专利名称：图案化介质及其生产方法、以及磁性记录设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及图案化介质(patterned media)及其生产方法，以及提供有该图案化介质的磁性记录设备。
背景技术：
近年来，提高安装在硬盘驱动器(HDD)中的磁性记录介质的磁轨密度的问题受到阻碍，因为相邻磁轨之间的干涉越来越明显。尤其，减少磁头磁场的边缘效应已经成为了一项重要的技术问题。
对于该问题，已经提出有离散磁轨记录类型的图案化介质(DTR介质)，其中的记录磁轨是物理分离的。在DTR介质中，因为可以降低侧擦除现象，即在记录时相邻磁轨上的信息被擦除，以及侧读取现象，即在播放时相邻磁轨上的信息被读取，所以能增加磁轨密度。相应地，人们期望DTR介质成为能提供高记录密度的磁性记录介质。
传统地，DTR介质的生产方法包含刻蚀淀积在基片上的铁磁层以形成磁性图案，例如记录磁轨或诸如此类，在磁性图案之间的凹陷处用偏压溅射填充非磁性材料，例如SiO2，并回蚀该非磁性材料以平整介质表面(见IEEE Trans.Magn.，第40卷，第2510页(2004))。
使用此种方法的原因是因为人们相信当介质表面的凹陷处太深时，会使磁头的飞行特性不稳定。因此，磁头的飞行特性不稳定的问题是通过在磁性图案之间的凹陷处填充非磁性材料来平整表面而获得解决的。
然而，当DTR介质表面被平整时，会使磁头的飞行高度变大，这引起了字符串信号信噪比(SNR)减低的问题。此外，在DTR介质表面平坦的情形中，还存在一个问题，即在磁头碰撞介质表面时(磁头碰撞)，介质表面的润滑剂很容易丢失，因而损坏介质，使驱动器的使用寿命变短。
发明内容
根据本发明的一方面，提供有图案化介质，其包含基片；以及在基片上的磁性记录层，该磁性记录层包括凸出的磁性图案(protruded magnetic patterns)和填充在凸出的磁性图案之间的非磁性材料，深度Db和深度Da，其中Db定义为从磁性图案表面到填充在交叉磁轨方向(cross-track direction)或沿着磁轨方向(down-track direction)上彼此相邻的磁性图案之间的第一中间部中的非磁性材料表面的深度，且Da定义为从磁性图案表面到填充在由四个磁性图案所环绕的部分中的第二中间部中的非磁性材料表面的深度，深度Db与深度Da具有深度Da大于深度Db的关系。
根据本发明的另一个方面，提供有生产图案化介质的方法，其包含在基片上淀积磁性薄膜，接着施加抗蚀剂到磁性薄膜；将压模按压到抗蚀剂以形成与磁性图案相对应的凸起的抗蚀剂图案，该压模上形成有凹陷图案，对应于上述图案化介质的凸起的磁性图案的凹陷图案；使用凸起的抗蚀剂图案作为掩膜刻蚀磁性薄膜，以形成凸起的磁性图案，接着除去抗蚀剂图案；通过溅射而不施加基片偏压淀积要被填充在磁性图案之间的非磁性材料；以及回蚀非磁性材料。
图1A是根据实施例的图案化介质的平面图，且图1B是一部分伺服区的放大平面图；图2A是排列有四个字符串标记(burst marks)部件的放大平面图，图2B是沿图2A中的线B-B的剖面图，且图2C是沿图2A中的线C-C的剖面图；图3是根据实施例的离散磁轨介质在圆周方向上的平面图；图4是根据另一个实施例的离散比特介质圆周方向上的平面图；图5是根据再一个实施例的纳图案化介质圆周方向上的平面图；图6A是实施例中所使用的压模的透视图，且图6B是表示对应于抗蚀剂中形成的字符串标记的凸出图案的透视图；图7A，7B，7C，7D，7E，7F，7G和7H是表示根据实施例的生产离散磁轨介质(或离散比特介质)方法的剖面图；图8A，8B，8C，8D，8E，8F，8G和8H是表示根据另一个实施例的生产纳图案化介质的方法的剖面图；图9是根据另一个实施例的磁性记录设备的透视图；以及图10A和10B是表示用激光多普勒振动计测量的分别对于例5中和比较例3中的离散磁轨介质的读/写磁头的振动频谱的图。
具体实施例方式
图1A表示根据实施例的图案化介质的平面图。如图1A所示，多个圆弧形式的伺服区2在磁盘1上形成在磁盘1的内部外围部分和外部外围部分之间。伺服区2之间的区域被用作包括记录磁轨的数据区3。
图1B表示一部分伺服区2的放大平面图。如图1B所示，伺服区2包括前导部分21，地址部分22，和字符串部分23。图1B中的打线区域，例如字符串标记，是由凸出的磁性图案形成的。非磁性材料被填充在凸起磁性图案之间。
图2A，放大平面图，表示排列有四个字符串标记25的部件。分别地，图2B表示沿图2A中的线B-B的剖面图，且图2C表示沿图2A中的线C-C的剖面图。如图2B所示，假定从字符串标记25表面到填充在交叉磁轨方向或沿着磁轨方向上相邻的字符串标记25之间的第一中间部26b中的非磁性材料26表面的深度是Db。如图2C所示，假定从字符串标记25表面到填充在四个字符串标记25所环绕部分中的第二中间部26a(以对角线关系在字符串标记25之间)的非磁性材料26表面的深度是Da。在本实施例中，深度Da大于深度Db。
要注意当字符串标记25上形成有保护层27时，并非总是需要严格从字符串标记25的表面测量到填充在字符串标记25之间的非磁性材料26表面的深度，并可以从保护层27的表面测量。在本实施例中，因为上述深度差(Da-Db)很重要，用作深度测量参考水平面的表面是字符串标记25的表面还是保护层27的表面并不是个问题。
