制造离散轨道记录介质的方法和离散轨道记录介质的制作方法
专利名称：制造离散轨道记录介质的方法和离散轨道记录介质的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及制造离散轨道记录介质的方法和通过这种方法制 造的离散轨道记录介质。
背景技术：
近来，在纳入硬盘驱动器(HDD)的磁性记录介质中，由于相邻轨道 之间的干扰，使轨道密度增加的干扰问题增大。特别地， 一个重要的技术 主题是减少由来自写磁头的磁场的边缘效应所造成的写冲莫糊。
为了解决这样的问题，提出了例如离散轨道记录型构图介质(DTR介 质)，其中记录轨道物理分开。DTR介质能够减少写入过程中擦除邻近轨 道上的信息的侧擦除现象或读取过程中读出邻近轨道上信息的侧读取现 象，由此7>知可以增加轨道密度。因此，预期DTR介质为一种能够提供 高记录密度的磁记录介质。
为了用浮动(flying)磁头读和写DTR介质，期望将DTR介质的表 面整平。具体地，为了完全分离邻近轨道，例如移除厚度约4 nm的保护 层和厚度约20 nm的磁记录层以形成深度约24 nm的凹进，从而形成磁性 图形。另一方面，由于浮动磁头的设计浮动高度约为10 nm，如果留下很 深的凹进会使得磁头浮动不稳定。因此，已经尝试用非磁性材料填充磁性 图形之间的凹进，由此整平介质的表面，以保证磁头的浮动稳定性。
传统地，已经提出下面的方法来通过利用非磁性材料填充磁性图形之 间的凹进获得具有平整表面的DTR介质。例如，在一种公知的方法中， 通过两阶段偏压'减射，用非磁性材料填充磁性图形之间的凹进，制造出平 坦表面的DTR介质(参见日本专利NO. 3686067)。然而，在通过偏压、减射使用非磁性材料填充DTR介质的凹进时，公知衬底偏压带来的温度升 高会导致磁记录介质劣化和退化。
可以通过在执行偏压溅射的同时强制地冷却衬底来避免温度升高，但 是为了强制地冷却衬底，村底的后表面必须紧密固定到冷却机构上。在这 种情况下，衬底的后表面会受到损坏，并且已经发现，基本上通过偏压溅 射不能处理两个表面。如果不能处理两个表面，DTR介质的记录容量会减 少到一半。
因此，通过采用能够处理两个表面的沉积方法，并且为了整平DTR 介质的表面，可以考虑重复这样的过程，即在磁性图形之间的凹进中以及 在磁性图形上沉积非磁性材料，并回蚀非磁性材料。然而，在重复非磁性 材料的沉积和回蚀时，非磁性材料的厚度可能不均匀，很难令人满意地重 现。由于这样的非磁性材料的厚度偏差会根据制造装置而变化，因此，通 过单独调整制造装置的方法基本上不能解决该问题。
发明内容
根据本发明一个实施例，提供一种制造离散轨道记录介质的方法，包 括在衬底上形成突起的磁性图形；伴随着将所述村底沿其平面旋转小于 一周的角度而两次或更多次重复这样的工艺，即，沉积非磁性材料以填充 在所述磁性图形之间的凹进中和回蚀所述非磁性材料。根据本发明另一实 施例，提供一种离散轨道记录介质，包括在衬底上形成的突起的磁性图 形以及在所述磁性图形之间的凹进中填充的非磁性材料，其中在村底的外 围边缘部分中形成六个或更多的指作为在沉积非磁性材料时所述衬底的夹 持部分的标记。
图l是才艮据实施例的DTR介质沿圆周方向的平面图2A到2K是示出根据实施例的DTR介质的制造方法的截面图3是根据实施例用于制造DTR介质的装置的顶视图；图4A到4D是示出衬底旋转腔中的栽体状态的平面图5是解释在村底旋转腔中旋转衬底的方法的截面图；以及
图6是示出了实例4中DTR介质中出现的指的示图。
具体实施例方式
图1是根据本发明实施例的DTR介质沿圆周方向的平面图。如图1 所示，伺服区2和数据区3沿DTR介质1的圆周方向交替形成。伺服区2 包括前导区段21、地址区段22以及脉冲(burst)区段23。数据区3包括 离散轨道31。
现在参照图2A到2K，描述根据本发明实施例的DTR介质制造方法。 为了简化说明，这里仅处理衬底的一面。
在玻璃坤于底51上，相继形成由CoZrNb制成的厚度为120 nm的软磁 性底层(未示出)，由Ru制成的厚度为20 nm的、用于取向控制的底层 (未示出)，由CoCrPt-Si02制成的厚度为20 nm的磁记录层52，以及由 碳(C)制成的厚度为4 nm的保护层53。为了简化说明，没有示出软磁 性底层和取向控制层。在保护层53上，通过旋涂(spin-coating)形成厚 度100 nm的旋涂玻璃(SOG)作为抗蚀剂54。将压模(stamper) 61布 置为面对抗蚀剂54。压模61具有与图1中示出的磁性图形相反形式的突 起和凹进图形(图2A)。
通过使用压模61进行压印(imprinting)形成与压模61中的凹i^j" 应的抗蚀剂54突起54a (图2B )。
利用ICP (感应耦合等离子体)蚀刻装置进行蚀刻，以移除残留在构 图的抗蚀剂54的凹进底部上的抗蚀剂残余物。该工艺中的条件如下例如， 使用CF4作为工艺气体，腔压力被设定为2毫托，线圏RF功率和台板RF 功率被分别设定为100W,蚀刻时间被设定为30秒(图2C )。
利用留下的没有移除的抗蚀剂图形(SOG)作为蚀刻掩才莫，使用ECR (电子回旋共振)离子枪进行离子刻蚀以蚀刻具有4 nm厚度的保护层53 和具有20 nm厚度的磁记录层52 (图2D )。该工艺中的条件如下例如，使用氩作为工艺气体，樣i波功率被设定为800 W，加速电压,皮设定为500 V， 蚀刻时间被z没定为3分钟。
然后，利用RIE装置将抗蚀剂图形(SOG)剥离(图2E)。该工艺 中的条件如下例如，使用CF4气体作为工艺气体，腔压力被设定到100 毫托，功率被设定为100W。
接下来，通过DC溅射沉积由Ru制成的非》兹性材料55以填充到磁性 图形之间的凹进中并堆叠在磁性图形上(图2F)。该工艺中的条件如下 在DC濺射时使用Ru靶材，氩流速被设定为100 sccinj 腔压力被设定为 0.5帕，濺射时间被设定为10秒，沉积厚度为50 nm的Ru薄膜。非磁性 材料55的厚度优选为30到100 nm。如果非磁性材料的厚度小于凹进的深 度，磁记录介质在接下来的回蚀工艺中会受到损坏。在这个阶段，如图2F 所示，表面并不平整，凹进的深度约为20 nm。然而，图形的宽度变窄。
在该工艺中，使用Ru作为非磁性材料55是因为提供了更快的DC溅 射率，不容易出现粉尘。同时，可以4吏用SiOC、 Si02、 SiC、 SiN或其 他基于Si的非磁性材料作为非磁性材料55。
接下来，回蚀非磁性材料55 (图2G)。该工艺中的条件如下使用 ECR离子枪，微波功率净皮谈定为800 W,加速电压被设定为500 V，施加 氩离子30秒。在这些条件下，将非磁性材料55蚀刻20 nm。结果，表面 凹进的深度减小到10 nm。通过这样的工艺，介质的表面粗糙度降低，凹 进深度减小到一半。该工艺旨在通过回蚀非磁性材料55修整表面，因此 ECR离子枪的条件，诸如处理时间，并不是非常重要的参数。离子辐射的 时间越长，降低表面粗糙度并减小凹进深度的效果越显著，但是有必要在 图2F的填充非磁性材料55的过程中使沉积的非磁性材料更厚。
当在图2F的沉积过程中4吏用SiOC、 Si02、 SiC、 SiN或其他基于 Si的非磁性材料作为非磁性材料55时，通过使用氩和诸如CF4的含氟气 体的混合气体可以将其回蚀。在这种情况下，与单独使用氩进行回蚀的情 况相比较，降低表面粗糙度的效果更差，但是减小凹进深度的效用得到提 高。然后，在本实施例中，村底51沿其平面旋转小于一周的角度(图2H)。 相继地重复非磁性材料的沉积(图2F)和非磁性材料的回蚀(图2G)。 例如，当衬底51旋转120度时，两次重复步骤3f、 3g和3h。然后执行步 骤3i和3j，因此，在衬底旋转角度为120度时，非磁性材料的沉积和回蚀 总共重复三次。因此，伴随着将衬底在平面内旋转小于一周的角度而两次 或更多次地重复沉积和回蚀非磁性材料可以使衬底表面上的非磁性材料的 厚度均匀。
