI基合金和FeSi基合金(诸 如FeAl、 FeAlSi、 FeAlSiCr、 FeAlSiTiRu和FeAlO ) ， FeTa基合金(诸 如FeTa、 FeTaC和FeTaN )，以及FeZr基合金(诸如FeZrN )。也可 以使用具有微晶结构(诸如含Fe量在60 at。/。或60 at。/。以上的FeAlO、 FeMgO、 FeTaN和FeZrN)或颗粒结构(其中细小的晶粒^t在基体中) 的材料。作为用于软磁性村层的其它材料，也可以使用含有Co以及含有 Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ti和Y中的至少一种元素的Co合金。这种Co合金优 选包含80 at。/o或80 at。/。以上的Co。在这种Co合金的情形中，通过賊射 进行沉积时很容易形成非晶层。由于非晶软磁性材料没有晶体各向异性、 晶体缺陷和颗粒边界，所以，它具有优良的软磁性，并能够减小介质噪声。 非晶软磁性材料的优选例子包括CoZr基、CoZrNb基和CoZrTa基合金。
在所述软i兹性衬层之下还可以形成一个衬层，以提高所述软磁性衬层 的结晶度(crystallinity )或提高所述软磁性衬层与基底的附着力。作为这 种衬层的材料，可以使用Ti、 Ta、 W、 Cr、 Pt、以及包含这些金属的合金 或这些金属的氧化物或氮化物。在所述软磁性衬层和所述记录层之间可以 形成由非磁性材料构成的中间层。所述中间层具有两个功能，即，切断所 述软磁性衬层和所述记录层之间的交换耦合相互作用的功能以及控制所述 记录层的结晶度的功能。作为所述中间层的材料，可以使用Ru、 Pt、 Pd、 W、 Ti、 Ta、 Cr、 Si、以及包含这些金属的合金或这些金属的氧化物或氮化物。
为了防止尖锐噪声，可以将所述软i兹性衬层分为多层，在其之间插入
厚度为0.5 nm到1.5 nm的Ru层，以获得反铁磁耦合。另夕卜，软磁层可以 与由反铁磁膜(诸如IrMn和PtMn )或者具有纵向各向异性的硬磁膜(诸 如CoCrPt、 SmCo或FePt)构成的钉扎层发生交换耦合。在Ru层之下和 之上可以提供磁性膜(诸如Co)和非磁性膜(诸如Pt)以控制交换耦合 力。
<铁磁层〉
对于垂直磁记录层来说，优选使用含有Co作为主要成分，并至少含 有Pt以及含有一种氧化物的材料。需要的话，所述垂直磁记录层可以包含 Cr。作为氧化物，特别优选使用硅的氧化物或钛的氧化物。所述垂直磁记 录层优选具有这样的结构，其中，磁性颗粒(即，具有磁性的晶体颗粒) ^在该层中。所述磁性颗粒优选具有柱状结构，在厚度方向上穿透所述 垂直磁记录层。这样一种结构的形成提高了所述垂直磁记录层中的磁性颗 粒的取向和结晶度，结果，可以给出适合于高密度记录的信噪比(SNR)。 所含氧化物的量对于提供这样一种结构来说是很重要的。
基于Co、 Cr和Pt的总量，垂直磁记录层中的氧化物的含量优选大于 等于3 mol。/。并小于等于12 mol%，更优选的是大于等于5 mol。/。并小于等 于10 mol%。垂直磁记录层中的氧化物的含量之所以优选在上述范围中的 原因是，当形成垂直磁记录层时，所述氧化物在磁性颗粒周围沉淀，能够 隔离细小的磁性颗粒。如果所述氧化物含量超过了上述范围，那么，这些 氧化物就会留在磁性颗粒内并有损磁性颗粒的取向和结晶度。此外，所述 氧化物沉淀在磁性颗粒的上下部分，会产生一种不希望的结果，即，不能 形成磁性颗粒在厚度方向上穿透垂直磁记录层的柱状结构。所述氧化物的 含量低于上述范围也是不希望的，因为，这样不能充分地隔离细小的磁性 颗粒，导致在再现信息时使噪声增加，从而不能提供适合于高密度记录的 信噪比(SNR)。