如图2B和2C所示，如果填充在字符串标记25之间的非磁性材料26表面形成有凹陷，磁头的飞行高度可以适当降低，导致字符串信号更高的SNR。
此外，如图2B和2C所示，当非磁性材料26表面的凹陷形成有两种不同水平深度时，相比于传统介质，可以在介质表面保存有更多润滑剂，从而可以改进磁头的抗碰撞能力。以下将详细说明该效果。
假定认为介质表面的碳保护层上施加的润滑剂包括与碳相对有力地结合的结合层，以及可以在结合层上相对自由地移动的自由层。在磁头碰撞时，即使有微量的润滑剂结合层被剥落并从介质表面丢失，只要补充作为自由层的润滑剂，驱动器的功能就不存在问题。然而，如果磁头碰撞的频率加大，介质表面的润滑剂丢失增加，润滑剂将最终耗尽。当磁头在上述润滑剂耗尽部件接触介质表面时，将损坏介质，使驱动器失效。
在根据本实施例的图案化介质中，因为填充在字符串部分中的非磁性材料表面形成有拥有不同深度的两步凹陷，介质的表面积很大，并且可以主要在图2C所示的更深凹陷中保存大量润滑剂。因此，即使在磁头碰撞时从介质表面丢失了润滑剂，保存在更深凹陷中的润滑剂可以简单地补充。因而，相比于传统的图案化介质，根据本实施例的图案化介质即使当发生磁头碰撞时也不容易引起润滑剂的耗尽，从而使驱动器更可靠。
在本实施例中，深度差(Da-Db)最好是10nm或更少。当差(Da-Db)超过10nm时，会使磁头在介质上方的飞行特性不稳定，引起磁头的振动。在本实施例中，深度差(Da-Db)最好是1nm或更多。当差(Da-Db)少于1nm时，无法在介质表面保存如此多的润滑剂，无法改进磁头的抗碰撞能力。
根据本实施例的图案化介质可以是离散磁轨(DTR)介质，离散比特介质，和纳图案化介质中的任何一个。这些图案化介质将参照图3，4，和5进行说明。
图3A表示根据本实施例的离散磁轨介质在圆周方向上的平面图。和图1B相似，图3中的伺服区2包括前导部分21，地址部分22，和字符串部分23。如图3所示，离散磁轨31包括在数据区3中。
图3所示的DTR介质中的离散磁轨31有如下结构，其中包括有大约8nm物理粒子大小的粒状磁性颗粒的铁磁层延伸在沿着磁轨方向。当对离散磁轨31执行记录时，几百个磁性颗粒被包括在一个记录标记中。在此种情形中，根据磁性颗粒的大小，记录标记边缘有锯齿形结构。因此，在DTR介质中，根据磁性颗粒的大小，无法避免沿着磁轨方向上的转换噪声。作为允许降低此种转换噪声的图案化介质，人们提出了离散比特介质。
图4A显示根据另一个实施例的离散比特介质在圆周方向上的平面图。在图4中的数据区3，铁磁层不仅在交叉磁轨方向而且在沿着磁轨方向被物理隔离，以形成离散比特32。离散比特介质可以大大减少上述转换噪声。
离散比特型图案化介质用压印方法生产，使用由利用电子束平版印刷形成的压模。然而，当离散比特的尺寸等于或小于50nm时，电子束平版印刷本身也很困难。于是，为了形成更小的比特，人们使用了一种利用自组装现象的方法。举例来说，可以使用自组装方法形成微图案，其中图案通过二嵌段共聚物的相分离被可控地排列(人工辅助自组装AASA)。利用此种方法生产的图案化介质被称为纳图案化介质。
图5表示根据再一个实施例的纳图案化介质在圆周方向上的平面图。图5的数据区3中形成的记录磁轨包括两条亚磁轨，其中成形为突出磁性图案的磁性点33以间距P排列在沿着磁轨方向上，并且其中相邻两条亚磁轨上的磁性点33的位置改变为1/2间距P。
以下说明根据本实施例的使用压印平版印刷生产图案化介质的方法。根据本实施例的图案化介质的生产方法包含在基片上淀积磁性薄膜，接着对磁性薄膜添加抗蚀剂；将压模按压到抗蚀剂以形成对应于字符串标记的凸起的抗蚀剂图案，该压模上形成有凹陷图案，对应于字符串标记；用凸起的抗蚀剂图案作为掩膜刻蚀磁性薄膜，以形成凸起的字符串标记，接着除去抗蚀剂图案；通过溅射而不施加基片偏压淀积非磁性材料，来填充在磁性图案之间；以及回蚀非磁性材料。
此处，为了比较，将说明使用压印平版印刷生产传统图案化介质的典型方法。在传统方法中，因为字符串标记是通过在配备于铁磁层上的凹陷中填充非磁性材料形成的，使用了有对应于字符串标记的凸起图案的压模。首先，铁磁层被淀积在基片上，然后对铁磁层添加抗蚀剂。通过将有对应于字符串标记的凸起图案的压模按压至抗蚀剂，压模的图案被转移至抗蚀剂，从而形成抗蚀剂图案。通过使用抗蚀剂图案作为掩膜，铁磁层被刻蚀，然后非磁性材料被填充在铁磁层中的凹陷中。此后，通过回蚀非磁性材料，非磁性材料形成的字符串标记被形成。
传统使用此种方法的原因如下。如上所述，当有对应于字符串标记的凸起图案的压模被按压至抗蚀剂时，将要从对应于字符串标记的区域去除的抗蚀剂的量很少，这使得可以顺利执行压印处理。与此相反，人们相信，当使用有对应于字符串标记的凹陷图案的压模执行压印处理时，其与传统压模相反，将要去除的抗蚀剂的量很大，这使得无法充分去除抗蚀剂。然而，根据本发明者的研究，发现如果压印处理中的压力设置适当，即使使用有对应于字符串标记的凹陷图案的压模，也可以顺利去除抗蚀剂。
图6A表示本实施例中所使用的压模40的透视图。在压模40中，凹陷图案被形成以对应字符串标记。图6B表示凸起图案42，其对应于通过将图6A的压模40按压至抗蚀剂41形成的字符串标记。如稍后将要说明的，在抗蚀剂41的凸起图案42下的铁磁层被用作磁性图案，例如字符串标记和离散磁轨(或离散比特)，或诸如此类。
此外，为了用两种不同深度在将要填充在磁性图案之间非磁性材料的表面上形成凹陷，非磁性材料是通过不施加基片偏压而溅射的方法淀积的，从而填充在字符串标记之间。
