CN102598131A - 用于图案化的磁盘媒体应用的等离子体离子注入工艺 - Google Patents

Abstract

提供在基板上的磁敏感表面上形成包括磁畴及非磁性磁畴的图案的工艺与设备。在一个实施例中，一种在设置于基板上的磁敏感材料上形成多个磁畴的图案的方法包括：暴露磁敏感层的第一部分至由气体混合物形成的等离子体历时一段足够的时间，以将经由遮蔽层暴露的所述磁敏感层的所述第一部分的磁性从第一状态修改成第二状态，其中所述气体混合物至少包括含卤素气体及含氢气体。

Description

用于图案化的磁盘媒体应用的等离子体离子注入工艺

领域

本发明实施例涉及硬盘驱动(HDD)媒体和用于制造硬盘驱动媒体的设备及方法。具体地说，本发明实施例涉及形成用于硬盘驱动的图案化磁盘媒体的方法和设备。

背景

硬盘驱动(HDD)为计算机及相关装置的首选存储媒体。大部分桌上型计算机及笔记型计算机中存在硬盘驱动，并且在许多消费性电子装置(诸如媒体记录器及播放器)以及收集与记录数据的设备中也可存在硬盘驱动。硬盘驱动也可部署在网络存储装置的阵列中。

硬盘驱动以磁性方式存储信息。硬盘驱动中的磁盘配置有多个磁畴，所述多个磁畴分别可通过磁头寻址(addressable)。磁头移动至磁畴附近并改变磁畴的磁性以记录信息。为了取得(recover)已记录的信息，磁头移动至磁畴附近并检测所述磁畴的磁性。磁畴的磁性一般可解读成两种可能状态(“0”状态及“1”状态)中的一种。以此方式，数字信息可被记录在磁性媒体上并可在之后被取得。

硬盘驱动中的磁性媒体一般为玻璃、复合玻璃/陶瓷或金属基板，且磁性媒体通常为非磁性并具有磁敏感材料，所述磁敏感材料沉积于所述磁性媒体上。通常沉积磁敏感层以形成图案，使得磁盘的表面具有交错的磁敏感区域与磁性不活跃区域。非磁性基板通常依形貌(topographically)图案化，并且通过旋转涂覆或电镀沉积磁敏感材料。随后，可研磨或平坦化磁盘以暴露出围绕磁畴的非磁性边界。在一些例子中，磁性材料以图案化的方式沉积以形成由非磁性区域分离的磁性颗粒或磁点。

预期这类方法可产生能支持数据密度高达约1TB/in²的存储结构，且各个磁畴具有20nm这样小的尺寸。具有不同自旋取向的磁畴交会处的区域称为布洛赫壁(Bloch wall)，在所述布洛赫壁中自旋取向经历从第一取向至第二取向的过渡。因为布洛赫壁在整个磁畴占据的部分增大，因此，此过渡区域的宽度限制了信息存储的面积密度。

为了克服由于在连续磁性薄膜中的布洛赫壁宽度导致的空间限制，可通过非磁性区域(非磁性区域可比在连续磁性薄膜中的布洛赫的宽度来得窄)实体性分离所述磁畴。在媒体上产生离散的磁性及非磁性区域的传统方法主要是形成彼此完全分离的单一位磁畴，可通过以分离的岛状区来沉积磁畴或者通过自连续磁性膜去除材料以实体性分离磁畴来形成所述单一位磁畴。可对基板进行遮蔽和图案化，并且将磁性材料沉积在暴露部分，或者磁性材料可在遮蔽和图案化之前沉积，随后蚀刻掉暴露区域中的磁性材料。在任一例子中，磁性区域的剩余图案改变基材的形貌。因为典型硬盘驱动的读写头可靠近基板表面(2nm)飞行，所以这些形貌的改变是有限制的。因此，需要一种在媒体上形成磁性区域及非磁性区域的图案化磁性媒体的工艺及方法，所述工艺或方法具有高分辨率但不会改变媒体的形貌，以及需要一种用于有效执行所述工艺及方法以大量制造的设备。

发明概述

本发明实施例提供在一或多个基板上的磁敏感表面上形成包括磁畴及非磁性磁畴的图案的方法。在一个实施例中，一种在设置于基板上的磁敏感材料上形成多个磁畴的图案的方法包括：暴露磁敏感层的第一部分至由气体混合物形成的等离子体历时一段足够的时间，以将经由遮蔽层暴露的磁敏感层的第一部分的磁性从第一状态修改成第二状态，其中气体混合物至少包括含卤素气体及含氢气体。

