CN100468528C - 连续逆压印图型直接转移式制造图案化磁记录介质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续图型直接转移式图案化磁记录介质的制造方法，适用于高密度磁存储类器件的制作。利用已经图型化的圆柱形压印模具，通过微接触逆压印技术，将模具微结构凸面的光刻胶转移到基底表面，形成图型化的掩蔽层，再通过电镀工艺，使基底表面的非掩蔽区生长具有图型化特征的磁性介质层，并采用等离子刻蚀工艺使掩蔽层和图型化磁记录介质平面平坦化，制作成由非磁性材料填充间隔的图案化磁性记录介质。

Description

连续逆压印图型直接转移式制造图案化磁记录介质的方法

技术领域

本发明属于微制造领域，涉及一种图案化磁记录介质的制造方法，特别涉及一种采用连续逆压印图型直接转移制造图案化磁记录介质的方法，该方法主要用于大面积的图案化高密度磁存储类磁记录器件的制造。

背景技术

在磁存储器件中，为实现更高的磁存储密度，采用纳米级岛状图案化磁性斑点阵列来代替连续磁记录介质。高密度磁存储器件对纳米级岛状磁性记录介质的尺寸要求越来越小，研究表明，当岛状磁斑的直径大于160nm时，磁斑为多畴结构，而对于磁斑直径降低至80nm的磁斑阵列，每一磁斑均呈现稳定的单畴状态。因此，当磁性记录介质岛的尺寸不大于80nm时，每个磁性岛为单畴状态，每位信息即可存储在一个单畴的磁性岛上，可极大提高磁介质的记录密度。对于大面积或者连续基底的高密度磁存储器件，在制造时除了要求高精度外，还对生产率提出了更高要求。

对于纳米级岛状图案化介质的制备，在传统的纳米制造技术中，常采用的方法如LIGA法、在阳极化铝孔中电镀法、以及人工辅助自组装法、纳米压印法(NIL)等。LIGA法是目前最被看好和应用最广的制造微米级尺寸的技术，但由于其技术瓶颈问题，不适用于100nm以下尺寸的制造。在阳极化铝孔中电镀法、以及人工辅助自组装法可以生产100nm以下的尺寸，但其生成的图型具有形状不能人工控制、不规则的特点，不适合规则的磁记录介质图案的制造。纳米压印法是一种可以加工尺寸最小为6nm的制造方法，相对于其它的加工方法而言，其分辨率高、生产率高、生产成本低，是一种非常有前景的纳米加工方法，但传统的纳米压印方法在转移图形时，在阻蚀胶图型部位将出现阻蚀胶残胶，这些阻蚀胶残胶的去除工艺通常会对转移图型的尺寸和形状精度产生损伤；另外对于大面积的高密度磁记录介质或者连续基底的磁记录介质的制造，传统的纳米压印则表现为较低生产率。

上述常规工艺对要求高生产率的高密度磁存储器件的制造适应性不强，且生产工艺复杂，生产成本高，效率低下。因此，需要一种高效率的、高精度的、直接转移纳米级图型的制造图型化磁记录介质的方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种连续图型直接转移式制造图案化磁记录介质的方法，该方法采用一种连续的纳米压印方法直接转移图型，即使用已图型化的圆柱形模具进行微接触逆压印，通过压印模具的旋转，将粘在模具凸面上的光刻胶连续、直接转移到基底上的金属层表面上，紫外光固化后，再以光刻胶图型为掩模在非掩蔽区电镀生长磁性材料。

为实现上述目的，本发明提供的图型直接转移式图案化磁记录介质的制造方法主要包括以下步骤：

(1)首先在平面基底(基底可以是盘状、片状或者是连续材质，材料如Si、铝、玻璃或者连续的柔性塑料基材如市售的聚碳酸酯(PC)板)表面上均匀沉积一层非磁性导电金属薄膜(如Ag)，厚度为纳米级，这层金属作为后继电镀工序所需的导电电极和电镀材料生长基层。

(2)压印模具的防粘处理。将已有的图型化圆柱形模具浸入防粘剂中进行处理，取出后进行干燥。处理后的模板表面由亲水性变为疏水性，表面能显著降低，可保证光刻胶图型的顺利转移。防粘剂一般可选的如烷基三氯硅烷甲苯溶液。

(3)然后进行图型连续直接转移。采用逆压印方法，用已图型化的圆柱形压印模具，沾取一定量的光刻胶，当模具凸面上的阻蚀胶旋转到与基底上的金属层表面接触时，阻蚀胶被粘附到基底的金属层表面上。经紫外光固化后，阻蚀胶在基底的金属层表面上形成图型化的掩蔽层。

(4)以图型化的阻蚀胶为掩蔽层，以基底表面上的金属层为电镀电极中的一极，在金属层上的非掩蔽区上生长磁性材料。电镀所生长的磁性材料层的厚度低于阻蚀胶掩蔽层的厚度，以保证磁性材料的图型。

