KR100803213B1

KR100803213B1 - 패턴된 자기기록매체 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100803213B1
Application number: KR1020060058095A
Authority: KR
Inventors: 최상준; 이정현; 오훈상; 서범석
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2026-06-27
Also published as: KR20080000356A; US20070297091A1

Abstract

패턴된 자기기록매체 및 그 제조방법이 개시되어 있다.

이 개시된 패턴된 자기기록매체는 플레이트와, 플레이트 위에 수직으로 형성된 다수의 나노 와이어와; 나노 와이어 위에 형성되며, 나노 와이어에 의해 단차되어 패터닝된 자성층;을 포함한다.

이와 같은 구조는 종래의 자성층을 식각하여 패터닝하는 공정을 생략하여 제조될 수 있으며, 자기 도메인의 크기를 나노 크기로 줄일 수 있고, 나아가 나노 와이어의 크기를 조절함으로써 기록밀도를 조절할 수 있다.

Description

패턴된 자기기록매체 및 그 제조방법{Patterned magnetic recording media and manufacturing method thereof}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 패턴된 자기기록매체의 개략적인 단면도이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴된 자기기록매체의 개략적인 단면도이다.

도 3a 내지 도 3e는 도 1의 자기기록매체의 제조방법을 도시한다.

도 4a 및 4b 각각은 도 3c 및 도 3d의 공정후의 중간결과를 보여준다.

도 5a 내지 도 5e는 도 2의 자기기록매체의 제조방법을 도시한다.

도 6은 자기기록매체의 도 5d의 공정 후의 중간결과를 보여준다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10,20...플레이트, 11,21...버퍼층

15,25...나노 와이어, 17,27...자성층

19,29...캡핑층, 21a...트렌치

본 발명은 패턴된 자기기록매체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노 와이어를 이용하여 패터닝된 자성층을 갖는 패턴된 자기기록매체 및 그 제조방법에 관한 것이다.

자기정보기록분야에서 기록 밀도를 증가시키기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 기록밀도가 증가함에 따라 단위 정보가 기록되는 기록매체의 비트 사이즈(bit size)가 축소된다. 그러나, 일반적으로 벌크 자기막(bluk magnetic film)을 이용하는 자기기록매체는 자기입자 사이즈(magnetic grain size)가 일정 임계치 이하로 낮추어질 때에 초상자성 효과(superparamagnetic effect)를 나타내 보인다. 이러한 초상자성 효과는 단위면적 당 비트수(number of bit per area) 즉, 기록밀도의 증대를 방해한다. 이에 보다 높은 기록밀도를 얻기 위한 방안으로 자기입자들이 구조적으로 상호 격리되어 있는 패턴된 자기기록매체가 사용된다.

종래의 패턴된 자기기록매체는 기존의 연속적인 자성층을 이용한 방식에서 얻어질 수 있는 자기 도메인(magnetic domain)의 크기보다 작은 패턴을 갖는 자성층을 이용한다. 이러한 패턴된 자기기록매체는 전자빔이나 홀로그래픽 리소그래픽이나, 나노 임프린트(nano implint) 리소그래픽과 같은 식각공정을 통하여 형성된다.

그러나, 종래의 패턴된 자기기록매체는 시각공정의 한계로 자기 도메인의 크기를 줄이는데 한계가 있으며, 공정 단가가 크다는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 나노 와이어를 이용하여 제작공정을 개선한 패턴된 자기기록매체 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 패턴된 자기기록매체는 플레이트와; 상기 플레이트 위에 수직으로 형성된 다수의 나노 와이어와; 상기 나노 와이어 위에 형성되며, 상기 나노 와이어에 의해 단차되어 패터닝된 자성층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 플레이트와 상기 나노 와이어 사이에는 버퍼층이 개재되어 있는 것이 바람직하다.

상기 버퍼층은 트랙을 따라 패터닝되어, 상기 나노 와이어가 상기 패턴된 트랙을 따라 형성될 수 있다.

상기 나노 와이어의 선단부는 평탄화된 것이 바람직하다.

상기 자성층을 보호하는 것으로 상기 자성층 위에 형성되는 캡핑층이 더 포함되는 것이 보다 바람직하다.