在另一实施例中，一种形成用于硬盘驱动的磁性媒体的方法包括：传送具有磁敏感层及图案化遮蔽层的基板至处理腔室中，其中图案化遮蔽层设置于所述磁敏感层上，其中图案化遮蔽层限定出未受遮蔽层保护的第一区域及由遮蔽层保护的第二区域；在处理腔室中修改所述磁敏感层未受遮蔽层保护的第一部分的磁性，其中修改所述磁敏感层的第一部分的磁性进一步包含：供应气体混合物至处理腔室中，其中气体混合物至少包括BF₃气体及B₂H₆气体；对气体混合物施加RF功率，以使气体混合物解离成反应性离子；以及将自气体混合物解离的硼离子注入至磁敏感层的第一区域中，同时在基板表面上形成保护层。

在又一实施例中，一种用于形成硬盘驱动的磁性媒体的设备包括：处理腔室，用来改变磁敏感层的第一部分的磁性，其中处理腔室包括：基板支撑组件，设置于处理腔室中；气体供应源，经配置以供应气体混合物至在处理腔室中设置于基板支撑组件上的基板的表面，其中气体混合物至少包含含卤素气体及含氢气体；以及RF功率，耦接至处理腔室并具有足够的功率，以解离供应至处理腔室的气体混合物并将自气体混合物解离的离子注入至基板表面中，其中注入至基板表面的离子将设置于基板上的磁敏感层的第一部分消磁。

附图简要说明

为让本发明的上述特征结构更明显易懂，可配合参考实施例，部分实施例图示在附图中，以更详细描述如上简要概括的本发明。

图1描述适于实行本发明一个实施例的等离子体浸没离子注入工具的一个实施例；

图2描述流程图，说明根据本发明一个实施例的等离子体浸没离子注入的方法；及

图3A-3C为基板在图2的方法于不同阶段的示意侧视图；

为便于理解，相同的元件符号已尽可能指定所有图中共有的相同元件。应理解，一个实施例中的特征结构可有利地使用在其它实施例中，而无须具体说明。

然而，应注意的是，附图仅说明了本发明的典型实施例，因而不应视为对本发明范围的限制，因为本发明可允许其它等效实施方式。

具体描述

本发明实施例大体提供在用于硬盘驱动的磁性媒体基板上形成磁性区域及非磁性区域的设备及方法。所述设备及方法包括通过应用等离子体浸没离子注入工艺以将离子以图案化方式注入至基板中而产生具有不同磁性的磁畴及非磁性磁畴以修改所述基板的磁性，其中具有不同磁性的磁畴及非磁性磁畴能由磁头检测。磁畴可单独地由固定在基板表面附近的磁头来寻址，使得磁头可检测及影响单独磁畴的磁性。本发明实施例包括在用于硬盘驱动的基板上形成磁畴及非磁性磁畴，同时保持所述基板的形貌。

图1为可用来实施本发明实施例的等离子体浸没离子注入腔室的等角图。图1的腔室有利于执行等离子体浸没离子注入工序，但也可使用高能(energetic)离子来喷淋基板而不使用注入。处理腔室100包括腔体102，腔体102具有底部124、顶部126以及围绕处理区域104的侧壁122。基板支撑组件128是由腔体102的底部124所支撑，并且所述基板支撑组件128适于容纳用于进行处理的基板302。在一个实施例中，基板支撑组件128可包括嵌入式加热器元件或冷却元件(未图示)，适合于控制支撑在基板支撑组件128上的基板302的温度。在一个实施例中，可控制基板支撑组件128的温度以防止基板302在等离子体浸没离子注入工艺期间过热，以使基板302在等离子体浸没离子注入工艺期间维持在实质上恒定的温度。基板支撑组件128的温度可控制在约30℃至约200℃之间的温度之间。

气体分配板130耦接至腔体102面向基板支撑组件128的顶部126。泵送口132限定在腔体102中并耦接至真空泵134。真空泵134经由节流阀136耦接至泵送口132。工艺气体源152耦接至气体分配板130，以供应用于在基板302上执行的工艺的气态前驱物化合物。