(5)将电镀后的图型进行等离子刻蚀，使光刻胶和磁性材料层的图型平坦化，即得到由非磁性材料填充图型间隔的图案化磁记录介质。

本发明的图型直接转移式制造图案化磁记录介质的方法依托于逆压印工艺，采用圆柱形压印模具旋转压印，可连续进行压印生产，其所得图型化磁记录介质的尺寸依赖于压印模具的尺寸。与传统的压印相比，其连续转移图型时无压印阻蚀胶残胶，省略了一次阻蚀胶残胶刻蚀工序，在保证了图型的尺寸和形状精度的前提下，简化了制造过程，极大地提高了生产率。

本发明的改进之处是采用圆柱形压印模具旋转进行连续压印、逆压印和电镀技术相结合的工艺方法，将粘在压印模具凸面上的阻蚀胶连续、直接转移到基底的金属层表面上，保证了图型的连续转移，避免了传统压印阻蚀胶残胶的出现，省去阻蚀胶残胶刻蚀工序，简化了图型化磁记录介质的制造工序，提高了生产率。

本发明由于采用了圆柱形压印模具进行逆压印，提高了生产率，降低了生产成本，保证了转移图型的尺寸精度和形状精度。

本发明所得到的图案化磁记录介质，可以作为高密度磁存储类磁记录器件或者连续基材的磁存储器件的存储记录介质。

附图说明

图1为在基底1上沉积的非磁性导电金属过渡薄膜2；

图2为表面已经图型化的圆柱形压印模具3；

图3为圆柱形压印模具3的局部放大示意图，其中，3a为压印模具的局部放大图；3b为压印模具的横断面图；

图4为圆柱形压印模具3的横断面示意图；

图5为连续逆压印过程；

图6为压印后在基底的金属层2表面上得到的光刻胶4的图型；

图7为以图型化的光刻胶4为掩蔽层、以导电金属过渡薄膜2为电镀电极进行电镀，得到在非掩蔽区生长的磁性介质层7；

图8为采用等离子刻蚀后得到平坦化的以光刻胶8为间隔的磁性介质层7的图型；

图中的标号分别表示：1、基底材料，选择如Si、铝、玻璃或者柔性的聚碳酸酯(PC)板；2、导电金属过渡薄膜，材料选择非磁性材料，如Ag等，该导电金属过渡薄膜作为后继电镀工序的电镀电极层；3、圆柱形压印模具，材料选择Cu或Ni等；4、光刻胶，由聚氨酯丙烯酸酯单体、低聚物和紫外光引发剂构成；5、紫外光束；6、光刻胶流量控制容器；7、磁性介质层；8、平坦化的光刻胶。

以下结合附图对本发明的制作方法作更进一步的详细描述。

具体实施方式

图1～图8为连续图型直接转移式图案化磁记录介质的制作工艺流程示意图。本发明的连续图型直接转移制造图案化磁记录介质的方法，包括以下工艺的组合：金属沉积工艺(附图1)、压印模具表面处理(附图2、3、4)、压印工艺(附图5、6)、电镀工艺(附图7)、等离子刻蚀工艺(附图8)。

与传统纳米压印工艺相比，本发明提供的制备图案化磁记录介质的方法，采用旋转逆压印和电镀工艺相结合工艺，连续、直接地转移图型，生产工序更简单，生产效率更高，在制作效率和成本等方面都有较大优势。

本发明的具体实施过程如下：

(1)在基底1表面沉积非磁性的导电金属过渡薄膜2。基底1可以是市售的金属铝盘或者玻璃盘片，或者是连续的柔性材料如聚碳酸酯(PC)板。用市售的溅射机将金属沉积在基底1表面上，形成厚度为纳米级的金属过渡薄膜2，该导电金属过渡薄膜2作为后继电镀工序所需的导电电极。

沉积的导电金属过渡薄膜2和磁性介质层7的材料选择是由高密度图案化磁记录介质的特点和结构决定的。在读写时，磁力线通过GMR读写磁头与图案化磁记录的单个磁记录单元以及磁记录单元下的软磁层形成闭合磁路，通过磁记录单元的磁力线为垂直方向。为保持较好的读写性能和高的储存密度，图案化磁记录介质的单个磁记录单元应具有好的垂直磁各向异性。

因此导电金属过渡薄膜2的材料可选择导电性好且为面心立方结构的金属如Ag等。Ag的导电性很好，并且为面心立方(fcc)结构。在后继的电镀工序6中，如果以Ag为电镀基底，能顺利生长具有面心立方(fcc)结构的磁性介质层7，经低温退火后，磁性材料的面心立方(fcc)结构即可转变为面心四方L1₀有序相，这样就能使制造的图案化磁记录介质在垂直方向具有良好的磁各向异性。

磁性介质层7的材料可以选择CoPt、FePt、CoPd、FePd或者Co_(n)Pt_(m)、Fe_(n)Pt_(m)等合金，这些材料的化学有序合金是公认的面心四方L1₀有序相材料，具有高的磁晶各向异性和磁矩各向异性，L1₀相的c轴为易磁化轴，c轴垂直于基底取向，因此这些具有面心四方L1₀有序相的合金在垂直方向具有很好的磁各向异性。

