CN103118855A - 用于热压印平板印刷的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种热压印平板印刷的方法和系统，包括使压印机抵靠待压印表面运动，向加热材料层供给能量，并在待压印表面内形成特征。压印机包括主体和位于主体下方的加热材料层。在实施例中，对加热材料层进行电加热。在替代的实施例中，对加热材料层进行光加热。

Description

用于热压印平板印刷的方法和系统

技术领域

根据本发明的实施例总地涉及热压印平板印刷。

技术背景

微型制造涉及制造非常小的结构，例如具有在微米或更小量级上的特征的结构。平板印刷是用于在薄膜或基质内产生超精细（小于25纳米）图案的微型制造。在平板印刷过程中，具有至少一个突起特征的模具被压入薄膜内。模具内的突起特征在薄膜内产生凹槽，由此产生模具的图像。当移除模具时，薄膜保持该图像。模具可用于在不同的基质上压印多个薄膜。

附图简要说明

借助于各附图中的示例非限制性地对本发明进行说明。

图1是在制造的早期阶段的薄膜层的剖视图，并还示出根据本发明的实施例的压印机。

图2是根据本发明的实施例通过对较薄的加热层进行电加热来在图1的薄膜层内形成特征的压印机的剖视图。

图3是根据本发明的实施例的、在压印和分离之后薄膜层和压印机的剖视图。

图4是根据本发明的实施例通过对光吸收层进行光加热来在薄膜层内形成特征的压印机的剖视图。

图5是根据本发明的实施例通过对光吸收抗蚀层进行光加热来在薄膜层内形成特征的压印机的剖视图。

图6示出根据本发明的实施例的热压印平板印刷的方法的流程图。

图7是盘驱动器的数据存储装置的平面图。

图8是根据实施例的、可用于盘驱动器的存储装置（图7）的垂直的磁性记录介质的剖视图。

图9是根据一实施例的、具有磁头单元的垂直的磁性记录介质（图8）的剖视图。

具体实施方式

下面将详细参照本发明的各实施例，在附图中示出了这些实施例的示例。尽管结合附图对本发明进行描述，但应当理解它们并不意在将本发明限于这些实施例。相反，各实施例旨在覆盖所有替换方案、修改和等价方案。此外，在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便于提供透彻的理解。然而，本领域技术人员将认识到没有这些具体细节也可实践本发明。在另外的例子中，并未对人们所熟知的方法、工艺、部件和回路进行详细描述，以免不必要地使实施例的各方面变得不清楚。

为了说明的目的，如文中所用的术语“水平”定义为与基质的平面或表面平行的平面，而不管基质的定向如何。术语“垂直”是指与刚定义的水平垂直的方向。诸如“上面”、“下面”、“底部”、“顶部”、“侧面”、“较高”、“下”、“上”、“上方”和“下方”之类的术语是关于水平面定义的。

图1是在制造的早期阶段薄膜层100的简化剖视图，并还示出根据本发明的实施例的压印机102。在此阶段，抗蚀层104已形成于基质106上，从而准备好进行热压印平板印刷。在该实施例中，抗蚀层104是热塑料，例如聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）、聚苯乙烯（PS）或苯乙烯丙烯腈（SAN）。

压印机102包括主体108、主体108下方的加热材料层110和加热材料层110下方的压印层114。由此，加热材料层110位于主体108和压印层112之间。

主体108包括刚性材料，例如镍或镍合金。加热材料层110是电加热材料薄层，例如将电能转化成热能的电阻片材。加热材料层110可以在相对两端处具有电连接器或端子（未示出）。

压印层112由例如镍或镍合金的机械硬材料构成。此外，压印层112包括具有在其内形成有图案114的表面。图案114是将压印在抗蚀层104内的亚微米或纳米大小的特征的图案的负像，例如这些特征的横向尺寸为约60纳米、高度为约40纳米。图案114可以紧密地排列，例如10纳米到100纳米的半间距，或者10纳米到100纳米的单独的特征，在纳米级特征之间有几微米的间距。在该实施例中，采用传统的光平版印刷技术来形成图案114。压印层112可设有抗粘剂或脱模剂薄层（未示出），例如诸如可由新泽西州萨勒费尔的奥斯蒙特公司（Ausimont）购得的例如

的氟化聚醚化合物，或者是具有硅烷端基的氟基聚合物（自组装单层结构）。

图2是根据本发明的实施例在薄膜层200内形成特征202的压印机102的简化剖视图。压印机102和垂直的磁性记录介质100例如以～0.2到～10.0MPa的压力强有力地运动成接触。电流从电源（未示出）供给到加热材料层110。加热材料层110可以是电阻加热材料，该电阻加热材料在例如～2到～10秒的尽可能短的间隔内快速加热到抗蚀层104的玻璃转变温度Tg以上的温度，例如至少约180oC，从而使抗蚀层104重熔。

