(57)【要約】【課題】端部上に磁性材料を有する柱を備え、かつ本質的に磁気モーメントを有さないトレンチを備えたパターン化垂直磁気記録媒体、ならびにプリエッチングされた基板の使用を可能にする媒体の製造プロセスが求められている。【解決手段】磁性材料をそれらの端部２３１上に有する離間した柱２３０を有し、柱２３０の間に非磁性のトレンチ２３２を備えたタイプのパターン化垂直磁気記録媒体が、プリエッチングされた基板２１２の使用を可能にする方法を用いて作成される。基板２１２は、トレンチ２３２においてほぼ平面の表面２１４を有するとともに、加熱されると、磁気記録層材料中に拡散し、記録層に標準的に使用される元素の１つまたは複数と化学反応する材料を含む。柱２３０は、記録層２３４中に拡散しない材料で形成される。【選択図】図３Ｃ
2008123663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ平面の表面と、前記表面からほぼ垂直に延びる複数の離間した柱とを有する基板と、
前記柱の頂部上の垂直磁気異方性を有する記録層であって、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｔ、およびＰｄから成る群から選択された１つまたは複数の元素を含む材料で形成された記録層と、
前記柱の間の前記表面にある、前記記録層の元素の少なくとも１つを含む非磁性領域とを備える、パターン化磁気記録媒体。
【請求項２】
前記基板がＳｉおよびＧｅから選択された材料を含み、前記非磁性領域が、前記少なくとも１つの記録層元素と前記選択されたＳｉまたはＧｅとの化合物を含む、請求項１に記載の媒体。
【請求項３】
前記基板が、前記ほぼ平面の表面を有するほぼ非晶質のＳｉの層を備え、前記非磁性領域が、前記少なくとも１つの記録層元素とＳｉとの化合物を含む、請求項１に記載の媒体。
【請求項４】
前記基板が、軟磁性かつ透磁性の材料の下層と、前記下層と前記非晶質Ｓｉ層の間の拡散障壁とをさらに備える、請求項３に記載の媒体。
【請求項５】
前記基板が、前記ほぼ平面の表面を有する第１の拡散障壁を備え、前記柱がＳｉおよびＧｅから選択された材料を含み、前記非磁性領域が、前記柱からの前記選択されたＳｉまたはＧｅをさらに含むとともに、前記記録層と前記柱の端部との間に第２の拡散障壁をさらに備える、請求項１に記載の媒体。
【請求項６】
前記基板が、軟磁性かつ透磁性の材料の下層をさらに備え、前記第１の拡散障壁が前記下層上に形成された、請求項５に記載の媒体。
【請求項７】
前記柱が、窒化シリコン、酸化シリコン、酸化アルミニウム、Ｗ、Ｗ合金、Ｍｏ、Ｍｏ合金、Ｎｂ、Ｎｂ合金、Ｔａ、Ｔａ合金、Ｒｅ、およびＲｅ合金から成る群から選択された非磁性材料で形成された、請求項１に記載の媒体。
【請求項８】
前記記録層が、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｆｅ／Ｐｔ、およびＦｅ／Ｐｄの多層から成る群から選択された多層である、請求項１に記載の媒体。
【請求項９】
前記記録層の材料が粒状Ｃｏ合金を含む、請求項１に記載の媒体。
【請求項１０】
前記記録層の材料が、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｄ、ＦｅＰｔ、およびＦｅＰｄから成る群から選択された化学的規則性をもつ合金を含む、請求項１に記載の媒体。
【請求項１１】
前記柱が、複数のほぼ同心の円形トラックの形で前記基板上に配置された、請求項１に記載の媒体。
【請求項１２】
前記柱が、相互に垂直な列の配列の形で前記基板上に配置された、請求項１に記載の媒体。
【請求項１３】
Ｓｉを含むとともに、ほぼ平面の表面と、前記表面からほぼ垂直に延びる、ほぼ同一平面上にある端部を有する複数の離間した柱とを有する基板と、
前記柱の前記端部上の垂直磁気異方性を有する記録層であって、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｔ、およびＰｄから成る群から選択された１つまたは複数の元素を含む材料で形成された記録層と、
前記柱の間の前記表面にある、Ｓｉと前記記録層の元素の少なくとも１つとの化合物を含む非磁性領域とを備える、パターン化磁気記録媒体。
【請求項１４】
前記基板が、前記ほぼ平面の表面を有するほぼ非晶質のＳｉの層を備える、請求項１３に記載の媒体。
【請求項１５】
前記基板が、軟磁性かつ透磁性の材料の下層と、前記下層と前記非晶質Ｓｉ層の間の拡散障壁とをさらに備える、請求項１４に記載の媒体。
【請求項１６】
前記下層の材料が、ＣｏＮｉＦｅ、ＦｅＣｏＢ、ＣｏＣｕＦｅ、ＮｉＦｅ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＴａＮ、ＦｅＮ、ＦｅＴａＣ、ＣｏＴａＺｒ、ＣｏＦｅＴａＺｒ、ＣｏＦｅＢ、およびＣｏＺｒＮｂから成る合金の群から選択された合金を含む、請求項１５に記載の媒体。
