JP2015032343A - 平坦化ビット・パターン化磁気媒体のための組成および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 平坦化ビット・パターン化磁気媒体のための組成および方法を提供する。
【解決手段】 本開示は、アイランド領域およびトレンチ領域を含む磁気層、磁気層の上に被覆される第１炭素層、および第１炭素層の上に被覆される第２炭素層であって、アイランド領域の第２炭素層は除去されている第２炭素層をもつ平坦化ビット・パターン化磁気媒体に関する。第１炭素層は、化学機械研磨にさらされたときに第２炭素層より低い材料除去率を持ち得る。本開示は、ビット・パターン化磁気媒体を平坦化する方法および炭素層を化学機械研磨するためのスラリー組成にも関する。このスラリー組成は、酸化剤成分、触媒成分、微粒子成分、および反応制御成分を含む。
【選択図】図３Ｆ

Description

この開示は、平坦化ビット・パターン化磁気媒体に関し、より具体的にはビット・パターン化磁気媒体に被覆された炭素層の化学機械研磨に関する。

永年にわたりデータおよび情報を格納するために在来の磁気記憶装置が使用されてきた。磁気記憶装置は、一般的に、区別可能な磁性状態に二極化することができる磁性体の単位（たとえば、ビット）をもつ磁気媒体を含んでいる。磁化の方向は、正の状態および負の状態と呼ぶことができる相異なる方向を指す。各ビットは、ビットの磁気分極状態に従って情報（一般的に１または０の形態の２進情報）を蓄えることができる。したがって、磁気記憶装置は、一般的に、磁性体を通り越しつつ各ビットの磁気分極状態を感知する「読取」要素および磁性体を通り越しつつ各ビットの磁気分極状態を変化させて、それにより情報の個別単位を記録する「書込」要素を含んでいる。したがって、磁気記憶媒体に格納することができる情報の量は、磁気記憶媒体上の磁気ビットの個数に比例する。

様々な種類の磁気記憶媒体が存在し、それぞれ相異なる製造技術を含んでいる。たとえば、在来の粒状磁気記録媒体は、各磁気ビット中に多数の粒子をもつディスクである。粒状磁気媒体では、磁区のすべてが同一平面上にあり、かつ、ディスクの表面は比較的連続である。粒状磁気ディスクに蓄え得る情報の量を増やすために、粒子のサイズをほぼ同一に保ちつつ磁気ビットあたりの粒子数を減らすことができる。しかし、各ビット中の粒子数の減少につれて信号対雑音比が低下する（たとえば、信号が低減し、かつ、雑音が増大する）。より高い信号対雑音比を維持するために、磁気ビットのサイズと各磁気ビットを構成する個々の粒子のサイズの両方を低減し、それにより各磁気ビット中に同一粒子数を維持する方法が開発された。しかし、粒子があまりにも小さくなると、温度変動により粒子の極性が自然発生的に反転し、そのために不安的な記憶および情報の喪失をもたらすことがある。

ビット・パターン化媒体は、磁気記憶媒体のもう１つの例である。ビット・パターン化媒体では、各ビットは、隣接磁気粒子の集まりというよりむしろ単一の磁区である。これらのビットは、リソグラフィー技術およびエッチング技術の使用によりトポグラフィー的にパターン化されることにより、トレンチに囲まれて磁気的に孤立したビット・アイランドを形成している。一部の例では、これらのトレンチは、磁性体をエッチングにより除去することにより形成される。また、別の例では、物理的パターンを非磁性体基板中にエッチングにより形成した後に、パターン化基板を磁性体で覆う。隆起されたビット・アイランドとトレンチ間の物理的分離のおかげで、装置の面的ビット密度を高めるために、依然として高い信号対雑音比および高い熱的安定性を保ちつつ、各個別ビット・アイランドの幅を低減することができる。

しかし、ビット・パターン化媒体はトポグラフィー的にパターン化されるので、トレンチを磁気的不活性物質で満たして滑らかな表面（読取／書込ヘッドがその上を通過する）を生成するために、しばしば平坦化プロセスが必要となる。面的ビッド密度が高くなるほど、読取／書込ヘッドは、磁気分極状態を感知／記録するために磁気面のより近くを飛行しなければならない。ビット・パターン化媒体が平坦化されていない場合、媒体の平らでない表面のために、読取／書込ヘッドが媒体の表面上を動揺しつつ飛行して媒体に衝突し、破局的なデータの喪失および装置故障を引き起こす恐れがある。

在来の粒状磁気媒体（非ビット・パターン化）では、磁気媒体を保護するために炭素保護層を用いる場合が多い。炭素を含む保護層は、有益に媒体の耐食性を改善し、トライボロジー特性を高め、かつ、磁気ハード・ドライブ応用において使用される高分子潤滑剤とよく接着する。しかし、ビット・パターン化媒体応用における不活性充填材として在来の炭素保護層を使用した場合、化学機械研磨などの在来の平坦化技術は、試みたとしても、在来の炭素含有充填層を効果的に研磨することができない。したがって、ビット・パターン化媒体を平坦化し、かつ、保護するために、種々の材料を使用する多数の加工段階がしばしば要求され、それにより媒体製造の複雑性および費用が増大する。

