KR101570893B1 - 자기 기록 매체 제조 방법, 자기 기록 매체, 및 정보 기억 장치 - Google Patents

자기 기록 매체 제조 방법, 자기 기록 매체, 및 정보 기억 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고기록 밀도의 자기 기록 매체를 간이한 제조 방법으로 실현하는 것을 목적으로 하며, 기판과, 기판 상에 복수개 형성되고, 각각이, 그 기판 상에 복수 종류의 원자층이 교대로 적층되어 이루어지는 인공 격자 구조를 가지며, 각각에 정보가 자기적으로 기록되는 자성 도트와, 자성 도트의 상호 간에 형성되고, 자성 도트의 인공 격자 구조와 연속된 인공 격자 구조를 가지며, 인공 격자 구조에 이온이 주입되어 이루어지고, 자성 도트의 포화 자화보다 작은 포화 자화를 갖는 도트 간 분단대(分斷帶)를 구비한다.

Description

자기 기록 매체 제조 방법, 자기 기록 매체, 및 정보 기억 장치{METHOD OF MANUFACTURING MAGNETIC RECORDING MEDIUM, MAGNETIC RECORDING MEDIUM, AND INFORMATION STORAGE DEVICE}
본 발명은 비트 패턴드형(bit patterned type)의 자기 기록 매체를 제조하는 제조 방법, 비트 패턴드형의 자기 기록 매체, 및 비트 패턴드형의 자기 기록 매체를 구비한 정보 기억 장치에 관한 것이다.
하드 디스크 드라이브(HDD)는 데이터의 고속 액세스 및 고속 전송이 가능한 대용량 기억 장치로서, 정보 기억 장치의 주류가 되고 있다. 이 HDD에 대해서는, 지금까지도 높은 연율로 면기록 밀도가 높아지고 있으며, 현재에도 한층 더 기록 밀도 향상이 요구되고 있다.
HDD의 기록 밀도를 향상시키기 위해서는, 트랙 폭의 축소나 기록 비트 길이의 단축이 필요하지만, 트랙 폭을 축소시키면, 인접하는 트랙 사이에서, 이른바 간섭이 발생하기 쉬워진다. 이 간섭이란, 즉 기록 시에 자기 기록 정보가 목적 트랙에 인접해 있는 옆 트랙에 겹쳐 쓰여져 버리는 현상이나, 재생 시에 목적 트랙에 인접해 있는 트랙으로부터의 누설 자계에 의한 크로스토크가 일어나 버리는 현상을 총칭한 것이다. 이들 현상은 모두 재생 신호의 S/N비의 저하를 초래하여, 에러 레이트의 열화를 야기하는 요인이 된다.
한편, 기록 비트 길이의 단축을 진행시키면, 기록 비트를 장기간 보존하는 성능이 저하되는 열 요동 현상이 발생한다.
이들 간섭이나 열 요동 현상을 회피하여 짧은 비트 길이나 높은 트랙 밀도를 실현하는 방법으로서, 비트 패턴드형의 자기 기록 매체가 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 1 참조). 이 비트 패턴드형의 자기 기록 매체에서는, 기록 비트의 위치가 미리 결정되어 있으며, 그 결정된 기록 비트의 위치에 자성 재료의 도트가 형성되고 도트의 상호 간은 비자성 재료로 구성된다. 이와 같이 자성 재료의 도트가 서로 분리되어 있으면 도트끼리의 자기적 상호 작용이 작아, 전술한 간섭이나 열 요동 현상이 회피된다.
일본 특허 제1888363호 명세서
여기서, 비트 패턴드형의 자기 기록 매체의 제조 방법으로서 상기 특허 문헌 1 등에 제안되어 있는 종래의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 1은 비트 패턴드형의 자기 기록 매체의 종래의 제조 방법을 도시하는 도면이다.
종래의 제조 방법에서는, 먼저, 제막(製膜) 공정(A)에서, 기판(1) 상에 자성막(2)이 형성된다.
다음으로, 나노임프린트 공정(B)에서는, 자성막(2) 상에, 자외선 경화 수지로 이루어지는 레지스트(3)가 도포되고, 그 레지스트(3)에, 나노 사이즈의 구멍(4a)이 형성된 몰드(4)가 얹혀짐으로써 레지스트(3)가 그 나노 사이즈의 구멍(4a)에 들어가 레지스트(3)의 도트(3a)가 되며, 그 몰드(4)를 지나 레지스트(3)에 자외선이 조사됨으로써 레지스트(3)가 경화되어 도트(3a)가 자성막(2) 상에 프린트된다. 레지스트(3)가 경화된 후 몰드(4)는 제거된다.
그 후, 에칭 공정(C)에서 에칭이 실시됨으로써, 레지스트(3)의 도트(3a)로 보호된 자성 도트(2a)를 남기고 자성막이 제거된다. 에칭 후에는 레지스트(3)의 도트(3a)는 화학적 처리로 제거되어, 기판(1) 상에 자성 도트(2a)만이 남는다.
