TWI564941B - 用於圖案化之磁碟媒體應用的電漿離子佈植製程 - Google Patents

Description

用於圖案化之磁碟媒體應用的電漿離子佈植製程

本發明實施例關於硬碟驅動(HDD)媒體及用於製造硬碟驅動媒體的設備及方法。詳言之，本發明實施例關於形成硬碟驅動的圖案化磁碟媒體。

硬碟驅動(HDD)為電腦及相關裝置之儲存媒體的選擇之一。最常可在桌上型電腦及筆記型電腦中發現硬碟驅動，並且可在許多消費性電子裝置(例如媒體記錄器及播放器)以及收集與記錄資料的設備中發現其存在。硬碟驅動也可利用在網路儲存裝置的陣列中。

硬碟驅動以磁性方式儲存資訊。硬碟驅動中的磁碟配置有多個分別可藉由磁頭定址(addressable)的磁域。磁頭移動至磁域附近並改變磁域的磁性以記錄資訊。為了取得(recover)已記錄的資訊，磁頭移動至磁域附近並偵測磁域的磁性。磁域的磁性一般可解讀成兩種可能狀態(“0”狀態及“1”狀態)中的一種。以此方式，數位資訊可記錄在磁性媒體上並可在之後被取得。

硬碟驅動中的磁性媒體一般為玻璃、複合玻璃/陶瓷、或金屬基材，且磁性媒體通常為非磁性並具有磁敏感材料沉積於其上。磁敏感層通常經沉積以形成一圖案，使得磁碟的表面具有交錯的磁敏感區域與磁性不活躍區 域。非磁性基材通常依形貌(topographically)圖案化，以及藉由旋轉塗佈或電鍍沉積磁敏感材料。隨後，可研磨或平坦化磁碟以暴露出圍繞磁域的非磁性邊界。在一些例子中，磁性材料以圖案化的方式沉積以形成藉由非磁性區域分離的磁性顆粒或磁點。

預期此等方法可產生能支援資料密度高達約1TB/in²的儲存結構，且個別磁域具有20nm般小的尺寸。具有不同自旋取向之磁域交會處的區域稱為布洛赫壁(Bloch wall)，其中自旋取向經過從第一取向至第二取向的轉變。因為布洛赫壁在整個磁域占據的部分增大，此轉變區域的寬度限制了資訊儲存的面積密度。

為了克服由於布洛赫壁寬度在連續磁性薄膜中的空間限制，可藉由非磁性區域(其可比在連續磁性薄膜中之布洛赫的寬度來得窄)實體性分離該等磁域。在媒體上產生離散之磁性及非磁性區域的習知方法是著重在形成彼此完全分離的單一位元磁域，其係藉由以分離的島狀區來沉積磁域或藉由自連續磁性膜移除材料以實體性分離磁域。可遮罩及圖案化基材，以及將磁性材料沉積在暴露部分，或者磁性材料可在遮罩及圖案化之前沉積，以及隨後蝕刻掉暴露區域。在任一例子中，由磁性區域之剩餘圖案改變基材的形貌。因為典型硬碟驅動的讀寫頭可靠近基材表面(2nm)飛行，此等形貌的改變是有限制的。因此，需要一種在媒體上形成磁性及非磁性區域之圖案化磁性媒體的製程及方法，其具有高解析度但不會改變 媒體之形貌，以及需要一種有效實行該製程及方法以大量製造的設備。

本發明實施例提供在一或多個基材上之磁敏感表面上形成包括磁域及非磁性磁域之圖案的方法。在一實施例中，一種在設置於基材上之磁敏感材料上形成多個磁域之圖案的方法包括以下步驟：暴露磁敏感層的第一部分至氣體混合物形成的電漿歷時一段足夠的時間，以將經由遮罩層暴露之磁敏感層之第一部分的磁性從第一狀態修飾成第二狀態，其中氣體混合物至少包括含鹵素氣體及含氫氣體。

在另一實施例中，一種用於形成硬碟驅動之磁性媒體的方法包括以下步驟：傳送具有磁敏感層及圖案化遮罩層的基材至處理腔室中，其中圖案化遮罩層設置於該磁敏感層上，其中圖案化遮罩層界定出未藉由遮罩層保護的第一區域及藉由遮罩層保護的第二區域；修飾磁敏感層在處理腔室中未受到遮罩層保護之第一部分的磁性，其中修飾磁敏感層之第一部分之磁性的步驟更包含以下步驟：供應氣體混合物至處理腔室中，其中氣體混合物至少包括BF₃氣體及B₂H₆氣體；對氣體混合物施加RF功率，以使氣體混合物解離成反應性離子；及將自氣體混合物解離的硼離子佈植至磁敏感層的第一區域中，同 時在基材表面上形成一保護層。

