KR20040026155A - Fabrication of Patterned Media Using Ultra-Precision Injection Molding - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초미세 사출성형을 이용한 패턴드 미디어 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a patterned media using ultra-fine injection molding.
현재의 자기 정보저장매체는 기판 위에 연속적인 결정(grain) 구조를 갖는 마그네틱 층으로 이루어져 있으며, 각각의 결정을 일정한 방향의 자성을 갖도록 자화시켜 0 및 1의 비트 신호를 줌으로써 정보를 저장하게 된다. 이러한 방식의 정보저장매체에서는 한정된 공간에 많은 양의 데이터를 저장하기 위해서 결정 사이즈를 줄여나가는 방법을 사용한다. 그러나 결정 사이즈가 어느 한계 이상으로 감소하게 되면, 초상자성 한계(superparamagnetic limit)로 인한 불안정성으로 인하여 정보저장매체로서의 안정성을 확보하지 못할 뿐만 아니라, 신호 대 잡음비(SNR)가 감소하게 되어 원하는 데이터를 센싱할 수 없다.Current magnetic information storage media consists of a magnetic layer having a continuous grain structure on a substrate, and magnetizes each crystal to have a certain direction of magnetism to store information by giving bit signals of 0 and 1. The information storage medium of this type uses a method of reducing the crystal size in order to store a large amount of data in a limited space. However, if the crystal size is reduced above a certain limit, instability due to the superparamagnetic limit does not guarantee stability as an information storage medium, and reduces the signal-to-noise ratio (SNR), thereby sensing the desired data. Can not.
패턴드 미디어는, 기존의 연속적인 마그네틱 층을 이용한 방식에서 벗어나, 나노 사이즈의 마그네틱 도트를 제작한 후 각각의 도트에 일정한 방향의 자화를 함으로써 0 및 1의 비트 신호를 갖게 하는 정보저장매체이다. 상기 방법의 저장매체가 지닌 장점은, 기존의 초상자성 한계 및 낮은 신호 대 잡음비에 대한 문제점 극복과 저장용량의 증대이다.The patterned media is an information storage medium that has a bit signal of 0 and 1 by producing a nano-size magnetic dot and then magnetizing it in a predetermined direction, deviating from the conventional method using a continuous magnetic layer. The advantages of the storage medium of the method are overcoming the problems of existing superparamagnetic limits and low signal-to-noise ratios and increased storage capacity.
패턴드 미디어를 제작하는 기존의 공정은, 이온빔을 이용한 패터닝으로 제작하는 방법; 전자빔이나 홀로그래픽 리소그래피를 이용하여 레지스트를 패터닝 한 후 후속공정으로 제작하는 방법(도 1a 및 1b); 나노 임프린트 리소그래피 기술을 이용하여 제작하는 방법(도 2)이 있다.Existing processes for producing patterned media include a method of producing by patterning using ion beams; A method of patterning the resist using electron beam or holographic lithography followed by subsequent processing (FIGS. 1A and 1B); There is a method of fabricating using nanoimprint lithography technology (FIG. 2).
이온빔을 이용한 패턴드 미디어 제조는, 실리콘 기판 위에 마그네틱 소재를 적층시킨 후 이온빔 조사를 통해 마그네틱 도트 패턴을 제작하는 방법이다. 이 방법은 개개의 패턴드 미디어를 제조할 때마다 이온빔을 조사해야 하기 때문에, 많은 비용이 소모될 뿐 아니라 생산 시간도 많이 소요되어 양산용으로는 부적합하다.Patterned media manufacturing using an ion beam is a method of manufacturing a magnetic dot pattern through ion beam irradiation after laminating a magnetic material on a silicon substrate. Since this method requires irradiation of ion beams every time an individual patterned media is produced, it is not only costly but also time consuming to produce, which is not suitable for mass production.
도 1a에 도시된 바와같이, 전자빔 혹은 홀로그래픽 리소그래피를 이용한 나노 도트 패터닝 후 건식식각을 이용한 패턴드 미디어 제작은, 실리콘 기판(1) 위에 마그네틱 소재(2a)와 레지스트(3a)를 차례로 적층한 후 전자빔이나 홀로그래픽 리소그래피를 이용하여 레지스트에 나노 사이즈의 도트(3b)를 패터닝한다. 레지스트 도트 패턴을 마스크로 사용하여 건식식각이나 이온빔 밀링을 통해 마그네틱 층에 도트 패턴(2b)을 형성한 후 레지스트를 제거함으로써 패턴드 미디어를 제작한다.As shown in FIG. 1A, patterned media fabrication using dry etching after nano dot patterning using electron beam or holographic lithography is performed by sequentially stacking a magnetic material 2a and a resist 3a on a silicon substrate 1. Nanoscale dots 3b are patterned in the resist using electron beam or holographic lithography. Using the resist dot pattern as a mask, a dot pattern 2b is formed on the magnetic layer through dry etching or ion beam milling, and then the resist is removed to form a patterned media.