그리고, 충전 공정(D)에서는, 자성 도트(2a)의 상호 간이 비자성 재료로 메워지고, 평탄화 공정(E)을 거쳐 표면이 평탄화됨으로써 비트 패턴드형의 자기 기록 매체(6)의 완성(F)이 된다.
이러한 종래의 제조 방법에 따르면, 자기 기록 매체(6) 상에서의 자기 헤드의 부상(浮上) 특성을 안정화하기 위해 평탄화 공정(E)에서는 정밀도가 높은 평탄화가 필요해진다. 이 때문에, 매우 복잡한 제조 프로세스를 수행할 필요가 있다는 문제나, 제조 비용이 증대한다는 문제가 발생한다.
이들 문제를 회피하기 위한 방법으로서, 이온을 자성막에 도핑하여 국소적으로 자화 상태를 변화시킴으로써 도트의 분리 상태를 형성하는 가공 방법(이온 도핑 방식)이 고려되며, 이온을 도핑하여 자기 특성을 바꾸기 위해, 에칭, 충전, 평탄화 등과 같은 복잡한 제조 프로세스가 불필요해져, 제조 비용을 대폭 억제하는 것이 가능해진다.
그러나, 단순히 이온 도핑 방식을 적용하는 것만으로는, 자기 이방성만이 저하되고, 포화 자화가 거의 변화하지 않기 때문에, 전술한 간섭이나 열 요동 현상을 해결할 수 없어, 실용화에는 이르지 못하고 있다.
본 발명에서는 상기 사정을 감안하여, 비트 패턴드형의 자기 기록 매체를 제조할 수 있는 간이한 제조 방법, 기록 밀도가 높고 간이한 제조 방법으로 제조할 수 있는 자기 기록 매체 및 정보 기억 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하는 기본 형태의 자기 기록 매체 제조 방법은,
기판 상에 복수 종류의 원자층을 교대로 적층하여 인공 격자 구조의 자성막을 형성하는 인공 격자 형성 단계와,
상기 자성막에서, 각각에 정보가 자기적으로 기록되는 자성 도트가 되는 복수 개소를 제외한 다른 개소에 국소적으로 이온을 주입하여 포화 자화를 저하시킴으로써, 이들 자성 도트의 상호 간에, 자성 도트의 포화 자화보다 작은 포화 자화를 갖는 도트 간 분단대(分斷帶)를 형성하는 도트 간 분단 단계를 포함한다.
상기 목적을 달성하는 기본 형태의 자기 기록 매체는,
기판과,
기판 상에 복수개 형성되고, 각각이, 그 기판 상에 복수 종류의 원자층이 교대로 적층되어 이루어지는 인공 격자 구조를 가지며, 각각에 정보가 자기적으로 기록되는 자성 도트와,
상기 자성 도트의 상호 간에 형성되고, 그 자성 도트의 인공 격자 구조와 연속된 인공 격자 구조를 가지며, 그 인공 격자 구조에 이온이 주입되어 이루어지고, 그 자성 도트의 포화 자화보다 작은 포화 자화를 갖는 도트 간 분단대를 구비한다.
상기 목적을 달성하는 기본 형태의 정보 기억 장치는,
기판과,
기판 상에 복수개 형성되고, 각각이, 그 기판 상에 복수 종류의 원자층이 교대로 적층되어 이루어지는 인공 격자 구조를 가지며, 각각에 정보가 자기적으로 기록되는 자성 도트와,
상기 자성 도트의 상호 간에 형성되고, 그 자성 도트의 인공 격자 구조와 연속된 인공 격자 구조를 가지며, 그 인공 격자 구조에 이온이 주입되어 이루어지고, 그 자성 도트의 포화 자화보다 작은 포화 자화를 갖는 도트 간 분단대를 구비한 자기 기록 매체;
상기 자기 기록 매체에 근접 또는 접촉하여 상기 자성 도트에 자기적으로 정보를 기록 및/또는 재생하는 자기 헤드; 및
상기 자기 헤드를 상기 자기 기록 매체의 표면에 대해 상대적으로 이동시켜, 그 자기 헤드에 의해 정보가 기록 및/또는 재생되는 자성 도트 상에 그 자기 헤드를 위치 결정하는 헤드 위치 제어 기구;
를 구비한다.
이들 기본 형태의 자기 기록 매체 제조 방법, 자기 기록 매체, 및 정보 기억 장치에 따르면, 도트 간 분단대가 이온 주입에 의해 형성되기 때문에, 에칭, 충전, 평탄화 등과 같은 복잡한 제조 프로세스가 불필요해져, 간이한 제조 방법이 된다. 또한, 인공 격자 구조의 자성막에 이온이 주입됨으로써 포화 자화가 충분히 저하되어 비트 패턴드형의 고기록 밀도의 자기 기록 매체가 현실적으로 제조 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이, 자기 기록 매체 제조 방법, 자기 기록 매체, 및 정보 기억 장치 각각의 상기 기본 형태에 따르면, 고기록 밀도의 자기 기록 매체가 간이한 제조 방법으로 실현된다.