衬底旋转角度和重复步骤3f、 3g和3h的次数之间的关系为对于90度 三次，对于60度五次，对于45度七次，对于30度11次，对于15度23 次。在180度，上述操作仅执行一次。因此，衬底旋转角度优选为每次旋 转15到180度。如果衬底旋转角度小于15度，重复图2F, 2G和2H的 过程要花费多于一小时，从产出率的角度来说不太实际。
在这样的衬底旋转过程中，可以将衬底冷却。通过图2F和2G的过程， 在衬底中积累了热，优选在衬底旋转过程中冷却衬底。如果仅仅在衬底旋 转腔保持在高度真空(1.0 x 10"帕或更小)的状态下旋转衬底，只能预期 辐射的冷却效应，而这要花费很长的时间来冷却。于是，这导致降低的产 量。因此，通过将氩或氮气(N2)引入衬底旋转腔来将腔压力设定到0.3 到10帕，可以预期除辐射的冷却效应之外，还有气体分子的热传导产生的 冷却效应。例如，通过将氩以100 sccm引入到4十底旋转腔，将腔压力调整 到7帕，并保持衬底30秒，获得足够的冷却效应。进一步地，可以通过在 衬底旋转腔中安装冷却块来增强冷却功效。优选地，冷却块由大热容材料 形成，冷却块的表面成波浪状以增加表面面积，制冷剂可以在冷却块中循 环。
作为要引入到衬底旋转腔中的气体，因为H2不安全而He很昂贵，H2 和He并不适于批量生产。
接下来，通过DC'减射再次沉积Ru的非/f兹性材料55 (图21)。该工 艺中的条件如下在DC溅射中，腔压力被设定到0.52帕，'减射时间被设 定到70秒，沉积厚度为50 nm的Ru薄膜。回蚀非磁性材料55 (图2J)。该工艺中的条件如下使用ECR离子 枪，微波功率,皮设定为800 W，加速电压被设定为700 V,蚀刻进行大约 三分钟。使用四级质镨仪(Q-MASS)，当检测到磁记录层中包含Co时 确定回蚀的结束点。在才艮据本发明实施例的方法中，由于不能精确判断图 2G的回蚀过程中非》兹性材料55蚀刻了多少，^J^基于回蚀时间控制回蚀 过程。相反，利用Q-MASS或诸如SIMS (二级离子质i普仪)之类的其他 蚀刻结束点检测器检测结束点使得有可能实现高精度回蚀。
最后，通过CVD (化学气相沉积法)沉积碳(C)以形成保护层57 (图2K)。进一步地，向保护层57施加润滑剂以保护DTR介质。
接下来，与制造装置一起描述根据制造方法的实施例的两面处理方法。
首先，通过使用两面旋涂器，在用于HDD的直径1.8英寸的玻璃衬底 的两个表面上施加抗蚀剂。在该情况下，衬底的内周边部分被卡住并旋转。 i走转速度可以4壬意变化至6,000 rpm。例如，当以500 rpm的低速i走转时， 移动抗蚀剂分配器喷嘴直至将抗蚀剂施加到衬底的内周边，喷出抗蚀剂。 在喷出抗蚀剂的同时，抗蚀剂分配器喷嘴沿着朝向盘的外周边的方向移动， 在该外周边处4亭止喷射抗蚀剂。然后，旋转速度增加到6000 rpm，抗蚀 剂被抛开并干燥。SOG (旋涂玻璃)如上所述成为抗蚀剂，其厚度被调整 为100nm。
为了从前后侧将涂布有抗蚀剂的衬底夹在中间，将两个压模紧密固定 到两个表面上，并利用专用的印模用30吨压机压印衬底，所述专用印模特 别i殳计为在1.8英寸直径的村底的整个表面上施加均匀负载。
然后，通过使用修改自Canon Anerva C3010溅射机的如图3所示的 DTR介质制造装置，处理衬底的两个表面。图3是实施例中使用的制造装 置的顶视图。该制造装置包括装载/卸载(L/UL)腔IOO, ICP (感应耦合 等离子体)蚀刻腔101， ECR(电子回旋共振)离子枪腔102， ICP蚀刻腔 103,'减射腔104， ECR离子枪腔105，衬底旋转腔106,、减射腔107， ECR 离子枪腔108，以及保护层沉积腔109。在常规状态下，所有腔保持在高度 真空(1.0 x It)-4帕或更小)。村底设置在图3中的制造装置的L/UL腔100中，通过使用运栽体70 首先将衬底运送到ICP蚀刻腔101,然后移除抗蚀剂凹进底部上残留的抗 蚀剂残余物，如图2C所示。在ICP蚀刻腔101中，诸如02或CF4的工艺 气体被引入到腔内，并通过线圏产生感应耦合等离子体(ICP)，等离子 体中的离子和自由基被其上安装有衬底的阴极(压板)吸引，并进行反应 离子蚀刻(RIE)。
将衬底运送到ECR离子枪腔102，如图2D所示利用抗蚀剂图形作为 蚀刻掩模对保护层和磁记录层进行蚀刻，形成磁性图形。在ECR离子枪 腔102中，在ECR (电子回旋共振)产生的等离子体中将诸如Ar、 02、 CF4之类的气体离子化，并通过格栅(grid)将其加速，于是原子与衬底 表面相撞击以进行蚀刻。
将衬底运送到ICP蚀刻腔103,如图2E所示剥离抗蚀剂(SOG)。 该ICP蚀刻腔103具有与ICP蚀刻腔101同样的功能。
将衬底运送到溅射腔104，如图2F所示沉积非磁性材料。将衬底运送 到ECR离子枪腔105，如图2G所示回蚀所述非磁性材料。
将衬底运送到衬底旋转腔106，如图2H中描述的那样将衬底在其平面 上旋转一个小于一周的角度。通过将冷却气体引入村底旋转腔106可在这 时冷却衬底。可选地，可在衬底i走转腔106内安装冷却块。
为了多次重复非磁性材料的沉积和回蚀，将衬底返回到溅射腔104以 在衬底上沉积非磁性材料，将衬底运送到ECR离子枪腔105以回蚀非磁 性材料，并将衬底运送到衬底旋转腔106以将衬底在其平面上旋转小于一 周的角度。
将衬底运送到溅射腔107，如图2I所示沉积非磁性材料。将衬底运送 到ECR离子枪腔108，如图21所示回蚀非磁性材料。
将衬底运送到保护层沉积腔109，如图2J所示沉积碳保护层。在保护 层沉积腔109中，优选使用C2H4等等作为材料气体，通过CVD (化学气 相沉积法)沉积碳^f呆护膜。可选地，可以通过简单DC'减射来'减射沉积碳 保护膜。现在参照图4A到4D和图5，描述在衬底旋转腔106中旋转衬底的方 法。图4A到4D是示出衬底旋转腔106中运载体的状态的平面图。图5是 说明衬底旋转腔106中旋转衬底的方法的截面图。
如图4A所示，衬底51位于运载体70的中心孔中，并在其外围边缘 由具有板簧(leafspring)的压爪71和两个固定压爪72、 72夹持时被运送。 如图5所示，衬底旋转腔106具有能够推动移动和旋转的衬底夹盘120， 衬底51的外圓周由三个爪121夹持。衬底旋转腔106还具有冷却块130。 冷却块130的表面为波浪状，其内循环冷却剂。
首先，如图4B所示，衬底51的外周边边缘由衬底夹盘120的三个爪 121夹持(hold)，在运载体70上的具有板簧的压爪71被松弛。如图4C 所示，夹持衬底51的衬底夹盘120旋转指定角度(例如，卯度)。如图 4D所示，衬底51再次由具有板簧的压爪71和两个固定压爪72, 72夹持 从而被运载体70夹持，衬底夹盘120被拉回。因此，衬底51在其面上旋 转小于一周的角度，运载体70返回到溅射腔104。
接下来，将描述本发明实施例中将使用的优选材料。 〈衬底〉
可以使用例如玻璃衬底、基于铝的合金衬底、陶瓷衬底、碳衬底或具 有氧化物表面的Si单晶衬底作为衬底。可以使用非晶玻璃或晶化玻璃作为 玻璃衬底。非晶玻璃的实例有普通钠钙玻璃和铝硅酸盐玻璃。晶化玻璃的 实例有基于锂的晶化玻璃。陶瓷衬底的实例包括普通氧化铝、氮化铝或包 含氮化硅作为主要成分的烧结体，以及这些材料的纤维增强材料。可以使 用在上述金属衬底或非金属衬底上通过电镀或溅射形成的具有NiP层的衬 底作为衬底。
〈软磁性底层〉
