用於磁性介質圖案化的抗蝕劑強化的製作方法
2023-05-31 08:29:56
專利名稱：用於磁性介質圖案化的抗蝕劑強化的製作方法
技術領域：
本文描述的各實施例涉及製造磁性介質的方法。更具體地說，本文所述的各實施例涉及利用等離子體暴露來圖案化磁性介質。相關技術的描述磁性介質可用於各種電子裝置，例如硬碟驅動裝置和磁阻隨機存取存儲(MRAM)裝置。硬碟驅動裝置為計算機和相關裝置特選的存儲介質。桌上型與筆記型計算機大多有硬碟驅動裝置，許多消費性電子裝置(如介質記錄器與播放器)和收集及記錄數據的儀器也有硬碟驅動裝置。硬碟驅動裝置還可配置在網絡存儲陣列中。MRAM裝置可用於各種非易失性存儲裝置，例如快閃驅動裝置和動態隨機存取存儲(DRAM)裝置。磁性介質裝置利用磁場存儲及檢索信息。硬碟驅動裝置中的磁碟配有由磁頭個別尋址的磁疇。磁頭移近磁疇並改變所述疇的磁性而記錄信息。為恢復記錄信息，磁頭移近磁疇並檢測所述區磁性。所述疇的磁性一般直譯成兩種可能對應狀態(「O」狀態與「 I」狀態)之一。如此，磁性介質可記錄數字信息，然後再回復。
磁性存儲介質通常包含非磁性玻璃、複合玻璃/陶瓷，或具有磁化材料的金屬襯底，所述磁化材料以沉積工藝沉積於金屬襯底上且厚度為約100納米(nm)至約I微米(μ m)之間，沉積工藝通常為物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積(CVD)工藝。在一個工藝中，濺射沉積含鈷與鉬層至結構襯底上而形成磁性活化層。磁化層通常是通過沉積形成圖案或在沉積後圖案化，使裝置表面具有磁化區，磁化區散置有以量子自旋取向命名的非磁性活化區。不同自旋取向的疇相會處有稱為布洛赫壁(Bloch wall)的區域，在所述區域中自旋取向經過渡區從第一取向變成第二取向。過渡區的寬度將限制信息存儲的表面密度，因為布洛赫壁會佔用總磁疇的遞增部分。為克服連續磁性薄膜中布洛赫壁寬度造成的限制，各疇可由非磁性區(在連續磁性薄膜中，非磁性區寬度比布洛赫壁寬度小)物理性分隔。在介質上形成分離磁性區與非磁性區的傳統方式專注在通過沉積磁疇作為分隔島或通過從連續磁性膜移除材料而物理性分隔磁疇，以形成彼此完全分離的單一位磁疇。將圖案化掩模放置到非磁性襯底上，磁性材料沉積在非磁性襯底的露出部分上，或者可在進行掩模及圖案化前沉積磁性材料、然後蝕刻移除露出部分中的磁性材料。在一個方法中，利用蝕刻或刻劃，形貌圖案化非磁性襯底，及利用旋塗或電鍍，沉積磁化材料。接著研磨或平坦化磁碟而露出磁疇周圍的非磁界。在一些情況下，以圖案化方式沉積磁性材料而形成由非磁性區分隔的磁粒或點。這類方法預期產生能支持數據密度至多達約I百萬兆字節/平方英寸(TB/in2)的存儲結構，且各疇尺寸小至20nm。所有這類方法通常會導致介質有明顯的表面粗糙度。改變襯底形貌會因典型硬碟驅動裝置的讀寫頭疾馳至距磁碟表面2nm處而受到限制。因此，需要一種具有高解析度又不會改變介質形貌來圖案化磁性介質的工藝或方法，和進行有效量產工藝或方法的設備
發明內容
本文描述的各實施例提供一種形成圖案化磁性襯底的方法，所述方法包括以下步驟在襯底的磁性活化表面上形成具有厚部與薄部的圖案化抗蝕劑、在圖案化抗蝕劑上形成穩定層、使部分磁性活化表面暴露於通過穩定層和圖案化抗蝕劑的薄部的定向能量，以及改變磁性活化表面經暴露部分的磁性而形成圖案化磁性襯底。其它實施例提供一種形成圖案化磁性襯底的方法，所述方法包括以下步驟在結構襯底上形成磁性活化層、在磁性活化層上形成圖案轉移層、利用物理圖案化工藝圖案化圖案轉移層、在圖案轉移層上形成共形保護層，以及使襯底暴露於經選擇而穿透部分圖案轉移層的能量，以根據形成於圖案轉移層中的圖案，改變磁性活化層的磁性。其它實施例包括具有磁化層的襯底，磁化層具有多個具第一磁性值的第一疇、多個具第二磁性值的第二疇，和介於多個第一疇與多個第二疇之間的過渡區，過渡區的尺寸小於約2納米(nm)，其中多個第一疇和多個第二疇各自的尺寸小於約25nm。