描绘于图1的腔室100还包括等离子体源190。等离子体源190包括一对分离的外部凹角管140、140’(separate external reentrant conduit)，凹角管140、140’安装在腔体102的顶部126的外侧，且凹角管140、140’彼此交错或正交设置。第一外部管140具有第一端140a并与腔体102中的处理区域104的第一侧连通，第一端140a耦接至形成于顶部126中的开口198。第二端140b具有耦接至顶部126的开口196，并且所述第二端140b与处理区域104的第二侧连通。第二外部凹角管140b具有第一端140a’并与处理区域104的第三侧连通，第一端140a’具有耦接至顶部126的开口194。第二外部凹角管140b的具有开口192的第二端140b’耦接至顶部126，并且所述第二端140b’与处理区域104的第四侧连通。在一个实施例中，第一外部凹角管140及第二外部凹角管140’是正交于彼此配置，从而围绕腔体102的顶部126周围提供各个外部凹角管140、140’呈约90度间隔定向的两端140a、140a’、140b、140b’。外部凹角管140、140’的正交配置允许等离子体源遍布处理区域104均匀地分布。应理解，第一外部凹角管140及第二外部凹角管140’可具有用来控制处理区域104中的等离子体分配的其它配置。

导磁性环形磁心142、142’环绕在对应的外部凹角管140、140’的一部分上。导电线圈144、144’经由各自的阻抗匹配电路或元件148、148’耦接至各自的RF功率源146、146’。各个外部凹角管140、140’为分别由绝缘环形环150、150’中断的中空导电管，绝缘环形环150、150’在各自的外部凹角管140、140’的两端140a、140b(及140a’、140b’)之间中断原本连续的电路径。基板表面处的离子能量受RF偏压产生器154控制，所述RF偏压产生器154经由阻抗匹配电路或元件156耦接至基板支撑组件128。

包括工艺气体源152供应的气态化合物的工艺气体经由上方的气体分配板130引入处理区域104中。RF功率源146从功率施加器(亦即，磁心与线圈142、144)耦合至供应于管140中的气体，以在第一封闭环形路径中产生循环等离子体电流。功率源146’可自另一功率施加器(亦即，磁心与线圈142’、144’)耦合至第二管140’中的气体，以在与第一环形路径交错(例如，正交)的第二封闭环形路径中产生循环等离子体电流。第二环形路径包括第二外部凹角管140’及处理区域104。在各个路径中的等离子体电流在各自的RF功率源146、146’的功率下振荡(例如，反转方向)，RF功率源146、146’的功率彼此可能相同或略有偏差。

在操作中，自工艺气体源152将工艺气体混合物供应至腔室。取决于实施例，工艺气体混合物可包含惰性气体或反应性气体，惰性气体或反应性气体将被离子化并朝向基板302引导。事实上，可轻易离子化的任何气体都可使用在腔室100中以实施本发明实施例。可使用的一些惰性气体包括氦、氩、氖、氪及氙。可使用的反应性气体或可反应气体包括硼烷及硼烷的低聚物(诸如乙硼烷)、磷化氢及磷化氢的低聚物、三氢化砷、含氮气体、含卤素气体、含氢气体、含氧气体、含碳气体及上述气体的组合。在一些实施例中，可使用氮气、氢气、氧气及上述气体的组合。在其它实施例中，可使用氨及氨的衍生物、类似物及同系物，或者可使用诸如甲烷或乙烷的碳氢化合物。在又另一实施例中，可使用含卤素气体，诸如含氟气体或含氯气体，如BF₃。可使用可容易汽化但不会沉积与基板的磁敏感层实质相同的材料的任何物质，以通过轰击或等离子体浸没离子注入来修改基板的磁性。可使用大多数的氢化物，诸如硅烷、硼烷、磷化氢、乙硼烷(B₂H₆)、甲烷及其它氢化物。再者，也可使用二氧化碳和一氧化碳。

操作各个RF功率源146、146’的功率，使得RF功率源146、146’的组合效应有效地解离来自工艺气体源152的工艺气体，并在基板302的表面处产生期望的离子通量。RF偏压产生器154的功率受控在选定的水平，于此自工艺气体解离的离子能量可在所述选定的水平朝向基板表面加速，并且离子能量在期望的离子浓度下注入至基板302的顶表面下方的期望深度。例如，使用约100W的相对低的RF功率可产生约200eV的离子能量。具有低离子能量的解离离子可自基板表面注入介于约1埃至约500埃之间的浅深度。或者，约5000W的高偏压功率将产生约6keV的离子能量。由高RF偏压功率(诸如高于约100eV)提供并产生的具有高离子能量的解离离子可从基板表面注入基板内的深度实质上为超过500埃。在一个实施例中，供应至腔室的偏压RF功率可介于约100瓦至约7000瓦之间，相当于约100eV至约7keV之间的离子能量。