또한 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 패턴된 자기기록매체의 제조방법은 플레이트에 다수의 나노 와이어를 수직으로 형성하는 단계와; 상기 나노 와이어 위에 자성층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 나노 와이어를 수직으로 형성하는 단계는, 상기 플레이트의 상면에 버퍼층을 형성하는 단계와; 상기 버퍼층의 상면에 패턴된 트렌치를 형성하는 단계와; 상기 트렌치 내에 다수의 나노 와이어를 수직으로 성장시키는 단계; 및 상 기 트렌치 이외의 영역에 성장된 나노 와이어를 제거하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 나노 와이어를 수직으로 형성하는 단계는, 상기 나노 와이어가 성장된 후, 상기 나노 와이어의 선단부를 평탄하게 하는 단계를 더 포함하는 것이 보다 바람직하다.

상기 나노 와이어는 ZnO 나노 와이어, 탄소 나노 튜브, 및 실리콘 나노 튜브 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 자성층은 Fe, Co의 자성원소들과 Pt, Cr의 비자성원소들간의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어진 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴된 자기기록매체 및 그 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 패턴된 자기기록매체는 플레이트(10)와, 그 위에 적층된 버퍼층(11)과, 버퍼층(11) 위에 수직으로 형성된 다수의 나노 와이어(15)와, 상기 나노 와이어(15) 위에 형성되는 자성층(17)와, 상기 자성층(17) 위에 형성되는 캡핑층(19)을 포함한다. 본 발명은 상기 자성층(17)가 상기 나노 와이어(15)에 의해 단차되어 패터닝된 것을 특징으로 한다.

상기 플레이트(10)는 유리나 알루미늄으로 된 자기기록매체의 기판으로 통상적으로 디스크형상으로 제조된다. 상기 플레이트(10) 위에 형성되는 버퍼층(11)은 나노 와이어(15)가 보다 잘 성장될 수 있도록 하는 것으로, 예를 들어 실리콘이 적층되어 형성된다. 상기 캡핑층(19)은 자성층(17)이 미도시된 자기헤드에 의해 손상되는 것을 방지한다.

상기 나노 와이어(15)는 상기 버퍼층(11) 위에 균일하게 성장되어 있다. 나노 와이어(15)는 수 내지 수십 nm의 직경을 가지며, 바람직하게는 10nm 내지 50nm의 직경을 가진다. 상기 나노 와이어(15)는 수십 내지 수백 nm의 길이를 가지며, 평탄화공정을 거쳐 그 높이가 일정하다. 이러한 나노 와이어는 ZnO 나노 와이어, 탄소 나노 튜브(Carbon nano tube) 또는 실리콘 나노 튜브(Si nano tube) 등을 들 수 있다.

상기 자성층(17)은 보자력(coersive field)이 큰 강자성체 물질로, 예를 들어 CoPt합금, FePt합금, CoCr합금, FeCr 또는 FeCoCr합금과 같이, Fe, Co의 자성 물질과 Pt, Cr의 비자성체간의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어진다.

상기 자성층(17)은 상기 나노 와이어(15) 위에 형성되며, 나노 와이어(15)에 의해 단차되어 자기 도트(magnetic dot) 형상으로 패터닝된다. 상술하면, 상기 나노 와이어(15) 위에 자성물질을 덮음으로써 형성되는 자성층(17)은 나노 와이어(15)에 의해 단차가 생기고, 자성층(17)의 단차에 의하여 자기 도메인이 분리된다. 이때, 자성층(17)의 나노 와이어(15)의 선단쪽에 형성된 부분이 자기기록에 사용된다. 즉, 자성층(17)은 수직방향으로 굴곡되며, 자성층(17) 중에 자기기록에 쓰이는 영역은 나노 와이어(15)의 선단쪽에 형성된 부분으로 자기 도트의 형상을 갖 는다.

이때, 자기기록과 관련되는 자기 도메인은 나노 와이어(15)의 선단쪽에 형성된 자성층(17)의 일부분에 한정되므로, 상기 나노 와이어(17)의 크기, 즉 직경에 의해 자성층(17)의 자기 도메인의 크기가 조절될 수 있다. 이와 같이 나노 와이어(17)의 크기를 조절함으로써 자기 도메인의 크기를 조절할 수 있으므로, 결과적으로 자기기록매체의 기록밀도를 조절할 수 있게 된다. 본 발명에서 나노 와이어(17)의 직경은 수 nm에서 수십 nm정도에 해당되므로, 자기 도메인 역시 수 nm에서 수십 nm 정도로 작게 할 수 있으며, 이에 따라 300GB/inch²와 같은 기록밀도를 달성할 수 있다.