前記の考察から、ビット・パターン化磁気媒体を研磨・保護する平坦化システムが必要であることが明らかになった筈である。かかる平坦化システムは、有益なことに、炭素含有層を充填材および保護層として使用することを可能とし、それにより在来の粒状磁気媒体の場合と同一または少なくとも同様な条件の下におけるビット・パターン化磁気媒体の研磨を可能とするであろう。

本発明は、この技術の現状に応じて、より具体的には、現在利用できるビット・パターン化磁気媒体平坦化システムによりまだ十分に解決されていないこの技術における諸問題およびニーズに応じて開発された。したがって、本開示は、この技術における上述の欠点の多くまたはすべてを克服するビット・パターン化磁気媒体平坦化方法および組成を提供するものである。

本開示は、アイランド領域およびトレンチ領域を含む磁気層、磁気層の上に被覆される第１炭素層、および第１炭素層の上に被覆される第２炭素層をもつ平坦化ビット・パターン化磁気媒体に関する（ただし、アイランド領域の第２炭素層は除去されている）。平坦化ビット・パターン化磁気媒体の第１炭素層は、化学機械研磨にさらされたときに、第２炭素層よりも低い材料除去率をもつことができる。１つの実施形態では、第１炭素層は、第２炭素層より高い密度をもつ。１つの実施形態によると、第１炭素層は２．０ｇｍ／ｃｃより高い密度をもち、また、第２炭素層は２．０ｇｍ／ｃｃ未満の密度をもつ。別の実施形態によると、第１炭素層は２．２ｇｍ／ｃｃより高い密度をもち、また、第２炭素層は２．２ｇｍ／ｃｃ未満の密度をもつ。さらに別の実施形態によると、第１炭素層は２．０ｇｍ／ｃｃより高い密度をもち、また、第２炭素層は１．８ｇｍ／ｃｃ未満の密度をもつ。

他の実施形態では、第１炭素層は、第２炭素層より多くのｓｐ３型結合をもつ。他の実施形態では、第１炭素層は、第２炭素層より高い硬度をもつ。たとえば、１つの実施形態によると、第１炭素層は、約１５ＧＰａ以上の硬さをもち、また、第２炭素層は約１５ＧＰａ未満の硬度をもつ。また、第２炭素層は、水素添加炭素化合物、窒素添加炭素化合物、または水素添加・窒素添加炭素化合物を含むことができる。ある実施によると、第２炭素層の組成は、第２炭素層の厚さによって異なる。

本開示は、ビット・パターン化磁気媒体を平坦化する方法にも関する。この方法は、１つの実施形態によると、トレンチ領域およびアイランド領域をもつ磁気層、磁気層の上に被覆される第１炭素層および第１炭素層の上に被覆される第２炭素層をもつビット・パターン化磁気媒体を設けること、研磨パッドを含む化学機械研磨システムを設けること、微粒子スラリーを設けること、反応制御成分を設けること、微粒子スラリーと反応制御成分を混合して研磨スラリーを形成すること、およびビット・パターン化磁気媒体を研磨スラリーで濡らした研磨パッドによって研磨することによりアイランド領域上からかなりの量の第２炭素層を除去することを含む。

１つの例では、微粒子スラリーの準備は、酸化剤成分、触媒成分、および微粒子成分を準備することを含む。反応制御成分は、反応を促進する水酸化物塩などの塩基を含むことができる。別の実施形態によると、微粒子スラリーと反応制御成分の混合は、化学機械研磨中またはそれに先立ち両方を研磨パッドに注入することを含む。もう１つの実施形態では、反応制御成分は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を含む。さらに別の実施形態では、反応制御成分は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含む。

本開示は、さらに炭素層の化学機械研磨のためのスラリー組成にも関する。このスラリー組成は、酸化剤成分、触媒成分、微粒子成分、および反応制御成分を含む。１つの実施形態によると、酸化剤成分は、過酸化物、過マンガン酸塩、または硝酸を含む。１つの実施形態では、触媒成分は、ＦｅＳＯ_４などの遷移金属塩を含む。ある実施では、反応制御成分は、水酸化物塩（たとえば、水酸化カリウムおよび水酸化ナトリウム）などの塩基を含む。別の例では、微粒子成分は、シリカ、アルミナ、またはダイアモンド粒子を含む。

この明細書全体を通じて行われる特徴、長所、または同様な表現に対する言及は、本開示により実現され得る特徴および長所のすべてが本発明のいずれの単一実施形態においても存在する筈であるか、または存在することを意味しない。むしろ、特徴および長所に関する文言は、１つの実施形態に関連して記述される特定の特徴、長所、または特性が本出願において開示される主題事項の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味するものとして理解される。したがって、特徴と長所の考察、および同様な表現は、この明細書全体を通じて、同一の実施形態を指すこともあるが、必ずしもそうとは限らない。

本開示の主題事項について記述される特徴、構造、長所および／または特性は、１つ以上の実施形態および／または実現において任意の適切な方法により組み合わせることができる。以下の記述において、本開示の主題事項の実施形態の完全な理解を与えるために多数の具体的詳細を提供する。当業者は、特定の実施形態または実現の１つ以上の特定の特徴、詳細、成分、材料、および／または方法なしで本開示の主題事項を実施できることを認識するであろう。他の例においては、一定の実施形態および／または実現において、必ずしもすべての実施形態または実現に存在しないさらなる特徴および長所が認識されるであろう。さらに、場合によっては、よく知られている構造、材料、または工程については、本開示の主題事項の特徴を曖昧にすることを避けるために、詳細に提示または説明しないこととする。本開示の主題事項の特徴および長所は、以下の記述および添付請求項からより完全に明らかとなるであろう。あるいは、また、以下において説明する主題事項の実行により習得されるであろう。

