JP4738136B2

JP4738136B2 - 板状構造体の製造装置及び磁気ディスク製造方法

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Publication number: JP4738136B2
Application number: JP2005317748A
Authority: JP
Inventors: 良一高橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2025-10-31
Also published as: JP2007118548A

Description

本発明は、ハードディスク等の記録媒体、半導体、あるいは磁気転写ディスク等の板状構造体の製造装置及び磁気ディスク製造方法に関し、特に均一な加圧を行うことで原盤から被転写基板への凹凸パターンの転写を高精度に行えるものに関する。

近年、パソコン等の情報機器の飛躍的な機能向上により、ユーザが扱う情報量は著しく増大している。このような状況下で、これまでよりも飛躍的に記録密度が高い情報記録再生装置や集積度が高い半導体装置への期待が高まっている。

記録媒体の記録密度を向上させるためには、より微細な加工技術が必要である。露光プロセスを用いた従来のフォトリソグラフィ技術は、一度に大面積の微細加工が可能であるが、光の波長以下の分解能を持っていない。このため、従来のフォトリソグラフィ技術では、２００ｎｍ以下の微細構造を形成することが困難である。

２００ｎｍレベル以下の加工技術としては、電子線リソグラフィや集束イオンビームリソグラフィ等の手法がある。しかしながら、これらの手法には、スループットが悪いという問題がある。

光の波長以下の微細構造を高スループットで作製する手法としては、１９９５年にＳ．Ｙ．Ｃｈｏｕらにより提案された「ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）技術」が知られている。

ナノインプリントリソグラフィ技術は、電子線リソグラフィ等により微細な凹凸パターンが形成された原盤を、レジストが塗布された基板に押し付けて、原盤の凹凸パターンを基板のレジスト膜に転写する手法である。この手法を用いれば、１平方インチ以上の領域に対する処理時間が電子線リソグラフィや集束イオンビームリソグラフィよりも飛躍的に短くなる。ナノインプリントリソグラフィ技術は、光の波長以下の微細構造を形成するのに適しており、電子線リソグラフィや集束イオンビームによる描画プロセスと比較して、極めて高いスループットでの微細構造の形成を可能とする。

また、ナノインプリントリソグラフィ技術における各種問題点を解決するものとして、常温インプリント技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。常温インプリント技術は、大気圧下で、凹凸パターンが形成された凹凸形成領域を有する原盤と、レジストが塗布された被転写基板とを、一対のプレス面の間に挟み込み、これら原盤と被転写基板に極めて高い圧力を印加することで、原盤の凹凸パターンを被転写基板のレジスト膜に転写する手法である。

この手法を用いれば、被転写基板に対して、原盤の凹凸パターンが均一な圧力で押し付けられる。したがって、２００ｎｍあるいはそれ以下の微細な凹凸パターンが被転写基板の大面積に亘って均一に転写される。しかも、高いスループットが実現される。
特開２００３−１５７５２０号公報米国特許第５７７２９０５号明細書

上述した常温インプリント技術を用いて複数の被転写基板に対し転写を行う場合には、次のような問題があった。すなわち、プレスで転写したい凹凸パターンが微細すぎて、一度に複数の金型を１枚の定盤に固定して一度にプレスしようとすると、被転写基板の厚さのばらつき等により個々の金型に対する力の加わり方に傾斜が生じてプレスの面内均一性が保てなくなり、所定の凹凸パターンを得ることができなくなる。したがって、一度に大量の被転写基板を作るのが困難であった。

そこで本発明は、被転写基板の厚さにばらつきがあっても原盤と被転写基板とを均一な圧力で加圧するにより高精度な転写を行うことができる板状構造体の製造装置及び磁気ディスク製造方法を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の板状構造体の製造装置及び磁気ディスク製造方法は次のように構成されている。

