CN102103867A - 连续介质垂直磁记录盘及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及连续介质垂直磁记录盘及其制造方法。具有含氧化物的颗粒钴合金记录层RL的连续介质垂直磁记录盘具有形成在RL之下的有序成核层ONL，RL具有最小晶粒尺寸离散度。ONL具有以基本重复图案布置的有序成核位点。成核位点基本被与成核位点不同的材料的非成核区域围绕。后续沉积的RL的钴合金晶粒生长在成核位点上，RL的氧化物基本偏析在非成核区域上。有序成核位点可由含Ru材料形成，非成核区域可由氧化物形成。ONL通过纳米压印光刻形成，优选地通过母模形成，母模由使用用于产生周期性纳米级特征的自组装嵌段共聚物的方法制造。
Description
技术领域
本发明总地涉及垂直磁记录介质，诸如用于在磁记录硬盘驱动器中使用的垂直磁记录盘，更特别地，涉及具有颗粒钴合金记录层的连续介质型垂直磁记录盘，该颗粒钴合金记录层具有受控的晶粒尺寸。
背景技术
记录位在记录层中以垂直或离面取向存储的垂直磁记录是在磁记录硬盘驱动器中实现超高记录密度的希望途径之一。一普通类型的垂直磁记录系统使用“双层”介质。此类系统以单写极型记录头示于图1中。所述双层介质包括形成在“软磁”或较低矫顽力导磁衬层(SUL)上的垂直磁数据记录层(RL)。SUL用作从记录头的写极到返回极的磁场的磁通返回路径。在图1中，示出RL具有垂直记录或磁化的区域，相邻区域具有相反的磁化方向，如箭头所示。相邻的相反指向的磁化区域之间的磁转变可被读元件或读头作为记录位检测到。所提出的其它类型的垂直磁记录系统使用写辅助方法，例如热辅助磁记录(TAMR或HAMR)和微波辅助磁记录(MAMR)，并且不要求介质具有SUL。
图1中的盘是“连续介质”盘，其中RL是颗粒钴合金磁材料的连续层，当写头在磁材料上进行写入时，该连续层形成为含有磁记录数据位的同心数据道。连续介质盘的变型是“离散道介质”盘，意味着RL构图成由连续磁材料形成的同心数据道，但数据道通过同心非磁保护带彼此径向分隔开。本发明所涉及的连续介质盘不同于已被提出来增加数据密度的“位构图介质”(BPM)盘。在BPM盘中，盘上的可磁化材料构图成小的隔离数据岛，使得在每个岛或“位”中具有单个磁畴。该单个磁畴可以是单个晶粒或包括作为单个磁体一致地转换磁状态的几个强耦合晶粒。这与连续介质盘相反，连续介质盘中单个“位”可具有通过畴壁隔开的多个磁畴。
图2是现有技术垂直磁记录连续介质盘的示意性剖视图，示出写场Hw作用在记录层RL上。该盘还包括硬盘衬底、用于SUL的生长的籽层或始层(OL)、SUL和RL之间的中间层(IL)、以及保护涂层(OC)。IL是非磁层或多层结构，也称为“交换中断层”或EBL，其中断SUL和RL的导磁膜之间的磁交换耦合并促进RL的外延生长。尽管图2没有显示，但是通常直接在SUL上沉积籽层(SL)，以促进IL的生长。如图2所示，RL位于“表象(apparent)”记录头(ARH)的间隙内，与纵向或平面内记录相比其允许明显较高的写入场。ARH包括盘上方的是真实写入头(RWH)的写极(图1)以及在RL底下的有效次级写极(secondary write pole：SWP)。SUL促进了SWP，在写入期间，SUL通过IL与RL去耦，并由于其高的磁导率产生RWH的磁镜像。这有效地将RL带入ARH的间隙，并允许在RL内的大的写入场Hw。
用于RL的一类材料是颗粒铁磁钴合金，例如CoPtCr合金，具有c轴基本上离面或垂直于RL取向的六角密堆积(hcp)晶体结构。颗粒钴合金RL还应当具有良好隔离的精细晶粒结构，以产生高矫顽力(Hc)介质，并减小颗粒间交换耦合，颗粒间交换耦合是造成高本征介质噪声的原因。通过添加氧化物，包括Si、Ta、Ti和Nb的氧化物，实现了钴合金RL中晶粒偏析(segregation)的提高。这些氧化物趋向于沉淀到晶粒边界，并与钴合金的元素一起形成非磁的晶粒间材料。H.Uwazumi等人的“CoPtCr-SiO2 GranularMedia for High-Density Perpendicular Recording”，IEEE Transactions onMagnetics，Vol.39，No.4，2003年七月，PP.1914-1918公开了具有添加了SiO2的CoPtCr颗粒合金的RL的垂直磁记录介质。T.Chiba等人的“Structureand magnetic properties of Co-Pt-Ta2O5 film for perpendicular magneticrecording media”，Journal of Magnetism andMagnetic Material，Vol.287，2005年二月，PP.167-171公开了具有添加了Ta2O5的CoPt颗粒合金的RL的垂直磁记录介质。如图2所示，盖层(CP)，诸如没有添加氧化物或具有比RL更少量的氧化物的颗粒Co合金，通常沉积在RL上以作为引起RL的晶粒的颗粒间耦合的媒介。