本開示の長所が容易に理解されるようにするために、添付図面に示した具体的な実施形態を参照しつつ、上記において略述した本開示についてより具体的な記述を行う。これらの図面は本開示の典型的な実施形態を記述するのみであり、したがってその範囲を制限するものとはみなされないことを前提として、本出願の主題事項について添付図面を参照しつつ、さらなる特異性および詳細を加えて記述・説明する。図面の内容は、以下のとおりである。

１つの実施形態による磁気記憶装置の透視図である。 １つの実施形態による化学機械研磨システムの側面断面図である。 １つの実施形態による平坦化前のビット・パターン化磁気媒体の表面の拡大透視図である。 １つの実施形態によるビット・パターン化磁気媒体の側面断面図である。 １つの実施形態による図３Ｂのビット・パターン化磁気媒体の側面断面図であるが、この図では磁気媒体の上に第１炭素層が被覆されている。 １つの実施形態による図３Ｃのビット・パターン化磁気媒体の側面断面図であるが、この図では第１炭素層の上に第２炭素層が被覆されている。 １つの実施形態による化学機械研磨プロセス中の図３Ｄのビット・パターン化磁気媒体の側面断面図である。 １つの実施形態による化学機械研磨プロセス後の図３Ｅのビット・パターン化磁気媒体の断面側面図であるが、この図では、アイランド領域中の第２炭素層は除去されている。 ビット・パターン化磁気媒体を化学機械研磨するためのスラリー組成の１つの実施形態の概要ブロック・ダイアグラムである。 ビット・パターン化磁気媒体を化学機械研磨するためのスラリー組成の別の実施形態の概要ブロック・ダイアグラムである。 ビット・パターン化磁気媒体を平坦化する方法の１つの実施形態の概要フローチャート図である。

図１は、１つの実施形態による磁気記憶装置１００の透視図である。背景技術の項で記述したように、ビット・パターン化磁気媒体は、在来の粒状磁気媒体より高い面ビット密度を実現することができる。より高い面密度の達成は、隆起されたアイランドおよび沈下されたトレンチのトポグラフィー・パターンおよびかかる構成からもたらされる対応する熱的・磁気的安定性のおかげで実現される。しかし、ほとんどの応用において、ビット・パターン化磁気媒体は、磁気記憶装置において効果的に実現されるために平坦化されなければならない。

図１に描かれた磁気記憶装置１００は、磁気媒体１０２および読取／書込ヘッド１０４を含んでいる。在来の磁気記憶装置では、読取／書込ヘッド１０４は、磁気媒体１０２の表面上一定の高さに浮上する。飛行高度と呼ばれるこの距離は、数ナノメートル程度の値しかないであろう。読取／書込ヘッド１０４がこれほど磁気媒体１０２に近接して飛行するため、磁気媒体は、十分に滑らかで平坦な表面をもつ必要がある。媒体１０２の表面上の変動または不規則性は、読取／書込ヘッド１０４の媒体１０２への衝突を引き起こし、情報の喪失および装置１００の故障をもたらす可能性がある。したがって、化学機械研磨などの平坦化技術を使用して媒体１０２の表面を滑らかにすることになる。

図２は、１つの実施形態による化学機械研磨システム２００の側面断面図である。システム２００は、ビット・パターン化磁気媒体２０２、キャリア２０４、キャリア保持リング２０６、キャリア２０４の回転２０８を示す矢印、研磨プラテン２１０、研磨パッド２１２、研磨パッド・コンディショナ２１４、研磨プラテン２１０の回転２１６を示す矢印、スラリー供給ライン２１８、およびスラリー２２０を含む。化学機械研磨は、化学試薬と機械力の両方を使用して表面を平坦化・平滑化するプロセスである。

図示したように、未研磨磁気媒体２０２は、キャリア保持リング２０６によりキャリア２０４に取り付けることができる。保持リング２０６は、一様でない平坦化を防止するように媒体２０２の適切な水平整列を保つ。研磨パッド２１２は、研磨プラテン２１０に取り付けられ、それを覆っている。ある実現では、研磨パッド２１２は、実質的に非研磨性とし、炭素膜上の研磨速度を無視できるほどにすることができる。用語、研磨速度は、除去された厚さの数値を研磨継続時間で除した値として定義される。パッドは、スラリーの流れを促進するためにパッド中に形成される溝をもつことができる。さらに別の実現では、研磨パッド２１２は、粗いおよび／または研磨用の材料から構成することができる。したがって、研磨される材料に応じて、プラテン２１０およびキャリア２０４の速度、および／または使用するスラリーの種類、各種の研磨パッド２１２を使用することができる。１つの実施形態によると、パッド２１２は、数マイクロメートル以上の細孔径の多孔性高分子材料製とすることができる。平坦化プロセスにおいてパッド２１２が消耗したとき、パッド２１２は再調節すること（たとえば、研磨パッド・コンディショナ２１４により）および／または交換することができる。それぞれ、キャリア２０４および研磨プラテン２１０の回転２０８および２１６を示す矢印は、回転を一般的に示すためにのみ図２に含まれており、方向または実／相対的速度を示すために含まれているのではない。

