JP4454394B2 - ナノ・インプリント・リソグラフィ用の潤滑性付与レジスト膜 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、製造の分野、より詳細には、ナノ・インプリント・リソグラフィ技術を用いるディスクリート・トラック記録ディスクの製造に関する。

ディスク・ドライブの設計における趨勢は、ドライブ・システムの記録密度を上げることである。記録密度を上げる１つの方法は、ディスクの表面をパターン化してディスクリート・データ・トラックを形成することであり、ディスクリート・トラック記録（ＤＴＲ）と呼ばれている。ＤＴＲディスクには通常、データを記録する一連の同心円状凸ゾーン（別称として、ヒル、ランド、エレベーションなど）と、雑音を減らすためにトラック間を分離する凹ゾーン（別称として、トラフ、谷、溝など）がある。このような凹ゾーンにはサーボ情報を記録することもある。凹ゾーンは凸ゾーンを分離して、意図されていないデータが凹ゾーンに記録されることを防ぐ、または回避する。

ＤＴＲディスクを製造する１つの方法は、ナノ・インプリント・リソグラフィ（ＮＩＬ）技術を用いることである。ＮＩＬは、ＤＴＲの逆パターン（ネガ・レプリカ）をもつ、予めエンボス加工された硬質成形型（forming tool、別称は、スタンパ、エンボス型（embosser）など）を使用することを含む。スタンパはディスク上にあるポリマー膜上にプレスされる。組み合さったスタンパとディスクは加熱されることが多い。次に、スタンパを取り除くと、ポリマー膜上にＤＴＲパターンのインプリントが残る。このような方法は、極めて小さい、例えば１０ミクロン以下の構造を作るために、費用効率が高く、比較的簡単である。しかし、このような方法では、費用効率を高めるためには、１つのスタンパから大量に同一のナノ構造を複製する必要がある。

現行のＮＩＬ技術の問題は、スタンパがディスクから分離される時に、ポリマー材料がディスクのポリマー膜からスタンパ上に転移することがあることである。この場合、転移したポリマー材料はスタンパ上の凹凸として残り、最終的には、後にスタンプされるディスクのポリマー膜に、インプリント中に欠陥（例えばピットとヒル）として転移することがある。凹凸のピットは、十分に大きければ、望ましいトラック・パターンの生成を妨げ、凹凸ヒルは、ディスク表面上でのヘッドの滑空高さを不十分なものとすることによりディスクの作動を妨げる。高感度を得るために必要な極めて微細なパターンを作り、また１枚のマスタ・スタンパから大量に同一のナノ構造を再現するために、ディスクのポリマー膜からスタンパ上への、ポリマー材料による凹凸の転移は最少（理想的にはゼロ）であることが求められる。

従来の１つの解決策は、エンボス後にポリマー膜からのスタンパの分離を容易にするために、スタンパ（別称はモールド）離型コーティングでスタンパ表面をコートすることである。離型コーティング材料はスタンパ材料の表面分子に結合する。通常、結合したコーティングの寿命は限られており、何回かのインプリントの後に、インプリント性が急に悪くなる。このために、スタンパ表面へのポリマー材料の転移は徐々に増え、スタンパを頻繁に交換する必要があるインプリント性の低下に至る。

別の解決策は、インプリントされるポリマー薄材料そのものに離型剤を含めることである。しかし、これはポリマー膜材料の元々の性質を変え、後の加工に悪影響を及ぼしうる。さらに、ポリマー材料そのものの中に添加された離型剤は、基板などの下にある層へのポリマー膜の接着できなくなる。

本発明方法は、エンボス加工用材料層の上に離型膜を配置し、その離型膜が配置されたエンボス加工用材料層をインプリントすることを特徴とする。
また、本発明装置は、ディスクのエンボス加工可能な層上にディスクリート・トラック記録パターンを生成する手段と、エンボス加工可能な層から生成手段への材料の転移を防止する手段とを備え、その防止手段がエンボス加工可能な層上に配置されることを特徴とする。

本発明は、添付図に、限定としてでなく例として示される。
以下の説明において、本発明が十分に理解されるように、特定の材料または成分の例のような多くの具体的な詳細が記載される。しかし、当分野の技術者には、本発明を実施するためにこれらの具体的な詳細を用いる必要のないことが明らかとなるであろう。他の事例では、本発明を不必要に分かりにくくしないように、よく知られている成分または方法は詳細に記載されていない。

