用特殊离子源装置和以分子离子注入处理有图案化磁畴的HDD(高密度磁盘)

摘要

本发明提供一种制造磁存储介质的方法和装置。将结构基板涂覆磁敏感材料，并且在磁敏感材料上方形成图案化抗蚀层。将原子团导向基板，穿透抗蚀剂并且注入磁敏感层。在某些区域中抗蚀剂的厚的部分防止注入，以在基板上形成磁性的图案。原子团的能量和成分、抗蚀剂的厚度和硬度以及磁敏感材料的晶格能都可被调节，以产生所需的原子团的分裂和注入，包括在某些实施方式中只冲击表面而没有注入。在图案化的磁敏感层上方形成保护层和润滑层。

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及硬盘驱动器介质以及用于制造所述硬盘驱动器介质的装置和方法。更具体地，本发明的实施方式涉及用于形成硬盘驱动器的图案化的磁介质的方法和装置。

背景技术

硬盘驱动器是计算机及相关器件的首选的存储介质。硬盘驱动器存在于大部分台式和便携式计算机中，并且硬盘驱动器也可存在于许多消费电子器件中，所述消费电子器件诸如多媒体录音机和播放器，以及用于收集和记录数据的仪器。硬盘驱动器还以阵列形式部署用于网络存储。

硬盘驱动器磁性地存储信息。在硬盘驱动器中的盘配置有磁畴，所述磁畴可通过磁头单独寻址。磁头移动到磁畴附近并改变磁畴的磁性来记录信息。恢复所记录的信息时，磁头移动到磁畴附近并检测所述磁畴的磁性。所述磁畴的磁性通常解释为与两个可能的状态中的一个对应，即“0”状态和“1”状态。以这种方式，数字信息可被记录于磁介质上并其后恢复。

在硬盘驱动器中的磁介质通常是玻璃、复合玻璃/陶瓷或金属基板，所述磁介质通常是非磁性的，上面沉积有磁敏感材料。磁敏感层通常被沉积以形成图案，使得盘的表面具有磁敏感区，且所述磁敏感区散布着非磁活性区。非磁性基板通常在外形上被图案化，并且磁敏感材料是通过旋涂法或电镀的方式沉积。然后所述盘可被抛光或磨平以暴露围绕磁畴的非磁性边界。在某些情况下，磁材料是以图案化方式沉积，以形成磁粒或点，所述磁粒或点被非磁性区分离。

这样的方法预期生成能够支持数据密度高达约1TB/in²、单个磁畴具有小到20nm的尺寸的存储结构。当具有不同自旋方向的磁畴相遇时，将存在称为布洛赫畴壁(Bloch wall)的区域，其中自旋方向经历从第一方向至第二方向的过渡。因为布洛赫畴壁占据整个磁畴的越来越多的部分，所以这个过渡区域的宽度限制信息存储的面密度。

为了克服由于连续磁性薄膜中的布洛赫畴壁宽度引起的限制，可利用非磁性区域(所述非磁性区域可比连续磁性薄膜中的布洛赫畴壁的宽度窄)将磁畴物理地分离开。在介质上产生离散的磁性区或非性磁区的传统方法集中在或者通过将磁畴沉积为分离的岛、或者通过从连续的磁膜中去除材料以物理地分离磁畴，来形成完全相互分离的单比特磁畴。可使用掩模来遮掩基板并图案化基板，并且在暴露的部分上沉积磁性材料，或者可在使用掩模来遮掩和图案化之前沉积磁性材料，然后在暴露的部分中进行蚀刻去除。在任意一种情况下，基板的外形都被磁性区域的剩余图案改变。因为典型的硬盘驱动器的读写头可靠近盘的表面近达2nm而掠过，这些外形的改变可成为限制。因此，需要一种将磁介质图案化的工艺或方法，这种工艺或方法具有高分辨率且不会改变介质的外形，以及有效地完成所述工艺或方法而进行大批量制造的装置。

发明内容

本发明的实施方式提供一种形成磁记录介质的方法，所述方法包括：通过将磁记录介质的磁敏感层的一部分暴露给导向基板的原子团来改变所述部分的磁性，其中所述原子团具有选择来改变所述磁性而基本上不改变基板表面的形状的能量。

其他的实施方式提供一种处理基板的方法，所述方法包括：在结构基板上形成磁敏感层；在所述磁敏感层上方形成图案化层，以识别处理区和掩模区；用足以穿透所述图案化层并注入所述磁敏感层的所述处理区的能量将原子团导向所述基板；在所述基板上方形成保护层；以及在所述表面上方形成润滑层。

附图说明

以可以详细地理解本发明的上述特征的方式，通过参考实施方式获得对以上简单概括的本发明的更特别的描述，其中一些实施方式图示在附图中。然而，应注意的是，附图仅表示本发明的典型实施方式，因此不应视为是对本发明范围的限制，本发明可包括其他同等有效的实施方式。