【請求項１７】
前記記録層が、ＣｏおよびＦｅから成る群から選択された第１の材料の層と、ＰｔおよびＰｄから成る群から選択された第２の材料の層とが交互になった多層を備える、請求項１３に記載の媒体。
【請求項１８】
前記記録層の材料が粒状Ｃｏ合金を含む、請求項１３に記載の媒体。
【請求項１９】
前記記録層の材料が、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、およびＢの１つまたは複数の酸化物をさらに含む、請求項１８に記載の媒体。
【請求項２０】
前記記録層の材料が、ＣｏＰｔ、ＣｏＰｄ、ＦｅＰｔ、およびＦｅＰｄから成る群から選択された化学的規則性をもつ合金を含む、請求項１３に記載の媒体。
【請求項２１】
前記媒体が磁気記録ディスクであり、前記柱が、複数のほぼ同心の円形トラックの形で前記基板上に配置された、請求項１３に記載の媒体。
【請求項２２】
前記柱が、相互に垂直な列の配列の形で前記基板上に配置された、請求項１３に記載の媒体。
【請求項２３】
請求項１３に記載の媒体と、
前記柱の前記端部上の前記記録層を、前記柱がそこから延びる前記基板表面にほぼ垂直な方向で磁化する書込みヘッドと、
前記柱端部上の磁化された前記記録層を検出する読取りヘッドとを備える、垂直磁気記録システム。
【請求項２４】
ＳｉおよびＧｅから選択された材料を含むとともに、ほぼ平面の表面と、前記表面からほぼ垂直に延びる複数の柱であって、ほぼ同一平面上にある端部を有し、前記表面において柱の間にトレンチを規定するように前記表面上で離間している柱とを有する基板を提供する工程と、
前記柱の端部上および前記トレンチ内に、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｔ、およびＰｄから成る群から選択された１つまたは複数の元素を含む垂直磁気記録材料の層を蒸着する工程と、
前記記録材料の層を蒸着した後に、前記選択されたＳｉまたはＧｅを、前記トレンチ内の前記記録層元素の少なくとも１つと化学反応させるため、前記基板を加熱する工程とを含む、パターン化垂直磁気記録媒体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、磁気記録ハードディスクドライブに使用されるディスクなどの、パターン化垂直磁気記録媒体に関し、より具体的には、窪んだ非磁性領域によって互いから分離された隆起した磁気データ島にデータビットが記憶されるパターン化ディスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
データ密度を増加させるため、パターン化磁気記録媒体を備えた磁気記録ハードディスクドライブが提案されてきた。パターン化媒体では、ディスク上の磁気記録層は、同心のデータトラックの形で配置された小さな分離されたデータ島状にパターニングされる。パターン化媒体ディスクは、磁化方向が記録層に平行な、またはその面内にある水平磁気記録ディスクか、あるいは磁化方向が記録層に垂直な、またはその面外にある垂直磁気記録ディスクであってよい。パターン化データ島の必要な磁気分離を生成するため、島の間の空間の磁気モーメントは、これらの空間を本質的に非磁性にするように、壊されるか大幅に低減されなければならない。１つのタイプのパターン化媒体では、データ島は、ディスク基板表面の上方に延びる隆起しかつ離間した柱であって、基板表面上で柱の間にトラフまたはトレンチを規定する。柱およびトレンチのプリエッチングされたパターンを有する基板は、リソグラフィおよびナノインプリンティングなどの、比較的低コストの大量生産プロセスを用いて製造することができるので、この種のパターン化媒体は重要である。次に、磁気記録層材料が、柱の端部とトレンチの両方を覆うように、プリエッチングされた基板の全表面の上に蒸着される。トレンチは窪んでいるため、読取りまたは書込みに悪影響を及ぼさない程度に十分に読取り／書込みヘッドから離れていると考えられていた。この種のパターン化媒体は、特許文献１、および非特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，４４０，５２０号明細書
【非特許文献１】Moritzらの「Patterned Media Made From Pre-Etched Wafers: A Promising Route Toward Ultrahigh-Density Magnetic Recording」, IEEE Transactions on Magnetics, Vol.38,No.4, July 2002, pp.1731-1736
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
柱端部上に垂直磁化を有するこの種のパターン化媒体は、超高密度磁気記録の機会を提供すると考えられている。しかし、トレンチ内の磁性材料によってリードバック信号に雑音が生じ、個々のデータビットの書込み（すなわち、柱端部上の記録材料の磁化）にも悪影響を及ぼすことが見出されている。
