KR20090067819A

KR20090067819A - 자성 패턴 형성 방법 및 자성 패턴 형성을 통한 패턴드 미디어 제조방법

Info

Publication number: KR20090067819A
Application number: KR1020070135607A
Authority: KR
Inventors: 홍종일; 강신일
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-06-25
Also published as: WO2009082150A2; US20100270710A1; WO2009082150A3; KR100974603B1

Abstract

본 발명은 자성 패턴 형성 방법 및 자성 패턴 형성을 통한 패턴드 미디어 제조방법에 관한 것으로, 본 발명은 자성 패턴 형성 방법에 관한 것으로 본 발명에 따른 자성 패턴 형성 방법은 자성 패턴 형성방법으로서, (a) 환원되면 전기 도전성 또는 자성을 갖는 패턴형성층을 형성하는 단계; (b) 상기 패턴형성층 상에 나노구조물이 표면에 형성된 스탬프를 이용한 나노 임프린팅 공정으로 소정의 패턴을 갖는 마스크 층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 마스크가 배치된 패턴형성층 상에, 소정 에너지로 가속된 수소 이온 빔을 조사하는 단계를 포함하며, 상기 패턴형성층 중에서 상기 마스크의 패턴에 대응하는 부분은 상기 소정 에너지로 가속된 수소 이온 빔과 반응하여 환원되는 것을 특징으로 한다.

나노 임프린트, 수소 환원작용, 패턴드 미디어.　

Description

자성 패턴 형성 방법 및 자성 패턴 형성을 통한 패턴드 미디어 제조방법{MANUFACTURING METHOD FOR MAGNETIC PATTERN AND MAGNETIC PATTERN FOR FABRICATION OF PATTERNED MEDIA}

본 발명은 자성 패턴 형성 방법 및 자성 패턴 형성을 통한 패턴드 미디어 제조방법에 관한 것으로, 특히 본 발명은 나노 크기의 형상을 갖는 나노스탬프를 이용한 나노 임프린팅 공정을 통해 패턴 형성층 위에 마스크 패턴을 형성하고 마스크 패턴을 통하여 2keV이하의 에너지를 갖는 수소 이온을 전사해서 패턴형성층에 환원작용을 일으킴으로써 원하는 형태의 자성 나노패턴이 형성되도록 하는 자성 패턴 형성 방법 및 자성 패턴 형성을 통한 패턴드 미디어 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자기 저장매체는 기판위에 마그네틱 층을 형성하고 그 마그네틱 층을 일정한 간격으로 자화시켜 비트 단위의 정보를 저장하도록 한다. 대표적인 자기저장 매체인 하드 디스크 드라이브 (hard disk drive) 또는 하드 디스크 장치(hard disk device)는 기억 용량이 크고 정보에 대한 액세스(access) 속도가 빠르기 때문에 널리 사용되고 있으며, 이 하드 디스크 장치의 재생 헤드로서, 외부로부터의 자계에 따라 전기저항이 변하는 자기저항 효과막을 구비한 자기저항 효과형 헤드(MagnetoResistance effect head; 이하, 'MR 헤드'라 함)가 널리 사용되고 있다.　

하드 디스크 장치의 자기 디스크 기록 밀도는 매년 계속해서 향상되어 왔다. 기록 밀도의 향상에 따라 1 비트 영역의 면적이 감소하게 됨으로써, 1 비트 영역으로부터 발생되는 신호 자계는 약해지게 되었다.　

따라서, 약한 신호 자계에 대해서도 큰 재생 신호를 출력하는 재생 헤드가 필요하게 되었으며, 거대 자기저항 효과(Giant MagnetoResistance effect)를 이용한 자기저항 효과형 헤드가, 약한 신호 자계에 대해서도 큰 재생 신호를 출력하는 재생 헤드로서 사용되고 있다.

도 1은 종래에 따른 자기저항 효과막의 단면도로서 자기저항 효과형 헤드는 외부 자계에 따라 자화 방향이 변화하는 프리층(10)과, 이 프리층(10)에 인접하여 형성되며, 비자성 금속으로 이루어진 중간층(8)과, 이 중간층(8)에 인접하여 형성되고, 자화 방향이 소정의 방향으로 고정된 핀층(6, pinned layer)과, 이 핀층(6)에 인접하여 형성되고, 이 핀층(6)의 자화 방향을 고정시키는 반강자성 재료로 이루어진 반강자성층(4)을 포함하는 자기저항 효과막(3)을 갖는다. 자기저항 효과막(3)은, 외부 자계가 변해서 프리층(10)의 자화 방향이 변하면, 핀층(6)의 자화 방향과 프리층(10)의 자화 방향의 상대적인 각도가 변하게 됨에 따라서 저항이 변하게 된다.　자기저항 효과막(3)을 구비한 자기저항 효과형 헤드의 재생 신호의 출력은 외부 자계의 변화에 따라 달라지는 저항의 변화량에 대략 비례한다.　특히, 면수직 전류 (수직 전류) 주입형 스핀밸브의 경우, 막의 저항을 R, 센스 전류가 흐 르는 면적을 A라고 할 때, 상기 자기저항 효과형 헤드의 재생 신호의 출력은 △(RA)에 비례하게 된다.

최근에는 정보산업의 비약적인 발전으로 인하여 기존의 자기 저장매체보다 고 기록밀도를 갖는 자기 저장 매체에 대한 개발의 필요성이 계속 요구되고 있다. 이에 따라, 자기 저장매체는 자기저항 전기 도전성 또는 자성을 갖는 미세 패턴의 형성을 통해 자기저항 효과막을 제조함으로써, 소자의 저항을 증가시키고, 이를 통해, △(RA)를 증가시키는 방법이 고려되고 있다.

따라서, 이러한 방식의 자기 저장매체는 한정된 공간에 많은 양의 데이터를 저장하기 위하여 그 정보를 저장하는 단위 간격의 사이즈를 줄여나가는 방법을 사용하고 있하나 종래의 단위 간격의 사이즈를 줄이는 방법은 어느 정도의 한계를 가지고 있고 어느 한계이상이 되면 정보 저장에 대한 안정성도 보장되지 못한다.

이러한 자기저장매체의 고 기록밀도를 유지하면서 안정적인 기록 및 정보 유지도 가능하도록 기판위의 마그네틱 층에 인위적인 패터닝을 통하여 기록의 최소 단위인 비트를 소정 피치 간격을 두고 물리적으로 분리한 패턴드 미디어에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

패턴드 미디어는 기존의 연속적인 마그네틱 층을 이용한 방식에서 벗어나, 나노 사이즈의 마그네틱 도트를 제작한 후 각각의 도트에 일정한 방향의 자화를 형성함으로써 비트 신호를 갖게 하는 자기 정보저장매체이다. 이러한 패턴드 미디어를 제작하는 방법은 자성 패턴을 만들고자 하는 형태로 기판상에 마스크 패턴 형성, 식각 등의 공정을 통하여 패턴을 제작한 후 그 패턴 상에 자성물질을 도포하여 자성 패턴을 형성한 후 형성된 자성 패턴 사이사이의 비어 있는 공간을 비자성물질로 채우고 표면을 CMP(Chemical mechanical polishing) 등의 공정을 통하여 평탄화하는 복잡한 공정을 거쳐 제작되고 있다.

