CN103688308B - 制造高密度磁性介质的设备及方法 - Google Patents

Abstract

一种具有磁性性质图案的基板，可通过以下方法形成：在基板上形成磁性非活性层、在磁性非活性层上形成磁性前驱物、及通过施加热能至磁性前驱物而在磁性前驱物中形成由磁性非活性畴隔开的磁性活性畴。可使用激光施加热能，该热能可为脉冲式。形成磁性活性畴可包括使磁性前驱物的各部分结晶。

Description

制造高密度磁性介质的设备及方法

技术领域

本文描述的实施方式涉及磁性介质制造工艺。更特定而言，本文描述的实施方式涉及形成具有磁性性质图案的基板的方法。

背景技术

硬盘驱动器及其他磁性介质是用于计算机及相关装置的所选择的储存介质。这些装置或介质在大部分台式及笔记本电脑、移动通信装置、媒体记录器及播放器与用于收集及记录数据的仪器中发现。硬盘装置及其他磁性介质亦应用在用于网络储存的阵列中。

磁性介质用磁性方式储存信息。例如，硬盘驱动器中的盘片配置有能由磁头分别寻址的磁畴(domain)。磁头移动至接近磁畴并改变该畴的磁性性质以记录信息。为了读取记录的信息，磁头移动至接近该畴并检测该畴的磁性性质。该畴的磁性性质一般被解释为对应两种可能状态之一，该两种可能状态为“0”状态及“1”状态。以此方式，数字信息可被记录在磁性介质上并在之后读取。

在磁性存储装置中，磁性活性单元(cell)通过暴露至来自位于该单元附近的一个或多个电路元件的电流来设定为所需的性质。该单元通常通过隧道势垒而与非磁性活性元件隔开，且流过该单元的电流(electric flow)的电阻取决于该单元的磁化状态。因此，该单元的状态能通过测量流过该单元的电流的电阻来确定。

硬盘驱动器中的磁性介质通常为玻璃、复合玻璃/陶瓷、或金属基板，这些基板通常为非磁性的，而在这些基板上面沉积磁性易感(magnetically susceptible)材料。通常沉积磁性易感层形成图案，以使盘片表面具有散布有磁性非活性(magnetic inactivity)区域的磁性易感性区域。非磁性基板通常从地形上(topographically)被图案化，且通过旋转涂布或电镀沉积磁性易感材料。然后可抛光或平坦化盘片以暴露磁畴周围的非磁性边界。在一些情形中，磁性材料以图案化的方式沉积以形成由非磁性区域隔开的磁性颗粒或点。在MRAM装置中，磁性活性单元通常被沉积在绝缘体(比如玻璃)上。

在介质上产生不连续的磁性及非磁性区域的传统方法关注点集中于形成完全互相隔开的单个比特(single bit)磁畴，方法是通过沉积分离的岛状磁畴或从连续磁性膜移除材料以物理地隔开磁畴。基板可被掩模处理和被图案化，且将磁性材料沉积在暴露的部分之上，或者可在掩模处理和图案化之前沉积磁性材料，且之后蚀刻掉暴露部分的磁性材料。能使用此类方法形成的可寻址单元的尺寸目前受使用沉积和/或蚀刻方法可达到的场分离(field separation)的限制。因此，在越来越小的小畴之上形成可溶解的(resolvable)具有磁性性质图案的基板的方法有持续的需求。

发明内容

一种具有磁性性质图案的基板，可通过以下步骤形成：在基板上形成磁性非活性层，在磁性非活性层上形成磁性前驱物，及通过施加纳米级(nanoscopically)图案化热能至磁性前驱物来在磁性前驱物中形成由磁性非活性畴隔开的磁性活性畴。可使用激光施加热能，该热能可为脉冲式。形成磁性活性畴可包括使磁性前驱物的各部分结晶。

另一方面，磁性活性畴可通过以下步骤形成于磁性非活性材料中：在磁性非活性材料中形成凹槽、用磁性前驱物填充凹槽、及通过施加能量至基板来增加磁性前驱物中原子的排列整齐度(alignment)。凹槽可通过以下步骤形成：在基板上形成掩模材料、压印掩模材料以使掩模材料具有由掩模材料的厚区域及掩模材料的薄区域限定的图案、以及通过暴露掩模材料至离子来透过掩模材料的薄区域蚀刻部分磁性非活性材料，这些离子具有选定的穿透掩模材料的薄区域但不穿透掩模材料的厚区域的能量。施加至磁性前驱物材料的能量可为脉冲激光能量。