因为使用根据本实施例的方法将在凸起磁性图案中形成字符串标记，在铁磁层的处理中会出现侧刻蚀效应，因此，相比于用电子束平面印刷形成的对应于压模上字符串标记的凹陷图案的大小，可以减少由凸出的磁性图案形成的字符串标记的尺寸。当磁头检测到形成为上述有减小尺寸的磁性图案的字符串标记时，可以清晰区分相邻字符串标记的信号，从而改进磁头定位的准确度。
以下将参照图7A至7H具体说明根据实施例的离散磁轨介质(或离散比特介质)的生产方法。
120nm厚CoZrNb形成的软埋层，20nm厚Ru形成的定向控制层，20nm厚CoCrPt-SiO2形成的铁磁层52，和4nm厚碳(C)形成的保护层53顺序淀积在玻璃基片51上。此处，为了简明，未描写软埋层和定向控制层(图7A)。
保护层53是用作为抗蚀剂54的100nm厚的旋制氧化硅(SOG)旋涂的。压模71被安置以面对抗蚀剂54(图7B)。如图6A所示，压模71上形成有凹陷图案，对应于字符串标记。压印是通过使用压模71执行的，且抗蚀剂54的凸出图案54a形成为对应于压模71的凸出图案(图7C)。如稍后将要说明的，在抗蚀层54的凸出图案54a之下的铁磁层52被用作磁性图案，例如字符串标记和离散磁轨(或离散比特)，以及诸如此类。
刻蚀是用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀设备执行的，以去除残留在图案抗蚀剂54的凹陷处底部的抗蚀剂残渣。举例来说，此处理中的条件如下使用CF4作为处理气体，腔气压设为2mTorr，线圈和卷筒的RF功率分别设为100W，且刻蚀时间设为30秒(图7D)。
离子刻蚀的执行是采用电子回旋共振(ECR)离子枪使用残余的抗蚀剂图案(SOG)作为刻蚀阻挡掩膜，20nm厚的铁磁层52被刻蚀(图7E)。举例来说，此处理中的条件如下使用Ar作为处理气体，微波功率设为800W，加速电压设为500V，且刻蚀时间设为3分钟。通过刻蚀形成的凸出的磁性图案被用作字符串标记，离散磁轨(或离散比特)，以及诸如此类。因为凸出的磁性图案的周围在此处理中被侧刻蚀，可以形成比用电子束平版印刷处理的压模凹陷的设计值更小的字符串标记。因此，抗蚀剂(SOG)用RIE设备被剥离。举例来说，此处理中的条件如下使用CF4气体作为处理气体，腔气压设为100mTorr，且功率设为100W。
采用HDD溅射设备执行溅射，以淀积100nm厚的碳(C)作为非磁性材料55，填充在磁性图案的凹陷中(图7F)。举例来说，此处理中的条件如下腔气压设为0.67Pa，功率设为500W，且不施加基片偏压。腔气压最好等于或小于1Pa，并且为0.5至0.3Pa则更好。上述不施加基片偏压在磁性图案之间的凹陷中填充非磁性材料55可以根据非磁性材料55的表面位置，形成两种不同深度的凹陷。相反，当执行偏压溅射，对基片施加偏压时，因为改进了非磁性材料的平整度，无法形成所述的表面结构。
采用ECR离子枪执行离子刻蚀以回蚀非磁性材料55(图7G)。举例来说，此处理中的条件如下使用Ar作为处理气体，微波功率设为800W，加速电压设为700V，且刻蚀时间设为5分钟。注意，可以使用四极质谱仪(Q-MASS)以根据检测到包括在铁磁层中的Co的时刻，来估计回蚀终点。因此，可以形成表面结构，其中形成在非磁性材料55表面的字符串标记表面的深度Da和Db，根据位置有两种水平，如图2B和2C所示。
保护层56采用化学气相淀积通过淀积碳(C)再次形成(图7H)。此外，润滑剂被添加至保护层56，以生产图案化介质(离散磁轨介质或离散比特介质)。
接着将参照图8A至8H具体说明根据另一个实施例的纳图案化介质的生产方法。注意形成数据区(记录磁轨)的方法在离散磁轨介质(或离散比特介质)的生产方法和纳图案化介质的生产方法之间是不同的，因此数据区如图8A至8H所示。
120nm厚的CoZrNb形成的软埋层，20nm厚的Ru形成的定向控制层，以及20nm厚的CoCrPt-SiO2形成的铁磁层52顺序淀积在玻璃基片51上。此处，为了简便，未显示软埋层和定向控制层(图8A)。铁磁层52是用作为抗蚀剂64的100nm厚的酚醛基光刻胶S1801(Shipley公司)旋涂的。压模72被安置以面对抗蚀剂64(图8A)。压模72上形成有凹陷图案，对应于字符串标记。压印是通过使用压模72执行的，且抗蚀层64的凸出图案64a被形成为对应于压模72的凸出图案(图8C)。其上用压印形成凸出图案64a的抗蚀层64通过紫外照射和在160℃烘干被凝固。
在图8所示的数据区，如以下将要说明的，记录磁轨形成为纳图案排列在抗蚀层64的凸出图案64a之间的凹陷中。
抗蚀层64是通过旋涂有机溶剂中的聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯(PS-PMMA)二嵌段共聚物溶液，来形成自组装薄膜65(图8C)。自组装薄膜65通过在大约140至200℃退火被相分离，从而形成海岛结构，其中直径40nm的PMMA颗粒67以大约80nm的间距排列为PS相66的三角形晶格(图8D)。相比于正常的图案形成方法，举例来说，EB平版印刷，光平版印刷，X射线平版印刷，近场平版印刷，干涉曝光，聚焦离子束(FIB)，或诸如此类，使用自组装现象形成纳图案的方法其优势在于可以低价快速地形成大面积纳图案。
