(57)【要約】【課題】高い温度での塑性変形の減少を図った近接場トランスデューサを提供する。【解決手段】近接場トランスデューサは基板平行面を規定する基板を含む。近接場トランスデューサは、基板平行面上に堆積される複合層をさらに含む。複合層は、プラズモン材の第１の層と、基板に隣接する、挿入材の第２の層とを有する。挿入材は、高い温度での近接場トランスデューサの塑性変形を減少させる。【選択図】図５Ａ
2013229093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近接場トランスデューサであって、
基板平行面を規定する基板と、
基板平行面上に堆積される複合層とを備え、複合層はプラズモン材の第１の層と、基板に隣接する、挿入材の第２の層とを有し、挿入材は高い温度での近接場トランスデューサの塑性変形を減少させる、近接場トランスデューサ。
【請求項２】
プラズモン材は金を含む、請求項１に記載の近接場トランスデューサ。
【請求項３】
プラズモン材は、銅、アルミニウム、および銀の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の近接場トランスデューサ。
【請求項４】
挿入材は、プラズモン材において溶解度が低い高融点金属を含む、請求項１に記載の近接場トランスデューサ。
【請求項５】
挿入材は高融点金属の合金を含む、請求項４に記載の近接場トランスデューサ。
【請求項６】
挿入材は金属酸化物を含む、請求項１に記載の近接場トランスデューサ。
【請求項７】
挿入材は導電性窒化物を含む、請求項１に記載の近接場トランスデューサ。
【請求項８】
近接場トランスデューサは、間にギャップがある２つの細長いプレートとして形成され、プレートは基板平行面上に配置される、請求項１に記載の近接場トランスデューサ。
【請求項９】
複合層上に配置される１つ以上の付加的複合層をさらに備え、付加的複合層の各々は、付加的プラズモン材の層および付加的挿入材の層を含む、請求項１に記載の近接場トランスデューサ。
【請求項１０】
挿入材の第１の層を基板上に形成して、近接場トランスデューサの平坦構造を形成するステップと、
プラズモン材の第２の層を第１の層上に形成するステップと備え、第１の層および第２の層は近接場トランスデューサの第１の複合層を形成し、挿入材は高い温度での近接場トランスデューサの塑性変形を減少させる、方法。
【請求項１１】
プラズモン材は金を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
挿入材は、プラズモン材において溶解度が低い高融点金属を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
挿入材は高融点金属の合金を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
挿入材は、金属酸化物および導電性窒化物の少なくとも一方を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
１つ以上の付加的複合層を第１の複合層上に形成するステップをさらに備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
光を近接場トランスデューサに照射して、磁気記録媒体を加熱するステップをさらに備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
第１の層と第２の層との間に拡散を起こすよう、熱処理を与えるステップをさらに備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
熱処理は、第１の層および第２の層の少なくとも一方が堆積される間、与えられる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
熱処理は、第１の層および第２の層が堆積された後、アニーリングするステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも１つの複合層からなる近接場トランスデューサを備え、各複合層はプラズモン材の第１の層と挿入材の第２の層とを有し、挿入材は高い温度での近接場トランスデューサの塑性変形を減少させ、さらに
磁気記録媒体上のスポットの加熱を促進するよう、光を近接場トランスデューサに送るための手段と、
データを記憶するために、加熱されたスポットで磁界を誘起するための手段とを備える、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の詳細な説明
背景