垂直/F兹记录层中的Cr的含量优选大于等于0 at。/。并小于等于16 at%，更优选的是大于等于10 at。/。并小于等于14 at%。 Cr的含量之所以优选在 上述范围中的原因是，这样不至于太多地减小磁性颗粒的单轴晶体磁性各 向异性常数Ku，并保持很高的磁化，于是就能获得适合于高密度记录的读 写特性和充分的热涨落特性。Cr含量超过上述范围是不希望的，因为磁性 颗粒的Ku会降低，于是热涨落特性会变差，并且磁性颗粒的结晶度和取 向会受损，导致读写特性变差。
垂直磁记录层中的Pt的含量优选大于等于10 at。/。并小于等于25 at%。 Pt的含量之所以优选在上述范围中的原因是，这样可以提供垂直磁 记录层所要求的Ku值，并且，改善磁性颗粒的结晶度和取向，结果，可 以提供适合于高密度记录的热涨落特性和读写特性。Pt含量超过上述范围 是不希望的，因为，这样会在磁性颗粒中形成具有fcc结构的层，并且有 可能使结晶度和取向受损。Pt含量低于上述范围也是不希望的，因为，这 样不能提供适合于高密度记录的热涨落特性所要求的Kii值。
除了 Co、 Cr、 Pt以及氧化物外，垂直磁记录层还可以包含从B、 Ta、 Mo、 Cu、 Nd、 W、 Nb、 Sm、 Tb、 Ru和Re中选出来的一种或多种元素。 当含有上述元素时，可以促进细小磁性颗粒的形成，或者说可以改进结晶 度和取向并提供适合于高密度记录的读写特性和热涨落特性。上述元素的 总含量优选小于等于8 at%。所述含量超过8 at。/。是不希望的，因为，在 磁性颗粒内会形成不是hcp相的其他相，并且会干扰磁性颗粒的结晶度和 取向，于是，不能提供适合于高密度记录的读写特性和热涨落特性。
作为垂直磁记录层，可以使用CoPt基合金、CoCr基合金、CoPtCr 基合金、CoPtO、 CoPtCrO、 CoPtSi、 CoPtCrSi、由Co层和含有从Pt、 Pd、 Rh以及Ru中选出来的至少一种元素的合金层构成的多层结构、通过 在这些层中添加Cr、 B或O而获得的材料(例如，CoCr/PtCr、 CoB/PdB 和CoO/RhO)。
垂直磁记录层的厚度优选为5到60 nm,更优选的是10到40 nm。当 所述厚度在这个范围中时，能够制造出适合于较高记录密度的磁记录装置。 如果垂直磁记录层的厚度小于5iim，那么，读输出信号就太低了，而噪声成分则趋于变得更高。如果垂直磁记录层的厚度大于40 rnn,那么，读输 出信号就太高了，而波形就趋于失真。垂直磁记录层的矫顽力优选大于等 于237000 A/m ( 3000 Oe )。如果所述矫顽力小于237000 A/m ( 3000 Oe ), 那么，抗热涨落性(thermal fluctuation resistance)就趋于变差。垂直磁记录 层的垂直方向上的剩磁比(perpendicular squareness )优选大于等于0.8。 如果垂直方向上的剩磁比小于0.8，那么，抗热涨落性倾向于变差。 <保护层>
保护层用来防止垂直磁记录层受到腐蚀，也用来防止磁头与介质相接 触时介质表面受到损伤。保护层材料的例子包括那些包含C、 Si02或Zr02 的材料。保护层的厚度优选为1到10 nm。这个厚度对于高密度记录是优 选的，因为，可以减小磁头和介质之间的距离。碳可以分为具有spZ键的 碳(石墨)和具有sp"键的碳(金刚石)。尽管具有spS键的碳在耐用性和 抗腐蚀性方面比石墨强，但它在表面平滑性方面比石墨差，因为它是晶体 材料。通常，利用石墨靶通过溅射来沉积碳。在这种方法中，形成了具有 sp"键的碳和具有spS键的碳相混合的非晶碳。具有sp"键的碳比例更大的 碳被称作类金刚石碳(DLC)。因为DLC是非晶态，所以DLC在耐用性 和抗腐蚀性方面以及在表面平滑性方面都比较优越，故被用于磁记录介质 作为表面保护层。由CVD (化学气相沉积)进行的DLC沉积通过在等离 子体中激发和分解原始气体并发生化学反应来产生DLC，于是，通过调节 条件可以形成sp"键的碳的含量更多的DLC。