【０００５】
端部上に磁性材料を有する柱を備え、かつ本質的に磁気モーメントを有さないトレンチを備えたパターン化垂直磁気記録媒体、ならびにプリエッチングされた基板の使用を可能にする媒体の製造プロセスが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、端部上に磁性材料を備えた離間した柱を有するとともに、柱の間に非磁性領域であるトレンチを備えたタイプの、パターン化垂直磁気記録媒体である。媒体は、プリエッチングされた基板の使用を可能にする方法を用いて作成される。基板は、トレンチにおいてほぼ平面の表面を有するとともに、シリコン（Ｓｉ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）などの材料を含み、この材料は、加熱されると、磁気記録層材料中に拡散し、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、プラチナ（Ｐｔ）、およびパラジウム（Ｐｄ）などの、記録層に標準的に使用される元素の１つまたは複数と化学反応する。基板は、半導体グレードの単結晶Ｓｉウェハ、あるいは非晶質Ｓｉ層を有する硬質の支持構造または基部であってもよい。一実施形態では、平面の表面から延びる柱は、記録層中に拡散しない材料で形成される。そのような材料としては、ＳｉＯ２などの酸化シリコン、窒化シリコン（ＳｉＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、および高融点金属、ならびにそれらの合金、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、レニウム（Ｒｅ）が挙げられる。記録層が、柱端部およびトレンチの両方を覆うようにして全表面の上に形成された後、基板は、トレンチ内の記録層材料および基板中の材料が互いの中に拡散し化学反応するのに十分な温度まで、かつそれに十分な時間加熱される。これにより、トレンチ内の記録層材料に強磁性があればそれがなくなるか、または少なくとも大幅に低減され、すなわち、印加磁界に晒された後、トレンチは顕著な磁気モーメントを示さない。ただし、柱は記録層中に拡散しない材料で形成されるので、柱端部上の記録層は加熱による影響を受けない。
【０００７】
基板は、書込みヘッドからの磁界のための磁束戻り経路を提供するため、「軟磁性」の、すなわち比較的保磁力の低い透磁性下層（ＳＵＬ）も含んでもよい。ＳＵＬが使用される場合、基板のＳｉまたはＧｅとＳＵＬ中の磁性材料との間での拡散を防ぐため、柱がそこから延びる表面の下方でＳＵＬ上に拡散障壁が形成される。
【０００８】
別の実施形態では、基板は、ＳｉまたはＧｅで形成された柱がそこから延びる、ほぼ平面の表面を備えた第１の拡散障壁を有する。第２の拡散障壁は、記録層の下方で柱端部上に位置する。拡散障壁は、柱の中のＳｉまたＧｅと記録層材料の間の拡散を防ぐ、ＴａまたはＳｉＮなどの材料であってもよい。基板を加熱している間、トレンチ内の記録層材料およびトレンチ付近の柱の中のＳｉまたはＧｅは、互いの中に拡散し化学反応して、トレンチ内に非磁性領域をもたらす。柱端部上の第２の拡散障壁は、柱のＳｉまたはＧｅと記録層の間の拡散を防ぐ。この実施形態においてＳＵＬが使用される場合、第１の拡散障壁は、柱のＳｉまたはＧｅとＳＵＬ中の磁性材料との間の拡散を防ぐ。
【０００９】
本発明のパターン化垂直磁気記録媒体は、同心の円形データトラックの配列の形で柱がディスク上にパターニングされた、磁気記録ディスクドライブに実装されてもよい。媒体はまた、相互に垂直な列のｘ−ｙ配列の形で柱が基板上にパターニングされた、走査プローブタイプの磁気記録システムに実装されてもよい。
【００１０】
本発明の性質および利点のさらに十分な理解のため、添付図面とともに以下の詳細な説明を参照されたい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、端部上に磁性材料を有する柱を備え、かつ本質的に磁気モーメントを有さないトレンチを備えたパターン化垂直磁気記録媒体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、パターン化垂直媒体を備えた従来技術の垂直磁気記録システムの概略図である。このシステムは、媒体が、同心の円形データトラック状に配置されたパターン化ビットを有する磁気記録ディスクである、磁気記録ディスクドライブに実装することができる。したがって、図１は、ほぼ平面の表面１４を備えた基板１２を含むディスク１０の一部を示す。複数の個別のパターニングされた島または柱３０は、表面１４からほぼ垂直に延びており、基板１２の一部である。柱３０は、柱３０の端部よりも下に窪んだトラフまたはトレンチ３２を残して離間している。