本開示はたとえば熱補助磁気記録（ＨＡＭＲ）の用途で用いられる光学コンポーネントに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＡＭＲ装置は、一般的な磁気媒体のデータ面密度を制限する超常磁性の影響を解消することができる磁気記録媒体（たとえば、ハードドライブディスク）を用いる。この媒体に記録するためには、媒体の小さな部分は、磁気書込ヘッドによって書込まれている間、局所的に熱せられる。レーザのようなコヒーレントな光源はこれらのホットスポットをもたらすエネルギを与え、たとえば書込ヘッドを収容するスライダに組込まれた光学コンポーネントは、このエネルギを媒体に向けるよう構成されている。このような磁気記録のアプローチは、熱的補助磁気記録（ＴＡＭＲ）とも呼ばれる。さらに、同様のアプローチは、光磁気（ＭＯ）システムといった他の種類のデータ記録にも用いられ得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
概要
ここに記載される一実施の形態は、基板に平行な面を規定する基板を含む近接場トランスデューサに向けられている。近接場トランスデューサは、基板平行面上に配置される複合層を含む。複合層はプラズモン材の第１の層と、基板に隣接する、挿入材の第２の層とを有する。挿入材は、高い温度での近接場トランスデューサの塑性変形を減少させる。
【０００４】
別の実施の形態において、方法は、近接場トランスデューサの平坦構造を形成するために、基板上に挿入材の第１の層を形成することを含む。プラズモン材の第２の層は、第１の層上に形成される。第１および第２の層は、近接場トランスデューサの第１の複合層をなし、挿入材は高い温度での近接場トランスデューサの塑性変形を減少させる。
【０００５】
上記のおよび他の特徴ならびにさまざまな実施の形態の局面は、以下の詳細な説明および添付図面により、理解されるであろう。
【０００６】
図面の簡単な説明
つぎの説明は以下に示される図面を参照し、図面において同様の／同じコンポーネントを特定するのに、同じ参照符号が用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】例示的実施の形態に従う、近接場トランスデューサを用いる熱的補助記録スライダの斜視図である。
【図２】例示的実施の形態に従う、導波路、書込極、および近接場トランスデューサの断面図である。
【図３Ａ】例示的実施の形態に従う近接場トランスデューサのジオメトリの斜視図である。
【図３Ｂ】例示的実施の形態に従う近接場トランスデューサのジオメトリの斜視図である。
【図４Ａ】別の例示的実施の形態に従う近接場トランスデューサに、高い温度がどのように影響するかを示す走査型電子顕微鏡画像の図である。
【図４Ｂ】別の例示的実施の形態に従う近接場トランスデューサに、高い温度がどのように影響するかを示す走査型電子顕微鏡画像の図である。
【図４Ｃ】別の例示的実施の形態に従う近接場トランスデューサに、高い温度がどのように影響するかを示す走査型電子顕微鏡画像の図である。
【図４Ｄ】別の例示的実施の形態に従う近接場トランスデューサに、高い温度がどのように影響するかを示す走査型電子顕微鏡画像の図である。
【図４Ｅ】別の例示的実施の形態に従う近接場トランスデューサに、高い温度がどのように影響するかを示す走査型電子顕微鏡画像の図である。
【図５Ａ】例示的実施の形態に従う多層構造のブロック図である。
【図５Ｂ】例示的実施の形態に従う多層装置を用いることにより、表面粒子構造への影響を示す一連の原子間力顕微鏡画像を示す図である。
【図６】例示的実施の形態に従う構造についての、温度および保持時間を関数とする応力変動を示す一連のグラフ図である。
【図７Ａ】例示的実施の形態に従う多様な多層構造のブロック図である。
【図７Ｂ】例示的実施の形態に従う多様な多層構造のブロック図である。
【図７Ｃ】例示的実施の形態に従う多様な多層構造のブロック図である。
【図７Ｄ】例示的実施の形態に従う多様な多層構造のブロック図である。
【図７Ｅ】例示的実施の形態に従う多様な多層構造のブロック図である。
【図８】例示的実施の形態に従う多様な多層構造についての、相対光結合効率を示す棒グラフ図である。
【図９Ａ】例示的実施の形態に従う多層構造を用いる例示的近接場トランスデューサ配置を示すブロック図である。
【図９Ｂ】例示的実施の形態に従う多層構造を用いる例示的近接場トランスデューサ配置を示すブロック図である。
【図９Ｃ】例示的実施の形態に従う多層構造を用いる例示的近接場トランスデューサ配置を示すブロック図である。
【図９Ｄ】例示的実施の形態に従う多層構造を用いる例示的近接場トランスデューサ配置を示すブロック図である。
【図９Ｅ】例示的実施の形態に従う多層構造を用いる例示的近接場トランスデューサ配置を示すブロック図である。
【図９Ｆ】例示的実施の形態に従う多層構造を用いる例示的近接場トランスデューサ配置を示すブロック図である。
