JP2003151127A

JP2003151127A - 高密度磁気データ記憶媒体の製造方法

Info

Publication number: JP2003151127A
Application number: JP2002063597A
Authority: JP
Inventors: Yunjie Chen; ユンジェ・チェン; Jian-Ping Wang; ジァン−ピン・ウォン
Original assignee: Data Storage Institute
Current assignee: Data Storage Institute
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2003-05-23
Also published as: US20030091865A1; US6719841B2; SG102013A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高密度磁気データ記憶媒体の製造方法を提供す
る。【解決手段】(a)基板上に非磁性材料の複数のナノドッ
ト３２を規則的な配列構造で形成するステップであっ
て、前記配列構造は、概念的(notionally)に複数のナノ
ドット３２を有する複数のクラスターに分割可能であ
り、前記クラスターの各ナノドット３２は、ウエル３４
を形成するため、当該クラスターの隣接するナノドット
３２と重複するステップと、(b)各クラスターのウエル
３４を部分的に満たすよう前記基板上に磁性材料を積層
するステップと、(c)磁性材料で満たされたウエル３４
の規則的な配列構造を露出させるため、材料を除去する
ステップであって、前記各ウエル３４は、非磁性材料に
より隣接するウエル３４と分離されるステップ、を備え
た高密度磁性データ記憶媒体の製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】本発明は、高密度磁気データ記憶媒体の
製造方法に関する。また、本発明の他の実施形態は、高
密度磁気データ記憶媒体全般に関し、さらに前記製造方
法によって製造された高密度磁気データ記憶媒体に関す
る。

【０００２】

【発明の背景】アクセス速度の高速化およびデータ記憶
密度の高密度化に関する強い要請により磁気記憶技術
は、進歩を遂げてきた。かかる要請を満たすため、磁気
ハードデイスクデータ記憶装置（ＨＤＤｓ）の面積密度
(areal density)（すなわち、単位地域当たりの記憶可
能ビット数）は、１９９１年から年を追う毎に急激に上
昇してきた。

【０００３】最近、リードライト(Read-Rite)社および
富士通社等は、１平方センチあたり５０ギガビット以上
の記憶密度を提供するＨＤＤｓを製造することができる
ことを実証しており、したがって、１平方センチあたり
２００−３００ギガビットの面積密度も2〜3年中に達成
可能であると思われる。

【０００４】しかし、現在の技術には、１平方センチあ
たり２００−３００ギガビットの面積密度を有する高密
度磁気データ記憶媒体を製造することを阻害又は少なく
とも困難にする物理的な限界があると予想されている。

【０００５】現在用いられている薄膜磁気記憶媒体は、
通常、互いを磁気的に分離する複数の小さい単一ドメイ
ンの磁気粒子から構成される。媒体のＳＮ比が条件を満
たすためには、各記憶ビットに多くの磁気粒子を含んで
いなければならない。通常、各書き込みビット内に数十
から数百の磁気粒子が用いられ、その各粒子の直径は１
０−２０ナノメーター程度である。

【０００６】既存の媒体によって提供される以上に記憶
密度を高めるには、複数粒子ビットのサイズ（したがっ
て、各ビット内の各粒子）をさらに小さくしなければな
らない。しかし、粒子のサイズが小さすぎた場合、エネ
ルギーバリアの高さが低いので、熱による減衰(thermal
decay)に抗して、ビットに印加された磁気を保持する
ことができない。この結果、印加された磁気が容易に切
り換えてられてしまい、これにより、記録されたデータ
が消去されてしてしまうおそれもあった。この現象が、
既存のＨＤＤの面積密度の限界の根本的な原因であり、
いわゆる”超磁気(super-magnetism)による”又は”熱
による不安定性(thermal instability)による”制限と
呼ばれる。

【０００７】かかる制限から逃れるため、１平方インチ
あたり１００ギガビットから１平方インチあたり数十テ
ラビット(Tbit/in²)の面積密度を有する高密度磁気記憶
媒体において、パターン化された媒体を使用することが
提案されている。

【０００８】”パターン化された媒体”という文言は、
本技術では、通常、１ビットのデータを記憶することが
できる磁気エレメントで分離された通常の配列（すなわ
ち、パターン）からなる媒体を示す。かかるビットは、
信号チャネルと同期するよう周期的に配列されている。
これらの提言を簡単に言い換えると、エレメントは一方
向の磁性、すなわち、１又は０の２値に置き換えられる
値しか有さず、かかる状況においては、ＨＤＤの記憶密
度は、エレメントの表面密度と等しくなる。

【０００９】パターン化された媒体装置において、各分
離エレメントは、他のエレメントから磁気的に分離され
ており、各分離エレメント内部の多結晶格子のそれぞれ
(inside each discrete element individual polycryst
alline)は、それらが一つの大きな磁気粒子として挙動
するよう強く交換結合(exchange-coupled)している。か
かる”単一ドメイン”の磁気エレメントは、多結晶材料
だけでなく、単結晶材料、又はアモルファス材料によっ
て構成することが可能である。

【００１０】超磁気による制限は、単一ビット全体にの
み適応され（独立粒子が一つの大きな磁気粒子として挙
動するので）、多数粒子のそれぞれには適用されないの
で（超磁気による制限は、従来の媒体の連続する複数ビ
ットに適応されるので）、パターン付けされた媒体中の
単一素子ビットの量とスイッチエネルギーは、従来の媒
体における単一粒子のそれと比較してかなり大きくな
る。これにより、ビットのサイズを大幅に減少させるこ
とができる。分離エレメントの最小容積も、超磁気によ
る制限によって決定されてしまうが、材料の磁気特性に
もよるが、エレメントのサイズを数ナノメーター程度に
することもできる。エレメントのサイズを数ナノメータ
ー程度に減少させることにより、パターン化された媒体
の面積密度が１平方インチ当たり数十テラビットとな
る。

【００１１】連続複数ビット内の条件を満たす非係合粒
子の数に関連するランダムN^−１／ ^２ノイズが当てはま
らないので読み取り取りヘッドのS/N比が向上し、連続
する薄膜媒体特有の不規則でジグザグなトランジェント
に関連するノイズが減少するからS/N比が向上する、と
いうのがいわゆるパターン化媒体の他の利点である。