상술한 바와 같이, 종래의 패턴드 미디어를 제작하는 방법은 복잡한 제조 공정을 거쳐야 하며 제조 과정이 복잡해질 뿐만 아니라 이 과정에서 결함이 발생할 수 있는 가능성이 커진다. 즉, 종래의 패턴 형성 방법은 기판 상에 형성된 패턴을 이용한 식각 공정시 정확한 식각 제어가 어려울 뿐만 아니라 식각 공정과 충진 공정을 거친 패턴이 형성된 마그네틱층의 표면은 상당히 불규칙하여 CMP(Chemical Mechanical Planarization) 등의 평탄화 공정과 함께 추가적인 세척공정이 요구되어 제작 공정이 더욱 복잡해지는 문제점이 많았다.

한편, 종래에 따른 패턴드 미디어를 제작하는 방법은 기록밀도를 높이기 위해서는 일 비트에 해당하는 단위 패턴의 사이즈가 수십 나노 스케일로 미소하게 제조되는 것이 필수적이다. 즉, 1Tb/in2 이상의 고밀도 미디어 구현을 위해서는 25nm 피치의 패턴 구현을 위한 미소 패터닝 기술이 필수적이다.

그러나, 종래의 패턴드 미디어를 제작하는 방법에 적용되는 리소그래피(lithography) 등과 같은 패턴 형성 방법 등은 100nm이하의 미세한 구조를 구현하기 어렵다. 예를 들어, 포토리소그래피 방식에서는 박막의 포토레지스트를 기판상에 도포하고, 소정의 패턴을 통해 조사되는 빛에 대해 포토레지스트를 노광시키고, 현상 과정을 거쳐 상기 기판에 물리적인 패턴을 형성하게 되는데 이 리소그래피 방식에 의한 패턴의 해상도는 빛의 파장에 의해 제한받게 되는 문제점이 있었 다.

따라서, 종래에 따른 패턴 형성 방법의 문제점을 해결하기위한 기술로서 상대적 강도가 강한 물질의 표면에 필요로 하는 형상을 미리 제작하여 이를 다른 물질 위에 마치 도장을 찍듯이 찍어서 패턴닝을 시키거나 원하는 형상의 몰드를 제작한 후, 몰드 내부로 폴리머 물질을 도포하여 패턴을 형성하는 나노 임프린팅(nano imprinting) 방법(나노 임프린트 리소그래피의 대표적인 방법은 열 경화 각인 방법(hot embossing)과 UV 경화 각인 방법(UV embossing) 등이 있다.) 에 대한 연구가 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 고 정밀의 나노 패턴을 형성할 수 있는 나노 임프린팅기술을 적용하여 형성된 마스크 패턴을 이용하여 자성 패턴을 형성하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 나노 임프린팅기술을 이용하여 생성된 자성 패턴 형성 방법을 이용하여 간단한 제작 공정과 저렴한 비용으로 결함이 적은 패턴드 미디어를 제작하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일측면에 따른 자성 패턴 형성방법으로서, (a) 환원되면 전기 도전성 또는 자성을 갖는 패턴형성층을 형성하는 단계; (b) 상기 패턴형성층 상에 나노구조물이 표면에 형성된 스탬프를 이용한 나노 임프린팅 공정으로 소정의 패턴을 갖는 마스크 층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 마스크가 배치된 패턴형성층 상에, 소정 에너지로 가속된 수소 이온 빔을 조사하는 단계를 포함하며, 상기 패턴형성층 중에서 상기 마스크의 패턴에 대응하는 부분은 상기 소정 에너지로 가속된 수소 이온 빔과 반응하여 환원되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 자성 패턴 형성방법으로서, (a) 환원되면 전기 도전성 또는 자성을 갖는 패턴형성층을 형성하는 단계; (b) 상기 패턴형성층 상에 나노구조물이 표면에 형성된 스탬프를 이용한 나노 임프린팅 공정으로 소정의 패턴을 갖는 마스크 층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 마스크가 배치된 패턴형성층 상에, 소정 에너지로 가속된 플라즈마 상태의 수소 이온을 조사하는 단계를 포함하며, 상기 패턴형성층 중에서 상기 마스크의 패턴에 대응하는 부분은 상기 소정 에너지로 가속된 플라즈마 상태의 수소 이온과 반응하여 환원되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 스탬프는 나노구조물이 각인된 면이 평탄한 스탬프인 것이 바람직하다.

본 발명은 (b) 단계에서, 상기 나노 임프린팅 공정은 열 경화 각인 방법인 것이 바람직하다.

본 발명의 (b) 단계에서, 상기 나노 임프린팅 공정은 UV 경화 각인 방법인 것이 바람직하다.

본 발명의 (c) 단계는, 상기 수소이온의 에너지를 2 keV 이하로 하여 조사(照射)하는 것이 바람직하다.

본 발명의 (a) 단계에서, 상기 패턴형성층을 B, Co, Fe, Ni, Ta, Ru, Ti, Pt, Au, Mn, Pd, Cu, Cr, C, Zn, Zr, Y, Nb, Mo, Rh, Ag, Hf, W, Re, Al, Os, Ir, Nb 또는 이 원소들의 조합 중 어느 하나의 산화물, 질화물, 황화물로 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 (a) 단계에서는, 상기 패턴형성층을 Co_xFe_y 산화물로 형성하며, 상기 x 와 y는 x + y = 1, 및 0 ≤ x ≤ 1 의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또다른 측면에 따른 자성 패턴 형성을 통한 패턴드 미디어 제조 방법으로서, (a) 환원되면 전기 도전성 또는 자성을 갖는 패턴형성층을 형성하는 단계;

(b) 상기 패턴형성층 상에 나노구조물이 표면에 형성된 스탬프를 이용한 나노 임프린팅 공정으로 소정의 나노 도트 패턴을 갖는 마스크 층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 마스크가 배치된 패턴형성층 상에, 소정 에너지로 가속된 수소 이온 빔을 조사하는 단계를 포함하며, 상기 패턴 형성층은 상기 마스크의 나노 도트 패턴에 대응하는 부분이 상기 수소와 반응하여 환원되어 팬턴드 미디어가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 (b) 단계에서, 상기 나노 임프린팅 공정은 열 경화 각인 방법인 것이 바람직하다.

본 발명의 (c) 단계는, 수소이온의 에너지를 2 keV 이하로 하여 조사(照射)하는 것이 바람직하다.

