KR20110076913A

KR20110076913A - 자기 기억 매체 제조 방법, 자기 기억 매체 및 정보 기억 장치

Info

Publication number: KR20110076913A
Application number: KR1020117007660A
Authority: KR
Inventors: 겐지 사토; 츠토무 다나카; 다쿠야 우즈마키; 츠토무 니시하시; 다다시 모리타; 가즈히로 와타나베
Original assignee: 가부시키가이샤 아루박
Priority date: 2008-10-03
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-07-06
Also published as: US20110205663A1; MY157472A; JP2010092515A; JP5394688B2; CN102171757A; WO2010038797A1

Abstract

본 발명은, 고기록 밀도의 자기 기억 매체를 양산성을 손상시키지 않는 제조 방법으로 제조하는 것을 목적으로 하며, 기판(61) 상에 자성막(62)을 형성하는 자성막 형성 과정과, 그 자성막(62)의, 각각에 정보가 자기적으로 기록되는 자성 도트(62c)가 되는 복수 부위를 제외한 다른 부위에 국소적으로, N₂ ⁺ 이온과 N⁺ 이온의 혼합 이온을 주입하여 포화 자화를 저하시킴으로써, 자성 도트(62c) 상호간에, 이들 자성 도트(62c)의 포화 자화보다도 작은 포화 자화를 갖는 분단 영역(62d)을 형성하는 도트간 분단 과정을 갖는 제조 방법으로 자기 기억 매체(10)를 제조한다.

Description

자기 기억 매체 제조 방법, 자기 기억 매체 및 정보 기억 장치{METHOD FOR MANUFACTURING MAGNETIC STORAGE MEDIUM, MAGNETIC STORAGE MEDIUM, AND INFORMATION STORAGE DEVICE}

본건의 개시는, 비트 패턴형(bit patterned)의 자기 기억 매체를 제조하는 제조 방법, 비트 패턴형의 자기 기억 매체 및 비트 패턴형의 자기 기억 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 주류로 되어 있다. 이 HDD에 대해서는, 지금까지도 높은 연율(年率)로 면기록 밀도가 높아지고 있으며, 현재에도 더욱 더 기록 밀도 향상이 요구되고 있다.

HDD의 기록 밀도를 향상시키기 위해서는, 트랙 폭의 축소나 기록 비트 길이의 단축이 필요하지만, 트랙 폭을 축소시키면, 인접하는 트랙끼리 소위 간섭이 생기기 쉬워진다. 이 간섭이란, 즉, 기록시에 있어서 자기 기록 정보가, 목적 트랙에 인접하는 이웃의 트랙에 겹쳐져 기록되어 버리는 현상이나, 재생시에 있어서, 목적 트랙에 인접하는 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 열요동 현상이 발생한다.

이들 간섭이나 열요동 현상을 피하여 짧은 비트 길이나 높은 트랙 밀도를 실현하는 방법으로서, 비트 패턴형의 자기 기억 매체가 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이 비트 패턴형의 자기 기억 매체에서는, 기록 비트의 위치가 미리 정해져 있고, 그 정해진 기록 비트의 위치에 자성 재료의 도트가 형성되고 도트의 상호간은 비자성 재료로 구성된다. 이와 같이 자성 재료의 도트가 서로 분리되어 있으면 도트끼리의 자기적 상호 작용이 작아, 전술한 간섭이나 열요동 현상을 피할 수 있다.

여기서, 비트 패턴형의 자기 기억 매체의 제조 방법으로서 상기 특허문헌 1 등에 제안되어 있는 종래의 제조 방법에 관해서 설명한다.

도 1은 비트 패턴형의 자기 기억 매체의 종래의 제조 방법을 도시하는 도면이다.

종래의 제조 방법에서는, 우선, 제막 공정(A)에서 기판(1) 상에 자성막(2)이 형성된다.

이어서, 나노임프린트 공정(B)에서는, 자성막(2) 상에, 자외선 경화 수지로 이루어지는 레지스트(3)가 도포되고, 그 레지스트(3)에, 나노 사이즈의 구멍(4a)이 뚫린 몰드(4)가 배치됨으로써 레지스트(3)가 그 나노 사이즈의 구멍(4a)으로 들어가 레지스트(3)의 도트(3a)가 되고, 그 몰드(4) 너머로 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 이루어짐으로써 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) 위에는 자성 도트(2a)만이 남는다.

그리고, 충전 공정(D)에서는, 자성 도트(2a)의 상호간이 비자성 재료로 메워지고, 평탄화 공정(E)을 거쳐 표면이 평탄화됨으로써 비트 패턴형의 자기 기억 매체(6)의 완성(F)으로 된다.