软磁性底层(SUL)作用为磁头的这样一部分功能，即通过来自用于 沿水平方向磁化垂直磁记录层的单级磁头的记录磁场，并将磁场传播到磁 头一侧，以及向记录层施加尖锐且足够的垂直磁场，从而提高读/写效率。 对于软磁性底层，可以使用包含Fe、 Ni或Co的材料。这样的材料的实例包括基于FeCo的合金，诸如FeCo和FeCoV，基于FeNi的合金，诸如 FeNi、 FeNiMo、 FeNiCr和FeNiSi、基于FeAl的合金和基于FeSi的合金、 诸如FeAl、 FeAlSi、 FeAlSiCr、 FeAlSiTiRu以及FeAlO、基于FeTa的合 金、诸如FeTa、 FeTaC和FeTaN、以;S^于FeZr的合金、诸如FeZrN。 也可以使用具有微晶结构的材料，诸如含Fe量在60%或更多的FeAlO、 FeMgO、 FeTaN和FeZrN、或者具有其中在矩阵中^L精细晶粒的颗粒 结构的材料。也可以使用包含Co和Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ti和Y中的至少 一种的Co合金作为用于软磁性底层的其他材料。这样的Co合金优选包含 80 at。/o或者更多的Co。在这样的Co合金的情况下，当通过賊射沉积时很 容易形成非晶层。由于非晶软磁性材料不具有晶体各向异性、晶体缺陷和 晶界，因此表现出优异的软磁性，能够减少介质噪声。非晶软磁性材料的 优选实例包括基于CoZr-、 CoZrNb-和CoZrTa-的合金。
还可在软》兹性底层之下形成底层以提高软磁性底层的结晶度或提高软 磁性底层对衬底的粘附。可以使用Ti、 Ta、 W、 Cr、 Pt、包含这些金属的 合金或这些金属的氧化物或氮化物作为这样的底层的材料。可在软磁性底 层和记录层之间形成由非磁性材料制成的中间层。中间层具有两个功能， 包括切断软磁性底层和记录层之间的交换耦合作用的功能，和控制记录层 的结晶度的功能。可以使用Ru、 Pt、 Pd、 W、 Ti、 Ta、 Cr、 Si、包含这 些金属的合金或这些金属的氧化物或氮化物作为用于中间层的材料。
为了防止尖峰噪声，可以将软> 兹性底层分为多个层，并在其间插入厚 度为0.5到1.5 rnn的Ru层，以获得反铁磁耦合。此外，软磁性层可以与 诸如具有纵向各向异性的CoCrPt、 SmCo或FePt之类的硬磁膜的钉扎 (pinning )层或诸如IrMn和PtMn之类的反铁磁膜交换耦合。可以在Ru 层下面和上面提供磁性膜(诸如Co)和非磁性膜(诸如Pt)以控制交换 耦合力。
U兹记录层〉
对于垂直磁记录层，优选使用包含Co作为主要成分、至少包含Pt并 进一步包含氧化物的材料。垂直磁记录层可在需要时包含Cr。作为氧化物，硅氧化物或钛氧化物特别优选。垂直磁记录层优选具有这样的结构，其中 磁颗粒，也就是，具有磁性的晶粒在层中被分散。磁颗粒优选具有沿厚度 方向穿透垂直磁记录层的柱状结构。形成这样的结构会改善垂直磁记录层 的磁颗粒的取向和结晶度，因此可以提供适于高密度记录的信号噪声比率
(SN比率)。要包含的氧化物的量对提供这样的结构非常重要。
垂直磁记录层中氧化物的含量优选为基于Co、 Cr和Pt的总量的3 mol。/。或更多以及12 mol。/o或更少，更优选为5 mol。/。或更多以及10 mol% 或更少。垂直磁记录层中氧化物的含量之所以优选在上述范围中的原因是， 在形成垂直磁记录层时，氧化物围绕磁颗粒沉淀，并能够分离精细磁颗粒。 如果氧化物含量超过上述范围，氧化物就残留在磁颗粒中，损害磁颗粒的 取向和结晶度。此外，氧化物在》兹颗粒的上部分和下部分上沉淀，产生不 期望的结果，即没有形成其中磁颗粒沿厚度方向穿透磁记录层的柱状结构。 不希望氧化物的含量低于上述范围，因为没有足够地分离精细磁颗粒，导 致重现信息时的噪声增加，因此不能提供适于高密度记录的信号噪声比率
(SN比率)。
垂直万兹记录层中Cr的含量优选为0 at。/。或更多以及16 at。/。或更少， 更优选为10 atV。或更多以及14 at。/。或更少。Cr含量之所以优选在上述范 围的原因是，磁颗粒的单轴晶体磁各向异性常数Ku没有降低太多，保留 了很高的磁化，于是提供适于高密度记录的读/写特性和足够的热起伏特 性。不希望Cr含量超过上述范围，因为磁颗粒的Ku降低，因此热起伏特 性劣化，并且磁颗粒的结晶度和取向受到损害，导致读/写特性的劣化。
垂直》兹记录层中Pt的含量优选为10 at。/o或更多以及25 at。/。或更少。 Pt含量之所以优选在上述范围的原因是，提供了垂直磁性层所要求的Ku 值，并且改善了磁颗粒的结晶度和取向，于是提供了适于高密度记录的热 涨落特性和读/写特性。不希望Pt含量超过上述范围，因为在磁颗粒中形 成具有fcc结构的层，有损害结晶度和取向的风险。不希望Pt含量低于上 述范围，因为没有提供适于高密度记录的用于热涨落特性的令人满意的Ku 值。除了 Co、 Cr、 Pt和氧化物之外，垂直磁记录层还可包含选自B、 Ta、 Mo、 Cu、 Nd、 W、 Nb、 Sm、 Tb、 Ru和Re的一种或多种类型的元素。 当包含上述元素时，促进了精细磁颗粒的形成或者可以改善结晶度和取向， 并提供适于高密度记录的读/写特性和热涨落特性。上述元素的总含量优选 为8at。/。或更少。不希望含量超过8at。/。，因为在磁颗粒中形成非hcp相 的相，扰乱磁颗粒的结晶度和取向，于是不能提供适于高密度记录的读/ 写特性和热涨落特性。
可以使用基于CoPt的合金、基于CoCr的合金、基于CoPtCr的合金、 CoPtO、 CoPtCrO、 CoPtSi、 CoPtCrSi、包含选自Pt、 Pd、 Rh和Ru和 Co层中的至少一种类型的合金层的多层结构、以及通过向这些层添加Cr、 B或O获得材料，诸如CoCr/PtCr、 CoB/PdB和CoO/RhO，作为垂直磁 记录层。
垂直磁记录层的厚度优选为5到60 nm，更优选为10到40 nm。当厚 度在该范围内时，可以制造适于更高记录密度的磁记录装置。如果垂直磁 记录层的厚度小于5nm，读取输出太低，噪声分量趋向更高。如果垂直磁 记录层的厚度超过40 nm，读取输出太高，波形趋向扭曲。垂直磁记录层 的矫顽力优选为237000 A/m ( 3000 Oe )或更多。如果矫顽力小于237000 A/m (3000 Oe)，热涨落抗性趋向于劣化。垂直磁记录层的垂直矩形比 (squareness)优选为0J或更多。如果垂直矩形比小于0.8，热涨落抗性 趋向于劣化。
〈保护层〉
提供保护层用于防止垂直磁记录层的腐蚀，并防止介质的表面在》兹头 与介质接触时免于损坏。保护层材料的实例包括含有C、 Si02或Zr02的 材料。保护层的厚度优选为1到10 nm。这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。碳可以分类为spZ^^合碳(石墨)和 sp"键合碳(金刚石)。尽管spS键合碳在耐久性和腐蚀抗性上比石墨更为 优越，但在表面平滑度上不如石墨，因为它是晶体材料。通常，通过使用 石墨靶材利用溅射来沉积碳。在这个方法中，形成非晶碳，其中混合sp2键合碳和spS键合碳。其中sp"键合碳的比例更大的碳称为类金刚石碳 (DLC)。 DLC在耐久性和腐蚀抗性以及在表面平滑度上都很优越，因为 它是非晶的，因此用作磁记录介质的表面保护层。利用CVD(化学气相沉 积法)沉积DLC是通过在等离子体和化学反应中激发并分解原料气体产 生DLC，因此，可以通过调整条件来形成spS键合碳更丰富的DLC。 接下来，将描述本发明实施例的每个工艺中的优选制造条件。 〈压印〉
通过旋涂将抗蚀剂施加到衬底表面，然后在抗蚀剂上按压压模，从而 将压模的图形传递到抗蚀剂。可以使用例如普通酚醛树脂(novolak)型光 刻胶或i走涂玻璃(SOG)作为抗蚀剂。将其上形成有对应于伺服信息和记 录轨道的突起和凹进图形的压模表面面对衬底上的抗蚀剂。在该工艺中， 压模、衬底和緩冲层置于模具(die set)的下板上，并被夹在模具的上板 和下板之间，在2000 bar压力下被按压例如60秒。通过压印在抗蚀剂上 形成的图形的突起高度例如为60到70 nm。上述条件维持大约60秒用以 运移要排除的抗蚀剂。在该情况下，如果向压模施加含氟剥离剂，可以令 人满意地将压才莫从抗蚀剂剥离。 〈移除抗蚀剂残余物〉
通过RIE (反应离子蚀刻)移除抗蚀剂凹进底部上留下的没有移除的 抗蚀剂残余物。在该过程中，使用与抗蚀剂材料相应的适当工艺气体。能 够在低压下产生高密度等离子体的ICP (感应耦合等离子体)装置优选作 为等离子体源，但是也可使用ECR (电子回旋共振)等离子体或普通平行 板RIE装置。