도 1b에 도시된 바와같이, 전자빔이나 홀로그래픽 리소그래피를 이용한 나노 도트 패터닝 후 리프트-오프를 이용한 패턴드 미디어 제조는, 실리콘 기판(1)위에 레지스트(4a)를 바로 적층한 후 전자빔 혹은 홀로그래픽 리소그래피를 통하여 패터닝(4b)한다. 마그네틱 소재(5a)를 적층한 다음에 리프트-오프(Lift-off) 방식을 이용하여 마그네틱 도트 패턴(5b)을 제작함으로써 패턴드 미디어를 제작한다. 이 방법 역시 개개의 패턴드 미디어를 제조할 때 마다 전자빔 혹은 홀로그래픽 리소그래피 기술이 이용되어야 하기 때문에 시간과 비용이 많이 든다는 단점이 있다.As shown in FIG. 1B, patterned media fabrication using lift-off after nano dot patterning using electron beam or holographic lithography is performed by directly depositing a resist 4a on a silicon substrate 1 followed by electron beam or holographic lithography. Patterning (4b) through. After laminating the magnetic material 5a, a magnetic dot pattern 5b is manufactured by using a lift-off method to produce a patterned media. This method also has the disadvantage of being time-consuming and expensive since electron beam or holographic lithography techniques must be used every time individual patterned media is manufactured.
도 2에 도시된 바와같이, 나노 임프린트 리소그래피 기술을 이용한 패턴드 미디어 제조는, 먼저 전자빔 리소그래피, 리프트-오프, 건식식각을 이용하여 실리콘 몰드(6)를 제작한다. 기판(7)위에 폴리머(8a)를 도포한 후, 이를 몰드로 압력을 가하여 누른 뒤에 열이나 빛을 가해주어 경화시킨 후, 건식식각을 통하여 임프린트 부분의 잔여 폴리머를 제거함으로써 폴리머 나노 도트 패턴(8b)을 제조한다. 마그네틱 도트 패턴은 마그네틱 소재(9a)를 폴리머 패턴 위에 적층한 후 리프트-오프 방식을 이용(9b)하여 제작한다. 이 방법은 몰드를 이용하여 어느 정도 생산비용 및 생산시간을 절감하였으나, 몰드 파손 및, 사출성형에 비해 제작시간이 길다는 단점을 가지고 있다.As shown in FIG. 2, patterned media fabrication using nanoimprint lithography techniques first fabricates a silicon mold 6 using electron beam lithography, lift-off, and dry etching. After applying the polymer (8a) on the substrate (7), pressurized by pressing with a mold, and then cured by applying heat or light, and then remove the remaining polymer of the imprint portion through dry etching to remove the polymer nano dot pattern (8b) ). The magnetic dot pattern is manufactured by stacking the magnetic material 9a on the polymer pattern and using a lift-off method 9b. This method reduces the production cost and production time to some extent by using a mold, but has a disadvantage in that the mold breakage and manufacturing time is longer than that of injection molding.
따라서, 본 발명이 제안하는 일련의 공정 방법에서는, 전자빔 및 홀로그래픽 리소그래피 기술에 비합금 및 합금계 전주도금 기술을 도입함으로써 단일 패턴 공정을 사용하여 반 영구적인 스탬퍼 및 몰드를 제작함으로써 생산단가를 낮춘다. 또한 초미세 사출성형 시스템을 도입하여 폴리머 나노 패턴 성형을 수초 안에 이루어내어 생산성을 높인다. 또한 초미세 사출성형 대신 열가소성 혹은 열경화성 폴리머, 광경화성 폴리머를 사용한 압축성형으로 나노 패턴을 성형이 가능하다. 또한 성형 단계에서 폴리머 소재를 대신한 유리 소재를 사용하여 성형품의 강도나 변형 등에 우수한 패턴을 제작한다. 뿐만 아니라, 마그네틱 소재의 건식식각기술 및 적층기술, 리프트-오프 방식을 통하여 다양한 형태의 패턴드 미디어를 제작할 수 있다.Therefore, in the series of process methods proposed by the present invention, the non-alloy and alloy-based electroplating technology is introduced into the electron beam and holographic lithography technology, thereby lowering the production cost by manufacturing a semi permanent stamper and mold using a single pattern process. . In addition, ultra-fine injection molding system is introduced to increase productivity by performing polymer nano pattern molding in a few seconds. In addition, nano-patterns can be formed by compression molding using thermoplastic or thermosetting polymers and photocurable polymers instead of ultra-fine injection molding. In addition, in the forming step, using a glass material instead of a polymer material to produce a pattern excellent in the strength and deformation of the molded article. In addition, various types of patterned media can be produced through dry etching, lamination, and lift-off of magnetic materials.