本明細書では、「上方に」および「上に」という用語は、他の層に対する１つの層の相対的位置を表す。このため、別の層の上方または上に堆積された層は、その別の層に直接接触しているか、あるいは１つまたは複数の介在層があることもある。

様々なタイプのディスクで、本明細書に記載される装置と方法を用いることができることに注意すべきである。一実施形態では、例えば、磁気記録ディスクで、本明細書に記載される装置と方法を用いることができる。別の場合には、他のタイプのデジタル記録ディスク、例えば、コンパクト・ディスク（ＣＤ）のような光記録ディスクやデジタル多目的ディスク（ＤＶＤ）で、本明細書に記載される装置と方法を用いることができる。

インプリントの前に、分子の大きさの程度に薄い離型膜でエンボス加工用材料層をコートする方法と装置が記載される。一実施形態では、離型膜はポリマーからなる。ここで、離型膜で覆われたエンボス加工用材料層は、例えば、（例えば、ナノスケールの）ディスクリート・トラック・パターン（ＤＴＲ）、あるいはＤＴＲパターンのネガ・レプリカをエンボス加工用材料に作るために用いることができるスタンパを用いてインプリントされる。離型膜は離型コーティングとして機能して、インプリント後のスタンパの分離を容易にする。離型膜（例えば、ポリマー）で覆われたエンボス可能材料は低摩擦表面および低エネルギー表面となり、スタンパとエンボス加工用材料層（例えば、それ自体ポリマー）の間の表面分離を容易にし、スタンパ上にエンボス加工用材料（例えば、ポリマー材料）が認められる程の転移をすることがなくなる。インプリント後に、エンボス加工用材料層から、離型膜を除去することができる。

一実施形態では、離型膜はフッ素化ポリマーからなる。フッ素化合物は、非官能性パーフルオロポリエーテル分子、あるいは、末端にヒドロキシル、カルボキシルまたはアミンなどの極性基をもつ官能性パーフルオロポリエーテル分子で構成される。分子の両末端に極性基をもつ二官能性パーフルオロポリエーテル化合物もまた用いることができる。別の実施形態では、離型膜として、他のポリマーまたはモノマー、例えば炭化水素系のものを用いることができる。

図１は、離型膜で覆われたエンボス加工用材料の一実施形態を示している。一実施形態では、例えば、装置１００は、磁気記録ディスクのベースとして役立つ。本実施形態では、ベース構造体１５は、基板１０と例えばＮｉＰメッキの下層（sub-layer）２０からなる。基板１０は、例えば、ガラスまたは金属／金属合金材料で製造される。使用しうるガラス基板には、例えば、ホウケイ酸ガラスやアルミノケイ酸塩ガラスのようなシリカ含有ガラスが含まれる。使用しうる金属合金基板には、例えば、アルミニウム−マグネシウム（ＡｌＭｇ）基板が含まれる。別の実施形態では、ポリマーやセラミックなどの他の基板材料を用いることができる。

下層２０がＮｉＰ層である場合、電気メッキ、無電解メッキにより、あるいは当技術分野において知られている他の方法によりこの層を形成することができる。ＮｉＰのような硬い材料、あるいは金属材料でディスク基板１０をメッキすることにより、例えば後の研磨、および／またはインプリント過程に対して、ディスク基板１０が機械的に補強される。ＮｉＰ層を、研磨、平坦化、および／またはテクスチャ化してもよい。ＮｉＰ層を、例えば、一様なエッチング、あるいは当技術分野において知られている他の研磨法により研磨することができる。固定されているか、あるいは固定されていない研磨粒子（例えば、ダイヤモンド）を用いる機械的テクスチャ化などの様々な方法により、ＮｉＰ層にパターンをもつテクスチャを付与してもよい。別法として、例えばレーザによるテクスチャ化のような他のタイプのテクスチャ付与方法を用いることもできる。しかし、基板１０がガラスのように十分に剛い（rigid）か、硬い（hard）材料からなっていれば、基板１０のメッキは必要ではないかもしれない。この場合には、前記の方法を用いて、基板１０自体を研磨、平坦化、および／またはテクスチャ化することができる。