도 1은 비트 패턴드형의 자기 기록 매체의 종래의 제조 방법을 도시하는 도면이다.
도 2는 정보 기억 장치의 구체적인 일 실시형태인 하드 디스크 장치(HDD)의 내부 구조를 도시하는 도면이다.
도 3은 비트 패턴드형의 자기 디스크의 구조를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 4는 기본 형태에 대해 전술한 자기 기록 매체 제조 방법의 구체적인 일 실시형태를 도시하는 도면이다.
도 5는 제1 실시예를 도시하는 도면이다.
도 6은 제1 실시예 및 제2 실시예에 있어서의 보자력(保磁力)에 대한 이온 주입 효과를 도시하는 그래프이다.
도 7은 제1 실시예 및 제2 실시예에 있어서의 포화 자화에 대한 이온 주입 효과를 도시하는 그래프이다.
도 8은 제3 실시예 및 제4 실시예에 있어서의 이온 주입 효과를 도시하는 그래프이다.
도 9는 제3 실시예, 제4 실시예 및 각종의 변형예에 있어서의 이온 주입 효과를 도시하는 그래프이다.
도 10은 비교예에 있어서의 보자력에 대한 이온 주입 효과를 도시하는 그래프이다.
도 11은 비교예에 있어서의 포화 자화에 대한 이온 주입 효과를 도시하는 그래프이다.
도 12는 MFM에 의한 자성 도트의 확인 결과를 나타내는 도면이다.
기본 형태에 대해 전술한 자기 기록 매체 제조 방법, 자기 기록 매체, 및 정보 기억 장치에 대한 구체적인 실시형태를, 이하 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 정보 기억 장치의 구체적인 일 실시형태인 하드 디스크 장치(HDD)의 내부 구조를 도시하는 도면이다.
이 도면에 도시하는 하드 디스크 장치(HDD)(100)는 퍼스널 컴퓨터 등과 같은 상위 장치에 편입되어, 그 상위 장치에서의 정보 기억 수단으로서 이용되는 것이다.
이 하드 디스크 장치(100)에는, 표리면에 대해 수직인 방향의 자화에 의한 자기 패턴으로 정보가 기록되는, 이른바 수직 자기 기록 매체인 원반형의 자기 디스크(10)가 도면의 안쪽 방향으로 겹쳐져 복수매 하우징(H) 내에 수용되어 있다. 또한, 이들 자기 디스크(10)는 비트 정보가 기록되는 도트가 미리 표리면의 각 개소에 형성되어 있는, 이른바 비트 패턴드형의 자기 기록 매체이기도 하다. 이들 자기 디스크(10)는 디스크축(11)을 중심으로 회전한다. 이들 자기 디스크(10)는 상기에서 기본 형태에 대해 설명한 자기 기록 매체의 구체적인 일 실시형태에 해당한다.
또한, 하드 디스크 장치(100)의 하우징(H) 내에는, 자기 디스크(10)의 표리면을 따라 이동하는 스윙 아암(20), 스윙 아암(20)의 구동에 이용되는 액츄에이터(30), 및 제어 회로(50)도 수용되어 있다.
스윙 아암(20)은 자기 디스크(10)의 표리면에 대해 정보를 기록 및 판독하는 자기 헤드(21)를 선단에 유지하며, 베어링(24)에 의해 하우징(H)에 회동 가능하게 지지되고, 베어링(24)을 중심으로 하여 미리 정해진 각도의 범위 내에서 회동함으로써, 자기 헤드(21)를 자기 디스크(10)의 표리면을 따라 이동시킨다. 이 자기 헤드가 전술한 정보 기억 장치의 기본 형태에서의 자기 헤드의 일례에 해당한다.
자기 헤드(21)에 의한 정보의 기록 및 판독이나 스윙 아암(20)의 이동은 제어 회로(50)에 의해 제어되고, 상위 장치와의 정보 교환도 이 제어 회로(50)를 통해 수행된다. 이 제어 회로(50)는 전술한 정보 기억 장치의 기본 형태에서의 헤드 위치 제어 기구의 일례에 해당한다.
도 3은 비트 패턴드형의 자기 디스크의 구조를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
이 도 3에는, 원반형의 자기 디스크로부터 잘라낸 일부가 도시되어 있다.
도 3에 도시하는 자기 디스크(10)는 기판(S) 상에 복수의 기록 도트(Q)가 규칙적인 배열로 늘어선 구조를 갖고 있고, 기록 도트(Q)의 각각에는 1비트 상당의 정보가 자기적으로 기록된다. 기록 도트(Q)는 자기 디스크(10) 중심 주위를 주회(周回)하여 배열되어 있고, 기록 도트의 열은 트랙(T)을 형성한다.