在又一實施例中，一種用於形成硬碟驅動之磁性媒體的設備包括：處理腔室，用來修飾磁敏感層之第一部分的磁性，其中處理腔室包括：基材支撐組件，設置於處理腔室中；氣體供應源，經配置以供應氣體混合物至在處理腔室中設置於基材支撐組件上之基材的表面，其中氣體混合物至少包含含鹵素氣體及含氫氣體；及RF功率，耦接至處理腔室並具有足夠的功率以解離供應至處理腔室的氣體混合物並將自氣體混合物解離的離子佈植至基材表面中，其中佈植至基材表面的離子將設置於基材上之磁敏感層的一第一部分消磁。

本發明實施例一般提供在用於硬碟驅動之磁性媒體基材上形成磁性及非磁性區域的設備及方法。此設備及方法包括藉由施加電漿浸沒離子佈植製程以將離子以圖案化方式佈植至基材中而產生具有不同磁性的磁域及非磁性磁域以修飾該基材的磁性，其中具有不同磁性的磁域及非磁性磁域可由一磁頭偵測。磁域可個別藉由固定在基材表面附近的磁頭來定址，使得磁頭可偵測及影響個別磁域的磁性。本發明實施例包括在用於硬碟驅動的基材上形成磁域及非磁性磁域，同時保持該基材的形貌。

第1圖為可用來實施本發明實施例之電漿浸沒離子佈 植腔室的等角圖。第1圖的腔室有利於實行電漿浸沒離子佈植程序，但也可使用高能(energetic)離子來噴淋基材而非使用佈植。處理腔室100包括腔體102，腔體102包括底部124、頂部126、以及圍繞處理區域104的側壁122。基材支撐組件128是由腔體102的底部124所支撐並適於容納用於製程的基材302。在一實施例中，基材支撐組件128可包括適於控制支撐在基材支撐組件128上之基材302之溫度的嵌入式加熱器元件或冷卻元件(未圖示)。在一實施例中，可控制基材支撐組件128的溫度以防止基材302在電漿浸沒離子佈植製程期間過熱，以使基材302在電漿浸沒離子佈植製程期間維持在實質上恆定的溫度。基材支撐組件128的溫度可控制在約30℃至約200℃的溫度之間。

氣體分配板130耦接至腔體102面向基材支撐組件128的頂部126。泵送口132界定在腔體102中並耦接至真空泵134。真空泵134經由節流閥136耦接至泵送口132。製程氣體源152耦接至氣體分配板130以供應用於基材302上實行之製程的氣態前驅物化合物。

繪示於第1圖的腔室100更包括一電漿源190。電漿源190包括一對分離之外部凹角管140、140’，凹角管140、140’安裝在腔體102之頂部126的外側且彼此交錯或正交設置。第一外部管140具有第一端140a並與腔體102中之處理區域104的第一側連通，第一端140a耦接至形成於頂部126中的開口198。第二端140b具有一耦 接至頂部126的開口196並與處理區域104的第二側連通。第二外部凹角管140’具有一第一端140a’並與處理區域104的第三側連通，第一端140a’具有一耦接至頂部126的開口194。第二外部凹角管140’之具有開口192的第二端140b’是耦接至頂部126並與處理區域104的第四側連通。在一實施例中，第一外部凹角管140及第二外部凹角管140’是正交於彼此配置，從而圍繞腔體102之頂部126周圍提供各個外部凹角管140、140’呈約90度間隔定向的兩端140a、140a’、140b、140b’。外部凹角管140、140’的正交配置允許電漿源均勻地橫跨處理區域104分配。應了解，第一外部凹角管140及第二外部凹角管140’可具有其他用來控制處理區域104中之電漿分配的配置。