加热材料层110选择性地加热压印层112和抗蚀层104，而不明显改变基质106和主体108的温度。由此，将热量限制于交界处接触的材料（在该实施例中是抗蚀层104、加热材料层110和压印层112）和它们附近。在例如小于10秒的适当间隔之后，终止将电能供给到加热材料110。在分离（图3）之前，允许加热材料层110、压印层112和抗蚀层104冷却到抗蚀层104的玻璃转变温度Tg以下的温度，例如对于PMAA来说为约130-140oC。

在该实施例中，相对较大的主体108和基质106不进行加热或冷却。然而，在替代的实施例中，薄膜层100和压印机102可以在对加热材料110进行加热之前进行预先加热，并保持在预选定的升高温度下，由此减少处理间隔。例如，压印机102可以进行预加热到并保持在接近抗蚀层104的玻璃转变温度Tg的升高温度，例如对于PMAA来说为约104到105oC。因此，加热材料110在形成特征202过程中快速加热到抗蚀层104的玻璃转变温度Tg。

图3是根据本发明的实施例的、在压印和分离之后薄膜层100和压印机102的简化剖视图。压印机102和薄膜层100在冷却后已分离。由此，薄膜层100的抗蚀层104已压印有特征202。

图4是根据本发明的实施例的、在制造早期阶段、在薄膜层404内形成特征202过程中压印机400的简化剖视图。代替对加热材料112进行电加热（图2），加热材料406是主体408和压印层410之间的光吸收层。

主体408可以是透明的，并且在该实施例中由能透射红外（IR）和可见光的材料制成，例如石英、

等。加热材料406包括光加热材料，这种光加热材料吸收辐射能/光能，例如红外或可见光，由此选择性地进行加热。加热材料406可包括固有地吸收辐射的热塑性聚合材料，和/或加热材料406可包括便于加热的至少一种辐射吸收材料，例如可采用染料。

光源（未示出）将能量414传递到加热材料406。能量414穿过主体408，并选择性地对加热材料406进行加热，而基本不加热基质412或主体408。加热材料406的温度和达到合适温度的时间通过调节能量414的强度和波长来控制。

如在之前实施例中那样，当温度上升到热塑性抗蚀材料416的玻璃转变温度Tg以上时，可停止对加热材料406进行加热。然后，允许加热材料406、压印层410和热塑性抗蚀材料416冷却到热塑性抗蚀材料416的玻璃转变温度Tg以下的温度。压印机400和薄膜层404分离（未示出），从而使薄膜层404准备好作进一步处理（未示出）。

图5是根据本发明的实施例的、在制造早期阶段、在薄膜层504内形成特征502过程中压印机500的简化剖视图。在本实施例中，没有单独的加热材料（图2中的110和图4中的406）。而是，光加热抗蚀层506位于透光主体508和薄膜层504之间。

光加热抗蚀层506可以是位于基质512上的热塑性抗蚀层，该热塑性抗蚀层固有地吸收辐射和/或包括至少一种吸收辐射的材料。光源（未示出）将能量510传递到光加热抗蚀层506。能量510穿过透光主体，并选择性地对光加热抗蚀层506进行加热，而基本不加热基质512或透光主体508。

如前述实施例中所示，当光加热抗蚀层506的温度上升到玻璃转变温度Tg以上时，停止对光加热抗蚀层506加热。然后，允许光加热抗蚀层506冷却到玻璃转变温度Tg以下的温度。压印机500和薄膜层504分离（未示出），从而使薄膜层504具有压印的抗蚀层（未示出），从而准备好作进一步处理（未示出）。

图6示出根据本发明的实施例的热压印平板印刷的示例性方法的流程图600。尽管在流程图中公开了特定步骤，但这种步骤是示例性的。即，本发明的实施例良好地适于执行各种其它步骤或在流程图中所述步骤的各种变型。

在方框602中，将压印机和工件压在一起。例如，在图2中，压印机包括主体、位于主体下方的加热材料层和压印层。压印机抵靠待压印的工件表面运动。工件是薄膜层，在制造的早期阶段，它包括基质和抗蚀层。

在方框604中，将能量供给到加热材料层，从而使主体和工件之间的材料层加热并重熔。例如，在图2的实施例中，加热材料层是电加热片，且将重熔的材料是热塑性抗蚀层。将电能供给到电加热片对电加热片进行加热，从而使热塑性抗蚀层重熔，而基本不加热压印机和主体。