(2)压印模具表面的防粘处理。为防止在压印过程中模板和光刻胶的粘连，需要对模板进行表面处理，以降低其表面自由能。将压印模具3浸入防粘剂(如烷基三氯硅烷甲苯溶液)中，在模板表面存在一层水分子的情况下，防粘剂与模板表面的水分子反应，生产硅烷醇中间产物和HCL，进而相邻的硅烷醇之间发生交联生成更稳定的网络结构。取出后进行干燥，处理后的压印模具表面能下降，其抗粘着效果较好，可以保证光刻胶的顺利转移。

(3)连续逆压印直接转移图型。在压印时，圆柱形压印模具3在导电金属过渡薄膜2上方旋转，在圆柱形压印模具3侧面有用于控制液态光刻胶的下漏速度的光刻胶流量控制容器6，光刻胶流量控制容器6漏出的光刻胶覆盖在压印模具表面，当压印模具凸面上的光刻胶4移动到和基底1上的导电金属过渡薄膜层2接触时，由于压印模具表面能较低，光刻胶4被转移到基底1上的导电金属过渡薄膜层2表面，经紫外光束5曝光后固化，在基底1的导电金属过渡薄膜层2表面形成无光刻胶残胶的光刻胶图型。

在传统的压印工序中，压印后在光刻胶的图型中间会残留一定厚度的残胶。为保证后继电镀工序的顺利进行，必须将残胶完全清除，露出导电金属过渡薄膜层2，工艺中一般采用等离子刻蚀的方法来清除残胶，因此有可能造成图型尺寸和形状精度的损失。本发明与传统的压印工序相比，采用连续图型直接转移的压印方法，无光刻胶的残胶存在，则省去了光刻胶的残胶去除工序，可有效地保证图型的尺寸和精度，提高了生产效率。

(4)磁性材料的电镀。在光刻胶的非掩蔽区，以导电金属过渡薄膜层2为电镀的一个电极，以图型化的光刻胶4为掩蔽层，在非掩蔽区的导电金属过渡薄膜层2上生长磁性介质层7。为保证磁性材料的图型精度，一般电镀的磁性介质层7的高度应低于掩蔽层光刻胶4的厚度。磁性介质层7的材料可以是合金如Co_(n)Pt_(m)、Fe_(n)Pt_(m)等，也可以是多层金属交替结构，如Co/Pt、Fe/Pt、Co/Pd、Fe/Pd等合金。电镀后进行低温退火，即可获得具有面心四方结构的L1₀有序相的磁性材料。

(5)等离子刻蚀平坦化磁记录介质图型。用等离子刻蚀阻蚀胶4高出磁性介质层7的部分。在刻蚀时，选择对光刻胶有保护作用而对磁性材料无保护作用的刻蚀气体，如以O₂为反应气体的反应离子刻蚀(RIE)，可使磁性介质层7和光刻胶4平坦化。经刻蚀后，平坦化的光刻胶8的高度和磁性介质层7的高度相同。由此得到由平坦化的光刻胶8和磁性介质层7组成的由非磁性材料隔离的图案化磁记录介质。

Claims (7)

1、一种采用连续图型直接转移制造图案化磁记录介质的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，首先在基底上沉积一层导电金属过渡薄膜层，该导电金属过渡薄膜层作为后继电镀工序所需的导电电极；

步骤二，将已有的图型化圆柱形模具浸入防粘剂中进行防粘处理，取出后进行干燥，所述的防粘剂是烷基三氯硅烷甲苯溶液；

步骤三，然后进行逆压印图型连续直接转移，用已有的图型化圆柱形模具，沾取适量的光刻胶，当圆柱形压印模具凸面上的光刻胶旋转到与基底上的导电金属过渡薄膜层接触时，光刻胶被粘附到基底的导电金属过渡薄膜层表面上；经紫外光固化后，光刻胶在基底的导电金属过渡薄膜层表面上形成图型化掩蔽层；

步骤四，在光刻胶的非掩蔽区，以导电金属过渡薄膜层为电镀的一个电极，以图型化的光刻胶为掩蔽层，在非掩蔽区的导电金属过渡薄膜层上生长磁性介质层；

步骤五，将电镀后的图型进行等离子刻蚀，使光刻胶和磁性介质层的图型平坦化，即得到由非磁性材料填充图型间隔的图案化磁记录介质。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的基底材料是刚性基材或者是柔性基材。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的刚性基材是金属铝或者玻璃，所述的柔性基材是连续的柔性聚碳酸酯板。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的圆柱形压印模具的材质是刚性材料或者是弹性材料。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的刚性材料是金属Ni或金属Cu。

6、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的弹性材料是聚二甲基硅氧烷。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤四中的磁性介质层的材料是CoPt、FePt、CoPd、FePd、Co_(n)Pt_(m)或者Fe_(n)Pt_(m)合金。

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