別の実施形態では、ベース構造体１５は、他のタイプの下層、例えば軟磁性膜が配置された基板１０からなる。一実施形態では、下層２０は軟磁性膜、あるいはＮｉＰ層上に配置された軟磁性膜を表す。軟磁性膜は、垂直磁気記録に関連する適切な磁気特性を実現するために用いられる。軟磁性膜は鉄−コバルト−ニッケル（ＦｅＣｏＮｉ）材料の層である。軟磁性膜として使用しうる他の材料には、コバルト−鉄（ＣｏＦｅ）、ニッケル−鉄（ＮｉＦｅ）、それらの合金が含まれる。軟磁性膜やその軟磁性膜を製造するために用いられる材料は、磁気記録ディスクの技術分野においてよく知られているので、詳細は記載されない。軟磁性膜を研磨および／またはテクスチャ化してもよい。固定されているか、あるいは固定されていない研磨粒子（例えば、ダイヤモンド）を用いる機械的テクスチャ化のような様々な方法により、パターンをもつテクスチャを軟磁性膜に付与することができる。別法として、例えばレーザによるテクスチャ付与のような他のタイプのテクスチャ化の方法を用いて、軟磁性膜にテクスチャを付与してもよい。さらに別の実施形態では、薄いＮｉＰ層が軟磁性膜の上に配置され、研磨および／またはテクスチャ化される。

ベース構造体１５上に配置されるのはエンボス加工用材料層３０である。すでに記載されたように、エンボス加工用材料層３０はベース構造体１５の上に配置されて、インプリント可能な（すなわち、エンボス可能な）層となる。エンボス加工用材料３０は、フォトレジスト、電子感受性レジスト、または他のエンボス加工用材料などである。特定の一実施形態では、エンボス加工用材料層３０は２層レジスト膜、例えば、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）層と、コポリマーのポリ（メチルメタクリレート−メタクリル酸コポリマー）（Ｐ（ＭＭＡ−ＭＡＡ））層からなる。使用しうる他のエンボス加工用材料には、例えば、熱可塑性（例えば、アモルファス、半結晶性、結晶性）、熱硬化性（例えば、エポキシ、フェノール、ポリシロキサン、Ｏｒｍｏｓｉｌ、ゾル−ゲル）および放射線硬化（例えば、ＵＶ硬化、電子線硬化）ポリマーが含まれる。

エンボス加工用材料層３０上に配置されるのは、離型膜５０のコーティングである。一実施形態では、離型膜５０は、図２Ａに示されるような線状フルオロカーボンを含む。離型膜５０は、１個の極性基、例えばヒドロキシル、カルボキシルまたはアミンを末端にもつ一官能性パーフルオロポリエーテルを含む。別の実施形態では、離型膜５０は、分子の両末端に極性基をもつ二官能性パーフルオロポリエーテル化合物を含む。ヒドロキシル極性基をもつ二官能性パーフルオロポリエーテル分子の化学構造が図２Ｂに示されている。この極性基はエンボス加工用材料層３０の表面と反応し、フッ素化ポリマー鎖は空気／ポリマーの境界に向いて立って配向する。一実施形態では、Ｚ−Ｄｏｌ（分子量 ２０００）という商品名をもつ市販の、ヒドロキシル末端基をもつパーフルオロポリエーテルを用いることができる。Ｚ−Ｄｏｌの化学構造が図２Ｂに示されている。Ｚ−Ｄｏｌは、イタリアのＡｕｓｉｍｏｎｔから入手できる。別法として、他のパーフルオロポリエーテル、例えば、ＡＭ３００１、Ｚ−Ｔｅｔｒａｏｌ、Ｍｏｒｅｓｃｏという化合物を用いることができる。ＡＭ３００１、Ｚ−Ｔｅｔｒａｏｌ、Ｍｏｒｅｓｃｏの化学構造はそれぞれ、図２Ｃ、２Ｄおよび２Ｅに示されている。

離型膜５０は、官能性および二官能性フルオロカーボン系化合物だけに限定されない。非官能性フルオロカーボン系化合物もまた用いることができる。さらに、離型膜５０はポリマー膜だけに限定されない。別の実施形態では、離型膜５０は、フルオロカーボン系モノマー（非官能性、官能性、または二官能性）、例えば、図２Ａに示される化学構造において「ｎ」が１に等しいとした場合である。さらに別の実施形態では、フルオロカーボン系以外のポリマーやモノマー化合物、例えば、炭化水素系化合物を用いることができる。

再び図１を参照すると、一実施形態では、離型膜５０の厚さ１２１は、約５から２５オングストロームの範囲である。別の実施形態では、離型膜５０は、例えば、図３に関連して下に記載されるように、離型膜５０がエンボス加工用材料層３０上に配置される方法に依存する他の構成と厚さをもつ。