〈蚀刻磁记录层〉
在将抗蚀剂残余物移除之后，使用抗蚀剂图形作为蚀刻掩模来处理磁 记录层。对于处理磁记录层来说，使用氩离子束蚀刻(氩离子刻蚀)是优 选的。可以通过^f吏用Cl气体或CO和NH3的混合气体的RIE进行处理。 在使用CO和NH3的混合气体的RIE的情况下，使用由Ti、 Ta或W制 成的硬掩模作为蚀刻掩模。当使用RIE时，在突起的磁性图形的侧壁上几乎不形成锥体。在通过能够蚀刻任何材料的Ar离子铣(milling)来处理 磁记录层时，如果在这样的条件下进行蚀刻，该条件例如为加速电压被设 定到400V，离子的入射角在30。和70°之间变化，那么在突起的磁性图 形的侧壁上几乎不形成锥体。在使用ECR离子枪的刻蚀中，如果在静态 相对设置(离子的入射角为90° )下进行铣削，那么在突起的磁性图形的 侧壁上几乎不形成锥体。 〈剥离抗蚀剂〉
在蚀刻磁记录层之后，将抗蚀剂剥离掉。当使用普通光刻胶作为抗蚀 剂时，可以通过氧等离子体处理容易地将其剥离。具体地，通过在腔压力 为1托，功率为400 W，处理时间为5分钟的条件下使用氧灰化(ashing ) 装置将光刻胶剥离。当使用SOG作为抗蚀剂时，通过使用含氟气体的RIE 剥离SOG。 CF4或SF6适于作为含氟气体。注意到，优选用水进行沖洗， 因为含氟气体与空气中的湿气发生反应会产生诸如HF和H2S04之类的 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(或者铁磁膜上的碳保护膜)。 优选通过氩离子铣或利用ECR离子枪的蚀刻来进行这样的回蚀过程。 〈沉积保护层和后处理〉 在回蚀之后，沉积碳保护层。可通过CVD、溅射或真空蒸发来沉积碳 保护层。CVD产生包含大量sp"键合碳的DLC薄膜。厚度小于2nm的碳 保护层是不优选的，因为其导致不令人满意的覆盖。然而，厚度超过10nm 的碳保护层也不是优选的，因为它增加读/写头和介质之间的磁性间隔，导 致SNR下降。向保护层的表面施加润滑剂。使用例如全氟聚醚 (perfluoropolyether)、氟化乙醇、氟化羧酸等作为润滑剂。
实例
实例1
^^用其上形成有如图1所示的伺服图形(前导、地址、脉沖)和记录 轨道的突起和凹进图形的压模，在图2A到2K的方法中制造DTR介质。在图2F的工艺中，通过DC溅射以100sccm的氩流速和在0.52帕的腔压 力下沉积厚度为50 nm的Ru膜。在图2G的过程中，利用ECR离子枪在 800 W孩i:波功率和500 V的加速电压下通过施加氩离子60秒来回蚀Ru膜。 在图2H的工艺中，在衬底旋转腔中将衬底旋转120度。重复图2F、 2G 和2H的工艺。接着，在图2I的过程中，通过DC賊射以100sccm的氩流 速和0.52帕的腔压力下沉积厚度为50 nm的Ru膜。在图2J的工艺中， 利用ECR离子枪在800 W微波功率和500 V的加速电压下回蚀Ru膜， 直到在磁记录层中检测到Co。然后，通过溅射沉积厚度为4 nm的碳保护 层以提供DTR介质。
用光学表面分析仪(OSA)测量面内厚度分布。结果，没有观察到非 ^磁性材料的厚度偏差。局部TEM(透射电镜)观察揭示出，在介质表面留 有深度约4nm的精细凹进。当使用自旋支架(spin-stand )研究读信号时， 没有观察到信号强度的偏差。
对比实例1
用与实例1中相同的方法制造DTR介质，但是不旋转衬底。 用OSA测量的面内厚度分布的结果是，观察到非磁性材料的厚度偏 差。当使用自旋支架研究读信号时，用OSA观察到的较厚非磁性材料的部 分中的信号强度是观察到的较薄非磁性材料的部分中的信号强度的1/2。由 于读信号强度正比于磁头与DTR介质的记录层之间的距离(磁间距)， 局部观察到弱信号强度的原因被认为是由保留的过量非磁性材料导致的。 在读信号强度存在偏差的情况下，该介质不能用于HDD。 实例2
用与实例1中相同的方法制造DTR介质，但是衬底旋转角度设定为 45度，并且图2F、 2G和2H的过程重复七次。
局部TEM观察揭示出，介质表面被非常平滑地整平。用OSA测量的 面内厚度分布的结果是，没有观察到非磁性材料的厚度偏差。当使用自旋 支架研究读信号时，没有观察到信号强度的偏差。因此，减小衬底旋转角 度并增加非磁性材料的沉积和回蚀的重复数目可增强介质表面的平整性。然而，信号强度的绝对值降低到实例1中制造的DTR介质的0.8倍。 认为该结果的原因是，非磁性材料的沉积和回蚀的重复数目增加，使热在 村底中积累，因此DTR介质的磁特性劣化。
DTR介质的磁特性用Kerr测量设备评估。结果，矫顽力(Hc)为5.2 kOe，反转磁畴成核磁场(Hn )为1.8 kOe,饱和磁场(Hs )为10.0 kOe。 该DTR介质相比于其自身的磁记录层来说显示出稍微更高的Hc和Hs。 由于Hs高至10kOe,在已有的记录头中不会实现饱和记录。
实例3
用与实例1中相同的方法制造DTR介质，但是衬底旋转角度设定为 15度，并且图2F、2G和2H的过程重复23次，同时在衬底旋转中以10 sccm 将氩气引入腔中并将腔压力设定到7帕。
局部TEM观察揭示出，介质表面:^皮非常平滑地整平。用OSA测量的 平面内厚度分布的结果是，没有观察到非磁性材料的厚度偏差。当使用自 旋支架研究读信号时，没有观察到信号强度的偏差，也没有观察到信号强 度的劣化。
DTR介质的磁特性用Kerr测量设备评估。结果，矫顽力(Hc )为4.8 kOe，反转磁畴成核磁场(Hn)为2.0 kOe，饱和磁场(Hs )为8.0 kOe。 该DTR介质相比于其自身的磁记录层来说显示出的磁场特性区别不大。 通过在衬底旋转期间引入气体，衬底得到有效冷却，可以抑制DTR介质 的磁特性劣化。
通过引入N2替代Ar进行了相似的实验，磁特性没有发生太大改变。
有效的。 实例4
用与实例1中相同的方法制造DTR介质，但是衬底旋转角度设定为 90度，并且图2F、 2G和2H的过程重复三次。
用OSA测量平面内厚度分布，如图6所示，在衬底的周边边缘的12 个部分处观察到沉积非磁性材料时形成的运载体压爪的标记。这样的标记被称为"指(finger)"。
因此，当使用三个压爪的运载体时，在衬底旋转过程中形成六个或更 多的指。
相似地，当使用四个压爪的运载体时，在衬底旋转过程中形成八个或 更多的指。
尽管描述了本发明的特定实施例，但是这些实施例仅作为实例呈现， 而不意图限制本发明的范围。实际上，可以用各种其他形式实现这里描述 的新颖的方法和系统，并且，可以对这里描述的方法和系统的形式做出各 种省略、替换和改变，而不偏离本发明的精神。所附的权利要求及其等同 物旨在将这样的形式或变体涵盖为落入本发明的范围和精神之内。
权利要求
1.一种制造离散轨道记录介质的方法，包括在衬底上形成突起的磁性图形；以及伴随着将所述衬底沿其平面旋转小于一周的角度而两次或更多次重复这样的工艺，即，沉积非磁性材料以填充在所述磁性图形之间的凹进中和回蚀所述非磁性材料。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述衬底每次旋转都沿其 平面旋转15度到180度之间的角度。
3. 如权利要求1所述的方法，其中在所述衬底沿其平面旋转 期间，在旋转所述衬底的腔中引入Ar或N2，并将腔压力设定为 0.3到10帕。
4. 一种离散轨道记录介质，包括在衬底上形成的突起的磁性图形以及在所述磁性图形之间的 凹进中填充的非磁性材料，其中在所述村底的周边边缘部分中形成六个或更多的指作为 在沉积所述非磁性材料时所述衬底的夹持部分的标记。
全文摘要
根据本发明一个实施例，一种制造离散轨道记录介质的方法包括在衬底上形成突起的磁性图形；伴随着将所述衬底沿其平面旋转小于一周的角度而两次或更多次重复这样的工艺，即，沉积非磁性材料以填充在所述磁性图形之间的凹进中和回蚀所述非磁性材料。
文档编号G11B5/84GK101542609SQ200880000660