본 발명의 목적은, 초미세 사출성형 공정을 이용하여 고밀도 자기 정보저장매체인 패턴드 미디어의 대량생산을 할 수 있도록 한 패턴드 미디어 제조방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for producing a patterned media that enables mass production of patterned media, which is a high density magnetic information storage medium, using an ultra-fine injection molding process.
상기의 목적을 이루기 위해 요구되는 기술적 과제는, 초미세 사출성형을 포함하는 본 발명의 일련의 공정과정을 통한 패턴드 미디어의 대량생산에 있다. 본 발명의 공정과정은, (1)전자빔 리소그래피 기술 혹은 홀로그래픽 리소그래피 기술을 이용한 나노 사이즈 도트 패턴을 가진 마스터 제작; (2)전주도금 기술을 이용한 나노 사이즈 도트 패턴을 가진 금속 스탬퍼 제작; (3)몰드 제작 및 초미세 사출성형 기술을 통한 나노 사이즈 폴리머 도트 패턴 성형; (4)식각 및 적층 기술을 이용한 나노 사이즈 마그네틱 도트 패턴 제작; (5)미디어 도트 패턴에 수평 및 수직 자화를 일컫는다.The technical problem required to achieve the above object is the mass production of patterned media through a series of process steps of the present invention, including ultra-fine injection molding. The process of the present invention comprises the following steps: (1) fabrication of a master with nanoscale dot pattern using electron beam lithography or holographic lithography; (2) fabrication of metal stamper with nano size dot pattern using electroplating technology; (3) nano-size polymer dot pattern molding through mold making and ultra-fine injection molding technology; (4) fabrication of nano size magnetic dot patterns using etching and lamination techniques; (5) It refers to the horizontal and vertical magnetization in the media dot pattern.
또한 사출성형 단계에서, 사출성형을 대신하여 열가소성 혹은 열경화성 폴리머, 혹은 광경화성 폴리머를 소재로 하는 금속 스탬퍼를 이용한 압축성형을 통해 폴리머 도트 패턴을 성형하는 기술이 요구된다.In addition, in the injection molding step, a technique of molding a polymer dot pattern through compression molding using a metal stamper made of a thermoplastic or thermosetting polymer or a photocurable polymer instead of injection molding is required.
본 발명의 패턴 성형 단계에서 사용하는 폴리머 소재 대신에 유리를 사용한 패턴 성형기술도 요구된다.Pattern molding technology using glass is also required instead of the polymer material used in the pattern molding step of the present invention.
본 발명의 전자빔 리소그래피는 마스터를 제작하는 기술로서, 기판 위에 전자빔 용 레지스트를 도포한 후, 전자빔의 노출량 및 노출시간 등의 공정 제어를 통해 나노 사이즈 도트 패턴을 제작한다. 레지스트에 전자빔이 조사된 후, 현상 과정을 통해 나노 사이즈 도트가 제작된다. 상기의 도트 패턴은 형상이 튀어나온 양각형태 뿐만 아니라 형상이 들어간 음각 형태를 포함한다. 필요에 따라 건식식각, 적층, 리프트-오프 공정 등의 다양한 후처리 작업을 통하여 원하는 마스터를 제작한다.Electron beam lithography according to the present invention is a technique for manufacturing a master, and after applying a resist for electron beams on a substrate to produce a nano-sized dot pattern through the process control such as the exposure amount and exposure time of the electron beam. After the electron beam is irradiated to the resist, nano-sized dots are produced through the development process. The dot pattern includes not only an embossed shape having protruding shapes, but also an engraved shape having a shape. If necessary, the desired master is manufactured through various post-treatment operations such as dry etching, lamination, and lift-off processes.
본 발명의 홀로그래픽 리소그래피는 마스터를 제작하는 기술로서, 레이저의 간섭 효과를 이용하여 기판 위에 나노 사이즈 도트를 제작한다. 도트 형상 제작을 위해 레이저 조사는 두 번에 걸쳐 이루어지는데, 첫 번째 조사로 라인 패턴을 제작한 뒤 두 번째 조사는 기판을 90°로 회전시켜 이행하여 도트 패턴을 제작한다. 패턴 제작 후, 필요에 따라 건식식각, 적층, 리프트-오프 공정 등의 다양한 후처리 작업을 통하여 원하는 마스터를 제작한다.Holographic lithography of the present invention is a technique for fabricating a master, and fabricates nano-sized dots on a substrate using the interference effect of a laser. The laser irradiation is performed twice in order to produce a dot shape. The first irradiation produces a line pattern, and the second irradiation rotates the substrate by 90 ° to produce a dot pattern. After the pattern is fabricated, a desired master is produced through various post-treatment operations such as dry etching, lamination, and lift-off processes as necessary.
