CN108630238A - 磁记录介质的制造方法、多层膜成膜***及成膜调整方法 - Google Patents

磁记录介质的制造方法、多层膜成膜***及成膜调整方法 Download PDF

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Abstract

本发明的实施方式能得到抑制了产品的偏差的磁记录介质的制造方法、多层膜的成膜***以及成膜调整方法。实施方式涉及的磁记录介质的制造方法包括：测定包含磁记录层的多层膜的特性，算出用于设定溅射功率的指示值与特性的残差，算出残差的移动平均值而求出反馈修正值，使用从使用了假想计测技术而得到的计算膜厚进行特性预测的计算模型，参照反馈修正值，在使用了电子计算机的求解器进行逆运算，分别算出多层膜的各层的新指示值。

Description

磁记录介质的制造方法、多层膜成膜***及成膜调整方法
本申请享受将日本专利申请2017－55371号(申请日：2017年3月22日)作为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请而包含基础申请的全部内容。
技术领域
本发明的实施方式涉及磁记录介质的制造方法、多层膜的成膜***、以及成膜调整方法。
背景技术
在磁记录介质的制造中，通过在连结的腔室内连续地进行溅射来形成多层膜。
为了使磁记录介质的磁特性稳定，希望以一定的膜厚溅射多层膜的各层，但由于连续地成膜，因此制造中不可能测量各层的膜厚。
发明内容
本发明是实施方式提供一种抑制了产品的偏差的磁记录介质的制造方法。
根据实施方式，能提供一种使用了基于用于设定溅射功率的指示值来连续地成膜包含磁记录层的多层膜的溅射装置的磁记录介质的制造方法，包括：算出对每隔一定时间从所述溅射装置取出并测定的、以基于第1指示值的第1溅射功率制膜的包含磁记录层的多层膜的样品的特性的实测值与所述第1指示值进行比较而得到的残差；算出所述得到的残差的移动平均值而求出反馈修正项c；参照所述得到的反馈修正项c，针对关于所述包含磁记录层的多层膜使用了假想计测技术而得到的计算膜厚，求出从APC计算模型使用求解器进行逆运算而得到的值；将基于所述得到的值的第2指示值发送至所述溅射装置；接受所述第2指示值而设定第2溅射功率，连续地成膜所述包含磁记录层的多层膜。
附图说明
图1是表示能够由实施方式涉及的方法制作的磁记录介质的一例的剖视图。
图2是表示多层膜的成膜***的框图。
图3是表示实施方式涉及的多层膜的成膜工序的流程图。
图4是表示成膜速率与累计电力之间的关系的坐标图。
图5是将能够应用由实施方式涉及的方法制造的磁记录介质的磁记录再现装置的一个例子的一部分分解而得到的立体图。
具体实施方式
在实施方式涉及的磁记录介质的制造方法中，关于在溅射装置连续地成膜的包含磁记录层的多层膜，使用假想计测技术算出各层的计算膜厚，生成并使用根据计算膜厚进行特性预测的APC计算模型。
在该方法中包括：首先，每隔一定时间而从所述溅射装置取出包含磁记录层的多层膜的样品；对以基于第1指示值的第1溅射功率制膜而得到的包含磁记录层的多层膜的特性的实测值进行测定；求出第1指示值与实测值的差量而算出残差；算出残差的移动平均值来求出反馈修正值c；参照反馈修正值c，根据对上述APC计算模型在使用了电子计算机的求解器中进行逆运算而得到的值，分别算出用于设定多层膜的各层的溅射功率的第2指示值；向溅射装置的成膜控制部发送第2指示值；通过所述成膜控制部接受第2指示值而设定溅射功率，在基板上连续地成膜包含磁记录层的多层膜。