钴合金RL具有基本上离面或垂直磁各向异性，这是由于其hcp晶体结构的c轴在沉积期间被诱导为基本上垂直于层平面生长。为了诱导hcp RL的该生长，其上形成RL的IL也是hcp材料。钌(Ru)和某些Ru合金例如RuCr是用于IL的非磁hcp材料。
通过添加的氧化物增强RL中的磁晶粒的偏析对于实现高的面密度和记录性能是重要的。粒间氧化物材料不仅去耦粒间交换，而且也对RL中磁晶粒的尺寸和分布施加控制。目前的盘制造方法通过在Ru或Ru合金IL上生长RL获得了该偏析RL，该IL表现出Ru或Ru合金晶粒的柱状生长。通过以相对高的溅射压强溅射沉积IL实现了IL的柱状生长。图3是形成在Ru IL上的CoPtCr-SiO2RL的部分表面的透射电子显微镜(TEM)图像。图3示出通过粒间SiO2分隔的良好偏析的CoPtCr磁晶粒。然而，由图3显见，磁晶粒尺寸具有较大变化。大的晶粒尺寸分布是不期望的，因为它导致盘上磁记录属性的变化且因为一些较小晶粒会是热不稳定的，导致数据丢失。
需要一种具有颗粒钴合金RL的连续介质垂直磁记录盘，该颗粒钴合金RL具有添加氧化物并具有基本相同尺寸(即最小的晶粒尺寸分布)的良好偏析的磁晶粒。
发明内容
本发明涉及具有颗粒钴合金记录层(RL)的连续介质垂直磁记录盘及其制造方法，该颗粒钴合金RL具有最小的晶粒尺寸离散度。有序成核层(ONL)形成在含氧化物的颗粒铁磁Co合金RL之下。ONL具有下部分和上部分，上部分具有其上沉积RL的基本平坦表面。ONL的上部分具有以基本重复图案布置的有序成核位点，该有序成核位点促进RL的钴合金磁晶粒的生长。ONL的成核位点基本被与成核位点不同的材料的非成核区域包围。因此，层的上部分为RL材料提供“化学对照(chemical contrast)”的两种不同区域，后续沉积的RL的钴合金磁晶粒生长在成核位点上，RL的氧化物基本偏析在非成核区域上。有序成核位点可由含Ru的材料形成，非成核区域可由氧化物或氮化物形成。含Ru成核位点具有六角密堆积(hcp)晶体结构以用于控制RL的颗粒Co合金中的hcp晶体取向。成核位点促进RL的hcp颗粒Co合金的生长，使得其c轴基本垂直取向，由此得到垂直磁各向异性。
ONL通过本发明的使用纳米压印光刻的方法形成，优选地通过母模形成，该母模利用使用用于产生周期性纳米级特征的自组装嵌段共聚物的方法制造。
在另一实施例中，ONL是分子纳米结构的规则周期图案。分子纳米结构包括纳米晶体和分子超结构(superstructure)。纳米晶体包括小的亚100nm尺寸的晶体颗粒，其核由一种或多种材料如CdSe、CdTe、PbSe、FePt、FeO和Si构成。分子超结构是通过在衬底上沉积分子膜产生的结构。可用于该目的的分子种类的例子是富勒烯(例如，C60)、多环芳烃(例如，并五苯)以及花青(cyanine)(例如，卟啉)。分子纳米结构的层位于含Ru层下面，含氧化物颗粒铁磁Co合金RL沉积在含Ru层上。ONL中的分子纳米结构用作产生含Ru层和RL中的基本规则图案的成核位点。
为了更全面地理解本发明的本质和优点，请结合附图参考下面的详细说明。
附图说明
图1是现有技术垂直磁记录系统的示意图。
图2是根据现有技术并示出写场的垂直磁记录盘的示意性剖视图。
图3是形成在Ru IL上的现有技术CoPtCr-SiO2RL的部分表面的透射电子显微镜(TEM)图像。
图4是根据本发明的在记录层(RL)下面具有有序成核层(ONL)的连续介质垂直磁记录盘的侧剖视图。
图5A-5F是侧剖视图，示出在本发明的形成有序成核层的方法的一实施例中的步骤。
图6A-6F示出利用自组装嵌段共聚物制造纳米压印母模的方法。
图7是根据使用分子纳米结构的本发明的一实施例在记录层(RL)下面具有有序成核层(ONL)的连续介质垂直磁记录盘的侧剖视图。
具体实施方式