【００１２】しかし、パターン化媒体等の問題点として
は、その単位面積あたりの密度が連続ビットの密度（１
インチ当たりのビット数）およびトラックの密度（１イ
ンチ当たりのトラック数）の両方が1ミクロンよりも遥
かに微小なオーダーを表しており、その結果、現在の量
産技術では、安価に製造することが出来ないということ
である。

【００１３】また、従来のリソグラフィック法では、時
間がかかりすぎるか、又は求められる微少な構造を取り
扱うことができない。例えば、電子ビームリソグラフィ
ーでは、大きな領域をカバーするには遅いし、現在使用
しうる短い周波数のレーザーを用いるレーザー干渉リソ
グラフィーでは、１平方インチ当たり１００ギガビット
または以下の面積密度が実現できないという制約があ
る。

【００１４】したがって、パターン化された媒体を大量
生産で安価に製造することの出来る低コストのナノーパ
ターン生成技術を発見するのは、困難であった。

【００１５】最近、パターン化媒体の試作品を製造する
ため、ナノインプリント（米国特許番号５、７７２、９
０５および５、９５６、２１６に用いられている）、化
学的単分散ナノパーテイクル(chemically monodisperse
d nanoparticles)を用いた自己集合(self-assembly)
（米国特許番号６、１６２、５３２）および、自己集合
ブロック共重合体薄膜(self-assembled diblock copoly
mer thin film) から形成されたナノテンプレート（日
経エレクトロニクスアジアの２０００年１１月合参
照）等の新たな技術が用いられている。しかし、これら
の技術は、若干の見込みはあるが、現状では実用性に不
安が残る。

【００１６】したがって、本発明の目的は、ナノパター
ン媒体を製造するための代替技術を提供することであ
る。かかる目的を追求すると、直角でない角度で入射す
るイオンを照射することにより、ミクロン未満(sub-mic
ron)からナノメーターの幅を有する周期的な波状構造(p
eriodic ripple structure)を半導体および金属表面上
に形成することができ（参照のため本明細書に取り込ま
れる、物理学研究論文８１、４１８４（１９９８年著）
S.Rusponi等の”銅（１１０）に関するリップル形態の
スケーリング法則”；およびJ.Vac. Sci. Technol. A6,
2390（１９８８年著）参照）、最近の実験結果による
と、イオンを垂直の入射角度で照射することにより、Ga
Sb表面上に直径が約３５ナノメーターの整列した結晶構
造のドットを規則正しい六角形格子状に形成することが
できることが示された（参照のため本明細書に取り込ま
れる、科学論文２８５、１５５１（１９９９年著）S.Fe
csko等の”イオンスパッタリングによる整列ナノスケー
ル半導体ドットの形成”を参照）。一般に、半導体又は
金属表面上のこれらの自己整合（self-ordering)ナノ構
造は、スパッタリングによる粗面処理と表面拡散／粘性
流(surface diffusion/viscous flow)による平滑処理間
の相互作用によって生じる。

【００１７】高密度磁気データ記憶媒体の製造方法を提
供するため、観察されたかかるパターニング現象を利用
するのが、本発明の一般的な目的である。

【００１８】

【発明の概要】本発明の好ましい実施形態は、高密度磁
気データ記憶媒体の製造方法であって、(a)基板上に非
磁性材料の複数のナノドットを規則的な配列構造で形成
するステップであって、前記配列構造は、概念的(notio
nally)に複数のナノドットを有する複数のクラスターに
分割可能であり、前記クラスターの各ナノドットは、ウ
エルを形成するため、当該クラスターの隣接するナノド
ットと重複するステップと、(b)各クラスターのウエル
を部分的に満たすよう前記基板上に磁性材料を積層する
ステップと、(c)磁性材料で満たされたウエルの規則的
な配列構造を露出させるため、材料を除去するステップ
であって、前記各ウエルは、非磁性材料により隣接する
ウエルと分離されるステップ、を備えたことを特徴とす
る。

【００１９】本発明の背景において、高密度磁気データ
記憶媒体とは、少なくとも１インチあたり１００ギガビ
ットの面積密度を有するものと定義され、ナノドットと
は、このオーダーを実現するのに十分小さい面積密度
（すなわち、数十ナノメーター以下）の寸法を有する突
起又はドットであると定義される。

【００２０】ステップ(c)の結果、形成された前記ウエ
ルは、前記非磁性材料を含まないことが好ましい。

【００２１】磁性材料は、ステップ(b)において、前記
ウエルを満たすとともに非磁性材料ナノドット上に伸び
る膜として積層することができる。

【００２２】好ましい実施形態の他の詳細については、
従属クレームにおよび以下の説明によって明らかにされ
る。

【００２３】発明の実施形態の教示を用いることによ
り、各分離磁気エレメントは、隣接するエレメント間で
交換結合が発生する可能性を低減させるよう非磁性材料
により他のエレメントから分離される。

【００２４】ある非常に好ましい実施形態において、ナ
ノドットの整列アレイ（パターン）を得るため、GaSb
（ガリウムアンチノミド）ウエハー又は非磁性基板上
のエキタキシャル成長したGaSbフィルムは、イオンによ
りスパッタリングされる。次に、かかるパターンは、リ
アクテイブウエッチングによって前記ナノドットの頂部
およびナノドット間の重複領域上に積層された保護用の
アルミニウム薄膜を有する深いウエル（基板に達するほ
ど深いことが好ましい）に転換される。最後に、例え
ば、電着、スパッタリング又は蒸着により、ウエル内で
磁性材料を成長させ、磁性材料の分離領域を露出させる
よう媒体の表面を研磨し、その後、好ましくは耐磨耗性
を有するカーボン等によって覆う。

【００２５】一般的な意味において、本発明の範囲は、
高密度磁気データ記憶媒体の製造方法であって、ウエル
を形成するため各ナノドットが隣接するナノドットと重
複するよう基板上に非磁性材料の複数のナノドットを形
成するステップ（例えば、前述のいずれかの方法を用い
ることによって−特にFacskoの論文によって示された方
法によって）と、前記ウエル内に磁性材料を積層し、非
磁性材料によって相互分離された磁性材料で満たされた
ウエルを露出させるため、材料を除去するステップ、を
備えた方法にまで及ぶ。

