JP2009084644A - スタンパの製造方法およびスタンパ - Google Patents

Abstract

【課題】インプリント法によるパターン転写時のサイドエッチング量を見込んで凸部パターンの幅を所望の通りに制御して形成できるとともに、離型剤を塗布したときに良好な離型性が得られるスタンパの製造方法を提供する。
【解決手段】凹凸を有する原盤の表面に導電層を形成し、前記導電層上に電鋳層を形成し、前記原盤から前記電鋳層および前記導電層を剥離して前記原盤の凹凸が転写されたスタンパを形成し、前記スタンパの表面に残留しているレジストを除去し、前記スタンパの表面をｐＨ３未満の酸性溶液でエッチングすることを特徴とするスタンパの製造方法。
【選択図】 図３

Description

本発明は、射出成形やインプリント技術などによりパターンを転写して大量の情報記録媒体を生産するために使用されるスタンパの製造方法、およびこの方法により製造されるスタンパに関する。

ＣＤ（compact disc）やＤＶＤ（digital versatile disc）に代表される光記録媒体の製造には、厚さ３００μｍ程度のニッケル（Ｎｉ）スタンパを金型として利用し射出成形する方法が一般的に採用されている。

磁気記録においても、高記録密度を達成するために、たとえばディスクリート型（discrete track recording、ＤＴＲ）媒体を用いた記録再生システムが提案されている（特許文献１）。ディスクリート型媒体の製造には、ニッケル（Ｎｉ）スタンパの微細パターンをナノインプリントリソグラフィにより転写する方法が採用されている。

スタンパはたとえば以下のような方法で製造されている。Ｓｉウェハまたは研磨されたガラス基板にレジストを塗布した後、レジストに所望のパターンを描画する。この際、約１００ｎｍ以下の凹凸を形成する微細加工技術として、電子線（electron beam、ＥＢ）リソグラフィや集束イオンビーム（focused ion beam、ＦＩＢ）リソグラフィなどが用いられる。レジストを現像して、表面に凹凸パターンを有する原盤を作製する。原盤の表面に、スパッタリング、蒸着、または無電解メッキなどにより金属の導電層を成膜する。この導電層を種として電鋳法によりＮｉからなる電鋳層を形成する。原盤から電鋳層および導電層を剥離してファザースタンパを得る。ファザースタンパを洗浄し、レジスト残渣などの有機物を除去する。こうして得られたファザースタンパを用いてパターンを転写することにより媒体を生産してもよい。

また、ファザースタンパからマザースタンパおよびサンスタンパを作製してもよい。この方法は、以下のようにして行われる。陽極酸化や酸素プラズマアッシングなどにより、ファザースタンパの表面に、離型層として機能する酸化膜を形成する。離型層上に導電層を形成し、さらにＮｉからなる電鋳層を形成する。ファザースタンパから電鋳層および導電層を剥離してマザースタンパを複製する。マザースタンパの表面に、離型層として機能する酸化膜を形成する。離型層上に導電層を形成し、さらにＮｉからなる電鋳層を形成する。マザースタンパから電鋳層および導電層を剥離してサンスタンパを複製する。

ファザースタンパまたはサンスタンパは、裏面研磨、打ち抜きなどの工程を経て、パターンの転写により媒体を大量生産するために用いられる。

上記のようにして作製されたスタンパを用いたＤＴＲ媒体の製造方法の一例を図４（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。

図４（ａ）に示すように、基板５０上に磁性層５１を成膜し、その上にレジスト５２を塗布する。上記のようにして作製したスタンパの表面に離型剤を塗布する。図４（ｂ）に示すように、レジスト５２にスタンパ３０の凹凸面を対向させ、インプリント法によりスタンパ３０のパターンをレジストに転写させた後、スタンパ３０を離型してレジストパターン５２ａを形成する。図４（ｃ）に示すように、酸素ＲＩＥ（reactive ion etching）によりレジストパターン５２ａの凹部に残存しているレジスト残渣を除去する。図４（ｄ）に示すように、レジストパターン５２ａをマスクとして磁性層５１をエッチングして磁性パターン５１ａを形成する。図４（ｅ）に示すように、レジストパターンを除去する。図４（ｆ）に示すように、必要に応じて凹部に非磁性体を充填し、保護膜５３を形成してディスクリート型媒体を作製する。