한편, 자기기록이 균일하게 되려면, 자기 도메인이 균일하게 형성되어야 하며, 이를 위해서는 상기 나노 와이어(15)는 적어도 단위 정보가 기록되는 비트 사이즈에서 균일하게 형성되는 것이 바람직하다.

도 2를 참조하면, 패턴된 자기기록매체는 플레이트(20)와, 그 위에 적층된 버퍼층(21)과, 버퍼층(21) 위에 수직으로 형성된 다수의 나노 와이어(25)와, 상기 나노 와이어(25) 위에 형성되는 자성층(27)와, 상기 자성층(27) 위에 형성되는 캡핑층(29)을 포함한다. 본 실시예는 버퍼층(21)에 나노 와이어(25)가 균일하게 성장될 수 있도록 트렌치(21a)가 형성된 점을 제외하고는 도 1을 참조하여 설명된 실시 예와 실질적으로 동일하므로 중첩되는 부분은 설명을 생략하고 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.

본 실시예의 경우, 버퍼층(21)은 트랙을 따라 패터닝되어 트렌치(21a)가 파여 있다. 상기 트랙은 통상적인 디스크 형태의 자기기록매체의 경우 원형이다. 나노 와이어(25)는 상기 버퍼층(21)의 패터닝된 트렌치(21a)에 형성되어 있다. 도 2에서는 상기 트렌치(21a)의 폭 방향(원형으로 패터닝된 경우, 지름방향)으로 나노 와이어(25)가 하나 형성된 것이 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며, 상기 트렌치(21a)의 폭 방향으로 복수의 나노 와이어(25)가 형성될 수도 있다.

한편, 나노 와이어(25)는 일방향으로는 균일하게 성장시키는 것이 비교적 용이하므로, 나노 와이어(25)는 자기기록매체의 소정의 트랙을 따라 균일하게 형성되어 있다. 또한, 나노 와이어(25)를 덮는 자성층(27)도 버퍼층(21)의 패턴과 동일한 패턴으로 단차되어, 자성층(27)의 나노 와이어(25)의 선단쪽에 형성된 부분은 트랙을 따라 균일하게 형성되므로, 도 1을 참조로 설명된 실시예에 비하여 보다 자기기록 특성을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴된 자기기록매체의 제조방법을 설명하기로 한다. 이하 설명과정에서 반도체 제조공정에 사용되는 통상적인 기술의 상세한 설명은 생략한다.

도 3a 내지 도 3e는 도 1을 참조로 설명된 실시예의 제조방법을 도시한다.

도 3a를 참조하면, 먼저 자기기록매체의 베이스 기판으로 사용되는 플레이트(10)를 준비하고, 버퍼층(11)을 증착한다. 이때, 플레이트(10)의 재질은 유 리(quartz glass)나 알루미늄 등이 될 수 있다. 버퍼층(11)은 나노 와이어의 성장이 용이한 재질로 형성되며, 예를 들어 실리콘 등이 될 수 있다.

다음으로, 도 3b를 참조하면, 상기 버퍼층(11) 위에 나노 와이어(15)를 수직으로 성장시킨다. 나노 와이어(15)는 예를 들어, ZnO 나노 와이어, 탄소 나노 튜브, 및 실리콘 나노 튜브 중 어느 하나가 될 수 있다. 본 실시예는 ZnO 나노 와이어를 예로 들어 설명한다.

상기 나노 와이어(15)는 버퍼층(11)의 상면에 원자층증착법(Atomic Layer Deposition;ALD) 또는 개선된 플라즈마 화학기상증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition;PECVD)에 의하여 성장시킬 수 있다. 가령, 원자층증착법을 이용하는 경우, Et2(에틸기)와 같은 전구체를 이용하여 증착하고, 산소(O₂)를 증착 중에 삽입하여 ZnO 나노 와이어를 성장시킬 수 있으며, 원자층단위로 사이클(cycle)을 주어 증착하므로 나노 와이어(15)의 길이를 매우 정밀하게 조정할 수 있는 장점이 있다.

다음으로 도 3c를 참조하면, 성장된 나노 와이어(15)를 트리밍하여 그 높이가 일정하도록 평탄화시킨다. 나노 와이어(15)의 평탄화하는 데에는 아르곤 플라즈마(Ar plasma)를 이용한 이온 밀링법(ion miliing)이나 레이저를 이용한 트리밍법을 사용한다.

