JP2012522327A - パターニングされた媒体の溝と島の比率の最適化のための方法 - Google Patents

Abstract

バランスのとれた工程所要時間を有する一連の工程が、線形に結合され互いに分離された一連のエッチングチャンバの中で実行される。この結果、パターニングされた媒体の溝に対する島の比率が最適化される。活性エッチングガスを用い、バイアスされた化学的エッチングが使用され、この結果レジストパターンの残渣が除去され、トリミングされる。不活性ガスによるスパッタ・エッチングが磁性体層において実行される。この結果、ディスク上の磁性体層がパターニングされる。その後、除去の最終ステップが、エッチングされなかった磁気島の上の残余のキャッピング・レジスト及び炭素ハードマスクを取り除くために実行される。ディスク表面上に残存する有効な磁性体は、化学エッチング及びスパッタ・エッチングの条件を調整することによって最適化されることができる。関連する工程条件であって調整が可能なものとしては、圧力、バイアス、時間、及び各ステップにおけるガスの種類などがある。

Description

本発明は、基板微細加工技術に関し、より詳しくは、基板（例えば、ハード・ディスク装置用のハードディスクの磁性体層）のパターニングに関する。

関連技術

基板の微細加工は、例えば、半導体、フラットパネルディスプレイ、発光ダイオード（ＬＥＤのもの）、ハード・ディスク装置（ＨＤＤ）用のハードディスクなどの加工において広く知られた技術である。周知のように、半導体、フラットパネルディスプレイ及びＬＥＤの加工は、基板をパターニングするためのさまざまなステップを必要とする。

一方、従来、ハードディスクの加工は、長手記録技術と一般に呼ばれ、パターニングを行わない。同様に、垂直記録技術のためのディスクの加工は、パターニングを行わない。むしろ、均一層が堆積され、そして、一般的には、記録ヘッドによって誘発される磁束の交叉的な変化によってメモリセルが定義される。記録ビットの各々は、パターニングされない磁性体層の中で複数の粒体を含んでいる。

パターニングされないディスクは、単位面積当たりのビット密度やコストの観点において、他の記録形式に対して競争力を維持するための市場のニーズを満たさないことが証明されてしまった。従って、次世代ディスクはパターニングされるべきであるとの提案がなされた。そのようなパターニング工程ではフォトリソグラフィが利用できると予想される。但し、現在のところ、どのリソグラフィ技術が商業化され得るかの確証はなく、また、どの商業的なシステムも、未だパターニングされた媒体の商業的な製造に使用され得る状態には無い。干渉写真平版、近接距離リソグラフィよびナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）は、それぞれフォトリソグラフィの競争相手の一つである。利用されるリソグラフィ技術に関係なく、一旦フォトレジストが露出され、現像されるならば、ディスクは所望のパターンに従ってエッチングされて、製作される必要がある。
しかしながら、多くの開発努力がパターニング工程に向けられたにもかかわらず、商業ベースに耐えうる環境においてパターニングされたディスクを製作するためには、未だ多くの障壁が存在する。

たしかに、半導体・フラットパネルディスプレイ・ＬＥＤなどのためのエッチング、スパッタリング及びその他の製造技術は、周知であり、開発が進んでいる。しかしながら、これらの技術は、ＨＤＤのためのパターニングされたディスクの商業的製造を可能にするために現実的な方法と共に統合されることを必要とする。
さらに、ＨＤＤディスクとは異なり、他の全ての適用では、基板の一方の面だけがエッチングされればよい。製作の間、チャックにより裏面から基板を保持することが可能である。一方で、ＨＤＤディスクは両面に製作されることを必要とするので、チャックを使用することが妨げられる。実際、ＨＤＤディスクの製作においては、製作システムのどの部分も、ディスクの表面のいずれかに接触させてはならない。また、ＨＤＤの製造では、１時間につきディスク１０００枚程度のスループットを有するシステムが期待される。一方、半導体の加工業者は、1時間当り数十枚程度の基板の処理能力を有するシステムを使用する。

従来技術のパターニングは、典型的には複数のステップを有し、それら複数のステップは、個々の層の処理及び／またはエッチングを行う手順に細分化される。
典型的な加工手順は、残渣除去工程（ｄｅｓｃｕｍ）、イオン・ミリング（Ion milling）による炭素ハードマスクの開口、これに続くイオン・ミリングによる磁性体層のエッチング、更にその後のマスク除去を含む。この方法は、最終的にエッチングされる磁性体の性状を形成するのには効率的である一方、非常に扱いにくく、時間が掛かる。各ステップのための典型的な所要加工時間は数分から数十分までであるので、これらの方法（イオンミリングを有する細分化された工程）は迅速な商業的生産のためには非実用的である。パターニングされた媒体の究極の目的のために重要であるデューティサイクルへの対処がなされていない。

以下に示す発明の要約は、本発明のいくつかの態様及び特徴の基本的理解を提供するために含められている。この要約は、本発明の広汎な概観ではないし、それ自体、本発明の中心的又は重要な要素を特に特定することを意図したものでもない。また、本発明の範囲を詳細に表現することを意図したものでもない。その唯一の目的は、以下に示されるより詳細な記述の前置きとして、本発明のいくつかの概念を単純化された形式により示すことである。