본 발명의 전주도금은 초미세 사출성형을 위한 스탬퍼를 제작하는 기술로서, 니켈 및 다양한 합금 소재를 사용하여 내마모성 및 전사성이 우수한 반 영구적인 금속 스탬퍼를 제작한다. 초미세 사출성형시 폴리머의 친수성 및 소수성, 유동성, 이형성을 제어하기 위해서, 전주도금을 하기 전에 합금 소재의 기지층(seed-layer)을 적층시키고 전주도금 이후에는 자기집합단층(SAM(Self-assembled Monolayer))층을 적층한다.Electroplating of the present invention is a technique for manufacturing a stamper for ultra-fine injection molding, using a nickel and various alloy materials to produce a semi-permanent metal stamper excellent in wear resistance and transferability. In order to control the hydrophilicity, hydrophobicity, fluidity, and releasability of the polymer during ultra-fine injection molding, a seed-layer of alloy material is laminated before pre-plating, and a self-assembled layer (SAM) after pre-plating. Monolayer)) layered.
본 발명의 초미세 사출성형은 전주도금으로 제작된 금속 스탬퍼를 장착한 초미세 사출성형을 위한 몰드를 제작한 후, 초미세 사출성형을 통해 나노 사이즈의 폴리머 도트 패턴을 성형하는 기술이다. 초미세 사출성형 시 온도 및 압력, 패턴 성형 소재, 공정시간 등을 고려한 최적화 공정의 초미세 사출성형 기술을 통하여 나노 도트 패턴을 대량으로 생산할 수 있다. 폴리머 패턴은 후속 공정에 따라 양각혹은 음각 형태로 다양하게 제작된다.Ultra-fine injection molding of the present invention is a technology for forming a nano-sized polymer dot pattern through the ultra-fine injection molding after manufacturing a mold for ultra-fine injection molding equipped with a metal stamper made of electroplating. Nano-dot pattern can be mass produced through ultra-fine injection molding technology of optimization process considering temperature and pressure, pattern molding material, and processing time. The polymer pattern is produced in various ways in embossed or engraved form according to the subsequent process.
본 발명의 성형 방법은 사출성형을 대신하여, 열가소성 및 열경화성 폴리머 혹은 광경화성 폴리머를 금속 스탬퍼로 가압하여 누른 후, 폴리머가 반응하는 열 혹은 빛을 가해주어 패턴을 성형하는 압축성형 방법도 가능하다.Instead of injection molding, the molding method of the present invention may be a compression molding method in which a thermoplastic and thermosetting polymer or a photocurable polymer is pressed by pressing with a metal stamper, and then the heat or light of the polymer is applied to form a pattern.
본 발명의 성형 단계에서 사용하는 소재에 관하여는, 폴리머 소재를 대신한 유리 소재를 사용함으로써 폴리머 도트 패턴과는 다른 특성을 가진 유리 도트 패턴의 제작이 가능하다.Regarding the material used in the molding step of the present invention, by using a glass material instead of a polymer material, it is possible to produce a glass dot pattern having a different characteristic from that of the polymer dot pattern.
음각 형태의 폴리머 혹은 유리 도트 패턴을 이용하는 마그네틱 도트 패턴 제작은, 마그네틱 소재를 폴리머 혹은 유리 패턴에 적층시킨 후 폴리머 전체를 제거하는 방법과 적층된 마그네틱 소재를 폴리싱하여 폴리머 혹은 유리 패턴과 함께 사용하는 방법이 있다.Magnetic dot pattern fabrication using the engraved polymer or glass dot pattern is a method of laminating a magnetic material on a polymer or glass pattern and then removing the entire polymer, and polishing the laminated magnetic material and using the polymer or glass pattern together. There is this.
양각 형태의 폴리머 혹은 유리 도트 패턴을 이용하는 마그네틱 도트 패턴 제작은, 폴리머 혹은 유리 도트 패턴 형상에 따라 마그네틱 소재를 바로 적층시키는 방법과 폴리머 혹은 유리 도트 패턴을 마스크로 하여 마그네틱 소재를 식각시키는 방법이 있다.Magnetic dot pattern fabrication using an embossed polymer or glass dot pattern includes a method of directly stacking a magnetic material according to a polymer or glass dot pattern shape, and a method of etching a magnetic material using a polymer or glass dot pattern as a mask.
마그네틱 나노 도트 패턴 각각에 일정한 방향으로 수평 및 수직 자화 시킴으로써 0과 1의 비트 신호를 갖게 하여 고밀도 정보저장매체인 패턴드 미디어를 제작한다.Each of the magnetic nano dot patterns is horizontally and vertically magnetized in a predetermined direction to give a bit signal of 0 and 1, thereby producing a patterned media which is a high density data storage medium.
