JP5299871B2 - 単一層を形成するように第１の層および第２の層を加熱するステップを含む方法 - Google Patents

Description

本発明はデータ記憶媒体に関する。本発明は、さらに、データ記憶媒体の作製方法に関する。データ記憶の分野では、面密度は将来の応用および記録システムを推進する重要な要素である。現在のハードディスク・ドライブ技術の面密度はストレージ機能に対するその理論的限界に急速に近づいている。たとえば、垂直記録設計および熱アシスト磁気記録（ＨＡＭＲ）設計等の技術はより高い面密度に対応する可能性を有する。

記憶密度を増すことが継続的に必要とされる、たとえば、データ記憶産業における応用等のさまざまな応用に対して磁気異方性を高めた材料が望まれている。０．１５５Ｔｂｉｔ／ｃｍ^２（１Ｔｂｉｔ／ｉｎ^２）以上の密度を保持することができるデータ記憶媒体は、従来の媒体材料よりも大きな磁気異方性を有する材料を必要とする。相形成および微細構造を制御して材料特性を最適化するために典型的に熱処理が使用される。これらの材料をデータ記憶媒体に混ぜるためには、微細、ナノ結晶、交換分離または部分的交換分離結晶粒子の微細構造内で適切な結晶相が得られなければならない。ナノ結晶粒子を形成することができる薄膜作製技術はそれら自体の上に適切な相を作り出すことができない。たとえば、ＦｅＰｔ族は典型的に面心立方（ｆｃｃ）相として堆積され、材料を高異方性Ｌ１_０相へ変換する（すなわち、化学的に秩序づける）には後続するアニーリングが必要である。

既知のデータ記憶媒体の制約、短所、および／または欠点を克服する改良されたデータ記憶媒体に対する必要性が確認されている。

本発明の一側面は基板を供給し、磁性材料および非磁性材料を含む第１の層を基板上に堆積し、第１の層を加熱し、磁性材料および非磁性材料を含む第２の層を第１の層上に堆積し、第２の層および第１の層を加熱するステップを含むデータ記憶媒体の作製方法を提供することである。もう１つの側面において、本発明は第１の層および第２の層を磁気記録層を形成するように構造化するステップを含んでいる。もう１つの側面において、本発明は、さらに、磁性材料および非磁性材料を含む付加層を第１の層および第２の層上に堆積し、次に付加層および第１の層内の第２の層を加熱するステップを含んでいる。もう１つの側面において、本発明は第１の層および第２の層および付加層を、磁気記録層を形成するように構造化するステップを含んでいる。もう１つの側面において、本発明はここに記載されている本発明の方法に従って構成されたデータ記憶媒体を含んでいる。

これらおよび他のさまざまな特徴および利点は下記の詳細な説明から明らかとなる。

本発明の一側面に従った、システムの絵表示である。 ａ〜ｅは本発明の一側面に従った、データ記憶媒体を作製する方法を示す略図である。 本発明の一側面に従った、本発明の方法に従って作られるＦｅＰｔ−ＭｇＯ膜の平面図を示す走査電子顕微鏡写真である。

図１は本発明の側面を含むことができるシステム１０の絵表示である。システム１０はそのさまざまな要素を含むようなサイズおよび構成とされたハウジング１２（ここでは、上部が除去され下部が見える）を含んでいる。システム１０は、ハウジング１２内の少なくとも１つのディスク１６を回転させるスピンドル・モータ１４を含んでいる。少なくとも１つのアクチュエータ・アーム１８がハウジング１２内に入っており、各アーム１８はスライダ２２が付いた第１の端部とベアリング２６により軸上に軸支された第２の端部２４を有する。アクチュエータ・モータ２８がアームの第２の端部２４に配置され、アーム１８を軸支してスライダ２２をディスク１６の所望のセクタ２７上に位置決めする。アクチュエータ・モータ２８はコントローラにより調整され、それは図示されていないが従来技術において既知である。

一側面において、本発明はデータ記憶媒体に関連する。もう１つの側面において、本発明はデータ記憶媒体の作製方法に関連する。もう１つの側面において、データ記憶媒体は磁気記録用に構造化および配置することができる。本発明のもう１つの側面において、データ記憶媒体は、たとえば、垂直磁気記録または熱アシスト磁気記録（ＨＡＭＲ）に関連して使用するように構造化および配置することができる。しかしながら、本発明の側面は他のタイプのデータ記憶媒体の作製にも利用できることが理解されよう。