在另一方面中，磁性活性畴可通过以下步骤形成于磁性非活性材料中：在基板上沉积含磁性前驱物的磁性非活性层，通过施加第一能量至该基板来由磁性前驱物在磁性非活性层中形成磁畴晶核，及通过施加第二能量至该基板来在磁性非活性层中形成磁畴。磁性非活性层可由磁性前驱物材料过饱和。可为预热能的第一能量可通过传导(例如使用加热的基板支撑件)或通过辐射(例如使用激光能量，可为脉冲式)施加，而可为有序化(ordering)能的第二能量可通过辐射(比如通过激光能量，该激光能量可为脉冲式)施加。

附图说明

可通过参考实施方式得到上文简要概括的本发明的更特定的描述，以便能详细理解上文叙述的本发明的特征，一些实施方式在附图中示出。然而应注意的是，附图仅示出本发明的典型实施方式且因此附图不被视为本发明范围的限制，因为本发明可容许其他等同效果的实施方式。

图1为根据一些实施方式的概述方法的流程图。

图2为根据另一实施方式的热处理设备的示意图

为帮助理解，已尽可能使用相同的标记数字来表示各图共有的相同元件。需了解的是在一个实施方式中公开的元件可有益地应用在其他实施方式上而不需特定详述。

具体实施方式

在此描述的方法及设备形成在基板的表面具有磁性性质图案的基板。此类基板包括诸如硬盘驱动器基板之类的磁性储存介质和诸如MRAM晶片之类的存储器基板。

可受益于在本文描述的方法的基板包括玻璃、半导体及金属基板。在硬盘驱动器背景下，常使用玻璃或铝基板，且可与其他材料掺混、混和或形成合金以增加强度或降低成本。陶瓷粒子可被掺混至玻璃基板中，且在一些情形中，其他金属可与铝形成合金。

为了形成具有磁性性质图案的介质，基板可被涂布有第一层，该层可为非磁性的或“软”磁性的，在组分上与磁性层相似，以容许从铝或玻璃状态至磁性层的比较缓和的结构过度。铁及铁/镍合金为此类材料的示例。然后，磁性活性材料(比如钴/镍/铂合金)在第一层之上形成。这些层一般由诸如PVD(例如溅射)、CVD、PECVD、旋转涂布和/或电镀之类的沉积工艺形成。

通过在磁性活性层之上形成非磁性、非可磁化或较不易磁化的覆盖层、或磁性活性较弱的覆盖层来保护和/或平滑化具有磁性性质图案的磁性活性层。在一些实施方式中，覆盖层包括碳，比如非晶碳、结晶碳和/或氮化碳。在其他实施方式中，覆盖层可为如上所述的隧道势垒层。金属氧化物陶瓷(比如氧化铝、氧化镁和/或氧化铁，包括混合金属氧化物)可被用作隧道势垒层，且这些金属氧化物陶瓷可在磁性活性层之上沉积。可通过PVD或CVD进行覆盖层的沉积。

图1是概述一类方法的流程图，由方法100例示。方法100可用于形成具有分布在基板的整个表面的磁性性质图案的基板。上文描述的任何基板都可根据图1的任何方法处理。

在步骤102，在基板上形成包括磁性前驱物的层。磁性前驱物通常为随后显露该磁性前驱物的磁性性质以得到磁性图案的材料。磁性前驱物可为非磁性的或可具有其他的无差别的磁结构或性质。一方面，磁性前驱物可是具有任意自旋(spin)轴方向的非晶形态，使得材料不显现磁性。该材料在无差别的外形下可具有低或高的矫顽磁力(magneticcoercivity)。该层可通过溅射包括磁性活性合金的靶材或通过溅射或共溅射实质上纯的金属(比如钴、铁、铂、及镍)的靶材形成。能用此方法形成具有所需的金属混合物的磁性前驱物材料层达约1nm与约100nm之间的厚度，比如约2nm与约10nm之间，例如约5nm。