根据实施方式，通过进行基于导入了假想计测技术(Virtual Metrology)而得到的膜厚的APC(Advanced Process Control，高等过程控制)，能够降低磁记录介质的特性值的不均匀(偏差)。
在此所说的包含磁记录层的多层膜是磁记录层和一层以上的其他层的层叠。
作为其他层，可举出设在基板与磁记录层之间的层例如基底层以及软磁性衬层等、或者设在磁记录层上的罩盖层以及保护层等。
另外，实施方式涉及的多层膜的成膜***例如是能够应用于实施方式涉及的磁记录介质的制造方法的成膜***，包括：APC计算模型，其对关于多层膜使用了假想计测技术而得到的计算膜厚进行多重回归分析；求解器，其用于对所述APC计算模型进行逆运算，算出用于设定溅射功率的指示值；APC指示部，其发送所述用于设定溅射功率的指示值；溅射装置，其具备接受指示值信息控制多个成膜腔室的成膜控制部；实测部，其每隔一定时间而对在溅射装置成膜的多层膜的特性进行测定来得到实测值；残差算出部，其算出实测值与指示值的差量；以及移动平均值算出部，其求出要***到APC计算模型的反馈修正项c。
进一步，实施方式涉及的成膜调整方法是使用了基于用于设定溅射功率的指示值来连续地成膜多层膜的溅射装置的成膜调整方法，包括：每隔一定时间而从溅射装置取出多层膜的样品，测定以基于第1指示值的第1溅射功率制膜的多层膜的样品的特性的实测值；对实测值与第1指示值进行比较而得到的残差；算出得到的残差的移动平均值而求出反馈修正项c；参照得到的反馈修正项c，针对关于多层膜使用了假想计测技术而得到的计算膜厚，求出从APC计算模型使用求解器进行逆运算而得到的值；求出基于所述得到的值的第2指示值；向溅射装置的成膜控制部发送第2指示值；接受第2指示值而通过成膜控制部设定第2溅射功率，连续地成膜多层膜。
以下，参照附图对实施方式进行说明。
图1示出表示能够由实施方式涉及的方法及***制作的磁记录介质20的一个例子的剖视图。磁记录介质20是垂直磁记录介质。
如图所示，该磁记录介质20包括：多层膜9，其包括在非磁性基板1上通过在溅射装置内连续地进行溅射而依次层叠的软磁性衬层2、第一基底层3、第二基底层4、第一磁性层5－1、第一中间层6－1、第n－1磁性层5－n－1、第n－1中间层6－n－1、第n磁性层5－n以及第(n+1)磁性层7；通过在多层膜9上在CVD装置内蒸镀而层叠的C保护层8；应用于该C保护层8上的未图示的润滑层。
在该磁记录介质20中，例如作为软磁性衬层2可以使用Ni－Fe，作为第一基底层3及第二基底层4可以使用Ru，作为第一磁性层5－1～第n磁性层5－n可以使用CoCrPt－Ox，作为第一中间层6－1～第n－1中间层6－n－1可以使用Ru，作为第(n+1)磁性层7可以使用CoCrPt－B。
此外，x表示氧原子的原子比。
另外，第n－1磁性层5－n－1及第n－1中间层6－n－1是指将第一磁性层5－1及第一中间层6－1的层叠反复进行n－1次而得到的层。
n是2以上的整数。n例如可以为3或5。
软磁性衬层2例如可以使用第一软磁性层、中间层以及第二软磁性层的层叠。
第一磁性层5－1、第一中间层6－1、第(n－1)基底层5－n－1以及第n磁性层6－n的层叠可以作为磁记录层来使用，第(n+1)磁性层7可以罩盖(cap)层来使用。
磁记录介质20由如图1所示的通过溅射进行的层叠来制造，通过各层发挥作用，确保使用了该磁记录介质20的记录装置中的读写性能。
图2示出表示能够在实施方式涉及的磁记录介质的制造方法中使用的多层膜的成膜***的框图。
如图所示，该成膜***40具有在基板1上连续地溅射多层膜的溅射装置30。