본 발명의 (a) 단계에서는, 상기 패턴형성층을 Co_xFe_y 산화물로 형성하며, 상기 x 와 y는 x + y = 1, 및 0 ≤ x ≤ 1 의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.

본 발명의 (a) 단계는, 자성층, 패턴형성층 및 상기 두 층 사이에 놓인 비자성층으로 이루어지거나, 두 개의 패턴형성층과 상기 두 개의 패턴형성층 사이에 놓인 비자성층으로 이루어지는 단위 적층막을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 (a) 단계는, 상기 단위 적층막을 하나 이상 적층하는 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 하나 이상 적층된 단위 적층막의 아래 또는 위 중, 적어도 한 곳에 반강자성층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명은 하나 이상 적층된 단위 적층막 상에 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 (a) 단계에서, 상기 패턴형성층을 산화물층, 질화물층, 황화물층 또는 이들이 조합된 조합물층 중 어느 하나로 형성하거나, 산화물층, 질화물층, 황화물층 또는 이들이 조합된 조합물층을 복수 적층하여 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 나노 구조물이 형성된 스탬프를 이용한 나노 임프린팅 공정을 이용하여 형성된 고 밀도의 다양한 형태를 갖는 마스크 패턴 상에 가속된 수소 이온 빔을 조사함으로써, 고 밀도의 다양한 형태를 갖는 자성 패턴을 정밀하게 형성할 수 있는 상승 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 나노 구조물이 형성된 스탬프를 이용한 나노 임프린팅 공정을 이용하여 마스크 패턴을 형성함으로써, 고 밀도의 다양한 형태를 갖는 자성 패턴을 형성할 수 있는 탁월한 효과가 있다.

또, 본 발명에 따르면 나노 임프린팅 공정에 사용되는 스탬프로 마스크 패턴을 형성하기 때문에 응용소자의 모양과 크기에 제약을 받지 않고 나노 크기의 자성 패턴을 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 식각, 충진, 평탄화, 세척 등의 복잡한 공정을 거치지 않고 미세 자성 패턴을 형성할 수 있으므로, 제조 공정을 단순화하고, 비용을 크게 절감할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 자성 패턴의 형성 방법을 이용하여, 결함이 적고 상부가 평면인 자기 저장 매체를 형성할 수 있으며 이는 패턴드 미디어로 응용할 수 있다.

또, 본 발명에 따르면, 나노 크기의 패턴을 갖는 스탬프를 이용하여, 스탬프 상의 임의의 패턴과 동일한 형태의 마스크 패턴을 형성하고 마스크 패턴과 동일한 형태 및 패턴 크기를 그대로 패턴 형성층에 재현하는 것이 가능하므로, 자기 저장 매체인 패턴드 미디어로 응용 가능한 나노 크기의 자성 패턴을 형성 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.　 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

<실시예 1> 나노 임프린팅 공정에 열 경화 각인 방법(hot embossing)을 이용한 나노 임프린팅 공정에 의한 자성 패턴 형성.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자성 패턴 형성 방법을 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 자성 패턴 형성 방법을 도시한 공정도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 자성 패턴 형성 방법은 도 2(a)에 도시된 기판 상에 패턴형성층을 형성하는 단계, 도 2(b), (c)에 도시된 패턴형성층을 나노 구조물이 표면에 형성된 스탬프를 이용한 나노 임프린팅 공정을 이용한 마스크 패턴 형성 단계(이때, 도 2(c)에 도시된 막 패턴의 잔류막을 제거하는 단계), 도 2(d), (e)에 도시된 마스크 패턴 위에 소정 에너지로 가속된 수소 이온 빔을 조사하여 자성 패턴을 형성하는 단계(이때, 도 2(e)에 도시된 마스크 패턴을 제거하는 단계)의 고정을 포함한다.

우선 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자성 패턴 형성 방법은 기판 상에 자성 패턴을 생성하기 위한 패턴형성층을 형성한다. 기판(2)은 특정한 재질이나 형상에 한정되지 않는다. 구체적으로, 반도체 소자 및 정보 저장 장치 등에서 사용되는 모든 반도체 기판을 사용할 수도 있고, 유리 기판을 사용할 수도 있다.　

이때, 기판(2)의 상부 표면은 패턴형성층(12)의 형성 전에 전처리 세정 공정을 통해 세정한다. 전처리 세정 공정은 DHF(Diluted H: 50:1의 비율로 H₂0에 의해 희석된 HF 용액)와 SC-1(NH₄OH/H₂O₂/H₂O 용액이 소정 비율로 혼합된 용액)을 이용하여 실시되거나, BOE(Buffer Oxide Etchant: 100:1 또는 300:1의 비율로 H₂O에 의해 희석된 HF와 NH₄F의 혼합용액[1:4 내지 1:7])와 SC-1을 이용하여 실시된다.

또한, 기판(2) 상에는 하부층(underlayer; 미도시)을 형성할 수도 있다. 하부층은 후속 마스크 공정에서 노광을 실시할 때 기판(2)에 의해 빛이 반사되는 것을 방지하기 위한 반사 방지막일 수도 있고, 정보 저장 장치에 필요한 별도의 구조물층 또는 반도체 구조물층일 수도 있다.　이러한 하부층은 최적의 공정을 수행하 기 위하여 상황에 따라 적절하게 선택되거나 생략될 수 있다.

또한, 기판(2) 상에 패턴형성층(12)을 형성한다.　 패턴형성층(12)은 산화물층, 질화물층, 또는 황화물층으로 이루어진다.　 산화물층, 질화물층, 또는 황화물층은 B, Co, Fe, Ni, Ta, Ru, Ti, Pt, Au, Mn, Pd, Cu, Cr, C, Zn, Zr, Y, Nb, Mo, Rh, Ag, Hf, W, Re, Al, Os, Ir, Nb 또는 이 원소들이 적어도 2개 이상 조합된 층으로 이루어져 있다.

예를 들어, 산화물층이 Co_xFe_y 산화물로 이루어진 경우 자기저항 효과막에서 x와 y는 x + y = 1이 되도록 적절하게 선택된다.　

패턴형성층(12)은 CVD(Chemical Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition), LPCVD(Low Pressure CVD), PECVD(Plasma Enhanced CVD) 또는 ALD(Atomic Layer Deposition) 방식으로 증착될 수 있다.　

패턴형성층(12)이 너무 두껍거나 너무 얇으면 소자의 특성이 열화될 수 있기 때문에, 500Å 이하의 두께, 바람직하게는 10Å 내지 200Å로 패턴형성층(12)을 증착하는 것이 바람직하다.　　

왜냐하면, 패턴형성층(12)의 두께가 500Å이 넘으면 초고밀도를 갖는 소자의 제조가 곤란하며, 패턴형성층(12)의 두께가 10Å이 안되면, 소자에 열적 불안정성(thermal unstability)이 존재하게 되기 때문이다.