执行氧等离子体处理以选择性地只去除PMMA粒子67，从而形成孔洞(图8E)。SOG68被填充在去除了PMMA粒子的孔洞中(图8F)。氧等离子体处理的执行是采用ICP刻蚀设备，从而去除SOG 68覆盖部分以外的PS相66和抗蚀层64(图8G)。20nm厚的铁磁层52通过离子刻蚀使用残留的SOG 68作为刻蚀阻挡掩膜被刻蚀(图8H)。SOG 68用RIE设备被剥离。
因为上述处理之后的处理是采用与图7F至7H中相同的方式执行的，所以从图8省略其图示，并将参照图7F至7H给出其简单说明。采用HDD溅射设备执行溅射，以淀积100nm厚的碳(C)作为非磁性材料55，填充在磁性图案之间的凹陷中(图7F)。采用ECR离子枪执行离子刻蚀以回蚀非磁性材料55(图7G)。保护层56通过采用化学气相淀积来淀积碳(C)被再次形成(图7H)。此外，润滑剂被添加至保护层56，以生产图案化介质(纳图案化介质)。
接着将说明本发明的实施例中所使用的材料。
<基片>
基片可以是，举例来说，玻璃基片，铝合金基片，陶瓷基片，碳基片，表面有氧化层的硅单晶基片。玻璃基片可以形成为无定形玻璃或结晶玻璃。无定形玻璃包括常用的钙钠玻璃和铝硅酸盐玻璃。结晶玻璃包括锂基结晶玻璃。陶瓷基片包括烧结主体，主要形成为常用的氧化铝，氮化铝或氮化硅，或者通过纤维增强烧结主体获得的材料。基片可以是其中通过电镀或溅射在上述金属基片或非金属基片表面上形成有NiP层的基片。
应当注意以下只说明溅射作为在基片上淀积薄膜的方法。然而，与溅射相似的效果可以通过使用真空淀积或电镀来获得。
<软埋层>
软埋层(SUL)被配备以传递来自例如单孔磁头的磁头记录场，以磁化其中的垂直记录层，并将记录场返回至排列在记录孔附近的返回轭。即，软埋层提供写磁头的一部分功能，向记录层提供尖锐的周围磁场，从而改进记录和播放效率。
软埋层可以由包含Fe，Ni，和Co至少其一的材料制成。此种材料包括FeCo合金，例如FeCo和FeCoV，FeNi合金，例如FeNi，FeNiMo，FeNiCr和FeNiSi，FeAl合金和FeSihejin，例如FeAl，FeAlSi，FeAlSiCr，FeAlSiTiRu和FeAlO，FeTa合金，例如FeTa，FeTaC和FeTaN，以及FeZr合金，例如FeZrN。
软埋层的组成材料可以具有微晶结构或包含散布在基体中的微小颗粒的微粒结构，例如FeAlO，FeMgO，FeTaN和FeZrN，各包含60at％或更多的Fe。
软埋层可以由其他材料制成，例如包含Co和Zr，Hf，Nb，Ta，Ti和Y至少其一的Co合金。材料最好包含80at％或更多的Co。当通过溅射淀积Co合金时，很容易形成非定形层。非定形软磁性材料显示了非常优越的软磁性，因为没有磁晶的各向异性，晶体缺陷和晶粒边界。使用非定形软磁性材料可以减少介质噪声。合适的非定形软磁性材料包括，举例来说，以CoZr-，CoZrNb-和CoZrTa-为基础的合金。
可以在软埋层之下提供另一个埋层，以改进软埋层的结晶度或者和基片的结合度。埋层材料包括Ti，Ta，W，Cr，Pt及其合金，以及包含上述金属的氧化物和氮化物。中间层可以提供在软埋层和记录层之间。中间层是用来切断软埋层和记录层之间的交换耦合互作用，并控制记录层的结晶度。中间层材料包括Ru，Pt，Pd，W，Ti，Ta，Cr，Si及其合金，以及包含上述金属的氧化物和氮化物。
为防止尖峰噪声，软埋层可以被分为通过夹层在其中有0.5nm至1.5nm厚度的Ru层，反铁磁地相互连结的分层。或者，软埋层可以与硬磁性层制成的钉扎层交换耦合，该硬磁性层有平面各向异性，例如CoCrPt，SmCo和FePt，或者与例如IrMn和PtMn的反铁磁层交换耦合。在此种情形中，为了控制交换耦合力，例如Co的磁性层或例如Pt的非磁性层可以配备在Ru层上下。
<磁性记录层>
垂直记录层最好由主要包含Co，至少包含Pt，并进一步包含氧化物的材料制成。垂直磁性记录层可以按要求包括Cr。特别合适的氧化物是硅氧化物和钛氧化物。垂直记录层最好有结构，其中的磁性微粒，即，有磁性的结晶微粒分散在该层中，磁性微粒最好有穿透垂直记录层的柱形配置。此种结构改进了垂直记录层中的磁性微粒的定向和结晶度，使提供适合高密度记录的信噪比(SNR)成为可能。氧化物的数量对获取上述结构很重要。
Co，Pt和Cr总量中的氧化物含量最好为大于等于3mol％并小于等于12mol％，更合适为大于等于5mol％并小于等于10mol％。如果垂直记录层的氧化物含量在上述范围之内，氧化物沉淀在磁性微粒周围，使隔离磁性微粒并减小其尺寸成为可能。如果氧化物含量超过上述范围，氧化物余留在磁性微粒中，削弱了定向和结晶度。此外，氧化物沉淀在磁性微粒上下，阻止了穿透垂直记录层的柱形结构的形成。另一方面，如果氧化物含量小于上述范围，磁性颗粒的隔离及其尺寸减小不充分。这增加了播放时的介质噪声，使得无法获取适合高密度记录的SNR。
垂直记录层的Cr含量最好大于等于0at％且小于等于16at％，更合适为大于等于10at％且小于等于14at％。当Cr含量在上述范围之内时，可以维持高度磁化而不过度减少磁性颗粒的单轴各向异性常数Ku。这能获得适合高密度记录的读/写特性以及充分的热波动特性。如果Cr含量超过上述范围，磁性颗粒的Ku减少，从而削弱了热波动特性，并削弱了磁性微粒的结晶度和定向。因此，读/写特性可减弱。