【図９Ｇ】例示的実施の形態に従う多層構造を用いる例示的近接場トランスデューサ配置を示すブロック図である。
【図１０】例示的実施の形態に従うプロシージャを示すフローチャート図である。
【図１１Ａ】別の例示的実施の形態に従う多層構造のブロック図である。
【図１１Ｂ】別の例示的実施の形態に従うプロシージャを示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
詳細な説明
本開示は、高度に集光された、相対的に強い電磁エネルギが必要な用途で使用するための光伝送システムに関する。上記のように、このような用途の１つは、ここではＨＡＭＲと呼ばれる熱的／熱補助磁気記録にある。図１の斜視図を参照すると、例示的ＨＡＭＲスライダ１００が示される。この例示的スライダ１００は、スライダ１００の後縁面１０４に統合されるエッジ発光レーザダイオード１０２を含む。レーザダイオード１０２はＨＡＭＲ読出／書込ヘッド１０６に隣接し、一方端はスライダ１００の浮上面（ＡＢＳ）１０８上にある。ＡＢＳ１０８は装置の動作中、動いている媒体表面（図示されていない）に対向して、近接した状態で保持される。
【０００９】
レーザダイオード１０２は、読出／書込ヘッド１０６近くのある点で、媒体面を加熱するよう、電磁エネルギを出力する。導波路１１０のような光結合コンポーネントは、スライダ装置１００内に集積して形成され、レーザ１０２から媒体に光を送る。特に、導波路１１０およびＮＦＴ１１２の一部を読出／書込ヘッド１０６近くに配置して、書込動作の際に媒体の局所的加熱を提供する。本例でのレーザダイオード１０２は集積されたエッジ照射装置であるが、導波路／ＮＦＴ１１２はどの光源および光伝送機構にも適用可能である。たとえば、エッジ照射レーザの代わりに面発光レーザ（ＳＥＬ）を用いることができ、スライダ１００は任意の集積された外部レーザの組合せを用いることができる。
【００１０】
一般的な磁気媒体のデータ面密度を制限する超常磁性の影響を解消するために、ＨＡＭＲ装置はオプティクスを用いて磁気記録媒体（たとえばハードディスク）を加熱する。この媒体に記録するためには、媒体の小さな部分は、磁気書込ヘッドによって書込まれている間、キューリー温度より高く局所的に加熱される。レーザといったコヒーレント光源は、この加熱動作用のエネルギを与えることができ、書込ヘッドを収容するスライダに組込まれた光学コンポーネントは、このエネルギを媒体に照射するよう構成されている。
【００１１】
光をＨＡＭＲ媒体に照射する場合、光は書込が行なわれる媒体面のトラック上の小さなホットスポットとして集光される。この小さいホットスポットを形成するために、光源からのエネルギは、ハードドライブヘッドに集積されている導波路に入力される。光は導波路を伝搬し、たとえば、導波路から直接に、または焦束エレメントにより、光学ＮＦＴに結合され得る。ＮＦＴは光を集束させてその光を媒体面に照射し、媒体を加熱する。
【００１２】
図２の断面では、例示的実施の形態に従う読出／書込ヘッド１０６の部分が示される。この図では、ＡＢＳ１０８およびＮＦＴ１１２は、たとえば磁気ディスクである磁気媒体２０２の表面に近接している。導波路１１０は電磁エネルギ２０４をＮＦＴ１１２に送り、エネルギが媒体２０２上の小さなホットスポット２０８を形成する。磁気書込極２０６を介して磁界が形成され、電流が与えられると、ＡＢＳ１０８近くの磁束を変動させる。書込極２０６による磁束は、ホットスポット２０８がトラックの下流方向（ｚ方向）で書込極２０６を越えると、ホットスポット２０８の帯磁方向を変える。
【００１３】
導波路１１０およびＮＦＴ１１２は、読出／書込ヘッド１０６を収納するスライダ内に集積して形成され得る。ＨＡＭＲ記録ヘッドで用いられるこのような光学素子および他の光学素子は、一般に集積光学装置として知られている。集積光学装置は基板上に構成されるコンポーネントであり、時には電子コンポーネントと組合せられる。集積光学装置は、たとえば層の堆積のように、半導体製造で用いられる処理と類似した処理を用いて形成され得る。
【００１４】
たとえば、レーザ（たとえば図１のレーザダイオード１０２）から光をＮＦＴ１１２に送る導波路１１０は、原子層堆積、フォトレジストエッチング、化学機械平坦化（ＣＭＰ）などの技術を用いて基板上に誘電体材料を堆積することによって形成することができる。導波路１１０の層は異なる光学特性を有することができ、たとえば中間層２１０の屈折率はｎ1であり、上部層２１２および下部層２１４の屈折率はそれぞれｎ2およびｎ3である。ｎ1＞ｎ2およびｎ1＞ｎ3の構成では、中間層２１０はコアとして働き、上部層２１２および下部層２１４はクラディングとして働き（光ファイバと類似している）、光は効率よく導波路１１０を伝搬する。