然而如果期望在磁性层的选定部分中扰乱原子自旋的对准，可利用具有相对高能量的离子注入，所述高能量诸如为介于约200eV至约5keV之间，或介于约500eV至约4.8keV之间，诸如介于约2keV至约4keV之间，例如约3.5keV。受控的RF等离子体源功率和RF等离子体偏压功率的结合解离气体混合物中的电子与离子，赋予离子期望的动量，并且在处理腔室100中产生期望的离子分布。朝向基板表面偏压且驱动离子，从而以期望的离子浓度、分布及距离基板表面的深度将离子注入到基板中。在一些实施例中，取决于磁性层的厚度，离子可被注入的浓度为介于约10¹⁸个原子/cm³至介于约10²³个原子/cm³之间以及注入的深度可为自约1nm至100nm的范围。

深入磁性层的等离子体浸没注入离子造成注入区域的磁性大量改变。浅注入(诸如在100nm厚的层中为2-10nm)将在注入区域下方留下大量部分的具有对准的原子自旋的层。具有离子能量介于约200eV至约1000eV之间的这类浅注入将造成部分的磁性改变。因此，可通过微调注入的深度来选择改变的程度。正被注入的离子的尺寸也会影响将离子注入至给定深度所需的能量。例如，以约200eV的平均能量注入至磁性材料中的氦离子将使磁性材料消磁约20％至约50％，而以约1000eV的平均能量注入的氩离子将使磁性材料消磁约50％至约80％。

应注意，本文中在等离子体浸没离子注入工艺中所提供的离子是通过对处理腔室施加高电压RF或任何其它形式的EM场(微波或DV)形成的等离子体所产生。随后，等离子体解离离子被朝向基板表面偏压并注入至距离基板表面的特定的期望深度。相较于通过等离子体浸没离子注入工艺注入的离子，传统的离子注入处理腔室利用离子枪或离子束来加速大部分的离子至特定的能量，导致受加速的离子注入至基板较深的区域。在等离子体浸没离子注入工艺所提供的离子通常不像传统束线中的离子那样具有束状(beam-like)的能量分配。由于许多因素的影响(所述因素诸如为离子碰撞、处理时间及处理空间以及加速等离子体场的变化密度)，大部分等离子体离子的能量散布低至接近零的离子能量。因此，利用等离子体浸没离子注入工艺在基板中形成的离子浓度分布不同于利用传统离子注入处理腔室在基板中形成的离子浓度分布，其中与传统离子注入处理腔室相比，利用等离子体浸没离子注入工艺注入的离子大部分靠近基板表面分布。而且，执行等离子体浸没离子注入工艺所需的能量小于操作离子枪(或离子束)离子注入工艺所需的能量。需要较高能量的传统离子枪(或离子束)离子注入工艺能提供具有较高注入能量的离子，以自基板表面穿透至较深的区域。相较之下，等离子体浸没离子注入工艺利用RF功率来等离子体解离用于注入的离子，需要较少的能量来初始化等离子体浸没离子注入工艺，使得从等离子体产生的离子可有效地受到控制并自基板表面注入至相对浅的深度。因此，相较于传统的离子枪/离子束离子注入工艺，等离子体浸没离子注入工艺提供较经济有效的离子注入工艺，以使用较低的能量及制造成本将离子注入至基板表面的期望深度。

图2描述根据本发明的一个实施例的等离子体浸没离子注入工艺的工艺200的流程图。图3A至图3C为基板302在图2的工艺的不同阶段的示意截面图。工艺200经配置以在等离子体浸没离子注入处理腔室(诸如，图1中所述的处理腔室100)中执行。应理解，工艺200可在其它适当的等离子体浸没离子注入系统中执行，所述等离子体浸没离子注入系统包括来自其它制造商的等离子体浸没离子注入系统。

