JP5267939B2

JP5267939B2 - インプリント装置及びインプリント方法

Info

Publication number: JP5267939B2
Application number: JP2009022769A
Authority: JP
Inventors: 智紀片野
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2029-02-03
Also published as: JP2010179488A

Description

本発明はインプリント装置及びインプリント方法に係り、特に、モールドの転写面を基板の被転写面に押し付けて転写面の凹凸パターンを被転写面に転写するインプリント装置及びインプリント方法に関する。

近年、ハードディスクドライブは大容量化の傾向にあり、磁気記録媒体の高記録密度化が進んでいる。記録密度の増加に伴うトラック密度の上昇に伴い、データ書き込み時、ヘッドギャップの側面から生じる漏れ磁界により、磁気記録媒体の隣接するトラック間の領域にサイドフリンジと呼称される余計な記録がなされ、雑音の原因となって再生信号のＳ／Ｎを低下させてしまう。

このような不具合を回避するため、隣接する記録トラックの間に溝を設けたディスクリートトラック方式の磁気記録媒体が提案されている。このディスクリートトラック方式の磁気記録媒体は、隣接するトラック間を物理的に分離したものであり、上述したサイドフリンジの問題を回避することができる。一方、さらなる高記録密度化を企図してディスク上にそれぞれが１bitとなるようなドットを形成するようなパターンドメディアも提案されている。

ディスクリートトラック媒体およびパターンドメディア共、ディスク上に微細パターンを形成するものであり、これらのパターニングはナノインプリント法によって行われることが多い。このインプリント法は、微細な凹凸パターンが転写面に形成されたモールド（型或いは金型）を原型とし、レジスト樹脂等からなる基板の表面、つまり被転写面に、凹凸パターンの転写即ちインプリントを行うものである。この後、転写されたレジストパターンにより適当なエッチングを施して媒体表面が加工される。

一般に、基板の被転写面に対するモールドの転写面の押し付けは、プレス装置を用いて行われている。例えば特許文献１に記載のインプリント技術においては、基板とインプリント用型とを位置決め固定して組立構造体を構成し、この組立構造体をプレス装置に供して挟圧することでインプリントを行うようにしている。

特開２００５−４５１６８号公報

しかし、パターンを転写するインプリント工程は他の工程に比べて長時間を要する。一方、スループット（単位時間当たりの生産処理能力）を上げるにはインプリント工程のタクト時間が他工程のタクト時間と同等であるのが望ましい。このため、スループット向上のために大型のプレス装置を複数台用意しなければならず、設備費が多大となる、プレス装置設置用の広いスペースが必要となるなどの不具合が生じる。また、プレス装置を少ない数で済まそうとすれば当然にスループットを上げることができず、生産効率が低下する。

そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、低廉な設備費と少ないスペースでスループットの向上を図ることができるインプリント装置及びインプリント方法を提供することにある。

本発明の一形態によれば、モールドの転写面を基板の被転写面に押し付けて前記転写面の凹凸パターンを前記被転写面に転写するインプリント装置において、前記モールドの押し付けを行うためのバネ部材を備えることを特徴とするインプリント装置が提供される。

これによれば、装置自身のバネ部材により押し付け力を付与できるので、外部のプレス装置を必要とせず、低廉な設備費と少ないスペースでスループットを向上することができる。

好ましくは、前記インプリント装置が、前記モールドの押し付けを維持すべく、前記バネ部材を変形状態で固定する固定手段を備える。

これによれば、比較的長時間を要するインプリント工程の間、バネ部材による押し付けを維持することができる。

好ましくは、前記バネ部材が印加子を介して前記モールドの押し付けを行う。こうすることで、装置外径より小さいスペースでバネ部材を効率的に変形させることができる。

好ましくは、前記バネ部材が、板バネ又はコイルバネからなる。

好ましくは、前記バネ部材が板バネからなり、前記モールド、前記基板及び前記バネ部材が積層状態で配置され、前記バネ部材の中心部に対して前記バネ部材の外周縁部が前記基板側に変形させられることにより前記バネ部材が押し付けを行い、この押し付けを維持すべく、前記バネ部材の外周縁部が装置本体に固定される。