在另一示例中，在图4和5的替代实施例中，加热材料层是光吸收层。采用光源将能量供给到光吸收层，以传递能量。在图4的实施例中，来自光源的能量使主体和工件之间的光吸收层加热。然而，在图5的实施例中，没有单独的光吸收层。而是，抗蚀层也是光吸收层。因此，图5中的加热材料层是基质上的光吸收抗蚀层。将光能传递到光吸收抗蚀层，从而使其加热。

在方框606中，加热使工件通过允许压印层在热塑性抗蚀层内形成特征来进行压印。在方框608中，使主体和工件之间的材料层冷却到主体和工件之间材料的粘度较高的温度，从而在工件表面内形成特征。在方框610中，压印机和工件分离。例如，在图3中，压印机和薄膜层在冷却抗蚀层之后已分离。在抗蚀层内已形成特征，且薄膜层准备好作进一步处理。

磁性存储介质广泛用于各种应用场合，特别是在数据存储和修复应用以及用于存储音频和视频信号的计算机行业中。例如硬盘驱动存储装置的垂直的磁性记录介质包括在磁性层内具有垂直的各向异性的记录介质。在垂直的磁性记录介质中，通常通过基质上的磁性材料层，沿与磁性介质的表面垂直的方向形成剩磁。

垂直的记录盘驱动器磁头通常包括后写入极和磁性联接于该写入极的前返回或相对极。此外，导电磁化线圈围绕写入极的磁轭。在操作过程中，记录头以被称为飞行高度的距离在磁性记录介质上方飞行。为了写到磁性记录介质上，使磁性记录介质运动经过记录头，因而，记录头跟随磁性记录介质的轨道，而磁性记录介质首先经过返回极下方，然后经过写入极下方。使电流流经线圈，以在写入极内产生磁通量。磁通量从写入极尖端、通过硬磁记录轨道进入软底层内，并横穿到返回极。除了提供用于磁通量的返回路径，软底层产生磁记录层的磁荷图像，从而增大磁通量并增大回放信号。电流可以反向，由此使磁场反向，并重新定向了磁偶极子。

垂直的记录介质是离散的邻接磁性晶体或磁畴的连续层。在连续的磁性层内，以单独的位存储离散的信息。单独各位正极或负极磁取向，以存储二进制信息。记录介质上的单独各位的数目与面密度有关。当面密度增大时，存储在记录介质上的信息量也增大。制造商致力于通过增大面密度来满足消费者对于较大容量的硬驱动器的日益增大的需求。

高密度垂直的记录介质采用精细平衡的磁特性。精细平衡的磁特性包括足够高的各向异性（垂直的磁取向）以确保热稳定性、抗蚀擦除和与现代盘驱动器磁头设计有效地起作用；以及足以保持热稳定性的磁特性的颗粒间均匀度和最小开关磁场分布（SFD）。

当记录密度增大时，较小的颗粒结构有助于使一个位内的磁性颗粒数目保持在相似值。较小的颗粒结构更易于擦除，从而需要更高的各向异性来保持热稳定性，并使可写性变差。此外，当磁性记录介质的磁性层内的单独的存储位的大小减小时，它们存储的能量更少，从而使这些位更易于损失信息。同样，由于单独的较弱各位靠近放置，连续的读出/写入过程和操作环境更易于在位内和各位之间发生干扰。干扰破坏读出/写入过程，从而导致数据损失。

磁性层设计成均匀岛的有序阵列，每个岛存储单独的位。这被称为位图介质。通过取消连续的磁性层并将各位约束于离散的磁岛来减少干涉并增大面密度。然而，高面密度位图介质（例如，>500Gbpsi（>每平方英寸500吉比特））需要岛内磁性材料的较高的各向异性。

如上所述本发明的实施例，文中描述了方法和介质结构，优化了位图磁性记录介质的各向异性。应理解到如文中所述的磁性记录介质可以用于包括盘驱动记忆系统等的多种系统。

图7是数据存储装置，其中，本发明的实施例能实施成形成位图介质。图7是盘驱动器700的平面图。盘驱动器700总地包括基板702和盖子（未示出），该盖子可设置在基板702上，以形成用于各种盘驱动器部件的封闭外壳。盘驱动器700包括计算机可读的数据存储介质的一个或多个数据存储盘704。通常，每个数据存储盘704的两个主要表面包括用于数据存储目的的多个同心设置的轨道。每个数据存储盘704安装在毂或芯轴706上，而毂或芯轴又与基板702和/或盖子可转动地互连。多个数据存储盘704通常垂直间隔开并平行地安装在芯轴706上。芯轴电机708以合适的速率使数据存储盘704转动。