導磁性環形磁心142、142’環繞在對應之外部凹角管140、140’的一部分上。導電線圈144、144’經由個別的阻抗匹配電路或元件148、148’耦接至個別的RF功率源146、146’。各個外部凹角管140、140’為個別藉由絕緣環形環150、150’干擾的中空導電管，絕緣環形環150、150’在個別外部凹角管140、140’的兩端140a、140b(及140a’、140b’)之間干擾一連續的電路徑。基材表面的離子能量受到經由阻抗匹配電路或元件156耦接至基材支撐組件128之RF偏壓產生器154的控制。

包括製程氣體源152供應之氣態化合物的製程氣體經由上方的氣體分配板130引入處理區域104中。RF功率 源146從功率施加器(亦即，磁心與線圈142、144)耦接至供應於管140中的氣體，而在第一封閉環形路徑中產生循環電漿電流。功率源146’可自另一功率施加器(亦即，磁心與線圈142’、144’)耦接至第二管140’中的氣體，而在與第一環形路徑交錯(亦即，正交)的第二封閉環形路徑中產生循環電漿電流。第二環形路徑包括第二外部凹角管140’及處理區域104。在各個路徑中的電漿電流在個別之RF功率源146、146’的功率下振盪(例如，反轉方向)，RF功率源146、146’的功率彼此可能相同或略有偏差。

在操作中，自製程氣體源152將製程氣體混合物供應至腔室。取決於實施例，製程氣體混合物可包含待離子化並朝向基材302引導的惰性氣體或反應性氣體。事實上，任何可輕易離子化的氣體皆可使用在腔室100中以實施本發明實施例。一些可使用的惰性氣體包括氦、氬、氖、氪及氙。可使用的反應性氣體或可反應氣體包括硼烷及其寡聚物(例如二硼烷)、磷化氫及其寡聚物、三氫化砷、含氮氣體、含鹵素氣體、含氫氣體、含氧氣體、含碳氣體、及其組合。在一些實施例中，可使用氮氣、氫氣、氧氣及其組合。在其他實施例中，可使用氨及其衍生物、類似物及同系物，或者可使用諸如甲烷或乙烷的碳氫化合物。在又另一實施例中，可使用含鹵素氣體，例如含氟氣體或含氯氣體，如BF₃。可使用任何可快速汽化但不會沉積實質相同於基材之磁敏感層之材料的物 質，以經由轟擊或電漿浸沒離子佈植來修飾其磁性。大多數的氫化物皆可使用，例如矽烷、硼烷、磷化氫、二硼烷(B₂H₆)、甲烷、及其他氫化物。再者，也可使用二氧化碳和一氧化碳。

操作各個RF功率源146、146’的功率使得其複合效應有效地解離來自製程氣體源152的製程氣體並在基材302的表面產生期望的離子通量。RF偏壓產生器15⁴的功率控制在選定的位準，於此自製程氣體解離的離子能量可在該選定的位準朝向基材表面加速，並在期望的離子濃度下佈植至基材302之頂表面下方的期望深度。例如，使用約100W之相對低的RF功率可產生約200eV的離子能量。具有低離子能量的解離離子可自基材表面佈植至介於約1埃至約500埃之間的淺深度。或者，約5000W的高偏壓功率將產生約6keV的離子能量。由高RF偏壓功率(例如高於約100eV)提供及產生具有高離子能量的解離離子可從基材表面佈植至實質上具有超過500埃之深度的基材內。在一實施例中，供應至腔室的偏壓RF功率可介於約100瓦至約7000瓦之間，相當於約100eV至約7keV之間的離子能量。

然而若期望在磁性層的選定部份中擾亂原子自旋的對準，可利用具有相對高能量的離子佈植，例如介於約200eV至約5keV之間，或介於約500eV至約4.8keV之間，如介於約2keV至約4keV之間，例如約3.5keV。受控之RF電漿源功率及RF電漿偏壓功率的結合解離氣體混合 物中的電子與離子，賦予離子期望的動量，在處理腔室100中產生期望的離子分配。朝向基材表面偏壓及驅動離子，從而以期望的離子濃度、分配及距離基材表面之深度將離子佈植入基材中。在一些實施例中，取決於磁性層的厚度，可以介於約10¹⁸原子/cm³至介於約10²³原子/cm³的濃度及範圍自約1nm至100nm的深度來佈植離子。