溅射装置30具有成膜控制部23、为了形成n层的多层膜的各层的各个连续的腔室21＿1～腔室21＿n。溅射装置30的腔室21＿1……腔室21＿n分别与成膜控制部23连接，按各腔室而设定了溅射功率、成膜时间。另外，在成膜控制部23连接有用于设定溅射功率的APC(Advanced Process Control，高等过程控制)APC指示部29。成膜控制部23能够接受来自APC指示部的APC指示值，调整各腔室的溅射功率。
另外，该成膜***40包括：实测在溅射装置30成膜的多层膜的特性的实测部24；设在实测部24与APC指示部29之间、算出实测值与APC指示值的差量的残差算出部25；算出残差的移动平均值、求出反馈修正项c的移动平均值算出部26；从APC计算模型进行逆运算而求出APC指示值的求解器(solver)28；输出由求解器28求出的APC指示值的APC指示部29。在此，在实测部24实测到的多层膜的特性、从APC指示部29输出的APC指示值、在成膜控制部23被调整的溅射功率处于对应关系。
图3示出表示能够在实施方式涉及的磁记录介质的制造方法中使用的多层膜的成膜工序的流程图。
如图3所示，在实施方式中使用的多层膜的制造工序中，首先将基材导入溅射装置30，设定固定的成膜时间，使用多个腔室21＿1～腔室21＿n以根据从APC指示部29输入的APC指示值设定的溅射功率连续地成膜包含磁记录层的多层膜(S1)。
对于所得到的多层膜，可以使之移动到用于接下来的工序的例如用于形成保护膜11的CVD装置。然后，通过在保护膜11上例如涂覆全氟聚醚等润滑剂来得到磁记录介质20。在此，判定是否经过了一定时间(S2)，若没有经过一定时间(S2的否)，则处理进入接下来的工序。
另一方面，在经过了一定时间例如12小时的情况下(S2的“是”)，取出样品，在实测部24对特性进行实测(S3)。
在残差算出部25比较实测值与当前的APC指示值，算出残差(S4)。
在移动平均值算出部26求出所得到的残差的移动平均值来作为反馈修正项c(S5)。例如使用对过去3批以上的残差进行平均而得到的移动平均。
在求解器28中，从APC计算模型27使用求解器进行逆运算，求出用于设定溅射功率的APC指示值(S6)。
将所求出的APC指示值发送至溅射装置30的成膜控制部23(S7)。
在成膜控制部23中，以接受新的APC指示值而设定的新的溅射功率连续地成膜包含磁记录层的多层膜(S1)。
上述的多层膜的成膜***40的原理为以下所述。
在该成膜***40中，成膜时间是固定的，但溅射功率按照溅射靶的磨耗(erosion)来每隔一定时间为了调整特性、膜厚而被进行变更。
磁记录介质20具有从内周向外周其特性逐渐变化的倾向，为了对其进行调整，TM距离(溅射靶和磁体间的距离)也被作为调整参数来使用。
溅射装置中的控制因子X为以下所述。
控制因子：X
·溅射功率
·成膜时间
·靶累计电力(表示磨耗的指标)
·TM距离
磁记录介质20的特性的控制对象Y为以下所述。
控制对象：Y
静磁特性：Hc、HS、Hn、α各ID/MD/OD…m参数
动态特性：SN比、OW特性、线宽等…n参数
在实施方式涉及的磁记录介质20的制造方法中，采用了以膜厚记述介质特性的膜厚模型。层叠膜的各层的膜厚无法直接测定，因此，使用假想计测技术(VirtualMetrology)的计算膜厚。膜厚模型可以由以下的式(1)及式(2)来记述。
计算膜厚Cal_TH1＝PW1×成膜速率1×成膜时间…(1)
成膜速率1＝e1×d1×累计电力1…(2)
成膜速率(Rate)可以如图4所示那样由累计电力的一次函数来表示。
将控制对象设为Y，将VM的膜厚设为X，进行多重回归分析而生成APC计算模型。
成为控制对象的特性可以由下述的行列式(3)表示。
在该例子中，具有b、c的两个截矩(日文“切片”)，但b是通常的截矩，c是为了说明维护跳变(日文“メンテジャンプ”)所需的维护(maintenance)间修正项，含有基于特性的残差的反馈修正值。
