(57)【要約】本発明は、磁区拡大記録媒体及びこのような記録媒体の基板（４０）をより効率的に処理する方法に関するものである。ステンシルマスクを用いたイオンビーム投射リソグラフィ処理により記録媒体の基板の表面構造を処理し、記録層（５０）に磁区、トラックパターン又はサーボパターン、或いはこれらの任意の組み合わせを規定する。このことにより、反復精度及び速度を向上させることができる。
2006505087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
読み出し層中で磁壁を移動させることにより記録層の磁区を拡大しこの磁区により表される情報を再生するようにした磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法であって、
ａ）少なくとも１つのイオンビームを、所定のパターンを有するマスクに通してこの所定のパターンを前記基板に向けて投射するイオンビーム投射工程と、
ｂ）投射部において前記少なくとも１つのイオンビームにより表面を処理する処理工程と、
ｃ）処理を行った前記表面上に前記記録層を堆積し、前記投射部に対応する部分で前記記録層中にデータ構造の磁区を規定するようにする工程と
を有する磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法において、
この処理方法が、更に、前記イオンビーム投射工程を行う前に、前記基板上にシード金属又は誘電体材料の追加層を堆積する初期工程を有し、前記処理工程においてこの追加層の表面を処理する磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法。
【請求項３】
請求項１に記載の磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法において、
前記処理工程において、前記基板の表面を処理する磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法。
【請求項４】
請求項１に記載の磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法において、
前記処理工程が、前記投射部において粗面化領域又は平滑領域のパターンを形成するスパッタリング処理工程である磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法において、
前記処理工程が、所定の表面部分における光学特性を変えて前記記録媒体のトラック構造を規定するようにする磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法。
【請求項６】
請求項５に記載の磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法において、
前記データ構造及び前記トラック構造を形成するのにそれぞれ第１マスク及び第２マスクを、又はその逆のマスクを使用する磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法において、
前記トラック構造に対して、前記イオンビーム投射工程及び前記処理工程を少なくとも２回実施する磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか一項に記載の磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法において、
前記イオンビーム投射工程と、前記処理工程とを、前記表面に埋め込みサーボ情報をパターン化するようにする磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法において、
この処理方法が、更に、前記少なくとも１つのイオンビームの焦点を制御して前記表面の粗さを変化させる工程を有する磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法において、
前記データ構造を形成するのに第１焦点を使用し、サーボパターンを形成するのに第２焦点を使用する磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法において、
前記イオンビーム投射工程及び前記処理工程においてディスク全体をパターン化する磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法において、
この処理方法が、更に、電子ビームリソグラフィ処理及びその後の半導体エッチング処理により前記マスクを形成する工程を有する磁区拡大記録媒体用の基板の処理方法。
【請求項１３】
読み出し層中で磁壁を移動させることにより記録層の磁区を拡大しこの磁区により表される情報を再生するようになっている磁区拡大記録媒体であって、記録層のデータパターン、トラックパターン及びサーボパターンのうちの少なくとも１つを規定する所定のパターンでイオンビーム投射リソグラフィ処理が行われた中間面を有する磁区拡大記録媒体。