垂直磁気記録材料の層３４は、柱３０の端部上、ならびにトレンチ３２内の表面１４上に形成される。各柱３０上の記録層３４は、矢印４０で示されるように垂直に磁化され、その結果、記録されたビットは、ほぼ垂直または面外の配向（すなわち、記録層３４の表面に平行な方向以外）で記録層３４に記憶される。この種のパターン化媒体では、トレンチ内に磁気記録層材料があっても、トレンチと柱端部の間の垂直方向の間隔が、記録ビットが分離されることの根拠である。しかしながら、後述するように、トレンチ内の磁性材料は、ビットの読取りおよび書込みに依然として悪影響を及ぼすことがある。図１に示されるように、基板１２は、硬質のディスク支持構造または基部１８上に形成された、任意の「軟磁性」の、すなわち比較的保磁力の低い透磁性下層（ＳＵＬ）１６も含んでもよい。
【００１３】
図１の概略図には、さらに、読取りヘッド６０および書込みヘッド５０（書込み磁極５２および戻り磁極５４を備える）が示される。書込み電流は、書込みヘッド５０のコイル５６を通り抜けて、書込み磁極５２で磁界（矢印４２）を生成する。この磁界により、書込み磁極の下方で柱３０上の記録層３４が方向４０に磁化される。ＳＵＬ１６は、書込みヘッド５０の書込み磁極５２と戻り磁極５４の間の磁界の磁束戻り経路（矢印１７）としての役割を果たす。記録されたビットは、読取りヘッド６０によって検出され、または読み取られ、このヘッドは、標準的には、ヘッドを構成する層をセンス電流が垂直に通り抜けるトンネル効果ＭＲ（ＴＭＲ）読取りヘッドなどの、磁気抵抗（ＭＲ）読取りヘッドである。読み取られるビット以外のビットからの磁化が読取りヘッド６０に達するのを防ぐため、透磁性材料のシールド６２が使用されてもよい。
【００１４】
図２は、図１に示されるシステムのディスクドライブ実装の平面図である。ドライブ１００は、磁気記録ディスク１０を回転させるためのアクチュエータ１３０および駆動モータを支持するハウジングまたは基部１１２を有する。アクチュエータ１３０は、硬質のアーム１３４を有するとともに矢印１２４によって示されるようにピボット１３２の周りで回転する、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）揺動形アクチュエータであってもよい。ヘッドとサスペンションのアセンブリは、一端がアクチュエータアーム１３４の端部に取り付けられたサスペンション１２１と、サスペンション１２１の他端に取り付けられた空気軸受スライダなどのヘッドキャリア１２２とを含む。サスペンション１２１により、ヘッドキャリア１２２をディスク１０の表面に非常に近接させて維持することが可能になる。読取りヘッド６０（図１）および書込みヘッド５０（図１）は、標準的には、ヘッドキャリア１２２の後縁表面上にパターニングされた一体型の読取り／書込みヘッド（図示なし）として形成される。ディスク１０上の柱３０は、半径方向に離間した同心の円形データトラック１１８の形で配置される。ディスク１０が回転すると、アクチュエータ１３０の動きによって、ヘッドキャリア１２２の後端部上の読取り／書込みヘッドが、ディスク１０上の異なるデータトラック１１８にアクセスすることができるようになる。パターン化媒体に書込みを行うには、書込みパルスが柱のパターンと同期することが求められる。磁化された柱を使用して書込みを計時するパターン化媒体磁気記録システムは、本出願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第６，７５４，０１７号に記載されている。
【００１５】
図１に示されるようなパターン化ディスク１０を備えた垂直磁気記録システムでは、柱３０の端部上の垂直磁気記録層３４のみがリードバック信号に寄与し、各柱３０は１ビットに相当する。トレンチ３２内に位置する磁気記録層材料は、顕著に信号に寄与するものではないが、雑音源となる場合がある。それに加えて、トレンチ内の磁性材料は、直接交換によって、または双極子相互作用を介して間接的に隣接ビットの結合を増加させ、それによって、書込み中におけるビット単位アドレス指定の可能性が妨げられるか、または低減されることがある。トレンチ内の磁性材料は、また、望ましくない漂遊磁界を生成するドメイン構造を有することがあり、それによって、書込み中における隣接ビットの切換えを制御できなくなる場合がある。したがって、柱３０の端部とトレンチ３２の間の垂直方向の間隔を比較的大きくして、ディスク１０を作製することができたとしても、トレンチ内の磁性材料が、最大の信号対雑音比および最適な記録性能に達することを回避するのが望ましい。
【００１６】