在步骤102形成的层可为沉积的作为隔离介质的非磁性或磁性非活性或软磁性材料，有磁性前驱物分散在该隔离介质中。这样的层可通过与隔离材料共沉积磁性前驱物材料形成。例如，诸如钴、铂及镍之类的金属可与玻璃共溅射以在玻璃中形成层，该层具有磁性前驱物材料的溶体(solution)或分散体。亦可使用陶瓷(比如金属氧化物)。一方面，该层可通过金属的反应性溅射而被形成为富金属的陶瓷层。通过改变反应性溅射工艺中溅射靶材上的电偏压及氧分压，可控制沉积层的化学成分(stoichiometry)以产生磁性前驱物金属中过饱和的陶瓷层。该层可具有大于约55原子％的金属含量，例如在一些情形中高达约60原子％。

在其他模式中，磁性前驱物材料可在非磁性或磁性非活性或软磁性、分离介质之后沉积。

在步骤104，施加能量至磁性前驱物层以激发磁性前驱物层中的原子的运动。通过施加能量可引发固-液相变化，或者该能量可小于熔化磁性前驱物材料所需要的能量。该能量激发原子从较高能量态至较低能量态的移动。在原子遇到能量井并将它们的势能作为热能释放至其余的基体(matrix)中时，有序的相成核。有序的相在消耗无序的相下生长，因为在晶体基体中的有序的原子比在非晶或较无序的相中的原子处在更低的能量状态中。施加能量直到有序的相生长至所需的尺寸并由无序的相隔开。

在一些实施方式中可由激光施加能量。可使用脉冲激光输送约10mJ/cm²和约500mJ/cm²之间的能量至磁性前驱物材料，比如约50mJ/cm²至约150mJ/cm²之间，例如约100mJ/cm²。通常输送1和100脉冲之间的能量至单一处理区域以产生磁畴图案，比如1-20脉冲，例如2-10脉冲。每一处理区域可具有约0.1cm²和约10cm²之间的区域，且每一处理区域可具有任何形状，比如圆形、椭圆形、长方形、正方形、多边形、扁圆形、长形、或不规则形状。

脉冲可由约100皮秒(psec)和约1毫秒之间的时间长度分开，比如约1纳秒(nsec)和约500纳秒之间，例如约100纳秒。可使用多重激光器在所需的频率及时间长度下输送脉冲。在一个实施方式中，脉冲激光器为固态激光器，比如在约532nm波长操作的倍频q开关(q-switched)Nd:YAG激光器，该激光器具有电子计时器，该电子计时器被控制以在1纳秒或更短的时间内改变q开关的状态，以提供时间长度在约5纳秒至约50纳秒之间的可调谐脉冲，例如约25纳秒。可用于实施此处公开的方法的激光设备的示例描述在于2011年7月29日申请的且共同让渡的序列号为13/194,552的美国专利申请案中。

在步骤106，增加磁性前驱物层的有序度以形成磁性图案层，此图案层包含由具有微小磁性活性的畴隔开的具有提高磁性活性的畴。持续对处理区域施加能量一段时间长度，来促进原子扩散至更高晶体有序度的位置。在一些实施方式中，可由用于分散磁性前驱物原子间的热能的非磁性基体材料作为引起扩散的媒介(mediated)。非磁性基体可如上所述以磁性前驱物原子过饱和。在该实施方式中，磁性活性材料的有序畴从基体材料凝聚或析出(precipitate)，并具有可以是高斯或准高斯的隔开和尺寸分布。维持施加能量容许有序畴生长，且在消耗较小畴下使较大畴生长。

施加的能量可根据磁性前驱物材料和/或基体或隔离材料的吸收特征而选定。被磁性前驱物材料吸收比被基体材料吸收更强的能量可导致有序畴的渐近(asymptotic)生长，当被生长的畴吸收的能量增加时，该渐近生长补偿了加入有序畴的原子所获得的能量的减少。被基体材料吸收比被磁性前驱物材料吸收更强的能量可在需要时经激励磁性前驱物材料扩散通过基体材料来生长较大的有序畴。虽然磁性活性材料的有序畴可在比非晶或分散的磁性前驱物材料更高的速率下吸收能量，但是在基体材料上的能量的效应激励充分的扩散来在消耗较小畴下支持较大畴的进一步生长。