深入磁性層的電漿浸沒佈植離子造成佈植區域的磁性大量改變。淺佈植(例如在100nm厚的層中為2-10nm)將在佈植區域下方留下大量部分之具有對準原子自旋的層。此具有能量介於約200eV至約1000eV之能量之離子的淺佈植將致使部分的磁性改變。因此，可藉由微調佈植的深度來選擇改變的程度。佈植離子的尺寸也會影響將離子佈植至給定深度所需的能量。例如，以約200eV之平均能量佈植至磁性材料中的氦離子將使磁性材料消磁約20%至約50%，而以約1000eV之平均能量佈植的氬離子將使磁性材料消磁約50%至約80%。

應注意，本文中在電漿浸沒離子佈植製程中所提供的離子是藉由對處理腔室施加高電壓RF或任何其他形式之EM場(微波或DV)形成之電漿所產生。隨後，電漿解離離子朝向基材表面偏壓並佈植至距離基材表面一特定的期望深度。相較於藉由電漿浸沒離子佈植製程佈植之離子，習知的離子佈植處理腔室利用離子槍或離子束來加速大部分的離子至特定的能量，使受加速之離子佈植 至基材較深的區域。在電漿浸沒離子佈植製程所提供的離子通常不像習知束線中的離子具有束狀(beam-like)的能量分配。由於許多因素的影響(例如離子碰撞、處理時間及處理空間、以及加速電漿場的可變密度)，大部分電漿離子具有散布至接近零之離子能量的能量。因此，藉由電漿浸沒離子佈植製程形成在基材中之離子濃度分布不同於藉由習知離子佈植處理腔室形成在基材中的離子濃度分布，其中與習知離子佈植處理腔室相較，藉由電漿浸沒離子佈植製程佈植的離子大部分靠近基材表面分配。再者，實行電漿浸沒離子佈植製程所需的能量小於操作離子槍(或離子束)離子佈植製程所需的能量。需要較高能量之習知離子槍(或離子束)離子佈植製程可提供具有較高佈植能量的離子以自基材表面穿透至較深的區域。相較之下，利用RF功率以電漿解離用於佈植之離子的電漿浸沒離子佈植製程需要較少的能量來初始化電漿浸沒離子佈植製程，使得從電漿產生之離子可有效地受到控制並自基材表面佈植至相對淺的深度。因此，相較於習知的離子槍/束離子佈植製程，電漿浸沒離子佈植製程提供較經濟有效的離子佈植製程，以使用較低的能量及製造成本將離子佈植至基材表面的期望深度。

第2圖圖示一根據本發明實施例例示電漿浸沒離子佈植製程之製程200的流程圖。第3A-3C圖為基材302在第2圖之製程之不同階段處的示意截面圖。製程200經配置以在電漿浸沒離子佈植腔室(例如，第1圖中所述的 處理腔室100)中實行。應理解，製程200可在其他適當的電漿浸沒離子佈植系統中實行，包括來自其他製造商的電漿浸沒離子佈植系統。

製程200在步驟202藉由在處理系統100中提供一基材(例如基材302)而開始。在一實施例中，基材302可由金屬或玻璃、矽、介電塊體材料及金屬合金或複合玻璃(例如玻璃/陶瓷混合物)所組成。在一實施例中，基材302具有設置在基底層303上的磁敏感層304。基底層303通常為結構堅固的材料，例如金屬、玻璃、陶瓷或其組合。基底層303對磁敏感層304提供結構強度及良好的附著，且基底層303一般具有反磁性而為非導磁性，或僅具有非常低的順磁性。例如，在一些實施例中，基底層303的磁敏感率約低於10^-4(鋁的磁敏感率約1.2x10^-5)。

磁敏感層304一般由一或多個強磁性材料形成。在一些實施例中，磁敏感層304包含複數個具有相同或不同組成的層。在一實施例中，磁敏感層304包含第一層308及第二層306，其中第一層308為軟磁性材料(通常界定為具有低矯頑磁性(magnetic coercivity)的材料)，以及第二層306具有比第一層308高的矯頑性。在一些實施例中，第一層308可包含鐵、鎳、鉑、或其組合。在一些實施例中，第一層308可包含複數個具有相同或不同組成的子層(未圖示)。第二層306也可包含各種材料，例如鈷、鉻、鉑、鉭、鐵、鋱、釓及其組合。第二層306 可包含複數個具有相同或不同組成的子層(未圖示)。在一實施例中，磁敏感層304包含第一層308及第二層306，其中第一層308為具有介於約100nm至約1000nm(1μm)之厚度的鐵或鐵/鎳合金，第二層306包含具有介於約30nm至約70nm(例如約50nm)之厚度的鉻、鈷、鉑或其組合。層306、308可由適當的方法形成，例如物理氣相沉積、或濺射、化學氣相沉積、電漿增強化學氣相沉積、旋轉塗佈、電化學電鍍或無電電鍍手段等。