其它實施例包括磁性介質襯底，磁性介質襯底的製造方法包括以下步驟在結構襯底上形成磁性活化層、形成具有厚部與薄部的圖案化抗蝕劑來接觸磁性活化層、在圖案化抗蝕劑上形成共形穩定層、使部分磁性活化表面暴露於通過穩定層和圖案化抗蝕劑的薄部的定向能量、改變磁性活化表面經暴露部分的磁性而形成圖案化磁性襯底，以及移除圖案化抗蝕劑和穩定層。其它實施例提供一種用於處理襯底的設備，所述設備具有襯底搬運部，襯底搬運部經由一或多個負載鎖定腔室耦接至襯底處理部，襯底處理部包含等離子體增強原子層沉積(PEALD)腔室和一或多個等離子體浸沒腔室，所述等離子體增強原子層沉積(PEALD)腔室和一或多個等離子體浸沒腔室耦接至傳送腔室，並且所述襯底搬運部包含裝載部、傳送部和界面部。附圖簡要說明為了更詳細理解本發明的上述特徵，通過參考實施例可獲得簡要概述如上的本發明的更具體描述，所述實施例部分圖示在附圖中。然而，須注意附圖僅說明本發明典型實施例，因此不宜視為限定本發明的範圍，因為本發明可容許其它等效實施例。
圖1為概述了根據一個實施例的方法的流程圖。圖2A為根據另一實施例的裝置的示意側視圖。圖2B為根據又一實施例的裝置的示意側視圖。圖2C為圖2B裝置的磁性曲線圖。圖3為概述了根據另一實施例的方法的流程圖。圖4為根據另一實施例的設備的平面視圖。為促進理解，各圖中共享的元件符號儘可能代表相似的元件。應理解一個實施例中公開的元件可有利地用於其它實施例，在此不另外詳述。具體描述本文所描述的各實施例大體提供用於形成圖案化磁性襯底的方法和設備，可使用所述方法和設備用於這類襯底涉及的任何用途，包括磁存儲。一些實施例形成用於硬碟驅動裝置的襯底，其它實施例可形成靜態存儲裝置，例如MRAM裝置。圖1為概述了根據一個實施例的方法100的流程圖。圖1的方法100用於形成具有磁性圖案的襯底，磁性圖案依據形成於抗蝕層中的圖案限定，抗蝕層塗覆至襯底上，接著再被移除。磁性圖案產生具有磁疇且形貌十分平滑的襯底，磁疇尺寸小於約25nm。在圖1中，在步驟102中，通過在具有磁性活化層的襯底上形成圖案化抗蝕層，以製造圖案化磁性襯底。襯底為機械強度足以支撐上層的結構襯底。所用襯底一般為金屬、玻璃或碳材料，例如聚合物或複合物，且襯底可為金屬合金或複合玻璃物質，例如玻璃/陶瓷摻合物。襯底通常呈帶有反磁的不透磁性或只有非常微弱的順磁性。例如，在一些實施例中，基底層的磁化率為小於約1(Γ4 (鋁的磁化率為約1.2Χ1(Γ5)。襯底一般塗覆有磁化材料，以提供用於磁性圖案化的介質。磁化材料可形成在多層內，每一層可有相同或不同組成。在一個實施例中，具有弱磁性(如抗磁力或磁化率)的第一層軟磁材料形成在基底襯底上，磁性較強的第二層硬磁材料形成在第一層上。在一些實施例中，各層包含選自由鈷、鉬、鎳、鑰、鉻、鉭、鐵、鋪和禮所組成組的一或多種元素。在一個實施例中，磁化層包含厚度約IOOnm至約IOOOnm (I μ m)之間的第一層鐵或鐵/鎳合金和含兩個子層的第二層，各子層厚度為約30nm至約70nm之間,例如約50nm,且子層各自包含鉻、鈷和鉬。這些層可以此領域已知的任何適合方法形成，所述方法例如為物理氣相沉積或濺射、化學氣相沉積、等離子體增強化學氣相沉積、旋塗、電化學電鍍或無電電鍍等手段。圖案化抗蝕層是通過如下步驟形成的塗覆抗蝕材料至襯底上，以及利用物理或光刻圖案化工藝來圖 案化抗蝕層；在一些實施例中，物理或光刻圖案化工藝能製造尺寸約50nm或更小的特徵結構,在一些實施例中特徵結構為25nm或更小,在一些實施例中特徵結構為IOnm或更小。抗蝕材料為可輕易移除、又不會影響底下磁化材料的材料，或者抗蝕材料為可留在完成裝置內、又不會不當影響裝置性質的材料。例如，在許多實施例中，抗蝕材料可溶於溶劑液體，例如水或碳氫化合物。