이러한 종래의 제조 방법에 의하면, 자기 기억 매체(6) 상에서의 자기 헤드의 부상(浮上) 특성을 안정적인 것으로 하기 위해서 평탄화 공정(E)에서는 정밀도 높은 평탄화가 필요하게 된다. 그 때문에, 매우 복잡한 제조 프로세스를 수행할 필요가 있다고 하는 문제나, 제조 비용이 증대된다고 하는 문제가 생긴다.

이들 문제를 피하기 위한 방법으로서, 이온을 자성막에 주입하여 국소적으로 자화 상태를 변화시킴으로써 도트의 분리 상태를 형성하는 가공 방법(이온 도핑 방식)이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 2 및 특허문헌 3 참조). 이 이온 도핑 방식에 따르면, 이온을 주입하여 자기 특성을 바꾸기 때문에, 에칭이나 충전, 평탄화 등의 복잡한 제조 프로세스가 필요하지 않게 되어, 제조 비용의 증가를 대폭적으로 억제하는 것이 가능하게 된다.

일본 특허 공개 평3-022211 일본 특허 공개 2002-288813호 공보 일본 특허 공개 2003-203332호 공보

그러나, 현재의 이온 도핑 방식의 대부분은, 포화 자화를 효과적으로 저하시켜 전술한 간섭이나 열요동 현상을 피하기 위해서는, 이온 주입량으로서 대량의 주입량이 필요하게 된다. 한편, 한 번에 대량의 이온을 주입하면, 자성막의 표면에 주는 손상이 크다. 이 때문에, 현재의 이온 도핑 방식의 대부분은, 이러한 손상을 억제하여 포화 자화를 효과적으로 저하시키기 위해서는, 어느 정도 억제된 양의 이온을 장시간에 걸쳐 주입하지 않으면 안되게 되어 있다.

그런데, 최근에는 자기 기억 매체에 대해서 점점 더 양산성이 요구되고 있어, 생산 현장에서 이온 도핑 방식을 채용한 경우에 이온 주입 시간으로서 수초라는 단시간밖에 할애할 수 없다고 하는 사정이 있어, 실용화에는 이르지 못하고 있다.

본원에서는 전술한 사정에 감안하여, 비트 패턴형의 자기 기억 매체를 양산성을 손상시키지 않고서 제조할 수 있는 제조 방법, 기록 밀도가 높고 양산성을 손상시키지 않는 제조 방법으로 제조할 수 있는 자기 기억 매체 및 정보 기억 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하는 기본 형태의 자기 기억 매체 제조 방법은,

기판 상에 자성막을 형성하는 자성막 형성 과정과,

상기 자성막의, 각각에 정보가 자기적으로 기록되는 자성 도트가 되는 복수 부위를 제외한 다른 부위에 국소적으로, N₂ ⁺ 이온과 N⁺ 이온의 혼합 이온을 주입하여 포화 자화를 저하시킴으로써, 그 자성 도트의 상호간에, 그 자성 도트의 포화 자화보다도 작은 포화 자화를 갖는 도트간 분단 영역(separating region)을 형성하는 도트간 분단 과정을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하는 기본 형태의 자기 기억 매체는,

기판과,

기판 상에 복수 형성된, 각각이 자성막을 갖는, 각각에 정보가 자기적으로 기록되는 자성 도트와,

상기 자성 도트의 상호간에 형성된, 그 자성 도트의 자성막과 구조적으로 연속된 막을 가지며, 그 막에 N₂ ⁺ 이온과 N⁺ 이온의 혼합 이온이 주입되어 그 자성 도트의 포화 자화보다도 작은 포화 자화를 갖는 도트간 분단 영역을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하는 기본 형태의 정보 기억 장치는,

기판과,

상기 자성 도트의 상호간에 형성된, 그 자성 도트의 자성막과 구조적으로 연속된 막을 가지며, 그 막에 N₂ ⁺ 이온과 N⁺ 이온의 혼합 이온이 주입되어 그 자성 도트의 포화 자화보다도 작은 포화 자화를 갖는 도트간 분단 영역을 구비한 자기 기억 매체;

상기 자기 기억 매체에 근접 또는 접촉하여 상기 자성 도트에 자기적으로 정보의 기록, 재생 또는 양자 모두를 행하는 자기 헤드; 및

상기 자기 헤드를 상기 자기 기억 매체 표면에 대하여 상대적으로 이동시켜, 그 자기 헤드에 의한 정보의 기록, 재생 또는 양자 모두가 행해지는 자성 도트 상에 그 자기 헤드를 위치 결정하는 헤드 위치 제어 기구

를 구비한 것을 특징으로 한다.