도 1a는 전자빔 혹은 홀로그래픽 리소그래피를 이용한 도트 패터닝 후, 식각을 이용한 기존의 패턴드 미디어 제조방법Figure 1a is a conventional method for producing a patterned media using etching after dot patterning using electron beam or holographic lithography
도 1b는 전자빔 혹은 홀로그래픽 리소그래피를 이용한 도트 패터닝 후, 리프트-오프(Lift-off)를 이용한 기존의 패턴드 미디어 제조방법Figure 1b is a conventional method for producing a patterned media using a lift-off after dot patterning using electron beam or holographic lithography
도 2는 나노 임프린트 리소그래피를 이용한 기존의 패턴드 미디어 제조방법Figure 2 is a conventional method for producing a patterned media using nano imprint lithography
도 3은 초미세 사출성형 기술을 도입한 패턴드 미디어 제조 공정 흐름도Figure 3 is a flow chart of the patterned media manufacturing process using the ultra-fine injection molding technology
도 4a는 전자빔 혹은 홀로그래픽 리소그래피를 이용하여 마스터 용 나노 사이즈의 도트 패터닝 방법4A is a method for nanosized dot patterning for masters using electron beam or holographic lithography
도 4b는 패터닝 된 마스터의 후처리 방법4b is a post-processing method of the patterned master
도 5는 전주도금을 이용한 스탬퍼 제조방법5 is a stamper manufacturing method using electroplating
도 6은 스탬퍼를 이용한 몰드 제작 및 초미세 사출성형을 이용한 폴리머 혹은 유리 소재의 나노 도트 패턴 제조방법6 is a method of manufacturing a nano dot pattern of a polymer or a glass material using a stamper manufacturing a mold and ultra-fine injection molding
도 7은 열가소성 혹은 열경화성 폴리머, 혹은 광경화성 폴리머, 혹은 유리를 소재로 하는 압축성형을 이용한 나노 도트 패턴 제조방법7 is a method of manufacturing a nano dot pattern using compression molding of a thermoplastic or thermosetting polymer, a photocurable polymer, or glass.
도 8a는 음각 도트 패턴으로 성형된 폴리머 혹은 유리 패턴을 이용한 마그네틱 도트 패턴 제조방법8A illustrates a method of manufacturing a magnetic dot pattern using a polymer or glass pattern molded into an intaglio dot pattern
도 8b는 양각 도트 패턴으로 성형된 폴리머 혹은 유리 패턴을 이용한 마그네틱 도트 패턴 제조방법Figure 8b is a magnetic dot pattern manufacturing method using a polymer or glass pattern molded into an embossed dot pattern
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1 : 패턴드 미디어 용 기판1: substrate for patterned media
2a : 기판 위에 적층된 마그네틱 층2b : 마그네틱 도트 패턴2a: magnetic layer laminated on the substrate 2b: magnetic dot pattern
3a : 기판 위에 적층된 레지스트3b : 도트 패턴된 레지스트3a: Resist laminated on substrate 3b: Dot patterned resist
4a : 기판 위에 적층된 레지스트4b : 도트 패턴된 레지스트4a: Resist Laminated on Substrate 4b: Dot Patterned Resist
5a : 레지스트 위에 적층된 마그네틱 층5a: magnetic layer laminated on resist
5b : 마그네틱 도트 패턴5b: magnetic dot pattern
6 : 임프린트 용 몰드7 : 패턴드 미디어 용 기판6: mold for imprint 7: substrate for patterned media
8a : 기판 위에 도포된 폴리머8a: polymer coated on substrate
8b : 임프린트 후 식각을 통해 제작된 폴리머 도트 패턴8b: Polymer dot pattern produced by etching after imprint
9a : 폴리머 위에 적층된 마그네틱 층9a: magnetic layer laminated on polymer
9b : 마그네틱도트 패턴9b: magnetic dot pattern
10 : 마스터 용 기판10: substrate for master
11a : 기판 위에 적층된 전자빔 혹은 홀로그래픽 리소그래피 용 레지스트11a: Resist for electron beam or holographic lithography stacked on a substrate
11b : 도트 패턴된 레지스트11b dot patterned resist
12a : 전자빔 조사12b : 홀로그래픽 레이저 조사12a: electron beam irradiation 12b: holographic laser irradiation
13 : 식각된 마스터 기판13: etched master substrate
14a : 레지스트 위에 적층된 마스터 패턴 층14a: master pattern layer deposited on resist
14b : 마스터 도트 패턴14b: master dot pattern
15a : 레지스트 위에 적층된 마스크 용 패턴 층15a: Pattern layer for mask laminated on resist
15b : 마스크 용 도트 패턴15b: dot pattern for mask
16 : 마스터 도트 패턴17 : 기지층(Seed-layer)16: master dot pattern 17: Seed-layer
18 : 금속 스탬퍼18: metal stamper
19 : 자기집합단층((SAM(Self-Assembled Monolayer))19: Self-Assembled Monolayer (SAM)