【００１５】
ＮＦＴ１１２、書込極２０６および他の図示されているコンポーネントは、導波路１１０と同様の層堆積技術を用いて形成することができる。一般に、この規模では回折が制限されるかもしれないレンズやミラーのような光学装置の代わりに、ＮＦＴ１１２のようなプラズモン装置を用いてエネルギ２０４を媒体２０２上に集める。その結果、エネルギ２０４は導波路１１０からＮＦＴ１１２を介して媒体２０２に送られる。ＮＦＴ１１２は、共鳴すると面プラズモンのフィールドを発生させる材料（たとえば、金、銀、銅、アルミニウム）からなる。ＮＦＴ１１２はプラズモンフィールドを媒体２０２の表面に方向付けるような形状を有する。
【００１６】
当該例では、ＮＦＴ１１２は導波路コア２１０内に配置されるが、他の配向を用いることもできる。たとえば、導波路コア２１０はＮＦＴ１１２の後ろ、たとえば負のｙ方向で終端してもよい。導波路１１０の寸法および／または位置は、ＮＦＴ１１２がコア２１０ではなく、いずれかのクラディング層２１２、２１４の上に、または近くに配置されるよう、調整することができる。導波路１１０は図２に示されていない他の構造、たとえば光をＮＦＴ１１２に集束させる固体油浸ミラー（ＳＩＭ）または固体油浸レンズ（ＳＩＬ）を含むことができる。
【００１７】
ホットスポット２０８を形成するためにＮＦＴ１１２に与えられたエネルギは、ＮＦＴ１１２での著しい温度上昇を引起し得る。ＮＦＴ１１２は生成されるプラズモンフィールドを小さく保つために、相対的に小さい寸法を有するペグ、ピン、棒、または他の突出物として形成することができる。その結果、ヒートシンク２１８はＮＦＴ１１２に近接して（または集積して）形成され得る。ヒートシンク２１８はＮＦＴ１１２から熱を出し、放熱のために他のコンポーネント（たとえば、書込極２０６）に熱的に結合され得る。
【００１８】
以下の説明では、例示的ＮＦＴジオメトリが図３Ａから図３Ｂに示される。これらのジオメトリは一例であって、限定を与えるものではない。クレームに記載の主題は、図３Ａ−図３Ｂおよび他に示されるＮＦＴ構成と異なるものに適用され得る。図３Ａの斜視図では、ｘ−ｙ面にある円形ディスク３０２を含むＮＦＴジオメトリ３００が示される。ディスク３０２はペグ３０４に結合され、その端部はＡＢＳ１０８に延在する。このＮＦＴジオメトリ３００はここでは「ロリポップ」ＮＦＴ構成とも呼ばれる。ディスク３０２はＳＩＭなどの焦点に位置付けることができ、生成されるプラズモンはペグ３０４から媒体面に放出される。当該図ではヒートシンク３０６も示され、これはＮＦＴ３００と一体的または別個のものとして考えることができる。ヒートシンク３０６はたとえば磁極または他の構造への熱的導伝路を与え、これは図２においてヒートシンク２１８および極２０６によって示される。
【００１９】
図３Ｂの斜視図は別のＮＦＴジオメトリ３２０を示す。このＮＦＴ３２０は、間にギャップ３２６を有する横並び細長いプレート３２２および３２４として構成される。プレート３２２および３２４はｘ−ｙ面上に配置され、ギャップ３２６はｙ方向に、励起位置３２８からＡＢＳ１０８に延在する。ギャップ３２６および周囲の領域３２８は誘電体材で充填されてもよい。プレート３２２および３２４は、導波路（図示されていない）との結合を向上させるために、導波路対向端部３３０で湾曲／面取りされている。この配置はここでは「ギャップ」ＮＦＴと呼ばれる。
【００２０】
上記の構成および他の構成において、ＮＦＴの温度はプラズモン共鳴で著しく増加し得る。共鳴すると、著しいエネルギが小さい体積で、たとえばＡＢＳ近くのＮＦＴの部分として、集中する、たとえば、図３Ａのペグ３０４は、全体のＮＦＴと比較して体積が小さくなっており、高エネルギ密度の場所に位置付けられている。同様の小さい体積のエネルギ集中は、図３ＢのＮＦＴ構造３２０のギャップ３２の狭い部分に沿っても起こり得る。プレート３２２、３２４およびペグ３０４の部分はＡＢＳで露出され得るので、さらに機械的摩耗を受け得る。
【００２１】
ＮＦＴの性能（たとえば耐性、効率）は、ＨＡＭＲ動作の際熱的および機械的応力によって影響され得る。優れた電磁および光学特性により、金（Ａｕ）はＮＦＴのプラズモン共鳴器／アンテナ（たとえば、図３Ａのディスク／ペグ３０２／３０４、および図３Ｂのプレート３２４、３２６）を形成するためにしばしば用いられる。しかし、金は他の金属と比べて機械的強度が比較的劣っており、金からなるＮＦＴ装置は高い温度ではさまざまな種類の劣化または欠陥を示している。
【００２２】