图1A是概述根据一个实施方式的方法的流程图。

图1B至图1D是图1A的方法的不同阶段中基板的示意侧视图。

图2A是概述根据另一个实施方式的方法的流程图。

图2B至图2D是图2A的方法的不同阶段中基板的示意侧视图。

图3A是概述根据实施方式的工艺的流程图。

图3B至图3I是示出图3A的工艺的不同阶段中各种基板的示意侧视图。

图4是根据本发明实施方式的装置400的示意截面图。

图5A是根据一个实施方式的基板载体的透视图。

图5B是根据另一个实施方式的基板载体的截面图。

图6A是概述根据实施方式的方法的流程图。

图6B至图6F是示出图6A的方法的不同阶段中基板的示意侧视图。

为了有助理解，可能的话，在附图中通常用相同的参考数字来表示相同的元件。设想在于，一个实施方式中公开的元件可有效地运用于其他实施方式，而无需特别说明。

具体实施方式

本发明的实施方式大体上提供用于处理硬盘驱动器的磁介质基板的装置和方法。所述装置和方法通过以图案化的方式对基板施加能量来改变基板的磁性，以产生具有不同性质的磁畴，所述磁畴的性质可通过磁头检测和改变。这些磁畴可通过靠近基板表面设置的磁头来单独寻址，从而使得磁头可检测并影响单个磁畴的磁性。本发明的实施方式产生具有小于约25nm尺寸的磁畴同时可保持基板的外形。

使用的基板通常是金属或玻璃，使用的基板也可以是金属合金或诸如玻璃/陶瓷混合物的复合玻璃物质。基板通常涂覆有磁敏感材料，所述磁敏感材料为磁性图案化提供介质。磁敏感材料可形成多层，每层具有相同或不同的成分。在一个实施方式中，在基底基板上方形成第一层软磁性材料，诸如铁或/和铁/镍合金，并且在第一层上方形成第二层磁性材料，诸如钴/镍/铂合金。这些层可通过本领域已知的任意合适的方法来形成，如物理气相沉积法、或溅射法、化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、旋涂法、电化学镀或无电方式进行的镀覆等。

在磁敏感材料中形成磁图案后，如下文更详细地描述，在磁敏感层上方形成保护层，以防止磁头与磁介质之间的接触。保护层优选地是无磁性的，并且在一些实施方式中保护层包括碳，诸如非晶的或类金刚石的碳、或氮化碳。保护层通常还非常薄，诸如厚度小于约10nm。

可在保护层上方形成润滑层，以在磁头与基板之间接触时保护磁头。润滑层可以是诸如含氟聚合物的润滑聚合物，并且润滑层可通过任意便利的方法来沉积。润滑层通常也将非常薄，诸如厚度小于约50nm。

本发明的实施方式提供了通过物理图案化工艺，在硬盘介质的一个或多个表面上建立磁性图案的方法和装置。用掩模材料涂覆图案模板，并将所述模板应用到将要图案化的基板。因此，根据模板的图案，将掩模材料施加到基板。用这种方式可以将尺寸特征小于约25nm的非常精细的图案压印在基板上。掩模可使基板的一部分完全暴露，或者可用薄掩模层覆盖一些部分，而用厚掩模层覆盖其他部分。基板中保持暴露的部分或被薄掩模层覆盖的部分是实质上未被遮掩的，而其他部分则是被遮掩的。然后基板的未遮掩部分可暴露于能量，以改变未遮掩部分的磁性。一旦除去掩模，就使基板仍保留原来的外形，但是带有非常精细的磁畴和非磁畴的图案，所述磁畴和非磁畴的图案能够支持超过1Tb/in²的存储密度。

图1A是概述根据本发明的一个实施方式的方法100的流程图。图1B至图1D是图1A的工艺的不同阶段中基板150的示意截面图。基板150具有基底层152和磁敏感层154。基底层152通常是结构坚固的材料，所述材料诸如金属、玻璃、陶瓷或上述材料的组合。许多基板的特征通常是铝或玻璃基底层，但其他实施方式的特征可能是碳复合材料。基底层152为磁敏感层154提供结构强度和良好的粘着力，并且基底层152通常是不透磁的，具有抗磁性或仅有非常弱的顺磁性。例如，在一些实施方式中，基底层的磁敏感性低于约10^-4(铝的磁敏感性为约1.2×10^-5)。

磁敏感层154通常由一或多种铁磁材料形成。在一些实施方式中，所述层154包括多个层，所述多个层具有相同或不同成分。在一个实施方式中，层154包括第一层和第二层，其中第一层是软磁性材料，所述软磁性材料通常被定义为磁矫顽力低的材料，而第二层具有高于第一层的磁矫顽力。在一些实施方式中，第一层可包括铁、镍、铂或上述材料的组合。在一些实施方式中，第一层可包括多个子层(sub-layer)，所述多个子层具有相同或不同成分。第二层也可包括多种材料，如钴、铬、铂、钽、铁、铽、钆或上述材料的组合。第二层也可包括多个子层，所述多个子层具有相同或不同成分。在一个实施方式中，磁敏感层154包括第一层和第二层，所述第一层为厚度在约100nm到约1000nm(1μm)之间的铁或铁/镍合金，所述第二层包括两个子层，每个子层具有在约30nm到约70nm之间的厚度，所述厚度诸如约50nm，并且每个子层包括铬、钴和铂。