図３Ａ〜３Ｃは、製造プロセスの様々な段階における本発明の一実施形態によるディスクの断面図である。図３Ａは、ほぼ平面の表面２１４と表面２１４から延びる柱２３０とを備えた、プリエッチングされた基板２１２の一実施形態を示す。柱は、ほぼ同一平面上にある頂部または端部２３１を有する。表面２１４において柱２３０の間にある領域はトレンチ２３２である。基板２１２は、以下「拡散」材料と呼ばれる、材料の層２１３を含む。拡散層２１３は、加熱されると、標準的にはＣｏ、Ｆｅ、Ｐｔ、およびＰｄなどの１つまたは複数の元素を含む記録層材料中に拡散し、それと化学反応することができる材料で形成される。層２１３に好ましい拡散原料としては、ＳｉおよびＧｅが挙げられる。柱２３０は、「非拡散」材料、すなわち、加熱されても磁気記録層中に拡散せず、またはそれと化学反応しない材料で形成される。したがって、柱２３０は、ＳｉＯ２などの酸化シリコン、窒化シリコン（ＳｉＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、および高融点金属、ならびにそれらの合金、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、およびレニウム（Ｒｅ）で形成されてもよい。
【００１７】
プリエッチングされた基板２１２は、従来のリソグラフィ、直接描画電子ビーム（ｅビーム）リソグラフィ、およびナノインプリンティングなどの、任意の周知の技術によって作製することができる。例えば、基板２１２は、外側表面２１４を有する拡散層２１３としての役割を果たす、半導体グレードの単結晶シリコンウェハなどの硬質のシリコンウェハとして開始してもよい。あるいは、基板２１２は、非晶質Ｓｉ層がその上にスパッタ蒸着され、非晶質Ｓｉ層が外側表面２１４を有する拡散層２１３としての役割を果たす、硬質の基部であってもよい。次に、ＳｉＮまたはＳｉＯ２の非拡散層が、柱２３０に望ましい高さにほぼ対応する厚さまで、全表面２１４の上に蒸着されるか、または形成される。例えば、非拡散層がＳｉＯ２の場合、シリコンウェハの熱酸化によって形成することができる。非拡散層は、柱２３０を形成するために表面２１４までエッチングされるので、炭素（Ｃ）またはアルミニウム（Ａｌ）の厚さ２〜３ｎｍの膜などの任意のエッチング停止層（図示なし）が、非拡散層を蒸着する前に全表面２１４の上に蒸着されてもよい。次に、構造は、パターニングされエッチングされて、柱２３０およびトレンチ２３２のパターンを残して非拡散材料が除去される。次に、第２のエッチングが用いられて、トレンチ２３２内のエッチング停止材料が除去される。
【００１８】
ナノインプリンティングプロセスでは、マスターテンプレートは、標準的には直接ｅビーム描画によって、所望のパターンを有するように作製される。非拡散層、例えばＳｉＯ２が、基板２１２の全表面２１４の上に形成された後、インプリントレジストの薄膜（すなわち、熱可塑性ポリマー）がＳｉＯ２層上にスピン塗布される。次に、規定済みのパターンを有するマスターテンプレートがインプリントレジスト膜と接触するようにされ、テンプレートおよび基板がまとめて圧縮され、熱が加えられる。レジストポリマーが、そのガラス転移温度を超えて加熱されると、テンプレート上のパターンがレジスト膜に圧入される。冷却後、マスターは基板から剥離され、パターン化レジストがＳｉＯ２層上に残される。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用して、レジストのパターンを下にあるＳｉＯ２層に転写することができる。任意のエッチング停止層は、ＲＩＥの終了を容易にするであろう。
【００１９】
直接描画ｅビームパターニングプロセスでは、非拡散層、例えばＳｉＯ２が基板２１２の全表面２１４の上に形成された後、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの薄いレジスト層を、ＳｉＯ２層上に蒸着することができる。次に、レジスト層がｅビーム器具を用いてパターニングされる。このレジスト層を現像すると、穴のパターンがレジスト層に残される。次に、薄いクロム（Ｃｒ）層を、穴の中およびパターニングされたレジスト層上に蒸着することができる。次の剥離プロセスでは、残りのレジストが、その上にあるＣｒとともに除去されて、Ｃｒドットのパターンが残される。このパターンは、Ｃｒドットを使用して、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によってハードマスクとしてＳｉＯ２／Ｓｉ上に転写される。任意のエッチング停止層であれば、ＲＩＥの終了が容易になるであろう。所望のトレンチ深さ（すなわち、柱の高さ）が達成された後、Ｃｒ層が除去され、基板が洗浄される。上述のナノインプリンティングおよび直接描画ｅビームパターニングプロセスは周知であり、G. Huらの「Magnetic and recording properties of Co/Pd islands on prepatterned substrate」，J.Appl.Phys.,Vol.95, No.11, Part 2, 1 June 2004, pp.7013-7015を含む、多数の文献にさらに詳細に記載されている。
【００２０】