垂直记录层的Pt含量最好大于等于10at％并小于等于25at％。当Pt含量在上述范围之内时，垂直记录层提供所需的单轴各向异性常数Ku。此外，磁性颗粒显示良好的结晶度和定向，从而获取适合高密度记录的热波动性能和读/写性能。如果Pt含量超过上述范围，磁性颗粒中会形成fcc结构层，以削弱结晶度和定向。另一方面，如果Pt含量小于上述范围，就无法获取Ku来提供适合高密度记录的热波动特性。
除Co，Pt，Cr和氧化物外，垂直记录层还可以包含从B，Ta，Mo，Cu，Nd，W，Nb，Sm，Tb，Ru和Re组成的组中选择的附加元素。这些附加元素允许增进磁性颗粒的尺寸减小，或改进结晶度和定向。从而使提供更适合高密度记录的读/写特性和热波动特性成为可能。这些附加元素的总含量最好小于等于8at％。如果总含量超过8at％，磁性微粒中会形成不同于hcp的相。这削弱了磁性颗粒的结晶度和定向，无法提供适合高密度记录的读/写特性和热波动特性。
用于垂直记录层的其他材料包括CoPt合金，CoCr合金，CoPtCr合金，CoPtO，CoPtCrO，CoPtSi和CoPtCrSi。垂直记录层可以形成为多层薄膜，包含Co薄膜和主要包括从Pt，Pd，Rh和Ru组成的组中选择的元素的合金薄膜。垂直记录层可以形成为多层薄膜，例如CoCr/PtCr，CoB/PdB和CoO/RhO，通过向上述多层薄膜的各层添加Cr，B或O制成。
垂直记录层的厚度最好在5nm和60nm范围之间，更合适在10nm和40nm之间。厚度在上述范围之内的垂直记录层适合于高密度记录。如果垂直记录层的厚度小于5nm，读输出会如此低以致噪声成分相对高。另一方面，如垂直记录层的厚度超过40nm，读输出会如此高以致使波形失真。垂直记录层的矫顽性最好大于等于237,000A/m(3,000Oe)。如果矫顽度小于237,000A/m(3,000Oe)，会削弱抗热波动能力。垂直记录层的垂直度最好大于等于0.8。如果垂直度小于0.8，会削弱抗热波动能力。
<保护层>
保护层用来防止垂直记录层的腐蚀，并当磁头接触介质时防止介质的损坏。保护层材料包括，举例来说，C，SiO2和ZrO2。保护层最好有1至10nm的厚度。当保护层的厚度在上述范围之内时，可以减少磁头和介质之间的距离，适于高密度记录。碳可以分为sp2键合碳(石墨)和sp3键合碳(金刚石)。sp3键合碳在耐久性和抗蚀性上更优越，但在表面平滑度上不及石墨。通常，碳使用石墨靶通过溅射被淀积。该方法形成非定型碳，其中混合了sp2键合碳(石墨)和sp3键合碳。包含高比例sp3键合碳的非定型碳被称为类金刚石碳(DLC)。DLC展示了优越的耐久性和抗蚀性，并且在表面平滑度上也很优越，因为它是非定型的。在化学气相淀积中，DLC的产生是通过等离子体原材料气体的激发和分解，以及分解核的反应，从而产生有更多sp3键合碳的DLC。
接着将说明本实施例中所使用的生产条件。
<压印>
抗蚀剂通过旋涂被添加至基片表面，压模按压在其上，从而将压模的图案转移到抗蚀剂上。抗蚀剂包括，举例来说，常用酚醛基光刻胶，或旋制氧化硅(SOG)。使其上形成有对应于伺服信息和记录磁轨的突出和凹陷图案的压模表面面对基片上的抗蚀剂。此时，压模，基片，和缓冲层层叠在模具的下平面上，并用模具的上平面夹挤，并且举例来说，以2000bar按压60秒。通过压印在抗蚀层中形成的凸起图案的高度，举例来说，为60至70nm。要去除的抗蚀层是通过在大约60秒中将其维持在该状态中来移除的。在压模上施加含氟释放剂可以有效地从抗蚀层上除去压模。
<残渣去除>
残留在抗蚀层的凹陷底部上的残渣是通过反映离子刻蚀(RIE)去除的。在该过程中，根据抗蚀剂材料使用合适的反应气体。作为等离子体源，可以在低压下产生高密度等离子体的电感耦合等离子体(ICP)很合适。然而，也可以使用电子回旋谐振(ECR)等离子体，或常用平行板型RIE设备。
<铁磁层刻蚀>
去除残渣之后，通过使用抗蚀层图案作为刻蚀掩膜来处理铁磁层。使用Ar离子束(Ar离子铣)的刻蚀适于处理铁磁层。然而，也可以采用使用Cl气体或CO和NH3的混合气体的RIE。在使用CO和NH3的混合气体的RIE的情形中，Ti，Ta，W，或诸如此类的硬掩膜被用作刻蚀掩膜。在使用RIE的情形中，凸出的磁性图案的侧壁几乎不呈锥型。在用可以刻蚀任何材料的Ar离子铣处理铁磁层的情形中，举例来说，当以设为400V的加速电压，而离子的入射角从30度改变为70度执行刻蚀时，凸出的磁性图案的侧壁几乎不呈锥型。在ECR离子枪研磨时，当刻蚀用静态类型(离子入射角为90度)执行时，凸出的磁性图案的侧壁几乎不呈锥型。
在本实施例中，因为字符串标记由凸出的磁性图案形成，当发生侧刻蚀时，字符串标记的线度会减小。在此种情形中，可以取得这样的效果，其中用电子束平版印刷所能形成的图案小于压模上形成的图案。相应地，铁磁层可以在发生一定程度的侧刻蚀的条件下被刻蚀。
<抗蚀剂剥离>
刻蚀铁磁层之后，抗蚀剂被剥离。当使用常用光刻胶时，抗蚀剂可以通过执行氧等离子体处理被简单剥离。具体而言，举例来说，光刻胶是使用氧灰化设备，在以下条件下被剥离腔气压设为1Torr，功率设为400W，且反应时间设为5分钟。当使用SOG作为抗蚀剂时，SOG使用氟化物气体用RIE被剥离。作为氟化物气体，CF4或CF6很合适。注意，因为存在氟化物气体与空气中的水反应生成酸，例如HF，H2SO4，或诸如此类的可能，最好进行冲洗。
<在凹陷处填充非磁性材料>