磁表面被图案化，以形成磁活动不同的磁畴。为了产生磁畴图案，在步骤102处将掩模材料156施加到基板150。掩模材料156通常包括容易去除但一点也不会改变磁敏感层154的材料，或者掩模材料156是如果不去除也不会对器件的性能产生副作用的材料。例如，在许多实施方式中，掩模材料可溶于溶剂液体，所述溶剂液体诸如水或碳氢化合物。在一些实施方式中，将掩模作为可固化液体施加到基板，用模板通过物理压印来图案化掩模，并通过加热或UV照射进行固化。在其他实施方式中，将所述掩模施加于模板且至少部分固化之后，才将经涂覆的模板施加于基板。掩模材料156通常还对入射能量或高能离子引起的退化有抵抗力。在一些实施方式中，掩模材料156是可固化材料，所述可固化材料诸如环氧或热塑性聚合物，所述材料在被固化之前是流动的并在固化之后将对高能处理提供一些抵抗力。掩模材料限定了磁敏感层154的遮掩部分和未遮掩部分。

在步骤104处，磁敏感层154的未遮掩部分的磁性被改变。能量158被导向基板150，并且能量158冲击磁敏感层154的暴露的未遮掩部分。当能量达到能够激发材料中原子的热运动的足够强度时，将磁材料暴露于能量中，通常将开始扰乱并改变磁性。能量达到某个阀值之上将使原子的自旋方向随机化，从而减少或消除材料的磁性。在一些实施方式中，通过暴露于能量158，可减少或消除磁敏感层154的磁性或磁敏感性。磁敏感性是材料暴露于磁场中时获得磁性的难易程度(ease)。磁敏感层154的未遮掩部分的改变产生了由未改变区162和改变区160限定的磁畴的图案。所述图案可被认定为磁性材料和非磁性材料的磁畴，高磁场和低磁场的磁畴或高磁敏感性和低磁敏感性的磁畴。然后在步骤106处去除掩模156，从而留下具有磁敏感层154的基板，磁敏感层154具有由高活性区162和低活性区160限定的磁畴的图案。由此得到的基板150具有基本上与所述基板被处理前相同的外形。

图2A是概述根据本发明另一个实施方式的方法200的流程图。图2B至图2D是图2A的方法的不同阶段中基板250的示意侧视图。在步骤202处，以与结合图1A至图1D所述的相似工艺，使基板的磁性表面图案化，形成具有不同磁性的区域。图2B示出基板250，基板250具有基底层252和磁性层254。基底层252和磁性层254可具有与上述基底层152和磁敏感层154相似的性质。磁性表面254的图案化区域256具有与未图案化的区域不同的磁性。例如，图案化区域256可能是基本消磁的，或者图案化区域256的磁性或磁敏感性可能已被降低或改变。

在步骤204处，在基板上的磁性层上方形成保护层258。保护层258防止磁性表面与任何可能降低所述磁性表面的性质的材料发生相互作用，所述材料诸如氧或湿气。在一些实施方式中，保护层258也可以是密封层。在一些实施方式中，保护层258可以包括碳，可以包括碳和氮，可以是含有碳和氮的层，可以是无定形碳层，或可以是氮化碳层。在其他实施方式中，保护层258可以是聚合物，所述聚合物可以包含碳。在某些实施方式中，保护层258可以是塑料或热塑性材料。保护层通常是在低温工艺中沉积，以免改变磁性层254的磁性。

在步骤206处，在基板上方形成润滑层260。润滑层260为磁性器件(未示出)提供保护，所述磁性器件被设置，以检测并改变在基板250的磁性表面254上各区域的磁性。当磁性器件与基板表面之间接触时，润滑层260将使磁性器件上的摩擦力最小，所述摩擦力可能损坏器件。在一些实施方式中，润滑层260可以是聚合物、含碳聚合物、含氟聚合物、含氟和碳的聚合物、含氟聚合物、结晶层或类金刚石碳层。润滑层260通常也是在低温工艺中沉积。