図３Ｂは、磁気記録層２３４を蒸着した後の基板２１２の断面図である。非晶質「ダイヤモンド様」炭素膜またはシリコン窒化膜などの保護被膜（図示なし）が、磁気記録層２３４の上に形成されてもよい。磁気記録層２３４の蒸着は、標準的には従来のスパッタ蒸着によって行われ、結果として、記録層２３４の材料が、柱２３０の端部上および表面２１４のトレンチ２３２内に蒸着される。好ましい記録層２３４は、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｆｅ／Ｐｔ、またはＦｅ／Ｐｄ多層などの、垂直磁気異方性を備えた多層である。標準的な例では、４〜１０層のＰｄ膜（それぞれ厚さ約０．４〜１．２ｎｍ）と４〜１０層のＣｏ膜（それぞれ厚さ約０．２〜０．５ｎｍ）とが交互に蒸着されて、Ｃｏ／Ｐｄ多層を形成する。多層を蒸着する前に、厚さ約０．５〜４ｎｍの粘着層（例えば、ＣｒまたはＴａ）および厚さ約０．５〜４ｎｍの最初のＰｄ層を蒸着するのが一般的である。結果として得られる構造の厚さは約６〜１５ｎｍである。柱２３０は、約５〜５０ｎｍの標準的な厚さを有し、柱２３０の中心は約５０〜２５ｎｍだけ離間される。これにより、約２５０〜１０００Ｇｂｉｔｓ／ｉｎ２の面記録密度を有するディスク１０が得られるであろう。
【００２１】
多層に加えて、記録層２３４は、垂直磁気異方性を示す、既知の非晶質または結晶質材料および構造のいずれかで形成されてもよい。したがって、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｖ、およびＢの酸化物などの酸化物を有する、または有さない、ＣｏＰｔ合金またはＣｏＰｔＣｒ合金などの粒状多結晶コバルト合金が使用されてもよい。それに加えて、ＣｏＳｍ合金、ＴｂＦｅ合金、ＴｂＦｅＣｏ合金、ＧｄＦｅ合金などの、希土類元素を含有する磁性材料を使用することが可能である。記録層２３４は、化学的規則性をもつＣｏＰｔ、ＣｏＰｄ、ＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、ＣｏＰｔ３、またはＣｏＰｄ３で形成することもできる。これらの化学的規則性をもつ合金は、それらのバルク形態で、面心正方（ＦＣＴ）Ｌ１０規則相材料として知られている（ＣｕＡｕ材料とも呼ばれる）。Ｌ１０相のｃ軸は磁化容易軸であり、基板に垂直に配向される。Ｃｏ／ＰｔおよびＣｏ／Ｐｄ多層と同様に、これらの層は非常に強い垂直磁気異方性を有する。
【００２２】
本発明では、図３Ｂの構造はアニーリングされる。これにより、トレンチ２３２内の磁気記録層材料および拡散層２１３の材料がともに拡散し、化学反応する、図３Ｃに概略的に示される構造が得られる。これにより、トレンチ２３２内で表面２１４に非磁性領域２３６が作られる。記録層２３４の材料は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｔ、およびＰｄから成る群から選択された少なくとも１つの元素と、拡散層２１３の材料と反応するこれらの元素の少なくとも１つとを含む。アニーリングにより、非磁性領域２３６内に強磁性があればそれがなくなるか、または少なくとも大幅に低減され、すなわちこれらの領域は、印加磁界に晒された後、顕著な磁気モーメントを示さない。しかしながら、柱２３０が、ＳｉＮまたはＳｉＯ２などの非拡散材料で形成されるので、アニーリングは、柱２３０の端部上にある記録層２３４の強磁性特性を大幅には変化させない。例えば、記録層材料がＣｏを含み、拡散層２１３がＳｉまたはＧｅを含む場合、非磁性領域２３６は、非強磁性化合物Ｃｏ２ＳｉまたはＣｏ２Ｇｅをそれぞれ含むであろう。磁気記録層材料および拡散層の組成物中の元素に応じて、形成されてもよい他の可能な非強磁性化合物としては、Ｆｅ３Ｓｉ、Ｆｅ３Ｇｅ、ならびに一連の準安定性の結晶質および非晶質合金が挙げられる。ＳｉおよびＧｅを強磁性ＣｏおよびＦｅを用いて拡散させて、磁性領域を非磁性にすることが知られている。例えば、米国特許第５，５８５，１４０号明細書は、最初に、ＳｉまたはＧｅの同心円を有する連続的な磁気薄膜をパターニングし、次にアニーリングを施して、非磁性の同心円によって分離された同心の磁気データトラックの平面の表面を作成することにより、水平記録用のディスクリートトラック型磁気記録ディスクを製造することを記載している。
【００２３】
アニーリングの時間および温度は、記録層および拡散層の材料、ならびに記録層材料の厚さに応じて実験によって決定することができる。１つの例では、合計厚さが１１ｎｍである８層の交互膜を有するＣｏ／Ｐｄ多層を、単結晶シリコンウェハ上に蒸着した。２６０゜Ｃで１０分間アニーリングを施すことにより、多層中の強磁性は完全になくなった。それと比較して、同じ多層を、単結晶シリコンウェハ上の厚さ１．５ｎｍのＴａ非拡散層上に形成し、同じ温度で同じ時間アニーリングを施したとき、多層の強磁性に対する影響は検出できなかった。
【００２４】