工艺200在步骤202通过在处理系统100中提供基板(例如基板302)而开始。在一个实施例中，基板301可由金属或玻璃、硅、电介质块体材料及金属合金或复合玻璃(诸如玻璃/陶瓷混合物)所组成。在一个实施例中，基板302具有设置在基底层303上的磁敏感层304。基底层303通常为结构坚固的材料，所述材料诸如为金属、玻璃、陶瓷或上述材料的组合。基底层303对磁敏感层304提供结构强度及良好的附着，且基底层303一般具有反磁性而为非导磁性，或仅具有非常低的顺磁性。例如，在一些实施例中，基底层303的磁化率约低于10^-4(铝的磁化率约为1.2×10^-5)。

磁敏感层304一般由一或多种强磁性材料形成。在一些实施例中，磁敏感层304包含多个具有相同或不同组成的层。在一个实施例中，磁敏感层304包含第一层308及第二层306，其中第一层308为软磁性材料(软磁性材料通常定义为具有低矫顽磁性(magnetic coercivity)的材料)，以及第二层306具有比第一层308高的矫顽性。在一些实施例中，第一层308可包含铁、镍、铂或上述物质的组合。在一些实施例中，第一层308可包含多个具有相同或不同组成的子层(未图示)。第二层306也可包含各种材料，诸如钴、铬、铂、钽、铁、铽、钆及上述材料的组合。第二层306可包含多个个具有相同或不同组成的子层(未图示)。在一个实施例中，磁敏感层304包含第一层308及第二层306，其中第一层308为具有厚度介于约100nm至约1000nm(1μm)之间的铁或铁/镍合金，第二层306包含具有厚度介于约30nm至约70nm之间(诸如约50nm)的铬、钴、铂或上述物质的组合。层306、308可由适当的方法形成，所述方法诸如物理气相沉积或溅射、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、旋转涂覆、电化学电镀或无电电镀手段等。

施加遮蔽材料310至磁敏感层304的上表面314。遮蔽材料310经图案化以形成开口312，使下方磁敏感层304的未遮蔽第一部分316暴露以进行处理。遮蔽材料310遮蔽下方磁敏感层304的第二部分318，以保护第二部分318免经处理。因此，遮蔽层310限定磁敏感层304的遮蔽部分318和未遮蔽部分316，以在后续处理之后形成不同磁性活性的磁畴。遮蔽层310一般包含可易去除但不会改变磁敏感层304的材料，或者遮蔽层310可包含即使未被去除也将不会负面影响装置性质的材料。例如，在许多实施例中，遮蔽材料310可溶于液体溶剂中，所述液体溶剂诸如为水或碳氢化合物。在一些实施例中，遮蔽材料310以可固化液体的形式施加至基板上，通过使用模板将所述遮蔽材料实体性压印而图案化，以及通过加热或UV暴露而使所述遮蔽材料固化。遮蔽材料310也可抵抗入射能量及高能离子造成的劣化。在一些实施例中，遮蔽层310为可固化材料(诸如环氧或热塑性聚合物)，所述可固化材料将会在被固化之前流动且在固化之后可提供一些抗高能工艺的保护。

遮蔽层310可使通过开口312限定的第一部分316完全暴露以进行处理，以及保护覆盖有薄或厚遮蔽层310的第二部分318免于接触处理。于是，遮蔽层310可使基板302的一些部分实质未受遮蔽，而其它部分受遮蔽。随后，基板302的第一部分316可暴露至能量以改变未遮蔽部分316的磁性。在去除遮蔽层316之后，基板302被留下原始形貌，但具有非常精细的磁畴及非磁性磁畴图案，可支持超过1Tb/in²的存储密度。

在步骤204，执行等离子体浸没离子注入工艺以将离子注入至基板302未受遮蔽层310保护的第一部分316，如图3B所描绘的箭头314。可执行等离子体浸没离子注入工艺以将离子注入至磁敏感层304的未遮蔽区域316，以修改磁敏感层304的磁性。在处理腔室100中解离的离子314被朝向基板302引导，并且所述离子撞击磁敏感层304通过遮蔽层310的开口312所限定的未遮蔽部分316。当等离子体能量及解离离子达到足够高的强度以激发磁敏感层304中的原子的热运动时，暴露磁敏感层304的未遮蔽部分316于等离子体能量与解离离子一般将开始扰乱并改变磁性。高于一定限度(threshold)的能量以及注入至磁敏感层304的解离离子将使原子的自旋方向随机化，这减少或消除材料的磁性。磁化率是指当材料暴露至磁场时产生磁性的容易程度。磁敏感层304的未遮蔽部分316的改性产生由未改性区域318(由遮蔽层310保护)以及改性区域316(未受遮蔽层310保护)所限定的磁畴图案。所述图案可视为磁性材料的未改性磁畴318和非磁性材料的改性磁畴316，或高磁场的未改性磁畴318及低磁场的改性磁畴316，或高磁化率的未改性磁畴318及低磁化率的改性磁畴316。因此，通过选择适当的等离子体能量范围以将期望量的适当离子种类注入至磁敏感层304中，能有效地降低、消除或改变磁敏感层304的磁性，以在基板302上形成期望的磁畴318及非磁性磁畴316。