图4是根据本发明的连续介质垂直磁记录盘10的侧剖视图。图2的现有技术盘的非磁中间层(IL)用制造为有序成核层(ONL)11的IL取代。ONL 11具有下部分12和上部分14，上部分14具有其上沉积RL的基本平坦表面15。RL是具有氧化物或多种氧化物的颗粒钴合金的连续层。ONL 11的上部分14具有以基本重复图案布置的有序成核位点16。成核位点16促进RL的Co合金磁晶粒的生长。成核位点16基本被与成核位点16不同材料的非成核区域18围绕。因此，层11的上部分14为RL材料提供“化学对照(chemical contrast)”的两种不同区域，后续沉积的RL的钴合金磁晶粒生长在成核位点16上，RL的氧化物基本偏析在非成核区域18上。在优选实施例中，有序成核位点16由含Ru材料形成，非成核区域18由氧化物或氮化物形成。含Ru成核位点16具有六角密堆积(hcp)晶体结构以用于控制RL的颗粒Co合金中的hcp晶体取向。成核位点16促进RL的hcp颗粒Co合金的生长，使得其c轴基本垂直取向，由此得到垂直磁各向异性。Ru是用于图2的现有技术中的常规IL的常用材料，但其它合适材料包括选自Ti、Re和Os的金属以及含有选自Ti、Re、Ru和Os的至少一种元素的合金，包括Ru基合金诸如RuCr合金。因此，任何这些材料可适合用作成核位点(nucleation site)16的材料。ONL 11的下部分12优选地由与成核位点16(如图4所示)相同的材料或与非成核区域18相同的材料形成，这取决于下面将描述的制造ONL 11的方法。下部分12基本是原来IL的在制造上部分14之后保留的部分。
图4还示出了构成盘10的其它层。构成盘10的各种层位于硬盘衬底上。衬底可以是任何商业可得的玻璃衬底，但也可以是具有NiP或其它已知表面涂层的常规铝合金，或者是诸如硅、硅碱钙石(canasite)或碳化硅的替代衬底。SUL位于衬底上，或者直接位于衬底上或者直接位于粘合层或始层(OL)上。OL促进SUL的生长并且可以是具有约2-5纳米(nm)厚度的AlTi合金或类似材料。SUL可以是多层SUL，由通过层间膜(诸如Ru、Ir或Cr)分隔的多个软磁层形成，层间膜用作反铁磁(AF)耦合膜来在两个层之间引起反铁磁交换耦合。这类AF耦合的SUL在美国专利US 6686070B1和US6835475B2中有描述。然而，替代AF耦合的SUL，SUL可以是单层SUL(如图4所示)或是由多个软磁膜形成的非AF耦合的叠层或多层SUL，所述多个软磁膜通过非磁膜诸如碳或SiN膜或者Al或CoCr的导电膜分隔。SUL层或多层由非晶导磁材料诸如合金CoNiFe、FeCoB、CoCuFe、NiFe、FeAlSi、FeTaN、FeN、FeTaC、CoTaZr、CoFeB和CoZrNb形成。SUL的厚度通常在大约50-400nm的范围。可选的籽层(SL)可位于SUL上以促进ONL的下部分14的生长。如果下部分14是含Ru材料，则SL可由NiFe或NiW的层形成。垂直磁RL在ONL上并与之直接接触地形成为具有粒间氧化物的颗粒铁磁钴(Co)合金诸如CoPtCr合金或CoPtCrB合金的连续层，粒间氧化物包括Si、Ta、Ti和Nb中一种或多种的氧化物。该Co合金具有c轴基本离面或垂直于RL取向的六角密堆积(hcp)晶体结构。盖层(CP)沉积在RL上。该CP通常包括铁磁颗粒Co合金如CoPtCr或CoPtCrB合金以用于引起或控制RL中的粒间交换耦合。因此，CP可具有与RL相比更大量的Cr和/或B，或者与RL相比更少量的氧化物。例如，CP可具有与RL基本相同的Co合金成分，但没有氧化物。结果，CP的各个Co合金晶粒大于RL的Co合金晶粒并基本交叠RL的多个晶粒，如CP中的波状线所示。形成在RL上的OC可以是非晶“类金刚石”碳膜或其它已知的保护涂层如氮化硅(SiN)。
在本发明中，ONL通过纳米压印光刻(nanoimprint lithography)形成，优选地使用通过利用用于产生周期性纳米(nm)级特征的自组装嵌段共聚物的方法制造的母模。图5A-5F是侧剖视图，示出在形成ONL的方法的一实施例中的步骤。首先，上至且包括将用作ONL的下部分12的材料层的层以制造磁记录盘的常规方式(通常通过溅射沉积)被沉积。在该示例中，下部分12的材料是Ru。然后，如图5A所示，所述结构从溅射设备中移除，一层纳米压印液态抗蚀剂20沉积在下部分12上，所得结构位于纳米压印母模30之下。在该示例中，母模30包含孔31的周期图案。纳米压印抗蚀剂优选地是通过紫外线(UV)照射可固化的抗蚀剂。在图5B中，纳米压印母模30压在抗蚀剂20上，迫使液态抗蚀剂材料20进入孔31中，然后抗蚀剂暴露于UV照射从而固化抗蚀剂。在图5C中，母模30已被移除，在下部分12上留下抗蚀剂材料的柱22的周期图案。在图5D中，下部分12中Ru的暴露部分被蚀刻或研磨大约
从而产生凹陷区域17，留下抗蚀剂柱22之下的凸起的Ru成核位点16。然后，在图5E中，将形成非成核区域18的材料沉积在柱22和下面的成核位点16上至与所述凹陷基本相同的厚度(即，