【請求項１４】
請求項１３に記載の磁気拡大記録媒体において、
前記処理が行われた中間面が、前記記録媒体の基板の表面に一致している磁区拡大記録媒体。
【請求項１５】
請求項１３に記載の磁気拡大記録媒体において、
前記処理が行われた中間面が、前記記録媒体の基板上に堆積されたシード又は誘電体層の表面に一致している磁区拡大記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁壁を移動させることにより磁区を拡大しこの磁区により表される情報を再生する読み取り専用の磁区拡大記録媒体、及びこのような媒体の基板を処理する方法に関するものである。
【０００２】
光磁気記録システムにおいて、記録されるマークの最小幅は、回折限界、即ち集束レンズの開口数(ＮＡ)及びレーザーの波長により定められる。マークの幅は、一般にレーザーの波長をより短くし、集束光学系のＮＡをより大きくすることにより減少する。光磁気(ＭＯ)媒体の面記録密度を増大させるには、極めて小さい磁区を書き込む能力が必要である。磁区拡大媒体は、代表的に、ポリカーボネート基板と、反射熱伝導層と、第１誘電体層と、硬磁性の例えばTbFeCoとした記録層であって、軟磁性の例えばGdFeCoとした読み出し層に、第２誘電体層を介して静磁気的に又は中間磁気層を介して直接交換結合により結合している当該記録層と、第３誘電体層と、アクリル樹脂のカバー層とから構成されているか、或いはこれら層の任意の組み合わせにより構成されている。データの記録は、集束したレーザー又はその他の放射スポットにより、約２０ｎｍの厚さの薄肉記録層をキュリー温度まで加熱し、その後これを磁界の存在下で冷却させる熱磁気書き込み技術により行う。これにより、加熱された領域はこの磁界の方向と平行な帯磁方向をもって「フリーズ」する。都合の良いことに、書き込み処理は、レーザーのスポット寸法ではなく加熱された領域の寸法に限定される熱処理である。現在のところ、小さな磁区を書き込む能力は、磁区を読み取る能力を著しく上回っている。書き込み処理は、レーザー出力を変調する方式、例えば光度変調方式（ＬＩＭ）や、外部磁界を変調する方式、例えば磁界変調方式（ＭＦＭ）や、又はこれらの双方の変調方式、例えばレーザー励起ＭＦＭ方式（ＬＰ−ＭＦＭ）により達成される。データの読み取りは、記録層に書き込まれた磁区を読み出し層にコピーして、この磁区を光学読み出しスポットを満たすように拡大する磁区拡大法により達成される。
【０００３】
ＭＡＭＭＯＳ(磁気増幅磁気システム)は、静磁結合による記録層及び読み出し層に基づく磁区拡大法であって、読み出しの層における磁区の拡大及び拡大された磁区の消滅に磁界変調方式を利用するものである。外部磁界を加えてレーザーによる加熱処理を行うと、書き込みマークが、保磁力の高い記録層から保磁力の低い読み出し層にコピーされる。この読み出し層の保磁力が低いため、コピーされた書き込みマークが拡大して光学スポットを満たすようになり、マークの寸法に拘わらない飽和信号レベルでマークを検出することができる。外部磁界の磁性を反転させて拡大された磁区を消滅させる。その一方で、記録層のスペースはコピーされないし拡大も起こらない。従って、この場合には信号は検出されない。
【０００４】
磁壁移動検出法(ＤＷＤＤ)は、交換結合による記録層及び読み出し層に基づく他の磁区拡大（ＤｏｍＥｘ）法であって、Proc. MORIS’97, J.Magn. Soc. Jpn., 1998, Vol.22, Supple. No.S2の第47〜50頁にT. Shiratori氏等により開示されたものである。ＤＷＤＤ媒体においては、記録層に記録されたマークが、交換結合力により中間スイッチング層を介して移動層に転写される。再生用のレーザースポットがディスクの記録トラック上に照射されると温度が上昇する。スイッチング層の温度がキュリー温度を超えると磁化が消滅し、それにより各層間の交換結合力を消滅させる。交換結合力は、移動層中に転写マークを保持する力の１つである。交換結合力が消滅すると、記録されたマークを包囲する磁壁が高温部に移動し、これにより磁壁のエネルギーを小さくし、小さな記録マークを拡大させる。移動層中に転写された磁壁は、あたかもゴムバンドで引っ張られているように移動する。このことにより、記録が高密度でなされていてもレーザビームによる読み出しができるようになる。
【０００５】
このように、ＭＡＭＭＯＳ及びＤＷＤＤのような磁区拡大技術により、光スポットの寸法よりも遙かに小さいがＭＳＲの場合より遙かに大きい信号を有するビットを読み出すことができる。種々のディスク積層体は、必ず記録層及び読み出し層を有しており、これらの層は、静磁結合又は交換結合により結合しうるものである。ＲＦ ＭＡＭＭＯＳ は、読み出しの際に変調用の外部磁界が必要になるため電力消費量が増えてしまうが、記録密度が極めて高く信号が大きな場合の読み出しができる。ＺＦ ＭＡＭＭＯＳ やＤＷＤＤのような他の技術は、読み出しの際に外部磁界を必要としないが、幾分記録密度が低く、信号が小さく、データレートが低い場合に限定されてしまう。