本発明の態様によれば、パターニングされた媒体を製作するための方法及びシステムが開示される。その中には、パターニングされた媒体の構造を生産するためのハードウェアが含まれる。そのハードウエアは、ハード・ディスク装置（ＨＤＤ）用の、ビット毎にパターニングされた媒体（ＢＰＭ）又は分離トラック記録（ＤＴＲ）方式のディスクを形成するためのリソグラフィ工程の一部としての炭素ハードマスクを含む。

本発明の更なる態様によれば、製造工程の手順は、一連のエッチングチャンバにおいて実行される。この結果、ＨＤＤのパターニングされた媒体の溝に対する島の比率が最適化される。様々なエッチング及び埋め込みステップは、連続した直列の複数のチャンバにおいて実行される複数の工程に分割される。連続した直列の複数のチャンバは、各チャンバにおける工程所要時間のバランスをとると共に、高いスループットで大容量の製造を可能にする。連続する炭素ハードマスクの上面のフォトレジストを最初に現像し、その後、活性エッチングガスを用いた、バイアスされた化学的エッチングが用いられ、これによりレジストパターンの残渣除去及びトリミングが行われる。残渣除去工程及びハードマスク開口工程が完了すると、不活性ガス・スパッタ・エッチングが磁性体層に実行される。この結果、ディスク上のパターニングされた磁性体層が形成される。それから、最終の除去工程が、エッチングされずに磁気島の上に残ったキャッピング・レジスト及び炭素ハードマスクを取り除くために実行される。
ディスク表面上に残っている有効な磁性体は、化学エッチング及びスパッタ・エッチングの条件を調整することによって最適化することができる。調整可能な関連する作業条件は、圧力、バイアス、時間、及び各ステップのガスのタイプなどである。一の実施形態によれば、ＣＦ_４のようなフッ素含有ガス、または（ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆ等を含む一般式ＣＨ_（ｘ）Ｆ_{（４―ｘ）}を有するガス（ｘは整数）を用いて、バイアスのかかった化学的エッチング工程が実行され、これにより、レジストパターンの現像残渣が除去（ｄｅｓｃｕｍ）又はトリミングされる。いくつかの実施形態によれば、スパッタ・エッチング工程の間、反応ガスはチャンバに向けて流される。

添付の図面はこの明細書に中に組み込まれて、この明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を例示するとともに、その明細書の記載と共に、本発明の原理を説明し且つ例示するのに役立つ。図面は、例示的実施形態の主要な特徴を図示的な方法で例示することを目的とする。図面は、実際の実施形態のあらゆる特徴を示すことは意図していないし、示された要素の相対的な寸法を示してもおらず、また、正確な寸法を表すように図示されているものでもない。

本発明の実施形態に従ってパターニングされた媒体の断面を図示している。 図１に示されるステップに対応する手順フローを例示する。 図２のプロセスの結果を示すプロットである。ここで、トラックの限界寸法（ＣＤ）はバーによって示される。また、溝のＣＤは連携されたデータ点によって示される。 パターニングされた媒体を生産するための本発明の一実施形態に従う方法を例示する。 パターニングされた媒体を生産するための本発明の一実施形態に従った他の方法を例示する。 本発明の一つの実施形態に従ったパターニング・システムの実施形態を例示する。ここで、エッチング及び埋め込みステップは線形に配置されるいくつかのチャンバに拡張される。

ＨＤＤ産業はパターニングされた媒体へ移行しているが、これは主に、一層の高ビット密度への要求があり、これが原動力となっている。パターニングされた媒体を使用して、磁性物質の個々の「島」が、さまざまな密度により作られる。その密度は、パターニングがなされない場合に可能な密度よりも高い。ディスク表面上に残っている有効な磁性体、すなわち、磁気記録のＳＮ比の向上に貢献する「島」は、パターニングされた媒体の「デューティサイクル」とも呼ばれる。媒体の密度を上昇させるためには、デューティサイクルを増加させる必要がある。

本発明の各種実施形態は、エッチングチャンバにおいて行う方法のシーケンスを提供する。このシーケンスは、結果として、ＨＤＤのパターニングされた媒体における溝に対する島の比率の最適化をもたらす。一般に、このプロセスのための出発原料はＨＤＤ媒体である。このＨＤＤ媒体は連続した磁気フィルムと、連続した炭素のハードマスクのマスキングにより覆われ、更にその上をＰフォトレジストマスクで覆われた基板（アルミニウムまたはガラス）である。
フォトレジストを最初に現像した後に、化学的反応ガス（例えば、ＣＦ_４のようなフッ素含有ガス、または一般式ＣＨ_（ｘ）Ｆ_{（４―ｘ）}を有するガス（ＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ_２、ＣＨ_３Ｆ等を含む））を用いた、バイアスのかかった化学的エッチングステップが、レジストパターンの現像残渣を除去（ｄｅｓｃｕｍ）又はトリミングするのに用いられる。この残渣除去又はハードマスク開口ステップが完了すると、スパッタ・エッチング・ステップが、不活性ガス（例えば、Ａｒ）を使用して磁性体層上で実行される。この結果、ディスク上にパターニングされた磁性体層が形成される。その後、エッチングされなかった磁気島の上で残余のキャッピング・レジスト及び炭素ハードマスクを取り除くための最終除去ステップが実行される。