패턴형성층(12) 상부에는 부가적으로 소정의 보호층(미도시)이 형성될 수도 있다. 이 보호층은 이후의 마스크 공정이나 기타 세정 공정 또는 열처리 공정시, 패턴형성층(12)의 상부 표면이 손상(damage)되는 것, 예컨대, 패턴형성층(12)의 상부 표면이 식각되어 표면 거칠기가 증가하는 것을 방지하기 위한 것이다. 보호층으로는 금속막 등이 사용될 수 있다.

다음 도 2(b), (c)에 도시된 바와 같이, 패턴형성층을 나노구조물이 표면에 형성된 스탬프를 이용한 나노 임프린팅(nano imprint) 공정을 이용하여 마스크 패턴을 형성한다.

여기서, 나노 임프린팅 공정은 스탬프(50, 몰드) 표면의 나노크기 형상(51)을 폴리머층(중합체 층) 상에 복제하는 것으로 나노 임프린팅(nano imprinting) 방법 중 열 경화 각인 방법(hot embossing)을 적용 하여 설명하도록 한다.

즉, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 마스크 패턴 형성시 열 경화 각인 방법을 나노 임프린팅 공정으로 이용하는 경우에는, 사전 제작된 나노 구조물의 패턴이 형성된 스탬프(51, 몰드)를 폴리머층(14)에 압착하여 압력을 가하며 폴리머의 유리화온도(glass-transition temperature) 이상으로 가열한 후 냉각과정을 거친다. 이 과정에서 폴리머층(19) 표면에 스탬프(50)의 나노패턴(51) 형상이 복제되면 폴리머층(19)과 스탬프(50)를 이형시켜 마스크 패턴(14)을 형성하게 된다.

이때, 폴리머층(19)에 사용되는 폴리머 재료는 열가소성 및 열경화성 수지가 모두 사용가능하다. 그러므로 거의 모든 폴리머 재료의 사용이 가능하다.

또한, 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 나노 임프린트 공정 중 잔류하는 폴리머층의 패턴 잔류막을 제거하는 공정을 추가적으로 진행할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 나노 임프린팅 공정에 의해서 기판(2) 또는 보호막이 형성된 경우에는 보호막 위에 마스크 층(14)이 설치된다. 마스크 층(14)은 전체 구조물 상에 도포되거나, 전체 구조물과 일정 간격으로 이격되도록 설치될 수 있다.　 즉, 마스크 층(14)은 폴리머(polymer)(예컨대, 제품명 PMMA, ZEP 520 등)을 이용하여 원하는 형태를 갖는 나노 크기의 미세 패턴을 형성할 수도 있다.

물론, 본 발명에 따른 마스크 패턴(14a)은 네거티브 타입(negative type)과 포지티브 타입(positive type) 모두 가능하다. 　

다음으로, 도 2(d)에 도시된 바와 같이, 나노 임프린팅 공정으로 형성된 나노 크기의 패턴을 마스크 패턴(14)으로 이용하여 패턴형성층(12)에 수소 이온 빔을 전사한다. 즉, 마스크 패턴(14a)을 통해 노출된 패턴형성층(12)은 수소 이온 빔에 의한 수소 환원작용에 의해 전기 도전체(12b)(또는, 자성체)로 변환되게 된다.　

여기서, 수소 이온을 이용한 자성 패턴의 환원 방응을 위해서, 패턴형성층(12)을 단순히 수소 이온과 반응하게 할 수도 있고, 챔버(미도시) 내부에서 수소 이온을 가속시켜 전사할 수도 있다.

수소 이온의 에너지는 0 ~ 2keV인 것이 바람직하다.　수소 이온의 에너지가 2keV 보다 큰 경우에는, 수소 이온의 에너지가 전달되는 과정에서 기판(2)과 패턴형성층(12) 및 막 구조의 계면 등에 손상이 발생하거나, 결정 구조가 변형될 우려가 있다.　

본 발명에서 발생하는 몇 가지 수소 환원작용 예를 반응식들을 통해 살펴보면, 아래와 같다.

2CoO + 2H₂ → 2Co + 2H₂O

패턴형성층을 이루고 있는 CoO를 환원시키는 데에, H₂ 외에 H 또는 H⁺를 사용할 수도 있다.　 반응의 결과로, Co가 금속 자성층으로 환원된다. H₂O는 공기 중으로 (또는 진공펌프 등을 통해 공기 중으로) 배기된다.　

2FeO + 2H₂ → 2Fe + 2H₂O

패턴형성층을 이루고 있는 FeO를 환원시키는 데에, H₂ 외에 H 또는 H⁺를 사용할 수도 있으며, 반응의 결과, Fe가 금속 자성층으로 환원된다. H₂O는 공기 중으로 (또는 진공펌프 등을 통해 공기 중으로) 배기된다.　

Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O

패턴형성층을 이루는 반강자성체인 Fe₂O₃를 환원시키는 데에는, H₂외에 H 또는 H⁺를 사용할 수도 있으며, 반응의 결과, 환원된 Fe가 자성층을 이루고, H₂O는 공기 중으로 (또는 진공펌프 등을 통해 공기 중으로) 배기된다.　

상기 열거한 수소 환원 반응은, 본 발명에서 발생하는 수소 환원 반응의 몇 몇 예일 뿐이며, 본 발명에서의 수소 환원 반응은, 상기 반응들에 국한되지 않는다.

수소 환원 반응을 통해 패턴형성층(12) 중 마스크 층(14)의 패턴(14a)에 의해 노출된 부분은, 수소 이온과 반응하여 전기 도전체(12b)(또는, 자성체)로 환원되고, 노출되지 않은 부분은 수소 이온과 반응하지 않으므로 전기 절연체(12a)(또는 비자성체)로 남게된다.　

이와 같이 수소 이온 빔의 전사를 통해, 전기 도전체(12b)로 이루어진 패턴이 형성된다. 즉, 본 발명에 따른 나노 임프린팅으로 형성된 마스크 패턴에 따라 형성된 패턴의 크기는, 마스크 패턴의 크기에 대응하여 1㎛ 이하로 결함없이 정확하게 형성될 수 있다.　

또, 본 발명은 수소 이온 빔을 전사하여, 패턴형성층의 일부를 환원시켰으나, 마스크 패턴(14)을 통해 드러난 패턴형성층(12)을 플라즈마 상태의 수소에 노출시켜 전기 도전체(12b)(또는 자성체)로 환원시킬 수도 있다.　

또한, 본 발명은 수소 이온 빔의 전사가 끝난 후, 스트립(strip) 공정을 실시하여 마스크 층(14)을 제거할 수도 있다.　 이때, 마스크층(14)이 포토레지스트로 이루어진 경우에는 제거하지 않을 수도 있다.　