【０００６】
現在の磁区拡大技術の使用は書換可能なディスクに限られている。しかし、データを磁区拡大媒体又はディスクに自由に書き込むことができないＲＯＭの磁区拡大技術は開発されていない。種々の光学記録媒体においては、ＲＯＭ（読み取り専用メモリ）フォーマットは、事前記録した再生専用のデータを安価且つ高速に再生するために用いられる付加的なものとみなされている。ＲＯＭのこれらの特性は、種々の光学記録媒体の製品を成功させるために重要なものと考えられている。磁区拡大媒体の場合にＲＯＭを用いて解決するのは容易ではない。その理由は、データは記録層中の磁化方向により規定されており、これを例えば射出成型により事前記録媒体に再現するのが容易でないためである。
【０００７】
米国特許第5993937 号明細書及び欧州特許出願公開第0848381 号明細書には、記録情報を規定する平滑（スムース）領域及び粗面化（ラフ）領域を有する射出成型した基板上に磁区拡大積層体を具える磁区拡大ＲＯＭ媒体が開示されている。双方の解決手段とも、電子ビームによりマスタリングされたレジストパターンを介してエッチング処理を行い、ガラスのマスタ即ち基板上の領域を粗面化する処理を採用している。その後、このマスタを利用して通常のスタンパを製造し、次に、このスタンパを用いて粗面化領域を有する基板を製造することができる。磁気記録層は、基板が粗面化された領域において高い磁壁保磁力を呈するため、これらの領域における磁化を消去することは著しく困難であり、また良好な読み取り性能が良好に維持されるように上書きすることは更に困難である。
【０００８】
このような通常のガラスマスタのパターン化及び粗面化技術を使用することの欠点は、製造するのに費用がかかり且つ寿命が限られているスタンパが必要になることである。さらに、ビットサイズが１００ｎｍ未満に減少されている為、粗面化したＲＯＭデータパターンを完全に複製することが技術的により困難となる。加えて、レジストを照射しその後エッチング処理することにより個々の基板をパターン化及び粗面化するのは、順次の書き込み処理となるため時間がかかり、このことは、この技術を商業的に実施する妨げとなるおそれがある。
【０００９】
従って、本発明の目的は、磁区拡大ＲＯＭ媒体の基板を処理する為のより効率的な方法を提供することである。
この目的は、請求項１に記載されている処理方法及び請求項１３に記載されている磁区拡大記録媒体によって達成される。
【００１０】
本発明によれば、磁区拡大記録媒体の基板を処理するために高解像度の非接触技術を使用し、これによりＲＯＭデータパターンの複製を改善するようにすることができる。イオンビームの照射の際にマスクのパターンを縮小することができるため、マスクの特徴部分の寸法は要求される媒体の特徴部分の最小寸法より大きくすることができる。
【００１１】
処理を行う表面は、基板自体の表面とすることもできるし、或いはイオンビーム投射（照射）工程を行う前に基板上に堆積したシード金属又は誘電体材料の追加層の表面として、この追加層の表面を処理工程で処理することができる。後者の場合には表面処理工程をより良好に制御することができる。
【００１２】
投射部に粗面化又は平滑化領域のパターンを形成するための表面処理方法は、スパッタリング処理とすることができる。投射された領域が粗面化されるか又は平滑化されるかは、投射時間、入射イオンのエネルギー及び質量、並びに投射を行う材料に依存する。
【００１３】
更に、表面処理工程により、所定の表面部分の光学的特性を変えて記録媒体のトラック構造を規定するようにすることができる。このことにより、通常の光学媒体のランド/グルーブトラック構造を平滑／粗面トラック構造に置き換えることができる。具体的には、データパターンを形成するのに第１マスクを使用し、トラック構造を形成するのに第２マスクを使用することができる。従って、トラック構造を形成するためにはビーム投射及び表面処理工程を少なくとも２回実施する。
【００１４】
さらに、ビーム投射及び表面処理工程により、表面埋め込みサーボ情報をパターン化することができる。その結果、この場合にも、通常の光学ディスクの対応するランド／グルーブ構造を省略することができる。少なくとも１つのイオンビームの焦点を制御して表面の荒さを変更することができる。この場合、データ構造の形成に第１焦点を使用し、サーボパターンの形成に第２焦点を使用することができる。
【００１５】
イオンビーム投射及び表面処理工程においてディスク全体をパターン化する。このことにより、個々のデータ、トラック又はサーボパターン或いはこれらの任意の組み合わせを短い処理時間内で同時に書き込むことができる。
【００１６】
マスクは、電子ビームリソグラフ処理及びその後の半導体エッチング処理により形成することができる。