図３は、離型膜をもつエンボス加工用材料層のコーティングおよびインプリンティング方法の一実施形態を示す。ステップ３１０では、エンボス加工用材料層３０がベース構造体１５の上に配置されてインプリント可能な層となる。エンボス加工用材料３０をベース構造体１５上に配置するために、様々なコーティング方法、例えば、ディップ・コーティング、スピン・コーティング、ディップ−スピン・コーティングおよびスプレ・コーティングを用いることができる。

次に、ステップ３２０において、離型膜５０（例えば、パーフルオロポリエーテル）が、エンボス加工用材料層３０上に配置される。例えば、エンボス加工用材料３０の表面上の１つまたは複数の箇所に液体化合物を数滴付け、次に、全表面に一様に液体を広げることにより（例えば、スピン・コーティングにより）液体の形態で、離型膜化合物を付けることができる。別法として、他の方法、例えば、ディップ・コーティング、ディップ・スピン・コーティング、スパッタリング、化学気相堆積（ＣＶＤ）などを用いて、エンボス加工用材料層３０をコートすることができる。単分子膜で確実に覆われるように適切に、コーティング時のパラメータと化合物濃度を選択することができる。例えば、ポリマーのディップ・コーティングが用いられる特定の一実施形態では、ポリマー濃度が約１グラム／リットルであり、ディップ・コーティング装置の引き上げ速度が約１から５ミリメートル／秒であれば、厚さは約１０から２５オングストロームとなる。他のパラメータと濃度を用いることができるのはいうまでもない。

ステップ３３０では、離型膜５０で覆われたエンボス加工用材料層３０は、それが粘弾性体となる、エンボス加工用材料３０の転移温度（Ｔｇ）より高温に加熱される（ステップ３３０）。例えば、一実施形態では、エンボス加工用材料／離型膜は、ほぼ１５から２５０℃の範囲の温度に加熱される。エンボス加工用材料３０として、ＰＭＭＡまたはウルテム（Ｕｌｔｅｍ、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｒｐ．（ニューヨーク州、Ｗａｔｅｒｆｏｒｄ）から入手可能）ポリマーが使用される場合、原料製造業者が推奨するインプリント温度は、１８０から２００℃の範囲にある。例えば、エンボス加工用材料３０として、ウルテム・ポリマー（２１５℃のＴｇ）が用いられる特定の一実施形態では、約２１７℃に温度を設定することができる。別の実施形態では、別の温度と別の温度範囲を用いることができる。

次に、図４に示されるように、離型膜５０とエンボス加工用材料層３０は、スタンパ９０を用いてインプリントされる（ステップ３４０）。スタンパ９０は、エンボス加工用材料層３０上にインプリントされるディスクリート・トラック・パターンの逆になっているパターン化された表面をもつであろう。パターン化されたスタンパの作成は、当技術分野において知られているので、詳細は記載しない。

再び図３を参照すると、一実施形態では、スタンパ９０／装置１００の組合せを冷却させて（ステップ３５５）、離型膜５０／エンボス加工用材料３０に（図４に示されるように）、トレンチ部分（別称として、凹部、溝、谷など）とプラトー（別称として、凸部）からなるインプリント・パターンを形成させ、次に、スタンパ９０を離型膜５０／エンボス加工用材料層３０から分離させる（ステップ３５０）。別法として、離型膜５０／エンボス加工用材料層３０からスタンパ９０を分離させて（ステップ３５０）から、分離後に冷却することもできる（ステップ３５５）。離型膜５０／エンボス加工用材料層３０からのスタンパ９０の、冷却前の分離は、ある程度、スタンパ９０と離型膜５０に用いられる材料との相対的な熱膨張係数に依存する。離型膜コーティング５０は、スタンパ９０上に離型膜５０から認められるような材料の転移なしで、スタンパ９０と装置１００との間の表面分離を容易にする、低摩擦および低エネルギーのコート表面となっている。