磁気データ記憶媒体の作製において、室温スパッタリング堆積製品は軟磁性Ａｌ（ｆｃｃ）相であるため、材料を磁気記録媒体用の高異方性Ｌ１_０相とするのに高温が必要である。製造堆積ツールにおいて、高温はスパッタリング堆積のそれ以外の別のプロセス・モジュールにおいて熱を加えることにより得られる。加熱は堆積プロセスの前または後で行うことができる。予熱の場合、搬送および膜堆積中に温度が著しく降下して、基板を過熱せずに、あるいは膜微細構造を劣化させることなく規則正しいＬｌ_０相を達成するという困難を生じる。しかしながら、後加熱／アニーリング方法を適用すると、Ｌｌ_０膜の得られる微細構造は高密度記録に使用するには大きすぎる粒子を有することが判る。

本発明の一側面において、規則正しいＬｌ_０相と高密度記録に適切な微細構造を得ることのジレンマは、作製プロセスを２つ以上の交互の堆積−加熱サイクルへ分割して解決することができる。サイクル数は所望する合計膜厚によって決まり、サイクル厚は所望する粒径に対して最適化することができる。一側面において、各サイクルに対して本発明の方法はＬｌ_０相を得るために加えられる十分な熱を含んでいるが、単一相の厚さは所望する粒径を達成するように最適化される。さらに本発明に従って、粒状微細構造を得るために、粒界添加剤材料を複合ターゲット（磁性および添加剤材料を共に含むスパッタリング・ターゲット）により、磁性材料との共堆積により、または適切な量の添加剤材料の付加層を別に加えることにより、付加することができる。高温における相分離により微細構造は粒状タイプ化される。本発明の一側面において、さまざまな添加剤および加熱パワーを各サイクルにおいて適用することができる。

図２ａ−２ｅは、本発明の一側面に従った、データ記憶媒体を作製する本発明の方法を略示している。図２ａ−２ｅは単なる図解の目的で提供されるものであり、この方法は一般的に知られているスパッタリング技術および加熱技術を含むことが理解されるため、ここで詳細な説明は行わない。

図２ａは基板１０を供給し、たとえば酸化物材料等の磁性材料１４および非磁性材料１６を含む第１の層１２を基板上に堆積するステップを示す。磁性材料１４および非磁性材料１６は、たとえば、磁性材料と非磁性材料の両方を含む複合ターゲット１８からスパッタ堆積することができる。もう１つの側面において、第１の層１２は磁性材料を含む第１のターゲットおよび非磁性材料を含む第２のターゲットからの共堆積により堆積することができる。もう１つの側面において、磁性材料を含む第１のターゲットから磁性層を堆積し、次に、非磁性材料を含む第２のターゲットから、非磁性層を磁性材料上に堆積させて第１の層１２を堆積させると、第１の層１２は磁性材料１４を含む磁性領域、および磁性材料との間に介在させる非磁性材料１６を含む非磁性境界領域を有する。したがって、磁性材料１４および非磁性材料１６を含む第１の層１２を得るために、本発明に従ってさまざまな堆積ステップを利用できることが理解されよう。

本発明の一側面に従って、第１の層１２を堆積する前に付加的な下層および／またはシード層（図示せず）を基板１０上に供給できることが理解される。本発明のもう１つの側面に従って、基板１０（および基板１０上に堆積された任意の付加的な下層および／またはシード層）は第１の層１２を堆積する前に加熱できることが判るであろう。一側面において、基板１０（および基板１０上に堆積された任意の付加的な下層および／またはシード層）の加熱は、たとえば、およそ３５０°Ｃからおよそ７５０°Ｃの範囲内の温度で行うことができる。一側面において、基板１０（および基板１０上に堆積された任意の付加的な下層および／またはシード層）の加熱は、たとえば、およそ１．０秒からおよそ６０．０秒の範囲内の時間行うことができる。

図２ｂは第１の層１２の加熱（一般的に矢印２０で示す加熱）を示す。第１の層１２の加熱はその場加熱プロセスすなわちアニールプロセスとすることができる。第１の層１２の加熱は、磁性材料、たとえばＦｅＰｔをｆｃｃ相からＬ１_０相へ変換するのに必要な温度を提供する。この層は比較的薄いため、磁性粒子の成長は３−Ｄアイランド・モードにより制御され、粒子は小さいサイズに制約される。一方、表面のぬれ状態の違いにより、非磁性粒界材料（通常、酸化物）は連続マトリクスを形成する。その結果、最終的に記録媒体となるのに必要なものよりも通常厚さは小さいが、粒状Ｌ１_０磁性材料、たとえば、ＦｅＰｔが形成される。