本件の場合、上記の構成を有するＮＦＴで行なわれた熱的モデルでは、ＨＡＭＲ動作の際にＮＦＴ温度は、ロリポップ型構成では４００℃まで、およびギャップ型構成では２５０℃まで上がることが示される。この熱はＮＦＴから発せられるレーザ光と、書込および読出ヒータとによるものである。例示的金ＮＦＴコンポーネントが作成され、これらの熱レベルに晒された。これら例示的ＮＦＴコンポーネントの欠陥モードは、図４Ａから図４Ｅの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像で示される。
【００２３】
図４Ａおよび図４Ｂでは、ＳＥＭ画像４００および４０２はアニーリング前およびアニーリング後のギャップＮＦＴのそれぞれの外形を示す。ＳＥＭ画像４００および４０２は、図３Ｂのｘｙ面を上から見た、ＮＦＴの平面図である。図４Ａの画像４００は、ＮＦＴの製造されたままの形を示す。この例では、ＡＢＳはまだ形成されず、ＮＦＴの上部をインタセプトする横線として見ることができる。画像４００で示される突出部はＡＢＳに面していない。図４Ｂの画像４０２は大気中で３分、２３０℃でアニーリングされた後の同じ装置の形を示す。図４Ｂで示されるように、ＡｕのＮＦＴ形状は高温度でのＡｕの再流によりアニーリングによって丸くなっている。この種のＮＦＴ形状の変形は、レーザエネルギを磁気媒体に送る結合効率を減少させる。
【００２４】
図４Ｃおよび図４Ｄでは、ＳＥＭ画像４０４および４０６は、５００℃でアニーリングされたロリポップＮＦＴ（たとえば、図３ＡのＮＦＴ３００）の事前の形状および事後の形状をそれぞれ示す。これらの画像４０４および４０６は、ＮＦＴの平面図、たとえば図３Ａのｘｙ面の図である。ＡＢＳはこれらの画像４０４および４０６では見える（たとえば、ＮＦＴペグに近接する暗い影の部分）。図４Ｄで示されるように、アニーリングの後、ＮＦＴペグはＡＢＳから窪んでおり、レーザ光が磁気媒体に送られるのを潜在的に妨げる。同様の窪みは、ラッピングといった製造処理の際にも起こり得る。金は軟らかい金属であり、過度にラッピングされる（たとえば、ラッピング処理の際過度に材料が除去される）ことが容易に起こる。これはＮＦＴの処理された表面に空所を残す。一般に、金といった軟らかい金属は、熱処理（たとえばアニーリング）、化学処理（たとえばエッチング）、機械処理（たとえば平坦化）などを受けた表面上に不所望の空所、変形、および／または突出部をもたらし得る。
【００２５】
図４Ｅにおいて、ＳＥＭ画像４１０は、ロリポップ型ＮＦＴを用いるスライダアセンブリの断面を示す。この画像４１０は図２に示されるようなｙｚ面の断面図であるが、図４Ｅでは正のｙ軸は上向きにある。画像４１２は、ＮＦＴの周りの領域が３５０℃でアニーリングされた後撮られたものである。ＮＦＴは部分４１２において、ＡＢＳに突出する。この突出部は、突出する材料がなくなることにより、他の箇所では空所をもたらし得る（たとえば、部分４１２の近く、またはＡＢＳから離れた場所）。突出材料は、動作中に、たとえばヘッド−媒体接触において、ＡＢＳを劣化させ得る。
【００２６】
ＨＡＭＲ熱的性能の現在の分析および推測に基づき、純金のＮＦＴコンポーネントは通常の動作の際、上記の欠陥モードを提示し得る。銅、銀などの他のプラズモン材も相対的に軟らかい金属なので、同様の欠陥を示し得る。したがって、ＮＦＴ装置がＨＡＭＲシステムで長期に確実に動作できるよう、代替のアプローチが望まれる。
【００２７】
ここに記載され、図５Ａに示されるアプローチは、多層構造５０２を用いてＮＦＴを形成することである。構造５０２はプラズモン材５０４を代替的に他の材料５０６（ここで「挿入材」と呼ぶ）で積層することによって形成される。構造５０２は少なくとも１枚のプラズモン層５０４と、少なくとも１枚の挿入材層５０４とを含み、基板５０８（たとえば、Ｓｉ／ＳｉＯ2）の上面に形成され得る。説明の便宜上、隣接するプラズモン層５０４および挿入層５０６は、集合的に複合層５１０と呼び、構造５０２は１つ以上の積層された複合層５１０から形成され得る。
【００２８】
挿入材５０６は非プラズモンであってもよく、高温条件下でのＮＦＴの機械的安定性を向上させるよう選択される。多層構造５０２は、たとえば図３Ａから図３Ｂにおいて上記の形状および寸法を有するＮＦＴを形成するために用いることができる。このようにもたらされた装置は、単層のＮＦＴ（たとえば純金）に匹敵する光学性能を有しながら、機械的特性は向上している。
【００２９】
多層のアプローチでは、粒子安定性、硬度、および耐クリープ性の向上により、機械的強度が高められる。合金のアプローチと比べて、多層構造は、製造が容易であり、プラズモン材の光学特性を保ちやすいという利点を有する。多層構造では、異なる材料間のインコヒーレント界面は、転位や他の欠陥が界面を通って入ってくることを妨げる。このような転位／欠陥は機械的強度の低下の要因となり、潜在的に高温での塑性変形をもたらし得る。多層構造５０２を用いると、粒子安定性、硬度、および応力低下へのより高い耐性が向上することが予期される。これにより、高い温度での機械的強度が向上し、かつ安定性が優れているＮＦＴ（または他の集積光学コンポーネント）がもたらされる。