撞击至磁敏感层304中的掺杂剂/离子可改变磁敏感层304的磁性。例如，注入离子(诸如硼、磷及砷离子)将不仅使注入位置附近的磁动量随机化，还将本身的磁性赋予所述表面，导致注入区域的磁性变化，例如磁敏感层的消磁。而且，在离子撞击或等离子体轰击工艺期间提供的热能或其它类型的能量可将高能离子的动能转移至磁性表面，从而由各个碰撞引起磁性动量的差分(differential)随机化，并从而改变磁敏感层304的磁性以及将磁敏感层304消磁。在一个实施例中，可通过暴露至气体混合物及气体混合物的轰击，来降低及(或)消除磁敏感层304的磁性或磁化率，所述气体混合物至少包含含卤素气体及含氢气体。一般认为，在气体混合物中所供应的含卤素气体能稍微蚀刻未遮蔽区域316的表面，而有利于掺杂剂穿透至磁敏感层304中。在同一时间，供应至气体混合物中的含氢气体可有助于在受到含卤素气体攻击的蚀刻表面上形成薄的修复层，从而维持磁敏感层304的整体厚度及形貌保持不变。

在一个实施例中，供应在气体混合物中的含卤素气体的适当实例包括：BF₃、BCl₃、CF₄、SiF₄和类似物。供应在气体混合物中的适当的含氢气体实例包括：BH₃、B₂H₆、P₂H₅、PH₃、CH₄、SiH₄和类似物。例如，在等离子体浸没离子注入工艺期间使用BF₃气体作为供应至气体混合物的含卤素气体的实施例中，BF₃气体通过供应至处理腔室的RF能量而解离，形成氟的活性种类及硼的活性种类。一般认为，氟的活性种类将略微蚀刻磁敏感层304未受遮蔽层310保护的表面，同时将硼种类引入磁敏感层304，以修改磁敏感层304的未遮蔽区域316。注入的硼元素可使磁敏感层304的未遮蔽区域316的原子自旋方向随机化，减少及(或)消除磁敏感层304的磁性，从而在磁敏感层304中形成非磁性磁畴316。由气体混合物中供应的含氢气体提供的氢活性种类可有助于修复受到氟的活性种类攻击而形成的悬键(dangling bond)，从而有助于平滑化未受遮蔽层310保护的注入区域316的表面。因此，在等离子体浸没离子注入工艺中供应的含氢气体可有效地在基板表面上提供薄层保护层，从而促进离子注入至基板中，而不会负面地改变或损坏基板表面的形貌。应注意，薄保护层可能不是永久的沉积层且可能依需要而蚀刻或清洁掉，以助于磁敏感层304的表面形貌的良好控制。

在一个实施例中，自气体混合物解离的离子可注入至磁敏感层304中的深度为磁敏感层304整体厚度的至少约50％。在一个实施例中，离子自基板表面注入的深度为介于约5nm至约30nm之间。在磁敏感层304为双层的形式的实施例中，双层诸如为第一层306及第二层308，离子可实质注入至第一层306中，诸如注入深度为距离磁敏感层304的基板表面介于约2nm至约17nm之间。

在一个实施例中，在工艺期间供应的气体混合物可进一步包括惰性气体。惰性气体的适当实例包括N₂、Ar、He、Xe、Kr和类似物。惰性气体可促进气体混合物中的离子轰击，从而增加工艺气体碰撞的几率，从而降低离子种类的复合(recombination)。