下面将描述在本发明的各实施例中每个处理过程的优选制造条件。
<压印>
通过旋涂法在基底表面上形成一层抗蚀剂，然后将压才莫压在抗蚀剂上， 从而将压模上的图形转印到抗蚀剂上。作为抗蚀剂，可以使用例如一般的 novolak型光刻胶或旋涂玻璃(SOG )。使压模的表面面对基底上的抗蚀 剂，其中，在所述压模的表面上形成有与伺服信息和记录磁道相对应的凸 起和凹陷图形。在这个处理过程中，将压模、基底、和一个緩冲层置于模 具(die set)的下平板上，使其夹在所述模具的下平板和上平板之间，并在2000 bar的压强下对其加压例如60秒。通过压印而在抗蚀剂上所形成 的图形的凸起高度为例如60到70 nm。使上述状态保持约60秒，以便使 要被挤走的抗蚀剂被转移走。在这种情形中，如果将含氟剥离剂加在压模 上，那么，就可以令人满意地将压模从抗蚀剂上剥离。 <去掉抗蚀剂残留物>
通过RIE (反应离子刻蚀)去掉留在抗蚀剂上的凹陷底部处的未#^分 解的抗蚀剂残留物。在这个过程中，使用与抗蚀剂材料相对应的合适的处 理气体。作为等离子体源，优选使用能够在低压下产生高密度等离子体的 ICP (电感耦合等离子体)设备，但也可以使用ECRU (电子回旋共振) 等离子体或一般的平行板RIE设备。
<刻蚀4失石兹层>
在去掉抗蚀剂残留物之后，利用所述抗蚀剂图形作为刻蚀掩膜来处理 铁磁层。为了处理铁磁层，优选使用Ar离子束(Ar离子铣削)来进行刻 蚀。可以使用Cl气或使用CO和NH3的混合气体通过RIE来进行这个处 理。在使用CO和NBb的混合气体进行RIE的情形中，使用由Ti、 Ta或 W制成的硬掩膜作为刻蚀掩膜。当使用RIE时，凸出的磁图形的侧壁;f艮少 形成楔形形状。在利用能够刻蚀任何材料的Ar离子铣削来处理铁磁层的 过程中，如果在下列条件下进行刻蚀，例如，加速电压被设置为400 V并 且离子的入射角在30。到70。之间变化，那么，凸出的磁图形的侧壁;f艮少 形成楔形形状。在使用ECRU离子枪进行铣削的过程中，如果在静态正对 配置(static opposition arrangement)(离子的入射角为90° )下进4亍刻 蚀，那么，凸出的磁图形的侧壁很少形成楔形形状。
<抗蚀剂的剥离>
在刻蚀了铁》兹层之后，将抗蚀剂剥离。当使用一般的光刻胶作为抗蚀 剂时，利用氧等离子体处理能够很容易地将其去掉。具体地，利用氧灰化 设备(oxygen ashing apparatus )在腔压为1 Torr、功率为400 W以及处 理时间为5分钟这样的条件下来剥离所述光刻胶。当使用SOG作为抗蚀 剂时，使用含氟气体通过RIE剥离SOG。 CF4或SF6作为含氟气体是合适的。注意，优选用水进行清洗，因为含氟气体与大气中的水汽反应可以产
生诸如HF和H2S04等酸。 <回蚀非磁性材料>
进行非磁性材料的回蚀，直到露出铁磁膜(或铁磁膜上的碳保护膜) 为止。优选用Ar离子铣削或用ECRU离子枪刻蚀来进行这个回蚀处理。 <沉积^床护层以及后处理>
在回蚀之后，沉积碳保护层。可以用CVD、溅射或真空蒸发来沉积碳 保护层。CVD产生DLC膜，其中含有大量具有spS键的碳。厚度小于2 nm 的碳保护层不是优选的，因为它不能产生令人满意的覆盖。而厚度超过IO nm的碳保护层也不是优选的，因为它增加了读写头与介质之间的磁间隔， 导致SNR的减小。在保护层的表面施加一层润滑剂。作为润滑剂，可以使 用例如全氟聚醚(perfluoropolyether)、乙醇氟化物(fluorinated alcohol)、 以及欺酸氟化物(fluorinated carboxylic acid )等。