【００３０】
挿入材５０６を適切に選択することにより、プラズモン層５０４の機械的強度を向上させるテクスチャをプラズモン材（金）で促進させることができる。挿入材５０６の層厚さを相対的に十分薄く（たとえば１ｎｍの桁）に保つことにより、ＮＦＴの光学特性への影響を最小限にすることができ、それによりＮＦＴ結合効率を保つことができる。
【００３１】
プラズモン層５０４用に選択できる材料は金、銀、アルミニウムおよび銅を含み、さらに代替の材料は、２０１１年２月２３日に出願された「向上した熱安定性を有するＨＡＭＲ  ＮＦＴ材料」と題された米国特許公報２０１１／０２０５８６３に示されており、その全体は引用によりここに援用される。挿入層５０６用には、プラズモン層５０４との溶解性が低い材料を用いて熱的安定性を向上させることができる。挿入層５０６用のオプションとして、Auとの溶解度が低い高融点金属であるW、TiW、Rh、Ru、Zr、Ta、Ti、Scなど、およびこれらの合金の材料を挙げることができる。挿入層５０６で使用可能な他の材料は金属酸化物である。たとえば、ZrO、TiO、VO、WOなどの光損失が低いものがある。さらに、挿入層で用いることができる別の分類の材料は、好ましくは導電性の窒化物、たとえばTiN、ZrNなどがある。
【００３２】
図５Ｂを参照すると、単一層および多層構造の熱的性能を比較するために、一連の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）表面形態画像が用いられる。上の列（画像５２０−５２２）はＡｕ（１５０ｎｍ）単層膜の表面画像を含む。下の列（画像５２３−５２５）は１０枚の複合層からなる多層膜の表面画像を示し、各複合層はＴｉＷ（１ｎｍ）およびＡｕ（１５ｎｍ）からなる。両方の膜は、Ｓｉ／ＳｉＯ2基板に生成される。画像５２０から５２５は、左から右に、異なる熱処理が膜に与えられた後の表面形態での変化を示す。最も左側の画像５２０および５２３は、熱処理が与えられる前の生成されたままの表面形態を示す。中間の画像５２１および５２４は、２００℃のアニーリング後の表面形態を示し、最も右の画像５２２および５２５は４００℃のアニーリング後の表面形態を示す。
【００３３】
図５Ｂの画像５２３から５２５が示すように、１５０ｎｍのＡｕ膜に複数の１ｎｍのＴｉＷ層を加えることにより、高い温度でのより規則正しい粒子構造が促進される。アニーリングの後、単一層Ａｕ膜では、２００℃のアニーリング後でも、実質的な粒子成長が起こる（画像５２１）。しかし、ＴｉＷ／Ａｕ多層構造では、４００℃のアニーリング後でも粒子の成長が著しく低下したことが示され（画像５２５）、これはＡｕ粒子の安定性が向上したことを示す。機械的強度の向上は、図６のグラフ６０２から６０４で示されるように、温度および保持時間を関数とした、応力の測定値でもさらに確認されている。
【００３４】
グラフ６０２から６０４の各々は、構造に応力を引起す周囲温度を変化させた、薄膜構造での応力測定の変動を示す。温度測定値はグラフの左から右に上がっている段階的曲線（１００℃から４００℃）によって示され、表示が他のデータを分かりにくくしないところでは、温度値が示されている。応力の測定値はギザギザの曲線で示され、グラフでは左から右に値が下がっている。グラフ６０２はＡｕ（１５０ｎｍ）の単一層膜の結果を示す。グラフ６０３は１０枚のＴｉＷ（１ｎｍ）／Ａｕ（１５ｎｍ）の複合層膜の結果を示す。グラフ６０４は単一のＴｉＷ（５ｎｍ）／Ａｕ（１５０ｎｍ）の複合層の結果を示す。これらの膜はすべてＳｉ／ＳｉＯ2基板上に形成されている。
【００３５】
一般に、温度が上昇しても相対応力（または「応力緩和」）の変化が少ないコンポーネントは、温度範囲にわたってより機械的安定性を有する傾向がある。グラフ６０３で見られるように、１０枚の複合層を有する構造は、グラフ６０２および６０４と比べて、１５０℃から３５０℃の間の範囲では応力緩和が相対的に小さく、応力緩和はこの温度範囲ではほとんど一定している。グラフ６０４で見られるように、応力緩和は、グラフ６０３の多層構造と同様に、３００℃まで上がり、グラフ６０２の単層構造に対して向上している。４００Ｃ当たりで、単層Ａｕ膜は著しい応力低下を示す。
【００３６】
少なくとも１つの複合層を用いてＮＦＴ（または他の集積光学装置）を形成することにより、高い温度での機械的性能を向上させることができると考えられる。完成品の実験では、ＴｉＷ（１ｎｍ）／Ａｕ（２５ｎｍ）の２層構造からなるペグ３０４を用いてロリポップ型ＮＦＴ（図３ＡのＮＦＴジオメトリ３００参照）が形成された。この２層構造の信頼性テストでは、信頼性が１０倍向上し、さらに記録面密度が１０％増加したことが示された。これらの結果は、Ａｕといったプラズモン金属の機械的性能を向上させるための多層層のアプローチの有効性を示す。