20 : 초미세 사출성형 용 몰드21 : 용융된 폴리머 혹은 유리 소재 주입20: mold for ultra-fine injection molding 21: injection of molten polymer or glass material
22 : 초미세 사출성형 된 폴리머 혹은 유리 도트 패턴22: Ultra-fine injection molded polymer or glass dot pattern
23 : 압축성형 용 기판23: substrate for compression molding
24a : 기판 위에 도포된 폴리머 혹은 유리 성형 소재24a: Polymer or glass molding material applied onto the substrate
24b : 성형된 폴리머 혹은 유리 도트 패턴24b: molded polymer or glass dot pattern
25a : 음각의 폴리머 혹은 유리 도트 패턴25a: Engraved polymer or glass dot pattern
25b : 양각의 폴리머 혹은 유리 도트 패턴25b: embossed polymer or glass dot pattern
26 : 마그네틱 도트 패턴27 : 패턴드 미디어 기판26: magnetic dot pattern 27: patterned media substrate
28 : 폴리싱 된 마그네틱 도트 패턴29 : 적층된 마그네틱 도트 패턴28: polished magnetic dot pattern 29: laminated magnetic dot pattern
30a : 성형된 폴리머 혹은 유리 패턴 밑에 부착된 마그네틱 층30a: Magnetic layer attached under molded polymer or glass pattern
30b : 마그네틱 도트 패턴30b: magnetic dot pattern
31 : 식각된 폴리머 혹은 유리 패턴31: etched polymer or glass pattern
이하, 본 발명의 패턴드 미디어 제조방법을 도면을 참고로 설명하면 다음과같다.Hereinafter, a method of manufacturing a patterned media of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 3은 초미세 사출성형 공정을 도입하여 패턴드 미디어를 제조하는 공정 흐름도이다. 먼저 전자빔 리소그래피나 홀로그래픽 리소그래피를 이용한 나노 도트 패터닝을 통하여 마스터를 제작한다(S10). 전주도금을 이용하여 금속 스탬퍼를 제작한다(S11). 제작된 스탬퍼를 몰드에 장착한 후 초미세 사출성형을 이용하여 폴리머 나노 도트 패턴을 성형한다(S12). 사출성형을 대신하여 열가소성 및 열경화성 혹은 광경화성 폴리머를 소재로 하는 압축성형을 통하여 폴리머 나노 도트 패턴의 성형도 가능하다. 패턴 성형 소재에 관해서는 폴리머 소재 대신에 유리 소재를 사용하기도 한다. 폴리머 혹은 유리 도트 패턴을 이용한 후속 공정을 통하여 마그네틱 나노 도트 패턴을 제작한다(S13). 제작된 도트 패턴 각각에 수평 및 수직 자화를 시켜서 정보를 저장한다(S14).3 is a process flow diagram of manufacturing a patterned media by introducing an ultra-fine injection molding process. First, a master is fabricated through nano dot patterning using electron beam lithography or holographic lithography (S10). Metal stamper is manufactured by using electroplating (S11). After mounting the manufactured stamper in the mold, the polymer nano dot pattern is molded by using ultra-fine injection molding (S12). Instead of injection molding, compression molding of thermoplastic and thermosetting or photocurable polymers may be used to form polymer nano dot patterns. As for the pattern forming material, a glass material may be used instead of the polymer material. A magnetic nano dot pattern is manufactured through a subsequent process using a polymer or glass dot pattern (S13). Information is stored by horizontally and vertically magnetizing each of the manufactured dot patterns (S14).
도 4a는 전자빔 리소그래피와 홀로그래픽 리소그래피를 이용하여 나노 도트 패턴을 가진 마스터를 제작하는 방법이다. 기판(10)위에 전자빔이나 홀로그래픽 레이저에 반응하는 레지스트(11a)를 적층시킨 후, 전자빔(12a) 혹은 간섭효과를 이용한 홀로그래픽 레이저(12b)를 조사한 뒤 현상작업을 통해 나노 도트 패턴(11b)을 제작한다. 도 3a에서는 양성(positive) 레지스트를 이용하여 형상이 들어간 음각 패턴을 제작을 도식화하였으나, 조사시키는 부위를 달리하거나 음성(negative) 레지스트를 사용하여 음각 패턴 뿐만 아니라 형상이 튀어나온 양각 패턴을 제작할 수 있다.4A is a method of fabricating a master with nano dot patterns using electron beam lithography and holographic lithography. After laminating the resist 11a reacting to the electron beam or the holographic laser on the substrate 10, irradiating the electron beam 12a or the holographic laser 12b using the interference effect and then developing the nano dot pattern 11b. To produce. In FIG. 3A, the fabrication of the intaglio pattern containing the shape using a positive resist is illustrated. However, the intaglio pattern may be fabricated using different resists or the intaglio pattern as well as the intaglio pattern using the negative resist. .