在一些實施例中，抗蝕材料塗覆於襯底當作可固化液體，然後以模板進行物理壓印圖案化，以及通過加熱或UV曝光而固化。在其它實施例中，抗蝕材料塗覆於模板，且在將塗覆的模板放置到襯底以將抗蝕材料轉移到襯底前，至少部分固化抗蝕材料。抗蝕材料一般還能抵抗入射能量或能量離子造成降解。在一些實施例中，抗蝕材料為可固化材料，例如環氧樹脂或熱塑性聚合物，可固化材料在固化前具有流動性，且在固化後將對能量工藝提供一些抗性。模板通常由耐久性材料製成，模板在經過壓印掩模材料的多次循環後將維持模板的形狀。在一些實施例中，模板包含鋁。形成於模板上的特徵結構尺寸可小於約50nm，例如小於約25nm,或者甚至小於約10nm。在一些實施例中，尺寸約Inm至約IOnm之間的特徵結構可形成於模板中。尺寸很小的特徵結構可以使用任何適於在襯底中形成這類小特徵結構的工藝形成。這種工藝的一個實例為電子束寫入。在一些其它實施例中，可採用離子束或分子束寫入。圖案化抗蝕材料限定磁化層的遮蔽和未遮蔽部分。形成於抗蝕材料中的圖案通常產生由薄抗蝕材料層覆蓋或無抗蝕材料覆蓋的磁化層部分，和由厚抗蝕材料層覆蓋的其它部分。薄抗蝕層覆蓋或無抗蝕層覆蓋的部分相當於未遮蔽部分，且隨後可通過暴露於處理環境來處理，所述處理環境經選擇而能穿透薄抗蝕層、但不穿透厚抗蝕層。在一些實施例中，厚抗蝕層的厚度可以為約50nm至約150nm之間，例如約60nm至約IOOnm之間，例如約80nm。在一些實施例中，薄抗蝕層的厚度可以為約Onm至約20nm之間，例如約2nm至約I Onm之間，例如約5nm。適合實踐所述實施例的抗蝕材料為Monomat抗蝕劑,所述Monomat抗蝕劑取自美國德州奧斯汀的分子壓印公司(Molecular Imprints, Inc.)。可使用一種J-FIL 壓印機(所述壓印機也取自分子壓印公司)，將Monomat抗蝕劑用於上述壓印工藝。在其它實施例中，抗蝕材料可以為光刻膠材料，例如利用PRODUCER CVD系統(所述PRODUCER CVD系統取自美國加州聖克拉拉的應用材料公司(AppIiedMaterials, Inc.))實施的CVD工藝塗覆的先進圖案化膜(Advanced Patterning Film)無定形碳抗蝕材料。在步驟104中，在圖案化抗蝕劑上形成保護層。保護層可減少或避免於後續處理期間破壞抗蝕層和產生的圖案降解。保護層通常以共形方式塗覆，以於處理期間保護厚與薄覆蓋區圖案，所述厚與薄覆蓋區圖案限定處理區與保護區。保護層可為穩定層，以於處理期間穩定圖案化抗蝕劑，在一些實施例中，保護層為含矽層。在一方面中，保護層可保護圖案化抗蝕劑的厚覆蓋區，以免在處理期間遭能量物種過度轟擊。能量物種將改變厚覆蓋區的形狀及/或厚度、改變或降低對厚覆蓋區底下的磁化層部分的保護程度，進而使圖案降解。在另一方面中，保護層可通過在處理期間提供較硬邊界來容納圖案化抗蝕層，防止抗蝕材料從厚覆蓋區遷移到薄覆蓋區(所述遷移也會導致圖案降解)來在處理期間穩定圖案化抗蝕劑。保護層一般包含矽，且保護層可包含由氧、氮、碳，或上述物質的任何混合物所組成組的一或多種元素。保護層可包含氧化矽、碳化矽、氮化矽、碳氧化矽、氮氧化矽或SiOCN。在一些實施例中，保護層也可含氫。在其它實施例中，保護層可為摻雜娃層或摻雜碳層。例如，可採用摻雜碳、氧、氮，或上述物質的組合物的矽層，或採用摻雜矽的碳層。保護層通常很薄。圖案化抗蝕特徵結構開口的尺寸限定圖案節距。在具有標準特徵結構尺寸的圖案中，圖案節距為標準特徵結構尺寸。所述層沉積厚度通常小於圖案節距的1/4，以保護圖案限定的開口。在具有不同特徵結構尺寸的圖案中，保護層沉積厚度小於最小特徵結構尺寸的1/4。在一些實施例中，保護層的厚度小於約10nm，例如約2nm至約5nm之間，或小於約2nm,例如約Inm或約3nm。