이들 기본 형태의 자기 기억 매체 제조 방법, 자기 기억 매체 및 정보 기억 장치에 따르면, 도트간 분단 영역이 이온 주입에 의해서 형성되기 때문에, 에칭이나 충전이나 평탄화 등과 같은 복잡한 제조 프로세스가 불필요하게 되어, 간이한 제조 방법으로 된다. 또한, 자성막에 N₂ ⁺ 이온과 N⁺ 이온의 혼합 이온이 주입됨으로써, 종래보다도 적은 주입량으로 포화 자화를 효과적으로 저하시킬 수 있음을 본건의 개발자는 알아냈다. 그 결과, 이온 주입 시간의 단축이 가능하게 되어, 비트 패턴형의 고기록 밀도의 자기 기억 매체를 양산성을 손상시키지 않고서 제조할 수 있게 된다.

이상, 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 자기 기억 매체 제조 방법, 자기 기억 매체 및 정보 기억 장치 각각의 상기 기본 형태에 따르면, 고기록 밀도의 자기 기억 매체가 양산성을 손상하지 않는 제조 방법으로 실현된다.

도 1은 비트 패턴형의 자기 기억 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 패턴형의 자기 디스크의 구조를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 4는 기본 형태에 대해서 상기 설명한 자기 기억 매체 제조 방법의 구체적인 일 실시형태를 도시하는 도면이다.
도 5는 실시예를 도시하는 도면이다.
도 6은 실시예, 제1 비교예 및 제2 비교예 각각에 있어서의 이온 주입의 보자력에 대한 효과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예, 제1 비교예 및 제2 비교예 각각에 있어서의 이온 주입의 포화 자화에 대한 효과를 나타내는 그래프이다.

기본 형태에 관해서 위에서 설명한 자기 기억 매체 제조 방법, 자기 기억 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 장착되어, 그 상위 장치에서의 정보 기억 수단으로서 이용되는 것이다.

이 하드 디스크 장치(100)에는, 표리면에 대하여 수직인 방향의 자화에 의한 자기 패턴으로 정보가 기록되는 소위 수직 자기 기억 매체인 원반형의 자기 디스크(10)가, 도면의 안쪽 방향으로 겹쳐져 여러 장 하우징(H) 내에 수용되어 있다. 또한, 이들 자기 디스크(10)는, 비트 정보가 기록되는 도트가 미리 표리면의 각 부위에 형성되어 있는 소위 비트 패턴형의 자기 기억 매체이기도 하다. 이들 자기 디스크(10)는 디스크축(11)을 중심으로 회전한다. 이들 자기 디스크(10)는, 상기에서 기본 형태에 관해서 설명한 자기 기억 매체의 구체적인 일 실시형태에 상당한다.

또한, 하드 디스크 장치(100)의 하우징(H) 내에는, 자기 디스크(10)의 표리면을 따라서 이동하는 스윙 아암(20), 스윙 아암(20)의 구동에 이용되는 액츄에이터(30) 및 제어 회로(50)도 수용되고 있다.

스윙 아암(20)은, 자기 디스크(10)의 표리면에 대하여 정보의 기록과 판독을 행하는 자기 헤드(21)를 선단에 유지하고 있으며, 베어링(24)에 의해서 하우징(H)에 회동이 자유롭게 지지되고 있어, 베어링(24)을 중심으로 하여 정해진 각도의 범위 내에서 회동함으로써, 자기 헤드(21)를 자기 디스크(10)의 표리면을 따라서 이동시킨다. 이 자기 헤드가, 전술한 정보 기억 장치의 기본 형태에서의 자기 헤드의 일례에 상당한다.

자기 헤드(21)에 의한 정보의 기록 및 판독이나 아암(20)의 이동은 제어 회로(50)에 의해서 제어되고 있으며, 상위 장치와의 정보의 주고받음도 이 제어 회로(50)를 통해 이루어진다. 이 제어 회로(50)는, 전술한 정보 기억 장치의 기본 형태에서의 헤드 위치 제어 기구의 일례에 해당한다.

도 3은 비트 패턴형 자기 디스크의 구조를 모식적으로 도시하는 사시도이다.

이 도 3에는, 원판형의 자기 디스크로부터 잘라내어진 일부가 나타내어져 있다.