마스크 층(14)을 제거한 후 패턴형성층(12) 위에 금속이나 폴리머, 절연물 등을 증착하여, 패턴형성층(12)을 보호하는 보호층(미도시)을 형성할 수도 있다. 마스크 층(14)이 포토레지스트로 형성된 경우에는, 마스크 층(14) 위에 보호층을 형성해도 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 나노 구조물이 형성된 스탬프를 이용한 나노 임프린팅 공정을 이용하여 마스크 패턴을 형성함으로써, 고 밀도의 다양한 형태를 갖는 자성 패턴을 형성할 수 있다.

본 발명은 종래의 패턴형성 방법과 달리, 패턴형성층(12)을 식각하고, 식각된 부분을 충진하고, 패턴형성층의 표면을 평탄화하는 공정을 거치지 않고, 나노 임프린팅으로 형성된 마스크 패턴과 동일하게 자성 패턴을 형성할 수 있고, 자성 패턴을 형성하는 공정중에 식각, 충진, 평탄화 공정을 거치지 않으므로, 형태의 변화나 손상이 발생하지 않는다.　

따라서 본 발명은 나노 구조물이 형성된 스탬프를 이용한 나노 임프린팅 공정을 이용하여 형성된 고 밀도의 다양한 형태를 갖는 마스크 패턴 상에 가속된 수소 이온 빔을 조사함으로써, 고 밀도의 다양한 형태를 갖는 자성 패턴을 정밀하게 형성할 수 있는 상승 효과를 얻을 수 있다.

<실시예 2> 나노 임프린팅 공정에 UV 경화 각인 방법(UV embossing)을 이용한 나노 임프린팅 공정에 의한 자성 패턴 형성.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예2에 따른 자성 패턴 형성 방법을 설명한다. 이하 설명에 있어서 실시예 1과 공통되는 구성 설명은 생략하도록 한다.

도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 자성 패턴 형성 방법을 도시한 공정도이다.

도 3를 참조하면, 본 발명에 따른 자성 패턴 형성 방법은 도 2(a)에 도시된 기판 상에 패턴형성층을 형성하는 단계, 도 2(b), (c)에 도시된 패턴형성층을 나노구조물이 표면에 형성된 스탬프를 이용한 나노 임프린팅 공정을 이용한 마스크 패턴 형성 단계(이때, 도 2(c)에 도시된 막 패턴의 잔류막을 제거하는 단계), 도 2(d), (e)에 도시된 마스크 패턴 위에 소정 에너지로 가속된 수소 이온 빔을 조사하여 자성 패턴을 형성하는 단계(이때, 도 2(e)에 도시된 마스크 패턴을 제거하는 단계)의 고정을 포함한다.

또한, 기판(2) 상에는 하부층(underlayer; 미도시)을 형성할 수도 있다. 하부층은 후속 마스크 공정에서 노광을 실시할 때 기판(2)에 의해 빛이 반사되는 것을 방지하기 위한 반사 방지막일 수도 있고, 정보 저장 장치에 필요한 별도의 구조물층 또는 반도체 구조물층일 수도 있다.　이러한 하부층은 최적의 공정을 수행하기 위하여 상황에 따라 적절하게 선택되거나 생략될 수 있다.

다음 도 3(b), (c)에 도시된 바와 같이, 패턴형성층을 나노구조물이 표면에 형성된 스탬프를 이용한 나노 임프린팅(nano imprint) 공정을 이용하여 마스크 패턴을 형성한다.

여기서, 나노 임프린팅 공정은 스탬프(50, 몰드) 표면의 나노크기 형상을 폴리머층(51, 중합체 층) 상에 복제하는 것으로 나노 임프린팅(nano imprinting) 방법 중 나노 임프린팅 공정에 UV 경화 각인 방법(UV embossing)을 적용 하여 설명하도록 한다.

즉, 본 발명은 도 2(b)에 도시된 나노 임프린팅 공정에 UV 경화 각인 방법(UV embossing)을 이용할 수 있는데, UV 경화 각인 방법(UV embossing)은 광경화 폴리머(29)를 사용하여 자외선(53)을 통해 경화시키는 방식이다. 즉, UV 경화 각인 방법(UV embossing)은 높은 온도 및 압력 조건에서 공정이 진행되는 Thermal nanoimprinting 방식과 달리 상온 및 저압 조건에서 공정에서의 진행이 가능하다.

이때, UV 경화 각인 방법을 이용하는 나노 임프린팅 공정에서 폴리머(19) 재료는 다양한 광경화 폴리머 재료(예컨대, 자외선 빛에 경화되는 폴리머 재료 등)가 이용될 수 있다.

따라서, 본 발명은 공정 시간을 단축시킬 수 있고 다양한 재료의 스탬프(50, 몰드)를 사용할 수 있는 장점을 지닌다. 이 기술은 한번의 공정으로 나노 패턴을 갖는 마스크 패턴(14)을 기판(2) 상의 전 면적에 제작하는 elementwise patterned stamp (EPS) 등을 이용하는 기술과 여러번의 공정을 계속적으로 수행하여 전 기판상에 패턴을 성형하는 step-and-repeat 공정과 같은 방법이 적용 될 수 있다.

또, 본 발명은 수소 이온 빔을 전사하여, 패턴형성층의 일부를 환원시켰으나, 마스크 패턴(14)통해 드러난 패턴형성층(12)을 플라즈마 상태의 수소에 노출시켜 전기 도전체(12b)(또는 자성체)로 환원시킬 수도 있다.　

<실시예 3> 나노 임프린팅 공정을 적용하여 제작된 자성 패턴 형성을 이용하여 자기 효과막을 갖는 패턴드 미디어 제조.

이하, 본 발명의 실시예 3에 따른 자성 패턴 형성 방법을 이용한 패턴드 미디어 제조 방법을 설명하도록 한다. 여기서 본 발명에 따른 자성 패턴 형성방법을 이용하여 자기저항 효과막 및 패턴드 미디어를 형성할 수 있다. 이하 설명에 있어서 상술한 실시예들과 공통되는 구성 설명은 생략하도록 한다.

도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 패턴드 미디어 제조 방법을 도시한 공정도이다.

도 4(a)에 도시된 바와 같이, 기판(2) 상에 패턴드 미디어의 나노 패턴 도트 및 자기저항 효과를 발생시킬 적층막을 형성한다. 기판(2) 위에, 자기저항 효과막(20)이 될 제1층(22), 제2층(24), 제3층(26)을 순서대로 적층한다.

제1층(22), 제2층(24), 제3층(26)은 CVD(Chemical Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition), LPCVD(Low Pressure CVD), PECVD(Plasma Enhanced CVD) 또는 ALD(Atomic Layer Deposition) 방식으로 증착될 수 있다.