好ましくは、前記バネ部材のバネ定数ＫがＫ≦２．５×１０^４・Ｆｉ［Ｎ／ｍ］（但しＦｉ［Ｎ］は所定の押し付け力）を満たすように設定されている。

本発明の他の形態によれば、モールドの転写面を基板の被転写面に押し付けて前記転写面の凹凸パターンを前記被転写面に転写するインプリント方法において、バネ部材により前記モールドの押し付けを行うステップを備えることを特徴とするインプリント方法が提供される。

好ましくは、前記インプリント方法が、前記モールドの押し付けを維持すべく、前記バネ部材を変形状態で固定するステップを備える。

好ましくは、前記インプリント方法が、前記バネ部材の固定開始から所定時間を経過した後、前記バネ部材の固定を解除するステップを備える。

本発明によれば、低廉な設備費と少ないスペースでスループットの向上を図ることができるという優れた効果が発揮される。

本実施形態のインプリント装置の部分断面正面図であり、バネ部材の変形前の状態を示す。モールドを転写面側から見たときの平面図である。バネ部材の平面図である。バネ部材の変形例の平面図である。本実施形態のインプリント装置の部分断面正面図であり、バネ部材の変形後の状態を示す。バネ部材としてコイルバネを用いた場合のインプリント装置の部分断面正面図である。本実施形態のインプリント方法を説明するための工程図である。比較例のインプリント方法を説明するための工程図である。

以下、本発明の好適一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に本実施形態に係るインプリント装置を示す。このインプリント装置４は、磁気記録媒体特にハードディスクの母材となる基板１に転写パターンを押し当ててインプリントする装置である。基板１は円盤状とされ、その表裏面（図１の上下面）全体に塗布形成された樹脂製の薄膜レジストを有する。これらレジストが基板１の被転写面をなし、つまり本実施形態では基板１の両面にパターンを形成するようになっている。基板１には中心穴１Ａが設けられている。基板１は最終的にディスクリートトラック媒体をなすものであり、インプリント装置４によって、基板１の被転写面には極微細な多数のトラック、即ち溝が凹設される。このトラックないし溝の幅は通常100nm未満である。

インプリント装置４は、基板１の表裏面に押し付けられる一対のモールド（型或いは金型）２，２を有する。図２に示すように、モールド２は、基板１より大径の円盤状とされると共に、基板１の被転写面に対向する片面にパターン領域２１を有する。このパターン領域２１が基板１の転写面をなし、パターン領域２１には基板１のトラックに対応する極微細な多数の凸部（図示せず）が形成されている。かかるモールド２の転写面を基板１の被転写面に押し付けることで、モールド２の凸部が基板１の被転写面に食い込み、モールド２の転写面のパターンが被転写面に転写される。なお、モールド２にも中心穴２Ａが設けられている。

インプリント装置４は、基板１に対し一対のモールド２，２を上下から挟み込んで押し付ける構成となっており、鉛直方向に延びる装置の中心軸Ｃに沿った縦型の構成とされ、且つ中心軸Ｃ周りに対称の構成となっている。インプリント装置４は、底部の基台４１と、基台４１上に載置固定された保持板４３と、保持板４３の中心部に立設され中心軸Ｃと同軸の位置決め軸４５と、基台４１の外周縁部に立設された複数の案内軸４２とを有している。後に分かるように、案内軸４２は中心軸Ｃ周りに９０°間隔で計四本設けられている。これら基台４１、保持板４３、位置決め軸４５及び案内軸４２が固定側としての装置本体をなす。

保持板４３上に、下から順に緩衝シート３、モールド２、基板１、モールド２及び緩衝シート３が積み重ねられ、積層状態で配置される。これら部材は全て中心穴を有し、中心穴が位置決め軸４５に挿通されることで、中心軸Ｃと同軸に位置決めされる。緩衝シート３は、ヤング率が比較的小さい材料、例えば樹脂からなり、押し付け時の圧力分布を均一にするものである。当然に、下側のモールド２はその転写面が上面となるように配置され、上側のモールド２はその転写面が下面となるように配置される。

最上位の緩衝シート３の上には加圧板４４が積み重ねられる。加圧板４４は、その外周縁部に形成された複数（４つ）の穴４４Ａが前記案内軸４２にそれぞれ挿入されることで、案内軸４２に沿って、中心軸Ｃと同軸な状態或いは水平状態を保ちながら昇降可能であり、また案内軸４２に対し挿抜可能である。加圧板４４の上には印加子４７が載置される。印加子４７は、基板１より小径で且つ上下面４７Ａ，４７Ｂが球形の金属ブロックからなる。印加子４７を加圧板４４の中心に保持できるよう、加圧板４４の上面中心部には浅い球面状の凹部４４Ｂが形成されている。凹部４４Ｂの球面の半径は印加子４７の下面４７Ｂの球面の半径より大径とされる。