剥离抗蚀剂之后，非磁性材料被填充在凹陷处。非磁性材料的选择可以来自氧化物，例如SiO2，TiOx，和Al2O3，氮化物，例如Si3N4，AlN，和TiN，碳化物，例如TiC，硼化物，例如BN，简单材料，例如C，和Si。在该过程中，当不施加基片偏压进行溅射时，根据非磁性材料表面的位置，凹陷形成为具有两种不同水平的深度。腔气压最好小于等于1Pa，并更合适为0.5至0.3Pa。举例来说，通过不施加基片偏压而溅射将碳填充至凹陷处，在腔气压设为0.67Pa，同时对碳靶施加500W直流功率的条件下将形成理想表面结构。
<回蚀非磁性材料>
回蚀将进行到铁磁薄膜上的碳保护层显露为止。该回蚀过程可以通过使用，举例来说，Ar离子铣来进行。当使用例如SiO2的硅基非磁性材料时，回蚀可以使用以氟化物为基体的气体用RIE执行。此外，非磁性材料的回蚀可以使用ECR离子枪进行。
<保护层的形成和后处理>
回蚀之后，形成碳保护层。碳保护层可以通过CVD，溅射，或真空蒸镀来淀积。通过CVD，形成包括大量sp3键和碳的DLC薄膜。润滑剂被添加至保护层。作为润滑剂，举例来说，可以使用全氟聚醚，氟化乙醇，或氟化羟酸。
<自组装材料>
当生产纳图案化介质时，在参照图8C和8D的处理中使用了由，举例来说，二嵌段共聚物形成的自组装材料。
嵌段共聚物是指共聚物，其中有重复单元A的聚合物链与有重复单元B的聚合物链键合，从而形成例如-(AA··AA)-(BB··BB)-的嵌段。当热处理嵌段共聚物时，嵌段共聚物有结构，其中凝聚的A聚合物形成的A相位和凝聚的B聚合物形成的B相位发生相分离。作为相分离结构的配置，举例来说，存在“薄层”结构，其中A相位和B相位交替规律出现，“柱形”结构，其中一种类型的相位形成为柱形，以及“海岛”结构，其中一种类型的相位球形分布，以及诸如此类。为了用嵌段共聚物形成合适的位相位分离结构，需要适当调节两种聚合物相位的体积比。A聚合物和B聚合物可以任意使用。然而，最好选择一种组合，其中的干刻速率差很大。具体而言，有相对高抗刻蚀率的芳香族聚合物(举例来说，聚苯乙烯PS，聚乙烯萘，聚α甲基苯乙烯，聚乙烯嘧啶，或诸如此类)和有高干刻速率的丙烯酸聚合物(举例来说，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，聚t甲基丙烯酸酯，或诸如此类)的组合很合适。在PS-MMA的二嵌段共聚物的情形中，可以利用其抗干刻率的差别，选择性地只去除PMMA相位。另一方面，PS-聚乙烯嘧啶的二嵌段共聚物相分离从而形成明确的海岛结构。然而，因为其抗干刻率几乎不存在差别，很难被用作刻蚀掩膜。
形成为海岛结构的微相位分离结构中点的直径和间距可以通过A聚合物和B聚合物的分子量来控制。举例来说，在PS-PMMA二嵌段共聚物的情形中，给出PS的分子量是172000，且PMMA的分子量是41500，PMMA点的直径可以制成40nm，且间距可以制成80nm。当减少两种聚合物的分子量时，结构也变得更小。举例来说，给出PS的分子量是43000，且PMMA的分子量是10000，PMMA点的直径可以制成10nm，且间距可以制成29nm。
接着将说明根据本实施例的磁性记录设备。图9显示根据本实施例的磁性记录设备(硬盘驱动器HDD)的原理图。磁盘设备100包括磁盘102，滑动器103其中制造有磁头，磁头悬吊组件(传动臂106和吊架105)，音圈马达(VCM)108，和电路板(未显示)，所有部件都配备在底盘中。底盘101用盖子109覆盖。
磁盘102是根据本实施例的图案化介质。磁盘102被安装至待转动的主轴马达103，且各种数字数据通过垂直磁性记录系统记录在其上。传动臂106被连接到支持点107。吊架105被连接到传动臂106的尖端。滑动器104由吊架105的下表面支撑，制作在滑动器104中的磁头被安排为面对的磁盘102的记录面。磁头是所谓结合型的，并包括有单孔结构的写磁头和在屏蔽罩之间配备有GMR薄膜，TMR薄膜或诸如此类的读磁头。磁头通过用VCM 108驱动传动臂106，被放置在磁盘102的任意径向位置上方。电路板(未显示)具有磁头IC，并对VCM 108产生驱动信号，且用来控制磁头的读/写操作的控制信号。
其上安装有图案化介质的磁性记录设备存在有容易发生磁头碰撞的问题，从而导致工作寿命变短。根据本实施例的磁性记录设备展现了良好的抗磁头碰撞能力，因为安装至其的图案化介质表面上的润滑剂有良好的润湿性质。
实例实例1准备有压模，其中用电子束平版印刷由凹陷图案只形成有伺服区的前导，地址和字符串标记。使用该压模，用图7A至7H所示方法生产了图案化介质。在该图案化介质中，凸出的磁性图案形成在伺服区，且数据区中不存在图案。生产的图案化介质中的字符串标记在一侧具有108nm的尺寸。
图案化介质表面的凹陷深度用原子力显微镜(AFM)测量。图2C所示的从字符串标记表面到填充在由四个字符串标记所环绕部件的第二中间部26a的非磁性材料表面的深度Da是10nm。图2B所示的从字符串标记表面到填充在交叉磁轨方向或沿着磁轨方向上相邻的字符串标记之间的第一中间部26b的非磁性材料表面的深度Db是5nm。
生产了其中安装有图案化介质的硬盘驱动器(HDD)，且用示波器测量了磁头输出信号。结果，字符串信号的振幅是60mA。在100℃执行超过一周时间的热运行测试之后，用示波器再次测量了磁头输出信号。结果，字符串信号的振幅是60mA，没有观察到任何变化。以这种方式，发现即使在热运行测试之后，字符串信号中也不存在衰减。此外，驱动器中不存在损坏。
比较实例1使用了与实例1中相同的压模，但是在磁性图案之间填充非磁性材料的过程(图7F)改变为偏压溅射。除上述变化外，传统图案化介质是用与实例1中相同的方式生产的。