施加遮罩材料310至磁敏感層304的上表面314。遮罩材料310經圖案化以形成開口312，使下方磁敏感層304之未遮罩第一部分316暴露以進行處理。遮罩材料310遮罩下方磁敏感層304的第二部分318，以保護第二部分318免經處理。因此，遮罩層310界定出磁敏感層304的遮罩部分318及未遮罩部分316，以在後續處理之後形成不同磁性活性的磁域。遮罩層310一般包含可快速移除但不會改變磁敏感層304的材料，或包含若未移除將不會負面影響裝置性質的材料。例如，在許多實施例中，遮罩材料310可溶於液體溶劑中，例如水或碳氫化合物。在一些實施例中，遮罩材料310以可固化液體的形式施加至基材上，藉由使用一模板將其實體性壓印而圖案化，以及藉由加熱或UV暴露而固化。遮罩材料310也可抵抗入射能量及高能離子造成的降解。在一些實施例中，遮罩層310為可固化材料(例如環氧或熱塑性聚合物)，其將會在被固化之前流動且在固化之後可提供 一些抗高能製程的保護。

遮罩層310可使藉由開口312界定的第一部分316完全暴露以進行製程，以及保護覆蓋有薄或厚遮罩層310的第二部分318免於接觸製程。因此，遮罩層310可保持基材302的一些部分實質未遮罩，然而其他部分受到遮罩。隨後，基材302的第一部分316可暴露至能量以改變未遮罩部分316的磁性。在移除遮罩層316之後，基材302被留下其原始形貌，但具有非常精細的磁域及非磁性磁域圖案，其可支援儲存超過1Tb/in²的密度。

在步驟204，實行電漿浸沒離子佈植製程以將離子佈植至基材302未受遮罩層310保護的第一部分316，如第3B圖所繪示的箭頭314。可實行電漿浸沒離子佈植製程以將離子佈植至磁敏感層304的未遮罩區域316，以修飾磁敏感層304的磁性。在處理腔室100中解離的離子314經朝向基材302引導，並撞擊磁敏感層304藉由遮罩層310之開口312所界定的未遮罩部分316。當電漿能量及解離離子達到足夠高的強度以激發磁敏感層304中之原子的熱運動，暴露磁敏感層304的未遮罩部分316於電漿能量與解離離子一般將開始擾亂並改變磁性。高於一定限度(threshold)的能量以及佈植至磁敏感層304的解離離子將隨機化原子的自旋方向、減少或消除材料的磁性。磁敏感率是指當材料暴露至磁場時產生磁性的容易程度。磁敏感層304之未遮罩部分316的修飾產生由未修飾區域318(由遮罩層310保護)以及修飾區域 316(未受遮罩層310保護)所界定的磁域圖案。該圖案可視為磁性材料的未修飾磁域318及非磁性材料的修飾磁域316，或高磁場的未修飾磁域318及低磁場的修飾磁域316，或高磁敏感率的未修飾磁域318及低磁敏感率的修飾磁域318。因此，藉由選擇適當的電漿能量範圍以將期望量的適當離子物種佈植至磁敏感層304，可有效地降低、消除或改變磁敏感層304的磁性，以在基材302上形成期望的磁域318及非磁性磁域316。

撞擊至磁敏感層304中的摻雜劑/離子可改變磁敏感層304的磁性。例如，佈植離子(例如硼、磷、及砷離子)將不僅隨機化佈植處附近的磁動量，同時將其磁性賦予該表面，導致佈植區域的磁性變化，例如磁敏感層的消磁。再者，在離子撞擊或電漿轟擊製程期間提供的熱能或其他類型的能量可將高能離子的動能轉移至磁性表面，從而藉由各個碰撞引起磁性動量的微差(differential)隨機化，並從而改變磁性以及將磁敏感層304消磁。在一實施例中，可藉由暴露至氣體混合物及氣體混合物的轟擊，來降低及(或)消除磁敏感層304的磁性或磁敏感率，該氣體混合物至少包含含鹵素氣體及含氫氣體。據信，在氣體混合物中供應含鹵素氣體可稍微蝕刻未遮罩區域316的表面，而有利於摻雜劑穿透至磁敏感層304中。在同一時間，供應至氣體混合物中的含氫氣體可有助於在受到含鹵素氣體攻擊的蝕刻表面上形成薄的修復層，從而維持磁敏感層304的整體厚度及形貌保持不變。