図３Ｂ〜３Ｃは、柱２３０の頂部２３１上の記録層材料を、トレンチ２３２内の記録層材料から物理的に、したがって磁性的に分離できるように、記録層２３４の材料が柱２３０の側壁上には蒸着されないプロセスを示す。
【００２５】
ただし、後に続くアニーリングによって、柱の頂部上の記録層材料が磁気的に分離されるようにして、柱が個別のデータビットとして機能できるようにすることが可能なので、記録層２３４の材料が柱の側壁上に蒸着されるのを防ぐ必要はない。これにより、柱を大幅に短くすることが可能になる。このことは図３Ｄ〜３Ｅに示される。図３Ｄでは、柱は図３Ｃよりも短いものとして示されており、記録層２３４の材料は、柱２３０の頂部２３１、柱の側壁２０９、およびトレンチ２３２の全体に、ほぼ連続的な膜として蒸着されるものとして示される。これにより、トレンチ２３２内の強磁性材料が、柱２３０の頂部の強磁性材料と交換結合され、その結果、柱２３０の頂部２３１の材料が個別のデータビットとして機能することがなくなる。しかしながら、アニーリングを施すと、非磁性領域２３６が形成されるため、トレンチ２３２内の強磁性が抑制され、その結果、柱の頂部上の強磁性材料が分離される。このことは図３Ｅに示される。これにより、別の方法では蒸着後に磁性ビットを分離するのに十分な高さを有さないであろう柱を使用することが可能になり、プリエッチングされた基板を形成するリソグラフィプロセスが大幅に簡略化される。
【００２６】
図３Ｄ〜３Ｅに示されるプロセスは、実験によって実証されている。プリエッチングされた基板は、Ｓｉウェハ上にパターニングされた厚さ２ｎｍのＴａと３ｎｍのＳｉＯ２から成る厚さ５ｎｍの柱を有して形成された。柱は、直径５００ｎｍであり、１０００ｎｍだけ分離された。［Ｃｏ（０．３ｎｍ）／Ｐｄ（０．９ｎｍ）×８］の強磁性多層が、柱、柱の側壁、およびトレンチの全体にわたって、パターン化ウェハ上に蒸着された。磁力顕微鏡（ＭＦＭ）画像により、柱およびトレンチのコントラストと、柱上およびトレンチ内の磁性材料が強力に交換結合されたこととが示された。次に、構造は、真空中で１８５゜Ｃで１０分間アニーリングされた。アニーリング後のＭＦＭ画像により、柱からの磁気信号を除いて、トレンチからの磁気コントラストがもはや明白ではないことが示された。アニーリング後のカー磁化測定の測定値によっても、トレンチからの信号が抑制され、柱の強磁性頂部が独立に反転することが示された。
【００２７】
図４は、図３Ｃに示されるのと類似の、ただし基板２１２’がＳＵＬ２１６を含む本発明の一実施形態の断面図である。ＳＵＬ２１６は、基板の硬質支持構造または基部２１８上に形成される。ＳＵＬ２１６は、ＣｏＮｉＦｅ、ＦｅＣｏＢ、ＣｏＣｕＦｅ、ＮｉＦｅ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＴａＮ、ＦｅＮ、ＦｅＴａＣ、ＣｏＴａＺｒ、ＣｏＦｅＴａＺｒ、ＣｏＦｅＢ、およびＣｏＺｒＮｂの合金などの透磁性材料で形成された単一層であるか、または、ＡｌおよびＣｏＣｒなどの導電性膜もしくはＲｕおよびＩｒなどの反強磁性結合膜などの非磁性膜によって分離された、複数の軟磁性膜で形成された積層構造であってもよい。基部２１８は、任意の市販のガラスディスク素材であってもよいが、ＮｉＰで表面コーティングされた従来のアルミニウム合金、または、シリコン、カナサイト、もしくは炭化シリコンなどの別のディスク素材であってもよい。ＡｌＴｉ合金などの、ＳＵＬ成長用の任意の粘着層（図示なし）が、ＳＵＬ２１６を蒸着する前に基部２１８上に形成されてもよい。
【００２８】
図４に示されるように、柱２３０に使用されたもののような任意の材料であってもよい拡散障壁２１９が、ＳＵＬ２１６の上方に形成される。例えば、厚さ１．５ｎｍのＴａ層は、拡散障壁２１９としての役割を果たしてもよい。この実施形態では、拡散層２１３’は拡散障壁２１９上に形成され、スパッタ蒸着された非晶質Ｓｉの層であってもよい。アニーリング中、拡散障壁２１９は、ＳＵＬ２１６中の磁性材料と拡散層２１３’中の材料との間の拡散を防ぐ。
【００２９】
図５Ａは、本発明の別の実施形態における、パターニング前の基板３１２の断面図である。パターニング後、基板３１２は、柱３３０（点線で示される）がそこから延びるほぼ平面の表面３１４を備えた第１の拡散障壁を有するようになり、柱端部上に第２の拡散障壁３２０の材料を有して、柱３３０が拡散層３１３の材料で形成される。したがって、基板３１２は、基部３１８、ＳＵＬ３１６、第１の拡散障壁３１９、拡散層３１３、および第２の拡散障壁３２０を含む。
【００３０】