図２において描かれているシステム２００は、スラリー供給ライン２１８およびスラリー組成２２０も含んでいる。スラリー供給ライン２１８は、液体スラリー２２０を研磨パッド２１２に供給する。スラリー２２０がパッド２１２を濡らしている状態で、キャリア２０４と研磨プラテン２１０の両方が回転しているときに媒体２０２に力を加えて動かし研磨パッド２１２に接触させることができる。下向きの力およびこれらの回転体により引き起こされた機械力が化学的活性をもつスラリー２２０と相俟って、媒体２０２の表面からの材料の除去を引き起こし、それにより媒体の表面を平坦化し、平滑化し、かつ、研磨する。

在来の粒状磁気媒体（たとえば、非ビット・パターン化媒体）の場合、磁気媒体を保護するために炭素保護層がしばしば使用される。炭素を含む硬い保護層は、有益に媒体の耐食性を改善し、トライポロジ特性を高め、かつ、磁気ハード・ドライブ応用において使用される高分子潤滑剤とよく接着する。しかし、ビット・パターン化媒体応用において不活性充填材として在来の硬質炭素保護層を使用した場合、化学機械研磨などの在来の平坦化技術は、試みたとしても、在来の硬質炭素含有充填層を効果的に研磨することができない。換言すると、ＮＣＴ、ＦＴＳ、ＣＰＤＳ、ＤＬＣまたはＦＣＡＣ炭素などの在来の炭素含有保護層は、保護被膜層として実現されるには適しているが、平坦化プロセスにおける充填材としての使用には適さない。ビット・パターン化磁気媒体の在来の製造技術は、しばしば、炭素含有保護層を被覆する前に炭素非含有、非磁性、不活性充填層を被覆し、研磨する一連の平坦化ステップを含んでいる。かかるプロセスは、一般的に、ある程度まで真空で行われる数ステップ（充填材の被覆、炭素含有保護層の被覆）を含んでおり、それは、製造のコストおよび複雑性を増大させる。

したがって、本開示は、化学機械研磨技術により除去することができる「軟質」炭素含有平坦化充填材組成を提供する。より具体的には、本開示は、一方は化学機械研磨プロセスの停止層として機能し、他方は充填材として働く２つの別々の炭素含有層の使用に関する詳細および記述を含む。したがって、媒体を保護炭素含有保護膜により平坦化し、かつ、保護するために必要な工程が単一の研磨ステップのみで済むことが期待される。換言すると、多数の平坦化後ステップ（たとえば、炭素含有保護層の平坦化後真空蒸着、平坦化後膜厚調査）が不要になり、したがって時間、エネルギー、および資金が節約され、製造の複雑性が低減する。

図３Ａは、１つの実施形態による平坦化前のビット・パターン化磁気媒体の表面の拡大透視図である。この磁気媒体は、アイランド領域３０２およびトレンチ領域３０４を含んでいる。アイランドの幅、高さ、サイズおよび密度は、所与の応用の詳細に従って、変化し得る。たとえば、アイランドは、図示のように、ほぼ円筒形とすることができる。また、ビットは、ほぼ矩形、円錐形、楕円形、またはピラミッド状とする頃ができる。好ましい実施形態では、アイランドは、トラック横断幅より短いトラック沿いの長さをもっているので、矩形に似ている。また、アイランドの側壁が図３Ａ（および、たとえば図３Ｂ）に描かれている形状とは異なる角度で傾くことも、またはアイランドの側壁が等方性エッチングによる凹みをもつことも可能である。ビット・ピッチと呼ばれるビット間の距離は、一部の実現では、数ナノメートルという小さい値にすることができる。

図３Ｂは、１つの実施形態による図３Ａのビット・パターン化磁気媒体の側面断面図である。ここでもアイランド領域３０２とトレンチ領域３０４が描かれている。これらのアイランドおよびトレンチは、基板中にエッチングし、次に磁性体により被覆して形成することができる。別の実施形態では、基板をほぼ平坦とし、磁性体を基板に被覆し、続いてアイランドおよびトレンチを磁性体中に直接エッチングすることができる。図３Ｂでは、本開示の曖昧化を避けるために基板は描かれていない。また、描かれていないが、媒体は、様々のビット・パターンおよび物理的仕様をもつ種々の領域を含み得る。たとえば、磁気媒体は、データ領域およびサーボ領域を持ち得る。データ領域は、一定の高さ／深さ／形状特性を持つアイランド領域３０２およびトレンチ領域３０４を持つ一方、サーボ領域は別の高さ／深さ／形状特性をもち得る。換言すると、描いた図面は、本開示の範囲を、描写された形状またはサイズをもつ一定のビット・パターン化磁気媒体に制限することを意図するものではない。