凹凸パターンが形成された凹凸形成領域を有する原盤と被転写基板に圧力を印加することで、前記原盤の凹凸パターンを前記被転写基板の表面に転写する板状構造体の製造装置において、中心軸方向に沿って接離自在に設けられた上部ダイ及び下部ダイと、前記上部ダイの下面に前記中心軸を中央にして支持された上部板バネ部材と、前記下部ダイの上面に前記中心軸を中央にして支持された下部板バネ部材と、前記上部板バネ部材に前記中心軸からそれぞれ等距離に位置に支持された複数の上型と、前記下部板バネ部材に前記中心軸からそれぞれ等距離に位置に支持された複数の下型と、前記上型と前記上部板バネ部材との間に配置され、その軸心線が前記上型の軸心線に対して前記中心軸より離れた位置に設けられるとともに、前記上部板バネ部材との接触面が球面である上部円柱状部材と、前記下型と前記下部板バネ部材との間に配置され、その軸心線が前記下型の軸心線に対して前記中心軸より離れた位置に設けられるとともに、前記下部板バネ部材との接触面が球面である下部円柱状部材とを備えていることを特徴とする。

凹凸パターンが形成された凹凸形成領域を有する原盤と被転写基板に圧力を印加することで、前記原盤の凹凸パターンを前記被転写基板の表面に転写する板状構造体の製造装置において、中心軸方向に沿って接離自在に設けられた上部ダイ及び下部ダイと、前記上部ダイの下面に前記中心軸を中央にして支持された上部板バネ部材と、前記下部ダイの上面に前記中心軸を中央にして支持された下部板バネ部材と、前記上部板バネ部材に前記中心軸からそれぞれ等距離に位置に支持された複数の上型と、前記下部板バネ部材に前記中心軸からそれぞれ等距離に位置に支持された複数の下型と、前記上型と前記上部板バネ部材との間に配置され、前記上型と同心の軸心線を有する第１円柱体と、この第１円柱体に対し上部板バネ部材側に配置され、かつ、前記第１円柱体の軸心線に対して前記中心軸より離れた位置にその軸心線が設けられるとともに、前記上部板バネ部材側との接触面が球面である第２円柱体とが一体になって形成された上部圧力分散部材と、前記下型と前記下部板バネ部材との間に配置され、前記下型と同心の軸心線を有する第１円柱体と、この第１円柱体に対し下部板バネ部材側に配置され、かつ、前記第１円柱体の軸心線に対して前記中心軸より離れた位置にその軸心線が設けられるとともに、前記下部板バネ部材側との接触面が球面である第２円柱体とが一体になって形成された下部圧力分散部材とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、被転写基板の厚さにばらつきがあっても原盤と被転写基板とを均一な圧力で加圧するにより高精度な転写を行うことが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁気記録媒体（板状構造体）の製造装置１０を一部切欠して示す斜視図、図２は、同製造装置１０に組み込まれた円柱状部材を示す側面図である。なお、図１中Ｇは原盤、Ｗは被転写基板を示しており、いずれも円板状で中央に円孔が設けられている。また、原盤Ｇと被転写基板Ｗの位置は入れ替え可能である。

製造装置１０は、４組の転写を同時に行うことができる構成であり、ナノインプリントを用いて被転写基板Ｗ上に溝領域が形成される。この溝領域に磁性材料を埋めることにより、記録トラック帯が作成される。ここで想定している被転写基板Ｗは、例えば、２．５インチハードディスクに内蔵される磁気ディスクである。

製造装置１０は、対向配置された上ダイセット２０及び下ダイセット３０とを備えている。上ダイセット２０は、下ダイセット３０に対して複数本のガイド支柱３１を介し、中心軸Ｐに沿って接離可能に組み合わされている。なお、図１中１１は油圧プレス機械（不図示）の加圧力を上ダイセット２０及び下ダイセット３０に伝達するためのフリーシャンクを示している。