도 3에 도시하는 자기 디스크(10)는, 기판(S) 상에 복수의 기록 도트(Q)가 규칙적인 배열로 나란히 늘어선 구조를 갖고 있고, 기록 도트(Q)의 각각은 1 비트 상당의 정보가 자기적으로 기록된다. 기록 도트(Q)는 자기 디스크(10)의 중심 주위에 둘레형으로 늘어서 있으며, 기록 도트의 열은 트랙(T)을 형성한다.

기록 도트(Q)의 상호간은, 자기 이방성 및 포화 자화가 기록 도트(Q)의 자기 이방성 및 포화 자화보다도 낮은 분리 영역으로 되고 있고, 이 분리 영역에 의해서 기록 도트(Q)끼리의 자기적 상호 작용이 작아지고 있다.

이와 같이 기록 도트(Q)끼리의 자기적 상호 작용이 작으면, 기록 도트(Q)에 대한 정보를 기록 재생할 때에 있어서도 트랙(T) 상호간의 자기적 상호 작용이 작기 때문에, 소위 트랙 상호간의 간섭이 적다. 또한, 기록 도트(Q)의 위치가 이와 같이 물리적으로 고정되어 있으면, 기록되는 정보 비트의 경계가 열로 요동치는 일이 없어, 소위 열요동 현상도 피할 수 있다. 따라서, 이 도 3에 도시하는 것과 같은 비트 패턴형의 자기 디스크(10)에 의하면, 트랙 폭의 축소나 기록 비트 길이의 단축이 가능하여, 고기록 밀도의 자기 기억 매체를 실현할 수 있다.

이 자기 디스크(10)의 제조 방법에 관해서 이하 설명한다.

도 4는, 기본 형태에 대해서 상기 설명한 자기 기억 매체 제조 방법의 구체적인 일 실시형태를 도시하는 도면이다.

전술한 자기 기억 매체 제조 방법의 기본 형태에 대하여,

「상기 자성막 상에, 상기 자성 도트가 되는 복수 부위에, 그 자성 도트에의 이온 주입을 저해하는 마스크를 형성하는 마스크 형성 과정을 가지며,

상기 도트간 분단 과정이, 상기 마스크가 복수 부위에 형성된 자성막의 위에서부터 상기 혼합 이온을 댐으로써, 그 마스크로 보호된 자성 도트 사이의 부위에 국소적으로 그 혼합 이온을 주입하는 과정이다」

라고 하는 응용 형태는 적합하다. 이 응용 형태에 따르면, 이온 주입이 불필요한 부위는 마스크로 확실하게 보호되게 되어, 자성 도트의 형성 정밀도가 높다. 이하 설명하는 구체적인 일 실시형태는, 이러한 적합한 응용 형태에 대한 구체적인 일 실시형태이기도 하다.

또한, 전술한 자기 기억 매체 제조 방법의 기본 형태에 대하여,

「상기 자성막 형성 과정이, 상기 기판 상에 복수 종류의 원자층을 교대로 적층하여 인공 격자 구조의 자성막을 형성하는 과정이다」

라고 하는 응용 형태도 적합하다. 이 응용 형태에 따르면, 자성막을 인공 격자 구조로 함으로써, 이온의 주입에 의한 포화 자화의 저감 효과를 높일 수 있어, 주입 시간을 더욱 더 단축할 수 있다. 이하 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, 우선, 제막 공정(A)에서 유리의 기판(61) 상에 자성막(62)이 형성된다. 이 제막 공정(A)은, 전술한 자기 기억 매체 제조 방법의 기본 형태에서의 자성막 형성 과정의 일례에 상당하며, 이 자성막(62)은, Co의 원자층(62a)과 Pd의 원자층(62b)이 교대로 적층되어 이루어지는 인공 격자 구조를 갖고 있다. Co의 원자층(62a)과 Pd의 원자층(62b)의 막 두께 구성은, 자성막(62)을 구성하기 위해서는, Pd의 원자층(62b)의 두께가 Co의 원자층(62a)의 두께보다도 두꺼울 필요가 있다. 또한, Co의 원자층(62a)은 2 nm가 막 두께의 상한으로 되어 있으며, 이 막 두께는 약 7 원자분의 두께에 상당한다. 이 상한을 넘은 막 두께를 Co의 원자층(62a)이 갖는 경우에는, 인공 격자라고 말할 수 있는 물리적 성질도 잃고 있다고 생각된다.

전술한 자기 기억 매체 제조 방법이나 자기 기억 매체, 정보 기억 장치의 기본 형태에 있어서, 상기 인공 격자 구조가, Co 원자층과 백금속의 원자층이 교대로 적층된 구조인 것이나, Co 원자층과 Pd 원자층이 교대로 적층된 구조인 것이 바람직하다. Co 원자층과 백금속의 원자층을 교대로 적층하여 이루어지는 인공 격자 구조의 자성막은 자기적 특성이 우수하며, 후술하는 바와 같이 이온 주입에 의해서 그 자기적 특성이 용이하게 열화되므로, 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 상당한다.