図３Ｃは、１つの実施形態による図３Ｂのビット・パターン化磁気媒体の側面断面図であるが、磁気媒体の上に被覆された第１炭素層３０６も示している。第１炭素層３０６は、在来の保護被覆型材料とすることができる。たとえば、アイランド領域３０２とトレンチ領域３０４の両方において磁気媒体の上にスパッタリングまたはその他の方法により硬質炭素膜を蒸着／被覆することができる。硬質炭素は、前駆ガスをプラズマ中に注入し、このガスを化学変化させ、炭素を通電状態の基板上に蒸着させるプラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）プロセスにより被覆することができる。硬質炭素は、次に水素を取り込むことができる。炭素および水素を含むアセチレンは、前駆ガスの一例である。カリフォルニア州のＩｎｔｅｖａｃ Ｉｎｃ．により製造されるＮＣＴ炭素は、「硬質」ＰＥＣＶＤ炭素の一種である。バイアス電圧を基板に加えながら行う炭素標的からのスパッタリングによっても硬質炭素を製造することができる。また、在来のスパッタリングおよび対向ターゲット・スパッタリングなど、薄膜のスパッタリングには種々の変形がある。対向ターゲット・スパッタリングは、硬質炭素を生成するために使用することができる。硬質炭素を蒸着する別の手段は、炭素標的からのスパッタリング、スパッタ・ガスへの水素添加および基板に対する電圧バイアスの印加による方法である。

第１炭素層３０６は、磁気媒体上に０．５ナノメートル〜３．０ナノメートルの厚さで被覆することができる。別の実施形態では、この厚さは、約１．０ナノメートル〜２．０ナノメートルとすることができる。さらに別の実施形態では、硬質炭素膜の厚さは、約１．４ナノメートルとすることができる。第１炭素層３０６は、実際には多数の炭素層から形成することができる。１つの実施形態によると、第１炭素層３０６は、比較上、第２炭素層３０８より高い密度をもっている（第２炭素層３０８のさらなる詳細については、図３Ｄを参照しつつ以下の記述を参照）。たとえば、第１炭素層３０６は、約１．５グラム／ｃｃ〜３．０グラム／ｃｃの範囲の密度をもつことができる。別の実施形態では、第１炭素層３０６は、約２．０グラム／ｃｃの密度をもつ。もう１つの実施形態では、第１炭素層は、約２．３グラム／ｃｃの密度をもつ。さらにもう１つの実施形態では、第１炭素層は、約２．６グラム／ｃｃの密度をもつ。１つの実施形態による「硬質」炭素含有保護層は、約１０ギガパスカル（ＧＰａ）を超える硬度をもつことができる。別の実施形態によると、かかる材料の硬度は、約１０ＧＰａ〜３０ＧＰａである。さらに別の実施形態によると、「硬質」炭素含有保護層の硬度は、約２０ＧＰａである。

図３Ｄは、１つの実施形態による図３Ｃのビット・パターン化磁気媒体の側面断面図であるが、第１炭素層３０６上に第２炭素層３０８が被覆されている。１つの実施形態では、第２炭素層３０８は、窒素添加または水素添加炭素含有材料とすることができる。第２炭素層３０８は、第１炭素層３０６よりかなり柔らかくするか、または少なくとも化学機械研磨を受けやすくすることができる。第２炭素層３０８は、アイランド領域３０２とトレンチ領域３０４の両方において第１炭素層３０６の上にスパッタリングまたはその他の方法により蒸着／被覆することができる。別案実施形態の場合には、充填炭素層は、アイランド陸地の頂点の上までは伸びない。この別案実施形態では、陸地上の充填炭素のほとんどまたはすべてが研磨により除去されるが、溝中の充填炭素は、溝の幅を画定するアイランド壁により研磨から多少保護されるので、研磨による除去がはるかに少ない。この別案実施形態では、陸地上の充填層の厚さが小さいので研磨に要する時間が短い。したがって、製造コスト低減という長所をもつ。

炭素の硬さは、蒸着／被覆プロセス中にドーパントを添加することにより調整することができる。たとえば、水素および窒素の添加は、炭素を柔らかくすることができる。ある実現では、「柔らかい」炭素膜は、水素添加炭素（ＣＨｘ）、窒素添加炭素（ＣＮｘ）、または水素添加炭素と窒素添加炭素の組み合わせを含み得る。第２炭素層３０８の厚さは、所与の実現の仕様に応じて変化し得る。たとえば、１つの実施形態によると、第２炭素層３０８を一定の厚さで被覆し、トレンチ領域３０４中の第２炭素層３０８がアイランド領域３０２の頂点の上数ナノメートルまで伸びるようにすることができる。たとえば、１つの実施形態によると、第２炭素層３０８の厚さ（蒸着後だが研磨前）は、溝の深さ未満から溝の深さの５倍にわたることができる。１つの実施形態では、蒸着された第２炭素層３０８の厚さは、約２ｎｍ〜３０ｎｍである。別の実施形態では、蒸着された第２炭素層３０８の厚さは、約２ｎｍ〜１５ｎｍである。さらに別の実施形態では、蒸着された第２炭素層３０８の厚さは、２ｎｍ〜１０ｎｍである。

第２炭素層３０８の密度は、約１．０グラム／ｃｃ〜２．０グラム／ｃｃとすることができる。別の実施形態では、第２炭素層３０８の密度は、約１．５グラム／ｃｃである。「柔らかい」炭素含有充填層は、１つの実施形態によると、約２０ＧＰａ未満の硬度をもつことができる。別の実施形態によると、かかる材料の硬度は、約２ＧＰａ〜２０ＧＰａである。さらに別の実施形態によると、「柔らかい」炭素含有充填層の硬度は、約１０ＧＰａである。