金属(包括磁性合金)通常为反射性的，所以可向磁性前驱物层涂布抗反射涂层以减少处理磁性前驱物层所需的功率输入。诸如二氧化硅之类的材料可用作抗反射涂层，且可使用包括气相沉积或液相沉积的任何传统方法形成。在硬盘驱动器背景下，通常让读头与磁性储存介质很接近是有用的，所以涂布至介质的磁性活性表面的涂层的厚度通常被最小化。诸如二氧化硅之类的抗反射涂层可在热处理之前在磁性前驱物材料上形成，然后通过诸如根据已知工艺的蚀刻之类的任何传统方法移除该抗反射涂层。或者，可涂布很薄的二氧化硅层作为抗反射涂层，然后除了后面可涂布的任何其他保护层之外，该很薄的二氧化硅层被做为随后的保护层。在此类实施方式中，可使用诸如原子层沉积之类的膜形成技术来形成接近分子单层厚度(例如或更小)的二氧化硅膜。尽管如此，但是这样的薄二氧化硅层将减少在磁性前驱物层上完成所需热处理所需要的入射功率(incidentpower)。

在步骤108，可通过溅射、CVD或PECVD方法在磁性图案层之上形成保护层或覆盖层。碳或氮化碳可通过提供烃(比如甲烷)至等离子体处理腔室来沉积。可通过提供诸如氨、氮气或联氨之类的氮源至腔室来添加氮。沉积层的组分可由流至腔室的气体的流速(flowrate)控制。可通过供应金属前驱物与氧化气体(例如铝烷基与氧、臭氧、一氧化碳)形成陶瓷。压强通常低于约10托且基板维持在低温(例如低于约100℃)以避免破坏磁性图案。这样形成的层通常为磁性较小活性或非活性的(例如非可磁化的或比磁性图案层较不易磁化的)，以容许透过覆盖层不间断磁性操控磁性活性层的磁性活性畴。

在一些实施方式中，在步骤104中施加的能量可包括第一能量及第二能量。第一能量可在低功率、强度、或通量(fluence)下施加以提供在整层中统计分布的大小小于100pm的有序相核的成核。第一能量可为通量在约50mJ/cm²之下的连续波或脉冲激光能量，或通过传导加热(例如通过使用电阻式加热或传导式加热的基板支撑件)。基板可被激光局部加热或通过加热的基板整体加热至约100℃和约400℃间的温度(例如约250℃)以促进成核。第二能量通常为激光能量(比如上文有关操作步骤104及106所描述的)且可为脉冲式。

在激光实施方式中，基板通常由以下方式处理：确认第一处理区域并使用激光过程处理第一处理区域。然后界定随后的处理区域，通常与第一处理区域相邻且有时与第一处理区域重叠，并使用激光过程处理随后的处理区域。重复此工艺直到处理完所有所需的处理区域。

应注意在以用处理区域的激光重组背景(background)加热基板为特征的实施方式中，在不妨碍在基板表面上逐步建立的磁性图案化的水准下维持背景加热。在一些实施方式中，各个处理区域可间隔最大约10nm以避免磁性图案区域的热破坏，该磁性图案区域的热破坏是由从处理区域传导至先前的处理区域的热造成的。

在可替代的实施方式中，磁性图案层可通过图案化非磁性基体层并根据非磁性基体层中的图案沉积磁性前驱物形成。然后可根据以上描述的方法将磁性前驱物有序化及活化。以此方式沉积的磁性前驱物通常被沉积成大小小于约50nm(例如在约1nm和约10nm之间)的岛，使得热处理将整个岛转变成有序的磁性活性畴。这样形成的磁畴通常被非磁性基体材料隔开以形成磁性图案。

磁性前驱物材料的图案化沉积可通过以下步骤形成：对非磁性层应用掩模及通过高分辨率手段(比如极UV光刻(extreme UV lithography)或物理压印)将掩模图案化以形成薄掩模覆盖或无掩模覆盖区域，以及厚掩模覆盖区域。在物理压印背景下，掩模材料可为含碳材料，比如非晶碳或可硬化聚合物材料，该聚合物材料比如为环氧树脂(epoxy)。然后可使用具有不足以穿透厚掩模覆盖区域的能量，但具有足以蚀刻非磁性层的能量的离子对基板进行离子蚀刻。可通过控制蚀刻时间来蚀刻图案至约1nm和约50nm之间的深度，比如约2nm和约20nm之间，例如约5nm。

磁性前驱物材料可通过使用偏压溅射工艺而被沉积于蚀刻特征中，该偏压溅射工艺可穿透薄掩模区域但无法穿透厚掩模区域，或可在沉积之前移除掩模，并平坦化基板以从场(field)移除沉积的材料。可在移除掩模材料之前或之后通过选择能穿透掩模材料或汽化掩模材料的能量来进行热处理。或者，掩模材料可为实质上地对能量透明的，或掩模材料可吸收能量并将能量转变成将磁性前驱物材料有序化的热能。