图3是根据本发明的一个实施例所述的磁记录装置(硬盘驱动器)的 透视图。所述磁记录装置包括被置于底座70中的前述磁记录介质(DTR 介质)71、用来使磁记录介质71转动的主轴电动机72、装有磁头的磁头 滑块76、包括致动器臂74以及用来支撑磁头滑块76的悬架75的磁头悬 架组件、以及作为所述磁头悬架组件的致动器的音圏马达(VCM) 77。
主轴电动机72使f兹记录介质71转动。包含写头和读头的磁头集成在 磁头滑块76中。致动器臂74安装在心轴73上，能够转动。悬架75附着 在致动器臂74的一端上。通过设置在悬架75上的一个万向节对磁头滑块 76进行弹性支撑。音圏马达(VCM) 77设置于致动器臂74的另一端。音 圏马达(VCM) 77产生转动扭矩，4吏致动器臂74绕着心轴73转动，并 使在飞行状态中的磁头定位在磁记录介质71的任意的径向位置的上方。
例子
例1
利用压模，按图2A到2J所示的方法来制造DTR介质，其中，所述 压模上形成有如图1所示的伺服图形(前导码、地址、脉冲)和记录磁道的凸起和凹陷图形。具体地，在非磁性材料55的填充过程中(图2F)， 在高压(7.0 Pa )下沉积厚度为50 nm的]\16(^1)251115膜作为多元素非晶合 金。在回蚀过程中(图2G)，利用ECRU离子枪，在800W微波功率和 500V加速电压下，施加Ar离子l分钟。这些过程重复进行5次。
在这个阶段，用原子力显微镜(AFM)来测量介质的表面。结果是， Ra为1.478 nm， 显示出平滑的表面。磁道间距证实为190 nm,凹陷深度 约为5nm，对表面进行了成功的平坦化。
因此，利用多元素非晶合金作为所述非^P兹性材料，通过约5次的重复 可以产生良好的平坦度，并且能够减少处理的重复次数。
对照例1
除了使用Ni5oAls。作为所述非磁性材料外，DTR介质的制造方式与例 1中的相同。
当使用AFM测量介质的表面时，Ra为2.42nm,显示了粗糙的表面。 在地址图形的间隔很宽的某个部分中，凹槽的深度大到了 15 nm。在表面 上观察到了像晶粒一样的颗粒。发现，如果使用晶体合金材料作为所述非 磁性材料，那么，对所述晶体合金的刻蚀会受到晶体取向的影响，这不适 合于表面平坦化。
例2
除了所述非磁性材料的填充过程和回蚀过程重复了 96次之外，DTR 介质的制造方式与例1中的相同。就是说，在非磁性材料55的填充过程中 (图2F),在高压(7.0 Pa)下沉积厚度为50 nm的^60]\1)251^5膜。在 回蚀过程中(图2G)，利用ECRU离子枪，在800 W微波功率和500 V 加速电压下，施加Ar离子l分钟。这些过程重复进行96次。
在这个阶段，用AFM来测量介质的表面。结果是，证实形成了非常 平滑的表面。在滑行测试(glide test)中，观察到了噪声，但没有观察到 由缺陷所导致的信号峰。用激光多普勒振动计(laser Dopplervibrometer， LDV)来测量磁头飞行高度。结果是，没有观察到磁头的下降。如果在所 ii^面上有深度为10nm的凹陷，那么磁头下降约为l.Onm。考虑到这个事实，由于没有磁头下降，所以，可以认为该表面是非常平滑的。填充所 述非磁性材料所需要的重复次数取决于图形间距，当所述间距较小时，重 复次数可以减少。
例3
利用压模，按图2A到2J所示的方法来制造DTR介质，其中，所述 压模上形成有如图l所示的伺服图形(前导码、地址、脉冲)和记录磁道 的凸起和凹陷图形。具体地，在非磁性材料55的填充过程中(图2F), 在高压(7.0 Pa )下沉积厚度为50 nm的MNbTiHf膜作为多元素非晶合金。 在回蚀过程中(图2G )，利用ECRU离子枪，在800 W微波功率和500 V 加速电压下施加Ar离子1分钟。这些过程重复进行多次。
在这个阶段，用原子力显微镜(AFM)来测量介质的表面。结果发现， 和例1 一样，Ra很小。