한편, 전술한 기본 형태에서의 자성막은, 인공 격자 구조를 갖는 것에 한정되지 않고, 단층의 자성막이라도 좋다.

또한, 인공 격자 구조의 자성막을 구성하는 타입의 전술한 응용 형태에 있어서의, 그 인공 격자 구조의 자성막을 구성하기 위한 재료는, 여기에 나타낸 적합한 재료에는 한정되지 않고, 인공 격자 구조로 자성막을 구성할 수 있다고 알려져 있는 임의의 재료를 이용할 수 있다. 단, 이하의 설명에서는 Co와 Pd로 자성막이 구성되어 있는 것으로 하여 설명을 계속한다.

이어서, 나노임프린트 공정(B)에서는, 자성막(62) 상에, 자외선 경화 수지로 이루어지는 레지스트(63)가 도포되고, 그 레지스트(63)에, 나노 사이즈의 구멍(64a)이 뚫린 몰드(64)가 배치됨으로써 레지스트(63)가 그 나노 사이즈의 구멍(64a)으로 들어가 레지스트(63)의 도트(63a)로 되고, 그 몰드(64) 너머로 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 기억 매체 제조 방법의 기본 형태에 대하여, 상기 마스크 형성 과정이, 상기 마스크를 레지스트로 형성하는 과정인 응용 형태는 적합하며, 상기 마스크 형성 과정이, 상기 마스크를 레지스트로, 나노임프린트 프로세스에 의해서 형성하는 과정인 응용 형태는, 보다 적합하다. 레지스트에 의한 마스크 형성은 기술적으로 안정되어 정밀도가 좋은 마스크의 형성을 기대할 수 있으며, 나노임프린트 프로세스에 의한 마스크의 형성은, 나노 레벨에서의 마스크 패턴을 용이하게 작성할 수 있어 바람직하다. 이 도 4에 도시하는 나노임프린트 공정(B)은, 이들의 적합한 응용 형태에 있어서의 마스크 형성 과정의 일례에 상당하고 있다.

나노임프린트 공정(B) 후에는 이온 주입 공정(C)으로 진행하여, 도트(63a)가 프린트되어 있는 자성막(62)의 상부로부터 N₂ ⁺ 이온과 N⁺ 이온의 혼합 이온을 조사하여, 레지스트(63)의 도트(63a)로 보호된 자성 도트(62c)를 남기고 자성막(62)에 이온을 주입함으로써 포화 자화를 감소시킨다. N₂ ⁺ 이온과 N⁺ 이온의 혼합 이온의 주입에 의한 포화 자화의 저감 효과는, 이번에 본건의 개발자가 알아낸 것과 같이 매우 높고, 또한, 자성막(62)이 인공 격자 구조를 갖고 있기 때문에, 여기서의 혼합 이온의 주입으로 자성막(62)의 포화 자화를 필요한 레벨까지 단시간에 감소시킬 수 있다. 이 나노임프린트 공정(B)이, 전술한 자기 기억 매체 제조 방법의 기본 형태에서의 도트간 분단 과정의 일례에 상당한다.

한편, 전술한 나노임프린트에서는, 이온을 주입해야 하는 부위에서도 완전히는 레지스트가 제거되지 않지만, 레지스트가 얇은 곳에서는 이온이 레지스트를 투과하여 자성막(62)에 주입되고, 레지스트가 두꺼운 곳(즉 도트(63a)로 되고 있는 곳)에서는, 이온이 레지스트에 의해 멈춰 자성막에는 도달하지 않기 때문에, 원하는 도트 패턴의 형성이 가능하다. 이온의 가속 전압은, 자성막(62)의 중심부에 이온이 주입되도록 설정하는데, 설정하는 가속 전압은, 자성막 중심부까지의 깊이나 재료에 따라서 다르다. 이와 같이 이온이 주입된 부위의 자성막(62)은, 인공 격자 구조 내에 이온이 머물러 인공 격자 구조가 왜곡되어 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 상호간에, 자성 도트(62c)끼리의 자기적인 상호 작용을 분단하는 분단 영역(62d)이 형성되어 비트 패턴형 자기 기억 매체(10)의 완성(D)으로 된다. 분단 영역(62d)에서는 포화 자화가 자성 도트(62c)의 포화 자화보다도 충분히 낮기 때문에, 정보는 자성 도트(62c)에만 기록되고, 분단 영역(62d)에는 정보는 기록되지 않는다.