根据完成了模型的控制因子X能够预测特性Y，但在APC中，需要计算求出实际使用的溅射功率。将求出该X称为逆运算。逆运算使用最佳化求解器。
逆运算成为根据n个特性Y求出p个控制因子X的最佳化问题。
所谓最佳化问题，主要是指使特性Y从靶的差量最小化，但通过按照下述那样将与膜厚目标值的差量也一并最小化，能够稳定地导出解。另外，各参数具有制约条件，能在特定的范围内求出解。
目的函数x：溅射功率，Y：特性，Th：膜厚
Δ2＝ΔY2+ΔTh2…(4)
Δ2：目的函数值(以最佳化来最小化的参数)
ΔYi＝(Yi，APC－Yi，Target)/(Yi，USL－Yi，LSL)特性
的与所希望的值(靶)的无量纲化(无因次化)而得到的差量
λi:特性i的相对于从靶的偏离的惩罚(penalty)系数
εj：相对于与目标膜厚相距的距离的处罚系数
σj：过去实际的计算膜厚
APC：APC指示值
USL：Upper Specific limit(规格上限)
LSL：Lower Specific limit(规格上限)
i：多层膜的从下数的第i层
j：多层膜的从下数的第j层
制约条件
Yi，LSL≦Yi≦Yi，USL…(7)
式(7)中，全部特性值控制在Spec内
Xi，LSL≦Xi≦Xi，USL…(8)
式(8)中，功率的值控制在Spec内。
Cal_TH1，LSL≦Cal_TH1≦Cal_TH1，USL…(9)
式(9)中，计算膜厚的值控制在Spec内
将由求解器28算出的值Y称为APC指示值。将APC指示值和与实测值对应的值之间的差量称为残差。残差由残差算出部25来算出。
残差在APC指示值的下次计算中作为反馈值来使用。当单纯地反馈残差时，有可能APC指示值会不稳定而会振荡，因此，算出移动平均值作为反馈修正项。通过使用移动平均，能抑制由反馈信号导致的偏差的增幅，但在相反方面，会因进行移动平均而产生相位延迟。
残差包含各介质的偏差和测定的偏差。偏差成为反馈信号的噪声，因此，要高精度APC必须降低测定、制造偏差。
此外，在实施方式涉及的磁记录介质20可以使用以下的材料。
＜保护膜以及润滑剂＞
作为保护层8，可以使用碳。
保护膜8优选为了使对凹凸的覆盖优良而通过CVD法来成膜，但也可以通过溅射法或者真空蒸镀法来成膜。根据CVD法，能形成包含许多sp3键碳的DLC膜。当膜厚为2nm以下时，覆盖变差，当为10nm以上时，在使用该磁记录介质20了的记录装置中，记录再现头和磁记录介质20的磁间距变大，SNR(信噪比)差，因此并不优选。
另外，可以在保护膜上涂覆润滑剂。作为润滑剂，例如可以使用全氟聚醚、氟化醇、氟化羧酸等。
＜磁记录层＞
作为磁记录层，在为合金系的情况下，优选以Co或者Fe、Ni为主成分、且包含Pt或者Pd。磁记录层根据需要，可以包含Cr和/或氧化物。作为氧化物，氧化硅、氧化钛是特别合适的。进一步，除了氧化物之外，还可以包含从Ru、Mn、B、Ta、Cu及Pd选择的一种以上的元素。通过包含上述元素，能够使结晶性、取向性提高，能够得到适于更高记录密度的记录再现特性、热起伏特性。
作为磁记录层，也可以使用将从CoPt系合金、FePe系合金、CoCrPt系合金、FePtCr系合金、CoPtO、FePtO、CoPtCrO、FePtCrO、CoPtSi、FePtSi以及Pt、Pd、Ag、Cu选择出的至少一种作为主成分的合金和Co、Fe、Ni的多层构造等。另外，可以使用Ku高的MnAl合金、SmCo合金、FeNbB合金、CrPt合金等。
磁记录层的厚度优选为3～30nm，更优选为5～15nm。当为该范围时，能够制作适于更高的记录密度的磁记录再现装置。当磁记录层的厚度小于3nm时，具有再现输出过低、而噪声成分高的倾向。当磁记录层的厚度超过30nm时，具有再现输出过高、而波形失真的倾向。