제1층 내지 제3층(22, 24, 26)의 각 층이 너무 두껍거나 너무 얇으면 소자의 특성이 열화될 수 있기 때문에, 각 층은 500Å 이하의 두께, 바람직하게는 10Å 내지 200Å로 증착되도록 하는 것이 바람직하다.　 즉, 각 층의 두께가 500Å를 넘으면 초고밀도를 갖는 소자의 제조가 곤란하며, 각 층의 두께가 10Å이 안되면, 소자에 열적 불안정성(thermal unstability)이 존재하게 된다.

자기저항 효과막은, 기판 상에 핀층, 중간층, 자유층의 순서로 배치되어도 되고, 자유층, 중간층, 핀층의 순서로 배치되어도 된다. 즉, 본 실시형태에서는, 제1층(22)이 핀층이 되고, 제2층(24)이 중간층이 되며, 제3층(26)이 자유층이 되어도 되며, 제1층(22)이 자유층이 되고, 제2층(24)이 중간층이 되며, 제3층(26)이 핀층이 되어도 된다.

따라서, 제1층(22) 및 제3층(26)은, 자기저항 효과막의 핀층 또는 자유층이 되는 층이며, 자성을 갖는 물질로 형성한다.

자기저항 효과막의 자기저항 효과를 극대화하기 위해, 제1층(22) 또는 제3층(26) 중 적어도 하나에 미세 자성 패턴을 형성한다. 즉, 제1층(22)과 제3층(26) 중 적어도 하나는, 패턴형성층이 된다.

예컨대, 패턴형성층은, 자성체로 형성하지 않고, 환원됨으로써 자성을 갖게되는 산화물층, 질화물층, 또는 황화물층으로 형성한다. 즉, 산화물층, 질화물층, 또는 황화물층은 실시형태 1에서와 같이, B, Co, Fe, Ni, Ta, Ru, Ti, Pt, Au, Mn, Pd, Cu, Cr, C, Zn, Zr, Y, Nb, Mo, Rh, Ag, Hf, W, Re, Al, Os, Ir, Nb 또는 이 원소들이 적어도 2개 이상 혼합된 층이면 된다.　 예컨대, 산화물층이 Co_xFe_y 산화물로 이루어진 경우 자기저항 효과막에서 x와 y는 x + y = 1이 되도록 적절하게 선택된다.　

또한, 상기 제1층과 제3층 중 핀층이 될 층의 외면에, 반강자성체층(미도시)을 형성해도 된다. 따라서, 제1층(22)을 핀층으로 형성할 경우, 기판(2)과 제1층(22) 사이에 반강자성체층를 형성하고, 제3층(26)을 핀층으로 형성할 경우, 제3층(26) 상에 반강자성체층을 형성한다. 반강자성체층은 핀층의 자화 방향을 고정시켜서, 핀층의 자화를 안정시키고, 자기저항 효과를 증가시킨다.

제1층 내지 제3층(22, 24, 26)과 강자성체층을 적층한 뒤에, 이 적층 구조 상에 부가적으로 소정의 보호층(미도시)이 형성될 수도 있다. 이 보호층은 이후의 마스크 공정이나 기타 세정 공정 또는 열처리 공정시, 자기저항 효과막의 상부 표 면이 손상(damage)되는 것, 제3층(26) 또는 강자성체층의 상부 표면이 식각되어 표면 거칠기가 증가하는 것을 방지하기 위한 것이다. 보호층으로는 금속막 등이 사용될 수 있다.

다음 도 4(b), (c)에 도시된 바와 같이, 패턴드 미디어를 제작하기위한 나노 도트 패턴을 형성하기위한 패턴형성층을 나노구조물이 표면에 형성된 스탬프를 이용한 나노 임프린팅(nano imprint) 공정을 이용하여 마스크 패턴을 형성한다.

여기서, 나노 임프린팅 공정은 스탬프(몰드) 표면의 나노크기 형상을 폴리머층(중합체 층) 상에 복제하는 것으로 예를 들어, 나노 임프린팅(nano imprinting) 방법은 열 경화 각인 방법(hot embossing) 또는 UV 경화 각인 방법(UV embossing) 등이 적용 될 수 있다.

즉, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 마스크 패턴 형성시 열 경화 각인 방법을 나노 임프린팅 공정으로 이용하는 경우에는, 사전 제작된 나노 구조물의 패턴이 형성된 스탬프(51, 몰드)를 폴리머층(28)에 압착하여 압력을 가하며 폴리머의 유리화온도(glass-transition temperature) 이상으로 가열한 후 냉각과정을 거친다. 이 과정에서 폴리머층(28) 표면에 스탬프(50)의 나노패턴(51) 형상이 복제되면 폴리머층(28)과 스탬프(50)를 이형시켜 마스크 패턴(28)을 형성하게 된다.

이때, 폴리머층(28)에 사용되는 폴리머 재료는 열가소성 및 열경화성 수지가 모두 사용가능하다. 그러므로 거의 모든 폴리머 재료의 사용이 가능하다.

또한, 도 4(c)에 도시된 바와 같이, 나노 임프린트 공정 중 잔류하는 폴리머 층의 패턴 잔류막을 제거하는 공정을 추가적으로 진행할 수 있다.

또, 본 발명은 도 4(b)에 도시된 나노 임프린팅 공정에 UV 경화 각인 방법(UV embossing)을 이용할 수 있는데, UV 경화 각인 방법(UV embossing)은 광경화 폴리머를 사용하여 자외선을 통해 경화시키는 방식이다. 즉, UV 경화 각인 방법(UV embossing)은 높은 온도 및 압력 조건에서 공정이 진행되는 Thermal nanoimprinting 방식과 달리 상온 및 저압 조건에서 공정에서의 진행이 가능하다. 이와 같은 장점으로 인해, 공정 시간을 단축시킬 수 있고 다양한 재료의 몰드를 사용할 수 있는 장점을 지닌다. 이 기술은 한번의 공정으로 나노 도트 패턴을 기판상의 전 면적에 제작하는 elementwise patterned stamp (EPS) 등을 이용하는 기술과 여러번의 공정을 계속적으로 수행하여 전 기판상에 나노 도트 패턴을 성형하는 step-and-repeat 공정과 같은 방법이 적용될 수 있다.

이때, UV 경화 각인 방법을 이용하는 나노 임프린팅 공정에서 폴리머 재료는 다양한 광경화 폴리머 재료(예컨대, 자외선 빛에 경화되는 폴리머 재료 등)가 이용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 나노 임프린팅 공정에 의해서 기판(2) 또는 보호막이 형성된 경우에는 보호막 위에 마스크 층(14)이 설치된다. 마스크 층(14)은 전체 구조물 상에 도포되거나, 전체 구조물과 일정 간격으로 이격되도록 설치될 수 있다.　 즉, 마스크 층(14)은 폴리머(polymer)(예컨대, 제품명 PMMA, ZEP 520 등) 을 이용하여 원하는 형태를 갖는 나노 크기의 미세 패턴을 형성할 수도 있다.