이 도 4에 도시하는 제조 방법으로 제조되는 자기 기억 매체(10)에서는, 표면을 구성하고 있는 자성 도트(62c)와 분단 영역(62d)의 평활성은, 제막 공정(A)에서 형성된 자성막(62)에서의 평활성이 그대로 유지된 것으로 되어 있기 때문에, 도 1에 도시하는 종래 기술과 같은 평탄화 공정은 불필요하게 되어, 이 도 4에 도시하는 제조 방법은 간소한 방법으로 되어 있다.

또한, 이 도 4에 도시하는 제조 방법에서는, 전술한 바와 같이, 포화 자화의 저감 효과가 매우 높은 N₂ ⁺ 이온과 N⁺ 이온의 혼합 이온이 주입 이온으로서 채용되어 있다. 이 때문에, 이온의 주입량이 적어도 되므로 주입 시간이 짧게 끝나, 이온 주입을 수초간 이온 조사에 의해서 충분히 실현할 수 있기 때문에 양산성을 손상시키지 않는다.

또한, 이 도 4에 도시하는 제조 방법에서는 자성막(62) 상에 프린트된 레지스트의 도트(63a)로 자성 도트(62c)를 보호하고 있어, 자기 기억 매체(10) 전체면에 동시에 이온을 조사할 수 있어, 필요한 부위에의 이온 주입을 수초간 이온 조사에 의해서 충분히 실현할 수 있기 때문에, 이 점에서도 양산성을 손상시키지 않는다.

이하 설명하는 실시예에서는, 이 도 4에 도시한 제조 방법을 구체적인 재료 등에 적용하여 기술적 효과를 확인했다.

도 5는 실시예를 도시하는 도면이다.

잘 세정된 유리 기판(70)을 마그네트론 스퍼터 장치에 셋트하여, 5×10^-5 Pa 이하까지 진공 배기한 후, 유리 기판(70)을 가열하지 않고 0.67 Pa의 Ar 가스압으로, (111) 결정 배향한 fcc-Pd를, 자성층을 결정 배향시키기 위한 기초층(71)으로서 5 nm 두께로 성막했다. 이 기초층(71)을 성막하는 과정은 도 4에 도시하는 제조 방법에서는 설명이 생략되어 있다.

이어서, 대기압으로 되돌리지 않고서 연속하여, Co/Pd 인공 격자로 이루어지는 자성막(72)을 0.67 Pa의 Ar 가스압으로, 0.3/0.35 nm의 막 두께 구성으로 8층 반복하여 적층했다. 이 막 두께 구성은, Co의 단원자층과 Pd의 단원자층이 반복되는 인공 격자를 의미하고 있다.

자성막(72)을 성막한 후에는, 다이아몬드 라이크 카본을 보호층(73)으로서 4 nm 성막했다. 이 보호층(73)을 성막하는 과정도 도 4에 도시하는 제조 방법에서는 설명이 생략되어 있다.

보호층(73) 상에는 레지스트를 도포하고, 나노임프린트 프로세스를 이용하여, 직경 150 nm∼200 nm의 기둥형의 레지스트 패턴(74)을 형성했다.

레지스트 패턴(74)의 위쪽에서부터 6 keV로 가속한 N₂ ⁺ 이온과 N⁺ 이온의 혼합 이온(75)을 조사하여 자성막(72)에 주입했다. 전술한 바와 같이 이온의 가속 전압은, 자성막(72)의 중심부에 이온이 주입되도록 설정했다.

한편, 이온의 가속 전압은, 현실적인 자성막의 막 두께나 이온 주입시에 있어서의 자성막에의 손상을 고려하면, 4 keV 이상, 50 keV 이하인 것이 바람직하다.

이온 주입 후, 레지스트 패턴(74)을 SCl 세정에 의해서 제거하여 실시예를 얻었다.

전술한 실시예에 대하여, 비교예로서, 이온종으로서 N⁺ 이온만을 이용한 제1 비교예와, 이온종으로서 N₂ ⁺ 이온만을 이용한 제2 비교예를 작성했다. 이들 비교예에서도, 각 이온의 가속 전압은, 자성막(72)의 중심부에 이온이 주입되도록 설정했다.

이와 같이 얻은 실시예, 제1 비교예 및 제2 비교예 각각에서의 이온 주입 효과를 확인했다.