다음으로 도 3d를 참조하면, 높이가 균일하게 트리밍된 나노 와이어(15)에 자성물질을 증착하여 자성층(17)을 형성한다. 상기 자성물질은 Fe, Co의 자성 원소 들과 비자성물질인 Pt, Cr의 합금(예를 들어, CoPt, FeCoPt)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나가 될 수 있다. 상기 자성층(17)을 증착하는 데에는 스퍼터링법, 분자 빔 증착법 및 화학기상증착법 중 선택된 어느 한 가지 방법을 사용한다.

다음으로 도 3e를 참조하면, 자성층(17)이 증착된 후 캡핑층(19)을 더 증착함으로써 자기기록매체를 완성한다.

상술한 바와 같이 버퍼층(11)에 균일하게 성장된 나노 와이어(15) 위에 자성층(17)을 덮음으로써, 종래의 패턴된 자기기록매체와 같이 식각공정없이 나노 사이즈의 자기 도트의 패턴이 형성할 수 있어 제조공정을 단순하게 할 수 있으며, 공정을 단순하게 함에 따라 제조비용을 낮출 수 있다.

도 4a 및 4b 각각은 상술하는 도 3c 및 3d의 공정을 통해 제조된 자기기록매체의 중간결과를 보여준다. 도 4a는 ZnO 나노 와이어가 성장한 후의 모습이며, 도 4b는 ZnO 나노 와이어 위에 스퍼터(sputter)를 이용하여 자성층을 증착한 후의 모습이다. 도 4a에 비하여 도 4b는 단차가 줄기는 하였어도 각 나노 와이어에 증착된 자성체의 단차된 부분이 뚜렷하게 나타남을 볼 수 있다.

도 5a 내지 도 5e는 도 2를 참조로 설명된 실시예의 제조방법을 도시한다. 본 실시예의 제조방법은 나노 와이어가 균일하게 성장될 수 있도록 버퍼층에 트렌치를 형성하여 패터닝하는 공정을 제외하고는 상술된 도 3a 내지 도 3e를 참조하여 설명된 제조방법과 실질적으로 동일하므로 중첩되는 부분은 설명을 생략하고 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.

도 5a를 참조하면, 먼저 자기기록매체의 베이스 기판으로 사용되는 플레이 트(20)를 준비하고, 실리콘(Si)으로 된 버퍼층(21)을 증착한다.

다음으로 도 5b를 참조하면, 상기 버퍼층(21)의 상면에 트랙을 따라 패터닝된 트렌치(21a)를 식각하여 형성한다. 상기 트렌치(21a)의 패턴은 통상적으로 원형이다. 이때 상기 트렌치(21a)는 그 폭이 성장될 나노 와이어(도 5c의 25)의 직경보다 크도록 형성한다.

다음으로 도 5c를 참조하면, 상기 버퍼층(21)의 상면에 나노 와이어(25)를 수직으로 성장시킨다. 이때, 나노 와이어(25)는 트렌치(21a)뿐만 아니라, 트렌치(21a)가 형성되지 않은 부분에도 성장된다. 또한, 상술한 바와 같이 트렌치(21a)의 폭 방향에 나노 와이어(25)가 하나 또는 복수가 형성될 수 있다.

다음으로 도 5d 및 도 5e를 참조하면, 버퍼층(21)의 트렌치(21a) 바깥쪽에 성장된 나노 와이어(25)를 제거하고, 나아가 버퍼층(21)의 상면을 소정 깊이로 식각하여 트렌치(21a)에 형성된 나노 와이어(25)의 일부를 노출시킨다.

이와 같이 도 5a 내지 도 5e에 도시된 단계를 통해, 나노 와이어는 트랙을 따라 균일하게 성장시킬 수 있다. 이 다음 공정으로는 상술된 도 3c 내지 도 3e의 공정과 실질적으로 동일한 공정을 거쳐 도 2에 도시되는 바와 같은 자기기록매체를 완성한다.