図２ｃは磁性材料１４および非磁性材料１６を含む第２の層２２を第１の層１２上に堆積するステップを含む。第２の層２２の堆積は実質的に第１の層１２の堆積と同様に行われる。比較的薄い厚さという同じ理由で、第２の層２２は小さい粒径の同じ粒状微細構造を形成し、第１の層１２をテンプレートとして用いる。その結果、２つの堆積された層が粒状微細構造および小さい粒径を有する単一層（単なる図解の目的で、図２には２つの層１２および２２として示されている）を形成する。熱堆積プロセスを繰り返すことにより、記録媒体に適切な微細構造（図２ｅに示し説明する）を有する所望の媒体厚さに達することができる。

図２ｄは第１の層１２および第２の層２２の加熱を示す（一般的に矢印２０で表わされる）。第１の層１２および第２の層２２の加熱は、ここに記載され図２ｂに示された、第１の層１２の加熱と実質的に同じ方法で行われる。

図２ｅは、ここに記載されたように、第１の層１２および第２の層２２の堆積および加熱に続く、本発明に従った、たとえばデータ記憶に適した単一磁気記録層２４のような磁気記録層を示す。磁気記録層２４は間に非磁性材料１６を介在させた磁性材料１４を含んでいる。図２ａ−２ｅにおける磁性材料１４および非磁性材料１６の図解は模式的図解にすぎないことは理解されよう。

一側面において、磁性材料１４はＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ、ＦｅＰｄ、ＣｏＰｄ、ＮｉＰｔ、またはＡｌＭｎの少なくとも１つを含んでいる。もう１つの側面において、たとえば非磁性材料１６等の本発明で使用される添加剤は、たとえば、ＭｇＯ、Ｃ、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢＮ、ＳｉＮ_ｘ、Ｂ_４Ｃまたは任意の適切な酸化物材料の１つを含むことができる。一側面において、第１の層１２は、たとえば、およそ０．２ｎｍからおよそ５．０ｎｍの範囲内の厚さＴ１（図２ａ参照）を有するように堆積することができる。もう１つの側面において、第２の層２２は、たとえば、およそ０．２ｎｍからおよそ５．０ｎｍの範囲内の厚さＴ２（図２ｃ参照）を有することができる。したがって、第１の層１２の厚さＴ１および第２の層２２の厚さＴ２は、所望のデータ記憶密度に対して適切な全体厚さＴ３（図２ｅ参照）を有する磁気記録層２４を得るのに望ましいように選択できることが理解される。さらに、磁性材料および非磁性材料を含む付加層を所望により、かつここに記載するように第２の層２２に適用することができる。

一側面において、第１の層１２の加熱は（図２ｂに示すように）、たとえば、およそ３５０°Ｃからおよそ７５０°Ｃの範囲内の温度で行うことができる。もう１つの側面において、第２の層２２および第１の層１２の加熱は図２ｄに示すように、たとえば、およそ３５０°Ｃからおよそ７５０°Ｃの範囲内の温度で行うことができる。

一側面において、第１の層１２の加熱は、たとえば、およそ１．０秒からおよそ６０．０秒の範囲内の期間行うことができる。もう１つの側面において、第２の層２２および第１の層１２の加熱は、たとえば、およそ１．０秒からおよそ６０．０秒の範囲内の期間行うことができる。

図３は本発明の側面に従って形成された薄膜の顕微鏡写真を示す。特に、図３はＦｅＰｔ−ＭｇＯ膜の顕微鏡写真を示し、これはここに詳細に説明されている交互堆積および加熱方法に従って形成される、たとえば図２ｅに示す磁気記録層２４等の磁気記録層として構造化されたものである。明るい色の粒子２６は磁性材料、すなわち、ＦｅＰｔであり、ＦｅＰｔ粒子を囲む灰色の境界２８は添加剤または非磁性材料、すなわち、ＭｇＯである。一側面において、磁性材料の粒子、すなわちＦｅＰｔ粒子は、たとえば、２．０ｎｍからおよそ２０．０ｎｍの範囲内のサイズを有する。もう１つの側面において、磁気記録層として形成されたＦｅＰｔ−ＭｇＯ膜は、たとえば、およそ１×１０^７ｅｒｇ／ｃｃからおよそ１０×１０^７ｅｒｇ／ｃｃの範囲内の磁気異方性を有する。本発明の方法に従って形成された図３に示す膜は明るいコントラストの小さい粒子が規則正しく順序づけられたＦｅＰｔ粒子であり、灰色の境界は非磁性材料、たとえばＭｇＯであることを示していることが理解される。この構造は高密度磁気記録媒体に必要な、小さい粒径、硬磁性および粒状微細構造の組合せを有する。

本発明の一側面において、データ記憶媒体を形成する方法は第１の層１０および第２の層１２の上に、磁性材料１４および非磁性材料１６を含む付加層を堆積するステップを含むことができる。続いて付加層および第２の層および第１の層が加熱される。本発明の一側面において、この堆積−加熱サイクルは所望の全体厚さＴ３を有する磁気記録層２４を得るために望ましい回数だけ繰り返すことができる。