【００２６】

【発明の説明】以下の説明を一読することにより明らか
であるが、本発明の実施形態は、媒体の表面上に微少ド
ットのパターンの形成を可能にする方法に関する。以下
で説明するように、かかるパターンは、六角形又は四角
形のナノドットのクラスターから構成することができ、
かかるパターンは、媒体表面全体を覆うよう広がる。他
の構成においては、ポーラー配列(polar array)と呼ば
れる構造の四角形のナノドットクラスターのパターン
を、媒体上に形成することができる。かかるパターンの
３つの製造方法も以下で説明する。

【００２７】図1a(i)から図1a(iii)は、イオンスパッタ
リング（又はイオン照射）工程により基板がエッチング
がなされた後の基板１０を示す図である。

【００２８】一般に、本発明の第一の実施形態におい
て、磁性材料は、基板内に形成されたパターン上に直接
溶着される。後の実施形態においては、磁性材料が溶着
される前にパターンを保護するため、マスクが施され
る。説明がなされる本発明の実施形態は、以後説明する
３つの基板パターンのいずれを用いてもよいことに注意
すべきである。

【００２９】本発明の第一実施形態を示すため、図１
は、約４００−５００eVのエネルギーでＡｒ＋（アルゴ
ンイオン）が照射されたGaSb（ガリウムアンチノミ
ド）基板１０の表面を示す。この例において、イオン照
射は、磁束が０．６Ｘ１０^１６イオン／cm²s（すなわ
ち、ビーム電流密度が１平方センチメーター当たり約１
mA)、照射量が１平方センチメートル当たりのイオンの
数が約４Ｘ１０^１８個（別のパターンが形成されてい
た場合には、異なる条件でイオン照射が行われることに
注意すべきである）であって、垂直の入射角度(注意：
本技術分野におけるビーム入射角度は、ビームの入射方
向と基板面に対して直角な垂直方向間の角度として定義
される。したがって、本技術分野における”垂直入射”
は、入射角度０°と同義である）下で行われる。基板表
面を照射するのに用いられるイオンビーム（本実施形態
において）は、基板表面のほぼ全体に入射し、したがっ
て、基板表面のほぼ全体にわたってパターンが形成され
る。

【００３０】かかる方法により基板表面への照射が行わ
れると、略正六方格子（すなわち、各ナノドット１２は
隣接する六つのナノドットに囲まれている）を構成する
複数のほぼドーム形状のナノドット１２であって、基板
表面全体に広がるものを有するパターンが形成される。
かかる基板は、前記の照射中固定しても良いし、形成さ
れる六角形のクラスターがより均等になるよう回転させ
ても良い。

【００３１】ナノドット１２のパターンは、七つの隣接
するナノドットからなる六角形のクラスター１４に、概
念的に分割することができる。図1a(ii)に示すように、
各クラスターの七つの隣接するナノドットが重なること
により、六つのウエル１６が形成される。

【００３２】ナノドットの格子定数、すなわち周期性Ｐ
は、ほぼ６０ナノメーター程度であり、かかる周期は、
約４．５Ｘ１０^１０cm^-2 程度のドットの表面密度に相
当する。ほぼ均等サイズのドットの直径の平均値Φ（図
1a(iii)参照）は、１８ナノメーターから５０ナノメー
ターの範囲であり、結晶性ナノドットの高さは、イオン
のフルエンス又は照射時間にもよるが、３０ナノメータ
ー程度である。

【００３３】上述の技術は、市販のスパッタリングシス
テムを用いて規則正しいナノドットパターンを提供でき
る点で、他のナノメーター規模のパターン形成技術と比
べて特に有用である。パターンの形成は１回の技術ステ
ップ(すなわち、ワンパス）で行われるため、基板表面
の直径は、数インチ以上にもなってしまう。本技術は、
迅速（数分以内）で、費用効率がよく、しかも、大量生
産に非常に適している。

【００３４】基板１０上にウエル１６のパターンおよび
ナノドット１２が形成された後、パターンが形成された
表面上に磁性材料による膜１８を生成するのが、本方法
の次のステップである。パターンが形成された表面上の
磁性材料の膜は、当業者に知られた、例えば、電着(ele
ctrodeposition)、スパッタリング、又は蒸着(evaporat
ion)等のいずれの方法によっても形成することができ
る。図1bに示すように、膜１８は、少なくともウエル１
６をほぼ満たすとともに、隣接するナノドット１２上に
広がる。かかる膜は、多くの異なる磁性材料、例えば、
コバルト；ニッケル；又は鉄から構成してもよい。それ
に代えて、鉄、又はコバルトを主成分にしたCoCrPt、Co
Pt、又はFePt；サマリウムコバルト(SmCo₅ )、Mn₃Al、
によって膜を構成してもよいし、例えば、(Co/Pt)_ｎ
による複層膜構造を有するようにしてもよい。

【００３５】膜１８が積層されると、次に、磁性材料に
よって満たされたウエルを露出するため、当該材料を除
去するとともに、非磁性材料をそこに挿入する(interve
ning)ステップが行われる。かかる除去ステップは、例
えば膜１８を、隣接するナノドット間のオーバーラップ
部の高さ程も深くない深さＤ（図1b参照）まで研磨する
ことにより実行される。研磨が完了すると、非磁性材料
２２によって分離された、規則的に配列されている磁性
ナノドット２０が露出する（図1c(i)および図1c(ii)参
照）。

【００３６】上述のように、図2a及び図2bは、基板１０
上に形成することができる別のナノドットパターンを示
しており、ここで述べる三つのナノドットパターンは、
本発明の三つの実施形態のいずれにも用いることが可能
である。