【００３７】
結合効率の点で多層ＮＦＴがどのように働くかを測定（たとえば、ＮＦＴに与えられたエネルギのうちのどれだけが媒体に達するかを測定）するために、図７Ａから図７Ｅに示されるように、例示的構造７０１から７０５を用いていくつかの分析が行なわれた。構造７０１から７０５の金の層は、高さが合計１８ｎｍであった。挿入層が間にある構造７０１および７０３では、Ａｕ層はそれぞれ９ｎｍである。挿入層はすべての構造７０１−７０５では１ｎｍであり、Ｃｒが用いられる構造７０５以外、すべてＴｉＷである。
【００３８】
分析の結果は、図８の棒グラフで示される。ＮＦＴは、図３Ａに示されるロリポップ型ＮＦＴジオメトリ３００としてモデル化された。図８の結果に示されるように、ペグだけまたはペグ＋ディスクは、複合２層から形成された。ペグだけが複合層から形成されているところでは、ディスクは純金の層を用いて形成された。それぞれの結果に対して、層の構成が示され、結果は図７Ａから図７Ｅに示される構造のうちの１つを示す参照番号を含む（たとえば、「ＴｉＷ上部」は図７の構成７０２に対応する）。図８の分析結果は、基準効率に対する結合効率のパーセンテージとして示され、基準効率は同じロリポップ型構造の純金ＮＦＴの効率である。いくつかの構成は、基準に対して８０％以上の相対効率を示す。８０％以上の相対効率は現在のＨＡＭＲ記録システムでは許容可能であると考えられるが、状況によっては（たとえば、より高い出力のレーザダイオードが利用可能）では、より低い効率でも有用なＨＡＭＲシステムをもたらし得る。
【００３９】
上記の例では、２つの特定のＮＦＴ構成、すなわちロリポップ構成およびギャップ構成がＮＦＴの少なくとも一部として多層構造を用いるものとして説明されている。ＡＢＳから（たとえば、ｘｚ面）から見た、これらの構成の例は、図９Ａおよび図９Ｂに示される。図９Ａでは、積層ギャップＮＦＴ９０１が、図２に示されるような記録極２０６の少なくとも一部に近接して示される。図９Ｂでは、ＮＦＴ９０２はロリポップ構成を示し、これはＡＢＳから見ると矩形である。このＮＦＴ９０２はＡＢＳ上で矩形の突出部を有する他の形状をも表わし得る。
【００４０】
他の代替的ＮＦＴ構成は図９Ｃ−図９Ｇに示され、これらはすべてＡＢＳからまたはＡＢＳに平行な面から見たものである。図９Ｃから図９Ｇでは、磁極２０６の少なくとも一部は異なるＮＦＴ構成９０３−９０７の位置に対して示される。任意の構成９Ａ−９Ｇにおいて、ＮＦＴ９０１−９０７は、図３Ａのペグ／突出部３０４と同様に、ＡＢＳに延在する突出部（たとえばペグ）を含み得る。このような場合、ＮＦＴ９０１−９０７の突出部および／または本体は、多層構造を用いて形成してもよい。
【００４１】
ＮＦＴ９０１−９０７は任意の数の複合層を用いることができ、その層はここに記載されているプラズモンおよび挿入材の任意の組合せから形成できる。さらに、同じＮＦＴにおいて異なる複合層を用いることができる。たとえば、Ａｕ／Ｃｒの層の上にＡｕ／ＴｉＷの層を配置することができ、このような配置は機械的安定性を高める以外の他の利点をもたらし得る。たとえば、優れた熱的伝導性により挿入層を磁極２０６により近く配置することを選択して、磁極に対してより良い熱伝送を促進することができる。
【００４２】
図１０のフローチャート図は、例示的実施の形態に従うプロシージャを示す。プラズモン材の第１の層は基板上に形成されて１００２、近接場トランスデューサを形成する。挿入材の第２の層が第１の層上に形成される１００４。第１および第２の層は、近接場トランスデューサの第１の複合層をなし、挿入材は高い温度での近接場トランスデューサの塑性変形を減少させる。本プロシージャは、第１の複合層上に１つ以上の付加的複合層を形成すること１００６を任意に含み得る。本プロシージャはさらに、光を近接場トランスデューサに照射して磁気記録媒体を加熱すること１００８を含み得る。
【００４３】
薄膜材装置では、合金材を用いて特性を多くの異なる観点から調整することができる。一部では、ドーピングレベルは低い。たとえば所望の特性のためにドーピングレベルは１％以下であり得る。たとえば、ＨＡＭＲのＮＦＴでは、ＮＦＴのプラズモン特性を保つために低いドーピングレベルが必要であり得る。材料を別の材料にドーピングすることは、現在少なくとも２つの異なる方法で行なうことができる。１つの方法は、所望の組成からなる単一合金ターゲットを基板上にスパッタリングすることを含む。場合によっては、これはターゲット製造にいくつかの問題をもたらし、堆積材料の正確な組成が制御しにくくなり得る。ある材料を別の材料にドーピングする別の方法は、異なるスパッタリングレートで２つの異なるターゲットから同時にスパッタリングして、膜での所望な組成を形成することである。このアプローチは、一部の大量生産装置で維持するには、複雑かつ困難であり得る。