前記した実施例および他の実施例は特許請求の範囲の範囲内である。

（図１）
１０ システム
１２ ハウジング
１４ スピンドル・モータ
１６ ディスク
１８ アクチュエータ・アーム
２０ 第１の端部
２２ スライダ
２４ 第２の端部
２６ ベアリング
２７ セクタ
２８ アクチュエータ・モータ
（図２、３）
１０ 基板
１２ 第１の層
１４ 磁性材料
１６ 非磁性材料
１８ 複合ターゲット
２０ 矢印
２２ 第２の層
２４ 磁気記録層
２６ 粒子
２８ 境界

Claims (19)

1. 磁性材料および非磁性材料を含む第１の層を基板上に堆積するステップと、
   前記第１の層を加熱するステップと、
   前記磁性材料および前記非磁性材料を含む第２の層を前記第１の層上に堆積するステップと、
   単一層を形成するように、前記第２の層および前記第１の層を加熱するステップと、
   を含む方法。
2. 請求項１記載の方法であって、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ、ＦｅＰｄ、ＣｏＰｄ、ＮｉＰｔ、またはＡｌＭｎの少なくとも１つからなる前記磁性材料を含む方法。
3. 請求項１記載の方法であって、ＭｇＯ、Ｃ、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢＮ、ＳｉＮ_ｘ、Ｂ_４Ｃの少なくとも１つからなる前記非磁性材料を含む方法。
4. 請求項１記載の方法であって、およそ０．２ｎｍからおよそ５．０ｎｍの範囲内の厚さを有するように前記第１の層を堆積するステップを含む方法。
5. 請求項１記載の方法であって、およそ０．２ｎｍからおよそ５．０ｎｍの範囲内の厚さを有するように前記第２の層を堆積するステップを含む方法。
6. 請求項１記載の方法であって、およそ３５０°Ｃからおよそ７５０°Ｃまでの範囲内の温度で前記第１の層を加熱するステップを含む方法。
7. 請求項１記載の方法であって、およそ１．０秒からおよそ６０．０秒までの範囲内の時間だけ前記第１の層を加熱するステップを含む方法。
8. 請求項１記載の方法であって、およそ３５０°Ｃからおよそ７５０°Ｃまでの範囲内の温度で第２の層および前記第１の層を加熱するステップを含む方法。
9. 請求項１記載の方法であって、およそ１．０秒からおよそ６０．０秒までの範囲内の時間だけ第２の層および前記第１の層を加熱するステップを含む方法。
10. 請求項１記載の方法であって、前記磁性材料および前記非磁性材料を含む複合ターゲットから前記第１の層および前記第２の層を堆積するするステップを含む方法。
11. 請求項１記載の方法であって、前記磁性材料を含む第１のターゲットおよび前記非磁性材料を含む第２のターゲットから、共堆積により前記第１の層および前記第２の層を堆積するステップを含む方法。
12. 請求項１記載の方法であって、前記磁性材料を含む第１のターゲットから磁性層を堆積し、かつ前記非磁性材料を含む第２のターゲットから非磁性層を前記磁性層上に堆積することにより、前記第１の層および前記第２の層を堆積するステップを含む方法。
13. 請求項１記載の方法であって、前記第１の層および前記第２の層を構造化して磁気記録層を形成するステップを含む方法。
14. 請求項１３記載の方法であって、およそ２．０ｎｍからおよそ２０．０ｎｍの範囲内のサイズを有する前記磁性材料の粒子を前記磁気記録層内に含む方法。
15. 請求項１３記載の方法であって、およそ１×１０^７ｅｒｇ／ｃｃからおよそ１０×１０^７ｅｒｇ／ｃｃの範囲内の磁気異方性を有する前記磁気記録層を含む方法。
16. 請求項１記載の方法であって、
    前記磁性材料および前記非磁性材料を含む付加層を前記第１の層および前記第２の層上に堆積するステップと、
    前記付加層と前記第２の層および前記第１の層を加熱するステップと、
    をさらに含む方法。
17. 請求項１６記載の方法であって、前記第１の層および前記第２の層および前記付加層を構造化して磁気記録層を形成するステップを含む方法。
18. 請求項１７記載の方法であって、およそ２．０ｎｍからおよそ２０．０ｎｍの範囲内のサイズを有する前記磁性材料の粒子を前記磁気記録層内に含む方法。
19. 請求項１７記載の方法であって、およそ１×１０^７ｅｒｇ／ｃｃからおよそ１０×１０^７ｅｒｇ／ｃｃの範囲内の磁気異方性を有する前記磁気記録層を含む方法。

Images