共形保護層可以用任何適於沉積薄共形膜的工藝形成，所述工藝例如共形CVD、循環式CVD、脈衝式CVD或ALD。在一些實施例中，通常不使用原位等離子體，而是使用遠程等離子體。較佳採用低溫工藝，以免對圖案化抗蝕層或磁化層造成熱破壞。共形保護層的形成溫度通常低於約150°C，例如約20°C至約100°C之間，或約30°C至約80°C之間，例如約50°C。在替代實施例中，保護層可以在周圍溫度下形成，例如約10°C至約30°C之間，例如室溫。共形保護層可利用PRODUCER CVD或ALD腔室，或利用P3I 腔室(所述腔室也取自應用材料公司)形成。適合的前驅物為在上述溫度與氣相沉積工藝的低壓特性下可維持呈氣相的那些前驅物。含矽前驅物和含氧或氮前驅物用來形成共形層。在許多實施例中，臭氧被用作含氧前驅物。臭氧可通過遠程加熱或在腔室內接觸加熱的腔室表面(如腔室壁或氣體分配氣室)而活化。此外，適合的前驅物易由遠程等離子體產生器活化，遠程等離子體產生器以約50瓦(W)至約3000W之間的功率水平操作。至少一種矽前驅物用來與含氧或氮物種反應而沉積保護層。在一些實施例中，矽前驅物也可為碳源。在其它實施例中，可提供獨立碳源。適合上述低溫沉積形式的矽源化合物包括雙二乙氨基矽烷。室壓通常維持在約2託至約100託之間，並且可調整室壓來控制沉積層的共形性。
如ALD領域所知，在用於形成共形保護層的一個示例性原子層沉積工藝中，進行半反應(half-reaction)來沉積半層(half-layer)。將含娃前驅物提供至含有待處理襯底的腔室內，以形成含矽半層，接著提供含氧前驅物，以完成整層。如上所述，襯底具有磁化層和形成於磁化層上的圖案化抗蝕層。含矽前驅物為可在用於沉積工藝的處理溫度下維持呈蒸汽的化合物或混合氣體。就使用活性氧物種的CVD工藝而言，含矽前驅物可選自由下列物質所組成的組八甲基環四矽氧烷(0MCTS)、甲基二乙氧矽烷(MDE0S)、雙(叔丁基氨基)矽烷(BTBAS)、雙(二乙基氨基)矽烷(BDEAS)、三(二甲基氨基)矽烷(TDMAS)、雙(二甲基氨基)矽烷(BDMAS)、雙(乙基甲基氨基)矽烷(BEMAS)、四甲氧基矽烷(TM0S)、三甲基矽烷(TMS)、四乙氧基矽烷(TE0S)，和上述物質的混合物。在一個CVD實施例中，較佳含矽前驅物為BDEAS。同時伴隨含矽前驅物選擇性引入腔室的氣體包括載氣，例如氦氣、氮氣、氧氣、氧化亞氮和氬氣。較佳反應氣體為臭氧與遠程等離子體源產生的氧或活性氧及/或氮自由基混合。通過提供氧氣及/或氮氣至遠程等離子體產生器，及以13. 56MHz及/或350kHz的頻率，將約50W至約3000W之間的RF功率耦合到產生器，可形成遠程等離子體。就使用活性氧或氮物種的ALD工藝而言，含矽前驅物可選自由下列物質所組成的組二氯矽烷(DCS )、三氯矽烷(TCS )、四氯化矽、二溴矽烷、四溴化矽、BDEAS、OMCTS、三矽烷胺(TSA)、矽烷、乙矽烷，和上述物質的組合物。含矽前驅物以約5SCCm (每分鐘標準毫升)至約lOOOsccm之間的流量引入腔室。選擇性載氣(如氦氣)以約IOOsccm至約20000sccm之間的流量引入腔室。含娃前驅物(如BDEAS)與載氣(如氦氣)流入腔室的流量比為約I 1或以上，例如約I 1至約1:100之間。室壓可大於約5毫託，例如約1. 8託至約100託之間，並且腔室中的襯底支撐件溫度可為約10°C至約100°C之間，同時含矽前驅物流入腔室來沉積膜層。更具體地說，溫度為介於約
30°C至約80°C之間。含矽前驅物流入腔室的時間可以足以沉積厚度約5 A至約200 A之