图3A是概述根据本发明的另一个实施方式的方法300的流程图。图3B至图3I示出在方法300的不同阶段使用的不同物件。在步骤302处，将模板前体材料354施加于主基板352以获得图案。主基板352显示了根据方法300将要在连续基板上被显现的主图案。主基板352可包括任何耐用材料，如金属、玻璃或陶瓷，也可通过任何合适的工艺，如任何图案化的工艺，例如通过沉积或蚀刻工艺，或上述工艺的组合，来赋予主基板初始图案。在一个实施方式中，主基板可通过电子束工艺被图案化。电子束工艺可包括用电子束直接雕刻或先用电子束光刻然后进行蚀刻。在另一个实施方式中，可用UV光刻使主基板352图案化。模板前体材料354可以以气体或液体的方式施加于主基板352，并且优选地用任何适当的工艺(如旋涂法、模压涂布法或气相沉积法)将模板前体材料354施加于主基板352上，以形成在主基板352上方的平滑层。模板前体材料354的表面与主基板352界面相接，从而得到记录在主基板352中的图案。在一些实施方式中，模板前体材料可以是聚乙烯醇(PVA)。在其他实施方式中，模板前体材料可以是可固化的聚合物，如合成橡胶(elastomer)。

在步骤304处，模板前体354可以固化形成图案模板356。图案模板356将通常是柔性的固体材料。固化工艺可以包括加热、干燥或UV处理模板前体354。固化后，图案模板356将优选地具有足够的机械强度以脱离主基板352，而不会损坏图案模板356或使图案模板356永久性变形。例如，可通过旋涂法、模压涂布法或挤压涂布法将液体聚乙烯醇施加于主基板上，所施加的液体聚乙烯醇厚度为约10nm到约1000nm之间，诸如约50nm到约200nm之间，例如约100nm，然后在约50℃到约300℃之间的温度下，例如约100℃的温度下，固化约1分钟到5分钟以形成固体。

在步骤306处，图案模板356从主基板352上脱离，并且图案模板356涂覆有抗蚀材料358。抗蚀材料358可用任意适当的工艺，如旋涂法、模压涂布法、喷墨印刷或气相沉积法，以液体或气体形式施加于图案模板356上。将抗蚀材料358施加到图案模板356上，以在图案模板356上方形成平滑层。抗蚀层通常是薄的，诸如约10nm到约100nm之间厚，如约60nm。

在步骤308处，将带有抗蚀涂层358的图案模板356施加于将要被磁图案化的基板360的磁敏感层366。这通常由抗蚀涂层358与磁敏感层366之间的物理接触工艺完成，并且这可能需要精确的对准工艺。在一些实施方式中，精确对准是通过视觉或自动对准基板360、或支撑基板的器件以及图案模板356上的对准记号来完成的。在抗蚀涂层358与磁敏感层366之间进行物理接触后，可进行任选的固化工艺，并且所述固化工艺可包括加热、干燥或暴露于电磁能。固化工艺可有助于比粘结抗蚀涂层358到图案模板356更牢固地粘结抗蚀涂层358到磁敏感层366。

在步骤310处，将图案模板356从抗蚀涂层358上脱离，从而留下粘结到基板360上的抗蚀涂层358，所述抗蚀涂层358具有从图案模板356获得的图案。在步骤312处，通过去除抗蚀涂层358的一部分，从而暴露底下的磁敏感层366而显现所述图案。在替代的实施方式中，可以涂覆抗蚀涂层而不暴露任何下层表面，因为后续的工艺可以被设置为穿透抗蚀层较薄的部分，而被抗蚀层较厚的部分成功地阻挡。因此，在步骤312处去除部分抗蚀涂层358是可选择的。在大多数实施方式中，抗蚀层的厚度将通常为约30nm到约100nm之间，诸如约50nm到约70nm之间厚。在许多实施方式中，抗蚀层将具有厚部分和薄部分，薄部分的厚度标准为允许入射能量或粒子通过，而厚部分的厚度标准为阻挡入射能量和粒子。因此，厚部分遮掩所述厚部分覆盖的基板表面区域，而薄部分则暴露所述薄部分覆盖的区域。在一些实施方式中，抗蚀层将具有厚部分和薄部分，所述厚部分具有第一厚度，所述薄部分具有第二厚度，其中第一厚度与第二厚度的比率在约1.3到约1.8之间或约1.4到约1.7之间，诸如在约1.5到约1.6之间。

在步骤314处，根据上文结合图1A至图1D和图2A至图2D所述的任意方法将能量362施加于基板360，以改变磁敏感层366的未遮掩部分364的磁性。尽管能量362被显示为通过磁敏感层366的整个厚度来改变未遮掩部分364，但在一些实施方式中，可能有利的是只改变磁敏感层366的靠近表面一部分层。例如，预期较深的改变可导致磁畴之间磁性的较明显差异。然而，此外，磁性的改变可能不是刚好垂直于层366的表面进行。当能量362冲击层366的表面时，所述能量352的影响可横向穿过所述层366一段距离，从而改变不是直接位于冲击点下方的磁畴的磁性。这种横向扩展将降低被遮掩部分边缘处的磁性，从而降低了磁畴之间边界的清晰度。由于这个原因，所需的改变深度取决于层的厚度与正被改变的未遮掩部分的宽度或尺寸的比率。膜厚度与未遮掩部分的宽度比越高，所需的改变深度占总的膜厚度的部分就越小。