パターニングされた媒体のデューティサイクルは化学的エッチングの条件及びスパッタ・エッチングの条件を調整することによって最適化されることができる。調整されることができる関連する工程条件は、例えば、燃焼室の圧力、バイアス、エッチング時間、及び各ステップのガスのタイプなどがある。
１つの有効な実施形態によれば、反応性エッチングガスはＣＦ_４またはＣＨＦ_３であり、磁性体層をスパッタエッチングするのに用いられる不活性ガスはＡｒである。

上記工程は、例えばハードディスク装置に用いられる、磁性体材料の多層のスタックを有するディスクをエッチングするのに用いられる場合、結果としてビット・パターンド・メディア（Bit-Patterned Media, ＢＰＭ）における溝に対する磁気島の比率を最大化したパターニングされた磁気媒体を製造する実用的な方法を与えることになる。または、ディスクリート・トラック・レコーディング（Discrete-Track-Recording、ＤＴＲ）において、溝に対する磁気隆起の比率を最大にする。最大にされた比率の実用的な利点は、ハード・ディスク装置の最終的なＳＮ（Signal-to-Noise）パフォーマンスにある。

本発明の実施形態は、先行技術の欠点を解決する。特に、以下のようなことである。
（１）バイアスされた、方向性のある化学的エッチング・ステップを使用することにより、現像されたフォトレジストの現像残渣を除去（ｄｅｓｃｕｍ）し、また炭素ハードマスクを開口してイメージ転写を完了させる。
（２）最適化された条件で、溝の限界寸法を減少させることができて、それゆえに現像された特徴のデューティサイクルを増加させることができる。
（３）限界寸法は、ＣＦ_４またはＣＨ_ｘＦ_{（４―ｘ）}による化学エッチングにおいて得られたものを維持するように調整され得る。すなわち、島又は隆起の溝に対する面積比面積比を効果的に増加させることができる。
（４）結合、及び最適化がなされることにより、所望のデューティサイクルのパターニングされた媒体を生産するため、化学的エッチング・ステップ及びスパッタ・エッチング・ステップを定式化することができる。これにより、所望のＳＮ特性を有する完成品のディスクが生産される。

図１（Ａ）〜１（Ｅ）は本発明の実施形態に従ってパターニングされた媒体の断面を図示している。一方、図２は図１（Ａ）〜１（Ｅ）に示されるステップに対応する手順フローを例示する。
図１（Ａ）は開始時の積層を図示している。ここでの積層は、基板１００、磁気スタック１０５、ハードマスク１１０及びフォトレジストマスク１１５を含む。
フォトレジストのコーティングは、従来の何らかのフォトレジストを用いて、図２のステップ２００において実行される。そして、ステップ２０５で、パターンがフォトレジストに現像（Imprint）される。この特定の実施形態においては、ナノインプリント・リソグラフィ（ＮＩＬ）が用いられる。しかし、他の技術、例えば光学露光及び現像を用いることもできる。ステップ２０５のＮＩＬの結果は図１（Ｂ）に示される。ここでは、フォトレジスト１１５がパターニングされる。この特定の例では、ＮＩＬ設計は、結果として約４０％のデューティサイクルを与える。

基板はそれからエッチングチャンバに転送され、フォトレジスト上の現像は、ステップ２１０のバイアスされた化学的エッチングを用いることにより、ハードマスク１１０へ転送される。これは図１（Ｃ）に示される。この場合、ハードマスク１１０はエッチングされる一方、フォトレジストの一部はハードマスクの「島」の上に残っているものとして示されている。パターンをハードマスクに転写するエッチングが「谷」の各々においてある角度をもって進行する。このため、ハードマスク・エッチングの後のデューティサイクルは、この段階で約５０％になる。
ステップ２１５において、イオン・ミリング・エッチングが用いられ、これによりパターンは、ハードマスクから磁気スタックに移される。その結果は図１（Ｄ）に示される。この段階でデューティサイクルは約６０％である。ステップ２２０で、残留するハードマスクは、化学エッチングを使用して除去される。その結果は図１（Ｅ）に示される。この段階では、デューティ比は、まだ約６０％を維持する。

従って、上述の如く、本発明の実施形態はデューティサイクルを改良することができる。パターン現像の仕様は緩和され、あるいは、厳しい仕様が使用可能になり、これにより超高密度媒体を得ることが可能になる。これは図３に示されている。この図３において、トラックの限界寸法（ＣＤ）はバーによって示されている。そして、溝の限界寸法（ＣＤ）は連結されたデータ点によって示されている。上述の如く、この方法により、結果としてトラックの限界寸法を増加させ、また溝の限界寸法のＣＤを減少させることができる。それによって、デューティサイクルを増加させることができる。

本発明の一実施形態によれば、ステップ２１０のハードマスク・エッチングは、残渣除去（ｄｅｓｃｕｍ）及びハードマスク・エッチングに分けられる。残渣除去工程（ｄｅｓｃｕｍ）は、バイアス条件下において現像されたディスク表面を打撃する容量結合（ＣＣＰ）プラズマを使用した化学的エッチングによって実行される。これにより、残渣除去動作が達成され、現像されたトレンチの底部の残余レジストが除去される。これによりハードマスクの上面が露出される。
それから、同じ加工ステップにおいて、同様の化学エッチングが、バイアス条件下において現像されたディスク表面を打撃する容量結合（ＣＣＰ）プラズマを用いて実行され、これにより、現像されたレジストを介して炭素ハードマスクがエッチングされる。完全な画像が、炭素ハードマスクに転写される。これらのステップで使用する反応ガスは、ＣＦ_４などのフッ素含有ガス、又はＣＨＦ_３、ＣＨ_２Ｆ２、ＣＨ_３Ｆを含む一般式ＣＨ_（ｘ）Ｆ_{（４―ｘ）}を有するガスでもよい。