도 6 및 도 7은, 실시예, 제1 비교예 및 제2 비교예 각각에서의 이온 주입의 효과를 나타내는 그래프이며, 도 6 및 도 7의 횡축은, 이온의 주입량을 나타내고, 도 6의 종축은 보자력, 도 7의 종축은 포화 자화를 나타내고 있다.

도 6으로부터는, 실시예(둥근 모양으로 플롯)에서도 상기한 2개의 비교예(제1 비교예는 삼각 모양으로 플롯, 제2 비교예는 사각 모양으로 플롯)에서도, 5×10¹⁵/cm²의 주입량으로 보자력이 소실되고 있어, 인공 격자의 적층 구조에 의해 발생하고 있는 수직 자기 이방성을 소멸시키는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다. 한편, 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예(둥근 모양으로 플롯)에서는, 혼합 이온을 이용함으로써, 포화 자화를 완전히 소실시킬 수 있는 데 대하여, 2개의 비교예(제1 비교예는 삼각 모양으로 플롯, 제2 비교예는 사각 모양으로 플롯)와 같이 N⁺나 N₂ ⁺의 단독 이온을 이용한 경우에는, 자화 저감에 의해 많은 주입량이 필요하고, 더구나, 완전히 포화 자화를 소실시키는 것은 곤란했다.

이들 그래프가 나타내는 바와 같이, 실시예에서는, 이온 주입량이 1×10¹⁵(atoms/cm²) 이상, 1×10¹⁶(atoms/cm²) 이내에서 보자력과 포화 자화의 양방이 소실되는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 상기 혼합 이온을 이용함으로써 자성 도트 서로의 자기적 상호 작용을 효과적으로 감소시킬 수 있었다. 한편, 이온 주입량이 2×10¹⁶(atoms/cm²) 이상에 도달하면, 자성막의 막 두께가 이온 주입에 의해서 감소해 버려, 매체 표면의 평활성을 어지럽혀 버릴 우려가 있기 때문에, 이온 주입량은 2×10¹⁶(atoms/cm²) 미만으로 억제하고, 바람직하게는 1×10¹⁶(atoms/cm²) 이내로 하는 것이 좋다.

이상, 설명한 바와 같이, 실시예, 제1 비교예 및 제2 비교예 각각에 있어서의 이온 주입 효과의 비교로부터, N₂ ⁺ 이온과 N⁺ 이온의 혼합 이온 쪽이, N₂ ⁺이나 N⁺의 단독 이온에 비해서 이온 주입에 의한 포화 자화의 저감 효과가 높고, 소량의 주입량이라도 포화 자화를 소실시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. 이로부터, 이온 도핑 방식에 의한 자기 기억 매체 제조 방법에 있어서, 이온종에 상기 혼합 이온을 이용함으로써 주입 시간을 단축하여, 양산성을 손상시키지 않고서 자기 기억 매체를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

한편, 전술한 설명에서는, 자성 도트 형성을 위한 바람직한 마스크로서 레지스트 패턴을 이용하는 것이 예시되어 있지만, 전술한 기본 형태에서의 이온 주입에서는, 특히 매체의 표면에, 매체면에 접촉하지 않도록 스텐실 마스크를 배치하여 이온 주입하는 프로세스를 이용하더라도 좋으며, 이 프로세스에서는 레지스트 도포와 레지스트 제거 공정을 생략할 수 있다. 또한, 전술한 설명에서는, 레지스트 패터닝의 최선의 예로서 나노임프린트 프로세스를 이용하는 것이 나타내어져 있지만, 패터닝에는 전자선 노광을 이용하더라도 좋다.

100 : 하드 디스크 장치 10 : 자기 디스크
61 : 기판 62 : 자성막
62a : Co의 원자층 62b : Pd의 원자층
62c : 자성 도트 62d : 분단 영역