在一實施例中，供應在氣體混合物中之適當的含鹵素氣體範例包括：BF₃、BCl₃、CF₄、SiF₄等。供應在氣體混合物中之適當的含氫氣體範例包括：BH₃、B₂H₆、P₂H₅、PH₃、CH₄、SiH₄等。例如，在電漿浸沒離子佈植製程期間使用BF₃氣體作為供應至氣體混合物之含鹵素氣體的一實施例中，BF₃氣體藉由供應至處理腔室的RF能量而解離，形成氟的活性物種及硼的活性物種。據信，氟的磁性物種會略微蝕刻磁敏感層304未受遮罩層310保護的表面，同時將硼物種引入磁敏感層304，其修飾磁敏感層304的未遮罩區域316。佈植之硼元素可隨機化磁敏感層304之未遮罩區域316的原子自旋方向，減少及(或)消除磁敏感層304的磁性，從而在磁敏感層304中形成非磁性磁域316。藉由供應自氣體混合物中之含氫氣體的氫活性物種可有助於修復受到氟之活性物種攻擊而形成的懸鍵(dangling bond)，從而有助於平滑化未受遮罩層310保護之佈植區域316的表面。因此，在電漿浸沒離子佈植製程中供應的含氫氣體可有效地在基材表面上提供一薄層保護層，從而協助佈植至基材中的離子不會負面地改變或損壞基材表面的形貌。應注意，薄保護層可能不是永久的沉積層且可能依需要而蝕刻或清潔掉，以助於磁敏感層304之表面形貌的良好控制。

在一實施例中，自氣體混合物解離的離子可佈植至磁敏感層304中而至磁敏感層304整體厚度之至少約50%的深度。在一實施例中，離子自基材表面佈植至介於約 5nm至約30nm的深度。在磁敏感層304為雙層的形式的實施例中，例如第一層306及第二層308，離子實質佈植至第一層306中，例如距離磁敏感層304之基材表面介於約2nm至約17nm的深度。

在一實施例中，在製程期間供應的氣體混合物可進一步包括惰性氣體。惰性氣體的適當範例包括N₂、Ar、He、Xe、Kr等。惰性氣體可促進氣體混合物中的離子轟擊，從而增加製程氣體碰撞的機率，從而降低離子物種的復合(recombination)。

可供應諸如電容性或電感性RF功率、DC功率、電磁能量、或磁控管濺射的RF功率至處理腔室100中以在製程期間協助氣體混合物的解離。可使用藉由對基材支撐件或高於基材支撐件的氣體入口(或同時對基材支撐件及氣體入口)施加DC或RF偏壓產生電場而使解離能量產生的離子朝向基材加速。在一些實施例中，離子可經受質量選擇(mass selection)或質量過濾(mass filtration)製程，其可包含使離子通過對準正交於期望移動方向的磁場。

在一實施例中，氣體混合物中的含氫氣體可以介於約10sccm至約500sccm之間的流速供應至處理腔室中，及氣體混合物中的含氟氣體可以介於約5sccm至約350sccm的流速供應至處理腔室中。腔室壓力一般維持在介於4mTorr至約100mTorr之間，例如約10mTorr。

可利用在電漿解離製程期間、在RF功率產生製程期間 產生諸如氦、氫、氧、氮、硼、磷、砷、氟、矽、鉑、鋁或氬的離子以改變基材表面的磁性。為了離子化原子的目的，藉由RF功率提供的電場可為電容性或電感性耦合，且可為DC放電場或交流電場，例如RF場。或者，可施加微波能量至含有任何一種含有此等元素的前驅物氣體以產生離子。在一實施例中，對於磁性媒體佈植使用低於5keV的離子能量，例如介於約0.2keV至約4.8keV之間，例如約3.5keV。在一些實施例中，含高能離子的氣體可為電漿。對基材支撐件、氣體分配板、或基材支撐件及氣體分配板兩者施加介於約50V至約500V的電偏壓，使離子以期望能量朝向基材支撐件加速。在一些實施例中，也使用電偏壓來離子化製程氣體。在其他實施例中，可使用第二電場來離子化製程氣體。在一實施例中，提供高頻RF場及低頻RF場來離子化製程氣體並偏壓基材支撐件。以13.56MHz之頻率及介於約200W至約5000W的功率級來提供高頻場，及以介於1000Hz至約10kHz之頻率及介於約50W至約200W之功率級來提供低頻場。高能離子可藉由感應耦合電場產生，感應耦合電場是藉由以約50W至約500W之RF功率供電於感應線圈所提供之循環路徑所提供。因此，所產生的離子將藉由如上述偏壓基材或氣體分配板而大致朝向基材加速。