ところで、上記の製造方法において、レジスト残渣の除去工程、およびレジストパターンをマスクとする磁性層のエッチング工程において、サイドエッチが起こるため凹部の幅が広がるという現象が生じる。この現象を図５（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。つまり、インプリントにより正確に転写が行われると、スタンパ３０の凸部の幅ａ（図５ａ）と、レジストパターン５２ａの凹部の幅ｂ（図５ｂ）はほぼ同じ寸法になる。しかし、レジスト残渣の除去工程でサイドエッチングが起こり、レジストパターン５２ａの凹部の幅ｃ（図５ｃ）は広がる。また、レジストパターン５２ａをマスクとして磁性層５１をエッチングする工程でもサイドエッチングが起こり、磁性パターン５１ａの凹部の幅ｄ（図５ｄ）も広がる。

このように、製造工程中に凹部と凸部との比率が変化するため、最終的に必要とされる凹部と凸部との比率を考慮して、スタンパ３０の凸部の幅ａを細く形成する必要がある（ａ＝ｂ＜ｃ＜ｄ）。

これまでに、パターンの深さおよび高さを変えずに幅のみを修正することができるスタンパの製造方法が提案されている（特許文献２）。この方法では、レジスト原盤から剥離したスタンパの表面のレジスト残渣を除去した後、表面金属層をエッチングすることによりパターンの幅を変えている。この文献には、ＣＦ₄ガスでプラズマエッチングする方法や、リン酸：硝酸：水＝８０：４：１６の混液によるウェットエッチング法が記載されている。しかし、具体的なエッチング条件は記載されておらず、パターンの幅を良好に制御することができない。また、通常のエッチング方法では、図４（ｂ）において、スタンパの表面に離型剤を塗布し、インプリントを行い、スタンパを離型する際に、必ずしも良好な離型性が得られない。
特開２００４−１１０８９６号公報 特開平４−３５１７３１号公報

本発明の目的は、インプリント法によるパターン転写時のサイドエッチング量を見込んで凸部パターンの幅を所望の通りに制御して形成できるとともに、離型剤を塗布したときに良好な離型性が得られるスタンパの製造方法、およびこの方法により得られるスタンパを提供することにある。

本発明の一態様に係るスタンパの製造方法は、凹凸を有する原盤の表面に導電層を形成し、前記導電層上に電鋳層を形成し、前記原盤から前記電鋳層および前記導電層を剥離して前記原盤の凹凸が転写されたスタンパを形成し、前記スタンパの表面に残留しているレジストを除去し、前記スタンパの表面をｐＨ３未満の酸性溶液でエッチングすることを特徴とする。

本発明の他の態様に係るスタンパの製造方法は、凹凸を有する原盤の表面に第１の導電層を形成し、前記第１の導電層上に第１の電鋳層を形成し、前記原盤から前記第１の電鋳層および前記第１の導電層を剥離して、前記原盤の凹凸が転写されたファザースタンパを形成し、前記ファザースタンパの表面に残留しているレジストを除去し、前記ファザースタンパの表面に第１の離型層を形成し、前記第１の離型層上に第２の導電層を形成し、前記第２の導電層上に第２の電鋳層を形成し、前記ファザースタンパから前記第２の電鋳層および前記第２の導電層を剥離して、前記ファザースタンパの凹凸が転写されたマザースタンパを形成し、前記マザースタンパの表面に第２の離型層を形成し、前記第２の離型層上に第３の導電層を形成し、前記第３の導電層上に第３の電鋳層を形成し、前記マザースタンパから前記第３の電鋳層および前記第３の導電層を剥離して、前記マザースタンパの凹凸が転写されたサンスタンパを形成し、前記サンスタンパの表面をｐＨ３未満の酸性溶液でエッチングすることを特徴とする。

本発明の他の態様に係るスタンパは、表面に凹凸パターンを有し、表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が１ｎｍ以上５ｎｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、インプリント法によるパターン転写時のサイドエッチング量を見込んで凸部パターンの幅を所望の通りに制御して形成できるとともに、表面に適度な凹凸が形成されているため離型剤を塗布したときに良好な離型性が得られるスタンパを提供することができる。

以下に、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、各図は発明の理解を促すための模式図であり、その形状、寸法、比率などは実際と異なることがあるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。