)从而获得基本平坦的表面。在该示例中，用于非成核区域18的材料是硅氧化物，例如SiO2。接着，抗蚀剂层的柱22通过干法或湿法蚀刻去除，留下ONL的上部分14。上部分14是被SiO2非成核区域18围绕并与之基本邻接的Ru成核位点16的有序阵列或周期图案。如图5F所示，成核位点16和基本邻接的非成核区域18形成基本平坦表面15。这里使用时，“基本平坦”意味着成核位点表面的高度和围绕成核位点的区域(例如图5F中的非成核区域18)的高度差至少在3nm以内，优选地在1nm以内。成核位点16具有优选地在大约4至25nm范围的横向或面内宽度尺寸以及优选地在约8至50nm范围的横向或面内中心到中心的间距。
在图5A-5F的方法的第一变型方案中，在沉积抗蚀剂层20(见图5A)之前，非成核材料如SiO2的非常薄(例如3nm或更小且优选地1nm或更小)的膜沉积在Ru层12顶上。在该示例中，压印抗蚀剂层使得压印图案在抗蚀剂中形成孔。然后，利用孔的抗蚀剂基质作为掩模通过孔蚀刻薄SiO2膜，类似于图5D中，以仅去除暴露区域中的SiO2，留下Ru的成核位点。然后去除抗蚀剂基质，留下抗蚀剂下面的SiO2的非成核区域。由于SiO2膜优选地仅1nm厚，所以邻接的成核位点和非成核区域的所得表面基本平坦。如果使用如图5C中的柱型(pillar-tone)抗蚀剂图案，那么将首先沉积SiO2膜，接着是非常薄的(3nm或更小，优选地1nm或更小)Ru膜。然后Ru膜将通过抗蚀剂柱22被蚀刻从而产生被SiO2非成核区域包围的Ru成核位点。
在图5A-5F的方法的第二变型方案中，非成核材料如SiO2的非常薄(例如3nm或更小，优选地1nm或更小)的膜沉积在图5C的抗蚀剂柱22上从而在暴露区域中形成薄的非成核区域。在该方法中，不需要蚀刻。然后去除抗蚀剂柱22，留下在它们下面的Ru成核位点。由于SiO2膜优选地仅1nm厚，所以邻接的成核位点和非成核区域的所得表面基本平坦。替代地，SiO2膜沉积在图5A中的衬底顶上(即，取代Ru层12)，并且压印抗蚀剂图案从而替代柱22形成孔的抗蚀剂基质。然后，非常薄的(3nm或更小，优选地1nm或更小)Ru膜沉积在抗蚀剂基质顶上及孔中。然后通过该湿法或干法工艺去除抗蚀剂，留下被SiO2非成核区域包围的Ru成核位点的阵列。
然后图5F所示的结构放回溅射设备中，在该溅射设备中沉积RL和OC。RL通常从诸如CoPtCr或CoPtCrB的Co合金靶和诸如SiO2的氧化物靶共溅射。ONL的上部分14现在具有化学对照的两个区域。因此，在ONL的上部分14上生长RL时，Co合金晶粒生长在Ru成核位点16上且SiO2倾向于在非成核区域18上形成为粒间材料。如图4中示意性示出的，这得到具有基本一致尺寸(即，最小的晶粒尺寸分布)的Co合金晶粒的RL，所述Co合金晶粒通过粒间氧化物材料良好隔离。
在图5A-5F所示方法的示例中，下部分12是Ru，与成核位点16是相同材料。然而，ONL也可以通过开始于由SiO2形成的下部分12而制造。在该示例中，母模可具有与图5A中的母模30相反的图像，从而在抗蚀剂固化和去除母模之后抗蚀剂层将是“孔”图案。下部分12中SiO2的暴露部分然后通过孔被蚀刻或研磨，在抗蚀剂层的孔中留下SiO2的凹陷部分。然后所述孔被用Ru回填至与蚀刻或研磨掉的SiO2厚度相同的厚度。去除抗蚀剂之后，所得结构将与图5F所示的结构基本相同，除了ONL的下部分12将由与非成核区域18相同的材料(在该示例中是SiO2)形成以外。
现在将参照图6A-6F描述利用自组装嵌段共聚物制造纳米压印母模30的方法。纳米压印母模30将由合适的衬底材料如单晶硅、非晶硅、硅石、石英、硅氮化物、碳、钽、钼、铬、氧化铝或蓝宝石形成。在图6A中，衬底30的表面可以用合适的聚合物刷层50处理从而影响后续的嵌段共聚物膜的取向。接着，沉积自组装嵌段共聚物材料的薄膜52。自组装嵌段共聚物通常包含两种或更多彼此不融合的不同聚合物嵌段组分，例如组分A和B。在合适的条件下，两种或更多种不融合的聚合物嵌段组分分离成两种或更多种不同的相或者纳米级的微畴(microdomain)，由此形成隔离的纳米尺寸结构单元的有序图案。在图6B中，嵌段共聚物材料的膜52已被退火从而嵌段共聚物微相分离成嵌在材料A的基质中的材料B的垂直取向柱形畴的纳米级规则阵列。图6C是退火之后嵌段共聚物膜的顶视图的扫描电子显微照片(SEM)并示出嵌在材料A的基质中的材料B的柱体。然后在图6D中，选择性去除A材料从而留下具有B材料的圆柱的周期图案的模板。然后在图6E中，暴露的刷膜50和下面的衬底30通过材料B的柱被蚀刻至母模的孔所需的深度。在图6F中，刷膜50的剩下部分和B材料的柱被去除，留下具有孔31的图案的母模30。然后利用该母模30制造ONL，如图5A所示。