盘驱动器700还包括绕枢转支承件712枢转的致动臂组件710，该致动臂组件又由基板702和/或盖子可转动地支承。致动臂组件710包括从枢转支承件712附近伸出的一个或多个单独的刚性致动臂714。多个致动臂714通常以垂直间隔开的关系设置，为盘驱动器700的每个数据存储盘704的每个主要数据存储表面设置一个致动臂714。也可采用其它类型的致动臂组件构造，诸如具有从共同结构悬伸出的一个或多个刚性致动臂末端等的“E”块。致动臂组件710的运动由致动臂驱动组件提供，诸如是音圈电机716等。音圈电机716是在控制电子器件718的引导下控制致动臂组件710的操作的磁性组件。

负载梁或悬置件720附连于每个致动臂714的自由端，并该自由端悬伸。通常，悬置件720通过类似弹簧的力大致向其对应的数据存储盘704偏置。滑动件722设置在每个悬置件720的自由端处或附近。通常被称为读出/写入头（例如，转换器）作为磁头单元（未示出）适当地安装在滑动件722下方，并用于盘驱动器读出/写入操作。滑动件722下方的磁头单元可利用各种类型的读出传感器技术，诸如各向异性磁阻（AMR）、特大磁阻（GMR）、穿隧磁阻（TuM）、其它磁阻技术或其它合适的技术。

滑动件722下方的磁头单元连接到前置放大器726，该前置放大器通过挠性电缆728与盘驱动器700的控制电子器件718互连，该挠性电缆通常安装在致动臂组件710上。在磁头单元和它对应的数据存储盘704之间交换信号，以进行盘驱动器读出/写入操作。在此方面，音圈电机716用于使致动臂组件710枢转成同时使滑动件722沿路径730并穿过对应的数据存储盘704运动，以将磁头单元定位在数据存储盘704上的合适位置，以进行盘驱动器读出/写入操作。

当盘驱动器700不进行操作时，致动臂组件710枢转到“驻停位置”，以将每个滑动件722大致设置在其对应的数据存储盘704的周界处或超出该周界，但在任何情况下滑动件与它对应的数据存储盘704垂直间隔开。在这方面，盘驱动器700包括斜坡组件732，该斜坡组件超出数据存储盘704的周界设置，以使对应的滑动件722远离它的对应数据存储盘704垂直运动，并还对致动臂组件710施加一定的保持力。

图8是可用于数据存储盘704（图7）的垂直的磁性记录介质800的简化剖视图。垂直的磁性记录介质800是包括形成于基质802上的多层的设备。籽晶层808是叠置于基质上形成的层。基层810是叠置于籽晶层808上形成的层。垂直的磁性记录岛812是建立在基层810内和籽晶层808层上的记录区域。

基质802可由对于本领域技术人员来说已知的材料制成，以用于硬盘存储装置的磁性记录介质。例如，基质802可由镀有镍磷（NiP）层的铝（Al）制成。然而，应理解到基质802还能由诸如玻璃和含有玻璃的材料的其它材料制成，包括玻璃陶瓷。基质802可具有其余层可沉积于其上的光滑表面。

在另一实施例中，缓冲层804叠置于基质802上形成，软底层806叠置于缓冲层804上形成，而籽晶层808叠置于软底层806上。缓冲层804可由诸如钽（Ta）的元素制成。软底层806可由诸如CoZrNb、CoZrTa、FeCoB和FeTaC的软磁性材料制成。软底层806能形成有高导磁率和低矫顽性。例如，在实施例中，软底层806具有不大于约10奥斯特（Oe）的矫顽性和至少约50的导磁率。软底层806可包括单个软底层或多个软底层，并可由间隔件分离。如果有多个软底层，软底层可由相同的软磁性材料或不同的软磁性材料制成。

在所示实施例中，籽晶层808设置在软底层806上。籽晶层808可以例如通过物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）由贵金属材料形成，贵金属材料例如是Ru、Ir、Pd、Pt、Os、Rh、Au、Ag或其它合金。采用这些材料产生垂直的磁性记录岛812的期望的生长特性。

根据本发明的实施例，文中所述的垂直的磁性记录岛812可形成于基层810内和籽晶层808上。垂直的磁性记录岛812可形成为具有易磁化轴（例如，C轴），该易磁化轴与垂直的磁性记录介质800的表面垂直定向。垂直的磁性记录岛812的有用材料包括具有六边形紧密排列（hep）结构的钴基合金。钴可以与诸如铬（Cr）、铂（Pt）、硼（B）、铌（Nb）、钨（W）和钽（Ta）的元素制成合金。