用来填充各磁图形之间的凹陷的非磁性材料优选是含有Ni或Co以及 含有从Ta、 Nb、 Ti、 Zr、 Hf、 Cr、 Mo和Ag中选出来的两种或多种金属 的多元素非晶合金。
用纳米硬度计(nano-indenter)来测量各种多元素非晶合金的硬度。 结果如下。
Ni60Nb25Ti15: 8.5 GPa
Ni60Nb20Ti12Hf8: 8.3 GPa
Ni60Nb20Ti15Hf5: 8.1 GPa
Cu60Hf15Zr10Ti15: 7.8 GPa
对照例2
除了使用Si02作为所述非磁性材料之夕卜，DTR介质的制造方式与例1 中的相同。
当使用飞行磁头来评估所得到的DTR介质时，在数分钟之内发生了 磁头的碰撞，并且DTR介质受到损伤。用纳米硬度计所测得的Si02的硬 度低达5.5 GPa。
此外，除了使用硬度较高的碳(硬度20GPa)作为所述非磁性材料之外，DTR介质的制造方式与例1中的相同。
当4吏用飞行磁头来评估所得到的DTR介质时，磁头下降为0.8 nm并 且磁头的飞行是不稳定的。it^明碳作为所述非磁性材料其填充性能不好。 当使用碳作为所述非磁性材料时，为了充分地使表面平坦化，需要几十次 到数百次地重复那些过程。
本领域中的技术人员会容易地发现其它的优点和修正。所以，本发明
实施例。因此，可以做出各种修正而不偏离由附属权利要求书及其等价说 法所定义的一般性的发明性概念的精神或范围。
权利要求
1.一种磁记录介质，包括形成在基底上的凸起的磁图形；以及填充在各所述磁图形之间的凹陷处并由含有Ni或Cu以及含有从Ta、Nb、Ti、Zr、Hf、Cr、Mo和Ag中选出来的两种或两种以上金属的多元素非晶合金构成的非磁性材料。
2. 根据权利要求l所述的磁记录介质，其中，所述多元素非晶合金的 硬度大于等于5.5 GPa，而小于等于20GPa。
3. 根据权利要求l所述的磁记录介质，其中，所述多元素非晶合金由 下面的式子表示Ni100—a-b-c-dTaaNbbTicHfd ，其中，0at%<a《40at%， 5 at%《b《40 at%, 0 at%《c《40 at%， 以及0at。/。〈d〈30at0/。，或者 Cu駒-y(Hf+Zr)xTiy，其中，5at%<x<60at%，以及0 at%《y《50 at%。
4. 一种^f兹记录介质的制造方法，包括 在基底上形成凸起的磁图形；用含有Ni或Cu以及含有从Ta、 Nb、 Ti、 Zr、 Hf、 Cr、 Mo和Ag 中选出来的两种或两种以上金属的多元素非晶合金所构成的非磁性材料来填充各所述磁图形之间的凹陷；以及 回蚀所述非磁性材料。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，重复进行所述非磁性材料的填充和所述非磁性材料的回蚀。
6. —种磁记录装置，包括 根据权利要求1所述的磁记录介质； 寸吏所述》兹记录介质转动的主轴电动机； 致动器；由所述致动器所驱动的致动器臂；以及设置有读写头并由所述致动器臂进行支撑的磁头滑块，该磁头滑块被 支撑为处于在所述^f兹记录介质的上方飞行的状态。
全文摘要
根据一个实施例，一种磁记录介质包括形成在基底上的凸起的磁图形；以及填充在所述磁图形之间的凹陷处并由含有Ni或Cu以及含有从Ta、Nb、Ti、Zr、Hf、Cr、Mo和Ag中选出来的两种或两种以上金属的多元素非晶合金构成的非磁性材料。
文档编号G11B5/65GK101542602SQ20088000066
公开日2009年9月23日 申请日期2008年6月20日 优先权日2007年6月28日
发明者木村香里, 樱井正敏, 汤泽亚希子, 白鸟聪志, 镰田芳幸, 鬼塚刚 申请人:株式会社东芝
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