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, 白岛聪志, 镰田芳幸 申请人:株式会社东芝
技术领域：
本发明的实施例涉及制造离散轨道记录介质的方法和通过这种方法制 造的离散轨道记录介质。
背景技术：
近来，在纳入硬盘驱动器(HDD)的磁性记录介质中，由于相邻轨道 之间的干扰，使轨道密度增加的干扰问题增大。特别地， 一个重要的技术 主题是减少由来自写磁头的磁场的边缘效应所造成的写冲莫糊。
为了解决这样的问题，提出了例如离散轨道记录型构图介质(DTR介 质)，其中记录轨道物理分开。DTR介质能够减少写入过程中擦除邻近轨 道上的信息的侧擦除现象或读取过程中读出邻近轨道上信息的侧读取现 象，由此7>知可以增加轨道密度。因此，预期DTR介质为一种能够提供 高记录密度的磁记录介质。
为了用浮动(flying)磁头读和写DTR介质，期望将DTR介质的表 面整平。具体地，为了完全分离邻近轨道，例如移除厚度约4 nm的保护 层和厚度约20 nm的磁记录层以形成深度约24 nm的凹进，从而形成磁性 图形。另一方面，由于浮动磁头的设计浮动高度约为10 nm，如果留下很 深的凹进会使得磁头浮动不稳定。因此，已经尝试用非磁性材料填充磁性 图形之间的凹进，由此整平介质的表面，以保证磁头的浮动稳定性。
传统地，已经提出下面的方法来通过利用非磁性材料填充磁性图形之 间的凹进获得具有平整表面的DTR介质。例如，在一种公知的方法中， 通过两阶段偏压'减射，用非磁性材料填充磁性图形之间的凹进，制造出平 坦表面的DTR介质(参见日本专利NO. 3686067)。然而，在通过偏压、减射使用非磁性材料填充DTR介质的凹进时，公知衬底偏压带来的温度升 高会导致磁记录介质劣化和退化。
可以通过在执行偏压溅射的同时强制地冷却衬底来避免温度升高，但 是为了强制地冷却衬底，村底的后表面必须紧密固定到冷却机构上。在这 种情况下，衬底的后表面会受到损坏，并且已经发现，基本上通过偏压溅 射不能处理两个表面。如果不能处理两个表面，DTR介质的记录容量会减 少到一半。
因此，通过采用能够处理两个表面的沉积方法，并且为了整平DTR 介质的表面，可以考虑重复这样的过程，即在磁性图形之间的凹进中以及 在磁性图形上沉积非磁性材料，并回蚀非磁性材料。然而，在重复非磁性 材料的沉积和回蚀时，非磁性材料的厚度可能不均匀，很难令人满意地重 现。由于这样的非磁性材料的厚度偏差会根据制造装置而变化，因此，通 过单独调整制造装置的方法基本上不能解决该问题。
发明内容
根据本发明一个实施例，提供一种制造离散轨道记录介质的方法，包 括在衬底上形成突起的磁性图形；伴随着将所述村底沿其平面旋转小于 一周的角度而两次或更多次重复这样的工艺，即，沉积非磁性材料以填充 在所述磁性图形之间的凹进中和回蚀所述非磁性材料。根据本发明另一实 施例，提供一种离散轨道记录介质，包括在衬底上形成的突起的磁性图 形以及在所述磁性图形之间的凹进中填充的非磁性材料，其中在村底的外 围边缘部分中形成六个或更多的指作为在沉积非磁性材料时所述衬底的夹 持部分的标记。
图l是才艮据实施例的DTR介质沿圆周方向的平面图2A到2K是示出根据实施例的DTR介质的制造方法的截面图3是根据实施例用于制造DTR介质的装置的顶视图；图4A到4D是示出衬底旋转腔中的栽体状态的平面图5是解释在村底旋转腔中旋转衬底的方法的截面图；以及
图6是示出了实例4中DTR介质中出现的指的示图。
具体实施例方式
图1是根据本发明实施例的DTR介质沿圆周方向的平面图。如图1 所示，伺服区2和数据区3沿DTR介质1的圆周方向交替形成。伺服区2 包括前导区段21、地址区段22以及脉冲(burst)区段23。数据区3包括 离散轨道31。
现在参照图2A到2K，描述根据本发明实施例的DTR介质制造方法。 为了简化说明，这里仅处理衬底的一面。
在玻璃坤于底51上，相继形成由CoZrNb制成的厚度为120 nm的软磁 性底层(未示出)，由Ru制成的厚度为20 nm的、用于取向控制的底层 (未示出)，由CoCrPt-Si02制成的厚度为20 nm的磁记录层52，以及由 碳(C)制成的厚度为4 nm的保护层53。为了简化说明，没有示出软磁 性底层和取向控制层。在保护层53上，通过旋涂(spin-coating)形成厚 度100 nm的旋涂玻璃(SOG)作为抗蚀剂54。将压模(stamper) 61布 置为面对抗蚀剂54。压模61具有与图1中示出的磁性图形相反形式的突 起和凹进图形(图2A)。
通过使用压模61进行压印(imprinting)形成与压模61中的凹i^j" 应的抗蚀剂54突起54a (图2B )。
利用ICP (感应耦合等离子体)蚀刻装置进行蚀刻，以移除残留在构 图的抗蚀剂54的凹进底部上的抗蚀剂残余物。该工艺中的条件如下例如， 使用CF4作为工艺气体，腔压力被设定为2毫托，线圏RF功率和台板RF 功率被分别设定为100W,蚀刻时间被设定为30秒(图2C )。
利用留下的没有移除的抗蚀剂图形(SOG)作为蚀刻掩才莫，使用ECR (电子回旋共振)离子枪进行离子刻蚀以蚀刻具有4 nm厚度的保护层53 和具有20 nm厚度的磁记录层52 (图2D )。该工艺中的条件如下例如，使用氩作为工艺气体，樣i波功率被设定为800 W，加速电压,皮设定为500 V， 蚀刻时间被z没定为3分钟。
然后，利用RIE装置将抗蚀剂图形(SOG)剥离(图2E)。该工艺 中的条件如下例如，使用CF4气体作为工艺气体，腔压力被设定到100 毫托，功率被设定为100W。
接下来，通过DC溅射沉积由Ru制成的非》兹性材料55以填充到磁性 图形之间的凹进中并堆叠在磁性图形上(图2F)。该工艺中的条件如下 在DC濺射时使用Ru靶材，氩流速被设定为100 sccinj 腔压力被设定为 0.5帕，濺射时间被设定为10秒，沉积厚度为50 nm的Ru薄膜。非磁性 材料55的厚度优选为30到100 nm。如果非磁性材料的厚度小于凹进的深 度，磁记录介质在接下来的回蚀工艺中会受到损坏。在这个阶段，如图2F 所示，表面并不平整，凹进的深度约为20 nm。然而，图形的宽度变窄。
在该工艺中，使用Ru作为非磁性材料55是因为提供了更快的DC溅 射率，不容易出现粉尘。同时，可以4吏用SiOC、 Si02、 SiC、 SiN或其 他基于Si的非磁性材料作为非磁性材料55。
接下来，回蚀非磁性材料55 (图2G)。该工艺中的条件如下使用 ECR离子枪，微波功率净皮谈定为800 W,加速电压被设定为500 V，施加 氩离子30秒。在这些条件下，将非磁性材料55蚀刻20 nm。结果，表面 凹进的深度减小到10 nm。通过这样的工艺，介质的表面粗糙度降低，凹 进深度减小到一半。该工艺旨在通过回蚀非磁性材料55修整表面，因此 ECR离子枪的条件，诸如处理时间，并不是非常重要的参数。离子辐射的 时间越长，降低表面粗糙度并减小凹进深度的效果越显著，但是有必要在 图2F的填充非磁性材料55的过程中使沉积的非磁性材料更厚。
当在图2F的沉积过程中4吏用SiOC、 Si02、 SiC、 SiN或其他基于 Si的非磁性材料作为非磁性材料55时，通过使用氩和诸如CF4的含氟气 体的混合气体可以将其回蚀。在这种情况下，与单独使用氩进行回蚀的情 况相比较，降低表面粗糙度的效果更差，但是减小凹进深度的效用得到提 高。然后，在本实施例中，村底51沿其平面旋转小于一周的角度(图2H)。 相继地重复非磁性材料的沉积(图2F)和非磁性材料的回蚀(图2G)。 例如，当衬底51旋转120度时，两次重复步骤3f、 3g和3h。然后执行步 骤3i和3j，因此，在衬底旋转角度为120度时，非磁性材料的沉积和回蚀 总共重复三次。因此，伴随着将衬底在平面内旋转小于一周的角度而两次 或更多次地重复沉积和回蚀非磁性材料可以使衬底表面上的非磁性材料的 厚度均匀。
衬底旋转角度和重复步骤3f、 3g和3h的次数之间的关系为对于90度 三次，对于60度五次，对于45度七次，对于30度11次，对于15度23 次。在180度，上述操作仅执行一次。因此，衬底旋转角度优选为每次旋 转15到180度。如果衬底旋转角度小于15度，重复图2F, 2G和2H的 过程要花费多于一小时，从产出率的角度来说不太实际。