在步骤314处的图案化之后，在步骤316处去除抗蚀材料，从而留下带有磁敏感层366的基板，所述磁敏感层366具有磁性图案。可以通过用化学品进行蚀刻，如干洗或灰化工艺，来去除抗蚀材料，所述化学品不与下层磁性材料发生反应，或通过溶解于诸如DMSO的液体溶剂来去除抗蚀材料。在一个实例中，由于不存在磁敏感层366上的永久性沉积或蚀刻，所述磁敏感层366在图案化后的外形与图案化之前的外形基本上是相同的。

图1A至图1D、图2A至图2D以及图3A至图3I中的方法100、200、300的特征是使基板表面图案化，形成具有不同磁性的区域。在一个实施方式中，基板被暴露于导向基板表面的原子团中。所述团可以是分子离子、团簇离子、中性分子、同素异形体、自由基或其他相近的原子分组，所述分子离子、团簇离子、中性分子、同素异形体、自由基或其他相近的原子群组由诸如离子注入机的器件传递，所述器件被设置为引导带电或中性的粒子朝向工件。可以用与使原子电离相似的工艺来使分子电离，暴露于电场或电荷交换介质以从每个分子中除去一个或多个电子。由此形成的离子可能是质量选择性的，加速到所要的能量，并朝向基板。团簇离子可通过将纳米凝析物(nanocondensate)暴露于诸如电子气或等离子体的电荷交换介质中来形成，所述纳米凝析物是通过气体的绝热膨胀成真空而形成。中性粒子可通过将上述由任意工艺形成的离子暴露于中和的电荷交换介质中来形成。在这方面团簇离子或分子离子是有效的，因为在低电流下就可以将高能量传递至基板，从而减小了使用离子束常遇到的分散问题。诸如癸硼烷(B₁₀H₁₄)、十八硼烷(B₁₈H₂₂)的硼烷(Boranes)以及更高的硼烷(如B₂₀、B₃₀、B₄₀)对分子离子注入是有效的。类似地，可使用其他诸如硅烷(silanes)、锗烷(germanes)和碳氢化合物(hydrocarbons)的氢化物。在其他实施方式中，可使用碳和硼的原子团，所述原子团诸如碳硼烷、碳硼笼(carborynes)和双碳杂硼阴离子。诸如氖、氩或氙原子的团簇的团簇离子可通过混合气体的绝热膨胀来形成，所述混合气体的成分几乎具有无限变化。可通过这种方式形成团簇，所述团簇具有高达10,000个原子，诸如约2,000到约10,000个原子、例如3,000个原子或4,000个原子。在一些实施方式中，大离子可由大原子团形成，所述大原子团可以是团簇(诸如纳米凝析物)或分子，所述团簇具有至少10个原子，所述分子具有至少100个原子。这些离子通常是通过暴露于电场以加速到所要的能量。一旦开始运动，所述离子可通过暴露于电荷交换介质中来中和，例如惰性气体，所述惰性气体诸如氩或氦。通常，离子可包括选自由硼、氢、氮、氧、碳、硅、锗、氖、氩、氙和氟组成的群组的元素。

如果冲击足够高能量的话，那么带电原子团或中性的原子团基本上使基板表面无定形化。这些团携带所述团中所有原子的合并动能，那么当大的团注入时，如此大的团将产生冲击坑。在一些实施方式中，原子团具有小于约50keV的平均能量，所述原子团可以是离子或中性粒子。在其他实施方式中，这些团具有小于约20keV的平均能量。团中的原子可具有小于约5keV的平均能量，诸如小于约2keV。

团通常会在所述团注入时，由于与基板基质(matrix)的剪切力而变成碎片。碎片继续移动到表面中，但由于与基板基质间的相互作用而频繁地获得横向动量。取决于所述团中原子之间的键的内聚能以及基质的晶格能，或多或少会分裂。在一些实施方式中，因为硬盘基板的表面平整度公差是大约2nm或更低，所以在原子团爆炸期间，由基板表面的无定形化产生的纹理可能达不到预期的目标。由于这个原因，某些实施方式可能得益于对团的分裂图案的精细控制。如果使用大团，但必须避免大冲击坑，那么某种程度的预分裂是可取的。或者，如果想较深的注入，那么可选择具有内聚能比基板的晶格能更高的团，从而使冲击时分裂减少。

分裂可以用数字表示为F＝1-M_f/M_c，其中M_f是注入的碎片的平均质量，并且M_c是团的平均质量。例如十八硼烷，取决于注入能量和基板的晶格能，将通常将以约95％到约99％之间的分裂注入，分解成大多包括硼原子的碎片，并可能带有少量的二原子或三原子注入簇。给定团的注入能量越高将产生越高的分裂，反之亦然。

在一些情况下，低的入射动能可导致分裂而没有注入。取决于图案化层的厚度，团可能具有足以穿透基板表面并分裂而未能穿透基板的能量。如果团以足以克服团的内聚力的能量冲击抗蚀剂，那么当所述团通过抗蚀材料时可能会分裂。如果碎片到达基板表面时具有小于克服基板晶格能所需的能量的能量，那么碎片将沉积在所述表面上。沉积在表面上的碎片仍可携带足以扰乱基板表面处或刚好基板表面下方的磁畴的顺序的能量，这可以是用于非常薄的磁层的有效实施方式，所述磁层诸如小于约5nm厚。