間的膜層。例如，含矽前驅物可以流入腔室計約O.1秒至約60秒之間。含矽前驅物沉積含矽半層，含矽半層共形於襯底上且覆蓋遮蔽區與未遮蔽區中的圖案化抗蝕劑，包括圖案化抗蝕層的垂直與水平表面。如果未遮蔽區不含抗蝕材料，例如如果露出未遮蔽區中的磁化層，則含矽半層覆蓋未遮蔽區中的磁化層。含矽半層可為單層，或矽或矽物種的原子層。含反應氧的氣體(如臭氧、臭氧/氧混合物、氧自由基等)引入腔室並與含矽半層反應而形成共形氧化矽層。在一個實施例中，氧中臭氧佔體積比約O. 5%至約10%之間的混合氣體以約IOOsccm至約20000sccm之間的流量引入腔室。臭氧/氧混合物可通過在約70°C至約300°C之間(如約100°C至約180°C之間)的控制溫度下接觸腔室表面(如腔室壁、氣體分配器或噴頭)而活化。室壓可以為約5毫託至約100託之間，並且腔室中的襯底支撐件溫度可以為約10°C至約100°C之間(如約30°C至約80°C之間)，同時臭氧/氧氣體流入腔室。在ALD實施例中，將矽前驅物提供至腔室內，使矽前驅物沉積於襯底表面上，直到耗盡所有沉積位置為止。接著，將活性氧或氮物種提供至腔室內，活性氧或氮物種並與沉積於襯底表面上的矽前驅物反應而形成共形氧化矽層。然後確定共形氧化矽層的厚度，如果期望有較大厚度，則可反覆進行接觸含矽前驅物與含氧氣體的工藝，直到達到目標厚度為止。以淨化氣體淨化腔室來實質移除腔室內的所有含氧物種，及視需求反覆進行膜層形成循環。共形氧化矽層當作保護層，共形氧化矽層的厚度可為約10 A至約200 A之間，例如約20 A至約50 A之間。薄共形保護層提供對後續處理期間破壞的抗性，同時保護形成於抗蝕層中的圖案。氮與碳前驅物也可用於類似上述工藝的循環沉積工藝。氮源化合物可用於提供氮，所述氮源化合物例如為氨氣(NH3)或胺類(RxHyN，x>0, x+y=3)、聯氨(H2N2)、取代聯氨(RxHyN2, x>0, x+y=2)或二胺(R[NHXR』 y]2，x+y=3)、疊氮酸(HN3)或疊氮化物(RN3),和氨基矽烷(SiHxRy [NHaR』丄，x+y+z=4, a+b=3)。低級碳氫化合物可作為碳源，例如甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)和乙炔(C2H2)。此外，各種有機矽化合物可作為碳源，例如燒基娃燒和乙娃燒。在一些實施例中，摻雜劑(如碳與氮)可用來控制共形保護層的密度和層厚度、控制後續處理期間能量物種撞擊圖案化抗蝕層的範圍。工藝混合氣體可包括碳源，以於沉積共形保護層時將碳引入層內。在一些實施例中，共形保護層可經歷後處理步驟，以自層中移除慘雜劑(如碳)。在一些實施例中，也可以通過在圖案化抗蝕層與共形保護層之間形成包含矽與碳的過渡層，來增強等離子體處理期間共形保護層與圖案化抗蝕層之間的附著性。在含矽與碳層沉積的第一時期，將碳源加入工藝混合氣體，接著在第二時期，停止加入碳源，以形成無碳層。含矽與碳層因材料相仿，因此可改善與含碳抗蝕層的附著性。前述操作形成位於磁化層上的圖案化抗蝕層和位於圖案化抗蝕層上的共形保護層。圖案化抗蝕層和保護層具有厚部和薄部，厚部和薄部限定待以能量處理的磁化層區域。鄰接抗蝕層和保護層的薄部的磁化層區域經能量處理而改變那些區域的磁化層磁性。在步驟106中，將能量導向襯底表面，以改變未遮蔽區中的磁化層磁性。能量可以離子、中性粒子或輻射形式傳遞。離子可為小原子數的小離子，例如各少於約10個原子，例如分子離子，或者離子可為各有約10個或更多個原子的大離子，例如巨分子離子或簇離子。中性粒子可為上述任何類型的離子的電中和物種，或可為自由基物種。輻射可為雷射或電子束輻射。能量類型和 傳遞模式通常選擇成能穿透襯底未遮蔽區中的抗蝕層和保護層，但不穿透遮蔽區中的抗蝕層和保護層。如上所述，可將摻雜劑納入保護層，以調整保護層的能量穿透性。視圖案化抗蝕層和保護層的厚部與薄部厚度和密度而定，可使用平均動能約100電子伏特(eV)至約IOkeV之間的能量物種來改變襯底的磁性。在步驟108中，利用定向能量，改變磁性活化層選擇區域的磁性，選擇區域由抗蝕層圖案形成的未遮蔽部分限定。