기록 도트(Q)의 상호 간은 자기 이방성 및 포화 자화가 기록 도트(Q)의 자기 이방성 및 포화 자화보다 낮은 분리대로 되어 있고, 이 분리대에 의해 기록 도트(Q)끼리의 자기적 상호 작용이 작아지고 있다.
이와 같이 기록 도트(Q)끼리의 자기적 상호 작용이 작으면, 기록 도트(Q)에 대한 정보의 기록 재생 시에도 트랙(T) 상호 간에서의 자기적 상호 작용이 작기 때문에, 트랙 상호 간에서의 이른바 간섭이 적다. 또한, 기록 도트(Q)의 위치가 이와 같이 물리적으로 고정되어 있으면, 기록되는 정보 비트의 경계가 열에 의해 요동하는 일이 없어, 이른바 열 요동 현상도 회피된다. 따라서, 이 도 3에 도시하는 바와 같은 비트 패턴드형의 자기 디스크(10)에 따르면, 트랙 폭의 축소나 기록 비트 길이의 단축이 가능하고, 고기록 밀도의 자기 기록 매체가 실현 가능하다.
이 자기 디스크(10)의 제조 방법에 대해 이하에 설명한다.
도 4는 기본 형태에 대해 전술한 자기 기록 매체 제조 방법의 구체적인 일 실시형태를 도시하는 도면이다.
전술한 자기 기록 매체 제조 방법의 기본 형태에 대해,
「상기 자성막 상에, 상기 자성 도트가 되는 복수 개소에, 그 자성 도트에의 이온의 도핑을 저해하는 마스크를 형성하는 마스크 형성 단계를 포함하고,
상기 도트 간 분단 단계는 상기 마스크가 복수 개소에 형성된 자성막 위로부터 이온을 쬐여 줌으로써, 그 마스크로 보호된 자성 도트 사이의 개소에 국소적으로 이온을 주입하는 단계이다」
라고 하는 응용 형태는 적합하다. 이 응용 형태에 따르면, 이온 주입이 불필요한 개소는 마스크로 확실하게 보호되어, 자성 도트의 형성 정밀도가 높다. 이하에 설명하는 구체적인 일 실시형태는 이러한 적합한 응용 형태에 대한 구체적인 일 실시형태이기도 하다.
이 도 4에 도시하는 제조 방법에 의해, 도 2 및 도 3에 도시하는 자기 디스크(10)가 제조된다.
이 도 4에 도시하는 제조 방법에서는, 먼저, 제막 공정(A)에서, 유리 기판(61) 상에 자성막(62)이 형성된다. 이 제막 공정(A)은 전술한 자기 기록 매체 제조 방법의 기본 형태에서의 인공 격자 형성 단계의 일례에 해당하고, 이 자성막(62)은 Co 원자층(62a)과 Pd 원자층(62b)이 교대로 적층되어 이루어지는 인공 격자 구조를 갖는다. Co 원자층(62a)과 Pd 원자층(62b)의 막 두께 구성에 있어서, 자성막(62)을 구성하기 위해서는 Pd 원자층(62b)의 두께가 Co 원자층(62a)의 두께보다 클 필요가 있다. 또한, Co 원자층(62a)은 2 ㎚가 막 두께의 상한이고, 이 막 두께는 약 7원자분의 두께에 해당한다. 이 상한을 초과한 막 두께를 Co 원자층(62a)이 갖는 경우에는, 인공 격자라고 말할 수 있는 물리적 성질도 상실된다고 생각된다.
전술한 자기 기록 매체 제조 방법이나 자기 기록 매체, 정보 기억 장치의 기본 형태에 있어서, 상기 인공 격자 구조는 Co 원자층과 백금족 원자층이 교대로 적층된 구조인 것이나, Co 원자층과 Pd 원자층이 교대로 적층된 구조인 것이 바람직하다. Co 원자층과 백금족 원자층을 교대로 적층하여 이루어지는 인공 격자 구조의 자성막은 자기적 특성이 우수하고, 후술하는 바와 같이 이온 주입에 의해 그 자기적 특성이 용이하게 열화되기 때문이며, Co 원자층과 Pd 원자층을 교대로 적층하여 이루어지는 인공 격자 구조의 자성막이면, 보다 자기적 특성이 우수하기 때문이다. 이 도 4에 도시하는 제막 공정(A)에서 형성되는 인공 격자 구조는 이들의 바람직한 인공 격자 구조의 일례에 해당한다.