更に有利な変形例は特許請求の範囲の従属項に記載されている。
【００１７】
本発明を、添付の図面を参照した好適例に基づき以下に、より詳細に説明する。
本発明の好適例を磁区拡大（ＤｏｍＥｘ）ＲＯＭディスクに基づいて説明する。この好適例では製造の際にイオンビーム投射リソグラフィ（ＩＰＬ）を用いて基板を処理する。
【００１８】
図１は、イオンビーム投射リソグラフィ（ＩＰＬ）装置を線図的に示すものである。一般的に、このようなＩＰＬ装置は、構造化マスク即ちステンシルマスク（イオンビームを通過する開口部２５が設けられているマスク）２０の像を磁区拡大ＲＯＭディスクの基板４０に形成するために用いられるもので、イオンビームを発生するイオン源１０と、ステンシルマスク２０と、このステンシルマスク２０及び基板４０間にあるイマージョンレンズ１４とを有する。このイマージョンレンズ１４は、基板４０を構造化するのに望ましい最終的なエネルギーまでイオンを加速させる作用をする。さらに、イオンビームの進路に前レンズ１２及び投射レンズ１６を設けることもできる。基板４０上に、投射パラメータに応じた寸法に縮小されたパターン４５が得られる。イオン源１０は、所望のヘリウム（He）イオンを発生させるヘリウムイオン源とすることができる。ＩＰＬ装置の更なる詳細な情報は、2000年にカリフォルニア州サンタクララで開催されたマイクロリソグラフィに関する会議“SPIE conference on Microlithography ”におけるKaesmaier 氏等の論文から得ることができる。
【００１９】
好適例によれば、イオンビーム照射リソグラフィ(ＩＰＬ)により、基板４０を処理するための代替的な高解像度表面改質及び／又はパターン化技術を行う。従来、この技術は、磁気ハードディスク媒体のパターン化処理に用いられていたもので、イオン注入により媒体の磁気特性を変化させるものである。適正なエネルギー(モーメント)のイオンを使用すれば、露出した基板の特定の局所的な領域から材料をスパッタリング除去することにより、粗面化又は平滑化した領域のパターンを残すこともできる。その後、この改質した又はパターン化した基板上にＭＡＭＭＯＳ積層体を堆積することにより ＤｏｍＥｘ ＲＯＭディスクが得られる。
【００２０】
図２は、第１の好適例による磁区拡大ＲＯＭディスクの層構造の断面図を示す。一般的に、超解像又は磁区拡大読み取りを実現する光磁気記録媒体又はディスクは、記録する情報に応じて異なる保磁力を有し且つ磁気光学効果が比較的大きい任意の磁気層又は薄膜から構成することができる。記録される情報は、記録磁区部分を粗面化して基板４０上に、その他の平滑な領域４４と比べて粗い領域４２を形成することにより表される。保磁力は、面内方向における表面荒さの平均寸法が約１０ｎｍ以上になると増大し始め、垂直方向における表面荒さの平均寸法が約３ｎｍ以上になると増大し始める。従って、記録する情報に応じて、面内方向及び垂直方向における平均表面粗さがそれぞれ１０ｎｍ以上及び３ｎｍ以上の粗面化領域４２と、面内方向及び垂直方向における平均表面粗さがそれぞれ１０ｎｍ以下及び３ｎｍ以下の平滑領域４４とを有する基板４０上に、希土類−遷移金属（ＲＥ−ＴＭ）合金の磁気記録層５０を形成すると、記録する情報に応じて保磁力の異なる部分を有する光磁気記録媒体が得られる。この記録層５０を読み出し及び誘電体層６０で被覆して必要なＤｏｍＥｘ積層体を形成する。
【００２１】
図３は、第２の好適例による磁区拡大ＲＯＭディスクの層構造の断面図を示す。この例では、まず基板４０上にシード金属又は誘電体層７０を堆積し、その後、この層をＩＰＬ処理により粗面化又はパターン化してシード層７０の表面に粗面化領域７２及び平滑領域７４を形成する。この追加的なシード層７０により、パターン化領域の粗さの制御をより良好に行うことができる。
【００２２】
図２及び図３の好適例においてはそれぞれ、基板４０及びシード金属層７０をＩＰＬ処理により粗面化し、この粗面化程度は反射率の変化を検出可能とするのに充分に積層体の光学的特性が変化する程度とするようにし得る。このことにより、従来の光学媒体のランド／グルーブトラック構造を平滑（スムース）／粗面（ラフ）トラック構造に置き換えることができる。トラックエッジは反射光のなんらかの損失により示される。適切なマスクを使用することにより、ＲＯＭのデータパターンを形成する領域の「単一」露光を行うことができ、ＩＰＬの粗面化又はパターン化処理を対応する回数繰り返すことにより、トラック構造を形成する領域の「二重」、「三重」又は「四重」等の露光を行うことができる。
【００２３】
或いは又、図２及び図３の好適例において、ＩＰＬ処理を使用してそれぞれ基板４０及びシード層７０の表面に埋め込みサーボ情報をパターン化することができ、この場合にも従来の光学ディスクのランド／グルーブ構造を無くすことができる。このようなサーボ技術はハードディスクで使用されているものと類似したものである。
【００２４】