可供应诸如电容性或电感性RF功率、DC功率、电磁能量或磁控管溅射的RF功率至处理腔室100中，以在处理期间促使气体混合物的解离。可使用通过对基板支撑组件或高于基板支撑组件的气体入口(或同时对基板支撑组件及气体入口)施加DC或RF偏压产生电场而使通过解离能量所产生的离子朝向基板加速。在一些实施例中，离子可经受质量选择(mass selection)或质量过滤(mass filtration)工艺，所述质量选择或质量过滤工艺可包含使离子通过与期望的运动方向正交排列的磁场。

在一个实施例中，气体混合物中的含氢气体可以介于约10sccm至约500sccm之间的流速供应至处理腔室中，并且气体混合物中的含氟气体可以介于约5sccm至约350sccm之间的流速供应至处理腔室中。腔室压力一般维持在介于4mTorr至约100mTorr之间，诸如约10mTorr。

可利用在等离子体解离工艺期间、在RF功率产生工艺期间产生诸如氦、氢、氧、氮、硼、磷、砷、氟、硅、铂、铝或氩的离子以改变基板表面的磁性。出于使原子离子化的目的，由RF功率提供的电场可为电容性或电感性耦合，且可为DC放电场或交流电场，诸如RF场。或者，可施加微波能量给含有含有这些元素的任何元素的前驱物气体以产生离子。在一个实施例中，对于磁性媒体注入使用低于5keV的离子能量，诸如为介于约0.2keV至约4.8keV之间，例如约3.5keV。在一些实施例中，含高能离子的气体可为等离子体。对基板支撑组件、气体分配板、或基板支撑组件及气体分配板两者施加介于约50V至约500V之间的电偏压，使离子以期望能量朝向基板支撑组件加速。在一些实施例中，也使用电偏压来离子化工艺气体。在其它实施例中，使用第二电场来离子化工艺气体。在一个实施例中，提供高频RF场及低频RF场来离子化工艺气体并偏压基板支撑组件。以13.56MHz的频率及介于约200W至约5000W之间的功率水平来提供高频场，以及以介于约1000Hz至约10kHz之间的频率及介于约50W至约200W之间的功率水平来提供低频场。高能离子可通过感应耦合电场产生，感应耦合电场是通过以约50W至约500W之间的RF功率供电于感应线圈所提供的循环路径所提供。因此，所产生的离子将通过如上述偏压基板或气体分配板而广泛地朝向基板加速。

在一些实施例中，离子的产生可为脉冲式。可对等离子体源施加功率一段期望的时间，且随后中断一段期望的时间。可在期望频率和占空比下以期望次数的循环重复功率循环。在许多实施例中，可以在介于约0.1Hz至约1000Hz的频率(诸如，介于约10Hz至约500Hz之间)下来脉冲等离子体。在其它实施例中，可按照占空比(每个循环中施加功率的时间与未施加功率时间的比率)为约10％至约90％之间(诸如介于约30％至约70％之间)进行等离子体脉冲。

在步骤206，在完成等离子体浸没离子注入工艺之后，随后，遮蔽层310自基板表面去除，留下具有磁畴图案的磁敏感层304的基板，其中磁畴图案是由未改性区域318(例如，磁畴)及改性区域316(例如，非磁性磁畴)限定，其中改性区域316具有比未改性区域318低的磁性活性，如图3C所示。遮蔽层310可通过使用不会与下方磁性材料反应的化学品进行蚀刻(诸如干清洁工艺或灰化工艺)来去除，或通过溶解在液体溶剂(例如DMSO)中来去除。在一个实例中，由于磁敏感层304上无永久的沉积，磁敏感层304在图案化之后的形貌将实质上与磁敏感层304图案化之前的形貌相同。

将基板上面设置有磁敏感层的基板提供到处理腔室中，所述处理腔室诸如为图1中描绘的处理腔室100。通过上述参照图2所述的工艺制备的基板经受由气体混合物形成的等离子体，气体混合物含有由BF₃气体提供的硼离子及氟离子以及由B₂H₆气体提供的氢离子。处理腔室压力维持在约15mTorr，RF偏压电压为约9keV，源功率为约500瓦，以约30sccm的流速提供BF₃气体，以约30sccm的流速提供B₂H₆气体，以及注入时间为约40秒。发现硼离子穿透磁敏感层的深度高达约20nm。也可在此实例中使用氩气以辅助等离子体形成。

因此，提供了在基板的磁敏感表面上形成包括磁畴及非磁性磁畴的图案的工艺与设备。本工艺有利地提供了一种通过等离子体浸没离子注入工艺来修改基板的磁性的方法，所述方法按图案化方式产生具有不同磁性的磁畴及非磁性磁畴同时保持基板的形貌。