垂直的磁性记录介质800还可以在垂直的磁性记录岛812和/或基层810顶上包括诸如保护碳层的保护层（未示出）和设置在该保护层上的润滑层。这些层适于减少在启动/停止操作期间由于与记录介质的相互作用而产生的损坏。

图9是具有磁头单元900的垂直的磁性记录介质800的一部分的简化剖视图。在写入过程中，垂直的写入头802在垂直的磁性记录介质800上飞行或浮动。垂直的写入头902包括联接于辅助极906的写入极904。所示的箭头表示磁通量908的路径，该磁通量从垂直的写入头902的写入极904出发、进入并穿过写入极904下方的区域内的至少一个垂直的磁性记录岛812，并且进入软底层806并在软底层806内行进一段距离。磁性软底层806用于引导从磁头单元900出发的磁通量穿过记录岛812，并加强写入性。当磁通量908向辅助极906行进并返回到该辅助极时，磁通量908分散开。

磁通量908在写入极904处集中，并使写入极904下方的垂直的磁性记录岛812根据来自写入极904的输入而磁性对准。当磁通量908返回到辅助极906并分散开时，磁通量908可再次遇到一个或多个垂直的磁性记录岛812。但磁通量908不再集中，并穿过垂直的磁性记录岛812，而不会不利地影响垂直的磁性记录岛812的磁性对准。

为了说明的目的，已参照特定实施例来描述了前述说明。然而，上面示例性的讨论并不意味着穷举或将本发明局限于所披露的具体形式。考虑到以上的说明，可以作许多修改或变型。选择和描述这些实施例是为了清楚地解释本发明的原理及其实践应用，以由此使本领域的技术人员能够最好地利用本发明，且具有各种更改的各种实施例适合于所考虑的具体应用。

Claims (20)

1.一种方法，包括：

使压印机抵靠待压印表面运动，其中，所述压印机包括主体、压印图案层和位于所述主体和所述压印图案层之间的加热材料层；向所述加热材料层供给能量，以在所述待压印表面内形成特征。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待压印表面包括设置在基质上的抗蚀层。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，向所述抗蚀层供给能量还包括对所述抗蚀层加热，而基本不改变所述基质和所述主体的温度。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述加热材料层是设置在所述主体和压印层之间的电加热片；以及

向所述加热材料层供给能量包括对所述电加热片进行电加热。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述加热材料层是设置在所述主体和压印层之间的光吸收层；以及

向所述加热材料层供给能量包括采用光源来将能量传递到所述光吸收层。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述加热材料层是设置在基质上的光吸收抗蚀层；以及

向所述加热材料层供给能量包括将光能传递到所述光吸收抗蚀层。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待压印表面是热塑性抗蚀层，向所述热塑性抗蚀层供给能量使所述热塑性抗蚀层重熔。

8.一种热压印平板印刷的方法，所述方法包括：将压印机和工件压在一起，其中，所述压印机包括主体和压印层；以及

对设置在所述主体和所述工件之间的材料层加热，而基本不加热所述压印机和所述主体，所述加热压印所述工件。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，对设置在所述主体和所述工件之间的所述材料层加热包括对所述主体和所述工件之间的所述材料层进行电加热。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，对设置在所述主体和所述工件之间的所述材料层加热包括对所述主体和所述工件之间的所述材料层进行光加热。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，设置在所述主体和所述工件之间的所述材料层包括抗蚀层，而所述工件包括基质和所述抗蚀层。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述加热使设置在所述主体和所述工件之间的所述材料重熔，且所述方法还包括将所述主体和所述工件之间的所述材料冷却到使所述主体和所述工件之间的所述材料的粘度高的温度。

13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述工件包括基质、叠置于所述基质上的缓冲层、叠置于所述缓冲层上的软底层和叠置于所述软底层上的籽晶层。

14.一种设备，包括：

主体；

压印层，所述压印层设置在所述主体和工件之间，所述压印层包括形成有图案的表面；以及

加热材料层，所述加热材料层设置在所述主体和所述工件之间。

15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述加热材料层包括用于将电能转化成热能的电加热件。

16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述加热材料层设置在所述主体和所述压印层之间。

17.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述主体是透明的。

18.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述加热材料层包括光加热材料。

19.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述加热材料层包括设置在基质上的光加热抗蚀层。

20.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述图案包括亚微米或纳米大小特征的图案。

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