또, 전술한 기본 형태에서의 인공 격자 구조의 자성막을 구성하기 위한 재료는 여기에 나타낸 적합한 재료에 한정되지 않고, 인공 격자 구조로 자성막을 구성할 수 있는 것으로 알려져 있는 임의의 재료를 이용할 수 있다. 단, 이하의 설명에서는 Co와 Pd로 자성막이 구성되는 것으로 하여 설명을 계속한다.
다음으로, 나노임프린트 공정(B)에서는, 자성막(62) 상에, 자외선 경화 수지로 이루어지는 레지스트(63)가 도포되고, 그 레지스트(63)에, 나노 사이즈의 구멍(64a)이 형성된 몰드(64)가 얹혀짐으로써 레지스트(63)가 그 나노 사이즈의 구멍(64a)에 들어가 레지스트(63)의 도트(63a)가 되며, 그 몰드(64)를 지나 레지스트(63)에 자외선이 조사됨으로써 레지스트(63)가 경화되어 도트(63a)가 자성막(62) 상에 프린트된다. 레지스트(63)가 경화된 후 몰드(64)는 제거된다.
여기서, 전술한 자기 기록 매체 제조 방법의 기본 형태에 대해, 상기 마스크 형성 단계는 상기 마스크를 레지스트에 의해 형성하는 단계인 응용 형태가 적합하고, 상기 마스크 형성 단계는 상기 마스크를 레지스트에 의해, 나노임프린트 프로세스를 통해 형성하는 단계인 응용 형태가 보다 적합하다. 레지스트에 의한 마스크 형성은 기술적으로 안정되며 정밀도가 좋은 마스크 형성을 기대할 수 있고, 나노임프린트 프로세스를 통한 마스크 형성은 나노 레벨에서의 마스크 패턴을 용이하게 작성할 수 있어 바람직하다. 이 도 4에 도시하는 나노임프린트 공정(B)은 이 적합한 응용 형태들에서의 마스크 형성 단계의 일례에 해당한다.
나노임프린트 공정(B) 후에는 이온 주입 공정(C)으로 진행되고, 도트(63a)가 프린트되어 있는 자성막(62)의 상부로부터 산소 이온 또는 질소 이온을 조사하여, 레지스트(63)의 도트(63a)로 보호된 자성 도트(62c)를 남기고 자성막(62)에 이온을 주입함으로써 포화 자화를 감소시킨다. 자성막(62)이 인공 격자 구조를 갖고 있기 때문에, 이온 주입으로 자성막(62)의 포화 자화를 효과적으로 감소시킬 수 있다. 이 이온 주입 공정(C)은 전술한 자기 기록 매체 제조 방법의 기본 형태에서의 도트 간 분단 단계의 일례에 해당한다. 여기서, 자기 기록 매체 제조 방법이나 자기 기록 매체, 정보 기억 장치의 전술한 기본 형태에 있어서, 도트 간 분단대는 상기 이온으로서, 산소 이온 및 질소 이온 중 적어도 어느 한쪽이 상기 인공 격자 구조에 주입되는 것인 응용 형태가 적합하다. 산소 이온 및 질소 이온은 다른 이온이 인공 격자 구조에 주입되었을 때보다 효과적으로 자성막의 자기 특성을 열화시킬 수 있기 때문이다.
또, 전술한 나노임프린트에서는, 이온을 주입해야 할 개소라도 완전하게는 레지스트가 제거되지 않으나, 레지스트가 얇은 장소에서는 이온이 레지스트를 투과하여 자성막(62)에 주입되고, 레지스트가 두꺼운 장소[즉, 도트(63a)로 되어 있는 장소]에서는, 이온이 레지스트에 의해 저지되어 자성막에는 도달하지 않기 때문에, 원하는 도트 패턴의 형성이 가능하다. 이온의 가속 전압은, 자성막(62)의 중심부에 이온이 주입되도록 설정되지만, 설정되는 가속 전압은 이온종에 따라 다르며, 자성막 중심부까지의 깊이나 재료에 따라서도 다르다. 이와 같이 이온이 주입된 개소의 자성막(62)은 인공 격자 구조 내에 이온이 머물러서 인공 격자 구조가 일그러져 보자력 및 포화 자화가 저하된다. 이온 주입 후에는 레지스트의 도트(63a)는 화학적 처리로 제거된다.
이러한 이온 주입 공정(C)을 거침으로써, 자성 도트(62c)의 상호 간에, 자성 도트(62c)끼리의 자기적인 상호 작용을 분단시키는 분단대(62d)가 형성되어 비트 패턴드형의 자기 기록 매체(10)의 완성(D)이 된다. 분단대(62d)에서는 포화 자화가 자성 도트(62c)의 포화 자화보다 충분히 낮기 때문에, 정보는 자성 도트(62c)에만 기록되고, 분단대(62d)에는 정보가 기록되지 않는다.