虽然前述针对本发明实施例，但可在不背离本发明的基本范围的情况下设计出其它及进一步实施例。

Claims (15)

1.一种在设置于基板上的磁敏感材料上形成磁畴的图案的方法，包含：

暴露磁敏感层的第一部分至由气体混合物形成的等离子体历时一段足够长的时间，以将所述磁敏感层的经由遮蔽层暴露的所述第一部分的磁性从第一状态修改成第二状态，其中所述气体混合物至少包括含卤素气体和含氢气体。

2.如权利要求1的方法，其中所述含卤素气体为选自以下气体所构成的组：BF₃、BCl₃、CF₄及SiF₄。

3.如权利要求1的方法，其中所述含氢气体为选自以下气体所构成的组：BH₃、B₂H₆、P₂H₅、PH₃、CH₄及SiH₄。

4.如权利要求1的方法，其中所述含卤素气体为BF₃，并且所述含氢气体为B₂H₆。

5.如权利要求1的方法，其中暴露进一步包含：

将在所述等离子体中解离的离子注入至所述磁敏感层的所述第一部分。

6.如权利要求5的方法，其中暴露进一步包含：

在注入时在所述第一部分上形成保护层。

7.如权利要求1的方法，其中所述磁敏感层包括设置于第二层上的第一层。

8.如权利要求7的方法，其中所述第一层选自以下物质所构成的组：铁、镍、铂或上述物质的组合，并且所述第二层选自以下物质所构成的组：钴、铬、铂、钽、铁、铽、钆或上述物质的组合。

9.如权利要求1的方法，其中暴露进一步包含：

提供所述气体混合物至设置于基板支撑组件上的基板表面，所述基板支撑组件设置于处理腔室中；

施加能量给所述气体混合物，以离子化所述气体混合物的至少一部分；以及

将在所述等离子体中解离的离子注入至所述磁敏感层的所述第一部分中。

10.如权利要求9的方法，其中将在所述等离子体中解离的离子注入至所述磁敏感层的所述第一部分中进一步包含：

实质上将所述磁敏感层的所述第一部分消磁。

11.一种形成用于硬盘驱动的磁性媒体的方法，包含：

传送具有磁敏感层和图案化遮蔽层的基板至处理腔室中，其中所述图案化遮蔽层设置于所述磁敏感层上，其中所述图案化遮蔽层限定未受所述遮蔽层保护的第一区域和受所述遮蔽层保护的第二区域；以及

在所述处理腔室中修改未受所述遮蔽层保护的所述磁敏感层的第一部分的磁性，其中修改所述磁敏感层的所述第一部分的磁性进一步包含：

供应气体混合物至所述处理腔室中，其中所述气体混合物至少包括BF₃气体和B₂H₆气体；

对所述气体混合物施加RF功率，以使所述气体混合物解离成反应性离子；以及

将自所述气体混合物解离的硼离子注入至所述磁敏感层的所述第一区域中，同时在基板表面上形成保护层。

12.如权利要求11的方法，其中修改所述磁敏感层的所述第一区域的磁性包含：

实质上将所述磁敏感层的所述第一区域消磁。

13.如权利要求11的方法，其中修改所述磁敏感层的磁性包含：

将离子注入至深度为所述磁敏感层的至少50％的厚度。

14.如权利要求11的方法，其中所述磁敏感层包括设置于第二层上的第一层，其中所述第一层为选自下列物质所构成的组：铁、镍、铂或上述物质的组合，并且所述第二层选自以下物质所构成的组：钴、铬、铂、钽、铁、铽、钆或上述物质的组合。

15.一种形成用于硬盘驱动的磁性媒体的设备，包含：

处理腔室，能操作用来修改设置在基板上的磁敏感层的第一部分的磁性；

基板支撑组件，设置于所述处理腔室中，所述基板支撑组件具有基板支撑表面；

气体供应源，配置为供应气体混合物至所述处理腔室，所述气体混合物至少包含含卤素气体和含氢气体；以及

射频功率，耦接至所述处理腔室，并且所述射频功率具有足够的功率，以解离供应至所述处理腔室的所述气体混合物并将自所述气体混合物解离的离子注入至所述基板的表面，所述基板设置在所述基板支撑组件上。

Images