上ダイセット２０の下部には凹部２１が形成され、この凹部２１には中心軸Ｐが中央となるように上部板バネ４０が取り付けられ、上ホルダ４１が取り付けられている。上ホルダ４１には、４つの上型５０が設けられている。４つの上型５０は中心軸Ｐを基準として等距離に配置されている。下ダイセット３０の下部には凹部３２が形成され、この凹部３２には中心軸Ｐが中央となるように下部板バネ６０が取り付けられ、下ホルダ６１が取り付けられている。下ホルダ６１には、４つの下型７０が設けられている。

図２に示すように、上型５０は、原盤Ｇを支持する円筒状の金型本体５１と、この金型本体５１の上部に一体的に設けられた上部円柱状部品５２とを備えている。金型本体５１の軸心線Ｃに対し、上部円柱状部品５２の軸心線Ｄは中心軸Ｐを基準として外側へ１ｍｍオフセットして配置されている。また、上部円柱状部品５２の上面５２ａ、すなわち、上部板バネ４０との接触面は半径６００ｍｍの球面状に形成されている。

同様に、下型７０は、被転写基板Ｗを支持する円筒状の金型本体７１と、この金型本体７１の下部に一体的に設けられた下部円柱状部品７２と、金型本体７１に挿入された位置決めピン７３とを備えている。金型本体７１の軸心線Ｃに対し、下部円柱状部品７２の軸心線Ｄは外側へ１ｍｍオフセットして配置されている。なお、オフセット量は０．５ｍｍ以上が好ましい。また、下部円柱状部品７２の下面７２ａ、すなわち、下部板バネ６０との接触面は半径６００ｍｍの球面状に形成されている。

ここで、原盤Ｇと被転写基板Ｗについて説明する。原盤Ｇは次のようにして製作される。すなわち、ガラス原盤上に、電子線リソグラフィを用いて、様々な形状の多数の溝構造を形成し、その表面にめっき法を用いて、厚さ３００μｍのニッケル膜を形成する。このニッケル膜をガラス原盤から剥がし切断する。これにより、同心円状の凹凸パターンが形成されたニッケル製の原盤Ｇが製作される。

被転写基板Ｗは、ガラスディスク基板上に、ルテニウム合金からなる軟磁性層と、コバルト合金からなる記録層を備えた垂直記録型の磁性膜とがスパッタ法により成膜されたものに、ノボラックタイプのレジスト膜（被転写層）がスピンコートにより１００ｎｍの厚さで成膜されて製作される。

このように構成された製造装置１０によれば、次のようにして原盤Ｇから被転写基板Ｗへの転写が行われる。下型７０の位置決めピン７３に原盤Ｇと被転写基板Ｗをセットする。油圧プレス機械を作動させ、フリーシャンク１１の上ダイセット２０が下方に押圧されると、上型５０と下型７０の間に挟まれた原盤Ｇと被転写基板Ｗに圧力が伝達される。このときの圧力は、例えば１０００気圧である。被転写基板Ｗのレジスト膜に原盤Ｇが押し付けられ、レジスト膜の表面に原盤Ｇの凹凸パターンが転写される。この工程がナノインプリント工程である。このとき、上部板バネ４０は下に凸、下部板バネ６０は上に凸に変形する。

ここで、上部円柱状部品５２の軸心線Ｄは外側へ１ｍｍオフセットして配置されず、上部板バネ４０に球面で接触せず、下部円柱状部品７２の軸心線Ｄは外側へ１ｍｍオフセットして配置されず、下部板バネ６０に球面で接触していない製造装置１００の問題点を図４によって説明する。製造装置１００は、油圧プレス機械（不図示）によって加圧力を受ける上ダイ１１０及び下ダイ１２０とを備えている。上ダイ１１０には一対の上側の金型（以下、「上型」と記する）１１２が設けられている。下ダイ１２０には一対の下側の金型（以下、「下型」と記する）１２２が設けられている。上型１１２と下型１２２とは対向配置され、その間には原盤Ｇと被転写基板Ｗとが挟持されている。