［実施例１］
本発明の一実施形態による複製スタンパの製造方法を、図１（ａ）〜（ｆ）、図２（ａ）〜（ｄ）、および図３（ａ）〜（ｅ）に示す断面図を参照して説明する。

図１（ａ）に示すように、原盤用の基板１上にスピンコート法によりレジストを塗布し、ベークすることにより溶剤成分を蒸発させ硬化させてレジスト層２を形成する。図１（ｂ）に示すように、電子線（ＥＢ）描画装置１００などを用いて、レジスト層２にトラックピッチ１９０ｎｍに対応するパターンが形成されるように描画を行う。ディスク状の基板表面に円形パターンを描画する際には、ターンテーブルを有する描画装置を用いるのが一般的である。回転による描画のブレをなくすために、原盤をターンテーブルに対して偏芯の少ない状態でセッティングする。パターンは原盤の中心部に描画される。図１（ｃ）に示すように、レジスト層２を現像してレジストパターン４ａを形成する。なお、本実施形態においては、描画個所が凹部となるポジ型レジストを用いているが、描画個所が凸部となるネガ型レジストを用いてもよい。図１（ｄ）に示すように、スパッタリング法などを用いて、レジスト原盤の凹凸面をＮｉからなる第１の導電層３で被覆する。図１（ｅ）に示すように、このレジスト原盤をスルファミン酸ニッケル液に浸漬し電鋳を用いて、レジスト原盤の第１の導電層３上に第１の電鋳層４を形成する。図１（ｆ）に示すように、レジスト原盤の端から真空破壊を行い、レジスト原盤と、第１の電鋳層４および第１の導電層３が一体化したファザースタンパ１０とを剥離する。このとき、レジスト残渣が付着している。

上記のようにトラックに相当するパターンのピッチを２００ｎｍ以下としているのは、以下のような理由による。すなわち、ＤＴＲ媒体として意味のある記録密度を考慮すると、従来技術の１．８インチディスク１枚あたり６０ＧＢ（ギガバイト）以上の密度を要求される。この時の記録トラックピッチが約２００ｎｍであるため、ＤＴＲ媒体としてはそれ以下が望まれる。

また、レジスト原盤においてトラックに相当する凸部の幅とトラック間の分離部に相当する凹部の幅との比率を２：１より大きくすることが望まれている。すなわち、凹部の幅を約６０ｎｍより小さくすることが望まれている。このような微細な加工を行うには、本発明のように制御性のよい方法を用いることが好ましい。なお、光記録媒体の場合には、トラックはランド／グルーブやピット列の形態になっている。

図２（ａ）に示すように、酸素ＲＩＥ（reactive ion etching）によりファザースタンパ１０に付着しているレジスト残渣をアッシング除去してその凹凸面を露出させるとともに、ファザースタンパ１０の凹凸面に第１の離型層としての酸化膜１１を形成する。図２（ｂ）に示すように、ファザースタンパ１０の凹凸面の酸化膜１１上に第２の導電層１２を形成する。図２（ｃ）に示すように、電鋳法により第２の電鋳層１３を形成する。図２（ｄ）に示すように、ファザースタンパ１０の端から真空破壊を行い、ファザースタンパ１０と、第２の電鋳層１３および第２の導電層１２が一体化したマザースタンパ２０を得る。

図３（ａ）に示すように、マザースタンパ２０の凹凸面に第２の離型層としての酸化膜２１を形成する。図３（ｂ）に示すように、マザースタンパ２０の凹凸面の酸化膜２１上に第３の導電層２２を形成する。図３（ｃ）に示すように、電鋳法により第３の電鋳層２３を形成する。図３（ｄ）に示すように、マザースタンパ２０の端から真空破壊を行い、マザースタンパ２０と、第３の電鋳層２３および第３の導電層２２が一体化したサンスタンパ３０を得る。このサンスタンパ３０には凸部３０ａが形成されている。図３（ｅ）に示すように、このサンスタンパ３０を、純水にスルファミン酸を溶解してｐＨ値を２．０に調整したスルファミン酸水溶液に１２０分間浸漬した後、純水で洗浄した。この結果、幅が細くなった凸部３０ｂが形成された。

図示しないが、凹凸面に保護膜をスピンコートした後、乾燥させ、必要に応じて裏面研磨、打ち抜き加工を行うことにより、最終形態のサンスタンパとすることができる。

なお、本実施形態ではサンスタンパをエッチングしたが、ファザースタンパをエッチングして凸部パターンの幅を細くしたファザースタンパを作製してもよい。

また、第１、第２および第３の導電層３、１２、２２としては、物理的、機械的強度が強く、腐食や磨耗に対して強く、しかも、電鋳材のＮｉとの融合性を考慮して、一般的にＮｉを主成分とする金属が使用される。また、電鋳材としては、一般的にＮｉまたはＮｉにＣｏ、Ｓ、ＢもしくはＰを添加した金属が使用される。