【００３７】特に図2aは、ナノドットクラスターの”チ
ェッカーボード”パターンを示しており、各クラスター
は、概念上の四角形２４の各コーナーにナノドットが形
成されるとともに、その間に一つの中央ウエル１６を有
するナノドット１２の”四角形”のパターンを有してい
る。図2aの四角形パターン２４は、二回の照射を行うこ
とによって形成される。最初に、均一性のため楕円形の
格子を有するイオンイーム源からのイオンが非垂直な角
度（通常、４０°から６０°が好ましい）で基板表面に
照射される。1回目の照射に続いて、基板表面に対して
垂直な軸の回りで基板を９０°回転させてから、同じイ
オンビーム源を用い、同じ照射条件で2回目の照射を行
う。図１に示すパターンと同様に、基板表面を照射する
のに用いられるイオンビーム（本実施形態において）
は、基板表面のほぼ全体に照射され、この結果、形成さ
れた四角形パターンが、基板表面のほぼ全体に広がる。

【００３８】各照射のために同じイオンビーム源を用い
る代わりに、基板の周辺方向に互いに９０°離れて位置
する二つのビーム源を用いても良いことは当業者に明ら
かである。この二つのビーム源は、同時に動作させるこ
とも、上述のように基板を９０°回転させることなく交
互に動作させることもできる。

【００３９】図2bは、パターンがポーラー(polar)であ
る点で図2aに示すものとは異なるナノドットパターン２
５を示す図である。ここで、”ポーラー”とは、パター
ンのクラスターが、基板の中心からその周辺へと広がる
規則的配列構造として構成されていることを意味する。
アレイが基板の中心から外に向かって広がっているので
はなく、”チェッカーボード”模様になっており、基板
の中心から放射状になっているわけではない、という点
で図2aに示すパターンと異なる。図2bのポーラーパター
ンは、同時に二つのビームを照射する方法によって形成
される。このパターンを形成するため、垂直の入射角度
（すなわち、入射角度がほぼ０°）で基板のほぼ全体を
照射するための第一のイオンビーム源が用いられるとと
もに、垂直以外の角度（例えば、４０°から６０°間）
で基板の分離半径部(discrete radial section)をリニ
ア又はスリット形状の均等なイオンビームによって照射
するための第二ビーム源が同時に用いられる。

【００４０】ポーラーパターンが形成されるまで、基板
は、両方のビームにより同時に照射されたままの状態で
回転する。図2bに示すように、複数の四角形ナノドット
クラスター２６からなる媒体上に形成されたポラーパタ
ーン２５の各クラスターは、図2aに示したものと近似す
る。

【００４１】いずれの場合も、ビームのイオンエネルギ
ーは、約４００−５００eVで、１平方センチメートル当
たりのイオン数０．６Ｘ１０^１６個の磁束（すなわち、
ビーム電流密度が１平方センチメートル当たり約１m
Ａ）であり、１平方センチメートル当たりのイオンの数
が約４Ｘ１０^１８個の照射量である。

【００４２】本説明をよく読むと明らかであるが、本製
造方法における三つの実施形態にいずれのパターン（す
なわち、図１の六角形、図2a又は図2bのチェッカーボー
ド状の四角形パターン）を用いてもよい。

【００４３】図3aから図3dは、本発明の第二の実施形態
に基づく製造方法の各ステップを示す図である。この方
法は、以前のものよりも多くのステップを有することに
なるが、こちらの方がより実用的であるため、好まし
い。

【００４４】ナノドットパターン（例えば、図1、2a又
は2bに示すようなパターン）を形成するために基板３０
（例えば、GaSb)の表面が照射された後、基板を回転さ
せてから、照射済み表面３０（ナノドット３２およびウ
エル３４が形成された）上にアルミニウムの薄膜３６
（例えば、約１０ナノメーターの厚みのもの）を積層す
るという、本実施形態の最初のステップ（図3aに示す）
が行われる。このアルミニウム膜は、蒸着により、ナノ
ドットの頂部３８および重複部（見えない）だけがアル
ミニウムに覆われる（すなわち、ウエルには、アルミニ
ウム膜がほぼ形成されない）ような角度で形成される。
通常、０°から１０°の角度範囲が適切であるが、６°
が好ましい。ナノドットの頂部および重複部上のアルミ
ニウム膜は、以後のステップが行われている間、その下
にあるナノドットを保護する役割を果たす。

【００４５】図3bに示すように、この方法の次のステッ
プにおいて、基板３０の表面に届くほど深いナノホール
４０をエッチングするため、酸素イオンを用いたリアク
テイブ・イオンエッチングが用いられる。穴のサイズお
よび深さは、アルミニウムの厚みおよびエッチング条件
によって調整することができる。

【００４６】この方法の本ステップ中、ナノドットおよ
び重複部上のアルミニウム膜３６は、酸化して酸化アル
ミニウム36aとなり、かかる酸化アルミニウム膜は、ナ
ノドットおよび重複領域を保護するマスキング膜として
の役割を果たす。

【００４７】図3cに示す本方法の次のステップにおい
て、電着(electroplating)、スパッタリング又は蒸着(e
vaporating)（又は当業者に知られている他のいずれの
適切な方法）により磁性材料がナノホール４０内に積層
される。連続する超細ナノワイヤーにより比較的大きな
アスペクト比でナノホール４０を満たすことができるの
で、電着を用いることが好ましい。

【００４８】電着による積層ステップ中、磁性材料の超
細ナノワイヤーは、非磁性材料４４によって分離される
ナノマグネット４２を形成するようナノホール内で成長
する。かかる磁性材料は、当業者に知られている多くの
異なった磁性材料のいずれであってもよく、例えば、コ
バルト；ニッケル；又は鉄から構成してもよいし、鉄、
又はコバルトを主成分にしたCoCrPt、CoPt、又はFePt；
サマリウムコバルト(SmCo₅)、Mn₃Al、であってもよい
し、例えば、(Co/Pt)_ｎによる複層膜構造であっても
よい。

【００４９】ナノホール４０内で磁性材料が成長下後、
満たされたホール４２を露出させるために材料を除去す
るとともに、非磁性材料を挿入することが次のステップ
（図3dに概略的に示す）である。かかる除去ステップ
は、例えば、表面を、隣接するナノドット（図3aに示す
ステップ以前に形成された）間の重複部の高さ程も深く
ない深さＤまで研磨することによって行われる。研磨が
完了すると、非磁性材料４４によって分離されたナノマ
グネット４２の規則的なアレイが露出する（図3d参
照）。