このように構成された製造装置１００においては、油圧プレス機械を作動させて、上型１１２〜下型１２２間を加圧し、原盤Ｇの形状が被転写基板Ｗに転写される。このとき、図４中二点鎖線Ｑで示すように、上ダイ１１０が下に凸、下ダイ１２０が上に凸となるように変形する。このため、原盤Ｇ及び被転写基板Ｗ内に製造装置１００の中心軸側と外周側とで２０％以上の圧力分布が生じる。

これに対し、本実施の形態に係る製造装置１０においては、金型本体５１の軸心線Ｃに対し、上部円柱状部品５２の軸心線Ｄは外側へ１ｍｍオフセットして配置されるとともに、上部板バネ４０に球面で接触している。これにより、上部板バネ４０が変形した後、上部板バネ４０と上部円柱状部品５２との接触位置が軸心線Ｃと一致する。同様に、金型本体７１の軸心線Ｃに対し、下部円柱状部品７２の軸心線Ｄは外側へ１ｍｍオフセットして配置されるとともに、下部板バネ６０に球面で接触している。これにより、下部板バネ６０が変形した後、下部板バネ６０と下部円柱状部品７２との接触位置が軸心線Ｃと一致する。これにより、原盤Ｇと被転写基板Ｗとの圧力分布は均一となる。原盤Ｇと被転写基板Ｗとの間の圧力分布を有限要素法を用いて解析したところ、原盤Ｇと被転写基板Ｗとの間の圧力分布は、５％以内に収まっており、均一とみなせる。

次に、被転写基板Ｗから原盤Ｇが剥がされる。すると、ナノインプリント後の被転写基板Ｗのレジスト膜の表面には、原盤Ｇの凹凸パターンに対応した凹凸パターンが形成されている。次に、レジスト膜の残渣がエッチング（ＲＩＥ）で除去される。

次に、被転写基板Ｗのレジスト膜及び磁性膜側にアルゴンイオンミリング処理が行われ、磁性膜がエッチングされる。このとき、レジスト膜の溝に対応する部分では、前記ミリング処理により磁性膜が除去される。また、レジスト膜の溝以外の部分では、前記ミリング処理によりレジスト膜の一部がエッチングされる。しかしながら、このエッチングは、磁性膜までは届かない。したがって、パターン化磁性体は残留する。

この製造装置１０を用いて作製されたディスク状の磁気記録媒体は、ナノインプリント時に転写された位置決めパターンに基づいてエアスピンドルモータに固定される。そして、これら磁気記録媒体とエアスピンドルモータは、通常のＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）の製造工程を経ることで、磁気記録装置となる。磁気記録媒体の記録トラック帯のサーボ信号記録領域に記録されたサーボ信号により、ＨＤＤの磁気ヘッドがデータ信号記録領域を確実に走査することで、データ信号の記録及び再生が行われる。

上述したように本実施の形態に係る磁気記録媒体の製造装置１０では、原盤Ｇを被転写基板Ｗに均一な圧力で加圧することができ、高精度に凹凸パターンの転写を行うことができる。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る磁気記録媒体（板状構造体）の製造装置１０を一部切欠して示す斜視図。図３において図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図３においては、下型７０と下部板バネ６０との間に、上部圧力分散部材７４が設けられている。下部圧力分散部材７４は、下型７０と同心の軸心線Ｃを有する第１円柱体７５と、第１円柱体７５に対し下部板バネ６０側に配置され、かつ、第１円柱体７５の軸心線Ｃに対して中心軸Ｐより離れた位置に軸心線Ｄが設けられるとともに、下部板バネ６０側との接触面７６ａが球面である第２円柱体７６とが一体になって形成されている。なお、図示されていないが、上型５０と上部板バネ４０との間に、同様の上部圧力分散部材が設けられている。

本第２の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上述した実施の形態においては、被転写基板としての板状構造体としてガラス基板が用いられているが、被転写基板はこれに限られるものではなく、微細パターンを形成したい板状部材の全てに適用可能である。例えば、半導体材料からなる半導体ウエハにも適用可能である。

