JP2000277330A - 磁気象嵌構造体 - Google Patents

磁気象嵌構造体

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Isao Nakatani
功 中谷
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National Research Institute for Metals
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁性材料の高密度集積化による大容量、高精
度の情報記録をも可能とする、新しい磁気微細構造化の
ための方策を提供する。 【解決手段】 磁性材料が、これと異なる材料からなる
基板の表層部に埋設されているとともに、埋設された磁
性材料の少くとも一部分が基板表面に露出されて磁性材
料の微細配置構造が形成されている磁気象嵌構造体
(C)とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、磁気象嵌
構造体に関するものである。さらに詳しくは、この出願
の発明は、新規な磁気機能性の素子や部材並びに微小機
械等として有用な、磁気象嵌構造体に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術とその課題】従来より、磁性材料は、エレ
クトロニクス技術の中核的役割を果たすものとして取扱
われてきており、特に、近年では、磁性材料は、情報記
録技術において不可欠な役割を果たしてもいる。しかし
ながら、磁性材料を用いた微細構造としては、これまで
の記録媒体に関する技術に見られるように、磁性材料を
連続した薄膜として構成し、この薄膜上に記録ビットを
磁気、あるいは光磁気特性のコントロールによって形成
することにほとんど限られていた。このような連続する
磁性材料薄膜においては、ビット相互間の影響が大きく
左右し、高密度、高精度記録の点においては制約があっ
た。
【0003】だが、半導体、LSIの技術分野での高密
度集積化技術の急展開とは対照的に、磁性材料の微細構
造化技術については大きな進展が見られないでいた。そ
こで、この出願の発明は、以上のような従来技術の限界
を克服して、磁性材料の高密度集積化による大容量、高
精度の情報記録をも可能とする、新しい磁気微細構造化
のための方策を提供することを課題としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、まず第1には、磁性材料
が、これと異なる材料からなる基板の表層部に埋設され
ているとともに、埋設された磁性材料の少くとも一部分
が基板表面に露出されて磁性材料の微細配置構造が形成
されていることを特徴とする磁気象嵌構造体を提供す
る。
【0005】また、この出願の発明は、第2には、磁性
材料の露出部が基板とともに平坦表面を構成している磁
気象嵌構造体を、第3には、異なる磁性材料が重畳され
て埋設されている磁気象嵌構造体を、第4には、基板表
面の複数の平面位置に同一もしくは異なる磁性材料が埋
設されている磁気象嵌構造体を提供する。そして、この
出願の発明は、前記いずれかの発明に関して、第5に
は、磁性材料の露出部の平面大きさが10μm以下であ
る磁気象嵌構造体を、第6には、磁性材料の基板表面か
らの埋設深さが10μm以下である磁気象嵌構造体を、
第7には、磁性材料の露出部とこれに隣接する磁性材料
の露出部との平面距離が10μm以下である磁気象嵌構
造体をも提供する。
【0006】さらにこの出願の発明は、第8には、前記
いずれかの構造体において、磁性材料の露出部、もしく
はこの露出部と基板の表面の上には被覆層が配設されて
いることを特徴とする磁気象嵌構造体と、前記いずれか
の構造体が多層化されていることを特徴とする磁気象嵌
構造体も提供する。この出願の発明は、第10には、前
記第1ないし第7のいずれかの発明の構造体の製造方法
であって、基板表面をエッチングしてトレンチを形成
し、磁性材料をトレンチ内に埋設することを特徴とする
磁気象嵌構造体の製造方法を提供する。
【0007】第11には、前記第1ないし第9のいずれ
かの発明の構造体を具備していることを特徴とする磁気
記録媒体を提供する。
【0008】
【発明の実施の形態】この出願の発明は、上記のとおり
の特徴を有するものであるが、以下にその実施の形態に
ついて説明する。まず、この発明の磁気象嵌構造体につ
いて図1に沿って説明する。すなわち、この発明におい
ては、たとえば図1の断面図に例示したように、磁性材
料(1)が、これと異なる材料からなる基板(2)の表
層部に埋設されているとともに、埋設された磁性材料
(1)の少くとも一部分が基板(2)表面に露出されて
磁性材料の微細配置構造が形成されていることを特徴と
する磁気象嵌構造体が提供される。
【0009】磁性材料(1)が基板(2)に埋設一体化
されている。そして、磁性材料(1)は、少くともその
一部が、図1のように露出されている。この露出は、図
1のように、基板とともに平坦表面を構成していてもよ
いし、あるいは、基板の表面よりも膨出した状態であっ
てもよい。埋設の構造は様々に考慮される。たとえば図