本発明の一実施形態によれば、ステップ２１５の磁気スタックのエッチングは、スパッタ・エッチングを使用して実行される。スパッタ・エッチングは、炭素ハードマスクで覆われたディスク表面をバイアス条件下で打撃するＣＣＰ・アルゴン・プラズマを用いて実行され、これにより、金属層のエッチングが実行され、Ａｒプラズマのスパッタ作用によって、磁性体が除去されることで形成された「溝」に沿って、磁性体の「島」（island）または「隆起」（ridge）が形成される。ステップ２２０のマスクを除去する工程は、金属「島」及び「隆起」の上に残留している炭素ハードマスク、及び（もしあれば）レジスト層を除去するために、ＣＣＰ Ｏ２プラズマを使用して実行される。これらの方法から得られる限界寸法は、金属層の全体的な利用のために重要である、最終的な「溝に対する島の比率」を提供する。

前述したように、プラズマを用いた化学的エッチング工程の間、もしそれが適切に実行されるならば、溝の領域は縮小され得る一方で、島の領域は拡大され得る。主に化学反応及びバイアス下のイオン種の異方性の複合的効果が原因となって、「異方性」エッチングの程度は、エッチング条件によって調整され得る。これにより、効果的に島又は隆起の画像が向上するとともに、金属エッチング工程の完了により、ディスク表面上の金属材料の有効な量が増加する。金属エッチングの次のステップは、バイアスされたＡｒスパッタによって実行される。このステップでの限界寸法は、反応ガス化学エッチングにおいて達成された寸法を維持するように調整されることができる。すなわち、島又は隆起の溝に対する面積比を効果的に増加させることができる。この十分に最適化された工程は、前述のＣＨＦ_４、ＣＨＦ_３を含み、また現像された特徴のトリミング／残渣の除去（ｄｅｓｃｕｍｍｉｎｇ）／炭素ハードマスクの開口を得るための化学的エッチングを含み、その後、現像されたフォトレジスト及び炭素ハードマスクを介して金属材料をＣＣＰ・ Ａｒスパッタ・エッチングを用いてエッチングする工程を含む。このような工程を実施することにより、最終的なエッチングされた製品の溝比率に金属島／隆起の溝に対する比率を最大化することができる。

図４（Ａ）〜４（Ｆ）は、パターニングされた媒体を生産するための本発明の一実施形態に従う方法を例示する。図４（Ａ）は、基板４００、軟下地層（ＳＵＬ）４０５、シード層４１０、磁気スタック４１５、ハードマスク（例えば、ダイヤモンド型の炭素４２０（炭素保護膜またはＣＯＣと一般に呼ばれる）、及びフォトレジスト４２５を開始時に有する構造の断面図である。図４（Ａ）において、これらの層はそれぞれ同じ厚みを有するものとして図示されている。しかし、実際の装置では、図４（Ｂ）〜４（Ｆ）のより相対的な斜視図に示すように、各層の厚みは異なる。

図４（Ｂ）において、ディスクは、パターンをフォトレジストに転写するために処理される。図示されるように、これは例えばＮＩＬプロセスによって実行され得る。
一旦パターンがディスクに転写されると、図４（Ｃ）において、ディスクは次の工程を実行するため、真空環境に搬送される。この工程は、真空環境からディスクを取り出すことなく実行される。この工程は、カルフォルニアア州サンタクララのＩｎｔｅｖａｃ社から入手可能な２００ Ｌｅａｎ（登録商標）に類似したシステムで実行することができる。このディスクはエッチングチャンバに配置される。そして、バイアスされた化学的エッチングが用いられ、これにより、フォトレジストの残渣が除去され、ハードマスクが露出する。そして、フォトレジストからハードマスクへパターンデザインが転写される。
図４（Ｄ）において、ディスクは、ハードマスクから磁気スタックへパターンが転写されるよう、スパッタリング・エッチング・プロセスを使用してエッチングされる。本発明の実施形態によれば、エッチングは、１００―３０００Ｗのパワーで、１３．５６ＭＨｚのＲＦ周波数を有する容量結合エッチングチャンバにおいて実行される。チャンバは、プロセスガスとしてＡｒを使用して、１０―８０ｍＴの圧力に維持される。この結果、エッチングレートは１ｎｍ／秒よりも大きくなる。それから、ディスクは、例えば酸素ガスを用いた化学的エッチング工程により洗浄され、これによりマスク残渣（図示せず）が取り除かれる。その後、ディスクは堆積チャンバに搬送され、ダイヤモンド型の炭素が溝から溢れる程までに埋め込まれる。
その後、炭素はディスク表面が平坦化されるようにエッチ・バックされる。続いて、図４（Ｆ）では、ダイヤモンド状炭素層（ＮＣＴ炭素と一般に呼ばれる）の薄い保護膜が形成される。これにより更にディスクの上面が平坦化され、ディスク上面が保護される。平坦化するために用いられることができる他のフィルムは、ＳｉＮ及びＳｉＯ２である。