在一些實施例中，產生的離子可經脈衝化。可對電漿源施加功率一段期望的時間，且隨後中斷一段期望的時 間。可在期望頻率與工作循環下以期望次數的循環重複功率循環。在許多實施例中，可以介於約1Hz至約1000Hz的頻率(例如，介於10Hz至約500Hz之間)來脈衝電漿。在其他實施例中，可在工作循環(每個循環中施加功率的時間與未施加功率時間的比率)之約10%至約90%(例如介於約30%至約70%)的時間進行電壓脈衝。

在步驟206，在完成電漿浸沒離子佈植製程之後，隨後，遮罩層310自基材表面移除，留下具有磁域圖案之磁敏感層304的基材，其中磁域圖案是由未修飾區域318(例如，磁域)及修飾區域316(例如，非磁性磁域)界定，其中修飾區域316具有較未修飾區域318低的磁性活性，如第3C圖所示。遮罩層310可藉由使用不會與下方磁性材料反應的化學品的蝕刻(例如乾清潔製程或灰化製程)來移除，或藉由溶解在一液體溶劑(例如DMSO)中來移除。在一實施例中，由於磁敏感層304上無永久的沉積，在圖案化之後之磁敏感層304的形貌將實質上與其圖案化之前的形貌相同。

將具有磁敏感層設置於其上的基材設置於處理腔室中，例如繪示於第1圖的處理腔室100。藉由上述參照第2圖所述之製程製備的基材經受由氣體混合物形成的電漿，氣體混合物含有由BF₃氣體提供的硼及氟離子以及由B₂H₆氣體提供的氫離子。處理腔室壓力維持在約15mTorr，RF偏壓電壓為約9keV，源功率約500瓦，以約30sccm的流速提供BF₃氣體，以約30sccm的流速提 供B₂H₆氣體，以及佈植時間為約40秒。發現硼離子穿透磁敏感層至高達約20nm的深度。也可在此範例中使用氬氣以輔助電漿形成。

因此，提供在基材之磁敏感表面上形成包括磁域及非磁性磁域之圖案的製程與設備。本製程有利地藉由電漿浸沒離子佈植製程提供以圖案化方式修飾基材之性質以產生具有不同磁性之磁域及非磁性磁域同時保持基材之形貌的方法。

雖然前述是針對本發明實施例，可在不背離其基本範疇的情況下發展出其他及進一步實施例。

100‧‧‧處理腔室

102‧‧‧腔體

104‧‧‧處理區域

122‧‧‧側壁

124‧‧‧底部

126‧‧‧頂部

128‧‧‧基材支撐組件

130‧‧‧氣體分配板

132‧‧‧泵送口

134‧‧‧真空泵

136‧‧‧節流閥

140、140’‧‧‧凹角管

140a‧‧‧第一端

140a’‧‧‧第一端

140b‧‧‧第二端

140b’‧‧‧第二端

142、142’‧‧‧磁導性環形磁心

144、144’‧‧‧導電線圈

146、146’‧‧‧RF功率源

148、148’‧‧‧阻抗匹配電路或元件

150、150’‧‧‧絕緣環形環

152‧‧‧製程氣體源

154‧‧‧RF偏壓產生器

156‧‧‧阻抗匹配電路或元件

190‧‧‧電漿源

192‧‧‧開口

196‧‧‧開口

198‧‧‧開口

200‧‧‧製程

202、204、206‧‧‧步驟

302‧‧‧基材

303‧‧‧基底層

304‧‧‧磁敏感層

306‧‧‧第二層

308‧‧‧第一層

310‧‧‧遮罩層

312‧‧‧開口

314‧‧‧上表面

316‧‧‧第一部分

318‧‧‧第二部分

為讓本發明之上述特徵結構更明顯易懂，可配合參考實施例，其部分乃繪示如附圖式，以更詳細描述本發明，其簡要總結如發明說明。

第1圖繪示適於實行本發明一實施例之電漿浸沒離子佈植工具的一實施例；第2圖繪示根據本發明一實施例例示電漿浸沒離子佈植製程的流程圖；及第3A-3C圖為基材在第2圖之方法於不同階段的示意側視圖；為利於了解，在圖式中相同的參考元件符號已盡可能指定相同的元件符號。應了解，一實施例中的特徵結構 可有利地使用在其他實施例中，而無須多做說明。