在这样的衬底旋转过程中，可以将衬底冷却。通过图2F和2G的过程， 在衬底中积累了热，优选在衬底旋转过程中冷却衬底。如果仅仅在衬底旋 转腔保持在高度真空(1.0 x 10"帕或更小)的状态下旋转衬底，只能预期 辐射的冷却效应，而这要花费很长的时间来冷却。于是，这导致降低的产 量。因此，通过将氩或氮气(N2)引入衬底旋转腔来将腔压力设定到0.3 到10帕，可以预期除辐射的冷却效应之外，还有气体分子的热传导产生的 冷却效应。例如，通过将氩以100 sccm引入到4十底旋转腔，将腔压力调整 到7帕，并保持衬底30秒，获得足够的冷却效应。进一步地，可以通过在 衬底旋转腔中安装冷却块来增强冷却功效。优选地，冷却块由大热容材料 形成，冷却块的表面成波浪状以增加表面面积，制冷剂可以在冷却块中循 环。
作为要引入到衬底旋转腔中的气体，因为H2不安全而He很昂贵，H2 和He并不适于批量生产。
接下来，通过DC'减射再次沉积Ru的非/f兹性材料55 (图21)。该工 艺中的条件如下在DC溅射中，腔压力被设定到0.52帕，'减射时间被设 定到70秒，沉积厚度为50 nm的Ru薄膜。回蚀非磁性材料55 (图2J)。该工艺中的条件如下使用ECR离子 枪，微波功率,皮设定为800 W，加速电压被设定为700 V,蚀刻进行大约 三分钟。使用四级质镨仪(Q-MASS)，当检测到磁记录层中包含Co时 确定回蚀的结束点。在才艮据本发明实施例的方法中，由于不能精确判断图 2G的回蚀过程中非》兹性材料55蚀刻了多少，^J^基于回蚀时间控制回蚀 过程。相反，利用Q-MASS或诸如SIMS (二级离子质i普仪)之类的其他 蚀刻结束点检测器检测结束点使得有可能实现高精度回蚀。
最后，通过CVD (化学气相沉积法)沉积碳(C)以形成保护层57 (图2K)。进一步地，向保护层57施加润滑剂以保护DTR介质。
接下来，与制造装置一起描述根据制造方法的实施例的两面处理方法。
首先，通过使用两面旋涂器，在用于HDD的直径1.8英寸的玻璃衬底 的两个表面上施加抗蚀剂。在该情况下，衬底的内周边部分被卡住并旋转。 i走转速度可以4壬意变化至6,000 rpm。例如，当以500 rpm的低速i走转时， 移动抗蚀剂分配器喷嘴直至将抗蚀剂施加到衬底的内周边，喷出抗蚀剂。 在喷出抗蚀剂的同时，抗蚀剂分配器喷嘴沿着朝向盘的外周边的方向移动， 在该外周边处4亭止喷射抗蚀剂。然后，旋转速度增加到6000 rpm，抗蚀 剂被抛开并干燥。SOG (旋涂玻璃)如上所述成为抗蚀剂，其厚度被调整 为100nm。
为了从前后侧将涂布有抗蚀剂的衬底夹在中间，将两个压模紧密固定 到两个表面上，并利用专用的印模用30吨压机压印衬底，所述专用印模特 别i殳计为在1.8英寸直径的村底的整个表面上施加均匀负载。
然后，通过使用修改自Canon Anerva C3010溅射机的如图3所示的 DTR介质制造装置，处理衬底的两个表面。图3是实施例中使用的制造装 置的顶视图。该制造装置包括装载/卸载(L/UL)腔IOO, ICP (感应耦合 等离子体)蚀刻腔101， ECR(电子回旋共振)离子枪腔102， ICP蚀刻腔 103,'减射腔104， ECR离子枪腔105，衬底旋转腔106,、减射腔107， ECR 离子枪腔108，以及保护层沉积腔109。在常规状态下，所有腔保持在高度 真空(1.0 x It)-4帕或更小)。村底设置在图3中的制造装置的L/UL腔100中，通过使用运栽体70 首先将衬底运送到ICP蚀刻腔101,然后移除抗蚀剂凹进底部上残留的抗 蚀剂残余物，如图2C所示。在ICP蚀刻腔101中，诸如02或CF4的工艺 气体被引入到腔内，并通过线圏产生感应耦合等离子体(ICP)，等离子 体中的离子和自由基被其上安装有衬底的阴极(压板)吸引，并进行反应 离子蚀刻(RIE)。
将衬底运送到ECR离子枪腔102，如图2D所示利用抗蚀剂图形作为 蚀刻掩模对保护层和磁记录层进行蚀刻，形成磁性图形。在ECR离子枪 腔102中，在ECR (电子回旋共振)产生的等离子体中将诸如Ar、 02、 CF4之类的气体离子化，并通过格栅(grid)将其加速，于是原子与衬底 表面相撞击以进行蚀刻。
将衬底运送到ICP蚀刻腔103,如图2E所示剥离抗蚀剂(SOG)。 该ICP蚀刻腔103具有与ICP蚀刻腔101同样的功能。
将衬底运送到溅射腔104，如图2F所示沉积非磁性材料。将衬底运送 到ECR离子枪腔105，如图2G所示回蚀所述非磁性材料。
将衬底运送到衬底旋转腔106，如图2H中描述的那样将衬底在其平面 上旋转一个小于一周的角度。通过将冷却气体引入村底旋转腔106可在这 时冷却衬底。可选地，可在衬底i走转腔106内安装冷却块。
为了多次重复非磁性材料的沉积和回蚀，将衬底返回到溅射腔104以 在衬底上沉积非磁性材料，将衬底运送到ECR离子枪腔105以回蚀非磁 性材料，并将衬底运送到衬底旋转腔106以将衬底在其平面上旋转小于一 周的角度。
将衬底运送到溅射腔107，如图2I所示沉积非磁性材料。将衬底运送 到ECR离子枪腔108，如图21所示回蚀非磁性材料。
将衬底运送到保护层沉积腔109，如图2J所示沉积碳保护层。在保护 层沉积腔109中，优选使用C2H4等等作为材料气体，通过CVD (化学气 相沉积法)沉积碳^f呆护膜。可选地，可以通过简单DC'减射来'减射沉积碳 保护膜。现在参照图4A到4D和图5，描述在衬底旋转腔106中旋转衬底的方 法。图4A到4D是示出衬底旋转腔106中运载体的状态的平面图。图5是 说明衬底旋转腔106中旋转衬底的方法的截面图。
如图4A所示，衬底51位于运载体70的中心孔中，并在其外围边缘 由具有板簧(leafspring)的压爪71和两个固定压爪72、 72夹持时被运送。 如图5所示，衬底旋转腔106具有能够推动移动和旋转的衬底夹盘120， 衬底51的外圓周由三个爪121夹持。衬底旋转腔106还具有冷却块130。 冷却块130的表面为波浪状，其内循环冷却剂。
首先，如图4B所示，衬底51的外周边边缘由衬底夹盘120的三个爪 121夹持(hold)，在运载体70上的具有板簧的压爪71被松弛。如图4C 所示，夹持衬底51的衬底夹盘120旋转指定角度(例如，卯度)。如图 4D所示，衬底51再次由具有板簧的压爪71和两个固定压爪72, 72夹持 从而被运载体70夹持，衬底夹盘120被拉回。因此，衬底51在其面上旋 转小于一周的角度，运载体70返回到溅射腔104。
接下来，将描述本发明实施例中将使用的优选材料。 〈衬底〉
可以使用例如玻璃衬底、基于铝的合金衬底、陶瓷衬底、碳衬底或具 有氧化物表面的Si单晶衬底作为衬底。可以使用非晶玻璃或晶化玻璃作为 玻璃衬底。非晶玻璃的实例有普通钠钙玻璃和铝硅酸盐玻璃。晶化玻璃的 实例有基于锂的晶化玻璃。陶瓷衬底的实例包括普通氧化铝、氮化铝或包 含氮化硅作为主要成分的烧结体，以及这些材料的纤维增强材料。可以使 用在上述金属衬底或非金属衬底上通过电镀或溅射形成的具有NiP层的衬 底作为衬底。
〈软磁性底层〉
软磁性底层(SUL)作用为磁头的这样一部分功能，即通过来自用于 沿水平方向磁化垂直磁记录层的单级磁头的记录磁场，并将磁场传播到磁 头一侧，以及向记录层施加尖锐且足够的垂直磁场，从而提高读/写效率。 对于软磁性底层，可以使用包含Fe、 Ni或Co的材料。这样的材料的实例包括基于FeCo的合金，诸如FeCo和FeCoV，基于FeNi的合金，诸如 FeNi、 FeNiMo、 FeNiCr和FeNiSi、基于FeAl的合金和基于FeSi的合金、 诸如FeAl、 FeAlSi、 FeAlSiCr、 FeAlSiTiRu以及FeAlO、基于FeTa的合 金、诸如FeTa、 FeTaC和FeTaN、以;S^于FeZr的合金、诸如FeZrN。 也可以使用具有微晶结构的材料，诸如含Fe量在60%或更多的FeAlO、 FeMgO、 FeTaN和FeZrN、或者具有其中在矩阵中^L精细晶粒的颗粒 结构的材料。也可以使用包含Co和Zr、 Hf、 Nb、 Ta、 Ti和Y中的至少 一种的Co合金作为用于软磁性底层的其他材料。这样的Co合金优选包含 80 at。/o或者更多的Co。在这样的Co合金的情况下，当通过賊射沉积时很 容易形成非晶层。由于非晶软磁性材料不具有晶体各向异性、晶体缺陷和 晶界，因此表现出优异的软磁性，能够减少介质噪声。非晶软磁性材料的 优选实例包括基于CoZr-、 CoZrNb-和CoZrTa-的合金。