図５（Ａ）〜５（Ｇ）は、パターニングされた媒体を生産するための、本発明の一実施形態に従った他の方法を図示している。図５（Ａ）は製造開始時の媒体を示している。これは、図４（Ａ）に示されたものと同様であり、基板５００、軟下地層（ＳＵＬ）５０５、シード層５１０、磁気スタック５１５、ハードマスク５２０（例えば、ダイヤモンド・タイプ・カーボン、一般的にはカーボン上地層又はＣＯＣと呼ばれる）、及びフォトレジスト５２５を製造開始時に有している。図５（Ａ）において、これらの層は同じ厚みを有するものとして示されている、しかし、実際の装置では、図５（Ｂ）〜５（Ｇ）に示すより相対的な斜視図に示すように、各層の厚みは異なる。

図５（Ｂ）において、パターンをフォトレジストに転写するためにディスクが処理される。上述のように、この処理は例えばＮＩＬ処理により実行され得る。一旦パターンがディスクに転写されると、図５（Ｃ）において、ディスクは処理システム中のエッチングチャンバに搬送される。そして、バイアスされた化学的エッチングを用いて、フォトレジスト５２５の残渣を除去し、これによりハードマスクを露出させる（ＮＩＬ処理では、パターンがハードマスクへ転写される前に除去される必要があるフォトレジストが「残ってしまう」ことがある。）。そして、フォトレジストからハードマスク５２０へパターンデザインを転写する。
図５（Ｄ）においては、ハードマスクから磁気スタック５１５へパターンを転写するために、スパッタリング・エッチング工程を使用してディスクがエッチングされる。本発明の実施形態によれば、エッチングは、１００―３０００Ｗのパワーで、１３．５６ＭＨｚのＲＦ周波数を有する容量結合エッチングチャンバにおいて実行される。チャンバは、プロセスガスとしてアルゴン(Ａｒ）を使用して１０〜８０ｍＴの圧力に維持される。この結果、エッチング速度は１ｎｍ／秒よりも大きくなる。
次に、ディスクは堆積用チャンバへ搬送される。図５（Ｅ）では、ダイヤモンド型の炭素は溝が溢れる程度にまで堆積される。残留したフォトレジスト及びハードマスクも覆われる。その後、図５（Ｆ）において、炭素はディスクの表面を平坦化するまでエッチ・バックされる。 それから、図５（Ｇ）で、ダイヤモンド状炭素層（ＮＣＴ炭素と一般に呼ばれる）の薄い保護膜が形成され、これにより、更にディスクの上面が平坦化され、ディスクの表面が保護される。

図６は、本発明の一実施形態に従う、パターニングされた媒体を処理するために用いることができるパターニング・システムの実施形態を例示する。システムの構造は、カルフォルニア州サンタクララのＩｎｔｅｖａｃ社から入手できる２００Ｌｅａｎ（登録商標）の構造を真似たものとすることができる。この種のシステムを使用して、さまざまなエッチング及び埋め込みステップは、連続した直列のチャンバにおいて実行される複数のプロセスに仕切ることができる。適切に各チャンバの工程所要時間のバランスをとることにより、高いスループットで大容量の製造を達成することができる。

この例では、システムは２台のエレベータ６０２及び６０４を有するとともに、１６個の処理チャンバ（参照番号１〜１６をつけられている）を有する。このシステムにおいて、各チャンバは、キャリア（参照番号６０６）をディスクと共に搬送するための搬送チャンバとして機能する下部と、ディスクに対し処理を実行する上部処理チャンバを有する。いくつかのチャンバはディスクの両面を同時に処理する。一方、他のチャンバは片面だけを処理する。ディスクの両面を完全に処理するため、それらのチャンバは一対ずつ設けられる。このシステムにおいて、一旦ディスクがこのようなシステムに投入されると、処理が完了されディスクがシステムから出されるまで、ディスクは真空環境に維持される。

図６の実施形態において、チャンバ１は残渣除去チャンバである。この残渣除去チャンバは、フォトレジストをトリミングするためにも用いられ得る。フォトレジスト・トリミングは、フォトレジストをパターンニングするステップ（例えば、ＮＩＬステップ）の間に生じる限界寸法を調整するために用いることができる。このステップは、ＣＦ４などの反応前駆体ガスを用いてプラズマを叩く化学的エッチングを用いて実行される。なお、この工程が、ハードマスク・パターニングのパターニングを含む場合、もし、フォトレジストが所望の形状及び総寸法であるならば、この工程は省略することができる。なぜなら、ハードマスク・パターニングにより、あらゆる余計なフォトレジストが除去されるからである。このチャンバは、同時にディスクの両面の加工を行う。