在各个实施方式中，其中原子团具有能量导向基板，所述能量选择为穿透图案化的抗蚀剂部分并到达基板表面而不穿透基板表面，则可以使用扩散工艺来促进沉积的原子迁移到表面中。在这些实施方式中，抗蚀层部分可包含大量的沉积材料，所述沉积材料未能到达基板表面。在一些实施方式中，扩散之前先去除图案化的抗蚀层以免使基板表面过量可能是有效的。向基板和沉积层加热使基板的温度上升到扩散温度以上通常可促进扩散，所述扩散温度是在所述温度以上将发生大量的扩散进入基板的温度。使用的温度将通常低于基板的居里温度。使用绝对温标，温度低于居里温度的约90％可促进扩散而基本上不影响没有经历扩散的基板表面区域的磁性。

如下所述，在抗蚀层中加入重组分可促进抗蚀层内的分裂。选择较硬的抗蚀层允许用相对高能量的原子团处理，所述相对高能量的原子团诸如团内的原子平均动量为约2keV或更高的团，所述相对高能量的原子团在达到基板前就严重分裂。在一些实施方式中，分裂的程度受到抗蚀剂硬度的选择和原子团与抗蚀剂的冲击能量的影响。在这些实施方式中，分裂可能在碎片穿透抗蚀剂前就基本上完成。相反地，与基板冲击之前可以使用这种抗蚀剂来实现抗蚀剂中需要的分裂。碎片仍可携带足以基本上注入到基板表面中而不会产生冲击坑且不会进一步分裂的能量。此外，通过将原子团穿过惰性气体以使在原子团和惰性气体之间产生碰撞，可促进撞击抗蚀层之前的分裂。冲击抗蚀剂以及穿过抗蚀材料前的预分裂将通常只能达到约75％的分裂，与基板的冲击将进一步分裂。

在一些实施方式中，通过在抗蚀层下方的硬掩模层的形成可增强遮掩。可通过任何适当的工艺来形成硬掩模层，所述任何适当工艺包括CVD和PECVD，并且硬掩模层可包括硅、碳、氧和氮。在一些实施方式中，可使用无定形碳硬掩模来增强遮掩，并且之后无定形碳硬掩模很容易去除。使用硬掩模再加上图案化的抗蚀剂可通过加强厚的抗蚀区的阻止能力来增强原子团穿透的选择性，以便较薄的抗蚀层可以用于图案化。较薄的抗蚀层用较低能量的团冲击，这对改变较薄的磁敏感层可能是有效的。

图4是根据本发明的实施方式的装置400的示意截面图。装置400包括：腔室402，所述腔室用于处理一或多个基板的；束柱404，所述束柱用于生成高能粒子的；和基板支撑体406，所述基板支撑体用于定位一或多个待处理基板。

束柱404包括离子发生器408和用于使离子移动到腔室400中的加速器410。离子从发生器408移动穿过加速器并穿过出口414进入可选择的中和器412。需要的话，可以使用中和器412将离子转换成电中性粒子。束柱404可以是用于将提供给离子发生器的大原子团生成大离子的离子束发生器。在一个方面，束柱的离子发生器或离子束发生器404对大原子团施加能量，所述能量选择为将大原子团离子化成为大离子而不引起过量分裂。例如，在一个实施方式中，离子发生器由大原子团形成大离子，其中原子数量上的损失小于20％。

中和器412可包括气体腔室418和集中构件416，集中膜416被设置成在中和作用前使束集中，以便中和的束在冲击一或多个基板时具有所需要的直径。通过管道420向气体腔室418提供中和气体，并且所述中和气体吸收离子束的电荷，所述离子束从集中构件416进入。带电荷的气体通过管道422离开气体腔室418流出。束集中构件416也可带电磁，以便在一或两个维度中转移离子束方向来冲击一或多个基板上的不同位置。

在具有或没有中和器412的情况下，由束柱404产生的束426冲击一或多个基板，所述一或多个基板设置在基板支撑体406上。对于有多于一个基板的实施方式，基板可设置在载体上(未在图4中示出)，所述载体也定位在基板支撑体上。通过相对于束426移动基板，使束426被导向所有基板的所有部分，所述所有基板设置在基板支撑体上。基板支撑体406可安装在可移动的台407上，可移动的台407可在一或两个方向上移动。只能在一个方向上移动的台407可连接至集中构件416，所述集中构件416能使束426在正交方向上转向，以达到基板的所有区域。可在两个方向上移动的台407可相对于束426来移动基板，使得基板的所有区域都可被处理到。