有许多类的能用于形成图6C的自组装周期图案的嵌段共聚物。选择性去除组分之一A或B而不必去除另一种，产生未被去除的组分的有序布置的结构单元。有若干文献描述了自组装嵌段共聚物，包括US7347953B2、Kim等人的“Rapid Directed Self-Assembly of Lamellar Microdomains from aBlock Copolymer Containing Hybrid”，Proc.of SPIE Vol.6921，692129，(2008)、Kim等人的“Device-Oriented Directed Self-Assembly of Lamella Microdomains from a Block Copolymer Containing Hybrid”，Proc.of SPIE Vol.6921，69212B，(2008)、以及Kim等人的“Self-Aligned，Self-Assembled Organosilicate Line Patterns of～20nm Half-Pitch from Block Copolymer Mediated Self-Assembly”，Proc.of SPIE Vol.6519，65191H，(2007)。
能用于形成自组装周期图案的合适的嵌段共聚物的具体示例包括但不限于：聚(苯乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯)(PS-b-PMMA)，聚(氧化乙烯-嵌段-异戊二烯)(PEO-b-PI)，聚(氧化乙烯-嵌段-丁二烯)(PEO-b-PBD)，聚(氧化乙烯-嵌段-苯乙烯)(PEO-b-PS)，聚(氧化乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯)(PEO-b-PMMA)，聚(氧化乙烯-嵌段-乙基乙烯)(PEO-b-PEE)，聚(苯乙烯-嵌段-乙烯基吡啶)(PS-b-PVP)，聚(苯乙烯-嵌段-异戊二烯)(PS-b-PI)，聚(苯乙烯-嵌段-丁二烯)(PS-b-PBD)，聚(苯乙烯-嵌段-二茂铁基二甲基硅烷)(PS-b-PFS)，聚(丁二烯-嵌段-乙烯基吡啶)(PBD-b-PVP)，聚(异戊二烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯)(PI-b-PMMA)，以及聚(苯乙烯-嵌段-二甲基硅氧烷)(PS-b-PDMS)。
嵌段共聚物形成的具体自组装周期图案由第一和第二聚合物嵌段组分A和B之间的分子体积比决定。当第二聚合物嵌段组分B的分子体积对第一聚合物嵌段组分A的分子体积的比小于约80∶20但是大于约60∶40时，嵌段共聚物将在第二聚合物嵌段组分B构成的基质中形成第一聚合物嵌段组分A构成的圆柱的有序阵列。当第一聚合物嵌段组分A的分子体积对第二聚合物嵌段组分B的分子体积的比小于约60∶40但是大于约40∶60时，嵌段共聚物将形成第一和第二聚合物嵌段组分A和B构成的交替片层。在本发明中，未去除的组分将被用作蚀刻掩模，如图6D所示，因此交替的片层或交替圆柱的有序阵列是感兴趣的。
周期图案中重复结构单元的周期或体周期(bulk period)(L0)由本征聚合物属性例如聚合度N和Flory-Huggins相互作用参数χ确定。L0随着聚合度N而缩放，而聚合度N又与分子量M关联。可得到能实现约8至50nm之间的L0的嵌段共聚物。因此，通过调节本发明的嵌段共聚物的总分子量，可以选择重复结构单元的体周期(L0)。嵌段共聚物材料可以是双嵌段共聚物聚苯乙烯-嵌段-聚甲基丙烯酸甲酯(PS-b-PMMA)。例如，具有总分子量Mw＝46Kg/mol的对称PS-b-PMMA显示约32nm的L0，而Mw＝36Kg/mol的呈现约27nm的L0。其他值的L0是已知的且描述于Black，C.T.，Ruiz，R.，等人的“Polymer self assembly in semiconductor microelectronics”，IBM Journal of Research and Development，Volume 51，Number 5，Page 605(2007)中。如果嵌段共聚物材料是(PS-b-PMMA)，该PMMA可被选择性去除，例如通过使用紫外线(UV)辐照，接着在选择性溶剂中漂洗，如Thurn-Albrecht，T.等人的“Nanoscopic Templates from Oriented Block Copolymer Films”，Advanced Materials 2000，12，787中所描述的。