도 4b는 리소그래피 기술로 패턴된 마스터의 후처리 방법으로서, 패턴된 마스터는 후처리 없이 사용할 수도 있지만 필요에 따라 다양하게 제작된다. 패턴된 레지스트(11b)를 마스크로 이용하여 건식식각을 통해 기판을 식각(13)함으로써 마스터를 제작하는 방법; 적절한 마스터 도트 패턴 소재(14a)를 적층시킨 후 리프트-오프 방법을 이용해 마스터 도트(14b)를 제작하는 방법; 마스크로 이용할 물질(15a)을 적층시킨 후, 리프트-오프로 마스크(15b)만 남긴 후 건식식각을 이용하여 기판을 마스터(16)로 사용하는 방법이 있다. 도 4b는 대표적인 실시 예를 나타낸 것이며, 이 이외에도 많은 응용이 가능하다.4B is a post-treatment method of a patterned master by lithography technique, wherein the patterned master may be used without post-treatment, but may be variously manufactured as necessary. Manufacturing a master by etching the substrate by dry etching using the patterned resist 11b as a mask; Laminating a suitable master dot pattern material 14a and then producing a master dot 14b using a lift-off method; After stacking the material 15a to be used as a mask, only the mask 15b is left by lift-off, and then the substrate is used as the master 16 by dry etching. Figure 4b shows a representative embodiment, many other applications are possible.
도 5는 전주도금을 이용하여 금속 스탬퍼를 제조하는 방법이다. 우선 스퍼터와 이베퍼레이션(evaporation)과 같은 물리적 적층을 이용하여 전도성과 이형성을 고려한 기지층(17)을 적층시킨다. 기지층은 친수성 및 소수성의 특성 및 표면에너지를 고려한 비 합금 혹은 합금계 물질로 구성된다. 전주도금을 이용하여 비 합금 혹은 합금계 금속 스탬퍼(18)를 제작한 뒤 마스터에서 분리한다. 스탬퍼는 자기집합단층(19)을 사용하여 초미세 사출성형 시 이형성을 증가시키기도 한다.5 is a method of manufacturing a metal stamper using electroplating. First, the base layer 17 considering the conductivity and releasability is laminated using physical lamination such as sputtering and evaporation. The base layer is composed of a non-alloyed or alloy-based material in consideration of hydrophilicity and hydrophobic properties and surface energy. The non-alloy or alloy metal stamper 18 is fabricated using electroplating and then separated from the master. The stamper also increases the release property during the ultra-fine injection molding using the self-assembled monolayer 19.
도 6은 초미세 사출성형으로 폴리머 나노 도트 패턴을 성형하는 방법이다. 전주도금으로 제작된 금속 스탬퍼(18)를 초미세 사출성형 용 몰드(20)에 장착하고, 용융된 폴리머를 주입(21)하여 도트 패턴을 성형한 뒤 폴리머 패턴(22)을 몰드에서 분리하여 폴리머 패턴을 완성한다. 나노 사이즈의 도트 패턴을 우수하게 전사시키기 위해서는 온도 및 압력의 정밀한 공정제어가 요구된다. 폴리머 패턴의 양각 및 음각여부는 다음의 마그네틱 도트 제작 공정에 의해 결정된다.6 is a method of molding a polymer nano dot pattern by ultra-fine injection molding. The metal stamper 18 made of electroplating is mounted on the ultra-thin injection molding mold 20, the molten polymer is injected 21 to form a dot pattern, and the polymer pattern 22 is separated from the mold to form a polymer. Complete the pattern. Precise process control of temperature and pressure is required in order to transfer nano size dot patterns excellently. Embossing and engraving of the polymer pattern is determined by the following magnetic dot fabrication process.
도 7은 초미세 사출성형을 대신하는 압축성형으로 나노 도트 패턴을 성형하는 방법이다. 열가소성 및 열경화성 혹은 광경화성 폴리머(24a)를 기판(23) 위에 도포하고 금속 스탬퍼(18)로 압력을 가하여 누르면서 폴리머가 반응하는 열 혹은 빛을 가해줌으로서 폴리머 나노 도트 패턴(24b)을 성형한 뒤 스탬퍼와 기판에서 분리시킨다.7 is a method of forming a nano dot pattern by compression molding instead of ultra-fine injection molding. The polymer nano dot pattern 24b is formed by applying thermoplastic or thermosetting or photocurable polymer 24a on the substrate 23 and applying heat or light to which the polymer reacts while pressing by pressing with a metal stamper 18. Separate from stamper and substrate.
초미세 사출성형 혹은 열 및 광 압축성형을 통한 패턴 성형은, 폴리머 소재를 사용할 수도 있지만 유리 소재를 사용하여 그 특성을 변화시키는 것이 가능하다.Ultrafine injection molding or pattern molding through thermal and light compression molding may use a polymer material, but it is possible to change its properties using a glass material.