【００５０】図4a から4fは、本発明の第三の実施形態
に基づく製造方法の各ステップを示す図である。図4aに
示すステップの初期段階において、厚さ１０−２０ナノ
メーターのAl_0.9Ga_0.1As_0.5Sb_0.5で構成された膜４６
が、有機金属化学気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ）成長
又は分子線エピタキシー（ＭＢＥ）によってGaSb基板４
８上でエピタキシャル成長する。次に、厚さ２０−５０
ナノメーターのGaSbで構成された膜５０が、ＭＯＶＰＥ
又はＭＢＥ等によってAl_0.9Ga_0.1As_0.5Sb_0.5膜４６上で
成長する。

【００５１】次に、図4bに示すように、上述した重複ナ
ノドット５２およびウエル５４で構成されるパターンを
形成するよう表面がエッチングされるまで、エネルギー
が４００−５００eVのアルゴン（Ar）+イオンを１平方
センチメートル当たり約1mAの磁束で基板に照射する。
基板への照射は、その結果生じる構造が、各ナノドット
５２および各重複ナノドット部（見えない）にAl_0.9Ga
_0.1As_0.5Sb_0.5膜５６が含まれるよう慎重に制御され
る。

【００５２】照射工程によって形成されたナノドットの
パターンは、本発明の他の実施形態と同じであり、図
１、図2a又は図2bのいずれであってもよい。

【００５３】本方法の次のステップ（図4cに示す）にお
いては、各Al_0.9Ga_0.1As_0.5Sb_0.5膜５６をウエット熱酸
化wet thermal oxidation)又は酸素プラズマ(oxygen pl
asma)によって酸化アルミニウム化合物(aluminium oxid
e compound)56aに変換する。こうして形成された化合物
膜は、図4dに示す本方法の次のステップにおいてマスク
として機能する。

【００５４】図4dに示す次のステップにおいて、基板表
面に届くほど深いナノホール５８をエッチングするた
め、（例えば）酸素イオンを用いたリアクテイブエッチ
ングが用いられる。図4dに示すように、かかるエッチン
グステップによって、ナノドットの頂部および保護用の
酸化アルミニウム化合物膜56a上に設けられた重複ナノ
ドット部も除去される。

【００５５】次に、図4eに示すように、Co、Ni（又はこ
こで言及した他のいずれの磁性材料、又は当業者に知ら
れているもの）等の磁性材料をナノホール５８内に積層
し、非磁性材料６２により分離された周期的なナノマグ
ネット６０の配列を形成するため、（例えば）電着が用
いられる。

【００５６】ナノホール５８内で磁性材料が成長した
後、次に、配列を露出させるため、当該材料を除去する
とともに、非磁性材料６２をそこに挿入する(interveni
ng)ステップ（図4fで概略的に示す）が行われる。かか
る除去ステップは、例えば膜１８を、隣接するナノドッ
ト（図4bのステップにおいて形成された）間の重複部の
高さ程も深くない深さＤまで研磨することにより実行さ
れる。

【００５７】図５は、本発明の方法に関する全ての実施
形態に用いられる装置であって、六角形のナノドットク
ラスター又はナノドットクラスターのポーラーアレイを
備えたパターンを形成する装置の概略図である。なお、
各パターンを形成するため、全ての部材が用いられる訳
ではないことに注意すべきである。

【００５８】装置は、５Ｘ１０^−８Torrよりも大きい底
面圧(base pressure)に耐え得る真空チャンバー７０を
備えている。以下で説明するこの方法のほとんどのステ
ップが、真空チャンバー７０内で行われる。

【００５９】その上に直径が最大２．５インチ（約６．
４cm)の基板又は基板運搬装置を搭載することができる
基板ホルダー７２が設けられる。かかるホルダー７２
は、特定のナノドットパターンを形成するため、必要に
応じて回転可能（例えば、最大毎分１００回転まで)で
あり、冷却（例えば、最低−２０℃まで）、および加熱
（例えば、最高２００℃まで）することができる。基板
ホルダー７２を上昇および下降可能とすることにより、
基板ホルダー７２と二つのイオンビーム源７４、７６間
の距離とともに、ホルダー上に置かれた基板表面と蒸着
源(evaporation source)間の角度を調節する。

【００６０】かかる二つのイオンビーム源７４、７６
は、それぞれ、Roth and Rau Oberflachentechnik GMBH
製造の”ＲＲ−ＩＳＱ７６ＥＣＲ型”のイオンビーム源
を用いることができる。第一ビーム源７４は、基板上に
均等なイオンビームを照射（２．５インチのウェハー上
でのイオン電流密度のバラツキが±5%以内となることが
好ましい）するよう動作する。第二ビーム源７６は、垂
直でない入射角度、通常４０°から６０°の範囲、のイ
オンビームにより基板のラジアルセグメントを照射する
よう動作する。また、第二ビーム源７６は、略スロット
形状を有する基板のラジアルセグメント上に入射するリ
ニア又はスロット状のビームを提供するよう構成されて
いる。ビーム源には、アルゴン（Ar）+イオンの照射お
よびリアクテイブ・イオンエッチング用に）アルゴンお
よび酸素ガスの両方が用いられる。イオンエネルギー
は、約１００−２００eVであり、ビーム電流密度は、１
平方センチメートル当たりほぼ1mAである。特定のナノ
ドットパターンの製造のためにイオンが照射されている
間、基板を、（均等化のために）冷却し、回転させても
よい。

【００６１】基板回転中に照射面上に小さな角度（図3a
参照）でアルミニウム薄膜等を積層するため、蒸着源７
８（例えば、ＭＤＣ社製造のe-Vap300型等）が設けられ
る。

【００６２】図6aおよび図6bは、図５の装置を変更した
ものであって、図2aのチェッカーボードパターンを形成
するために用いることもできる装置の概略図である。図
6aおよび図6bの装置と図５の装置との唯一の相違点は、
非垂直に位置するビーム源７６は、垂直でない角度、通
常４０°から６０°の範囲の角度のイオンビームでほぼ
基板全体を照射するよう動作することである。また、基
板回転中に照射面上に小さな角度（図3a参照）で、例え
ばアルミニウムの薄膜を積層するため、図6aおよび図6b
の装置に蒸着源（例えば、ＭＤＣ社製造のe-Vap300型等
の）（図示せず）を設けることが好ましい。