チャンバ２及び３は、炭素ハードマスク・エッチングのために利用される（すなわち、ＣＯＣ層をエッチングするために利用される）。図６の実施形態において、エッチング工程は、例えば、バイアスされたＲＦ電源またはＣＦ_４ガスを用いたリモートプラズマを用いたソフト・エッチングによって実行することができる。この例では、高周波でバイアスされたプラズマが用いられる。そのため、チャンバ２及び３の各々はディスクの片面をエッチングする。これは、ステーション４、６、８及び９において使用される近接バイアス受け板機構で達成されることができる。もし、バイアスされないプラズマ（例えば、リモート・プラズマ源）が用いられる場合、この工程は単一のチャンバにおいて実行されることができ、その単一のチャンバにおいて両面を同時にエッチングすることができる。
一般に、このステップにおいて、エッチングの選択性はフォトレジストと炭素の間に存在する自然の選択比である。そして、それは、炭素の種類及びフォトレジストの種類にもよるが、１：１〜から１：１０の間であり得る。トータルのエッチング厚は、磁気層の厚さ及びエッチングの選択性にもよるが、１０〜１０００Ａであり得る。

殆どの適用において、フォトレジストの厚みはＣＯＣ層のそれよりも大きく、若干のフォトレジストがＣＯＣエッチングが完了した後も残存することがありがちである。従って、レジストを還元除去するステップがチャンバ２及び３、または、次のチャンバ（図示せず）において実行され得る。これは、Ｈ_２／Ｏ_２原料ガスを使用したソフト・プラズマを使用して実行することができる。この工程では酸素を使用することもできるので、磁性体層の酸素汚染を回避することが重要である。この酸素汚染は、酸素の流れを適切なタイミングで止めることによって回避することができる。あるいは、レジスト除去ステップを実行する前に磁性体層の上にパシベーション層（例えば、Ｐｔ、Ｔａ、Ｃｒ）を形成することによっても、酸素汚染を回避することができる。

上記の目的を達成が達成されるように異方性を効果的に調整することができ、一方でハードマスクへのイメージの転写を達成することができ、現像されたフォトレジストの残渣を除去することができ、全ての動作を数秒の工程時間の間に一度に実行することができるのであれば、化学的エッチングステップを実行することができる。反応ガス（例えばＣＦ_４）を用いてプラズマを叩き、バイアスのパワーを制御し、これにより適当な選択性を得ることにより、このような工程を実行することができる。

チャンバ４〜９は、ディスクの一方の側の磁性体層のエッチングと、エッチング・プロセスの後におけるディスクの冷却とを交互に実行するために用いられる。この例では、低温チャンバはチャンバ８と９の間に設けられていない。なぜなら、この工程では、２つのエッチング工程の間の冷却がエレベータ６０４においてされるからである。もちろん、必要に応じて、他の低温室が２つのチャンバの間に加えられてもよい。この例では、磁性体層は不活性ガス（例えばアルゴン）を用いたイオン・スパッタリング・エッチングを使用してエッチングされる。この場合、ディスクにバイアスをかけることが必要となる。従って、各チャンバは、ディスクの片面だけをエッチングするように構成される。しかしながら、別の実施形態では、スパッタ用の不活性ガスに加えて、反応ガス（例えばＣＦ４）、または一般式ＣＨ_（ｘ）Ｆ_{（４―ｘ）}を有するガスも、スパッタ・エッチング工程の間、チャンバに向けて流される。

磁性体層のエッチング工程は炭素ハードマスクに孔を空けることを回避するように設計されるべきである。その理由は、特にスパッタリング・エッチングがあまり選択性が高くないからである。

従って、スパッタ・エッチングの終了段階において、ハードマスク上のパターンの限界寸法がまだ適切であるように、ハードマスクの厚みは設計されなければならない。このステップの総エッチング深さは、約１００〜１０００Ａである。
それはエッチングされなかった島の上にＣＯＣ層のある厚みを残すことが望ましい。これもまた、磁性体層への損傷を防止するのに役立つ。

磁性体（大部分は遷移金属合金）のアルゴン・スパッタ・エッチングは、非常に効率的なエッチング方法である。その特徴は、物質の除去率が高いこと、ハードウェアがコンパクトであること、操作が容易であること、及びバイアスが利用できること、などである。ディスク表面の電子密度を高くすることができ、バイアス能力があり、プラズマをディスク表面に近接させることができるため、遷移金属合金のためのエッチングの他の手段と比較して高い除去率が得られる。マスクの材料及びメタルエッチングに対する選択性にも依るが、結果としてエッチング形状のテーパの程度を少なくすることができる。そして適切に制御され使用されれば、溝に対する島又は隆起の比率を増加させることができる。これにより、トレンチにより島と島、又は隆起と隆起の間の磁気的分離を維持しつつ、磁気質量を与える有効な信号を増加させることに役立つ。

チャンバ１０は、炭素埋め込み層（refill layer）を形成してエッチングされた領域を埋め込むために用いられる。これは、炭素例えばカーボンナノチューブ又はスパッタされた炭素をスパッタリングし、ＳｉＯ２や他の物質と共に埋め込むことにより実行され得る。埋め込みの厚みは、後続の平坦化技術が可能となるのに十分でなければならない。図６の実施形態においては、埋め込みは２つのステージ（チャンバ１０及び１２）において実行され、２つの平坦化技術工程（チャンバ１１及び１３）が引き続き実行される。もちろん、埋め込み及び平坦化技術のために使用する埋め込み材料及び技術に応じて、別の構成や、異なる数のチャンバの配置が可能である。平坦化技術は、エッチバック、例えば、ソフトエッチングを使用して実行することができる。埋め込み及び−エッチバック処理の後には、低温チャンバ１４がある。チャンバ１５及び１６は、平坦化された埋め込み層の上に固い保護層を形成するために用いられる。炭素の埋め込み層による追加的な利益は、エッチングされた磁気層の形状の側壁を不動態化（passivate）することである。