印加子４７の上にはバネ部材４６が配置される。バネ部材４６は板バネからなり、図３に示すように、全体として円環状となるように形成されている。バネ部材４６は、中心部のボス部４６Ａと、外周縁部のリム部４６Ｂと、これらボス部４６Ａ及びリム部４６Ｂを連結する複数のスポーク部４６Ｃとから一体的に構成されている。図示例では、ボス部４６Ａの中心周りに等間隔（９０°間隔）で配置された直線状の複数（４本）のスポーク部４６Ｃが半径方向に沿って設けられている。代替的に、図４に示すように、スポーク部４６Ｃを全体として螺旋状をなすよう屈曲させてもよい。ボス部４６Ａは、印加子４７と接触する部位をなすと共に、バネ部材４６を印加子４７と同軸に位置決めできるよう、中心穴４６Ｄが設けられている。リム部４６Ｂには前記案内軸４２と同数且つ同位置の穴４６Ｅが設けられ、これら穴４６Ｅを用いてリム部４６Ｂが案内軸４２に固定できるようになっている。即ち、全ての案内軸４２の上端面にはネジ穴４２Ａが設けられ、図５に示すように、穴４６Ｅに上方からボルト６を差し込んでネジ穴４２Ａに締め付けることにより、バネ部材４６は案内軸４２に着脱可能に固定される。

本実施形態では、最下部の下側緩衝シート３から最上部のバネ部材４６までの部材が積層状態で配置され、且つ、中心軸Ｃと同軸に配置される。特に加圧板４４及び印加子４７を互いに同軸に位置決めするための手段と、印加子４７及び固定前のバネ部材４６を互いに同軸に位置決めするための手段とが備えられ、前者は加圧板４４の凹部４４Ｂと印加子４７の下面４７Ｂ、後者は印加子４７の上面４７Ａとバネ部材４６の中心穴４６Ｄからなる。即ち、前者については、中心位置で最も低くされた加圧板４４の凹部４４Ｂ上で、印加子４７が重力を利用して滑り落ち、加圧板４４と同軸に位置決めされる。また後者については、印加子４７の上面４７Ａ頂部がバネ部材４６の中心穴４６Ｄに係合するので、バネ部材４６が印加子４７と同軸に位置決めされる。

さて、使用に際し、図１に示す如くバネ部材４６が印加子４７の上に載せられた後、リム部４６Ｂが下方に押されてスポーク部４６Ｃが変形され、ボス部４６Ａが印加子４７を下方に押圧する。そしてこの状態で図５に示す如くボルト６が上方からネジ穴４２Ａに締め付けられる。これによりリム部４６Ｂが案内軸４２の上端面に密着して固定される。この固定後は、スポーク部４６Ｃの変形状態が維持され、バネ部材４６ないしボス部４６Ａが印加子４７を下方に押し続ける。このときの押し付け力をＦｉで示す。

かかる押し付け力Ｆｉにより、加圧板４４及びその下にある各部材（下から順に並べられた緩衝シート３、モールド２、基板１、モールド２及び緩衝シート３、以下これらを総称して組立体という）が互いに押し付けられる。そして、下側のモールド２の上面即ち転写面の凹凸パターンが基板１の下面即ち被転写面に転写され、上側のモールド２の下面即ち転写面の凹凸パターンが基板１の上面即ち被転写面に転写されることとなる。バネ部材４６が印加子４７を介して押し付けを行うようにしたので、装置外径より内側の小さいスペースでバネ部材４６を効率的に変形させることができる。

パターンの転写には比較的長時間（数分〜数十分）を要するので、かかる所定時間の間、バネ部材４６は固定状態に維持される。緩衝シート３の介在により押し付け力Ｆｉはより均等に分散され、転写面及び被転写面における圧力分布が均一化される。

この後、ボルト６が取り外されてバネ部材４６の固定が解除され、バネ部材４６は元の通常状態ないし自然形状に復帰すると共に、押し付け力Ｆｉの印加が終了される。そしてバネ部材４６、印加子４７、加圧板４４、上側の緩衝シート３及び上側のモールド２が取り出され、インプリントされた基板１が取り出される。