【００６３】本発明の第一および第三実施形態において
は、基板パターンがマスクによって覆われていないので
蒸着源７８が用いられていない。しかし、本発明の第二
実施形態においては、ナノドットパターンの上にマスク
を形成するために蒸着源が用いられている。

【００６４】図１に示す六角形のナノドットパターンを
形成するため、図５に示された装置の第一イオン源７４
だけが基板全体を照射するために用いられる。図2aに示
すチェッカーボードパターンを形成するためには、図6a
および図6bに示す装置が用いられる。この場合、基板を
回転させないで、非垂直イオン源７６によって基板全体
に第一回目の照射が行われる。次に、基板を９０°回転
させるとともに、非垂直イオン源によって基板全体に第
二回目の照射が行われる。なお、これに代えて、図6aお
よび図6bに示す装置に、非垂直イオン源７６とぼぼ同じ
であるがその位置を非垂直イオン源７６から９０°ずら
した別のイオン源８０（一部を示した）を設けるように
してもよく、この場合、基板を回転させずに二つのイオ
ン源によって同時に基板を照射する方法によっても、ま
たは一つのイオン源によって基板を照射し、その後、他
のイオン源によって照射を行う方法を採っても、図2aの
パターンを形成することができる。

【００６５】図2bのポーラーパターンを形成するため、
基板が完全に回転した場合に双方のイオン源からのイオ
ンを同時に基板に照射する図５の装置が用いられる。

【００６６】図７は、ここで説明する方法により製造さ
れた五枚の積み重ねられたデータ記憶媒体１０２（一般
には、プラッターという）を含むＨＤＤアセンブリ１０
０の概略図である。かかるプラッターは、中央スピンド
ルの回りを回転する。

【００６７】このアセンブリは、その上に、防振取付金
具(anti-vibration mountings)によってカバー１０８が
取り付けられるベースアセンブリ１０６を備えている。
かかるベースアセンブリ１０６内には、五本のアーム１
１４（それぞれが各プラッターに対応する）をプラッタ
ー１０２の表面を横切って半径方向の前後に動作させる
アクチュエーター１１２が設けられている。各アーム１
１４の終端には、読み取り／書き込みヘッド１１６が設
けられている。

【００６８】ＨＤＤに対する電力は、直流電力引き込み
部１１８を介して供給され、データは、プリント回路ケ
ーブル１２０を介してドライブから読み出される。かか
るプリント回路ケーブル１２０は、コネクター１２２を
介して、順番に入／出力インターフェース１２６と接続
するプリント回路基板１２４に接続されている。

【００６９】図８は、図７のＨＤＤ１００をその一部と
して用いたコンピュータシステム２００の簡略化図であ
る。

【００７０】図示したように、かかるコンピュータシス
テムは、コンピュータの電子部品を収納するシステムユ
ニット２０２、モニター２０４、および、キーボード２
０６およびマウス２０８を有するデータ入力手段を備え
ている。なお、必要に応じて他の周辺機器も設けてもよ
い。

【００７１】システム２０２内には、マザーボード２１
２、ＨＤＤ１００、およびビデオカード２１６が接続さ
れるビデオデータバス２１０が設けられる。マザーボー
ド２１２は、（他のコンポーネント中に）中央処理ユニ
ット２１８およびメモリ２２０を有している。データバ
スは、それを介して信号が入力可能（例えば、キーボー
ド２０６又はマウス２０８により）となるとともに、そ
こから出力可能となるよう入／出力インターフェース２
２２と接続されている。ビデオカード２１６は、ビデオ
信号をモニター２０４に出力できるようビデオ出力イン
タフェース２２４に接続されている。

【００７２】本発明の好ましい実施形態を説明したが、
もちろん、当業者であれば、添付したクレームに定義さ
れた本発明の精神および範囲から外れることなく、特定
の実施形態に関する改良や変更を容易に想起することが
できる。

【００７３】例えば、上述したいずれの実施形態におい
ても、GaSb基板を用いているが、当業者であれば、当該
基板はこれに限定される必要はなく、他の一又はそれ以
上の材料を用いたものであっても良いことを理解する。
例えば、その表面を照射することによって形成されたナ
ノドットが、GaSb基板上に形成されたナノドットよりも
更に微細である（したがって、表面密度が高い）という
利点を有するゲルマニウム(Ge)であってもよい。また、
別の基板材料としては、；InSb、シリコンがあり、銅、
銀、金、等の金属およびSiO₂等のアモルファス材料であ
ってもよい。

【００７４】当業者にとっては、図４の実施形態におけ
るアルミニウム化合物の代わりに、酸化又は他の手段に
よりスパッタ・エッチ−マスキング材料(sputter etch-
making material)に変換することができるシリコン又は
他のいずれの材料も使用可能であることも自明である。

【００７５】さらに、図2bに示す四角形とは異なる構成
で前述のポーラーパターンのナノドットを形成可能であ
ることも当業者に自明である。かかる異なった構成は、
例えば、基板上に入射するイオンビームの数／および又
は入射角度を変更することにより実現できる。また、基
板を回転させつつ基板のセグメント上に垂直および非垂
直なビームの両方を照射することによってもポーラーパ
ターンを形成することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】図1a(i)から1a(iii)は、基板表面上のナノド
ットのクラスターの略図である。図1a(i)は、基板の断
面図であり、図1a(ii)は、基板の平面図であり、図1a(i
ii)は、線A−Aについての断面図である。

【図１ｂ】図１ｂは、図1a(iii)に示す基板上に磁性材
料の膜を溶着したものの略断面図である。

【図１ｃ】図1c(i)および図1c(ii)は、図１ｂの基板を
研磨した後の当該基板の断面図と平面図をそれぞれ示し
ており、図1c(ii)は、図1c(i)の線Ｂ−Ｂについての断
面図である。