これは、パターニングされた媒体の重要な特徴が、磁気的に完全性を有するようにするために重要である。
側壁の被覆、及びパターニングされた媒体の側壁の不動態化は、ＮＣＴステーションによって実行することができる。ＮＣＴステーションは、ＨＤＤ産業において現にバイアス無しで使用され、等方性の炭素の堆積、及び側壁の被覆のための化学蒸着の環境、更にはパターン化された媒体の必要に応じて不動態化を生じさせる。

上記の実施形態で説明したように、化学的エッチング及びスパッタエッチングを順番に行うことにより、ＤＴＲやＢＰＭのための最終的なエッチングされた磁気性状が、数秒の処理時間で生成される。この工程は、パターニングされた媒体製造の非常に効率的な手段を与えるものである。このレベルの効率及び速度は、業界を非常に大きなリードするものである。ＣＦ_４を使用した化学的エッチングは、残渣除去（ｄｅｓｃｕｍ）、炭素ハードマスクの開口（画像の転写）及び限界寸法（ＣＤ）制御のために有用であり、この結果、磁気記録デューティサイクルが増加する。Ａｒを含む容量結合プラズマ源を使用したスパッタ・エッチングは、磁性体層のエッチングされた性状を形成し、更に記録デューティサイクルを増加させつつ元の現像されたパターンを維持するのに有用である。

図６を参照すると、１つの代替的な構造として、次のような構成を有するものも可能である。
・ステーション１〜３は、高周波バイアスを印加されたＣＦ_４化学的エッチング条件の下で動作する容量結合プラズマ源の単一のステーションに統一されてもよい。
・ステーション４、６、８、９は、それぞれ高周波バイアスを印加されたＡｒスパッタ・エッチング条件の下で動作する容量結合プラズマ源であってもよい。
・ステーション１１及び１３は、磁性体層のエッチング後のエッチング、及び炭素ハードマスクの除去のための、高周波バイアスを印加された酸素条件の下で動作する個別の容量結合プラズマ源であってもよい。

本願明細書において記載されている方法及び技術は、特定の装置に固有に関連するものではなく、また、構成要素のいかなる適切な組合せによっても実行可能であると理解されるべきである。更に、様々な形の汎用装置が、本願明細書において記載されている教示に従って用いられることができる。本願明細書において記載されている方法の工程を実行するための専門の装置を造ることが有益であると判明することもあり得ることである。本発明は特定の実施形態に関して記載された。しかし、この実施形態は、あらゆる点で拘束性であるというよりはむしろ図示を目的としたものである。

当業者は、ハードウェア、ソフトウェア及びファームウェアの多くの異なる組合せが本発明を実践することに適していることを理解するであろう。例えば、記載されているソフトウェアは、多種多様なプログラミングまたはスクリプト言語（例えばＡｓｓｅｍｂｌｅｒ、Ｃ／Ｃ＋＋、ｐｅｒｌ、シェル、ＰＨＰ、ジャバ、など）で行うことができる。

本発明が特定の実施形態に関連して記述されたが、それはあらゆる観点で、限定的であるというよりはむしろ図示することを目的としたものである。当業者は、ハードウェア、ソフトウェア及びファームウェアの多くの異なる組合せが本発明を実施するのに適していることを理解するであろう。さらに、本発明の他の実施態様は、本明細書を考慮することにより、及び本明細書に開示される発明を実行することにより、当業者にとって明らかになるであろう。
開示されている実施形態のさまざまな態様及び／または構成要素が、プラズマチャンバ技術において、単独で又はそれらの組み合わせとして用いられ得る。明細書及び実施例は単に例示に過ぎないと解されることを意図している。本発明の真の範囲及び精神は、以下の請求項によって示されている。

Claims (24)