2(A)(B)のように、異なる磁気特性の磁性材料
(A)(B)のように、異なる磁気特性の磁性材料(1
A)(1B)が、重畳されていてもよい。また、図1、
あるいは図3のように、基板表面の複数の平面位置に同
一もしくは異なる磁性材料が埋設されていてもよい。
【0010】上記のようなこの発明の磁気象嵌構造は、
たとえば高密度磁気記録媒体に用いられることになる。
新規な記録媒体の構造が提供されることになる。すなわ
ち磁気ディスク面に埋め込んでトラックに沿って埋め込
まれた磁性体の微小粒子一個一個に磁気記録のバイナリ
ービットが磁気ヘッドで書き込まれ、かつ読みだ出され
ることになる。このような一ビットづつ切り離されたと
磁気記録媒体は、従来の連続した磁性薄膜を用いた記録
媒体と異なり、たとえば図3に例示したようなパターン
ドメディアと呼ばれる高密度記録媒体となる。また、こ
の発明の構造体は、MRAM(随時書き込み読み出し可
能な磁気メモリー)、スピンダイオード、スピントラン
ジスター、及びスピン電界効果トランジスター、並びに
それらの高密度集積回路の基本的かつ合理的な構造を与
えている。さらにこの発明は、マイクロトランスやマイ
クロコイル、並びにそれらの高密度集積回路の基本的か
つ合理的な構造も与えている。
【0011】この発明の磁気象嵌構造体においては、こ
れを構成する磁性材料と基板についてはその種類に特に
限定はない。基本的には、磁性材料と基板とが異なる物
質や異なる組成のものであればよい。磁性材料について
は、金属、合金、無機物、さらには有機物あるいは有機
金属錯体や、それらの複合体の1種もしくは2種以上で
あってよく、たとえばパーマロイ、センダスト、フェラ
イト、その他、各種のものであってよい。基板について
も、金属、合金、半導体、セラミックス、ガラス、カー
ボン、樹脂、あるいはそれらの複合体であってよい。磁
気象嵌構造体の用途、望ましい機能や性能に応じて磁性
材料と基板との組合わせが選択されることになる。
【0012】また、当然のことであるが、たとえば図1
に示した磁性材料(1)の埋設状態についても態様は様
々であってよい。ただ、これまでにない微細磁気構造体
を構成するものとしては、磁性材料(1)の露出部の平
面大きさ(W)は、10μm以下であること、そしてそ
の基板(2)の表面からの埋設深さ(D)は、10μm
以下、さらには1μm以下であることが適当な例として
示される。さらに、露出部の隣接するものとの平面距離
(L)については10μm以下、さらには2μm以下と
することも適当な例として示される。磁気記録等におい
ても、このような大きさ(W)、深さ(D)は、シング
ルドメインとしての特徴をより良く発現することにな
る。
【0013】もちろん、磁性材料(1)の露出部の平面
形状も各種でよく、円形、楕円形、多角形等々であって
よい。たとえば以上のようなこの発明の磁気象嵌構造体
の製造は様々な手段として可能である。もともと、象嵌
法(ダマシン法)という工芸の装飾技法は古くより知ら
れている。青銅や鉄などの金属、陶器、あるいは漆塗の
素地などの表面を彫り下げ、あるいは切り抜いて、そこ
に素地と異なる材料(象嵌材)をはめ込んで装飾とする
技術である。この技術により製造された装飾品は象嵌細
工と呼ばれている。この方法は古くから知られており、
発祥は古代オリエントのダマスカスと考えられている。
ダマシン法と呼ばれているのはその地名に由来してい
る。またこの技術は古代中国にも伝えられ、我が国には
古墳時代に初めて導入された。
【0014】象嵌は異種の素材を同一平面に対照させる
ことによって器物の装飾効果を高める方法で、古くから
さまざま材料が用いられてきた。青銅や鉄に対する金あ
るいは銀、漆塗りの素地に金銀薄などは最も好まれた組
み合わせである。木材に貝片を埋め込んで研ぎ出す螺鈿
も派生技術の一つである。おもな技法としては(1)針
金状の金属線を象嵌材として用いる糸象嵌、(2)平ら
に彫り下げた素地に板状の象嵌材をはめ込んで表層を平
滑に整える平象嵌、(3)たがねで素地に縦横の細かい
縞目をつけ、他の金属を上からたたいて固着させる布目
象嵌法などがある。
【0015】しかしこれらの古来より知られている古典
的象嵌技術は装飾品や美術品に用いられているものであ
って、先端技術への、高い生産的経済効果をもつもので
はない。この出願の発明においては、高密度で高精度
な、微細磁気象嵌構造体を実現するための方法として、
基板表面をエッチングしてトレンチを形成し、磁性材料
をトレンチ内に気相蒸着、スパッタリングあるいはリフ
ロー等の手段によって埋設することを適当としている。
エッチングは、たとえばドライ(気相)エッチングとし
て実施することができる。磁性材料を所定の平面パター
ンで埋設する場合には、レジスト樹脂と電子線描画およ
び現像の方法によりパターニングして、ドライエッチン
グでトレンチを形成することができる。
【0016】たとえば図4のパーマロイを埋設した磁気
象嵌構造の形成の例に沿ってさらに説明してみる。この
図4の例においては、以下の手順が実行されている。 (a)ガラス状カーボン(glassy carbon) を基板し、そ
の表面にレジスト樹脂を塗布する。 (b)所定のパターンに従って、電子線描画し、現像を