Claims

기판 상에 자성막을 형성하는 자성막 형성 과정과,
상기 자성막의, 각각에 정보가 자기적으로 기록되는 자성 도트가 되는 복수 부위를 제외한 다른 부위에 국소적으로, N₂ ⁺ 이온과 N⁺ 이온의 혼합 이온을 주입하여 포화 자화를 저하시킴으로써, 상기 자성 도트의 상호간에, 상기 자성 도트의 포화 자화보다도 작은 포화 자화를 갖는 도트간 분단 영역을 형성하는 도트간 분단 과정을 갖는 것을 특징으로 하는 자기 기억 매체 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 자성막 상에, 상기 자성 도트가 되는 복수 부위에, 그 자성 도트에의 이온 주입을 저해하는 마스크를 형성하는 마스크 형성 과정을 가지며,
상기 도트간 분단 과정은, 상기 마스크가 복수 부위에 형성된 자성막의 위에서부터 상기 혼합 이온을 댐으로써, 상기 마스크로 보호된 자성 도트 사이의 부위에 국소적으로 상기 혼합 이온을 주입하는 과정인 것을 특징으로 하는 자기 기억 매체 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자성막 형성 과정은, 상기 기판 상에 복수 종류의 원자층을 교대로 적층하여 인공 격자 구조의 자성막을 형성하는 과정인 것을 특징으로 하는 자기 기억 매체 제조 방법.
제3항에 있어서, 상기 자성막 형성 과정은, Co 원자층과 백금속의 원자층을 교대로 적층하여 상기 인공 격자 구조의 자성막을 형성하는 과정인 것을 특징으로 하는 자기 기억 매체 제조 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 자성막 형성 과정은, Co 원자층과 Pd 원자층을 교대로 적층하여 상기 인공 격자 구조의 자성막을 형성하는 과정인 것을 특징으로 하는 자기 기억 매체 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 마스크 형성 과정은, 상기 마스크를 레지스트로 형성하는 과정인 것을 특징으로 하는 자기 기억 매체 제조 방법.
제2항 또는 제6항에 있어서, 상기 마스크 형성 과정은, 상기 마스크를 레지스트로, 나노임프린트 프로세스에 의해서 형성하는 과정인 것을 특징으로 하는 자기 기억 매체 제조 방법.
기판과,
기판 상에 복수 형성된, 각각이 자성막을 갖는, 각각에 정보가 자기적으로 기록되는 자성 도트와,
상기 자성 도트의 상호간에 형성된, 상기 자성 도트의 자성막과 구조적으로 연속된 막을 가지며, 그 막에 N₂ ⁺ 이온과 N⁺ 이온의 혼합 이온이 주입되어 상기 자성 도트의 포화 자화보다도 작은 포화 자화를 갖는 도트간 분단 영역을 구비한 것을 특징으로 하는 자기 기억 매체.
제8항에 있어서, 상기 자성 도트는, 상기 기판 상에 복수 종류의 원자층이 교대로 적층되어 이루어지는 인공 격자 구조의 자성막을 갖는 것이며,
상기 도트간 분단 영역은, 상기 인공 격자 구조와 연속된 인공 격자 구조를 가지며, 이 연속된 인공 격자 구조에 상기 혼합 이온이 주입된 것을 특징으로 하는 자기 기억 매체.
제9항에 있어서, 상기 인공 격자 구조는, Co 원자층과 백금속의 원자층이 교대로 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 자기 기억 매체.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 인공 격자 구조는, Co 원자층과 Pd 원자층이 교대로 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 자기 기억 매체.
기판;
기판 상에 복수 형성된, 각각이 자성막을 갖는, 각각에 정보가 자기적으로 기록되는 자성 도트;
상기 자성 도트의 상호간에 형성된, 상기 자성 도트의 자성막과 구조적으로 연속된 막을 가지며, 그 막에 N₂ ⁺ 이온과 N⁺ 이온의 혼합 이온이 주입되어 상기 자성 도트의 포화 자화보다도 작은 포화 자화를 갖는 도트간 분단 영역을 구비한 자기 기억 매체;
상기 자기 기억 매체에 근접 또는 접촉하여 상기 자성 도트에 자기적으로 정보의 기록, 재생 또는 양자 모두를 행하는 자기 헤드; 및
상기 자기 헤드를 상기 자기 기억 매체 표면에 대하여 상대적으로 이동시켜, 상기 자기 헤드에 의한 정보의 기록, 재생 또는 양자 모두가 행해지는 자성 도트 상에 상기 자기 헤드를 위치 결정하는 헤드 위치 제어 기구
를 구비한 것을 특징으로 하는 정보 기억 장치.
제12항에 있어서, 상기 자성 도트는, 상기 기판 상에 복수 종류의 원자층이 교대로 적층되어 이루어지는 인공 격자 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 정보 기억 장치.
제12항에 있어서, 상기 자성 도트는, 상기 기판 상에 복수 종류의 원자층이 교대로 적층되어 이루어지는 인공 격자 구조의 자성막을 갖는 것이며,
상기 도트간 분단 영역은, 상기 인공 격자 구조와 연속된 인공 격자 구조를 가지며, 이 연속된 인공 격자 구조에 상기 혼합 이온이 주입된 것을 특징으로 하는 정보 기억 장치.
제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 인공 격자 구조는, Co 원자층과 Pd 원자층이 교대로 적층된 구조인 것을 특징으로 하는 정보 기억 장치.