도 8a는 음각 형태의 폴리머 혹은 유리 패턴(25a)을 이용하여 마그네틱 도트 패턴을 제작하는 방법이다. 제거가 용이한 소재를 사용하여 패턴을 성형한 뒤 그 위에 마그네틱 소재(26)를 스퍼터나 이베퍼레이션을 이용하여 적층시킨다. 기판(27)을 부착시킨 후 폴리머 패턴을 제거함으로써 마그네틱 도트 패턴을 제작한다. 혹은 적층된 마그네틱 소재(26)를 폴리싱을 통하여 마그네틱 도트 패턴(28)을 제작한다. 이를 그대로 패턴드 미디어로 사용할 수 있지만, 여기에 원하는 기판을 밑에 별도로 부착시켜 패턴드 미디어로 사용이 가능하다.8A illustrates a method of fabricating a magnetic dot pattern using an intaglio-type polymer or glass pattern 25a. After the pattern is formed using a material that is easy to remove, the magnetic material 26 is laminated on the substrate using sputtering or evaporation. The magnetic dot pattern is manufactured by removing the polymer pattern after attaching the substrate 27. Alternatively, the magnetic dot pattern 28 is manufactured by polishing the laminated magnetic material 26. It can be used as a patterned media as it is, but it can be used as a patterned media by attaching a desired substrate separately here.
도 8b는 양각 형태의 폴리머 패턴 기판(25b)을 이용하여 마그네틱 도트 패턴을 제작하는 방법이다. 성형된 양각 패턴 위에 스퍼터나 이베퍼레이션을 이용하여 마그네틱 소재를 적층하여 마그네틱 도트 패턴(29)을 제작함으로써, 마그네틱 도트 패턴을 폴리머와 같이 사용하는 패턴드 미디어를 제작한다. 혹은 마그네틱 물질을 폴리머 패턴 기판 밑에 적층(3a) 시킨 후, 건식식각이나 이온 빔 밀링을 이용하여 폴리머 층(31)과 마그네틱 층(30b)을 차례로 식각하여 제작한다. 이와 같이 제작품들도 밑 부분에 별도의 원하는 기판을 부착시켜 사용할 수 있다.8B illustrates a method of manufacturing a magnetic dot pattern using an embossed polymer pattern substrate 25b. By forming a magnetic dot pattern 29 by stacking a magnetic material using a sputter or an evaporation on the molded embossed pattern, a patterned media using the magnetic dot pattern as a polymer is produced. Alternatively, after the magnetic material is laminated 3a under the polymer pattern substrate, the polymer layer 31 and the magnetic layer 30b are sequentially etched by dry etching or ion beam milling. Likewise, the manufactured products can also be used by attaching a separate substrate to the bottom.
상기의 방법으로 제작된 패턴드 미디어의 나노 사이즈 도트 패턴에 일정한 방향으로 수평 또는 수직 자화를 시킴으로써 0 과 1의 비트신호를 저장하여 고밀도 자기 정보저장매체인 패턴드 미디어를 완성한다.The nano-size dot pattern of the patterned media produced by the above method is magnetized horizontally or vertically in a predetermined direction to store bit signals of 0 and 1, thereby completing the patterned media which is a high density magnetic information storage medium.
상기의 내용과 같은 본 발명에 의하면, 고밀도 자기 정보저장매체인 패턴드 미디어 제작에 있어서 생산비용 및 생산시간을 절감하여 대량 양산체제를 이루어 낼 수 있다. 하나의 미디어에 매번 전자빔 및 홀로그래픽 리소그래피 공정을 거치지 않고 반 영구적인 금속 스탬퍼를 제작함으로써 나노 도트 패턴을 구현하는 데 드는 비용을 대폭적으로 감소시킬 수 있으며, 한 번 공정 시 최소 수분이 걸리는 기존의 공정방법에서 탈피하고 초미세 사출성형 공정을 통해 수초 안에 연속적으로 폴리머 패턴을 제작함으로써 생산성을 높일 수 있다. 또한 사출성형 대신에 열가소성 및 열경화성 폴리머, 혹은 광경화성 폴리머를 소재로 하는 압축성형을 통하여 필요에 따른 다양한 공정을 통하여 패턴을 성형할 수 있다. 패턴 성형에 사용되는 소재로는 폴리머 계열 이외에도 유리 계열의 소재를 사용하며 제작할 수 있으며, 이에 따른 원하는 물성치를 갖는 패턴 제작이 가능하다.According to the present invention as described above, it is possible to achieve a mass production system by reducing the production cost and production time in the production of patterned media, which is a high density magnetic information storage medium. By creating a semi-permanent metal stamper without having to go through the electron beam and holographic lithography process every time in one media, the cost of implementing nano dot pattern can be greatly reduced, and the existing process takes minimum moisture in one process. Productivity can be increased by breaking away from the process and producing polymer patterns continuously in seconds through ultra-fine injection molding processes. In addition, instead of injection molding, patterns may be formed through various processes as necessary through compression molding using thermoplastic and thermosetting polymers or photocurable polymers. In addition to the polymer-based material, the material used for the pattern molding may be manufactured using a glass-based material. Accordingly, a pattern having desired physical properties may be produced.
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