이 도 4에 도시하는 제조 방법으로 제조되는 자기 기록 매체(10)에서는, 표면을 구성하는 자성 도트(62c)와 분단대(62d)의 평활성은 제막 공정(A)에서 형성된 자성막(62)에서의 평활성이 그대로 유지된 것으로 되기 때문에, 도 1에 도시하는 종래 기술과 같은 평탄화 공정은 불필요해져, 이 도 4에 도시하는 제조 방법은 간소한 방법이 된다.
또한, 이 도 4에 도시하는 제조 방법에서는 자성막(62) 상에 프린트된 레지스트의 도트(63a)로 자성 도트(62c)를 보호하여, 자기 기록 매체(10) 전체면에 동시에 이온을 조사할 수 있으며, 필요한 개소에의 이온 주입을 수초간의 이온 조사에 의해 충분히 실현할 수 있기 때문에 양산성을 손상시키지 않는다.
이하에 설명하는 실시예에서는, 이 도 4에 도시한 제조 방법을 구체적인 재료 등에 적용하여 기술적 효과를 확인하였다.
도 5는 제1 실시예를 도시하는 도면이다.
잘 세정된 유리 기판(70)을 마그네트론 스퍼터 장치에 세팅하고, 5×10-5 ㎩ 이하까지 진공 배기한 후, 유리 기판(70)을 가열하지 않고 7 ㎩의 Ar 가스압으로, (111) 결정 배향한 fcc-Pd를, 자성층을 결정 배향시키기 위한 하지층(71)으로서 10 ㎚ 두께로 성막(成膜)하였다. 이 하지층(71)을 성막하는 단계에 대해서는 도 4에 도시하는 제조 방법에서는 설명을 생략하였다.
계속해서, 대기압으로 되돌리지 않고 연속해서, Co/Pd 인공 격자로 이루어지는 자성막(72)을 0.67 ㎩의 Ar 가스압으로, 0.3 ㎚/0.35 ㎚의 막 두께 구성으로 16층 반복 적층하였다. 이 막 두께 구성은 Co 단원자층과 Pd 단원자층이 반복되는 인공 격자를 의미하며, 자성막(72)의 총 막 두께는 10.4 ㎚이다.
자성막(72)을 성막한 후에는, 다이아몬드카본을 보호층(73)으로서 3 ㎚ 성막하였다. 이 보호층(73)을 성막하는 단계도 도 4에 도시하는 제조 방법에서는 설명이 생략되어 있다.
보호층(73) 상에는 레지스트를 도포하고, 나노임프린트 프로세스를 이용하여, 직경 140 ㎚의 기둥형의 레지스트 패턴(74)을 형성하였다.
레지스트 패턴(74)의 상방으로부터 6 keV로 가속한 N2+ 이온(75)을 조사하여 자성막(72)에 주입하였다. 전술한 바와 같이 이온의 가속 전압은 자성막(72)의 중심부에 이온이 주입되도록 설정하였다. SIMS 분석 결과, 설정값과 같은 깊이로 주입되는 것을 확인하였다.
이온 주입 후, 레지스트 패턴(74)을 SCI 세정으로 제거하여 제1 실시예를 얻었다.
이 제1 실시예에 대해, 자성막에서의 인공 격자 반복을 절반인 8층으로 하여 자성막의 막 두께가 5.2 ㎚인 제2 실시예를 얻었다.
도 6 및 도 7은 제1 실시예 및 제2 실시예에 있어서의 이온 주입 효과를 도시하는 그래프이며, 도 6 및 도 7의 가로축은 이온의 주입량을 나타내고, 도 6의 세로축은 보자력, 도 7의 세로축은 포화 자화를 나타내고 있다.
이들 그래프가 나타내는 바와 같이, 자성막의 막 두께가 10.4 ㎚인 제1 실시예(점선 그래프)와, 자성막의 막 두께가 5.2 ㎚인 제2 실시예(실선 그래프) 모두, 이온 주입량 1×1016(atoms/㎠) 이내에서 보자력과 포화 자화가 크게 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 인공 격자 구조의 자성막에 이온을 주입함으로써 자성 도트 상호의 자기적 상호 작용을 효과적으로 감소시킬 수 있었다. 또, 이온 주입량이 2×1016(atoms/㎠) 이상에 이르면, 자성막의 막 두께가 이온 주입에 의해 감소해 버려, 매체 표면의 평활성을 흐트러뜨릴 우려가 있기 때문에, 이온 주입량은 2×1016(atoms/㎠) 미만으로 억제하며, 바람직하게는 1×1016(atoms/㎠) 이내로 하는 것이 좋다.
전술한 제1 실시예나 제2 실시예에 대해, Co/Pd 인공 격자를 0.3 ㎚/0.7 ㎚의 막 두께 구성(즉, Co 단원자층과 Pd 2원자층이 반복되는 인공 격자)으로 하여 20층 반복 적층함으로써 총 막 두께가 20.0 ㎚인 제3 실시예를 얻었다. 이러한 막 두께 구성의 제3 실시형태에 대해, 주입되는 이온종을 O2 + 이온으로 변경하여 제4 실시예도 얻었다. 이 경우의 이온의 가속 전압은 22 keV(N2 +), 24 keV(O2 +)이며 자성막 중심에의 이온 주입을 실현할 수 있었다.