在一方面中，可通过使磁性易感材料经受纳米级图案化热能的影响来产生具有第一磁性活性的纳米级畴而将磁性材料纳米级图案化，该具有第一磁性活性的纳米级畴由具有与第一活性可检测地不同的第二磁性活性的纳米级畴隔开。纳米级图案化能量可通过从强光源(比如高功率激光器)结合能量场而产生。来自高功率激光器的光束可指向分束器以形成两束实质上相同的子光束。然后，每一子光束指向分束器以形成四束实质上相同的子光束。由入射光束通过三个分束器产生的四束子光束指向一点，这样子光束在该点重叠以产生准周期能量场(quasi-periodic)，该准周期能量场具有被约10nm和约500nm之间的距离隔开的局部最小值与最大值，例如被约20nm和约50nm之间的距离隔开。

图2是根据一项实施方式的使用纳米级图案化能量的热处理设备200的示意图。设备200可用于实施方法100的数个实施方式。相干辐射源202产生指向第一分束器206的相干辐射场204，以形成第一子光束208及第二子光束210。第一子光束208指向第二分束器212，且第二子光束210指向第三分束器214。第二分束器212产生第三子光束216及第四子光束218。第三分束器214产生第五子光束220及第六子光束222。在图2的实施方式中，第三至第六子光束216、218、220、及222实质上在宏观光学性质方面彼此相同。第一、第二及第三分束器可定义脉冲分配器(pulse divider)，此脉冲分配器可含有任何所需数目的分束器以用于形成任何所需数目的子光束。

四束子光束216、218、220及222指向与基板支撑件226相邻的处理区域224并在与基板支撑件226相邻的处理区域224重叠，基板在处理时将被定位在基板支撑件226上。反射镜228A-D(每一子光束对应一个反射镜)将四束子光束指向处理区域224。子光束216、218、220及222重叠以产生纳米级图案化能量。

若需要，则可通过使用可选择的光学系统230将原始相干辐射204偏振而将子光束偏振。每一子光束216、218、220及222可经过图2中所示的作为选择性元件的可调极性滤光器(adjustable polarity filter)232，每一个滤光器可为耦接至旋转致动器的可旋转波板(rotatable wave)，以分别减弱子光束216、218、220及222的每一束。施加至处理区域224的能量图案的结构可由此被调整。

在处理区域224产生的能量图案将具有周期性，该周期性由四束子光束到达处理区域224的角度近似地控制。局部能量最小及最大的间隔受子光束入射角度的影响，较大的入射角度通常减少周期性而较小的入射角度增加周期性。图案代表最初能量场的能量被重新分布成该图案的最大及最小能量的准周期图案。在图2的实施方式中，图案的每一局部能量最大当在三维空间中描绘时将具有实质上的高斯形状，类似陡峭的丘陵，沿着给定轴的丘陵山坡的斜率及沿着该轴的丘陵之间的间隔受沿着该轴入射的角度的影响。原始辐射的波长及强度和入射角度一起限定相对于丘陵之间的中间能量谷(intervening energyvalley)的每一丘陵的高度。在给定的间隔下短波长将比长波长提供更大分辨率的丘陵及山谷。因此，可通过将短波激光光束分离成为四束子光束，并将四束子光束在小量偏离正常角度下指向基板支撑件上的目标点来获得纳米级图案化能量场。

可通过偏振原始能量及对每一子光束应用可调极性滤光器来进一步控制整个能量图案。可使用可调极性滤光器(比如被旋转地致动的波板)分别减弱子光束并调整能量图案的局部最大及最小的形状。在此方式中，可调整施加至目标区域224的能量图案的能量含量(energy content)及微结构以得到任何所需的结果。可使用典型的具有所需形状的孔(未图示)进一步截取每一子光束。

如上所述，偏振亦可提供用于抖动(dithered)图案的相衬(phase contrast)的改良。在实施方式中，其中第一对子光束形成第一能量图案，第二对子光束形成第二能量图案，且第一能量图案及第二能量图案偏移四分之一波长距离以产生具有四分之一波长周期的能量图案，以垂直于第二对子光束的方式偏振第一对子光束可提供产生能量图案的能量最大及最小之间的衬度(contrast)的改良。