当用AFM测量图案化介质表面的凹陷深度时，发现Da和Db都是零，并且表面平整。
生产了对其安装图案化介质的硬盘驱动器(HDD)，且用示波器测量了磁头输出信号。结果，字符串信号的振幅是40mA。当在100℃执行热运行测试时，驱动器在四天里损坏。
因为实例1中的图案化介质在其表面上有适当的凸起和凹陷，磁头的飞行高度低于比较实例1中有平整表面的图案化介质的。因此，实例1中的图案化介质展示了较比较例1中的图案化介质有更大振幅的字符串信号。此外，在使用实例1中用两种不同深度形成字符串部分中的凹陷的图案化介质的驱动器中，当磁头和介质发生接触时，保存在字符串部分上的更深凹陷中的润滑剂在长时间段中被补充。因此，驱动器几乎未损坏并有高可靠性。相反，在使用比较实例1中表面平整的图案化介质的驱动器中，当产生磁头碰撞时，润滑剂的补充未被平稳地执行。此外，因为润滑剂在短时间内从介质表面被耗尽，驱动器很容易损坏并且可靠性低。
实例2准备有压模，其中伺服区中的前导，地址，和字符串的标记，以及记录磁轨是用电子束平版印刷由凹陷图案形成的。使用该压模，用图7A至7H所示的方法生产了图案化介质。生产的图案化介质中的字符串标记在一侧具有180nm的尺寸，且磁轨具有150nm的宽度。
当用AFM测量图案化介质表面的凹陷深度时，发现Da是10nm且Db是5nm。记录磁轨部分的剖面和图2B相同，且从记录磁轨表面到填充在记录磁轨之间的第一中间部的非磁性材料表面的深度是5nm，和深度Db相同。
生产了安装有图案化介质的硬盘驱动器(HDD)，且用示波器测量了磁头输出信号。结果，字符串信号的振幅是60mA。在100℃执行一周时间的热运行测试之后，用示波器再次测量了磁头输出信号。结果，字符串信号的振幅是60mA，并且没有观察到任何变化。以这种方式，发现即使在热运行测试之后，字符串信号中也不存在衰减。此外，驱动器中不存在损坏。
比较实例2用电子束平版印刷准备其中仅记录磁轨由凹陷图案形成的压模。使用该压模，用和实例2中相同的方法生产了图案化介质。
记录磁轨部分的剖面和图2B相同，且从记录磁轨表面到填充在记录磁轨之间的第一中间部中的非磁性材料表面的深度是5nm。
生产了对其安装了图案化介质的硬盘驱动器(HDD)，且用示波器测量了磁头输出信号。结果，字符串信号的振幅是40mA。当在100℃执行热运行测试时，驱动器在第六天损坏。
在使用比较实例2中的记录磁轨之间形成有凹陷的离散磁轨介质的驱动器中，当发生磁头碰撞时，保存在记录磁轨之间的凹陷中的润滑剂被补充。因此，相比于使用比较实例1中表面平整的图案化介质的驱动器，该驱动器展现了改进的抗磁头碰撞能力。此外，相比于使用比较实例2中的离散磁轨介质的驱动器，使用实例2中用两种不同深度在字符串部分形成有凹陷的离散磁轨介质的驱动器展现了更好的抗磁头碰撞能力。
实例3准备有压模，其中用电子束平板印刷由凹陷图案形成有伺服区的前导，地址，和字符串的标记，以及记录磁轨中的离散比特。使用该压模，用图7A至7H所示的方法生产了图4所示的离散比特介质。生产的图案化介质的字符串标记在一侧具有180nm的尺寸，且离散比特具有150nm×50nm的尺寸。
在此离散比特介质中，记录磁轨部分有和字符串部分相同的剖面结构。即，给出从离散比特表面到填充在交叉磁轨方向或沿着磁轨方向上相邻的离散比特之间的第一中间部中的非磁性材料表面的深度是Db，且从离散比特表面到填充在由四个离散比特所环绕的部件处的第二中间部中的非磁性材料表面的深度是Da，深度Da深于深度Db。
生产了安装有离散比特介质的硬盘驱动器(HDD)，且用示波器测量了磁头输出信号。结果，字符串信号的振幅是60mA。在100℃执行一周时间的热运行测试之后，用示波器再次测量了磁头输出信号。结果，字符串信号的振幅是60mA，并且没有观察到任何变化。以这种方式，发现即使在热运行测试之后，字符串信号中也不存在衰减。此外，驱动器中不存在损坏。
实例4用由图8A至8H所示的方法生产了纳图案化介质，其中由如图5所示的凹陷磁性图案形成有伺服区中的前导，地址和字符串的标记，以及记录磁轨中的磁性点。各记录磁轨包括两条子磁轨(sub-tracks)，其中直径40nm的磁性点以间距P排列在沿着磁轨方向上，并且其中相邻两条子磁轨上的磁性点的位置转变1/2间距P。字符串标记在一侧具有180nm的尺寸。
生产了安装有离散磁轨介质(纳图案化介质)的硬盘驱动器(HDD)，且用示波器测量了磁头输出信号。结果，字符串信号的振幅是60mA。在100℃执行一周时间的热运行测试之后，用示波器再次测量了磁头输出信号。结果，字符串信号的振幅是60mA，没有观察到任何变化。以这种方式，发现即使在热运行测试之后，字符串信号中也不存在衰减。此外，驱动器中不存在损坏。
实例5
用与实例2中相同的方法生产了离散磁轨介质。当用AFM测量图案化介质表面的凹陷深度时，发现Da是10nm且Db是5nm。
用激光多普勒振动计(LDV)测量了读/写磁头相对于离散磁轨介质的振动。结果，获得图10A所示频谱。该频谱显示磁头中不存在振动。
生产了具有不同(Da-Db)值的各种离散磁轨介质，通过用与实例2中相似的方法调整深度Da和深度Db，只改变了用溅射在磁性图案之间填充碳作为非磁性材料的处理中碳的厚度，其如图7F所示。
用LDV测量了读/写磁头相对于各离散磁轨介质的振动。结果，发现在(Da-Db)≤10nm的情况下磁头中不存在振动。