다음으로, 도 4(d)에 도시된 바와 같이, 나노 임프린팅 공정으로 형성된 나노 크기의 패턴을 마스크 패턴(28)으로 이용하여 패턴형성층(20)에 수소 이온 빔을 전사한다. 즉, 마스크 패턴(30)을 통해 노출된 패턴형성층(20)은 수소 이온 빔에 의한 수소 환원작용에 의해 전기 도전체(또는, 자성체)로 변환되어 나노 도트 패턴을 위한 자성 패턴이 형성된다.

도 5는 도 4의 실시예 3에 패턴드 미디어 제조 방법으로 형성된 자기저항 효과막의 형태들을 도시한 단면도이다.

이 때, 도 5에 도시된 바와 같이 조사되는 수소 또는 수소 이온 빔(32)의 에너지를 조절함으로써, 수소 이온 빔(32)이 제1층(22) 또는 제3층(26) 중 어느 층과 반응할 것인지를 제어할 수 있다.

여기서, 수소 이온 빔(32)의 조사(照射) 에너지를 변경, 조절하는 경우 에, 수소 이온의 에너지는 0 ~ 2keV인 것이 바람직하다.　수소 이온의 에너지가 2keV 보다 큰 경우에는, 수소 이온의 에너지가 전달되는 과정에서 기판(2)과 패턴형성층(20) 및 막 구조의 계면 등에 손상이 발생하거나, 결정 구조가 변형될 우려가 있다.

도 5(a)에 도시된 바와 같이, 제3층(26)이 패턴형성층인 경우, 조사된 수소 이온 빔(32)은, 마스크 패턴(30)에 의해 노출된 부분을 통해서, 제3층(26)에서 수소 환원 작용을 일으킴으로써, 제3층(26)의 패턴(30)에 대응하는 부분(26a)을 자성체로 변환시킨다.　

또, 도 5(b)에 도시된 바와 같이 제1층(22)이 패턴형성층인 경우 조사된 수소 이온 빔(32)은, 마스크 패턴(30)에 의해 노출된 부분을 통해서, 제1층(22)까지 투과하여, 수소 환원 작용을 일으킴으로써, 제1층(22)의 패턴(30)에 대응하는 부분(22a)을 자성체로 변환시킨다.　

또한, 도 5(c)에 도시된 바와 같이, 제1층(22)과 제3층(26)에 모두 패턴을 형성하려고 하는 경우, 제1층(22)과 제3층(26)을 모두 패턴형성층으로 해서, 수소 이온 빔(32)의 조사 에너지를 이원화하거나, 다른 에너지의 수소 이온 빔(32)을 차례로 조사함으로써, 제1층(22) 및 제3층(26)의 패턴(30)에 대응하는 부분(22a, 26a)을 자성체로 변환시킨다.

본 실시형태의 패턴형성층에서 발생하는 몇가지 수소 환원작용의 예를 반응식들을 통해 살펴보면, 아래와 같다.

2CoO + 2H₂ → 2Co + 2H₂O

패턴형성층을 이루고 있는 CoO를 환원시키는 데에, H₂ 외에 H 또는 H⁺를 사용할 수도 있다.　 반응의 결과로, Co가 금속자성층으로 환원된다. H₂O는 공기 중 으로 (또는 진공펌프 등을 통해 공기 중으로) 배기된다.　

2FeO + 2H₂ → 2Fe + 2H₂O

패턴형성층을 이루고 있는 FeO를 환원시키는 데에, H₂ 외에 H 또는 H⁺를 사용할 수도 있으며, 반응의 결과, Fe가 금속자성층으로 환원된다. H₂O는 공기 중으로 (또는 진공펌프 등을 통해 공기 중으로) 배기된다.　

Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O

상기 열거한 수소 환원 반응은, 본 발명에서 발생하는 수소 환원 반응의 몇몇 예일뿐이며, 본 발명에서의 수소 환원 반응은, 상기 반응들에 국한되지 않는다.

수소 환원 반응을 통해 제1층(22) 또는 제3층(26) 중 패턴형성층은 패턴(30)에 대응하는 부분이, 수소 또는 수소 이온과 반응하여 자성체로 환원되고, 그 외의 부분은 비자성체로 남게된다.　

이와 같이 수소 이온 빔을 전사함으로써, 패턴형성층에 자성체로 이루어진 미세 패턴이 형성되며, 제1층(22) 내지 제3층(36)은 미세 패턴에 의해 자기저항 효과를 갖는 자기저항 효과막이 된다.

이후, 마스크 패턴을 제거한후 상술한 바와 같이 형성된 나노 도트 패턴에 소정의 비트를 저장할 수 있게 된다. 즉, 나노 도트 패턴 중 각각에 일정한 방향의 자화를 형성함으로써 비트 신호를 갖게 하는 패턴드 미디어로 활용 될 수 있다.

마스크 층(14)을 제거한 후 패턴형성층(20) 위에 금속이나 폴리머, 절연물 등을 증착하여, 패턴형성층(20)을 보호하는 보호층(미도시)을 형성할 수도 있다. 마스크 층(14)이 포토레지스트로 형성된 경우에는, 마스크 층(28) 위에 보호층을 형성해도 된다.

본 발명은 전기 절연체 및 도전체를 이용하는 모든 소자의 미세패턴 제조방법에도 모두 적용할 수 있다.

구체적으로, 본 실시형태에서는 패턴형성층이 자성을 갖는 물질로 환원되는 것을 설명하였으나, 전기 도전성을 갖는 물질로 환원되어도 된다. 이 경우에는, 도 5(d)와 같이, 자성을 갖는 핀층과 자유층 사이에 전기 도전성 패턴(24a)을 갖는 중간층(24)이 배치된 자기저항 효과막이 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 패턴형성층을 비자성 산화물로 형성하였으나, 반강자성 산화물로 형성하여도 된다. 이 경우에는, 여타의 추가적인 리소그래피 공정이 없이 산화된 자성층이 반강자성체(Antiferromagnet)로 존재하여 자유층의 안정화를 위한 하드바이어스로 작용할 수 있으므로 기술적으로 훨씬 쉬운 공정이 될 수 있을 뿐만 아니라, 수율의 증대와 원가 절감 효과를 함께 이룰 수 있다.

이와 같은 패턴 형성방법과 패턴 형성방법을 이용한 자기저항 효과막 제조 방법을 이용하여, 자기저항 효과막을 구비한 자기저항 효과형 헤드, 자기 기록용 기록매체, 면수직 전류 주입형 스핀밸브, 전류 유도 스핀 스위칭을 이용한 소자, BMR를 이용한 소자, 정보 재생 장치, 자기저항 효과를 이용한 소자, 자기 기록 매체 및 비휘발성 메모리 소자 등을 효과적으로 제조할 수 있다.　