炭素層の硬さは、特定の膜に存在するｓｐ３型結合の個数により影響を受け得る。たとえば、上記で簡単に述べたように、ドーパント（たとえば、水素および窒素）の添加は、炭素膜中に存在するｓｐ３型結合の相対個数に影響を及ぼし得る。１つの実施形態によると、ｓｐ３型結合はより強力であり、より高密度かつより高硬度の炭素を形成する。たとえば、ダイアモンドは、その形態におけるｓｐ３型結合の豊富な含有のために極度に硬い炭素である。従って、硬質炭素層は、ダイアモンド状（すなわち、ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ ｃａｒｂｏｎ，“ＤＬＣ”）と呼ばれることがある。

図３Ｅは、１つの実施形態による図３Ｄのビット・パターン化磁気媒体の化学機械研磨プロセス中の側面断面図である。ほとんどの化学機械研磨プロセスは転倒式（媒体を一番上に置き、研磨対象面が下方、すなわち、かつ、研磨パッド２１２の研磨面の方を向く）であると思われるが、図３Ｅの諸要素は、視覚的一貫性および明瞭性のために、これまで描かれた方法により方向付けられている。スラリー供給ライン２１８は、スラリー２２０を研磨パッド２１２上に射出／滴下する。図３Ｅのスラリーは、大きな液滴として描かれているが、実際にはスラリーは、描かれているように、大きな液滴を形成したり、パッド２１２から飛び出したりすることはほとんどないであろう。図３Ｅは、パッド２１２が第１炭素層３０６に到達するまで第２炭素層３０８を除去するプロセスを描いている。

図３Ｆは、１つの実施形態による図３Ｅのビット・パターン化磁気媒体の化学機械研磨プロセス後の側面断面図である。ここでは、アイランド領域３０２中の第２炭素層３０８は、すでに除去されている。上述したように、第１炭素層３０６は、化学機械研磨による影響を受けにくいので、研磨パッド２１２がアイランド領域３０２を覆っている第１炭素層３０６に到達した後、材料除去率は低い値に落ちる。ここで研磨プロセスは終了するか、またはディスク全体が適切かつ十分に研磨されるようにするために短時間だけ継続することができる。第１および第２炭素層３０６、３０８の組成および相対硬度は、第１層３０６の研磨速度が第２層３０８の研磨速度より少なくとも２倍低くなるように選択する。１つの別案実施形態では、第２層３０８の研磨速度は、第１炭素層３０６の研磨速度より３倍以上速い。媒体は、描かれているように、アイランド領域３０２における露出第１炭素層３０６およびトレンチ領域における第２炭素層３０８を含んでいる。炭素含有層３０６、３０８が媒体の表面を覆っている場合、被覆炭素層が媒体の耐食性を改善し、トライポロジ特性を高め、かつ、磁気ハード・ドライブ応用において頻繁に使用される高分子潤滑剤とよく接着するので、付加保護被膜は不要であろう。また、硬さは、炭素層３０６、３０８の幅および深さに応じて変化し得る。

図４Ａは、１つの実施形態においてビット・パターン化磁気媒体を化学機械研磨するスラリー組成４００の概要ブロック・ダイアグラムである。上記において簡単に述べたように、化学機械平坦化は、化学試薬および機械力を使用して媒体の表面から材料を研磨・除去する。多くの場合、化学物質および微粒子物質はスラリー中に懸濁され、平坦化中に研磨パッドおよび媒体の周りに分散される。化学機械研磨応用においてダイアモンド粒子スラリーおよびコロイド状シリカとコロイド状アルミナのスラリーなど各種のスラリーを使用することができる。

本開示の１つの実施形態によるスラリー組成４００は、酸化剤成分４０２、触媒成分４０４、および微粒子成分４０６を含む。酸化剤成分４０２は、炭素含有膜を研磨することができる。１つの実施形態によると、過酸化水素は、高活性の酸素基を形成することにより炭素膜を研磨する酸化剤成分４０２として使用することができる。酸化剤成分として使用できるその他の酸化剤は、とりわけ過マンガン酸カリウムおよび硝酸を含む。スラリー組成において使用できるその他の適切な酸化剤成分４０２が当業者により認識されることは予期される。

触媒成分４０４は、スラリー組成の反応性を高める。１つの実施形態によると、触媒成分４０４として硫酸第一鉄を使用することができる。鉄は、過酸化水素が酸化剤成分４０２として使用された場合に酸素基の形成を触媒として促進するからである。銅、マンガン、およびコバルトの塩などのその他の遷移金属塩も触媒成分４０４として使用できる。微粒子成分４０６の存在は、研磨プロセスの効果性を高め、かつ、材料除去率を増大する。コロイド状シリカ粒子またはダイアモンド粒子は、なかでも、スラリー組成の微粒子成分４０６として使用することができる。ここでも、所与の実現の仕様に応じて触媒成分４０４および／または微粒子成分４０６として使用できるその他の適切な材料が当業者により認識されることは予期される。