为了形成自组装周期图案，嵌段共聚物首先溶解在合适的溶剂系统中以形成嵌段共聚物溶液，其然后又施加到表面上以形成嵌段共聚物薄膜，接着退火嵌段共聚物薄层，这导致嵌段共聚物中包含的不同聚合物嵌段组分之间的相分离。用于溶解嵌段共聚物和形成嵌段共聚物溶液的溶剂系统可包括任何合适的溶剂，包括但不限于：甲苯、丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)、丙二醇甲醚(PGME)、以及丙酮。嵌段共聚物溶液能通过任何合适的技术施加到衬底表面，包括但不限于：旋铸(spin casting)、涂覆、喷涂、墨涂、浸涂等。优选地，嵌段共聚物溶液被旋铸到衬底表面上从而形成嵌段共聚物薄层。在嵌段共聚物薄层施加到衬底表面上之后，整个衬底被退火从而进行嵌段共聚物包含的不同嵌段组分的微相偏析，由此形成具有重复结构单元的周期图案。聚合物刷材料50可以是对于聚合物嵌段之一不显示比对于聚合物嵌段中的另一种更强的润湿亲和性的材料的中性层。中性层的目的是充分调节表面能从而促进期望的畴取向(垂直片层或平行圆柱)且提供足够的润湿条件。中性层可以是例如比所用的嵌段共聚物更低分子量的端羟基聚苯乙烯(hydroxyl-terminated polystyrene)刷。刷层50旋涂在衬底30上至大约1-10nm的厚度(6nm以下是优选的)。
上述技术中的嵌段共聚物膜自组装而没有任何指引或引导。该非指引的自组装导致有微小缺陷的图案，因而其对于要求精确的长程有序的应用是不实用的。图6C的SEM中可以看出缺乏精确的长程有序。然而，对于本发明而言不要求ONL中的成核位点的精确长程有序，本发明中在利用母模制造的ONL上沉积具有粒间氧化物的连续颗粒Co合金。
在形成具有化学对照图案的ONL的方法的另一实施例中，使用离子注入。该方法可从图5C的结构开始解释。利用具有柱22的有序阵列的该抗蚀剂层作为掩模，高能离子注入到ONL的下部分12的Ru的暴露区域中。例如，可注入高能氧原子以形成钌氧化物的非成核区域18。去除抗蚀剂之后，ONL的上部分14是钌氧化物的非成核区域18围绕的Ru成核位点16的有序阵列。由于离子注入不去除材料，所以不需要蚀刻及接着的回填，且ONL的上部分14保持其原有的基本平坦的表面15。
在形成具有化学对照图案的ONL的方法的另一实施例中，使用分子纳米结构。分子纳米结构包括纳米晶体和分子超结构。
纳米晶体包括小的亚100nm尺寸的晶体颗粒，其核由一种或多种材料构成，诸如CdSe、CdTe、PbSe、FePt、FeO和Si。纳米晶体能够以各种尺寸合成并具有窄的尺寸分布。例如，CdSe纳米晶体可商业获得，直径在2-7nm的范围且直径分布小于10％。通过若干良好建立的技术如旋涂和浸涂，纳米晶体可分散成良好有序的膜。
分子超结构是通过在衬底上沉积分子膜产生的结构。可用于该目的的分子种类的例子是富勒烯(例如C60)、多环芳烃(例如并五苯)以及花青(例如卟啉)。衬底可以是磁堆叠的组元或者由贵金属(例如Au)或无机(例如Si)薄膜构成的籽层。C60是可以与金属性膜强烈相互作用的球形分子。例如，金(Au)膜上C60-金属相互作用产生具有5nm周期的超结构，这比C60的直径0.7nm大几乎一个数量级(PRL 99，226105(2007))。分子超结构可通过经由热蒸镀沉积中等尺寸(0.5-1nm)分子的膜而形成。尽管分子大小对于有序膜而言是重要的长度尺度(length scale)，但分子膜经常形成超结构，该超结构由分子-表面相互作用产生。本发明中ONL的一实施例使用C60单层和在SUL上用于C60单层的Au籽层。
在制造具有分子纳米结构的ONL的方法中，盘的所有层，包括SUL且上至其上将沉积分子纳米结构的层，以诸如溅射沉积的常规方式沉积。然后，如果需要旋涂或液体浸涂，则该结构从溅射设备中移除以用于分子纳米结构的沉积。取决于所使用的分子，分子纳米结构可利用各种标准分子沉积技术来沉积，例如气相暴露(vapor exposure)、热蒸镀、旋涂或液体浸涂。在分子纳米结构沉积之后，如果需要，在恢复余下的磁堆叠组元的沉积之前，可执行额外的处理诸如热退火或沉积另外的粘合/籽层。使用纳米晶体作为有序层的工序与分子超结构的工序类似。然而，纳米晶体可通常仅利用旋涂或液体浸涂来沉积。这些沉积技术需要专用于这些沉积的单独机器。
如果分子纳米结构将沉积在SUL上面，诸如Au、Ta或NiW的粘合层或籽层可在沉积分子纳米结构之前沉积在SUL上面。选择粘合层或籽层的成分和厚度从而促进ONL中适当的有序以及保护SUL免于在分子纳米结构沉积期间被损坏。