도 6은 도 5d 단계를 거친 후의 자기기록매체의 중간결과를 보여준다. 도 6을 참조하면, 버퍼층의 트렌치 바깥쪽에 성장된 나노 와이어를 제거한 뒤, 트렌치에만 나노 와이어가 남아있는 모습이 나타나 있다. 이때 트렌치의 깊이는 600nm이고, 상기 트렌치의 폭 방향으로 나노 와이어가 하나씩 성장되어 있다. 또한, 도 6 에는 명확히 나타나지 않았으나, 나노 와이어는 트렌치를 따라 40nm 이내의 균일한 간격으로 일렬로 성장되어 있다.

상술한 바와 같이 버퍼층에 트렌치를 형성한 뒤 나노 와이어를 형성함으로써, 나노 와이어를 보다 균일하게 형성할 수 있으며, 이에 따라 자기기록매체의 자기 도메인을 보다 균일하게 형성하여 자기기록 특성을 향상시킬 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 패턴된 자기기록매체와 그 제조방법은 하기와 같은 효과가 있다.

첫째, 종래의 자성층을 식각하여 패터닝하는 공정을 생략함으로써, 제조공정을 단순화하고 그 제조비용을 낮출 수 있다.

둘째, 자기 도메인의 크기를 나노 크기로 줄일 수 있으므로 기록밀도를 대폭 향상시킬 수 있다.

셋째, 나노 와이어의 사이즈를 조절함으로써 자기기록매체의 기록밀도를 조절할 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

Claims

플레이트;

상기 플레이트 위에 수직으로 형성된 다수의 나노 와이어;

상기 나노 와이어 위에 형성되며, 상기 나노 와이어에 의해 단차되어 패터닝된 자성층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴된 자기기록매체.
제1항에 있어서,

상기 플레이트와 상기 나노 와이어 사이에는 버퍼층이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 패턴된 자기기록매체.
제2항에 있어서,

상기 버퍼층은 트랙을 따라 패터닝되어, 상기 나노 와이어가 상기 패턴된 트랙을 따라 형성된 것을 특징으로 하는 패턴된 자기기록매체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 나노 와이어의 선단부는 평탄화된 것을 특징으로 하는 패턴된 자기기록매체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자성층을 보호하는 것으로 상기 자성층 위에 형성되는 캡핑층이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 패턴된 자기기록매체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자성층의 도메인 크기는 상기 나노 와이어의 크기에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 패턴된 자기기록매체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 나노 와이어는 ZnO 나노 와이어 , 탄소 나노 튜브, 및 실리콘 나노 튜브 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 패턴된 자기기록매체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자성층은 Fe, Co의 자성원소들과 Pt, Cr의 비자성원소들간의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 패턴된 자기기록매체.
플레이트에 다수의 나노 와이어를 수직으로 형성하는 단계;

상기 나노 와이어에 의해 단차된 형상으로 자성층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴된 자기기록매체의 제조 방법.
제9항에 있어서, 상기 나노 와이어를 수직으로 형성하는 단계는,

상기 플레이트의 상면에 버퍼층을 형성하는 단계;

상기 버퍼층의 상면에 패터닝된 트렌치를 형성하는 단계;

상기 트렌치 내에 다수의 나노 와이어를 수직으로 성장시키는 단계; 및

상기 트렌치 이외의 영역에 성장된 나노 와이어를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 패터닝된 자기기록매체의 제조 방법.
제10항에 있어서,

상기 버퍼층은 실리콘으로 이루어진 것을 특징으로 하는 패턴된 자기기록매체의 제조 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노 와이어를 수직으로 형성하는 단계는,

상기 나노 와이어가 성장된 후, 상기 나노 와이어의 선단부를 평탄하게 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴된 자기기록매체의 제조 방법.
제12항에 있어서,

상기 나노 와이어는 이오 밀링법 또는 레이저를 이용한 트리밍법으로 평탄화하는 것을 특징으로 하는 패턴된 자기기록매체의 제조 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 나노 와이어는 ZnO 나노 와이어, 탄소 나노 튜브, 및 실리콘 나노 튜브 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 패턴된 자기기록매체의 제조 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 나노 와이어는 원자층증착법(ALD) 또는 개선된 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)에 의해 성장하는 것을 특징으로 하는 패턴된 자기기록매체의 제조 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자성층은 Fe, Co의 자성원소들과 Pt, Cr의 비자성원소들간의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 패턴된 자기기록매체의 제조 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자성층은 스퍼터링법, 분자 빔 증착법 및 화학기상증착법 중 선택된 어느 한 가지 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 패턴된 자기기록매체의 제조 방법.