도 8은 제3 실시예 및 제4 실시예에 있어서의 이온 주입 효과를 도시하는 그래프이다.
이 도 8의 가로축은 이온의 주입량을 나타내고, 세로축은 포화 자화를 나타내고 있다.
이 도 8의 그래프가 나타내는 바와 같이, 전술한 제1 실시예 및 제2 실시예와 막 두께나 이온종이 다른 제3 실시예(점선 그래프) 및 제4 실시예(실선 그래프)에서도, 이온 주입량 1×1016(atoms/㎠) 이내에서 포화 자화가 크게 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 인공 격자 구조의 자성막에 이온을 주입하는 구성을 채용함으로써, 자성 도트를 자기적으로 분단시키는 분단대를 작성할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 제3 실시예 및 제4 실시예와 동일한 막 두께 구성에 대해 주입하는 이온종을 변경하여 각종의 변형예를 얻고, 이온 주입의 효과에 대해 상세히 조사하였다.
도 9는 제3 실시예, 제4 실시예, 및 각종의 변형예에 있어서의 이온 주입 효과를 도시하는 그래프이다.
이 도 9에서도, 가로축은 이온의 주입량을 나타내고, 세로축은 포화 자화를 나타내고 있다.
이 도 9에는, 전술한 제3 실시예 및 제4 실시예의 그래프가 재차 도시되어 있고, 또한, 주입된 이온종이 F+, He+, B+, Ar+인 4종의 변형예의 그래프도 도시되어 있다. 어떤 변형예의 그래프도, 이온 주입량 1×1016(atoms/㎠) 이내에서 포화 자화가 크게 감소한다는 기본적인 경향을 마찬가지로 나타내고 있으나, 이온의 주입량이 제로일 때의 포화 자화에 대한 감소 비율로 보면, N2+ 및 O2+가 다른 이온종보다 우수한 것을 알 수 있다.
이상 설명한 실시예나 변형예에 대해, 비교예로서, 인공 격자 구조가 아닌 자성막에 이온 주입한 것도 작성하여, 그 비교예에 있어서의 이온 주입 효과를 확인하였다.
이 비교예에서는, 유리 기판 상에 Ta층을 3 ㎚, Ru층을 10 ㎚ 형성하고, 그 위에 CoCrPt 합금(Co79Cr3Pt18) 자성막을 20 ㎚ 형성하였다. 또한, 다이아몬드카본을 보호층으로서 3 ㎚ 형성하고, 이온(N2 + 및 O2 +)을 조사하여 주입하였다.
도 10 및 도 11은 비교예에 있어서의 이온 주입 효과를 도시하는 그래프이며, 도 10 및 도 11의 가로축은 이온의 주입량을 나타내고, 도 10의 세로축은 보자력, 도 11의 세로축은 포화 자화를 나타내고 있다.
비교예에 있어서의 자성막의 막 두께 및 이온종은 전술한 제3 실시예 및 제4 실시예와 동등하지만, 도 10 및 도 11의 그래프가 나타내는 바와 같이, 비교예에서는, 이온 주입에 의한 보자력 및 포화 자화의 감소가 적어, 인공 격자 구조가 아닌 자성막에서는 이온 주입이 효과적이지 않은 것을 확인할 수 있었다.
마지막으로, 전술한 제1 실시예에서 자성 도트가 실제로 형성되어 있는 것을 자기력 현미경(MFM: Magnetic Force Microscope)에 의한 측정으로 확인하였다.
도 12는 MFM에 의한 자성 도트의 확인 결과를 나타내는 도면이다.
여기서는, 전술한 제1 실시예의 자기 기록 매체에 대해 전자석으로, 자성막에 수직인 방향으로 20 kOe의 같은 자계를 인가하여 착자(着磁)시키고, 자기 기록 매체의 표면의 자화 상태를 MFM에 의해 측정하였다.
이 도 12의 좌측에는, MFM의 탐침(探針) 자화의 방향과는 반대 방향의 자계로 자기 기록 매체에 착자시켰을 때의 측정 결과가 나타나 있고, 도 12의 우측에는, 탐침 자화의 방향과 동일한 방향의 자계로 자기 기록 매체에 착자시켰을 때의 측정 결과가 나타나 있다. 어떠한 방향으로 착자된 경우에도, 둥근 자성 도트와, 그 자성 도트들 사이에 존재하는 분단대에서는 명백하게 자화 상태가 다른 것이 확인되었다.