位于可移动的台407上的基板支撑体406的运动可通过控制器424来控制，控制器424能够将基板支撑体沿着所述基板支撑体的运动范围定位在任意需要的位置。如果台407只能在一个方向上运动，并且束柱404包括集中膜416，集中膜416能够在与台406的运动方向正交的方向上转向束426，那么控制器424可被设置以控制台和束两者。

图4中的束柱404可被设置以将束426变成带，所述带具有不同长度和宽度。可将电磁设置在集中膜416上以加长束的形状，或甚至将束分裂成多个平行束，以形成所述带。对于长度与基板或载体尺寸大体上相同的带状束，台407可仅在一个方向上移动基板或载体以完成暴露于带状束。因此，连接单向台407的带状束柱足以暴露支撑体406上设置的一或多个基板的所有区域。

通过一或多个源428，将原子团提供给束柱404。一或多个源428可包含液体或蒸气成分，所述液体或蒸气成分可被混合成一或多种前体气体混合物来提供给离子发生器408，或者所述液体或蒸气成分可分别地通过分离的通道提供给离子发生器408。在一些实施方式中，一或多个源428包括液体安瓿(ampoule)。一或多个原子团发生器430使得原子团处于可被离子发生器408离子化的状态。一或多个原子团发生器430可选自由蒸发器、簇发生器或纳米凝析物发生器组成的群组。

在各个实施方式中，其中蒸发器被用作一或多个原子团发生器430中的至少一者，分子以液体的形式通过一或多个通道432提供给蒸发器，一或多个通道432与一或多个源428相连，蒸发器也可以是多个。蒸发器可以是内部加热，诸如用加热环(loop)，或外部加热，诸如用耐热或导热罩(jacket)。气化的原子团穿过一或多个通道434移动到束柱404和离子发生器408，一或多个通道434与一或多个原子团发生器430相连。

一或多个通道434可以是适用于蒸气供应的管道或管形物，并且一或多个通道434可具有必要的阀门和控制元件。可用任何方便的方式加热一或多个通道434，所述方式诸如耐热或导热罩，并且一或多个通道434可是热绝缘性的以避免热损失和冷凝。同样地，一或多个通道434可具有内衬以防止冷凝、成核或固化。这些内衬可具有不粘性、无反应性(non-reactive)、冲击吸收性或低摩擦性质，或上述性质的任何组合。在各个实施方式中，其中纳米凝析物发生器被用作一或多个原子团发生器430中的至少一者，一或多个通道434可被设计为低壁冲击和低摩擦，以免剪切纳米凝析物，一或多个通道434将纳米凝析物传导到束柱404，所述纳米凝析物可由弱引力凝聚。在一些实施方式中，传送纳米凝析物的一或多个通道430可以是直的或被设计成具有长半径转弯，并且所述一或多个通道可能以为低冲击和低摩擦而设计的波纹管阀或其他阀和控制元件为特征。

图5A和图5B是根据本发明实施方式的基板载体500的示意图。图5A示出基板载体500的透视图，而图5B示出与支撑体510相连的基板载体500。基板载体500具有多个基板位点502，用于将基板设置在基板位点502上。在图5A的实施方式中，基板位点502图示为载体500的凹陷区域。每个基板位点502具有用于稳定基板的接触部分504。基板将通常搁放在接触部分504上并向着凹陷位点502的边缘往外延伸，从而在基板下方产生空腔。

图5B图示与支撑部510相连的截面形式的载体500。接触部分504具有延伸部506，所述延伸部506用于与基板中心处的空缺(opening)相匹配。载体500还具有多个管道508，所述多个管道508设置为穿过接触部分504。管道508与管道512流体连通，管道512类似地设置在支撑体508中。管道512和508提供了工具以将热控制介质(如加热或冷却介质)施加到基板位点502中设置的每个基板底下方的空腔中。对于本文所述的可能需要冷却基板的工艺，可以通过管道512和508向基板的背面提供冷却气体。在一个实施方式中，改变基板的磁性表面可使所述基板的温度上升到足以降解抗蚀材料或威胁到磁层完整性的程度。在这种实施方式中，可以在处理期间通过向基板施加冷的非反应性气体来冷却基板，所述非反应性气体诸如氦气、氩气、氢气或氮气。

在基板载体的替代实施方式中，基板位点可以是位于载体其他平坦表面上的突起部。突起部的形状与基板中的空缺相配，使得基板被固持在载体的平坦表面上方。突起部可包括管道，所述管道与上文所述的用于每个基板背面的热控制的管道相似。

在图5B的基板载体中，管道508被图示为以相对于接触部分504的主轴90°的角度从接触部分504向外突出。在替代实施方式中，管道508可以配置有管嘴，以按照任意所需的方式为热控制介质流塑形或引导所述热控制介质流。例如，管嘴可以朝向基板向上的角度将热控制介质转向。在替代实施方式中，管道504可形成具有向上的角度，以将热控制介质引向基板。在许多实施方式中，热气或冷气可用于图5B中基板载体的热控制。