1. 真空環境において連続しており、それぞれ隔離弁によって隔離された処理チャンバを有するシステムにおいて、基板の上方に形成される磁気スタック、前記磁気スタックの上方に形成されるハードマスクの層、及び前記ハードマスクの層の情報に形成されるパターニングされたフォトレジストの層を有するハードディスクをパターニングする方法であって、
   前記ディスクをディスク・キャリアに積載して、前記ディスク・キャリアを真空環境及び反応性エッチングチャンバへ輸送し、
   反応ガスのプラズマを叩くことによって前記反応性エッチングチャンバのディスクを処理し、前記パターニングされたフォトレジストから前記ハードマスクの層に前記パターンを転写し、
   前記反応性エッチングチャンバの前記隔離弁を開いて、反応性エッチングチャンバから前記キャリアを除去して、スパッタリング・エッチングチャンバに前記ディスク・キャリアを輸送し、
   不活性ガスのプラズマを叩くことによって前記スパッタリング・エッチングチャンバの中の前記ディスクを処理し、パターニングされた前記ハードマスクの層から前記磁気スタックの層に前記パターンを転写する
   ことを特徴とする方法。
2. 反応ガスのプラズマを叩く工程は、フッ素含有ガスによりプラズマを叩く工程である請求項１記載の方法。
3. 不活性ガスのプラズマを叩く工程は、アルゴン（Ａｒ）・ガスによりプラズマを叩く工程である請求項１記載の方法。
4. 前記パターニングされたフォトレジストから前記ハードマスクの層の上へ前記パターンを転写する前に、プラズマチャンバにおいてフォトレジストの残渣除去を行う工程を更に備えた請求項１記載の方法。
5. パターニングされた前記ハードマスクの層から前記磁気スタックの層へのパターンの転送の後、ハードマスクの残渣を除去する工程を更に含む請求項１記載の方法。
6. 前記ハードマスクの残渣を取り除く工程は、活性ガスを用いてプラズマを叩く工程を備えた請求項５記載の方法。
7. 活性ガスを用いてプラズマを叩く工程は、フッ素含有ガスを用いてプラズマを叩く工程を備えた請求項６記載の方法。
8. 前記ハードマスクの残渣を除去した後、再埋め込み層を堆積させる工程を更に備えた請求項６記載の方法。
9. 前記再埋め込み層を埋め込んだ後、エッチバックを実行する工程を更に備え、前記再埋め込み及びエッチバックの工程は、別々のチャンバにおいてバランスを取られた工程時間を有する実行される請求項８記載の方法。
10. 基板の上方に形成される磁気スタック、前記磁気スタックの上方に形成されるハードマスクの層、及び前記ハードマスクの層の上方に形成されるパターニングされたフォトレジストの層を有するハードディスクをパターニングする方法であって、
    前記ディスクを製造システム内の真空環境に搬送し、その真空環境から前記ディスクと除去することなく、
    活性ガスのプラズマを叩くことによって第１の反応性エッチングチャンバのディスクを処理し、パターニングされたフォトレジストから前記ハードマスクの層上にパターンを転写するステップと、
    前記ディスクを第１のスパッタリング・エッチングチャンバに転送するステップと、
    不活性ガスのプラズマを叩くことによって前記第１のスパッタリング・エッチングチャンバのディスクを処理し、パターニングされた前記ハードマスクの層から前記磁気スタックの層にパターンを転写するステップと
    を実行する方法。
11. 第１のエッチングチャンバ内の前記ディスクを処理する前に、前記ディスクを残渣処理チャンバに搬送して、前記ディスクにおいて残渣除去処理を実行し、そして、前記ディスクを第１のエッチングチャンバに転送する請求項１０記載の方法。
12. パターニングされた前記フォトレジストから前記ディスクの第２の側のハードマスクの層へとパターンの転写を実行するため、前記ディスクを第２の反応性エッチングチャンバに搬送し、
    パターニングされたハードマスクの層から、前記ディスクの第２の側の磁気スタックの層へと前記パターンの転写を実行するため、前記ディスクを第２のスパッタリング・エッチングチャンバに搬送する請求項１０記載の方法。
13. エッチングチャンバでのディスクの処理は、ディスクの片側において一括して実行され、前記真空環境におけるディスク冷却するステップを更に含む請求項１０記載の方法。
14. 反応ガスのプラズマを叩く工程は、フッ素含有ガスを用いてプラズマを叩く工程を備えた請求項１０記載の方法。
15. 不活性ガスのプラズマを叩く工程は、アルゴン・ガスを用いてプラズマを叩く工程である請求項１記載の方法。
16. パターニングされた前記ハードマスクの層から前記磁気スタックの層への前記パターンの転写の後、ハードマスクの残渣を除去する工程を含む請求項１５記載の方法。
17. パターニングされた前記ハードマスクの層から前記磁気スタックの層へのパターンの転写の後、ハードマスクの残渣を除去する請求項１６記載の方法。
18. 別のチャンバにおいて、バランスのとれた工程時間でパターニングされた前記磁気スタックに再埋め込み層を堆積させる請求項１６記載の方法。
19. 前記再埋め込み層を堆積させた後、エッチバックを実行する工程を更に備え、前記再埋め込み及びエッチバックの工程は、別々のチャンバにおいてバランスを取られた工程時間で実行される請求項１８記載の方法。
20. パターニングされた前記磁気スタック上に再埋め込み層を堆積させる前に、別のチャンバにおいてハードマスクの残渣を除去する工程を更に含む請求項１９記載の方法。
21. 前記フッ素含有ガスは、ＣＦ_４、又は一般式ＣＨ_（ｘ）Ｆ_{（４―ｘ）}（ｘは整数）のうちの１つを有する請求項７記載の方法。
22. 前記フッ素含有ガスは、ＣＦ_４、又は一般式ＣＨ_（ｘ）Ｆ_{（４―ｘ）}（ｘは整数）のうちの１つを有する請求項１４記載の方法。
23. 不活性ガスのプラズマを叩く工程は、ＣＦ_４、又は一般式ＣＨ_（ｘ）Ｆ_{（４―ｘ）}（ｘは整数）のいずれかから選ばれる反応ガスを流す工程を含む請求項３記載記載の方法。
24. 不活性ガスのプラズマを叩く工程は、ＣＦ_４、又は一般式ＣＨ_（ｘ）Ｆ_{（４―ｘ）}（ｘは整数）のいずれかから選ばれる反応ガスを流す工程を含む請求項１５記載記載の方法。

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