＜软磁性衬层＞
软磁性衬层(SUL)承担使用于对磁记录层进行磁化的来自磁头的记录磁场沿着水平方向通过、向磁头侧回流这一功能的一部，具有使得向记录层施加陡峭且足够的垂直磁场、使记录再现效率提高的作用。
软磁性衬层可以使用包含Fe、Ni或者Co的材料。作为这样的材料，可以举出FeCo系合金例如FeCo、FeCoV等、FeNi系合金例如FeNi、FeNiMo、FeNiCr、FeNiSi等、FeAl系合金、FeSi系合金例如FeAl、FeAlSi、FeAlSiCr、FeAlSiTiRu、FeAlO等、FeTa系合金例如FeTa、FeTaC、FeTaN等、FeZr系合金例如FeZrN等。也可以使用具有含有60at％以上的Fe的FeAlO、FeMgO、FeTaN、FeZrN等的微结晶构造或者在矩阵中分散有微细的结晶粒子的颗粒构造的材料。作为软磁性衬层的其他材料，也可以使用含有Co和Zr、Hf、Nb、Ta、Ti以及Y中的至少一种的Co合金。Co合金优选含有80at％以上的Co。这样的Co合金在通过溅射法进行了成膜的情况下容易形成无定形层。无定形软磁性材料没有结晶磁各向异性、结晶缺陷以及粒界，因此，呈现非常优异的软磁性，并且，能够谋求磁记录介质20的低噪声化。作为优选的无定形软磁性材料可以举出例如CoZr、CoZrNb以及CoZrTa系合金等。
在软磁性衬层之下，为了提高软磁性衬层的结晶性或者提高与基板的接合性，还可以设置基底层。作为这样的基底层的材料，可以使用Ti、Ta、W、Cr、Pt、包含它们的合金、或者它们的氧化物或氮化物。
也可以为了防止尖峰噪声而将软磁性衬层分为多个层，作为中间层通过***0.5～1.5nm的Ru层来使之反铁磁性结合。另外，也可以使由CoCrPt、SmCo、FePt等具有面内各向异性的硬磁性膜或者IrMn、PtMn等的反铁磁性体形成的被钉层与软磁性层交换耦合。为了控制交换耦合力，也可以在Ru层的上下层叠磁性膜(例如Co)或者非磁性膜(例如Pt)。
＜中间层＞
在软磁性衬层与磁记录层之间可以设置由非磁性体形成的中间层。中间层具有将软磁性衬层与磁记录层的交换耦合相互作用切断、控制磁记录层的结晶性这两个作用。作为中间层的材料，可以使用Ru、Pt、Pd、W、Ti、Ta、Cr、Si、Ni、Mg、包含它们的合金、或者它们的氧化物或氮化物。
＜非磁性基板＞
作为实施方式能够使用的非磁性基板，例如可以举出玻璃基板、Al系合金基板、陶瓷基板、碳基板、具有氧化表面的Si单结晶基板等。作为玻璃基板可举出无定形玻璃(非晶玻璃)以及结晶化玻璃。作为非晶玻璃可举出通用的钠钙玻璃、铝硅玻璃。作为结晶化玻璃可举出锂系结晶化玻璃。作为陶瓷基板可举出通用的将氧化铝、氮化铝、氮化硅等作为主成分的烧结体、它们的纤维强化物等。
图5是将能够应用通过实施方式涉及的制造的磁记录介质20的磁记录再现装置130的一个例子的一部分分解而得到的立体图。
如图5所示，磁记录再现装置130具有上面开口的矩形箱状的壳体131、通过多个螺丝螺紧于壳体131的堵塞壳体的上端开口的未图示的顶盖。
在壳体131内收纳有实施方式涉及的磁记录介质132、作为支承该磁记录介质132并使之旋转的驱动单元的主轴马达133、对磁记录介质132进行磁信号的记录及再现的磁头134、具有在前端搭载有磁头134的悬架且对磁头134以能够相对于磁记录介质132移动自如地方式进行支承的头致动器135、对头致动器135以能够使之旋转自如的方式进行支承的旋转轴136、经由旋转轴136使头致动器135旋转以及对其进行定位的音圈马达137等。