还可在软》兹性底层之下形成底层以提高软磁性底层的结晶度或提高软 磁性底层对衬底的粘附。可以使用Ti、 Ta、 W、 Cr、 Pt、包含这些金属的 合金或这些金属的氧化物或氮化物作为这样的底层的材料。可在软磁性底 层和记录层之间形成由非磁性材料制成的中间层。中间层具有两个功能， 包括切断软磁性底层和记录层之间的交换耦合作用的功能，和控制记录层 的结晶度的功能。可以使用Ru、 Pt、 Pd、 W、 Ti、 Ta、 Cr、 Si、包含这 些金属的合金或这些金属的氧化物或氮化物作为用于中间层的材料。
为了防止尖峰噪声，可以将软> 兹性底层分为多个层，并在其间插入厚 度为0.5到1.5 rnn的Ru层，以获得反铁磁耦合。此外，软磁性层可以与 诸如具有纵向各向异性的CoCrPt、 SmCo或FePt之类的硬磁膜的钉扎 (pinning )层或诸如IrMn和PtMn之类的反铁磁膜交换耦合。可以在Ru 层下面和上面提供磁性膜(诸如Co)和非磁性膜(诸如Pt)以控制交换 耦合力。
U兹记录层〉
对于垂直磁记录层，优选使用包含Co作为主要成分、至少包含Pt并 进一步包含氧化物的材料。垂直磁记录层可在需要时包含Cr。作为氧化物，硅氧化物或钛氧化物特别优选。垂直磁记录层优选具有这样的结构，其中 磁颗粒，也就是，具有磁性的晶粒在层中被分散。磁颗粒优选具有沿厚度 方向穿透垂直磁记录层的柱状结构。形成这样的结构会改善垂直磁记录层 的磁颗粒的取向和结晶度，因此可以提供适于高密度记录的信号噪声比率
(SN比率)。要包含的氧化物的量对提供这样的结构非常重要。
垂直磁记录层中氧化物的含量优选为基于Co、 Cr和Pt的总量的3 mol。/。或更多以及12 mol。/o或更少，更优选为5 mol。/。或更多以及10 mol% 或更少。垂直磁记录层中氧化物的含量之所以优选在上述范围中的原因是， 在形成垂直磁记录层时，氧化物围绕磁颗粒沉淀，并能够分离精细磁颗粒。 如果氧化物含量超过上述范围，氧化物就残留在磁颗粒中，损害磁颗粒的 取向和结晶度。此外，氧化物在》兹颗粒的上部分和下部分上沉淀，产生不 期望的结果，即没有形成其中磁颗粒沿厚度方向穿透磁记录层的柱状结构。 不希望氧化物的含量低于上述范围，因为没有足够地分离精细磁颗粒，导 致重现信息时的噪声增加，因此不能提供适于高密度记录的信号噪声比率
(SN比率)。
垂直万兹记录层中Cr的含量优选为0 at。/。或更多以及16 at。/。或更少， 更优选为10 atV。或更多以及14 at。/。或更少。Cr含量之所以优选在上述范 围的原因是，磁颗粒的单轴晶体磁各向异性常数Ku没有降低太多，保留 了很高的磁化，于是提供适于高密度记录的读/写特性和足够的热起伏特 性。不希望Cr含量超过上述范围，因为磁颗粒的Ku降低，因此热起伏特 性劣化，并且磁颗粒的结晶度和取向受到损害，导致读/写特性的劣化。
垂直》兹记录层中Pt的含量优选为10 at。/o或更多以及25 at。/。或更少。 Pt含量之所以优选在上述范围的原因是，提供了垂直磁性层所要求的Ku 值，并且改善了磁颗粒的结晶度和取向，于是提供了适于高密度记录的热 涨落特性和读/写特性。不希望Pt含量超过上述范围，因为在磁颗粒中形 成具有fcc结构的层，有损害结晶度和取向的风险。不希望Pt含量低于上 述范围，因为没有提供适于高密度记录的用于热涨落特性的令人满意的Ku 值。除了 Co、 Cr、 Pt和氧化物之外，垂直磁记录层还可包含选自B、 Ta、 Mo、 Cu、 Nd、 W、 Nb、 Sm、 Tb、 Ru和Re的一种或多种类型的元素。 当包含上述元素时，促进了精细磁颗粒的形成或者可以改善结晶度和取向， 并提供适于高密度记录的读/写特性和热涨落特性。上述元素的总含量优选 为8at。/。或更少。不希望含量超过8at。/。，因为在磁颗粒中形成非hcp相 的相，扰乱磁颗粒的结晶度和取向，于是不能提供适于高密度记录的读/ 写特性和热涨落特性。
可以使用基于CoPt的合金、基于CoCr的合金、基于CoPtCr的合金、 CoPtO、 CoPtCrO、 CoPtSi、 CoPtCrSi、包含选自Pt、 Pd、 Rh和Ru和 Co层中的至少一种类型的合金层的多层结构、以及通过向这些层添加Cr、 B或O获得材料，诸如CoCr/PtCr、 CoB/PdB和CoO/RhO，作为垂直磁 记录层。
垂直磁记录层的厚度优选为5到60 nm，更优选为10到40 nm。当厚 度在该范围内时，可以制造适于更高记录密度的磁记录装置。如果垂直磁 记录层的厚度小于5nm，读取输出太低，噪声分量趋向更高。如果垂直磁 记录层的厚度超过40 nm，读取输出太高，波形趋向扭曲。垂直磁记录层 的矫顽力优选为237000 A/m ( 3000 Oe )或更多。如果矫顽力小于237000 A/m (3000 Oe)，热涨落抗性趋向于劣化。垂直磁记录层的垂直矩形比 (squareness)优选为0J或更多。如果垂直矩形比小于0.8，热涨落抗性 趋向于劣化。
〈保护层〉
提供保护层用于防止垂直磁记录层的腐蚀，并防止介质的表面在》兹头 与介质接触时免于损坏。保护层材料的实例包括含有C、 Si02或Zr02的 材料。保护层的厚度优选为1到10 nm。这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。碳可以分类为spZ^^合碳(石墨)和 sp"键合碳(金刚石)。尽管spS键合碳在耐久性和腐蚀抗性上比石墨更为 优越，但在表面平滑度上不如石墨，因为它是晶体材料。通常，通过使用 石墨靶材利用溅射来沉积碳。在这个方法中，形成非晶碳，其中混合sp2键合碳和spS键合碳。其中sp"键合碳的比例更大的碳称为类金刚石碳 (DLC)。 DLC在耐久性和腐蚀抗性以及在表面平滑度上都很优越，因为 它是非晶的，因此用作磁记录介质的表面保护层。利用CVD(化学气相沉 积法)沉积DLC是通过在等离子体和化学反应中激发并分解原料气体产 生DLC，因此，可以通过调整条件来形成spS键合碳更丰富的DLC。 接下来，将描述本发明实施例的每个工艺中的优选制造条件。 〈压印〉
通过旋涂将抗蚀剂施加到衬底表面，然后在抗蚀剂上按压压模，从而 将压模的图形传递到抗蚀剂。可以使用例如普通酚醛树脂(novolak)型光 刻胶或i走涂玻璃(SOG)作为抗蚀剂。将其上形成有对应于伺服信息和记 录轨道的突起和凹进图形的压模表面面对衬底上的抗蚀剂。在该工艺中， 压模、衬底和緩冲层置于模具(die set)的下板上，并被夹在模具的上板 和下板之间，在2000 bar压力下被按压例如60秒。通过压印在抗蚀剂上 形成的图形的突起高度例如为60到70 nm。上述条件维持大约60秒用以 运移要排除的抗蚀剂。在该情况下，如果向压模施加含氟剥离剂，可以令 人满意地将压才莫从抗蚀剂剥离。 〈移除抗蚀剂残余物〉
通过RIE (反应离子蚀刻)移除抗蚀剂凹进底部上留下的没有移除的 抗蚀剂残余物。在该过程中，使用与抗蚀剂材料相应的适当工艺气体。能 够在低压下产生高密度等离子体的ICP (感应耦合等离子体)装置优选作 为等离子体源，但是也可使用ECR (电子回旋共振)等离子体或普通平行 板RIE装置。
〈蚀刻磁记录层〉