图7是根据本发明的使用分子超结构例如C60分子层的实施例在记录层(RL)下面具有有序成核层(ONL)的连续介质垂直磁记录盘的侧剖视图。具有纳米晶体的实施例类似，但分子层被纳米晶体层取代。用于SUL的保护层和/或用于C60层的籽层沉积在SUL上。用于后续沉积的Ru或含Ru层的籽层(Ru-SL)沉积在ONL上。Ru-SL可以是厚度为大约1至5nm的Au/NiW双层。然后，Ru层或含Ru层沉积在Ru-SL上至大约10至25nm的厚度。常规RL、CP和OC然后可以以常规方式沉积在Ru层上。ONL中的C60分子促进形貌特征和成核中心的更加均匀的分布。ONL于是在Ru籽层中产生基本上规则的图案，这又在Ru层和RL中引导更均匀的晶粒形成。
虽然参照优选实施例特别显示和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不偏离本发明的思想和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。因此，所公开的发明应仅被理解为示例性的，且局限于仅由所附权利要求定义的范围。
Claims (29)
1.一种连续介质垂直磁记录盘，包括：
衬底；
衬层，在所述衬底上；
垂直磁记录层，在所述衬层上并包括Si、Ta、Ti和Nb中的一种或更多种的一种或更多种氧化物和颗粒铁磁Co合金的连续层；以及
有序成核层，在所述衬层和所述垂直磁记录层之间，所述有序成核层包括用于所述垂直磁记录层的所述Co合金的成核位点的有序阵列。
2.如权利要求1的连续介质垂直磁记录盘，其中所述有序成核层具有基本平坦表面。
3.如权利要求1的连续介质垂直磁记录盘，其中所述有序成核层还包括在所述成核位点之间且与所述成核位点邻接的非成核区域。
4.如权利要求3的连续介质垂直磁记录盘，其中所述非成核区域和邻接的成核位点的表面的高度差在1nm以内。
5.如权利要求3的连续介质垂直磁记录盘，其中所述非成核区域由氧化物或氮化物形成。
6.如权利要求5的连续介质垂直磁记录盘，其中所述非成核区域由Si的氧化物或氮化物形成。
7.如权利要求1的连续介质垂直磁记录盘，其中所述垂直磁记录层包括Si氧化物，且其中所述有序成核层包括含Ru的成核位点，所述含Ru的成核位点基本被Si氧化物围绕，且其中所述垂直磁记录层中的所述Co合金与所述有序成核层的所述成核位点接触，所述垂直磁记录层中的所述Si氧化物与所述有序成核层的所述Si氧化物接触。
8.如权利要求1的连续介质垂直磁记录盘，其中所述成核位点包含Ru。
9.如权利要求8的连续介质垂直磁记录盘，其中所述有序成核层还包括在所述成核位点之间且与所述成核位点邻接的非成核区域，所述非成核区域包含钌氧化物。
10.如权利要求1的连续介质垂直磁记录盘，其中所述成核位点是分子纳米结构。
11.如权利要求10的连续介质垂直磁记录盘，其中所述分子纳米结构是选自CdSe、CdTe、PbSe、FePt、FeO和Si构成的组的纳米晶体。
12.如权利要求10的连续介质垂直磁记录盘，其中所述分子纳米结构是选自富勒烯、多环芳烃和花青的分子的分子超结构。
13.如权利要求12的连续介质垂直磁记录盘，其中所述分子超结构是C60分子。
14.如权利要求1的连续介质垂直磁记录盘，其中所述衬层是导磁材料的软磁衬层，且其中所述有序成核层是所述软磁衬层和所述垂直磁记录层之间的交换中断层以用于防止所述软磁衬层和所述垂直磁记录层之间的磁交换耦合。
15.如权利要求14的连续介质垂直磁记录盘，还包括在所述软磁衬层和所述有序成核层之间的籽层。
16.一种连续介质垂直磁记录盘，包括：
衬底；
衬层，在所述衬底上；
垂直磁记录层，在所述衬层上并包括Si、Ta、Ti和Nb中的一种或更多种的一种或更多种氧化物和颗粒铁磁Co合金的连续层；以及
有序成核层，在所述衬层和所述垂直磁记录层之间并与所述垂直磁记录层接触，所述有序成核层包括用于所述垂直磁记录层的所述Co合金的成核位点的有序阵列和在所述成核位点之间并与所述成核位点邻接的非成核区域。
17.如权利要求16的连续介质垂直磁记录盘，其中所述有序成核层具有基本平坦表面。
18.如权利要求16的连续介质垂直磁记录盘，其中所述垂直磁记录层包括Si氧化物，且其中所述有序成核层包括含Ru的成核位点，所述含Ru的成核位点基本被Si氧化物围绕，且其中所述垂直磁记录层中的所述Co合金与所述有序成核层的所述成核位点接触，所述垂直磁记录层中的所述Si氧化物与所述有序成核层的所述Si氧化物接触。
19.如权利要求18的连续介质垂直磁记录盘，还包括在所述垂直磁记录层上并与所述垂直磁记录层接触的颗粒铁磁Co合金盖层。
20.如权利要求16的连续介质垂直磁记录盘，其中所述成核位点具有4和25nm之间的面内宽度以及8和25nm之间的面内中心到中心的间距。
21.一种用于制造连续介质垂直磁记录盘的方法，所述垂直磁记录盘具有包括颗粒钴合金和粒间氧化物材料的记录层，所述垂直磁记录盘具有衬底和在所述衬底上的衬层，该方法包括：