本実施形態の方法にて作製したサンスタンパについてエッチング前後でパターン形成部の断面ＳＥＭ（scanning electron microscope）像を図６（ａ）および(b)に示す。図６（ｂ）に示すエッチング後の凸部の幅は、図６（ａ）に示すエッチング前の凸部の幅よりも細くなっている。具体的には、図６（ｂ）の凸部の半値幅は図６（ａ）のそれより３１ｎｍ減少し、図６（ｂ）の凸部の高さは図６（ａ）のそれより７ｎｍ増加した。この結果から、エッチング量は半値幅の減少分の１／２、すなわち１５．５ｎｍであることがわかる。

また、図６（ａ）のようにエッチング前には凸部の断面形状が長方形であるのに対し、図６（ｂ）のようにエッチング後には凸部の断面形状が裾広がりの山型になっている。これは静止浴に浸漬させたことによるものである。つまり、スタンパのエッチングに用いたスルファミン酸水溶液はニッケルを溶解したことによりｐＨ値が上昇する。特に、パターンの凹部では液体が流動することがないため、ｐＨ値が上昇したスルファミン酸が溜まりエッチングを遅らせているものと考えられる。

さらに、原子間力顕微鏡（atomic force microscope、ＡＦＭ）を用い、エッチング前後のスタンパの表面粗さ（算術平均粗さＲａ）を測定した。この際、図７に示すスタンパ３０のパターン形成部４１以外の外周または内周のミラー領域（非パターン形成部）４２において、スキャンエリアを２μｍ角に設定して測定した。これは、パターン形成部４１では広いスキャンエリアで測定することができず、有意なＲａを得ることができないためである。その結果、エッチング前のＲａが０．９ｎｍであったのに対し、エッチング後のＲａは３．６ｎｍであった。

［実施例２］
エッチング時にｐＨ値を１．０に調整したスルファミン酸水溶液を使用したところ、実施例１と同程度の１５ｎｍをエッチングするのに要した時間は３０分であった。また、この場合、エッチング後のスタンパのＲａは４．２ｎｍであった。ここで、純水に対するスルファミン酸濃度を高くして、エッチング液のｐＨ値を［実施例１］よりも高く調整するため、ｐＨ計でｐＨをモニタリングしながらスルファミン酸を追加溶解した。

［比較例１］
エッチング時のｐＨ値を３．０に調整したスルファミン酸水溶液を使用したところ、１２０分後でもパターン幅の減少およびＲａの増加は見られなかった。ここで、純水に対するスルファミン酸濃度を低くして、エッチング液のｐＨ値を［実施例１］よりも低く調整するため、ｐＨ計でｐＨをモニタリングしながら純水を追加した。

以上の結果から、ｐＨ３．０以上の酸性水溶液を用いてエッチングを行うには長時間を要するため非現実的であり、ｐＨ３．０未満の酸性水溶液を用いてエッチングを行うことが望ましい。

図８に、酸性水溶液のｐＨをパラメータとして、エッチング時間とエッチング量との関係を示す。この図に示されるように、エッチング時間とエッチング量とはほぼ正比例の関係にある。

図９に、エッチング前、ｐＨ１の酸性水溶液でエッチング後、およびｐＨ２の酸性水溶液でエッチング後のスタンパのＲａを示す。この図に示されるように、エッチング後のＲａは使用するエッチング液のｐＨ値によって変化し、ｐＨが高いとＲａは小さくなる。

これらの結果から、予めスタンパに形成されたエッチング前の凸部の幅を計測しておけば、ｐＨ値とエッチング時間を調節することで、エッチング量とＲａを良好に制御して所望の幅の凸部を有するスタンパを得ることができる。

次に、実施例１および２において作製したスタンパを用い、図４（ａ）〜（ｆ）に示す方法によりＤＴＲ媒体を製造した。この際、図４（ｂ）の工程でスタンパ３０の表面に離型剤を塗布し、インプリント法によりレジスト５２にパターンを転写させた後、スタンパ３０を良好に離型することができた。これは、スタンパ表面のＲａが大きくなったことにより、スタンパへの離型剤の馴染みがよくなったことによる効果であると考えられる。

また、得られたＤＴＲ媒体を用いて、図１０に示すような磁気記録装置（ハードディスクドライブ）を作製した。この磁気記録装置は、筐体７０の内部に、上記の磁気記録媒体（ＤＴＲ媒体）７１と、磁気記録媒体７１を回転させるスピンドルモータ７２と、磁気ヘッドを組み込んだヘッドスライダ７６と、ヘッドスライダ７６を支持する、サスペンション７５およびアクチュエータアーム７４を含むヘッドサスペンションアッセンブリと、ヘッドサスペンションアッセンブリのアクチュエータとしてのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）７７とを備えている。