使用如上所述的关于图1及图2的由一束原始光束分裂的四束子光束产生的干涉图案具有能量密度图案。若绘制能量密度图案的图形，代表干涉图案的波腹的高能量区域在绘图上像由代表干涉图案的波节的低能量山谷隔开的丘陵。能量丘陵通常具有从山谷至山谷约λ/2的宽度，所以能够使用193nm辐射的相干源来产生具有约95nm的周期的干涉图案。如上文进一步所述，能量图案的结构可通过改变子光束的入射角度及使用被旋转地致动的波板个别地减弱子光束来调整。对大部分实施方式通常使用小于约200nm的周期，例如约50nm至约180nm之间，例如约150nm。

在一些实施方式中，可产生周期为λ/4的能量丘陵的图案。如上所述，两对子光束可以λ/4的位移定标(targeted)至处理区域224，以使得第一对子光束产生的图案及第二对子光束产生的图案被偏移半个周期，产生以四分之一辐射波长的空间频率重复的具有局部最大及最小的能量图案。然而，此类技术常常减少能量图案中的可得的衬度，且依赖两图案的精确定标。

能量丘陵在三维空间中具有大致的高斯形状。接近最小处能量上升的速率低，该速率随着距最小处距离的增加而增加至典型的陡峭斜率，然后当达到最大能量点时该速率为零(rounding off)。通常，当磁性易感材料被暴露于约10-200mJ/cm²的能量(例如，约100mJ/cm²，视材料组成而定)时，该磁性易感材料将开始组织化(organizing)成具有磁性活性的有序材料。低于材料的特性能量临界值时，无实质上的组织化发生，而高于临界值时材料局部组织化，同时热及辐射能的局部密度超过临界值。当热及辐射能分散至材料中时，局部能量密度降至临界值以下，组织化停止。

若产生峰值能量密度恰好高于材料临界能量的约95nm的周期性干涉图案，远小于能量丘陵的分布区覆盖范围的区域受临界能量密度的影响，使得该材料的小区域组织化成为具有与周围材料可检测地不同的磁性活性的畴。例如，若能量丘陵的峰值能量密度比临界值高10％，且能量丘陵具有9000nm²(大约95nm×95nm)的分布区覆盖范围，受临界能量密度影响的磁性易感材料的面积可为约100nm²。可预期时间长度在约1纳秒和约100纳秒之间的这样的能量图案的单一脉冲产生磁性易感材料的部分组织化畴，该磁性易感材料具有与周围材料可检测地不同的磁性活性(例如矫顽磁力)，每一畴的大小都在约10nm和约15nm之间。精确尺寸当然视个别实施方式及检测器的能力而定。在这类实施方式中，这些畴将由具有原始磁性活性的材料隔开，且在部分组织化畴之间的距离可在约60nm和约80nm之间，大致反映能量图案的周期性。

产生超过一次(例如两次)的能量图案的脉冲化将使部分组织化畴的尺寸增长，且对一些磁性活性材料可增加部分组织化材料与原始材料之间的磁性性质的差异。在一些实施方式中，第二脉冲将使可检测地不同的畴的尺寸增长至约20nm和约50nm之间的大小，减少畴与畴之间的间隔至约40nm和约60nm之间的大小。通常输送二至五个脉冲至每一处理区域。

使用如上所述的方法可亦能使用较长波长能量，比如以约355nm的波长操作的三倍频率Nd:YAG激光器，以相对处理表面约70°至约85°的入射角度布置子光束且未分裂光束的光束能量为50mJ/cm²和100mJ/cm²之间。可将这种激光形成脉冲以在典型的磁性易感钴-铂材料中产生尺寸范围从约20nm至约100nm或更大的颗粒。其他有用的激光实施方式包括在约255nm操作的四倍频率Nd:YAG激光器，及其他准分子(excimer)激光器，比如在约351nm操作的XeF，在约308nm操作的XeCl，在约248nm操作的KrF，及其他相似的激光器。

图2的可选择的光学系统230可在相干辐射场204与第一分束器206交互作用前进行其他所需的光学转变。此类转变可包括均匀化，例如通过透过显微透镜阵列重新投影，使用校准仪(etalon)、光纤束和/或延迟电路的波模扰频(mode scrambling)，和/或使用孔的截取。若需要，可使用可选择的光学系统230结合两相干辐射的光束。均匀化在如上描述的实施方式中可为有用的，其中需要精细控制施加至目标区域的能量图案的局部能量最大。