然應注意的是，伴隨之圖式僅說明了本發明的典型實施例，因而不應視為對其範疇之限制，亦即本發明亦可具有其他等效實施方式。

302‧‧‧基材

303‧‧‧基底層

304‧‧‧磁敏感層

306‧‧‧第二層

308‧‧‧第一層

310‧‧‧遮罩層

312‧‧‧開口

314‧‧‧上表面

316‧‧‧第一部分

318‧‧‧第二部分

Claims (10)

1. 一種在設置於一基材上之一磁敏感材料上形成磁域之圖案的方法，包含以下步驟：暴露一磁敏感層的一第一部分至一氣體混合物形成的一電漿，以將經由一遮罩層暴露之該磁敏感層之該第一部分的磁性從一第一狀態修飾成一第二狀態，其中該氣體混合物至少包括一BF₃氣體及一B₂H₆氣體，且其中該電漿係由一低於5keV的離子能量所產生，且該磁敏感層包括一第一層配置於一第二層上，該第一層為鐵或鐵合金，該第二層選自鉻、鈷、鉑或上述之組合所構成之群組，其中該第一層的矯頑磁性(magnetic coercivity)高於該第二層。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中暴露步驟更包含以下步驟：將在該電漿中解離的離子佈植至該磁敏感層的該第一部分。
3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中暴露步驟更包含以下步驟：在佈植時在該第一部分上形成一保護層。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中暴露步驟更包含 以下步驟：提供該氣體混合物至設置於一基材支撐組件上的基材表面，該基材支撐組件設置於一處理腔室中；施加能量至該氣體混合物，以離子化該氣體混合物的至少一部分；及將在該電漿中解離的離子佈植至該磁敏感層的該第一部分中。
5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中將在該電漿中解離的離子佈植至該磁敏感層的該第一部分中的步驟更包含以下步驟：實質上將該磁敏感層的該第一部分消磁。
6. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該些離子被佈植在該磁敏感層中約2nm與約10nm間的深度處。
7. 一種形成用於一硬碟驅動之一磁性媒體的方法，包含以下步驟：傳送一具有一磁敏感層及一圖案化遮罩層的基材至一處理腔室中，其中該圖案化遮罩層設置於該磁敏感層上，其中該圖案化遮罩層界定出未藉由該遮罩層保護的一第一區域及藉由該遮罩層保護的一第二區域，且該磁敏感層包括一強磁性(ferromagnetic)材料；及修飾該磁敏感層之該第一區域的磁性，其中該磁敏感 層之該第一區域在該處理腔室中未受到該遮罩層的保護，其中修飾該磁敏感層之該第一區域之磁性的步驟更包含以下步驟：供應一氣體混合物至該處理腔室中，其中該氣體混合物至少包括一BF₃氣體及一B₂H₆氣體；對該氣體混合物施加一RF功率，以使該氣體混合物解離成反應性離子以在該氣體混合物中形成一電漿，其中該RF功率受控制以產生一低於5keV的離子能量；及將自該氣體混合物解離的硼離子佈植至該磁敏感層的該第一區域中，同時在該基材表面上形成一保護層，其中該磁敏感層包括一第一層配置於一第二層上，該第一層為鐵或鐵合金，該第二層選自鉻、鈷、鉑或上述之組合所構成之群組，其中該第一層的矯頑磁性高於該第二層。
8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中修飾該磁敏感層之該第一區域之磁性的步驟包含以下步驟：實質上將該磁敏感層的該第一區域消磁。
9. 如申請專利範圍第7項之方法，其中修飾該磁敏感層之磁性的步驟包含以下步驟：將離子佈植至該磁敏感層之至少50%之厚度的深度。
10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中該些離子被佈植在該磁敏感層中約2nm與約10nm間的深度處