能量物種穿透未遮蔽部分的磁性活化層、中斷原子及/或分子磁矩的直線排列而改變未遮蔽部分的抗磁力、磁化率或其它磁性。在一些實施例中，未遮蔽部分的磁化層經去磁，以致檢測不到未遮蔽部分的殘餘磁場。在其它實施例中，磁化量減少約50%至約95%之間。在步驟110中，移除保護層和圖案化抗蝕層。可採用任何移除膜層又不會改變或破壞形成於磁化層中的磁性圖案的工藝。在一種情況下，可使用含氟等離子體，以單一操作來剝除保護層和圖案化抗蝕劑。將諸如四氟化碳(CF4)、三氟化硼(BF3)和四氟化矽(SiF4)的材料和氧化氣體(如氧氣(O2)、臭氧(O3)、三氧化氮(NO3)、一氧化碳(CO)或水(H2O))與還原氣體(如氫氣(H2)或氨氣(NH3))提供至含有襯底的等離子體腔室。氣體可通過施加解離能量(如RF能量)至氣體而遠程或原位活化。在一個實施例中，利用感應等離子體源，將RF能量耦合到混合氣體。從而產生的含氟氧化/還原混合物會蝕刻含矽保護層和圖案化抗蝕層，但不會蝕刻磁化層。圖2A為根據另一實施例的裝置200的示意側視圖。裝置200為處於中間處理階段的磁性介質裝置，且裝置可由本文所述任何實施例形成。裝置200具有形成於結構襯底202上的磁化層204。磁化層204和結構襯底202可包含任何材料或本文對這類層的任何描述。圖案化抗蝕層206形成以接觸磁化層204，所述圖案化抗蝕層206具厚覆蓋部206A與薄覆蓋部206B。圖案可以任何適合工藝形成，包括本文所述的物理和光刻圖案化技術。圖案節距「d」相當於圖案化抗蝕劑的厚或薄覆蓋區的最小尺寸。共形保護層208利用本文所述工藝形成在圖案化抗蝕層206上。共形保護層208的厚度「t」不超過圖案節距「d」的25%。在一些實施例中，共形保護層208的厚度「t」為圖案節距「d」的約1%至約25%之間，例如約5%至約20%之間，例如約15%。厚度「t」小於圖案節距「d」的約25%可保護圖案功能，以容許能量物種撞擊由薄覆蓋部206B覆蓋的區域中的磁化層204，並且阻擋由厚覆蓋部206A覆蓋的區域中的能量物種。圖2B為根據又一實施例的裝置216的示意側視圖。裝置216為可利用本文所述工藝形成的磁性介質裝置，且裝置可從圖2A中間階段的裝置200製備。裝置216包含像圖2A裝置200中一樣的結構襯底202。圖案化磁化層210接觸結構襯底202，並且圖案化磁化層210包含磁性圖案。磁化層210的第一疇210A具有第一磁性值，磁化層210的第二疇210B具有第二磁性值，且在統計有效測量方面，可檢測到第二值與第一值有明顯不同。第一疇210A也可注入有摻雜劑，例如硼、氟、矽、碳、氮、氧等，第二疇210B可實質不含這些摻雜齊U。第一疇210A可摻雜上述任何摻雜劑的濃度可達約IO16至約IO22個原子/立方釐米。接觸防止層212形成在圖案化磁化層210上，以免讀/寫操作期間，圖案化磁化層210接觸任何操作設備，並且潤滑層214形成在接觸防止層212上，以防讀/寫頭萬一接觸裝置216而遭破壞。接觸防止層通常經沉積而得，但在一些實施例中，接觸防止層可以塗覆法形成。接觸防止層一般為非磁性活化，在一些實施例中，接觸防止層可為含碳層，例如無定形碳、鑽石型碳或氮化碳。潤滑層可為潤滑聚合物，例如氟化聚合物，且潤滑層可以任何便利的方法形成，所述方法例如為沉積或塗覆。應注意裝置216的製作可包括使圖2A裝置200受能量物種處理，所述能量物種選擇為穿透圖案化抗蝕層206的薄覆蓋部206B、但不穿透厚覆蓋部206A，從而改變由薄覆蓋部206B覆蓋的磁化層204的磁性、移除圖案化抗蝕層206和共形保護層208以及增設圖2B的接觸防止層212和潤滑層214。圖2C為示出圖2B的裝置216中磁化層210的磁性曲線圖。軸230顯示磁性值，例如殘餘磁力或抗磁力。軸218表示物理尺寸，所述物理尺寸平行於由磁化層210限定的平面。