在所述衬层上沉积非磁的中间层；
在所述中间层上沉积纳米压印抗蚀剂层；
用纳米压印母模纳米压印所述抗蚀剂层从而在所述中间层上形成构图的抗蚀剂层，所述母模具有有序特征的周期图案；
蚀刻通过所述构图的抗蚀剂暴露的中间层从而在所述中间层中形成凹陷区域；
用与所述中间层的材料不同的材料填充所述中间层的所述凹陷区域；
去除所述抗蚀剂，留下具有用于所述记录层的钴合金的成核位点的有序图案的中间层；以及
在所述中间层上溅射沉积钴合金和氧化物。
22.如权利要求21的方法，其中所述中间层包括Ru或Ru合金，且其中与所述中间层的材料不同的所述材料包括氧化物或氮化物。
23.如权利要求21的方法，其中所述母模上的所述有序特征的所述周期图案表现自组装嵌段共聚物的周期图案。
24.一种用于制造连续介质垂直磁记录盘的方法，所述垂直磁记录盘具有包括颗粒钴合金和粒间氧化物材料的记录层，所述垂直磁记录盘具有衬底和在所述衬底上的衬层，该方法包括：
在所述衬层上沉积非磁的中间层；
在所述中间层上沉积与所述中间层的材料不同的材料的薄膜；
在与所述中间层的材料不同的材料的所述薄膜上沉积纳米压印抗蚀剂层；
用纳米压印母模纳米压印所述抗蚀剂层从而在与所述中间层的材料不同的材料的所述薄膜上形成构图的抗蚀剂层，所述母模具有有序特征的周期图案；
蚀刻通过所述构图的抗蚀剂暴露的与所述中间层的材料不同的材料的所述薄膜从而暴露下面的所述中间层的区域；
去除所述抗蚀剂，留下与所述中间层的材料不同的材料的所述薄膜的区域以及所述中间层的基本邻接区域，所述中间层的基本邻接区域具有用于所述记录层的所述钴合金的成核位点的有序图案；以及
在与所述中间层的材料不同的材料的所述薄膜以及所述中间层的基本邻接区域上溅射沉积钴合金和氧化物。
25.如权利要求24的方法，其中所述中间层包括Ru或Ru合金，且其中与所述中间层的材料不同的所述材料包括氧化物或氮化物。
26.如权利要求24的方法，其中所述母模上的所述有序特征的所述周期图案表现自组装嵌段共聚物的周期图案。
27.一种用于制造连续介质垂直磁记录盘的方法，所述垂直磁记录盘具有包括颗粒钴合金和粒间氧化物材料的记录层，所述垂直磁记录盘具有衬底和在所述衬底上的衬层，该方法包括：
在所述衬层上沉积非磁的中间层；
在所述中间层上沉积纳米压印抗蚀剂层；
用纳米压印母模纳米压印所述抗蚀剂层从而在所述中间层上形成构图的抗蚀剂层，所述母模具有有序特征的周期图案；
在所述构图的抗蚀剂层之上沉积与所述中间层的材料不同的材料的薄膜；
去除所述抗蚀剂，留下与所述中间层的材料不同的材料的所述薄膜以及所述中间层的基本邻接区域，所述中间层的基本邻接区域具有用于所述记录层的所述钴合金的成核位点的有序图案；以及
在与所述中间层的材料不同的材料的所述薄膜以及所述中间层的基本邻接区域上溅射沉积钴合金和氧化物。
28.如权利要求27的方法，其中所述中间层包括Ru或Ru合金，且其中与所述中间层的材料不同的所述材料包括氧化物或氮化物。
29.如权利要求27的方法，其中所述母模上的所述有序特征的所述周期图案表现自组装嵌段共聚物的周期图案。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Amsterdam Applicant after: Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B. V. Address before: Amsterdam Applicant before: Hitachi Global Storage Tech |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: HITACHI GLOBAL STORAGE TECH TO: HGST NETHERLANDS BV |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190125 Address after: American California Patentee after: Western Digital Technologies, Inc. Address before: Amsterdam Patentee before: Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B. V. |
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| TR01 | Transfer of patent right |