图6A是概述根据本发明实施方式的方法600的流程图。图6B至图6F是在方法600的不同阶段的基板的示意侧视图。可用方法600来生产在基板的磁层中的磁敏感性图案。在步骤610处，将具有磁敏感层和图案化层的基板提供给注入腔室，其中图案化层具有厚部分和薄部分。可根据本文其他地方所述的任何实施方式来形成基板和磁敏感层。图6B示出具有结构层612以支撑磁敏感层614的示范性基板。图案化层616形成在磁敏感性614上方，图案化层616具有厚部分632和薄部分634。

在步骤620处，将原子团导向基板。如图6C中所示，原子团具有选择为穿透图案化层的薄部分的冲击能量。原子团618撞击厚部分632，形成图案化层的冲击区域622，并且原子团618撞击薄部分634，穿透到下方的磁敏感层614，并注入磁敏感层614中以形成注入区域628。注入区域628的磁性由于注入而发生改变，因此磁敏感层图案化为磁性区域和非磁性区域。

如上所述，原子团可以是离子或中性粒子，并且原子团可由大分子或纳米凝析物形成。团将通常通过电磁力被离子化而赋予冲击动能。一旦充满能量并导向到基板，团可通过电荷交换介质被中性化，所述电荷交换介质诸如惰性气体。

应该注意的是，改变磁敏感层614的磁性所需要的能量通常是冲击能量，所述冲击能量来自冲击层的原子团的动能。所需的能量的量很大程度上取决于层的厚度。对于相对厚的层614来说，需要较多地改变基板较深层的磁性，以在处理区和未处理区之间产生可测量的差异。然而，对于薄的层614来说，可测量的差异可能来自表面下方深层一或两个磁畴的改变。对于薄层来说，低能量处理是有吸引力的，且能量可低到团中的原子不会注入层614而只冲击层614。团可被赋予足够的能量，以在重新调整表面附近的磁畴所需的能量与注入基板所需的能量之间的能量来穿透图案化层的薄部分。这些团可沉积在基板的表面上，或对于非常薄的图案化层来说，这些团可从基板表面反弹。如果冲击能量高于团的内聚能或键能，那么冲击时这些团可能分裂。

在步骤630处，从基板去除图案化层。这可通过蚀刻工艺、灰化工艺、清洗工艺或物理磨损(abrasion)工艺来完成。如果图案化层是可固化的聚合物，所述聚合物诸如含碳层，那么图案化层可暴露于反应性等离子体中。在另一个实施方式中，图案化层可通过非反应性离子来蚀刻。在另一个实施方式中，图案化层可通过化学清洗工艺去除，所述化学清洗工艺可能是液体暴露或蒸气暴露工艺。图6D示出在图案化层去除之后，具有带有处理区628的图案化的磁敏感层614的基板。处理区628具有与未处理区可测量的磁性差异。

在步骤640处，基本上如上文所述，在基板上方形成保护层。图6E示出具有保护层624的基板，保护层624覆盖在带有变化区域628的磁敏感层614上。在步骤650处，基本上如上文所述，在基板上形成润滑层，如图6F的626所示。

由于检测改变区域与未改变区域之间磁性的差异随距离而变得越来越难，保护层624和润滑层626的厚度必须根据基板的整体规格进行调整。由于改变区域和未改变区域的面积缩小，磁性的差异程度也下降，因此必须使覆盖磁敏感层的层更薄以使得读/写头检测不同的磁畴。通常，覆盖磁敏感层的所有层的总厚度不超过磁敏感层的改变区域和未改变区域的最大宽度的约10倍。例如，对于10nm的图案分辨率来说，覆盖磁敏感层的层厚度总计约100nm或更小。通常，保护层的厚度将等于或大于润滑层的厚度。因此，例如，如果基板具有小至5nm的图案分辨率，那么保护层的厚度可在约30nm到约40nm之间，而润滑层的厚度为约10nm到约20nm之间。

本发明的实施方式可应用于且可并入各种类型的磁记录介质。例如，可生产具有颗粒磁结构的记录介质。此外，可使用多层磁性薄膜。同样也是连续磁性膜的磁性薄膜可与图案化介质一起使用。图案化介质可以是位元图案化介质或轨迹图案化介质。在一个实施方式中，磁性薄膜可由高度各向异性的磁性材料制造而成，适用于热辅助磁记录。

本发明公开的方法可用于生产可用作磁记录介质的磁基板。根据本发明公开的方法形成的基板将具有可识别的磁畴，所述磁畴具有不大于约50nm的尺寸，诸如在约5nm到约50nm之间，诸如不大于约25nm，诸如在约5nm到约25nm之间。基板将还具有小于约5nm的R_a表面粗糙度。最后，基板还将包括选自由硼、氮、碳、氢、氧、硅、锗、氟、氖、氩或氙组成的群组的元素，通过包括一或多种所述元素的原子团以约10¹⁴到约10¹⁶之间的剂量范围进行注入。

以上是针对本发明的各个实施方式，在不偏离本发明的基本范围的情况下可设计出本发明的其他和进一步的实施方式。