根據上述圖1或以下圖3通過能量處理形成的疇210A、210B，橫越磁化層210的磁性值從第一值220變成第二值222。距離224大約與疇(如疇210A、210B)的尺寸一致。過渡區「X」中的磁性值從第一值220變成第二值222，或者反之亦然，過渡區構成兩個磁疇之間的界面。檢測過渡區「X」的磁性的檢測器將檢測到磁性值，所述磁性值與第一值220和第二值222差異統計有效量。過渡區「X」的尺寸226決定襯底的最大存儲密度。如果尺寸226小，則磁疇之間的對比會很鮮明，因而容易檢測，如此容許有更小的疇。由於能量處理期間，形成於圖案化抗蝕劑上的共形保護層或穩定層可減少圖案降解，因此根據本文所述實施例製造的裝置在疇之間具有過渡區，且疇尺寸小於約2nm，例如小於約lnm，
例如約3 A至約8 A之間。圖3為概述了根據另一實施例的方法300的流程圖。在步驟302中，利用圖案化含矽抗蝕層，在磁性襯底上形成易感與非易感位置的圖案，圖案化含矽抗蝕層的關鍵尺寸小於約50nm,例如約Inm至約50nm之間，或約5nm至約15nm之間，例如約10nm。磁性襯底的形成可包括利用本文所述任何工藝，在結構襯底上沉積磁性層、在磁性層上形成具有厚覆蓋部與薄覆蓋部的圖案化抗蝕層，以及在圖案化抗蝕層上形成共形保護層。在步驟304中，利用本文所述工藝，將能量引導穿過部分圖案化含矽抗蝕層，使部分磁性層根據形成於圖案化含矽抗蝕層中的圖案去磁。能量穿透薄覆蓋部中的圖案化含矽抗蝕層、但不穿透厚覆蓋部中的圖案化含矽抗蝕層，以使由薄覆蓋部覆蓋的磁性層區域去磁，並且在磁性層中形成磁性圖案。磁性層形貌實質不被圖案化工藝改變。在步驟306中，利用不破壞或改變磁性圖案的工藝，移除圖案化含矽抗蝕層。上述涉及氟化學作用的等離子體工藝可用來移除圖案化含矽抗蝕層。圖4為設備400的示意平面視圖，設備400可用於進行本文所述實施例。設備400包含襯底搬運部402和襯底處理部404。襯底搬運部402包含裝載站406、傳送站408和界面站410。襯底從裝載站406裝載到設備400中。在一些情況下，裝載操作可包含將一或多個襯底放到載具上，以將襯底傳送通過設備400。傳送站408將襯底從裝載站406移到界面站410。傳送站408可視需要包含襯底搬運特徵結構，例如翻轉裝置。界面站408提供襯底至入口負載鎖定腔室412而進入襯底處理部404，襯底處理部404通常在真空下操作。襯底處理部404包含多個襯底處理腔室416，襯底處理腔室416耦接至內設傳送機械人418的傳送腔室420。各處理腔室416可為CVD腔室、ALD腔室、PVD腔室、PECVD腔室、PEALD腔室、等離子體清潔腔室、冷卻腔室或等離子體浸沒腔室。在一個實施例中，各腔室416為等離子體浸沒腔室，等離子體浸沒腔室配置以形成共形保護層至具有圖案化抗蝕層形成於上的磁性襯底上，使襯底經受能量以穿透部分圖案化抗蝕層而於襯底上形成磁性圖案，以及移除共形保護層和圖案化抗蝕層，以上全在單一腔室中進行。在其它實施例中，腔室416的功能可劃分成讓一個腔室(如PEALD腔室)形成共形保護層，另一腔室(如等離子體浸沒腔室)進行能量處理，以及又一腔室(如等離子體浸沒腔室)進行抗蝕層與保護層移除。出口負載鎖定腔室414接收已處理襯底，並將已處理襯底傳回襯底搬運部402。雖然以上針對本發明實施例說明，但在不脫離本發明的基本範圍的情況下，可設計本發明的其它和進一步實施例。
權利要求
1.一種形成圖案化磁性襯底的方法，所述方法包含以下步驟 在襯底的磁性活化表面上形成具有厚部與薄部的圖案化抗蝕劑； 在所述圖案化抗蝕劑上形成穩定層； 使部分的所述磁性活化表面暴露於通過所述穩定層和所述圖案化抗蝕劑的所述薄部的定向能量；以及 改變所述磁性活化表面經暴露的部分的磁性而形成所述圖案化磁性襯底。
2.如權利要求1的方法，其中形成所述圖案化抗蝕劑的步驟包含以下步驟進行物理圖案化工藝。