以上对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提示的，并不是意在限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种的方式来实施，能够在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围和主旨中，并且，包含在权利要求书记载的发明及其等同的范围内。
此外，本实施方式不仅能够应用于磁记录介质，还能够应用于半导体的层叠体。

Claims (9)

1.一种磁记录介质的制造方法，使用了溅射装置，所述溅射装置基于用于设定溅射功率的指示值来连续地成膜包含磁记录层的多层膜，所述制造方法包括：
算出对每隔一定时间从所述溅射装置取出并测定的、以基于第1指示值的第1溅射功率制膜的包含磁记录层的多层膜的样品的特性的实测值与所述第1指示值进行比较而得到的残差；
算出所述得到的残差的移动平均值而求出反馈修正项c；
参照所述得到的反馈修正项c，针对关于所述包含磁记录层的多层膜使用了假想计测技术而得到的计算膜厚，求出从APC计算模型使用求解器进行逆运算而得到的值；
将基于所述得到的值的第2指示值发送至所述溅射装置；
接受所述第2指示值而设定第2溅射功率，连续地成膜所述包含磁记录层的多层膜。
2.根据权利要求1所述的磁记录介质的制造方法，
所述APC计算模型能够由下述式(3)表示：
3.根据权利要求1或者2所述的磁记录介质的制造方法，
所述磁记录层是垂直磁记录层。
4.根据权利要求3所述的磁记录介质的制造方法，
所述磁记录层包含将CoPt系合金、FePt系合金、CoCrPt系合金、FePtCr系合金、CoPtO、FePtO、CoPtCrO、FePtCrO、CoPtSi和FePtSi中的一种材料、或者Pt、Pd、Ag和Cu中的至少一种作为主成分的合金与Co、Fe、或者Ni的多层构造。
5.根据权利要求1或者2所述的磁记录介质的制造方法，
所述包含磁记录层的多层膜的成膜还包括：在所述基板与所述磁记录层之间成膜软磁性衬层。
6.一种多层膜的成膜***，包括：
APC计算模型，其对关于多层膜使用了假想计测技术而得到的计算膜厚进行多重回归分析；
求解器，其用于对所述APC计算模型进行逆运算，算出用于设定溅射功率的指示值；
APC指示部，其发送所述用于设定溅射功率的指示值；
溅射装置，其具备基于所述指示值控制多个成膜腔室的成膜控制部；
实测部，其每隔一定时间而对在所述溅射装置成膜的多层膜的特性进行测定来得到实测值；
残差算出部，其算出所述实测值与所述指示值的差量；以及
移动平均值算出部，其求出要***到所述APC计算模型的反馈修正项c。
7.根据权利要求6所述的多层膜的成膜***，
所述APC计算模型能够由下述式(3)表示：
8.一种成膜调整方法，是使用了溅射装置的成膜***的成膜调整方法，所述溅射装置基于用于设定溅射功率的指示值连续地成膜多层膜，所述成膜调整方法包括：
算出对每隔一定时间从所述溅射装置取出并测定的、以基于第1指示值的第1溅射功率制膜的多层膜的样品的特性的实测值与所述第1指示值进行比较而得到的残差；
算出所述得到的残差的移动平均值而求出反馈修正项c；
参照所述得到的反馈修正项c，针对关于所述多层膜使用了假想计测技术而得到的计算膜厚，求出从APC计算模型使用求解器进行逆运算而得到的值；
将基于所述得到的值的第2指示值发送至所述溅射装置；
接受所述第2指示值而设定第2溅射功率，连续地成膜所述多层膜。
9.根据权利要求8所述的成膜调整方法，
所述APC计算模型能够由下述式(3)表示：
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