図４Ｂは、別の実施形態においてビット・パターン化磁気媒体を化学機械研磨するスラリー組成４５０の概要ブロック・ダイアグラムである。１つの実施形態によるスラリー組成４５０は、酸化剤成分４０２、触媒成分４０４、微粒子成分４０６、および反応制御成分４０８を含む。酸化剤成分４０２、触媒成分４０４、および微粒子成分４０６については、図４Ａを参照して上述した。反応制御成分４０８は、スラリーのｐＨを制御することによりスラリーの反応性を制御する。酸性状態ではスラリーの反応性は低下し、したがって研磨プロセスを制限または停止する。アルカリ性状態ではスラリー組成の反応性は上昇し、したがって研磨プロセスおよび材料除去率は増進される。したがって、反応制御成分４０８は、望ましい効果に応じて、酸または塩基を含み得る。１つの実施形態では、反応制御成分４０８は、スラリー組成の残余の成分とは別に保管しておき、研磨プロセス中に（またはその前に）初めて研磨パッド２１２上で他の成分と混合することができる。適切な酸の例は、中でもクエン酸、乳酸、酢酸、ギ酸、シュウ酸、および尿酸を含むが、これらに限られない。適切な塩基の例は、中でも水酸化カリウムおよび水酸化ナトリウムを含むが、これらには限られない。それぞれ、研磨速度を低減または促進する働きをもつその他の酸および塩基を当業者が認識できることは予期される。

図５は、１つの実施形態においてビット・パターン化磁気媒体を平坦化する方法５００の概略フローチャート図である。方法５００は、トレンチ領域３０４およびアイランド領域３０２をもつ磁気層、磁気層の上に被覆された第１炭素層３０６、および第１炭素層の上に被覆された第２炭素層３０８を含むビット・パターン化磁気媒体を設けるステップ５０２を含む。方法５００は、研磨パッドを含む化学機械研磨システムを設けるステップ５０４、微粒子スラリーを設けるステップ５０６、および反応制御成分を設けるステップ５０８も含む。方法５００は、微粒子スラリー成分と反応制御成分を混合して研磨スラリーを形成するステップ５１０および研磨スラリーにより濡らされた研磨パッドによりビット・パターン化磁気媒体を研磨することによりアイランド領域から第２炭素層を除去する最後のステップ５１２を含む。上述したように、微粒子スラリー４０２、４０４、４０６と反応制御成分４０８は、別々に保管し、化学機械研磨テップ５１２の前にステップ５１０において、またはステップ５１２中に研磨パッド２１２上で混合することができる。

この明細書全体を通じて「１つの実施形態」、「ある実施形態」、または同様な文言に対する言及は、当該実施形態に関連して記述された特定の特徴、構造、または特性が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。したがって、この明細書全体を通じて「１つの実施形態において」、「ある実施形態において」、または同様な文言の語句の出現は、すべて同一の実施形態を指し得るが、しかし、必ずしもそうではない場合もあり得る。

本出願に含まれている概略フローチャート図は、一般的に論理フローチャート図として示されている。したがって、描かれている順序およびラベル付きステップは、提示する方法の１つの実施形態を示している。示されている方法の１つ以上のステップまたはそれらの一部に、機能、論理または効果において、等しい他のステップおよび方法も考えられる。また、使用された形式および記号は、方法の論理的ステップを説明するために与えられているのであり、この方法の範囲を制限しないものとして理解される。いろいろな種類の矢印および線がフローチャート図において使用可能であるが、それらは対応する方法の範囲を制限しないものとしては理解される。実際、一部の矢印またはその他の結合子は、方法の論理的流れのみを示すために使用できる。たとえば、矢印は、表現される方法の列挙されたステップ間の指定されていない継続時間の待機期間または監視期間を指示することができる。また、特定の方法の生起する順序は、示された対応するステップの順序に厳重に従っても従わなくてもよい。

上記明細書では、「上へ」、「下へ」、「上側の」、「下側の」、「水平の」、「垂直の」、「左」、「右」などの一定の用語が使用される。これらの用語は、必要に応じて、相対的関係を取り扱う場合に記述を明確にするために使用される。しかし、これらの用語は、絶対的な関係、位置、および／または向きを示すことを意図していない。たとえば、ある物体に関して、「上側の」表面は、単にその物体を反転することにより、「下側」表面となり得る。それでもなお、それは同一の物体である。さらに、用語、「含む」、「包含する」、「もつ」、およびそれらの変形は、特に別段の明記指示がない限り、「含むが、しかし、それらに限られない」を意味する。項目の列挙一覧表示は、特に別段の明記指示がない限り、それらの項目のいずれかまたはすべて相互に排他的であるか、および／または、相互包含的であることを意味しない。用語、「１つの」および「その１つの」は、特に別段の明記指示がない限り、「１つ以上の」も指す。さらに、用語、「複数」は、「少なくとも２つ」として定義され得る。

また、この明細書において１つの要素が他の要素に「結合される」事例は、直接および間接の結合を含み得る。直接結合は、１つの要素が別の要素と結合されて接触している場合として定義され得る。間接結合は、相互に直接接触していない２つの要素間の結合であって、結合された要素間に１つ以上の別の要素が存在する場合として定義され得る。また、１つの要素を別の要素に固定することは、直接および間接に固定することを含み得る。また、本出願において使用される、「隣接」は、必ずしも接触を意味しない（すなわち、１つの要素は、他の要素と接触せずに、当該の他の要素と隣接し得る）。