また、本発明は前述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る磁気記録媒体の製造装置を一部切欠して示す斜視図。同製造装置に組み込まれた円柱状部材を示す側面図。本発明の第２の実施の形態に係る磁気記録媒体の製造装置を一部切欠して示す斜視図。本発明の原理を示す説明図。

符号の説明

１０…製造装置、２０…上ダイセット、３０…下ダイセット、４０…上部板バネ、５０…上型、５１…金型本体、５２…上部円柱状部品、６０…下部板バネ、７０…下型、７１…金型本体、７２…上部円柱状部品、Ｇ…原盤、Ｗ…被転写基板、Ｐ…中心軸。

Claims

凹凸パターンが形成された凹凸形成領域を有する原盤と被転写基板に圧力を印加することで、前記原盤の凹凸パターンを前記被転写基板の表面に転写する板状構造体の製造装置において、
中心軸方向に沿って接離自在に設けられた上部ダイ及び下部ダイと、
前記上部ダイの下面に前記中心軸を中央にして支持された上部板バネ部材と、
前記下部ダイの上面に前記中心軸を中央にして支持された下部板バネ部材と、
前記上部板バネ部材に前記中心軸からそれぞれ等距離に位置に支持された複数の上型と、
前記下部板バネ部材に前記中心軸からそれぞれ等距離に位置に支持された複数の下型と、
前記上型と前記上部板バネ部材との間に配置され、その軸心線が前記上型の軸心線に対して前記中心軸より離れた位置に設けられるとともに、前記上部板バネ部材との接触面が球面である上部円柱状部材と、
前記下型と前記下部板バネ部材との間に配置され、その軸心線が前記下型の軸心線に対して前記中心軸より離れた位置に設けられるとともに、前記下部板バネ部材との接触面が球面である下部円柱状部材とを備えていることを特徴とする板状構造体の製造装置。
凹凸パターンが形成された凹凸形成領域を有する原盤と被転写基板に圧力を印加することで、前記原盤の凹凸パターンを前記被転写基板の表面に転写する板状構造体の製造装置において、
中心軸方向に沿って接離自在に設けられた上部ダイ及び下部ダイと、
前記上部ダイの下面に前記中心軸を中央にして支持された上部板バネ部材と、
前記下部ダイの上面に前記中心軸を中央にして支持された下部板バネ部材と、
前記上部板バネ部材に前記中心軸からそれぞれ等距離に位置に支持された複数の上型と、
前記下部板バネ部材に前記中心軸からそれぞれ等距離に位置に支持された複数の下型と、
前記上型と前記上部板バネ部材との間に配置され、前記上型と同心の軸心線を有する第１円柱体と、この第１円柱体に対し上部板バネ部材側に配置され、かつ、前記第１円柱体の軸心線に対して前記中心軸より離れた位置にその軸心線が設けられるとともに、前記上部板バネ部材側との接触面が球面である第２円柱体とが一体になって形成された上部圧力分散部材と、
前記下型と前記下部板バネ部材との間に配置され、前記下型と同心の軸心線を有する第１円柱体と、この第１円柱体に対し下部板バネ部材側に配置され、かつ、前記第１円柱体の軸心線に対して前記中心軸より離れた位置にその軸心線が設けられるとともに、前記下部板バネ部材側との接触面が球面である第２円柱体とが一体になって形成された下部圧力分散部材とを備えていることを特徴とする板状構造体の製造装置。
前記上部円柱状部材の軸心線と前記上型の軸心線及び前記下部円柱状部材の軸心線と前記下型の軸心線とは、少なくとも０．５ｍｍ以上離間していることを特徴とする請求項１に記載の板状構造体の製造装置。
前記球面は、少なくとも半径６００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の板状構造体の製造装置。
請求項１〜請求項４いずれかの板状構造体の製造装置を用いて、原盤の凹凸パターンを被転写基板の表面に転写する工程を備えていることを特徴とする磁気ディスク製造方法。