光束结合，例如通过将两光束垂直偏振并将两偏振光束指向偏振分束器的活性表面的相对面的光束结合在一些实施方式中可为有用的，此处需要的高功率来自两个小激光器，而不是来自一个大激光器。在此类实施方式中，包括两个共同传播的垂直偏振光束的结合光束将与第一分束器206交互作用。若使用可调极性滤光器独立减弱每一子光束的能力亦是所需的，则第一分束器可为沿着共同传播(co-propagating)的原始光束之一或另一个的极性排列的极性滤光器，以使得子光束208具有垂直子光束210的极性。

控制器234可与能量源202、可选择的光学系统230、可调极性滤光器232及基板支撑件226的任一项或所有项耦接，以控制施加至处理区域224的能量场的输送和形状，且通过移动在诸如精密x-y工作台(未图示，但为现有技术所习知)的定位致动器上的基板支撑件226来控制用于处理的连续处理区域224的定位。

尽管上文所述针对本发明的实施方式，但在不背离本发明的基本范围的情况下，可设计本发明的其他及进一步的实施方式。

Claims (15)

1.一种形成具有磁性性质图案的基板的方法，所述方法包括以下步骤：

在所述基板上形成磁性非活性层；

在所述磁性非活性层上形成磁性前驱物；以及

通过施加纳米级图案化热能至所述磁性前驱物而在所述磁性前驱物中形成由磁性非活性畴隔开的磁性活性畴，其中通过结合从相干辐射场分裂的能量场而产生所述纳米级图案化热能。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述热能为激光能量。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述激光能量为脉冲激光能量。

4.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤：在所述磁性活性畴上形成非可磁化层。

5.如权利要求3所述的方法，其中所述脉冲激光能量具有能量密度，所述能量密度小于比所述磁性前驱物的临界活化能量高约10％的能量密度。

6.如权利要求5所述的方法，其中通过不间断施加有纳米级图案化热能至一系列处理区域而将所述纳米级图案化热能施加至所述磁性前驱物。

7.一种在磁性非活性材料中形成磁性活性畴的方法，所述方法包括以下步骤：

在所述磁性非活性材料中形成凹槽；

在这些凹槽中沉积磁性前驱物；

通过施加脉冲能量至基板来增加在这些凹槽中沉积的所述磁性前驱物中原子的排列整齐度，其中所述脉冲能量包括纳米级图案化热能，所述纳米级图案化热能通过结合从相干辐射场分裂的能量场而产生。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述脉冲能量为脉冲激光能量。

9.如权利要求7所述的方法，其中这些凹槽通过以下步骤形成：在所述基板上形成掩模材料、压印所述掩模材料以使所述掩模材料具有由所述掩模材料的厚区域及所述掩模材料的薄区域限定的图案、及通过暴露所述掩模材料于离子来透过所述掩模材料的所述薄区域蚀刻部分所述磁性非活性材料，所述离子具有选定的穿透所述掩模材料的所述薄区域但不穿透所述掩模材料的所述厚区域的能量。

10.如权利要求8所述的方法，其中所述脉冲激光能量以小于约200nm的周期图案化。

11.一种热处理设备，所述热处理设备包括：

相干能量脉冲源，所述相干能量脉冲源具有小于约50纳秒的时间长度；

脉冲分配器，所述脉冲分配器被装设以接纳相干能量源并发出多个子脉冲；

基板支撑件，所述基板支撑件被装设以接收所述子脉冲；以及

多个反射镜，所述多个反射镜被装设以将所述子脉冲的每一子脉冲指向与所述基板支撑件相邻的处理区域以在与所述基板支撑件相邻的处理区域重叠。

12.如权利要求11所述的热处理设备，进一步包括均匀化光学系统，所述光学系统在所述相干能量脉冲源与所述脉冲分配器之间。

13.如权利要求12所述的热处理设备，进一步包括多个可调极性滤光器，每一可调极性滤光器沿着一束子光束的光学路径装设。

14.如权利要求11所述的热处理设备，进一步包括控制器，所述控制器与所述相干能量脉冲源及所述基板支撑件连通。

15.如权利要求13所述的热处理设备，进一步包括控制器，所述控制器与所述相干能量脉冲源、所述基板支撑件、所述均匀化光学系统及所述多个可调极性滤光器连通。