基板４０又はシード層７０の粗さを変化させ、ＲＯＭデータ、サーボパターン又はトラックパターン或いはこれらの任意の組み合わせを形成するのに集束イオンビーム装置を使用することもできる。しかし、基板の全表面に亘って移動させる必要がある単一の集束イオンビームを使用するのは、処理に著しく時間がかかるおそれがあるため商業的に魅力的でない。
【００２５】
ＩＰＬ処理を使用する利点は、ＩＰＬ処理が高解像度の非接触技術であることにある。従って、ＲＯＭデータパターンを完全に反復製造するのが著しく容易になる。さらに、小型のフォーマットディスクの全体を１回の露光でパターン化することにより、個々のデータ、トラック又はサーボ或いはこれらの任意の組み合わせのパターンを同時に数秒のうちに書き込むことによりができる。この目的は、１２．５ｍｍ×１２．５ｍｍのステッチ領域に亘る５０ｎｍのリソグラフノード（即ちハーフピッチ及び特徴部の寸法で表した解像度）で１時間当り５０個以上の３００ｍｍウェーハのスループットを得ることにある。基板の交換及び露光に要する時間を２０秒未満とし、且つパターン化する必要のある領域が１２．５ｍｍの直径の円の内側にあるものとすると、１時間あたり１８０ディスクのスループットを達成しうる。ディスクエッジにおける許容しうるパターン歪みの程度に応じて、露光領域をより大きくすることができる。或いは又、隣接した領域を複数回露光することにより、ディスクのスループットを犠牲にしてより大きなディスクをパターン化することもできる。ＩＰＬ処理においては、基板上への投射の際に１５０ｍｍのＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）ステンシルマスク２０のパターンを、例えば１／４に縮小することができる。従って、ステンシルマスク２０の特徴部の最小寸法は、必要となる媒体の特徴部（ビット）の最小寸法よりも大きくすることができる。ステンシルマスク２０自体は、電子ビームリソグラフ処理及び半導体エッチング技術を用いて製造することができる。
【００２６】
次に、図４の流れ図を参照して磁区拡大ＲＯＭディスクの基板４０の処理方法を説明する。図４によれば、まず工程Ｓ１００において基板４０を形成する。この際、基板は、例えばガラス、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル又は熱可塑性材料の樹脂などを用いて形成することができる。第２の好適例の構造の場合には、次に、工程Ｓ１０１において基板４０上にシード又は誘電体層７０を堆積する。第１の好適例の場合には工程１０１を省略することに注意されたい。工程Ｓ１０２では、ＩＰＬ処理により基板４０又はシード層７０の表面の材料をスパッタリング除去して粗面化領域４２，７２のパターンを形成し、後に堆積する記録層５０における磁区部分、トラック又はサーボパターン或いはこれらの任意の組み合わせを規定する。最後に、工程１０３において、処理すなわち粗面化した表面上にＤｏｍＥｘＲＯＭディスクの残りの積層体を形成すなわち堆積する。
【００２７】
磁気記緑層５０及び磁気読み出し層は、TbFe、GdTbFe、TbFeCo、DyFe、GdDyFe、DyFeCo、GdDyFeCo及びNdTbFeCoのような磁気光学効果の比較的高い任意のＲＥ−ＴＭ化合物から構成することもできるし、或いは遷移金属酸化物及び窒化物薄膜、フェライト薄膜、３Ｄ遷移金属の磁気薄膜、又はこれら薄膜を複数層組み合わせたものから構成することもできる。
【００２８】
本発明は、いかなる磁区拡大ＲＯＭ媒体にも適用し得るものであり、予定した磁区部分、トラック又はサーボパターン或いはこれらの任意の組み合わせを規定するのに充分な光学的又は磁気的特性を得るのに用いることができる基板４０、シード層７０又はその他の中間層のいかなる好適な表面構造も得るのにイオンビーム処理を適用することができる。従って、好適例は特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で変更しうるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明に使用することができるイオンビーム投射リソグラフ装置を示す線図である。
【図２】図２は、本発明の第１の好適例による磁区拡大記録媒体の層配置を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２の好適例による磁区拡大記録媒体の層配置を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の好適例による基板処理方法を示す流れ図である。
【図１】
2006505087.tif 000003
【図２】
2006505087.tif 000004
【図３】
2006505087.tif 000005
【図４】
2006505087.tif 000006
【国際調査報告】
2006505087.tif 000007
2006505087.tif 000008