또, 전술한 설명에서는, 자성 도트 형성을 위한 바람직한 마스크로서 레지스트 패턴을 이용하는 것이 예시되어 있으나, 전술한 기본 형태의 이온 주입에서는, 매체의 극표면에, 매체면에 접촉하지 않도록 스텐실 마스크를 배치하여 이온 주입하는 프로세스를 이용할 수도 있고, 이 프로세스에서는 레지스트 도포와 레지스트 제거의 공정을 생략할 수 있다. 또한, 전술한 설명에서는, 레지스트의 패터닝의 최량예로서 나노임프린트 프로세스를 이용하는 것이 나타나 있으나, 패터닝에는 전자선 노광을 이용할 수도 있다.
또한, 이온을 주입하는 깊이는, 자성막의 중심부로 하는 것이 바람직하고, 가속 전압을 변화시켜, 주입하는 깊이를 제어한다. 이온의 주입량은, 지나치게 낮아도 지나치게 높아도 좋지 않다. 지나치게 낮으면 충분하게 포화 자화를 낮출 수 없다. 지나치게 높으면 매체 표면에 손상을 주어, 부상성(浮上性)을 손상시킬 뿐만 아니라, 자성막이 에칭되어 소실되는 경우도 있다.
100: 하드 디스크 장치 10: 자기 디스크
61: 기판 62: 자성막
62a: Co 원자층 62b: Pd 원자층
62c: 자성 도트 62d: 분단대

Claims (15)

  1. 기판 상에 Co 원자층과 백금족 원자층, 또는 Co 원자층과 Pd 원자층을 교대로 적층하여 인공 격자 구조의 자성막을 형성하는 인공 격자 형성 단계와,
    상기 자성막에서, 각각에 정보가 자기적으로 기록되는 자성 도트가 되는 복수 개소를 제외한 다른 개소에 국소적으로 산소 이온 또는 질소 이온 중 하나 이상을 주입하여 포화 자화를 저하시킴으로써, 그 자성 도트의 상호 간에, 그 자성 도트의 포화 자화보다 작은 포화 자화를 갖는 도트 간 분단대(分斷帶)를 형성하는 도트 간 분단 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자성막 상에, 상기 자성 도트가 되는 복수 개소에, 그 자성 도트에의 이온 도핑을 저해하는 마스크를 형성하는 마스크 형성 단계를 포함하고,
    상기 도트 간 분단 단계는 상기 마스크가 복수 개소에 형성된 자성막 위로부터 이온을 쬐어 줌으로써, 그 마스크로 보호된 자성 도트 사이의 개소에 국소적으로 그 이온을 주입하는 단계인 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체의 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제2항에 있어서, 상기 마스크 형성 단계는 상기 마스크를 레지스트에 의해 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체의 제조 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 마스크 형성 단계는 상기 마스크를 레지스트에 의해, 나노임프린트 프로세스를 통해 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체의 제조 방법.
  8. 기판과,
    기판 상에 복수개 형성되고, 각각이, 그 기판 상에 Co 원자층과 백금족 원자층, 또는 Co 원자층과 Pd 원자층이 교대로 적층되어 이루어지는 인공 격자 구조를 가지며, 각각에 정보가 자기적으로 기록되는 자성 도트와,
    상기 자성 도트의 상호 간에 형성되고, 그 자성 도트의 인공 격자 구조와 연속된 인공 격자 구조를 가지며, 그 인공 격자 구조에 산소 이온 및 질소 이온 중 하나 이상이 주입되어 그 자성 도트의 포화 자화보다 작은 포화 자화를 갖는 도트 간 분단대
    를 구비한 것을 특징으로 하는 자기 기록 매체.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 기판과, 기판 상에 복수개 형성되고, 각각이, 그 기판 상에 Co 원자층과 백금족 원자층, 또는 Co 원자층과 Pd 원자층이 교대로 적층되어 이루어지는 인공 격자 구조를 가지며, 각각에 정보가 자기적으로 기록되는 자성 도트와, 상기 자성 도트의 상호 간에 형성되고, 그 자성 도트의 인공 격자 구조와 연속된 인공 격자 구조를 가지며, 그 인공 격자 구조에 산소 이온 및 질소 이온 중 하나 이상이 주입되어 그 자성 도트의 포화 자화보다 작은 포화 자화를 갖는 도트 간 분단대를 구비한 자기 기록 매체와,
    상기 자기 기록 매체에 근접 또는 접촉하여 상기 자성 도트에 자기적으로 정보를 기록 또는 재생하거나 또는 양자 모두를 행하는 자기 헤드와,
    상기 자기 헤드를 상기 자기 기록 매체의 표면에 대해 상대적으로 이동시켜, 그 자기 헤드에 의해 정보가 기록 또는 재생되거나 또는 양자 모두가 행해지는 자성 도트 상에 그 자기 헤드를 위치 결정하는 헤드 위치 제어 기구
    를 구비한 것을 특징으로 하는 정보 기억 장치.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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