磁気記録媒体７１はスピンドルモータ７２によって回転される。ヘッドスライダ７６にはライトヘッドとリードヘッドを含む磁気ヘッドが組み込まれている。アクチュエータアーム７４はピボット７３に回動自在に取り付けられている。アクチュエータアーム７４の一端にサスペンション７５が取り付けられる。ヘッドスライダ７６はサスペンション７５に設けられたジンバルを介して弾性支持されている。アクチュエータアーム７４の他端にはボイスコイルモータ（ＶＣＭ）７７が設けられている。ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）７７はアクチュエータアーム７４にピボット７３周りの回転トルクを発生させ、磁気ヘッドを磁気記録媒体７１の任意の半径位置上に浮上した状態で位置決めする。

得られた磁気記録装置を評価したところ、エラーレートが向上していた。これは、図５（ａ）のスタンパの凸部の幅ａを細くしたことにより、図５（ｄ）の凹部の幅ｄが狭くなり、結果として磁性パターン５１ａの幅が広くなったためである。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらに限られず、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲内において様々に変更可能である。また、本発明を実施するにあたってはその要旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。さらに、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。

本発明の一実施形態に係るファザースタンパの製造方法を示す断面図。 本発明の一実施形態に係るマザースタンパの製造方法を示す断面図。 本発明の一実施形態に係るサンスタンパの製造方法を示す断面図。 本発明の一実施形態に係るＤＴＲ媒体の製造方法を示す断面図。 ＤＴＲ媒体のエッチング時に溝幅が増加することを説明する断面図。 エッチング前後のスタンパの凸部の断面ＳＥＭ像。 本発明に係るスタンパのＲａを測定した領域を示す平面図。 酸性水溶液のｐＨをパラメータとして、エッチング時間とエッチング量との関係を示す図。 エッチング前、ｐＨ１の酸性水溶液でエッチング後、およびｐＨ２の酸性水溶液でエッチング後のスタンパのＲａを示す図。 本発明の実施形態に係る磁気記録装置を示す斜視図。

符号の説明

１…原盤用の基板、２…レジスト層、３…第１の導電層、４…第１の電鋳層、１０…ファザースタンパ、１１…第１の離型層（酸化膜）、１２…第２の導電層、１３…第２の電鋳層、２０…マザースタンパ、２１…第２の離型層（酸化膜）、２２…第３の導電層、２３…第３の電鋳層、３０…サンスタンパ、５０…基板、５１…磁性層、５２…レジスト、５３…保護膜、７０…筐体、７１…磁気記録媒体、７２…スピンドルモータ、７３…ピボット、７４…アクチュエータアーム、７５…サスペンション、７６…ヘッドスライダ、７７…ボイスコイルモータ。

Claims (5)

1. 凹凸を有する原盤の表面に導電層を形成し、
   前記導電層上に電鋳層を形成し、
   前記原盤から前記電鋳層および前記導電層を剥離して前記原盤の凹凸が転写されたスタンパを形成し、
   前記スタンパの表面に残留しているレジストを除去し、
   前記スタンパの表面をｐＨ３未満の酸性溶液でエッチングする
   ことを特徴とするスタンパの製造方法。
2. 凹凸を有する原盤の表面に第１の導電層を形成し、
   前記第１の導電層上に第１の電鋳層を形成し、
   前記原盤から前記第１の電鋳層および前記第１の導電層を剥離して、前記原盤の凹凸が転写されたファザースタンパを形成し、
   前記ファザースタンパの表面に残留しているレジストを除去し、
   前記ファザースタンパの表面に第１の離型層を形成し、
   前記第１の離型層上に第２の導電層を形成し、
   前記第２の導電層上に第２の電鋳層を形成し、
   前記ファザースタンパから前記第２の電鋳層および前記第２の導電層を剥離して、前記ファザースタンパの凹凸が転写されたマザースタンパを形成し、
   前記マザースタンパの表面に第２の離型層を形成し、
   前記第２の離型層上に第３の導電層を形成し、
   前記第３の導電層上に第３の電鋳層を形成し、
   前記マザースタンパから前記第３の電鋳層および前記第３の導電層を剥離して、前記マザースタンパの凹凸が転写されたサンスタンパを形成し、
   前記サンスタンパの表面をｐＨ３未満の酸性溶液でエッチングする
   ことを特徴とするスタンパの製造方法。
3. 前記酸性溶液としてスルファミン酸溶液を用いることを特徴とする請求項１または２に記載のスタンパの製造方法。
4. 表面に凹凸パターンを有し、表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が１ｎｍ以上５ｎｍ以下であることを特徴とするスタンパ。
5. 情報の記録に用いられるトラックに相当するパターンのピッチが２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載のスタンパ。

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