図５Ｂは、磁気記録層３３４をパターニングし蒸着した後、かつアニーリングを施した後の基板３１２の図である。この実施形態では、柱３３０は、ＳｉまたはＧｅなどの拡散材料で形成されるが、それらの端部上にＴａなどの拡散障壁層３２０を有する。アニーリングの間、トレンチ３３２内の磁気記録層材料と柱３３０の中のＳｉまたはＧｅとは、互いの中に拡散し反応して、表面３１４でトレンチ内に非磁性領域３３６を作る。拡散障壁３２０は、柱３３０のＳｉまたはＧｅと磁気記録層３３４との間の拡散を防ぐ。拡散障壁３１９は、柱３３０のＳｉまたはＧｅとＳＵＬ３１６中の磁性材料との間の拡散を防ぐ。拡散層２１３’を有する図４の実施形態と異なり、拡散層３１３が柱３３０としても機能するので、この実施形態により、磁気記録層３３４がＳＵＬ３１６により近接して位置することが可能になる。
【００３１】
本発明のパターン化磁気記録媒体を、磁気記録ディスクドライブに実装されるものとして説明してきた。しかしながら、媒体はまた、Eleftheriouらの「Millipede-A MEMS-Based Scanning-Probe Data-Storage System」, IEEE Transactions on Magnetics, Vol.39, No.2, March 2003, pp.938-945に記載されているものなどの、走査プローブシステムに実装されてもよい。「ミリピード」システムは、プローブ先端部を加熱することによってデータが記録されて、ポリマー記憶媒体中にピットを生じさせる、熱機械的システムである。本発明の走査プローブ実施形態が図６に示される。磁気記録媒体は、基板基部４１８、平面の表面４１４を有する拡散層４１３、および表面４１４から延びる柱４３０とともに示される。柱４３０は、それらの端部上に垂直磁気記録材料を有し、表面４１４上の相互に垂直な列のｘ−ｙ配列として配置される。基板基部４１８は、ｘｙｚスキャナのプラットフォーム５０２上で支持される。カンチレバー５１１が関連付けられた一連の磁力顕微鏡（ＭＦＭ）タイプのプローブ先端部５１０が、チップ５２０上に作製される。書込みのための磁界を生成することが可能なＭＦＭタイプのプローブは、米国特許第５，９００，７２９号明細書に記載されている。チップ５２０および記録媒体は、ｘｙｚスキャナによって、互いに対してｘ−ｙ方向に移動可能である。したがって、各プローブは、配列全体の１つの区画のみと関連付けられ、その区画内の柱のみに対処する。多重ドライバ（ＭＵＸ）５３０、５３２により、書込み電流を各ＭＦＭプローブに個別に送達することが可能になる。上述の、また図６に示される走査プローブシステムは、一連のプローブを有する。しかしながら、本発明による走査プローブ磁気記録システムは、従来のＭＦＭシステムの方式で、ｘｙｚスキャナと協働する単一のプローブのみでも可能である。
【００３２】
本発明を、好ましい実施形態を参照して具体的に示しかつ説明してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更が行われてもよいことが、当業者には理解されるであろう。したがって、開示される発明は単に例示目的のものであり、その範囲は、添付の特許請求の範囲に明記されるものによってのみ限定されるものと見なされる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来技術のパターン化垂直媒体を備えた垂直磁気記録システムの概略図である。
【図２】図１に示されるシステムのディスクドライブ実装の平面図であり、同心の円形トラックの形で配置されたパターン化ビットを示す。
【図３Ａ】製造プロセスの段階における本発明の一実施形態によるディスクの断面図である。
【図３Ｂ】製造プロセスの段階における本発明の一実施形態によるディスクの断面図である。
【図３Ｃ】製造プロセスの段階における本発明の一実施形態によるディスクの断面図である。
【図３Ｄ】記録層材料が柱の側壁上にも蒸着される、図３Ａ〜３Ｃのプロセスの変形例を示す断面図である。
【図３Ｅ】記録層材料が柱の側壁上にも蒸着される、図３Ａ〜３Ｃのプロセスの変形例を示す断面図である。
【図４】図３Ｃに示されるのと類似の、ただし基板が軟磁性下層（ＳＵＬ）を含む本発明の一実施形態の断面図である。
【図５Ａ】パターニング前の本発明の別の実施形態のための基板の断面図である。
【図５Ｂ】磁気記録層をパターニングし蒸着した後、かつアニーリングを施した後の図５Ａの基板の図である。
【図６】本発明の走査プローブ実装の図であり、相互に垂直な列のｘ−ｙ配列の形で配置されたパターン化ビットを示す。
【符号の説明】
【００３４】
１０…パターン化ディスク、
５０…書込みヘッド、
６０…読取りヘッド、
２１２、２１２′、３１２…基板、
２１３、２１３′、３１３…拡散層、
２１４、３１４…表面、
２１６、３１６…透磁性下層（ＳＵＬ）、
２１８、３１８…基部、
２１９、３１９、３２０…拡散障壁、
２３０、３３０…柱、
２３２、３３２…トレンチ、
２３４、３３４…記録層、
２３１…端部、
２３６、３３６…非磁性領域。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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