このように、本実施形態のインプリント装置４では、基板１に対するモールド２，２の押し付けを行うためのバネ部材４６が備えられ、またバネ部材４６を変形状態で固定する固定手段が備えられる。本実施形態の固定手段は、バネ部材４６の穴４６Ｅ、案内軸４２及びそのネジ穴４２Ａ、並びにボルト６から構成される。固定手段は他の構成からなってもよく、例えばピン、フック等を利用したものであってもよい。

バネ部材は、図６に符号４８で示すようなコイルバネからなってもよい。図６に示す例では、案内軸４２がより長くされ、バネ部材４８が中間板４９を介して印加子４７を下方に押圧するようになっている。中間板４９も加圧板４４と同様、その外周縁部に形成された複数（４つ）の穴４９Ａが案内軸４２にそれぞれ挿入され、案内軸４２に沿って、中心軸Ｃと同軸状態を保ちながら昇降可能であり、また案内軸４２に対し挿抜可能である。中間板４９の上方に固定板５０が配置され、これら中間板４９と固定板５０の間のスペースで、バネ部材４８が中心軸Ｃと同軸の位置で圧縮され、押し付け力Ｆｉを発生する。固定板５０は、バネ部材４８を圧縮しつつ押し下げられた後、前記板バネ４６の如く、複数のボルト６で案内軸４２に固定される。即ち、固定板５０にもボルト６を挿通させるための複数の穴５０Ａが設けられている。バネ部材の例としては他にも様々なものが考えられる。

バネ部材４６（又は４８）のバネ定数Ｋは次のような観点から定められる。押し付け力Ｆｉはインプリントに必要な許容精度範囲内の所定値に設定する必要があるので、これを考慮してバネ定数Ｋを設定する。図１及び図５に示すように、基台４１の上面から印加子４７の上端までの組み立て高さをＨとし、案内軸４２の高さをｈとすると、バネ部材４６の変位量δ＝Ｈ−ｈとなり、押し付け力Ｆｉ［Ｎ］は次式（１）で表される。
Ｆｉ＝Ｋ・δ＝Ｋ・（Ｈ−ｈ）・・・（１）

すなわち押し付け力Ｆｉは案内軸４２の高さｈにより規定され、案内軸４２はバネ変位を規定するストッパの役割を果たす。押し付け力Ｆｉの許容精度をΔＦｉ、組立高さＨおよび案内軸高さｈの寸法精度をΔＨ、Δｈとすれば、ΔＦｉ＝Ｋ・（ΔＨ−Δｈ）となる。押し付け力の許容比αを導入し、ΔＦｉ＝α・Ｆｉとして表すとすれば、必要なバネ定数Ｋは次式（２）で表される。
Ｋ＝Ｆｉ・α／（ΔＨ−Δｈ）・・・（２）

試験結果によれば、押し付け力の許容比は少なくともα≦±０．５が必要である。一方、通常の磁気記録媒体などを対象として装置を設計する場合、組み立て高さＨ、案内軸の寸法ｈに対する加工公差は、かなり精度良く仕上げた場合でそれぞれ±１０×１０^−６［ｍ］となるので、（ΔＨ−Δｈ）≧±２０×１０^−６［ｍ］とすることができる。従ってバネ定数Ｋは次式（３）を満たすように設定されることとなる。
Ｋ≦２．５×１０^４・Ｆｉ［Ｎ／ｍ］・・・（３）

次に、このインプリント装置４を用いた本実施形態のインプリント方法を図７を用いて説明する。図中、（Ａ）は装置を組み立てて基板１をセットする組立工程、（Ｂ）はバネ部材４６を変形状態で固定する固定工程、（Ｃ）はバネ部材４６を固定状態に保持し、転写面のパターンを被転写面に転写するインプリント工程、（Ｄ）はバネ部材４６の固定を解除する解除工程、（Ｅ）は押し付けられていたモールド２を基板１から切り離す離型工程、（Ｆ）は装置を分解して基板１を取り出す分解工程をそれぞれ示す。

組立工程（Ａ）において、基板１が上下のモールド２，２の間に配置され、組立体の各構成部品が位置決め軸４５に挿通される。固定工程（Ｂ）においては、加圧板４４と印加子４７がセットされると共に、バネ部材４６がボルト６により固定される。解除工程（Ｄ）ではボルト６が取り外され、離型工程（Ｅ）ではモールド２と基板１並びに他の部品の押し付け状態が解除される。最後に、分解工程（Ｆ）では上側の緩衝シート３及びモールド２が取り外され、その後基板１が取り外される。