3.如權利要求1的方法，其中形成所述穩定層的步驟包含以下步驟在低於約150°C的溫度下，在所述圖案化抗蝕劑上沉積含矽層。
4.如權利要求3的方法，其中在所述圖案化抗蝕劑上沉積所述含矽層的步驟包含以下步驟 提供矽前驅物與氧化氣體至處理腔室中； 將所述襯底的溫度維持低於約150°C ;以及 活化所述氧化氣體。
5.如權利要求4的方法，其中所述處理腔室為等離子體浸沒腔室。
6.如權利要求5的方法，其中所述處理腔室包含遠程等離子體源。
7.如權利要求1的方法，其中所述定向能量包含含氟離子。
8.如權利要求1的方法，其中使部分的所述磁性活化表面暴露於通過所述穩定層和所述薄部的定向能量的步驟包含以下步驟 提供含氟混合氣體至處理腔室中，所述處理腔室具有感應等離子體源； 從所述含氟氣體產生等離子體；以及 以經選擇而穿過所述抗蝕劑的所述薄部、但不穿過所述抗蝕劑的所述厚部的能量，將來自所述等離子體的離子導向所述襯底。
9.如權利要求1的方法，其中使部分的所述磁性活化表面暴露於通過所述穩定層和所述薄部的定向能量的步驟包含以下步驟 產生含氟離子束；以及 將所述含氟離子束導向所述襯底，其中所述離子束具有經選擇而穿過所述抗蝕劑的所述薄部、但不穿過所述抗蝕劑的所述厚部的平均動能。
10.如權利要求1的方法，所述方法進一步包含以下步驟通過使所述襯底暴露於含氟氣體來移除所述穩定層和所述圖案化抗蝕劑。
11.一種形成圖案化磁性襯底的方法，所述方法包含以下步驟 在結構襯底上形成磁性活化層； 在所述磁性活化層上形成圖案轉移層； 利用物理圖案化工藝，圖案化所述圖案轉移層； 利用原子層沉積工藝在所述圖案轉移層上形成共形含矽保護層；以及使所述襯底暴露於經選擇而穿透部分的所述圖案轉移層的能量，以根據形成於所述圖案轉移層中的圖案，改變所述磁性活化層的磁性。
12.—種具有磁化層的襯底，所述磁化層包含多個具有第一磁性值的第一疇； 多個具有第二磁性值的第二疇；以及 介於所述多個第一疇與所述多個第二疇之間的過渡區，所述過渡區的尺寸小於約2nm，其中所述多個第一疇和所述多個第二疇各自的尺寸小於約25nm。
13.—種以一工藝形成的磁性介質襯底,所述工藝包含 在結構襯底上形成磁性活化層； 形成具有厚部與薄部的圖案化抗蝕劑來接觸所述磁性活化層； 在所述圖案化抗蝕劑上形成共形穩定層； 使部分的所述磁性活化表面暴露於通過所述穩定層和所述圖案化抗蝕劑的所述薄部的定向能量； 改變所述磁性活化表面經暴露的部分的磁性而形成圖案化磁性襯底；以及 移除所述圖案化抗蝕劑和所述穩定層。
14.一種用於處理襯底的設備，所述設備包含 襯底搬運部，所述襯底搬運部經由一或多個負載鎖定腔室耦接至襯底處理部，所述襯底處理部包含等離子體增強原子層沉積(PEALD)腔室和一或多個等離子體浸沒腔室，所述等離子體增強原子層沉積(PEALD)腔室和一或多個等離子體浸沒腔室耦接至傳送腔室，並且所述襯底搬運部包含裝載部、傳送部、翻轉部和界面部。
15.如權利要求14的設備，其中所述襯底處理部還包含等離子體清潔腔室。
全文摘要
提供一種用於形成磁性介質襯底的方法和設備。圖案化抗蝕層形成在具有磁化層的襯底上。共形保護層形成在圖案化抗蝕層上，以免圖案於後續處理期間降解。襯底經能量處理，其中能量物種依據形成於圖案化抗蝕劑中的圖案，穿透部分圖案化抗蝕層和共形保護層而撞擊磁化層及改變磁化層磁性。接著移除圖案化抗蝕層和共形保護層而留下磁性襯底，所述磁性襯底具有形貌實質不變的磁性圖案。
文檔編號G11B5/84GK103069486SQ201180041059
公開日2013年4月24日 申請日期2011年7月25日 優先權日2010年7月28日
發明者克里斯多福·D·本徹, 羅曼·古科, 史蒂文·維哈維伯克, 夏立群, 李龍元, 馬修·D·斯科特奈伊-卡斯特, 馬丁·A·希爾金, 皮特·I·波爾什涅夫 申請人:應用材料公司