本開示の主題事項は、その精神または本質的特性から逸脱することなく、他の特定の形態で具現化し得る。記述された実施形態は、すべての点に関して、説明のみを目的としており、かつ、非制限的と見なされるものとする。本開示の範囲は、したがって、前記の明細書ではなく、むしろ添付請求項により指示される。請求項と等価の意味および範囲内に属する変更は、すべてこの範囲内に包含されるものとする。

Claims (28)

1. アイランド領域およびトレンチ領域を含む磁気層と、
   前記磁気層の上に被覆される第１炭素層と、
   前記第１炭素層の上に被覆される第２炭素層であって、前記アイランド領域の上の前記第２炭素層は、ほとんど除去されている第２炭素層と、
   を含む平坦化ビット・パターン化磁気媒体。
2. 前記第１炭素層が化学機械研磨にさらされたときに、前記第２炭素層より低い材料除去率をもつ請求項１に記載の平坦化ビット・パターン化磁気媒体。
3. 前記第１炭素層が前記第２炭素層より高い密度をもつ請求項１に記載の平坦化ビット・パターン化磁気媒体。
4. 前記第１炭素層が前記第２炭素層よりｓｐ３型結合を多く含む請求項１に記載の平坦化ビット・パターン化磁気媒体。
5. 前記第１炭素層が前記第２炭素層より高い硬度をもつ請求項１に記載の平坦化ビット・パターン化磁気媒体。
6. 前記第２炭素層が水素添加炭素化合物、窒素添加炭素化合物、または水素添加・窒素添加化合物を含む請求項１に記載の平坦化ビット・パターン化磁気媒体。
7. 前記第１炭素層が約１５ＧＰａ以上の硬度をもち、かつ、前記第２炭素層が１５ＧＰａ未満の硬度をもつ請求項１に記載の平坦化ビット・パターン化磁気媒体。
8. 前記第１炭素層が２．０ｇｍ／ｃｃを超える密度をもち、かつ、前記第２炭素層が２．０ｇｍ／ｃｃ未満の密度をもつ請求項１に記載の平坦化ビット・パターン化磁気媒体。
9. 前記第１炭素層が２．２ｇｍ／ｃｃを超える密度をもち、かつ、前記第２炭素層が２．２ｇｍ／ｃｃ未満の密度をもつ請求項１に記載の平坦化ビット・パターン化磁気媒体。
10. 前記第１炭素層が２．０ｇｍ／ｃｃを超える密度をもち、かつ、前記第２炭素層が１．８ｇｍ／ｃｃ未満の密度をもつ請求項１に記載の平坦化ビット・パターン化磁気媒体。
11. 前記第２炭素層の組成が前記第２炭素層の厚さに応じて変化する請求項１に記載の平坦化ビット・パターン化磁気媒体。
12. トレンチ領域およびアイランド領域を含む磁気層、前記磁気層の上に被覆される第１炭素層、および前記第１炭素層の上に被覆される第２炭素層を含むビット・パターン化磁気媒体を設けるステップ、
    研磨パッドを含む化学機械研磨システムを設けるステップと、
    微粒子スラリーを設けるステップと、
    反応制御成分を設けるステップと、
    前記微粒子スラリーと前記反応制御成分を混合して研磨スラリーを形成するステップと、
    前記研磨スラリーで濡らした前記研磨パッドにより前記ビット・パターン化磁気媒体を研磨することにより前記アイランド領域から前記第２炭素層を除去するステップと、
    を含むビット・パターン化磁気媒体平坦化方法。
13. 前記微粒子スラリーを設けるステップが酸化剤成分、触媒成分、および微粒子成分を設けることを含む請求項１２に記載の方法。
14. 前記反応制御成分が反応促進塩基を含む請求項１２に記載の方法。
15. 前記反応制御成分が水酸化物塩を含む請求項１４に記載の方法。
16. 前記微粒子スラリーと反応制御成分を混合するステップが化学機械研磨中にまたはそれに先立ち前記研磨パッドに対して両者を射出することを含む請求項１２に記載の方法。
17. 炭素層の化学機械研磨のためのスラリー組成であって、
    酸化剤成分と、
    触媒成分と、
    微粒子成分と、
    反応制御成分と、
    を含むスラリー組成。
18. 前記酸化剤成分が過酸化物を含む請求項１７に記載のスラリー組成。
19. 前記酸化剤成分が過マンガン酸塩を含む請求項１７に記載のスラリー組成。
20. 前記酸化剤成分が硝酸を含む請求項１７に記載のスラリー組成。
21. 前記触媒成分が遷移金属塩を含む請求項１７に記載のスラリー組成。
22. 前記触媒成分がＦｅＳＯ_４を含む請求項２１に記載のスラリー組成。
23. 前記反応制御成分が塩基を含む請求項１７に記載のスラリー組成。
24. 前記反応制御成分がＫＯＨまたはＮａＯＨを含む請求項２３に記載のスラリー組成。
25. 前記反応制御成分が水酸化物塩を含む請求項２３に記載のスラリー組成。
26. 前記微粒子成分がシリカ粒子を含む請求項１７に記載のスラリー組成。
27. 前記微粒子成分がアルミナ粒子を含む請求項１７に記載のスラリー組成。
28. 前記微粒子成分がダイアモンド粒子を含む請求項１７に記載のスラリー組成。

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