【図２ａ】

【図２ｂ】図2aおよび2bは、基板表面上に形成可能な他
のナノドットパターンの略図である。

【図３ａ】

【図３ｂ】

【図３ｃ】

【図３ｄ】図3aから図3dは、本発明の第二実施形態に基
づく製造方法のステップを示す略図である。

【図４ａ】

【図４ｂ】

【図４ｃ】

【図４ｄ】

【図４ｅ】

【図４ｆ】図4aから図4fは、本発明の第三実施形態に基
づく製造方法のステップを示す略図である。

【図５】図５は、本発明の製造方法における実施形態で
の使用に適した装置の簡略化図である。

【図６ａ】

【図６ｂ】図6aは、本発明の製造方法における実施形態
での使用に適した装置の簡略化図であり、図6bは、図6a
の平面図である。

【図７】図７は、ハードデイスクドライブの簡略化図で
ある。

【図８】図７のＨＤＤを用いたコンピュータシステムの
簡略化図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 502084193 ＤＳＩＢｕｉｌｄｉｎｇ，５ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｒｉｖｅ１（ＯｆｆＫｅｎｔＲｉｄｇｅＣｒｅｓｃｅｎｔ，ＮＵＳ）Ｓｉｎｇａｐｏｒｅ 117608 (72)発明者ユンジェ・チェンシンガポール国 118174，＃03−11，サウスブオナヴィスタロード，ブリク 64 (72)発明者ジァン−ピン・ウォンシンガポール国 680406，チャオチュカンアヴェニュー３，＃04−273，ブリク 406 Ｆターム(参考） 5D006 BB07 DA03 DA08 EA03 FA09 5D112 AA05 AA18 AA24 FA04 FB27 GA18 GA20 5E049 AA04 BA06 GC01 HC00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高密度磁気データ記憶媒体の製造方法であ
って、 (a)基板上に非磁性材料の複数のナノドットを規則的な
配列構造で形成するステップであって、前記配列構造
は、概念的(notionally)に複数のナノドットを有する複
数のクラスターに分割可能であり、前記クラスターの各
ナノドットは、ウエルを形成するため、当該クラスター
の隣接するナノドットと重複するステップと、 (b)各クラスターのウエルを部分的に満たすよう前記基
板上に磁性材料を積層するステップと、 (c)磁性材料で満たされたウエルの規則的な配列構造を
露出させるため、材料を除去するステップであって、前
記各ウエルは、非磁性材料により隣接するウエルと分離
されるステップ、を備えたこと、を特徴とするもの。
【請求項２】請求項１にかかる方法において、前記各ク
ラスターは、その各コーナーにナノドットを有するとと
もに、中央に一つのウエルを備えた、ほぼ四角形に配列
された四つのナノドットを備えること、を特徴とするもの。
【請求項３】請求項２にかかる方法において、前記クラ
スターは、前記基板表面全体に伸張するチェッカーボー
ド配列(chekerboard array) に形成されること、を特徴
とするもの。
【請求項４】請求項２又は請求項３にかかる方法におい
て、前記ほぼ四角形のクラスターは、前記基板表面に対
して垂直な軸の回りを当該基板を９０°回転させ、垂直
でない入射角度のイオンビームで当該基板を照射した
後、前記非垂直な入射角度の前記イオンビームで当該基
板に２度目の照射を行うことにより形成されること、を
特徴とするもの。
【請求項５】請求項２又は請求項３にかかる方法におい
て、前記ほぼ四角形のクラスターは、前記基板の周辺方
向に互いに９０°離れて位置する二つのビーム源からの
前記と同じ非垂直入射角度であって二つのイオンビーム
により当該基板を照射することにより形成され、前記二
つのビーム源は、前記基板を同時にあるいは順次照射す
ること、を特徴とするもの。
【請求項６】請求項４又は請求項５にかかる方法におい
て、前記非垂直入射角度は、４０°から６０°の間であ
ること、を特徴とするもの。
【請求項７】請求項１にかかる方法において、前記各ク
ラスターは、一の中央ナノドットと、その周囲に隣接す
る六つのナノドットを有するほぼ六角形に配列された七
つのナノドットを備えており、前記各クラスターは、全
部で六つのウエルを有すること、を特徴とするもの。
【請求項８】請求項７にかかる方法において、前記ほぼ
六角形のクラスターは、前記基板に対してほぼ垂直な角
度で入射するほぼ均等なイオンビームで前記基板を照射
することにより形成されること、を特徴とするもの。
【請求項９】請求項８にかかる方法において、前記のほ
ぼ均等なイオンビームは、前記基板全体を照射するよう
構成されること、を特徴とするもの。
【請求項１０】請求項８又は請求項９にかかる方法にお
いて、前記基板が前記イオンビームによって照射されて
いる間、当該基板は回転すること、を特徴とするもの。
【請求項１１】請求項７から請求項１０のいずれかにか
かる方法において、前記クラスターの前記ナノドット
は、約６０ナノメーター未満の一定の周期を有する格子
状に構成され、前記ナノドットは、それぞれ、約３０ナ
ノメーター以下の高さを有すること、を特徴とするもの。
【請求項１２】請求項１にかかる方法において、前記ナ
ノドットは、前記基板の中央から外側に伸びるポーラー
アレイ(polar array)として形成され、前記配列構造の
各クラスターは、その各コーナーにナノドットを有する
とともに、中央に一つのウエルを備えたほぼ四角形に配
列された四つのナノドットを備えたこと、を特徴とするもの。
【請求項１３】請求項１２にかかる方法において、前記
ポーラーアレイは、前記基板が回転している間、ほぼ均
等な二つのイオンビームで同時に当該基板を照射するこ
とにより形成されること、を特徴とするもの。
【請求項１４】請求項１３にかかる方法において、前記
ビームのうち一つの断面は、ほぼ円形であり、前記ビー
ムのうち他の一つの断面は、ほぼ長方形（すなわち、ス
リット又はスロット形状）であり、前記基板の半径に沿
って伸びるほぼ長方形の領域に直角でない入射角度で入
射すること、を特徴とするもの。
【請求項１５】請求項１４にかかる方法において、前記
ほぼ円形のビームは、ほぼ垂直の角度から前記基板表面
のほぼ全体に入射すること、を特徴とするもの。
【請求項１６】請求項１４又は請求項１５にかかる方法
において、前記非垂直入射角度は、４０°から６０°の