在将抗蚀剂残余物移除之后，使用抗蚀剂图形作为蚀刻掩模来处理磁 记录层。对于处理磁记录层来说，使用氩离子束蚀刻(氩离子刻蚀)是优 选的。可以通过^f吏用Cl气体或CO和NH3的混合气体的RIE进行处理。 在使用CO和NH3的混合气体的RIE的情况下，使用由Ti、 Ta或W制 成的硬掩模作为蚀刻掩模。当使用RIE时，在突起的磁性图形的侧壁上几乎不形成锥体。在通过能够蚀刻任何材料的Ar离子铣(milling)来处理 磁记录层时，如果在这样的条件下进行蚀刻，该条件例如为加速电压被设 定到400V，离子的入射角在30。和70°之间变化，那么在突起的磁性图 形的侧壁上几乎不形成锥体。在使用ECR离子枪的刻蚀中，如果在静态 相对设置(离子的入射角为90° )下进行铣削，那么在突起的磁性图形的 侧壁上几乎不形成锥体。 〈剥离抗蚀剂〉
在蚀刻磁记录层之后，将抗蚀剂剥离掉。当使用普通光刻胶作为抗蚀 剂时，可以通过氧等离子体处理容易地将其剥离。具体地，通过在腔压力 为1托，功率为400 W，处理时间为5分钟的条件下使用氧灰化(ashing ) 装置将光刻胶剥离。当使用SOG作为抗蚀剂时，通过使用含氟气体的RIE 剥离SOG。 CF4或SF6适于作为含氟气体。注意到，优选用水进行沖洗， 因为含氟气体与空气中的湿气发生反应会产生诸如HF和H2S04之类的 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(或者铁磁膜上的碳保护膜)。 优选通过氩离子铣或利用ECR离子枪的蚀刻来进行这样的回蚀过程。 〈沉积保护层和后处理〉 在回蚀之后，沉积碳保护层。可通过CVD、溅射或真空蒸发来沉积碳 保护层。CVD产生包含大量sp"键合碳的DLC薄膜。厚度小于2nm的碳 保护层是不优选的，因为其导致不令人满意的覆盖。然而，厚度超过10nm 的碳保护层也不是优选的，因为它增加读/写头和介质之间的磁性间隔，导 致SNR下降。向保护层的表面施加润滑剂。使用例如全氟聚醚 (perfluoropolyether)、氟化乙醇、氟化羧酸等作为润滑剂。
实例
实例1
^^用其上形成有如图1所示的伺服图形(前导、地址、脉沖)和记录 轨道的突起和凹进图形的压模，在图2A到2K的方法中制造DTR介质。在图2F的工艺中，通过DC溅射以100sccm的氩流速和在0.52帕的腔压 力下沉积厚度为50 nm的Ru膜。在图2G的过程中，利用ECR离子枪在 800 W孩i:波功率和500 V的加速电压下通过施加氩离子60秒来回蚀Ru膜。 在图2H的工艺中，在衬底旋转腔中将衬底旋转120度。重复图2F、 2G 和2H的工艺。接着，在图2I的过程中，通过DC賊射以100sccm的氩流 速和0.52帕的腔压力下沉积厚度为50 nm的Ru膜。在图2J的工艺中， 利用ECR离子枪在800 W微波功率和500 V的加速电压下回蚀Ru膜， 直到在磁记录层中检测到Co。然后，通过溅射沉积厚度为4 nm的碳保护 层以提供DTR介质。
用光学表面分析仪(OSA)测量面内厚度分布。结果，没有观察到非 ^磁性材料的厚度偏差。局部TEM(透射电镜)观察揭示出，在介质表面留 有深度约4nm的精细凹进。当使用自旋支架(spin-stand )研究读信号时， 没有观察到信号强度的偏差。
对比实例1
用与实例1中相同的方法制造DTR介质，但是不旋转衬底。 用OSA测量的面内厚度分布的结果是，观察到非磁性材料的厚度偏 差。当使用自旋支架研究读信号时，用OSA观察到的较厚非磁性材料的部 分中的信号强度是观察到的较薄非磁性材料的部分中的信号强度的1/2。由 于读信号强度正比于磁头与DTR介质的记录层之间的距离(磁间距)， 局部观察到弱信号强度的原因被认为是由保留的过量非磁性材料导致的。 在读信号强度存在偏差的情况下，该介质不能用于HDD。 实例2
用与实例1中相同的方法制造DTR介质，但是衬底旋转角度设定为 45度，并且图2F、 2G和2H的过程重复七次。
局部TEM观察揭示出，介质表面被非常平滑地整平。用OSA测量的 面内厚度分布的结果是，没有观察到非磁性材料的厚度偏差。当使用自旋 支架研究读信号时，没有观察到信号强度的偏差。因此，减小衬底旋转角 度并增加非磁性材料的沉积和回蚀的重复数目可增强介质表面的平整性。然而，信号强度的绝对值降低到实例1中制造的DTR介质的0.8倍。 认为该结果的原因是，非磁性材料的沉积和回蚀的重复数目增加，使热在 村底中积累，因此DTR介质的磁特性劣化。
DTR介质的磁特性用Kerr测量设备评估。结果，矫顽力(Hc)为5.2 kOe，反转磁畴成核磁场(Hn )为1.8 kOe,饱和磁场(Hs )为10.0 kOe。 该DTR介质相比于其自身的磁记录层来说显示出稍微更高的Hc和Hs。 由于Hs高至10kOe,在已有的记录头中不会实现饱和记录。
实例3
用与实例1中相同的方法制造DTR介质，但是衬底旋转角度设定为 15度，并且图2F、2G和2H的过程重复23次，同时在衬底旋转中以10 sccm 将氩气引入腔中并将腔压力设定到7帕。
局部TEM观察揭示出，介质表面:^皮非常平滑地整平。用OSA测量的 平面内厚度分布的结果是，没有观察到非磁性材料的厚度偏差。当使用自 旋支架研究读信号时，没有观察到信号强度的偏差，也没有观察到信号强 度的劣化。
DTR介质的磁特性用Kerr测量设备评估。结果，矫顽力(Hc )为4.8 kOe，反转磁畴成核磁场(Hn)为2.0 kOe，饱和磁场(Hs )为8.0 kOe。 该DTR介质相比于其自身的磁记录层来说显示出的磁场特性区别不大。 通过在衬底旋转期间引入气体，衬底得到有效冷却，可以抑制DTR介质 的磁特性劣化。
通过引入N2替代Ar进行了相似的实验，磁特性没有发生太大改变。
有效的。 实例4
用与实例1中相同的方法制造DTR介质，但是衬底旋转角度设定为 90度，并且图2F、 2G和2H的过程重复三次。
用OSA测量平面内厚度分布，如图6所示，在衬底的周边边缘的12 个部分处观察到沉积非磁性材料时形成的运载体压爪的标记。这样的标记被称为"指(finger)"。
因此，当使用三个压爪的运载体时，在衬底旋转过程中形成六个或更 多的指。
相似地，当使用四个压爪的运载体时，在衬底旋转过程中形成八个或 更多的指。
尽管描述了本发明的特定实施例，但是这些实施例仅作为实例呈现， 而不意图限制本发明的范围。实际上，可以用各种其他形式实现这里描述 的新颖的方法和系统，并且，可以对这里描述的方法和系统的形式做出各 种省略、替换和改变，而不偏离本发明的精神。所附的权利要求及其等同 物旨在将这样的形式或变体涵盖为落入本发明的范围和精神之内。
权利要求
1.一种制造离散轨道记录介质的方法，包括在衬底上形成突起的磁性图形；以及伴随着将所述衬底沿其平面旋转小于一周的角度而两次或更多次重复这样的工艺，即，沉积非磁性材料以填充在所述磁性图形之间的凹进中和回蚀所述非磁性材料。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述衬底每次旋转都沿其 平面旋转15度到180度之间的角度。
3. 如权利要求1所述的方法，其中在所述衬底沿其平面旋转 期间，在旋转所述衬底的腔中引入Ar或N2，并将腔压力设定为 0.3到10帕。
4. 一种离散轨道记录介质，包括在衬底上形成的突起的磁性图形以及在所述磁性图形之间的 凹进中填充的非磁性材料，其中在所述村底的周边边缘部分中形成六个或更多的指作为 在沉积所述非磁性材料时所述衬底的夹持部分的标记。
全文摘要
根据本发明一个实施例，一种制造离散轨道记录介质的方法包括在衬底上形成突起的磁性图形；伴随着将所述衬底沿其平面旋转小于一周的角度而两次或更多次重复这样的工艺，即，沉积非磁性材料以填充在所述磁性图形之间的凹进中和回蚀所述非磁性材料。
文档编号G11B5/84GK101542609SQ200880000660
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, 白岛聪志, 镰田芳幸 申请人:株式会社东芝
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