比较实例3用与实例2中相似的方法生产了离散磁轨介质，只是在用溅射在磁性图案之间填充碳作为非磁性材料的处理中将碳的厚度改为50nm，如图7F所示。当用AFM测量图案化介质表面的凹陷深度时，发现Da是20nm且Db是8nm。
用LDV测量了读/写磁头相对于离散磁轨介质的振动。结果，获得图10B所示的频谱。在图10B中，以每9kHz的频率的间隔出现了清晰的振动峰。会这样的原因是，当磁盘以4200rpm转动时，磁头以每周期180伺服扇区下降并垂直振动。当磁头振动时，不仅引起磁头碰撞，而且削弱伺服信号的SNR，从而无法将该介质用作产品。
实例6用与实例2中相同的方法生产了离散磁轨介质。生产的图案化介质中的字符串标记在一侧具有180nm的尺寸，且磁轨有150nm的宽度。
当从字符串信号评估伺服特性时，磁头定位精确度是8nm。这是足以作为磁性记录设备的定位精确度。
比较实例4用与实例2中相似的方法生产了离散磁轨介质，只是使用了其中形成有对应于字符串标记的凸出图案的压模。
在该离散磁轨介质中，字符串标记由填充在铁磁层中配备的凹陷部分中的非磁性材料形成。生产的图案化介质中的字符串标记在一侧具有220nm的尺寸，且磁轨具有150nm的宽度。
当从字符串信号评估伺服特性时，磁头定位精确度下降到20nm。这是因为在磁性图案的处理中发生了侧刻蚀，从而使形成在离散磁轨介质上的图案有比写在压模中的图案的那些更大的尺寸。当字符串标记的尺寸很大时，使得两个相邻字符串标记的信号之间的边界不确定，使得磁头定位精确定大大降低。
对本领域的技术人员而言，很容易想到另外的优点和修改。因此，本发明在其更广泛方面不限于本文说明和显示的特定细节和代表性实施例。因此，可以做出各种修改，而不背离如附加权利要求及其等价物定义的总体发明概念的精神或范围。
权利要求
1.一种图案化介质，其特征在于，包含基片；以及在基片上的磁性记录层，该磁性记录层包括凸出的磁性图案和填充在所述凸出的磁性图案之间的非磁性材料，深度Db和深度Da，其中Db定义为从所述磁性图案表面到填充于在交叉磁轨方向上或沿着磁轨方向上彼此相邻的所述磁性图案之间的第一中间部中的非磁性材料表面的深度，且Da定义为从磁性图案表面到填充在由四个磁性图案所环绕的部分中的第二中间部中的非磁性材料表面的深度，深度Db与深度Da具有深度Da大于深度Db的关系。
2.如权利要求1所述的介质，其特征在于，所述磁性记录层具有由凸出的磁性图案形成的字符串标记。
3.如权利要求1所述的介质，其特征在于，所述磁性记录层具有由凸出的磁性图案形成的离散磁轨。
4.如权利要求1所述的介质，其特征在于，所述磁性记录层具有记录磁轨，该记录磁轨包括由凸出的磁性图案形成的离散比特。
5.如权利要求1所述的介质，其特征在于，所述磁性记录层具有包括多条子磁轨的记录磁轨，其中由凸出的磁性图案形成的磁性点以间距P排列在沿着磁轨方向上，并且其中相邻的两条子磁轨上的磁性点的位置偏移1/2间距P。
6.如权利要求1所述的介质，其特征在于，深度差(Da-Db)大于等于1nm并小于等于10nm。
7.如权利要求1所述的介质，其特征在于，所述非磁性材料是从由例如SiO2，TiOx，和Al2O3的氧化物，例如Si3N4，AlN，和TiN的氮化物，例如TiC的碳化物，例如BN的硼化物，例如C，和Si的简单物质构成的组中选择的。
8.一种生产图案化介质的方法，其特征在于，包含在基片上淀积磁性薄膜，接着施加抗蚀剂到磁性薄膜；将压模按压到抗蚀剂以形成与磁性图案相对应的凸起的抗蚀剂图案，该压模上形成有对应于如权利要求1所述的图案化介质的凸起的磁性图案的凹陷图案；使用凸起的抗蚀剂图案作为掩膜刻蚀磁性薄膜，以形成凸起的磁性图案，接着除去抗蚀剂图案；通过溅射而不施加基片偏压淀积要被填充在磁性图案之间的非磁性材料；以及回蚀非磁性材料。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述凸起的磁性图案形成字符串标记。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述凸起的磁性图案形成离散磁轨。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述凸起的磁性图案形成离散比特。
12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述非磁性材料是从由例如SiO2，TiOx，和Al2O3的氧化物，例如Si3N4，AlN，和TiN的氮化物，例如TiC的碳化物，例如BN的硼化物，例如C，和Si的简单物质构成的组中选择的。
13.一种磁性记录设备，其特征在于，包含如权利要求1所述的图案化介质；以及磁头。
全文摘要
图案化介质具有基片，以及在基片上包括凸出的磁性图案的磁性记录层，以及填充在凸出的磁性图案之间的非磁性材料。在图案化介质中，深度Db和深度Da存在关系深度Da大于深度Db，其中Db定义为从磁性图案表面到填充在交叉磁轨方向或沿着磁轨方向上相邻的磁性图案之间的第一中间部中的非磁性材料表面的深度，且Da定义为从磁性图案表面到填充在由四个磁性图案所环绕的部件中的第二中间部中的非磁性材料表面的深度。
文档编号G11B5/68GK101038752SQ20071008930
公开日2007年9月19日 申请日期2007年3月16日 优先权日2006年3月16日
发明者镰田芳幸, 樱井正敏, 白鸟聪志, 木村香里 申请人:株式会社东芝