본 발명의 기술적 사상을 바람직한 실시형태를 통해 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 행태는 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 것으로서, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 또한, 본 발명과 유사한기술 분야의 통상의 기술자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래에 따른 자기저항 효과막의 단면도.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 자성 패턴 형성 방법을 도시한 공정도.

도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 자성 패턴 형성 방법을 도시한 공정도.

도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 패턴드 미디어 제조 방법을 도시한 공정도.

도 5는 도 4의 실시예 3에 패턴드 미디어 제조 방법으로 형성된 자기저항 효과막의 형태들을 도시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 기판 12 : 패턴형성층

12a : 산화 부분 12b , 24a, 26a, 28a : 환원 부분

14, 14a : 마스크 층 14a: 패턴

16 : 수소 이온 빔 19 : 폴리머

50 : 스탬프(몰드) 51 : 나노 패턴

53 : UV 광선

Claims

자성 패턴 형성방법으로서,

(a) 환원되면 전기 도전성 또는 자성을 갖는 패턴형성층을 형성하는 단계;

(b) 상기 패턴형성층 상에 나노구조물이 표면에 형성된 스탬프를 이용한 나노 임프린팅 공정으로 소정의 패턴을 갖는 마스크 층을 형성하는 단계; 및

(c) 상기 마스크가 배치된 패턴형성층 상에, 소정 에너지로 가속된 수소 이온 빔을 조사하는 단계를 포함하며,

상기 패턴형성층 중에서 상기 마스크의 패턴에 대응하는 부분은 상기 소정 에너지로 가속된 수소 이온 빔과 반응하여 환원되는 것을 특징으로 하는 자성 패턴 형성방법.
자성 패턴 형성방법으로서,

(a) 환원되면 전기 도전성 또는 자성을 갖는 패턴형성층을 형성하는 단계;

(b) 상기 패턴형성층 상에 나노구조물이 표면에 형성된 스탬프를 이용한 나노 임프린팅 공정으로 소정의 패턴을 갖는 마스크 층을 형성하는 단계; 및

(c) 상기 마스크가 배치된 패턴형성층 상에, 소정 에너지로 가속된 플라즈마 상태의 수소 이온을 조사하는 단계를 포함하며,

상기 패턴형성층 중에서 상기 마스크의 패턴에 대응하는 부분은 상기 소정 에너지로 가속된 플라즈마 상태의 수소 이온과 반응하여 환원되는 것을 특징으로 하는 자성 패턴 형성방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 스탬프는 나노구조물이 각인된 면이 평탄한 스탬프인 것을 특징으로 하는 자성 패턴 형성방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 (b) 단계에서,

상기 나노 임프린팅 공정은 열 경화 각인 방법인 것을 특징으로 하는 자성 패턴 형성방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 (b) 단계에서,

상기 나노 임프린팅 공정은 UV 경화 각인 방법인 것을 특징으로 하는 자성 패턴 형성방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 (c) 단계는,

상기 수소이온의 에너지를 2 keV 이하로 하여 조사(照射)하는 것을 특징으로 하는 자성 패턴 형성방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 (a) 단계에서, 상기 패턴형성층을 B, Co, Fe, Ni, Ta, Ru, Ti, Pt, Au, Mn, Pd, Cu, Cr, C, Zn, Zr, Y, Nb, Mo, Rh, Ag, Hf, W, Re, Al, Os, Ir, Nb 또는 이 원소들의 조합 중 어느 하나의 산화물, 질화물, 황화물로 형성하는 것을 특징으로 하는 자성 패턴 형성방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 (a) 단계에서는, 상기 패턴형성층을 Co_xFe_y 산화물로 형성하며,

상기 x 와 y는 x + y = 1, 및 0 ≤ x ≤ 1 의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 자성 패턴 형성방법.
자성 패턴 형성을 통한 패턴드 미디어 제조 방법으로서,

(a) 환원되면 전기 도전성 또는 자성을 갖는 패턴형성층을 형성하는 단계;

(b) 상기 패턴형성층 상에 나노구조물이 표면에 형성된 스탬프를 이용한 나노 임프린팅 공정으로 소정의 나노 도트 패턴을 갖는 마스크 층을 형성하는 단계; 및

(c) 상기 마스크가 배치된 패턴형성층 상에, 소정 에너지로 가속된 수소 이온 빔을 조사하는 단계를 포함하며, 상기 패턴 형성층은 상기 마스크의 나노 도트 패턴에 대응하는 부분이 상기 수소와 반응하여 환원되어 팬턴드 미디어가 형성되는 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어 제조 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 스탬프는 나노구조물이 각인된 면이 평탄한 스탬프인 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어 제조 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 (b) 단계에서,

상기 나노 임프린팅 공정은 열 경화 각인 방법인 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어 제조 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 (b) 단계에서,

상기 나노 임프린팅 공정은 UV 경화 각인 방법인 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어 제조 방법.
청구항 9에 있어서,

상기 (c) 단계는,

상기 수소이온의 에너지를 2 keV 이하로 하여 조사(照射)하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 패턴드 미디어 제조 방법.
청구항 9에 있어서,

상기 (a) 단계에서, 상기 패턴형성층을 B, Co, Fe, Ni, Ta, Ru, Ti, Pt, Au, Mn, Pd, Cu, Cr, C, Zn, Zr, Y, Nb, Mo, Rh, Ag, Hf, W, Re, Al, Os, Ir, Nb 또는 이 원소들의 조합 중 어느 하나의 산화물, 질화물, 황화물로 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어 제조 방법.
청구항 9에 있어서,

상기 (a) 단계에서는, 상기 패턴형성층을 Co_xFe_y 산화물로 형성하며,

상기 x 와 y는 x + y = 1, 및 0 ≤ x ≤ 1 의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어 제조 방법.
청구항 9에 있어서,

상기 (a) 단계는,

자성층, 패턴형성층 및 상기 두 층 사이에 놓인 비자성층으로 이루어지거나, 두 개의 패턴형성층과 상기 두 개의 패턴형성층 사이에 놓인 비자성층으로 이루어지는 단위 적층막을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 패턴드 미디어 제조 방법.
청구항 16에 있어서,

상기 (a) 단계는,

상기 단위 적층막을 하나 이상 적층하는 하는 것을 포함하는 특징으로 하는 패턴드 미디어 제조 방법.
청구항 16에 있어서,

상기 하나 이상 적층된 단위 적층막의 아래 또는 위 중, 적어도 한 곳에 반강자성층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어 제조 방법.
청구항 16에 있어서,

상기 하나 이상 적층된 단위 적층막 상에 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어 제조 방법.
청구항 16에 있어서,

상기 (a) 단계에서, 상기 패턴형성층을 산화물층, 질화물층, 황화물층 또는 이들이 조합된 조합물층 중 어느 하나로 형성하거나, 산화물층, 질화물층, 황화물층 또는 이들이 조합된 조합물층을 복수 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하는 패턴드 미디어 제조 방법.