間であること、を特徴とするもの。
【請求項１７】前記いずれかの請求項にかかる方法であ
って、ステップ(a)の後、さらに、 (a1)前記ナノドットの頂部および重複部上にキャップ膜
を積層するステップと、 (a2)前記キャップ膜によって覆われていない、あらゆる
ナノドット材料を除去するステップ、を備えたこと、を特徴とするもの。
【請求項１８】請求項１７にかかる方法において、前記
キャップ膜は、前記基板の回転中、蒸着によって小さな
角度（通常、約０°から１０°で、好ましくは６°）下
で積層されること、を特徴とするもの。
【請求項１９】請求項１７又は請求項１８にかかる方法
において、前記キャップ膜は、アルミニウム又はシリコ
ンであること、を特徴とするもの。
【請求項２０】請求項１７から請求項１９にかかる方法
において、ステップ(a2)は、酸素イオン又は他の同様の
反応性イオンによって行われること、を特徴とするもの。
【請求項２１】請求項１から請求項１６のいずれかの方
法において、ステップ(a)の前に、さらに、マスキング材料のエピタキシー膜を前記基板上に積層す
るステップと、基板材料のエピタキシー膜を前記マスキング材料膜の上
に積層するステップと、を備え、前記ステップ(a)は、前記各ナノドットおよび重複ナノ
ドット部は前記マスキング材料の膜を含むが、前記ウエ
ルは前記マスキング材料の膜を含まない、という手法で
前記複数のナノドットを形成するよう構成されること、を特徴とするもの。
【請求項２２】請求項２２にかかる方法において、ステ
ップ(a)の後に、 (a1)リアクテイブ・イオンエッチング法によって前記ウ
エルを拡大するとともに前記マスキング材料を酸化させ
るステップ、を備えたこと、を特徴とするもの。
【請求項２３】請求項２２にかかる方法において、ステ
ップ(a1)は、酸素イオン又は他の同様の反応性イオンを
用いたエッチングによって行われること、を特徴とするもの。
【請求項２４】請求項２１から請求項２３にかかるいず
れかの方法において、前記マスキング材料は、Al_0.9Ga
_0.1As_0.5Sb_0.5 を含んでいること、を特徴とするもの。
【請求項２５】請求項２１から請求項２４にかかるいず
れかの方法において、前記マスキング材料膜およびエピ
タキシー基板膜は、有機金属化学気相エピタキシー（Ｍ
ＯＶＰＥ）成長又は分子線エピタキシー（ＭＢＥ）によ
って積層されること、を特徴とするもの。
【請求項２６】前記いずれかの請求項にかかる方法にお
いて、前記磁性材料は、電着(electrodeposition)、ス
パッタリング、又は蒸着(evaporation)によって積層可
能であること、を特徴とするもの。
【請求項２７】前記いずれかの請求項にかかる方法にお
いて、前記磁性材料は、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、
鉄(Fe)、CoCrPt、CoPt、FePt、Mn₃Al、SmCo₅、又は(Co/
Pt)_ｎによる複層膜構造から構成されるグループから選
択されること、を特徴とするもの。
【請求項２８】前記いずれかの請求項にかかる方法にお
いて、前記基板は、GaSb、InSb、Ge,シリコン等の半導
体、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)等の金属、およびSiO₂等の
アモルファス材料、から構成されるグループから選択さ
れること、を特徴とするもの。
【請求項２９】前記いずれかの請求項にかかる方法にお
いて、前記イオン源は、前記基板領域上でのビーム電流
密度のバラツキが5%以内である電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）又はＲＦ又は直流イオン／プラズマ源である
こと、を特徴とするもの。
【請求項３０】前記いずれかの請求項にかかる方法にお
いて、前記イオンビームは、エネルギーが４００−２０
００evであって電流密度が１平方センチあたり約1mAの
アルゴン（Ar）＋、キセノン（Xe＋又はクリプトン（K
r）＋イオンであること、を特徴とするもの。
【請求項３１】前記いずれかの請求項にかかる方法にお
いて、前記基板上の前記イオンビームのフルエンス(flu
ence)が１平方センチあたり約４Ｘ１０^１７イオン個を
超えること、を特徴とするもの。
【請求項３２】前記いずれかの請求項にかかる方法にお
いて、前記基板は、１平方センチあたり約1mAの電流密
度で少なくとも４０秒間照射されること、を特徴とするもの。
【請求項３３】前記いずれかの請求項にかかる方法にお
いて、前記の満たされたウエルの直径は、５０ナノメー
ターを超えないこと、を特徴とするもの。
【請求項３４】前記いずれかの請求項にかかる方法にお
いて、前記の満たされた各ウエルは、少なくとも１ビッ
トのデータを記憶可能であること、を特徴とするもの。
【請求項３５】前記いずれかの請求項にかかる方法にお
いて、前記除去ステップ(c)は研磨によって行われるこ
と、を特徴とするもの。
【請求項３６】請求項３５にかかる方法において、ステ
ップ(c)の後に、 (d)前記研磨済みの基板を、好ましくは潤滑膜を伴う保
護被膜（ダイヤモンドのようなカーボン膜）によって覆
うステップ、を備えたこと、を特徴とするもの。
【請求項３７】前記いずれかの請求項にかかる方法によ
って製造された高密度磁気データ記憶媒体。
【請求項３８】その表面に形成されたナノスケールパタ
ーンを有する基板であって、前記パターンは、磁性材料
によって満たされるとともに、非磁性材料によって互い
に分離される複数のウエルを備えており、本媒体のデー
タ記憶密度は、１平方センチあたり少なくとも１００ギ
ガビットであること、を特徴とする高密度磁気データ記憶媒体。
【請求項３９】スピンドルの回りを回転可能な１以上の
円盤状の記録媒体(platters)を備えたハードデイスクデ
ータ記憶媒体であって、前記円盤状記録媒体の少なくと
も１つに請求項３７又は請求項３８にかかる高密度磁気
データ記憶媒体を備えたハードデイスクデータ記憶装
置。
【請求項４０】システムユニットおよび入力手段を備え
たコンピュータシステムであって、前記システムユニッ
トは、請求項３９にかかるハードデイスクデータ記憶装
置を有すること、を特徴とするもの。
【請求項４１】コンピュータシステム用のシステムユニ
ットであって、前記システムユニットは、請求項３９に
かかるハードデイスクデータ記憶装置を有すること、を特徴とするもの。