ここで、インプリント工程（Ｃ）は他の工程に比べて長時間を要する。例えばインプリント工程以外の各工程がそれぞれ等しいタクト時間Ｔを要し、インプリント工程（Ｃ）のみがより長いタクト時間ｎ・Ｔを要するとする（但しｎは２以上の整数）。このとき、ｎ台のインプリント装置４を設けることにより、インプリント工程（Ｃ）を並列分岐させて他工程と等しいタクト時間Ｔとすることができ、スループットを向上することができる。インプリント装置４は上記の通り簡便な構造であるので、これを複数台設けたとしても、設備費を低廉とすることができる。また、１台のインプリント装置４の設置面積が少なくて済むので、これを複数台設けたとしても、システム全体としての設置面積を少なくすることができ、省スペース化を図ることができる。このように、本実施形態によれば、低廉な設備費と少ないスペースでスループットを向上することができ、また最終的には生産コストを抑制することができる。

また、固定工程（Ｂ）及び解除工程（Ｄ）でバネ部材４６の固定、解除を自動的に行う装置をさらに設ければ、生産効率を向上することができる。

ここで比較例として、バネ部材４６の代わりに従来のプレス装置を用いた場合を説明する。図８において、（Ａ）は組立工程、（Ｂ）はプレス装置（符号５で簡略化して示す）で押し付け力を保持し、転写面のパターンを被転写面に転写するインプリント工程、（Ｃ）は離型工程、（Ｄ）は分解工程をそれぞれ示す。インプリント工程（Ｂ）以外の各工程がそれぞれ等しいタクト時間Ｔを要し、インプリント工程（Ｂ）のみがより長いタクト時間ｎ・Ｔを要するとする。この場合、インプリント工程（Ｂ）を他工程と等しいタクト時間Ｔにしようとすれば、高価で大型のプレス装置５をｎ台用意しなければならない。従って、本実施形態の場合より設備費が高騰し、システム全体の設置面積が拡大するのは明らかである。このように、本実施形態は、装置自身のバネ部材４６により押し付け力を付与し且つ保持できるので、外部のプレス装置を必要とせず、これによって設備費とスペースを抑制しつつスループットの向上を図り得るものである。

本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられ、例えばバネ部材と印加子を一体化してもよい。またインプリント対象も磁気記録媒体特にハードディスクに限定されず、任意のものとすることができる。基板の片面のみにインプリントするものであってもよい。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１基板
２モールド
６ボルト
４インプリント装置
４６，４８バネ部材
４７印加子
Ｋバネ定数
Ｆｉ押し付け力

Claims

モールドの転写面を基板の被転写面に押し付けて前記転写面の凹凸パターンを前記被転写面に転写するインプリント装置において、前記モールドの押し付けを行うためのバネ部材と、前記モールドの押し付けを維持すべく、前記バネ部材を変形状態で固定する固定手段とを備え、前記バネ部材が印加子を介して前記モールドの押し付けを行い、前記バネ部材が板バネからなり、前記モールド、前記基板及び前記バネ部材が積層状態で配置され、前記バネ部材の中心部に対して前記バネ部材の外周縁部が前記基板側に変形させられることにより前記バネ部材が押し付けを行い、前記固定手段が、前記バネ部材の外周縁部を装置本体に固定することを特徴とするインプリント装置。
前記バネ部材のバネ定数ＫがＫ≦２．５×１０４・Ｆｉ［Ｎ／ｍ］（但しＦｉ［Ｎ］は所定の押し付け力）を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のインプリント装置。
モールドの転写面を基板の被転写面に押し付けて前記転写面の凹凸パターンを前記被転写面に転写するインプリント方法において、
前記モールド、前記基板、板バネからなるバネ部材及び印加子を積層状態で配置するステップと、
前記バネ部材により前記印加子を介して前記モールドの押し付けを行うステップであって、前記バネ部材の中心部に対して前記バネ部材の外周縁部が前記基板側に変形させられることにより前記バネ部材が押し付けを行うステップと、
前記モールドの押し付けを維持すべく、前記バネ部材を変形させた状態で前記バネ部材の外周縁部を装置本体に固定するステップと、
を備えることを特徴とするインプリント方法。