【００４４】
上記のドーピング方法の代替として、上記の多層構造を用いて、薄膜材での低いレベルのドーピングを達成することである。たとえば、材料の複数の別個の層を与えることができ、各層は所望の元素を含み、所望の混合率に比例して大きさが定められる。形成の後、層の一部またはすべてに対して熱処理を与えることができる。熱処理は一方の元素を他方に拡散させ、この混合は所望の組成を形成し得る。この多層のアプローチは堆積処理に組込みやすく、さらにより正確に組成を制御でき得る。組成を正確に制御することは、不適切な組成による廃棄されるウェーハの数を減らし、および／またはより少ないターゲットにより製造コストを下げるのに役立つ。
【００４５】
図１１Ａのブロック図を参照すると、例示的実施の形態に従う多層構造１１０２が示される。構造１１０２は第１の材料層１１０４および第２の材料層１１０６を含み、これらは基板１１０８（たとえばＳｉ／ＳｉＯ2）の上に形成され得る。説明の便宜上、２つの隣接する材料層１１０４および１１０６は集合的に複合層１１１０と呼び、構造１１０２は１つ以上の積層された複合層１１１０から形成され得る。以下で説明するように、層１１０４および１１０６は処理されて、層１１０４および１１０６間で材料を部分的にまたは完全に拡散させ、複合層１１１０は処理の後、滑らかな段階の材料を含むことができる、または層１１０４および１１０６間の拡散レベルに応じて実質的に均質であり得る。
【００４６】
層１１０４および１１０６はプラズモンまたは非プラズモンであってもよく、高い温度条件下でＮＦＴの機械的安定性を高めるよう選択することができる。図示される多層構造１１０２は、図５Ａの構造５０２のような、他の多層構造と組合せることができる。たとえば、プラズモンおよび非プラズモン材の拡散構造１１０２の上に、純粋なプラズモン外層を有する別個の構造５０２を配置してもよい。これにより単一層ＮＦＴ（たとえば純金）に匹敵する光学性能を持ちながら、機械的特性が向上している装置をもたらし得る。
【００４７】
構造１１０２を形成するのに用いられる材料は高い溶解度および拡散レートを有し得る。多層構造１１０２の構成は、すべての層を混合することにより所望の組成となるように選択される。層の数を増やすことは、有効および有用であり得る。これは熱処理の際２つの異なる材料を拡散および混合するための界面が多くなることによるものである。熱処理はいくつかの異なる方法によって行なうことができる。たとえば、ウェーハを層１１０４および／または１１０６の堆積の際に加熱し、その場合拡散および混合は堆積の間起こる。別の配置では、一部またはすべての層１１０４，１１０６を堆積した後、ポストアニーリングをより低い温度（たとえば室温以下）で行なうことができる。この場合、拡散および混合はアニーリングの際に起こる。
【００４８】
図１１Ｂは例示的実施の形態に従うプロシージャのフローチャート図である。ある材料の第１の層が基板上に形成され１１１２、集積電気および／または光学装置を形成する。ある材料の第２の層が第１の層上に形成される１１１４。第１および第２の層は、電気的および／または光学的に集積される装置の複合層をなす。本プロシージャは１つ以上の付加的複合層を第１の複合層上に形成すること１１１６を任意に含み得る。本プロシージャは、熱処理を与えて、ある材料の第１の層とある材料の第２の層との間で拡散を引起すこと１１１８を含み得る。熱の付与１１１８は、個々の層が与えられて行なう、または１つ以上の複合層が形成された後に行なうことができる。たとえば、複数の複合層をアニーリングする。もたらされる装置は、第１および第２の層の２つの材料の完全なまたは部分的混合を有し得る。
【００４９】
例示的実施の形態の説明は図示および説明のために示されている。記載は実施の形態を開示されたそのものに制限するものではない。多くの変形および変更は上記に照らして可能である。開示されている実施の形態の特徴は個々に用いることができ、任意の組合せは例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記の詳細な説明によって制限されるのではなく、特許請求の範囲によって定められる。
【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４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図９Ｇ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【外国語明細書】
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