行う。 (c)酸素プラズマ中における反応性イオンエッチング
を行うことにより、基板のガラス状カーボンにトレンチ
を形成する。 (d)スパッタリングおよび/またはリフロー(reflow)
により基板全面にパーマロイ膜を成膜する。この際に、
トレンチ内部にもパーマロイが充填されるようにする。 (e)研磨を行うことにより、たとえば磁性材料パーマ
ロイと基板のガラス状カーボンの表面が平坦になるよう
にする。
【0017】磁性材料パーマロイは、所定の平面大きさ
を有するものとして表面に露出されることになる。 (f)なお、必要に応じて、露出された磁性材料パーマ
ロイと基板の表面には、保護層の役割りなどを果たす被
覆キャップ層を配設する。 このキャップ層の形成は、素材に応じて、スパッタリン
グの他、気相で、あるいは湿式で、さらにはスピンコー
トやラミネート等により適宜に行われる。
【0018】場合によっては、キャップ層として第2の
基板層を配設し、これにさらに磁性材料を埋設すること
によって、多層化された磁気象嵌構造を形成してもよ
い。より具体的に例示すると、図5は、この発明の磁気
象嵌構造体を、ガラス状カーボン(glassy carbon) を基
板とし、磁性材料Co−Crを例にして形成した場合を
SEM写真により示している。
【0019】この図5では、: (a)反応性イオンエッチングにより、基板に0.8μ
m径、深さ0.24μmのトレンチを形成した状態 (b)(a)の状態の基板表面に磁性材料Co−Cr合
金をスパッタリングにより成膜した状態 (c)基板表面を研磨して、Co−Cr象嵌構造とした
状態(図中の白丸部がCo−Cr露出部を示す)をSE
M写真として例示している。
【0020】もちろん、この出願の発明は、以上の例示
に限られることなしに、さらに様々な細部の態様が可能
であることは言うまでもない。
【0021】
【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、この出願の
発明によって、磁性材料の高密度集積化による大容量、
高精度の情報記録をも可能とする、新しい磁気微細構造
が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の構造体を例示した概要断面図であ
る。
【図2】(A)(B)は別の構成としての磁性材料の重
畳を例示した断面図である。
【図3】パターンドメディアを例示した斜視図である。
【図4】この発明の構造の形成手順を例示した図であ
る。
【図5】この発明の構造の具体例をSEM写真として例
示した図である。
【符号の説明】
1、1A、1B 磁性材料 2 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5D006 BB07 BB08 CB01 CB04 CB07 DA04 5D112 AA16 AA18 FA04 GA20 5E049 AA04 AA07 AA09 AC05 BA06 CB10

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁性材料が、これと異なる材料からなる
    基板の表層部に埋設されているとともに、埋設された磁
    性材料の少くとも一部分が基板表面に露出されて磁性材
    料の微細配置構造が形成されていることを特徴とする磁
    気象嵌構造体。
  2. 【請求項2】 磁性材料の露出部が基板とともに平坦表
    面を構成している請求項1の磁気象嵌構造体。
  3. 【請求項3】 異なる磁性材料が重畳されて埋設されて
    いる請求項1または2の磁気象嵌構造体。
  4. 【請求項4】 基板表面の複数の平面位置に同一もしく
    は異なる磁性材料が埋設されている請求項1ないし3の
    いずれかの磁気象嵌構造体。
  5. 【請求項5】 磁性材料の露出部の平面大きさが10μ
    m以下である請求項1ないし4のいずれかの磁気象嵌構
    造体。
  6. 【請求項6】 磁性材料の基板表面からの埋設深さが1
    0μm以下である請求項1ないし5のいずれかの磁気象
    嵌構造体。
  7. 【請求項7】 磁性材料の露出部とこれに隣接する磁性
    材料の露出部との平面距離が10μm以下である請求項
    1ないし6のいずれかの磁気象嵌構造体。
  8. 【請求項8】 請求項1ないし7のいずれかの構造体に
    おいて、磁性材料の露出部、もしくはこの露出部と基板
    の表面の上には被覆層が配設されていることを特徴とす
    る磁気象嵌構造体。
  9. 【請求項9】 請求項1ないし8のいずれかの構造体が
    多層化されていることを特徴とする磁気象嵌構造体。
  10. 【請求項10】 請求項1ないし7のいずれかの構造体
    の製造方法であって、基板表面をエッチングしてトレン
    チを形成し、磁性材料をトレンチ内に埋設することを特
    徴とする磁気象嵌構造体の製造方法。
  11. 【請求項11】 請求項1ないし9のいずれかの構造体
    を具備していることを特徴とする磁気記録媒体。
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