次に、ステップ３６０で、例えば適当な溶剤、ドライ・エッチング、ＲＩＥまたは気体プラズマに曝すことにより、インプリントされた離型膜膜５０を除去することができる。

離型膜５０の除去に続いて、例えば、磁気記録ディスクを作製するために、エンボスされた層３０上に１つまたは複数の層を配置することができる。エンボス加工用材料層３０が２層レジスト膜である実施形態では、基板１０上にディスクリート・トラック記録パターンを形成するために、リフトオフ法を用いることができる。リフトオフ法は金属膜スタックの堆積と、それに続く、２層膜およびその上に堆積された膜のスタックのリフトオフを含む。２層膜の一方あるいは両方のレジスト層の選択的エッチングにより、２層膜上に堆積された磁性膜スタックを後でリフトオフして、ベース構造体１５上にＤＴＲパターン化磁性膜スタックを得ることができる。

金属膜スタックでは、１つまたは複数の金属層が、エンボスされ、アンダーカットされた材料３０上に堆積される。一実施形態では、磁性膜スタックは、磁性層内で特定の結晶形態が成長しやすくなるように、１つまたは複数の核生成層(nucleation layer)を含む。これらの層は、磁性層に用いられる材料に、理に適った、優れた格子整合を提供する材料層である。磁性層や核生成層の作製と構成は当技術分野において知られているので、詳細は記載されない。

また、磁性膜スタックに磁性層の上に配置された１つまたは複数の保護層を含めてもよい。例えば、接触−始動−停止（ＣＳＳ）などの摩擦学的な要件を満たすのに十分な性質を付与し、また腐食を防止するために、磁性層の上に２層保護膜を配置できる。保護層の主な材料は、水素化または窒素化カーボンのようなカーボン系材料である。

リフトオフにより、膜スタックがベース構造体１５上の離散的な領域に残され、不連続保護層をもつＤＴＲパターン化磁気記録ディスクが作られる。別の実施形態では、１つまたは複数の保護層を膜スタックに含ませずに、膜スタックのリフトオフ後に堆積させるようにしてもよい。摩擦学的性能をさらに向上させるために、潤滑層を、ディスクの全表面の上に乗せてもよい。潤滑層は、例えば、パーフルオロポリマーまたはホスファゼン潤滑剤からなる。

様々な洗浄および／または研磨作業を、例えば、１つまたは複数の層の表面から凹凸を除去するために、前記の工程間に実施してもよいことに注意すべきである。

本明細書において、特定の例示的実施形態を参照して本発明を説明した。しかし、添付の特許請求の範囲に記載される、本発明のより広い精神と範囲から逸脱することなく、それに対して様々な修正と変更をなしうることが明らかであろう。したがって、本明細書および図は限定でなく例示と見なされるべきである。

離型膜で覆われたエンボス加工用材料層の一実施形態を示す図である。 非官能性パーフルオロポリエーテル分子の化学構造を示す図である。 Ｚ−Ｄｏｌの化学構造を示す図である。 ＡＭ３００１の化学構造を示す図である。 ＺＴｅｔｒａｏｌの化学構造を示す図である。 Ｍｏｒｅｓｃｏの化学構造を示す図である。 離型膜付きのエンボス加工用材料層のコーティングおよびインプリンティング方法の一実施形態を示す図である。 離型膜の付いたエンボス加工用材料層のインプリンティングの一実施形態を示す図である。

符合の説明

１０ 基板、１５ ベース構造体、２０ （複数の）下層、３０ エンボス加工用材料、５０ 離型膜、９０ スタンパ、１００ 装置、１２１ 厚さ、２２０ 線状フルオロカーボン

Claims (3)

1. エンボス加工用材料層の上に離型膜を配置するステップと、
   前記離型膜が配置された前記エンボス加工用材料層をインプリントするステップとから構成され、
   前記離型膜はパーフルオロポリエーテルを含むポリマー膜であることを特徴とするインプリント方法。
2. エンボス加工用材料層の上に離型膜を配置するステップと、および
   前記離型膜が配置された前記エンボス加工用材料層をインプリントするステップとから構成され、
   インプリントするステップは、ナノメートル寸法の凸部分と凹部分からなるパターンを有するスタンパを用いて、ディスクリートなトラック記録パターンを形成するインプリント方法。
3. エンボス加工用材料層の上に離型膜を配置するステップと、
   前記離型膜が配置された前記エンボス加工用材料層をインプリントするステップとから構成され、
   インプリントするステップは、ナノメートル寸法の凸部分と凹部分からなるパターンを有するスタンパを用いて、ディスクリートなトラック記録パターンを形成し、且つ
   前記離型膜はパーフルオロポリエーテル・ポリマーを含むディスクリート・トラック記録ディスクの製造方法。

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